컴퓨터 화면에 제시되는 문제의 유형, 제시 형태와 학습자의 문제 해결 능력이 문제 해결에 미치는 영향

Abstract

The purpose of this study was to investigate the main and interaction effects of the type of problems, the presentation form of problems on the screen of computer(abbr. CRT) and the level of a learner's problem-solving ability on problem-solving performance for collecting related data in development a computer-assisted instructional(CAI) program, that is designed to enhance problem-solving ability. Learners' problem-solving abilities were divided into two levels: high- and low-levels. Two types of problems were used: "complex translation problems" and "process problems" as classfied by Charles and Lester( 1982). Three presentation forms of problems on the CRT were utilized in the study: word, pictorial and heuristics forms. In order to achieve the purpose of this study, the following hypotheses were set up on the basis of the review of literature. 1. Concerning learners' problem-solving abilities, learners with a relatively high-level of problem solving abilities will demonstrate better performance than those with a low-level of problem-solving abilities in problem solving performance on the CRT. 2. Concerning the type of problems, learners will demonstrate better performance in solving complex translation problems than in solving process problems. 3. Concerning the presentation form of problems, learners will show the worst performance in the problems presented in a word form. 4. There will be an interaction effect on learners' problem-solving performance on the CRT between the presentation form of problems and learners' problem-solving abilities. 5. There will be an interaction effect on learners' problem-solving performance on the CRT between the type of problems and the Presentation form of problems. 6 . There will be an interaction effect on learners' problem-solving performance on the CRT among the type of problems, the presentation form of problems, and learners' problem-solving abilities. In order to test these hypotheses, an experimental study was conducted. The study employed a factorial experimental design with repeated measurements on the type of problems, the presentation form of problems, and a learner's problem-solving ability. The subjects of the study were 138 sixth grade students enrolled in three elemantary schools. At the beginning of the study, a test on problem-solving ability test was administered to the students. On the basis of the test scores, the students were divided into the high-level group or the low-level group. both groups of students went through three versions of