[논문]TPACK 기반 테크놀로지 활용 STEAM 프로그램 개발 및 적용 효과 - 순환 기관을 중심으로 -

고동국; 홍승호

doi:10.15267/keses.2020.39.1.84

TPACK 기반 테크놀로지 활용 STEAM 프로그램 개발 및 적용 효과 - 순환 기관을 중심으로 -
Development and Application Effect of STEAM Program Using Technology Based on TPACK - Focused on the Circulatory System - 원문보기

초등과학교육 = Journal of Korean elementary science education, v.39 no.1, 2020년, pp.84 - 99

고동국 (외도초등학교) , 홍승호 (제주대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to develop a STEAM program using technological pedagogical and content knowledge (TPACK) model to effectively utilize technology to solve the difficulties in the teaching of 'structure and function of our body' unit in the primary science curriculum and to confirm the effect on the academic achievement, creative problem solving ability and scientific interests of elementary students. The program was developed as the STEAM program of the 8th class by utilizing the construction knowledge of the TPACK model. The developed program was applied to 29 experimental group students in 5th grade. And the textbook-oriented circulatory system learning program was applied to 29 5th graders in the same school. As a result of the application of the program, the experimental group showed significant improvement over the comparison group in its creative problem solving ability and scientific interests, and the satisfaction of the class was also high. This caused a positive effect on students because the process of self-directing information about the circulatory system using smart devices, making outputs creatively using 3D printers, and presenting them through role play using produced outputs.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Procedures of the study.
그림 Fig. 2. Development procedures of STEAM program using technology based on TPACK.
표 Table 1. The study subjects (단위 : 명)
표 Table 2. TPACK model elements applied to programs
표 Table 3. The main contents of STEAM program using TPACK model and STEAM elements according to class for experimental group
표 Table 4. The main contents of program according to class for comparison group
표 Table 5. The result on academic achievement
표 Table 6. The result on creative problem solving ability
표 Table 7. The result on scientific interests
그림 Fig. 3. The result of learner satisfaction survey of the STEAM class.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 초등과학과 교육과정 중 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원의 지도상의 어려움을 해결하고 테크놀로지를 수업에 효과적으로 활용하기 위하여 순환 기관을 학습 주제로 TPACK 기반 테크놀로지 활용 STEAM 프로그램을 개발하고, 이를 적용하여 초등학생의 학업성취도, 창의적 문제해결력 및 과학 흥미도에 미치는 영향을 분석하여 그 효과를 알아보았다.
본 연구에서는 다양한 첨단 과학기술이 도입되고 있는 시대 흐름에 따라 테크놀로지를 TPACK을 기반으로 수업에 활용하여 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 순환 기관을 학습 주제로 한 TPACK 기반 테크놀로지 활용 STEAM 프로그램을 개발하고 적용하며, 학습자의 학업성취도, 창의적 문제해결력 및 과학 흥미도에 어떠한 영향을 미치는 알아보고자 하였다.

가설 설정

단, 실험 집단과 비교 집단의 프로그램을 개발하는 과정에서 두 프로그램 간 제한점이 있다. 첫째, 학습 시간에 있어서 2차시의 차이가 있다. 이는 실험 집단 프로그램의 경우 산출물을 제작하기 위해 필요한 3D 프린터 활용 기술에 대한 학습 시간이 더 필요했기 때문이다.

