물리교육학 총론이 [새 물리교육학 총론]으로 새롭게 구성되었습니다. 이번 총론은 3권으로 기획하고 있으며, 본 저서는 그중 첫 번째입니다.

현대 물리교육학 총론 I은 다음과 같은 측면에서 이전과 다르게 새롭게 구성하고자 하였습니다. 먼저, 가능하면 학생들의 실제적인 실행 능력을 위해 내용 중간 중간에 [활동]을 넣었습니다. 최근 물리교사에게 물리와 교육학 등에 대한 지식뿐 아니라, 알고 있는 것을 학생 지도에 실제로 활용할 수 있는 실제적 역량을 강조하고 있다는 측면을 고려하여 [활동]을 추가하였습니다.

둘째, 이해를 한다는 것에는 여러 가지 측면을 포함합니다. 예를 들어, 자신의 말로 다시 표현할 수 있어야 한다거나, 다른 사람에게 설명할 수 있어야 한다는 것들이 그것입니다. 또 이해를 위한 여러 가지 전략 중에 하나는 “예를 들 수 있다”는 것입니다. 이러한 측면에서 본문 중에 가능하면 많은 예를 넣도록 하였습니다.

셋째, 주요 내용이 끝나면 간단하게나마 [정리]를 제시하였습니다. 이는 [새 물리교육학총론]이 학술도서의 성격보다는 학생들의 교재 성격이 더 강하다는 점을 고려하여 학생의 학습을 돕기 위한 것입니다.

마지막으로 참고문헌을 제시하여, 추가 학습에 도움이 되도록 하였습니다.

1장에서는 포괄적인 문제인지만 간략하게 물리학이 무엇인지, 물리를 중등학생들에게 왜 가르쳐야 하는지에 대해서 다양한 측면에서 생각해 보고자 하였습니다. 이 문제는 예비교사들이 주어진 내용을 수용적으로 받아들이고 가르치기보다는, 왜 물리를 지도해야 하는지를 적극적으로 질문하면서 중요하게 생각해 볼 문제라고 생각합니다.

2장과 3장, 그리고 4장은 각각 물리학습의 주요 목표인 개념, 탐구, 그리고 상황의 세가지 영역으로 나누어 내용을 정리하였습니다.

2장에서는 물리개념학습과 지도에 대해서 다루었습니다. 먼저 물리개념의 정의가 무엇인지, 그리고 물리개념은 어떻게 형성되는지를 다루었습니다. 그리고 영역별로 학생의 물리 오개념을 비교적 많이 다루었습니다. 그리고 학생의 물리 오개념들이 가지고 있는 주요 특징을 다루고, 그 개념들이 변화되고 발달되기 위한 조건들을 예와 함께 구체적으로 다루었습니다. 그리고 학생의 오개념을 변화시키기 위한 수업모형을 소개하고, 실제 예를 제시하였습니다. 마지막으로 개념의 이해는 개념간의 관계에 대한 이해를 포함한다는 측면에서 개념도를 소개하고, 개념도를 물리수업에 활용하기 위한 방안을 제시하였습니다.

3장에서는 물리탐구학습과 지도에 대해서 다루었습니다. 먼저 물리탐구의 정의와 물리탐구가 도입되는 과정에 대해서 간략하게 다루었습니다. 그리고 물리탐구의 주요 기능별(예를들어, 관찰, 측정, 추리, 변인설정과 변인통제 등)로 기본 특징을 소개하면서 학생 지도를 위한 내용을 다루었습니다. 그리고 귀납, 귀추, 연역의 세 가지 과학적 사고가 과학탐구활동에서 어떻게 사용되는지를 탐구기능(예를 들어, 설명/예측하기, 가설제안하기, 가설검증하기 등)과 연관 지어 비교적 상세하게 다루었습니다. 그리고 물리학자를 대상으로 한 연구를 바탕으로 전체적인 물리탐구의 과정을 제시하였습니다. 마지막으로 최근에 강조되고 있는 물리자유탐구의 지도를 위해, 탐구문제의 발견에서부터 탐구의 설계와 보고서 작성까지 구체적인 예들을 통해 지도하는 방법들을 제시하였습니다.

4장에서는 물리학습에서 왜 상황이 중요한지를 생각해 보고, 물리학습에 상황을 도입할 때 고려해야 할 점들이 무엇인지 소개하였습니다. 그리고 여러 가지 상황물리의 실제 활동자료들을 예시로 제시하였습니다. 그리고 STS의 의미와 도입과정, 목표와 지도방법을 소개하고, 구체적인 STS 활동 자료들을 예시로 제시하였습니다. 마지막으로 미국과 영국 및 우리나라에서 활발하게 실행되고 있는 STEM 또는 STEAM 교육을 다루고, STEAM 교육을 도입하기 위한 구체적인 방안을 제시하였습니다.

