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문제 정의
- 본 연구에서는 KAIE에서 개발한 정보과 교육과정표준모델의 소프트웨어 영역 중 알고리즘과 프로그래밍영역을 중심으로 학년의 구분없이 학생들의 학습수준에 맞게 교사들이 학교현장에 활용할 수 있는 교육과정을 개발할 수 있도록 체계적인 프레임워크로 제시하고자 하였다. 이를 위해 전국의 교육대학교 컴퓨터교육과 교수들 16명을 대상으로 한 델파이조사 결과를 기반으로 재구성하여 영역별 핵심개념, 성취기준 및 성취기준에 대한 요약설명으로 제시하였다.
- 이에 알고리즘과 프로그래밍 영역에서 컴퓨팅 사고력과 관련된 대표적인 구성 요소를 각각의 성취기준에 제시하여 학교현장에서 교육과정 개발 및 적용에 손쉽게 참고할 수 있도록 제시하였다.
제안 방법
- 넷째, 자동화(Au: Automation)는 문제를 해결하기 위해 추상화하여 만들어진 알고리즘을 실제 프로그램으로 작성해보고 오류를 개선하는 과정 속에서 문제를 해결하는 방법을 확인한다.
- 둘째, [Table 4]와 같이 성취기준요소별 적용시기를 고려한 최종 단계는 알고리즘 영역에서 설정한 기준과같이 대학교에 표시된 부분은 제외하고 5단계로 설정하고 전문가 의견수렴결과를 기준으로 필요시 특정 성취기준요소는 가장 많이 선택한 단계를 기준으로 인접한한 단계 전후로 재구성하여 음영으로 표시하여 제시하였다.
- 둘째, 내용체계는 각각의 하위영역별로 개념이해 부분은 핵심개념과 성취기준으로 구성하고 학습활동 부분은 교수학습방법과 평가방법으로 구성한다.
- 둘째, 영역별 성취기준에 대한 체계적인 위계성 구성을 위해 전문가 조사결과를 기반으로 재구성한 5단계의 구조로 제시하였다.
- 둘째, 프레임워크는 영역별로 전문가의 검토결과를 반영하고 최종적으로 학년구분 없이 적용할 수 있는 5단계의 성취기준 체계로 구성하였고 세부 성취기준 요소들은 대표적인 컴퓨팅사고의 하위요소와 연계하였다. 세부적으로 개념이해 부분에서 알고리즘 영역은 6개의 핵심개념과 18개의 성취기준요소 구성되어 있으며 프로그래밍 영역은 7개의 핵심개념과 21개의 성취기준요소로 구성되었다.
- 또한 교육과정의 구성 체계를 위해 2016년 미국K12cs.org에서 제시하고 있는 컴퓨터과학교육에 대한 개념적 가이드라인을 살펴보면 기존 2011년 CSTA에서제시하였던 5가지 영역(CT: Computational Thinking,CL: Collaboration, CPP: Computing Practice and Programming, CD: Computer and Communication Devices, CI: Community, Global, and Ethical Impacts)에서 크게 5가지 개념과 7가지 활동 중심으로 재구조화한 프레임워크를 바탕으로 4가지 학년 군별(K-2, 5, 8,12)로 적용할 수 있는 성취수준으로 수정, 보완하였다. 또한 제시되고 있는 프레임워크를 활용하여 학교현장에서 이를 기반으로 다양한 교육과정을 설계하고 개발할 수 있도록 하였다[18].
- 알고리즘 및 프로그래밍 영역별 성취기준 검토과정을 거쳐서 재구성한 내용을 기반으로 KAIE 소프트웨어 교육과정 표준모델을 위한 최종 프레임워크를 (Fig. 3)과같이 개발하였다.
- 연구에서 제시하는 핵심개념과 성취기준 요소들에 대한 검토방법은 응답한 참여자에 대한 타당도 비율(CVR)과 합의도 계산방법을 적용하여 영역별 성취수준에 대한 내용의 중요도와 적용시기에 대해서 분석하였다[6][16]
- 영역별 내용체계 구성을 위해 기존의 국내외 교육과정을 분석하여 알고리즘과 프로그래밍 교육에 대한 주요 개념들을 추출하였다.
