과학 교수 학습에서 다중 표상의 이해와 통합: 전자기 영역을 중심으로

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 전자기 과학 교수 학습 과정을 표상의 관점에서 분석하고자 하였다.
1차 연도에는 시각적 표상의 유형과 특징에 대한 이론적 고찰과 재 개념화를 바탕으로 과학 교과서 전자기 영역에서 사용되는 시각적 표상의 유형과 특징을 분석하였다. 시각적 표상의 유형은 표상하는 대상의 추상성 정도(거시, 미시, 상징)와 표상의 주요 목적(기술, 설명, 관계)에 따라 이차원적인 구조로 범주화하였다. 하위 범주를 포함해 총 11가지의 범주 유형을 제안하였고 각각의 특징을 예와 함께 논의하였다. 이어서 이러한 시각적 표상의 유형이 교과서에 어떻게 분포하는지를 초·중·고 과학 교과서 분석을 통해 살펴보았다. 학교 급이 올라갈수록 표상의 수와 유형이 많아지는 것을 확인할 수 있었다.
2차 연도에는 학생의 표상 능력을 개념화하고 이를 조사할 수 있는 설문을 개발하여 실시하였다. 이를 통해 전자기 학습의 주요 개념(정전기 유도, 전기 회로에서의 전류, 직선 전류에 의한 자기장)과 관련된 학생의 표상 능력 및 학생들이 표상과 관련해서 나타내는 대표적 오류 유형을 조사‧분석하였다. 연구 결과 전자기 관련 단원을 학습한 직후임에도 학생들의 표상 능력은 높지 않았다. 또 학생의 표상 해석, 구성, 적용 능력 사이에는 서로 유의미한 상관관계가 있었으며 세 가지 구인이 서로 연관되면서도 독립적인 능력인 것으로 나타났다.
3차 연도에는 전자기 수업에서 사용하는 시각적 표상의 역할에 대한 교사의 인식과 활용 실태를 조사하고 시각적 표상 활용과 관련해서 교사가 겪는 어려움을 조사하였다. 연구 결과 교사들은 전자기 수업에서 시각적 표상을 활용하는 것이 중요하다고 인식하고 있었으나, 시각적 표상을 단순히 과학 지식을 전달하는 도구로만 제한적으로 인식하는 경향이 있었다. 교사의 이러한 제한된 인식은 수업 중 교사 중심의 표상 활용 방식과 밀접한 연관이 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to investigate science teaching and learning on electromagnetism from the perspective of representations.
The first year study aimed to investigate the types of visual representations of electromagnetism in the science textbooks and to compare the representations according to school levels and topics. We developed a two-dimensional frame of representations with two criteria, abstractness of the referent (macroscopic, microscopic and symbolic) and its function (descriptive, explanatory and relational). Based on that, we analyzed nine kinds of science textbooks for primary and secondary schools. More representations and more categories of representations were revealed as the school level increased.
The second year study aimed at investigating middle school students’ representational competence in electrostatic induction, electric current, and magnetic field due to a current. Students’ visual representation competences were categorized into ‘interpretation’, ‘construction’, and ‘application’. The results showed that students’ representational competences were not high albeit they had already taken the lessons. There were also significant correlations among three components of representational competences.
The third year study aimed at investigating the perceptions