열 및 통계물리학 개념 학습에 영향을 주는 요인 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to investigate the factors that influence statistical and thermal physics concept learning for students who are majoring in physics. For this end we consider abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style as independent variables and statistical and thermal physics concept learning as dependent variable. Moreover, a correlation between independent variables and dependent one are analyzed.
In this study, the survey is conducted for male and female undergraduate students and also graduate students in physic education department and in physics department in Seoul, Gyeonggi and Incheon. Specifically, we investigate the surveys of 113 students. The questionnaires consist of two parts : questionnaire I is composed of the questions for evaluating statistical and thermal physics concepts and questionnaire II is about the research questions for the factors such as the abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style. Using the SPSS win 20.0 Program, the collected questionnaires are analyzed by exploiting factor analysis, reliability analysis, frequency analysis, t-test and correlation analysis.
The results of this study can be summarized as follow:
First, correlation analyses among statistical and thermal physics concept achievement and four factors of the abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style show that the Pearson correlation coefficients are r= .302 for the abstract thinking ability, r= .310 for the mathematics thinking ability, r= .438 for the learning motivation and r= .255 for the learning style. The results are shown to be statistically significant.
Second, I categorize a higher group and a lower group in terms of the scores of abstract thinking ability, mathematics thinking ability and learning motivation. The analysis of statistical and thermal physics concept achievement gap between these two groups indicate that abstract thinking ability, mathematics thinking ability and learning motivation are getting higher also statistical and thermal physics concept achievement scores are getting higher.
Third, statistical and thermal physics concept questions show that around 50% of answers are correct. Analyzing the answers of the essay questions which students write down, they show the difficulties of understanding of the idealized conditions, such as isolated system and ideal gas and the degrees of freedom. They also make mistakes like the lacks of explanation on answers and appropriate expressions and so on.
Fourth, the average scores of male students show a little bit higher than those of female students in all the areas of statistical and thermal physics concept achievement, abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style. However, the differences between male students and female ones are not statistically significant in the two areas of learning motivation and learning style.
Through this study, we recognize that when students learned statistical and thermal physics concepts, all the factors of abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style are shown to be significant. In future works, other concepts related to statistical and thermal physics will be investigated and these studies are expected to contribute to studying teaching-learning methods which make a successful learning and improve understanding of physics concepts and problem solving.

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 물리학을 전공한 학생들을 대상으로 열 및 통계물리 개념 학습에 영향을 주는 요인을 알아보고자 하는 것이다. 이를 위해 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식을 독립변인으로, 열 및 통계물리 개념 학습을 종속변인으로 하여 독립변인들과 열 및 통계물리 개념 성취도 간의 상관관계를 분석하였다. 이 연구에서 활용된 열 및 통계물리 개념은 대학교 교재로 사용되고 있는 서적들을 참고하여 선정하였다.
본 연구는 서울, 경기, 인천에 소재하고 있는 대학교의 물리교육 또는 물리학과에 재학 중인 남, 여 대학생과 대학원생 121명을 대상으로 설문조사를 실시하였으며 총 113부를 최종 분석하였다. 설문지는 설문지Ⅰ과 설문지Ⅱ로 구성되어 있다. 설문지Ⅰ은 열 및 통계물리 개념을 평가하기 위한 문항으로 구성되어 있으며, 설문지Ⅱ는 열 및 통계물리 개념 학습에 영향을 미치는 요인에 대한 조사 문항으로 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식을 측정하는 문항으로 구성되어 있다. 수집된 자료는 SPSS 20.0 프로그램을 사용하여 연구문제에 따라 요인분석, 신뢰도분석, 빈도분석, t-검정, 상관분석을 실시하였다.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 열 및 통계물리 개념 성취도와 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식 요인 간의 상관분석을 실시한 결과, Pearson 상관계수가 추상적 사고 능력은 r=.302, 수학적 사고 능력은 r=.310 , 학습 동기는 r=.438 , 학습 양식은 r=.255로 네 가지 요인 모두 통계적으로 유의미한 상관관계를 가지고 있었다.
