2011년부터 본격적으로 도입되기 시작한 융합인재교육은 2009개정 교육과정에 과학교과에 반영되기 이르렀다. 그러나 이러한 상황은 학문적 연구 성과에 기인하기 보다는 정책적으로 결정된 측면이 크다. 그러므로 융합인재교육에 대한 실천적 효과에 대한 연구가 요구된다. 본 연구자는 2012년부터 2014년까지 초등학교 4학년생들에게 피지컬 컴퓨팅 기반의 스팀 교육 프로그램을 구안하여 적용하였다. 효과를 연구하기 위해 과학적 태도, 과학적 문제해결력, 청소년 심리검사, 논리적 문제 해결력, 학교 교육과정만족도 등의 검사를 사전, 사후로 나누어 실시하였다. 그 결과 과학적 태도, 논리적 문제 해결력, 교육과정만족도는 3년간 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 스팀교육의 도입된 필요성인 학업성취도에 비해 낮은 과학에 대한 흥미와 호기심을 키우는데 스팀교육의 필요성을 확인하는 결과라고 할수 있다. 본 연구를 통해 컴퓨팅 기반의 스팀 프로그램은 과학적 태도, 논리적 문제 해결력, 학교만족도등에 영향을 미친다는 결론을 얻을 수 있었다.
2011년부터 본격적으로 도입되기 시작한 융합인재교육은 2009개정 교육과정에 과학교과에 반영되기 이르렀다. 그러나 이러한 상황은 학문적 연구 성과에 기인하기 보다는 정책적으로 결정된 측면이 크다. 그러므로 융합인재교육에 대한 실천적 효과에 대한 연구가 요구된다. 본 연구자는 2012년부터 2014년까지 초등학교 4학년생들에게 피지컬 컴퓨팅 기반의 스팀 교육 프로그램을 구안하여 적용하였다. 효과를 연구하기 위해 과학적 태도, 과학적 문제해결력, 청소년 심리검사, 논리적 문제 해결력, 학교 교육과정만족도 등의 검사를 사전, 사후로 나누어 실시하였다. 그 결과 과학적 태도, 논리적 문제 해결력, 교육과정만족도는 3년간 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 스팀교육의 도입된 필요성인 학업성취도에 비해 낮은 과학에 대한 흥미와 호기심을 키우는데 스팀교육의 필요성을 확인하는 결과라고 할수 있다. 본 연구를 통해 컴퓨팅 기반의 스팀 프로그램은 과학적 태도, 논리적 문제 해결력, 학교만족도등에 영향을 미친다는 결론을 얻을 수 있었다.
STEAM education introduced full-scale since 2011, it was reflected in the 2009 modified science curriculum. Partially it was decided not by result of study, but by the government policy. So practical study was needed for steam education. The researchers have studied effect of steam education based o...
STEAM education introduced full-scale since 2011, it was reflected in the 2009 modified science curriculum. Partially it was decided not by result of study, but by the government policy. So practical study was needed for steam education. The researchers have studied effect of steam education based on physical computing from 2012 to 2014 on fourth grader. To study of effects of steam education, the researcher administer pre-to-post of science attitude test, science achievement test, logical ability test, psychological test for youth, satisfaction level test for school curriculum. The result shows that science attitude, logical ability, and satisfaction level for school curriculum of steam treatment group were enhanced. We conclude that steam education solve the proposed problem which low motivation and interest for science in comparison with science achievement.
STEAM education introduced full-scale since 2011, it was reflected in the 2009 modified science curriculum. Partially it was decided not by result of study, but by the government policy. So practical study was needed for steam education. The researchers have studied effect of steam education based on physical computing from 2012 to 2014 on fourth grader. To study of effects of steam education, the researcher administer pre-to-post of science attitude test, science achievement test, logical ability test, psychological test for youth, satisfaction level test for school curriculum. The result shows that science attitude, logical ability, and satisfaction level for school curriculum of steam treatment group were enhanced. We conclude that steam education solve the proposed problem which low motivation and interest for science in comparison with science achievement.
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문제 정의
기존의 피지컬 컴퓨팅 기반의 스팀프로그램에 대한 효과에 관한 연구 결과는 1년 단위의 연구로서 일반화하기 위해서는 같은 교육프로그램을 또래 집단에 종단적으로 적용할 필요가 있다[1][2]. 그래서 본 연구에서는 유사종단 연구조사를 위해 2012년부터 2014년까지 4학년 또래 학생들에게 피지컬 기반의 융합인재교육 프로그램을 적용하였을 때 과학적 문제해결력, 과학적 태도, 논리적 문제 해결력, 학교 만족도등을 조사하고 2012년부터 2014년까지 연도별 검사결과를 분석하여 효과성에 대해 연구해 보고자 한다.
본 연구의 STEAM 교육 프로그램은 과학, 프로그래밍 등의 내용을 포함하고 있다. 그러므로 과학적 문제 해결력, 논리적 문제 해결력 등의 인지적 영역과 STEAM 수업 모형에서 강조하는 태도영역을 측정하기 위해 과학적 문제 해결력, 청소년 심리검사, 학교만족도등의 정의적 영역에 대한 효과를 연구하고자 한다.
