본 연구의 목적은 최근에 큰 주목을 받고 있는 Computational Thinking(CT) 개념과 세부 역량에 대해 문헌연구를 수행하고 CT역량을 계발하기 위한 초등예비교사를 위한 수업 내용과 평가 방법을 고안하는 것이다. 이를 위해 CT관련 문헌, 프로그래밍 효과성 관련 문헌, 스크래치교육용 프로그래밍 언어 2.0버전의 기능을 분석하여 예비초등교사를 위한 6개의 CT세부 요소(절차 및 알고리즘, 병행화 및 동기화, 자료 표현, 추상화, 문제 분해, 시뮬레이션)를 도출하였다. 도출된 6개의 CT세부 역량의 계발을 위해 교원양성기관에서 한 학기에 진행할 수 있는 수업을 설계하고 각 차시의 수업내용과 CT요소와의 관련성을 분석하여 제시하였다. 또한 PECT(Progression of Early Computational Thinking)모형과 CT평가 프레임워크를 분석하여 학습자의 산출물에 나타난 CT역량 습득 정도를 기초, 발달, 능숙 세 단계로 평가할 수 있는 루브릭을 고안하였다. 본 연구의 결과는 향후 실증적 효과성 검증을 통해 교원양성기관에서 CT역량 계발 프로그램으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구의 목적은 최근에 큰 주목을 받고 있는 Computational Thinking(CT) 개념과 세부 역량에 대해 문헌연구를 수행하고 CT역량을 계발하기 위한 초등예비교사를 위한 수업 내용과 평가 방법을 고안하는 것이다. 이를 위해 CT관련 문헌, 프로그래밍 효과성 관련 문헌, 스크래치 교육용 프로그래밍 언어 2.0버전의 기능을 분석하여 예비초등교사를 위한 6개의 CT세부 요소(절차 및 알고리즘, 병행화 및 동기화, 자료 표현, 추상화, 문제 분해, 시뮬레이션)를 도출하였다. 도출된 6개의 CT세부 역량의 계발을 위해 교원양성기관에서 한 학기에 진행할 수 있는 수업을 설계하고 각 차시의 수업내용과 CT요소와의 관련성을 분석하여 제시하였다. 또한 PECT(Progression of Early Computational Thinking)모형과 CT평가 프레임워크를 분석하여 학습자의 산출물에 나타난 CT역량 습득 정도를 기초, 발달, 능숙 세 단계로 평가할 수 있는 루브릭을 고안하였다. 본 연구의 결과는 향후 실증적 효과성 검증을 통해 교원양성기관에서 CT역량 계발 프로그램으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
This study aims to suggest lesson plans and evaluation methods for primary pre-service teachers by reviewing the concept of computational thinking(CT) skills and its sub components. To pursue this goal, a literature review has been conducted in regards to CT and the effectiveness of programming cour...
This study aims to suggest lesson plans and evaluation methods for primary pre-service teachers by reviewing the concept of computational thinking(CT) skills and its sub components. To pursue this goal, a literature review has been conducted in regards to CT and the effectiveness of programming courses. In addition, the Scratch educational programming functions were analyzed yielding six CT elements(data representation, problem decomposition, abstraction, algorithm & procedures, parallelization, simulation). With these six elements, one semester lesson plans for 15 weeks that represent the connections with six CT elements were designed. Based on the PECT(Progression of Early Computational Thinking) model and the CT framework a rubric to evaluate learners' proficiency levels(basic, developing, proficient) revealed in their final projects was developed as well. Upon a follow-up empirical study, the lesson plans and the rubric suggested in the current study are expected to be utilized in teachers' colleges.
This study aims to suggest lesson plans and evaluation methods for primary pre-service teachers by reviewing the concept of computational thinking(CT) skills and its sub components. To pursue this goal, a literature review has been conducted in regards to CT and the effectiveness of programming courses. In addition, the Scratch educational programming functions were analyzed yielding six CT elements(data representation, problem decomposition, abstraction, algorithm & procedures, parallelization, simulation). With these six elements, one semester lesson plans for 15 weeks that represent the connections with six CT elements were designed. Based on the PECT(Progression of Early Computational Thinking) model and the CT framework a rubric to evaluate learners' proficiency levels(basic, developing, proficient) revealed in their final projects was developed as well. Upon a follow-up empirical study, the lesson plans and the rubric suggested in the current study are expected to be utilized in teachers' colleges.
