본 연구에서는 데이터 시각화 교육에 초점을 맞춘 파이썬 교육이 초등학교 6학년 학생들의 컴퓨팅 사고력 향상에 미치는 효과를 분석해보았다. 현직 초등교사 60명과 초등학교 6학년 학생 120명을 대상으로 실시한 요구분석 결과를 바탕으로, 데이터 시각화의 절차에 따라 파이썬 교육프로그램을 개발하였다. 개발한 교육프로그램으로 초등학교 6학년 학생 24명에게 총 6일 동안 36시간의 수업을 진행하여 사전 사후 비교 검사를 통해 효과를 분석하였다. 분석 결과, 데이터 시각화 교육에 초점을 맞춘 파이썬 교육은 초등학교 6학년 학생들의 '계산적 인지력'과 '유창성', '정교성', '독창성'에 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 데이터 시각화 교육에 초점을 맞춘 파이썬 교육이 초등학교 6학년 학생들의 컴퓨팅 사고력 향상에 미치는 효과를 분석해보았다. 현직 초등교사 60명과 초등학교 6학년 학생 120명을 대상으로 실시한 요구분석 결과를 바탕으로, 데이터 시각화의 절차에 따라 파이썬 교육프로그램을 개발하였다. 개발한 교육프로그램으로 초등학교 6학년 학생 24명에게 총 6일 동안 36시간의 수업을 진행하여 사전 사후 비교 검사를 통해 효과를 분석하였다. 분석 결과, 데이터 시각화 교육에 초점을 맞춘 파이썬 교육은 초등학교 6학년 학생들의 '계산적 인지력'과 '유창성', '정교성', '독창성'에 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다.
In this study, we analyzed the effects of data visualization education with using Python on the improvement of computing thinking ability of the 6th grade students of elementary school. Based on the results of the needs analysis of 60 elementary school teachers and 120 elementary school students, we...
In this study, we analyzed the effects of data visualization education with using Python on the improvement of computing thinking ability of the 6th grade students of elementary school. Based on the results of the needs analysis of 60 elementary school teachers and 120 elementary school students, we developed the data visualization education program. In the developed educational program, 24 elementary school students were trained for 6 days and 36 hours in total. Thereafter, students were subjected to pre- and post-comparison tests. As a result of the analysis, it was found that the data visualization education with using Python is effective in improving the Computational cognition, Fluency, Originality, Elaboration of the 6th grade students in elementary school.
In this study, we analyzed the effects of data visualization education with using Python on the improvement of computing thinking ability of the 6th grade students of elementary school. Based on the results of the needs analysis of 60 elementary school teachers and 120 elementary school students, we developed the data visualization education program. In the developed educational program, 24 elementary school students were trained for 6 days and 36 hours in total. Thereafter, students were subjected to pre- and post-comparison tests. As a result of the analysis, it was found that the data visualization education with using Python is effective in improving the Computational cognition, Fluency, Originality, Elaboration of the 6th grade students in elementary school.
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문제 정의
결론적으로 초등학교 6학년 학생을 대상으로 파이썬을 활용한 데이터 시각화에 초점을 맞춘 교육을 실시하였고 이 교육이 컴퓨팅 사고력에 어떤 영향을 미치는지 연구해보았다. 교육프로그램 실시 후, 컴퓨팅 사고력 검사를 실시하였으며 검사 도구로는 김병수(2014)의 연구에서 개발한 계산적 인지력 검사 A, B형을 선정하였다[7].
그러나 이 시간 동안 학습자가 할 수 있는 것은 프로그래밍 기초를 경험하는 정도이다[9]. 따라서 이번 연구는 소프트웨어교육을 경험하는 학년인 6학년을 대상으로 컴퓨팅 사고력을 기르기 위한 방안을 고민해보았다.
본 연구에서는 초등학교 6학년 학생들에게 파이썬을 활용한 데이터 시각화 교육을 실시하였고, 이 교육이 학생들의 컴퓨팅 사고력에 어떤 영향을 미치는지 알아보았다. 방학 기간 중 6일 간의 집중 교육을 실시한 후 계산적 사고력과 창의성 사전·사후 검사를 실시한 결과 본 연구에서 개발한 교육프로그램은 초등학생의 컴퓨팅 사고력 향상에 효과적인 것으로 나타났다.
제안 방법
본 연구에서는 ○○대학교에서 진행한 교육기부 프로그램의 지원자 24명을 대상으로 6일 동안 1일 6차시씩 36차시를 진행하였다. 24명 학생들에게 36차시 동안 파이썬을 활용하여 데이터 시각화 3단계 절차를 따라 데이터 시각화 교육을 적용하였다.
