소프트웨어 교육에서 비버챌린지를 활용한 교수·학습 및 평가 방법 탐색 An Exploratory Study on Teaching & Learning and Evaluation Methods using Beaver Challenge in Software Education원문보기
2015 개정 교육과정에서는 컴퓨팅 사고력 함양을 위해 소프트웨어(SW) 교육을 강화하였고, 초등 실과 교과 및 중등 정보 교과 교육과정을 통해 소프트웨어 교육의 성격 및 내용체계 등을 체계적으로 제시하였다. 그러나 소프트웨어 교육의 교수 학습 및 평가 방법에 관해서는 유의점과 방향성만을 제시하고 있어 실제적 교육 방법 및 사례에 관한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 최근 국내외에서 SW교육 분야의 새로운 교수 학습 및 평가 모델로서 주목받고 있는 비버챌린지 2017 문제와 2015 개정 교육과정 상의 소프트웨어 교육 관련 성취기준의 연계 가능성을 분석하고, 이를 바탕으로 소프트웨어 교육을 위한 비버챌린지 활용 교수 학습 및 평가 방법을 탐색하고자 하였다. 본 연구의 결과가 소프트웨어 교육에서 교수 학습 및 평가 연구를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이라고 기대한다.
2015 개정 교육과정에서는 컴퓨팅 사고력 함양을 위해 소프트웨어(SW) 교육을 강화하였고, 초등 실과 교과 및 중등 정보 교과 교육과정을 통해 소프트웨어 교육의 성격 및 내용체계 등을 체계적으로 제시하였다. 그러나 소프트웨어 교육의 교수 학습 및 평가 방법에 관해서는 유의점과 방향성만을 제시하고 있어 실제적 교육 방법 및 사례에 관한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 최근 국내외에서 SW교육 분야의 새로운 교수 학습 및 평가 모델로서 주목받고 있는 비버챌린지 2017 문제와 2015 개정 교육과정 상의 소프트웨어 교육 관련 성취기준의 연계 가능성을 분석하고, 이를 바탕으로 소프트웨어 교육을 위한 비버챌린지 활용 교수 학습 및 평가 방법을 탐색하고자 하였다. 본 연구의 결과가 소프트웨어 교육에서 교수 학습 및 평가 연구를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이라고 기대한다.
In the 2015 revised curriculum, software (SW) education was strengthened to cultivate computational thinking. In the curriculum of practical course at elementary school and of informatics course at secondary school, the characteristics, and content systems of SW education have developed systematical...
In the 2015 revised curriculum, software (SW) education was strengthened to cultivate computational thinking. In the curriculum of practical course at elementary school and of informatics course at secondary school, the characteristics, and content systems of SW education have developed systematically. However, it is necessary to study practical methods and cases for SW education because the curriculums provide only note and direction about teaching & learning, and evaluation methods for SW education. The purpose of this study is to analyze the achievement standards of the SW curriculum in the tasks of Bebras Challenge 2017 and to suggest various methods of teaching and learning, and of evaluation using the Bebras tasks. The results of this study are expected to propose a basis to develop various teaching and learning and evaluation researches.
In the 2015 revised curriculum, software (SW) education was strengthened to cultivate computational thinking. In the curriculum of practical course at elementary school and of informatics course at secondary school, the characteristics, and content systems of SW education have developed systematically. However, it is necessary to study practical methods and cases for SW education because the curriculums provide only note and direction about teaching & learning, and evaluation methods for SW education. The purpose of this study is to analyze the achievement standards of the SW curriculum in the tasks of Bebras Challenge 2017 and to suggest various methods of teaching and learning, and of evaluation using the Bebras tasks. The results of this study are expected to propose a basis to develop various teaching and learning and evaluation researches.
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문제 정의
그러나 적지 않은 연구자들이 비버챌린지를 컴퓨팅 사고력 측정도구로 활용할 때 기본적인 문제 분석이나 채점 기준 등에 관한 고려 없이 활용하는 경우를 많이 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 비버챌린지를 컴퓨팅 사고력 측정도 구로 활용할 경우 유의해야 할 사항을 다음과 같이 제시하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 최근 국내외에서 SW교육 분야의 새로운 교수·학습 및 평가 모델로서 주목받고 있는 비버챌린지의 문제(tasks)를 2015 개정 교육과정 상의 소프트웨어 교육 관련 성취기 준을 바탕으로 분석하고, 소프트웨어 교육을 위한 비버챌린지 활용 교수·학습 및 평가 방법을 탐색 하고자 한다.
