Students' Conceptual Metaphor of Differential Equations: A Sociocultural Perspective on the Duality of the Students' Conceptual Model

학생들의 미분방정식 개념에 대한 수학적 은유의 분석: 개념적 모델의 이중성에 대한 사회문화적 관점

We present an understanding about students' conceptual model of differential equations, based on the discourse data that were collected in a differential equations course at a university in Korea. An interpretive approach is taken to analyze classroom discourse. This paper consists of three main parts. First, we completely analyze the students' use of conceptual metaphor in a university differential equations class. Secondly, we identify conceptual metaphors representing students' conceptual model of differential equations. Finally, we describe the mathematical characteristics of the conceptual metaphors identified in detail. Among other things, this paper reveals that there exists dual aspects of the students' conceptual model of differential equations. In other words, in the differential equations course observed we found that the students very often used two kinds of conceptual metaphor,“machine metaphor”and“fictive motion metaphor”, that have contrastingly different mathematical characteristics. In order to interpret the duality, we take a sociocultural perspective, and this perspective suggests and helps us to realize the significance of understanding of cognitive diversity in mathematics classroom.

대학 미분방정식 수업 개발의 일환으로서 본 연구는 학생들의 미분방정식에 관한 개념적 모델을 탐구하는 것에 초점을 두고 진행되었다. 본 연구가 이루어진 미분방정식 수업은 해석적, 질적, 그래프적, 수치적 방법 등의 다양한 수학적 방법의 적용에 기초하여 학생들이 능동적인 수학적 토의를 통해 미분방정식 주요 개념의 재발명해 가는 것을 강조하였다. 이러한 수업 맥락에서 본 연구는 학생들의 수학적 토의 과정에 나타나는 개념적 은유의 사용패턴을 탐구하였다. 본 논문에서는 발화 분석을 통해 추출된 미분방정식에 관한 학생들의 개념적 모델을 구성하는 주요한 개념적 은유인 '기계은유'와 '가상적 운동 은유'와 이들 각 개념적 은유의 수학적 특성을 제시한다. 끝으로, 본 연구의 수학적 발화 분석 결과에 기초하여 학생들의 개념적 모델의 이중성의 의미를 사회문화적 시각에서 해석하고 학교 수학에 주는 시사점에 대해 논의한다.