레고 마인드스톰 로봇을 활용한 STEAM 교육 프로그램 개발 및 적용

최재혁 ( Jae-hyeok Choi ),최호명 ( Ho-meoyng Choi ),박종석 ( Jongseok Park ) 경북대학교 과학교육연구소 2018 科學敎育硏究誌 Vol.42 No.1

과학, 기술, 공학, 예술, 그리고 수학을 통합한 STEAM 프로그램은 중등 교육에서 필수적인 요소로 자리 잡았고 소프트웨어 교육은 앞으로 중등학교에서 필수 이수과목으로 선정될 예정이다. 본 연구에서는 STEAM 교육과 함께 소프트웨어 교육 자료로 레고 마인드스톰 로봇 활용방안을 제안하고자 한다. 5차시로 개발된 STEAM 교육 프로그램은 차시별로 STEAM 교육에서의 핵심적인 요소를 포함하여 문제해결중심으로 구성되었고, 이를 수업에 적용하여 사례를 분석하였다. 분석 결과 레고 로봇을 활용한 STEAM 프로그램은 학생들에게 창의적인 사고와 문제해결 방법에 대해 구상 할 수 있는 기회를 제공하고 소프트웨어 교육과 과학 수업에의 활용 가능성에 대해 긍정적인 결과를 보였다. 또한 본 연구에서 개발한 프로그램은 방과 후 수업, 영재수업 등 현장에 적용 가능함을 알 수 있었다. STEAM program as integrating Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics became essential part of secondary education and software education will be a required subject in secondary schools. In this study, we propose the application of the Lego mindstorms robotics programs for the developments of both STEAM and software educational materials. Our program consisting of five hours of classes is made based on the problem solving strategies. According to students’ impression obtained after our program had been applied, our program appears to provide students opportunities for conceiving creative thinking and problem solving strategies. It also shows positive results for the application to the software and science educations as well as other extracurricular such as after school programs or programs for gifted students.

진자의 등시성 확인 실험을 위한 사이클로이드 진자의 활용 방안 연구

김지연 ( Ji Yeon Kim ),최호명 ( Ho Meoyng Choi ) 경북대학교 과학교육연구소 2008 科學敎育硏究誌 Vol.32 No.1

본 연구에서는 단진자의 등시성에 대한 이상화 조건을 다루는 8학년 과학교과서와 교사용 지도서를 분석하였다. 진자의 주기는 진폭에 무관하다는 등시성은 진폭이 매우 작은 경우에만 성립한다. 이를 단진자의 등시성에 대한 "이상화 조건"이라 부른다. 대부분의 8학년 과학교과서와 교사용 지도서는 이러한 이상화 조건에 대해 바르게 명시하지 않아 종종 이론과 실험 사이의 불일치를 나타내고 있다. 이러한 이론과 실험 사이의 불일치는 학생들로 하여금 실제 세계로부터 괴리감을 느끼게 하여 물리로부터 멀어지게 하는 경향을 가져다준다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 진폭에 무관한 진자의 등시성을 실험할 수 있는 대안으로 사이클로이드 진자를 제시하고 교실 수업에서 실제 활용할 수 있는 방법에 대해 논의 하였다. We investigated 8th grade science textbooks and their instructor`s manuals treating the ideal condition for isochronism of a simple pendulum. The isochronism, i.e. the period is independent of amplitude, is satisfied only if the amplitude is very small. This is so called "ideal condition" for isochronism of a simple pendulum. Most textbooks and instructor`s manuals are found not to state this ideal condition properly, which often leads to the deviation between experimental data and theoretical calculation. This difference between theoretical and experimental results makes students to create a sense of alienation from the real world and eventually keeps them away from physics. We thus study the cycloidal pendulum as an alternative method to test the isochronism regardless of amplitude and discuss the practical utility of it in class.

임용시험의 교과내용학 문항 출제경향 분석

천정필(Jeong Pil Cheon),권문호(Munho Kwon),최호명(Ho-Meoyng Choi) 한국물리학회 2022 새물리 Vol.72 No.4

본 연구에서는 중등학교교사 임용후보자 선정경쟁시험(이하 임용시험)의 물리 임용시험 문항 중 교과내용학 문항에 대한 출제 경향을 분석하였다. 임용시험에 포함된 기본이수 과목은 역학, 전자기학, 양자역학, 파동 및 광학, 열 및 통계물리, 그리고 현대물리학이다. 먼저 2002학년도부터 2021학년도까지 임용시험에 출제된 384개 문항을 한국교육과정평가원이 개발한 ‘평가 영역 및 평가 내용 요소’ 기준에 따라 분류하여 출제 경향을 분석하였다. 또한 임용시험과 2015 개정 과학과 교육과정 및 임용시험과 사범대학의 교육과정을 각각 비교분석 하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 임용시험의 교과내용학에서 역학이 가장 많이 출제되었고, 현대물리학이 가장 적게 출제되었다. 둘째, 2015 개정교육과정의 영역별 성취기준 비율과 임용시험 출제 비율에 차이가 났다. 셋째, 임용시험과 사범대학 교사양성 교육과정의 영역별 편성 비중이 일치하지 않았다.<br/> A trend analysis was conducted on content knowledge problems in the Secondary School Physics Teacher Selection Test (SSPTST). The basic completion subjects in the SSPTST comprised classical mechanics, electromagnetism, quantum mechanics, wave and optics, thermal and statistical physics, and modern physics. We analyzed 384 problems during the academic period 2002–2021 based on the “Evaluation Areas and Evaluation Content Elements” developed by the Korean Institute of Curriculum and Evaluation. Furthermore, comparative analyses between the SSPTST and 2015 Revised National Science Curriculum (RNSC) as well as the SSPTST and curricula of Colleges of Education were conducted. The main results are as follows. (1) The most and least frequently tested subjects in the SSPTST are classical mechanics and modern physics, respectively. (2) There are some differences between the proportion of achievement standards for each subject in the 2015 RNSC and problems for the corresponding subject in the SSPTST. (3) The proportion of problems for each subject in the SSPTST is not in line with the number of credits for the corresponding subject offered in teachers’ colleges.

