[국내논문]앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램 개발 -초등학교 과학의 '속력' 개념을 중심으로- Development of STEAM Program using App Inventor -Focusing on the Concept of Speed in Elementary Science Education-원문보기
우리는 지식정보화사회라고 일컬어지는 현대사회를 살아가고 있다. 급변하고 있는 미래사회를 준비하기위해 국가적 사회적으로 창의성이 높은 인재양성을 요구하고 있으며, 이에 따라 학교와 가정에서도 창의성과 문제해결력을 기르기 위한 노력과 관심을 기울이고 있다. 특히, 교육현장에서는 '글로벌 창의 인재'육성 및 국가경쟁력 강화를 위하여 STEAM교육과 소프트웨어 교육을 도입하여 추진하고 있다. 따라서 본 연구에서는 소프트웨어교육을 위한 프로그래밍 언어로 언급되고 있는 비주얼 프로그래밍 언어 중 MIT에서 개발한 앱인벤터(App Inventor)를 활용하여 STEAM 교육에 활용할 수 있는 방안을 제시하고 전문가집단 평가를 통해 검증 및 평가를 실시하였다. 평가결과는 수정 및 보완하여 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 완성하였으며, 이를 토대로 실제적인 STEAM 교수학습 방법을 제시하였다. 본 연구의 목적은 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하는 것이며, 이를 위하여 기존의 STEAM 프로그램이 갖는 한계점을 분석하고, 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하고 제시함으로써 이를 극복하고자 하였다. 아울러, 앱인벤터가 갖는 교육용 프로그래밍 언어로써의 특징과 활용방안을 살펴봄으로써 향후 소프트웨어 교육의 방향과 교수학습방안도 함께 제시하였다.
우리는 지식정보화사회라고 일컬어지는 현대사회를 살아가고 있다. 급변하고 있는 미래사회를 준비하기위해 국가적 사회적으로 창의성이 높은 인재양성을 요구하고 있으며, 이에 따라 학교와 가정에서도 창의성과 문제해결력을 기르기 위한 노력과 관심을 기울이고 있다. 특히, 교육현장에서는 '글로벌 창의 인재'육성 및 국가경쟁력 강화를 위하여 STEAM교육과 소프트웨어 교육을 도입하여 추진하고 있다. 따라서 본 연구에서는 소프트웨어교육을 위한 프로그래밍 언어로 언급되고 있는 비주얼 프로그래밍 언어 중 MIT에서 개발한 앱인벤터(App Inventor)를 활용하여 STEAM 교육에 활용할 수 있는 방안을 제시하고 전문가집단 평가를 통해 검증 및 평가를 실시하였다. 평가결과는 수정 및 보완하여 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 완성하였으며, 이를 토대로 실제적인 STEAM 교수학습 방법을 제시하였다. 본 연구의 목적은 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하는 것이며, 이를 위하여 기존의 STEAM 프로그램이 갖는 한계점을 분석하고, 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하고 제시함으로써 이를 극복하고자 하였다. 아울러, 앱인벤터가 갖는 교육용 프로그래밍 언어로써의 특징과 활용방안을 살펴봄으로써 향후 소프트웨어 교육의 방향과 교수학습방안도 함께 제시하였다.
We live in the modern society which is called as Knowledge-Information society. The national and social goal is to raise the creative person for preparing the rapidly changing society. Thus, the schools and families concentrate on and effort to enhance the creativity and problem solving ability. Spe...
We live in the modern society which is called as Knowledge-Information society. The national and social goal is to raise the creative person for preparing the rapidly changing society. Thus, the schools and families concentrate on and effort to enhance the creativity and problem solving ability. Specially, the school is pushing forward the STEAM education and Software education for raising the creativity person and enhancement of national competitiveness. In this study, we suggested for STEAM education the way how we utilize the App Inventor which was supported by MIT and came up as a computer programming language for Software education, and we verified and evaluated through professional group verification. We completed STEAM instructional design according to the results from the professional group verification, and we suggested the authentic instruction for STEAM education. In addition, we suggested the further prospects of Software education and instructions through going through the characteristics and application plan of App Inventer in terms of educational computer programming language.
