탐구는 학교과학에서 지속적으로 강조되어 왔다. 하지만 학교에서 주어지는 문제는 학생들이 일상생활에서 경험하고 부딪치는 문제들과는 여러 면에서 다르다. 본 연구의 목적은 학생들이 문제에 대한 인지도식을 거의 갖고 있지 않을 때, 과제에 대한 태도와 사고력이 문제해결과정, 특히, 문제공간의 형성과 정교화에 어떻게 영향을 미치는지를 알아보는 것이다. 이를 위하여 연구자는 미국의 한 영재센터 여름방학 프로그램 중 4-6학년 영재학생 대상 '레고 로봇 수업'에 참여한 학생들의 문제해결전략을 추적하였다. 결과는 다음과 같다. (1) 과제의 선택과 파악방법, 작동자에 대한 인식의 차이 등 과제에 대한 태도는 서로 다른 문제공간을 형성하게 하였다. (2) 분석적 사고, 융통성, 효율적인 정교화 기술, 기존 인지도식의 적용 등의 사고력의 수준 차이는 문제공간의 정교화 차이와 문제해결의 성공여부로 이어졌다. (3) 초기의 문제공간의 차이는 문제해결전략의 형성 차이를 가져왔지만, 사고력 없이는 효과적인 문제해결전략의 정교화가 이루어지지 못하였다. 마지막으로, 위의 결과를 바탕으로 과학탐구를 증진시킬 몇 가지 사항이 제안되었다.

본 연구에서는 초등학생의 알고리즘적 사고와 프로그래밍 학습을 효과적으로 조력하기 위해 메타인지 전략을 가미한 게임 프로그래밍 학습의 가능성을 제시하고자 하였다. 우선 Polya의 4단계 문제해결과정에 ‘예언’, ‘자기 평가’, ‘자기 강화’의 단계를 추가한 후 게임 프로그래밍 특성에 맞게 일부 수정하고 메타인지 전략을 가미하여 게임 프로그래밍 수업 모형을 설계하였다. 설계된 모형을 토대로 초중등 정보통신기술교육지침과 ACM의 K-12 컴퓨터교육과정 중 알고리즘과 프로그래밍 내용 요소를 참고하여 게임 프로그래밍 학습 내용을 구성하였다. 구성한 학습 내용을 초등학교 6학년 재량활동 시간에 적용한 결과, 메타인지 전략을 활용한 게임 프로그래밍 학습은 초등학생의 문제해결력 향상에 효과가 있는 것으로 나타났다. 최근 정보통신기술교육 운영지침의 개정으로 프로그래밍 교육과 알고리즘 교육이 초등학교에서도 필요하게 되었고 학교 현장의 여건 등을 고려해보면 본 연구를 통해 설계된 교수․학습 전략을 기반으로 한 게임 프로그래밍 학습은 의미 있는 선택이며 기존 프로그래밍 교육의 문제점 해소를 위한 적절한 대안이 될 수 있을 것이다.

본 연구의 목적은 현행 전통적인 대수 교육에 대한 대안으로 떠오르고 있는 ‘패턴에 기초한 대수 교육’의 의미와 방법을 살펴보고, 우리나라 학생들에게 적용한 결과를 바탕으로 패턴에 기초한 대수 교육으로의 관점 전환을 위한 기초 자료를 제시하는데 있다. 패턴에 기초한 대수 문제해결 과정은 일반화 전략을 개발하게 하고, 수학적인 표현 도구의 발달을 자연스럽게 이끌기 때문에 대수적인 감각을 향상시키는 데 유용한 것으로 알려져 있다. 이에 기초하여 이 연구에서도 분석의 주요 초점을 일반화 전략 및 수학적 표현 방법에 둘 것이다. 일반화 전략은 Lannin(2005)의 연구결과를 참고하여 분석했으며, 수학적 표현은 Nakahara의 표현 체계 중 시각적, 언어적, 기호적 표현을 바탕으로 분석하였다. 또한 문자를 이용하여 형식화할 수 있는지 여부까지 확인하였다.