[논문]초등교육과정에서 자료구조 교육을 위한 내용 선정의 적합성 조사 분석

문성윤; 신수범

doi:10.6109/jkiice.2020.24.2.311

초등교육과정에서 자료구조 교육을 위한 내용 선정의 적합성 조사 분석
Analysis on Fitness of Contents Selected for Data Structure Education in Elementary School Curriculum 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.24 no.2, 2020년, pp.311 - 320

문성윤 (Department of Computer Education, Korea Natl. University of Edu) , 신수범 (Department of Computer Education, Gong-Ju Natl. University of Edu)

초록
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컴퓨터과학의 핵심적인 기초가 되는 자료구조 교육을 도입하기 위해 국내외 컴퓨터과학 교육과정을 비교·분석하였다. 그 결과 초등학교 소프트웨어 교육에 포함된 자료구조 관련 내용이 미국과 영국에 비해 범위와 수준이 미흡한 것으로 분석되었다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 자료구조 교육 요소를 선정하고 전문가들을 대상으로 내용의 중요도와 교육 시기의 적절성에 대한 델파이 설문 조사를 하였다. 그 결과 연구자가 제시한 자료구조의 교육 요소에서 '문자 정보', 선형구조의 '배열', '스택', '큐', 비선형구조의 '트리'에 대해 중요하다고 응답하였으나 교육 요소별 교육 시기는 전문가마다 의견이 달랐다. 일부 전문가들을 대상으로 조사한 결과를 분석의 근거로 삼았다는 점에서 결과를 일반화 하는데 한계가 있지만 자료구조 도입을 위한 초등학교 소프트웨어 교육과정개선의 중요한 정보를 제공한다는 점에서 의의를 찾을 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study conducted a comparative analysis on domestic and foreign computer science curriculum, in order to introduce the data structure education as a core foundation of computer science. The findings show that the scope and level of data structure contents included in elementary school software education are poorer than those in U.S.A and England. To resolve such a problem, it selected some data structure education factors and a Delphi survey about the importance of contents and the fitness of education periods were administered to experts. Although they responded that 'text information', 'array', 'stack' and 'queue' for linear structures', and 'tree' for non-linear structures are important, their opinions were different in education periods by its factors. The generalization of the findings may be limited, given that the analysis was based on the survey of some experts, but this study has an implication, in that it provides important information for improving elementary school software curriculum for the introduction of data structures.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Study Contents and Methods
표 Table. 1 Delphi Survey Question Rating
표 Table. 2 Delphi Return Rate
표 Table. 3 Analysis Method by Delphi Stages
표 Table. 4 Elementary School Software Education Contents Factors
표 Table. 5 Data Structure Area
표 Table. 6 Expectation Levels by Stages of English Computing Subject
표 Table. 7 The K-12 Computer Science Framework in U.S.
표 Table. 8 Core Concepts of Data Structure
그림 Fig. 2 Important Education Factors of Data Structure
표 Table. 9 Outcomes for Importance by Areas of Education Factors
그림 Fig. 3 The appropriateness of Data Structure's Education Factors

