It can take hundreds of thousands of years for decreasing radiological effects of high-level radioactive wastes to those of natural background radiation. Therefore, long-term time scale should be considered in order to demonstrate performance and safety of deep geological disposal of the radioactive wastes. The changes of surface environment for these long-term time scale can have influence on safety analysis by changing transport path of radionuclides from the radioactive wastes. Changes in climate is considered as one of main factors causing the long-term changes of the surface environment. The own effects and interactions of climate with other components of the geological disposal system are organized in features, events, and processes (FEPs). In this study, some natural processes occurred by changes of climate were suggested and the connectivity between each process is proposed based on the relation of the FEPs concerned with the changes of climate and surface environment. The processes were classified into global and regional/local scales and was analyzed, respectively. Then, the influences of the processes on shallow groundwater and surface water body environment, which might be transport path of radioactive nuclides in local/site scales, were expected. As the proposed connection demonstrate the order or hierarchical relations of the natural processes, it can shows that some output by a certain process may be input of other process connected the former process in numerical simulations for interpreting the processes. If the connection may be considered to be suitable to represent longterm changes of the surface environment, it can be evaluated that the expected scenarios based on the connection is also proper. In addition, it can be helpful in selecting factors to be studied more detailed in terms of climate change for expecting long-term changes in the surface environment by analysis on the input and output data. The results of this study can be used as basic approaches to represent the long-term changes in the surface environment caused by specific natural processes from changes of climate. It will be also helpful for formulating scenarios related to long-term evolution in the surface environment required for performance and safety assessments of the deep geological disposal.

본 연구의 목적은 우리나라에서 수행된 지구과학교육 분야의 개념변화 연구 동향을 분석하여 향후 개념변화 연구의 기초 자료로 제공하는 것이다. 우리나라 지구과학 개념변화 연구의 경향성을 논문의 키워드, 발표 연도, 논문 출처, 연구 목적, 연구 대상, 연구 영역, 연구 방법 측면에서 분석하였다. 연구 대상은 우리나라 지구과학교육의 개념변화 연구 논문이 처음 발표된 1989년부터 2017년 7월까지, 총 126편의 지구과학교육의 개념변화 논문이었다. 본 연구의 분석 결과는 다음과 같다. 첫째, 지구과학 개념변화 논문은 ‘개념변화’라는 용어를 ‘오개념’, ‘선개념’ 보다 더 많이 사용하였다. 둘째, 개념변화 논문은 2000년대에 많은 양적인 성장을 이루었다. 셋째, 개념변화는 석사 학위의 연구주제로 많이 이루어지고 있었다. 넷째, 오개념 조사와 그에 따른 교정을 함께 다룬 연구가 많았고, 오개념 조사로는 자유응답 검사법을, 오개념 교정 방법으로는 인지갈등 수업모형과 CAI 교수전략을 주로 활용하였다. 다섯째, 초등학생 대상 연구가 가장 많이 이루어졌다. 여섯째, 개념변화 연구의 지구과학 영역은 천문과 대기의 비중이 높았다. 마지막으로, 연구 초기에는 양적 분석 방법을 많이 사용하였지만, 2010년대에 들어서는 질적 분석 방법을 많이 사용하였다. 향후 개념변화의 연구 과제로 예비 및 현직 교사 대상의 개념변화 연구, 지질·해양·대기 등 다양한 영역으로의 연구 확대, 오개념 형성원인 파악 및 정의적 요인에 관한 연구 등을 제안하였다.