이러한 분석 결과를 토대로 문제 중심 학습, 프로젝트 학습 기반의 비버챌린지 활용 소프트웨어 교수·학습 방법 및 진단평가, 형성평가, 총괄평가에 적용할 수 있는 방법과 사례를 제안하였다. 또한 총괄평가(컴퓨팅 사고력 측정도구)로 비버챌린지가 활용되는 경우의 유의 사항을 안내하여 현장 교사 및 연구자들이 이를 활용하는데 도움을 주고자 하였다.
본 연구에서 실시한 내용분석은 비버챌린지 문제와 관련된 소프트웨어 성취기준이 무엇인지 알아보기 위한 것이다. 따라서 <표 7>과 같은 내용 분석틀을 바탕으로 비버챌린지 문제에 대한 내용 분석을 실시하였다.
본 연구에서 실시한 전문가 검토는 연구진에 의해 도출된 내용분석 결과를 보완하고 타당도와 신뢰도를 제고하기 위한 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 델파이 기법을 활용하여 2회의 설문을 진행하였다.
본 연구에서는 2차 델파이 설문 결과의 타당도와 신뢰도 제고를 위한 외부 전문가 협의를 실시하였다. 외부 전문가 집단은 앞서 언급한 경력 중 3가지 이상을 충족하는 정보과학 및 컴퓨터교육 분야의 교수 5명, 교사 5명으로 구성하였다.
본 연구에서는 최근 국내외에서 SW교육 분야의 새로운 교수·학습 및 평가 모델로서 주목받고 있는 비버챌린지의 문제(tasks)를 2015 개정 교육 과정 상의 소프트웨어 성취기준을 기준으로 분석하고, 이를 학교 현장의 소프트웨어 교수·학습 및 평가에 실제적으로 적용할 수 있는 방법을 제안하고자 하였다.
본 연구의 목적은 소프트웨어 교육을 위한 비버챌린지 활용 교수·학습 및 평가 방법을 탐색하는데 있다.
가설 설정
둘째, 본 연구에서 제시한 평가방법인 진단평가, 형성평가, 총괄평가에서 비버챌린지를 활용하는 방법과 전략은 전통적인 평가의 관점에서도 나름의 의미를 가질 것이다. 그러나 2015 개정 교육과정이 학생참여형 수업과 과정중심 평가를 강조하고 있고, 정웅열 외(2017)의 연구에서도 비버 챌린지 문제를 활용하여 수업 일체형 평가의 가능성이 언급된 점에 주목하여, 비버챌린지를 활용한 문제 중심 학습 또는 프로젝트 기반 학습의 과정 중에 관찰평가, 자기평가, 동료평가 등을 바탕으로 교육 평가가 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.
제안 방법
델파이 설문은 각 성취기준별 내용분석 결과의 타당도(연계 가능성)에 대한 전문가 의견을 리커트 5점 척도(5점: 매우 타당함, 4점: 타당함, 3점: 보통, 2점: 타당하지 않음, 1점: 전혀 타당하지 않음)를 활용하여 수집하는 형태로 진행되었다. 단, 1차적으로 연구진에 의해 내용분석이 진행된 바, 정성 평가를 중심으로 설문을 진행하였다. 또한, 연계 가능성이 낮다고 판단하는 문제 및 연계 가능성이 높음에도 불구하고 누락되었다고 판단하는 문제에 대한 의견도 수집하였다.
델파이 설문은 각 성취기준별 내용분석 결과의 타당도(연계 가능성)에 대한 전문가 의견을 리커트 5점 척도(5점: 매우 타당함, 4점: 타당함, 3점: 보통, 2점: 타당하지 않음, 1점: 전혀 타당하지 않음)를 활용하여 수집하는 형태로 진행되었다. 단, 1차적으로 연구진에 의해 내용분석이 진행된 바, 정성 평가를 중심으로 설문을 진행하였다.
두 번째 제안하는 비버챌린지 활용 소프트웨어 교수·학습 방법은 프로젝트 기반 학습(Project Based Learning)을 바탕으로 하는 방법이다.
둘째, 외부 전문가에 의한 델파이 설문을 통해 분석 결과를 보완하고, 타당도와 신뢰도를 확보한다.
따라서 과 같은 내용 분석틀을 바탕으로 비버챌린지 문제에 대한 내용 분석을 실시하였다.