제안 방법

2009 개정 초등 과학과 교육과정, 수업에서 테크놀로지 활용의 필요성, TPACK 이론, 학습자 중심의 학습 과정인 PBL, 실생활 문제를 중심으로 교육과정 재구성을 위한 STEAM 교육, 교육에서의 스마트 기기, 3D 프린팅 기술 활용 방법의 관련된 선행 연구들을 조사하고, 연구 주제 선정 및 연구에서의 활용 방안을 모색하였다. 선행 연구 결과를 참고하여 5~6학년 군 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원에서 순환 기관에 대한 학습 시간 1시간, 학습 주제와 관련된 국어 2시간, 수학 2시간, 실과 1시간, 미술 1시간, 창의적 체험활동 1시간을 활용한 8차시의 STEAM 프로그램(교수․학습 과정안, 교사용 지도자료 및 학생용 워크북)을 개발하였고, 타당도와 신뢰도를 확보하기 위하여 과학교육과 교수 1인, 박사 2인, 석사 1인, 석사 과정 3인의 전문가 집단에 수정, 삭제, 추가를 의뢰하고, 수정 및 보완하여 완성하였다.
그리고 심장에 문제가 있어 심폐소생술 하는 장면을 살펴보고, 심장이 우리 몸에서 중요한 역할을 한다는 사실을 이해하게 한 후, 순환 기관 상태가 좋지 않아 병원을 찾아온 환자를 위해 순환 기관을 제작하는 프로젝트 과제를 제시한다. 2차시에서는 조사 활동이 주된 활동으로 스마트 기기와 문헌 자료를 이용하여 순환의 의미, 순환 기관의 생김새와 하는 일에 대하여 알아보고, 주입기, 펌프를 이용하여 순환의 원리인 펌프 작용을 실험을 통해 알아보고, 상황에 따른 심장박동수를 측정을 해보도록 하였다. 3-4차시에서는 3D 프린팅 기술의 의미와 활용에 대하여 알아보고, 3D 프린팅 기술에 대하여 관심을 갖도록 하였다.
3창의적 문제해결력과 과학 흥미도의 경우에는 검사 도구를 활용하여 밝힐 수 없는 요인을 분석하기 위해서 각 영역별로 측정 결과가 많이 향상된 학생을 대상으로 추가 면담을 실시하였다. 면담은 구조화된 면접의 방법으로 사전에 면접할 질문을 먼저 선정하고, 학생들이 질문지에 면담 질문에 대한 답변을 먼저 간단히 작성한 후, 작성한 내용을 바탕으로 답변하도록 하였으며, 결과는 녹음, 전사하여 분석하였다
5단계에 걸쳐 정리한 내용과 지식을 프로그램 제작에 효과적으로 활용하기 위하여 TPACK을 기반으로 내용학 지식(순환 기관의 생김새와 하는 일),교육학 지식(문제 중심 학습 활용(PBL) 프로젝트 학습, 조사학습, 역할극), 테크놀로지 지식(스마트 기기, 3D 프린터 활용 기술)과 지식 간 융합적인 면, 학급과 학교의 상황과 맥락으로 재정리하였다.
추가적으로 학업성취도 사전 검사 결과는 학생들의 순환 기관에 대하여 가지고 있는 선개념을 파악하는 자료로도 활용하였다. STEAM 수업 만족도는 각 문항의 평균과 문항별 답변자 수를 기준으로 한 백분율을 구하여 결과를 정리하였다.
개발 단계에서는 준비 단계에서 정리한 내용을 활용하여 STEAM 프로그램 교수․학습 과정안, 교사용 지도자료, 학생용 워크을 제작하였으며, 개선단계에서는 개발한 프로그램을 전문가 집단의 피드백을 받아서 수정, 보완하였다.
비교 집단을 대상으로 한 프로그램은 교과서 내용을 기반으로 6차시의 프로그램을 개발하였으며, 동일한 전문가 집단의 검토와 자문을 받아 완성하였다. 개발한 프로그램은 교사의 능력, 수업 방법 등 교사 변인을 최소화하기 위해서 실험집단과 비교 집단 모두 동일한 교사가 적용하였다. 프로그램이 학생들에게 미치는 효과를 알아보고자 학업성취도 검사 도구를 개발하고 연구 목적에 적절한 문항으로 구성된 창의적 문제해결력, 과학 흥미도 측정 검사 도구를 선정한 후, 사전, 사후에 실험 집단, 비교 집단을 대상으로 검사를 실시하고 분석하였다.
각 지식의 구성 요인이 별개로 활용되지 않도록 지식의 융합적인 측면도 고려하였다. 교육학 내용 지식은 학습자 중심의 문제 중심 프로젝트 활동, 조사 활동을 통해 순환 기관의 생김새와 하는 일 이해하기, 테크놀로지 교육학 지식은 스마트 기기를 활용한 관련 지식 및 정보 조사하기, 스마트 기기의 미러링 기능을 활용한 산출물 발표 역할극 활동하기, 3D 프린팅 기술을 활용한 산출물 제작 프로젝트 활동하기, 테크놀로지 내용지식은 스마트기기를 활용하여 순환 기관의 생김새와 하는 일 알아보기, 3D 프린터를 활용하여 순환 기관 모형을 제작하며 순환 기관의 생김새와 하는 일 이해하기, 테크놀로지 교육학적 내용지식은 3D 프린팅 기술을 이해하여 프로젝트 산출물을 제작하고 순환 기관의 생김새와 하는 일 이해하기, 스마트 기기를 활용한 조사 활동을 통해 순환 기관의 생김새와 하는 일 이해하고 발표하기로 구성하였다.
학업성취도 변화를 측정하기 위한 검사 도구는 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 순환 기관을 소재로 한 학습 내용과 수업 목표를 바탕으로 직접 제작하였으며, 전문가 집단에 의해 내적 타당도 검사를 실시한 후, 수정 및 보완하여 완성하였다. 구체적인 문항은 순환의 의미를 묻는 문항 1개, 순환 기관의 종류, 위치, 생김새를 묻는 문항 4개, 순환 기관이 하는 일을 알아보는 문항 9개로 구성하였고, 객관식 5문항, 단답형 3문항, 서술형 6문항, 총 14문항으로 구성되었다. 문항의 타당도는 .
