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문제 정의
- 마이크로비트를 활용한 알고리즘 중심 SW교육이 창의성에 영향을 주었는지 분석하기 위해 실험집단의 창의성사전 검사 결과가 정규분포를 이루는지 확인하였다.
- 둘째, SW교육을 통해 컴퓨팅 사고력과 문제해결력, 창의성이 신장될 것으로 기대되고 있다. 본 연구에서는 TTCT 검사를 활용하여 학생들의 창의성에 초점을 맞추어 신장 정도를 확인하겠다.
- 본 연구에서는 교육 프로그램 개발의 일반 모형인 Dick과 Carey의 ADDIE 모형에 따라 교육 프로그램을 개발하였다. 분석, 설계, 개발, 실행, 평가의 단계를 순서대로 실시하여 요구분석에 따라 교육프로그램을 설계 및 개발, 실행하였고, 결과를 창의성 검사를 통해 평가하였다.
- 본 연구에서는 초등학생을 대상으로 창의성을 향상시키기 위하여 마이크로비트를 활용한 알고리즘 교육 프로그램을 제안하고 ADDIE 모형의 개발 단계에 따라 교육 프로그램을 개발 및 적용하였다. 방학 기간 동안 집중교육의 형태로 총 6일 동안 교육을 실시한 후 계산적인지력과 창의성 사전·사후 검사 결과를 검증해 본 결과, 본 연구에서 개발한 교육 프로그램은 초등학생의 창의성 향상에 효과적인 것으로 나타났다.
가설 설정
- 대립가설: 마이크로비트의 알고리즘 요소를 활용한 SW교육에 의한 사전과 사후학습자의 창의성에는 차이가 있다.
- 연구가설: 마이크로비트의 알고리즘 요소를 활용한 SW교육에 의한 사전과 사후 학습자의 창의성에는 차이가 없다.
제안 방법
- 본 연구에서 개발한 교육 프로그램은 6일간 총 42차시의 강의 및 실습에 투입되었다. 6일 중 첫날은 사전검사와 오리엔테이션 중심으로 진행하였고, 마지막 날은 사후 검사 및 학습자들이 제작한 프로젝트를 학생 및 학부모들을 대상으로 최종 발표하는 시간으로 이루어졌다. 매일 오전 9시부터 오후 15시까지 40분씩 7차시의 수업과 휴식 시간, 점심 시간이 이뤄졌으며, 학습 효과의 극대화를 위해 매일마다 배운 내용을 활용할 수 있는 과제를 제시하였다.
- 교수전략으로는 개별 프로젝트학습법을 활용했고, 교수매체로 교수·학습 과정안, 학생 활동지를 구안하였다.
- 교육 프로그램은 7일간 총 42차시의 내용으로 구성하였다. 교육 효과를 검증하기 위해 창의성 사후검사를 실시하였으며 본 연구의 설계를 도식화하여 [Table 6]에 제시하였다.
- 김혜진(2016)의 연구에서처럼 다양한 피지컬 컴퓨팅 도구들은 센서를 활용하여 회로를 구성하다 보면 회로 구성에 시간을 많이 허비하게 되어 조립과정 및 준비과정에만 시간이 많이 걸리게 된다. 따라서 SW 교육을 통한 창의성 향상이 우선적인 목적이 될 수 있도록 회로 구성이 간단하고, 쉽게 프로그래밍할 수 있는 마이크로비트를 활용 기기로 선택하여 프로그램에 적용하였다.
- 마이크로비트를 활용한 SW교육 프로그램을 설계하기 위하여 학습자의 학년에 따른 학습수준과 프로그래밍의 난이도를 고려하여 학습 내용을 선정하고 교수전략, 교수매체를 정한 후, 학습 활동의 효과를 검증하기 위한 평가도구를 설계하였다.
- 마이크로비트를 활용한 SW교육을 실시하기 전에 실험집단에게 창의성 사전 검사를 실시하였다. 교육 프로그램은 7일간 총 42차시의 내용으로 구성하였다.
