[논문]컴퓨팅 사고력 향상을 위한 독서와 로봇SW교육 기반 융합교육의 효과

전수진

doi:10.22678/jic.2020.18.1.053

컴퓨팅 사고력 향상을 위한 독서와 로봇SW교육 기반 융합교육의 효과
The Effect of Convergence Education based on Reading and Robot SW Education for Improving Computational Thinking 원문보기

산업융합연구 = Journal of industrial convergence, v.18 no.1, 2020년, pp.53 - 58

전수진 (호서대학교 혁신융합학부)

초록
AI-Helper

2015 개정 교육과정은 창의 융합 인재를 키우고자 하는 데 그 목적이 있다. 이에 SW 교육은 컴퓨팅 사고력을 높이기 위한 다양한 융합교육 방법에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구의 목적은 컴퓨팅 사고력 향상을 위한 독서교육과 로봇활용 교육 중심의 SW융합교육의 효과를 분석하는 것이다. 이를 위해 카드코딩 기반의 로봇을 이용한 SW 교육과 온작품읽기와 상호텍스트성을 토대로한 독서교육을 융합하여 SW 교육 교수학습을 설계하였다. 결국 이러한 독서와 SW의 융합교육은 컴퓨팅 사고력의 개념, 실습, 관점의 3가지 영역을 모두 향상시켰으며 학습자의 만족도를 높였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The 2015 revised curriculum aims to cultivate creative convergence talent. In this regard, SW education needs to study various convergence education methods to enhance computational thinking. The purpose of this study is to analyze the effects of SW convergence education centered on reading education and robot utilization education to improve computing thinking ability. For this purpose, SW education teaching and learning was designed by combining SW education using card coding-based robots with reading education based on interactive works and reading on the whole work. As a result, the convergence education between reading and SW improved all three areas of the concept, practice, and perspective of computational thinking ability and increased the learner's satisfaction.

주제어

표/그림 (8)

표 Table 1. CT frameworks[7]
표 Table 2 Study design
표 Table 3 Teaching Strategies by CT frameworks
표 Table 4 SW education program design based on reading education
표 Table 5 Efficacy for the CT concept
표 Table 6 Efficacy for the CT practices
표 Table 7 Efficacy for the CT Perspective
표 Table 8 Satisfaction with SW Education

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

그 후, 많은 학자들과 나라에서 컴퓨팅 사고력에 대한 여러 가지 개념 정의와 요소에 대해 제시하였다. 그 중에서 Brannan(2012)은 MIT 대학의 미디어 랩의 ‘창의 컴퓨팅 가이드북’을 통해 컴퓨팅 사고력을 개념 (Concepts), 실습(Practice), 관점(Perspective)의 3가지 영역으로 구성되어 있는 CT frameworks을 제시하 였다[7].
따라서 본 연구에서는 다양한 독서 활동을 통해 관련 용어나 지식을 상호 텍스트적으로 검토하고 확장함으로써 SW와 실생활과의 연계를 가능하게 함으 로써 학생들의 폭넓은 SW에 대한 이해를 뒷받침해줄 수 있도록 교수 전략을 설계하고자 하였다.
본 연구는 SW 교육 입문 자들을 대상으로 한 SW 교육에 있어서 과학기술 소양과 인문학적 소양을 함께 경험하게 함으로써 창의융합형 인재를 양성하기 위한 교수 학습을 설계하고 그 효과를 검증하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 2015 개정 교육과정의 목표와 일치하도록 인문학적소양교육과 과학기술소양교육의 두가지 관점에서 컴퓨팅 사고력 기반의 독서교육을 적용한 SW교육 융합 교수 학습을 설계 하고자 한다[1].
본 연구에서는 학생들의 컴퓨팅 사고력에 대한 효능감에 대한 효과를 분석하기 위해 개념, 실습, 관점의 3가지 영역에 대한 자기 평가에 해당하는 사전-사후 설문에 대한 응답을 분석하였다.
이에 본 연구는 컴퓨팅 사고력을 향상시키기 위해 인문학적 소양을 위한 다양한 독서교육 활동과 과학 기술적 소양을 위한 SW 교육을 연계한 교육을 적용 하여 그 효과를 검증하는 것이다.

