[논문]2015 개정 초등 교육과정의 SW교육을 위한 피지컬 컴퓨팅 기반 교구 평가 준거 개발

전형기; 김영식

doi:10.32431/kace.2018.21.5.004

[국내논문] 2015 개정 초등 교육과정의 SW교육을 위한 피지컬 컴퓨팅 기반 교구 평가 준거 개발
Development of the Evaluation Criteria of the Physical Computing Based Learning Tools for SW Education in the 2015 Revised National Curriculum for Elementary Education 원문보기

컴퓨터교육학회논문지 = The Journal of Korean Association of Computer Education, v.21 no.5, 2018년, pp.37 - 48

전형기 (한국교원대학교 컴퓨터교육과) , 김영식 (한국교원대학교 컴퓨터교육과)

초록
AI-Helper

2015 개정교육과정은 컴퓨팅 사고력을 향상시키고자 SW교육과정이 포함되었으며 교육 현장에서 활용될 다양한 피지컬 컴퓨팅 기반의 교구가 판매되고 있다. 본 연구는 교수 상황과 교수 목적에 적합한 피지컬 컴퓨팅 기반의 학습도구를 선정하는데 필요한 준거를 마련하여 현장의 도구 선택에 합리적인 판단 근거를 제공하는데 목적이 있다. 평가 준거 마련 방법으로는 25명의 전문가 패널을 통해 델파이 조사 방법을 사용하였다. 그 결과 7개의 영역에 대해 40개의 필수 준거와 11개의 선택 준거로 구성되는 교구 평가 준거가 제시되었다. 또한 도출된 학습 도구 평가 준거를 통해 현재 상용화된 5종의 학습 도구에 대한 평가 결과를 분석하였다. 본 연구를 통해 개발된 교구 평가 준거는 교사들의 합리적인 교구 선택과 교구 개발자의 교구 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The 2015 revised national curriculum includes SW courses to improve computational thinking, and a variety of physical computing tools for learning are on sale for use in education. The purpose of this study is to provide a basis for selecting physical computing tool for learning suitable for learning situations and learning purposes, and to provide a reasonable basis for judging the choice of tools in the field. Delphi survey method was used as a reference method for developing evaluation criteria through 25 expert panels. As a result, the criterion of evaluation of the learning tool composed of 40 essential and 11 selection criteria for 7 domains was presented. In addition, the evaluation results of five kinds of learning tools commercialized through the evaluation criteria of the learning tool were analyzed. The evaluation criteria for the learning tools developed through this study are expected to help teachers select rational learning tools and help learning tool developers develop learning tools.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

델파이 2 Round에서는 패널들로 하여금 델파이 1 Round에서 수집・정리된 준거들에 대해 타당도와 중요도를 5점 척도로 응답하도록 요청했다. 구체적으로는 각 패널에게 해당 준거가 교구 선정을 위해 적절한 것인지에 대한 타당성을 질문하였으며, 또한 필수조건인지 부가조건인지를 판단하기 위한 중요도에 대해 응답하도록 하였다. 이 과정에서 패널들의 응답을 돕기 위해 영역별로 델파이 1 Round에서 패널들이 제시한 기타 의견을 제공하였다.
본 연구는 2015 개정 초등 교육과정에서 효과적인 SW교육을 위해 활용될 수 있는 피지컬 컴퓨팅 교구를 평가하기 위한 준거를 델파이 기법을 통해 도출하고, 이 준거에 의해 현재 상용화되어 있는 5종의 교구를 평가하였다. 연구 결과 델파이 조사를 통해 2015 개정 초등 교육과정에서 효율적인 SW 교육을 위해 활용될 수 있는 피지컬 컴퓨팅 교구의 평가 준거를 교육 목표에 따라 ‘교육과정 적합성’, ‘발달단계 적절성’, ‘타 교과와의 적용 가능성’의 3영역과 교육 상황에 따라 , ‘성능 및 편리성’, ‘안전성’, ‘서비스 및 접근성’, ‘내구성’의 4개 영역에 대해 개발하였다.
본 연구는 교구 평가를 위해 사용될 준거를 개발하고자 델파이 조사 방법을 적용하였다.
본 연구의 목적은 2015 개정 초등 교육과정에서 효과적인 SW교육을 위한 것으로 수업 목적과 교수 상황을 고려한 피지컬 컴퓨팅 기반 교구 평가 준거를 개발하는 것이다.
따라서 SW교육을 위한 피지컬 컴퓨팅 교구가 2015 개정 초등 교육과정에서 효과적으로 활용되기 위해서는 교구가 교수학습 과정에서 효율적인지, 교육과정의 성취기준에 타당한지를 판별할 수 있는 합리적인 기준이 필요하며 그에 의해 선정된 교구가 교육현장에 사용되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 초등학생의 소프트웨어 교육에 활용할 수 있는 피지컬 컴퓨팅 교구의 준거를 제안하였다. 또한 현재 상용화되어 사용되고 있는 5종의 샘플 교구를 평가하여 상용화된 교구의 실태를 진단하였다.

