앱 인벤터 게임 작성을 활용한 중학생의 프로그래밍 수업 및 학습 성과 분석 Middle-School Programming Classes Utilizing App Inventor Game Creation and the Analysis of their Educational Outcomes원문보기
많은 나라들에서 최근 초중고생에게 컴퓨터 프로그래밍 교육을 의무적으로 실시하고 있다. 일반적으로 컴퓨터 프로그래밍이 초중고생이 배우기 어렵기에, 게임 프로그래밍을 프로그래밍 수업에 적용해 학생들의 수업 동기와 만족도가 높아졌다는 기존 연구들이 다수 발표되었다. 우리는 중학생의 컴퓨터 프로그래밍 수업에 앱 인벤터 게임 작성을 활용하고 그 학습 효과를 분석하는 연구를 진행했다. 본 논문에서는 우리가 수업 시간에 활용했던 앱 인벤터 게임들의 명세 및 우리의 수업 모델을 기술한다. 또한 게임 프로그래밍을 활용한 프로그래밍 수업이 컴퓨팅 사고력, 창의적 사고력 및 프로그래밍에 대한 인식에 미치는 변화를 분석했다. 분석 결과, 중학생들의 이들 능력 및 긍정적 인식이 크게 개선됨을 알 수 있었다. 또한 짝 학습인 하브루타(Havruta) 학습을 프로그래밍 수업에 적용해 이것이 일반 빙식에 비해 학습 성과를 높임을 알 수 있었다.
많은 나라들에서 최근 초중고생에게 컴퓨터 프로그래밍 교육을 의무적으로 실시하고 있다. 일반적으로 컴퓨터 프로그래밍이 초중고생이 배우기 어렵기에, 게임 프로그래밍을 프로그래밍 수업에 적용해 학생들의 수업 동기와 만족도가 높아졌다는 기존 연구들이 다수 발표되었다. 우리는 중학생의 컴퓨터 프로그래밍 수업에 앱 인벤터 게임 작성을 활용하고 그 학습 효과를 분석하는 연구를 진행했다. 본 논문에서는 우리가 수업 시간에 활용했던 앱 인벤터 게임들의 명세 및 우리의 수업 모델을 기술한다. 또한 게임 프로그래밍을 활용한 프로그래밍 수업이 컴퓨팅 사고력, 창의적 사고력 및 프로그래밍에 대한 인식에 미치는 변화를 분석했다. 분석 결과, 중학생들의 이들 능력 및 긍정적 인식이 크게 개선됨을 알 수 있었다. 또한 짝 학습인 하브루타(Havruta) 학습을 프로그래밍 수업에 적용해 이것이 일반 빙식에 비해 학습 성과를 높임을 알 수 있었다.
In many countries, recently computer programming eduction has become mandatory for K-12 students. Generally since programming is difficult for K-12 students to learn, a lot of previous works have been published in which the study motivation and class satisfaction increased when game programming was ...
In many countries, recently computer programming eduction has become mandatory for K-12 students. Generally since programming is difficult for K-12 students to learn, a lot of previous works have been published in which the study motivation and class satisfaction increased when game programming was applied to programming classes. We investigated a research in which we used game programming in the programming classes for middle-school students, and analyzed educational effects. In this paper, we described the specification of the games and our class model that were applied in the research. Also, we analyzed changes made to computation thinking abilities, creative thinking abilities, and perceived support for programming after the programming classes. As a result, it was found that those abilities and the perceived support were increased. Additionally, we applied Havruta learning, a kind of paired learning, in the programming class, and have known that it increased the educational outcome with respect to the traditional method.
In many countries, recently computer programming eduction has become mandatory for K-12 students. Generally since programming is difficult for K-12 students to learn, a lot of previous works have been published in which the study motivation and class satisfaction increased when game programming was applied to programming classes. We investigated a research in which we used game programming in the programming classes for middle-school students, and analyzed educational effects. In this paper, we described the specification of the games and our class model that were applied in the research. Also, we analyzed changes made to computation thinking abilities, creative thinking abilities, and perceived support for programming after the programming classes. As a result, it was found that those abilities and the perceived support were increased. Additionally, we applied Havruta learning, a kind of paired learning, in the programming class, and have known that it increased the educational outcome with respect to the traditional method.
