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척도개념의 이해: 수학적 구조 조사로 과학교과에 나오는 물질의 크기를 표현하는 학생들의 이해도 분석
Student Understanding of Scale: From Additive to Multiplicative Reasoning in the Constriction of Scale Representation by Ordering Objects in a Number Line 원문보기

한국과학교육학회지 = Journal of the Korean association for science education, v.34 no.4, 2014년, pp.335 - 347  

박은정 (이화여자대학교)

초록
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관찰과 측정을 기본으로 하는 과학의 교과에서 "크기(size)"와 그를 나타내는 "척도(scale)"는 물질의 물리적 속성과 과학적 현상을 이해하도록 돕는 중요한 개념이다. 또한, 사물의 수, 크기나 양을 어림잡거나 그것을 정확하게 표현하는 것은 수학에서 수의 개념 형성과 발달, 표현법의 습득, 나아가서는 연산에 관한 사고로의 발전과 관련되어있는 문제라고 볼 수 있어 "크기와 척도" 개념은 수학과 과학의 기본이며 동시에 두 교과를 연결하는 개념이다. 일반적으로 "크기와 척도"는 쉬운 개념이라 생각되지만, 실제 학생들은 물질의 크기를 제대로 이해하지 못하거나 척도로 나타내는 것을 어려워하는 것을 알 수 있다. 이는 단지 물질의 크기를 정확히 알지 못하는 정확성에 관한 오류로만 그치는 것이 아니라 종종 연관된 개념을 추론하거나 개념을 확장해 과학의 현상을 이해하는 과정에서의 어려움으로 이어진다. 이와 관련해 수와 연산에 관한 개념이해와 학습의 어려움에 관한 수학교육분야의 연구는 다양하게 진행되었지만, 과학교육분야에서의 연구는 많지 않았다. 본 연구에서는 "크기와 척도"에 관한 학생들의 사고를 더 잘 이해하고 과학 학습의 어려움에 관한 원인을 분석하기 위해 수학적 구조분석을 적용하였다. 수학교육에서 설명한 수 개념의 발달에 따른 사고유형(덧셈이전의 사고, 덧셈적 사고-additive reasoning, 곱셈적 사고-multiplicative reasoning)을 적용하여 7단계의 수학적 구조를 만들고 이를 이용하여 "크기와 척도"와 관련된 과제를 수행한 학생들의 인터뷰 데이터를 체계적으로 분석하였다. 수학적 구조를 바탕으로 한 개념 틀은 다양한 학생들의 사고를 분석하는 기준이 되었고, 또한 학생들이 겪는 개념이해의 어려움을 해석하는 도구가 되었다. 수 개념의 발달에 맞춘 수학적 사고구조를 적용한 분석은 학생들의 개념 유형의 구분을 명확히 하였고 설명이 모호했던 전환 단계(transition stage) 유형을 밝혀내어 수업에서 고려되어야 할 점들을 구체적으로 드러내었다. 이는 수학과 과학, 두 교과 간의 틈을 줄일 뿐 아니라 연결점을 찾아 학생들의 개념이해와 어려움의 원인을 분석하는데 폭넓은 시각을 제공한다는 점에서 최근 많은 관심을 받고 있는 STEM 혹은 수학과 과학의 융합 수업을 위한 소재로의 가능성을 제시해준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Size/scale is a central idea in the science curriculum, providing explanations for various phenomena. However, few studies have been conducted to explore student understanding of this concept and to suggest instructional approaches in scientific contexts. In contrast, there have been more studies in...

주제어

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
크기와 척도를 3가지 특정영역으로 나누면 어떻게 되는가? 본 연구에 사용된 학생들의 “크기와 척도” 유형 개념 틀과 해당 학생들의 응답을 자세히 보면 학생들의 크기와 척도 개념이 아래 그림 5에 나타낸 것처럼 3가지 특정영역으로 나뉘는 것을 알 수 있다. 즉, 단순한 관찰이나 시-공간적 이미지에 의한 구분이나 계산법으로 물질의 크기를 표현하는 (1) 물질 영역(Object based dimension (PA & Ma): influenced by visual-spatial observation), 다음으로는 덧셈/뺄셈 혹은 곱셈/나눗셈의 산술적 계산을 거쳐 상대적 크기를 비교하는 (2) 산술연산영역(Math based dimension (Ao & Mr): applied arithmetic operation), 마지막으로는등 간격 척도를 먼저 도입하고 물질을 배치하여 상대적 비교를 하거나, 산술 혹은 함수 계산을 하는 (3) 체계영역(System based dimension (A c , M p10 , M l ): applied evenly spaced scale and arithmetic/ functional operation)으로 구분됨을 볼 수 있다.
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