[논문]블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 수업에서 학생들의 컴퓨팅 사고력에 대한 인식 및 과학적 태도 변화 연구

한신; 김형범

doi:10.15523/jksese.2019.12.2.131

블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 수업에서 학생들의 컴퓨팅 사고력에 대한 인식 및 과학적 태도 변화 연구
A Study on the Change of the Perception of Students' Computational Thinking and Scientific Attitudes in Earth Science Classes Using a Block-based Coding 원문보기

대한지구과학교육학회지 = Journal of the Korean society of earth science education, v.12 no.2, 2019년, pp.131 - 140

초록
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이 연구에서는 창의교육의 일환으로 컴퓨팅 사고력을 개발할 수 있는 블록형 코딩프로그램을 활용해 지구과학 교수 학습에 적용하여 컴퓨팅 사고력에 대한 인식과 과학적 태도가 어떻게 변화되는지를 알아보고자 하였다. 연구 결과를 바탕으로 결론을 정리하면 다음과 같다. 첫째, 초등학생들에게 적용할 수 있는 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 개발하였다. 총 12차시로 구성된 프로그램은 학생 활동중심의 문제를 제공하여 다양한 사고를 학생들이 유도할 수 있도록 탐구활동을 설계하였다. 둘째, 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 통해 컴퓨터 프로그램 활용에 대한 자신감, 컴퓨터 활용통합학습, 컴퓨팅 사고력에 대한 자신감 및 컴퓨팅 사고력을 활용한 문제해결 요인에서 유의미한 결과를 나타냈다. 셋째, 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램은 호기심, 비판성, 협동성, 끈기, 창의성 항목에서 유의미한 차이를 나타내었다. 이것은 학생들이 문제를 접했을 때 의문을 갖고 이를 해결하는 과정에서 효과를 나타낸 것이라고 판단할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a block-base coding that could develop computing thinking was applied to Earth science teaching and learning to identify how the perception of computational thinking and scientific attitude was changed as part of creativity education. Based on the results of the study, the conclusions are as follows: First, an Earth science education program was developed using a block-based coding for elementary school students. The 12-hour program was designed for inquiry activities to encourage students to engage in various thinking by providing them with activity-oriented problems. Second, the Earth science education program using a block-based coding showed significant results in confidence in the use of a computer program, integrated learning with a computer, computational thinking, and problem-solving factors with computational thinking. Third, the Earth science education program using block-based coding showed significant differences in the categories of curiosity, criticism, cooperation, persistence, and creativity. It could be judged that it was effective for students in the process of questioning and trying to solve the problem themselves.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Class progression process of block-based coding
그림 Fig. 2. Products that program solar system members
그림 Fig. 3. Product that programed the size of the solar system planet
표 Table 1. Experimental Design
표 Table 2. Categories and Factors of Computational Thinking questionaire
표 Table 3. Paired sample t-test of computational thinking
표 Table 4. Paired sample t-test of scientific attitude

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 이 연구에서는 ‘알고리즘과 프로그래밍’ 영역 및 초등학교5학년 지구과학 영역의 성취기준을 달성하기 위해 지구과학 교과 내용과 관련지어 구성한 탐구활동을 학생들이 어떠한 과정으로 프로그램을 설계하고, 제작 및발표하는지를 관찰하였다.
그리고 이 연구에서는 ‘알고리즘과 프로그래밍’ 영역및 초등학교 5학년 지구와 우주 영역의 성취기준을 달성하기 위해 지구과학 교과 내용과 관련지어 구성한탐구활동을 학생들이 어떠한 과정으로 프로그램을 설계하고, 제작 및 발표하는지를 관찰하였다.
따라서 이 연구에서는 선행연구들의 문제점을 바탕으로 컴퓨팅 사고력을 개발할 수 있는 블록형코딩 프로그램을 활용해 지구과학 교수·학습에 적용하여 시사점을 찾고, 컴퓨팅 사고력에 대한 인식과 과학적 태도가 어떻게 변화되는지를 알아보고자 한다.
이 연구에서는 창의교육의 일환으로 컴퓨팅 사고력을 개발할 수 있는 블록형 코딩프로그램을 활용해 지구과학 교수·학습에 적용하여 컴퓨팅 사고력에 대한인식과 과학적 태도가 어떻게 변화되는지를 알아보고자 하였다.
이 연구에서는 초등학생들의 컴퓨팅 사고력을 개발하기 위해 교육부(2015)가 제시한 소프트웨어교육 운영 지침 중 초등학교의 성취기준 중 ‘알고리즘과 프로그래밍’ 영역을 기반으로 개발하였다.
이 연구에서는 컴퓨팅 사고력을 개발할 수 있는 블록형 코딩프로그램을 활용해 지구과학 교수·학습에 적용하여 컴퓨팅 사고력에 대한 인식과 과학적 태도가어떻게 변화되는지를 알아보고자 하였다.
학생 활동중심 프로그램은 학생들의 반성적 사고와적절한 피드백이 가능하며, 적절한 탐구활동에도 도움이 된다(채동현 등, 2016). 이에 이 연구에서는 학생 활동중심의 문제를 제공하여 학생들의 흥미와 호기심을유도할 수 있는 탐구활동을 설계하였다. 그리고 이 연구에서는 ‘알고리즘과 프로그래밍’ 영역 및 초등학교5학년 지구과학 영역의 성취기준을 달성하기 위해 지구과학 교과 내용과 관련지어 구성한 탐구활동을 학생들이 어떠한 과정으로 프로그램을 설계하고, 제작 및발표하는지를 관찰하였다.
지구과학 교육프로그램을 적용하기 위해 교사들과소트웨어교육 전문가들이 지도안을 함께 작성하고, 과학교육 전문가의 검토와 자문을 거쳤다. 컴퓨팅 사고력, 창의적 사고, 논리적 사고, 반성적 사고, 알고리즘을 이해하고 설계하는 등의 과학교육과 소프트웨어교육의 목표가 수업 지도안 및 수업 활동에 잘 적용되게하기 위해 4차에 걸쳐 회의를 진행했다. 이 수업 속에는 학생들 스스로 문제를 확인하고 나누면서 알고리즘을 고려해 단계를 직접 설정하며, 데이터 정렬 및 분석과정을 거치도록 하는 과정이 포함되어 있다.

