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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.42 No.3 pp.344-364
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2021.42.3.344

Exploring Teachers’ Perceptions of Computational Thinking Embedded in Professional Development Program

Gyu Jin Hwang, Young-Shin Park*
Department of Science Education, Chosun University, Gwangju 61452, Korea
*Corresponding author: parkys@chosun.ac.kr Tel: +82-62-230-7379
June 2, 2021 June 28, 2021 June 30, 2021

Abstract


The study explored how two elementary school teachers perceived computational thinking, reflected them into curriculum revision, and taught them in the classroom during longitudinal professional developed program (PDP) for nine months. Computational thinking is a new direction in educational policy-making including science education; therefore we planned to investigate participating teachers’ perception of computational thinking to provide their fundamental understandings. Nine meetings, lasting about two hours each, were held with the participating teachers and they developed 11 lesson plans for one unit each, as they formed new understandings about computational thinking. Data were collected through PDP program while two teachers started perceiving computational thinking, revising their curriculum, and implementing it into their class for nine months. The results were as follows; first, elementary school teachers’ perception of computational thinking was that the definition of scientific literacy as the purpose of science education was extended, i.e., it refers to scientific literacy to prepare students to be creative problem solvers. Second, STEAM (science, technology, engineering, arts, and mathematics) lessons were divided into two stages; concept formation stage where scientific thinking is emphasized, and concept application, where computational thinking is emphasized. Thirdly, computational thinking is a cognitive thinking process, and ICT (informational and communications technology) is a functional tool. Fourth, computational thinking components appear repeatedly and may not be sequential. Finally, STEAM education can be improved by utilizing computational thinking. Based on this study, we imply that STEAM education can be activated by computational thinking when teachers are equipped with competencies of understanding and implementing computational thinking within the systematic PDPs, which is very essential for newly policies.



컴퓨팅 사고를 반영한 교사연수 과정에서 나타난 교사의 인식 탐색

황 규진, 박 영신*
조선대학교 일반대학원 과학교육학과, 61452, 광주광역시 동구 필문대로 309

초록


이 연구는 두 명의 초등교사가 컴퓨팅 사고를 어떻게 인식하고 이를 교육과정 재구성에 어떻게 반영하고 수업 을 하게 되는지를 장기간의 걸친 교사연수과정을 통해 탐색한 것이다. 컴퓨팅 사고는 과학교육에 연계하는 새로운 교육 정책 방향이기에 초등부터 나타나는 교사의 인식을 조사하고자 하였다. 교사와의 9번의 교사회의를 가졌으며 이는 매회 2시간 정도의 시간이 소요되었고, 그 시기에 교수하게 될 한 단원을 각자 인식아래 재구성을 하여 11차시의 수업과정안 을 개발하였다. 자료수집은 9개월간에 걸쳐서 인터뷰, 교사회의, 수업과정안에서 수행되었으며, 이 자료는 수업 전후의 교사회의를 통한 논의, 수업과정안 등을 통해 수집되었으며, 컴퓨팅 사고를 인식하면서 나타난 초등교사의 컴퓨팅 사고 의 인식은 다음과 같이 나타났다. 첫 번째, 과학교육의 목적인 과학적 소양의 정의가 확장되었음을 볼 수 있다. 즉 문 제인식에서부터 창의적인 문제해결자를 양성하는 것이 과학적 소양이라고 인식하였다. 두 번째, 과학적 사고가 강조된 개념형성단계와 컴퓨팅 사고가 강조된 개념활용단계로 수업차시를 구분하였다. 세 번째, 컴퓨팅 사고는 인지적 사고과 정이며, ICT는 기능적 도구라고 인식하였다. 네 번째, 컴퓨팅 사고 요소는 중복되어 반복적으로 나타나며, 순차적이지 않을 수 있다는 것이다. 마지막으로 컴퓨팅 사고의 활용을 통해 STEAM 교육을 활성화할 수 있다고 인식하고 있음을 보여주었다. 이 연구를 바탕으로 컴퓨팅 사고의 실천은 STEAM 교육의 활성화를 위한 도구로 사용될 수 있고 이를 위 해서는 일회성이 아닌 지속적이고 전문적인 교사연수를 통해 컴퓨팅 사고 전문역량 강화를 할 수 있도록 해야 할 것이다.



    서 론

    국내 STEAM의 도입 이후 STEAM을 여러 교과에 서 적용하려는 연구와 교육이 이루어져 왔다. 특히 과학교과 영역에서 활발한 연구가 이루어져 왔으며, 교육현장에서 STEAM의 적용이 학생들의 흥미와 관 심, 지식의 습득, 자기효능감, 창의성, 협업능력, 의사 소통 능력 등의 향상에 효과적이라는 연구결과가 발 표되었다(Lee et al., 2016). 2015 개정 교육과정의 과학과에서는 과학에 대한 흥미와 관심, 핵심개념에 대한 이해를 통한 탐구능력 함양, 창의적 문제해결능 력을 위한 과학적 소양을 증진시키고자 과학적 사고 력, 과학적 탐구력, 과학적 문제해결력, 과학적 의사 소통능력, 과학적 참여와 평생학습능력의 5가지 핵심 역량을 제시하였으며, 교과 간 통합수업과 협력적 문 제해결학습 등을 강조하였다. 이러한 목표를 달성하 기 위한 수업은 기존의 수업방식보다 STEAM을 적 용한 수업이 학생들의 학습 동기를 유발하고 능동적 이고 자기주도적인 학습을 통해 문제해결능력을 함양 할 수 있어 핵심역량의 증진에 효과적이라 보고하고 있다(Jeong, 2016).

    하지만 다양한 교육적 효과를 가진 STEAM교육을 학교교육에서 실현하고자 하였음에도 불구하고 실질 적으로 초·중·고등학교 STEAM의 적용은 30%도 시 행되지 않는 것으로 나타났다. 이 이유로는 프로그램 진행을 위해 교사들이 추가적인 시간과 노력을 투자 해야 하며 실습공간, 과다한 학생 수 등 모든 학교에 서 적용하기엔 교육적 환경이 제한적이라는 이유를 들었다. 또한, STEAM을 실시하고 있더라도 과학, 기술, 공학, 수학, 예술 등 여러 분야를 통합시키지 못하는 문제가 있음도 지적되고 있다(Park et al., 2016). 교육현장의 교사들은 각자 자신의 개별 전공 을 가진 교사로서 타 분야에 대한 접근과 이해의 한 계가 있으며, 무엇보다도 과학을 가르치는 STEAM 수업에서는 특히 기술, 공학의 분야와의 융합의 어려 움을 호소하고 있다.

    한편 기술과 컴퓨터, 실과교육에서는 컴퓨팅 사고 를 교육에 접목하려는 노력을 하고 있다. 컴퓨팅 사 고란 2006년 Wing에 의해 강조되었으며 ‘컴퓨터 과 학의 기초적인 개념들을 기반으로 문제해결, 시스템 설계, 인간 행동의 이해를 포괄하는 개념’이라 정의 하였다. 그러면서 21세기를 살아가는 사람들이 갖추 어야 할 기본 능력이라 하였다(Wing, 2006). 이러한 컴퓨팅 사고는 미국을 중심으로 교육과정에서 도입하 기 위한 다양한 노력을 하고 있으며 특히 컴퓨터 과 학이 미국의 STEM교육에서 추구하는 목표에 포함되 면서 핵심적으로 다루어지고 있다(Lee, 2014; NGSS, 2012). 국내에서도 2007 개정 교육과정에서 정보 교 과의 교육목표로서 컴퓨팅 사고가 도입되었고, 이후 수학과 과학교육 등 다양한 교과에서 컴퓨팅 사고를 적용하고자 한다(Ahan, 2014;Park & Lee, 2015). 과학 교과에서는 2015년 과학과교육과정에 컴퓨팅 사고라는 용어 대신 ‘컴퓨터 활용’이라는 말로 대신 하고 있으나 STEAM의 적용과 핵심역량의 증진이 중요한 과제인 만큼 기술과 공학을 바탕으로 하는 컴퓨팅 사고가 적용된 다양한 과학교육프로그램이 개 발되어 실제 교육현장에 적용된다면 기존의 STEAM 이 가지고 있던 기술공학과의 융합에 대해 큰 효과 를 볼 수 있을 것으로 기대된다(Park & Hwang, 2017;Park & Park, 2018;Park & Green 2020).

    컴퓨팅 사고(Computational Thinking, 이하 CT)라 는 용어는 1996년 Seymour Papert가 기하학적 아이 디어 생성을 위한 접근방법으로 사용하면서 처음 소 개되었으나, 2006년 Jennette Wing에 의해 컴퓨터학 계에 널리 알려지게 되었다. Wing(2006)은 Computational Thinking이 문제를 해결하기 위한 일련의 사고과정이 며, 3R (읽기, 쓰기, 셈하기)과 더불어 21세기를 살아 가는 모든 사람이 기본적으로 갖추어야 할 기본 능 력이며 컴퓨터 과학의 기초적인 개념들을 기반으로 문제해결, 시스템설계, 인간 행동의 이해를 포괄하는 개념이라 하였다(Wing, 2006). Wing의 발표 이후로 컴퓨팅 사고에 대한 논의가 지속적으로 이루어져 왔 으며, 많은 학자들에 의해 컴퓨팅 사고의 정의에 대 한 연구가 발표되었다. 또한 Google에서는 컴퓨팅 사 고를 많은 교사들이 수업에 적용할 수 있도록 다양 한 수업자료를 제공하고 있다. 미국의 국가 연구 위 원회(National Research Council, 2012)는 컴퓨팅 사 고가 보통의 사람이 가져야 할 인지기술이라 명하고, 컴퓨터과학교사협회(CSTA: Computer Science Teacher Association; 2011a; 2011b)에서는 문제를 해결하기 위해 필요한 관련된 자료를 논리적으로 처리·분석하 고 모델링이나 시뮬레이션 등의 추상화 작업과 자료 를 표현하고 이를 컴퓨터 등의 장비에서 사용될 수 있는 형태로 제시된 문제를 전환하고 여러 단계로 구성된 알고리즘을 통해 자동화 작업을 할 수 있다 고 하였다. 또한 해결책을 찾은 후 이러한 해결책을 바탕으로 좀 더 확장된 상태로 일반화하거나 변환하 여 다른 문제에 적용해보는 일련의 과정도 컴퓨팅 사고를 사용하고 있다고 하였다.

