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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 국내·외 컴퓨터 관련 교육과정 분석 결과를 바탕으로 다양한 알고리즘 학습주제를 선정한 후 학습자의 인지 구조와 수준을 고려하여 놀이 중심의 알고리즘 학습 프로그램 개발 및 적용을 통해 논리적 사고력을 증진시키고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 국내·외 컴퓨터 관련 교육과정과 일반적인 알고리즘 분야를 종합 분석하여 교육 내용을 선정하고, 이를 바탕으로 초등학생의 인지 수준에 맞게 놀이 중심의 학습 프로그램을 개발하여 학습자의 논리적 사고력 신장에 미치는 영향을 검증하였다.
- 따라서 ICT 교육은 지금까지의 단순 컴퓨터 활용 교육에서 벗어나 학생들의 논리적 사고력을 신장시킬 수 있는 알고리즘 위주의 교육과정 및 교육 자료 등의 학습 방안 마련이 시급하다. 이에 본 논문에서는 초등학생의 수준에 적합한 놀이 중심의 알고리즘 학습 프로그램을 개발하여 적용한 후 논리적 사고력 신장 여부를 검증하였다.
가설 설정
- 넷째, 알고리즘은 신속하다. 좋은 알고리즘은 일련의 과정이 간소하고 직접적으로 처리되어서 수행 시간을 단축시켜 준다.
제안 방법
- 연구 절차는 개발한 알고리즘 학습 프로그램을 적용하기 전 비교집단과 실험집단의 유의한 차이가 존재하는지 사전검사를 실시하였다. 검사 후 실험집단에는 개발한 알고리즘 학습 프로그램을 적용하였고, 비교집단에는 기존 방식의 ICT활용 수업을 실시하였다. 실험 기간은 총 9주에 걸쳐 9차시를 진행하였다.
- 계획 단계에서 다양한 자료를 분석하여 알고리즘 학습 주제에 적합한 놀이 활동을 선정하고 개발에 필요한 학습 요소를 분석한다.
- 개발 단계에서는 분석한 내용을 바탕으로 스토리보드를 작성하여 학습자의 수준과 교육 환경에 적합한 학습문제 및 구체적 조작 활동, 놀이 활동의 규칙, 조건 등을 선정한다. 그리고 선정 결과를 바탕으로 놀이 활동에 필요한 교육 자료를 프로토타입으로 제작하였다.
- 정리 및 평가 단계에서는 놀이 및 조작활동을 하면서 발견된 알고리즘 원리를 반성해 봄으로써 알고리즘 개념을 정립한다. 또한 본 차시에 적용된 알고리즘 원리를 학습자의 인지 수준에 맞게 읽을거리 자료로 제시하여 오개념이 형성되지 않도록 지도한다.
- 본 논문에서 제안한 학습 프로그램은 교사용 지도 자료와 교수·학습 과정안 그리고 학습자용 학습 자료로 개발하였다.
- 선행 연구에서 살펴본 제언들과 같이 보다 다양한 알고리즘 주제의 학습 프로그램 개발을 위하여 외국에서 이루어지는 컴퓨터 관련 교육과정 및 프로젝트, 일반적인 알고리즘 내용을 분석하였다.
- 셋째, 학습의 동기 유발을 위하여 모둠별 또는 개별 경쟁 놀이가 가능하도록 학습 프로그램을 구성한다.
- 검사 후 실험집단에는 개발한 알고리즘 학습 프로그램을 적용하였고, 비교집단에는 기존 방식의 ICT활용 수업을 실시하였다. 실험 기간은 총 9주에 걸쳐 9차시를 진행하였다.
- 연구 절차는 개발한 알고리즘 학습 프로그램을 적용하기 전 비교집단과 실험집단의 유의한 차이가 존재하는지 사전검사를 실시하였다. 검사 후 실험집단에는 개발한 알고리즘 학습 프로그램을 적용하였고, 비교집단에는 기존 방식의 ICT활용 수업을 실시하였다.
- 이와 같은 개발 방향에 따라 에서 선정된 학습주제별 놀이 활동 프로그램을 (그림 1)과 같은 개발 모형에 따라 총 6개월에 걸쳐 연구 및 개발하였다.
- 제공받은 피드백 자료를 바탕으로 놀이 활동을 수정·보완하여 완성한다.
- 첫째, 학습자의 인지 수준에 맞는 문제 상황을 구체적 조작 활동으로 제시한다. 정신적 표상 활동으로만 이루어지는 활동은 학습의 어려움으로 인해 학습 동기가 저하될 수 있으므로 구체적인 조작 활동을 통해 학습자의 생각을 바로 표현할 수 있는 기회를 제공해야 한다.
- 컴퓨터 과학 교육 관련 프로젝트로 뉴질랜드 Canterbury 대학 Tim Bell 교수 연구진의 활동 중심 컴퓨터 과학 교육(Unplugged Project) 자료에 반영된 내용을 분석하였다[8]. 또한 일반적인 알고리즘 교육 내용과 이해 증진에 필요한 기초적인 자료구조 내용[8]을 분석한 결과 <표 2>와 같다.
- 본 논문에서 제안한 학습 프로그램은 <표 6>과 같은 학습 모형으로 전개한다. 학습 모형은 Joyce, Weil의 게임 학습 모형[10]을 재구성하였다.