We live in the modern society which is called as Knowledge-Information society. The national and social goal is to raise the creative person for preparing the rapidly changing society. Thus, the schools and families concentrate on and effort to enhance the creativity and problem solving ability. Specially, the school is pushing forward the STEAM education and Software education for raising the creativity person and enhancement of national competitiveness. In this study, we suggested for STEAM education the way how we utilize the App Inventor which was supported by MIT and came up as a computer programming language for Software education, and we verified and evaluated through professional group verification. We completed STEAM instructional design according to the results from the professional group verification, and we suggested the authentic instruction for STEAM education. In addition, we suggested the further prospects of Software education and instructions through going through the characteristics and application plan of App Inventer in terms of educational computer programming language.
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문제 정의
본 연구의 목적은 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하는 것이다. 개발된 STEAM 프로그램은 전문가집단 평가를 통해 교육적 효과를 검증함으로써 앱인벤터를 활용할 수 있는 방법과 가능성을 제시하는 것이다.
따라서 본 연구에서는 기존의 앱인벤터를 활용하여 학교현장에 적용할 수 있는 구체적인 방법을 제시하고자 하며, 특히 시대적 화두인 융합교육에서 활용할 수 있는 방안을 제시하여 시너지를 얻고자 한다.
따라서 본 연구에서는 스마트기기용 앱을 직접 만들어서 STEAM 교수학습 자료로서 활용하고자 프로그램을 개발하였다. 이는 교수자의 입장에서 얼마나 쉽게 개별화된 STEAM 자료를 개발 할 수 있는지를 나타내고자 함이며, 교사가 학습자 중심의 활동을 전개하기 위한 교수학습 자료를 직접 제작하는데 있어 부담을 덜 수 있는 도구로써 앱인벤터가 제시되었다.
향후 연구에서는 본 연구에서 제시한 앱인벤터를 활용한 STEAM 교수학습으로의 가능성을 토대로 충분한 실험집단을 확보하여 비교연구를 진행하고자 하며, 기대효과에 대해 현장교사 등으로 구성된 보다 많은 전문가 집단을 구성하여 심도 깊은 인터뷰를 통한 질적 연구를 실시하고자 한다. 또한 교육과정 분석을 통한 다양한 사례 적용 및 방안을 제시함으로써 앱인벤터를 활용한 체계적인 STEAM 교수학습 프로그램을 마련하고, 이에 대한 품질비교연구를 진행함으로써 그 효과성을 검증하고자 한다. 반면 앱인벤터를 활용한 STEAM 교수학습과 관련된 연구는 앱을 개발하여 학습과정에 활용한다는 점에서 스마트폰을 활용하게 되며, 이에 따라 스마트폰의 교육적 활용에 대한 부정적 의견에 대한 연구를 통해 나타날 수 있는 여러 가지 단점을 보완하기 위한 지속적인 노력이 요구된다.
본 연구를 통해 개발된 “앱인벤터를 활용한 STEAM 교수학습 프로그램”의 실행과 검증을 위하여 컴퓨터교육 전문가 10명으로 구성된 전문가집단에게 평가를 의뢰하였다.
본 연구에서는 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하였다. 최근 교육현장에서는 ‘글로벌 창의 인재육성’을 위하여 STEAM 교육과 소프트웨어 교육을 도입하여 추진하고 있다.
본 연구의 목적은 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하는 것이다. 개발된 STEAM 프로그램은 전문가집단 평가를 통해 교육적 효과를 검증함으로써 앱인벤터를 활용할 수 있는 방법과 가능성을 제시하는 것이다.
제안 방법
STEAM 교수학습 과정 안을 개발하기 위하여 김진수의 PDIE 모형(준비 → 개발 → 실행 → 평가)을 토대로 연구를 진행하였으며[9], 이 중에서 실행과 평가 단계는 본 연구의 연구방법[표 1]의 ‘전문가 평가 및 검증’ 단계에서 실시하므로 PDIE 모형에서 ‘준비’와 ‘개발’단계를 수행하였다.
