Earticle

본 연구는 교육 현장에서 대규모 언어 모델(LLM) 기반 AI 에이전트의 활용 가능성을 탐색하기 위해 과 학 글쓰기 평가 시스템을 개발하고 적용하였다. 최근 교육 분야에서 인공지능 기술의 발전과 함께 맞춤형 교육에 대한 요구가 증가하고 있으나, 기존 AI 시스템 은 교사가 교육적 의도에 맞게 유연하게 조정하기 어 려운 한계가 있었다. 이러한 제약을 극복하기 위해 본 연구에서는 모델 컨텍스트 프로토콜(MCP) 기술을 활 용하여 LLM 기반 AI 에이전트 평가 시스템을 구축하 였다. 과학 글쓰기 과제에 대해 평가를 실시한 결과, AI 에이전트로 기능한 클로드는 평가 루브릭을 활용 하여 결과물을 평가하고, 종합적인 평가 지침을 충실 히 반영하여 학생이 작성한 글에 대해 구체적이고 자 세한 장점과 개선점을 제안하였다. 또한, 학습자 특성 변화와 같은 평가 지침 내용이 조정될 때 이에 맞추어 피드백을 재구성하는 유연성도 보여주었다. 본 연구 결과는 LLM 기반 AI 에이전트가 교사의 교육적 의도 를 반영한 과학 글쓰기 평가 도구로서 가능성을 보여 주며, 교육 현장에서 맞춤형 AI 시스템 구축을 위한 AI 에이전트의 활용에 대한 시사점을 제공한다는 점 에서 의의가 있다.

This study explores the potential of Large Language Model (LLM) based AI agents in educational settings through developing and implementing a scientific writing assessment system. While recent advances in AI have increased demand for personalized education, conventional AI systems have limited flexibility for teachers to adjust according to their educational intentions. To overcome these constraints, this research constructs an LLM-based AI agent assessment system utilizing Model Context Protocol (MCP) technology. In evaluating scientific writing assignments, Claude functioning as an AI agent demonstrated the ability to assess student work using an evaluation rubric and provide detailed feedback on strengths and suggested improvements, thoroughly reflecting comprehensive assessment guidelines. Furthermore, the system exhibited flexibility in reconfiguring feedback when assessment parameters were modified to accommodate changes in learner characteristics. The findings suggest the potential of LLM-based AI agents as scientific writing assessment tools that reflect teachers' pedagogical intentions, and provide implications for the application of AI agents in developing customized AI systems for educational environments.

이 연구는 지구과학교육과 예비교사들이 교육실습 동안 실시한 수업 성찰 협의회를 분석하여, 이들이 수 업을 통해 어떻게 교수내용지식(PCK)을 인식하고 반 성하는지를 탐색하였다. 예비교사 5명이 참여한 수업 성찰 대화를 녹음하고 전사하여 PCK 관련 키워드를 중심으로 텍스트 분석과 의미연결망 분석을 수행하였 다. 특히, 각 키워드의 TF-IDF 값을 분석하고 Gephi 프 로그램을 활용한 키워드 네트워크 시각화를 통해 예비 교사들의 인식 흐름과 중심 개념들을 군집별로 도출하 였다. 연구 결과, 예비교사들은 학습자의 개념 이해와 흥미 유발을 돕는 수업 실천, 학생과의 상호작용을 위 한 수업자원과 수업 실천, 학생 참여와 협력을 위한 수 업환경 조성, 과학 실험 수업 실천과 수업 진행의 어려 움 등과 같은 교수내용지식(PCK) 측면에 주목하였다. 예컨대 예비교사들은 수업 성찰에서 ‘개념 설명’, ‘학 생 참여 유도’, ‘교사-학생 상호작용’, ‘수업자원 활용’, ‘시간 안배 및 실험 수업 운영’ 등에 중점을 두었고, 실 험 수업에서는 시간 관리의 어려움과 학생 오개념 지 도 문제 등을 주요 이슈로 논의하였다. 연구결과를 토 대로 교육실습을 통한 예비교사의 PCK 인식의 구체 화, 예비교사의 PCK 발달에서 교육실습과 수업 성찰 협의회의 효과, 실습 지도교사 수업 비평 관점 공유의 필요성 등을 제언하였다.

