초등 SW융합교육의 효과에 대한 메타분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

For SW-STEAM Education to continue to affect learners positively in the educational field, various aspects and variables that influence the classroom environment should be analyzed. There has been an increase of research attempts that have analyzed learning effects through the development and application of specific programs on SW-STEAM Education in an effort to advance learners’ learning effects by designing classes by integrating SW-STEAM Education and other subjects (Chae Jung-Hwa, 2011; Choi Soo-Hee, 2015; Kim Myung-In, 2018; Lee Sung-Hee, 2019; Lee Yu-Ra, 2020). However, it is difficult to generalize the results due to differences in the educational contexts studied by each research. Moreover, the analysis of the research trends on SW-STEAM Education may be considered valid as preceding research, yet it is hard to state that it synthesizes the research results (Bae Yoon-Hee, 2019). On the other hand, meta-analysis presents the effect size of a research through statistical synthesis, thereby enabling researchers to deduce a comprehensive conclusion through the estimated value of the effect size drawn from individual research results (Leary & Walker, 2018).
With the restructuring of the contents related to SW-Education in the 2015 revised school curriculum, more researches aim to cultivate creative and STEAM talent through education that blends other studies with software training (Ministry of Education, 2015). Thus, the purpose of this study is to present, at this point, a guideline for the future educational scene that designs and practices the teaching of SW-STEAM Education by implementing a meta-analysis that synthesizes research on Korea’s SW-STEAM Education conducted from 2015 to April, 2020. The study further proposes ways for successful application and effective introduction as well as the future direction of SW-STEAM Education.
The reasons as to why a meta-analysis on the learning effect of SW-STEAM Education is necessary are as follows: First, since researches have arrived at conflicting conclusions on the effectiveness of SW-STEAM Education, a comprehensive and valid conclusion needs to be deduced. Even though researches have designed lessons on the identical school subjects by applying the identical software tools, they have arrived at conflicting conclusions, calling for grounds to be proposed regarding this matter. Second, a systematic and comprehensive understanding is needed. There is a problem of inefficiency by the increase in the number of researches that analyze the same subject matter in a similar way and the limitations in looking into the actual size of influence make it difficult to analyze SW-STEAM Education from different theoretical frames and perspectives. Therefore, it is necessary to inquire a comprehensive conclusion on how much effect SW-STEAM Education, compared to the traditional instructor-led training, has on learners’ cognitive and affective learning domains. Third, it is possible to analyze the areas that can affect effectiveness of SW-STEAM Education: the influence of moderator variables. By calculating the effect size caused by moderator variables and reflecting it to the conclusion, future researchers can apply more effective educational programs for learners.
Thus, this study aims to statistically synthesize the learning effect and related research of SW-STEAM Education for elementary school learners in Korea and examine the effectiveness of SW-STEAM Education caused by moderator variables. The specific research questions are as follows:
1. What is the overall effect size of SW-STEAM Education for elementary school learners that affects in Korea on learning?
2. What is the mean effect size and the mean effect size per component of SW-STEAM Education for elementary school learners on the effect of learning in Korea on each learning domain (cognitive domain, affective domain)?
3. Is there a difference in the mean effect size of SW-STEAM Education for elementary school learners in Korea caused by moderator variables?
3-1. What is the mean effect size caused by the general characteristics of SW-STEAM Education for elementary school learners in Korea?
3-2. What is the mean effect size caused by the design factors of SW-STEAM Education for elementary school learners in Korea?
After classifying the pretest-posttest control group designs and single-subject designs among the last five year’s domestic research, the study targeted, for the research of the control group designs, 29 dissertations and academic journals that meet the criteria for the study. A total of 60 effect sizes were produced and results were deduced through the utilization of the R Program.
Research results and discussions regarding the research questions are as follows:
First, the total effect size of SW-STEAM Education was a medium effect of .35. This result is higher than the learning effect of the conventional lecture method and indicates that the total effect size of SW-STEAM Education is significant. Accordingly, it can be inferred that SW-STEAM Education is yielding educational gains in the field.
Second, the effect size of SW-STEAM Education revealed statistically significant effect on the cognitive and affective domains. The affective domain (0.39) and the cognitive domain (0.33) showed medium effect sizes; within the cognitive domain, creativity(.58), logical reasoning(.34), computing thinking(.30), creative problem solving skills(.30), integrated thinking (0.26). academic achievement (0.15), concept of subject (.09) showed effect sizes in decreasing order of magnitude. Within the affective domain, SW-self-efficacy(.82), creative disposition(.47), interest in learning (0.37), collaboration skills(.34), academic motivation(.34), inquiry skill (0.11) showed effect sizes in decreasing order of magnitude. Therefore, an active enforcement is needed on SW-STEAM Education class design in order to enhance the effects in learners’ cognitive, affective domains.
Third, there were variables that provided a significant explanation for the differences in SW-STEAM Education’s effect sizes. Among SW-STEAM Education’s general factors, type of publication, year of publication, school year, type of education, and main subject of each curriculum were moderator variables. As for SW-STEAM Education’s design factors, class hour and the software tool adopted were the moderator variable that explained the difference in the effect sizes between researches.
