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컴퓨팅 사고 기반 과학 관련 사회쟁점(CT-SSI) 교육 프로그램을 통해 나타나는 학생들의 컴퓨팅 사고 역량과 그 변화 분석

Analysis of students' computational thinking competencies and their changes through computational thinking-based socioscientific issues (CT-SSI) educational programs

황요한|문공주|최윤희
교육연구소 (CNU Research Institute of Education)|2020.04|교육문화연구 (Journal of Education & Culture)|제26권 제2호|pp. 175-196|DOI 10.24159/joec.2020.26.2.175

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컴퓨팅 사고과학 관련 사회쟁점컴퓨팅 사고 역량컴퓨팅 사고 기반 과학 관련 사회쟁점 교육

초록

우리 나라의 2015 개정 교육과정 및 미국의 차세대 과학 표준에는 과학 관련 문제의 실천적 해결을 위해 컴퓨팅 사고, 증거 기반 사고, 정보의 수집, 평가 및 교환 등 새로운 역량을 포함하고 있다. 하지만 최근 과학 교육에서 중요시되고 있는 과학 관련 사회 쟁점 (Socioscientific issues: SSI) 교육 프로그램들은 증거 기반의 논리적 추론보다 비형식적 추론에 초점이 맞추어져, 실천적인 문제해결이 잘 나타나지 못하고 있다. 이러한 점을 개선하기 위해 본 연구에서는 컴퓨팅 사고의 요소를 기반으로 SSI 교육 프로그램을 구성하여 학생들에게 적용하고 학생들의 컴퓨팅 사고 역량이 어떻게 드러나며 그 변화는 어떠한지를 분석하였다. 이를 위해 컴퓨팅 사고의 대표 요소인 자료 표상, 추상화, 시뮬레이션 등을 사용하는 교육 프로그램을 개발하였고, 지진, 적정기술, 미세먼지 세 가지 주제로 S 중학교 영재학급 학생 20명을 대상으로 적용하였다. 교육의 효과를 검증하기 위해 컴퓨팅 사고에 관한 리커트 설문을 개발하여 프로그램 적용 전후에 조사하였으며, 교육 경험에 대한 학생 그룹 면담을 시행하였다. 연구 결과 학생들의 컴퓨팅 사고에 대한 인식이 평균 4.19에서 4.32로 향상되었으며, 이 중 추상화 요소, 특히 자료를 선별하여 사용하는 능력이 유의미하게 향상된 것으로 나타났다. 또한, 면담 결과 학생들의 정보 분별 능력과 추상화 과정에서의 선별 능력, 구상 능력, 근거 기반 추론을 활용한 설계 능력, 자료를 분석하여 선별하고, 이것을 기반으로 추론하는 능력 등이 향상된 것으로 나타났다. 결론적으로 컴퓨팅 사고를 기반으로 한 SSI 교육은 학생들이 정보를 선별적으로 사용하는 능력을 길러주어 SSI 주제에 대해 근거를 기반으로 하는 추론을 가능하게 하였다. 또한, 추상화 과정을 통해 문제해결 방법을 적절하게 구성할 수 있는 능력을 길러줄 수 있었다.

Abstract

2015 revised curriculum in Republic of Korea and Next Generation Science Standards(NGSS) in the United States included new competencies such as computational thinking, evidence-based thinking, and the collection, evaluation and exchange of information for practical solving of science-related problem. However, Most of the socioscientific issues education programs, which are recently emphasized in science education, were focused on informal reasoning rather than evidence-based logical reasoning, and practical problem-solving was not appeared well. To improve this, we constructed the computational thinking-based socioscientific issues education program and applied to students, and how students' computational thinking competencies were revealed and how the changes were analyzed. For this we developed an educational programs those used data representation, abstraction, and simulation, which are representative elements of computational thinking. And we applied three subjects of earthquake, appropriate technology and fine dust to 20 students in the S middle school's gifted class. In order to verify the effectiveness of the education, a Likert questionnaire about computational thinking was developed and investigated before and after education program application And we interviewed student groups about educational program experience. As a result of the study, students' perception of computational thinking was improved from 4.19 to 4.32, and among them, abstraction that especially the competency to selectively use data was significantly improved. In addition, as a result of the interview, it was found that the students competencies to discern information, to select data in the abstraction process, to formulate, to design using evidence-based reasoning, and to analyze and select data and make inferences based on this were improved. In conclusion, computational thinking-based socioscientific issues education cultivated students' competencies to selectively use information to ena ble evidence-based reasoning on SSI education. And through the process of abstraction, it was improved in the competency to construct methods to solve the problem appropriately.