제안 방법

CT 실습 역량을 위해 컨트롤러 앱과 카드 코딩을 활용한 다양한 로봇 미션과 라이트레이싱 활동 등을 통해 ‘컴퓨팅 사고력 실습’을 체험하도록 설계하였다. CT 관점 역량을 위해 온작품읽기로 로봇이나 SW 관련 소재를 가져옴으로써 학생들의 학습 동기를 높이고 상호텍스트성에 의한 독서활동을 통해 지식을 확장하도록 설계하였다.
CT 실습 역량을 위해 컨트롤러 앱과 카드 코딩을 활용한 다양한 로봇 미션과 라이트레이싱 활동 등을 통해 ‘컴퓨팅 사고력 실습’을 체험하도록 설계하였다.
검사 도구는 MIT CT frameworks에서 제시하고 있는 컴퓨팅 사고의 각 하위 영역 설명을 본 연구 내용에 맞게 일부 수정하여 개념 7문항, 실습 3문항, 관점 3문항으로 5점 척도의 자기 평가지로 구성하였다. 또한, 사후 만족도 조사를 위해 자신감과 흥미도에 대 한 설문을 실시하였다.
둘째, ‘로봇 활용 SW 교육을 통한 과학기술 소양 기르기’로 초등학교 3학년 학생들에게 접근성이 높은 오프라인 카드 코딩 방식인 로봇을 이용한 SW 교육을 함으로써 과학기술 소양을 갖추도록 한다.
첫째, 컴퓨팅 사고의 개념, 실습, 관점에 대한 효능 감과 로봇 및 코딩에 대한 인식에 대한 사전·사후 분석을 위해 수업 전에 사전 조사를 실시하였다. 둘째, 독서교육 기반의 SW 교육 프로그램을 15차시 동안 진행하였다. 셋째, 수업 후, 컴퓨팅 사고에 대한 자기 효능 감 사후 설문과 함께 자신감과 흥미도에 대한 설문을 실시하였다.
또한, CT 프레임워크의 3가지 요소는 학생들에게 모두 중요하므로 하나의 프로젝트 안에서 모두 경험 하고 학습할 수 있도록 SW 수업을 설계하는 것이 좋다. 따라서 본 연구에서는 Table 3에서 보는 바와 같이, CT 개념, CT 실습, CT 관점의 각 영역을 위한 교수 전략과 세부 방법을 제시하고자 한다[B].
검사 도구는 MIT CT frameworks에서 제시하고 있는 컴퓨팅 사고의 각 하위 영역 설명을 본 연구 내용에 맞게 일부 수정하여 개념 7문항, 실습 3문항, 관점 3문항으로 5점 척도의 자기 평가지로 구성하였다. 또한, 사후 만족도 조사를 위해 자신감과 흥미도에 대 한 설문을 실시하였다.
본 연구는 독서교육 기반의 SW 교육 프로그램의효과성을 검증하기 위해 프로그램의 적용 전과 후의 변화된 종속 변수를 검사하여 인과관계를 추론하는 단일 집단 사전/사후 분석을 Table 2와 같이 설계하였다. 또한, 본 연구의 절차는 다음과 같다.
본 연구에서는 SW 교육의 효과를 높이기 위해 온작품읽기와 상호 텍스트성을 활용한 독서교육 전략을 적용하였다. 이러한 독서 교육방법에 대한 내용은 다음과 같다.
둘째, 독서교육 기반의 SW 교육 프로그램을 15차시 동안 진행하였다. 셋째, 수업 후, 컴퓨팅 사고에 대한 자기 효능 감 사후 설문과 함께 자신감과 흥미도에 대한 설문을 실시하였다.
첫째, ‘독서교육을 통한 인문학적 소양 기르기’로 독서를 통해 ‘컴퓨팅 사고력 관점’을 기를 수 있도록 교수 학습을 설계 한다.
첫째, 컴퓨팅 사고의 개념, 실습, 관점에 대한 효능 감과 로봇 및 코딩에 대한 인식에 대한 사전·사후 분석을 위해 수업 전에 사전 조사를 실시하였다.
학생들의 CT 개념 역량을 위해 학생들로 하여금 언플러그드 활동과 로봇의 기초 카드 코딩을 통해 순차와 반복을 포함한 기본 적인 ‘컴퓨팅 사고력 개념’을 이해하도록 설계하였다.

