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과학교육학 학위논문 요약과 종합해설
물리탐구활동에서 불확실도 개념이 측정과 자료해석과정에 미치는 영향
본 연구에서는 물리 탐구 활동에서 증거를 모으는 행위, 즉 측정과 자료 해석 과정을 분석하여 이에 나타난 학생들의 어려움에 관해 알아보았다. 특히 학생들이 신뢰로운 증거를 모으기 위해서 측정한 자료의 오차와 불확실도를 어떻게 고려하는지에 관하여 연구하였다.
본 연구는 다음과 같이 두 가지 영역으로 구분된다. 하나는 측정 자료의 불확실도에 대한 학생들의 이해 정도를 조사하는 것이다. 다른 하나는 실제 물리 탐구 활동에서 불확실도에 대한 개념이 타당하고 신뢰할 수 있는 증거를 수집하는데 어떠한 어려움을 일으키는지에 관한 것이다.
올바른 증거를 모으기 위해서는 측정 자료의 불확실도에 대한 이해가 중요하다. 측정 자료의 신뢰도와 관련된 첫 번째 연구에서는 오차와 불확실도에 대한 이해 정도를 조사하기 위한 검사 도구를 개발하여 학생들의 이해를 조사하였다. 학생들의 반응을 실험결과의 표현, 정밀과 정확, 오차의 종류, 불확실도의 전파 등으로 나누어 분석하였다. 연구결과, 학생들은 실제 자료가 어떻게 분포하는지에 대해서는 고려하지 않고 산술적인 계산에만 집중하고 있었다. 또한 학생들은 정밀과 정확이나 오차의 종류와 처리방법에 있어서 잘못된 개념을 가지고 있었다. 그러나 연구에 참여한 많은 학생은 이러한 개념요소들이 실험 활동에서 빈번하게 사용되거나 반드시 고려해야 하는 개념요소들이며 이러한 개념들에 관하여 학습이 필요함을 인식하고 있었다.
두 번째 연구는 실제 물리 탐구 활동에서 타당하고 신뢰로운 증거 수집과 관련하여 학생들이 어떠한 어려움을 겪는지 살펴보았다. 학생들의 탐구 과정을 실험의 계획 단계, 자료 수집 단계, 자료의 처리 단계, 결과의 표현 단계 등으로 나누어 자료의 오차와 불확실도를 어떻게 고려하는지 그리고 이와 관련하여 어떤 어려움을 가지는지 분석하였다.
연구결과에 의하면 학생들은 신뢰할 수 있는 증거의 수집과 관련하여 많은 어려움을 가지고 있었다. 특히 측정한 자료가 가지는 불확실도를 적절하게 고려하지 못하기 때문에 의미 있는 결론을 도출하는데 실패하였다. 학생들은 어떻게 해야 의미 있는 자료를 모을 것인가에는 관심을 두지 않고 자료를 모으는 행위 자체에만 관심을 기울였다. 또한 실험결과를 자료의 오차와 관련지어 해석하지 못하고, 오차를 나열할 뿐 각 오차가 실험에 얼마만큼 영향을 주는지에 관해서는 생각하지 않았다. 마지막으로 측정한 결과를 표현하는데 있어서도 많은 학생이 평균을 사용하고 있지만 평균을 계산하는 이유나 어떤 값들을 평균 내야 하는지에 관하여 잘못 인식하고 있었다.
위와 같이 학생들이 실제 물리 탐구 과정에서 타당하고 신뢰할 수 있는 증거를 수집하는데 어려움을 겪는 이유는 중·고등학교 실험이 실험지침서에 따라 결과를 확인하고, 하나의 값에 수렴하는 것만을 지향하고 있기 때문인 것으로 보인다. 실제 탐구 활동에서도 학생들은 이미 배운 지식에 실험 결과를 맞추려는 경향을 보였다. 그러나 연구과정에서 제시된 활동과 같이 측정과 오차의 분석을 강조한 활동이 학생들에게 자신의 실험결과를 평가하고, 신뢰할 수 있는 증거를 모을 수 있는데 도움을 주는 것으로 생각된다.
결론적으로 본 연구는 학생들이 물리 탐구 활동에서 어떻게 신뢰할 수 있고 타당한 결론을 얻어 가는지, 그리고 이때 어떤 어려움이 있는지에 관하여 살펴보았다. 연구결과에 의하면 학생들은 특히 자료가 가지고 있는 오차나 불확실도에 대해서 고려하지 않기 때문에 적절한 증거를 모으는 데 실패하는 것으로 드러났다. 학생들의 증거 수집 과정에 대한 분석은 학생들의 실험실습 지도나 평가를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
주제어: 측정, 불확실도, 증거
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서울대학교 교육학 박사
2006
지도교수: 이성묵
첨부
논문초록(이재봉).hwp
이재봉(서울대 교육종합연구원)
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