참고문헌 (55)

  1. 교육과학기술부, "과학과 교육과정", 교육과학기술부 고시 제2011-361호, ~ (2010)
  2. "2011년 업무보고 창의인재와 선진과학기술로 여는 미래 대한민국" (2011), 교육과학기술부[URL]
  3. 교육부, "과학과 교육과정", 교육부 고시 2015-74, ~ (2015)
  4. 김미영, "우리나라 중등학생의 문제해결기반의 컴퓨팅사고력 특성", 학습자중심교과교육연구, 18(16), pp.807~830 (2018), 학습자중심교과교육학회[DOI]
  5. 김민자, "비전공자 프로그래밍 수업 창의적 산출물의 컴퓨팅 사고력 기반 평가 루브릭 개발", 컴퓨터교육학회 논문지, 20(2), pp.1~11 (2017), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
  6. 김세현, "미래문제해결 모형을 적용한 과학수업의 문제발견 및 해결 과정에서 나타난 중학교 영재들의 과학창의인성 요소 분석", 학습자중심교과교육연구, 18(7), pp.113~144 (2018), 학습자중심교과교육학회[DOI]
  7. 김태훈, "센서 기반 스크래치 프로그래밍 중심의 STEAM 교육 프로그램 개발 및 적용", 정보교육학회논문지, 18(1), pp.65~74 (2014), 한국정보교육학회[DOI]
  8. 노상미, "고등학교에서 시각적 사고에 기반한 인포그래픽 활용 물리 수업의 효과", 한국과학교육학회지, 35(3), pp.477~485 (2015), 한국과학교육학회[DOI]
  9. 문지영, "대학생의 과학 정보에 대한 신뢰도 판단 특성", 학습자중심교과교육연구, 17(1), pp.143~165 (2017), 학습자중심교과교육학회[DOI]
  10. 박영신, "컴퓨팅 사고 실천 분석도구 개발 및 이의 활용에 대한 기초연구", 대한지구과학교육학회지, 10(2), pp.140~160 (2017), 대한지구과학교육학회[DOI]
  11. 박현주, "STEAM 교육의 구성 요소와 수업 설계를 위한 준거 틀의 개발", 학습자중심교과교육연구, 12(4), pp.533~557 (2012), 학습자중심교과교육학회
  12. 백윤수, "우리나라 STEAM 교육의 방향", 학습자중심교과교육연구, 11(4), pp.149~171 (2011), 학습자중심교과교육학회
  13. 융합인재교육(STEAM)실행방향 정립을 위한 기초연구, "백윤수", 한국과학창의재단, ~ (2012)
  14. 손미현, "지식정보처리역량에 대한 과학교사의 인식 조사", 한국과학교육학회지, 38(5), pp.693~703 (2018), 한국과학교육학회[DOI]
  15. 손미현, "지식정보처리역량 관점에서 중학생들의 과학탐구활동 어려움 분석", 한국과학교육학회지, 38(3), pp.441~449 (2018), 한국과학교육학회[DOI]
  16. 송정범, "스크래치 프로그래밍 학습이 학습자의 동기와 문제해결력에 미치는 영향", 정보교육학회논문지, 12(3), pp.323~332 (2008), 한국정보교육학회
  17. 이은경, "로봇 활용 프로그래밍 학습이 창의적 문제해결성향에 미치는 영향", 대한공업교육학회지, 33(2), pp.120~136 (2008), 대한공업교육학회
  18. 이은경, "Computational Thinking 능력 향상을 위한 로봇 프로그래밍 교수 학습 모형", 박사, 컴퓨터교육, pp.2009
  19. 이영준, "초중등 단계 Computational Thinking 도입을 위한 기초 연구" (2014), 한국과학창의재단
  20. 이재호, "과학영재용 소프트웨어 코딩기반 메이커 교육 프로그램의 개발", 영재교육연구, 27(3), pp.331~348 (2017), 한국영재학회[DOI]
  21. 이재호, "컴퓨팅 사고력 검사도구 개발을 위한 탐색", 창의정보문화연구, 4(3), pp.273~283 (2018), 한국창의정보문화학회[DOI]
  22. 이재호, "텍스트 마이닝 기법을 활용한 컴퓨팅 사고력 연구 동향 분석", 정보교육학회논문지, 23(6), pp.543~550 (2019), 한국정보교육학회[DOI]
  23. 이철현, "소프트웨어교육을 위한 컴퓨팅 사고력 기반 실생활 문제해결(CT-RLPS)모형 개발", 한국실과교육학회지, 30(3), pp.33~57 (2017), 한국실과교육학회[DOI]
  24. 이현숙, "과학적 의사소통기능을 강화한 초등과학 교수 학습 전략의 효과", 생물교육, 40(1), pp.97~108 (2012), 한국생물교육학회[DOI]
  25. 이현주, "과학과 관련된 사회적·윤리적 문제에 대한 예비 과학교사들의 의사결정유형", 교과교육학연구, 12(2), pp.377~396 (2008), 교과교육연구소[DOI]
  26. 이현주, "집단지성을 강조한 과학기술 관련 사회쟁점 수업이 중학교 영재학급 학생들의 역량 함양에 미치는 효과", 한국과학교육학회지, 35(3), pp.431~442 (2015), 한국과학교육학회[DOI]
  27. 전수진, "Computational Thinking 역량 평가를 위한 서술형 수행평가 도구", 정보교육학회논문지, 20(3), pp.255~262 (2016), 한국정보교육학회
  28. 정영식, "알고리즘, 프로그래밍, 로봇과 컴퓨팅 영역의 성취 기준과 컴퓨팅 사고력의 관련성 연구", 정보교육학회논문지, 21(1), pp.105~114 (2017), 한국정보교육학회
  29. 정인기, "Computational Thinking 기반의 초등학교 동아리 활동용 프로그래밍 교육 교재의 개발", 정보교육학회논문지, 19(2), pp.243~252 (2015), 한국정보교육학회[DOI]
  30. 조희형, "과학의 윤리적 특성 교육의 필요성과 그 실태", 한국과학교육학회지, 18(4), pp.559~570 (1998)
  31. 최경희, "과학의 윤리적 특성 교수-학습이 중학생들의 과학의 본성에 대한 인식에 미친 영향", 생물교육, 30(2), pp.105~113 (2002), 한국생물교육학회
  32. 최숙영, "21^st Century Skills와 Computational Thinking 관점에서의 '정보' 교육과정 분석", 컴퓨터교육학회 논문지, 14(6), pp.19~30 (2011), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
  33. 최숙영, "문제해결의 관점에서 컴퓨팅 사고력 증진을 위한 교수학습에 대한 연구", 컴퓨터교육학회 논문지, 19(1), pp.53~62 (2016), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
  34. 최형신, "소프트웨어 프로그래밍교육을 통한 컴퓨팅 사고력 개발에 관한 국내 연구 고찰", 교육공학연구, 34(3), pp.743~774 (2018), 한국교육공학회[DOI]
