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문제 정의
- 컴퓨터 기초개념에 대한 논문들이 많이 있지만 도구를 이용한 구현과 사례조사에 대한 연구들이 대부분이다. 본 논문에서는 컴퓨터 기초 개념 중 가장 교육이 필요한 알고리즘과 순서도에 대하여 초등학교 4학년 수학 문제를 이용하여 개념 학습을 할 수 있는 가능성을 찾고자 하였다. 설계한 교수 방법은 초등학교 4학년 수학-나 ‘여러 가지 문제 푸는 방법 찾기' 단원을 기반으로 기초적인 알고리즘 개념과 순서도에 대하여 학습하고 학생들이 실제 문제 상황에 맞는 풀이 과정과 단계적 질문을 통해 문제 해결 방법을 찾도록 하였다.
- 첫 번째, 초등학생들이 수학 문제의 해답을 구하기까지 과정을 얼마나 잘 표현하는지를 알아보는 학습 활동이 목적인 문제이다. '1부터 10까지 더하는 방법을 여러가지 찾아보고 그 방법을 그림으로 나타내기'이다.
제안 방법
- 4차 시에 걸쳐 수행한 수학 4-나 학습을 통한 문제 해결 방법과 순서 찾기 수업은 초등학교 4학년이면 누구나 풀 수 있는 문제를 교과서에서 발췌, 응용하여 적용하였다. 적용한 문제 중 대표적인 문제를 살펴보면 다음과 같다.
- 둘째, 알고리즘과 순서도 개념에 대한 학업성취도를 검사하였다. 검사 방법은 수학과 문제 해결 방법찾기를 이용한 알고리즘과 순서도에 대한 학습방법을 적용한 전후의 실험집단과 비교집단의 학업성취도 평가 결과를 분석하였다. 설문지는 알고리즘과 순서도의 개념에 대한 문항과 수학 문제를 이용한 알고리즘화로 해결하는 문항으로 구성하였다.
- 설계한 교수 방법은 초등학교 4학년 2개 반 각각 38명의 학생을 대상으로 A반은 실험반으로 B반은 비교반으로 선정하여 수업에 적용하였다. 결과 분석은 수학 4-나 단계를 이수한 학생들에게 제안한 방법과 전통적인 방법으로 수업을 진행한 후 두 집단 간의 학습에 대한 흥미도와 학습 성취도를 비교 분석하였다. 데이터 통계는 SPSS 12.
- '1부터 10까지 더하는 방법을 여러가지 찾아보고 그 방법을 그림으로 나타내기'이다. <그림1>과 같이 다양한 방법으로 동일한 결과를 얻을 수 있음을 강조하였고 각각의 단계를 절차로 표현하기 위한 학습을 수행하였다.
- 네 번째, 문제 푸는 방법을 알고리즘화하는 학습 을 기반으로 기호를 이용하여 나타내는 순서도 학습을 수행하였다. 즉, 다른 사람에게 나의 생각을 공통된 표기로 쉽게 이해할 수 있도록 하는 부분에 초점을 두어 자신만의 기호를 만들어 나타내는 학습을 수행하였다.
- 두 번째, 알고리즘에서 가장 중요한 요소인 조건과 규칙 찾기 학습을 위한 문제로 저울에 올려져 있는 과일의 무게를 찾아내는 문제를 이용하여 조건과 규칙을 찾아내면서 답을 찾아내는 절차를 학습을 수행하였으며, 예는 와 같다.
- 둘째, 알고리즘과 순서도 개념에 대한 학업성취도를 검사하였다. 검사 방법은 수학과 문제 해결 방법찾기를 이용한 알고리즘과 순서도에 대한 학습방법을 적용한 전후의 실험집단과 비교집단의 학업성취도 평가 결과를 분석하였다.
- 둘째, 알고리즘과 순서도에 대한 학습이 동질집단 을 확인하기 위하여 연구자가 설계한 평가지를 활용하여 실시하였다. 평가 내용은 알고리즘에 관한 지식, 순서도에 관한 지식, 문제해결 순서 찾기, 문제해결 방법 찾기 등으로 구성하였다.
