본 연구의 목적은 고등학교 물리 교사들이 물리 교과서에 제시된 탐구를 지도할 때의 어려움 정도와 어려움의 요인을 분석하는 것이다. 이를 위하여 고등학교 물리 교사 63명을 대상으로 설문을 실시하였다. 교사들은 물리 교과서에 제시된 탐구에 대해 지도하는 데의 어려움 수준을 표시하고, 지도하기 어려운 탐구에 대해 그 이유를 설명하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 물리 교사들의 교과서 탐구 지도의 어려움 수준은 평균 2.79로 보통 이하의 수준이었다. 가장 지도하기 어려운 탐구는 '마이스너 효과 실험'과 '$Cu_2O$판과 ZnO가루를 이용한 다이오드 특징 탐색'이었다. 둘째, 교사들의 물리 교과서 탐구 지도의 어려움 요인은 환경 영역, 교과서 영역, 학생 영역, 교사 영역의 순으로 많이 제시되었으며, 특히 환경 영역에서 '실험기구 준비의 어려움'과 '안전 문제'와 관련하여 탐구 지도가 어렵다는 의견이 많이 제시되었다. 교과서 영역에서는 '실험 자체의 문제점', 학생 영역에서는 '조작 능력 부족'과 관련한 의견이 많이 제시되었다. 본 연구의 결과를 바탕으로 고등학교 물리 교과서의 탐구를 활성화하기 위한 논의를 추가하였다.
본 연구의 목적은 고등학교 물리 교사들이 물리 교과서에 제시된 탐구를 지도할 때의 어려움 정도와 어려움의 요인을 분석하는 것이다. 이를 위하여 고등학교 물리 교사 63명을 대상으로 설문을 실시하였다. 교사들은 물리 교과서에 제시된 탐구에 대해 지도하는 데의 어려움 수준을 표시하고, 지도하기 어려운 탐구에 대해 그 이유를 설명하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 물리 교사들의 교과서 탐구 지도의 어려움 수준은 평균 2.79로 보통 이하의 수준이었다. 가장 지도하기 어려운 탐구는 '마이스너 효과 실험'과 '$Cu_2O$판과 ZnO가루를 이용한 다이오드 특징 탐색'이었다. 둘째, 교사들의 물리 교과서 탐구 지도의 어려움 요인은 환경 영역, 교과서 영역, 학생 영역, 교사 영역의 순으로 많이 제시되었으며, 특히 환경 영역에서 '실험기구 준비의 어려움'과 '안전 문제'와 관련하여 탐구 지도가 어렵다는 의견이 많이 제시되었다. 교과서 영역에서는 '실험 자체의 문제점', 학생 영역에서는 '조작 능력 부족'과 관련한 의견이 많이 제시되었다. 본 연구의 결과를 바탕으로 고등학교 물리 교과서의 탐구를 활성화하기 위한 논의를 추가하였다.
The purpose of this study is to analyze the Korean high-school physics teachers' difficulties in teaching textbook physics inquiries. For this purpose, 63 high school physics teachers completed a questionnaire. We asked teachers to evaluate the degree of difficulty in teaching textbook physics inqui...
The purpose of this study is to analyze the Korean high-school physics teachers' difficulties in teaching textbook physics inquiries. For this purpose, 63 high school physics teachers completed a questionnaire. We asked teachers to evaluate the degree of difficulty in teaching textbook physics inquiries. Additionally, we asked physics teachers to select the two most difficult inquiries to teach and to express their reasons for these selections. The main results are as follows: First, the degree of difficulty for all the inquiry is 2.79, indicating a little easy level of difficulty. The two most difficult inquiries are 'Meissner effect experiment' and 'Investigation of diode characteristics using $Cu_2O$ plate and ZnO powder.' Second, the difficulty reasons to teach physics inquiry was presented in the order of 'environment domain,' 'textbook domain,' 'student domain,' and 'teacher domain.' In particular, the biggest reasons for difficulty for teachers are 'preparation of experimental apparatus' and 'safety.' There are many opinions related to 'problem of the experiment itself' in 'textbook domain' and 'lack of ability to manipulate' in 'student domain.' Based on the results of this study, we added a discussion to activate the high school physics textbook inquiries.
