[논문]Computational Thinking 향상을 위한 디자인기반 학습

김수환; 한선관

문제 정의

따라서 본 연구에서는 디자인 기반 학습 방법을 컴퓨팅 환경에 적용하여 학습자들의 아이디어를 컴퓨팅으로 구현하는 환경을 제공하였다.
이상의 선행연구를 분석한 결과 학습자의 특성을 고려한 방법이나 기존의 교수학습 모형을 CL교육에 적용한 것이 대부분이며 학습자들의 창의력과 설계를 바탕으로 하는 창작물 제작과 경험의 과정을 지원하는 디자인 기반 학습을 접목시킨 연구는 찾기 힘들었다. 따라서 본 연구에서는 학습자들이 문제해결의 과정을 직접 설계하고 플래닝하여 창작물을 제작하고 경험하는 디자인 기반 학습 전략을 CL교육을 위해 적용하고 효과를 살펴보고자 한다.
또한 학습자들의 CL능력의 향상을 알아보기 위해 과 같은 질문지를 구성하고 조사하였다.
본 연구에서는 Computational Thinking을 길러주기 위하여 디자인 기반 학습 방법을 적용하고 그 결과를 분석하였다. 먼저 디자인 기반 학습의 절차에 따라 수업을 구성하고, 초등학교 정보영재학급 4학년을 대상으로 적용하였다.