Based on these results, it can be concluded that SW-STEAM Education has a positive effect on learning. However, there were difficulties in presenting an in-depth discussion due to the insufficient of the previous research of meta-analysis on the effectiveness of SW-STEAM Education. Furthermore, the exclusion of education course of kindergarten, middle school, high school, university and adult education from the subject of the study limits generalization of the result. Moreover, due to the characteristics of the conventional method of meta-analysis, there were limitations on calculating the effect sizes while simultaneously considering various variables that could affect learning effectiveness (Cho, 2018). Lastly, the spectrum of analyzed study is limited to domestic research only.

국문 초록 (Abstract)

SW융합교육이 교육현장에서 지속적으로 학습자들에게 긍정적인 영향을 가져오도록 이루어지기 위해서는 수업 환경에 영향을 주는 다양한 요소들과 변인들을 분석해보아야 한다. SW교육과 타 교과를 융합하여 수업을 설계함으로써 학습자의 학습효과를 향상시키기 위한 노력의 일환으로 SW융합교육에 대한 구체적인 프로그램을 개발하고 적용하여 학습효과를 분석한 연구 시도들이 많이 증가하고 있지만(김병기, 2017; 김학민, 2020; 이성희, 2019; 홍정미, 2015), 개별 연구마다 연구되는 교육적 맥락이 각각 다르기 때문에 그 결과를 일반화시키기 어려우며, SW융합교육에 대한 연구동향 분석은 선행연구로서 타당성을 이야기할 수는 있으나 연구의 결과들을 종합한다고 보기는 어려운 실정이다(배윤희, 2019). 반면 메타분석은 연구의 효과크기(effect size)를 통계적으로 통합하여 제시하는 것으로, 각각의 연구 결과들로부터 얻은 효과크기의 추정 값을 통해 종합적인 결론을 얻을 수 있다(Leary & Walker, 2018).
본 연구의 목적은 교육부가 고시한‘2015 개정교육과정’에 의한 교육 패러다임 변화에 따라 타 교과와 SW교육을 융합한 교육을 통해 창의·융합인재를 양성하고자 하는 연구들이 증가하고 있는 가운데, 국내 SW융합교육에 관한 연구들을 종합하는 메타분석을 실시하여 앞으로의 교육 현장에서 SW융합교육 교수 방법을 설계하고 실행하는 가이드라인을 제시하는 것에 있다. 이를 통해 SW융합교육의 성공적인 설계를 위한 제언과 향후 SW융합교육의 흐름이 나아가야 할 방향에 대해 제시하였다.
SW융합교육의 학습효과에 대한 실험연구들을 종합한 메타분석이 필요한 이유는 다음과 같다(황성동, 2015). 첫째, 체계적이고 종합적인 지식이 필요하기 때문이다. 같은 주제를 비슷한 방식으로 분석한 연구가 많아짐으로써 일어나는 비효율적인 문제가 있으며, 각각을 다른 이론적 틀과 관점으로 SW융합교육에 대해 분석해 보기에는 영향력의 실제크기를 알아보는데 제한점이 있다. 그러므로, SW융합교육에 대해 학습자의 인지적, 정의적 영역에 어느 정도 효과가 있는지에 대한 종합적인 결과를 알아볼 필요가 있다. 둘째, SW융합교육의 효과성에 영향을 미칠 수 있는 영역과 조절변인의 영향력에 대해서 분석이 가능하기 때문이다. 조절변인에 따른 효과크기를 계산하여 결과에 반영하는 것을 통해 향후 연구자들이 조금 더 효과적인 교육 프로그램들을 학습자들에게 적용할 수 있다.
따라서 본 연구에서는 메타분석을 통해, 국내 초등학교 학습자를 대상으로 SW융합교육 학습효과 관련 선행연구를 통계적으로 종합하고, 조절변인에 따른 SW융합교육의 효과를 살펴본 다음, 향후 연구에 있어 방향을 모색하고자 한다. 이를 위한 본 연구의 연구문제는 다음과 같다.
1. 국내 초등학교 학습자를 대상으로 한 SW융합교육이 학습에 미치는 전체 평균 효과크기(Effect Size)는 어떠한가?
2. 국내 초등학교 학습자를 대상으로 한 SW융합교육이 학습 영역별 효과(인지적 영역, 정의적 영역)에 미치는 평균 효과크기 및 하위요소별 평균 효과크기는 어떠한가?
3. 조절변인에 따른 국내 초등학교 학습자를 대상으로 한 SW융합교육의 평균 효과크기는 차이가 있는가?
3-1. 국내 초등학교 학습자를 대상으로 한 SW융합교육의 일반적 특성에 따른 평균 효과크기는 어떠한가?
3-2. 국내 초등학교 학습자를 대상으로 한 SW융합교육의 설계특성에 따른 평균 효과크기는 어떠한가?
