본 연구에서는 초등학교의 알고리즘 교육에 필요한 교육 내용과 교육 방법, 평가 유형을 제안하였다. 첫째, 교육 내용으로는 한국정보교육학회에서 제안한 정보교육과정을 보완하여 알고리즘의 표현, 알고리즘의 이해, 알고리즘과 순서도, 알고리즘의 구조, 알고리즘의 결과, 알고리즘의 수정, 알고리즘의 개선으로 구분하였다. 둘째, 교육 방법으로는 생활 속 코딩, 언플러그 활동, 블록 프로그래밍, 체감형 프로그래밍을 제안하였다. 셋째, Code.org에서 제공하는 'Hour of Code'의 모든 미션을 분석한 후 평가 유형을 알고리즘 선택하기, 알고리즘 채우기, 알고리즘 수정하기, 알고리즘 예측하기로 구성하였다.
본 연구에서는 초등학교의 알고리즘 교육에 필요한 교육 내용과 교육 방법, 평가 유형을 제안하였다. 첫째, 교육 내용으로는 한국정보교육학회에서 제안한 정보교육과정을 보완하여 알고리즘의 표현, 알고리즘의 이해, 알고리즘과 순서도, 알고리즘의 구조, 알고리즘의 결과, 알고리즘의 수정, 알고리즘의 개선으로 구분하였다. 둘째, 교육 방법으로는 생활 속 코딩, 언플러그 활동, 블록 프로그래밍, 체감형 프로그래밍을 제안하였다. 셋째, Code.org에서 제공하는 'Hour of Code'의 모든 미션을 분석한 후 평가 유형을 알고리즘 선택하기, 알고리즘 채우기, 알고리즘 수정하기, 알고리즘 예측하기로 구성하였다.
In this study, we suggested the contents, teaching and learning method, and assessment types of algorithm education in elementary schools. First, we suggested the algorithm education contents; the expression, understanding, flowcharts, structure, results, correction, and improvement of algorithm. Se...
In this study, we suggested the contents, teaching and learning method, and assessment types of algorithm education in elementary schools. First, we suggested the algorithm education contents; the expression, understanding, flowcharts, structure, results, correction, and improvement of algorithm. Second, we showed the algorithm teaching and learning methods; algorithm in our daily life, the unplugged activity, block programming and tangible programming. Finally, we analyzed all missions of 'Hour of Code' in Code.org, and suggested the algorithm assessment 4 types, which includes selecting, filling, correcting, predicting of appropriate algorithm.
In this study, we suggested the contents, teaching and learning method, and assessment types of algorithm education in elementary schools. First, we suggested the algorithm education contents; the expression, understanding, flowcharts, structure, results, correction, and improvement of algorithm. Second, we showed the algorithm teaching and learning methods; algorithm in our daily life, the unplugged activity, block programming and tangible programming. Finally, we analyzed all missions of 'Hour of Code' in Code.org, and suggested the algorithm assessment 4 types, which includes selecting, filling, correcting, predicting of appropriate algorithm.
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문제 정의
이러한 컴퓨터 과학적 사고의 핵심은 문제를 이해하고, 그것을 해결하기 위해 프로그램으로 구현하기 전에 해결 방법과 절차를 구안하는 알고리즘을 설계하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 초등학생들에게 가르치고자 하는 알고리즘의 내용을 간략히 제시하고, 국내외 소프트웨어 교육 플랫폼을 분석하여, 초등학생들에게 알고리즘을 가르치기 위한 교수학습 방법과 평가방안을 제시하였다.
3)과 같이 주어진 함수를 이용하여 두 개의 직사각형을 그리는 알고리즘을 선택하는 문항이다. 함수의 기능을 적절히 사용할 수 있는지 평가한다. 각각의 선택지의 블록 알고리즘을 이용한 그림을 그려본 후 적절한 선택지를 선택하게 한다.
2015년 개정 교육과정에서 초등학교부터 소프트웨어 교육이 강화됨에 따라 알고리즘 교육이 중요시되고 있다. 따라서 본 연구에서는 알고리즘을 중심으로 교육 내용과 교육 방법, 평가 방법을 제시하였다. 특히 세계적으로 널리 사용되고 있는 소프트웨어 교육 플랫폼인 Code.
