Journal of The Korean Association For Science Education (한국과학교육학회지)

The Korean Association for Science Education (한국과학교육학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

An Instrument Development and Validation for Measuring High School Students' Systems Thinking

고등학생들의 시스템 사고 측정을 위한 측정 도구 개발과 타당화

  • Received : 2013.06.07
  • Accepted : 2013.07.03
  • Published : 2013.08.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The purposes of this study were to develop an instrument to measure high school students' systems thinking and to validate the scale. The scale of systems thinking was made up for 5 factors - systems thinking, mental model, shared vision, personal mastery, and team learning through analyses of related literature. Six items per factor were constructed and the scale consisted of a total of 30 items for the pretest. After exploratory factor analysis, the number of total items was reduced to 20 items. For the main test, 280 students were sampled from high school and analyzed valid cases were 260 students. The finding of the exploratory factor analysis indicated 5 factors in the model, and 4 items per single factor. The result of confirmatory factor analysis was generally appropriate and acceptable (5 factor model: $x^2/df$=1.275, TLI=.946, CFI=.959, RMSEA=.033). The reliability for 20 items turned out to be reliable because the Cronbach's alphas were .840 and .604~.723 per each factor. This study should be expanded to various school levels and should be standardized for further research. The subsequent studies regarding diverse learning program development and implementation and the verification on the students' impact within the developed program can be recommended.

이 연구의 목적은 고등학생들의 시스템 사고 능력을 구성하는 하위 요인을 탐색하고, 시스템 사고 능력을 측정하기 위한 정량적인 검사도구의 개발과 타당화에 있다. 선행연구와 이론적 탐색을 통해 시스템 사고의 하위 요인을 시스템 사고, 정신모델, 공유비전, 개인숙련, 팀 학습으로 구성하였으며, 각 요인 당 6문항을 개발하여 전체 30문항의 5점 척도 예비문항을 작성하였고, 예비검사를 통해 20문항을 선정 본 검사를 구성하였다. 일반계 고등학생 260명을 대상으로 본 검사를 실시하였다. 예비검사 분석의 결과 제시된 5개 하위요인이 본 검사에서도 동일한 요인으로 분류되었다. 그리고 확인적 요인분석에서 5개 요인구조의 적합도를 분석해본 결과 수용할만한 모형으로 판단되었으며 적합도 수치도 모두 양호한 값을 보여주었다. 본 검사에서 사용한 20개 문항으로 구성된 고등학생들의 시스템 사고 측정 도구의 전체문항 신뢰도는 .840이었으며 각 하위 요인별 신뢰도는 .604~.723으로 신뢰로운 검사지로 나타났다. 이 연구가 더 낳은 성과를 얻기 위해서는 다양한 학교 급에 적용되도록 검사 도구를 표준화할 필요가 있으며 나아가 시스템 사고 수준에 따른 다양한 학습 프로그램의 개발 및 보급, 그리고 이 학생들에 대한 추후 연구가 이루어질 필요가 있다.

