전자기학 문제 풀이에서 대학생들이 겪는 어려움 분석 : 불충분한 조건의 확인 여부 및 조건에 적합한 풀이 중심 = Analysis of Students' Difficulties in Solving Problems of Electromagnetism : Focused on Confirmation of Insufficient Conditions and Corresponding Solving Strategeies

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 전자기학 영역의 문제 풀이시 조건을 확인하고 해석하여 이를 풀이 과정에 반영할 때 나타나는 대학생들의 어려움을 알아보기 위한 검사도구를 개발하고, 이의 적용을 통해 불충분하거나 암묵적인 조건이 포함된 전자기학 문제에서 필요한 조건을 스스로 결정하여 문제를 풀이하거나, 문제에 제시된 조건들을 해석하여 이에 적합한 풀이식과 풀이전략을 수행할 때 학생들이 겪는 어려움과 특징을 분석함으로써 교육적 시사점을 얻고자 함에 목적을 두고 있다.
검사도구는 현재 사용되고 있는 각 대학의 일반물리교재 4종과 기초전자기학 등을 참고하여 자체 제작하였으며, 개발된 검사도구는 사범대학 물리교육과 3학년 학생들 중에서 전자기학1을 이수한 학생 8명을 대상으로 투입하였다. 이 때 얻은 학생들의 응답지를 분석하고, 이를 토대로 심층면담을 실시하는 질적 연구를 수행하였으며, 이를 통하여 전자기학 문제 풀이시 조건의 확인과 해석 및 이를 풀이 과정에 반영할 때 학생들이 겪는 어려움과 특징을 분석하였다.
연구 결과는 다음과 같다.
첫째, 여러 저항들을 사각 형태로 결합한 합성저항을 구할 때 전압을 가해주는 양 끝 점을 지정하지 않은 문제처럼 조건이 불충분한 문제를 풀이할 때, 학생들은 풀이가 어려울 것으로 예상되는 문제 조건들을 의도적으로 무시하면서 확실한 풀이가 가능한 경우의 조건 만을 선택하거나, 혹은 기존의 문제풀이에서 자주 제시되는 특정한 조건에 익숙해져서 다양한 문제 조건들을 확인하지 못하는 경우가 많았다.
둘째, 영상전하가 형성되는 조건에 따른 전기력의 종류를 확인하는 문제에서 보듯이, 조건을 해석하여 문제 풀이에 올바르게 반영하는 능력은 전자기학 개념의 정확성에 의해 크게 좌우되었다. 또한 축전기의 두 극판 사이에 작용하는 전기력을 구할 때 전하의 분포 조건이 다름에도 불구하고 많은 학생들이 점전하의 전기력 공식을 그대로 적용하였는데, 이는 조건과 상황에 따라 적용되는 공식이나 개념이 다를 수 있다는 점을 충분히 인식하지 못하고 있음을 말해준다.
이와 같은 결과로부터 전자기학 문제풀이에 있어서 조건을 확인하고 이를 풀이에 반영할 때 학생들이 겪는 어려움의 대부분은 문제풀이의 절차나 방법 때문이 아니라 부정확한 전자기학 개념이 원인으로 나타났다. 또한 기존에 접해보지 않은 새로운 형태의 조건을 지닌 문제가 제시되었을 때, 문제 풀이와 관련된 전자기학 개념을 배워서 알고 있었음에도 불구하고 그러한 조건에 적합한 공식이나 풀이 방법을 새로이 탐색하기보다는 단순 암기한 공식을 선호하였다.
따라서 전자기학 개념의 교수-학습 시에 정형화된 조건이 제시된 문제 상황뿐만 아니라 다양한 조건의 문제들을 사용하여 전자기학 개념을 설명할 필요가 있으며, 어떤 경우에는 조건에 따라서 적용되는 물리공식이나 개념이 다를 수도 있다는 점을 학생들에게 강조하여 지도한다면, 학생들은 전자기학 문제의 조건을 보다 잘 이해하게 되고, 이는 보다 나은 문제풀이로 이어질 것으로 생각된다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 2
• 3. 연구의 제한점 3
• 4. 용어의 정의 3
• II. 이론적 배경 5
• 1. 문제해결 5
• 2. 문제해결과정의 조사방법 9
• 3. 선행연구 조사 10
• III. 연구 절차 및 방법 12
• 1. 연구 절차 12
• 2. 연구 대상 및 시기 12
• 3. 검사도구 13
• Ⅵ. 연구 결과 및 논의 15
• 1. 문항별 분석 15
• 2. 평가요소별 분석 46
• V. 결론 및 제언 50
• 1. 결론 50
• 2. 제언 51
• 참고문헌 53
• ABSTRACT 55
• 부록 58