Park, Jongwon
Physics Education
박종원 (Department of Physics Education, College of Education, Chonnam National University, Gwangju, Korea)
과학학습 심리학
교재: 구성주의적 과학학습 심리학 (Shawn M. Glynn., Russel H. Yeany., & Bruce K. Britton., 권성기, 임청환 역). 시그마 프레스.
- 위의 교재를 읽고, 다음 질문에 답해오길 바랍니다. 수업은 질문에 대해 답하고 토론하면서 진행합니다.
1장
1. 과학의 과정 (process of science)의 예를 들어 보시오.
2. 학생들이 과학적 추론을 하도록 하기 위해 과학적 추론을 모델화해 보시오.
3. 과학적 소양이란 무엇인가? 미국과학교사협회에서 제시한 '과학적 소양을 갖춘 사람의 특징' 13가지에 대한 각각의 예를 들어라.
4. 과학 개념 자체에 대한 이해뿐 아니라 개념들간의 관계를 이해한다는 말의 의미는 무엇인가? 예를 들어, '전류'의 개념을 다른 개념과의 관계로 정의해 보자.
5. 개념도는 조직화 과정에 도움이 된다고 하였다. 과학탐구에 대한 내용으로 개념도를 그려 보시오. 이때, 다음 홈페이지에서 개념도 작성 프로그램을 download 받아 사용하시오.
http://cmap.coginst.uwf.edu/
6. 비유가 개념적 이해에 실패한 경우의 예를 들어 보시오.
7. 작업기억이란 무엇인가? 장기기억이란 무엇인가?
8. 제 7 차 교육과정에서는 기초탐구 기능과 통합탐구 기능을 어떻게 분류하고 있는가?
9. 좋은 이론의 두 가지 주요 기능이란 무엇인가?
10. 이론과 모델과의 관계를 생각해 보면서, 물리에서 모델의 예를 찾아 보시오.
11. 학생들이 한 개념에 대해서 과학수업과 실제 생활에서 서로 다르게 적용하는 예를 들어 보시오.
12. 인터넷에서 학생들이 가지는 물리 오개념을 소개하는 사이트를 찾아 보시오. 사이트들을 모아서 사이트별로 3-10줄 정도의 간단한 소개를 하는 소개 홈페이지를 만드시오.
13. 학생의 개념변화를 위해 학생들의 물리적 감각에 의문을 갖도록 해야 하는 이유는 무엇인가? 물리적 감각에 따른 결론이 과학적으로 옳지 않은 예를 들어 보아라.
14. 개념변화를 위한 조건 2가지를 요약하고, 새로운 개념이 갖추어야 할 조건 3가지를 요약해 보시오.
15. 구성주의 학습관에 의하면 교사의 역할은 어떠해야 하는가?
16. 어려운 개념을 가르치기 위해서는 학생의 지적발달 수준에 맞추어 쉽게 변형해야 하는 경우가 많다. 상대론이나 양자론을 고등학생에게 가르치기 위한 구체적인 예를 하나 들어 보시오. 예를 들면, 불확정성 원리를 고등학생에게 가르치기 위한 방안을 제시해 보시오.
17. 냉기가 물질이라는 생각, 온도와 열이 동등하다는 생각은 어떠한 생각인가?
18. 온도와 열량(heat), 열(thermal) 에너지, 내부(internal) 에너지를 각각 구분해 보시오.
2장 : 학습이론에 기초한 과학 수업
1. 학습 순환의 각 단계를 요약하시오.
2. 교수 순환의 각 단계를 요약하시오.
3. Lawson의 순환학습 3가지 유형을 요약하시오. (로슨의 순환학습 이론과 활동 예 참고자료 pdf)
4. 학생들에게 물리 지식이 어떻게 진화되어 왔는지를 보일 수 있는 구체적인 자료를 제시해 보시오.
과학사에서 그 예를 찾아 제시하시오.
5. 학습과제로 접근하려는 학생과 문제를 연구하려는 과학자들간의 차이점을 요약하시오.
