과학영재의 물리학에 대한 인식론적 신념과 물리 개념 이해에 관한 사고 모형과의 관계 연구 = Epistemological beliefs and reasoning models in physics Learning : a case study on gifted science students

국문 초록 (Abstract)

물리교육 연구는 교육과정에 제시된 교과 학습 목표를 달성하기 위해 여러 가지 다양한 교수 학습 활동을 실시한 후에 교사와 학생 간에 개념 이해 수준에 관한 기대수준의 차이는 매우 크며 물리 학습의 어려움의 원인 중 하나가 학생이 가진 물리 지식과 학습의 본성에 대한 인식론적 신념임을 보인다.
본 연구에서는 과학 개념에 대한 높은 이해와 과학 분야에 무한한 가능성과 잠재력을 가지고 있는 과학영재들은 물리 학습에 대한 인식론적 신념이 물리 개념의 이해와 형성에 어떤 관계가 있는 지 알아보고자 하였다.
과학영재가 가진 물리 지식과 학습에 대한 인식론적 신념은 MPEX와 EBAPS를 이용하여 각각 물리 지식의 독립성, 일관성, 개념성, 실제와의 연관성, 수학과의 연계성, 학습의 노력 등의 6개 신념 차원과 지식의 구조, 학습의 본성, 실생활의 적용성, 지식의 진화, 학습 능력의 원천 등의 5개 신념 차원에 대하여 호감 수준을 조사하였다. 물리 개념 이해의 사고 모형을 분석하기 위해서 역학 개념 검사인 FCI와 MBT를 사용하고 전자기학 개념 검사인 CSEM을 사용하였다. 설문지 필답 검사를 실시한 후 그룹 토의의 교실 상황 관찰과 개인 면담을 실시하여 그 결과를 종합 분석하였다. 분석 결과, 과학영재의 물리 학습에 대한 인식론적 신념의 호감 수준, 즉, 세련화 수준은 물리 학습의 일관성 차원, 실생활에 적용성 차원 그리고 노력성 차원이 상대적으로 높게 나타났다. 물리 지식의 독립성, 개념성 차원 그리고 지식의 진화 차원은 상대적으로 낮은 수준이었으며 영재 학생 간에 개인 차이가 크고 한 학생 내에서도 측정된 신념의 차원 별로 차이가 크게 나타났다.
과학영재의 물리 개념 이해 과정에서 나타나는 사고 과정의 특징에 따라 사고 모형을 분류해보면 물리 개념에 대한 정확한 이해와 적용으로 개념의 형성이 안정성과 일관성을 보이는 일관성 사고 모형을 가진 학생과 문제에 적용할 때 유동성과 상황 의존성을 보이는 다양성 사고 모형을 가진 학생으로 분류되었다. 아울러 뉴턴의 운동 법칙에 대하여 과학영재들이 이해한 개념을 분석해보면 힘과 운동의 관계를 잘못 이해한 아리스토텔레스 정신모형을 가진 학생과 옳은 과학 개념인 뉴턴 모형을 가진 학생 그리고 문제에 따라 달라지는 두 정신모형이 혼합된 학생으로 분류되었다.
과학영재의 물리 학습에 대한 인식론적 신념과 과학영재의 물리 개념 이해 과정에 관한 사고 모형과의 관계를 분석한 결과, 사고 모형의 유형에 따라 분류한 그룹에서는 공통적으로 뉴턴 모형과 일관성 모형의 사고 모형을 가진 학생들은 인식론적 신념의 차원 중 물리 학습에 대한 일관성, 독립성, 개념성 차원의 세련화 수준이 높고 아리스토텔레스 모형과 다양성 모형의 사고 모형을 가진 학생들은 물리 학습에 대한 일관성, 독립성, 개념성 차원의 세련화 수준이 낮은 것으로 나타났다.
연구 결과는 본 연구에 참여한 과학영재의 물리 학습에 대한 인식론적 신념의 세련화 수준이 물리 개념의 이해에 대한 사고 모형과 긍정적인 관계가 있음을 나타내며 과학영재를 대상으로 한 교육은 교과 내용의 심화 학습과 과학적 탐구력 및 창의성 그리고 리더쉽 교육과 함께 과학영재의 과학 학습에 대한 인식론적 신념의 세련화 수준을 높일 수 있는 교육 과정과 프로그램 개발이 필요함을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A good understanding of how gifted science students understand physics is of good importance for developing and delivering effective curriculum for gifted science students. This dissertation reports on a systematic investigation of gifted science students' reasoning model in physics learning and the epistemological beliefs in physics learning. I will discuss a case study concerning the influence of epistemology on physics learning for the gifted science student. An analysis of videotaped class work, written work and interviews indicate that the majority of the gifted science students have novice epistemological beliefs with the minority of students having expert epistemological beliefs in physics learning.
In this paper, I will discuss the framework to characterize student reasoning.
There are three main groups of students. The first group of gifted science students hold several different understandings of a single concept and apply them inconsistently to the tasks related to that concept. Most of these students hold a Aristotelian Model about Newton's second law. In this case I define this reasoning model as the manifold model.
The second group of gifted science students hold a unitary understanding of a single concept and apply it consistently to several tasks. Most of these students hold a Newtonian Model about Newton's second law. In this case I define this reasoning model as the coherence model.
Finally some gifted science students have a manifold model with several different understandings of a single concept and apply them inconsistently to task related to the concept. Most of these students hold an Aristotelian Model about Newton's second law. In this case I define this reasoning model as the coherence model.
The level of a sophisticated epistemological beliefs on physics learning is low for students having manifold model and the level of a sophisticated epistemological beliefs on physics learning is high for students having a coherence model. This dissertation will demonstrate that a gifted science student's epistemological beliefs can mediate a student's reasoning model. Specifically, a student's personal epistemological beliefs have a direct, causal influence on the student's reasoning model. For this reason this research will also attempt to help develop the epistemological beliefs of gifted science students.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• A. 연구의 필요성 및 목적 = 1
• B. 연구 문제 = 5
• C. 연구의 제한점 = 5
• Ⅱ. 이론적 배경 및 선행 연구 = 7
• A. 이론적 배경 = 7
• 1. 인식론과 인식론적 신념 = 7
• 2. 과학 개념과 사고 모형 = 10
• 3. 지식의 형성과 물리적 맥락 = 23
• 4. 과학영재의 특성 = 24
• B. 선행연구 = 27
• 1. 학생의 인식론에 대한 연구 = 27
• 2. 학생의 과학 개념과 사고 모형에 대한 연구 = 30
• Ⅲ. 연구 대상 및 방법 = 34
• A. 연구 대상 = 34
• B. 연구 방법 = 34
• 1. 연구 절차 = 36
• 2. 검사 도구 = 38
• 3. 분석 방법 = 44
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 = 50
• A. 물리 지식에 대한 과학영재의 인식론적 신념 = 50
• 1. MPEX 결과 분석 = 50
• 2. EBAPS 결과 분석 = 63
• B. 물리 개념 이해에 관한 과학영재의 사고 모형 = 78
• 1. FCI 응답 분석 = 78
• 2. MBT 응답 분석 = 89
• 3. CSEM 응답 분석 = 102
• C. 과학영재의 물리 지식에 대한 인식론적 신념과 사고 모형과 의 관계 = 121
• Ⅴ. 결론 및 제언 = 129
• A. 결론 = 129
• B. 제언 = 131
• 참고 문헌 = 133
• 부록 = 141
• ABSTRACT = 153

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