[논문]초등학생의 미래 IT역량 강화를 위한 융합적 산출물 기반 소프트웨어 교육용 콘텐츠 개발 및 적용

서정현; 김영식

doi:10.14352/jkaie.2016.20.4.357

초등학생의 미래 IT역량 강화를 위한 융합적 산출물 기반 소프트웨어 교육용 콘텐츠 개발 및 적용
Development and Application of Educational Contents for Software Education based on the Integrative Production for Increasing the IT Competence of Elementary Students 원문보기

정보교육학회논문지 = Journal of the Korean Association of Information Education, v.20 no.4, 2016년, pp.357 - 366

서정현 (한국교원대학교 컴퓨터교육과) , 김영식 (한국교원대학교 컴퓨터교육과)

초록
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컴퓨팅 사고 능력은 미래 사회 인재가 가져야 할 핵심 역량이다. 컴퓨팅 사고는 컴퓨팅의 관점에서 문제를 규정하고 그 문제의 해결방법을 탐색해 효율적인 해결절차를 강구하기 위해 추상화 단계를 거치고 추상적 개념의 자동화 수행을 위해 여러 가지 개념, 원리, 방법들을 이용하여 알고리즘화 하여 문제 해결의 가장 적합한 과정과 자원을 선택하고 조합하는 과정으로 초등학교 단계에서 적절한 교육용 콘텐츠의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육용 콘텐츠를 개발하고 적용함으로써 학습자의 창의적 인성 향상에 미치는 영향을 검증하였다. 연구 결과 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육 콘텐츠를 이용한 교육이 학습자의 창의적 인성 향상에 긍정적인 영향을 미친 것을 확인하였고 초등 컴퓨팅 교육에 적용할 수 있는 방안을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The ability of computational thinking is a key competence that person of talent in the future should keep. Computational thinking is a serial process in which a problem is defined in context of computing, stages of abstraction are processed in order to find the efficient solution, the most appropriate process and resources for a solution are selected and combined through algorithms which use various concepts, principles and methods for automatic implementation of abstract concepts. It needs appropriate learning content in stage of elementary school. This study has verified the effect it made on improvement of learner's creative personality by developing and applying the educational content for software education based on the integrative production. The result of study confirmed that learning through the educational content for software education based on the integrative production affects improvement on learner's creativity positively and suggested a method of applying it to computing education in elementary school.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 사용된 아두이노는 오픈소스 하드웨어 기반의 학습매체로 다양한 개발 환경을 지원한다. 그러나 초등학생의 인지 수준에서 복잡한 회로를 구성하는 데 어려움이 있을 것을 예상하여 센서쉴드와 같은 확장기기를 통해 이를 보완하고자 하였다. 이후 연구를 통해 학습자의 수준별 문제점과 요구사항을 파악하여 학습매체 개발 연구에 반영해야 한다.
본 연구는 초등학생의 미래 IT역량인 컴퓨팅 사고 능력 향상을 위해 피지컬 컴퓨팅 플랫폼인 아두이노를 활용하여 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육용 콘텐츠를 개발하고 이를 적용하였다. 연구의 실험처치 효과를 검증하기 위해 실험집단에 CPS 모형을 기반으로 스크래치 프로그래밍을 이용하여 융합적 산출물 제작하는 교육용 콘텐츠를 적용하였고 통제집단에 CPS 모형 기반을 기반으로 스크래치 프로그래밍을 이용하여 가상의 산출물을 제작하는 교육용 콘텐츠를 적용한 후 사전검사 결과를 공변량으로 처리한 공분산분석을 실시한 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 창의적 문제 해결 학습 모형인 CPS 모형을 기반으로 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육을 위해 콘텐츠 개발 방향에 따라 다음과 같이 교육용 콘텐츠를 설계하였다.
본 연구에서는 초등학생을 위한 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육용 콘텐츠를 이용한 학습이 학습자의 창의적 인성에 미치는 효과를 검증하고자 한다.
이는 학습자가 가상의 프로그래밍 학습매체와 간단한 상호작용을 통해 학습에 참여하거나 산출물을 만들어 내는 것보다 피지컬 컴퓨팅 학습매체를 이용하여 창의적 문제 해결 과정을 통해 학습매체를 직접 설계하고 생성하는 산출물 기반의 프로그래밍 학습에 참여하는 것이 창의적 인성 향상에 효과가 있음을 알 수 있다. 이를 통해 향후 초등학생을 대상으로 하는 소프트웨어 교육용 콘텐츠 개발의 시사점을 제공한다.
이에 본 연구에서는 초등학생의 미래 IT역량인 컴퓨팅 사고 능력 강화를 위해 오픈소스 하드웨어 기반의 학습매체인 아두이노를 이용하여 융합적 산출물 기반 소프트웨어 교육용 콘텐츠를 개발하고 이를 적용하고 창의적 인성 검사를 통해 그 효과성을 분석하였다.

