디지털 정보시대가 필요로 하는 역량은 정보를 기반으로 한 문제해결력, 논리적 사고력, 그리고 융합적 사고력 등이다. 이러한 능력을 갖추기 위해 21세기를 살아가는 현대인들은 컴퓨팅 사고(Computational Thinking)를 함양하기 위한 교육을 해야 한다. 그러나 현재 중학교 컴퓨터 교육과정 내에서 이러한 사고력을 향상시키기란 현실적으로 매우 부족한 실정이다. 이에 단편적이고 제한적인 컴퓨터 교육에서 벗어나 학습자의 컴퓨팅 사고능력을 신장시키고 컴퓨터 과학 원리를 보다 쉽게 이해시키기 위하여 프로그래밍 중심의 교육 프로그램을 개발하였다. 개발한 교육 프로그램의 효과를 검증하기 위해 소프트웨어 교육 시범학교로 선정된 W중학교 1,2학년 학생 22명, 3학년 학생 20명을 대상으로 12주간에 걸쳐 총 24차시 동안 적용한 결과, 논리적 사고력과 창의적 문제해결능력 향상의 긍정적 변화를 가져오는 것을 확인하였다. 결과적으로 본 연구에서는 컴퓨팅 사고력 기반 프로그래밍 학습의 현장 적용 가능성을 제시하고 그 효과성에 대해서 분석하였다. 향후 컴퓨팅 사고력을 향상시키기 위한 다양한 교육 프로그램의 개발 방향을 제시하는데 의의를 찾을 수 있다.
디지털 정보시대가 필요로 하는 역량은 정보를 기반으로 한 문제해결력, 논리적 사고력, 그리고 융합적 사고력 등이다. 이러한 능력을 갖추기 위해 21세기를 살아가는 현대인들은 컴퓨팅 사고(Computational Thinking)를 함양하기 위한 교육을 해야 한다. 그러나 현재 중학교 컴퓨터 교육과정 내에서 이러한 사고력을 향상시키기란 현실적으로 매우 부족한 실정이다. 이에 단편적이고 제한적인 컴퓨터 교육에서 벗어나 학습자의 컴퓨팅 사고능력을 신장시키고 컴퓨터 과학 원리를 보다 쉽게 이해시키기 위하여 프로그래밍 중심의 교육 프로그램을 개발하였다. 개발한 교육 프로그램의 효과를 검증하기 위해 소프트웨어 교육 시범학교로 선정된 W중학교 1,2학년 학생 22명, 3학년 학생 20명을 대상으로 12주간에 걸쳐 총 24차시 동안 적용한 결과, 논리적 사고력과 창의적 문제해결능력 향상의 긍정적 변화를 가져오는 것을 확인하였다. 결과적으로 본 연구에서는 컴퓨팅 사고력 기반 프로그래밍 학습의 현장 적용 가능성을 제시하고 그 효과성에 대해서 분석하였다. 향후 컴퓨팅 사고력을 향상시키기 위한 다양한 교육 프로그램의 개발 방향을 제시하는데 의의를 찾을 수 있다.
It is necessary for us to be equipped with problem-solving ability, logical thinking ability, and convergence thinking ability in the digital information age. To have these abilities, modern people in the $21^{st}$ century should be educated to develop the computational thinking ability. ...
It is necessary for us to be equipped with problem-solving ability, logical thinking ability, and convergence thinking ability in the digital information age. To have these abilities, modern people in the $21^{st}$ century should be educated to develop the computational thinking ability. However, it is difficult to cultivate the computational thinking ability in current computer education curriculum. Therefore, this paper aims to propose a programming-based computer educational program to make students better understand the principles of computer science and enhance student's computational thinking ability escaping from current fragmentary and limited computer education. In order to verify the effectiveness of the educational program, students in total 42 middle school (22 students in 1st and 2nd grades and 20 in 3rd grade) were applied to the educational program for twenty-four hours on 12 weeks and then we obtained a positive result that might bring improvement on the logical thinking ability and creative problem-solving skills. As a result, this study presents the possibility of its field applications of computational thinking-based programming learning and analyzed the effectiveness. therefore, it has a notable point of presenting the development direction of a variety of education programs for enhancing the computational thinking in the future.
