The aim of this study was to investigate the factors affecting earth science problem-solving performances of elementary school pre-service teachers. The participants of the study were 81 students attending an elementary school teacher education university. The instruments of the study were paper-and-pencil tests, questionnaires, and interviews. The tests mainly measured the participants' problem solving abilities in the motions of the moon and the planets. Correlation and multiple regression techniques were used for data analysis. The results demonstrated that the pre-service teachers' problem solving abilities were low. Problem-solving performances were affected by the procedural knowledge, the participants' perception of the past earth science performance, self-efficacy, and the prerequisite declarative knowledge. Contrary to our expectation, the spatial visualization ability was not found to be related to the problem-solving performances. Implications of the study are drawn, and suggestions are made for further research.

Reasonable and reliable assessment method is one of the most important issues in science education, Partial credits method is an effective tool for assessing students' science inquiry problem solving. The purposes of this study were to classify the Problem solving types based on the analysis of the thinking Process, and how much the related science concept and the science process skills were used in solving science inquiry problems, and to describe the possibility and rationality of the assessment method that gives partial credit 128 high school seniors were selected and their answers were analyzed to identify science concepts they used to solve each problem, and the result was used as the criterion in the scientific concept test development. Also, to study the science inquiry problem solving type, 152 high school seniors were selected, and protocols were made from audio-taped data of their problem solving process through a think-aloud method and retrospective interviews. In order to get a raw data needed in statistical comparison of reliability, discrimination and the difficulty of the test and the production of the regression equation that determines the ratio of partial credit, 640 students were selected and they were given a science inquiry problem test, a science process skills test, and a scientific concept test. Research result suggested it is more reasonable and reliable to switch to the assessment method that applies partial credit to different problem solving types based on the analysis of the thinking process in problem solving process, instead of the dichotomous credit method.

이 연구의 목적은 예비교사들의 달과 행성 운동의 문제 해결 과정에 대한 연구를 통하여 문제 해결 실패 요인을 파악하고 달과 행성의 운동에 대한 효과적 교수전략을 탐색하는 것을 목적으로 한다. 연구 대상은 초등 예비 교사 40명과 중등 예비 교사 20명이었으며 이들은 지구과학의 천문 분야를 한 학기 수강하였다. 검사도구는 지필 검사와 면담이었다. 연구 결과 예비교사들의 문제 해결 정도는 낮았다. 초등 예비교사들의 문제 해결 정도는 중등 과학 예비교사에 비하여 더 낮았다. 문제 해결 실패 요인을 요약하면 다음과 같다. (1) 선행 지식의 부족 (2) 해결 원리에 의한 문제표상 실패 (3) 배운 지식의 다른 상황(행성)에의 일반화 실패 (4) 일상과 문제 해결 상황의 관점에 대한 변별 부족 (5) 인과적 이해 대신 사실적 지식 암기 학습. 이상의 달과 행성의 운동 문제 해결 실패 요인은 일반적 문제 해결 실패자가 가진 특징과 달과 행성의 운동 과제가 갖는 특징의 결합이라고 해석할 수 있다. 이 연구 결과를 바탕으로 달과 행성의 운동 과제의 특징을 고려하여 문제 해결 능력을 높이기 위한 몇 가지 교수 방안이 제시되었다.

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.

