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문제 정의
- 이 과정에서 초보 학습자는 문제해결에 필요한 블록을 해결 절차대로 배치하지 못하고 뒤바꾸어 배치하거나, 필요한 블록 생략 혹은 불필요한 블록의 추가 삽입, 잘못된 블록의 배치 등의 어려움을 겪은 것으로 나타났다[8]. 따라서 본 연구에서는 사용한 코딩 블록에 대한 재사용,코딩 블록들로 구성한 모듈을 배치하고 이용하는 방법을 학습하기 위해 제시한 워크북과 학습자들 간의 협력활동을 통해 보다 쉽게 접근할 수 있도록 구성하였다. 특히 학습단계별로 구성된 워크북 중 구현하기 단계의 ‘도와주세요 친구들아’ 영역은 온라인에서 학습자들과 협력할 때 자신의 의견에 대한 직접적 피드백을 받을 수 있는 영역으로 구성하였다.
- 설계한 스마트 기반 협력학습 모형은 학습자의 학습여건과 상황을 고려한 과제해결과 자료공유를 위해 스마트 교육환경을 활용하였으며 학습단계별 학습자의 어려움을 해소하고 활발한 학습참여 지속을 위한 협력적 학습방법과 지원도구를 학습단계별로 포함하였다. 또한 초보학습자의 학습 문제에 대한 핵심을 파악하고 점검할 수 있는 학습단계별 학습교재를 구성하여 초보 학습자들의 프로그래밍에 대한 개념이해와 프로그래밍에 겪는 어려움을 해소하고 적극적인 학습활동 참여를 지원하도록 연구하였다.
- 본 연구에서는 초등학교 5학년 학생들의 실과교과 프로그래밍 교육을 위해 스마트 기반 협력학습 모형을 제안하였다.
- 본 연구에서는 초등학생의 프로그래밍 교육을 위해 스크래치를 활용한 스마트 기반 협력학습 모형을 설계하였다. 설계한 모형은 스마트 교육의 기술기반과 협력학습의 장점을 확대하여 초등학교 5학년의 실과교과에서 활용할 수 있도록 제안하였다.
- 본 연구의 목적은 스크래치 교육을 위한 스마트 기반 협력학습 모형을 적용하여 프로그래밍을 처음 접하거나 경험이 부족한 초등학생들에게 프로그래밍에 대한 개념을 쉽게 학습할 수 있도록 하여 학습의 지속과 흥미를 높이는데 있다. 따라서 <표 6>과같이 본 연구를 통해 학습자들의 프로그래밍에 대한 흥미도 변화에 대한 사전 사후 흥미도 분석결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 첫째, 초보 학습자의 학습문제에 대한 핵심을 파악하고 점검할 수 있는 학습단계별 학습교재를 구성하였다. 둘째, 학습자의 학습여건과 상황을 고려한 과제해결 자료 공유를 위해 스마트 교육환경을 활용하였다. 셋째, 학습단계별 초보 학습자의 어려움을 해소하고 활발한 학습참여 지속을 위한 협력적 학습방법과 도구를 지원하였다.
- 따라서 본 연구에서는 초등학생들의 프로그래밍 교육을 위해 블록형태의 코딩방식으로 쉽게 접근할 수 있는 스크래치를 활용하였다. 설계한 스마트 기반 협력학습 모형은 학습자의 학습여건과 상황을 고려한 과제해결과 자료공유를 위해 스마트 교육환경을 활용하였으며 학습단계별 학습자의 어려움을 해소하고 활발한 학습참여 지속을 위한 협력적 학습방법과 지원도구를 학습단계별로 포함하였다.
- 스크래치 학습 요소를 가지고 학습자들은 선택한 미션을 해결하기 위해 서로 협력하여 프로그래밍하여 문제를 해결해 나간다. 또한 교사가 교수학습과정안을 활용하여 프로그래밍 수업시 과정안의 기술된 협력학습 유의점을 통해 학습자의 스마트 기반 협력학습을 효율적으로 지도할 수 있도록 구성하였다.
