Wing은 21세기를 살아가기 위한 역량으로 컴퓨팅 사고력의 중요성을 역설하였다. 본 연구에서는 컴퓨팅 사고력의 추상화를 관련 연구를 통해 객체 추상화, 데이터 추상화, 절차 추상화로 분류하였다. 또한 추상화 역량 평가를 위해 추상화 성취기준과 평가기준을 개발하였다. 학교 현장에 적용한 결과 학생들은 문제 해결을 위해 글과 그림으로 표현하는 객체 추상화, 데이터 추상화 역량은 우수하지만, 컴퓨터 프로그램으로 작성하는데 어려움을 겪고 있음을 알 수 있었다. 본 연구에서 개발된 추상화 역량 평가는 소프트웨어 교육을 위한 학생 지도에 많은 도움을 줄 것이다.
Wing은 21세기를 살아가기 위한 역량으로 컴퓨팅 사고력의 중요성을 역설하였다. 본 연구에서는 컴퓨팅 사고력의 추상화를 관련 연구를 통해 객체 추상화, 데이터 추상화, 절차 추상화로 분류하였다. 또한 추상화 역량 평가를 위해 추상화 성취기준과 평가기준을 개발하였다. 학교 현장에 적용한 결과 학생들은 문제 해결을 위해 글과 그림으로 표현하는 객체 추상화, 데이터 추상화 역량은 우수하지만, 컴퓨터 프로그램으로 작성하는데 어려움을 겪고 있음을 알 수 있었다. 본 연구에서 개발된 추상화 역량 평가는 소프트웨어 교육을 위한 학생 지도에 많은 도움을 줄 것이다.
Wing, J. M. emphasized the importance of computational thinking competency to live in the 21st century. In this study, the abstraction of computational thinking is classified into object abstraction, data abstraction, and procedural abstraction through related studies. In addition, abstraction achie...
Wing, J. M. emphasized the importance of computational thinking competency to live in the 21st century. In this study, the abstraction of computational thinking is classified into object abstraction, data abstraction, and procedural abstraction through related studies. In addition, abstraction achievement and assessment standards were developed for the abstractable competency assessment. As a result of applying to the school site, the students showed that the object abstraction and the data abstraction competency which are expressed in writing and drawing, they are excellent in solving the problem. However, students hard to write a computer program. The abstractable competency assessment developed in this study will help teach students to teach software education.
Wing, J. M. emphasized the importance of computational thinking competency to live in the 21st century. In this study, the abstraction of computational thinking is classified into object abstraction, data abstraction, and procedural abstraction through related studies. In addition, abstraction achievement and assessment standards were developed for the abstractable competency assessment. As a result of applying to the school site, the students showed that the object abstraction and the data abstraction competency which are expressed in writing and drawing, they are excellent in solving the problem. However, students hard to write a computer program. The abstractable competency assessment developed in this study will help teach students to teach software education.
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문제 정의
본 연구에서는 2015 개정교육과정의 소프트웨어 교육을 위한 컴퓨팅 사고력 요소들 중 추상화 능력을 평가할 수 있는 방안에 대해 연구하였다. 추상화 역량을 평가하기 위해 추상화 요소를 정의하고, 2015 개정교육과정의 초등 소프트웨어 교육에 적합한 추상화 성취기준 및 평가기준을 개발하고자 한다.
본 연구에서는 선행 연구에 근거하여 추상화의 구성요소를 도출하고 국내·외 초등 소프트웨어 교육과정을 분석하여 각 추상화 구성요소별 성취기준 및 평가기준을 개발하였다.
본 연구에서는 초등 소프트웨어 교육을 위한 추상화 역량을 객체 추상화, 데이터 추상화, 절차 추상화로 구분하여 각각의 추상화 요소가 초등학교 5∼6학년 수준의 소프트웨어 교육에서 어떻게 정의할 수 있는지 알아보고자 한다.
본 연구에서는 컴퓨팅 사고력에서 추상화를 객체 추상화, 데이터 추상화, 절차 추상화로 분류하고, 이를 평가하기 위해 초등학교 5∼6학년 수준의 성취기준과 평가기준을 개발하였다.
추상화 성취기준을 개발하기 위해서 본 논문에서는 초등학교 소프트웨어 교육 수준을 고려하여 연구하였다.
