[논문]스크래치 프로그래밍을 활용한 초등학교 STEAM학습모형

문외식

doi:10.14352/jkaie.2013.17.4.457

스크래치 프로그래밍을 활용한 초등학교 STEAM학습모형
STEAM Learning Model in Elementary Schools by Applying SCRATCH Programming 원문보기

정보교육학회논문지 = Journal of the Korean Association of Information Education, v.17 no.4, 2013년, pp.457 - 466

초록
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STEAM교육은 궁극적으로 융합적 사고와 문제 해결능력을 크게 신장 시킬 수 있다. 본 연구에서는 초등학교 6학년생들이 스크래치 프로그래밍을 활용해 각 교과 내용을 STEAM학습 할 수 있도록 스크래치 소양교육과 교과적용 STEAM모형을 개발하였으며, 6학년 학생들에게 방과 후 수업 및 정규 수업시간에 적용하고 분석하였다. 결과로서, 모형적용 대상인 6학년생의 약 70%가 스크래치 프로그램을 교과에 적용하여 자기 주도적으로 STEAM학습을 할 수 있었으며, 나머지 30%의 학생들도 스크래치로 일부 STEAM학습을 할 수 있었다. TEAM학습의 성취도 평가에서도 10점 만점에 전체 평균 7.83점을 얻어 평가대상 대부분의 학생들이 만족할 만한 성취수준을 얻은 것으로 평가 되었다. 따라서, 스크래치를 활용한 STEAM학습 모형이 C, BASIC 등의 기존 프로그래밍 언어를 활용하는 것 보다 매우 우수한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is possible to increase integrated thinking and problem solving ability ultimately through STEAM education. This study developed STEAM model to apply to subjects and scratch knowledge education that sixth grade students in elementary schools can learn each subject through STEAM learning by applying scratch programming and it was applied and analyzed during regular classes and afterschool classes for sixth grade students. As a result, it was possible that about 70% of sixth grade students, the subject of model application were able to do STEAM learning initiatively by applying scratch program. Other 30% of the students were able to do STEAM learning partially through scratch. As for the achievement assessment of STEAM learning, it was evaluated that most of the students for the evaluation subjects got satisfactory achievement level by getting overall average 7.83 out of ten. Thus, it is considered that STEAM learning model by applying scratch is very superior that applying existing programming language such as C, BASIC etc.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 프로그래밍의 기본 개념을 이해할수 있는 초등학교 6학년을 대상으로 스크래치 프로그램 소양교육을 방과 후 시간에 학습시킨 후, 정규 교과시간에 각 교과에서 추출한 내용들을 융합하여 교사가 문제를 제기하면 학생 스스로가 스크래치를 활용하여 문제를 해결할 수 있는 다양한 알고리즘을 구현하고, 프로그래밍 하는 능력을 키우는 STEAM학습 모형을 구현하고자 한다. 구현된 모형을 초등학교 현장에 적용과 검증을 통해 스크래치가 융합적 사고 능력과 문제 해결력을 신장 시키는 STEAM학습 모형 도구로서 적합한지를 확인하는데 있다.
본 연구에서는 초등학교 6학년생들이 정규교과 시간에 프로그래밍을 통해 STEAM교육을 할 수 있도록 스크래치 프로그램 소양교육 모형과 6학년 5개 교과에서 추출한 단원들을 스크래치로 표현할 수 있도록 요구하는 STEAM학습 모형을 각각 개발하고 제안하였다. 스크래치 소양교육은 방과 후 시간과 토요일 수업시간에 미리 만든 워크북을 중심으로 교사가 실시하였다.
따라서, 초등학생들이 STEAM학습에 매진할 수 있는 최적의 학습도구이다. 본 연구에서는 프로그래밍의 기본 개념을 이해할수 있는 초등학교 6학년을 대상으로 스크래치 프로그램 소양교육을 방과 후 시간에 학습시킨 후, 정규 교과시간에 각 교과에서 추출한 내용들을 융합하여 교사가 문제를 제기하면 학생 스스로가 스크래치를 활용하여 문제를 해결할 수 있는 다양한 알고리즘을 구현하고, 프로그래밍 하는 능력을 키우는 STEAM학습 모형을 구현하고자 한다. 구현된 모형을 초등학교 현장에 적용과 검증을 통해 스크래치가 융합적 사고 능력과 문제 해결력을 신장 시키는 STEAM학습 모형 도구로서 적합한지를 확인하는데 있다.

