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문제 정의
- 교육 방법을 잘못 선택하면 오히려 컴퓨터에 대한 두려움과 어려움으로 관심과 호기심을 미리 차단할 수 있기 때문이다. 따라서 본 논문에서는 컴퓨터 기초개념 중 가장 중요한 개념인 알고리즘에 대하여 교수 방법을 설계하였다. 대상은 초등학교 4학년으로 하였으며, 학년 특성상 문제해결력과 창의력, 논리적, 사고력이 나타나는 시기로 개념학습에 대한 이해가 효과적이기 때문이다.
- '그렇다' 이상으로 응답한 비율이 80%이상으로 학생들은 게임 이외의 알고리즘이라는 내용에 대하여 알게 된 것에 대해 신기해하면서 자신감 있어 했다. 또한 컴퓨터 학습이 수학문제와 연관해서 배울 수 있다는 점에 대하여 신기 해 하였다.
- 확인할 수 있었다. 본 논문의 교수설계는 일부에 지나지 않지만 다양한 컴퓨터 개념 및 원리에 대한 교수설계의한 방법으로 방향을 제시하는데 의의가 있음을 기대한다.
- 첫 번째 논문[6]은 초등학생들의 가장 많이 접하고 있는 인터넷 환경에서 익숙하게 접하고 있는 문제점들을 파악하고, 이를 해결하기 위한 방법으로 네트워크 원리에 대하여 문제중심 학습 방법을 적용하여 교수설계를 하였다. 설계한 방법을 현장에 적용하여 초등학생들 머릿속에 있었던 인터넷 관련 용어들을 의미 있게 연결시켜줌으로써 인터넷 사용 시 문제가 발생한 경우에 원인을 생각하고 행동을 취하겠다는 긍정적인 반응을 보인 논문이다. 두 번째[7] 논문도 역시 초등학생들이 쉽게 접하는 문제 상황 중 메모리에 대한 것으로 메모리의 역할과 중요성에 대하여 탐구학습을 통하여 메모리의 역할을 학생들 스스로 찾아내도록 교수설계를 하였다.
- 평가영역은 수와 연산, 도형, 측도, 확률과 통계 영역으로 문항을 구성하였다. 이 검사는 알고리즘의 개념 학습이 수학 문제를 기반으로 하기 때문에 학생들의 수학 문제 풀이 능력이 동등한지 여부를 판단하기 위해서 실시하였다. 검사 결과<표 2>에서 보는 바와 같이 p<0.
제안 방법
- 위한 활동을 수행하였다. '문제를 해결하는 방법 찾기'를 통하여 학생 스스로 규칙을 찾고 조건을 구하여 해결과정을 절차로 표현하는 총괄 학습을 수행하였다. 대표적으로 두 개의 문제를 해결한 과정을 설명한다.
- 이들 도형을 분류하여 같은 도형끼리 모으려고 한다. 각 도형을 종류별로 나눌 수 있는 순서도를 그려보자'에 대한 문제를 이용하여 문제를 해결하는 과정을 순서대로 나타내고 순서도 기호를 적용하여 표현하는 활동을 수행하였다.<그림 7>은 예를 나타내고 있다.
- 결과 분석은 두 집단간의 사전/사후에 실시한 평가와 설문지를 통하여 '학습의 성취도', '학습 흥미도'에 대하여 분석하였다. 설문에 대한신뢰도는 Cronbach a =.
- 결과 분석은 크게 알고리즘과 순서도에 대한 이해 정도를 평가한 '학업 성취도와 동일 내용에 대한 학생들의 '흥미도'를 분석하였다.
- 또한 수학 단원과 접목하여 학습한 내용을 중점으로 설명하였다. 교수전략으로는 선언적지식 학습(컴퓨터용어에 대한 이해), 개념 학습(알고리즘의 개념 이해), 문제해결 학습(문제해결과정을 알고리즘 나타내기)전략 [4, 10]을 적용하였다.
- 교수학습 흐름도에 관련하여 각 차시별 학습주제를로 정리하였다.
