프로그래밍 교육은 문제분석 능력, 논리적 사고력, 절차적 문제 해결방식과 상상적 문제 해결방식을 종합적으로 습득하는 데 매우 효과적이다. 그러나 아직까지 우리나라에서는 초 중등학교에서 정규시간에 프로그래밍 수업을 하지 않고 있어, 미국 등 IT 강국 중심으로 코딩수업이 활발히 진행되고 있는 것에 비해 대조적이다. 다행히 정부에서도 이러한 현실을 파악하고 2017년부터 초등학교에서 프로그래밍 수업을 정규 교과에서 실시하기로 결정하였다. 이러한 상황에서 많은 연구자들이 초 중등학교에서 학습할 수 있는 프로그래밍 교육모형 연구가 절실히 필요하다. 본 연구에서는 초등학교 5, 6학년들이 프로그래밍 수업에 활용할 수 있도록 스크래치언어와 센서보드를 연계한 프로그래밍 교육모형을 17차시 개발하여 제안하였다. 초등 프로그래밍 교육에 적합한지를 검증하기 위해 제안한 교육과정을 기초로 방과 후 시간에 5, 6학년 협동수업을 실시한 결과 만족할 만한 성취도를 얻었다. 향후, 제안한 프로그래밍 교육모형을 추가로 개선하여 초등학생들의 지적 능력에 맞는 최적 모형으로 개발하고자 한다.
프로그래밍 교육은 문제분석 능력, 논리적 사고력, 절차적 문제 해결방식과 상상적 문제 해결방식을 종합적으로 습득하는 데 매우 효과적이다. 그러나 아직까지 우리나라에서는 초 중등학교에서 정규시간에 프로그래밍 수업을 하지 않고 있어, 미국 등 IT 강국 중심으로 코딩수업이 활발히 진행되고 있는 것에 비해 대조적이다. 다행히 정부에서도 이러한 현실을 파악하고 2017년부터 초등학교에서 프로그래밍 수업을 정규 교과에서 실시하기로 결정하였다. 이러한 상황에서 많은 연구자들이 초 중등학교에서 학습할 수 있는 프로그래밍 교육모형 연구가 절실히 필요하다. 본 연구에서는 초등학교 5, 6학년들이 프로그래밍 수업에 활용할 수 있도록 스크래치언어와 센서보드를 연계한 프로그래밍 교육모형을 17차시 개발하여 제안하였다. 초등 프로그래밍 교육에 적합한지를 검증하기 위해 제안한 교육과정을 기초로 방과 후 시간에 5, 6학년 협동수업을 실시한 결과 만족할 만한 성취도를 얻었다. 향후, 제안한 프로그래밍 교육모형을 추가로 개선하여 초등학생들의 지적 능력에 맞는 최적 모형으로 개발하고자 한다.
Programming education plays a very effective role in comprehensively learning problem analysis ability, logical thinking ability, procedural problem solving method, and imaginary problem solving method. Until recently, however, it is not applied to the elementary and the middle school in Korea, whic...
Programming education plays a very effective role in comprehensively learning problem analysis ability, logical thinking ability, procedural problem solving method, and imaginary problem solving method. Until recently, however, it is not applied to the elementary and the middle school in Korea, which is very different from the other IT centerd countries such as the U.S., etc., where coding class is actively implemented. Fortunately, Korean government recognized this reality and decided to implement programming education as a regular subject in the elementary school from 2017. In this situation, many researchers' programming education model research is urgently required for the students to learn in the elementary and the middle school. This research developed and suggested 17 sessions of programing education model connected with scratch language and sensor board, which is hardware, to be applied to the class of the 5th and 6th graders. As the result of implementing the joint class of 5th and 6th graders during the after-school class based on programming education process suggested to verify the suitability for elementary school programing education, satisfactory achievement was attained by the assessed students. The researcher plans to develop an optimum model proper for the elementary school students' intellectual capacity by more improving programming education model.
