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문제 정의
- 2015 개정 교육과정 중 EPL 프로그래밍 도구를 활용하여 교육하는 내용으로는 초등학교의 절차, 조건, 반복을 체험하고 중등 정보 교육과정에서 추가로 변수와 연산자를 이용하여 자료의 입출력과 처리가 가능한 프로그램을 설계하고 구현하는 것을 목표로 한다.
- 따라서 본 연구에서는 앞으로 블록코딩 기반의 EPL 을 학습하게 될 학생들에게 적용할 수 있는 Python 교육 프로그램을 설계하여 구체적인 콘텐츠를 개발하고자 한다.
- 이후 전문가의 검토를 통해 프로그램의 타당도를 검토하여 프로그램의 내용을 평가하였다. 본 연구는 실제 적용전 교육 프로그램을 구성하고자 하는 데에 목적이 있으므로 실행과 평가 대신 전문가의 검토를 통해 개발 내용에 대한 피드백 과정을 대체하고 그 결과를 토대로 블록 코딩 기반의 EPL 선행 학습자에게 적합한 Python 교육과정을 제시하였다.
제안 방법
- 특징이 있는 부분은 학습의 중간 부분인 객체지향 라이브러리를 이용하는 부분에서는 8차시에 학생들의 다양한 산출물을 통해 학습의 흥미도를 제고할 수 있도록 창의적인 설계와 성취감을 느낄 수 있는 차시로 변형하여 제시하였다. 16차시 분량을 개발하고 제시된 예제들의 프로그래밍 기준 답안과 학습 방향성에 대한 해설을 추가하여 실제 교수활동 시 사용할 수 있는 교사용 교안까지 제시하여 전체 교육 프로그램의 교재 개발을 하였다.
- 1차 전문가 검토를 토대로 총 16차시 분량의 전체 교재를 개발하였다. 개발 교재는 설계 원리에 따라 정해진 교육 과정을 통해 순서대로 개발하였으며, 1차 타당도 부분에서 검증받았더라도 점수가 평균에 비해 낮은 부분에 대하여 수정 및 고안 후 1차에 제시되었던 한 차시 분량 예시의 구성과 디자인을 이용하여 전체 16차시의 교재를 개발하였다.
- 2차 전문가 타당도 검토에서는 전체 학생용 교재와 교사용 교재, PBL 교수학습 모형을 구분하는 세부 프로그래밍 언어 교수학습 전략을 포함하여 기존에 제시했던 개발방향, 교육과정과 함께 타당도 검증을 실시하였다. 2차 타당도 검토에서 새롭게 추가된 내용 중 교육 프로그램의 교재의 단계에 따른 교수학습 방법은 PBL 단계를 따랐으며 그에 따른 교수 전략은 [Table 6]과 같다.
- Python 교육 프로그램 설계를 위해서 교과용 도서 선정 기준을 참고하여 개발방향, 학습 수준, 학습 순서, 학습 단계, 소재 선정, 교수 전략으로 설정하고 각각의 개발 기준을 PBL 학습과 프로그래밍 교육 원리에 따라 선정하였다.
- 설계에서는 분석을 토대로 개발 방향을 설정한 후 교육 프로그램의 과정 및 교수학습 방법을 설계하였다. 개발 과정에서 전체 교재를 개발하도록 하고 구현하였다. 이후 전문가의 검토를 통해 프로그램의 타당도를 검토하여 프로그램의 내용을 평가하였다.
- 이를 위하여 ADDIE 모형에 근거하여 현재의 상태와 문헌 분석을 통해 Python 교육 프로그램을 설계하고 개발하였다. 개발 과정에서는 EPL 학습 방식과 선행연구, 프로그래밍 교재, 프로그래밍 교육 원리를 토대로 PBL 기반의 16차시 분량의 Python 교육 프로그램을 구성하였다. 프로그램의 적절성은 두 차례의 전문가 타당도 검토를 통해 개발 원리에 따른 프로그램의 타당성을 확보하였고 두 차례의 수정을 통해 최종으로 블록코딩 기반 EPL 선행 학습자를 위한 Python 교육 프로그램을 개발하였다.
