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1장 물리교육의 목표
(김현경)
학교교육에 과학교육이 도입된 목적, 현재물리교육의 목표.
1. 유용성과 물리교육
1) 산업혁명과 국가의 발전을 위하여
①과학교육이 처음 도입될 때 실용주의적 관점에 기초.
예) 19C 처음 도입될 시기에는 학생들이 앞으로 노동의 현장에서 필요한 활동을 준비하는데 결정적인 역할을
수행할 수 있을 것이라는 근거에서 시작.
②초기영국에서도 실용적 접근이 받아들여졌다.
예) 퍼거슨의 자연철학 교재 중 기계, 펌프와 같은 응용적, 기술적, 일상적인 내용 강조됨.
2) 고전학 같은 교과에 대한 반론
①1910년대 영국에서는 학교 과학에 인간의 삶을 불러오고 환경을 고려하도록 주장.
- “모든 이를 위한 과학” 이라는 개념소개.
②1950년대 미국에서도 실용저그 직업적, 사회적, 인간적 측면을 강조한 과학교육 나타남.
예) 전통적인 생물학의 모양으로부터 이탈. 생물학 → 인류복지
물리의 전기단원에서 전화, 전기다리미, 가정의 배선과 퓨즈, 일상 전기용품 등의 작동원리를 다루고,
액체단원에서는 수로체계나 수압제동기 같은 내용을 다룸.
2. 교양교육과 물리교육
유용성만으로는 학교에서 과학을 지도하는 근거의 전부가 될 수 없다.
①교양교육을 강조하는 학교에서는 정신적 교육을 할 수 있는 교과목만이 필요하다고 한다.
실용적 목적만을 가진 과학과목은 비판의 대상이 될 수밖에 없었고, 과학과목 역시 인문주의적
교육 역역에 속한다는 점을 입증해야 했다.
②1800년대 말 신인문주의적 관점에서는 자연을 잘 안다는 것도 인간의 미래의 삶을 준비하는 것과
의미가 연결된다고 하여 교양교육 범위에 넣을 수 있다는 입장 취함.
③과학과목의 교양교육으로의 인정
스페서의 과학적 지식이 다른 지식보다 우수한 4가지 측면.
정병훈의 과학교육이 교육적 정당성을 확보하게 된 과정
1890년대 영국협회에서 물상과학의 가치
1945년 하버드위원회에서 교양 과학 교육을 위한 선언
1944년 미국 전국교육자 협의회, 파우스트
3. 탐구실험과 물리교육
물리교육이 교육적 위치를 자리 잡아 가는 과정에서 실험 교육의 정착이 함께하고 있었다.
①아동의 정신적 발달을 위해 관찰을 통한 개념의 형성을 중요한 교육적 요소로 인식.
②19C말 중등학교 과학교육의 두 가지 방향 - 과학지식의 요구, 실험 실습 강조
③암스트롱의 발견적 방법
학생들의 반응 나쁨 → 발견적 방법을 도입
→ 관찰의 정확성을 강조한 건조한 실험
⇒ 부작용발생.
④발견학습 - 효과에 대한 반론(학생들이 따라주지 못함.)
4. 전문교육으로서 물리교육
물리학자를 양성하기 위한, 또는 물리와 관련된 전공을 선택할 학생들을 위한 교육과정. 지식중심의
엘리트주의적 교육과정 강조될 필요 있음. 내용 중심의 교육과정 중요역할.
5. 물리에 대한 교육과 물리교육
물리를 교육받은 학생은 물리학 내용뿐 아니라, 과학적 방법, 물리학 이론의 변화 발달과정, 이론의 다양성,
물리학의 한계를 인식하는 것까지 포함되어야 한다는 것.
과학이론이 어떻게 평가되는지, 경쟁 이론으로부터 옳은 이론은 어떻게 판정될 수 있는 것인지, 과학의
발전에서 실험과 수학, 종교, 철학적 논의와의 관련은 어떠한지 등을 인식하는 것이 필요하다고 본다.
⇒ 과학사, 과학철학의 도입 (현재의 학교교육이 어떤 의미에서 실패하고 있다는 지적) 질과 능력 발휘
2장 학생의 물리 선개념 (남미영)
1. 물리 선개념 연구의 개요
1) 물리 선개념 연구의 시작
-학생의 선개념 연구
ㄱ. 여러 과학 개념에 대해 학생들이 가지고 있는 선개념의 특징 조사
ㄴ. 학습연구: 선개념이 어떻게 형성되고 변화하는가에 대한 연구.
ㄷ. 교수연구: 선개념을 과학적으로 옳은 기념으로 변화시키기 위해 어떠한 방법에 대한 연구.
