대학 물리학 수업이 공과대학 학생들의 물리 이미지 및 인식에 미치는 영향

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http://dx.doi.org/10.3938/NPSM.69.637

Effect of College Physics Instruction on the Image and Perception of Physics of Engineering College Students

Youngwook Song

^∗

Department of Physics Education, Korea National University of Education, Cheongju 28173, Korea (Received 1 April 2019 : revised 16 May 2019 : accepted 17 May 2019)

The images and perceptions of the subjects that learners have influence various aspects of learning the subject. Physics is one of the important subjects that engineering students are required to learn.

However, in some cases, physics learning is difficult, depending on the gender of the students and whether or not they had beem able to study physics in high school. The purpose of this study is to analyze the effects of physics image and perception of engineering students through college physics class to find educational implications. The subjects of this study were 357 first-year students of the engineering college. The study analyzed the effects of physics image and perception before and after a college physics class according to the gender of the students and the study of physics in high school.

Physics image was analyzed by using a semantic analysis method, and the perception of physics was analyzed by using a semantic network analysis method. The result, show that college physics classes neither affect physics image changes of engineering students nor alleviate the perception that physics is ‘difficult and complex’.

PACS numbers: 01.40.Fk

Keywords: College physics class, Image, Perception, Semantic analysis, Network

대학 물리학 수업이 공과대학 학생들의 물리 이미지 및 인식에 미치는 영향

송영욱

^∗

한국교원대학교 물리교육과, 청주 28173, 대한민국

(2019년 4월 1일 받음, 2019년 5월 16일 수정본 받음, 2019년 5월 17일 게재 확정)

학습자의 교과에 대한 이미지 및 인식은 그 교과를 학습하는 데 다양한 측면에서 영향을 미친다. 물리는 공과대학 학생들이 필수로 배우는 중요한 교과목 중에 하나이다. 하지만 학생들의 성별이나 고등학교과 정에서의 물리 이수여부에 따라 물리 이미지 및 인식의 차이가 나타난다. 이 연구의 목적은 대학 물리학 수업이 공과대학 학생들의 물리 이미지 및 인식에 미치는 영향을 분석하여, 물리 학습에 대한 교육적 시사점을 논의하는 데 있다. 연구 대상은 공과대학 1학년 학생 357명으로 하였다. 분석 내용은 학생들의 성별과 고등학교과정에서의 물리 이수 여부에 따른 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리 이미지 및 인식의 변화를 분석하였다. 물리 이미지는 의미분석법을 활용하여 분석하였고, 물리에 대한 인식은 의미네트워크 분석 방법으로 분석하였다. 분석결과 대학 물리학 수업은 공과대학 학생들의 물리 이미지 변화에 별다른 영향을 미치지 않으나 물리에 대해 ‘어렵고, 복잡하다‘라는 인식을 완화하였다.

PACS numbers: 01.40.Fk

Keywords: 대학 물리학 수업, 이미지, 인식, 의미분석법, 네트워크

∗E-mail: [email protected]

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I. 서론

교과에 대한 이미지 및 인식은 학습자가 직접 그 교과를 경험했거나 또는 간접적으로 생각하여 마음에 그린 종합적 인 심상이다. 교과에 대한 이미지 및 인식은 학습자가 과거 에 겪은 경험의 결과로서 만들어지며, 비록 경험은 못했지만 경험했음직한 그럴듯한 세계를 그려내는 일을 포함한다 [1].

교과에 대한 이미지 및 인식은 그 교과의 본질에 상관없이 판단하게 되는 경우가 많다. 교과의 이미지 및 인식은 학 습에 대한 평가 기준이고, 내용에 관한 정보를 받아들일지, 아닐지를 선택하는 기준이 되므로 [2] 학습자가 교과에 대하 여 가지는 이미지 및 인식은 교수자의 수업 전략에 중요한 역할을 차지하게 된다.

여러 공과대학에서 전공교과를 배우기 전에 기초교양 필 수과목으로 수학 및 물리를 지정하여 이수하고 있다. 공과 대학에서 물리를 기초교양 필수과목으로 지정하는 이유는 공과대학에서 전공교과를 학습하는데 물리 개념이 중요하 게 사용되기 때문이다 [3]. 실제와 같거나 다르거나 또는 전 혀 관계가 없더라도 공과대학 학생들이 가지는 물리 이미지 및 인식은 대학 물리학을 학습하는데 영향을 미치게 된다.

따라서 공과대학 학생들의 물리 이미지 및 인식과 관련된 연구는 효과적인 수업 전략에 선행되어야 할 학습자에 대한 내재적 정보를 제공하여 교수자가 적절한 수업전략을 계획 하고 구사할 수 있도록 한다.

공과대학 학생들은 고등학교 때 물리를 배웠거나 배우지 않았거나 물리를 어려운 과목으로 인식한다. 공과대학에 입학한 학생들 중에서는 고등학교 때 물리Ⅰ, Ⅱ를 모두 이 수한 학생이 있는가 하면 전혀 물리를 이수하지 않은 학생들 도 있으며 [4] 고등학교 때 물리를 이수한 학생과 이수하지 않은 학생들 사이에 대학 물리학 교과의 학업성취도에 차 이가 발생하기도 한다 [5]. 고등학교 때 물리를 배우지 않은 학생은 물론 물리를 배운 학생들도 물리를 어려운 과목으로 인식한다 [6]. 공과대학 학생들이 물리를 어려워하는 이유 가 고등학교 때 물리를 배우지 않은 이유도 있겠지만 [7]

중등교육과정에서 학습된 물리 이미지일 수도 있다. 또한 학생들의 성별에 따라 여학생들이 남학생들 보다 물리를 더 어려워하는 경향이 있다 [8]. 이처럼 공과대학 학생들의 특징에 따른 물리에 대한 인식 및 이미지를 조사하는 연구는 대학 물리학 수업 개선을 위해 의미 있는 자료가 될 것이다.

