고등학교 물리교사의 예제문제 활용에 대한 인식

Abstract

This research is carried out to emphasize the necessity of applying worked-out examples through contemplating the application of worked-out examples and their effect on teaching and learning. Moreover, this paper discusses the types of worked-out examples that can improve teaching and learning. Semi-structured in-depth interview of 12 physics teachers who teach in high schools in Seoul and Gyeong-gi province was executed. I explored the understanding of the teachers on the effects of the application of worked-out examples on teaching and learning, and categorized the worked-out examples according to their meaning and characteristics. The result of the research shows that there are mainly five effects of the application of worked-out examples recognized by teachers. First, the worked-out examples help students understand the concept of physics. Second, it can be used to measure the level of understanding of the students. Third, it suggests a way to apply the notion and formulas of physics. Fourth, it suggests the ideal way of problem-solving for the students. Fifth, it provides the standard for their level of understanding. The worked-out examples utilized by the teachers can be categorized depending on their meaning and characteristics. Worked-out examples used by teachers are mainly divided into those for concept learning and those for researching learning. Worked-out examples used for concept learning aim for the precise acquisition of the concept by students. Depending on the executive methods required for the problem-solving procedure, the worked-out examples are subdivided into quantitative-executive worked-out examples and qualitative-executive worked-out examples. Quantitative-executive worked-out examples refer to the examples which provide the physical quantity needed for problem-solving as concrete numerical figures and ask students to interpret the result or outcome with mathematical arithmetic operation, and it is often used to teach how to apply physics formula. On the other hand, qualitative-executive worked-out examples require students to explain result or outcome by conceptually approaching the problem without any specific numerical figures. It allows students to have a proper understanding of physics concepts by quantitative explanation, and further promotes conceptual interpretation of physics formula and its meaning. Moreover, it enables a link between a given situation or phenomenon with physics concept for explanation. Lastly, worked-out examples for researching learning process require both quantitative-executive and qualitative-executive by including the research study in worked-out examples with experimental executive procedure and outcome data, which allow students to experience the entire process from discovering the problem to generalization. Worked-out examples for research learning mostly include the process and outcome data of experiments. It lets students