문제중심학습(Problem-Based Learning)에서 나타난 초등학생의 문제해결력 및 협동능력에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As living in the era of information and knowledge, new information and knowledge is explosively expanding everyday as becoming diversified and specialized at a rapid pace. Therefore, the ability to select the required things for our own as well as to utilize them to fit the situations among a number of information and knowledge is required. It means that new changes are needed even in education. The ability to select the required knowledge and information in actual problem situation and the ability to reorganize and utilize it in problem solving is emerging as the important objective of education.
Thus, the attention toward Problem-Based Learning (PBL), the constructivist teaching and learning method, is increasing as the ability for actual problem solving is getting emphasized. Problem-Based Learning is the teaching-learning method to make the students to find suitable solutions by exploring knowledge and information on their own in order to solve the problem as the class begins to suggest the problem situations similar to the actual problems in daily living.
Therefore, this study attempts to investigate the ability for problem solving and cooperative ability appeared in the class by applying Problem-Based Learning in the domain of number and operation for the third grader in elementary school.
This study poses the following questions. First of all, how is the ability for problem solving in the Problem-Based Learning class? Secondly, which changes in cooperative ability are made in the Problem-Based learning class?
In order to solve such questions, one class of the third graders at G elementary school in Seoul was selected as the target of the study. This study performs the test on arithmetic ability of number and operation and the test on cooperative ability in advance, and then the classes were preceded with two problems of Problem-Based Learning in the domain of number and operation for each 10 period. After the classes, the test on arithmetic ability of number and operation and the test on cooperative ability were conducted as post test. In addition, the process of problem solving of the students was analyzed through the activity sheets and output of the students shown in the process of the Problem-Based Learning class.
As analyzing the process of problem solving of the students in the Problem-Based Learning class, there are various aspects of ability for problem solving of the students. In each stage of the Problem-Based Learning class, the factor of problem recognition is observed in the stage of understanding problem, the factor of collecting and analyzing information is observed in the stage of exploring problem, the factor of expanding thought and decision is observed in the stage of subsequent problem, the factor of planning ability is observed in the stage of suggesting and presenting results, the factor of assessment and feedback is observed in the stage of solving problem and beyond.
In order to check whether there is level difference in the arithmetic ability of number and operation of the students through Problem-Based Learning, matching sample t-test is performed as comparing the results between prior test and post test of the study group. As the results, there are statistically significant differences, and it is found that Problem-Based Learning has positive influences on arithmetic ability of number and operation.
The results of prior test and post test are analyzed through matching sample t-test in order to check whether the Problem-Based Learning class has positive influences on the cooperative ability of the students. As the results, there are statistically significant differences, and it is found that Problem-Based Learning has positive influences on cooperative ability.
There are some suggestions to be presented on the basis of the results of the study. Above all, a variety of programs for the classes utilizing Problem-Based Learning elementary schools should be developed. Secondly, a variety of follow-up studies about the models or analyzing tools of Problem-Based Learning is required. Thirdly, the problems in Problem-Based Learning related to the actual daily live should be contained in the mathematics textbook in elementary schools. Fourthly, the in-service training for teachers is needed in order to help the practical understanding of teachers as applying Problem-Based Learning.

국문 초록 (Abstract)

우리는 지식정보화 시대에 살면서 날마다 새로운 정보와 지식이 폭발적으로 늘어나며 빠른 속도로 다양화, 전문화 되어가고 있다. 때문에 수많은 정보와 지식 중에서 자신에게 필요한 것을 선택하여 상황에 맞도록 활용할 수 있는 능력이 필요하다. 따라서 교육에 있어서도 새로운 변화를 요구하게 되었다. 실제 문제 상황에서 필요한 지식과 정보를 선택하고, 그것을 재구성하여 문제해결에 활용하는 능력이 교육의 중요한 목표로 부각되고 있다.
이처럼 실제 문제를 해결하는 문제해결력이 강조되면서 구성주의 교수․학습 방법인 ‘문제중심학습(Problem-Based Learning : PBL)'에 대한 관심이 높아지게 되었다. 문제중심학습은 실생활에서 접하게 되는 문제와 유사한 문제 상황의 제시를 통해 수업이 시작되어 학습자가 문제를 해결하기 위해 스스로 필요한 지식과 정보를 탐색하여 적절한 해결책을 찾도록 하는 교수․학습 방법이다.
문제중심학습은 구성주의 교육 이론에 근거를 두고 있기 때문에 구성주의적 관점에서 지식의 형성은 협동 학습을 통해 사회적 상호작용으로 형성된다고 본다. 따라서 사회적으로 학교 폭력 문제가 심각하고 집단에서의 사회성 발달의 중요성이 강조될 때 문제중심학습을 통해 협동능력에 관한 연구가 필요하다.
