The Effects of 4D-Frame Teaching upon Mathematically Gifted Elementary Students' Mathematical Creativity and Spatial Sense

본 연구의 목적은 최근에 개발되어 도형학습에서 널리 사용되고 있는 4D 프레임을 활용한 수학영재 학습프로그램을 구안하고 이를 수업에 적용하여 초등 수학영재학생들의 공간감각과 수학적 창의성에 어떤 영향을 미치는지를 탐구하는데 있다. 이를 위해 2007 개정교육과정의 5, 6학년 도형영역의 학습내용을 분석하여 4D 프레임을 활용한 수학영재학습 프로그램을 구안하였다. 그리고 대구광역시 소재 <TEX>${\bigcirc}{\bigcirc}$</TEX>교육지원청 A, B초등학교의 영재학급에 소속된 6학년 36명(남:22명, 여:14명)을 연구대상으로 선정하고 본 연구자가 구안한 프로그램으로 수업을 실시하여 효과를 분석하였다. 그 결과 4D 프레임을 활용한 학습프로그램은 초등 수학영재학생들의 공간감각에 있어 유의미한 결과를 보였으며, 하위 요소에 있어서는 공간시각화 영역의 회전 요소와 공간 방향화 영역의 거리감각 및 물체의 구조인식 능력에서 유의미한 결과를 보였다. 또한 초등 수학영재학생들의 수학적 창의성에 있어서도 유의미한 결과를 보였으며 하위 요소에 있어서는 유창성, 융통성, 독창성 모두에서 유의미한 결과를 보였다. 따라서 4D 프레임 활용 학습 프로그램이 초등수학 영재학생들의 공간감각과 수학적 창의성 향상에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. The aim of this study was to develop a gifted educational program in math-gifted class in elementary school using recently developed 4D-frame. This study identified how this program impacted on spatial sense and mathematical creativity for mathematically gifted students. The investigation attempted to contribute to the developments for the gifted educational program. To achieve the aim, the study analysed the 5 and 6th graders' figure learning contents from a revised version of the 2007 national curriculum. According to this analysis, twelve learning sections were developed on the basis of 4D-frame in the math-gifted educational program. The results of the study is as follows. First, a learning program using 4D-frame for spatial sense from mathematically gifted elementary school students was statistically significant. A sub-factor of spatial visualization called mental rotation and sub-factors of spatial orientations such as sense of distance and sense of spatial perception were statistically significant. Second, the learning program that uses 4D-frame for mathematical creativity was statistically significant. The sub-factors of mathematical creativity such as fluency, flexibility and originality were all statistically significant. Third, the manipulation properties of 4D-frame helped to understand the characteristics of various solid figures. Through the math discussions in the class, participants' error correction was promoted. The advantage of 4D-frame including easier manipulation helped participants' originality for their own sculpture. In summary, this found that the learning program using 4D-frame attributed to improve the spatial sense and mathematical creativity for mathematically gifted students in elementary school. These results indicated that the writers' learning program will help to develop the programs for the gifted education program in the future.