로봇 활용 SW 교육에서 보조 교사 유무에 따른 컴퓨팅사고력, 로봇에 대한 태도의 차이 The Difference of Computational Thinking and Attitudes toward Robots according to Assistant Teacher in SW Education Using Robot원문보기
본 연구는 초등학교에서 로봇 활용 SW 교육을 실시하여 학생들의 CT, 로봇에 대한 태도에 미치는 효과를 알아보고 보조 교사 유무에 따른 차이를 알아보고자 하였다. 이를 위해 서울의 A 청소년수련관의 로봇 활용 SW 교육에 참여한 초등학생 29명을 실험집단과 통제집단으로 나누고, 로봇 활용 SW 교육을 실시하였으며, 수집된 자료는 대응 표본 t검정, 공분산분석을 통해 평균의 차이를 분석하였다. 연구 결과, 로봇 활용 SW 교육을 실시한 후 학생들의 CT와 로봇에 대한 태도가 유의하게 향상되었으나, 통제집단의 CT는 유의하게 향상되지 않았다. 또한 보조 교사 유무에 따른 사후 CT의 차이는 유의하였으며, 로봇에 대한 태도의 차이는 유의하지 않은 것으로 나타났다. 본 연구는 로봇 활용 SW 교육의 효과를 검증하고, 보조 교사 유무에 따라 차이가 있는지 규명하여 로봇 활용 SW 교육에 대한 이해를 확장시켰다는 점에서 연구의 의의를 찾을 수 있다.
본 연구는 초등학교에서 로봇 활용 SW 교육을 실시하여 학생들의 CT, 로봇에 대한 태도에 미치는 효과를 알아보고 보조 교사 유무에 따른 차이를 알아보고자 하였다. 이를 위해 서울의 A 청소년수련관의 로봇 활용 SW 교육에 참여한 초등학생 29명을 실험집단과 통제집단으로 나누고, 로봇 활용 SW 교육을 실시하였으며, 수집된 자료는 대응 표본 t검정, 공분산분석을 통해 평균의 차이를 분석하였다. 연구 결과, 로봇 활용 SW 교육을 실시한 후 학생들의 CT와 로봇에 대한 태도가 유의하게 향상되었으나, 통제집단의 CT는 유의하게 향상되지 않았다. 또한 보조 교사 유무에 따른 사후 CT의 차이는 유의하였으며, 로봇에 대한 태도의 차이는 유의하지 않은 것으로 나타났다. 본 연구는 로봇 활용 SW 교육의 효과를 검증하고, 보조 교사 유무에 따라 차이가 있는지 규명하여 로봇 활용 SW 교육에 대한 이해를 확장시켰다는 점에서 연구의 의의를 찾을 수 있다.
In this study, we conduct SW education using robot in elementary school, to examine the effects of SW education using robot and identify differences dependeing on the presence of assistance teacher. In order to achieve the purpose of this study, SW education using robot was conducted to 29 students....
In this study, we conduct SW education using robot in elementary school, to examine the effects of SW education using robot and identify differences dependeing on the presence of assistance teacher. In order to achieve the purpose of this study, SW education using robot was conducted to 29 students. After collecting data, we examined mean difference using matched pair t-test and ANCOVA. Our results show that SW education using robot significantly improved CT and attitudes toward robots. CT, however, was not significantly improved in control group. Further, although improvement in attitudes toward robots was not associated with presence of assistance teacher, presence of assistance teacher did play a role in improvement of CT. This study was investigated effects of the SW education using robot and identify differences depending on the presence of assistant teacher, and expanded the understanding of the SW education using robot.
In this study, we conduct SW education using robot in elementary school, to examine the effects of SW education using robot and identify differences dependeing on the presence of assistance teacher. In order to achieve the purpose of this study, SW education using robot was conducted to 29 students. After collecting data, we examined mean difference using matched pair t-test and ANCOVA. Our results show that SW education using robot significantly improved CT and attitudes toward robots. CT, however, was not significantly improved in control group. Further, although improvement in attitudes toward robots was not associated with presence of assistance teacher, presence of assistance teacher did play a role in improvement of CT. This study was investigated effects of the SW education using robot and identify differences depending on the presence of assistant teacher, and expanded the understanding of the SW education using robot.
