[논문]Computational Thinking의 초등교육 활용 방향

문교식

doi:10.5392/jkca.2013.13.06.518

Computational Thinking의 초등교육 활용 방향
On the Direction of the Application of the Concepts of Computational Thinking for Elementary Education 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.13 no.6, 2013년, pp.518 - 526

초록
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다양한 전문영역에서 계산사고의 개념이 확산되고 있는 추세이다. 이에 따라 이제 컴퓨터 교육 분야에서도 정규교육에서 계산사고를 교육해야 할 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 Computational Thinking이라는 용어의 번역에 대한 논의와 계산사고의 특성과 필요성 및 중요성을 알아보고, 계산사고의 학습 유형으로 컴퓨팅 도구를 사용하는 학습과 사용하지 않는 학습에 대해 살펴본다. 초등교육에서의 계산사고 활용 방향을 탐구할 목적으로 계산사고의 학습목표를 논의하고, 계산사고의 학습내용을 제시한다. 초등교육에서 계산사고의 활용에 대한 방향을 모색하기 위하여 초등교사 33명을 대상으로 계산사고의 활용에 대한 의견을 조사하였다. 조사 결과에서 거의 모든 응답자들이 정규교육에서 계산사고 교육의 필요성에 동의하였고 다른 흥미 있는 결과도 논문에 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The notion of computational thinking is currently gaining much attention from a variety of disciplines. Accordingly, computer education community needs to address this issue for formal education. In the paper, the translation issue on the terminology - 'computational thinking' - is discussed. As a brief introduction to computational thinking the characteristics and necessities as well as its importance are presented. The types of learning computational thinking are presented, which are learning with computing tools on one hand and without them on the other hand. Furthermore, learning objectives of computational thinking as well as the contents are also investigated for the application of computational thinking in elementary education. A survey was conducted for thirty three elementary school teachers on behalf of investigating directions of teaching computational thinking in elementary education. It shows that almost all respondents agree to teaching computational thinking in formal education and it also shows other interesting results as stated in the paper.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

계산사고 학습을 도와주는 컴퓨팅 도구에 대해 알아본다. 현재 다수의 도구가 나와 있지만 그 중 미국의 학교에서 대표적으로 사용되고 있는 도구들을 몇 가지 살펴본다[6][7].
미국의 경우, 계산사고 분야의 선도적 연구자들에 의해 계산사고의 학습 사례가 발표되기 시작한다. 미국의 선도적 연구자들을 중심으로 어떠한 사례들이 발표되고 있는지를 살펴봄으로써 우리나라에서의 적용의 방향을 제시하고자 한다. 계산사고 학습의 중심은 문제해결을 위한 추상화와 모델링이다.
이제 각 학교 급별로 어떻게 계산사고를 활용해야 할지에 대한 본격적인 논의를 시작할 때가 되었다[9-12]. 본 논문에서는 우리나라의 초등학교에서 계산사고를 어떻게 활용할 것인지에 대한 방향을 제시한다. 2장에서는 계산사고의 개요를 다루는데 그 내용으로 정의, 특성, 필요성과 중요성을 다룬다.

제안 방법

‘Computational Thinking’이라는 용어의 번역은 ‘계산사고’가 적합함을 제안하였고, 계산사고의 정의를 정리하였으며, 계산사고의 특성과 필요성 및 중요성을 살펴보았다.
⑤ 시뮬레이션; 시뮬레이션은 실험을 통하여 사물을 이해한다. 가상의 세계를 만들고 그 세계를 통하여 어떤 이론을 실험하고 관찰한다. 시뮬레이션 도구를 사용하는 방법을 배우고, 여러 분야에서 실험을 통하여 학습한다.
계산사고의 도입을 위한 사전 준비로 과반수의 교사가 ‘수업에 활용할 수 있는 계산사고 도구의 개발’과 ‘계산사고 적용의 사례 개발’이 가장 필요하다고 응답하였다.
‘Computational Thinking’이라는 용어의 번역은 ‘계산사고’가 적합함을 제안하였고, 계산사고의 정의를 정리하였으며, 계산사고의 특성과 필요성 및 중요성을 살펴보았다. 계산사고의 학습유형으로 컴퓨팅 도구를 사용하지 않는 학습과 컴퓨팅 도구를 사용하는 학습으로 나눌 수 있고 그 특징을 알아보았다.
그리고 이 분야의 연구자들의 연구 결과를 바탕으로 다음과 같은 여섯 가지의 학습 내용을 선정할 수 있었다: 데이터의 생성과 표현, 데이터로부터 정보의 수집과 표현, 반복 실행과 호출, 문제의 분할, 시뮬레이션, 모델링.
⑥ 모델링; 모델은 복잡한 현상/시스템의 표현, 변수의 조작으로 그 현상/시스템에 대한 깊은 이해를 돕는다. 모델의 체험을 통하여 모델의 적용 범위, 장점과 단점 등을 학습한다.
③ 반복 실행과 호출; 이 개념은 컴퓨터 알고리즘에 의한 문제의 표현과 해결에서 거의 빠지지 않고 등장하는 개념이다. 반복을 통하여 문제가 어떻게 표현되고 해결되는지를 이해함으로써 절차적 표현과 해결 방법을 학습한다.
가상의 세계를 만들고 그 세계를 통하여 어떤 이론을 실험하고 관찰한다. 시뮬레이션 도구를 사용하는 방법을 배우고, 여러 분야에서 실험을 통하여 학습한다.
4장에서는 초등교육에서 계산사고를 활용하기 위한 방향의 제시를 위하여 계산사고의 학습목표와 학습내용을 제안한다. 초등교육에서 계산사고의 활용에 대한 방향을 모색하기 위하여 초등교사 33명을 대상으로 계산사고의 활용에 대한 의견을 조사한 결과를 제시한다. 끝으로 결론과 제언을 한다.

