npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041


Research Paper

New Physics: Sae Mulli 2011; 61: 850-861

Published online September 30, 2011

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Ontological Analysis of the Concepts of Energy and Energy Conservation and Its Educational Implications

에너지 및 에너지 보존 개념에 대한 존재론적 분석과 교육적 시사점

Yong Wook CHEONG*, Jinwoong SONG

Department of Physics Education, Seoul National University, Seoul 151-748



Although energy and energy conservation are fundamental concepts in physics, students have serious difficulty in learning these complex concepts. This study systematically analyzed the concept of energy and its conservation to get a comprehensive view of the concepts. For that purpose, we analyzed fundamental dynamical relationships in physics with a focus on the relationship among ontological categories such as system, property, and interaction. Based on the analysis, we discuss the epistemological aspect of energy concepts. Then, we extract six core ideas inherent in energy concepts and elaborate the meaning of each idea. Further, we discuss in detail two aspect of energy conservation: energy transfer and energy transformation. Through the analysis and discussion, we show that consideration of the ontological categories and of the relationships among them is essential for a comprehensive understanding of energy. Finally, based on the results of our study, we discuss the possible educational implications for teaching energy concepts.

Keywords: Energy, Energy conservation, Ontological category, Ontological causal relation, Dynamical relationship

에너지와 에너지 보존은 물리학에서 매우 근본적인 개념이지만, 학생들이 학습 과정에서 많은 어려움을 겪는 개념이기도 하다. 본 연구는 에너지 및 에너지 보존 개념에 대한 체계적인 분석을 통하여 에너지 개념에 대한 포괄적인 조망을 얻고자 하였다. 이를 위해 물리학의 주요 동역학 관계식들을 계, 속성, 상호작용이라는 존재론적 범주사이의 관계를 중심으로 분석하였다. 이를 토대로 에너지 개념의 인식론적 특징을 논의한 후에 에너지 개념이 함의하는 여섯 개의 핵심 아이디어들을 추출하고 각각의 의미를 부연설명 하였다. 더 나아가 에너지 보존의 두 양상인 에너지 전이와 에너지 전환에 대해 상세히 분석하였다. 이러한 분석을 통해 존재론적 범주 및 이들 사이의 관계에 대한 고찰이 에너지 개념의 명료한 이해에서 매우 중요하다는 것을 밝혔다. 끝으로 에너지 개념에 대한 분석 결과를 토대로 교육적 시사점에 대해 논의하였다.

Keywords: 에너지, 에너지 보존법칙, 존재론적 범주, 존재론적 인과관계, 동역학 관계식