The purpose of this study is to analyze the Korean high-school physics teachers' difficulties in teaching textbook physics inquiries. For this purpose, 63 high school physics teachers completed a questionnaire. We asked teachers to evaluate the degree of difficulty in teaching textbook physics inquiries. Additionally, we asked physics teachers to select the two most difficult inquiries to teach and to express their reasons for these selections. The main results are as follows: First, the degree of difficulty for all the inquiry is 2.79, indicating a little easy level of difficulty. The two most difficult inquiries are 'Meissner effect experiment' and 'Investigation of diode characteristics using $Cu_2O$ plate and ZnO powder.' Second, the difficulty reasons to teach physics inquiry was presented in the order of 'environment domain,' 'textbook domain,' 'student domain,' and 'teacher domain.' In particular, the biggest reasons for difficulty for teachers are 'preparation of experimental apparatus' and 'safety.' There are many opinions related to 'problem of the experiment itself' in 'textbook domain' and 'lack of ability to manipulate' in 'student domain.' Based on the results of this study, we added a discussion to activate the high school physics textbook inquiries.
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문제 정의
특히 탐구는 과학적 연구방법을 익히는 과정으로 매우 중요하다. 본 연구에서는 고등학교 물리교사들이 물리 교과서에 제시된 탐구를 지도하는데 어려워하는 정도는 어떠한지, 그리고 그 이유는 무엇인지 분석하였다.
본 연구의 목적은 고등학교 교사들이 교과서 물리 탐구를 지도하는데 어떤 어려움이 있는지 분석하는 것이다. 고등학교에서는 물리Ⅰ, 물리Ⅱ 과목을 통해 물리학의 기본적인 이론을 체계적으로 학습하게되어 중학교 ‘과학’보다는 수준 높은 내용이 포함되어 있다.
그러나 수레와 추가 같이 움직이기 때문에 추를 증가시킬 때 힘이 작용하는 물체의 질량도 증가하게 된다. 수레 위에 여러 개의 추를 올려놓은 상태에서 반대쪽으로 추를 하나씩 이동시키면서 실험을 수행하면 조작변인인 작용하는 힘을 변화시키면서 통제변인인 질량을 일정하게 유지할 수 있지만, 이와 같은 방법으로 실험을 수행해야 하는 이유를학생들에게 이해시키는데 많은 시간을 소요해야 하므로 본 탐구의 목표인 힘/질량과 가속도와의 관계의 학습에 방해가 될 수 있다.
가장 많은 의견이 제시된 탐구는 ‘전류가 흐르는 도선 주위의 자기장’으로 총 12명의 교사가 의견을 제시하였다. 이 실험은 전류가 흐르는 직선 도선 주위에 나침반을 놓고 나침반의 바늘이 회전하는 정도를 관찰하는 것이다. 이때 전류의 세기를 변화시키거나, 도선과 나침반 사이의 거리를 변화시키면서 자기장의 세기와의 관계를 정성적으로 관찰하게 한다.
‘힘과 가속도, 질량과 가속도의 관계’ 탐구에서 9명의 교사가 의견을 제시하였다. 이 탐구는 수레에 용수철저울을 연결하여 당기면서 수레의 운동을 측정한 후, 작용하는 힘(용수철저울의 눈금)과 가속도,수레의 질량과 가속도의 관계를 알아보는 탐구이다. 이때 수레에 작용하는 힘을 일정하게 유지하기 위해 용수철저울의 눈금을 일정하게 유지하면서 당기는 것이 매우 어렵다는 것이 교사들이 의견이었다.
제안 방법
‘힘과 가속도, 질량과 가속도의 관계’는 12명 중 11명, ‘전류가 흐르는 도선 주위의 자기장’은 17명 중 15명이 수업 시간에 해당 탐구를 진행하는 등 많은 교사들이 실제 탐구를 수행하였고, 그 과정에서 인식한 지도의 어려움을 제시하였다.
교사들에게 두 교과서에 공통으로 있는 물리 탐구 14개를 제시하고, 각 탐구에 대해서 지도하기 쉽고 어려운 정도를 5점 리커트 척도로 응답하도록 하였다. 또한 교사들에게 자신이 응답한 탐구 중에서 가장 지도하기 어려운 탐구 2개를 선택하고 선택한 탐구가 왜 지도하기 어려운 지에 대해 자세히 기술하도록 요청했다.
