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가상현실 체험 기반 STEAM 수업설계 전략 개발 연구

A Development Study of Instructional Design Strategies in STEAM Education based on VR Experience

김성욱|조부희
한국교육공학회 (Korean Society Of Educational Technology)|2019.06|교육공학연구 (Journal of Educational Technology)|제35권 제2호|pp. 491-525|DOI http://dx.doi.org/10.17232/KSET.35.2.491

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가상현실virtual realitySTEAM education초·중등교육primary and secondary education수업설계전략STEAM 수업몰입형 앱immersive applicationinstructional design strategies
주제분류교육학

초록

본 연구는 초․중등교육에서 몰입형 앱을 활용한 가상현실 체험 기반 STEAM 수업을 효과적으로 설계하기 위한 수업설계 전략을 개발하는데 목적이 있다. 본 연구는 설계․개발 연구방법을 적용하였으며, 선행문헌 고찰 및 경험적 탐색, 전문가 타당화, 수업 실행, 교수자와 학습자 반응 수집 및 분석의 과정을 거쳐 설계전략과 상세지침을 개발하였다. 연구결과, 몰입형 앱을 활용한 가상현실 체험 기반 STEAM 수업의 13개의 설계전략과 36개의 상세지침이 개발되었다. 본 설계전략을 적용한 수업프로그램 운영 후 교수자와 학습자의 반응을 살펴본 결과, 전반적으로 설계전략이 가상현실 기반 STEAM 수업을 체계적으로 설계하는데 도움이 되며 학습자의 만족도가 높아짐을 확인하였다. 반면 초․중등학교에서 가상현실 체험 기반의 STEAM 수업이 지속적으로 이루어지기 위해서는 무선네트워크, 스마트폰, HMD 기기와 같은 물리적 인프라가 마련되어야 한다는 의견이 제시되었다. 본 연구는 STEAM 수업과정에서 몰입형 앱을 활용한 가상현실 체험을 적절하게 활용할 수 있도록 구체적인 설계전략과 상세지침을 제공하였으며 반복적인 수정과정을 거침으로써 실제 초․중등교육에서 이를 처음 적용하고자 하는 교수자에게 유용한 가이드라인으로 활용될 수 있다는 점에서 의의가 있다.

Abstract

The purpose of this study is to develop instructional design strategies for STEAM education based on virtual reality experience using immersive application and optimize design strategies by reflecting the responses of instructor and learners. This study adopted design and development research method and conducted design strategies and specific guidelines. The design strategies were developed through literature review and expert consultation, and optimized through initial and repetitive main implementations. As a result, Thirteen design strategies, and Thirty-six specific guidelines were developed. The result of the analysis of instructor and learner’s responses showed that providing a STEAM education based on virtual reality have a positive impact in terms of learners’ learning and interest. On the other hand, it was also suggested that physical infrastructure such as wireless network, smartphones, and HMD devices should be provided for continuous STEAM education based on VR experience in k-12 settings. The design strategies developed from this study can be used to minimize difficulties that may arise when virtual reality experience learning using immersive application is applied in STEAM education, in order to support learner’s learning for the digital age of the century. The implications of this study were discussed to provide the specific design strategies for the novice instructor using virtual reality on STEAM education while taking into learner’s meaningful learning and needs.

참고문헌 (61)