6. 학문적 적성이란 무엇인가? 학생들에게 학문적 적성을 키우는 방안을 제안해 보시오.
7. 역학에서 아리스토텔레스적 관점이란 무엇을 의미하는가?
8. 자유낙하의 경우, 왜 무거운 것이 가벼운 것과 똑같이 떨어지는 지 설명하시오.
9. 자유낙하 실험에 대한 학생의 반응을 요약하시오.
특히, 자신의 선개념과 반대되는 관찰을 한 경우에 학생의 반응 유형을 나누어 보시오.
10. 비코스키는 개념을 어떻게 구별하였는가?
11. ‘학습에 대한 학습‘ 이란 무엇을 의미하는가?
12. 고등학생들이 물리수업을 좋아하는지, 싫어하는지를 묻고, 그 이유를 조사해 오시오.
13. 오슈벨의 학습이론을 요약해 보시오. 유의미학습의 기본가정과 출발점, 정의, 유의미학습이 일어나기 위한 조건,
유의미 학습의 유형, 유의미학습을 통한 인지구조의 발달에 대해 요약하시오. (유의미학습 자료 pdf)
14. 학생이 수업에 능동적으로 참여하기 위한 실제적인 방안을 제안해 보시오.
15. 저자는 협동학습을 좋은 수업방안으로 제안하고 있다. 실제 현장에서 일어나는 협동학습의 장점과 단점을 정리해 보시오.
3장. 과학학습의 개념변화 모형
1. 탁자 위에 놓인 책에 작용하는 힘에 대한 수업의 예를 단계별로 요약해 보시오.
2. 위의 단계에 따라, 다른 주제로 수업을 한다고 하였을 때, 수업의 예를 제시해 보시오. 즉, 개념변화를 위해 기존의 개념을 폐기하고 새로운 개념으로 대치하기 보다는 이 방법에서는 기존의 개념을 다른 친숙한 상황에서 잘 알고 있는 개념과 연결지음으로서 수정 보완하여 물리적으로 옳은 개념으로 변화시키는 수업이다.
3. 탁자 위에 놓인 책에 작용하는 힘에 대한 수업의 결과, 학생들은 어떤 반응을 보였다고 하였는가?
4. 오슈벨의 유의미 학습 이론에 의하면, 유의미 학습이 일어나지 위한 조건은 무엇인가?
5. scheme이란 무엇인가?
6. 저자는 지식들간의 연결이 중요하다고 지적하였다. 전기에너지, 전기적 위치에너지, 전위, 전기장 에너지들이 서로 어떤 연관성을 가지는지 정리해보시오.
7. 저자는 지식과 현상과의 연결도 중요하다고 지적하였다. 이를 위해서는 이론적 개념이 실제에서는 어떤 값으로 나올 수 있는지에 대한 연결도 중요할 수 있다. 예를 들면, 220V 전기선 주위의 전기장의 세기는 얼마인가? TV 앞에서 전기장의 세기는? 사람이 뛰거나 자전거를 탈 때 공기마찰력의 실제 크기는? 이러한 실제적인 예들을 10개 정도 찾아 보시오.
8. 개념변화가 일어나기 위한 조건을 요약하시오.
9(중요). 개념변화가 일어나기 위해서는 인지적 갈등 (불만족)을 인식해야 한다. 갈등의 유형에는 크게 3가지가 있다. (1) 자신의 인지구조와 실제 현상과의 불일치에서 생기는 갈등, (2) 자신의 인지구조와 다른 인지구조와의 불일치에서 생기는 갈등, (3) 새롭게 배운 과학적 인지구조와 실제 현상과의 불일치에서 생기는 갈등
각각의 경우에 해당되는 예를 3가지씩 들어 보시오. (1)의 예 : 무거운 것이 먼저 떨어진다고 생각한 학생이 진공튜브에서 동전과 깃털이 동시에 떨어지는 것을 관찰한 경우, (2)의 예 : 실로 무거운 물체와 가벼운 물체를 묶어서 떨어뜨릴 때, 전체 무게가 무거워져서 더 빨리 떨어진다는 주장과 가벼운 물체가 천천히 떨어지려고 하므로, 천천히 떨어진다는 주장이 대립하는 경우, (3)의 예 : 힘을 주지 않으면 영원히 등속운동을 계속한다는 관성의 법칙과 실제 책상에서 밀었다가 힘을 주지 않자, 얼마 후 정지하게 되는 현상을 관찰한 경우
10. 다음 각각은 지적임, 그럴듯함, 유용성 중 어디에 속하는가?
