비구조적 문제해결(Ill-Structured Problem Solving)에서 질문 프롬프트에 의한 비계설정(Scaffolding)이 학습자의 메타인지, 학습동기, 참여도, 문제해결력에 미치는 효과

Abstract

현대사회는 테크놀러지 중심의 지식기반 사회로 변화하고 있으며, 이러한 변화는 교육적인 측면에서도 많은 변화를 요구하고 있다. 이제 교육에서도 학습자에게 획일적인 정보의 제공이 아닌 유의미한 질문과 문제해결의 기회를 제공하는 좀더 학습자 중심적이며 실제적인 환경 제공을 위한 논의들이 진행되고 있는 것이다. 따라서, 이제 교육의 목적은 학습자가 스스로 문제에 직면하여 문제를 해결하기 위한 정보를 습득, 활용하고 새로운 정보를 기존의 선행지식과 연결하여 자신만의 지식으로 구성해 나가는 것에 강조점을 두는 것으로 변화하고 있다. 이것은 곧 성공적인 학습을 위해서는 학습자의 자발적이고 자기 주도적 학습능력이 요구된다는 것을 의미하는 것이다(봉미미, 1998; 신민희, 1998; 임정훈, 1999). 한편, 지금까지는 많은 사람들이 정구조적 문제해결에 대한 학습결과가 비구조적 문제해결에도 긍정적으로 쉽게 전이될 것이라고 가정해왔지만, 실제적으로 비구조적 문제의 해결에는 인지적 능력뿐만이 아니라, 논증을 구축하기 위한 정당화, 메타인지 등을 포함한 비인지적 기능들이 필요하다는 연구결과들이 제시되고 있다(Dunkle, Schraw, Bendixen, 1995; Hong, 1998; Jonassen, 2000; Shin, Jonassen, McGee, 2003). 따라서 이러한 연구결과들은 지금까지 학교수업에서 많이 다루어 왔던 정구조적 문제해결에 대한 연구 외에도 비구조적 문제해결에 대한 좀더 많은 연구들이 필요하다는 것을 시사하고 있다. 이와 관련하여 본 연구에서는 앞으로 점점 중요시되는 비구조적 문제해결을 촉진시킬 수 있는 비계설정 중의 하나인 질문 프롬프트의 개념적인 틀을 실제로 적용해 보고, 동시에 학습자의 성공적인 문제해결에 있어서 매우 중요한 요소들인 메타인지, 학습동기, 참여도, 문제해결력을 종속변수로 설정하여 이에 미치는 효과를 알아보고자 한다. 더 나아가서는 비구조적 문제해결에서 질문 프롬프트에 의한 비계설정에 대한 시사점을 제공하고자 한다. 이와 같은 연구목적에 따라 다루어진 세부 연구문제는 다음과 같다. 1. 비구조적 문제해결에서 질문 프롬프트에 의한 비계설정을 제공 받은 집단과 제공 받지 않은 두 집단 간 학습자들의 메타인지 변화 수준에 차이가 있는가? 2. 비구조적 문제해결에서 질문 프롬프트에 의한 비계설정을 제공 받은 집단과 제공 받지 않은 두 집단 간 학습자들의 학습동기 변화 수준에 차이가 있는가? 3. 비구조적 문제해결에서 질문 프롬프트에 의한 비계설정을 제공 받은 집단과 제공 받지 않은 두 집단 간 학습자들의 참여도에 차이가 있는가? 4. 비구조적 문제해결에서 질문 프롬프트에 의한 비계설정을 제공 받은 집단과 제공 받지 않은 두 집단 간 학습자들의 문제해결력에 차이가 있는가? 위의 연구 문제를 검증하기 위해 본 연구에서는 2005년 3월, 교수설계 관련 과목을 수강하는 E 대학 교육공학과 4학년에 재학중인 학부생 57명을 대상으로 연구하였다. 연구에 사용된 질문 프롬프트는 Ge & Land (2004)의 비구조적 문제해결을 지원하기 위한 비계설정의 개념적인 틀을 본 연구에 적용할 수 있도록 개발한 후, 교육공학 전문가 3인에게 타당도를 검증 받아 수정ㆍ보완 후 사용하였다. 실험에 들어가기 전에 메타인지, 학습동기 검사지를 통해 연구대상의 사전 메타인지, 학습동기 수준을 측정하였으며, 질문 프롬프트 제공 여부에 따라 실험집단과 통제집단의 두 집단으로 나누어 총 3주에 걸쳐 웹을 활용한 비구조적 문제해결 과제를 수행한 후, 학습자의 사후 메타인지, 학습동기 수준과 참여도를 측정하고, 문제해결력을 평가하였다. 참여도의 측정은 연구자가 집계한 글 게시횟수와 로그인 횟수를 사용하였으며, 문제해결력 평가 도구는 교육공학 전문가 2인의 타당도 검증을 거쳐 수정ㆍ보완 후 사용되었다. 이 같은 방법에 의해 수집된 자료들은 사전ㆍ사후 검사에서 질문 프롬프트에 의한 비계설정이 학습자의 메타인지, 학습동기 변화수준에 영향을 미치는지 파악하기 위해 반복측정 변량분석(Repeated Measures ANOVA)과 반복측정 다변량분석(Repeated Measures MANOVA)을 각각 실시하였고, 또한 질문 프롬프트에 의한 비계설정이 학습자의 참여도와 문제해결력에 영향을 미치는지 파악하기 위해 다변량분석(MANOVA)을 실시하였다. 본 연구를 통해 얻어진 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 질문 프롬프트에 의한 비계설정에 따른 메타인지 변화 수준의 차이를 분석한 결과, 질문 프롬프트 제공 여부에 따라 두 집단의 메타인지 수준은 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다, F(1, 46) = 4.42, p < .05(η² = .09). 즉, 질문 프롬프트를 제공 받지 않은 집단이 질문 프롬프트를 제공 받은 집단에 비해 사전ㆍ사후 메타인지 수준이 더 높게 나타났다. 그러나, 사전ㆍ사후 측정 시점에 따라서는 두 집단의 메타인지 수준은 통계적으로 유의미한 차이가 나타나지 않았으며, F(1, 46) = 3.68, p > .05(η² = .07), 마지막으로 질문 프롬프트 제공 여부와 사전ㆍ사후 측정 시점에 따른 상호작용 효과도 나타나지 않았다, F(1, 46) = 0.92, p > .05(η² = .02). 본 연구결과는 질문 프롬프트를 제공 받은 집단의 메타인지 수준이 보다 향상될 것이라는 본 연구자의 기대와는 상반되는 것이다. 따라서 비구조적 문제해결에서 질문 프롬프트를 제공하는 것은 학습자의 메타인지 수준에 영향을 미치지 않는 것으로 보인다. 둘째, 질문 프롬프트에 의한 비계설정에 따른 학습동기 변화 수준의 차이를 분석한 결과, 질문 프롬프트 제공 여부에 따라서 두 집단의 학습동기 수준은 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났으며, Pillai's Trace 값이 0.16, F(6, 40) = 1.3, p > .05(η² = .16), 사전ㆍ사후 측정 시점에 따라서도 두 집단의 학습동기 수준은 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다, Pillai's Trace 값이 0.19, F(6, 40) = 1.6, p > .05(η² = .19). 또한 질문 프롬프트 제공 여부와 사전ㆍ사후 측정 시점에 따른 상호작용 효과도 나타나지 않았다, Pillai's Trace 값이 0.16, F(6, 40) = 1.25, p >.05(η² = .16). 