The Impact of a 3D-Printed PVT Phase Equilibrium Model for Water on Pre-Service Science Teachers' Conceptual Understanding and Scientific Empathy

• 발행기관: 한국교원대학교 교육연구원
• 저자명: 양희선(Heesun Yang)
• 간행물 정보: 『교원교육』제41권 제5호, 179~199쪽, 전체 21쪽
• 주제분류: 사회과학 > 교육학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.09.30

국문 초록

연구목적: 본 연구는 3D 프린팅을 활용한 물의 PVT 상평형 다이어그램 모델이 예비 과학 교사의 화학 개념 이해, 인식론적 신념, 그리고 과학공감(과학적 상상, 민감성, 상황적 흥미 등) 경험에 미치는 영향을 확인하는 데 목적이 있었다. 연구방법: 일반화학 실험에 참여한 예비 과학교사 62명을 대상으로, 3D 프린팅 모델과 전통적 2D 모델을 각각 제공하여 상평형 개념 이해, 인식론적 신념 변화, 과학공감의 자연스러운 발현을 관찰·분석하였다. 실험 후 개방형 질문, 그룹 토론, 후속 인터뷰 자료를 질적·양적으로 분석하였다. 연구결과: 3D 프린팅 모델을 활용한 집단이 2D 모델 집단에 비해 상평형 개념 이해와 인식론적 신념이 유의하게 향상되었으며, 모델 사용 과정에서 과학공감의 다양한 하위 요소(상상, 민감성, 흥미 등)가 자연스럽게 드러나는 것이 확인되었다. 결론: 3D 프린팅 모델은 예비 과학교사의 화학 개념 이해와 인식론적 신념뿐만 아니라, 과학공감의 자연스러운 발현을 촉진하는 효과적인 교수 도구임을 확인하였다. 향후 다양한 과학 개념과 교육 현장에의 적용 가능성이 높음을 시사하였다.

영문 초록

Purpose: This study aimed to examine how a 3D-printed PVT phase diagram for water influences pre-service science teachers' conceptual understanding, epistemic beliefs, and the natural emergence of scientific empathy-including scientific imagination, sensitivity, and situational interest-during model-based learning. Methods: Sixty-two pre-service science teachers participated in a general chemistry laboratory, where either a 3D-printed or a traditional 2D model was provided. Participants' conceptual understanding, epistemic belief changes, and manifestations of scientific empathy were assessed through pre/post tests, open-ended questions, group discussions, and follow-up interviews. Both quantitative and qualitative analyses were conducted. Results: The group using the 3D-printed model showed significantly greater improvements in conceptual understanding and epistemic beliefs compared to the 2D group. Qualitative data revealed that elements of scientific empathy naturally emerged during interactions with the 3D-printed model. Conclusion: The findings suggest that 3D-printed models are effective tools for enhancing not only conceptual understanding and epistemic beliefs, but also for naturally fostering scientific empathy among pre-service science teachers. These results highlight the potential for wider application of 3D-printed models in science education.

목차

Ⅰ. Introduction

Ⅱ. Method

Ⅲ. Results and Discussion

Ⅳ. Conclusion

References

키워드

3D프린팅 상평형 과학공감 개념 이해 예비 과학교사 3D-printing Phase equilibrium Scientific empathy Conceptual understanding Pre-service science teachers