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문제 정의
- 학생들에게 총 5차에 걸쳐 사전 연습 문항을 투입하여, 주어진 문제를 해결하는 과정에서 자신의 생각을 말하면서 표현하는 과정에 익숙해지도록 하였다. 그 중에서 그림을 그리면서 동시에 자신의 생각을 자연스럽게 말할 수 있는 남학생 1명(성진), 여학생 2명(민아, 주혜)을 선발하여 시각화 활동을 통한 창의적 문제해결 과정을 구체적으로 분석하고자 하였다. 최종 투입 문항은 6학년 2학기 ‘계절의 변화’ 단원과 관련이 있는 ‘나만의 해시계 디자인하기’ 문항이었다.
- 따라서 본 연구에서는 초등학생들이 창의적 과학 문제 해결 과정에서 시각화 활동을 사용했을 때 어떠한 특징이 나타나는지를 구체적으로 분석하였다. 이를 위하여 초등학생들의 시각화를 이용한 창의적 과학 문제 해결 과정에서 나타나는 시간에 따른 문제해결 과정요소의 변화를 측정하였으며, 시각화 활동이 나타나는 과정과 결과를 정성적으로 살펴보고자 하였다.
- 본 연구에서는 연구 초기 서울시 북부에 위치한 A 초등학교 6학년 24명의 학생들을 대상으로 창의적 과학문제해결 과정 속에 나타나는 학생들의 시각화 활동을 분석하기 위하여 발성사고법을 이용하였다. 학생들은 말을 하면서 문제를 풀어나가는 발성사고법에 익숙하지 않았으므로 본 연구가 시작되기 전에 반복적으로 연습을 하였다(Yoo, 2011).
- 본 연구에서는 초등학생들의 창의적 과학 문제 해결 과정에서 시각화 활동을 사용했을 때 나타나는 특징들을 분석하였다. 창의적 과학 문제를 투입하여 학생들의 문제해결과정을 문제해결 행동, 답안 내용, 시간에 따른 과정요소 등 시각화 활동의 관점에서 분석하였다.
제안 방법
- 셋째, 시간 흐름에 따른 과정요소 분석은 학생들의 발성사고 전사내용을 창의적 문제 해결 분석틀의 과정요소별로 살펴 본 뒤, 시간에 따른 변화 그래프로 나타내었다. 그래프를 이용하여 학생들의 사고 흐름이 어떻게 진행되었는지 알아보고, 창의적 과학문제 해결 과정에서 나타나는 시각화 활동의 특징을 제시하였다.
- 발성사고 내용이 분석틀에서 제시된 문제 해결 과정요소의 어느 부분과 관련이 있는지 분석함으로써 학생들이 생각하는 사고 과정이 문제 해결 행동과 함께 연결되어 나타날 수 있도록 하였다. 둘째, 학생들의 답안 내용 분석은 투입된 문항 및 문제 해결을 시작한 때부터 문제해결을 마칠 때까지 종이 위에 그리거나, 적은 내용을 대상으로 하였다. 문제 해결 과정에서 학생들의 생각이 반영된 단순한 선이나 낱말, 배경, 표식 등도 분석과정에 포함하였고, 해시계 디자인을 구체화한 순서에 따라 숫자로 그 흐름을 표시하였다.
- 둘째, 학생들의 답안 내용 분석은 투입된 문항 및 문제 해결을 시작한 때부터 문제해결을 마칠 때까지 종이 위에 그리거나, 적은 내용을 대상으로 하였다. 문제 해결 과정에서 학생들의 생각이 반영된 단순한 선이나 낱말, 배경, 표식 등도 분석과정에 포함하였고, 해시계 디자인을 구체화한 순서에 따라 숫자로 그 흐름을 표시하였다. 셋째, 시간 흐름에 따른 과정요소 분석은 학생들의 발성사고 전사내용을 창의적 문제 해결 분석틀의 과정요소별로 살펴 본 뒤, 시간에 따른 변화 그래프로 나타내었다.
- 학생들의 5차에 걸친 발성 사고 연습 문제를 투입하면서 중요하다고 생각되는 면담 시나리오를 작성하였다. 문제 해결하는 과정을 동영상으로 촬영하였으며, 이미지로 캡처하여 시각화 활동 과정을 구체적으로 분석하였다. 문제 해결 과정 동안에 학생들의 시각화 활동이 시간 순서대로 어떻게 변화하여 진행되었는지를 알아보기 위하여 과학교육 전공자 3인과 함께 교차 검토를 반복하였으며, 이 과정에서 분석자간 신뢰도(0.