Programming education plays a very effective role in comprehensively learning problem analysis ability, logical thinking ability, procedural problem solving method, and imaginary problem solving method. Until recently, however, it is not applied to the elementary and the middle school in Korea, which is very different from the other IT centerd countries such as the U.S., etc., where coding class is actively implemented. Fortunately, Korean government recognized this reality and decided to implement programming education as a regular subject in the elementary school from 2017. In this situation, many researchers' programming education model research is urgently required for the students to learn in the elementary and the middle school. This research developed and suggested 17 sessions of programing education model connected with scratch language and sensor board, which is hardware, to be applied to the class of the 5th and 6th graders. As the result of implementing the joint class of 5th and 6th graders during the after-school class based on programming education process suggested to verify the suitability for elementary school programing education, satisfactory achievement was attained by the assessed students. The researcher plans to develop an optimum model proper for the elementary school students' intellectual capacity by more improving programming education model.
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문제 정의
0과 로봇이 가지는 가장 기본적인 특성인 접촉센서, 빛센서 등의 기능을 가지는 스크래치호환성 센서보드를 입력장치로 함께 활용하여 프로그래밍을 학습할 수 있도록 5, 6학년 대상의 프로그래밍 기초교육 과정을 설계하여 2017년 학교 현장수업 이전에 활용할 수 있도록 제안하였다. 또한, 개발한 교육과정과 교육모형이 초등학교 현장에서 학습자들의 상상력, 흥미도, 성취능력 정도, 논리적 사고력 및 문제해결력 향상에 도움을 주는 데 적합한 프로그래밍 교육모형 인지를 확인하는 데 연구의 목적을 두고 있다.
본 연구에는 인지능력이 뛰어난 초등학교 고학년의 알고리즘 표현 능력을 향상시킬 목적이다. 따라서, 주어진 문제들을 다양한 생각으로 알고리즘으로 표현하고 이를 프로그래밍할 수 있도록 초⋅중등학교 정보통신기술운영 지침에 있는 정보처리의 3단계와 5단계에서 프로그래밍 이해와 표현, 입출력 프로그래밍, 간단한 데이터구조의 범주에서 표현할 수 있는 명령어들을 스크래치 소프트웨어에서 분석하고 추출하였다.
다행히 14년 7월말 “소프트웨어 중심 사회 실현 전략 보고회”를 통해 2015년 중학생(1학년)부터 소프트웨어 교육을 의무적으로 받게 되어 있으며, 초등학교에서는 2017년부터 소프트웨어 교육을 17시간 정규 교육과정에 포함시켜 의무교육을 실시하고, 고등학교도 2018년부터 일반 선택과목에 포함시키기로 미래창조과학부, 교육부, 산업통상자원부, 문화체육관광부 4개 부처가 공동으로 발표하였다[9]. 본 연구에서는 교육용 프로그래밍 도구로 과거부터 초등학교에서 사용되어온 베이직, C 등의 텍스트기반 언어에서 발견된 여러 가지 문제점들(문법의 이해 어려움, 코딩의 실수, 알고리즘 표현의 어려움 등)을 피하고 인지능력이 중등학교에 비해 떨어지는 초등학생들에게 가장 적합한 교육용 언어인 스크래치2.0과 로봇이 가지는 가장 기본적인 특성인 접촉센서, 빛센서 등의 기능을 가지는 스크래치호환성 센서보드를 입력장치로 함께 활용하여 프로그래밍을 학습할 수 있도록 5, 6학년 대상의 프로그래밍 기초교육 과정을 설계하여 2017년 학교 현장수업 이전에 활용할 수 있도록 제안하였다. 또한, 개발한 교육과정과 교육모형이 초등학교 현장에서 학습자들의 상상력, 흥미도, 성취능력 정도, 논리적 사고력 및 문제해결력 향상에 도움을 주는 데 적합한 프로그래밍 교육모형 인지를 확인하는 데 연구의 목적을 두고 있다.