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문제 정의
본 논문에서는 우리가 수행했던 앱 인벤터용 게임 프로그래밍을 활용한 프로그래밍 연구에서 설계했던 수업 모형과 학습 성과를 기술한다. 학습 성과는 컴퓨팅 사고력(Computational Thinking Ability), 창의적 사고력(Creative Thinking Ability) 및 컴퓨터 프로그래밍에 대한 긍정적 인식(Perceived Support for Computer Programming) 변화 측면에서 분석했다.
우리는 중학생을 대상으로 앱 인벤터 기반의 컴퓨터 프로그래밍 수업에서 일반 수업 내용에 게임 프로그래밍을 혼합하는 연구를 수행했다. 본 논문에서는 우리의 연구에서 학생들이 수업에서 작성했 던 게임들의 특징과 게임 프로그래밍을 어떻게 수업에 활용했는지를 기술했다. 프로그래밍 수업 후, 학생들의 컴퓨팅 사고력, 창의적 사고력 및 프로그래밍에 대한 인식에 미치는 변화를 검사했다.
우리는 중학생을 대상으로 앱 인벤터 기반의 컴퓨터 프로그래밍 수업에서 일반 수업 내용에 게임 프로그래밍을 혼합하는 연구를 수행했다. 본 논문에서는 우리의 연구에서 학생들이 수업에서 작성했 던 게임들의 특징과 게임 프로그래밍을 어떻게 수업에 활용했는지를 기술했다.
우리는 프로그래밍 경험이 거의 없는 중학생을 대상으로 앱 인벤터 코딩 수업에 게임 프로그램을 활용한 수업안을 설계하고 진행하는 연구를 수행했다. 앱 인벤터는 레고 블록 형태로 표현된 각종 프로그래밍 요소들을 적절히 조립함으로써 스마트용 앱을 쉽게 생성할 수 있는 개발 도구이다.
제안 방법
그림 2는 이들 게임의 스크린 샷을 보여주고 있다. 두더지 게임 프로그램 작성을 통해, 프로그램에서의 알고리즘의 역할 및 설계 방법, 터치 이벤트 처리를 통한 이벤트-반응 방식의 프로그램 실행 모델, 스프라잇 개체를 화면에 재현하는 방법을 익힌다. 두 번째 갤러그 슈터 게임을 통해, 앞선 게임에서 습득한 지식을 강화하고 애니메이션 및 함수에 대한 개념을 학습하게 된다.
먼저 수업 전에 사전 검사지(Pretest)를 이용해 학생들의 컴퓨팅 사고력, 창의적 문제해결력 및 컴퓨터 프로그래밍에 대한 인식을 검사했다. 수업을 진행 후에는 사후 검사지(Posttest)를 이용해 이들 능력과 프로그래밍에 대한 긍정적 인식의 변화를 분석했다.
본 장의 표에서 ‘Pre’는 사전 검사의 점수를, ‘Post’는 사후 검사의 점수를 나타낸다. 사전 검사지와 사후 검사지의 문항 수가 서로 다르기에, 비교 분석을 위해 각 영역의 총점을 100점 만점으로 환산해 사용했다. 표 4에서 보다시피, 모든 영역에서 증가를 보였고 총 증가치는 47점 정도이다.
Step 2에서는 학생들은 주어진 앱 인벤터 실습 문제를 해결함으로써 프로그래밍 능력을 키웠다. 수업 시간의 제약으로 인해, 표 1의 프로그래밍 요소를 위한 기능과 게임 작성에 필요한 최소한의 앱 인벤터 블록들을 학습했다. 이들 블록에는 사용자 인터페이스 개체, 그리기 개체, 애니메이션 및 미디어 개체, 센서 개체 등이 포함되었다.
