초등학교 소프트웨어교육에서 교구와 학습자 수준에 따른 컴퓨팅사고력 향상도 비교 Comparison of Computational Thinking Improvement Based on Teaching Aids and Student's Level in Elementary Software Education원문보기
소프트웨어교육의 중요성이 강조되면서, 초등학생의 컴퓨팅사고력 향상을 위한 다양한 교육이 이루어지고 있다. 하지만 선행연구들을 살펴보면 특정 환경이나 학습자만을 고려한 경우가 많아 학교현장에 적용하는 것에 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 교과서의 내용을 바탕으로 학습자에게 영향을 미칠 수 있는 요인인 교구와 컴퓨팅 사고력에 대한 학습자 수준이라는 특성을 고려한 교수·학습활동을 구성하여 소프트웨어교육을 실시하고, 학습자들의 컴퓨팅사고력 향상도 비교를 통해 효과적인 소프트웨어교육 방법의 방향을 제안하였다. 연구결과 교구와 학습자 수준에 따라서 컴퓨팅사고력 향상에 차이가 있는 것으로 나타났는데 구체적으로 활용 교구에 있어서는 비주얼 프로그래밍과 언플러그드 방식을 활용한 교수·학습활동이 보다 효과적이었으며 학습자 수준에 따라서는 사전검사에서 컴퓨팅사고력의 수준이 낮은 것으로 평가된 학생들이 상대적으로 높은 향상도를 보였다. 이러한 경향은 초등학교 소프트웨어교육에서 교수·학습활동을 구성함에 있어 다양한 학습요인을 고려할 필요성이 요구된다고 보인다.
소프트웨어교육의 중요성이 강조되면서, 초등학생의 컴퓨팅사고력 향상을 위한 다양한 교육이 이루어지고 있다. 하지만 선행연구들을 살펴보면 특정 환경이나 학습자만을 고려한 경우가 많아 학교현장에 적용하는 것에 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 교과서의 내용을 바탕으로 학습자에게 영향을 미칠 수 있는 요인인 교구와 컴퓨팅 사고력에 대한 학습자 수준이라는 특성을 고려한 교수·학습활동을 구성하여 소프트웨어교육을 실시하고, 학습자들의 컴퓨팅사고력 향상도 비교를 통해 효과적인 소프트웨어교육 방법의 방향을 제안하였다. 연구결과 교구와 학습자 수준에 따라서 컴퓨팅사고력 향상에 차이가 있는 것으로 나타났는데 구체적으로 활용 교구에 있어서는 비주얼 프로그래밍과 언플러그드 방식을 활용한 교수·학습활동이 보다 효과적이었으며 학습자 수준에 따라서는 사전검사에서 컴퓨팅사고력의 수준이 낮은 것으로 평가된 학생들이 상대적으로 높은 향상도를 보였다. 이러한 경향은 초등학교 소프트웨어교육에서 교수·학습활동을 구성함에 있어 다양한 학습요인을 고려할 필요성이 요구된다고 보인다.
As the importance of software education is emphasized, various educations for improve the computational thinking of elementary school students are being provided. However, there are many limitations that apply to the school at preceding studies. because they were invented for specific environment or...
As the importance of software education is emphasized, various educations for improve the computational thinking of elementary school students are being provided. However, there are many limitations that apply to the school at preceding studies. because they were invented for specific environment or students. Therefore, in this study, software education was conducted by constructing teaching-learning activities in consideration of the characteristics of students such as teaching aids and level of computational thinking ability, which can influence students based on the contents of textbooks. Through the comparison about computational thinking improvements, this study tried to suggest the direction of effective software education method. As a result, there are differences in computational thinking improvements according to the student's level and used teaching aids. Specifically, visual programming and unplugged type teaching-learning activities were more effective in teaching aids, and according to the level of students, students with low level of computing thinking in pre-inspection showed relatively high improvement. This tendency suggests that it is necessary to consider various learning factors in designing teaching-learning activities in elementary software education.