- 수행 단계에서는 계획수립 과정에서 머릿속에 생각해 두었던 다양한 아이디어들 중 가장 확신이 드는 답부터 시각화하는 경향을 찾아 볼 수 있었다. 문제를 해결하기 위해 얻은 재료 관련 정보나 시계의 작동 방법 및 원리에 대한 아이디어를 개인별 특성에 따라 계산이나 수식, 글, 낱말 등을 이용하여 종이위에 답안을 적어내었다.
- 9)를 확보하였다. 발성 사고법에 의해 문제 해결하는 과정을 1초 단위로 전사한 후, 분석틀을 통해 사고 과정 요소 변화를 숫자로 분석한 뒤, 시간에 따른 변화 그래프로 나타 내었다. 이러한 과정을 통해 명확하게 이해되지 않는 문제해결과정이나 시각화 내용들이 있는 경우에는 추후 면담을 통해 학생들의 시각화 활동을 추가적으로 이해하는 과정을 진행하였다.
- 첫째, 학생들의 창의적 문제해결 과정 행동을 분석하기 위하여 시각화 활동 이미지, 발성사고 내용을 함께 제시하였다. 발성사고 내용이 분석틀에서 제시된 문제 해결 과정요소의 어느 부분과 관련이 있는지 분석함으로써 학생들이 생각하는 사고 과정이 문제 해결 행동과 함께 연결되어 나타날 수 있도록 하였다. 둘째, 학생들의 답안 내용 분석은 투입된 문항 및 문제 해결을 시작한 때부터 문제해결을 마칠 때까지 종이 위에 그리거나, 적은 내용을 대상으로 하였다.
- 문제 해결 과정에서 학생들의 생각이 반영된 단순한 선이나 낱말, 배경, 표식 등도 분석과정에 포함하였고, 해시계 디자인을 구체화한 순서에 따라 숫자로 그 흐름을 표시하였다. 셋째, 시간 흐름에 따른 과정요소 분석은 학생들의 발성사고 전사내용을 창의적 문제 해결 분석틀의 과정요소별로 살펴 본 뒤, 시간에 따른 변화 그래프로 나타내었다. 그래프를 이용하여 학생들의 사고 흐름이 어떻게 진행되었는지 알아보고, 창의적 과학문제 해결 과정에서 나타나는 시각화 활동의 특징을 제시하였다.
- 시각화를 이용한 창의적 문제해결 과정을 분석하기 위하여 Polya의 문제해결 4단계에 대해 문헌연구 및 사전 연구를 실시한 뒤, 이 연구의 목적인 학생들의 창의적 문제 해결과정을 시각화 활동 관점에서 분석하기 적합하도록 분석틀을 수정 보완하여 Table 1과 같이 사용하였다(Kim et al., 2005; Kim, 2016; Noh et al., 2000; Shim & Jang, 2007; Jeon et al., 2002).
- 발성 사고법에 의해 문제 해결하는 과정을 1초 단위로 전사한 후, 분석틀을 통해 사고 과정 요소 변화를 숫자로 분석한 뒤, 시간에 따른 변화 그래프로 나타 내었다. 이러한 과정을 통해 명확하게 이해되지 않는 문제해결과정이나 시각화 내용들이 있는 경우에는 추후 면담을 통해 학생들의 시각화 활동을 추가적으로 이해하는 과정을 진행하였다.
- 본 연구에서는 대학생들의 공학적 문제 해결과정을 분석, 제시했던 Roth(1994)와 Roth & Lee(2004) 연구를 참고하여 초등학생들의 문제해결과정을 시간 흐름에 따라 제시하는 방식을 선택하였다. 이를 위하여 창의적 과학 문제 해결과정에서 나타난 학생들의 시각화 활동을 창의적 문제해결 과정 행동, 답안 내용, 시간에 따른 과정요소 등 세 가지 분석 과정으로 구분하였다.
- 따라서 본 연구에서는 초등학생들이 창의적 과학 문제 해결 과정에서 시각화 활동을 사용했을 때 어떠한 특징이 나타나는지를 구체적으로 분석하였다. 이를 위하여 초등학생들의 시각화를 이용한 창의적 과학 문제 해결 과정에서 나타나는 시간에 따른 문제해결 과정요소의 변화를 측정하였으며, 시각화 활동이 나타나는 과정과 결과를 정성적으로 살펴보고자 하였다.
