볼록렌즈가 상을 만드는 원리에 대한 과학적 모형의 사회적 구성 프로그램 개발 및 적용 Development and Application of Scientific Model Co-construction Program about Image Formation by Convex Lens원문보기
과학적 모형은 특정한 물리적 현상을 기술, 설명, 예측할 수 있는 개념 체계를 말한다. 과학적 모형의 사회적 구성 수업은 과학교육 분야에서 새로운 교수 학습 전략으로 주목받고 있으며 다양한 연구가 진행되고 있다. 모형을 통한 예상과 실제 세계에서 얻은 자료와의 일치, 불일치에 따라 모형의 적합성을 판단하고 모형을 수정해 가는 것이 모형 구성 수업의 핵심이다. 하지만 많은 모형 구성 수업에서는 교사가 제공한 제한적인 자료를 가지고 모형을 비교하고 판단하는 것에 그쳤으며, 스스로 실험을 통해 얻은 실제 세계에 대한 자료를 가지고 모형의 적합성을 판단할 수 있는 기회를 제공하는 수업은 많지 않았다. 이에 본 연구에서는 실험을 통해 얻은 결과를 모형을 통한 예측과 직접 비교하여 모형을 평가할 수 있는 과학적 모형의 사회적 구성 프로그램을 제시하고자 하였다. 6개월간 교사, 연구자 간의 협력적 논의를 통해 중학교 2학년 빛과 파동 단원 중 '볼록렌즈가 상을 만드는 원리'라는 주제에 대해 총 5차시의 모형 구성 프로그램을 개발하였다. 경기도 남녀 공학 중학교 2학년 3개 반 80명의 일반 학생과 20년 경력의 현직 과학 교사가 2주간 개발된 프로그램에 함께 참여하였으며, 학생들에게 수업의 어떤 점이 좋거나 어려웠는지, 이 수업을 친구에게 추천하고 싶은지를 질문하였다. 수업 후 95.8%의 학생이 구조 규칙을 사용한 모형 이상의 과학적 모형을 구성하였다. 학생들의 응답을 살펴보면 원리를 찾아내거나 친구들을 이해시키기가 어려웠지만 이론으로 이해하기 어려웠던 것을 실험을 통한 모형 수정 과정을 통해 이해하게 되었고, 학급 친구들끼리 경쟁자가 아닌 동반자가 된다는 점이 좋았다는 등의 응답이 나타났다. 참여 학생 중 92.5%가 본 프로그램을 보통이상으로 친구에게 추천하겠다고 응답하였다. 개발된 프로그램은 학교현장에 적용되어 학생의 모형 구성 능력 및 사회적 구성 능력의 향상에 기여할 것으로 기대한다.
과학적 모형은 특정한 물리적 현상을 기술, 설명, 예측할 수 있는 개념 체계를 말한다. 과학적 모형의 사회적 구성 수업은 과학교육 분야에서 새로운 교수 학습 전략으로 주목받고 있으며 다양한 연구가 진행되고 있다. 모형을 통한 예상과 실제 세계에서 얻은 자료와의 일치, 불일치에 따라 모형의 적합성을 판단하고 모형을 수정해 가는 것이 모형 구성 수업의 핵심이다. 하지만 많은 모형 구성 수업에서는 교사가 제공한 제한적인 자료를 가지고 모형을 비교하고 판단하는 것에 그쳤으며, 스스로 실험을 통해 얻은 실제 세계에 대한 자료를 가지고 모형의 적합성을 판단할 수 있는 기회를 제공하는 수업은 많지 않았다. 이에 본 연구에서는 실험을 통해 얻은 결과를 모형을 통한 예측과 직접 비교하여 모형을 평가할 수 있는 과학적 모형의 사회적 구성 프로그램을 제시하고자 하였다. 6개월간 교사, 연구자 간의 협력적 논의를 통해 중학교 2학년 빛과 파동 단원 중 '볼록렌즈가 상을 만드는 원리'라는 주제에 대해 총 5차시의 모형 구성 프로그램을 개발하였다. 경기도 남녀 공학 중학교 2학년 3개 반 80명의 일반 학생과 20년 경력의 현직 과학 교사가 2주간 개발된 프로그램에 함께 참여하였으며, 학생들에게 수업의 어떤 점이 좋거나 어려웠는지, 이 수업을 친구에게 추천하고 싶은지를 질문하였다. 수업 후 95.8%의 학생이 구조 규칙을 사용한 모형 이상의 과학적 모형을 구성하였다. 학생들의 응답을 살펴보면 원리를 찾아내거나 친구들을 이해시키기가 어려웠지만 이론으로 이해하기 어려웠던 것을 실험을 통한 모형 수정 과정을 통해 이해하게 되었고, 학급 친구들끼리 경쟁자가 아닌 동반자가 된다는 점이 좋았다는 등의 응답이 나타났다. 참여 학생 중 92.5%가 본 프로그램을 보통이상으로 친구에게 추천하겠다고 응답하였다. 개발된 프로그램은 학교현장에 적용되어 학생의 모형 구성 능력 및 사회적 구성 능력의 향상에 기여할 것으로 기대한다.
A scientific model refers to a conceptual system that can describe, explain, and predict a particular physical phenomenon. The co-construction of the scientific model is attracting attention as a new teaching and learning strategy in the field of science education and various studies. The evaluation...
A scientific model refers to a conceptual system that can describe, explain, and predict a particular physical phenomenon. The co-construction of the scientific model is attracting attention as a new teaching and learning strategy in the field of science education and various studies. The evaluation and modification of models compared with the predicted models of data from the real world is the core of modeling strategy. However, there were only a limited data provided by the teacher in many studies of modeling comparing the students' predictions of their own models. Most of the students were not given the opportunity to evaluate the suitability of the model with the data in the real world. The purpose of this study was to develop a scientific model co-construction program that can evaluate the model by directly comparing the