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문제 정의
- 본 연구의 목적은 함성진 외(2014)의 연구를 통해 제안된 ‘CT-STEAM’프로그램의 교육적 효과성을 분석하는 것이다. 더 나아가 CT-STEAM 프로그램에 대한 개선점 및 운영을 위한 방안을 제공함으로써 그 확산에 기여하고자 한다.
- 본 연구의 목적은 함성진 외(2014)의 연구를 통해 제안된 ‘CT-STEAM’프로그램의 교육적 효과성을 분석하는 것이다.
가설 설정
- [가설 1] CT-STEAM 프로그램은 초등학생의 융합적 사고력을 신장시킬 것이다.
- [가설 2] CT-STEAM 프로그램은 초등학생의 컴퓨팅 사고력을 신장시킬 것이다.
제안 방법
- ‘CT-STEAM 프로그램의 효과성 분석 연구’를 수행하기 위하여 대응집단 사전사후 검사 설계 방법을 적용하였으며, 구체적인 연구의 실험 설계는 와 같다.
- CT-STEAM 교수·학습 과정안은 CT-STEAM 수업 모형을 기반으로 하여 추출된 CT 중점 요소를 반영하여 개발하였다.
- CT-STEAM 수업 모형은 기존 STEAM 수업 모형인 ‘문제 상황제시’, ‘창의적 설계’, ‘감성적 체험’의 3단계 수업 모형을 확장하여 CT 중점 수업 요소인 ‘자료 수집 및 분석’, ‘제작 및 시뮬레이션’ 이라는 2단계를 가미하여 개발하였다.
- 컴퓨팅 사고력 검사는 서답형 문항으로 구성되어 있고, 1번~9번의 문항 안에 1~2개 정도의 소문항이 포함되어 있어, 총 14문항으로 이루어져 있다. 다만, 신뢰도 검사에서 신뢰도를 저해하는 것으로 판단되는 4-1문항을 제외한 13개의 문항을 이용해서 분석을 실시하였다.
- 첫째, 연구 대상을 선정하여 융합적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고력 사전 검사를 실시한다. 둘째, CT-STEAM 수업을 실험집단에 실시하고, 통제집단에는 일반적인 과학교과 수업을 실시한다. 셋째, 실험집단과 통제집단에 각각 사후 융합적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고력 검사를 실시한다.
- 본 연구에서는 CT-STEAM 프로그램의 효과성을 분석하기 위하여 실험집단과 통제집단을 선정하여 실험집단에는 CT-STEAM 과학 교육을 적용하였으며, 통제집단에는 기존의 과학 교과 수업을 적용하여 융합적 사고력과 컴퓨팅 사고력에 미치는 영향을 분석하였다. 이러한 연구의 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 연구를 수행하였다.
- 실제 교육현장 적용을 위한 효율적인 도구로 배우기 쉽고, 학습자의 논리적 사고력, 문제해결능력 등의 고등 사고력을 신장시킬 수 있으며, 애니메이션, 게임, 음악 등의 멀티미디어 자료나 스토리텔링, 프레젠테이션 자료를 손쉽게 제작할 수 있는 스크래치 프로그램을 이용하여 CT-STEAM 프로그램을 개발하였다. 블록 쌓기 프로그래밍 방식으로 공유와 협력이 가능한 스크래치 프로그래밍 언어를 활용하면 CT-STEAM의 현장 적용도가 높아질 것으로 생각되어 스크래치를 활용한 CT-STEAM 프로그램의 수업모형을 개발하고, 과학 교과를 중심으로 한 학습 주제의 추출과 CT-STEAM 프로그램 개발 및 적용을 실시하였다.
- 둘째, CT-STEAM 수업을 실험집단에 실시하고, 통제집단에는 일반적인 과학교과 수업을 실시한다. 셋째, 실험집단과 통제집단에 각각 사후 융합적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고력 검사를 실시한다. 마지막으로, SPSS 18.
