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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10007563&local_id=10011457
물리 탐구실험에서 학생들의 예상과 다른 실험결과에 대한 해석 유형
Reports NRF is supported by Research Projects( 물리 탐구실험에서 학생들의 예상과 다른 실험결과에 대한 해석 유형 | 2004 Year | 김지나(부산대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
사업별 신청요강보기
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number B00487
Year(selected) 2004 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2006년 05월 25일
Year type 결과보고
Year(final report) 2006년
Research Summary
  • Korean
  • 이 연구는 물리탐구실험에서 학생들의 예상과 다른 실험결과에 대한 해석 유형을 알아보는 것이다. 사전 검사를 통해 부산에 있는 51명의 P 대학교 학생들, 70명의 D 고등학교 학생들, 6명의 F 고등학교 학생들을 선발하여 연구대상으로 하였다.
    P 대학교 학생들과 D 고등학교 학생들은 선개념과 불일치한 데이터를 제시하였고, F 고등학교 학생들은 직접 실험을 통해 불일치한 실험 결과를 얻을 수 있도록 하였다.
    학생들의 과학철학적 관점과 인지갈등정도를 측정하기 위해 PPP(Phylosophical Perspectives Probe) 검사문항지와 CCLT(Cognitive Conflict Levels Test)검사문항지를 사용하였다. 또한 검사문항지를 통해 불일치 인식, 데이터에 대한 신뢰, 인지갈등, 개념변화 등을 조사하였다. F 고등학교 학생은 실험이 끝난 뒤, 검사지와 함께 반구조화된 면담을 통하여 불일치 인식, 데이터에 대한 신뢰, 인지갈등, 개념변화 등을 조사하였다.
    깡통진자에 물을 넣어가면서 주기를 측정한 데이터를 제시하여 그것을 표에 기록하고 그것을 그래프로 그려 자료변환을 하도록 하면서 D 고등학생 및 P 대학교 학생들의 반응을 조사하였다.
    70.0%의 고등학생과 43.0%의 대학생은 선개념에 근거하여 주기가 변하지 않는 직선그래프를 그렸다.
    실제로 실험한 데이터라고 언급을 했는데도 불구하고 고등학생의 72.9%, 대학생의 54.9% 학생들만이 실제로 실험한 데이터로 인식하였다. 학생들은 교사가 제시한 데이터를 신뢰하지 않은 경우(고등학생의 27.1%, 대학생의 45.1%)도 있었는데, 실험상의 오차 또는 선개념에 근거하여 그러한 응답을 하였다. 데이터가 선개념과 불일치함을 인식하는 학생일수록 인지갈등점수(CCLT)가 높았고, 불일치 함을 인식한 학생 중에 인지갈등이 높은 경우에 개념변화가 잘 일어남을 알 수 있다. 대학생의 경우 데이터가 자신의 선개념과 일치하다고 인식한 경우는 개념변화가 일어나지 않았다. 개념변화가 되지 않은 학생들은 불일치한 데이터를 오차로 간주하였다. 이러한 결과로 보아 개념변화를 위해 학생들의 선개념에 불일치하는 자료를 제시할 때, 학생들에게 자신의 선개념과 불일치하다는 것을 인식시킬 필요가 있다고 본다.
    고등학생의 경우 상대주의 성향을 가진 학생이 한 명도 없어서 과학철학적 관점에 따른 반응 유형을 일반화하기 어려웠다. 대학생의 경우 귀납주의 성향을 가진 학생이 선개념에 근거하여 자료를 해석하는 비율(75.0%)이 높았고, 불일치한 데이터로 인식하지 않는 비율(75.0%)이 높았다. 반증주의 성향을 가진 학생은 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 상대주의 성향을 가진 학생과 혼합주의 성향을 가진 경우 다른 과학철학적 성향을 가진 학생보다 개념변화율이 높았다.
    개별적으로 실험을 통해 실험데이터를 얻은 학생들은 과학철학적 관점에 따른 뚜렷한 경향성을 보이지 않았다. 이는 과학철학적 관점이 학생이 직접 실험하여 얻은 실험결과를 분석하는데 있어 영향을 주지 않는다기보다는, 다른 요인들과 복합적으로 작용하는 것이 아닌가 생각된다.
    학생들은 교사가 제시하는 불일치한 상황보다는 자신이 직접 실험하였을 때 불일치한 상황에 대한 인지갈등이 높게 나타났으며 불일치한 상황을 인식한 학생이 그렇지 못한 학생보다 개념변화가 일어나는 정도가 더 높다는 것을 알 수 있었다.
  • English
  • The purpose of this study was to examine the types of explanation about different experimental result with preconception in physical inquiry experiment. 51 students were selected from P university, 70 students were selected from D high school, 6 students were selected from F high school in Busan by examining the pre-test.
    Acoordingly, this study was divided two parts. First, we investigated response of students by presented written anomalous experimental datum(P university students and D high school students). Second, we investigated response of students by students were doing experiments(F high school students).