  1. 교육부, "한국의 다빈치 교육, 융합인재교육(STEAM) 2011년 성과발표회 자료집" (2011), 한국과학창의재단
  2. 김방희, "STEAM 교육의 PCK 유형 탐색을 위한분석틀 개발", 한국기술교육학회지, 13(2), pp.63~85 (2013), 한국기술교육학회
  3. 김석희, "3년간의 피지컬 컴퓨팅 기반의 STEAM 프로그램의 효과 비교 연구", 컴퓨터교육학회 논문지, 19(1), pp.11~18 (2016), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
  4. 김성욱, "모바일 탐구학습을 위한 수업설계 모형 개발 연구", 박사, pp.2016
  5. 김진수, "STEAM 교육론" (2012), 양서원
  6. 김희수, "지구과학교과교육을 위한 웹기반 3차원 가상현실 기법의 활용", 교육공학연구, 17(3), pp.85~106 (2001)
  7. 노상우, "초등학교 융합인재교육(STEAM)의 발전 방향 모색", 교육종합연구, 10(3), pp.75~96 (2012), 교육종합연구원
  8. 박성혜, "교사들의 과학 교과교육학 지식 측정도구 개발", 한국교원교육연구, 20(1), pp.105~134 (2003), 한국교원교육학회
  9. 박현주, "STEAM 교육의 구성 요소와 수업 설계를 위한 준거 틀의 개발", 학습자중심교과교육연구, 12(4), pp.533~557 (2012), 학습자중심교과교육학회
  10. 배영권, "가상현실장비(VR)를 활용한 융합인재교육 프로그램 개발 및 만족도와 학습자의 태도 분석", 정보교육학회논문지, 22(5), pp.593~603 (2018), 한국정보교육학회[DOI]
  11. 백영균, "가상현실공간에서의 교수-학습" (2010), 학지사
  12. 서영호, "초등학교 SW교육에서 동료 프로그래밍 교육 방법이 컴퓨팅 사고력과 창의성 신장에 미치는 효과 분석", 정보교육학회논문지, 20(3), pp.219~234 (2016), 한국정보교육학회
  13. 소요한, "몰입형 기어 VR 기반 가상현실 학습의 매체적 특성과 교육적 효과와의 관계", 커뮤니케이션디자인학연구, 54, pp.225~237 (2016), (사)한국커뮤니케이션디자인협회 커뮤니케이션디자인학회
  14. 유층현, "3D 프린팅과 체육 중심 STEAM프로그램이 중학생의 교과흥미도 및 창의적 태도에 미치는 영향", 디지털융복합연구, 15(1), pp.547~557 (2017), 한국디지털정책학회[DOI]
  15. 이상욱, "‘체화된 인지(Embedded cognition)’ 관점으로 본 가상현실 기술의 현재와 미래", 한국문학연구, (54), pp.39~64 (2017), 한국문학연구소[DOI]
  16. 이소이, "STEM 교육을 위한 기술 수업 설계 모형", 한국기술교육학회지, 11(3), pp.1~20 (2011), 한국기술교육학회
  17. 이지혜, "가상현실 기반교육 활성화 방안에 관한 연구", 한국디자인문화학회지, 25(1), pp.357~366 (2019), 한국디자인문화학회
  18. 이창훈, "스크래치 프로그램을 활용한 초등학교 STEAM 프로그램 개발 및 적용", 실과교육연구, 19(1), pp.189~207 (2013), 한국실과교육연구학회[DOI]
  19. 전희옥, "사회과 ‘가상현실 체험 중심’ 수업 사례 개발- Google Expedition 활용을 중심으로 -", 사회과교육, 57(4), pp.135~154 (2018), 한국사회과교육연구학회[DOI]
  20. 현장 적용 사례를 통한 융합인재교육(STEAM)의 이해, "조향숙", 한국교육개발원, ~, pp.연구보고 OR 2012-02-02 (2012)
  21. 최유미, "증강현실’ 기반 교육용 어플리케이션 개발을 통한 효과적인 초등 STEAM교육에 관한 연구 - 과학과 미술융합을 중심으로", 애니메이션연구, 11(2), pp.85~108 (2015), 한국애니메이션학회
  22. 한정순, "교수-학습 과정에서 가상현실의 구현을 위한 이론적 고찰", 교육공학연구, 17(3), pp.133~163 (2001)
  23. Bamodu, O., "Virtual reality and virtual reality system components", Proceedings of the 2nd International Conference on Systems Engineering and Modeling, pp.921~924 (2013), France: Atlantis Press
  24. Barilli, E., "Distance education", pp.141~156 (2012), IntechOpen
  25. Blaschke, L. M., "Transformative perspectives and processes in higher education", pp.75~94 (2015), Springer International Publishing
  26. Cennamo, K. S., "Technology integration for meaningful classroom use: A standards-based approach" (2010), Wadsworth Cengage Learning
  27. Cooper, G., "Using virtual reality in the classroom : Preservice teachers’ perceptions of its use as a teaching and learning tool", Educational Media International, 56(1), pp.1~13 (2019)
  28. Cooper, G., "Implementing virtual reality in the classroom : Envisaging possibilities in STEM education, an emerging field of enquiry" (2019), Brill
  29. Dalgarno, B., "What are the learning affordances of 3d virtual environments?", British Journal of Educational Technology, 41(1), pp.10~32 (2010)
  30. Dede, C., "Innovations in science and mathematics education: Advanced designs for technologies of learning", pp.361~414 (2000), Erlbaum
  31. Carolien Duijzer, "Embodied Learning Environments for Graphing Motion: a Systematic Literature Review", Educational Psychology Review, 31(3), pp.597~629 (2019), Springer Science and Business Media LLC[DOI]
  32. Dunleavy, M., "Affordances and limitations of immersive participatory augmented reality simulations for teaching and learning", Journal of Science Education and Technology, 18(1), pp.7~22 (2009)
  33. English, L. D., "Advancing integrated stem learning through engineering design : Sixth-grade students' design and construction of earthquake resistant buildings", The Journal of Educational Research, 110(3), pp.255~271 (2017)
  34. Ericsson, K. A., "Expert performance : Its structure and acquisition", American psychologist, 49(8), pp.725~747 (1994)
  35. Ertmer, P. A., "Teacher technology change : How knowledge, confidence, beliefs, and culture intersect", Journal of research on technology in education, 42(3), pp.255~284 (2010)