    ISTE와 CSTA (International Society for Technology in Education & Computer Science Teacher Association) 에서는 컴퓨팅 사고를 9가지 구성요소 분류하였는데 자료수집, 자료분석, 자료표현, 문제분해, 추상화, 알 고리즘 및 절차화, 자동화, 시뮬레이션, 병렬화가 이 에 해당한다. 컴퓨팅 사고에서 각각의 요소가 모두 나타날 필요는 없으며 특정 단계가 여러 형태로 반 복될 수 있으며 문제의 복잡성에 따라 생략될 수 있 음을 보고하였다. Valerie와 Chris(2011)의 연구에서는 컴퓨팅 사고가 컴퓨터과학, 수학, 과학, 사회, 언어 등 k-12 교육현장의 다양한 학문에서 적용될 수 있 음을 예시를 통해 제시하기도 하였다. 즉, 각 과목에 서 컴퓨팅 사고를 9가지 세부요소로 나누어 정의하 였으며 특히 과학교과의 경우 9가지 요소가 모두 반 영될 수 있으며 어렵고 복잡한 문제를 해결하기 위 해 모든 학생들이 컴퓨팅 사고능력과 세부요소의 기 능을 향상시킬 수 있음을 시사하였다. 이러한 컴퓨팅 사고의 정의를 토대로 교육분야에서 수행되어온 컴퓨 팅 사고 반영 국내외 연구경향을 살펴보면 다음과 같다.

    미국에서는 2013년 교육과정 개편에서 차세대 과 학 표준(Next Generation Science Standard, NGSS)이 라는 새로운 교육과정을 발표하였다. NGSS는 과학 자들이 과학적 궁금증을 바탕으로 개념형성을 하게 되고 문제를 해결하는 과정에서 사용하는 과학적 실 천과 기술공학자들이 시스템을 설계하고 만들기 위해 사용하는 공학적 실천을 기반으로 8가지 과학공학 실천을 제시하였다. 실천의 세부요소는 자료수집, 자 료분석, 자료표현, 추상화, 모델링, 자동화 등이 있으 며 이 중 수학과 컴퓨팅사고 활용하기가 있다. 수학 과 컴퓨팅사고는 과학과 공학에서 사용하는 기본적인 도구로서 문제를 해결하는 전 과정에 걸쳐 사용됨을 시사하고 있다. 특히 변인과 변인 사이의 관계를 분 석, 표현, 및 적용하는데 사용되며 이를 통해 규칙성 과 타당성을 검증하는데 활용되는 인지적 과정이라고 할 수 있다. 이러한 방법을 교육에 적용하여 학생들 이 컴퓨팅 기기를 활용하여 문제해결을 위한 분석, 계산, 관찰, 측정, 자료처리 등의 과정을 통해 컴퓨팅 사고가 향상될 것으로 기대하고 있다. 또한 더 나아 가 위 과정을 알고리즘, 절차화 하고, 시뮬레이션을 통해 자동화할 수 있도록 하여 모든 학생들이 컴퓨 팅 능력을 기본적으로 학습하고 사용할 수 기회를 부여하는 것에 중점을 두었다(NGSS, 2013). 특히 NGSS에서는 K-12단계를 세분화하여 각 단계별로 달 성해야 할 세부사항을 제시하였다(Park & Park, 2019). 영국에서는 2013년 교육과정 개편에서 새로운 학교교육과정(New National Curriculum)을 발표하면 서 컴퓨팅을 국가 교육과정으로 지정하고 필수과목으 로 이수하도록 하였으며 유치원부터 대학까지 교육의 모든 단계에서 학습할 수 있도록 하였다.

    황요한 외(2016)의 연구에서는 소프트웨어를 활용 한 과학탐구학습이 학생들의 컴퓨팅 사고에 대한 긍 정적인 효과를 주는 것으로 확인하였다. 또한 이영은 (2012)은 컴퓨팅 사고가 적용된 STEAM 수업을 통 해 교과 간 융합을 유도할 수 있으며, 적절한 틀로서 작용할 수 있을 것이라 보았다. 이후 컴퓨팅 사고를 기반으로 한 STEAM교육인 CT-STEAM이 개발되었 으며, 여러 연구에서 적용되었다. 박영신과 황진경 (2017)의 연구에서는 미국의 컴퓨터 과학교육과정 (The collage Board, 2013)에서 제시한 컴퓨팅 사고 의 6가시 실천과 ISTE와 CSTA가 정의한 구성요소 를 교실상황에 적용하여 차세대교육과정과 연계한 과 학교육의 입장에서 STEAM 교육의 기반에서 컴퓨팅 사고의 실천적 내용을 평가할 수 있는 평가도구 (CT_STEAM_AT; computational thinking in STEAM analyzing tool)를 개발하였다. 해당 연구에서는 개발 한 평가도구를 STEAM 교육프로그램에 적용하여 구 성요소가 STEAM 프로그램에 반영되어 측정 가능함 을 보여줌으로써 도구의 타당성을 확인하였다. CT_ STEAM_AT의 경우는 문제를 해결하는 과정에서 학 습자가 문제의 해결을 위해 어떤 방법을 거쳤는지에 대한 학습과정에서 컴퓨팅 사고를 확인하는데 초점이 맞춰져 있다. 박미소(2018)의 연구에서는 기존의 ISTE와 CSTA보고서에서 제시한 요소 중 마지막의 ‘병렬화’를 ‘일반화’로 수정하여 제시하였다. 과학교 육에서는 단순히 반복적인 작업을 동시에 진행하는 병렬화보다 문제해결을 위한 산출물을 다양한 상황에 적용하여 문제해결의 타당도와 적합성을 높이는 일반 화 과정이 필요하다고 파악하였으며 이를 다양한 과 학주제의 STEAM 프로그램에서 나타나는 일반화에 비교하고, 다른 과학교육전문가 및 현장교사와 수차 례 토론을 거쳐서 타당성을 구축하였다(Table 1). 하 지만 일반 교사들에게는 컴퓨팅 사고의 교수학습에 있어서 적용하는 것은 아직 생소할 수 있으므로 컴 퓨팅사고에 대한 조작적 정의를 바탕으로 하여 구체 적인 가이드라인을 제시하여 실질적으로 수업에 적용 해볼 수 있도록 하는 것이 필요하다고 할 수 있겠다. Green(2021)은 자기연구(self-study)를 통해서 스스로 본인이 컴퓨팅 사고에 대해서 연구를 하고 이를 교 사의 입장에서 수업에 적용하게 된다면 어떠한 구체 적 가이드가 필요한지 스스로의 경험에 비추어 컴퓨 팅 사고 인식과 더불어 함양되는 실천지식에 대해서 어떻게 변하고 형성되어 가는지 연구를 보고하기도 하였다(Lee et al., 2013).

    학생들의 학습에 영향을 주는 것을 고려한다면 교 사의 역할은 중요한 변수임에는 틀림이 없고(Kim et al., 2005;Kim & Park, 2012;Park, 2010;Park et al., 2010) 교사의 양성이나 그 역량의 지속적인 연수 과정은 교사의 전문역량을 함양하는데 필수적임을 알 수 있다(Luft & Patterson, 2002; Roehrig & Luft, 2007). 이러한 다양한 역할에 대해서 앞으로 변해가 는 산업혁명시대에 교사의 역량이 더욱 강조되어야 하며 일정연수, 실험연수 및 자율연수 등의 다양한 형태로 교사연수기회가 적절한 시기에 적절한 내용으 로 구성되어 주어져야 할 것이다(Crawford, 2000;Park, 2010;Roehrig & Luft, 2006). 특히 교사의 체 계적인 인식은 이들의 교수 실천에 영향을 주기에 새로운 교육정책에 따라 연수를 제공하여 교사의 인 식변화 및 형성을 위한 기회를 제공하는 것은 중요 한 것이라고 하겠다. 따라서 새로운 주제에 대한 교 사의 인식은 어떻게 형성 및 변화되는지 이의 의미 가 무엇인지 알아보는 것은 의미가 있다고 할 수 있 겠다(Kang et al., 2008;Yang et al., 2006). 박영신 (2010)에 의하면 이러한 교사의 인식의 형성 및 변화 를 위해서는 초임교사의 경우에는 지속적인 멘토링을 하지 않으면 원래대로 인식이 퇴행하여 새로운 교수 법이나 전략에 대해서 수업 중에 적용하지 않음을 진술하고 있다. 즉 교사의 수업개선을 위해서 과학교 육전문가는 멘토로서 교사와 지속적인 상호작용을 통 해서 인식형성에 영향을 주어야 하며 이는 수업과정 안이나 교사의 수업을 토대로 하여 새롭게 형성이 되는 인식이 수업 중에 나타나는지를 확인해야 한다 고 하였다. 즉 상황학습의 맥락에서 초임교사는 인식 형성이 일어나며 이는 곧 실무적인 부분과 연계가 가능하다고 보고하였다(Park, 2015). 즉 연수를 통해 서나 다양한 기회로 접하게 되는 교육정책에 대해서 는 교사들이 의도를 가지고 연수에 참가하게 되면 충분히 인식 형성이 생기며 이는 곧 교수실천과도 연계가 됨을 보여주는 것이다. 이때 지속적인 전문가 의 멘토링이 있어야 실질적으로 가능함을 보여준다.