- CT-STEAM 프로그램은, 미래 사회의 핵심역량인 컴퓨팅 사고력을 기반으로 한 미래형 융합인재교육 프로그램으로 정의된다[2]. 실제 교육현장 적용을 위한 효율적인 도구로 배우기 쉽고, 학습자의 논리적 사고력, 문제해결능력 등의 고등 사고력을 신장시킬 수 있으며, 애니메이션, 게임, 음악 등의 멀티미디어 자료나 스토리텔링, 프레젠테이션 자료를 손쉽게 제작할 수 있는 스크래치 프로그램을 이용하여 CT-STEAM 프로그램을 개발하였다. 블록 쌓기 프로그래밍 방식으로 공유와 협력이 가능한 스크래치 프로그래밍 언어를 활용하면 CT-STEAM의 현장 적용도가 높아질 것으로 생각되어 스크래치를 활용한 CT-STEAM 프로그램의 수업모형을 개발하고, 과학 교과를 중심으로 한 학습 주제의 추출과 CT-STEAM 프로그램 개발 및 적용을 실시하였다.
- 이은경(2012)은 STEAM 교육의 지향점을 이러한 컴퓨팅 사고력의 향상에 두고 이를 다시 교육 목표, 교육 내용과 교수 학습 방법, 교육 평가의 관점에서 종합하여 제시하였다. 우선 교육 목표는 창의성과 융합되는 각 교과 영역의 지식과 기술, 컴퓨팅 사고력에 따른 문제 해결력, 협력적 태도로 설정하였고, 교수 학습 방법에서는 과제 및 표준 교육 과정 중심 교육 내용 구성과 설계를 통해 제시하였다. 교육 평가는 학습자가 습득한 지식과 기술 수준의 평가와 함께 학습 결과물의 적절성, 유용성, 참신성, 협력적 태도, 문제 해결과 관련된 컴퓨팅 사고력의 하위 요소들을 종합한 방안으로 제시하였는데, 이는 컴퓨팅 사고력이 STEAM 교육의 핵심 영역으로 구성되어야 하기 때문이며[16] 이와 관련하여 본 연구는 매우 유의미한 연구 결과라고 할 수 있다.
- 본 연구의 수행 절차는 다음과 같다. 첫째, 연구 대상을 선정하여 융합적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고력 사전 검사를 실시한다. 둘째, CT-STEAM 수업을 실험집단에 실시하고, 통제집단에는 일반적인 과학교과 수업을 실시한다.
- 첫째, 컴퓨팅 사고력 기반 융합인재교육 프로그램의 효과성을 검증하기 위하여 융합적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고력 검사를 선정하고, 수정·보완하여 사전-사후 검사로 적용하였다.
- 컴퓨팅 사고력 검사 도구는 권정인(2014), 이은경(2009), 김종혜(2009)에서 개발된 컴퓨팅 사고력 검사지를 분석하여 전문가(컴퓨터교육 전공 교수 1인, 석·박사과정 대학원생 5인으로 구성) 회의를 거쳐 초등학생용으로 수정·보완한 후 적용하였다[9][10][11].
대상 데이터
- 첫째, 컴퓨팅 사고력 기반 융합인재교육 프로그램의 효과성을 검증하기 위하여 융합적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고력 검사를 선정하고, 수정·보완하여 사전-사후 검사로 적용하였다. 둘째, 실험집단 23명, 통제집단 26명으로 구성된 연구대상 49명을 선정하여 컴퓨팅 사고력 기반 융합인재교육 수업을 실시하였다. 셋째, 사전-사후 대응표본 t-test 결과 실험집단의 경우 융합적 사고력의 하위 요소인 과학 선호도, 자기주도 학습능력의 요인에 효과적인 것으로 나타났다(p < .
- 본 연구는 개발된 CT-STEAM 프로그램의 효과성 검증을 위해 4~6학년 프로그램 10차시를 한 학기에 걸쳐 C시 소재 초등학교 4~6학년 학생 49명을 대상으로 적용하였다. 이 때, 실험집단 23명의 학생에게는 CT-STEAM 과학 수업을 실시하였고, 통제집단 26명의 학생에게는 기존의 일반적인 과학 교과 수업을 실시하였다.