본 연구결과는 질문 프롬프트를 제공 받은 집단의 학습동기 수준이 보다 향상될 것이라는 본 연구자의 기대와는 상반되는 것이다. 따라서 비구조적 문제해결에서 질문 프롬프트를 제공하는 것은 학습자의 학습동기 수준에 영향을 미치지 않는 것으로 보인다. 셋째, 질문 프롬프트에 의한 비계설정에 따른 참여도의 차이를 분석한 결과, 질문 프롬프트를 제공 받지 않은 집단이 제공 받은 집단보다 더 많은 수의 글을 게시하고 더 자주 로그인 한 것으로 나타났으며, 분석 결과 두 집단 간의 이러한 차이는 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다, Pillai's Trace 값이 0.94, F(4, 110) = 24.53, p < .01(η² = .47). 이러한 결과는 질문 프롬프트를 제공 받지 않은 집단의 경우 제공 받은 집단에 비해 상대적으로 문제해결 활동과 관련한 많은 논의를 필요로 했으며, 또한 사전 메타인지와 같은 개인차 등에 의한 것으로도 볼 수 있다. 넷째, 질문 프롬프트에 의한 비계설정에 따른 문제해결력의 차이를 분석한 결과, 문제해결력을 측정하는 12개의 하위차원 중 9개 하위차원 즉, 문제진술의 명확성, 진술된 원인의 중요성, 근거의 논리성, 접근방법의 다양성, 해결안 도출의 논리성과 타당성, 해결안의 재검토, 대안모색의 시도, 평가에 대한 타당성과 합리성, 문제해결 프로세스의 체계성에 있어서는 질문 프롬프트를 제공 받은 집단이 제공 받지 않은 집단보다 더 높은 점수를 받았다. 그러나, 제시된 해결안의 구체성, 문제해결 프로세스의 논리적 일관성, 그리고 해결안의 타당성과 합리성의 3가지 하위차원에 있어서는 질문 프롬프트를 제공 받지 않은 집단이 제공 받은 집단보다 높은 점수를 받았으며, 분석결과 두 집단 간의 이러한 차이는 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다, Pillai's Trace 값이 1.63, F(24, 90) = 16.36, p < .01(η² = .81). 이상과 같은 연구 결과들을 종합하면, 비구조적 문제해결에서 질문 프롬프트에 의한 비계설정은 학습자의 개인차(메타인지, 학습동기)와 참여도에 미치는 영향은 크지 않으나, 비구조적 문제해결의 과정적인 차원에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 효과적인 비구조적 문제해결을 위해서는 학습자들이 문제해결을 위한 구체적인 해결안을 선정하기 전에 다양한 관점으로 해결안에 대해 모색해 볼 수 있는 기회를 제공하고 해결안을 선정한 후에도 자신이 제시한 해결안에 대한 장점과 단점 등에 대해 생각해 보는 재검토의 기회를 제공할 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 또한 학습자에게 문제해결을 위한 기본적인 사고 체계나 절차 등을 안내해 줌으로써 사전에 문제해결에 필요한 기본적인 인지적 요소들을 갖출 수 있도록 외부적인 비계설정을 지원하는 것이 중요하다고 할 수 있다.;The modern society is changing into knowledge-based one centered on technology, demanding a great change even in the educational field. Now there are also discussions about education to provide more learner-centered and practical environment in order to present meaningful questions and an opportunity to solve problems rather than to provide learners with uniform information. For the educational purpose, therefore, emphasis is being moved both toward acquisition and use of information to solve problems by learners themselves and toward construction of their own knowledge by connecting prior knowledge to new information. This means that learners are required to perform spontaneous and self-regulated learning in order to make their learning successful (Bong, 1998; Shin, 1998; Yim, 1999). Although many people have assumed that learning resulting from well-structured problem solving would easily be transferred positively to ill-structured problem solving, recent studies show that ill-structured problem solving in practice needs not only cognitive skills but also non-cognitive skills including metacognition and justification to construct arguments (Dunkle, Schraw, and Bendixen, 1995; Hong, 1998; Jonassen, 2000; Shin, Jonassen, and McGee, 2003). The results imply that further studies on ill-structured problem solving are necessary in addition to those on well-structured problem solving which has been dealt with in school education. In this respect, this study intends to apply the conceptual framework of question prompt, one of scaffoldings to facilitate ill-structured problem solving which will be more and more highly valued, and to set metacognition, achievement motivation, participation, problem-solving performance, all of which are very important factors in problem solving by learners, as dependent variables in order to determine its effects on them. In addition, this study intends to measure applicability of scaffolding by question prompt appropriate for ill-structured problem solving in an educational practice. For this purpose, the concrete questions were set as follows: 1. Is there any difference in the change of learners' metacognition between the group provided with scaffolding by question prompt for ill-structured problem solving and that provided with no scaffolding? 