과학영재의 역동적 지식생성을 통한 통찰과정 분석 = Analyzing insight-process of scientific gifted students throuh dynamics of knowledge generation

국문 초록 (Abstract)

이 연구에서는 과학적 문제해결 과정에서 도저히 문제가 풀리지 않는 막다른 골목에 도달하였을 때, 문제표상(전제와 문제)과 해결자의 인지구조(스키마) 활성화를 재구조화하면서 어떻게 문제를 해결해 나가는지 그 과정을 알아보고자 한다. 이를 위하여 통찰이 일어날 수 있는 과학 기반 문제상황을 설계하여 과학영재학생들에게 제공하고, 이들이 문제를 표상하고 재구조화한 후 해결에 이르는 과정을 미세 분석하였다.
과학영재의 통찰과정을 분석하기 위해, 학생들이 과학 이론에 기반하여 표상한 전제와 문제로는 답을 찾지 못하고 막다른 골목에 도달하게 되는 상황을 설계하였다. 이 문제를 해결하기 위해서 재구조화가 일어나는 과정은 통찰 과정을 분석하기 위해 적절한 상황이라고 볼 수 있다.
고등학교 2학년인 과학영재학생 4명을 대상으로 문제상황과 실험도구를 제시하고 스스로 전제와 문제를 표상한 후, 만족스러운 답이 나올 때까지 충분히 논의하고 탐색하도록 하였다. 문제해결의 전 과정을 녹화하여 수행된 논의와 실험을 분석하였고 재구조화는 무엇을 계기로 일어나는지, 어떤 과정을 거쳐 일어나는지, 사용되는 정보는 무엇인지, 그 정보는 어떻게 생기는지에 초점을 두고 분석하였다.
연구 결과를 통해 다음과 같이 결론을 정리하였다.
첫째, 과학영재들은 문제상황에 직면하였을 때 과학적 스키마에 기반하여 전제를 표상하였기 때문에 전제에 대한 강한 신념을 갖고 있었다. 또한 전제에 기반하여 표상한 문제의 틀 안에서 가설이 생성되었기 때문에, 생성된 가설은 전제를 벗어나지 못하였다.
둘째, 과학영재들은 문제해결과정에서 문제상황에 대한 가설만 생성한 것이 아니라, 다른 관련 현상들에서 파생된 여러 의문을 함께 탐색하였다. 가설평가과정에서 공통적으로 발생한 의문을 탐색하였고, 이를 통해 전제가 다른 스키마와 충돌한다는 이론적 모순을 발견하였다. 또한 문제상황을 변형시키면 어떤 현상이 나타날지에 의문을 갖고 탐색하여, 전제와 불일치하는 현상을 실험적으로 발견하였다.
셋째, 추가의문의 탐색 도중 돌발상황이 나타나기도 하였는데, 과학영재들은 이 또한 호기심을 갖고 탐색하였다. 이러한 돌발상황과 문제상황의 유추를 통해 전제를 의심하는 것이 재구조화의 계기가 되었다. 변형상황 탐색 과정에서 수행한 실험 정보를 이용하여 새 전제를 실증적으로 확인하였고, 전제가 재구조화됨에 따라 문제 또한 재구조화되었다. 이러한 재구조화의 과정은 비교적 짧은 시간동안 일어났고, 추가의문의 탐색 도중 생성한 정보가 재구조화의 각 과정에서 사용되었다.
넷째, 재구조화 이후에는 새 문제표상에 대한 이론적 설명을 찾기 위한 탐색을 시행하였다. 표상이 새롭게 바뀌었으므로 이를 설명할 수 있는 새로운 스키마가 활성화되어야 하기 때문이다. 이 때 과학영재들은 활성 스키마를 명확하게 하기 위해서 초기 탐색과정에서 생성된 정보를 활용하였다. 즉 추가의문의 탐색을 통한 정보생성은 문제해결과정 전반에 걸쳐 큰 역할을 하고 있음을 알 수 있다.
이 연구 결과는 과학적 문제해결이 막다른 골목에 부딪쳤을 때 주어진 문제에만 집중하기보다는 추가적인 의문을 갖고 다른 관련 현상에 대해서도 열린 탐색을 함으로써 역동적 지식생성을 통해 통찰이 일어날 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 7
• 3. 용어의 정의 8
• II. 이론적 배경 11
• 1. 통찰을 보는 세 가지 관점의 비교 11
• 2. 통찰 연구에서 사용된 문제 26
• 3. 과학적 통찰의 연구 방법들 28
• 4. 문제해결과정과 통찰 33
• 5. 과학에서 사용하는 문제공간탐색의 도구 41
• III. 연구 방법 47
• 1. 연구대상 47
• 2. 제시된 문제상황 50
• 3. 자료수집 62
• 4. 자료분석 63
• IV. 연구결과 및 논의 67
• 1. 초기 문제의 탐색이 막다른 골목에 도달하는 과정 67
• 1.1 문제상황의 직면과 초기 문제표상 67
• 1.2 표상한 초기 문제의 탐색과정 73
• 1.3 막다른 골목에서의 탐색특성 92
• 2. 추가의문의 탐색과 이를 통해 생성된 정보 94
• 2.1 가설 평가 과정에서 공통적으로 발생한 추가 의문의 탐색 94
• 2.2 문제상황을 변형시키면 나타나게 될 현상에 대한 의문의 탐색 104
• 2.3 돌발상황의 발생과 이에 대한 의문의 탐색 118
• 3. 문제표상의 재구조화 과정과 각 과정에서 사용된 정보 121
• 3.1 전제에 대한 의심과 그 계기가 된 정보 121
• 3.2 새 전제의 실증적 확인과 실험설계에서 사용된 정보 129
• 3.3 새 문제의 생성 136
• 4. 재구조화 이후의 문제해결 139
• 4.1 새 문제의 탐색과정 139
• 4.2 활성 스키마의 확장과 문제상황의 해결 149
• V. 결론 및 제언 152
• 1. 결 론 152
• 2. 제 언 154
• 참고문헌 155
• ABSTRACT 164
• 부록 167