교육프로그램 신청자 24명을 대상으로 6일 동안 6시간씩 총 36차시 교육을 진행하였다. 36시간의 교육을 마친 후, 컴퓨팅 사고력 검사와 TTCT 도형검사를 실시하였으며 검사도구로는 김병수(2014)의 연구에서 개발한 계산적 인지력 검사 A, B형을 선정하였다.
또한, 데이터 시각화를 할 때, 어떤 표현방법을 사용하는 것이 가장 효과적으로 데이터를 나타낼 수 있는지 생각해 볼 수 있도록 하고 가장 효율적인 시각화방법을 선택할 수 있도록 하였다. 그리고 Google 설문지를 학생들 스스로 제작하여 기존에 있는 데이터뿐만 아니라 학생들 스스로 만든 데이터를 시각화할 수 있도록 하여, 보다 능동적인 데이터 시각화를 해보도록 교육 교재를 만들어보았다.
평가 도구로는 수업 활동의 효과를 검증하기 위해 김병수(2014)의 연구에서 개발한 계산적 인지력 검사(Computational Congnition Test) A, B형을 선정하였다[7]. 그리고 창의성 신장 검사를 위한 검사 도구로 TTCT(도형) A, B형을 선정하여 투입하였다.
데이터 시각화 도구로는 다양한 것이 있지만, 본 연구에서는 텍스트 프로그래밍 언어인 파이썬을 활용하고자 한다. 대부분의 초등학교 교육현장에서는 초기진입단계가 쉽고, 흥미롭게 접근할 수 있는 요소가 많은 엔트리나 스크래치와 같은 블록 기반의 교육용 언어를 사용하고 있다.
도내 초등학교 4,5,6학년 120명의 학생들과 도내 초등 현직교사 60명을 대상으로 실시한 요구분석의 결과 교육방법은 텍스트 프로그래밍 언어인 파이썬으로 선정하였고, 교육 내용은 데이터 시각화에 초점을 맞추었다.
그리고 프로그래밍 언어를 배운 학생이 절반 이상인 것으로 나타났다. 또한 교육의 내용적인 측면에서 [Table 2]의 결과를 참고하여 데이터 시각화를 위한 파이썬 교육을 교육내용으로 선정하였다.
교육프로그램 실시 후, 컴퓨팅 사고력 검사를 실시하였으며 검사 도구로는 김병수(2014)의 연구에서 개발한 계산적 인지력 검사 A, B형을 선정하였다[7]. 또한, 창의성 신장 검사를 위한 검사도구로 TTCT (도형) A, B형을 선정하여 투입하였다.
요구분석 결과 텍스트 프로그래밍 언어를 처음 접하는 학습자들이 많음을 고려하여 교육 방향을 설정하였다. 먼저 데이터 시각화를 프로그래밍하기 위한 파이썬 기초 문법을 익히고 자연스럽게 데이터 시각화를 익히도록 하였다.
본 연구에서는 ○○대학교에서 진행한 교육기부 프로그램의 지원자 24명을 대상으로 6일 동안 1일 6차시씩 36차시를 진행하였다. 24명 학생들에게 36차시 동안 파이썬을 활용하여 데이터 시각화 3단계 절차를 따라 데이터 시각화 교육을 적용하였다.
본 연구에서는 데이터 시각화의 3단계 절차에 따라 교육프로그램을 개발하였다. 데이터 시각화의 절차는 (Fig.
학생들의 흥미와 실생활과의 연계학습을 유도하기 위해 주변에서 쉽게 접할 수 있는 데이터들로 데이터 시각화를 할 수 있도록 하였다. 또한, 데이터 시각화를 할 때, 어떤 표현방법을 사용하는 것이 가장 효과적으로 데이터를 나타낼 수 있는지 생각해 볼 수 있도록 하고 가장 효율적인 시각화방법을 선택할 수 있도록 하였다.
대상 데이터
요구분석은 ○○대학교에서 실시하는 컴퓨터 교실(교육기부 프로그램)에 지원한 초등학생을 포함하여, 도내 초등학교 4,5,6학년 120명의 학생들과 도내 초등 현직교사 60명을 대상으로 실시하였다.
형식적 조작기는 사고를 하는데 있어 가설과 논리적 추론이 가능해진다. 프로그래밍 언어를 활용한 수업을 진행하기 위해서는 논리적 사고가 필요하기 때문에 본 연구에서는 초등학교 고학년, 그중에서도 6학년 학생을 대상으로 교육을 진행하였다.
데이터처리
계산적 인지력 사전 검사에 대한 비모수/모수 통계를 결정하기 위해 정규성 검정의 방법으로 Shapiro-Wilks 검정을 실시하였고 [Table 4]에 그 결과를 제시하였다.
