2015 개정 교육과정에 포함된 초등학교 소프트웨어 교육 내용은 17시간이라는 시수 제한으로 인해 그 내용이 충분하지 않다. 따라서 본 연구에서는 알고리즘과 프로그램 교육에 대한 교육과정 모델을 개발하였다. 이를 위해 국내외 SW 교육과정과, Code.org, Blockly Games, Entry와 같은 SW 교육 플랫폼을 분석한 후 알고리즘과 프로그래밍 교육에 대한 내용 체계와 성취 기준을 제시하였다. SW 교육 플랫폼의 분석 결과는 알고리즘의 이해, 프로그래밍의 실제, 프로그램의 평가 등 3가지로 구분하였고, 교육 내용 체계와 성취 기준은 7단계로 구분하였으며, 각 영역별로 14개의 성취 기준을 제시하였다. 또한, 학년에 상관없이 누구든지 하위 단계를 이해하면 상위 단계로 진급할 수 있도록 성취 기준을 무지개 색으로 구분하였다.
2015 개정 교육과정에 포함된 초등학교 소프트웨어 교육 내용은 17시간이라는 시수 제한으로 인해 그 내용이 충분하지 않다. 따라서 본 연구에서는 알고리즘과 프로그램 교육에 대한 교육과정 모델을 개발하였다. 이를 위해 국내외 SW 교육과정과, Code.org, Blockly Games, Entry와 같은 SW 교육 플랫폼을 분석한 후 알고리즘과 프로그래밍 교육에 대한 내용 체계와 성취 기준을 제시하였다. SW 교육 플랫폼의 분석 결과는 알고리즘의 이해, 프로그래밍의 실제, 프로그램의 평가 등 3가지로 구분하였고, 교육 내용 체계와 성취 기준은 7단계로 구분하였으며, 각 영역별로 14개의 성취 기준을 제시하였다. 또한, 학년에 상관없이 누구든지 하위 단계를 이해하면 상위 단계로 진급할 수 있도록 성취 기준을 무지개 색으로 구분하였다.
The content of software education for elementary school students in the 2015 revisions to the national curriculum are not sufficient because class time dedicated to software education has been limited to 17 hours in fifth and sixth grades. In this study, I developed the algorithm and programming mod...
The content of software education for elementary school students in the 2015 revisions to the national curriculum are not sufficient because class time dedicated to software education has been limited to 17 hours in fifth and sixth grades. In this study, I developed the algorithm and programming model for Korea. I analyzed domestic and international software education curricula as well as training platforms, such as Code.org, Blockly Games, and Entry. The suggested algorithm and programming framework is known as the Rainbow system, which is divided into 7 steps, 14 criteria, and 3 content areas--understanding the algorithm, the actual programming, and evaluation of the program. Using the Rainbow system, once students have completed a level they can be promoted to the next stage, regardless of their grade.
The content of software education for elementary school students in the 2015 revisions to the national curriculum are not sufficient because class time dedicated to software education has been limited to 17 hours in fifth and sixth grades. In this study, I developed the algorithm and programming model for Korea. I analyzed domestic and international software education curricula as well as training platforms, such as Code.org, Blockly Games, and Entry. The suggested algorithm and programming framework is known as the Rainbow system, which is divided into 7 steps, 14 criteria, and 3 content areas--understanding the algorithm, the actual programming, and evaluation of the program. Using the Rainbow system, once students have completed a level they can be promoted to the next stage, regardless of their grade.
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문제 정의
본 연구에서는 초등학교에서의 SW 교육을 강화시키기 위해 알고리즘과 프로그램 교육에 대한 교육과정 모델을 개발하였다. 이를 위해 국내외 SW 교육과정과 SW 교육 플랫폼을 분석한 후 알고리즘과 프로그래밍 교육에 대한 내용 체계와 성취 기준을 제시하였다.
가설 설정
3. 정보기기는 프로그램에 의해 작동된다는 것을 이해한다. 일상생활에서 사용하는 정보기기는 프로그램에 의해 작동되고, 그 프로그램은 여러 가지 명령어로 구성되어 있음을 이해한다.
4. 알고리즘은 일이 일어난 순서임을 이해한다. 문제를 해결하기 위해 필요한 일을 순서대로 나열한 것이 알고리즘을 이해한다.
전자계산기 과목은 전자계산기의 원리·구성·기능 등에 관한 사항과 기초적인 프로그래밍 언어, 프로그래밍 기법에 관한 개념을 가르쳤다.