교육대학교 1학년 164명을 대상으로 계절변화 원인에 대한 개념을 연구하였다. 이어서 개념의 특징에 따른 유형 분류와 천문관련 수업 후 개념변화를 알아보았다. 사전에 천문관련 선택형과 계절변화 원인에 관한 논술형 문항을 검사했고, 한 학기 동안 천문관련 학습 후에 같은 유형의 문항에 답하도록 하였다. 사전 검사의 계절변화 응답 내용에는 여러 종류의 개별 개념들이 들어있었고 이를 3단계의 위계로 나눌 수 있었다. 1차 원인은 지구의 상태와 운동에 관련된 우주적 관점, 2차원인은 1차 원인에 의해 지구가 받는 직접적 영향, 3차 원인은 2차 원인에 따라 지구 위의 관측자가 받는 영향으로 나누었다. 학생들이 사전검사에서 응답한 내용 중에는 1차 원인이 가장 많았으며 가장 적게 답한 개념은 2차 원인이었다. 하나의 답안을 이루는 전체 개념은 1차, 1-2차, 1-3차, 1-2-3차 원인 등의 유형이 나타났고 1-3차〉1차〉1-2차〉1-2-3차 원인 등의 순으로 많았다. 2차 원인인 태양고도와 낮 길이 변화 개념을 가진 학생 수는 가장 적었으나 사전과 사후검사 모두 계절변화에 대한 과학적 개념을 가장 많이 가지고 있었고 천문관련 선택형 검사에서도 모두 점수가 높았다. 연구 결과, 계절 변화 원인에는 1차, 2차, 3차로 구분되는 위계 관계가 뚜렷하게 나타나고 있었다. 이에 따라 우주적 관점인 1차 원인을 먼저 가르쳐야 하지만 2차 원인인 태양 고도와 낮의 길이 개념에의 영향을 이해시킨 후 3차 원인을 학습시켜야 한다. 학생들이 이를 모두 이해했을 때 계절변화의 원인에 대해 비로소 정확한 개념이 생겼다고 말할 수 있을 것이다.

본 연구는 애니메이션 모듈을 활용한 수업이 학생들의 별의 일주운동 개념변화에 얼마나 효과적인지 알아보기 위한 것이다. 이를 위해 별의 일주운동을 학습하지 않은 학생 4명을 연구 대상으로 선정하였다. 애니메이션 모듈은 Flash MX를 사용하여 3차원적 공간개념을 이해하기 쉽게 개발하였다. 또한, 개별학습이 용이하도록 교사가 육성 녹음한 내용을 삽입하였고, 보충 학습자료를 제시하였다. 애니메이션 모듈은 태양계의 운동 단원으로 지구의 운동, 달의 운동, 행성의 운동으로 구성되었다. 애니메이션 모듈을 적용하기 전에 질문지와 면담을 통해 학생들의 별의 일주운동에 대한 선개념을 분석하였다. 애니메이션 모듈을 활용한 학습 후 사후 검사를 실시하고 사전 검사와 비교하여 개념 변화를 알아보았다. 그 결과, 중위도 방위별 별의 움직임을 제대로 표현하지 못한 3명의 학생은 모든 방향에 걸쳐 정확하게 나타냈다. 그리고 4명의 학생들이 별의 일주운동 모습이 모든 방향에서 직선 형태로 움직인다고 생각하였다. 또한, 중위도에서 별이 움직이는 각도가 직각으로 움직인다고 생각했던 4명의 학생 모두 비스듬하게 움직이는 것으로 개념이 변화하였다.