1차시에서는 의공학 분야에서 3D 프린팅 기술이 활용되고 있는 모습을 영상으로 살펴보며, 우리 생활에 과학 지식과 기술의 필요성을 알고 본 프로젝트 수업에 흥미와 관심을 갖게 한다. 그리고 심장에 문제가 있어 심폐소생술 하는 장면을 살펴보고, 심장이 우리 몸에서 중요한 역할을 한다는 사실을 이해하게 한 후, 순환 기관 상태가 좋지 않아 병원을 찾아온 환자를 위해 순환 기관을 제작하는 프로젝트 과제를 제시한다. 2차시에서는 조사 활동이 주된 활동으로 스마트 기기와 문헌 자료를 이용하여 순환의 의미, 순환 기관의 생김새와 하는 일에 대하여 알아보고, 주입기, 펌프를 이용하여 순환의 원리인 펌프 작용을 실험을 통해 알아보고, 상황에 따른 심장박동수를 측정을 해보도록 하였다.
그에 따라 학습 과정을 문제 중심 학습 모형을 활용하여 1차시에서는 문제 만나기, 문제 해결 계획 세우기, 2-3차시에서는 탐색 및 재탐색, 4-7차시에서는 해결책 만들기, 8차시에서는 발표 및 평가하기로 구성하였다. 넷째로는 개별 조사학습 및 모둠별 협동학습이 적절히 조화를 이루도록 하여 통해 2015 개정교육과정에 제시된 과학과 핵심역량 중 과학적 사고력, 과학적 문제해결력을 향상시킬 수 있도록 프로그램을 구성하였고, 프로그램의 적용에 따른 효과를 알아보고자 창의적 문제해결력, 과학 흥미도검사를 실시하였다.
본 연구에서 개발한 프로그램의 특징은 첫째, 과학 교과의 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원에서 순환기관에 대한 주제를 중심으로 관련된 국어, 수학, 실과, 미술 교과를 활용하여 교육과정을 재구성한 후, 주제 중심의 STEAM 교육 프로그램으로 제작하였다. 둘째, TPACK 구성 지식이 프로그램에 효과적으로 활용될 수 있도록 정리하여 반영하였으며, 특히 테크놀로지 지식은 최신 첨단 기술인 3D프린터와 스마트 기기를 활용하였다. 셋째, 학생들이 스스로 문제를 탐구하고 해결하는 학습 기회를 통해 과학에 대한 흥미도를 높이고자 학습자 중심의 문제 중심 프로젝트 활동으로 적용하였다.
둘째, 본 연구에서는 수업에서 테크놀로지의 유의미한 활용을 위해 TPACK 모델을 활용하여 내용학 지식, 교육학 지식, 테크놀로지 지식을 분석하고, 지식 간의 적절한 조화 및 융합을 고려한 후, TPACK 기반 테크놀로지 활용 STEAM 프로그램을 개발하고 적용하였다. 이러한 준비 과정으로 학생들은 낯선 테크놀로지를 활용하여 프로젝트 학습에 흥미를 가지고 참여할 수 있었다.
문제 중심 학습의 단계는 Cho (2006)가 다양한 학자들이 제안한 모형에서 공통적인 요소와 과정을 추출하고, 초등학생들에게 적용 가능하도록 만든 문제 만나기, 문제해결 계획 세우기, 탐색 및 재탐색, 해결책 만들기, 발표 및 평가하기의 과정을 활용하였다. 둘째, 학습자의 자기 주도적 학습을 통해 과학에 대한 흥미를 기르고자 학습 주제와 관련된 지식을 스스로 스마트 기기를 활용한 조사학습을 실시하였다. 셋째, 학생들의 학습에 대한 흥미를 높이고자 역할극을 활용하여 산출물 발표하고, 친구들과 프로젝트 활동 결과물을 공유하도록 하였다.
본 연구에서는 다양한 첨단 과학기술이 도입되고 있는 시대 흐름에 따라 테크놀로지를 TPACK을 기반으로 수업에 활용하여 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 순환 기관을 학습 주제로 한 TPACK 기반 테크놀로지 활용 STEAM 프로그램을 개발하고 적용하며, 학습자의 학업성취도, 창의적 문제해결력 및 과학 흥미도에 어떠한 영향을 미치는 알아보고자 하였다. 또한 프로그램을 적용한 실험 집단에 대해 STEAM 수업 만족도를 조사하였다. 이는 과학과 교육과정의 목표인 인지적 영역, 탐구 영역 및 정의적 영역에 대한 본 연구 프로그램의 효과를 검증하기 위함이다.
3창의적 문제해결력과 과학 흥미도의 경우에는 검사 도구를 활용하여 밝힐 수 없는 요인을 분석하기 위해서 각 영역별로 측정 결과가 많이 향상된 학생을 대상으로 추가 면담을 실시하였다. 면담은 구조화된 면접의 방법으로 사전에 면접할 질문을 먼저 선정하고, 학생들이 질문지에 면담 질문에 대한 답변을 먼저 간단히 작성한 후, 작성한 내용을 바탕으로 답변하도록 하였으며, 결과는 녹음, 전사하여 분석하였다
8차시에서는 프로젝트 주제를 재확인하고 순환 기관에 이상이 있는 환자를 치료하는 과정의 역할극으로 산출물을 발표하도록 하였다. 발표 과정에서는 스마트기기의 미러링 기능을 이용하여 작품을 확대하여 공유하였으며, 작품에 대한 발표 후에는 친구들과 서로의 작품에 대해 상호 평가하였다.
본 연구에서 개발한 프로그램의 특징은 첫째, 과학 교과의 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원에서 순환기관에 대한 주제를 중심으로 관련된 국어, 수학, 실과, 미술 교과를 활용하여 교육과정을 재구성한 후, 주제 중심의 STEAM 교육 프로그램으로 제작하였다.
본 연구의 STEAM 프로그램 수업에 참여한 실험집단 학생들을 대상으로 수업 만족도를 조사하여 그 결과를 분석하였다(Fig. 3).
선행 연구 결과를 참고하여 5~6학년 군 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원에서 순환 기관에 대한 학습 시간 1시간, 학습 주제와 관련된 국어 2시간, 수학 2시간, 실과 1시간, 미술 1시간, 창의적 체험활동 1시간을 활용한 8차시의 STEAM 프로그램(교수․학습 과정안, 교사용 지도자료 및 학생용 워크북)을 개발하였고, 타당도와 신뢰도를 확보하기 위하여 과학교육과 교수 1인, 박사 2인, 석사 1인, 석사 과정 3인의 전문가 집단에 수정, 삭제, 추가를 의뢰하고, 수정 및 보완하여 완성하였다.