2017년부터 초등학교에서 실시 예정인 프로그래밍교육은 기존의 교과수업을 탈피하여 상상과 구현을 중심으로 하는 흥미로운 교육이 될 수 있으며, 알고리즘구현과 오류수정을 통해 인지적 능력을 키울 뿐 아니라 그동안 소외되어 왔던 비 인지적인 능력도 함께 키울 수 있는 훌륭한 창의적 교육이라 할 수 있다. 본 연구에서는 아직 준비되지 않은 프로그래밍 교육모형(교육과정)을 개발하고 이를 초등학교에 직접 적용하고 결과를 분석하였다. 실험적 프로그래밍 도구로서 초등학생들이 쉽게 원하는 알고리즘으로 구현할 수 있는 스크래치 언어를 채택하였으며, 센서보드를 연계하는 프로그래밍교육 모형을 함께 제안하였다.
제안 방법
따라서, 주어진 문제들을 다양한 생각으로 알고리즘으로 표현하고 이를 프로그래밍할 수 있도록 초⋅중등학교 정보통신기술운영 지침에 있는 정보처리의 3단계와 5단계에서 프로그래밍 이해와 표현, 입출력 프로그래밍, 간단한 데이터구조의 범주에서 표현할 수 있는 명령어들을 스크래치 소프트웨어에서 분석하고 추출하였다.
0 이며 웹버전과 오프라인 버전 두 가지가 있다. 본 연구에서 사용된 버전은 Scratch2.0으로 10개의 불록 속에 포함된 코드 불록(명령)들을 이용한 프로그래밍 교육이 되도록 하였다[14].
대표적인 센서보드로 피코보드(PIco Board)와 로코보드(Roko Board)가 있다. 본 연구에서는 로코보드를 선택하여 활용하는 교육과정을 일부(4차시) 채택하여 교육과정에 추가하였다[13].
본 연구에서는 아직 준비되지 않은 프로그래밍 교육모형(교육과정)을 개발하고 이를 초등학교에 직접 적용하고 결과를 분석하였다. 실험적 프로그래밍 도구로서 초등학생들이 쉽게 원하는 알고리즘으로 구현할 수 있는 스크래치 언어를 채택하였으며, 센서보드를 연계하는 프로그래밍교육 모형을 함께 제안하였다. 본 모형을 기초로 학습한 결과로서, 교육대상 5, 6학년 대부분이 학습 후 만족감을 나타냈으며, 학습 후 교사가 제시한 과제에 대해알고리즘을 구현하는 완성도가 평균 83%로서 매우 긍정적인 효과를 얻은 것으로 분석되었다.
<표 1>에서 제안한 교육과정 모형이 학습자들에게 적정한 지를 확인하고 필요시 모형을 수정하고 보완할 필요가 있어, 제안한 교육과정 중 10차시까지의 교육과정 내용을 교재로 작성하여 A초등학교 5, 6학년 각 15명씩 총 30명을 통합 후 5주간(주 2시간씩)을 방과 후 수업형식으로 학습시킨 후 학습자들의 만족도 및 프로그램 작성 능력 등을 분석하였다. 이때, 구성된 30명의 교육대상 학생들은 5, 6학년 중 무작위로 선정하여 구성하였으며, 평가의 정확성을 확보하기 위해 프로그래밍 경험이 있는 학생들은 배제하였다.
초등학생 고학년들을 대상으로 한 프로그래밍 학습 모형을 개발하기 위해 학생들의 현재 프로그래밍 능력정도와 교사들의 교육능력 정도를 조사하고 분석하였다.
대상 데이터
조사 대상의 초등학생들은 경남 지역 초등학교 4개 학교(도시지역 3개교, 농촌지역 1개교)의 4, 5, 6학년 각1개 반, 총 12반인 294명(4학년 100명, 5학년 98명, 6학년 96명)을 대상으로 구글에서 제공하는 설문양식을 통해 실시간 설문 조사를 하였다. 추출된 데이터로 학생들의 프로그래밍 경험, 프로그래밍 수업에서 교수자 선호도, 현재 알고 있는 프로그래밍 언어 종류이며, 교사들의 설문 조사에서 얻은 데이터로는 프로그래밍 교수 능력, 프로그래밍 학습 교과 선호도이다.
데이터처리
10차시 분량의 프로그래밍 교육 후 학습과정의 만족도를 설문 조사하고, 수업 후 실시한 프로그래밍의 완성도를 교사가 설문과 미리 만든 평가표를 기초로 평가한 결과를 1주 단위로 비교⋅분석하였다.