- 교수자는 이 시점에서 순서도의 개념을 학습하기 위해서 학생들에게 힌트를 주었다. 그 결과, '공통된 우리만의 기호를 사용하면 된다'라는 의견을 도출하였고 자기들만의 기호를 만드는 활동을 실시하였다. 또한 알고리즘을 표현하기 위해 필요한 것들인 '시작과 끝', '처리', '비교판단', 흐름'에 대한 개념을 사전 수업의 예를 통해 정리하였다.
- 그다음 4차시는 알고리즘으로 표현하는 절차와 순서도로 나타내는 절차, 문제의 공통조건과 규칙을 찾아내어 문제를 해결하는 학습방법을 수행하였다. 즉, 순서도 학습을 통하여 일의 처리 순서와 기초적인 알고리즘 개념 학습을 지도하고 학생들이 실제 문제 상황에 맞는 풀이과정과 단계적인 질문을 통해 '문제해결 방법을 찾고, 알고리즘 적인 사고 과정을 찾아 써 보도록 하였다.
- 두번째 문제는 알고리즘에서 조건(condition) 에 따라 해결방법이 다른 분기(branch)에 대한 내용을 모둠토의를 통해 수행하였다. 적용한 문제는 '배 한개의 무게를 찾으려고 한다.
- 둘째, 학습내용을 적용하기 전에 알고리즘과 순서도 개념에 대한 인지도와 응용문제를 해결하기 위하여 문제 해결과정을 순서화 하는 능력에 대하여 학생들이 동질임을 확인하기 위하여 설문지와 평가지를 활용하여 평가를 실시하였다.
- 따라서, 다른 교과에도 컴퓨터의 기초개념과 유사한 내용이 있음을 나타낼 수 있는 내용으로 학습을 한다면 폭넓은 사고를 하도록 하는데 더욱 효과적일 것에 초점을 두고, 본 논문에서는 초등수학 4-나 '여러가지 문제 푸는 방법 찾기' 의 문제를 이용한 알고리즘과 순서도의 개념 학습을 위한 교수방법을 설계하고 적용하였다.
- 따라서, 다른 교과에도 컴퓨터의 기초개념과 유사한 내용이 있음을 나타낼 수 있는 내용으로 학습을 한다면 폭넓은 사고를 하도록 하는데 더욱 효과적일 것이다. 따라서, 초등학교 4학년 수학-나 '여러가지 문제 푸는 방법 찾기' 단원의 문제를 이용하여 수학 문제를 해결하는 과정과 단계적인 질문을 통하여 컴퓨터 알고리즘 방법을 찾을 수 있도록 설계하였다. 또한 알고리즘을 도식적으로 표현하는 순서도에 대한 학습도 병행하여 수행하였다.
- 따라서, 초등학교 4학년 수학-나 '여러가지 문제 푸는 방법 찾기' 단원의 문제를 이용하여 수학 문제를 해결하는 과정과 단계적인 질문을 통하여 컴퓨터 알고리즘 방법을 찾을 수 있도록 설계하였다. 또한 알고리즘을 도식적으로 표현하는 순서도에 대한 학습도 병행하여 수행하였다.
- 싶은 내용을 도출하였다. 또한 초등학생들이 컴퓨터에 관련해서 관심이 많은 게임 프로그램, 인터넷 회원가입 절차, 이메일, 메신저 등의 프로그램들이 이러한 알고리즘에 의해 만들어짐을 실습을 통하여 확인시켜주는 수업을 병행하였다.
- 또한 학습의 정리 단계로 지금까지 수행한 학습의 결과를 기반으로 알게된 점과 컴퓨터에서의 일 처리 알고리즘에 사고화 과정을 토의하여 더 알고 싶은 내용을 도출하였다. 또한 초등학생들이 컴퓨터에 관련해서 관심이 많은 게임 프로그램, 인터넷 회원가입 절차, 이메일, 메신저 등의 프로그램들이 이러한 알고리즘에 의해 만들어짐을 실습을 통하여 확인시켜주는 수업을 병행하였다.
