3D CAD를 이용한 STEM 기반 교육프로그램이 초등학생의 공간능력에 미치는 영향 = The Effect of 3D CAD Based STEM education on Spatial Visualization Ability of Elementary School's Students

국문 초록 (Abstract)

현 초등 실과 교육은 기술적 교양을 목표로 하고 있다. 때문에 기술적 교양을 목표로 하는 실과 교육에서는 ‘창조’를 바탕으로 둔 교육활동이 보장 되어야 한다. 이중 기술적 문제해결을 위한 중요한 활동은 새로운 기술과 아이디어를 위한 구상과 설계활동이다. 이러한 구상과 설계활동은 발달된 정보화 기술에 의해 쉽게 표현될 수 있다. 그것이 3D CAD 프로그램이다. 이중 스케치업은 무료로 보급되고 일반 CAD 보다 기능이 쉽기 때문에 초등학생들이 다루기에 알맞다. 따라서 3D CAD를 이용하여 기존의 수학교육 중심에서의 공간교육에서 벗어나 실세계를 정확하게 이해하며 기술적 교양을 함양하고 자신의 아이디어를 가시화 할 수 있는 기본적인 능력이 공간능력을 길러 주는 것이 필요하다. 그러므로 수학 교육을 중심으로 이루어졌던 공간능력에 대한 논의는 3D CAD 프로그램의 공학적인 면을 바탕으로 수학적요소, 기술적요소, 과학적요소, 공학적 요소를 통합한 통합교육 프로그램에 의해 재논의 되어야 한다. 3차원 실세계의 정확한 정보를 얻고 외부세계를 이해하기위하여 지식이 실제적 경험과 분리되지 않고 행하는 과정으로서의 통합교육이 필요한 것이다. 따라서 공간능력의 향상에서 나아가 기술적 교양을 함양 할 수 있도록 3D CAD를 이용한 STEM 기반 교육 프로그램의 개발이 필요하다.
3D CAD를 이용한 STEM 기반 교육 프로그램을 개발한 후, 청주시 소재 U 초등학교 6학년 학생 35명을 대상으로 3D CAD를 이용한 STEM 기반 교육 프로그램을 실시하여 공간능력향상도를 분석 하였다. 그 결과 3D CAD를 이용한 STEM 기반 교육 프로그램이 초등학교 학생들의 공간 감각 향상에 효과가 있는 것으로 나타났다. 개인별 공간 감각 향상도를 분석해 보면 사전검사에서 공간수준이 낮거나 중간 수준인 학생들의 공간 감각이 향상된 것을 알 수 있다. 또한 2차원->3차원변환, 3차원->2차원 변환, 회전등 복잡하게 2차원과 3차원의 변환과 회전을 반복하는 문제유형에서 효과가 있는 것으로 나타났다. 성별에 따른 공감감각 향상을 살펴본 결과 남자와, 여자 모두 공간능력이 향상되었으며 여자보다 남자의 공간능력이 더 향상된 것을 볼 있다. 이에 본 연구는 3D CAD와 같은 탐구 형 소프트웨어의 공학적인 면을 활용하여 STEM 기반 통합 교육 프로그램을 실현하여 초등 실과에서의 통합 가능성을 높이고 실과 교과에 대한 긍정적 인식에 영향을 줄 수 있는 기틀을 마련하고자한다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 1
• 2. 연구의 목적 2
• 3. 연구의 가설 2
• 4. 용어의 정의 4
• Ⅱ. 이론적 배경 5
• 1. 선행연구 5
• 2. 전산보조설계(CAD) 6
• 3. 공간능력 8
• 4. 통합교육의 유형 27
• 5. STEM 30
• Ⅲ. 연구의 방법 32
• 1. 연구의 대상 32
• 2. 실험 설계 32
• 3. 측정도구 32
• 4. 연구절차 34
• Ⅳ. 연구의 결과 37
• 1. 프로그램 개발 결과 36
• 2. 공간 능력 검사 효과 분석 54
• Ⅴ. 논의, 결론 및 제언 60
• 참고문헌 65
• ABSTRACT 66
• 부록 68