- 본 연구에 참여한 연구 대상자의 일반적인 특성은 <표 6>과 같다. 본 연구는 실험집단 23명, 통제집단 26명으로 총 49명을 대상으로 진행하였다. 실험집단의 남자 비율은 47.
데이터처리
- 셋째, 실험집단과 통제집단에 각각 사후 융합적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고력 검사를 실시한다. 마지막으로, SPSS 18.0을 이용하여 대응표본 t-test를 유의수준 .05의 수준에서 검정한다. <그림 2>는 이를 도식화하여 나타낸 것이다.
- 컴퓨팅 사고력 검사 도구는 권정인(2014), 이은경(2009), 김종혜(2009)에서 개발된 컴퓨팅 사고력 검사지를 분석하여 전문가(컴퓨터교육 전공 교수 1인, 석·박사과정 대학원생 5인으로 구성) 회의를 거쳐 초등학생용으로 수정·보완한 후 적용하였다[9][10][11]. 본 연구팀에서 개발한 초등학생용 컴퓨팅 사고력 검사의 신뢰도는 .692으로 나타났지만, 문항번호 4-1의 경우 신뢰도를 저해하는 문항으로 판단하고, 제거한 결과 신뢰도는 .719로 상향 조정되어 1문항을 제거한 후 결과 분석을 실시하였다.
이론/모형
- 융합적 사고력 검사 도구는 한국과학창의재단에서 2012년에 개발하고 현재 표준화 작업 중에 있는 국가 수준 융합적 사고력 검사지를 활용하였다. 융합적 사고력 검사 도구의 근거는 국가과학기술자문회의(2002), 한국과학창의재단(2012)의 정책연구 등을 토대로 만들어진 것으로 사전검사 결과 융합적 사고력 검사의 신뢰도는 .
성능/효과
- CT 경험 정도는 ‘경험이 없다’거나 ‘잘 모른다’라고 응답한 학생이 실험집단 91.3%, 통제집단 88.5%를 차지해 대부분의 학생들이 컴퓨팅 사고력에 대한 수업 기회를 갖지 못했음을 알 수 있었다.
- 셋째, 사전-사후 대응표본 t-test 결과 실험집단의 경우 융합적 사고력의 하위 요소인 과학 선호도, 자기주도 학습능력의 요인에 효과적인 것으로 나타났다(p < .05).
- 이러한 CT-STEAM을 실제 교육현장에 적용하기 위한 수단을 고려해 볼 때, 스크래치 프로그래밍은 생각을 실천하고 공유하는 과정을 지속적으로 반복하도록 하여 어린 학생들이 창의적인 습관을 키울 수 있도록 만든 인터프리터 방식의 교육용 프로그래밍언어(Educational Programming language: EPL)로서 매우 적절한 도구라고 할 수 있다. 스크래치는 아이들이 생각하는 알고리즘을 블록과 같은 도구로 내장된 논리적 프로그래밍을 서로 결합하는 방식을 채택함으로서, 기존의 텍스트 입력방식의 C, BASIC 등의 전통적인 프로그래밍 언어가 가지는 문법의 어려움, 코딩의 어려움 등을 극복하였다. 또한 초등학생들이라도 자신의 생각을 스토리텔링을 기반으로 한 애니메이션, 음악 등의 멀티미디어적인 장치들을 활용하여 간단한 표현만으로도 쉽게 구현할 수가 있다.
- 실험집단의 경우 사전-사후 컴퓨팅 사고력 점수가 6.16에서 8.60으로 향상되어 유의한 차이가 나는 것으로 나타났다(p=.015, <.05).
- 본 연구는 실험집단 23명, 통제집단 26명으로 총 49명을 대상으로 진행하였다. 실험집단의 남자 비율은 47.8%, 통제집단의 남자 비율은 46.2%로 나타나 비교적 균일한 성비를 지니고 있었다. 학년 비율의 경우 실험집단의 초 6학년 비율이 43.
