본 연구에서는 계획과 검토 단계를 강조한 4단계 문제 해결 전략의 교수 효과를 조사하였다. 고등학교 이과 2학년 2개 학급(N=55)을 처치 집단과 통제 집단으로 무선 배치한 후, ''기체''와 ''용액'' 단원에 대하여 8차시 동안 수업하였다. 처치 집단에는 계획과 검토 단계를 강조한 4단계 문제 해결 전략을 사용하였고, 통제 집단에는 전통적인 강의 수업을 실시하였다. 이원 공변량 분석 결과, 화학 문제 해결력 검사에서 처치 집단의 점수가 통제 집단보다 통계적으로 유의미하게 높았으며, 하위 범주 중에서는 ''개념적 지시''과 ''수리적 수행''에서 처치 집단의 점수가 통제 집단보다 유의미하게 높았다. 화학 학습 동기 검사에서는 하위 범주 중 ''만족감''에서 상호작용 효과가 있었는데, 통제 집단 하위 수준 학생들의 점수가 처치 집단 하위 수준 학생들의 점수에 비해 통계적으로 유의미하게 높았다. 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식 검사에서는 두 집단 간 유의미한 차이가 없었다. 교육적 함의를 논의하였다.
본 연구에서는 계획과 검토 단계를 강조한 4단계 문제 해결 전략의 교수 효과를 조사하였다. 고등학교 이과 2학년 2개 학급(N=55)을 처치 집단과 통제 집단으로 무선 배치한 후, ''기체''와 ''용액'' 단원에 대하여 8차시 동안 수업하였다. 처치 집단에는 계획과 검토 단계를 강조한 4단계 문제 해결 전략을 사용하였고, 통제 집단에는 전통적인 강의 수업을 실시하였다. 이원 공변량 분석 결과, 화학 문제 해결력 검사에서 처치 집단의 점수가 통제 집단보다 통계적으로 유의미하게 높았으며, 하위 범주 중에서는 ''개념적 지시''과 ''수리적 수행''에서 처치 집단의 점수가 통제 집단보다 유의미하게 높았다. 화학 학습 동기 검사에서는 하위 범주 중 ''만족감''에서 상호작용 효과가 있었는데, 통제 집단 하위 수준 학생들의 점수가 처치 집단 하위 수준 학생들의 점수에 비해 통계적으로 유의미하게 높았다. 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식 검사에서는 두 집단 간 유의미한 차이가 없었다. 교육적 함의를 논의하였다.
In this study, the effects of a four-stage problem-solving strategy emphasizing planning and checking stages were investigated. Two high school classes (N=55) were randomly assigned to either treatment or control group, and taught about two topics, 'gas' and 'solution' for 8 class hours. Teacher use...
In this study, the effects of a four-stage problem-solving strategy emphasizing planning and checking stages were investigated. Two high school classes (N=55) were randomly assigned to either treatment or control group, and taught about two topics, 'gas' and 'solution' for 8 class hours. Teacher used the four-stage problem-solving strategy emphasizing planning and checking stages in the treatment group, and used traditional lecture in the control group. Two-way ANCOVA results revealed that the test scores of the treatment group were significantly higher than those of the control group in the problem-solving ability, especially in the subcategories of 'conceptual knowledge' and 'mathematical execution'. There was significant interaction between the instruction and the level of prior achievement in the 'satisfaction' of the learning motivation. The lower level students in the control group were more satisfied with chemistry class than those in the treatment group. There was no significant difference between the two groups in the scores of the awareness of metacognition. Educational implications are discussed.
In this study, the effects of a four-stage problem-solving strategy emphasizing planning and checking stages were investigated. Two high school classes (N=55) were randomly assigned to either treatment or control group, and taught about two topics, 'gas' and 'solution' for 8 class hours. Teacher used the four-stage problem-solving strategy emphasizing planning and checking stages in the treatment group, and used traditional lecture in the control group. Two-way ANCOVA results revealed that the test scores of the treatment group were significantly higher than those of the control group in the problem-solving ability, especially in the subcategories of 'conceptual knowledge' and 'mathematical execution'. There was significant interaction between the instruction and the level of prior achievement in the 'satisfaction' of the learning motivation. The lower level students in the control group were more satisfied with chemistry class than those in the treatment group. There was no significant difference between the two groups in the scores of the awareness of metacognition. Educational implications are discussed.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 이해계획-풀이用토의 4단계 문제 해결 전략14에서 계획과 검토 단계를 강조하는 방안을 고등학교 화학 수업에 적용하여 그 교수 효과를 전통적 수업과 비교하였다. 본 연구의 구체적인 목표는 다음과 같다.