캡스톤디자인은 공학 분야 교육프로그램으로 시작되었다면 현재에는 전방위 모든 교과목까지 확대되어 기업이 요구하는 현장적응형 직무능력을 갖춘 종합설계 창의교육과정으로 확대되었다. 그러나 창의문제해결을 위한 캡스톤디자인 교과목을 지도하는데 창의활용을 고려한 교재가 부재하여 교육목표를 달성하는데 어려움이 많은 실정이다. 본 연구는 전문대학의 제품디자인 전공 캡스톤디자인 교과목을 중심으로 교육과정 운영안을 개발하는데 목적을 두었다. 캡스톤디자인과 창의적 문제해결모형(CPS) 등 이론적 배경을 문헌조사를 통해 정의하였다. 그리고 창의적 문제해결모형 캡스톤디자인 교과운영 방법을 정리하였다. 다음으로 제시된 연구를 바탕으로 결론 및 시사점 논의를 통해 결론을 제시하였다. 본 연구에서는 이러한 선행연구들을 토대로 대학생들의 창의성과 창의적 성향, 문제해결능력 교육에 활용하고자 산업디자인학과의 캡스톤디자인 교과목 매뉴얼로 활용하기 위한 효율적 창의문제해결 캡스톤디자인 교과목 운영 방안을 제시하였다. 개발 내용은 산·학이 협력하는 캡스톤 디자인 방식과 창의적 문제해결모형이라는 두 가지 개념을 결합시켰다. 본 연구로 개발된 창의적 문제 해결력 운영 방안은 현재의 캡스톤디자인 교육과정을 변형하여 창의적 문제해결 모형을 적용한 과정으로 구체적으로 수업을 평가할 수 있는 도구로 활용될 것이다. 향후 실질적인 수업을 위한 자료 활용 및 교사의 창의문제해결 수업을 위한 활용에 다양하게 적용될 수 있기를 기대한다.

이 연구의 목적은 근거이론에 의한 사례 분석에 기초하여 기술적 문제해결의 세 번째 단계인 실현 단계에서 학습자가 문제를 해결하는 과정에 관한 이론을 도출하는 것이다. 이를 위해, 학습자 51명이 기술적 문제해결 활동 후 작성한 과정 기록지를 분석하고 코딩하여 상황모형을 구성하였다. 기술적 문제해결의 과정 중 세 번째 단계인 실현의 과정은 실현 자신감을 토대로 하고, 학습자의 제작활동 선호도와 조작적 능력에 영향을 받으며 시작되었다. 실현 과정이 전개되는 과정에서는 제작하기와 수행하기의 과정에 학습자 스스로의 문제해결목표, 실현 환경 등이 영향을 주며 전개되었고, 전개의 과정에는 교사나 동료와의 상호작용 성향도 영향을 주었다. 실현 과정의 종료로 실현 성과가 도출되고 실현 만족도가 결정되는데 실현 성과는 객관적 기준의 성취 여부에 의해 결정되지만, 실현 만족도는 학습자 개인의 내적 성향에 의해 결정되는 경우가 많았다. 이 연구의 결과를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째, 학습자의 기술적 문제해결의 실현 과정은 이전 단계인 아이디어 탐색 과정의 결과에 영향을 받고 있었다. 둘째, 근거이론에 의한 사례 분석을 통하여 실현 과정에서 학습자의 내면적 과정을 세밀하게 분석할 수 있었다. 이를 통해, 실현 단계에서 교수자가 고려해야 할 학습자의 특성을 가시적으로 확인할 수 있었다. 셋째, 기술적 문제해결의 세 번째 단계인 실현 단계에는, 이전 단계인 문제 이해, 아이디어 탐색과 달리 환경적 영향 요인이 주요하게 작용하고 있다. 이 연구의 결과를 바탕으로 다음과 같이 제언한다. 첫째, 도출된 이론을 통하여 실제 문제해결 수업에서 학습자의 실현 과정에 도움을 줄 수 있는 수업 전략 개발에 관한 후속 연구가 요구된다. 둘째, 실현 단계 이후의 단계에 대하여 근거이론적 접근 분석이 필요하다.

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.

Robots are used in early childhood education as a new instructional media, and educational activities using robots have been increased. So the purpose of this study is to investigate the effect of educational activities using hands-on robots on logic-mathematical knowledge and creative problemsolving ability of young children. The total number of subjects was 43, and they were all five-year-old children. The experimental group and control group did activities with hands-on robots and general free activities, respectively. Results using ANCONA have shown that the activities with hands-on robots positively affected logic-mathematical knowledge and creative problem-solving ability of young children. These meaningful results have shown the possibility of early childhood educational use as the effectiveness of hands-on robots has come out.

