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예비교사들의 무작위성 개념 이해 조사
Pre-service Teachers' Understanding of Randomness 원문보기

학교수학 = School Mathematics, v.12 no.4, 2010년, pp.455 - 471  

고은성 (서울대학교 대학원) ,  이경화 (서울대학교)

초록
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무작위성 개념에 대한 이해는 확률과 통계 영역의 교수와 학습에서 필수적인 것으로 다루어져왔다. 무작위성 개념은 자연현상, 사회현상을 수학적인 안목에서 이해하도록 하며, 합리적인 해석에 기초하여 이들 현상을 판단한다는 것이 무엇을 의미하는지 이해하는 토대가 된다. 본 연구에서는 예비교사들이 이와 같은 기회를 이해하고 다양한 문제 맥락에 포함되어 있는 무작위성 개념을 적절하게 이해하고 있는지 조사하였다. 연구결과 우연현상의 단순사건과 복합사건에 내재된 무작위성 개념은 쉽게 파악하는 반면, 측정과 관련된 맥락에서는 무작위성을 적절하게 인식하지 못하는 것으로 나타났다. 이는 측정상황의 본질인 변이성 개념의 인식이 부족함을 시사한다. 그러므로 예비교사를 대상으로 확률과 통계 관련 지도 관점을 다룰 때 측정상황을 도입할 필요가 있으며, 특히 변이성 개념에 비추어 이를 분석해야 한다는 점을 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Understanding of randomness is essential for learning and teaching of probability and statistics. Understanding of randomness prompts to understand natural and social phenomena from the point of view of mathematics, and plays a role of base in understanding of judgments based on rational interpretat...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Garfield와 Chance (2000)는 통계교육에서 유용하게 사용할 수 있는 다양한 평가방법을 소개하고 있는데, 그 중에서 간단하게 자신의 생각을 기술하거나 에세이를 쓰도록 하는 퀴즈 형식의 평가는 다양한 주제를 다룰 수 있으며, 또한 학생들이 이해하고 있는 것과 이해하지 못한 것을 파악할 수있는 방법에 해당된다. 본 연구에서는 예비교사들의 무작위성 개념에 대한 이해를 조사하기 위해 학생들이 자신의 생각을 기술하도록 하는 과제를 개발하였다([그림 Ⅲ-1] 참조). 연구에 참여한 57명의 학생을 대상으로 연구자가 개발한 과제를 해결하도록 하였으며, 해결하는데 소요된 시간은 약 20~30분으로 시간에 제한을 두지는 않았다.
  • 본 연구의 목적은 예비교사들의 무작위성 개념에 대한 이해를 조사하는 것이다. 무작위성 개념의 역사적 발달에 대한 조사를 토대로 먼저 무작위성 개념이 단순사건 및 복합사건과 연결됨을 확인할 수 있었다.
  • , 1998), 전문가들 역시 무작위성에 대해 매우 다양한 시각을 가지고 있다(Bennett, 2004; Falk & Konold, 1997). 이하에서는 무작위성 개념이 역사적으로 어떠한 아이디어와 결합하면서 발달해 왔는지 살펴볼 것이며, 이를 통해 무작위성 개념의 의미가 어떻게 변화되어왔는지 파악한다.

가설 설정

  • 게임의 우승자가 결정되기 전에 게임이 중단되었을 때 공평하게 상금을 분할하고자 하는 상황에서 파스칼과 페르마는 게임에 참여한 사람들의 우승 가능성을 양화하고자 하였는데, 이때 그들이 첫 번째 규준으로 삼았던 것 역시 모든 가능한 결과들의 확률이 동일하다는 가정이었다(Batanero et al., 2005). 이와 같이 등확률 상황은 무작위성의 전제조건으로 다루어졌다.
  • 우연게임 외의 상황에서 무작위성 개념이 나타난 것은 천문학을 연구하는 과학자들에 의해서이다. 심프슨은 측정시에 나타나는 오차의 분포가 주사위 두 개를 동시에 던졌을 때 나타나는 눈의 수의 합의 분포와 비슷하다는 가정을 세웠다(Bennett, 2004). 즉 측정오차로 이루어진 자료집합을 주사위를 던졌을 때 나타나는 특징을 갖는 집합으로 간주하게 된 것이다.
  • 그런데 동일한 측정을 반복하여 얻어진 오차들은 균일분포가 아니라 [그림 Ⅱ-2-b]~[그림 Ⅱ-2-d]와 같이 자료 값들이 중앙으로 모이는 분포를 갖게 된다. 심프슨은 특정한 크기의 오차가 발생할 확률은 오차 자체의 크기에 비례하며, 따라서 오차의 확률분포는 주사위 두 개를 던졌을 때 나타나는 확률분포와 비슷한 성질을 갖는다고 가정한 것이다. 이러한 가정으로부터 측정오차의 확률분포를 나타내는 그래프를 얻을 수 있었으며 해당 영역과 그래프로 둘러싸인 면적의 계산을 통해 어떤 특정 범위의 오차가 나올 확률을 구할 수 있었다(Bennett, 2004).
  • 무작위성은 압도적인 복잡성을 다루려는 인간의 시도의 전부이며, 패턴을 볼 수 없는 변이성을 모델링하기 위해 인간이 발명한 추상적인 모델일 뿐이다. 우리는 다양한 모델을 통해 추정을 하는데, 자료가 그 모델에 따라 무작위적으로 생성되었다고 가정을 하고 모집단과 자료를 연결하기 위해 확률을 사용한다. 이것이 바로 확률과 통계의 핵심이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무작위 사건이란? 우리는 보통 개별적인 결과들은 불확실하지만 여러 번의 반복 시행 결과는 일정한 패턴을 지니는 현상을 가리켜 무작위 사건이라 한다(Moore, 1990). 그러나 무작위성이라는 개념은 다양한 아이디어들이 결합된 것으로(Batanero et al.
균일분포란? 즉 모든 가능한 결과들은 1부터 6까지의 숫자들로 이루어진 균일확률 표본공간을 형성한다. 이렇게 모든 가능한 결과들이 같은 확률로 나타나는 확률분포 상태를 가리켜 ‘균일분포’라 부르기도 한다(Bennett, 2004).
확률의 이론적 발달과 함께 무작위성 개념은 등 확률과 밀접하게 연결되는 이유는 무엇인가? 확률의 이론적 발달과 함께 무작위성 개념은 등확률과 밀접하게 연결된다. 왜냐하면 확률의 발달은 등확률의 원리가 필수적이었던 우연게임과 밀접한 관련이 있기 때문이다(Batanero & Serrano, 1999). 1600년대 초에 갈릴레오는 ‘동일한 확률’이라는 개념을 이해하고 이로부터 공정한 주사위 모형을 제안하였는데, 이것이 오늘날 우리가 사용하는 주사위의 모체이다.
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