창의적 문제해결력 향상을 위한 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램 개발
*
전지현*⋅김동호**
청주교육대학교 교육대학원 로봇전공*⋅청주교육대학교 컴퓨터교육과**
요 약
최근 교육부는 4차 산업혁명에 대비한 창의인재 양성을 위한 다양한 교육 개혁을 추진하고 있다. 본 연구에서 는 인포그래픽과 3D모델링을 활용하여 창의적 문제해결력 향상을 위한 STEAM 프로그램을 개발하였다. 개발된 STEAM 프로그램을 활용하여 서울시 OO초등학교 6학년 2개 학급을 대상으로 적용한 결과 본 프로그램에 참여 한 모든 학생들의 창의적 문제해결력이 향상되는 결과를 보였으며, 특히 창의적 문제해결력 요소 중에서 동기적 사고가 가장 큰 향상을 보였다. 본 연구 결과를 통하여 초등학교 현장에서 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 다 양한 STEAM 프로그램을 개발하여 적용함으로써, 미래 사회를 대비한 창의적 사고력을 갖춘 인재를 양성할 수 있을 것으로 기대된다.
키워드 : 창의적 문제해결력, 인포그래픽, 3D모델링, 창의융합교육, STEAM
Development of STEAM Program Using the Infographic and 3D Modeling for Creative Problem Solving Ability
JeeHyun Jeon⋅DongHo Kim
Dept. of Computer Science Education, Cheongju National University of Education
ABSTRACT
Recently, the Ministry of Education is pursuing various educational reforms for the cultivation of creative talent in preparation for the fourth industrial revolution. In this study, we developed STEAM program using the info- graphic and 3D modeling. As a result of applying the developed STEAM program to 2 classes of 6 grade in OO elementary school in Seoul, it showed that creative problem solving ability of all students participating in the pro- gram has improved. Particularly, Motivational component has shown the greatest improvement among the creative problem solving ability elements. Through the results of this study, it is expected that various STEAM programs using the infographic and 3D modeling will be developed and applied in the field of elementary school for the cul- tivation of creative talent with creative thinking ability in preparation for future society.
Keywords : Creative Problem Solving Ability, Infographic, 3D Modeling, 3D Printing, STEAM
논문투고 : 2017-01-17 논문심사 : 2017-01-17 심사완료 : 2017-02-20
February 2017, pp. 67-76
1. 서론
WEF(World Economic Forum)는 다가오는 ‘4차 산업 혁명’으로 5년 안에 5백만 개의 직업이 사라지고, 전 세 계 7세 아이들 중 65%는 지금 존재하지 않는 직업을 가 지게 될 것이라고 발표하였다[17]. 이러한 미래사회에 대응하기 위해서는 교사가 일방적으로 전달하는 강의식 교육에서 탈피하여 문제해결력과 논리력을 갖춘 창의적 인 인재를 양성할 수 있는 교육이 필요하다.
현대의 정보 과잉 시대를 살고 있는 현실 속에서 직 관적으로 정보의 핵심을 전해주는 형태의 인포그래픽은 텍스트 정보와 관련 그래픽을 함께 제공함으로써, 정보 를 받아보는 수요자에게 정보 제공자의 의도를 쉽게 이 해하고 빠르게 전달할 수 있는 장점이 있다. 특히 인포 그래픽을 교육 분야에 적용하여 학업 성취도를 높이거 나 창의성을 키우는 등 다양한 분야에서 그 효과성이 검증되었다[2][7][14].
한편 건축, 교육, 의료, 패션 등 다양한 분야에서 3D 프린터 기술을 접목한 다양한 아이디어들이 쏟아져 나 오고 있는데, 2014년 영국에서는 초중등 정규 교육과정 중 ‘디자인과 기술’ 과목에 3D프린터를 포함시켜 학생들 이 머릿속과 도면 위에만 존재하는 아이디어를 실물로 구현해봄으로써 문제 해결 능력을 키우는 효과가 나타 났다[15].
