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경북대학교 과학교육연구소> 과학교육연구지> 현대물리학 교재의 광전효과 단원에서 빛의 세기에 관한 설명방식과 교육적 함의

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현대물리학 교재의 광전효과 단원에서 빛의 세기에 관한 설명방식과 교육적 함의

How Modern Physics Textbooks Explain Intensity of Light in Photoelectric Effect

김은선 ( Eunsun Kim ) , 김홍빈 ( Hongbin Kim ) , 이종봉 ( Jongbong Lee ) , 이경호 ( Gyoungho Lee )
  • : 경북대학교 과학교육연구소
  • : 과학교육연구지 44권1호
  • : 연속간행물
  • : 2020년 04월
  • : 112-121(10pages)

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목차

Ⅰ. 서론
Ⅱ. 연구 방법
Ⅲ. 연구 결과
Ⅳ. 요약 및 논의
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광전효과는 빛의 입자성을 설명하는 대표적인 현상으로 고전 물리학에서 현대물리학으로의 전환을 이끈 중요한 주제이다. 중등교육 과정에서도 광전효과를 중요하게 다루고는 있지만, ‘빛의 세기’에 대한 설명이 전자기파의 세기에 대한 설명과 달라서 교사나 학생들이 종종 혼란을 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 현대물리 교재의 광전효과 단원에서 ‘빛의 세기’를 어떻게 설명하고 있는지 분석하였다. 널리 사용되는 10종의 현대물리 교재를 분석한 결과 ‘빛의 세기’가 크게 두 가지 유형으로 설명되고 있었으며, 특히 한 교재 내에서 두 가지 다른 유형의 표현이 모두 나타나기도 하였다. 연구자들은 본 연구의 결과를 바탕으로 향후 광전효과를 기술하는데 있어서 몇 가지 유의점을 제안하였다.
The photoelectric effect is a representative phenomenon explaining the particle nature of light and is an important theme that led to the transition from classical physics to modern physics. Although the secondary school curriculum deals with the photoelectric effect, teachers and students are often confused with terms because the explanation of the ‘light intensity’ is different from that of electromagnetic waves. Hence, this study examines how modern physics textbooks explain the intensity of light through photon model. We analyzed the photoelectric effect unit of 10 modern physics textbooks. Results show that there are two different types of representation on ‘light intensity.’ Especially those two different types were found even within a textbook. Modern physics textbooks do not seem to provide a unified presentation of the light and cautions to describe the photoelectric effect and its interpretation are suggested for teaching light intensity in modern physics.

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  • : 자연과학분야  > 과학교육
  • : KCI등재
  • :
  • : 연3회
  • : 1225-3944
  • :
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1977-2020
  • : 683


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1'계절별 낮과 밤의 길이'에 대한 초등 예비교사의 인식: 글과 그림에서 드러나는 설명 유형을 중심으로

저자 : 신윤주 ( Yoonjoo Shin ) , 안유민 ( Yumin Ahn )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 1-14 (14 pages)

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이 연구에서는 '계절별 낮과 밤의 길이'에 대한 초등 예비교사들의 인식을 규명하기 위하여 수도권 소재 교육대학교 4학년 재학생 30명이 글과 그림으로 설명한 내용을 분석하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 예비교사들이 글 설명에서 가장 많이 사용한 용어는 남중고도, 자전축, 공전 순으로 나타났으며, 글 설명보다 그림 설명에서 오개념이 많이 드러났다. 둘째, 글과 그림 설명을 종합하여 예비교사들의 인식을 분석함으로써 공전과 관련하여 자전축이 기울어져서 지구와 태양 사이의 거리가 가까워진다거나, 지구의 공전 궤도 반지름 변화에 의해 계절 변화가 생긴다는 등 과학적 오류를 포함하는 설명 유형을 확인하였다. 또한 지구의 자전과 관련하여 계절별 남중고도는 변화하나 태양이 뜨고 지는 위치는 변화하지 않는다는 등의 설명 유형도 나타났으며, 지구의 공전과 자전 모두와 관련하여 과학적 오류를 포함하는 사례도 일부 나타났다. 분석 결과를 바탕으로 과학 지식을 활용하여 특정 현상의 설명 체계를 구성해 보는 경험의 부족, 자연 현상에 대한 관찰 및 관측 경험의 부족, 인지적 갈등을 유발하는 다른 설명 체계에의 노출 부족 등의 문제를 논의하였다. 이상의 논의를 토대로 초등 교사 양성 프로그램의 과학 영역에서 예비교사들의 이해를 제고할 수 있는데 구체적이고 실질적인 도움이 될 수 있기를 기대한다.

