npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Physics: Sae Mulli 2011; 61: 862-875

Published online September 30, 2011 https://doi.org/10.3938/NPSM.61.862

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

High School Students' Interpretations and Understandings of Physics Textbooks' Illustrations of Standing Waves in a Pipe

물리1 교과서의 관내 정상파 삽화에 대한 고등학생의 해석과 이해

Jeongwoo PARK, Junehee YOO*

Department of Physics Education, Seoul National University, Seoul 151-742

Correspondence to:

yoo@snu.ac.kr

Abstract

Physics textbooks' illustrations of standing waves in a pipe are not easy to understand because even a single illustration includes various representations such as the macro level, micro levels, concrete ways and abstract ways with line, arrows and coloring. The purpose of this study was to investigate high school students' interpretations and understandings of illustrations of standing waves in a pipe. The participants were 145 high school students who learned standing waves in a pipe during the physics 1 course. Their recalled knowledge about standing waves, which was stimulated by one illustration, and their interpretations of the illustration components were surveyed by using questionnaires. The responses were compared with the editor's intention for that illustration. To investigate tentatively the relations between students' interpretations and understandings of illustrations, participants were asked to explain the movements of eight individual air particles in a pipe. Wave length formulas, an example of macro and abstract representation, were recalled by 67 % of the participants. Only 6 %, 9 %, and 1 % of the participants interpreted the lines, arrows, and coloring in the illustration in accord with the editor's intent. Students showed a tendency to interpret illustrations on a macro level and in concrete ways rather than on a micro level and in abstract ways. Various models were given when students explained the movements of individual particles. At most 2 % of the participants seem to have scientific models while most of the participants uses mixed models. When students constructed their own models for explaining the movements of individual particles, they seemed to consider one or two illustration components rather than all components. Some students did not seem to consider the given illustration at all, or they constructed their own models, neglecting inconsistencies between the illustration and their own models.

Keywords: Standing wave, Pipe, Physics textbook, Illustration, High school student

관내 정상파 삽화는 선, 화살표, 명암과 같은 여러 삽화 요소를 활용하여 거시적, 미시적 수준의 구체적, 추상적 표상을 한 삽화 안에 포함하고 있어 이해가 쉽지 않다. 이에 본 연구는 관내 정상파 삽화에 사용된 각 삽화 요소에 대한 실제 학생의 이해를 조사하고자 하였다. 이를 위해 물리 I에서 관내 정상파 내용을 학습한 고등학생 145명을 대상으로 삽화에 의해 회상되는 지식과 각 삽화 요소에 관한 해석을 조사하여 편집자의 의도와 비교하였다. 또한 관 내 공기 입자의 운동 모형을 조사하여 정상파에 대한 학생들의 이해를 조사하였다. 응답자 중 67 %가 물리I 교과서의 정상파 삽화를 보고 정상파의 파장과 관련된 공식을 회상하였으며, 이는 거시적 수준의 추상적 표현에 해당한다. 삽화 요소인 선, 화살표, 채색에 관한 학생의 해석이 편집자의 의도와 일치하는 경우는 각각 총 응답자의 6 %, 9 %, 1 %에 불과하였다. 학생들은 각 삽화 요소에 대하여 미시적 수준보다는 거시적 수준으로, 추상적이기보다는 구체적 방법으로 해석을 시도하였다. 또한 관내 여러 지점에 위치한 공기 입자의 운동에 대해 학생들은 다양한 모형으로 설명하였다. 과학적 모형을 가진 학생은 총 응답자의 2 %이고, 대부분의 학생은 공기입자의 위치에 따라 다른 모형을 적용하여 설명하였다. 학생들은 공기입자의 운동 모형을 구성하는데 주어진 몇 개의 삽화 요소 중에서 한 두 개의 요소에 대한 해석을 바탕으로 모형을 구성하거나, 전혀 삽화를 참고하지 않고 자신이 가지고 있는 모형과 삽화 사이에 모순이 존재하더라도 그것을 무시하고 자신의 모형대로 설명하는 경향을 나타냈다.

Keywords: 정상파, 관, 물리교과서, 삽화, 고등학생

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