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문제 정의
실험집단과 통제집단 모두 강사, 수업 내용, 강의 장소 등은 모두 동일하였으나, 실험집단에만 보조 교사를 배정하였다. 공동으로 제작하는 형태의 보조 교사보다는 필요한 정보를 제공하거나 질문에 대답해 주는 형태의 보조 교사가 학습성과 향상에 더 효과적이었다는 선행연구[28]에 따라, 본 연구에서는 실험집단의 보조 교사가 학습자들을 관찰하며 질문에 답변해 주거나 필요한 정보를 제공하는 역할을 수행하도록 하였다.
따라서 학교 현장에서 로봇 활용 SW 교육이 효과적으로 시행되기 위해서는 보조 교사의 지원이 필수적이며, 이에 관한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 초등학생들을 대상으로 로봇 활용 SW 교육을 실시하여 효과성을 검증하고, 보조 교사 유무에 따른 차이를 검증하고자 한다. 본 연구의 구체적인 연구 문제는 다음과 같다.
본 연구는 로봇 활용 SW 교육이 초등학생의 CT와 로봇에 대한 태도를 향상시키는지 알아보고, 보조 교사 유무에 따라 차이가 있는지 검증하여, 로봇 활용 SW 교육에 대한 이해를 확장시켰다는 점에서 그 의의를 찾을 수 있다. 하지만 본 연구는 소수의 학생들을 대상으로 연구 결과를 제시하였으므로, 연구 결과를 일반화하는 데 어려움이 있다.
본 연구는 로봇 활용 SW 교육이 학생들의 CT와 로봇에 대한 태도를 향상시키는지 알아보고, 보조 교사 유무에 따라 차이가 있는지 검증하고자 하였다. 본 연구의 결과를 요약하여 정리하면 다음과 같다.
UMC 모델은 지식, 기능, 태도 영역 중 기능 영역을 중심으로 수업 모델이 개발되었으나, 반드시 기능 영역에만 국한되는 것은 아니며, 기능 영역과 관련된 수업 과정에서 동반되는 정의적인 영역으로 태도 영역의 학습이 가능하다[17]. 본 연구에서는 UMC 모델의 3단계 중 재구성단계에서, 협력학습을 통해 정의적인 영역의 신장이 이루어지도록 활동 내용을 구성하였으므로, 이러한 협력학습 과정을 통해 학생들의 로봇에 대한 태도가 신장된 것으로 보인다.
제안 방법
본 연구는 서울 지역의 A 청소년 수련관에서 진행된 로봇 활용 SW 교육에 참여한 학생들을 대상으로 진행되었다. 1차시에는 햄스터 로봇 충전하기, SW 설치, 로봇과 PC 연결 등의 기본적인 내용을 학습하였으며, 2차시부터는 엔트리와 햄스터 로봇을 활용하여 수업을 진행하였다.
실험집단과 통제집단 모두 엔트리와 햄스터 로봇을 활용한 로봇 활용 SW 교육을 실시하였으며, 4주간 12차시의 집중 교육을 실시하였다. 실험집단과 통제집단 모두 강사, 수업 내용, 강의 장소 등은 모두 동일하였으나, 실험집단에만 보조 교사를 배정하였다.
대상 데이터
12차시 중 11차시는 협력학습 형태로 진행하였으며, 활동의 내용에 따라 7차시는 2인 1조, 4차시는 4인 1조 형태로 구성되었다. 모든 차시의 수업은 로봇학부 교수 1인과 교육공학 전문가 1인의 검토를 받아 진행하였다. 차시별 학습 내용과 주요 활동은 [Table 1]과 같다.
본 연구는 서울 지역의 A 청소년 수련관에서 진행된 로봇 활용 SW 교육에 참여한 학생 37명을 대상으로 진행되었다.
본 연구는 서울 지역의 A 청소년 수련관에서 진행된 로봇 활용 SW 교육에 참여한 학생들을 대상으로 진행되었다. 1차시에는 햄스터 로봇 충전하기, SW 설치, 로봇과 PC 연결 등의 기본적인 내용을 학습하였으며, 2차시부터는 엔트리와 햄스터 로봇을 활용하여 수업을 진행하였다.
수업 전, 후에 CT, 로봇에 대한 태도를 측정하였으며, 사전, 사후 검사 및 설문 중 하나라도 응답하지 않은 학생 8명을 제외한 29명(실험집단 16명, 통제집단 13명)을 최종 연구 대상으로 선정하였다.
