대학생들의 물리실험에서 측정 활동 분석틀 개발 및 적용
Development and Implementation of the Analysis Frame for Measurement Activity in Undergraduate Physics Laboratory
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초록
본 연구에서는 탐구 기능 가운데 자료 수집, 자료처리, 자료 해석과 관련하여 실험보고서 분석틀을 개발하였다. 또한 개발한 분석틀을 대학생들의 보고서 분석에 적용하여 오차와 불확도 개념을 중심으로 대학생들이 보고서 작성에서 어려움을 겪고 있는가에 대해 알아보았다. 물리실험 수업을 수강한 30명의 학생들에게 실시한 설문지와 학생들이 작성한 실험보고서를 분석하였다. 학생들은 자료 수집과 관련하여 반복 측정에 대해 인식을 하고 있으나 보고서에서는 이를 명확하게 표현하지 못하였다. 극값이나 기울기가 급하게 변하면 더욱 정밀한 측정을 해야 하지만 학생들은 이 부분에서도 어려움을 지니고 있었다. 특히, 오차와 불확도와 관련하여 학생들은 많은 어려움을 표출하고 있었다. 오차와 불확도의 전파에 대한 이해도가 매우 낮은 상태에서 단순한 오차 전파공식도 이용하지 못하는 학생이 많았다. 오차와 불확도를 분석을 통해 자료를 해석하는 과정에서도 많은 어려움을 겪고 있었는데, 오차의 원인들이 결과에 어떻게 영향을 주는지를 정량적으로 분석할 수 있는 학생은 거의 없었다. 반면에 학생 대부분이 오차와 불확도 분석이 중요하다고 응답하였다. 학생들이 중요성을 인식하고 있으나 올바른 개념을 지니지 못하여 보고서 작성에서 어려움을 겪고 있다는 결론을 내릴 수 있었다. 실험 수업에서 보고서를 통해 과학적 의사소통을 해야 하는 학생들에게 물리 개념뿐만 아니라 자료를 수집하고 처리하고 해석하는 데 필요한 기본 개념에 대한 교육이 필요할 것이다.
Abstract
Analysis frame for undergraduate physics laboratory reports in collecting, processing, and analyzing data was developed. Using the frame and questionaries, we analyzed what difficulties students have in the concepts of error and uncertainty in writing laboratory reports. Students considered repetitive measurement for collecting data, but they didn't express it distinctly in their reports. They also had difficulties in measuring data around the extreme value or the large slope. Especially, most students have had difficulties with error and uncertainty. They can't apply the basic formulation to propagation of error and uncertainty. They also had the difficulties in analyzing data with concepts of error and uncertainty. While most students responded that error and uncertainty is important, there were few students who analyzed the influence of the cause of error on the results quantitatively. The result of the study showed that students have difficulties in writing the laboratory reports because they didn't have the correct concept of the error and uncertainty. So, it is needed to not only teach the physics concept about experiment but to teach basic concept of data collecting, processing, and analyzing specially about error and uncertainty for students as well.
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