- 본 연구에서는 초등학생들의 창의적 과학 문제 해결 과정에서 시각화 활동을 사용했을 때 나타나는 특징들을 분석하였다. 창의적 과학 문제를 투입하여 학생들의 문제해결과정을 문제해결 행동, 답안 내용, 시간에 따른 과정요소 등 시각화 활동의 관점에서 분석하였다. 분석 결과에 따라 얻은 결론은 다음과 같다.
- 첫째, 학생들의 창의적 문제해결 과정 행동을 분석하기 위하여 시각화 활동 이미지, 발성사고 내용을 함께 제시하였다. 발성사고 내용이 분석틀에서 제시된 문제 해결 과정요소의 어느 부분과 관련이 있는지 분석함으로써 학생들이 생각하는 사고 과정이 문제 해결 행동과 함께 연결되어 나타날 수 있도록 하였다.
- 최종 투입 문항은 6학년 2학기 ‘계절의 변화’ 단원과 관련이 있는 ‘나만의 해시계 디자인하기’ 문항이었다.
- 학생들은 말을 하면서 문제를 풀어나가는 발성사고법에 익숙하지 않았으므로 본 연구가 시작되기 전에 반복적으로 연습을 하였다(Yoo, 2011). 학생들에게 총 5차에 걸쳐 사전 연습 문항을 투입하여, 주어진 문제를 해결하는 과정에서 자신의 생각을 말하면서 표현하는 과정에 익숙해지도록 하였다. 그 중에서 그림을 그리면서 동시에 자신의 생각을 자연스럽게 말할 수 있는 남학생 1명(성진), 여학생 2명(민아, 주혜)을 선발하여 시각화 활동을 통한 창의적 문제해결 과정을 구체적으로 분석하고자 하였다.
- 학생들의 5차에 걸친 발성 사고 연습 문제를 투입하면서 중요하다고 생각되는 면담 시나리오를 작성하였다. 문제 해결하는 과정을 동영상으로 촬영하였으며, 이미지로 캡처하여 시각화 활동 과정을 구체적으로 분석하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 대학생들의 공학적 문제 해결과정을 분석, 제시했던 Roth(1994)와 Roth & Lee(2004) 연구를 참고하여 초등학생들의 문제해결과정을 시간 흐름에 따라 제시하는 방식을 선택하였다.
성능/효과
- 검토 단계는 세 학생 모두 명확히 보이지는 않았으며, 반성적 사고 과정이 부족한 것으로 나타났다. 자신이 그려낸 아이디어가 잘못되었다고 판단되면 수정 방법을 생각하기보다는 포기하고 다른 재료가 없을지 문제 확인으로 되돌아가는 모습을 보였다.
- 그러나 분석 결과, 학생들은 ‘아닌 것 같다’와 같이 느낌을 나타내는 정도로만 나타내며, 그 횟수가 매우 적은 것으로 분석되었다.
- 하지만 민아와 같이 문제 해결 초기에 조건을 삭제해 버리는 시각화 활동은 오히려 창의적 사고의 특성 중 다양성과 관련된 부분을 차단해 버릴 수도 있는 것으로 나타났다. 기본준비물에 삭제 관련 표시가 모두 이루어진 뒤 문제 해결을 그냥 끝마쳐 버렸다는 점에서 다양한 해시계에 대한 다양한 아이디어를 계획하는 확산적 사고를 경험할 시간이 부족했던 것으로 보였다. 또한 검증(Da), 평가(Db)하는 반성적 사고과정이 거의 나타나지 않았기 때문에 문제에 대하여 깊이 있게 생각하는 시간이 부족했고, 문제 해결 소요 시간이 적었던 것으로 나타났다.
- 기본준비물에 삭제 관련 표시가 모두 이루어진 뒤 문제 해결을 그냥 끝마쳐 버렸다는 점에서 다양한 해시계에 대한 다양한 아이디어를 계획하는 확산적 사고를 경험할 시간이 부족했던 것으로 보였다. 또한 검증(Da), 평가(Db)하는 반성적 사고과정이 거의 나타나지 않았기 때문에 문제에 대하여 깊이 있게 생각하는 시간이 부족했고, 문제 해결 소요 시간이 적었던 것으로 나타났다.
- 시각화를 활용하여 창의적 문제를 해결하는 경우, 하나의 정답만 체크하거나 완성된 하나의 작품을 그려내는 것이 아니라, 다양한 사고의 흐름을 파악할 수 있으며 완벽하지는 않지만 문제 해결을 위해 생각했었던 사고의 조각들이 다양하게 드러날 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 문제 해결 뒤쪽으로 갈수록 시계 작동 방법 및 부품 활용, 실제 활용 가능한 상황에 대해 복합적인 생각을 하는 것으로 나타났다.
