공간검사의 문제풀이 방략유형 탐색과 성별, 공간능력 수준별, 전공계열별 집단차이

Abstract

The purpose of this study was to investigate the types of strategies in solving spatial tasks, and the group differences by gender, level of spatial ability, and major, when using these strategies. To accomplish this, a set of tests that measure spatial ability and the strategies used to solve the problems, were constructed and the set of tests were named the "spatial test." The spatial test includes nine different types of spatial tasks, which were picture completion, 2-D and 3-D mental rotation, form development, apertures, orthographic projection, paper folding, embedded pieces, and object assembly tasks. From the results of previous studies and the protocol analysis conducted in the pilot study, four primary strategies i.e., holistic, analytic, combined, and intuitional strategies were identified. A total of 1063 participants consisting of college and graduate students completed nine different spatial tasks in the spatial test. After solving each spatial item, participants were asked to choose one strategy among five alternatives that they used to solve the item. The results showed that participants reported using the holistic strategy for the tasks that required mental rotation, such as 2-D and 3-D rotation tasks, form development, apertures, and paper folding tasks, and that they used the analytic strategy for the tasks that required visualization, such as picture completion and embedded pieces. In order to investigate group differences, the groups were classified by latent trait, gender, level of spatial ability, and the academic major. In the result of a latent class analysis, two groups of latent classes were identified for each spatial task. In the first latent class, the analytic strategy was used predominantly in picture completion and embedded pieces tasks. The holistic strategy was used considerably in 2-D and 3-D mental rotation and form development tasks. For apertures and paper folding tasks, holistic strategies as well as a combination of strategies were primarily used, whereas the analytic strategy was also chosen many times when compared to other tasks. For orthographic projection tasks, combined and analytic strategies were used. There were significant main effects for gender and level of spatial ability. Females used more holistic strategies in the 2-D mental rotation and form development tasks, and used more combined strategies in the picture completion and 3-D mental rotation tasks, whereas males used intuitional strategies in picture completion, 2-D and 3-D mental rotation, form development, embedded pieces, and object assembly. The higher and lower level spatial ability groups, which were the upper 20% and bottom 20% of the subjects, respectively, showed that they chose different strategies for spatial tasks, in that the holistic strategy was used more in the higher level group for 2-D mental rotation, form development, and apertures, whereas the lower level group used it more for orthographic projection and embedded pieces tasks. The analytic strategy was used more in the higher group for picture completion and embedded pieces, and it was used more in the lower group for 2-D mental rotation. While the higher group chose combined strategies more for orthographic projection, form development, and paper folding tasks, the lower level group used combined strategies for embedded pieces. The intuitional strategy was used more by the higher level group for picture completion, 2-D and 3-D mental rotation, but more in the lower level group for paper folding. Differences among the five groups of subjects' majors were also detected. The holistic strategy was used more in human and social science majors than in natural science