As the importance of software education is emphasized, various educations for improve the computational thinking of elementary school students are being provided. However, there are many limitations that apply to the school at preceding studies. because they were invented for specific environment or students. Therefore, in this study, software education was conducted by constructing teaching-learning activities in consideration of the characteristics of students such as teaching aids and level of computational thinking ability, which can influence students based on the contents of textbooks. Through the comparison about computational thinking improvements, this study tried to suggest the direction of effective software education method. As a result, there are differences in computational thinking improvements according to the student's level and used teaching aids. Specifically, visual programming and unplugged type teaching-learning activities were more effective in teaching aids, and according to the level of students, students with low level of computing thinking in pre-inspection showed relatively high improvement. This tendency suggests that it is necessary to consider various learning factors in designing teaching-learning activities in elementary software education.
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문제 정의
이러한 동형검사 방식을 적용하게 된 것은 검사신뢰도의 한계에도 불구하고 연구가 적용되던 시점은 해당 문항이 국내에 적용된지 3년 정도밖에 되지 않아 검토가능한 문항의 수가 한정되어 있었다는 점과, 국내 교육과정만을 배경으로 하지 않는 비버챌린지의 특성상 매년 다른 문제가 출제되어 동일 그룹의 문제라고 하더라도 다른 배경지식을 필요로 하거나 문항의 영역 구성이 달라지기에 동일 난이도를 가지고 있다는 확신을 가질 수 없었기 때문이다. 다만 검사의 한계점을 고려하여 사전-사후 검사간 문항의 구성 순서를 달리 하거나 7주라는 교육기간을 적용하여 기억에 따른 부정적 영향을 줄이고자 하는 등 검사신뢰도에 영향을 줄 수 있는 요소를 최소화하고자 노력하였다.
우리나라 또한 2015 개정 교육과정에 따라 초·중· 고 전 학교에 관련 교육이 적용되고 있으며, 특히 초등학교 단계에서는 건전한 정보 윤리 의식을 바탕으로 알고리즘과 프로그래밍을 체험하여 실생활의 다양한 문제를 이해하는 것을 목표로 한다[1].
이에 본 연구는 초등학생 학습자를 보다 작은 단위의 집단으로 구분하여 사용된 교구나 학습자의 수준 등 세부 특성에 따라 컴퓨팅사고력 향상도에 어떠한 차이가 있는지 살펴보고, 초등학생에게 적합한 소프트웨어교육방법을 모색하여 보고자 한다.
채점은 과 같이 공식적으로 정해진 비버챌린지의 채점방법에 따라 실시하여 객관도를 만족시키고자 하였다[24].
가설 설정
가. 초등학생의 컴퓨팅사고력 향상도는 교구에 따라 차이가 있을 것이다.
제안 방법
컴퓨터 없는 컴퓨팅 교육을 한다는 내용으로 뉴질랜드 Tim Bell 교수의 교육법에서 시작되었다[14]. 보드게임, 활동지 등 다양한 형태의 학습활동을 구성하여 논리적, 활동적인 방법으로 관련 내용을 학습하도록 한다.
본 연구에서 사용한 평가도구는 2017년 비버챌린지문항 중 학습자 수준을 감안하여 Group III 문항을 사용하였으며, ALP 영역의 8 문항, DSR 영역의 6 문항, COM 영역의 1 문항, 총 15문항으로 구성되어 있다. 전수진 외(2018)의 연구에 따르면 본 문항의 신뢰도는 Cronbach α 값이 .
본 연구에서는 현재 사용되고 있는 교과서의 구성과 내용을 토대로 4가지 소주제로 재구성한 뒤, 5개 집단에 동일한 학습 목표와 교수·학습모형(모델)을 적용하되 교구가 다른 5종류의 교수·학습과정안(14차시)을 구성하여7주 동안 진행하였다.
이 중 개인사정으로 활동에 불참하였거나 불성실응답 등으로 인해 분석이 어려운 인원을 제외한 104명을 5개의 그룹(G1부터 G5까지)으로 구성하고, 비버챌린지 2017 공식대회의 성취도를 기준으로 각그룹을 상위 수준(‘이상’)과 하위 수준(‘이하’)의 세부집단으로 나누었다.