대상 데이터

이러한 연구 설계를 바탕으로 로봇과 코딩에 대한 사전 경험이 없는 경기도 대도시 S초등학교 3학년 남학생 13, 여학생 14명으로 총 27명을 대상으로 실험하 였다.

성능/효과

둘째, 독서 기반의 SW융합교육은 학생들의 흥미도와 자신감을 높여주었다. 이는 학생들이 직접 만져볼 수 있고 능동적으로 조작할 수 있는 로봇을 통한 SW 교육과 SW관련 지식과 호기심을 높이는 온작품읽기프로그램과 상호텍스트성 전략의 독서활동의 융합이 학생들의 흥미와 자신감을 높였음을 검증하였다.
본 연구에서 설계한 수업을 통해 SW교육에 대한 흥미도와 이를 통한 SW에 대한 자신감의 사전-사후 변화에 대해 분석한 결과는 다음 Table 8과 같이 수업 후 흥미도는 사전 평균 1.48(SD:0.9)에서 사후 2.78(SD:1.5)로 모두 긍정적으로 변화하였으며, 자신감은 사전 2.59(SD:1.7)에서 사후 평균 2.78(SD:1.6) 으로 이는 통계적으로 유의미하였다(p<0.001, p<0.05.).
분석결과, 전체 사전 CT 개념에 대한 이해도 평균 2.14(SD: 1.1)에서 사후 평균 3.58(SD: 1.0)로 효능감이 높아졌을 뿐 아니라 모든 하위 개념에서도 높아졌으며 이는 유의미한 차이를 보였다(p<0.001, p<0.01.).
분석결과, 전체 사전 CT 관점에 대한 이해도 평균 2.75(SD: 1.2)에서 사후 평균 3.83(SD: 1.1)로 효능감이 높아졌을 뿐 아니라 모든 하위 개념에서도 높아졌으며 이는 유의미한 차이를 보였다(p<0.001, p<0.05.).
분석결과, 전체 사전 CT 실습에 대한 효능감은 평균 2.12(SD: 1.1)에서 사후 평균 3.51(SD: 1.3)로 효능감이 높아졌을 뿐 아니라 모든 하위 개념에서도 높아졌으며 이는 유의미한 차이를 보였다(p<0.001, p<0.01.).
둘째, 독서 기반의 SW융합교육은 학생들의 흥미도와 자신감을 높여주었다. 이는 학생들이 직접 만져볼 수 있고 능동적으로 조작할 수 있는 로봇을 통한 SW 교육과 SW관련 지식과 호기심을 높이는 온작품읽기프로그램과 상호텍스트성 전략의 독서활동의 융합이 학생들의 흥미와 자신감을 높였음을 검증하였다.
첫째, 독서 기반의 SW융합교육은 학생들의 컴퓨팅 사고력 개념, 실습, 관점의 모든 영역에 대한 자기 효능감을 높일 수 있다. 이는 본 수업이 실생활과 동떨어져 컴퓨터 만을 능숙하게 다루는 것이 아니라 학생 들의 삶과 연결된 다양한 문제들을 해결해 나가도록 함으로써 컴퓨팅 사고력을 다각도로 함양할 수 있었 음을 보인다.