(1) 개념 설명이 논리적일 때, (2) 상대성이론에서 시간지연이 믿기지 않을 때, (3) 뉴튼의 운동방식이 다양한 상황에서 항상 일관되게 적용될 때, (4) 수학적인 유도과정이 명확할 때, (5) 비유나 모델이 잘 이해가 되지 않을 때, (6) 설명과정이 단순할 때
11. description 과 explanation의 차이는 무엇인가?
12. Hempel은 과학적 설명의 구조가 연역적 구조를 가지고 있다고 하였다. 그래서 그의 모델을 deductive-normative model 이라고 한다. explanation의 연역적 구조에 대해서 요약하고, explanation과 prediction의 연역적 구조를 비교하여 요약하시오.
13. 마찰과 관련된 학생의 오개념과, 마찰을 이해하는데 학생들이 가지는 어려움에는 무엇들이 있는지 정리하시오.
14. 마찰과 관련된 흥미로운 사실이나 현상들이 있다면 어떤 것이 있을까?
4장. 학생들의 개념틀 : 과학학습에의 시사점
1. 학생의 개념을 나타내는 말들은 개념(concept)이라고 하기 보다는 개념틀이라고 하는데 그 이유는 무엇인가?
2. 구성주의 관점에 의해 학습을 정의해 보시오.
3. 오슈벨의 어떠한 지적이 구성주의적 학습관과 일맥상통하는가?
4. 피아제 이론이 구성주의적 관점과 다른 주요한 차이는 무엇인가?
5. Hanson의 이론의존적 관찰, Kuhn의 과학혁명, Lakatos의 연구 프로그램(핵과 보호대로 이루어진) 의 어떠한 관점이 학생의 개념틀, 또는 개념변화 연구에 영향을 주었는가? 포괄적인 논의가 어렵다면, 특징적인 것만 예시해도 좋다.
6. 박종원 홈페이지에서 link 된 권성기 교수의 홈페이지를 보면, Pfundt&Duit의 Bibliography에서 논문을 search 할 수 있다. 그 중에서 관심있는 분야의 keyword (예를 들면, free fall 일 수도 있고, frictional force, 또는 kinetic energy 일 수도 있을 것이다)를 이용하여 논문을 검색하여 보시오. 검색 결과를 정리하시오.
7. 자신의 선행 개념대로 왜곡하여 관찰한 사례의 예를 들어 보시오.
8. 학생들이 자신의 선행개념과 반대되는 현상을 관찰했을 때, 관찰결과를 거부하지는 않지만, 뭔가 다른 이유 때문이라는 반응을 보이는 경우가 있다. 이러한 사례가 있다면 들어 보시오.
9. 교사나 교과서의 과학적 용어나 설명이 학생들에게는 다른 관점으로 이해되고 해석되는 경우가 많다. 예를 들면, ‘힘’ 이라는 용어나 ‘에너지’라는 용어도 그렇다. 그러한 구체적인 다른 예들을 제시해 보시오.
10. 일상언어의 사용이 과학적인 관점과 다른 경우가 있다. 예를 들면, ‘에너지를 아껴써라’라는 것도 그렇다. 그러한 예를 들어 보시오.
11. 학생의 오개념의 근원은 교과서에서의 잘못되거나 미숙한, 또는 오해를 불러 일으키는 표현 등에도 있다. 그러한 예를 찾아 보시오.
