교원교육, 한국교원대학교 교육연구원 Korean Journal of Teacher Education 2016, Vol. 32, No. 1, pp. 159-186 초등정보융합영재의 창의성 향상을 위한 Computational Thinking기반 실생활 문제해결 수업콘텐츠 개발 및 적용 * 김병조 ** 전용주 *** 김지현 **** 김태영 ***** << 요약 >> 본 연구는 초등 정보융합영재를 위한 computational thinking기반의 실생활 문제해결 수업콘텐츠를 개발하고, 이를 사이버 교수학습에 적용하여 학생들의 정보과학적 창의적 성 향 및 창의성에 미치는 영향을 분석해 그 효과성을 검증하는 데 목적이 있다. 이를 위해 computational thinking(ct)과 융합인재교육(STEAM)에 대한 선행 연구를 바탕으로 CT 기반의 정보융합 인재 라는 개념을 정립하였다. 이를 바탕으로 융합형 문제해결 설계과정, 실생활의 문제 상황, CT의 9가지 주요 개념과 능력, 실제 초등학교 교육과정과도 연관성 의 4가지 원칙에 따라 수업 콘텐츠를 개발하였다. 이에 따라 우리집의 전기요금 절약하 기 라는 주제로 문제중심형 e-pbl수업 모형과 반응형 웹 기반 스마트러닝 시스템을 활용 해 운영하였다. 개발한 수업 콘텐츠를 초등학교 5, 6학년 학생들을 대상으로 사이버 교수학습에 적용한 후에 결과를 분석하였다. 통제 집단은 융합인재교육 기반의 실생활 문제해결 수업콘텐츠 를, 실험 집단은 CT기반의 실생활 문제해결 수업콘텐츠를 각각 적용하였고 결과에 대해 독립표본 t-검정과 대응표본 t-검정을 실시하였다. 그 결과 정보과학 창의적 성향의 하위 요소 중 정보과학에 대한 흥미와 창의성 부문에서 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 결 론적으로, CT기반 실생활 문제해결 수업콘텐츠는 사이버 교수학습 과정에서 초등 정보융 합영재 학생들의 정보과학에 대한 흥미와 창의성에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 밝혔 다. 주제어 : 정보융합영재, Computational Thinking, 실생활 문제해결 * 이 논문은 2014년 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(NRF-2014S1A5A2A01013263) ** 부산 대연초등학교 교사 *** 한국교원대학교 정보영재교육 박사과정, 청주 서경초등학교 교사 **** 한국교원대학교 정보영재교육 박사과정, 춘천 교동초등학교 교사 ***** 한국교원대학교(교신저자): tykim@knue.ac.kr
논문 제목 Ⅰ. 서 론 1. 연구의 필요성 및 목적 오늘날 급격히 발달하는 정보통신기기와 기술의 보편화로 인해 우리의 삶은 큰 변화를 겪고 있다. 과거 농경 사회에서는 토지를 소유한 사람들이 큰 부를 누릴 수 있었고, 근대 산업화 시대 에는 거대한 자본과 기술력을 가진 사람들이 노동력을 통해서 많은 부가가치를 창출할 수 있었 다. 21세기에는 이러한 자본이나 토지 이외에도 특별한 지식이나 정보를 가진 사람들이 부가 가 치를 창출할 수 있는 사회가 되었다. 이에 따라 각국에서는 혁신을 위한 창의적 인재를 양성하기 위한 다양한 노력을 기울이고 있다. OECD에서는 교육과 훈련을 위한 혁신 전략 프로젝트 라는 보고서를 통해서 경제활동에 혁신이 되는 기술을 찾아내기 위해서 교육과정을 통해서 혁신을 배 우도록 하였다. 유럽 연합(EU)에서는 교육과 훈련의 전략적 프레임워크(strategic framework for European cooperation in education and training: ET 2020) 라는 계획을 통해 혁신이 지속적 경 제 성장을 이끄는 원동력이 되고 이 때 창의성이 혁신을 가져오는 주요 요인임을 인식하고 창의 성과 혁신을 강조하기 시작하였다. 이에 따라 덴마크, 핀란드, 스웨덴 등의 국가에서 혁신역량을 강화하기 위한 다양한 정책 아이디어들이 실현되고 있다. 영국 에서는 창의교육 파트너십 (creative partnership)프로그램을 통해 일과 노동의 세계에서 적응력을 높이고 있다. 북아일랜드 에서는 창의력 이끌어 내기 라는 보고서를 통해서 교육 과정을 통해 창의적인 문제 해결 과정을 모색하는 능력의 향상을 강조하였다(최상덕 외, 2011). 이처럼 변화하는 미래에 대비한 인재를 길러내기 위해서는 과거의 지식 기반사회와는 다른 새 로운 교육 방법이 필요하다. 이를 위해서 최근 고시된 소프트웨어 교육에서는 computational thinking을 활용한 교육을 강조하고 있다. 쉽게 말하면, computational thinking은 실생활에서의 복잡한 문제를 컴퓨터의 정보과학적 원리를 활용해서 단순화시켜 해결하는 사고 과정을 말한다. 우리나라 초등 실과 및 중등 정보 교육과정에서도 정보 과학 기술의 기본 개념과 원리를 이해하 고 실생활에서 다양한 문제를 computational thinking으로 관찰하고 해결하는 능력과 정보 윤리 적 소양을 기르는 데 중점을 두고 있다(교육부, 2015). 외국에서는 이미 computational thinking의 중요성을 인식하고 이것을 교육에 도입하기 위한 노 력을 하고 있다. 미국에서는 computational thinking능력을 읽기, 쓰기, 셈하기(3Rs)와 같은 기초 기본능력으로 인식하였다. 모든 학생들이 기본 교육과정인 K-12를 통해서 computational thinking 을 익힐 수 있도록 하기 위해서 학교 교육에서 여러 교과와 computational thinking을 통합할 수 있는 사례를 제시한 Computational Thinking Leadership Toolkit (CSTA & ISTE, 2011)을 제작하 였다. 시카고에서는 컴퓨터과학을 고교 졸업을 위한 필수 교과목으로 지정할 방침을 발표하였고,
교원교육 제29권 제4호 매사추세츠 주도 컴퓨터과학을 8학년부터 수업을 시작하고 주 단위 수준 평가에 technology and engineering 을 반영하는 방안을 추진하고 있다. 영국에서도 2014년 9월부터 모든 학교급에 걸쳐 5세~14세의 학생들에게 기존의 ICT교육을 computing으로 대체하는 국가 교육과정의 한 부분으 로 컴퓨터 프로그래밍을 가르치기로 결정하였다. 이러한 변화의 가장 핵심은 학생들이 이미 만 들어진 프로그램의 사용법을 배우는 ICT 교육에서 스스로 컴퓨터 프로그램이나 콘텐츠를 만 드는 방법을 배우도록 하는 방향의 변화에 있다(McCaskill, 2013). 인도에서는 컴퓨터 교과 교 육과정(CMC, Computer Masti Curriculum)을 통해 컴퓨터 교창성 개발, 사고처리기술 개발, 지식 간의 연관성 강조라는 철학적 원리에 기반을 두고 컴퓨터 교육과정을 운영하고 있다. 또한 에스 토니아에서는 전 세계에서 최초로 컴퓨터 프로그래밍을 7세부터 19세까지 가르치고 있는데, 이것 은 어릴 때부터 프로그래밍과 computational thinking을 가르쳐서 최종적으로 모든 학교급으로 이를 확산시키려 하고 있다(김홍래 외, 2013). 이처럼 computational thinking능력의 계발은 21세기가 요구하는 창의 융합형 인재 양성에 부합 하는 것이라고 할 수 있다. 하지만 우리나라에서는 computational thinking교육을 위한 교육 과정 이나 콘텐츠가 많이 부족한 것이 사실이다. 지금 시행되고 있는 스마트 교육은 21세기 학습자 역 량 강화라는 본래의 취지와는 다르게 스마트기기의 보급 및 활용에 중점이 이루어져 있어서 computational thinking능력을 기르기 위한 수업 콘텐츠의 보완이 필요한 상황이다. 또한 당장 내 년부터 중학교에서 소프트웨어 의무 교육이 실시되지만 가르칠만한 전문 교사와 시설 부족으로 어려움이 따를 것이라는 예상이 나오고 있다. 소프트웨어 의무 교육이 성공적으로 실시되기 위해 서는 computational thinking을 기반으로 한 실생활의 문제 해결 수업 콘텐츠의 확충이 필요한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 computational thinking을 기반으로 한 실생활 문제해결 수업 콘텐츠를 개발하고, 이를 사이버 초등정보융합 영재 교수 학습 과정에 적용해 봄으로써 그 효과성을 분석 해 보고자 한다. 2. 연구의 내용 및 방법 본 연구의 필요성 및 목적을 달성하기 위해 수행할 연구의 세부 내용 및 방법은 다음과 같다. 첫째, 관련된 선행연구 고찰을 통해 computational thinking기반 정보융합영재에 대해 알아본다. 둘째, 문헌 연구 및 컴퓨터교육 전문가 집단과의 협의를 통해 computational thinking의 개념 및 특성과 원리를 기반으로 실생활 문제해결 수업 콘텐츠를 개발한다. 셋째, 개발한 computational thinking기반 실생활 문제해결 수업 콘텐츠를 초등 정보융합영재의 사이버 교수 학습에 적용하고, 그 효과성을 검증한다.