- 1차 전문가 검토를 토대로 총 16차시 분량의 전체 교재를 개발하였다. 개발 교재는 설계 원리에 따라 정해진 교육 과정을 통해 순서대로 개발하였으며, 1차 타당도 부분에서 검증받았더라도 점수가 평균에 비해 낮은 부분에 대하여 수정 및 고안 후 1차에 제시되었던 한 차시 분량 예시의 구성과 디자인을 이용하여 전체 16차시의 교재를 개발하였다. 순서대로 개발하는 과정에서 교재 내용에서 학습의 계열성을 검증하는 작업을 하였으며, 지식의 확장을 위해 주학습내용이 아닐지라도 비슷한 개념의 문법이나 매개변수와 같은 성질은 참고용으로 제시하였다.
- 개발 방향에 따른 교육과정 설정과 개발한 한차시 분량의 예시 교재를 토대로 1차 내용 타당도 검증을 실시하였다. 검토에 참여한 전문가는 관련 석사 학위 이상을 가지고 있거나 EPL 과정을 현장에서 적용하는 교육자 9명으로 구성하였다.
- 개발 방향은 분석을 통하여 선정한 EPL 기 학습자와 PBL 방식의 교육 프로그램을 혼합하여 설정하였고 다른 분류 및 개발기준의 상위 목표로 설정하였다. 학습 수준은 교육과정 및 외국의 사례와 시대적 요구에 따라 형식적 조작기의 학생을 대상으로 하여 순차, 반복, 조건, 변수 등이 포함된 산출물을 만들어낼 수 있는 대상으로 하였다.
- 2차 전문가 타당도 검토 결과를 통해 2차 수정을 실시하였다. 개방형 문항에서 의견이 나온 5차시의 부분의 제공되는 문제를 수정하고 이에 수반되는 문제 상황을 변형하였으며 9차시의 경우 문제의 개념이 어렵지 않으므로 추가 설명을 제공하여 문제에 대한 이해를 도울 수 있도록 한 후 최종 프로그램을 개발하였다.
- 2차 타당도 검토는 Python 전체 교육 프로그램이 들어가고 각 내용에 대한 검증이 필요하기 때문에 교육학을 전공하고 EPL 및 Python을 교육을 적용해본 사례가 있는 전문가 5인을 선정하여 진행하였다. 검토 과정에서 자세한 정보를 얻기 위해 질문을 세분화하고 리커트 5 점 척도와 개방형 문항을 사용하였고 마찬가지로 CVR 검증을 이용하였다. 결과는 [Table 7]과 같다.
- 기존의 EPL 교재는 인터넷 도서 구입 사이트 중 가장 인기가 높은 인터넷사이트에서 스크래치와 엔트리로 검색(yes24, 2017. 8. 기준)하여 IT모바일 분야에서 인기도 순으로 정렬하여 피지컬 컴퓨팅 분야와 자격증 서적을 제외한 상위 38개 서적의 목차를 확인하여 학습 내용의 순차가 어떠한 방식인지 살펴보았다. 대부분의 경우 문제중심 또는 주제중심 등의 구성주의 학습(13권)이었고 전통적인 프로그래밍 문법 중심의 학습(9권)이 그 뒤를 이었다.
- 소재의 선정은 PBL의 철학에 어울리는 문제를 선정하지만 지나치게 비 구조화된 상황으로 집중력이 떨어지는 문제가 일어나지 않도록 적절한 수준의 문제를 제시하였다. 또한 연습 과정에서도 개발보다 문제해결력에 초점을 맞추어 실제 예시로 다양하게 구현할 수 있는 문제을 이용하였다.
- 문헌 분석과 선행 연구의 프로그래밍 교육 원리에 따라 개발 기준 및 방향을 설정한 후 분석한 책에서 기본적인 과정으로 제시하는 내용을 중심으로 문법을 선정하였다.
- 분석에서는 현재 블록 코딩 기반의 EPL 학습 형태를 살펴보고 Python의 교육 방법을 적용하도록 하였다. 설계에서는 분석을 토대로 개발 방향을 설정한 후 교육 프로그램의 과정 및 교수학습 방법을 설계하였다.
- 분석은 Python 교육의 필요성에 의거하여 기존의 2015 개정 교육과정의 성취기준과 시중의 EPL 교재를 중심으로 진행되었다. 성취기준의 해설과 EPL 교재의 구성을 통해 학습자들이 EPL 프로그래밍 도구를 배울 때 어떤 방식으로 배우는가에 대한 분석을 실시하였다.