제안 방법

블록형 코딩프로그램을 활용한 ‘지구와 우주’ 영역의 수업은 6주에 걸쳐 12차시 수업으로 진행되었으며,그 과정은 Fig. 1과 같다.
이 연구에서는 개발된 프로그램을 5학년 학생들을 대상으로 과학 시간과 창의적 재량활동 시간에 투입했다.수업은 지도안을 함께 개발한 교사들과 소프트웨어교육전문가 2인이 직접 진행하였고, 그 수업의 효과성을 검증하기 위해 컴퓨팅 사고력 인식 및 과학적 태도 검사를실시하였다. 컴퓨팅 사고력 인식 및 과학적 태도 검사는단일집단 사전사후 검사(t-검정)를 실시하였다(Table 1).
이 연구에서는 ‘지구와 우주’ 영역의 지구과학교육프로그램을 적용하여 초등학생들의 컴퓨팅 사고력에 대한 인식 변화를 측정하였다.
이 연구에서는 개발된 프로그램을 5학년 학생들을 대상으로 과학 시간과 창의적 재량활동 시간에 투입했다.수업은 지도안을 함께 개발한 교사들과 소프트웨어교육전문가 2인이 직접 진행하였고, 그 수업의 효과성을 검증하기 위해 컴퓨팅 사고력 인식 및 과학적 태도 검사를실시하였다.
이 연구에서는 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 통해 학생들의 컴퓨팅 사고력에대한 인식 변화를 알아보았으며, 그 결과는 Table 3과같다. 연구 결과 컴퓨터 프로그램 활용에 대한 자신감,컴퓨터 활용 통합학습, 컴퓨팅 사고력에 대한 자신감및 컴퓨팅 사고력을 활용한 문제해결 요인에서 유의수준 95%에서 유의확률 .
이 연구에서는 ‘지구와 우주’ 영역의 지구과학교육프로그램을 적용하여 초등학생들의 컴퓨팅 사고력에 대한 인식 변화를 측정하였다. 이를 위해 장희선(2013)의개발 도구와 교육부(2015)가 제시한 성취기준 및 컴퓨팅사고력의 구성요소를 기반으로 검사도구를 수정, 보완하여 사용하였다. 컴퓨팅 사고력 인식 검사지는 5개 영역으로 구분되며, 그 영역은 컴퓨터 프로그램 활용에 대한 자신감, 컴퓨터 프로그래밍 언어학습 인지, 컴퓨터를활용한 통합학습, 컴퓨팅 사고력에 대한 자신감, 문제해결로 구성되어 있다.
이를 위해 천문학적 공간개념 및 추상적인 개념이 많아 배우기 힘든(신명렬과 이용섭, 2011) ‘지구와 우주’ 영역을 선택하여초등학생들이 적절한 해결 방법을 생각해 낼 수 있는 주제를 탐색하였다.
이를 위해 천문학적 공간개념 및 추상적인 개념이 많아 배우기 힘든(신명렬과 이용섭, 2011) ‘지구와 우주’ 영역을 선택하여초등학생들이 적절한 해결 방법을 생각해 낼 수 있는 주제를 탐색하였다. 주제 선정을 위해 초등학교 교사 7명, 지구과학교육 전문가 2명, 소프트웨어교육 전문가 2인의자문을 받으면서 주제의 적절성을 검토하였다. 그 결과 “태양계 구성원, 태양계 행성 크기 비교, 태양계 행성과 태양까지의 거리 비교”를 주제로 선정하였다.
첫째, 초등학생들에게 적용할 수 있는 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 개발하였다. 총 12차시로 구성된 프로그램은 학생 활동중심의 문제를 제공하여 흥미와 호기심, 문제해결 방법을학생들이 유도할 수 있도록 탐구활동을 설계하였다.
첫째, 초등학생들에게 적용할 수 있는 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 개발하였다. 총 12차시로 구성된 프로그램은 학생 활동중심의 문제를 제공하여 흥미와 호기심, 문제해결 방법을학생들이 유도할 수 있도록 탐구활동을 설계하였다.
첫째, 초등학생들에게 적용할 수 있는 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을개발하였다. 총 12차시로 구성된 프로그램은 학생 활동중심의 문제를 제공하여 다양한 사고를 학생들이 유도할 수 있도록 탐구활동을 설계하였다. 둘째, 블록형코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 통해 컴퓨터 프로그램 활용에 대한 자신감, 컴퓨터 활용통합학습, 컴퓨팅 사고력에 대한 자신감 및 컴퓨팅 사고력을 활용한 문제해결 요인에서 유의미한 결과를 나타냈다.
첫째, 초등학생들에게 적용할 수 있는 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 개발하였다. 총 12차시로 구성된 프로그램은 학생 활동중심의 문제를 제공하여 흥미와 호기심, 문제해결 방법을학생들이 유도할 수 있도록 탐구활동을 설계하였다.그리고 이 연구에서는 ‘알고리즘과 프로그래밍’ 영역및 초등학교 5학년 지구와 우주 영역의 성취기준을 달성하기 위해 지구과학 교과 내용과 관련지어 구성한탐구활동을 학생들이 어떠한 과정으로 프로그램을 설계하고, 제작 및 발표하는지를 관찰하였다.

