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문제 정의
- 그리고 놀이중심 SW교육 교수학습전략을 적용하기 위한 교육프로그램을 개발하여 초등학생들에게 투입하였다. 이후 검사지와 프로젝트 산출물 평가를 통하여 결과를 분석하였다.
- 따라서 본 연구에서는 코딩과 같이 상위 인지기능과 문제해결 역량을 필요로 하는 교육내용을 놀이중심 SW교육 교수학습전략으로 현장 수업에 효과적으로 적용 가능한지에 대한 연구를 제시하고자 한다. 직접교수법과의 비교를 통하여 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 컴퓨팅 사고의 신장에 긍정적인 효과가 있는지 밝혀본다.
- 본 연구에서는 소프트웨어 교육의 새로운 교수학습모형으로 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 컴퓨팅 사고의 신장에 미치는 영향을 살펴보았다.
- 사전 동질성 검사로 수학교과를 선정한 이유는 컴퓨터과학의 지식과 코딩의 경험이 없는 학생들에게 바로 코딩 검사를 하기 어려웠고 컴퓨팅 사고와 밀접한 교과가 수학교과이기 때문이다. 이에 대한 근거는 미국 과학교사 협회에서 제시한 STEAM교육 연구 분석(http://ngss.nsta.org)에서 제시한 것처럼 컴퓨팅 사고의 기반이 수학에 있다는 점을 바탕으로 하였다. 사전 동질성 검사 결과는 [Table 4]와 같다.
- 따라서 본 연구에서는 코딩과 같이 상위 인지기능과 문제해결 역량을 필요로 하는 교육내용을 놀이중심 SW교육 교수학습전략으로 현장 수업에 효과적으로 적용 가능한지에 대한 연구를 제시하고자 한다. 직접교수법과의 비교를 통하여 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 컴퓨팅 사고의 신장에 긍정적인 효과가 있는지 밝혀본다.
제안 방법
- 7가지 주제에 맞추어 총 14개의 스크래치 코딩 문법 문항을 개발하여 사후 검사 도구로 사용하였다. 14문항이 학습자들의 컴퓨팅 사고 개념을 적절하게 측정할 수 있는지에 대한 타당도는 SW교육전문가 6명을 대상으로 개발된 14문항을 각각 검사하였다. 문항의 타당도는 내용 타당도 검사로 실시했으며 각 검사 문항에 대해 전문가들 사이에서 동의하는 정도 즉, CVI 지수(Content Validity Index)를 사용하여 타당도를 산출하였다.
- [Table 5]에서 컴퓨팅 사고의 개념(CT Concept)은 시퀸스, 반복, 병렬처리, 이벤트, 조건, 연산, 데이터의 7가지 주제가 있다. 7가지 주제에 맞추어 총 14개의 스크래치 코딩 문법 문항을 개발하여 사후 검사 도구로 사용하였다. 14문항이 학습자들의 컴퓨팅 사고 개념을 적절하게 측정할 수 있는지에 대한 타당도는 SW교육전문가 6명을 대상으로 개발된 14문항을 각각 검사하였다.
- CSTA와 ISTE에서는 자넷 윙과 구글의 개념을 더욱 확대하여 컴퓨팅 사고력을 Data Collection, Data Analysis, Data Representation, Problem Decomposition, Abstraction, Algorithms & Procedures, Automation, Simulation, Parallelization의 9가지 하위 개념으로 분류하였다.
- 그리고 컴퓨팅 사고의 실습(CT Practice)은 실험과 반복, 테스팅과 디버깅, 재사용과 재구성, 추상화와 모듈화의 4가지 영역으로 구성되어 있다. CT Practice의 검사는 학생들에게 주제가 있는 자유프로젝트(친구들을 놀라게 할 게임)를 구현하게 한 뒤 [Table 6]의 CT실습 평가지를 이용하였다. 평가지는 각 요소에 부합하는 각 기준의 점수를 20점 만점으로 전문가 3인(컴퓨터 교육 교수, 컴퓨터공학 박사, SW교육 선도학교 교사)이 각각 평가하여 평균점수를 산출하였다.
- 이은경은 교육용 로봇을 이용한 코딩교육 교수학습전략을 제시하였다. CT 능력의 신장을 지원하기 위해 4단계의 교수학습전략 즉, 과제 탐색-지원-과제 해결, 통합의 단계로 이루어졌다[2].