1차 검토 결과, 타당도의 평균 점수가 4점(타당함) 미만인 문제는 연계 가능한 문제에서 삭제하였다. 따라서 타당도가 4점 이상인 문제의 통계 결과 및 전문가 집단이 추가적으로 제안한 문제를 대상으로 2차 설문을 진행하였다. 2차 검토 결과에서도 연계 가능성이 4점 미만인 문제는 삭제함으로써 <표 12>~<표 15>와 같은 결과를 얻었다.
즉, 학교급별 그룹Ⅱ(초3~4), 그룹Ⅲ(초5~6)의 문제를 대상으로 초등학교 실과 교육과정 성취기준의 내용분석을 실시하였다. 또한, 그룹Ⅳ(중1), 그룹Ⅴ(중2~3)의 문제에 대해서는 중학교 정보 교과의 성취기준을 분석하였고, 그룹Ⅵ(고등학생)의 문제를 대상으로 고등학교 정보, 정보과학 과목의 성취기준을 분석하였다.
단, 1차적으로 연구진에 의해 내용분석이 진행된 바, 정성 평가를 중심으로 설문을 진행하였다. 또한, 연계 가능성이 낮다고 판단하는 문제 및 연계 가능성이 높음에도 불구하고 누락되었다고 판단하는 문제에 대한 의견도 수집하였다.
이때, 비버챌린지 문제가 연령 그룹에 따라 대체로 상이하다는 점을 고려하여, 성취기준의 분석 대상을 설정하였다. 즉, 학교급별 그룹Ⅱ(초3~4), 그룹Ⅲ(초5~6)의 문제를 대상으로 초등학교 실과 교육과정 성취기준의 내용분석을 실시하였다.
이러한 분석 결과를 토대로 문제 중심 학습, 프로젝트 학습 기반의 비버챌린지 활용 소프트웨어 교수·학습 방법 및 진단평가, 형성평가, 총괄평가에 적용할 수 있는 방법과 사례를 제안하였다.
이를 위해 문헌연구 및 내용분석 연구의 결과를 바탕으로 소프트웨어 교육에 적합한 교수·학습 방법 및 평가 방법을 탐색하였다.
이때, 비버챌린지 문제가 연령 그룹에 따라 대체로 상이하다는 점을 고려하여, 성취기준의 분석 대상을 설정하였다. 즉, 학교급별 그룹Ⅱ(초3~4), 그룹Ⅲ(초5~6)의 문제를 대상으로 초등학교 실과 교육과정 성취기준의 내용분석을 실시하였다. 또한, 그룹Ⅳ(중1), 그룹Ⅴ(중2~3)의 문제에 대해서는 중학교 정보 교과의 성취기준을 분석하였고, 그룹Ⅵ(고등학생)의 문제를 대상으로 고등학교 정보, 정보과학 과목의 성취기준을 분석하였다.
첫 번째 제안하는 비버챌린지 활용 소프트웨어 교수‧학습 방법은 문제 중심 학습(Problem Based Learning)을 바탕으로 하는 것이다.
첫째, 비버챌린지 문제에 나타난 2015 개정 소프트웨어 교육과정 성취기준 내용을 분석한다.
Piaget)로부터 시작된 구성주의(Constructivism) 는 상대주의적 인식론에 근거하는 교육철학으로 객관적 지식을 전달하기 위한 행위로서의 교육을 부정하고, 학습자 스스로 지식을 구성하도록 돕기 위해 실생활을 바탕으로 하는 상황적·맥락적 학습 경험 및 환경을 제공할 것을 강조한다. 특히, 내면화, 주제화를 통한 반사 과정 및 동화, 조절을 통한 반성 과정을 통한 반영적 추상화(Reflective Abstraction)를 바탕으로 지식의 구성 과정을 설명하였다. 따라서 구성주의(Constructivism) 관점에서의 학습은 개인의 경험과 흥미에 따라 달라질 수 있으며, 평가는 지식을 암기하였는지가 아니라 과정을 수행할 수 있는 능력을 갖추었는지에 초점을 두어야 한다[27][28].
대상 데이터
델파이 설문에 참여한 전문가는 총 12명(초등학교 3명, 중학교 3명, 고등학교(정보) 3명, 고등학교(정보과학) 3명)이다. 전문가들은 모두 소프트웨어 교육 경력 4년 이상의 현직 교사로서 소프트웨어 교육 및 비버챌린지와 관련한 교재 개발, 교과서 집필, 교육 연구 및 교사 연수 강사 이력 중 2가지 이상의 경력을 가진 교사를 대상으로 전문가 집단을 구성하였다.