- 초등학생 프로그래밍 교육을 위한 스마트 기반 협력학습모형은 전문가 집단 10명으로 설문조사를 실시하고 검증하여 수업 모형의 적정성을 평가하였다. 또한 본 연구의 학습모형을 적용하여 개발한 12차시 분량의 교육과정을 A 초등학교 5학년 28명(남 16명, 여 12명)을 대상으로 컴퓨터교육을 전공한 교사가 방학 중 방과 후 수업에 적용하였다. 수업에 참여한 학생들을 대상으로 설문조사를 실시하여 설계한 학습모형 적용 수업 흥미도와 학습자의 프로그래밍 능력인 성취수준 평가를 통해 실과교과 적용 가능성을 분석하였다.
- 설계한 모형은 스마트 교육의 기술기반과 협력학습의 장점을 확대하여 초등학교 5학년의 실과교과에서 활용할 수 있도록 제안하였다. 또한 제안된 학습모형은 학습단계별로 제시된 스마트러닝 도구를 활용하여 학습자의 협력적 상호작용을 이끌어 프로그래밍시 겪는 어려움을 해소하고 프로그래밍 개념 이해도 향상을 위한 협력학습 환경을 제공할 수 있도록 하였다.
- 또한 학습자가 수업에서 활용할 수 있는 워크북은ScratchEd와 하버드 교육대학원이 공동으로 개발한‘CREATIVE COMPUTING’에서 제시하는 스크래치 교육 가이드를 참고하여 (그림 3)과 같이 본 연구의 스마트 기반 협력학습 모형에 맞게 수정, 보완하여 학습단계별로 개발하였다[26]
- 본 연구에서 제안한 초등학생 프로그래밍 교육을 위한 스마트 기반 협력학습 모형의 검증을 위해 델파이 검증방법을 활용하여 컴퓨터교육을 전공한 전문가 4명과 경력 5년차 이상 선생님들 6명으로 구성된 전문가 집단을 통해 모형을 검증하고 수정 보완하였다. 설문지는 초등학생 프로그래밍 교육을 위한 스마트 기반 협력학습 모형의 학습단계와 교육내용에 대한 적절성 조사 내용으로 Likert 5단계 척도로 된 6개 문항으로 구성하였고 설문문항 분석결과는 <표 5>와 같다.
- 본 연구에서는 스크래치를 활용한 프로그래밍 교육을 위한 수업모형 설계시 학습자의 학습여건과 상황을 고려하고 다양한 학습능력을 가진 학습자들의 문제해결과정 탐색, 공유환경을 제공할 수 있는 스마트 교육 협력학습 환경을 적용하였다.
- 본 연구에서는 초등학교 5학년 프로그래밍 교육을 위해 스크래치를 활용하였으며, 학습자의 활발한 상호작용과 협력적 활동으로 초보자가 겪는 오류 발생을 줄이고 논리적 사고력을 향상 시킬 수 있는 학습모형을 개발하였다.
- 본 연구의 학습모형을 적용하여 수업을 실시하고 학습자의 성취수준 변화를 알아보기 위해 과 같이 학습단계별 학습활동을 기준으로 평가내용을 구성하여 평가하였다.
- 설계된 학습단계에 필요한 스마트 기반 협력학습 환경을 구성하기 위해 단계별 학습활동과 이와 관련된 스마트 러닝 도구를 조사, 분석하여 과 같이 초등학생 프로그래밍 교육을 위한 스마트 기반 협력학습 모형을 개발하였다.
- 설계된 학습모형을 적용한 12차시 분량의 교육과정과 워크북을 활용하여 스마트 러닝 환경에서 방학 중 방과 후 수업을 통해 실시하였다.
- 설계한 교육과정의 내용은 5가지의 주제로 나뉘어 순차적으로 심화되는 구조로 구성되어 있다.
- 본 연구에서는 초등학생의 프로그래밍 교육을 위해 스크래치를 활용한 스마트 기반 협력학습 모형을 설계하였다. 설계한 모형은 스마트 교육의 기술기반과 협력학습의 장점을 확대하여 초등학교 5학년의 실과교과에서 활용할 수 있도록 제안하였다. 또한 제안된 학습모형은 학습단계별로 제시된 스마트러닝 도구를 활용하여 학습자의 협력적 상호작용을 이끌어 프로그래밍시 겪는 어려움을 해소하고 프로그래밍 개념 이해도 향상을 위한 협력학습 환경을 제공할 수 있도록 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 초등학생들의 프로그래밍 교육을 위해 블록형태의 코딩방식으로 쉽게 접근할 수 있는 스크래치를 활용하였다. 설계한 스마트 기반 협력학습 모형은 학습자의 학습여건과 상황을 고려한 과제해결과 자료공유를 위해 스마트 교육환경을 활용하였으며 학습단계별 학습자의 어려움을 해소하고 활발한 학습참여 지속을 위한 협력적 학습방법과 지원도구를 학습단계별로 포함하였다. 또한 초보학습자의 학습 문제에 대한 핵심을 파악하고 점검할 수 있는 학습단계별 학습교재를 구성하여 초보 학습자들의 프로그래밍에 대한 개념이해와 프로그래밍에 겪는 어려움을 해소하고 적극적인 학습활동 참여를 지원하도록 연구하였다.