12. 관성의 법칙, 즉, 물체에 작용하는 힘이 없다면, 등속운동을 계속한다는 것은 사실 실제 상황에서는 직접 경험하기가 무척 어렵다. 에어트랙같은 경우에도 어떤 학생은 바람 때문에 일정하게 계속 운동하는 것이라고 설명하기도 한다. 어쩌면 실제 세계에서는 직접 관찰이 불가능할 수도 있는 관성의 법칙을 어떻게 하면 학생들이 이해할 수 있게 될까?
13. 과학사에서 나타났던 잘못된 개념이 학생의 오개념과 유사한 예를 들어 보시오.
14. 메타인지를 간단히 정리해 보아라. 참고자료는 <물리교육학 연구> - 교육과학사 책을 참고할 수 있다.
15. 과학학습에서 교과서에 이미 정해져 있는 내용으로만 가르치기 보다는 학생의 관심에 따른 주제선정도 고려할만한 측면이다. 그러한 측면에서 다음 쪽에 제시된 설문지를 이용하여 학생으로부터 응답을 얻고 응답을 정리해 보시오. 설문을 투입할 때에는 투입 전에 학생들에게 취지와 협조를 잘 부탁해서 동의를 얻어야 합니다. 학생의 응답을 연구자들은 참이라고 가정하고 분석하게 됩니다. 만일, 학생들이 귀찮아 하거나 장난삼아 응답을 한다면, 연구자들은 거짓된 응답을 참으로 오해하게 되는 경우가 생깁니다.
선생님은 학생들이 과학(또는 물리)을 보다 진지하고 흥미롭게 공부하기를 바랍니다.
그러한 측면에서 다음 몇 가지에 대해 여러분의 의견을 듣고 싶습니다.
1. 과학(또는 물리)과 관련해서 어떠한 것을 알고 싶습니까? 어떤 내용을 학교에서 배우면 좋겠습니까?
어떤 내용을 선생님께서 가르쳐 주신다면 열심히 공부하고 싶겠습니까? 또 어떻게 가르쳐 주면 좋겠습니까?
그러한 내용으로는 교과서에서 배운 내용 중에서 더 알고 싶은 내용일 수도 있고, 교과서에서 다루지 않는 내용일 수도 있습니다.
예 : 에너지 보존 법칙을 적용하는 것에 대해서 더 알고 싶다.
예 : 비디오 테이프가 녹화되는 원리를 알고 싶다.
또, 알고 싶은 내용을 좀 더 구체적으로 써도 좋습니다.
예 : 에너지는 보존되는데, 왜 에너지를 아껴 써야 하는지 알고 싶다.
예 : 비디오 녹화할 때, 왜 헤드가 기울어져 있는지 알고 싶다.
2. 이러한 내용을 배울 때에는 어떤 식으로 가르쳐 주면 좋겠습니까? 아래 예들을 참고해서 생각해 보십시오.
아래 예들 중에서 여러 개를 선택해도 좋고, 다른 방법을 제시해도 좋습니다.
예 : ‘호기심 천국’처럼 신기한 현상을 중심으로 흥미롭게 가르쳐 주면 좋겠다.
예 : 흥미와 재미가 없는 부분이라도, 이론적으로 철저하게 가르쳐 주면 좋겠다.
예 : 수식이나 공식을 사용하지 않고, 원리와 개념을 중심으로 설명해 주면 좋겠다.
예 : 수식이나 공식과 더불어서, 정확한 계산법과 문제풀이를 가르쳐 주면 좋겠다.
예 : 직접 관찰하거나 실험하면서, 활동을 중심으로 가르쳐 주면 좋겠다.
예 : 논리적인 사고나 과학적으로 사고하는 방법을 가르쳐 주면 좋겠다.
_____________학교 _____ 학년 _____ 반 _____ 번 이름 ______________
1. 과학(또는 물리)과 관련해서 어떠한 것을 알고 싶습니까? 어떤 내용을 학교에서 배우면 좋겠습니까?
어떤 내용을 선생님께서 가르쳐 주신다면 열심히 공부하고 싶겠습니까?
천천히 생각하고 가능한 한 여러 가지 내용을 쓰십시오.
2. 위의 내용을 배울 때에는 어떤 식으로 가르쳐 주면 좋겠습니까?
