초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장을 위한 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램 개발 및 적용 Development and Application of Software Education Program of App Inventor Utilization for Improvement of Elementary School Girls' Computational Thinking원문보기
연구는 초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장을 위한 교육 방법으로 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램을 제시하였다. 개발한 교육 프로그램의 효과를 분석하기 위해 지원자 표집에 의한 지원자 표본 중 3, 4, 5학년 여학생을 실험집단으로 선정하여 개발한 프로그램을 투입하였고 사전 사후 검사 결과를 통해 교육적 효과를 분석하였다. 분석 결과, 본 연구에서 개발한 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램이 초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장에 효과적임을 알 수 있었다.
연구는 초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장을 위한 교육 방법으로 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램을 제시하였다. 개발한 교육 프로그램의 효과를 분석하기 위해 지원자 표집에 의한 지원자 표본 중 3, 4, 5학년 여학생을 실험집단으로 선정하여 개발한 프로그램을 투입하였고 사전 사후 검사 결과를 통해 교육적 효과를 분석하였다. 분석 결과, 본 연구에서 개발한 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램이 초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장에 효과적임을 알 수 있었다.
In this study, we presented a App Inventor utilization Software Education program in the process of education for Computational Thinking improvement of elementary school girls. In order to analyze the effects of education programs that have been developed, to elect the 3, 4, 5 grade girls of the sam...
In this study, we presented a App Inventor utilization Software Education program in the process of education for Computational Thinking improvement of elementary school girls. In order to analyze the effects of education programs that have been developed, to elect the 3, 4, 5 grade girls of the sample of volunteers by volunteers form collection as an experimental population, was charged with the development programs, and It was analyzed educational effect using the results of the pre-post tests. The results of the analysis, App Inventor utilization Software Education program that was developed in this study it was found that help in Computational Thinking kidney of elementary school girls.
In this study, we presented a App Inventor utilization Software Education program in the process of education for Computational Thinking improvement of elementary school girls. In order to analyze the effects of education programs that have been developed, to elect the 3, 4, 5 grade girls of the sample of volunteers by volunteers form collection as an experimental population, was charged with the development programs, and It was analyzed educational effect using the results of the pre-post tests. The results of the analysis, App Inventor utilization Software Education program that was developed in this study it was found that help in Computational Thinking kidney of elementary school girls.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 ADDIE모형에 따라 초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장을 위한 앱인벤터 활용 프로그래밍 교육 프로그램을 개발하였다. 사전 요구분석을 통해 주제 및 교육내용을 선정하여 ○○지역 내 초등학교 3, 4, 5학년 학생들 중 지원자 표본 33명의 학생에게 투입하고 16명의 실험집단에 대하여 컴퓨팅적 사고력의 구성요인을 계산적 인지력(추상적 사고, 비판적 사고, 논리적 사고, 재귀적 사고, 알고리즘적 사고)과 창의성(창의적 사고)으로 구분하여[10] 그 효과를 검증하였다.
선행연구 분석에 기술한 바와 같이 초등학교 여학생을 대상으로 하는 S/W교육 프로그램의 효과에 대한 국내외 연구는 매우 부족한 실정이며 특히, ADDIE모형을 토대로 한 교육프로그램 개발연구는 전무하다. 따라서, 본 연구에서는 ADDIE모형의 절차에 따라 ○○지역 내 초등학교 여학생과 컴퓨터교육 전공 현직 초등교사를 대상으로 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램 개발을 위한 S/W교육 및 앱인벤터 교육경험, 관심도, 교육효과, 희망하는 교육내용, 교육방법, S/W교육 흥미도 등에 대한 사전 요구 분석을 실시하였다.
본 연구는 일반적으로 여학생이 S/W교육에 흥미가 낮은 것으로 밝혀진 기존 연구에 대해 ADDIE 모형의 단계에 따라 사전 요구분석을 바탕으로 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램을 개발 및 적용을 통해 그 효과를 분석했다는 것에 의의가 있다. 다만 본 연구의 연구대상이 표본수가 적다는 점과 편의표집에 의한 지원자들 이므로 지원자 표본(vonlunteer sample)에 의한 참여자 들이 비지원자들에 의한 연구보다 상대적으로 학력, 사회계층, 지적 수준이 높을 수 있다(Rosenthal & Rosnow, 1975)는 주장이 있기 때문에 학습 결과 자체에 대한 신뢰도 확보를 위해 다수의 실험집단을 통한 추가 연구가 필요하다고 여겨진다.