It is necessary for us to be equipped with problem-solving ability, logical thinking ability, and convergence thinking ability in the digital information age. To have these abilities, modern people in the $21^{st}$ century should be educated to develop the computational thinking ability. However, it is difficult to cultivate the computational thinking ability in current computer education curriculum. Therefore, this paper aims to propose a programming-based computer educational program to make students better understand the principles of computer science and enhance student's computational thinking ability escaping from current fragmentary and limited computer education. In order to verify the effectiveness of the educational program, students in total 42 middle school (22 students in 1st and 2nd grades and 20 in 3rd grade) were applied to the educational program for twenty-four hours on 12 weeks and then we obtained a positive result that might bring improvement on the logical thinking ability and creative problem-solving skills. As a result, this study presents the possibility of its field applications of computational thinking-based programming learning and analyzed the effectiveness. therefore, it has a notable point of presenting the development direction of a variety of education programs for enhancing the computational thinking in the future.
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문제 정의
C에서 2009년 2월과 2010년 2월에 열린 두 차례의 워크숍에서 공식적으로 논의되었다. 관련 논의는 CT의 핵심적 개념에 대한 논의, CT의 구조 및 개인의 CT 능력의 측정, CT 교육 방안 등에 대해 진행되었다. 이 워크숍에서 논의된 CT의 정의는 학자마다 조금씩 다르며 이를 정리하면 <표 1>과 같다[8].
따라서 본 연구에서는 CT 기반 프로그래밍 학습의 현장 적용 가능성을 제시하고 그 효과성에 대해서 분석하였다. 향후 컴퓨팅 사고력을 향상시키기 위한 다양한 교육 프로그램의 개발 방향을 제시하는데 의의를 찾을 수 있다.
그리고 동일한 소재를 갖고 동일 컴퓨터 과학 내용을 지도하더라도 CT세부요소가 무엇인지에 따라 교수·학습과정에서 교사 발문의 빈도와 형태, 소재의 투입시간, 설명 방법 등에는 큰 차이가 있을 수 있다. 따라서 세부 구성요소들은 교육 프로그램에 반드시 나열된 순서에 따라 배열되거나, 모든 하위 요소가 교육 과정에 포함되어야 할 필요는 없지만 컴퓨팅 사고력 하위 요소들 간의 고른 발달을 도모하고자 하였다.
본 연구는 논리적 사고력과 컴퓨팅 사고기반의 문제해결능력의 변화를 위해 필요한 최소한의 교육내용 투입기간과 시간을 확인하기 위해 관련된 선행 연구를 살펴보았다. 신갑천(2010)은 스크래치를 활용한 로봇 프로그래밍을 1차시부터 15차시까지 수행한 결과 논리적 사고력 검사를 통해 비례논리 확률논리 조합논리에 효과가 있는 것으로 나타났다[17].
본 연구에서는 프로그래밍 중심 소프트웨어 교육을 현장 적용을 통해 일선 현장에 적용 가능한 교육의 방향성을 제공하고 그 교육적 효과를 검증하는 과정을 거친 후 개선점과 운영방안을 제공함으로써 소프트웨어 교육 확산에 기여하고자 한다.
넷째, 완성된 교육내용은 자신의 컴퓨팅 기기에서 직접 실행하여 시뮬레이션 해 본다. 실행한 결과에 대해 스스로 평가해 보고 개선해야 할 점에 대해 새로운 아이디어를 구현해 보도록 한다.
이에 개발한 프로그래밍교육 프로그램 교육내용에서는 단순히 컴퓨터과학 내용을 이해시키는데 목적이 있는 것이 아니라 이를 통해서 효과적인 문제해결 과정을 경험함으로써 컴퓨팅 사고를 통한 논리적 사고력과 문제해결능력 신장을 목표로 한다. 그리고 동일한 소재를 갖고 동일 컴퓨터 과학 내용을 지도하더라도 CT세부요소가 무엇인지에 따라 교수·학습과정에서 교사 발문의 빈도와 형태, 소재의 투입시간, 설명 방법 등에는 큰 차이가 있을 수 있다.