This study investigates how pre-service Earth science teachers recognize and reflect upon their Pedagogical Content Knowledge (PCK) through post-lesson reflection conferences conducted during their teaching practicum. Five pre-service teachers participated in these reflection sessions, which were recorded and transcribed for analysis. Using PCK-related keywords, the researchers conducted textual analysis and semantic network analysis. In particular, Term Frequency-Inverse Document Frequency (TF-IDF) scores were calculated, and the Gephi software was employed to visualize the keyword network, enabling the identification of conceptual clusters that represent the teachers' patterns of awareness. The findings revealed that pre-service teachers focused on various aspects of PCK, such as instructional practices aimed at promoting conceptual understanding and student engagement, instructional strategies and resources that facilitate teacher-student interaction, classroom environments that support student participation and collaboration, and the challenges of managing scientific inquiry-based lessons. Their reflections highlighted key areas such as conceptual explanations, strategies for eliciting student responses, teacher-student interactions, the effective use of instructional materials, and time management during experimental activities. In particular, difficulties with time allocation and addressing student misconceptions were frequently discussed in the context of laboratory-based instruction. Based on these findings, the study suggests the importance of structured reflection conferences in deepening pre-service teachers' awareness of PCK, the role of teaching practicum in facilitating the development of PCK, and the need for mentor teachers to share clear evaluative perspectives during lesson debriefings.

본 연구는 토의·토론 기반 기후변화 교육 프로그램 이 초등학생의 기후 소양과 비판적 사고력이 미치는 효과를 분석하였다. 2024년 10월, P 광역시 S 초등학교 4학년 36명을 대상으로 4주간 총 12차시의 수업을 설계하고 연구 집단에는 토의·토론 기반 수업을, 비교 집 단에는 강의식 수업을 적용하였다. 기후 소양 검사와 비판적 사고력 검사를 사전, 사후로 실시하고, SPSS 28을 활용하여 독립 표본 t-검정을 통해 효과를 분석하 였다. 연구 결과, 기후 소양 전체 지식, 인식, 행동의 하위 영역 모두에서 통계적으로 유의미한 향상이 확인 되었다. 비판적 사고 기능과 성향 또한 유의미한 향상 이 나타났으며, 특히 ‘사실과 의견 구분’, ‘신뢰할 수 있는 정보 선택’, ‘편견 탐지’, ‘탐구성’과 ‘객관성’ 등 일부 하위 요소에서 뚜렷한 변화가 확인되었다. 사후 설문 조사 결과, 학생들은 수업에 대한 높은 흥미, 참 여도, 이해도 및 긍정적인 반응을 보였다. 이러한 결과 는 토의·토론 기반 기후변화 교육이 학생 주도적 탐구 와 협력적 소통을 통해 비판적 사고력, 기후 소양 함양 에 효과적인 교수법임을 시사한다. 향후 연구에는 다 양한 학년과 학교급에 본 프로그램을 확대 적용할 필 요성과 기후 행동 실천의 지속성을 검증할 수 있는 장 기적 관찰 연구 및 후속 활동 설계의 필요성을 제언하 였다.

This study examined the effectiveness of a discussion- and debate-based climate change education program in enhancing elementary students’ climate literacy and critical thinking. The program was implemented over 12 sessions across four weeks with 36 fourth-grade students at an elementary school in P Metropolitan City in October 2024. The experimental group participated in discussion- and debate-based lessons, while the control group received traditional lecture-based instruction. Pre- and post-tests measuring climate literacy and critical thinking were administered, and independent samples t-tests were conducted using SPSS 28. Results indicated statistically significant improvements in all subdomains of climate literacy— knowledge, awareness, and behavior—in the experimental group. Additionally, critical thinking skills and dispositions showed meaningful gains, particularly in distinguishing fact from opinion, identifying credible sources, detecting bias, inquisitiveness, and objectivity. Post-program surveys revealed high levels of student interest, engagement, comprehension, and perceived value. These findings suggest that discussion- and debate-based instruction is an effective pedagogical approach for promoting student-centered inquiry, collaborative communication, and the development of climate literacy and critical thinking. Implications include the need to expand such programs across different grade levels and school settings, as well as to explore long-term impacts on climate-related behaviors through sustained follow-up activities.