problem-solving performance tests. Each tests included the two types of problems(i.e., complex translation problems and process problems) and the three presentation forms of problems(i.e., word, pictorial and heuristics forms). Then, the students' problem solving performance was assessed again by the test. For each school, the experiment was conducted once a week over three weeks. The data were analyzed on the basis of a multivariate analysis of variace(MANOVA) with repeated measurement. The findings of the study were as follows: 1. The students' problem-solving abilities affected their problem-solving performance on the CRT. 2. The type of problems affected the students' problem-solving performance on the CRT. 3. The presentation form of problems on the CRT affected the student's problem-solving performance. 4. There was not a significant interaction effect on the students' problem-solving performance on the CRT between the presentation form of problems and the students' problem-solving abilities. 5. There was not a significant interaction effect on the students' problem-solving performance on the CRT between the type of problems and the presentation form of problems. 6. There was not a significant interaction effect on the students' problem-solving performance on the CRT among the type of problems, the presentation form of problems, and the students' problem-solving abilities. In conclusion, these findings indicate that problem-solving activities in schools should employ various types and presentation forms of problems, and includ both general and specific problem-solving strategies for the development of students' problem solving abilities. The focus of future studies on problem-solving need to be directed to the development of suitable design principles, that can be applied to the teaching and learning of problem-solving. Especially, the massive influx of microcomputers in schools is inevitable for the teaching and learning of problem-solving. Therefore, it is recommendable to conduct continuous research on the design strategies of CAI programs for problem-solving.;본 연구의 목적은 문제 해결력 신장을 위한 CAI 프로그램의 개발에 관한 기초자료를 마련하기 위하여, 컴퓨터 화면에 제시되는 문제의 유형(복잡한 적용 문제, 과정 문제), 문제 제시 형태(언어형, 도식형, 전략형) 및 학습자의 문제 해결 능력이 문제 해결에 미치는 영향을 파악하는 데에 있다. 본 연구는 문제 해결 연구의 범주 중에서 문제 해결 수행에 영향을 미치는 과제변인(문제의 유형, 문제의 제시 형태)과 문제 해결자 변인(문제 해결 능력)에 초점을 두고 있다. 본 연구에서 알아보고자 하는 연구 문제는 다음과 같다. 1) 학습자의 문제 해결 능력은 문제 해결 수행에 영향을 끼치는가? 2) 문제의 유형이 문제 해결 수행에 영향을 끼치는가? 3) CRT에서의 문제 제시 형태가 문제 해결 수행에 영향을 끼치는가? 4) CRT에서의 문제 제시 형태와 학습자의 문제 해결 능력은 문제 해결 수행에 있어서 상호 작용 효과를 나나낼 것인가? 5) 문제의 유형과 CRT에서의 문제 제시 형태는 문제 해결 수행에 있어서 상호작용 효과를 나타낼 것인가? 6) 학습자의 문제 해결 능력, 문제의 유형 및 CRT에서의 문제 제시 형태는 문제 해결 수행에 있어서 상호 작용 효과를 나타낼 것인가? 