셋째, 개발된 프로그램은 학습 내용과 학생들의 실생활을 연관짓기 위해서 ‘인공 순환 기관의 제작’ 이라는 일상생활과 관련된 실제적이고 비구조화된 문제를 프로젝트 주제를 활용하였다.
둘째, 학습자의 자기 주도적 학습을 통해 과학에 대한 흥미를 기르고자 학습 주제와 관련된 지식을 스스로 스마트 기기를 활용한 조사학습을 실시하였다. 셋째, 학생들의 학습에 대한 흥미를 높이고자 역할극을 활용하여 산출물 발표하고, 친구들과 프로젝트 활동 결과물을 공유하도록 하였다.
둘째, TPACK 구성 지식이 프로그램에 효과적으로 활용될 수 있도록 정리하여 반영하였으며, 특히 테크놀로지 지식은 최신 첨단 기술인 3D프린터와 스마트 기기를 활용하였다. 셋째, 학생들이 스스로 문제를 탐구하고 해결하는 학습 기회를 통해 과학에 대한 흥미도를 높이고자 학습자 중심의 문제 중심 프로젝트 활동으로 적용하였다. 그에 따라 학습 과정을 문제 중심 학습 모형을 활용하여 1차시에서는 문제 만나기, 문제 해결 계획 세우기, 2-3차시에서는 탐색 및 재탐색, 4-7차시에서는 해결책 만들기, 8차시에서는 발표 및 평가하기로 구성하였다.
준비 단계에서는 5단계로 프로그램을 구상하고, 필요한 내용을 정리하였다. 우선 학습 주제와 학습 목표를 정리한 후, 학생들에 대한 정보, 학교 및 학급의 환경과 상황 맥락을 파악하였다. 이어서 학습 주제를 지도하기 위한 프로그램의 주요 활동 및 흐름, 학습 전략을 구상하였고, 학습 활동과 유형에 따른 평가 방법과 시기를 계획하였으며, 수업에서 필요한 교수, 학습 자료와 적용할 테크놀로지를 찾아 정리하였다.
이는 실험 집단 프로그램의 경우 산출물을 제작하기 위해 필요한 3D 프린터 활용 기술에 대한 학습 시간이 더 필요했기 때문이다. 이러한 제한점을 고려하여 실험 집단, 비교 집단 모두 6차시의 순환 기관에 대한 학습 내용은 3D 프린터, 스마트 기기의 기술을 활용하는 교육 방법을 제외한 내용 지식은 동일하게 구성하였으며, 추가로 구성된 2차시의 내용도 3D 프린터의 활용 기본 기술을 익히는 학습으로 제한하였다. 둘째, 본 연구에서 개발한 프로그램은 산출물 제작 프로젝트 활동으로 구성하며, 비교 집단에는 제시되지 않은 인공장기의 활용과 관련된 내용이 추가되었고, 이러한 내용이 실험 집단의 과학 흥미도에 긍정적인 영향을 미쳤을 수도 있었을 것으로 보인다.
우선 학습 주제와 학습 목표를 정리한 후, 학생들에 대한 정보, 학교 및 학급의 환경과 상황 맥락을 파악하였다. 이어서 학습 주제를 지도하기 위한 프로그램의 주요 활동 및 흐름, 학습 전략을 구상하였고, 학습 활동과 유형에 따른 평가 방법과 시기를 계획하였으며, 수업에서 필요한 교수, 학습 자료와 적용할 테크놀로지를 찾아 정리하였다.
프로그램이 학생들에게 미치는 효과를 알아보고자 학업성취도 검사 도구를 개발하고 연구 목적에 적절한 문항으로 구성된 창의적 문제해결력, 과학 흥미도 측정 검사 도구를 선정한 후, 사전, 사후에 실험 집단, 비교 집단을 대상으로 검사를 실시하고 분석하였다. 추가적으로 실험 집단만을 대상으로 STEAM 프로그램 만족도 검사를 시행하였다.
개발한 프로그램은 교사의 능력, 수업 방법 등 교사 변인을 최소화하기 위해서 실험집단과 비교 집단 모두 동일한 교사가 적용하였다. 프로그램이 학생들에게 미치는 효과를 알아보고자 학업성취도 검사 도구를 개발하고 연구 목적에 적절한 문항으로 구성된 창의적 문제해결력, 과학 흥미도 측정 검사 도구를 선정한 후, 사전, 사후에 실험 집단, 비교 집단을 대상으로 검사를 실시하고 분석하였다. 추가적으로 실험 집단만을 대상으로 STEAM 프로그램 만족도 검사를 시행하였다.
본 연구의 대상은 J도 J시 소재의 O초등학교에 재학 중인 5학년 2개 학급 총 58명의 학생들이다. 학생 중 실험 집단 1개 학급(29명)에는 STEAM 프로그램을 적용하였고, 비교 집단 1개 학급(29명)에는 교과서 중심의 수업을 실시하였다(Table 1).
학습을 위한 상황을 고려하는 측면에서는 학생 수, 학습자의 사전 지식 및 순환 기관에 대한 선개념 파악, 다중 지능 이론을 바탕으로 한 학습자 개개인의 장점을 확인하고, 모둠 구성원이 서로 다른 장점을 가진 학생이 골고루 포함되도록 구성, 스마트 기기와 3D 프린터와 같은 첨단 장비 및 컴퓨터실 활용 가능 여부를 사전에 확인하고, 프로그램 구성에 반영하였다
학업성취도 검사 결과는 정답은 1, 오답은 0으로 배점을 부여하고, 창의적 문제해결력, 과학 흥미도는 5단계 Likert 척도에 따라 1, 2, 3, 4, 5점으로 배점을 부여하여 자료를 정리하였다. 검사 자료는 SPSS 프로그램을 활용하여 단측 검정 t-검정으로 통계 분석하였다.
학업성취도 변화를 측정하기 위한 검사 도구는 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 순환 기관을 소재로 한 학습 내용과 수업 목표를 바탕으로 직접 제작하였으며, 전문가 집단에 의해 내적 타당도 검사를 실시한 후, 수정 및 보완하여 완성하였다.
5차시에서는 모둠별로 제작할 순환 기관의 구조를 구상하고 구체적으로 어떻게 제작할지 그림으로 설계 하였다. 혈관은 3D 프린터로 제작이 힘들기 때문에 고무관과 같은 다양한 재료를 이용할 수 있도록 안내하였고, 심장 모형은 3D 모델링 프로그램 Tinkercad의 다양한 기술을 활용하여 직접 디자인하도록 하였다. 3D 프린터로 작품을 인쇄하는데 상당한 시간이 소요되기 때문에 모델링한 작품은 다음 차시 수업을 하기에 앞서서 수업 시간 이외의 별도의 시간에 미리 인쇄하여 두도록 안내하였다.

