Earticle

본 연구는 대학 캠퍼스 공간을 야외학습장으로 활 용한 프로그램이 학습자의 장소 경험을 재구성하고, 토포필리아를 형성하는 과정을 질적으로 탐색하며 지구과학 교육적 의미를 규명하는 데 목적이 있다. 특히 캠퍼스를 장소기반 학습 환경으로 간주하고, 다양한 장소에서의 직접적·감각적 경험이 학습자의 인식, 정 서, 학습 태도에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 대학 신입생을 대상으로 캠퍼스 주요 장소를 활용한 야외학습 프로그램을 개발하여 시범 적용하고, 활동 결과물, 관찰 기록, 인터뷰 자료를 중심으로 질적 분석 을 수행하였다. 개발 프로그램은 장소 탐색, 감각적 경험을 통한 의미 구성, 성찰의 단계로 설계되었다. 연구 결과, 야외학습은 일상적 공간을 의미 있는 장소로 재인식하게 하였으며 감각적 현장 경험은 지각과 정서를 매개로 개인적 의미와 기억 형성을 촉진하는 것으로 나타났다. 또한 학습자는 장소에 대한 긍정적 정서와 애착 형성의 가능성을 나타냈으며 이는 대학에 대한 소속감과 학습 참여를 증진시키는 요인으로 작용할 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 캠퍼스 기반 야외학습 이 지구과학교육에서 요구되는 현장 경험 중심 학습을 확장하며 장소 기반 및 감각 중심 학습 설계의 필요성을 시사한다.

This study qualitatively examines how a campus space-based outdoor learning program reconstructs students’ place experiences and fosters topophilia, and explores its implications for earth science education. The university campus is conceptualized as a place-based learning environment, with particular attention to how direct and sensory-rich experiences across diverse locations influence students’ cognition, affect, and learning dispositions. An outdoor learning program was developed and pilot-implemented with first-year university students, utilizing key campus sites as learning spaces. Data were collected through student artifacts, field observations, and semi-structured interviews, and analyzed using qualitative methods. The program was structured into phases of place exploration, meaning construction through sensory experience, and reflective engagement. The findings indicate that outdoor learning facilitated a shift in students’ perceptions of campus spaces, transforming routine environments into meaningful places. Sensory field experiences mediated perception and emotion, promoting the formation of personal meanings and memories. Students also developed place attachment (topophilia), which contributed to a stronger sense of belonging and increased engagement in learning. This study highlights the potential of campus space-based outdoor learning to extend field experience-centered learning in earth science education and underscores the importance of integrating place-based and sensory-oriented approaches in the design of outdoor learning environments.

이 연구는 초등 예비교사들의 실험 활동의 경험을 바탕으로 과학 실험 활동의 어려움과 그 이유, 어려움 에 대한 개선 전략을 도출하는 데 목적이 있다. 이를 위해 127명의 초등 예비교사를 대상으로 초등 대기과 학 영역의 3가지 탐구 활동(습도 측정, 안개 발생, 바 람 발생 모형)을 수행하게 하였으며, 사전사후 설문 및 관찰 기록을 수집하여 양적 및 질적 분석을 실시하였 다. 연구 결과, 첫째, 예비교사들은 학습자가 실험 매 뉴얼을 활용한 실험 활동에서 인지적 어려움, 조작적 어려움, 현상적 어려움, 안전적 어려움을 겪는 것으로 인식했다. 둘째, 예비교사들은 이러한 어려움을 극복 하기 위해 절차의 표상을 위한 인지적 비계 제공, 단순 물리적 조작의 최소화, 최선의 결과를 도출하기 위한 실험 세팅, 현상 관찰을 위한 비계 제공, 실험 활동에 대한 모델 형성 지원이라는 5가지 범주의 16개 개선 전략을 제안하였다. 이러한 결과를 바탕으로 예비교사가 도출한 전략의 의미에 대해 논의하였다.

