중학생의 기술적 문제해결능력 향상을 위한 아두이노 활용 STEAM 교육 프로그램 개발

Development of STEAM Learning Program Using Arduino to Improve Technological Problem-Solving Ability for Middle School Students

이 연구의 목적은 중학생의 기술적 문제해결능력 향상을 위한 아두이노 활용 STEAM 프로그램을 개발하는 것이다. 연구의 목적을 달성하기 위한 프로그램 개발과정은 PDIE 모형의 준비, 개발, 실행 및 평가의 4단계로 진행되었다. 개발된 아두이노 활용 STEAM 교육 프로그램은 전문가 집단에 의해 타당도 검사를 받고 중학교 3학년 학생을 대상으로 실제 수업에 적용하여 효과를 확인하였다. 또한 적용 결과를 바탕으로 프로그램을 수정 및 보완하여 완성하였다. 연구 절차에 따른 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 중학생의 기술적 문제해결능력을 향상할 수 있도록 기술적 문제해결 과정과 STEAM 학습 준거에 따라 아두이노를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하였다. 둘째, 개발된 프로그램은 아두이노의 기본 기능을 익히기 위한 2개의 기초 실습 주제와 다양한 센서와 동작 장치를 익히기 위한 4개의 주제를 포함하여 총 15차시로 구성하였다. 셋째, 효과적인 STEAM 프로그램을 개발하기 위해 과학, 기술, 수학, 정보, 음악 그리고 미술 교과의 내용과 영역을 선정하고 자연스럽게 연계하였다. 넷째, 개발한 아두이노 활용 STEAM 프로그램이 전 과정에서 중학생의 기술적 문제해결능력의 향상에 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 특히, 아이디어 탐색 및 개발 단계의 평균 점수가 크게 향상된 것을 확인하였다.

The purpose of this study is to develop STEAM learning program using Arduino to improve technological problem-solving capability for middle school students. In order to achieve the purpose of the study, this study was conducted by the program development process, ‘preparation’, ‘development’, ‘implementation’, ‘evaluation’ of the model PDIE’s step. The STEAM learning program was validated by an expert group of STEAM education on the basis of evaluation criteria. And also the study was conducted in both experimental group with a STEAM education using Arduino and control group with a general STEAM education. Based on the results of the applied programs, the development of STEAM learning program was completed. The results of this study were as follows. First, STEAM learning program using Arduino was developed based on technological problem solving process and STEAM learning criteria in order to enhance technological problem-solving capability for middle school students. Second, the program is to practice the basic functionality of the Arduino for two topics and a variety of sensors and actuators for four topics a total of 15 were developed. Third, in order to develop an effective STEAM program, the contents and scopes of science, technology, math, information, music, and art subjects was naturally linked by the criteria of the STEAM education. Finally, the developed Arduino STEAM program was effective to improve all the processes of the technological problem solving. In particular, the average scores of the idea searching and development stage were considerably enhanced.