국가 경쟁력 강화를 위한 중학교 영재 학생들의 과학, 수학, 기술 및 공학에 대한 인식 조사

전재돈,박경숙,이효녕 韓國英才學會 2015 영재교육연구 Vol.25 No.3

The convergent education such as STEAM education has been implemented in the gifted education institutions in order to resolve the crisis of science and engineering fields caused by the science and engineering avoidance of excellent talents. The purpose of this study was to investigate awareness about science, mathematics and technology/ engineering fields of science gifted students. The subjects were 86 middle school science gifted students at the Science Institute for Gifted Students of a university located in metropolitan city in Korea. The data were collected from the survey that consists of 97 questions in 3 categories. The results were follows: First, the gifted students were aware that science was more interesting than mathematics or technology/engineering. Second, science rated highest in career choice. Third, they were aware that the scientists were more interesting, more imagination, less accuracy and less considering than the mathematicians and the engineers. In addition they responded that the mathematicians were smarter than the scientists and the engineers, and the engineers were more diligent than the scientists and the mathematicians. Finally, the result of the correlational analysis indicated that there were strong correlations between science and mathematics, and between science and technology/engineering. It was recommended that the consolidation of the convergent gifted education, the necessity of systemic career education, and the study of correlation between mathematics and technology/engineering. 우리나라의 영재 교육 기관에서는 우수한 인재 양성과 이공 계열 기피로 인해 발생한 이공계위기를 해결하기 위해 융합인재교육(STEAM)을 포함하여 다양한 융합형 교육을 시행하고 있다. 이 연구의 목적은 융합형 교육을 시행하고 있는 대학 부설 과학영재교육원 소속 영재 학생들의 과학, 수학 및 기술/공학 영역에 대한 인식을 조사하는 것이다. 연구 대상은 영재교육원 소속 중학교 영재 학생 86명이며, 3개 영역의 97문항으로 구성된 검사지를 활용하여 자료를 수집하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 중학교 영재 학생들은 수학이나 기술/공학보다 과학을 흥미롭게 생각하고 있었으며, 둘째, 진로 선택에서도 과학 영역이 높게 나타났다. 셋째, 과학자는 상상력이 풍부하고 재미있지만, 정확하지 않고 배려심이 부족한 직업이라고 생각하고 있었다. 수학자는 다른 직업에 비해서 영리하다고 생각하였으며, 공학자는 부지런한 직업이라고 생각하고 있었다. 넷째, 흥미와 진로 선택의 상관관계를 분석한 결과 과학과 수학 및 기술/공학은 서로 상관관계가 높게 나타났다. 이러한 결과를 토대로 영재 교육에서 융합형 영재 교육의 강화 및 체계적인 진로 교육 확립의 필요성과 수학 및 기술/공학의 상관관계에 대한 체계적인 연구의 필요성을 제언하였다.

COVID-19로 인한 원격 영재수업이 초등과학 영재학생들의 시스템 사고, 과학 동기, 과학 자기 효능감에 미치는 영향

전재돈,박병열,이현동,이효녕 한국과학영재교육학회 2023 과학영재교육 Vol.15 No.2

The main purpose of this study was to investigate the effect of online education on gifted students’ systems thinking, science motivation, and scientific self-efficacy during the COVID-19 pandemic. The subjects were 68 elementary science gifted students in 2020. The education program focusing on 15 different subjects was conducted for 90 hours. To investigate the effect on systems thinking, science motivation, and scientific self-efficacy, the preandpost-test design was used. The results of this study were as follows. First, it was revealed that online gifted education was systematically conducted using the university’s existing LMS system, while also reducing students’ group activities and interactions between both students-students and students-instructor within the classroom. Second, online gifted education was effective in gifted elementary science students’ systems thinking and science motivation, however, the effect size was relatively small. Third, educational effects on students’ systems thinking were affected by the district of residence and previous educational experience. Therefore, gifted education is required in consideration of changes in population structure and regional disparities to cultivate human resources needed in the future fast-changing society. 이 연구에서는 COVID-19 상황에서의 원격 영재수업이 초등과학 영재학생들의 시스템 사고, 과학 동기 및 과학 자기 효능감에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 연구 대상은 2020학년도 초등과학 영재학생 68명이며, 원격 영재교육 프로그램은 총 15개의 주제로 90시간동안 교육이 진행되었다. 교육 효과 검증을 위해 시스템 사고, 과학 동기, 과학 자기 효능감 검사도구를 영재교육 사전 사후에 투입하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 원격 과학영재교육은 기존의 대학 LMS 시스템을 활용하여 체계적으로 수행된 것으로 확인되었으나, 모둠활동 축소, 교수-학생 및 학생 간 상호작용이 줄어드는 등의 한게점을 가지고 있는 것으로 나타났다. 둘째, 원격 영재교육을 이수한 초등과학 영재학생들은 시스템 사고와 과학 동기 검사에서 통계적으로 유의미한 효과가 확인되었으나, 그 효과의 크기는 크지 않은 것으로 확인되었다. 셋째, 원격 영재교육을 이수한 학생들의 시스템 사고 변화는 이전 영재교육 경험의 유무와 거주지역의 차이와의 관련성이 있는 것으로 확인되었다. 따라서 최근 지적되고 있는 국내 인구구조 변화 및 지역별 격차에서 비롯된 문제를 고려한 영재교육이 필요하며, 이를 통해 급격하게 변하고 있는 미래사회를 대비한 우수한 인력을 양성해낼 수 있을 것이다.

