2007년 개정 교육과정에서 컴퓨터 교육은 컴퓨터 과학의 원리와 개념을 배울 수 있는 내용을 강화하였다. 따라서 정보 교과서는 빠르게 발전하고 있는 컴퓨터 과학의 최신 흐름을 정확하고 일관되게 반영할 필요가 있다. 하지만 현재 중학교 정보 교과서에 제시된 중앙 처리 장치의 구성 요소에 대한 내용은 교과서마다 차이를 보여 정확성과 일관성이 결여되어 있다. 본 연구는 컴퓨터 구조 및 동작의 역사적, 기술적 접근을 통해 교과서 내용의 오류를 파악하고 개선 방안을 제시하였다. 연구 결과, 현재 컴퓨터 시스템의 중앙처리장치는 데이터패스와 제어 장치로 구성되었다고 기술하는 것이 바람직하다. 데이터패스는 명령어의 수행에 따라 데이터의 연산 또는 데이터를 일시적으로 저장하는 기능을 수행하며 메모리, 레지스터, 연산 장치, 가산기 등으로 구성된다. 제어 장치는 명령어의 수행에 따라 데이터패스, 주기억 장치, 입출력 장치 등의 동작유형을 결정한다. 하지만 어려운 전문 용어의 사용이 인지 발달 수준이 낮은 학습자의 학습을 저해할 수 있기 때문에 본 연구에서는 데이터패스와 제어 장치 대신 '연산부'와 '제어부'라는 표현을 사용할 것을 제안한다.
2007년 개정 교육과정에서 컴퓨터 교육은 컴퓨터 과학의 원리와 개념을 배울 수 있는 내용을 강화하였다. 따라서 정보 교과서는 빠르게 발전하고 있는 컴퓨터 과학의 최신 흐름을 정확하고 일관되게 반영할 필요가 있다. 하지만 현재 중학교 정보 교과서에 제시된 중앙 처리 장치의 구성 요소에 대한 내용은 교과서마다 차이를 보여 정확성과 일관성이 결여되어 있다. 본 연구는 컴퓨터 구조 및 동작의 역사적, 기술적 접근을 통해 교과서 내용의 오류를 파악하고 개선 방안을 제시하였다. 연구 결과, 현재 컴퓨터 시스템의 중앙처리장치는 데이터패스와 제어 장치로 구성되었다고 기술하는 것이 바람직하다. 데이터패스는 명령어의 수행에 따라 데이터의 연산 또는 데이터를 일시적으로 저장하는 기능을 수행하며 메모리, 레지스터, 연산 장치, 가산기 등으로 구성된다. 제어 장치는 명령어의 수행에 따라 데이터패스, 주기억 장치, 입출력 장치 등의 동작유형을 결정한다. 하지만 어려운 전문 용어의 사용이 인지 발달 수준이 낮은 학습자의 학습을 저해할 수 있기 때문에 본 연구에서는 데이터패스와 제어 장치 대신 '연산부'와 '제어부'라는 표현을 사용할 것을 제안한다.
The School Curriculum amend in 2007 mandates the contents from which students can learn the principles and concepts of computer science. Computer Science is one of the most rapidly changing subjects, and the Informatics textbook should accurately explain the basic principles and concepts based on th...
The School Curriculum amend in 2007 mandates the contents from which students can learn the principles and concepts of computer science. Computer Science is one of the most rapidly changing subjects, and the Informatics textbook should accurately explain the basic principles and concepts based on the latest technology. However, we found that the middle school textbooks in circulation lack accuracy and consistency in describing CPU. This paper attempted to discover the root-cause of the fallacy and suggest timely and appropriate explanation based on the historical and technical analysis. According to our study, it is appropriate to state that CPU is composed of datapath and control unit. The Datapath performs operations on data and holds data temporarily, and it is composed of the hardware components such as memory, register, ALU and adder. The Control unit decides the operation types of datapath elements, main memory and I/O devices. Nevertheless, considering the technological literacy of middle school students, we suggest the terms, 'arithmetic part' and 'control part' instead of datapath and control unit.
The School Curriculum amend in 2007 mandates the contents from which students can learn the principles and concepts of computer science. Computer Science is one of the most rapidly changing subjects, and the Informatics textbook should accurately explain the basic principles and concepts based on the latest technology. However, we found that the middle school textbooks in circulation lack accuracy and consistency in describing CPU. This paper attempted to discover the root-cause of the fallacy and suggest timely and appropriate explanation based on the historical and technical analysis. According to our study, it is appropriate to state that CPU is composed of datapath and control unit. The Datapath performs operations on data and holds data temporarily, and it is composed of the hardware components such as memory, register, ALU and adder. The Control unit decides the operation types of datapath elements, main memory and I/O devices. Nevertheless, considering the technological literacy of middle school students, we suggest the terms, 'arithmetic part' and 'control part' instead of datapath and control unit.