먼저 수업 전에 사전 검사지(Pretest)를 이용해 학생들의 컴퓨팅 사고력, 창의적 문제해결력 및 컴퓨터 프로그래밍에 대한 인식을 검사했다. 수업을 진행 후에는 사후 검사지(Posttest)를 이용해 이들 능력과 프로그래밍에 대한 긍정적 인식의 변화를 분석했다.
우리는 앞 장에서 기술한 수업 모델을 경기도 Y지역의 중학생 38명을 대상으로 적용했는데, 이들을 소그룹 6개로 나누어 각 그룹에 대해 별도의 수업을 실시했다. 우리가 조사해 본 바, 현재 교육 현장에서는 프로그래밍 교육이 소그룹으로 진행되고 있다.
우리는 전체 프로그래밍 수업을 전체 6주로 구성하면서 크게 두개 부분으로 나누었다. 전반부는 4주간에 걸쳐 두더지 잡기 게임을, 후반부는 2주간에 걸쳐 갤러그 슈터 게임을 위주로 진행했다.
우리는 프로그래밍에 대한 긍정적 인식 파악을 위한 검사지를 5문항으로 설계했다. 이들은 프로그래밍에 대한 이해 정도(PS-1로 표기), 프로그래밍 능력의 중요성(PS-2로 표기), 프로그래밍 직업에 대한 선호도(PS-3로 표기)라는 3개 영역으로 나누어진다.
우리는 하브루타 및 일반 수업 방식간의 사후 검사 점수 차이가 유의미하게 현저한 지 여부를 위해 2 가지 테스트를 실시했다. 하나는 하브루타 수업 방식의 점수를 종속변수로, 일반 수업 방식의 점수를 독립변수로 해 실시한 t검정이다.
우리는 학생들을 무작위로 두 그룹으로 나누어, 한 그룹에서는 한 그룹에서는 2명씩 한 조를 이루어 짝과 하브루타식 토론을 하면서 수업 내용 이해와 실습을 진행하도록 했고, 나머지 그룹은 일반 방식으로 수업을 진행했다. 학생들간의 하브루타식 토론의 원활한 진행을 위해, 토론할 내용을 미리 정리한 학습지를 학생들에게 나누어주었다.
프로그래밍 요소별 학습 순서는 교사의 판단에 따라 정할 수 있다. 우리의 연구에서는 먼저 단순 메시지를 출력하는 앱과 같은 간단한 앱 제작 실습을 통해 앱 인벤터의 사용법을 학습한 후, [Table 1]에서 명시한 프로그래밍 요소들을 그림 1과 같은 순서로 학생들이 학습하도록 했다. 본 그림의 학습의 순서는 우리의 경험에 따른 것으로서, 기본적으로 학생들이 앱 인벤터로 프로그램을 제작할 때 프로그램 복잡도의 증가에 따라 이해가 필요한 프로그래밍 학습 요소 순을 반영한 것이다.
우리의 연구에서는 전체 6주에 걸쳐 일반 코딩 교육과 함께 두더지 잡기 게임과 갤러그 슈터 게임의 프로그래밍을 진행했다. 학생들이 게임 플레이와 규칙을 이해하기 위한 노력 대신에 프로그래밍 자체에 더 시간을 쓸 수 있도록, 조작법과 로직이 상대적으로 간단하고 잘 알려진 게임을 선택했다.
하브루타 방식이 여러 측면에서 학습 성과를 높인다는 연구들이 다수 존재한다. 우리의 연구에서는 학생들을 무작위로 두 그룹으로 나누어 한 그룹은 하브루타 방식을, 다른 그룹은 일반 방식을 적용했다. 수업 결과를 분석해 본 결과, 중학생 프로그래밍 수업에서도 하브루타 방식이 일반 방식에 비해 의미 있는 수준의 더 좋은 학습 성과를 보였다.
이들 두 테스트에 앞서, K-S(Kolmogorov–Smirnov) 테스트를 실시해 두 수업 방식의 사후 검사 점수 및 사후 검사 점수가 각각 정규성(normality)을 가짐을 확인했다.