predicted models with the observed data from the real world. Through a collaborative discussion between teachers and researchers for 6 months, a 5-session scientific model co-construction program on the subject 'image formation by convex lenses' for second grade middle school students was developed. Eighty (80) students in 3 classes and a science teacher with 20 years of service from general public co-educational middle school in Gyeonggi-do participated in this 2-week program. After the class, students were asked about the helpfulness and difficulty of the class, and whether they would like to recommend this class to a friend. After the class, 95.8% of the students constructed the scientific model more than the model using the construction rule. Students had difficulties to identify principles or understand their friends, but the result showed that they could understand through model evaluation experiment. 92.5% of the students said that they would be more than willing to recommend this program to their friends. It is expected that the developed program will be applied to the school and contribute to the improvement of students' modeling ability and co-construction ability.
A scientific model refers to a conceptual system that can describe, explain, and predict a particular physical phenomenon. The co-construction of the scientific model is attracting attention as a new teaching and learning strategy in the field of science education and various studies. The evaluation and modification of models compared with the predicted models of data from the real world is the core of modeling strategy. However, there were only a limited data provided by the teacher in many studies of modeling comparing the students' predictions of their own models. Most of the students were not given the opportunity to evaluate the suitability of the model with the data in the real world. The purpose of this study was to develop a scientific model co-construction program that can evaluate the model by directly comparing the predicted models with the observed data from the real world. Through a collaborative discussion between teachers and researchers for 6 months, a 5-session scientific model co-construction program on the subject 'image formation by convex lenses' for second grade middle school students was developed. Eighty (80) students in 3 classes and a science teacher with 20 years of service from general public co-educational middle school in Gyeonggi-do participated in this 2-week program. After the class, students were asked about the helpfulness and difficulty of the class, and whether they would like to recommend this class to a friend. After the class, 95.8% of the students constructed the scientific model more than the model using the construction rule. Students had difficulties to identify principles or understand their friends, but the result showed that they could understand through model evaluation experiment. 92.5% of the students said that they would be more than willing to recommend this program to their friends. It is expected that the developed program will be applied to the school and contribute to the improvement of students' modeling ability and co-construction ability.
