CT 기반 초등 융합인재교육(CT-STEAM) 프로그램 개발 적용을 통한 초등학생의 융합적 창의력 신장 방안 모색
안녕하십니까?
한국교원대학교 초등 CT-STEAM 연구회입니다.
저희는 현재 ‘CT 기반 초등 융합인재교육(CT-STEAM) 프로그램 개발 적용을 통한 초 등학생의 융합적 창의력 신장 방안 모색’에 대해 연구하고 있습니다. 2011년에 우리 교육 현 장에 등장한 융합인재교육(STEAM)은 학교 환경의 급속한 변화에 따라 변모의 필요성이 제기 되고 있습니다. 즉, 종이책 대신에 스마트기기와 태블릿 PC, 모바일 기기 등 각종 교육용 테크 놀로지를 활용하여 문제를 해결하는 미래학교의 모습에 걸맞은 새로운 형태의 융합인재교육이 필요한 때인 것입니다. 이에 본 연구에서는 각종 Computing 기기를 활용하여 현실 세계의 복 잡한 문제를 융합적으로 해결하는 새로운 형태의 융합인재교육(STEAM)인 Computational Thinking 기반 융합인재교육으로 ‘CT-STEAM 프로그램’을 제안하고, 프로그램 개발 적용을 통한 초등학생의 융합적 창의력 신장 방안을 모색하려고 합니다. 이에 선생님(연구자)의 귀한 의견과 조언을 얻고자 이렇게 서면으로 인사드리게 되었습니다.
이 설문지는 본 연구자가 개발한 CT-STEAM 프로그램에 대한 선생님(연구자)의 평가와 요 구 등을 조사하기 위한 목적으로 개발되었으며, Ⅰ. 수업모형 적합성 Ⅱ. 내용 적합성 Ⅲ.
난이도 적합성 Ⅳ. 수업적용 적합성 Ⅴ. 교재 구성 적합성에 대한 항목으로 구성하였습니 다.
선생님(연구자)께서 설문에 응답해 주신 내용은 절대로 타인에게 공개되지 않으며, 연구 이 외의 목적으로는 사용되지 않습니다. 설문 문항에 대해 진솔하게 응답하여 주시면, ‘CT 기반 초등 융합인재교육(CT-STEAM) 프로그램’ 연구와 발전을 위해 소중히 활용하겠습니다. 또한 본 연구를 통해 산출된 모든 자료들은 연구가 종료되는 적정한 시점에 모두 공개하도록 하여 필요하신 선생님(연구자)께 무상으로 제공해드릴 예정입니다. 본 프로그램을 현장에서 요긴하 게 사용해 주신다면 연구자 본인에게도 보람되고 의미 있는 연구가 될 것이라 생각합니다.
학교 수업(연구)과 업무로 바쁘신 와중에도 귀한 시간을 할애해 주셔서 진심으로 고맙습니 다. 응답하신 설문이 우리나라 학교교육의 발전을 위해 매우 귀중히 쓰일 것임을 약속드립니 다. 고맙습니다.
2014 년 9 월 16 일
개인 정보의 수집․이용 동의
본 전문가 검토용 설문지에서는 원활한 논문 연구 진행을 위하여 아래와 같이 본 연구에서 수집·이용하는 내용과 관련해서 관계 법령에 따라 아래와 같이 고지하오니, 필히 동의하여 주시기 바랍니다.
1. 정보 수집·이용 목적 : ‘CT-STEAM 프로그램’ 개발 검증과 관련된 제반 연구 목적 2. 수집하는 정보의 항목 : 설문자 인적사항 및 ‘CT-STEAM 프로그램’에 대한 평가 관련 내용 3. 개인정보의 보유 및 이용 기간 : 논문 연구와 관련된 목적 달성 후 모두 폐기 예정
4. 본 연구자가 연구가 종료되는 적절한 시점에 연구 관련 자료를 공개하기 전에 전문가 검토용 설문과 관련해 기 획득한 연구 내용에 대해 비공개 및 개인적 용도로 활용하지 않을 것임을 서약함
□
동의□
동의하지 않음2014년 월 일 이름 (서명 / 날인)
■ 다음은 설문 참여자의 기본 사항과 Computational Thinking(CT)와 융합인재교육(STEAM) 에 대한 인식을 확인하고자 하는 기초 질문입니다. 다음 해당란에 V표 해주시기 바랍니다.
1. 선생님(연구원)의 성별은 무엇입니까?
① 남 ② 여
2. 선생님(연구원)께서 현재 소속하고 있는 학교급 및 기관은 어디입니까?
① 초등학교 ② 중학교 ③ 고등학교 ④ 교육청 및 직속기관 ⑤ 연구원 ⑥ 기타
3. 선생님(연구원)의 총 교육(연구)경력은 어느 정도이십니까?
