[논문]프로그래밍 제어구조 개념 학습을 위한 오개념 순서도 분석 및 적용

최영미

doi:10.9717/kmms.2017.20.12.2000

[국내논문] 프로그래밍 제어구조 개념 학습을 위한 오개념 순서도 분석 및 적용
Analysis and Application of Misconception Flowchart for Programming Control Structure Concept Learning 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.20 no.12, 2017년, pp.2000 - 2008

최영미 (Dept. of MediaSoftware, School of Engineering, Sungkyul University)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to analyze the misconception flowchart of programming control structure and to suggest it as a method for improving computational thinking. In this study, we divide programming control structure concept into sequential, iteration, selection, and function, analyze what concept and principle are difficult for each learner, and what kind of misconception flowchart is drawn in the Introduction of C Programming course for beginners' programming learning. As an example, we show that a lesson learned from the process of correcting the misconception flowchart to the correct flowchart in the course.

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AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

오개념(誤槪念, misconception)은 학습자가 스스로 알게 된 지식이나 학교에서 가르친 지식을 잘못 해석한 것으로써 학습자의 오류이다. 인간이 오류를 범하는 불완전한 존재라는 것은 곧 인간이 개선될 수 있다는 가능성을 함의한다. 교육은 바로 이러한 인간의 불완전성과 개선 가능성을 전제로 이루어지는 활동이라는 점에서 인간의 오류는 교육적으로 매우 각별한 의미를 가진다[10].
이를 바탕으로 학습자들이 어려워하는 점은 무엇인지, 그 이유는 무엇인지에 대해 파악함으로써 학습의 효과를 높일 수 있는 전략을 수립할 수 있다. 이러한 분석은 학습 과정에서 오개념이 형성되는 것을 예방할 수 있으며, 학습 동기와 흥미를 유지시키고 프로그래밍 학습이 지속되기 위한 적절한 교육 처방이 가능하도록 한다. 왜냐하면 프로그래밍은 언어의 엄격한 문법 학습에 더하여 고도의 추상화 능력을 요구하여 학습자에게 인지 부담을 증가시켜 학습자가 중도에 포기하도록 하는 결과를 낳는 경우가 많기 때문이다.
각 제어구조 훈련을 위하여 문제를 제시하고 문제 해결 과정을 5단계로 나누어 활동 기록을 하도록 하였다. 다음은 초보 프로그래머가 스스로 오류를 찾고 개선할 수 있도록 설계한 워크북을 사용한 학생들의 반복 제어구조 워크북 활동의 일부를 소개한다.
본 연구에서는 아이디어를 체계적으로 구체화하는 컴퓨팅사고를 향상시키는 훈련을 위하여 대학교 1학년 C프로그래밍기초 수업을 순서도작성 워크북을 활용하여 진행하였다. 특히 프로그래밍 기초 교육에서 초보 학습자들이 어려워하고 오류를 발생시키는 부분은 어디인지, 그 이유는 무엇인지에 대하여 프로그래밍 제어구조 개념을 중심으로 관찰하고 분석하였다.
또한 학습자들이 논리적인 오류를 발생시키는 오개념을 가시적인 순서도를 사용하여 오개념 순서도를 정답 순서도로 수정하는 과정에서 스스로 잘못 이해한 부분에 대한 자각과 오류 등을 직면함으로써 그것을 극복하는 과정에서 프로그래밍에 대한 흥미와 성취를 느끼는 학습 경험을 하였다. 따라서 워크북을 사용한 오개념 순서도 활용 실습을 학생들이 스스로 오류의 원인을 확인하고 수정하면서 제어구조 개념에 대한 정확한 이해와 내면화를 통한 컴퓨팅 사고력 향상에 집중할 수 있는 학습 방안으로 제시한다.