논문 제목 Ⅱ. 이론적 배경 1. Computational Thinking 가. Computational Thinking의 개념 computational thinking 이하 CT - 는 교육용 프로그래밍 언어로 유명한 Seymour Papert가 1996년 최초로 도입하였다. 이후 카네기 멜론 대학의 Wing 교수는 어려운 문제를 감소(reduction), 포함(embedding), 변형(transform), 시뮬레이션(simulation)의 방법을 통해 우리가 해결방법을 아는 문제로 재구조화(reformulation)하는 것 이라고 정의하였다. 그리고 CT의 예시로 재귀적 사고 (thinking recursively), 데이터와 코드의 상호 해석, 방대하고 복잡한 문제 해결을 위한 추상화와 분 해(abstraction and decomposition), 프리패칭과 캐싱(prepatching and caching), 단순명료(simplicity and elegance)한 시스템 설계, 중복 손상 억제 및 오류 정정을 통한 최악의 시나리오에서 예방하고 보호 및 복구의 관점에서 생각, 발견적 추론(heuristic reasoning) 등을 들었다. 그리고 CT는 읽기, 쓰기, 셈하기(3Rs)처럼 컴퓨터 과학자만이 아니라 모든 사람의 기본능력이 되어야 한다고 주장했다 (Wing, 2006; 2008). 미국의 National Research Council(NRC)이 2010년에 주관한 computational thinking의 범위와 성격에 대한 워크숍 보고서(report of a workshop on the scope and nature of computational thinking) 에서는 이전의 Wing의 주장을 더욱 구체화하여 CT에 대한 여러 정의들을 하였는데, 이 후 CT의 다양한 정의를 유초중등 교육에 효과적으로 적용할 수 있는 기반을 마련하고자, 국제교육 공학협회(ISTE)와 컴퓨터과학교사회(CSTA)에서 700여명의 컴퓨터과학 교사, 연구자 및 관련 참여자 들의 검토결과를 취합하여, CT의 통일성 있는 조작적 정의와 교육적 적용방안을 명확화하였다. 이 들이 제시한 CT의 조작적 정의(CSTA & ISTE, 2011)는 다음과 같다. 문제 해결에 있어 컴퓨터나 다른 도구를 사용할 수 있도록 문제를 구성하기 논리적으로 자료를 조직하고 분석하기 모델링이나 시뮬레이션 등의 추상화를 통해 자료를 표현하기 알고리즘적 사고(일련의 단계)를 통하여 해결책을 자동화하기 가장 효율적이고 효과적인 단계와 자원의 조합으로 목표를 달성하기 위한 가능한 해결책을 식별하고, 분석하고 적용하기 이러한 문제해결과정을 다양한 문제들로 일반화하고 전환하기
교원교육 제29권 제4호 이러한 기술들은 CT에 필수적인 다음과 같은 성향이나 태도를 통해 향상된다. 복잡한 문제를 다루는 데 있어서의 자신감 어려운 문제를 다루는 인내력 모호성에 대한 저항력 개방된(open ended) 문제를 해결할 수 있는 능력 공동의 목표나 해결책을 달성하기 위해서 다른 사람과 의사소통하고 일할 수 있는 능력 나. Computational Thinking의 구성요소 Wing(2008)은 컴퓨팅 사고력을 크게 추상화(abstraction)와 자동화(automation)로 설명하였다. (Wing, 2008) '추상화'는 실제 세계의 문제를 해결 가능한 형태로 표현하기 위한 사고과정이라고 할 수 있으며, 추상화 과정을 통해 만들어진 해결 모델을 컴퓨터가 이해할 수 있는 프로그래밍 언어로 표현하여 인간이 처리하기 어려운 많은 양의 반복된 작업이나 시뮬레이션을 실시하는 것을 '자동화 '라고 한다. 국제교육공학협회(ISTE)와 컴퓨터과학교사회(CSTA)에서 CT의 조작적 정의를 내리면서 그 세부요 소를 자료 수집, 자료 분석, 자료 표현, 문제 분해, 추상화, 알고리즘과 절차, 자동화, 시뮬레이션, 병 렬화의 9가지 요소로 제시하였으며, 각 구성요소의 정의와 그에 상응하는 학년군에 적용 가능한 적 절한 사례를 제시하였는데 <table 1>은 CT의 9가지 구성요소의 정의를 정리하여 제시하였다. CT Vocabulary Data Collection (DC) Data Analysis (DA) Data Representation (DR) Problem Decomposition (PD) Abstraction (AB) Algorithms & Procedures (AP) Automation (AU) <table 1> CT Vocabulary and Definition (CSTA & ISTE, 2011) Definition The process of gathering appropriate information Making sense of data, finding patterns, and drawing conclusions Depicting and organizing data in appropriate graphs, charts, words, or images Breaking down tasks into smaller, manageable parts Reducing complexity to define main idea Series of ordered steps taken to solve a problem or achieve some end Having computers or machines do repetitive or tedious tasks Simulation (SI) Representation or model of a process. Simulation also involves running experiments using models Parallelization (PA) Organize resources to simultaneously carry out tasks to reach a common goal
논문 제목 여기서 유의할 점은 Wing이 제시한 컴퓨팅 사고력을 구분할 때 사용하였던 추상화와 구성 요소에 포함된 추상화를 구별해야 한다는 점이다. 위에서 분류한 추상화는 인간이 문제해결을 위해 사고하 는 과정 전반을 의미하지만, 세부 구성 요소에 포함되는 추상화는 문제 해결에 필요한 핵심 요소를 선정하고 복잡함을 줄이는 단계라는 점에서 차이가 있다. 이는 자동화 또한 마찬가지이다. 큰 의미로 컴퓨팅 시스템이 갖는 능력을 의미하는 자동화와는 달리 세부 구성 요소의 자동화는 컴퓨터나 정보 기기가 이해할 수 있는 언어로 해결 방법을 표현하는 것을 의미한다(ISTE & CSTA, 2011). 2. 융합인재교육(STEAM) 융합인재교육(STEAM)은 다양한 분야의 융합적 내용을 창의적 설계(creative design)와 감성적 체 험(emotional touch)으로 경험함으로써 과학기술과 관련된 다양한 분야의 융합적 지식, 과정, 본성에 대한 흥미와 이해를 높여 창의적이고 종합적으로 문제를 해결할 수 있는 융합적 소양(STEAM literacy)-다양한 지식을 활용해서 복합적인 문제를 해결하는 것-을 갖춘 인재를 양성하는 것이다. 즉, 과학 기술 공학 예술 수학 등 다양한 분야의 융합적 지식을 기반으로 새로운 가치를 창출하고, 종합 적인 문제해결력을 갖춤과 동시에 타인과 더불어 살 줄 아는 인재를 양성하는 것이다(한국과학창의 재단, 2011). 가. 창의적 설계 창의적 설계(creative design)는 학습자들이 주어진 상황에서 지식, 제품, 작품 등과 같은 산출물 을 구성하기 위하여 창의성, 효율성, 경제성, 심미성 등을 발현하여 최적의 방안을 찾아 문제를 해 결하는 종합적인 과정이다. 창의적 설계 과정은 학습자가 개인의 삶에서 필요와 가치를 찾고, 학습 자 스스로의 문제로 받아들여 설계 작업 을 수락하는 것으로부터 출발하며, 학습 활동과 구체적이 며 실질적인 관계 설정을 통한 자기주도적 학습을 의미한다. 나. 감성적 체험 감성적 체험(emotional touch)은 학습자들이 학습에 대해 긍정적 감정을 느끼고 성취의 기쁨과 실 패의 가치를 경험하게 하는 다양한 활동들이 포함된다. 학습에 대한 흥미, 자신감, 지적 만족감, 성취 감 등을 느껴 학습에 대한 동기 유발, 욕구, 열정, 몰입의 의지가 생기고 개인, 타인 및 공동체와의 관계, 자연과 문화 등의 의미를 발견하여 선순환적인 자기주도적 학습이 가능하게 하는 모든 활동과 경험을 의미한다. 융합인재교육의 핵심역량과 구성요소를 그림으로 나타내면 [figure 1]과 같다(한국 과학창의재단, 2011).