대상 데이터

내용학 지식은 주로 교사 중심의 지식 전달 방법으로 수업이 진행되고 있는 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원을 선택하였고, 해당 단원의 모든 주제에프로젝트 활동을 적용하기에는 무리가 있어 ‘순환 기관의 생김새와 하는 일’만을 주제를 선정하였다.
본 연구의 대상은 J도 J시 소재의 O초등학교에 재학 중인 5학년 2개 학급 총 58명의 학생들이다. 학생 중 실험 집단 1개 학급(29명)에는 STEAM 프로그램을 적용하였고, 비교 집단 1개 학급(29명)에는 교과서 중심의 수업을 실시하였다(Table 1).

데이터처리

검사 도구는 과학기술에 대한 융합적 소양, 탐구 활동, 흥미도로 구분되어 있으며, 세부 문항은 수업 내용에 대한 이해 정도, 학습의 전이, 문제 해결 전략, 학습 방법에 의한 흥미, 성취감, 동료와의 협력에 관한 내용으로 구성되어 있다. 검사 결과는 Likert 5단계 척도에 따라 점수를 1~5점까지 부여한 후 평균과 백분율을 구하였다.
학업성취도 검사 결과는 정답은 1, 오답은 0으로 배점을 부여하고, 창의적 문제해결력, 과학 흥미도는 5단계 Likert 척도에 따라 1, 2, 3, 4, 5점으로 배점을 부여하여 자료를 정리하였다. 검사 자료는 SPSS 프로그램을 활용하여 단측 검정 t-검정으로 통계 분석하였다. 평균과 표준편차의 통계 숫자는 소수점 이하 둘째 자리까지 나타내었고, F값과 p값은 소수점 이하 셋째 자리까지 나타내었으며 p<.
평균과 표준편차의 통계 숫자는 소수점 이하 둘째 자리까지 나타내었고, F값과 p값은 소수점 이하 셋째 자리까지 나타내었으며 p<.05수준에서 유의성 검증을 판정하였다.

이론/모형

Choi and Hong (2019)의 연구에서 적용한 방법을 활용하여 TPACK 구성 지식을 정리하고 구체화하였다(Table 2).
교육학 지식은 첫째, 학생 중심의 탐구 활동으로 프로그램을 구성하고자 문제 중심 학습법을 활용한 프로젝트 학습을 선택했다. 문제 중심 학습의 단계는 Cho (2006)가 다양한 학자들이 제안한 모형에서 공통적인 요소와 과정을 추출하고, 초등학생들에게 적용 가능하도록 만든 문제 만나기, 문제해결 계획 세우기, 탐색 및 재탐색, 해결책 만들기, 발표 및 평가하기의 과정을 활용하였다. 둘째, 학습자의 자기 주도적 학습을 통해 과학에 대한 흥미를 기르고자 학습 주제와 관련된 지식을 스스로 스마트 기기를 활용한 조사학습을 실시하였다.
본 연구에서 개발된 프로그램에 대한 실험 집단 학생들의 만족도를 측정하기 위해서는 Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity (2015)에서 개발한 STEAM 수업 만족도 검사 중 18개의 문항을 활용하였다. 검사 도구는 과학기술에 대한 융합적 소양, 탐구 활동, 흥미도로 구분되어 있으며, 세부 문항은 수업 내용에 대한 이해 정도, 학습의 전이, 문제 해결 전략, 학습 방법에 의한 흥미, 성취감, 동료와의 협력에 관한 내용으로 구성되어 있다.
학생들의 과학 흥미도의 변화를 측정하기 위한 검사 도구로는 Yun and Kim (2003)이 개발한 과학 흥미도 검사 도구를 활용하였다. 검사 도구는 인지적 흥미군으로 ‘교과내용’과 ‘교과 가치 및 노력’, 정서적 흥미군으로는 ‘교과 유능감’과 ‘교과 담당 교사에 대한 선호도’로 구분되어 있다.
학생들의 창의적 문제해결력의 변화를 측정하기 위한 검사 도구는 Korean Educational Development Institute (2001)의 ‘간편 창의적 문제해결력 검사 개발 연구(I)’를 토대로 Jeong (2008b)이 적용했던 검사 도구를 이용하였다.

