테크놀로지 활용 과학 수업에서 분산인지 이론 기반 수업 전략의 개발 및 효과 = Development and Effects of Distributed Cognition Theory Based Instructional Strategy in Science Class Using Technology

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 분산인지 이론을 기반으로 과학 수업에서 테크놀로지를 효율적이고 효과적으로 활용하기 위한 수업 전략을 개발하고, 수업 전략의 효과와 수업 전략을 적용한 테크놀로지 활용 수업에서 인지의 분산은 어떠한 양상으로 나타나는지 확인하는 것을 목적으로 하였다. 이 연구는 설계·개발 연구 방법론을 적용하였으며, 수업 전략을 개발하기 위해 개발·타당화 연구(연구 1)를 진행하였고, 수업 전략의 효과와 수업 중 인지의 분산이 어떠한 양상으로 나타나는지 확인하기 위해 사용 연구(연구 2)를 진행하였다.
(연구 1)은 개발·타당화 연구로 과학 수업에서 테크놀로지를 효율적이고 효과적으로 활용하기 위한 수업 전략을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 연구 목적을 달성하기 위해 연구 문제를 ‘분산인지 이론에 기반한 테크놀로지 활용 과학 수업 전략을 개발’하는 것으로 설정하였다.
연구 문제 해결을 위해 (연구 1)은 개발 연구와 타당화 연구로 구분하여 진행하였다. 개발 연구에서는 선행 문헌 검토와 사전 전문가 검토 방법으로 초기 수업 전략을 개발하였다. 타당화 연구에서는 전문가 타당화, 사용성 평가, 현장 적용 평가를 진행하여 수업 전략을 타당화하고 최종 수업 전략을 개발하였다. (연구 1)의 결과 첫째, 3개의 수업 원리와 9개의 수업 전략, 38개의 세부 지침을 최종적으로 개발하였다. 둘째, 교수자 및 학습자 측면에서 수업 전략의 유용성을 확인하였다. 교수자는 수업 전략이 수업 설계 및 수업 진행 측면과 테크놀로지를 효율적이고 효과적으로 활용하는 데 도움이 되었다고 응답하였다. 학습자는 수업 전략을 적용한 과학 수업을 긍정적으로 인식하였으며, 수업 전략과 관련된 테크놀로지 활용이 과학학습에 도움이 된다고 응답하였다.
(연구 2)는 사용 연구로 수업 전략을 적용하여 수업 전략의 효과를 확인하고 인지의 분산이 어떠한 양상으로 나타나는지 확인하는 것을 목적으로 하였다. 연구 목적을 달성하기 위해 연구 문제를 첫째, ‘수업 전략은 과학 개념 성취도, 협력적 자기 효능감, 팀 효능감, 협력 학습 태도, 인지부하 측면에서 효과가 있는가?’ 둘째, ‘수업 전략을 적용한 테크놀로지 활용 수업에서 인지의 분산은 어떠한 양상으로 나타나는가?’로 설정하였다.
첫 번째 연구 문제 확인을 위해 실험 집단과 통제 집단으로 구분하여 수업 전·후 과학 개념 성취도, 협력적 자기 효능감, 팀 효능감, 협력 학습 태도, 인지부하 검사 결과를 비교·분석하였다. 두 번째 연구 문제 확인을 위해 실험 집단과 통제 집단의 인지 주체 간 정보 공유 시간과 테크놀로지를 활용한 상호작용 시간 중 학습 과제 해결을 위한 인지적 활동 시간의 비율을 분석하였다. 그리고 실험 집단을 대상으로 정보 공유 경향, 정보의 공유 과정과 테크놀로지 역할을 분석하였다. (연구 2)의 결과 첫째, 테크놀로지 활용 과학 수업 전략은 과학 개념 성취도 향상, 협력적 자기 효능감, 팀 효능감, 협력 학습 태도 변화, 인지부하 측면에서 효과가 있음을 확인하였다. 둘째, 실험 집단은 통제 집단보다 테크놀로지를 활용한 상호작용 시간이 많았고, 테크놀로지를 활용한 상호작용 시간 중 학습 과제 해결을 위한 인지적 활동 시간 비율이 높았다. 개별 학습자, 모둠, 학급 수준에서 인지의 분산 양상을 확인하였고 학습의 증거인 표상의 공유와 조정, 상호주관성, 전문가적 문제 해결 전략을 관찰할 수 있었다. 연구 결과를 종합했을 때 과학 개념 성취도, 협력적 자기 효능감, 팀 효능감, 협력 학습 태도, 인지부하 측면의 효과는 수업 전략 적용에 의한 것임을 확인하였다.
(연구 1)과 (연구 2)의 연구 결과를 바탕으로 이 연구의 의의를 수업 전략의 유용성과 테크놀로지의 효율적·효과적 활용 측면에서 결론을 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to develop instructional strategies for efficient and effective use of technology in science classes based on the theory of distributed cognition, and to identify the effects of the instructional strategies and how cognitive distribution appears in technology-using classes to which the instructional strategies are applied. This study applied the design and development research methodology. A development and validation study(Study 1) was conducted to develop a teaching strategy. A using study(Study 2) was conducted to confirm the effect of the instructional strategy and how the distribution of cognition during class appeared.
(Study 1) was a development and validation study aimed at developing instructional strategies for efficient and effective use of technology in science classes. In order to achieve the purpose of the study, the study question was set as 'development of distributed cognition theory based instructional strategy for science class using technology'.
To solve the research question, (Study 1) was divided into development research and validation research. In the development study, the initial teaching strategy was developed by reviewing prior literature and prior expert review. In the validation study, expert validation, usability evaluation, and field application evaluation were conducted to validate the instructional strategy and develop the final instructional strategy. As a result of (Study 1), first, 3 instructional principles, 9 instructional strategies, and 38 detailed guidelines were finally developed. Second, the usefulness of instructional strategies was confirmed from the perspective of instructors and learners. The instructor responded that the instructional strategy was helpful in the efficient and effective use of technology and the aspects of instructional design and implement. The learners positively perceived the science class to which the instructional strategy was applied, and responded that the use of technology related to the instructional strategy was helpful for science learning.