제안 방법
3개년동안 공통적으로 실시한 검사는 과학적 태도, 학생심리검사, 학교교육과정만족도 검사이다. 2년차도 부터는 논리적 검사를 추가로 실시하였다. 통제집단은 다른 지역의 4학년 학생들을 무작위로 협조를 받아 선정하였다.
4학년은 스팀교육처치를 받았고, 나머지 학년은 스팀교육을 받지 않았다. 2차년도부터는 스팀 교육을 받지 않은 다른 학교의 4학년 학생들과 비교하였다. 스팀 교육을 받은 그룹은 학교 교육과정 만족도에 있어서 유의미하게 만족도가 높다는 것을 확인할 수 있다.
과학적 문제 해결력 검사 결과가 <표6>에 제시되어 있다. 과학적 문제 해결력검사는 1차년도에는 실시하지 못하고 2, 3차 년도에 실시하였다. 2년동안 실시한 검사에서 유의미한 결과를 보인 영역은 변인의 확인과 통제 이다.
교육과정만족도 검사 결과가 <표8>에 제시되어 있다. 교육과정 만족도는 1차년도에는 스팀 교육처치를 받은 학교의 다른 학년과 비교하였다. 4학년은 스팀교육처치를 받았고, 나머지 학년은 스팀교육을 받지 않았다.
논리적 문제 해결력 검사 결과가 <표7>에 제시되어 있다. 논리적 문제 해결력검사는 1차년도에는 실시하지 못하고 2, 3차 년도에 실시하였다. 2년 동안 모두 유의미한 결과를 보인 영역은 보존 논리와 조합논리이다.
본 연구에서는 스팀 교육의 효과를 측정하기 위해 2012년 실시했던 과학적 문제해결력, 과학적 태도, 교육과정 만족도, 학생심리검사에 더하여 2013년부터는 논리적 문제 해결력 검사를 추가하였다. 본 연구의 교육프로그램이 스크래치 프로그래밍을 포함하고 있으므로 이것이 어떤 영향이 있는지 확인할 필요가 있다.
본 연구의 피지컬 컴퓨팅 프로그램은 본 연구자가 2012년에 개발한 프로그램을 적용하였다[1]. 개발된 프로그램을 20차시로 구성되어 있다.
대상 데이터
그러나 3년간 전국의 다양한 배경의 4학년 학생들을 선정하여 이를 보완 할 수 있도록 하였다. 2년째에는 과학연구학교 4학년을 선정하였고, 3년차에는 스팀 수업을 받고 있는 4학년 학생을 선정하였다.
본 연구는 2012년부터 2014년까지 3년동안 초등학교 4학년 학생들을 대상으로 이루어 졌다.<표1>은 연도별 연구 대상이다.
본 연구는 2012년부터 2014년까지 3년동안 초등학교 4학년 학생들을 대상으로 이루어 졌다.<표1>은 연도별 연구 대상이다.
각 연구대상에 실시한 검사도 함께 제시하였다. 전체 참여 대상은 3년간 전국의 4학년 학생 859명이다.3개년동안 공통적으로 실시한 검사는 과학적 태도, 학생심리검사, 학교교육과정만족도 검사이다.
2년차도 부터는 논리적 검사를 추가로 실시하였다. 통제집단은 다른 지역의 4학년 학생들을 무작위로 협조를 받아 선정하였다.
데이터처리
학생들의 과학적 태도를 검사를 분석한 결과가<표4>에 나타나 있다. 1차년도에서는 사전 검사를 실시하지 못해 ANOVA 분석을 실시하였고, 사전, 사후 검사를 실시한 2차년도부터는 사전검사를 공변인으로 하는 ANCOVA 분석을 실시하였다. 분석 결과는 모두 Levene 검정을 실시하였고, 그 결과에 따라 결과를 제시하였다.
1차년도에서는 사전 검사를 실시하지 못해 ANOVA 분석을 실시하였고, 사전, 사후 검사를 실시한 2차년도부터는 사전검사를 공변인으로 하는 ANCOVA 분석을 실시하였다. 분석 결과는 모두 Levene 검정을 실시하였고, 그 결과에 따라 결과를 제시하였다. 검정 분석결과를 보면 3년 동안 모두 유의미한 결과를 보이는 영역은 과학에 대한 수용적 태도, 과학수업에 대한 즐거움 이었다.
이론/모형
본 연구에서 적용한 수업 모형은 4C-STEAM 수업 모형이다. 수업모형에서 강조하는 것은 과학에 대한 학생들의 호기심 흥미를 키우며, 특히 감성적 체험을 통해 타인과의 소통과 관계, 타인에 대한 배려 등을 키우도록 하는 것이다.
