B. STEAM교육의 활성화를 위한 컴퓨팅 사고
3. 컴퓨팅 사고와 과학교육의 연계
과학교육에서도 컴퓨팅 사고를 접목하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 황요 한 외(2016)의 연구에서는 소프트웨어를 활용한 과학탐구학습이 학생들의 컴퓨팅 사고 에 대한 긍정적인 효과를 주는 것으로 확인하였다. 또한 이은경(2012)은 컴퓨팅 사고 가 적용된 STEAM수업을 통해 교과 간 융합을 유도할 수 있으며, 적절한 틀로서 작용할 수 있을 것이라 보았다. 이후 컴퓨팅 사고를 기반으로 한 STEAM교육인 CT-STEAM이 개 발되었으며, 여러 연구에서 적용되었다. 박영신과 황진경(2017)의 연구에서는 미국의 컴퓨터 과학교육과정(The collage Board, 2013)에서 제시한 컴퓨팅 사고의 6가시 실천 과 ISTE와 CSTA가 정의한 구성요소를 교실상황에 적용하여 차세대교육과정과 연계한 과학교육의 입장에서 STEAM 교육의 기반에서 컴퓨팅 사고의 실천적 내용을 평가할 수 있는 평가도구(CT_STEAM_AT)를 개발하였다(표 6). 해당 연구에서는 개발한 평가도구를
CT의 실천요소 CT의 구성요소
1
현실문제와 컴퓨팅 연결하기(Connecting
Computing, CC)
CC-1) 컴퓨터를 이용하여 문제와 관련된 정보를 탐색하고 선정하기 CC-2) 컴퓨터로 해결 가능한 문제인가를 파악하기
CC-3) 현실문제와 관련된 지식 및 통찰력을 위해 컴퓨터를 이용하여 정보처리하기 CC-4) 풀어야 할 문제를 해결 가능성 있는 적합한 알고리즘 과정으로 연계하여 해결하기
2
컴퓨팅 산출물을 개발하기 위한 도구나
컴퓨터 사용하기 (Developing Computational Artifacts, DCA)
DCA-1) 산출물을 위한 컴퓨팅 도구와 기술/프로그램 사용하기 DCA-2) 컴퓨터로 실행할 수 있는 알고리즘/프로그램 개발하기 DCA-3) 문제해결에 적합한 알고리즘/프로그램인지 분석하기
DCA-4) 효과적인 문제해결을 위해 기존의 방법을 결합, 수정하여 최적의 알고리즘/프로그램 사용하기
3
추상화(정보와 자료들이 어떻게 표상화 되는지
설명하기) (Abstracting, Abs)
Abs-1) 문제구체화를 위한 추상화 개발하기 Abs-2) 자료 표상화를 위해 구체적으로 기술하기
Abs-3) 컴퓨팅 실천을 위해 추상화의 여러(다양한) 단계 사용하기.
Abs-4) 알고리즘을 이용하여 프로그램을 실행하는 과정에서 추상화 사용하기
4
컴퓨팅 실천과정 및 산출물 분석하고,
평가하기
(Analyzing problems and artifacts, APA)
APA
-1) 프로그램을 만들기 전에 먼저 고려해야 할 조건 분석하기APA
-2) 설계한 알고리즘이 개발된 프로그램에서 제대로 적용되어 있는지 직접 실행하면서 구체적으로 평가하기APA
-3) 프로그램이 고칠 부분이나 잘못된 부분이 있는지 평가하기APA
-4) 프로그램에서 수학적이고 논리적인 개념들이 적절하게 적용되었는지 평가하기5
의사소통하고 협력하기 (Communicating
& Collaborating, Co-Co)
Co-Co-1) 정보처리를 위해 컴퓨터 프로그램을 사용하여 얻는 지식과 통찰력에 대해 의사소통하기 Co-Co-2) 모둠별로 협력하여 알고리즘(일련의 과정) 개발하기
Co-Co-3) 개발된 프로그램이 경제, 사회, 문화 등 다른 분야로 혁신(적용)의 가능성에 대해 의사소통하기 Co-Co-4) 프로그래밍을 사용하면서 문제를 풀기 위해 협력하기
표 6. 컴퓨팅 사고 분석도구 CT_STEAM_AT(박영신과 황진경, 2017 수정)
CT_STEAM_AT의 경우는 문제를 해결하는 과정에서 학습자가 문제의 해결을 위해 어떤 방법을 거쳤는지에 대한 학습과정에서 컴퓨팅 사고를 확인하는데 초점이 맞춰져 있다.
박미소(2018)의 연구에서는 컴퓨팅 사고의 개념요소를 통해 컴퓨팅 사고 발달정도를 측정하기 위해 컴퓨팅 사고에 대한 세부요소와 조작적 정의가 제시되어있는 2014년의 한국과학창의재단의 보고서와 ISTE와 CSTA보고서, Valerie와 Chris의 연구를 바탕으로 과학교육의 관점에서 컴퓨팅 사고를 분석할 수 있는 분석틀의 세부요소와 조작적 정의 를 구안하였다(표 7). 특이한 점은 기존의 ISTE와 CSTA보고서에서 제시한 요소 중 마 지막의 ‘병렬화’를 ‘일반화’로 바꾸어 제시하였음을 알 수 있다. 과학교육에서는 단순히 반복적인 작업을 동시에 진행하는 병렬화보다 문제해결을 위한 산출물을 다양 한 상황에 적용하여 문제해결의 타당도와 적합성을 높이는 일반화 과정이 필요하다고 보았다. 이처럼 컴퓨팅 사고가 과학교육에 적용되기 위한 기반적 연구는 진행되고 있 음을 확인할 수 있다. 그러나 실질적으로 컴퓨팅 사고가 학교현장에 적용되기 위해서 는 교사연수를 통한 교사의 전문성을 향상하고 실질적으로 수업에 적용해볼 수 있도록 하는 것이 필요하다.
컴퓨팅 사고
세부 요소 조작적 정의
자료수집 문제를 해결하기 위한 과학적 개념을 습득하거나 문제 해결 과정에서 실험, 검색 등을 통하여 관련된 자료를 모으는 과정 자료분석 수집하거나 제시된 자료를 분석하여 이해하고 패턴을 찾아
결론을 도출하는 것
자료표현 개념을 습득하거나 문제를 해결하기 위하여 데이터를 그래프, 차트, 글, 그림 등 자료를 변환하거나 정리하는 것
문제분해 문제를 해결하기 위하여 문제를 해결가능한 수준이 되도록 작게 나누는 것
추상화
여러 가지 데이터 혹은 해결방안 중에서 필요한 것을 추출하거나 필요 없는 요소를 제거하는 과정을 통해 문제를 해결하기 위한 방안을 세우는 것
알고리즘과
절차화 해결 방안에서 패턴을 찾아 알고리즘 또는 절차를 만드는 것 자동화 문제를 제시하였을 때 해결하기 위하여 문제해결을 위한 장치 및
방안(산출물)을 만들어 내는 과정
표 7. 과학교육입장에서의 컴퓨팅 사고 세부요소와 조작적 정의(박미소, 2018 수정)