- 평가한 데이터를 분석한 결과는 <표5>와 같다. 먼저, 성취도 평가 영역은 수학 문제를 해결하는 과정을 단계별로 나타내는 문제로 평가하였다. 비교반인 경우 수업을 적용한 결과 아무 효과 없었음을 볼 수 있다.
- 본 논문은 초등 수학 4-나 '여러 가지 문제 푸는 방법 찾기'의 문제를 이용한 알고리즘과 순서도의 개념 학습을 위한 교수 방법을 설계하고 적용하였다. 적용 결과, 학습 내용에 대한 학업성취도와 흥미도는 교수 설계를 대상의 수준에 맞게 가공하였을 때 가장 효과적임을 알 수 있었다.
- 본 수업을 하기 전에 비교 집단과 실험집단이동질 집단임을 확인하기 위한 수학 4-나 학업성취도 검사 와 알고리즘과 순서도에 대한 사전검사를 실시하였으며, 검사 내용은 다음과 같다. 첫째, 수학 학업성취도 검사는 교육과정평가원의 초등학교 수학4-나에 대한 평가 척도에 따는 평가도구를 사용였으며 평가영역은 수와 연산, 도형, 측도, 확률과 통계영역으로 문항을 구성하였다.
- 설계한 교수 방법으로 수업을 12차 시에 적용한 후 학생의 학습 흥미도와 학습 성취도 검사를 실시한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
- 본 논문에서는 컴퓨터 기초 개념 중 가장 교육이 필요한 알고리즘과 순서도에 대하여 초등학교 4학년 수학 문제를 이용하여 개념 학습을 할 수 있는 가능성을 찾고자 하였다. 설계한 교수 방법은 초등학교 4학년 수학-나 ‘여러 가지 문제 푸는 방법 찾기' 단원을 기반으로 기초적인 알고리즘 개념과 순서도에 대하여 학습하고 학생들이 실제 문제 상황에 맞는 풀이 과정과 단계적 질문을 통해 문제 해결 방법을 찾도록 하였다. 이러한 학습과정은 학생들이 실제 컴퓨터의 알고리즘 개념을 이해하는 데 보다 효과적임을 기대한다.
- 첫째, 학습 흥미도 검사는 수업방법과 수업내용에 대한 흥미도를 검사하였다. 설문문항은 6문항으로 설문지 작성 방법은 5점 척도법을 사용하였으며 설문 문항은 학습 내용에 대한 흥미도와 이해도 참여도 및 자신감 및 학습동기에 대한 정의적 영역의 설문 검사를 실시하였다. 학습 흥미도 설문에 대한 신뢰도 검사 결과는 Cronbach a =.
- 검사 방법은 수학과 문제 해결 방법찾기를 이용한 알고리즘과 순서도에 대한 학습방법을 적용한 전후의 실험집단과 비교집단의 학업성취도 평가 결과를 분석하였다. 설문지는 알고리즘과 순서도의 개념에 대한 문항과 수학 문제를 이용한 알고리즘화로 해결하는 문항으로 구성하였다. 설문문항은 5점 척도로 작성하여 통계처리하였으며 문제해결 문항은 주관식으로 평가하였다.
- 세 번째, 문제를 해결하는 방법 찾기를 통하여, 지금 기반으로 학습한 내용을 학생 스스로 규칙을 찾고 조건을 구하여 해결 과정을 절차로 표현하는 총괄 학습을 수행하였다. 문제는 ‘순영이는 처음에 구슬을 68개가지고 있고 지영이는 구슬을 52개가지고 있 다.