This study aims to identify learners' difficulties in science experimental activities, the reasons behind them, and strategies for improvement, based on the experimental experiences of elementary pre-service teachers. To achieve this, 127 elementary pre-service teachers conducted three inquiry activities in the domain of elementary atmospheric science (humidity measurement, fog generation, and wind generation modeling). Both quantitative and qualitative analyses were conducted using data collected from pre- and post-surveys and observation records. The results of the study are as follows. First, the pre-service teachers perceived that learners experience cognitive, operational, phenomenal, and safety-related difficulties during experimental activities using experiment manuals. Second, to overcome these difficulties, the pre-service teachers proposed 16 improvement strategies categorized into five areas: providing cognitive scaffolding for procedural representation, minimizing simple physical manipulation, optimizing the experimental setup to achieve the best results, providing scaffolding for observing phenomena, and supporting model formation for experimental activities. Based on these findings, the educational implications of the strategies derived by the pre-service teachers are discussed.

이 연구는 초등학교 교사인 연구자가 2년 동안 과 학발명품경진대회를 지도하면서 경험한 것을 자문화 기술지 방법으로 탐색한 질적연구이다. 교사의 성찰기 록지, 학생의 작품 설명서 및 탐구일지, 학생과 학부모 면담자료를 활용하여 두 학생이 보여준 상이한 탐구 태도와 그 원인을 분석하였다. 이 연구는 자기결정성 이론(Ryan & Deci, 2020)을 통해 두 학생의 동기를 이 해하고 두 학생의 동기와 그 교육적 효과를 탐색적으 로 해석하였다. 연구 결과, 외재적 동기로 과학발명품 경진대회를 참여한 학생은 제한된 자율성과 유능성을 경험했음에도 교사가 제시한 범위 안에서 성실하게 과제를 수행하는 수준에 머물러 자발적 탐구로의 확장이 나 대회 이후의 과학학습 지속성으로 이어지지 않는 반면, 내재적 동기로 참여한 학생은 기술적 어려움 앞에서도 능동적인 탐구 의지를 보였으며 대회 이후 과 학학습의 지속하려는 의지를 통해 과학 진로 포부를 형성하였다. 이를 Dionne et al.(2012)의 과학경진대회 참여 요인 모델을 과학발명품경진대회의 맥락에서 해 석한 결과, 참여 동기의 성격이 보상과 성취의 차이를 유발하고 있음을 분석하였다. 이에 본 연구는 현행 과 학발명품경진대회에서 발현되고 있지 못하는 관계성 영역에 주목하면서 1인 출품 원칙과 심사 중심 운영이 사회적 측면의 경험을 구조적으로 제한하고 있음을 지적하고, 팀별 출전 허용, 참가자 간 교류 프로그램 도입 등의 구조적 개선 방향을 제언하였다.

This study is a qualitative inquiry that employs autoethnography to explore an elementary school teacher's two-year experience of mentoring students in the National Student Science Invention Competition. Using the teacher's reflective journals, students' invention reports and inquiry notebooks, and interviews with the students and their parents, the study analyzes the divergent inquiry attitudes of two students and their underlying causes. Drawing on self-determination theory (Ryan & Deci, 2020) as an interpretive lens, it understands the two students' motivation and exploratively interprets their motivation and its educational outcomes. The findings show that the student who participated with extrinsic motivation, although experiencing only a limited sense of autonomy and competence, performed diligently within the boundaries set by the teacher but did not extend into voluntary inquiry or lead to sustained science learning after the competition. In contrast, the student who participated with intrinsic motivation demonstrated active inquiry even in the face of technical difficulties and, through a sustained will to learn science, formed a science career aspiration. Interpreting these cases in the context of the science invention competition through Dionne et al.'s (2012) factor model for science fair participation, the study finds that the nature of participation motivation gives rise to a difference between reward orientation and achievement orientation. Attending to the relatedness that is currently left unrealized in the science invention competition, the study points out that the individual-entry principle and the judging-centered format structurally limit experiences of the social dimension, and it proposes structural improvements such as permitting team entries and introducing peer exchange programs among participants.

