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문제 정의
- 또한 정보과학적 사고력과 창의적 문제해결력에 여러 하위 요소들이 있기 때문에 교재 제작과 투입과정에서 특정 하위 인지 영역으로 집중되지 않도록 소재별 중심 정보과학적 사고력(CT)과 중심 창의적 문제해결력(CPSA)의 인지적 요소를 선정하는 것이 필요하다. 그리하여 지도 교사의 명확한 교수 방향을 제시하고 정보과학적 사고력과 창의적 문제해결력 하위 요소들 간의 고른 발달을 도모하고자 하였다.
- 본 논문에서는 기존에 컴퓨터소양과 컴퓨터 활용 중심의 컴퓨터 교육에서 벗어나 학생의 창의적인 문제해결능력을 신장시키고 정보과학적 사고기반 문제해결능력을 증진시킬 수 있는 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 개발 · 적용하고 그 효과를 입증하였다.
- 이러한 점에서 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램은 창의적 문제해결 능력과 정보과학적 사고능력을 신장시키기 위한 새로운 정보교육 방법이 될 수 있다. 이에 본 논문에서는 컴퓨터 과학 교육을 위한 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 개발하고 그 교육적 효과를 검증하고자 한다.
- 창의성과 정보과학적 사고기반의 문제해결능력의 변화를 위해 필요한 최소한의 프로그램 투입 기간과 시간을 확인하기 위해 관련된 선행 연구를 살펴보았다. 김병수(2013)는 17명의 초등학생을 대상으로 총 8일간 20차시 스크래치 교육프로그램을 투입하여 유창성, 융통성, 독창성, 창의력지수에서 유의미한 차이를 확인하였다[21].
제안 방법
- 본 연구에 사용된 검사도구는 Torrance가 개발한 TTCT 도형 검사(김영채의 한국 번역판)로 사전검사에 A형, 사후검사에 동형 검사지인 B형을 투입하였다[25]. TTCT의 도형 검사를 통해 창의성의 5가지 하위 요인(유창성, 독창성, 제목의 추상성, 정교성, 성급한 종결에 대한 저항)을 측정할 수 있으며 채점은 창의력 한국 FPSP에 의뢰하여 TTCT 채점 전문가를 통해서 이루어졌다.
- 동일 주제 내에서 여러 개념을 가르쳐야 하는 경우 여러 차시에 걸쳐 내용을 지도하였으며 실제 운영에 있어서는 학습자의 성취능력에 따라 구성된 내용에서 일부 내용을 추가 또는 삭제하여 교육 프로그램을 운영하였다.
- 즉, 퍼즐에 도입되는 다양한 문제 상황은 실제 컴퓨터의 수치표현, 프로그래밍, 자료 구조, 알고리즘 등 실제 정보통신기술의 기반이 되는 다양한 기술과 원리를 바탕으로 하고 있다. 또한 이러한 토대 위에 이를 가장 잘 설명할 수 있는 일상생활의 소재와 문제 상황을 연계하여 학습의 용이성과 접근성을 높였다는 것이 본 연구에서 개발한 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램이 일반 퍼즐과 갖는 차별성이다.
- 또한 컴퓨터 과학 원리를 담은 소재 선정 후에는 각 소재를 통해 퍼즐을 해결하며 신장시킬 중심 정보과학적 사고력(CT)과 중심 창의적 문제해결력(Creativie Problem-Solving Ability, CPSA)를 선정하였다.
- 그리고 장정아(2009)는 “정보교육에서 교수-학습 도구로써의 퍼즐 활용 및 효과성에 관한 연구”에서 초등 정보교육에서 정보과학적 사고기반의 문제해결능력을 경험하기 위한 새로운 교수-학습 도구로 퍼즐 교육을 제안한 바 있다. 또한, 정보 과학적 사고를 기르는 대표적인 교육방법인 프로그래밍의 학습요소를 퍼즐의 사고과정과 분석하여 비교함으로써 정보교육의 형태로서 퍼즐의 가능성을 제시하였다. 이상의 내용을 토대로 프로그래밍 언어교육과 퍼즐교육의 사고과정의 유사성을 살펴보면 <표 3>과 같다[14].