- 설문지는 초등학생 프로그래밍 교육을 위한 스마트 기반 협력학습 모형의 학습단계와 교육내용에 대한 적절성 조사 내용으로 Likert 5단계 척도로 된 6개 문항으로 구성하였고 설문문항 분석결과는 와 같다.
- 성취수준의 평가는 스마트 교육환경을 기반으로 학습자들의 협력적 학습활동적용이 스크래치 프로그래밍의 성취수준에 어떠한 영향을 주는지 측정하였다. 채점을 위한 평가기준은 3단계 평가로 상(8~10점), 중(5~7), 하(4점 이하)로 구성하여 컴퓨터교육전공 교사가 직접 평가를 실시하였다.
- 또한 본 연구의 학습모형을 적용하여 개발한 12차시 분량의 교육과정을 A 초등학교 5학년 28명(남 16명, 여 12명)을 대상으로 컴퓨터교육을 전공한 교사가 방학 중 방과 후 수업에 적용하였다. 수업에 참여한 학생들을 대상으로 설문조사를 실시하여 설계한 학습모형 적용 수업 흥미도와 학습자의 프로그래밍 능력인 성취수준 평가를 통해 실과교과 적용 가능성을 분석하였다.
- 스크래치 교육내용은 실과교과의 컴퓨터 교육요소를 분석하고, 추출한 학습요소와 관련된 내용으로 입출력, 변수, 움직임, 멀티미디어, 연산, 제어(조건, 반복)로 구성하였다.
- 스크래치 활용 프로그래밍 교육연구들을 통해 얻은 시사점을 바탕으로 기존 협력학습모형을 분석하고 재구조화하였으며 초등학생 스크래치 교육을 위한 스마트 기반의 협력학습 단계는 개념알기-구현하기-알아가기-공유하기 4단계로 구성하였다[25].
- 실과교과의 컴퓨터 소양교육을 위해 정보통신기술 운영지침 개정안(2005)에 명시된 3단계(5~6학년군)에 해당하는 내용영역에서 학습요소를 추출하였다. 추출한 학습요소는 정보처리의 이해와 종합활동 영역으로 멀티미디어 정보의 표현,문제해결전략과 표현, 프로그래밍의 이해와 기초, 책임 있는 협력활동을 통한 문제해결이다.
- 앞서 에서 제시한 스크래치 교육을 위한 스마트 기반 협력학습 모형을 바탕으로 초등학교 5학년이 실과교과에서 활용할 수 있도록 와 같이 12차시 분량의 교육과정을 설계하였다.
- 설계한 프로그래밍 교육을 위한 스마트 기반 협력학습 모형은 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 첫째, 초보 학습자의 학습문제에 대한 핵심을 파악하고 점검할 수 있는 학습단계별 학습교재를 구성하였다. 둘째, 학습자의 학습여건과 상황을 고려한 과제해결 자료 공유를 위해 스마트 교육환경을 활용하였다.
- 초등학생 프로그래밍 교육을 위한 스마트 기반 협력학습모형은 전문가 집단 10명으로 설문조사를 실시하고 검증하여 수업 모형의 적정성을 평가하였다. 또한 본 연구의 학습모형을 적용하여 개발한 12차시 분량의 교육과정을 A 초등학교 5학년 28명(남 16명, 여 12명)을 대상으로 컴퓨터교육을 전공한 교사가 방학 중 방과 후 수업에 적용하였다.
- “같이 배워보자”는 학습자가 주어진 프로그래밍 개념을 학습하였다면 “스크래치야~놀자”는 학습했던 프로그래밍 개념을 보다 구조화하고 정교화 하는 과정에 해당한다. 특히 학습단계 중 알아가기 단계에 학습시 워크북의 스크래치 신호등을 활용하여 프로그래밍시 겪는 어려움을 세분화하여 적어보고, 학급SNS 등을 통해 다른 학습자들과 의사소통함으로써 학습자가 지속적으로 학습에 참여하고 내면화할 수 있도록 하였다.