    컴퓨팅 사고가 과학교육에서 효과적으로 자리를 잡 기 위해서는 학교현장의 과학을 가르치는 교사들이 정확하게 컴퓨팅 사고를 인지하고 이를 수업에 어떻 게 적용할 수 있는지에 대한 일련의 탐구과정이 있 어야 한다. 새로운 인식 아래 수업현장에서는 어떻게 나타나는지를 관찰하고 이를 토대로 다시 교사들 본 인의 인식을 수정 변화해가는 것은 의미가 있다고 할 수 있겠다. 이에 본 연구에서는 컴퓨팅 사고가 반 영된 수업프로그램을 개발하는 연수과정에서 나타나 는 교사의 컴퓨팅 사고 관련 인식이 어떻게 형성되 고 수정되어 가는지 이 연구에서 탐색하고자 한다. 연구문제는 다음과 같다. 컴퓨팅 사고 교사전문연수 과정 중에 나타나는 컴퓨팅 사고에 대한 교사의 인 식은 무엇이고 그 특징은 무엇인가?

    연구 방법

    본 연구는 초등교사를 대상으로 컴퓨팅 사고를 주 제로 교사 전문성 강화 연수를 계획하여 운영하면서 연수과정을 통해 교사들의 컴퓨팅 사고에 대한 이해 와 지식의 형성 및 인식의 변화를 탐색하였다. 또한 교사 개개인이 컴퓨팅 사고가 반영된 초등과학프로그 램을 개발하고 실제 학교수업에 적용하는 과정을 통 해 교사 본인의 수업전략 및 인식이 어떻게 변화하 는지를 확인함으로써 컴퓨팅 사고의 현장 적용가능성 과 타당성을 확인하였다. 구체적인 연구과정은 다음 과 같다(Table 2).

    연구 대상

    본 교사연수에 참여한 교사는 현재 초등학교에 근 무 중인 교사로 각 교사는 컴퓨팅사고 관련 관심이 있고 본인 수업 설계를 적극적으로 할 수 있는 의지 를 갖고 있음을 보여주었다. 참여교사 모두 컴퓨팅 사고에 대해서 최근의 과학교육정책에서 강조되는 수 업전략이라는 것을 알고 있고 용어에 대해서도 어느 정도 익숙한 상태였다. 김교사의 경우는 기술교육의 전공배경을 지닌 사람으로 실질적으로 수업에 적용해 본 적은 없었지만 컴퓨팅 사고가 과학수업에 잘 적용 될 수 있을 거라는 확신을 갖고 이 연구에 참여한 반 면, 손교사의 경우는 과학과목에 과연 컴퓨터 관련 컴퓨팅 사고를 잘 접목할 수 있을지에 대한 의구심을 지니고 연구에 참여하게 되었다(인터뷰에서 도출). 이 연구에 참여한 교사 2인은 다음(Table 3)과 같은 이력 을 지니고 있다. 연구자와 이 두 명의 교사와의 관계 는 상호신뢰관계가 성립되는 라포르가 형성되어 자료 수집에 있어서 훨씬 신뢰성이 있다고 할 수 있겠다 (Kim, 2016;Bell, Fahmy, & Gordon, 2016). 연구자 와 오랫동안 교육관련 일을 해 왔기에 라포트가 잘 형성되어 있고, 컴퓨팅 사고 실천에 대해서는 초등교 사대상으로 기초연구를 시작해야 겠다는 연구자의 의 도에 과학을 주로 가르치고 참여에 대한 적극적인 의 지를 보여준 두명의 교사에 의해 이 연구가 시작되었 다고 할 수 있겠다.

    김교사는 22년 경력의 초등교사로 교육공학과 소프 트웨어교육, 교육컨텐츠 개발에 관심을 두고 있다. 특 히 기술과 컴퓨터 분야 수업 설계 컨설팅을 진행하는 등 컴퓨팅사고에 관한 지식과 경험이 풍부하고 이와 관련한 주제의 책을 집필 중이다. 손교사는 20년 경력 의 초등 수석교사이며 융합인재교육과 지구과학분야에 큰 관심과 지식을 가지고 있다. 본 연구자는 교사연수 를 개발하여 운영하는 동안 면담, 회의토론, 수업관찰, 수업과정안 및 블로그 등을 자료원으로 사용하였다.

    연구 자료수집

    컴퓨팅 사고가 반영된 연수를 통한 교사의 인식이 어떻게 나타나는지 확인하기 위하여 손교사와 김교사 를 대상으로 그들의 인식을 확인할 수 있는 자료들 을 수집하고 이를 전사와 코딩을 통해 공통된 또는 차별화된 인식을 도출하는 것이다, 자료수집원은 총 9번간 진행한 교사대상 워크샵(PDP; professional development program)이 있으며 1회당 평균 2시간 워크샵이 진행되어 이 내용을 전사하였다. 회의가 진 행되는 동안에 참여교사가 개발한 수업계획안이나 본 인의 생각을 보여준 차트 등이 자료에 포함되며, 이 외에도 컴퓨팅 사고를 포함하여 개발한 수업과정안을 주 자료수집원으로 포함하였다. 교사와 1대1 대면인 터뷰를 통해 자료분석의 타당성을 구축하고 추가적인 정보수집을 위해서 30분정도 각 교사의 교실에서 실 시하였다(Table 4).

    연구방법

    컴퓨팅 사고 관련 교사연수는 총 9차례, 회당 2시 간씩 진행되었으며, 과학을 가르치는 과학교사의 입 장에서 컴퓨팅 사고를 이해하고 이를 바탕으로 교육 현장에 적용을 위한 초등과학교육프로그램을 개발하 는 것을 목적으로 진행하였다. 연수의 내용은 컴퓨팅 사고가 과학교육에 적용되기 위한 전반적인 내용을 논의하였으며 이를 바탕으로 컴퓨팅 사고가 반영된 수업프로그램을 개발하고 이를 실제 학교 수업에 적 용하는데 필요한 여러 가지 고려사항, 장단점, 문제 점 등을 파악하고 논의하였다. 관련 연수내용은 아래 Table 5와 같다.

    이 연구에 참여하는 초등교사는 연수과정을 하는 동안 수업을 계획하고 교육과정을 수정하고 수업과정 안을 개발하였으며 수업을 수행한 후 최종적으로 본 연구자와 대면인터뷰를 진행하였다. 총 9개월간의 연 수과정에 참여한 교사의 인식의 변화와 구조화를 종 합적으로 판단하기 위하여 회의과정 전체를 전사하여 개방코딩을 통해 컴퓨팅 사고에 대한 교사의 인식을 도출하였다. 또한 교사의 인식이 수업에 어떻게 나타 났는지에 대한 근거자료로 연수과정 중에 교사가 작 성한 수업계획서, 수업과정안, 교사연수집을 분석하고 개발한 프로그램을 수행하는 수업과정을 참관 및 녹 화하고 전사하여 분석하였다. 마지막으로 실시한 교 사와의 대면 인터뷰를 전사하여 분석하였다. 연수과 정의 모든 자료는 녹화하였으며 이를 전사하여 코딩 작업 하였다. 이를 과학교육전문가와 교차분석하여 타당성을 구축하였다. 자료원을 토대로 하여 두 교사 가 지닌 컴퓨팅 사고에 대한 초기 인식을 파악을 하 고, 연수과정동안 새롭게 형성되는 인식이나 변하는 것에 대해서는 연구자와 서로 논의를 통해 확인을 하였고, 이를 역시 참여교사와의 연수과정전이나 후 에 확인하는 절차를 가지도록 하였다. 이를 통해 컴 퓨팅 사고가 반영된 수업 프로그램 교사연수과정에서 나타난 컴퓨팅 사고에 대한 교사인식을 파악하고 이 러한 증거를 기반으로 하여 두 교사의 공통점 또는 차별점에 나타나는 인식의 주제를 기술하도록 하였다.

    연구 결과

    컴퓨팅 사고 교사전문연수를 통하여 형성 및 변화 되는 교사의 인식을 확인하기 위해 연구에 참여한 두 교사의 인터뷰, 교사워크숍 및 수업관련 자료를 바탕으로 도출된 특징을 기술하고자 한다. 우선 도출 된 특징을 기술하고 이를 뒷받침하는 증거를 각 교 사의 인터뷰, 대화, 강의, 및 수업자료에서 나타난 것 을 순서대로 제시하여 결과를 제시하고자 한다.

    1. 컴퓨팅 사고에 대한 인식은 과학적 소양이란 문제해결과정을 필수적으로 포함한다

    문제해결을 위한 역량 강화

    컴퓨팅 사고가 적용된 과학수업의 목적은 실질적인 문제해결을 통한 문제해결능력자의 양성에 있다 (Green, 2020, Hwang, 2017; Park, 2018). 기술교육 에 경험이 많은 김교사의 경우 연수 초기부터 컴퓨 팅 사고가 적용된 수업의 목적을 일상생활 속 과학 적 지식을 활성화하고 학생들이 스스로 학습한 지식 을 바탕으로 새로운 지식을 탐구할 수 있으며, 이를 활용할 수 있는 정의적 기능을 높일 수 있는 사고 기능이라고 정의하고 이를 바탕으로 융합인재교육인 STEAM교육의 본질을 찾고 활성화 하는데 도움이 된다고 인식하고 있음을 확인할 수 있었다. 컴퓨팅 사고가 미래사회가 요구하는 융합인재 양성에 도움이 된다고 인식하고 있음은 손교사에서도 나타난다.

    과학적 원리를 탐구하면서 문제를 정의하고 지식을 탐구하는 게 목적이 아니라 문제를 해결하기 위한 과학적 원리를 발견 하는 수업을 통해서 적용을 하려다 보니까 컴퓨팅 사고가 필 요한거고 자동화를 통해 마지막에 문제를 해결하려면 결국 교 육과정에서 추구하는 융합교육의 형태로 가는거죠(김교사, 1차 PDP).

    컴퓨팅 사고가 실생활의 문제를 해결하기 위해서 산출물을 구 현해내는 수업인데, 이건 결국 프로젝트수업이나 PBL수업같은 여러 교과목간의 융합이 필수적이거든요. 마치 우리 STEAM 수업 같은 거죠(김교사, 3차 PDP).