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문제 정의
본 연구에서는 볼록렌즈에서 상이 생기는 원리에 대하여 학생의 개념 세계를 충분히 반영하며 실제 현상을 관찰 및 측정하여 자료를 얻는 과정을 포함하는 체계적인 모형 구성 수업의 사례를 개발 및 적용하고 수업의 효과를 분석하였다. 사전 연구를 통해 볼록렌즈에서 광선의 굴절에 대한 지식과 몇 개의 광선이 상을 형성하는지에 대한 학생 나름의 이론을 학생의 개념 세계로 정의하고 볼록렌즈에 의한 상, 볼록렌즈를 반 가렸을 때 나타나는 상, 볼록렌즈의 중앙이나 주변을 가렸을 때의 상을 예상하고 관찰하는 문제 상황을 제공하였다.
이에 본 연구에서는 학생의 개념 세계를 충분히 반영하고 실제 현상을 관찰, 측정하여 자료를 얻는 과정을 포함하는 체계적인 모형 구성 수업의 사례를 개발 및 적용하고, 수업의 효과를 분석하고자 한다. 수업의 효과는 학생의 최종 모형과 수업에 대한 학생의 평가의 두 차원으로 분석하였다.
본 연구에서 개발된 볼록렌즈가 상을 만드는 원리에 대한과학적 모형의 사회적 구성 프로그램을 통해 학생의 모형과 이론을 과학적으로 변화시키고 수업에 대한 참여 학생의 긍정적인 평가를 얻는데 성공적으로 적용되었음을 확인할 수 있었다. 이처럼 본 연구는 과학적 모형의 사회적 수업의 설계에 있어서 선행 연구를 통해 학생의 개념 세계를 충분히 반영하여 학생의 지식과 이론을 추출하고 학생의 이론을 변화시킬 수 있는 적절한 문제 상황을 제시하는 체계적인 프로그램 설계의 한 방향을 제시하였으며 그 효과성을 검증하였다. 개발된 프로그램 및 프로그램의 구체적이며 체계적인 구성 안은 학교 현장에 적용되어 학생의 모형 구성 능력 및 사회적 구성 능력의 향상에 기여할 것으로 기대된다.
가설 설정
∙ 듣고 보는 것보다 직접 만지고 실험해보는 게 좋은 방법 같다.
∙ 모두가 다 같이 경쟁가자 아닌 동반자가 된다는 것이 좋았다.
∙ 물체위의 한 점 P에서 사방으로 퍼져 나간 빛 중 볼록렌즈를 통과하여 굴절된 빛들은 한 점 P’에서 만난다[28].
∙ 볼록렌즈의 중심을 지나는 빛은 굴절하지 않고 그대로 나아간다.
∙ 볼록렌즈의 초점을 지나는 빛은 굴절한 후 광축에 평행하게 나아간다.
∙ 스크린에 상이 생기도록 스크린과 모형의 거리조절이 힘들었다.
∙ 실험이 매우 재밌어서 어려운 것이 없었다. 여러 가지 어려운 점이 있었지만 실험을 해 봄으로써 어려운 점이 없어졌다.
∙ 친구들을 이해시키며 같이 하기가 조금 힘들었던 것 같다.
제안 방법
3%)으로 나타났다. 23개 모둠(95.8%)이 Tao (2004)의 연구에서 나타난 구성 규칙(Construction rule)을 사용한 모형 이상의 모형을 최종적으로 구성하는데 성공하였으며, 일부 학생은 여러 개의 광선 즉, 광선 다발(flux)이상을 형성한다는 이론을 가지고 모형을 구성하였다.