본 연구에서는 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램을 개발하고자 한다. 이를 통하여 수많 은 정보에 둘러싸여 매순간 선택의 기로에 서게 되는 학 생들이 정보를 분석하고 이를 시각화하여 인포그래픽을 직접 제작해 봄으로써, 쏟아지는 정보 중 자신이 필요한 정보를 선택하고 나아가 자신만의 정보를 공유할 수 있 는 능력을 가질 수 있다. 또한 도면 위의 2D 그래픽을 실 물로 옮기는 3D프린팅 교육과 과학, 수학 관련 지식 외에 도 인문학 지식까지 학습할 수 있는 STEAM 융합교육을 활용하여 실생활에서 마주칠 수 있는 다양한 문제들을 탐색하고 해결 방안을 찾는 과정 속에서 창의적 문제해 결력을 촉진시킬 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 본 프로그램을 초등학교 6학년 수업에 적용하여 창의적 문제해결력이 얼마나 향상 되었는지 그 효과성을 검증하고 결과를 논의하고자 한다.
2. 이론적 배경
2.1 인포그래픽
인터넷처럼 다양한 형태의 미디어들이 등장하면서 매 분매초마다 새로운 정보가 쏟아지고 있지만 사용에게 필요한 정보만을 찾아내기가 쉽지 않다. 따라서 사용자 는 수많은 정보들 속에서 자신에게 필요한 정보를 직관 적으로 이해하는 능력이 필요해졌으며, 텍스트뿐만 아니 라 그래픽까지 더해진 정보는 수요자의 이해를 쉽게 도 와준다.
이처럼 복합적인 정보를 시각적으로 쉽고 밀도 있게 설명하는 인포그래픽은 다음과 같은 특징을 갖는다.
첫째, 시각적인 정보 전달로 보는 이의 흥미를 유발 한다. 인포그래픽은 기존의 방식과 달리 전달할 내용을 시각화하여 글이 아닌 그래픽으로 전달하기 때문에 사 용자들의 이목과 흥미를 끌기 쉽다.
둘째, 사용자의 직관적 이해가 가능하다. 인포그래픽 은 방대한 양의 정보 중 필요한 내용만 선별 및 구조화 하여 사용자에게 보이기 때문에 사용자가 인포그래픽을 통해 정보를 직관적으로 빠르고 쉽게 이해할 수 있다.
셋째, 정보의 확산 속도가 빠르다. 인포그래픽은 사용 자의 관심사와 당시의 시사성을 갖고 제작하기 때문에 이를 접한 사용자가 공감할 가능성이 높다. 인포그래픽 내용에 공감한 사용자가 자발적으로 SNS에 공유하기 때문에 개발자의 별다른 노력 없이도 매우 빠르고 광범 위하게 퍼져나갈 수 있다.
마지막으로 정보를 기억하고 지속하는 시간이 길다.
사람의 양쪽 두뇌 중 좌뇌는 언어 뇌, 우뇌는 이미지 뇌 라고 부른다. 기본적으로 사람이 책과 같이 문자로 이루 어진 정보를 보면 좌뇌가 자극을 받아 이해하고 기억한 다. 반면 이미지로 이루어진 정보를 보면 우뇌가 자극을 받아 사진을 찍듯 기억하게 된다[6][10]
초등학교 교육과정에서 찾을 수 있는 인포그래픽 요 소는 <Table 1>과 같다.
TV나 SNS 등 여러 매체에서 다양한 유형의 인포그 래픽을 활용하여 정보들을 전달하고 있으며 교육 현장 에서도 교과서의 내용을 인포그래픽의 형태로 제시하여 수업을 진행하기도 한다. 본 연구에서는 단순히 인포그 래픽을 해석하고 이해하는 수준에서 그치지 않고 학습
자가 스스로 정보를 선별하여 인포그래픽을 디자인하는 활동 즉 정보의 시각화 경험을 가질 수 있도록 프로그 램을 개발하였다.
2.2 3D모델링
3D프린팅의 기본 원리는 <Table 2>와 같다.
3D Modeling
↓ 3D Printing
↓
Additive Manufacturing
↓ Sculpture
<Table 2> The principles of 3D printing[19]
일반 사용자가 쉽게 접근할 수 있는 3D모델링 프로 그램으로 SketchUp은 직관적 인터페이스를 구현하고 있어 초등학생도 프로그램을 쉽게 이해할 수 있기 때문 에 본 연구의 STEAM 프로그램 교육 도구로 선정하였 다. SketchUp은 기본적으로 선과 면으로 구성된다. 선 과 호, 자유 그림 툴을 사용하여 선을 긋고, 직사각형과 원, 다각형과 같은 툴을 사용하여 쉽게 면을 그릴 수 있 다. 특히 SketchUp이 제공하는 밀기/끌기(Push/Pull)과 같은 고유한 기능을 사용하면 초보자도 쉽게 평면(2D) 에서 입체(3D)로 바꿀 수 있다는 장점이 있다.