본 연구는 초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장을 위한 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램을 제시하였다. ADDIE 모형의 단계에 따라 초등학교 여학생 및 초등 교사를 대상으로 한 사전 요구분석 결과를 토대로 컴퓨팅적 사고력의 학습단계를 추상화, 자동화, 적용의 3단계로 구분하여, CSTA(2011)의 연구에서 제시한 주요 개념 요소가 적용되도록 알고리즘 및 게임 관련 교육내용을 개발하였다.
제안 방법
본 연구는 초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장을 위한 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램을 제시하였다. ADDIE 모형의 단계에 따라 초등학교 여학생 및 초등 교사를 대상으로 한 사전 요구분석 결과를 토대로 컴퓨팅적 사고력의 학습단계를 추상화, 자동화, 적용의 3단계로 구분하여, CSTA(2011)의 연구에서 제시한 주요 개념 요소가 적용되도록 알고리즘 및 게임 관련 교육내용을 개발하였다.
○○지역 내 초등학교 3, 4, 5학년 학생들 중 선착순 지원자 33명을 대상으로 전체 프로그램의 오리엔테이션, 사전·사후의 계산적 인지력 검사, TTCT 도형 검사를 포함하여 총 7일 동안 42차시 수업으로 진행되었다.
교육내용은 조건, 반복, 변수, 리스트 등의 다소 어렵게 느껴질 수 있는 개념을 여학생의 인지부담을 줄여줄 수 있고 보다 쉽게 이해하고 접근할 수 있도록 실생활 상황 중심으로 배수, 약수, 소수 구하기, 최댓값 찾기, 선형탐색 등을 기반으로 한 내용과 최소한의 기능 습득만으로도 게임 관련 앱을 만들 수 있도록 복잡하고 다양한 기능 습득보다는 기초·기본 기능 및 센서 활용 중심으로 교육내용을 선정하였다.
둘째, 여학생의 인지부담을 줄여줄 수 있는 내용중심으로 알고리즘 및 게임 관련 주제, 교육내용을 설계함으로써 학습자의 내적 동기를 유발하기 위한 전략들을 구상하였다.
본 연구에서는 컴퓨팅적 사고력의 구성요인을 계산적 인지력(추상적 사고, 비판적 사고, 논리적 사고, 재귀적 사고, 알고리즘적 사고)과 창의성(창의적 사고)으로 구분하여 설정하였다[10].
따라서, 본 연구에서는 ADDIE모형에 따라 초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장을 위한 앱인벤터 활용 프로그래밍 교육 프로그램을 개발하였다. 사전 요구분석을 통해 주제 및 교육내용을 선정하여 ○○지역 내 초등학교 3, 4, 5학년 학생들 중 지원자 표본 33명의 학생에게 투입하고 16명의 실험집단에 대하여 컴퓨팅적 사고력의 구성요인을 계산적 인지력(추상적 사고, 비판적 사고, 논리적 사고, 재귀적 사고, 알고리즘적 사고)과 창의성(창의적 사고)으로 구분하여[10] 그 효과를 검증하였다.
셋째, 컴퓨팅적 사고력의 학습단계는 Philip(2010)의 연구에서 제안한 추상화, 자동화, 적용의 3단계로 구분하여 CSTA(2011)의 연구에서 제시한 주요 개념 요소가 적용되도록 하였다.
요구분석 결과, 교사들은 컴퓨팅적 사고력에 대한 관심도가 높고 창의성 및 계산적 인지력의 신장을 기대하고 있어 [Table 21], [Table 22]와 같이 계산적 인지력의 구성요소인 알고리즘적 사고 관련 앱 제작 활동과 대부분의 초등학생들이 희망하고 있는 게임 관련 앱 제작 활동을 중심으로 교육내용을 선정하였다. 교육내용은 조건, 반복, 변수, 리스트 등의 다소 어렵게 느껴질 수 있는 개념을 여학생의 인지부담을 줄여줄 수 있고 보다 쉽게 이해하고 접근할 수 있도록 실생활 상황 중심으로 배수, 약수, 소수 구하기, 최댓값 찾기, 선형탐색 등을 기반으로 한 내용과 최소한의 기능 습득만으로도 게임 관련 앱을 만들 수 있도록 복잡하고 다양한 기능 습득보다는 기초·기본 기능 및 센서 활용 중심으로 교육내용을 선정하였다.
