STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이가 유아의 컴퓨팅 사고력, 수학적 문제해결력, 창의성 및 놀이성에 미치는 효과 = The Effects of STEAM-Based Unplugged Coding Play on Young Children's Computational Thinking, Mathematical Problem-Solving Ability, Creativity, and Playfulness

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이 프로그램이 유아의 컴퓨팅 사고력, 수학적 문제해결력, 창의성 및 놀이성에 미치는 효과를 검증하고자 하였다. 본 연구의 대상으로는 경기도 S시에 위치한 E어린이집 4-5세 유아 25명을 실험집단(언플러그드 코딩놀이+코딩 특별활동)으로, 같은 시에 위치한 S어린이집 4-5세 유아 25명은 비교집단(코딩 특별활동), 같은 시에 위치한 H어린이집 4-5세 유아 25명을 통제집단(코딩교육 경험 없음)으로 총 75명의 유아를 선정하였다. 세 집단 부모의 사회적 배경, 경제적 수준, 지역사회 문화 및 교육적 경험과 교사의 교육경력이 유사하다. 유아의 컴퓨팅 사고력을 검사하기 위해서 Bebras(2018)가 개발한 ‘Bebras Challenge – Castors: Years 4 & 5’ 문제를 기초로 이경희(2020)가 그림 위주의 검사지로 재구성하여 개발한 검사 도구를 사용하였고, 유아의 수학적 문제해결력을 측정하기 위해 뉴질랜드교육부(New Zealand Ministry of education, 2010)에서 제공하는 Problem Solving Level 1을 이경진(2016)이 번안한 도구를 사용하였다. 유아 창의성 척도는 노영희, 김경철, 김호(2006)가 개발한 ‘교사용 유아창의성평정 척도(TCRSYC)’를 사용하였고, 유아의 놀이성을 측정하기 위해서 Barnett(1991)이 개발한 척도를 유애열(1994)이 번안하였고, 배미경과 김용미(2016)가 수정 및 보완한 척도를 사용하였다. 자료분석은 SPSS Window 25.0 프로그램을 사용하여 분석하였다. 본 프로그램 처치에 따른 유아의 컴퓨팅 사고력, 수학적 문제해결력, 창의성, 놀이성에서의 실험집단과 비교집단, 통제집단 간의 동질성 검증을 위한 일원분산분석(One-way ANOVA)을 실시하였다. 프로그램 효과를 확인하고자 실험집단과 비교집단, 통제집단 내에서 프로그램 실시 전-후에 실질적인 변화가 있는지 알아보기 위해 대응표본 T-검증을 실시하였다. 사후검사 후 세 집단 간의 차이를 분석하기 위해 일원분산분석(One-way ANOVA)을 실시하였고, 집단 간 차이가 유의하여 Scheffé 사후검정을 실시하였다.
STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이는 유아가 언플러그드 코딩교구를 활용하여 주도적으로 놀이하면서, 자연스럽게 발생하는 문제를 스스로 해결하는 과정을 통해 컴퓨팅 사고력, 수학적 문제해결력, 창의성 및 놀이성을 증진함을 목표로 선정하였다. 본 연구는 STEAM의 3단계인 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험과 메이커교육의 모델 중 팅커링 과정을 강조하는 TMSI 모델을 융합하여 유아 대상으로 설계된 장숙현과 김지현(2025a)의 STEAM 교육모형을 적용하였다. 이 모형을 적용하여 언플러그드 코딩교구의 탐색을 통해 스스로 문제를 설정하는 문제의 발견 단계, 팅커링을 지속하며 습득한 대상에 대한 정보를 바탕으로 자유롭게 만드는 창의적 설계 단계, 공동체 속에서 결과물을 공유하고 개선하는 감성적 체험 단계의 세 단계를 구성하였다. 이는 언플러그드 코딩교구를 통한 발현적인 놀이에서 유아가 자연스럽게 문제를 발견하고, 이를 해결하기 위한 아이디어를 제안·적용하는 과정에서 시행착오를 경험하고 스스로 수정·보완하며 학습을 심화함으로써, 컴퓨팅 사고력, 수학적 문제해결력, 창의성 및 놀이성의 증진을 도모하기 위함이다.
STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이를 적용한 후 양적 평가를 실시한 결과, 실험집단의 컴퓨팅 사고력, 수학적 문제해결럭, 창의성 및 놀이성에 긍정적인 효과를 미치는 것으로 나타났다. 유아는 언플러그드 코딩교구를 탐색하며 문제를 분석·수정하는 과정을 반복함으로써 절차적 사고와 논리적 추론능력인 컴퓨팅 사고력을 향상하고, 코딩 경로 구성과 조정 과정은 수량·거리·공간 개념을 실제 놀이 맥락에서 적용하게 하여 수학적 문제해결력의 발달을 이룰 수 있었다. 또한, 자발적 설계와 아이디어 공유는 창의적 사고를 촉진하였고, 또래 협력과 몰입은 놀이성을 강화되었다. 질적분석 결과 유아들은 언플러그드 코딩놀이 속에서 스스로 탐색하고 문제 상황을 분석·해결하며 주도적으로 놀이에 참여하였다. 이 과정에서 창의적 아이디어를 발휘하고 또래와 협력하며 발달 수준에 적합한 문제해결 경험을 쌓았으며, 놀이의 즐거움은 긍정적 정서로 이어져 새로운 의미와 융합적 배움으로 확장되는 것을 발견할 수 있었다.
본 연구는 유아가 일상과 놀이 속에서 발견한 흥미와 호기심을 주도적으로 확장해 가는 과정을 STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이에 반영하였다는 점에서 의의가 있다.또한 놀이 중심 교육과정의 맥락 속에서 STEAM과 언플러그드 코딩을 통합적으로 운영할 수 있는 교수·학습의 실제적 방향을 제시하였다. 본 연구는 연령과 발달 수준에 적합한 융합교육 프로그램의 설계와 현장 적용 가능성을 검증함으로써, 유아교육 및 보육 현장에서 놀이 속 코딩교육을 실천하고 STEAM 통합을 구현하기 위한 후속 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to verify the effects of a STEAM-based unplugged coding play program on young children's computational thinking, mathematical problem-solving ability, creativity, and playfulness. The subjects of this study consisted of a total of 75 children: 25 children aged 4-5 years from E daycare center located in S city, Gyeonggi-do, as the experimental group (unplugged coding play + coding special activities), 25 children aged 4-5 years from S daycare center in the same city as the comparison group (coding special activities), and 25 children aged 4-5 years from H daycare center in the same city as the control group (no coding education experience). The social background, economic level, community culture and educational experiences of the parents in the three groups, as well as the teaching experience of the teachers, were similar. To assess children's computational thinking, an assessment tool developed by Lee Kyung-hee (2020) was used, which was reconstructed as a picture-oriented test based on the 'Bebras Challenge – Castors: Years 4 & 5' questions developed by Bebras (2018). To measure young children's mathematical problem-solving ability, a tool translated by Lee Kyung-jin (2016) from Problem Solving Level 1 provided by the New Zealand Ministry of Education (2010) was used. For young children's creativity scale, the 'Teacher's Creativity Rating Scale for Young Children (TCRSYC)' developed by Noh Young-hee, Kim Kyung-chul, and Kim Ho (2006) was used. To measure young children's playfulness, a scale developed by Barnett (1991), translated by Yoo Ae-yeol (1994), and revised and supplemented by Bae Mi-kyung and Kim Yong-mi (2016) was used. Data analysis was conducted with the SPSS Window 25.0 program. One-way ANOVA was performed to verify homogeneity among the experimental group, comparison group, and control group in terms of young children's computational thinking, mathematical problem-solving ability, creativity, and playfulness according to the program treatment. To verify the program's effectiveness and to examine whether there were substantial changes within the experimental group, comparison group, and control group before and after the program implementation, paired sample T-tests were carried out. After the post-test, one-way ANOVA was performed to analyze differences among the three groups. As the differences between groups were significant, Scheffé post-hoc tests were conducted.