- 2016년 전국 교육대학교 컴퓨터교육과 교수들을 대상으로 델파이 조사를 실시하여 알고리즘과 프로그래밍영역에 대한 개념요소와 교육시기의 적절성을 분석하여 내용에 대한 타당성을 확보하였다[16]. 이를 기반으로 본 연구에서는 2차 검증에 참여한 전국교대 16명의 교수들을 대상으로 의견검토과정을 거쳐 각 영역별 성취기준에 대한 단계별 수정 및 재조정을 거쳐 최종적인프레임워크를 개발하였다.
- 본 연구에서는 KAIE에서 개발한 정보과 교육과정표준모델의 소프트웨어 영역 중 알고리즘과 프로그래밍영역을 중심으로 학년의 구분없이 학생들의 학습수준에 맞게 교사들이 학교현장에 활용할 수 있는 교육과정을 개발할 수 있도록 체계적인 프레임워크로 제시하고자 하였다. 이를 위해 전국의 교육대학교 컴퓨터교육과 교수들 16명을 대상으로 한 델파이조사 결과를 기반으로 재구성하여 영역별 핵심개념, 성취기준 및 성취기준에 대한 요약설명으로 제시하였다.
- 첫째, 알고리즘 영역에서는 크게 6개의 하위 영역으로 구성하였으며 세부적인 내용은 다음과 같다. 일의 순서와 표현 및 알고리즘과 프로그램과의 관계를 다루고 있는 알고리즘 개념 영역, 문제해결과정에 대한 표현과 패턴 및 순서도 표현과 알고리즘 분해를 다루고 있는 알고리즘 표현 영역, 다양한 알고리즘의 구조를 순서도로 표현해 보는 알고리즘 구조 영역, 알고리즘의 작동 결과를 예측하고 오류 수정 및 개선과정을 담고 있는 알고리즘 결과 영역, 탐색과 정렬 및 알고리즘을 협력해서 작성해 보는 알고리즘 실제 영역, 알고리즘의 장단점을 비교하고 성능에 대한 평가를 통해 최적 알고리즘을 선택하여 적용해 보는 알고리즘 평가로 구분하였다.
- ) 표시는 교육과정에서 다루고 있는 초, 중, 고등학교 수준 5단계만 고려하였다. 전문가 의견수렴결과(단위: %)를 바탕으로 전체 단계균형을 고려하여 필요시 특정한 성취기준 요소의 경우 [Table 2]에서 음영 처리한 부분처럼 가장 많이 선택된 단계와 인접한 한 단계 전후로 재구성하여 제시하였다.
- 첫째, 연구에서 제시하고 있는 각 영역별 프레임워크내 개념, 성취기준을 기준으로 학교현장의 교육과정 뿐만 아니라 다양한 형태의 소프트웨어교육활동에서도 교사들이 학습자들의 수준에 맞게 재구성하여 활용할 수 있도록 개념들을 위계화하고 단계적으로 제시한다.
- 둘째, 프로그래밍 영역에서는 크게 7개의 하위 영역으로 구성하였으며 세부적인 내용은 다음과 같다. 프로그램의 의미를 이해하고 언어의 필요성과 종류에 대해 알아보는 프로그램의 개념 영역, 간단한 알고리즘과 연산자 및 텍스트 프로그래밍 언어로 작성하는 프로그램의 작성 영역, 다양한 형태의 조건과 반복 구조가 포함되는 제어구조 영역, 변수와 배열에 대한 이해와 프로그램 작성을 다루는 자료형 영역, 함수와 입출력 및 라이브러리를 활용하는 프로그램 작성하는 함수와 라이브러리 영역, 정렬과 탐색 프로그램 작성 및 오류수정을 통한 프로그램 성능 평가 과정을 포함하는 프로그램의 평가 영역, 실제 프로젝트 수행을 위한 문서작성과 협력해서 개발하는 방법 및 개발환경 구성과 디버깅에 대해서 다루고 있는 프로그램의 실제 영역으로 구성하였다.
