테크놀로지의 중요성이 증가함에 따라 다양한 영역에 테크놀로지의 활용이 증가하고 있다. 교육에서도 기존 교육의 문제점과 한계점을 극복하기 위하여 수업에 테크놀로지의 활용이 증가하였다. 하지만 테크놀로지가 도입된 목적과 달리 예비 교사는 테크놀로지에 대한 지식이 부족하여 테크놀로지를 수업에서 지식을 전달하는 도구로 사용하고 있었다. 따라서 예비 교사는 테크놀로지를 교수-학습에 적합하게 활용하지 못하여 수업에서 테크놀로지가 가진 교육적 효과를 얻지 못하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 Mishra and Koehler(2006)는 예비 교사의 테크놀로지 지식을 향상시키고, 교육적 맥락에 따라 테크놀로지를 활용할 수 있는 역량을 향상시키기 위한 TPACK 프레임워크를 제안하였다. 테크놀로지의 중요성이 증가함에 따라 TPACK 연구도 활발하게 진행되었지만, TPACK에서 테크놀로지가 가진 기능적 한계 때문에 예비 교사는 교과와 교수-학습에 테크놀로지를 통합하는 데 어려움을 겪었다. 테크놀로지가 가진 기능적 한계를 극복하기 위하여 TPACK의 테크놀로지 도구로 프로그래밍 언어를 도입하기 위한 연구가 진행되었다. 선행 연구에 따르면 교과에 프로그래밍을 적용하였을 때, 학생들은 교과에 대한 흥미나 문제 해결 능력, 융합적 사고 등이 향상되었다. 또한, 프로그래밍은 기존의 교육에서 활용되는 테크놀로지와 다르게 목적에 따라 다양한 프로그램을 만들 수 있다. 그러므로 기존의 테크놀로지가 가진 한계점을 극복할 수 있으며, 수업에 도입하였을 때 기존의 테크놀로지보다 교육적 효과가 뛰어난 것으로 나타났다.이에 따라 본 연구에서는 TPACK의 테크놀로지 도구가 가진 기능적 한계를 극복하기 위하여 TPACK의 테크놀로지 도구로 프로그래밍 언어를 도입하였다.
TPACK의 테크놀로지 도구로 프로그래밍을 도입한 교육 프로그램을 개발하기 위하여 교육 프로그램 개발과 적용을 나누어 연구를 진행하였다. 프로그램 개발 연구에서는 요구를 분석하고, 요구에 따른 교육 프로그램을 개발하고, 개발한 교육 프로그램을 예비 교사에게 적용하고, 교육 프로그램의 개선점을 도출하는것을 반복하여 진행하였다. 교육 프로그램 적용 연구에서는 설계 기반 연구를 통하여 개발한 교육 프로그램을 예비 교사에게 적용하여 수업 전문성 변화를 분석하였다.
프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램을 개발하기 위하여 예비 교사의 TPACK 교육과 프로그래밍 교육, 연구 방법, 수업 전문성에 대한 선행 연구를 분석하였다. 선행 연구 분석을 통하여 본 연구에 적합한 연구 방법과 프로그래밍 언어를 선정하였으며, 예비 교사의 수업 전문성에 대한 정의를 바탕으로 프로그래밍 기반 TPACK 교육 모델과 교육 프로그램을 개발하였다. 본 연구에서는 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램에 적합한 프로그래밍 언어로 스크래치를 선택하였으며, 교육 프로그램 개발을 위한 연구 방법으로 설계 기반 연구를 선정하였다. 설계 기반 연구의 선행 연구를 바탕으로 설계 기반 연구의 단계를 ''분석-개발-적용-평가''로 구성하였으며, 예비 교사를 대상으로 연구 단계를 세 번 반복하여 진행하였다. 연구 대상은 한국의 K 대학에 다니고 있는 예비 교사로 선정하였으며, 교육 프로그램의 효과를 비교하기 위하여 예비 교사를 실험 집단과 통제 집단으로 나누어 연구 대상을 구성하였다. 처치는 실험 집단에게 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램, 통제 집단에게는 ICT 기반 TPACK 교육 프로그램을 적용하였다. 교육 프로그램의 효과를 검증하기 위한 검사 도구는 박기철과 강성주(2014)의 연구에서 개발한 TPACK 검사 도구와 수업에 대한 의견을 조사하기 위한 개방형 질문을 사용하였다.