본 연구는 사전사후 실험설계와 표준화된 측정도구를 사용한 연구들 중에, PRISMA(Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses, 이하‘PRISMA'라고 한다.) Checklist에 따라, 최근 5년간의 국내 연구들 중 사전-사후 통제집단설계와 단일집단설계에서 본 연구가 설정한 기준에 부합하는 29편의 학위논문 및 학술지를 대상으로 메타분석을 실시하였다. 총 60개의 효과크기가 나타났으며 R프로그램을 활용하여 결과를 도출하였다. 분석 결과 및 그 함의는 다음과 같다.
첫째, SW융합교육의 전체효과크기는 .35으로 중간 효과크기로 나타났다. 이는 .33 이상의 값으로서, 도입된 시기를 고려하건대 SW융합교육이 현장에서 교육적인 성과를 점차적으로 가져오고 있다고 해석할 수 있다.
둘째, SW융합교육의 효과크기는 인지적, 정의적 영역 모두에서 통계적으로 유의한 영향을 미쳤다. 정의적 영역(.39), 인지적 영역(.33)은 중간 효과크기를 보였으며, 하위 영역별로 살펴보면, 인지적 영역은 창의성(.58), 논리적 사고력(.34), 컴퓨팅 사고력(.30), 창의적 문제해결력(.30), 융합적 사고력(.26), 학업 성취도(.15), 교과 개념(.09) 순으로 효과크기가 큰 것으로 나타났다. 정의적 영역은 SW자기효능감(.82), 학습 흥미도(.37), 협업 역량(.34), 학습 동기(.34), 탐구 능력(.11) 순으로 효과크기가 큰 것으로 나타났다. 그러므로 학습자의 인지적, 정의적영역의 학습효과를 증진시키기 위해 SW융합교육 수업설계를 적극적으로 실시할 필요가 있다.
셋째, SW융합교육의 효과크기가 보여준 이질성을 유의하게 설명하는 변인으로 일반적 특성에서는 출판유형, 수업유형, 출판년도, 학년, 중심융합교과, SW융합교육의 설계특성에서는 실시횟수(수업차시), 소프트웨어도구 변인 등이 연구간 효과크기의 차이를 설명하는 조절변인으로 나타났다. 구체적으로 살펴보면, 초등학교 중학년인 3-4학년에서, 국어, 수학, 사회, 도덕 교과에서, 피지컬 컴퓨팅(완성형), 블록코딩을 융합한 SW융합교육을 설계했을 때 각 효과크기가 상대적으로 크게 나타났다.
이러한 결과를 통해서 SW융합교육이 수업에 있어서 긍정적인 효과가 있는 것으로 결론지을 수 있다. 그러나 SW융합교육 효과성에 관한 선행연구의 수가 부족하고, 다른 학습자를 대상으로 한 SW융합교육을 분석한 메타분석 연구가 미흡하여 심층적인 논의를 제시하는데 어려움이 존재했고, 유아·중등·고등·대학교육·성인교육은 연구대상에서 제외하였기에 본 논문의 결론을 일반화함에 있어서도 한계가 있다. 또한, 전통적인 메타분석 방법의 성격상 학습효과에 영향을 줄 수 있는 다양한 변인들을 함께 고려하여 효과크기를 분석하는데 한계를 가지며, 국가별 SW교육의 정책 방향과 교육 현장의 상황이 다기하여 그 분석 대상을 국내 연구로 한정하였다는 제한점도 가지고 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• A. 연구의 필요성 및 목적 1
• B. 연구문제 5
• C. 용어의 정의 6
• 1. SW융합교육 6
• 2. 컴퓨팅 사고력 6
• 3. 메타분석 7
• 4. 효과크기 7
• 5. 학습의 영역 7
• 6. 조절변인 9
• Ⅱ. 이론적 배경 11
• A. SW융합교육 11
• 1. 국내 SW교육 11
• 2. SW융합교육의 의미 14
• 3. SW융합교육의 현황: 우수 사례를 중심으로 15
• 4. 전통적 수업과 SW융합교육 수업의 비교 18
• B. SW융합교육의 연구동향 20
• 1. SW융합교육의 학습효과 관련 선행 연구 20
• 2. SW융합교육의 학습효과 관련 메타분석 선행 연구 25
• Ⅲ. 연구방법 28
• A. 연구대상 및 선정기준 28
• B. 연구절차 31
• 1. 자료의 코딩 31
• 2. 데이터분석 34
• 3. 메타분석 보고기준 40
• 4. 자료 분석 도구 43
• Ⅳ. 연구결과 44
• A. 출판편의 분석 44
• B. 동질성검증 46
• C. SW융합교육의 전체 평균 효과크기 47
• D. SW융합교육이 종속변인에 미치는 평균 효과크기 50
• E. SW융합교육 학습효과의 하위영역별 평균 효과크기 51
• F. 조절변인에 따른 SW융합교육 평균 효과크기 52
• 1. 일반적 특성 52
• 2. SW융합교육 설계 특성 57
• Ⅴ. 결론 및 제언 60
• A. 결론 및 논의 60
• B. 시사점 64
• 1. 연구적 시사점 64
• 2. 설계적 시사점 65
• C. 후속 연구를 위한 제언 66
• 참고문헌 68
• 부록. 분석 대상 논문 특징 77
• ABSTRACT 80