이미지 연구들은 주로 그림을 통해서 연구되었지만 최근 에는 의미분석법을 통한 이미지 연구들이 진행되고 있다.

그림으로 이미지를 분석하는 방법은 여러 가지 제한점을 갖고 있다. 연구대상자가 특정 대상에 대한 생각을 그림 으로 표현하기 어려울 수도 있으며 [9] 연구자가 학생들이 그린 그림을 객관적으로 분석하는 데 한계가 있기 때문이다

[10]. 의미분석법은 연구대상자가 선택한 결과를 정량화하 고 시각화하기에 용이하기 때문에 이미지 분석에서 널리 활용되고 있다 [11]. 의미분석법은 측정된 형용사들을 평 가, 능력, 활동의 3가지 요인으로 집약하여 의미공간에 위 치시킨 후 이미지를 분석하는 것이 일반적인 방법이다 [12].

의미분석법은 개념, 교과, 교사, 가족, 신체, 용어, 디자인 등 다양한 이미지 연구에서 사용되고 있다. 이를테면 중등 예비 과학교사들의 물리에 대한 이미지 [13], 예비 생물교 사의 에너지 개념에 대한 이미지 [14], 제품 설계 과정에서 전문가와 초보 디자이너 간의 이미지 [15], 스포츠 용어에 대한 이미지 [16] 등과 같이 다양한 분야에서 의미분석법을 활용하여 이미지를 분석하였다. 효과적인 물리 학습 수행을 위해서는 물리 학습에 영향을 미치는 요인들에 대해서 분석 적으로 이해하는 노력이 중요하다 [17]. 교과에 대하여 어떤 이미지를 갖고 있는지를 아는 것이 학습에 있어서 중요한 요소임에도 불구하고 교과 이미지 및 인식에 관련된 연구는 부족한 편이다 [18].

따라서 이 연구의 목적은 대학 물리학 수업이 공과대학 학 생들의 성별과 고등학교과정에서의 물리 이수 여부에 따라 물리 이미지 및 인식에 미치는 영향을 분석하여, 공과대학 학생들의 물리 학습에 대한 교육적 시사점을 논의하는 데 있다.

II. 연구 내용 및 방법

1. 연구 대상

연구 대상은 대전광역시에 위치한 종합대학교 공학계열 1학년 대학생 375명으로 하였다. 공학계열은 단과대학별로 공과, 정보기술, 건설환경 계열로 나눈다. 공과계열은 화 학생명, 신소재공학, 기계공학 전공을 포함한다. 정보기술 계열은 전자제어, 정보통신, 컴퓨터, 전기공학을 포함한다.

건설환경 계열은 건설환경, 설비공학, 건축공학 전공을 포 함한다. Table 1은 성별, 고등학교 때 물리 이수 여부(이하 물리 이수)의 인원수를 나타낸다. 연구 대상 인원수는 공과 계열 141명, 정보기술 계열 124명, 건설환경 계열 110명 총 375명이다. 성별로는 남학생 247명(65.9%), 여학생 128명 (34.1%) 이다. 물리 이수는 물리Ⅰ이수 235명 (62.7%), 물 리Ⅰ, Ⅱ 이수 68명 (18.1%), 물리 안함 72명 (19.2%) 이다.

1학기 때 대학 물리학 수업이 필수인 전공을 연구 대상으로 하였다. 먼저 1학기 때 대학 물리학 수업을 이수하는 단 과대학별 전공을 선정하고, 선정한 전공 중에서 학생 수가 많은 전공인 경우에는 2반을 나머지는 1반을 군집표집 하여 연구 대상을 선정하였다.

(3)

Table 1. Number and percentage of research subjects.

College N Sum Gender(%) Physics course completion(%)

Male Female Physics Ⅰ Physics Ⅰ,Ⅱ Non- Physics

Engineering 141

Information Technology 124 375 247 (65.9) 128 (34.1) 235 (62.7) 68 (18.1) 72 (19.2) Construction & Environment 110

2. 물리 이미지 검사 도구

의미분석법에 의해서 개발한 물리 이미지 측정도구 [11]를 활용하여 대학 물리학 수업이 공과대학 학생들의 물리 이 미지에 미치는 영향을 조사하였다. 의미 분석법은 상반된 형용사 쌍을 양쪽에 위치하고 1점부터 7점까지 하나를 선 택하도록 한다. 물리 이미지 측정 도구는 범위, 관심, 평가, 느낌, 관점의 5가지 요소를 포함하고 있으며 총 25 문항 이다. ‘범위’는 크기와 경계의 정도를 나타내며, ‘관심’은 마음이 끌려 주의를 기울이는 정도를 의미한다. ‘평가’는 사물의 가치나 수준에 대한 판단의 정도를 말하며, ‘느낌’

은 느껴지는 감각의 정도를 의미한다. 물리 이미지 측정 도구의 각 문항의 신뢰도는 0.740이상이고, 전체 신뢰도는 0.758이다 [11].

