This study details a researcher’s self-study journey in advancing from a computational thinking (CT) novice to an expert. The researcher went through a four-stage process, with a preliminary literature review preceding the four stages. From the literature review, the computational thinking analysis (CT_AT) tool was developed for use in stage one to analyze science, technology, engineering, art, and mathematic (STEAM) modules. Although no discernable patterns were found in analyzing the five science and five engineering-based modules, the analysis revealed which CT practices were missing or weakly exposed. In stage two activities were suggested to promote these missing or weakly exposed practices. Stage three required the researcher to develop his own STEAM module from the viewpoint of exposing students to CT. The fourth stage was to validate the CT_AT through interviews with pre-service and in-service teachers. These interviews led to changes in the CT_AT tool and, as a result, the researcher produced a guidebook that could be used by teachers in their own CT studies. This guidebook can be used by teachers to develop and become competent in CT skills.

본 연구의 목적은 컴퓨팅 사고력을 예측하는 변인으로 자기조절력과 사회성을 선정하여 이들 간의 관계와 영향력을 살펴보는 데 있다. 연구대상은 경기도 소재 유치원과 어린이집에 재원 중인 만 5세 유아 76명이고, 기관의 협조 하에 공개 모집을 통해 선정된 연구 참여 희망자이다. 유아의 컴퓨팅 사고력은 일대일 면접을 통해 자료를 수집하였고, 유아의 자기조절력과 사회성은 부모와 교사 대상 설문지를 통해 자료를 수집하였다. 그리고 수집된 자료의 분석은 SPSS WIN 21.0 프로그램을 이용하여 기술통계, 상관분석, 다중회귀분석을 실시하였다. 연구결과 첫째, 자기조절력, 사회성, 컴퓨팅 사고력이 모두 중간값 이상의 수준으로 나타났다. 둘째, 유아의 자기조절력과 컴퓨팅 사고력 간에 통계적으로 유의미한 상관관계가 나타나지 않았으나 컴퓨팅 사고력의 하위요인인 수학적 사고력에서만 통계적으로 유의미한 상관이 있는 것으로 나타났으며, 자기조절 력은 컴퓨팅 사고력 전체에 통계적으로 유의미한 영향력을 미치지 않는 것으로 나타났다. 셋째, 유아의 사회성과 컴퓨팅 사고력 간에 통계적으로 유의미한 정적 상관이 나타났으며, 사회성이 컴퓨팅 사고력을 21% 예측하였다. 특히 컴퓨팅 사고력의 하위요인인 논리적 사고력과 수학적 사고력에 대하여 영향력을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구는 유아의 컴퓨팅 사고력을 설명할 수 있는 예측변 인을 밝힘으로써 유아의 컴퓨팅 사고력 증진을 위해 논의할 수 있는 디딤판 역할을 하였다.

이 연구는 두 명의 초등교사가 컴퓨팅 사고를 어떻게 인식하고 이를 교육과정 재구성에 어떻게 반영하고 수업을 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 수업과정안을 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 사고의 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 위해서는 일회성이 아닌 지속적이고 전문적인 교사연수를 통해 컴퓨팅 사고 전문역량 강화를 할 수 있도록 해야 할 것이다.

The purpose of this study was to explore if, what kinds of, how much computational thinking (CT after this) practices could be included in STEAM programs, and what kinds of CT practices could be improved to make STEAM revitalized. The CT analyzing tool with operational definitions and its examples in science education was modified and employed for 5 science-focused and 5 engineering-focused STEAM programs. There was no discerning pattern of CT practices uses between science and engineering STEAM programs but CT practices were displayed depending on their topics. The patterns of CT practices uses from each STEAM program could be used to describe what CT practices were more explored, weakly exposed, or missing. On the basis of these prescription of CT practices from each STEAM program, the researchers could develop the weakly exposed or missing CT practices to be improved for the rich experience in CT practices during STEAM programs.

최근에는 4차 산업혁명 시대로서 인공지능, IOT(Internet of Things) 등 모든 산업의 핵심은 소프트웨어로 이러한 시대의 변화에 맞게 소프트웨어 교육 즉 코딩 교육에 대한 관심이 고조되며 화두가 되고 있다. 컴퓨팅 사고력 검사에서는 평가, 분해, 알고리즘에 유의미한 상승이 있는 것으로 나타났고, 창의력 검사에서는 독창성, 성급한 종결에 대한 저항에 통계적으로 유의미한 상승이 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 연구의 미술 코딩 교육 프로그램에서 강조하고 있는 컴퓨팅 사고력과 창의력을 향상시켜주며 이를 통해 프로세싱을 활용한 미술 코딩 교육 프로그램만으로도 효과가 있다는 것을 알 수 있다. 아직 교육 현장에서는 변화의 물결에 대응할 만큼 소프트웨어 교육을 통한 미래 인재 양성 교육에 대한 인식과 관심, 준비가 충분하지 못한 것이 현실이다. 본 연구는 이러한 교육의 목적 달성에 기여하고자 컴퓨팅 사고력과 창의력 향상을 위한 미술 코딩 교육 프로그램에 대한 실험 연구로 좀 더 다양한 주제로 게임 코딩 교육 프로그램 개발에도 적용될 것이다.

