The practice turn in the science education community emphasizes students’ engagement in the activities that scientists and engineers actually do when they see, explain, and critique a phenomenon, or solve a problem. This turn highlights the importance of science learning environments for students. Consequently, the purpose of this study was the examination of relevant literature with the aim of proposing theoretically and empirically derived teaching strategies for students’ productive disciplinary engagement (PDE) through model-based learning (MBL) in science classrooms. To this end, collected literature focusing on PDE and MBL was analyzed to better understand 1) how teachers can foster students' PDE in science classrooms, 2) how PDE can be connected to MBL, and 3) what supports are required for students’ PDE through MBL. As a result of our analysis, a close relationship between PDE and MBL was identified. Importantly, this research reveals the promise of MBL for supporting students’ PDE through the problematizing, authority, accountability, and resources. Further, our literature examination provided a better understanding of what supports are required for students’ engagement in PDE through MBL and why this matters in the context of the practice turn in science education.

이 연구의 목적은 지구과학 수업에 적용한 MBL(Microcomputer Based Laboratory, 이하 MBL)이 중학생의 그래프 능력, 과학탐구능력에 미치는 효과를 알아보고자 하는 것이다. 중학교 지구과학 내용 중 5개의 실험 주제에 대하여 MBL 활용 탐구 활동 자료를 개발하였다. 이 MBL 수업자료를 33명의 중학생들에게 적용하고 사전 검사와 사후 검사를 실시하였다. 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, MBL 수업은 중학생의 그래프 능력 향상에 유의미한 효과가 있었다. 그래프 능력의 하위 영역인 그래프 작성, 그래프 해석 능력 모두에서 유의미한 향상을 보였다. 특히 자료 변환하기 영역에서 유의미한 효과가 크게 나타났다. 둘째, MBL 수업은 중학생의 과학탐구능력 향상에 유의미한 효과가 있었다.

본 연구의 목적은 7학년 "해수의 성분과 운동" 단원에서 MBL 실험 수업이 학생들의 과학탐구능력과 그래프 작성 및 해석능력에 미치는 효과를 알아본 연구로 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 6차시에 걸쳐 MBL 수업을 실시하고 사후 t-검정을 통해 학생들의 과학탐구능력에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 그 결과 실험집단과 통제집단 간 과학탐구 능력 결과에서 유의미한 차이가 나타나 MBL 수업이 학생들의 과학탐구능력 향상에 더 효과적임을 알 수 있었다. 둘째, 사후 t-검정을 통해 학생들의 그래프 작성 및 해석능력에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 그 결과 실험집단과 통제집단 간에 그래프 작성능력에서는 유의미한 차이를 보이지 않았으나, 그래프 해석능력에서는 두 집단 간 유의미한 차이를 나타내고 있어 MBL을 활용한 수업이 학생들의 그래프 해석능력의 향상에 더 효과적임을 알 수 있었다.

MBL은 학생들에게 정확하고 효율적인 데이터 수집과 실시간 그래프를 제공함으로써 실험 시간을 단축시켜, 실험 결과에 대한 깊이 있는 토론을 가능하게 함으로 탐구의 본질적 특징인 의사소통과정을 강조한다. 따라서 본 연구에서는 과학 탐구와 탐구의 본질적 특징인 의사소통의 관점에서 중등학교 지구과학 MBL수업의 양상을 살펴보았다. 3개의 MBL수업을 녹화한 비디오 테잎을 주된 자료원으로 하였으며, 수업 녹화물과 전사본을 교실탐구 기본요소와 논의 요소틀을 이용하여 분석하였다. 교실탐구의 기본요소는 "문제제기", "증거수집", "설명형성", "과학지식과의 연결", "이론의 발표"의 5가지이다. 연구 결과로 첫째, 세 수업은 각 진행 단계별로 탐구 요소와 그 수준에서 유사한 양상을 보여주었다. 학생들은 교사 주도적 문제 제기로부터, 절차에 따른 증거 수집을 하고, 교사의 지도에 따라 설명을 형성하며, 특정 과학지식을 사용하도록 안내되었다. 하지만, 이론의 발표 요소는 1개의 수업에서만 관찰되었다. 둘째, 탐구의 본질적 측면으로서 논의적 의사소통은 매우 드물게 나타났다. 논의 과정을 포함한 담화 에피소드는 과학적 현상을 다루기보다 실험 과정이나 절차적 측면에 관해 이루어졌다 이론의 발표가 진행된 수업에서 1개의 에피소드만이 과학현상과 관련된 활발한 논의적 의사소통을 보여주었다. 결론적으로 MBL자료가 탐구의 본질적 특징인 의사소통을 강조한다 하더라도, 실제 수업에서 진정한 탐구의 모습을 구현하는 일은 쉽지 않다는 것을 알 수 있다. 따라서 MBL수업에서 탐구 및 논의적 의사소통을 구현하기 위해서는 학생들에게 논의의 기회 제공과 더불어 논의를 유의미하게 개진할 수 있는 교사의 적절한 도움이 필요하다.

이 연구의 목적은 학생-학생 언어적 상호작용과 학생 인터뷰 분석을 통해 MBL을 사용한 두 실험, 산-염기 전도도 적정 실험과 기체 분수 실험에서의 탐구 과정과 MBL의 활용 사례를 비교․분석하는 것이다. 산-염기 전도도 적정 실험은 전도도 센서를 사용하여 HCl-NaOH 적정과 NaOH-HCl 적정에서 전도도 차이를 분석하는 실험이고, 기체 분수 실험은 압력 센서를 사용하여 새로운 기체 분수를 만드는 방법을 고안하는 실험이다. 두 실험의 비교․분석 결과, 산-염기 전도도 적정 실험에서는 분석-평가 과정에서 상대적으로 많은 탐구 활동과 학생-학생 상호작용이 나타났으며, 특히 탐구 활동에서 MBL 자료의 분석이 큰 비중을 차지하였다. 반면, 기체 분수 실험에서는 조사-설계 과정에서 상대적으로 많은 탐구 활동과 학생-학생 상호작용이 나타났으며, MBL의 활용에 대한 비중이 산-염기 전도도 적정 실험과는 큰 차이를 보였다.