[국내논문]스크래치 활용 게임 프로그래밍 학습이 수학교과 흥미와 가치인식에 미치는 영향 Effects of Learning through Scratch-Based Game Programming on Students' Interest in and Perceived Value of Mathematics Curriculum원문보기
이 연구에서는 우리나라의 문제점으로 지적되고 있는 낮은 수학교과 정의적 수준을 신장시킬 수 있는 방안 중 하나로 교육용 프로그래밍 언어의 활용 가능성을 확인해보았다. 중학교 수학교과의 삼각함수와 연계하여 포트리스 게임을 제작하는 과정을 교수 학습으로 설계하고 그 효과성 검증을 하였다. 연구 방법은 이질 사전 사후 실험설계를 하였다. 연구 과정은 4차시 동안은 실험 비교집단 공통적으로 삼각함수의 개념의 이해와 적용관련 수업을 하였다. 이 후 실험집단에는 이 연구에서 설계한 스크래치를 활용한 포트리스 게임 제작 활동을 하도록 하였으며, 비교집단에는 실생활 수학인 삼각비 개념 활용으로 건물의 높이 구하는 과정을 해결할 수 있도록 하였다. 적용 후 t검증 결과 수학교과 흥미와 가치인식 수준은 실험집단이 비교집단에 비해 유의미하게 향상 되었음을 확인하였으나, 두 변인의 사전점수를 공변인으로 공변량 분석을 한 결과 수학교과 가치인식 수준의 향상은 유의미하였으나, 홍미 수준은 사전점수의 영향이 있었음을 확인할 수 있었다.
이 연구에서는 우리나라의 문제점으로 지적되고 있는 낮은 수학교과 정의적 수준을 신장시킬 수 있는 방안 중 하나로 교육용 프로그래밍 언어의 활용 가능성을 확인해보았다. 중학교 수학교과의 삼각함수와 연계하여 포트리스 게임을 제작하는 과정을 교수 학습으로 설계하고 그 효과성 검증을 하였다. 연구 방법은 이질 사전 사후 실험설계를 하였다. 연구 과정은 4차시 동안은 실험 비교집단 공통적으로 삼각함수의 개념의 이해와 적용관련 수업을 하였다. 이 후 실험집단에는 이 연구에서 설계한 스크래치를 활용한 포트리스 게임 제작 활동을 하도록 하였으며, 비교집단에는 실생활 수학인 삼각비 개념 활용으로 건물의 높이 구하는 과정을 해결할 수 있도록 하였다. 적용 후 t검증 결과 수학교과 흥미와 가치인식 수준은 실험집단이 비교집단에 비해 유의미하게 향상 되었음을 확인하였으나, 두 변인의 사전점수를 공변인으로 공변량 분석을 한 결과 수학교과 가치인식 수준의 향상은 유의미하였으나, 홍미 수준은 사전점수의 영향이 있었음을 확인할 수 있었다.
The present study investigates the potential of an educational programming game as a strategy for enhancing effective domains of mathematics curriculum, which has been criticized as a problem of education in Korea. The process of programming Fortress, an educational game, in conjunction with the les...
The present study investigates the potential of an educational programming game as a strategy for enhancing effective domains of mathematics curriculum, which has been criticized as a problem of education in Korea. The process of programming Fortress, an educational game, in conjunction with the lesson on the trigonometric function as part of the middle school mathematics curriculum, was designed for instruction and learning, and its effectiveness was tested. The study was conducted using a nonequivalent pretest-posttest experimental design. Research procedures included the following steps: (1) both the experimental and the comparison groups participated in four classes to understand and apply the concept of the trigonometric function, and (2) the experimental group participated in Fortress game programming activities using Scratch, which was designed in this study, while the comparison group participated in solving a real-life trigonometric problem - calculating the height of a building using the concept of trigonometry. The results of the t-test showed that students' interest and perceived value of the mathematics curriculum were significantly higher in the experimental group than in the comparison group. However, the results of analysis of covariance (ANCOVA) using pretest scores of the interest and perceived value showed the influence of pretest scores on posttest scores for the interest level, although the effect of the experiment on the perceived value of the mathematics curriculum was more significant.