① 5년 미만 ② 5년 이상 10년 미만 ③ 10년 이상 15년 미만 ④ 15년 이상 20년 미만 ⑤ 20년 이상
4. 선생님(연구원)의 전공은 무엇입니까? ( )
5. 선생님(연구원)의 최종학력은 무엇입니까?
① 학사 졸업 ② 석사 과정(수료) ③ 석사 졸업 ④ 박사 과정(수료) ⑤ 박사 졸업
6. 과학, 기술, 공학, 예술, 수학의 교과 내용을 통합한 ‘융합인재교육(STEAM)’에 대해 알고 계십니까?
① 예 (6-1번 응답하기) ② 아니오 (7번 응답하기)
6-1. ‘융합인재교육(STEAM)’에 대해 어떻게 알게 되셨습니까? (복수 응답 가능)
① 연수, 강의를 통해 내용에 대해 이해하고 있다.
② 여러 자료나 매체를 통해 접해 본 적이 있다.
③ 다른 사람들에게 연수 등에서 강의를 한 적이 있다.
④ 전혀 들어본 적이 없다.
⑤ 기타
6-2. ‘융합인재교육(STEAM)’ 관련 연수를 받은 경험이 있습니까?
① 예 ② 아니오
6-3. ‘융합인재교육(STEAM)’ 교육 현장이나 수업을 참관한 경험이 있습니까?
① 예 ② 아니오
6-4. ‘융합인재교육(STEAM)’ 교육을 학생들에게 실시한 경험이 있습니까?
① 예 ② 아니오
6-5. ‘융합인재교육(STEAM)’ 교육이 초등학교 학생들에게 필요하다고 생각하십니까?
① 매우 필요하다. ② 필요하다. ③ 보통이다. ④ 필요 없다. ⑤ 전혀 필요 없다.
▶ 위에서 “필요 없다.” 또는 “전혀 필요 없다.” 라고 답한 이유나 근거를 간단히 써 주십시오.
7. Jennette Wing은 ‘Computational Thinking(CT)’을 “미래 지식 정보화시대를 살아갈 모든 사람이 갖 추어야 할 기본적인 사고 능력으로서 컴퓨터 과학의 기본 개념 및 컴퓨터 과학 원리에 따른 문제 해 결 방식과 시스템 설계 방법, 인간 행동의 이해까지 포함되는 추상적인 사고 능력”이라고 정의했는 데, ‘Computational Thinking(CT)’에 대해 알고 계십니까?
① 예 (6-1번 응답하기) ② 아니오 (7번 응답하기)
7-1. ‘Computational Thinking(CT)’에 대해 어떻게 알게 되셨습니까? (복수 응답 가능)
① 연수, 강의를 통해 내용에 대해 이해하고 있다.
② 여러 자료나 매체를 통해 접해 본 적이 있다.
③ 다른 사람들에게 연수 등에서 강의를 한 적이 있다.
④ 전혀 들어본 적이 없다.
⑤ 기타
■ 다음은 본 연구 주제인 ‘CT 기반 초등 융합인재교육(CT-STEAM) 프로그램 개발 적용을 통한 초등학생의 융합적 창의력 신장 방안 모색’과 관련된 문항입니다. 아래의 CT-STEAM 프로그램 개발 자료를 잘 살펴보시고 Ⅰ. 수업모형 적합성, Ⅱ. 교수-학습 내용 조직 적합 성, Ⅲ. 학습 난이도 적합성, Ⅳ. 수업적용 적합성 Ⅴ. 학습자료 구성 적합성에 대해 평가 하신 내용을 솔직하게 응답해 주시기 바랍니다. (다음 해당란에 V표 해주십시오.)
Ⅰ. 수업모형 적합성
◉ 다음은 CT-STEAM 프로그램의 수업 모형 적합성을 알아보기 위한 문항입니다. 해당란에 V표 해 주십시오.
CT 기반 문제 해결 과정은 현실 상황에서의 문제를 컴퓨터의 관점에서 규정하고 그 문제의 해결 방 법을 탐색하여, 효율적인 해결 절차를 통하여 강구하는 과정으로, ‘문제 이해 및 분석’, 정보과학적 원리 적용’, ‘문제 해결 방법의 설계(알고리즘 설계)’, ‘문제 해결 방법의 프로그래밍(알고리즘 구현)’, ‘실행 및 평가’의 순서로 이루어집니다. 다음의 <표 1>은 미국의 K-12 수준(2011)에서 제시한 CT의 주요 개념에 대한 내용으로 본 연구에서는 CT-STEAM 수업 모델 설계의 수업 과정에 주요 CT 개념을 중점 요소 로 활용하려고 계획하였습니다.
