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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 문제중심학습을 기반으로 학습자 상호작용을 극대화 할 수 있도록 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형을 개발하고, 이를 실제 학교 현장에 적용하여 프로그래밍 수업에 있어서 학습자의 문제해결력과 프로그래밍 태도에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다.
- 본 연구에서는 문제중심학습을 기반으로 학습자 상호작용을 극대화 할 수 있도록 집단지성을 활용한 프로그래밍 수업 모형을 개발하였으며, 이를 실제 학교 현장에 적용하여 프로그래밍 수업에 있어서 학습자의 문제해결력과 프로그래밍 태도에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다.
- 본 연구에서는 지금까지 수행된 집단지성과 관련한 국내․외 문헌들과 수업 모형을 분석하고, 교육적 및 교육 외적으로 집단지성을 활용한 사례를 조사하여 프로그래밍 학습에서 집단지성의 활용에 대한 기초 연구를 진행하였다. 이를 토대로 수업에서 활용할 수 있는 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형을 설계하고, 개발한 수업 모형을 실제 적용하여 프로그래밍 학습에서 집단지성의 효과를 분석하였다.
- 본 연구에서는 집단지성 활용 프로그래밍 수업이 학습자의 프로그래밍 태도와 문제해결력에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여, 이질 통제 집단 전후 검사 설계 방식을 적용하였다. 실험 집단은 PBL 기반의 집단지성 활용 프로그래밍 수업을 진행하였고, 통제집단은 개별적인 프로그래밍 학습을 진행하는 전통적인 프로그래밍 수업을 적용하였다.
제안 방법
- 개발된 수업 모형을 수업체제를 전공한 교수 및 석사 이상의 연구원과 현장 교사를 포함한 전문가 집단을 활용하여 수업 모형의 타당성에 대한 검토를 진행하였고, 이 과정 통하여 수업 모형을 수정․보완하여 최종 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형을 도출하였으며, 실제 프로그래밍 수업 과정에 적용하였다. 또한 학습자들이 문제해결 과정에 적극적으로 참여할 수 있도록 구체적인 문제 상황을 제시하고, 문제 해결을 모색하는 과정에서 마인드맵과 위키 등의 웹 2.
- 둘째, 수업 모형 설계와 관련한 문헌을 고찰하여 프로그래밍 수업에서 활용 가능한 모형을 탐색하여 실제 수업 모형 설계하고 개발하였다.
- 학습 자료는 학습 내용을 전달할 뿐만 아니라, 학습 활동의 구조를 제공한다. 따라서 집단지성 활용 프로그래밍 수업의 문제인식 단계에서 동기유발을 위해 효과적으로 작성된 스크래치 스크립트를 제시하고, 학습자 스스로 탐색활동을 통하여 활용 가능한 다양한 그림, 소리 등의 자료를 인터넷에서 찾아서 활용할 수 있도록 하였다.
- 또한 각 수업의 단계에서 이러한 프로그래밍 문제를 해결해 내는 과정에서 서로 토론하고 의견을 교류할 수 있도록 다양한 웹 2.0 도구를 활용하였으며, 평가 단계에서 프로그래밍을 어려워하는 학습자를 위해 완성된 프로그램의 최종 결과 보다는 미완성이지만 프로그래밍 과정에 어떻게 참여하고 얼마나 다양한 방법을 제시하고 시도하였는지를 확인하였다.
- 또한 문제를 인식하고, 탐색하여 해결책을 발견하는 집단지성 활동을 충분히 수행하고, 학습자들 간의 프로그래밍의 수정·보완하고 편집을 쉽게 하기위하여 스크래치(http://scratch.mit.edu) 사이트의 갤러리 및 이용자들이 공개한 다양한 스크래치 프로그램의 소스 코드를 활용하였다.