참고문헌 (Reference)

1. Problem solving, Shiotsu, , 1989

2. How to solve it 2E, Polya, , 1957

3. On problem solving, Dunker, On problem-solving, , 1945

4. The art of thought, Wallas,Graham, Harcourt,Brace, The art of thought, , 1926

5. In search of insight, Kaplan, Simon, , 1990

6. The Creative Process, Ghiselin, The creative process, , 1952

7. The mind's best work, Perkins, David N, Harvard University Press, The mind's best work, , 1981

8. Creativity in Science, Simonton,D.K., Creativity in Science, , 2004

9. Human problem solving, Newell, Allen, Prentice-Hall, Human problem solving, , 1972

10. The nature of insight, Sternberg, Robert J, MIT Press, , 1995

11. Investing in creativity, Lubart, Sternberg, , 1996

12. The suddenness of insight, Davidson, The Suddenness of Insight, , 1995

13. The Laboratory of the Mind, Brown, , 1991

14. Insight and Problem Solving, Dominowski, Dallob, Insight and problem solving, , 1995

15. The formation of learning sets, Harlow, , 1949

16. What makes and insight problem?, Ormerod, Chronicle, MacGregor, , 2004

17. Incubation in insight problem solving, Segal, , 2010

18. Group creativity and collective choice, Stasser, Birchmeier, , 2003

19. How to investigate insight: A proposal, Haider, Rose, , 2007

20. New approaches to demystifying insight, Fleck, Bowden, Beeman, Kounios.J, , 2005

21. Productive thinking (M Wetheimer, Ed.), Wertheimer, "Productive thinking (M Wetheimer, , 1982

22. Conceptual change through collaboration, Miyake, , 2008

23. Foresight in insight? A Darwinian answer, Simonton, , 1995

24. The constraining effects of initial ideas, Smith, , 2003

25. Cognitive Psychology and Its Implications 7E, Anderson, , 2010

26. Dual space search during scientific reasoning, Dunbar, Klahr, Dual space search during scientific reasoning, , 1988

27. Permonitions of insight predict impending error, Metcalfe, , 1987

28. Serendipity : accidental discoveries in science, Roberts, Royston M, Wiley, , 1989

29. The incubation effect: Illusion or illumination?, Cruse, Brown, , 1988

30. The use of environmental clues during incubation, Ward, Smith, Dodds, , 2002

31. Group genius: The creative power of collaboration, Saywer, , 2008

32. Intuition in insight and noninsight problem solving, Metcalfe, Wiebe, , 1987

33. Thinking : an introduction to its experimental psychology, Humphrey, George, Wiley, , 1963

34. Black-body theory and the quantum discontinuity, 1894-1912, Kuhn, Thomas S, University of Chicago Press, , 1987

35. Intuition and analysis: A predictive and explanatory model, Simonton, , 1980

36. Protocol analysis: verbalreports as data (revised edition), Ericsson, Simon, Protocol analysis: Verbal reports as data revised edition, , 1993

37. Graph-theoretic confirmation of restructuring during insight, Dayton, Durso, Rea, , 1994

38. Darwin on man: A psychology study of scientific creativity 2E, Gruber, , 1981

39. Incubation and the persistence of fixation in problem solving, Smith, Smith, S. M., Blankenship, , 1991

40. The Eureka Effect: The art and logic of breakthrough thinking, Perkins, , 2000

41. Insights of genius : imagery and creativity in science and art, Miller, Arthur I, MIT Press, , 2000

42. Creativity : flow and the psychology of discovery and invention, Csikszentmihalyi, Mihaly, HarperCollinsPublishers, Creativity: Flow and the psychology of discovery and invention, , 1996

43. Scientificproblem solving andproblem finding:A theoreticalmodel, Hoover, Feldhusen, Scientific Problem Solving and Problem Finding: A Theoretical Model, , 1994

44. The invivo / invitro approach to cognition: The case of analogy, Dunbar, Blanchette, The in vivo/in vitro approach to cognition: The case of analogy, , 2001