성능/효과
- 넷째, 2015 개정교육과정 알고리즘과 프로그래밍 영역의 내용과 성취수준을 고려할 때 주당 1시간 이상해야 하는 미국, 영국, 독일 교육과정에 비해 우리나라는 17시간으로 너무 적은 시수로 운영해야하는 부담이 있다[1][12].
- 첫째, 프레임워크 개발을 위한 성취기준과 내용체계에 대한 델파이 조사 결과 대부분 중요성과 합의도에서 타당하다고 나타났다. 다만 알고리즘 표현, 알고리즘 평가, 프로그래밍 개념, 제어구조, 프로그램 실제 핵심개념과 관련된 성취기준 요소들은 일부 적용시기에 대해 다소 낮은 합의도를 보였다.
- 둘째, 프로그래밍 교육내용에 대한 학습도입 시기 면에서 살펴보면 영국은 초등학교 3학년, 미국은 초등학교 1학년부터 시작하고 있는 반면 우리나라의 경우 초등학교 5~6학년부터 도입되고 있어 SW교육의 중요성에 비해서 상대적으로 너무 늦은 면이 있다[16].
- 성취수준별 내용의 중요도는 1점(전혀 적절하지 않다)~5점(매우 적절하다)까지의 5단계 리커트 척도로 평가하고 참여자가 16명이므로 CVR 값이 0.42 이상인 값을 타당한 것으로 분석하였다. 성취수준별 적용 시기는 초1~2, 초3~4, 초5~6학년, 중학교, 고등학교, 대학교의 6단계로 적용시기를 선택하도록 하였으며 성취수준에 대한 시기적인 적절성은 합의도 0.
- 셋째, 문제해결을 위한 컴퓨팅 사고력 향상을 위해서 컴퓨팅사고력 영역의 하위요소를 개념이해 부분의 핵심개념 요소들과 연계하여 학습할 수 있도록 제시한다.
- 첫째, 교육내용의 중요도는 [Table 1]과 같이 영역별 내용의 중요성은 평균 4.50, 전체적인 평균 합의도는 0.78로 나타났다.
- 첫째, 교육내용의 중요도는 [Table 3]과 같이 영역별 내용의 중요성은 평균 4.47, 전체적인 평균 합의도는 0.77로 나타났다. 다만, 프로그램 개념, 제어구조, 프로그램 실제에서는 합의도가 다소 낮게 나타났다.
- 첫째, 프레임워크 개발을 위한 성취기준과 내용체계에 대한 델파이 조사 결과 대부분 중요성과 합의도에서 타당하다고 나타났다. 다만 알고리즘 표현, 알고리즘 평가, 프로그래밍 개념, 제어구조, 프로그램 실제 핵심개념과 관련된 성취기준 요소들은 일부 적용시기에 대해 다소 낮은 합의도를 보였다.
후속연구
- 본 연구에서 개발한 KAIE 소프트웨어 표준모델을 기반의 알고리즘과 프로그래밍 영역에 대한 프레임워크를 통해 학교현장 뿐만 아니라 다양한 소프트웨어 교육 활동에서 학년 구분 없이 학습자의 수준에 맞는 SW교육과정을 재구성하여 활용할 수 있을 것이다. 향후 개발한 프레임워크의 일반화를 위해 제시하고 있는 성취기준에 따른 교수학습방법과 평가방법을 개발하여 실제 현장에서 활용 할 수 있는 교수학습모델에 대한 연구가 필요하다.
- 본 연구에서 개발한 KAIE 소프트웨어 표준모델을 기반의 알고리즘과 프로그래밍 영역에 대한 프레임워크를 통해 학교현장 뿐만 아니라 다양한 소프트웨어 교육 활동에서 학년 구분 없이 학습자의 수준에 맞는 SW교육과정을 재구성하여 활용할 수 있을 것이다. 향후 개발한 프레임워크의 일반화를 위해 제시하고 있는 성취기준에 따른 교수학습방법과 평가방법을 개발하여 실제 현장에서 활용 할 수 있는 교수학습모델에 대한 연구가 필요하다.
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