(Study 2) was a using study, aimed at confirming the effect of the instructional strategy by applying the instructional strategy and to ascertain the aspects of cognitive dispersal. In order to achieve the purpose of the study, the research questions were first, 'Is the instructional strategy effective in terms of science conception achievement, cooperative self-efficacy, team efficacy, cooperative learning attitude, and cognitive load?' In what aspect does the distribution of cognition appear?'.
To identify the first research question, the experimental group and the control group were divided, and science conception achievement before and after class, cooperative self-efficacy, team efficacy, cooperative learning attitude, and cognitive load test results were compared and analyzed. To confirm the second research question, the ratio of cognitive activity time for solving learning tasks among the information sharing time between the cognitive subjects of the experimental group and the control group and the interaction time using technology was analyzed. In addition, the information sharing tendency, information sharing process, and technology role were analyzed for the experimental group. Results of (Study 2) First, it was confirmed that the technology-based science insructional strategy was effective in terms of science conception achievement improvement, cooperative self-efficacy, team efficacy, cooperative learning attitude improvement, and cognitive load. Second, the experimental group had more interaction time using technology than the control group, and the ratio of time for cognitive activity to solve learning tasks was higher among the interaction time using technology. The distributed aspects of cognition were confirmed at the level of individual learners, groups, and classes, and the sharing and coordination of representations, intersubjectivity, and expert problem-solving strategies, which are evidence of learning, were observed. When the results of the study were put together, it was confirmed that the effects of science conception achievement, cooperative self-efficacy, team efficacy, cooperative learning attitude, and cognitive load were due to the application of instructional strategies.
Based on the research results of (Study 1) and (Study 2), the significance of this study was presented in terms of the usefulness of instructional strategies and the efficient and effective use of technology.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 5
• 3. 연구 과정의 개요 6
• 4. 용어의 정리 7
• 가. 분산인지 7
• 나. 테크놀로지 8
• 다. 수업 전략 8
• 5. 연구의 제한점 9
• II. 이론적 배경 10
• 1. 과학교육과 테크놀로지의 활용 10
• 가. 테크놀로지의 교육적 활용 10
• 나. 과학교육에서 테크놀로지 활용 14
• 다. 시사점 19
• 2. 분산인지 21
• 가. 분산인지 이론의 개념 및 특징 21
• 나. 분산인지 관점에서 테크놀로지의 교육적 활용 27
• 다. 시사점 30
• 3. 수업 전략 개발의 방향 31
• III. (연구 1) 테크놀로지 활용 과학 수업에서 분산인지 이론 기반 수업 전략의 개발 33
• 1. 연구의 필요성 및 목적 33
• 2. 연구 방법 34
• 가. 수업 전략 개발 36
• 나. 수업 전략 타당화 39
• 다. 외적 타당화-현장 적용 평가 44
• 3. 연구 결과 및 논의 47
• 가. 수업 전략 개발 47
• 나. 내적 타당화 62
• 다. 외적 타당화 90
• 라. 최종 수업 전략 개발 112
• 마. 논의 123
• 4. 결론 127
• IV. (연구 2) 테크놀로지 활용 과학 수업에서 분산인지 이론 기반 수업 전략의 효과 129
• 1. 연구의 필요성 및 목적 129
• 2. 연구 방법 130
• 가. 연구 절차 131
• 나. 연구 참여자 134
• 다. 자료의 수집 및 분석 135
• 라. 수업 설계 및 실행 149
• 3. 연구 결과 및 논의 159
• 가. 수업 전략의 효과 확인을 위한 연구 결과 159
• 나. 수업에서 나타나는 인지의 분산 양상 확인을 위한 연구 결과 163
• 다. 논의 189
• 4. 결론 197
• V. 결론 및 제언 199
• 1. 결론 199
• 가. 연구의 요약 199
• 나. 결론 201
• 2. 제언 203
• 참고문헌 204
• Abstract 235
• 부 록 238

