중학교 영재학생들의 여러 가지 운동 상황에 대한 그래프 변환활동에서 나타나는 오류

Abstract

과학에서 그래프와 같은 표상을 활용한 수업은 다양한 자료를 정리하고 이에 대한 경향성을 파악하여 개념의 확장을 일으키는 데 효과적이다. 따라서 과학 수업에서는 학생들에게 실험에 대한 결과를 정리하게 하고 이를 통한 개념을 학습시키기 위하여 다양한 그래프 활용 수업을 수행하고 있다. 그러나 많은 학생들은 여전히 그래프를 작성하거나 해석하는 것에 어려움을 느끼고 있다. 이에 본 연구에서는 2009 개정교육과정 과학 1의 여러 가지 운동 단원에서 제시된 그래프의 유형과 그래프 작성 및 해석 활동에 대한 분석을 통하여 학생들이 그래프를 학습하는 과정을 이해하고자 하였다. 또한 학생들이 직접 그래프를 작성하고 해석하는 활동을 통하여 학생들의 그래프 활용 수업에서 경험하는 어려움을 확인하였다. 이를 위하여 2009 개정교육과정 과학1 7종 교과서를 대상으로 하여 그래프 유형 및 안내 수준, 그래프 해석의 특성을 확인하였다. 또한 학생들이 그래프 전환 과정에서 경험하는 오류의 유형을 확인하기 위하여 경기도 소재 중학교 2학년 영재학급 20명을 대상으로 하여 10차시 수업을 통하여 그래프 작성 및 해석 활동을 진행하였다. 학생 활동은 교과서 분석에 활용된 여러 가지 운동과 관련된 활동으로 1차 그래프 변환 활동과 2차 그래프 변환 활동으로 구성되어 있다. 각 활동에 활용된 활동지와 질문지를 수집하였고 필요한 경우 활동지에 대한 심층 면담을 진행하였다. 연구 결과, 첫째, 교과서 분석에서 나타난 그래프 작성 및 해석활동은 그래프의 해석 활동이 비교적 더 많은 비중을 차지하고 있으며 그래프 활동 수준에 있어서는 축의 눈금까지 안내하는 경우가 가장 많았다. 또한 그래프 해석에서는 2개 이상의 그래프의 변수 간 관계들을 해석하는 활동보다 1개 그래프를 해석하는 활동이 더 많이 제시됨을 확인하였다. 둘째, 학생들의 그래프 전환에서 나타나는 어려움과 다양한 오류의 유형을 분석한 결과 추가적인 표상인 표를 제공하였을 때 학습자들이 그래프 전환에서 정확한 수치를 확인하고 이를 반영하여 수치적으로 보다 정확한 그래프를 그리는 것을 확인하였으나 일부 학생들의 경우 표가 없을 때 보이지 않던 그래프 상의 오류를 보여주기도 하였다. 여러 가지 운동 상황을 글과 그림으로 표현하고 그래프로 전환하는 활동에서 학습자는 물체의 운동 위치와 그래프를 혼동하여 운동궤적을 그래프 상에 그대로 표현하거나 위치, 이동거리, 상대속도, 등속도와 같은 물리 개념에 대한 이해가 부족함을 확인할 수 있었다. 물리 개념에 대한 이해가 정확한 경우에도 이를 그래프 상에 어떻게 표현하는지를 알지 못하는 경우가 있고, 그래프의 축의 의미 및 변수 설정, 눈금 설정과 같은 기본적인 그래프 표현에서 어려움을 나타내는 경우도 볼 수 있었다. ;Graphs are useful for organizing various data and helps students better understand scientific concepts. However, students still find it difficult to create and interpret graphs. In this study, therefore, we investigated the graphs presented in the unit of force and motion(grade 7th) and analyzed graph transformation of produced by 20 gifted middle school students in kinematics problems and errors mostly resulting from a misconception of the underlying physics. The analysis of textbooks is 2009 revised curriculum science 1. And we analyzed 7 kinds of textbooks. In addition, 20 gifted students in Grade 2 middle school in Gyunggi province participated in this program. For the student's graph construction and transformation, additional interviews were conducted as needed. The results of this study are as follows: First, the graph interpretation activities in the textbooks were relatively more than the graph construction activities, and the graph interpretation and construction activities were most often guided to the axis scale. Also, textbooks provided more activities to interpret the relationship of two graphs than to interpret one graph. Second, when analyzing the difficulties and various types of errors in the students' transformation of the graphs, it was confirmed that when the additional tables were provided, students were able to draw more precise graphs using the exact values given in the table. However, some students showed graph errors that did not occur when there were no tables. In the activity of converting various kinematic problems into texts and pictures and converting them into graphs, students could express the motion trajectory on the graph by confusing the position of the object with the graph. Also, students did not understand physics concepts such as object position, moving distance, relative speed, and acceleration, and showed errors in graph transformation. Even with the good understanding of the physical phenomena, some students were not able to express them on the graph due to misconception and errors in understanding in the underlying graph expressions such as the setting of the axis, the setting of the variable and the setting of the scale.