물리 교과 내용 지식 체계에서 빛의 역할에 대한 탐색

Abstract

빛은 공기와 물을 순환시키는 에너지이기 때문에 많은 과학자는 가장 중요한 생명의 근원으로 여겨진다. 태초에 빛은 존재하였고, 빛의 본질이 무엇인지에 대한 탐구와 연구는 물리학, 철학, 의학 등 여러 분야를 걸쳐 끊임없이 이어져 왔다. 인류는 과학 기술의 진보로 인해 인간의 눈에 보이는 빛에서부터 적외선, 자외선 등을 포함한 보이지 않는 빛을 활용하여 다양한 기술들을 갖게 되었다. 그리고 원자에서 우주까지 엄청난 규모의 자연 현상을 더 잘 이해하기 위한 주요수단이라고 할 수 있다. 즉 빛을 통하여 훨씬 더 풍부한 자연과 우주의 모습을 관찰하고 알아가고 있다. 이에 본 연구에서는 물리학 지식 체계에서 빛의 중요한 역할이 무엇이며, 현 교육과정 물리학 교과 내용에서 어떻게 담아내고 있는지 확인해보고자 하였다. 또한, 현 과학교육에서 강조되고 있는 과학적 소양 함양을 위한 과학 내용이 어떻게 구성되어야 하는지 대해서도 논의하였다. 빛은 과학자들에게 항상 깊은 영감을 불러일으키는 존재이다. 위대한 과학자 아인슈타인 역시 젊은 시절 빛과 같은 속도로 날아가는 모습을 상상하면서 빛에 대해 고찰하였다. 빛의 고찰로부터 오늘날 위대한 과학 이론을 탄생시킨 아인슈타인의 생각과 관점이 잘 반영된 아인슈타인과 인펠트의 저서 『The Evolution of Physics』(이하, EoP)의 빛과 관련된 내용 지식 체계를 살펴보았다. 학교 교육의 목표는 교육과정에 의해 구체화 되고 교육과정을 통해 실현되므로 교육과정을 개발하고 구성하는 일은 교육내용의 선정 과정을 중심으로 이루어진다. 본 연구에서는 <2015 개정 과학과 교육과정> 선택 교육과정 물리학 I 교과의 빛과 관련된 내용 지식 체계를 분석하고자 하였다. 이에 따라 첫 번째 연구 결과로는, EoP 분석을 통하여 DC 구조도(Tseitlin & Galili, 2005; Galili, 2012)측면에서 빛의 역할을 분석하는 것이었다. 분석 결과, 빛은 물리학의 새로운 관점을 여는 데 중요한 역할을 하는 개념이었음을 확인하게 되었다. 즉, 빛은 역학적 관점(고전적)과 장의 관점(고전적)을 거쳐, 역학적 관점(양자적)으로 이어지는 물리학의 주요 관점과 긴밀한 관련이 있었다. 또한 각 관점에 해당하는 물리학 영역의 핵심 아이디어를 형성하고 연결하는 데 중요한 역할을 하고 있음을 확인할 수 있었다. 더불어, 물리학 지식 체계도를 통해 빛의 역할이 역학적 관점(고전적)과 장의 관점(고전적), 역학적 관점(양자적) 3가지 관점을 어떻게 관통하며 주요한 요소들을 연결하는지를 확인할 수 있었다. 두 번째 연구는, <2015 개정 과학과 교육과정> 선택 교육과정 물리학 I의 내용 지식 체계를 분석하는 것이었다. 분석 결과, 교육과정에 담긴 빛의 내용은 빛의 본질을 다루는 내용이라기보다는 빛이 정보 통신 기술에 활용되는 도구로서의 의미를 부각하는 내용임을 확인할 수 있었다. 교과서에서는 단순히 빛의 이중성 개념들이 나열되었고, 전하 결합 소자(CCD), 투과 전자 현미경(TEM) 등 첨단 기술과 관련이 있다는 정도로 언급되었다. 즉, 단편적이고 피상적인 수준의 내용 지식 체계라고 판단되었다. 즉 교과서에서는 빛의 역할이 첨단 기술을 이해하는 수단으로써의 역할로 기술되었다.

Since light is the energy that circulates air and water, many scientists have explored light to be the most important source of life. In the beginning, light existed, and research and research on what the essence of light is has been continuously carried out in various fields such as physics, philosophy, and medicine. Due to the advancement of science and technology, mankind has come to have various technologies using invisible light, including light visible to the human eye, infrared rays, and ultraviolet rays. And it can be said to be a major means of better understanding natural phenomena on a huge scale, from atoms to the universe. In other words, we are observing and getting to know the much richer nature and appearance of the universe through light. Therefore, the purpose of this study was to know what is the important role of light in the physics knowledge system and how it is contained in the current curriculum physics content. In addition, we discussed how science content should be structured for the cultivation of scientific literacy, which is being emphasized in current science education. Light has always been a source of deep inspiration for scientists. The great scientist Einstein also considered light when he was young, imagining flying at the same speed as light. Therefore, we examined the content knowledge system related to light in Einstein and Infeld's book 『The Evolution of Physics』(henceforth referred to as EoP), which reflects Einstein's thoughts and viewpoints, who gave birth to today's great scientific theories from the consideration of light. Since the goal of school education is specified by the curriculum and realized through the curriculum, the development and composition of the curriculum is centered on the selection process of educational content. This study tried to analyze the content knowledge system related to the light of the <2015 Revision Science and Curriculum> Physics I subject. Accordingly, the first study result was to analyze the role of light in the DC structure diagram(Tseitlin & Galili, 2005; Galili, 2012) through EoP analysis. As a result, it was confirmed that light was a concept that played an important role in opening a new perspective in physics. In other words, light was closely related to the main view of physics, which went through the mechanics view (classical) and the field view (classical), leading to the mechanics view (quantum). In addition, it was confirmed that each point of view plays an important role in forming and connecting the core ideas of the physics field. In addition, it was possible to check how the role of light penetrates the three perspectives of mechanics (classical), field (classical), and mechanics (quantum) and connects major elements through the physics knowledge system diagram. The second study was to analyze the content knowledge system of <2015 Revised Science and Curriculum> Physics I. As a result of, it was confirmed that the content of light in the curriculum emphasized the meaning of light as a tool used in information and communication technology rather than the content dealing with the nature of light. In textbooks, the concepts of duality of light were simply listed and mentioned to the extent that they were related to advanced technologies such as charge-coupled devices (CCD) and transmission electron microscopy (TEM). In other words, it was judged to be a fragmentary and superficial level of content knowledge system. In other words, the textbook describes the role of light in physics as a means of creating advanced technology.