성능/효과
첫째, 문법과 알고리즘 표현이 간단하여 코드 작성과 오류 수정이 용이해야 한다. 둘째, 프로그램 작성 과정과 결과를 보다 쉽게 인식할 수 있게 시각적 표현이 강화된 비주얼 환경 언어이어야 한다. 최근에는 소프트웨어의 기술향상으로 기존의 텍스트 입력 중심 교육용 언어(베이직, C언어 등)의 단점을 대폭 보완한 학습자 중심의 새로운 언어들이 많이 출현하고 있다.
실험적 프로그래밍 도구로서 초등학생들이 쉽게 원하는 알고리즘으로 구현할 수 있는 스크래치 언어를 채택하였으며, 센서보드를 연계하는 프로그래밍교육 모형을 함께 제안하였다. 본 모형을 기초로 학습한 결과로서, 교육대상 5, 6학년 대부분이 학습 후 만족감을 나타냈으며, 학습 후 교사가 제시한 과제에 대해알고리즘을 구현하는 완성도가 평균 83%로서 매우 긍정적인 효과를 얻은 것으로 분석되었다. 짧은 실험적 수업 탓에 마지막 4개 차시만 센서 보드를 적용하였지만, 결과로서 소프트웨어인 스크래치와 하드웨어인 센서보드와 결합하지 않은 수업 결과에 비해 13% 더 높은 프로그램 완성도를 보였으며, 소프트웨어만의 수업에서 보다 학습자들이 더 많은 관심을 나타내어 본 프로그래밍 교육모형이 효과적인 것으로 판단된다.
설문 대상의 전체 학생 중에서 프로그램 경험이 있는 학생 29.3% 중2%인 2명만이 “학교에서 배웠다”로 분석되었으며, 나머지 98%의 학생들이 방과 후 수업 시간과 학원에서 프로그래밍 학습을 한 것으로 조사되어 프로그래밍 학습은 대부분 사교육에 의존하고 있는 것으로 판단된다.
스크래치 프로그램 교육 전의 학습자들에 대한 학습욕구 조사에서 “배우기 싫다”와 “잘 모르겠다”라는 부정적인 응답이 전체 학습자의 절반이 조금 넘는 53%이었으나 실험적 수업인 10차시 수업이 끝난 후의 조사에서는 “배우기 싫다”와 “잘 모르겠다”가 각각 2%와 11%로 대폭 낮아졌으며 계속 배우고 싶어 하는 학습자들이 87%로 조사되어 학습 전에 비해 40% 증가됨을 알 수 있어 초등학교 프로그램 교육이 반드시 필요한 것으로 판단된다.
그러나, 로봇을 활용한 프로그래밍 학습은 고가의 로봇장비 구입비용 및 관리의 어려움으로 학교 현장에서 쉽게 프로그래밍 도구로 활용하기에 어려움이 있다. 스크래치와 센스보드를 함께 활용하면 로봇 프로그래밍의 장점을 함께 얻을 수 있어 효과적이다. 이처럼, 초등학생들의 지적 능력 등을 감안하여 다양한 교구와 교육용언어의 융합적 실험을 통해 초등학생들에게 가장 적합한 프로그래밍 도구를 탐색을 계속하고 있으며 스크래치 또한 최적의 프로그래밍 학습도구의 하나로 평가받고 있다.
