스프레드시트 프로그램이란 각종 계산표나 도표 같은 것들을 간편하게 작성하 는 응용 프로그램이라고 할 수 있다(이철규, 2006). 초등학생과 초보자들을 대상 으로 편리한 사용 환경과 사용법이 간단하고 비교적 적은 프로그래밍 경험으로 도 사용할 수 있다. 스프레드시트에는 마이크로소프트사의 엑셀 프로그램이 대표 적인 스프레드시트로 다양한 분야에 활용되고 있다. 그러나 데이터 시각화의 절 차에 따라 사용자끼리 상호작용을 해야 하지만, 엑셀 프로그램에서는 동시에 작 업을 하지 못하며 파일을 공유하기 위해서는 복잡한 과정이 필요하다는 단점이 있다. 그렇기 때문에 사용자 간 쉽게 공유 및 공동 작업이 가능하고 초등학생 및 초보자에게 손쉬운 인터페이스를 제공하고 있는 ‘구글 스프레드시트’를 적절한 문서 도구로 선택하였다.
(3) 파이썬
파이썬은 1991년에 네덜란드의 귀도 반 로섬(Guido van Rossum)이 개발한 객 체지향 프로그래밍 언어로, 국내에서도 많이 알려져 있는 공개 소프트웨어 중 하 나이다. 외국에서는 학습의 목적은 물론 실용적인 부분에서도 많이 사용되고 있 는 프로그래밍 언어이다. 그 대표적인 예를 보면, 구글이나 인포시크에서 사용되 는 검색 프로그램들, 야후의 인터넷 서비스 프로그램, NASA, 유튜브 등이 파이 썬으로 개발되었다. 그리고 파이썬은 윈도우와 리눅스 그리고 매킨토시 등 대부
분의 운영체제를 지원하기 때문에 이식성과 확장성에 있어서 좋다(박응용, 2016).
그리고 파이썬 프로그래밍 언어는 비교적 배우기 쉽고 그래픽 처리 기능이 단순 해서 프로그래밍을 처음 접하는 초보자가 배우기에 적절하다. 또한 앱이나 웹 형 태로도 개발하기 유용하기 때문에 융합형 교육을 한 프로그래밍 언어로도 활용 가능성이 높다는 장점을 가지고 있다(Python Software Foundation, 2021). 또한, 교육용 프로그래밍 언어 중 데이터 시각화를 구현하기에 매우 효과적인 도구이다.
3) 교육 프로그램 주제 선정 및 개발
요구 분석 결과와 데이터 시각화 교육 도구의 특징에 따라 <표 Ⅲ-13>, <표
Ⅲ-14>, <표 Ⅲ-15>와 같이 교수 매체를 선정하여 데이터 시각화 교육 프로그 램을 개발하였다. 각 교수 매체에 따른 학습 주제는 2015 개정 교육과정 수학, 사회, 체육 교과의 학년별 성취기준에 따라 선정하였다. 데이터 시각화 자료 수 집을 위한 내용은 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 소재를 중심으로 사회, 체육 교과 성취기준을 확인하여 선정하였고 데이터 시각화 표현을 위한 그래프 활용 은 수학 교과의 학년별 성취기준을 적용하여 선정하였다(교육부, 2020). 데이터 표현은 그림그래프, 막대그래프, 꺾은선그래프 등의 특성을 비교하여 자료의 특 성에 맞게 그래프로 나타나게 하였다. 또한, 다양한 그래프로 표현된 자료를 보 고 알 수 있는 사실도 해석할 수 있도록 하였다.
<표 Ⅲ-13>과 같이 초등학교 3학년을 대상으로 적용한 언플러그드를 활용한 데이터 시각화 교육 프로그램의 소재는 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 개인 데이터를 활용하였다. 데이터를 수집할 때도 ‘주사위 게임 데이터 시각화’와 ‘고 래밥 통계 데이터 시각화’처럼 학생들의 직접 체험 활동을 통해 수집하였다. 이 를 통해 학습자의 동기와 흥미를 유발하여 데이터 시각화 교육 프로그램에 적극 적으로 참여할 수 있도록 함으로써 컴퓨팅 사고력과 창의성이 증진될 수 있도록 하였다. 또한, 2015 개정 교육과정에서 사회과 ‘고장의 환경과 생활 간 관계’를 통해 지역적인 특성을 활용한 주제로 데이터 시각화 교육 프로그램을 운영하였 다. 고장의 특징적인 자연환경이나 인문환경을 조사하여 고장 사람들의 생활과 어떤 관계가 있는지를 탐색하는 방식으로 전개하였다.