다음 중에서 선택하거나(여러 개를 선택해도 좋습니다), 나름대로의 방법을 제안해도 좋습니다.
① ‘호기심 천국’처럼 신기한 현상을 중심으로 흥미롭게 가르쳐 주면 좋겠다. ( )
② 흥미와 재미가 없는 부분이라도, 이론적으로 철저하게 가르쳐 주면 좋겠다. ( )
③ 수식이나 공식을 사용하지 않고, 원리와 개념을 중심으로 설명해 주면 좋겠다. ( )
④ 수식이나 공식과 더불어서, 정확한 계산법과 문제풀이를 가르쳐 주면 좋겠다. ( )
⑤ 직접 관찰하거나 실험하면서, 활동을 중심으로 가르쳐 주면 좋겠다. ( )
⑥ 논리적인 사고나 과학적으로 사고하는 방법을 중심으로 가르쳐 주면 좋겠다. ( )
기타 ______________________________________________________________________________
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5장 : 물리 개념에 대한 학생의 이해 발달 유형
1. 물체가 물에 뜨고 가라앉는 것에 대한 학생의 개념조사 결과는 어떻게 피아제의 인지발달 이론과 불일치하는가?
2. 현상을 설명하는데, 저학년에서 고학년으로 올라갈수록 나타나는 흥미로운 특징은 무엇인가 ?
3. 물리현상과 관련해서, 참여감, 물활론, 인간위주, 목적론적 반응의 예를 제시해 보시오.
4. 물질에 대한 입자이론에 대해서도 학생들은 여러 가지 오개념들을 가지고 있다. 예를 들면, 공기가 팽창하는 경우에 공기 입자 자체의 크기가 커진다고 생각하거나, 물분자에 대한 학습 이후에 물분자들 사이에는 무엇이 있는지를 물으면 다시 물이 있다고 응답하기도 한다. 이러한 관점을 자신이 가르키는 학생들은 어떻게 생각하는지 조사해 보시오.
5. 학생의 개념에 대한 조사 연구에서 우리가 알게 된 것을 요약해 보시오.
6. 교과서 중 임의로 4페이지를 선정하고 그 속에 포함된 물리 용어를 뽑아 보시오. 그리고 각 물리 용어에 대한 정의를 써 보시오. 그러한 정의를 학생들이 다 알고 있다고 생각하는가?
7. 순환학습을 적용하여 수업한다고 할 때, 각 단계별로 어떤 활동을 할 것인지 간단히 제시해 보시오. Lawson의 순환학습을 적용한 수업 예를 3가지 유형별로 하나씩 번역하시오.
8. accommodation과 assimilation의 의미를 각각 정리하시오.
9. 혁신적 수업에 대한 제안에 따라, 실제 수업에 적용한다면 어떻게 할 것인지 제시해 보시오. 예를 들면, 학생의 어떤 오개념을 변화시키기 위해 어떻게 모순되는 사건을 경험하게 할 것인지, 어떻게 다른 사람과 자신의 관점을 공유하게 할 것인지 등을 제시해 보시오.
9장 : 과학활동, 탐구기능과 사고
1. 피아제의 인지발달 이론을 간단히 정리하시오.
2. 고대 중국의 격언에 대한 자신의 의견을 제시해 보시오.
3. 맛있는 요리를 위해서는 요리책이 도움을 주듯이, 비록 요리식 실험이라고 하더라도 나름대로의 장점이 있을 수도 있을 것이다. 어떤 장점이 있을 수 있겠는가?
4. 표 9.1과 9.2의 각 탐구기능의 예를 다른 것으로 2개씩 제시해 보시오.
5. 교과서 실험 2개를 임의 선정해서, 그 실험에 표 9.1과 표 9.2에서 제시된 탐구기능들 중에 어떤 것이 포함되어 있는지 분석하시오.
6. 과학적 가설이란 무엇인지 조사해 오시오.
7. 저자가 지적한 탐구과정이 중요한 이유를 정리하시오.