3. 분석 방법

대학 물리학 수업이 공과대학 학생들의 물리 이미지 및 인식에 미치는 영향을 조사하기 위하여 대학물리학 한 학기 수업 전과 수업 후에 물리 이미지와 인식의 변화를 분석 하였다. 구체적으로 공과대학 학생들의 성별에 따른 변화 차이와 고등학교 과정에서의 물리 이수 여부에 따른 변화 차이를 조사하였다. 사전 조사는 학기 초 대학 물리학 수 업을 시작하는 첫 수업 시간에 조사하였으며, 사후 조사는 학기말 대학 물리학 수업이 끝나는 마지막 실험 시간에 사전 조사와 동일한 설문지를 사용하여 조사하였다. 설문지 작성 시간은 30분 정도 소요됐다.

물리 이미지 분석은 공과대학교 학생들을 성별과 고등학 교 때 물리 이수 여부로 구분하여 수업 전과 수업 후의 물리 이미지 점수를 t-test 하였다. 대학 물리학 수업 전과 후의 물리 이미지를 전체, 요소별, 항목별로 구분하여 분석하였 다. 항목별로는 통계적으로 유의미한 차이가 있는 항목을 표로 나타내고 항목 전체를 시각화하여 나타냈다.

물리 인식 분석은 수업 전과 수업 후에 ‘물리’ 하면 떠오 르는 자유연상 단어를 설문지에 5개 이상 작성하도록 하였 다. 공과대학 학생들을 성별과 물리 이수 여부로 구분하여

자유연상 단어를 의미네트워크로 분석하였다. 자유연상기 법은 학습자의 머릿속에 잠재되어 있는 특정 대상에 대한 기억이나 개념을 알아보는 데 사용한다 [19]. 의미네트워크 분석은 먼저, 활성화 단어에 대한 정제화 과정을 거친 후 의미네트워크 분석 프로그램을 활용하여 분석한다. 구체적 인 특징을 알아보기 위해서 자유연상 단어의 빈도가 높은 상위 10개 단어를 추출하여 분석하였다. 상위 10개 자유연 상 단어의 빈도 (frequence), 강도 (weight), 중심도 (degree centrality), 중심화 지표 (degree centralization index) 를 중심으로 분석하였다. 빈도는 활성화된 단어의 빈도이고, 강도는 활성화된 단어 빈도를 인원수로 나눈 값이다, 중심 도 (a) 는 노드들이 서로에게 인접 (adjacent) 한 정도를 계 산한 값이고, 중심화 지표 (b) 는 특정 노드에 얼마나 집중 (centralized) 되어 있는지를 알아보는 지표이다 [20]. 자 유연상 단어 네트워크 중심도의 특징을 알아보기 위해서

‘spring 2D’를 통해 시각화하여 분석하였다.

(a) Degree Centralization

=

∑(weight of cidentlinks) nodes− 1 (b) Degree Centralization Index

=

∑(max centrality− node’s centrality) nodes− 2

III. 결과 및 논의

1. 대학 물리학 수업이 공과대학 학생들의 물리 이미 지에 미치는 영향

공과대학 학생들을 성별과 고등학교과정에서의 물리 이 수 여부 (이하 물리 이수) 로 나누어 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리 이미지를 조사하였다. 공과대학 학생 전 체의 대학 물리학 수업 전의 물리 이미지 점수는 4.16이고 수업 후는 4.20이다. 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리 이미지는 통계적으로 유의미한 차이는 없었다(Table 2). 물 리 이미지를 요소별로 보면 범위는 5.37에서 5.37로 같고, 관심은 4.25에서 4.29로, 관점은 4.20에서 4.23으로 조금

(4)

Table 2. Physics image before and after college physics class.

Element Pre Post

Mean SD Mean SD t

Range 5.37 0.892 5.37 0.966 −0.008 Interest 4.25 1.064 4.29 1.109 −0.415 Feeling 2.78 0.894 2.96 0.996 −2.412*

Evaluation 4.24 0.867 4.18 0.962 0.958 Viewpoint 4.20 0.841 4.23 0.871 −0.488

Total 4.16 0.536 4.20 0.571 −0.903

*p < 0.05

Table 3. Physics image before and after college physics class according to gender.

Pre Post

Mean SD Mean SD t

Range Male 5.35 0.881 5.38 0.995 −0.308 Female 5.40 0.915 5.35 0.910 0.426 Interest Male 4.24 1.094 4.32 1.133 −0.770

Female 4.28 1.008 4.23 1.063 0.392 Feeling Male 2.86 0.917 2.98 1.020 −1.406

Female 2.65 0.835 2.91 0.951 −2.212*

Evaluation Male 4.28 0.865 4.24 0.974 0.478 Female 4.16 0.869 4.05 0.928 1.034 Viewpoint Male 4.17 0.883 4.25 0.881 −0.971

Female 4.24 0.754 4.18 0.855 0.606 Total Male 4.18 0.533 4.23 0.586 −1.075

Female 4.14 0.544 4.15 0.538 −0.020

*p < 0.05

높아졌고, 평가는 4.24에서 4.18로 조금 낮아졌다. 느낌은 2.78에서 2.96으로 통계적으로 유의미하게 높게 나타났다.

대학 물리학 수업이 물리 이미지의 느낌 요소에 영향을 미 치는 것을 알 수 있다.

