물리 영재학생들의 기본물리상수에 대한 인식 = Gifted Students' Perception of Fundamental Physical Constants

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Fundamental physical constants are very important for the study of and the research in physics. However, their importances have not been considered in physics education for a long time. In this paper,to investigate gifted-students' perceptions of fundamental physical constants quantitatively, we improved the inventory and applied it to 263 gifted students in physics, who participated in the summer camp of the Korea Physics Olympiad (KPhO) 2011. The new inventory was developed for 10 constants, with six information dimensions for each constant. The six dimensions are as follows: significant digit,order of magnitude, unit, dimension, experiment or related history,and physical meaning. Among the fundamental physical constants, the speed of light and Avogadro's number were the most highly perceived constants while Rydburg's constant was the lowest. In the analysis of the correlations among the dimensions, significant digit was highly correlated with order of magnitude, and dimension was correlated with unit except for the elementary charge ($e$) and Aavogadro's constant ($N_A$). Experiment or related history was not correlated with any of the other dimensions. We conclude that gifted students merely consider a fundamental physical constant to be a tool or a constant to solve physics problems.

국문 초록 (Abstract)

물리학에서 기본 물리 상수는 매우 중요한 역할을 하고 있으나,교육현장에서는 오랜 시간 동안 그 중요성이 간과되고 있는 실정이다. 본연구에서는 물리 영재 학생들의 기본 물리 상수에 대한 인식 수준에대하여 보다 정량적인 분석을 수행하여 인식 수준의 특성을 이해하고자하였다. 연구대상은 2011년 한국 물리 올림피아드 여름학교 일반물리온라인 수업을 이수한 물리 영재학생들로서, 서울지역의 263명의학생들이 참여하였다. 기본 물리 상수는 선행연구에서 채택된 `진공 중광속'을 비롯한 10개의 물리 상수이며, 이들 각각에 대해 6개의 구성요소(수치, 크기, 단위, 차원, 탄생배경 및 측정실험, 그리고 물리적 의미)를정의하여 검사 도구를 개발하였다. SPSS 분석을 통하여 학생들은 기본물리 상수 중에서 `진공 중 광속'과 `아보가드로의 수'에 대한 인식수준이 가장 높고, `리드베리 상수'에 대한 인식 수준이 가장 낮은것으로 나타났다. 또한 상관관계 분석 결과에 의하면 물리 상수의 수치와크기와는 대체적으로 강한 상관을 보였으며, 단위와 차원 간의 상관은기본 전하량 ($e$)과 아보가드로의 수 ($N_A$)를 제외하고는 대체적으로보통 정도의 상관을 보였다. `탄생배경 및 측정실험'과 물리 상수의나머지 구성요소들 간의 상관관계 분석 결과에 의하면, 학생들의 기본물리 상수에 대한 인식에 배경지식의 유무가 크게 상관이 있지 않는다는것을 유추할 수 있다. 이는 대다수의 학생들은 기본 물리 상수를 단지문제풀이나 계산과정에서 필요한 도구로만 인식하고 있기 때문이라고간주된다.

참고문헌 (Reference)

1 J.-M. Levy-Leblond, 7 : 187-, 1977

2 김성원, "기본물리상수에 대한 고등학교 물리교사의 인식 수준 및 교육적 활용 인식 연구" 한국과학교육학회 31 (31): 848-863, 2011

3 H. J. Mo, "University Physics" Kyomunsa 2005

4 R. P. Crease, "The Prism and the Pendulum: The Ten Beautiful Experiments in Science" Chiho Publishing House 2006

5 R. A. Serway, "Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics" Cengage Learning 2008