이 연구는 빛의 직진에 관한 교사들의 개념이 어떠한지 살펴보고, 나타난 여러 대안개념들을 개선하기 위해 필요한 적절한 학습모듈의 개발에 주목한 것으로서 올바른 빛의 직진 개념 형성을 위한 실험장치와 work sheet의 고안 및 활용의 효과성을 살펴보고 이에 따른 교육적 시사점을 얻고자 이루어졌다. 개발된 실험장치와 work sheet는 현직 교사들로 하여금 올바른 과학 개념을 가질 수 있도록 하는지 알기 위해 초 중등학교 교사 75명(초등 8명, 중등 67명)을 대상으로 적용수업이 이루어졌고 적용수업 전 후에 교사들의 개념을 알아보기 위하여 사전검사와 사후검사가 각각 이루어졌다. 결과의 분석은 사전검사 및 사후검사 무응답 등의 이유로 중등교사 5명을 제외한 70명의 교사들에 대하여 이루어졌다. 실험장치를 이용한 적용수업 전, 대다수의 교사들이 가진 대안 개념으로 실험장치의 바닥판에 빛이 비쳐 밝게 보이는 모양 자체를 빛의 진행경로로 생각하는 것으로 드러났으나 실험장치를 이용한 적용수업 이후 바닥판에 빛이 비친 모양을 빛의 진행경로로 생각하는 유형의 수가 크게 감소하였다. 아울러 수업 전, 빛의 진행경로의 출발점을 잘못 그린 것과는 반대로 거의 모든 교사가 광원인 전구로부터 시작하여 빛의 진행경로를 그리는 올바른 개념으로 변화하였다.
이 연구는 빛의 직진에 관한 교사들의 개념이 어떠한지 살펴보고, 나타난 여러 대안개념들을 개선하기 위해 필요한 적절한 학습모듈의 개발에 주목한 것으로서 올바른 빛의 직진 개념 형성을 위한 실험장치와 work sheet의 고안 및 활용의 효과성을 살펴보고 이에 따른 교육적 시사점을 얻고자 이루어졌다. 개발된 실험장치와 work sheet는 현직 교사들로 하여금 올바른 과학 개념을 가질 수 있도록 하는지 알기 위해 초 중등학교 교사 75명(초등 8명, 중등 67명)을 대상으로 적용수업이 이루어졌고 적용수업 전 후에 교사들의 개념을 알아보기 위하여 사전검사와 사후검사가 각각 이루어졌다. 결과의 분석은 사전검사 및 사후검사 무응답 등의 이유로 중등교사 5명을 제외한 70명의 교사들에 대하여 이루어졌다. 실험장치를 이용한 적용수업 전, 대다수의 교사들이 가진 대안 개념으로 실험장치의 바닥판에 빛이 비쳐 밝게 보이는 모양 자체를 빛의 진행경로로 생각하는 것으로 드러났으나 실험장치를 이용한 적용수업 이후 바닥판에 빛이 비친 모양을 빛의 진행경로로 생각하는 유형의 수가 크게 감소하였다. 아울러 수업 전, 빛의 진행경로의 출발점을 잘못 그린 것과는 반대로 거의 모든 교사가 광원인 전구로부터 시작하여 빛의 진행경로를 그리는 올바른 개념으로 변화하였다.
The purpose of this study was to develop inquiry modules for learning straight propagation of light, to verify their efficiency, and to acquire implications. this study proposes teaching modules for improvements of light experiments, which were developed in this work. Inquiry modules were applied to...