교원교육 제29권 제4호 Core Competences of STEAM (4C) 3 Components of STEAM [figure 1] 4 Core competences and 3 Components of STEAM 다. 문 이과 통합형 교육과정 2015년 9월 교육부에서는 미래사회가 요구하는 창의 융합형 인재 육성을 목적으로 하는 문 이과 통합형 교육과정을 발표하였다. 이 교육과정은 학생들이 인문 사회 과학기술에 대한 기초 소양을 함양하여 인문학적 상상력과 과학기술 창조력을 갖춘 창의 융합형 인재로 성장할 수 있도록 우리 교육을 근본적으로 개혁하자는 취지로 추진되었다(교육부, 2015). 문 이과 통합형 교육과정은 인문 사회 과학기술에 대한 기초 소양을 함양을 위해서 이전처럼 문 과와 이과로 분리해서 따로 가르치지 않고 다양한 교과 내용을 통합적으로 배워 통합적 사고력을 기를 수 있도록 공통과목을 설립하도록 하였다. 또한 인문학적 소양의 함양과 감성과 소통을 중시 하고, 예술 및 체육 교육의 활성화를 통해서 인성교육을 강화하고자 하였다(교육부, 2014). 이러한 문 이과 통합형 교육과정의 주요 변경점은 다양한 교과의 지식을 활용해서 창의적이고 종합적으로 문제를 해결 하고자 하는 융합인재교육(STEAM)의 철학과 매우 유사하다. 이것은 융합 인재교육(STEAM)에서 목표로 하는 교육적 철학이 실제 교육과정에 반영된 것이라고 볼 수 있다. 이처럼 융합인재교육은 앞서 이야기한 computational thinking과 더불어 우리나라 교육 과정의 변 화를 선도해 가는 중요한 교육 패러다임이라고 할 수 있다. 3. Computational Thinking기반의 정보융합영재 영재에 대한 정의는 학자마다 다양하다. 영재에 대한 정의 중에서 가장 널리 사용되는 것 중 하 나는 미국 국립 영재교육 연구소 소장을 지낸 렌줄리의 정의이다. 렌줄리는 평균 이상의 능력, 창 의성, 과제 집착력 을 영재의 특성으로 꼽았다. 영재교육진흥법 제2조 제1항에 따르면 영재는 재능이 뛰어난 사람으로서 타고난 잠재력을 계발
논문 제목 하기 위하여 특별한 교육을 필요로 하는 자 로 정의하고 있다. 박성익 외(2003)는 영재의 인지적 특 성으로 높은 지적호기심, 발달된 언어능력, 높은 창의성, 우수한 사고 능력, 높은 주의 집중능력을 제시하였다. 이러한 학생 중 특정 분야의 높은 성취도를 나타내는 영재를 그 분야의 명칭을 결합하 여 수학영재, 과학영재, 정보영재 등으로 지칭하고 있다(박성익 외, 2003). 본 연구는 CT에 기반한 초등 정보융합영재를 대상으로 하고 있다. 김병조 외(2013)는 CT에 기반 한 융합형 인재상을 정립하기 위해 기존의 인재상과 STEAM에서 요구하는 인재상, 그리고 그 외의 21세기 학습자 역량과 같이 미래 사회의 변화를 반영한 다양한 인재상을 통합적으로 고찰하였는데, 이러한 인재상은 [figure 2]와 같다(김병조 외, 2014). Knowledge of various subjecs Recognition of the Real problem Problem solving ability Integrated Thinking Computational Thinking Creativity Communication skills Integrative Talent Based on Computation Thinking Morality [figure 2] Integrative Talent Based on Computation Thinking 본 연구에서는 이러한 CT기반의 융합형 인재상의 특징을 지닌 영재들을 정보융합 영재라고 정의 하였다. 정리하자면, Computational thinking을 기반으로 정보과학 분야의 높은 성취도를 보이 며, 협업을 통해 다양한 학문 영역에 대한 특정 지식을 정보과학과 융합해내어 새로운 지식을 창출해낼 수 있는 능력 또는 잠재력이 있는 자 라고 표현할 수 있다. 이러한 CT기반 정보융합 영재는 과거의 전통적인 영재들과 마찬가지로 영재의 일반적 특성인 평 균 이상의 능력, 창의성, 과제 집착력, 높은 지적호기심, 뛰어난 언어능력, 풍부한 상상력과 창의성, 우수한 사고 능력, 높은 주의 집중능력 등을 갖추고 있다. 그러나 CT기반의 정보융합 영재가 과거 의 전통적 영재와 다른 점을 비교해 보면 다음과 같다. 먼저, 과거의 지식 기반 사회에서 중요시하 였던 한 가지 분야에 대한 깊은 지식 보다는, 다양한 교과나 분야에 대한 폭넓은 지식을 중요시한 다. 또한 앞서 언급한 일반적인 영재의 특성을 갖추고 있으면서도, 복잡한 실생활의 문제를 컴퓨터
교원교육 제29권 제4호 나 정보 과학의 원리를 활용해서 간단히 하거나 자동화시켜서 손쉽게 문제를 해결하는 CT능력이나 컴퓨터 과학의 원리를 중요시한다. 그리고 영재의 정의적 특성에 의하면 영재는 내향성과 독립성을 지녀서 독자적으로 활동하는 것을 선호하는데(박성익 외, 2003), 이에 반해 CT기반 정보융합 영재는 다른 사람들과의 의사소통을 통한 협업을 통해 개방적으로 연구를 진행하는 특징을 가진다. 이상을 정리하여 도식화하면 [figure 3]과 같다. Traditional Gifted Computational Thinking-based Integrated Gifted Common ground typical characteristics of gifted children(above-average intelligence, Creativity, task commitment, High intellectual curiosity, linguistic ability, Thinking ability, concentration, etc.) single field, deeper knowledge Differences diversed subjects, extensive knowledge computational thinking in not important prefer the personal activities computational thinking is important prefer collaborative communication [figure 3] The Comparison between Traditional gifted and CT-based Integrated gifted Ⅲ. 수업콘텐츠 개발 1. 수업 콘텐츠 개발의 방향 본 연구에서는 이론적 배경과 선행 연구 분석 내용을 바탕으로 초등 정보융합영재의 CT기반 실 생활 문제해결 수업 콘텐츠의 개발 방향을 다음과 같이 설정하였다. 첫째, 창의적이고 융합적인 수업 콘텐츠 개발을 위해, 창의적 문제해결(CPS) 모형 및 과학과 공 학의 설계 모형(NRC, 2012) 등을 참고하여 실생활에서 문제발견하기, 문제해결전략 탐구하기, 관련 된 지식 탐구하기, 문제해결 아이디어 찾기, 아이디어에 대해 검증하기, 최종아이디어 선택하기의 6 단계로 그 내용을 구성하였다. 둘째, 수업 콘텐츠에 등장하는 문제는 반드시 실생활의 문제상황 을 해결하는 방향으로 개발하 였다. 교과서에서 어떤 개념을 가르치기 위해 작위적으로 설정한 문제가 아니라, 학생들의 기준에
