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유추 조건에 따른 수학적 문제 해결 효과
The Effects of Mathematical Problem Solving depending on Analogical Conditions 원문보기

韓國學校數學會論文集 = Journal of the Korean school mathematics society, v.15 no.3, 2012년, pp.535 - 563  

반은섭 (한국교원대학교 대학원) ,  신재홍 (한국교원대학교)

초록
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본 연구는 유추 조건에 따른 수학적 문제 해결 양상을 분석하여 유추적 사고의 필요성을 확인하고, 시각적 표상을 통한 유추의 효과를 경험적으로 검증하기 위하여 실시되었다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 충청북도 청주시에 소재한 일반계 고등학교인 C고등학교 3학년 학생 80명을 연구 대상자로 선정하였다. 이들은 유추 상황에 따라 설정된 표상 대응 조건, 개념 대응 조건, 탐색 조건과 비 유추조건인 단순조건에 각각 20명씩 배정되었으며, 1차 실험과 2차 실험에서 각 조건에 따라 서로 다른 학습 자극을 받은 후에 복소수 수열과 관련된 동일한 문제를 풀었다. SPSS 12.0을 이용한 ${\chi}^2$ 분석을 토대로 유추 조건에 따른 문제 해결률을 비교하여 분석한 결과, 수학적 문제 해결 과정에서 유추적 사고가 이루어지지 않을 경우에 이미 알고 있는 바탕 지식의 사용이 제한될 수 있으며, 시각적 표상을 통하여 바탕 개념과 표적 개념을 대응시켜 보는 것이 유추 전이에 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과는 문제 해결 과정에서 유추적 사고의 필요성을 함의하고 있으며, 시각적 표상을 통하여 바탕 개념과 표적 개념의 관계적 유사성을 인식하는 것이 수학적 문제 해결과 밀접하게 관련되어 있다는 주장을 지지하는 경험적인 근거가 된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was conducted to confirm the necessity of analogical thinking and to empirically verify the effectiveness of analogical reasoning through the visual representation by analyzing the factors of problem solving depending on analogical conditions. Four conditions (a visual representation mapp...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 실험적인 근거를 토대로 수학적 문제 해결에 있어서 유추적 사고의 필요성을 확인하였고, 시각적 표상을 통한 유추가 효과적이라는 것을 검증했다는 점에서 의의가 있을 것이다.
  • 또한 수학교육학 분야에서 유추적 사고를 다룬 연구가 매우 부족한 상황이라고 한 이경화(2009)의 의견을 통하여 유추를 다루고 있는 수학교육학 분야의 선행 연구가 다소 제한적이라는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 선행 연구의 제한점을 보완하여 유추에 의한 문제 해결을 설명할 수 있는 방안을 다음과 같이 모색해 보았다.
  • 본 연구의 목적은 유추 조건에 따른 수학적 문제 해결 양상을 분석하여 문제 해결에 있어서 유추적 사고의 필요성을 확인하고, 시각적 표상을 통한 유추의 효과를 검증하는 데 있다.
  • 본 연구의 목적은 유추 조건에 따른 수학적 문제 해결 양상을 분석하여 문제 해결에 있어서 유추적 사고의 필요성을 확인하고, 시각적 표상을 통한 유추의 효과를 경험적으로 검증하는 데 있다. 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 연구 가설을 설정하였다.
  • Novick과 Holyoak(1991)은 대응 단계가 유추 전이에 있어서 필수적이지만, 바탕과 표적 요소들 간의 개념 대응만으로는 유추 전이가 일어날 수 없으며, 표적 문제의 해결을 위해 바탕 문제의 해법을 실행하는 과정을 의미하는 적용 과정(adaptation process)이 수반될 때 성공적인 유추 전이를 기대할 수 있다고 주장했다. 연구 가설 2는 유추 조건에 따른 문제 해결 효과의 비교 분석을 통하여 시각적 표상을 활용하여 바탕과 표적을 추측하고 대응시키는 조건에서 문제 해결률이 유의미하게 높은지 여부를 확인하고, 유추 전이의 적용 과정을 재해석해 보기 위한 것이다.
  • 또한 시각적 표상을 이용한 잠정적인 대응 관계는 지속적으로 수정 · 보완이 가능하고 이를 통하여 관계적 유사성이 견고해질 수 있기 때문에 결과적으로 유추 전이의 가능성이 높아지게 된다는 가정을 할 수 있을 것이다. 이와 같은 가정은 문제 해결 과정에서 시각적 표상의 역할을 고찰해 볼 수 있는 새로운 연구 과제가 될 수 있을 것이며 본 연구에서는 실험적인 결과를 근거로 하여 수학적 문제 해결에 있어서 시각적 표상을 통한 유추의 효과를 검증해 보고자 한다.