[그림 6]에서 거리를 측정하는 방법으로 스마트폰이 자체적으로 갖고 있는 GPS센서를 이용하여 이동한 거리를 위도와 경도를 이용하여 계산할 수 있도록 프로그래밍 하였다. 또한 [그림 5]의 프로그래밍 부분에서 측정된 소요시간을 활용하여 속도를 계산할 수 있도록 프로그래밍 하였다.
연구주제 선정을 위한 STEAM 모형으로 김진수의 큐빅 모형[9]을 활용하였으며, 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램 개발을 위해 김진수의 PDIE모형[10]을 적용하였다. 또한 개발된 STEAM 교수학습 프로그램에서 활용하기 위하여 앱인벤터를 기반으로 학습자가 체험하면서 활용할 수 있는 물체의 속력 교수학습용 앱을 개발하였다.
전문가집단 평가를 위하여 문항을 다음 [표 6]과 같이 구성하였으며, 이는 박현주 외 7명이 개발한 STEAM 수업 준거 틀[27]을 활용하여 5단계 리커트 척도를 활용하여 평가를 실시하였다. 또한 개방형 문항을 활용하여, 본 연구에 대한 다양한 의견을 수렴할 수 있도록 설계하였다.
속력의 개념을 이해하기 위하여 3개의 차시 수업을 진행해야 하지만, 본 연구에서 개발한 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 활용하면 1개의 차시로 가능하도록 구성하였다. 본 연구에서 개발한 앱인벤터를 활용한 STEAM 교수학습 지도계획은 다음 [표 5]와 같다.
앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하기 위하여 김진수의 STEAM 큐브 모형[25]을 활용하여 교육 선정방법을 선택하였으며, 본 연구에서는 김진수의 큐빅 모형[26] 중에서 X2(간학문)-Y1(초등학교)-Z8(개념중심)에 해당하는 STEAM 프로그램을 개발하였다.
이를 위하여 기존의 STEAM 프로그램이 갖는 한계점을 분석하고, 앱인벤터가 갖는 특징과 기대되는 교육적 효과를 토대로 연구주제를 선정하였다. 연구주제 선정을 위한 STEAM 모형으로 김진수의 큐빅 모형[9]을 활용하였으며, 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램 개발을 위해 김진수의 PDIE모형[10]을 적용하였다.
앱인벤터 기반의 교육용 앱을 구현하기 위하여 학습자가 스마트 기기에서 살펴볼 수 있는 화면을 다음 [그림 3]과 같이 구성하였다. 총 4개의 화면으로 구성되어 있으며 순환적구조로 설계되어 속력 단원에서 학습자가 반복적으로 활용할 수 있도록 하였으며, 본래의 학습목표에 대한 몰입과 사고과정의 위계를 유지하기 위해 단순한 인터페이스로 쉽게 활용할 수 있도록 제작되었다.
특히 ‘학습에 대한 다양한 보상’과 ‘학습자가 스스로 활동을 평가할 수 있는 기회를 제공’하기 위한 보완이 필요하였다.
본 연구를 통해 개발된 “앱인벤터를 활용한 STEAM 교수학습 프로그램”의 실행과 검증을 위하여 컴퓨터교육 전문가 10명으로 구성된 전문가집단에게 평가를 의뢰하였다. 평가를 위하여 박현주 외 7명이 개발한 STEAM 수업 준거 틀[11]을 활용하여 개념적 측면, 교육활동 준거의 측면, 그리고 보상의 측면에서 평가를 진행하고 결과를 분석하여 수정 및 보완을 실시함으로써 프로그램 개발을 완성하였다.
앱인벤터를 활용한 교육용 앱을 개발하기 위하여 [그림 2]와 같이 설계하였다. 화면에서 볼 수 있는 버튼은총 5개로서, 시간과 위치를 측정하는 기능을 부여하여 이동시간과 이동거리를 측정하고, 이를 토대로 속도를 계산하여 표현할 수 있도록 하였다.