논문 제목 서 실제로 한번쯤 겪어봤을 법한 문제이어야 한다. 어른들의 기준에서 관심이 있는 내용이 아니라, 학생들의 실제 피부에 와 닿을 수 있는 문제 상황이 필요하다. 셋째, 개발해야 하는 수업 콘텐츠는 실생활의 문제이므로, 학생들의 실제 교육과정과도 연관이 있는 내용을 수업 콘텐츠의 내용으로 선정하였다. 따라서 실제 초등학교 교육과정의 내용을 추출해 서, 실생활의 문제 상황과 연관지을 수 있는지를 기준으로 내용을 선정하였다. 넷째, computational thinking을 활용해야 하므로, CT의 9가지 주요 개념과 능력의 요소를 활용해 서 문제를 해결할 수 있는 내용을 선정하였다. 달리 말하자면, CT의 9가지 주요 개념과 능력인 자 료 수집, 자료 분석, 자료 제시, 문제 해결, 추상화, 알고리즘과 절차, 자동화, 병렬화, 시뮬레이션의 요소를 갖고 있고, 이러한 내용을 통해 문제를 해결할 수 있어야 한다. 2. 수업 콘텐츠 내용의 선정 및 조직 가. 실생활의 문제 상황 교수 학습내용 선정을 위해 우리가 실생활에서 부딪칠 수 있는 문제 상황에 대해 알아보았다. 특 히 교육 대상은 초등 정보융합영재 학생들의 시각과 기준에서 실생활의 문제가 될 수 있는 문제는 무엇인지를 기준으로 고찰하였다. 이를 위해 컴퓨터교육 및 정보영재교육을 전공한 교수, 박사/석 사급 현장 교사 6인으로 구성된 전문가 집단이 브레인스토밍을 통해 다양한 아이디어를 수용적으로 정리하였다. 그것을 정리하면 다음과 같다. 우리집의 전기요금 절약하기 건강을 위한 나의 하루식단 개선하기 학생들에게 적합한 의자 높이 찾기 스마트한 용돈기입장 만들기 화재가 발생했을 때 대처하는 방법 화재경보기 만들기 배가 침몰할 때 대처하는 방법 이동수단에 따른 시간대비 비용의 차이 우리나라의 저출산 문제 극복하기 2개의 엘리베이터를 빨리 도착하게 만드는 방법 신호등의 신호 체계를 개선하는 방법 실생활에서 피보나치 수열 찾기 위 내용 중에서 초등학생 수준에서 실제 문제라고 보기 어려운 내용인 이동수단에 따른 시간대
교원교육 제29권 제4호 비 비용의 차이, 우리나라의 저출산 문제 극복하기, 2개의 엘리베이터를 빨리 도착하게 만드는 방 법, 신호등의 신호 체계를 개선하는 방법, 실생활에서 피보나치 수열 찾기의 5가지 내용을 제외한 나머지 6가지 문제 상황을 실생활의 문제 상황으로 선택하고 이를 기준으로 교수 학습 내용을 선정 할 수 있도록 하였다. 나. 실제 교육과정과의 연관성 교수 학습내용 선정 및 조직을 위해 실제 교육과정과의 연관성도 중요시하였다. 앞서 살펴본 실생 활의 문제 상황 중에서, 실제 초등학교 교육 과정의 연관성을 조사하여 <table 2>와 같이 정리하였다. <table 2> Relation between problem situation and curriculum No Problem situation Curriculum 1 Saving electric charges of my home Grade 6-2, Science 3. Energy and tools [session 4] How can we save energy? 2 3 4 Improve your daily diet for health Finding proper height of chair for students Making smart allowance record 5 Making a fire alarm Grade 5, Practical course, 2. Nutrition and Meal [session 1] Nutrition and Groceries Grade 6, Health 2. Disease prevention and Management [session 3] Scoliosis prevention Grade 5, Practical course, 3. Living resource and Consumption [session 2] Usage of life time and allowance Grade 6-2, Science 4. Burning and Extinguishing fire [session 8] How can we do when the fire broke out. 6 Actions to be taken when the ship sank Grade 6, Physical Education 1. health activity [session 2] Disaster prevention and coping 나. Computational Thinking의 9가지 주요개념과 능력 포함여부 본 연구에서 개발하고자 하는 수업 콘텐츠는 computational thinking을 이용해 실생활의 문제를 해결하는 것이다. 따라서 문제 해결 과정에서 CT의 9가지 주요개념과 능력(ISTE & CSTA, 2011)이 적용될 수 있는 소재이어야 한다. 앞서 실생활의 문제 상황과 부합하고 교육과정과의 연계성이 검증된 <표 2>의 6가지 문제 상황을 대상으로 컴퓨터교육 및 정보영재교육을 전공한 교수, 박사/석사급 현장 교사 6인으로 구성된 전문가
논문 제목 집단과의 토론을 실시하였다. 그 결과, 수업 적용 대상인 초등학생들의 수준에 적합하고, 문제 해결 과 정에서 수학적 과학적 요소를 고루 갖추면서도 CT능력 함양에 가장 적합하다고 판단되는 우리집의 전기요금 절약하기 를 소재로 교수 학습 과정을 개발하기로 결정하였다.(<table 3> 참조) 화재경보기 만들기 도 가능한 소재로 판단하였으나, 피지컬컴퓨팅적인 요소가 필요하기 때문에 교구 사용법에 대 한 추가적인 교육이 요구되어 최종 소재에서 제외하였다. 우리집의 전기요금 절약하기 문제를 해결하 는 과정에서 9가지 CT의 주요개념과 능력을 어떻게 적용할 수 있는지를 <table 4>에 정리하였다. No 1 2 3 4 CT Vocabulary Data Collection Data Analysis Data Representation Problem Decomposition Abstraction Algorithms & Procedures Automation Simulation Probem situation Saving electric charges of my home Improve your daily diet for health Finding proper height of chair for students Making smart allowance record Parallelization. <table 3> Results of the Problem situation discussion CT Vocabulary DC DA DR PD AB AP AU SI PA Problem solving process Math Scien Addti ce onal tool 5 Making a fire alarm 6 Actions to be taken when the ship sank <table 4> CT-based Problem solving process of "Saving electiric charges of my home" To investigate all kinds of electronic products in our house, the power consumption of each electronic product, the use time of electronic products and make a list. Analyse the factors influence to the electric charges. Consider what structure we should use to calculate the electric charges. Decompose the problem 1) How can we calculate electric charges? 2) How can we save electric charges? Abstracting electricity-using process and making formula Representing the process for calculating the electricity consumption and the electricity charges to the algorithm. Calculating automatically using the electricity bill, such as spreadsheet programs. Changing numbers of electric products, use time and so on to simulate.