The purpose of this study was to develop inquiry modules for learning straight propagation of light, to verify their efficiency, and to acquire implications. this study proposes teaching modules for improvements of light experiments, which were developed in this work. Inquiry modules were applied to 75 school teachers(8 elementary school teachers, 67 middle school and high school teachers) for examining that the modules make teachers have the scientific concepts. Then, conception changes were analyzed except 5 teachers who responded poorly. The pre-test result shows that most teachers have alternative conceptions, which is that they thought the bright shape on apparatus's bottom panel itself shown in the textbook as evidence for the path of light's straight propagation. The post-test result shows this alternative conception was changed into scientific conception. Unlikely pretest, most teachers' conception was changed into the scientific conception that the light come from a light source. Teachers are able to express that the light beam comes from a miniature electric bulb. Further more, most teachers can draw light's path correctly; from the miniature electric bulb, through vertical panel having a hole, to the apparatus bottom.
The purpose of this study was to develop inquiry modules for learning straight propagation of light, to verify their efficiency, and to acquire implications. this study proposes teaching modules for improvements of light experiments, which were developed in this work. Inquiry modules were applied to 75 school teachers(8 elementary school teachers, 67 middle school and high school teachers) for examining that the modules make teachers have the scientific concepts. Then, conception changes were analyzed except 5 teachers who responded poorly. The pre-test result shows that most teachers have alternative conceptions, which is that they thought the bright shape on apparatus's bottom panel itself shown in the textbook as evidence for the path of light's straight propagation. The post-test result shows this alternative conception was changed into scientific conception. Unlikely pretest, most teachers' conception was changed into the scientific conception that the light come from a light source. Teachers are able to express that the light beam comes from a miniature electric bulb. Further more, most teachers can draw light's path correctly; from the miniature electric bulb, through vertical panel having a hole, to the apparatus bottom.
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문제 정의
끝으로, 이 연구의 결과물인 학습모듈은 개발 과정에서 학생들을 대상으로 한 활용도 신중히 고려되어 개발되었다. 따라서 학생들을 대상으로 한 학습에서도 유사한 효과를 발휘할 것으로 예상되므로 학생들을 대상으로 이를 활용한 수업을 제안하는 바이다. 이와 관련하여서는 실제로 이 연구에서 개발된 실험장치 중 하나(그림 6)가 현행 2007 개정 교육과정 과학 교과서에 반영되어 활용 중에 있다(교육과학기술부, 2011).
교육전문가의 수업 후에 이루어진 사후 검사는, 사전 검사지를 본인에게 돌려준 후, 사전 검사의 문항에 대한 오해가 없었는지를 물어보고, 오해가 없었던 경우에 대하여 사전 검사 작성 당시에 자신이 가지고 있었던 대안 개념을 자술토록 하여 대안 개념의 유무를 확인하였다. 사후 검사에는 렌즈가 빛의 경로 상에 있을 때의 빛의 진행경로를 그려보는 문항을 함께 포함시켰는데, 이는 전문가로부터의 수업을 통해, 수업 이전에 자신이 가졌던 개념을 과학적 개념인지 아닌지 분별할 수 있을 정도로 빛의 직진에 대한 개념이 과학적인 개념으로 변화된 교사들이 그보다 더 발전된 상황에 대해서도 그러한 과학적 개념을 그대로 적용할 수 있는지 여부를 살펴보는데 그 목적이 있었다.
이 연구는 학생들을 지도해야할 교사가 가져야하는 지식의 중요성에 근간하여 이루어진 연구로서 광학 현상들 중 빛의 직진 현상에 대한 교사들의 개념을 살펴보고 이를 개선하기 위해 수행된 연구이다.
여기서 O1과 O2는 교사의 빛의 직진 개념을 묻는 사전, 사후 검사이며, X는 모듈을 이용한 수업을 나타낸다. 즉, 빛의 직진에 관한 학습모듈을 적용한 수업 전, 후의 교사의 개념을 비교하여 교사의 개념 변화 경향을 알아보려고 하였다.
가설 설정
가) 빛의 이동은 직접 눈으로 관찰할 수 있는 성질의 것이 아니므로, 빛이 직진함을 간접적으로 드러내는 형태여야 한다.
