수학과 과학 교육용 저작도구에 대한 학습자의 사용성 평가: STEAMuP의 사례를 중심으로 = Usability Evaluation with Learners for Mathematics and Science Educational Authoring Tools: A Case of STEAMuP

국문 초록 (Abstract)

수학과 과학 교육에서 학습자에게 다양한 학습 경험을 제공하는 교육용 저작도구가 주목받고 있는 가운데, 본 연구는 교육용 저작도구에 대한 사용성을 분석하여 효과적인 콘텐츠 개발 및 교육 현장에서의 활용을 위한 시사점을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 수학과 과학 교육용 저작도구인 STEAMuP 아카데미에 대한 사용성 평가를 295명의 초·중·고 학생을 대상으로 수행하였다. 인지·기술 중심으로 진행되었던 기존 사용성 평가에 더해 교육용 저작도구의 정의적인 측면을 고려한 사용성 평가를 진행하였다. 연구 결과, 학습자들은 ‘학습 동기’와 ‘교육적 설계 및 웹 사용성’에 대해 긍정적으로 평가하였다. 특히, 자율적인 조작과 탐구 활동을 통해 흥미를 유발했으며, 시뮬레이션을 통한 콘텐츠가 학습의 내용 이해를 도왔다고 평가했다. 초등학생은 중·고등학생에 비해 기능의 안정성 측면에서 사용성을 상대적으로 낮게 평가하였으며, 초기 조작 방법에 대한 안내가 필요하다고 하였다. 이러한 결과는 수학과 과학 교육용 저작도구를 활용하여 수업을 설계하거나 수학과 과학 교육용 저작도구를 개발할 때, 학생들의 디지털 리터러시를 고려하고 학생의 탐구를 위한 자유도를 높여 학생들의 학습 동기를 유발할 수 있는 유의미한 테크놀로지 학습 환경을 모색해야 함을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Amid the increasing attention on educational authoring tools that offer diverse learning experiences in mathematics and science education, this study focuses on assessing the usability of authoring tools. The objective is to offer insights for effective contents development and utilization in educational settings with assessment of usability for authoring tools. This study conducted the assessment of the usability of STEAMuP Academy, an educational authoring tool for mathematics and science education, with 295 K-12 students. This study extends preceding usability evaluation, which have primarily focused on cognitive and technological aspects, by incorporating affective aspects of educational authoring tools. The results show that ‘motivation’ and ‘instructional design and web usability’ are regarded positive. Specifically, the learners were satisfied with autonomous manipulation and exploration, and confirmed that learning content through simulation helped conceptual understanding. Elementary school students, in comparison to middle and high school students, rated usability relatively lower in terms of functional stability, and expressed the necessity of guidance on initial operations. These findings underscore the importance of considering students’ digital literacy when designing lessons or developing educational authoring tools for mathematics and science. It highlights the significance of exploring meaningful technological learning environments that can stimulate students’ learning motivation through the utilization of educational authoring tools for mathematics and science education.

참고문헌 (Reference)

• 1 성지현 ; 조영환 ; 조규태 ; 허선영 ; 양선환, "학습자 중심 교육에서 디지털교과서의 역할 탐색" 한국교육정보미디어학회 23 (23): 831-859, 2017
• 2 이문수 ; 김종민 ; 김건섭, "초･중학생 ICT 리터러시 수준 변화 비교: 검사 연계화를 중심으로" 교육과학연구소 50 (50): 179-202, 2019
• 3 이은서 ; 이명근, "초등 과학교육의 저작도구 활용 능력기반 교수학습환경 효과분석" 한국교육공학회 33 (33): 599-623, 2017
• 4 윤재성 ; 김성완, "중학교 정보교과 교육을 위한 전자멘토링 시스템 설계 및 개발" 한국컴퓨터정보학회 17 (17): 117-123, 2012
• 5 박래성 ; 권종겸 ; 이동엽, "중학교 수학 기하 단원에서 공학적 도구 활용이 학생들의 수학 학업 성취도와 수학 학습 태도에 미치는 효과" 한국디지털정책학회 17 (17): 67-75, 2019
• 6 신우창 ; 김갑수, "저작도구를 이용한 수학 학습시스템 개발" 한국정보교육학회 11 (11): 221-230, 2007