또한 교사들에게 자신이 응답한 탐구 중에서 가장 지도하기 어려운 탐구 2개를 선택하고 선택한 탐구가 왜 지도하기 어려운 지에 대해 자세히 기술하도록 요청했다. 교사들의 응답을 내용 의미 단위별로 나누고, 이를 통해 탐구를 지도하기 어려운 이유를 분석하였다.
학생 영역은 탐구과정 미이행, 수행 능력 부족, 결과 해석 능력 부족, 실험 이해 부족 등으로 구성하였고, 교사 영역은 물리 이해 부족으로 구성하였다. 교사들의 응답을 범주에 맞게 구분하여 영역별, 세부 범주별로 비율을 제시하였다. 또한 해당 범주의 내용에 가장 적합한 사례들을 예시로 제시하였다.
교사들의 응답을 범주에 맞게 구분하여 영역별, 세부 범주별로 비율을 제시하였다. 또한 해당 범주의 내용에 가장 적합한 사례들을 예시로 제시하였다.
물리 교사들은 물리Ⅰ 교과서에 제시된 14개의 탐구 중에서 가장 지도하기 어렵다고 생각한 2개의 탐구를 선택하고 그 선택에 대한 이유를 기술하였다. Table 4에 탐구별로 해당 탐구가 어렵다고 인식한 교사 수와 그 이유를 의미단위별로 분석한 결과를 제시하였다.
이 실험은 전류가 흐르는 직선 도선 주위에 나침반을 놓고 나침반의 바늘이 회전하는 정도를 관찰하는 것이다. 이때 전류의 세기를 변화시키거나, 도선과 나침반 사이의 거리를 변화시키면서 자기장의 세기와의 관계를 정성적으로 관찰하게 한다. 이 실험은 중학교 과학 교과서에도 비슷하게 제시되어 있었는데, 중학교 과학 교사들이 언급한 어려움(Lee & Lee, 2018)과 유사하게 지구 자기장에 의한 효과를 고려해야 하는 점과 나침반 바늘이 움직이는 정도로 전류의 세기를 알기 어렵다는 점을 많이 제시하였다.
탐구 지도의 어려움에 대한 분석틀(Table 2)은 Lee & Lee(2018)의 연구에서 사용한 분석틀의 일부를 수정하여 사용하였다.
특히 전기를 사용하는 실험(‘전기장’, ‘전류가 흐르는 도선 주위의 자기장’, ‘전자기 유도, 코일 주위의 자기장 변화 시키기’, ‘전기 방전으로 전자기파 발생시키기’)에서 높은 전류를 사용할 필요가 있는데, 이로 인한 안전 문제를 지적하였다.
대상 데이터
가장 많은 의견이 제시된 탐구는 ‘전류가 흐르는 도선 주위의 자기장’으로 총 12명의 교사가 의견을 제시하였다.
또한 리커트 척도 응답에서 보통 수준의 응답을 보였던 ‘디지털카메라로 등가속도 운동 동영상 분석하기’와 ‘힘과 가속도, 질량과 가속도의 관계’도 각각 11명, 12명이 응답하였다.
물리Ⅰ은 고등학교 2학년 과정에서 거의 대부분의 자연계열 학생들이 선택하고 있지만, 물리Ⅱ는 학교에 따라서 개설되지 않거나, 개설되어도 선택하는 학생수가 매우 적다. 또한 물리Ⅱ는 주로 고등학교 3학년에 개설되어 탐구활동을 직접 수행하지 않는 경우가 많아 본 연구에서는 물리Ⅰ만 연구 대상으로 선택하였다. 구체적인 탐구명은 교사들의 응답 결과와 함께 Table 3에 제시하였다.
본 연구는 과학교사모임이나 교사 연구회 등에 적극적으로 참가하고 있는 고등학교 물리 교사 63명을 대상으로 했다. 설문을 실시하기 전에 연구의 취지를 충분히 설명하고 이에 동의하는 교사들에게 이메일을 통해 설문을 받았다.