한편, 본 연구에서 설계한 CT-STEAM 수업모형은 STEAM 수업모형들이 가진 다양한 장점과 ‘상황제시’,
‘창의적 설계’, ‘감성적 체험’의 3단계로 구성된 STEAM 학습 준거틀을 적극적으로 수용하고, CT가 3R's처럼 컴퓨터 과학자만이 아닌 모든 학습자가 가져야 할 가장 기본적인 태도와 기술로서 의미가 크다고 판단하여 Computing의 능력과 한계에 대한 이해를 한층 더 발전시켜 문제에 대한 해결방법까지를 포함한 커다란 사고 과정이 되도록 STEAM과 CT 관련 이론 분석 및 STEAM 수업모형 분석, 초등학교 과학과 교육과정 및 교과 학습내용 분석을 바탕으로 앞에서 언급했던 미국의 K-12 수준(2011)에서 제시한 CT의 주요 개념 요소를
기호 주요 CT 개념 개념 설명
DC Data Collection 자료 수집 문제의 이해와 분석을 토대로 문제를 해결하기 위한 자료를 모으는 단계
DA Data Analysis 자료 분석 수집된 자료와 문제에 주어진 자료를 세심히 분류하 고 분석하는 단계
DR Data Representation 자료 표현 문제의 자료 내용을 그래프, 차트, 단어, 이미지 등으 로 표현하는 단계
PD Problem
Decomposition 문제 분해 문제 를 해 결해 나 가기 위 해 문 제를 나 누어 분 석 하는 단 계
Ab Abstraction 추상화 문제의 복잡도를 줄이기 위해 기본 주요 개념의 정 의를 설정하는 단계
Al Algorithms
& procedures 알고리즘 지금까지 문제를 해결하기 위한 과정을 순서적 단계 로 표현하는 단계
Au Automation 자동화 순서적으로 나열하고 표현한 내용을 컴퓨팅 기기를 이용하여 해결과정의 최선책을 선택하는 단계
Si Simulation 시뮬레이션 복잡하고 어려운 해결책이나 현실적으로 실행이 불 가능한 해결책을 선택하기 위해 모의 실험하는 단계 Pa Parallelization 병렬화 문제를 해결하기 위한 공동의 목표를 달성하기 위한
작업을 수행하는 단계
<표 1> 미국의 K-12 수준에서 제시한 CT의 주요 개념
CT-STEAM 수업모형의 9가지 핵심 중점요소로 활용하여 컴퓨팅적 사고력을 확대․강화한 CT-STEAM 수 업 모형이 되는데 주안점을 두어 설계하였습니다.
교사 활동 수업 과정
[CT 중점 요소] 학생 활동
▼ ▼ ▼
1. 학습의 동기 유발
2. 첨단과학 및 실생활 속 쉽게 접근이 가능한 문제 상황 제시
⇐ 문제 상황 제시 ⇒ 1. 문제 분석 및 이해 2. 해결 방법 탐색
▼
1. 관련 정보 제공
2. 자료 수집 및 분석을 통한 탐 구 활동과 지식 생성 유도
⇐ 자료 수집 및 분석
[DC, DA] ⇒
1. 학습 전략의 수립
2. 문제 분석을 위한 자료 수집 및 정보 탐 색
3. 수집된 지식의 분석 및 분류
▼
1. CT-STEAM 기반 활동프로그램 제 시
2. 창의적 융합 설계 활동이 성공 적으로 이뤄지도록 유도
3. 학생 개별탐구활동 점검
⇐ 창의적 융합 설계
[DR, PD, Ab] ⇒
1. 개인, 모둠별 과제 전략에 따른 학습 활동이나 실험 수행
2. 문제 복잡도를 줄이기 위해 기본개념 정의, 문제해결 과정을 순서적 단계로 표현
▼
1. 과학, 기술, 공학, 수학, 예술적 방 법과 CT를 융합한 아이디어의 제 작
2. 스크래치 시뮬레이션을 통한 문제해결 유 도
3. 다양한 방법 탐색 기회 제공
⇐ 제작 및 시뮬레이션 [Al, Au, Si] ⇒
1. Computing 기기를 이용해 문 제 해결 과정의 최선책 선택 2. 복잡한 해결책이나 실행 불가능한
해결책을 구분하기 위한 모의 실험 단계
▼
1. 감성적 체험의 기회 제공 2. 학습 활동의 종합적 정리 3. 평가 요소의 추출과 적용 4. 생성 지식의 평가와 반성
⇐ 감성적 체험 및 평가
[Pa] ⇒
1. CT-융합적 사고력을 기르는 학습 결과물 종합 활동
2. 감성적 체험과 학습 성취감 3. 동료의 산출물과 생성 지식과의 비교, 분 석
<표 2> CT-STEAM 수업 모형
번호 내 용 그렇다매우 그렇다 보통이다 그렇지 않다
매우 그렇지
않다
1
CT-STEAM 수업 모형 설계 및 교수․학습 과정에 CT 중점 요소로 활용하고 있는 CT의 9가지 주요 개념에 대한 내용 선정이 적절하 다.