성별에 따른 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리 이미 지는 통계적으로 유의미한 차이는 없었다 (Table 3). 남학 생의 물리 이미지 점수는 4.18에서 4.23으로, 여학생의 물리 이미지 점수는 4.14에서 4.15로 조금 변화하였다. 남학생의 물리 이미지 요소별 점수를 보면 범위는 5.35에서 5.38로, 관심은 4.24에서 4.32로, 느낌은 2.86에서 2.98로, 관점은 4.17에서 4.25로 조금 높아졌고, 평가는 4.28에서 4.24로 조금 낮아졌다. 남학생은 통계적으로 유의미한 차이는 없 지만 평가 요소가 조금 낮아진 반면 나머지 요소는 증가를 보였다. 여학생의 물리 이미지 요소별 점수를 보면 범위는 5.40에서 5.35로, 관심은 4.28에서 4.23으로, 평가는 4.16에 서 4.05로, 관점은 4.24에서 4.18로 조금 낮아졌고, 느낌은 2.65에서 2.91로 통계적으로 유의미하게 높아졌다. 남학생

Table 4. Physics image before and after college physics class according to physics course completion.

Pre Post

Mean SD Mean SD t

Group A 5.43 0.878 5.36 0.972 0.934 Range Group B 5.19 0.845 5.37 1.020 −1.084

Group C 5.33 0.966 5.40 0.902 −0.541 Group A 4.25 1.071 4.26 1.111 −0.137 Interest Group B 4.09 0.971 4.12 1.054 −0.194 Group C 4.44 1.112 4.53 1.127 −0.499 Group A 2.73 0.876 2.93 1.017 −2.023*

Feeling Group B 2.82 0.830 2.95 0.937 −0.795 Group C 2.91 1.003 3.07 0.988 −1.049 Group A 4.23 0.921 4.16 0.967 0.880 Evaluation Group B 4.19 0.775 4.04 0.929 1.120 Group C 4.31 0.767 4.37 0.957 −0.475 Group A 4.19 0.814 4.19 0.880 0.023 Viewpoint Group B 4.16 0.962 4.44 0.883 −1.837

Group C 4.24 0.811 4.14 0.811 0.822 Group A 4.17 0.555 4.18 0.582 −0.208 Total Group B 4.09 0.476 4.18 0.535 −1.132 Group C 4.24 0.521 4.30 0.563 −0.705

*p < 0.05

들은 평가 요소만 낮아진 반면에 여학생들은 느낌 요소만 증가했고 나머지 범위, 관심, 평가, 관점 요소는 낮아졌다.

이는 대학 물리학 수업이 여학생들에게 물리에 대한 관심과 평가에 부정적 이미지를 갖게 하는 요인이 될 수도 있다 [21]는 것을 암시한다.

물리 이수 여부에 따른 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리 이미지는 통계적으로 유의미한 차이가 없었다 (Ta- ble 4). 물리Ⅰ이수 (이하 그룹 A) 의 물리 이미지 점수는 4.17에서 4.18로, 물리Ⅰ,Ⅱ 이수(이하 그룹 B)는 4.09에서 4.18로, 물리 안함 (이하 그룹 C) 은 4.24에서 4.30으로 증 가했다. 그룹 B에서 물리 이미지 점수가 상대적으로 높게 증가했지만 통계적으로 유의미한 차이는 없었다. 그룹 A의 물리 이미지 요소별 점수를 보면 관점은 4.19에서 4.19로 같고, 범위는 5.43에서 5.36으로, 평가는 4.23에서 4.16으로 낮아졌고, 관심은 4.25에서 4.26으로 높아졌다. 단, 느낌요 소가 2.73에서 2.93으로 통계적으로 유의미하게 높아졌다.

그룹 B의 물리 이미지 요소별 점수를 보면 범위는 5.19에서 5.37로, 관심은 4.09에서 4.12로, 느낌은 2.82에서 2.95로, 관점은 4.16에서 4.44로 높아졌고, 평가는 4.19에서 4.04 로 낮아졌다. 그룹 C의 물리 이미지 요소별 점수를 보면 범위는 5.33에서 5.40으로, 관심은 4.44에서 4.53로, 느낌은 2.91에서 3.07로, 평가는 4.31에서 4.37로 높아졌고, 관점은 4.24에서 4.14로 낮아졌다. 대학 물리학 수업이 고등학교

(5)

Table 5. Meaningful items of physics image before and after college physics class.

Factor Item Pre Post

Mean SD Mean SD t

Male difficult - easy 1.89 1.316 2.18 1.466 −2.325*

intuitive - logical 4.38 2.086 4.80 1.992 −2.358*

cold - hot 2.91 1.177 3.30 1.560 −2.258*

Gender fearful - familiar 2.48 1.286 2.80 1.346 −2.091*

Female crude - delicate 5.07 1.708 4.58 1.773 2.352*

complex -simple 2.11 1.021 2.54 1.521 −2.545*

inaccurate - correct 5.67 1.317 5.25 1.346 2.887*

abstract - concrete 5.25 1.490 4.73 1.514 2.867*

difficult -easy 1.82 1.224 2.17 1.465 −2.735*

Group A crude - delicate 5.28 1.770 4.92 1.796 2.153*

Physics abstract - concrete 5.21 1.621 4.92 1.651 2.066*

course empty - meaningful 4.62 1.516 4.06 1.811 2.126*

completion

Group B fearful - familiar 2.65 1.412 3.10 1.457 −2.043*

crude - delicate 5.43 1.558 4.78 2.028 2.363*

intuitive - logical 4.04 2.069 5.07 1.773 −3.336*

Group C ideal - realistic 4.99 1.666 4.31 1.933 2.275*

difficult - easy 1.90 1.289 2.19 1.460 −2.926*

fearful - familiar 2.76 1.466 3.01 1.490 −2.286*

Total crude - delicate 5.26 1.737 4.91 1.842 2.762*

complex - simple 2.16 1.228 2.37 1.439 −2.035*

*p < 0.05

때 물리Ⅰ을 이수한 학생들의 느낌요소 빼고는 물리 이수에 따른 물리 이미지에 영향을 미치지 않았다.