이렇게 명확하게 규정되지 않은 내용을 바탕으로 교육 현장에서 성급하게 컴퓨팅 사고력을 도입하게 된다면 컴퓨팅 사고력의 필요성을 충분히 전달하지 못할 수 있다. 이에 컴퓨팅 사고력의 성공적인 도입을 위해 본 연구는 기존 컴퓨터 소양과 컴퓨터 활용 중심의 컴퓨터 교육에서 벗어나 학생들에게 논리적 사고력과 창의적 문제해결능력을 향상시킬 수 있는 교육내용으로 일선 현장에 적용 가능한 CT 기반의 프로그래밍 학습내용을 개발해야 한다. 이를 위해서 학교 선택교과 교육과정(2011), 초·중등학교 정보통신기술 교육 운영지침(2009), 프로그래밍 교육 및 교육용 프로그래밍 언어(EPL)관련 선행연구들을 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 CT 기반 프로그래밍 학습의 현장 적용 가능성을 제시하고 그 효과성에 대해서 분석하였다. 향후 컴퓨팅 사고력을 향상시키기 위한 다양한 교육 프로그램의 개발 방향을 제시하는데 의의를 찾을 수 있다. 이에 우리나라에서 새롭게 도입할 소프트웨어 교육과정도 컴퓨터 소양과 컴퓨터 활용 중심 교육이 아닌 컴퓨팅 사고력 기반의 문제의 발견 및 표현, 효율적이고 효과적인 알고리즘의 제작, 사고의 수정 등의 고등한 사고 능력 계발 중심의 컴퓨터 프로그래밍 교육 내용을 더욱 강화하여 교육할 필요가 있다.
가설 설정
셋째, 다양한 분야에서 컴퓨팅 사고 개념의 활용력이다. 넷째, 변화에 대한 적응력이다. 다섯째, 사회적 협동심 함양이다.
첫째, 추상적 기능의 내면화이다. 둘째, 자기 표현력과 세계에 대한 컴퓨팅 사고적 이해력이다. 셋째, 다양한 분야에서 컴퓨팅 사고 개념의 활용력이다.
제안 방법
CT 기반 프로그래밍 학습의 효과성 분석을 위해 논리적 사고력과 컴퓨팅 사고기반 문제해결능력 향상의 유의미한 차이가 있는지에 대한 교육적 효과 검증을 실시하였다. 소프트웨어 교육 시범학교로 선정된 W중학교 1,2학년 22명과 3학년 20명 대상으로 12주간 24차시 수업을 진행한 결과 논리적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고기반 문제해결능력이 사전·사후 유의미한 차이를 보였으며, 학습자의 논리적 사고력 및 창의적 문제해결능력 또한 실험 전과 비교하여 향상되었음을 알 수 있다.
교육 소재는 관련 컴퓨터 과학 원리를 효과적으로 표현할 수 있어야 하며 학생들의 참여 동기와 학습지속력을 높이기 위해 쉽게 접근할 수 있고 프로그래밍을 처음 접하는 중학교 학생들에게 친숙하고 재미있게 접할 수 있는 퍼즐형식의 프로그래밍 학습 도구로 블록 기반의 코드닷오알지, 엔트리, 스크래치, 앱 인벤터, Greenfoot 등과 컴퓨터 외부에 물리적으로 존재하는 것을 프로그램으로 제어해보는 피지컬 컴퓨팅 등을 활용한 CT 기반 사례[9][10][11][13]를 바탕으로 과 같이 총 12주 24차시로 구성하였다.
첫째, 필요한 자료를 수집하고 자료를 분석하여 문제를 해결할 수 있는 단위로 분해해 본다. 둘째, 복잡한 문제를 단순화하고 문제를 해결하는 절차를 정리하여 현재 제시된 문제를 해결하기 위한 절차를 설계해 본다. 셋째, 절차에 따라 컴퓨팅 기기에서 자동화하여 실행될 수 있도록 코딩을 수행해 본다.
따라서 와 같이 교육과학기술부(現 교육부)에서 제시한 현행 중학교 선택교과 교육과정(2011)[4], 초 · 중등학교 정보통신기술 교육 운영 지침(2009)[5], 프로그래밍 교육 및 EPL관련 선행 연구들을 분석하여 위의 견해와 구성을 토대로 교육영역을 고르게 포함하면서 투입 가능한 영역과 주제를 선별하여 와 같이 영역별 교육 내용체계를 구성하였다.