- 6일 중 첫날은 사전검사와 오리엔테이션 중심으로 진행하였고, 마지막 날은 사후 검사 및 학습자들이 제작한 프로젝트를 학생 및 학부모들을 대상으로 최종 발표하는 시간으로 이루어졌다. 매일 오전 9시부터 오후 15시까지 40분씩 7차시의 수업과 휴식 시간, 점심 시간이 이뤄졌으며, 학습 효과의 극대화를 위해 매일마다 배운 내용을 활용할 수 있는 과제를 제시하였다. 교육 자료 중 2일차 교육 자료에 대해 살펴보면 다음과 같다.
- 본 연구에서 개발한 교육 프로그램은 6일간 총 42차시의 강의 및 실습에 투입되었다. 6일 중 첫날은 사전검사와 오리엔테이션 중심으로 진행하였고, 마지막 날은 사후 검사 및 학습자들이 제작한 프로젝트를 학생 및 학부모들을 대상으로 최종 발표하는 시간으로 이루어졌다.
- 셋째, 본 연구에 적용할 학습 방법으로 팀별 프로젝트학습법과 강의/실습형, 개인 프로젝트형이 효과적일 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 강의/실습형을 기본교육 형태로 하되, 학생이 개인 프로젝트를 스스로 계획하고 실행하는 과정을 같이 진행할 수 있도록 프로그램을 구성하였다.
- 본 연구에서는 교육 프로그램 개발의 일반 모형인 Dick과 Carey의 ADDIE 모형에 따라 교육 프로그램을 개발하였다. 분석, 설계, 개발, 실행, 평가의 단계를 순서대로 실시하여 요구분석에 따라 교육프로그램을 설계 및 개발, 실행하였고, 결과를 창의성 검사를 통해 평가하였다.
- 사전 요구분석을 통해 주제 및 교육내용을 마이크로비트를 활용하는 방향으로 선정하였으며 교육 프로그램을 개발하였다. 초등학교 4, 5, 6학년 학생들 중 지원자표본(volunteer sample) 24명의 학생을 대상으로 투입하였다.
- 샤피로-윌크(Shapiro-Wilks) 정규성 검정에서 정규성이 만족되지 않은 ‘정교성’, ‘창의성 평균’, ‘창의성 지수’는 [Table 9]와 같이 Wilcoxon 부호 순위 검정을 실시하였다.
- 초등학교에서의 소프트웨어 교육은 프로그램 개발 역량보다는 정보윤리의식과 태도를 바탕으로 실생활의 문제를 컴퓨팅 사고로 해결할 수 있는 것에 역점을 둔다. 지식 전달 위주의 교육이 아닌 실천 위주의 교육을 통해 컴퓨팅 사고력의 의미와 중요성을 학습자 스스로 인식하며 가치를 확인할 수 있도록 교육 방법을 설계한다.
- 창의성 영역의 하위요소를 ‘유창성’, ‘독창성’, ‘제목의 추상성’, ‘정교성’, ‘성급한 종결에 대한 저항’과 이들의 ‘창의력 평균 점수’, 창의적 강점을 포함하는 ‘창의성 지수’로 구분하였으며 표준점수와 백분위 점수를 사용할 수 있는데 본 연구에서는 각 하위요소의 표준점수를 사용하여 검사하였다.
- 학생들을 대상으로 전체 프로그램의 오리엔테이션, 사전·사후의 계산적 인지력 검사, 창의성 검사를 포함하여 총 6일 동안 42차시 수업으로 진행되었다.
대상 데이터
- 마이크로비트를 활용한 SW교육을 실시하기 전에 실험집단에게 창의성 사전 검사를 실시하였다. 교육 프로그램은 7일간 총 42차시의 내용으로 구성하였다. 교육 효과를 검증하기 위해 창의성 사후검사를 실시하였으며 본 연구의 설계를 도식화하여 [Table 6]에 제시하였다.