Keywords

References

  1. 교육과학기술부(2011). 과학과 교육과정[별책 9]. 서울: 교육과학기술부.
  2. 교육인적자원부(2000). 고등학교 교육과정 해설: 과학. 서울: 교육인적자원부.
  3. 권용주, 김원정, 이효녕, 변정호, 이일선(2011). 생태계에 대한 생물교사의 시스템 사고 분석. 한국생물교육학회지, 39(4), 529-543.
  4. 김동환(2004). 시스템사고. 서울: 선학사.
  5. 김동환(2005). 시스템사고의 적용에 관한 내면적 성찰. 정부학연구, 11(2), 63-85.
  6. 김만희, 김범기(2002). 현대 과학교육의 동향과 시스템 사고 패러다임의 비교 연구. 한국과학교육학회지,22(1), 64-75.
  7. 김상욱(2010). 시스템 사고와 시나리오 플래닝. 청주:충북대학교 출판부.
  8. 김윤지, 정진우(2009). 지구계 교육과 소재로서 순환에 대한 이해. 한국과학교육학회지, 29(8), 951-962.
  9. 김윤지, 정진우, 위수민(2009). 대학생들이 인식하는 지구계 순환의 구성 개념 분석. 한국과학교육학회지,29(8), 963-977.
  10. 문병찬, 정진우, 경재복, 고영구, 윤석태, 김해경, 오강호(2004). 예비교사들의 탄소 순환에 대한 지구시스템의 관련개념과 시스템 사고의 적용. 한국지구과학회지, 25(8), 684-696.
  11. 문병찬, 김혜경(2007). 예비 초등교사들의 시스템 사고 능력 및 특성에 대한 연구. 한국 시스템 다이내믹스연구, 8(2), 235-252.
  12. 성태제(2011). 알기 쉬운 통계분석. 서울: 학지사.
  13. 송지준(2011). SPSS/AMOS 통계분석방법. 파주: 21세기사.
  14. 이효녕, 김승환(2009). 과학영재학생들의 사고유형에 따른 지구 시스템적 인지 특성. 과학교육연구지, 33(1),12-30.
  15. 이효녕(2011). 2009 개정 과학과 교육과정의 효과적인 실행을 위한 중학생들의 지구계에 대한 이해. 한국지구과학회지, 32(7), 798-808.
  16. 이효녕, 권용주, 오희진, 이현동(2011). 고등학생들의 시스템 사고 향상을 위한 교육프로그램 개발 및 적용: 지구온난화를 중심으로. 한국지구과학회지, 32(7), 784-797.
  17. 탁진국(2011). 심리검사: 개발과 평가방법의 이해. 서울: 학지사.
  18. Ben-zvi-Assaraf, O., & Orion, N. (2005a). A study of junior high students' perceptions of the water cycle. Journal of Geoscience Education, 53(4), 366-373.
  19. Ben-zvi-Assaraf, O., & Orion, N. (2005b). Development of system thinking skills in the context of Earth System Education. Journal of Research in Science Teaching, 42(5), 518-560. https://doi.org/10.1002/tea.20061
  20. Ben-zvi-Assaraf, O., & Orion, N. (2010a). System thinking skills at the elementary school level. Journal of Research in Science Teaching, 47(5), 540-563.
  21. Ben-zvi-Assaraf, O., & Orion, N. (2010b). Four case studies, six years later: Developing system thinking skills in junior high school and sustaining them over time. Journal of Research in Science Teaching, 47(10), 1253-1280. https://doi.org/10.1002/tea.20383
  22. Brook, A., & Driver, R. (1984). Aspects of secondary students'understanding of energy: Summary report. Leeds, UK: University of Leeds, Centre for Studies in Science and Mathematics Education.
  23. Brosnan, T. (1990). Categorizing macro and micro explanations of material change. In P.L. Lijnse, P. Licht, W. de Vos, & A.J. Waarlo (eds.), Relating macroscopic phenomena to microscopic particles. (pp. 198-211). Utrecht, Holland: CD- Press.
  24. Chen, D., & Stroup, W. (1993). General system theory: Toward a conceptual framework for science and technology education for all. Journal of Science Education and Technology, 2(3), 447-459. https://doi.org/10.1007/BF00694427
  25. Dori, Y. J., & Tal, R. T. (2003). Teaching biotechnology through case studies - Can we improve higher order thinking skills of nonscience major. Science Education, 87(6), 767-793. https://doi.org/10.1002/sce.10081
  26. Driver, R., Guesne, E., & Tiberghien, A. (1985). Some features of children's ideas and their implications for teaching. In R. Driver, E. Guesne, & A. Tiberghien (eds.), Children's ideas in science. (pp. 193-201). Milton Keynes, UK: Open University Press.
  27. Forrester, J. W. (1992). System dynamics and learner centered learning in kindergarten through 12th grade education. Boston, MA: Cambridge.
  28. Garigliano, L. (1975). SCIS: Children's understanding of the systems concept. School Science and Mathematics, 75, 245-249. https://doi.org/10.1111/j.1949-8594.1975.tb09057.x
  29. Hill, D., & Redden, M. (1985). An investigation of the system concept. School Science and Mathematics, 85, 233-239. https://doi.org/10.1111/j.1949-8594.1985.tb09616.x
  30. Kali Y., Orion, N., & Eylon, B-S. (2003). Effect of knowledge integration activities on students'perception of the Earth's crust as a cyclic system. Journal of Research in Science Teaching, 40(6), 545-556. https://doi.org/10.1002/tea.10096
  31. Karplus, R., & Thier, H. (1969). A new look at elementary school science; science curriculum improvement study. Chicago: Rand McNally.
  32. Kim, D. H., (1999). Introduction to systems thinking. Boston, MA: Pegasus Communication.
  33. Lammi, M. D. (2011). Characterizing high school students'systems thinking in engineering design through the Function-Behavior-Structure (FBS) framework. Unpublished Ph. D. dissertation Utah State University.
  34. Meadows. D. H. (2008). Thinking in systems. Washington, DC: Chelsea green.
  35. McNamara, C. (1998). Applied systems thinking. Paper presented at the annual meeting of the International Society for the Systems Sciences Conference.
  36. National Research Council[NRC] (1996). National science education standards. Washington, DC: National Academy Press.
  37. National Research Council[NRC] (2012). A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington, DC: National Academies Press.
  38. National Research Council[NRC] (2013). Next generation science standards: For States, by States. Washington, DC: National Academies Press.
  39. O'Connor, J., & McDermmot, I. (1997). The Art of systems thinking: Essential skills for creativity and problem solving. London, UK: Thorsons Publishers.
  40. Senge, P. M. (1996). The fifth discipline: Fieldbook. New York: Broadway Business.
  41. Senge, P. M. (2006). The fifth discipline : The art & practice of the learning organization. New York: Crown Business.
  42. Senge, P. M. (2012). Schools that learn(Updated and Revised): A fifth discipline fieldbook for educators, parents, and everyone who cares about education. New York: Doubleday.
  43. Sweeney, M. (2010). The systems thinking playbook. Washington, DC: Chelsea Green.
  44. Virginia, A., & Lauren, J. (1997). Systems thinking basic from concepts to causal loops. Massachusetts: Pegasus Communication.

