[논문 리뷰] Computer Models Design for Teaching and Learning using Easy Java Simulation

Loo Kang Wee, Ai Phing Lim외 12명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 12.

Experimental Learning in Engineering참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 싱가포르 고등학교의 고급 수준 물리 교육을 위해 Easy Java Simulation (EJSS)를 사용하여 맞춤형 컴퓨터 모델을 설계하고 구현하는 교사 주도의 이니셔티브를 제시한다. 기존의 오픈 소스 물리 모델을 재편집하여 탐구 기반 학습 환경을 조성하였으며, 시뮬레이션과 실제 실험을 통합함으로써 물리 수업에서 학생의 참여도와 개념 이해도를 크게 향상시켰다.

ABSTRACT

We are teachers who have benefited from the Open Source Physics (Brown, 2012; Christian, 2010; Esquembre, 2012) community's work and we would like to share some of the computer models and lesson packages that we have designed and implemented in five schools grade 11 to 12 classes. In a ground-up teacher-leadership (MOE, 2010) approach, we came together to learn, advancing the professionalism (MOE, 2009) of physics educators and improve students' learning experiences through suitable blend (Jaakkola, 2012) of real equipment and computer models where appropriate . We will share computer models that we have remixed from existing library of computer models into suitable learning environments for inquiry of physics customized (Wee & Mak, 2009) for the Advanced Level Physics syllabus (SEAB, 2010, 2012). We hope other teachers would find these computer models useful and remix them to suit their own context, design better learning activities and share them to benefit all humankind, becoming citizens for the world. This is an eduLab (MOE, 2012b; Wee, 2010) project funded by the National Research Fund (NRF) Singapore and Ministry of Education (MOE) Singapore.

연구 동기 및 목표

• 싱가포르 학교의 고급 수준 물리 교육 과정에 맞는 맞춤형 컴퓨터 모델을 개발하기 위해.
• 컴퓨터 시뮬레이션과 실습 실험을 융합하여 학생들의 학습을 향상시키기 위해.
• 교육 시뮬레이션의 공동 설계를 통해 교사 리더십과 전문적 성장을 촉진하기 위해.
• 교사들이 모델을 재편집하고 공유할 수 있도록 함으로써 오픈 교육 자원을 확산하기 위해.
• 교육 과정 기준과 일치하는 상호작용적이고 시각화 기반의 시뮬레이션을 통해 탐구 기반 학습을 지원하기 위해.

제안 방법

• 인터랙티브 물리 시뮬레이션을 생성하고 수정하기 위해 Easy Java Simulation (EJSS) 프레임워크를 활용하였다.
• 고급 수준 물리 교육 과정의 특정 내용과 인지적 요구 사항에 맞추어 기존의 오픈 소스 물리 모델을 재편집하였다.
• 탐구 기반 학습을 지원하기 위해 시뮬레이션과 실제 실험 기구를 통합한 학습 활동을 설계하였다.
• 사용성과 교육적 효과를 테스트하기 위해 11–12학년 물리 수업에서 다섯 곳의 중학교에 모델을 구현하였다.
• 공동 개발을 위한 협업 기반의 교사 주도 방식( eduLab 프로젝트)을 활용하여 모델과 보조 워크시트를 함께 개발하였다.
• 모든 모델과 수업 패ckages를 오픈 소스 물리 커뮤니티를 통해 공개하여 재사용과 변형을 장려하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EJSS로 제작한 컴퓨터 시뮬레이션은 고급 수준 물리 교육에서 개념 이해도를 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 실제 실험과 컴퓨터 시뮬레이션을 융합함으로써 학생의 참여도와 학습 성과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 교사들이 고등학교 물리 수업에서 효과적으로 시뮬레이션 기반 학습 환경을 공동 설계하고 구현할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 교사 리더십은 교육 시뮬레이션의 성공적인 개발 및 통합에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 오픈 소스이자 재편집 가능한 모델은 물리 교육의 체계적이고 지속 가능한 향상에 얼마나 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 맞춤형 EJSS 시뮬레이션이 다섯 곳의 중학교에서 성공적으로 구현되어 실제 수업 환경에서의 실현 가능성과 확장 가능성을 입증하였다.
• 학생들은 추상적인 물리 개념을 상호작용적이고 시각화된 모델링을 통해 더 높은 참여도와 깊이 있는 개념 이해도를 경험하였다.
• 시뮬레이션과 실제 장비의 통합은 교사의 피드백과 학생의 작업을 통해 검증된 바, 보다 견고한 탐구 기반 학습 경험을 제공하였다.
• 협업 기반의 교사 주도 모델은 물리 교사들 간의 전문적 성장을 향상시키고 디지털 도구의 지속적 사용을 이끌었다.
• 오픈 공유 모델은 시뮬레이션의 광범위한 재사용과 변형을 가능하게 하였으며, 여러 교사들이 다양한 수업 환경에 맞게 모델을 재편집하고 맞춤화하였다.
• 이 프로젝트는 교사가 개발한 교육 과정에 부합하는 시뮬레이션을 통해 물리 교육에서 이론과 실천의 격차를 효과적으로 메울 수 있음을 입증하였다.