22015 개정 교육과정과 IB DP에 따른 물리학 교과서 비교 연구: '상대성 이론' 단원을 중심으로

저자 : 권문호 ( Munho Kwon )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 15-37 (23 pages)

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우리나라의 과학과 교육과정이 학생들에게 가해지는 학습 부담을 줄이기 위해 '학습량의 적정화'를 지속적으로 추진하고 있는 것과는 달리, IB DP는 학습량이 많을 뿐 아니라 정량적인 계산을 필요로 하는 내용을 상당 부분 포함하고 있음에도 불구하고 많은 국가에서 선택하고 있으며 IB를 선택하는 학교의 수는 지속적으로 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 2015 개정 교육과정과 IB DP의 물리학 교과서에서 다루는 '상대성 이론' 단원을 중심으로 물리학 교과서의 단원 구성 및 성취기준, 학습 요소, 수식을 비교하고, 우리나라의 수능 문항과 IB DP의 EA 평가 문항을 분석함으로써 우리나라의 과학과 교육과정 및 교과서와 관련한 시사점을 제시하였다.

3고등학교 물리 I '시공간과 우주' 단원의 지필평가 문항과 교과서 목표와의 비교

저자 : 양동혁 ( Donghyuk Yang ) , 윤은정 ( Eunjeong Yun ) , 박윤배 ( Yunebae Park )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 38-49 (12 pages)

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본 연구의 목적은 고등학교 물리 I '시공간과 우주' 단원의 지필평가 문항과 교과서 목표가 인지영역과 내용영역에서 어느 정도 유사한지를 분석하기 위한 것이었다. 9개의 고등학교에서 출제한 지필고사 문제지와 평가원에서 출제한 문항 중에서 물리 I의 첫번째 단원인 '시공간과 우주'에 해당하는 문항들을 분석하였다. 문항의 분석기준으로 교육과정 성취기준에 제시된 내용영역들과 교과서에 진술된 목표들을 사용하여 살펴보기 위해 성취기준에 따라 내용영역을 11개로 분류하였고, 인지영역 수준은 지식, 이해, 적용의 틀로 각각 분류하였다. 결론적으로학교에서 출제된 문항에서는 적용능력을 평가하는 문항의 비율이 낮았으며, 내용영역간 분포에도 불균형이 나타났다. 비율차 지수를 통한 비교에서는 교과서에 제시된 학습목표와 학교 출제 문항은 유사성이 매우 높았지만, 교과서 목표와 평가원 출제 문항을 비교하였을 때는 유사성이 낮았다. 이상을 바탕으로 평가문항의 타당성을 높이기 위한 몇 가지 제언을 하였다.

4과학 관련 진로 및 진로교육에 대한 초등학생과 교사의 인식

저자 : 이현이 ( Hyunyi Lee ) , 임희준 ( Heejun Lim )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 50-60 (11 pages)