본 연구에서는 2015 개정교육과정의 소프트웨어 교육을 위한 컴퓨팅 사고력 요소들 중 추상화 능력을 평가할 수 있는 방안에 대해 연구하였다. 추상화 역량을 평가하기 위해 추상화 요소를 정의하고, 2015 개정교육과정의 초등 소프트웨어 교육에 적합한 추상화 성취기준 및 평가기준을 개발하고자 한다.
제안 방법
컴퓨팅 사고의 추상화 전체를 다루기에는 그 범위가 매우 크므로 우리나라 2015 교육과정을 토대로 미국의 CSTA 컴퓨터과학 표준 내용, 영국의 국가수준 컴퓨팅 교육과정을 바탕으로 추상화 성취기준을 개발하였다. 개발한 추상화 성취기준은 컴퓨터교육전공 교수 1인과 석사학위 이상을 소지한 전문가 5인의 검토를 통해 수정 및 보완하였다. 본 연구에서 제시된 10개의 추상화 항목에 대한 검사도구의 알파 신뢰도는 α= .
2015 개정 교육과정에서는 소프트웨어 교육을 강화해야한다는 국가·사회적 요구를 반영하여 초등학교 실과교과의 정보통신 활용 교육 내용을 소프트웨어 교육 중심으로 개편하였다. 기존 실과 교과의 정보통신 활용 중심의 정보 단원을 소프트웨어 기초 소양 중심의 대단원으로 구성하여 소프트웨어 도구를 활용함으로써 놀이처럼 재미있게 17시간 이상 학습하도록 하였다[10].
미국의 K-2학년은 속성과 동작에 따라 객체를 분류하는 활동을 하며, 우리나라의 소프트웨어 교육 성취기준 중 [6실04-09]에서는 객체를 속성과 동작으로 표현하여 기초적인 프로그래밍 과정을 체험하도록 하고 있다. 따라서 성취기준을 속성과 동작으로 사물을 설명할 수 있고, 프로그래밍에 필요한 객체를 선정할 수 있으며, 객체에 적합한 속성과 동작을 프로그래밍으로 표현할 수 있는 것으로 객체 추상화의 성취기준과 평가기준을 [Table 2]와 같이 개발하였다.
또한 초등학생의 추상화 절차를 평가할 수 있도록 사전 학습지를 문제지와 함께 배부하여 컴퓨터로 프로그래밍하기 전에 글과 그림으로 표현할 수 있도록 하였다.
본 연구에서 개발한 추상화 평가기준을 바탕으로 학생들이 제시된 문제 상황을 추상화의 과정을 거쳐 프로그램으로 구현할 수 있는지 개인별 평가를 실시하였다.평가는 상/중/하 점수로 각각 2점/1점/0점으로 변환하고 점수들을 합산하여 각 학생별 추상화 역량이 어느 정도인지 분석하였다.
2015 개정 교육과정에서는 초등학교 실과 교과의 정보 통신 활용 교육 내용을 소프트웨어 교육 내용 중심으로 개편하였다. 실과 교과의 정보 단원을 소프트웨어기초 소양 중심의 대단원으로 구성하여 소프트웨어 도구를 활용하여 문제 해결력을 기르도록 하였다. 이에 따른 초등학교 소프트웨어 교육과정 내용 요소는 ‘소프트웨어 이해’, ‘절차적 문제해결’, ‘프로그래밍의 요소와 구조’이며 이에 따른 성취기준은 [Table 1]과 같다[9].
이 때 본 연구에서 개발한 추상화 역량 평가기준을 체크리스트법으로 학생 개개인별 평가를 실시하였다.
채점자는 소프트웨어 교육 연구학교 및 선도학교 운영 경험이 있는 교사를 선정하였다. 채점자는 평가의 일관성을 위해 1인으로 하였고, 채점에 앞서 본 연구에서 개발한 평가기준을 이해하도록 채점자 훈련을 시행하였다. 채점자는 학생들이 표현하는 과정과 결과물을 관찰평가로 평가한다.
