npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Physics: Sae Mulli 2016; 66: 560-570

Published online May 31, 2016 https://doi.org/10.3938/NPSM.66.560

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

University Students' Understanding of the Curl of the Magnetic Field in Upper-level Electromagnetism and Development of an Explanation Model

자기장과 컬에 관한 물리교육과 대학생의 이해 특성 및 설명 모형 제안

Kwanghee JO*

Department of Physics Education, Chosun University, Gwangju 61452, Korea

Correspondence to:khjo@chosun.ac.kr

Received: March 2, 2016; Revised: March 18, 2016; Accepted: March 23, 2016

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Abstract

We analyzed students’ understanding of the curl of the magnetic field and their difficulties in upper-level electromagnetism courses, and we suggest a model to explain these difficulties. The participants were 36 university students who were physics education majors. Two surveys were conducted based on the level of the contents, and reflective journals were gathered. The correctness rates were relatively high in problem solving and field line drawing at the general physics level. The students were also able to write correctly the formula of the curl and to understand the meaning of the curl on a calculus level. However, they rarely applied the concept of differentials to determining the curl of the field in magnetism. Of respondents, 56% felt the curl in magnetism, especially as related to mathematics, was difficult. The negative coefficient in the relation between the test scores and the degree of difficulties was ?0.53, which showed that students with greater difficulties tended to be lower achievers. Finally, a ‘4 blade pinwheel’ model was proposed to explain the curl of the magnetic field with a link between physics and mathematics.

Keywords: Curl, Vector derivatives, Electromagnetism, Upper-level physics education, Student difficulty

이 연구에서는 전공 전자기학을 학습하는 과정에서 자기장과 컬에 관한 이해 특성과 어려움을 대학생을 대상으로 조사하고 이를 토대로 설명 모형을 제안하였다. 연구 참여자는 남부지역 사범대학의 물리교육과 학생 36명이었다. 설문 내용의 수준에 따라 1, 2차로 나누어 지필 검사를 실시하고, 성찰 저널을 작성하도록 안내하였다. 연구 결과에 따르면 일반 물리학 수준에서 문제 풀이나 자기장 그리기, 미적분학 수준에서 컬의 공식이나 뜻 쓰기는 비교적 정답률이 높았다. 그러나 자기장의 컬 값을 구하는 전공 물리학 수준의 문항에서는 미분 개념을 적절히 활용한 응답자가 거의 없었다. 56%의 응답자는 어렵다는 반응을 보였는데, 특히 수학과 밀접한 관련이 있었다. 이해 조사 결과와 어려움 정도 사이에는 ?0.53의 부적 상관이 나타나, 어렵다고 인식하는 응답자일수록 이해 조사 점수가 낮은 경향을 보였다. 이러한 결과들을 고려하여 물리학과 수학을 연계하는 방식으로 자기장과 컬의 관계를 설명하는 ‘4엽 바람개비’ 모형을 제안하였다. 

Keywords: 컬, 벡터 미분, 전자기학, 전공 물리 교육, 학습자의 어려움