제안 방법
1. 새로운 문제 해결 교수 방법이 화학 문제 해결력, 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식, 화학 학습 동기에 미치는 효과를 조사한다.
본 연구는 서울시에 위치한 남자 고등학교 2학년 이과 2학급(N=55)을 대상으로 실시하였다. 1학기부터 2학기 중간고사까지의 화학 성적 이 유사한 두 학급을 선정하여 통제 집단과 처치 집단으로 무선 배치하였다. 화학 성적 에 기초하여 상위 (50%阕 하위 (50%)로 구분한 각 집단의 사례수는 Table 1과 같다.
2. 화학 문제 해결력, 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식, 화학 학습 동기 측면에서 교수 방법과 사전 화학 성취 수준 사이의 상호작용 효과를 조사한다.
3. 새로운 문제 해결 교수 방법을 사용한 집단의 학생들을 대상으로 문제 해결 전략에 대한 선호도를 조사한다.
화학 문제 해결력 검사는 1학기 화학 성적을, 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식과 화학 학습 동기 검사는 각각의사전 검사 점수를 공변인으로 사용하였다. 공변량 분석은 동변량성과 등회귀선 가정을 검토한 후 실시하였고, 이원 공변량 분석에서 상호작용이 유의미할 경우에는 단순 효과(simple effects)를 검증하였다.20 문제 해결 전략 선호도 검사는 기술 통계로 분석하였다.
그리고 '기체 ’ 와 용액 ’ 단원에 대한 본 차시 수업을 총 7차시에 걸쳐 통제 집단과 처치 집단에 실시하였다.
문제 해결 전략 선호도 검사는 처치 집단을 대상으로 문제 해결 전략에 대한 선호도를 5단계 리커트 척도로 질문하였다.
이 때, 통제 집단에서는 전통적인 방식으로, 처치 집단에서는 문제 해결 전략12을 사용하여 문제를 해결해 주었다. 문제 해결 전략에서는 이해-계획-풀이-검토의 4단계 중 계획과 검토 단계를 강조하기 위해 이들 단계를 각각 두 개의 하위 단계로 세분화하였다. 즉, 이해 단계에서는 문제에서 주어진 조건과 구해야할 목표를 찾고, 계획 단계에서는 문제와 관련된 법칙이나 개념을 회상하고, 회상한 법칙이나 개념에 필요한 조건을 재구성하도록 하였다.
화학 문제 해결력 검사에서 사용한 문항은 문제를 해결할 때의 사고 과정을 되도록 자세히 적도록 하는 서술형으로, 선행 연구16의 문항을 수정 • 보완한 것이다. 문항에서 구해야할 것을 구체적으로 명시하지 않고, 불필요한 정보를 포함시키며, 일상적 상황으로 제시하였다.ㅂ
본 연구에서는 계획과 검토 단계를 강조한 4단계 문제 해결 전략을 고등학교 '기체 '와 '용액 ’ 단원에 적용하고 그 교수 효과를 전통적 수업과 비교하였다.
연구 절차. 사전 검사로 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식 검사와 화학 학습 동기 검사를 실시하였다. 처치 집단에 실시한 오리엔테이션에서는 교사가 계획과 검토 단계를 강조한 4단계 문제 해결 전략에 대해 소개하고, 학생들은 대상 단원과 무관한 공통과학 물리 영역의 문제로 교수 방법을 연습하였다.
참여 교사는 새로운 문제 해결 교수 방법을 연구 대상이 아닌 학급에서 매 차시 연습한 후 본 차시 수업을 실시하였고, 연구자 중 1인이 수업 처치가 의도대로 진행되는지 점검하기 위해 통제 집단과 처치 집단의 수업을 3회 이상 참관하였다. 사후 검사로 화학 문제 해결력 검사, 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식 검사, 화학 학습 동기 검사를 실시하였고, 처치 집단에서는 문제 해결 전략 선호도 검사를 추가로 실시하였다.
