융합적사고력신장을위한초등학생용 CT 기반융합인재교육 (CT-STEAM) 프로그램개발 81 융합적사고력신장을위한초등학생용 CT 기반융합인재교육 (CT-STEAM) 프로그램개발 함성진 김순화 박세영 송기상 요 약 기존의과학교육이지닌문제점들을개선하기위하여 211년부터우리교육현장에 STEAM이도입되었다. 하지만, 급속한정보통신기술의발달에따라각종스마트기기와모바일기기등다양한교육용테크놀로지를활용하여문제를해결하게될미래의학교모습은이에걸맞은새로운형태의 STEAM을요구하게되었다. 이러한흐름에맞춰본연구에서는각종 Computing 기기를활용하여현실세계의복잡한문제를융합적사고를통하여해결하는새로운형태의융합인재교육인 CT-STEAM (Computational Thinking & STEAM) 교육을제안하고, 이를실제교육현장에효과적으로도입하기위한전단계로 CT-STEAM 수업모형을개발하고, 프로그램을지도하기위한전략으로교수-학습지도안을구안하여정보와컴퓨터교육분야전문가를통해프로그램의타당성검증을하였다. 본연구의결과는 21세기미래학교에서창의적이고능동적인문제해결을도와줄수있는 CT와 STEAM에대한이해를제고하며향후융합적 CT 교육을위한다양한수업방법개발에기초자료를제공해줄것이다. 주제어 : Computational Thinking, CT, STEAM, 융합인재교육, 창의력, 스크래치 Development of CT-STEAM Education Program Enhancing Integrated Thinking Skills for Elementary School Seong-Jin Ham Soonhwa Kim Se young Park Ki-Sang Song ABSTRACT STEAM education has been introduced to resolve the existing problems of science education since 211. However, as ICT develops rapidly, the future of the schools with various educational technologies is demanding for a new type of STEAM education. Therefore, the current research suggests CT-STEAM (Computational Thinking & STEAM) education, the new approach to provide integrated thinking based education with all sorts of computing devices. Firstly, the instruction model was developed as a fundamental step to introduce CT-STEAM in the real education scene. Then, lesson plan was developed as a implementation strategy, and it was tested for validity by computer education experts. It is hoped that the results of this study can enhance the understanding of CT and STEAM Education, also to provide baseline information to develop various teaching methods for integrated CT education. Keywords : Computational Thinking, CT, STEAM, Creativity, Scratch 정회원 : 한국교원대학교컴퓨터교육과박사과정 정회원 : 대전교육과학연구원 ( 대전상대초등학교 ) 종신회원 : 한국교원대학교컴퓨터교육과교수 ( 교신저자 ) 논문접수 : 214 년 1 월 13 일, 심사완료 : 214 년 11 월 일, 게재확정 : 214 년 11 월 14 일 * 본논문은 214 년한국컴퓨터교육학회하계학술대회발표원고를수정 보완하였음.
82 한국컴퓨터교육학회논문지제 17 권제 호 (214.11) 1. 서론지난 213년 12월경제협력개발기구 (OECD) 는 OECD 학업성취도국제비교연구 (Programme for International Student Assessment; 이하 PISA) 212년시행결과를공식발표하였다. 이보고서에따르면우리나라의학업성취도는 OECD 34개국중에서과학 2~4위, 수학 1위, OECD 회원국을포함한전체 5개국중에서수학 3~5위, 과학 5~8위로최상위성취를보였다 [1]. 또한 211년시행했던과학및수학성취도비교연구 (TIMSS) 보고서에따르면우리나라의초등학교 4학년의학업성취도는과학 1위, 수학 2위를차지하여조사대상 5개국중에서최상위수준이었다 [2]. 그러나이러한최상위수준의학업성취도에도불구하고과학에대한자신감과흥미등정의적요소측정치는하위권수준에머물렀는데, 2년 PISA에서는 57개국중과학에대한흥미도가 55 위, 211년 TIMSS에서는수학및과학의자신감과흥미도가참가한국가들평균에비해낮은것으로밝혀졌다. 이러한결과에대해그이유를다양하게생각해볼수있지만, 일방적인지식전달방식의교수- 학습방법과단순암기식학습방법도한원인이라고지적할수있다. 단순히지식만을전달하고암기하는교육방법은단시간에정확한지식을전달하여성취도평가에서는일시적으로높은점수를받을수있겠지만과학이나수학과목에대한자신감과흥미는이끌어낼수가없는것이다. 또한 27 개정교육과정과 29 개정교육과정을통해실생활과밀접한내용으로교과서의내용이구성되었음에도불구하고실제교육내용이적용되는교육현장에서학생들의흥미를적극적으로이끌어내지못하는것도한이유일것이다 [2]. 