현재(2018년 8월) 고등학교 1학년은 2015 개정 교육과정에 의한 교과서를 사용하고 있으며, 2, 3학년은 2009 개정 교육과정에 의한 교과서를 사용하고 있다. 본 연구에서는 2009 개정 교육과정에 의한 물리Ⅰ 과목에 제시된 탐구를 대상으로 하였다. 물리Ⅰ은 고등학교 2학년 과정에서 거의 대부분의 자연계열 학생들이 선택하고 있지만, 물리Ⅱ는 학교에 따라서 개설되지 않거나, 개설되어도 선택하는 학생수가 매우 적다.
성능/효과
14개의 탐구 중 탐구 지도의 어려움에 대한 의견이 가장 많이 제시된 탐구는 ‘마이스너 효과 실험’과 ‘전류가 흐르는 도선 주위의 자기장’이었다.
두 번째로 지도하기 어렵다고 인식한 탐구는 ‘Cu2O판과 ZnO 가루를 이용한 다이오드 특징 탐색’으로 평균 3.88이었다.
세 번째로 지도하기 어려운 탐구는 ‘전기 방전으로 전자기파 발생시키기’로 평균 3.43이었다.
종합적으로 정리하면, 고등학교 물리 교사들은 교육과정에 새롭게 제시된 현대물리학 관련 탐구에 대해 실험 준비와 안전 문제 등의 이유로 탐구를 지도하는데 어려움이 있다는 것을 알 수 있다. 이 결과를 바탕으로 고등학교 물리 교과서 탐구 교육의 개선과 관련하여 다음의 몇 가지를 논의해 보고자 한다.
첫째, 고등학교 물리 교사들이 탐구 지도의 어려움에 대한 의견에서 중학교 교사에 비해 특별히 차이가 나는 부분은 바로 ‘환경 영역’의 안전과 관련된 문제였다.
환경 영역에서 두 번째로 의견이 많이 제시된 범주는 ‘안전’으로 총 35개(15.0%)의 의견이 제시되었다.
후속연구
둘째, 실험 장치 및 재료 준비와 관련한 체계적인 지원이 필요하다. 현재 교과서 탐구를 수행하는데 필요한 교구들은 학교 별로 자체적으로 준비하도록 되어 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
학생들은 과학 탐구 교육을 통해 어떤 것을 얻게 되는가?
지식의 양이 기하급수적으로 증가하는 현대 사회에서는 지식의 학습보다는 방법적 측면의 학습이 중요하며, 이에 과학적 탐구의 중요성이 더욱 더 커지고 있다. 학생들은 과학 탐구 교육을 통해 과학 지식을 습득할 수도 있으며 과학의 본성을 이해하고, 자연 세계를 연구하는 방법을 배우게 되며 과학에 대한 긍정적인 자세를 갖출 수 있다(Abd-El-Khalick et al., 1998).
학교에서 이루어지는 탐구는 어떻게 구분될 수 있는가?
학교에서 이루어지는 탐구는 교과서에 제시된 탐구와 학생들이 자율적으로 수행하는 자유 탐구로 구분될 수 있다. 본 연구는 이 중에서 교과서에 제시된 탐구에 초점을 두고 있다.
국제적인 과학교육 개혁(교육과정 개정 포함)에서도 과학적 방법인 탐구가 강조되고 있는데 미국, 영국, 캐나다, 호주에서 어떻게 진행하고 있는가?
최근 이루어진 국제적인 과학교육 개혁(교육과정 개정 포함)에서도 과학적 방법인 탐구가 강조되고 있는 추세이다. 미국의 차세대 과학교육과정(NGSS)에서는 ‘과학적 공학적 실행(scientific and engineering practices)’을 제시하여 과학적 과정(process) 또는 탐구(inquiry), 기능(skill) 등의 용어 대신 ‘실행(practice)’을 사용하면서 과학적 탐구에 참여하는 것이 기능뿐만 아니라 실행에 구체화된 지식이 필요하다는 것을 강조하고 있다(NRC, 2011). 영국에서는 탐구를 독립적으로 학습하는 것이 아니라, 과학 내용(물리, 화학, 생물)과 함께 학습되는 것을 강조하면서, ‘과학적으로 수행하기(Working scientifically)’를 통해서 매 학년 교육과정에 탐구 관련 내용을 제시하였고, 학년군별 탐구기능(과정)을 질문하기, 계획하기, 자료수집하기, 수행하기, 기록하기, 결론/보고하기, 평가하기 등으로 구분하여 제시하였다(Department of Education, 2015). 한편 캐나다 온타리오주 교육과정에서는 시작과 계획(initiating and planning), 수행과 기록(performing and recording), 분석과 해석(analysing and interpreting),의사소통(communicating) 등의 탐구 기능 4가지를 제시하고, 각각에 대해서 연속성(Beginning → Exploring → Emerging → Competent →Proficient)을 제시하였다(Ministry of Education, 2007). 또한 호주에서는 과학 탐구 기능(Science inquiry skills)을 질문하고 예상하기, 계획하고 수행하기, 데이터와 정보를 처리하고 분석하기, 평가하기,의사소통하기 등의 5가지 세부 기능으로 구분하여 제시하였다(ACARA, 2014).