항목별로 통계적으로 유의미한 차이가 있는 항목은 Ta- ble 5에 제시하였다. 전체적으로 ‘어렵다-쉽다’, ‘두렵다- 친근하다’, ‘복잡하다-간단하다’ 항목에서 통계적으로 유의 미하게 증가했다. ‘조잡하다-정교하다’, ‘부정확하다-정확 하다’ 항목에서 통계적으로 유의미하게 감소했다. 성별에 따른 항목별 특징을 보면 남학생들은 ‘어렵다-쉽다’, ‘직관적 이다-논리적이다’ 항목에서 통계적으로 유의미하게 증가했 다. 여학생들은 ‘차다-뜨겁다’, ‘두렵다-친근하다’, ‘복잡하 다-간단하다’ 항목에서 통계적으로 유의미하게 증가했으나

‘조잡하다-정교하다’, ‘부정확하다-정확하다’, ‘추상적이다- 구체적이다’ 항목에서는 통계적으로 유의미하게 감소했다.

대학 물리학 수업은 남학생들에게 ‘어렵다-쉽다’ 항목에 긍 정적 변화를 가져왔다. 그러나 여학생들에게는 ‘두렵다-친 근하다’ 항목에서 긍정적 변화를 주기도 했지만 조잡하고, 부정확하며 추상적이라는 부정적 이미지를 강화시키기도 하였다.

물리 이수 여부에 따른 항목별 특징을 보면 그룹 A는

‘어렵다-쉽다’ 항목에서 통계적으로 유의미하게 증가했고,

‘조잡하다-친근하다’, ‘부정확하다-정확하다’, ‘추상적이다- 구체적이다’ 항목에서는 통계적으로 유의미하게 감소했다.

그룹 B는 ‘두렵다-친근하다’, ‘직관적이다-논리적이다’ 항 목에서 유의미하게 증가했고 ‘공허하다-알차다’, ‘조잡하 다-정교하다’ 항목에서 유의미하게 감소했다. 그룹 C는

‘이상적이다-현실적이다’ 항목에서 통계적으로 유의미하게 감소했다. 대학 물리학 수업은 그룹 A에게 ‘쉽다’, 그룹 B 에게 ‘친근하다’ 이미지를 갖게 한 반면 그룹 C는 현실보다 이상적 이미지를 더 갖게 하였다.

Fig. 1은 성별에 따른 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리 이미지의 항목별 변화를 나타낸 것이다. Fig. 1에서

◆는 수업 전의 물리 이미지 측정값이고, ■는 수업 후의 물리 이미지 측정값이다. Fig. 1 안에 있는 표시는 통 계적으로 유의미한 차이가 있는 항목이다. Fig. 1에서 볼 수 있듯이 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리 이미지는 성별에 상관없이 유사한 경향을 나타낸다. 범위 요소에서 높았다가 관심, 느낌 요소에서 감소하는 경향이 있다. 여학 생이 남학생보다 대학 물리학 수업 전과 수업 후에 통계적 으로 유의미한 차이가 많은 것을 볼 수 있다. Fig. 2는 물리 이수 여부에 따른 수업 전과 수업 후의 물리 이미지 항목별

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Fig. 1. (Color online) Items of physics image before and after class according to gender. a) Male b) Female c) Total.

Fig. 2. (Color online) Items of physics image before and after class according to physics course completion. a) Group A b) Group B c) Group C.

변화를 나타낸 것이다. 성별과 마찬가지로 물리 이수 여부 에 상관없이 물리 이미지가 유사한 경향을 Fig. 2에서 볼 수 있다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 그룹 C가 대학 물리학 수업 전과 수업 후에 통계적으로 유의미한 차이가 있는 항목이 적게 나타났다. 이는 대학 물리학 수업이 고등학교 때 물리 를 배운 학생들 보다 배우지 않은 학생들의 물리 이미지에 항목별로 미치는 영향이 적은 것을 알 수 있다.

2. 대학 물리학 수업이 공과대학 학생들의 물리 인식 에 미치는 영향

Fig. 3. (Color online) Network of perception on physics before and after college physics class. a) Pre-Degree Cen- tralization Index: 0.6136 b) Post-Degree Centralization Index: 0.5376.

