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초등학생의 함수적 사고 신장을 위한 기하 패턴 지도 사례의 분석
An Analysis of Lessons on Geometric Patterns for Developing Functional Thinking of Elementary School Students 원문보기

數學敎育學硏究 = Journal of educational research in mathematics, v.26 no.4, 2016년, pp.769 - 789  

방정숙 (한국교원대학교) ,  선우진 (한국교원대학교 대학원)

초록
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패턴 활동은 어린 학생들의 함수적 사고를 신장하는 데 효과적이지만, 구체적으로 패턴을 어떻게 지도해야 하는가에 대한 연구는 부족한 편이다. 이에 본 연구에서는 초등학생의 함수적 사고를 신장하기 위한 기하 패턴의 지도 방안을 도출하여, 이를 초등학교 수학 수업으로 구현한 사례를 분석하였다. 이를 위하여 초등학교 4학년 3개 학급을 선정하였고, 동일한 교수 학습 과정안을 바탕으로 세 명의 초등학교 교사들이 각 학급에서 수업을 진행하였다. 수업은 크게 공통성을 인식하는 과정, 공통성에 대한 인식을 확장하는 과정, 공통성을 표현하는 과정으로 구성하였으며, 분석 결과 기하 패턴의 구조를 분석하는 활동은 초등학교 4학년 학생들이 패턴의 일반화된 규칙을 추론하고 표현하는 활동에 영향을 주었다. 이와 같은 결과를 토대로 초등학생의 함수적 사고를 신장하기 위한 기하 패턴의 지도 방안에 대하여 시사점을 논의하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Pattern activities are useful to develop functional thinking of young students, but there has been lack of research on how to teach patterns. This study explored teaching methods of geometric patterns for developing functional thinking of elementary school students, and then analyzed the lessons in ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그 중 본 논문에서는 지면의 한계를 고려하여 두 번째 수업을 중심으로 기하 패턴을 지도하는 수업 사례를 분석하였다. 두 번째 수업은 첫 번째 수업과 과제는 다르지만 거의 동일한 흐름으로 수업이 진행되어, 첫 번째 수업 보다는 두 번째 수업에서 교사와 학생들의 자연스럽고 능숙한 패턴 탐구 과정을 살펴볼 수 있는 장점이 있었다.
  • 한편 방정숙과 선우진(2016)은 위의 세 가지 활동을 중심으로 현행 초등학교 수학 교과서에 제시된 패턴 관련 내용을 분석하였는데, 그 결과, 현행 교과서에서는 수치적 증가 패턴을 주로 다루고 있으며, 패턴의 구조를 분석하는 활동은 별반 고려되지 않는다는 점 등을 확인하였다. 본 연구는 이러한 결과에 주목하여 현행 교육과정에서 다소 간과되고 있는 기하 패턴 지도 방안의 대안과 가능성을 모색해 보고자하였다.
  • 본 연구에서는 초등학생의 함수적 사고를 신장하기 위한 기하 패턴 지도 방안을 제시하기 위하여 초등학교 4학년 세 학급의 수업 사례를 분석하였다. 특히 논문에서는 세 학급 사이에서 발생한 차이점보다는 공통적인 수업의 흐름과 그에 따른 학생들의 반응에 초점을 두어 기술하였는데, 이를 통하여 본 연구의 결과가 특정 학급에서만 발생하는 사례가 아니라 일반적으로 발생할 수 있는 사례라는 점을 보이고자 하였다.
  • 본 절에서는 구체적인 패턴 지도 방안을 제시하고 있는 연구들을 중심으로 살펴보겠다. 먼저 기하 패턴의 지도 방안을 탐색한 연구를 살펴보면 다음과 같다.
  • 이를 위하여 선행 연구를 토대로 패턴 지도 방향을 도출한 뒤 그것을 바탕으로 초등학교 수학 수업을 계획하였고, 이를 세명의 초등학교 교사들이 수학 수업에서 어떻게 구현하는지 분석하였다. 이러한 연구 결과를 토대로 초등학생의 함수적 사고를 신장할 수 있는 기하 패턴 지도 방안에 대한 실질적인 시사점을 도출하고, 더불어 이러한 지도 방안을 수학 수업으로 구현할 수 있는 가능성을 탐색하고자 하였다.
