고등학생들의 물리공식에 대한 인식 및 문제해결 활용 방법

Abstract

많은 학생들은 물리를 어려운 과목으로 생각하고 기피하고 있다. 이러한 현상의 원인에는 여러 가지가 있겠지만 이 연구는 그 어려움의 원인을 물리 교과 자체의 특성에서 찾아보고자 한다. 학생들은 물리 공식을 잘못 인식하고 있거나 공식을 학습하는 과정에서 무조건 외우려 하기 때문에 물리 교과를 어려운 과목으로 생각하고 있다. Ornek et al.(2008)의 연구에 따르면, 학생들이 물리를 어려워하는 원인 중 하나가 물리 공식 때문이라는 연구도 있다. 따라서 이 연구에서는 학생들이 물리 공식을 어떻게 인식하고 있으며, 문제 해결 과정에서 공식을 어떻게 활용하고 있는지 확인하고자 한다. 즉, 학생들이 공식을 어떻게 인식하느냐에 따라 문제를 해결하는 전략에 있어 차이점이 있음을 밝히고자 한다. 이에 본 연구는 인천 소재 일반 고등학교 학생 22명을 대상으로 하여 심층 인터뷰를 실시하였으며, 이를 통해 학생들이 지니고 있는 물리 공식에 대한 인식을 알아보았다. 인터뷰는 반 구조화된 인터뷰 기법으로 1회 30분~45분 정도로 진행하였다. 인터뷰 내용은 녹음 후, 전사되어 코딩과정을 거쳐 분석하였다. 분석 결과 물리 공식이 자연 현상을 설명하는 하나의 방법으로 이해하고 있는 학생들의 경우 문제를 해결하는데 있어서 주어진 상황을 머릿속에 그려가며 접근하고 있었다. 공식도 무조건 외우기보다는 기본 공식으로부터 나머지 식들을 유도해서 문제를 해결하고 있음을 확인할 수 있었다. 한편 물리 공식이 자연 현상을 기호화해서 간단하게 표현한 것이라고 생각하고 있는 학생들의 경우 많은 문제를 풀어봄으로써 문제와 공식을 연결 지어 학습하고 있었다. 즉, 이 학생들의 경우는 문제를 해결하는데 있어서 과거에 학습했던 풀이과정에 많이 의존하고 있었다. 물리 공식을 공부하는 방법에 있어서도 물리적 현상을 이해한 후에 공식을 받아들였고 많은 문제를 풀면서 공식에 익숙해지려는 경향이 나타났다. 하지만 인터뷰를 한 대부분의 학생들은 공식을 물리 문제를 풀기 위한 수단으로 생각하고 있었다. 이러한 인식을 갖고 있는 학생들은 무조건 공식을 외웠기 때문에 문제가 주어지면 문제에 주어진 물리량을 보고 그 물리량들을 사용하는데 도움이 될 만한 공식을 임의로 생각해내서 해결하려고 하였다. 물리 교과를 꾸준히 공부하고 있는 학생들의 경우에는 물리 공식 중 기본 공식만을 기억하고 나머지는 유도 과정을 거쳐 문제를 해결하고 있어서 물리 공식이 많다는 생각을 하고 있지 않았다. 반면 물리Ⅰ만을 공부하거나 물리 교과를 기피하고 어려워하는 학생들의 경우 물리 공식을 수식과 혼동하는 경우가 있었으며, 또한 물리는 공식이 너무 많아서 힘들다는 고충을 토로했다. 학생들은 여러 공식들 중 어떤 것을 선택하고 활용해서 문제를 풀어야 하는 지에 대해서도 많은 고민을 하고 있었다. 본 연구를 통해 학생들이 물리 공식을 어떻게 인식하느냐에 따라 문제 해결하기까지의 유형이 8가지로 나뉘어졌다. 이를 통해 물리 공식에 대한 학생들의 이해 수준을 높이고 교사들의 물리 수업 전략 개발에 기초를 제공하며 이를 현장에 반영할 수 있는 발판을 마련하게 될 것이다. 그리고 학생들의 물리 교과 기피현상과 물리 과목 자체에 대한 어려움이 줄어들 수 있기를 기대해 본다.;The formulae in physics are one of the reasons why a lot of high school students in Korea have some difficulties when studying physics. Because of that, the formulae are decreased in the textbooks of physics nowaday. However, the formulae play a very important role in understanding the physics. In this study, we found how the high school students recognize the formulae in physics and how they apply the formulae to solving problems in physics study. For the purpose of search, the formulae presented in physics textbooks was classified and 22 male high school students who were learning physics were interviewed. In the results of this study, their perception for the formulae in physics and solving problems is categorized into 8 types. In strategy focused type, they perceive the physics formula as natural phenomena, laws and definitions. They also know the physical quantity, use and develop the basic formula including this quantity, and then reach the solution. In concept focused type, they put emphasis on the physical phenomena, laws and concepts in solving problem. They consider the physical concepts as being more important than using formula directly. In problem focused type, they fully understand the physical phenomena, laws and definitions. However, they only focus on the solving problem with using the formula, rather than interest in physics. In concept shortage type, despite of the insufficient understanding of physical concepts, they can solve the simple calculation or solved problem before. However, it is possible for them to solve new problems after sufficient understanding of the physical concepts. In goal strategic type, they perceive the physical formula as an expression of symbols for natural phenomena. They depend on the experiences for the similar known-problems and try to solve by connecting the physics formula with problem. In application shortage type, despite of their insufficient understanding of physical concepts, they can solve a simple calculation or solved problem before. However, it is difficult for them to solve new problems. In practice shortage type, their understanding of physical concepts is formed, but practice is not sufficient, which led them to have difficulties in solving the problem. Therefore they lose interests in physics. In random strategic type, they perceive the physics formula as a tool to solve the physics problem. Based on conditions and variables shown in the problem, they randomly use the formula including the quantities and then solve the problem. This research has significance for reason of investigation about direct opinion of students with focus on the physics formula. The 8 types of solving problem classified in this research are helpful for physics teacher to know the students󰡑characteristics and to plan the lesson. Moreover, students are able to study physics by using the physics formula effectively.