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문제 정의
- 본 연구는 초등학생을 대상으로 하는 소프트웨어교육에 사용 할 수 있는 파이썬을 사용한 컴퓨팅사고력 기반 코딩 프로젝트 학습지도 방안을 제시하였다. 초등학생에 대한 파이썬 언어의 사용은 텍스트 기반 프로그래밍언어의 장점을 크게 갖는 반면에 초등학생들이 일반적으로 학습하는 스크래치, 엔트리와 같은 블록 코딩 언어에 비해 어렵게 느끼는 부담감이 있다.
제안 방법
- 13주에 걸친 코딩 프로젝트의 효과를 측정하기 위해 검사지를[1] 사용해 사전검사는 3월에, 사후검사는 6월에 실시하여 실험집단의 교육 전·후 변화에 대해 통계분석 하였다.
- 본 연구는 2015 개정 교육과정에 따른 소프트웨어교육의 방안으로, 초등학생들을 대상으로 ARCS 모형에 따른 코딩 프로젝트 학습을 실시하고, 학습자의 컴퓨팅 사고력에 대한 변화를 분석하여 문제점을 도출한 후, 컴퓨팅사고력을 함양시킬 수 있는 교수법을 제시하였다.
- 본 연구는 초등학교 6학년 학생을 대상으로 블록 기반 언어(엔트리)과 텍스트 기반 언어(파이썬)을 단계별로 구성하여 산출물을 제작하는 교육을 실시하였으며, 수업시간은 교과시간 중에 실과, 창의적 체험활동, 국어시간을 활용하여 진행되었다.
- 엔트리와 파이썬을 첫 만남을 갖는 학생 수준에서 시작하였으며, 엔트리는 초급 단계에서 소개와 실습을 다루고 주로 파이썬으로 구성하였다. 산출물 수업은 파이썬을 사용한 코딩 프로젝트를 위하여 12주와 13주에 걸쳐 수행하였다[Table 3].
- 산출물 제작을 위한 컴퓨팅사고력 기반 산출물 제작교수학습 지도안은(12주~13주) 실과교과서 ‘03 문제해결과 프로그래밍’ 단원을 대상으로 CSTA&ISTE(2011)의 9가지 구성요소[Table 2]를 Keller’s ARCS Model[Table1]의 주의집중(Attention), 관련성(Relevance), 자신감(Confidence), 만족감(Satisfaction)에 적합한 요소별로 [Table 4]와 같이 재구성하여 사용하였다.
- 연구기간은 총 13주에 걸쳐 실시하였으며, 1주에서 11주에 걸쳐서 엔트리와 파이썬을 단계별로 실시하였고, 산출물 수업은 12주와 13주에 걸쳐 제작하였다.
- 연구절차는 교육이 3월부터 6월까지 13주에 걸쳐 수행되었으며, 컴퓨팅사고력 기반 학습은 12주와 13주에 ARCS 모형 수업설계에 따라 파이썬 언어 학습을 실습하고, 최종 산출물을 과제로 해결하는 방식으로 진행하였다[Table 5].
- 초등학생의 파이썬을 사용한 코딩 프로젝트 학습에서 교육에 따른 컴퓨팅사고력의 변화를 측정하기 위해 김병수[2]가 개발한 컴퓨팅사고력 검사지를 활용해 사전, 사후 검사를 실시하였다. 이 검사지는 총 15문항으로 구성되었으며, 문항별 검사주제는 순차구조, 알고리즘, 조건분기, 반복, 동시성, 변수, 함수, 객체, 재귀의 주제를 다루고 있다.
- 초등학생의 파이썬을 사용한 코딩 프로젝트 학습에서 교육에 따른 컴퓨팅사고력의 변화를 측정하기 위해 김병수[2]가 개발한 컴퓨팅사고력 검사지를 활용해 사전, 사후 검사를 실시하였다. 이 검사지는 총 15문항으로 구성되었으며, 문항별 검사주제는 순차구조, 알고리즘, 조건분기, 반복, 동시성, 변수, 함수, 객체, 재귀의 주제를 다루고 있다.
- 특히 이들 중 미국 컴퓨터과학교사회(CSTA)와 국제교육공학협회(ISTE)에서 명시한(Operational Definition of Computational Thinking for K – Education) 컴퓨팅사고력은 Wing(2006)이 제안한 추상화와 자동화를 보다 세분하여 자료 수집, 자료해석, 자료 표현, 문제 분해, 추상화, 알고리듬 및 절차, 자동화, 시뮬레이션, 평행화로 구성된 총 9가지로 세분화시켜 컴퓨팅사고력 교육 방안을 제안하였다[5].
