According to previous research, many students seem to have difficulties in understanding and explaining scientifically the movement of air particles in longitudinal wave displacements of air particles. In this study, nine high-school physics textbooks’ and five teachers’ explanations for sound waves in pipes were analyzed to determine the sources of students’ difficulties and to obtain the implications for teaching sound waves. For this, the illustrations of air particles’ vibrations and of standing waves in the physics I textbooks of the 7th National Curriculum and the explanations of teachers who taught physics were analysed from the viewpoints of the levels of representations, microscopic vs. macroscopic, the ways of representing the entity, concrete vs. abstract, and the connections and the transfers between levels and representations. All nine textbooks and five teachers used graphs to explain entities on a microscopic level through abstract representations. Also, they used wave equations to explain entities on a macroscopic level through abstract representations. On the other hand, four textbooks and three teachers used concrete representations to explain entities on a microscopic level, and only one teacher used concrete representations to explain entities on a macroscopic level. There were no connections between concrete and abstract representations in the textbooks, but one teacher tried to connect concrete and abstract representations. Applying the views of analysis to the 7th grade students, we found that students seemed to be unable to connect concrete and abstract representations or they made connections between the representations in the wrong ways or they just seemed to recite the representations of the textbooks or they interpreted abstract representations as concrete ones. To clarify the views of illustrations and explanations, such as microscopic vs. macroscopic, and concrete vs. abstract, would be a step to improving students’ understandings of sound waves in pipes.
선행 연구에 따르면 일반적으로 학생들은 변위를 눈으로 확인하기 어려운 종파의 이해에 많은 어려움을 겪고, 닫힌 관 내 공기의 움직일을 과학적으로 설명하지 못하는 경우가 많았다. 본 연구에서는 이러한 학생들의 이해가 어떻게 형성되었는지를 알기 위하여 교과서와 교사의 설명을 분석하여, 소리 단원의 학습 및 지도에 시사점을 얻고자 하였다. 이를 위해서 7차 교육과정의 물리1 교과서 9종에 포함된 관 내 공기 진동과 정상파에 관한 삽화의 기본 요소를 분석하고, 교과서의 삽화와 본문, 그리고 물리1을 수업해본 경험이 있는 교사 5명이 설명에서 사용한 표현을 구체적으로 상징적 표현, 거시적 표현과 미시적 표현 및 각 표현 사이의 연계나 전환 등의 관점에서 분석하였다. 9종의 교과서와 5명의 교사 모두 추상적으로 미시적 실체를 표현하는 방법으로 그래프를 이용했으며, 추상적으로 거시적인 실체를 표현하는 방법으로 식을 사용한 반면에, 구체적인 방법으로 미시적인 실체를 표현한 교과서는 4종, 교사는 3명이었고, 구체적인 방법으로 거시적인 실체를 표현한 교과서는 없었고 교사는 1명이었다. 미시적인 실체를 구체적인 방법과 추상적인 방법을 연계하여 설명한 교과서는 없었고 교사는 2명이었다. 구체적인 방법으로 미시와 거시를 연계한 교과서는 없었고 교사는 1명이었다. 본 연구의 구체적 대 추상적 대 미시적 관점을 이전 연구 결과에 적용하여 분석한 결과 학생들은 추상적인 표현과 구체적인 표현을 연결하지 못하거나, 단순 나열하거나, 잘못 연결하고, 추상적인 표현을 구체적으로 받아들이는 것을 알 수 있었다. 따라서 소리 나는 관 안의 공기 운동을 설명할 때, 사용하는 표현이 어떤 실체를 어떤 관점에서 나타나는 것임을 분명히 제시하여야 학생들의 어려움을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
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