- 본 연구에서 개발한 프로그램의 교육적 효과를 살펴보기 위해 [Table 5]과 같이 ◯◯대학교에서 실시한 교육기부 프로그램의 지원자 표집에 의한 지원자 표본(volunteer sample) 24명의 학생을 선정하였다.
- Rossett 모형은 기업 교육 에서 활용되는 교육 요구 분석 모형으로 요구 분석의 실행자들이 적용하기 쉬운 안내를 제공한다. 요구분석 은 현직 초등교사 40명을 대상으로 실시하였다.
- 사전 요구분석을 통해 주제 및 교육내용을 마이크로비트를 활용하는 방향으로 선정하였으며 교육 프로그램을 개발하였다. 초등학교 4, 5, 6학년 학생들 중 지원자표본(volunteer sample) 24명의 학생을 대상으로 투입하였다. 컴퓨팅 사고력의 구성요인은 (i) 계산적 인지력(추상적 사고, 비판적 사고, 논리적 사고, 재귀적 사고, 알고리즘적 사고)과 (ii) 창의성(창의적 사고)으로 구분하여 설정하였다.
데이터처리
- 사전·사후 검사 결과 창의성의 변화를 알아보기 위해 정규성을 확보한 항목은 모수통계인 대응표본 t검정을 실시하고, 정규성을 확보하지 못한 항목은 비모수 통계인 Wilcoxon 부호 순위 검정을 실시하였다.
- 창의성 사전 검사 결과 중 정규성을 확보한 창의성 요소는 대응표본 t검정, 정규성을 확보하지 못한 창의성 요소는 Wilcoxon 부호 순위 검정을 실시하였다.
이론/모형
- 창의성 측정을 위하여 사전사후검사 통제집단설계를 사용하였다. 검사 도구로는 Torrance의 창의성 측정을 위한 TTCT 검사 중 도형 a형을 활용하였다. TTCT는 도형 검사와 언어 검사 두 가지 유형이 있으나 TTCT 도형 검사가 주로 활용된다[25].
- 마이크로비트를 사용한 교육 프로그램 실시 후, 계산적 인지력과 창의성 검사를 실시하였으며, 검사도구로는 토란스(Torrance)의 TTCT(Torrance Tests of Creative Thinking) 검사지 도형 A형을 사용하였다.
- 본 연구는 ADDIE모형의 절차에 따라 Rossett의 요구 분석 모형을 사용하였다. Rossett 모형은 기업 교육 에서 활용되는 교육 요구 분석 모형으로 요구 분석의 실행자들이 적용하기 쉬운 안내를 제공한다.
- 본 연구에서는 소프트웨어 교육의 효과를 극대화하기 위하여 마이크로비트(micro:bit)를 활용하였다. 마이크로비트는 학생들의 SW 교육을 위해 2015년 영국 공영방송 BBC에서 개발한 ARM 기반 임베디드 시스템이다.
- 창의성 측정을 위하여 사전사후검사 통제집단설계를 사용하였다. 검사 도구로는 Torrance의 창의성 측정을 위한 TTCT 검사 중 도형 a형을 활용하였다.
- 창의성 측정을 위해 사전사후 검사 통제집단설계를 사용하였으며, 창의성 검사 도구는 Torrance의 TTCT(Torrance Tests of Creative Thinking) 검사지 도형a형을 활용하였다.
- 평가도구로는 수업 활동의 효과 검증을 위해 Torrance의 TTCT 검사지를 사용하였다.
성능/효과
- 검정 결과를 보면 ‘정교성’의 평균 점수는 사전 81.04에서 사후 91.04로 10점 증가하였고, 유의확률은 .025로 나타났다.
