빛 단원에서 반사와 굴절을 나타내는 화살표에 대한 중학생들의 개념 조사 The Analysis of Middle Students' Conceptions on the Arrows Representing Reflection and Refraction in the Light Unit of Science Textbooks원문보기
이 연구의 목적은 7학년 과학 교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형을 분석하고, 화살표의 의미에 대한 중학생들의 개념을 알아보는 데 있다. 중학교 과학교과서 9종의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형을 분류하고, 이를 바탕으로 검사도구를 개발하였다. 7학년 학생의 과학 성적에 따라 상, 중, 하 각 2명씩을 대상으로 하여 화살표의 개념을 어떻게 인식하고 있는지 면담법으로 조사하였다. 중학교 과학교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형은 물체에서 나온 빛이 눈에 도달하는 과정에 따라 4가지로 나눌 수 있었다. 화살표의 점선과 실선에 대한 개념 이해는 과학성적에 따라 서로 다르게 나타나는 경향을 보였다. 빛이 평면 거울면에 반사하거나 공기와 물의 경계면에서 굴절하여 우리 눈에 들어오는 빛의 경로를 표현할 때, 물체에서 나온 화살표의 실선과 물체가 위치하고 있다고 인식하는 화살표의 점선의 의미를 명확히 제시하여 가르치는 것이 필요하다.
이 연구의 목적은 7학년 과학 교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형을 분석하고, 화살표의 의미에 대한 중학생들의 개념을 알아보는 데 있다. 중학교 과학교과서 9종의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형을 분류하고, 이를 바탕으로 검사도구를 개발하였다. 7학년 학생의 과학 성적에 따라 상, 중, 하 각 2명씩을 대상으로 하여 화살표의 개념을 어떻게 인식하고 있는지 면담법으로 조사하였다. 중학교 과학교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형은 물체에서 나온 빛이 눈에 도달하는 과정에 따라 4가지로 나눌 수 있었다. 화살표의 점선과 실선에 대한 개념 이해는 과학성적에 따라 서로 다르게 나타나는 경향을 보였다. 빛이 평면 거울면에 반사하거나 공기와 물의 경계면에서 굴절하여 우리 눈에 들어오는 빛의 경로를 표현할 때, 물체에서 나온 화살표의 실선과 물체가 위치하고 있다고 인식하는 화살표의 점선의 의미를 명확히 제시하여 가르치는 것이 필요하다.
This study aims to analyze the types of arrows used on the inscriptions in the light unit of 7th grade science textbooks, and to investigate middle students' conceptions on the meaning of the arrows. The types of arrows in 9 science textbooks were analyzed. Based on this analysis, the instrument was...
This study aims to analyze the types of arrows used on the inscriptions in the light unit of 7th grade science textbooks, and to investigate middle students' conceptions on the meaning of the arrows. The types of arrows in 9 science textbooks were analyzed. Based on this analysis, the instrument was developed to access how 7th graders perceive the meaning of arrows. In addition, we interviewed 7th graders, 2 students in high level, 2 in the middle, and 2 in low level by their achievement level, to investigate their perceptions on the meaning of the arrows. We analyzed 4 types of arrow by the process in which the reflected light from the object come into one's eyes. Students tend to perceive the meaning of the solid line and the dotted line of arrows differently according to their achievement level. When the light pathway is represented in which the reflected or refracted light enter into our eyes, it is necessary to describe and teach clearly both the meaning of solid line as the light from the object and the meaning of dotted line as the perception of the existence of the object.
This study aims to analyze the types of arrows used on the inscriptions in the light unit of 7th grade science textbooks, and to investigate middle students' conceptions on the meaning of the arrows. The types of arrows in 9 science textbooks were analyzed. Based on this analysis, the instrument was developed to access how 7th graders perceive the meaning of arrows. In addition, we interviewed 7th graders, 2 students in high level, 2 in the middle, and 2 in low level by their achievement level, to investigate their perceptions on the meaning of the arrows. We analyzed 4 types of arrow by the process in which the reflected light from the object come into one's eyes. Students tend to perceive the meaning of the solid line and the dotted line of arrows differently according to their achievement level. When the light pathway is represented in which the reflected or refracted light enter into our eyes, it is necessary to describe and teach clearly both the meaning of solid line as the light from the object and the meaning of dotted line as the perception of the existence of the object.