• 7 손경아 ; 한안나, "이러닝 환경에서 콘텐츠 저작 시스템의 설계 및 개발" 한국교육정보미디어학회 12 (12): 77-104, 2006
• 8 이혜정 ; 박경선, "이러닝 콘텐츠 개발의 질 관리를 위한 학습자 중심의 사용성 평가 방안 연구" 한국교육정보미디어학회 15 (15): 63-88, 2009
• 9 강명희 ; 김혜선 ; 이정민, "웹 기반 과학실험 시뮬레이션의 학습성과에 대한 학습몰입과 인지적실재감의 예측력 규명" 한국교육정보미디어학회 17 (17): 39-61, 2011
• 10 강향임 ; 최은아, "예비교사의 디지털 기반 원주율 교수학습자료 개발 사례 연구" 한국수학교육학회 26 (26): 65-82, 2023
• 11 노희진 ; 백성혜, "스크래치를 활용한 고등학교 과학 수업에 대한 학생 인식" 한국과학교육학회 35 (35): 53-64, 2015
• 12 이송희 ; 김영인 ; 박찬희 ; 이경화, "수학, 과학 교육용 저작 도구에 대한 교사들의 사용성 평가 연구: STEAMuP의 사례를 중심으로" 한국교육정보미디어학회 29 (29): 791-819, 2023
• 13 박주현 ; 한선영 ; 강양구, "수학 학습 흥미 하위요인별 검사 도구 개발과 적용" 대한수학교육학회 21 (21): 319-346, 2019
• 14 이지원 ; 윤하영 ; 김중복, "빛과 그림자 개념 이해를 돕는 3차원 시뮬레이션 콘텐츠 개발 및 적용" 과학교육연구소 38 (38): 703-717, 2014
• 15 김효준, "문제 풀이와 시뮬레이션을 접목한 물리 교수학습 방법 개발 및 적용 효과" 교과교육연구소 27 (27): 163-178, 2023
• 16 이한진 ; 구현희, "메타버스 플랫폼 사용성 평가체계 구축에 관한 델파이연구 - 로블록스, 제페토, 게더타운 사례를 중심으로" 한국콘텐츠학회 22 (22): 179-193, 2022
• 17 임철일 ; 염지윤 ; 이종찬 ; 정혜원 ; 최서연 ; 이웅기, "디지털 콘텐츠 저작 도구 Namo Author를 활용한 교육 프로그램 설계 과정과 효과에 관한 연구" 한국교육정보미디어학회 27 (27): 423-446, 2021
• 18 홍성관, "동적조작 환경이 융합된 수학교과과정에서의 교수-학습 과제 사례 분석과 교사의 역할" 대한수학교육학회 11 (11): 281-299, 2009
• 19 박승범 ; 김태희, "동기식 멀티미디어 교육콘텐츠 저작도구 설계" 한국콘텐츠학회 7 (7): 142-149, 2007
• 20 김윤영 ; 김두규 ; 한상준 ; 윤혜정 ; 박미현 ; 허균, "델파이 방법을 적용한 AI 교육콘텐츠 학생용 사용성 평가도구 개발 연구" 한국수산해양교육학회 34 (34): 256-265, 2022
• 21 김성종 ; 김현진, "국내 학교교육에서의 테크놀로지 기반 학습자 중심 학습환경 연구의 동향분석" 한국교육공학회 32 (32): 611-641, 2016
• 22 Braun, V., "Using thematic analysis in psychology" 3 (3): 77-101, 2006
• 23 Hudlicka, E., "To feel or not to feel : the role of affect in human-computer interaction" 59 : 1-32, 2003
• 24 Sinclair, N., "The second handbook of research on the psychology of mathematics education:the journey continues" Sense Publishers 235-274, 2016
• 25 Wang, X., "The research of situational teaching mode of programming in high school with Scratch" 2 : 488-492, 2011
• 26 Rutten, N., "The learning effects of computer simulations in science education" 58 (58): 136-153, 2012
• 27 Martens, R. L., "The impact of intrinsic motivation on e-learning in authentic computer tasks" 20 : 368-376, 2004
• 28 Konradt, U., "The experience of flow in interacting with a hypermedia learning environment" 10 (10): 69-84, 2001
• 29 Vasconcelos, L., "Technology Integration and Transformation in STEM Classrooms" IGI Global 19-39, 2023
• 30 Hsu, Y., "Teaching geometrics to young learners using computer-based simulation : the interaction effect of guidance, in relation to representation and manipulation, with socio-cultural background" 31 (31): 282-298, 2023
• 31 Jang, H., "Supporting students’ motivation, engagement, and learning during an uninteresting activity" 100 (100): 798-811, 2008
• 32 Zaharias, P., "Sociological and Philosophical Aspects of Human Interaction with Technology: Advancing concepts" IGI Global 121-144, 2011
• 33 Ministry of Education(MoE), "Science curriculum. Proclamation of the Ministry of Education #2022-33. (Annex 9)"
• 34 Lee, H., "Optimizing cognitive load for learning from computer-based science simulations" 98 (98): 902-, 2006