- 블록 코딩 기반의 EPL 선행 학습자들을 위한 Python 교육 프로그램을 개발하기 위해 선행 연구를 분석하였다.
- 분석에서는 현재 블록 코딩 기반의 EPL 학습 형태를 살펴보고 Python의 교육 방법을 적용하도록 하였다. 설계에서는 분석을 토대로 개발 방향을 설정한 후 교육 프로그램의 과정 및 교수학습 방법을 설계하였다. 개발 과정에서 전체 교재를 개발하도록 하고 구현하였다.
- 분석은 Python 교육의 필요성에 의거하여 기존의 2015 개정 교육과정의 성취기준과 시중의 EPL 교재를 중심으로 진행되었다. 성취기준의 해설과 EPL 교재의 구성을 통해 학습자들이 EPL 프로그래밍 도구를 배울 때 어떤 방식으로 배우는가에 대한 분석을 실시하였다.
- 개발 교재는 설계 원리에 따라 정해진 교육 과정을 통해 순서대로 개발하였으며, 1차 타당도 부분에서 검증받았더라도 점수가 평균에 비해 낮은 부분에 대하여 수정 및 고안 후 1차에 제시되었던 한 차시 분량 예시의 구성과 디자인을 이용하여 전체 16차시의 교재를 개발하였다. 순서대로 개발하는 과정에서 교재 내용에서 학습의 계열성을 검증하는 작업을 하였으며, 지식의 확장을 위해 주학습내용이 아닐지라도 비슷한 개념의 문법이나 매개변수와 같은 성질은 참고용으로 제시하였다. 특징이 있는 부분은 학습의 중간 부분인 객체지향 라이브러리를 이용하는 부분에서는 8차시에 학생들의 다양한 산출물을 통해 학습의 흥미도를 제고할 수 있도록 창의적인 설계와 성취감을 느낄 수 있는 차시로 변형하여 제시하였다.
- 공통적으로 제시하는 개념 및 문법은 변수(리스트 등), 연산, 조건, 반복, 함수, 객체지향이었다. 이를 명령어 단위로 분해한 뒤 제시할 문제를 CT Concepts의 중첩도를 고려하며 개발하였다. 이에 따라 구성한 교육과정은 [Table 4]와 같다.
- 본 연구는 ‘EPL을 학습한 학생들에게 그 이후의 프로그래밍 교육으로 무엇을 하면 좋을까?’의 문제로부터 출발하였다. 이를 위하여 ADDIE 모형에 근거하여 현재의 상태와 문헌 분석을 통해 Python 교육 프로그램을 설계하고 개발하였다. 개발 과정에서는 EPL 학습 방식과 선행연구, 프로그래밍 교재, 프로그래밍 교육 원리를 토대로 PBL 기반의 16차시 분량의 Python 교육 프로그램을 구성하였다.
- 2015 개정 교육과정에서는 소프트웨어의 중요성을 역설하고 초·중등교육과정에 소프트웨어 교육을 도입하여 협업적 문제해결 과정을 통해 컴퓨팅 사고력과 의사소통능력, 공동체 의식을 함양하도록 하였다[6]. 이를 위해 스크래치나 엔트리와 같은 블록코딩 기반의 EPL(Educational Programming Language)을 활용하여 초등학생들에게 기초적인 프로그래밍을 체험하도록 하고 중등학생들에게는 순차, 선택, 반복, 변수, 연산 등의 학습요소를 종합적으로 활용하는 프로그램을 작성하도록 하였다.
- 이상의 선행연구를 분석해보면 Python 교육과정 개발 및 적용에 관한 연구를 통해 Python 교육 적용 가능성 및 적용 방법을 탐구하였다. 대상 학생들의 연령이 낮을수록 인지적 부담을 줄이고 비교적 간단한 내용을 통하여 교육을 실시했으며 원리 이해에 많은 시간을 할애하였다.
- 개발 과정에서 전체 교재를 개발하도록 하고 구현하였다. 이후 전문가의 검토를 통해 프로그램의 타당도를 검토하여 프로그램의 내용을 평가하였다. 본 연구는 실제 적용전 교육 프로그램을 구성하고자 하는 데에 목적이 있으므로 실행과 평가 대신 전문가의 검토를 통해 개발 내용에 대한 피드백 과정을 대체하고 그 결과를 토대로 블록 코딩 기반의 EPL 선행 학습자에게 적합한 Python 교육과정을 제시하였다.