이번 연구는 ‘슬기로운 생활’ 가르치고 있는 저학년 담임교사들이 생각하고 있는 과학 활동에 대한 인식과 통합교과인 ‘슬기로운 생활’ 교과 속 과학 관련 활동 에 대한 교사들의 실제 지도 현황을 분석하여 초등학 교에서의 과학 교육과정의 연계 측면을 살펴보는 것이 었다. 연구를 위해 저학년을 담당하는 교사 15명을 의 도적으로 표본 추출하여 반구조화된 심층 면담을 실시 하였다. 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 연구 참여자인 초등교사의 저학년 과학 활동에 대한 인식은 저학년 과학 활동의 필요성, 지향하는 과학 활동 운영 방식, 슬기로운 생활과 과학 교과와의 연계성, 슬기로운 생 활과 과학 교과 간 연계성 향상 노력이라는 4개의 범 주와 10개의 주제 묶음, 22개의 주제가 도출되었다. 둘 째, 연구 참여자의 ‘슬기로운 생활’ 속 과학 관련 활동 의 지도 현황을 살펴보면, 과학 활동 실시 형태, 학생 의 흥미가 높은 활동, 교사가 경험한 과학 관련 활동의 학습 효과, 저학년 과학 관련 활동 실시의 어려움과 같 이 4개의 범주, 11개의 주제 묶음, 22개의 주제가 도출 되었다. 이러한 연구 결과는 과학 교과가 아닌 슬기로 운 생활 속에서 과학 활동을 하고 있는 현재의 교육과 정 체계 속에서 저학년 학생들은 과학에 대한 흥미를 느끼고 있으며, 교사 또한 과학 관련 활동의 효과성 및 필요성을 느끼고 있는바, 저학년에서의 과학 활동의 확대가 필요하다. 덧붙여 이번 연구에서 저학년 교사 들도 언급하였듯이 과학 활동이 상위 학년, 즉 교육과 정의 연계성을 고려하여 위계성과 계열성을 고려하여 반영되어야 할 것이다.

This study aimed to examine how lower-grade elementary teachers perceive science activities within the integrated curriculum subject "Intelligent Life," and to analyze their actual practices in teaching science-related activities within this curriculum, particularly from the perspective of curricular continuity in elementary science education. The research involved purposeful sampling of 15 lower-grade teachers, who participated in semi-structured in-depth interviews. The key findings are as follows: First, teachers' perceptions regarding science activities in lower grades were categorized into four main areas: the necessity of science activities for young learners, preferred approaches for conducting science activities, the linkage between "Intelligent Life" and science subjects, and efforts to enhance this curricular integration. These comprised 10 thematic groups and 22 specific themes. Second, an analysis of teachers' actual practices in science-related activities within "Intelligent Life" yielded four categories: formats for conducting science activities, activities highly engaging for students, observed educational effects of science-related activities, and difficulties teachers encountered in conducting science activities for younger students. These were further organized into 11 thematic groups and 22 individual themes. The results highlight that under the current educational framework, where science activities are conducted within the integrated "Intelligent Life" curriculum rather than through dedicated science lessons, younger students develop genuine interest in science. Teachers also acknowledge the effectiveness and necessity of these science-related activities, underscoring the need for their expanded implementation. Additionally, as mentioned by teachers participating in this study, science activities in lower grades should be structured with consideration of continuity and progression, ensuring coherent integration with upper-grade curricula.