- 연구절차는 우선 연구 가설을 설정하고 그에 따른 놀이중심 SW교육 교수학습전략을 분석하였다. 놀이중심 SW교육 교수학습전략은 교육학술정보원에서 제시한 U-M-C 모형을 이용하였으며 초등학생 수준에 맞는 형태로 수정 보완하였다.
- 놀이중심 SW교육 교수학습전략을 적용하기 위한 교육프로그램 10주제(20차시)를 개발하였다. 개발된 교육내용은 직접교수법을 적용한 비교집단에게도 적용할 수 있는 주제로 선정하였다.
- 두 집단의 동질성을 비교하기 위하여, 사전 검사로 수학교과의 학업성취도 검사를 실시하였다. 사전 동질성 검사로 수학교과를 선정한 이유는 컴퓨터과학의 지식과 코딩의 경험이 없는 학생들에게 바로 코딩 검사를 하기 어려웠고 컴퓨팅 사고와 밀접한 교과가 수학교과이기 때문이다.
- 문법적인 이해와 컴퓨터과학의 내용을 전달하기 위해 Play 과정에서는 주어진 놀이형 코드를 이용하여 교사의 개입 없이 학습자 스스로 코드를 탐색하고 즐겨보는 활동을 하였고, Modify 과정에서 필요한 경우 교사가 참여하여 컴퓨터과학 및 코딩 관련 개념과 지식을 안내하였다. 또한 reCreation 과정이 끝나고 프로젝트 발표와 공유시간에 학습자들 스스로 문법적인 부분의 개념을 설명하고 오류를 상호 토론하여 수정하는 시간을 갖도록 하였다. 수업 종료전 교사의 주도하에 수업에서 요구하는 지식을 피드백하는 시간을 가졌다.
- 14문항이 학습자들의 컴퓨팅 사고 개념을 적절하게 측정할 수 있는지에 대한 타당도는 SW교육전문가 6명을 대상으로 개발된 14문항을 각각 검사하였다. 문항의 타당도는 내용 타당도 검사로 실시했으며 각 검사 문항에 대해 전문가들 사이에서 동의하는 정도 즉, CVI 지수(Content Validity Index)를 사용하여 타당도를 산출하였다. 전문가의 수가 6명 이상인 경우 CVI 값이 .
- 컴퓨팅 사고 신장을 위해 개발된 교육프로그램은 창의체험활동 시간을 활용하여 1주에 2시간씩 10주에 걸쳐 20시간을 실험반과 비교반에 적용하였다. 비교반과 실험반의 수업 격차를 줄이기 위해 동일한 한명의 교사가 2개 반을 다른 교수방법을 적용하여 지도하였다. 10주가 끝난 이후에 사후 검사를 실시하였다.
- 연구 참여집단이 코딩의 경험이 없기 때문에 스크래치의 기초부터 다룰 수 있는 내용으로 구성하였으며, [Table 3]처럼 문법을 고르게 학습할 수 있는 주제로 구성하였다. 놀이중심 SW교육 교수학습전략은 각각의 차시마다 해당 학습에 필요한 예제 파일을 제공하였다.
- 연구절차는 우선 연구 가설을 설정하고 그에 따른 놀이중심 SW교육 교수학습전략을 분석하였다. 놀이중심 SW교육 교수학습전략은 교육학술정보원에서 제시한 U-M-C 모형을 이용하였으며 초등학생 수준에 맞는 형태로 수정 보완하였다.
- 대표적인 연구가 한국교육학술정보원에서 발표한 SW교육 교수학습모델이다[5]. 이 보고서에서는 MIT 미디어랩에서 제안한 창의컴퓨팅 교수학습전략을 바탕으로 학습자 중심의 수업전략을 5가지의 유형으로 제시하였다.
- 그리고 놀이중심 SW교육 교수학습전략을 적용하기 위한 교육프로그램을 개발하여 초등학생들에게 투입하였다. 이후 검사지와 프로젝트 산출물 평가를 통하여 결과를 분석하였다. 연구 내용이 되는 가설은 다음과 같다.
- 전수진과 한선관은 예비교사를 대상으로 UMC 모형을 적용하여 그에 따른 컴퓨팅 사고 신장 능력을 분석하였다. 분석결과 Use단계와 Create 단계의 탐색과 자기주도적 개발과정이 CT능력 향상에 도움을 주고 있음을 보여 주었다[13].
