수식 표현의 사용 유무가 고등학생의 과학 개념 이해와 문제 풀이에 미치는 영향: 우주 팽창의 사례

초록

과학 교육에서 수학적 표현은 물리적 현상을 명확히 기술하고 현상과 원인의 인과 관계, 과정을 설명하는 데에 도움을 준다고 알려져 있다. 추상적인 ‘우주 팽창’에 대한 개념 이해 및 적용에 수식 표현이 미치는 영향을 정량 연구를 통해 살펴보았다. 고등학교 선택 과목인 ‘지구과학Ⅰ’에 포함된 허블-르메트르 법칙을 소재로 수식 사용 여부를 달리하여 A, B 두 유형의 학습자료와 형성 평가 문항을 개발하였다. 고등학교 2학년 학생 129명을 두 그룹으로 나누어 다른 유형의 학습자료로 스스로 학습한 뒤 형성 평가 문항에 답변하도록 하였다. 핵심적인 과학 개념에 대한 이해를 필요로 하는 문항 두 개에 대해 수식을 활용한 설명이 제시된 학습자료를 학습한 그룹의 정답률이 유의미하게 높았다. 그러나 복수의 개념을 활용해야 하는 문항에서는 두 그룹의 정답률에 차이가 없었다. 수식의 활용은 기초 과학 지식의 습득에 도움이 되며, 아울러 복합적인 사고를 요구하는 문항의 풀이 능력 향상을 위해서는 자기 학습 외에 교사의 역할이 필요한 것으로 보인다.

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