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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 초등 예비교사들을 위해 체계적인 게임 프로그래밍 교육이 가능한 교육 모델을 연구하고자 한다.
- 예제 프로그램을 통한 게임 추상화(Abstraction), 개별 게임 만들기와 팀별 게임 프로젝트를 통한 자동화(Automation), 스크래치 소스 공유와 리믹스 기능을 활용하여 온라인 문서공유 기반 환경에서의 프로젝트 개선을 위한 분석화(Analysis) 로 제시하였다[14]. 이를 통해 학습자는 알고리즘을 설계하고 프로그래밍으로 구현하는 과정에서 필요한 절차에 대한 의미와 사고를 전달하는 과정 속에 겪는 어려움을 해소할 수 있도록 하였다.
제안 방법
- ‘초등컴퓨팅 III’ 교양필수과정을 통해 3학년 예비교사를 대상으로 설계한 4E 모델과 게임 프로그래밍 교육과정을 2019년 1학기 15주 동안 실시하였다.
- [Table 3]에서와 같이 크게 블록 프로그래밍 역량, 4E모델 단계 속의 컴퓨팅사고 요소에 대해 사전, 사후 인식을 조사였고 게임 프로그래밍에 필요한 명령어들에 대한 개념 이해 부분은 사후 결과를 측정하였다. 또한 학습자들의 컴퓨팅사고 수준을 분석하기 위해 팀별로 제출받은 교육게임 결과물들을 Dr.
- 첫째, 학습자의 체계적인 프로그래밍 교육을 위해 게임 기반의 교육모델을 제시하였다. 교육모델은 공감(Empathy), 탐색(Exploration), 강화(Engagement), 평가(Evaluation)단계로 구성하였고 학습자의 프로그래밍 개념이해를 위해 예제 프로그램 작성, 자신만의 게임 프로그램 만들기, 팀별 프로젝트로 완성하는 3중 구조의 학습방법을 적용하여 모든 단계에서 통계적으로 유의미한 결과를 얻었다.
- 네 번째 단계는 평가(Evaluation)단계로 같은 수강반 학습자들을 대상으로 온라인 구글 공유문서에 팀별로 제작한 프로젝트 결과물을 링크하여 학습자들간의 다양한 피드백과 의사소통을 통해 팀별 프로젝트에 대한 개선사항을 반영하여 일반화한다.
- 둘째, 교육모델을 기반으로 설계한 교육과정은 아이디어 생성(Generate), 게임에 필요한 요소 구상 (Formalize), 게임 제작(Test), 평가(Evaluate)단계로 총 15주 분량으로 제시하였다. 또한 게임 프로그래밍 교육 과정에서 각 단계별로 핵심적으로 활용하는 블록 프로그래밍 명령어들을 학습할 수 있도록 하였다.
- 둘째, 전략에서 제시한 것과 같이 각 영역별 게임 프로그래밍과 관련된 알고리즘의 요소들이 점진적으로 심화될 수 있도록 구성하였다. 컴퓨팅의 원리, 기초 블록에 대한 이해, 데이터 처리, 다양한 블록을 활용한 이벤트 구현 등을 통해 게임의 형식적 요소들을 체계적이고 단계적으로 학습할 수 있도록 하였다.
- 둘째, 학습자의 동기부여 및 개념 강화를 위한 전략으로 게임 제작과정 속에 학습자의 다양한 가치와 사고 방식이 전달될 수 있는 예제학습, 자기 게임 생성, 팀기반 프로젝트 개발단계로 된 3중 구조의 교수학습방식을 제시하였다.
- 3D게임제작 도구인 AgentCubes와 스크래치 등을 활용하였으며 교육방식은 스캐폴딩 기법과 프로젝트 우선 접근 방식을 활용하였다. 또한 (Fig. 1)에서와 같이 추상화(Abstraction), 일반화(Automation), 분석(Analysis) 단계로 구성된 AAA 모델을 제시하여 체계적인 프로그래밍 개념 이해를 지원할 수 있도록 제시하였다[14].
- 첫째, 교육과정 진행방법은 일반적인 게임개발 과정의 핵심 개념들을 학습할 수 있도록 일반적인 게임개발 단계에 따라 총 15주차로 구성된 아이디어 생성, 게임요소 형식화, 게임 프로그램 개발과 테스트, 프로젝트 평가와 개선 단계로 구성하였다. 또한 각 단계에서 핵심적으로 다루는 명령어블록들을 게임과 연계하여 학습할수 있도록 하였다. 또한 설계한 4E 교수학습모형 모델에서 제시하고 있는 4단계는 각 주차에서 진행되는 학습모형일 뿐만 아니라 전체 4단계로 진행되는 게임개발 단계에도 동시에 적용되는 형태로 실시하였다.
