본 연구의 목적은 사범대학에 적합한 ‘일반상대성이론 및 교육’ 강의를 개발하는 것이다. 2009 개정교육과정에서 도입된 일반상대론 관련 내용은 비단 학생들에게 뿐만 아니라 교사들에게도 큰 어려움인 것으로 나타났다. ‘시공간’에 대한 뉴턴식의 이해에서부터 시작하 ...

본 연구의 목적은 사범대학에 적합한 ‘일반상대성이론 및 교육’ 강의를 개발하는 것이다. 2009 개정교육과정에서 도입된 일반상대론 관련 내용은 비단 학생들에게 뿐만 아니라 교사들에게도 큰 어려움인 것으로 나타났다. ‘시공간’에 대한 뉴턴식의 이해에서부터 시작하여 일반상대성이론을 바탕으로 한 현대 우주론에 이르기까지 자연을 바라보는 세계관과 구체적인 탐구 방법의 변천을 소개함으로써 물리학의 본래적 가치를 이해할 수 있도록 한다는 개정교육과정의 취지는 매우 긍정적인 측면을 가지고 있다. 그러나 교사 및 학생의 어려움, 그리고 평가의 어려움 등은 새로운 물리 교육과정이 현장에서 적용된 시점부터 지금에 이르기까지 여전히 해결해야할 과제로 남아있다. 따라서 본 연구는 예비교사 및 현직교사들이 사범대에서 일반상대성이론을 효과적으로 학습할 수 있는 강의를 개발하고 적용하는데 그 목적이 있다. 최근 중력파의 발견 및 이에 따라 형성된 과학계 내부의 중대한 관심과 일반상대성이론이 현대물리학 분야에서 차지하는 위치를 고려할 때 특히 일반상대성이론은 중등학교 교육과정의 변화와 관계없이 고등학교 물리교사가 갖추어야 할 기존 지식에 해당하는 것이라는 점에서 이에 대한 연구는 시의적절하다고 본다. 즉, 본 연구에서는 일반상대성이론에 관련해서 교사들이 갖추어야할 역량을 제시하고, 이를 효과적으로 성취하기 위해 어떠한 흐름과 내용으로 한 학기 강좌를 구성할 것인지에 관한 구체적인 연구 결과와 실천 방안을 제시하는 것이다. 이는 단순히 일반상대성이론의 방대하고 지극히 수학적인 내용을 한 학기 분량으로 줄이는 수준의 문제가 아니다. 교사가 무엇을 알고 있어야 하는지, 왜 알고 있어야 하는지, 그리고 제한된 시간 하에서 어떻게 학습해야 하는지를 예비/현직 교사의 지식 수준이나 성향, 교육과정까지 고려해서 체계적으로 밝혀야 하는 연구라는 측면에서 물리교육의 실천적 측면와 학문적 측면의 발전에 기여할 수 있는 의미를 갖는다. 특수상대성이론과는 달리 특히 일반상대성이론 교육에 대한 연구는 국내에 거의 드물고, 국외의 경우에도 주로 전공 학생들을 염두한 대학 교육에 집중되어 있기 때문에 교사를 대상으로 하는 일반상대성이론 강의 개발 연구는 매우 차별화된 것이라 할 수 있다.
본 연구를 통해 구체적으로 도달하고자 하는 목표는 세 가지이며 단계별로 성취되어야 한다. 첫째로 일반상대성이론에 대한 교사들의 이해 수준 및 어려움과 내용을 정확하게 파악하고 진단하는 것이다. 이는 강의 개발에서 반드시 필요한 단계이며 파악된 어려움과 이해 수준을 바탕으로 강의가 개선되고, 개선된 강의를 듣는 교사들의 이해 수준이 또 다시 변화되는 순환적 발전의 과정이다. 둘째 목표는 일반상대성이론 강의에 적용될 학습자료(튜토리얼)를 개발하는 것이다. 강의를 통해 개발된 학습자료는 일차적으로 교사에게 도움을 주기 위함이지만 향후 다양한 학생들을 대상으로 한 일반상대성이론 강의 및 교재개발로 이어질 수 있을 것이다. 셋째 목표는 이렇게 개발된 학습자료를 고등학교 현장에서 적용할 수 있는 차시별, 단원별 교안에까지 이르도록 발전시키는 것이다.