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본 연구에서는 초등학생의 과학과 관련된 진로에 대한 인식과 초등 교사의 과학 진로교육에 대한 인식을 살펴보았다. 연구 대상은 수도권에 소재하고 있는 초등학교 5-6학년 학생 196명과 교사 100명이었다. 분석 결과, 28.1%의 학생이 과학 관련 진로를 희망하였으며, 남학생이 여학생보다, 성취도 인지 수준이 높은 학생이 낮은 학생보다 과학 관련 희망 비율이 높았다. 과학 관련 진로를 희망하지 않는 경우 그 이유는 과학에 대해 관심이 없고 과학이 재미없기 때문이라는 응답이 많았다. 과학 관련 진로 선택에 영향을 미치는 요인에 대한 학생들의 인식을 조사한 결과, 사회문화적 요인을 제외한 나머지 요인들에 대한 인식은 부정적인 것을 알 수 있었다. 교사의 경우 42%만이 과학 관련 진로교육을 실시하였으며, 진로교육을 실시하지 않는 교사들은 과학 관련 진로교육이 크게 필요하지 않다고 생각하는 것이 주된 이유였다. 과학 관련 진로 선택에 영향을 미치는 요인들에 대한 학생들의 부정적인 인식과 교사의 과학 관련 진로교육에 대한 인식의 부족은 학생들의 과학 진로 선택 여부에도 영향을 미칠 것으로 파악되며, 학교와 가정에서 이러한 요인들에 대하여 긍정적인 인식으로 전환할 수 있는 노력이 필요할 것이다.

5초, 중, 고등학생들의 과학 교사 자질에 대한 이미지

저자 : 김영신 ( Youngshin Kim ) , 조윤정 ( Yunjung Cho ) , 임수민 ( Soo-min Lim )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 61-73 (13 pages)

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교육의 질을 결정하는 주요 요소 중에서 가장 핵심적인 역할을 하는 것은 교사이다. 그러므로 교육의 질을 높이기 위해서는 교사의 질을 향상시켜야 한다. 교사의 자질은 교직에서 요구되는 기능 즉, 교수 활동뿐 아니라 생활지도, 학급경영을 수행할 수 있는 능력을 의미한다. 본 연구의 목적은 초, 중, 고등학생들이 원하는 과학 교사의 자질을 분석하고자 하는 것이다. 이를 위하여 초, 중, 고 학생 332명을 대상으로 선호하는 과학 교사의 자질과 기피하는 과학 교사의 자질을 개방형으로 기술하도록 하였다. 그 결과 얻어진 개념들을 언어 네트워크 분석 법으로 분석하였다. 이 연구의 결론은 1) 학생들은 선호하는 과학 교사의 자질은 다양한 것으로 나타났다. 이는 학생들이 과학 교사를 긍정적으로 생각하는 면이 많은 것을 의미한다. 또한 학생들에게 다양한 면에서 긍정적인 또는 선호하는 교사의 자질을 보여 줄 수 있다는 것이다. 2) 학생들은 실험을 통해서 과학 현상과 이론, 개념을 이해하고 설명해 주길 바라는 것으로 나타났다. 과학 수업에서 학생 들은 직접적인 활동이나 체험을 선호하였다. 3) 학생들은 과학 교사의 자질에서 수업과 관련된 내용을 중요시하고 있다. 과학 교수 학습 방법의 개선과 학생들을 긍정적으로 대함으로써 학생들의 과학 교사 나아가 과학에 대한 이미지를 높여야 할 것이다. 이 연구 결과를 기반으로 하여 과학 교사의 구체적인 교수 학습 방법에 따른 이미지 연구가 추가적으로 이루어지길 기대한다.

6공학계열 대학생의 물리학습동기 측정

저자 : 문공주 ( Kongju Mun ) , 황요한 ( Yohan Hwang ) , 하민수 ( Minsu Ha )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 74-83 (10 pages)