컴퓨팅 사고력 도입이 가능한 적절한 교육영역과 학습 주제 선정 후 이를 바탕으로 컴퓨팅 사고와의 관련성, 창의적 사고와의 관련성, 컴퓨터 과학 교육 내용의 난이도, 프로그래밍 학습 적용의 용이성 등을 고려하여 중학생을 대상으로 교육 가능한 세부 교육 내용을 비롯한 이에 적절한 교수학습 전략 및 학습 도구의 선정 후 개발된 교육내용을 적용하였다. 또한 계획, 준비, 개발, 검토, 적용 및 분석의 5단계를 설정하고 이를 바탕으로 각 단계에 따라 연구를 진행하여 본 교육 프로그램을 개발 및 적용하였다. 본 연구에서 개발한 교육 프로그램은 컴퓨터를 이용한 자료와 정보의 수집 및 분석, 문제해결 절차 설계를 위한 컴퓨팅 사고 함양, 소프트웨어 기초 소양 함양 및 설계 체험 등의 내용으로 구성하였다.
따라서 <그림 2>와 같이 교육과학기술부(現 교육부)에서 제시한 현행 중학교 선택교과 교육과정(2011)[4], 초 · 중등학교 정보통신기술 교육 운영 지침(2009)[5], 프로그래밍 교육 및 EPL관련 선행 연구들을 분석하여 위의 견해와 구성을 토대로 교육영역을 고르게 포함하면서 투입 가능한 영역과 주제를 선별하여 <표 5>와 같이 영역별 교육 내용체계를 구성하였다. 또한 추출된 학습주제를 바탕으로 컴퓨팅 사고와의 관련성, 논리적 사고와의 관련성, 컴퓨터과학 교육 내용의 난이도, 프로그래밍 학습 적용의 용이성 등을 고려하여 중학생을 대상으로 교육 가능한 세부 교육 주제를 선정하였다.
본 교육 프로그램의 교육목표를 달성하기 위한 영역별 교육내용의 적합성에 따른 내용 타당도 검증을 실시하여 타당도를 높이고, 질적 수준을 향상시키기 위해 교육내용 선정, 교수․학습자료 개발, 학습설계 등의 제작과정에서 해당 분야 교수 및 석사, 박사급 관련 연구자와 컴퓨터교육 및 컴퓨터공학 학사학위 이상으로 초․중․고등학교에서 컴퓨터 교과를 가르친 경험이 있는 교사 및 강사 등 8명으로 구성한 교육전문가 집단과 협의과정을 거쳐 수정․보완 작업하였다.
또한 계획, 준비, 개발, 검토, 적용 및 분석의 5단계를 설정하고 이를 바탕으로 각 단계에 따라 연구를 진행하여 본 교육 프로그램을 개발 및 적용하였다. 본 연구에서 개발한 교육 프로그램은 컴퓨터를 이용한 자료와 정보의 수집 및 분석, 문제해결 절차 설계를 위한 컴퓨팅 사고 함양, 소프트웨어 기초 소양 함양 및 설계 체험 등의 내용으로 구성하였다.
본 연구의 실험설계는 과 같이 실험집단을 대상으로 중학교(1∼2학년)과 중학교(3학년)으로 나누어 반별로 사전 논리적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고기반의 문제해결능력 검사를 각각 실시하였다.
본 연구에 사용된 검사 도구는 Piaget 이론 기반의 표준 논리 검사 요소인 계열화논리, 비례논리, 조합논리, 명제논리, 변인통제논리, 확률논리 등 총 6가지 요소에 대해 측정할 수 있는 논리적 사고력 검사지로 사전검사 A형, 사후검사에 동형 검사지인 사후검사 B형을 투입하였다[25]. 사용한 검사지는 선다형 검사로 논리적 사고에 관련한 6개의 하위변인에 따라 각 2문항씩 총 12문항으로 구성되어 있다. 중학생의 논리적 사고력 측정을 위한 논리적 사고 검사지 A, B형의 각 하위요인별 구성은 <표 11>과 같다.