데이터처리
본 연구를 위해 수집된 자료는 SPSS를 사용하여 신뢰도 분석을 실시하였으며, 로봇 활용 SW 교육이 CT, 로봇에 대한 태도에 미치는 효과를 알아보기 위해 대응 표본 t검정을 실시하였다. 또한 보조 교사 유무에 따른 차이를 알아보기 위해 CT와 로봇에 대한 태도의 사전, 사후 검사 자료를 바탕으로 기술 통계 분석, 공분산분석(ANCOVA)을 실시하였다.
로봇 활용 SW 교육을 실시한 후 보조 교사 유무에 따라 학생들의 CT, 로봇에 대한 태도 점수의 차이가 있는지 알아보기 위하여 공분산분석을 실시하였다.
로봇 활용 SW 교육의 학습 효과를 알아보기 위하여, CT 사전 검사와 사후 검사의 차이에 대한 대응 표본 t 검정을 실시하였다. 그 결과, 실험집단(t = -3.
마찬가지로 로봇에 대한 태도 사전 검사와 사후 검사의 차이에 대한 대응 표본 t 검정을 실시하였다. 그 결과, 실험집단(t = -.
본 연구를 위해 수집된 자료는 SPSS를 사용하여 신뢰도 분석을 실시하였으며, 로봇 활용 SW 교육이 CT, 로봇에 대한 태도에 미치는 효과를 알아보기 위해 대응 표본 t검정을 실시하였다. 또한 보조 교사 유무에 따른 차이를 알아보기 위해 CT와 로봇에 대한 태도의 사전, 사후 검사 자료를 바탕으로 기술 통계 분석, 공분산분석(ANCOVA)을 실시하였다.
이론/모형
따라서 본 연구에서는 김병수(2014)[14]의 도구를 사용하였다. 이 도구는 창의적 사고는 구성 요인에서 제외되어 있으나, 추상적 사고, 비판적 사고, 논리적 사고, 재귀적 사고, 알고리즘적 사고를 포함하며, 10가지 평가 주제(순차, 조건, 반복, 병렬 처리, 변수, 난수, 알고리즘, 객체, 함수, 재귀)의 19개 문항으로 구성되어 있다.
따라서 본 연구에서는 초, 중, 고등학생을 대상으로 개발된 이춘식(2013)[20]의 도구를 사용하였다. 이 도구는 로봇과 흥미 8문항(예: 로봇에 대해 더 많이 알고 싶다), 로봇의 이해 7문항(예: 로봇을 조작하는 것은 남녀학생 모두에게 어렵다고 생각한다), 로봇의 중요성 9문항(예: 로봇은 모든 사람들에게 필요하다), 로봇과 학습 8문항(예: 로봇 수업은 모든 학생에게 필요하다), 로봇과 직업 8문항(예: 로봇과 관련된 활동을 하면 즐겁다)의 5가지 하위 요인으로 구성되어 있다.
5가지의 모델은 행동주의, 인지주의, 구성주의 관점을 고려하여 학습 목표영역(지식, 기능, 태도) 중 기능 영역을 중심으로 하되, 지식, 태도 영역이 포함될 수 있도록 개발되었다. 본 연구에서는 5가지의 교수, 학습 모델 중 초급 수준의 학습자에게 적합한 재구성중심모델(Use, Modify and reCreate Model, 이하 UMC 모델)을 선정하여 수업에 적용하였다.
본 연구에서는 대부분의 학습자들이 SW 교육 경험이 없는 초급 수준의 학습자임을 고려하여 다양한 교수, 학습 모형 중에서 UMC 모델을 사용하였다. UMC 모델의 3단계(놀이, 수정, 재구성)에 따른 교수, 학습 과정은 [Table 2]와 같다.
성능/효과
마찬가지로 로봇에 대한 태도 사전 검사와 사후 검사의 차이에 대한 대응 표본 t 검정을 실시하였다. 그 결과, 실험집단(t = -.272, p =.019), 통제집단(t = -2.903, p=.011), 전체 집단(t = -4.047, p =.000) 학생들의 로봇에 대한 태도 평균 점수의 차이는 통계적으로 유의하였다([Table 4] 참조).
로봇 활용 SW 교육의 학습 효과를 알아보기 위하여, CT 사전 검사와 사후 검사의 차이에 대한 대응 표본 t 검정을 실시하였다. 그 결과, 실험집단(t = -3.624, p=.003)과 전체집단(t = -2.941, p =.006)의 CT 평균 점수차이는 유의하였다. 통제집단(t = -.