    저는 CT의 시작이 문제상황을 제시하는 것에서 시작한다고 생각했어요. 기존의 과학탐구에서 문제상황을 제시할 때 엔지 니어링 쪽과 관련이 없이 제시하였다면 CT in STEAM에서는 한단계 더 나아가서 엔지니어링쪽을 강조한 문제상황을 제시하 고 잘 정교화 한다면 과학교육에서 목적으로 하는 문제해결역 량도 기르고 특히 기술공학과 연계된 문제해결역량이 증가할 수 있을것이다라고 보는거에요(손교사, 8차 PDP).

    손교사는 기존의 과학교육에서 문제해결을 수업의 목적으로 나타나기는 하였으나 실질적인 문제해결의 과정이 약하며 추상적으로 제시되었다면, 컴퓨팅 사 고가 적용된 수업에서는 기술, 공학적 요소가 반영된 구체적인 문제상황을 제시함으로서 기존의 STEAM 에서 기술 공학적 요소가 융합되지 못했던 문제를 극복하고 실질적인 문제해결 역량을 기를 수 있다고 보았음을 알 수 있다. CT를 반영한 융합수업에서 문 제해결부분에 대해 중점을 두는 손교사의 생각은 다 음과 같은 전체 한 단원의 수업계획에서도 잘 나타 나 있다(Table 6). 이러한 인식과 함께 손교사가 계획 한 수업과 수업과정안에서 과학수업은 단순한 개념형 성에서 끝나는 것이 아닌 문제해결까지의 과정이 포 함되어야 하는 과학교육의 목적인 소양의 확장된 정 의를 파악할 수 있다.

    구체적인 손교사의 수업과정안을 통해 문제상황을 인식하고 이를 토대로 문제를 해결하는 과정을 포함 하는 문제해결과정을 강조한 수업계획을 파악할 수 있다. 수업과정안을 토대로 하여 분석한 결과 문제상 황을 1차시에서 제기한다. 상황제시는 한 학생이 조 부모와 함께 살 한옥을 짓는다고 학급에서 이야기를 하였고, 한옥의 처마를 어떻게 만들어야 햇빛의 양을 조절할 수 있는지를 궁금해한다. 이때 손교사는 친구 를 돕기 위해서 ‘가장 이상적인 처마 길이와 처마 고 도는 알아내기 위해서 어떤 실험을 설계하면 좋을 까?’ 라는 발문을 통해 문제를 파악하도록 학생들에 게 제시한다. 이를 위해서 우선 무슨 내용을 확인해 야 하는지, 가장 이상적인 처마 길이와 처마 고도는 어떻게 알아내는지 관련 실험은 어떻게 설계할지에 대해서 가이드를 한다.

    이때 CT요소로는 ‘문제상황제시’가 포함된다. 2차 시에서는 문제상황을 이해하기 위해서 다음과 같은 기준으로 분석하여 (CT의 문제분석 ①), 문제상황 해 결에 필요한 내용을 정리하기 위해서 ‘문제분해(②)’ 의 CT요소가 포함되어 있음이 파악된다. 또한 문제 해결을 위한 1차적 논의로 구체적인 ‘추상화(③)’작업 이 일어난다(Table 7).

    손교사의 8차시 수업에서 기술과 공학적 요소를 바탕으로 해결해야 할 문제의 요소를 설계한 실험과 모형을 통해 파악한 후 실질적 문제를 해결하는 과 정을 가졌음을 확인할 수 있다. 해당 차시의 수업과 정안을 통해 구체적으로 해당 수업이 어떻게 진행되 었는지를 확인할 수 있다. 한옥 처마의 길이를 제안 하되 평균값을 측정하게 하며, 한옥 처마의 길이를 다른 방법으로 표현하는 것에 대해서 (예를 들면 기 둥과 비교하거나 각도로 나타내는 방법) 제안하기로 하고, 위도별 처마길이는 어떻게 변화되는 것이 좋을 지에 대해서 제안하게 하는 학생들이 설계한 알고리 즘과 자동화 결과를 공유하며 다른 위도에 설계한 알고리즘을 적용하는 ‘시뮬레이션’을 거쳐 ‘일반화’되 는 과정을 볼 수 있다. 특히 이전 차시에서는 아두이 노 보드, 조도센서, LCD 모듈, 스크래치, 노트북 등 을 이용하여 처마길이 및 각도에 따라서 달라지는 빛의 양을 측정한 것 등을 토대로 하여 일반화하는 과정을 보여주는 단계였음을 보여준다.

    이와 같이 계절의 변화 관련 개념형성에만 집중한 수업이 아닌 한옥의 처마길이를 계산해서 계절의 변 화를 이해하는 문제인식 및 해결과정을 제시하여 컴 퓨팅 사고를 반영하면서 문제해결과정을 포함한 확장 된 과학교육의 목표인 과학적 소양을 인식하고 있음 을 확인할 수 있다.

    자료 분석 및 상관관계 파악 역량 강화

    과학교육의 기본 목표는 기본적인 과학개념에 대한 이해와 탐구 등을 통해 수집된 자료들을 분류, 분석 하고 분석된 자료들 사이의 상관관계를 파악하고 이 를 통해 결론을 내리는 것이 중요한 과정이다. 컴퓨 팅 사고가 적용된 수업 역시 이러한 과정이 나타나 며 데이터 분석 및 자료간의 관계파악 역량이 강화 될 수 있음을 교사들이 인식하고 있다는 것을 확인 할 수 있다.

    단순히 컴퓨터를 사용하는 것이 컴퓨팅 사고가 아니고 과학탐 구의 아주 기초적이고 가장 중요한 자료와 자료 간의 상관관 계를 분석하고 패턴을 찾아 일반화시킬 수 있도록 하는 것이 컴퓨팅 사고의 적용이라 할 수 있어요. 변수들 사이의 상관관 계를 학생들이 알아내고 실질적인 상황에 적용하는 것은 문제 해결을 할 수 있는 학생들의 머리를 키워주는 거죠(김교사, 8 차 PDP).

    이러한 김교사의 인식은 마지막 인터뷰에서도 나타 난다. 그는 과거와 달리 디지털로 해결해야 할 문제 들이 증가함에 따라 이에 적절히 상응되는 사고가 필요하며, 학생들이 이러한 사고방식에 지속적으로 노출이 되어 자연스럽게 체득할 필요가 있음을 강조 하였으며 컴퓨팅 사고과정으로 가능하다고 하였다.

    옛날에는 문제 상황 자체가 아날로그적인 해결방식이 많았다면 지금은 디지털로 해결해야 할 문제가 많아지고 있잖아요. 그렇 다면 디지털로 해결하기 위한 사고방식이 필요한 것이죠. 그래 서 컴퓨팅 사고가 필요하고 그 컴퓨팅 사고의 절차에 따라서 문제를 해결할 때 아이들이 가장 효과적으로 문제를 해결할 수 있더라구요. [중략] 결국에는 컴퓨팅 사고력은 문제해결역량 을 기르기 위한 또 하나의 역량이자 수단이죠(김교사, 인터뷰).

    지속적으로 컴퓨터교육이나 코딩교육을 해왔던 김 교사의 경우 명시적으로 컴퓨팅 사고를 수업에 접목 시키기 이전의 교육과 컴퓨팅 사고를 구체적 수단으 로 사용하여 수업을 설계한 경우 차이가 있으며 컴 퓨팅 사고는 학생중심의 탐구과정을 가능하게 한다고 하였다. 5학년 과학 ‘물체의 빠르기’를 주제로 11차 시의 수업을 구상한 김교사의 경우 학습방법은 PBL (Problem Based Learning)을 기반으로 ‘풍력자동차 경기장 제작하기’로 관련 개념을 학습하도록 하였으 며, 특히 6차시에서는 ‘물체의 속력은 어떻게 구할까 요’의 기존의 학습주제를 다음과 같이 재구성하여 미 리 로봇를 이용하여 속력을 구하는 알고리즘을 만들 고 프로그램으로 구현하며 로봇을 이동시킬 때 거리 와 시간을 입력하면서 프로그램을 통해 속력을 계산 하는 등의 자료와 관련된 컴퓨팅 사고행동을 보이며 또한 속력을 구하기 위한 요인을 분석하고(문제분해) 구체화하면서(추상화) 프로그램을 개발하도록 하였다 (알고리즘과 절차). 다양한 수치를 입력함으로써 속력 을 구하는 프로그램을 자동화 하였다(Fig. 1).

    기존에는 암묵적으로 기능 중심으로만 미니레슨을 던져주면서 수업을 했다면 이번에는 단계를 통해서 학생들이 스스로 생각 을 좀 더 하게 만들었다는 부분이 좀 다른 것 같고 [중략] 이 전에는 교사가 학생들의 사고과정을 리드했다면 이번에는 애들 이 한번 고민하게 만들어보는 그런 시간이 되었습니다. 문제를 해결하려는 과제가 있기에 좀 더 학생들이 고민을 많이 하는 것이 보이죠(김교사, 인터뷰).

    컴퓨팅 사고가 기반이 된 수업이 학생들의 데이터 분석 및 상관관계 파악 역량이 이전의 탐구 수업보 다 더 강화된다는 인식은 손교사의 인터뷰에서도 확 인할 수 있다.

    STEAM의 본질을 찾기 위해서는 창의적 설계가 가능해야 하 며, 이 창의적 설계는 데이터를 수집하고 분석하는 과정을 통 해 결론에 도달해야 합니다. [중략] 학생들이 직접 측정한 데 이터를 바탕으로 문제상황에서 제시한 문제의 해답을 도출해 내는 과정을 통해 학생들은 자신의 결과물에 만족할 수 있습 니다(손교사, 인터뷰).