majors for 2-D mental rotation tasks. The analytic strategy was used more in social science majors than in design majors for picture completion. Post-hoc analysis results reported significant differences only for embedded pieces tasks. The analytic strategy was used more in social sciences than in engineering majors, and the intuitional strategy was used more in engineering than in natural science majors. The results of this study showed that the strategies were identified as holistic, analytic, combined, and intuitional strategies. Additionally, it was found that different strategies were chosen for each spatial task depending on the latent classes, gender, level of spatial ability, and participants' academic major. The use of different strategies in the higher and lower level groups showed that there might be an effective way to solve spatial tasks. Discussions on the possible effectiveness of enhancing spatial ability in terms of strategy training were followed.;본 연구에서는 공간검사 수행 시 사용하는 방략에는 어떠한 것들이 있고 또한 이러한 방략 사용에서의 집단 간 차이는 어떠한 지를 탐색하기 위한 목적에서 우선 공간능력을 측정하고 해당 문제풀이 과정에서 사용한 방략을 선택할 수 있는 검사 도구를 제작하고 이를 “공간검사"라고 지칭하였다. 선행연구 결과와 질적 분석(protocol analysis)을 통해 방략유형의 내용을 파악한 결과 공간검사 문제풀이 과정에서 나타난 방략은 총체적 방략, 분석적 방략, 통합적 방략, 한눈에 보고 답을 찾아내는 방법의 네 가지 방략이 주를 이루는 것으로 확인되었다. 공간검사 문제풀이 과정에서 집단별로 사용하는 방략의 차이를 확인하기 위해 총 9가지의 하위과제를 포함한 공간검사와 함께 각 문항별 방략 선택지를 제시하여 공간검사 문제풀이 과정에서 나타나는 방략 사용에 대한 반응을 수집하였다. 대학생 및 대학원생 1063명으로부터 수집한 본검사 자료를 분석한 결과, 공간검사의 각 하위과제별로 문제풀이 방략의 사용은 조금씩 다르게 나타났다. 심상회전이 많이 요구되는 3차원 심상회전, 2차원 심상회전, 전개도접기, 투상도, 종이접기 과제에서는 총체적 방략의 사용이 많았고, 시각화가 많이 요구되는 도형완성과 부분찾기 과제는 분석적 방략의 사용이 두드러졌다. 집단별 공간검사 문제풀이 과정에서 나타나는 방략사용의 차이를 확인하기 위해, 과제유형별 공간검사에 대한 응답들을 잠재계층집단과, 성별집단, 공간능력 수준별 상-하 집단 및 전공계열별 집단으로 구분하였다. 각기 두 개의 잠재계층으로 분류된 집단들에서의 방략사용 양상 중에서, 잠재계층 1의 경우는, 도형완성, 부분찾기 과제에서 분석적 방략사용이 현저하게 나타났다. 또한 3차원 심상회전, 2차원 심상회전과, 전개도접기 과제에서는 총체적방략의 사용이 우세한 것으로 나타났다. 투상도와 종이접기 과제에서는 총체적 방략과 통합적 방략사용이 모두 높고 분석적 방략사용도 다른 과제들에 비해서 상대적으로 높게 나타나는 양상이 유사하게 나타났다. 직각투사 과제의 경우에는, 통합적 방략 사용의 영향력 및 빈도가 가장 높게 나타났고, 분석적 방략 사용이 다음으로 높게 나타나는 패턴을 나타내어 잠재계층별 방략사용의 영향력에서 나머지 다른 하위과제들과는 구별되는 특성을 지닌 과제유형으로 볼 수 있다. 성별과 공간검사 상-하 집단 간의 문제풀이 방략 사용에서의 상호작용을 확인해 본 결과, 전체적인 상호작용 효과는 나타나지 않았고, 성별 및 공간검사 능력의 수준에 따른 방략사용의 차이만 확인되었다. 성별에 따른 문제풀이 방략사용에서의 차이를 살펴보면, 2차원 심상회전과 전개도 접기에서 여자가 남자에 비해 총체적 방략을 더 많이 사용했다. 도형완성에서는 여자가 남자보다 분석적 방략을 더 많이 사용하였고, 3차원 심상회전에서는 여자가 남자보다 통합적 방략을 더 많이 사용 하였다. 남자는 여자에 비해 한눈에 보고 답을 찾는 방법을 더 많이 사용한 것으로 나타났는데, 도형완성, 3차원 심상회전, 2차원 심상회전, 전개도접기, 부분찾기, 조각맞추기에서 유의한 차이가 나타났다. 공간능력 수준별 상-하위 집단의 문제풀이 방략사용에서의 차이를 살펴보면 다음과 같다. 2차원 심상회전과 전개도접기, 투상도 과제에서는 공간능력 상위집단이 하위집단에 비해 총체적 방략을 더 많이 사용하였고, 직각투사와 부분찾기에서는 하위집단이 상위집단보다 총체적 방략을 더 많이 사용한 것으로 나타났다. 도형완성과 부분찾기에서는 능력 상위집단이 분석적 방략을 더 많이 사용했고, 2차원 심상회전에서는 하위집단이 분석적 방략을 더 많이 사용한 것으로 나타났다. 직각투사와 전개도접기, 종이접기에서는 상위집단이 통합적 방략을 더 많이 사용하였고, 부분찾기에서는 하위집단이 통합적 방략을 더 많이 사용하였다. 도형완성, 3차원 심상회전, 2차원 심상회전에서는 공간능력 상위집단이 한눈에 보고 답을 찾아내는 방법을 더 많이 사용하였고, 종이접기에서는 하위집단이 한눈에 보고 답을 찾아내는 방법을 더 많이 사용한 것으로 나타났다. 과제유형에 따른 전공계열별 방략사용에서의 차이는 다음과 같다. 2차원 심상회전 과제에서는 인문과 사회계열 전공자들이 디자인 계열 전공자들에 비해 총체적 방략을 더 많이 사용한 것으로 나타났고, 도형완성 과제에서는 사회계열 전공자들이 디자인 전공자들에 비해 분석적 방략을 더 많이 사용 하였다. 과제유형에 따른 전공계열별 방략사용에서의 차이에 대한 통계적으로 유의한 사후검증 결과는 부분찾기 과제에서만 나타났는데, 사회계열 전공자들은 공학계열 전공자들에 비해 분석적 방략을 더 많이 사용하였고, 공학계열 전공자들은 부분찾기 과제를 해결할 때 자연계열 전공자들에 비해 한눈에 보고 답을 찾아내는 방략사용을 더 많이 하는 것으로 확인되었다. 본 연구의 결과는 공간능력을 측정하는 검사에서의 문제풀이 방략이 어떻게 나타나고, 각 집단별로는 어떠한 차이가 있는지를 보여준다. 공간검사의 각 하위과제별로 사용하는 방략의 종류에 따라 공간검사 점수가 다르게 나타날 수 있다는 점은 효과적인 방략 선택 훈련에 대한 중요한 시사점을 제공한다. 특히, 공간능력 상-하위집단 간의 문제풀이 방략사용에서 나타난 차이는, 정답율을 높이기 위해 사용하는 문제풀이 방략 선택에 옳은 규칙이 존재하는 지에 대한 질문에 대한 해답을 제시한다. 상대적으로 공간능력 상위집단에서 문항에 적절한 풀이방략을 효과적으로 선택하여 사용할 수 있는 반면, 하위집단에서는 적절한 방략선택에 실패하여 문항에 오답을 하게 된다는 가정을 할 때, 공간검사의 각 하위과제별로 효과적인 문제풀이 방략을 찾아내고, 이것에 대한 선택요령을 교육함으로써 공간능력 증진을 위한 교육효과를 기대해 볼 수 있을 것이다.