AI 본문요약
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문제 정의

초등학생에게 적합한 자료구조에 대한 교육 요소가 정해져야 향후 교육과정과 교사 연수 프로그램 개발이 이루어질 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 외국에서 가장 선도적인 컴퓨터과학 교육을 실시하고 있는 미국과 영국의 교육과정을 분석하여 초등학교 소프트웨어 교육에서 자료구조 도입에 대한 시사점을 도출하고 전문가들의 합의를 통해 결과를 도출해내는 델파이 기법을 이용하여 초등학생에게 적합한 자료구조 교육 요소를 탐색하였다. 이 연구에서 전문가는 교육 현장에서 학생들을 지도하고 있는 교사와 컴퓨터교육 전공 대학원생, 정보영재교육 전공 대학원생, 교육대학교 컴퓨터 교육과 교수로 초등학교 소프트웨어 교육에 대해 실제적 경험과 전문적 지식이 풍부한 전문가들이다.
현행 2015 개정 교육과정에서 실과교육의 소프트웨어 교육의 목표 및 내용체계와 교육과정을 분석한다. 또한, 미국의 컴퓨터교육과 관련된 연합체(K-12 Computer Science, ACM, Code.org, CSTA, Cyber Innovation Center, National MATH+SCIENCE Initiative 로 구성됨)가 발간한 ‘K–12 Computer Science Framework’ 와 영국의 ‘Computing in the national curriculum’에서 제시한 컴퓨터과학 교육과정 모델을 분석하여 초등학교 자료구조 교육에 대한 시사점을 도출하고 델파이 기법을 통해 전문가 집단의 의견을 수렴하여 필수 교육 요소를 제시하고자 한다.
이 연구는 초등학교 소프트웨어 교육에서 자료구조의 내용 요소에 대한 적절성을 평가하기 위해 컴퓨터 교육 전공 석·박사를 대상으로 교육내용의 중요도와 교육 시기에 대한 적절성 검토를 위해 총 2차에 걸친 델파이 설문 조사를 수행하였다. 델파이 설문지의 타당도를 위해 컴퓨터교육 전공의 박사과정 1인, 석사과정의 현직교사 3명, 컴퓨터교육과 교수 1인과 함께 협의 및 수정과정을 거쳤다.
2 차 델파이의 설문은 1차 설문지와 같은 항목과 문항으로 구성하였는데 1차 설문 결과를 분석하여 본인의 1차 설문에서의 자신의 응답위치를 확인할 수 있도록 하였다. 이를 통해 문항에 대한 자신의 생각을 피드백 하여 수정할 수 있는 기회를 제공하였다.
이에 본 연구에서는 선행 연구를 참조하여 초등학생을 위한 자료구조 영역을 세부적으로 구분하고 세부 요소에 대한 교육적 중요도와 교육 시기의 적절성을 분석하였다. 단순 구조의 ‘숫자 정보’, 선형 구조의 ‘배열’, ‘스택’, ‘큐’, 비선형 구조의 ‘트리’ 교육 요소에 대해서 전문가들은 교육적으로 중요하다고 응답하였다.
필요성을 제시하였다. 하지만 초등학생들의 인지 발달 수준을 고려하여 알고리즘과 자료구조 내용의 시각화 교육 자료를 개발하고 교육적 효과를 확인하였다. 이를 통해 학생들의 이해 수준에 맞는 시각적 교육 자료를 활용한다면 초등학교에서도 기초적인 자료구조와 알고리즘 교육이 가능함을 설명하였다[4].