본 연구에서는 교육실습의 수업 협의회에서 예비 과학교사가 자신의 수업과 동료의 수업을 반성할 때 고려하는 PCK 요소와 PCK 요소의 상호작용을 비교하였 다. 사범대학 지구과학교육과의 예비교사 5명이 연구에 참여하였으며, 이들이 교육실습 기간에 진행한 총 10개 차시의 수업에 대한 협의회를 녹음하여 전사하였 다. 전사본을 의미 단위로 구분하고 각 의미 단위를 자기 수업에 대한 반성과 동료 수업에 대한 반성으로 분 류한 뒤, PCK 요소와 그 상호작용을 분석하였다. 분석 결과, 예비교사들이 고려한 PCK 요소는 동료의 수업 을 반성할 때보다 자신의 수업을 반성할 때 더 많았으며, 이러한 차이는 특히 ‘교수전략’과 ‘교육과정’에서 두드러졌다. 반대로 ‘학생’은 동료의 수업을 반성할 때 더 자주 고려하였다. PCK 요소 사이의 상호작용은 자기 수업 반성보다 동료 수업 반성에서 더 자주, 더 다양한 유형으로 나타났는데, 이는 동료의 수업을 반성 할 때 더 많이 고려한 ‘학생’이 다른 PCK 요소와 긴밀히 맞물린 결과로 볼 수 있었다. 이러한 결과는 자기 수업에 대한 반성과 동료 수업에 대한 반성이 서로 다른 강점을 지니며 상호 보완적임을 보여준다. 이상의 결과를 바탕으로 교육실습의 수업 협의회를 효과적으로 운영하기 위한 시사점을 논의하였다.

This study compared the PCK components and their interactions that pre-service science teachers considered when reflecting on their own lessons versus on their peers’ lessons during teaching practice conferences. Five pre-service teachers from the Department of Earth Science Education at a college of education participated in the study, and the conferences following the 10 lessons they taught during the teaching practicum were recorded and transcribed. The transcripts were segmented into meaning units, each of which was classified as a reflection on either one’s own lesson or a peer’s lesson, and the PCK components and their interactions were then analyzed. The pre-service teachers considered more PCK components when reflecting on their own lessons than on their peers’ lessons, and this difference was most pronounced for ‘instructional strategies’ and ‘curriculum.’ In contrast, ‘learners’ was considered more often in reflections on peers’ lessons. Interactions among PCK components were also more frequent and more diverse in reflections on peers’ lessons than on one’s own lessons; this pattern was largely attributable to the ‘learners’ component, which was closely interwoven with other PCK components. These findings indicate that reflecting on one’s own lessons and reflecting on peers’ lessons have distinct and mutually complementary strengths. Based on these results, implications for the effective operation of teaching practice conferences are discussed.

본 연구의 목적은 생성형 AI 기반 POE 수업이 초등 학생의 과학학습 동기 및 과학적 태도에 어떠한 영향 을 미치는지를 알아보는 데 있다. 본 연구를 수행하기 위하여 B광역시 소재 S초등학교 6학년 학생 42명을 대상으로 기존 학급을 활용한 준실험설계(quasi-ex- perimental design)를 적용하였다. 연구집단은 22명, 비교집단은 20명으로 구성하였다. 연구집단에는 생성형 AI 기반 POE 수업 10차시를 적용하였고, 비교집단에는 교육과정에 근거한 일반 탐구 활동 중심 수업 10차시를 적용하였다. 연구집단과 비교집단을 대상으로 과학학습 동기 및 과학적 태도에 대한 사전검사를 실시 하였으며, 수업 처치 후 사후검사를 실시하였다. 또한 연구집단을 대상으로 생성형 AI 기반 POE 수업에 대한 만족도, 흥미도, 참여도 및 생성형 AI 활용 유용성 에 관한 수업 인식 검사를 실시하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 생성형 AI 기반 POE 수업은 초등학생의 과학학습 동기 향상에 통계적으로 유의미한 효과를 나타내었으며, 효과 크기(Cohen’s d=.90) 또한 크게 나타나 교육적으로도 의미 있는 교수·학습 전략 임이 확인되었다. 과학학습 동기의 하위 영역인 자아 효능감, 피상적 전략, 심층적 전략, 자아개념 능력, 가치, 기대, 능력중심 목표지향 및 학습중심 목표지향 영역에서 모두 긍정적인 변화가 나타났다. 둘째, 생성형 AI 기반 POE 수업은 초등학생의 과학적 태도를 향상시키는데 통계적으로 유의미한 효과를 나타내었으며, 효과 크기(Cohen’s d=.93) 또한 크게 나타나 교육적으로도 의미 있는 영향을 미친 것으로 확인되었다. 과학적 태도의 하위 영역인 호기심, 개방성, 비판성, 협동성, 자진성, 끈기성 및 창의성 영역에서 모두 긍정적인 변화가 나타났다. 셋째, 생성형 AI 기반 POE 수업에 대한 초등학생의 인식을 분석한 결과 전반적으로 매우 긍정적인 반응이 나타났다. 연구집단 학생 중 77%가 수업에 매우 만족한다고 응답하였으며, 82%가 매우 흥미로웠다고 응답하였다. 또한 86%의 학생들이 수업에 적극적으로 참여하였다고 응답하였고, 73%의 학생들은 생성형 AI 활용이 과학 개념 이해와 탐구 활동에 매우 도움이 되었다고 응답하였다. 이상의 결과를 통해 생성형 AI 기반 POE 수업은 초등학생의 과학학습 동기와 과학적 태도를 향상시키는 데 효과적이고 교육적으로도 의미 있는 교수·학습 전략이며, 학생들로부터 높은 수준의 긍정적 인식을 얻고 있음을 확인할 수 있었다.