바로이러한과학교육이지닌문제점들을개선하기위하여 211년부터우리교육현장에융합인재교육 (Science, Technology, Engineering, Arts & Mathematics; 이하 STEAM) 이도입되었다고할수있다. 현재우리가살고있으며미래에도살아가게될정보화지식기반사회는단순히지식이나기술만을필요로하진않는다. 창의성과감 성을지니고학문간경계를넘나들며학문간융합을이끌어낼수있는융합인재를필요로하는데, STEAM 교육은이러한변화에대응하는새로운교육패러다임이다. 미국이 STEM 교육에서수학 과학교육강화를외쳤다면거기에예술적요소를더하여, 학생들의창의성과감성을일깨우며과학에대해흥미와호기심을가지고스스로문제를정의하고능동적으로참여하며문제를해결할수있는능력을배양함으로써창의성을발휘할수있는우수한과학기술인재로키우려고하는것이바로 STEAM인것이다. 한편, 앞으로다가올미래의학교에서는종이교과서를대신하여전자책의활용이보편화될것이고, 이에따라학생들은전자책을통하여여러가지학습문제를해결하고, 주어진과제나프로젝트를수행하게될것이라예견된다. 이러한변화의흐름에따라현재의 STEAM 교육의모습또한변모해야하며, 종이책대신에각종스마트기기와모바일기기등다양한교육용테크놀로지를활용하여문제를해결하는미래의학교모습에걸맞은새로운형태의융합인재교육이요구된다고할것이다. 이에본연구에서는각종 Computing 기기를활용하여현실세계의복잡한문제를융합적으로해결하는새로운형태의융합인재교육인 CT-STEAM (Computational Thinking & STEAM) 교육을제안하고, 이를실제교육현장에효율적으로도입하기위한전단계로 CT-STEAM 수업모형을개발하고자한다. 2. 이론적배경 2.1 융합인재교육 (STEAM) 창의적이고융합적인과학기술형인재를기르려고현재우리나라에서추진중인 STEAM 교육은과학, 기술, 공학, 예술, 수학교과간의통합적인교육방법을의미하는데, 교육부는 STEAM을 과학기술에대한학생들의흥미와이해를높이고과학기술기반의융합적소양과실생활의문제해결력을배양하는교육 이라정의했다 [3]. 미국버지니아공대출신이면서버지니아주기술교육협회장인 Georgette Yakman이수학 과학
융합적사고력신장을위한초등학생용 CT 기반융합인재교육 (CT-STEAM) 프로그램개발 83 교육을강화하기위해도입했던 STEM 교육에서 Art의개념을새롭게추가하여기존의 STEM 교육이갖는한계를극복하고학문간융합을이루고자 STEM을확장한개념이기도하다. STEAM 의좀더자세한정의를위해 Georgette Yakman 은 < 그림 1> 과같은 The STE@M Pyramid 를제시하였다 [4]. < 그림 1> 에서와같이교육단계는전문교육단계에서상위의평생교육단계까지하위단계에서보다상위단계로갈수록전문교과가점점통합되어지는양상을띠며최종단계에서 Holistic 교육으로통합되어진다. 초등교육은상위두번째수준인통합교육 (Integrative) 의단계라고할수있는데, 여기서 STEAM은통합교과학습의하나로서모든학문에대한광범위한접근을통해실제로다양한학문들이지닌학문적연관성과함께가장기본적인내용들을학습하게되는것이다. 한편으로는기존교육에실생활과관련깊은예술을더한형태의융합된교육방식을가리키는것이라고도할수있다 [4][5]. < 그림 1> Georgette Yakman의 The STE@M Pyramid 2.2 Computational Thinking Computational Thinking이란용어는 Jennette Wing(2) 에의해컴퓨터학계에널리알려졌는데, Wing은 미래지식정보화시대를살아갈모든사람이갖추어야할기본적인사고능력으로서컴퓨터과학의기본개념및컴퓨터과학원리에따른문제해결방식과시스템설계방법, 인간행동의이해까지포함되는추상적인사고능력 이라고정의하고, 읽고쓰고셈하기 (3R's) 처럼컴퓨터과학자만이아닌모든학습자가가져야할가장기본적인태도와기술에포함되어야한다고주장했다 [][7]. 최근 Computational Thinking( 컴퓨터활용사고, 계산적사고, 정보과학적사고, 이하 CT) 는컴퓨터과학의중심개념이라고할수있으며, 미국과영국을중심으로 CT의중요성을인식하고그에대한교육을정규교육과정에포함시키기위한연구들이지속적으로수행되고있으며, 우리나라에서도 CT 개념에대한다양한정의를합리적으로통합하여제시하려는노력과함께활발한학문적논의가지속되고있다. 한편, 미국의 CSTA(Computer Science Teachers Association) 는 K-12 Computer Science Standards를통해 CT가모든교과를통해학습자에게주어진문제를해결해가는과정과그로인한새로운지식을만들어가는과정에서 Computing의능력과한계에대한이해를한층더발전시켜문제에대한해결방법까지를포함한커다란사고과정이라고제안하였다 [][7][8]. 이렇듯 CT는문제를해결하기위한사고과정까지를모두포함한개념이기때문에학습자는문제해결과정에서 CT의핵심요소인추상화 (abstraction) 와자동화 (automation) 등을사용하면서이를변형하고실행하며적용해가는과정에서문제를해결할수있게된다. 이과정은앞에서언급한 STEAM에서추구하는교과간의학문적융합을통해실생활의문제를해결하고자하는기본생각과일치하는면이있으며, CT의핵심적개념과기능이바로수학, 과학, 예술분야에적용되고있음을보여준다고할수있다 [8]. 즉, CT는모든학문분야와실생활의복잡한문제해결에적용할수있는일반적문제해결방법중의하나이며, 컴퓨터과학의핵심요소이다. 따라서컴퓨터과학은모든학문분야와융합될수있을뿐아니라, STEAM의핵심영역으로구성될수도있으므로본연구에서는이러한공통점을바탕으로 CT-STEAM 수업모형을개발하기에이르렀다.