제안 방법

2 차 델파이의 설문은 1차 설문지와 같은 항목과 문항으로 구성하였는데 1차 설문 결과를 분석하여 본인의 1차 설문에서의 자신의 응답위치를 확인할 수 있도록 하였다. 이를 통해 문항에 대한 자신의 생각을 피드백 하여 수정할 수 있는 기회를 제공하였다.
1차 델파이를 통해 수집된 자료를 분석하기 위하여 기술 통계 과정을 통해 중앙치, 평균, 표준편차, 사분범위를 산출하였다. 2차 델파이 자료는 1차 델파이와 마찬가지로 기술통계를 통해 분석한 후 타당도 분석 방법으로 사용되는 CVR 값과 합의 도를 구하였다.
각 집단의 전문가 섭외과정에서는 전문가를 통해 또 다른 전문가를 소개받는 눈덩이표집의 방법도 활용하였다. 이미 추천과 소개로 섭외된 전문가에게 연구의 의도를 충분히 설명하여 연구의 응답대상으로 적합한 전문가를 소개 받았다.
연구 대상을 직접 만나 연구의 취지와 설문 과정을 설명하였으며 이에 동의를 구하고 설문을 시작하였다. 대상자의 편의에 따라 서면 설문, 면담 및 녹취의 방법을 사용하여 1 차 자료 수집을 수행하였다. 2차 델파이는 서면 설문, 온라인 설문을 통해 응답을 수집하였다.
미국도 전통적인 컴퓨터 소양교육과 컴퓨터과학 교육의 차이점을 인식하고 유치원에서 고등학교에 이르는 전체 단계에서 컴퓨터과학 교육에 대한 개념적 가이드 라인을 제시하는 ‘The K–12 Computer Science framework’를 개발하였다. 컴퓨터과학 교육을 위한 Core Concepts(핵심 개념)와 Core Practices(핵심 활동) 를 제시하고 초등학교에서부터 프로그래밍, 자료구조, 알고리즘 등의 학습을 통해 문제해결력을 함양하는 교육을 실시하고 있다[20, 22].
만남을 통해 1차 델파이를 실시하였다. 연구 대상을 직접 만나 연구의 취지와 설문 과정을 설명하였으며 이에 동의를 구하고 설문을 시작하였다. 대상자의 편의에 따라 서면 설문, 면담 및 녹취의 방법을 사용하여 1 차 자료 수집을 수행하였다.
이 연구에서는 2회에 걸쳐 이루어지는 설문 단계마다 각각의 자료 분석이 이루어졌다. 단계별 분석 자료 분석 방법은 표 3과 같다.
이 연구의 자료 수집을 위하여 연구 대상 선정 후 개별적인 만남을 통해 1차 델파이를 실시하였다. 연구 대상을 직접 만나 연구의 취지와 설문 과정을 설명하였으며 이에 동의를 구하고 설문을 시작하였다.
자료구조 내용 요소의 적절성과 교육 시기에 대한 문항을 5단계 리커트 척도(Likert Scale)로 항목화하여 1차 델파이 설문조사를 실시하였다. 1차 델파이를 통해 수집된 자료를 분석하기 위하여 기술 통계 과정을 통해 중앙치, 평균, 표준편차, 사분범위를 산출하였다.
자료구조와 관련된 해외 컴퓨터과학 교육과정을 분석한 결과를 토대로 우리나라 소프트웨어 교육 과정의 개선 방향을 제시하기 위해 그동안 출판된 자료구조 관련 서적과 선행 연구를 참조하여 단순 구조, 선형 구조, 비선형 구조, 파일 구조의 내용 영역을 구분하고, 현직교사로서 컴퓨터교육 전공 석·박사 과정에 있는 전문가를 대상으로 설문조사를 실시한 후, 내용 영역에 대한 적절성을 검토하였다.
[15, 28]. 초등학생에게 적합한 자료구조 교육 요소로 단순 구조(숫자 정보, 문자 정보), 선형 구조(배열, 연결 리스트, 스택, 큐), 비선형 구조(트리, 그래프), 파일 구조(순차 파일, 색인 파일, 직접 파일)로 정하였다.
현행 2015 개정 교육과정에서 실과교육의 소프트웨어 교육의 목표 및 내용체계와 교육과정을 분석한다. 또한, 미국의 컴퓨터교육과 관련된 연합체(K-12 Computer Science, ACM, Code.

대상 데이터

따라서 본 연구에서는 외국에서 가장 선도적인 컴퓨터과학 교육을 실시하고 있는 미국과 영국의 교육과정을 분석하여 초등학교 소프트웨어 교육에서 자료구조 도입에 대한 시사점을 도출하고 전문가들의 합의를 통해 결과를 도출해내는 델파이 기법을 이용하여 초등학생에게 적합한 자료구조 교육 요소를 탐색하였다. 이 연구에서 전문가는 교육 현장에서 학생들을 지도하고 있는 교사와 컴퓨터교육 전공 대학원생, 정보영재교육 전공 대학원생, 교육대학교 컴퓨터 교육과 교수로 초등학교 소프트웨어 교육에 대해 실제적 경험과 전문적 지식이 풍부한 전문가들이다. 자료 구조 교육을 초등학교 교육 현장에 도입하려고 할 때 적합한 교육 요소에 대한 전문가들의 의견을 종합하는 것은 교육의 필요성을 인식하는데 도움이 될 것이며 이를 통해 자료구조 교육을 위한 교육과정과 교사 연수 프로그램 개발의 방향을 제시를 할 수 있을 것이다.

데이터처리

설문조사를 실시하였다. 1차 델파이를 통해 수집된 자료를 분석하기 위하여 기술 통계 과정을 통해 중앙치, 평균, 표준편차, 사분범위를 산출하였다. 2차 델파이 자료는 1차 델파이와 마찬가지로 기술통계를 통해 분석한 후 타당도 분석 방법으로 사용되는 CVR 값과 합의 도를 구하였다.
전문가 집단의 반응에 대하여 집중경향과 변 산도(중앙 값과 사분점간 범위: Interquartile Range ‘사분범위’ 라고도 함 또는 평균과 표준편차)를 산출하였다[12]. 2 차 델파이의 설문은 1차 설문지와 같은 항목과 문항으로 구성하였는데 1차 설문 결과를 분석하여 본인의 1차 설문에서의 자신의 응답위치를 확인할 수 있도록 하였다.

