우주 팽창 교수․학습을 위해 어떤 모형을 사용해야 할까?
What Scientific Model Should We Use to Teach Cosmic Expansion to Students?
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초록
본 연구에서는 ‘우주 팽창’을 설명하는 두 가지 비유 모형이 중학생과 고등학생의 이해도에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 널리 사용되는 모형 중 풍선 표면을 우주에 대응한 모형, 빵을 우주에 대응한 모형을 선정하였다. 풍선 모형은 2차원적인 면을 공간으로 대응시키는 사고가 필요하며, 빵 모형은 자르기 전까지 내부를 들여다볼 수 없기 때문에 이를 상상하는 것이 필요하다. 우주 팽창에 대한 학습이 이루어지지 않은 중학생의 경우, 팽창에 중심이 없다는 기초적인 특성을 이해하는 데에는 풍선 모형이 더 효과적이었다. 반면 이미 우주 팽창을 학습하여 팽창에 중심이 없다는 점을 인지하고 있는 고등학생의 경우, 비유물과 목표물을 대응시키는 데에는 빵 모형이 더 효과적이었다. 이로 미루어 볼 때, 추상적인 개념을 교수할 때는 하나의 비유 모형이 갖는 한계점을 보완하기 위해 여러 모형을 함께 활용할 필요가 있다.
Abstract
This study compares two analogical models employed in the instruction of cosmic expansion to assess their impact on the comprehension of middle and high school students. Among the most frequently used models, the balloon model, in which the surface of a balloon represents the Universe, and the bread model, in which the bread itself symbolizes the Universe, were chosen. Using the balloon model, students are required to conceptualize the 2-dimensional surface as representing a higher-dimensional space. Using the bread model, students need to visualize the Universe as the interior of the bread prior to slicing it. For middle school students who had not yet studied cosmic expansion, the balloon model proved more effective in conveying the fundamental scientific concept that the expanding Universe has no center. High school students, who were already familiar with the concept of expansion without a center from previous lessons, found it easier to map the analogy onto the target using the bread model. Based on these results, we conclude that employing multiple models is necessary to complement any single analogy, given its inherent limitations.
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