The present study investigates the potential of an educational programming game as a strategy for enhancing effective domains of mathematics curriculum, which has been criticized as a problem of education in Korea. The process of programming Fortress, an educational game, in conjunction with the lesson on the trigonometric function as part of the middle school mathematics curriculum, was designed for instruction and learning, and its effectiveness was tested. The study was conducted using a nonequivalent pretest-posttest experimental design. Research procedures included the following steps: (1) both the experimental and the comparison groups participated in four classes to understand and apply the concept of the trigonometric function, and (2) the experimental group participated in Fortress game programming activities using Scratch, which was designed in this study, while the comparison group participated in solving a real-life trigonometric problem - calculating the height of a building using the concept of trigonometry. The results of the t-test showed that students' interest and perceived value of the mathematics curriculum were significantly higher in the experimental group than in the comparison group. However, the results of analysis of covariance (ANCOVA) using pretest scores of the interest and perceived value showed the influence of pretest scores on posttest scores for the interest level, although the effect of the experiment on the perceived value of the mathematics curriculum was more significant.
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문제 정의
둘째, 이 연구에서는 게임 프로그래밍 학습의 효과를 측정하기 위해 학습모형 등의 다양한 요인들의 영향을 최소화하고자 하였다. 후속 연구에서는 게임 프로그래밍 학습에 적합한 학습 모형을 적용할 필요가 있다.
포트리스 게임에서 대포에서 미사일이 발사되면서 미사일이 포물선을 그리며 떨어지는 운동은 수학교과의 삼각비 중 atan과 관련성이 깊다. 따라서 이 연구에서는 기존 포트리스 게임에서 수학과와 관련성이 높은 포탄의 포물선 운동을 스크래치로 제작하도록 수업을 전개하였다.
따라서 이 연구에서는 학습자의 수학과 정의적 영역인 교과 흥미 및 가치인식 수준 신장을 위해 스크래치를 활용한 포트리스 게임을 제작하는 과정에서 수학교과에서 학습한 이론을 활용할 수 있도록 교육 내용을 설계하여 그 효과성을 검증해보았다.
셋째, 이 연구의 목적은 스크래치를 활용하여 게임프로그래밍 학습이 수학교과 흥미와 가치인식에 미치는 영향을 확인하는데 있었다. 따라서 독립변수인 스크래치를 활용한 게임 프로그래밍 학습 이외의 게임에 대한 흥미 등 다른 요인을 통제하기 위해 실험 집단 교육 활동에서 게임을 하는 것은 배제하고, 게임을 직접 제작하는 과정에 초점을 두었다.
이 연구는 스크래치를 활용한 게임 프로그래밍 적용한 수학 학습과 전통적 수학 학습을 비교하여 중학생들의 수학교과 정의적 영역 중 수학교과 흥미와 가치인식 수준에 미치는 효과를 분석하는데 목적을 두었다.
가설 설정
H1 수학교과 개념을 활용한 스크래치 기반 게임 프로그래밍 학습이 현행 실생활 문제 해결 중심 수학 학습보다 수학교과 흥미 향상에 효과가 있을 것이다.
H2 수학교과 개념을 활용한 스크래치 기반 게임 프로그래밍 학습이 현행 실생활 문제 해결 중심 수학 학습보다 수학교과 가치인식 수준 향상에 효과가 있을 것이다.
제안 방법
포트리스를 소재로 한 스크래치 활용 게임 프로그래밍 학습 내용을 살펴보면 다음 [Table 3]과 같다. 4차시 동안 실험, 비교 집단 공통적으로 삼각비의 정의와 개념을 알아보고 이를 활용하여 삼각비의 값을 구하는 교육과정상의 흐름대로 수업을 진행하였다. 이 후 비교집단은 지난 차시에서 배웠던 삼각비 개념을 활용하여 건물의 높이를 구하는 과정, 실험 집단은 포트리스 게임을 제작하는 과정을 학습하였다.
2)와 같다. 게임의 방법은 여러 대의 탱크 중에서 자신이 사용하는 탱크를 골라서 게임을 시작하여, 순번을 두고 차례대로 대포를 발사하는데, 자신의 차례가 오면 20초의 제한 시간 안에 행동하고, 상대의 탱크 에너지를 소진시키거나 땅 아래로 떨어뜨리면 승리한다. 바람의 세기와 목표지점까지의 거리에 따라 발사각도와 힘을 잘 조절해야 하는데 조작법이나 규칙이 간단해서 전 연령층 모두에게 인기가 있었다.
또한 수학교과 ‘태도 및 실천’을 독립적인 교과 역량으로 추가하였다.
실험 처치 후, 두 집단 간의 수학교과 흥미와 가치인식 수준에 대한 사후 검사를 실시하였다. 이는 이 연구의 가설의 검증하기 위한 것으로 사후 검사 결과는 [Table 6]과 같다.