적용 단계에서는 ○○대학교에서 실시하는 교육기부 프로그램에 참여한 지원자 표본 (volunteer sample) 33명의 학생을 대상으로 ‘MIT App Inventor 2 Beta’를 활용하여 여름방학 중 총 7일 동안 42차시 수업에 투입하였다.
적용 단계에서는 ○○대학교에서 실시하는 교육기부 프로그램에 참여한 지원자 표본 (volunteer sample) 33명의 학생을 대상으로 ‘MIT App Inventor 2 Beta’를 활용하여 여름방학 중 총 7일 동안 42차시 수업에 투입하였다. 평가 단계에서는 본 연구에서 개발한 앱인벤터 활용 S/W 교육 프로그램의 교육적 효과를 살펴보기 위해 계산적 인지력과 창의성 검사를 실시하여 그 결과를 분석하였다.
대상 데이터
본 연구에서 개발한 프로그램의 교육적 효과를 살펴보기 위해 [Table 25]와 같이 지원자 표집(교육기부 프로그램)에 의한 지원자 표본(volunteer sample) 33명의 학생 중 여학생 16명을 실험집단으로 선정하였다. ○○지역 내 초등학교 3, 4, 5학년 학생들 중 선착순 지원자 33명을 대상으로 전체 프로그램의 오리엔테이션, 사전·사후의 계산적 인지력 검사, TTCT 도형 검사를 포함하여 총 7일 동안 42차시 수업으로 진행되었다.
설문은 초등학교 여학생 99명과 컴퓨터교육 전공 현직 초등교사 64명을 대상으로 실시하였다.
데이터처리
계산적 인지력 사전 검사에 대한 정규성 검정 결과 정규성을 확보하였으므로, ‘대응표본 t 검정’을 실시하여 비교하였으며, 실험집단의 계산적 인지력 사전·사후 검사를 비교·분석한 결과는 [Table 29]와 같다.
먼저, 실험집단에 실시한 계산적 인지력 사전 검사와 창의성 사전 검사 결과에 대해 정규성 검사를 실시하였고, 실험집단 내 계산적 인지력 사전, 사후 검사 결과와 창의성 사전, 사후 검사 결과를 각각 비교하기 위해 사전 검사로 실시한 정규성 검정 결과 정규분포를 이루는 하위요소들에 대해서는 ‘대응표본 t 검정’, 정규분포를 이루지 않는 하위요소에 대해서는 ‘Wilcoxon 부호순위 검정’을 실시하였다.
창의성 사전 검사에 대한 정규성 검정 결과 정규분포를 이루는 하위요소들에 대해서는 ‘대응표본 t 검정’, 정규분포를 이루지 않는 하위요소에 대해서는 ‘Wilcoxon 부호순위 검정’을 실시하여 비교하였으며 그 결과는 [Table 30]과 [Table 31]에 제시하였다.
이론/모형
검사 도구로는 기존 연구에서 언급하고 있는 컴퓨팅적 사고력에 대한 개념을 확대하여 창의성을 포함한 ‘Computational Thinking Ability’를 정의한 김병수(2014) 의 연구에서 개발한 초등학교 학생 수준의 계산적 인지력 검사(Computational Cognition Test)를 사용하였다.
계산적 인지력 검사 도구로는 김병수(2014)의 연구에서 개발한 계산적 인지력 검사(Computational Cognition Test) A, B형을 사용하였고, 창의성 검사도 구로는 Torrance의 TTCT(Torrance Tests of Creative Thinking) 검사지 도형 A형을 사용하였다.