추상화 역량 평가를 위해 컴퓨터교육협의회에서 주관한 2015년도 초등부 경시대회의 출제 문제를 전문가 집단의 자문을 통해 수정하여 검사 도구를 개발하였다. 평가 대상인 S초등학교 6학년 학생들은 이전에 소프트웨어 교육을 받을 때 스크래치로 게임을 만든 경험이 있었다.
추상화 성취기준을 개발하기 위해서 본 논문에서는 초등학교 소프트웨어 교육 수준을 고려하여 연구하였다. 컴퓨팅 사고의 추상화 전체를 다루기에는 그 범위가 매우 크므로 우리나라 2015 교육과정을 토대로 미국의 CSTA 컴퓨터과학 표준 내용, 영국의 국가수준 컴퓨팅 교육과정을 바탕으로 추상화 성취기준을 개발하였다. 개발한 추상화 성취기준은 컴퓨터교육전공 교수 1인과 석사학위 이상을 소지한 전문가 5인의 검토를 통해 수정 및 보완하였다.
본 연구를 적용하기 위해 광주 S초등학교 6학년 30명을 대상으로 소프트웨어교육을 실시한 후 평가를 실시하였다.평가 방법으로는 수업에서 과제를 수행하고 있는 학생들을 대상으로 교사가 체크리스트를 이용하여 과정중심평가를 실시하였다.
본 연구에서 개발한 추상화 평가기준을 바탕으로 학생들이 제시된 문제 상황을 추상화의 과정을 거쳐 프로그램으로 구현할 수 있는지 개인별 평가를 실시하였다.평가는 상/중/하 점수로 각각 2점/1점/0점으로 변환하고 점수들을 합산하여 각 학생별 추상화 역량이 어느 정도인지 분석하였다.
대상 데이터
추상화 성취기준과 평가기준의 타당도는 전문가 집단의 검토를 통해 개발되었다. 본 연구를 적용하기 위해 광주 S초등학교 6학년 30명을 대상으로 소프트웨어교육을 실시한 후 평가를 실시하였다.평가 방법으로는 수업에서 과제를 수행하고 있는 학생들을 대상으로 교사가 체크리스트를 이용하여 과정중심평가를 실시하였다.
채점자는 소프트웨어 교육 연구학교 및 선도학교 운영 경험이 있는 교사를 선정하였다. 채점자는 평가의 일관성을 위해 1인으로 하였고, 채점에 앞서 본 연구에서 개발한 평가기준을 이해하도록 채점자 훈련을 시행하였다.
추상화 역량 평가기준을 적용하기 위해 교육부 지정소프트웨어 교육 선도학교인 광주광역시 S초등학교 6학년 30명을 선정하였다. S초등학교는 2015∼2016년 소프트웨어 교육 연구학교로 지정되었으며 2017년에는 소프트웨어 교육 선도학교로 지정되어 운영 중이다.
성능/효과
이는 학생들이 문제 상황에서 객체를 속성과 동작으로 정확하게 설명할 수 있지만 객체를 컴퓨터로 표현하거나, 객체 간 상호작용을 설명하는 것을 어려워함을 알 수 있다. 둘째, 데이터 추상화 성취기준 중 [Data-01]와 [Data-02]의 평균 점수는 10점이지만 [Data-03]의 평균 점수는 6점으로 나타났다. 변수의 개념을 이해하고 필요한 변수가 무엇인지 선정할 수 있지만 프로그램에 변수를 적절하게 활용을 하지 못한 학생이 많다는 것을 알 수 있다.
성취기준별 평균 점수 결과 분석을 통해 학생들은 문제 해결을 위해 추상화하는 과정에서 객체와 변수를 선정하고, 절차를 글과 그림으로 잘 표현할 수 있는 반면 이를 컴퓨터로 표현하는 과정에서 어려움을 겪는 경향이 있음을 알 수 있었다.
셋째, 절차 추상화의 성취기준 [Procedural-01]의 평균점수는 15점으로 대부분의 학생은 문제해결을 위해 중요한 요소를 추출하여 문제해결 절차를 글과 그림으로표현할 수 있었지만 [Procedural-02]∼[Procedural-04]의 평균은 약 8점으로 컴퓨터에 순차, 선택, 반복의 절차로 표현하는 것에 상대적으로 낮은 점수를 보였다.