제안 방법

현재 초등학교 정규 교육과정이 매우 타이트하게 구성되어 있어 스크래치 프로그래밍을 할 수 있는 시간이 제한적이다. 따라서, 방과 후 시간 또는 토요일에 실시하는 비교과 수업시간을 적극 활용하여 제안한 교육과정과 교재로 프로그래밍 소양교육을 실시하고, 정규교과 시간에는 교과내용들을 다양한 형태와 주제로 학습모형을 제안히여 학생들이 자기 주도적인 스크래치로 표현하도록 하였다.
본 연구에서 개발한 14차시의 소양교육 교육과정과 워크북을 중심으로 A 초등학생 6학년 32명(남: 16명, 여: 16명)을 대상으로 방과 후 수업에서 교사가 스크래치프로그램 소양교육을 14시간 실시하였다. 프로그래밍 소양교육을 마친 학습들을 대상으로 스크래치프로그래밍에 대한 호감도와 교과 적용 가능성에 대한 설문조사를 분석하였다.
본 연구에서는 (그림 2)에 기술한 3단계 영역을 기초로 초등학생 6학년생들이 배우고 익혀야할 프로그래밍 3개 영역의 학습요소들(멀티미디어 표현, 문제 해결력, 프로그래밍 기초 이해)을 (그림 3)과 같이 입력과 출력, 변수, 멀티미디어, 연산, 제어의 총 5개 프로그래밍 학습 영역으로 재구성하였다.
본 연구에서는 초등학교 6학년 과목중 국어(언어의 세계), 수학(직육면체의 부피), 사회(생활속의 법), 음악(지화자 좋다), 체육(자연과 하나되어) 5과목의 각단원을 대상으로 STEAM학습 모형을 개발하였다. (그림 5)는 적용된 5개 교과와 내용이며, 각 교과에 나타낸 그림은 학습자들이 작성하여 수행한 결과 스크래치 화면의 일부이다.
본 연구에서는 폭넓은 STEAM학습을 위해 6학년 교과에서 다섯 교과(사회, 국어, 체육, 음악, 수학)를 선정하여 모형을 개발하고 적용하였다.
본 연구에서는 학습자의 생각을 구체화하고, 창의적 알고리즘으로 표현할 수 있는 능력을 키우도록 스크래치 프로그래밍 소양교육 교육과정과 워크북 개발, 그리고 정규교과에서 STEAM학습을 할 수 있도록 학습모형을 분리하여 제안하였다. 현재 초등학교 정규 교육과정이 매우 타이트하게 구성되어 있어 스크래치 프로그래밍을 할 수 있는 시간이 제한적이다.
<표 1>의 스크래치 프로그래밍 소양 교육과정을 기초로 30쪽의 워크북을 PDF파일 형태로 개발하여 방과 후 수업 또는 토요일 수업시간에 초등학생들이 자기주도적으로 학습에 활용할 수 있도록 하였다. (그림 4)는 워크북의 1차시분의 1쪽의 내용을 예로서 나타냈다[6].
프로그래밍 소양교육은 초등학생 6학년생들의 프로그래밍 인지 및 활용 능력을 넘지 않는 범위 내에서 소양교육을 실시하도록 “초 · 중등 정보통신기술 교육 지침”에 있는 정보처리의 이해 영역 제 3단계에 속하는 “멀티미디어 정보의 표현”, “문제해결 전략과 표현” 그리고 “프로그래밍 이해와 기초” 영역을 충분히 검토하고 프로그래밍 학습 목표를 설정한 후 개발 제안하였다[1].
본 연구에서 개발한 14차시의 소양교육 교육과정과 워크북을 중심으로 A 초등학생 6학년 32명(남: 16명, 여: 16명)을 대상으로 방과 후 수업에서 교사가 스크래치프로그램 소양교육을 14시간 실시하였다. 프로그래밍 소양교육을 마친 학습들을 대상으로 스크래치프로그래밍에 대한 호감도와 교과 적용 가능성에 대한 설문조사를 분석하였다.

이론/모형

교과시간에 제시한 STEAM학습 모형(5개 과목)을 스크래치로 표현하는 성취수준은 과 같이 분석되었다.

성능/효과

”의 응답에서도 66% 이상이 긍정적인 응답을 함으로서, 초등학교에서 스크래치가 STEAM학습 도구로서의 성공 가능성을 확보할 것으로 분석되었다.
안경미(2009)는 초등학생 6학년들을 대상으로 스크래치 프로그래밍을 실시하여 학습에 대한 몰입정도와 프로그래밍 능력의 효과를 분석하였다. 결과로, 스크래치 프로그래밍 학습을 하지 않은 집단에 비해 학습 몰입 수준이 통계적으로 향상되었으며 프로그래밍 능력 향상에도 긍정적인 효과를 나타냈다고 한다. 그러나, 스크래치를 프로그래밍 학습에만 한정하여 정규 교과에 적용한 연구가 결여되어 있다[11].
또한, 스크래치 프로그램 이해도에서는 “배우기 쉽고 활용할 수 있다”가 28%인 9명, “배우기는 쉬우나 활용이 조금 어렵다”가 23명인 72%로 나타나 스크래치가 초등학생들에게 창의성 학습도구로 적절함을 알 수 있다.
상단계 성취수준을 가장 많이 받은 교과목은 “체육”으로 상단계가 전체 평가대상의 학습자 중에서 47%로 나타났고, 최저인 하단계 성취수준을 가장 많이 받은 과목은 “음악”으로 13%로 나타났다.
스크래치 프로그램을 초등학생 6학년이 교과에 응용할 수 있는가에 대한 응답에서 “매우 그렇다”가 16%(5명), “그렇다”가 50%16명), “일부 그렇다”가 34%(11명)로 나타났으며 “전혀 응용할 수 없다”의 설문항목에는 0%로 나타나 스크래치 프로그램을 교과에 응용할 수 있다는 그룹이 전체 설문대상의 학생 중 66%로 조사되어 정규교과 시간에 스크래치 프로그램을 활용한 STEAM학습의 성공 가능성을 나타내고 있다.
스크래치를 STEAM학습 도구로 표현하는데 가장 좋은 교과는 “사회”, “미술”, “과학” 순이며 가장 낮은 교과는 “도덕”, “영어”와 “음악” 순으로 조사되었다.
또한, 자신들이 배우고 있는 “정규교과목을 스크래치로 응용하여 표현할 수 있는가?”의 응답에서도 66% 이상이 긍정적인 응답을 함으로서, 초등학교에서 스크래치가 STEAM학습 도구로서의 성공 가능성을 확보할 것으로 분석되었다. 실질적으로 스크래치 소양교육을 마친 6학년생들이 본 연구에서 제안한 STEAM학습 모형을 수행한 결과에서, 성취수준은 10점 만점에 여학생이 7.58점, 남학생이 8.08점으로 남녀 전체 평균이 7.83점에 도달하여 중.상단계의 성취수준을 얻은 것으로 조사되었다.