- 먼저 국내 10개 대학 컴퓨터·컴퓨터 과학 개론서와 2000년 이후 발행부수 상위 20권의 국내외 컴퓨터·컴퓨터 과학 개론서의 교육 내용을 주제별로 분석하였다.
- 문제 인식과 원인을 찾고 문제 해결활동을 시작하는 준비단계(preparation stage), 과거에 학습한 지식과 새로운 정보를 연결시키며 여러 가지 사고활동이 계속 되는 부화단계(incubation stage), 갑자기 머릿속에 번득이는 생각을 잡아내는 통찰 · 영감단계(illumination and inspiration stage), 마지막으로 획득한 아이디어의 타당성 및 가능성 여부를 검증하고 그 결과에 따라 완전한 아이디어로 정리하는 검증 · 정리단계(verification stage)를 거치며 창의성을 산출해 냈다[18].
- 본 연구에서는 사전 연구를 바탕으로 주제별 퍼즐 소재와 중심 사고영역, 학습자의 교육 수준 등을 고려하여 와 같이 교재 구성 5단계를 설정하였다.
- 본 연구에서는 총 40개의 소재를 활용한 35차시 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 제작하여 진행하였으며 차시별 시간 배분과 구성 순서는 선정된 세부 교육 주제들 간의 학습의 난이도, 내용의 연계성, 컴퓨터 과학 분야의 기존 교육 순서 등을 종합적으로 고려하여 제시하였다.
- 본 연구의 실험설계는 과 같이 실험집단을 대상으로 중학년반(3∼4학년)과 고학년반(5∼6학년)으로 나누어 반별로 사전 창의성 검사와 정보과학적 사고기반의 문제해결능력 검사를 각각 실시하였다.
- 예를 들어 <표 6>의 보안 및 압축 영역의 세부 학습 주제인 패리티비트의 경우, 학생들이 생활에서 쉽게 접할 수 있는 마술카드 놀이를 이용하여 패리티비트의 데이터 오류확인 방식을 경험하도록 하였다. 이 때, 문제를 발견하는 단계에서 중심 CT요소인 논리적 사고 과정이 충분히 일어날 수 있도록 발문을 선택하고 학생들의 활동별 시간을 조정하였으며 문제를 해결하고 평가하는 과정에서는 중심 CPSA요소인 정교성이 충분히 발휘될 수 있도록 활동을 구성하였다.
- 이렇게 추출된 학습주제를 바탕으로 정보과학적 사고와의 관련성, 창의적 사고와의 관련성, 컴퓨터 과학 교육 내용의 난이도, 퍼즐 기반 학습 적용의 용이성 등을 고려하여 초등학생을 대상으로 교육 가능한 세부 교육 주제를 선정하였다.
- 이를 위해 국내 · 외 연구사례를 검토하고 교육과학기술부가 제시하는 정보통신기술교육의 교육 내용과 국내 대학을 비롯해 널리 사용되는 컴퓨터·컴퓨터과학 개론서의 내용을 요목화하여 초등 수준에 적합한 핵심 컴퓨터 과학 교육 내용과 세부 주제를 선정하였다.
- 이와 같은 과정에 의해 개발된 퍼즐 기반 학습 프로그램을 동일한 집단에게 가능한 모든 변인을 통제한 상황에서 2주간 35차시에 걸쳐 적용하였다. 그 결과, 프로그램을 적용한 학생들의 유창성, 독창성, 창의성 지수에서 유의미한 차이를 보였으며 정보과학적 사고기반 문제해결능력 또한 실험 전과 비교하여 신장되었음을 알 수 있었다.
- 이후 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 8월 2주∼8월 3주까지(2주간) 35차시를 운영한 후 동형 검사지를 활용하여 실험집단의 사전 · 사후 창의성 및 정보과학적 사고기반의 문제해결능력의 향상 정도를 검사하였다.