둘째, 복잡한 문제를 단순화하고 문제를 해결하는 절차를 정리하여 현재 제시된 문제를 해결하기 위한 절차를 설계해 본다. 셋째, 절차에 따라 컴퓨팅 기기에서 자동화하여 실행될 수 있도록 코딩을 수행해 본다. 코딩은 문제 해결 과정에 따라 자신의 생각을 컴퓨팅 기기가 자동화하여 실행 할 수 있도록 만드는 명령이라는 것을 강조한다.
이를 위해서 학교 선택교과 교육과정(2011), 초·중등학교 정보통신기술 교육 운영지침(2009), 프로그래밍 교육 및 교육용 프로그래밍 언어(EPL)관련 선행연구들을 분석하였다.
일선 현장에 적용 가능한 프로그래밍 중심의 교육 프로그램 개발에 있어 컴퓨팅 사고력 도입이 가능한 적절한 학습 주제 선정을 비롯한 이에 적절한 교수 ⋅ 학습 전략 및 학습 도구의 선정 후 개발된 교육내용을 적용하기 위하여 와 같이 계획, 준비, 개발, 검토, 적용 및 분석의 5단계를 설정하고 6개월 동안 각 단계에 따라 연구를 진행하여 CT 기반 프로그래밍 교육 프로그램을 개발하였다.
따라서 본 교육 프로그램의 교육내용은 컴퓨팅 사고를 키우는데 중점을 두고 있기에 다음과 같이 구성하고자 한다. 첫째, 필요한 자료를 수집하고 자료를 분석하여 문제를 해결할 수 있는 단위로 분해해 본다. 둘째, 복잡한 문제를 단순화하고 문제를 해결하는 절차를 정리하여 현재 제시된 문제를 해결하기 위한 절차를 설계해 본다.
이를 위해서 학교 선택교과 교육과정(2011), 초·중등학교 정보통신기술 교육 운영지침(2009), 프로그래밍 교육 및 교육용 프로그래밍 언어(EPL)관련 선행연구들을 분석하였다. 컴퓨팅 사고력 도입이 가능한 적절한 교육영역과 학습 주제 선정 후 이를 바탕으로 컴퓨팅 사고와의 관련성, 창의적 사고와의 관련성, 컴퓨터 과학 교육 내용의 난이도, 프로그래밍 학습 적용의 용이성 등을 고려하여 중학생을 대상으로 교육 가능한 세부 교육 내용을 비롯한 이에 적절한 교수학습 전략 및 학습 도구의 선정 후 개발된 교육내용을 적용하였다. 또한 계획, 준비, 개발, 검토, 적용 및 분석의 5단계를 설정하고 이를 바탕으로 각 단계에 따라 연구를 진행하여 본 교육 프로그램을 개발 및 적용하였다.
대상 데이터
교육내용 구성은 컴퓨터를 이용한 자료와 정보의 수집 및 분석, 문제해결 절차 설계를 위한 컴퓨팅 사고력 함양, 소프트웨어 기초 소양 함양 및 설계 체험 등의 내용으로 구성하였다. 또한 선정된 세부 교육 주제에 따라 컴퓨팅 사고력 기반의 프로그래밍 학습내용을 설계하기 위해 해당 컴퓨터 과학 원리를 효과적으로 표현할 수 있는 활동을 통한 학습(Learning by Doing), 설계를 통한 학습(Learning by Design), 제작을 통한 학습 (Learning by Making)을 위한 알고리즘 및 프로그래밍 학습 위주의 흥미로운 교육 소재를 선정하였다.
본 연구 대상은 컴퓨팅 사고력 기반 프로그래밍 학습이 학습자의 문제해결력과 논리적 사고력에 각각 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 와 같이 미래창조과학부 주최 한국과학창의재단 주관하는 소프트웨어 교육 시범학교로 선정된 W중학교 1,2학년 22명과 3학년 20명 대상으로 사전 · 사후검사 실험집단을 설계하였다.