사전 사후 검사 결과 계산적 인지력의 변화를 알아보기 위하여 [Table 6]과 같이 모수 통계인 대응표본 t검정을 실시하였다.
사전‧사후 검사 결과 창의성의 변화를 알아보기 위하여 [Table 7]과 같이 정규성을 확보한 항목은 모수통게인 대응표본 t검정을 실시하였고, 정규성을 확보하지 못한 항목은 [Tabel 9]와 같이 비모수 통계인 Wilcoxon 부호 순위 검정을 실시하였다.
창의성 부분은 정규성을 확보한 창의성 요소들은 사전‧사후 집단 내 대응표본 t 검정을 실시하였고, 정규성을 확보하지 못한 창의성 하위요소에 대해서는 비모수 통계방법인 Wilcoxon 부호 순위 검정을 실시하였다.
창의성 사전 검사에 대한 비모수/모수 통계를 결정하기 위해 정규성 검정의 방법으로 Shapiro-Wilks 검정을 실시하였고 [Table 5]에 그 결과를 제시하였다.
파이썬을 활용한 데이터 시각화 교육이 초등학생의 창의력과 컴퓨팅 사고력에 어떠한 영향을 주는지 확인하기 위하여 사전·사후검사의 정규성 검정을 실시하였다.
이론/모형
교육프로그램 신청자 24명을 대상으로 6일 동안 6시간씩 총 36차시 교육을 진행하였다. 36시간의 교육을 마친 후, 컴퓨팅 사고력 검사와 TTCT 도형검사를 실시하였으며 검사도구로는 김병수(2014)의 연구에서 개발한 계산적 인지력 검사 A, B형을 선정하였다.[8]
결론적으로 초등학교 6학년 학생을 대상으로 파이썬을 활용한 데이터 시각화에 초점을 맞춘 교육을 실시하였고 이 교육이 컴퓨팅 사고력에 어떤 영향을 미치는지 연구해보았다. 교육프로그램 실시 후, 컴퓨팅 사고력 검사를 실시하였으며 검사 도구로는 김병수(2014)의 연구에서 개발한 계산적 인지력 검사 A, B형을 선정하였다[7]. 또한, 창의성 신장 검사를 위한 검사도구로 TTCT (도형) A, B형을 선정하여 투입하였다.
평가 도구로는 수업 활동의 효과를 검증하기 위해 김병수(2014)의 연구에서 개발한 계산적 인지력 검사(Computational Congnition Test) A, B형을 선정하였다[7]. 그리고 창의성 신장 검사를 위한 검사 도구로 TTCT(도형) A, B형을 선정하여 투입하였다.
성능/효과
계산적 인지력 사전 검사에 대한 정규성 검정 결과 정규분포를 이루는 것으로 나타났다.
또한 Wilcoxon 부호 순위 검정 결과 ‘정교성’ 및 ‘독창성’도 향상된 것을 확인할 수 있었다.
학생들의 흥미와 실생활과의 연계학습을 유도하기 위해 주변에서 쉽게 접할 수 있는 데이터들로 데이터 시각화를 할 수 있도록 하였다. 또한, 데이터 시각화를 할 때, 어떤 표현방법을 사용하는 것이 가장 효과적으로 데이터를 나타낼 수 있는지 생각해 볼 수 있도록 하고 가장 효율적인 시각화방법을 선택할 수 있도록 하였다. 그리고 Google 설문지를 학생들 스스로 제작하여 기존에 있는 데이터뿐만 아니라 학생들 스스로 만든 데이터를 시각화할 수 있도록 하여, 보다 능동적인 데이터 시각화를 해보도록 교육 교재를 만들어보았다.
먼저, 프로그램 적용 전 실험집단이 정규분포를 갖추었는지 확인하기 위하여 계산적 인지력과 창의성 사전 검사에 대해 실시한 Shapiro-Wilks 정규성 검정 결과 계산적 사고력과 창의성 하위요소 중 ‘제목의 추상성’, ‘정교성’, ‘독창성’을 제외한 ‘유창성’, ‘성급한 종결에 대한 저항’, ‘창의성 평균’, ‘창의성 지수’는 정규분포를 갖춘 표본임이 검증되었다.
방학 기간 중 6일 간의 집중 교육을 실시한 후 계산적 사고력과 창의성 사전·사후 검사를 실시한 결과 본 연구에서 개발한 교육프로그램은 초등학생의 컴퓨팅 사고력 향상에 효과적인 것으로 나타났다.
우선 계산적 사고력의 향상 정도를 살펴보면, 총 36차시의 수업을 실시한 후 계산적 사고력의 사전‧사후의 집단 내 대응표본 t 검정의 결과 계산적 인지력의 유의미한 향상 결과가 있었다.
