[논문]과학영재들은 협업적 문제해결과정에서 무엇을 공유하는가?

이지원; 김중복

doi:10.9722/jgte.2013.23.6.1099

과학영재들은 협업적 문제해결과정에서 무엇을 공유하는가?
What is Shared in Collaborative Problem Solving Process of Scientific Gifted Students? 원문보기

英才敎育硏究 = Journal of gifted/talented education, v.23 no.6, 2013년, pp.1099 - 1115

초록
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지식의 생성 주체로서 집단지성이 주목받고 있다. 집단지성으로 문제를 해결하기 위해서는 협업이 필요한데 협업을 위한 기본 조건은 정보의 공유이다. 이 연구에서는 4명의 과학영재 학생들을 대상으로 불일치 상황을 제시하고 이를 과학적으로 설명하도록 요구한 후 그들의 문제해결과정을 분석함으로써 과학영재들이 협업적 문제해결과정에서 무엇을 공유하는지를 알아보았다. 연구 결과, 과학영재들은 문제발견과정에서 전제와 문제를 공유하였고, 가설 생성과정에서는 문제해결의 목표와 이 목표에 도달할 수 있는 수단을 공유하여 가설을 생성하기 위한 조작자 인출에 이용하였다. 생성된 가설이 평가되는 과정에서는 해결방법의 평가기준으로서 제약조건과, 이를 이용한 평가의 결과를 공유하였다. 이는 집단이 생각의 공유를 통해 스스로 지식을 창출하고 자신들의 개념을 변화시켜 나가는 것을 의미한다. 이러한 문제해결과정을 통한 자발적인 개념변화는 영재교육에 시사점을 제공한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Collective intelligence has been focused because it plays an important role for creating knowledge. In order to solve a problem with collective intelligence, collaborative works sharing information are required. In this study, we have investigated what informations are shared while 4 science gifted students are asked for scientific explanation to the problem which is cognitive conflict. They have shared presupposition and problem in stage of problem finding, aims and means of problem solving in stage of setting up hypotheses, and constraints for evaluation and results of evaluation in stage of hypotheses evaluation. Our research tells that group can create knowledge through sharing information and make a change of their concepts. Our foundation of these spontaneous conceptual change gives an implication for gifted education.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

[그림 1]의 ②와 같이 (-)로 대전된 에보나이트 막대를 중성인 검전기에 접촉하면, [그림 1]의 ③과 같이 검전기의 금속박이 벌어진 상태를 유지한다. 이 검전기에 에보나이트 막대를 점점 접근하면서 어떻게 될 것인지 과학영재 학생들에게 예측해보게 하였다. T는 연구자, AS는 과학영재 그룹 전체를 의미한다.
이는 협업적 창의성이라는 시너지 효과를 얻기 위해 갖추어야 할 정의적 능력을 길러주기 위한 노력의 일환이라고 볼 수 있다. 이 연구는 좀 더 협업 과정의 본질에 접근하여, 협업이 이루어지는 과정에서 과학영재 학생들 간에 무엇이 공유되는지를 인지적인 측면에서 분석하고자 한다. 이는 협업이 시너지 효과를 내는 원인을 밝히는 데 힌트가 될 수 있을 뿐만 아니라, 영재들이 협업적 창의성을 발현하기 위해 무엇을 함양하여야 하는가에 대한 시사점을 제공한다는 측면에서 의미가 있다.
이 연구에서는 과학영재가 문제해결과정에서 무엇을 공유하는지 알아보았다. 과학영재학생들은 문제발견 단계에서 전제와 문제를 공유하였다.
이 연구에서는 과학자들이 부딪치는 문제상황과 유사하게 비구조화된 불일치 상황을 제공하고 그 과정에서 무엇을 공유하는지를 미세 분석함으로써 과학영재 그룹이 과학적 문제해결과정에서 무엇을 공유하는지 분석하고 이러한 공유를 통해 협업적 창의성이 어떻게 나타나는지 그 양상을 살펴볼 것이다.