- 또한 실험처치 후 두 집단의 문제해결력의 향상 여부를 확인하기 위하여 집단 내 사전-사후 검사를 실시하였다. 문제해결력에 대한 대응 표본 t-검증 결과는 <표 12>와 같으며 두 집단 모두 문제해결력이 증가하였으며, 성별에 따른 문제해결력에 있어서는 실험집단과 통제집단 모두 남학생이 여학생 보다 유의미한 차이를 나타내지는 않았지만 더 많은 향상 결과를 나타내었다.
- 또한 실험처치 후 두 집단의 프로그래밍 태도의 변화 여부를 확인하기 위하여 집단 내 사전-사후 검사를 실시하였다. 프로그래밍 태도에 대한 대응 표본 t-검증 결과는 <표 15>와 같다.
- 또한 이렇게 설계한 집단지성 활용 프로그래밍 수업은 컴퓨터교육을 전공하는 교수 1명과 대학원 석사이상의 연구원 4명 및 현직 교사 5명으로 이루어진 전문가 집단을 통하여 내용타당도를 5단계 리커트(likert) 척도로 평가하였다. 평가 결과 평균 3.
- 개발된 수업 모형을 수업체제를 전공한 교수 및 석사 이상의 연구원과 현장 교사를 포함한 전문가 집단을 활용하여 수업 모형의 타당성에 대한 검토를 진행하였고, 이 과정 통하여 수업 모형을 수정․보완하여 최종 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형을 도출하였으며, 실제 프로그래밍 수업 과정에 적용하였다. 또한 학습자들이 문제해결 과정에 적극적으로 참여할 수 있도록 구체적인 문제 상황을 제시하고, 문제 해결을 모색하는 과정에서 마인드맵과 위키 등의 웹 2.0 도구를 이용하여 문제 해결을 구체화하고 최적화된 알고리즘을 찾아 학습자들이 자유롭게 수정, 보완하도록 하였다.
- 마지막으로 본 연구에서 개발한 문제중심학습 기반 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형을 실제 현장에 적용하여 학습자의 문제해결력과 프로그래밍 태도에 관하여 그 효과성을 검증하였다.
- 본 연구는 예비모형 설계와 본 실험 적용을 2차에 걸쳐 진행하였으며, 문헌 연구를 바탕으로 예비모형을 설계하고, 이를 전문가 검증을 통하여 수정․보완한 후에 본 실험에서 적용하였다. 본 연구에서 개발한 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형은 충북에 위치한 C중학교의 학생을 대상으로 실험집단과 통제집단을 구성하여 2009년 3월 15일부터 4월 16일까지 5주에 걸쳐 총 10차시 수업을 실시하였다.
- 본 연구는 크게 문헌 연구와 수업 모형 설계 및 현장 적용으로 이루어 졌으며, 아래와 같은 방법을 택하여 진행하였다.
- 본 연구에서 설계한 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형은 학습자들의 적극적인 참여를 유도하기 위하여 실생활 문제를 중심으로 제시하였으며, 프로그래밍 과정에서 학습자들의 상호작용을 보다 활발하게 이끌어 내기 위하여 스크래치 웹 사이트의 공유 기능을 통하여 이용자들이 프로그래밍 한 프로그램을 온라인을 통하여 쉽게 공유하고 수정․보완할 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서는 학습자들이 제시된 문제를 해결하는 과정에서 학습자의 자발적인 참여를 이끌어내며 학습자들이 스크래치 프로그래밍을 통한 문제해결 과정에서 서로 상호작용 할 수 있도록 집단지성 활용 프로그래밍 수업을 설계하였다.
- 본 연구에서는 학습자들이 프로그래밍을 어렵게 생각하지 않고 쉽게 접할 수 있도록 하기 위하여 다양한 멀티미디어 자료를 지원하고 스크래치 웹 사이트를 통하여 상호작용할 수 있는 스크래치 프로그래밍 언어를 사용하였다.
- 본 연구의 본격적인 실험처치를 위하여 실험집단과 통제집단으로 나누어 실험집단에는 문제중심학습을 기반으로 집단의 상호작용 과정을 통하여 문제를 해결해 나가는 집단지성을 활용하는 프로그래밍 수업을 실시하고, 통제집단에는 같은 내용을 다루되 교사 주도의 개별적인 전통적인 프로그래밍 교육을 실시하였다.
