4차 산업혁명으로 21세기에는 컴퓨팅 사고력이 핵심 역량으로 주목받고 있고 전 세계적으로 컴퓨팅 사고력 신장을 위한 소프트웨어 교육이 한창이다. 컴퓨팅 사고력은 문제해결을 위한 사고 과정이고 추상화 스킬과 자동화 스킬이 핵심 요소라고 볼 때, 문제해결 프로그래밍은 컴퓨팅 사고력을 향상시키는데 효과적인 방법이라고 할 수 있다. 2015 개정 정보 교육과정에서 컴퓨팅 사고력 향상을 목표로 문제해결 프로그래밍 교육을 강조한 이유도 이 때문이다. 문제해결 프로그래밍 교육이 컴퓨팅 사고력 발달에 유효한 방법임에도 불구하고, 프로그래밍을 지도하고 학습하는데 많은 어려움이 있는 것이 현실이다. 특히, 대부분의 문제해결 프로그래밍 학습 모형은 분석-설계-구현-테스트라는 전형적인 폭포수 모형의 개발 절차를 따르는데, 이러한 폭포수 모형은 이미 알려진 예측 가능한 해결책을 이용해 다른 유사한 문제를 해결할 때는 유용하긴 하나, 복잡한 문제를 창의적으로 해결하는 문제해결 프로그래밍에는 적합하지 않다. 이러한 폭포수 모형의 제한점을 해결하고자 애자일 개발방식이 등장했다. 애자일 개발방식은 테스트주도개발, 반복적·점증적 개발의 특징을 갖는다. 본 연구에서는 이러한 애자일 개발방식을 적용한 학습 모형을 개발하고 문제해결 프로그래밍 수업에 적용하여 효과성을 확인하였다. 또, 학습 효과에 영향을 미치는 학습 변인 간의 구조적 관계를 분석하고 학생들이 모형을 통한 문제해결 프로그래밍 과정에서 느끼는 점을 분석하였다. 학습 모형의 수업 효과성을 확인하고 학습 변인 간의 구조적 관계와 질적 분석을 위하여 1차, 2차 수업 프로그램을 설계하고 실험연구를 진행하였다. 1차 연구에서는 실험집단과 비교집단 간의 차이 분석을 실시하였고, 2차 연구에서는 구조방정식모형 분석과 설문을 통한 질적 분석을 실시하였다. 1차 연구 결과, 실험집단에서 컴퓨팅 사고력 향상이 관찰되었다. 실험집단에서 Dr.Scratch 평가 점수와 프로그램 산출물 평가 점수가 비교집단보다 높게 나타나 유의한 차이가 있음이 확인되었다. 2차 연구 결과, 문제해결성향이 학습 몰입에 직접적인 영향을 미치고, 컴퓨터과학에 대한 학습동기가 학습 몰입과 학습 만족도에 직접적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 학습 몰입과 학습 만족도는 컴퓨팅 사고력에 직접적인 영향을 미치며 문제해결성향과 컴퓨터과학에 대한 학습동기가 높을수록 학습 몰입을 매개로 컴퓨팅 사고력에 간접적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 질적 분석 결과, 문제해결 프로그래밍 과정에서 학생들은 CT-TDPS 모형 활동지 작성을 통해 기능에 대한 이해가 향상되었고, 프로그래밍에 도움이 되었음을 확인하였다. 테스트 중심의 문제해결 프로그래밍을 통해 강한 성취감과 자신감, 학습을 더 해보고 싶다는 학습 의욕과 프로그래밍에 대한 흥미와 재미가 생겼음을 확인하였다. 연구 결과, 문제해결 프로그래밍 교육에서 CT-TDPS 학습 모형이 컴퓨팅 사고력 향상에 긍정적인 효과가 있음을 확인하였다. 특히, 모듈식 프로그래밍이 컴퓨팅 사고력 스킬과 상관관계가 있다고 판단된다. 학습 모형을 문제해결 프로그래밍 수업에 적용하여 학습 효과를 높이기 위해서는 컴퓨터과학에 대한 충분한 학습 동기를 제공해야 하며, 프로그래밍 개념과 원리, 모형에 대한 이해가 필요하다. 온라인 동영상 등은 반복 학습이 가능하여 모형에 대한 이해와 프로그래밍의 개념과 원리를 익히는 데에 유용하다. 본 연구에서 제안하는 CT-TDPS 학습 모형을 문제해결 프로그래밍 교육에 적용할 경우 프로그래밍 능력과 컴퓨팅 사고력 향상에 긍정적인 효과가 있을 것으로 판단된다.