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문제 정의
- EPL의 학습효과에 영향을 미치는 중재변인은 많이 있다. 본 연구에서는 교과, 학령, 그리고 연구 논문의 간행형식, 실험설계방법도 중재변인으로 보고 그 효과를 비교하였다.
- 실험설계방법은 이질통제집단 전후검사설계, 단일집단 전후검사설계로 구분하였다. 분석 대상 자료 중에서 비교집단을 선정하지 않은 실험설계가 다수 있으므로 이에 대한 분석이 필요하다고 판단하였다.
- 이러한 필요성에 따라 본 연구에서는 메타분석을 통하여 2000년대 이후 2010년까지 국내에서 이루어진 EPL의 학습효과에 대한 연구결과들을 대상으로 EPL 프로그램 종류와 중재변인에 따라 종속변인에 어느 정도 영향을 미치는지 변인별 평균 효과크기와 변인 간 평균 효과크기의 차이를 밝혀, EPL의 효과적인 적용을 위한 시사점을 도출하는 데 그 목적이 있다.
- Piajet의 인지발달단계에 따르면 초등학생은 구체적 조작기, 중학생은 구체적 조작기와 형식적 조작기가 혼재하는 시기, 고등학생은 형식적 조작기에 해당하므로 학령에 따라 EPL에 대한 학습효과 차이가 발생할 수 있다. 학령별 EPL 연구결과를 바탕으로 이에 대한 차이를 알아보고자 한다.
가설 설정
- 이러한 프로그래밍 교육의 필요성에도 불구하고 프로그래밍 학습에서 어려움을 겪는 여러 가지 요인이 있다. 첫째, 새로운 언어 규칙 학습의 어려움이다. 프로그래밍 언어는 문법, 구조, 논리적인 전개 과정이 복잡하여 학습에 어려움을 겪을 수 있다[4][5].
- 확률적 해석방법은 효과크기의 개념이 Z점수의 개념과 동일하다는 가정 하에 효과크기를 비중복 백분위(percentiles of nonoverlap) 지수인 U3로 환산하여 효과를 해석하는 것이다. U3는 효과의 정도가 높은 집단의 50분위수 위치에 해당하는 것을 효과의 정도가 낮은 집단의 경우로 전환하면 ‘어떤 백분단위’의 위치에 해당하는가를 가늠케 한다.
제안 방법
- 논문 목록을 추출하기 위하여 사용한 주요 검색 키워드는 ‘교육용 프로그래밍언어(EPL)’, ‘프로그래밍교육’, ‘스크래치(Scratch)’, ‘스퀵(Squeak Etoys)’, ‘앨리스(Alice)’, ‘로고(Logo)’, ‘두리틀(Dolittle)’ 등이었다.
- 지수에 의한 확률적 해석 방법, 95% 신뢰 구간 해석 방법의 3가지 방법이 사용된다[36]. 대부분의 연구에서 Cohen의 제안과 U3지수를 사용하여 효과크기를 해석하므로, 본 연구에서도 이와 동일하게 두 가지 방법에 의하여 효과크기를 해석하였다.
- 그 중에서 교과서에서 실제로 사용되고, EPL 효과를 위한 실험 연구에 사용된 언어는 Scratch, Squeak Etoys, Alice, Logo, Dolittle이었다. 본 연구에서는 메타분석을 위한 EPL의 종류로 이상의 5개 교육용프로그래밍언어를 포함한다.
- 완전한 형식적 조작기에 속하지 않은 학습자들은 프로그래밍 학습에서 추상적 개념을 익히는 데 어려움을 겪는다. 셋째, 학습자 자신의 문제해결력과 지식의 부족이 프로그래밍 학습에 인지부담으로 작용한다. 학습자의 인지부담을 줄이기 위해서는 학습 과정에서 언어 자체보다 정보 교과의 내용을 학습하는 데 중점을 두는 것이 필요하다.
- 대체로 석사학위논문은 박사학위논문이나 학술지논문에 비해 연구자의 연구 수행 능력이 상대적으로 낮다고 볼 때, 간형형식별로 연구결과의 차이가 있을 것으로 예상된다. 실험설계방법은 이질통제집단 전후검사설계, 단일집단 전후검사설계로 구분하였다. 분석 대상 자료 중에서 비교집단을 선정하지 않은 실험설계가 다수 있으므로 이에 대한 분석이 필요하다고 판단하였다.
