창의적 문제해결력을 함양하는 초등 발명 교육 수업모형 개발 : 설계기반 연구(DBR) 접근 = Development of an Elementary Invention Education Instructional Model to Foster Creative Problem-Solving Skills: A Design-Based Research (DBR) Approach

국문 초록 (Abstract)

창의적 문제해결력을 함양하는 초등 발명 교육 수업모형 개발: 설계기반 연구(DBR) 접근
김 두 이
한국교원대학교 대학원 교육방법 및 교육공학 전공
(지도교수 김 현 진)

본 연구는 2022 개정 교육과정이 요구하는 창의적 문제해결 역량을 초등 발명교육 맥락에서 실질적으로 구현하기 위해, CPS 이론을 기반으로 한 CPI(Creative Problem-Solving & Invention) 수업모형을 개발하고 그 적용 결과를 검증하고자 수행되었다. 기존 발명교육이 아이디어 중심·결과 중심 활동에 머물러 문제 정의–설계–실행–성찰이 단절되는 한계를 보인다는 문제의식에서 연구가 출발하였다. 이에 따라 본 연구에서는 CPI 수업모형의 개발 및 검증과 관련하여 다음의 연구 문제를 설정하였다.
연구 문제 1. 창의적 문제해결력 향상을 위한 초등 발명교육 수업모형의 절차와 구성 요소는 무엇인가?
연구 문제 2. 개발된 모형은 연속적인 설계–시행–재설계를 거치며 어떻게 개선되는가?
연구 문제 3. 개발된 발명교육 모형을 적용한 결과 학습자들은 어떤 질적 변화를 경험하였는가?
연구 방법은 설계기반연구(Design-Based Research, DBR)이며, 세종시 C초 발명교육센터 5~6학년 학습자 44명을 대상으로 3주간 세 차례 순환(Cycle 1–3)을 수행하였다. 자료는 수업 관찰, 학생 전사 및 포트폴리오, 활동지, 교사 성찰일지, 면담 등 질적 자료와 CPI 만족도 설문(9문항, N=44)으로 구성되었으며, 질적 자료는 주제분석을 통해 범주화하였다.
DBR 세 차례 순환의 결과, CPI 모형은 문제 인식–페르소나 인터뷰–아이디어 탐색–프로토타입 설계–전략적 실행–결과 검토–가치 성찰의 7단계로 정교화되었다. Cycle 1에서는 시간 제약에 따른 절차 단절, 문제 인식의 표면성, 설계–제작 불일치가 확인되었고, Cycle 2에서는 AI 기반 페르소나 인터뷰 도입, 설계 검토 절차, 오류 기록지 활용 등이 추가되었다. Cycle 3에서는 결과 검토 기준의 표준화와 가치 성찰 단계의 독립화가 이루어지며 최종 구조가 완성되었다. 학습자 수행 분석 결과 문제 정의의 정교화, 아이디어 생성의 다양화, 설계도의 구조적 완성도 향상, 시도–오류–수정의 순환적 실행, 가치 성찰 강화 등의 질적 변화가 나타났다. 만족도 조사에서는 전체 평균 4.74점(SD=.48)으로 높은 긍정적 인식이 확인되었다.
이상의 결과는 CPI 모형이 단순 제작 중심 발명교육을 넘어 문제 분석–아이디어 발산–전략적 실행–가치 성찰이 통합된 순환적 문제해결 경험을 제공함을 보여주며, 발명교육의 실행 중심 패러다임 전환과 사용자 기반 설계, 지식재산 인식 교육의 내재화 측면에서 교육적 의의를 갖는다.

주요어: CPI 수업모형, 설계기반연구(DBR), 창의적 문제해결(CPS), 발명교육

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 3
• Ⅱ. 이론적 배경 5
• 1. 창의적 문제해결 이론 5
• 가. 창의적 문제해결 이론의 정의 5
• 나. 창의적 문제해결 이론의 주요 절차와 구조 5
• 다. 창의적 문제해결 이론의 주요 특징 7
• 라. 발명교육과의 융합 가능성 7
• 마. 에듀테크 융합 가능성 8
• 2. 발명 교육의 개념 8
• 가. 발명 교육의 정의 8
• 나. 발명 교육의 효과 9
• 다. 발명 교육의 역사 10
• 라. 발명 교육 관련 선행 연구 11
• 3. 창의적 문제해결 기반 발명 교육의 시사점 14
• 가. CPS모형과 CPI 수업모형 비교 분석 15
• 나. CPI 수업모형 단계 및 설명 16
• Ⅲ. 연구 방법 19
• 1. 연구 설계: 설계 기반 연구(DBR) 19
• 가. 설계 기반 연구의 개념과 특징 19
• 나. 설계 기반 연구의 절차 20
• 다. 연구 절차 21
• 2. 연구 참여자 및 환경 22
• 가. 연구 참여자 22
• 나. 연구 환경 23
• 다. 연구 기간 및 절차 개요 25
• 3. 연구 절차: CPI 수업모형의 순환적 설계 26
• 가. Macro 1: 문제 인식과 창의적 발상 촉진 중심 29
• 나. Macro 2: 아이디어 구체화와 기술적 실행으로의 확장 30
• 다. Macro 3: 결과 검토와 사회적 실천 단계의 확장 30
• 4. 자료 수집 31
• 가. 자료 수집 개요 31
• 나. 질적 자료 수집 32
• 다. 양적 자료 수집 33
• 라. 자료 관리 및 윤리적 고려 34
• 5. 자료 분석 34
• 가. 질적 자료 분석 35
• 나. 양적 자료 분석 37
• 6. 연구의 신뢰도 및 타당도 확보 38
• Ⅳ. 연구 결과 40
• 1. CPI 수업모형의 절차와 구성 요소 40
• 2. CPI 수업모형 적용 중 학습자 수행의 단계별 변화 46
• 가. 1주차: 문제 인식 및 아이디어 탐색 단계 47
• 나. 2주차: 프로토타입 설계와 전략적 실행 단계 48
• 다. 3주차: 결과 검토 및 가치 성찰 단계 49
• 라. 학급별 수행 변화의 요약 50
• 3. CPI 수업모형의 정교화 결과 50
• 가. Cycle 1의 적용 결과와 1차 수정 사항 50
• 나. Cycle 2의 적용 결과와 2차 수정 사항 51
• 다. Cycle 3의 적용 결과와 최종 모형 확정 52
• 4. 학습자 만족도 결과 54
• 5. 소결 55
• Ⅴ. 논의 57
• 1. 학습자 수행 변화의 의미 57
• 2. 기존 발명교육 및 CPS 모형과의 비교 59
• 3. CPI 수업모형의 실천적 의미 62
• 4. 연구 과정에서 도출된 주요 시사점 66
• 가. 연구 과정에서 얻은 통찰 67
• 나. 연구 과정에서 마주한 실제적 어려움 68
• 다. 기존 발명교육이 충분히 작동하지 않았던 이유 70
• 라. CPI 수업모형을 통해 발견된 본 연구의 실질적 기여 71
• Ⅵ. 결론 및 제언 73
• 1. 결론 73
• 2. 연구의 한계 74
• 3. 제언 75
• 참고 문헌 77
• ABSTRACT 81
• 부록 84