  • 이에 본 논문에서는 초등학생의 함수적 사고의 신장에 초점을 두어 구체적인 패턴 지도 방안 중 먼저 기하 패턴을 지도하는 방안에 대하여 연구하였다. 이를 위하여 선행 연구를 토대로 패턴 지도 방향을 도출한 뒤 그것을 바탕으로 초등학교 수학 수업을 계획하였고, 이를 세명의 초등학교 교사들이 수학 수업에서 어떻게 구현하는지 분석하였다.
  • 연구 당시 학생들은 4학년 1학기 수학 중 자연수의 혼합 계산에 대한 학습을 마친 상태였고, 2학년 이후로는 패턴 활동을 집중적으로 학습한 경험이 없었다. 이에 본 연구를 통하여 학생들이 4학년 2학기에 수치적 패턴을 중심으로 두 변수 사이의 대응 관계를 집중적으로 학습하기에 앞서, 기하 패턴을 중심으로 패턴 일반화를 어떻게 탐구할 수 있는지 확인할 수 있으며, 사칙연산에 대한 학습을 마쳤다는 점에서 패턴의 일반화된 규칙을 일상 언어 뿐 아니라 다양한 수식으로도 표현할 수 있는 가능성을 고려하였다.
  • 한편 C교사는 시간의 제약으로 위 활동을 진행하지 않고 각 단계별 사각형 블록 수를 확인하였는데, 이처럼 C교사가 패턴에서 변하는 부분과 변하지 않는 부분에 대하여 별도로 안내하지 않았음에도 불구하고 C학급의 일부 학생들은 스스로 5단계와 6단계의 사각형 블록 수를 구하는 방법을 패턴에서 변하는 부분과 변하지 않는 부분으로 나누어 설명하기도 하였다. 이와 같은 C교사의 선택은 이후 C학급 학생들의 패턴 일반화 결과에도 영향을 미쳤는데, 이에 대해서는 이후 다시 논의하였다.
  • 본 연구에서는 초등학생의 함수적 사고를 신장하기 위한 기하 패턴 지도 방안을 제시하기 위하여 초등학교 4학년 세 학급의 수업 사례를 분석하였다. 특히 논문에서는 세 학급 사이에서 발생한 차이점보다는 공통적인 수업의 흐름과 그에 따른 학생들의 반응에 초점을 두어 기술하였는데, 이를 통하여 본 연구의 결과가 특정 학급에서만 발생하는 사례가 아니라 일반적으로 발생할 수 있는 사례라는 점을 보이고자 하였다. 연구 결과를 바탕으로 초등학생의 함수적 사고를 신장하기 위한 기하 패턴의 지도 방안에 대한 시사점을 논의하면 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
패턴 일반화에 대한 대표적인 정의는? 패턴 일반화에 대한 대표적인 정의는 Radford (2010)에서 살펴볼 수 있다. Radford(2010)는 모든 패턴 일반화 활동이 대수적인 활동은 아니라고 주장하며, 패턴 일반화가 대수적인 활동이 되기 위해서는 학생들이 몇 개의 특정 항들 사이에서 공통성(commonality)을 인식하고, 그 공통성이 나머지 모든 항에서도 항상 적용된다는 것을 이해한 후, 이를 몸짓, 일상 언어나 기호 등으로 표현하는 활동이 모두 포함되어야 한다고 하였다.
패턴 활동이란? 패턴 활동은 패턴의 구조와 관계를 다루고 그것을 일반화하여 표현하는 활동을 강조하는데, 이는 Blanton, Levi, Crites와 Dougherty(2011)가 제시한 함수적 사고의 정의와도 일맥상통하기 때문이다. 구체적으로 Blanton 외(2011)는 함수적 사고를 공변하는 양 사이의 관계를 일반화하고, 그것을 언어, 기호, 표, 그래프 등으로 표현하며, 함수 행동(function behavior)을 분석하기 위하여 그러한 표현을 바탕으로 추론하는 일련의 사고 과정을 포함한다고 정의하였으며, 이를 대수적 사고를 신장하기 위한 핵심적인 아이디어 중 하나로 보았다.
Rivera의 패턴 일반화 관련 주장은? 한편 Rivera(2013)는 개인의 인지적 요소 뿐아니라 사회문화적 요소와 그 외의 다양한 요소들이 패턴 일반화 과정에 영향을 미친다고 보았고, 그러한 요소들을 고려하여 의도적인 학습과 훈련을 지속함으로써 학생들의 패턴 일반화를 신장할 수 있다고 주장하였다. 그는 초등학생들이 기하 패턴을 일반화한 결과에 대해 ‘대략적 일반화(approximate generalizations)’와 ‘정확한 일반화(exact generalizations)’로 구별하기도 하였는데, 먼저 대략적 일반화는 학생들이 기하 패턴이 가지고 있는 전체적이고 외형적인 모양의 유사성에 의존하여 패턴 일반화를 구성하는 경우이고, 정확한 일반화는 패턴의 외형적인 모양에 의존하기 보다는 그 구조가 가지고 있는 개념적인 일관성을 인식한 일반화라고 보았다.
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참고문헌 (18)