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문제 정의
거울면과 공기와 물의 경계면으로 나누어 화살표의 실선과 점선에 대한 학생들의 응답 이유를 분석하였다. 또한 물체의 한 점 또는 두 점에서 나온 빛이 눈에 모이는 경우 어떤 것이 개념이해에 도움이 되는지도 알아보았다.
빛 단원에 사용된 화살표에 대한 개념을 알아보기 위해서 검사지를 개발하였다. 검사지는 7학년 과학 교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형(Table 2)에 기초하여 Table 3과 같이 거울면의 반사와 물과 공기의 경계면에 굴절하는 경우와 물체의 한 점 또는 두 점에서 빛이 나오는 경우로 나누어 문항틀을 개발하였다.
이 연구에서는 7학년 과학 교과서 빛 단원에 사용된 화살표의 유형을 분석하여, 물체에서 나온 빛이 평면 거울면에 반사하거나 공기와 물의 경계면에서 굴절하여 눈에 들어오는 화살표에 대한 중학생들의 개념을 알아보았다. 물체에서 나온 빛이 눈에 도달하는 과정에 따라 중학교 과학 교과서의 빛 단원에 나타난 화살표의 유형을 4가지로 나누었다.
검사 문항에는 빛 단원 화살표의 4가지 유형이 포함되도록 하였고, 물체에서 나온 빛이 거울면에 반사여 눈에 들어오는 과정, 물과 공기 경계면에서 빛이 굴절하여 눈에 들어오는 과정을 설명하는 것을 포함하였다. 이를 통해 화살표의 유형에 따른 화살표의 실선과 점선의 의미 그리고 실제 물체와 물체가 있는 것처럼 보이는 상의 의미를 이해하는지를 조사하였다.
가설 설정
H1: A는 실제 꽃병의 위치이고요. B는 우리가 느끼는 꽃병의 위치에요.
H1: 빛이 한 점에서 나온 경우 A는 실제 동전의 위치이고요. B는 우리 눈이 인식하는 동전의 위치에요.
H2: A는 실제 꽃병이 있는 위치를 의미하고 B는 우리 눈이 꽃병이 있다고 느끼는 위치에요. A 꽃병에서 시작된 화살표의 실선은 실제 물체에서 나온 빛이 우리 눈에 들어오는 과정이고, B 꽃병에서 시작된 화살표의 점선은 우리 눈이 물체가 있다고 느끼는 곳에 위치한 곳이에요.
H2: 빛이 한 점에서 나온 경우 A는 실제 동전의 위치이고요. B는 우리가 동전이 있다고 느끼는 위치에요, 실선은 동전에서 빛이 나와 우리 눈으로 도달하는 빛의 경로이고요.
L1: 거울 앞에 있는 꽃병 A는 원래 있는 상이고요, 거울면 뒤에 있는 꽃병 B는 눈에 보이는 상이에요. 머그컵도 마찬가지에요.
L2: 거울면 앞에 있는 꽃병이나 머그컵 A는 실제 물체에서 반사하는 것이고요. B는…….
L2: 한 점에서 나온 화살표인 경우 A는 실물보다 아래에 있는 동전의 위치이고, B는 실제 동전의 위치에요. 컵에 있는 동전의 경우 A는 물을 담았을 때 빛이 굴절되지 않아 눈에 보이지 않는 동전이고요.