  36. Estes, J. S., "Emerging tools and applications of virtual reality in education", pp.277~304 (2016), IGI Global
  37. Fullan, M., "The new meaning of educational change" (1991), Teachers College Press
  38. Grant, J. S., "Selection and use of content experts for instrument development", Research in nursing & health, 20(3), pp.269~274 (1997)
  39. Hew, K. F., "Integrating technology into k-12 teaching and learning : Current knowledge gaps and recommendations for future research", Educational Technology Research and Development, 55(3), pp.223~252 (2007)
  40. Howland, J. L., "Meaningful learning with technology" (2012), Pearson Education
  41. "ISTE standards" (2015)[URL]
  42. Horizon Report Europe: 2014 Schools Edition, "Johnson, L.", Publications Office of the European Union, & Austin, Texas: The New Media Consortium, ~ (2014)
  43. Johnson-Glenberg, M., "Immersive VR and education : Embodied design principles that include gesture and hand controls", Frontiers in Robotics and AI, 5(81), pp.1~19 (2018)
  44. Koehler, M., "What is technological pedagogical content knowledge(TPACK)?", Contemporary issues in technology and teacher education, 9(1), pp.60~70 (2009)
  45. Lau, K. W., "The use of virtual reality for creating unusual environmental stimulation to motivate students to explore creative ideas", Interactive Learning Environments, 23(1), pp.3~18 (2015)
  46. Lindgren, R., "Handbook of Virtual Environments: Design, implementation, and applications", pp.1039~1051 (2014), CRC Press
  47. Lok, B., "Applying virtual reality in medical communication education: Current findings and potential teaching and learning benefits of immersive virtual patients", Virtual Reality, 10(3-4), pp.185~195 (2006)
  48. Martin-Gutierrez, J., "Virtual technologies trends in education", Eurasia Journal of Mathematics Science and Technology Education, 13(2), pp.469~486 (2017)
  49. McKay, C. S., "Instructional-design theories and models: The learner-centered paradigm of education Vol. Ⅳ", pp.145~172 (2016), Routledge
  50. Miller, R., "The application of virtual reality in higher education distance learning", Journal of Applied Learning Technology, 4(4), pp.15~18 (2014)
  51. Nadan, T., "Is virtual reality a memorable experience in an educational context?", International Journal of Emerging Technologies in Learning, 6(1), pp.53~57 (2011)
  52. Olmos-Raya, E., "Mobile virtual reality as an educational platform: A pilot study on the impact of immersion and positive emotion induction in the learning process", Eurasia Journal of Mathematics Science and Technology Education, 14(6), pp.2045~2057 (2018)
  53. Richey, R. C., "Handbook of research on educational communications and technology", pp.141~150 (2014), Springer
  54. Rubio, D. M., "Objectifying content validity : Conducting a content validity study in social work research", Social work research, 27(2), pp.94~104 (2003)
  55. Sanders, M., "STEM, STEM education, STEM mania", Technology Teacher, 68(4), pp.20~26 (2009)
  56. Somekh, B., "International handbook of information technology in primary and secondary education", pp.449~460 (2008), Springer
  57. Southgate, E., "Embedding immersive virtual reality in classrooms : Ethical, organisational and educational lessons in bridging research and practice", International Journal of Child-Computer Interaction, 19(1), pp.19~29 (2019)
  58. Umbach, P. D., "Faculty do matter : The role of college faculty in student learning and engagement", Research in Higher Education, 46(2), pp.153~184 (2005)
  59. Wagner, C., "Learning experience with virtual worlds", Journal of Information Systems Education, 19(3), pp.263~266 (2008)
  60. Yilmaz, R. M., "Social presence and motivation in a three-dimensional virtual world : An explanatory study", Australasian Journal of Educational Technology, 29(6), pp.823~839 (2013)
  61. Zantua, L. S. O., "Utilization of virtual reality content in grade 6 social studies using affordable virtual reality technology", Asia Pacific Journal of Multidisciplinary Research, 5(2), pp.1~10 (2017)

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