그림관찰을 강조한 물리문제이해과정에서 이해수준이 물리문제해결에 미치는 영향

Abstract

물리문제를 해결하기 위해서는 문제를 잘 읽고 물음에 답하는 것은 단순해 보이는 지침이지만, 일부 학생들은 여러 문장과 그림, 그래프, 표 등으로 구성된 문제를 읽기 힘들어 하고, 문제를 읽고 나서도 무슨 의미인지 이해할 수 없다고 한다. 학생들에게는 문제를 잘 읽을 수 있는 방법에 대한 전략적 활동이 제공될 필요가 있으므로 그림관찰을 강조하여 문제이해 수준을 높여 물리문제해결을 잘 할 수 있는 방안을 모색하고자 한다. 본 연구에서는 물리문제해결을 문제이해와 문제풀이로 구분하여 분석하였다. 문제이해에서는 문제를 읽고 단서를 찾아 설명해 보고, 표, 그래프, 다이어그램으로 전환하는 시각화 활동을 한다. 문제풀이에서는 필요한 지식을 설명하고 문제이해에서 찾은 정보를 적용하여 문제를 풀어낸다. 일반계 고등학교 물리문제해결 방과후 수업에 참가한 1학년 16명, 2학년 11명을 대상으로 연구참여 동의를 거쳐 연구가 진행되었다. 수업은 학년별로 이루어졌으며, 4차시(1, 2학년)의 그림관찰과 각각 8차시(1학년)와 16차시(2학년)의 물리문제해결로 진행되었다. 그림관찰에서는 그림을 관찰하여 이해한 것을 설명해 보고, 다른 학생들과 공유하는 활동이 수행되었다. 물리문제해결은 문제이해와 문제풀이를 각각 문제관찰, 지식과 적용요소로 구성된 활동지가 제공되었다. 학생들은 자기설명으로 문제해결을 시도하고, 이후 교사 설명을 듣고 물리문제해결 학습을 하도록 하였다. 수업이 종료된 이후 학생들에게 설문을 실시하였으며, 14명을 대상으로 면담을 실시하였다. 수집된 자료는 학생 활동지, 설문지, 면담 자료이다. 면담 자료는 전사 또는 파일로 변환 후 코드를 붙여 코딩하고 범주화하여 분석하였다. 연구결과, 첫째, 그림관찰 활동은 학생들에게 인지편향을 경험하게 하고 관찰능력과 해석적 관찰면에서 긍정적인 영향을 주었다. 둘째, 물리문제에 대한 문제이해수준을 시각화 및 단서 찾기를 근거로 분석한 결과, 학생들의 이해 양상과 수준은 다양하였다. 문제이해수준은 문제를 관찰하는 학습자의 물리지식이 충족되어야 향상될 수 있다. 셋째, 문제이해 수준이 향상되기 위해서는 학생들이 문제관찰을 통해 제시된 정보를 재 진술하고 물리지식을 이용한 올바른 시각화와 교사 피드백, 자기 교정 등이 주요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 교사는 학생이 문제관찰의 결과로 완성한 시각화를 보고, 학생이 가진 지식의 한계를 구체적으로 파악할 수 있다. 교사는 학생에게 적절한 피드백을 제공하고, 학생 스스로 문제풀이 과정을 검토하는 자기 교정이 일어나도록 제안한다. 면담에 참여한 학생의 43.0%는 이해 수준이 향상되었으며, 28.5%는 이해 수준의 변화가 없었고, 28.5%는 1회 문제 풀이 후 문제 풀이를 포기하였다. 학생면담과 설문지 분석 결과 그림관찰로부터 얻어진 관찰 경험은 물리문제로부터 단서를 찾아내는 등의 학생들의 문제이해를 도와주는 것으로 나타났다. 문제이해수준이 향상됨에 따라 학생들은 바르게 시각화하고, 공식과 법칙 등의 지식을 적용하여 문제풀이에 성공하였다. 본 연구에서 도입한 그림관찰수업을 수정 보완하여 학교 현장에서 학생들의 수준에 맞는 그림관찰 프로그램을 보급할 수 있는 방안을 고려할 필요가 있다. 2015 개정 교육과정에서 물리학의 성취기준 중에는 ‘∼을 설명할 수 있다.’로 진술된 성취기준의 평가활동에서 학생들의 자기설명을 활용하여 학생들의 이해 수준 평가와 학생들에게 적절한 피드백을 제공하는데 활용되기를 기대한다. ;In this study, I try to find a solution to understand the physics problem. In this study, physics problem solving is divided into problem understanding process and problem solving process, in problem understanding process, problem is understood through problem observation, and problems are solved after expressing their understanding in self-explanation. Prior to problem observation, we introduced activities to acquire knowledge about observation through paintings observation. The introduction of these activities was designed to examine the difficulties of not representation problems at problem understanding step. The subjects of this study were 16 first grade students and 11 second grade students who participated in after - school classes for solving physical problems in general high school. The study was conducted through consent of participants and participants' guardian. Classes were held for each grade level, and they were followed by paintings observation classes for 4 times (1st and 2nd grade) and physical problem solving classes for 8 times (1st grade) and 16 times (2nd grade). After the end of each after-school class, students were asked to take a questionnaire and interviews were conducted with 14 students who wished to attend the interview. The collected data are student activities, questionnaires, interviews. The interview data was transformed into a company or file and then code, coded, and categorized. The results of the study showed that first, paintings observation and physics problem observation activities were effective in observation ability improvement, cognitive bias experience, interpretive observation. Second, in the problem understanding process the level of students' visualization and clue finding in physics problem observation showed that the level of understanding of the students is influenced by realistic knowledge, conceptual knowledge, and procedural knowledge related to the problem. Third, in order to improve the level of the problem understanding in the problem understanding process, physics knowledge and self-correction are necessary. Of the students who participated in the interview, 43.0% improved their understanding level through self-explanation and teacher explanation, 28.5% did not change their understanding level, and 28.5% gave up the problem solving after one problem solving. I hope that it can be used as a useful tool when understanding the understanding of students' physics concepts in the course-based performance evaluation, or when providing feedback to improve the teaching and learning of students with difficulties in problem solving.