대상 데이터

⑦ 계산사고 교육의 대상은 공학자, 과학자를 중심으로 전 분야의 대학생, 대학원생, 그리고 K-12과정의 학생들이다.
에서 Computational Thinking(계산사고)에 대한 1차 워크숍을 가졌고, 2010년에 2차 워크숍을 가졌다[6][7]. 두 차례의 워크숍에서 컴퓨터교육 전문가를 비롯하여 다양한 분야(예를 들면, 물리학, 생물학, 법학, 고고학, 등)의 전문가들이 참여하였다. 1차 워크숍에서는 주로 계산사고의 성격과 특징, 그리고 정의에 대한 논의가 있었으며, 2차 워크숍에서는 주로 계산사고의 교수 방법에 대한 논의가 있었다.
초등교육에서 계산사고의 활용에 대한 방향을 모색하기 위하여 2013년 5월8일에서 19일에 걸쳐 대구, 경북 지역의 컴퓨터 교육 경험이 있는 초등교사 33명을 대상으로 계산사고의 활용에 대한 의견을 조사하였다. 조사 결과를 간추리면 다음과 같다.

성능/효과

⑥ 계산사고의 개념을 초등교육에 활용하기 위하여 필요한 사전 준비 조사에서 ‘컴퓨터 알고리즘/프로그래밍 교육, 컴퓨터 과학의 개념/원리 교육’(12명, 36.3%) 보다 ‘수업에 활용할 수 있는 계산사고 도구의 개발’과 ‘계산사고 적용의 사례 개발’에 더 많은 (19명, 57.5%) 선택을 보여 주었다.
초등교육에서 계산사고의 활용에 대한 방향을 모색하기 위하여 초등교사 33명을 대상으로 계산사고의 활용에 대한 의견의 조사에서, 거의 모든 교사가 계산사고의 도입이 필요하다고 응답하였고, 계산사고 교육을 컴퓨터 수업 안에서 다루기를 희망하는 경우와 일반 교과와의 통합을 원하는 경우가 거의 반반씩 차지하였으며, 과반수의 교사가 계산사고의 ‘문제해결을 위한 알고리즘적 분석과 표현’부분이 수학 교과에서 가장 큰 도움을 줄 수 있다고 응답하였고, 과학 교과에서는 ‘문제/현상의 시뮬레이션’과 ‘데이터의 분석과 표현’을 가장 중시하였다.

후속연구

계산사고를 국내 초등교육에서 적용한 사례는 찾아보기 어렵다. 아직 준비 단계에 있다고 보여 지는데, 앞으로 구체적인 현장 적용 사례가 늘어 날 것으로 예측이 되므로 이 시점에서 초등학교에서 계산사고를 어떻게 적용하고 활용해야 할지를 논의하는 것이 바람직하겠다. 우선 계산사고를 초등학교에서 활용하는 이유가 무엇인지를 명백히 할 필요가 있다.
이러한 개념에 대해 학년 단위로 무슨 내용을 어떻게 가르칠 것인가에 대한 후속연구가 이루어져야 한다.
후속 연구로써 초등학교에서 계산사고의 학습을 위한 구체적인 방안이 마련되어야 할 것이고 특히, 현장에서 적용 가능한 계산사고 도구의 개발과 계산사고의 적용 사례를 탐구해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	계산사고의 내재적 특성에는 어떤 것들로 나누어 볼 수 있는가?	계산사고의 본질을 이해하기 위하여 계산사고의 특성을 이해할 필요가 있는데, 계산사고의 내재적 성격과 컴퓨터과학에서 차지하는 위치, 그리고 타학문 및 다른 사고 유형과의 관계에 대해 논의할 수 있다. [7]에 의하면, 계산사고의 내재적 특성에는 언어로써의 계산사고, 추상화와 모형화를 통한 표현력을 가진 계산사고, 자동화에 의한 문제해결 능력을 가진 계산사고, 상호 작용의 강화를 위한 도구로 적합한 계산사고로 나누어 볼 수 있다. 계산사고의 컴퓨터과학과 기술에서의 위치와 관계는 우선 계산사고를 컴퓨터과학의 부분 집합으로 보는 시각과, 계산원리가 컴퓨터과학의 중심적 위치로 보는 시각이 있다.
	계산사고는 어떤 방법을 활용하여 추상화와 모델링에 명확성을 추구하고 있는가?	② 계산사고의 명확성; 계산사고는 문제의 표현과 해결을 위한 알고리즘적 방법을 채용하여 추상화와 모델링에 명확성을 추구하고 있다.
	계산사고의 정의에 대한 공통적인 의견은?	① 컴퓨터 과학에 기초한 문제해결의 방법이다. ② 문제해결의 논리적 구체적, 계산형태의 명확한 기호적 표현 방법이다. ③ 문제해결의 효율적 실행을 위한 절차적 사고의 과정이며 인간의 지적 능력을 확장하는 추론의 과정이다. ④ 문제해결을 위해 하드웨어/소프트웨어를 인지적 도구로 사용한다. ⑤ 계산사고는 기술과 사고 과정의 한정된 집합이 아니라, 기술과 학습의 역동적 성격을 반영하는 개방적이고 성장하는 개념이다. ⑥ 계산사고의 핵심적 개념은 명확한 절차의 반복 적용, 탐색, 패턴 매칭, 반복적 정교화, 무작위 기법, 모델링, 시뮬레이션, 시각화 등이다. ⑦ 계산사고 교육의 대상은 공학자, 과학자를 중심으로 전 분야의 대학생, 대학원생, 그리고 K-12과정의 학생들이다.

참고문헌 (19)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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