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문제 정의
- 본 연구는 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육 프로그램을 개발 및 적용하여 효과성을 밝힌 데 의의가 있다. 초등학생들의 협력적 문제해결력 함양을 위한 협업 도구 혹은 협력적 SW교육프로그램에 대한 더욱 다양하고 체계적인 후속 연구가 이루어지길 기대한다.
- 본 연구는 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육 프로그램을 적용 및 개발하는데 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 협력적 문제해결력을 함양할 수 있도록 4가지의 협업도구를 개발하였다.
제안 방법
- 체크리스트는 짝프로그래밍에서 드라이버와 내비게이터가 공통적으로 활용할 수 있게끔 구성되었다. 디버깅 전략의 순서와 프로그램에서 오류를 찾아내는 구체적인 8가지 방법이 제시되어있으며 블록 코드에서 자주 일어나는 프로그램 오류를 문법 오류, 논리오류로 나누어 검증할 수 있도록 하였다. [Fig.
- 본 연구는 초등학교 5～6학년으로 구성된 소프트웨어 동아리 학생들을 대상으로 방과 후 동아리 시간을 활용하여 짝프로그래밍 소프트웨어 교육을 진행하였다. 학생들의 협력적 문제해결력 및 코딩 이해도에 대한 효과성을 검증하기 위하여 협업 도구를 활용한 교육 프로그램을 개발하고, 개발된 프로그램을 단일 집단에 적용한다.
- 선행연구인 OECD, 2013; ACT2S 2012;에서 다루었던 협력적 문제해결력 평가 도구들의 기본 평가틀과 평가문항들을 초등학생 대상 짝프로그래밍 SW교육 프로그램의 개발 방향에 맞게 일부 수정 및 조합하여 활용하였다.
- 수업 처치 후에는 협업 도구를 사용하지 않은 교육 프로그램 적용에 대한 사후검사와 협업 도구를 사용한 교육 프로그램 적용에 대한 사후 검사의 차이를 분석 및 해석한다. 본 연구에서 실시하는 실험 설계는 [Fig.
- 본 연구는 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육 프로그램을 적용 및 개발하는데 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 협력적 문제해결력을 함양할 수 있도록 4가지의 협업도구를 개발하였다. 즉, 프로그래밍의 문제 인식 및 분해 단계에서 활용하는 만다라트 문제 분해표, 알고리즘 이해 단계에서 활용하는 순서도 자석 퍼즐, 알고리즘 표현 단계에서 활용하는 코드 블록 자석, 알고리즘 분석 및 검증 단계에서 활용하는 디버깅 체크리스트를 개발하였으며 이를 활용한 SW교육 프로그램을 초등학교 수업에 적용하였다.
- 이러한 협업도구 및 프로그램은 학교 현장에서 개인의 문제해결력이 아닌 협업을 통한 협력적 문제해결력을 함양할 수 있는 실제적이고 체계적인 방법이어야 한다. 이를 위하여 구체적인 협업학습전략인 짝프로그래밍(Pair Programming)을 기반으로 SW교육 프로그램을 제안하고 학생들의 협력적 문제해결력을 효과적으로 증진시키기 위한 협업도구를 개발하여 수업에 적용하고자 한다.
- 프로그래밍 수업 도중 오류가 발생하게 되면 원인은 무엇이고 해결 방법은 무엇인지 파악하기 어려운 난관에 봉착하게 되는 경우가 굉장히 많다. 이를 위하여 학생들의 협력적인 디버깅을 위한 스캐폴딩 장치로서 디버깅 체크리스트를 개발하였다. 체크리스트는 짝프로그래밍에서 드라이버와 내비게이터가 공통적으로 활용할 수 있게끔 구성되었다.
- 이러한 목적을 달성하기 위하여 협력적 문제해결력을 함양할 수 있도록 4가지의 협업도구를 개발하였다. 즉, 프로그래밍의 문제 인식 및 분해 단계에서 활용하는 만다라트 문제 분해표, 알고리즘 이해 단계에서 활용하는 순서도 자석 퍼즐, 알고리즘 표현 단계에서 활용하는 코드 블록 자석, 알고리즘 분석 및 검증 단계에서 활용하는 디버깅 체크리스트를 개발하였으며 이를 활용한 SW교육 프로그램을 초등학교 수업에 적용하였다.
