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본 연구의 목적은 2009년 개정 교육과정에서 도입되어 현재까지 고등학교 교과서에 수록된 현대 물리학의 하나인 특수상대성이론의 기본 개념을 고등학생들이 이해하도록 도울 수 있는 시각화 자료를 설계하고, 수업에서 그 효과를 분석하는 것이다. 교과서의 전통적 방법으로 수업이 진행된 직후 실험집단과 통제집단 학생들에게 사전검사를 실시하였고, 이후 실험집단과 통제집단 학생들에게 빛 원 시각화 자료를 이용한 수업과 교과서에 소개된 전통적 수업을 각각 적용하고 동일한 문항으로 사후검사를 실시한 후 통계 프로그램을 이용하여 시각화 자료의 효과를 알아보았다. 시간 지연과 길이 수축을 이해하는데 있어 빛 원은 학업성취도를 높일 수 있는 효율적인 시각화 자료라 할 수 있다. 즉 특수상대론에 의해 나타나는 현상을 학습하는데 있어 관찰자에 따라 시간을 빛 원으로 표현하는 활동이 시간 지연과 길이 수축의 개념이해에 긍정적인 역할을 한 것으로 판단된다.
The purpose of this study is to design the visualization materials which can help high school students understand the basic concepts of special relativity, one of the modern physics newly included in high school text books for the revised curriculum in 2009, and to analyze the effect of them in classes. After the traditional classes and the following pre-test for basic concepts on special relativity, the experimental group was presented with the concept of special relativity by using light circle visualization materials, and the control group was taught by using traditional teaching which is faithful to the content of textbooks. Then, the post-test was given to both of them, and finally the effect of light circle visualization materials was analyzed. Consequently, the visualization materials using light circle showed significant achievement in time dilation and length contraction than using traditional teaching which is faithful to the content of textbooks. In conclusion, since the light circle visualization materials are effective in teaching time dilation and length contraction, the materials can be presented to help the students to better understand the basic concepts of special relativity who might have difficulty in understanding through traditional teaching which is faithful to the content of textbooks.
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special relativity, space-time diagram, visualization material