제안 방법
2000에 시행되었던 ‘정보통신기술교육 운영 지침’에서 재량활동 2시간 중에서 1시간을 의무적으로 ICT 교육을 하도록 하였다.
다섯째, 함수와 이벤트에서는 함수, 이벤트, 매개 변수를 포함하였다. 객체와 객체 간에 메시지를 주고받을 때 전역변수보다는 이벤트를 사용하도록 하였고, 이벤트는 장치 이벤트와 상황 이벤트로 구분하였다.
넷째, 자료와 연산의 핵심 개념은 변수, 배열, 리스트, 자료형, 연산자, 입출력 등을 포함하였다. 배열은 동일한 형태의 변수를 여러 개 사용할 때 불편함을 해소하고, 변수의 접근을 자동화하기 위해 배열이 필요함으로 알게 하되, 1차원 배열과 리스트를 연계하여 학습하였다.
다섯째, 함수와 이벤트에서는 함수, 이벤트, 매개 변수를 포함하였다. 객체와 객체 간에 메시지를 주고받을 때 전역변수보다는 이벤트를 사용하도록 하였고, 이벤트는 장치 이벤트와 상황 이벤트로 구분하였다.
여러 가지 형태의 자료를 파일에 저장하고 읽는다. 동일한 자료 형태의 변수가 반복적으로 사용될 때 그것을 배열로 수정하여 사용하며, 배열에 포함된 특정 값을 인덱스와 반복문을 이용하여 접근한다. 또한, 변수나 배열에 저장된 값을 파일에 저장하며, 파일에 저장된 값을 불러온다.
둘째, 반복문에서는 단순 반복, 중첩 반복, 도형 그리기, 패턴 그리기를 포함하였다. 반복 구조는 크게 단순 반복과 중첩 반복으로 구분하였고, 반복의 종류는 repeat, until, while, for 등을 다뤘다.
주어진 알고리즘의 결과를 예측하고, 잘못된 결과가 발생했을 때 그 이유를 설명한다. 또한, 문제를 해결하기 위해 알고리즘을 만들고, 잘못된 부분이 있으면 찾아서 수정한다.
순차문 중에서 반복적으로 사용되는 것을 반복문으로 개선하는 내용을 포함하였다. 또한, 반복문과 순차문이 반복적으로 사용될 때 함수문으로 개선하는 내용을 포함하였으며, 복잡한 알고리즘을 단순화시키거나 시간이 오래 걸리는 알고리즘을 개선하도록 하였다.
화면 입출력이나 랜덤 함수 등 간단한 내장 함수를 호출하여 프로그램을 작성할 수 있다. 또한, 이벤트를 만들어 객체와 객체 사이에 메시지를 전달하는 방법을 이해하고 사용한다.
그리고(and), 또는(or), 부정(not) 등의 논리 연산의 결과를 이해하고 논리 연산자를 사용할 수 있다. 또한, 조건문에서 조건에 따라 여러 번 분기되는 것을 논리 연산자를 이용하여 간단하게 표현한다.
셋째, 복잡한 문제를 해결하기 위해 문제 해결 과정을 문장, 그림, 기호, 순서도 등으로 표현하고, 그것을 프로그램으로 작성한다. 문제 해결을 위해 불필요한 요소를 제거하고, 해결 방안을 설계하고, 프로그래밍 과정을 통해 SW로 구현하여 자동화할 수 있는 능력을 기른다.
둘째, 반복문에서는 단순 반복, 중첩 반복, 도형 그리기, 패턴 그리기를 포함하였다. 반복 구조는 크게 단순 반복과 중첩 반복으로 구분하였고, 반복의 종류는 repeat, until, while, for 등을 다뤘다.
일정한 횟수만큼 반복되는 구문이 있을 경우 그것을 반복문으로 표현할 수 있다. 반복되는 횟수가 많을 경우 그것을 순차문으로만 구성했을 때의 불편한 점을 이해하고, 반복되는 순차문을 반복문으로 수정하는 방법을 알고 사용한다.
넷째, 자료와 연산의 핵심 개념은 변수, 배열, 리스트, 자료형, 연산자, 입출력 등을 포함하였다. 배열은 동일한 형태의 변수를 여러 개 사용할 때 불편함을 해소하고, 변수의 접근을 자동화하기 위해 배열이 필요함으로 알게 하되, 1차원 배열과 리스트를 연계하여 학습하였다. 자료형은 숫자형, 문자형, 문자열 등 3가지 형태만을 포함하였고, 연산자는 산술 연산자, 비교 연산자, 논리 연산자를 포함하였다.