가) 자기중심적 사고로 인해, 물체를 보는 현상이 능동적 현상으로 생각되는 경향이 있다.
나) 빛의 이동이 눈으로 관찰 가능한 것으로 생각되는 경향이 있다.
나) 빛의 직진으로 인한 현상을 이해하기 위해서는, 빛을 광선으로 취급하여 생각할 수 있도록 하는 형태여야 한다.
다) 광원들의 거리가 가까울수록 광원에서 나온 빛이 하나로 합쳐져 진행한다고 생각되는 경향이 있다.
라) 빛의 세기에 따라 그림자의 크기가 변한다고 생각하는 경향이 있다.
제안 방법
즉, 광원에서 나온 빛이 물체에 도달하고, 물체에 도달한 빛이 다시 반사되어 우리 눈까지 직진하여 도달하기 때문에 물체가 보이게 된다는 것까지 함께 다루었다. 모듈의 개발 과정은 모듈의 구상과 모듈의 제작이라는 단계를 거쳐 이루어졌는데 구상의 결과는 제작으로 이어졌고 구상 및 제작 과정에서 드러난 문제나 개선점들은 더 나은 모듈 제작을 위해 피드백 되어 최종적으로는 이 연구에서 사용된 모듈의 형태를 띠게 되었다.
모듈이 갖추어야할 성격을 기초로 모듈 제작에 착수하였는데, 모듈은 레이저를 이용한 빛의 진행경로 실험장치(그림 5), 꼬마전구를 이용한 빛의 진행경로 실험장치(그림 6), 비스듬히 비춰진 빛의 진행경로 실험장치(그림 7), 거리에 따른 그림자 크기 실험장치(그림 8), 바늘구멍사진기 실험장치(그림 9)까지 5개의 장치로 제작되었으며 효과적인 모듈의 활용을 위해 3차시로 구성된 work sheet도 함께 개발되었다.
■ 사후 검사
사후검사 1번 문항은 사전검사 2번 문항을 조금 더 심화된 상황으로 제시한 것으로서 S자형과 I자형의 구멍이 함께 뚫려있는 가림판에 교과서에 제시된 실험상황과 같이 손전등을 비스듬히 비추는 상황을 제시하였다
. 사후검사 2번 문항은 사전검사 2번 문항을 조금 더 심화된 상황으로 제시한 것으로서 가림판의 형태는 동일하나 손전등의 개수를 하나 더 추가한 상황에서의 광선을 작도하도록 하였다.
사후검사 1번 문항은 사전검사 2번 문항을 조금 더 심화된 상황으로 제시한 것으로서 S자형과 I자형의 구멍이 함께 뚫려있는 가림판에 교과서에 제시된 실험상황과 같이 손전등을 비스듬히 비추는 상황을 제시하였다. 사후검사 2번 문항은 사전검사 2번 문항을 조금 더 심화된 상황으로 제시한 것으로서 가림판의 형태는 동일하나 손전등의 개수를 하나 더 추가한 상황에서의 광선을 작도하도록 하였다.
예비 검사는 사전∙사후 검사로 구성되었으며, 전문가로부터의 빛에 관한 수업을 받기 전과 후에 각각 이루어졌다. 예비검사의 사전검사의 경우, 그림 1과 그림 2를 제시한 후, 이들 사진(그림 1, 그림 2)을 활용하여 빛의 직진을 학생들에게 지도하고자 할 때, 어떻게 활용하여 설명하겠는지를 설문지에 기록하도록 하였다.
피험자 집단의 규모(75명)가 크고, 제작한 실험장치 개수의 한계로 인해, 피험자들에게 직접 실험을 하도록 실험장치를 나누어 주지는 못하고 대표실험 동영상을 work sheet의 순서에 맞게 제작하여, 이를 보면서 work sheet의 문제를 해결하도록 하였는데 이 과정 중에 실험장치 실물을 직접 만져보고 확인할 수 있는 기회를 제공하였다.