- 이은경(2013)의 연구에서는 스크래치를 활용하여 중학교 1학년 학생들을 대상으로 하는 창의적 프로그래밍 학습을 설계하고 기 구안된 학습 활동이 학습자의 창의성 잠재력 및 컴퓨팅 사고력 발달에 미치는 영향을 확인하였다. 연구를 통해서 학습자들의 창의성 잠재력은 유의하게 증진되었으며, 컴퓨팅 사고력의 바탕이 되는 프로그래밍의 기본 개념과 원리도 적절히 습득되었음을 확인할 수 있었다. 특히 창의성 잠재력의 하위 요인 중에서 창의적 성격 및 아이디어 생성 행동 요인에서 유의한 향상을 보였고, 컴퓨팅 사고력 측정에서는 프로그래밍의 기본 개념인 순차, 반복, 조건, 이벤트 처리, 연산자에 대한 개념 이해 수준이 높게 나타난 것[17][18]으로 미루어 보아 스크래치를 활용한 이러한 다양한 교육적 시도가 컴퓨팅 사고력 향상의 촉매제 역할을 하고 있다는 점에서 매우 흥미로운 연구 결과라고 할 것이다.
- 즉, 학습자의 흥미를 극대화하고 STEAM의 각 요소들을 적절히 융합한 마이크로 컨트롤러(Micro Controller)를 활용한 플랫폼 연결 방식의 피지컬 컴퓨팅(Physical Computing) 기반 STEAM 교육 아웃리치 프로그램이 바로 그것이다. 이 프로그램은 체험형 교육 프로그램으로 좀 더 많은 학생들이 정보과학 분야에 관심을 가지고 진로를 정하는데 도움을 주었고, 무엇보다도 실제 학교 교육 현장에서 보편적으로 활용되지 못하고 있는 마이크로 컨트롤러를 활용한 피지컬 컴퓨팅 기반 STEAM 교육 프로그램이라는 데 큰 의의가 있다고 할 수 있다. 한편 평소 정보과학에 관심 있던 학생들에게는 보다 더 심화된 교육 프로그램을 제공할 수 있었다[12].
- 컴퓨팅 사고력에 대한 경험 경로 또한 실험집단과 통제집단에서 각각 87%, 84.6%의 학생들이 ‘잘 모른다’고 응답하여 경험이 부족하다는 것을 알 수 있었다.
- 미래형 교육과정은 핵심역량 중심의 교육과정으로 논의되면서 SW 역량에 대한 중요성이 강조되고 있다. 특히, 초등학생 수준에서 다룰 수 있는 레고 블록과 같은 블록 쌓기 놀이 방식으로 학습하는 프로그래밍 언어(Building Block Programming Language)인 스크래치를 활용해서 융합인재교육을 실시해봤을 때, 학생의 과학에 대한 호기심과 흥미, 과학 학습에 대한 진로 선택 의지나 과제 실행 의지에 있어서도 유의한 효과가 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 요컨대 컴퓨팅 사고력 기반 융합인재교육 프로그램이 학생의 융합적 사고력과 컴퓨팅 사고력을 신장시키는 데에 효과가 있으며, 본 연구에서 사용한 스크래치 이외에도 컴퓨팅 사고를 학습할 수 있는 툴이 있다면 융합인재교육과 연계하여 다양한 프로그램을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
- 05). 즉, 컴퓨팅 사고력 기반 융합인재교육이 컴퓨팅 사고력을 높이는 데에 효과적인 것으로 나타나 향후 스크래치, 아두이노, 로봇 등과 같은 다양한 컴퓨팅 도구를 활용한 융합인재교육 프로그램의 개발이 필요함을 알 수 있었다.
- 높은 과학학습 성취도에 비해 과학 학습에 대한 흥미도가 상대적으로 매우 낮은 우리나라 과학교육의 현실[19][20]을 고려해볼 때 학생의 흥미 유발에 효과적인 이 같은 다양하고 효율적인 컴퓨팅 도구를 활용한 여러 유형의 융합인재교육 프로그램의 개발은 매우 필요하다고 생각한다. 향후, 미래 지식기반사회를 이끌어 나갈 학생들의 흥미를 충족시킬 수 있는 컴퓨팅 사고력 기반 융합인재교육 프로그램이 개발되어 교육 현장에 적용될 수 있기를 희망한다.
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