8. 0.73의 상관계수가 의미하는 것은 무엇인가? 상관계수에 대한 내용을 정리하시오.
9. 이론적인 개념을 실제 활동하기에는 문제가 있습니다. 그렇다면, 이론적인 개념을 탐구활동할 수 없다는 의미인가? 이론적인 개념은 어떻게 탐구활동할 수 있을까?
10. 전자석에 대한 실험 예에서와 마찬가지로, 다른 물리 주제에 대해서 주요 질문을 제기하고, 실험 결과를 예상한 다음에 변인설정을 하고 (어느 것이 독립변인, 조작변인, 통제변인인지를 결정), 변인을 조작적으로 정의해 보시오.
제 10 장 : 과학개념 설명 : 비유 교수 모델
1. 다음 내용을 참고하여, 쿨롱법칙의 발견과정을 좀 더 자세하게 조사해 보시오.
1760년 Daniel Bernoulli는 전기 인력과 척력에는 거리의 제곱에 반비례한다는 것을 아주 거친 실험으로 확인한 바 있다.
Benjamin Franklin은 금속컵 안에 작은 쇠공을 가까이 하면, 컵이 대전되었든 아니든 아무런 영향을 받지 않는다는 것을 관찰하였다. 즉 전하들이 서로 반발해서 컵의 가장자리로 갔고, 따라서 내부는 대전되지 않았기 때문이다. 오늘날 우리는 금속구 내부에서의 전기장이 0이라는 것을 알고 있다. Franklin은 이러한 발견사실을 영국의 친구이며 산소의 발견자이기도 한 Joseph Priestley에게 알렸다.
Newton은 이미 균일한 구 껍데기 질량 내부의 동공에서는 중력이 0이라는 것을 보였다. 프리스틀리는 금속구 내부에서 전기력이 0인 것과 질량을 가진 속이 빈 구 내부에서 중력이 0이라는 것이 유사하다고 생각하였다. 그리고 프레스틀리는 중력이 1/r2에 따라 변화하므로, 전기력도 그럴 것이라고 가정했다. 비록 그가 옳았지만, 그 비유는 좋은 것은 아니었다. 중력의 경우에 0가 나오는 것은 구라는 기하학적인 특별한 모양 때문이었지만, 도체 동공 내부에서 0인 전기장이 나오는 것은 도체의 모양에 상관이 없다.
거리제곱에 반비례하는 것에 대한 직접적인 실험적 검증은 Robinson (1769)이 하였고, Cavendish (1775)에 의해서 더욱 완성되게 하였다. 그러나 후에 이상하게도 그의 결과는 공표되어 잘 알려지지 않았다. 결과적으로 Charles Augustin de Coulomb이 그의 결정적인 연구를 발표할 당시(1785)에도 전기력이 두 점전하의 거리의 제곱에 반비례한다는 것은 널리 추정되고 있던 것이었다.
2. 비유에 대한 일반적 내용을 정리하시오. 자세한 내용은 <물리교육학 연구> - 교육과학사 책을 참고할 수 있다.
3. 과학사에서 비유적으로 새로운 개념을 창안했던 사례를 하나 찾아 보시오.
4. 물리 교과서의 전자기 이 외의 단원을 선정해서, 그 안에 어떤 비유가 얼마나 있는지 간단히 정리하시오.
5. 교과서에서 사용한 비유 중에 분명하지 않거나 혼란을 일으킬 수 있는 내용이 있다면 무엇인지 정리해 보시오.
6. 교과서에서 사용한 비유 중 하나를 선정하여, 비유물, 대상물의 관계를 분석하시오(그림 10.2 참고)
7. (5)에서 비유물과 대상물을 포섭하는 상위 개념을 제시해 보시오.
8. 비유가 적절한지를 판단하는 3가지 준거를 요약하시오.
9. 249쪽의 예에서 전하는 정말 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는가? 양전하인 경우와 음전하인 경우를 각각 비교해 보자.
10. 교과서에서 사용된 비유 중의 하나를 선정해서, TWA 모델에 의해 6가지 활동 내용을 요약하시오.