공간의 수리 물리적 개념 학습에 영향을 주는 요인 분석

Abstract

본 연구의 목적은 과학 고등학교 학생들을 대상으로 공간의 수리 물리적 개념 학습에 영향을 주는 요인을 알아보고자 하는 것이다. 이를 위해 공간능력, 흥미, 과학적 문장이해력, 학습양식을 독립변인으로 공간의 수리 물리적 개념 학습을 종속변인으로 하여 이 독립변인들과 공간의 수리 물리적 개념 성취도와의 상관관계를 분석하였다. 이 연구에서 공간의 수리 물리적 개념은 벡터의 내적(inner product), 외적(outer product), 그래디언트(gradient), 다이버전스(divergence), 커얼(curl)로 정의된다. 본 연구는 경기, 경북, 충남에 소재하고 있는 과학 고등학교에 재학 중인 10·11·12학년 학생 538명을 대상으로 설문조사를 실시하였으며 총 535부를 최종으로 분석하였다. 설문지는 설문지Ⅰ과 설문지Ⅱ로 구성되어 있다. 설문지Ⅰ은 공간의 수리 물리적 개념 학습에 영향을 주는 요인에 대한 조사 문항으로 공간능력, 흥미, 과학적 문장이해력, 학습양식을 측정하는 문항으로 구성되어 있고, 설문지Ⅱ는 공간의 수리 물리적 개념을 평가하기 위한 문항으로 구성되어 있다. 수집된 자료는 SPSS 18.0 프로그램을 사용하여 연구문제에 따라 요인분석, 기술통계, One-Way ANOVA, K 평균 군집 분석, 상관분석을 실시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 공간의 수리 물리적 개념 성취도 점수는 성별, 지역별, 학년별 차이는 통계적으로 유의미하지 않았다. 둘째, 공간의 수리 물리적 개념 성취도와 공간능력, 흥미, 과학적 문장이해력, 학습양식 간의 상관분석을 실시한 결과, Pearson 상관계수가 공간능력은 r=.161, 흥미는 r=.178, 과학적 문장이해력은 r=.186, 학습양식은 r=.081로 통계적으로 유의미한 상관관계를 보였다. 셋째, 공간능력, 흥미, 과학적 문장이해력 점수가 상위인 그룹과 하위인 그룹으로 나누어 공간의 수리 물리적 개념 성취도를 차이를 분석한 결과 공간능력 수준이 높을수록, 흥미가 높을수록, 과학적 문장이해력이 높을수록 공간의 수리 물리적 개념 성취 수준이 높게 나타났다. 넷째, 학습양식에 대한 응답을 히스토그램으로 나타낸 결과, 과학 고등학교 학생들은 교수방법, 실험수업, 시청각자료를 활용한 수업이 공간의 수리 물리적 개념 학습에 영향을 주는 것으로 인식하고 있었다. 본 연구를 통해 과학 고등학교 학생들이 공간의 수리 물리적 개념을 학습하는데 공간능력, 흥미, 과학적 문장이해력, 학습양식 4가지 요인 모두 영향을 주는 것으로 나타났다. 후속연구에서는 물리영역에서 공간능력과 관계된 다른 개념들에 대해서도 조사하여 물리 개념의 이해도와 문제해결력을 향상시킬 수 있는 교수-학습 방법을 연구하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.;The purpose of this study was to know factors affecting the learning of mathematical physics concepts of space of Science High School Student. To do this we exploited the spatial ability, interest, reading comprehension of science sentence and learning styles as independent variables and the learning of mathematical physics concepts of space as dependent variable, to analyze the correlation between these independent variables and the learning of mathematical physics concepts of space. In this study, learning of mathematical physics concepts of space was defined in terms of inner product, outer product, gradient, divergence and curl. This study was performed by surveying 538 students from 10th graders to 12th graders who attended Science High School in Gyeonggi, Gyeongbuk, Chungnam area, and then by finally analyzing 535 copies of the questionnaire. The questionnaire consists of two parts. A survey form Ⅰ included factors affecting the learning of mathematical physics concept of space, while a survey form Ⅱ includes questions to evaluate the mathematical physics concept of space. These questions in the survey form Ⅰ contain questions to evaluate spatial ability, interest, reading comprehension of science sentence and learning styles. Using the SPSS win 18.0 Program, the collected questionnaire was studied and analyzed as subjects of study by using the factor analysis, reliability analysis, correlation analysis, K-means cluster analysis and One-Way ANOVA. The findings were the followings: First, the average score of the mathematical physics concepts of space showed that there was no statistical difference regardless of gender, area and grade. Second, the result of correlation analysis between factors and the average score of the mathematical physics concepts of space, Pearson coefficient was r=.161 on spatial ability, r=.178 on interest, r=.186 on reading comprehension of science sentence and r=.081 on learning styles. These three factors have some correlation and statistical meanings. Third, Students who had high spatial ability, high interest and high reading comprehension of science sentence were superior in conceptual achievement of the mathematical physics concepts of space to students who had low spatial ability, high interest and high reading comprehension of science sentence. Finally, the students' responses to the learning styles were exhibited by the histogram. In the result, students recognized teaching methods, experimental learning, study using audio-visual as factor affecting the learning of mathematical physics concepts of space Through this study students recognized that spatial ability, interest, reading comprehension of science sentence and learning styles are influential factors in learning of mathematical physics concepts of space of Science High School Student. In the future study, it is desirable to investigate other concepts related to spatial ability in physics and also to study the understanding of physical concepts to improve problem-solving ability.