성능/효과

과학 흥미도에 대한 사전 검사에서는 두 집단 간에 유의미한 차이가 없어 동질 집단임을 확인하였다. 과학 흥미도에 대한 검사 결과, 교과 내용, 과학교과 가치 및 노력, 과학에 대한 유능감, 교사 선호도의 모든 영역에서 실험 집단이 비교 집단보다 유의미하게 향상된 결과를 보였다.
3-4차시에서는 3D 프린팅 기술의 의미와 활용에 대하여 알아보고, 3D 프린팅 기술에 대하여 관심을 갖도록 하였다. 그리고 Tinkercad 프로그램과 Cura 프로그램 사용 방법과 3D 프린터 인쇄 방법에 대하여 알아보고 실습을 통해 익히는 시간을 가졌다. 5차시에서는 모둠별로 제작할 순환 기관의 구조를 구상하고 구체적으로 어떻게 제작할지 그림으로 설계 하였다.
확산적 사고에서 유의미한 향상이 나타난 이유는 첫째, 프로젝트 과제를 해결하는 과정에서 적절한 해결 방법에 대하여 모둠 친구들과 의견을 나누고 공유하였으며, 그러한 과정에서 새롭고 다양한 아이디어에 대해 생각할 기회를 가졌기 때문으로 보인다. 둘째, 산출물을 구상하고 3D 모델링 프로그램을 활용하여 제작하는 과정에서 다양한 방법을 찾았던 것이 긍정적인 영향을 미쳤던 것으로 판단된다. 셋째, 친구들과 서로의 작품을 발표하고 공유하는 과정에서 학생들의 자신의 생각을 다시 한 번 점검하고 동시에 다양한 산출물 제작 방법에 대한 사고의 기회를 가질 수 있었던 것으로 여겨진다.
학생과의 면담 결과를 바탕으로 유추해 보면, 특정 영역의 지식, 사고기능, 기술의 이해 및 숙달 정도에서 유의미한 향상이 나타난 이유는 첫째, 프로젝트 활동과정에서 학생들 스스로 스마트 기기를 활용하여 필요한 정보와 지식을 조사하는 활동이관련 지식과 기술 습득에 긍정적인 효과를 가져왔던 것으로 보인다. 둘째, 수업에서 학생들의 관심을 유발하는 적절한 과제의 제시가 학생들의 학습 동기를 가지고 왔으며, 이러한 효과는 학생들이 적극적으로 관련 지식을 찾고 지식들 사이의 관계를 탐색하고 연결 짓도록 유도하여 이해 기능의 향상에 긍정적인 영향을 미친 것으로 보인다.
둘째, 실험 집단, 비교 집단 프로그램 모두 교육과정을 재구성하면서 학습 주제에 대한 학습 시간이 늘어났고, 그러한 과정에서 학생들은 반복적으로 동일한 내용의 지식을 습득할 기회를 가질 수 있었다고 판단된다. 본 연구결과와 마찬가지로 Kim and Hong (2019)의 내진설계를 주제로 한 STEAM 프로그램 개발 및 적용에 대한 연구에서도 학업성취도 문항이 학생들의 수준을 변별하기에 난이도가 낮아 비교 집단 학생들에게도 어려운 문제가 아니었기 때문에 유의미한 차이가 나타나지 않았다
학생들은 성공의 기쁨을 누리는 동시에 과학 수업에 대한 흥미를 느끼고 또 다른 산출물 제작 및 문제 해결을 위한 동기가 생겼던 것 같다. 둘째, 평소에 사용하기 힘들었던 스마트 기기, 3D 프린터 등의 테크놀로지의 사용이 학생들의 학습에 대한 흥미와 관심을 향상시켰던 것으로 보인다.
모둠 활동에서 순차적으로 친구들과 의견을 나누고 평가하며, 하나의 아 이디어로 해결방안을 찾아가는 과정이 비판적, 논리적 사고력 향상에 긍정적인 영향을 미쳤던 것으 로 보인다. 둘째, 학생들은 스스로 조사한 정보를 활용할 때, 다양한 정보를 비교하고 판단하여 정확 한 정보를 찾아가는 과정에서 비판적 사고력이 향 상되었던 것으로 보인다. 셋째, 학습을 통해 알게 된 지식을 활용하여 다른 모둠이 제작한 산출물의 장단점을 평가하는 과정이 도움이 되었던 것으로 해석된다.
모둠 활동에서 순차적으로 친구들과 의견을 나누고 평가하며, 하나의 아 이디어로 해결방안을 찾아가는 과정이 비판적, 논리적 사고력 향상에 긍정적인 영향을 미쳤던 것으 로 보인다. 둘째, 학생들은 스스로 조사한 정보를 활용할 때, 다양한 정보를 비교하고 판단하여 정확 한 정보를 찾아가는 과정에서 비판적 사고력이 향 상되었던 것으로 보인다. 셋째, 학습을 통해 알게 된 지식을 활용하여 다른 모둠이 제작한 산출물의 장단점을 평가하는 과정이 도움이 되었던 것으로 해석된다.
둘째, 학생들은 능동적으로 지식을 조사하고 알아가며 앎의 기쁨을 느꼈고, 과학 교과의 학습 과정 및 내용에 대한 흥미와 관심이 높아졌던 것 같다. 셋째, 과학 지식을 실제 일상생활과 연관 지어 학습하는 과정에서 학생들은 과학 교과가 우리 삶과 관련 있다는 것을 알게 되었고, 학습 내용에 대한 흥미도 높아졌던 것 같다.
둘째, 산출물을 구상하고 3D 모델링 프로그램을 활용하여 제작하는 과정에서 다양한 방법을 찾았던 것이 긍정적인 영향을 미쳤던 것으로 판단된다. 셋째, 친구들과 서로의 작품을 발표하고 공유하는 과정에서 학생들의 자신의 생각을 다시 한 번 점검하고 동시에 다양한 산출물 제작 방법에 대한 사고의 기회를 가질 수 있었던 것으로 여겨진다.
둘째, 학생들은 스스로 조사한 정보를 활용할 때, 다양한 정보를 비교하고 판단하여 정확 한 정보를 찾아가는 과정에서 비판적 사고력이 향 상되었던 것으로 보인다. 셋째, 학습을 통해 알게 된 지식을 활용하여 다른 모둠이 제작한 산출물의 장단점을 평가하는 과정이 도움이 되었던 것으로 해석된다.
실험 집단 학생을 대상으로 프로그램 만족도를 실시한 결과, STEAM 수업 만족도는 Likert 5점 척도를 기준으로 평균 4.25점으로 비교적 높게 나타났다. 전체 측정 문항에 대한 백분율 측정 결과, ‘매우 그렇다’, ‘그렇다’의 긍정적인 응답은 80.
전체 측정 문항에 대한 백분율 측정 결과, ‘매우 그렇다’, ‘그렇다’의 긍정적인 응답은 80.84%로 높게 나타났고, 부정적인 응답으로‘매우 그렇지 않다’는 응답자가 전혀 없었으며, ‘그렇지 않다’는 1.73%로 낮게 나타났다.
두 집단은 사전에 검사 점수가 유의미한 차이가 없어 동질 집단으로 간주되었다. 창의적 문제해결력에 대한 연구 결과, 그 하위 영역인 특정 영역의 지식․사고기능․기술의 이해 및 숙달 정도, 확산적 사고, 비판적․논리적 사고, 동기적 요소의 4가지 영역 모두에서 실험 집단이 비교 집단보다 유의미하게 향상된 결과가 나타났다.
첫째, 프로그램에서 활용된 스마트 기기, 3D 프린터 활용 기술은 학생들의 창의적 문제해결력과 과학 흥미도에 긍정적인 영향을 미쳤다. 4차 산업혁명 시대에 다양한 첨단 과학기술이 등장하였고, 수업에서 활용할 수 있는 테크놀로지도 증가하였다.
학생과의 면담 결과를 바탕으로 유추해 보면, 교과 내용에서 유의미한 향상이 나타난 이유는 첫째, 학습을 통해 습득한 지식을 활용하여 산출물을 제작하는 과정에서 교과 내용에 대한 관심과 흥미도가 높아졌던 것으로 보인다. 둘째, 학생들은 능동적으로 지식을 조사하고 알아가며 앎의 기쁨을 느꼈고, 과학 교과의 학습 과정 및 내용에 대한 흥미와 관심이 높아졌던 것 같다.
학생과의 면담 결과를 바탕으로 유추해 보면, 특정 영역의 지식, 사고기능, 기술의 이해 및 숙달 정도에서 유의미한 향상이 나타난 이유는 첫째, 프로젝트 활동과정에서 학생들 스스로 스마트 기기를 활용하여 필요한 정보와 지식을 조사하는 활동이관련 지식과 기술 습득에 긍정적인 효과를 가져왔던 것으로 보인다. 둘째, 수업에서 학생들의 관심을 유발하는 적절한 과제의 제시가 학생들의 학습 동기를 가지고 왔으며, 이러한 효과는 학생들이 적극적으로 관련 지식을 찾고 지식들 사이의 관계를 탐색하고 연결 짓도록 유도하여 이해 기능의 향상에 긍정적인 영향을 미친 것으로 보인다.
학생들의 학업성취도에 미치는 영향에 대하여 검사한 결과, 비교 집단과 실험 집단 각각은 집단별 사전, 사후 검사에서 모두 유의미하게 향상되었다(비교 집단 p=.000; 실험 집단 p=.000). 하지만 집단 간에는 유의미한 차이는 나타나지 않았다(Table 5).