The purpose of this study was to investigate the effects of generative AI-based POE (Prediction–Observation–Explanation) instruction on elementary school students’ science learning motivation and scientific attitudes. To achieve this purpose, forty-two sixth-grade students from S Elementary School located in Busan Metropolitan City were assigned to an experimental group (n = 22) and a control group (n = 20) using a quasi-experimental design based on existing classes. The experimental group participated in 10 sessions of generative AI-based POE instruction, whereas the control group received 10 sessions of traditional teacher-centered science lessons and general inquiry-based activities based on the national curriculum. Prior to the intervention, both groups completed pre-tests measuring science learning motivation and scientific attitudes, and post-tests were administered after the 10-session program. In addition, the experimental group completed a students’ perception survey consisting of items related to satisfaction, interest, participation, and the usefulness of generative AI in science learning. The findings of this study were as follows. First, generative AI-based POE instruction had a statistically significant positive effect on improving elementary students’ science learning motivation. Second, it also had a significant positive effect on enhancing students’ scientific attitudes. Third, an analysis of students’ perceptions revealed highly favorable responses toward the program. Among the experimental group, 77% of the students reported being very satisfied with the instruction, 82% expressed a high level of interest, and 86% indicated active participation, demonstrating strong engagement in the learning process. In addition, 73% of the students responded that the use of generative AI was very helpful in understanding scientific concepts and supporting inquiry activities. In conclusion, the findings suggest that generative AI-based POE instruction is an effective instructional approach for promoting elementary students’ science learning motivation and scientific attitudes and is positively perceived by participating students.