가설 설정

(-)대전체가 대전된 검전기에 다시 접근할 때 금속박이 어떻게 될 것 같으냐는 질문에 대해, 과학영재 학생들은 ‘척력’에 의해 금속박이 벌어질 것이라고 예측하였다.
(a)는 S1에 의해 생성되었고 에보나이트 막대의 전자가 공기 중으로 방전되어 상대적인 (+)가 되었기 때문에 (-)로 대전된 검전기의 전자가 위로 올라와 금속박이 오므라든다는 가설이다. (b)는 S2에 의해 생성되었고 에보나이트 막대가 유전분극되어 검전기를 향한 방향이 (+)를 띠기 때문에 역시 전자가 위로 올라와 금속박이 오므라든다고 설명한다.
(b)는 S2에 의해 생성되었고 에보나이트 막대가 유전분극되어 검전기를 향한 방향이 (+)를 띠기 때문에 역시 전자가 위로 올라와 금속박이 오므라든다고 설명한다. (c)는 S2에 의해 생성되었는데 접근하는 에보나이트 막대가 금속박에 직접 척력을 작용하여 위에서 누른다는 가설이다. (d)는 S4가 생성하였는데 에보나이트 막대의 전자가 손을 통해 빠져나가 (+)를 띠게 되고 이로 인해 (-)로 대전된 검전기의 전자가 위로 올라와 금속박이 오므라든다는 가설이다.
(c)는 S2에 의해 생성되었는데 접근하는 에보나이트 막대가 금속박에 직접 척력을 작용하여 위에서 누른다는 가설이다. (d)는 S4가 생성하였는데 에보나이트 막대의 전자가 손을 통해 빠져나가 (+)를 띠게 되고 이로 인해 (-)로 대전된 검전기의 전자가 위로 올라와 금속박이 오므라든다는 가설이다. (e)는 S2가 생성하였는데 금속박에 작용하는 전기력이 최대가 될 때는 벌어지고, 양쪽 금속박의 전하량이 같지 않으면 전기력이 최대보다 작기 때문에 오므라든다는 가설이다.
(d)는 S4가 생성하였는데 에보나이트 막대의 전자가 손을 통해 빠져나가 (+)를 띠게 되고 이로 인해 (-)로 대전된 검전기의 전자가 위로 올라와 금속박이 오므라든다는 가설이다. (e)는 S2가 생성하였는데 금속박에 작용하는 전기력이 최대가 될 때는 벌어지고, 양쪽 금속박의 전하량이 같지 않으면 전기력이 최대보다 작기 때문에 오므라든다는 가설이다. (f)도 역시 S2가 생성하였는데 검전기의 유리병이 유전분극되어 안쪽이 (+)를 띠기 때문에 금속박을 밀어서 오므라든다는 가설이다.
(f)도 역시 S2가 생성하였는데 검전기의 유리병이 유전분극되어 안쪽이 (+)를 띠기 때문에 금속박을 밀어서 오므라든다는 가설이다. (g)는 S1이 생성하였는데, 금속박 사이의 금속봉이 (+)를 띠기 때문에 금속박을 잡아당겨 오므라든다는 가설이다. 이는 S2가 생성한 가설 (3)의 아이디어를 공유하여 금속박끼리의 전하량 차이가 아니라 금속박과 금속봉의 전하량 차이를 설정하였다.
이는 S2가 생성한 가설 (3)의 아이디어를 공유하여 금속박끼리의 전하량 차이가 아니라 금속박과 금속봉의 전하량 차이를 설정하였다. (h)는 S3에 의하여 제안되었고 검전기의 금속 내부에 외부 전기장과 반대방향의 내부 전기장이 생겨 전자가 (-)대전체가 접근하는 방향으로 올라온다는 가설이다.
8 S1: (에보나이트 막대와 검전기가) 둘 다 마이너스 전하를 띠고 있으니까.
9 S3: 전자가 척력을 받아서 밑(금속박)으로 다 옮겨가서 벌어질 것 같습니다.
S4 역시 이 아이디어를 이용하여 도체의 성질을 갖는 부도체라는 가설을 통해 상대적인 (+) 상태를 생성하였다.
가설생성 단계에서 학생들은 자신이 가지고 있는 지식구조에 따라 상황을 설명할 수 있는 가설을 제시한다. 문제와 목표는 공유하고 있지만 활성화되는 스키마는 개인에 따라 다르기 때문에, 그룹 구성원들은 다른 사람의 아이디어를 듣고 자신의 지식구조와 비교하게 된다.
전기력은 금속박 간의 전하량에 차이가 있으면 전체 크기가 작아지게 되므로 한쪽 금속박 혹은 금속봉으로 전하가 더 몰리면 금속박이 줄어드는 것을 설명할 수 있다. 이러한 중간상태를 설명하는 가설은 (e) 금속박의 상대적 전하량 비교 가설과 (g) 상대적으로 대전된 금속봉 가설이다. (e) 가설은 S2에 의하여 제안되었다.

제안 방법

특별히 시간제한을 두지 않고, 현상에 대해 스스로 납득할 수 있는 가장 합리적인 가설이 나올 때까지 협의할 수 있도록 하였다. 동료 참여자에게 자신의 생각을 설명하고 자유롭게 의견을 교환하는 과정을 녹음하고 학생들이 설명을 위해 그린 그림을 분석하였다. 문제를 해결하는 과정을 문제발견, 가설생성, 가설평가의 세 부분으로 나누어 어떤 발화가 이루어졌는지 프로토콜을 분석하였다.
동료 참여자에게 자신의 생각을 설명하고 자유롭게 의견을 교환하는 과정을 녹음하고 학생들이 설명을 위해 그린 그림을 분석하였다. 문제를 해결하는 과정을 문제발견, 가설생성, 가설평가의 세 부분으로 나누어 어떤 발화가 이루어졌는지 프로토콜을 분석하였다.
연구자가 직접 상황을 보여준 후, 상황을 어떻게 표상하였는지 확인하고, 이 상황에 대해 정리가 안 된 형태여도 좋으니 생각나는 즉시 최대한 많이 표현하기를 요청한 후 그 이후에는 아무런 개입을 하지 않았다. 실험도구로서 검전기, 에보나이트 막대, 털가죽을 3개씩 제공하였다. 특별히 시간제한을 두지 않고, 현상에 대해 스스로 납득할 수 있는 가장 합리적인 가설이 나올 때까지 협의할 수 있도록 하였다.