이 연구 문제를 해결하기 위하여 고찰한 이론적 배경 및 관련 선행 연구의 고찰을 토대로 다음과 같은 가설을 설정하였다. 【가설1】문제 해결 능력이 뛰어난 학습자는 그렇지 않은 학습자보다 CRT에서 제시되는 문제를 해결하는 수행에 있어 높은 성취를 보일 것이다. 【가설2】CRT에서 제시된 문제의 두 가지 유형의 문제 중 복잡한 적용 문제의 해결에서 과정 문제보다 더 높은 성취를 보일 것이다. 【가설3】CRT에서의 문제 제시 형태가 문제 해결 수행에 영향을 끼칠 것이다. 3-1) CRT에서의 문제 제시 형태 중 언어형에서 도식형, 전략형보다 문제 해결 수행에서 낮은 성취를 보일 것이다. 3-2) CRT에서의 문제 제시 형태와 학습자의 문제 해결 능력은 문제 해결 수행에 있어서 상호 작용 효과가 있을 것이다. 3-3) 문제의 유형과 CRT에서의 문제 제시 형태는 문제 해결 수행에 있어서 상호 작용 효과가 있을 것이다. 3-4) 학습자의 문제 해결 능력, 문제의 유형 및 CRT에서의 문제 제시 형태는 문제 해결 수행에 있어서 상호 작용 효과가 있을 것이다. 본 연구의 가설을 검증하기 위하여 학습자의 문제 해결 능력, 문제의 유형과 CRT에서의 문제 제기 형태를 독립 변인으로 하는 2×2×3 반복 측정 요인 설계(three factorial experimental design with repeated measurements on two factors)에 의한 실험을 설계하였다. 문제 해결 능력은 상위 수준과 하위 수준으로 구분하고, 문제의 유형은 복잡한 적용 문제(complex translation problem)와 과정 문제(process problem)로 구분하며, CRT에서의 문제 제시 형태는 언어형(word form), 도식형(pictorial form), 전략형(heuristics form)으로 구분하였다. 종속 변인은 문제 해결 수행 검사의 실시 결과로 얻어진 문제 해결 수행 점수이다. 세 가지의 독립 변인 중의 하나인 문제 해결 능력으로 집단을 구별하였고, 각 집단별로 문제의 유형과 문제의 제시 형태에 대한 문계 해결의 수행 점수를 반복 측정하였다. 본 연구에서는 성 변인, 지역 변인, 컴퓨터 조작 변인, 문제 해결과 검사 수행이 용이한 학년, 연구 수행의 용이성 등을 고려하여, 교육부 지정 컴퓨터 교육 연구, 시범 국민 학교로서 표준 교육용 컴퓨터를 25대 이상 보유하고 있는 학교 중 서울시에서 S 학교, 인천시에서 P 학교, 경기도에서 K 학교를 선정하고 각 학교에서 6 학년 1개 학급씩 총 138명을 대상으로 하였다. 학생의 문제 해결 능력을 측정하여 문제 해결 능력에 따라 상위 수준과 하위 수준 집단으로 구분하기 위하여 IPSP 검사지 562형을 한국교육개발원에서 우리 나라의 실정에 맞게 번안한 것을 본 연구에서 사용하였다. 그리고, 문제의 유형과 CRT에서의 문제 제시 형태에 대한 변인을 고려한 문제를 수록하고, 실험 대상자가 이를 보고 문제를 풀 수 있도록 하여 문제 해결의 수행 점수를 측정하기 위한 도구로 문제 해결 수행 검사 3종을 컴퓨터 프로그래밍하여 사용하였다. 본 실험에 앞서 예비 검사를 실시하였고, 본 실험은 1991년 9월 4일~9월 20일에 걸쳐 각 학교별로 일주일 간격으로 3회에 걸쳐 실시하였다, 본 실험에 의하여 밝혀진 결과는 다음과 같다. 첫째, 문제 해결 수행에 있어서 상위 수준 집단과 하위 수준 집단간에는 0.1%의 수준에서 유의한 차가 있는 것으로 나타났다(F=53.2789, df=1/136, p<.001). 둘째, 복잡한 적용 문제 해결과 과정 문제 해결 수행간에는 0.1%의 수준에서 유의한 차가 있는 것으로 나타났다(F=212.47, df=1/137, p<.001). 더우기 문제 해결 능력의 상위 수준 집단에서나 하위 수준 집단에서 모두 복잡한 적용 문제 해결과 과정 문제 해결 수행간에 0.1%의 수준에서 유의한 차가 있는 것으로 나타났다(상위 수준: F=161.97, df=1/76, p<.001, 하위 수준: F=64.09, df=1/60, p<.001). 셋째, 문제의 제시 형태 중에서 언어형 문제, 도식형 문제와 전략형 문제 해결 수행간에는 5%의 수준에서 유의할 차가 있는 것으로 나타났다(F=3.62, df=2/274, p<.05). 이에 세 가지 제시 형태간의 차이를 알아보기 위하여 문제 해결의 수행에 있어서 이들의 평균값의 차이에 대한 t-검증을 실시한 결과, 언어형 문제와 도식형 문제 해결 수행의 평균값의 차이(t=2.03, df=137, p<.05)와 언어형 문제와 전략형 문제 해결 수행의 평균값의 차이(t=2.83, df=137, p<.01)는 의미있는 것으로 나타났으나, 도식형 문제와 전략형 문제 해결 수행의 평균값의 차이는 의미없는 것으로 나타났다. 넷째, 문제 해결 수행에 있어서 문제의 제시 형태와 학습자의 문제 해결 능력간의 상호 작용 효과에는 5%의 수준에서 유의한 차가 없는 것으로 나타났다(F=.29, df=2/272, p>.05). 