학습 성과는 컴퓨팅 사고력(Computational Thinking Ability), 창의적 사고력(Creative Thinking Ability) 및 컴퓨터 프로그래밍에 대한 긍정적 인식(Perceived Support for Computer Programming) 변화 측면에서 분석했다. 이를 위해 수업 전후에 이들 측면에서의 검사를 각각 실시했다. 이들 검사의 결과를 분석한 결괴, 학생들의 컴퓨팅 사고력과 창의적 사고력이 증가했고 컴퓨터 프로그래밍에 대한 긍정적 인식이 크게 개선됨을 알 수 있었다.
우리는 전체 프로그래밍 수업을 전체 6주로 구성하면서 크게 두개 부분으로 나누었다. 전반부는 4주간에 걸쳐 두더지 잡기 게임을, 후반부는 2주간에 걸쳐 갤러그 슈터 게임을 위주로 진행했다. 각 부분에서는 다음 5 단계로 수업이 진행되었다.
본 논문에서는 우리의 연구에서 학생들이 수업에서 작성했 던 게임들의 특징과 게임 프로그래밍을 어떻게 수업에 활용했는지를 기술했다. 프로그래밍 수업 후, 학생들의 컴퓨팅 사고력, 창의적 사고력 및 프로그래밍에 대한 인식에 미치는 변화를 검사했다. 검사 결과에서, 중학생들의 이들 문제 해결 능력 및 프로그래밍에 대한 긍정적 인식이 수업전과 비교해서 유의미한 수준으로 크게 개선됨을 보였다.
우리 게임들을 이들 측면애서 분석해 보면 다음과 같다. 프로그래밍 요소 측면에서는, [Table 1]과 같이 교육부 정보교과 개정안에서 요구하는 것들을 충실히 반영할 수 있도록 게임을 설계했다. 게임 미캐닉스 측면에서는, 프로그래밍 교육용 게임에 사용하는데 적합한 요소를 각 게임당 2개씩을 가지고 있다.
우리는 학생들을 무작위로 두 그룹으로 나누어, 한 그룹에서는 한 그룹에서는 2명씩 한 조를 이루어 짝과 하브루타식 토론을 하면서 수업 내용 이해와 실습을 진행하도록 했고, 나머지 그룹은 일반 방식으로 수업을 진행했다. 학생들간의 하브루타식 토론의 원활한 진행을 위해, 토론할 내용을 미리 정리한 학습지를 학생들에게 나누어주었다. 본 학습지의 자세한 내용은 [17]에 나와 있다.
본 논문에서는 우리가 수행했던 앱 인벤터용 게임 프로그래밍을 활용한 프로그래밍 연구에서 설계했던 수업 모형과 학습 성과를 기술한다. 학습 성과는 컴퓨팅 사고력(Computational Thinking Ability), 창의적 사고력(Creative Thinking Ability) 및 컴퓨터 프로그래밍에 대한 긍정적 인식(Perceived Support for Computer Programming) 변화 측면에서 분석했다. 이를 위해 수업 전후에 이들 측면에서의 검사를 각각 실시했다.
그 이유는 사실 단순 조건문과 반복문만으로도 중학생 수준의 게임 프로그램에서 필요한 대부분의 제어 구조를 표현할 수 있고, 경험상 복잡한 제어구조는 대학생도 이해하기 어려워하기 때문이다. 함수에 대해서는, 기본적으로 함수 선언은 고려하지 않고, 함수 호출 블록과 변수의 값을 읽어 오는 게터(getter) 및 값을 저장하는 세터(setter) 블록을 위주로 학습했다.
데이터처리
우리는 각 영역별로 사전 검사 점수를 독립변수로, 사후 검사 점수를 종속변수로 정해 양측 t-검정을 실시했다. 유의 수준 5%를 기준으로 각 영역의 유의 확률 p를 살펴보면, 첫 번째 영역에서의 사고력의 변화는 현저하지 않다.
모든 영역들에서 사후 검사의 점수가 사전 검사에 비해 25% ~ 38% 만큼 증가됨을 보였다. 우리는 각 영역별로 사전-사후 검사 점수간의 양측 t-검증을 실시했고, 그 결과는 표 5의 p 열에 나타나있다. 유의 확률 p가 0.