- 학습자용 학습 자료는 설계한 학습 모형에 따라 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 사례 중에서 알고리즘 원리와 관련된 예를 제시하고 놀이 활동에서 능동적인 학습을 위해 문제 상황, 규칙, 조건 등을 자세히 제시하였다. 이 밖에도 오개념 형성 방지를 위한 읽을거리, 놀이 활동에 필요한 간단한 준비물로구성하였다.
대상 데이터
- GALT 검사 도구는 완본판과 축소판이 있는데 본 논문에서는 12개 문항의 축소판을 도구로 선정하였으며, 검사 도구의 내적 신뢰도는 .60이상인 것으로 보고되었다[1].
- 연구대상은 제주시 소재의 초등학교 5학년 2개 학급을 임의로 선정하여 각각 실험집단(30명), 비교집단(30명)으로 구성하였다.
데이터처리
- 실험집단과 비교집단 내 실험처치 전후 비교를 위해 대응표본 t검증을 실시하였고 결과는 와 같다.
- 실험처치 전 실험집단과 비교집단 사이의 유의한 차이가 존재하는 알아보기 위해 독립표본 t검증을 실시한 결과 과 같다.
- 실험처치 후 실험집단과 비교집단의 논리적 사고력 변화가 통계적으로 유의한 차이를 보이는지 알아보기 위해 독립표본 t검증을 실시하였고 결과는 과 같다.
이론/모형
- 본 논문에서는 학습자의 논리적 사고력 측정을 위해 GALT 검사 도구를 사용하였다. GALT는 선다형과 주관식 문항의 지필 형식으로 개발한 인지발달 수준 측정 도구로 보존·비례·변인통제·확률·상관·조합 논리 능력으로 구분하여 측정이 이루어진다.
성능/효과
- 넷째, 놀이 활동이 종료되면 알고리즘 오개념이 형성되지 않도록 동작 원리 중심의 개념 형성 과정을 제공하도록 구성한다.
- 둘째, 기초적인 자료구조부터 알고리즘 난이도에 따라 학습 위계를 정하여 교육 내용을 제시함으로써 학습자의 학습 부담을 최소화한다.
- 둘째, 다양한 활동을 통해 학습하게 되는 알고리즘 원리는 학습자의 논리적 사고 능력 신장에 효과적이어야 한다.
- 둘째, 알고리즘은 신뢰할 수 있다. 알고리즘의 일련의 과정에서 수행되는 연산을 신뢰할 수 있다면 수행 결과 역시 신뢰할 수 있고 일반화 역시 가능하다.
- 연구 실험 결과 본 논문에서 개발한 놀이 중심 알고리즘 학습 프로그램을 적용한 실험집단은 전통적인 ICT 활용 수업을 적용한 비교집단에 비해 논리적 사고력 평균 점수가 향상 되었으며, 특히 조합 논리는 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 집단간 논리적 사고력 전후 비교 결과 비교집단은 유의한 차이를 보이지 않았지만, 실험집단은 통계적으로 유의한 차이를 보여 놀이 중심의 알고리즘 학습 프로그램이 학습자의 논리적 사고력 향상에 긍정적인 영향을 주는 것으로 해석된다.
- 셋째, 알고리즘은 정확하다. 일련의 과정과 결과로 도출되는 값은 오류가 존재하지 않는다면 정확하다.
- 실험집단은 비교집단에 비해 6개의 하위 요소 중 보존논리에서 평균 점수가 각각 1.13(±0.63)과 1.07(±0.52)로 높게 나타났으나 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다.
- 실험집단의 논리적 사고력 6개 하위 요소 중 비례논리, 변인통제논리, 상관논리, 조합논리에서 유의한 차이를 나타냈다. 그러나 비교집단의 6개 하위 요소는 모두 통계적으로 유의하지 않았다.
- 실험처치 후 실험집단과 비교집단의 논리합계 평균 점수는 각각 3.60(±1.94)과 3.33(±2.02)으로 실험집단의 점수가 높게 나타났지만 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다.
- 연구 실험 결과 본 논문에서 개발한 놀이 중심 알고리즘 학습 프로그램을 적용한 실험집단은 전통적인 ICT 활용 수업을 적용한 비교집단에 비해 논리적 사고력 평균 점수가 향상 되었으며, 특히 조합 논리는 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 집단간 논리적 사고력 전후 비교 결과 비교집단은 유의한 차이를 보이지 않았지만, 실험집단은 통계적으로 유의한 차이를 보여 놀이 중심의 알고리즘 학습 프로그램이 학습자의 논리적 사고력 향상에 긍정적인 영향을 주는 것으로 해석된다.
- 일곱째, 알고리즘은 유익하다.
- 전체 논리 합계에서 실험집단의 사전·사후 검사 평균 점수는 각각 2.90(±1.86)과 3.60(±1.94)으로 사후 검사에서 높게 나타났으며, 이는 통계적으로 유의하였다.
- 첫째, 알고리즘 원리를 이론적인 내용보다 놀이 중심의 구체적인 조작 활동으로 구성하여 학습자의 이해도 및 흥미도를 높인다.
- 첫째, 알고리즘은 강력하다. 알고리즘은 특정 문제해결에만 사용되는 것이 아니라, 일반화 시켜 특정 종류의 문제 해결에 적용할 수 있다.
후속연구
- 향후 학습 주제를 컴퓨터 과학 분야로 확장하여 다양한 학습 내용을 선정, 조직화하고 학습자의 수준에 맞게 학습 프로그램을 개발하여 제공한다면 사고력을 신장시킬 수 있는 컴퓨터 교육의 기틀을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.
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