- 특히, 학습교재에 포함된 알아가기 단계의 ‘스크래치 신호등’ 영역은 학습자가 겪는 디버깅과 오류등에 대한 자기점검과 프로그래밍에 대한 내면화 단계에 대한 신호등 체계와 같은 색깔별 분류를 적용하여 학습자의 자기점검이 가능하도록 구성하였다.
- 넷째, 공유하기 단계는 알아가기 단계에서 내면화된 프로그래밍 개념, 문제해결전략 및 만든 프로그램을 다른 학생들과 공유하여 개선된 문제해결방법을 협력하여 찾아볼 수 있는학습단계이다. 학습자는 학급SNS를 통해 자료를 공유하고,스크래치 홈페이지를 통해 해결방법을 공유한다. 이를 통해 학습자는 학습자의 학습상황을 공유하고 과제해결을 위해 협력하여 활발한 학습참여가 이뤄질 수 있다.
성능/효과
- 구현하기 단계의 “상”수준은 남학생의 경우 50.0%, 여학생의 경우 10.7%, 알아가기 단계의“상”수준은 남학생의 경우 53.6%, 여학생의 경우 21.4%로 스크래치 프로그램 구현과 개념에 대한 내면화에 있어 남학생이 여학생에 비해 학습 성취수준이 높은 것으로 나타났다.
- 둘째, 스마트 교육은 프로그래밍 교육 콘텐츠에 대한 지능적 교수학습 환경을 제고하여 학습자 맞춤형 학습을 제공해줄 수 있다.
- 이를 통해 학습자가 쉽게 프로그램의 개념을 익히고 활용할 수 있는 학습 환경을 제공한다. 둘째, 스크래치는 멀티미디어를 손쉽게 지원한다. 기존 프로그래밍 언어의 경우 소리, 비디오 등과 같이 멀티미디어를 조작하려면 다소 복잡한 과정을 거쳐야만 하나, 스크래치의 경우 손쉽게 작업할 수 있는 기능을 제공한다.
- 둘째, 프로그래밍 과정을 통해 반복되는 디버깅 활동으로 오류 유형에 대한 분석력, 자기주도적 학습능력을 향상 시킬 수 있다[3].
- 둘째, 프로그래밍 교육에서 학습자의 학습여건과 상황을 고려하지 않은 과제해결 자료 공유는 오히려 학습 효율성을 감소시키는 것으로 나타났으며, 다양한 탐색환경을 제공할 수 있는 학습환경이 필요한 것으로 나타났다[14].
- 셋째, 학생들은 프로그래밍 교육과정 속에서 요구되는 문제해결과 지속적인 오류검증, 디버깅에서 필요한 반성적 사고를 통하여 창의성과 논리적 사고력과 같은 고등사고능력을 기를 수 있다.
- 둘째, 학습자의 학습여건과 상황을 고려한 과제해결 자료 공유를 위해 스마트 교육환경을 활용하였다. 셋째, 학습단계별 초보 학습자의 어려움을 해소하고 활발한 학습참여 지속을 위한 협력적 학습방법과 도구를 지원하였다.
- 수업모형에 대한 전문가 집단의 검증에서 교육과정 구성,스크래치 학습요소, 교수학습지도자료, 문제해결력 향상의 교육효과 등 대부분의 설문분석 결과가 긍정적으로 나타났다.
- 전문가 집단의 검증을 통해 분석한 결과 ‘스크래치 교육을 위한 스마트 기반 협력학습 모형의 학습단계가 적정한가’에 대한 설문응답이 평균 4.90, 표준편차 0.316으로 설문문항 평균분석결과 중 가장 높았다.
- 학습모형 적용을 위한 대상학년 선정의 적정성은 다소 낮은 평균점수를 보이는데 이는 개정교육과정이 적용되면서 프로그래밍 교육 학습대상이 학년에서 학년군으로 확대된 것에 따른 원인으로 분석된다. 전반적으로 본 연구에서 제안한 프로그래밍 교육과정 구성, 스크래치 학습요소, 교수학습지도자료, 문제해결력 향상의 교육효과 등 대부분의 설문분석 결과가 긍정적으로 나타나 본 연구에서 제시한 학습모형과 이를 적용한 교육과정이 적정하다는 결론을 얻었다.