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문제 정의
따라서 현실적으로 학교 현장에서의 CT평가를 위한 방안을 제공하기 위해서는 학생 산출물에서 다양한 측면의 CT능력의 증거를 분석하는 것이 효율적일 수 있다고 판단된다. 따라서 본 연구의스크래치 CT계발 프로그램 설계에서는 현장 적용의 효율성을 고려한 평가 방안을 고안하고자 한다.
이 분석을 통해 나온 선택된 CT세부 역량을 다루는 초등교원양성기관 프로그래밍 수업 내용을 설계하기 위해 스크래치 프로 그래밍 언어가 보급되기 시작한 이후 2008년부터 국내에서 스크래치 프로그래밍 효과성 연구를 분석하고 수업 맥락과 평가 방법을 검토하였다. 또한 국외의 스크래치 프로그래밍 관련 연구들을 검토하여 추이를 파악하고 CT관련 평가에 초점을 두고 있는 연구들로본 연구에서 설계하고자 하는 스크래치 프로그램 설계 및 평가 방안에 기초 자료를 확보하였다. 이를 통해 교원양성기관에서 예비교사 대상의 스크래치 프로 그래밍 수업 내용과 평가 루브릭을 개발하였다.
본 연구에서는 국내 · 외 CT관련 문헌 연구를 통해 CT skills의 세부 역량을 도출하고 초등교원양성기관 에서 예비교사들의 프로그래밍 수업을 통해 CT세부 역량을 계발할 수 있는 수업 내용을 설계하고 평가 방안을 제안하였다. 본 연구에서 도출된 예비초등교사 를 위한 CT세부 역량은 6개(절차 및 알고리즘, 병행 화 및 동기화, 자료 표현, 추상화, 문제 분해, 시뮬레이 션)로 나타났으며 이들 6개의 세부 요소들을 다룰 수 있는 구체적인 수업 내용과 함께 각 차시의 내용과 CT요소와의 구체적인 연관성에 초점을 두고 분석하였다.
본 연구에서는 도출된 6개의 CT세부역량의 계발을 위해 교원양성 기관에서 예비교사를 위해 한 학기에 진행할 수 있는 스크래치 프로그래밍 수업을 설계하였다. 분석과정에서 포함한 최근 업그레이드된 스크래치 2.
본 연구에서는 먼저 국내·외 CT관련 문헌 연구를 통해 초등예비교사가 갖추어야 할 CT skills의 세부 역량은 무엇인지 도출하고 이러한 세부 역량을 프로그래밍 수업에 도입하기 위한 교수 학습 설계 및 평가 방안을 모색하고자 하였다.
본 연구의 초점은 자칫 기초 프로그래밍 기능 습득 과 콘텐츠 생성에만 머무를 수 있는 수업을 CT 세부 역량과 체계적으로 연결시켜 봄으로써 CT역량 강화 를 위한 방안을 제시하였다는 것이다. 또한 학생 콘텐 츠의 외현적 기능 구현에 치중할 수 있는 평가 영역 에서도 학습자가 CT역량을 습득하였다는 것을 평가 할 수 있는 방안을 고안하였다는 점이다.
제안 방법
가장 최근에 수행된 스크래치 프로그래밍을 CT개념에 연결시킨 연구로서 이은경은 중학교 1학년 34명을 대상으로 4주에 걸쳐 12차시의 스크래치를 활용한 프로그래밍 학습 활동을 진행하고 프로그래밍 학습이 학습자의 CT능력과 창의성 잠재력에 미치는 영향을 확인하였다[11]. 그 중 CT능력 평가를 위해 학습자의 프로젝트 결과물을 수집하고 CT 평가 프레임워크[3] 중 개념적 영역의 요소를 도입하여 순차, 반복, 조건, 이벤트, 자료, 연산의 총 6개의 기준을 설정하여 평가하였다. 그러나 이 연구에서는 창의적 잠재력 향상의 측정에 보다 초점이 맞춰져 있는 경향이 있으며 CT 평가 프레임워크의 세 개의 영역 중 하나의 영역인 개념 영역만을 평가 대상으로 활용하였다.