위의 연구들을 종합해 보면 추상화의 대상에 따라 객체, 데이터, 절차 측면의 관점으로 구분하여 정의할 수 있다. 본 연구에서는 초등 소프트웨어 교육을 위한 추상화 역량을 객체 추상화, 데이터 추상화, 절차 추상화로 구분하여 각각의 추상화 요소가 초등학교 5∼6학년 수준의 소프트웨어 교육에서 어떻게 정의할 수 있는지 알아보고자 한다.
추상화 성취기준별평균 점수를 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 객체 추상화의 성취기준 [Object-01]은 평균 점수가 16점인 반면[Object-03]의 평균 점수는 9점에 불과했다. 이는 학생들이 문제 상황에서 객체를 속성과 동작으로 정확하게 설명할 수 있지만 객체를 컴퓨터로 표현하거나, 객체 간 상호작용을 설명하는 것을 어려워함을 알 수 있다.
추상화 역량을 평가한 결과, ‘중’ 수준에 학생들이 가장 많이 분포함을 확인할 수 있었다.
후속연구
본 연구에서 개발한 성취기준 및 평가기준의 영역별 성취도로 제시된 평가 결과는 소프트웨어 교육을 실시할 때 피드백 자료로서 때 유의미한 자료가 될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
객체 추상화란 무엇인가?
초등 소프트웨어 교육에서 다루고 있는 교육용 소프트웨어인 스크래치와 엔트리에서는 명령을 실행하는 객체(오브젝트 또는 스프라이트)를 정의하고 그 객체의 행위를 블록을 나열함으로써 나타내고 있다. 따라서 일련의 명령어를 실행하기 위해 객체를 정의하고 속성과 동작을 정의하는 것을 객체 추상화라고 한다[4].
미국의 CSTA는 컴퓨터과학을가르치기 위한 교육과정 표준안을 발표하였는데 이 교육과정 표준안의 학습목표는 어떻게 제시되고 있는가?
미국의 CSTA(2016)는 초중등단계에서 컴퓨터과학을가르치기 위한 교육과정 표준안을 발표하였다. 이는 컴퓨터과학 교육과정에 대한 기초를 제공하고, 초중등단계에서 교육할 수 있도록 설계된 핵심 학습목표를 제시하고 있다. 총 네 단계(K-2학년과 3-5학년과 6-8학년과 9-12학년)로 나누었으며 각 단계를 마치는 학생들이 이해하고 수행할 수 있는 하는 개념(Concept)과 활동(Practice)을 표준(Standard)로 표현하였다[13].
미국의 CSTAS는 컴퓨팅 사고력에 대한 구성요소를 어떻게 세분화하였는가?
미국의 CSTA(Computer Science Teacher Association)와 ISTE(International Society for in Education)는 컴퓨팅 사고력에 대한 구성요소를 9가지(자료 수집, 자료 분석, 자료 표현, 문제 분해, 추상화,알고리즘과 절차, 자동화, 시뮬레이션, 병렬화)로 세분화 하였다[13].
참고문헌 (16)
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Jeong, I. K. (2016). Review of Concept of Abstraction of Computational Thinking. Journal of The Korean Association of Information Education, 20(6), 585-596.
Ju, Y. J, Ma, D. S, Kim, J. R. (2018). A study on abstraction of computational thinking. Journal of The Korean Association of Information Education, 9(1), 79-84.
Kim, H. R, Lee, S. J. (2013). Analysis of computer education courses in foreign countries, KERIS
Kim, T. G. (2004). Professor K's object-oriented story, Baeumteo.
Lee, C. H. (2016). Development of Computational Thinking based Problem Solving Model(CT-PS Model) for Software Education. Journal of Korean Practical Arts Education, 22(3), 97-117.
LEE, Y, H, etc. (2011). Processing for fun, Hantee media.
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Ministry of Education (2015). Elementary National Curriculum of Korea.
Wing, J. M. (2006). Computational Thinking. Communication of the ACM, 49(3), 33-35
Yang, S. J. (2006). Object-oriented concept learning in problem solving process using EPL. The Graduate School of Education Korea University, Ed. M.
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Forbes (2017). The world's most valuable brands 2017. Retrieved December 28, 2017, from https://www.forbes.com/
Goggle for Education. Retrieved May 30, 2018, from https://edu.google.com/resources/programs/exploring-computational-thinking/
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