후속연구

TPACK을 기반으로 수업에서 테크놀로지를 활용할 때는 수업과 관련된 테크놀로지 지식, 교육학 지식, 내용학 지식을 갖추고 동시에 각 영역의 복합적인 측면 및 수업 환경 및 특정 상황을 고려하고 융합하여야 다양하고 복잡한 상황에 처한 실제 수업에 효과적으로 적용할 수 있다(Archambault& Crippen, 2009; Foulger & Slykhuis, 2013). 따라서 교사는 테크놀로지 지식을 활용하여 수업을 계획할 때에 실제 수업에서의 활용될 TPACK의 구성 지식과 지식 사이의 교집합 요소를 체계적으로 분석하여 준비할 필요가 있을 것이다. 또한 지금까지의 선행된 연구들은 주로 예비교사와 과학교사의 TPACK을 분석하고 개발하는 연구가 진행되었다.
우리나라 초등학교 5학년의 전체적인 결과라고 하기에는 무리가 있으며, STEAM 프로그램은 ‘순환기관’을 주제로 교육과정을 재구성하였기 때문에 일반 수업의 효과와 직접적으로 비교하기에는 어려움이 있다. 또한 총 8차시의 제한된 시간에 연구를 실시하였으므로 장기간에 걸쳐 나타날 수 있는 교육적 효과를 검증하는데 한계가 있다.
Lee (2011)는 과학 수업에서 읽기 자료의 제시는 학생들의 과학 학습에 대한 흥미나 필요성에 긍정적인 영향을 미치므로 수업에서 다양한 읽기 자료를 적절하게 제공하는 방안에 대한 연구가 필요하다고 하였다. 앞으로 과학 수업을 준비할 때는 다양한 읽기 자료의 적절한 활용 방안에 대한 고민이 필요할 것이다.
이러한 학습주제는 학생들의 과학에 대한 흥미와 만족도를 향상시키는데 효과적이었다. 앞으로 실생활과 관련된 프로그램을 개발하고 활용하는 노력이 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
4차 산업혁명 시대에 다양한 첨단 과학기술이 등장하였고, 수업에서 활용할 수 있는 테크놀로지도 증가하였다. 테크놀로지 환경에 익숙한 학생들이 과학에 대한 흥미를 느끼고, 창의성, 문제해결력 등에 긍정적인 영향을 미치기 위해서는 앞으로도 다양한 테크놀로지를 적절하게 수업에 활용해야 할 것이다. 단, 교사는 테크놀로지의 활용에 앞서 테크놀로지에 대한 지식과 기술을 능숙하게 익혀 수업의 질을 높일 수 있도록 노력해야 할 것이다.

참고문헌 (38)

Angeli, C. & Valanides, N. (2009). "Epistemological and methodological issues for the conceptualization, development, and assessment of ICTeTPCK: Advances in technological pedagogical content knowledge(TPCK),". Computers & Education, 52(1), 154-168.