이론/모형

델파이 조사결과의 타당도를 판단하기 위하여 이영희, 김영식(2017) 연구에서 사용된 바 있는 CVR(Content Validity Ratio)을 이용하였다. Lawshe(1975)는 델파이에서 CVR 항목의 ‘Essential’의 수준을 묻는 질문에 긍정적으로 대답한 수치로 계산된다고 하였다.

성능/효과

82까지 나타나 적절성 정도가 보통인 것으로 나타났다. 조사결과의 타당한 정도를 나타내는 CVR 값도 5개 항목에서 0.59 이상으로 타당한 것으로 나타났으나 나머지 항목은 음수에서부터 0.59 미만으로 나타나 내용 타당성 기준에 미치지 못하였다. 합의도 0.

후속연구

본 논문은 소규모의 전문가들을 범위로 하여 조사한 내용을 분석하는 근거로 하였기에 결과를 일반화하는 데에는 한계가 있다. 그럼에도 불구하고 초등학생을 위한 자료구조 교육 요소에 대한 중요성과 교육 시기의 적절성에 대한 분석을 시도하였다는 점과 이를 통해 자료구조 도입을 위한 초등학교 소프트웨어 교육과정 개선의 중요한 정보를 제공한다는 점에서 중요한 의미가 있다고 생각한다.
이 연구에서 전문가는 교육 현장에서 학생들을 지도하고 있는 교사와 컴퓨터교육 전공 대학원생, 정보영재교육 전공 대학원생, 교육대학교 컴퓨터 교육과 교수로 초등학교 소프트웨어 교육에 대해 실제적 경험과 전문적 지식이 풍부한 전문가들이다. 자료 구조 교육을 초등학교 교육 현장에 도입하려고 할 때 적합한 교육 요소에 대한 전문가들의 의견을 종합하는 것은 교육의 필요성을 인식하는데 도움이 될 것이며 이를 통해 자료구조 교육을 위한 교육과정과 교사 연수 프로그램 개발의 방향을 제시를 할 수 있을 것이다.
하지만 국내에서 자료구조를 초등학교 교육현장에 적용할 때, 교사가 가르치고, 학생이 배워야 할 내용이 무엇인지에 대해서 아직 제시된 바가 없다. 초등학생에게 적합한 자료구조에 대한 교육 요소가 정해져야 향후 교육과정과 교사 연수 프로그램 개발이 이루어질 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 외국에서 가장 선도적인 컴퓨터과학 교육을 실시하고 있는 미국과 영국의 교육과정을 분석하여 초등학교 소프트웨어 교육에서 자료구조 도입에 대한 시사점을 도출하고 전문가들의 합의를 통해 결과를 도출해내는 델파이 기법을 이용하여 초등학생에게 적합한 자료구조 교육 요소를 탐색하였다.

참고문헌 (28)

Y. S. Jeong, J. S. Yu, J. S. Lim, and Y. K. Son, Software education, Seoul: Cmass, 2015.
H. J. Choe, T. O. Song, and T. W. Lee, "Comparative Study of Informatics Subject Curriculums and Textbooks in Middle School Between Korea and England," Journal of the Korea society of computer and information, vol. 21, no. 2, pp. 145-152, 2016.

원문보기 상세보기
H. W. Kim, S. Y. Mun, S. R. Jeong, and S. J. Jeong, "The Effect of Making My Own Game using 'Entry and Arduino' on Elementary Students Creative Problem Solving Ability and Interpersonal Relationship Ability," Journal of Learner-Centered Curriculum and Instruction, vol. 18, no. 1, pp. 487-507, 2018.

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S. J. Chun, "Pedagogical effectiveness of algorithm visualizations in teaching the data structures and algorithms in elementary schools," Journal of The Korean Association of Information Education, vol. 16, no. 2, pp. 255-263, 2012.
The Royal Society, Shut down or restart? The way forward for computing in UK schools, The Royal Academy of Engineering, 2012.
Y. S. Jeong, "A Study on the Content Framework of Algorithm Education in Primary and Middle Schools," Journal of The Korean Association of Information education, vol. 18, no. 2, pp. 275-284, 2014.