차시 학습 주제 2015 개정 교육과정 성취기준 1～3 데이터 시각화(주제, 단계) 이해하기
사전 점검 및 테스트 4～9 주사위 게임 데이터 시각화
제주도의 인구분포 데이터 시각화
[4사02-01] 우리 고장의 지리적 특성 을 조사하고, 이것이 고장 사람들의 생활 모습에 미치는 영향을 탐구한다.
10～15 고래밥 통계 데이터 시각화
맥도날드에 사람들이 가장 많은 시간은?
[4수05-01] 실생활 자료를 수집하여 간단한 그림그래프나 막대그래프로 나타낼 수 있다.
16～21 제주공항에 가장 많이 찾은 곳은?
어떤 정류장을 많이 이용할까?
[4사03-01] 지도의 기본 요소에 대한 이해를 바탕으로 하여 우리 지역 지 도에 나타난 지리 정보를 실제 생활 에 활용한다.
22～27 사람들이 많이 찾는 장소가 변했을까?
2017년도에 어떤 게임이 가장 유행 했을까?
[4수05-02] 연속적인 변량에 대한 자 료를 수집하여 꺾은선그래프로 나타 낼 수 있다.
28～36 데이터 시각화 개인별 프로젝트 활동 개인별 프로젝트 발표 및 사후 검사
[4수05-03] 여러 가지 자료를 수집, 분류, 정리하여 자료의 특성에 맞는 그래프로 나타내고, 그래프를 해석할 수 있다.
<표 Ⅲ-13> 교육 프로그램 주제(언플러그드)
<표 Ⅲ-14>와 같이 초등학교 4∼5학년을 대상으로 적용한 구글 스프레드시트 를 활용한 데이터 시각화 교육 프로그램의 소재는 2015 개정 교육과정의 사회, 체육과의 성취기준을 확인하여 적용하였다. 학생들이 데이터를 수집할 때 개인 데이터와 공공 데이터를 활용하였는데, 개인 데이터는 구글 설문을 통해 직접 수 집하였다. 설문조사를 통해 수집하여 활용한 데이터 소재는 학생들의 성장에 따 른 신체 변화이고, 설문 결과에 가장 적합한 그래프로 표현하도록 하였다. 또한, 날씨의 변화에 따른 월별 강수량 데이터를 활용하였고, 우리 고장의 인구분포 및 구조에서 나타나는 도시 발달 모습을 통해 특징을 탐구하였다. 데이터 시각화 교 육 프로그램은 5학년 수학과 교육과정 성취기준에 따라 자료를 목적에 맞는 그 래프로 나타내고, 그래프를 해석할 수 있는 상호작용 단계로 그래프를 통해 알 수 있는 사실을 공유할 수 있도록 하였다.
차시 학습 주제 2015 개정 교육과정 성취기준
1∼11
데이터 시각화
- 데이터 시각화의 정의 - 데이터 시각화의 절차
- 구글 스프레드시트 안내 및 환경 설정 사전 점검 및 테스트
12∼17 차트 종류와 데이터 시각화 - 차트 종류와 표현 방법 알기 - 실생활 문제와 접목(방학 계획)
[6수05-03] 주어진 자료를 띠그래프와 원그래프로 나타낼 수 있다.
18∼23
구글 설문지와 데이터 시각화 - 구글 설문지를 통한 자료 수집 및 - 데이터 표현 및 해석정리
[4체01-01] 건강한 생활 습관을 알고 생활 속에서 규칙적으로 실천한다.
