[논문 리뷰] Introduction to physics teaching for science and engineering undergraduates

Chandralekha Singh, Laura J. Moin외 1명|D-Scholarship@Pitt (University of Pittsburgh)|2016. 02. 22.

Science Education and Pedagogy참고 문헌 18인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 과학 및 공학 학부생을 대상으로 한 교육적 강의를 제시하며, 실습 기반의 튜토리얼 설계, 동료 및 자기 평가, 물리교육연구에의 노출을 통해 물리수업에 대한 관심과 인식을 높인다. 이 강의는 학생들이 수업의 복잡성을 더 깊이 이해하게 하여 큰 성과를 거두었으며, 90%의 학생이 고등학교에서 K-12 수업을 이수하고자 하는 의지를 표명하였다.

ABSTRACT

Recruiting and retaining highly qualified physics and physical science teachers is critical for maintaining America's global competitiveness. Unfortunately, only one third of the high school teachers in physics have a degree in physics and an even smaller number of physical science teachers in middle school have a good grasp of the scientific content they teach. Moreover, teachers often lack adequate pedagogical content knowledge to teach science effectively. Here, we discuss the development, implementation, and assessment of a course for science and engineering undergraduates designed to increase awareness and help them develop an interest and a deeper appreciation of the intellectual demands of physics teaching. The course focused on increasing student enthusiasm and confidence in teaching by providing well supported teaching opportunities and exposure to physics education research. The course assessment methods include 1) pre/post-test measures of attitude and expectations about science teaching, 2) self and peer evaluation of student teaching, 3) content-based pre/post-tests given to students who received instruction from the student teachers, and 4) audio-taped focus group discussions in the absence of the instructor and TA to evaluate student perspective on different aspects of the course and its impact.

연구 동기 및 목표

• 미국에서 K-12 물리 및 물리과학 교사의 전문성 부족 문제를 해결하기 위해, 물리학 학위를 가진 교사의 비율이 뿐만 아니라 32%에 불과하다.
• 현재 교사들이 교육 내용 지식이 부족하여 효과적인 과학 수업이 어려운 문제에 대응한다.
• 과학 및 공학 학부생들이 물리수업의 지적적·교육적 요구사항을 더 잘 이해하도록 한다.
• 체계적이고 지원받는 수업 경험과 연구 기반 교육법에의 노출을 통해 수업에 대한 관심과 자신감을 키운다.
• 이 강의가 학생들의 태도, 수업 자기 효능감, K-12 수업에 대한 장기적 진로 의도에 미치는 영향을 평가한다.

제안 방법

• 과학 및 공학 학부생을 대상으로 물리교육에서의 수업과 학습에 중점을 둔 학기 전용 강의를 설계하고 이행하였다.
• 학생들은 쌍으로 이루어져 연구 기반 교육법에 기반한 두 개의 학생 중심 튜토리얼을 개발하고 구현하였다.
• 튜토리얼 수혜자 학생들을 대상으로 수업 전·후 태도 평가 및 내용 기반 전·후 테스트를 통합하였다.
• 수업 성과에 대한 자기 평가와 동료 평가를 도입하여 반성적 실천을 촉진하였다.
• 강사 및 TA가 참여하지 않은 오디오 녹음 기반의 포커스 그룹을 실시하여 학생들이 강의의 영향과 구조에 대해 솔직하게 표현한 견해를 수집하였다.
• 물리교육연구 논문 읽기와 활동 중심 학습 기법을 통합하여 학생들이 인지 및 지도 원칙에 대한 깊은 이해를 높였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이 강의는 과학 및 공학 학부생들의 K-12 물리수업에 대한 관심과 인식을 어느 정도 높이는가?
• RQ2 튜토리얼 설계 및 구현에 참여한 후 학생들의 수업에 대한 태도와 기대는 어떻게 변화하는가?
• RQ3 이 강의는 학생들의 자기 인식된 수업 자기 효능감과 교육 내용 지식에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 학생들은 학생 참여 중심의 지도 방식이 전통적인 강의 방식보다 더 가치 있는 수업 경험으로 인식하는가?
• RQ5 학생들이 실제로 '진짜 수업'으로 간주하는 바탕이 되는, 특히 전면 수업 방식을 중심으로 한 강의의 구조나 내용의 어떤 변화가 필요할까?

주요 결과

• 90%의 학생이 수업을 이수하고자 하는 의지를 표명하였으며, 대부분은 고등학교에서 수업을 이수하고자 하는 것으로 나타났다. 이는 대학 환경에서 흔히 볼 수 없는 학생 중심 지도의 필요성을 강조한 것이다.
• 학생들은 인식의 변화를 경험했는데, 더 이상 수업을 천재성에 의존하는 것으로 보지 않고, 학생 사고 방식을 깊이 이해해야 하는 복잡하고 학습 가능한 실천으로 인식하게 되었다.
• 이 강의는 학생들이 수업의 인지적 요구사항을 더 깊이 이해하게 하여 효과적으로 도와주었으며, 참가자들은 다양한 학생들의 사전 지식에 맞춰 지도하는 것이 얼마나 어려운지 이해하게 되었다고 밝혔다.
• 학생들은 튜토리얼 준비(4.8/5)와 강사 피드백 수신(4.5/5)을 강의의 가장 가치 있는 요소로 평가하여, 활동 중심 수업 설계에 깊이 관여한 것으로 나타났다.
• 긍정적인 결과에도 불구하고, 학생들은 튜토리얼 중 학생들을 돕는 것이 '진짜 수업'으로 간주되지 않는다고 느꼈다. 이는 학생들의 인식에서 중요한 격차를 드러내며, 더 공식적인 전면 수업 경험의 필요성을 시사한다.
• 포커스 그룹 데이터는 학생들이 이제는 효과적인 지도에 필수적인 자원으로 여겨지는 '엄청난 양의 인지 연구'에 접근하게 되었으며, 특히 학생들이 어떻게 배우는지와 지도를 일치시키는 데 중요한 자원으로 보고 있음을 보여주었다.