탄소 순환에 대한 시스템 사고 능력 수준 측정을 위한 검사도구 개발 및 적용

전재돈,이현동,이효녕 한국과학교육학회 2022 한국과학교육학회지 Vol.42 No.4

As the global warming problem becomes serious, the need for carbon cycle education in school is increasing. Adopting systems thinking ability is needed to understand the carbon cycle systematically. Furthermore, under the rapid change of environment, society, and economy, systems thinking ability is being emphasized as it can strengthen the competencies of students who will be leading the future society. The purposes of this study are as follows: first, is developing the systems thinking instrument for the carbon cycle and the rubric for analysis of systems thinking instrument. The second is analyzing the systems thinking ability of students using the developed instrument and rubric. In order to perform this study, previous studies related to the carbon cycle and systems thinking education were analyzed. Based on the analysis results, the systems thinking instrument for the carbon cycle and rubric were developed. The systems thinking ability was analyzed by implementing the developed instrument and rubric to 172 high school and university students. The results of this study are as follows: first, the systems thinking instrument for the carbon cycle was developed, and a rubric utilization guide was constructed. The instrument and rubric were modified through pilot study for middle school students producing expert opinion in relation to systems thinking and carbon cycle. Second, the systems thinking ability of students was analyzed. Consequently, students had systems thinking ability fully at a low level, such as identifying the variables related to the carbon cycle. However, it was shown that they lacked the systems thinking ability at a high level, such as time delay and feedback processes. The importance of the carbon cycle has been increasing since the global warming is the most pressing issue and significant environmental problem facing us today. Application of the systems thinking ability can contribute to understanding these complex problems and finding fundamental solutions. 최근 지구 온난화 문제가 심각해짐에 따라 탄소 순환에 대한 교육적 요구가 커지고 있다. 이와 관련하여 탄소 순환에 대한 체계적인이해를 위해 시스템 사고 능력의 접목이 요구되고 있다. 더욱이 급변하는 환경, 사회, 경제적 상황에서, 시스템 사고 교육은 미래 사회를살아갈 학생들에게 요구되는 역량을 강화할 수 있으므로 더욱 강조되고 있다. 이 연구의 목적은 첫째, 탄소 순환에 대한 시스템 사고 검사도구를 개발하고 루브릭을 활용한 분석 방법을 구성하고, 둘째, 개발된 검사도구 및 루브릭 분석 방법을 적용하여 학생들의 시스템 사고능력을 분석하는 것이다. 이 연구를 위해 탄소 순환 및 시스템 사고와관련된 다양한 선행 연구를 분석하였다. 이 결과를 바탕으로 시스템사고 검사도구 및 루브릭을 활용한 시스템 사고 능력 분석 방법을개발하였다. 이를 고등학생 및 대학생 172명에게 적용하여 시스템사고 능력을 분석하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 선행연구 분석을 통해 탄소 순환 및 시스템 사고 검사를 위한 시사점을 도출하였고, 탄소 순환에 대한 시스템 사고 검사도구 및 이를 평가하기위한 루브릭 채점 가이드를 개발하였다. 이를 중학생을 대상으로 예비 투입을 진행하고, 전문가 자문을 통해 최종 완성하였다. 둘째, 개발된 검사도구를 활용하여 학생들의 시스템 사고 능력을 분석한 결과, 학생들은 탄소 순환과 관련된 요인을 식별하는 것과 같은 낮은 수준의 시스템 사고는 잘 수행하였지만, 시간 지연이나 피드백 과정과같은 높은 수준의 시스템 사고는 부족한 것으로 나타났다. 지구 온난화는 현재 인류가 직면한 가장 시급한 문제 상황으로, 탄소 순환의중요성이 커지고 있다. 이러한 복잡한 문제 상황은 시스템 사고 능력의 적용을 바탕으로 올바르게 이해하고 근본적인 해결책을 모색할수 있을 것이다