84 한국컴퓨터교육학회논문지제 17 권제 호 (214.11) 2.3 스크래치 EPL 스크래치 (Scratch) 는 27년 5월 MIT의 Media Lab과 UCLA의연구자들이미국과학재단, Intel의지원을받아공동으로개발한교육용프로그래밍언어로, 미술과컴퓨터애니메이션, 대화식스토리, 게임등다양한방식으로개발할수있다. 스크래치는한국어가지원되는등다른교육용프로그래밍언어보다훨씬다양한기능들을제공하는데, 스크래치가가진특징들을다음과같이요약해볼수있다 [9]. 첫째, 스프라이트 (sprite) 라고하는객체는쉽고편리하게정의할수있다. 둘째, 1개의코드블록들로이루어진스크립트를이용하여프로그래밍을한다. 셋째, 이벤트처리의핵심인스크립트는스프라이트의동작을직관적으로정의할수있다. 넷째, 그림, 소리등풍부한미디어의투입이가능하므로재미있게학습할수있다. 다섯째, 레고블록과같이프로그래밍블록을이용해학습하는방식 (Building-block Programming Language) 으로코드를직접작성하지않고블록을쌓고조립하면서프로그래밍을할수있다. 여섯째, 뛰어난공유성으로스크래치홈페이지를통해다양한기기를통해전세계의다른사람과제작내용을공유할수있다. 일곱째, 물리적센서등을활용하여기기를조작하면서프로그래밍을학습할수있다. 여덟째, 한글을포함한매우다양한언어를지원한다 [9]. 본연구에서는실제교육현장적용을위한이상적인도구로써이러한다양한장점을가진스크래치 EPL을수업에활용하도록한다. 블록쌓기프로그래밍방식으로공유와협력이가능한스크래치 EPL을실제수업에활용하는방향으로수업모형을개발하면현장적용도가높은 CT-STEAM 수업모형이개발될것으로기대된다. 3. CT-STEAM 수업모형개발 3.1 CT 및 STEAM 관련이론에대한문헌분석, 선행연구결과조사본연구활동과관련된다양한이론및논문, 단 행본, 실제교수 학습자료로개발된사례등을여러가지방법으로분석하고, 각사례별결과를조사하여본연구에시사할수있는바를도출한다. 연구의분야별구체적인내용들은다음과같다. < 표 1> STEAM 관련이론에대한탐색 주제 STEAM 교육의기초 STEAM 교육의국내외사례 STEAM 교수학습모형 STEAM 교육의단계와학습준거 주제 CT 의정의및구성요인 CT를활용한교육프로그램개발 Scratch programming and STEAM 관련문헌및토의내용 STEAM 교육론 초등융합인재교육사례연구 KEDI 모형, 김진수 (211) 의 STEAM 교육을위한큐빅모형, 설계기반의 STEAM 과 ADDIE 모형, 한양대개발 Factor + 수업모형, Ehwaglobal STEAM 모형 각단계가가지는요소, 학습준거별필요성 < 표 2> CT 관련이론에대한탐색 관련문헌및토의내용 Computational Thinking & 창의적문제해결방법론 정보과학적사고와교육 스크래치로배우는 STEAM 교육 < 표 1> 과 < 표 2> 와같이 STEAM과 CT 관련이론들에대한다양한탐색을통해 CT-STEAM 의구체적실현방안을모색하였다. 교과내수업, 교과연계수업, 창의적체험활동, 기타활동과도관련지어분석하였고, 분석과정중필요한경우 STEAM 및 CT 전문가와의면담과질의응답등을통해면밀한분석을시행하였다. 3.2 STEAM 수업모형비교 STEAM 수업모형분석을통하여 CT-STEAM 수업모형을창안하고학교에적용할수있는수업모형을개발하기위하여김진수의 STEAM 교육을위한큐빅모형과백윤수의모형, KEDI 모형을분석하였고, 그내용은다음과같다. 3.2.1 김진수의 STEAM 교육을위한큐빅모형
융합적사고력신장을위한초등학생용 CT 기반융합인재교육 (CT-STEAM) 프로그램개발 85 김진수 (211) 는 STEAM 교육의목적을창의성신장에두고 < 그림 2> 와같은큐빅모형에서 X 축은학문의통합방식에따라분류하였고, Y축은학교급에따라분류하였으며, Z축은통합의요소에따라분류하였다. 특히이모형에서는모든 STEAM 교육을통해창의성을기를수있는환경이되도록캡슐로둘러싸고있는구조이다. 또한통합의요소를 9개의요소 ( 활동, 주제, 문제, 탐구, 흥미, 경험, 기능, 개념, 원리 ) 로제시한다는점, 학교의급 ( 초, 중, 고, 대 ) 을 4단계로제시한다는점에서 STEAM 교육이영재교육으로서의통합교육적방법이라는이론적확장성을지닌다 [1]. 초중등학생을위한 STEAM 모형은백윤수모형과 KEDI 모형이있다. 