    손교사의 6-7차시 수업에서 수행된 학생들이 활동 은 문제를 해결하기 위해 조도센서를 활용한 실험을 반복적으로 수행하여 데이터를 얻었으며 학생들은 이 를 기록하고 수집된 데이터를 바탕으로 문제상황에서 제시하는 답을 계산하였음을 확인할 수 있다. 또한 수행한 방법이 아닌 문제해결을 위한 다른 방법으로 도 가능한지 제시할 수 있는 기회를 줌으로써 학생들 은 주어진 문제상황에서 변수간의 관계를 파악하는 것을 볼 수 있었다. 손교사는 다른 방법으로 자료를 표현하는 것에 대해서도 지속적으로 질문을 하였음을 블로그에서 작성한 본인 성찰일지를 통해서 알 수 있 다. 정리하자면, 컴퓨팅 사고는 문제 해결과정에서 강 조되는 것으로 두 교사는 적극적인 학생들의 활동을 통해 자료관련 인지과정 경험이 집중됨을 보여주고 있다.

    도구로서의 ICT와 인지능력으로서의 CT의 차이 인지

    손교사의 경우 기술교육보다는 전통적인 STEAM 교육을 중점적으로 실시하던 교사로서 컴퓨팅 사고에 관하여 관심이 있었지만 연수과정 초기에는 CT가 반 영된 수업과 ICT적 요소를 포함한 기존의 STEAM에 차이에 대한 확실히 구분하고 있지 않았다(손교사, 1 차 PDP). 하지만 연수과정이 계속되면서 손교사는 ICT기기를 활용하는것과 컴퓨팅 사고를 구별하게 되 고, 컴퓨팅 사고가 학생들의 문제해결능력을 포함한 과학적 소양의 함양을 목표로 한다는 것을 인지하게 되었다. 컴퓨팅 사고는 사고의 알고리즘을 구성하는 것이며, 아두이노, 엑셀, 스크래치를 사용하는 것은 CT가 아닌 단순한 ICT이고, 문제상황을 해결하기 위 한 사고의 알고리즘을 구성하는 것이 학생들의 논리 적 사고를 함양시킬 수 있다고 하였다(손교사, 8차 PDP). 또한 손교사는 인터뷰에서 컴퓨팅 사고가 반 영된 수업을 지속적으로 실시하면서 코딩에 대해 친 숙하게 되었고 ICT의 기기를 사용하는 것 자체가 컴 퓨팅 사고는 아니지만, 기존의 아날로그적 탐구를 아 두이노 등을 활용한 코딩이나 빅데이터 분석을 통한 디지털 탐구로 바꾸게 되고 기기의 활용을 통해 ICT 활용 역량이 강화되었다고 하였다(손교사, 인터뷰). 이는 김교사의 인식과 유사함을 확인할 수 있었으며 두 교사들의 이러한 인식은 그들이 개발한 프로그램 에서도 확인할 수 있다.

    손교사가 개발한 수업의 3, 4차시는 다양한 어플리 케이션과 실제 데이터를 제시한 사이트의 빅데이터를 수집하여 분석하고 이를 자신만의 문제해결을 위한 방법으로 표현하고 있음을 확인할 수 있다(Table 8).

    3-4차시에 걸친 두 차시에서는 분해한 문제요소를 바탕으로 문제해결을 위한 개념을 형성(제시된 차시 별 학습목표)하는 단계이다. 어플리케이션이나 빅데 이터 등 다루는 데 있어서 ICT 요소를 활용하여 자 료를 수집하고 분석하여 표현하는 활동이 이루어짐을 알 수 있다.

    손교사의 수업 중 문제해결을 위한 개념을 형성하 는 3-4차시 수업에서 기상청 홈페이지의 위치와 시간 에 따른 태양이 고도와 방위각, 낮의 길이 등의 빅데 이터가 제시된 생활천문관의 자료를 수집 및 분석하 였다(Fig. 2). 손교사는 교사연수집에서 기존의 수업 자료는 대부분 서울특별시를 기준으로 한 자료가 대 부분이며 충분한 자료를 제공하지 않음을 지적하며 수업이 이루어지는 지역의 기상청의 홈페이지를 통해 자료를 제시함으로서 학생들이 수업에 적극적으로 참 여할 수 있도록 하며 방대한 양의 자료를 분석하는 능력을 키울 수 있다고 제시하였다. 동일차시에서 손 교사는 문제해결에 필요한 개념인 계절별 태양의 남 중고도에 대해 학습하기 위해 어플리케이션 ‘Sun Facts’을 활용하여 자료를 수집하도록 하였음을 알 수 있다. 손교사는 교사연수집에서 어플리케이션을 활용한 이유에 대하여 인터넷 접속이 원활하지 않은 수업환경에서 수업이 이루어지거나 학생들 개개인이 자료를 찾기 어려운 경우 어플리케이션을 통해 이러 한 문제점을 극복할 수 있다고 제시하였다. 또한 선 별되거나 정제된 데이터가 아닌 실제 자연의 빅데이 터를 수집하고 어플리케이션을 통한 자료의 해석하는 등 ICT의 활용은 컴퓨팅 사고를 기반으로 한 수업에 서는 적절하게 사용될 수 있다.

    2. 컴퓨팅 사고에 대한 인식은 수업구성을 개념형 성단계와 개념활용단계로 구분짓는다

    단원의 재구성을 통해 반영가능한 CT

    컴퓨팅 사고가 적용된 초등과학수업 프로그램을 개 발하기 위해 두 명의 연구참여교사는 한 단원의 수 업을 재구성하였다. 컴퓨팅 사고가 적용된 수업의 경 우 실생활과 관련된 문제를 해결하기 위한 과정이 포함되도록 하였으며(11차시 수업과정안, 교사PDP에 서 파악), 문제를 파악하고 문제를 해결하기 위해 필 요한 지식을 학습하는 개념형성단계와 실질적으로 문 제를 해결하는 과정에서 컴퓨팅 사고를 활용하는 개 념활용 단계로 나누어짐을 파악할 수 있었다.

    손교사의 경우 CT 교사연수과정(PDP)을 경험하면 서 다음과 같은 새로운 인식 및 변화가 형성되었으 며, 이에 따른 교사의 실천지식이 새롭게 형성되었다 고 하였다. 첫째로, ‘계절의 변화’ 단원을 ‘한옥의 처 마에서 계절의 변화를 이해하다’라는 11차시의 수업 으로 재구성하면서 기존의 수업에서는 단순히 태양고 도와 계절의 변화, 계절에 따른 기온의 변화를 개념 적으로만 학습하고 끝났다면, CT-PDP를 통해 우리가 사는 지역(위도)에 적합한 처마 고도를 제안하는 등 실생활의 문제에 적용해 볼 수 있도록 하였음을 보 여주었다. 두 번째로, 이러한 수업과정안의 재설정과 구성은 CT-PDP를 경험하면서 접하게 된 CT에 대해 서 새로운 정의를 알게 되고 이를 STEAM에 접목하 면서 공학과 기술을 강조하는 CT in STEAM이 될 수 있는 가능할 수 있음을 본인의 블로그와 인터뷰 를 통해서 언급하였다. 세 번째로, 손교사는 기존의 ‘계절의 변화’를 재구성하여 ‘기존의 수업은 개념형성 단계에서 끌날 수 있으나 문제상황제시를 처음에 제 시함으로써 문제를 해결해보는 구체적인 과정을 통해 개념활용을 하며 CT의 구체적인 적용기회를 제시하 였다는 것이다. 그림2는 손교사가 재구성한 ‘계절의 변화’ 개념도이다. 오른편의 개념영역에서 보이는 개 념형성을 바탕으로 처음에 제시된 한옥의 처마의 각 도를 결정하는 개념활용단계를 왼편에서 볼 수 있다. 즉 계절변화에 없었던 한옥처마길이를 계산하는 문제 해결과정을 포함함으로써 CT를 반영할 수 있었음을 보여준다(Fig. 3).

    명확한 문제제시 및 문제해결과정 구분이 가능한 CT

    손교사의 경우는 처음에 한옥을 지을 것이고 관련 한 변수에 무엇이 있는지 계절의 변화를 통해서 개 념습득을 먼저 하고 그러한 개념토대로 한옥에 대한 상황제시를 후에 하는 것이 아닌 초반부터 정확하게 상황을 통해서 문제제기를 명확하게 해야 의도했던 수업을 학생들에게 기회를 줄 수 있다고 하였다. 처 음에는 개념습득 후 문제제기를 통해서 해결하는 과 정이라 생각했던 것이 단원 초반에 왜 우리가 계절 변화를 공부하게 되는지, 어디에 적용할 수 있는지를 제시하면서 관련 개념습득을 하고 이를 토대로 문제 해결을 하는 것이 효율적이라 하였다. 관련 인식의 변화는 다음과 같다(Table 9).

    즉 개념형성이 일어난 후 문제를 제시하고 개념적 용이 일어난다고 보았던 초기의 인식은 CT가 반영된 수업을 설계하기 시작하면서 개념형성을 위한 문제를 먼저 제시한 후 개념형성이 일어나고 개념활용을 위 한 문제를 재차 확인하고 뒷부분인 문제해결과정을 경험한다고 하였다. 즉 문제제시에 구체성과 언제 제 시하느냐의 순서에 따라 CT의 구성요소에 해당하는 문제인식 및 자료수집 등의 CT반영여부를 고민하기 시작하였다. 김교사의 경우 다년간 컴퓨터와 기술 분 야의 교육을 해온 교사로서 자신만의 고유한 일정 수 준의 고유한 수업체계를 가지고 있었으며 개념형성과 정과 개념활용 단계를 각각 과학탐구기반과 컴퓨팅기 기를 통한 문제해결 단계로 나누어 인식하고 있었다.

    컴퓨팅 사고에 포함되어 있는 가장 기본적인 자료를 수집하고 분석, 표현하는 것은 과학탐구기능과 연결이 되잖아요? 근데 그렇게 지식을 형성해도 그걸 바탕으로 문제를 해결하려고 했 더니 요즘 대부분의 문제는 새로운 장치를 구안하는 등 지식 을 적용해야하는데 그 과정에서 컴퓨팅 사고가 본격적으로 쓰 인다고 볼 수 있죠(김교사, 1차 PDP).