다양한 연구들을 통해 3D모델링과 3D프린팅을 활용 한 교육의 효과가 증명되어 왔으며[11][12][16], 영국과 미국 등 다양한 국가들의 교육과정을 살펴보면 3D프린 터 활용 교육은 미래의 학생들에게 필요한 교육임이 분
명하다.
2.3 창의적 문제해결력
Weisberg(1999)의 연구에 따르면 창의적 문제해결 과정은 일반적 문제해결 과정과 다르지 않으며, 단순히 문제해결 과정에 창의적 요소가 포함되는 것이라고 보 았다[18]. 하지만 시간이 지남에 따라 창의적 문제해결 력을 가리켜 일반적인 영역의 지식과 기능, 동기적 요 인, 특정영역의 지식과 기능을 토대로 확산적 사고와 비 판적 사고가 역동적으로 상호작용하여 새로운 산출물 혹은 새로운 해결책을 만들어 내는 능력이라고 보는 시 각이 더 많아지고 있다. (Fig. 1)은 창의적 문제해결력의 다섯 가지 요소들이 역동적인 관계 속에서 서로 상호작 용하며, 학습자가 이 과정을 통하여 창의적으로 문제를 해결해 나가는 과정을 보여준다[5].
The Creative problem solving
Critical Thinking
Certain areas
Motivational component
General areas
(Fig. 1) The Creative problem solving model[4]
창의적 문제해결은 창의성과 문제해결의 조합으로 해 결 방식에 있어 일반적인 문제해결과 큰 차이를 보인다.
문제해결 앞에 ‘창의적’이라는 의미가 더해진다는 것은 이미 검증된 방법이나 일반화된 생각을 활용하여 주어 진 문제를 해결하는 것이 아니라 새로운 방법에 초점을 둔다는 것이다. 즉 창의적 문제해결은 여러 가지의 해결 책 중 최선의 방법을 찾아가는 과정인 것이다[8].
주어진 문제를 창의적으로 해결하는 과정에서 작용하 는 요소들을 창의적 문제해결력의 구성요소라고 부른다.
이 창의적 문제해결력의 구성요소는 연구하는 학자마다 조금씩 다르지만 대체로 일반적 영역의 지식과 기능기 반, 특정 영역의 지식과 기능기반, 확산적 사고, 비판적 Text → Chart/
Graph + Picture → Info graphic Korean/
Science
Mathe
matics Arts STEAM
argument, scientific principles, presentation
Ratio graph
Visual design
Creative products/Vis ualization of information
<Table 1> Infographic elements in Primary curriculum
사고, 동기적 요소 이렇게 5가지로 볼 수 있다[5]. 창의 적 문제해결력의 구성요소 의미와 관련 활동은 <Table 3>과 같다.
Elements Meaning
General areas
Thinking function that occurs in all areas with knowledge and function applied in various situations
Certain areas
Knowledge base that includes principles, concepts, and basic ideas that are directly related to problem solving and ability to explore the relationship of it.
Diffusion thinking
Thinking needed to recognize and define the problem and create a unique alternative.
Critical thinking
Clarify the problem and evaluate the validity of the solution. The thinking needed to shape problem solving
Motivational component
Concepts that include the individual's positive elements. And Include Self-efficacy, internal synchronization, and self-regulation factors
<Table 3> Elements of The Creative problem solving[13]
2.4 STEAM 교육
STEM 교육은 과학(Science), 기술(Technology), 공 학(Engineering), 수학(Mathematics)의 첫 글자를 조합 한 것으로, 네 분야의 내용을 구분 짓지 않고 융합적으 로 교육하고 더 나아가 학생들은 STEM 교육을 통해 수학과 과학의 기본 원리를 통해 실생활에서 일어나는 문제들을 해결하는 경험을 갖게 된다.
STEAM 교육은 STEM 교육에 예술(Arts)를 포함하 여 통합교육하기 위한 것으로 실생활과 관련된 교육이 진행된다[20].