본 연구는 소프트웨어 교육을 위한 비버챌린지 활용 교수·학습 및 평가 방법을 탐색하기 위한 연구로 비버챌린지 2017 도전하기 문제(이하 비버챌린지 문제)를 주요 연구 대상으로 설정하였다.
또한 본 이원목적분류표에서 행동영역은 블룸의 교육목표 분류법(taxonomy of educational objectives)중 4~6단계를 반영하였는데[38][39], 이는 비버챌린지의 특성상 지식, 이해, 적용 수준보다 상위 수준의 정신기능을 활용하게 되기 때문이다. 본 평가의 대상은 중학교 정보 교과(문제해결과 프로그래밍 영역)를 배우는 학생이며, 평가 목적은 학생들의 알고리즘과 프로그래밍(ALP) 역량을 측정하기 위함이다.
본 연구에서는 2차 델파이 설문 결과의 타당도와 신뢰도 제고를 위한 외부 전문가 협의를 실시하였다. 외부 전문가 집단은 앞서 언급한 경력 중 3가지 이상을 충족하는 정보과학 및 컴퓨터교육 분야의 교수 5명, 교사 5명으로 구성하였다. 전문가 협의 결과, 새롭게 추가되거나 삭제된 문항은 없었다.
이론/모형
<표 8>은 초등학교 실과 교과의 성취기준을 분석한 결과이며, <표 9>는 중학교 정보 교과, <표 10>과 <표 11>은 각각 고등학교 정보 및 정보과학 과목의 성취기준에 대해 내용분석을 실시한 결과이다. 본 연구에서는 학교급별 분석에 따른 일관성을 확보하고, 분석 결과의 타당도를 높이고자 삼각검증(triangulation) 방법을 활용하였다[37].
본 연구에서 실시한 전문가 검토는 연구진에 의해 도출된 내용분석 결과를 보완하고 타당도와 신뢰도를 제고하기 위한 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 델파이 기법을 활용하여 2회의 설문을 진행하였다. 전문가들의 전문성을 바탕으로 하는 숙의 및 이들 간의 합의된 의견을 도출하는 과정이 필요하다고 판단하였기 때문이다.
성능/효과
1차 검토 결과, 타당도의 평균 점수가 4점(타당함) 미만인 문제는 연계 가능한 문제에서 삭제하였다. 따라서 타당도가 4점 이상인 문제의 통계 결과 및 전문가 집단이 추가적으로 제안한 문제를 대상으로 2차 설문을 진행하였다.
교육과정 성취기준을 바탕으로 분석한 결과 초등학교는 8개 성취기준에서 7개 성취기준이, 중학교는 17개 성취기준에서 16개 성취기준이, 고등학교는 29개 성취기준에서 15개 성취기준이, 정보과학과는 25개 성취기준 중에서 16개 성취기준이 비버챌린지 2017 문제와 연계가 가능한 것으로 분석되었다.
또한 19개 문항은 2개 이상의 학교급에서 소프트웨어 성취기준과 연계가 가능한 것으로 분석되었다.
또한, 본 연구에 활용한 2015 개정 소프트웨어 교육과정의 성취기준은 이론적 배경으로 제시한 바와 같이 초등학교 실과 교과의 소프트웨어 성취기준 8개(기술시스템 영역 5개 + 기술 활용 영역 3개), 중학교 정보 교과의 성취기준 전체(17 개), 고등학교 정보 및 정보과학 과목의 성취기준 전체(각 29개, 25개)이다.
비버챌린지 문제를 기준으로 분석한 결과 과 같이 비버챌린지 2017 도전하기 40개 문제 전체가 2015 개정 교육과정의 소프트웨어 성취기준과 해당 학교급별로 연계가 가능한 것으로 분석되었다.
셋째, 이론적 배경과 델파이 결과를 바탕으로 학교 현장에 적용 가능한 소프트웨어 교육을 위한 비버챌린지 활용 교수·학습 및 평가 방법을 탐색한다.
연구 결과 비버챌린지 2017 도전하기 문제 전체가 2015 개정 교육과정의 소프트웨어 성취기준과 연계가 가능한 것으로 분석이 되었으며, 성취기준 측면에서도 비버챌린지 문제가 초등학교에서는 7 개, 중학교 정보과에서는 16개, 고등학교 정보과에 서는 15개, 고등학교 정보과학과에서는 16개 성취 기준과 연계가 가능한 것으로 분석되었다.
