본 연구에서는 학생들의 생활과 밀접한 공간을 기반으로 한 비구조화된 문제를 개발하고 수업에 적용하였다. 이 과정에서 6학년 학생들의 공간 추론 능력으로는 외적 추론에 비해 내적 추론에서 어려움을 표했으며, 공간 추론이 수와 연산, 측정 등의 영역과 연계되어 활용될 때 그 수준이 더 높게 나타났다. 문제 해결 능력에서는 반성 요소가 미흡하게 나타났으며 초등 현장에서 온라인 환경에서의 협력과 수학적 모델링 학습이 적용 가능하다는 결과를 얻었다. 이를 통해 수학 교육 현장에 공간 학습과 실생활 문제 해결에 관한 의미 있는 시사점을 도출할 것으로 기대된다.
The aim of this study was to investigate the factors affecting earth science problem-solving performances of elementary school pre-service teachers. The participants of the study were 81 students attending an elementary school teacher education university. The instruments of the study were paper-and-pencil tests, questionnaires, and interviews. The tests mainly measured the participants' problem solving abilities in the motions of the moon and the planets. Correlation and multiple regression techniques were used for data analysis. The results demonstrated that the pre-service teachers' problem solving abilities were low. Problem-solving performances were affected by the procedural knowledge, the participants' perception of the past earth science performance, self-efficacy, and the prerequisite declarative knowledge. Contrary to our expectation, the spatial visualization ability was not found to be related to the problem-solving performances. Implications of the study are drawn, and suggestions are made for further research.
Problem-solving ability is one of the most important learning outcomes for students to compete and accomplish in a knowledge-based society. It has been empirically proven that visualization plays a central role in problem-solving. The best performing problem-solver might have a strong visualization tendency. However, there is little research as to what factors of visualization tendency primarily related to problem-solving ability according to phases of problem-solving. The purpose of this study is to identify the relationship between visualization tendency and problem-solving ability, to determine which factors of visualization tendency influence problem-solving ability in each phase of problem-solving, and to examine different problem-solving ability from the perspective of the levels of visualization tendency. This study has found out that visualization tendency has a significant correlation with problem-solving ability. Especially, Generative Visualization and Spatial-Motor Visualization as sub-visualization tendency were more strongly related to each phase of problem-solving. It indicates that visualization tendency to generate and operate mental processing can be considered a major cognitive skill to improve problem-solving ability. Furthermore, students who have high visualization tendency also have significantly higher problem-solving ability than students with low visualization tendency. It shows that the levels of visualization tendency can predict variables related to students' problem-solving ability.
Students' protocols obtained from think-aloud interviews were analyzed in the aspects of the success at first two problem-solving stages (understanding and planning), the time to complete a problem, the time at each problem-solving stage, the number of transition, and the transition rate. These were compared in the aspects of the context of problem, the success in solving problem, students' logical reasoning ability, spatial ability, and learning approach. The results were as follows:1. Students tended to spend more time in everyday contexts than in scientific contexts, especially at the stages of understanding and reviewing. The transition rate during solving a problem in everyday contexts was greater than that in scientific contexts. 2. Unsuccessful students spent more time at the stage of understanding, but successful students spent more time at the stage of planning. 3. Students' logical reasoning ability, as measured with the Group Assessment of Logical Thinking, was significantly correlated with the success in solving problem. Concrete-operational students spent more time in completing a problem, especially understanding the problem. 4. Students' spatial ability, as measured with the Purdue Visualization of Rotations Test and the Find A Shape Puzzle, was significantly correlated with their abilities to understand a problem and to plan for its solution. 5. Students' learning approach, as measured with the Questionnaire on Approaches to Learning and Studying, was not significantly correlated with the success in solving problem. However, the students in deep approach had more transitions and greater transition rates than the students in surface approach.
The purpose of this study was to investigate the instructional effect of a four-stage problem solving approach visually emphasizing the molecular level of matter upon students' conceptions and problem solving ability. On the basis of the research results regarding molecular representation in learning chemistry, problem-solving instruction, and the effect of visual materials, the instructional strategy was developed while considering Korean educational situations. The treatment and control groups (2 classes) were selected from a girls' high school in Seoul and taught about stoichiometry, gas, liquid, solid, and solution for 13 weeks. For the treatment group, 52 charts were supplied in order to emphasize the molecular level of matter and/or 4 stage problem solving strategy-understanding, planning, solving, and reviewing. For the control group, traditional instruction was used. Before the instructions, the Group Assessment of Logical Thinking and the Spatial Ability Test were administered, and their scores were used as covariate and blocking variable, respectively. After the instructions, students' conceptions and problem solving ability were measured by the Chemistry Conceptions Test (CCT) and the Chemistry Problem Solving Ability Test (CPSAT), respectively. The results indicated that the CCT scores of the treatment group were significantly higher than those of the control group. The students in the treatment group also exhibited less misconceptions than those in the control group. However, there was not significant difference for the CPSAT scores. No interaction with students' spatial ability was found for both students' conceptions and problem solving ability. Educational implications are discussed.