데이터처리
본 연구 대상은 컴퓨팅 사고력 기반 프로그래밍 학습이 학습자의 문제해결력과 논리적 사고력에 각각 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 <표 9>와 같이 미래창조과학부 주최 한국과학창의재단 주관하는 소프트웨어 교육 시범학교로 선정된 W중학교 1,2학년 22명과 3학년 20명 대상으로 사전 · 사후검사 실험집단을 설계하였다. 기간은 12주간에 걸쳐 총 24차시의 수업을 시행하였으며, 논리적 사고력과 컴퓨팅 사고기반 문제해결능력 향상의 유의미한 차이가 있는지에 대한 대응표본 t-test을 실시하였다. 이는 효과성 분석을 위한 것이다.
본 연구의 대상에 대한 ‘컴퓨팅 사고기반의 문제해결능력 문항지’ 응답결과를 바탕으로 유의수준 p=.05와 p=.01로 대응표본 t-test를 실시하였다.
이러한 하위요인별 측정요인의 평균표준점수를 바탕으로 SPSS win 18.0을 이용하여 유의수준 p=.05와 p=.01로 대응표본 t-test하였으며 논리적 사고 검사 각 하위요인별 검사결과는 실험집단 중학교 1,2학년 , 실험집단 중학교 3학년 과 같다.
이후 CT 기반 프로그래밍 중심 학습을 9월 2주∼12월 2주까지(12주간) 24차시를 운영한 후 동형 검사지를 활용하여 실험집단의 사전․사후 논리적 사고력 및 컴퓨팅 사고기반의 문제해결능력의 향상 정도를 대응표본 t-test으로 검사 하였다.
또한 컴퓨팅 사고기반의 문제해결 능력 신장 검사는 Marneffe(1998)와 Lewandowski(1998)의 이론을 기초로 하여 고려 대학교 대학원에서 개발한 ‘컴퓨팅 사고 기반의 문제 해결 능력 문항지(중학교)’ 사전 · 사후 검사지 [21]를 이용하였다. 자료 처리 방법은 SPSS(Statistical Package for Social Science) win 18.0 프로그램을 활용하여 분석하였으며, 교육 프로그램 실시 사전․사후의 논리적 사고력과 컴퓨팅 사고기반의 문제해결능력을 파악하기 위하여 항목에 대해 대응표본 t-test를 실시하였다.
이론/모형
검사도구로 Piaget 이론 기반의 표준 논리 검사 요소인 계열화 논리, 조합 논리, 명제 논리, 확률 논리, 비례 논리, 변인 통제 논리 등 총 6가지 요소에 대해 검사하는 논리적 사고력 검사지[19][20]를 활용하였다. 또한 컴퓨팅 사고기반의 문제해결 능력 신장 검사는 Marneffe(1998)와 Lewandowski(1998)의 이론을 기초로 하여 고려 대학교 대학원에서 개발한 ‘컴퓨팅 사고 기반의 문제 해결 능력 문항지(중학교)’ 사전 · 사후 검사지 [21]를 이용하였다.
또한 컴퓨팅 사고기반의 문제해결 능력 신장 검사는 Marneffe(1998)와 Lewandowski(1998)의 이론을 기초로 하여 고려 대학교 대학원에서 개발한 ‘컴퓨팅 사고 기반의 문제 해결 능력 문항지(중학교)’ 사전 · 사후 검사지 [21]를 이용하였다.
본 연구에 사용된 검사 도구는 Piaget 이론 기반의 표준 논리 검사 요소인 계열화논리, 비례논리, 조합논리, 명제논리, 변인통제논리, 확률논리 등 총 6가지 요소에 대해 측정할 수 있는 논리적 사고력 검사지로 사전검사 A형, 사후검사에 동형 검사지인 사후검사 B형을 투입하였다[25]. 사용한 검사지는 선다형 검사로 논리적 사고에 관련한 6개의 하위변인에 따라 각 2문항씩 총 12문항으로 구성되어 있다.
컴퓨팅 사고력은 International Society for Technology in Education(ISTE)와 Computer Science Teachers Association(CSTA)에서 제시한 자료 수집, 자료 분석, 자료 표현, 문제 분해, 추상화, 알고리즘과 절차, 자동화, 시뮬레이션, 병렬화의 9가지의 세부요소(ISTE & CSTA, 2011)로 사고영역 중심의 학습내용을 구성하였다 [16].