이에 집단별로 세 가지 제시 형태에 따른 문제 해결의 수행에 있어서 이들의 평균값의 차이에 대한 t-검증을 실시한 결과, 상위 수준에서는 언어형 문제와 전략형 문제 해결 수행의 평균값의 차이(t=2.55, df=76, p<.05)는 의미 있는 것으로 나타났으나, 언어형 문제와 도식형 문제 해결 수행의 평균값의 차이와 도식형 문제와 전략형 문제 해결 수행의 평균값의 차이는 의미없는 것으로 나타났다. 또한 하위 수준 집단에서는 세 가지 제시 형태에 따른 문제 해결 수행의 평균값의 차이가 의미없는 것으로 나타났다. 다섯째, 문제 해결 수행에 있어서 문제의 유형과 CRT에서의 문제 제시 형태간의 상호 작용 효과에는 5%의 수준에서 유의한 차가 없는 것으로 나타났다. 그러나 복잡한 문제 해결 수행에 있어서 세 가지 문제의 제시 형태간에는 1%의 수준에서 유의한 차가 있는 것으로 나타났으나(F=5.36, df=2/274, p<.01), 과정 문제 해결 수행에 있어서 세 가지 문제의 제시 형태간에는 5%의 수준에서 유의한 차가 없는 것으로 나타났다. 문제의 유형별로 세 가지 제시 형태에 따른 문제 해결의 수행에 있어서 이들의 평균값의 차이에 대한 t-검증을 실시한 결과, 문제의 유형 중에서 복잡한 적용 문제의 해결 수행에서는 언어형 문제와 도식형 문제 해결 수행의 평균값의 차이(t=3.06, df=137, p<.01)와 언어형 문제와 전략형 문제 해결 수행의 평균값의 차이(t=2.52, df=137, p<.05)는 의미있는 것으로 나타났으나, 도식형 문제와 전략형 문제 해결 수행의 평균값의 차이는 의미없는 것으로 나타났다. 또한, 과정 문제의 해결 수행에서는 언어형 문제와 도식형 문제 해결 수행의 평균값의 차이, 언어형 문제와 전략형 문제 해결 수행의 평균값의 차이, 도식형 문제와 전략형 문제 해결 수행의 평균값의 차이는 모두 의미없는 것으로 나타났다. 여섯째, 문제 해결 수행에 있어서 학습자의 문제 해결 능력, 문제의 유형과 CRT에서의 문제 제시 형태간의 상호 작용 효과에는 5%의 수준에서 유의한 차가 없는 것으로 나타났다. 위의 결과를 통하여 다음과 갈은 결론을 얻었다. 첫째, 문제 해결 능력이 뛰어난 학습자일수록 CRT에서 제시되는 문제 해결 수행이 높다는 결과를 토대로, 학습자의 문제 해결 능력이 문제 해결 수행에 영향을 미친다는 결론을 얻었다. 또한 문제 해결의 부분 기능인, 문제를 이해하는 능력, 계획을 수립하고 실행하는 능력, 해결을 검증하는 능력이 뛰어난 학습자일수록 CRT에서 제시되는 문제 해결 수행에서 높은 성취도를 얻는다는 것을 알 수 있었다. 둘째, 학습자들이 CRT에서 제시된 복잡한 적용 문제를 과정 문제보다 더 잘 해결한다는 결과를 토대로, 문제의 유형이 문제 해결 수행에 영향을 미친다는 결론을 얻었다. 셋째, CRT에서의 문제 제시 형태 중 언어형에서 도식형이나 전략형 문제 해결 수행보다 낮은 성취를 보인다는 결과를 토대로, CRT에서의 문제의 제시 형태가 문제 해결 수행에 긍정적인 영향을 미친다는 결론을 얻었다. 즉, 학습자들은 글보다는 그림을 통하여 문제를 좀더 쉽게 표상하고 이해하며, 또한 글보다는 구체적인 해결 전략을 제공하는 발문을 통하여 좀더 쉽게 해결 계획을 수립하고 실행한다고 볼 수 있다. 넷째, 학습자의 문제 해결 능력과 문제의 제시 형태가 CRT에서 제시된 문제 해결의 수행에 있어 상호 작용적인 효과가 유의하게 나타나지 않은 결과를 토대로, 문제 해결 능력과 문제의 제시 형태는 CRT에게 제시된 문제 해결 수행에서 상호 작용적인 영향을 미치지 않는다는 결론을 얻었다. 따라서, CRT에 제시된 언어형, 도식형, 전략형 중에서 문제 해결 능력이 뛰어난 학습자나 문제 해결 능력이 뛰어나지 못한 학습자가 특정한 형태로 제시된 문제를 다른 형태로 제시된 문제에 비해 더 잘 해결한다고는 볼 수 없다. 그러므로 CRT에 제시된 문제의 형태가 언어형, 도식형, 전략형인가 하는 요인은 문제의 이해와 표상에는 긍정적인 영향을 미치지만, 해결 전략의 수립이나, 실행은 학습자가 가지고 있는 관련 지식이나 해결 전략에 더 많이 의존한다고 볼 수 있다. 다섯째, CRT에서 제시된 문제의 유형과 문제의 제시 형태가 문제 해결 수행에 미치는 상호 작용적인 효과가 유의하게 나타나지 않은 결과를 토대로, CRT에서 제시된 문제의 유형과 문제의 제시 형태가 문제 해결 수행에 상호 작용적인 영향을 미치지 않는다는 결론을 얻었다. 따라서, CRT에서 제시된 언어형, 도식형, 전략형 중에서 복잡한 적용 문제와 과정 문제는 어떤 특정한 형태로 제시될 때 더 잘 해결된다고는 볼 수 없다. 여섯째, 학습자의 문제 해결 능력, CRT에서 제시되는 문제의 유형 및 문제의 제시 형태의 세 요인이 문제 해결 수행에 있어서 상호 작용적인 효과가 유의하게 나타나지 않는 결과를 토대로, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 문제 해결 능력이 높은 학습자는 사고의 유연성과 개념의 적용 가능성이 뛰어나고 문제의 외형에 영향을 거의 받지 않으므로 어떤 유형에서든지 또는 어떤 제시 형태든지 관계없이 문제 해결 수행에 높은 성취를 보일 것이다. 반면에 문제 해결 능력이 낮은 학습자와는 반대의 성향을 가지기 쉬우므로, 문제의 표면적인 모양, 문맥, 공간 지각을 기본으로 문제를 표상하고 이해할지라도 해결 전략을 수립하고 실행하는 데에 많은 어려움을 느낀다고 볼 수 있다.