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.

E-textiles는 학습자가 직면한 문제를 해결하기 위하여 직접 아이디어를 설계하고 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 등 다양한 분야의 지식을 융합함으로써 주변 환경과 상호작용하는 공예품을 제작할 수 있다는 점에서 창의적 문제해결력 향상을 위한 STEAM 교육에 적합한 도구이다. 따라서 본 연구에서는 E-textiles를 활용한 STEAM 교육을 설계 및 적용하여 이 방법이 초등학생의 창의적 문제해결력에 미치는 영향을 분석하였다. 연구 결과, 실험 집단 학습자의 창의적 문제해결력이 유의하게 높은 것을 확인할 수 있었다. 특히 창의적 문제해결력의 하위 요소 중에서는 자기 확신과 독립성, 확산적 사고가 유의하게 높았다. 이러한 결과는 E-textiles를 활용한 STEAM 교육이 학습자의 자기 확신과 독립성, 확산적 사고 향상에 긍정적인 영향을 미쳐 창의적 문제해결력을 향상시킨 것이라 해석할 수 있다.

본 연구는 CT(computational thinking)를 기반으로 공유와 리믹스 기능을 활용한 스크래치 프 로그래밍 수업의 효과에 관한 연구이다. 본 과정은 초등학교 5, 6학년 영재학생들을 대상으로 6주 간 사이버수업으로 실시되었다. 스크래치 시뮬레이션 프로그램 제작을 위하여 학생들은 댓글활동 및 모둠활동과 더불어 작품 공유 및 리믹스를 하는 활동에 계속해서 참여하였다. 연구 결과, 학생 들은 실생활문제를 창의적으로 해결하는 능력이 유의미하게 향상되었다. 또한, 의사소통능력의 향 상을 보인 학생들의 공통점은 스크래치의 공유에 대한 긍정적인 생각을 갖고 있었고, 리믹스 기 능을 2회 이상 활용하였다는 점이다. 또한 대인관계능력에 관련된 다른 구성요소에 대한 능력도 고루 향상됨을 알 수 있었다. 따라서, CT를 기반으로 설계한 스크래치 협력학습은 학생들의 창의 적인 문제해결력과 의사소통능력 향상에 긍정적인 시사점을 준다고 볼 수 있겠다.

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.

본 연구의 목적은 구성주의 이론에 기초한 물리적 지식활동 중 던지기 활동이 유아의 문제해결력과 공간능력에 어떠한 영향을 미치는지 알아보는데 있다. 연구대상은 경기도 S시에 소대한 두 개의 초등학교 병설유치원에 재원중인 만 5세 유아 40명이며 12주 동안 24회 실시하였다. 연구도구는 유아의 문제해결력을 알아보기 위하여 Tegano, Sawyer와 Moran(1989)의 유아 문제해결력 검사에 기초하여 안경숙(1992)이 사용하고 장경혜(1994)가 수정, 보완한 검사도구를 사용하고 유아의 공간능력을 알아보기 위하여 홍혜경(2001)의 공간능력검사도구를 사용하였다. 본 연구의 결과 구성주의 이론에 기초한 물리적 지식활동 중 던지기 활동은 문제해결력의 하위요소인 문제의 발견 및 진술, 문제 해결에 대한 결론짓기와 공간능력의 하위요소인 눈-운동 협응, 공간적 추리, 시각적 기억 및 회상하기에 긍정적 영향을 미치는 것으로 나타났다. 결론적으로 구성주의 이론에 기초한 물리적 지식활동 중 던지기 활동은 유아의 문제해결력과 공간능력에 긍정적인 영향을 미쳤다고 볼 수 있다.