가설 설정

연구가설 1: CPS 모형 기반의 스크래치 프로그래밍을 이용하여 융합적 산출물 제작 콘텐츠 학습을 적용한 집단은 창의적 인성이 유의미하게 향상된다.
연구가설 2: CPS 모형 기반의 스크래치 프로그래밍을 이용하여 융합적 산출물을 제작하는 소프트웨어 교육 콘텐츠를 적용한 집단은 CPS 모형 기반의 스크래치 프로그래밍 교육 콘텐츠 학습을 적용한 집단에 비해 창의적 인성이 유의미하게 향상된다.

제안 방법

다섯째, 산출물 제작 과정에서 창의적 문제해결 기법과 절차적 사고 기법을 사용할 수 있는 학습 설계를 한다.
본 연구에서는 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육용 콘텐츠의 학습효과를 분석하기 위해 실험집단과 통제집단 두 집단에 대해 사전검사로 창의적 인성 검사를 실시한 후 실험집단은 융합적 산출물 기반의 소프트 웨어 교육용 콘텐츠를 적용하고 통제집단은 스크래치를 이용한 소프트웨어 교육용 콘텐츠를 적용하였다. 학습은 총 10주 간 16차시에 걸쳐 이루어졌으며 실험처치 후 사후검사로 창의적 인성 검사를 실시하였다.
셋째, 일방적 강의보다 소그룹 학습자 간 활발한 의사소통 과정을 통해 문제해결전략을 구사할 수 있는 환경을 구성한다.
수집한 정보와 자료, 예제를 통해 익힌 기초 원리를 이용하여 융합적 산출물을 제작하기 위한 아이디어를 생성한다. 학습자는 프로그래밍과 아두이노 장치 구현, 교과 지식 등과 같은 여러 가지 지식의 융합을 통해 주어진 문제 해결을 위해 상위 문제와 하위 문제를 설정하고 산출물을 설계하는 활동이 이루어진다.
본 연구는 초등학생의 미래 IT역량인 컴퓨팅 사고 능력 향상을 위해 피지컬 컴퓨팅 플랫폼인 아두이노를 활용하여 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육용 콘텐츠를 개발하고 이를 적용하였다. 연구의 실험처치 효과를 검증하기 위해 실험집단에 CPS 모형을 기반으로 스크래치 프로그래밍을 이용하여 융합적 산출물 제작하는 교육용 콘텐츠를 적용하였고 통제집단에 CPS 모형 기반을 기반으로 스크래치 프로그래밍을 이용하여 가상의 산출물을 제작하는 교육용 콘텐츠를 적용한 후 사전검사 결과를 공변량으로 처리한 공분산분석을 실시한 결과는 다음과 같다.
이 단계에서 아두이노를 이용하여 장치를 구성하고 이 장치의 자동화를 위해 스크래치 프로그래밍을 통해 결과를 확인하는 단계이다. 이 과정에서 학습자는 산출물 또는 프로그래밍 제작 과정의 오류를 확인하며 다른 그룹의 산출물과 비교하며 오류와 개선점을 확인한다.
본 연구에서는 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육용 콘텐츠의 학습효과를 분석하기 위해 실험집단과 통제집단 두 집단에 대해 사전검사로 창의적 인성 검사를 실시한 후 실험집단은 융합적 산출물 기반의 소프트 웨어 교육용 콘텐츠를 적용하고 통제집단은 스크래치를 이용한 소프트웨어 교육용 콘텐츠를 적용하였다. 학습은 총 10주 간 16차시에 걸쳐 이루어졌으며 실험처치 후 사후검사로 창의적 인성 검사를 실시하였다. 사후검사 후 사전검사 결과를 공변인으로 하여 공분산분석 (ANCOVA)을 실시하였다.