초를 물체로 사용하는 경우 촛대 부분의 상이 생기지 않는 것을 보완하기 위해 취침등을 물체로 사용하였으며, 광축에서 떨어져있는 물체의 상을 예시로 사용한 Heikkinen등[32]의연구를 참고하여 물체를 광축에 위치시키지 않은 그림 11과 같은 문제 상황을 제시하였다. 3차시에는 2차시에 생성한 초기 모형을 사용하여 두 번째 문제 상황 즉, 볼록렌즈의 위나 아래를 반 가렸을 때 나타나는 상을 예상하고 관찰을 통해 모형을 평가 및 수정한다. 4차시에는 모둠 모형을 학급 내에서 공유하고 논의를 통해 학급 모형을 구성한다.
학생은 각 문제 상황을 설명하기 위해 광선을 더 추가하며 모형과 이론을 좀 더 과학적으로 발달시킬 것으로 기대하였다. 과학교육 전문가와 경력 20년의 교사가 6개월간의 지속적 회의를 통해 프로그램을 협력적으로 구성하였다. 프로그램은 2017학년도 5월중 경기도 남녀 공학 중학교 2학년 3개 반 80명의 일반 학생을 대상으로 적용되었다.
1차시에는 2차시 모형 생성에서 사용될 지식을 획득한다. 광축에 나란하게 들어오는 광선, 렌즈의 중심을 지나는 광선,렌즈의 초점을 지나는 광선이 어떻게 굴절하는지 굴절 규칙을 통해 그려보고 실험을 통해 확인하여 볼록렌즈에서 광선의 굴절에 대한 지식을 획득한다. 세 가지 이외의 다른 광선의 굴절을 관찰할 기회도 자유롭게 제공한다.
이렇게 몇 개의 광선이 상을 형성하는지에 따라 발달해온 상 형성 이론의 역사적 발달 과정은 앞의 Galili[29] 및 Tao[26]의 연구에서 나타난 학생의 모형 발달 과정과 유사하게 나타난다. 따라서 본 연구에서는 개념세계 내에 위치한 학생의 이론을 상 형성에 필요한 광선의 수와 연관지어 한 개의 광선이 상을 형성함, 두 개의 광선이 상을 형성함, 세 개의 광선이 상을 형성함, 여러 개의 광선이 상을 형성함 등으로 정의하고 프로그램을 구성하였다.
본 연구에서는 볼록렌즈에서 상이 생기는 원리에 대하여 학생의 개념 세계를 충분히 반영하며 실제 현상을 관찰 및 측정하여 자료를 얻는 과정을 포함하는 체계적인 모형 구성 수업의 사례를 개발 및 적용하고 수업의 효과를 분석하였다. 사전 연구를 통해 볼록렌즈에서 광선의 굴절에 대한 지식과 몇 개의 광선이 상을 형성하는지에 대한 학생 나름의 이론을 학생의 개념 세계로 정의하고 볼록렌즈에 의한 상, 볼록렌즈를 반 가렸을 때 나타나는 상, 볼록렌즈의 중앙이나 주변을 가렸을 때의 상을 예상하고 관찰하는 문제 상황을 제공하였다. 학생은 각 문제 상황을 설명하기 위해 광선을 더 추가하며 모형과 이론을 좀 더 과학적으로 발달시킬 것으로 기대하였다.
한 반은 3-4명으로 이루어진 8개 모둠으로 구성되었다. 수업의 효과는 학생의 최종 모형과 수업에 대한 평가의 두 차원으로 나누어 분석하였다. 활동 후 볼록렌즈에서 상이 생기는 원리에 관한 24개의 모둠 모형이 분석되었으며 활동 후에 참여 학생을 대상으로 수업에 대한 평가를 요청하였다.
한 반은 3-4명으로 이루어진 8개 모둠으로 구성되었다. 수업의 효과는 학생의 최종 모형과 수업에 대한 평가의 두 차원으로 나누어 분석하였다. 활동 후 볼록렌즈에서 상이 생기는 원리에 관한 24개의 모둠 모형이 분석되었으며 활동 후에 참여 학생을 대상으로 수업에 대한 평가를 요청하였다.