교원교육 제29권 제4호 다. 본시 수업계획안 본 연구에서 선정한 우리집의 전기요금 절약하기 수업 콘텐츠 수업 적용을 위한 계획안은 <table 5>와 같다. <table 5> CT-based Lesson Plan of "Saving electiric charges of my home" Week Topic Teaching and Learning Activities Homework 1 What is the problem? 1) The great discoveries in the history Fining Mendel s laws Curing pest of Nostradamus Discovery of RH blood type Discovery of irrational number 2) The greate discoveries in the hisrtory I found 1) Watching VOD 2) Information intellectuals Activities 2 Let's find problems around us. 1) Learning electiricity charges calculation process 1) Watching VOD 2) Using spread sheets program 2) Submitting a 3) Submitting a report analyzing the electrical charge of report my house 3 Do it yourself! 1) Finding electric energy-saving way 2) Submitting a report how to improve electric energe-saving. 1)Submitting report a 4 Making Team 1) Team mission 1 Ice breaking 2) Team mission 2 Choosing a Problem 1) Using team 3) Team mission 3 Discussing about Problem-solving board strategies 5 Little Designer 6 We've thought like this 1) Integrated problem solving design 2) Submitting a middle report 1) Final report of Integrated problem solving 2) Making UCC of the team idea to solve the problem 1) Video meeting 2) Submitting a middle report 1) Video meeting 2) Submitting a final report 3) Watching VOD and submitting UCC 3. 수업 콘텐츠 적용 환경 가. 문제 중심형 e-pbl수업 모형(홍창의, 2009) 홍창의(2009)는 정보영재를 위한 사이버 수업 모형을 연구하여 정보수집형 탐구학습, 커뮤니티형 토 론학습, 문제중심형 e-pbl학습, 프로젝트형 협동학습의 4가지 형태로 분류하였다. 본 연구에서는 CT 를 기반으로 실생활의 문제를 해결하는 내용의 수업 콘텐츠를 개발하는 것이 목적이기 때문에, 이러
논문 제목 한 수업 모형 중에서 문제중심형 e-pbl학습이 수업 콘텐츠 개발에 적합한 모형을 기반으로 수업 콘 텐츠를 개발 및 적용하였다. 문제 중심형 e-pbl 교수 학습 모형의 학습과정은 <표 6>과 같다. <표 6> Problem-oriented e-pbl teaching and learning model(hong, 2009) Procedures Teaching and Leaning activities Teaching activities Leaning activities 1. Introduction Orientation Understanding Orientations 2. Presenting problem Present problem to solve Recognizing the problem 3. Building Plans to Making discussion environment, Making a report of problem solve the problem advising solving plan 4. Soving the problem Offering related resources, Intermediate results verification Back ground studying, submitting intermediate results 5. Results and announcing Report cartography, Individual coaching, Collecting final outcomes Submitting report portfolio and final 6. Cleanup and Assessment Offrering guidance of peer assessment and reflection journals Peer assessment, writing reflection journals 나. 반응형 웹 기반의 사이버영재 교육시스템(전용주, 2014) 본 연구에서는 전용주(2014)의 반응형 웹 기반 스마트러닝 시스템을 활용해서 사이버 영재 교수 학습을 실시하였다. 이 반응형 웹 기반 스마트러닝 시스템 은 기존의 사이버 영재교육 시스템의 장 단점을 비교 분석해서 중점적으로 구현해야 할 기능을 구현한 효과적인 사이버영재 교육 시스템이다. 이 시스템은 반응형 웹을 지원해서 OS나 기기 환경에 상관없이 웹 브라우저가 지원되는 모든 기기에 서 접속이 가능한 특징이 있다. 집에서 사용하는 PC는 윈도우, 맥OS, 리눅스 등 거의 모든 운영체제 환경을 지원한다. 이동 중에도 ios 계열의 아이폰이나 아이패드, 안드로이드 계열의 스마트폰이나 태 블릿에서도 동일하게 시스템에 접속할 수 있다. [figure 4]는 반응형 웹 기반의 사이버 영재 교육 시 스템이다. [figure 4] Responsive web-based smart learning system
교원교육 제29권 제4호 Ⅳ. 수업콘텐츠 적용 및 분석 1. 적용 개요 가. 연구 가설 computational thinking기반의 실생활 문제해결 수업콘텐츠를 활용하여 교수 학습을 이수한 초등 정보융합영재 학생은 기존의 융합인재교육 기반의 교수 학습을 이수한 초등 정보융합영재 학생보다 정보과학 창의적 성향 및 창의성에 유의한 차이가 있을 것이다. 나. 연구 대상 및 기간 본 연구의 대상은 K대학교 영재교육원 정보융합영재과정에 소속된 5,6학년 동질집단 2학급을 임의로 선정하여 구성하였다. 연구 대상자들은 CT기반 문제해결 설계를 적용한 교수 학습 경험이 없는 집단으로 구성하였고, 처치에 앞서 소속된 반에 따라 사전검사를 실시하여 동질집단임을 검 증하였다. 연구기간은 2014년 5월 19일부터 6월 28일까지 6주간 18차시로 온라인에서 정규 수업 시간을 제외한 시간에 진행되었다. 본 연구의 연구 대상은 <table 7>과 같다. <table 7> The number of students for study Group Male Female Total Experimental group 20 8 28 controlled group 19 10 29 Total 39 18 57 다. 연구 설계 본 연구는 혼합방법연구(mixed-methods research) * 방법으로 진행하였다. 먼저 양적인 연구를 진행하기 위해 K대학교 영재교육원 소속 영재학급에서 정보융합영재 2학급을 연구 대상으로 선 정하여 사전검사를 통해 먼저 두 집단의 동질성 여부를 판단하였다. 그 후 실험 집단에서는 개발 된 CT기반 실생활 문제해결 수업콘텐츠를 적용한 6주간의 수업을 진행하고, 통제 집단에서는 기 존의 융합인재교육기반 실생활 문제해결 수업콘텐츠를 적용한 수업을 진행한 후, 사후검사를 실 * 하나의 연구에서 양적인(quantitative) 방법과 질적인(qualitative) 방법을 함께 사용하는 연구 방법 (Fraenkel et al., 2010)