- 2]는 순서도 보드 블록의 활용 예시로서 순서도보드 블록은 학생들에게 어려울 수 있는 순서도 작성을 쉽게 도와줄 수 있는 교구이다. 짝과 함께 사용할 수 있는 화이트보드에 초등에서 자주 사용하는 기능과 관련된 순서도 기호를 블록으로 제시하고 이의 순서를 토의하며 흐름을 이해할 수 있도록 하였다. 하나하나의 지엽적인 코드 블록에 집중하는 것이 아니라 전체적인 흐름 파악을 통해 코드 작성에 있어 어려움을 줄여줄 것이다.
- 초등 SW교육에서의 협력적 문제해결력 검사 도구의 기본적인 평가틀은 ATC21S의 협력적 문제해결력 평가틀을 바탕으로 제작하였다. 짝프로그래밍 과정 중 일어날 수 있는 협력적 문제 해결의 인성적인 측면과 사회적 기술에 관한 문항으로 구성하되 선행연구의 협력적 문제해결력 평가 문항을 짝 프로그래밍 교육 프로그램의 흐름에 맞게 용어와 내용을 일부 수정하였다.
- 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육 프로그램을 통해 학생들이 코딩한 프로그램에 대한 이해도를 측정하기 위한 간단한 평가 문항을 개발하였다. 평가 문항의 유형은 크게 3가지로 다음의 그림과 같다.
- 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육 프로그램이 학생들의 협력적 문제해결력에 미치는 영향을 분석하기 위하여 협력적 문제해결력 측정을 실험집단과 통제집단을 대상으로 프로그램 적용 전과 후에 실시하였다. 실시한 후의 모든 자료는 R 통계 프로그램(ver.
- 그 후 통제집단의 학생에게는 협업 도구를 활용하지 않는 짝프로그래밍 SW교육을 실시한다. 짝프로그래밍을 통해 5~6학년 중급 수준의 미션 작품 2가지를 해결하도록 제시한 뒤 해결 과정에서의 협력적 문제 해결력 및 코딩 이해도를 측정한다.
- 초등 SW교육에서의 협력적 문제해결력 검사 도구의 기본적인 평가틀은 ATC21S의 협력적 문제해결력 평가틀을 바탕으로 제작하였다. 짝프로그래밍 과정 중 일어날 수 있는 협력적 문제 해결의 인성적인 측면과 사회적 기술에 관한 문항으로 구성하되 선행연구의 협력적 문제해결력 평가 문항을 짝 프로그래밍 교육 프로그램의 흐름에 맞게 용어와 내용을 일부 수정하였다.
- 본 연구는 초등학교 5～6학년으로 구성된 소프트웨어 동아리 학생들을 대상으로 방과 후 동아리 시간을 활용하여 짝프로그래밍 소프트웨어 교육을 진행하였다. 학생들의 협력적 문제해결력 및 코딩 이해도에 대한 효과성을 검증하기 위하여 협업 도구를 활용한 교육 프로그램을 개발하고, 개발된 프로그램을 단일 집단에 적용한다. 짝프로그래밍 SW교육을 실시하였을 경우와 협업 도구를 활용하여 짝프로그래밍 SW교육을 실시하였을 경우의 결과 차이를 비교·분석한다.
- 실험 집단의 학생은 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육(표 5에서의 X2)을 실시한다. 협업 도구를 활용하여 5~6학년 중급 수준의 미션 작품 3가지를 해결하도록 제시한 뒤 해결 과정에서의 협력적 문제해결력 및 코딩 이해도를 측정한다.
대상 데이터
- 본 교육 프로그램은 프로그래밍 언어와 문법에 대한 지식, 프로그래밍 기법에 대해 배우는 것에 초점이 맞춰져 있기 보다는 짝프로그래밍을 통해 협력적 문제해결력을 함양하는데 중점을 두고 있다. 그러므로 SW교육을 처음 접한 학생들을 대상으로 하는 것이 아닌 일반적인 블록코드를 경험해보고 기능들을 기본적으로 이해하고 실행할 수 있는 학생들을 대상으로 한다. 다음의 교육 프로그램에서는 교사 설명식의 지식 전달 수업은 지양하며 교사는 학생들의 협력 과정 속에서 생기는 마찰을 조정해주는 역할을 맡아 최대한 학생의 상호작용이 원활하게 일어나게끔 하여 협력적 문제해결력을 함양하는데 중점을 두었다.
