행성운동법칙에 관한 케플러의 귀추적 사고를 도입한 학습자료의 개발 및 적용

Abstract

본 연구의 목적은 행성운동 법칙에 관한 케플러의 귀추적 사고를 도입한 학습자료를 개발하고 이를 고등학교 수업에 적용하여 학생들의 귀추적 추론을 밝히고자 하는 것이다. 이를 위하여 태양의 자기장, 피겨 스케이터의 각운동량 보존, 케플러의 정다면체 이론을 포함한 제시문과 과제문항을 개발하였다. 본 연구의 대상은 과학고등학교 학생 79명과 일반계 고등학교 학생 83명이었고 과제문항에 대한 응답을 비교 분석하여 학생들의 추론 전략 유형과 특성을 논의하였다. 본 연구의 결과, 학생들은 태양의 자기장에 대한 케플러의 생각을 근거로 화성의 운동에 대하여 불완전 유비귀추, 유비귀추, 자료의 재구성 전략을 사용하여 추론하였다. 케플러 제2법칙에 대한 귀추적 추론에서는 불완전 유비귀추, 유비귀추, 모델 구성 및 조작 귀추 등이 나타났다. 이와 관련하여 피겨 스케이터 유비 자체가 학습자들에게 대안개념을 유발할 수 있으므로 실제 수업에서 좀 더 구체적인 설명이 요구됨을 알 수 있었다. 또한 케플러 제3법칙에 대해서는 특히 정다면체 개념과 기존의 알고 있는 지식을 통합하는 개념적 결합 전략을 사용하여 추론한 경우도 나타났다. 적절한 유비귀추를 보여준 과학고 학생의 비율이 일반고 학생보다 여러 과제에서 더 높게 나타난 반면 일반고 학생은 과학고 학생에 비하여 불완전 유비귀추를 더 많이 보여주었다. 본 연구는 케플러의 귀추적 사고를 모델링하여 가설을 형성하는 과정에서 발휘되는 귀추전략을 밝힘으로써 이와 관련한 수업에서 구체적인 방안을 찾는데 근거 자료가 될 것이다. The purpose of this study was to develop learning materials based on the Kepler's abductive reasoning and to identify high school students' rule-inferring strategies on the law of planetary motion. The learning materials including the concepts of solar magnetic field, conservation of figure skater's angular momentum and Kepler's polyhedral theory were developed and the questions about Kepler's 2nd and 3rd law of planetary motion were also created. The participants were 79science high school students and 83general high school students. The patterns and properties of their abductive inference were analyzed. The findings revealed that the students showed 'incomplete analogy abduction', 'analogy abduction' and 'reconstruction' to generate the hypotheses concerning the Mars' motion related to the solar magnetic field. There were more general high school students who showed the incomplete analogy abduction than science high school students. On the other hand, there were more science high school students who showed the analogy abduction and reconstruction strategy than general high school students. Also, they showed 'incomplete analogy abduction', 'analogy abduction' and 'model construction and manipulation' to generate the hypotheses concerning Kepler's second law. A number of general high school students showed the incomplete analogy. It is suggested that because the analogy of figure skater cause the students' alternative framework to use, more detailed demonstration is necessary in class. In addition, students combined Kepler's polyhedral theory with their prior knowledge to infer Kepler's third law.