계산적 인지력 측정을 위해서 사전사후검사 통제집단 설계(pre test-post test control group design)를 사용하였다. 검사 도구로는 기존 연구에서 언급하고 있는 컴퓨팅적 사고력에 대한 개념을 확대하여 창의성을 포함한 ‘Computational Thinking Ability’를 정의한 김병수(2014) 의 연구에서 개발한 초등학교 학생 수준의 계산적 인지력 검사(Computational Cognition Test)를 사용하였다.
본 연구에서 사용한 창의성 검사 도구는 Torrance가 개발한 창의성 검사의 한국어 번역판으로 ‘규준표’ 작성을 위해 초등 1학년에서 고등학교 3학년 이상 (12+학년)까지 A형은 6,918명, B형은 5,638명의 표본에 의해 측정된 타당도와 신뢰도를 갖는 표준화 검사이다[10].
창의성 측정을 위해서 사전사후검사 통제집단설계(pre test-post test control group design)를 사용하였 다. 본 연구에서 사용한 창의성 검사 도구는 Torrance가 개발한 창의성 검사의 한국어 번역판으로 ‘규준표’ 작성을 위해 초등 1학년에서 고등학교 3학년 이상 (12+학년)까지 A형은 6,918명, B형은 5,638명의 표본에 의해 측정된 타당도와 신뢰도를 갖는 표준화 검사이다[10].
성능/효과
계산적 인지력 검사와 창의성 검사 및 만족도 조사 분석 결과, 본 연구에서 개발한 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램은 초등학교 여학생의 계산적 인지력과 ‘창의성 평균’, ‘유창성’, ‘제목의 추상성’ 등 전체적인 창의성 신장에 도움을 주어 컴퓨팅적 사고력을 신장시키는 것으로 나타났다.
따라서, 선행연구 및 요구분석 결과를 토대로 초등학교 여학생들의 성향과 태도를 고려하여 학습자의 인지적 부담을 줄이고 학습동기, 흥미, 태도를 신장시킬 수 있도록 앱인벤터 활용 S/W 교육 프로그램을 개발하여 교육을 실시한다면 여학생들의 컴퓨팅적 사고력을 신장시킬 수 있는 것으로 분석되었다.
실험집단에 투입한 결과, 계산적 인지력과 창의성이 유의미하게 상승하여, 본 연구에서 개발한 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램이 초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장에 효과적임을 알 수 있었다.
실험집단의 계산적 인지력 사전·사후 검사 결과를 비교·분석한 결과 t 통계값은 -2.262이고 유의확률 .039로 유의수준 .05에서 통계적으로 유의미하게 상승한 것으로 나타났다.
실험집단의 계산적 인지력 사전·사후 검사 결과를 비교·분석한 결과, 통계적으로 유의미하게 상승한 것으로 나타났으며, 창의성 사전·사후 검사 결과, ‘성급한 종결에 대한 저항’을 제외한 모든 하위요소가 상승한 것으로 나타났으며 특히, ‘독창성’에서는 통계적으로 유의미 하게 상승한 것으로 나타났다.
실험집단의 정규성 검정 결과 ‘유창성’과 ‘제목의 추상성’을 제외한 하위요소에서 정규분포를 이루는 것으로 나타났다.
실험집단의 정규성 검정 결과 모두 정규분포를 이루는 것으로 나타났다.
실험집단의 창의성 사전·사후 검사 결과를 비교·분석한 결과 ‘성급한 종결에 대한 저항’을 제외한 모든 하위요소가 높게 나타났으나 ‘독창성’에서만 통계적으로 유의미하게 상승한 것으로 나타났다.
실험집단의 학생들은 전반적으로 모든 교육 내용에 대하여 만족하고 있으며, 교육활동 참여 후 창의성, 논리적 사고력, 문제해결력, 프로그래밍 능력 등이 향상된 것으로 인식하고 있었다.
앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램 적용 결과 만족도 조사에서는 전반적으로 모든 교육 내용에 대하여 만족하고 있는 것으로 나타났다.
요구분석 결과, 초등학생들은 강의/실습형과 개인 프로젝트형 학습 방법을 선호하였고, 교사들은 그룹 프로젝트형과 개인 프로젝트형 학습 방법을 선호하여, 교육 방법은 주제에 따라 강사가 강의/실습형과 개인 프로젝트형 학습 방법을 적절히 활용하였다.