대상 데이터
앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램 개발을 위하여 대상학년은 초등학교의 5학년을 목표로 하였다. Piaget 의 인지적 발달단계를 고려하여 초등학교 고학년을 대상으로 하였고, 5학년 2학기의 교육내용 중에서 선정하였으며 구체적인 선정 내용은 다음 [표 3]과 같다.
본 연구에서 개발한 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램에 대한 전문가집단 검증을 위하여 10명으로 구성된 전문가집단을 선정하였다. 나이와 성별을 고려하였으며, 컴퓨터교육과 관련하여 전문성을 갖는 대상을 선정하였다. 컴퓨터교육관련 석사 이상의 학위가 있거나 컴퓨터교육 관련분야에서 5년 이상 종사한 전문가로 구성되어 있으며, 또한 STEAM과 관련된 연구 또는 현장 수업을 실시한 경험이 있는 전문가들을 선정하였다.
본 연구에서 개발한 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램에 대한 전문가집단 검증을 위하여 10명으로 구성된 전문가집단을 선정하였다. 나이와 성별을 고려하였으며, 컴퓨터교육과 관련하여 전문성을 갖는 대상을 선정하였다.
앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램 개발을 위하여 대상학년은 초등학교의 5학년을 목표로 하였다. Piaget 의 인지적 발달단계를 고려하여 초등학교 고학년을 대상으로 하였고, 5학년 2학기의 교육내용 중에서 선정하였으며 구체적인 선정 내용은 다음 [표 3]과 같다.
초등학교 5학년 2학기 과학과의 3. 물체의 속력 단원은 총 10개의 차시로 구성되어 있으며, 본 연구에서 재구성하고자 하는 차시는 3∼5차시에 해당한다.
나이와 성별을 고려하였으며, 컴퓨터교육과 관련하여 전문성을 갖는 대상을 선정하였다. 컴퓨터교육관련 석사 이상의 학위가 있거나 컴퓨터교육 관련분야에서 5년 이상 종사한 전문가로 구성되어 있으며, 또한 STEAM과 관련된 연구 또는 현장 수업을 실시한 경험이 있는 전문가들을 선정하였다.
이론/모형
또한 교수학습과정에서 실제 수업시간에 활용하고자 하는 모형은 초등학교 과학과의 모형 중에서 ‘속력’의 개념 도입을 위해 순환학습 모형을 적용하였다.
이를 위하여 기존의 STEAM 프로그램이 갖는 한계점을 분석하고, 앱인벤터가 갖는 특징과 기대되는 교육적 효과를 토대로 연구주제를 선정하였다. 연구주제 선정을 위한 STEAM 모형으로 김진수의 큐빅 모형[9]을 활용하였으며, 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램 개발을 위해 김진수의 PDIE모형[10]을 적용하였다. 또한 개발된 STEAM 교수학습 프로그램에서 활용하기 위하여 앱인벤터를 기반으로 학습자가 체험하면서 활용할 수 있는 물체의 속력 교수학습용 앱을 개발하였다.
전문가집단 평가를 위하여 문항을 다음 [표 6]과 같이 구성하였으며, 이는 박현주 외 7명이 개발한 STEAM 수업 준거 틀[27]을 활용하여 5단계 리커트 척도를 활용하여 평가를 실시하였다. 또한 개방형 문항을 활용하여, 본 연구에 대한 다양한 의견을 수렴할 수 있도록 설계하였다.
성능/효과
셋째, 수식 계산과 실험 때마다 달라지는 결과로 발생할 수 있는 오개념을 예방하고, 학습목표 달성에 효율적이다. 넷째, 프로그래밍을 모르더라도 쉽게 제작할 수 있어서 교사 주도 및 교실 중심의 개별화된 교수학습 자료의 제작이 가능하다.
첫째, 스마트폰에 기본적으로 포함되어 있는 센서를 이용하여 정확한 결과를 얻을 수 있다. 둘째, 실험을 실시하고 속력을 따로 계산할 필요 없이 앱에서 자동으로 계산하여 결과를 알려줌으로써 속력에 대한 개념을 정확하게 이해하고 비교할 수 있다. 셋째, 수식 계산과 실험 때마다 달라지는 결과로 발생할 수 있는 오개념을 예방하고, 학습목표 달성에 효율적이다.