본 연구는 토의·토론 기반 AI 생태 전환 교육이 초 등학생의 기후변화에 대한 인식, 지식, 태도 및 환경 소양에 미치는 영향을 분석하는 데 목적이 있다. P시 에 소재한 G초등학교 6학년 학생 중 18명을 연구집단, 20명을 비교집단으로 구성하여, 연구집단에는 토의·토 론 기반 AI 생태 전환 교육을, 비교집단에는 일반 생 태 전환 교육을 실시하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, AI 생태 전환 교육은 초등학생의 기후변화에 대한 인식, 지식, 태도 향상에 유의미한 효과를 보였 다. 학생들은 기후변화의 심각성을 이해하고, 관련 개 념을 습득하며, 긍정적 태도를 형성하였다. 둘째, AI 생태 전환 교육은 환경 소양(태도·가치, 감 수성, 환경 친화적 행동)에서도 유의미한 향상이 나타 났다. 인공지능을 활용한 수업과 주도적인 토의·토론 활동을 통해 학생들은 환경 문제 해결에 대한 관심과 실천 의지를 갖게 되었으며, 생태적 소양을 생활 속에 서 실천하는 모습을 보였다. 이러한 결과는 토의·토론과 AI를 접목한 생태 전환 교육이 초등학생의 환경 인식과 소양을 효과적으로 증 진시킬 수 있음을 시사한다.

The purpose of this study was to investigate the effects of discussion-based AI eco-transition education on elementary students' perception, knowledge, and attitude towards climate change, as well as their environmental literacy. For this study, 18 students from one 6th-grade class at G Elementary School located in P City were selected as the research group, and 20 students from another 6th-grade class were selected as the comparison group. The research group students received discussion-based AI eco-transition education, while the comparison group received general eco-transition education. To conduct this study, pre- and post-tests on climate change perception, knowledge, and attitude, and environmental literacy were administered, and the results were analyzed. The conclusions drawn through this study are as follows: Firstly, discussion-based AI eco-transition education was effective in improving elementary students' perception, knowledge, and attitude towards climate change. Through the eco-transition education program, students came to recognize the severity of climate change and developed correct perceptions. They naturally acquired concepts and knowledge related to climate change throughout the lesson progression. Furthermore, students were observed to cultivate appropriate attitudes for mitigating climate change, and this difference was found to be statistically significant. Secondly, discussion-based AI eco-transition education improved elementary students' environmental literacy. As a result of analyzing environmental literacy, divided into the domains of environmental attitude and values, sensitivity, and pro-environmental behavior, the environmental literacy of the research group improved in all areas after the discussion-based AI eco-transition education compared to before the intervention. This signifies that discussion-based AI eco-transition education had a positive influence on improving elementary students' environmental literacy.

본 연구의 목적은 프로젝트 기반 생태환경교육이 환경소양과 생태감수성에 미치는 효과를 알아보는데 있다. 연구의 대상은 B광역시에 소재한 S초등학교 6학 년 2개 학급으로 연구집단과 비교집단은 각각 24명이 다. 프로젝트 기반 생태환경교육을 위해 각 교과별 교 육과정을 분석하여 교과 간 통합을 통한 프로젝트 기 반 생태환경교육 교육프로그램을 개발하였다. 연구집 단에는 프로젝트 기반 생태환경교육 프로그램을 적용 하였고 비교집단에는 교사용 지도서에 따른 일반적 교 과 수업을 10차시씩 각각 구안하여 적용하였다. 적용 후 연구의 효과를 분석하기 위해 t-검정을 실시하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 프로젝트 기반 생태환경교육을 적용한 연구집단과 교사용 지도서에 근거한 일반적인 수업을 적용한 비교집단 사이에는 환 경소양에 통계적으로 유의미한 차이가 있었다. 둘째, 프로젝트 기반 생태환경교육을 적용한 연구집단과 교 사용 지도서에 근거한 일반적인 수업을 적용한 비교집 단 사이에는 생태감수성에 통계적으로 유의미한 차이 가 있었다. 셋째, 프로젝트 기반 생태환경교육을 실시 한 후 연구집단에 실시한 인식 설문지를 분석한 결과, 프로젝트 기반 생태환경교육에 대해 학생들이 긍정적 인 반응을 보였다. 이러한 연구 결과를 통하여 프로젝 트 기반 생태환경교육이 환경소양과 생태감수성에 긍 정적인 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다.