STEAM 교육은 과학부터 기술, 공학, 수학 그리고 인문학까지 다양한 과목들을 아우르며 학생들에게 학습 의 흥미를 높이고 독특한 자신만의 결론을 내는 풍성한 결과를 안겨줄 수 있다.
본 연구에서는 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램을 개발하여 학습자의 창의적 문제해 결력에 어떤 영향을 미치는지 살펴보았다.
2.5 선행연구 및 시사점
많은 연구들을 통해 교육 현장에서 인포그래픽과 3D 모델링의 효과성이 입증되었다. 먼저 인포그래픽 교육 과 관련된 선행연구는 다음과 같다.
이규정(2014)은 서울 소재 초등학교 6학년을 대상으 로 인포그래픽 프로그램을 적용한 사례연구를 진행하였 다. 미술 수업시간에 학생이 직접 인포그래픽 디자인을 경험하도록 한 결과 시각적 인지 능력이 시장되었고, 비 평적 수용 능력이 함양되었다[9].
김도예(2015)는 고등학생을 대상으로 미술과와 국어 과의 통합교육을 통한 인포그래픽 디자인 프로그램을 적용하였다. 통합교육 결과 시각언어의 이해와 대중 소 통력을 향상 시켰으며, 학생들의 참여도와 흥미도가 높 아지는 효과를 확인하였다[3].
노상미(2015)는 특성화 고등학교 학생들을 대상으로 물리 교과서에 제시된 인포그래픽 자료들을 활용하여 25차시의 인포그래픽 활용 수업을 실시하였다. 그 결과 시각적 사고력 향상을 통해 과학 내면의 이해와 의사소 통력이 높아져 학업 성취도와 과학적 태도에 긍정적인 영향을 미쳤다[14].
이와 같이 최근 교과 수업에서 인포그래픽을 적용한 연구가 진행되고 있으나 대부분 고등학생을 대상으로 연구되고 있는다. 하지만 일반 초등학생 대상의 연구에 서는 초등학교 수업에서 인포그래픽을 활용할 수 있다 는 가능성을 보여주었다고 생각한다. 이러한 가능성을 바탕으로 인포그래픽을 초등학교 미술 수업을 포함한 다양한 교과 수업에서 활용할 수 있는 방법들에 대한 연구가 필요하다.
또한 3D모델링 교육과 관련된 선행연구는 다음과 같다.
이영찬(2015)은 3D도면 제작 프로그램 및 3D프린터 를 활용한 발명 교육 프로그램을 개발하고 제주 소재 초등학교 5학년 일반 학생들을 대상으로 적용하였다. 그 결과 초등학생의 창의성이 향상되었으며 특히 개방성, 유창성, 융통성을 신장시켰다[12].
이정서(2016)는 초등영재학생들의 특성을 고려하여 3D프린팅 활용 STEAM 프로그램을 개발하고, 대구시 에 소재한 2개의 초등영재학급 학생들을 대상으로 적용 한 결과 초등영재학생들의 창의적 문제해결력에 긍정적 인 영향을 끼쳤음을 확인하였다[11].
성세찬(2016)은 경기도 소재의 4,5,6학년 15명을 대상 으로 3D프린팅을 활용한 로봇 관련 교육을 개발 및 적 용하였다. 그 결과 초등학생의 과학탐구능력, 과학적 태 도, 창의력이 향상됨을 확인하였다[16].
위와 같이 3D프린팅이 교육 분야에 도입되면서 학교 수업에서 3D모델링을 적용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 위와 같이 초등학생을 대상으로 한 연구들이 늘어나고 있다. 이는 초등학교 수업에서 3D모델링 활용 수업의 가능성을 보여주는 것이다. 그러나 대부분의 연 구가 특정 교과나 영재 수업에 특화되어 있고, 교사가 전문지식을 가지고 있어야만 가능하여 일반 교사가 구 현하기가 쉽지 않다. 따라서 일반 교사가 3D모델링을 활용하여 수업을 진행할 수 있는 방법들에 대한 연구가 필요하다.
이처럼 교육현장에서 인포그래픽과 3D모델링을 활용 한 연구의 수가 늘고 있으며, 연구들을 통해 인포그래픽 과 3D모델링을 활용한 수업들의 효과가 검증되고 있다.
하지만 대다수의 연구가 특정 교과목과 한정된 대상 위 주로 진행되어 왔으며 3D프린팅 장비에 대한 부담감으 로 초등학교 일반 학생들에 대해서는 효과를 가늠하기 어렵다.
