[논문 리뷰] Teaching vs. learning: Changing perspectives on problem solving in physics instruction

William D. Gerace, Ian D. Beatty|ArXiv.org|2005. 08. 18.

Science Education and Pedagogy참고 문헌 34인용 수 22

한 줄 요약

이 논문은 교사 중심의 문제 해결 중심 전통적 물리 교육이 진정한 물리 전문성의 발달에 실패한다고 주장한다. 물리 교육 연구(PER)를 바탕으로, 교육자 중심 모델에서 학습자 중심 모델로의 전환을 주장하며, 교사들이 학생들이 지식을 능동적으로 구축하고 자신의 이해도를 스스로 점검할 수 있도록 이끌어주는 지도된 학습 경험을 설계하도록 유도한다. 이는 더 깊은 개념적 숙달과 문제 해결 능력 향상으로 이어진다.

ABSTRACT

Problem solving is central to physics instruction. Results from Physics Education Research (PER), however, demonstrate that traditional ways of teaching with problem solving are inefficient and ineffective for promoting true physics expertise. PER findings give rise to a perspective on physics expertise, learning, and problem solving that can illuminate the reasons why problem solving in traditional instruction fares poorly and suggest remedies. At the heart of the remedies lies a rethinking of the instructional model in which teachers focus less on presenting subject material and more on engineering learning experiences and guiding students' learning efforts, while students strive to become active, selfmonitoring constructors of knowledge.

연구 동기 및 목표

• 전통적 물리 교육이 진정한 물리 전문성을 기르는 데 지속적으로 실패하는 이유를 다루기 위해.
• 물리 교육에서 관행적인 문제 해결 접근 방식이 깊은 학습을 촉진하지 못하는 이유를 규명하기 위해.
• 교사 중심 지도에서 학습자 중심 학습 경험으로의 지도 철학 전환을 제안하기 위해.
• 교육자들이 학생들이 능동적이고 스스로 점검하는 지식 구축자로 성장하도록 지원할 수 있도록 지도를 재설계하는 데 도움을 주기 위해.
• 학습 중심 프레임워크를 통해 문제 해결 지도를 향상시키기 위한 근거 기반 전략을 제공하기 위해.

제안 방법

• 전통적 문제 해결 지도의 한계를 밝혀내기 위해 물리 교육 연구(PER)의 연구 결과를 분석하기 위해.
• 기계적인 절차적 지식이 아닌 동적인 구성주의 과정으로서의 물리 전문성을 재정의하기 위해.
• 내용 전달에서 학생의 이해를 지원하는 학습 경험 설계로 초점을 이동시키는 지도 모델을 제안하기 위해.
• 형성적 평가와 메타인지 전략을 강조하여 학생들이 자신의 학습 진행 상황을 스스로 점검할 수 있도록 돕기 위해.
• 학생의 반성과 동료 토론을 문제 해결 지도의 핵심 구성 요소로 통합하기 위해.
• 인지과학 원리를 적용하여 알고리즘적 암기보다 개념적 이해를 촉진하는 학습 환경을 설계하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 전통적인 물리 교육의 문제 해결 방법이 지속적인 개념적 이해를 만들어내지 못하는가?
• RQ2 물리 교육에서 교육자 중심 모델과 학습자 중심 모델 간의 핵심 차이는 무엇인가?
• RQ3 교사들이 문제 해결 활동을 어떻게 재설계하여 학생들이 능동적으로 지식을 구축하도록 유도할 수 있는가?
• RQ4 메타인지 전략은 효과적인 물리 문제 해결에서 어떤 역할을 하는가? 그리고 교실에서 이를 어떻게 지원할 수 있는가?
• RQ5 PER에서 교사 중심에서 학습자 중심 접근 방식으로의 전환을 뒷받침하는 증거는 무엇인가?

주요 결과

• 기존 문제 해결 지도 방식은 종종 표면적인 이해를 초래하고 새로운 문제에 대한 지식의 이행 능력을 떨어뜨린다.
• 관행적인 방법으로 지도받은 학생들은 종종 개념적 추론 대신 암기된 절차에 의존한다.
• 학생들이 반성과 자기 점검을 통해 지식을 구축하도록 이끌어주는 학습 중심 접근 방식은 더 깊은 개념적 숙달을 이끈다.
• 내용 전달보다 학습 경험 설계에 초점을 맞춘 교사들은 학생들의 참여도와 문제 해결 성과가 향상된다는 것을 확인할 수 있다.
• 자기 설명과 동료 토론과 같은 메타인지 전략은 복잡한 물리 문제를 해결하는 데 있어 학생들의 능력을 크게 향상시킨다.
• PER 연구 결과는 학생 중심의 탐구 기반 모델이 직접 지도 방식보다 장기적 유지와 개념 적용 능력을 더 잘 촉진한다는 점에서 일관되게 나타난다.