2. Is there any difference in the change of learners' achievement motivation between the group provided with scaffolding by question prompt for ill-structured problem solving and that provided with no scaffolding? 3. Is there any difference in the change of learners' participation between the group provided with scaffolding by question prompt for ill-structured problem solving and that provided with no scaffolding? 4. Is there any difference in learners' problem-solving performance between the group provided with scaffolding by question prompt for ill-structured problem solving and that provided with no scaffolding? To test these questions, a research was conducted with 57 seniors at the department of educational technology in E University, who took lectures on instructional design, in March 2005. As for question prompt, the conceptual framework of scaffolding by Ge and Land (2004) to assist ill-structured problem solving was adapted for this study and then revised and complemented after validation by three experts in educational technology. Prior to the test, subjects were tested for prior metacognition and achievement motivation using a questionnaire about metacognition and achievement; web-based ill-structured problem solving was implemented with experimental and control groups, which were divided by whether question prompt was offered or not, for a total of three weeks; and learners were then tested for post metacognition, achievement motivation, and participation, along with evaluation of problem-solving performance. The number of writings and that of long-in, both of which I estimated, were used to measure participation; the tool for evaluating problem-solving performance was revised and complemented after validation by two experts in educational technology. Using data collected in this way, to determine if scaffolding by question prompt in pretest and posttest affected the level of change of learners' metacognition and achievement motivation, Repeated Measures ANOVA was carried out in the case of learners' metacognition and Repeated Measures MANOVA was carried out in the case of achievement motivation. Also, MANOVA was carried out to determine if scaffolding by question prompt affected learners' participation and problem-solving performance. This study obtained the following results: First, after analyzing differences in the change of metacognition according to scaffolding by question prompt, there were statistically significant differences in metacognition between two groups by whether question prompt was offered or not. In other words, learners provided with no question prompt showed higher prior and post metacognition than those provided with question prompt. However, there was no statistically significant difference in metacognition between two groups according to the time of pretest and post-test; finally, there was no interactive effect according to whether a