- 정보과학적 사고기반의 문제해결능력 신장 검사는 Marneffe(1998)와 Lewandowski(1998)의 이론을 기초로 하여 고려대학교 대학원에서 개발한 ‘정보과학적 사고 기반의 문제 해결 능력 문항지(중학교)’ 사전·사후 검사지를 초등학생 수준에 맞게 어휘와 수치를 수정한 후 컴퓨터교육과 교수 및 박사과정으로 구성된 전문가 집단에 사전·사후 검사지의 변형 전후의 난이도에 대한 동질성 여부를 확인 후 검사를 실시하였다.
- 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 적용한 후 객관적 검증을 통해 확인하고자 하는 영역은 창의성과 정보과학적 사고기반 문제해결능력이다. 창의성의 신장여부를 확인하기 위해 Torrance의 TTCT(도형) 창의력 검사 A형을 사전검사로 실시하였으며 동형검사지인 TTCT(도형) 창의력 검사 B형을 사후검사로 실시하였다.
- 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 효과적으로 전달하기 위해 창의성 산출물을 얻기 위한 교재 구성 단계를 도입하였다. 이는 컴퓨터 과학 내용을 기반으로 하는 퍼즐을 학습하는 과정에서 창의적 요소를 부과하기 위함이다.
- 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램의 일반성과 적합성을 확보하기 위해 컴퓨터 과학 10대 공통 교육 영역을 선별한 후, 학교 교육과정의 교육 내용과 수준을 고려하여 교육영역 및 주제를 선정하였다. 먼저 국내 10개 대학 컴퓨터·컴퓨터 과학 개론서와 2000년 이후 발행부수 상위 20권의 국내외 컴퓨터·컴퓨터 과학 개론서의 교육 내용을 주제별로 분석하였다.
- 컴퓨터 과학 교육을 위한 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 개발하고 개발된 프로그램을 적용하기 위하여 와 같은 연구 단계를 설정하고 1년 동안 각 단계에 따라 연구를 진행하였다.
- 정보과학적 사고기반의 문제해결능력 신장 검사는 Marneffe(1998)와 Lewandowski(1998)의 이론을 기초로 하여 고려대학교 대학원에서 개발한 ‘정보과학적 사고 기반의 문제 해결 능력 문항지(중학교)’ 사전·사후 검사지를 초등학생 수준에 맞게 어휘와 수치를 수정한 후 컴퓨터교육과 교수 및 박사과정으로 구성된 전문가 집단에 사전·사후 검사지의 변형 전후의 난이도에 대한 동질성 여부를 확인 후 검사를 실시하였다. 해당 검사지는 현행 한, 일 및 여러 나라의 정보교과 평가 문항을 분석하여 내용을 선정하고, 검사지 내에서 특정 언어요소를 배재하여 정보과학 전반에 걸친 사고능력을 측정하는 내용으로 구성되었다. 문항 반응 이론 중 로지틱스 모형에 기초한 검사문항의 난이도, 변별도, 신뢰도 검사결과는 난이도 평균 0.
대상 데이터
- 그리고 와 같이 공통적으로 다루고 있는 핵심 10대 공통교육 영역을 선정하였다.
- 본 연구는 제주대학교 교육대학 초등컴퓨터교육과 초등창의컴퓨터교실의 교육기부프로그램에 참가한 제주시내 초등학교 3～6학년 학생 41명을 대상으로 실시되었다. 성비는 남학생 22명, 여학생 19명이며 학년별 인원수는 <표 7>과 같다.
- 선정된 세부 교육 주제에 따라 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 제작하기 위해 해당 컴퓨터 과학 원리를 효과적으로 표현할 수 있는 흥미로운 교육 소재를 선정하였다. 교육 소재는 관련 컴퓨터 과학 원리를 효과적으로 표현할 수 있어야 하며 학생들의 참여 동기와 학습지속력을 높이기 위해 쉽게 접근할 수 있는 흥미로운 소재여야 한다.