초등학교 여학생 99명을 대상으로 한 요구분석 결과, 대부분 S/W교육 경험이 많지 않았지만 S/W교육에 대한 관심도는 매우 높은 것으로 나타났다.
컴퓨터교육 전공 현직교사 64명을 대상으로 한 요구 분석 결과, 앱인벤터를 활용한 교육 경험은 거의 없었지만 컴퓨팅적 사고력과 더불어 앱인벤터에 대한 관심도는 매우 높은 편이었다.
후속연구
계산적 인지력 검사와 창의성 검사 결과를 각각 비교·분석하기 위하여 먼저 실험 집단이 정규분포를 이루는지 확인할 필요가 있었다.
본 연구는 일반적으로 여학생이 S/W교육에 흥미가 낮은 것으로 밝혀진 기존 연구에 대해 ADDIE 모형의 단계에 따라 사전 요구분석을 바탕으로 앱인벤터 활용 S/W교육 프로그램을 개발 및 적용을 통해 그 효과를 분석했다는 것에 의의가 있다. 다만 본 연구의 연구대상이 표본수가 적다는 점과 편의표집에 의한 지원자들 이므로 지원자 표본(vonlunteer sample)에 의한 참여자 들이 비지원자들에 의한 연구보다 상대적으로 학력, 사회계층, 지적 수준이 높을 수 있다(Rosenthal & Rosnow, 1975)는 주장이 있기 때문에 학습 결과 자체에 대한 신뢰도 확보를 위해 다수의 실험집단을 통한 추가 연구가 필요하다고 여겨진다.
앱인벤터를 활용한 S/W교육 프로그램의 기대되는 효과로는 창의성, 논리적 사고력 순으로 나타나 본 연구를 통해 선행연구를 퉁해 밝혀진 컴퓨팅적 사고력의 구성요인인 계산적 인지력(추상적 사고, 비판적 사고, 논리적 사고, 재귀적 사고, 알고리즘적 사고)과 창의성 (창의적 사고)을 높여줄 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
S/W교육의 목표는?
S/W교육은 학생들이 교육용 프로그래밍 언어를 이용하여 프로그래밍에 친숙해지고 쉽게 프로그래밍의 원리를 배워 컴퓨팅적 사고력(Computational Thinking)을 기르는 것을 목표로 하고 있다[14]. S/W교육을 통해 기르려고 하는 컴퓨팅적 사고력은 그동안 이루어져 온 프로그래밍 교육을 바탕으로 최근 강조되고 있는 교육 패러다임 중에 하나로 지식기반사회를 이끌어갈 인재를 육성하기 위해 반드시 필요하다고 여겨지고 있으며, 컴퓨터 과학의 핵심 분야로써 일상생활의 복잡한 문제를 효과적으로 해결하는 데 필요한 사고과정을 일컫는다 [24].
컴퓨팅적 사고력이란?
S/W교육은 학생들이 교육용 프로그래밍 언어를 이용하여 프로그래밍에 친숙해지고 쉽게 프로그래밍의 원리를 배워 컴퓨팅적 사고력(Computational Thinking)을 기르는 것을 목표로 하고 있다[14]. S/W교육을 통해 기르려고 하는 컴퓨팅적 사고력은 그동안 이루어져 온 프로그래밍 교육을 바탕으로 최근 강조되고 있는 교육 패러다임 중에 하나로 지식기반사회를 이끌어갈 인재를 육성하기 위해 반드시 필요하다고 여겨지고 있으며, 컴퓨터 과학의 핵심 분야로써 일상생활의 복잡한 문제를 효과적으로 해결하는 데 필요한 사고과정을 일컫는다 [24].
소프트웨어 개발의 중요성이 커짐에 따라 S/W교육의 필요성이 대두됨에 따라 나라별 대응 현황은?
최근 미래 산업에서 소프트웨어 개발의 중요성이 커짐에 따라 S/W교육의 필요성이 대두되었다. 이스라엘, 영국, 미국, 중국, 인도 등에서는 이미 S/W교육이 실시 중에 있고, 미국이나 영국 등은 국가차원에서 S/W교육 커리큘럼을 작성하여 사용 중에 있으며, 우리나라의 경우 2015년부터 중학생에게 S/W교육을 의무화하는 방안을 마련하였다.
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