따라서 본 연구에서는 초등학교에서 일반 학생들을 대상으로 초등학교 기본 교육과정에서 활용할 수 있는 인포그래픽의 교육적 요소와 3D모델링에 초점을 맞추 어 이를 적용한 프로그램을 개발하여 수업을 진행하고, 그 수업이 학습자의 창의적 문제해결력에 어떠한 영향 을 미쳤는지 알아보고자 한다.
3. 연구 방법
3.1 연구 설계
본 연구는 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램이 학습자의 창의적 문제해결력에 얼마나 영향 을 미치는지 알아보고자 초등학교 6학년 과학 ‘전기의 작 용’, 실과 ‘생활 속의 전기전자’ 단원을 중심으로 새롭게 구성한 STEAM 프로그램을 개발하고 실험집단과 비교 집단에 적용하여 창의적 문제해결력의 변화를 비교해보 고자 한다. 개발된 수업은 18차시 수업으로 4주 동안 실
시하였으며 실험의 설계 모형은 <Table 4>와 같다.
Experience O1 X1 O2
Comparative O1 X2 O2
O1 : 창의적 문제해결력 사전 검사 O2 : 창의적 문제해결력 사후 검사
X1 : 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램 적용 수업 X2 : 전통적인 교과 수업
<Table 4> Experimental design
본 연구는 서울시 용산구에 위치한 K초등학교 6학년 2개 학급의 학생들을 대상으로 하였다. 성별과 학생 수, 담임교사의 교육 경력이 비슷한 두 반을 실험집단과 비 교집단으로 선정하였으며 두 반 모두 특수 아동이 포함 되어 있지 않은 일반 학급이다.
Group Student
Male Female Total
Experience 11 12 23
Comparative 12 11 23
<Table 5> Subject of research
3.2 프로그램 효과성 검증을 위한 검사 도구
학생들의 창의적 문제해결력의 변화를 알아보기 위해 한국교육개발원의 ‘간편 창의적 문제해결력 검사 개발 연구(Ⅰ)’를 기반으로 서울대 심리 연구실 MI연구 팀에 서 개발한 검사 도구를 사용하였다. 이 검사 도구는 자 기 확신 및 독립성, 확산적 사고, 비판적·논리적 사고, 동기적 요소로 총 4가지의 하위 영역으로 구성되어 있 다. 또 각 하위 영역별로 5문항씩, 총 20문항으로 구성 되어 있으며 Likert 5점 척도로 숫자가 클수록 해당 영 역의 능력이 높은 것을 나타낸다. 검사 도구의 창의적 문제해결력 영역과 문항 구성은 <Table 6>과 같다[1].
Elements Item No Number Total Self Conviction· independence 1～5 5 25
Diffusion Thinking 6～10 5 25
Critical Thinking 11～15 5 25
Motivational component 16～20 5 25
Total 20 100
<Table 6> The Creative problem solving items
4. 연구 결과 및 분석
이 연구의 목적은 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램이 초등학생의 창의적 문제해결력에 미치는 효과를 검증하는 것이다. 이를 위해 6학년 실험 집단과 비교집단을 각각 선정하여 인포그래픽과 3D모 델링을 활용한 STEAM 프로그램을 적용한 수업과 기 존 교육과정에 나와 있는 전통적 교과 수업을 각각 실 시하였다.
4.1 STEAM 프로그램 개발 실제
4.1.1 개발을 위한 교육과정 분석
본 연구에서는 인포그래픽 및 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램을 개발하기 위해 6학년 교육과정을 분석하였으며, 그 중 국어, 수학, 사회, 과학, 실과, 미술 교과에서 학습에 필요한 요소를 추출하였다. 이를 바탕 으로 교과와 창의적 체험활동을 연계한 프로그램을 개 발하였다. 교육과정 분석의 자세한 내용은 <Table 7>
과 같다.
Grade Subject Unit STEAM
Element
6
Korean Presentation using materials Information-based articles A Mathe
matics
Cylinder, cone, sphere Ratio graph M Social
Studies
The democracy of our country Our in Changing World A
Science The action of electricity S Practica
l Arts Life and Electricity Electronics T, E Arts Create country
The world of communication A
<Table 7> STEAM element in curriculum (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics)
4.1.2 STEAM 프로그램 주제 및 과목 요소
인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램 개발을 목적으로 선정한 주제는 다음과 같다.