- 순서대로 개발하는 과정에서 교재 내용에서 학습의 계열성을 검증하는 작업을 하였으며, 지식의 확장을 위해 주학습내용이 아닐지라도 비슷한 개념의 문법이나 매개변수와 같은 성질은 참고용으로 제시하였다. 특징이 있는 부분은 학습의 중간 부분인 객체지향 라이브러리를 이용하는 부분에서는 8차시에 학생들의 다양한 산출물을 통해 학습의 흥미도를 제고할 수 있도록 창의적인 설계와 성취감을 느낄 수 있는 차시로 변형하여 제시하였다. 16차시 분량을 개발하고 제시된 예제들의 프로그래밍 기준 답안과 학습 방향성에 대한 해설을 추가하여 실제 교수활동 시 사용할 수 있는 교사용 교안까지 제시하여 전체 교육 프로그램의 교재 개발을 하였다.
- 개발 과정에서는 EPL 학습 방식과 선행연구, 프로그래밍 교재, 프로그래밍 교육 원리를 토대로 PBL 기반의 16차시 분량의 Python 교육 프로그램을 구성하였다. 프로그램의 적절성은 두 차례의 전문가 타당도 검토를 통해 개발 원리에 따른 프로그램의 타당성을 확보하였고 두 차례의 수정을 통해 최종으로 블록코딩 기반 EPL 선행 학습자를 위한 Python 교육 프로그램을 개발하였다.
- 학습의 전략은 PBL의 단계와 프로그래밍 교육 원리를 결합하여 학습의 전이를 일으킬 수 있는 문제를 제시함으로써 학습을 이끌어가는 방법을 이용하고 문법 연습의 과정에서는 모방과 시연을, 문법의 적용을 통한 연습에서는 자기주도적 학습을, 선행 지식과 연계하는 장에서는 협동 학습을 통해 계열화된 단계의 수준에 알맞은 전략을 실행하도록 하였다. 문제를 해결하는 과정에서는 프로젝트 형태로 문제 해결안의 설계와 개발을 통한 해결을 실행할 수 있도록 하였다.
대상 데이터
- 2차 타당도 검토는 Python 전체 교육 프로그램이 들어가고 각 내용에 대한 검증이 필요하기 때문에 교육학을 전공하고 EPL 및 Python을 교육을 적용해본 사례가 있는 전문가 5인을 선정하여 진행하였다. 검토 과정에서 자세한 정보를 얻기 위해 질문을 세분화하고 리커트 5 점 척도와 개방형 문항을 사용하였고 마찬가지로 CVR 검증을 이용하였다.
- 개발 방향에 따른 교육과정 설정과 개발한 한차시 분량의 예시 교재를 토대로 1차 내용 타당도 검증을 실시하였다. 검토에 참여한 전문가는 관련 석사 학위 이상을 가지고 있거나 EPL 과정을 현장에서 적용하는 교육자 9명으로 구성하였다. 타당도 검토에는 리커트 5점 척도를 이용하였고 Lawshe의 내용타당도비율(CVR)을 이용하여 검증하였다[1].
- 개발 방향은 분석을 통하여 선정한 EPL 기 학습자와 PBL 방식의 교육 프로그램을 혼합하여 설정하였고 다른 분류 및 개발기준의 상위 목표로 설정하였다. 학습 수준은 교육과정 및 외국의 사례와 시대적 요구에 따라 형식적 조작기의 학생을 대상으로 하여 순차, 반복, 조건, 변수 등이 포함된 산출물을 만들어낼 수 있는 대상으로 하였다.
이론/모형
- 검토에 참여한 전문가는 관련 석사 학위 이상을 가지고 있거나 EPL 과정을 현장에서 적용하는 교육자 9명으로 구성하였다. 타당도 검토에는 리커트 5점 척도를 이용하였고 Lawshe의 내용타당도비율(CVR)을 이용하여 검증하였다[1]. 개발 방향과 교육과정에 대하여 조사한 타당도 결과는 [Table 5]와 같다.
