Computational Thinking 기반 자유학기제 스마트 융합수학프로그램 연구 - 다면체와 도형수 중심으로 -

Abstract

미래창조 과학부는 창조경제 시대에 걸맞은창의인재양성을 위해 시대의 변화와 테크놀로지를 반영한 미래형 교육 추진의 필요성을 강조하고 있다. 동시에 교육부는 2013년 5월 28일 중학교 「자유학기제 시범운영 계획」을 발표하였다. 자유학기제는 2013년 5월 전국적으로 연구학교에 시범 적용 후, 2014년, 2015년에 희망학교를 모집·운영에 이어서 2016년부터 전국적으로 실시될 예정이다. 자유학기제 취지에 맞는 프로그램 개발이 시급한 실정이다. 수학교육도 예외는 아니다. 과거 수학교육은 컴퓨터 이하 공학 도구의 도입으로 한 번의 큰 변화에 적응하였고, 최근에는 스마트(SMART), 융합(STEAM) 학습 환경 구성에 근거하여 프로그램을 개발해 나가야 하는 실정이다. 자유학기제에서 수학교육은 학생들이 문제해결을 해야 함과 동시에 현실에서 수학이 어떻게 적용되는지 알 수 있도록 하고 스마트, 융합 학습 환경 아래에서 진로와 연계될 수 있어야만 한다. 한편 오늘날의 테크놀로지 기반환경에서 Computational Thinking(이하 CT)의 중요성이 커지고 있다. CT는 인간의 생각과 디지털 기술을 융합하여 문제를 해결하려는 접근법으로 추상화(abstraction)를 통해 문제의 핵심요소를 추출하고 컴퓨터 기기를 통해 해법을 자동화(automation)하여 처리한다. CT를 통해서 21세기 현대사회에서 필수적으로 요구되는 역량 중 일부를 학습할 수 있게 된다. 본 연구에서 디자인한 자유학기제 스마트 융합수학프로그램은 21세기 수학 교육 경향에 맞추려함과 동시에 CT역량 강화를 목표로 하였다. 프로그램 참여자는 참여자 수준의 적절한 CT기반 학습 환경에서 수학적 개념(치환, 변수, 도형수, 입체 부피 측정관련)을 학습한다. 또한 참여자는 학습한 내용을 바탕으로 한 코딩지식을 가지고 작품 만들기 디자인 활동을 통하여 최종 작품을 만든 뒤, 토론을 통하여 잘된 작품은 3D프린터로 출력한다. 그 과정에서 참여자들은 3D프린터의 원리와 스마트 패드 사용법을 익힌다. 이를 통해 수학에 대한 정의적인 측면을 극복하며 부수적으로 참여자들이 관련분야 진로 탐색을 할 수 있도록 돕는다. 그렇지만 본 연구자는 최초 설계된 프로그램을 수행하는 과정에서 예상치 못한 문제점들에 의해 여러 차례 수정을 하게 되었다. 프로그램은 적용할 학교 환경에 따라 유동적으로 수정하며 운영할 수 있어야 한다는 것을 간과하였던 것이다. 그렇지만 주된 문제에 대한 해답을 SNS(온라인 게시판, 유투브, 모바일 대화방)의 적극적인 활용, 거꾸로 교실을 통한 짧은 동영상 학습을 통하여 대부분 극복할 수 있었다. 본 연구에서 중간에 프로그램이 바뀌게 된 원인과 이유를 살펴보고 프로그램 운영 중에 발생한 문제점을 해결해 나가는 과정을 소개할 것이다. 이를 바탕으로 본 연구가 앞으로 적용할 자유학기제에 대비하여 각 학교가 현실적으로 어떻게 대처해야 할지 방향성을 제시해 줄 것으로 기대된다.

To foster creative talent, Ministry of Science, ICT and Future Planning has emphasized the need for the promotion of future-oriented education that reflects the changing times and technology. At the same time the Ministry of Education has announced the「test management plan of free semester system for middle school student」on May 28, 2013. Freedom semester system, after the application test the nationwide research school, will be carried out nationwide from 2016. The development of a program that meets the spirit of a free semester system is urgent. Mathematics education is no exception. Mathematics education had been adapted with one big change with the introduction of computers and other engineering tools. In recent years, a situation that we should develop a program based on SMART and STEAM learning environment. Mathematics education in free semester system should help students to solve the problem and to know how mathematics can applied in reality. Simultaneously, Mathematics education may be linked with career education, under the SMART and STEAM environment. On the other hand, the importance of Computational Thinking (hereinafter CT) has been increased in the technology-based environment of today. CT is the integrated approach of digital technology and human thought, to resolve the problem through abstraction and automation. Through the CT, it is possible to study some of the capabilities that are indispensable in the 21st century modern society. Free semesters program that was designed in this study tries to align the trend of mathematics education in the 21st century, and aimed to the strengthen of the CT capacity at the same time. Program participants will learn mathematical concepts (substitution, variables, figurate numbers, and three-dimensional volumetric methods) on CT-based learning environment in an appropriate level of participants. In addition, participants, through the design activities of making work with knowledge of coding that is based on what you've learned, try to make the final work. After discussion of the participants using online posting, selected works will be output to a 3D printer. At the same time, participants learn the principles of 3D printer and how to use the Smart Pad. This gives a positive effect on the affective point of view of mathematics, and allows to helps participants who can explore related career fields. But it was modified several times by unexpected problems during a program in progress. In other words, the program is flexibly changed depending on the school environment to be applied. In this study, use of SNS(YouTube, mobile chat rooms) and flipped learning was able to overcome the main problem. In this study, let's look at the causes and reasons for changes in the middle of the program. And it will introduce the process of going to solve the problems that occurred. Based on this, the present study is expected to show the direction in preparation for the free semester system realistically.