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본 연구는 공학대학 학생들의 물리학에 대한 자발적인 학습이 이뤄지지 않는 이유를 탐색하기 위해 물리학습동기를 측정하였다. 본 연구에서는 Glynn 등이 개발한 Science Motivation Questionnaire Ⅱ(SMQ Ⅱ)을 물리학습 상황으로 수정한 Physics Motivation Questionnaire(PMQ)을 이용하여 서울에 위치하는 C대학의 공학계열 1학년 학생 374명을 대상으로 물리학습동기를 측정하였다. PMQ는 intrinsic motivation, career motivation, self-determination, self-efficacy, grade motivation의 5요인으로 구성되며 총 25개 리커트 척도문항의 검사도구이다. PMQ는 탐색적요인분석(EFA)를 통해 5가지 요인이 공학계열 대학생들의 물리학습동기를 측정하는데 있어 구조적으로 타당함을 확인하였다. 또한 라쉬(Rasch)모델 분석을 활용하여 문항적합도(MNSQ)를 확인하였다. 측정결과, 물리학습동기의 요인 중에서는 성적동기가 평균 4.18로 가장 높게 나타났으며, 그 다음으로 직업동기가 평균 3.75으로 높은 수준으로 나타났다. 그리고 내재동기는 평균 3.42, 자기효능감은 평균 3.38, 자기결정력는 평균 3.32로 나타났다. 이와 같은 연구 결과를 통해 공학대학 학생들의 과학학습 동기는, 점수 및 직업과 관련된 외적 동기가 높게 나타나는 특성이 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 공학계열 학생들 물리학습에 대한 숙달목표지향을 가지고 내적 동기를 높일 수 이도록 하는 교수-학습 전략의 개발에 노력해야 할 것이다.

7초등학교 과학 교과서 과학 탐구 활동의 지식정보처리역량 요소 분석

저자 : 정은주 ( Eunju Jeong ) , 손정우 ( Jeongwoo Son )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 84-91 (8 pages)

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이 연구에서는 초등학교 3~6학년 과학 교과서 과학 탐구 활동에 나타난 지식정보처리역량 요소를 알아보고자 하였다. 이를 위해 지식정보처리역량의 구성 요소를 추출하였고, 지식정보처리역량 분석틀을 구안하였다. 초등학교 3~6학년 과학 교과서 8권을 분석 틀로 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 첫째, 지식정보처리역량은 '수집', '분석', '조직', '선택', '평가'의 5가지 요소로 정리할 수 있다. 둘째, 초등학교 과학 교과서의 과학 탐구 활동의 지식정보처리역량의 요소는 고르게 구성되지 않았다는 것을 알 수 있었다. 초등학교 과학 교과서의 과학 탐구 활동은 지식정보처리역량 5가지 요소 중 '수집', '분석'에 치우쳐 있었으며, '조직', '선택', '평가' 순으로 나타났다. 이상의 결과들로부터 초등학교 과학 교과에서 지식정보처리역량을 기르기 위한 과학 탐구 모형이나 과학 수업 모형이 필요함을 알 수 있었다.

8과학적 문제해결과정과 컴퓨팅 사고의 관련성 탐색을 통한 컴퓨팅 사고 기반 과학 탐구(CT-SI) 모형의 제안

저자 : 황요한 ( Yohan Hwang ) , 문공주 ( Kongju Mun )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 92-111 (20 pages)

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컴퓨팅 사고(computational thinking)는 2015 개정 과학교육과정 및 미국의 차세대 과학교육표준(NGSS)에서 새로운 탐구 기능 혹은 역량으로 제시되고 있다. 특히, 2014년부터 교육부가 소프트웨어 교육을 필수화함에 따라 컴퓨팅 사고에 관한 관심은 더욱 커지고 있다. 그러나 과학교육 분야에서 컴퓨팅 사고를 어떻게 접목할 것인가에 대한 논의는 아직 부족한 실정이다. 이에, 본 연구에서는 다양한 관련 분야의 문헌 분석을 통해 컴퓨팅 사고 요소들을 과학 탐구에 접목하는 방안을 마련하고자 하였다. 이를 위해 먼저 컴퓨팅 사고의 요소에 대한 여러 정의를 정리하였고, 이를 활용한 모형을 개발하기 위해 일반 문제해결 과정과 과학적 탐구과정들을 종합적으로 분석하였다. 마지막으로 컴퓨터 과학 분야에서 문제해결에 접목한 사례들과 비교하여 컴퓨팅 사고 기반 과학 탐구(CT-SI) 모형의 요소들을 정리하였다. 정리된 요소들을 이학 전문가들에게 제공하여 각 분야의 연구 과정과 컴퓨팅 사고 요소들을 접목하여 설명하게 한 후, 이를 기반으로 문제발견형 CT-SI 모형과 문제해결형 CT-SI 모형을 개발하였다. 개발된 두 모형은 이학 전문가들에 의해 모형의 단계가 각 분야의 연구에 활용 가능하다고 검토받았으며, '문제발견형'은 과학 연구 과정에서 정보를 선별하고 문제를 분석하는 과정과 이론적 연구에서 근거를 기반으로 하는 추론 연구 과정에 적합하다고 응답하였다. '문제해결형'은 과학의 일반적인 연구 과정 및 공학설계를 활용한 공학적 문제해결과정에 적합하다고 응답하였다. 또한, 현장 교사 2인에 의해 중고등학교 현장 탐구 수업에 적용 가능함을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 모형은 다양한 과학 교과의 탐구 활동과 연계할 수 있으며 이를 통해 2015 개정 교육과정에서 제시하고 있는 '자료의 수집, 분석 및 해석', ' 수학적 사고와 컴퓨터 활용' 역량을 길러줄 수 있을 것이다.