제안 방법

또한 학습자들의 CL능력의 향상을 알아보기 위해 <표 6>과 같은 질문지를 구성하고 조사하였다. CL의 정의 및 개념으로부터 추출한 질문으로 CL의 목표와 연관된 문항으로 추출하였다. 질문지의 타당도와 신뢰도를 확보하기 위해 최종 질문 전에 전문가 집단의 검토를 받아 질문 문항을 완성하였다.
각각의 문항에서 표현하기는 ‘컴퓨팅이 창조의 매체라는 것을 인식하였는가(나는 스크래치를 통해 새로운 창작물을 만들 수 있었나)’, 연결하기는 ‘친구들과의 협력 교류를 통하여 창작물을 만들 때 더 잘 만들 수 있었는가(스크래치 작품을 만들 때 친구들과 협력하고 교류하였는가)’, 그리고 질문하기는 ‘컴퓨터나 현실 세상의 개념과 문제를 이해하기 위해 컴퓨팅을 도구로 사용할 수 있는가(스크래치로 현실의 문제를 풀기 위해 다양한 생각과 의문을 가졌는가)’의 문항으로 구성되었으며 괄호안의 질문처럼 학생들의 수준으로 쉽게 수정하여 조사하였다.
교육 적용 후 연구 결과의 분석을 위하여 먼저 정보적문제해결력 변화와 self-프로그래밍 능력, self-프로그래밍 흥미도의 변화를 분석하였다.
먼저 디자인 기반 학습의 절차에 따라 수업을 구성하고, 초등학교 정보영재학급 4학년을 대상으로 적용하였다. 교육 현장에 적용한 결과를 통하여 디자인 기반 학습 단계별 교육 전략을 제안하였으며, 그 효과를 검증하였다.
단계를 살펴보면 학생들은 글러브를 만들고 테스트하기 위해 간단한 디자인과 안내를 받고, 팀으로 일하게 된다. 다른 절연체와 글러브들을 비교하고 간단한 실험을 통해 피드백을 받은 후, 글러브를 구상하여 프로토타입을 만든다. 그리고 그 성능을 테스트한 후 다른 팀 친구들에게 내용을 발표하는 과정을 거치게 된다.
CL를 교육하기 위해 학습자의 성향을 고려한 방법이나 로봇을 이용한 방법[7] 등 다양한 전략들이 개발되고 있으나 교육모형으로 정립되기에는 많은 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 MIT에서 개발한 디자인 기반 학습[9]을 적용한 CL 교육의 교수학습 모형을 본 연구에 맞게 수정하여 적용하고, 그 효과를 검증하였다. 현재 개발된 가이드북은 초기버전으로 미국에서는 교육현장에 적용하고 있는 상황이므로, 현장적용을 통한 검증 및 내용의 정립을 하려고 한다.
교육 적용 후 연구 결과의 분석을 위하여 먼저 김종혜(2009)가 개발한 정보적 문제해결력 검사지[4]를 사전·사후 검사하였다. 또한 self-프로그래밍 능력 및 self-프로그래밍 흥미도를 사전, 사후 조사하여 비교하였다. 학습 단계에서 나타나는 시사점을 도출하기 위해 수업 관찰 및 학습자 인터뷰를 진행하였으며, 학습자들의 인식변화를 살펴보기 위해 설문조사 및 인터뷰를 실시하여 자료를 수집하였다.
본 연구에서 적용한 디자인 기반 학습의 절차는 CL을 기반으로 한 절차이므로, 학습자들이 컴퓨터를 이용하여 자신의 아이디어를 구현하는 절차로 진행된다. 컴퓨터로 자신의 아이디어를 구현하기 위해서는 프로그래밍 언어를 사용해야 하는데, 본 연구에서는 초보학습자들에게 효과적인 교육용 프로그래밍 언어인 스크래치를 사용하였다.
본 연구에서는 먼저 MIT에서 개발한 스크래치[18]과 창의적 컴퓨팅 가이드북[9]을 국내 실정에 맞게 번역하고, 초등학교 4학년 영재학급 학생을 대상으로 교육을 실시하였다. 교육적용 결과 CL교육에서 디자인 기반 학습의 전략 및 시사점을 도출하였으며, 교육적 효과를 검증하였다.
본 연구에서는 창의적 컴퓨팅에서 제안한 20차시의 내용을 15차시로 수정하여 수업에 적용하였다. 인천의 A초등학교 4학년 단위 영재학급 학생 20명을 대상으로 교육을 실시하였으며, 5일 간 3차시씩 총 15차시 교육을 실시하였다.
에서 제시한 CT의 컴퓨터적 “관점” 영역의 인식이 제대로 형성되었는지 알아보기 위해 표현하기, 연결하기, 질문하기의 세 항목에 대해 학습자들의 인식을 조사하였다.
Fortus 외(2005)는 위의 방법을 발전시켜 9학년을 대상으로 한 디자인 기반 과학 학습 방법을 개발하였다[11]. 이 학습 방법은 크게 5단계를 가지고 있는데, 과학교육을 위한 디자인 기반 학습의 과정을 상황맥락적으로 공감하고 정의하기, 배경 연구, 개인 및 그룹 아이디어 개발, 2D와 3D 산출물 만들기, 피드백하기의 과정을 순환하도록 제안하였다.
학습자들은 자신의 아이디어를 컴퓨터를 활용하여 직접 제작하고, 공유함으로써 시간, 공간의 제약을 극복할 뿐만 아니라 폭넓은 피드백을 받을 수 있다. 이러한 관점에서 본 연구의 기반을 제공하기 위해 디자인 기반 학습을 MIT 미디어 연구실에서 제안한 창의적 컴퓨팅 가이드북[9]의 전략과 단계를 수정 보완하여 사용하였다.
본 연구에서 적용한 디자인 기반 학습의 절차는 CL을 기반으로 한 절차이므로, 학습자들이 컴퓨터를 이용하여 자신의 아이디어를 구현하는 절차로 진행된다. 컴퓨터로 자신의 아이디어를 구현하기 위해서는 프로그래밍 언어를 사용해야 하는데, 본 연구에서는 초보학습자들에게 효과적인 교육용 프로그래밍 언어인 스크래치를 사용하였다.
김수환 외(2011)의 CL에 관한 연구에서 학습자의 특성을 학습자 유형에 따라 구분하고 그에 맞는 교육을 실시해야 효과적이라는 결과를 보였으며[3], 스크래치를 활용한 수학 통합 교육에서 CL을 바탕으로 하는 문제해결력이 향상되는 결과를 보였다[8]. 특히 초보학습자들의 CL교육에서의 사고 과정을 분석함으로써 학습자들의 학습 양상을 다양하게 분석하여 제시하였다[2]. 또한 배학진 외(2009)는 스크래치를 활용한 교육에서 문제 중심의 교수학습 방법을 적용하여 교육한 결과 실험집단의 학생들의 논리적 사고력과 문제해결력의 유의미한 차이를 보였다[5].
또한 self-프로그래밍 능력 및 self-프로그래밍 흥미도를 사전, 사후 조사하여 비교하였다. 학습 단계에서 나타나는 시사점을 도출하기 위해 수업 관찰 및 학습자 인터뷰를 진행하였으며, 학습자들의 인식변화를 살펴보기 위해 설문조사 및 인터뷰를 실시하여 자료를 수집하였다.
학습자들의 인식이 어떻게 변화되었는지 알아보기 위해 질적연구의 방법으로 인터뷰 및 설문조사를 실시하였다. 먼저 컴퓨터를 어떤 도구라고 생각해야 하는지에 대한 학습자들의 인식은 <표 5>와 같이 변화하였다.
따라서 본 연구에서는 MIT에서 개발한 디자인 기반 학습[9]을 적용한 CL 교육의 교수학습 모형을 본 연구에 맞게 수정하여 적용하고, 그 효과를 검증하였다. 현재 개발된 가이드북은 초기버전으로 미국에서는 교육현장에 적용하고 있는 상황이므로, 현장적용을 통한 검증 및 내용의 정립을 하려고 한다.
현재 국내 초등학교 교육에서는 정보통신기술 교육을 실시하기 어려운 상황이므로, 영재학급 정보교육 시간에 교육을 실시하였으며, CT를 활용한 디자인 기반 학습의 교수학습 모형의 절차를 정립하는 과정이므로, 사전·사후 비교를 중점적으로 실시하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 Computational Thinking을 길러주기 위하여 디자인 기반 학습 방법을 적용하고 그 결과를 분석하였다. 먼저 디자인 기반 학습의 절차에 따라 수업을 구성하고, 초등학교 정보영재학급 4학년을 대상으로 적용하였다. 교육 현장에 적용한 결과를 통하여 디자인 기반 학습 단계별 교육 전략을 제안하였으며, 그 효과를 검증하였다.
본 연구에서는 창의적 컴퓨팅에서 제안한 20차시의 내용을 15차시로 수정하여 수업에 적용하였다. 인천의 A초등학교 4학년 단위 영재학급 학생 20명을 대상으로 교육을 실시하였으며, 5일 간 3차시씩 총 15차시 교육을 실시하였다. 차시별 교육 내용은 <표 2>에 나타나 있다.