대학 물리학 수업이 공과대학 학생들의 물리 인식에 미 치는 영향을 의미네트워크 분석을 통해서 조사했다. 대학 물리학 수업 전과 수업 후에 물리하면 떠오르는 연상 단어 를 조사하고 성별에 따른 변화 차이와 고등학교과정에서의 물리 이수 여부 (이하 물리 이수) 에 따른 변화 차이를 의미 네트워크 방법으로 분석하였다. Fig. 3은 대학 물리학 수 업 전과 수업 후에 물리하면 떠오르는 연상 단어를 노드로 하고 동시에 출현한 연상 단어의 동시 출현 빈도를 1-mode 하고 의미네트워크 분석을 하여 sprig 2D로 시각화했다. 대 학 물리학 수업 전과 수업 후의 네트워크에서 ■는 부정적 인식의 단어, ●은 긍정적 인식의 단어, ▲는 그 외의 단어 (이하 중립) 를 나타내는 노드이다. 네트워크에서 노드의 크기는 연상 단어의 출현빈도를 나타내며, 단어들과 인접한 중심도가 높은 연상 단어일수록 네트워크 중심에 위치한다.

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Table 6. Top 10 words of perception on physics before and after college physics class.

No. Pre Post

Words Frequency Weight Centrality Words Frequency Weight Centrality

1 difficult 272 0.725 0.6582 difficult 236 0.629 0.5508

2 complex 237 0.632 0.6173 complex 202 0.539 0.5829

3 wonderful 70 0.187 0.3776 attractive 62 0.165 0.3209

4 attractive 64 0.171 0.3061 wonderful 48 0.128 0.2406

5 dislike 49 0.131 0.2143 hard 43 0.115 0.2567

6 hard 45 0.120 0.2296 theoretical 39 0.104 0.2193

7 troubled 40 0.107 0.2194 correct 38 0.101 0.2513

8 funny 37 0.099 0.2194 wide 38 0.101 0.2032

9 correct 36 0.096 0.1888 troubled 32 0.085 0.2086

10 boring 32 0.085 0.1837 dislike 32 0.085 0.2032

Table 7. Network of perception on physics before and after class according to gender.

Male

Pre Post

Female

Degree Centralization Index: 0.5787 Degree Centralization Index: 0.5491

Fig. 3에서 볼 수 있듯이 대학 물리학 수업 전에는 ■ 노드가 크게 중앙에 위치하고 있으며, 수업 후에는 ■ 노

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Table 8. Top 10 words of perception on physics before and after class according to gender.

No. Pre Post

2 complex 155 0.628 0.6205 complex 133 0.538 0.6000

3 attractive 45 0.182 0.3012 attractive 48 0.194 0.2839

4 wonderful 44 0.178 0.3434 hard 31 0.126 0.2581

Male 5 dislike 33 0.134 0.2048 wonderful 30 0.121 0.2387

6 funny 29 0.117 0.2349 theoretical 29 0.117 0.2452

7 hard 28 0.113 0.2289 correct 28 0.113 0.2645

8 troubled 25 0.101 0.2048 wide 24 0.097 0.1806

9 boring 24 0.097 0.2048 funny 23 0.093 0.1548

10 correct 24 0.097 0.1928 clear 23 0.093 0.2065

2 complex 82 0.641 0.6667 complex 69 0.539 0.5955

3 wonderful 26 0.203 0.4138 wonderful 18 0.141 0.2584

Female 5 hard 17 0.133 0.2529 wide 14 0.109 0.2584

6 dislike 16 0.125 0.1494 deep 14 0.109 0.2472

7 troubled 15 0.117 0.2184 troubled 12 0.094 0.2247

8 fearful 13 0.102 0.2644 hard 12 0.094 0.2247

9 correct 12 0.094 0.2299 dislike 11 0.086 0.1685

10 logical 12 0.094 0.2069 correct 10 0.078 0.2135

드의 크기는 비슷하지만 중앙에서 조금 퍼져있다. ▲ 노드 는 수업 전보다 증가한 것을 알 수 있다. Table 6은 대학 물리학 수업 전과 수업 후에 물리 연상 단어의 출현빈도가 높은 상위 10개 단어의 빈도, 강도, 중심도를 나타낸 것이다.

Table 6을 보면 대학 물리학 수업 전후와 상관없이 물리하 면 연상되는 가장 빈도가 높은 단어는 ‘어렵다’, ‘복잡하다’

이다. 중심화 지표는 대학 물리학 수업 전 0.6136에서 수업 후 0.5376으로 낮아졌다. 중심화 지표는 특정 노드에 얼 마나 집중되어 있는가를 나타내는 지표이다. 중심화 지표 값이 낮아졌다는 것은 수업 전에 집중되었던 노드가 수업 후에는 완화되었다는 의미이다. Table 6에서 볼 수 있듯이 대학 물리학 수업 전 특정 노드는 ‘어렵다’, ‘복잡하다’이다.

대학 물리학 수업 후 수업 전에 집중되는 부정적 인식이 대학 물리학 수업을 통해서 조금 완화되긴 하였으나 물리는 여전히 ‘어렵고, 복잡하다’라는 부정적 인식을 갖고 있음을 알 수 있다. 대학 물리학 수업이 학생들에게 물리에 대한 부정적 태도를 갖게 한다는 연구결과가 있다 [22]. 기존의 연구와 같이 대학 물리학 수업 후에도 물리에 대한 부정적 인식은 여전히 높았다. 이는 물리에 대한 부정적 인식은 대학 물리학 수업을 통해서 생길 수도 있지만 대학 물리학 수업 전부터 갖고 있는 인식으로 볼 수도 있다.

Table 7은 성별에 따른 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리하면 떠오르는 연상 단어를 네트워크로 나타낸 것이다.