제안 방법
Fig. 1과 같이 물체의 한 점과 두 점에서 나온 빛이 거울면에 반사하여 우리 눈에 들어오는 경우 물체와 허상의 차이점과 화살표의 실선과 점선에 대한 학생 들의 응답 이유를 분석하였다. 과학성적 상인 학생들은 물체의 한 점 또는 두 점에서 나온 화살표의 실선과 점선 그리고 물체와 허상의 의미를 올바르게 이해하고 있었다.
Fig. 2와 같이 빛이 물체의 한 점과 두 점에서 나와 공기와 물의 경계면에서 굴절하여 우리 눈에 들어오는 경우로 나누어 화살표의 실선과 점선 그리고 물체와 허상에 대한 학생들의 응답을 분석하였다. 과학 성적이 상인 학생들은 물체의 한 점 또는 두 점에서 나온 화살표의 점선과 실선 그리고 물체와 허상에 대한 의미를 올바르게 이해하는 것으로 나타났다.
거울면과 공기와 물의 경계면으로 나누어 화살표의 실선과 점선에 대한 학생들의 응답 이유를 분석하였다. 또한 물체의 한 점 또는 두 점에서 나온 빛이 눈에 모이는 경우 어떤 것이 개념이해에 도움이 되는지도 알아보았다.
검사지는 7학년 과학 교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형(Table 2)에 기초하여 Table 3과 같이 거울면의 반사와 물과 공기의 경계면에 굴절하는 경우와 물체의 한 점 또는 두 점에서 빛이 나오는 경우로 나누어 문항틀을 개발하였다. 검사 문항에는 빛 단원 화살표의 4가지 유형이 포함되도록 하였고, 물체에서 나온 빛이 거울면에 반사여 눈에 들어오는 과정, 물과 공기 경계면에서 빛이 굴절하여 눈에 들어오는 과정을 설명하는 것을 포함하였다. 이를 통해 화살표의 유형에 따른 화살표의 실선과 점선의 의미 그리고 실제 물체와 물체가 있는 것처럼 보이는 상의 의미를 이해하는지를 조사하였다.
검사도구의 타당도를 높이기 위해서 연구자가 먼저 예비문항을 개발하고, 초·중등 과학의 각 영역별 교수와 박사 5인으로 구성된 연구자들이 반복 검토하여 문항을 개발하였다.
빛 단원에 사용된 화살표에 대한 개념을 알아보기 위해서 검사지를 개발하였다. 검사지는 7학년 과학 교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형(Table 2)에 기초하여 Table 3과 같이 거울면의 반사와 물과 공기의 경계면에 굴절하는 경우와 물체의 한 점 또는 두 점에서 빛이 나오는 경우로 나누어 문항틀을 개발하였다. 검사 문항에는 빛 단원 화살표의 4가지 유형이 포함되도록 하였고, 물체에서 나온 빛이 거울면에 반사여 눈에 들어오는 과정, 물과 공기 경계면에서 빛이 굴절하여 눈에 들어오는 과정을 설명하는 것을 포함하였다.
이 연구에서는 첫째, 중학교 7학년 과학 교과서의 빛 단원에서 반사와 굴절을 나타내는 화살표의 유형을 분석한다. 둘째, 물체에서 나온 빛이 평면 거울면에 반사하거나 공기와 물의 경계면에서 굴절하여 눈에 들어오는 화살표에 대한 중학생들의 개념을 알아본다.
먼저, 연구를 위하여 1인 연구자가 중학교 과학교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형을 통일성 있게 조사하였다. 이후 과학교육 전공 박사와 교수 6인으로 이루어진 연구자들의 반복적인 논의와 검토 과정을 통해 Table 2와 같이 화살표 유형을 분류하였다.