이론/모형

교육 적용 후 연구 결과의 분석을 위하여 먼저 김종혜(2009)가 개발한 정보적 문제해결력 검사지[4]를 사전·사후 검사하였다.

성능/효과

첫째, 디자인기반 학습에서 CL능력의 변화는 self-프로그래밍 능력과 self-프로그래밍 흥미도에서 긍정적인 변화를 보였다. 둘째, 학습자들의 컴퓨터에 대한 인식 변화는 처음에는 컴퓨터가 인터넷을 활용하는 도구라고 생각했으나 교육 후 창작물 제작이나 아이디어 표현 도구로 인식 바뀐 것을 알 수 있었다. 셋째, 자신의 아이디어를 디지털로 표현하고 다른 친구들의 프로그램을 보면 이해할 수 있는 능력이 생겼는지 확인하기 위한 조사에서는 대부분의 학습자들이 스스로가 그런 능력을 가지게 되었다고 긍정적으로 답변하였다.
본 연구에서 나타난 것처럼 디자인 기반학습을 CL 교육에 적용했을 때, 학습자들의 교육효과가 높아지며 학습자의 인식도 긍정적으로 변화됨을 확인하였다.
둘째, 학습자들의 컴퓨터에 대한 인식 변화는 처음에는 컴퓨터가 인터넷을 활용하는 도구라고 생각했으나 교육 후 창작물 제작이나 아이디어 표현 도구로 인식 바뀐 것을 알 수 있었다. 셋째, 자신의 아이디어를 디지털로 표현하고 다른 친구들의 프로그램을 보면 이해할 수 있는 능력이 생겼는지 확인하기 위한 조사에서는 대부분의 학습자들이 스스로가 그런 능력을 가지게 되었다고 긍정적으로 답변하였다.
연구의 결과는 다음과 같이 나타났다. 첫째, 디자인기반 학습에서 CL능력의 변화는 self-프로그래밍 능력과 self-프로그래밍 흥미도에서 긍정적인 변화를 보였다. 둘째, 학습자들의 컴퓨터에 대한 인식 변화는 처음에는 컴퓨터가 인터넷을 활용하는 도구라고 생각했으나 교육 후 창작물 제작이나 아이디어 표현 도구로 인식 바뀐 것을 알 수 있었다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CT란 무엇인가?	김수환 외 (2010)는 여러 학자들의 CT와 CL의 개념을 종합 정리하여 ‘CL이란 사물이나 문제를 정보적인 접근으로 이해하여 사물이나 문제를 작은 단위로 분해하고, 이를 재조합하여 재구성함으로써 새로운 의미를 부여하는 능력을 말한다’고 정의하였다[13]. Wing(2009)의 주장[16]과 Brennan (2011)에 의해 개발된 창의적 컴퓨팅 가이드북[9]에 나타난 CT는 디지털과 아날로그가 공존하고 기술이 기반이 되는 사회에서 자신의 생각을 능동적으로 표현하거나 디지털 매체를 활용하여 의사소통을 하거나, 문제를 해결할 수 있는 능력의 기반이 되는 사고력이라 할 수 있다[3][13].
	CL를 교육하기 위해 어던 전략들이 개발되었는가?	CL를 교육하기 위해 학습자의 성향을 고려한 방법이나 로봇을 이용한 방법[7] 등 다양한 전략들이 개발되고 있으나 교육모형으로 정립되기에는 많은 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 MIT에서 개발한 디자인 기반 학습[9]을 적용한 CL 교육의 교수학습 모형을 본 연구에 맞게 수정하여 적용하고, 그 효과를 검증하였다.
	Computational Literacy의 교육 목적은 무엇인가?	CL교육의 목적이 CT를 길러주는 것이며, 현재는 두 개념이 비슷한 용도로 사용되고 있다. 김수환 외 (2010)는 여러 학자들의 CT와 CL의 개념을 종합 정리하여 ‘CL이란 사물이나 문제를 정보적인 접근으로 이해하여 사물이나 문제를 작은 단위로 분해하고, 이를 재조합하여 재구성함으로써 새로운 의미를 부여하는 능력을 말한다’고 정의하였다[13].

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