STEAM의 기본적인 과목 요소는 과학(Science), 기 술(Technology), 공학(Engineering), 예술(Arts), 수학 (Mathematics)으로 총 5가지이다. 본 연구에서 개발한 프로그램에는 STEAM의 5가지의 과목 요소가 모두 포 함되어 있다. 프로그램을 구성하고 있는 STEAM 과목 요소의 구체적인 내용은 <Table 8>와 같다.
Program Type Subject Content
Curriculum Reorganization/
Creative experience activity type
Building Eco- friendly
town
Students are interested in the way humans and the environment co-exist and experience the process of designing and producing eco-friendly towns. Also, learn how to design infographic using 3D
printers.
<Table 8> Subject of STEAM program
Element Subject Activity
S Science ∙Understanding the principles of electrical circuits
T Technolo gy
∙Designing eco-friendly structures using 3D modeling technology
∙Understand the principles of 3D printers and print eco-friendly structures
E Engineeri ng
A Arts
∙Design a practical eco-friendly town considering the surrounding environment
∙Designing infographic thinking about what you have communicated
M Mathe
matics
∙Designing architectural models by using components and features of solid figure
∙Explain various facts using ratio graphs
<Table 9> Subject elements of STEAM program
4.1.3 ‘친환경 마을 만들기’ STEAM 프로그램 의 차시별 운영 계획
위와 같이 분석한 내용을 바탕으로 작성한 ‘친환경
마을 만들기’ STEAM 프로그램의 각 차시별 운영 계획 은 <Table 10>과 같다.
Class Subject Unit Contents
1~4 Social Studies
The democracy
of our country
Ⓐ Understanding eco-friendly town development projects to overcome blackouts
Ⓐ Investigate and announce about eco-friendly villages
Ⓢ Learn the scientific principles applied to eco-friendly village technology
ⓉⒺ Connecting electrical circuits using eco-friendly technology and electronic components
ⓉⒺⒶ Designing buildings and facilities using eco-friendly technology
ⓉⒺⒶ Modification of building and facility design
Science The action of electricity
Practica l course
Life and Electricity Electronics
Art Create country
5~9 Mathe matics
Cylinder, cone, sphere
ⓉⒺ Learn about 3D printer
ⓉⒺⒶ Designing eco-friendly buildings and facilities for 3D modeling
ⓉⒺⒶ Learn how to 3D modeling
ⓉⒺⒶ Doing 3D modeling of eco-friendly buildings and facilities
ⓉⒺⒶ Announce and modify 3D modeling made by the team Arts Create
country
10~12 Practica
l Arts
Life and Electricity Electronics
ⓉⒶ Designing eco-friendly town
ⓉⒺⒶ Making eco-friendly buildings and facilities
ⓉⒶ Making Eco-friendly town
ⓉⒺⒶ Announce and modify Eco- friendly town made by the team Science The action
of electricity Arts Create
country
13~18 Mathe
matics Ratio graph ⒶⓂ Organizing contents using ratio graph
ⒶⓂ Designing infographic to introduce eco-friendly town
ⓈⒶ Present using Infographic
ⓈⓉⒺⒶⓂ Creating report about eco-friendly town project
ⓉⒶ Talking about the use of 3D modeling and infographic
Arts
The world of communicat
ion
Korean
Presentatio n using materials
<Table 10> STEAM program curriculum & activity
4.2 사전 검사 결과 분석
STEAM 프로그램을 적용하기 전 실험집단과 비교집 단의 창의적 문제해결력에 관한 검사를 실시하였다. 독 립 표본 t검정 결과는 <Table 11>과 같다.
Group N M SD t P
Experience 23 3.313 0.589
1.286 0.205 Comparative 23 3.073 0.668
*P < .05, **P < .01
<Table 11> Result of t-test on experience and comparative of the creative problem solving ability (N=46)
창의적 문제해결력 사전 검사에서 실험집단의 평균이 3.313, 비교집단의 평균이 3.073로 나타났다. 실험집단의 겨우 비교집단의 평균보다 0.239 높게 나타났으나 t검정 에서 통계적으로 유의한 차이가 나지 않았다. 또한 창의 적 문제해결력의 하위 영역별 사전 검사 분석한 결과
<Table 12>와 같이 실험집단이 비교집단에 비해 모든 검사 결과가 높지만 t검정에서 통계적으로 유의한 차이 가 나타나지 않았기 때문에 실험집단과 비교집단이 동 질 집단임이 확인되었다.
