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문제 정의
- 이에 본 연구는 로봇 프로그래밍 교육을 TPL과 VPL로 학습자 집단을 나눠 실험처치 한 후 정보과학적 사고 능력에 미치는 효과를 비교함으로써 학습자의 인지발달 단계에 적합한 로봇 프로그래밍 언어를 선택할 수 있을 것으로 생각한다.
제안 방법
- 예비문항들은 현직 교사 3인을 포함한 전문가 집단 협의를 통해 개발하였으며, K대학교 컴퓨터 과학 관련 전공 대학생 31명을 대상으로 예비검사를 실시하였다. 검사 결과 평균 정답률이 90% 이상인 문제를 제거하여, 최종 16개의 문항을 선정하고 내용을 수정․보완하였다[13].
- 프로그래밍 언어인 NXT-G에서 NXT 초급자 교육을 위한 Robot Educator 학습 내용이 포함되어 있다. 기초적인 Common Palette 과정 20차시와 중급수준의 Complete Palette 과정 19차시로 나뉘어 있으며, 39차시의 학습 내용을 분석하였다. 이 중 Common Palette 과정 10차시 내용을 [표 2]에 정리하였다.
- 로봇을 활용한 교육 프로그램은 로봇을 통해 달성할 수 있는 정보과학적 사고능력 향상을 목표로 하여 Robot Educator의 39차시 내용을 분석하여 현장 교사, 방과 후 교사, 로봇 교과연구회 등의 조언을 통해 20차시의 학습 내용을 추출하였다. 또한, 각 차시 단계에 적합한 로봇을 통해 해결할 수 있는 실생활 위주의 심화과제를 개발하였다. 이러한 과정을 통해 기본적인 로봇 프로그래밍 교육과 심화과제를 통해 20차시의 로봇 교육 프로그램을 개발하였으며, 7차시까지 내용을 [표 3]과 같이 제시하였다.
- 또한, 텍스트 기반 및 비주얼 기반으로 각 차시별 교수학습 내용을 개발하였으며, 예시는 [그림 2], [그림 3]과 같다.
- 또한, 프로그래밍 언어 선정을 위해 초․중․고 및 영재교육원의 현장 교사, 방과후 교사, 영재교육 교사들의 조언을 통해 가장 많이 사용되는 프로그래밍 도구를 선정하였다. VPL는 ROBOLAB 2.
- 로봇을 활용한 교육 프로그램은 로봇을 통해 달성할 수 있는 정보과학적 사고능력 향상을 목표로 하여 Robot Educator의 39차시 내용을 분석하여 현장 교사, 방과 후 교사, 로봇 교과연구회 등의 조언을 통해 20차시의 학습 내용을 추출하였다. 또한, 각 차시 단계에 적합한 로봇을 통해 해결할 수 있는 실생활 위주의 심화과제를 개발하였다.
- 본 연구의 가설을 검증하기 위해 실험 집단은 TPL을 활용한 로봇 프로그래밍 교육을 실시하였고, 통제 집단은 VPL을 활용한 로봇 프로그래밍 교육을 실시하여 정보과학적 사고 능력에 어떠한 영향을 미치는지 측정하였다. 연구 설계를 구체적으로 도식화 하면 [표 4]와 같다.
- 정보과학적 사고능력 검사는 2003년 실시된 OECD/PISA의 문제 해결 영역 문항의 평가 틀을 40개의 예비문항을 제작한 후 전문가 검토 및 예비검사를 통해 최종 16개 문항을 선정하였다. 예비문항들은 현직 교사 3인을 포함한 전문가 집단 협의를 통해 개발하였으며, K대학교 컴퓨터 과학 관련 전공 대학생 31명을 대상으로 예비검사를 실시하였다. 검사 결과 평균 정답률이 90% 이상인 문제를 제거하여, 최종 16개의 문항을 선정하고 내용을 수정․보완하였다[13].
- 또한, 각 차시 단계에 적합한 로봇을 통해 해결할 수 있는 실생활 위주의 심화과제를 개발하였다. 이러한 과정을 통해 기본적인 로봇 프로그래밍 교육과 심화과제를 통해 20차시의 로봇 교육 프로그램을 개발하였으며, 7차시까지 내용을 [표 3]과 같이 제시하였다.
