4차 산업혁명 시대의 중요한 교육목표 중 하나는 능력 중심 인재를 양성하는데 있다. 특히 고도의 기술과 결합된 복잡한 삶의 문제를 해결할 수 있는 과학적 사고력을 기르는 교육은 어느 때보다 더 강조되고 있다. 이 연구는 초등학교 과학수업에서 학습자들의 과학적 사고력 및 과학적 태도를 기르기 위한 효과적인 교수학습 환경을 설계하는 방안으로서 저작도구 활용 능력기반 교수학습 환경의 효과를 분석 하였다. 먼저 초등 과학교육에서의 구성주의 교수학습 환경 설계의 필요성을 검토하였다. 이어 구성주의 교수학습 환경 구현을 위해 발견학습 원리를 토대로 능력기반 교수학습을 계획하고, 대표적인 학습환경 자원으로 저작도구인 StarLogo를 인지 촉진 도구로 활용하는 능력기반 교수학습 환경 모형을 도출하였다. 이를 토대로 세부 교수학습 활동을 설계하고, 인천광역시 소재 초등학교 6학년 학급 중 사전 과학적 사고력 및 태도가 동질한 두 집단을 선정하여 저작도구 활용 능력기반 교수학습 환경을 적용한 수업의 효과를 분석하였다. 연구결과 첫째, 저작도구 활용 능력기반 교수학습 환경을 적용한 실험집단과 적용하지 않은 통제집단 간 과학적 사고력에 통계학적으로 유의한 차이가 있었다. 특히 과학적 사고력의 하위영역인 연역적 영역과 비판적 영역, 창의적 영역에서 유의한 차이가 있었다. 둘째, 집단 간 과학적 태도에도 통계학적으로 매우 유의한 차이가 있었고, 특히 과학적 태도의 하위영역인 감정적, 행동의도적, 유용성 인식도 요소 모두에서 유의한 차이가 있었다. 이상에서 볼 때, 저작도구 활용 능력기반 교수학습 환경은 초등학교 과학교육에서 과학적 사고력 및 태도를 향상시키는 데 효과적인 방안이라 할 수 있다. 이는 학습자의 과학적 사고력 및 태도를 효과적으로 향상시키고, 나아가 4차 산업혁명 시대에 필요한 문제해결능력을 가진 창의적 인재를 길러내기 위해 저작도구 활용 능력기반 교수학습 환경을 적용한 교육을 적극적으로 도입할 필요가 있다는 것을 시사한다.
이 연구는 초등학교 과학수업에서 학습자들의 과학적 사고력과 태도를 기르기 위한 교수학습 환경을 설계하는 방안으로 저작도구 활용 능력기반 교수학습 환경의 효과를 분석 하였다. 이는 4차 산업혁명 시대에 필요한 문제해결능력을 가진 창의적 인재를 길러내기 위해 저작도구 활용 능력기반 교수학습 교육을 적극적으로 도입할 필요가 있다는 것을 시사한다.