본 연구는 전자기 과학 교수 학습 과정을 표상의 관점에서 분석하고자 하였다.
1차 연도에는 시각적 표상의 유형과 특징에 대한 이론적 고찰과 재 개념화를 바탕으로 과학 교과서 전자기 영역에서 사용되는 시각적 표상의 유형과 특징을 분석하였다. 시각적 표상의 유형 ...

본 연구는 전자기 과학 교수 학습 과정을 표상의 관점에서 분석하고자 하였다.
1차 연도에는 시각적 표상의 유형과 특징에 대한 이론적 고찰과 재 개념화를 바탕으로 과학 교과서 전자기 영역에서 사용되는 시각적 표상의 유형과 특징을 분석하였다. 시각적 표상의 유형은 표상하는 대상의 추상성 정도(거시, 미시, 상징)와 표상의 주요 목적(기술, 설명, 관계)에 따라 이차원적인 구조로 범주화하였다. 하위 범주를 포함해 총 11가지의 범주 유형을 제안하였고 각각의 특징을 예와 함께 논의하였다. 이어서 이러한 시각적 표상의 유형이 교과서에 어떻게 분포하는지를 초·중·고 과학 교과서 분석을 통해 살펴보았다. 학교 급이 올라갈수록 표상의 수와 유형이 많아지는 것을 확인할 수 있었다.
2차 연도에는 학생의 표상 능력을 개념화하고 이를 조사할 수 있는 설문을 개발하여 실시하였다. 이를 통해 전자기 학습의 주요 개념(정전기 유도, 전기 회로에서의 전류, 직선 전류에 의한 자기장)과 관련된 학생의 표상 능력 및 학생들이 표상과 관련해서 나타내는 대표적 오류 유형을 조사‧분석하였다. 연구 결과 전자기 관련 단원을 학습한 직후임에도 학생들의 표상 능력은 높지 않았다. 또 학생의 표상 해석, 구성, 적용 능력 사이에는 서로 유의미한 상관관계가 있었으며 세 가지 구인이 서로 연관되면서도 독립적인 능력인 것으로 나타났다.
3차 연도에는 전자기 수업에서 사용하는 시각적 표상의 역할에 대한 교사의 인식과 활용 실태를 조사하고 시각적 표상 활용과 관련해서 교사가 겪는 어려움을 조사하였다. 연구 결과 교사들은 전자기 수업에서 시각적 표상을 활용하는 것이 중요하다고 인식하고 있었으나, 시각적 표상을 단순히 과학 지식을 전달하는 도구로만 제한적으로 인식하는 경향이 있었다. 교사의 이러한 제한된 인식은 수업 중 교사 중심의 표상 활용 방식과 밀접한 연관이 있었다.

This study aimed to investigate science teaching and learning on electromagnetism from the perspective of representations.
The first year study aimed to investigate the types of visual representations of electromagnetism in the science textbooks and t ...

This study aimed to investigate science teaching and learning on electromagnetism from the perspective of representations.
The first year study aimed to investigate the types of visual representations of electromagnetism in the science textbooks and to compare the representations according to school levels and topics. We developed a two-dimensional frame of representations with two criteria, abstractness of the referent (macroscopic, microscopic and symbolic) and its function (descriptive, explanatory and relational). Based on that, we analyzed nine kinds of science textbooks for primary and secondary schools. More representations and more categories of representations were revealed as the school level increased.
The second year study aimed at investigating middle school students’ representational competence in electrostatic induction, electric current, and magnetic field due to a current. Students’ visual representation competences were categorized into ‘interpretation’, ‘construction’, and ‘application’. The results showed that students’ representational competences were not high albeit they had already taken the lessons. There were also significant correlations among three components of representational competences.
The third year study aimed at investigating the perceptions of science teachers about the role of visual representations in the teaching of electromagnetism, and finding out how science teachers use visual representations in their teaching of electromagnetism and the difficulties they experience in dealing with those representations. The results showed that most of the teachers agreed to the significance of using visual representations in the classroom but regarded their role as means of simply delivering science knowledge rather than constructing or generating knowledge. Teachers’ limited perceptions about the role of visual representations were associated with the teacher-centered use visual representations in their teaching.

