대학생들의 상대운동 개념의 상황의존성
College Student's Context Dependence on Relative Motion Concepts
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초록
상대운동에 대한 대학생들의 생각을 조사하여 그들이 사용한 설명유형을 조사하고, 각각의 개념이 상황에 따라 어떤 일관성을 가지고 있는지 조사하였다. 선택형 응답에 의하면 전체 정답률은 중국(63%)이 한국(57%)보다 높았다. 가장 높은 정답률은 등속운동하는 기차 안에서 수직으로 떨어뜨린 물체를 기차 안에서 관찰한 경우로 한국과 중국 모두 가장 높았다. 가장 낮은 정답률은 한국학생의 경우 기차가 감속운동할 때 수직으로 떨어뜨린 물체를 기차 안의 관찰자가 본 상황이고, 중국학생의 경우 기차가 가속운동할 때 수평으로 굴린 물체를 기차 밖의 관찰자가 본 상황이었다. 이 결과에 의하면 학생들은 기차가 등속운동할 때 기차 안에서의 물체의 운동방향과 속도에 대해 잘 이해하고 있었으나, 기차 안에서 물체가 운동할 때, 물체의 운동방향과 속도를 기차 안에서 관찰하는 경우와 밖에서 관찰하는 경우를 구별하지 못하고 있음을 알 수 있었다. 학생들이 상대운동에 대한 과제상황을 설명하는 개념들을 종합하여 중심개념별로 범주를 나누어보면 ‘속도’, ‘기준계’, ‘관성’, ‘힘’ 개념으로 범주화할 수 있었다. 이중에서 가장 많이 사용한 개념은 ‘속도’이고, 가장 적게 사용한 개념은 ‘힘’개념이었다. ‘속도’와 관련된 설명유형은 중국학생들이 가장 많이 사용하였고, ‘관성’과 ‘기준계’와 관련된 설명유형은 한국학생들이 많이 사용하였다. 한국학생들에게서만 나타난 설명유형은 ‘관찰자가 보는 물체의 속도는 기차와 물체의 속도의 합이다.’와 ‘관성에 의해 물체는 가속방향과 반대로 움직인다.’, ‘등속일 때 관성이 작용하지 않고, 관성은 가속도의 방향과 반대로 작용한다.’였으며, 중국학생들에게서만 나타난 설명유형은 ‘물체는 항상 등속운동을 한다.’와 ‘관측자와 기차는 상대적으로 정지상태에 있다.’, ‘물체와 기차는 앞으로 운동한다.’로 나타났다. 상대운동에 대한 개념의 일관성을 살펴보면 ‘기준계’로 설명한 학생들의 일관성이 가장 높고, 그 다음으로는 ‘관성’이었다. 그리고 가장 응답의 일관성을 찾기 힘든 개념은 학생들이 가장 많이 사용한 ‘속도’개념이었다. 이것은 학생들이 가지고 있는 생각이 옳지 않더라도 상황에 관계없이 일관된 개념을 보일 경우 더 잘 과학적 개념으로 변한다는 연구결과(심재헌, 1991)에 의하면 개념변화 교수모형에 시사하는 바가 크다고 할 수 있다.
Abstract
58 college first year student in Korea and China received formal instruction about relative motion. This study investigated consistency in concepts according to context. A questionnaire comprised of twelve explanation-after-choice items on object direction and velocity based on train movement was developed for the study. The context of each item related to the direction of the object's motion, motion of reference frame, and observer's position. The rate of correctness in selection type was 60%. (Chinese students: 63%, Korean students: 57%) and the item with the highest percentage of correctness was 'moving object with uniform velocity'. However, students did not distinguish whether the observer was inside or outside or whether the train accelerated or decelerated. There were four types of conceptions students used to explain relative motion: velocity, reference frame, inertia and force. According to results, students consistently applied his/her concepts to specific context. The most frequently applied patterns were 'The object and train have uniform movement', 'The object always moves to the right with respect to an observer in rest', and 'The object has uniform movement, but its direction depends on the train's movement.' Similarities and differences between the two countries were identified. In particular, explanation patterns such as ‘The speed of object is the sum of the train’s speed and the object's’ and ‘When the frame of reference is uniform velocity, inertia does not act, and the direction of objects counters the direction of acceleration’ were only found among Korean students. In addition, explanation patterns such as ‘The object always moves with uniform velocity’, and ‘The observer’s reference frame is the train, the ball’s speed and direction depend on the train’s movement’ were only found among Chinese students.
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