  35. Albe, V., "When scientific knowledge, daily life experience, epistemological and social considerations intersect : Students' argumentation in group discussion on a socio-scientific issue", Research in Science Education, 38(1), pp.67~90 (2008)
  36. Apedoe, X. S., "Bringing engineering design into high school science classrooms : The heating", cooling unit, 2008, pp.17(5), 454~465
  37. Barr, V., "Bringing computational thinking to K-12 : what is involved and what is the role of the computer science education community", ACM Inroads, 2(1), pp.48~54 (2011)
  38. Choi, K., "Re-conceptualization of scientific literacy in South Korea for the 21st century", Journal of Research in Science Teaching, 48(6), pp.670~697 (2011)
  39. Computer Science Teachers Association, "CSTA K-12 Computer Science Standards" (2011), ACM
  40. DeBoer, G. E., "Scientific literacy : Another look at its historical and contemporary meanings and its relationship to science education reform", Journal of Research in Science Teaching, 37(6), pp.582~601 (2000)
  41. Fensham, P. J., "Time to change drivers for scientific literacy", Canadian Journal of Science, Mathematics and Technology Education, 2(1), pp.9~24 (2002)
  42. Fowler, S. R., "Moral sensitivity in the context of socioscientific issues in high school science students", International Journal of Science Teacher Education, 31(2), pp.279~296 (2009)
  43. Khishfe, R., "Teaching nature of science within a controversial topic : Integrated versus non-integrated", Journal of Research in Science Teaching, 43(4), pp.395~418 (2006)
  44. Korpan, C. A., "Assessing literacy in science : Evaluation of scientific news briefs", Science Education, 81(5), pp.515~532 (1997)
  45. McClune, B., "Critical Reading of Science‐Based News Reports : Establishing a knowledge, skills and attitudes framework", International Journal of Science Education, 32(6), pp.727~751 (2010)
  46. Mehalik, M. M., "Middle-school science through design-based learning versus scripted inquiry : Better overall science concept learning and equity gap reduction", Journal of Engineering Education, 97(1), pp.71~86 (2008)
  47. Norriss, S. P., "How literacy in its fundamental sense is central to scientific literacy", Science Education, 87(2), pp.224~240 (2003)
  48. National Research Council, "A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas" (2012), The National Academies Press
  49. Pedretti, E., "Decision making and STS education: Exploring scientific knowledge and social responsibility in schools and science centers through and issue-based approach", School Science & Mathematics, 99(4), pp.174~181 (1999)
  50. Ratcliffe, M., "Pupil decision‐making about socio‐scientific issues within the science curriculum", International Journal of Science Education, 19(2), pp.167~182 (1997)
  51. Tal, R., "Assessing high order thinking of students participating in the"wise"project in Israel", Studies in Educational Evaluation, 29(2), pp.69~89 (2003)
  52. Wing, J. M., "Computational Thinking", Communications of the ACM (2006)
  53. Wing, J. M., "Computational Thinking and Thinking about Computing", Transactions of the Royal Society (2008)
  54. Zeidler, D. L., "The Role of Moral Reasoning on Socioscientific Issues and Discourse in Science Education" (2003), Kluwer Academic Publishers
  55. Zeidler, D. L., "Beyond STS: A research-based framework for socioscientific issues education", Science Education, 89(3), pp.357~377 (2005)

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