소프트웨어 교육이 교육 현장에서 다루어지기 시작했지만 현장 교사가 활용할 수 있는 피지컬 컴퓨팅 교구 및 수업 가이드라인이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 마이크로비트라는 피지컬 컴퓨팅 교구를 활용한 창의 컴퓨팅 교육 프로그램을 제시하였다. 교육 프로그램에 적용된 동시따응발(MDIAP) 교수학습모형은 동기 유발, 시연하기, 따라하기, 응용하기, 발표하기의 5단계로 구성되었다. 교수-학습 과정은 마이크로비트의 기본 센서와 추가적인 센서, 구동장치를 활용한 메이커 학습으로 구성하여 나선형으로 제시하였다. 이러한 일련의 교수 학습 활동을 통하여 학생들의 창의 컴퓨팅 사고력을 키울 수 있을 것으로 기대한다.
소프트웨어 교육이 교육 현장에서 다루어지기 시작했지만 현장 교사가 활용할 수 있는 피지컬 컴퓨팅 교구 및 수업 가이드라인이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 마이크로비트라는 피지컬 컴퓨팅 교구를 활용한 창의 컴퓨팅 교육 프로그램을 제시하였다. 교육 프로그램에 적용된 동시따응발(MDIAP) 교수학습모형은 동기 유발, 시연하기, 따라하기, 응용하기, 발표하기의 5단계로 구성되었다. 교수-학습 과정은 마이크로비트의 기본 센서와 추가적인 센서, 구동장치를 활용한 메이커 학습으로 구성하여 나선형으로 제시하였다. 이러한 일련의 교수 학습 활동을 통하여 학생들의 창의 컴퓨팅 사고력을 키울 수 있을 것으로 기대한다.
Software education has started as a compulsary subject or part in elementary, middle and high school, but there is a limitation for using the physical computing toolkit and instructional guidelines that teacher can use. The purpose of this study is to propose a computing education program using a ph...
Software education has started as a compulsary subject or part in elementary, middle and high school, but there is a limitation for using the physical computing toolkit and instructional guidelines that teacher can use. The purpose of this study is to propose a computing education program using a physical computing toolkit called the Micro:bit. The novel instructional model is called "MDIAP" which consists of five stages : Motivation, Demonstration, Imitation, Application, Presentation. Instructional process is presented in spiral, consisting of basic micro-bit sensors, and maker's learning using additional sensors and actuators. This study will help students to enhance creative computational thinking through the MDIAP instructional activities.
Software education has started as a compulsary subject or part in elementary, middle and high school, but there is a limitation for using the physical computing toolkit and instructional guidelines that teacher can use. The purpose of this study is to propose a computing education program using a physical computing toolkit called the Micro:bit. The novel instructional model is called "MDIAP" which consists of five stages : Motivation, Demonstration, Imitation, Application, Presentation. Instructional process is presented in spiral, consisting of basic micro-bit sensors, and maker's learning using additional sensors and actuators. This study will help students to enhance creative computational thinking through the MDIAP instructional activities.
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문제 정의
기존의 소프트웨어 교육은 문법 암기, 코딩 능력 등 프로그래밍 능력을 강조하였다. 그러나 현재 강조되고 있는 소프트웨어 교육은 기존의 지식 위주 교육이 아닌 수행 위주의 교육을 통하여 컴퓨팅 사고력의 의미와 중요성을 학습자 스스로 인식하고 가치를 확인하는 데에 그 목적이 있다[7]. 이를 위해서는 기존의 프로그래밍 수업을 벗어나 새로운 교수 방법과 프로그램이 요구된다.
그러나 현장에서 소프트웨어 교육을 담당할 교사가 활용할 수 있는 교육용 교구나 수업 가이드라인이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 새로운 교육 목표 달성을 위한 소프트웨어 교육 프로그램을 개발하고자 한다. 본 연구에서 다룰 소프트웨어 교육 프로그램은 컴퓨팅 환경과 실생활이 밀접하게 연결되는 마이크로비트 피지컬 컴퓨팅 교구를 활용하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 새로운 교육 목표 달성을 위한 소프트웨어 교육 프로그램을 개발하고자 한다. 본 연구에서 다룰 소프트웨어 교육 프로그램은 컴퓨팅 환경과 실생활이 밀접하게 연결되는 마이크로비트 피지컬 컴퓨팅 교구를 활용하고자 한다.