- 실험 집단의 학생은 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육(표 5에서의 X2)을 실시한다. 협업 도구를 활용하여 5~6학년 중급 수준의 미션 작품 3가지를 해결하도록 제시한 뒤 해결 과정에서의 협력적 문제해결력 및 코딩 이해도를 측정한다.
데이터처리
- 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육 프로그램이 학생들의 협력적 문제해결력에 미치는 영향을 분석하기 위하여 협력적 문제해결력 측정을 실험집단과 통제집단을 대상으로 프로그램 적용 전과 후에 실시하였다. 실시한 후의 모든 자료는 R 통계 프로그램(ver.3.4.1)을 활용하여 T검정을 실시하였으며 결과 값은 소수 둘째자리까지 반올림하여 나타내었다.
- 짝프로그래밍 SW교육 프로그램을 적용한 후 실험집단과 통제집단 간의 코딩 이해도 차이를 알아보기 위해 R 통계 프로그램(ver. 3.4.1)을 활용하여 독립표본 T검정을 실시하였다. 결과는 <표 5>과 같으며 모든 결과 값은 소수 둘째자리까지 반올림하여 나타내었다.
- 짝프로그래밍 SW교육을 실시하였을 경우와 협업 도구를 활용하여 짝프로그래밍 SW교육을 실시하였을 경우의 결과 차이를 비교·분석한다.
- 프로그램 적용 전에 실험집단과 통제집단 간의 코딩 이해도에 대한 차이를 알아보기 위해 R 통계 프로그램(ver. 3.4.1)을 활용하여 독립표본 T검정을 실시하였다. 결과는 <표 4>과 같으며 모든 결과 값은 소수 둘째자리까지 반올림하여 나타내었다.
성능/효과
- 9]의 왼쪽은 통제집단, 오른쪽은 실험집단의 그래프이다. 그래프를 통해 학생들의 코딩 이해도의 평균 증가폭은 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육프로그램을 실시한 실험집단의 평균 점수가 더 높음을 확인할 수 있다.
- 9]의 왼쪽은 통제집단, 오른쪽은 실험집단의 그래프이다. 그래프를 통해 학생들의 코딩 이해도의 평균 증가폭은 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육프로그램을 실시한 실험집단의 평균 점수가 더 높음을 확인할 수 있다.
- 둘째, 사후 집단 간의 코딩 이해도 차이를 T검정을 통하여 알아본 결과, 실험집단과 통제집단 사이에는 코딩 이해도가 유의한 차이가 있었다. 그러므로 짝프로그래밍 SW교육 프로그램에서 협업도구의 유무가 코딩 이해도에 유의한 효과를 보였다.
- 첫째, 실험 집단 간의 협력적 문제해결력 차이를 T검정을 통하여 알아본 결과, 사후 실험집단과 통제집단 사이에는 협력적 문제해결력이 유의한 차이가 있었다. 그러므로 짝프로그래밍 SW교육 프로그램에서 협업도구의 유무가 협력적 문제해결력 신장 정도에 유의한 효과를 보였다.
- 둘째, 사후 집단 간의 코딩 이해도 차이를 T검정을 통하여 알아본 결과, 실험집단과 통제집단 사이에는 코딩 이해도가 유의한 차이가 있었다. 그러므로 짝프로그래밍 SW교육 프로그램에서 협업도구의 유무가 코딩 이해도에 유의한 효과를 보였다.
- 특히, 대부분의 논문에서 학생들의 만족감과 자신감을 높이는 결과를 보였다. 또한 짝프로그래밍을 통해 남학생보다는 여학생의 프로그래밍에 대한 태도에 많은 도움을 주는 것으로 검증되었다. Cockbum, Williams는 짝프로그래밍의 비용에 대해 연구한 결과, 프로그램 개발의 질뿐만 아니라 결점 감소, 개발자의 기술력 증가, 의사소통능력이 향상되었으며 작업 만족도도 증가한 것으로 나타났다[13][16].