두모형간에대상, 교육목표, 핵심역량, 교육내용, 교육활동전개차원에서비교한결과는다음 < 표 3> 과같다. 3.3 CT의 9가지주요개념요소 CT 기반문제해결과정은현실상황에서의문제를컴퓨터의관점에서규정하고그문제의해결방법을탐색하여, 효율적인해결절차를통하여강구하는과정으로, 문제이해및분석, 정보과학적원리적용, 문제해결방법의설계 ( 알고리즘설계 ), 문제해결방법의프로그래밍 ( 알고리즘구현 ), 실행및평가 의순서로이루어진다. 다음의 < 표 4> 는미국의 K-12 수준 (211) 에서제시한 CT의 9가지주요개념에대한내용으로본연구에서는 CT-STEAM 수업모형설계및교수 학습과정에 CT 중점요소로활용하려고계획하였다 [11][12]. < 표 4> CT 의 9 가지주요개념 주요 CT 개념요소 개념요소설명 < 그림 2> 김진수의 STEAM 교육을위한큐빅모형 DC DA Data Collection Data Analysis 자료수집자료분석 문제의이해와분석을토대로문제를해결하기위한자료수집 수집된자료와문제에주어진자료를세심히분류하고분석 3.2.2 백윤수모형과 KEDI 모형의비교 DR Data Representation 자료표현 문제의자료내용을그래프, 차트, 단어, 이미지등으로표현 구분백윤수모형 (211) KEDI 모형 대상일반학생영재학교 / 과학고등학교학생 교육목표 핵심역량 교육내용 교육활동전개 < 표 3> STEAM 수업모형의분석 창의적이고종합적으로문제를해결할수있는융합적소양을갖춘인재양성 배려, 창의, 소통, 내용융합적지식및개념형성 교과의기본개념 ( 학문 ), 기술 ( 공학 ), 맥락 - 창의적 과학기술 인재 양성 전공능력, 사고력, 윤리의식, 소통력 전공지식, 개념, 원리, 사고 ( 분석, 통합, 문제발견, 문제해결력 ), 윤리 ( 책임, 윤리 ), 소통 ( 소통, 협업, 리더십 ) 1 단계 : STEAM 연구의기본소양함양 2 단계 : STEAM 연구활동정교화 3 단계 : STEAM 지식및기술심화 PD Ab Al Au Si Pa Problem Decomposition Abstraction Algorithms & procedures Automation Simulation Parallelization 문제분해추상화알고리즘자동화시뮬레이션병렬화 문제를해결하기위해문제를다루기쉽도록작은부분으로나눠분석 문제의복잡도를줄이기위해기본주요개념이나정의설정 문제를해결하기위한과정을순서적단계로표현 순서적으로나열하고표현한내용을컴퓨팅기기를이용하여해결과정의최선책을선택 복잡하고어려운해결책이나현실적으로실행이불가능한해결책을선택하기위해모의실험수행 문제를해결하기위한공동의목표를달성하기위한작업수행
8 한국컴퓨터교육학회논문지제 17 권제 호 (214.11) 교사활동 수업과정 [CT 중점요소 ] 학생활동 1. 학습의동기유발 2. 첨단과학및실생활속쉽게접근이가능한문제상황제시 1. 관련정보제공 2. 자료수집및분석을통한탐구활동과지식생성유도 1. CT-STEAM 기반활동프로그램제시 2. 창의적융합설계활동이성공적으로이뤄지도록유도 3. 학생개별탐구활동점검 1. 과학, 기술, 공학, 수학, 예술적방법과 CT 를융합한아이디어의제작 2. 스크래치시뮬레이션을통한문제해결유도 3. 다양한방법탐색기회제공 1. 감성적체험의기회제공 2. 학습활동의종합적정리 3. 평가요소의추출과적용 4. 생성지식의평가와반성 < 표 5> CT-STEAM 수업모형 문제상황제시 1. 문제분석및이해 2. 해결방법탐색 자료수집및분석 1. 학습전략의수립 2. 문제분석을위한자료수집및정보탐색 [DC, DA] 3. 수집된지식의분석및분류 창의적융합설계 [DR, PD, Ab] 제작및시뮬레이션 [Al, Au, Si] 감성적체험및평가 [Pa] 1. 개인, 모둠별과제전략에따른학습활동이나실험수행 2. 문제복잡도를줄이기위해기본개념정의, 문제해결과정을순서적단계로표현 1. Computing 기기를이용해문제해결과정의최선책선택 2. 복잡한해결책이나실행불가능한해결책을구분하기위한모의실험단계 1. CT- 융합적사고력을기르는학습결과물종합활동 2. 감성적체험과학습성취감 3. 동료의산출물과생성지식과의비교, 분석 3.4 CT-STEAM 수업모형설계기존의 STEAM 교육은창의적이고종합적으로문제를해결할수있는융합적인소양을갖춘과학기술형인재양성을위해다양한 STEAM 수업모형에외형적기반을두고교육부에서제시한 STEAM 학습준거틀에내용적기반을더하여설계했다. 