- 둘째, 교육모델을 기반으로 설계한 교육과정은 아이디어 생성(Generate), 게임에 필요한 요소 구상 (Formalize), 게임 제작(Test), 평가(Evaluate)단계로 총 15주 분량으로 제시하였다. 또한 게임 프로그래밍 교육 과정에서 각 단계별로 핵심적으로 활용하는 블록 프로그래밍 명령어들을 학습할 수 있도록 하였다. 이를 통해 학습자의 블록 프로그래밍 역량에 미치는 효과를 분석한 결과 평가단계를 제외한 나머지 모든 단계에서 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 또한 각 단계에서 핵심적으로 다루는 명령어블록들을 게임과 연계하여 학습할수 있도록 하였다. 또한 설계한 4E 교수학습모형 모델에서 제시하고 있는 4단계는 각 주차에서 진행되는 학습모형일 뿐만 아니라 전체 4단계로 진행되는 게임개발 단계에도 동시에 적용되는 형태로 실시하였다.
- 본 연구는 학습자의 체계적인 프로그래밍 교육과 관련하여 게임 제작을 통한 명령어 이해활동과 역량에 대한 부분을 다루었다. 그러나 학습자의 프로그래밍에 대한 어려움 해소와 보다 체계적인 프로그래밍 교육 전략을 수립하기 위해서 프로그래밍 교수학습활동 속에서 발생되는 학습활동, 학습자 상호작용과 역량 관계 등에 대한 후속 연구가 필요하다.
- 본 연구에서는 초등 예비교사들을 위한 체계적인 프로그래밍 교육을 위해 게임 프로그래밍 교육모델인 4E 모델과 교육과정을 설계하고 15주간 적용하였으며 이에 대한 주요한 결과를 요약하면 다음과 같다.
- ‘초등컴퓨팅 III’ 교양필수과정을 통해 3학년 예비교사를 대상으로 설계한 4E 모델과 게임 프로그래밍 교육과정을 2019년 1학기 15주 동안 실시하였다. 설문조사 방법은 5점 리커트 척도로 구성된 각 영역별 설문문항을 구성하여 온라인으로 실시하였고 분석은 SPSS 도구를 활용하였다.
- 셋째, 학습자 수준에 맞는 프로그래밍 언어로 스크래치 언어를 사용하였다. 스크래치 언어는 블록기반 프로그래밍 교육언어로 스프라이트 중심의 프로그래밍 구현, 다양한 멀티미디어자료에 대한 쉬운 접근, 온라인 기반 공유 환경 등을 제공하여 처음 게임을 제작하려는 학습자들에게 유용한 언어이다.
- 에비교사들의 게임 프로그래밍 역량에 영향을 미치는 요인들을 분석하기 위해 학습자들의 블록 프로그래밍 역량 향상에 대한 인식 변화와 사용하는 블록 명령어들의 활용정도에 대해 분석하였다.
- 셋째, 개발한 알고리즘을 기반으로 프로그래밍으로 구현하는 과정 속의 어려움을 해소하기 위해 3중 구조로 된 학습절차를 마련하였다[3]. 예제 프로그램을 통한 게임 추상화(Abstraction), 개별 게임 만들기와 팀별 게임 프로젝트를 통한 자동화(Automation), 스크래치 소스 공유와 리믹스 기능을 활용하여 온라인 문서공유 기반 환경에서의 프로젝트 개선을 위한 분석화(Analysis) 로 제시하였다[14]. 이를 통해 학습자는 알고리즘을 설계하고 프로그래밍으로 구현하는 과정에서 필요한 절차에 대한 의미와 사고를 전달하는 과정 속에 겪는 어려움을 해소할 수 있도록 하였다.
- 이와 관련하여 게임 프로그래밍을 위한 총 15주의 교육과정을 적용하면서 설계한 교육과정에 따라 블록 명령어에 대한 이해도가 학습자의 블록 프로그래밍 역량에 미치는 영향을 알아보기 위해 [Table 5]에서와 같이 영역별 핵심 블록 명령어에 대한 활용도를 독립변수로 하고 블록 프로그래밍 역량을 종속변수로 하는 다중회귀분석을 실시하였으며 그 결과를 살펴보면 다음과 같다.