    하지만 손교사의 경우는 수업도입부에 최종적으로 해결해야 할 큰 문제를 제시했다면 김교사의 경우 문제를 처음 제시하기보다는 자연현상을 관찰하여 학 습하듯 지식을 발견하고 습득한 지식을 바탕으로 문 제를 스스로 인식하게 하고 그 문제를 해결하는 과 정으로 수업을 진행하였다.

    결국은 문제를 찾아내려면 우리의 일상생활을 관찰하는 것부터 시작하는데 그러다 보니 문제가 뭔지, 어떤 자료가 필요한지에 대한 궁금증에서부터 본격적으로 시작하는거죠, 문제를 명료화 한 후에 문제를 해결하기 위해 문제를 분해하고 추상화하고 알고리즘 만들어서 자동화 하는 거죠(김교사, 2차 PDP),

    김교사는 자연의 문제는 복잡하고 여러 변수들이 상관되어 있으므로 그 변수를 학습하고 이해한 후 문제상황을 주어진 자연현상에서 스스로 찾을 수 있 도록 하는 것이 중요하다고 보았다. 즉 먼저 개념을 형성하고 형성된 개념을 바탕으로 자연의 문제를 찾 고 관련 자료를 수집하고 분석할 수 있도록 문제제 기가 후반부에 이루어져야 한다고 인식하고 있었다. 이러한 김교사의 인식은 그가 작성한 학습활동 설계 방안(Table 10)에 나타나 있다. 김교사는 컴퓨팅 사고 가 반영된 초등과학교육 프로그램 개발을 위해 초등 학교 5-6학년군 5-2-3 ‘물체의 빠르기’단원을 재구성 하였다.

    총 11차시의 수업으로 구성되며 문제제시를 중심 으로 앞부분은 개념형성, 뒷부분은 개념활용이 나타 났다. 총 11차시의 수업 중 1차시는 학생들의 흥미를 유발하기 위한 바람 자동차를 만드는 활동을 하고 2 차시부터 7차시까지 위치, 운동, 빠르기(속력), 속력 의 비교 등을 학습한 후 8차시에서 ‘어린이 교통안전 수칙 만들기’라는 문제를 제시한다. 이때 앞서 학습 한 내용들을 적용하여 수업이 진행되며 최종적으로는 결과물을 고안하여 적용하는 수업이 이루어진다. 문 제를 제기하는 전략이나 시점의 차이는 있으나 두 교사는 기존의 교육과정을 재구성하여 실생활과 연계 된 문제를 제시하는 과정과 해결을 하는 과정을 정 확하게 차별화하였으며 이러한 두 과정에서는 컴퓨팅 사고 요소가 나타남을 보여주었다. 김교사의 ‘물체의 빠르기’ 의 5학년 단원을 ‘풍력자동차 경기장 제작하 기’의 주제로 재구성한 수업의 차시를 보면 CT요소 가 다양하게 모두 포함되어 있음을 볼 수 있다. 즉 컴퓨팅 사고를 인식하면서 문제제시와 문제해결의 과 정을 포함하여 재구성하게 된 역량을 볼 수 있다 (Table 11).

    3. 컴퓨팅 사고는 인지적 사고과정이며, ICT는 기 능적 도구이다

    컴퓨팅 사고와 ICT의 기능적 구분

    컴퓨팅 사고는 흔히 컴퓨터가 사고하는 방식이라 생각하기 쉽지만 그렇지 않다. 컴퓨팅 사고는 인간이 문제를 해결하는 방법의 하나로 복잡하고 다양한 문 제를 해결하기 위해 필요한 자료를 수집, 분석하여 문제의 해결모델을 구축하고, 이러한 모델을 컴퓨터 가 이해할 수 있는 언어로 구현하여 문제의 해결방법 을 발견하는 것이다. ICT (정보통신기술, Information and Communication Technology)는 정보기기의 하드 웨어와 소프트웨어 그리고 이 기술을 사용하는 모든 과정을 총칭한다. 손교사 역시 연수 초기 CT와 ICT 를 구별하는데 어려움을 가지고 있음을 알 수 있다.

    저는 ICT랑 CT in STEAM을 구별을 못하겠어요. 그냥 저는 아두이노는 못하니까 파워포인트를 쓰자. 파워포인트 내에서 클릭하고 넘어가고 돌아가게 만들어서 그 많은 정보를 수집해 서 분석하고 재구조화해서 넣으면 그것도 CT in STEAM이라 할 수 있나요(손교사, 2차 PDP).

    이에 반해 김교사는 CT와 ICT의 차이를 다음과 같이 말하였다.

    과학교육의 목적은 결국 과학학습목표달성이 목적이에요. 그 과정에서 프로그래밍이나 코딩은 도구도서 도와주는거죠. 우리 는 이 도구를 이용하는 거구요. 그런데 그 도구를 사용하려면 기존의 아날로그 방식으로는 명령을 내릴 수 없어요. 그래서 도구에 디지털 명령을 내리기 위해 도구가 움직이는 사고과정 을 배워야해요. 그걸 위해서 CT를 배우는거에요(김교사, 5차 PDP).

    김교사는 ICT와 CT를 나누는 가장 큰 기준을 자 동화로 보았다. 단순히 자료수집이나 표현을 위해 컴 퓨팅 기기를 사용하는 것은 ICT의 기술적 활용이지 만 진정한 컴퓨팅 사고의 촉진을 위해서는 자동화 절차가 있어야 하며, 문제를 해결하는 과정으로 ICT 도구를 활용한다고 하였다.

    ICT를 활용하는 것은 아주 기초적인 CT라고 할 수 있어요. 하지만 대부분 ICT를 활용하는 것은 자동화까지 안가고 끝납 니다. 대부분 자료를 수집해서 분석하고 표현하는 정도에서 끝 나요. 하지만 결국 CT라는건 자동화를 위해 있는건데 단순히 단순히 ICT를 사용하는걸로 CT라 할 수는 없지요. ICT를 통 해 얻은 정보나 지식을 확장하여 실제 문제에 적용해야 진정 한 CT라 할 수 있어요(김교사, 6차 PDP).

    아래에서(Fig. 4) 김교사는 ICT와 CT가 차이는 단 순 기존의 과학수업이나 ICT활용수업과 STEAM 수 업을 하면서 차별화된다고 하였다. 기존의 과학수업 이나 ICT를 사용한 수업(①)에서는 아날로그적 실험 방법을 사용하였으며 주관적요소가 나타난다고 한 반 면, 컴퓨팅 사고 기반의 STEAM 수업(②)에서는 자 동화가 진행된 실험으로 객관적인 디지털 자료를 바 탕으로 실험을 수행하게 됨을 보여주고 있다.

    김교사는 ICT와 컴퓨팅 사고를 구별하면서도 과학 교육의 목적을 달성하기 위하여 ICT의 중요성을 강 조하였다. 그는 컴퓨팅 사고가 잘 일어나기 위해서는 ICT의 활용이 꼭 필요하다고 하였다. 특히 컴퓨터와 기술교육등을 바탕으로 지속적으로 코딩교육을 해온 전문가답게 재구성한 수업 중 대부분의 차시에서 ICT 기기를 활용하는 것이 수업 11차시에 나타났다.

    디지털로 데이터를 얻으면 이런 부분이 상당히 좋아지죠. [중 략] 실시간으로 데이터를 얻을 수도 블루투스로 무선으로 데이 터를 받을 수도 있어요. 그만큼 데이터는 객관적이고 많은 데 이터를 얻을 수 있죠. 점차 아이들의 탐구는 이렇게 가야 해 요. 그리고 확보된 많은 데이터를 통해 자료와 자료의 상관관 계를 학생들이 분석할 수 있고 패턴을 찾는다면 이때부터 CT 라고 할 수 있지 않나 생각하죠(김교사. 8차 PDP).

    손교사의 경우도 컴퓨팅 사고가 반영된 STEAM수 업에서 ICT 기기를 사용하는 것에 대한 필요성과 효 능성을 이야기 하였다.

    간단한 프로그래밍을 통해 다양한 센서를 과학탐구수업에 활용 하게 되면 수업을 훨씬 역동적으로 바꿀 수 있습니다. [중략] 탐구에서 자주 사용하는 기온의 변화를 측정할 때 주로 알코 올 온도계를 사용하는데요. 이를 사용하여 변화의 정도를 확인 하기 위해선 지속적 관찰을 해야 합니다. 그러나 온도센서를 사용해서 자동으로 원하는 간격으로, 원하는 시간동안, 미세한 변화까지 측정해낼 수 있다면 학생들은 보다 정확한 탐구가 가능해지는 거죠(손교사, 인터뷰).

    손교사의 경우도 개념형성단계인 3-4차시에서 기상 청 홈페이지를 통한 빅데이터 수집 및 분석이나 어 플리케이션을 활용한 태양의 고도를 파악하는 등 ICT기능을 활용하였으며, 그 외에도 다른 차시에서의 ICT활용은 손교사는 적극적이었다. 손교사의 수업 중 5차시부터는 문제분해와 추상화 과정을 통해 문제를 해결하기 위한 절차를 알고리즘의 형태로 구안하고, 이를 ICT를 활용한 실험장치를 구안하고 이를 이용 하여 데이터를 얻고 분석하여 문제의 해결책을 제시 한다. 이 과정에서 손교사는 ‘아두이노 우노보드’와 ‘엠블럭’이라는 프로그램을 활용하여 수업을 실시하 였다. 이러한 ICT를 활용한 수업은 결국 학생들에게 좀 더 적극적으로 참여하는 기회를 제공한다고 믿고 있었다.

    4. 컴퓨팅 사고 요소는 중복되어 반복적으로 나타 나며, 순차적이지 않을 수 있다

    전반적인 컴퓨팅 사고의 흐름을 결정하는 추상화 과정

    손교사의 경우 크게 컴퓨팅 사고가 반영된 수업을 개념형성 부분인 추상화 이전까지와 개념활용 부분인 추상화 이후 부분을 나누어 인식하였으며, 추상화 단 계까지는 자료관련 컴퓨팅 사고 요소가 나타나고 추상 화과정 이후에는 문제해결 관련 컴퓨팅 사고 요소가 나타난다고 하였다. 즉 추상화요소가 나타난 전후로 해서 문제파악이나 문제해결과정이라고 구분하였다.