가설 설정
(9)컴퓨터의 기능과 알고리즘의 관계를 이해할 수 있다.
둘째, 학생들의 발달 단계와 인지적 수준에 적합해야 한다. 특히 타 교과와 연계한 알고리즘을 지도할 때에는 해당 학년의 교육과정에서 제시한 학습 요소와 일치하는지를 확인하고, 지나치게 높은 학년이나 낮은 학년의 학습 요소가 포함되지 않도록 한다.
첫째, 로봇의 움직임은 시간이 걸린다. 전기 모터와 기어박스 등으로 이루어진 로봇의 구동부는 일정한 속도 이상 더 빨리 움직일 수 없다.
셋째, 로봇의 입력 값은 정확하지 않다. 외부 환경을 검출하는 센서는 물론 로봇 내부 상태를 검출하는 센서값에는 항상 부정확한 노이즈가 포함되어 있다.
제안 방법
따라서 학년에 따른 알고리즘 수업 시간이 확보되지 않아, 창의적 체험활동 시간이나 방과후학교 시간에 무학년제로 운영해야 하는 초등학교 실정에 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 유치원생부터 초등학교 6학년까지 학생들의 능력에 따라 자유롭게 학습할 수 있도록 알고리즘 교육의 학습 요소를 7단계로 구분하고, 다음과 같이 각 단계별로 2개를 제시하여 총 14개의 학습 요소를 제시하였다.
알고리즘에 대한 평가 유형을 살펴보기 위해 Code.org에서 제공하는 ‘Hour of Code’의 800여 개 가량의 미션을 분석하였다.
org에서 제공하는 ‘Hour of Code’의 800여 개 가량의 미션을 분석하였다. 알고리즘에 대한 평가 내용과 방법은 알고리즘 선택하기, 알고리즘 채우기, 알고리즘 수정하기, 알고리즘 예측하기 등 4가지 유형으로 구분하였다.
1)과 같이 왼쪽, 아래쪽이라고 쓰인 카드 대신에 W와 S 문자로 표기하거나 방향키로 기호화하여 사용하였다. 해당 미션을 완성하는 데 필요한 알고리즘을 제대로 이해하고 있는지를 확인한다.
함수의 기능을 적절히 사용할 수 있는지 평가한다. 각각의 선택지의 블록 알고리즘을 이용한 그림을 그려본 후 적절한 선택지를 선택하게 한다.
4)와 같이 보기화면의 If문과 Else문을 읽어보며 선택지의 점수를 계산한 후 해당된 카드를 선택한다. 조건이 중첩되어 있을 때의 조건과 Else문의 의미를 파악하여 문제를 푼다.
12)와 같이 단어 퍼즐에서 주어진 방향 기호에 따라 이동한 후 완성될 단어를 찾는 문항이다. 블록 알고리즘을 통하여 이동했을 때 이동할 방향을 예상할 수 있는지를 평가한다. 학생들은 알고리즘대로 순차적으로 꿀벌을 이동시켜 문제를 해결한다.
14)와 같이 프로그램 1과 동일한 결과를 갖는 프로그램을 모두 선택하게 한다. 함수로 이루어진 하나의 프로그램을 파악하여 같은 프로그램을 찾아낼 수 있는지 평가한다.
따라서 본 연구에서는 알고리즘을 중심으로 교육 내용과 교육 방법, 평가 방법을 제시하였다. 특히 세계적으로 널리 사용되고 있는 소프트웨어 교육 플랫폼인 Code.org의 미션들을 분석하여 알고리즘의 평가 유형을 알고리즘 선택하기, 알고리즘 채우기, 알고리즘 수정하기, 알고리즘 예측하기 등 4가지로 제시하였다.
성능/효과
첫째, 알고리즘 이해 영역에서는 알고리즘의 뜻을 이해하고, 간단한 문제 상황을 일이 일어난 순서에 따라 말이나 글로 표현할 수 있으며, 그 순서에 대한 문제를 해결할 수 있다.
둘째, 알고리즘 표현 영역에서는 주어진 조건에 따라 특정 구간을 반복하는 알고리즘을 작성할 수 있고, 문제 해결 과정을 순서도로 표현하거나 일부만을 나누어 알고리즘으로 표현할 수 있다.
