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표제지 2

목차 5

논문요약 9

Ⅰ. 서론 12

1. 연구의 필요성 및 목적 12

2. 연구 문제 13

3. 용어의 정의 14

가. 알지오매스 14

나. 블록코딩 14

다. 컴퓨팅 사고력 15

4. 연구의 제한점 15

Ⅱ. 이론적 배경 16

1. 알지오매스(AlgeoMath) 16

2. 코딩을 활용한 융합 수업 20

3. 컴퓨팅 사고력(Computational Thinking) 22

4. 공간 감각 25

Ⅲ. 연구 방법 29

1. 연구 대상 29

2. 연구 절차 30

3. 연구 설계 및 실행 32

가. 컴퓨팅 사고력 검사 도구 32

나. 알지오매스 블록코딩을 활용한 영재교육 프로그램 구성 44

다. 프로그램 적용 48

라. 분석 방법 65

Ⅳ. 연구 결과 68

1. 컴퓨팅 사고력 분석 결과 68

2. 컴퓨팅 사고력 실현 능력 하위 요소 중 구현 요소 분석 결과 73

가. 2차원 표현과 3차원 표현 구현 모두 우수한 경우 75

나. 2차원 표현은 우수하였으나 3차원 표현 구현은 미흡한 경우 78

다. 2차원 표현과 3차원 표현 구현 모두 미흡한 경우 80

Ⅴ. 결론 및 제언 82

1. 요약 82

2. 결론 83

3. 제언 85

참고문헌 88

ABSTRACT 92

부록 96

〈부록 Ⅰ〉 교수·학습 과정안 96

〈부록 Ⅱ〉 차시별 수업 활동내용 및 활동지 100

표목차 7

〈표 Ⅱ-1〉 컴퓨팅 사고력 구성 요소 23

〈표 Ⅱ-2〉 컴퓨팅 사고력의 구성 요소와 조작적 정의 24

〈표 Ⅱ-3〉 교과과정 쌓기나무 단원에 관련된 공간 감각 요인과 예 27

〈표 Ⅱ-4〉 공간 감각 관련 교과서 분석 28

〈표 Ⅲ-1〉 연구 대상자의 기본 정보 29

〈표 Ⅲ-2〉 실험 설계 32

〈표 Ⅲ-3〉 컴퓨터 사고력 기반 문제해결 과정 영역 역량의 의미 33

〈표 Ⅲ-4〉 컴퓨팅 사고력 기반 문제해결 영역 검사 문항의 구성 34

〈표 Ⅲ-5〉 컴퓨팅 사고력 기반 문제해결 영역 검사 문항의 배점 구성 41

〈표 Ⅲ-6〉 차시별 학습 목표 및 활동 내용 46

〈표 Ⅲ-7〉 교수·학습 과정 지도안 예시 47

〈표 Ⅲ-8〉 차시별 활동에 적용된 컴퓨팅 사고력 구성 요소 48

〈표 Ⅲ-9〉 알지오매스 블록코딩을 활용한 영재교육 프로그램 50

〈표 Ⅳ-1〉 컴퓨팅 사고력 사전-사후 검사 결과 68

〈표 Ⅳ-2〉 컴퓨팅 사고력 문항별 사전-사후 검사 결과 69

그림목차 8

[그림 Ⅱ-1] 알지오매스(AlgeoMath) PC버전 메인 화면 17

[그림 Ⅲ-1] 연구 절차 31

[그림 Ⅲ-2] 문제 상황 설명 예시 42

[그림 Ⅲ-3] 컴퓨팅 사고력 측정 검사(설계 능력) 문항 (예시) 43

[그림 Ⅲ-4] 학생들의 활동 모습 52

[그림 Ⅲ-5] S2 학생의 활동지 53

[그림 Ⅲ-6] S2 학생의 회전과 이동 블록만을 활용한 코드 53

[그림 Ⅲ-7] S2 학생의 회전과 이동 블록만을 활용한 코드 실행 화면 53

[그림 Ⅲ-8] S8 학생의 활동지 56

[그림 Ⅲ-9] S8 학생의 반복문 블록을 활용한 코드 57

[그림 Ⅲ-10] S8 학생의 반복문 블록을 활용한 코드 실행 화면 57

[그림 Ⅲ-11] S4 학생이 1차시 수업에서 구현한 이동과 회전 블록만을 활용한 코드 60

[그림 Ⅲ-12] S4 학생이 4차시 수업에서 구현한 반복 블록을 활용하여 코드 개수를 줄인 코드 60

[그림 Ⅲ-13] S8 학생의 활동지 64

[그림 Ⅲ-14] S8 학생의 함수 블록을 활용한 코드 64

[그림 Ⅲ-15] S8 학생의 함수 정의와 호출을 활용한 코드 실행 화면 65

[그림 Ⅳ-1] 2차원 표현과 3차원 표현 구현 모두 우수한 경우의 예 77

