메타인지 발달을 위한 인지적 도제 기반의 로봇 프로그래밍 교수.학습 모형 개발 Development of a Robot Programming Instructional Model based on Cognitive Apprenticeship for the Enhancement of Metacognition원문보기
로봇 프로그래밍은 주어진 과제를 해결하기 위한 알고리즘을 계획하고, 그 알고리즘을 구현하며, 그 결과를 로봇이라는 매체를 통해서 쉽게 확인하고 오류를 수정할 수 있도록 한다. 따라서 로봇 프로그래밍은 반성적 사고에 기반을 둔 문제해결의 과정이며, 학생들의 메타인지와 밀접히 관련된다. 이에 본 연구는 학생의 메타인지 발달을 위한 로봇 프로그래밍 교수 학습 모형을 개발하는 것을 목적으로 수행되었다. 로봇 프로그래밍 교수 학습의 단계를 '학습과제 탐구', '교사의 모델링', '과제 수행 계획 및 시각화', '과제 수행', '자기 평가 및 강화' 등과 같은 5가지로 나누고, 각 단계의 활동들을 메타인지 주요 전략들(계획, 모니터링, 조절, 평가)와 연계하였다. 또한 학생들의 프로그래밍 활동과 메타인지 전략의 활용을 지원하기 위하여 인지적 도제를 기반으로 '모델링', '코칭', '스캐폴딩'과 같은 전략들을 교수 학습 모델과 연계하여 명시하였다. 이와 더불어서, 메타인지 활동을 지원하기 위해서 자기질문법을 도입하여, 학생들이 로봇 프로그래밍 활동의 각 단계별로 사용할 수 있는 자기질문 등을 제시하였다.
로봇 프로그래밍은 주어진 과제를 해결하기 위한 알고리즘을 계획하고, 그 알고리즘을 구현하며, 그 결과를 로봇이라는 매체를 통해서 쉽게 확인하고 오류를 수정할 수 있도록 한다. 따라서 로봇 프로그래밍은 반성적 사고에 기반을 둔 문제해결의 과정이며, 학생들의 메타인지와 밀접히 관련된다. 이에 본 연구는 학생의 메타인지 발달을 위한 로봇 프로그래밍 교수 학습 모형을 개발하는 것을 목적으로 수행되었다. 로봇 프로그래밍 교수 학습의 단계를 '학습과제 탐구', '교사의 모델링', '과제 수행 계획 및 시각화', '과제 수행', '자기 평가 및 강화' 등과 같은 5가지로 나누고, 각 단계의 활동들을 메타인지 주요 전략들(계획, 모니터링, 조절, 평가)와 연계하였다. 또한 학생들의 프로그래밍 활동과 메타인지 전략의 활용을 지원하기 위하여 인지적 도제를 기반으로 '모델링', '코칭', '스캐폴딩'과 같은 전략들을 교수 학습 모델과 연계하여 명시하였다. 이와 더불어서, 메타인지 활동을 지원하기 위해서 자기질문법을 도입하여, 학생들이 로봇 프로그래밍 활동의 각 단계별로 사용할 수 있는 자기질문 등을 제시하였다.
Robot programming allows students to plan an algorithm in order to solve a task, implement the algorithm, easily confirm the results of the implementation with a robot, and correct errors. Thus, robot programming is a problem solving process based on reflective thinking, and is closely related to st...
Robot programming allows students to plan an algorithm in order to solve a task, implement the algorithm, easily confirm the results of the implementation with a robot, and correct errors. Thus, robot programming is a problem solving process based on reflective thinking, and is closely related to students' metacognition. On this point, this research is conducted to develop a robot programming instructional model for tile enhancement of students' metacognition. The instructional processes of robot programming are divided into 5 stages (i.e., 'exploration of learning tasks', 'a teacher's modeling', 'preparation of a plan for task performance along with the visualization of the plan', 'task performance', and 'self-evaluation and self-reinforcement'), and core strategies of metacognition (i.e., planning, monitering, regulating, and evaluating) are suggested for students' activities in each stage. Also, in order to support students' programming activities and the use of metacognition, instructional strategies based on cognitive apprenticeship (i.e. modeling, coaching and scaffolding) are suggested in relation to the instructional model. In addition, in order to support students' metacognitive activities. the model is designed to use self-questioning, and questions that students can use at each stage of the model are presented.
Robot programming allows students to plan an algorithm in order to solve a task, implement the algorithm, easily confirm the results of the implementation with a robot, and correct errors. Thus, robot programming is a problem solving process based on reflective thinking, and is closely related to students' metacognition. On this point, this research is conducted to develop a robot programming instructional model for tile enhancement of students' metacognition. The instructional processes of robot programming are divided into 5 stages (i.e., 'exploration of learning tasks', 'a teacher's modeling', 'preparation of a plan for task performance along with the visualization of the plan', 'task performance', and 'self-evaluation and self-reinforcement'), and core strategies of metacognition (i.e., planning, monitering, regulating, and evaluating) are suggested for students' activities in each stage. Also, in order to support students' programming activities and the use of metacognition, instructional strategies based on cognitive apprenticeship (i.e. modeling, coaching and scaffolding) are suggested in relation to the instructional model. In addition, in order to support students' metacognitive activities. the model is designed to use self-questioning, and questions that students can use at each stage of the model are presented.