참고문헌 (19)
Abd-El-Khalick, F., Bell, R. L., & Lederman, N. G. (1998). The nature of science and instructional practice: Making the unnatural. Science Education, 82, 417-436.
Australian Curriculum, Assessment and Reporting Authority [ACARA] (2014). The Australian Curriculum.
Bell, R., Blair, L., Crawford, B., & Lederman, N. G. (2003). Just do it? The impact of a science apprenticeship program on high school students’ understandings of the nature of science and scientific inquiry. Journal of Research in Science Teaching, 40, 487-509.
Byun, S. M. & Kim, H. J. (2011). Recognition of free inquiry activity and its effects on the science inquiry ability of middle school students. Journal of the Korean Association for Science Education, 31(2), 210-224.
Chinn, C., and B. Malhotra (2002). Epistemologically authentic inquiry in schools: A theoretical framework for evaluating inquiry tasks. Science Education 86: 175-218.
Department of Education. (2015). National curriculum in England: Science programmes of study.
Hodson, D. (1982). Is there a scientific method? Education in Chemistry, 19(4), 112-126.
Kim, H., Yoon, H., Lee, K., & Cho, H. (2010). Secondary science teachers’ perception of ‘Free inquiry’ of the 2007 revised science curriculum. Secondary Educational Research, 58(3), 213-235.
Kim, T., Lee, J., Shin, K., Park, J., Kim, D., & Lee, S. (2007). A Comparative Study on Physics Inquiry Activities of Science Textbooks for Secondary School in Korea and Singapore. Journal of Korean Association for Science Education, 27(7), 547-558.
Lee, S., and Lee, B., (2018). Science teachers' perception on scientific character instruction. New Phys.: Sae Mulli, 68, 611-622.
Ministry of Education (2007). The Ontario curriculum, grades 1-8: Science and Technology.
Ministry of Education. (2015). National science curriculum. No. 2015-74. Sejong: Ministry of Education.
National Research Council [NRC]. (2011). A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington, DC: National Academy Press.
Park, H., Jeong, D., and Choi, W. (2011). Science teachers' perceptions of science practices, Journal of Korea Association of Science Education, 31, 61-77.
Park, J., & Lee, K. (2011). Actual Conditions of Free Inquiry Implementation and the Perceptions of Teachers and Students in Middle School Science. Journal of Research in Curriculum Instruction, 15(3), 603-632.
Smolleck, L. D., Zembal-Saul, C., & Yoder, E. P. (2006). The development and validation of an instrument to measure preservice teachers’ self-efficacy in regard to the teaching of science as inquiry. Journal of Science Teacher Education 17, 137-163.
Wellington, J. J. (1998). Practical work in science: time for a reappraisal. In J. J. Wellington(Ed.), Practical work in school science (pp. 3-15). NY: Routledge.
Windschitl, M. (2004). Caught in the cycle of reproducing folk theories of "Inquiry": How preservice teachers continue the discourse and practices of an atheoretical scientific method. Journal of Research in Science Teaching, 41(5), 481-512.
Zion, M, Slezak, M, Shapira, D, Link, E, Bashan, N, Brumer, M, Orian, T, Nussinowitz, R, Court, D, Agrest, B, Mendelovici, R, and Valanides, N. (2004). Dynamic, open inquiry in biology learning. Science Education, 88(5), pp 728-753.
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