정리하자면, 본 연구를 통해 파이썬을 활용한 데이터 시각화 교육이 초등학교 6학년 학생의 계산적 인지력과 창의성 요소 중 ‘유창성’, ‘정교성’, ‘독창성’을 향상시킬 수 있음이 확인되었다.
창의성 사전 검사에 대한 정규성 검정 결과 제목의 추상성과 정교성 및 독창성은 각각 .012, .011, 0.04로 나타나 귀무가설을 기각하여 정규성이 만족되지 않았다. 나머지 영역에서는 유의도가 유의수준인 .
창의성의 향상 정도에서는, 사전‧사후 집단 내 대응표본 t 검정 결과 창의성 하위 요소 중 ‘유창성’에서 유의미한 향상을 보였다.
후속연구
정리하자면, 본 연구를 통해 파이썬을 활용한 데이터 시각화 교육이 초등학교 6학년 학생의 계산적 인지력과 창의성 요소 중 ‘유창성’, ‘정교성’, ‘독창성’을 향상시킬 수 있음이 확인되었다. 그러나 위 요소들은 컴퓨팅 사고력의 요소 중 일부이므로, 데이터 분석, 표현 등 데이터와 관련된 컴퓨팅 사고력 요소를 점검할 수 있는 평가 도구들을 사용하여 좀 더 다방면의 컴퓨팅 사고력 향상도를 비교할 필요가 있다.
또한 텍스트 프로그래밍 언어를 처음 접하는 학습자들이 많아 데이터 시각화 도구로서의 파이썬의 기능을 전부 끌어내지 못하여 외부 데이터를 내장함수로 표현하는 것에 그치고 말았다. 추후의 연구에서는 30명의 연구 대상을 확보하고, 실험집단과 비교집단을 구성하여 더 체계적인 상관관계를 분석함과 동시에 텍스트 프로그래밍 언어와 데이터 시각화의 경험이 있는 학습자들을 대상으로 심화된 데이터 시각화 교육을 실행하고 그 결과를 일반화할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
컴퓨팅 사고력이란?
컴퓨팅 사고력(computational thinking)은 컴퓨터(사람이나 기계)가 효과적으로 수행할 수 있도록 문제를 정의하고 그에 대한 답을 기술하는 것이 포함된 사고 과정 일체를 일컫는다. 컴퓨팅 사고력은 Jeannette Wing 박사가 ACM에 기고한 논문에서 컴퓨터 과학 커뮤니티에 전면으로 부상하기 시작했다[14].
한국정보화진흥원에 따른 데이터 시각화 절차 단계는 각각 어떤 의미와 특징이 있는가?
정보 조직화는 혼돈의 상태로 존재하는 데이터를 분류하고 배열하고 조직화하여 질서를 부여하는 것을 말한다. 정보의 분류는 데이터를 분류하여 속성이 같은 것끼리 묶는 것을 말하며 정보 분류의 기준은 정보사용의 목적과 관점에 따라 결정된다. 이때 기준들의 가중치가 동등해야 하고 분류의 결과가 논리적이고 명확해야 한다.
정보의 시각화란 정보를 더 효율적으로 사용자에게 전달하기 위해 그래픽 요소를 활용하여 데이터가 정보로서 의미를 생성하도록 형상화하는 것이다. 정보시각화는 정보를 직관적으로 이해할 수 있게 하고, 한정된 공간에 많은 데이터를 차별적으로 보여 준다. 또한 직관적 추론을 가능하게 하여 이야기를 창출하고, 정보를 친근하고 흥미롭게 만들 수 있다.
상호작용은 정보와 대화하는 방법, 하드웨어와 소프트웨어와의 대화(조작)방식, 그리고 사용자 참여를 확대할 수 있는 정보 전달환경으로 구현된다. 정보 소통 공간과 사람들의 문화적 이해를 바탕으로 사람들의 사회적 관계를 촉진하여 확장된 커뮤니케이션을 가능하게 한다.
이지선(2013)에 따른 데이터 시각화란?
데이터 시각화란 이지선(2013)에 따르면 말 그대로 데이터의 시각적 표현의 연구영역으로 데이터가 제시하는 정보를 습득하고 이해하는데 용이하도록 도와주는 것이라 할 수 있다[16]. 데이터 시각화와 관련된 연구는 심리학, 공학, 시각예술, 교육 등 다양한 학문에 기반을 두고 수행되어왔으며 최근에는 예술적이고 실험적인 결과물에까지 데이터를 인간의 감각으로 수용 가능한 대상으로 바꾼다는 핵심적인 목표를 바탕으로 다양한 학문에서 융합이 이루어지고 있다[17][18].
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