위 분석결과를 보면 40개 문제 중에서 6개의 문항이 1개의 성취기준과 연계가 가능한 것으로 분석되었으며, 6개 문항이 2~3개의 성취기준과, 28개의 문항이 4개 이상의 성취기준과 연계가 가능한 것으로 분석되었다.
첫째, 본 연구에서 제시한 교수·학습방법의 사례 외에도 비버챌린지 문제 속의 상황을 물리적 상황으로 전환시켜 교수·학습 환경을 구성하거나, 문제 속에 포함된 정보과학 개념과 지식을 언플러그드 컴퓨팅(unplugged Computing) 활동과 연계하도록 하는 등 다양한 형태의 교수·학습 설계가 가능할 수 있다.
후속연구
교육과정 각론은 각 교과 교육과정을 뜻하는 것으로서 교과목의 성격과 목표, 교과 역량, 내용 체계(영역, 핵심 개념, 내용 요소, 기능), 학습 요소, 성취기준, 교수·학습 및 평가의 유의점 등을 기술한 문서이다[8][9][11]. 따라서 본 연구의 목적을 달성하기 위해서는 소프트웨어 교육에 관련한 2015 개정 교육과정 상의 학교급별 성취기준을 분석하는 것이 필요하다.
본 연구가 소프트웨어 교육에서의 다양한 교수· 학습 및 평가 사례 개발의 기초 자료로 활용될 것이라고 기대한다.
연구가 비버챌린지를 활용한 소프트웨어 교육에서의 다양한 교수·학습 및 평가 사례 개발의 기초 자료로 활용될 것이라고 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
4차 산업혁명에서 소프트웨어 기반 지식과 기술은 어떻게 발전할 것으로 예상되는가?
지능정보사회는 사물인터넷, 클라우드, 빅데이 터, 모바일 컴퓨팅을 통해 생성‧수집·축적된 지식과 데이터를 인공지능(AI: Artificial Intelligence) 과 결합한 지능정보기술이 경제‧사회‧삶 모든 분야에 두루 활용됨으로써 새로운 가치를 창출하는 사회를 뜻한다[2]. 따라서 특정 분야의 기술, 지식, 데이터에 의존하여 부가가치를 창출하는 직업들의 가치는 떨어지고, 소프트웨어 기반 지식과 기술, 즉 컴퓨팅을 바탕으로 문제를 발견하고 분석 하여, 창의적이고 효율적인 해법을 구상하고 문제 해결에 적용할 수 있는 창의‧융합형 인재의 가치가 커질 것으로 예상된다[3][4].
비버챌린지는 무엇인가?
비버챌린지(Bebras Challenge)는 정보과학에 대한 학습 동기를 유발하고, 컴퓨팅 사고력을 함양 하기 위한 목적으로 개발된 문제 해결 기반의 평가 모델이자 교육 혁신이다[13]. 지역, 학교, 교사및 학생의 수준, 성별 등에 관계없이 누구나 도전 가능한 문제(tasks)를 바탕으로 하며, 2004년 리투 아니아에서 779명으로 시작되어 2018년 현재 60 여 개국이 참여하는 전 세계 최대 규모의 정보 교육 운동으로 확산되고 있다[13][18].
제4차 산업혁명이 도래되는 사회는 어떤 사회일까?
제4차 산업혁명은 소프트웨어(SW: Software) 기반 지식과 기술의 가치가 증대된 지능정보사회, 또는 소프트웨어 중심 사회로의 진입을 촉진한다 [1]. 지능정보사회는 사물인터넷, 클라우드, 빅데이 터, 모바일 컴퓨팅을 통해 생성‧수집·축적된 지식과 데이터를 인공지능(AI: Artificial Intelligence) 과 결합한 지능정보기술이 경제‧사회‧삶 모든 분야에 두루 활용됨으로써 새로운 가치를 창출하는 사회를 뜻한다[2]. 따라서 특정 분야의 기술, 지식, 데이터에 의존하여 부가가치를 창출하는 직업들의 가치는 떨어지고, 소프트웨어 기반 지식과 기술, 즉 컴퓨팅을 바탕으로 문제를 발견하고 분석 하여, 창의적이고 효율적인 해법을 구상하고 문제 해결에 적용할 수 있는 창의‧융합형 인재의 가치가 커질 것으로 예상된다[3][4].
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