이론/모형
창의적 문제해결력 검사는 한국교원개발원의 연구를 기반으로 수정 개발한 검사지[19]로 실시했다. 해당 검사는 많은 프로그래밍 연구에서 활용되고 있으며 그 신뢰도가 검증되었다고 볼 수 있다.
컴퓨팅 사고력 측정을 위해 한국교육학술정보원이 개발하여 보급해 준 컴퓨팅 사고력 검사지[23]을 활용하였다. 검사지의 검사 항목들은 자료에 대한 이해(CT-1로 표기), 문제에 대한 이해(CT-2로 표기) 및 문제해결을 위한 프로그래밍(CT-3으로 표기)의 3가지 영역으로 구성된다.
성능/효과
각 영역에서 사전 검사 대비 사후 검사의 점수가 26% 이상 증가함을 보였다. 각 영역별 사전-사후 검사 점수간의 양측 t-검정 결과인 유의확률 p를 살펴보면, 사전 점수와 사후 점수 간 차이가 확률적으로 유의미하게 크다는 것을 알 수 있다. 프로그래밍 수업은 중학생들이 컴퓨터 프로그래밍 지식 및 중요성을 깨닫는 좋은 수단이 됨을 보여준다.
5]는 컴퓨터 프로그래밍에 대한 인식 변화를 보여주고 있다. 각 영역에서 사전 검사 대비 사후 검사의 점수가 26% 이상 증가함을 보였다. 각 영역별 사전-사후 검사 점수간의 양측 t-검정 결과인 유의확률 p를 살펴보면, 사전 점수와 사후 점수 간 차이가 확률적으로 유의미하게 크다는 것을 알 수 있다.
프로그래밍 수업 후, 학생들의 컴퓨팅 사고력, 창의적 사고력 및 프로그래밍에 대한 인식에 미치는 변화를 검사했다. 검사 결과에서, 중학생들의 이들 문제 해결 능력 및 프로그래밍에 대한 긍정적 인식이 수업전과 비교해서 유의미한 수준으로 크게 개선됨을 보였다.
그림 5에서 보다시피 두 방식 모두에서 컴퓨팅 사고력, 창의적 사고력 및 프로그래밍에 대한 인식 측면에서 사후 검사의 점수가 사전 검사에 비해 증가했음을 알 수 있다. 또한 하브루타 방식에서의 증가율이 일반 방식에 비해 크다는 점을 통해, 중학생의 프로그래밍 수업에서 하브루타 방식이 일반 방식에 비해 학습 성과가 높다는 것을 알 수 있다.
4]는 학생들의 창의적 사고력의 변화를 보여준다. 모든 영역들에서 사후 검사의 점수가 사전 검사에 비해 25% ~ 38% 만큼 증가됨을 보였다. 우리는 각 영역별로 사전-사후 검사 점수간의 양측 t-검증을 실시했고, 그 결과는 표 5의 p 열에 나타나있다.
우리의 연구에서는 학생들을 무작위로 두 그룹으로 나누어 한 그룹은 하브루타 방식을, 다른 그룹은 일반 방식을 적용했다. 수업 결과를 분석해 본 결과, 중학생 프로그래밍 수업에서도 하브루타 방식이 일반 방식에 비해 의미 있는 수준의 더 좋은 학습 성과를 보였다. 하브루타식 토론을 중학생의 프로그래밍 수업에 적용한 기존 연구는 거의 발표되지 않았다.
이를 위해 수업 전후에 이들 측면에서의 검사를 각각 실시했다. 이들 검사의 결과를 분석한 결괴, 학생들의 컴퓨팅 사고력과 창의적 사고력이 증가했고 컴퓨터 프로그래밍에 대한 긍정적 인식이 크게 개선됨을 알 수 있었다. 또한 수업 중에 학생들은 게임 개발을 직접 한다는 사실에 큰 흥미와 높은 수업 몰입도를 보였다.