둘째, 추상적 사고 능력과 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식 점수가 상위인 그룹과 하위인 그룹으로 나누어 열 및 통계물리 개념 성취도 차이를 분석한 결과 추상적 사고능력이 높을수록, 수학적 사고 능력이 높을수록, 학습 동기가 높을수록 열 및 통계물리 개념 성취 수준이 높게 나타났다.
셋째, 열 및 통계물리 개념 문항은 약 50%의 정답률을 보였고, 학생들이 작성한 주관식 문항의 답안을 분석하면 고립계나 이상기체, 자유도 등 이상화된 조건에 대한 이해가 부족하였으며, 답에 대한 부족한 설명이나 적절하지 않은 식을 사용하는 등의 오류도 범하였다.
넷째, 열 및 통계물리 개념 성취도 평균 점수는 여학생보다 남학생이 약간 높게 나타났으며, 이는 통계적으로 유의미하였다. 추상적 사고 능력 점수, 수학적 사고 능력 점수, 학습 동기 점수, 학습 양식 점수 모두 남학생의 평균 점수가 여학생의 평균 점수보다 높게 나타났지만 학습 동기 점수와 학습 양식 점수에서 남학생과 여학생간의 차이는 통계적으로 유의미 하지 않았다.
다섯째, 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식 요인에 대해 빈도분석을 실시한 결과 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기 요인은 정상분포를 이루고 있지만 학습 양식 요인의 점수는 약한 부적분포를 나타내고 있다. 이것은 학생들이 다양한 학습 양식을 통한 교수-학습으로부터 열 및 통계물리 개념 학습에 도움을 받을 수 있다고 생각하고 있음을 알 수 있다.
본 연구를 통해 물리전공 대학생, 대학원생들이 열 및 통계물리 개념을 학습하는데 있어 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식 요인 모두가 영향을 미치는 것으로 나타났다. 후속 연구에서는 열 및 통계물리와 관련된 다른 개념들에 대해서도 조사하여 물리 개념의 이해도와 문제해결력을 향상시킬 수 있는 성공적인 학습을 할 수 있도록 교수-학습 방법을 연구하는데 기여할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• A. 연구의 필요성 및 목적 1
• B. 연구문제 3
• C. 용어의 정의 4
• 1. 열 및 통계물리 개념 4
• 2. 추상적 사고 능력 4
• 3. 수학적 사고 능력 4
• 4. 학습동기 4
• 5. 학습양식 5
• D. 연구의 제한점 5
• Ⅱ. 이론적 배경 7
• A. 열 및 통계물리 개념 7
• 1. 열 및 통계물리 개념 7
• B. 열 및 통계물리 개념학습에 영향을 미치는 요인들 8
• 1. 추상적 사고 능력 8
• 2. 수학적 사고 능력 10
• 3. 학습동기 13
• 4. 학습양식 15
• Ⅲ. 연구방법 및 절차 19
• A. 연구대상 19
• B. 연구절차 20
• C. 검사도구 22
• 1. 열 및 통계물리 개념 평가지 22
• 2. 열 및 통계물리 개념학습에 영향을 주는 설문지 요인 분석 23
• 가. 추상적 사고 능력 측정 문항 23
• 나. 수학적 사고 능력 측정 문항 24
• 다. 학습동기 측정 문항 25
• 라. 학습양식 측정 문항 26
• 마. 요인분석 결과 27
• Ⅳ. 연구결과 및 해석 30
• A. 열 및 통계물리 개념의 이해정도 30
• B. 열 및 통계물리 개념 성취도와 4가지 요인과의 상관분석 40
• 1. 추상적 사고 능력과 열 및 통계물리 개념 성취도와의 상관관계 40
• 2. 수학적 사고 능력과 열 및 통계물리 개념 성취도와의 상관관계 43
• 3. 학습동기와 열 및 통계물리 개념 성취도와의 상관관계 46
• 4. 학습양식과 열 및 통계물리 개념 성취도와의 상관관계 48
• Ⅴ. 결론 및 제언 51
• 참고문헌 54
• 부록 1. 열 및 통계물리 개념 60
• 부록 2. 설문지 67
• ABSTRACT 74