- 셋째, 본 연구에서 개발한 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형을 전문가 협의회를 구성하여 2차에 걸쳐 수정․보완한 후에 신뢰도와 타당도를 검증하였다.
- 본 연구에서는 집단지성 활용 프로그래밍 수업이 학습자의 프로그래밍 태도와 문제해결력에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여, 이질 통제 집단 전후 검사 설계 방식을 적용하였다. 실험 집단은 PBL 기반의 집단지성 활용 프로그래밍 수업을 진행하였고, 통제집단은 개별적인 프로그래밍 학습을 진행하는 전통적인 프로그래밍 수업을 적용하였다. 본 연구의 구체적인 실험 설계는<표 8>과 같다.
- 이를 위해서 본 연구에서는 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형 설계 과정에서 기존의 문제중심 학습 모형을 분석하고, 프로그래밍 학습에 적용 가능한 요소를 추출하여 실제 프로그래밍 수업의 각 단계에서 학습자들이 상호작용 할 수 있도록 집단지성 특징을 반영하여 모형을 개발하였다.
- 본 연구에서는 지금까지 수행된 집단지성과 관련한 국내․외 문헌들과 수업 모형을 분석하고, 교육적 및 교육 외적으로 집단지성을 활용한 사례를 조사하여 프로그래밍 학습에서 집단지성의 활용에 대한 기초 연구를 진행하였다. 이를 토대로 수업에서 활용할 수 있는 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형을 설계하고, 개발한 수업 모형을 실제 적용하여 프로그래밍 학습에서 집단지성의 효과를 분석하였다.
- 집단지성 활용 프로그래밍 수업은 문제중심학습의 단계를 기반으로 하여 ‘문제 설계 및 개발’, ‘학습 목표의 확인 및 설정’, ‘자료의 선정 및 전달’, ‘교수학습지도안 작성’, ‘평가’로 구분하여 설계하였으며, 각 과정에서 학습자 상호작용이 충분히 일어날 수 있도록 학습 내용을 구체화하고, 학습자 상호작용을 확인하기 위하여 웹 2.0 기반의 도구들을 활용하였다.
- 첫째, 기초 연구로 집단지성의 활용 사례를 국내와 국외, 교육적 활용과 교육 이외의 활용으로 나누어 분석하고, 이를 프로그래밍 수업의 활용 가능성에 대하여 탐색하였다.
- 특히 문제해결 및 계획세우기 단계에서 선행스크래치 프로그램 소스 코드를 분석하고, 정리하여 최적의 결과물을 찾고 다양한 알고리즘의 확산적 사고를 위하여 온라인 마인드맵 도구인 마인드 마에스터(www.mindmeister.com)와 학습자들이 프로그래밍 과정에서 상호 의견을 교류하고 문제를 해결하는 과정을 기록할 수 있도록 위키 기반의 스프링노트(www.springnote.com) 등의 웹 2.0 도구를 이용하였다.
- 프로그래밍 태도 측정을 위한 도구는 프로그래밍 교과의 정의적 태도 영역을 검사하는 검사지[17]를 본 연구의 목적에 맞게 수정․보완하여 사용하였다. 검사문항은 수행의지, 학습 습관, 흥미, 도구가치의 4개의 하위 영역별로 구성되어 있으며, 각 영역 별로 5개의 문항씩 모두 20문항으로 구성하였다.
- 학습자들의 스크래치 프로그래밍에 대한 선행 지식이 부족하여 3차시를 할애하여 스크래치의 기본 기능과 프로그래밍 방법, 스크래치 웹 사이트의 공유 기능을 이용하여 다른 이용자의 프로그램을 다운 받아서 새롭게 프로그래밍하고 이를 다시 온라인에 게시할 수 있도록 교육을 실시하였다. 본 연구에서 활용한 스크래치 프로그램에 대한 기본 교육 내용은 <표 5>와 같다.
