창의적 문제해결을 위한 디자인 기반 학습이 초등학생의 의사소통 과정, 전자석 개념, 과학에 대한 태도에 미치는 효과 = The Effects of Design-based Learning on Elementary Students’ Interaction Process, Conceptual Understanding, and Attitude toward Science

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to develop design-based learning program for sixth graders in elementary school and to investigate the program effects on the students’ interaction process, conceptual changes and attitudes toward science. The program topic was ‘Electromagnet crane,’ in which engineering design was used to teach students electromagnet concepts such as the methods of making strong electromagnet. The participants in this study were sixth graders of elementary school in Seoul (27 students). The analysis of the data showed that in the DBL program, several features are appeared. For example, students discussed actively and shareed their various creative ideas in more active ways throughout the whole reseach sessions. They also acquired scientific concepts through this classroom discussion and produced the interesting forms of various shapes of electromagnet cranes. Particularly, this DBL class faclitated students particiaptions to promote their scientific attitude as well as interest in science. This DBL process took a meaningful role to help students perform interesting creative problem solving process overall science class. The implications to science education were discussed in terms of education for students’ creativity.

국문 초록 (Abstract)

이 연구의 목적은 초등 과학수업에서 창의적 문제 해결을 위해 공학적 설계를 활용하는 디자인 기반 학습(Design Based Learning: DBL) 프로그램을 개발한 후, 이를 초등학생을 대상으로 적용하여 의사소통 과정, 전자석 개념, 과학에 대한 태도에 미치는 효과를 알아보는 데에 있다. DBL 기반의 ‘전자석 기중기 설계’ 프로그램을 서울 S초등학교 6학년 1개 학급(27명)을 대상으로 적용한 후, 전자석 개념 검사와 과학 태도 검사를 사전과 사후에 실시하였다. 또한 학생의 의사소통 과정을 분석하기 위하여 수업 동안의 대화, 설문지, 인터뷰 분석을 실시하였다. 연구 결과, 모둠원과 함께 도전 과제를 해결하는 DBL 수업 과정 동안에 학생들 사이에 활발한 토의 와 상호작용이 진행되었으며 창의적인 아이디어를 공유 및 발전하는 과정이 나타났다. 학생들은 스스로 조사한 자료를 활용하여 자발적으로 수업에 임하였으며 반복 수행을 통해 실패의 원인을 분석하고 해결해 나가는 문제 해결 과정을 보였다. 또한 DBL 프로그램은 학생들의 전자석 개념 이해 과정에 긍정적인 향상이 나타났으며, 연구 과정 동안 학생들의 아이디어가 더욱 창의적이고 다양한 특징을 보이는 것으로 조사되었다. 이는 디자인 기반 학습을 통해 학생이 주체가 되어 실제로 디자인 과정을 수행하고, 이를 바탕으로 제작을 해보는 경험이 학생들의 흥미를 유발하고 과학적 태도를 기르는데 도움이 된 것으로 보인다. 창의적 문제 해결을 촉진하는 수업을 위한 시사점을 과학교육적 관점에서 논의한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론
• Ⅱ. 연구 방법
• Ⅲ. 연구 결과
• Ⅳ. 결 론
• 참고문헌

참고문헌 (Reference)

1 한국교육과정평가원, "학교 교육 경쟁력 강화를 위한 교육과정 실행 방안 연구 : 과학과" 한국교육과정평가원 2009

2 이효녕, "통합 교육과 통합 STEM 교육에 대한 초등교사의 인식" 교육연구원 27 (27): 117-139, 2011

3 최영완, "초등학교 고학년 학생의 전기와 자석 개념 및 과학에 대한 태도의 한·일 비교 연구" 韓國敎員大學校 大學院 1998

4 곽영순, "초등 과학수업 실태 점검 및 개선 방안 연구" 한국지구과학회 32 (32): 422-434, 2011

5 양일호, "중등학교 과학 실험 수업에 대한 실험 목적·상호 작용·탐구 과정의 분석" 한국지구과학회 27 (27): 509-520, 2006

6 강인애, "왜 구성주의인가 : 정보화시대와 학습자중심의 교육환경" 문음사 1998

7 이정윤, "디자인 기반 학습 프로그램의 적용이 초등학생의 개념이해 과정과 과학 태도에 미치는 효과" 서울교육대학교 2015

8 김효남, "국가수준의 과학에 관련된 정의적 특성의 평가체제 개발" 8 (8): 26-38, 1998

9 김효남, "국가수준의 과학에 관련된 정의적 특성의 평가체제 개발" 85-129, 1997

10 나상훈, "국·내외 초등학교 융합 과학 교육 프로그램 탐색 - 한국, 미국, 영국을 중심으로 -" 한국초등과학교육학회 33 (33): 231-241, 2014

11 조희형, "구성주의와 과학교육" 한국과학교육학회 22 (22): 820-836, 2002

12 조희형, "구성주의 특성에 따른 과학교육" 2 (2): 91-120, 2002

13 이효녕, "과학 탐구 기반의 통합적 STEM 교육 모형 개발 및 적용" 한국과학교육학회 34 (34): 63-78, 2014

14 이효녕, "과학 교과와 연계된 통합 교육의 국내 연구 동향 분석" 교과교육연구소 18 (18): 295-319, 2014

15 Apedoe, X. S., "Strategies for success: uncovering what makes students successful in design and learning" 2012

16 최유현, "STEM 기반 발명영재교육 프로그램 개발과 적용 효과" 한국기술교육학회 8 (8): 143-164, 2008

17 Mehalik, M. M., "Middle-school science through design-based learning versus scripted inquiry : better overall science concept learning and equity gap reduction" 97 (97): 71-85, 2008

18 Gibson, J. E., "Introduction to engineering design" Holt, Rhinehart, and Winston 1968

19 Wells, J. G., "Integrative STEM Education: U.S. Educational Reform, Pedagogical Commons, Design Based Biotechnology Literacy Exemplar" 2014

20 Miller, R., "Improving science education: The contribution of research" Open University Press 2000

21 Gibson, J. E., "How to do a systems analysis" Wiley Interscience 2007

22 Doppelt, Y., "Evaluating the impact of a facilitated learning community approach to professional development on teacher practice and student achievement" 27 (27): 339-354, 2009

23 Doppelt, Y., "Engagement and Achievements : A Case Study of Design-Based Learning in a Science Context" 19 (19): 22-39, 2008

24 Ellefson, M. R., "Design-based Learning for Biology" 2008

25 Fortus, D., "Design-Based Science and Student Learning" 41 (41): 1081-1110, 2004

26 Lorsbach, A., "Constructivism as referent for science teaching"

27 Von Glaserfeld, E., "Cognition, construction of knowledge, and teaching" 80 : 121-140, 1989

28 Lave, J., "Cognition in practice : Mind, mathematics, and culture in everyday life" Harvard University Press 1988

29 Apedoe, X. S., "Bringing Engineering Design into High School Science Classrooms : The Heating/Cooling Unit" 17 (17): 454-465, 2008

30 National Research Council[NRC], "A Framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts and core Ideas" The National Academies Press 2012

31 교육과학기술부, "2015개정 과학과 교육과정"