중등 기술교과에서 문제해결법 기반 피지컬 컴퓨팅 안전교육 프로그램이 자기효능감 및 흥미에 미치는 영향 :The Effects of Physical Computing Safety Education Program based on Problem Solving on Self-efficacy and Interest in Middle School Technology Subject

송주연

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자료유형: 학위논문

저자정보: 송주연 (중앙대학교, 중앙대학교 교육대학원)

지도교수: 김연경

발행연도: 2023

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

피지컬 컴퓨팅을 활용한 문제해결 기반 안전교육 프로그램 개발 및 효과

송주연 , 김연경 한국컴퓨터정보학회논문지 2023.11 학술저널

중등 기술교과에서 문제해결법 기반 피지컬 컴퓨팅 안전교육 프로그램이 자기효능감 및 흥미에 미치는 영향

송주연 교육학과 2023.01 학위논문

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본 연구는 중등 기술교과에서 피지컬 컴퓨팅을 적용하여 문제해결 기반의 안전을 주제로 한 수업을 진행하였을 때 학생들의 자기효능감과 흥미 향상에 영향이 있는지를 확인하고자 하는 데 목적이 있다.
기존 선행 연구에서는 인공지능 윤리와 피지컬 컴퓨팅은 인공지능의 교육 요소로서 확대되고 컴퓨팅 사고력을 규명하는 연구는 확대되었지만 학습 몰입을 가져오는 흥미나 자기효능감의 영향을 확인하고자 하는 연구는 부족하다. 따라서 본 연구에서는 피지컬 컴퓨팅 프로그램이 기술 교과에서 흥미와 자기효능감 향상에 기여하는지를 확인하고자 하였다.
또한 피지컬 컴퓨팅을 적용하는 교수학습 프로그램 개발은 많이 연구되었지만 기술 교과의 안전 단원에서 적용된 사례는 부족했다. 본 연구는 피지컬 컴퓨팅 요소가 개별 교과에서 문제해결법을 적용한 효과를 분석하고자 하였다. 본 연구의 주제로 자율주행 인공지능 요소와 연계성이 높은 수송 기술 단원의 도로 교통 안전을 선택하였다. 연구문제는 문제해결법 기반의 피지컬 컴퓨팅을 적용한 안전교육 프로그램이 자기효능감과 흥미에 미치는 영향을 확인하는 것이다.
본 연구를 수행하기 위하여 인공지능과 피지컬 컴퓨팅 플랫폼 관련 선행 사례를 수집 및 분석하였다. 문제해결법은 교과에서 창의적 사고력을 신장하기 위해 많이 사용되는 교수‧학습법이지만 인공지능 학습에 적용된 사례가 부족한 문제점을 보완하여 본 연구에서 교수‧학습모형을 문제해결법으로 선정하여 설계 및 개발하였다.
본 연구의 프로그램 세부 내용은 인공지능 교육내용의 기본 요소 중 하나인 인공지능 윤리와 연계성이 높은 중등 기술 교과의 수송기술 안전 단원을 선정하여 모럴 머신을 활용하였다. 본 연구의 교수‧학습 모형은 인공지능과 관련한 선행연구에서 기술교과의 안전 단원에 적합하게 인공지능 윤리 요소와 피지컬 컴퓨팅을 수정 및 보완하여 적용하였다.
본 연구의 학습 모형은 중등 기술교과에서 인공지능 윤리와 피지컬 컴퓨팅 플랫폼인 아두이노를 적용한 방안을 안내한다. 교수‧학습 방법으로 문제해결법의 4단계인 문제 확인, 계획, 실행 및 평가의 단계에서 인공지능 윤리 분석을 위한 모럴 머신과 피지컬 컴퓨팅 플랫폼인 아두이노를 적용하였다.
본 연구의 특징은 선행 연구에서 단일 주제로 진행된 인공지능 윤리 교육을 기술 교과의 안전 단원에 적용 및 운영한 효과성 검증에 있다. 프로그램 진행 결과 자기효능감과 흥미를 사전‧사후로 측정하고 단일 집단에 대한 대응표본 t-검정을 실시하여 긍정적인 결과를 확인하였다.
본 연구의 시사점으로는 첫째, 교육 현장에서 기술 교과의 수송 기술 단원에서 인공지능 윤리와 피지컬 컴퓨팅으로 교수‧학습하기 위한 연계성을 명시한다. 둘째, 각 교과에서 문제해결법의 각 단계 별 피지컬 컴퓨팅을 적용하기 위한 방안을 구체화하며, 학습자의 자기효능감과 흥미 향상을 확인한다는 데에 있다.