제안 방법

이에 본 연구는 순서도를 사용한 알고리즘 설계에 중점을 두어 대학교 1학년 프로그래밍 수업을 순서도작성 워크북을 활용하여 진행하였다[7]. 프로그래밍 기초 교육에서 초보 학습자들이 어려워하고 오류를 발생시키는 부분은 어디인지, 그 이유는 무엇인지에 대하여 프로그래밍 제어구조 개념을 중심으로 관찰하고 분석하였다.
이에 본 연구는 순서도를 사용한 알고리즘 설계에 중점을 두어 대학교 1학년 프로그래밍 수업을 순서도작성 워크북을 활용하여 진행하였다[7]. 프로그래밍 기초 교육에서 초보 학습자들이 어려워하고 오류를 발생시키는 부분은 어디인지, 그 이유는 무엇인지에 대하여 프로그래밍 제어구조 개념을 중심으로 관찰하고 분석하였다. 또한 오개념 순서도를 정답 순서도로 수정하는 과정에서 프로그래밍 학습경험을 보인다.
본 논문의 구성은 2장 연구 배경에서 오개념의 교육적 의의 및 그 활용과 프로그래밍 교육을 위한 학습방안을 살펴보았다. 3장에서는 프로그래밍 기초교육에서 초보 학습자들이 어려워하고 오류를 발생시키는 부분은 어디인지, 그 이유는 무엇인지에 대하여 프로그래밍 제어구조 개념을 중심으로 분석하였다.
5장에서는 적용사례로 초보 프로그래머가 스스로 오류를 찾고 개선할 수 있도록 설계한 워크북을 사용한 학생들의 활동의 일부를 소개한다. 6장 연구 결과에서는 학생들이 스스로 오류의 원인을 확인하고 수정하면서, 제어구조개념에 대한 정확한 이해와 내면화, 정교한 알고리즘 작성할 수 있는 학습경험을 통하여 오개념 순서도를 컴퓨팅 사고력 향상에 집중할 수 있는 학습 방안으로 제시한다.
프로그래밍 제어구조 개념을 순차, 선택, 반복, 함수로 구분하고 학습자가 경험한 어려움과 그 원인을 분석하였다[1,2,3,6].
대상 학생들에게 순서도를 활용한 프로그래밍 제어 구조를 학습시킨 후 이를 평가하여 나타난 오류 유형을 분석하였다[3]. Table 1은 네 가지 프로그래밍 개념에 따른 대표 오류 유형을 표로 정리한 것이다.
이를 해결하기 위하여는 우선 함수의 매개변수의 자료형을 int *형으로 선언한 뒤, 매개변수를 참조할 때 &A와 같이 주소연산자를 적음으로써 함수 내부에서도 매개변수의 값을 직접 참조할 수 있도록 한다.
S대학교 소프트웨어학과 1학년 프로그래밍기초 교과목을 수강하는 학생들의 컴퓨팅 사고 향상을 위해 순서도 작성에 중점을 두어 설계한 순서도작성 워크북을 교수학습자료로 개발하여 활용하였다. 각 제어구조 훈련을 위하여 문제를 제시하고 문제 해결 과정을 5단계로 나누어 활동 기록을 하도록 하였다.
S대학교 소프트웨어학과 1학년 프로그래밍기초 교과목을 수강하는 학생들의 컴퓨팅 사고 향상을 위해 순서도 작성에 중점을 두어 설계한 순서도작성 워크북을 교수학습자료로 개발하여 활용하였다. 각 제어구조 훈련을 위하여 문제를 제시하고 문제 해결 과정을 5단계로 나누어 활동 기록을 하도록 하였다. 다음은 초보 프로그래머가 스스로 오류를 찾고 개선할 수 있도록 설계한 워크북을 사용한 학생들의 반복 제어구조 워크북 활동의 일부를 소개한다.
수업 적용 사례로 워크북을 사용한 학생들의 활동의 일부를 소개하였다. 학습경험을 정리하면 다음과 같다.
첫째, 프로그래밍기초 교육 시 초보 프로그래머가 스스로 오류를 찾고 개선할 수 있도록 설계한 워크북을 사용한 학습 활동을 통하여, 프로그래밍 제어구조 개념에 대한 정확한 이해와 내면화, 정교한 알고리즘 작성을 위하여 오개념 순서도 활용이 초보 프로그래머에게 효과적이었다. 둘째, 프로그래밍기초 교육 시 초보자가 실생활의 다양한 문제를 발굴하고 이해한 후, 스스로 프로그래밍 개념을 활용할 수 있는 문제를 만들고, 해결방안을 찾고(변수정의, 문제의 요구사항 파악, 순서도 작성) 해결을 할 수 있는 워크북을 활용한 학습경험을 하였다. 그 결과 간단한 알고리즘을 직접 설계하여 프로그래밍을 체험함으로써 프로그래밍 초보자가 창의적으로 문제를 해결할 수 있도록 하는 컴퓨팅 사고력을 길러주는 데 집중할 수 있었다.
본 연구에서는 아이디어를 체계적으로 구체화하는 컴퓨팅사고를 향상시키는 훈련을 위하여 대학교 1학년 C프로그래밍기초 수업을 순서도작성 워크북을 활용하여 진행하였다. 특히 프로그래밍 기초 교육에서 초보 학습자들이 어려워하고 오류를 발생시키는 부분은 어디인지, 그 이유는 무엇인지에 대하여 프로그래밍 제어구조 개념을 중심으로 관찰하고 분석하였다. 또한 학습자들이 논리적인 오류를 발생시키는 오개념을 가시적인 순서도를 사용하여 오개념 순서도를 정답 순서도로 수정하는 과정에서 스스로 잘못 이해한 부분에 대한 자각과 오류 등을 직면함으로써 그것을 극복하는 과정에서 프로그래밍에 대한 흥미와 성취를 느끼는 학습 경험을 하였다.
특히 프로그래밍 기초 교육에서 초보 학습자들이 어려워하고 오류를 발생시키는 부분은 어디인지, 그 이유는 무엇인지에 대하여 프로그래밍 제어구조 개념을 중심으로 관찰하고 분석하였다. 또한 학습자들이 논리적인 오류를 발생시키는 오개념을 가시적인 순서도를 사용하여 오개념 순서도를 정답 순서도로 수정하는 과정에서 스스로 잘못 이해한 부분에 대한 자각과 오류 등을 직면함으로써 그것을 극복하는 과정에서 프로그래밍에 대한 흥미와 성취를 느끼는 학습 경험을 하였다. 따라서 워크북을 사용한 오개념 순서도 활용 실습을 학생들이 스스로 오류의 원인을 확인하고 수정하면서 제어구조 개념에 대한 정확한 이해와 내면화를 통한 컴퓨팅 사고력 향상에 집중할 수 있는 학습 방안으로 제시한다.