- 이를 위해 국내 · 외 연구사례를 검토하고 교육과학기술부가 제시하는 정보통신기술교육의 교육 내용과 국내 대학을 비롯해 널리 사용되는 컴퓨터·컴퓨터과학 개론서의 내용을 요목화하여 초등 수준에 적합한 핵심 컴퓨터 과학 교육 내용과 세부 주제를 선정하였다. 선정된 컴퓨터과학 원리는 이를 가장 잘 설명할 수 있는 일상생활의 소재를 이용하여 퍼즐의 형태로 나타내었다.
데이터처리
- 본 연구의 대상에 대한 정보과학적 사고기반 문제해결능력 검사결과는 ‘정보과학적 사고기반의 문제해결능력 문항지’ 응답결과를 바탕으로 유의 수준 p=.05와 p=.01로 대응표본 t검증을 실시하였다.
- 이러한 영역별 TTCT 평균표준점수를 바탕으로 SPSS 14.0을 이용하여 유의수준 p=.05와 p=.01로 대응표본 t검증하였으며 창의력 각 요소별 검사결과는 , 과 같다.
- 자료 처리 방법으로 수집된 자료의 통계 처리는 SPSS(Statistical Package for Social Science)win 14.0 프로그램을 활용하여 분석하였으며, 프로그램 실시 전 · 후의 창의성과 정보과학적 사고기반의 문제해결능력을 파악하기 위하여 항목에 대해 대응표본 t-test를 실시하였다.
이론/모형
- 본 연구에 사용된 검사도구는 Torrance가 개발한 TTCT 도형 검사(김영채의 한국 번역판)로 사전검사에 A형, 사후검사에 동형 검사지인 B형을 투입하였다[25]. TTCT의 도형 검사를 통해 창의성의 5가지 하위 요인(유창성, 독창성, 제목의 추상성, 정교성, 성급한 종결에 대한 저항)을 측정할 수 있으며 채점은 창의력 한국 FPSP에 의뢰하여 TTCT 채점 전문가를 통해서 이루어졌다.
- 창의력 문제해결력의 인지적 요소는 와 같이 김종혜(2008)의 연구에서 문제해결능력과 창의력 구성요소를 교차하여 제시한 단계별 창의력 요소를 기본으로 하였고 정보과학적 사고력은 이은경(2009)의 연구에서 제시된 정보과학적 사고의 영역 중 추상화 능력 구성 요소로 제시한 사고영역을 중심으로 선정하였다[13][17].
성능/효과
- 고학년의 경우 유창성 영역에서 사전검사 결과 평균 104.41점에서 사후검사 결과 평균 130.70점으로 26.31점 증가, 독창성 영역에서는 사전검사 결과 평균 103.41점에서 사후검사 결과 평균 126.41점으로 23.0점이 증가, 창의성지수 사전검사 결과 평균 114.76점에서 124.76점으로 10점이 증가하였으며 통계적으로도 유의미한 차이를 보였다.
- 이와 같은 과정에 의해 개발된 퍼즐 기반 학습 프로그램을 동일한 집단에게 가능한 모든 변인을 통제한 상황에서 2주간 35차시에 걸쳐 적용하였다. 그 결과, 프로그램을 적용한 학생들의 유창성, 독창성, 창의성 지수에서 유의미한 차이를 보였으며 정보과학적 사고기반 문제해결능력 또한 실험 전과 비교하여 신장되었음을 알 수 있었다. 이상의 결과를 바탕으로 퍼즐 기반 학습 프로그램이 초등학생의 정보과학적 사고능력과 창의성 신장에 긍정적인 변화를 가져왔음을 확인할 수 있었다.
- 또한 중·고학년 전체 사전사후 검사에서는 사전검사 결과 4.73점에서 사후검사 결과 5.56점으로 0.83점 증가하여 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다.
- TTCT는 많은 사례의 표본 검사를 통해 요인별, 학년별 통계치가 이미 제시되어 있으며 그 타당도와 신뢰도가 높은 검사이다. 본 논문에서는 개별점수 해석에 유용한 백분위점수보다 평균치를 계산하고 집단의 상관연구를 하는 통계 분석에 적절한 표준점수를 사용하였다. 본 검사의 규준표의 표준점수들은 정규분포곡선을 이용하여 평균치 100, 그리고 표준편차 20이 되도록 만든 것이며 각 표준점수는 이러한 분포(척도)에 따라 읽게 된다.
