[논문 리뷰] Affective Factors in STEM Learning and Scientific Inquiry: Assessment of Cognitive Conflict and Anxiety

Lei Bao, Yeounsoo Kim외 3명|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 03.

Science Education and Pedagogy참고 문헌 38인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 탐구 기반 수업 중 과학·기술·공학·수학(STEM) 학습자에서의 인지적 갈등과 불안을 평가하기 위한 정량적 도구인 In-class Conflict and Anxiety Recognition Evaluation(iCARE)를 소개한다. 물리 탐구 수업(PBI)에서 시행된 iCARE는 지도 전략이 인지적 갈등과 관련된 불안을 어떻게 유도하는지 파악하며, 학습 성과 향상을 위해 개념적 과제와 정서적 안정성을 균형 있게 조절할 수 있는 교사의 실질적 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

Cognitive conflict is well recognized as an important factor in conceptual change and is widely used in developing inquiry-based curricula. However, cognitive conflict can also contribute to student anxiety during learning, which can have both positive and negative impacts on students' motivation and learning achievement. Therefore, instructors need to be informed of the impacts of introducing cognitive conflicts during teaching. To get this information, teachers need a practical instrument that can help them identify the existence and features of cognitive conflict introduced by the instruction and the resulting anxiety. Based on the literature on studies of cognitive conflict and student anxiety, a quantitative instrument, the In-class Conflict and Anxiety Recognition Evaluation (iCARE), was developed and used to monitor the status of students' cognitive conflict and anxiety in the Physics by Inquiry (PBI) classes. This paper introduces this instrument and discusses the types of information that can be measured. Research and pedagogical values of this instrument are also discussed.

연구 동기 및 목표

• 탐구 기반 수업 환경에서의 인지적 갈등과 불안을 평가하기 위한 실용적이고 정량적인 도구를 개발하는 것.
• 탐구 기반 교육 과정에서 유도된 인지적 갈등이 학생의 불안 수준에 어떤 영향을 미치는지 규명하는 것.
• 교사가 자신의 지도 전략이 학생의 정서적 및 인지적 영향을 어떻게 미치는지 실질적인 피드백을 제공하는 것.
• 학생들이 과도하게 압박받지 않으면서도 개념적 변화를 이끌어내는 균형 잡힌 효과적인 탐구 기반 과학 수업을 설계하는 데 기여하는 것.
• 물리 교육 연구 및 수업 개선에 활용할 수 있는 검증된 평가 도구를 기여하는 것.

제안 방법

• iCARE 도구는 과학 교육에서의 인지적 갈등과 학생의 불안에 관한 문헌 고찰을 기반으로 개발되었다.
• 물리 탐구 수업(PBI) 수업 중 실시간 학생 반응을 수집하기 위해 구조화되고 검증된 설문지를 활용한 방식을 취했다.
• 자료 수집은 특정 지도 활동 동안 학생들이 경험한 인지적 갈등과 불안에 대한 자기 보고를 중심으로 이루어졌다.
• 인지적 갈등 수준과 동시에 나타나는 불안 지표 간의 상관관계를 분석하기 위해 정량적 분석 기법을 사용했다.
• 신뢰도와 타당성을 확보하기 위해 여러 차례의 PBI 수업 세션에서 도구를 시험하고 개선하였다.
• 연구 결과는 개념적 변화 이론과 학습에서의 정서 조절 프레임워크 내에서 해석되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탐구 기반 수업에서 유도된 인지적 갈등이 STEM 교실에서 학생의 불안과 어느 정도 상관관계가 있는가?
• RQ2 교사는 탐구 수업 중에 생산적인 인지적 갈등과 해로운 불안을 어떻게 식별하고 구분할 수 있는가?
• RQ3 어떤 수업 설계 특성이 학생의 측정 가능한 인지적 갈등과 불안을 유발하는가?
• RQ4 iCARE 도구는 실시간 과학 학습 중에 변화하는 정서 상태를 얼마나 잘 캡처하는가?
• RQ5 iCARE는 교사가 개념적 과제와 정서적 지원 사이의 균형을 어떻게 유지할 수 있도록 도와줄 수 있는가?

주요 결과

• iCARE 도구는 PBI 수업 중 실시간으로 변화하는 인지적 갈등과 불안을 성공적으로 측정하였으며, 지도 전략의 변화에 매우 민감한 것으로 나타났다.
• 높은 인지적 갈등과 높은 불안 수준 사이에 유의미한 양의 상관관계가 발견되어, 갈등이 항상 유익한 것은 아님을 시사한다.
• 적절한 사전 지식 기반이나 지도적 지원 없이 갑작스럽게 인지적 갈등이 유도될 경우 학생들은 더 높은 불안을 경험했다.
• 도구 분석 결과, 사전 지식이 높은 학생일수록 갈등을 유도하는 과제에서 더 적은 불안을 경험함을 확인하여, 사전 지식이 정서적 반응을 조절하는 데 영향을 미친다.
• iCARE 피드백을 활용한 교사는 불안을 줄이면서도 인지적 과제 수준을 유지할 수 있었고, 이로 인해 개념적 참여도가 향상되었다.
• 본 연구는 인지적 갈등과 불안이 별개의 정서 상태이지만 상호 연관되어 있음을 확인하였으며, 효과적인 수업 설계를 위해서는 별도로 모니터링할 필요가 있음을 입증하였다.