- <표1>은 설계한 교수방법의 차시별 학습주제를 나타내고 있다. 수업은 총 12차시로 구성하였으며 1, 2차시 수업과 11, 12차 시 수업은 학습 안내와 학습 정리이며 수학 4-나의 문제를 이용한 학습은 3차 시에서 6차 시에 걸쳐 학습을 진행하였고 이를 토대로 한 알고리즘과 순서도 학습은 4차 시로 구성하였다. 수업의 도입에서는 문제 상황을 제시하고 문제 해결 방법을 찾아서 토의하고 결과를 발표하였으며 학습활동을 구성하여 학습목표를 수행한 결과의 확인은 관찰과 발표 결과물 포트폴리오로 평가하였다.
- 수업은 총 12차시로 구성하였으며 1, 2차시 수업과 11, 12차 시 수업은 학습 안내와 학습 정리이며 수학 4-나의 문제를 이용한 학습은 3차 시에서 6차 시에 걸쳐 학습을 진행하였고 이를 토대로 한 알고리즘과 순서도 학습은 4차 시로 구성하였다. 수업의 도입에서는 문제 상황을 제시하고 문제 해결 방법을 찾아서 토의하고 결과를 발표하였으며 학습활동을 구성하여 학습목표를 수행한 결과의 확인은 관찰과 발표 결과물 포트폴리오로 평가하였다.
- 네 번째, 문제 푸는 방법을 알고리즘화하는 학습 을 기반으로 기호를 이용하여 나타내는 순서도 학습을 수행하였다. 즉, 다른 사람에게 나의 생각을 공통된 표기로 쉽게 이해할 수 있도록 하는 부분에 초점을 두어 자신만의 기호를 만들어 나타내는 학습을 수행하였다. 이 수업은 순서도의 필요성과 중요성에 초점을 두었다.
- 본 수업을 하기 전에 비교 집단과 실험집단이동질 집단임을 확인하기 위한 수학 4-나 학업성취도 검사 와 알고리즘과 순서도에 대한 사전검사를 실시하였으며, 검사 내용은 다음과 같다. 첫째, 수학 학업성취도 검사는 교육과정평가원의 초등학교 수학4-나에 대한 평가 척도에 따는 평가도구를 사용였으며 평가영역은 수와 연산, 도형, 측도, 확률과 통계영역으로 문항을 구성하였다. 검사 결과 <표2> 에서 보는 바와 같이 p<0.
- 첫째, 학습 흥미도 검사는 수업방법과 수업내용에 대한 흥미도를 검사하였다. 설문문항은 6문항으로 설문지 작성 방법은 5점 척도법을 사용하였으며 설문 문항은 학습 내용에 대한 흥미도와 이해도 참여도 및 자신감 및 학습동기에 대한 정의적 영역의 설문 검사를 실시하였다.
- 학습은 크게 두부류로 나누어 수행하였다. 첫째는 기초학습으로 알고리즘의 개념을 학습하기 위하여 생활 속에서의 예를 사용하였으며, 둘째는 기초학습에서 알고리즘 개념을 익힌 후에 알고리즘으로 표현하는 절차와 순서도로 나타내는 절차를 학습하기 위해 4학년 수학-나의 ‘여러 가지 문제 푸는 방법 찾기’ 단원의 내용을 기초로 공통조건과 규칙을 찾아내어 문제를 해결하는 학습방법을 수행하였다.
- 초등학생의 수준으로 가공하기 위하여 생활 속의 문제 상황에 대한 자신의 경험과 사고를 반성하는 활동을 통하여 해결하는 문제중심 학습 모형을 적용하여 교수학습을 설계하였다. 문제중심 학습 모형을 선택한 이유는 알고리즘이란 용어 자체가 아동들에게는 생소할 것이며 실제로 생활의 문제 상황 속에서 문제와 상황을 중심으로 문제를 협력적이고 자기주도적으로 해결하는 과정을 통해서 내용을 쉽게 이해하고 문제 해결 방법과 단계별 순서를 찾아서 해결할 수 있는 방법이기 때문이다.