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문제 정의
본 연구는 로봇 프로그래밍을 효과적으로 가르치면서 프로그래밍 문제해결의 주요 변인이자 학셍들의 고둥 사고 능력 신장에 기반이 될 수 있는 네타인지를 향상시키기 위한 로봇 프로그래밍 교수 . 학습모형은 개발하였나.
본 연구는 체제적 고수 설계 . 개발은 위한 ADDIE 모형[22]을 기반으로 하이 진행되었으며 각 난계별 연구 수행 절차는 (그림 1)과 같다.
힌펀 Browne W] 타인지 (metacognition)란 자신의 지식 상태를 자문하는 것으로서 주어진 문제를 해결하기 위해 자신이 가진 지식을 효과적으로 사용할 수 있는 능력을 의미한다고 하였다[3〕. 본 연구에서는 메타인지를 문제해결 과정에서 나타나는 반성적 사고로, 자신의 문제 해결 방법을 계획하고, 수행 과정을 모니터링하며, 더 나은 인지 상태로 조절하고, 수행 과정과 인지 상태의 번화에 대하여 평가하는 것으로 정의하였다.
이때 교사는 프로그래밍 과정에서 메타인지적 자기 질문을 스스로 사용하는 모습도 보여준다. 이러한 교사의 모습을 보면서 학생들은 과제를 해결하는데 필요한 프로그래밍 방법을 관찰하고, 이해한다.
학습 활동을 지원하는 방안으로 인지적 도제 방 用은 기반으로 하이 로봇 프로그래밍 교육의 핵심 목표의 하나인 학셍의 메타인지 능력을 신장하기 위한 교수 . 학슈모형은 개발하고자 하였다.
제안 방법
학슈 모형 프로토타입은 3 주 동안 적용하고, 수업과 학생들의 활동을 관찰하고 면담하였다. 1차 형성평가 결과를 반영하여 프로토타입을 수정하고, Y초등학교 영재학급 5학년 학생 18명올 대상으로 6주 동안 프로토타입에 따라 수업을 실시하고, 관찰, 면담과 설문조사 방법을 이용하여 학생들의 반응을평기하였다. 마지막으로 초击학생들을 대상으로 로봇 프로그래밍 교육을 지도한 경험이 많은 세 명의 교사를 대상으로 로봇 프로그래밍 교수.
넷째, Montague가 제시한 문제해결력 향상을 위한 주&- 전략들[18] 중에서 읽기, 시각화하기와 검투하기의방법은 적용한다.
둘째, 교사가 에비 과제를 해길하는 과정을 시범으로 보여주어 모델링하고, 학생은 그 과정을 관찰하며 새로운 프로그[래밍 방법을 익힌다.
따라서 본 연구는 학생의 메타인지 향상음 위한 로봇 프로그래밍 활동에 초점을 두었으며, 학습한 내용의 웅용올 요구하는 문제 해결 과제 제시, 로봇 제작의 짐 진 적 진헹 등과 같은 사항들은 고려하여 교수 . 학습 모형을 설계하였다.
본 연干는 위 표에 게시된 4가지 메타인지 전략들을 적용하도록 모형은 구성하였으며, 학셍들의 학습 환 동을 안내하기 위하여 '메타인지 자기질문지'를 개발하이환용하였다. 아래의 질문들은 모니터링 및 조절 활동과 관련한 질문의 예들이다.
본 연구에서는 위의 인지적 도제 전략들 중에서 모델링, 코칭과 스캐폴딩은 주로 활용하여 교수 . 학습 모형욜 개발하였다.
셋째, Polya의 문제해길 딘계[21]인 '문제 확인-계획-실행-점검' 과정은 수정 . 보완한 교수 .
보완하는 작업은 중요하다⑻. 이에 본 연구는 세 차례의 형성평가를 순차적으로 진행하였다. 번저 Y초등학교 5~6힉년 학생들로 叶성된 로봇 동아리 10명의 학생들에게 동아리 활동 시간에 로봇 프로그래밍 교수.
인지적 도제의 핵심 전략인 모델링, 코칭과 스캐폴딩을 중심으로 안내적 교수 방법을 도입하여 학생이 로봇프로ri래밍 방법과 메타인지 전략 사용 방법을 점진적으로 내면화시키고, 독립적으로 과제를 수행하도록 하였다. 인지적 도제 기반의 각 전략은 다음과 같이 설계하였다.