본 연구에서 도출된 예비초등교사 를 위한 CT세부 역량은 6개(절차 및 알고리즘, 병행 화 및 동기화, 자료 표현, 추상화, 문제 분해, 시뮬레이 션)로 나타났으며 이들 6개의 세부 요소들을 다룰 수 있는 구체적인 수업 내용과 함께 각 차시의 내용과 CT요소와의 구체적인 연관성에 초점을 두고 분석하였다. 또한 CT요소의 학습 여부를 평가하기 위해 교 육 현장에서 학습자의 산출물에 나타난 CT요소의 수 준(기초, 발달, 능숙)을 평가할 수 있는 루브릭을 제안 하였다.
학생들의 완성 프로그램을두 개의 변수로 이루어진 매트릭스로 배치해서 학생의 수준을 3단계(기초, 발전, 능숙)로 평가한다. 또한 Computer Science Teachers Association[4]에서 개발한 각 CT개념(Procedure and Algorithms, Problem Decomposition, Parallelization and Synchronization, Abstraction, Data Representation)에 대해 설계 패턴 변수를 매핑하고 3단계 수준에서 증거로 삼을 수 있는 지표를 제안하였다.
본 연구에서는 먼저 국내·외 CT관련 문헌 연구를 통해 CT skills의 세부 역량은 무엇인지 도출하였다. 또한 도출된 세부 역량 중에서 스크래치 프로그래밍 수업을 통해 계발할 수 있는 CT세부 역량을 선택하기 위해 2013년도 새롭게 업그레이드된 스크래치 2.0버전의 새 기능들을 분석하였다. 이 분석을 통해 나온 선택된 CT세부 역량을 다루는 초등교원양성기관 프로그래밍 수업 내용을 설계하기 위해 스크래치 프로 그래밍 언어가 보급되기 시작한 이후 2008년부터 국내에서 스크래치 프로그래밍 효과성 연구를 분석하고 수업 맥락과 평가 방법을 검토하였다.
많은 관찰을 통해 제안된 4개의 실행 요소는 단계성과 반복성(being incremental & iterative), 테스팅과 디버깅(testing & debugging), 재사용과 리믹싱(reusing & remixing), 추상화와 모듈화(abstracting & modularizing)이다.
문헌연구를 통해 도출된 CT의 세부 역량을 수업 설계 내용으로 포함하면서 이를 일관성 있게 평가할수 있는 방안을 고안하였다. Seiter와 Foreman[16]의 PECT모형은 디지털 스토리텔링이나 게임과 같은 디지털 콘텐츠 제작 맥락에서 나타나는 설계 패턴만을 포함하고 있어서 그 외의 디지털 유형을 포괄하지 못하는 제한점이 있고, Brennan과 Resnick[3]의 CT평가 프레임워크는 세 가지 영역을 제공하고 있지만 개념 영역외의 실행 영역은 학생 관찰 자료를 수집해야 가능하다는 점과 관점 영역은 인터뷰를 통해 직접 끌어내기 어렵다는 평가의 제한점을 가지고 있다.
본 연구에서는 국내 · 외 CT관련 문헌 연구를 통해 CT skills의 세부 역량을 도출하고 초등교원양성기관 에서 예비교사들의 프로그래밍 수업을 통해 CT세부 역량을 계발할 수 있는 수업 내용을 설계하고 평가 방안을 제안하였다. 본 연구에서 도출된 예비초등교사 를 위한 CT세부 역량은 6개(절차 및 알고리즘, 병행 화 및 동기화, 자료 표현, 추상화, 문제 분해, 시뮬레이 션)로 나타났으며 이들 6개의 세부 요소들을 다룰 수 있는 구체적인 수업 내용과 함께 각 차시의 내용과 CT요소와의 구체적인 연관성에 초점을 두고 분석하였다. 또한 CT요소의 학습 여부를 평가하기 위해 교 육 현장에서 학습자의 산출물에 나타난 CT요소의 수 준(기초, 발달, 능숙)을 평가할 수 있는 루브릭을 제안 하였다.