이 연구는 달의 위상 작도 모듈을 활용한 수업이 고등학생들의 달의 위상 개념 변화에 미치는 효과를 살펴보고자 한 것이다. 이를 위하여 고등학교 2학년 46명을 대상으로 달의 위상 작도 모듈을 활용한 수업을 실시하여 학습자의 인지구조 내에서 일어나는 개념 변화를 면담을 통하여 살펴보았으며, 연구의 결과는 다음과 같다. 수업 전에 학생들이 가지고 있는 달의 위상 개념에 대한 오개념 유형은 지구의 그림자가 달을 가린다는 S 유형, 위치 관계에 따라 지구의 그림자가 달을 가린다거나 관측자가 햇빛을 반사하는 달의 부분을 보기 때문이라는 과학 개념을 함께 가지는 SR 유형, 위치 관계에 따라 지구의 그림자가 달을 가리거나 주위 배경의 밝기에 따라 보이기도 하고 보이지 않을 수도 있다는 SB 유형, 지금까지 언급한 모든 경우로써 각 위치의 달의 위상을 설명하는 SRB 유형이 있었다. 모듈을 활용한 수업을 실시한 결과로는 수업 전 오개념을 가지고 있던 36명 중 26명이 과학 개념을 형성한 반면, 수업 후에도 과학 개념을 형성하지 못한 학생이 10명이었다. S 유형 11명 중 7명이, SR 유형 17명 중 3명이 과학 개념을 형성하지 못하였다. 특히 S 유형의 학생들은 지구의 그림자에 의해 달의 위상이 변할 것이라는 기존 개념을 쉽게 바꾸지 못하였는데, 이는 그들의 선개념이 너무 견고하였거나, 제공한 모듈에서 제시하는 위상 결정 방법이 그 학생들에게는 선개념 체계보다 문제 해결에 있어 보다 유익하지 않았기 때문으로 생각된다. 이로부터 학생들의 선개념은 수업에 의해 쉽게 과학 개념으로 변화되지 않는다는 것을 알 수 있다.

본 연구의 목적은 중학생에게 과학사 자료를 활용한 인지 갈등 수업을 하였을 때 나타나는 ‘우주관’에 대한 개념 변화의 인지적 과정을 살펴보는 것이다. 연구 대상은 인지수준이 각각 상, 중, 하인 중학교 2학년 학생 남녀 4명을 표집 하였다. 매 차시별 수업 후 형성된 학생의 ‘우주관’ 개념에 대해 면담과 탐구 활동지 분석을 실시하였으며, 사전·사후 개념 검사로 개념 변화 정도를 알아보았다. 연구결과 4명의 학생들이 가지고 있는 천문학적 선개념은 차이가 있었고 천체의 운동과 관련된 오개념도 다양하였다. 형식적 조작기와 전이단계 있는 학생은 과학사를 이용한 수업을 통하여 천동설에서 지동설로 개념 변화가 이루어졌다. 그에 비하여 구체적 조작기에 해당하는 학생의 선개념은 전반적으로 비과학적이거나 무개념 상태였으며, 인지 갈등을 일으킬 만한 현상을 제시하여도 개념 변화를 일으키지 못하는 등 과정에 어려움을 보였다. 이 단계의 학생에게는 새로운 자료를 제시하고 이를 설명하게 하는 인지 갈등 과정을 통하여 천동설에서 지동설로의 개념 변화를 일으켰다. 수업 처치 후 학생들의 개념 검사지의 성취도가 10% 이상 높아졌다. 이는 과학사 자료를 이용한 학습 지도가 과학적 개념 변화에 있어 효과적이라고 할 수 있다.

본 연구는 중학생들의 계절의 변화에 관한 선개념의 유형을 파악하고 멀티미디어 학습 자료를 개발하여 그 수업이 계절의 변화에 대한 개념에 어떠한 변화를 주는지 알아보는데 목적이 있다. 계절의 변화 개념을 알아보기 위한 검사지는 10문항을 개발하였다. 대상자는 중학교 3학년 80명(실험반 57명, 통계반 23명)으로 2차시에 걸친 수업을 실시하였다. 실험반에는 멀티미디어 활용수업이 투여된 반면 통제반에는 전통적인 수업이 투여되었다. 그 결과, 본 연구에서 활용된 멀티미디어 자료는 학생들의 개념변화에 효과가 있음을 보였다.(p<0.01). 또한, 개념의 변화를 상세히 알아보기 위하여 6단계로 분류하여 분석한 결과, 멀티미디어 활용수업은 전통적 수업모형에 비하여 개념이 없는 학습자의 과학적 개념을 형성하거나, 비과학적 개념을 과학적 개념으로 발전시키는데 효과적일 뿐만 아니라 과학적 개념을 더욱 더 정교화 시키는데도 효과적이었다.