성능/효과
넷째, 컴퓨팅 사고력의 향상은 곧 문제 해결 능력의 향상이다. 컴퓨팅 사고력 교육의 도입은 필요한 정보를 효과적으로 수집하는 능력, 수집한 자료들의 패턴을 분석하는 능력, 문제 해결에 필요한 필수 요소를 걸러내는 능력, 문제 해결 과정을 절차적으로 설계하는 능력, 문제 해결을 위하여 컴퓨팅 시스템을 활용하는 능력을 기르도록 함으로써 궁극적으로는 학습자들의 창의적 문제 해결능력을 향상시키도록 한다.
중학교 1,2학년 실험집단의 경우 논리적 사고력 검사결과, 중학교 3학년 실험집단보다 더 많은 하위요소에서 유의미한 차이를 보인 반면 컴퓨팅 사고기반 문제해결능력 검사에서는 두 집단 모두 유의미한 차이를 보여주었다. 따라서 대응표본 t-test결과를 토대로 분석해보면 개발한 CT 기반의 프로그래밍 학습이 논리적 사고력과 창의적 문제해결능력 향상에 긍정적인 변화를 주고 있다고 판단된다.
본 연구에서 개발한 교육 프로그램을 적용 후 논리적 사고력과 컴퓨팅 사고기반 문제해결능력 검사결과 모두 유의미한 차이를 나타냈다. 이에 학생의 창의적 문제해결력 신장에 효과적이었으며, 논리적 사고의 하위요소인 계열화논리, 비례 논리, 조합논리, 명제논리, 변인통제논리, 확률논리 등 모든 영역에서 긍정적인 효과를 미치는 것으로 나타났다.
셋째, 학습자들이 정보화 사회, 디지털 세상에 잘 적응할 수 있도록 한다. 컴퓨팅 사고력 교육은 현대사회에서 컴퓨팅 사고력의 역할을 이해하게 하고, 습득한 배경 지식들을 적재적소에 어떤 방식으로 효과적으로 사용하도록 할 것인지, 어떤 지식을 갖추고 있어야 하는지 그 필요성과 중요성을 깨닫도록 한다.
소프트웨어 교육 시범학교로 선정된 W중학교 1,2학년 22명과 3학년 20명 대상으로 12주간 24차시 수업을 진행한 결과 논리적 사고력 검사와 컴퓨팅 사고기반 문제해결능력이 사전·사후 유의미한 차이를 보였으며, 학습자의 논리적 사고력 및 창의적 문제해결능력 또한 실험 전과 비교하여 향상되었음을 알 수 있다.
위 결과를 살펴보면 중학교 1,2학년 실험집단의 경우 컴퓨팅 사고 기반의 문제해결능력 검사지에서 사전검사 결과 총점 평균 5.27점에서 사후검사 총점 평균 6.05점으로 평균 0.78점 증가하였으며 통계적으로 유의확률 p=.011(p<.05)로 유의미한 차이를 나타냈다.
위의 통계적 내용을 바탕으로 논리적 사고력 검사결과를 분석해보면 개발한 교육 프로그램은 연구(실험)집단의 계열화논리, 비례논리, 조합논리, 명제논리, 변인통제논리, 확률논리 6가지 하위 요소에서 공통적으로 긍정적인 효과를 보이고 있으며 이는 본 교육 프로그램이 학습자의 논리적 사고력 향상에 긍정적인 효과가 있음을 나타내는 것이라 할 수 있다.
본 연구에서 개발한 교육 프로그램을 적용 후 논리적 사고력과 컴퓨팅 사고기반 문제해결능력 검사결과 모두 유의미한 차이를 나타냈다. 이에 학생의 창의적 문제해결력 신장에 효과적이었으며, 논리적 사고의 하위요소인 계열화논리, 비례 논리, 조합논리, 명제논리, 변인통제논리, 확률논리 등 모든 영역에서 긍정적인 효과를 미치는 것으로 나타났다. 또한 컴퓨팅 사고력 기반 창의력 증진을 목표로 한 교육 프로그램은 실험 집단의 컴퓨팅 사고기반의 문제해결능력 향상에 긍정적인 변화를 주고 있음을 알 수 있다.