- 이 연구문제에서 EPL 프로그램으로 Scratch, Squeak Etoys, Alice, Logo, Dolittle을 포함한다. 중재변인은 교과(정보, 수학), 학령(초, 중, 고), 간행형식(석사학위논문, 박사학위논문, 학술지논문), 실험설계방법(이질통제집단 전후검사설계, 단일집단 전후검사설계)을 포함한다.
- 이러한 통계자료를 기초로 , 의 공식을 이용하여 효과크기를 계산한다.
- EPL이 학습효과에 미치는 영향을 메타분석하기 위하여 2000년부터 2010년까지 국내에서 발행된 석·박사 학위논문과 학술지 게재 논문을 분석 대상으로 한정하였다. 자료를 수집하기 위하여 온라인 학술 데이터베이스를 활용하여 국내에서 발행된 EPL 논문목록을 추출하였다. 논문 목록을 추출하기 위하여 사용한 주요 검색 키워드는 ‘교육용 프로그래밍언어(EPL)’, ‘프로그래밍교육’, ‘스크래치(Scratch)’, ‘스퀵(Squeak Etoys)’, ‘앨리스(Alice)’, ‘로고(Logo)’, ‘두리틀(Dolittle)’ 등이었다.
- 종속변인은 독립변인 EPL에 의한 효과로서 문제해결력, 학업성취도, 논리적 사고, 창의성, 학습동기를 포함한다. 문제해결력에는 메타인지, 비판적 사고, 적용력, 평가력 등의 고차원적 사고가 포함된다.
- 이 연구문제에서 EPL 프로그램으로 Scratch, Squeak Etoys, Alice, Logo, Dolittle을 포함한다. 중재변인은 교과(정보, 수학), 학령(초, 중, 고), 간행형식(석사학위논문, 박사학위논문, 학술지논문), 실험설계방법(이질통제집단 전후검사설계, 단일집단 전후검사설계)을 포함한다. 종속변인인 학습효과 변인은 문제해결력, 학업성취도, 논리적 사고, 창의성, 학습동기를 포함한다.
- 효과크기는 메타분석의 효과크기를 구하기 위한 과 의 공식을 적용하여 산출하였다.
대상 데이터
- EPL 종류는 초·중등 교과서에서 실제 다루고 있는 언어 또는 현재 우리나라에서 EPL 연구 대상인 언어로 한정하였다.
- EPL이 학습효과에 미치는 영향을 메타분석하기 위하여 2000년부터 2010년까지 국내에서 발행된 석·박사 학위논문과 학술지 게재 논문을 분석 대상으로 한정하였다.
- 김수환[10]은 실제 현장에서 많이 활용되고 있는 EPL 26개를 선정하고 이를 분석하였다. 그 중에서 교과서에서 실제로 사용되고, EPL 효과를 위한 실험 연구에 사용된 언어는 Scratch, Squeak Etoys, Alice, Logo, Dolittle이었다. 본 연구에서는 메타분석을 위한 EPL의 종류로 이상의 5개 교육용프로그래밍언어를 포함한다.
- 넷째, 소프트웨어의 빠른 발전적 특성으로 인해 2000년 이후 연구된 EPL 논문만을 대상으로 한다.
- 교과별로 EPL의 평균 효과크기를 분석한 결과는 <표 5>와 같다. 여기에서 수학 교과에 사용된 EPL은 모두 Logo이며, 정보 교과에 사용된 EPL은 Scratch, Squeak, Alice, Dolittle이다.
- 논문 목록을 추출하기 위하여 사용한 주요 검색 키워드는 ‘교육용 프로그래밍언어(EPL)’, ‘프로그래밍교육’, ‘스크래치(Scratch)’, ‘스퀵(Squeak Etoys)’, ‘앨리스(Alice)’, ‘로고(Logo)’, ‘두리틀(Dolittle)’ 등이었다. 위의 과정을 거쳐 검색된 논문들 중에서 다음에 제시하는 자료선정 기준을 만족하는 논문만 최종 분석대상 자료로 선정하였다.