상황제시, 창의적설계, 감성적체험 의 3단계로구성된 STEAM 학습준거틀은흥미 동기 성공의기쁨등을통해새로운문제에도전하기위한열정이생기도록감성적체험을특히강조하고, 학생들이실패를통해학습과성공의경험을함으로써새로운문제에도전하는데주안점을두고구성하였다 [3][1]. 본연구에서설계한 CT-STEAM 수업모형은 STEAM 수업모형들이가진다양한장점과 상황제시, 창의적설계, 감성적체험 의 3단계로구성된 STEAM 학습준거틀을적극적으로수용하였다. 한편, CT가 3R's처럼컴퓨터과학자만이아닌모든학습자가가져야할가장기본적인태도와기술로서의미가크다고판단하여 Computing 의능력과한계에대한이해를한층더발전시켜문제에대한해결방법까지를포함한커다란사고 과정이되도록설계했다. 즉, STEAM과 CT 관련이론분석, STEAM 수업모형분석, 초등학교과학과교육과정및교과학습내용분석을바탕으로미국의 K-12 수준 (211) 에서제시한 CT의주요개념요소를 CT-STEAM 수업모형의 9가지핵심중점요소로활용하여컴퓨팅적사고력을확대 강화한 CT-STEAM 수업모형이되는데주안점을둔것이다. 한편, 각수업과정단계별로교사와학생의중심활동이무엇인지를분명히하여추후연구에서효율적인교수 학습안을구성하는데어려움이없도록설계한점도본연구에서제시한 CT-STEAM 수업모형의특징이라고할수있다. 이러한다각적인연구를통해도출된설계안은다음의 < 표 5> 와같다. 3.5 CT-STEAM 교육프로그램제작 3.5.1 CT-STEAM 학습요소추출 CT-STEAM에서활용할스크래치 EPL은게임이나애니메이션등움직임과상태변화를표현한프로젝트를구현하기가매우수월하다. 그래서과학과의 운동과에너지 영역에해당하는 5학년 2
융합적사고력신장을위한초등학생용 CT 기반융합인재교육 (CT-STEAM) 프로그램개발 87 학기과학과 3단원 물체의속력 을스크래치를활용한 CT-STEAM 교육프로그램내용으로선정하였다. 허용적인분위기에서다양한아이디어가생성되어 CT-STEAM 교육적용이용이하도록세분화된과학수업주제를 < 표 > 과같이정리하였고, CT-STEAM 학습요소를추출하였다. 차시학습주제 CT 중점요소 STEAM 요소 1 2 3 < 표 7> CT-STEAM 교수 - 학습지도안의일부 단계수업지도안내용 ( 일부내용만발췌 ) 문제상황제시 자료수집및분석 제작및시뮬레이션 < 표 > CT-STEAM 학습요소추출 ( 예시 ) 고무동력수레경주하기 운동의의미와운동을나타내는방법알아보기 일정한거리를이동한물체의빠르기비교 DC, DA, PD, Al, Si, Pa DC, DA, PD, Ab, Al, Au, Si, Pa DC, DA, Ab, DR, Si, Pa S T E A M S T M S T M 3.5.2 CT-STEAM 교수 학습과정안구안 CT-STEAM 교수 학습활동단계별로 < 표 5> 의 CT-STEAM 수업모형과 < 표 > 의 CT-STEAM 학습요소추출안을활용하여 CT-STEAM 교수 학습지도안을구안하였다. 미래의도로감시용로봇 월-E-Ⅱ 월-E가지구에남아혼자서쓰레기를치우게하지말고, 도로의안전을늘살펴보는 미래의도로감시용로봇 - 월-E-Ⅱ 로새롭게프로그래밍을해보면어떨까? 로봇프로그래밍마스터가되어로봇조종하기여러분이로봇프로그래밍마스터가되어미래의어느도시에서일하는 월-E-Ⅱ 를찾으러떠나볼까요? 선생님이보여주는스크래치프로젝트를보고움직이는것과움직이지않는것을구분하여봅시다. 우리주변에서운동하는물체찾아보기 [DC] 생활에서운동하는물체를찾아보고자기생각발표하기 [DA] 월-E-Ⅱ 프로젝트에서운동하는물체와운동하지않는물체의특징을찾아서발표하기 [PD] ( 중략 ) 스크래치프로젝트에서멋진자동차와제이미의운동알아보기 [DA] 처음위치, 나중위치 라는말을이용하여멋진자동차의위치말하기 [Ab] 스크래치프로젝트에서제이미의운동에대해모둠별로탐색해보고발표하기 [Al, Au, Si] 게임에흥미가많은초등학생이라는점과스크래치를이용하면손쉽게게임제작이가능하다는점, 게임제작에는스토리구상과배경음악선정, 캐릭터그리기등다양한예술적활동과과학, 기술, 공학적활동이융합적으로이루어질수있다는점을고려해볼때, CT-STEAM 교육프로그램각중점요소를고루반영하여스크래치프로젝트를제작할수있도록스크래치게임제작을위한활동을추가하였다. < 표 7> 은 CT-STEAM 교수-학습지도안의일부이다. 4. CT-STEAM 프로그램검증 본연구에서개발한초등학생의융합적창의력신장을위한 CT 기반초등융합인재교육 (CT-STEAM) 프로그램의검증을위해전문가검토를실시하였다. 