연구의 목적은, 책임 있는 친환경 행동을 위하여 우리가 자연환경에서 진정하게 보존해야 하는 공시적이고 개체론적인 고유한 가치를, 구체적으로 실현하기 위 하여 전체론적인 환경 윤리 가치로 확장하고 점검하는 하나의 과정으로 “가치판단 추론 틀”로 정식화하는 것이다. 이러한 과정의 이해는, 환경교육의 목표인 자연에 대한 환경 윤리적 바람직한 태도를 넘어, 책임 있는 친환경 행동으로 가는 전략이다. 특히, 윤리적 바람직한 태도를 이끄는 환경윤리의 도입으로, 과학적 고유한(인식적) 가치는, 윤리적 가치로 실현되고 점검 되어야 한다. 연구의 방법론으로, 이러한 일련의 과정을 “가치 판단 추론 틀”로 정식화한다. 현대 과학이론의 혁명적 전이 과정에서 체험되는 이론의 정합성을 기반으로 한 대칭성, 그리고 단순성, 무엇보다도 인과적 결정론에 따른 정확성 등의, 고유한 가치의 윤리적 실현을 위해, 생명 공동체의 안전성(특히 기후 위기, 등등)이 훼손되 었다면, 통시적이고 전체론적인 환경 윤리적 가치인 특히, 생명 공동체의 생존조건인 완전성(integrity)과 안정성(Stability)이라는 환경 윤리적 가치를 회복하는 것이 당연하다는 바람직한 친 환경 태도를 가진다. 방법론의 적용으로, 중력장에서 아인슈타인의 자유 낙하하는 엘리베이터 안과 밖의 사고 실험의 과정의 경험의 판단사실을 기반으로 그것에 대한 환경 윤리적 가치 판단을 하는 것이다. 현재의 우주는, 선택압으로 물체의 존재 조건이 생물체의 생존 조건으로 유전자처럼, 기본 물리량들이 아주 정교하게 조정된 듯한 생명 친화적 우주라 는 것이다. 교육적 시사점으로, 우리는 환경 학습자에게 일련의 교육을 통하여 과학이론과 그 이론이 적용되는 자연 속에 내재되어 있는 인식적 미적 가치를 환경 윤리적 가치로 점검, 확장하여 책임있는 환경행동으로 이끌어 주어야 한다. 무엇보다도, “공유지 비극”으로 비유되는 기후위기에 대한 우리의 인과론적 책임뿐만 아니라 도덕적 책임을 견지하는 교육이 되어야 한다.

The purpose of this research is to formulate a “value judgment reasoning framework” as a process of expanding and examining the synchronic and individualistic inherent values that we must genuinely preserve in the natural environment for responsible eco-friendly behavior into holistic environmental ethical values, in order to realize them concretely. Understanding this process is a strategy for moving beyond the goal of environmental education—a desirable environmentally ethical attitude toward nature— to toward responsible eco-friendly behavior. In particular, through the introduction of environmental ethics that guides such desirable ethical attitudes, inherent scientific (epistemological) values must be realized and examined as ethical values. As a methodology for this study, this series of processes is formulated as a “value judgment reasoning framework.” It adopts a desirable pro-economic attitude that holds that for the ethical realization of inherent values—such as symmetry based on theoretical coherence experienced during the revolutionary transition of modern scientific theories, simplicity, and, above all, accuracy based on causal determinism—it is only natural to restore diachronic and holistic environmental ethical values, specifically integrity and stability, which are conditions for the survival of the biotic community, if the safety of the biotic community (especially regarding the climate crisis, etc.) has been compromised. Through the application of this methodology, environmental and ethical value judgments are made based on experiential facts regarding the process of Einstein's thought experiment of the free-falling elevator inside and outside a gravitational field. The current universe appears to be a life-friendly one, where fundamental physical quantities seem to be finely tuned—much like genes—for the conditions of existence of objects and the conditions of survival of living organisms through selective pressure. As for educational implications, we must guide environmental learners toward responsible environmental behaviors by examining and expanding the epistemic and aesthetic values inherent in scientific theories and the nature to which they apply into environmental and ethical values through a series of educational programs. Above all, this education must uphold not only our causal responsibility but also our moral responsibility regarding the climate crisis, which is likened to the “tragedy of the commons.”