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문제 정의
본 연구는 현재 대부분의 대학에서 전공 교재로 사용되고 있는 컴퓨터 구조 전문 서적을 포함한 4종의 전문 서적 [13-16] 내용을 분석하여 정보 교과서에 나타난 문제점에 대한 원인을 파악하고 개선 방안을 제시하였다. 연구 결과 현재의 컴퓨터 시스템은 명령어의 수행을 위해 제어 장치와 연산 장치(ALU) 외에도 메모리, 레지스터, 가산기 등이 기본적으로 필요하다.
본 연구에서는 대부분의 대학에서 컴퓨터 구조 과목의 전공 교재로 사용되고 있는 전문 서적[13]을 포함한 4종의 컴퓨터 전문 서적[13-16]과 8종의 중학교 정보 교과서[5-12]에 제시된 중앙처리장치 관련 내용을 비교 분석하여 교과서가 가지고 있는 내용상의 문제점을 파악하였다. 또한 컴퓨터 구조 및 동작에 대한 역사적, 기술적 접근을 통하여 중앙처 리장치에 대한 바람직한 교과 내용을 제시하였다.
제안 방법
정보 교과서는 주기억 장치를 RAM과 ROM으로 구분하였고, 가상 메모리를 주기억 장치의 용량보다 큰 프로그램을 실행하기 위해 보조기억 장치의 일부를 주기억 장치처럼 사용하는 것으로 설명하였다. 관련 연구에서는 실행 중인 프로그램과 실행에 필요한 데이터를 일시적으로 저장 하는 주기억 장치를 현재의 반도체 기술로는 RAM으로 구현하고 있기 때문에 주기억 장치의 종류에 ROM을 포함시 키는 것은 적절하지 않다는 것을 메모리 계층 구조를 통하여 보여주었다. 그리고 가상 메모리는 주기억 장치를 보조 기억 장치의 캐시로 활용하는 기법으로 보는 것이 적절하며, 교과서의 내용 중 보조기억 장치의 일부를 주기억 장치로 사용한다는 가상 메모리에 대한 설명은 스왑 스페이스에 대한 내용이라고 하였다.
연구 결과, 중앙처리장치의 구성 요소를 정보 교과서, 정보 분야 국가기술자격 검정 수험서, 그리고 컴퓨터 전문 서적에서 서로 다르게 구분하고 있었다. 또한 교과서와 국가기술자격 검정 수험서에 제시된 주기억 장치와 가상 메모리에 대한 내용이 컴퓨터 전문 서적과 서로 다름을 확인하였다.
본 연구에서는 대부분의 대학에서 컴퓨터 구조 과목의 전공 교재로 사용되고 있는 전문 서적[13]을 포함한 4종의 컴퓨터 전문 서적[13-16]과 8종의 중학교 정보 교과서[5-12]에 제시된 중앙처리장치 관련 내용을 비교 분석하여 교과서가 가지고 있는 내용상의 문제점을 파악하였다. 또한 컴퓨터 구조 및 동작에 대한 역사적, 기술적 접근을 통하여 중앙처 리장치에 대한 바람직한 교과 내용을 제시하였다.
강오한[17]은 2007년 개정 교육과정에 따른 중학교 정보1 교과서를 분석하였고 설문조사를 통해 정보1 교과서의 조기 정착 방안을 모색하였다. 설문 항목은 정보1 교과서의 만족 도와 향후 교사들을 위해 지원이 필요한 내용을 조사하는 것으로 구성되었다. 교과서에 대한 설문의 영역은 교육과정의 준수, 내용의 선정 및 조직, 창의성, 교수․학습 방법 및평가, 내용의 정확성, 표현표기 및 편집, 교과서 만족도 등이 다.
중앙처리장치의 구성 요소에 대한 내용이 전문 서적에서 변화하게 된 원인을 역사적 관점에서 파악하기 위해 초기 컴퓨터 시스템에서 사용된 중앙처리장치와 현재의 컴퓨터 시스템에서 사용되고 있는 중앙처리장치의 구조에 대하여 분석하였다. 현대 컴퓨터 시스템에서 사용하고 있는 프로그램 내장 방식(stored-program)을 최초로 제안한 사람은 프린스턴 대학과 프린스턴 고등연구소(IAS: Institute for Advanced Study)의 수학자였던 폰노이만이다.
하지만 학습자의 인지 발달 수준을 고려하지 않고 지나치게 어렵고 낯선 전문 용어를 사용하는 것은 바람직하지 않기 때문에 본 연구에서는 데이터패스 대신 ‘연산 부분’ 또는 ‘연산부’, 제어 장치 대신 ‘제어 부분’ 또는 ‘제어부’라는 용어를 사용할 것을 제안하였다.
MIPS는 컴퓨터를 이해하기 위해 필요한 중앙처리장치의 핵심적인 구성 요소들을 포함하고 있고 이해하기 쉬운 구조로 되어있기 때문에 교육용으로 많이 활용되고 있다. 현재의 복잡해진 중앙처리장치를 정확하게 이해하기 위해 간략화된 MIPS의 기본 구조 및 동작에 대해 분석을 하였다. 다음은 MIPS를 비롯한 모든 중앙처리장치들이 프로그램의 수행을 위해 필수 적으로 지원하고 있는 기본 명령어들이다.
