과학영재의 엔트로피에 대한 설명 방식 분석: 과학영재학교 학생을 대상으로 = An Analysis of Science Gifted Students' Explanations of Entropy: For Students in Science Academy for the Gifted|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 과학영재학교 학생을 대상으로 과학영재의 엔트로피에 대한 설명 방식을 분석하는 것이다. 최근의 물리학 교과서에서는 엔트로피와 ‘무질서’를 직접적으로 관련 짓고 있지는 않으며 대학교 일반물리학 교재에서 엔트로피를 무질서와 관련지었을 때 전적으로 성공적이지는 않다고 하기도 한다. 하지만 열역학 단원 수업의 경험으로부터 학생들이 엔트로피를 ‘무질서’와 관련 짓고 있고 엔트로피를 ‘무질서도’로 이해하고 설명하는 사례를 볼 수 있었고, 이에 본 연구에서는 과학영재학교 학생들이 엔트로피를 ‘무질서도’로 또는 다른 설명 방식으로 이해하고 있는지 조사하고 학생들의 엔트로피 변화 과정의 설명 방식에서 보편적으로 어떤 특징과 경향을 보이는지 분석하고자 하였다.
연구 과정은 과학영재학교 3학년 학생 중 56명을 대상으로 일반물리학 교재에서 제시되는 열역학적 상황인 열평형 과정과 자유팽창 과정에서 엔트로피 변화를 묻고 그 이유를 설명하게 하였으며 같은 상황에서 ‘질서 상태’의 변화를 묻고 그 이유를 설명하게 하였다. 또한, 엔트로피가 무엇인지, 엔트로피가 증가한다는 것은 무엇인지 설명하도록 하였다.
연구 결과 학생들은 엔트로피가 높은 상황을 ‘무질서도’, ‘자발적(자연적)인 과정’, ‘경우의 수(상태 수) 증가’ 등의 표현을 사용하여 설명하는 경향이 있었다. 열평형 과정에서 ‘무질서도’를 사용하는 설명 방식을 갖는 학생은 19.6%, ‘자발적(자연적) 과정’이라는 설명 방식을 갖는 학생은 39.3%, ‘경우의 수(상태 수) 증가’라는 설명 방식을 갖는 학생은 14.3%였다. 자유팽창 과정에서 ‘무질서도’를 사용하는 설명 방식을 갖는 학생은 16.1%, ‘자발적(자연적) 과정’이라는 설명 방식을 갖는 학생은 23.2%, ‘경우의 수(상태 수) 증가’라는 설명 방식을 갖는 학생은 51.8%였다. 학생들은 문제 상황에 따라서 다양한 설명 방식을 사용하였고 각 상황에서 가장 큰 비율을 갖는 설명 방식이 다르게 나타났다. 엔트로피가 무엇이라고 생각하는지, 엔트로피가 증가한다는 것은 무엇이라고 생각하는지 물었을 때 ‘무질서도’를 사용하여 엔트로피를 설명한 학생은 51.8%였으며 문제 상황에서는 ‘무질서도’를 사용하지 않았지만, 엔트로피가 무엇인지 직접 물어본 문항에 ‘무질서도’를 사용하여 설명한 학생은 33.9%로 학생들은 문제 상황에서는 ‘무질서도’를 사용하지 않더라도 엔트로피의 개념 이해 방식에서는 ‘무질서도’와 연관 짓는 경향이 있음을 알 수 있었다.
이 연구를 통해 과학영재학교 학생들이 엔트로피 변화 과정에 대한 설명 방식의 특징을 알 수 있었으며 이를 바탕으로 열역학 개념의 교수 방법에 적용할 수 있을 것으로 생각된다.

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본 연구의 목적은 과학영재학교 학생을 대상으로 과학영재의 엔트로피에 대한 설명 방식을 분석하는 것이다. 최근의 물리학 교과서에서는 엔트로피와 ‘무질서’를 직접적으로 관련 짓고 ...

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