셋째, 알고리즘 분석 영역에서는 주어진 알고리즘의 오류를 찾아 수정할 수 있으며, 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 알고리즘을 찾을 수 있다.
넷째, 추상적인 활동보다는 조작이나 체험을 통한 구체적인 활동이 가능해야 한다. 구체적 조작기에 있는 초등학교 저학년의 경우에는 추상적인 개념보다는 구체적인 활동을 통해서 알고리즘을 발견하도록 해야 한다.
둘째, 활동 주제 측면에서 학습 효과를 고려하여 알고리즘 교육과 언플러그드 활동 주제를 연결해야 한다. 흥미 중심의 놀이로만 끝나는 언플러그드 활동이 아니라, 놀이를 통해 알고리즘 사고력을 키울 수 있어야 한다.
셋째, 교육 방법 측면에서 알고리즘 교육을 할 때 항상 컴퓨터가 필요한 것은 아니다. 알고리즘의 교육 목적이 컴퓨터 활용 능력을 키우는 것보다 컴퓨터 과학적 사고력을 키우는 것이 더 중요하기 때문에 언플러그드 활동이 더 효과적이라고 생각된다면 컴퓨터를 활용하지 않을 수 있다.
넷째, 수업 시간 측면에서 학생들의 사고를 촉진할 수 있는 최소한의 시간을 확보해야 한다. 학생들이 언플러그드 활동을 통해 새로운 알고리즘을 구안하는 데에는 많은 시간이 필요하다.
다섯째, 교육 자료 측면에서 학생들이 쉽게 접할 수 있는 자료를 준비하고, 학생의 활동 규모를 고려하여 자료를 준비해야 한다. 언플러그드 활동 규모에 따라 동일한 내용의 자료라도 그 크기를 달리해야 한다.
첫째, 로봇을 이용한 교육은 인간이 가진 움직임이나 형태에 관한 인지 매커니즘이 강하게 작용함으로 학습자에게 흥미와 동기를 유발할 수 있다.
셋째, 로봇은 융합 기술을 배울 수 있다. 로봇 기술은 컴퓨터에서 모터 제어, 센싱 기술, 기계 요소라고 일컬어지는 융합과학기술의 결정이다.
넷째, 로봇 프로젝트 학습은 모둠 단위로 이루어지는 문제 해결함으로써 협업 능력과 리더십을 기를 수 있다.
둘째, 로봇의 센서와 구동에는 시간 지연이 발생할 수 있다. 프로그램의 실행은 명령 요청에 따라 즉시 이루어지지만 로봇의 센서 변화가 프로그램에 입력되기까지 시간 지연이 발생한다.
후속연구
본 연구 결과를 토대로 한국정보교육학회에서 제시한 소프트웨어 교육 과정을 분석하여[7], 알고리즘의 세부 내용별로 평가 유형을 구체화한다면 학교에서 알고리즘 교육하는 데 도움이 될 것이다. 또한, 학생 평가뿐만 아니라 교수 방법으로 제안한 생활 속 코딩, 언플러그드 활동, 블록 프로그래밍, 체감형 프로그래밍 활동에 필요한 구체적인 사례집과 교재를 지속적으로 개발하여 학교 현장에 보급한다면 소프트웨어 교육을 처음 시작하는 교사들에게 알고리즘 교육에 대한 자신감을 갖게 하여 소프트웨어 교육 발전에 기여할 것이다.
본 연구 결과를 토대로 한국정보교육학회에서 제시한 소프트웨어 교육 과정을 분석하여[7], 알고리즘의 세부 내용별로 평가 유형을 구체화한다면 학교에서 알고리즘 교육하는 데 도움이 될 것이다. 또한, 학생 평가뿐만 아니라 교수 방법으로 제안한 생활 속 코딩, 언플러그드 활동, 블록 프로그래밍, 체감형 프로그래밍 활동에 필요한 구체적인 사례집과 교재를 지속적으로 개발하여 학교 현장에 보급한다면 소프트웨어 교육을 처음 시작하는 교사들에게 알고리즘 교육에 대한 자신감을 갖게 하여 소프트웨어 교육 발전에 기여할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소프트웨어 중심 사회에서 살아갈 학생들이 갖추어야 할 21세기 핵심역량인 4C는 무엇인가?