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  2. 교육부(2014b). 수학 4-1. 서울: 천재교육. 

  3. 교육부(2014c). 수학 4-2. 서울: 천재교육. 

  4. 교육부(2015). 수학과 교육과정. 교육부 고시 제2015-74호. 

  5. 김남균, 김은숙(2009). 초등학교 6학년의 패턴의 일반화를 통한 대수 학습에 관한 연구. 수학교육논문집, 23(2), 399-428. 

  6. 방정숙, 선우진(2016). 초등학교 수학 교과서에 제시된 패턴 지도방안에 대한 분석. 초등수학교육, 19(1), 1-18. 

  7. 유미경, 류성림(2013). 초등수학영재와 일반학생의 패턴의 유형에 따른 일반화 방법 비교. 학교수학, 15(2), 459-479. 

  8. 최지영, 방정숙(2014). 초등학교 6학년 학생들의 함수적 관계 인식 및 사고 과정 분석-기하패턴 탐구 상황에서의 사례연구-. 수학교육학연구, 24(2), 205-225. 

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  10. Becker, J. R., & Rivera, F. (2006). Establishing and justifying algebraic generalization at the sixth grade level. In J. Novotna, H. Moraova, M. Kratka, & N. Stehlikova (Eds.), Proceedings of the 30th Conference of the International Group for the Psychology of Mathematics Education (Vol. 4, pp. 465-472). Prague, 

  11. Czech Republic: Charles University. Blanton, M., Brizuela, B. M., Sawrey, K., & Newman-Owens, A. (2015). A learning trajectory in six-year-olds' thinking about generalizing algebraic relationships in functions. Journal for Research in Mathematics Education, 46(5), 511-558. 

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  13. Kieran, C., Pang, J., Schifter, D., & Ng, S. F. (2016). Early algebra: Research into its nature, its learning, its teaching. New York: Springer. 

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  16. Rivera, F. (2013). Teaching and learning patterns in school mathematics: Psychological and pedagogical considerations. New York: Springer. 

  17. Smith, E. (2003). Stasis and change: Integrating patterns, functions, and algebra throughout the K-12 curriculum. In J. Kilpatrick, W. G. Martin., & D. Shifter (Eds.), A research companion to principles and standards for school mathematics (pp. 136-150). Reston, VA: National Council of Teachers of Mathematics. 

  18. Warren, E., & Cooper, T. J. (2008). Patterns that support early algebraic thinking in the elementary school. In C. E. Greenes, & R. Rubenstein (Eds.), Algebra and algebraic thinking in school mathematics (70th Year book of the National Council of Teachers of Mathematics, pp. 113-126). Reston, VA: National Council of Teachers of Mathematics. 

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