본 연구의 목적은 컴퓨터 기반 문제해결력 평가 과학 문항을 개발하는 것이다. 컴퓨터 기반 평가의 장점을 살려 컴퓨터와의 다양한 상호작용 활동을 통해 문제해결 과정을 반영한 평가 문항을 개발하고자 하였다. 선행 연구를 바탕으로 문제해결 과정을 문제 이해, 계획 수립, 계획 실행, 결과 평가 4단계로 설정하고, 과학과 문제해결력 평가요소를 선정하였다. 평가 대상은 중학교 3학년이며 웹과 플래시를 기반으로 과학적 지식을 문제해결에 활용하는 능력을 평가하는 ‘건강검진 결과 확인 및 처치’ 단위문항과 전략 수립과 탐구활동 수행 능력을 측정할 수 있는 ‘롤러코스터 설계’ 단위문항을 개발하였다. 개발된 문항은 시뮬레이션과 같이 컴퓨터 구현에 효과적인 문제 상황을 사용하였으며, 컴퓨터와의 상호작용을 통해 문제해결 과정 정보를 제공, 평가할 수 있도록 하였다. 또한 도움말 및 적절한 피드백 제공으로 흥미와 동기를 유발할 수 있도록 하였으며, 가능한 한 ICT 활용 능력과 선수 지식의 영향을 최소화 하였다.

본 연구의 목적은 유아의 대인문제해결사고와 유치원 일과활동에서의 자율행동은 어떠한 관계가 있는지를 성별에 따라 알아보고자 하였다. 연구의 대상은 강원도 영서지역의 A시와 B시에 소재하고 있는 12개의 공립유치원 13학급에 재원 중인 만 5세 유아 120명이었다. 연구결과를 보면 유아의 대인문제해결사고 하위사고는 남·여 유아 간의 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났고, 유치원 일과활동에서의 유아 자율행동이 남·여 유아 간의 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 유아의 대인문제해결사고와 유치원 일과활동에서의 자율행동과의 관계를 성별에 따라 알아본 결과, 남아의 경우 대인문제해결사고 중 결과 예측사고와 원인적 사고가 유아 자율행동과 정적 상관이 있는 것으로 나타났고, 여아의 경우에는 대인문제해결사고 중 결과예측사고가 유아 자율행동과 정적 상관이 있는 것으로 나타났다.

본 연구의 목적은 함께 학습하는 수학활동이 유아의 수학적 문제해결능력에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하는데 있다. 만 5세 유아로 실험집단 23명(장기결석 및 전학 유아 제외)과 통제집단 29명으로 하여 8주간 15회의 실험처치가 이루어졌다. 실험집단 유아에게는 함께 학습하는 수학활동을 처치하였고, 통제집단에는 생활주제와 관련된 수학활동을 자유선택활동의 수조작놀이 영역에서 실시하였다. 연구 결과 함께 학습하는 수학활동은 유아의 수학적 문제해결능력에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 수학적 문제해결능력의 하위요인인 분류, 패턴, 수, 측정, 도형 문제해결능력에서 긍정적인 영향을 미치는 것으로 분석되었다.

본 연구의 목적은 정보통신기술을 활용한 창의적 문제해결활동을 유치원 현장에 적용하여 유아의 창의성에 어떠한 효과가 있는가를 알아보는 데에 있다. 본 연구의 대상은 경기도 광명시에 소재한 사회ㆍ경제적 수준이 비슷한 2개 유치원의 만 5세 유아 60명을 대상으로 하였다. 실험집단에는 정보통신기술을 활용한 창의적 문제해결활동을 8주간 실시하였고, 통제집단에는 같은 기간동안 컴퓨터 영역에서 생활주제와 관련된 동화 및 동요를 감상하도록 하였다. 연구 결과 정보통신기술을 활용한 창의적 문제해결활동을 실시한 실험집단이 통제집단에 비하여 창의성이 유의미하게 증진되었다.