- 첫째, 교육과정 진행방법은 일반적인 게임개발 과정의 핵심 개념들을 학습할 수 있도록 일반적인 게임개발 단계에 따라 총 15주차로 구성된 아이디어 생성, 게임요소 형식화, 게임 프로그램 개발과 테스트, 프로젝트 평가와 개선 단계로 구성하였다. 또한 각 단계에서 핵심적으로 다루는 명령어블록들을 게임과 연계하여 학습할수 있도록 하였다.
- 첫째, 학습자의 체계적인 프로그래밍 교육을 위해 게임 기반의 교육모델을 제시하였다. 교육모델은 공감(Empathy), 탐색(Exploration), 강화(Engagement), 평가(Evaluation)단계로 구성하였고 학습자의 프로그래밍 개념이해를 위해 예제 프로그램 작성, 자신만의 게임 프로그램 만들기, 팀별 프로젝트로 완성하는 3중 구조의 학습방법을 적용하여 모든 단계에서 통계적으로 유의미한 결과를 얻었다.
- 둘째, 전략에서 제시한 것과 같이 각 영역별 게임 프로그래밍과 관련된 알고리즘의 요소들이 점진적으로 심화될 수 있도록 구성하였다. 컴퓨팅의 원리, 기초 블록에 대한 이해, 데이터 처리, 다양한 블록을 활용한 이벤트 구현 등을 통해 게임의 형식적 요소들을 체계적이고 단계적으로 학습할 수 있도록 하였다.
- 두 번째 단계는 탐색(Exploration)단계이다. 학습자는 공감단계에서 예제 프로그램을 통해 학습한 프로그래밍 명령어 블록들을 통해 얻은 지식을 기반으로 자신만의 게임 아이디어를 추가한다. 이 때 게임의 규칙, 플레이어 및 오브젝트 생성과 배치 등 게임 요소들을 가지고 디자인하고 다양한 조건과 절차들을 설계한다.
대상 데이터
- 설문 응답자 현황을 살펴보면 설문 사전, 사후 검사 결과자료의 결측값을 제외하고 남자 40명, 여자 77명 총 117명을 대상으로 하였다. 설문 응답에 대한 신뢰도인 크론바흐 알파값은 사전 .
이론/모형
- (2018)은 예비교사를 위한 게임 프로그래밍 교육을 개발하여 컴퓨팅사고 향상에 긍정적인 효과를 얻었다. 3D게임제작 도구인 AgentCubes와 스크래치 등을 활용하였으며 교육방식은 스캐폴딩 기법과 프로젝트 우선 접근 방식을 활용하였다. 또한 (Fig.
- [Table 3]에서와 같이 크게 블록 프로그래밍 역량, 4E모델 단계 속의 컴퓨팅사고 요소에 대해 사전, 사후 인식을 조사였고 게임 프로그래밍에 필요한 명령어들에 대한 개념 이해 부분은 사후 결과를 측정하였다. 또한 학습자들의 컴퓨팅사고 수준을 분석하기 위해 팀별로 제출받은 교육게임 결과물들을 Dr.Scratch 도구를 활용하여 평가하였다[23].
- 예비교사를 위한 게임 프로그래밍 교육을 위해 4E(Empathy-Exploration-Engagement-Evaluation) 모델을 AAA 모델을 기반으로 (Fig. 2)에서와 같이 설계하였으며 단계별 세부내용을 살펴보면 다음과 같다[14].
성능/효과
- 68로 나타났다. 또한 (Fig. 4 )에서와 같이 전체적인 항목별 평균을 살펴보았을 때 동기화 2.96점, 병렬화 2.92점 순으로 나타났고 가장 낮은 항목은 사용자 상호작용 1.96점으로 분석되었다.
- 또한 4E 모델의 평가단계 및 탐색단계가 가장 큰 변화를 나타낸 것으로 분석되었다. 탐색단계는 게임 프로그램 구현을 위해 예제 샘플을 보고 필요한 게임의 요소들을 파악하여 자신만의 알고리즘을 설계하는 단계로 추상화 과정이 효과적으로 작용한 것으로 분석된다.
- Scratch 도구를 활용하여 분석한 결과 기본수준은 없었으며 개발자 단계 2개, 마스터단계 23개로 아주 높은 수준의 역량을 보였다. 또한 세부적으로도 동기화나 병렬화 영역에서 높은 점수를 나타내어 학습자들이 게임의 충돌, 경계설정과 처리와 같은 요소들을 잘 이해하고 프로그래밍으로 구현하였음을 보여주었다. 반면 사용자 상호작용면은 다소 낮게 나타났으나 이는 게임의 입력처리 부분이 대부분 키보드 입력으로 제한적이었으며 센서보드와 같은 피지컬 컴퓨팅 도구를 활용하여 입력방법을 확대하여 보완할 필요가 있었다.