The purpose of this study was to examine the effects of project-based ecological environment education on environmental literacy and ecological sensitivity. The study target was two classes of the 6th grade attending S elementary school in Busan metropolitan city. The research group and the comparison group are all composed of 24 students each, bringing the total to 48 students. While the research group received project-based ecological environment education program, the comparison group received a general subject class according to the teacher's guide. To analyze the effects of the study I applied a t-test. The research findings were as follows: First, there was a statistically significant difference in environmental literacy between the research group applying project-based ecological environmental education and the comparison group applying general classes based on teacher guides. Second, there was a statistically significant difference in ecological sensitivity between the research group to which project-based ecological environmental education was applied and the comparison group to which general science classes were applied based on teacher guides. Finally, after conducting a perception survey with the experimental group, the students showed positive responses towards project-based ecological environment education. These findings confirm that project-based ecological environmental education has a positive impact on both environmental literacy and ecological sensitivity.

이번 연구의 목적은 초등 예비교사들이 동료 예비 교사들이 실시한 과학탐구 프로젝트 결과를 평가한 내 용을 분석하여 초등 예비교사가 가지고 있는 과학탐구 에 대한 관점을 알아보는 것이었다. 연구를 위해 우리 나라 중부지방의 교사 양성 대학에 재학 중인 2023년 2학년 학생 42명, 2024년 2학년 학생 45명이 작성한 상 호평가지를 수집하여 분석하였다. 연구한 결과는 다음 과 같다. 첫째, 초등 예비교사의 과학탐구에 대한 관점 을 분석한 결과 ‘과학탐구 내용 및 기능’, ‘과학탐구 절 차’, ‘과학탐구 결과 발표 방식’, ‘과학탐구 태도’의 4개 의 범주로 귀납할 수 있었으며, 하위 요소로 주제 묶음 은 9개로 구성할 수 있었다. 둘째, ‘과학탐구 내용 및 기능’의 범주에는 ‘과학 개념, 원리, 이론의 반영’, ‘주 제 선정의 적절성’, ‘탐구결과 정리 및 결론의 적절성’ 의 주제 묶음이 구성되었다. 셋쩨, ‘과학탐구 절차’의 범주에는 ‘탐구 동기의 명확성’, ‘탐구 설계의 체계성’, ‘실험 도구 선택의 적절성’, ‘실험 안전 지도’의 주제묶 음이 구성되었다. 넷째, ‘과학탐구결과 발표 방식’의 범주에는 ‘효과적인 실험 발표 형식’의 주제묶음이 구 성되었다. 다섯째, ‘과학탐구 태도’의 범주에는 ‘과학 탐구에 대한 적극성’이라는 주제묶음이 구성되었다. 이번 연구를 통해 학습자의 과학탐구에 대한 관점을 분석하기 위해 지금까지 실시되었던 자기보고식 방법 이 아닌 객관적이고 실증적인 자료를 토대로 살펴보는 것은 매우 의미 있다는 것을 확인할 수 있었다. 더불어 과학탐구를 경험한 학습자가 동료의 과학탐구를 평가 하는 활동은 학습자에게 반성적 사고를 일으켜 과학 탐구에 대한 자신의 신념을 재정립할 수 있는 기회를 제공해줄 수 있다는 점을 확인할 수 있었다.