- 그리고 ‘제목의 추상성’의 평균점수는 사전 91.04점에서 사후 95.65점으로 4.61점 상승하였고 t통계값은 –1.543이고 유의확률은 .137, 성급한 종결에 대한 저항’의 평균점수는 사전 76.21점에서 사후 79.48점으로 3.27점 상승하였고 t통계값은 –2.408이고 유의확률은 .025로 ‘제목의 추상성’을 제외한 세 가지 지표에서 유의미한 점수의 상승이 있는 것으로 나타났다.
- 셋째, 로봇 프로그래밍은 놀이 중심 학습 환경을 제공하기에 편리하고 통합적인 환경 제공에 유리하다. 넷째, 간학문적 로봇의 성격은 다양한 교과와 연계할 수 있는 가능성을 보여주며 이는 컴퓨터 과학 및 프로그래밍에 대한 긍정적인 태도를 이끌고 지적 호기심 유발에 효과적이다. 다섯째, 융합교육적인 관점에서도 로봇 프로그래밍은 유용한 학습 방식이 된다[21].
- 첫째, 피지컬 컴퓨팅을 교육에 활용한 결과 창의성 하위요소 중 유창성, 독창성, 유연성, 정교성 능력에서 유의미한 향상을 관찰할 수 있었다. 둘째, 교육에 참여한 학생들로부터 스스로 협업 능력에 대한 인지적 향상과 사회적 역량이 모두 성장했다고 생각하는 것을 알 수 있었다. 셋째, 교육에 참여한 대부분의 학생들의 스스로 창의성이 향상되었고, 생활 속의 문제를 다양한 방법으로 해결하고자 노력하게 되었다고 응답하였다.
- 또한 Wilcoxon 부호 순위 검정 결과 ‘추상성’, ‘창의성 평균’에서도 유의미한 향상을 보였다. 따라서, 이번 연구를 통해 마이크로비트를의 알고리즘적 요소를 활용한 SW교육이 초등학생들의 프로그래밍 능력이 향상되었으며 창의성 요소들의 향상에 긍정적인 영향을 미쳤음을 입증하였다.
- 또한 Wilcoxon 부호 순위 검정 결과 ‘추상성’, ‘창의성 평균’에서도 유의미한 향상을 보였다.
- 방학 기간 동안 집중교육의 형태로 총 6일 동안 교육을 실시한 후 계산적인지력과 창의성 사전·사후 검사 결과를 검증해 본 결과, 본 연구에서 개발한 교육 프로그램은 초등학생의 창의성 향상에 효과적인 것으로 나타났다.
- 사전·사후 집단 내 대응표본 t검정 결과 창의성 요소 중 ‘유창성’, ‘독창성’, ‘성급한 종결에 대한 저항’에서 유의미한 향상을 보였다.
- 둘째, 교육에 참여한 학생들로부터 스스로 협업 능력에 대한 인지적 향상과 사회적 역량이 모두 성장했다고 생각하는 것을 알 수 있었다. 셋째, 교육에 참여한 대부분의 학생들의 스스로 창의성이 향상되었고, 생활 속의 문제를 다양한 방법으로 해결하고자 노력하게 되었다고 응답하였다. 이러한 응답들로 볼 때 피지컬 컴퓨팅을 활용한 교육은 초등학생의 창의성과 협업 역량을 향상시키는데 도움이 된다고 볼 수 있다[24].
- 둘째, 학습자들이 스스로 반성하고 사고할 수 있는 학습 환경을 제공한다. 셋째, 로봇 프로그래밍은 놀이 중심 학습 환경을 제공하기에 편리하고 통합적인 환경 제공에 유리하다. 넷째, 간학문적 로봇의 성격은 다양한 교과와 연계할 수 있는 가능성을 보여주며 이는 컴퓨터 과학 및 프로그래밍에 대한 긍정적인 태도를 이끌고 지적 호기심 유발에 효과적이다.
- 셋째, 본 연구에 적용할 학습 방법으로 팀별 프로젝트학습법과 강의/실습형, 개인 프로젝트형이 효과적일 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 강의/실습형을 기본교육 형태로 하되, 학생이 개인 프로젝트를 스스로 계획하고 실행하는 과정을 같이 진행할 수 있도록 프로그램을 구성하였다.