- 이러한 자료선정 기준을 적용하여 최종적으로 총 31편의 논문만이 연구대상으로 선정되었다. 분석대상 논문을 유형별로 구분하면 <표 1>과 같다.
데이터처리
- 지수를 적용하여 해석하였다. 효과크기에 대한 변인 간 차이 검정은 t검정과 F검정을 실시하고, F검정 결과 차이가 있는 경우에는 사후 비교분석으로 Fisher의 LSD 검정을 실시하였다.
이론/모형
- Hedges와 Olkin의 효과크기 계산 공식은 과 같으며[35], 본 연구에서는 이 공식에 따라 효과크기를 산출하였다.
- 산출된 효과크기는 실험집단의 평균이 통제집단의 평균에 비해 표준점수 척도로 보았을 때 어느 정도로 효과가 있었는지를 나타내는 Cohen[37]의 제안과 U3지수를 적용하여 해석하였다. 효과크기에 대한 변인 간 차이 검정은 t검정과 F검정을 실시하고, F검정 결과 차이가 있는 경우에는 사후 비교분석으로 Fisher의 LSD 검정을 실시하였다.
- 효과크기의 해석에는 Cohen이 제안한 해석 방법, U3지수에 의한 확률적 해석 방법, 95% 신뢰 구간 해석 방법의 3가지 방법이 사용된다[36]. 대부분의 연구에서 Cohen의 제안과 U3지수를 사용하여 효과크기를 해석하므로, 본 연구에서도 이와 동일하게 두 가지 방법에 의하여 효과크기를 해석하였다.
성능/효과
- 78%이다. EPL 종류 간 평균 효과크기의 차이를 알아보기 위하여 F검정을 한 결과 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(F4,40,.05 = 0.67). 비록 EPL 종류 간 평균 효과크기의 차이에서 통계적인 차이는 발생하지 않았지만, 모든 EPL은 효과크기의 수치에서 큰 효과크기(0.
- EPL 종류별 평균 효과크기를 높은 것부터 순서대로 제시하면 Logo, Squeak, Scratch, Alice, Dolittle이다. EPL 종류 중에서 효과크기가 가장 큰 것은 Logo로서 평균 효과크기가 1.33이고 U3지수는 90.82%이며, 효과크기가 가장 작은 것은 Dolittle로서 평균 효과크기가 0.87이고 U3지수는 80.78%이다. EPL 종류 간 평균 효과크기의 차이를 알아보기 위하여 F검정을 한 결과 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(F4,40,.
- EPL 평균 효과크기는 정보 교과에서는 0.99이고 수학 교과에서는 1.33로 나타나서 EPL은 정보와 수학 교과에서 모두 학습효과가 높은 교수·학습방법이라고 해석된다.
- 각 EPL 종류에서 종속변인별 평균 효과크기는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 각 종속변인에서도 EPL 종류 간의 평균 효과크기는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 그러나, 전체 EPL 종류를 통합한 종속변인별 평균 효과크기 차이 검정에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(F4,40 = 6.
- 88). 간행형식별로 연구자의 연구 능력의 차이 때문에 평균 효과크기에도 영향을 미칠 것으로 예상했으나 검정 결과로는 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 교과별 EPL 평균 효과크기 차이를 알아보기 위하여 t검정을 한 결과 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(t43,.05 = 1.11). EPL 평균 효과크기는 정보 교과에서는 0.
- 그러나, 전체 EPL 종류를 통합한 종속변인별 평균 효과크기 차이 검정에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(F4,40 = 6.521, p <.001).
- 셋째, 기본적인 알고리즘을 기술할 수 있고 기본적인 프로그래밍 구조화 원리를 배울 수 있어야 한다. 넷째, 일상적으로 사용하는 소프트웨어가 제공하는 객체지향 개념이 도입되어 조합으로 프로그래밍이 가능해야 한다. 다섯째, 정보통신의 구조를 체험적으로 학습하기 위해 네트워크가 가능해야 한다.
- 넷째, 일상적으로 사용하는 소프트웨어가 제공하는 객체지향 개념이 도입되어 조합으로 프로그래밍이 가능해야 한다. 다섯째, 정보통신의 구조를 체험적으로 학습하기 위해 네트워크가 가능해야 한다.