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136. 거꾸로 교실을 적용한 과학수업이 초등학생의 과학 학습 동기 및 학업성취도에 미치는 영향, 배진호, 소금현, 정진아, 생물교육 43(4), 333-343, , 2015

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138. 초등학생이 지각한 수업의 질, 기본심리욕구, 수업 참여, 학업성취도 간의 구조적 관계 분석, 안연선 , 정은실, 송재홍, 교육심리연구, 28(1), 179-203, , 2014

139. 고등교육에서 이러닝 공개교육자료의 현 사용 실태를 통한 학습자의 요구 분석-KOCW 를 중심으로, 장선영, 교육방법연구 25(1), 289-315, , 2013

140. 상호 질문 기법을 활용한 초등영어 수업에서 모둠 구성 유 형이 학습자 상호작용에 미치는 영향, 장정임, 노경희, 외국어교육연구 32(3), 12 3-150, , 2018

141. 스마트 기기를 활용한 온라인 토론 학습에서 모달리티가 학습자의 상호작용경험에 미치는 영향, 신동희, 김태양, 박세영, 신재은, 한국콘텐츠학 회논문지, 15(2), 507-519, , 2015

142. 스마트 지원 수업 설계에서 초등 예비교사들이 보이는 스마트 도 구에 대한 인식과 활용의 차이, 강은희, 초등과학교육 37(1), 66-79, , 2018

143. 스마트 테크놀로지 활용 과학 수업 계획 시 발생하는 초등 예비 교사의 질문과 수업과정안 분석, 나지연, 초등과학교육 40(2), 162-174, , 2021

144. 지구과학 수업에서 진단 및 형성평가 활용을 위한 스마트 맞춤 평가 (SPA) 시스템의 개발 및 효과, 손준호, 김종희, 대한지구과학교육학회 지 9(1), 1-14, , 2016

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146. 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과 학 탐구 수업이 초등학생의 역량에 미치는 영향, 손정우, 정은주, 과학교육연구지, 44(2), 205-213, , 2020