본 연구에서는 2014년에 개발된 한국정보교육학회에서는 알고리즘 분야와 프로그래밍 분야를 소프트웨어 제작 영역에 포함하여 초등학교 1학년부터 중학교 3학년까지의 과정을 각각 4가지 영역으로 구분하여 제시하였다[4]
셋째, 복잡한 문제를 해결하기 위해 문제 해결 과정을 문장, 그림, 기호, 순서도 등으로 표현하고, 그것을 프로그램으로 작성한다. 문제 해결을 위해 불필요한 요소를 제거하고, 해결 방안을 설계하고, 프로그래밍 과정을 통해 SW로 구현하여 자동화할 수 있는 능력을 기른다.
본 연구에서는 초등학교에서의 SW 교육을 강화시키기 위해 알고리즘과 프로그램 교육에 대한 교육과정 모델을 개발하였다. 이를 위해 국내외 SW 교육과정과 SW 교육 플랫폼을 분석한 후 알고리즘과 프로그래밍 교육에 대한 내용 체계와 성취 기준을 제시하였다.
자료형은 숫자형, 문자형, 문자열 등 3가지 형태만을 포함하였고, 연산자는 산술 연산자, 비교 연산자, 논리 연산자를 포함하였다. 입출력은 키보드와 모니터를 활용한 기본 입출력과, 파일 입출력을 포함하였다.
배열은 동일한 형태의 변수를 여러 개 사용할 때 불편함을 해소하고, 변수의 접근을 자동화하기 위해 배열이 필요함으로 알게 하되, 1차원 배열과 리스트를 연계하여 학습하였다. 자료형은 숫자형, 문자형, 문자열 등 3가지 형태만을 포함하였고, 연산자는 산술 연산자, 비교 연산자, 논리 연산자를 포함하였다. 입출력은 키보드와 모니터를 활용한 기본 입출력과, 파일 입출력을 포함하였다.
첫째, 알고리즘 분야의 핵심 내용은 생활과 알고리즘, 알고리즘의 표현, 간단한 데이터 구조, 다양한 알고리즘과 데이터 구조 생성으로 구성하였다.
첫째, 오류 수정은 주어진 구문에서 오류를 찾아 발견하고, 그것을 수정하는 것을 포함하였다. 수정은 특정 구문을 추가하거나 제거하기, 순서를 변경하기, 입력 값을 수정하기 등의 내용을 포함하였다.
이를 위해 교육부는 2015년 9월에 교육과정을 개정하면서 SW 교육을 강화시켰다. 초등학교 5-6학년을 대상으로 실과 17시간을 활용하여 SW의 이해, 절차적 문제해결, 프로그래밍 요소와 구조 등 SW 교육을 실시하기로 하였다. 그러나 SW교육 영역이 별도의 교육 분야로 편성되지 못하고, 기존의 ‘기술 시스템’ 영역에 억지스럽게 추가되어, 핵심 개념과 맞지 않고, ‘일반화된 지식’ 역시 SW 교육과는 전혀 상관없는 내용이 제시되고 있다.
프로그래밍의 실제는 Code.org와 Blockly Games, Entry에서 제시한 여러 가지 미션 등을 분석한 후 초등학교 프로그래밍 교육의 범위에 포함될 수 있는 영역을 추출하였다. 그 결과 순차문, 반복문, 조건문, 자료와 연산, 함수와 이벤트 등으로 구분할 수 있었다.
org의 각 미션에서 제시한 내용 중에서 핵심 개념을 추출하여 단계적으로 제시하였다. 프로그램 평가와 관련된 핵심 개념은 오류 수정과 성능 개선으로 구분하였다.
프로그램의 평가는 한국정보교육학회에서 개발한 SW 교육과정의 내용과 Code.org의 각 미션에서 제시한 내용 중에서 핵심 개념을 추출하여 단계적으로 제시하였다. 프로그램 평가와 관련된 핵심 개념은 오류 수정과 성능 개선으로 구분하였다.
대상 데이터
본 연구에서 제안한 알고리즘과 프로그래밍에 대한 교육과정 모델은 총 7단계로 구성되어 있으며, 유치원과 초등학교에서 활용할 수 있다. 7단계를 무지개 색으로 제시한 것은 태권도 품띠와 같이 학생들이 학년의 구분 없이 자유롭게 알고리즘과 프로그래밍 능력을 키워 상급 단계로 올라갈 수 있도록 하기 위함이다.
성능/효과
org와 Blockly Games, Entry에서 제시한 여러 가지 미션 등을 분석한 후 초등학교 프로그래밍 교육의 범위에 포함될 수 있는 영역을 추출하였다. 그 결과 순차문, 반복문, 조건문, 자료와 연산, 함수와 이벤트 등으로 구분할 수 있었다.