[후속연구 발전 측면]
본 연구는 사범대라는 교육 환경의 특수성과 일반상대성이론이라는 내용의 특수성을 모두 고려한 강의 개발 연구이다. 이 연구가 성공적으로 이루어진다면 향후 유체역학이나 파동 등 사범대학 물리교육과의 물리학 강의의 다른 주제들에 대해서도 ...

[후속연구 발전 측면]
본 연구는 사범대라는 교육 환경의 특수성과 일반상대성이론이라는 내용의 특수성을 모두 고려한 강의 개발 연구이다. 이 연구가 성공적으로 이루어진다면 향후 유체역학이나 파동 등 사범대학 물리교육과의 물리학 강의의 다른 주제들에 대해서도 사범대의 목적에 맞는 강의 개발을 위하여 큰 기여를 할 수 있을 것이다. 즉, 본 연구를 통해 사범대의 특징적인 과목명인 ‘000 및 교육’이라는 물리내용학 강좌명에 걸맞는 수업 개발 연구의 모법적인 사례로 역할을 할 수 있을 것으로 기대한다.

[관련 연구분야 지식증진 및 활성화 측면]
일반상대성이론 교육의 중요성은 지속적으로 강조되어 왔고, 최근에는 중력파의 발견과 함께 그 중요성이 더욱 부각되고 있는 상황이다. 아직은 일반상대성이론 교육 연구는 학부 물리학 전공을 대상으로 진행되는 것이 대부분이지만, 2011년 이후 고등학교 물리 교과에서 일반상대성이론을 가르치고 있는 것의 성과와 문제점을 다룬 연구는 찾아보기 어렵다. 교사교육 연구도 더더욱 찾아보기 어려운데 이는 국외의 연구에서도 비슷한 실정이다. 따라서 본 연구는 선행연구의 부족한 부분들을 채우고, 국내외 상대성이론 교육에 관한 선도적 역할을 할 수 있는 연구가 될 것으로 기대한다. 또한 첨단물리에 대한 교사 교육를 활성화하는데 기여할 것으로 기대한다.

[소외분야 발전 측면]
대학물리교육 중에서도 특히 강의를 개발하고 개선하는 연구는 체계적으로 진행되었거나 축적된 사례가 매우 드물다. ‘우리는 배운대로 가르친다’라는 말이 있는 것처럼 우리는 교사교육의 중요성을 강조하고는 있지만 사범대에서 강좌 자체가 체계적으로 개발되고 그것이 적용 후 어떠한 효과를 나타내는지 전체 과정을 체계적으로 진행한 연구는 많지 않은 실정이다. 특히 기존의 사범대 정식 과목이 아니었던 최신물리에 대한 강의 개발 연구는 더욱 드물며 그런 의미에서 ‘일반상대성이론 및 교육’ 등과 같은 현대물리학 강의 개발 연구 분야는 더 이상 소외되면 안되는 긴박한 연구 주제라 할 수 있다.

위에서 기술한 연구의 목표를 달성하기 위하여 다음과 같은 방법으로 단계적인 연구를 진행할 계획이다.
첫째, 본 연구는 일반상대성이론에 대한 과학교사들의 현재 이해 수준 및 어려움을 파악하는 연구에서부터 출발한다. 과학교육 연구가 체계적이기 위해서는 어려 ...

