과학교사의 테크놀로지 교수 내용 지식 향상을 위한 컴퓨팅 사고력 기반 교수 자료 제작 교육 프로그램의 개발 및 적용 = Development and Application of Education Program about a Production of Teaching Materials based on Computational Thinking for improving Science Teacher’s Technological Pedagogical Contents Knowledge

국문 초록 (Abstract)

4차 산업혁명 시기의 흐름 속에서, 과학, 수학, 공학 등 다양한 영역에서의 컴퓨팅 사고력(Computational thinking)에 대한 활용이 중요해짐에 따라 전 세계적으로 컴퓨팅 사고력 교육에 대한 필요성을 강조하고 시행하고 있다. 컴퓨팅 사고력은 일상생활의 문제를 컴퓨터 과학자처럼 해결하기 위한 능력으로 정의되었으며, 컴퓨터 과학뿐만 아니라 모든 사람에게 필요한 보편적인 능력으로 강조되었다. 우리나라에서도 2015 개정 교육 과정에서 컴퓨팅 사고력에 대해 정의하여, 정보 교과에서 교육하고 있다.
컴퓨팅 사고력은 문제 해결을 위한 절차적인 사고이므로 과학 교과에서도 이에 대한 교육이 필요하며, 학생들의 컴퓨팅 사고력 함양에 앞서 과학교사에게 컴퓨팅 사고력에 대한 이해와 학생의 컴퓨팅 사고력 및 과학 학습을 위한 교수 자료를 제작할 수 있는 역량이 요구된다.
이 연구에서는 과학 교사들의 이러한 역량을 위한 교사 교육 프로그램을 개발하여 29명의 과학 교사와 1명의 예비교사에게 적용하였다. 컴퓨팅 사고력 기반 과학과 교수 자료의 제작은 응용 소프트웨어를 통해 이루어지며, 과학 교사들이 이러한 테크놀로지를 활용하여 교수 자료를 제작하는 것은 테크놀로지 교수 내용 지식(Technological pedagogical content knowledge, TPACK)과 연관된다. 과학 교사들의 테크놀로지 교수 내용 지식 향상 정도는 사전-사후 검사를 통해 살펴보았다.
그 결과, 과학교사들은 테크놀로지 교수 내용 지식의 7가지 요소 중 5 가지 요소인 테크놀로지 지식(Technological knowledge), 내용 지식(Content knowledge), 테크놀로지 교수 지식(Technological pedagogical knowledge), 테크놀로지 내용 지식(Technological content knowledge), 테크놀로지 교수 내용 지식(Technological pedagogical content knowledge)이 향상되었음을 확인하였다. 또한 교사 교육 프로그램을 통해 연구 대상자들이 제작한 과학과 교수 자료들을 평가한 결과, 연구 대상자들은 학생들의 컴퓨팅 사고력 함양과 과학 학습을 위한 기준 이상의 교수 자료를 제작하였다.
이 연구의 교사 교육 프로그램은 향후 과학 교사가 학생들의 컴퓨팅 사고력과 과학 학습을 위한 교수 자료를 제작할 수 있는 역량의 함양을 위한 교사 교육 프로그램(또는 연수)에서 사용할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 5
• 3. 용어의 정의 5
• 가. 테크놀로지 교수 내용 지식 (Technological pedagogical content knowledge, TPACK) 5
• 나. 컴퓨팅 사고력(Computational thinking, CT) 6
• II. 이론적 배경 7
• 1. 테크놀로지 교수 내용 지식 7
• 가. 테크놀로지 교수 내용 지식의 개념 7
• 나. 테크놀로지 교수 내용 지식의 요소 8
• 다. 테크놀로지 교수 내용 지식과 과학교사 교육 10
• 2. 컴퓨팅 사고력 11
• 가. 컴퓨팅 사고력의 개념 11
• 나. 컴퓨팅 사고력의 구성 요소 14
• 다. 컴퓨팅 사고력과 과학 교육 16
• 라. 멀티미디어 교육과 컴퓨팅 사고력 교육 17
• 3. 데스모스(Desmos) 19
• III. 연구 방법 25
• 1. 연구 절차 25
• 2. 연구 내용 27
• 가. 컴퓨팅 사고력 기반 과학과 교수 자료 제작 교육 프로그램 개발 27
• 나. 측정 도구 선정 및 개발 32
• 3. 연구 대상 37
• 4. 자료 수집 39
• 가. 컴퓨팅 사고력 기반 과학과 교수 자료 제작 교육 프로그램의 실시 39
• 나. 과학교사들이 제작한 컴퓨팅 사고력 기반 과학과 교수 자료 평가지 45
• 다. 테크놀로지 교수 내용 지식 사전-사후 검사 46
• 라. 교사 교육 프로그램에 대한 인식 조사를 위한 설문 조사 46
• 5. 자료 분석 47
• 가. 교사 교육 프로그램을 통한 과학교사들의 테크놀로지 교수 내용 지식 사전-사후 변화 비교 47
• 나. 과학교사들이 개발한 컴퓨팅 사고력 기반 과학과 교수 자료 분석 47
• 다. 과학교사들이 개발한 컴퓨팅 사고력 기반 과학과 교수 자료 평가 47
• 라. 교사 교육 프로그램을 이수한 과학교사들의 인식 조사 48
• IV. 연구 결과 49
• 1. 컴퓨팅 사고력 기반 과학과 교수 자료 제작 교육 프로그램 개발 49
• 2. 교사 교육 프로그램을 통해 제작한 과학교사들의 컴퓨팅 사고력 기반 과학과 교수 자료 분석 52
• 3. 교사 교육 프로그램을 통해 제작한 과학교사들의 컴퓨팅 사고력 기반 과학과 교수 자료 평가 71
• 4. 교사 교육 프로그램을 통한 교사들의 테크놀로지 교수 내용 지식의 변화 73
• 5. 이 연구의 교사 교육 프로그램을 이수한 과학교사들의 인식 조사 75
• V. 결론 및 제언 78
• 1. 결론 78
• 2. 제언 80
• 참 고 문 헌 82
• ABSTRACT 86
• 부 록 88