가설 설정

는 응답한 패널 중 긍정적인 답을 한 패널의 수이다. 리커트 5점 척도로 판단하는 본 연구의 설문에서 4점과 5점을 선택한 패널의 수를 n_e로 정하였다.

제안 방법

넷째, 2 Round 설문을 분석 한 후 결과에 따라 추가 설문을 실시한다.
넷째, 델파이 결과를 분석한다.
델파이 조사는 선정된 전문가 패널에게 1차 개방형 설문조사, 2차 폐쇄형 설문조사의 형태로 진행되었으며 설문 진행을 위해 설문지의 링크를 e-mail, 문자 메시지를 통해 배부하였다. 설문에 대한 응답은 구글 설문지를 통해 회수하였으며, 응답의 결과는 <표 2>와 같다.
둘째, 델파이 1 Round 설문을 실시한다. 설문지는 개방형으로 실시하며 설문을 위한 자료를 함께 제공한다.
둘째, 도출된 피지컬 컴퓨팅 교구의 활용 요소와 역할을 기반으로 델파이 조사를 실시한다. 델파이 조사에서 전문가 패널의 의견을 청취하여 SW교육에 활용할 수 있는 피지컬 컴퓨팅 교구의 합의된 준거를 도출한다.
이를 위해 본 연구에서는 초등학생의 소프트웨어 교육에 활용할 수 있는 피지컬 컴퓨팅 교구의 준거를 제안하였다. 또한 현재 상용화되어 사용되고 있는 5종의 샘플 교구를 평가하여 상용화된 교구의 실태를 진단하였다.
또한 현재 출시되어 사용되고 있는 임의의 5종 의 교구에 본 연구에서 개발된 평가준거를 적용하여 2015 개정 초등교육과정에의 적합성을 진단하였다. 진단 결과 5종의 교구는 많은 준거들을 만족하였다.
둘째, 본 연구를 통해 개발된 평가준거별 가중치 등을 개선하여 보완할 필요가 있다. 본 연구 과정 중 피지컬 컴퓨팅 기반 교구 평가준거를 이용하여 2015 개정 초등 교육과정의 SW교육을 위해 교구가 갖추어야 할 조건을 5종의 교구에 대해 평가하였다. 이 5종의 교구를 평가 하는 과정에서 상용화된 교구들의 강점과 단점을 항목별로 비교해 볼 수 있었다.
본 연구에서 개발된 피지컬 컴퓨팅 교구 평가 기준을 국내외에서 시판되고 있는 피지컬 컴퓨팅 교구 5종을 임의로 선정하여 적용한 후 결과를 분석하였다. 평가 준거를 적용 시 선택 준거는 제외 하였다.
설문에 대한 응답은 구글 설문지를 통해 회수하였으며, 응답의 결과는 와 같다.
설문의 진행을 돕기 위해 이영재(2017)의 선정기준과 2015 개정 교육과정을 기초 자료로 제공하였으며 패널들에게 해당 설문 항목(선택기준)의 객관적인 요소를 고려하여 “∼할 수 있다.
둘째, 델파이 1 Round 설문을 실시한다. 설문지는 개방형으로 실시하며 설문을 위한 자료를 함께 제공한다.
셋째, 델파이 1 Round 설문 내용을 바탕으로 폐쇄형의 설문지를 작성 하여 델파이 2 Round 설문을 실시한다.
셋째, 도출된 준거를 시중의 피지컬 컴퓨팅에 기반한 교구에 적용하고 평가 준거의 한계와 교구 실태를 진단한다.