39로 나타났으며 이는 87% 이상의 만족도를 나타내 었다. 또한 STEAM 교육의 구성 원리에 대한 기본 개념을 토대로 각 요소별 설문 결과 또한 대체로 높게 나타났으며 이를 토대로 본 연구의 타당도가 대체로 높다고 할 수 있다. 또한 본 설문에 대한 신뢰도를 분석하기 위하여 Cronbach’s Alpha 검사를 실시한 결과 0.
또한 본 설문에 대한 신뢰도를 분석하기 위하여 Cronbach’s Alpha 검사를 실시한 결과 0.897로 높게 나타났다.
김병호(2013)는 앱인벤터를 활용하여 안드로이드 스마트폰 앱 개발을 위한 컴퓨터 프로그래밍 교육을 실시하고 교육효과를 분석하였다. 설문조사 결과, 프로그래밍에 관한 관심과 스마트폰 앱을 만들 수 있다는 자신감이 크게 향상됨을 살펴볼 수 있었으며 흥미를 유발하고 있음을 알 수 있었다[7].
둘째, 실험을 실시하고 속력을 따로 계산할 필요 없이 앱에서 자동으로 계산하여 결과를 알려줌으로써 속력에 대한 개념을 정확하게 이해하고 비교할 수 있다. 셋째, 수식 계산과 실험 때마다 달라지는 결과로 발생할 수 있는 오개념을 예방하고, 학습목표 달성에 효율적이다. 넷째, 프로그래밍을 모르더라도 쉽게 제작할 수 있어서 교사 주도 및 교실 중심의 개별화된 교수학습 자료의 제작이 가능하다.
이와 같은 설문 결과를 토대로 기존의 ‘속력’에 대한 수업에서 자칫 치우칠 수 있는 계산에 대한 부담과 오개념을 형성할 수 있는 환경을 개선할 수 있음을 예상할 수 있었다.
이러한 현장 교사들의 의견을 토대로, 본 연구에서 개발한 교육용 앱을 이용하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. 첫째, 스마트폰에 기본적으로 포함되어 있는 센서를 이용하여 정확한 결과를 얻을 수 있다. 둘째, 실험을 실시하고 속력을 따로 계산할 필요 없이 앱에서 자동으로 계산하여 결과를 알려줌으로써 속력에 대한 개념을 정확하게 이해하고 비교할 수 있다.
평가문항 전체에 대한 평균은 총점 5점을 기준으로 4.39로 나타났으며 이는 87% 이상의 만족도를 나타내 었다. 또한 STEAM 교육의 구성 원리에 대한 기본 개념을 토대로 각 요소별 설문 결과 또한 대체로 높게 나타났으며 이를 토대로 본 연구의 타당도가 대체로 높다고 할 수 있다.
후속연구
이는 STEAM 교육이 갖는 창의력과 문제해결력 향상에 효과가 있음에 동의하지만, 제공되는 교수학습 자료가 부족하여 학교현장에서 활용하는데 제한이 따름을 밝히는 것이다. 그러나 한편으로는 교사가 교수학습에 필요한 자료를 직접 제작하여 제공한다면 구체화된 맞춤형 STEAM 교수학습 자료를 제작할 수 있을 것이다. 하지만 현장 교사들의 여러 가지 부담으로 작용할 수 있어 주의가 요구된다.
또한, 앱인벤터가 갖는 실제적인 특징과 더불어 누구나 아이디어만 있으면 쉽게 앱을 개발할 수 있는 장점을 통해 학교현장에서 활용할 수 있는 방안에 대한 논의가 필요하며, 특히 국가․사회적으로 요구되는 창의성 신장과 관련된 STEAM 교육에서 활용할 수 있는 방안에 대해서도 연구가 필요하다.