- 본 연구에서 사용한 정보과학적 사고능력 검사도구는 이은경[13]이 개발한 정보과학적 사고(Computational Thinking) 능력 검사를 사용하였다. 정보과학적 사고능력 검사는 2003년 실시된 OECD/PISA의 문제 해결 영역 문항의 평가 틀을 40개의 예비문항을 제작한 후 전문가 검토 및 예비검사를 통해 최종 16개 문항을 선정하였다. 예비문항들은 현직 교사 3인을 포함한 전문가 집단 협의를 통해 개발하였으며, K대학교 컴퓨터 과학 관련 전공 대학생 31명을 대상으로 예비검사를 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 서울시 강서구 인문계 M고등학교 자연계열 2학년 2개 학급 70명을 무선적으로 선정해서 실험집단과 통제집단 각각 1개 학급 35명의 학생을 연구대상으로 하였다.
데이터처리
- 실험 처치 후 두 집단의 정보과학적 사고 능력에 대한 사후 검사를 실시하여 독립표본 t-검증 하였으며 그 결과는 [표 6]과 같다.
- 정보과학적 사고능력에 대한 두 집단의 동질성을 파악하기 위해 사전검사를 실시하여 독립표본 t-검정하였으며 결과는 [표 5]와 같다.
이론/모형
- 본 연구에서 사용한 정보과학적 사고능력 검사도구는 이은경[13]이 개발한 정보과학적 사고(Computational Thinking) 능력 검사를 사용하였다. 정보과학적 사고능력 검사는 2003년 실시된 OECD/PISA의 문제 해결 영역 문항의 평가 틀을 40개의 예비문항을 제작한 후 전문가 검토 및 예비검사를 통해 최종 16개 문항을 선정하였다.
성능/효과
- 다섯째, 흥미로운 학습 환경으로 동기를 유발하여 학습자 욕구에 의한 로봇 오류 수정과정에서 내적 동기를 발생시킨다.
- 독립표본 t-검정한 결과, 실험집단의 평균은 5.57점, 통제집단의 평균은 3.43점으로 나타났다. 또한, 두 집단 간의 사전검사 평균차이가 1.
- 독립표본 t-검증 결과, 실험집단과 통제집단의 평균이 거의 유사하게 나타났으며, 두 집단의 유의도가 .547로 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다(p>.05).
- 둘째, 로봇의 물리적 제약으로 인해 인지갈등을 극대화하고 반성적 사고의 기회를 제공한다.
- 둘째, 컨트롤러의 성능이 우수하고 서보모터, 다양한 초음파ㆍ사운드ㆍ터치ㆍ빛 센서로 여러 가지 임무가 가능하다.
- 정보과학적 사고능력에 대한 사후 검사 결과, 두 집단은 통계적으로 유의미한 차이를 보였으며, 실험집단이 통제집단보다 높은 평균을 보이고 있었다. 따라서 TPL을 활용한 프로그래밍 교육이 VPL을 활용한 프로그래밍 교육보다 정보과학적 사고능력 향상에 유의미하다는 결론을 내릴 수 있다.
- 본 연구를 통해 학습자의 인지발달 단계에 적합한 프로그래밍 언어의 선택이 21세기 기초 인지능력인 정보과학적 사고능력 향상에 효과적이라는 결론을 내릴 수 있다.
- 셋째, 학생들에게 친숙한 블록의 형태이며 별도의 공구 없이 쉽게 조립 및 분해가 가능하고 다칠 가능성이 거의 없다.
- 정보과학적 사고능력에 대한 사후 검사 결과, 두 집단은 통계적으로 유의미한 차이를 보였으며, 실험집단이 통제집단보다 높은 평균을 보이고 있었다. 따라서 TPL을 활용한 프로그래밍 교육이 VPL을 활용한 프로그래밍 교육보다 정보과학적 사고능력 향상에 유의미하다는 결론을 내릴 수 있다.
- 첫째, 텍스트 기반과 비주일 기반을 포함하여 다양한 프로그래밍 언어가 있으며, 범용 언어로의 전이가 쉽다.
후속연구
- 그러나 본 연구는 단일 집단에 대한 연구 결과 이므로 본 연구를 일반화 하기는 어려울 것으로 보인다. 따라서, 인지발달 단계가 다양한 학교급별 연구 및 남녀 성별에 따른 텍스트 기반과 비주얼 기반 로봇 프로그래밍 교육성을 비교ㆍ분석할 필요가 있다.
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