연구에서는 이질 집단 사전․사후 집단 연구를 수행하였으며, 실험설계는 (Fig. 10)과 같다.
이 연구에서 개발한 교육 프로그램은 2013년 개정 중학교 3학년 수학과 교육과정 중 기하영역 중 ‘삼각비’ 단원에 해당되는 개념을 활용한 교육 프로그램을 개발하였다.
이 연구에서는 교육과정에는 포함되어 있지는 않지만 atan개념을 포함하여 진행하였다. atan은 역삼각함수 중 하나로 tan를 분모로 내린 역함수를 의미하며, 이 연구에서 학생들이 제작할 포트리스 게임 중 미사일의 포물선 운동을 구현하기 위하여 활용되었다.
이 연구에서는 실험․비교 집단으로 구성하였으므로 먼저 두 집단에 대해 사전 검사를 실시하여 동질 집단 여부를 살펴보았다. 수학교과 흥미와 가치인식 수준 사전 검사 결과는 [Table 5]와 같다.
이 검사지는 흥미, 자신감, 가치인식, 자기조절력, 수학불안 5가지 요인 총 41개의 문항으로 구성되어 있다. 이 연구에서는 종속변인에 해당하는 가치인식 8문항, 흥미 10문항 총 18문항으로 구성하였으며 그 문항의 내용은 다음 [Table 4]와 같다.
4차시 동안 실험, 비교 집단 공통적으로 삼각비의 정의와 개념을 알아보고 이를 활용하여 삼각비의 값을 구하는 교육과정상의 흐름대로 수업을 진행하였다. 이 후 비교집단은 지난 차시에서 배웠던 삼각비 개념을 활용하여 건물의 높이를 구하는 과정, 실험 집단은 포트리스 게임을 제작하는 과정을 학습하였다.
스크래치는 직관적인 인터페이스와 다양한 멀티미디어 요소를 삽입이 가능하여, 다른 교육용 프로그래밍 언어와 비교하여 게임을 손쉽게 제작할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 특히 이 연구에서는 포트리스 게임을 제작하는 과정에서 스크래치를 교육용 프로그래밍 언어로 활용하였다.
한편 사후 점수의 결과가 사전 점수에 영향으로 인한 것인지에 대한 추가 검증이 필요하여 각 종속 변인별 사전 점수를 공변인으로 공변량 분석을 추가로 실시하였으며, 그 결과는 [Table 7], [Table 8], [Table9]와 같다. [Table 7]은 각 변인별 사전 점수를 고려하여 조정된 사후 점수를 제시한 것이며, [Table 8], [Table 9]는 각 변인별 사전 점수를 공변인으로 하여 공변량 분석한 결과이다.
대상 데이터
포트리스 게임은 우리나라에서 개발한 온라인 게임이다. 게임의 대표 캐릭터는 탱크이며, 인터페이스는 (Fig. 2)와 같다. 게임의 방법은 여러 대의 탱크 중에서 자신이 사용하는 탱크를 골라서 게임을 시작하여, 순번을 두고 차례대로 대포를 발사하는데, 자신의 차례가 오면 20초의 제한 시간 안에 행동하고, 상대의 탱크 에너지를 소진시키거나 땅 아래로 떨어뜨리면 승리한다.
연구의 대상은 충청남도 ○○지역 중학교 3학년 학생 56명이다. 실험 집단은 남 14명 여 13명으로 구성되어 있으며, 비교 집단은 남 16명 여 13명으로 구성되어 있다. 해당 중학교는 SW교육 관련 연구학교 2년차를 운영하고 있기 때문에 스크래치 사전교육은 필요하지 않았다.
연구의 대상은 충청남도 ○○지역 중학교 3학년 학생 56명이다. 실험 집단은 남 14명 여 13명으로 구성되어 있으며, 비교 집단은 남 16명 여 13명으로 구성되어 있다.
이론/모형
수학에 대한 가치 인식 및 흥미에 대한 검사는 한국교육과정평가원(2010)에서 개발한 검사지[8]를 활용하였다. 이 검사지는 흥미, 자신감, 가치인식, 자기조절력, 수학불안 5가지 요인 총 41개의 문항으로 구성되어 있다.