• 35 Ministry of Education(MoE), "Mathematics curriculum. Proclamation of the Ministry of Education #2022-33. (Annex 8)"
• 36 You, C. H., "Mathematical Interests and Motivation with Geogebra" 2013 (2013): 335-341, 2013
• 37 Laborde, C., "Learning from Computers: Mathematics, Education and Technology, NATO ASI Series" Springer 48-67, 1993
• 38 Ministry of Education (MoE), "Learning Mathematics with ‘AlgeoMathKids’ for Fun"
• 39 Lohr, L., "Learner-Centered Usability:Tools for Creating a Learner-Friendly Instructional Environment"
• 40 Reigeluth, C. M., "Instructional theories in action:Lessons illustrating selected theories and models" Routledge 2018
• 41 Iskrenovic-Momcilovic, O., "Improving geometry teaching with scratch" 15 (15): em0582-, 2020
• 42 신원석, "ICT 활용 수업 이후 교사의 역할 변화에 영향을 미치는 요인 연구" 한국교육공학회 27 (27): 625-652, 2011
• 43 공민숙 ; 강윤수, "GeoGebra를 활용한 극한 지도가 고등학생들의 수학 학습에 미치는 영향" 한국학교수학회 17 (17): 697-716, 2014
• 44 권윤신 ; 류성림, "GeoGebra를 활용한 귀납활동이 초등수학영재의 증명능력 및 증명학습태도에 미치는 영향" 한국수학교육학회 16 (16): 123-145, 2013
• 45 Kaput, J., "Foundations for the Future in Mathematics Education" Routledge 173-191, 2020
• 46 Bakar, K. A., "Exploring secondary school students’ motivation using technologies in teaching and learning mathematics" 2 (2): 4650-4654, 2010
• 47 Lim, C. I., "Development and Implementation of a Digital Text book Platform Usability Assessment Instrument" 25 (25): 125-155, 2009
• 48 Kim, B. J., "Development and Application of Teaching & Learning Materials using Algodoo Simulation" 21 (21): 131-134, 2017
• 49 Zaharias, P., "Developing a usability evaluation method for e-learning applications : Beyond functional usability" 25 (25): 75-98, 2009
• 50 Smulders, D., "Designing for learners, designing for users"
• 51 Zaharias, P., "Designing affective-oriented e-learning courses: An empirical study exploring quantitative relations between usability attributes and motivation to learn" Association for the Advancement of Computing in Education (AACE) 4422-4432, 2004
• 52 Murray, T., "Design tradeoffs in usability and power for advanced educational software authoring tools" 44 (44): 10-16, 2004
• 53 석임복 ; 강이철, "Csikszentmihalyi의 몰입 요소에 근거한 학습 몰입 척도 개발 및 타당화 연구" 한국교육공학회 23 (23): 121-154, 2007
• 54 Levy, Y., "Comparing dropouts and persistence in elearning courses" 48 : 185-204, 2007
• 55 Gaffney, C., "Authoring and Delivering Personalised Simulations-an Innovative Approach to Adaptive eLearning for Soft Skills" 16 (16): 2780-2800, 2010
• 56 Alshehri, A., "Assessing the Relative Importance of an E-Learning System’s Usability Design Characteristics Based on Students’ Preferences" 8 (8): 839-855, 2019
• 57 Keller, J. M., "Aspects of educational technology volume XVII: Staff development and career updating" Kogan Page 1984
• 58 Nokelainen, P., "An empirical assessment of pedagogical usability criteria for digital learning material with elementary school students" 9 (9): 178-197, 2006
• 59 Liu, M., "A study of learning and motivation in a new media enriched environment for middle school science" 59 : 249-265, 2011