Analysis of Inquiry-based Activities in the Various Forces Unit of Middle School Science Textbooks

김지은(Ji-Eun Kim),이효녕(Hyonyong Lee),최호명(Ho-Meoyng Choi) 한국교원대학교 뇌기반교육연구소 2021 Brain, Digital, & Learning Vol.11 No.1

The 2015 revised national curriculum aims to promote students’ inquiry capability through school education. An integrated understanding of the inquiry-based activities is necessary to strengthen science process skills and practices. The main purpose of this study was to analyze the inquiry-based activities used in the Various Forces Unit of five 1st grade middle school science textbooks in terms of science process skills and science practices. For this purpose, an analytical framework was developed by identifying sub-elements of science process skills and science practices. Based on the analysis framework, we analyzed goals, processes of finding the answer to the question, experimental steps and predicate in questions of the inquiry activity. The results are as follows: 1) Various science process skills and science practices were used in one inquiry activity. 2) Science process skills and science practices used even in the same textbook were different depending on the inquiry-based activities. 3) There was a difference in the ratio of science process skills and science practices for each textbook. In addition, it was found that different science process skills and science practices were used in each textbook, even if the subject of the inquiry activity was the same. Therefore, the results of this study could contribute to provide information on the learning opportunities presented to the students and to anticipate whether they can develop the expected science inquiry abilities.

무지개 생성 원리 분석을 위한 유리구슬 무지개 실험장치 개발

손문규 ( Moonkyu Son ),권문호 ( Munho Kwon ),최호명 ( Ho-meoyng Choi ) 경북대학교 과학교육연구소 2021 科學敎育硏究誌 Vol.45 No.3

본 연구에서는 무지개의 생성 원리를 분석할 수 있는 무지개 발생 장치를 개발하였다. 무지개는 물방울에 대한 빛의 분산 및 반사와 굴절에 의해 형성되지만, 물방울 한 개로만 무지개를 만들 수 없다. 따라서 본 연구에서는 여러 물방울들이 만드는 빛의 경로를 통해 무지개를 관측할 수 있는 장치를 만들어 무지개 생성 원리에 대해 학생들이 보다 쉽게 이해하도록 하였다. 물방울이 만드는 무지개는 유리구슬을 이용하여 재현하였고, 관찰자의 위치와 광원의 고도 등과 같은 무지개 생성과 관련된 다양한 변인을 변화시키며 무지개를 구현하였다. In this study, we developed an experimental apparatus to study the principle of rainbow formation. The rainbow is formed through the dispersion, reflection, and refraction of light on water droplets. However, the rainbow cannot be made from a single drop of water. Thus, we devised an apparatus to observe the principle behind the rainbow formation caused by light rays on many water drops. This we deemed would help students understand the formation of the rainbow. We used glass beads as water drops to reproduce the rainbow phenomena. We also materialized the rainbow by changing various variables such as the position of the observer and the height of the light source, etc.

아두이노와 스마트 폰을 이용한 물방울 낙하 운동 분석 장치 개발 및 적용

권문호 ( Munho Kwon ),이상현 ( Sang Hyeon Lee ),최호명 ( Ho-meoyng Choi ) 한국현장과학교육학회 2021 현장과학교육 Vol.15 No.3

본 연구에서는 낙하하는 물방울의 운동을 분석할 수 있는 실험 장치를 개발하였다. 실험 장치는 아두이노와 솔레노이드 밸브, 워터 펌프로 구성되었다. 제작한 장치와 스마트 폰으로 물방울을 촬영함으로써 중력장에서 운동하는 물방울을 정지된 물방울의 형태로 보여줄 수 있는 스토로보 효과를 구현하였다. 이렇게 얻은 다중 섬광 형태의 사진을 통해 물방울의 포물선 운동을 시각화할 수 있었고, 이로부터 낙하하는 물방울의 중력 가속도의 크기를 측정하였다. 측정값은 이론값과 3 %의 오차 범위 내에서 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 물방울 운동의 공기저항 효과에 대해서도 논의하였다. In this study, we developed an experimental device to measure the gravitational acceleration of falling water droplets. The experimental device consists of arduino, solenoid valve, and water pump. By recording video of falling water with the experimental device and a smart phone, we could implement the stroboscopic effect by showing water droplets moving in the gravitational field as still images. Using this still image equivalent to the multiflash photograph, we are able to visualize the parabolic motion of a water droplet and measure the gravitational acceleration of it. Our experimental data is in good agreement with the theoretical value within 3 % errors. We also discuss the effect of air resistance on the motion of water droplet.