둘째, 로봇 활용 SW 교육 환경에서 보조 교사 유무에 따라 실험집단과 통제집단간의 CT 평균 점수의 차이가 있었으며, 그 차이가 통계적으로 유의하였다. 이는 기존의 선행연구[21][26][28]와 맥락을 같이 하며, SW 교육에서 보조 교사의 필요성을 시사한다고 볼 수 있다.
둘째, 로봇 활용 SW 교육 환경에서 보조 교사 유무에 따라 학생들의 사후 CT, 로봇에 대한 태도에 차이가 있는가?
625점 높았다. 사전 검사를 통제한 상태에서 실험집단과 통제집단의 평균 점수의 차이가 유의한지 알아보기 위해 공분산분석을 실시한 결과, 실험집단의 사후 CT에 대한 교정평균은 9.804, 통제집단의 교정평균은 6.940으로 나타났으며, 두 집단 간 CT 차이는 유의한 것으로 나타났다(F = 8.378, p = .008, [Table 5], [Table 6] 참조).
074점 높았다. 사전 검사를 통제한 상태에서 실험집단과 통제집단의 평균 점수의 차이가 유의한지 알아보기 위해 공분산분석을 실시한 결과, 실험집단의 사후 로봇에 대한 태도의 교정평균은 3.958, 통제집단의 교정평균은 3.862로 나타났으며, 두 집단간 태도 차이는 유의하지 않은 것으로 나타났다(F = .224, p = .640, [Table 7], [Table 8] 참조).
실험집단과 통제집단의 사후 CT 검사 결과, 실험집단의 평균이 9.000점, 통제집단의 평균이 7.375점으로 실험집단의 평균이 1.625점 높았다. 사전 검사를 통제한 상태에서 실험집단과 통제집단의 평균 점수의 차이가 유의한지 알아보기 위해 공분산분석을 실시한 결과, 실험집단의 사후 CT에 대한 교정평균은 9.
실험집단과 통제집단의 사후 로봇에 대한 태도 검사 결과, 실험집단의 평균이 3.943점, 통제집단의 평균이 4.017점으로 통제집단의 평균이 0.074점 높았다. 사전 검사를 통제한 상태에서 실험집단과 통제집단의 평균 점수의 차이가 유의한지 알아보기 위해 공분산분석을 실시한 결과, 실험집단의 사후 로봇에 대한 태도의 교정평균은 3.
임재홍, 우영희, 김보원, 이기재와 양유정(2016)[21]의 연구에서는 대학에서의 튜터 제도의 효과를 알아보기 위하여 3년간 튜터 유무에 따른 학생들의 성적의 차이를 알아보았다. 연구 결과, 대부분의 과목에서 튜터 과목이 비튜터 과목에 비해 학생들의 성적이 통계적으로 유의하게 높았음을 밝혔다.
백성희와 금지헌(2014)[3]의 연구에서는 초등학생 46명을 대상으로 8주간 방과후 학교 로봇교육 프로그램을 진행하였다. 연구 결과, 로봇에 대한 태도가 유의하게 향상되었으며, 특히 로봇에 대한 태도의 하위요인 중 로봇과 흥미, 로봇의 중요성 요인이 향상되었다.
실험집단에는 필요한 정보를 제공하거나 질문에 답변해 주는 형태의 보조 교사를 지원하였고, 통제집단에는 공동으로 제작하는 형태의 보조 교사를 지원하였다. 연구 결과, 실험집단의 자기효능감이 더 높게 향상되었으며, 그 차이가 통계적으로 유의하였다. 또한 이러한 연구 결과가 나타난 이유는, 통제집단은 보조 교사가 직접적으로 학생들에게 도움을 주었으므로, 실험집단에 비해 학습 과정에서 학습자의 자기주도성이 결여되는 결과를 초래하였기 때문이라고 하였다.
