일과 에너지에 관한 중학생들의 문제해결과정 분석

Abstract

최근 교육 현장에서의 중요한 학습 목표로서 “문제해결 능력의 신장”의 실천을 위해 문제해결에 대한 보다 활발한 연구들이 이루어지고 있다. 특히 학생들의 사고과정에 관련하여 문제의 변인과 문제해결자의 변인과의 비교 및 분석을 통하여 문제해결에 영향을 주는 내적ㆍ외적 요인들을 파악하려는 시도들이 많았다 그러나 연구의 특성상 대상이나 대상 인원이 제한적일 수밖에 없고, 결과를 일반화하기 어려운 한계성 때문에 연구 설계와 방법을 달리한 연구들이 지속되어야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 중학교 3학년들을 대상으로 “Ⅰ. 일과 에너지” 단원에 대한 문제해결 사고과정을 분석하였다. 연구 대상 학생들을 G 그룹(Good novice problem solvers)과 P 그룹(Poor novice problem solvers)으로 구분하였고, P 그룹 학생들이 G 그룹 학생들의 사고과정 특성을 갖추도록 하여 교육 현장에서 학생들의 전반적인 문제해결력 향상에 도움을 주어서 그에 따른 과학 교과에 대한 긍정적인 인식을 유발하도록 하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 1. G 그룹 학생들은 보유한 선행지식을 문제해결에 적용하여 성공적인 결과를 나타내나 P 그룹 학생들은 보유한 선행지식 조차 문제해결에 적절히 적용하지 못했다. 2. G 그룹 학생들은 “일상적 상황”의 문제보다 “과학적 상황”에서 문제해결 성공 빈도가 높았으나 P 그룹 학생들은 문제의 상황에 따른 성공 빈도 여부에 차이를 보이지 않았다. 그러니 G 그룹, P 그룹 모두 그림이 제시된 경우가 제시되지 않을 때보다 문제해결의 성공 빈도가 높았다. 3. G 그룹 학생들은 전반적으로 K-D전략(지식-개발 전략)을 사용하는데 “일상적 상황”과 그림이 제시되지 않은 경우에서 “과학적 상황”과 그림이 제시된 경우보다 K-D전략의 사용이 감소하였다. P 그룹 학생들은 상황에 따른 전략의 선택보다 문항의 내용에 따른 전략 선택의 경향이 있었고, 그림이 제시되지 않을 때 제시되는 경우보다 RA전략(임의 전략)의 사용횟수가 증가하였다. 4. G 그룹 학생들은 문제의 이해 단계에 시간을 많이 소요하였으나 P 그룹 학생들은 문제의 수행 단계의 시간 비율이 가장 높았다. G 그룹은 계획 단계의 시간 비율이 P 그룹보다 전반적으로 높았다. 각 단계의 소요시간과 시간비율은 문제의 상황과 그림 제시 유무에 따라 다르게 나타났다. 본 연구의 결과에 따라 학생들의 문제해결력 신장을 위해 다음과 같은 제언을 제시한다. 1. 문제를 잘 해결하지 못하는 초심자들이 절차적, 조건적 지식을 갖추도록 학습이 이루어져야 하며 그 결과 보유한 선행지식이 실제 문제해결에 적용될 수 있도록 한다. 2. 학생들에게 제시하는 문제의 상황과 제시 방법을 다양화하여 본질적인 문제해결력 향상을 위한 교수-학습이 이루어져야 한다. 3. K-D전략으로 문제를 풀어나가는 방법이 실제 수업시간에 주된 방법이 되도록 하여 문제를 잘 해결하지 못하는 초심자들도 문제를 잘 해결하는 초심자들의 특성을 갖출 수 있도록 한다. 4. 학생들은 문제해결 절차를 밟기 이전에 문제 그 자체를 정성적으로 해석해 보는 연습이 요구된다. 5. 본 연구의 연구 대상과 문항 내용의 한정적인 성격 때문에 학생들의 사고과정이 미시적 접근의 한계성을 안고 있다. 앞으로 연구 대상을 달리하고 단원과 영역을 확대한 후속 연구가 계속 있어야 하겠으며 연구 결과를 일반화 할 수 있는 이론적 토대를 형성해야 할 것이다.;The purpose of this study were to analyze process of problem solving in middle school students and to compare their problem solving characteristics between ten good novice problem solvers(G group) and ten poor novice problem solvers(P group) in middle school students. After investigating whether to have or not prior knowledge of the chapter of "Work and Energy", twelve problems were selected in that chapter for main research. The students solved that problems through "thinking aloud method", their thinking process were recorded by using an audio tape and transferred into protocols. Moreover post interviews were performed according to the researcher's judgement. The results were as follows: 1. G group applied prior knowledge adequately to solve the problems, but P group couldn't use suitably prior knowledge due to the lack of procedural knowledge and conditional knowledge. 2. G group has successful results in "scientific context" and in the case with diagram than in "everyday context" and in the case without diagram. P group has good results in the case with diagram than the case without diagram, whereas the success of problem solving has not related with "context". 3. G group tends to use K-D strategy n most of problems, P group use M-E or RA strategies instead of K-D strategy. G group decreased frequency of the using by K-D strategy in "everyday context" than "scientific context", whereas P group has not related to the selection of strategy according to "context". 4. Most students solved problems following the stage of understanding, planning, carrying out evaluation. G group spent much time in understanding the problem but P group spent much time in carrying out the problem rather than in the stage of understanding or planning. Each group has different results in the ratio of time or spending time at stage according to "context" and the presence of diagram. On the base of this study's results, the following is proposed for improvements in our science education. 1. Poor novice problem solvers were made to have procedural knowledge and conditional knowledge, then prior knowledge that solvers have could be applied to practical problem solving. 2. We Should diversify problem situations which is presented to students. And teaching-learning must be performed in order to improve problem solving ability essentially. 3. K-D strategy will be main method in practical instruction. 4. An exercise of defining problem itself qualitatively must be required by students before they solve the problems. 5. Because this study includes small number of problems and the subject of study is limited, it is hard to generalize the results of this investigation. Therefore, following study should include variable features of problems and expand its territory or subjects of study.