현재 물리교사 양성과정에서는 [물리 교육론]과 [물리 교재 연구 및 지도법]이 주요 과목명으로 되어 있습니다. 그러나 물리 교육에서도 [물리개념학습과 지도], [물리탐구학습과 지도], [상황물리와 융합과학 지도] 등과 같이 세부적인 교과목명이 필요하다고 생각합니다.

이러한 관점에서 앞으로 본 책의 각 단원이 각각의 단행본으로 나올 수 있기를 바랍니다.

CHAPTER 01 물리교육의 목적과 지향

1.1 물리학과 물리교육 1

1.2 유용성과 물리교육 5

1.3 교양교육과 물리교육 6

1.4 실험과 물리교육 10

1.5 전문교육으로서 물리교육 13

1.6 물리학에 대한 교육과 물리교육 14

1.7 물리교육의 지향과 가치 16

CHAPTER 02 물리개념 학습과 지도

2.1 물리 개념의 형성과 발달 19

2.1.1 개념의 정의 19

2.1.2 개념의 형성 21

2.1.3 학생의 물리 선개념 연구 23

2.2 학생의 물리 오개념 26

2.2.1 역학 영역에서의 학생의 물리 오개념 26

2.2.2 전기와 자기 영역에서의 학생의 오개념 45

2.2.3 열과 에너지 영역에서의 학생의 오개념 66

2.2.4 빛과 파동 영역에서의 학생의 오개념 76

2.2.5 현대물리 영역에서의 학생의 오개념 90

2.3 학생의 물리 개념 변화 96

2.3.1 학생의 물리 선개념 특징 96

2.3.2 물리 개념의 변화와 발달 99

2.3.3 개념변화의 조건: 인지적 갈등 101

2.3.4 개념변화의 조건: 새로운 개념의 도입 109

2.3.5 개념변화 수업 모형 111

2.4 물리 개념도 117

2.4.1 개념도의 도입 117

2.4.2 개념도 활동 120

2.4.3 물리 수업에서 개념도의 활용 124

CHAPTER 03 물리탐구학습과 지도

3.1 물리탐구의 도입과 정의 127

3.1.1 과학 탐구의 도입 127

3.1.2 과학 탐구의 정의 131

3.1.3 과학 탐구의 요소 132

3.2 물리탐구 기능의 특징과 지도 136

3.2.1 과학적 관찰 136

3.2.2 측정 140

3.2.3 과학적 추리 143

3.2.4 표와 그래프 145

3.2.5 변인설정과 변인통제 149

3.2.6 이상조건의 설정 152

3.3 과학적 사고와 탐구활동 156

3.3.1 귀납적 사고 156

3.3.2 연역적 사고 162

3.3.3 귀추적 사고 182

3.4 물리탐구 과정 187

3.4.1 물리학자의 탐구동기 188

3.4.2 물리학자의 연구 과정 194

3.4.3 클로퍼(Klopfer)의 과학 탐구과정 199

3.5 물리 자유 탐구의 지도 211

3.5.1 탐구문제의 발견 211

3.5.2 탐구 설계하기 216

3.5.3 탐구 보고서 작성하기 222

CHAPTER 04 상황물리와 융합과학 지도

4.1 물리교육에서 상황의 중요성 235

4.2 물리학습에서 상황의 도입 241

4.2.1 실제 상황 도입 시 고려할 점 241

4.2.2 실제 상황을 도입하는 여러 가지 방법 250

4.3 상황 속의 물리학습 자료 257

4.3.1 놀이공원 257

4.3.2 일상생활 소재를 이용한 물리탐구 262

4.3.3 신체를 소재로 이용한 물리탐구 270

4.3.4 일상 상황을 활용한 외국 교재 272

4.4 STS와 물리 학습 278

4.4.1 STS의 의미 278

4.4.2 STS 교육의 도입 배경 279

4.4.3 STS 교육의 목표 281

4.4.4 STS 학습지도 방법 283

4.4.5 SATIS 프로그램 286

4.5 STEM/STEAM 교육 295

4.5.1 STEM 교육과정과 학습 지도 295

4.5.2 미국의 STEM 교육 297

4.5.3 영국의 STEM 교육 302

4.5.4 우리나라의 STEAM 교육 307

4.5.5 STEAM 교육의 도입 방안 313