남학생들의 연상 단어의 네트워크 특징을 보면 대학 물리학 수업 후에 중립 노드가 증가하고, 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 중심화 지표 값이 0.5787에서 0.5491로 감소한 것을 볼 수 있다. 여학생들의 연상 단어 네트워크 특징을 보면 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 중심화 지표 값이 0.6351에서 0.5750으로 남학생들 보다 중심화 지표 값이 더 감소하였다. 대학 물리학 수업 전에는 여학생들이 남 학생들 보다 특정 노드에 더 집중되어 있다가 대학 물리학 수업 후에는 남학생들 보다 더 많이 완화되었다. 이는 여학 생들이 남학생들 보다 물리에 대해 더 ‘어렵고, 복잡하다’

라는 인식을 하지만 수업 후에는 남학생들 보다 더 ‘어렵고, 복잡하다’라는 인식이 더 많이 완화되었음을 알 수 있다.

성별에 따른 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 출현 빈도 가 높은 상위 10개 단어의 특징을 보면 남학생들의 부정적 인식 단어가 여학생들 보다 더 많이 줄어드는 것을 볼 수 있다(Table 8). 이를테면 남학생들은 수업 전에는 ‘어렵다’,

‘복잡하다’, ‘싫다’, ‘딱딱하다’, ‘힘들다’, ‘지루하다’ 단어에 서 ‘어렵다’, ‘복잡하다’, ‘딱딱하다’ 단어만 나타났다. 여 학생들은 ‘어렵다’, ‘복잡하다’, ‘힘들다’, ‘딱딱하다’, ‘싫다’

단어 등이 나타났다.

Table 9는 고등학교과정에서의 물리 이수 여부 (이하 물 리 이수)에 따른 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리하면 떠오르는 연상 단어를 네트워크로 나타낸 것이다. 연상 단

(9)

Table 9. Network of perception on physics before and after class according to physics course completion.

Group A

Pre Post

Group B

Group C

어 노드들의 네트워크 특징을 보면 물리Ⅰ 이수(그룹 A)와 물리 안함 (그룹 C) 은 중심화 지표 값이 수업 전에 0.6119

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Table 10. Top 10 words of perception on physics before and after class according to physics course completion.

Pre Post

2 complex 149 0.634 0.6284 complex 127 0.540 0.5931

3 wonderful 47 0.200 0.3716 attractive 38 0.162 0.3172

4 attractive 39 0.166 0.3514 wonderful 33 0.140 0.2414

Group A 5 hard 34 0.145 0.2635 theoretical 25 0.106 0.2483

6 dislike 32 0.136 0.1959 hard 25 0.106 0.2414

7 troubled 24 0.102 0.2027 troubled 24 0.102 0.2207

8 boring 24 0.102 0.2095 dislike 23 0.098 0.1931

9 correct 22 0.094 0.1959 wide 22 0.094 0.2069

10 fearful 20 0.085 0.1689 correct 18 0.077 0.2138

2 complex 42 0.618 0.6486 complex 41 0.603 0.6970

4 troubled 9 0.132 0.1892 correct 9 0.132 0.2727

Group B 5 wonderful 9 0.132 0.2838 theoretical 8 0.118 0.2576

6 correct 7 0.103 0.2297 concrete 8 0.118 0.2576

7 funny 7 0.103 0.2162 hard 7 0.103 0.2121

8 dislike 7 0.103 0.1757 deep 7 0.103 0.1970

9 boring 5 0.074 0.1622 strange 6 0.088 0.1818

10 clear 5 0.074 0.1486 clear 6 0.088 0.1970

2 complex 46 0.639 0.6974 complex 34 0.472 0.5694

4 wonderful 14 0.194 0.3158 correct 11 0.153 0.3333

Group C 5 funny 12 0.167 0.1842 hard 11 0.153 0.2917

6 dislike 10 0.139 0.2763 funny 10 0.139 0.1806

7 troubled 7 0.097 0.1711 wonderful 10 0.139 0.3056

8 correct 7 0.097 0.1974 wide 10 0.139 0.2778

9 hard 7 0.097 0.2105 theoretical 9 0.125 0.2361

10 concrete 7 0.097 0.2237 clear 7 0.097 0.2222

와 0.6287에서 수업 후에 0.5475와 0.4743으로 낮아졌다.

반면에 물리Ⅰ,Ⅱ이수(그룹 B)는 중심화 지표 값이 0.5877 에서 0.6142로 높아졌다. 그룹 B가 그룹 A, C보다 수업 후 특정 단어에 더 집중하는 경향을 보였다. 특히 그룹 C 는 중심화 지표 값이 상대적으로 가장 많이 낮아졌다. 즉, 그룹 C는 수업 전에 특정 단어에 상대적으로 높게 집중되어 있지만 수업 후에는 그룹 A, B보다 특정 단어에서 더 많이 완화되었음을 보여준다.

Table 10은 물리 이수에 따른 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 출현 빈도가 높은 상위 10개 단어의 빈도, 강도, 중심 도를 나타낸 것이다. 물리 이수에 따른 특징을 보면 수업 전 그룹 A에서 부정적 인식 단어가 가장 많은 것으로 나 타났다. 이를테면 ‘어렵다’, ‘’복잡하다, ‘딱딱하다’, ‘싫다’,

‘힘들다’, ‘지루하다’, ‘두렵다’ 단어 등이다. 수업 후 그룹 B

에서 ‘어렵다’, ‘복잡하다’ 단어의 중심도가 더 증가한 반면 그룹 C는 ‘어렵다’, ‘복잡하다’ 단어의 중심도가 낮아졌다.

