초심자의 문제해결력과 인지구조간의 관계

Abstract

This study designed to examine the relation between the problem solving abilities and cognitive structure of novices in the area of science problem solving. For this purpose, the ways subjects categorize problems were investigated by problem sorting task. The task was carried out by middle school students. They were examined in scientific abilities, and then grouped into two: 30 good novices versus 30 poor novices. The problems which used in task was made on the basis of science texts(five types), and contained the fundamental principle for solving. Each subject was tested individually. 20 problem cards were presented to subjects and they were asked to sort their cards into groups based on similarities of solution, and then to write the reason for their groupings. Three kinds of analysis were made with the data from the experiment. A cluster analysis(Johnson, 1967 ;maximum method) was applied to the summed matrixs of the two groups, and a pearson correlation was calculated between the PC (principle-type centeredness) values with scores of exam., and Chi-square(χ^(2)) was also calculated for two groups with the types of category used for sorting. The results are as following. 1. There were significant differences in the ways of problem categorization between good and poor novice problem solvers. It was found that good novice problem solvers categorize problems into groups in a more meaningful ways, especilly according to principle-type. The correlation between the PC values and scores in the exam. was significant differences(r = .84). 2. Good novice problem solvers tended to use the category based on deep structure, whereas poor novice problem solvers categorize by surface structure in the problem statements. From this study, it was inferred that there were differences of cognitive structure among novices according to their problem solving abilities. In other words, good novice problem solver possessed a cognitive structure made up of more adequate problem schemata containing declarative knowledge (principle, law, and formulae etc.), characteristics of problem situations, and procedural knowledge. Therefore, problem solving abilities of novices related to their cognitive structure. This study discovered the same sort of differences between good and poor novice problem solvers that Chi, Feltovich, & Glaser(1981) found between experts and novices.;본 연구는 과학문제 해결분야에서 초심자의 문제해결력과 인지구조간의 관련성을 알아보기 위해 시도되었다 이를 위해서 문제분류 과제를 이용하여 피험자들이 과학영역의 문제들을 범주화하는 방식을 검토하였다. 본 연구의 대상은 중학교 학생 60명이다. 과학영역의 문제를 해결하는 능력을 측정하는 문제해결력 검사를 통해 판정된 점수를 기준으로하여 문제를 잘 푸는 초심자 집단과 문제를 잘 풀지 못하는 초심자 집단에 각각 30명씩 배정하였다. 문제 분류과제에 사용된 문제는 전문가의 도움을 받아 중학교 과학교과서(5종)를 바탕으로하여 만들었다. 문제들은 모두 그 해결에 필요한 원리를 내포한다. 본 실험은 개인별로 실시하였다. 피험자에게 문제 20매를 주고 그 유사성에 따라 묶도록 하였다. 문제들을 분류한 후 각 카드묶음에 분류기준을 붙이도록 하였다. 문제를 분류한 결과에 대하여 집단별로 Johnson(1967)의 군집분석(Cluster analysis ; maximum method)을 하였고, 개인별로 원리유형 중심값(principle-type centeredness value)을 구하여 문제해결력 검사점수와의 pearson 상관계수를 내었다. 또한 집단별로 문제 분류시에 사용한 분류기준을 총 집계하고, 그 유형별로 분석하여 통계처리하였다. 본 연구에서 나온 결과는 다음과 같다. 1. 문제를 잘 푸는 초심자 집단과 문제를 잘 풀지 못하는 초심자 집단은 문제범주화에서 현저한 차이를 보였다. 문제분류 결과를 군집분석한 결과, 문제를 잘 푸는 초심자들은 문제를 잘 풀지 못하는 초심자들에 비해 보다 뚜렷한 기준하에, 특히 원리유형 중심으로 분류하는 경향이 뚜렷하였다. 개인별 문제해결책 검사점수와 원리유형 중심값간에는 큰 상관이 있었다(r = .84). 2. 문제들을 분류함에 있어서, 문제를 잘 푸는 초심자들은 주로 문제에 내포 되어있는 원리, 문제상황의 관계 및 조건, 또는 문제해결상의 계산절차 등과 같은 문제내의 심층구조(deep structure)를, 문제를 잘 풀지 못하는 초심자들은 주로 문제진술상의 물체, 과학용어, 서술용어 등의 표면구조(surface structure)를 분류기준으로 사용하였다. 이러한 연구결과들로 볼때 초심자의 문제해결력 정도에 따라 그들의 인지구조에 뚜렷한 차이가 있음을 알 수 있다. 문제를 잘 푸는 초심자들은 대부분 표면구조의 특성이 아닌 문제배후의 원리를 중심으로 문제를 이해하고 이를 특정 상황에 적용할 수 있는 절차지식을 갖고있다. 이에 반해 문제를 잘 풀지 못하는 초심자들은 문제를 표면구조의 특성에 의해 피상적 또는 직관적으로 파악하며, 원리, 또는 그 원리가 구체적 상황에서 어떻게 적용되는지를 분명하게 모른다. 다시말해, 문제를 잘 푸는 초심자들은 문제를 잘 풀지 못하는 초심자들에 비해 문제해결에 필요한 원리와 그 적용에 관한 절차지식으로 잘 짜여진 문제도식들로 구성 된 인지구조를 가진다. 따라서, 초심자들의 문제해결력은 그들의 인지구조와 관련이 있음이 밝혀졌다. 본 연구에 의해 Chi, Feltovich 및 Glaser(1981)가 전문가와 초심자간에서 발견하였던 차이들이 과학영역의 문제해결력이 다른 초심자들간에도 존재함이 밝혀졌다.