    To measure students' philosophical views on science and cognitive conflict levels, written PPP(Phylosophical Perspectives Probe) and CCLT(Cognitive Conflict Levels Test) developed in a previous study was used. Students' recognition of anomalous datum, belief about datum, cognitive conflict, conceptual change were examined with written tests also. F high school Students' responses were tape-recorded.
    P university students and D high school students were presented the datum about period of a can pendulum, and recoded blank table and drew graph about period of a can pendulum.
    High school students of 70%, university students of 43% based on preconceptions tend to drawing straight line graph. High school students of 72.9%, university students of 54.9% were recognized true experimental datum. The other students were regarded the datum as manufactured datum or experimental error. Some students were responded based on preconceptions. The students who recognized anomalous situation got higher cognitive conflict levels than those who recognized not anomalous situation. The students who changed their preconceptions recognized the datum as anomalous situations and showed high cognitive conflict levels. The students who unchanged their preconceptions regarded anomalous datum as experimental error.
    It is difficult to generalize about response types of high school students when they confrsonted anomalous experimental datum because there is no student has relativism viewpoint. The students who had inductivism tend to interpretation the written experimental datum based on preconceptions.
    The students who has relativism and 'mixed philosophical views' were higher rate on conceptual change than those who has other philosophical views on science.
    There is no relationship between types of conceptual change and philosophical views on science when students were doing experiments.
Research result report
  • Abstract
  • 이 연구는 물리탐구실험에서 학생들의 예상과 다른 실험결과에 대한 해석 유형을 알아보는 것이다. 진자의 주기에 영향을 주는 요인에 대해 과학적 개념을 가진 학생을 먼저 선발 한 다음, 깡통에 물을 조금씩 넣었을 때 주기가 어떻게 변하는가에 대한 응답에 변하지 않는다고 한 학생들을 선발하였다. 사전 검사를 통해 부산에 있는 51명의 대학생, 70명의 D 고등학교 학생들, 6명의 F 고등학교 학생들을 선발하여 연구대상으로 하였다. 학생들의 반응을 데이터에 대한 자료변환, 불일치 인식, 데이터에 대한 신뢰, 인지갈등, 과학철학적 관점에 따른 개념변화 등으로 구분하여 조사하였다. 인지갈등 정도는 CCLT(Cognitive Conflict Levels Test) 검사지를 이용하였고, 과학철학적 관점은 PPP(Phylosophical Perspectives Probe) 검사지를 이용하였다. 대학생 및 D 고등학교 학생들에게는 깡통진자의 주기에 대한 실험 데이터를 교사가 제시하고, 학생들은 그것을 표에 기록하고 그래프로 그려 자료를 해석하도록 하여 데이터를 해석하는 유형을 분석하였다. 학생들의 반응 유형에 대해 구체적으로 분석하고자, F 고등학교 학생 6명은 개별적으로 직접 실험을 수행하여 그 반응을 알아보았고, 실험이 끝난 뒤 반구조화된 면담을 하였다.
    70.0%의 고등학생과 43.0%의 대학생은 선개념에 근거하여 주기가 변하지 않는 직선그래프를 그렸다. 실제로 실험한 데이터라고 언급을 했는데도 불구하고 고등학생의 72.9%, 대학생의 54.9% 학생들만이 실제로 실험한 데이터로 인식하였다. 학생들은 교사가 제시한 데이터를 신뢰하지 않은 경우(고등학생의 27.1%, 대학생의 45.1%)도 있었는데, 실험상의 오차 또는 선개념에 근거하여 그러한 응답을 하였다. 데이터가 선개념과 불일치함을 인식하는 학생일수록 인지갈등점수(CCLT)가 높았고, 불일치 함을 인식한 학생 중에 인지갈등이 높은 경우에 개념변화가 잘 일어남을 알 수 있다. 대학생의 경우 데이터가 자신의 선개념과 일치하다고 인식한 경우는 개념변화가 일어나지 않았다. 개념변화가 되지 않은 학생들은 불일치한 데이터를 오차로 간주하였다. 이러한 결과로 보아 개념변화를 위해 학생들의 선개념에 불일치하는 자료를 제시할 때, 학생들에게 자신의 선개념과 불일치하다는 것을 인식시킬 필요가 있다고 본다.
    고등학생의 경우 상대주의 성향을 가진 학생이 한 명도 없어서 과학철학적 관점에 따른 반응 유형을 일반화하기 어려웠다. 대학생의 경우 귀납주의 성향을 가진 학생이 선개념에 근거하여 자료를 해석하는 비율(75.0%)이 높았고, 불일치한 데이터로 인식하지 않는 비율(75.0%)이 높았다. 반증주의 성향을 가진 학생은 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 상대주의 성향을 가진 학생과 혼합주의 성향을 가진 경우 다른 과학철학적 성향을 가진 학생보다 개념변화율이 높았다.
    개별적으로 실험을 통해 실험데이터를 얻은 학생들은 과학철학적 관점에 따른 뚜렷한 경향성을 보이지 않았다. 이는 과학철학적 관점이 학생이 직접 실험하여 얻은 실험결과를 분석하는데 있어 영향을 주지 않는다기보다는, 다른 요인들과 복합적으로 작용하는 것이 아닌가 생각된다.