본 연구에서는 먼저 국내·외 CT관련 문헌 연구를 통해 CT skills의 세부 역량은 무엇인지 도출하였다.
0버전을 활용하여 진행할 수 있는 수업을 고안하였다. 수업 설계는 1주에 2시간 수업을 15주차 진행하는 일정을 기준으로 설정하였다. 수업 내용은 스크래 치 관련 서적[21]의 내용을 분석하여 활용하거나 스크 래치 사이트(http://scratch.
0버전의 새 기능들을 분석하였다. 이 분석을 통해 나온 선택된 CT세부 역량을 다루는 초등교원양성기관 프로그래밍 수업 내용을 설계하기 위해 스크래치 프로 그래밍 언어가 보급되기 시작한 이후 2008년부터 국내에서 스크래치 프로그래밍 효과성 연구를 분석하고 수업 맥락과 평가 방법을 검토하였다. 또한 국외의 스크래치 프로그래밍 관련 연구들을 검토하여 추이를 파악하고 CT관련 평가에 초점을 두고 있는 연구들로본 연구에서 설계하고자 하는 스크래치 프로그램 설계 및 평가 방안에 기초 자료를 확보하였다.
계산적 관점으로는 3개의 요소가 제안되었는데 3요인은 표현하기, 연계하기, 질문하기이다. 이들 3차원의 요소들을 평가하기 위해서 프로젝트 분석, 산출물 기반 면담, 디자인 시나리오 접근을 제안하고 각 접근에서 개념, 실행, 관점 영역에서 평가할 수 있는 내용을 제안하였다.
0 프로그램의 기능 분석을 통해 도출된 예비초등교사를 위한 CT세부 역량은 6개 (절차 및 알고리즘, 병행화 및 동기화, 자료 표현, 추상화, 문제 분해, 시뮬레이션)로 나타났다. 이들 CT역량은 CSTA[4]에서 제시한 9가지 세부 CT역량, CT평가 프레임워크, 스크래치의 제공 기능을 고려하여 추출되었다. [Table 1]은 도출된 CT역량과 스크래치 기능의 연관을 설명한 것이다.
또한 국외의 스크래치 프로그래밍 관련 연구들을 검토하여 추이를 파악하고 CT관련 평가에 초점을 두고 있는 연구들로본 연구에서 설계하고자 하는 스크래치 프로그램 설계 및 평가 방안에 기초 자료를 확보하였다. 이를 통해 교원양성기관에서 예비교사 대상의 스크래치 프로 그래밍 수업 내용과 평가 루브릭을 개발하였다.
증거 변수들은 스크래치로 작성된 프로그램의 특성들(Looks, Sound, Motion, Variables, Sequence & Looping, Boolean Expressions, Operators, Conditionals, Coordination, User Interface Event, Parallelization, Initialize Location, Initialize Looks)로 구성되었으며, 설계 패턴 변수는 스크래치 프로그램의 맥락적 능숙도(contextual proficiencies)에 기초한 변수들(Animate looks, Animate Motion, Conversate, Collide, Maintain Score, User Interaction)로 구성된다.
증거 변수들은 스크래치로 작성된 프로그램의 특성들(Looks, Sound, Motion, Variables, Sequence & Looping, Boolean Expressions, Operators, Conditionals, Coordination, User Interface Event, Parallelization, Initialize Location, Initialize Looks)로 구성되었으며, 설계 패턴 변수는 스크래치 프로그램의 맥락적 능숙도(contextual proficiencies)에 기초한 변수들(Animate looks, Animate Motion, Conversate, Collide, Maintain Score, User Interaction)로 구성된다. 학생들의 완성 프로그램을두 개의 변수로 이루어진 매트릭스로 배치해서 학생의 수준을 3단계(기초, 발전, 능숙)로 평가한다. 또한 Computer Science Teachers Association[4]에서 개발한 각 CT개념(Procedure and Algorithms, Problem Decomposition, Parallelization and Synchronization, Abstraction, Data Representation)에 대해 설계 패턴 변수를 매핑하고 3단계 수준에서 증거로 삼을 수 있는 지표를 제안하였다.