설계 기반 연구의 1차 연구에서 예비 교사를 대상으로 진행한 TPACK 교육과 프로그래밍 교육의 선행 연구를 분석하여 예비 교사의 수업 전문성을 향상시키기 위한 프로그래밍 기반 TPACK 교육 모델을 개발하였다. 프로그래밍 기반 TPACK 교육 모델은 브레인스토밍, 프로그래밍 언어 탐색, TPACK 이론 탐색, 교육과정 탐색, 수업 설계, 마이크로티칭, 수업 성찰, 협력으로 구성하였다. 또한, 프로그래밍 기반 TPACK 교육 모델을 활용하여 분석-탐색-설계-적용-평가 단계로 이루어진 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램을 개발하였다. 교육 프로그램의 효과를 검증하기 위하여 개발한 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램을 예비 교사에게 적용하였다.
적용 결과, ICT 기반 TPACK 교육 프로그램보다 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램이 예비 교사의 TPACK 발달에 효과적이었다. 세부 영역을 살펴보면, 프로그래밍 기반 TPACK 교육을 통하여 예비 교사의 TPK, PCK, TPACK에서만 유의한 향상이 나타났으며, PK, TK, CK, TCK에는 유의한 변화가 나타나지 않았다. 교육 프로그램에 대한 예비 교사의 의견을 살펴보면, 예비 교사는 프로그래밍 언어의 학습과 교과와 교육과정에 따른 수업을 설계하는 데 어려움을 느끼고 있었다. 이러한 내용을 종합하면 1차 연구에서 개발한 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램은 예비 교사의 TPACK 발달에 한계가 존재하였다. 또한, 예비 교사는 프로그래밍 학습과 프로그래밍 기반 수업을 설게하는 데 어려움을 느끼고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
2차 연구에서는 1차 연구의 교육 프로그램의 적용과 평가 결과를 바탕으로 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램의 개선 연구를 진행하였다. 1차 연구에서는 예비 교사는 프로그래밍 학습과 프로그래밍 기반 수업 설계에 어려움을 느끼고 있었다. 프로그래밍 학습에 대한 어려움을 해결하기 위하여 프로그래밍 학습 시간을 늘리고 수업 기반 프로그램 탐색을 추가하여 프로그래밍 학습을 강화하였다. 또한, 교과와 프로그래밍의 통합을 촉진하기 위하여 프로그래밍 기반 수업 예시 탐색과 프로그래밍 기반 교육과정 탐색을 보완하였다. 프로그램 개선 효과를 검증하기 위하여 1차 연구와 마찬가지로 예비 교사를 대상으로 교육 프로그램을 적용하였다. 처치는 실험 집단에게 개선된 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램을 적용하였고, 통제 집단은 테크놀로지 도구를 제외하고 동일한 교육 프로그램을 사용하였다. 또한, 연구 대상인 예비 교사의 수도 실험, 통제 집단 모두 20명에서 40명으로 늘렸다. 연구의 통일성을 위하여 연구 대상과 처치를 제외한 교육 프로그램 적용은 동일하게 진행하였다.
교육 프로그램을 적용한 결과, 1차 연구와 마찬가지로 ICT 기반 TPACK 교육 프로그램은 예비 교사의 TPACK에 유의한 영향을 주지 않았다. 반면에 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램은 예비 교사의 TPACK 발달에 효과적이었다. 하지만 사후 검사에서 나타난 변화를 살펴보면 TPACK의 모든 영역에서 유의한 향상이 나타나지 않았다. 특히 세부 영역에서 TK, TCK, TPK, PCK, TPACK만 통계적으로 유의한 향상이 나타났다. 1차 연구와 달리 2차 연구에서는 TK와 TCK의 발달에는 효과적이었지만, TPACK의 모든 영역에서 유의한 향상이 나타나지 않았다.
예비 교사가 설계한 수업을 살펴보면 예비 교사의 TPACK 변화와 다르게 프로그래밍을 수업에서 지식 전달의 도구로 사용하고 있었다. 이를 통하여 예비 교사는 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램을 통하여 수업에서 테크놀로지 활용은 증가하였지만, 예비 교사는 테크놀로지를 교수-학습과 교육적 맥락에 따라 활용하지 못하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 개선한 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램은 예비 교사가 교육적 맥락에 따라 수업에 테크놀로지를 활용하는 역량 발달에 한계가 존재하는 것으로 나타났다.
3차 연구에서는 교육 프로그램이 예비 교사가 교과 내용과 교수-학습에 맞게 테크놀로지를 활용하지 못한다는 문제점을 해결하기 위하여 수업 설계와 성찰 활동을 개선하였다. 3차 연구에서 교육 프로그램은 기존 교육 프로그램과 달리 수업 설계 활동을 추가하고, 예비 교사가 스스로 설계한 수업을 비교·분석하면서 수업 성찰을 진행할 수 있도록 교육 프로그램을 개선하였다. 교육 프로그램의 적용은 처치를 제외한 연구 절차, 연구 대상, 검사 도구, 분석 방법 등이 동일하게 진행되었다.