본 연구의 목적은 과학 교수 학습 과정에서 사용되는 여러 유형의 표상 중 특히 전자기 영역에서 다루어지는 시각적 표상의 유형과 특징을 규명하고, 학생들이 전자기 학습 과정에서 겪는 어려움을 시각적 표상의 관점에서 조사, 분석하며, 교사의 수업 중 시각적 표상 활 ...

본 연구의 목적은 과학 교수 학습 과정에서 사용되는 여러 유형의 표상 중 특히 전자기 영역에서 다루어지는 시각적 표상의 유형과 특징을 규명하고, 학생들이 전자기 학습 과정에서 겪는 어려움을 시각적 표상의 관점에서 조사, 분석하며, 교사의 수업 중 시각적 표상 활용에 대해 고찰하는 것이다.
1차 년도는 표상의 유형 및 구분에 대한 기존 이론을 재검토하고 교과서 설명에서 나타나는 표상의 유형 및 특징을 이해하고 분석하는 데에 초점을 두었다. 반복적인 범주화 작업을 통해 시각적 표상의 유형을 표상하는 대상의 추상성 정도(거시, 미시, 상징)와 표상의 주요 목적(기술, 설명, 관계)에 따라 2차원으로 분류하고 하위 범주까지 포함하여 총 11개의 유형으로 이루어진 분석틀을 개발하였다. 시각적 표상 유형 각각의 정의, 특징 및 대표적 예를 추출하고 이를 이용해 2009 개정 교육과정에 따른 초중고 과학교과서 9종을 분석하였다. 학교 급이 올라갈수록 거시적 표상보다 미시적, 상징적 표상의 비율이 증가하였고 표상의 기능 측면에서 보면 기술적 표상보다 설명적, 관계적 표상의 비중이 점점 커지는 경향이 있었다.
2차 년도는 학생들의 표상 능력을 조사할 수 있는 검사 도구를 개발하고 이를 통하여 학생들이 전자기 영역에서 사용되는 대표적인 표상에 관하여 어떻게 이해하고 있는지, 표상을 해석하거나 구성, 적용하는 능력은 어느 정도이며 어떠한 오류 유형을 나타내는지 조사・분석하였다.
전반적으로 전자기 단원을 학습한 직후 임에도 학생들의 표상 해석, 구성, 적용 능력은 높지 않은 것으로 나타났다. 또한 정전기 유도와 자기장에 대해서는 표상의 해석, 구성, 적용 능력 순으로 점수가 낮아졌지만 전류에 대해서는 해석과 적용 능력이 유사하고 구성 능력이 매우 낮은 것으로 나타났다. 이것은 전류에 대한 표상 구성이 다른 주제에 비해 어려웠다는 것을 의미하고 전류의 경우 다른 두 주제에 비해 미시적 표상의 동적 표현이 들어가 더 어려움을 주고 있다고 짐작된다. 표상 구성, 해석, 적용능력 점수 사이에는 유의한 상관관계가 나타났으며, 이는 삼자가 서로 관련이 있으면서도 어느 정도 독립적인 능력임을 시사한다.
마지막으로 3차 년도에는 교사가 실제 수업에서 표상을 어떻게 활용하는지, 표상 활용과 관련하여 어떠한 인식을 가지고 있는지 분석하였다. 교사들은 전자기 수업에서 시각적 표상을 활용하는 것이 중요하다고 인식하고 있었으나, 시각적 표상을 단순히 과학 지식을 전달하는 도구로만 제한적으로 인식하는 경향이 있었다. 또한 표상 활용의 네 가지 유형(해석, 구성, 적용, 평가) 중에서는 ‘구성’의 빈도가 가장 높았고, 교사 중심의 표상 활용이 학생 중심의 활용에 비해 두 배 가량 빈도가 높은 것으로 나타났다. 표상 활용 유형 중 교사 중심 활용이 학생 중심 활용에 비해 많고 ‘교사의 구성’이 가장 빈번하게 나타난 것은 교사가 표상 활용의 주요 목적을 과학 지식의 전달로 인식하는 것과 일맥상통한다. 시각적 표상이 과학적 아이디어나 모형을 생성하고 이를 정교화 해 가는 과정에서 과학적 사고나 과학적 탐구의 주요 도구가 될 수 있다는 점을 고려하면, 시각적 표상의 역할에 대한 인식의 확대가 필요하다.

