빛의 간섭과 회절 개념 이해를 위한 컴퓨터기반 광학실험 적용

The Application of MBL Experiments for Understanding of Interference and Diffraction of Light

본 연구에서는 관찰의 객관성을 확보하기 위해 간섭과 회절 현상을 기록하며, 그와 동시에 좀 더 편리한 방법으로 현상을 분석하는 방법을 고안하였다. 기존에 진행해왔던 광학실험에 대한 학생들의 부정적인 인식과 불편함을 극복하기 위해 LabVIEW로 프로그래밍한 컴퓨터 기반 광학실험을 구성하였으며, Adobe Illustrator를 통해서 슬릿을 삼단으로 제작하여 변인에 의해 나타나는 변화의 경향성을 한 번에 확인하도록 하였다. 실험의 효용성을 확인하기 위해 실험집단과 대조집단으로 구분하여 실험집단에는 컴퓨터 기반 광학실험을, 대조집단에는 기존의 일반 광학실험을 실시하였다. 대조군과 비교 분석 결과 컴퓨터기반 광학실험의 교육적 효과는 다음과 같다. 첫째, 사후검사 결과 기존의 수식해석 절차를 통해서 간섭과 회절현상을 이해하는 학생은 찾아볼 수 없었으며, 이는 컴퓨터기반 광학실험 과정에서 무늬와 그래프에 나타나는 특징적인 변화를 관찰함으로써 학생들의 개념이 과학적으로 바뀌었음을 의미한다. 둘째, 컴퓨터기반 광학실험 과정에서 회절극소점의 위치와 포락선의 형태를 확인함으로써 기존에 이중슬릿 무늬에서 나타나는 회절현상을 인식하지 못하던 학생들이 간섭과 회절을 함께 표현하게 되었다. 셋째, 기존의 광학실험에서 불필요하게 소모되는 시간을 줄이고, 컴퓨터 화면 상의 객관적인 자료를 보면서 토의하는 시간을 보냄으로써 학생들의 개념변화가 유의미하게 나타난 것으로 보인다. 넷째, 학생들은 컴퓨터기반 광학실험에 대해 상당히 우호적이며, 기존 광학실험의 불편함을 해소하면서도 정확한 결과를 확인할 수 있다는 것에 만족하였다.

In this research, I recorded the phenomena of interference and diffraction for objectivity security and also designed the new method of analysis as a more convenient way. I organized MBL(Microcomputer Based Laboratory) programed by LabVIEW in order to overcome the negative awareness and inconvenience about established Optics experiments. I made triple slit by using Adobe Illustrator and instructed students to check the change tendency of a factor at the same time. To confirm the utility of experiments, I divided students into two groups:experiment group and contrast group. The former took MBL experiments and the latter took the established general experiments. Before and after those experiments, I took a preliminary/post-inspection and then objectively analyzed the tendency of concept change in each group by looking the same question. The result showed that there was a meaningful difference between the concept changes of two groups. According to this, I could prove the MBL experiment has educational effect and find out the improvements, too. One of impressive points was the attitude of students who took a part in MBL with the effect of concept change. This implies that MBL experiment could be helpful to change students’ awareness about Optics more positively. This research suggests the MBL experiment for a new method which modifies them is conception of students about Wave optics. In the research process, I checked most misconception about interference and diffraction of students, and proved the educational effect of MBL experiment by comparing preliminary/post-inspection. MBL experiment drew a concept change and also attitude change of students about Optics experiment. Therefore I expect the utility would be much higher as improving some limitations of program.