    학생들은 교사가 제시하는 불일치한 상황보다는 자신이 직접 실험하였을 때 불일치한 상황에 대한 인지갈등이 높게 나타났으며 불일치한 상황을 인식한 학생이 그렇지 못한 학생보다 개념변화가 일어나는 정도가 더 높다는 것을 알 수 있었다.
    본 연구결과를 통해 인지갈등을 유발하여 개념변화가 효과적으로 이루어지기 위해서는 학생들의 예상과 다른 불일치한 상황을 학생이 직접 실험을 해보도록 하는 것이 효과적이라고 할 수 있으며, 제시하는 불일치한 상황을 학생들이 분명하게 인식하도록 할 필요가 있다. 즉, 학생들은 자신의 예상과 불일치한 실험데이터를 얻더라도 실험데이터는 실험오차에 의한 것이라고 인식하는 경향이 있다. 그래서 불일치한 상황을 인식하도록 하기위해서는 자신의 예상과는 분명하게 다른 실험데이터가 얻어질 수 있는 실험설계를 하고, 자신의 선개념과 불일치한 결과라는 것을 인식하도록 해야 할 것이다.
  • Research result and Utilization method
  • 이 연구 결과는 다음과 같은 경우에 유용할 것이다.
    1. 학생들의 개념변화가 왜 어려운가에 대한 이유 중의 일부를 파악.
    2. 개념변화의 조건에 대한 후속 연구에 대한 밑바탕
    3. 교사 및 교수가 물리 수업을 할 때 주의해야 될 점

    여러 수업전략을 사용하여도 학습자의 오개념은 과학적 개념으로 쉽게 변하지 않는다. 그렇다면, 왜 학습자는 자신의 개념을 바꾸지 않으려 하는가 그것을 알기 위해서는 학습자가 자신의 선개념과 불일치하는 현상을 접했을 때 어떠한 반응을 하는지를 알아보는 것으로 일부 해결할 수 있다.
    이 연구는 학생들이 선개념과 불일치한 상황에 직면했을 때, 그 상황을 어떻게 인지하느냐를 앎으로써, 학생들이 개념변화가 이루어지지 않는 원인 중 일부를 알아보는 것이었다. 이 연구를 바탕으로 과학수업을 통해 학생들의 오개념을 과학적 개념으로 변화시키기 위해, 교수 및 교수가 학생들에게 인지적 설명 이외에 어떤 점을 고려해야 하는 지의 한 방법을 제공할 수 있다.
    물리수업에서 지식 획득의 과정을 이해하기 위해서는 학생들이 과학적 실험 데이터를 어떻게 해석하는지를 파악하는 지를 알 필요가 있다. 실험 데이터를 해석하는 방법을 통해 학생들의 지식 획득 과정을 이해할 수 있다. 이 연구에서는, 실험 데이터를 보고, 그 실험 데이터를 자료변환을 통해 해석하는 과정에서부터 학생들은 자신의 선개념에 근거하여 자료변환을 한 경우가 많았다. 자신의 선개념과 일치하지 않을 경우, 다른 대안적 개념의 가능성을 고려하기 보다는 실험적 오차로 간주하여 선개념을 유지하려고 하였다. 불일치 상황에 대한 학생들의 반응과 학생들의 과학철학적 관점과는 어느 정도 관계가 있을 것이라고 생각하였지만, 이 연구 결과를 통해서는 경향성은 보이긴 했지만 일반화 할 정도로 뚜렷한 것은 아니었다.
    이 연구 결과를 통해서, 직접 수업에 참여하는 교사 및 교수는 물리수업에서 어떠한 점을 고려하여 수업해야 할지의 방향 중 하나를 제시할 수 있을 것이다.
    즉, 학생들에게 불일치 데이터를 불일치로 인식하도록 하고, 오차 뿐 아니라 다른 대안적 개념의 가능성을 생각하게 하고, 데이터를 신뢰하게 해야한다. 불일치를 인식하면 학생들은 자신의 선개념이 무엇이 잘못되었는지에 대한 인지적 갈등을 겪게 될 가능성이 크고, 대안적 개념의 가능성을 통해 개념변화로 이끌어 내야 한다. 물론 학생들의 선개념과 불일치한 상황을 학생들이 잘 인식하게 하는 새로운 전략이 필요할 것이다.
    그 전략 중의 하나가, 학생들에게 데이터만 제시하지 말고 직접 실험을 통해 자신의 선개념과 실험 결과를 비교해 보게 하는 것이다. 이 연구에서 직접 실험을 통한 불일치 상황에서는 학생들이 불일치 상황을 잘 인식하며 데이터도 신뢰하는 경향이 있었다. 따라서, 인지갈등을 유발하여 개념변화가 효과적으로 이루어지기 위해서는 학생들의 예상과 다른 불일치한 상황을 학생이 직접 실험을 해 보아야 한다는 것을 알 수 있었다.
  • Index terms
  • 불일치, 인지갈등, 개념변화, 선개념, 과학적개념, 학생들의 반응, 과학철학적 관점
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