그리고 '기체 ’ 와 용액 ’ 단원에 대한 본 차시 수업을 총 7차시에 걸쳐 통제 집단과 처치 집단에 실시하였다. 처치 집단에는 새로운 문제 해결 교수 방법을 사용하였고, 통제 집단에는 전통적인 강의식 수업을 실시하였다. 참여 교사는 새로운 문제 해결 교수 방법을 연구 대상이 아닌 학급에서 매 차시 연습한 후 본 차시 수업을 실시하였고, 연구자 중 1인이 수업 처치가 의도대로 진행되는지 점검하기 위해 통제 집단과 처치 집단의 수업을 3회 이상 참관하였다.
처치 집단에서 교사는 학생들에게 4단계 문제 해결 전략에 의한 문제 풀이가 끝나면 반드시 자신이 사용한 계획 단계가 올바른지에 대해 검토할 것을 강조 • 지도하였으며, 문제 풀이 시간이 끝나기 직전 이를 전체적으로 다시 확인하였다.
문제 해결 전략 선호도를 제외한 다른 종속 변인에 대하여 새로운 교수 방법의 효과 및 교수 방법과 사전 성취 수준 사이의 상호작용 효과를 조사하기 위해 2 X 2 요인 방안에 의 한 이원 공변량 분석 (2-way ANCOVA)을 실시하였다. 화학 문제 해결력 검사는 1학기 화학 성적을, 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식과 화학 학습 동기 검사는 각각의사전 검사 점수를 공변인으로 사용하였다. 공변량 분석은 동변량성과 등회귀선 가정을 검토한 후 실시하였고, 이원 공변량 분석에서 상호작용이 유의미할 경우에는 단순 효과(simple effects)를 검증하였다.
화학 문제 해결력 검사의 채점틀은 선행 연구6,21와 연구자 2인간의 논의를 토대로 하여 5개의 범주로 개발 하였다. 5개의 범주는 Table 2에 제시된 바와 같이, 1) 문제에 제시된 조건을 파악하는 '주어진 조건 파악’, 2) 문제를 해결하기 위해 필요한 '개념적 지식 ', 3) 제시된 조건과 구해야 할 것 사이의 관계를 토대로 한 '관련 법칙 회상’, 4) 체계적이고 논리적으로 결론을 이끌어 내는 '조직적 전개 ’, 5) '수리적 수행 '으로 구성하였다.
화학 학습 동기 검사는 화학 학습에 대한 주의 집중 (attention), 관련성 (relevance), 자신감(confidence), 만족감(satisfaction着 측정하기 위한 5단계 리커트 문항으로 구성하였다. 사전 검사로는 Song19의 Pre-motivational Survey 12문항을, 사후 검사로는 Song19의 Simplified Instructional Materials Motivation Scale 16문항을 사'용하였다.
대상 데이터
본 연구는 서울시에 위치한 남자 고등학교 2학년 이과 2학급(N=55)을 대상으로 실시하였다.
데이터처리
공변량 분석은 동변량성과 등회귀선 가정을 검토한 후 실시하였고, 이원 공변량 분석에서 상호작용이 유의미할 경우에는 단순 효과(simple effects)를 검증하였다.20 문제 해결 전략 선호도 검사는 기술 통계로 분석하였다.
본 연구의 종속 변인은 화학 문제 해결력, 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식, 화학 학습 동기, 문제 해결 전략 선호도였다. 문제 해결 전략 선호도를 제외한 다른 종속 변인에 대하여 새로운 교수 방법의 효과 및 교수 방법과 사전 성취 수준 사이의 상호작용 효과를 조사하기 위해 2 X 2 요인 방안에 의 한 이원 공변량 분석 (2-way ANCOVA)을 실시하였다. 화학 문제 해결력 검사는 1학기 화학 성적을, 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식과 화학 학습 동기 검사는 각각의사전 검사 점수를 공변인으로 사용하였다.
이론/모형
메타인지적 기술의 사용에 대한 인식 검사는 O’Neil 과 Abedi18가 개발한 Metacognitive Inventory 중 ‘인식 (awareness)과 자기 점검 (self-checking)’ 영역에 해당 하는 문항을 사용하였다.