표 4에서 보다시피, 모든 영역에서 증가를 보였고 총 증가치는 47점 정도이다. 자료에 대한 이해 영역(즉, CT-1)의 증가율을 크지 않지만, 나머지 영역들에서는 20% 이상의 증가율을 보였다. 전체 수업기간이 6주라는 점을 감안하면, 자료에 대한 이해 능력은 타 능력에 비해 상대적으로 짧은 기간 동안에 향상되지 않음을 알 수 있다.
자료에 대한 이해 영역(즉, CT-1)의 증가율을 크지 않지만, 나머지 영역들에서는 20% 이상의 증가율을 보였다. 전체 수업기간이 6주라는 점을 감안하면, 자료에 대한 이해 능력은 타 능력에 비해 상대적으로 짧은 기간 동안에 향상되지 않음을 알 수 있다. 특히 문제해결을 위한 프로그래밍 영역(즉, CT-3)의 증가율은 56% 정도로, 앱 인벤터 프로그램 작성 수업이 학생들의 코딩 능력을 크게 향상 시켜줌을 알 수 있다.
전체 수업기간이 6주라는 점을 감안하면, 자료에 대한 이해 능력은 타 능력에 비해 상대적으로 짧은 기간 동안에 향상되지 않음을 알 수 있다. 특히 문제해결을 위한 프로그래밍 영역(즉, CT-3)의 증가율은 56% 정도로, 앱 인벤터 프로그램 작성 수업이 학생들의 코딩 능력을 크게 향상 시켜줌을 알 수 있다.
프로그래밍에 대한 긍정적 인식 검사에서 일반 방식과 하브루타 방식간의 증가율 차이는 23% 정도로서, 다른 두 검사보다 증가율 차이가 컸다. 하브루타 학습이 일반 방식의 학습에 비해 학생들의 수업 몰입도가 높아졌고, 그 과정에서 프로그래밍에 대한 이해와 필요성을 보다 쉽게 인식하게 된 결과로 보인다.
하브루타 수업은 학생들이 짝을 이루어 토론하면서 상대방과 협력적으로 학습 내용을 이해해 나가고 또한 상대방으로부터 자극받아 학습 의욕을 높이는 학습 방식이다. 하브루타식 토론을 우리의 수업에 적용한 결과, 게임 프로그래미 작성을 활용한 중학생 프로그래밍 수업에도 일반 방식에 비해 학습 효과가 높다는 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
앱 인벤터란 무엇인가?
우리는 프로그래밍 경험이 거의 없는 중학생을 대상으로 앱 인벤터 코딩 수업에 게임 프로그램을 활용한 수업안을 설계하고 진행하는 연구를 수행했다. 앱 인벤터는 레고 블록 형태로 표현된 각종 프로그래밍 요소들을 적절히 조립함으로써 스마트용 앱을 쉽게 생성할 수 있는 개발 도구이다. 앱 인벤터는 일반 프로그램 언어보다 높은 추상화 수준의 사용법을 제공해 학습자의 코딩 작업 부담을 크게 줄여 주는 장점이 있기 때문에, 초보자의 프로그래밍 교육에 자주 활용되고 있다[9].
앱 인벤터의 장점은 무엇인가?
앱 인벤터는 레고 블록 형태로 표현된 각종 프로그래밍 요소들을 적절히 조립함으로써 스마트용 앱을 쉽게 생성할 수 있는 개발 도구이다. 앱 인벤터는 일반 프로그램 언어보다 높은 추상화 수준의 사용법을 제공해 학습자의 코딩 작업 부담을 크게 줄여 주는 장점이 있기 때문에, 초보자의 프로그래밍 교육에 자주 활용되고 있다[9].
게임 프로그래밍 교육에서도 포함되어야 하는 핵심 개념은 무엇인가?
확대된 영역의 핵심은 추상화, 알고리즘 및 프로그래밍 능력을 신장하는데 있다. 중학교 교과과정에서 프로그래밍 요소 학습의 핵심 개념들로 입출력, 변수와 연산, 제어구조(반복, 선택, 순차), 응용을 명시하고 있다[3]. 따라서 프로그래밍 교육에서 사용하는 게임 프로그래밍 교육에서 도 이들 개념들을 포함해야 할 것이다.
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