고등학생을 위한 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 개발 및 적용 효과

전재돈 ( Jaedon Jeon ),이효녕 ( Hyonyong Lee ) 한국과학교육학회 2015 한국과학교육학회지 Vol.35 No.6

21세기 지식 기반 정보화 사회에서 융합인재교육이 요구하는 과학기술 인재는 복잡한 문제 현상을 이해하고 해결하기 위해서 시스템사고 능력이 중요하게 요구된다. 이 연구는 시스템 사고를 기반으로한 융합인재교육 프로그램을 개발하고, 고등학생에게 적용하여 시스템 사고에 미치는 효과를 검증하는 데 그 목적이 있다. Park & Lee(2014)의 ADBAS 모형을 적용하고 물레방아를 주제로 개발된 프로그램을 고등학생 60명을 대상으로 투입하여 효과를 검증하였다. 그결과 시스템 사고 능력에 대하여 양적 효과와 질적 효과 모든 측면에서향상된 것을 확인하였다. 따라서 학생들의 시스템 사고 능력과 창의적문제 해결 능력을 위해 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램을투입하기에 적절한 것으로 판단되며, 교육 현장에서 융합인재를 양성하는데 활용될 수 있을 것으로 기대 된다. In the 21st century, in a Knowledge-Based Information Society, systems thinking is a very important human resources skill in science and technology, which is required in STEAM education in order to understand and solve complex problems. The purposes of this study are: (1) to develop a STEAM education program based on systems thinking; (2) to investigate the effects of the program on students` systems thinking. The systems thinking-based STEAM education program was developed on the basis of ``ADBAS`` model (Park & Lee, 2013), and focused on the theme of watermill. A total of 60 high school students participated in this study. The results of this study showed that quantitatively as well as qualitatively, systems thinking skills improved after the treatment. In conclusion, the program we developed in this study can contribute in improving high school students` systems thinking skills and creative problem-solving abilities. The findings of this study may provide useful insights into cultivating human resources with systems thinking skills and creative problem-solving abilities.

3D 디자인 소프트웨어를 활용한 메이커 교육이 영재학생들의 공간 시각화 능력에 미치는 영향

전재돈 ( Jeon Jaedon ),박종석 ( Park Jongseok ),안지훈 ( Ahn Ji Hoon ),이순천 ( Lee Soonchun ),이현동 ( Lee Hyundong ),이효녕 ( Lee Hyonyong ) 부산대학교 과학교육연구소 2019 교사교육연구 Vol.58 No.1

이 연구의 목적은 전문적인 3D CAD(Computer Aided Design) 소프트웨어를 활용한 교육 프로그램을 개발하고 이를 영재학생들에게 적용하여 공간 시각화 능력에 미치는 효과를 분석하는 것이다. 연구를 위해 Siemens PLM Software에서 개발된 ‘Solid Edge 2019’ 소프트웨어를 활용한 3D 디자인 교육 프로그램을 개발하고, 대학교 부설 영재교육원에 소속된 과학, 수학, 정보 영재학생 172명을 대상으로 연구가 수행되었다. 그 결과 교육 프로그램을 학습한 학생들은 3D CAD 소프트웨어를 활용하여 스스로 원하는 모형을 창의적으로 생성 및 편집할 수 있었다. 또한, 영재 학생들의 학년, 성별, 다른 3D CAD 소프트웨어 교육 경험 또는 3D 프린터 사용 경험과 같은 배경 변인에 관련 없이, 그들의 공간 시각화 능력이 향상 되었음을 확인할 수 있었다. 학생들의 메이커 운동을 장려하고 공간 시각화 능력 향상을 위해 개발된 3D 디자인 소프트웨어를 활용한 메이커 교육 프로그램을 교육 현장에 확대 적용할 필요가 있다. The purposes of this study were to develop a maker education program about 3D CAD (Computer Aided Design) software and to investigate the effects of the developed program on spatial visualization skills of gifted students in grades 6 to 8. In this program, a maker education curriculum was developed based on ‘Solid Edge 2019’ from Siemens PLM Software, and a total of 172 gifted students consisted of majors in science, mathematics, and IT in the affiliated gifted education institute with K university. The results showed that the students who were trained in the program were able to design and transform their creative 3D models. In addition, the spatial visualization skills of the students improved regardless of their grade, gender, previous experience of other 3D CAD software or a 3D printer. In conclusion, it is suggested to further develop a maker education program using 3D CAD software that will accommodate individual learners’ differences and to encourage maker movement in the secondary education to improve students’ spatial visualization skills.