strategy was offered or not and by the time of pretest and post-test. The results were contrary to my expectation that the group provided with question prompt would improve in metacognition. Consequently, the offer of question prompt for ill-structured problem solving seems to have no effect on learners' metacognition. Second, after analyzing differences in the change of achievement motivation according to scaffolding by question prompt, there was no statistically significant difference in achievement motivation between two groups according to whether question prompt was offered and by the time of pretest and post-test. And there was no interactive effect according to whether question prompt was offered or not and by the time of pretest and post-test. The results were contrary to my expectation that the group provided with question prompt would improve in achievement motivation. Consequently, the offer of question prompt for ill-structured problem solving seems to have no effect on learners' achievement motivation. Third, after analyzing difference in participation according to scaffolding by question prompt, the group provided with no question prompt posted the greater number of writings and logged-in more frequently than that provided with question prompt, which was found to be a statistically significant difference according to analysis. These results demonstrate that the group provided with no question prompt needs relatively more discussions about problem solving activities than that provided with question prompt, which can be due to individual differences such as metacognition. Fourth, analyzing differences in problem-solving performance according to scaffolding by question prompt, the group provided with question prompt was found to be higher in nine sub-areas―clearness of problem statement, importance of causes stated, logicality of grounds, variety of approaches, logicality and validity of deduction of solutions, review of solutions, attempts to search for an alternative, validity and rationality of evaluation, and systematization of problem solving process―among 12 sub-areas to measure problem solving than that provided with no question prompt. To the contrary, the group provided with no question prompt was higher in the remaining three sub-areas―concreteness of solutions suggested, logical consistency of problem solving process, and validity and rationality of solutions―than that provided with question prompt, which was found to a statistically significant difference. To put the results together, scaffolding by question prompt for ill-structured problem solving had insignificant effects on learners' individual differences (metacognition and achievement motivation) and participation, while it affected the process of ill-structured problem solving. For effective ill-structured problem solving, it is necessary to provide learners with an opportunity to search for solutions to a problem from diverse viewpoints before they select concrete solutions and to provide an opportunity to review solutions, for example, in terms of strong and weak points, even after they select the solutions. It is also important to assist external scaffolding to help learners acquire basic cognitive factors necessary for problem solving in advance by guiding them to the basic thought system or procedure for problem solving.