The purpose of this study was to explore elementary preservice teachers' perspectives on scientific inquiry by analyzing their peer assessments of science inquiry project outcomes conducted by fellow preservice teachers. For this research, peer evaluation forms were collected and analyzed from 42 second-year students enrolled in 2023 and 45 second-year students enrolled in 2024 at a teacher education university located in central Korea. The findings are as follows: First, analysis of elementary preservice teachers' views on scientific inquiry revealed four inductive categories: "content and skills of scientific inquiry," "procedures of scientific inquiry," "presentation of scientific inquiry outcomes," and "attitude toward scientific inquiry," further divided into nine subgroups. Second, the category "content and skills of scientific inquiry" included the subgroups: "reflection of scientific concepts, principles, and theories," "appropriateness of topic selection," and "adequacy of summarizing inquiry results and conclusions." Third, the category "procedures of scientific inquiry" included subgroups: "clarity of inquiry motivation," "systematic design of inquiry," "appropriateness of experimental tool selection," and "guidance on experimental safety." Fourth, the category "presentation of scientific inquiry outcomes" encompassed the subgroup: "effective format for presenting experimental results." Fifth, the category "attitude toward scientific inquiry" included the subgroup: "proactiveness toward scientific inquiry." Through this study, it was demonstrated that analyzing learners' perspectives on scientific inquiry using objective, empirical data rather than self-report methods provided meaningful insights. Additionally, it was found that evaluating peers' scientific inquiry projects offers learners an opportunity for reflective thinking, helping them reconsider and solidify their beliefs about scientific inquiry.

This study aimed to enhance the teaching competency of pre-service science teachers by implementing a lesson mentoring program and evaluating its effectiveness through an analysis based on the Reformed Teaching Observation Protocol (RTOP). To achieve this, four mentoring sessions were conducted before and during the teaching practicum, with observations and analyses of lessons delivered by five pre-service science teachers. The results indicated that most participants demonstrated a gradual improvement in their teaching competence through mentoring. Specifically, PT1 consistently maintained high RTOP scores across all domains, PT3 exhibited significant improvement in the later lessons, and PT4 and PT5 achieved score increases through immediate feedback and advice provided by the mentoring program. Conversely, PT2 experienced a decline in RTOP scores due to insufficient preparation and changes in the lesson topic. These findings indicate that the lesson mentoring program had a positive impact on the development of teaching professionalism among pre-service science teachers. An analysis of the RTOP scores by domain revealed that scores in lesson planning and implementation, as well as propositional knowledge, were relatively high even before the practicum. However, scores in procedural knowledge, communication and interaction, and student-teacher relationship domains showed progressive improvement through the practicum and mentoring. Based on these findings, the study recommends practical strategies for effective lesson mentoring, including timely feedback, ensuring sufficient opportunities for lesson delivery during the practicum, and systematic integration of subject-specific pedagogy with the teaching practicum.

본 연구는 예비과학교사의 수업역량 함양을 목적으로 수업 멘토링 프로그램을 운영하고, RTOP 분석을 중심으로 그 효과를 검토하였다. 이를 위해 교육실습 전과 실습 중에 총 4회의 멘토링을 실시하고, 그 중 5 명의 예비과학교사 수업을 관찰·분석하였다. 연구 결 과, 대부분의 예비과학교사들은 멘토링을 통해 점진적으로 수업역량이 향상되었음을 보였다. PT1은 모든 영 역에서 일관되게 높은 RTOP 점수를 유지하였고, PT3 은 후반 수업에서 큰 점수 상승을 보였으며, PT4와 PT5는 멘토링 프로그램의 즉각적인 피드백과 조언을 받아 RTOP 점수가 향상되었다. 한편 PT2는 준비 부족 및 주제 변화로 인해 RTOP 점수의 하락을 경험하였 다. 이러한 결과는 수업 멘토링 프로그램이 예비과학 교사의 수업역량 발달에 긍정적인 영향을 미쳤음을 시 사한다. 또한 멘티 수업에서 RTOP의 영역별 점수 변 화를 분석하여, 수업 계획과 실행, 명제적 지식 영역에 서는 교육실습 전부터 높은 점수를 보인 반면, 과정적 지식, 의사소통 및 상호작용, 학생-교사 관계 영역은 교육실습과 멘토링을 거치며 점진적으로 향상됨을 확 인하였다. 끝으로, 본 연구는 효과적인 수업 멘토링 방 안으로 적시 피드백 제공, 교육실습 내 충분한 수업 기 회 보장, 교육실습과 연계한 교과교육과정의 체계적 운영을 제안하였다.