- 창의성 사전 검사에 대해 샤피로-윌크(Shapiro-Wilks)정규성 검정을 실시한 결과, 정교성, 창의성 평균, 창의성 지수의 유의도가 각각 0.035, 0.000, 0.001으로 나타나 귀무가설을 기각하여 정규성이 만족되지 않은 것으로 나타났다. 나머지 영역에서는 유의도가 유의수준인 .
- 로봇 프로그래밍 활용 수업의 가치는 다섯 가지로 정리할 수 있다. 첫째, 로봇 프로그래밍 학습은 학습자 간 협력적 학습 환경을 제공하기에, 학습자에게 상호작용적이며 체험적인 학습 환경을 제공할 수 있다. 둘째, 학습자들이 스스로 반성하고 사고할 수 있는 학습 환경을 제공한다.
- 박광렬(2016)은 임베디드 컴퓨팅 전자키트를 활용한 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 임베디드 컴퓨팅 전자키트를 활용한 수업 주제와 활동이 초등학교 과정에서 창의 영역과 교과 영역의 학습에 활용성이 높고 실습수업에 적절하다. 둘째, 2015 개정 교육과정 실과 과목에 적용되는 소프트웨어 교육에 대한 새로운 접근이자 대안으로 볼 수 있다[23].
- 첫째, 피지컬 컴퓨팅에 대한 관심도가 높아 SW교육을 통한 창의성 신장의 교육 도구로 피지컬 컴퓨팅 도구를 사용하는 것이 효과적일 것이라 여겨진다. 김혜진(2016)의 연구에서처럼 다양한 피지컬 컴퓨팅 도구들은 센서를 활용하여 회로를 구성하다 보면 회로 구성에 시간을 많이 허비하게 되어 조립과정 및 준비과정에만 시간이 많이 걸리게 된다.
- 장재성(2017)은 피지컬 컴퓨팅을 활용한 교육을 통해다음과 같은 효과를 확인하였다. 첫째, 피지컬 컴퓨팅을 교육에 활용한 결과 창의성 하위요소 중 유창성, 독창성, 유연성, 정교성 능력에서 유의미한 향상을 관찰할 수 있었다. 둘째, 교육에 참여한 학생들로부터 스스로 협업 능력에 대한 인지적 향상과 사회적 역량이 모두 성장했다고 생각하는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 다만, 본 연구의 실험집단은 상관연구에 필요한 30명 이상의 참여자를 확보하지 못하여 일반화하는 데에는 한계가 있다. 또한, 본 연구에서 개발한 교육 프로그램은 비교집단이 없이 실험집단에만 투입하여 창의성 향상이 본 연구에서 개발한 교육프로그램의 영향 때문인지 상관관계를 분석할 수 없다는 문제점이 있다.
- 다만, 본 연구의 실험집단은 상관연구에 필요한 30명 이상의 참여자를 확보하지 못하여 일반화하는 데에는 한계가 있다. 또한, 본 연구에서 개발한 교육 프로그램은 비교집단이 없이 실험집단에만 투입하여 창의성 향상이 본 연구에서 개발한 교육프로그램의 영향 때문인지 상관관계를 분석할 수 없다는 문제점이 있다. 추후의 연구에서는 다수의 참여자를 대상으로 실험집단과 비교집단을 구성하여 연구결과에 대한 각 요인 간의 상관관계를 분석할 필요가 있다.
- 또한, 본 연구에서 개발한 교육 프로그램은 비교집단이 없이 실험집단에만 투입하여 창의성 향상이 본 연구에서 개발한 교육프로그램의 영향 때문인지 상관관계를 분석할 수 없다는 문제점이 있다. 추후의 연구에서는 다수의 참여자를 대상으로 실험집단과 비교집단을 구성하여 연구결과에 대한 각 요인 간의 상관관계를 분석할 필요가 있다.
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