성능/효과

위와 같이 학습자가 제어구조에서 느끼는 어려움의 공통된 특징은 학습자들이 제어구조의 기본 개념과 사용 방법에 대한 이해가 충분히 이루어지지 않은 점, 문제 해결 과정의 전체 맥락에서 제어구조에 포함되어야 하는 패턴을 정확하게 인지하지 못한 점, 중첩의 구조화에 대한 충분한 파악 부족, 시행착오적 접근 방법 등에 그 원인이 있음을 알 수 있었다.
학습경험을 정리하면 다음과 같다. 첫째, 프로그래밍기초 교육 시 초보 프로그래머가 스스로 오류를 찾고 개선할 수 있도록 설계한 워크북을 사용한 학습 활동을 통하여, 프로그래밍 제어구조 개념에 대한 정확한 이해와 내면화, 정교한 알고리즘 작성을 위하여 오개념 순서도 활용이 초보 프로그래머에게 효과적이었다. 둘째, 프로그래밍기초 교육 시 초보자가 실생활의 다양한 문제를 발굴하고 이해한 후, 스스로 프로그래밍 개념을 활용할 수 있는 문제를 만들고, 해결방안을 찾고(변수정의, 문제의 요구사항 파악, 순서도 작성) 해결을 할 수 있는 워크북을 활용한 학습경험을 하였다.
둘째, 프로그래밍기초 교육 시 초보자가 실생활의 다양한 문제를 발굴하고 이해한 후, 스스로 프로그래밍 개념을 활용할 수 있는 문제를 만들고, 해결방안을 찾고(변수정의, 문제의 요구사항 파악, 순서도 작성) 해결을 할 수 있는 워크북을 활용한 학습경험을 하였다. 그 결과 간단한 알고리즘을 직접 설계하여 프로그래밍을 체험함으로써 프로그래밍 초보자가 창의적으로 문제를 해결할 수 있도록 하는 컴퓨팅 사고력을 길러주는 데 집중할 수 있었다.