이에 본 연구에서는 학생의 개념 세계를 충분히 반영하고 실제 현상을 관찰, 측정하여 자료를 얻는 과정을 포함하는 체계적인 모형 구성 수업의 사례를 개발 및 적용하고, 수업의 효과를 분석하고자 한다. 수업의 효과는 학생의 최종 모형과 수업에 대한 학생의 평가의 두 차원으로 분석하였다.
∙ 우선은 이론적으로 많은 도움이 되었다. 이 활동을 통해한 가지의 일에 집중하여 문제를 해결하는 방법을 터득했고 어려운 문제를 협동하여 풀 수 있는 방법을 배웠다.
실제 세계의 문제 상황은 볼록렌즈에 의한 상, 볼록렌즈를 반 가렸을 때 나타나는 상, 볼록렌즈의 중앙이나 주변을 가렸을 때의 상을 예상하고 관찰하는 것을 제안하였다. 이를 고려하여 총 5차시의 프로그램을 개발하였다. 개발한 프로그램의 개요는 표 2와 같다.
2차시에는 첫 번째 문제 상황 즉 볼록렌즈가 상을 만드는 원리에 대한 초기 모형을 생성한다. 초를 물체로 사용하는 경우 촛대 부분의 상이 생기지 않는 것을 보완하기 위해 취침등을 물체로 사용하였으며, 광축에서 떨어져있는 물체의 상을 예시로 사용한 Heikkinen등[32]의연구를 참고하여 물체를 광축에 위치시키지 않은 그림 11과 같은 문제 상황을 제시하였다. 3차시에는 2차시에 생성한 초기 모형을 사용하여 두 번째 문제 상황 즉, 볼록렌즈의 위나 아래를 반 가렸을 때 나타나는 상을 예상하고 관찰을 통해 모형을 평가 및 수정한다.
. 학습자는 실제 세계를 설명하기 위해 모형을 생성하고 이러한 모형을 사용하여 추론하거나 계산을 통해 얻은 예상은 관측과 측정을 통해 얻은 실제 세계의 자료와 비교된다. 예측과 자료가 일치하는 경우에 모형은 설명력을 얻으며 예측과 자료 사이에 차이가 있다면 모형은 수정된다[19].
대상 데이터
5단계의 리커트 척도로 본 수업의 추천 정도를 물어본 결과는 표 4와 같다. 80명 중 79명이 응답하였으며, 매우 그렇다 26명(32.5%), 그렇다 31명(38.8%), 보통 16명(20.0%), 그렇지 않다 2명(2.5%), 매우 그렇지 않다 4명(5.0%), 무응답 1명(1.3%)로 나타났다. 추천 정도에 대한 평균은 3.
본 프로그램에 참여한 학생들은 모형을 생성하거나, 평가 및 수정을 위해 실제 세계의 문제 상황을 관찰하며 자료를 획득하였다. 학생은 이렇게 실험을 통해 획득한 자료를 자신의 예상과 비교할 수 있었으며 이것이 자신의 모형 구성 과정 또는 이해에 도움이 되었다고 응답하였다.
연구진이 개발한 과학과 학교교육프로그램은 2017학년도 5월중 경기도 모범 혁신 남녀 공학중학교 2학년 3개 반 80명을 대상으로 적용되었다. 수업은 정규 수업 중에 일반 학생을 대상으로 진행되었다.
과학교육 전문가와 경력 20년의 교사가 6개월간의 지속적 회의를 통해 프로그램을 협력적으로 구성하였다. 프로그램은 2017학년도 5월중 경기도 남녀 공학 중학교 2학년 3개 반 80명의 일반 학생을 대상으로 적용되었다. 수업의 효과는 학생의 최종 모형과 수업에 대한 평가의 두 차원으로나누어 분석하였다.