Element Group N M SD t P
Self Conviction·
independence
Experience 23 2.860 0.729
0.762 0.449 comparative 23 2.740 0.660
Diffusion Thinking
Experience 23 3.139 0.636
0.710 0.481 comparative 23 2.991 0.768
Critical Thinking
Experience 23 3.756 0.769
1.615 0.113 comparative 23 3.391 0.763
Motivational component
Experience 23 3.495 0.617
1.176 0.245 comparative 23 3.208 0.993
*P < .05, **P < .01
<Table 12> Result of t-test on experience and comparative in elements of the creative problem solving ability (N=46)
4.3 사후 검사 결과 분석
4.3.1 집단 간 사후 창의적 문제해결력 비교
인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램 을 실험집단에 적용한 후 실험집단과 비교집단의 창의적 문제해결력을 독립 표본 t검정한 결과는 다음과 같다.
Group N M SD t P Experience 23 3.928 0.340
3.743 0.000**
comparative 23 3.160 0.922
*P < .05, **P < .01
<Table 13> Result of t-test on experience and comparative of the creative problem solving ability between group differ-
ence (N=46)
STEAM 프로그램을 적용한 실험집단의 사후 창의적 문제해결력 평균은 3.928이고, 전통적인 교과 수업을 적 용한 비교집단의 평균 점수는 3.160이었다. 실험집단의 평균이 비교집단보다 0.767 높았으며 P < .001로 유의한 것으로 확인된다. 따라서 인포그래픽과 3D모델링을 활용 한 STEAM 프로그램이 전통적인 교과 수업보다 창의적 문제해결력 향상에 효과가 있다고 해석할 수 있다.
4.3.2 집단 간 사후 창의적 문제해결력 하위 영역 별 비교
STAM 프로그램이 실험집단과 비교집단 간의 창의 적 문제해결력 하위 영역에 얼마나 영향을 주었는지 알 아보기 위해 실시한 독립 표본 t검정 결과는 <Table 14>와 같다.
Element Group N M SD t P
Self Conviction·
independence
Experience 23 3.521 0.398
2.597 0.014*
comparative 23 2.939 0.998 Diffusion
Thinking
Experience 23 3.730 0.544
2.383 0.023*
comparative 23 3.147 1.037 Critical
Thinking
Experience 23 4.217 0.361
3.773 0.000**
comparative 23 3.452 0.902 Motivational
component
Experience 23 4.243 0.486
4.437 0.000**
comparative 23 3.104 1.131
*P < .05, **P < .01
<Table 14> Result of t-test on experience and comparative in elements of the creative problem solving ability between
group difference (N=46)
분석한 결과, 실험집단이 모든 하위 영역에서 비교집 단의 평균값이 더 크게 나타났다. t검정의 결과 창의적 문제해결력의 모든 하위 영역에서 P < .05로 통계적으
로 유의한 것으로 확인되었다. 특히 비판적·논리적 사고 와 동기적 사고 영역은 P < .01로 실험집단과 비교집단 사이에 큰 차이가 보였다.
4.3.3 실험집단의 창의적 문제해결력 사전·사후 검사 결과 변화
STEAM 프로그램을 적용한 실험집단의 창의적 문제 해결력이 얼마나 향상되었는지 알아보기 위해 실험집단 의 사전·사후검사 결과를 비교하였다. 종속 표본 t검정 결과는 <Table 15>와 같다.
Test Period N M SD t P
PreTest 23 3.334 0.593
-3.994 0.000**
PostTest 23 3.928 0.340
*P < .05, **P < .01
<Table 15> pre- and post- analysis of the creative problem solving ability in experiment group (N=23)
실험집단의 창의적 문제해결력 사전·사후 검사 결과 를 살펴보면 사전검사 평균은 3.334이고 사후검사 평균 은 3.928으로 사후검사가 사전검사보다 0.593 높게 나타 나 통계적으로 유의한 것으로 확인되었다. 또한 표준편 차의 경우 사전검사는 0.593이고 사후검사는 0.34으로 감소하였다. 이러한 표준편차의 변화는 실험집단 내에 서 창의적 문제해결력의 수준 차이가 줄어들었음을 의 미한다.