이처럼 일정수준 이상의 타당도와 신뢰도를 확보하고 보편적인 공교육사례에 적용할 수 있는 합의 또는 일반화된 검사의 관점에서 본 연구에서는 비버챌린지 문항을 통한 컴퓨팅사고력 평가를 진행하였다. 비버챌린지는 검사도구의 측면에서 국내 교육내용만을 목적으로 한 것이 아니며, 컴퓨팅사고력과의 연관성에 대해 긍/부정적인여러 평가가 있지만, 국제 학술대회를 통해 문항을 확정하는 절차를 지니고 있어 전수진 외(2018)의 분석에서 볼 수 있듯이 문항의 구성과 내용의 측면에서 국제적 전문가들의 협의와 심사에 따른 타당도와 신뢰도를 확보하고 있다[23].
컴퓨팅사고력 향상에 관한 보다 자세한 검증을 위하여 비버챌린지 문항에 기반한 영역별 성취도를 검증하였다. 본 연구에서 검증에 활용한 비버챌린지 평가문항은 ALP, DSR, COM의 세 영역 총 16문항으로 구성되어 있으나 1문항으로 구성된 COM 영역은 해당 문항만으로 평가하기에는 객관성이 부족하다고 판단되어 제외한 후 나머지 ALP와 DSR 두 영역에 대해 대응집단 t-검정 방식으로 분석을 진행하였다.
지금까지 제시한 바와 같이 교수·학습 활동 이후 5 종류의 집단(G1~G5)의 컴퓨팅사고력 향상도는 집단 간 차이가 있었으며 특히 이런 차이의 원인으로는 교구와 학습자 수준이 주요 원인으로 작용한 것으로 파악되었다. 해당 요인들의 영향력을 파악하기 위하여 사전 성취도를 공변량으로 설정한 후 사후 성취도에 대한 공분산분석을 실시하여 각 요인들의 효과크기를 측정하였다.
대상 데이터
본 연구는 초등학교 6학년 5개 학급 학생 116명을 대상으로 진행하였다. 이 중 개인사정으로 활동에 불참하였거나 불성실응답 등으로 인해 분석이 어려운 인원을 제외한 104명을 5개의 그룹(G1부터 G5까지)으로 구성하고, 비버챌린지 2017 공식대회의 성취도를 기준으로 각그룹을 상위 수준(‘이상’)과 하위 수준(‘이하’)의 세부집단으로 나누었다.
본 연구에서는 현재 사용되고 있는 교과서의 구성과 내용을 토대로 4가지 소주제로 재구성한 뒤, 5개 집단에 동일한 학습 목표와 교수·학습모형(모델)을 적용하되 교구가 다른 5종류의 교수·학습과정안(14차시)을 구성하여7주 동안 진행하였다. 적용된 교구는 선도학교 및 시범학교의 운영방식과 교사연수 등에서 사용되는 주요 방법을 참고하여 5종류의 교구를 선정하였다.
데이터처리
7주간 14차시의 교수·학습 활동을 진행 후 사전검사 문항과 동일문항을 이용한 사후검사를 실시하여 사전검사 결과와 비교하는 ANOVA를 통하여 집단간 향상도를 분석하였다.
각 집단은 본격적인 교수·학습 활동 전 사전 검사를 진행한 후 일원배치분산분석(ANOVA)을 통해 동질집단임을 확인하였다.
컴퓨팅사고력 향상에 관한 보다 자세한 검증을 위하여 비버챌린지 문항에 기반한 영역별 성취도를 검증하였다. 본 연구에서 검증에 활용한 비버챌린지 평가문항은 ALP, DSR, COM의 세 영역 총 16문항으로 구성되어 있으나 1문항으로 구성된 COM 영역은 해당 문항만으로 평가하기에는 객관성이 부족하다고 판단되어 제외한 후 나머지 ALP와 DSR 두 영역에 대해 대응집단 t-검정 방식으로 분석을 진행하였다.
아울러 비버챌린지 공식대회의 기준척도를 바탕으로 성취도에 따른 ‘학습자 수준’ 요소를 적용하여 G1부터 G5의 5개 집단 각각을 이상/이하의 세부집단으로 재조직하고 세부 집단별 대응집단 t 검증을 통해 사전-사후검사의 성취도 및 영역별 향상도를 분석하여 학습자 특성(수준)에 따른 향상도를 도출한 후, 공분산분석(ANCOVA)을 통하여 각 요인들의 영향력 정도를 비교하였다.
