A Proposal of a Teaching Method using Virtual Reality and Event-Diagram for Secondary Student's Understanding of Basic Concepts in Special Relativity

중등학생의 특수상대론 학습에서 VR과 사건도표를 이용한 수업방법의 제안

The purpose of this study were to develop a tutorial for secondary students to understand of basic concepts of special relativity, which is appropriate for the cognition level of secondary student. We developed the concept evaluation tool and the tutorial material. Result from pretest and post-test are presented to verify the effect of the tutorial for helping student understanding of the concept such as time, event, reference frame, relativity of simultaneity. Secondary student had intense cognitive conflict about the complex concepts such as simultaneity, length contraction and time expansion. This tutorial could be proposed methodology to overcome cognitive difficulty for understanding these concepts.

이 연구는 개정된 물리교과서에 포함된 현대물리학 소재인 특수 상대성 이론에 대해 고등학생의 인지 수준을 고려하고 학습자의 주도적 수업참여를 구현하기 위하여 '가상현실'과 '사건도표' 활동이 포함된 수업방법을 고안하여 그 효과를 정량적이고 정성적으로 분석하는 데 목적이 있다. 특수상대론 개념 학습 프로그램을 통한 수업과 전통적 수업은 선택 후 설명식 문항의 전반적인 성취도에서 유의미한 차이를 나타내지 않았다. 프로그램 수업을 이수한 학생은 복합 개념 형 문항의 성취도는 유의미하게 높게 나타났다. 특수 상대론적 역설문제에서는 프로그램 수업집단은 전통적 수업집단보다 통계적으로 유의미하게 높은 성취도를 나타내었다. 프로그램 수업집단 학생들은 역설문제 해결과정에서 특수 상대론적 현상을 좌표계의 틀 위에서 객관적으로 설명하는 좌표계 의존 형 문제 해결방식의 특성을 나타내었다. 전통적 수업집단의 학생들은 특수 상대론적 현상을 불완전하거나 잘못된 좌표계 개념으로 설명하였고 사건의 순서를 관찰자의 직관에 의존하여 판단하는 관찰자 의존형 문제 해결방식을 나타내었다. 특수 상대론적 효과가 시각화된 영상을 보고 사건도표라는 가상의 시공간을 노트에 그려보고 생각하는 활동은 학생들에게 도약판을 만들어 주는 하나의 방법으로 제안한다.