CoRe 개발을 통한 고등학교 물리 교사의 특수상대성이론 PCK 변화 및 인식 탐색

Abstract

특수상대성이론은 2009 개정교육과정과 2015 개정교육과정의 고등학교 물리 I에 모두 포함된 내용으로, 미래 사회에 적합한 과학적 소양인을 양성하기 위한 목표로 도입되었다. 현대의 많은 첨단 기술은 특수상대성이론과 그 이후 발달한 일반상대성이론이나 양자론의 내용들을 활용하고 있다. 또한 특수상대성이론은 철학과 예술을 비롯한 다양한 사회 분야에 영향을 주어 이를 제대로 이해하는 것은 현대 사회를 살아가는데 있어 교양으로 중요한 일이며, 이를 가르치는 교사들은 특수상대성이론의 개념과 더불어 특수상대성이론의 사회ㆍ문화적인 맥락을 염두에 두고 수업을 구성하여야 한다. 그러나 실제 특수상대성이론을 수업하는 학교 현장에서는 교사들이 특수상대성이론 수업을 구성하고 가르치는데 어려움을 겪고 있으며, 이는 특수상대성이론 도입 목표가 제대로 실현되지 못하고 있음을 의미한다. 이러한 원인 중 하나는 교사의 특수상대성이론 PCK의 부족 때문이라는 연구가 보고 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 특수상대성이론을 가르치는 고등학교 물리 교사의 특수상대성이론 관련 PCK 개발과 지원의 필요성을 느끼고, CoRe를 활용하여 교사들의 특수상대성이론 관련 PCK 변화를 살핀 후, CoRe의 활용 가능성을 탐색하였다. CoRe는 교사의 PCK를 표상하는 도구로 개발이 되었으며, 이후 많은 연구자에 의해 CoRe가 PCK 개발에 긍정적인 영향을 준다는 것이 보고되었다. 특히 교사들은 CoRe를 통해 목표 개념을 중심으로 PCK 요소들을 표상하며, 이 과정에서 PCK가 개발된다. 본 연구에는 4명의 고등학교 물리 교사가 참여하였으며, 교사들이 작성한 1차 CoRe와 2차 CoRe, 논의 자료와 면담 자료를 수집한 후, 1차 CoRe와 2차 CoRe에서 나타난 PCK의 요소들의 내용을 분석하여 PCK의 변화 특성을 살폈다. 또한 동료 교사와의 논의 단계에서 부각된 PCK 요소와 요소 간 연계를 파악하였다. 교사들의 PCK는 선행 연구들을 참고하여 수정 보완한 분석 준거를 활용하여 분석하였다. 이후 CoRe 개발 과정에 대한 참여 교사의 인식을 살폈다. 연구 결과 첫째, 2차 CoRe에서는 연구 참여 교사들의 PCK 요소 점수가 향상되었으며, 수업 구성에서 고려하는 PCK 요소들이 다양해졌다. 둘째, 논의 단계에서 부각된 PCK 요소는 실체론적 지식, 학생 이해, 교수 방법으로 나타났다. 교사들이 논의한 실체론적 지식은 교사들이 선정한 빅아이디어를 중심으로 이루어졌다. 교사들은 특수상대성이론의 빅아이디어에 대해 학생들이 겪는 어려움을 공유하였으며, 학생이 겪는 어려움에 따라 차별된 교수 방법을 사용하였다. 셋째, 논의 단계에서 2개의 PCK 요소가 연계되어 나타난 것은 실체론적 지식과 구문론적 지식, 구문론적 지식과 학생 이해, 구문론적 지식과 교수 방법, 학생 이해와 교수 방법, 교수 맥락과 교수 방법이며, 실체론적 지식과 학생 이해와 구문론적 지식은 3개의 PCK 요소가 연계되어 나타났다. 연계된 요소들은 상호작용하며 순환적으로 논의되었다. 또한, 2차 CoRe에서는 PCK 요소 간 연계가 보다 다양해지고 유기적으로 변화하였다. 넷째, CoRe 개발 과정은 교사들이 자신의 수업에 대해 반성적으로 돌아보는 계기가 되었고, 특수상대성이론을 전체 맥락에서 파악하여 수업 절차를 명료화할 수 있도록 도왔다. 특히 논의 단계는 목표 개념에 대한 교수내용지식을 공유하는 장이자 교사의 동기를 부여하고 자극하는 자극원으로서의 역할을 하였다. 교사들은 CoRe 개발에서 논의 단계가 매우 유익하였다고 언급하였으며, 교사 공동체 등에서 CoRe를 활용하여 수업을 계획하고 이를 공유해보는 활동이 도움이 될 것이라고 인식하였다. 본 연구들 통해 CoRe 개발 과정이 교사들의 특수상대성이론 PCK 향상에 도움을 준다는 것을 확인하였고, 이에 대해 특수상대성이론 PCK와 이에 대한 CoRe의 활용 가능성을 논의하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 교사들이 특수상대성이론 PCK를 개발하는데 CoRe 활용을 고려하고, PCK를 개발하여 특수상대성이론에 대한 양질의 수업을 제공할 수 있기를 기대한다.;SR (Special Relativity) is included in the High School Physics I both of the 2009, 2015 Revised Curriculum and the goal is to cultivate a scientific literacy for future societies. SR is important to understand various social domains such as philosophy and art. The class should be designed with the social and cultural context. However, teachers have difficulty in constructing and teaching SR, which means that the goal of introducing SR is not achiteved properly. This study is designed to develop and support to PCK for SR of high school physics teachers who teach SR. The purpose of this study is to explore the ways to develop PCK of high school physics teachers for SR. In this study, CoRe (Content Representation) was used as a tool to explore teachers’PCK. CoRe was developed as a tool to represent teachers' PCK, and it has been reported by many researchers that CoRe has a positive impact on PCK development. In particular, PCK is clarified in the process of representing PCK through CoRe. The change of PCK after CoRe development, PCK components and their association in the discussion were explored. In addition, the perception of participating teachers in the CoRe development process was investigated. Four high school physics teachers participated in this study. The collected data are primary CoRe, secondary CoRe, discussion data, and interview data. Data analysis is based on rubrics modified and supplemented by referring to previous studies. The results of this study are as follow: First, in the secondary CoRe, the PCK of the teachers were improved, and the PCK components for the class composition were diversified. Second, the PCK components focused in the discussion were substantive knowledge, student understanding, and teaching methods. The substantive knowledge that the teachers discussed was centered on the Big ideas selected by the teachers. Teachers shared the difficulties students had with the Big ideas of SR and used differentiated instructional methods according to the difficulties the students had. Third, the two- component-connection shown in the discussion are the substantive and syntactic knowledge, syntactic knowledge and student understanding, syntactic knowledge and teaching method, student understanding and teaching method, teaching context and teaching method. And substantive knowledge, student understanding, and syntactic knowledge appeared in connection with three components. The associated components interact and are discussed cyclically. Also, in the secondary CoRe, the linkage between the PCK components has become more diverse and organic. Fourth, the CoRe development process was an opportunity for teachers to reflect on their lessons and helped them clarify the teaching process by grasping the SR in its entire context. Particularly, the discussion played a role as a stimulant for motivating and an opportunity to share PCK about Big idea. Teachers noted that the discussion in CoRe development was very beneficial and that activities such as planning and sharing lessons using CoRe in the teacher community would be helpful. This study has confirmed that the CoRe development process helps teachers to improve the PCK for SR. In part V, the possibilities of using CoRe to develop the PCK is discussed. The results of this study suggest that teachers will be able to use CoRe to develop PCK for SR, which will help them provide quality instruction on SR.