- 프로그램을 개발하기 위해 분석(Analysis), 설계(Design), 개발(Development), 구현(Implement), 평가(Evaluation)의 단계가 순환적으로 이루어지는 ADDIE 교수체제설계의 개발 모형을 적용하였다.
성능/효과
- Python 관련 서적은 인터넷 사이트의 인기도 순위를 기준으로 기초부터 제시한 서적 중 상위 14개를 선정하여 분석한 결과 개념과 문법 중심의 서적이 압도적임을 확인할 수 있었다. 텍스트 프로그래밍의 경우 대상의 연령층이 높고 문법 학습에 시간이 더 오래 걸리기 때문으로 풀이된다.
- 개발 방향에 따른 교육과정 및 예시교재의 내용타당도 결과 사례수 9명에 대한 타당도 확보의 CVR 최소값인 .78을 충족하였으므로 설계 단계에서의 개발 방향에 따른 교육과정 및 예시교재의 내용타당도가 확보되었다.
- 99를 충족하지 못하였다. 개방형 문항을 통해 충족하지 못한 문항에서 두 번째와 세 번째는 PBL의 몇가지 주제의 학습 문제에서 형식적 조작기 초기에 맞는 현실적인 문제가 제공될 필요가 있다는 의견과 PBL의 경우 관련 내용을 처음 배우는 학생의 경우 헤매지 않도록 더 자세한 자료 제시가 필요하다는 의견이 있었고, 첫 번째는 이에 대한 의견에 동조한 것으로 확인하였다.
- 공통적으로 제시하는 개념 및 문법은 변수(리스트 등), 연산, 조건, 반복, 함수, 객체지향이었다. 이를 명령어 단위로 분해한 뒤 제시할 문제를 CT Concepts의 중첩도를 고려하며 개발하였다.
- 결과는 [Table 7]과 같다. 블록코딩 기반 EPL 선행 학습자를 위한 Python 교육 프로그램의의 2차 전문가 검토를 통해 설문한 문항 23개 중총 20개의 문항에 관하여 타당하다는 결론이 내려졌다. 3개 문항의 경우 5인에 대한 CVR 검증의 최소값인 .
후속연구
- 본 연구에서 도출한 교육 프로그램은 문헌 분석 및 전문가 타당도를 통해 이루어졌으므로 교육의 효과성 및 만족도를 검증하기 위해서는 구성된 교육 프로그램과 교수 설계를 기반으로 실제 적용을 통해 효과성에 대한 후속 연구가 필요할 것이다. 교육용 프로그래밍 언어를 효과적으로 가르치기 위한 선행연구들[9][10]이 많이 개발되고 있지만 본 연구에서 제시한 블록 코딩 선행 학습자들을 대상으로 Python 등의 스크립트 프로그래밍 언어를 가르치기 위한 효과적인 교수학습 전략의 개발에 관한 다양한 연구도 필요하다.
- 그러나 Python의 경우 자료형 같은 전통적인 프로그래밍 도구에서 겪는 어려움이 Python 언어의 특징으로 인해 적게 나타나는데다 우리나라의 경우 EPL을 도입 하는 시기이기 때문에 학습자의 선수학습 요건이 텍스트 언어 교육 시 인지적 부담을 줄여 TPL 도입하는데큰 도움을 줄 것으로 기대한다.
- 소프트웨어 교육에 대하여 관심이 높아지고 있는 우리에게 다양한 프로그래밍 교육에 대한 연구는 하나의 담론으로서의 기능을 할 것이다. 본 연구 역시 준비된 미래로 이끌어 갈 수많은 노력 중 하나가 되길 기대한다.
- 본 연구에서 도출한 교육 프로그램은 문헌 분석 및 전문가 타당도를 통해 이루어졌으므로 교육의 효과성 및 만족도를 검증하기 위해서는 구성된 교육 프로그램과 교수 설계를 기반으로 실제 적용을 통해 효과성에 대한 후속 연구가 필요할 것이다. 교육용 프로그래밍 언어를 효과적으로 가르치기 위한 선행연구들[9][10]이 많이 개발되고 있지만 본 연구에서 제시한 블록 코딩 선행 학습자들을 대상으로 Python 등의 스크립트 프로그래밍 언어를 가르치기 위한 효과적인 교수학습 전략의 개발에 관한 다양한 연구도 필요하다.
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