    제 생각에는 추상화까지를 하나의 단계로 본다면 자료수집부터 추상화까지는 각 내용이 왔다갔다 할 수 있지 않을까 하는 생 각이 들었어요. 저는 먼저 문제상황을 제시를 했어요. 그리고 그 문제에 대해서 아이들이 문제분해를 바로 해볼 수 있도록 하고 싶었어요. 교사가 문제에 대한 다양한 질문을 통해 문제 분해를 할 수 있도록 하고 나서야 뒷부분에 추상화든 알고리 즘 절차화든 자동화든 가능할 것 같아요(손교사, 6차 PDP).

    추상화를 제가 마음대로 1차와 2차로 나누어봤어요. 첫 번째 추상화는 문제 상황을 보고 아이들이 문제를 분해하면서 자연 스럽게 이루어질 수 있을거라고 생각했습니다. 1차 추상화를 통해 넓은 범위의 필요한 개념에 대한 자료수집분석표현을 하 여 배경지식을 갖도록 합니다. 그다음에 2차 추상화는 최종적 으로 필요한 핵심내용을 선정하는 과정입니다. [중략] 그런데 순서도(알고리즘)를 딱 작성해보는 순간‘여기서부터 CT다’라고 생각을 했어요. 학생들이 직접 설계도 해보고, 변인도 통제하 고 하는 과정들이 알고리즘에 다 들어있어서 중요하다고 생각 을 했습니다(손교사, 8차 PDP).

    손교사의 경우 개념형성에 해당하는 자료수집, 자 료분석, 자료표현은 기존의 과학탐구와 큰 차이를 인 지하지 못하였으나 문제분해와 추상화, 알고리즘과 자동화 요소를 중요하게 생각하기 시작하였고, 5차시 에서 개념형성이 모두 완료된 후 실질적인 문제해결 과정을 위한 2차 추상화와 알고리즘 및 절차화 과정 이 이루어질 수 있다고 믿고 있었다. 1차 추상화는 문제에 대한 분해를 통해 학습할 변수 및 내용을 선 정했다면 2차 추상화는 문제해결을 위한 요소만 선 별하는 과정이라고 인식하는 것으로 나타났다. 이렇 듯 손교사의 수업의 특징은 추상화 과정을 1차와 2 차로 구분하였다는 것이다. 1차시에서 문제를 제시함 으로서 수업 초반에 문제를 이해하는 1차 추상화가 나타나며 이를 통해 학습할 내용을 파악하고 개념을 형성한다. 이후 4차시와 5차시를 거쳐 실제 문제해결 을 위한 요소를 찾는 문제분해와 2차 추상화를 실시 한다. 5차시 후반부에는 선정된 요소들을 바탕으로 순서도를 작성하여 문제해결 절차를 구성하는 알고리 즘과 절차화 과정을 거친 후 자동화와 시뮬레이션, 일반화까지 나타나도록 하였음을 확인할 수 있었다. 이러한 과정을 통해서 그 전에 정확하게 구분이 되 지 않았던 CT 요소가 구분이 되었다고 하였다. 특히 학생들에게 직접 알고리즘을 작성하게 함으로써 진정 으로 CT를 제대로 사용하고 있다고 응답하였다.

    제가 생각했을 때 이번 수업의 가장 좋았던 점은 아이들이 알 고리즘을 사용하여 문제를 해결했다는 것입니다. 이전까지 단 순히 실험방법을 알려주고 실험에 임했을 때, 실험순서와 학생 들의 수행이 차이가 있었거든요. 그런데 알고리즘을 학생들이 직접 작성 할 수 있도록 하니 학생들이 절차에 대한 이해와 문제가 있을 때 어디로 돌아가야 할지 알고 있더라는 거죠. 이런 점들이 이전에 해왔던 수업과 큰 차이지 않나 생각합니 다(손교사, 인터뷰).

    수업에 반영되어 측정가능한 컴퓨팅 사고 요소

    이 연구에 참여한 두 명의 교사가 개발한 각각의 수업 프로그램에서 컴퓨팅사고의 구성요소가 차시별 로 어떻게 나타나는지를 분석하였다. 분석 결과는 다 음과 같으며 11차시에 동안에 김교사의 경우는 인식 대로 개념형성 및 개념활용의 구성요소가 순차적으로 나타난 것을 볼 수 있으며, 손교사는 추상화가 개념 형성 전과 개념활용 전에 두 번 나타나면서 자료관 련 CT도 각각 단계에서 반복적으로 나타나는 것을 볼 수 있다(Table 12).

    5. 컴퓨팅 사고의 활용을 통해 STEAM교육을 활성 화할 수 있다

    ICT기반의 컴퓨팅 사고가 STEAM에 미치는 효과

    ICT기반 CT의 활용은 진정한 본질의 STEAM교육 을 활성화시킬 수 있을 것으로 기대된다. 본래의 STEAM교육은 과학과 수학을 기반으로 기술공학적 내용을 다루면서 이 과정에서 인문학적, 예술적 감성 을 함양하고자 하였다. 그러나 본질인 T와 E는 등한 시되고, 예술적 요소만이 부각되고 있는 현실에서 컴 퓨팅 사고가 반영된 STEAM교육은 기술과 공학적 내용을 부각할 수 있을 것으로 기대한다. 컴퓨팅 사 고가 반영된 STEAM 수업이 STEAM의 본질을 찾을 수 있을 것이라는 김교사의 인식은 STEAM을 주로 실시하는 손교사에게도 동일하게 나타남을 확인할 수 있다. CT의 포함은 STEAM를 활성화 시키는데 기능 을 할 것이라고 이 연구에 참여하는 두 교사는 인식 하고 있었다.

    지금까지의 STEAM 수업은 말만 STEAM이었어요. 우리나라 초등에서의 STEAM은 아트적인 요소가 강합니다. [중략] T와 E를 고려하면서 과학이 강조된 STEAM의 본질을 찾기 위해서 는 STEAM이 창의적 설계가 가능해야 합니다. 그 창의적 설 계는 데이터 분석을 통한 결론에 의해 나오는 겁니다. 기존의 아날로그적 데이터가 아니라 디지털을 활용한 정량적이고 정확 한 데이터가 나왔을 때 학생들은 자신만의 결과물에 만족할 수 있습니다. 과학교육과 T와 E가 접목되어 실생활의 문제를 실질적으로 해결할 수 있도록 하는데 CT가 반영된 STEAM이 큰 효과를 발휘할 수 있을 것이라 생각합니다(손교사, 인터뷰).

    하지만 이러한 성공을 위해서는 교사연수를 통해 서 교사들에게 익숙한 ICT 학습 기회를 제공하고 이 를 잘 사용할 줄 알아야 CT에 대한 인식이 형성되 고 이를 통한 STEAM의 활성화를 가져올 수 있다고 하였다.

    기존에 STEAM에서 기술공학적 파트는 너무 기구적인 측면이 나 융합만을 강조했는데 이제는 소프트웨어가 연계되거든요. 근데 선생님들은 아직 너무 어려워해요. 학교현장의 교사들이 너무 진입장벽을 높게만 생각하는데 그렇지 않거든요. 과학실 험에서도 아주 기초적인 역량이 안되면 제대로 된 탐구를 못 하듯이 컴퓨터 기기를 다루고 원리를 이해할 수 있도록 하는 아주 기초적인 연수는 필요합니다. 그리고 많은 선생님들이 원 리를 이해한 상태에서 쉽게 접할 수 있도록 기초적인 프로그 램은 보급해야 CT가 적용된 STEAM 수업이 더 활성화되고 효과를 볼 수 있지 않을까 생각합니다 (김교사, 인터뷰).

    STEAM에 CT가 사용되는 것이 분명 좋긴 한데 지금 교사들 은 너무 어렵게 생각을 해요. CT가 STEAM에 지속적으로 사 용되기 위해서는 우선 많은 교사들이 당장 쉽게 따라서 할 수 있는 초보적인 메뉴얼을 제작하여 보급하는게 필요하다고 생각 합니다. 그리고 단순히 코딩을 하나 더 배우는 것이 중요한게 아니라 이게 필요하고 효과적이라는 철학을 가질 수 있도록 하는게 중요할 것 같아요(손교사, 인터뷰).

    기술교육이나 컴퓨팅 사고에 대해 알지 못하던 손 교사의 경우는 과학교육에서 바라보는 컴퓨팅 사고를 유연한 관점에서 재해석하고 STEAM 수업에 컴퓨팅 사고가 정착하고 유지되어 발전할 수 있음을 몸소 경험함으로써 STEAM 수업에 컴퓨팅 사고 반영은 성공을 위해서는 필수임을 강조하였다.

    컴퓨터 전공자가 바라본 제 수업이 컴퓨팅 사고가 충실히 반 영되었다고 판단할지는 잘 모르겠어요. 다만, 과학교육과 융합 교육의 관점에서 컴퓨팅 사고를 재해석하여 폭넓게 CT로 인 정해주고, CT의 각 요소를 모두 반영한 수업보다 추상화나 자 동화, 알고리즘 및 절차화와 같이 중요한 요소들은 부분적으로 만 반영한 수업도 컴퓨팅 사고가 반영된 수업이라고 인정해준 다면 앞으로도 CT는 살아남을 수 있을 것이라 생각합니다(손 교사, 인터뷰).

    손교사와 김교사 모두 컴퓨팅 사고가 STEAM 교 육에 잘 반영되기 위해서는 현재처럼 실과수업에서만 컴퓨팅 사고를 사용하는 것이 아니라 다양한 교과에 서 여러 번에 걸쳐 반복적으로 컴퓨팅 사고 적용을 연습한다면 자연스럽게 컴퓨팅 사고 관련 역량이 증 진될 수 있을 것으로 응답하였다. 이는 모든 교과목 에 컴퓨팅 사고가 반영되었음을 보여주는 관점과 일 치한다. 또한 컴퓨팅 사고가 학교현장에 도입되기 위 해서는 기술이나 재정적, 제도적 뒷받침이 꼭 필요하 다고 강조하였다.