위의 두 가지 협의 과정을 검토하였을 때 교구 평가 준거 개발을 위한 방법으로 델파이 방법이 결과의 객관적인 결과를 도출하는데 더 적절하다고 판단하였으며 다음 절차에 의해서 델파이 조사를 실시하였다.
구체적으로는 각 패널에게 해당 준거가 교구 선정을 위해 적절한 것인지에 대한 타당성을 질문하였으며, 또한 필수조건인지 부가조건인지를 판단하기 위한 중요도에 대해 응답하도록 하였다. 이 과정에서 패널들의 응답을 돕기 위해 영역별로 델파이 1 Round에서 패널들이 제시한 기타 의견을 제공하였다.
평가된 교구는 아두이노나 호환 제품을 단순 패키지화한 제품은 제외하고 교구 판매사 측에서 초등SW교육에서 활용될 수 있다고 홍보되고 있는 제품이다. 이들 교구에 대해 피지컬 컴퓨팅 실물 교구, 교구 판매사의 홈페이지, 카탈로그를 활용하여 분석하였다.
첫째, 선행 연구 및 교육과정 분석을 통해 2015개정 초등 교육과정에서 SW교육과 관련된 성취 기준을 분석하여 피지컬 컴퓨팅 교구를 활용할 수 있는 요소와 역할을 도출한다.
타당도에 대한 CVR은 도출된 전체 문항(준거) 들 중 교구 선정에 있어 타당한 문항을 판별하는데 사용되었고, 중요도에 대한 CVR은 타당한 문항들을 중요도에 따라 필수 문항과 선택 문항으로 분류하는 데 활용하였다. 본래 CVR은 도출된 준거(문항)의 타당성을 따지는데 사용되는 방법이나 이 방법을 필수적인 준거를 판별하기 위한 목적으로도 사용한 이유는 “해당 준거를 필수적으로 판정하는 것이 타당한가?”라는 설문의 응답에 대한 CVR 값을 필수요소를 도출하는 데 활용할 수 있다고 판단하였기 때문이다.
반면 델파이 조사는 비대면 상태에서 익명성을 보장하여 설문조사를 통해 전문가의 의견을 수집한다. 통제된 설문조사를 반복 시행함으로써 전문가들은 자신의 의견을 제출 하고, 의견을 수정하고, 상대방의 의견을 파악한다. 델파이 조사 기법은 구조화된 질적 연구 방법, 익명성 보장, 간접적 미래연구방법, 개인의 의견보다는 신뢰할 만한 것이고 도출된 결과가 보다 객관적인 방법으로 평가 받는다[12].
학습발달단계 적합성에서 타당도 CVR을 분석 했을 때 수렴된 모든 문항이 타당한 것으로 판정되었으나 교구가 모듈화 되고 탈부착 되어야 한다는 의견은 중요도가 낮아 평가기준에서 선택 문항(준거)으로 분류하였다.

대상 데이터

피지컬 컴퓨팅 교구 평가를 위한 준거를 도출하기 위한 델파이 전문가 패널은 총 25명의 전문가로 다음과 같은 기준에 의해 구성되었다.

데이터처리

델파이 2 Round에서 도출된 문항(준거)들의 안정성 평가를 위해 변이계수(coefficient of variation, CV)를 측정하였다[14]. 변이계수는 변수의 표준편차를 평균으로 나눈 값이며, 변이 계수의 값이 클수록 델파이 전문가 패널에 의해 도출된 합의된 준거들이 상대적으로 불안정한 것으로 판단할 수 있다.