4.1 프로그램의검증 4.1.1 조사대상 개발된프로그램의타당성을검증받기위해대학교수 1명, 연구원 2명을포함하여초중등교사 9명등으로구성된정보와컴퓨터교육분야전문가 12명을조사대상으로선정하였다. 전문가에대한기초조사결과는 < 표 8> 과같다. < 표 8> 프로그램검증에참여한전문가기초조사결과 (N=12) 변인구분전문가수 ( 명 ) 백분율 (%) 전문가 기초조사 성별남 8 7 여 4 33 소속 초등학교 8 7 학교급 중 고등학교 1 8 및기관 대학교 3 25 교육 ( 연구 ) 경력 최종학력 전공분야 5년미만 4 33 5년이상 1년미만 5 42 1년이상 15년미만 2 17 15년이상 2년미만 1 8 학사졸업 3 25 석사과정및수료 2 17 석사졸업 2 17 박사과정및수료 3 25 박사졸업 2 17 정보 컴퓨터교육 4 33 초등컴퓨터교육 5 정보영재교육 2 17
88 한국컴퓨터교육학회논문지제 17 권제 호 (214.11) 융합인재교육 (STEAM) 인식에대한기초조사 CT 인식에대한기초조사 평가항목 수업모형적합성 인식정도 인식경로 연수경험수업참관경험 직접수업 ( 강의 ) 한경험초등교육에서의필요여부 번호 1 2 CT 인식정도 CT 인식경로 4.1.2 조사도구 알고있음 12 1 잘모름 연수나강의를통해 11 92 여러자료나매체를통해 2 17 수업 ( 강의 ) 경험이있음 2 17 있음 5 없음 5 있음 2 17 없음 1 83 있음 3 25 없음 9 75 ( 매우 ) 필요하다. 12 1 불필요하다. 알고있음 1 83 잘모름 2 17 연수나강의를통해 8 8 1 여러자료나매체를통해 2 2 프로그램의타당성을검증하기위한설문으로실시한다. 설문내용은수학교육과정에서초등정보영재프로그래밍으로개발된자료를평가하기위해이현주 (212) 가개발한평가틀과중3 수학영재를위한 STEAM 교수-학습자료를평가하기위해박소영 (213) 이개발한평가틀및초등정보영재를위한로봇프로그래밍교육과정을개발하고제작한김신엽 (28) 의평가틀을기초로 < 표 9> 의세부평가항목을설정한다. 이렇게마련된평가지표에서 CT 기반초등융합인재교육 (CT-STEAM) 프로그램을위해구안된수업모형부분과교수학습설계내용과실제수업에적용되는내용에해당하는부분을중심으로설문지를작성한다 [15][1][17]. < 표 9> CT-STEAM 프로그램평가전문가검토지내용 문항내용 내용 CT-STEAM 수업모형설계및교수 학습과정에 CT 중점요소로활용하고있는 CT 의 9 가지주요개념에대한내용선정이적절하다. CT-STEAM 수업모델설계안의각수업과정선정은 CT 중점요소별균형을고려하여설계하였다. 척도 매우그렇다보통그렇다이다 그렇지않다 매우그렇지않다 교수학습내용조직적합성 학습난이도적합성 수업적용적합성 학습자료구성적합성 CT-STEAM 수업모델설계안은컴퓨팅적사고력을확대 강화한 3 CT-STEAM 수업모형이되는데주안점을두어설계하였다. CT-STEAM 프로그램의교육목 4 표를달성하기위한교수 -학습전략이다양하고적절하다. 스크래치를활용한 CT-STEAM 교 5 육프로그램단원선정이적절하다. 7 스크래치를활용한 CT-STEAM 교육프로그램학습내용선정이적절하다. CT-STEAM 수업모형에서제시하고있는학습위계에맞는내용으로교수 - 학습지도안이구성되었다. CT-STEAM 교수- 학습지도안에 8 서각단계별학습활동을적절히제시하였다. 효율적인수업을위해다양한 9 수업방식을적용하고있다. 초등학생의수준과발달단계를 1 고려한내용이다. 학습내용선정에있어학습의 11넓이와깊이를고려한체계로구성되어있다. 학교수업에적용하기쉽고편 12 리하게구성되어있다. 학교수업에투입했을때, 수업의 13 완성도가높을것이라고예상된다. 실천적이고현실가능한수업 14 전략을제시하고있다. 학습자료의내용들이수업목표를 15달성하기에적합한내용으로구성되어있다. 전이성이높은내용으로현실 1 생활모습과관련을맺고있다. 내용이참신하며, 학습에도움을줄 17 수있을정도로신뢰할만한자료이다. 4.2 프로그램의검증결과 4.2.1 수업모형적합성 수업모형적합성에대한설문결과는 < 표 1> 과같은데, CT-STEAM 수업모형설계및교수 학습과정에 CT 중점요소로활용하고있는 CT의 9가지주요개념에대한내용선정이적절하고각수업과정선정에있어서도 CT 중점요소별균형을잘고려했다는의견이높았다. 그리고제시된수업모델설계안이컴퓨팅적사고력을확대 강화한 CT-STEAM 수업모형이되는데주안점을두어매우적절하게설계했다는의견도많았다.