사전 검사로는 Song19의 Pre-motivational Survey 12문항을, 사후 검사로는 Song19의 Simplified Instructional Materials Motivation Scale 16문항을 사'용하였다.
성능/효과
문제 해결 과정을 분석한 결과에서도 실패자는 성공자에 비해 계획과 검토 단계의 행동을 상대적으로 적게 나타냈다. 또한 실패자 중 많은 수가 계획 단계에서 실패하였으며, 성공자는 자신이 유도해 낸 물리량의 의미를 파악하는 행동을 많이 나타내는 반면, 실패자는 단순히 계산 과정을 훑어보는 정도에 그치는 것으로 나타났다.7,8,9
문제 해결 과정을 분석한 결과에서도 실패자는 성공자에 비해 계획과 검토 단계의 행동을 상대적으로 적게 나타냈다. 또한 실패자 중 많은 수가 계획 단계에서 실패하였으며, 성공자는 자신이 유도해 낸 물리량의 의미를 파악하는 행동을 많이 나타내는 반면, 실패자는 단순히 계산 과정을 훑어보는 정도에 그치는 것으로 나타났다.
분석 방법. 본 연구의 종속 변인은 화학 문제 해결력, 메타인지적 기술의 사용에 대한 인식, 화학 학습 동기, 문제 해결 전략 선호도였다. 문제 해결 전략 선호도를 제외한 다른 종속 변인에 대하여 새로운 교수 방법의 효과 및 교수 방법과 사전 성취 수준 사이의 상호작용 효과를 조사하기 위해 2 X 2 요인 방안에 의 한 이원 공변량 분석 (2-way ANCOVA)을 실시하였다.
화학 문제 해결력 검사의 각 하위 범주는 2점 또는 3점 만점으로 채점하였으나, 모든 하위 범주의 점수를 3점 만점으로 통일하여 15점 만점으로 분석하였다. 수업 처치와 사전 성취 수준을 고려하여 선정한 12명의 답안지에 대해 연구자 2인의 분석자간 일치도(intercoder agreement)가 .93임을 확인한 후, 모든 답안지를 연구자 1인이 채점하였다.
연구 결과, 새로운 문제 해결 교수 방법이 학생들의 화학 문제 해결력을 유의미하게 향상시키는 것으로 나타났다. 이는 학생들이 어려워하는 계획과 검토 단계를 세분화하고, 계획 단계에 대해 검토하게 하며, 이 과정을 교사가 지속적으로 강조함으로써 , 학생들에게 문제 해결 기술을 효과적으로 제공한 것으로 보인다.
후속연구
그러나 보다 효과적이고 효율적인 문제 해결 전략은 문제의 특성에 따라 달라질 수 있으므로,27 일상적 상황의 문제나 개방형 문제와 같은 다양한 문제 상황 하에서 새로운 교수 방법의 효과를 조사해 볼 필요가 있다. 또한 실제 문제 해결 과정에서 학생들이 계획과 검토 단계를 강조한 문제 해결 전략을 구체적으로 어떻게 사용하는지, 그리고 그 특성이 무엇인지에 대해서는 보고된 바 없으므로, 이에 대한 정성적인 연구가 필요하다.
참고문헌 (27)
Smith, M. U.; Good, R. Journal of Research in ScienceTeaching, 1984, 21, 895.
Woods, D. R. Problem solving in practice; Whatresearch says to the science teacher: Problem solving;In. D. L. Gabel, Ed; National Science Teachers Association:Washington, DC 1989; p 97.
Dalbey, J.; Tourniaire, F.; Linn, M. C. Journal of Research in Science Teaching, 1986, 23, 427.
Song, S. H. The effects of motivationally adaptive computer-assisted instruction developed through the ARCSmodel; Unpublished doctoral dissertation, Florida StateUniversity, 1998.
Keppel, G. Design and analysis: A researcher's handbook;Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1991.
Heller, P.; Keith, R.; Anderson, S. American Journal ofPhysics, 1992, 60, 627.
Glass, A. R. The effects of thinking aloud pair problemsolving on technology education students' thinking processes,procedures, and problem solutions (pair problem-solving); Unpublished Doctoral Dissertation, Universityof Minesota, 1992.
Lochhead, J.; Whimbey, A. New directions for teachingand learning; (Developing critical thinking and problem-solving abilities), 1987, 30, 73.
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