- 둘째, 중재변인별로 분석한 결과, EPL은 정보와 수학 교과에서 활용되며 통계적으로 교과 간의 유의한 차이는 나타나지 않았다. 특히, 수학 교과에서는 Logo가 활용되며 정보 교과에서는 Scratch, Squeak Etoys, Alice, Dolittle이 활용되는 것으로 나타났다.
- 첫째, 프로그래밍 스타일이 절차적이거나 이벤트 기반이지만 객체지향으로 전환되는 추세이다. 둘째, 프로그래밍 구성요소는 조건문, 프로시저/메소드가 포함된다. 셋째, 코드는 텍스트 또는 그림으로 표현된다.
- 둘째, 학습자의 인지 발달에 적절한 교수·학습방법 적용이 어렵다는 점이다.
- 사후검정결과 창의성은 다른 모든 종속변인보다 평균 효과크기가 통계적으로 유의하게 더 큰 것으로 나타났다. 문제해결력은 학업성취도, 학습동기보다 평균 효과크기가 통계적으로 유의하게 더 크며, 논리적 사고는 학업성취도, 학습동기보다 평균 효과크기가 통계적으로 유의하게 더 크다. 창의성, 문제해결력, 논리적 사고가 높은 학습효과를 나타내는 것은 EPL이 고등사고기능에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 의미하며, 학습동기가 다른 종속변인에 비해 상대적으로 낮은 점수를 보인 것은 EPL이 정의적 영역보다 인지적 영역에서 더 큰 효과를 보이는 것으로 해석된다.
- <표 1>에 의하면 전체 31편 중 석사학위 논문과 학술지 논문이 15편씩이고 박사학위논문은 1편이다. 분석대상 논문에서 효과크기 사례수는 모두 45개로 나타났다.
- 비록 EPL 종류 간 평균 효과크기의 차이에서 통계적인 차이는 발생하지 않았지만, 모든 EPL은 효과크기의 수치에서 큰 효과크기(0.80 이상)를 보이고 있으므로 EPL은 프로그램 종류에 관계없이 전통적 교수·학습방법에 비해 높은 학습효과를 보이는 것으로 해석된다.
- 사후검정결과 창의성은 다른 모든 종속변인보다 평균 효과크기가 통계적으로 유의하게 더 큰 것으로 나타났다. 문제해결력은 학업성취도, 학습동기보다 평균 효과크기가 통계적으로 유의하게 더 크며, 논리적 사고는 학업성취도, 학습동기보다 평균 효과크기가 통계적으로 유의하게 더 크다.
- 셋째, EPL이 종속변인인 학습효과 변인에 미치는 각각의 평균 효과크기는 어느 정도이며 종속변인 간 평균 효과크기는 차이가 있는가?
- 둘째, 시각적으로 확인하면서 학습할 수 있어야 한다. 셋째, 기본적인 알고리즘을 기술할 수 있고 기본적인 프로그래밍 구조화 원리를 배울 수 있어야 한다. 넷째, 일상적으로 사용하는 소프트웨어가 제공하는 객체지향 개념이 도입되어 조합으로 프로그래밍이 가능해야 한다.
- 셋째, 종속변인별로 분석한 결과 전체적인 EPL의 학습효과는 창의성, 문제해결력, 논리적 사고가 학습동기보다 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타나, EPL이 정의적 영역보다 인지적 영역, 특히, 고등사고력을 신장하는 데 적절한 교수·학습방법임을 시사한다.
- 실험설계별 EPL의 평균 효과크기는 이질집단 전후검사설계 0.89, 단일집단 전후검사설계 1.31로 t검정에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(t43 = 2.67, p < .05).
- 다섯째, 언어에 접근하는 방법은 도메인 제한적이거나 사용자가 키워드를 선택하는 방식이다. 여섯째, 프로그램에서 다루는 과제는 교육적이고, 재미있고, 동기를 유발해야 한다.
- 01로 매우 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 효과크기의 U3지수는 84.38%로 전통적 수업에 비해 34.38% 만큼 더 높은 학습효과가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 EPL이 전통적인 프로그래밍 언어에 비하여 학습효과가 크기 때문에 적극적으로 활용할 필요가 있음을 시사한다.