- 또한, 문제 푸는 방법을 알고리즘화 하는 학습을 기반으로 기호를 이용하여 나타내는 순서도학습을 수행하였다. 즉, 다른 사람에게 나의 생각을 공통된 표기로 쉽게 이해할 수 있도록 하는 부분에 초점을 두었으며, 순서도의 필요성과 중요성에 초점을 두었다.
- 적용한 문제는 '1 부터 10까지 더하는 방법을 여러가지 찾아보고 그 방법을 그림으로 나타내기'에 대하여 모둠별 생각한 방법을 모두 그림으로 나타내도록 하였다. 또한, 이 활동에서는 다양한 방법으로 동일한 결과를 얻을 수 있음을 강조하였고 각각의 단계를 절차로 표현하기 위한 학습을 수행하였으며 문제해결 방법 찾기 과정을 통한 알고리즘 사고화 학습을 수행하였다.<그림 3>에서 보는 바와 같이 학생들은 문제를 해결하는 과정을 자신의 표현 방식대로 나타냈으며, 순차적인 것을 어떻게 표현해야하는지 모르고 있음을 알 수 있었다.
- 즉, 순서도 학습을 통하여 일의 처리 순서와 기초적인 알고리즘 개념 학습을 지도하고 학생들이 실제 문제 상황에 맞는 풀이과정과 단계적인 질문을 통해 '문제해결 방법을 찾고, 알고리즘 적인 사고 과정을 찾아 써 보도록 하였다. 마지막 2차시는 컴퓨터에서 일을 처리하는 순서를 알아보고, 알고리즘의 중요성에 대해 정리하고 학습내용에 대하여 성찰하였다.
- 마지막으로 총괄 학습에서는 이전까지 실시한 학습 내용을 학생들이 잘 이해하고 있는지 확인하기 위한 활동을 수행하였다. '문제를 해결하는 방법 찾기'를 통하여 학생 스스로 규칙을 찾고 조건을 구하여 해결과정을 절차로 표현하는 총괄 학습을 수행하였다.
- 먼저, 본격적인 알고리즘 수업을 하기 전에 학생들이 컴퓨터에 대한 사전지식을 알기 위해 '컴퓨터에 대하여 알고 있는 것^ 대하여 모둠토의 활동을 통하여 마인드 맵을 그리도록 하였다. 모둠별 결과는 거의 유사하였으며<그림 2>는 대표적인 결과물을 나타내고 있다.
- 먼저, 성취도 평가영역은 응용문제(조건에 적합한 짧은 길 찾기, 지하철 노선도 찾기, 인터넷 회원 가입하기 등)를 해결하는 과정을 단계별로 나타내는 문제로 평가하였다.
- 본시학습으로 수학문제를 통하여 정답을 구하기까지 과정을 글로 잘 표현할 수 있는지를 알아보는 활동으로 모둠토의를 통해 수행하였다.
- 분석내용은 수업 방법과 수업내용에 대한 홍미도에 대하여 조사하였다. 설문 문항은 10문항으로 설문지 작성 방법은 5점 척도로 구성하였다.
- 분석내용은 수업 방법과 수업내용에 대한 홍미도에 대하여 조사하였다. 설문 문항은 10문항으로 설문지 작성 방법은 5점 척도로 구성하였다. 설문 문항의 영역은 학습 내용에 대한 관심도, 이해도, 참여도, 성취도에 대하여 작성하였다.
- 설문 문항은 10문항으로 설문지 작성 방법은 5점 척도로 구성하였다. 설문 문항의 영역은 학습 내용에 대한 관심도, 이해도, 참여도, 성취도에 대하여 작성하였다. 분석 결과는<표 5>와 같다.
- 분석하였다. 설문지는 알고리즘과 순서도의 개념에 대한 10 문항(5점 척도)과 주관식 7개 문항의 응용문제로 구성하였다. 데이터 분석 결과는 <표 4>와 같다.