- 효과적인 프로그래밍 학습을 위하여 문제 상황은 학생들의 실생활과 직접적인 연관성을 가지며 학습자들이 서로 의견을 주고받으며 상호 협력할 수 있도록 하기 위하여 ‘우리 반 친구들 소개하기’와 하나의 주제를 바탕으로 집단지성을 활용한 프로그래밍 활동을 지원하고 발산적 사고를 이끌어 내기 위하여 ‘이야기 확장하기’와 같은 문제 설계하여 학습자들이 처음에는 단순한 구조의 프로그래밍에서 점차 복잡한 프로그래밍으로 발전할 수 있도록 문제를 제시하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 예비모형 설계와 본 실험 적용을 2차에 걸쳐 진행하였으며, 문헌 연구를 바탕으로 예비모형을 설계하고, 이를 전문가 검증을 통하여 수정․보완한 후에 본 실험에서 적용하였다. 본 연구에서 개발한 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형은 충북에 위치한 C중학교의 학생을 대상으로 실험집단과 통제집단을 구성하여 2009년 3월 15일부터 4월 16일까지 5주에 걸쳐 총 10차시 수업을 실시하였다. 선정된 실험집단과 통제집단의 구체적인 내용은 <표 7>과 같다.
데이터처리
- 각 문항은 리커트(likert) 방식에 따라 5점 평점척도를 부여하도록 하였으며, Pilot test를 통해 신뢰도(Cronbach's α = .871)와 타당도를 검증 받았다.
- 또한 실험처치 후 두 집단 간의 문제해결력에 대한 차이를 분석하기 위하여 사후검사를 실시하였다. 문제해결력의 사후 검사 결과, <표 11>과 같이 실험집단의 평균이 87.
- 본 연구의 통계적 분석을 위해 SPSS 12.0 for windows를 사용하였으며, 구체적인 분석 방법으로 집단지성 활용 프로그래밍 수업이 학습자의 문제해결력과 프로그래밍 태도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 사전-사후 검사 평균 및 표준편차를 산출하고, 통계적으로 유의미한 차이가 있는지를 검증하기 위하여 독립표본 t-검증과 대응표본 t-검증(t-test)을 각각 실시하여 분석하였다.
이론/모형
- 문제해결력 검사를 위한 도구는 OECD(2003)가 실시한 PISA(Programme for International Student Assessment)의 문제해결력 소양 영역의 공개문항 19문항[16]을 수정․보완한 12문항을 사용하였으며, Pilot test를 통해 신뢰도(Cronbach's α = .824)와 타당도를 검증 받았다.
성능/효과
- 대응 표본 t-검증 결과 집단지성 활용 프로그래밍 수업을 실시한 실험집단에서는 프로그래밍 태도에 유의미한 차이를 보여 프로그래밍 태도에 대한 학습자들의 긍정적인 태도 변화를 확인할 수 있었지만, 통제집단의 경우에는 프로그래밍 수업 이전과 이후의 태도변화에 별 다른 차이가 발생하지 않았다. 이는 집단지성 활용 프로그램의 경우 문제해결 과정에서 학습자들 상호작용이 활발하게 일어나고, 실제 스크래치 프로그래밍 과정에서 자신이 문제를 해결하지 못하더라도 다른 학습자가 이를 해결하고, 해결한 내용을 학습자가 참고하여 자유롭게 수정, 보완하여 새롭게 프로그래밍 하는 과정을 거치면서 프로그래밍에 대한 두려움과 자신감을 가질 수 있고, 혼자 하나의 문제를 해결해야 하는 것이 아닌 학습자 집단이 모두 참여하여 하나의 문제를 해결하는 과정에서 학습자의 프로그래밍에 대한 태도에 긍정적인 변화를 이끌어 낼 수 있었다.
- 또한 실험처치 후 두 집단 간의 프로그래밍 태도에 대한 차이를 분석하기 위하여 사후검사를 실시하였으며, 프로그래밍 태도의 사후 검사 결과, 와 같이 실험집단의 평균이 66.31로, 통제집단의 평균 58.24보다 높게 나타났으며, 통계적으로 유의한 차이를 보이고 있다(p<.05).