성능/효과
분석 결과는 모두 Levene 검정을 실시하였고, 그 결과에 따라 결과를 제시하였다. 검정 분석결과를 보면 3년 동안 모두 유의미한 결과를 보이는 영역은 과학에 대한 수용적 태도, 과학수업에 대한 즐거움 이었다. 이것은 스팀 교육의 필요성을 보여주는 결과라 할 수 있다.
그러나 스팀 수업을 통해서 타인에 대한 배려심이나 사회적 관계 향상 등의 결과를 가져왔다고는 결론을 내릴 수 있는 근거는 부족하였다. 결론적으로 스팀 교육은 제기된 과학교육의 문제를 해결할 수 있음을 본 연구는 지지한다고 할 수 있다. 본 연구의 제한점으로 비교 집단과 통제 집단의 수의 차이에 의해 비교집단의 평균이 높아 질 수 있다.
또한 학교 교육과정에 대한 만족도를 높여 학교생활에 애착을 키울 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 피지컬 컴퓨팅 기반의 스팀 교육은 다른 스팀 교육프로그램과는 달리 논리적 사고력에 향상에도 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 변인을 구별하는 과학적 문제 해결력의 일부 영역에서도 3년간 꾸준히 향상이 있음을 확인할 수 있었다.
피지컬 컴퓨팅 기반의 스팀 교육은 학생들의 과학에 대한 수용적 태도와 과학수업에 대한 흥미를 높일 수 있다. 또한 학교 교육과정에 대한 만족도를 높여 학교생활에 애착을 키울 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 피지컬 컴퓨팅 기반의 스팀 교육은 다른 스팀 교육프로그램과는 달리 논리적 사고력에 향상에도 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
후속연구
본 연구에서는 스팀 교육의 효과를 측정하기 위해 2012년 실시했던 과학적 문제해결력, 과학적 태도, 교육과정 만족도, 학생심리검사에 더하여 2013년부터는 논리적 문제 해결력 검사를 추가하였다. 본 연구의 교육프로그램이 스크래치 프로그래밍을 포함하고 있으므로 이것이 어떤 영향이 있는지 확인할 필요가 있다. 연구에 의하면 프로그래밍은 논리적 사고력을 향상시킨다는 증거가 있다[2][5].
결론적으로 스팀 교육은 제기된 과학교육의 문제를 해결할 수 있음을 본 연구는 지지한다고 할 수 있다. 본 연구의 제한점으로 비교 집단과 통제 집단의 수의 차이에 의해 비교집단의 평균이 높아 질 수 있다. 피지컬 컴퓨팅 기반 스팀 프로그램 처치 학교 선정에 어려움이 있어 같은 수의 학생을 구성하지 못하였다.
또, 센서나 피지컬 컴퓨팅의 일반적인 방법을 이용하여 STEAM 프로그램을 개발하고 효과를 연구한 연구들도 있다[1][2]. 피지컬 컴퓨팅을 STEAM교육에 활용하고 효과를 연구하는 것은 앞으로 다양한 교육장면에 적용하고 그 효과를 연구할 필요가 있다. 이러한 연구들은 대부분 1년 이하의 기간에 이루어 졌다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Paul Rosenbloom의 주장이 힘을 얻고 있는 배경은 무엇인가?
”고 하였다. 이러한 그의 주장은 폭발적적인 지식의 증가와 융합과 창의의 시대를 맞이하여 힘을 얻고 있다.
융합인재교육이 과학교육에 그치지 않고 모든 과목에서 하기로 한 교육과정은 무엇인가?
그러나 이러한 상황은 학문적 연구 성과에 기인하기 보다는 정책적으로 결정된 측면이 크다. 2015개정 교육과정에서는 한발 더 나아가 융합을 단지 과학교육에 그치지 않고 교육과정에서 모든 과목에서 융합을 주요 목표로 정하였다[4]. 이러한 시대적 배경은 2015개정 교육과정에서 융합의 목표를 달성하기 위해서는 컴퓨팅을 융합을 위한 주요 수단으로서의 도입의 필요성을 시사 한다고 할 수 있다.
구성주의 학습이론에 따르면 어떻게 하면 학습이 효율적으로 이루어지는가?
구성주의 학습이론에 의하면 학습 및 과제의 성격이 실제 생활과 밀접하게 연결하여 구체적 성격의 과제를 풀어가는 것이 학습자의 동기부여와 산지식(defossilized knowledge)의 구성을 조장하여 학습이 효율적으로 이루어진다고 하였다[11].
참고문헌 (14)
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김석희, & 유헌창. (2014). 컴퓨터활용교육: 2년간의 추적 연구를 통한 Physical Computing 기반의 STEAM 프로그램의 효과. 컴퓨터교육학회논문지, 17(2), 77-86.
김태훈, & 김종훈. (2013). 컴퓨터교과교육: Kodu 를 이용한 프로그래밍 학습이 초등학생의 논리적 사고력과 학습 흥미에 미치는 영향. 컴퓨터교육학회논문지, 16(3), 13-22.
교육부,(2014) 2015 문.이과 통합형 교육과정 총론 주요 사항, Retrieved: http://ncic.re.kr/nation.revise.board.view.do
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