analyze the information and data regarding the experiment procedure and explain the result by using physics notions, rules, and principles while understating and interpreting the graphs. This research will increase the positive recognition on the application of worked-out examples by high school physics teachers. Furthermore, with its own distinctiveness of science education, worked-out examples were categorized according to the statements regarding the intended or expected result of education, which will be a stepping stone for providing foundation in selecting and developing classroom strategies and learning materials;물리교육에 있어서 물리문제해결은 중요한 부분으로 여겨져 이와 관련된 많은 연구가 이루어졌지만, 여전히 많은 학생들은 물리를 어렵다고 생각할 뿐만 아니라 물리 개념을 이해하고, 문제 해결을 하는데 어려움을 겪고 있다. 그래서 교사들은 학생의 이러한 어려움을 해소시켜주기 위해 물리수업에서 예제문제를 활용하고 있었다. 이 때 활용되는 예제문제의 유형과 내용은 교수학습에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 예제문제의 효과와 문제 유형에 대한 일련의 연구이며, 학생 중심으로 예제문제의 효과에 대해 논의되어 왔던 기존의 연구들과는 달리 교사에 초점을 두고 연구를 진행하였다. 그래서 예제문제 활용이 교수-학습에 미치는 효과에 대해 교사가 갖고 있는 인식은 어떠한지 탐색하고, 이들이 물리 수업에서 활용하고 있는 예제문제를 조사하여 문제의 유형을 분류하고, 그 준거를 마련하고자 하였다. 이를 위해 질적 연구방법을 선택하여 서울, 경기 소재 고등학교 현직 물리교사 12명을 대상으로 심층 면담을 통해 교사들의 주관적 경험과 그 의미를 심층적이고 좀 더 정확하게 이해하고자 하였다. 면담은 반 구조화된 면담 기법을 사용하여 40~60분 정도로 한 차례 진행되었으며, 면담 내용은 모두 녹음하여 전사 한 후 2회의 코딩작업을 거쳐 분석되었다. 수집한 자료를 분석한 결과 고등학교 물리교사들은 물리 교수-학습 과정에서 다음과 같은 효과를 줄 수 있기 때문에 예제문제를 활용해야한다고 하였다. 교사들이 이야기한 내용을 바탕으로, 수업에서 예제문제 활용이 교수-학습에 미치는 효과에 대한 교사들의 인식을 정리하면 다음과 같다. 첫째, 예제문제를 활용함으로써 학생들이 물리 개념을 이해할 수 있도록 도움을 줄 수 있다. 둘째, 예제문제를 해결하는 과정에서 학생들의 물리 개념의 이해 정도를 파악할 수 있다. 셋째, 예제문제를 통해 학생들에게 물리 개념과 공식의 적용 방법을 제시해 줄 수 있다. 넷째, 학생들에게 문제 해결을 위한 이상적인 접근 방법을 제시해 줄 수 있다. 다섯 번째, 학생들에게 물리 내용의 이해 기준을 제공해 줄 수 있다. 다음으로 교사들이 수업에서 활용하는 예제문제들을 조사하였다. 연구에 참여한 고등학교 물리 교사 12명 모두 다양한 경로에서 예제문제와 관련된 자료들을 수집하고 재구성해서 수업에서 어떤 예제문제를 활용할지, 그리고 언제/어떻게 제시해줄 것인지 미리 계획하여 준비해 간다고 하였다. 이들이 수업에서 활용하는 예제문제를 의미와 특성에 따라 분류한 결과는 다음과 같다. 교사들이 수업에서 활용하는 예제문제는 크게 개념학습 예제문제와 탐구학습 예제문제로 구분되었다. 학생들이 정확한 개념을 습득하도록 하는데 중점을 둔 개념학습 예제문제는 문제 해결 과정에서 요구되는 수행방법에 따라 양적인(Quantitative) 수행이 요구되는 예제문제와 질적인(Qualitative) 수행이 요구되는 예제문제로 구분되었다. 양적인 수행이 요구되는 예제문제는 문제 해결에 필요한 물리량이 문제에 구체적인 수치로 주어져 있어 수학적 연산 과정을 통해 나타나는 결과나 현상을 수치적으로 해석하도록 요구하는 예제문제로, 주로 물리 공식을 활용하는 방법을 알려주기 위해 사용하는 것으로 나타났다. 질적인 수행이 요구되는 예제문제는 구체적인 수치는 주어져 있지 않지만 특정 과정을 통해 결과나 현상을 개념적으로 접근하여 해석하여 설명하도록 요구하는 예제문제로, 물리 개념에 대한 정성적인 설명을 통해 옳은 이해를 할 수 있도록 하고, 물리 공식에 대한 의미를 개념적으로 해석할 수 있도록 하기 위해 사용하고 있었다. 뿐만 아니라 주어진 상황이나 현상을 물리 개념과 연결시켜서 설명할 수 있도록 도와주기 위해 사용하고 있었다. 탐구학습 예제문제는 탐구 활동을 예제문제에 포함시켜 문제에 제시된 실험 수행 과정과 결과 자료들을 통해 학생들이 문제 발견으로부터 일반화에 이르기까지의 과정을 경험할 수 있도록 한 예제문제로, 양적인 수행과 질적인 수행이 동시에 요구되는 예제문제이다. 주로 실험과정과 실험 결과 데이터를 포함시켜 실험과정에 대한 정보와 데이터 분석을 통해 실험 결과를 물리 개념이나 법칙, 그리고 원리를 이용해 설명하게 하거나 그래프를 이해하고 해석할 수 있도록 사용한 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 통해 고등학교 물리교사들의 예제문제 활용에 대한 긍정적인 인식을 높이고, 실제 물리 수업에서 활용되고 있는 예제문제의 유형을 분류해서 분석한 결과와 그에 따른 구체적인 준거는 물리 교과의 특수성을 고려하였기 때문에 교사들이 수업 전략과 교수 학습 자료를 개발하거나 선정하는데 기초를 제공하여 이를 현장에 반영할 수 있는 발판을 마련해 줄 것이라 기대한다.