성능/효과
본 연구에서 개발된 볼록렌즈가 상을 만드는 원리에 대한과학적 모형의 사회적 구성 프로그램을 통해 학생의 모형과 이론을 과학적으로 변화시키고 수업에 대한 참여 학생의 긍정적인 평가를 얻는데 성공적으로 적용되었음을 확인할 수 있었다. 이처럼 본 연구는 과학적 모형의 사회적 수업의 설계에 있어서 선행 연구를 통해 학생의 개념 세계를 충분히 반영하여 학생의 지식과 이론을 추출하고 학생의 이론을 변화시킬 수 있는 적절한 문제 상황을 제시하는 체계적인 프로그램 설계의 한 방향을 제시하였으며 그 효과성을 검증하였다.
볼록렌즈에서 상이 생기는 원리에 관한 24개의 모둠 모형을 분석한 결과 2개의 광선이 상을 형성한다는 이론을 사용한 모형이 1개 모둠(4.2%), 3-4개의 광선이 상을 형성한다는 이론을 사용한 모형(유형2)이 3개 모둠(12.5%), 4개의 광선이 상을 형성한다는 이론을 사용한 모형(유형3)이 18개 모둠(75.0%), 5개의 광선이 상을 형성한다는 이론을 사용한 모형(유형4)이 2개 모둠(8.3%)으로 나타났다. 23개 모둠(95.
수업을 추천하는 이유로는 모둠활동과 관련하여 설명을 해줄 수 있었던 것, 타인의 생각을 알 수 있었던 것, 친구와의 관계가 경쟁자가 아닌 동반자가 될 수 있었던 것을 꼽았으며, 직접 실험 하며 원리를 잘 이해할 수 있었다는 응답 등이 나타났다.
비교적 어렵고 접해보지 않은 상황에 대한 모형 구성과 관련하여 많은 어려움을 겪었지만 포기하지 않고 혼자 해결하거나 모둠원과의 논의를 통하여 어려움을 해결하였다. 실험 과정을 잘 이해하지 못하여 실험과정에서 어려움을 겪거나 모둠활동 중에 타인을 이해시키는데 있어 어려움을 겪었다는 학생도 있었지만 어려운 점이 없거나 있었더라도 잘 해결되었다는 응답도 다수 나타났다. 5단계의 리커트 척도로 본 수업의 추천 여부를 물어본 결과 매우 그렇다 26명(32.
본 프로그램에 참여한 학생들은 실험을 통해 획득한 자료를 자신의 예상과 비교할 수 있었고 이것이 자신의 모형 구성 또는 이해에 도움이 되었다고 응답하였으며 볼록렌즈의 반을 가리는 다른 문제 상황을 예상하고 설명하는 것이 자신의 모형 발달에 도움이 되었다고 응답하였다. 자유롭게 관찰할 수 있는 실제 세계의 문제 상황을 제공하여 교수자가 의도한 실험만이 아니라 학생이 궁금해 하는 상황을 직접 설계하고 실험을 통해 예상을 확인해 볼 수 있었다는 점이 도움이 되었으며, 흔히 접해 보지 않은 어려운 문제 상황이었지만 모둠 논의 및 학급 논의를 통한 공동 구성과정이 도움이 되었다는 응답도 나타났다. 비교적 어렵고 접해보지 않은 상황에 대한 모형 구성과 관련하여 많은 어려움을 겪었지만 포기하지 않고 혼자 해결하거나 모둠원과의 논의를 통하여 어려움을 해결하였다.
학생의 구성한 최종 모둠 모형은 표 3과 같다. 총 5가지의 모형이 나타났으며 2개의 광선이 상을 형성한다는 이론을 사용한 모형(유형1)이 1개 모둠(4.2%), 3-4개의 광선이 상을 형성한다는 이론을 사용한 모형(유형2)이 3개 모둠(12.5%),4개의 광선이 상을 형성한다는 이론을 사용한 모형(유형3)이 18개 모둠(75.0%), 5개의 광선이 상을 형성한다는 이론을 사용한 모형(유형4)이 2개 모둠(8.3%)으로 나타났다. 과학고등학교 학생의 볼록렌즈 상 개념을 한 점과 단일광선, 여러 개의 단일 광선, 한 점과 두 개 이상의 광선으로 분류한 권경필[33]의 연구에서 학생의 65.