- 세 번째, 네 번째 문제는 알고리즘에서 반복 (repeat)을 학습하기 위한 것으로 역시 모둠토의를 통하여 수행하였다. 적용한 문제는 '구슬을 똑같이 나누는 방법'과 '무게 알아맞히기' 문제를 적용하여 활동하였으며, 첫 번째, 두 번째 활동과 같이 순차적으로 반복하여 순차적으로 나열하는 그림으로 결과물을 나타내었다.
- 또한 '시작과 끝', '처리', 目교판단', '흐름'에 대한 순서도의 약속된 기호에 대하여 마지막에 학습하였다. 순서도를 기호로 표현하는 연습을 하기 위해서 생활의 예(강아지 목욕시키기, 전등 갈아 끼우기, 지하철 타기, 인터넷에서 회원가입 하기)를 이용하여 활동을 수행하였다. <그림 6>은 대표적인 예를 나타내고 있다.
- 심화보충 학습을 통하여 수학문제를 푸는 과정을 단계별로 나타내는 연습을 반복적으로 수행하였다.
- 알고리즘의 특징에 대한 학습단계의 반응에 초점을 맞추어 '어떻게 표현하면 다른 사람에게 나의 생각을 알기 쉽게 나타낼 수 있을까?' 라는 문제를 토의하도록 하였다. 교수자는 이 시점에서 순서도의 개념을 학습하기 위해서 학생들에게 힌트를 주었다.
- 이 장에서는 설계한 교수방법을 현장에 적용하기 전후에 걸쳐 얻은 결과물을 토대로 전통적인 수업 방법과 그 효과를 비교분석하였다.
- 나열해 보는 활동을 하였다. 적용한 문제는 '1 부터 10까지 더하는 방법을 여러가지 찾아보고 그 방법을 그림으로 나타내기'에 대하여 모둠별 생각한 방법을 모두 그림으로 나타내도록 하였다. 또한, 이 활동에서는 다양한 방법으로 동일한 결과를 얻을 수 있음을 강조하였고 각각의 단계를 절차로 표현하기 위한 학습을 수행하였으며 문제해결 방법 찾기 과정을 통한 알고리즘 사고화 학습을 수행하였다.
- 통하여 수행하였다. 적용한 문제는 '구슬을 똑같이 나누는 방법'과 '무게 알아맞히기' 문제를 적용하여 활동하였으며, 첫 번째, 두 번째 활동과 같이 순차적으로 반복하여 순차적으로 나열하는 그림으로 결과물을 나타내었다. 이들 활동을 통하여 학생들은 문제 푸는 과정을 명시적으로 표현하는 것에 대해 상당히 어려워하였으며, 서로의 결과물에 대하여 '복잡하다', '알아볼 수 없다', '간단한 것이 보기 좋다' 등의 반응을 보였다.
- 전시학습과 문제설정으로 1, 2차시에는 실생활에서 일의 처리 순서를 알아보고 학습방법을 안내하였으며, 컴퓨터로 할 수 있는 일을 알아보고 컴퓨터도 이러한 일의 순서에 따라 일이 처리 된다는 것을 학습하였다. 다음으로 4차시에 걸쳐 수행한 수학4-나 문제를 이용한 문제해결 방법과 순서 찾기 수업은 초등학교 4학년이면 누구나 풀 수 있는 문제를 교과서에서 발췌, 응용하여 적용하였匸]"[ll].
- 있다. 전체 수업은 총 12차시로 설계하였으며 1, 2차시 수업과 11, 12차시 수업은 학습안내와 학습정리이며 수학4-나의 문제를 이용한 학습은 3차시에서 6차시에 걸쳐 학습을 진행하였고 이를 토대로 한 알고리즘과 순서도 학습은 7차시에서 10차시까지 진행하였다.
- 수행하였다. 즉, 다른 사람에게 나의 생각을 공통된 표기로 쉽게 이해할 수 있도록 하는 부분에 초점을 두었으며, 순서도의 필요성과 중요성에 초점을 두었다. 또한 '시작과 끝', '처리', 目교판단', '흐름'에 대한 순서도의 약속된 기호에 대하여 마지막에 학습하였다.