3차 연구에서 개선된 프로그래밍 TPACK 기반 교육 프로그램은 ICT 기반 TPACK 교육 프로그램보다 CK를 제외한 모든 영역에서 TPACK 발달에 효과적이었다. 하지만 개선된 교육 프로그램에서도 수업 설계 과정에서 프로그래밍에 대한 어려움을 느끼는 예비 교사가 존재하였다. 예비 교사가 프로그래밍 학습 과정에서 느끼는 어려움은 프로그래밍 학습에 대한 인지적 부담이었으며, 이로 인하여 교과와 프로그래밍을 통합하는데 어려움을 유발하는 것으로 나타났다. 따라서 최종 교육 프로그램 개선 연구에서는 예비 교사가 프로그래밍 설계 및 제작 과정에 느끼는 어려움을 해결하기 위하여 프로그래밍 개발 환경 탐색을 개선하였다. 프로그램 개발 과정에서 예비 교사가 겪는 어려움을 해결하기 위하여 스크래치 고유 기능인 리믹스를 활용한 활동을 프로그래밍 개발 환경 탐색에 추가하였다. 설계 기반 연구를 통하여 예비 교사를 위한 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램을 최종 개발하였다.
설계 기반 연구를 통해 개발한 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램의 효과를 검증하기 위하여 교육 프로그램을 예비 교사에게 적용하였다. 연구 설계는 기존 연구와 동일하게 진행하였다. 하지만 예비 교사의 수업 전문성 변화를 측정하기 위한 검사 도구는 TPACK뿐만 아니라 테크놀로지 통합 자아효능감, 교수효능감, 수업 전문성을 측정하기 위한 검사 도구를 추가하였다. 또한, 예비 교사의 산출물인 수업 지도안을 분석하여 수업 전문성 변화를 살펴보았다. 처치는 설계 기반 연구를 통하여 개발한 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램을 활용하였다.
적용 결과, 개선된 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램은 ICT 기반 TPACK 교육 프로그램보다 예비 교사의 TPACK 발달에 유의한 영향을 주었다. 또한, 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램은 예비 교사의 테크놀로지 통합 자아효능감, 교수효능감, 수업 전문성 발달에도 효과적이었다. 교육 프로그램 적용 연구를 통하여 최종 개발한 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램이 예비 교사의 수업 전문성 발달에 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 예비 교사를 대상으로 교육 프로그램에 대한 의견을 조사한 결과, 프로그래밍 기반 수업 설계 과정에서 겪는 어려움을 겪는 예비 교사의 비율이 감소한 것으로 나타났다. 그뿐만 아니라 수업 지도안 분석을 통하여 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램을 경험한 예비 교사는 교과 내용과 교수-학습에 맞게 테크놀로지를 활용한다는 것을 알 수 있었다.
프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램 개발과 적용 연구를 통하여 예비 교사의 수업 전문성 발달에 효과적인 교육 프로그램을 개발할 수 있었다. 연구를 통하여 TPACK 교육에서 테크놀로지에 따라 교육적 효과가 다르게 나타날 수 있으며, 예비 교사의 TPACK 교육에서 테크놀로지 도구로 ICT 도구보다 프로그래밍 언어가 예비 교사의 수업 전문성 발달에 효과적이었다. 또한, 수업 예시 분석과 수업 설계, 수업 성찰, 리믹스를 통한 프로그램 개발 활동은 예비 교사가 교수-학습에 프로그래밍을 통합하는 것을 촉진한다는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 연구 대상과 프로그래밍 학습 과정, 검사 도구의 한계가 있었다. 또한, 개인적 특성이 수업 전문성에 미치는 영향을 분석하고, 교육 프로그램에 통하여 예비 교사의 수업 전문성을 지속적으로 관찰하고, 프로그래밍을 활용한 수업이 학습자의 변화에 미치는 영향을 분석하는 것이 필요한 것으로 나타났다. 따라서 향후 연구에서는 교사를 대상으로 한 프로그래밍 기반 TPACK 교육 프로그램 개발, 프로그래밍 학습 과정 분석, 수업 시연 과정 분석, 예비 교사의 특성에 따른 수업 전문성 변화 분석, 교육 프로그램의 효과 검증을 위한 종단 연구, 프로그래밍 기반 수업의 학생에게 미치는 교육적 효과 분석이 이루어져야 한다.