이론/모형

본 연구에서는 델파이 조사 결과로부터 도출된 교구 평가기준에 포함될 문항(준거)들에 대한 타당도와 중요도를 측정하기 위해 Lawshe(1975)의 내용타당도비율(contents validity rate, CVR)을 사용하였다[15]. CVR은 설문의 응답이 타당한지 에 대해 판별하는 기준으로 공식은 다음과 같다.

성능/효과

연구 결과 델파이 조사를 통해 2015 개정 초등 교육과정에서 효율적인 SW 교육을 위해 활용될 수 있는 피지컬 컴퓨팅 교구의 평가 준거를 교육 목표에 따라 ‘교육과정 적합성’, ‘발달단계 적절성’, ‘타 교과와의 적용 가능성’의 3영역과 교육 상황에 따라 , ‘성능 및 편리성’, ‘안전성’, ‘서비스 및 접근성’, ‘내구성’의 4개 영역에 대해 개발하였다.
결과적으로 본 연구에서는 교구의 경제성과 관련한 유효한 문항(준거)은 도출되지 않았다.
델파이 1 Round의 실시 결과, 교육 과정 적합성 13개, 발달 단계 적절성 2개, 실과 외 타교과 적용 가능성 5개, 성능 및 편리성 7개, 안전성 9개, 경제성 7개, 서비스 14개, 내구성 10개의 총 68개의 준거가 수집되었다.
첫째, 초등학생의 효과적인 SW교육에 활용될 수 있는 피지컬 컴퓨팅 교구를 선정할 때 교사들의 사려 깊은 과정이 요구된다. 본 연구에서 2회 의 델파이 조사 결과, 교육과정에 적합한 교구선정을 위한 SW교육 전문가들의 의견은 51개의 문항으로 수렴되었다. 이들 문항은 ‘교육과정 적합 성’, ‘학습 발달 단계 적절성’, ‘실과 외 타교과 적용 가능성’, ‘성능 및 편리성’, ‘안전성’, ‘서비스 및 접근성’, ‘내구성’의 7개 영역에 걸친 것으로 교구를 평가하기 위한 차원이 입체적임을 의미한다.
성능 및 편의성에 관해 합의된 문항들의 분석결과, 신뢰성, 조작의 편의성, 교사 준비시간, 교구 자체에 대한 학습자의 학습 시간 등에 관한 문항들은 필수로 분류되었고, 센서 자체에 대한 오차에 대한 문항은 선택 문항으로 분류되었다. 센서의 해상도에 대한 준거는 낮은 타당도와 중요도로 인해 탈락하였다.
셋째, 학습자들이 피지컬 컴퓨팅 기술을 이용하여 로봇을 제작하고 동작・제어할 수 있도록 하여야 한다. 성취기준 [6실 05-07]은 학습자에게 다양한 센서를 장착한 로봇을 제작할 수 있는 역량을 요구한다.
또한 현재 출시되어 사용되고 있는 임의의 5종 의 교구에 본 연구에서 개발된 평가준거를 적용하여 2015 개정 초등교육과정에의 적합성을 진단하였다. 진단 결과 5종의 교구는 많은 준거들을 만족하였다. 그러나 패널들로부터 많은 의견이 제시되고 강조된 안정성에 대해서는 5종 교구들이 현저하게 불만족하였다.
둘째, 초등 SW교육에서 사용되는 피지컬 컴퓨팅 교구들은 일부 보완이 필요하다. 평가준거의 평가 항목 중 필수 항목들만 따져보았을 때 성능 및 편리성에서 일부 교구는 학습자의 협응력 수준으로 조작이 어려울 수 있다는 판단을 할 수 있었으며, 안전성 부분에서 일부 교구는 감전위험, 부상위험, 화상 위험 등을 평가하는 항목에서 부적절 판정을 받았다. 이러한 교구들을 초등학교 현장에서 사용할 수 없는 것은 아니나, 교사들의 부가적인 노력이 필요할 것이다.
이 영역들은 교수 학습 상황적 측면의 영역들이었으며 교수학습 목적측면의 요소에 비해 평가 준거를 구체화하기 용이했음을 알 수 있다. 한편 교구의 교수목적 차원에서 고려하는 교육과정 적합성과 학습 발달 단계 적합성 영역에서는 필수 문항에 비해 선택 문항의 비율이 높았다. 이는 패널들이 교구의 교수 목적 차원의 영역의 준거들을 구체화하기 어려웠거나 교구의 활용은 다양한 방법으로 이루어질 수 있기 때문에 선택의 여지를 충분히 두어야 한다는 인식 때문인 것으로 분석된다.