- 즉, 순서도 학습을 통하여 일의 처리 순서와 기초적인 알고리즘 개념 학습을 지도하고 학생들이 실제 문제 상황에 맞는 풀이과정과 단계적인 질문을 통해 '문제해결 방법을 찾고, 알고리즘 적인 사고 과정을 찾아 써 보도록 하였다. 마지막 2차시는 컴퓨터에서 일을 처리하는 순서를 알아보고, 알고리즘의 중요성에 대해 정리하고 학습내용에 대하여 성찰하였다.
- 첫 번째 문제는 알고리즘의 순차성(sequence) 을 학습하기 위한 활동으로 순차적으로 일의 순서를 나열해 보는 활동을 하였다. 적용한 문제는 '1 부터 10까지 더하는 방법을 여러가지 찾아보고 그 방법을 그림으로 나타내기'에 대하여 모둠별 생각한 방법을 모두 그림으로 나타내도록 하였다.
- 첫째, 알고리즘과 순서도 개념과 응용문제의 해결 과정을 순서화하는 능력에 대하여, 제안한 학습 방법을 적용하기 전후의 실험반과 비교반의 학업 성취도와 개념이해 정도에 대한 평가 결과를 분석하였다. 설문지는 알고리즘과 순서도의 개념에 대한 10 문항(5점 척도)과 주관식 7개 문항의 응용문제로 구성하였다.
- 평가 내용은 알고리즘에 관한 지식, 순서도에 관한 지식, 문제해결 순서 찾기, 문제해결 방법 찾기 등으로 구성하였다. 검사 결과는<표 3>과 같으며, p<0.
- 도구를 사용하였다. 평가영역은 수와 연산, 도형, 측도, 확률과 통계 영역으로 문항을 구성하였다. 이 검사는 알고리즘의 개념 학습이 수학 문제를 기반으로 하기 때문에 학생들의 수학 문제 풀이 능력이 동등한지 여부를 판단하기 위해서 실시하였다.
대상 데이터
- 대상은 초등학교 4학년 2개 반 76명으로 하였으며, 실험반은 제안한 교수방법을 비교반은 전통적인 교수방법과 타 교과내용을 접목하지 않은 컴퓨터와 관련된 내용으로 구성하여 수업을 실시하였다. 결과 분석은 두 집단간의 사전/사후에 실시한 평가와 설문지를 통하여 '학습의 성취도', '학습 흥미도'에 대하여 분석하였다.
이론/모형
- 첫째, 수학 학업성취도 검사는 교육과정평가원의 초등학교 수학4-나에 대한 평가척도에 따른 평가 도구를 사용하였다. 평가영역은 수와 연산, 도형, 측도, 확률과 통계 영역으로 문항을 구성하였다.
성능/효과
- 이는 컴퓨터 과학에 초점을 두어 구성한 내용보다는 교과의 내용에 적절히 가공하여 구성한 내용이 학생들에게 학습의 흥미를 갖게 했다는 예측을 할 수 있다. 둘째, 컴퓨터 과학의 고급 원리일지라도 대상의 수준에 맞추어 가공하여 교수설계를 한다면 초등학생이라도 학습이 가능함을 확인할 수 있었다.
- 따라서, 초등학생에게 익숙하지 않은 컴퓨터의 개념 학습은 교수방법이 매우 중요하며, 다른 교과의 내용과 접목하여 학습내용을 구성한다면 쉽게 컴퓨터에 대한 개념학습이 이루어질 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 논문의 교수설계는 일부에 지나지 않지만 다양한 컴퓨터 개념 및 원리에 대한 교수설계의한 방법으로 방향을 제시하는데 의의가 있음을 기대한다.
- 볼 수 있다. 비교반의 경우 30%정도 약간의 향상은 있었으나 그 향상 정도는 문제에 순서도를 적용하는 것보다는 기호를 이해하는 정도로 기여했음을 알 수 있었다. 학생들은 '어려웠다', '재미없다', '어떻게 표현해야 할지 모르겠다'라고 반응을 나타낸 반면, 실험반인 경우에는 '수학 문제가 컴퓨터와 관계가 있는 것이 신기하다', '새로운 것을 배워서 재미있다'등의 반응이 많이 나타났다.