- 컴퓨팅 사고 신장을 위해 개발된 교육프로그램은 창의체험활동 시간을 활용하여 1주에 2시간씩 10주에 걸쳐 20시간을 실험반과 비교반에 적용하였다. 비교반과 실험반의 수업 격차를 줄이기 위해 동일한 한명의 교사가 2개 반을 다른 교수방법을 적용하여 지도하였다.
대상 데이터
- 연구대상은 경기도 소재의 E초등학교 5학년 학생 47명을 대상으로 하였다. 실험반 23명, 비교반 24명의 2개 반을 선정하였으며, 연구 참가자는 코딩교육의 경험이 없는 학생들로 구성되었다.
- 연구대상은 경기도 소재의 E초등학교 5학년 학생 47명을 대상으로 하였다. 실험반 23명, 비교반 24명의 2개 반을 선정하였으며, 연구 참가자는 코딩교육의 경험이 없는 학생들로 구성되었다.
데이터처리
- 본 연구에서 개발된 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 컴퓨팅 사고 신장에 효과가 있는지 실험군과 비교군을 대상으로 대응표본 t-검정(Paired t-test)을 실시하였다. 분석도구로는 SPSS를 사용하였다.
- CT Practice의 검사는 학생들에게 주제가 있는 자유프로젝트(친구들을 놀라게 할 게임)를 구현하게 한 뒤 [Table 6]의 CT실습 평가지를 이용하였다. 평가지는 각 요소에 부합하는 각 기준의 점수를 20점 만점으로 전문가 3인(컴퓨터 교육 교수, 컴퓨터공학 박사, SW교육 선도학교 교사)이 각각 평가하여 평균점수를 산출하였다.
이론/모형
- 놀이중심 SW교육 교수학습전략은 한국교육학술정보원에서 개발한 교수학습모델[6]의 절차를 따랐다. 수정된 놀이중심 SW교육 교수학습전략의 절차는 (Fig.
- 놀이중심 SW교육 교수학습전략을 적용한 후 컴퓨팅 사고를 측정하기 위한 사후검사 도구는 Karen Brennan이 제시한 CT 프레임워크[7]의 CT 개념(Concept)과 CT 실습(Practice)의 기준을 이용하여 개발하였다.
- 본 연구에서 개발된 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 컴퓨팅 사고 신장에 효과가 있는지 실험군과 비교군을 대상으로 대응표본 t-검정(Paired t-test)을 실시하였다. 분석도구로는 SPSS를 사용하였다.
성능/효과
- 둘째, 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 직접교수법보다 학생들의 컴퓨팅 사고의 신장에 효과적이었다. CT Concept(개념) 영역 검사에서 직접교수법보다 컴퓨터과학의 개념형성과 코딩의 문법 이해에 도움을 주고 있음을 분석하였고 CT Practice(실습) 영역의 검사 결과에서도 프로젝트 산출물이 직접교수법보다 창의적이고 참신한 결과를 보여주었다.
- 검사 결과 실험반 학생들의 사후 CT Practice 검사 평균 점수는 16.89였고, 직접교수법을 적용한 비교반 학생들의 사후 CT Practice검사 평균 점수는 14.13으로 나타났다. t-검증 결과 유의도는 유의수준 5% 수준에서 p 값이 0.
- 검사 결과 실험반 학생들의 사후 검사 평균 점수는 74.47이었고, 직접교수법을 적용한 비교반 학생들의 사후 검사 평균 점수는 68.75로 나타났다. t-검증 결과 유의도는 유의수준 5% 수준에서 p값이 0.
- 둘째, 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 직접교수법보다 학생들의 컴퓨팅 사고 신장에 효과적인가?
- 둘째, 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 직접교수법보다 학생들의 컴퓨팅 사고의 신장에 효과적이었다. CT Concept(개념) 영역 검사에서 직접교수법보다 컴퓨터과학의 개념형성과 코딩의 문법 이해에 도움을 주고 있음을 분석하였고 CT Practice(실습) 영역의 검사 결과에서도 프로젝트 산출물이 직접교수법보다 창의적이고 참신한 결과를 보여주었다.