논문 제목 시하여 정보과학 창의적 성향과 창의성의 변화를 차이를 살펴보았다. 또한 수업 내용의 질적인 만족도를 파악하기 위해 수업을 실시한 이후 실험 집단과 통제 집단 모두에 학습만족도 설문조 사를 실시하였다. 이와 관련된 연구 설계를 도식화하면 <table 8>과 같다. <table 8> The design of study No. 1 G1 O1 X1 O3, O5 G2 O2 X2 O4, O6 G1 : Experimental gruop G2 : Controlled group O1, O2 : Pre test(information Science Creative Personality) O3, O4 : Post test(information Science Creative Personality) O5, O6 : Post test(learning Satisfaction) X1 : CT-based real life problem solving lesson class X2 : STEAM-based real life problem solving lesson class 한편, 본 연구에서는 수업 콘텐츠를 적용한 최종 산출물의 창의성을 비교하기 위해 CPSS(Creative Product Semantic Scale)검사를 실시하였다. 최종 산출물에 대한 창의성 검증이므 로 사전 검사 없이 사후 검사만으로 비교하였다. 또한 수업 내용의 질적인 만족도를 파악하기 위 해 수업을 실시한 이후 실험 집단과 통제 집단 모두에 설문 조사를 실시하였다. 이와 관련된 연 구 설계를 도식화 하면 <table 9>와 같다. <table 9> The design of study No. 2 G1 X1 O7 G2 X2 O8 G1 : Experimental gruop G2 : Controlled group O7, O8 : Pre test(cpss test) X1 : CT-based real life problem solving lesson class X2 : STEAM-based real life problem solving lesson class 라. 검사 도구 1) 정보과학 창의적 성향 검사(진영학, 2012) 이 검사 도구는 본 연구와 유사한 연령대인 초등학교 5~6학년 정보과학영재를 대상으로 개발 되었으며, 문제해결을 위한 상상, 정보과학에 대한 흥미, 과제 몰입, 긍정성의 4가지 하위요인으로 구성된 47개의 문항을 4점 척도로 측정하도록 되어 있다. <table 10>은 진영학(2012)의 정보과학 창의적 성향 검사의 하위 영역과 그 정의이다. 본 검사의 전체 신뢰도는 Cronbach s α=.91로서 매
교원교육 제29권 제4호 우 높은 신뢰도를 가진 것으로 분석되었으며, 하위요인의 신뢰도는.76~.84 사이로서 수락가능하거 나 높은 신뢰도를 가진 것으로 나타났다. <table 10> Subareas and definitions of the Information Science Creative Personality test(jin, 2012) Subareas Imagine for problem soving Interest in informatics Definition Ability to find a new solution to the problem based on the existing experience Interests and curiosity about the principles and content of information science and technology, new equipment, sensitive attitude to the program, such as trends in related fields Task commitment Positiveness Psychological state that feels the best fun experience, while fully immerse activities of the task being performed Tendency to recognize the value of good assessment and of the world as it is noted by the desired properties and characteristics 2) CPSS(Creative Products Semantic Scale) 검사 본 연구에서는 학생들이 최종 산출물로 제시한 결과물의 창의성을 살펴보기 위해서 CPSS를 활용 해 그 창의성을 검사한다. CPSS는 CPAM(Creative Product Analysis Matrix)에 의거하여 제품이나 콘텐츠의 창의성 정도를 파악하기 위하여 Besermer(1998)에 의해 개발되었으며, 높은 신뢰도와 타 당도를 인정받으며 다양한 문화권에서 번안하여 사용된 척도이다. 특히 CPSS는 경험적 연구들을 통해 개발 및 정교화되어 왔으며, 영역과 관계없이 일반인 평가자에 의해서도 사용이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 국내 실정에 맞게 이를 번안한 한국판 창의적 산물 평가도구(김영록, 이순목, 2004) 를 사용하여 최종 산출물의 창의성을 측정하였다. 이 척도는 신뢰도와 타당도가 검증 된 31문항으로 이루어졌으며, 각 문항은 CPAM의 세 가지 요인 구조에 따라서 독창성(novelty), 정 교성(resolution), 심미성(elaboration & synthesis)의 항목 중 하나를 측정하도록 구성되어 있다(허필 환, 2012). CPSS는 최종 산출물에 대한 창의성을 평가하는 도구이므로 최종 산출물이 없는 상태에 서의 검사는 무의미하다. 따라서 사전 검사를 실시하지 않고 사후 검사만을 실시하였다.(<table 11> 참조) <table 11> Subareas of the CPSS test Subareas Freshness Practicality Accuracy Novelty Originality Usefulness Logicality Value Understanding Organic Refineness Skillfulness
논문 제목 3) 학습만족도 설문조사 한편 본 연구에서는 수업에 참여한 학생들을 대상으로 학습만족도 설문조사를 실시하였다. 설문 지의 내용은 경기도 교육청에서 제작한 영재교육 관련 만족도 설문지를 토대로 총 9개의 문항으로 구성하였다. 각 문항은 구체적으로는 허용적인 수업 분위기 여부, 학습량의 적절성 여부, 활발한 의 사소통 여부, 교사와의 상담활동 여부, 자기 반성시간의 여부, 교육활동의 만족도, 난이도의 적절성, 활동의 흥미성과 유익성, 더 탐구하고 싶은지의 여부 이다. 마. 자료의 분석 및 처리 본 연구에서는 양적인 연구에 대한 통계자료의 분석 및 처리를 위해 Mac용 IBM SPSS Statistics 21 버전을 활용하였다. 본 연구에서 실험집단과 통제집단의 동질성 검증을 위해 사전검 사에 대하여 각 집단별 학습자가 획득한 평균의 차이에 대한 독립표본 t-검정을 실시하였다. 이후 본 연구의 가설 검증을 위해 정보과학 창의적 성향 사후검사에 대하여 각 집단별 학습자가 획득 한 평균의 차이에 대한 독립표본 t-검정을 실시하였으며, 집단 내에서 학습자가 획득한 평균의 차 이에 대한 사전-사후 대응표본 t-검정을 실시하였다. 데이터는 평균 ± 표준편차(표준오차) 형식으 로 표시하였으며, 사전, 사후검사에 대한 검정 유의수준은 모두 p <.05로 하였다. 2. 연구 결과 가. 사전검사결과 정보과학 창의적 성향에 대한 사전검사를 독립표본 t-검정하여 분석한 결과, 실험집단과 비교집 단의 전체 평균에 대한 유의수준은.155로 평균에 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 각 세부 항목인 문제해결을 위한 상상, 정보과학에 대한 흥미, 과제 몰입, 긍정성 부분에서도 통계적으로 유의한 차이가 보이지 않는 동질 집단임이 확인되었다.(<table 12> 참조) <table 12> The results of the pre-test (p<.05) Mean value Standard Deviation Subareas Controlled Experimenal t p (N=23) (N=22) Controlled Experimenal Total 3.31 3.44.33054.26971 1.446.155 Imagine for problem soving 3.39 3.52.35763.29928 1.300.201 Interest in informatics 3.24 3.34.38491.30666.996.325 Task commitment 3.25 3.39.34153.33870 1.397.170 Positiveness 3.36 3.36.50054.36291 1.116.271