후속연구

이러한 독서 연계 SW 교육 교수학습 전략은 차후 수업 적용 범위를 확장하여 난이도를 높여간다면 구현된 SW와 관련된 소재를 독서로 확장시키거나, 반대로 도서 작품 속 문제 해결을 위한 알고리즘을 설계하여 구현 하는 등의 상호 교환적 모델이 가능 할 것으로 보인다. 다만, 본 연구는 한정된 실험대상으로 검증하였기에 보다 다양하고 많은 학생 대상의 연구가 추후 필요할 것이다.
이러한 독서 연계 SW 교육 교수학습 전략은 차후 수업 적용 범위를 확장하여 난이도를 높여간다면 구현된 SW와 관련된 소재를 독서로 확장시키거나, 반대로 도서 작품 속 문제 해결을 위한 알고리즘을 설계하여 구현 하는 등의 상호 교환적 모델이 가능 할 것으로 보인다. 다만, 본 연구는 한정된 실험대상으로 검증하였기에 보다 다양하고 많은 학생 대상의 연구가 추후 필요할 것이다.
이를 위해서는 SW 교육을 실시할 때 단순히 과학기술에 대한 기능과 개념에 치우친 교육이 아닌, 관련된 인문학적 소양과 함께 가르침으로써 창의융합형 인재를 키우는 실제적인 학생 중심의 교수 학습 방안을 연구할 필요가 있다. 다시 말해, 단지 SW 교육을 실과 교과와 정보 교과에 한정해 교육하는 것이 아니라 국어, 사회, 과학, 미술 등의 다양한 교과와 맞물려서 과학기술 소양과 인문학적 소양이 함께 함양될 수 있도록 교육해야 한다는 것이다[1].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Wing(2008)이 제시한 컴퓨팅 사고력이란?	Wing(2008)은 컴퓨팅 사고력을 추상화와 자동화로 나누고 문제를 컴퓨터로 효율적으로 수행할 수 있는 방법으로 해결책을 공식화하고 표현하는 사고 과정이라고 제시하였다[6].
	초급자에게 있어서 SW 교육이 중요한 이유는 무엇인가?	이에 초등교육에서 고등교육에 이르기까지 컴퓨팅 사고력을 키우기 위한 SW 교육을 강화하고 있다. 특히, 초급자에게 있어서 SW 교육은 학생들의 흥미를 높이고 폭넓은 시야를 갖게 해주어야 한다는 점에서 매우 중요하다고 할 수 있다. 이는 SW교육이 단순 코딩 기술에 치우치지 않고 컴퓨팅 사고력을 폭넓게 이해하고 키워줘야 함을 의미한다.
	SW 교육 입문 자들을 대상으로 수행한 융합교육을 바탕으로 얻을 수 있는 기대효과는 무엇인가?	첫째, 독서 기반의 SW융합교육은 학생들의 컴퓨팅 사고력 개념, 실습, 관점의 모든 영역에 대한 자기 효능감을 높일 수 있다. 이는 본 수업이 실생활과 동떨어져 컴퓨터 만을 능숙하게 다루는 것이 아니라 학생 들의 삶과 연결된 다양한 문제들을 해결해 나가도록 함으로써 컴퓨팅 사고력을 다각도로 함양할 수 있었 음을 보인다. 특히, 기존의 SW교육을 독서교육과 연계하여 학생들이 책 속에서 혹은 생활 속에서 소재를 발견하고 활용하는 것으로 확대함으로써 컴퓨팅 사고의 개념과 실습 영역뿐 아니라 관점까지도 높일 수 있었을 것으로 분석된다. 둘째, 독서 기반의 SW융합교육은 학생들의 흥미도와 자신감을 높여주었다. 이는 학생들이 직접 만져볼 수 있고 능동적으로 조작할 수 있는 로봇을 통한 SW 교육과 SW관련 지식과 호기심을 높이는 온작품읽기프로그램과 상호텍스트성 전략의 독서활동의 융합이 학생들의 흥미와 자신감을 높였음을 검증하였다.

참고문헌 (15)

Ministry of Education(2015), 2015 revised curriculum.
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상세보기
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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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