대상 데이터
그 중 CT능력 평가를 위해 학습자의 프로젝트 결과물을 수집하고 CT 평가 프레임워크[3] 중 개념적 영역의 요소를 도입하여 순차, 반복, 조건, 이벤트, 자료, 연산의 총 6개의 기준을 설정하여 평가하였다. 그러나 이 연구에서는 창의적 잠재력 향상의 측정에 보다 초점이 맞춰져 있는 경향이 있으며 CT 평가 프레임워크의 세 개의 영역 중 하나의 영역인 개념 영역만을 평가 대상으로 활용하였다.
첫 번째 차원인 계산적 개념(computational concepts)은 많은 프로그래밍언어들에 공통적으로 내포되어 있는 개념이며 MIT 미디어 랩에서는 다양한 스크래치 프로젝트에서 가장 유용하면서도 비프로그래밍 맥락(non-programming contexts)에 전이되는 일곱 개의 개념을 규명하였다. 일곱 개의 계산적 개념은시퀀스(sequences), 루프(loops), 병행성(parallelism), 이벤트(events), 조건(conditionals), 연산자(operators), 데이터(data)이다.
이론/모형
이 연구에서 학습 동기는 작업 선호도 검사로 측정하였으며 문제해결력은 PISA의 문제해결력 검사를 활용하였다. 문제해결력 검사는 2003년 OECD가 실시한 학업성취도 PISA의 문제해결 영역의 공개문항 중 문제 해결의 유형, 문제 상황, 학문 영역, 문제해결과정, 추론 기술 영역에서 12문항을 무작위 추출하여 사용하였다. 문제의 유형에는 의사 결정, 시스템분석과 설계, 문제점 해결이 포함되었다.
수업 설계는 1주에 2시간 수업을 15주차 진행하는 일정을 기준으로 설정하였다. 수업 내용은 스크래 치 관련 서적[21]의 내용을 분석하여 활용하거나 스크 래치 사이트(http://scratch.mit.edu)에 공유된 콘텐츠 중 적절한 콘텐츠를 선택하여 활용하였다. 설계된 스 크래치 프로그래밍 수업의 내용과 각 수업 내용이 CT세부 역량과 어떻게 연관이 되고 있는지 [Table 2]에서 제시하였다.
또한 조성환 외는 중학교 1-2학년 30명을 대상으로 12주간 방과후 특기적성 프로그램으로 진행한 스크래치 게임제작 프로그래밍 수업이 메타인지에 긍정적 효과가 있음을 밝혔다[5]. 이 연구에서 메타인지를 측정하기 위해 MSLQ를 번역 수정한 질문지를 활용하였다. 측정 내용에는 연습, 정교화, 조직화, 비판적 사고, 자기 규제 요인이 포함되었다.
송정범, 조성환, 이태욱[17]은 초등학교 6학년 67명을 대상으로 재량활동 시간을 통한 스크래치 프로그래밍 학습이 학생들의 내재적 동기와 문제해결력 향상에 효과가 있다는 결과를 보고하였다. 이 연구에서 학습 동기는 작업 선호도 검사로 측정하였으며 문제해결력은 PISA의 문제해결력 검사를 활용하였다. 문제해결력 검사는 2003년 OECD가 실시한 학업성취도 PISA의 문제해결 영역의 공개문항 중 문제 해결의 유형, 문제 상황, 학문 영역, 문제해결과정, 추론 기술 영역에서 12문항을 무작위 추출하여 사용하였다.
성능/효과
김수환과 한선관[10]은 초등학교 4학년 영재학급 학생들 20명을 대상으로 CT를 향상시키기 위해 디자인기반 학습(design-based learning) 접근으로 스크래치 프로그래밍 교육을 실시하고 Computational Literacy(CL)능력을 평가하였다. CL능력에는 정보적 문제해결력, self-프로그래밍 능력, self-프로그래밍 흥미도가 포함되었는데 분석 결과 self-프로그래밍 능력과 self-프로그래밍 흥미도는 통계적으로 유의한 효과가 있는 것으로 나타났다.