대상 데이터

이 연구는 2019년 3월~4월까지 6주의 기간 동안 경기도 S시 소재의 초등학교 5학년 학생 152명을 대상으로 하였다. 이 학교는 총 38학급으로 구성되어 있고, 5학년은 7학급이다.
이 연구는 2019년 3월~4월까지 6주의 기간 동안 경기도 S시 소재의 초등학교 5학년 학생 152명을 대상으로 하였다. 이 학교는 총 38학급으로 구성되어 있고, 5학년은 7학급이다. 이 학교는 S시의 도심에 위치해 있으며, 학부모들은 대체로 중산층이 많고 학생들의 교육에 관심이 많다.

데이터처리

수업은 지도안을 함께 개발한 교사들과 소프트웨어교육전문가 2인이 직접 진행하였고, 그 수업의 효과성을 검증하기 위해 컴퓨팅 사고력 인식 및 과학적 태도 검사를실시하였다. 컴퓨팅 사고력 인식 및 과학적 태도 검사는단일집단 사전사후 검사(t-검정)를 실시하였다(Table 1).

이론/모형

이 연구에서는 과학적 태도를 평가하기 위해 김효남등(1998)이 개발한 과학적 태도 검사지를 사용하였다.이 검사지는 일반적으로 통용되는 과학적 태도인 호기심, 개방성, 비판성, 협동성, 자진성, 끈기, 창의성으로총 7개 하위 요소로 구성되어 있으며, 전체 21문항이다.