이 연구의 목적은 교육실습에 참여한 예비 과학교 사의 중학교 과학 수업에서 나타나는 교사-학생 상호 작용의 구성 요소와 담화 구조를 탐색하는 것이다. 이 를 위해 지구과학교육 전공 예비 과학교사 3명이 교육 실습 기간 중 실행한 중학교 과학 수업 총 9차시를 분 석하였다. 수업 영상과 음성 자료를 전사한 뒤, 상호작 용 시작 주체, 교사의 질문 유형, 학생 응답 형태, 교사 피드백 유형을 분석하였으며, 교사 발문 이후 학생 응 답과 교사 피드백이 어떠한 IRF 및 I(RF) 구조로 전개 되는지를 살펴보았다. 연구 결과 예비 과학교사의 수 업에서 교사-학생 상호작용은 대부분 교사의 발문이나 안내로 시작되었고 교사의 질문은 단순 확인 질문과 기억 질문이 주를 이루었다. 학생 응답은 주로 단답형 응답에 집중되었으며 교사의 피드백은 정오 판단, 설 명, 추가 질문을 중심으로 나타났다. 담화 구조 측면에 서는 단회적 IRF 구조와 학생 응답 및 교사 피드백이 반복되는 I(RF) 구조가 함께 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 반복형 I(RF) 구조의 출현은 상호작용의 양 적 확장을 보여줄 수 있으나, 이를 곧바로 학생 사고의 확장이나 상호작용의 질적 향상으로 해석하기는 어렵 다는 것, 동일하거나 유사한 수업 주제를 다루더라도 학생 응답 이후 교사가 이를 어떻게 받아들이고 후속 발화로 연결하는가에 따라 상호작용의 전개 양상이 달 라질 수 있음을 논의하였다. 연구 결과와 논의를 바탕 으로 예비 과학교사 교육에서는 발문 유형을 다양화하 는 전략과 함께 후속 발화 전략을 구체적으로 지도할 필요가 있음을 제언하였다.

The purpose of this study was to explore the components and discourse structures of teacher–student interactions in middle school science lessons taught by preservice science teachers during teaching practicum. For this purpose, a total of nine middle school science lessons taught by three preservice science teachers majoring in Earth science education were analyzed. Video and audio recordings of the lessons were transcribed, and the data were analyzed in terms of the initiator of interaction, types of teacher questions, forms of student responses, and types of teacher feedback. In addition, this study examined how student responses and teacher feedback developed into IRF and I(RF)n structures after teacher initiation. The results showed that most teacher–student interactions were initiated by the teacher, and teacher questions were mainly composed of simple confirmation questions and recall questions. Student responses were mostly short-answer responses, while teacher feedback was mainly characterized by correctness judgments, explanations, and additional questions. In terms of discourse structure, both single IRF structures and repeated I(RF)n structures were observed. Based on these results, this study discussed that the occurrence of repeated I(RF)n structures may indicate the quantitative expansion of interaction, but it cannot be directly interpreted as the expansion of student thinking or the qualitative improvement of interaction. It also discussed that, even when the same or similar lesson topics were addressed, the patterns of interaction could differ depending on how teachers accepted student responses and connected them to follow-up utterances. Based on the findings and discussion, this study suggests that preservice science teacher education should include not only strategies for diversifying question types but also explicit guidance on follow-up utterance strategies after student responses.

본 연구는 13개 지구과학 문턱 개념 틀 구인 — 엄밀한 의미의 문턱 개념(threshold concepts sensu stricto) 8개와 문턱-인접 구인(threshold-adjacent constructs) 5개 — 이 2022 개정 과학과 교육과정에서 어떻게 표상되는지를 분석하였다. 6개 유형 분류와 360개 한국어 키워드 풀(활성 136개)으로 조작화된 참조 틀을 18개 과목, 4개 텍스트 유형(핵심 아이디어·성취기준·성취기준 해설·적용 시 고려 사항)의 822개 분석 단위에 적용하였다. 100단위 표본에서 코더 간 신뢰도를 확보한 뒤(평균 Fleiss κ = .764, 95% CI [.570, .849]) 전수 코딩을 수행하였다. 198단위(24.1%, 95% CI [21.3%, 27.1%])가 1개 이상의 구인으로 식별되었고, 이 중 엄밀한 의미의 문턱 개념은 144단위(17.5%)였다. 표상은 우주 속의 지구·기후 시스템·인류세에 집중되었고 텍스트 유형 간 차이는 통계적으로 유의하였다(χ²(3) = 25.80, p < .001). 도구의 관측가능 범위 내에서, 동일과정설·통시적 사고·지구 내부의 접근 불가능성 등 인식론 지향 구인은 주 코드로는 희소하거나 부재하였으나 동반 코드로는 분산 출현하였다. 이는 교육과정이 내용 개념을 명시적 학습 목표로 전경화하는 한편 인식론 지향 구인은 암묵적·비독립적 표상 양식으로 다루고 있음을 시사한다.