-선개념 연구의 과정
ㄱ. 1960년대 오수벨을 시작
ㄴ. 1970년대 드라이버와 누스바움 노박등에 의해 학생의 과학 선개념에 대한 연구가 활발하게 시작됨
ㄷ. 1980년대에는 선개념 연구가 국제적인 관심을 이끌게 되어 세계각지에서 학회와 세미나가 있었음.
-선개념 연구의 영역
선개념 연구의 영역은 9개 부분으로 나누어 지는데,
g1- 이 영역에 관련된 일반적 논의, g2- 일상적 개념과 과학적 개념
g3- 학생 개인의 개념발달과 과학사에서의 개념발달과의 비교
g4- 언어와 개념, g5- 개념 조사 방법, g6- 학생 개념의 조사
g7- 학생 개념을 고려한 지도, g8- 교사 개념의 조사 , g9- 개념과 교사 연수
2)물리 선개념 연구의 현황
푼트와 듀이트의 주제별 논문 분류를 살펴보면, 물리에서 역학은 281편, 전기는 146편, 열은 68편, 광학은 69편,
입자는 60편, 현대물리는 11편이 있고. 그 외, 화학은 132편 생물은 208편 천문은 36편이 있다.
3)물리 선개념 관련 용어
학생의 물리 선개념에 관한 연구가 활성화되면서 자연 현상에 대해 학생들이 나름대로 가지고 있는 개념들은
여러 가지 용어로 불리워지게 되었다.
물리 선개념의 예
1) 역학 분야에서 물리 선개념
a. 등속 운동하는 물체: 많은 학생들은 일단 물체가 운동하면 그 물체에는 힘이 작용하고 있다고 생각하고 있다.
b. 수직 위로 던진 물체의 운동; 많은 학생들이 위로 던진 물체가 위로 올라가고 있는 중, 위 방향의 힘이
작용한다고 생각하고 있다.
c. 단진자 운동의 동역학; 중력의 원심방향 성분의 장력의 크기와 같다.
진자에는 운동방향과 같은 방향의 힘이 작용하고 있다.
진자가 최하점을 지나는 순간에는 진자에 작용하는 힘은 없다.
d. 등속 원운동과 관성력; 원운동에서 대부분의 학생들은 구심력과 원심력을 구별하지 못하고 대부분
원심력을 언급한다.
e. 작용과 반작용; 힘의 평형과의 혼동
f. 뉴턴의 운동 법칙 적용; 뉴턴방정식에 대한 기본적인 이해없이 그냥 문제만을 풀어나간다.
g. 무거운 물체와 가벼운 물체가 똑같이 떨어지는 이유; 물체에 작용하는 중력이 같기 때문이 라고 생각한다.
2) 전기 분야에서 학생의 물리 선개념
a. 정전기 현상; 대전체와 검전기 실험에서 학생들은 검전기 사이의 막대가 도체의 경우에는 검전기가
벌어지지만, 부도체의 경우에는 검전기가 벌어지지 않는다는 것이다. 그리고 그 이유는 부도체는 전기가
통하지 않기 때문이라고 응답한다.
b. 전류; 저항이 커지므로 무조건 전류가 작아져서 전구가 어두워진다는 것과, 저항이 커지면 저항으로
전류가 못 흐르고 따라서 전구쪽으로 더 많은 전류가 흘러 전구가 전구가 밝아진다는 생각이다.
c. 전압; 전압과 전류개념 구분에 어려움을 겪는다.(전압은 전류의 일부분이다)
d. 옴의 법칙; 회로에 대한 문제가 나오면 무조건 옴의 법칙으로 문제를 푼다
e. 저항; 직렬, 병렬연결에서 오개념이 가장 많이 나타난다. 구분이 잘 안됨.
3)광학 분야에서의 학생의 물리 선개념
;물체 모양만 그림자 모양에 영향을 주고 광원의 모양은 상관없다.
4)다른 물리 분야에서으 학생의 물리 선개념
에너지 분야, 열분야, 현대물리 분야등에도 여러 오개념들이 있다.