- 시각화 활동은 직관적으로 문제를 해결하는데 도움을 주고 문제를 이해하며, 주요 내용을 확인하는데 효과적으로 나타나 있다(Lee & Park, 2001). 또한 문제 해결을 위한 구체적인 상황을 그려내고 자신만의 해결 전략을 세우는 것에는 도움이 되는 것으로 드러났다. 하지만 민아와 같이 문제 해결 초기에 조건을 삭제해 버리는 시각화 활동은 오히려 창의적 사고의 특성 중 다양성과 관련된 부분을 차단해 버릴 수도 있는 것으로 나타났다.
- 물을 이용한 시계 디자인을 8분 14초에 마침으로써 이전 해시계 디자인에 비하여 많은 시간을 소요한 것으로 나타났다. 또한 수행(C) 전 문제확인(Ab), 아이디어 산출(Bb)를 반복하며 다양한 사고 과정을 거쳤음을 확인할 수 있다. 이것은 시각화 활동을 통해 문제를 해결하는 과정에서 문제 해결의 뒤쪽으로 갈수록 하나의 아이디어에 보다 긴 시간동안 깊이 있게 생각하고 구체화하여 나타내었기 때문으로 분석된다.
- 문제 해결 과정에서 학생들은 가장 첫 번째 단계인 문제 확인과정을 끊임없이 반복하지만, 학생마다 문제 확인을 하는 이유는 다르게 나타났다. 민아의 경우 사용된 재료를 삭제하기 위해 다시 문제 확인으로 돌아갔는데, 이것은 오히려 다양한 사고의 기회를 스스로 제한하였다.
- 문제이해 과정 비교 결과 세 학생 모두 제시된 문항에 동그라미, 밑줄, 엑스 표시를 함으로써 문제에서 제시되는 정보를 스스로 선택하고 집중하는 모습을 보였다. 민아의 경우, 주혜, 성진에 비하여 주어진 정보를 삭제하는 시각화 활동을 많이 보였는데, 이것은 계획수립과정에서 관련 경험 및 지식을 활용하여 다양한 문제 해결 방법을 생각해 내는 것에 제약을 준 것으로 나타났다.
- 4분 33초부터는 물을 이용한 시계를 디자인하였는데, 이전 시계를 디자인 할 때 보다 더 복잡한 문제 해결 과정 요소 변화를 보인다. 물을 이용한 시계 디자인을 8분 14초에 마침으로써 이전 해시계 디자인에 비하여 많은 시간을 소요한 것으로 나타났다. 또한 수행(C) 전 문제확인(Ab), 아이디어 산출(Bb)를 반복하며 다양한 사고 과정을 거쳤음을 확인할 수 있다.
- 성진이의 경우, 그림 실력 자체에 대한 자신감과 실력은 부족하지만, 단순한 선, 낱말, 화살표 등을 적극적으로 활용함으로써 자신의 사고 과정을 보다 자세히 나타내고자 하였다. 시각화를 활용하여 창의적 문제를 해결하는 경우, 하나의 정답만 체크하거나 완성된 하나의 작품을 그려내는 것이 아니라, 다양한 사고의 흐름을 파악할 수 있으며 완벽하지는 않지만 문제 해결을 위해 생각했었던 사고의 조각들이 다양하게 드러날 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 문제 해결 뒤쪽으로 갈수록 시계 작동 방법 및 부품 활용, 실제 활용 가능한 상황에 대해 복합적인 생각을 하는 것으로 나타났다.
- 학생들은 문제 해결 과정에서 다양한 시각화 활동을 통해 자신만의 문제 해결 전략을 세우거나, 다양한 아이디어를 내는 것으로 분석되었다. 민아, 주혜, 성진의 시각화 활동을 비교한 결과는 Table 2와 같다.
후속연구
- 따라서 교사가 답안, 실험관찰에 기록된 시각화 활동의 결과물들을 단순히 평가 대상으로만 삼는 것은 바람직하지 않으며, 학생들이 머릿속에서 상상하는 다양한 이미지들이 보다 구체적으로 표현될 수 있도록 창의적 사고 과정에 관심을 가질 필요가 있다. 또한 시각화 활동이 학생들의 다양한 사고 경험을 촉진시키고, 창의적 문제 해결력을 기를 수 있음을 고려할 때 효과적인 교수활동을 위해서 학생들의 시각화 활동을 더 많이 이해하고 경험하는 기회를 가질 수 있도록 앞으로 심층적인 연구자료 및 교수학습 자료의 제공이 필요할 것으로 생각된다.
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