성능/효과

둘째, 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 통해 코딩 프로그램 활용에 대한 자신감, 컴퓨터 활용 통합학습, 컴퓨팅 사고력에 대한 자신감 및 컴퓨팅 사고력을 활용한 문제해결 요인에서 유의수준 95%에서 유의확률 .05 이하로 유의미한 통계적 검정 결과를 나타내었다(p<.05). 블록형 코딩프로그램을 활용하면 학생들이 과학 문제를 찾고 해결하는과정에서 자신감을 갖는데 긍정적인 영향을 미치며,다른 과목과 통합 혹은 융합수업을 진행하는데 도움이될 것이다.
총 12차시로 구성된 프로그램은 학생 활동중심의 문제를 제공하여 다양한 사고를 학생들이 유도할 수 있도록 탐구활동을 설계하였다. 둘째, 블록형코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 통해 컴퓨터 프로그램 활용에 대한 자신감, 컴퓨터 활용통합학습, 컴퓨팅 사고력에 대한 자신감 및 컴퓨팅 사고력을 활용한 문제해결 요인에서 유의미한 결과를 나타냈다. 셋째, 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램은 호기심, 비판성, 협동성, 끈기, 창의성 항목에서 유의미한 차이를 나타내었다.
셋째, 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램은 과학적 태도의 7가지 요인 중 호기심,비판성, 협동성, 끈기, 창의성 항목에서 유의미한 차이를 나타내었다. 이것은 학생들이 직접 문제를 해결하는 과정에서 의문을 갖고 이를 해결하려는 과정에서효과를 나타낸 것이라고 판단할 수 있다.
둘째, 블록형코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램을 통해 컴퓨터 프로그램 활용에 대한 자신감, 컴퓨터 활용통합학습, 컴퓨팅 사고력에 대한 자신감 및 컴퓨팅 사고력을 활용한 문제해결 요인에서 유의미한 결과를 나타냈다. 셋째, 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램은 호기심, 비판성, 협동성, 끈기, 창의성 항목에서 유의미한 차이를 나타내었다. 이것은 학생들이 문제를 접했을 때 의문을 갖고 이를 해결하는과정에서 효과를 나타낸 것이라고 판단할 수 있다.
연구 결과 과학적 태도의 7가지 요인 중 호기심, 비판성, 협동성, 끈기, 창의성 항목에서는 유의미한 차이를 나타내었다. 이러한 결과는 학생들이 창의적인 산출물을 만들 때 창의성, 비판성, 끈기 요인에 긍정적인 영향을 끼친다고 한 정희진과 이형철(2018)의 연구 결과와도 비슷하다.
연구 결과 컴퓨터 프로그램 활용에 대한 자신감,컴퓨터 활용 통합학습, 컴퓨팅 사고력에 대한 자신감및 컴퓨팅 사고력을 활용한 문제해결 요인에서 유의수준 95%에서 유의확률 .05 이하로 유의미한 통계적 검정 결과를 나타내었다(p<.05)
이러한 연구 결과를 통해 첫째, 사용하기 간편한 블록형 코딩프로그램을 활용하면 학생들이 과학 문제를찾고 문제를 분해, 추상화하는 과정에서 자신감을 갖는데 긍정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 이러한 연구 결과는 노희진과 백성혜(2015), 장희선(2013),황요한 등(2016), Romero 등(2017), Yadav 등(2018)의연구 결과와도 일치한다.

후속연구

둘째, 블록형 코딩프로그램을 활용하여 수업을 진행하게 되면 다른 과목을 통합 혹은 융합하는데 도움이 될 것으로 판단된다. 연구 결과에서도 나타났듯이학생들은 다른 과목을 배울 때도 블록형 코딩프로그램이 필요하다고 생각하였는데, 이는 김순화 등(2015)의연구 결과와 일치한다.
이러한 결과를 바탕으로 다음과 같은 제언을 하고자 한다. 첫째, 블록형 코딩프로그램을 활용한 교육프로그램이 다양한 학년 및 학문에서 개발될 필요가 있다. 둘째, 지금까지 과학교육에서는 코딩프로그램을활용한 연구가 적극적으로 이루어지지 않고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	컴퓨팅 사고가 가지는 강점은 무엇인가?	컴퓨팅 사고력은 사고(thinking)로써 컴퓨터 과학 전문가들이 문제 해결, 시스템 설계 및 인간을 이해할 때 도움을 주는 사고 도구이자 개념이다. 컴퓨팅 사고는 개인의 역량을 강화하여 다른 분야를 발전시키며, 국가경쟁력을 향상시키는데 도움이 되기 때문에 모두가 배워야 할 필요가 있다(NRC, 2010). 컴퓨팅 사고력이라는 용어는 Wing(2006)이 처음 사용하였는데, 전 세계적으로 적용할 수 있는 사고방식이고 기술이며 모든 사람을 위한 근본적인 기술이라고 언급하였다.
	컴퓨팅 사고력이란 무엇인가?	컴퓨팅 사고력은 사고(thinking)로써 컴퓨터 과학 전문가들이 문제 해결, 시스템 설계 및 인간을 이해할 때 도움을 주는 사고 도구이자 개념이다. 컴퓨팅 사고는 개인의 역량을 강화하여 다른 분야를 발전시키며, 국가경쟁력을 향상시키는데 도움이 되기 때문에 모두가 배워야 할 필요가 있다(NRC, 2010).
	블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램에서 과학적태도에 유의미한 차이가 나타난 이유는 무엇인가?	셋째, 블록형 코딩프로그램을 활용한 지구과학 교육프로그램은 과학적 태도의 7가지 요인 중 호기심, 비판성, 협동성, 끈기, 창의성 항목에서 유의미한 차이를 나타내었다. 이것은 학생들이 직접 문제를 해결하는 과정에서 의문을 갖고 이를 해결하려는 과정에서 효과를 나타낸 것이라고 판단할 수 있다. 블록형 코딩프로그램은 코딩 후 즉시 그 결과를 확인할 수 있고 학생 스스로 프로그램을 자유롭게 조작할 수 있는 장점이 있다.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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