147. 집단탐구 (Group Investigation) 협동학습에서 학업적 자기효능 감 협력적 자기효능감 학업 성과의 관계, 임규연, 교육의 이론과 실천 16 (2), 19-36, , 2011

148. 초등과학영재를 위한 스마트 교수 학습 프로그램 개발 및 적 용:지구와 달의 운동주제를 중심으로, 손정주, 권용인, 현장과학교육 9(1), 1-10, , 2015

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150. 대학교 팀 프로젝트 학습에서 팀 효능감, 대인관계의 이해, 문제 해결의 적극성과 팀 성과 간 상관분석, 권은미, 이화여자대학교 석사학위 논문, , 2010

151. 스마트 기기를 활용한 과학 교사의 교수 실행과 과 학교육에서 스마트교육 적용 방안에 대한 의견 조사, 노태희, 양찬호, 조민진, 한국과학교 육학회지 35(5), 829-840, , 2015

152. 미래학교의 스마트 기기를 활용한 과학 수업이 과학긍정경 험과 과학 학습자 정체성에 미치는 영향 탐색, 김경화, 유은정, 한국지구과학회 지, 41(2), 176-193, , 2020

153. A g lance into social and evolutionary aspects of an artifact ec ology for collaborative learning through the lens of distribu ted cognition, Stylianou-Georgiou, A., Vasiliou, C., Ioannou, A., Zaphiris, P., 33(8), 642-654, , 2017

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157. 스마트워치를 활용한 박물관교육 프로그램의 과학 태도 과학흥미 만족도 및 과학성취도에 대한 효과성 검증, 박남수, 김동심, 이은율, 교육 정보미디어연구 22(2), 249-272, , 2016

158. 스마트 기기를 활용한 지구과학 수업 사례 연구: 예비 교사들의 중학교 대기와 천문 단원 수업 사례를 중심으로, 오현석, 현장과학교육, 14(4), 423-440, , 2020

159. 구성주의 기반의 학습 이론이 교육용 게임 설계에 주는 시사점 고찰-활동이론, 분산인지, 생태심리학을 기반으로, 황지현, 한국컴퓨터게 임학회논문지, (18), 145-149, , 2009

160. 동료피드백 활동을 통한 예비교사들의 수업설계능력 향상에 관한 연구: ASSURE 모형활용 수업지도안 작성을 중심으로, 이영주, 교육공학 연구, 28(4), 687-706, , 2012

161. 테크놀로지 도입에 대한 과학교육학 연구동향의 분석 및 과학교사의 테크놀로지 활용 교수내용지식(TPCK)을 위한 시사점, 송진웅, 나지연, 교사교육연구 53(3), 511-524, , 2014

162. 모바일러닝 환경에서 모바일 기기와 온라인커뮤니케이션 도구 활용 인식 및 집단자존감이 협력학습 태도에 미치는 영향, 남창우, 장선영, 교육정보미디어연구 19(4), 811-835, , 2013

163. 스마트 기기 도입이 과학탐구 활동을 어떻게 변화시킬 것 인가?-교육대학원 초등과학 전공 교사의 인식 사례를 중심으로, 정용재, 장진아 , 한국과학교육학회지 37(2), 359-370, , 2017

164. 스마트 기기를 활용한 프로젝트 학습이 초등과학 영재아의 과학학습 동기 창의적 인성 및 창의적 문제해결력에 미치는 영 향, 김상욱, 소금현, 생물교육 (구 생물교육학회지) 44(3), 364-371, , 2016

165. 초등 교육과정에 제시된 식물 세포 관찰 탐구 활동 개선 방안 및 적용: 설탕 용액과 스마트폰 현미경 어댑터 활용을 중 심으로, 윤민지, 전상학, 현장과학교육, 14(1), 137-150, , 2020

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168. 대학생의 학습공동체 활동에서 협력적 자기조절, 협력적 자기효능감과 팀 효능감, 문제해결력 간의관계에 대한 의사소통 능력의 매개효과, 박미정, 박성희, 학습자중심교과교육연구 Vol, 22(11), 57-75, , 2022