This study mapped how a reference framework of thirteen earth-science threshold-concept constructs—eight threshold concepts sensu stricto and five threshold-adjacent constructs (two transversal cognitive substrates, two epistemic principles, and one emergent, policy-anchored boundary concept, the Anthropocene)—is represented in the 2022 revised Korean national science curriculum. The framework, organized into a six-type typology and operationalized through a 360-item Korean keyword pool (136 active), was applied to 822 analytical units spanning four text types (Key Ideas, Achievement Standards, Achievement-standard Commentary, and Application Guidance) across eighteen subjects. Coding followed a directed qualitative content-analytic design: inter-rater reliability was established on a 100-unit sample (mean Fleiss κ = .764, 95% CI [.570, .849]; Gwet AC1 ≥ .95 for low-prevalence constructs) before the full corpus was coded as a single procedure of record. One or more framework constructs were identified in 198 units (24.1%, 95% CI [21.3%, 27.1%]); the eight threshold concepts sensu stricto accounted for 144 units (17.5%, 95% CI [15.1%, 20.3%]). Representation concentrated on Earth in the universe, the climate system, and the Anthropocene, and differed significantly by text type, χ²(3) = 25.80, p < .001. Within the range observable to the keyword-anchored instrument, the epistemically oriented constructs—uniformitarianism, diachronic thinking, and the inaccessibility of Earth’s interior—were rare or absent as primary codes yet present as co-occurring companions. The findings indicate a contrast in representational mode: the curriculum foregrounds content concepts as explicit learning targets while the epistemically oriented constructs are represented implicitly and non-independently.

본 연구는 초등 예비 교사의 AI 리터러시, 교사 효능감, AI 도입 태도의 교육요구도와 인과관계를 분석하여 교원양성기관의 발전 방향을 모색하고자 수행되었다. 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 초등 예비교사들의 AI 리터러시 수준은 AI 윤리 영역에 비해 실무적인 문제 해결 및 도구 활용 역량에서 교육적 요구도가 더 큰 것으로 나타났다. 구체적으로 '수업 중 AI 도구 오류 발생 시 해결 방법 탐색'에서 가장 큰 역량 격차를 보였고, '교육용 AI 도구를 활용한 콘텐츠 생성능력'에서도 유의미한 격차를 나타냈다. 둘째, 초등 예비 교사들의 AI 교수 효능감에서는 미래 교육 변화에 대한 수용 태도는 확고하나 이를 교실에 구현하는 실무적 교수 역량에서는 큰 격차를 느끼는 것으로 나타났 다. 초등 예비 교사들은 'AI 교수법 통합 준비도'나 '맞춤형 피드백 제공' 등 심리적 마인드셋은 안정적으로 내면화하고 있었다. 반면 실제 실행 단계인 '초등학생 수준에 맞는 수업안 구성 자신감'에서 가장 큰 격차를 보였고, '안전한 AI 윤리 지도 능력'에서도 높은 격차를 나타냈다. 셋째, AI 리터러시는 AI 교사 효능감을 견인하는 선행 변인이며 하위 요소별 영향 경로가 상이하다. 결론적으로 예비 교사의 역량을 증진하려면 단순 지식 전달을 지양해야 한다. 이들이 직접 AI 수업을 개발하고 행정 자동화를 경험하며 부작용을 관리해 보는 워크숍 기반의 실천적·현장 중심적 AI 융합 교육과정 구축이 시급하다.

