Development and Formative Evaluation of Simulation Contents for Scientific Exploration based on NetLogo

NetLogo 기반의 과학탐구용 시뮬레이션 콘텐츠 개발 및 형성평가

This paper aims at implementing experimental devices with which middle school students can explore scientific ideas using GoGo Board and NetLogo that connect real and simulated worlds. Related research literature was reviewed to design a simulation-based learning model using computer simulation and robot-related activities. In order to construct devices for exploratory experiments, GoGo Board was adopted for developing the interface of Micro-Based Laboratory(MBL) devices with several sensors while NetLogo was used for connecting MBL devices (real world) and simulated experiments (virtual world). The simulation contents were developed in the area of heat equilibrium for changing temperature and the conduct-current relationship appeared in the textbook of middle school science class. With the developed device and contents students can visualize the change of temperature cold and hot waters in terms of heat equilibrium. They also can measure the change of conductor representing the relationship between conductor and current. The formative evaluation of the contents carried out with several middle school students indicated the future direction for upgrading simulation contents and interface. The results might be beneficial for science educators who want to apply simulation contents with the use of computers.

본 논문의 연구목적은 탐구실험중심 과학교육의 실현 방법으로 고고보드와 NetLogo를 이용한 실세계와 가상세계를 연결해주는 시뮬레이션 콘텐츠를 설계 및 개발하는데 있다. 먼저 탐구실험 수업을 위한 컴퓨터 시뮬레이션과 로봇활용교육을 이용한 수업모형을 탐색하고 가상시뮬레이션과 실제실험을 연동할 수 있도록 컴퓨터 기반의 실험 장치(MBL)을 제작하였다. 이 장치를 토대로 중등과학교과내용 중 온도변화(열평형)과 전기(저항과 전압과의 관계)단원 내용을 대상으로 시뮬레이션 콘텐츠를 제작하였다. 닫혀 있는 계에서의 온도변화가 같아지는 열평형반응을 탐구실험과 시뮬레이션으로 시각화하였으며, 전기단원의 저항과 전압과의 관계에서는 각 저항의 직렬연결을 이루었을 때, 각 저항에 걸리는 전류가 같고 전하의 흐름을 시뮬레이션 하였다. 중학생들을 대상으로 개발된 콘텐츠를 사용하게 하면서 시뮬레이션 사용 및 인터페이스에 대한 형성평가를 하였으며 컴퓨터 기반 과학교육에서 활용할 수 있는 방향성을 제시하였다.