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‘두 풍선 실험(Two-balloon experiment)’은 크기가 다른 풍선 두 개를 긴 호스로 연결하고 콕을 막아두었다가 열었을 때 두 풍선의 크기 변화를 살펴보는 실험이다. 본 연구의 목적은 두 풍선 실험(Two-balloon experiment)’에 대한 고등학생들과 예비교사들의 인지 갈등 및 이의 해결 과정을 탐색하는 것이다. 이를 위해 사범대학에 재학 중인 화학교육전공과 물리교육전공 예비교사 30명과 고등학생 55명을 대상으로 질문지 조사를 실시하였다. ‘두 풍선 실험’ 관찰 전과 관찰 후, 풍선의 부피 변화와 그 이유에 대하여 질문지에 응답하도록 하였다. 또한 예비교사의 경우 소집단 토론을 수행하여 풍선 부피 변화에 대한 전공별 설명 방식을 살펴보았다. 질문지 분석 결과, 실험 관찰 전 고등학생들과 예비교사들 두 집단 모두 ‘두 풍선의 크기가 같아질 것이다’라고 예측하는 응답자가 가장 많았다. 고등학생들은 공기의 양이 많을수록 압력이 커진다고 보는 직관적 관념을 가지고 있었고, 대부분이 풍선의 탄성을 인식하지 못하였다. 일부는 풍선의 크기가 그대로 유지될 것으로 예상하였다. 이러한 인식은 예비교사들도 유사하였으며, 일부 물리교육전공 예비교사만이, 풍선의 탄성을 인식하여 설명하였다. 현상 관찰 후에 고등학생들은 풍선의 부피 변화 이유를 보일의 법칙으로 설명하는 등 현상에 맞추어 자신에게 친숙한 이론을 차용하여 설명하려는 경향을 보였다. 각 전공별 예비교사의 설명 방식을 분석한 결과 화학교육전공의 경우 입자 관점으로, 물리교육전공의 경우 탄성과 힘의 합력으로 설명하려는 경향이 나타났다.
Two-balloon experiment’ is an experiment to examine the change in two different sized balloons which are connected with a long hose when the closed cock opens. The purpose of this study is to explore the cognitive conflicts and their resolution process of high school students and pre-service teachers on the ‘two-balloon experiment’. So, we surveyed 55 high school students and 30 pre-service teachers who majored chemistry education and physics education at college of education. Before the observation of ‘Two-balloon experiment’, they had to predict the size change of two balloons. After the observation, they had to explain the reason of phenomena. Also for pre-service teachers, small group discussion was conducted to examine the explanation methods according to the major. As a result, most of high school students and pre-service teachers predicted that the two balloons will have same size. High school students had intuitive idea such as ‘more air has more pressure’ and most of them were not aware of elasticity. Some students predicted that the size of the balloons will remain. Pres-service teachers also showed the similar results, but physics pre-service teachers explained using the elasticity of balloon. After observation, high school students tried to explain by applying Boyle’s law to adjust the plausible theories for the phenomenon. The characteristics according to pre-service teachers’ major is that chemistry pre-service teachers explained using particles, and physics pre-service teachers explained using elasticity and resultant force.
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Two-Balloon Experiment, Explanation, Alternative Conceptions