CT관련 문헌과 스크래치 프로그래밍 효과성 관련 문헌 분석과 스크래치 2.0 프로그램의 기능 분석을 통해 도출된 예비초등교사를 위한 CT세부 역량은 6개 (절차 및 알고리즘, 병행화 및 동기화, 자료 표현, 추상화, 문제 분해, 시뮬레이션)로 나타났다. 이들 CT역량은 CSTA[4]에서 제시한 9가지 세부 CT역량, CT평가 프레임워크, 스크래치의 제공 기능을 고려하여 추출되었다.
Seiter와 Foreman[16]의 PECT모형과 Brennan과 Resnick[3]의 CT평가 프레임워크는 모두 CT능력을 평가하기 위한 방법을 제공하고 있으나 전자는 학생 작품을 기반으로 여러 측면을 평가하는 반면 후자는 학생 작품 기반으로는 개념 영역만을 평가할 수 있고 다른 두 영역은 학생 면담 등을 수행하는 것이 요구된다는 점이다. 따라서 현실적으로 학교 현장에서의 CT평가를 위한 방안을 제공하기 위해서는 학생 산출물에서 다양한 측면의 CT능력의 증거를 분석하는 것이 효율적일 수 있다고 판단된다. 따라서 본 연구의스크래치 CT계발 프로그램 설계에서는 현장 적용의 효율성을 고려한 평가 방안을 고안하고자 한다.
후속연구
또한 학생 콘텐 츠의 외현적 기능 구현에 치중할 수 있는 평가 영역 에서도 학습자가 CT역량을 습득하였다는 것을 평가 할 수 있는 방안을 고안하였다는 점이다. 본 논문에서 제안된 수업과 루브릭은 향후 실제 초등교원양성 기 관에서 적용되고 검증되는 절차를 거쳐 정교화되어야 할 것이다. 실증적 검증 및 정교화를 위한 후속 연구 를 통해 예비교원들의 CT역량 계발을 위해 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서 제안된 수업과 루브릭은 향후 실제 초등교원양성 기 관에서 적용되고 검증되는 절차를 거쳐 정교화되어야 할 것이다. 실증적 검증 및 정교화를 위한 후속 연구 를 통해 예비교원들의 CT역량 계발을 위해 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
계산적 개념이란?
계산적 개념은 학생들이 프로그래밍을 하면서 반복, 병행처리 등과 같은 개념을 접하는 것을 의미하며, 계산적 실행이란 그런 개념들을 가지고 프로그램을 개발 하면서 디버깅을 하거나 다른 학생들의 작업 내용을 리믹싱하는 것을 말한다. 또한 계산적 관점은 학생들이 일련의 학습 활동을 하면서 자신에 대해 또한 다른 동료들에 대해 형성하게 되는 관점을 의미한다.
계산적 실행의 4개의 실행 요소는 무엇인가?
이러한 과정은 상호작용적 미디어 콘텐츠를 생성하는데 중요한 부분이며 프로그래밍뿐만 아니라 다양한 디자인 활동에도 유용하다. 많은 관찰을 통해 제안된 4개의 실행 요소는 단계성과 반복성(being incremental & iterative), 테스팅과 디버깅(testing & debugging), 재사용과 리믹싱(reusing & remixing), 추상화와 모듈화(abstracting & modularizing)이다.
PECT모형은 무엇을 포함하고 있는가?
Seiter와 Foreman[16]은 스크래치 프로그래밍을 통한 초등학생의 CT능력 평가를 위해 PECT (Progression of Early Computational Thinking)모형을 제안하였다. PECT모형은 증거 변수(Evidence Variable)와 설계 패턴 변수(Design Pattern Variable) 를 포함하고 있다. 증거 변수들은 스크래치로 작성된 프로그램의 특성들(Looks, Sound, Motion, Variables, Sequence & Looping, Boolean Expressions, Operators, Conditionals, Coordination, User Interface Event, Parallelization, Initialize Location, Initialize Looks)로 구성되었으며, 설계 패턴 변수는 스크래치 프로그램의 맥락적 능숙도(contextual proficiencies)에 기초한 변수들(Animate looks, Animate Motion, Conversate, Collide, Maintain Score, User Interaction)로 구성된다.
참고문헌 (21)
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