후속연구

그러나 부적합 판정을 받은 항목이 교수・학습에 있어서 얼마나 치명적인 영향을 줄지에 대해서는 가늠하는 것이 불가능하다. 더 중요한 항목, 덜 중요한 항목을 가중치를 두어 계량화하고 복수평가자에 의해 신뢰도를 산출하여 도구화 된다면 평가준거가 현장에서 교구 선정에 효율적으로 이용될 수 있을 것이다.
둘째, 본 연구를 통해 개발된 평가준거별 가중치 등을 개선하여 보완할 필요가 있다. 본 연구 과정 중 피지컬 컴퓨팅 기반 교구 평가준거를 이용하여 2015 개정 초등 교육과정의 SW교육을 위해 교구가 갖추어야 할 조건을 5종의 교구에 대해 평가하였다.
첫째, 기술시스템 영역의 성취기준을 달성하기 위해서 피지컬 컴퓨팅 교구는 SW교육의 효과성을 높이는데 활용될 수 있다. EPL을 사용하여 작성된 프로그램에 의하여 순차, 선택, 반복 구조의 프로그램이 교구에 전달되고, 입력한 결과가 실물의 작동으로 드러나게 할 수 있다.
첫째, 평가준거 중 ‘내구성’ 등의 부분에 대한 추가적인 논의가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	컴퓨팅 사고는 무엇인가?	고시된 2015 개정 교육과정은 문·이과 교육과정을 통합하고 컴퓨팅 사고력(computational thinking)의 신장을 위해 초등학교부터 소프트웨어(SW) 교육을 도입하는 것이 특징이다[1]. 컴퓨팅 사고는 컴퓨터 과학자가 문제를 해결하는 과정에서 발휘하는 사고 양식으로 추상화와 자동화 를 통해 문제를 해결하는데 사용될 수 있는 중요한 역량이라고 볼 수 있다. 2015 개정 교육과정에서 SW교육의 도입은 학습자의 문제 해결 능력을 향상시킬 것으로 기대된다.
	피아제의 발달단계상 구체적 조작기에 속해 있는 초등학생들에게는 SW 학습과정에서 인지적 부담을 경험할 수도 있는 이유는 무엇인가?	그러나 통상적으로 피아제의 발달단계상 구체적 조작기에 속해 있는 초등학생들에게는 SW 학습과정에서 인지적 부담을 경험할 수도 있다. 왜냐하면 SW학습은 문제 해결과정에서 형식적 조작기에 가능한 고차원적 사고를 요구하기 때문이다[2].
	2015 개정 교육과정의 특징은 무엇인가?	교육부는 2015년 9월에 개정 교육과정을 고시하였다. 고시된 2015 개정 교육과정은 문·이과 교육과정을 통합하고 컴퓨팅 사고력(computational thinking)의 신장을 위해 초등학교부터 소프트웨어(SW) 교육을 도입하는 것이 특징이다[1]. 컴퓨팅 사고는 컴퓨터 과학자가 문제를 해결하는 과정에서 발휘하는 사고 양식으로 추상화와 자동화 를 통해 문제를 해결하는데 사용될 수 있는 중요한 역량이라고 볼 수 있다.

참고문헌 (15)

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강영호, 윤석준, 강길원, 김창엽, 유근영, 신영수(1998) 델파이법을 적용한 암 연구수준의 평가. 대한예방의학회, 31(4), 844-856.
강용주(2008). 델파이 기법의 이해와 적용사례. 한국장애인고용노동단.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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