The purpose of science education is scientific literacy, which is extended in its meaning in the 21st century. Students must be equipped with the skills necessary to solve problems from the community beyond obtaining the knowledge from curiosity, which is called ‘computational thinking’. In this paper, the authors tried to define computational thinking in science education from the view of scientific literacy in the 21st century; (1) computational thinking is an explicit skill shown in the two steps of abstracting the problems and automating solutions, (2) computational thinking consists of concrete components and practices which are observable and measurable, (3) computational thinking is a catalyst for STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics) education, and (4) computational thinking is a cognitive process to be learned. More implication about the necessity of including computational thinking and its emphasis in implementing in science teaching and learning for the envisioned scientific literacy is added.

The purpose of this study was to explore the nine components of computational thinking (CT) practices and their operational definitions from the view of science education and to develop a CT practice framework that is going to be used as a planning and assessing tool for CT practice, as it is required for students to equip with in order to become creative problem solvers in 21st century. We employed this framework into the earlier developed STEAM programs to see how it was valid and reliable. We first reviewed theoretical articles about CT from computer science and technology education field. We then proposed 9 components of CT as defined in technology education but modified operational definitions in each component from the perspective of science education. This preliminary CTPF (computational thinking practice framework) from the viewpoint of science education consisting of 9 components including data collection, data analysis, data representation, decomposing, abstraction, algorithm and procedures, automation, simulation, and parallelization. We discussed each component with operational definition to check if those components were useful in and applicable for science programs. We employed this CTPF into two different topics of STEAM programs to see if those components were observable with operational definitions. The profile of CT components within the selected STEAM programs for this study showed one sequential spectrum covering from data collection to simulation as the grade level went higher. The first three data related CT components were dominating at elementary level, all components of CT except parallelization were found at middle school level, and finally more frequencies in every component of CT except parallelization were also found at high school level than middle school level. On the basis of the result of CT usage in STEAM programs, we included ‘generalization’ in CTPF of science education instead of ‘parallelization’ which was not found. The implication about teacher education was made based on the CTPF in terms of science education.

4차 산업혁명 시대가 오면서 사회가 필요로 하는 인재는 단순히 지식을 많이 암기하는 사람이 아니라 새로운 문제를 찾아내고 다수와의 협업을 통해 이를 창의적이고 효율적으로 해결할 수 있는 사람으로 바뀌고 있다. 이에 더하여 지금은 데이터에 기반하여 의사결정이 이루어지고 이를 통해 사회가 개선되는 빅데이터(Big Data) 사회라 볼 수 있으므로 새로운 인재는 문제 해결과 관련 된 데이터를 수집하고 이해하여 필요한 정보를 분석하는 역량이 필요한 시대가 되었다. 새로운 2015 개정 교육과정에서는 4차 산업혁명 시대에 발맞추어 초‧중‧고(K-12) 학생들에게 소프트웨어에 기반한 문제해결 역량을 키워주기 위하여 소프트웨어 교육을 강화하였다. 하지만 지금의 소 프트웨어 교육은 코딩과 같은 프로그래밍을 중심으로 실시되며 문제를 해결하는 첫 번째 단계인 데이터 리터러시(data literacy)는 중요성이 덜하게 여겨져 왔다. 따라서 본 연구에서는 데이터 리터러시를 활용한 소프트웨어 교육이 중학생의 컴퓨팅 사고력과 창의적 문제해결력에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구를 위해 데이터 리터러시를 활용한 소프트웨어 수업을 CT-CPS 모형에 기 반하여 설계하고 적용하였다. 본 연구의 검증을 위해 중학교 1학년 학생을 대상으로 통제집단과 실험집단으로 나누고 통제집단에는 데이터 리터러시가 포함되지 않은 수업을 적용하고, 실험집단에는 데이터 리터러시가 포함된 수업을 적용하였다. 실험 결과 데이터 리터러시를 활용한 소프트 웨어 교육이 중학생의 컴퓨팅 사고력과 창의적 문제해결력 향상에 통계적으로 유의미한 효과가 있음을 검증하였다.