위에서 기술한 연구의 목표를 달성하기 위하여 다음과 같은 방법으로 단계적인 연구를 진행할 계획이다.
첫째, 본 연구는 일반상대성이론에 대한 과학교사들의 현재 이해 수준 및 어려움을 파악하는 연구에서부터 출발한다. 과학교육 연구가 체계적이기 위해서는 어려움을 겪고 있는 교사의 현재 상태에 대한 이해부터 선행되어야 할 것이다. 일반상대성이론에 대해서 비공식적으로 보고되고 있는 교사들의 어려움은 상당 부분 공통된 측면이 보이기는 하나 특정 개인의 어려움인지 보편적인 어려움인지 잘 구별되지 않는 측면이 있다. 더욱이 그러한 어려움이 왜 생겨났는지에 대한 근본적인 해석은 찾아보기 어렵기 때문에 이 연구는 강의 개발을 위한 첫 번째 단계의 연구로써 특별한 의미가 있다.
둘째는 위의 연구를 바탕으로 학습자료(튜토리얼)를 개발하는 단계이다. 현재 고전역학이나 전자기학과 같은 물리학의 세부 분야에 대해서는 국내외적으로 방대한 학습자료들이 만들어져 있고, 또한 사용되고 있다. 그러나 상대성이론의 경우 이러한 학습자료를 찾아보기 힘들며 이는 교사들이 참고할만한 자료들이 많지 않다는 것을 의미한다. 두 번째 연구단계를 통해 적절한 튜토리얼을 개발하고 교사들 또는 예비 교사들에게 적용한 후, 다시 피드백을 받는 순환 과정을 통해 효과적인 학습자료를 구축하게 될 것이다. 이 과정 중에서 본 연구자가 올해 가을 학기에 담당하게 되는 <교사를 위한 상대성이론 강의(대학원)>는 중요한 연구 환경이 될 것이다. 또한 본 연구는 연구 주제의 특성상 강의 자체의 질을 향상시키는 데 직접적인 기여를 할 것으로 기대한다.
세 번째 단계는 이러한 학습자료들이 실제 수업 현장에 적용되는데 이르는 것이다. 교사가 직면하는 큰 어려움 중 하나는 제한된 시간 안에 학생들에게 일반상대론의 주요 개념을 소개해야한다는 점이다. 교사 또는 학생이 이 주제에 관심이 많고 열정이 있다 하더라도 일반상대성이론이라는 주제에만 천착하여 다른 내용들을 소홀히 할 수 없기 때문이다. 따라서 교안 개발은 본 연구의 구체적인 결과물이 되어야 할 것이고, 이는 현재 중등 교과과정 및 단원별, 차시별 구분에 적절히 부합되어야 할 것이다. 과학교육의 큰 틀 안에서 물리학의 본성(상대성이론의 본질적 측면)이 잘 반영된 교안(적어도 가이드라인 또는 예시)을 개발하는 것은 앞서 소개한 교사의 어려움을 해결하기 위해 반드시 필요한 부분이라 할 수 있다.

(2) 연구 대상 및 연구 방법

본 연구는 1단계 목표 달성을 위해 서울 소재 사범대학에서 가을 학기에 개설되는 ‘교사를 위한 상대성이론 강의(대학원)’ 수강생(15명 내외 예상)을 대상으로 진행될 예정이다. 일반상대성이론에 대한 교사의 이해 수준과 어려움을 파악하기 위해 기초적인 기술 통계와 사전/사후 설문지, 주간보고서 및 반성적 실천기록지, 비디오 분석, 반구조화된 면담 등이 활용될 예정이다.
연구의 두 번째 단계인 학습자료(튜토리얼)을 개발하는 단계에서는 미국의 Washington 대학 연구진들을 중심으로 개발된 고전역학 및 전자기학에 대한 튜토리얼의 사례를 벤치마킹하여 일반상대성이론에 대한 일차적 학습자료를 만들어 교사들과 예비교사들에게 제시한 후, 우리나라의 실정에 맡도록 순환적인 피드백을 도모할 예정이다. 일반상대성이론의 개념 이해를 조사하는 연구는 드물기 때문에 본 연구 과정을 통해서 직접 개념 이해 도구를 개발하는 것이 필요하다. 튜토리얼은 동료 검토를 통해 수정, 발전시킬 예정이며 University of Arizona, University of Western Australia의 물리교육 연구진들과 협력하여 진행할 예정이다.
세 번째 단계인 중등 현장에서의 수업 차수를 고려한 교안 개발 단계에서는 학교 현장과의 긴밀한 연계성이 필요하다. 본 연구자는 ‘사범대학 교과목과 부설학교 교육실습 내용 간 연계성 강화를 통한 예비물리교사의 전문성 신장’이라는 프로젝트에 참여하고 있으며, 이러한 연계성을 통해 현장에서의 피드백을 원활하게 받을 수 있는 인프라를 갖추고 있다.

(3) 연구의 범위

본 연구의 주제는 특수상대성이론의 핵심 내용이 포함된 일반상대성이론으로 그 범위를 한정한다. 상기 기술한 연구 계획에 따라 주된 연구 환경은 본 연구자가 강의하고 있는 수업 현장이 될 것이다. 따라서 본 연구주제 및 연구의 범위는 본 연구자가 진행하는 강의와 긴밀한 연계성을 가진다.