상세보기
Archambault, L. & Crippen, K. (2009). Examining TPACK among K-12 online distance educators in the United States. Contemporary Issues in Technology and Teacher Education, 9(1), 71-88.
Bae, M. (2017). The effects of instruction of 'Structure and function of human body' unit applying cognitive domain-centered brain-based evolutionary approach on the elementary school students' interest, achievement and Scientific Creativity. Master's thesis, Seoul National University of Education.
Barrow, H. S. (1994). Practice-based learning: Problem-based learning applied to medical education. Springfield, IL: Southern Illinois University School of Medicine.
Barrow, H. S. & Tamblyn, R. M. (1980). Problem-based learning: An approach to medical education. New York: Springer Publishing Company.
Cho, Y. (2006). The theory and practice of problem-based learning: A problem-initiated class. Hakjisa.
Choi, Y. M. & Hong S. (2019). Designing and implementing integrated lessons for pre-service elementary teachers' technological pedagogical content knowledge development. Journal of Korean Elementary Science Education, 38(2), 287-304.
Eom, J. & Kwon, Y. (2016). Development of the biomimicry-focused convergence teaching program using 3D modeling & printing in life science. Biology Education, 44(4), 658-673.
Foulger, T. S. & Slykhuis, D. A. (2013). TPACK as a tool for teacher professional learning. Learning & Leading with Technology, 41(1), 20-22.
Grossman, P. L. (1990). The making of a teacher: Teacher knowledge and teacher education. New York: Teachers College Press.
Hmelo-Silver, C. E. (2004). Problem-based learning: What and how do students learn?. Educational Psychology Review, 16(3), 235.

상세보기
Hong, J. & Hong, S. (2019). The effects of fractal STEAM lesson for plant structure on scientific process skills, creative problem-solving ability and scientific interest using 3D printer. Biology Education, 47(1), 50-58.

상세보기
Jeong, E. (2008a). The development of teaching-learning materials for an instructional improvement in unit of the structure of human body of elementary school science. Master's thesis, Jeonbuk National University.
Jeong, E. (2008b). The effects of Squeak Etoys based informatics education on the effects of Squeak Etoys based informatics education on elementary school student's creative problem solving ability. Master's thesis, Korea National University of Education.
Korean Educational Development Institute (2001). A study on the development of simple and creative problem solving test (I). Korean Educational Development Institute.
Kim, H. & Choi, S. (2019). The development and application of the SW-STEAM program using unplugged computing for elementary science class. Biology Education, 47(2), 213-222.

상세보기
Kim, M. & Hong, S. (2019). Influences of 'earthquakeresistant design' STEAM class on creative problem solving abilities and STEAM attitude of elementary students. Journal of Energy and Climate Change Education, 9(2), 125-135.
Kim, S. & So, K. (2016). The effect of project based learning using smart devices on the science learning motivation, creative personality and creative problem-solving ability of elementary scientific gifted. Biology Education, 44(3), 364-371.
Ko, D. & Hong, S. (2019). Development and application of TPACK based STEAM program using 3D printer. Biology Education, 47(2), 153-170.

상세보기
Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity (2015). A study on the satisfaction of the development of STEAM program in 2015. Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity.
Lee, H. (2011). The effects of scientific tales on science learning in elementary school. Master's thesis, Seoul National University of Education.
Lee, S. (2015). The effect of the design based STEAM program utilizing smart device for interest in science and STEAM literacy. Journal of Korean Society of Earth Science Education, 8(3), 240-250.

원문보기 상세보기
Lee, S. & Hong, S. (2019). The development and application effects of STEAM program utilizing animation production about 'structure and function of the our bBody'. Journal of Korean Elementary Science Education, 38(2), 263-274.
Magnusson, S., Krajcik, J. & Borko, H. (1999). Nature, sources, and development of pedagogical content knowledge for science teaching. In Gess-Newsome, J. & Lederman, N. G. (Eds.), Examining pedagogical content knowledge (pp. 95-132). Dordrecht, The Netherlands: Kluwer.
Ministry of Education (2015). The science curriculum. MOE Public Announcement, 2015-74.
Ministry of Education and Science Technology (2011). The science curriculum according to the 2009 revised curriculum. Ministry of Education and Science Technology.
Mishra, P. & Koehler, M. J. (2006). Technological pedagogical content knowledge: A framework for teacher knowledge. Teachers College Record, 108(6), 1017-1054.

상세보기
Mishra, P. & Koehler, M. J. (2008). "Introducing tpck" Handbook of technological pedagogical content knowledge (TPCK) for educators. NY: Routledge, 3-29.
OECD (2010). "Inspired by technology, driven by pedagogy: A systemic approach to technology-based school innovations," OECD Publishing.
Sanders, M. (2009). STEM, STEM education, STEM mania. The Technology Teacher, 68(4), 20-26.
Shin, T. (2013). A relation between pre-service teachers' fixed mindsets regarding their abilities to teach with technology and their perceived TPACK. Journal of Educational Studies, 44(2), 21-45.
Shulman, L. S. (1986). Those who understand: Knowledge growth in teaching. Educational Research, 15(2), 4-14.
Tak, J. & Yoo, M. (2019). The effects of creativity-convergence program utilizing virtual reality creation platform on elementary school students' creative problem solving ability, 21st century skills and learning interest about social subject. The Journal of Korean Practical Arts Education, 24(4), 73-101.
Thompson, A. D. & Mishra, P. (2007). Breaking news: TPCK becomes TPACK!. Journal of Educational Computing Research, 24(2), 38-64.
Yakman, G. (2006). STEAM pedagogical commons for contextual learning. Unpublished class paper for EDCI 5774, Virginia Tech.
Yakman, G. (2008). STEAM education. An overview of creation a model of integrative education. PATT.
Yoon, Y. (2019). STEAM education program based on micro-bit. Master's thesis, Jeonbuk National University.
Yun, M. & Kim, S. (2003). A study on constructs of subject-specific interests and its relationship with academic achievement. Journal of Korean Educational Psychology Association, 17(3), 271-290.

저자의 다른 논문 :

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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