이 연구는 예비 초등교사들이 디지털 실험 수업과 실물 실험 수업을 경험한 후 각 방식에 대해 어떻게 인식하고 있는지를 분석하는데 목적이 있다. 이를 위 해 예비교사 49명이 초등 과학 교과서의 세 가지 탐구 활동(물체의 무게, 온도와 열, 전기의 이용)을 디지털 실험과 실물 실험 방식으로 모두 수행하였다. 디지털 실험은 시뮬레이션(자바실험실, PhET) 및 MBL 센서를 활용하였고, 실물 실험은 교과서에 제시된 방법대로 진행하였다. 자료는 실험 중 녹화된 대화 및 행동, 실 험 후 서술형 설문을 통해 수집되었으며, 귀납적 분석 을 통해 해석되었다. 연구 결과, 예비교사들은 디지털 실험의 효율성과 정확성, 반복 가능성을 긍정적으로 평가하였고, 실물 실험에서는 감각적 체험과 탐구 과 정의 진정성, 학생 주도성 등을 중시하였다. 선호도 조 사에서는 실물 실험이 더 적합하다는 응답이 가장 많 았고, 두 방식을 상호보완적으로 활용해야 한다는 의 견도 나타났다. 예비교사들이 실험 수업을 단순한 활 동 수행이 아닌 과학 개념 형성과 탐구 경험의 전략적 수단으로 인식하고 있고, 디지털 실험과 실물 실험의 장단점을 고려하여 수업 목표와 상황에 맞는 하이브리 드 실험 설계 전략이 필요함을 시사한다.

This study analyzd how pre-service elementary teachers perceive digital and hands-on science lessons after experiencing both types of instruction. To this end, 49 pre-service teachers participated in three inquiry-based activities from the elementary science curriculum—measuring the weight of objects, measuring temperature changes when two objects are in contact, and comparing the brightness of bulbs based on circuit connections—using both digital and hands-on experimental approaches. The digital experiments were conducted using simulations (JavaLab, PhET) and MBL sensors, while the hands-on experiments followed the procedures outlined in the textbooks. Data were collected through video recordings of team-based discussions and behaviors during the experiments, as well as open-ended surveys completed afterward. Using inductive content analysis, the data were interpreted to identify emerging patterns. The results showed that pre-service teachers positively perceived the efficiency, accuracy, and repeatability of digital experiments, while emphasizing the value of sensory experience, authenticity of inquiry, and student-centered engagement in hands-on experiments. In the preference survey, most participants favored hands-on experiments, while many also expressed the need for complementary use of both methods. These findings suggest that pre-service teachers view experiment-based lessons as strategic tools for fostering conceptual understanding and inquiry, indicating the need for hybrid instructional design strategies tailored to instructional goals and classroom contexts.

