[논문 리뷰] Same Activity, Divergent Impacts: Representing Paths Towards Physics Computational Literacy and Physics Identity with Conjecture Mapping-Based Narrative Analysis

Sarah McHale, Tor Ole B. Odden외 1명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 15.

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한 줄 요약

본 논문은 계산적으로 통합된 물리학 과정에서 두 학생이 물리학 계산적 소양(PCL)과 물리학 정체성(PI)을 다르게 어떻게 발전시키는지, 다일 활동을 수정한 conjecture-mapping 내러티브 분석을 활용하여 다일 활동을 조사한다.

ABSTRACT

Integrating computation into physics teaching is a curricular move that, at present, has been predominately studied for its cognitive impacts. However, if this modality of instruction shifts how students engage with physics, we argue there is room for students to redefine what it means to do physics and how they perceive themselves relative to the field. To investigate this, we situate a comparative case study in the context of a computationally integrated physics course. We study two students' experiences with a multi-day activity to understand how and why they came to affectively divergent self-perceptions. We propose a modified use of conjecture mapping to visualize the production of affective outcomes and connect narrative analysis to activity design. Our analysis highlights how different interpretations of and engagement with activity design reflect students' epistemic framing of code, which, in turn, drives engagement with scaffolding in manners that shape self-perception.

연구 동기 및 목표

• 설계된 다일 다중 활동에 대한 참여가 학생들의 물리학 계산적 소양 신념(PCL)과 물리학 정체성(PI)에 어떤 영향을 미치는지 이해한다.
• 동일한 활동 맥락에서 두 학생이 정서적 결과를 다르게 경험하는 이유를 조사한다.
• 설계 요소, 실행, 정서적 결과를 연결하기 위해 수정된 conjecture mapping 접근법을 시연한다.
• 내러티브 분석을 활동 설계와 연결하여 계산 물리 교육의 향후 지도를 inform 한다.
• 코드의 인식론적 프레이밍이 추진 구조 및 자기인식에 어떻게 연결되는지 탐구한다

제안 방법

• 계산적으로 통합된 현대 물리학 실험실 수업에서 Bridget와 Jake의 두 학생에 대한 비교 사례 연구를 사용한다.
• 인터뷰(초기 및 말기), 교실 관찰, TA/강사 인터뷰, 과정 문서를 통해 데이터 수집 및 삼각측정을 수행한다.
• 활동 설계와 각 학생의 서사를 연결하기 위해 자료형 요소(Resources), 활동 구조(Activity Structure), 윤리(Ethos) 등 디자인 요소, 중재 과정(원래 Mediating Processes에서 이름 변경), 학생 산출물, 학생 경험을 활용하여 서사 형태의 수정된 conjecture 매핑 방법을 적용한다.
• 연결 고리를 긍정적(실선) 또는 부정적(점선) 기운으로 conjecture 맵에 표시하여 정서적 궤적을 묘사한다.
• Physics Computational Literacy(PCL) 및 Physics Identity(PI) 프레임워크에 맞춘 연역적 코딩을 통해 코드-생각의 분석을 수행한다.
• conjecture-map 링크를 설계 추측과 이론적 추측에 연결하여 설계 기반 연구 원칙을 통합한다

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다일 다중 계산 활동의 설계에 대한 참여가 학생들의 물리학 계산적 소양 신념과 물리학 정체성의 발달에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 같은 활동 설계임에도 불구하고 두 학생은 왜 정서적 결과를 다르게 경험하는가?
• RQ3 이 맥락에서 conjecture mapping을 시각화하고 설계, 실행, 결과를 연결하도록 수정하려면 어떻게 해야 하는가?

주요 결과

• 두 학생은 같은 다일 활동 중 PI 및 PCL에 대해 서로 다른 정서적 자세를 개발했다.
• 결과의 차이는 각 학생이 설계를 어떻게 해석하고, 활동에 참여하며, 물리학 맥락에서 코드를 어떻게 구성(지식적 프레이밍)하는지와 밀접하게 연결된다.
• 수정된 conjecture-mapping 내러티브 분석은 자원(Resources), 활동 구조, 및 윤리(Ethos)가 실행 과정을 어떻게 좌우하고, 그 결과로 PCL/PI에 어떤 영향을 미치는지 보여준다.
• 내러티브는 코드 및 계산적 실천에 대한 서로 다른 참여가 물리학자로서의 자기인식을 형성할 수 있음을 시사한다, 단지 인지적 이득을 넘어서서.
• conjecture 맵은 설계-결과 경로를 추적하고 다수의 학생 관점을 비교하는 데이터 시각화 도구로 기능한다.