성능/효과
5개의 집단(G1~G5)에서 모두 DSR 영역의 향상이 관찰되었으며, 이 중 G1(언플러그드)과 , G2(비주얼 프로그래밍)의 p값은 .000, G4(언플러그드+비주얼프로그래밍)의 p값은 .02로 각각 p<.05 이상의 수준에서 유의미한 향상이 나타난 것으로 분석되었으나 ALP 영역은 전체 집단에서 유의미한 향상이 나타나지 않았다.
둘째, 학생들의 향상도는 DSR 영역에서 유의미한 향상을 보였으며. 이는 구글 및 CSTA&ISTE의 컴퓨팅사고력 요소와 비교하여 볼 때도 추상화 영역에 해당한다.
반면 나머지 세 집단의 경우, 즉G1(언플러그드)의 ‘이하’ 집단의 p값은 .04, G2(비주얼프로그래밍)의 ‘이하’ 집단의 p값은 .01, G4(언플러그드+ 비주얼 프로그래밍)의 ‘이하’ 집단의 p값은 .02로 G1, G2, G4의 ‘이하’ 집단 모두는 p<.05 수준에서 유의미한 향상을 보인 것으로 나타났다.
셋째, 교구에 있어 언플러그드와 비주얼프로그래밍, 이들을 복합적으로 적용한 혼합지도법이 상대적으로 높은 효과를 보이는 것으로 나타났다. 이는 일반 초등학교의 소프트웨어교육에 있어서 고려할 중요한 시사점이라고 할 수 있다.
이를 본 연구의 앞선 분석 내용과 비교하여 볼 때 효과적인 소프트웨어교육을 위해서는 교수·학습 방법이 가장 먼저 고려되어야 하겠으나, 그 외 학습자 수준 등 다양한 요인을 고려해야 더욱 질 높은 교육효과를 이룰 수 있다는 것으로 해석할 수 있다.
지금까지 제시한 바와 같이 교수·학습 활동 이후 5 종류의 집단(G1~G5)의 컴퓨팅사고력 향상도는 집단 간 차이가 있었으며 특히 이런 차이의 원인으로는 교구와 학습자 수준이 주요 원인으로 작용한 것으로 파악되었다.
본 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 도출할 수 있다.첫째, 소프트웨어교육 활동에 따른 컴퓨팅사고력의 변화에 있어 학생들의 사전지식 등 학습자 수준에 따라 컴퓨팅사고력의 향상도 차이가 큰 것으로 나타났고 현재의 주요 교구는 학습자 수준이 낮은 학생들에게 상대적으로 높은 효과가 있는 것으로 나타났다. 집단별 사례수가 낮은 한계로 인하여 일반화에는 한계가 있으나, 본 결과를 통해 학급위주의 활동보다는 집단이나 학습자의 사전수준 등 개별적 특성을 고려한 다양한 활동방식을 적용할 필요성이 제기된다.
학습자의 성취수준을 바탕으로 본 결과 또한 ALP 영역은 대부분의 집단에서 유의미한 향상이 나타나지 않는 반면, DSR 영역은 G1(언플러그드) ‘이하’ 집단의 p값은 .001, G2(비주얼 프로그래밍)의 ‘이하’ 집단의 p값은 .000, G4(언플러그드+비주얼 프로그래밍)의 ‘이하’ 집단p값은 .01로 p<.01 이상의 유의미한 향상을 나타내었다.
후속연구
셋째, 본 연구에서 사용한 비버챌린지 문항을 이용한평가와 분석은 2017년도 문제와 점수기준을 인용하여 진행하였으며, 앞서 분석한 바와 같이 평가도구로서의 기준에 상당히 부합한다고 여겨지나, 일부 문항의 경우 국내교육과정과 상이한 배경지식을 바탕으로 구성되어 있거나 매년 다른 문항이 출제되므로 평가도구로 활용 시 동형의 다른 문항을 이용하는 등 연구자의 보완이 필요하다.
첫째, 소프트웨어교육 활동에 따른 컴퓨팅사고력의 변화에 있어 학생들의 사전지식 등 학습자 수준에 따라 컴퓨팅사고력의 향상도 차이가 큰 것으로 나타났고 현재의 주요 교구는 학습자 수준이 낮은 학생들에게 상대적으로 높은 효과가 있는 것으로 나타났다. 집단별 사례수가 낮은 한계로 인하여 일반화에는 한계가 있으나, 본 결과를 통해 학급위주의 활동보다는 집단이나 학습자의 사전수준 등 개별적 특성을 고려한 다양한 활동방식을 적용할 필요성이 제기된다. 특히 상대적으로 높은 수준의 지식과 능력을 가지고 있는 학생들을 위한 적절한 교수·학습활동과 교구에 대한 연구가 필요하다.