대상 데이터
2006년 6월 경, 모듈의 주제를 빛의 직진에 관한 것으로 선정한 후, 모듈 개발에 착수하였다. 모듈 개발의 과정 중, 예비 검사는 2007년 1월 중, 충북지역 소재, K대학교 교육대학원생으로 있는 현직 초∙중등교사 37명을 대상으로 이루어졌다.
모듈 적용수업은 초∙중등교사 75명을 대상으로 하였으며, 분석은 사전검사나 사후검사에 불성실한 응답 보인 중등교사 5명은 제외한 70명을 대상으로 이루어졌다.
모듈은 2007년 8월 경, 충북지역 소재 K대학교 교육대학원생으로서 현직에 근무 중인 초∙중등교사 75명을 대상으로 적용되었다. 분석은 사전검사나 사후 검사에 불성실한 응답 보인 교사 5명을 제외한 70명을 대상으로 이루어졌다.
모듈은 2007년 8월 경, 충북지역 소재 K대학교 교육대학원생으로서 현직에 근무 중인 초∙중등교사 75명을 대상으로 적용되었다. 분석은 사전검사나 사후 검사에 불성실한 응답 보인 교사 5명을 제외한 70명을 대상으로 이루어졌다.
사후검사의 결과, 사전검사의 문항에 대하여 오해하였다고 응답한 4명의 교사와 과학적 개념을 가졌다고 판단된 2명의 교사를 제외한 나머지 31명(대안개념을 가졌다고 판단된 28명과 사전검사에서 개념 파악이 곤란했던 3명)의 교사들 중, 27명의 교사가 수업 전에 가졌던 자신의 대안개념에 대하여 서술하였다. 나머지 4명은 사전조사에서 대안개념을 보였던 3명과 개념의 파악이 곤란했던 1명이었는데, 대안개념을 가졌던 3명은, 자신이 가졌던 대안개념에 대하여 무응답한 경우가 1명, 사전조사에서의 다소의 대안개념이 있었음을 인정하지만, 대체적으로 올바른 개념을 가지고 있었다고 서술한 경우가 1명, 어떠한 이유에서인지는 모르겠으나 수업 후에도 “무엇이 정확한 과학적 개념인지 모르겠다.
이론/모형
이 연구에서 사용할 기본실험설계는 단일집단의 전후검사설계(one-group pretest-posttest design)로 이루어졌다.
성능/효과
광학 현상들에 대한 지식을 탐구한 수많은 연구들에서 학습자들의 지식이 정규의 과학 지식과는 다르다는 것이 확인되었다. 특히 광학 현상들과 관련된 대부분의 대안 개념은 인간이 태생으로부터 가지게 되는 감각들의 지각으로부터 비롯된 잘못된 인식이어서 (Galili & Hazan, 2000) 다른 대안 개념들에 비해 비교적 그 견고성이 강한데 학습자들의 이러한 대안 개념을 개선하기 위해서는 현장 교사들의 역할이 매우 중요하다고 할 수 있다.
끝으로, 이 연구의 결과물인 학습모듈은 개발 과정에서 학생들을 대상으로 한 활용도 신중히 고려되어 개발되었다. 따라서 학생들을 대상으로 한 학습에서도 유사한 효과를 발휘할 것으로 예상되므로 학생들을 대상으로 이를 활용한 수업을 제안하는 바이다.
8%인 39명이었다. 분석결과 2번 문항을 과학적 개념으로 응답한 교사들 모두가 1번 문항에 대해서도 과학적 개념으로 응답한 것을 확인할 수 있었는데, 이로 보아 2번 문항이 1번 문항에 비해 더 도전적인 문항임을 알 수 있었다.