- 전수진과 한선관은 예비교사를 대상으로 UMC 모형을 적용하여 그에 따른 컴퓨팅 사고 신장 능력을 분석하였다. 분석결과 Use단계와 Create 단계의 탐색과 자기주도적 개발과정이 CT능력 향상에 도움을 주고 있음을 보여 주었다[13]. 이 연구에서 제시하는 UMC 모형은 예비교사를 위한 수업의 전략으로 코딩의 문법적인 표준 프로토타입의 사례를 학습자들에게 적용하여 수정하고 새롭게 개발하는 전략을 사용하였다면 제안된 모형은 학습자가 초등학생임을 고려하여 Use 단계를 놀이 중심의 콘텐츠로 제시하여 학습자들의 흥미와 난이도를 조절하는 방법이 차이가 있다.
- 수학 학업성취도 사전검사에서 실험집단의 평균 점수는 64.43점이었고, 비교집단의 평균 점수는 61.82점으로 비슷한 점수를 보였으며 유의수준 5%에서 p값이 0.892로 .05보다 크므로 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 나타나 두 집단이 동질 집단임을 알 수 있었다.
- 즉, 놀이중심 SW교육 교수학습전략의 실험집단이 직접교수 모형의 비교집단보다 우수한 프로젝트 작품을 만들었음을 의미한다. 이러한 점으로 미루어 볼 때, 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 컴퓨팅 사고의 Practice 영역에서도 효과적임을 알 수 있다.
- 이로써 놀이중심 SW교육 교수학습전략이 직접교수전략보다 CT Concept 영역과 CT Practice 영역에서 모두 효과적임을 보였으며 학생들의 컴퓨팅 사고의 신장에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 교수학습전략이라는 것을 보여주었다.
- 이상 개발된 SW교육 교수학습전략의 분석 결과 새롭게 개발된 교수학습 전략의 접근을 통해 현장 교육에 적용 가능한 교육방법을 제시하였으며 이론중심보다는 실천적인 방법을 보여주었다. 한 가지 아쉬운 점은 실제 적용을 통한 구체적인 사례의 개발과 그에 따른 효과의 검증이 부족한 점이었다.
- 문항의 타당도는 내용 타당도 검사로 실시했으며 각 검사 문항에 대해 전문가들 사이에서 동의하는 정도 즉, CVI 지수(Content Validity Index)를 사용하여 타당도를 산출하였다. 전문가의 수가 6명 이상인 경우 CVI 값이 .78 이상이어야 타당하다고 보는데 각 문항들의 CVI 값이 최소 .89에서 최대 .99를 나타냈고 총 CVI값의 평균이 .92 이상으로 나타나 검사 문항의 타당도가 높다고 볼 수 있다.
- 첫째, 놀이중심 SW교육 교수학습전략은 학생들의 컴퓨팅사고 신장에 도움을 주는가?
- 첫째, 놀이중심 SW교육 교수학습전략은 학생들의 컴퓨팅사고 신장에 많은 도움을 주고 있다. 특히 학생들이 제시된 놀이형 코드를 교사의 개입없이 자기 스스로 탐색하고 수정, 보완하면서 새로운 코드를 생성하는 과정을 거쳐 학습의 몰입을 강화하였다.
후속연구
- 본 연구 결과에서 살펴보듯이 정보교육이 교사들 주도하의 코딩 문법 교육이나 컴퓨터 과학 지식의 암기 교과가 아니라 창의성을 이용하여 문제를 해결하고 자기주도적인 실습활동이 주요한 구성주의적 교과로 거듭나기 위해서는 본 연구에서 제시하는 놀이중심 SW교육 교수학습전략에 관한 이론적 기반과 함께 실천적 적용이 함께 이루어져야 할 것이다. 놀이중심 SW교육 교수학습전략 외에도 새롭게 제안되는 SW교육 교수학습전략에 대한 실제적인 연구와 적용이 향후 연구 주제로 제시된다.
- 본 연구 결과에서 살펴보듯이 정보교육이 교사들 주도하의 코딩 문법 교육이나 컴퓨터 과학 지식의 암기 교과가 아니라 창의성을 이용하여 문제를 해결하고 자기주도적인 실습활동이 주요한 구성주의적 교과로 거듭나기 위해서는 본 연구에서 제시하는 놀이중심 SW교육 교수학습전략에 관한 이론적 기반과 함께 실천적 적용이 함께 이루어져야 할 것이다. 놀이중심 SW교육 교수학습전략 외에도 새롭게 제안되는 SW교육 교수학습전략에 대한 실제적인 연구와 적용이 향후 연구 주제로 제시된다.
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