- 위의 내용을 바탕으로 창의성 검사결과를 분석해보면 정보사고력기반 창의력 증진 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램은 연구 집단의 창의성 영역 중 유창성, 독창성, 창의성 지수에 공통적으로 긍정적인 효과를 보이고 있으며 이는 본 교육프로그램이 학습자의 창의성 향상에 긍정적인 효과가 있음을 나타내는 것이라 할 수 있다. 또한 고학년 보다 중학년 학생들의 창의성 영역에서 더 고른 향상을 보이고 있어 문자 및 수치 표현의 난이도만 조정한다면 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램이 초등학생 전 학년에도 충분히 투입되어 긍정적 효과를 미칠 수 있음을 보여주고 있다.
- 이 결과를 살펴보면 중학년의 경우 정보과학적 사고 기반의 문제해결능력 검사지에서 사전검사 결과 총점 평균 4.41점에서 사후검사 총점 평균 5.08점으로 평균 0.67점 증가하였으나 통계적으로는 유의하지는 않았고 고학년의 경우는 사전검사 결과 총점 평균 5.17점에서 사후검사 총점 평균 6.24점으로 평균 1.07점 증가하였으며 유의확률 p=0.008(p<0.05)로 통계적으로 유의하였다.
- 그 결과, 프로그램을 적용한 학생들의 유창성, 독창성, 창의성 지수에서 유의미한 차이를 보였으며 정보과학적 사고기반 문제해결능력 또한 실험 전과 비교하여 신장되었음을 알 수 있었다. 이상의 결과를 바탕으로 퍼즐 기반 학습 프로그램이 초등학생의 정보과학적 사고능력과 창의성 신장에 긍정적인 변화를 가져왔음을 확인할 수 있었다.
- 이상의 결과를 토대로 분석해보면 정보사고력 기반 창의력 증진 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램은 실험집단의 정보과학적 사고기반의 문제해결능력 향상에 긍정적인 변화를 주고 있음을 알 수 있다.
- 첫째, 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램은 컴퓨터 과학 교육의 대중화에 기여할 수 있는 효과적인 방법이 될 수 있다. 21C 융복합시대를 살아가는 현대인들에게 정보통신기술에 대한 이해는 필수적인 부분이지만 초등학생들이 컴퓨터 동작원리에 관한 내용을 학습하기는 무척 어렵다.
후속연구
- 그리고 향후 필요한 연구는 본 연구의 대상이 초등학생으로 한정되었기 때문에 추후 적용 대상을 중·고등학생 및 일반인으로 확대하여 퍼즐 기반 프로그램의 효과를 검증해 볼 필요가 있다.
- 그리고 향후 필요한 연구는 본 연구의 대상이 초등학생으로 한정되었기 때문에 추후 적용 대상을 중·고등학생 및 일반인으로 확대하여 퍼즐 기반 프로그램의 효과를 검증해 볼 필요가 있다. 또한 동일한 컴퓨터 원리도 퍼즐에 사용되는 소재와 접근 방식에 따라 그 효과가 크게 달라질 수 있음으로 효과적인 퍼즐 소재와 교육방법 개발을 위한 지속적인 연구가 필요하다.
- 또한 김태미(2014)는 중학생 15명을 대상으로 8차시에 걸쳐 STEAM 프로그램을 진행하고 1차시부터 8차시까지 학생들의 창의성의 발현빈도와 빈도대비 점수가 향상되는 것을 확인하였다[23]. 이와 같은 선행 연구 결과로 미루어 볼 때 단기간에 집중 교육을 통해서도 사고능력의 변화가 가능함을 확인 할 수 있고 이에 2주간 35차시 교육 프로그램 운영을 통해서도 초등학생들의 창의성과 정보과학적 사고기반의 문제해결능력 변화가 가능할 것이라 예상할 수 있었다.
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