- 사전 두 집단의 코딩 이해도 차이가 있는 지 확인하기 위해 독립표본 T검정을 한 결과 유의수준 0.05에서 통계 값은 -0.25로 실험집단과 통제집단 간의 사전 코딩 이해도에 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러므로 프로그램을 적용하기 전의 두 집단 간의 협력적 문제해결력은 동질하다고 판단할 수 있다.
- 사전 두 집단의 협력적 문제해결력 차이가 있는 지 확인하기 위해 독립표본 T검정을 한 결과 과 같이 유의수준 0.05에서 통계 값은 0.12, 유의확률은 0.91로 실험집단과 통제집단 간의 사전 협력적 문제해결력은 유의한 차이가 없었다.
- 표와 같이 사회적 기능 영역에서는 상호작용, 적절한 반응, 협상, 분산기억, 책임 진취성 영역에서 실험집단과 통제집단 간의 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 인지적 기능 영역에서는 전 영역에서 실험집단과 통제집단 간의 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 짝프로그래밍 SW교육 프로그램을 적용한 후 집단 간의 코딩 이해도 차이를 T검정을 통하여 알아본 결과 실험 집단의 평균은 89.00이고, 통제집단의 평균은 76.00으로 나왔다. t통계값은 -2.
- 짝프로그래밍 SW교육 프로그램을 적용한 후 집단 간의 협력적 문제해결력 차이를 T검정을 통하여 알아본 결과 와 같이 실험 집단의 평균은 170.10, 표준편차는 8.79이고, 통제집단의 평균은 190.40, 표준편차는 4.84로 나왔다.
- 첫째, 실험 집단 간의 협력적 문제해결력 차이를 T검정을 통하여 알아본 결과, 사후 실험집단과 통제집단 사이에는 협력적 문제해결력이 유의한 차이가 있었다. 그러므로 짝프로그래밍 SW교육 프로그램에서 협업도구의 유무가 협력적 문제해결력 신장 정도에 유의한 효과를 보였다.
- <표 3>은 사후 실험집단과 통제집단의 영역별 독립 표본 T검정 결과를 표로 나타낸 것이다. 표와 같이 사회적 기능 영역에서는 상호작용, 적절한 반응, 협상, 분산기억, 책임 진취성 영역에서 실험집단과 통제집단 간의 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 인지적 기능 영역에서는 전 영역에서 실험집단과 통제집단 간의 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 또한 현재까지의 프로그래밍 학습은 대체로 개별 학습으로 이루어졌다. 프로그램의 문제 인식, 문제 분해에서부터 디버깅 과정까지 개인적으로 해결해가며 컴퓨팅 사고력을 함양하는 것이 주를 이루었다. 이러한 필요성 하에 2015 개정 교육과정과 OECD에서 공통적으로 중요시하는 미래인재의 역량인 협력적 문제해결력을 함양할 수 있는 실질적인 협업도구와 교육 프로그램이 요구된다.
- 통제집단과 실험집단이 5차례의 짝프로그래밍 과제를 실시하는 과정에서 코딩 이해도의 평균 점수 변화는 <표 6>과 같다. 협업도구를 활용하지 않은 일반 짝프로그래밍 SW교육프로그램을 실시한 통제 집단은 과제1에서 과제5에 이르기까지 최고 8점의 점수가 향상되었지만, 협업도구를 활용하여 짝프로그래밍 SW교육프로그램을 실시한 실험집단은 최고 70점에 89점까지 19점의 점수가 향상된 것을 알 수가 있다.
후속연구
- 본 연구는 짝프로그래밍 협업도구를 활용한 SW교육 프로그램을 개발 및 적용하여 효과성을 밝힌 데 의의가 있다. 초등학생들의 협력적 문제해결력 함양을 위한 협업 도구 혹은 협력적 SW교육프로그램에 대한 더욱 다양하고 체계적인 후속 연구가 이루어지길 기대한다.
- 짝과 함께 사용할 수 있는 화이트보드에 초등에서 자주 사용하는 기능과 관련된 순서도 기호를 블록으로 제시하고 이의 순서를 토의하며 흐름을 이해할 수 있도록 하였다. 하나하나의 지엽적인 코드 블록에 집중하는 것이 아니라 전체적인 흐름 파악을 통해 코드 작성에 있어 어려움을 줄여줄 것이다.
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