후속연구
이처럼 본 연구는 과학적 모형의 사회적 수업의 설계에 있어서 선행 연구를 통해 학생의 개념 세계를 충분히 반영하여 학생의 지식과 이론을 추출하고 학생의 이론을 변화시킬 수 있는 적절한 문제 상황을 제시하는 체계적인 프로그램 설계의 한 방향을 제시하였으며 그 효과성을 검증하였다. 개발된 프로그램 및 프로그램의 구체적이며 체계적인 구성 안은 학교 현장에 적용되어 학생의 모형 구성 능력 및 사회적 구성 능력의 향상에 기여할 것으로 기대된다.
이는 가림판을 치울 경우 두 개의 광선이 상을 형성하게 되는 것이므로 결과적으로 학생의 이론을 물체에서 나온 두 개의 광선이 상을 형성한다는 이론으로 변화시킬 것을 기대한다. 결과적으로 두 번째 문제 상황을 설명하지 못하는 모형을 가진 학생은 문제 상황을 설명하기 위해 광선을 추가 할 것이고, 이는 자연스럽게 학생의 이론을 상의 형성을 위해 더 많은 광선이 필요하다는 이론으로 변화시킬 수 있을 것이다. 이는 그림 9(b)와 그림 9(d)와 같이 두 개의 광선이 상을 형성한다는 구성 규칙을 사용한 모형에서도 같은 방식으로 나타날 것이다.
상대적으로 평가 및 수정 부분이 강조된 수업이 잘 나타나지 않는 이유는 모형 구성을 위해 제한적인 자료가 제공되기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 모형의 평가 및 수정과정의 강조를 위해 학습자가 다양하게 관찰 할 수 있는 실제 실험 상황을 제공하는 것이 필요하며 이러한 모형의 평가 및 수정 과정이 강조된 과학적 모형의 사회적 구성 프로그램은 학습자의 개념 세계가 과학적 이론에 기반 하여 일관성을 가질 수 있도록 과학적 이론에 대한 합치 평가와 모형 정합평가의 기회를 제공할 수도 있을 것으로 기대된다[17].
모형의 정합성을 유지 하는 학생의 경우[17] 자신의 이론을 수정하지 않으면서 상의 전체가 다 나타나는 것을 설명하기 위해 물체의 아래쪽에서 나와 상에 도달하는 선을 추가하게 될 것이다. 이는 가림판을 치울 경우 두 개의 광선이 상을 형성하게 되는 것이므로 결과적으로 학생의 이론을 물체에서 나온 두 개의 광선이 상을 형성한다는 이론으로 변화시킬 것을 기대한다. 결과적으로 두 번째 문제 상황을 설명하지 못하는 모형을 가진 학생은 문제 상황을 설명하기 위해 광선을 추가 할 것이고, 이는 자연스럽게 학생의 이론을 상의 형성을 위해 더 많은 광선이 필요하다는 이론으로 변화시킬 수 있을 것이다.
이는 그림 9(b)와 그림 9(d)와 같이 두 개의 광선이 상을 형성한다는 구성 규칙을 사용한 모형에서도 같은 방식으로 나타날 것이다. 이러한 학생의 이론 변화는 볼록렌즈에서 상이 생기는 원리에 대한 학생의 모형을 좀 더 과학적 모형으로 발달시킬 수 있을 것이다.