교원교육 제29권 제4호 나. 사후검사 결과 1) 정보과학 창의적 성향 검사 결과 가) 집단간 사후검사 비교 정보과학 창의적 성향에 대한 사후검사를 독립표본 t-검정하여 분석한 결과는 <table 13>과 같 으며, 실험 집단의 평균 점수는 3.51점으로 통제 집단의 평균 점수인 3.33보다 높게 나타났다. 유 의 수준은.086로 통계적으로 유의미하다고 판단하는 기준인.05보다 높게 나타나서 영가설을 기 각하지 못하였다. 검사 하위 항목을 살펴보면 정보과학에 대한 흥미 항목은 통계적으로 유의미 한 수치를 나타내지는 않았지만 유의미한 수치의 기준인.05와 근접한.053으로 나타났다. <table 13> The results of the post test between groups (p<.05) Mean value Standard Deviation Subareas Controlled Experimenal t p Controlled Experimenal (N=23) (N=22) Total 3.34 3.51.38667.26063 1.757.086 Imagine for problem soving 3.41 3.61.42049.32406 1.745.088 Interest in informatics 3.28 3.49.44071.23101 2.006.053 Task commitment 3.27 3.37.38054.45206.797.430 Positiveness 3.39 3.59.47012.34786 1.566.125 나) 집단별 사전사후검사 비교 통제집단의 정보과학 창의적 성향에 대한 사전-사후검사를 비교한 결과는 <table 14>와 같으며, 사후 검사의 전체 평균점수는 3.34로 사전 검사의 3.31에 비해 높게 나타났으나, 유의 수준은.584 로 통계적으로 유의미한 차이를 보이지는 않았다(p>.05). 모든 하위 항목에서도 사후 검사의 평균 점수가 사전 검사에 비해 높게 나타났지만, 유의 수준이.558~.762로 통계적으로 유의미한 차이를 보이지는 않았다(p>.05). <table 14> The results of the Controlled group's pre-post tests (p<.05) Subareas Mean value (N=23) Standard Deviation t p pre test post test pre test post test Total 3.31 3.34.33054.38667 -.555.584 Imagine for problem soving 3.39 3.41.35763.42049 -.307.762 Interest in informatics 3.23 3.28.38491.44071 -.594.558 Task commitment 3.25 3.27.34153.38054 -.324.749 Positiveness 3.36 3.39.50054.47012 -.510.615
논문 제목 실험집단의 정보과학 창의적 성향에 대한 사전-사후검사를 비교한 결과는 <table 15>와 같으며, 사후 검사의 전체 평균점수는 3.51로 사전 검사의 3.44에 비해 높게 나타났으나, 유의 수준은.147 로 통계적으로 유의미한 차이를 보이지는 않았다(p >.05). 하위 항목 중에서 문제해결을 위한 상 상, 과제몰입, 긍정성 항목은 사후 검사의 평균 점수가 사전 검사에 비해 높게 나타났지만, 유의 수준이 각각.135~.832로 통계적으로 유의미한 차이를 보이지는 않았다(p >.05). 그러나 정보과 학에 대한 흥미 하위 항목을 살펴보면 사전 검사에서 평균 점수가 3.34이었으나 사후 검사에서 3.49로 상승하였다. 이에 대한 유의 수준은.027로 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(p <.05). <table 15> The results of the experimental group's pre-post tests (p<.05) Subareas Mean value (N=22) Standard Deviation t p pre test post test pre test post test Total 3.44 3.51.26971.26063-1.504.147 Imagine for problem soving 3.52 3.61.29928.32406-1.553.135 Interest in informatics 3.34 3.49.30666.23101-2.374.027* Task commitment 3.39 3.37.33870.45206.215.832 Positiveness 3.36 3.59.36291.34786-1.224.234 2) CPSS를 활용한 창의적 산출물 평가 결과 6주간의 수업과정 동안 실험 집단과 통제 집단에서는 실생활 문제해결 설계 최종 보고서를 모 둠별로 결과물로 제출하였다. CPSS평가는 자신이 속하지 않은 다른 모둠의 결과물을 상호 평가 하는 방식으로 실시하였으며, 최종 산출물 발표회에 참가하지 못한 통제 집단의 3명을 제외한 학 생을 제외한 나머지 52명의 자료를 분석하였다. 평가 문항의 평가자간 신뢰도를 구한 결과 실험 집단에서는 Cronbach s α=.930, 통제집단에서는 Cronbach's α=.897로 매우 높은 신뢰도를 보였다. <table 16> The results of the CPSS-test between groups Mean value Standard Deviation Subareas Controlled Experimenal t p Controlled Experimenal (N=26) (N=28) Total 159.96 177.43 24.70 29.20 2.364.022* Freshness 31.08 36.39 6.431 9.114 2.490.016* Total Practicality 73.88 82.71 11.653 10.481 2.931.005* Accuracy 55.00 58.32 10.755 12.275 1.054.297 Freshness Originality 19.23 22.71 4.744 5.874 2.386.021* Novelty 11.85 13.68 2.310 3.859 2.134.038* Usefulness 15.42 16.54 3.202 2.861 1.348.183 Practicality Logicality 19.19 22.11 2.912 4.140 3.009.004* Value 20.27 22.71 3.539 2.747 2.848.006* Understanding 19.00 21.36 4.578 3.540 2.125.038* Organic 19.15 20.07 4.268 5.062.717.476 Accuracy Refineness 17.12 18.61 4.412 4.400 1.243.219 Skillfulness 18.73 19.64 4.879 4.556.710.481
교원교육 제29권 제4호 검사 결과를 살펴본 결과, 실험 집단의 총점 평균은 177.43점으로 통제 집단의 총점 평균인 159.96보다 높게 나타났다. 유의 수준은.022로 통계적으로 유의미한 차이를 보이는 것으로 나타 났다.(p <.05) 검사 하위 항목을 살펴보면, 참신성과 실용성 항목이 마찬가지로 유의 수준이 각 각.016과.005로 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다.(p <.05) 참신성과 실용성의 하위 항목에 서도 통계적으로 유의미한 수치를 가진 항목이 나타났다. 참신성의 하위 항목인 신기성과 독창성 은 유의 수준이 각각.038과.021로 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 실용성의 하위 항목인 논 리성, 가치성, 이해성 항목에서도 그 유의 수준이.004,.006,.038로 나타나서 통계적으로 유의미 한 차이를 보이는 것으로 나타났다.(p <.05) 3) 학습만족도 검사결과 6주간의 수업이 끝난 후에 실험 집단과 통제 집단의 학습자를 대상으로 설문 조사를 실시하였 다. 설문 조사에 참여한 학습자는 실험 집단 27명, 통제 집단에서 28명으로 총 55명이다. 설문은 수업 과정에서의 질적인 부분을 묻는 총 9개의 문항으로 구성하였고 응답은 리커트의 5점 척도를 이용해서 수치화하였다. 설문 조사 문항의 신뢰도를 평가하기 위해 설문 조사 응답 결과를 대상 으로 Cronbach's α 계수를 확인하였다. 그 결과 신뢰도가.801로 나타나 신뢰할 수 있는 수준인.700이상으로 신뢰할 수 있는 적정한 값으로 확인되었다. 학습자 설문 조사의 문항과 응답 결과는 <table 17>과 같다. <table 17> The results of learning satisfaction response Questions Controlled (N=28) Experimental (N=27) Permissive atmosphere 4.22 4.37 Adequacy of workload 3.75 4.33 Active communication 3.89 4.52 Teachers' counseling 3.93 4.00 Time of self-reflection 3.93 3.96 Satisfaction of educational activities 4.68 4.78 Adequacy of difficulty 4.18 4.41 Interest and benefit of activities 4.50 4.81 Whether you want to explore more 4.29 4.63 설문 조사 응답 결과를 살펴보면, 실험 집단은 자기 반성시간의 여부 항목을 제외한 모든 항목 에서 4점 이상을 기록하여 그렇다 에 이상의 긍정적인 응답을 한 것으로 나타났다. 자기 반성시 간의 여부 항목의 점수도 3.96으로 4점에 근접해 있으므로, 전체적으로 4점의 그렇다 는 응답이 많은 것으로 나타났다. 특히 활동의 흥미성과 유익성, 교육활동의 만족도에 대해서 4.81로 응답하 여 매우 그렇다 에 근접하게 나타났다.