Cited by

  1. The Impact of Self-Reported Knowledge and Self-perceived Importance about Earth Systems on Science Gifted Students’ Science Motivation: An Exploratory Study vol.36, pp.6, 2015, https://doi.org/10.5467/JKESS.2015.36.6.580
  2. Effects of Systems Thinking on High School Students’ Science Self-Efficacy vol.37, pp.3, 2016, https://doi.org/10.5467/JKESS.2016.37.3.173
  3. 과학 고등학교와 일반 고등학교 학생들을 대상으로 시스템 사고측정 도구의 타당도 검증 및 시스템 사고 비교 vol.33, pp.6, 2013, https://doi.org/10.14697/jkase.2013.33.6.1237
  4. 중등 과학 영재학생들의 시스템 사고력 향상을 위한 융합인재교육 프로그램의 개발 및 적용 vol.24, pp.3, 2013, https://doi.org/10.9722/jgte.2014.24.3.421
  5. 인과순환구조 분석을 통한 큰고니 서식환경 유지방안 -을숙도를 중심으로- vol.29, pp.3, 2013, https://doi.org/10.13047/kjee.2015.29.3.353
  6. 학생 활동 중심의 초등학교 과학 교과서 모형 개발 및 적용: '지구와 우주' 영역을 중심으로 vol.9, pp.1, 2013, https://doi.org/10.15523/jksese.2016.9.1.15
  7. 예비 지구과학 교사의 전향력 개념에 대한 정신모형 변화 분석 vol.36, pp.3, 2013, https://doi.org/10.14697/jkase.2016.36.3.0423
  8. 학생 활동 중심의 고등학교 과학 교과서 모형 개발 및 적용: 지구과학 영역을 중심으로 vol.9, pp.2, 2016, https://doi.org/10.15523/jksese.2016.9.2.139
  9. 시뮬레이션 교육이 간호대학생의 교육실재감, 시스템사고능력 및 문제해결 적극성에 미치는 효과 vol.23, pp.2, 2016, https://doi.org/10.22705/jkashcn.2016.23.2.147
  10. The Effect of a System Thinking-based STEAM-type ESD Program on Environmental Literacy and System Thinking Ability of Elementary Students vol.30, pp.1, 2013, https://doi.org/10.17965/kjee.2017.30.1.85
  11. 시스템 사고에 기반한 STEAM 교육 프로그램이 기후변화 학습에 미치는 효과 vol.17, pp.7, 2013, https://doi.org/10.5392/jkca.2017.17.07.113
  12. Iceberg(IB) 모델을 적용한 고등학생의 시스템 사고 분석 및 효과 vol.37, pp.4, 2017, https://doi.org/10.14697/jkase.2017.37.4.611
  13. Development and Application of Systems Thinking-based STEAM Education Program to increase Pre-service Science Teachers’ Systems Thinking Skill vol.57, pp.1, 2013, https://doi.org/10.15812/ter.57.1.201803.108
  14. Comparative Analysis of the System Thinking between Underrepresented and General Students: An Exploratory Study vol.66, pp.1, 2018, https://doi.org/10.25152/ser.2018.66.1.307
  15. 학생들의 시스템 사고 수준 측정을 위한 Framework와 Rubric의 개발 vol.38, pp.3, 2013, https://doi.org/10.14697/jkase.2018.38.3.355
  16. PBL 연계 투약시뮬레이션교육이 간호대학생의 시스템 사고능력, 학습몰입, 문제해결 적극성 및 투약간호수행능력에 미치는 효과 vol.16, pp.8, 2018, https://doi.org/10.14400/jdc.2018.16.8.221
  17. Investigation on the Arts High School Students’ Understanding on the Nature of Scientific Models vol.22, pp.6, 2018, https://doi.org/10.24231/rici.2018.22.6.426
  18. 초등학교 교사의 시스템 사고를 적용한 과학 교수 경험에 대한 현상학적 연구 vol.40, pp.1, 2019, https://doi.org/10.5467/jkess.2018.40.1.68
  19. 초등학생의 시스템 사고 요인 구조 검증과 선호 과목에 따른 시스템 사고 비교 vol.39, pp.2, 2013, https://doi.org/10.14697/jkase.2019.39.2.161
  20. 문항 반응 분석을 활용한 초등학생과 중학생의 시스템 사고 검사 도구 타당도 검증 vol.67, pp.2, 2013, https://doi.org/10.25152/ser.2019.67.2.249
  21. 시스템 사고 평가 루브릭을 활용한 예비교사들의 지구 시스템 내 탄소 순환에 대한 시스템 사고 수준 분석 vol.39, pp.5, 2019, https://doi.org/10.14697/jkase.2019.39.5.599
  22. 간호대학생의 문제해결 적극성과 시스템 사고능력이 회복탄력성에 미치는 영향 vol.18, pp.8, 2020, https://doi.org/10.14400/jdc.2020.18.8.243