본 연구에서는 현행 제7차 교육과정의 중학교 과학교과에서 제시된 대기압 개념을 분석하여 무게의 측면으로 대기압을 설명하는 교과서를 이용한 수업(수업방안 A)과 기체 분자운동과 무게의 양쪽 측면에서 설명하는 교과서를 이용한 수업(수업방안 B)의 두 가지 수업방안을 선정한 후 수업방안이 중학생들의 대기압 개념변화에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 이를 위하여 중학교 3학년 4개 학급을 대상으로 2개 학급씩 나누어 각각 수업을 실시하였다. 이 때 수업 전-후에 나타나는 학업 성취도와 대기압의 개념변화를 조사해본 결과는 다음과 같다. 첫째, 학업 성취도에 미치는 효과는 '수업방안 B'가 '수업방안 A'에 비해서 효과가 있는 것으로 나타났다. 둘째, 개념변화에 미치는 효과는 개념 검사의 사후 점수를 각 하위척도별로 효과를 검증한 결과, 개념의 요소 4개 중 3개의 요소인 '대기압이 작용하는 원리'와·대기압이 작용하는 방향과 이유', '지표면의 온도 상승에 따른 기압 변화와 그 이유'에서는 개념 변화에 유의미한 향상이 있는 것으로 나타났으나 '고도에 따른 대기압의 분포와 그 이유'에서는 개념 변화에 있어 유사한 것으로 나타났다. 셋째, 대기압 개념의 올바른 수업방안으로는 대기압을 기체 분자 운동론의 입장에서 정의하고 높이에 따른 대기업의 크기 분포는 공기의 무게로 정의한 것과 결과가 같게 나타남을 강조할 필요가 있다.

The concept of 'the lunar and planetary phases' is very difficult to understand and students may have various misconceptions on this concept. A module drawing the lunar and planetary phases was developed with the application of the simplifying conditions method. The effects of instruction using the module drawing the lunar and planetary phases on the conceptual change and the achievement was investigated in the consideration of learners' characteristics (spatial perception ability, science inquiry ability, required pre-requested learning ability). Findings were as follows: 1) This module was effective for learners' conceptual change and achievement, 2) This module had a positive influence for development the learners' characteristics and conceptual change with the middle level of science inquiry ability, the middle and low level of required pre-requisite learning ability, and middle level of the spatial perception ability.

연구의 목적은 협동학습이 중학생의 개념변화에 미치는 효과 그리고 협동학습 상황에서 일어나는 학생-학생간의 언어 상호작용의 유형 및 언어 상호작용과 개념변화와의 상호관련성을 분석하는 것이다. 중학교 2학년 2개 반을 각각 협동학습 집단(실험집단, n=37)과 전통적 학습 집단(통제집단, n=37)로 선정하였다. 협동학습 집단은 STAD 협동학습 모델을 사용하였으며 협동적 기능을 익혔다. 연구결과는 다음과 같이 요약할 수 있다: 첫째, 개념변화에 있어 협동학습 집단과 전통적 학습 집단간에 통계적으로 유의미한 차이는 없었다. 그러나 사전검사에서 중위 수준의 개념 이해를 보인 학생들의 경우 유의미한 차이를 보였다. 둘째, 협동학습의 언어 상호작용 유형을 보면 주로 상위와 중위 수준 학생 사이에 활발한 토론이 이루어지는 것으로 나타났다. 또한 성공적인 개념 변화를 보인 학생들의 경우 그렇지 않은 학생들보다 더 빈번한 언어 상호작용이 이루어졌음을 보여준다. 이 연구는 학생들의 오개념의 교정에 있어서는 교사-학생간의 상호작용이 필요함을 시사한다.