대상 데이터

본 연구의 연구대상은 경기도 성남시에 소재하고 있는 N 초등학교의 6학년 2개 학급으로 구성하였다. 각 학급은 임의로 실험집단과 통제집단으로 구성하였으며 실험집단은 28(남:15명, 여:13명), 통제집단은 28명(남:16 명, 여:12명) 총 56명으로 구성되어 있다.
본 연구의 연구대상은 경기도 성남시에 소재하고 있는 N 초등학교의 6학년 2개 학급으로 구성하였다. 각 학급은 임의로 실험집단과 통제집단으로 구성하였으며 실험집단은 28(남:15명, 여:13명), 통제집단은 28명(남:16 명, 여:12명) 총 56명으로 구성되어 있다.

데이터처리

등분산 검정을 위해 실험집단과 통제집단의 Levene 등분산 검정을 실시하였으며 검정 결과 [Table 5]와 같다.
또한 실험집단과 통제집단 간에 창의적 인성의 세부 영역별 검사를 위해 독립표본 t검정을 실시하였으며 결과는 [Table 9]와 같다.
본 연구에서는 창의적 인성에 대한 사전검사의 영향을 통제하여 연구결과의 내적타당도를 높이기 위해 공분산 분석을 실시하였다.
학습은 총 10주 간 16차시에 걸쳐 이루어졌으며 실험처치 후 사후검사로 창의적 인성 검사를 실시하였다. 사후검사 후 사전검사 결과를 공변인으로 하여 공분산분석 (ANCOVA)을 실시하였다.
실험집단의 창의적 인성의 세부 영역별 검사를 위해 사후-사전 대응표본 t검정을 실시하였으며 결과는 [Table 8]과 같다.

이론/모형

본 연구에서 사전․사후검사를 위해 한국교육개발원이 개발한 창의적 인성 검사 도구를 사용하였다[3].

성능/효과

검정 결과 유의수준 .05에서 실험집단과 통제집단 간에 사후검사 점수를 비교하였을 때 창의적 인성의 세부 영역 6개 항목 중 과제집착, 호기심 2개 항목에서 유의한 차이가 있었다.
검정 결과 유의수준 .05에서 창의적 인성의 세부영역 6개 항목 중 독립성과 위험감수 영역을 제외한 과제집착, 호기심, 심미성, 사고의 개방성, 4개 항목에서 유의한 차이가 있었다.
넷째, 개별학습과 협동학습이 조화롭게 이루어질 수 있는 프로젝트 중심의 교육용 콘텐츠를 개발하여 협력과 의사소통을 학습할 수 있는 기회를 제공한다.
두 집단의 등분산 검정 결과 유의확률은 .526으로 유의수준 .05에서 등분산 가설을 충족시키는 것으로 확인하였다.
둘째, 실험집단과 통제집단 간에 창의적 인성의 세부 항목별 검사를 실시한 결과 유의수준 .05에서 창의적 인성 세부영역 중 과제집착, 호기심 2개 항목에서 유의한 차이가 있었다.
둘째, 연구가설 2를 검증하기 위해 실험집단과 통제 집단 간의 차이를 비교한 결과 창의적 인성 점수는 F = 6.773으로 유의수준 .05에서 유의한 차이가 있음을 확인하였다.
실험처치 후 실험집단과 통제집단의 집단 간 차이는 F = 6.773으로 유의수준 .05에서 교육용 콘텐츠에 따른 유의한 차이가 있음을 확인하였고 사전검사 점수를 공변량으로 처리한 공분산분석 결과 F = 8.649으로 유의수준 .05에서 유의한 차이가 있음을 확인하였다.
이 연구를 통해 초등학교 6학년 학습자를 대상으로 실험집단과 통제집단에 동일하게 CPS 모형을 적용하였을 때 아두이노를 이용한 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육용 콘텐츠를 적용한 집단이 스크래치 기반의 소프트웨어 교육용 콘텐츠를 적용한 집단에 비해 창의적 인성 향상에 더 효과가 있고 특히 창의적 인성의 주요 요인인 과제집착과 호기심 향상에 효과가 있다고 결론 내릴 수 있다.
첫째, 실험집단의 창의적 인성 세부항목별 검사를 실시한 결과 유의수준 .05에서 과제집착, 호기심, 심미성, 사고의 개방성, 4개 항목에서 유의한 차이가 있음을 확인하였다.
첫째, 연구가설 1을 검증하기 위해 사전검사 점수를 공변량으로 처리한 결과 F = 8.649으로 유의수준 .05에서 유의한 차이가 있음을 확인하였다.