새롭게 개정된 2015 교육과정에서 정보 교과는 중학교에서 필수 교과로 지정되어 학생들의 컴퓨팅 사고력과 협력적 문제 해결력을 개발하도록 장려한다. 이에 따라 많은 연구자들이 관련 연구들을 진행하고 있다. 여러 간행물들, 연구 논문들 및 교사들의 인식을 검토한 결과 컴퓨팅 사고 수업에서 알고리즘 및 코딩에 중점을 두고 있었다. 컴퓨팅 사고는 컴퓨터를 사용하여 문제를 해결 하는데 필수적인 사고 과정이다. 그러나 사고력 활동이 미리 구조화된 문제에 의해 제약받는 측면이 많이 있음을 관찰할 수 있었다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 구조화되지 않은 열린 문제를 제공함으로써 데이터 활용 능력(data literacy)을 강조한 문제해결 수업을 제안하였다. 또한 데이터 활용 능력 강조 수업이 기존의 구조화된 문제를 활용한 수업에 비하여 학습동기와 학업성취도에 통계적으로 유의한 효과가 있음을 검증하였다. 따라서 컴퓨팅 사고 기반의 문제해결 수업에서 미리 구조화된 문제를 프로그래밍 하는데 초점을 맞춘 수업보다 데이터 활용 능력을 증진하는 문제해결 활동을 활용한 수업이 보다 효과적임을 밝힐 수 있었다.

본 연구는 초등 정보융합영재를 위한 computational thinking기반의 실생활 문제해결 수업콘 텐츠를 개발하고, 이를 사이버 교수학습에 적용하여 학생들의 정보과학적 창의적 성향 및 창의 성에 미치는 영향을 분석해 그 효과성을 검증하는 데 목적이 있다. 이를 위해 computational thinking(CT)과 융합인재교육(STEAM)에 대한 선행 연구를 바탕으로 ‘CT기반의 정보융합 인 재’라는 개념을 정립하였다. 이를 바탕으로 융합형 문제해결 설계과정, 실생활의 문제 상황, CT 의 9가지 주요 개념과 능력, 실제 초등학교 교육과정과도 연관성의 4가지 원칙에 따라 수업 콘 텐츠를 개발하였다. 이에 따라 “우리집의 전기요금 절약하기”라는 주제로 문제중심형 e-PBL수 업 모형과 반응형 웹 기반 스마트러닝 시스템을 활용해 운영하였다. 개발한 수업 콘텐츠를 초등학교 5, 6학년 학생들을 대상으로 사이버 교수학습에 적용한 후에 결과를 분석하였다. 통제 집단은 융합인재교육 기반의 실생활 문제해결 수업콘텐츠를, 실험 집 단은 CT기반의 실생활 문제해결 수업콘텐츠를 각각 적용하였고 결과에 대해 독립표본 t-검정 과 대응표본 t-검정을 실시하였다. 그 결과 정보과학 창의적 성향의 하위 요소 중 정보과학에 대한 흥미와 창의성 부문에서 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 결론적으로, CT기반 실생활 문제해결 수업콘텐츠는 사이버 교수학습 과정에서 초등 정보융합영재 학생들의 정보과학에 대 한 흥미와 창의성에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 밝혔다.

현재 컴퓨터교육계의 큰 동향은 컴퓨터교육을 통한 학생들의 컴퓨팅적 사고(computational thinking)의 신장에 있으며 우리나라 또한 이러한 세계적 추세에 발맞추어 컴퓨터교육의 궁극적인 교육목표를 컴퓨팅적 사고의 증진에 두고 알고리즘 등의 컴퓨터과학 분야의 학습 중요성을 강조하고 있다. 그러나 초등학생을 대상으로 하는 컴퓨터과학 교육의 교수 학습 모형에 대한 연구는 아직 미진하며 초등학생의 특성에 맞으면서 알고리즘적 사고를 신장시킬 수 있는 교수 학습 모형의 도입이 시급하다. 따라서 본 연구에서는 실제적 수학교육을 위한 RME (Realistic Mathematical Education) 교수 학습 모형을 컴퓨팅적 사고 증진을 위한 알고리즘 수업에 맞게 수정하고 관련수업 프로그램을 개발하여 이를 초등학교 수업에 적용하였다. 이 모형을 교육 현장에 적용한 실험 결과 학생들의 문제해결력에 효과가 있음이 통계적으로 확인되었다.