검사지의 문제를 해결하는 시간은 20분 정도였고, 개별 면담시간은 30분 정도 진행하였다. 면담은 반구조화된 형식으로 진행하였으며, 설문 문항의 응답에 대한 이유를 조사하였다. 분석방법은 학생들이 거울면에 있는 상과 물속에 있는 물체의 상이 어떤 과정에 의해서 보이는지, 빛의 경로를 나타내는 화살표의 실선과 점선은 무엇을 의미하는지, 빛이 물체의 한 점 또는 두 점에서 반사하여 나오는 경우에 어떤 것이 개념 이해에 도움이 되는지 등에 대하여 검사지와 면담을 통해서 분석하였다.
이 연구에서는 7학년 과학 교과서 빛 단원에 사용된 화살표의 유형을 분석하여, 물체에서 나온 빛이 평면 거울면에 반사하거나 공기와 물의 경계면에서 굴절하여 눈에 들어오는 화살표에 대한 중학생들의 개념을 알아보았다. 물체에서 나온 빛이 눈에 도달하는 과정에 따라 중학교 과학 교과서의 빛 단원에 나타난 화살표의 유형을 4가지로 나누었다. 유형 Ⅰ(OO)은 물체의 한 점에서 나온 빛이 눈의 한 점으로 도달하는 경우, 유형 Ⅱ(OT)는 물체의 한 점에서 나온 빛이 눈의 두 점으로 도달하는 경우, 유형 Ⅲ(TO)은 물체의 두 점에서 나온 빛이 눈의 한 점으로 도달하는 경우, 유형 Ⅳ(TT)는 물체의 두 점에서 나온 빛이 눈의 두 점으로 도달하는 경우로 나누었다.
면담은 반구조화된 형식으로 진행하였으며, 설문 문항의 응답에 대한 이유를 조사하였다. 분석방법은 학생들이 거울면에 있는 상과 물속에 있는 물체의 상이 어떤 과정에 의해서 보이는지, 빛의 경로를 나타내는 화살표의 실선과 점선은 무엇을 의미하는지, 빛이 물체의 한 점 또는 두 점에서 반사하여 나오는 경우에 어떤 것이 개념 이해에 도움이 되는지 등에 대하여 검사지와 면담을 통해서 분석하였다.
검사도구의 타당도를 높이기 위해서 연구자가 먼저 예비문항을 개발하고, 초·중등 과학의 각 영역별 교수와 박사 5인으로 구성된 연구자들이 반복 검토하여 문항을 개발하였다. 신뢰도를 높이기 위해서 과학 성적이 상, 중, 하 학생을 각 2명씩 선정하여 예비 투입을 하였고, 예비 투입하여 얻은 결과를 검사문항에 반영하여 완성하였다.
Table 2의 화살표 유형을 대표하는 형태의 그림을 과학 교과서에서 선별하여 검사지를 개발하였다. 연구 대상에게 먼저 검사지의 문제를 풀도록 한 후에, 개별적인 면담을 통해서 화살표에 대한 개념을 조사하였다. 면담 내용은 녹음을 한 후 분석 시에 활용하였다.
물체에서 나온 빛이 눈에 도달하는 과정에 따라 중학교 과학 교과서의 빛 단원에 나타난 화살표의 유형을 4가지로 나누었다. 유형 Ⅰ(OO)은 물체의 한 점에서 나온 빛이 눈의 한 점으로 도달하는 경우, 유형 Ⅱ(OT)는 물체의 한 점에서 나온 빛이 눈의 두 점으로 도달하는 경우, 유형 Ⅲ(TO)은 물체의 두 점에서 나온 빛이 눈의 한 점으로 도달하는 경우, 유형 Ⅳ(TT)는 물체의 두 점에서 나온 빛이 눈의 두 점으로 도달하는 경우로 나누었다. 중학교 과학 교과서의 빛 단원에서 사용된 화살표의 유형은 유형Ⅰ의 형태가 대부분이었고, 반사의 유형 Ⅳ와 굴절의 유형 Ⅱ는 과학 교과서에서 사용되지 않았다.