후속연구

스크래치를 정규교과에 적용해 본 사례이지만 STEAM 중 S에 해당하는 과학교과에 한정된 연구로 전 교과에 확대하여 연구할 필요가 있다.
특히, 스크래치 소프트웨어가 다른 첨단 학습도구에 비해 비용이 전혀 들지 않고, 학교, 집 등 에서 언제든지 휴대하여 활용할 수 있도록 작은용량(32MB)의 무상 소프트웨어라는 큰 장점도 가지고 있다. 향후 연구과제로 소양교육에서 사용된 워크북이 적정한지를 피드백을 통해서 개선할 필요가 있으며, 전체 교과(특히, 국정교과서 중심)의 내용을 확대하여 더 많은 STEAM학습 모형을 개발할 필요가 있다. 특히, 스크래치와 연동되는 로봇센서보드(Hello Board.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내외 전문가들이 말하는 STEAM교육의 장점은 무엇인가?	STEAM교육은 한 가지의 주제를 가지고도 과학, 기술, 공학, 수학, 예술적 측면으로 접근해 학습자의 창의성 및 문제해결 능력을 획기적으로 높이는 통합적인 학습 방법이다. 이는 학습의 효율을 높일 뿐만 아니라 다양한 학문 간의 연계에서 오는 흥미 및 동기유발이 쉽고 학습자의 창의성과 문제 해결력 향상에도 긍정적인 영향을 미치는 매우 훌륭한 교육방법이라는 것이 국내외 전문가들의 공통된 의견이다. 선행 연구에서도 수학, 과학 등의 학습태도 수준향상에 긍정적인 효과가 있다는 결과가 나오고 있다.
	스크래치 프로그램의 장점은 무엇인가?	로봇을 이용한 STEAM학습에서 발생되는 비용 등의 단점을 없애고, 프로그래밍 학습에서 발생하는 문법의 이해 및 코딩, 오타수정 등의 창의성교육 저해요소들을 제거할 수 있는 효과적인 학습도구가 스크래치(Scratch) 프로그램이라 볼 수 있다. 스크래치 프로그램은 기존 프로그래밍의 틀에서 벗어나 마치 플로우차트를 작성하듯이 프로그래밍되어 정형화된 볼록들을 논리적으로 끼워 맞추어 결과를 수행하는 새로운 프로그래밍 방식으로서 원천적으로 오류가 발생하지 않고 프로그래밍 하기가 대단히 편리하다. 따라서, 초등학생들이 STEAM학습에 매진할 수 있는 최적의 학습도구이다.
	창의성이란?	창의성이란 사전적 정의로 새로운 의견이나 방법을 생각해 내는 능력이나 성향을 말한다. 이는 어떤 기준의 것과는 다른 독특한 것을 산출해 내는 과정 및 능력이라고 할 수 있으며 오래전부터 많은 학자들이 추구하는 가치에 따라 조금씩 차이가 나게 언급하고 있다[13]. Stein(1953년)은 특정한 집단에 의해 지속적이거나 유용하거나 만족스럽다고 받아들여지는 새로운 작업의 결과를 나타내는 과정이라 했으며, Plucker외 2(2004년)는 한 개인이나 집단이 특정한 사회적 맥락내에서 새로우면서도 유용한 결과나 산출물을 만들어 내는 능력과 과정간의 상호작용이라 정의했다. 또한, 국내의 박병기(1998년)는 새롭고 적절한 것을 만들거나, 생각하거나, 표현할 수 있는 가능성을 향상시키는 방향으로 한 인간의 동기, 태도, 능력, 기법이 지속적으로 통합되는 과정에서의 그 전체적인 특성이라 정의하였다[10].

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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