후속연구

셋째, 학습해야 하는 프로그래밍 제어구조 개념을 어떠한 순서로 구성하여 가르칠 것인가에 대한 심도 깊은 설계가 필요하다. 왜냐하면 학습자가 개념을 학습하고 개념들을 구조화함에 있어 학습의 효율성, 오개념 형성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 학습 순서는 매우 중요하다.
기본적으로 ‘만약’과 ‘만약, 그렇지 않다면’의 두 가지 블록을 포함한다. 잘못된 분기는 예기치 못한 결과를 산출하므로 의미에 합당하게 명확하게 분지의 흐름을 기술할 수 있도록 선택을 결정하는 조건에 대해 좀 더 자세하고 다양한 예제를 활용한 설명이 필요하다. 선택에서 학습자가 경험한 어려움은 다음과 같이 논리구조의 이해부족에 그 원인이 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	프로그래밍을 처음 시작하는 학습자들이 무엇으로 인하여 학습의 어려움을 호소하는가?	프로그래밍을 처음 시작하는 학습자들은 프로그래밍이 요구하는 엄격한 문법과 구조 이해와 고도의 추상적인 사고 훈련 부족으로 인하여 학습의 어려움을 많이 호소하고 있다. 더욱이 학생들이 프로그래밍을 선행 학습하였다고 할지라도 순서도를 활용하여 알고리즘을 설계하는 학습 현장에서 다양한 오류 유형을 발견할 수 있었는데, 이는 학생들이 기존의 프로그래밍 수업에서 알고리즘 설계보다 프로그래밍 언어의 문법 학습에 치중한 것에 그 원인이 있다고 본다.
	오개념이란 무엇인가?	오개념(誤槪念, misconception)은 학습자가 스스로 알게 된 지식이나 학교에서 가르친 지식을 잘못 해석한 것으로써 학습자의 오류이다. 인간이 오류를 범하는 불완전한 존재라는 것은 곧 인간이 개선될 수 있다는 가능성을 함의한다.
	학습자가 오개념을 가지고 있는 경우, 교수의 단 한번의 지적 및 시범으로 학습자가 금방 자신의 생각을 포기하지 않는 이유는 무엇인가?	학습자가 오개념을 가지고 있는 경우, 교수가 단 한번 지적을 하거나 시범을 보이는 방법으로 학습자가 금방 자신의 생각을 포기하지 않는다. 왜냐하면, 학습자가 범하는 오류는 그보다 높은 수준의 스승이나 전문가의 입장에서 그렇게 간주되는 것이지, 그것의 주체인 학습자의 입장에서는 ‘정답’인 것이며, 그가 지니고 있는 인식 체계는 현재로서는 그에게 최선의 것이기 때문이다. 그래서 학습자는 교수가 자신의 오류를 지적하여도 쉽게 자신의 오류를 직면하거나 그것을 극복하기가 어렵다.

참고문헌 (10)

M. Piteria and C. Costa, "Learning Computer Programming: Study of Difficulties in Learning Programming," Proceedings of the 2013 International Conference on Information Systems and Design of Communication, pp. 75-80, 2013.
J. Choi and Y. Lee, "The Analysis of Learners' Difficulties in Programming Learning," Journal of Korean Association of Computer Education, Vol. 17, No. 5, pp. 89-98, 2014.
H. Chae, “Analysis on Types of Errors in Learning about Control Structures of Programming Using Flowchart,” Journal of Korean Association of Computer Education, Vol. 19, No. 1, pp. 101-109, 2016.
S.H. Lee, Design and Implementation of the Education System of C Programming Using Flowchart, Master's Thesis of KookMin University, 2005.
K.W. Park, "Programming Language Learning System Using Basic Algorithm," Journal of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol. 5, No. 1, pp. 66-73, 2010.
M. Choi, “Supplementary Process through Error Analysis of Learner Exploring Principles of Textbook Development,” The Journal of Curriculum Studies, Vol. 21, No. 3, pp. 243-264, 2003.
Y. Choi, “Design and Application of Term Project Model for Game Mathematics in Flipped Learning Environments,” Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 20, No. 7, pp. 1102-1112, 2017.
I. Chen, Problem Solving and Computational Thinking, Infinity Books, Goyang, 2017.
S.H. Kim, Data-driven World the Beginning of Informational Thinking, Korea University Press, Seoul, 2014.
S.H. Choi, G.C. Nam, and H.A. Ryu, “Development of Instruction Materials for Underachieving Students to Correction of Misconception,” Mathematics Education Studies, Vol. 23, No. 2, pp. 117-133, 2013.

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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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