본 모형을 기초로 학습한 결과로서, 교육대상 5, 6학년 대부분이 학습 후 만족감을 나타냈으며, 학습 후 교사가 제시한 과제에 대해알고리즘을 구현하는 완성도가 평균 83%로서 매우 긍정적인 효과를 얻은 것으로 분석되었다. 짧은 실험적 수업 탓에 마지막 4개 차시만 센서 보드를 적용하였지만, 결과로서 소프트웨어인 스크래치와 하드웨어인 센서보드와 결합하지 않은 수업 결과에 비해 13% 더 높은 프로그램 완성도를 보였으며, 소프트웨어만의 수업에서 보다 학습자들이 더 많은 관심을 나타내어 본 프로그래밍 교육모형이 효과적인 것으로 판단된다. 향후연구로서, 본 연구에서 제안한 교육모형의 전체 교육과정을 센서 보드와 함께 활용할 수 있도록 추가로 보완된 교육과정과 교재를 개발하여 학교 현장에 보급하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해서는 다음과 같은 두 가지 요건을 가진 프로그램 언어를 초등학교 교육용 언어로 선택하여 사용해야 한다[19]. 첫째, 문법과 알고리즘 표현이 간단하여 코드 작성과 오류 수정이 용이해야 한다. 둘째, 프로그램 작성 과정과 결과를 보다 쉽게 인식할 수 있게 시각적 표현이 강화된 비주얼 환경 언어이어야 한다.
후속연구
향후연구로서, 본 연구에서 제안한 교육모형의 전체 교육과정을 센서 보드와 함께 활용할 수 있도록 추가로 보완된 교육과정과 교재를 개발하여 학교 현장에 보급하고자 한다. 또한 프로그래밍 교육 후 나타나는 결과의 데이터를 더욱 많이 수집하여 향상된 모형으로 개선할 필요가 있다.
짧은 실험적 수업 탓에 마지막 4개 차시만 센서 보드를 적용하였지만, 결과로서 소프트웨어인 스크래치와 하드웨어인 센서보드와 결합하지 않은 수업 결과에 비해 13% 더 높은 프로그램 완성도를 보였으며, 소프트웨어만의 수업에서 보다 학습자들이 더 많은 관심을 나타내어 본 프로그래밍 교육모형이 효과적인 것으로 판단된다. 향후연구로서, 본 연구에서 제안한 교육모형의 전체 교육과정을 센서 보드와 함께 활용할 수 있도록 추가로 보완된 교육과정과 교재를 개발하여 학교 현장에 보급하고자 한다. 또한 프로그래밍 교육 후 나타나는 결과의 데이터를 더욱 많이 수집하여 향상된 모형으로 개선할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스크래치란?
스크래치(Scratch)는 8세에서 16세 정도의 어린이들에게 프로그래밍 경험을 쌓기 위한 목적으로 개발된 다국적 교육용 언어(50개국 이상)로, 세계적인 IT 기업들의 후원으로 무료로 사용할 수 있는 프로그래밍 도구이다[5]. 특징으로 문법이 간단하고, 불록을 쌓는 형식인Drag&Drag 방식의 알고리즘 표현으로 문법적, 논리적 오류를 발생시키지 않으며 프로그램 언어 자체를 배우기가 쉬우며, 그래픽, 소리 등의 다양한 멀티미디어를 활용할 수 있다(http://scratch.
스크래치의 특징은 무엇인가?
스크래치(Scratch)는 8세에서 16세 정도의 어린이들에게 프로그래밍 경험을 쌓기 위한 목적으로 개발된 다국적 교육용 언어(50개국 이상)로, 세계적인 IT 기업들의 후원으로 무료로 사용할 수 있는 프로그래밍 도구이다[5]. 특징으로 문법이 간단하고, 불록을 쌓는 형식인Drag&Drag 방식의 알고리즘 표현으로 문법적, 논리적 오류를 발생시키지 않으며 프로그램 언어 자체를 배우기가 쉬우며, 그래픽, 소리 등의 다양한 멀티미디어를 활용할 수 있다(http://scratch. mit.
프로그래밍 교육은 어떤 목적을 가져야하는가?
초등학교에서는 소프트웨어 개발을 목적으로 하는 전문가 양성과정에서의 프로그래밍 교육과 근본적으로 다른 목적을 가지고 있다. 따라서 프로그래밍 교육은 새로운 교과 내용으로서 색깔 있는 교육의 경험을 통해 논리적 추론 및 창의적 사고와 문제 해결력을 길러 전통적인 교과 학습능력 신장에 도움을 주는 데 목적을 가져야 한다[6]. 이러한 목적을 달성하기 위해서는 다음과 같은 두 가지 요건을 가진 프로그램 언어를 초등학교 교육용 언어로 선택하여 사용해야 한다[19].
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