성능/효과
3. 적재 명령어는 메모리 출력 값을 레지스터에 기록하고, 저장 명령어는 레지스터 출력 값을 메모리에 기록한다. 산술/논리 명령어는 ALU 출력 값을 레지스터에 기록하 고, 분기 명령어는 비교 결과에 따라 PC 값을 변경한다.
설문 영역 중에서 긍정적인 응답률이 가장 높은 것은 ‘교육과정의 준수’로 95%를 나타냈고 부정적인 응답률이 가장 높은 설문 영역은 ‘내용의 선정 및 조직’으로 13%를 나타냈다. 또한 교과서에 대한 전반적인 만족도에서는 긍정적인 응답은 76%를 차지하였고 부정적인 응답은 2%로 매우 낮게 나타났다.
설문 영역 중에서 긍정적인 응답률이 가장 높은 것은 ‘교육과정의 준수’로 95%를 나타냈고 부정적인 응답률이 가장 높은 설문 영역은 ‘내용의 선정 및 조직’으로 13%를 나타냈다.
이상욱[19]은 2007년 개정 교육과정에 따른 중학교 정보 교과서 및 정보 분야 국가기술자격 검정의 정보 기기 영역 내용에 대한 문제점을 연구하였다. 연구 결과, 중앙처리장치의 구성 요소를 정보 교과서, 정보 분야 국가기술자격 검정 수험서, 그리고 컴퓨터 전문 서적에서 서로 다르게 구분하고 있었다. 또한 교과서와 국가기술자격 검정 수험서에 제시된 주기억 장치와 가상 메모리에 대한 내용이 컴퓨터 전문 서적과 서로 다름을 확인하였다.
후속연구
2009년 개정 교육과정에서는 일반계 고등학교의 정보 교과서에도 ‘컴퓨터의 구성과 동작’ 영역이 포함된다[22]. 본 연구에서 제시한 개선 방안들이 새 교육과정에 따른 정보 교과서에는 바르고 일관성 있게 반영되어 학습자들이 컴퓨터 시스템의 핵심 요소인 중앙처리장치의 구조와 동작을 정확하고 쉽게 이해할 수 있게 되기를 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재의 정보 교과서에서 컴퓨터의 급속한 변화를 제대로 반영하지 못한 내용의 예시는 무엇인가?
하지만 현재의 정보 교과서에 제시된 ‘컴퓨터의 구성과 동작’ 영역에는 컴퓨터의 급속한 변화를 제대로 반영하지 못하는 내용이 포함되어 있다. 대표적인 예로 중앙처리장치 (CPU: Central Processor Unit)에 대한 내용이다. 2007년 개정 교육과정에 따른 8종의 중학교 정보 교과서[5-12]를 분석한 결과 중앙처리장치의 구성 요소에 대한 내용이 포함된 5 종의 교과서 중 4종의 교과서가 중앙처리장치를 ‘제어 장치’ 와 ‘연산 장치’로 구분하였고, 1종의 교과서가 ‘제어 장치’, ‘연산 장치’, ‘레지스터’로 구분하였다. 중앙처리장치의 구성에 대한 이러한 내용들은 현재 대부분의 PC, 서버, 임베디드 시스템 등에서 사용되고 있는 중앙처리장치의 구조를 바르게 설명하고 있지 못할 뿐 아니라 교과서별 상이한 내용으로 인해 학습자에게 혼란을 유발할 소지가 있다.
우리나라 국가 교육과정에서 컴퓨터 교육은 무엇이 시작이었는가?
우리나라 국가 교육과정에서 컴퓨터 교육은 1969년 문교 부령 제251호에 따른 고등학교 교육과정의 ‘산업 일반’ 과목에 컴퓨터 관련 내용이 포함된 것이 시초이다. 이후 1971년 문교부령 제286호로 공포된 실업계 고등학교 교육과정에서 ‘전자 계산 일반’을 포함하여 5종의 컴퓨터 관련 과목이 처음으로 신설되었다[1].
정보화 시대에서 중요한 것은 무엇인가?
정보화 시대는 컴퓨터를 도구적으로 활용하는 것도 중요 하지만 다양한 지식과 정보가 융합되어 발전하는 지식정보 사회의 복잡한 문제들을 해결하기 위해서는 컴퓨터 과학의 원리를 이해하고 창의적, 논리적으로 사고하는 능력을 기르는 것이 더욱 중요하다. 이러한 이유로 2007년 개정 교육과 정에서는 중학교와 일반계 고등학교의 컴퓨터 관련 과목 명칭을 ‘정보’로 통일하고 컴퓨터의 단순 도구적 활용 교육보 다는 컴퓨터 원리, 문제 해결 방법, 정보 윤리 교육 등을 강화하였다.
참고문헌 (22)
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