- 프로그래밍 흥미도 분석 결과 평균의 변화는 사전 3.32, 사후 4.43으로 나타났고, t값이 –7.454로 실험전과 후의 평균은 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 학습단계별 성취수준 평가결과에서 알아가기 단계의 성취 수준이 75.0%로 높아 학습자가 처음 프로그래밍시 겪는 여러 가지 어려움을 해소하고, 프로그래밍 개념에 대한 이해를 도울 수 있는 것으로 나타났다. 또한 공유단계의 협력적 학습활동은 여학생들의 성취수준이 높아 향후 프로그래밍 교육에서 보다 적극적으로 학습활동 할 수 있는 교육방안에 대한 연구가 필요해 보인다.
- 학습단계별 성취수준을 살펴보면 전반적으로 알아가기 단계의 “상” 성취수준이 75.0%로 가장 높은 것으로 나타났다.
- 학습모형에서 제시한 학습단계별 평가를 종합한 결과 학습자들의 성취수준은 상단계가 60.7%, 중단계가 32.1%로 대부분의 학생들이 본 학습모형을 통한 스크래치 학습에 만족할만한 성취수준을 얻었음을 알 수 있다. 이는 학습자가 스크래치 프로그래밍을 위해 학습단계별로 실시된 협력적 학습활동이 적절하게 이루어졌다는 것을 알 수 있다.
- 학습자의 학습단계별 성취수준을 종합평가한 결과 성취수준은 “상”단계가 60.7%, “중”단계가 32.1%로 스크래치 프로그램을 이해하고 표현가능 한 단계의 수준이라 볼 수 있다.
후속연구
- 0%로 높아 학습자가 처음 프로그래밍시 겪는 여러 가지 어려움을 해소하고, 프로그래밍 개념에 대한 이해를 도울 수 있는 것으로 나타났다. 또한 공유단계의 협력적 학습활동은 여학생들의 성취수준이 높아 향후 프로그래밍 교육에서 보다 적극적으로 학습활동 할 수 있는 교육방안에 대한 연구가 필요해 보인다. 반면, 수업에 참여한 학생들이 적어 연구의 결과를 일반화하는 데 다소 무리가 있어 추후 연구대상과 범위를 확대하여 진행할 필요가 있다.
- 또한 공유단계의 협력적 학습활동은 여학생들의 성취수준이 높아 향후 프로그래밍 교육에서 보다 적극적으로 학습활동 할 수 있는 교육방안에 대한 연구가 필요해 보인다. 반면, 수업에 참여한 학생들이 적어 연구의 결과를 일반화하는 데 다소 무리가 있어 추후 연구대상과 범위를 확대하여 진행할 필요가 있다.
- 셋째, 수업모형 설계시 초보 학습자가 겪는 디버깅 과정에서의 오류, 명령어 오타 등의 실수를 경감시키기고 학습자의 활발한 학습참여와 공유를 유도 할 수 있는 협력적 학습방법과 학습지원도구가 필요하다.
- 셋째, 스마트 교육환경에서 지원하는 협력학습을 통해 프로그래밍에 대한 다양한 탐색활동과 공유 활동이 가능한 기능을 제공해 줄 수 있다. 이를 통해 다른 학생들의 결과를 살펴봄으로써 프로그래밍 언어에 대한 개념을 이해하는데 훨씬 쉽게 도움을 받을 수 있다.
- 첫째, 스마트 교육은 학습자에게 단순한 지식전달 중심의 전통적인 교육방식이 아닌 스마트 인프라를 활용한 사회적 상호작용 학습이 가능한 환경을 제공해 준다. 이를 통해 학습자들은 실시간 의사소통과 협력과정을 통해 프로그래밍시 겪는 오류 등에 대한 문제해결방법을 지원받을 수 있다.
- 첫째, 초보 학습자의 학습문제에 대한 핵심을 파악하고 자기질문에 대한 점검을 지원할 수 있는 학습교재가 필요하다.
- 향후 연구과제로 저학년에서 많이 사용되는 스크래치와 연동되는 WeDo 등 활용하여 프로그래밍 학습대상 범위를 확대하고 여학생들의 프로그래밍 개념과 이해를 향상시키기 위한 융합적인 학습모형으로 개선해 나갈 필요가 있다.
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