- 이와 같은 EPL의 특성에 관한 연구결과를 종합해보면 EPL은 문법의 간결성, 객체지향, GUI 환경, 알고리즘 표현가능성을 포함하는 특성을 가진다고 할 수 있다.
- 01은 매우 큰 효과크기를 가지고 있음을 의미한다. 전체 효과크기에 대한 U3지수는 84.38%로서, 이것은 EPL 수업이 전통적 수업보다 34.38% 정도 학습효과가 크다는 것을 의미한다.
- 첫째, 지금까지 국내에서 이루어진 EPL에 관한 학습효과를 연구한 결과들을 메타분석한 결과, EPL이 학습효과에 미치는 전체 평균 효과크기가 1.01로 매우 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 효과크기의 U3지수는 84.
- 유승욱[2]은 EPL의 일반적 특성을 다음과 같이 제시하고 있다. 첫째, 프로그래밍 스타일이 절차적이거나 이벤트 기반이지만 객체지향으로 전환되는 추세이다. 둘째, 프로그래밍 구성요소는 조건문, 프로시저/메소드가 포함된다.
- 둘째, 중재변인별로 분석한 결과, EPL은 정보와 수학 교과에서 활용되며 통계적으로 교과 간의 유의한 차이는 나타나지 않았다. 특히, 수학 교과에서는 Logo가 활용되며 정보 교과에서는 Scratch, Squeak Etoys, Alice, Dolittle이 활용되는 것으로 나타났다. 이는 EPL 중에서 Logo가 수학 교과 특수적인 환경을 제공하고 있기 때문이다.
- 학령별 EPL의 평균 효과크기는 중학생 1.13, 초등학생 1.04로 큰 정도의 효과크기를 가지며, 고등학생 0.59로 중간 정도의 효과크기를 가진 것으로 나타났다. 이들 간의 차이를 알아보기 위하여 F검정을 한 결과 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(F2, 42,.
후속연구
- 본 연구에서는 EPL과 전통적 수업에 관한 양적 비교연구만을 대상으로 하였으나, 앞으로 질적 연구결과도 종합적으로 분석해 볼 필요가 있을 것이다. 그리고 효과적인 EPL 교수·학습방법을 설계하기 위한 연구도 활성화되어야 할 것이다.
- 둘째, 실험연구의 연구결과에서 사례수, 평균, 표준편차, 검정통계치(t, F) 등의 통계자료를 가지고 있는 논문이어야 한다. 이러한 통계자료를 기초로 <식 1>, <식 2>의 공식을 이용하여 효과크기를 계산한다.
- 마지막으로 후속 연구를 위한 제언을 하고자 한다. 본 연구에서는 EPL과 전통적 수업에 관한 양적 비교연구만을 대상으로 하였으나, 앞으로 질적 연구결과도 종합적으로 분석해 볼 필요가 있을 것이다. 그리고 효과적인 EPL 교수·학습방법을 설계하기 위한 연구도 활성화되어야 할 것이다.
- 10). 비록 F검정에서 학령 간 효과크기 차이가 발생하지 않았지만, Fisher의 LSD 검정을 실시해 본 결과에서 중학생과 고등학생 간 차이 비교는 .052, 초등학생과 고등학생 간 차이 비교는 .076의 유의확률을 보이고 있기 때문에 향후 학령별 EPL의 학습효과 차이에 대해 좀 더 자세히 밝혀볼 필요가 있는 것으로 보인다.
- 간행형식별로는 EPL의 평균 효과크기 차이가 나타나지 않았으며, 선행연구에서 박사학위논문의 수가 부족하여 능력 있는 연구자들에 의해 보다 많은 EPL 연구가 활성화될 필요가 있음을 알 수 있다. 실험설계방법별 EPL의 평균 효과크기 차이가 통계적으로 유의한 것으로 나타나, 단일집단 전후검사설계보다는 이질통제집단 전후검사설계를 사용하는 것이 보다 타당하고 신뢰도 높은 연구결과를 도출할 수 있을 것이다.
- 38% 만큼 더 높은 학습효과가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 EPL이 전통적인 프로그래밍 언어에 비하여 학습효과가 크기 때문에 적극적으로 활용할 필요가 있음을 시사한다.
- 첫째, EPL 교수·학습방법을 활용하여 학습효과를 연구한 실험연구 논문이어야 한다.
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