성능/효과
들째, 수학교과 가치인식 수준에 있어서는 t검증 결과와 사전 가치인식 수준을 공변인으로 공변량 분석하였을 때 동일하게 실험 집단이 비교 집단에 비해 유의미한 향상을 보였다. 이는 학생들이 스크래치를 활용해 게임 제작을 실제로 체험해봄으로써 추상적인 수학적 개념이 어떻게 실생활에서 쓰이는지 확인해보는 과정을 통해 수학교과의 유용성 영역인 가치인식 수준이 함양됨을 알려주는 것이다.
이는 이 연구의 가설의 검증하기 위한 것으로 사후 검사 결과는 [Table 6]과 같다. 사후 검사 결과, 수학교과 흥미 수준에서 실험 집단의 평균 30.11점으로 비교집단 평균 25.03점보다 높게 나타났다. 마찬가지로 수학교과 가치 인식 수준에서도 실험 집단의 평균 44.
이 중 8, 9번 문항은 부정문으로 역코딩 하였으며, 검사지의 신뢰도 검증 결과는 흥미 요인 0.892, 가치인식요인은 0.879로 높은 신뢰도를 보였다.
이를 t검증한 결과 수학교과 흥미, 가치인식 수준 모두 통계적으로 유의미한 향상(p<.05)이 있었음을 확인하였다.
첫째, 수학교과 흥미에 있어서 t검증 결과 수학교과 흥미와 실험 집단이 비교 집단에 비해 유의미하게 향상됨을 확인할 수 있었다. 그러나 수학교과 흥미 사전점수 결과를 공변인으로 하여 사후점수를 공변량 분석하였을 때 유의마한 차이를 보이지 않았다.
후속연구
따라서 독립변수인 스크래치를 활용한 게임 프로그래밍 학습 이외의 게임에 대한 흥미 등 다른 요인을 통제하기 위해 실험 집단 교육 활동에서 게임을 하는 것은 배제하고, 게임을 직접 제작하는 과정에 초점을 두었다. 그러나 이러한 고려가 외부요인을 모두 통제하였다고 할 수 없으므로, 게임에 대한 흥미 요인이 직․간접적으로 이 연구의 종속변수에 영향을 주는지에 대한 후속 연구가 필요하리라 사료된다.
따라서 이 연구를 통해 설계된 교수․학습은 우리나라 학생의 수학교과 가치인식 수준을 신장시킬 수 있는 하나의 방법이 될 수 있을 것으로 판단된다.
첫째, 이 연구에서 적용한 교육과정 영역은 기하영역 중 “삼각비” 단원으로 한정하였다. 향후 스크래치와 연동되는 센서보드를 함께 활용하여 수학과 다양한 영역으로 확장할 필요가 있다.
둘째, 이 연구에서는 게임 프로그래밍 학습의 효과를 측정하기 위해 학습모형 등의 다양한 요인들의 영향을 최소화하고자 하였다. 후속 연구에서는 게임 프로그래밍 학습에 적합한 학습 모형을 적용할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
포트리스 게임은 어떤 방식으로 이루어지는가?
2)와 같다. 게임의 방법은 여러 대의 탱크 중에서 자신이 사용하는 탱크를 골라서 게임을 시작하여, 순번을 두고 차례대로 대포를 발사하는데, 자신의 차례가 오면 20초의 제한 시간 안에 행동하고, 상대의 탱크 에너지를 소진시키거나 땅 아래로 떨어뜨리면 승리한다. 바람의 세기와 목표지점까지의 거리에 따라 발사각도와 힘을 잘 조절해야 하는데 조작법이나 규칙이 간단해서 전 연령층 모두에게 인기가 있었다.
미국 MIT 미디어랩에서 개발한 스크래치의 장점은 무엇인가?
한편 미국 MIT 미디어랩에서 개발한 스크래치는 한글화가 되어 있어 초등학교 학생들도 사용할 수 있으며, 학생들이 좋아하는 애니메이션, 스토리, 게임 등을 손쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있다[6][12]. 2007년부터 국내에서도 스크래치의 교육적 효과에 대한 연구가 지속적으로 수행되고 있다.
스크래치의 교육적 효과에는 무엇이 보고되고 있는가?
2007년부터 국내에서도 스크래치의 교육적 효과에 대한 연구가 지속적으로 수행되고 있다. 기존 연구에 의하면 스크래치는 초중등 프로그래밍 교육, Computational Thinking 능력, 창의력 등 고등사고력 향상에 도움이 되는 것[16][19]으로 보고되고 있다. 또한 최근에는 과학, 기술, 공학, 예술, 수학의 통합적 접근 STEAM교육의 도구로도 활용되고 있다[11][20].
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