논문 제목 통제 집단에서는 활발한 의사소통, 교사와의 의사소통, 자기 반성시간 항목에서 4점 이하의 점 수가 나타났지만, 3.89~3.93으로 4점에 근접해서 실험 집단과 마찬가지로 전체적으로 4점의 그렇 다 는 항목에 많은 것으로 나타났다. 특히 교육 활동의 만족도에 대해서 4.68로 응답해서 매우 그렇다 에 근접하게 나타났다. 다만 학습량의 적절성 여부에서 3.75점을 기록해서 보통이다 와 그렇다 의 중간 정도의 응답을 보였다. Ⅴ. 결론 및 제언 본 연구는 초등 정보융합영재를 위한 CT기반의 실생활 문제해결 수업 콘텐츠를 개발하고 이를 적용하여 그 효과성을 분석하는데 그 목적이 있다. 연구 목적을 달성하기 위해 K대학교 영재교육원 정보융합영재과정 소속 57명을 대상으로 정보과학 창의적 성향과 최종 산출물의 창의성에 대해 유 의도를 판단하고, 수업 과정의 만족도를 알아보기 위해 설문 조사를 실시하는 방법으로 진행하였다. 정보과학 창의적 성향에 대해 사후 검사 결과를 집단 간 비교한 결과, CT기반의 실생활 문제 해결 수업콘텐츠를 활용한 집단(실험 집단)이 융합인재교육기반의 실생활 문제해결 수업 콘텐츠 를 활용한 집단(통제 집단)에 비해서 정보과학 창의적 성향에 긍정적인 영향을 미친다는 결과를 얻지 못해 영가설을 기각하지는 못하였다. 그러나 그 하위 항목 중에서 정보과학에 대한 흥미 항 목은 유의미한 차이를 보이는 수치와 근접하게 나타났다. 또한 사전-사후 검사를 집단 내에서 비 교한 결과, 통제 집단과 달리 실험 집단에서는 정보과학 창의적 성향 중에서 정보과학에 대한 흥 미에 유의미한 영향을 준다는 결과를 얻을 수 있었다. 6주간의 수업이 진행된 이후 최종 산출물을 대상으로 CPSS창의성 검사를 실시한 결과, CT기반 실생활 문제해결 수업콘텐츠를 활용한 집단이 기존의 융합인재교육 기반 실생활 문제해결 수업 콘텐츠를 활용한 집단에 비해 산출물의 창의성이 유의미한 차이를 보이는 결과를 얻었고, 이를 통해 영가설을 일부 기각하고 대립 가설을 채택하게 되었다. 특히 전체적인 창의성 항목 외에도 참신성, 실용성, 신기성, 독창성, 논리성, 가치성, 이해성의 하위 항목에서도 유의미한 차이를 보인 다는 결과를 얻을 수 있었다. 수업 과정에 대한 설문 조사 결과를 살펴보면 CT기반 실생활 문제해결 수업콘텐츠를 활용한 집단이 학습량의 적절성과 활발한 의사소통 여부를 묻는 질문에서 통제 집단에 비해 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 위 연구 결과를 종합해서 정리하면, computational thinking기반의 실생활 문제해결 수업콘텐 츠를 활용한 교수 학습은 초등 정보융합영재 학생의 정보과학에 대한 흥미와 창의성에 긍정적인 영향을 미친다는 결론을 내리게 되었다. 또한 이러한 수업 과정을 통해서 융합형 인재의 특징인 활발한 의사소통이 나타난 것을 학습자 설문조사 결과를 통해 얻을 수 있었다 본 연구를 진행하면서 나온 결과 및 시사점을 토대로, 앞으로의 연구 과제를 다음과 같이 제언
교원교육 제29권 제4호 하고자 한다. 첫째, 본 연구를 통해 computational thinking기반의 수업 콘텐츠는 학생들의 정보과학에 대한 흥미와 창의성에 긍정적인 영향을 준다는 것을 밝혔다. CT는 정보과학 분야뿐만 아니라 다양한 학문 분야에서 활용될 수 있는 가능성이 열려 있으므로, CT를 적용하거나 활용하는 수업 콘텐츠 가 앞으로도 계속 개발되어야 할 것이다. 이러한 수업 콘텐츠의 개발 및 보급은 일선 현장에서 교사들이 활발하게 활용할 수 있는 방향으로 지속적으로 이루어져야 한다. 둘째, 본 연구에서는 CT기반의 실생활 문제해결 수업 콘텐츠를 사이버 교수학습과정 상황에서 초등 정보융합영재 학생을 대상으로 적용하였다. 21세기 학습자 역량을 가진 창의융합형 인재를 양성하기 위해서는 이러한 수업 콘텐츠가 사이버 교수학습 과정뿐만 아니라 실제 교실 수업에서 이루어질 필요가 있다. 또한 영재 학생들을 대상으로 하는 수업뿐만 아니라 대다수의 일반 학생 들을 폭넓게 그 대상으로 넓혀야 한다. 본 연구에서 개발한 수업 콘텐츠는 난이도와 분량을 조절 하면 일반 학생들에게 확대 적용할 수 있을 것이다. 또한 사이버 상에서 이루어지는 교육이 아닌 실제 교실 수업에서도 적용할 수 있도록 폭넓은 후속 연구가 이루어져야 할 것이다. 참 고 문 헌 Choi, H. (2013). Computer Education Curriculum and Instruction: Extraction of Learning Contexts and Analysis of Informatics Textbooks in Order to Teach the Computational Thinking in Middle School. The journal of Korean Association of Computer Education, 16(6), 45-54. Choi, S., Kim, J., Ban, S., Lee, K., Lee, S. & Choi, H. (2011). Future Strategy of education for the 21st century creative talents. CSTA & ISTE (2011). Computational Thinking Leadership Toolkit 1st edition. http://csta.acm.org/curriculum/sub/currfiles/ 471.11CTLeadershiptToolkit-SP-vF.pdf Fraenkel, J. R. et al. (2010). How to Design and Evaluate Research in Education, 7th edition. McGRAW HILL Han, M. (2012). Design and Validation of Education Contents of Algorithm for the Gifted Secondary Students of Informatics. Master's Thesis. Korea National University of Education. Heo, P. (2012). The Effects of Group Creativity based on the Whole Brain Grouping. Master's Thesis. Korea National University of Education. Hong, C. (2009). A Development of a Teaching-Learning Model for Cyber Education of the Elementary Information Science Gifted. Master's Thesis. Kyungin National
논문 제목 University of Education. Jeon, Y. & Kim, T. (2015) The Development of the CT-CPS Framework for Creative and Integrative Software Education. Korean Journal of Teacher Education. 31(3), 67-88. Jeon, Y. (2014). The Development and Application of A Responsive Web-based Smart Learning System for Cyber Teaching and Learning of the Elementary Informatics Gifted Students. Master's Thesis. Korea National University of Education. Jin, Y. (2012). Development of Information Science Creative Personality Inventory. Doctorate Thesis. Korea National University of Education. Kim, B. & Kim, J. (2012). Design of Algorithm Learning of Computer Science Based on Computational Thinking. Proceedings of the Korean Association of Computer Education Conference, 16(2), 85-90. Kim, B., Jeon, Y., Kim, J., Hong, C. & Kim, T. (2014). A Study of IT Convergence Desired Talent Based on Computation Thinking. Proceedings of the Korean Association of Computer Education Conference, 18(1), 27-33. Kim, Y. & Lee, S. (2004). Developing the Korean Version Instrument of Evaluating Creative Products and Confirmation of its Structure. The Korean Journal of Industrial and Organizational Psychology, 17(3), 305-327. Kim, H. & Lee, S. (2013). The Analysis of Foreign Countries' Computing Curricula. Korea Education and Research Information Service(KERIS). Korea Foundation for the Advancement of Science & Creativity (2011). The Fundamental study for establishing the way of the STEAM education. Korea Foundation for the Advancement of Science & Creativity (2014). The Fundamental study for bringing Computational Thinking to Korean K-12 Curriculum. Kwon, J. (2014). A Study on the Effectiveness of Computational Thinking-based Teaching and Learning on Students Creative Problem Solving Skills. Doctorate Thesis. Sungkyunkwan University. McCaskill, S. (2013). New National Curriculum To Teach Five Year Olds Computer Programming. Retrieved September 20, 2014. http://www.techweekeurope.co.uk/ news/national-curriculum-ict-education-computing-121214 Ministry of Education (2014). General Guidelines for 2015 Integrative Curricula of Liberal Arts and Natural Sciences.
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논문 제목 Abstract Development and Application of Real Life Problem Solving Lesson Contents based on Computational Thinking for Informatics Integrated-Gifted Elementary School Students' Creativity Kim, Byungjo (Korea National university of Education) Jeon, YongJu (Korea National university of Education) Kim, Jihyun (Korea National university of Education) Kim, Taeyoung (Korea National university of Education) The purpose of this study is to develop real life problem solving learning contents based on computational thinking (hereinafter CT) for informatics integrated-gifted elementary school students, and to verify the effects of the developed contents by using a on-line teaching and learning environment. To achieve our purpose, we explored the theoretical background of CT and STEAM, and surveyed the concept of the informatics integrated-gifted as well as computational thinking by preceding research. To implement them we developed real life problem solving learning contents based on our study. Next, the learning contents were developed by four principles, which are to develop the contents on the basis of creative problem solving design process, to solve real life problem, to use core CT concepts and capabilities, and to relate national elementary school curriculum. After that process, we selected our learning subjects, i.e., 'economize the electric bill of our home'. Then we analyzed our experimental results after applying the on-line learning environment to 5th and 6th grade convergence-gifted elementary school students. We performed a traditional class with a control group by using learning contents based on STEAM and a new class with an experimental group by using the developed learning contents based on CT. We applied the six weeks of class and then, the independent sample t-tests and paired samples t-tests were carried out. As a result, the mean score of the experimental group is significantly higher on the area of information science interest. Another CPSS test shows that the mean score of the experimental group is significantly higher on the area of creativity and some other child elements. According to the result, it has been proved that our real life problem solving learning contents is effective in improving information science interest and creativity compared to the traditional STEAM class. Key words : Informatics Integrated-Gifted Student, Computational Thinking, Real Life Problem Solving