STEAM-based unplugged coding play was selected with the goal of enhancing computational thinking, mathematical problem-solving ability, creativity, and playfulness through a process in which young children independently play with the use of unplugged coding materials and naturally solve problems that arise on their own. This study applied the STEAM education model designed for young children by Jang Sook-hyeon and Kim Ji-hyeon (2025a), which integrates the three stages of STEAM—contextual presentation, creative design, and emotional experience—with the TMSI model that emphasizes the tinkering process among maker education models. By applying this model, this study constructed three stages: the problem discovery stage where children set problems on their own through exploration of unplugged coding materials, the creative design stage where children freely create based on information acquired through continuous tinkering, and the emotional experience stage where results are shared and improved within the community. This approach aims to promote computational thinking, mathematical problem-solving ability, creativity, and playfulness by enabling young children to naturally discover problems in emergent play through unplugged coding materials; experience trial and error, make self-correction and supplementation, and deepen their learning in the process of proposing and applying ideas to solve these problems.
After applying STEAM-based unplugged coding play, quantitative evaluation results showed positive effects on the experimental group's computational thinking, mathematical problem-solving ability, creativity, and playfulness. By exploring unplugged coding materials and repeatedly analyzing and modifying problems, young children improved their computational thinking, which encompasses procedural thinking and logical reasoning abilities. The process of constructing and adjusting coding pathways enabled young children to apply concepts of quantity, distance, and space in actual play contexts and thereby to achieve development in mathematical problem-solving ability. Additionally, voluntary design and idea sharing enhanced creative thinking, while peer collaboration and immersion strengthened playfulness. Qualitative analysis results revealed that young children independently explored, analyzed and solved problem situations, and proactively participated in play within unplugged coding activities. In this process, they demonstrated creative ideas, collaborated with peers, and accumulated problem-solving experiences appropriate to their developmental level. The joy of play led to positive emotions, which were found to expand into new meanings and integrated learning.
This study is meaningful in that it reflected in STEAM-based unplugged coding play the process by which young children independently expand their interests and curiosity discovered in daily life and play. It also presented practical directions for teaching and learning that can integrate STEAM and unplugged coding within the context of a play-based curriculum. By verifying the design of an integrated education program appropriate for age and developmental level and its field applicability, this study will be able to be utilized as foundational data for follow-up research to implement coding education within play and realize STEAM integration in early childhood education and childcare settings.

목차 (Table of Contents)

• 그림목차 iv
• 표목차vi
• 국문초록viii
• Ⅰ. 문제제기1
• Ⅱ. 이론적 배경 12
• 1. 코딩교육의 개념과 중요성 12
• 1) 코딩의 개념과 특성 12
• 2) 코딩의 중요성 14
• 2. 언플러그드 코딩놀이의 개념과 효과 16
• 1) 언플러그드 코딩의 개념 및 중요성16
• 2) 언플러그드 코딩의 효과 18
• 3. STEAM 교육의 개념과 구성요소20
• 1) STEAM의 개념과 중요성 20
• 2) STEAM의 구성요소 22
• 4. STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이의 구성 및 효과 24
• 1) STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이의 구성 24
• 2) STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이의 효과 27
• Ⅲ. 연구문제 및 용어의 정의35
• 1. 연구문제35
• 2. 용어의 정의 36
• 1) STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이 36
• 2) 컴퓨팅 사고력 36
• 3) 수학적 문제해결력37
• 4) 창의성 37
• 5) 놀이성 37
• Ⅳ. STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이38
• 1. 예비 프로그램 준비 및 요구분석40
• 1) 프로그램 적용을 위한 문헌고찰40
• 2) 요구도 조사40
• 2. 프로그램 설계 50
• 1) 예비 프로그램 시안 구성50
• 2) 예비 프로그램 시안에 대한 전문가 협의 54
• 3. 프로그램 설계 적용56
• 1) 예비 연구 56
• 2) 예비 연구 후 전문가 협의 57
• 3) 프로그램 모형 최종안 구성 64
• Ⅴ. STEAM 기반 언플러그드 코딩놀이 효과검증 77
• 1. 연구방법77
• 1) 연구대상77
• 2) 연구도구79
• 3) 연구절차85
• 4) 자료 처리 및 분석 연구절차89
• 2. 연구결과 및 해석 91
• 1) 컴퓨팅 사고력에 미치는 효과 91
• 2) 수학적 문제해결력에 미치는 효과 99
• 3) 창의성에 미치는 효과 109
• 4) 놀이성에 미치는 효과 117
• Ⅵ. 논의 및 결론124
• 참고문헌 141
• 부록 155
• Abstract 194