첫째, 학생이 로봇 프로그래밍 과제를 점진적으로 접근하여 스스로 해결하도록 한다. 학생이 해결해야 한학숩 과제를 먼저 보여주어 고]■제를 이해하고, 과제 해걸에 필요한 정보를 얻기 위한 예비 과제를 해결하도록 한 후, 수업의 도입부에 제시한 학습과제를 다시 스스로 해결하도록 힌.
번저 Y초등학교 5~6힉년 학생들로 叶성된 로봇 동아리 10명의 학생들에게 동아리 활동 시간에 로봇 프로그래밍 교수.학슈 모형 프로토타입은 3 주 동안 적용하고, 수업과 학생들의 활동을 관찰하고 면담하였다. 1차 형성평가 결과를 반영하여 프로토타입을 수정하고, Y초등학교 영재학급 5학년 학생 18명올 대상으로 6주 동안 프로토타입에 따라 수업을 실시하고, 관찰, 면담과 설문조사 방법을 이용하여 학생들의 반응을평기하였다.
마지막으로 초击학생들을 대상으로 로봇 프로그래밍 교육을 지도한 경험이 많은 세 명의 교사를 대상으로 로봇 프로그래밍 교수. 학습 단계 및 활동의 적합성, 메타인지 활성화를 위한 자기질문 목록의 적절성 등에 대해 설문조사 방법올 이용하여 형싱평가를 실시하였다. 이상과 같은 형성평가 결과를 반영하여 로봇 프로그래밍 교수 .
이상과 같은 형성평가 결과를 반영하여 로봇 프로그래밍 교수 . 학습 모헝을 최종적으로 수정하였다.
코칭과 스캐폴딩은 주로 활용하여 교수 . 학습 모형욜 개발하였다.
진헹 등과 같은 사항들은 고려하여 교수 . 학습 모형을 설계하였다.
개발연구에서 교수.학습 모형의 프로토타입은 먼저 개발하여 모의 실행해보너, 학생들과 전문가를 대상으로 형성평가를 실시하고 보형을 수정 . 보완하는 작업은 중요하다⑻.
로봇 프로;!래밍 교수 . 학습 환동은 '학습과제담구, , '교사의 모델링, , '과제 수행 계획 및 시각화', '과제 수행'과 '자기 평가 및 강화' 등과 같은 5가지 단계 류 나누었고, 베타인지 전략으로는 '계획', '모니터링', 조절', 평 가'를 선정하여 반영하였다. 또한, 교수 .
. 학습 활동을 지원하는 방안으로 인지적 도제 방 用은 기반으로 하이 로봇 프로그래밍 교육의 핵심 목표의 하나인 학셍의 메타인지 능력을 신장하기 위한 교수 . 학슈모형은 개발하고자 하였다.
보완한 교수 . 학습 활동을 통해 학셍이 계획을 세우고, 21 계획을 실행한 이후 평가하도록 한다.
대상 데이터
1차 형성평가 결과를 반영하여 프로토타입을 수정하고, Y초등학교 영재학급 5학년 학생 18명올 대상으로 6주 동안 프로토타입에 따라 수업을 실시하고, 관찰, 면담과 설문조사 방법을 이용하여 학생들의 반응을평기하였다. 마지막으로 초击학생들을 대상으로 로봇 프로그래밍 교육을 지도한 경험이 많은 세 명의 교사를 대상으로 로봇 프로그래밍 교수. 학습 단계 및 활동의 적합성, 메타인지 활성화를 위한 자기질문 목록의 적절성 등에 대해 설문조사 방법올 이용하여 형싱평가를 실시하였다.
이론/모형
본 연구는 체제적 고수 설계 . 개발은 위한 ADDIE 모형[22]을 기반으로 하이 진행되었으며 각 난계별 연구 수행 절차는 (그림 1)과 같다.
성능/효과
넷째, 창의적인 로봇 제작을 위해 학생이 일부 과제를 먼저 수행해보는 스캐폴딩을 제공하고, 점차 교사의 도움을 소거하여 학생 스스로 과제를 해결하도록 한다. 다섯째, '자기질문 방법을 사용하여 학생이 과제 해결 계획을 세우거나 과제 해결에 어려움이 있은 때, 자신의 인지 상태와 과제 진행 상황에 대해 스스로 질문하도록 하여 메타인지 전략의 활용을 유도힌.
한다. 다섯째, '자기질문 방법을 사용하여 학생이 과제 해결 계획을 세우거나 과제 해결에 어려움이 있은 때, 자신의 인지 상태와 과제 진행 상황에 대해 스스로 질문하도록 하여 메타인지 전략의 활용을 유도힌.다.
여섯째, 프로그램올 작성하기 전에 계힉을 학생이 원하는 방법으로 시각화하고 오류가 발■셍하였을 떼에는 시각화한 방법은 수정하도록 힌.다.
후속연구
첫째, 본 연구에서 개발한 모형은 학생의 메타인지발달이라는 목표를 가지고 로봇 프로그〔래밍을 효과적으로 교수 ・ 학습할 수 있는 로봇 교육 방범의 대안이 될 것이다.
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