뿐만 아니라, 가림판의 구멍을 지나는 광선 및 광선의 방향까지 바르게 작도한 교사의 수는 사후검사 1번, 2번 문항 각각에 대하여 모두 64명(91.4%)이었음에 비해, 사전검사 2번의 경우는 7명(10.0%)의 교사들만이 과학적 개념의 범주에 포함된 사실을 볼 때, 모듈 적용수업이 빛의 진행 경로가 시작되는 위치와 퍼져 나오는 광선의 형태에 대한 올바른 과학적 개념의 형성뿐만 아니라, 가림판을 지난 빛이 바닥판에 닿기 이전까지의 빛의 진행 경로의 작도에 있어서도 매우 효과적이라는 것을 알 수 있다.
사전검사, 사후검사의 응답을 분석한 결과, 빛의 직진에 대한 학습모듈이 교사의 빛의 직진에 대한 개념의 변화에 효과성이 있는 것으로 나타났다.
이에 대해 문헌 연구와 교육 전문가와의 협의 결과로 얻어진 빛의 직진에 관한 교육 모듈이 갖추어야할 두 가지 성격으로, 빛의 이동은 직접 눈으로 관찰할 수 있는 성질의 것이 아니기 때문에 직접적으로 경로를 가시화 할 수 없으므로 빛의 경로를 간접적으로 가시화하는 형태여야 한다는 것과 빛의 직진으로 인한 현상을 이해하기 위해서는, 빛을 광선으로 취급하여 생각할 수 있도록 하는 형태여야 한다는 것에 기초하여 연구자는 교육 모듈을 개발하였고, 이를 교사를 대상으로 적용하여본 결과, 교사들이 가지고 있던 대안 개념이 상당부분 과학적 개념으로 변화되어 학습모듈이 교사들의 빛에 대한 개념을 긍정적으로 변화시키는데 효과적임을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서, 현장 교사들이 가진 대안 개념이 심각한 것으로 확인된 근거는 무엇인가?
그러나, 현장 교사들이 가진 대안 개념 또한 심각한 것으로 확인되었다. 실제로 선행 연구자를 배려하여 이 논문에서 제시하지는 않았지만, 국내의 연구 중에서 대안 개념을 가진 교사(연구자)가 자신이 가진 대안 개념을 인지하지 못한 채 학생들을 대상으로 연구를 진행한 후 그 결과를 학위 논문으로 출판한 사례가 확인되었고, 또 본고(本稿)에서 본격적인 연구의 수행 여부를 판단하기 위해 실시된 예비 검사 결과 또한 대다수의 교사들이 그러한 상황에 있다는 사실을 단적으로 보여주고 있었다. 이와 같은 상황들은 교사들을 대상으로 한 본격적인 연구의 필요성을 제기시켰다.
Galili와 Hazan (2000)는 광학 현상들에서 견고한 대안 개념이 형성되는 원인을 무엇이라고 하였는가?
Galili와 Hazan (2000)는 광학 현상들에서 견고한 대안 개념이 형성되는 원인을, 주변 세계를 이해하려는 감각들의 자연스러운 시도로 인해 정규 학습이 있기 전에 상당한 지식이 자연스럽게 이미 형성되기 때문이라고 언급하였다. 실제로 빛, 시각, 그리고 광학 현상들에 대한 지식을 탐구한 많은 연구들에서 이러한 현상들과 관련한 학습자들의 지식이 정규의 과학 지식과는 다르다는 것이 확인되었다(고광병, 1997;권재술 등, 1992; 김한호, 1993; 전경아, 2002; 최병순, 1993; 2007; Andersson & Karrqvist, 1983; Bendall et al.
올바른 빛의 진행경로를 파악하기 위해서 무엇을 기초로 하여야 하는가?
올바른 빛의 진행경로를 파악하기 위해서는 빛의 진행경로는 비가시적이라는 사실과 빛은 광원으로부터 나온다는 사실을 기초로 하여야 한다. 그렇지 않으면 그림 3과 같은 대안개념을 형성할 수 있는데 이 상황에서 올바른 과학적 개념은 그림 4와 같다.
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