가설 설정

  • 또한 시각적 표상을 이용한 잠정적인 대응 관계는 지속적으로 수정 · 보완이 가능하고 이를 통하여 관계적 유사성이 견고해질 수 있기 때문에 결과적으로 유추 전이의 가능성이 높아지게 된다는 가정을 할 수 있을 것이다.
  • 유추 조건 중 표상 대응 조건의 문제 해결률은 높고, 개념 대응 조건과 탐색 조건의 문제 해결률은 모두 낮을 것이다.
  • 유추 조건(표상 대응 조건, 개념 대응 조건, 탐색 조건)의 문제 해결률은 높고, 비 유추 조건(단순 조건)의 문제 해결률은 낮을 것이다.
  • 유추 조건(표상 대응 조건, 개념 대응 조건, 탐색 조건)의 문제 해결률은 높고, 비 유추 조건(단순 조건)의 문제 해결률은 낮을 것이다.
  • 이와 같이 연구 가설 2는 바탕 개념과 표적 개념을 시각적 표상을 통해 대응시킨 표상 대응 조건의 문제 해결률은 높고, 시각적 표상을 통해 대응시키지 않고 개념만 대응시킨 개념 대응 조건과 바탕 개념만 제시한 탐색 조건의 문제 해결률은 모두 낮을 것이라는 가정 하에 설정되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인지심리학에서 이루어진 유추 연구의 도구가 무엇인 경우가 많았는가? 인지심리학에서 이루어진 유추 연구의 도구가 대수 문장제(algebraic word problem)인 경우가 많았으며(예, Novick, 1995; Novick & Holyoak, 1991; Reed, 1987; Reed, Dempster & Ettinger, 1985), 수학이 다루는 주제들 중 많은 부분이 유추와 관련되어 있기 때문에(Polya, 2002, 2003) 유추에 대한 관심은 수학교육학 연구에서도 반영되어 수학 문제 해결에 있어서 유추 전이(analogical transfer)에 영향을 미치는 변인들을 조사하는 연구들이 보고되고 있다(예, 이종희, 김선희, 2002; 이종희, 김진화, 김선희, 2003; Bassok, 2001; Bassok & Holyoak, 1989; English, 1998; Reed, 1987; Reed et al., 1985; Richland, Holyoak & Stigler, 2004).
유추 조건에 따른 수학적 문제 해결 양상을 분석하여 유추적 사고의 필요성을 확인하고, 시각적 표상을 통한 유추의 효과를 경험적으로 검증하기 위하여 실시하기 위하여 조사 분석 한 결과는? SPSS 12.0을 이용한 ${\chi}^2$ 분석을 토대로 유추 조건에 따른 문제 해결률을 비교하여 분석한 결과, 수학적 문제 해결 과정에서 유추적 사고가 이루어지지 않을 경우에 이미 알고 있는 바탕 지식의 사용이 제한될 수 있으며, 시각적 표상을 통하여 바탕 개념과 표적 개념을 대응시켜 보는 것이 유추 전이에 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과는 문제 해결 과정에서 유추적 사고의 필요성을 함의하고 있으며, 시각적 표상을 통하여 바탕 개념과 표적 개념의 관계적 유사성을 인식하는 것이 수학적 문제 해결과 밀접하게 관련되어 있다는 주장을 지지하는 경험적인 근거가 된다.
유추란 무엇인가? 유추를 통하여 문제를 해결하기 위해서는 이미 알고 있는 바탕 문제(base problem)와 새로 주어진 표적 문제(target problem)가 필요하다. 유추는 현재의 문제를 해결하기 위해 사전 지식을 이용하는 것이므로 바탕 문제와 표적 문제 사이에는 반드시 공통된 유사성이 존재해야 하며, 표적 문제를 해결하기 위하여 바탕 문제와 표적 문제의 유사성을 인식하고 관계를 대응시켜야 한다(Bassok, 2001; Gentner, 1983; Holyoak & Thagard, 1995; Weisberg, 2009). 이 과정에서 문제를 푸는 사람은 바탕 문제와 표적 문제에서 구조적인 관계의 유사성을 파악하고 자신이 이미 풀어보았던 바탕 문제의 해결책을 표적 문제에 전이하여 문제를 해결했다고 볼 수 있는데, 이와 같이 유추에 의해 문제가 해결되었을 때, 유추 전이(Analogical transfer)가 이루어졌다고 한다(Novick & Holyoak, 1991; Sternberg, 2005; Weisberg, 2009).
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