소프트웨어 중심 사회에서 살아 갈 학생들이 갖추어야 할 21세기 핵심 역량에는 4C가 있다[13]. 즉, 의사소통(Communication), 협력(Collaboration), 비판적 사고(Critical Thinking), 창의성(Creativity)이 필요하다. 이러한 핵심 역량은 전통적인 학습 기능인 읽기(reading), 쓰기(writing), 셈하기(arithmetic) 이외에도 프로그래밍하기(programming) 능력이 요구된다[6].
소프트웨어(이하 SW) 중심 사회란?
소프트웨어(이하 SW) 중심 사회가 도래하고 있다. SW가 혁신과 성장, 가치 창출의 중심이 되고, 개인, 기업, 국가의 경쟁력을 좌우하는 사회를 말한다[8]. SW산업은 이미 자동차 산업을 압도하고 있지만, 우리의 SW에 대한 원천 기술은 매우 부족하다.
옥스퍼드 연구팀에 따른 로봇으로 제일 먼저 대체되는 직업은?
옥스퍼드 연구팀에 따르면 향후 주요 직업이 로봇과 인공지능으로 대체된다고 한다. 그중에서 제일 먼저 대체되는 직업으로는 텔레마케터이며, 파쇄기계 운전기사나 굴착기 운전기사, 약제사 등이 대체될 직업으로 선정하였다[2]. 또한, 한국직업능력개발원에 따르면 일자리가 가장 빠르게 증가하는 직업 중 하나가 컴퓨터시스템 설계 전문가가 뽑혔다[3].
참고문헌 (15)
Chosun Biz (2014). Apple, Up to two successive quarterly sales... Samsung bigger crisis. updated 2014. 7. 24. http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2014/07/24/2014072400004.html.
Frey, C. B., & Osborne, M. A. (2013). The future of employment: how susceptible are jobs to computerisation. Retrieved September, 7, 2013.
Han Sanggun, Lee Sangdon, Jang Juhee, Kim Minkyung, Yun Soorin, Park Bongnam, Lee Minyoung & Shim Jaepil (2014). 2014 Future work world : Vocational side. Ministry of Education & Korea Research Institute for Vocational Education & Training.
Jeong Youngsik (2014). A Study on the Content Framework of Algorithm Education in Primary and Middle School. Journal of The Korean association of information education, 18(2), 275-284. Korean Association of Information Education.
Jeong Youngsik (2015). Domestic and international software education trends, and suggestion of software education curriculum in elementary schools, 1-40. Korea Information Science Education Forum.
Jeong Youngsik, Yu Jungsu, Lim Jinsuk, Son Yukyoung (2015). Theory of Software Education. Simass.
Kim Gapsu, Kim Chul, Kim Hyunbae, Jeong Ingi, Joeng Youngsik, Ahn Sunghun, Kim Jongwoo (2014). A Study on Contents of Information Science Curriculum. Journal of The Korean association of information education, 18(1), 161-171. Korean Association of Information Education.
Ministry of Education (2015). Software Education Operating Instructions.
Ministry of Science, ICT and Future Planning & National IT Industry Promotion Agency (2015). Wh at is the software oriented society. http://www.software.kr/um/um08/um0801/um080101.do.
MIT Media Lab (2015). About Scratch. https://scratch.mit.edu/about/
Oh Kyungsun, Ahn Seongjin (2012). "Tim Bell" using the unplugged computing on the improvement of Computational Thinking. The Proceeding of the Korean Association of Computer Education 2012, 16(2), 37-40. The Korean Association of Computer Education
P21 (2010). We're taking teaching and learning above & beyond. Partnership for 21st Century Skills.
Seo Insuk, Kim Jonghan, Kim Taeyoung (2011). Research of Instructional Design on Unplugged Cooperative Learning for Elementary Information unit area. The Proceeding of the Korean Association of Computer Education 2011, 15(1), 79-84. The Korean Association of Computer Education.
Tim Bell, Ian H. Witten, & Mike Fellow (2015). CS Unplugged: An enrichment and extension programme for primary-aged students. http://csunplugged.org.
이 논문을 인용한 문헌
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