본 연구는 초등학교 5학년 학생들의 문제 만들기 반응분석을 통해 문제해결 능력의 신장을 위한 문제 만들기 학습 지도에 시사점을 제공하는데 목적이 있다. 이를 해결하기 위해 부산 시 소재 281명을 대상으로 질문지를 통한 조사 연구를 실시하였다. 문제만들기는 유형에 따라 학생들의 곤란도가 달랐으며 언어적으로 단순한 문제를 제시하는 경향이 있었으며 식에 알맞은 문제 만들기를 가장 수월하게 해결하였으므로 문제만들기는 식에 알맞은 문제 만들기부터 지도하는 것이 바람직할 것이다.
수학의 교육과정이 새롭게 난이도별로 구성되어 아동의 수준에 따른 교육과정 편성과 운영을 하도록 개정되었다. 위계성이 분명한 수학교과의 특성상 선행학습이 이루어진 정도에 따라 후속학습이 좌우되는 특성을 가진다. 여기에 현행학습의 과정을 학습함에 있어 아동의 이해를 돕고 문제해결의 방향을 선택하게 하여 다양한 해결전략을 경험하게 하는 것은 보다 나은 문제해결과 정확한 진단을 위한 기본이 될 수 있다. 이 전략형 Q&A 시스템은 주제별 해결유형을 제시하고 선택하도록 하여 학습의 장애요인을 줄이고 보다 효율적인 수학학습을 돕도록 설계하고 있다. 이를 통하여 여러 수준의 문제 및 학습내용을 해결할 수 있는 수학적 능력을 갖게 될 것이고 궁극적으로 학습목표에 도달할 수 있게 된다.
21세기를 살아가야 할 현재의 학생들에게 요구되는 것은 쏟아지는 정보의 홍수 속에서 필요한 것만을 가려 자신의 지식으로 만들어 가는 능력이다. 이는 곧 창의력, 문제 해결력과도 관련된다. 이러한 능력을 신장시키기 위한 관심 속에서 구성주의가 교육이론의 전면에 부상하게 되었다. 본고에서는 구성주의와 현장 학습과의 관련성을 알아보고, 구성주의 이론을 바탕으로 한 현장 학습 적용에 대하여 살펴보고자 한다.
During problem solving, "mathematical thought process" is a systematic sequence of thoughts triggered between logic and insight. The test questions are formulated into several areas of questioning-types which can reveal rather different result. The lower level questions are to investigate individual ability to solve multiple mathematical problems while using "mathematical thought." During problem solving, "mathematical thought process" is a systematic sequence of thoughts triggered between logic and insight. The scope of this case study is to present a desirable model in solving mathematical problems and to improve teaching methods for math teachers.
수학경시 대회는 수학분야에 남다른 재능을 가진 학생을 확인하고 인정을 해 주며, 수학에 대한 흥미와 도전 의식을 자극하는 과정에서 수학에 대한 이해를 촉진시키고, 자기 반성을 통한 학습의욕을 자극하며, 수학적 재능을 개발 촉진시키는 데 있다. 올림피아드를 통하여 학생들은 다양한 유형의 문제를 접해 봄으로써 수학에 대한 이해를 넓히고, 논리력 및 추론력 등 수학적인 사고와 창의적인 문제해결력을 기를 수 있다. 그리고 학부모들은 학교수학에 대한 이해를 넓힐 수 있으며, 자녀의 수학적 능력 및 지도를 위한 유용한 정보를 제공받을 수 있다. 이를 위한 올림피아드 유형은 다양성이 지원되어야 함에도 불구하고 현재 국내에서 이루어지는 올림피아드 유형은 문제풀이 중심의 단편성을 벗어나지 못하고 있는 실정이다. 본고에서는 수학의 대중화와 올림피아드 다변화 방안의 하나로 문제의 유형에 따라 문제해결력 대회, 수학 탐구형 대회, 과제해결력 대회, 수학 박람회 등에 대해서 살펴보고자 한다.