3장 물리탐구의 의미와 활동
(박미경)
1. 물리탐구의 도입과 정의
① 물리탐구의 도입
* 소크라테스 → 루소 → 암스트롱 → 듀이, 케르 → 비스터 → 부르너 → 스와브
* 우리나라: 제5차 교육과정, 1994년 대입수학능력시험
② 물리탐구의 정의
* 여러학자들의 탐구에 대한 정의
* 탐구의 설계 → 탐구의 실행 → 실험자료를 처리하고 조직하여 구조화함
2. 물리탐구의 탐구 활동에서 과학적 사고
① 귀납적 사고와 귀납적 탐구 활동의 예
* 귀납적 사고 - 정의 및 조건
- 한계
- 유형: 유형분류, 계열화, 보존, 상관관계
② 과학적 설명과 가설 검증과정에서의 연역적 사고
* 연역적 사고 - 기초: 연연논리 = 삼단논법
(조건긍정식, 조건부정식, 후건긍정식, 후건부정식)
- 구조: 전제1 (법칙,이론), 전제2 (초기조건들),
결과(자연 현상에 대한 설명)
* 가설 검증과정의 연역적 구조
3. 물리탐구 기능의 분류와 탐구활동의 예
1) 영국의 ASE에 의한 탐구 기능과 탐구활동의 예
* 사고기능
㉠ 가설설정하기, ㉡ 가설겅증방법 제안하기, ㉢ 증거로부터 결론 이끌어내기
㉣ 적절한 원리와 이론으로 현상 설명하기, ㉤ 문제를 해결하기
㉥ 증거와 관련지어 어떤 주장을 평가하기
* 실험 기능 ㉠㉡㉢㉣
㉠ 체계적이고 조심스럽게 관찰하고 측정하기, ㉡ 실험을 안전하고 확실하게 수행하기
㉢ 주위 여건을 실험 상황에 맞게 개선하기
* 의사 소통 기능
㉠ 관찰 사실, 설명, 해답, 조사 내용등을 설명, ㉡ 다른 사람의 설명이나 지도 내용을 이해하기
㉢ 여러 가지 정보원으로부터 관련 내용을 선택하여 적용하기
2) 클로퍼에 의한 탐구 기능과 탐구 활동의 예
* 목표 A : 실험실 활동을 통해 과학적 정보를 수집하는 기능
A1: 사물이나 현상 관찰하기, A2 : 적절한 언어로 관찰을 기술하기
A3 : 사물이나 변화 측정하기, A4 : 적절한 측정도구 선택하기
A5 : 실험자료와 관찰자료 처리하기,
A6 : 실험실과 야외에서 사용되는 일반적인 도구를 사용하는 기능 개발
A7 : 일반적인 실험실 기술 (technique)을 조심스럽게 수행
* 목표 B : 적절한 과학적 질문을 하고 실험실 실험을 통해 답을 하기위해 무엇이 통합되는지 알수 있는 능력
B1 : 문제 인식하기, B2 : 작용 가설 형성하기
B3 : 적절한 가설 검증 방법 선택하기, B4 : 검증 실험을 수행하기 위한 적절한 절차 생성하기
* 목표 C : 실험에서 얻어진 관찰과 자료를 구조화 하고 해석하고 의사소통하는 능력
C1 : 자료과 관찰을 조직하기, C2 : 자료를 기능적 관계로 제시하기
C3 : 실제 관찰을 넘어서서 기능적 관계로 외삽하기, 그리고 관찰들 사이를 내삽하기
C4 : 자료와 관찰을 해석하기
* 목표 D : 자료와 관찰, 실험으로부터 추론하거나 결론을 이끌어내는 능력
D1 : 관찰과 실험 자료에 비추어 검증 받고자 하는 가설 평가하기
D2 : 발견된 관계로부터 정당화 할 수 있는 적절한 일반화 경험 법칙이나 월리 형성하기
* 목표 E : 과학 이론의 발달에서 관찰과 실험실 실험의 역할을 깨달을 수 있는 능력
E1 : 현상이나 경험 법칙 또는 원리들과 관련짓기 위해 이론이 필요함을 인식하기
E2 : 알려진 현상이나 원리들을 조절하기 위해 이론을 형성하기
E3 : 이론을 만족하거나 이론에 의해 설명되는 현상이나 원리들을 명시하기
E4 : 실험이나 직접 관찰로 이론을 검증할 수 있는 새로운 가설을 연역해 내기
E5 : 이론을 검증하기 위한 실험 결과를 해석하고 평가하기
E6 : 새로운 관찰과 해석에 의해 보장 받을 수 있다면, 수정된, 세련된 또는 확장된 이론을
형성하기
3) SAPA에 의한 탐구 기능과 탐구 활동의 예
① 관찰, 시공 관계의 이용, 분류, 5의 사용
② 변인 통제, 자료 해석, 조작적 정의 가설 설정, 실험
4) WPS에 의한
* 관찰, 추론, 분류, 측정, 예측, 탐구의 설계, 가설설정, 가설검증, 변인통제, 문제해결
5) NAEP에 의한 탐구기능
6) GCSE에 의한 탐구기능
7) 물리탐구에 의한 탐구기능
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