본 연구를 통하여 개발된 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 통하여 학교현장에서 보다 본질적인 학습 목표 달성에 도움이 될 수 있기를 기대하며, 아울러 누구나 손쉽게 자신만의 스마트기기용 앱을 개발할 수 있는 앱인벤터에 대한 관심이 높아지기를 기대한다. 이를 통해 학생들이 앱인벤터를 활용하여 앱을 개발할 수 있도록 여건이 조성된다면, 현재 정부에서 추진하고 있는 소프트웨어 교육의 기반을 마련하는데 도움이 될 수 있을 것이며, 아이디어 하나만으로 자신의 생각을 충분히 펼치고 직접 구현할 수 있는 환경을 조성해줄 수 있을 것이다.
아울러 하드웨어 강국인 우리나라가 향후 소프트웨어 분야에서도 강국이 될 수 있는 초석이 될 수 있는 연구가 되기를 기대하며, 우리나라에서도 빌게이츠나 스티브잡스와 같은 세계적인 창의적 인재가 길러질 수 있기를 바란다.
본 연구를 통하여 개발된 앱인벤터를 활용한 STEAM 프로그램을 통하여 학교현장에서 보다 본질적인 학습 목표 달성에 도움이 될 수 있기를 기대하며, 아울러 누구나 손쉽게 자신만의 스마트기기용 앱을 개발할 수 있는 앱인벤터에 대한 관심이 높아지기를 기대한다. 이를 통해 학생들이 앱인벤터를 활용하여 앱을 개발할 수 있도록 여건이 조성된다면, 현재 정부에서 추진하고 있는 소프트웨어 교육의 기반을 마련하는데 도움이 될 수 있을 것이며, 아이디어 하나만으로 자신의 생각을 충분히 펼치고 직접 구현할 수 있는 환경을 조성해줄 수 있을 것이다.
향후 연구에서는 본 연구에서 제시한 앱인벤터를 활용한 STEAM 교수학습으로의 가능성을 토대로 충분한 실험집단을 확보하여 비교연구를 진행하고자 하며, 기대효과에 대해 현장교사 등으로 구성된 보다 많은 전문가 집단을 구성하여 심도 깊은 인터뷰를 통한 질적 연구를 실시하고자 한다. 또한 교육과정 분석을 통한 다양한 사례 적용 및 방안을 제시함으로써 앱인벤터를 활용한 체계적인 STEAM 교수학습 프로그램을 마련하고, 이에 대한 품질비교연구를 진행함으로써 그 효과성을 검증하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
앱인벤터의 장점은?
앱인벤터는 블록 프로그래밍으로 시각화된 구조를 제공함으로써 학습자의 인지적 사고과정을 색깔과 프레임을 통해 프로그래밍 과정에서부터 확인할 수 있기 때문에, 아이디어를 구현해가는 사고의 과정과 구조화하는 과정에서 발견할 수 있는 반성적 사고가 공존할 수 있는 사고의 구체화가 가능한 프로그래밍 언어이다.
블록 쌓기 기반의 프로그래밍 언어로는 무엇이 있는가?
프로그래밍 교육을 위한 교육용 프로그래밍 언어 중에서 현재 초점이 맞춰지고 있는 언어들은 기존의 텍스트 기반의 언어에서 탈피한 그래픽 기반의 프로그래밍 언어, 다시 말해 블록을 쌓는 방식으로 프로그래밍을할 수 있는 학습자 중심의 프로그래밍 언어이다. 그 중에서 가장 관심이 모아지고 있는 블록 쌓기 기반의 프로그래밍 언어는 MIT에서 개발한 스크래치 프로그래밍 언어와 Google에서 개발하여 현재 MIT에서 운영되고 있는 앱인벤터가 많은 관심을 받고 있다[16][34].
Android SDK를 사용하기 어려운 이유는?
구글에서는 Android SDK(Software Development Ki t)을 제공하여 앱을 개발하기 위한 전문적인 환경과 툴을 제공하고 있다. 이는 JAVA언어를 기반으로 구현되어 있어서 전문적인 프로그래머나 앱 개발자가 아닌 경우에는 앱 제작과 구현에 상당한 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 일반 사용자들을 위한 앱 제작 도구들이 개발되고 있으며, 대표적인 제작도구로는 App Inventor, appCookr, m-Bizmaker 등이 활용되고 있다[12].
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