본 연구에서는 새로운 소프트웨어 교수-학습 모형인 동시따응발 교수-학습 모형을 기반으로 하여 마이크로비트를 활용한 컴퓨팅 교육 프로그램을 개발하였다. 소프트웨어 교육 프로그램을 메이커 교육으로 구성하여 학생이 스스로 생각하고 시도하는 기회를 가질 수 있도록 하였다.
가설 설정
직접교수모델(Direct Instructional Teaching Model)은 Beriner와 Rosenshine이 개발한 부진아 프로그램에서 처음 사용하였다. 직접 교수는 기본적으로 분할정복 방식 즉, 전체를 부분으로 나눈 후 각 부분들을 차례대로 학습하면 전체를 이해할 수 있다고 가정한다[3]. 직접 교수법을 활용하여 수업이 진행될 때 교사는 학생에게 새로운 개념과 지식을 설명하고 학생은 교사의 지시에 따라 활동하여 반복해서 연습하는 수업 형태가 나타난다.
제안 방법
2-3차시는 마이크로비트의 기본 센서인 가속도계와 전 차시에 활용해보았던 LED를 이용하여 만보기를 만드는 활동으로 구성하였다. 4차시는 버튼, 흔들기, 기울이기 등에 음을 프로그래밍하여 음악을 연주하고 만드는 활동으로 기획하였다. 필요에 따라 몇 개의 음만 선택해 오르프 악기로 제작하여 음악 수업과 연계한 융합 학습으로 구성할 수 있다.
교육 내용을 나선형으로 제시하여 전 차시의 활동이 본 차시에도 활용할 수 있도록 구성하였고 각 차시 당 적어도 하나의 센서나 작동 장치를 활용하여 활동할 수 있도록 구성하여 학생의 흥미를 높일 수 있도록 하였다.
마이크로비트를 활용한 창의 컴퓨팅 교육에 적용할 교수학습 모형은 기존에 활용하였던 소프트웨어 교수 학습 모델인 시연중심모델(D-M-M)을 바탕으로 하여 [Table 6]과 같이 개발하였다.
따라하기 단계에서 학생들은 앞에 제시된 예시를 모방하여 이를 바탕으로 응용하기 단계에서 Making 활동을 하도록 한다. 마지막으로 자신만의 작품을 발표하고 생각을 나누도록 한다.
피지컬 컴퓨팅 수업에 익숙한 학습자일 경우 학습자 간의 피드백으로 문제를 해결하도록 한다. 발표하기 단계에서 각자의 무전기를 발표하고 어떤 기능과 특징이 있는지 발표하고 각자의 생각을 나누어볼 수 있도록 지도한다.
본 연구에서는 새로운 소프트웨어 교수-학습 모형인 동시따응발 교수-학습 모형을 기반으로 하여 마이크로비트를 활용한 컴퓨팅 교육 프로그램을 개발하였다. 소프트웨어 교육 프로그램을 메이커 교육으로 구성하여 학생이 스스로 생각하고 시도하는 기회를 가질 수 있도록 하였다. 마이크로비트는 기기 자체에 내장된 센서가 많고 확장성이 좋아 학습자가 스스로 구상하여 제작하는 메이커 활동에 활용하기 용이하여 학습 교구로써 창의 컴퓨팅 교육 프로그램에 활용하기 적합하였다.
학습동기 유발 단계에서 학생들에게 학습 동기를 유발하고 학습문제를 제시하였다. 필요한 경우 모둠 활동으로 구성한다.
대상 데이터
따라하기 단계에서 제시된 라디오와 같은 하드웨어와 소프트웨어를 제작하도록 한다. 이 때 제시된 예제는 송신용 마이크로비트와 수신용 마이크로비트가 정해져있는 일방향 통신으로 구성하였다. 이를 바탕으로 응용하기 단계에서는 암호화, 양방향 통신 등 좀 더 발전된 형태의 무전기를 만들 수 있도록 충분한 시간과 피드백을 제공한다.
이와 같은 교수 학습 수업 모형과 내용을 바탕으로 하여 교육 프로그램을 초등학교 고학년 대상으로 [Table 7]과 같이 8차시로 구성하였다.
이론/모형
직접교수모델(Direct Instructional Teaching Model)은 Beriner와 Rosenshine이 개발한 부진아 프로그램에서 처음 사용하였다. 직접 교수는 기본적으로 분할정복 방식 즉, 전체를 부분으로 나눈 후 각 부분들을 차례대로 학습하면 전체를 이해할 수 있다고 가정한다[3].