- 그대로 반영되어 나타났다. 비교반인 경우 '그저 그렇다' 이하의 응답비율을 동일항목에 대해 비율을 살펴보면 87%, 89.6%, 89.6%, 81.7% 로컴퓨터의 개념학습 내용은 전통적인 방법으로 수업을 한 경우에는 학생들에게 모든 영역에서 흥미와 관심을 이끌지 못함을 알 수 있었다. 역으로 보면, 교수방법을 어떻게 구성하느냐에 따라 학습의 흥미도가 영향을 줌을 확인할 수 있었다.
- 역시, 학습활동을 하기 이전보다 문제를 해결하는 과정을 미숙하지만 순서에 따라 잘 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.
- 7% 로컴퓨터의 개념학습 내용은 전통적인 방법으로 수업을 한 경우에는 학생들에게 모든 영역에서 흥미와 관심을 이끌지 못함을 알 수 있었다. 역으로 보면, 교수방법을 어떻게 구성하느냐에 따라 학습의 흥미도가 영향을 줌을 확인할 수 있었다.
- 이들 논문들의 공통점은 컴퓨터 과학의 원리와 개념을 교수하는 방법을 설계하고 적용했다는 점과 컴퓨터 과학의 원리와 기초 개념을 초등학생들의 수준에 맞추어 가공하여 교수설계하면 학습이 가능하며 컴퓨터를 사용 시 문제 상황에 대하여 신중한 대처를 함에 효과가 있음을 보였다는 점이다. 본 논문도 위의 논문들과 최종목적은 같지만 교수설계에 있어서 위의 논문들은 컴퓨터 원리를 그대로 기존의 교수방법과 접목하였다면, 본 논문은 동 학년의 수학교과의 내용을 접목하여 원리를 가공하였다는 점에서 구분될 수 있다.
- 적용한 결과, 첫째, 교과와 접목하지 않은 내용으로 수업한 학생들보다 학업 성취도와 흥미도가 상당히 우수했음을 확인할 수 있었다. 이는 컴퓨터 과학에 초점을 두어 구성한 내용보다는 교과의 내용에 적절히 가공하여 구성한 내용이 학생들에게 학습의 흥미를 갖게 했다는 예측을 할 수 있다.
- 전체적으로 보면, 수업을 진행하면서 대부분 학생들이 적극적인 반응을 보였던 점이 분석에서도 그대로 반영되어 나타났다. 비교반인 경우 '그저 그렇다' 이하의 응답비율을 동일항목에 대해 비율을 살펴보면 87%, 89.
후속연구
- 즉, 초등학생들이 그 학습내용에 관심이 없으면 일회성 지식으로만 남을 수 있기 때문이다. 따라서, 다른 교과에도 컴퓨터의 기초개념과 유사한 내용이 있음을 나타낼 수 있는 내용으로 학습을 한다면 폭넓은 사고를 하도록 하는데 더욱 효과적일 것이다. 따라서, 초등학교 4학년 수학-나 '여러가지 문제 푸는 방법 찾기' 단원의 문제를 이용하여 수학 문제를 해결하는 과정과 단계적인 질문을 통하여 컴퓨터 알고리즘 방법을 찾을 수 있도록 설계하였다.
- 두 번째[7] 논문도 역시 초등학생들이 쉽게 접하는 문제 상황 중 메모리에 대한 것으로 메모리의 역할과 중요성에 대하여 탐구학습을 통하여 메모리의 역할을 학생들 스스로 찾아내도록 교수설계를 하였다. 이 논문 역시 초등학생들이 메모리에 대한개념과 역할에 대해 학습이 되어 있다면 문제가 발생하였을 때 컴퓨터에 무리한 행동을 하지 않고 효과적으로 대처할 수 있을 것임을 보이고 있다. 세 번째 논문⑻은 컴퓨터 과학 분야 중 가장 근간이 되는 것으로 알고리즘 중에서 정렬 알고리즘에 대한 교수설계이다.
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