The purpose of this study is to investigate the effects of physical computing applied safety chapter in technology education of middle school and the increase in students’ self-efficacy and interest.
Prior studies have researched teaching and learning programs with physical computing applied, but there have not been many cases where physical computing is applied to individual chapters of an education subject. This study aims to analyze the effect of physical computing in problem-solving of individual subject, and a topic is the road traffic safety in transportation technology education as it is highly related to AI (Artificial Intelligence) in autonomous driving.
Researches to identify computational thinking through AI ethics and physical computing in education are expanding in many ways but studies to confirm the effect of interest or self-efficacy that bring the engagement in learning are lacking. The present study attempts to prove whether the physical computing program contributes to improving interest and self-efficacy in technology education.
The question of this study is to confirm the effect of a safety education program using physical computing based on problem solving methods on self-efficacy and interest. In order to perform this, previous cases related to AI and physical computing platforms were collected and analyzed. The model that is commonly used to create creative thinking skills is a problem-solving method, however there have been insufficient cases applied to AI learning. Therefore the teaching and learning model is selected as a problem-solving method and is designed and developed.
There are four primary components that compose the problem solving model - questions identification, planning, action and evaluation. A detailed subject is safety in mobility chapter, one of the principal AI educations in middle school technology education. The Moral Machine is used to analyze autonomous driving safety perspectives as it is highly correlated to the ethics in AI. The ethics in AI and physical computing platform, Arduino are leveraged to adequate adoption for the safety section in the technology education.
This study features to prove the correlation effectiveness of self-efficacy and interest when the ethics education in AI is applied to technology education and its safety chapters. 77 3rd graders in the middle school participated in the study and the result showcases positive correlation when self-efficacy and interest was examined before and after the study in a paired t-test.
As the main findings this study indicates three fundamentals; First, it is necessary to clarify the correlation between AI education and the ethics in AI applied physical computing in teaching and learning practices of mobility chapter of the technology education. Second, it is recommended to develop solutions to apply the ethics in AI and physical computing to AI elements of problem-solving steps in technology education. Third, problem-solving based AI education increases students’ self-efficacy and interest.

#중등 기술교과 #피지컬 컴퓨팅 #아두이노 #안전교육 #문제해결법 #자기효능감 #흥미

Ⅰ. 서론 1
1. 연구 필요성 및 목적 1
2. 연구 문제 5
3. 용어의 정의 5
가. 중등 기술 교과에서 안전교육 5
나. 문제해결법 6
다. 피지컬 컴퓨팅 6
라. 자기효능감 7
마. 흥미 7
Ⅱ. 이론적 배경 8
1. 중등 기술 교과에서 안전교육 8
2. 문제해결법 14
3. 피지컬 컴퓨팅 18
4. 자기효능감 22
5. 흥미 27
Ⅲ. 연구방법 29
1. 연구 대상 및 설계 29
2. 연구 절차 30
3. 측정 도구 및 분석 방법 31
Ⅳ. 연구결과 33
1. 문제해결법 기반 피지컬 컴퓨팅 안전교육 프로그램 설계 및 개발 결과 33
2. 문제해결법 기반 피지컬 컴퓨팅 안전교육 프로그램 적용 결과 47
가. 자기효능감 및 흥미 사전사후 분석 결과 47
나. 학생 만족도 및 인식 조사 결과 48
Ⅴ. 논의 및 결론 51
1. 요약 51
2. 논의 54
3. 결론 및 제언 55
참고문헌 58
부 록 76
국문초록 85
ABSTRACT 87

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