9현대물리학 교재의 광전효과 단원에서 빛의 세기에 관한 설명방식과 교육적 함의

저자 : 김은선 ( Eunsun Kim ) , 김홍빈 ( Hongbin Kim ) , 이종봉 ( Jongbong Lee ) , 이경호 ( Gyoungho Lee )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 112-121 (10 pages)

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광전효과는 빛의 입자성을 설명하는 대표적인 현상으로 고전 물리학에서 현대물리학으로의 전환을 이끈 중요한 주제이다. 중등교육 과정에서도 광전효과를 중요하게 다루고는 있지만, '빛의 세기'에 대한 설명이 전자기파의 세기에 대한 설명과 달라서 교사나 학생들이 종종 혼란을 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 현대물리 교재의 광전효과 단원에서 '빛의 세기'를 어떻게 설명하고 있는지 분석하였다. 널리 사용되는 10종의 현대물리 교재를 분석한 결과 '빛의 세기'가 크게 두 가지 유형으로 설명되고 있었으며, 특히 한 교재 내에서 두 가지 다른 유형의 표현이 모두 나타나기도 하였다. 연구자들은 본 연구의 결과를 바탕으로 향후 광전효과를 기술하는데 있어서 몇 가지 유의점을 제안하였다.

10교육환경 변화에 따른 중등 과학교사 임용시험의 1차 전공영역에 대한 개선 방안 탐색

저자 : 곽영순 ( Youngsun Kwak )

발행기관 : 경북대학교 과학교육연구소 간행물 : 과학교육연구지 44권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 122-132 (11 pages)

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이 연구의 목적은 역량기반 교육과정으로의 전환 등과 같은 교육환경 변화에 부응하기 위해 과학과 중등교사임용시험에서 평가해야 할 교사역량을 살펴보고, 이를 토대로 현행 중등과학과 교사임용시험의 1차 전공영역 평가의 개선 방안을 모색하려는 것이다. 이를 위해 중등교사임용시험 출제경험이 있는 과학교육학 교수 18명을 대상으로 두 차례의 델파이 조사와 심층면담을 실시하였다. 연구결과에 따르면 과학과 중등교사임용시험에서 평가해야 할 교사역량으로는 교수활동, 학생이해지도, 인공지능 등과 같은 지능정보활용, 공동체 전문성 등이 제안되었다. 과학과 중등교사임용시험 1차 과학내용학 시험 개선 방안으로는 문항수 증가를 통한 실질적 공정성과 타당도 제고, 중등학교 교육과정과의 연계성 제고, 10년 정도 주기로 표시과목 업데이트 등이 제안되었다. 중등교사임용시험 1차 과학교육학 시험 개선 방안으로는 과학교육학 문항 유형에 대한 연구·개발, 교과교육학을 논술형으로 출제, 과학교육학에 대한 표준화된 커리큘럼 개발 등이 제안되었다. 연구결과를 토대로 교사양성대학 교육과정 개정의 필요성, 과학과의 경우 사범대학과 자연대학의 커리큘럼 차별화의 필요성, 교육전문대학원 도입과 같은 교사양성체제 개혁의 필요성 등을 제언하였다.

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