볼록렌즈의 아래쪽 반을 가릴 경우에 전체적 모형을 가진 학생의 경우는 그림 9(a)와 같이 상의 반만 보인다고 예상할 것이고, 볼록렌즈의 위쪽 반을 가릴 경우에는 그림9(c)와 같이 그 반대쪽 반만 보인다고 예상할 것이다. 하지만 실제 실험 결과는 상이 어두워지긴 하지만 상의 전체가 다 나타나며 학생은 실험을 통해 이를 관찰 할 수 있을 것이다. 모형의 정합성을 유지 하는 학생의 경우[17] 자신의 이론을 수정하지 않으면서 상의 전체가 다 나타나는 것을 설명하기 위해 물체의 아래쪽에서 나와 상에 도달하는 선을 추가하게 될 것이다.
사전 연구를 통해 볼록렌즈에서 광선의 굴절에 대한 지식과 몇 개의 광선이 상을 형성하는지에 대한 학생 나름의 이론을 학생의 개념 세계로 정의하고 볼록렌즈에 의한 상, 볼록렌즈를 반 가렸을 때 나타나는 상, 볼록렌즈의 중앙이나 주변을 가렸을 때의 상을 예상하고 관찰하는 문제 상황을 제공하였다. 학생은 각 문제 상황을 설명하기 위해 광선을 더 추가하며 모형과 이론을 좀 더 과학적으로 발달시킬 것으로 기대하였다. 과학교육 전문가와 경력 20년의 교사가 6개월간의 지속적 회의를 통해 프로그램을 협력적으로 구성하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과학적 모형이란?
과학적 모형은 특정한 물리적 현상을 기술, 설명, 예측할 수 있는 개념 체계를 말한다. 과학적 모형의 사회적 구성 수업은 과학교육 분야에서 새로운 교수 학습 전략으로 주목받고 있으며 다양한 연구가 진행되고 있다.
모형 구성 수업의 한계점은?
모형을 통한 예상과 실제 세계에서 얻은 자료와의 일치, 불일치에 따라 모형의 적합성을 판단하고 모형을 수정해 가는 것이 모형 구성 수업의 핵심이다. 하지만 많은 모형 구성 수업에서는 교사가 제공한 제한적인 자료를 가지고 모형을 비교하고 판단하는 것에 그쳤으며, 스스로 실험을 통해 얻은 실제 세계에 대한 자료를 가지고 모형의 적합성을 판단할 수 있는 기회를 제공하는 수업은 많지 않았다. 이에 본 연구에서는 실험을 통해 얻은 결과를 모형을 통한 예측과 직접 비교하여 모형을 평가할 수 있는 과학적 모형의 사회적 구성 프로그램을 제시하고자 하였다.
과학적 모형 수업의 핵심은?
과학적 모형의 사회적 구성 수업은 과학교육 분야에서 새로운 교수 학습 전략으로 주목받고 있으며 다양한 연구가 진행되고 있다. 모형을 통한 예상과 실제 세계에서 얻은 자료와의 일치, 불일치에 따라 모형의 적합성을 판단하고 모형을 수정해 가는 것이 모형 구성 수업의 핵심이다. 하지만 많은 모형 구성 수업에서는 교사가 제공한 제한적인 자료를 가지고 모형을 비교하고 판단하는 것에 그쳤으며, 스스로 실험을 통해 얻은 실제 세계에 대한 자료를 가지고 모형의 적합성을 판단할 수 있는 기회를 제공하는 수업은 많지 않았다.
참고문헌 (33)
W. B. Rouse and N. M. Morris, "On looking into the black box: prospects and limits in the search for mental models," Psychol. bull. 100, 349-363 (1986).
I. Halloun, Modeling theory in science education (Springer Science & Business Media, Netherlands, 2007), Chapter 3.
J. J. Clement and M. A. Rea-Ramirez, Model based learning and instruction in science (Springer Science & Business Media, Netherlands, 2008), Chapter 1.
J. K. Gilbert and C. J. Boulter, Developing models in science education (Springer Science & Business Media, Netherlands, 2000), Chapter 2.
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