본 연구는 공간추론활동을 통한 기하학습이 수학적 문제해결력과 수학적 태도에 미치는 효과를 알아보는데 목적이 있다. 이러한 연구 목적을 규명하기 위하여 서울특별시 소재의 초등학교 6학년 2개 반을 연구대상으로 선정하여 실험집단에는 공간추론활동을 통한 기하학습을, 비교집단에는 일반적인 기하학습을 실시하였다. 학습내용은 6학년 1, 2학기 단원에서 선정하였으며 이를 바탕으로 실험집단과 비교집단에 적용할 지도안, 활동지를 작성하여 4주 동안 11차시를 적용하였다. 그 결과, 공간추론활동을 통한 기하학습을 한 실험집단과 일반적인 기하학습을 한 비교집단의 사후 수학적 문제해결력에서 통계적으로 유의미한 차이가 존재하였다. 수학적 태도에서는 유의미한 차이는 보이지 않았지만 실험 집단 내에서는 실험 전에 비하여 실험 처치 후에 수학적 태도가 유의미하게 향상되었음을 알 수 있었다. 이와 같은 결과로부터, 공간추론활동을 통한 기하학습은 학생들의 분석력, 공간감각능력, 논리력을 향상시켜 이를 종합적으로 발휘해야 해결할 수 있는 수학적 문제해결력을 신장시키고 수학적 태도에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
Geometric education emphasize reasoning ability and spatial sense through development of logical thinking and intuitions in space. Researches about space understanding go along with investigations of space perception ability which is composed of space relationship, space visualization, space direction etc. Especially space visualization is one of the factors which try conclusion with geometric problem solving. But studies about space visualization are limited to middle school geometric education, studies in elementary level haven't been done until now. Namely, discussions about elementary students' space visualization process and ability in plane or space figures is deficient in relation to geometric problem solving. This paper examines these aspects, especially in relation to plane and space problem solving in elementary levels. Firstly we propose the analysis frame to investigate a visualization process for plane problem solving and a visualization ability for space problem solving. Nextly we select 13 elementary students, and observe closely how a visualization process is progress and how a visualization ability is played role in geometric problem solving. Together with these analyses, we propose concrete examples of visualization ability which make a road to geometric problem solving. Through these analysis, this paper aims at deriving various discussions about visualization in geometric problem solving of the elementary mathematics.
Genetic algorithm is one of the best ways to solve a discrete variable optimization problem. Genetic algorithm tends to thrive in an environment in which the search space is uneven and has many hills and valleys. In this study, genetic algorithm is used for solving the design problem of gable structure. The design problem of frame structure has some special features(complicate design space, many nonlinear constrants, integer design variables, termination conditions, special information for frame members, etc.), and these features must be considered in the formulation of optimization problem and the application of genetic algorithm. So, 'FRAME operator', a new genetic operator for solving the frame optimization problem effectively, is developed and applied to the design problem of gable structure. This example shows that the new opreator has the possibility to be an effective frame design operator and genetic algorithm is suitable for the frame optimization problem.
현재의 GIS가 감당할 수 있는 것은 모든 공간적 문제는 아니다. 그동안 알려진 GIS는 정보를 생산해 내는 정보위주의 GIS일뿐 정보의 다각적 이해와 의사결정과 정에 깊이 관여하지 못하였다. 단순문제(structured problems)들을 해결하기에는 정보위주의 GIS가 적합하지만 계획과 설계와 같은 비단순문제(ill-structured problems)들을 다루기에는 미흡한 단계이며, 이 단계에서 도약하기 위해 개념위주의 SDSS(Spatual Decision Suppert System)로 발전되어야 한다. 이 글에서는 개념위주의 SDSS가 비단순문제 해결을 지원하기 위한 기구로서 소개되며 정보위주 GIS의 미래상으로 비젼(vision)을 제시한다.
The purpose of this study was to determine the strategies that middle school students used in solving problems concerning density and solubility. These were compared in the aspects of problem contexts for 42 students of varying logical reasoning ability, spatial ability, and learning approach. A coding scheme used consists of five categories: reading & organization, production, errors, evaluation, and strategy. Students' protocols were analyzed after intercoder agreement had been established to be .95. The results were as follows: 1. Students had more difficulties in reading and organizing the problems in everyday contexts than in scientific contexts. Students at the concrete-operational stage and / or surface approach were more likely to have difficulties in reading and organizing the problems than those at the formal-operational stage and / or deep approach. 2. Students tended to split up the solubility problems into sub-problems and to solve the density problem in everyday contexts in random manner. These were significantly correlated with the test scores concerning logical reasoning ability, spatial ability, and learning approach at the .1 level of significance. 3. Major errors in solving the density problems were to disregard the given information or generated and to use inappropriate information. Many errors in solving the solubility problems were found to be executive errors. The strategy to use the information given appropriately was positively related to students' logical reasoning ability, spatial ability, and learning approach. 4. More evaluation strategies were found in everyday contexts. Their strategies to grasp the meaning of answers and to check the math were significantly related to students' logical reasoning ability. 5. Students used the random trial-and-error strategy more than the systematic strategy and the systematic trial-and-error strategy, especially in everyday contexts. The strategies used by the students were significantly related to students' logical reasoning ability, spatial ability, and learning approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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