서주영(2017)[26]의 연구에서는 비전공자의 프로그래밍 학습의 어려움에 관한 연구를 수행하기 위하여 인문계열 학생 27명과 이공계열 21명을 대상으로 설문을 실시하였다. 연구 결과, 이공계열 학생은 주변의 프로그래밍 전공자나 경험자와의 교류가 쉬우므로 별도의 수업 보조 자원에 관한 요구가 높지 않았으나, 인문계열 학생들은 주변의 도움을 받기 어려우므로 수업의 질의, 응답을 도와줄 튜터나 수업 보조 자료가 절실히 필요하며, 비전공자의 프로그래밍 학습에 도움을 줄 수 있는 제도적 지원이 필요하다고 언급하였다.
Saez-López, Roman-Gonzalez & Vazquez-Cano(2016)[25]는 스페인의 초등학생 107명을 대상으로 2년간 스크래치를 활용 교육을 실시하였으며, 그 중 1년차 교육의 사전, 사후에 VBCCT(Visual Blocks Creative Computing Test)를 활용하여 학생들의 CT를 측정하였다. 연구 결과, 학생들의 CT 점수가 유의하게 향상되었음을 밝혔다.
김성원과 이영준(2016)[18]의 연구에서는 예비 교사88명을 세 집단(ICT 수업 집단, 프로그래밍 수업 집단, 로봇 프로그래밍 수업 집단)으로 나누어 한 학기 동안수업을 실시한 후 로봇에 대한 태도를 측정하였다. 연구결과, ICT 수업 집단과 프로그래밍 수업 집단은 로봇에 대한 태도가 유의하게 향상되지 않았으나, 로봇 프로그래밍 수업 집단의 로봇에 대한 태도는 유의하게 향상되었다.
이정민, 박현경과 최형신(2018)[22]의 연구에서는 초등학교 5학년 학생 88명을 대상으로 엔트리와 알버트 로봇을 활용하여 15차시의 로봇 활용 SW 교육을 실시하였다. 연구결과, 로봇 활용 SW 교육은 학생들의 CT를 유의하게 향상시켰으며, 창의성, 학습 흥미에도 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다.
첫째, 로봇 활용 SW 교육은 초등학생의 CT와 로봇에 대한 태도를 유의하게 향상시키는가?
첫째, 로봇 활용 SW 교육은 학생들의 CT를 향상시키는 것으로 나타났으며, 이는 기존의 선행연구[22][25]와 맥락을 같이 한다. SW 교육에 로봇을 활용하면 자신이 프로그래밍한 것을 눈으로 확인할 수 있어, 가상현실이 아닌 실세계와 상호작용이 가능하다[19].
한편, 통제집단 학생들의 CT 평균 점수는 향상되었으나, 평균 점수의 차이가 통계적으로 유의하지 않았다. 실험집단에서는 보조 교사가 학생들에게 필요한 정보를 제공하였으며, 특히 디버깅 과정에서 학생들의 질의, 응답에 도움을 주었다.
후속연구
따라서 더 많은 인원을 대상으로 연구 결과를 재확인할 필요가 있다. 또한 효과성 변인으로 CT와 로봇에 대한 태도만을 측정하였으므로 다양한 성과변인을 포함한 후속연구를 제안한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SW 교육이 의무적으로 시행될 때, 보조 교사의 지원이 필요한 이유는?
한편, SW 교육은 실습이 큰 비중을 차지한다는 점에서 다른 과목과 큰 차이가 있다. 우리나라에서는 2019년부터 초등학교에서 SW 교육이 의무적으로 시행될 예정이나[30], 학교에는 다양한 수준의 학생들이 모두 한 학급에 편성되어 학생들의 개인차가 발생하므로, 교사 한 명으로는 원활한 수업 진행이 어려운 것이 현실이다[28].
학교 현장의 SW 교육의 목적은?
학교 현장의 SW 교육의 목적은 컴퓨팅사고력(Computational Thinking, 이하 CT)을 향상시켜 문제해결을 위한 역량을 기르고자 하는 것이다[29]. 따라서 SW 교육은 프로그래밍 자체에 중점을 두기보다는 CT의 신장에 중점을 두어야 하므로, CT는 SW 교육의 효과를 측정하는 중요한 변인으로 다루어져야 한다.
SW 교육에 로봇을 사용함에 따라 기대되는 효과는?
학교 현장에서 SW 교육이 활성화되면서, SW 교육에 로봇을 사용하는 시도가 확산되고 있다[32]. 로봇은 미래 사회와 기술을 이해하는 데 적합한 소재로[2], 학습자들이 직접 로봇을 조작하여 수업에 몰두할 수 있으므로, SW 교육의 효과를 극대화할 수 있다.
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