본 연구에서는 공과대학 신입생(수학능력 시험에서 수학 B형을 친 학생들)들과 공학전공을 희망하는 자율전공 학생(수학 A형을 친 경우)들의 공간능력을 조사하여 수학 성취도와 공간능력 사이의 상관관계를 성별로 조사하였다. 그리고 문제해결전략에 성별로 차이가 있는지, 전략 선택의 차이가 공간능력에 실제로 영향을 미치는지를 확인해보고자 하였다. 이를 위하여 검사도구로 Purdue 공간 시각화 검사-회전(이하 PSVT-R)을 사용하였다. 또한 문항별 정답률을 성별로 구하고 분석해보았다. 연구결과, 공간 시각화능력-회전 능력에서의 성별 차이는 일반 공대생과 자율전공 학생들 모두 공통적으로 나타났고, 두 집단 모두 남학생이 여학생보다 10% 정도 우월 하였다. 검사에 참여한 학생들을 네 집단(일반 공대 남학생, 일반 공대 여학생, 자율전공 남학생, 자율전공 여학생)으로 나누었을 때 공간 시각화 능력은 일반 공대 남학생의 점수가 25점으로 가장 높았고, 다음이 자율전공 남학생(22.5)과 일반 공대 여학생(22.4)이 거의 비슷하였으며, 자율전공 여학생(19.2)의 순서로 낮아졌다. 공간 시각화 능력과 수학 성취도 사이의 상관계수는 동일한 집단 내에서는 모두 0.25이하로 둘 사이의 상관관계는 미미하였다. 그렇지만 집단 간에는 차이가 존재하는데, 일반 공대 및 자율전공 모두 남학생의 수학성취도와 공간 시각화 능력이 여학생보다 높았고, 수학 심화과정을 배운 일반 공대남(여)학생의 공간 시각화 점수가 그렇지 못한 자율전공 남(여)학생보다 높았다. 이 사실들은 공간능력과 수학 성취도 사이에 상관관계가 있음을 시사한다. 도형의 회전에서 문제해결 전략은 크게는 전인적(holistic) 전략부터 분석적(비교, 대조) 전략으로 나눌 수 있다. Mann-Whitney U 검증 결과 전략의 선택에서 유의미한 성별차이가 존재하였다. 그 외에도 일반 공대 남학생들에서는 전인적 전략을 80% 이상 사용했다는 응답이 가장 높았고, 일반 공대 여학생과 자율전공 학생들에서는 남녀 모두 전인적 전략을 50~80% 정도 사용하면서 비교, 대조와 같은 분석적인 방법을 곁들였다는 응답이 가장 높았다. 전략의 선택이 공간 시각화 능력의 점수 차이로 연결된다는 증거는 찾지 못하였지만, 만점을 받은 일반 공대생 집단은 남녀 모두 평균적인 선택보다는 전인적인 전략을 가장 많이 사용하였다. 한편 자율전공 하위권 학생들은 상대적으로 한 가지 전략에 치우치는 경향이 있었다. 따라서 도형의 회전과제에서는 두 가지 전략을 융통성 있게 사용하는 것이 문제해결에서 한 가지 전략만 과도하게 사용하는 경우보다 효과적으로 판명되었다. 마지막으로 문항별 정답률을 분석하여 여학생들의 정답률이 상대적으로 낮은 문항들을 추출하였다. 이 문항들의 특징은 회전축이 2개인 경우들에 집중되었다. 하지만 PSVT-R 점수의 차이는 효율적인 전략의 선택과 운영 외에도 주어진 도형에 대한 심적 이미지를 정확하게 만드는 능력에도 달려있음을 문항 분석 결과로 알 수 있었다. 위의 연구결과를 토대로 공간 시각화-회전 점수가 낮은 하위권 학생들에게 지금까지 그들에게 익숙하지 않았던 다른 전략을 학습할 경험과 기회를 제공할 것을 제안한다. 또한 문항 분석의 결과를 이용하여 정답률이 낮은 문항과 유사한 문항들을 개발하여 학습한다면 하위권 및 여학생들의 공간 시각화능력 향상에 도움이 될 것으로 기대한다.