융합적사고력신장을위한초등학생용 CT 기반융합인재교육 (CT-STEAM) 프로그램개발 89 < 표 1> 수업모형적합성에대한설문결과 문항내용 1. CT-STEAM 수업모형설계및교수 학습과정에 CT 중점요소로활용 하고있는 CT 의 9가지주요개념에대 (5%) 한내용선정이적절하다. 2. CT-STEAM 수업모델설계안의 각수업과정선정은 CT 중점요소별 (5%) 균형을고려하여설계하였다. 3. CT-STEAM 수업모델설계안은컴퓨팅적사고력을확대 강화한 7 CT-STEAM 수업모형이되는데주안 (58%) 점을두어설계하였다. 타당성정도 (N=12) 매우그렇다그렇다보통이다그렇지않다 (5%) (5%) 5 (42%) 매우그렇지않다 12> 와같이대부분의전문가가개발된프로그램이초등학생의수준과발달단계를고려한내용이며학습내용선정에있어학습의넓이와깊이를고려한체계로구성되어있다고하였다. < 표 12> 학습난이도적합성에대한설문결과 문항내용 1. 초등학생의수준과발달단계를고려한내용이다. 11. 학습내용선정에있어학습의넓이와깊이를고려한체계로구성되어있다. 타당성정도 (N=12) 매우그렇지그렇다그렇다보통이다않다 3 (25%) 2 (17%) 9 (75%) 1 (83%) 매우그렇지않다 4.2.2 교수 - 학습내용조직적합성 < 표 11> 은교수-학습내용조직의적합성을묻는문항이었다. 응답결과를보면, 스크래치를활용한 CT-STEAM 교육프로그램단원선정이적절하고, 수업모형에서제시하고있는학습위계에맞는내용으로교수-학습지도안이구성되었으며, 교수-학습지도안에서각단계별학습활동을적절히제시하였다는의견이높았다. 그러나효율적인수업을위해다양한수업방식을적용하기위한노력이좀더필요하다는의견이있었다. < 표 11> 교수 - 학습내용조직적합성에대한설문결과 문항내용 4. CT-STEAM 프로그램의교육목표를달성하기위한교수-학습전략이다양 4 (33%) 하고적절하다. 5. 스크래치를활용한 CT-STEAM 교육프로그램단원선정이적절하다.. 스크래치를활용한 CT-STEAM 교육프로그램학습내용선정이적절하다. 타당성정도 (N=12) 매우그렇다보통이다그렇지그렇다않다 7 (58%) (5%) 7. CT-STEAM 수업모형에서제시하고있는학습위계에맞는내용으로교 7 (58%) 수-학습지도안이구성되었다. 8. CT-STEAM 교수 - 학습지도안에서각단계별학습활동을적절히제시하였다. 9. 효율적인수업을위해다양한수업방식을적용하고있다. 4.2.3 학습난이도적합성 7 (58%) 4 (33%) 7 (58%) 5 (42%) (5%) 5 (42%) 5 (42%) (5%) 1 (9%) 2 (17%) 매우그렇지않다 4.2.4 수업적용적합성 전문가들은학교수업에의적용적합성을묻는설문에 < 표 13> 과같이학교수업에매우적용하기쉽고편리하게구성되어있으며수업에투입했을때, 수업의완성도가높을것이라고예상된다고하였으며실천적이고현실가능한수업전략을잘제시하고있다고응답하였다. < 표 13> 수업적용적합성에대한설문결과 문항내용 12. 학교수업에적용하기쉽고편리하게구성되어있다. 13. 학교수업에투입했을때, 수업의완성도가높을것이라고예상된다. 14.. 실천적이고현실가능한수업전략을제시하고있다. 타당성정도 (N=12) 매우그렇다그렇다보통이다그렇지않다 2 (17%) 4 (33%) (5%) 4.2.5 학습자료구성적합성 문항내용 15. 학습자료의내용들이수업목표를달성하기에적합한내용으로구성되어있다. 8 (%) 8 (7%) (5%) 2 (17%) 타당성정도 (N=12) 매우그렇다보통이다그렇지그렇다않다 4 (33%) 8 (7%) 매우그렇지않다 < 표 14> 학습자료구성적합성에대한설문결과 1. 전이성이높은내용으로현실생활모습과관련을맺고있다. 17. 내용이참신하며, 학습에도움을줄수있을정도로신뢰할만한자료이다. 4 (33%) (5%) 8 (7%) (5%) 매우그렇지않다 학습난이도적합성을묻는설문에서는 < 표
9 한국컴퓨터교육학회논문지제 17 권제 호 (214.11) 제시된학습자료의구성이적합한가를묻는문항에서도 < 표 14> 와같이학습자료의내용들이수업목표를달성하기에적합한내용으로구성되어있으며, 학습의전이성이높은내용으로현실생활모습과관련을맺고있고, 수업내용이매우참신하며, 학습에많은도움을줄수있을정도로신뢰할만한자료라고응답하였다. 5. 결론및논의본연구에서는각종 Computing 기기를활용하여현실세계의복잡한문제를융합적으로해결하는새로운형태의융합인재교육인 CT-STEAM (Computational Thinking & STEAM) 교육을제안하고, 이를실제교육현장에효과적으로도입하기위한전단계로 CT-STEAM 수업모형을개발하여과학과 5학년 2학기 3단원 물체의속력 단원을중심으로교수 학습지도안을구안하였다. 한편개발된자료는프로그램의타당성을검증하기위해 12명의정보와컴퓨터교육분야전문가에게설문으로구성된평가틀을제공하여검증하였다. CT와 STEAM을적절히융합하여실제교육현장에무리없이적용하기위한실습용프로그래밍언어로블록쌓기프로그래밍방식으로누구나쉽게활용이가능하고, 공유와협력이가능한스크래치 EPL을실제수업에활용하는방향으로수업모형을개발하면현장적용도가높은 CT-STEAM 수업모형이개발될것으로기대된다. 