- 이러한 과정을 통하여 모든 학습자들이 프로그래밍 과정에 쉽게 참여하도록 하여 다양한 프로그래밍 결과를 도출할 수 있었다. 마지막으로 학습자들이 프로그래밍 결과를 온라인에 게시하여 학습자의 만족도를 높였다. 본 연구에서 개발한 집단지성 활용 프로그래밍 수업의 전체적인 활동 과정을 도식화 하면 <그림 1>과 같다.
- 문제해결력에 대한 대응 표본 t-검증 결과는 와 같으며 두 집단 모두 문제해결력이 증가하였으며, 성별에 따른 문제해결력에 있어서는 실험집단과 통제집단 모두 남학생이 여학생 보다 유의미한 차이를 나타내지는 않았지만 더 많은 향상 결과를 나타내었다.
- 문제해결력의 사후 검사 결과, 과 같이 실험집단의 평균이 87.11로, 통제집단의 평균 80.86보다 높게 나타났으며, 통계적으로 유의한 차이를 보이고 있다(p<.05).
- 최종적으로 본 연구에서 개발한 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형은 학습자들이 개별 프로그래밍 활동을 진행하는 전통적인 프로그래밍 수업보다 문제해결력과 프로그래밍 태도에 있어서 유의미한 변화를 나타내었다. 실험집단과 통제집단 모두 문제해결력에 향상을 가져왔으나 프로그래밍 태도의 변화에 있어서 통제집단과는 다르게 실험집단의 학습자들이 다른 학습자들과 활발한 상호작용 과정을 거치면서 프로그래밍에 대한 긍정적인 변화를 나타내었다. 이와 함께 성별 차이를 검증한 결과 문제해결력과 프로그래밍 태도에 있어서 성별에 따른 유의미한 차이는 보이지 않았으나 통계적으로 문제해결력의 경우에는 남학생이 높은 변화를 나타내었고, 프로그래밍 태도의 경우에는 실험집단의 여학생이 긍정적인 변화를 나타내었다.
- 0미만, 전문가 10명의 의견 중 3명 이상이 ‘그렇지 않다’ 또는 ‘전혀 그렇지 않다’는 의견이 있는 학습 단계의 내용을 전면 수정하였다. 이와 함께 그 이유를 개방형 형식으로 자유롭게 기술하도록 하여 수업 모형을 수정․보완하는데 활용하였으며, 검정 결과 본 연구에서 개발한 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형의 내용 타당도는 문제가 없다고 사료 되었다.
- 실험집단과 통제집단 모두 문제해결력에 향상을 가져왔으나 프로그래밍 태도의 변화에 있어서 통제집단과는 다르게 실험집단의 학습자들이 다른 학습자들과 활발한 상호작용 과정을 거치면서 프로그래밍에 대한 긍정적인 변화를 나타내었다. 이와 함께 성별 차이를 검증한 결과 문제해결력과 프로그래밍 태도에 있어서 성별에 따른 유의미한 차이는 보이지 않았으나 통계적으로 문제해결력의 경우에는 남학생이 높은 변화를 나타내었고, 프로그래밍 태도의 경우에는 실험집단의 여학생이 긍정적인 변화를 나타내었다.
- 최종적으로 본 연구에서 개발한 집단지성 활용 프로그래밍 수업 모형은 학습자들이 개별 프로그래밍 활동을 진행하는 전통적인 프로그래밍 수업보다 문제해결력과 프로그래밍 태도에 있어서 유의미한 변화를 나타내었다. 실험집단과 통제집단 모두 문제해결력에 향상을 가져왔으나 프로그래밍 태도의 변화에 있어서 통제집단과는 다르게 실험집단의 학습자들이 다른 학습자들과 활발한 상호작용 과정을 거치면서 프로그래밍에 대한 긍정적인 변화를 나타내었다.
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