후속연구
결과적으로 CT 기반 프로그래밍 학습이 논리적 사고력과 창의적 문제해결능력 향상에 효과적이라 분석되는 바, 본 연구에서 개발·적용한 교육 프로그램 통해 일선 현장 가능성을 고려하여 활용 및 적용한다면 체계적인 CT 기반 컴퓨터과학 교육 및 프로그래밍 교육을 효율적으로 수행하는데 큰 도움이 될 것이다.
결과적으로 CT 기반 프로그래밍 학습이 논리적 사고력과 창의적 문제해결능력 향상에 효과적이라 분석되는 바, 본 연구에서 개발·적용한 교육 프로그램 통해 일선 현장 가능성을 고려하여 활용 및 적용한다면 체계적인 CT 기반 컴퓨터과학 교육 및 프로그래밍 교육을 효율적으로 수행하는데 큰 도움이 될 것이다. 더 나아가 학습자들에게 고등적 사고인 논리적 사고력, 문제해결력, 창의력, 정보처리능력 등을 신장시킬 수 있을 것이다.
그러므로 보다 다양하고 체계적인 교육내용과 교육 프로그램에 대한 연구가 필요하다고 사료된다. 또한 컴퓨팅 사고는 고등사고 능력이면서 동시에 다양한 요소가 융합된 복잡한 사고과정이기에, 향후 연구에서는 컴퓨팅 사고력에 대한 요소의 합의와 함께 그 평가 방법에 대한 구체적인 방안이 마련되어야 할 것이다.
본 연구의 대상이 중학생으로 한정되었기 때문에 추후 적용 대상을 고등학생 및 일반인으로 확대하여 교육적 효과를 검증해 볼 필요가 있다고 사료되며 교수․학습 자료 및 방법 또한 개발을 위한 지속적인 연구가 필요하다.
이에 컴퓨팅 사고력의 교육이 교과 내용의 학습에 어느 정도 영향을 끼쳤는지에 대한 상관관계 연구 또한 필요할 것으로 사료된다. 아울러 초․중학교 저학년 시기부터 컴퓨팅 사고력의 필요성을 깨닫고 체험할 수 있는 기회를 부여하고 점차 학년이 올라갈수록 심화된 과정을 경험함과 동시에 다양한 교과 활동에 컴퓨팅 사고력을 활용할 수 있도록 함으로써 실생활 속에서의 다양한 문제 해결까지 전이가 일어날 수 있도록 해야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
컴퓨팅 사고력을 기반으로 한 컴퓨터 교육을 강조하는 이유는 무엇인가?
컴퓨팅 사고력(Computational Thinking, CT)란 컴퓨팅의 기본적인 개념과 원리를 기반으로 문제를 효율적으로 해결할 수 있는 사고 능력이다[1]. 이를 기반으로 한 컴퓨터 교육을 강조하는 또 다른 이유는 코딩(Coding) 즉, 컴퓨터 작업의 흐름에 따라 프로그램의 명령문을 사용하여 프로그램을 작성하는 일을 하면 자연스럽게 논리적 사고력과 문제 해결력을 기르게 된다는 점에 있다[2].
디지털 정보시대가 필요로 하는 역량은 무엇인가?
디지털 정보시대가 필요로 하는 역량은 정보를 기반으로 한 문제해결력, 논리적 사고력, 그리고 융합적 사고력 등이다. 이러한 능력을 갖추기 위해 21세기를 살아가는 현대인들은 컴퓨팅 사고(Computational Thinking)를 함양하기 위한 교육을 해야 한다.
컴퓨팅 사고력이란?
이에 의료, 산업, 학문 등전 분야에서 컴퓨팅 사고력의 필요성을 시사하고 있는바 정보과학에 대한 관심과 투자는 이제 선택이 아닌 필수적인 요소가 되었다. 컴퓨팅 사고력(Computational Thinking, CT)란 컴퓨팅의 기본적인 개념과 원리를 기반으로 문제를 효율적으로 해결할 수 있는 사고 능력이다[1]. 이를 기반으로 한 컴퓨터 교육을 강조하는 또 다른 이유는 코딩(Coding) 즉, 컴퓨터 작업의 흐름에 따라 프로그램의 명령문을 사용하여 프로그램을 작성하는 일을 하면 자연스럽게 논리적 사고력과 문제 해결력을 기르게 된다는 점에 있다[2].
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