실생활 문제에 대한 수학적 문제해결력을 필요로 하는 현 사회의 요구에 부응하기 위해 학교 현장에서 문제중심학습을 적용하는 방안을 생각해 볼 수 있다. PISA나 TIMSS에 나타난 연구결과를 볼 때, 우리나라 학생들은 수학적 개념을 일상생활의 맥락과 연계하는 것에 어려움을 느끼고 있다. 따라서 우리나라 학생들에게 실생활을 반영한 문제 상황을 제시하는 문제중심학습에 대한 연구가 절실히 요구된다.
이에 본 연구에서는 초등학교 3학년 수와 연산 영역에 문제중심학습을 적용하여 수업과정에서 나타나는 문제해결력과 협동능력을 알아보고자 하였다.
본 연구에서 설정된 연구문제는 다음과 같다. 첫째, 문제중심학습 수업에서의 문제해결 과정에서 학생들의 문제해결력은 어떠한가? 둘째, 문제중심학습 수업 과정에서 나타난 학생들의 협동능력은 어떠한가?
이러한 연구문제를 해결하기 위하여 연구대상으로 서울시 G초등학교 3학년 1개의 학급을 선정하여 연구를 진행하였다. 본 연구는 협동능력 검사를 사전에 실시 한 후, 수와 연산 영역의 문제중심학습 문제를 각 10차시씩 2가지 문제로 수업을 진행하였고 수업 후에는 사후 검사로 협동능력 검사를 실시하였다. 또한 문제중심학습 수업 과정에서 타나나는 학생들의 활동지와 산출물을 통해 학생들의 문제해결 과정과 협동능력을 분석하였다.
문제중심학습 수업 과정에서 학생들의 문제해결 과정을 분석한 결과, 학생들은 다양한 측면의 문제해결력이 나타났다. 문제중심학습 수업 단계 별로 문제 이해하기에서는 문제인식 요소, 문제 탐색하기 단계에서는 정보수집, 분석 요소, 문제 후속 단계에서는 확산적사고, 의사결정 요소, 결과물제시 및 발표 단계에서는 기획력 요소, 문제 해결과 해결 이후 단계에서는 평가, 피드백 요소가 관찰되었다.
문제중심학습 수업 과정을 통해 학생들의 협동능력에 긍정적인 효과를 미치는 지 분석을 위해 사전․사후 검사 결과를 대응표본 t-검정 실시하여 분석하였다. 그 결과 협동능력에서 유의미한 차이가 나타났다. 또한 학생들이 작성한 자기성찰노트를 분석한 결과, 문제중심학습 과정 중 협동학습을 통해 개인적 책무성이 증가하고 개인간 상호교류에도 긍정적 효과가 나타났다. 따라서 문제중심학습은 협동능력에 긍정적 영향을 미치는 것으로 나타났다.
이와 같은 본 연구의 결과를 바탕으로 몇 가지 제언을 하면, 첫째, 학교 수학 수업에서 문제중심학습을 적용할 수 있는 문제 상황을 제시하고 문제중심학습 과정에서 나타나는 학생들의 문제해결력 및 협동능력 외에 또 다른 측면의 수학적 사고 능력을 분석할 수 있는 연구가 필요하다. 둘째, 문제중심학습 수업 과정에서 나타난 문제해결력의 수준과 양상을 더욱 연구하여 분석할 연구가 필요하다. 셋째, 초등학교 수학 교과서에 실생활과 관련된 문제중심학습 문제들이 포함되어야 할 것이다. 넷째, 문제중심학습 수업 과정에서 나타난 협동능력을 질적으로 분석하여 연구할 필요가 있다. 다섯째, 초등학교에서 문제중심학습을 활용한 수업을 할 수 있는 다양한 프로그램이 개발되어야 한다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• A. 연구의 필요성 및 목적 1
• B. 연구문제 4
• II. 이론적 배경 5
• A. 수학교육의 변화 5
• B. 문제중심학습(Problem-Based Learning) 7
• C. 문제해결력 15
• D. 협동능력 17
• III. 연구 방법 22
• A. 연구 설계 22
• B. 연구 절차 32
• C. 연구 도구 33
• D. 분석 방법 36
• IV. 연구 결과 37
• A. 문제중심학습 수업 과정에서 나타난 문제해결력 37
• B. 문제중심학습 수업 과정에서 나타난 협동능력 54
• V. 결론 및 제언 60
• A. 결론 60
• B. 제언 62
• 참고문헌 64
• 부록목차 70
• ABSTRACT 80