초고속 초정밀 자기연마 가공 표면의 미세 경도 평가

전재삼(J. S. Jeon),왕예(R. Wang),박주현(J. H. Park),김연직(Y. J. Kim),문상돈(S. D. Mun) 한국기계가공학회 2017 한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집 Vol.2017 No.4

대퇴골 분쇄골절의 교합성 골수강내 금속정 치료후 발생한 골수강내 금속정의 부전 -6례 분석-

정상돈(Sang Don Jeong),최원태(Won Tae Choi),노승권(Seong Kwon Rho),전재균(Je Gyun Chon) 대한정형외과학회 1996 대한정형외과학회지 Vol.31 No.5

2015 개정 교육과정 초등 과학 교과서의 탐구 관련 단원 분석 : 내용 구성 및 보조 시각 자료를 중심으로

김형욱,전재돈,이효녕 한국교원대학교 뇌·AI기반교육연구소 2022 Brain, Digital, & Learning Vol.12 No.1

The major purpose of this study was to analyze components of inquiry-related contents in the elementary school science textbooks of the 2015 Revised National Curriculum on the basis of the perspective of learning objectives, themes, inquiry activities, assessment methods, and presentation type of auxiliary visual materials. Relevant units in elementary science textbooks were selected and analyzed by using analysis instrument to compare grade levels and search for excellent and insufficient cases. The results indicated that the learning objectives in inquiry-related units provided more performance standards from lower grade group to the upper grade group. A total of 20 types of learning materials were introduced in the textbooks. In the inquiry activities, one or two storytelling formats were used for each grade group to strengthen the connectivity of each class. The core competencies were scientific inquiry ability, scientific thinking ability, and scientific communication. The most frequently applied evaluation method in inquiry-related units was the self-evaluation method, and several peer evaluation methods were introduced in some grades. In the auxiliary visual data analysis, out of the total of 6 types, 5 types, except the explanatory type, were identified in the inquiry-related section. The 3rd and 4th grader group used more auxiliary visual data than the 5th and 6th grader group. The connection between the previous and subsequent lessons, the correspondence with the textual material, and the clarity of the material can be the basis for selecting an excellent case of the auxiliary visual material. In addition to the excellent case, the lack of ambiguity, lack of consistency with the central visual materials, and simply expanding the central visual material became the basis for selection as an insufficient case. It could be expected that the effective field application of inquiry-related units and implications for future textbook improvement directions could be obtained in this study.