대상 데이터

D지역의 과학고등학교 2학년 남학생 4명(이하 각각의 대상자를 S1~4로 표기)이 연구에 참여하였다. 평소 물리를 좋아하고 관심이 많으며 학업성취도가 높은 학생들이었다.
자료는 문제해결과정에서 생성된 언어적 프로토콜과, 그림, 손짓 등의 비언어적 프로토콜이 함께 수집되었다. 연구자가 직접 상황을 보여준 후, 상황을 어떻게 표상하였는지 확인하고, 이 상황에 대해 정리가 안 된 형태여도 좋으니 생각나는 즉시 최대한 많이 표현하기를 요청한 후 그 이후에는 아무런 개입을 하지 않았다.

성능/효과

elegans) 프로젝트는 세계적인 공개연구 방식으로, 어떤 연구실도 단독으로 수행할 수 없는 복잡한 과업이기 때문에 각 연구실에서 나온 각각의 데이터를 가지고 마치 공동 퍼즐 맞추기를 하듯이 연구가 진행되었다. 연구의 결과를 공유할 수 있는 지식의 공동 저장소가 생기고, 그에 따라 지식 공동체가 커져갔다. 공동체 구성원들은 자신의 연구 데이터를 망설임 없이 모두 공개했고, 다른 연구자들은 그 결과 위에 자신의 연구 결과를 보태어 나갔다.
종합해보면, 과학영재는 협업적 문제해결과정에서 문제해결에 필요한 정보를 공유하고 개체의 정신모형에 기반하여 가설을 생성, 평가한 후 그 결과를 다시 그룹이 공유함을 알 수 있었다. 각각의 구성원이 문제해결에 기여한 작은 부분들이 모여 해결을 향해 나아갔다.

후속연구

지식 공유의 부적인 영향이 나타났을 때 교사의 개입으로 이를 최소화할 수 있다. 따라서 집단적 문제해결과정을 수업에 적용하였을 때 교사의 개입방법에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	예쁜꼬마선충 프로젝트는 어떻게 진행되었는가?	연구의 결과를 공유할 수 있는 지식의 공동 저장소가 생기고, 그에 따라 지식 공동체가 커져갔다. 공동체 구성원들은 자신의 연구 데이터를 망설임 없이 모두 공개했고, 다른 연구자들은 그 결과 위에 자신의 연구 결과를 보태어나갔다. 그 결과 33년 만에 꼬마선충의 완벽한 유전자 정보를 알아낼 수 있게 되었다(Leadbeater, 2008).
	집단지성이 만들어내는 협업적 창의성의 조건은 무엇인가?	이는 유기체와 지속적으로 상호작용하면서 서로 영향을 주고받아 역동적인 양상을 띠는 생태계에 비유할 수 있다. 집단지성이 만들어내는 협업적 창의성(collaborative creativity)의 조건을 살펴보면, 첫 번째는 지식생성의 주체가 개인이 아닌 집단 혹은 그룹이라는 것이다. 전문성의 정도에 따라 대중지성과 전문가지성으로 나누는 경우도 있지만(최항섭, 2009) 협업의 기본 매커니즘은 동일하다고 본다(전종희, 2013). 두 번째 조건은 지식생성에 필요한 자료를 공유한다는 점이다(Leadbeater, 2008). 세번째 조건은 개인이 생성한 지식보다 결과물을 놓고 보았을 때 집단의 산출물이 훨씬 뛰어나야 한다는 점이다(Libert et al., 2008). 집단지성에 의해 생성한 지식은 단순히 한 사람이 가진 창의성을 숫자적으로 더한 수준이 아니라 거듭제곱 방식의 급진적인 성장세를 띠어야 한다(Sawyer, 2008).
	협업적 창의성은 어떻게 나타나는가?	협업적 창의성은 이와 같이 집단에 의한 지식의 수집이라는 형태뿐만 아니라, ‘개인으로 모인 집단 구성원들이 특정한 맥락에서 문제를 해결해나가는 과정(전종희, 2013)’에서도 나타난다. 과학에서 문제해결을 위한 가설 검증과 수정 과정은 과학자라는 전문가 집단에 의한 경쟁과 협력의 과정으로서 이 또한 집단지성이 발휘되는 상황이라 볼 수 있다.

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원문보기 상세보기
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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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