[논문]초등학생 프로그래밍 언어 학습을 위한 함수 개념 지도 방법 연구

노현정; 김갑수

초등학생 프로그래밍 언어 학습을 위한 함수 개념 지도 방법 연구
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노현정 (서울교육대학교 컴퓨터교육과) , 김갑수 (서울교육대학교 컴퓨터교육과)

초등학생 프로그래밍 교육은 프로그래밍 활동을 통해 논리적 사고력과 문제 해결력을 신장시키는 데 의의를 두고 다양한 프로그래밍 교육 방법과 학습 시스템을 개발하려는 연구가 이루어지고 있다. 프로그래밍 교육의 목표가 프로그래밍적 사고력 함양이라면 프로그래밍적 사고를 언어로 표현하여 실제로 프로그램을 작성할 수 있는 프로그래밍 언어 사용 능력 함양도 필요하다. 초등학생 프로그래밍 언어 학습은 특정 언어의 문법적 설명과 해석을 지양하고 프로그래밍 언어에 대한 올바른 개념 이해와 활용을 통해 프로그램을 구현하는데 필요한 기초 소양 능력 함양에 중점을 두어야 한다. 따라서 초등학생을 위한 프로그래밍 언어 교육 방법의 체계화에 기여할 수 있는 하나의 모델로서, 프로그래밍 언어의 기본적인 개념 중 함수 개념을 효과적으로 지도할 수 있는 지도 원리와 학습 모형을 연구하였고, 함수가 가진 특성 즉 함수적 사고과정을 이용하여 프로그래밍 언어 기술 능력과 논리적 사고력 및 문제해결력의 고등인지기술 능력을 함께 신장시킬 수 있는 지도 방법을 제안하고자 한다.

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문제 정의

100일 후 뿐 아니라 200일 후, 300일 후의 요일도 구할 수 있는 함수를 구현하기 위해 인자 값을 '며칠 후'와 '오늘의 요일', 반환 값을 '며칠 후의 요일'로 추출한다. 그리고 '며칠 후를 7일로 나눈 나머지 날짜만큼 오늘 요일부터 변한다'로 일반화했던 관계성을 함수 내부에 구체적으로 어떻게 표현할 것인가를 고민하도록 한다.
따라서 본 연구는 초등학생을 위한 프로그래밍 언어 교육 방법의 체계화에 기여할 수 있는 하나의 모델로서, 프로그래밍 언어의 기본적인 개념 중 함수 개념을 효과적으로 지도할 수 있는 방법을 연구하였다. 함수가 가진 특성을 이용하여 프로그래밍 언어기술 능력과 논리적 사고력 및 문제해결력의 고등인지 기술능력을 함께 신장시킬 수 있는 지도 방법을 제안하고자 한다.
무엇보다 본 연구는 단순히 함수 개념을 효과적으로 지도하기 위한 방법연구가 아니고 초등학생 프로그래밍 언어교육을 위한 교수- 학습 방법연구에 있어서 본 연구가 하나의 모델로서 기여하고자 함이다.
수 있는 방법을 연구하였다. 함수가 가진 특성을 이용하여 프로그래밍 언어기술 능력과 논리적 사고력 및 문제해결력의 고등인지 기술능력을 함께 신장시킬 수 있는 지도 방법을 제안하고자 한다.

제안 방법

앞에서 연구한 '수학적 관련성을 통한 함수개념 지도 원리', '시각화를 통한 함수 개념 지도 원리'를 토대로 "함수 지도 중심 프로그래밍 학습 모형'을 제안하고 한다.
둘째, 함수 개념 중에서 함수 호출을 통한 호출자와 함수의 다양한 관계, 호출자와 함수 간의 값 전달 방식, 여러 개의 함수 간의 관계는 배제하고 하나의 함수 구현을 통한 문제해결 과정만을 다루었다. 초등학생 수준에서 복잡한 함수의 관계를 이해하고 프로그래밍 언어로 표현한다는 것은 매우 어렵고 추상적인 과정이기 때문이다.
실제 수학과 '규칙성과 함수' 영역에서 수학적 함수 문제 사례를 추출하여 프로그래밍적 함수 문제로 전환하는데 바탕이 되는 함수적 사고를 분석하였고, 이는[표 1]과 같다.
밀접한 관련이 있다. 이러한 관련성을 발전 시켜 '수학에서의 함수적 사고를 통한 문제해결 과정'을 토대로 '프로그래밍에서의 함수적사고를 통한 문제해결 과정'을 정리하고, 나아가 두 사고 과정이 통합된 '통합적인 함수적 사고를 통한 문제해결 과정'을 새롭가「정립하고자 한다.
한다. 이를 위해 본 연구는 함수를 중심으로 수학적 관련성을 통한 함수 개념 지도 원리와 시각화 형식을 통한 함수 개념 지도 원리를 새롭게 정립하고 함수 지도 중심 프로그래밍 언어 학습 모형을 제시하였다.
첫째, 프로그래밍 언어에서 여러 가지 기본적인 개념을 배제하고 함수 개념만을 다루었다. 따라서 이 모형은 변수와 제어구조의 기본적인 개념 이해와 활용에 대한 선행학습이 이루어진 학습자에게 함수를 지도할 때 적용할 수 있다.

성능/효과

둘째, 함수 호출의 시각화 형식은 함수 호출 방법을 시각적으로 보여주기 때문에 실제 프로그램 작성 시 필요한 함수 활용 능력을 향상시키는 데 도움이 된다.
첫째, 함수 구성의 시각화 형식은 함수 구조를 시각적으로 보여주기 때문에 함수 개념을 직관적으로 이해하는데 도움이 된다. 하나의 단위 프로그램으로서 입력, 실행, 출력 과정을 가지는 추상적인 함수 개념을 시각적으로 표현해봄으로써 개념 이해를 촉진시킬 수 있다.

후속연구

즉, 표현 가능한 프로그래밍 언어를 선택하여 프로그램을 작성하여 실행시켜보고 오류 수정 활동을 통해 완전한 문제해결점에 도달한다. 바로 이 단계는 초등학생 수준에서 프로그래밍 언어 표현을 쉽게 도와주는 학습 시스템 개발의 필요성을 시사하며 이는 본 연구의 최대 향후 과제라 하겠다.
실제 본 연구에서 제안한 지도 원리와 학습 모형은 함수 개념 이해와 활용을 바탕으로 한 프로그래밍 언어 사용 능력 향상과 함수적사고 과정을 바탕으로 한 문제해결능력 신장에 많은 도움을 줄 거라 기대한다.
첫째, 실제 초등학생을 대상으로 지도원리와 학습 모형에 따라 함수 개념과 함수적 사고를 지도한 후 그 효과를 검증하는 것이고, 둘째, 초등학생들이 함수적 문제를 프로그래밍으로 해결하는 데 있어 보다 쉽게 프로그래밍언어로 표현하고 코딩하여 실행할 수 있는 그리고 스스로 오류 수정 단계를 경험할 수 있는 프로그래밍 언어학습 시스템을 개발하는 것이다.

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