[그림 Ⅳ-2] 2차원 표현은 우수하였으나 3차원 표현 구현은 미흡한 경우의 예 79

[그림 Ⅳ-3] 2차원 표현과 3차원 표현 구현 모두 미흡한 경우의 예 81

초록보기

 본 연구의 목적은 알지오매스 블록코딩을 활용하여 수학과 코딩을 융합한 영재교육 프로그램을 개발하고 실제 수업에 적용하여 초등수학영재들이 블록코딩 프로그래밍을 계획하여 실행하며 오류를 찾아 수정하는 학습 과정에서 나타나는 컴퓨팅 사고력 변화를 분석하는 것이다. 연구 문제는 다음과 같다.

첫째, 알지오매스 블록코딩을 활용한 영재교육 프로그램의 특징은 무엇인가?

둘째, 알지오매스 블록코딩을 활용한 영재교육 프로그램이 초등수학영재의 컴퓨팅 사고력에 미치는 영향은 어떠한가?

첫 번째 연구 문제를 해결하기 위하여 알지오매스 블록코딩을 활용한 영재교육 프로그램을 개발하였다. 선행연구와 기존 교육과정 분석을 통해 학습 목표와 성취 기준을 설정하였다. 수학과 블록코딩을 효과적으로 융합한 프로그램의 기본 구조를 설계하고 구체적인 학습 내용과 활동을 구성한 뒤, 1차 초안을 예비 연구 적용하여 실제 운영 결과를 관찰하였다. 영재교육 전공자 4인의 검토를 통해 학생들의 반응, 이해도, 학습 효과를 분석하여 프로그램의 강점과 개선점을 도출하였고 예비 연구를 통해 얻은 문제점과 시사점을 바탕으로 이를 보완 및 개선하여 최종 프로그램을 개발하였다.

두 번째 연구 문제에서는 알지오매스 블록코딩을 활용한 영재교육 프로그램 적용 전, 후의 평균 점수가 통계적으로 유의미하게 증가한 것으로 나타나, 초등 수학영재들의 컴퓨팅 사고력 향상에 긍정적인 영향을 미친 것으로 확인되었다. 특히, 컴퓨팅 사고력 실현 능력 하위 요소 중 구현 요소는 초등수학영재들이 추상적인 수학 개념을 실제 상황에 적용하는 핵심 과정을 이해하는 데 중요하며, 학생들은 2차원 및 3차원 표현 구현에서 모두 우수한 경우, 2차원 표현은 우수하나 3차원 표현 구현은 미흡한 경우, 둘 다 미흡한 경우의 세 가지 유형을 보였다.

연구의 결과는 다음과 같다.

첫째, 알지오매스 블록코딩을 활용한 영재교육 프로그램은 쌓기나무와 같은 공간적 요소를 활용하여 학생들의 공간 감각을 향상시키는 수학 교과 내용과 블록 코딩을 통해 수학적 개념을 시각적으로 구현하고 프로그래밍하는 과정을 통해 수학과 블록코딩 모두에 대한 이해와 능력을 향상시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다.

둘째, 알지오매스 블록코딩을 활용한 영재교육 프로그램은 초등수학영재의 전반적인 컴퓨팅 사고력을 향상시켰으나, 특정 하위 요소에서는 큰 변화가 없었다. 정보 수집, 모델 설계, 적용 요소는 주로 초기 단계의 개념이나 기초적인 지식을 필요로 하기 때문으로 보여지는 반면, 정보 분석, 알고리즘 표현, 구현, 평가 요소에서의 향상은 블록코딩의 시각적이고 직관적인 특성이 문제해결 과정에서 추상적 사고와 프로그래밍 능력 강화에 중점을 두기 때문으로 해석된다.

알지오매스 블록코딩을 활용한 영재교육 프로그램이 초등수학영재의 컴퓨팅 사고력 향상에 긍정적인 영향을 미쳤다는 점에서, 블록코딩이 영재교육에 효과적인 도구임을 알 수 있다. 컴퓨팅 사고력 검사 평균 점수의 상승은 프로그램이 학생들의 논리적 사고, 문제해결 능력, 창의적 사고를 촉진했음을 나타낸다. 구현 요소를 충분히 반영한 교육 프로그램 설계가 중요하며, 학생 개별의 강점과 약점을 파악해 맞춤형 지도를 제공하는 것이 필요하다. 이 연구는 영재교육 프로그램 설계와 적용에 중요한 기초 자료로 활용될 수 있으며, 초등 교육과정에 컴퓨팅 교육을 통합하는 것이 미래 교육 방향에 중요함을 시사한다.

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