성능/효과
둘째, 피아제의 인지발달이론에 따르면 구체적 발달단계에 해당하는 학습자는 구체적인 조작물을 활용하여 학습이 이루어질 때 학습 결과가 높다. 추상적인 프로그래밍 언어를 실제적이고 구체적인 조작물을 통하여 이해할 수 있도록 하여 학습자에게 생소하고 어려울 수 있는 소프트웨어 교육을 보다 친숙하고 쉽게 배울 수 있도록 한다.
첫째, 소프트웨어를 활용하여 직관적이고 실제적인 반응을 얻을 수 있어 소프트웨어 교육에 대한 학습자의 흥미도가 높다. 이는 수업 참여도와 몰입도를 높이고 학습 수준을 높이는데 도움을 준다.
후속연구
앞으로 마이크로비트가 가지고 있는 확장성과 소프트웨어 교육에 대한 사회적 차원의 교육적 관심이 만나 앞으로 마이크로비트가 소프트웨어 및 창의 컴퓨팅 교육에 많이 활용될 것으로 예상되며 이를 위한 교육적 연구도 활발할 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마이크로비트의 특징은 무엇인가?
마이크로비트는 저수준 학습자가 주로 활용하는 블록식 코딩과 고수준의 학습자가 활용하는 텍스트 기반 코딩 모두를 지원하여 학습 수준과 관계없이 모든 학습자가 마이크로비트를 활용할 수 있 도록 하였다. 마이크로비트는 기존의 다른 피지컬 컴퓨팅 교구에 비해 기본적으로 내장되어있는 센서의 종류가 다양하여 다양한 형태의 정보 입력이 가능하다. 또한 내장된 25개의 LED와 통하여 코딩 결과를 직관적으로 알 수 있다.
피지컬 컴퓨팅 도구는 어떻게 분류할 수 있는가?
피지컬 컴퓨팅 도구는 크게 세 종류로 분류할 수 있다. 완성되어있는 로봇을 사용하는 로봇형 도구, 블록 형태로 제공되어 조립하여 활용하는 모듈형 도구, 마이크로 컨트롤러가 부탁된 보드기판에 입출력 장치들을 핀으로 연결하여 활용하는 보드형 도구가 있다[4]. 도구마다 활용하는 프로그래밍 언어가 다르고 조작 방식 또한 프로그래밍 방식이나 전기회로 방식 등에 차이가 있어 활용 난이도 또한 매우 다양하다[5].
피지컬 컴퓨팅이란?
피지컬 컴퓨팅이란 소프트웨어와 하드웨어를 사용하여 아날로그 세상을 감지하고, 반응할 수 있는 상호 작용형 시스템을 의미한다[5]. 피지컬 컴퓨팅의 작동 원리를 살펴보면 장치의 센서를 통해 외부 정보를 받아들이고 이를 처리하여 스피커, 모터 등의 동작 장치를 통하여 반응한다.
참고문헌 (13)
Ham, Y. (2001). Study on the Development of Online Project Learning Method, KERIS.
Jeon, H. (2018). Development and Application of the Selection Tool for Physical Computing-based Learning Aids for Elementary SW Education In The 2015 Revised Curriculum. Korea National University of Education.
Kim, S. (2014). Trend Analysis and Teaching Cases of Educational Programming Language, KERIS.
Kim, T. (2017). Development of Physical Computing Educational Application. Major in Elementary Computer Education Graduate School of Education, Master Thesis of Seoul National University of Education.
Koo, D. (2016). Hello! EBS Software! Entry ver. Seoul: EBS.
Lee, H., Yoo, I.(2018). The Plan on Utilization of Micro:bit for Software Education at Elementary Schools, KERA.
Ministry of Education (2015). Guide of Software education.
Park, H. (2018). Analysis of the Problems in Physical Computing-based Education Realized by Information Teachers. Korea University Graduate School.
Park, S. (2015). Study on the Development of the Learning Model for the SW Education, Korean Educational Development Institute.
Sentance, S., Waite, J., Hodges, S., MacLeod, E., & Yeomans, L. (2017, March). Creating Cool Stuff: Pupils' Experience of the BBC micro: bit. In Proceedings of the 2017 ACM SIGCSE Technical Symposium on Computer Science Education (pp. 531-536). ACM.
Stix, A., Hrbek, F. (2006). Teachers as Classroom Coaches, Chapter 11.
Wing, J. M. (2008). Computational thinking and thinking about computing. Philosophical transactions of the royal society of London A: mathematical, physical and engineering sciences, 366(1881), 3717-3725.
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