<Table 16>에 따르면 창의적 문제해결력 하위 영역 의 평균 또한 전체적으로 상승하였으며, t검정의 결과 모든 영역에서 P < .05로 유의한 것으로 확인되었다. 이 는 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램 이 창의적 문제해결력 향상에 유의미한 긍정적인 효과 를 보이는 것으로 볼 수 있다.
특히 동기적 사고 영역에서는 평균이 0.747이나 상승 하여 개발된 STEAM 프로그램이 창의적 문제해결력 하위 영역 중 동기적 요소에 가장 크게 영향을 끼친 것 으로 분석된다.
Element Test
Period N M SD t P
Self Conviction·
independence
Pre 23 2.860 0.729
-3.666 0.001*
* Post 23 3.521 0.398
Diffusion Thinking
Pre 23 3.139 0.636
-3.329 0.003*
* Post 23 3.730 0.544
Critical Thinking
Pre 23 3.756 0.769
-2.595 0.016*
Post 23 4.217 0.361 Motivational
component
Pre 23 3.495 0.617
-4.455 0.000*
* Post 23 4.243 0.486
*P < .05, **P < .01
<Table 16> pre- and post- analysis in elements of the creative problem solving ability in experiment group (N=23)
창의적 문제해결력 사전·사후 검사 결과를 종합해보 면, 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램 을 적용한 수업이 전통적인 방식의 교과 수업에 비해 창 의적 문제해결력 향상에 더 효과적이었음을 알 수 있다.
5. 결론 및 제언
지난 20년간 경제 패러다임이 변화함으로써 현재 우 리는 창조경제 시대에 들어섰으며 최근 교육계에서는 창의적 과학기술 인재 양성에 주목하고 있다.
본 연구에서는 초등학교 6학년 일반 학생들을 대상으 로 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램 을 개발하여 창의적 문제해결력이 얼마나 향상되었는지 알아보고자 하는 목적으로 연구를 진행하였다. 이를 위 해 ‘친환경 마을’을 주제로 인포그래픽과 3D모델링을 활 용한 STEAM 프로그램을 개발하였고, 개발된 프로그램 을 3주 동안 18차시에 걸쳐 서울 소재 K초등학교 6학년 2개 반 중 실험집단에 적용하였다. 실험집단과 비교집단 의 사전 및 사후 검사 결과를 t검정한 결과 개발된 STEAM 프로그램을 체험한 실험집단의 경우 전통적인 교과 수업을 받은 비교집단에 비해 창의적 문제해결력 이 향상되었다. 특히 창의적 문제해결력의 하위영역 중 비판적·논리적 사고와 동기적 사고는 비교집단보다 눈 에 띄게 향상하는 결과를 보였다.
본 연구에서는 기존 영재대상으로 한정되어 있던 3D 모델링 활용 수업을 일반 학생으로 확대 적용하였기 때
문에 일반 학생의 부진을 우려하였으나 예상 외로 학습 에 대한 참여도와 흥미도가 높았다. 특히 5~6학년의 경 우 실과, 과학, 미술 등 다양한 내용의 교과를 활용하여 학습자 중심의 수업을 진행함으로써 창의적 문제해결력 을 향상 시킬 수 있었다. 따라서 인포그래픽과 3D모델 링을 활용한 STEAM 교육이 영재학생과 같은 특정 대 상에 국한되지 않고 일반화할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 창의적 문제해결력의 변화를 알아보기 위해 자기 보고식 설문을 사용하여 정량적 연구를 진행 하였는데 학생들 개개인의 보다 정확한 창의적 문제해 결력 변화를 알아보기 위해 산출물과 학생 개인의 문제 해결 과정에 대한 정성적 연구가 심도 있게 이루어질 필요가 있다.
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USA.저자소개
전 지 현
2013 청주교육대학교(학사) 2017 청주교육대학교 교육대학원
로봇교육전공(석사)
2015～현재 서울금양초등학교 교사 관심분야: SW교육, 로봇교육, 3D
모델링
e-mail: [email protected]
김 동 호
1986 서울대학교 계산통계학과(학 사)
1999 서울대학교 전산학과(박사) 1990~현재 청주교육대학교 교수 관심분야: 컴퓨터교육, 로봇교육 e-mail: [email protected]