    학교현장에 컴퓨팅 사고가 제대로 정착하기 위해선 예산지원을 비롯한 물적, 인적 인프라는 기본이에요. 지금 학교에 와이파 이도 안되어 있고, 수업에서 사용할 노트북이나 패드같은 건 갖춰져야 합니다. 그리고 기본적인 센서나 장비들을 구축해주 어야 합니다. 그리고 교사들이 이런 장비들을 사용하다가 의문 이 있거나 심도깊은 사용을 위해서 자문을 요청하면 도움을 받을 수 있는 자문시스템이 갖춰져야 합니다(손교사, 인터뷰).

    9차에 걸쳐 컴퓨팅 사고 연수과정을 경험하는 동안 좀 더 정확하게 컴퓨팅 사고를 정의하게 되었고, 각 구성요소가 무엇인지 인지하고 기존의 과학탐구와는 어떻게 차별화되는지를 인지하게 되면서 과학적 소양 에 대한 재정의가 이루어졌고, 실질적으로 개념전달 위주였던 기존의 수업을 재구성하면서 ICT는 단순한 도구임을 알게 되었고, 컴퓨팅 사고를 인지하면서 자 연스럽게 사용하게 되는 아두이노나 다른 ICT의 사 용으로 STEAM 수업이 좀 더 활성화됨을 실질적으 로 수업에서 보여주었다. 총 9개월간의 교사연수과정 에서 컴퓨팅 사고를 정확하게 인지하고 이러한 인지 를 바탕으로 수업에 적용하면서 컴퓨팅 사고에 대한 이론과 실제가 이상적으로 연계되어 가고 있음을 확 인할 수 있었다.

    결론 및 제언

    컴퓨팅 사고에 대한 막연한 인식을 지니고 있던 두 초등학교 교사(과학 및 기술전공)를 대상으로 최 근 과학교육정책의 한 방향인 컴퓨팅 사고에 대한 인식이 교사연수과정을 경험하면서 어떻게 형성되고 수정 및 변화되어 가는지를 질적연구로 파악하였다. 장시간 동안의 교사연수과정에서는 한 단원의 수업을 연구진과 구성한 컴퓨팅 사고에 대한 학습을 바탕으 로 하여 단원을 재구성하고 개념형성과정과 개념적용 과정을 구분하여 수업시간에 적용하였다. 수업관찰결 과 다른 자료원으로부터 파악한 두 교사의 컴퓨팅 사고 인식의 특징을 토대로 다음과 같은 결론 및 제 언을 도출할 수 있다.

    첫째, 컴퓨팅 사고의 실천은 STEAM교육의 활성 화를 위한 도구로 사용될 수 있다.

    이 연구에 참여한 두 교사가 재구성한 ICT 기반의 STEAM 수업은 기술공학적 부분이 강조된 문제상황 을 제시하고 이를 해결책을 제시하는 학생들의 삶과 연결된 주제를 중심으로 좀 더 효과적인 STEAM 수 업을 구성할 수 있음을 보여주었다. 두 교사는 개정 한 한 단원의 교육과정에서 전반부는 개념형성으로 후반부는 개념활용과정을 구분 지으면서 ICT 및 아 두이노를 이용한 T와 E를 강조한 수업활동을 포함하 는 등 본인들의 컴퓨팅 사고에 대한 인식형성은 수 업내용에 대해서 문제해결과정을 포함하면서 자연스 럽게 STEAM 수업을 진행하였음을 볼 수 있다. 컴 퓨팅 사고가 반영된 수업은 실제적 문제상황을 제시 하고 제시된 문제를 해결하는 것을 수업의 주된 목 적으로 하여 수업의 절반 이상이 문제해결과정에 집 중되어 명시적으로 문제해결을 하게 되는 이러한 과 정을 보여주었다. 문제해결을 위해 문제를 분해하고, 핵심적 요소를 추출하는 추상화, 문제해결의 절차를 설계하는 알고리즘과 절차화, 실제 문제해결을 적용 해보는 시뮬레이션, 여러 상황에 대입해보는 일반화 등의 과정을 통해 학생들은 창의적인 문제해결자가 될 수 있음을 시사한다.

    둘째, 컴퓨팅 사고 실천은 차별화된 추상화 작업과 자동화 작업으로 인한 개념형성과 개념활용으로 구분 되며, 이는 과학교육의 목적인 과학적 소양인을 함양 하는데 효율적이다.

    연구에 참여한 손교사 경우는 한옥의 처마각도를 계산하거나, 김교사는 로봇을 이용한 속력을 계산하 는 등 학생들이 좀 더 동기부여가 되고 문제를 해결 하려는 의지를 강화시켰음을 보여주었다. 컴퓨팅 사 고는 학생들이 문제해결을 위해 개념을 활용하는 그 순간부터 명시적으로 나타난다고 믿고 있는 김교사의 경우는 자동화과정에 좀 더 초점을 두었고, 학생들이 초반부터 문제인식을 하고 관련 개념형성을 하는 과 정에서부터 컴퓨팅 사고가 나타난다고 인식하고 있는 손교사는 추상화 작업이 초반부터 나타나면서 컴퓨팅 사고는 전과정에 골고루 매차시마다 나타난다고 하였 다. 두 교사의 인식과 행동에 의하면 컴퓨팅 사고가 반영된 수업의 핵심은 추상화 작업과 자동화 작업이 라 할 수 있다. 문제해결을 목적으로 하는 컴퓨팅 사 고 기반 수업의 경우 문제를 해결하기 위해 문제를 분해하고 핵심요소를 추출하는 추상화 과정을 통해 관련된 개념을 학습하고 문제해결을 위한 방법을 구 안할 수 있다. 이러한 추상화 과정이 원활하게 이루 어지기 위해서는 관련된 과학적 개념의 학습이 필수 적이다. 컴퓨팅 사고 기반의 수업은 ICT요소를 활용 하여 객관적인 데이터를 수집하거나 빅데이터를 분석 하여 상관관계를 파악하고 이를 표상화하는 점에서 기존의 과학탐구와 차이를 갖는다. 개념형성과 개념 활용단계를 통해 실질적인 문제를 해결해봄으로서 과 학교육의 목적인 문제해결역량을 갖춘 융합인재 양성 이 가능함을 확인할 수 있으면서 기존의 과학적 소 양의 정의가 창의적인 문제해결자를 함양하는 곳에 좀 더 초점을 둔다고 할 수 있겠다.

    마지막으로, 컴퓨팅 사고 관련 일회성이 아닌 지속 적이고 전문적인 교사연수를 통해 전문역량 강화를 할 수 있다.

    컴퓨팅 사고를 반영한 STEAM 프로그램을 개발하 고 수업에 적용하기 위해서는 상당한 시간 동안의 교사의 새로운 인식이 형성되고 학습한 이론과 경험 에서 온 정보를 기반으로 컴퓨팅 사고에 대해서 점 차 익숙해져 감을 볼 수 있었다. 즉 직접 개별적으로 교육과정을 재구성하면서 ICT기반의 컴퓨팅 사고를 어떻게 반영할 수 있는지 연구자와 참여교사들이 서 로 공유하며 현장에서 적용가능한 실용적인 방향을 찾을 수 있었다. 이는 새로운 교육정책인 컴퓨팅 사 고의 반영에 대한 관심과 이와 관련된 지속적인 학 습, 그리고 현장에서의 경험을 공유하면서 본인의 배 경에 연계하여 인식을 형성하고 실천지식을 보여주었 다. 김교사의 경우는 기술교육의 배경에 따라서, 손 교사의 경우는 과학교육의 배경에 따라서 조금은 차 이가 있지만, 공통적으로 컴퓨팅 사고는 도구가 아닌 인지과정으로 문제를 파악하고 해결하는데 필요한 요 소이며 이는 현재 STEAM교육의 목적인 창의적 융 합인재양성에 부합하는 것으로 인식하고 이의 확장을 위해서는 체계적인 장시간의 연수과정이 개발되어 적 용되어야 하는 필요성을 부각시켰다. 국내의 소프트 웨어 교육은 초중고교육에 모두 반영되길 기대하며 또한 미국의 NGSS(2012) 에서도 컴퓨팅 사고의 실 천을 구체적으로 K-12에 제시되어있다. 이 연구는 초등교사의 컴퓨팅 사고의 인식이 어떻게 형성되고 실천적 지식에 어떻게 영향을 주는지 알아본 것으로 이를 토대로 차별화된 중학교 고등학교 교사를 대상 으로 하는 컴퓨팅 사고 관련 교사연수도 개발되어 현장에 적용하고 나타난 효과를 연구한다면 초중고 각 학생들 대상으로 어떠한 교수 및 학습전략이 나 타날지를 파악할 수 있을 것이다.

    사 사

    이 연구는 과학기술정보통신부 이공분야기초연구사 업(2016R1A2B4013063)의 지원으로 수행되었습니다.

    Figure

    JKESS-42-3-344_F1.gif

    The 6th lesson by Mr. Kim (calculating the robot speed)

    JKESS-42-3-344_F2.gif

    Students use the application to collect solar high-altitude data

    JKESS-42-3-344_F3.gif

    The concept mapping of season change unit by concept formation and concept application

    JKESS-42-3-344_F4.gif

    The difference between regular science lesson with ICT and STEAM lesson with CT

    Table

    The components and operational definitions of computational thinking (Park, 2018 modified)

    The research process

    Participating teachers in this study

    Data collection sources by participating teachers

    The content of professional development program (PDP) of computational thinking

    One unit lesson plan for with CT by Mr. Son

    The 2nd lesson of CT with the unit of season change by Mr. Son

    The use of ICT for computational thinking at the 3rd and 4th lessons

    The change of Mr.Son’s perception of computational thinking

    Lesson flow of one unit with CT by Mr. Kim

    The individual lesson with CT after revising one unit of curriculum by Mr. Kim

    The CT components in lessons by two participating teachers in this study

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