첫째, 집단을 세분화함으로 인해 각 집단이 소수인원으로 구성되었다는 점과, 7주라는 비교적 긴 기간을 두고 연구를 진행하였으나, 동일문항을 바탕으로 사전-사후 조사가 이루어졌다는 점에서 연구결과를 전체집단으로 일반화하기에는 한계가 있으므로 활용시 주의가 요구된다.
하지만 본 연구는 실제 적용중인 교과서를 바탕으로 다양한 교구를 사용한 교수·학습 활동을 다수 집단에 적용 후 복합적으로 분석하였다는 점을 통해 공교육에서 소프트웨어교육을 어떤 방식으로 접근해야 하는가에 대한 현실적인 방안을 제언하였다는 것에 의의가 있다. 향후 다양한 후속 연구를 통하여 초등학생을 위한 효율적인 소프트웨어교육의 교수·학습 활동 구성을 위한 출발점이 될 수 있기를 기대한다.
하지만 본 연구는 실제 적용중인 교과서를 바탕으로 다양한 교구를 사용한 교수·학습 활동을 다수 집단에 적용 후 복합적으로 분석하였다는 점을 통해 공교육에서 소프트웨어교육을 어떤 방식으로 접근해야 하는가에 대한 현실적인 방안을 제언하였다는 것에 의의가 있다. 향후 다양한 후속 연구를 통하여 초등학생을 위한 효율적인 소프트웨어교육의 교수·학습 활동 구성을 위한 출발점이 될 수 있기를 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 이루어지고 있는 소프트웨어교육의 한계는 무엇인가?
하지만 현재 이루어지고 있는 교육내용들을 자세히 살펴볼 때 교육 또는 연구의 관점에서는 가치를 인정할 수 있으나, 학급 또는 학교 등 특정 집단을 기준으로 하고 있다는 한계를 지니고 있다. 노지예(2017)는 연구에서 학습자의 수준을 기준으로 볼 때 컴퓨팅사고력 향상도는 상위집단의 경우 하위집단보다 약하거나 의미가 없다고 분석하였고 안장수(2018)는 연구동향분석을 통하여 초등학생을 대상으로 실시된 연구는 다수 있으나 교육과정에 명시된 교육목표 수준과 연결할 수 있는 연구는 희박하여 실용적이지 못하다고 비판하며 다양한 대상을 바탕으로 한 연구 및 평가도구 개발의 필요성을 제안하였다[7][8].
정찬주 외(1998)는 교수·학습 활동을 어떻게 정의하였나?
정찬주 외(1998)는 교수·학습 활동을 특정학습과제의 성공적인 학습을 위해 의도적으로 조성된 조건 아래에서 교사와 학생이 상호작용하는 활동으로 정의하였다[9]. 주제와 활동방법에 따라 다양한 교수·학습활동 모형이 존재하며, 소프트웨어교육에서는 PBL 학습법을 바탕으로 한 Treffinger, Isaksen, Dorvald(2000)의 CPS 모형, 전용주(2017)의 CT-CPS 교수학습모형과 여러 연구자들의 협업 결과인 김진숙 외(2015)의 5가지 SW교육 교수·학습모델 등이 있으며, 주요 활동절차는 <표 1>과 같다[10] [11][12].
4차 산업혁명과 정보화의 약진이라는 세계적인 변화가 국내 교육과정에 미친 영향은?
4차 산업혁명과 정보화의 약진이라는 세계적인 변화를 반영하여 컴퓨팅사고력과 정보문화소양, 협력적 문제해결력을 키우기 위한 교육이 전 세계적으로 실시되고 있다. 우리나라 또한 2015 개정 교육과정에 따라 초·중· 고 전 학교에 관련 교육이 적용되고 있으며, 특히 초등학교 단계에서는 건전한 정보 윤리 의식을 바탕으로 알고리즘과 프로그래밍을 체험하여 실생활의 다양한 문제를 이해하는 것을 목표로 한다[1].
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