후속연구

둘째, 융합적 산출물 기반의 소프트웨어 교육을 통해 다양하고 새로운 문제를 발견하고 높은 차원의 새로운 문제를 해결 할 수 있도록 하고 학습자가 프로그래밍에 대한 흥미와 내적동기를 갖고 새로운 도전이 이루어질 수 있는 교수․학습 모형 개발에 대한 연구가 이루어져야 한다.
마지막으로 소프트웨어 교육에서 융합적 산출물에 대한 평가 루브릭을 개발하고 2015 개정교육과정의 성취 기준에 부합하는 다양한 교육용 콘텐츠의 개발에 관한 연구가 필요하다.
그러나 초등학생의 인지 수준에서 복잡한 회로를 구성하는 데 어려움이 있을 것을 예상하여 센서쉴드와 같은 확장기기를 통해 이를 보완하고자 하였다. 이후 연구를 통해 학습자의 수준별 문제점과 요구사항을 파악하여 학습매체 개발 연구에 반영해야 한다.
첫째, 초등학생 수준에 맞는 피지컬 컴퓨팅 학습매체 개발에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서 사용된 아두이노는 오픈소스 하드웨어 기반의 학습매체로 다양한 개발 환경을 지원한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	피지컬 컴퓨팅이란?	피지컬 컴퓨팅은 디지털 기술을 통해 사용자로부터 물리적인 방식으로 정보를 입력받거나 또는 정보를 처리한 결과를 물리적인 방식으로 출력하는 컴퓨팅 방법이다. 피지컬 컴퓨팅은 이러한 외부 환경과의 상호작용을 위해 아날로그 및 디지털 신호를 감지하는 센서(sensor)와 서보 모터(servo motor), 기어모터(geared motor), LED(light emitting diode) 등과 같은 액추에이터(actuator)와 이들을 제어하기 위한 마이크로 컨트롤러와 통합개발환경(IDE: Integrated Development Environment)으로 구성되어 있다[14].
	프로그래밍 학습에서 피지컬 컴퓨팅 환경의 발전으로 나타난것은?	프로그래밍 학습에서 피지컬 컴퓨팅 환경은 컴퓨터 화면이 아닌 인간의 감각을 대체할 수 있는 센서와 액추에이터를 이용한 방법으로 마이크로 컨트롤러(micro controller)를 이용한 학습매체와 로봇 프로그래밍 학습 매체로 발전하였다. 그중 아두이노는 2004년에 발표되어 텍스트 기반의 프로세싱 언어를 비롯하여 블록 기반의 교육용 프로그래밍 언어를 통해 제어를 할 수 있고 회로를 쉽게 구성하기 위한 센서쉴드(sensor shield) 등을 이용한 확장 구성이 가능하여 상호작용이 가능한 프로그래밍 학습매체로 발전하였다.
	컴퓨팅 사고력은 어떤 능력인가?	미래 사회는 다양하고 복잡한 문제들을 해결하기 위해 정보의 접근과 응용 방법을 중심으로 한 창의적 문제 해결 역량이 강조되고 있다. 이 역량의 여러 범주 중 ‘컴퓨팅 사고력(Computational Thinking)’은 컴퓨팅의 관점에서 문제를 규정하고 그 문제의 해결방법을 탐색해 효율적인 해결절차를 강구하기 위해 추상화 단계를 거치고 추상적 개념의 자동화 수행을 위해 여러 가지 개념, 원리, 방법들을 알고리즘화 하여 문제 해결의 가장 적합한 과정과 자원을 선택하고 조합하는 능력이다. 이는 컴퓨팅 기기와 소프트웨어를 단순히 활용하는 능력에 그치는 것이 아니라 급변하고 복잡화되는 미래 사 회의 문제들을 창의적이고 효율적으로 해결하는 데 필요한 핵심 역량으로 볼 수 있다[9][19].

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상세보기
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Yu Gyoung Hoon (2010). A Structural Analysis of the Variables on Children’s Creative Product. The journal of Asian education, 11(3), 71-95.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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