- 먼저 [Table 4]에서와 같이 학습자들의 블록 프로그래밍 역량에 대한 사전, 사후 t-검증결과는 사전 평균 2.59, 사후 평균 3.54로 p<.001 수준에서 통계적으로 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 설계한 게임 프로그래밍 교육과정에서 아이디어 생성 (Generate), 게임에 필요한 요소 구상(Formalize), 게임 제작(Develop&Test)에서 핵심적으로 활용하는 블록들은 모두 통계적으로 유의미한 영향을 주는 것으로 나타났다.
- 세부적으로 4E 모델 단계별 사전, 사후 대응표본 t-검증 결과를 살펴보면 모든 단계에서 유의미한 효과 (p<.001)를 얻은 것으로 나타났다.
- 셋째, 학습자들의 컴퓨팅사고 수준에 대해 제출한 25개의 팀별 프로젝트 결과물을 Dr.Scratch 도구를 활용하여 분석한 결과 기본수준은 없었으며 개발자 단계 2개, 마스터단계 23개로 아주 높은 수준의 역량을 보였다. 또한 세부적으로도 동기화나 병렬화 영역에서 높은 점수를 나타내어 학습자들이 게임의 충돌, 경계설정과 처리와 같은 요소들을 잘 이해하고 프로그래밍으로 구현하였음을 보여주었다.
- 초보자가 쉽게 블록 프로그래밍 교육과정을 접할 수 있도록 기초블록 사용방법, 변수와 함수, 프로젝트로 구성된 전통적 형태의 교육모델[29], 프로젝트 형태 [17][23], 디자인 사고 적용[27] 블랜디드 러닝 기법 활용[24], 게이미피케이션 전략[6] 등 다양한 형태의 연구 방법을 적용한 것으로 나타났다. 이를 통해 예비교사들은 프로그래밍 경험이 많을수록 결과물의 질적 수준이 높아진 것으로 나타났다. 그러나 프로그래밍 내부 절차와 관련하여 복잡한 조건과 논리연산 등에 대한 내용을 다루는 것에는 부족한 면을 보였다[23].
- 또한 게임 프로그래밍 교육 과정에서 각 단계별로 핵심적으로 활용하는 블록 프로그래밍 명령어들을 학습할 수 있도록 하였다. 이를 통해 학습자의 블록 프로그래밍 역량에 미치는 효과를 분석한 결과 평가단계를 제외한 나머지 모든 단계에서 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다. 다만, 평가단계에 활용된 블록의 경우 초보자 수준에서 다소 이해하기 어려운 사용자 블록 활용에 대한 내용으로 깊이 있게 학습할 기간이 더 필요한 것으로 분석된다.
- 제출한 팀 프로젝트 결과물 총 25개에 대한 평가 결과 전체 평균은 17.68로 나타났다. 또한 (Fig.
- 첫째, 게임 프로그래밍 교육과정 모델은 게임 프로그래밍에 대한 체계적인 개념을 학습할 수 있도록 게임 개발 과정 융합, 창의적 아이디어 생성, 게임 요소와 디자인을 융합한 추상화, 단계적 프로그래밍 훈련, 프로젝트 기반 피드백 강화 전략을 마련하였다.
후속연구
- 본 연구는 학습자의 체계적인 프로그래밍 교육과 관련하여 게임 제작을 통한 명령어 이해활동과 역량에 대한 부분을 다루었다. 그러나 학습자의 프로그래밍에 대한 어려움 해소와 보다 체계적인 프로그래밍 교육 전략을 수립하기 위해서 프로그래밍 교수학습활동 속에서 발생되는 학습활동, 학습자 상호작용과 역량 관계 등에 대한 후속 연구가 필요하다.
- 또한 세부적으로도 동기화나 병렬화 영역에서 높은 점수를 나타내어 학습자들이 게임의 충돌, 경계설정과 처리와 같은 요소들을 잘 이해하고 프로그래밍으로 구현하였음을 보여주었다. 반면 사용자 상호작용면은 다소 낮게 나타났으나 이는 게임의 입력처리 부분이 대부분 키보드 입력으로 제한적이었으며 센서보드와 같은 피지컬 컴퓨팅 도구를 활용하여 입력방법을 확대하여 보완할 필요가 있었다.
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