대상 데이터
- 본 연구의 연구대상은 초등학교 6학년 학생을 대상(남 5명, 여 10명)으로 블록 프로그램(엔트리)과 텍스트 프로그램(파이썬)을 단계별로 구성하여 산출물을 제작하는 교육을 실시하였으며, 실과, 창의적 체험활동, 국어시간에 수행하였다.
이론/모형
- 초등학생에 대한 파이썬 언어의 사용은 텍스트 기반 프로그래밍언어의 장점을 크게 갖는 반면에 초등학생들이 일반적으로 학습하는 스크래치, 엔트리와 같은 블록 코딩 언어에 비해 어렵게 느끼는 부담감이 있다. 이러한 어려움의 정도를 비교적 수월하게 다가갈 수 있는 방법으로 동기유발 ARCS 모형[1][14] 학습모형을 적용하여 파이썬 거북이 그래픽을 중심으로 사용하였으며, 초등 소프트웨어교육과정에서 추구하는 선택, 반복, 제어에 대한 학습효과에 대한 컴퓨팅사고력의 변화를 측정하였다.
성능/효과
- 또한, 그래픽 학습에서 간단한 도형을 그려보게 한 후 다각형을 그리거나, 크기를 스스로 변경하도록 유도하는 활동 등에는 적극적으로 참여하였으며, 또한 반복문을 활용하는 활동에도 흥미를 보였다. 반복문을 활용한 문장 출력, 반복문을 활용한 그림 그리기 등은 학습자들이 스스로 값을 바꿔보면서 자유 탐색하는 모습을 보여주었다.
- 본 연구에서 진행한 코딩 프로젝트는 초등 6학년에 재학 중인 소수인원(15명)을 대상으로 개별관찰을 중심으로 한 연구의 제한점을 갖고 있으나, 소프트웨어교육의 적은 시수를 고려하여, 국어, 실과, 창체 등을 융합하여 진행하였으며, 초등학생에게 고급 프로그래밍언어인 난이도가 높은 파이썬을 사용해 코딩 프로젝트를 수행하였다는 것에 의의가 있다. 파이썬의 사용으로 학생들은 블럭 기반 언어뿐만 아니라 텍스트 기반 프로그래밍 언어를 다룰 수 있는 기회를 접할 수 있었고, 몇몇 학생들은 마치 진짜 프로그래머가 된 것 같은 기분이었다고 소감을 말하였다.
- 실험 결과에서 학생들은 전반적으로 프로그래밍에 대한 자신감 및 흥미를 나타나고 있으며, 특히 컴퓨팅사고력의 변화에서 반복, 함수, 객체에 대한 이해가 높게 나타났는데, 이러한 경향은 텍스트 기반 언어 사용과 파이썬 모듈의 효과로 여겨진다.
- 이번 코딩 프로젝트를 통해 학생들은 블록코딩 학습에 비해 전반적으로 프로그래밍 학습의 주요 요소인 반복, 함수, 객체에 대한 이해가 높아졌다. 이는 직접 프로그래밍을 하면서 반복문을 사용하였고, 파이썬의 모듈을 활용한 결과라고 생각된다.
- 코딩 프로젝트를 진행한 후 컴퓨팅사고력 검사를 한 결과, 증가한 항목을 살펴보면, 조건분기(+3), 반복(+6), 순차구조/변수/함수(+6), 객체(+4)으로 나타났으며, 반면에 오히려 감소한 항목으로는 함수(-2), 순차구조/조건분기/반복/동시성(-2), 순차구조/반복(-2) 으로 나타났다. 이러한 특징은 파이썬 학습에서 이루어지는 반복, 함수, 객체에 대해 텍스트 기반 프로그래밍을 하면서 반복문을 사용하였고, 모듈의 사용이 빈번했기 때문으로 여겨진다.
후속연구
- 텍스트 기반 프로그래밍언어의 교육이 필수적임을 고려한다면 컴퓨팅사고력 기반의 다양한 접근으로 이에 대한 일반 교과와의 연결에 대한 인식의 확장과 학습동기를 높일 수 있는 그래픽 그리기 프로그램, 게임 제작 프로그램을 중심으로 하는 프로그래밍으로 교육과정을 재구성한다면 텍스트 기반 언어에서의 강점이 초등학생에게 도입이 충분히 가능하다. 또한 각 교과와의 확장성을 고려하면 컴퓨팅사고력 기반의 교과에서의 문제를 프로그래밍하는 교육과정을 구성하고 연구가 활성화 될 필요가 있다.
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