45. Cognitive stimulation and interference in idea-generating groups, Stroebe, Nijstad B.A, Diehl, , 2003

46. The relation of previous expeience to insightful problem solving, Birch, , 1945

47. Quantifying qualitative analyses of verbal data: A pracical guide, Chi, , 1997

48. Information-processing explanations of insight andrelated phenomena, Ohlsson, Information-processing explanations of insight and related phenomena, , 1992

49. A Primer of Social Decision Scheme Theory: Models of Group Influence, Stasser, , 1999

50. Problem Finding Evaluative Thinking, and CreativityIn M. A. Runco. (Ed.), Chand, Runco, "Problem Finding Evaluative Thinking, , 1994

51. Differnces in working memory involvement in analytical and creative tasks, Lavric, Forstmeier, Rippon, , 2000

52. Effects of strategy instructions and practice on nine-dot problem solving, Dominowski, Lung, , 1985

53. Treatment of science-gifted students' insight in scientificproblem solving, Kim, Lee, , 2013

54. 과학적 가설 검증을 위한 학생들의 실험 설계 내용 분석, 박종원, 한국과학교육학회, "한국과학교육학회지, , 2003

55. Thought experiments in science education: potential and current realization, Reiner, Gilbert, , 2000

56. Categorization and representation of physics problems by experts and nivices, Chi, Glaser, Feltovich, , 1981

57. How scientists think: Onstatement creativity and conceptual change inscience, Dunbar, , 1997

58. 통찰의 발현 기제에 대한 신행태주의 관점의 타당성 고찰, 임 웅, , 2012

59. How scientists really reason: Scientific reasoning in real-world laboratories, Dunbar, , 1995

60. Studies of scientific discovery:Complementary approaches and convergent findings, Klahr, Simon, Studies of scientific discovery: Complementary approaches and convergent findings, , 1999

61. When insight just won't come: The failure of visual cues in the nine-dot problem, Chronicle, MacGregor, Ormerod, , 2001

62. Getting into and out of mental ruts: A theory of fixation, incubation,and insight, Smith, "Getting into and out of mental ruts: A theory of fixation, , 1995

63. The use of verbal protocols as data: An analysis of insight in the candle problem, Fleck, Weisberg, , 2004

64. Representing and intervening : introductory topics in the philosophy of natural science, Hacking, Ian, Cambridge University Press, Representing and intervening: Introductory topics in the philosophy of natural science, , 1983

65. 갈릴레오의 자유낙하 사고실험에 대한 중학생들의 사고과정 분석, 정수인, 박종원, 한국과학교육학회, , 2001

66. Blind variation and selective retention in creative thought as in otherknowledge processes, Campbell, , 1960

67. Creativity : understanding innovation in problem solving, science, invention, and the arts, Weisberg, Robert W, John Wiley & Sons, "Creativity: Understanding innovation in problem solving science, , 2006

68. Restructuring revisited Ⅱ: An information processing theory of restructuring and insight, Ohlsson, , 1984

69. 통찰! 지각인가 혹은 지식인가? :인지의 하향처리과정으로서의 통찰, 임 웅, 통찰! 지각인가 혹은 지식인가?: 인지의 하향처리과정으로서의 통찰, , 2009

70. Problem construction and cognition: Applying problem representations in ill-defined domains, Mumford, Reiter-Palmon, Redmond, , 1994

71. The effect of interruptions and breaks on insight and impasses: Do you need a break right now?, Beeftink, Eerde, Rutte, , 2008

72. An examination of the alleged role of “fixation”in the solution several “insight” problems, Alba, Weisberg, , 1981

73. Getting the right idea: Semantic activation in the right hemisphere may help solve insight problems, Beeman, Bowden, , 1998

74. U sing bridging analogies and anchoring intuitions to dealw ith students' preconceptions in phy sics, Clement, J., Clement, Using bridging analogies and anchoring intuitions to deal with students' preconceptions in physics, , 1993

75. Prolegomena to theories of insight in problem solving: Definition of terms and a taxonomy of problems, Weisberg, , 1995

76. 탐색기 과학영재를 위한 동료교수법 기반 교수·학습 프로그램 개발 및 적용, 김중복, 이지원, 韓國英才學會, , 2013

77. Information processing and insight: A process model of performance on the nine-dot and related problem, Ormerod, MacGregor, Chronicle, , 2001

78. Shaking Fundamental concept of experts by serious cognitiveconflict to the strongly believed phenomenon, Lee, Kim, , 2012

79. What is this thing called Science?: An assessment of the nature and status of science and its method, 2E, Chalmers, "What is this thing called Science?: An assessment of the nature and status of science and its method, , 1982

80. Creative Model Construction in Scientists and Students: The Role of Imagery, Analogy, and Mental Simulation, Clement, J., "Creative model construction in scientists and students: The role of imagery analogy, , 2008

81. Experimental design heuristics for scientific discovry: the use of "baseline" and "known standard" controls, Dunbar, Baker, "Experimental design heuristics for scientific discovry: the use of ""baseline"" and ""known standard"" controls", , 2000

82. Diversity and creativity in work groups: A dynamic prespective on the affective and cognitive processes that link diversity and performance, Kurtzberg, Milliken, Bartel, , 2003