본 연구의 연차별 주요 연구 내용과 결과를 요약하면 다음과 같다.
1차 연도에는 시각적 표상의 유형과 특징에 대한 이론적 고찰과 재 개념화를 바탕으로 과학 교과서 전자기 영역에서 사용되는 시각적 표상의 유형과 특징을 분석하였다. 시각적 표상의 유형은 표상하는 ...

본 연구의 연차별 주요 연구 내용과 결과를 요약하면 다음과 같다.
1차 연도에는 시각적 표상의 유형과 특징에 대한 이론적 고찰과 재 개념화를 바탕으로 과학 교과서 전자기 영역에서 사용되는 시각적 표상의 유형과 특징을 분석하였다. 시각적 표상의 유형은 표상하는 대상의 추상성 정도(거시, 미시, 상징)와 표상의 주요 목적(기술, 설명, 관계)에 따라 이차원적인 구조로 범주화하였다. 하위 범주를 포함해 총 11가지의 범주 유형을 제안하였고 각각의 특징을 예와 함께 논의하였다. 이어서 이러한 시각적 표상의 유형이 교과서에 어떻게 분포하는지를 초·중·고 과학 교과서 분석을 통해 살펴보았다.
2차 연도에는 학생의 표상 능력을 개념화하고 이를 조사할 수 있는 설문을 개발하여 실시하였다. 이를 통해 전자기 학습의 주요 개념(정전기 유도, 전기 회로에서의 전류, 직선 전류에 의한 자기장)과 관련된 학생의 표상 능력 및 학생들이 표상과 관련해서 나타내는 대표적 오류 유형을 조사‧분석하고, 표상 능력의 세부 요소 사이의 관계를 탐색하였다. 학생의 표상 해석, 구성, 적용 능력 사이에는 서로 유의미한 상관관계가 있었으며 세 가지 구인이 서로 연관되면서도 독립적인 능력인 것으로 나타났다.
3차 연도에는 전자기 수업에서 사용하는 시각적 표상의 역할에 대한 교사의 인식과 활용 실태를 조사하고 시각적 표상 활용과 관련해서 교사가 겪는 어려움을 조사하였다. 연구 결과 수업 중 학생 중심의 표상 활용보다 교사 중심의 활용이 두 배 가량 많았고, 시각적 표상의 ‘해석’, ‘구성’, ‘적용’, ‘평가’와 관련해서는 ‘교사의 구성’이 가장 빈번한 것으로 나타났다. 이러한 교사 중심의 시각적 표상 활용 실태는 시각적 표상의 역할에 대한 교사의 제한적 인식과 밀접하게 연관되어 있었으며 시각적 표상 활용과 관련된 교사의 어려움은 크게 ‘교사 자신’, ‘학생’, ‘표상 자체의 특성’, ‘자료 부족이나 수업 환경’에 기인한 것으로 범주화되었다.

본 연구는 그동안 화학교육 연구에서 다루어져 왔던 시각적 표상에 대한 연구를 물리교육 영역으로 확대하였으며 시각적 표상을 중심으로 과학 교수 학습 과정을 새롭게 접근하고 연구할 수 있는 이론적 바탕을 제공할 것으로 기대한다.