원문보기 상세보기
S. J. Hong, and S. G. Han, "A survey on the Learning Method of Basic Algorithm for Elementary Computer Education," The Journal of Education, vol. 25, no. 1, pp. 363-375, 2005.
D. L. Hyun, Y. H. Yang, E. G. Kim, and J. H. Kim, "Research on Development and Application of Learning Program about Algorithm by Using Scratch Programming," Journal of The Korean Association of Information Education, vol. 15, no. 3, pp. 387-397, 2011.
S. E. Lim, and Y. S. Jeong, "Development of Teaching and Learning Methods Based on Algorithms for Improving Computational Thinking," Journal of The Korean Association of Information Education, vol. 21, no. 6, pp. 629-638, 2017.

원문보기 상세보기
Y. B. Lee, "A Development of Algorithm Education Topics for Elementary Students," Journal of The Korean Association of Information Education, vol. 9, no. 1, pp. 61-66, 2018.

상세보기
Y. H. Lee, and Y. S. Kim, "A Study on core contents of Swimming education in Elementary school curriculum by Delphi technique," Journal of Elementary Education Society, vol. 26, pp. 77-96, 2017.
J. S. Lee, Delphi Method, Seoul: KYOYOOKBOOK, 2001.
C. H. Lawshe, "A quantitative approach to content validity," Personnel psychology, vol. 28, no. 4, pp. 563-575, 1975.

상세보기
Ministry of Education, 2015 software education guidelines, 2015.
I. G. Chun, Y. H. Kong, and S. H. Ha, Easy data structure written in C, Paju: Saeng-Neung Publishment, 2017.
J. C. Oh, J. H. Kim, and J. H. Kim, "Development and Application of Primary Puzzle-Based Learning Program for Computer Science Education," Journal of The Korean Association of Computer Education, vol.17, no. 3, pp. 11-23, 2014.
J. H. Park, P. W. Oh, and T. W. Lee, "A Study on Computer Education Curriculum in Elementary School for Introducing Computer Science," Journal of The Korean Association of Information Education, vol. 10, no. 1, pp. 719-729, 2006.
Naace, Computing in the national curriculum: A guide for primary teachers, Computing at school, 2013.
N. J. Park, S. B. Shin, and C. Kim, "The Analysis of the Appropriateness of the Content Standards of Information, Information Appliances, and Operating System in Elementary School," Journal of The Korean Association of Information Education, vol. 20, no. 6, pp. 617-628, 2016.
Computer Science Teachers Association(CSTA) and the International Society for Technology in Education(ISTE), Computational Thinking Teacher Resources, Second Edition, 2011.
S. K. Shin, and Y. K. Bae, "The Concept of Computational Thinking through Analysis of Computer Education Framework in the United States and its Implications for the Curriculum of Software Education," Journal of The Korean Association of Information Education, vol. 22, no. 2, pp. 251-262, 2018.

원문보기 상세보기
K-12 Computer Science Framework, [Internet]. Available: http://www.k12cs.org, 2016.
H. J. Choe, "Comparison between Informatics Curriculum in Korea and Computer Science Framework of CSTA in US," The Journal of Science of Education, vol. 18, no. 2, pp. 11-129, 2016.
K. S. Kim, "An Implications of Computer Education in Korea from the U.S., U.K. and Germany Computer Curriculums," Journal of The Korean Association of Information Education, vol. 20, no. 4, 421-432, 2016.
C. H. Lee, "Direction and Model of Software Education in Elementary Education," Journal of Korean practical arts education, vol. 28, no. 4, pp. 207-222, 2015.
Y. S. Jeong, S. B. Shin, and Y. H. Sung, "Analysis of Appropriateness in Information Curriculum for Algorithm and Programming Education," Journal of The Korean Association of Information Education, vol. 20, no. 6, pp. 575-584, 2016.
H. K. Lim, J. A. Kim, and J. H. Bae, "A Instructional Learning of Sort Algorithm by Role-play for Computer Education in the Primary School," Journal of the Korean Institute of Information Scientists and Engineers, vol. 31, no. 1B, pp. 670-672, 2004.
O. Y. Han, and J. H. Kim, "A Study on a Strategy for Spiral Curriculum Model in Algorithm Education," Proceeding of the Korean Association of Computer Education, vol. 13, no. 1, pp. 129-143, 2009.

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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