본연구의결과는 21세기미래학교에서창의적이고능동적인문제해결을도와줄수있는 CT와 STEAM에대한이해를제고하며향후융합적 CT 교육을위한다양한수업방법개발에기초자료를제공해줄것이다. 차후연구과제로는본논문에서제안한 CT-STEAM 수업모형을기반으로구체적인교수 학습지도안을구안하고, 직접현장에적용하여교육적효과를검증하고그결과를바탕으로수업모형을재설계해야할것이다. 또한학교현장에바로적용이가능하도록구체적인지도자료및실제수업을위한활동지개발등이부가적으로필요하다. 참고문헌 [1] 교육부 (213). 만 15세대상의국제학업성취도평가 (PISA 212) 결과발표보도자료. http://www. mest.go.kr/. [2] 한국교육과정평가원 (211). 수학및과학의성취도추이변화국제비교연구 (TIMSS). 211. [3] 한국과학창의재단 (212). 손에잡히는 STEAM 교육. 서울 : 한국과학창의재단. [4] 권순범 남동수 이태욱 (212). STEAM 기반통합교과학습이초등학생의창의적인성에미치는영향. 한국컴퓨터정보학회논문지. 17(2), 79-8. [5] 김여진 양영훈 김종훈 (213). UCC 제작을통한 STEAM 교육프로그램개발및적용. 한국정보교육학회논문지. 17(3), 339-34. [] 최숙영 (211). 21st Century Skills 와 Computational Thinking 관점에서의 ' 정보 ' 교육과정분석. 한국컴퓨터교육학회논문지. 14(), 19-3. [7] Wing, J. M. (2). Computational thinking Communications of the ACM. 19(3), 33-35. [8] 김태훈 김종훈 (212). 초등학생의프로그래밍교육을위한 STEAM 기반의교과융합프로그램개발. 한국컴퓨터교육학회논문지. 14(), 19-3. [9] 함성진 (211). 프로그래밍단원도입을위한초등학교컴퓨터교육과정설계에관한연구 : 스크래치를중심으로. 석사학위논문. 청주교육대학교교육대학원. [1] 한국과학창의재단 (211). 융합인재교육 (STEAM) 국제세미나자료집. 서울 : 한국과학창의재단. [11] Computer Science Teachers Association (CSTA) and the International Society for Technology in Education (ISTE) (211). Computational Thinking in K 12 Education teacher resource second edition. http://www.iste.org/docs/ct-documents/ ct-teacher-resources_2ed-pdf.pdf?sfvrsn=2 [12] 최형신 (213). Computational Thinking 교육및평가접근에대한고찰. 한국정보교육학회학술논문집. 4(1), 283-288. [13] 전용주 홍창의 김태영 송기상 (214). 초
융합적사고력신장을위한초등학생용 CT 기반융합인재교육 (CT-STEAM) 프로그램개발 91 등정보영재의 R&E 사사교육에서 CT기반프로그래밍교육사례분석. 한국컴퓨터교육학회학술발표논문집. 18(1), 73-8. [14] 김지현 김태영 (214). CT기반초등영재를위한융합형교육내용구성방안. 한국컴퓨터교육학회학술발표논문집. 18(1), 53-57. [15] 이현주 (212). 수학교육과정에서초등정보영재프로그래밍프로그램개발. 석사학위논문. 서울교육대학교교육대학원. [1] 박소영 (213). 중3수학영재를위한 STEAM 교수-학습자료개발. 석사학위논문. 한국교원대학교대학원. [17] 김신엽 (28). 초등정보영재를위한로봇프로그래밍교육과정개발. 석사학위논문. 대구교육대학교교육대학원. 함성진 1997 전주교육대학교 과학교육과 ( 교육학학사 ) 211 청주교육대학교 초등컴퓨터교육과 ( 교육학석사 ) 214~현재한국교원대학교초등컴퓨터교육과박사과정관심분야 : 컴퓨터교육, EPL, 스마트교육, 정보통신윤리교육, Computational Thinking E-Mail: hu333@daum.net 김순화 25 공주교육대학교 수학교육과 ( 교육학학사 ) 21 한국교원대학교 컴퓨터교육과 ( 교육학석사 ) 214 한국교원대학교컴퓨터교육과 ( 교육학박사 ) 관심분야 : 컴퓨터교육, e-러닝, 창의성, 영재교육 E-Mail: soona57@gmail.com 박세영 2 한국교원대학교 컴퓨터교육과 ( 교육학학사 ) 21 University of Manchester MSc.ICTs for Development 212~현재한국교원대학교컴퓨터교육과박사과정관심분야 : 컴퓨터교육, 교사교육, 국제개발 E-Mail: fits32@naver.com 송기상 1983 아주대학교 전자공학과 ( 공학사 ) 1985 한국과학기술원 전기및전자공학과 ( 공학석사 ) 1994 University of Washington 전기공학과 (Ph.D) 1995~현재한국교원대학교컴퓨터교육과교수관심분야 : ICT를이용한교육개발, 멀티미디어의교육적적용, 뇌과학기반학습 E-Mail: kssong@knue.ac.kr