이 연구에서는 첫째, 중학교 7학년 과학 교과서의 빛 단원에서 반사와 굴절을 나타내는 화살표의 유형을 분석한다. 둘째, 물체에서 나온 빛이 평면 거울면에 반사하거나 공기와 물의 경계면에서 굴절하여 눈에 들어오는 화살표에 대한 중학생들의 개념을 알아본다.
중학교 과학교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 유형을 반사와 굴절 현상으로 나누어 분석하였다. 빛단원에 사용된 화살표의 유형은 물체에서 나온 빛이 눈에 들어오는 과정을 고려하여 Table 2와 같이 4가지로 유형으로 분류하였다.
화살표의 유형을 크게 두 가지 관점으로 분류하였다. 즉, 물체에서 나온 빛이 한 점에서 나오는 경우와 두 점에서 나오는 경우, 눈에 들어오는 빛이 한 점인 경우와 두 점인 경우로 조합하여 모두 4가지 유형으로 나누어 분석하였다.
대상 데이터
교과서는 본문의 문장과 시각자료로 구성된다. 시각자료는 교과서의 내용을 쉽고 명백하게 제시해 주는 표현 수단으로 글로써 서술되는 것 못지않게 학생들에게 미치는 영향이 크다(우종옥 등, 1992).
중학교 과학 교과서의 빛 단원에 사용된 화살표 유형을 분석하기 위해서 제 7차 교육과정에서 7학년에 사용되고 있는 9종의 ‘과학 1’ 교과서를 분석 대상으로 하였다(Table 1).
중학교 과학교과서의 빛 단원에 사용된 화살표의 개념을 알아보기 위하여 충청북도 도시 지역에 위치한 중학교에서 7학년 중간고사 과학 성적이 상위 30%, 중위 30%-70%, 하위 70%이상에 해당하는 학생을 각 2명씩 선정하였다. Table 2의 화살표 유형을 대표하는 형태의 그림을 과학 교과서에서 선별하여 검사지를 개발하였다.
성능/효과
과학 성적 상인 H1과 H2는 거울면이나 공기와 물의 경계면에 그려진 화살표의 실선과 점선을 구분하고, 물체와 허상의 의미를 올바르게 이해하는 것으로 나타났다. 과학 성적 중인 M1은 거울면의 실선과 점선 그리고 상의 의미를 이해하고 있었지만 공기와 물의 경계면의 점선과 허상의 의미를 이해하지 못하는 것으로 나타났다.
2와 같이 빛이 물체의 한 점과 두 점에서 나와 공기와 물의 경계면에서 굴절하여 우리 눈에 들어오는 경우로 나누어 화살표의 실선과 점선 그리고 물체와 허상에 대한 학생들의 응답을 분석하였다. 과학 성적이 상인 학생들은 물체의 한 점 또는 두 점에서 나온 화살표의 점선과 실선 그리고 물체와 허상에 대한 의미를 올바르게 이해하는 것으로 나타났다.
과학성적 중과 하인 학생들은 평면 거울면에 나타나는 상에 대한 의미를 올바르게 이해하고 있지 못했다. 화살표의 실선과 점선의 의미를 바르게 이해하지 못하고 평면 거울면에 나타나는 허상을 물체에서 나온 빛으로 잘못 인식하는 것으로 나타났다. 이는 평면 거울면에서 나오는 화살표 점선의 의미를 물체가 있다고 인식하는 것으로 생각하지 못하고, 빛이 실제적으로 나오는 것으로 이식하고 있음을 의미한다.
과학성적 중과 하인 학생들은 거울면 뒤에 나타나는 허상에 대한 의미를 올바르게 알지 못했다. 화살표의 실선과 점선의 의미를 올바르게 이해하지 못하고 거울면 뒤에 나타나는 허상을 물체에서 나온 빛으로 잘못 인식하는 것으로 나타났다. 이는 거울면에서 반사하여 나온 화살표의 점선의 의미를 물체가 있다고 인식하지 못하고 빛이 실제적으로 거울면에서 나오는 것으로 알고 있었다.