중학생을 위한 시스템 사고 기반 STEAM 교육 프로그램의 개발 및 효과 분석

김유란,전재돈,엄주영,이효녕 한국지구과학회 2020 한국지구과학회지 Vol.41 No.1

The purposes of this study are 1) to develop a pre-education program for teaching the basic concepts of systems thinking and STEAM program based on systems thinking and 2) to investigate the effects of the program on middle school students’ systems thinking. The subjects were 4 seventh-graders and 4 ninth-graders in a middle school located in the province of Gyeongsangbuk-do. Data related to students’ systems thinking was analyzed using the rubrics developed by Hung(2008). The results were reviewed by experts to verify the validity of the rubrics and the reliability of students’ system thinking. In addition, the data analyzed with the rubrics, students’ awareness of systems thinking, word associations, causal maps and interviews were systematically analyzed to investigate the effects of the program on students’ systems thinking. The findings of this study were as follows: First, a pre-education program and teachers’ guidebook for teaching and learning the concept of systems thinking and causal maps were developed. The pre-education program consisted of familiar TV entertainment program-Infinite Challenge (Muhandojeon)-with a theme of Global Warming. Second, a STEAM education program based on systems thinking which was composed of 5 steps: AnalysisDesign-Build-Assessment-Systems thinking. The major theme of the program was an air extinguisher. The developed STEAM education program had positive effects on improving middle school students’ systems thinking abilities such as understanding systems, relations within a system and system generalization. Therefore, it was concluded that the STEAM program could be instrumental for cultivating students’ STEAM literacy with improved systems thinking. 이 연구의 목적은 중학생을 위한 시스템 사고 향상에 적합한 사전 교육 및 STEAM 교육 프로그램을 개발하고 중학생에게 적용하여 프로그램의 효과를 분석하는 것이다. 이 연구는 중학생을 대상으로 시스템 사고에 대한 사전 교육 프로그램과 시스템 사고를 향상시키기 위한 STEAM 교육 프로그램을 개발하는 것이다. 개발된 프로그램은 경상북도에 위치한 소규모 중학교 1학년 4명, 3학년 4명을 대상으로 투입하여 효과를 분석하였다. 시스템 사고의 분석은 Hung(2008)에 의해 개발된 루브릭이 활용되었다. 학생들의 시스템 사고에 대한 신뢰도와 루브릭의 타당도를 확인하기 위해 전문가들이 연구 결과를 검토하였다. 시스템 사고의 효과를 확인하기 위해 루브릭, 시스템 사고에 대한 학생들의 인지, 단어 간 관계 분석, 인과 지도의 검사를 체계적으로 적용하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 시스템 사고 사전 교육 프로그램과 교사용 지도서를 개발하였다. 이는 학생의 시스템 사고에 대한 개념과 인과 지도 작성법에 대한 기초 지식을 학습시키기 위한 것이다. 개발된 사전 교육 프로그램은 ‘지구 온난화’를 주제로 한 무한도전이라는 친숙한 예능 프로그램을 이용하여 인과 지도 작성 방법을 학습하도록 구성되었다. 사전 교육프로그램은 대상 학생들이 친숙하게 접근할 수 있도록 지구 온난화를 주제로 한 예능 프로그램을 기반으로 하였으며, 이를 통해 인과 지도 작성 방법을 학습할 수 있도록 구성하였다. 효과성 검사를 적용한 결과, 학생들의 시스템 사고 향상을 위한 사전 교육 프로그램은 효과적인 것으로 분석되었다. 둘째, ‘분석-설계-제작-평가-시스템 사고’의 5단계로 구성된 ADBAS 모형을 적용하여 ‘공기 소화기’ 주제의 시스템 사고 기반 STEAM 교육 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 시스템의 이해 능력, 시스템 내 관계 파악 능력, 시스템 일반화 능력에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 연구를 통해 개발된 사전 교육 프로그램 및 STEAM 교육 프로그램은 학생의 시스템 사고 향상을 돕는데 적합하며, 시스템 사고와 STEAM 교육의 접목이라는 점에서 중요한 의미를 가진다. 또한 시스템 사고 향상을 위해 이 프로그램을 투입하기에 적절한 것으로 판단되어 ‘창의융합인재’를 양성하는데 기여할 것이다. 또한 시스템 사고 향상을 위한 위 프로그램의 적절한 투입은 창의융합형 인재를 양성하는 교육 목표를 달성하는 데 있어 기여를 할 것으로 판단된다.

The Effects of STEAM Program on Pre-service Teachers’ Science Self-efficacy and STEAM Literacy

이효녕,전재돈 한국교원대학교 뇌기반교육연구소 2018 Brain, Digital, & Learning Vol.8 No.2

The purposes of this study were to investigate the effects of the STEAM program on pre-service teachers’ science self-efficacy and STEAM literacy, and to discussion of necessity STEAM Education. In this study, 17 pre-service teachers majoring in science education at university participated, and the STEAM education program with the theme of ‘Dynamic RC Airplane’ consisted of 6class time was applied at the crash course. The results of this study were as follows: 1) STEAM program had partially a positive effect on pre-service teachers’ science self-efficacy, and 2) this program had also meaningful influence on their STEAM literacy. In conclusion, this study was suggested that to increase quality of STEAM education at the work of classrooms, STEAM education STEAM education is contained within pre-service teacher education.