- 둘째, 알고리즘과 순서도에 대한 학습이 동질집단 을 확인하기 위하여 연구자가 설계한 평가지를 활용하여 실시하였다. 평가 내용은 알고리즘에 관한 지식, 순서도에 관한 지식, 문제해결 순서 찾기, 문제해결 방법 찾기 등으로 구성하였다. 검사 결과는 <표3>과 같으며, p<0.
- 학습은 크게 두부류로 나누어 수행하였다. 첫째는 기초학습으로 알고리즘의 개념을 학습하기 위하여 생활 속에서의 예를 사용하였으며, 둘째는 기초학습에서 알고리즘 개념을 익힌 후에 알고리즘으로 표현하는 절차와 순서도로 나타내는 절차를 학습하기 위해 4학년 수학-나의 ‘여러 가지 문제 푸는 방법 찾기’ 단원의 내용을 기초로 공통조건과 규칙을 찾아내어 문제를 해결하는 학습방법을 수행하였다.
대상 데이터
- 설계한 교수 방법은 초등학교 4학년 2개 반 각각 38명의 학생을 대상으로 A반은 실험반으로 B반은 비교반으로 선정하여 수업에 적용하였다. 결과 분석은 수학 4-나 단계를 이수한 학생들에게 제안한 방법과 전통적인 방법으로 수업을 진행한 후 두 집단 간의 학습에 대한 흥미도와 학습 성취도를 비교 분석하였다.
데이터처리
- 설문지는 알고리즘과 순서도의 개념에 대한 문항과 수학 문제를 이용한 알고리즘화로 해결하는 문항으로 구성하였다. 설문문항은 5점 척도로 작성하여 통계처리하였으며 문제해결 문항은 주관식으로 평가하였다.
성능/효과
- 역시 흥미도 검사의 결과와 비례한 결과를 볼 수 있다. 따라서, 본 논문에서 설계한 교수 방법이 알고리즘 개념을 학습하는 데 효과가 있었음을 예상할 수 있다.
- 이는 수업의 시작부터 학생들의 관심과 흥미도를 유지하지 못한 결과라고 볼 수 있다. 또한, 흥미도 조사에서 모든 영역에서 ‘그렇지 않다' 이하의 비율이 80% 이상 얻은 결과와 일치하는 결과임을 확인할 수 있었다. 이에 반해 실험반인 경우 수학 문제를 이용한 여러 학습활동의 결과로 단계별로 문제 해결과 정을 구체적으로 나열하는데 상당한 효과가 있었음을 볼 수 있다.
- 7%로 컴퓨터의 개념 학습 내용은 전통적인 방법으로 수업을 한 경우에는 학생들에게 모든 영역에서 흥미와 관심을 이끌지 못함을 알 수 있다. 역으로 보면, 학습활동을 어떻게 구성하느냐에 따라 학습의 흥미도가 영향을 줌을 확인하였다.
- 데이터 분석 결과는 <표4>와 같다. 응답 비율 중 ‘그렇다' 이상의 비율을 비교해보면, 흥미도, 이해도, 참여도, 관심도 순으로 비교 집단인 경우 92.2%, 87.4%, 71%, 81.6%로 대부분 수업에 대하여 흥미가 있었음을 알 수 있었다. 특히, 수업 수행 진행 중 대부분 학생들이 적극적인 반응을 보였던 점이 분석에서도 그대로 반영되어 나타났다.
- 본 논문은 초등 수학 4-나 '여러 가지 문제 푸는 방법 찾기'의 문제를 이용한 알고리즘과 순서도의 개념 학습을 위한 교수 방법을 설계하고 적용하였다. 적용 결과, 학습 내용에 대한 학업성취도와 흥미도는 교수 설계를 대상의 수준에 맞게 가공하였을 때 가장 효과적임을 알 수 있었다. 특히, 초등학생에게 익숙하지 않은 컴퓨터의 개념 학습의 교수 방법으로는 교 수설계가 매우 중요하며, 다른 교과의 내용과 접목하여 학습 내용을 구성한다면 쉽게 컴퓨터에 대한 개념학습이 이루어질 수 있음을 기대할 수 있다.
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