본 연구는 예비 초등교사들이 화산체 형성과정을 어떻게 인식하는지를 분석하고, 그 과정에서 지질학적 시간 개념이 어떻게 적용되고 있는지를 밝히기 위한 것이다. 연구는 B광역시에 소재한 P교육대학교의 과 학교육과 재학생 28명을 대상으로 실시되었으며, 참여 자들은 화산 관련 수업을 이수하기 전 상태에서 연구 에 참여하였다. 자료 수집은 세 가지 방식으로 이루어 졌다. 첫째, 화산 형성과 관련된 지질학 개념의 이해도 를 측정하기 위해 「2015 개정 교육과정 초등학교 과학 교사용 지도서」의 핵심 개념을 바탕으로 구성된 객관 식 문항 5문항을 활용하였다. 둘째, 단기간에 형성된 멕시코 파라쿠틴 화산과 장기간에 걸쳐 형성된 하와이 마우나로아 화산의 위성 이미지 자료를 제시하고, 어 느 화산이 더 오래 형성되었는지를 판단하게 한 뒤, 그 이유를 자유롭게 서술하게 하였다. 셋째, 화산체 형성 과정을 시간 개념을 포함하여 설명하도록 요구하는 비 정형 서술형 문항을 통해 시간 개념 적용 방식을 파악 하였다. 수집된 자료는 예비교사들의 지질학적 시간 인식 유형에 따라 연대기적 추론 군집(Chronological Reasoning Group)과 비과학적 추론 군집(Non-scientific Reasoning Group)으로 분류하였으며, 각 군집별 응답을 바탕으로 언어 네트워크 분석과 주제어 기반 토픽 모 델링 분석을 수행하였다. 분석 결과, 연대기적 추론 군 집은 침식, 풍화, 냉각, 반복 등 시간의 흐름에 따른 지 질학적 변화를 인식하며 화산체 형성을 설명한 반면, 비과학적 추론 군집은 화산의 색, 크기, 외형 등 직관 적 인상에 기반하여 추론을 수행하였다. 또한 두 군집 간 지질학 개념 이해도에 차이가 있는지를 분석한 Mann-Whitney U 검정 결과, 연대기적 추론 군집이 유 의미하게 높은 개념 이해도를 보였다(p = .004). 마지 막으로, 군집별로 지질학적 시간 관련 노드의 중심도 와 연결 구조를 비교한 결과, 연대기적 추론 군집은 시 간 개념이 다양한 지질학적 개념과 연결되어 있는 반 면, 비과학적 추론 군집은 단일 개념에만 제한적으로 연결되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 예비 교사들의 지질학 개념 이해에 있어 지질학적 시간 인 식이 중요한 역할을 한다는 점을 시사하며, 시간 개념 교육의 필요성과 효과적인 교수설계 방안 마련의 중요 성을 강조한다.

This study aims to analyze how pre-service elementary teachers understand volcanic landform formation and how the concept of geological time is applied in their reasoning processes. The research was conducted with 28 pre-service elementary teachers enrolled in the Department of Science Education at P University of Education, located in metropolitan B. None of the participants had received formal instruction on volcano-related topics prior to the study. Data were collected using three tools. First, a multiple-choice test consisting of five items was developed based on the core concepts from the 2015 revised national science curriculum to assess participants’ understanding of geological concepts related to volcano formation. Second, participants were shown satellite images of two volcanoes—Parícutin in Mexico, which formed over a short period, and Mauna Loa in Hawaii, which developed over an extended geological timespan. Participants were asked to identify which volcano had taken longer to form and provide a rationale. Third, an open-ended writing task was administered, prompting participants to explain the formation of a volcano, including temporal expressions references to geological time. Based on their reasoning regarding geological time, participants were categorized into two clusters: the Chronological Reasoning Group and the Non-scientific Reasoning Group. A Semantic network analysis and topic modeling were conducted for each cluster’s responses. The Chronological Reasoning Group recognized geological changes such as erosion, weathering, cooling, and repetition over time, constructing explanations grounded in scientific indicators. In contrast, the Non-scientific Reasoning Group relied on intuitive impressions, such as color, size, and general appearance of volcanoes. A Mann-Whitney U test was conducted to compare the understanding of geological concepts between the two clusters, revealing that the Chronological Reasoning Group scored significantly higher in concept comprehension statistically (p = .004). Furthermore, analysis of the centrality and connectivity of temporal nodes in each group’s language network showed that the Chronological Reasoning Group linked the concept of time with a broader range of geological processes, whereas the Non-scientific Reasoning Group exhibited minimal and restricted connections, mostly limited to the concept of "formation." These findings highlight the essential role of temporal reasoning in the understanding of geological concepts and underscore the importance of targeted instructional design for developing students’ conceptualization of geological time.