24∼29 공공 데이터와 데이터 시각화
- 데이터 포털을 이용한 데이터 수집 - 데이터 표현 및 해석
[4수05-02] 연속적인 변량에 대한 자 료를 수집하여 꺾은선그래프로 나타 낼 수 있다.
[6사01-05] 우리나라의 인구분포 및 구조에서 나타난 변화와 도시 발달 과정에서 나타난 특징을 탐구한다.
30∼36
구글 지도와 데이터 시각화
- 구글 지도를 통한 데이터 조직화 - 데이터 표현 및 해석
개인별 프로젝트 발표 및 사후 검사
[6수05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하 여 목적에 맞는 그래프로 나타내고, 그래프를 해석할 수 있다.
<표 Ⅲ-14> 교육 프로그램 주제(구글 스프레드시트)
<표 Ⅲ-15>와 같이 초등학교 6학년을 대상으로 적용한 파이썬을 활용한 데이 터 시각화 교육 프로그램의 소재는 2015 개정 교육과정의 사회, 체육과의 성취기 준을 확인하여 적용하였다. 학생들이 데이터를 수집할 때 개인 데이터는 키와 몸 무게를 구글 설문을 통해 활용하였다. 상호작용 단계를 통해 성장에 따른 신체 변 화를 수용하기 위해 데이터를 해석하고 의미를 이야기하였다. 공공 데이터 소재로 는 공공데이터포털 사이트를 통해 다문화 데이터와 제주도 유동 인구의 변화를 살펴보았다. 이는 우리나라의 인문적 특성을 인구, 도시, 산업, 교통의 측면에서 살펴보기 위한 주제이다. 또한, 데이터 표현에서는 기본 막대그래프와 꺾은선그래 프뿐만 아니라 띠그래프와 원그래프로 확대하여 표현할 수 있도록 하였다.
차시 학습 주제 2015 개정 교육과정 성취기준
1∼6
파이썬과 데이터 시각화 기초 - matplotlib
- 선 그래프 사전 검사지 투입
7∼12 데이터 수집과 데이터 시각화 - 공공 데이터 수집
- 히스토그램, 원 그래프
[6수05-03] 주어진 자료를 띠그래프와 원그래프로 나타낼 수 있다.
13∼18
구글 설문지와 데이터 시각화 - 구글 설문지를 통한 자료 수집 및
정리
- 데이터 표현 및 해석
[6체01-01] 성장에 따른 신체적 변화를 수용하고 건강한 성장과 발달을 저해 하는 생활 양식의 위험성을 인식한다.
[6사08-06] 지속가능한 미래를 건설하 기 위한 과제를 조사하고, 세계시민으 로서 이에 적극 참여하는 방안을 모색 한다.
19∼24 데이터 시각화 심화- 공공 데이터 활용
가장 효율적인 데이터 시각화 표현 방법
[6사01-05] 우리나라의 인구분포 및 구 조에서 나타난 변화와 도시 발달 과정 에서 나타난 특징을 탐구한다.
25∼36 프로젝트 과제 준비개인별 프로젝트 발표 및 사후 검사
[6수05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하 여 목적에 맞는 그래프로 나타내고, 그 래프를 해석할 수 있다.
<표 Ⅲ-15> 교육 프로그램 주제(파이썬)
초기 데이터 시각화 교육 프로그램의 공동 연구자인 김민규(2020), 김민범 (2020)이 본 연구 참여를 통해 석사학위 논문에 발표한 구글 스프레드시트와 파이썬을 활용한 데이터 시각화 교육 자료는 수정‧보완 및 개선되고 현장 연구 에 투입되었다(김정아, 2019; 김민규, 2020; 김민범, 2020).
4) 교육 프로그램 적용 및 평가 방법
컴퓨팅 사고력과 창의성 향상을 위해 설계하고 개발한 데이터 시각화 교육 프로 그램을 초등학생에게 적용하여 프로그램의 교육적 효과를 검증하였다.
(1) 데이터 시각화 교육 프로그램의 적용 방법
본 연구에서는 데이터 시각화 교육 도구 및 교육 대상에 따라 3가지의 데이터 시각화 교육 프로그램을 개발하였다.