대학 물리학 수업을 통해서 고등학교과정에서 물리 Ⅰ,Ⅱ를 이수한 학생들이 ‘어렵고, 복잡하다’라는 물리 인식이 증가 했다.

IV. 결론 및 제언

공과대학 학생들에게 물리는 전공을 학습하는 데 있어서 중요한 기초과목 중에 하나이다. 하지만 학생들은 물리를 어려운 과목으로 인식하고 있다. 공과대학 학생들이 생각하 는 물리 이미지 및 인식은 대학 물리를 학습하는 데 중요한 영향을 미칠 것이다. 따라서 이 연구에서는 대학 물리학

(11)

수업이 공과대학 학생들의 물리 이미지 및 인식에 미치는 영향을 조사하여 대학 물리 학습에 대한 교육적 시사점을 논의하는 데 있다. 연구 결과를 통해서 얻은 결론과 물리 학습에 대한 교육적 시사점은 다음과 같다.

첫째, 대학 물리학 수업은 공과대학 학생들의 물리 이미 지 변화에 영향을 미치지 않는다. 이는 중등 교육과정에 서 형성된 물리 이미지가 대학 물리학 수업 후에도 그대로 유지된다고 볼 수 있다. 연구결과를 보면 물리 이미지의

‘느낌’ 요소나 일부 항목에서 통계적으로 유의미한 차이는 있었다. 하지만 전체적으로 대학 물리학 수업 전과 수업 후의 물리 이미지 점수에 대한 통계적인 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 공과대학 학생들의 성별이나 고등학교과 정에서의 물리 이수 여부와도 상관없는 것으로 나타났다.

공과대학 학생들이 자신의 전공을 공부하거나, 대학을 졸 업 한 후 물리 이미지는 대학 물리학 수업에서 생긴 물리 이미지라기보다 중등 교육과정에서 형성된 물리 이미지일 가능성이 높다. 중등교육과정에서의 물리 학습이 공과대학 학생들의 대학 물리학 수업에 영향을 미치기 때문에 [23]

중등 교육과정에서 물리에 대한 좋은 이미지를 갖게 하는 노력이 필요하다. 교과에 대한 이미지는 그 교과를 학습하 거나, 가치를 판단하는 데 중요한 역할을 한다 [2]. 중등교 육과정에서 인지적 영역의 물리 개념과 문제해결 능력을 배양하는 것도 중요하지만 학습자들의 정의적 영역에 대한 긍정적 물리 이미지를 갖게 하는 것도 물리 학습에 중요한 요인이 된다.

둘째, 대학 물리학 수업은 공과대학 학생들이 물리에 대해 가지는 ‘어렵고, 복잡하다‘라는 인식을 완화한다. 공과대학 학생들은 대학 물리학 수업 후에도 물리에 대해 ’ 어렵고, 복잡하다’ 라는 인식을 여전히 가지고 있지만, 대학 물리학 수업 전보다 ’ 어렵고, 복잡하다’ 라는 인식이 완화되었다.

연구결과를 보면 특정 단어에 얼마나 집중되어 있는가를 나타내는 중심화 지표 값이 대학 물리학 수업 전보다 수업 후에 낮아졌다. 이는 대학 물리학 수업이 ’ 어렵고, 복잡하 다’ 라는 물리 인식을 완화한 것으로 볼 수 있다. 학생들의 성별에는 별다른 변화 차이를 볼 수 없었으나 고등학교과정 에서의 물리 이수 여부에 따라 ’어렵고, 복잡하다’라는 인식 의 차이에 변화를 볼 수 있었다. 고등학교 때 물리를 배우지 않았던 학생들은 대학 물리학 수업 전에 중심화 지표 값이 상대적으로 높았지만 수업 후에는 중심화 지표 값이 가장 많이 낮아졌다. 반면에 고등학교 물리Ⅰ, Ⅱ를 배운 학생들 은 대학 물리학 수업 전에 중심화 지표 값이 낮았지만 대학 물리학 수업 후에는 중심화 지표 값이 높아졌다. 고등학교 때 물리 이수 여부에 따라 대학 물리학 수업이 공과대학교 학생들의 물리 인식에 영향을 미쳤다. 이는 대학 물리학

수업에서 학업성취도가 높은 학생들이 대학 물리학 수업 후에 물리를 더 ‘어렵고, 복잡하다’라고 인식함을 시사한다.

이 연구에서는 대학 물리학 수업이 공과대학 학생들의 물리 이미지 및 인식에 미치는 영향을 분석하였다. 더 나 아가 구체적으로 대학 물리학을 가르치는 교수자의 수업 전략에 따른 물리 이미지 및 인식의 변화를 조사하는 것도 필요하다고 생각된다. 이는 교수자의 수업 전략에 따른 공 과대학 학생들의 물리 이미지 및 인식의 변화가 대학 물리 학습에 교육적 시사점을 줄 수 있기 때문이다. 공과대학 학생들은 대학 물리학 수업 후에도 물리는 ‘어렵고, 복잡하 다’는 인식을 여전히 갖고 있다. 이 연구에서는 물리하면 떠오르는 연상 단어를 설문지에 적도록 했기 때문에 무엇이 어렵고 복잡하다는 구체적인 내용을 분석할 수는 없었다.

공과대학 학생들이 생각하는 ‘어렵고, 복잡하다’는 인식에 대한 구체적인 이유를 알아보는 연구도 차후에 진행되어야 할 것이다.

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