후속연구
둘째, 학생들은 빛 단원에 있는 글과 시각자료만을 통해서는 점선 및 실선에 대한 화살표의 개념을 이해하기 어려우므로 과학 교과서에서 화살표의 점선과 실선의 의미에 대한 보충적 설명이 필요하다. 셋째, 빛이 평면 거울면에 반사되거나 공기와 물의 경계면에서 굴절하여 우리 눈에 들어오는 빛의 경로를 화살표를 나타낼 때, 실제 물체에서 나온 화살표의 실선과 물체가 위치하고 있다고 인식하는 화살표의 점선을 구분하여 가르치는 것이 필요하다.
이 연구에서는 과학성적에 따른 중학생들의 화살표의 실선과 점선 그리고 실상과 허상을 조사했으므로, 추후 연구에서는 과학교사들을 대상으로 화살표의 실선과 점선에 대하여 어떻게 이해하고 있으며, 과학수업에서는 어떻게 설명하고 있는지에 대하여 연구하는 것도 의미 있는 것으로 사료된다.
중학교 과학 교과서 빛 단원에 사용된 화살표의 분석을 통해서 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째, 중학교 과학 교과서 빛 단원에서 빛의 반사와 굴절을 설명할때 그림이나 삽화를 이용하여 나타내거나 일관성 있는 방식의 제시가 필요하다. 둘째, 학생들은 빛 단원에 있는 글과 시각자료만을 통해서는 점선 및 실선에 대한 화살표의 개념을 이해하기 어려우므로 과학 교과서에서 화살표의 점선과 실선의 의미에 대한 보충적 설명이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 교사용 지도서를 분석 대상에 포함하지 않은 이유는 무엇인가?
중학교 과학 교과서의 빛 단원에 사용된 화살표 유형을 분석하기 위해서 제 7차 교육과정에서 7학년에 사용되고 있는 9종의‘과학 1’교과서를 분석 대상으로 하였다(Table 1). 교사용 지도서는 학생들이 직접적으로 학습에 활용하는 자료가 아니므로 분석 대상에 포함하지 않았다. 7학년 과학 교과서의 빛 단원에 사용된 화살표는 물체가 거울면에 보이는 과정이나 물속에 있는 물체가 보이는 과정에서 빛의 직진, 반사, 굴절의 경로를 설명하고 있다.
과학 교과서에 사용되는 시각자료는 어떤 역할을 하는가?
과학 교과서에서도 학생들의 이해를 돕기 위한 다양한 형태의 시각자료가 제시되고 있다. 과학 교과서에 사용되는 시각자료는 장식적이거나 보조적인 기능뿐만 아니라 교과서의 중심적인 내용을 예시하고 설명하는 역할을 한다(Pozzer & Roth, 2003). 이러한 시각적 이미지는 단순히 텍스트를 나타내는 하나의 표상을 넘어, 서로의 이해를 공유하는 데 구체적 대상으로 그 역할을 한다(최재혁, 2007).
중학교 과학 교과서 빛 단원에서 사용된 화살표의 개념에 대한 학생들의 인식을 연구해야하는 이유는 무엇인가?
과학 교과서 시각자료에 사용된 화살표를 전체적으로 분류하였을 뿐(송영욱 등 2010), 특정 과학 개념에 관련된 화살표에 대한 학생들의 개념 연구는 없었다. 중학교 과학 교과서의 빛 단원에서는 거울면에서 물체가 보이는 과정이나 물속에 있는 물체가 보이는 과정을 화살표를 사용하여 개념을 설명하고 있다. 화살표의 특징적인 의미가 바르게 이해되지 않으면 학습자는 화살표의 의미를 혼동하기 쉬우며, 시각적 인식에 대하여 올바른 학습을 하지 못할 가능성이 있다. 따라서 중학교 과학 교과서 빛 단원에서 사용된 화살표의 개념을 학생들이 어떻게 인식하는지 심층적으로 연구할 필요가 있다.
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