이 연구는 계절 변화에 대한 초등학생의 선개념과 수업에서 나타나는 개념 변화 양상을 조사하는 것이다. 연구 대상은 인천광역시의 초등학교 5학년생 78명을 대상으로 하였다. 계절 변화에 대한 학생들의 선개념을 알아보기 위하여 그림과 글로 응답하도록 구성된 지필 검사지를 사용하였으며, 동일한 검사 문항을 이용하여 각각 수업 중의 중간 검사, 수업 후의 사후 검사, 그리고 1주일 후 지연 검사를 통하여 학생들의 개념 변화 양상을 조사하였다. 응답 결과의 분석은 3명의 본 연구자들간에 의견의 일치를 보아 분석하였다. 조사 결과, 사전 검사에서 대안 개념을 가지고 있는 일부 학생들의 경우 수업 후 또 다른 대안 개념을 형성하며, 이들이 가지고 있는 계절 변화 개념은 안정되어 있지 않은 상태로 나타났다. 또한 계절별 지구와 태양 사이의 공간 분포의 변화에서는 거리와 가열 효과가, 그리도 계절별 별자리의 변화에서는 지구의 자전 개념이 계절 변화에 대한 학생들의 올바른 개념 형성에 장애가 되는 요인으로 나타났다.

이 논문의 목적은 대기압개념에 대한 오개념을 기초하여 컴퓨터 보조수업 프로그램을 개발하여 중학교 과학과정에 적용하고 그 개념개선 효과를 조사하는 것이다. 그 결과는 다음과 같다. 1) 대기압에 대한 오개념을 확인하였고 2) 분석된 오개념을 고려한 CAI프로그램을 개발였으며 3) 학습에 적용한 결과 CAI를 적용한 학습이 전통적 학습보다 성취도와 오개념 개선에 효과적이었다.

이 연구의 목적은 대기압에 대하여 전통적 수업모형과 인지갈등을 이용한 수업모형을 적용하여 수업 전과 수업 2주후, 수업 3개월 후의 개념 변화를 분석하고 그에 따른 학습 효과를 알아보는 데 있다. 이 연구의 대상은 184명이며 통제집단과 실험집단으로 구분하여 수업 전 개념이해 유형을 파악하고 전통적 수업모형과 인지 갈등 수업모형을 적용하여 학습 한 후 개념변화를 분석하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 1) 수업 전에는 대기압과 관련된 기초개념에 대한 이해수준이 낮았으나 일상생활과 관련된 경험적이거나 암기적 개념에서는 비교적 이해수준이 높게 나타났다. 2) 인지갈등 수업모형을 이용한 수업 후의 개념 변화는 전통적 수업모형에 비해 과학적 개념 형성에 학습 효과가 높은 것으로 나타났으며 3) 문항에 따라 다소 차이는 있지만 수업 3개월 후 개념의 지속성 측면에서도 인지 갈등을 이용한 수업모형이 전통적 수업모형보다 효과적인 것으로 분석되었다.

이 연구는 노인의 운동실천 제약요인을 탐색하고 범이론적 모형(TTM)에 기초하여 운동행동변화단계에 따른 제약요인의 차이를 알아보고자 하였다. 이를 위해 운동을 실천하고 있거나 실천하지 않는 60세 이상 103명의 노인을 대상으로 개방형 설문을 실시하였으며, 이 결과를 토대로 개발된 운동실천 제약요인 척도를 활용하여 309명의 자료를 수집하고 제약요인의 구조 및 운동행동변화단계에 따른 차이를 검증하였다. 연구결과, 노인들의 운동실천을 제약하는 6개요인(부상우려, 운동지식 부족, 건강상실과 질병, 운동동기 부족, 시간기회 부족, 경제여건)이 발견되었으며, 운동행동변화단계에 따른 제약요인의 차이를 분석한 결과에서는 성과 연령 및 운동행동변화단계에 따른 상호작용효과 및 주 효과가 동시에 나타나 복잡한 양상을 보여주었다. 성과 연령을 함께 고려할 때, 운동행동변화단계를 가장 잘 판별하는 제약요인은 건강상실과 질병요인이었다. 이러한 결과는 노인의 운동실천 제약요인의 타당성과 중재전략 개발의 방향성 및 후속연구의 과제와 관련하여 논의하였다.