넷째, 알고리즘과 프로그래밍 교육에 필요한 교원을 양성해야 한다. 교사 연수 이외에도 초등교원 양성 단계에서부터 체계적으로 배울 수 있도록, 교육대학교의 교육과정에 알고리즘과 프로그래밍 교육에 대한 강좌를 개설해야 한다.
둘째, 프로그래밍 분야의 핵심 내용은 프로그램의 세계, 프로그램의 이해와 간단한 프로그램 제작, 프로그래밍 개발 환경과 다양한 프로그램 제작, 소프트웨어 제작 관리를 포함하였다.
여러 사람이 만든 알고리즘을 특정 기준에 따라 비교하며 설명한다. 명령의 수행 횟수나 처리 속도 등을 고려하여 알고리즘을 비교하고, 주어진 알고리즘에서 문제를 해결하는 데 가장 효과적인 알고리즘을 찾는다.
셋째, 조건문의 핵심 개념은 산술 조건, 상황 조건, 단순 조건문, 중첩 조건문, 단방향 조건문, 양방향 조건문을 포함하였다.
후속연구
알고리즘과 프로그래밍 교육은 미래의 SW 중심 사회에서 살아가는 데 필요한 컴퓨터 과학적 사고를 키우는 데 필수적이다. 따라서 모든 초등학생들이 알고리즘과 프로그래밍 교육을 받을 수 있도록, 이번 연구 결과를 토대로 좀 더 개선된 SW 교육과정이 만들어지길 기대한다.
본 연구에서 제시한 성취기준만으로는 학교 현장에서 무엇을 어떻게 가르쳐야 할지 알기 어렵다. 따라서 제시한 성취 기준을 달성하기 위해 필요한 다양한 교재와 교구를 개발한다면 현장 교사들이 학생들을 가르치는 데 큰 도움이 될 것이다. 따라서 이에 대한 후속연구가 필요하다.
셋째, 알고리즘과 프로그래밍 교육을 실제 적용하는데 필요한 다양한 교수학습 방법과 평가 방법을 제시하고 그에 따른 구체적인 수업 사례와 우수 사례들 발굴해야 한다. 예를 들면, 창의적 체험활동 시간이나 방과후 활동 시간에 본 연구에서 제시한 교육과정을 적용한다면 확보된 시수에 따른 가장 적합한 내용 요소를 추출하여 그것을 기반으로 교수학습지도안을 작성한 후 교실에서 적용하고 개선 방안을 마련해야 한다.
첫째, 단계별로 알고리즘과 프로그래밍 교육에 필요한 구체적인 평가 기준과 함께 교재와 교구를 개발해야 한다. 본 연구에서 제시한 성취기준만으로는 학교 현장에서 무엇을 어떻게 가르쳐야 할지 알기 어렵다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교육부의 SW교육운영지침이 갖는 한계점은?
이러한 문제점을 해결하기 위해 교육부는 SW교육운영지침을 발표하였으나, 이마저도 수업 시수가 명확하게 제시되지 않고 창의적 체험활동 시간과 교과 시간을 할애하여 지도하도록 하고 있어[15], 사실상 초등학교에서 SW교육운영지침을 적용하는 데에는 한계가 많다.
교육부는 2015년 문이과 통합 교육과정을 발표하였는데 그 주요 개정내용은 무엇인가?
교육부는 2015년 문이과 통합 교육과정을 발표하였다. 주요 개정 내용을 살펴보면, 초등학교 5-6학년을 대상으로 실과 17시간을 활용하여 소프트웨어(이하 SW)교육을 강화하기로 하였다[11]. 최근 미국이나 영국에서 기존의 ICT 활용 교육에서 벗어나, 문제 해결을 위한 컴퓨팅(computing) 교육을 강화하려는 취지와 일맥상통한다[1][15].
초등학교 5-6학년을 대상으로 실과 17시간을 활용하여 소프트웨어(이하 SW)교육을 강화하기로 하였는데 그 한계점은 무엇인가?
그러나 실과에 포함된 SW 교육 내용은 17시간이라는 제한된 시간에 운영할 수 있는 것으로만 편성되어있어, 그 내용이 매우 빈약하며, 흥미와 체험 중심의 맛보기 교육으로 채워질 우려가 있다. 또한, SW 교육은 SW 활용을 기반으로 교수학습활동이 이루어지므로 SW의 활용 교육 또한 매우 중요하다.
참고문헌 (17)
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