2 CT-STEAM 수업 모델 설계안의 각 수업과정 선정은 CT 중점 요 소별 균형을 고려하여 설계하였다.
3 CT-STEAM 수업 모델 설계안은 컴퓨팅적 사고력을 확대․강화한 CT-STEAM 수업 모형이 되는데 주안점을 두어 설계하였다.
◎ 기타 : 수업 모형 적합성에 대해 조언할 사항이 있으시다면 귀한 의견을 부탁드립니다.
Ⅱ. 교수-학습 내용 조직 적합성
◉ 다음은 CT-STEAM 프로그램의 교수-학습 내용 조직 적합성을 알아보기 위한 문항입니다. 해당란에 V표 해 주십시오.
CT-STEAM에서 활용할 스크래치 EPL은 게임이나 애니메이션 등 움직임과 상태 변화를 표현한 프 로젝트를 구현하기가 매우 수월합니다. 그래서 과학과의 ‘운동과 에너지’ 영역에 해당하는 5학년 2학기 과학과 3단원‘물체의 속력’을 스크래치를 활용한 CT-STEAM 교육 프로그램 내용으로 선정하였습니다.
허용적인 분위기에서 다양한 아이디어가 생성되어 CT-STEAM 교육 적용이 용이하도록 세분화된 과학 수업 주제를 <표 3>과 같이 정리하였고, CT-STEAM 학습 요소를 추출하였습니다.
차시 학습 주제 CT 중점요소 STEAM요소
1 고무동력수레 경주하기 DC, DA, PD, Al, Si, Pa S T E A M 2 운동의 의미와 운동을 나타내는 방법 알아보기 DC, DA, PD, Ab, Al, Au, Si, Pa S T M 3 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교 DC, DA, Ab, DR, Si, Pa S T M
<표 3> CT-STEAM 학습 요소 추출 예시
CT-STEAM 교수․학습활동 단계별로 <표 2>의 CT-STEAM 수업 모형과 <표 3>의 CT-STEAM 학습 요소 추출안을 활용하여 CT-STEAM 교수․학습지도안을 구안하였습니다. 게임에 흥미가 많은 초 등학생이라는 점과 스크래치를 이용하면 손쉽게 게임 제작이 가능하다는 점, 게임 제작에는 스토리 구 상과 배경음악 선정, 캐릭터 그리기 등 다양한 예술적 활동과 과학, 기술, 공학적 활동이 융합적으로 이 루어질 수 있다는 점을 고려해 볼 때, CT-STEAM 교육 프로그램 각 중점 요소를 고루 반영하여 스크 래치 프로젝트를 제작할 수 있도록 스크래치 게임 제작을 위한 활동을 추가하였습니다. <표 4>은 CT-STEAM 교수-학습지도안의 예입니다.
단 계 수업 지도안 내용
문제 상황 제시
∙미래의 도로 감시용 로봇 ‘월-E-Ⅱ’
월-E가 지구에 남아 혼자서 쓰레기를 치우게 하지 말고, 도로의 안전을 늘 살펴보는 ‘미 래의 도로 감시용 로봇’-‘월-E-Ⅱ’로 새롭게 프로그래밍을 해 보면 어떨까?
∙로봇 프로그래밍 마스터가 되어 로봇 조종하기
여러분이 로봇 프로그래밍 마스터가 되어 미래의 어느 도시에서 일하는 ‘월-E-Ⅱ’를 찾 으러 떠나볼까요? 선생님이 보여주는 스크래치 프로젝트를 보고 움직이는 것과 움직이 지 않는 것을 구분하여 봅시다.
자료 수집 및 분석
∙우리 주변에서 운동하는 물체 찾아보기 [DC]
∙생활에서 운동하는 물체를 찾아보고 자기 생각 발표하기 [DA]
∙‘월-E-Ⅱ’프로젝트에서 운동하는 물체와 운동하지 않는 물체의 특징을 찾아서 발표하기 [PD] ≫ ‘Ⅴ. 학습자료 구성 적합성’의 스크래치 프로젝트 참조
창의적 융합 설계
∙교사가 제시하는 스크래치 프로젝트를 통해 물체가 운동하고 있다는 의미와 물체의 운 동을 어떻게 나타낼 수 있는지 알아보기
- 스크래치 프로젝트에서 운동하는 초록색 자동차를 찾아보기
- 초록색 자동차의 운동을 어떻게 나타낼 수 있는지 모둠원들끼리 토의하여 보기
<표 4> CT-STEAM 교수-학습 지도안 예시