본 연구는 21세기 필수 능력으로 거론되는 계산적 사고의 의미를 살펴보고, 수학교과에서 CT 교육의 가능성 여부와 그 선행 조건을 탐색할 목적으로 수행되었다. 선행연구를 통해 컴퓨터, 학교교육, 수학교육에서의 CT의 정의와 구성 요소를 조사하였으며 본 연구에서는 수학교과에서 CT를 수학적 문제해결 관련 사고로 보았다. CT-컴퓨팅(컴퓨터 활용)-수학교육 세 영역 사이의 관계 고찰에서 컴퓨팅환경에서 유용한 CT이나 수학교육에는 포함되지 않는 영역에 주목하였다. CT와 수학교육의 통합논의에서는 컴퓨터가 전통적 수학교육의 보조 수단으로 허용되는 우리나라 수학교육 현황을 고려할 때, '컴퓨팅 환경에서의 수학적 문제해결'에 주목할 필요가 있다고 보았다. 수학교육에서 CT 교육은 컴퓨팅 환경 조성을 전제로 수학교과에서 수학 관련 과제에 해결을 위한 코딩, 문제해결, STEAM 교육 맥락에서 수학과 CT의 통합을 제시하였으며 이를 위하여 CT 통합을 지원하는 수학교육과정 마련 등 제반 조건을 논의하였다.
최근 지문을 바탕으로 답을 추론하는 연구들이 많이 이루어지고 있으며, 대표적으로 기계 독해 연구가 존재하고 관련 데이터 셋 또한 여러 가지가 공개되어 있다. 그러나 한국의 대학수학능력시험 국어 영역과 같은 복잡한 구조의 문제에 대한 고차원적인 문제 해결 능력을 요구하는 데이터 셋은 거의 존재하지 않는다. 이로 인해 고차원적인 독해 문제를 해결하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있지 않으며, 인공지능 모델의 독해 능력에 대한 성능 향상이 제한적이다. 기존의 입력 구조가 단조로운 독해 문제에 대한 모델로는 복잡한 구조의 독해 문제에 적용하기가 쉽지 않으며, 이를 해결하기 위해서는 새로운 모델 훈련 방법이 필요하다. 이에 복잡한 구조의 고차원적인 독해 문제에도 대응이 가능하도록 하는 모델 훈련 방법을 제안하고자 한다. 더불어 3가지의 데이터 증강 기법을 제안함으로써 고차원 독해 문제 데이터 셋의 부족 문제 또한 해소하고자 한다.
2006년에 발표된 7차 수학과 개정시안의 교수학습활동에서는 더욱 확장된 문제해결능력과 창의적 사고로 나아가도록 문제 만들기 활동을 포함하였다. 본 연구는 Polya의 문제 만들기 전략에 따른 문제 만들기 수업을 통해 학생의 문제해결 과정을 이해하고 효과적인 교수 학습을 논의하고자 하였다. 학생의 학습과정을 조사하는 것이므로 정성연구방법을 선택하여 중학교 방정식 내용을 중심으로 5차시에 걸친 문제 만들기 활동을 구성하여 중학교 2명의 협력학습과정을 관찰 면담을 실시하였다. 연구결과로는 첫째, 문제해결에서 주어진 것과 구하려는 것을 알고 관계식을 세워서 알고 있는 수학적 지식을 바탕으로 풀이하는 과정에서 수학성적이 우수한 학생은 문제구조를 잘 파악하고 유사한 문제 또는 새로운 문제를 만들 때 자유롭게 변인을 구성하였는데 이렇게 문제의 외적구조를 정확히 파악한 배경에는 문제의 내적 구조와 관련깊은 대수적 사고가 잘 형성된 결과임을 알 수 있었다. 둘째, 문제를 해결할 때 주어진 것과 구하려는 것의 각각의 변인을 바꾸거나 첨가하여 새로운 문제를 구성할 때 학생들은 자신이 해결한 문제를 다시 보게 되어서 반성적 사고를 이끌어 낼 수 있는 기회가 되었다.
본 연구는 켈러의 ARCS(Attention, Relevance, Confidence, Satisfaction) 동기화 이론을 수학과 문제해결학습에 적용하여 학생들의 지적 수준과 능력에 맞는 동기유발 요소로 실제 학습동기를 유발시키고, 수학과 학습에 흥미와 관심을 갖도록 하는 코스웨어를 개발 및 적용하여 그 효과를 입증하는 데에 목적이 있다. 이를 위하여 ARCS 이론을 적용하여, 실생활 속에서 문제를 인식하고 동기화를 촉진시킬 수 있는 동영상 자료와 플래시 자료를 포함한 '동기유발자료'와 문제해결과정을 다양한 형태와 방법으로 연습할 수 있는 '스스로 공부해요' 메뉴를 포함한 코스웨어를 개발하였다. 개발된 코스웨어는 학생들의 관심과 흥미를 충분히 반영하여 스스로 조작하며 학습할 수 있도록 학습자 중심형태로 개발하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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