This study was conducted to explore development directions for teacher education institutions by analyzing the educational needs and causal relationships among elementary pre-service teachers' AI literacy, teacher efficacy, and attitudes toward AI adoption. The main results are as follows: First, regarding the AI literacy levels of elementary pre-service teachers, the educational need was found to be greater in practical problem-solving and tool utilization capabilities than in the domain of AI ethics. Specifically, the largest competency gap was observed in "seeking solutions when AI tool errors occur during class," and a significant gap was also identified in "content creation capabilities using educational AI tools." Second, concerning the AI teaching efficacy of elementary pre-service teachers, while their acceptance attitude toward future educational changes was firm, they perceived a large gap in the practical teaching competencies required to implement this in the classroom. Elementary pre-service teachers had stably internalized psychological mindsets, such as "readiness for AI pedagogy integration" and "providing customized feedback." Conversely, they exhibited the largest gap in the actual implementation stage, specifically in "confidence in designing lesson plans tailored to the elementary school level," and also showed a high gap in "capable guidance on safe AI ethics." Third, AI literacy was found to be an antecedent variable that drives AI teacher efficacy, with differing paths of influence across sub-factors. In conclusion, to enhance the competencies of pre-service teachers, simple knowledge transmission must be avoided. There is an urgent need to establish a workshop-based, practical, and field-oriented AI convergence curriculum where they can directly develop AI-based lessons, experience administrative automation, and manage potential side effects.

이 연구의 목적은 연역적 탐구 구조로 재구성한 계절의 변화 단원을 학습하는 과정에서 초등학생들이 구성한 멘탈 모델 양상을 탐색하는 데 있다. 이를 위해 초등학교 6학년 학생 5명을 대상으로 차시별 개념도와 반구조화된 심층 면담 자료를 수집하고, 설명 기반 학습(explanation-based learning)을 이론적 렌즈로 삼아 질적 사례 분석을 수행하였다. 연구 결과, 학습자들은 단원 초기에 제시된 ‘지구의 자전축이 기울어진 채 공전 하면 태양의 남중 고도가 달라진다’는 설명 원리, 즉 도메인 이론을 중심으로 후속 개념을 연결하며 계절 변화에 대한 멘탈 모델을 구성하였다. 그러나 동일한 도메인 이론을 학습하였음에도 학습자들은 기존 경험, 개념 구조, 인과 관계를 조직하는 방식에 따라 서로 다른 멘탈 모델 구성 경로를 보였다. 학습자의 멘탈 모델 구성 양상은 도메인 이론을 비교적 일관되게 적용하는 유형, 중간 차시에서 계절별 특징을 중심으로 개념을 범주화한 뒤 최종 차시에서 도메인 이론을 중심으로 재조직하는 유형, 초기에는 지구의 공전과 태양의 남중 고도 및 계절 변화를 병렬적으로 연결하였으나 후속 학습을 통해 도메인 이론 중심으로 재조직하는 유형으로 나타났다. 이러한 결과를 토대로 연역적 탐구 구조가 학습자의 계절 변화 멘탈 모델 구성을 지원할 수 있는 가능성을 지니지만, 도메인 이론의 선행 제시 만으로 모든 후속 개념이 과학적으로 정합하게 연결되는 것은 아니므로, 후속 개념과 도메인 이론의 관계를 지속적으로 점검하는 비계 활동과 차시 순서 조정 등 교수적 지원이 필요함을 제언하였다.

The purpose of this study was to explore the patterns of mental models constructed by elementary students while learning a unit on seasonal changes reorganized with a deductive inquiry structure. For this purpose, five sixth-grade students participated in the study. Data were collected through concept maps written in each lesson and semi-structured in-depth interviews, and qualitative case analysis was conducted using explanation-based learning as a theoretical lens. The results showed that learners constructed mental models of seasonal changes by connecting subsequent concepts around the domain theory presented at the beginning of the unit. However, even though the same domain theory was introduced, learners showed different pathways in constructing their mental models depending on their prior experiences, conceptual structures, and ways of organizing causal relationships. The patterns of learners’ mental model construction were categorized into three types: a type that applied the domain theory relatively consistently, a type that categorized concepts around seasonal characteristics in the middle lessons and then reorganized them around the domain theory in the final lesson, and a type that initially connected the Earth’s revolution, solar culmination altitude, and seasonal changes in parallel but later reorganized them around the domain theory through subsequent learning. Based on these findings, this study suggests that a deductive inquiry structure has the potential to support learners’ construction of mental models of seasonal changes. However, because the prior presentation of a domain theory does not automatically lead all subsequent concepts to be connected in a scientifically coherent way, instructional support such as scaffolding activities that continuously examine the relationship between subsequent concepts and the domain theory, as well as adjustments to the lesson sequence, is needed.