컴퓨팅 사고의 9가지 요소는 중복되어 반복적으로 나타나며, 순차 적이지 않다

4. 컴퓨팅 사고의 9가지 요소는 중복되어 반복적으로 나타나며, 순차

손교사의 경우 크게 컴퓨팅 사고가 반영된 수업을 개념형성 부분인 추상화 이전까지 와 개념활용 부분인 추상화 이후 부분을 나누어 인식하였으며, 추상화를 중심으로 양 쪽은 그 안에서 순서가 반복적으로 나타날 것이라 인지하고 있음을 알 수 있다.

제 생각에는 추상화까지를 하나의 단계로 본다면 자료수집부터 추상화까 지는 각 내용이 왔다갔다 할 수 있지 않을까 하는 생각이 들었어요. 저는 먼저 문제상황을 제시를 했어요. 그리고 그 문제에 대해서 아이들이 문제 분해를 바로 해볼 수 있도록 하고 싶었어요. 교사가 문제에 대한 다양한 질문을 통해 문제분해를 할 수 있도록 하고 나서야 뒷부분에 추상화든 알 고리즘 절차화든 자동화든 가능할 것 같아요(손교사, 6차 교사회의).

추상화를 제가 마음대로 1차와 2차로 나누어봤어요. 첫 번째 추상화는 문 제 상황을 보고 아이들이 문제를 분해하면서 자연스럽게 이루어질 수 있 을거라고 생각했습니다. 1차 추상화를 통해 넓은 범위의 필요한 개념에 대한 자료수집분석표현을 하여 배경지식을 갖도록 합니다. 그다음에 2차 추상화는 최종적으로 필요한 핵심내용을 선정하는 과정입니다(손교사, 8 차 교사회의).

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손교사는 컴퓨팅 사고의 9가지 요소에 대한 개별적 이해를 통해 과학교육자로서 컴 퓨팅 사고를 이해하고자 하였다. 손교사의 경우 개념형성에 해당하는 자료수집, 자료 분석, 자료표현은 기존의 과학탐구와 큰 차이를 인지하지 못하였으나 문제분해와 추상 화, 알고리즘과 자동화 부분을 중요하게 생각하였음을 파악할 수 있다. 이러한 손교사 의 인식은 수업과정안을 통해 확인할 수 있다.

손교사의 교수·학습

과정안

중

5차시

5차시는 개념형성이 모두 완료된 후 실질적인 문제해결과정을 위한 2차 추상화와 알고리즘과 절차화 과정이 표 25. 손교사 교수학습 과정안 5차시

손교사의 교수·학습

과정안

중

8차시

분석

8차시는 시뮬레이션 단계가 적용된 차시로서 학생들이 자신이 설계한 알고리즘과 자동화 결과를 재실험하고 동료 학생들에게 상호 간 설명하는 활동을 갖는다. 이후 다양한 위도에 설계한 알고리즘을 적용하는 일반화 (②)을 실시함으로 복합적인 이해를 유도한다.

표 26. 손교사 교수학습 과정안 8차시

손교사의 수업에서 특징적을 나타나는 부분은 추상화 과정을 1차와 2차로 구분하였 다는 것이다. 1차시에서 문제를 제시함으로서 수업 초반에 문제를 이해하는 1차 추상 화가 나타나며 이를 통해 학습할 내용을 파악하고 개념을 형성한다. 이후 4차시와 5차 시를 거쳐 실제 문제해결을 위한 요소를 찾는 문제분해와 2차 추상화를 실시한다. 5차 시 후반부에는 선정된 요소들을 바탕으로 순서도를 작성하여 문제해결 절차를 구성하 는 알고리즘과 절차화 과정을 거친 후 자동화와 시뮬레이션, 일반화까지 나타나도록 하였음을 확인할 수 있었다. 손교사의 경우 교사회의와 인터뷰에서 알고리즘과 절차화 과정인 탐구순서도 작성하기 부분이 의미 있었다고 하였다.

수업을 준비하면서 가장 큰 고민을 했던 것이‘어디서부터가 CT일까?’였 어요. 어떻게 보면 과학탐구기능과 큰 차이가 없다고 볼 수도 있어서요.

그런데 순서도를 딱 작성해보는 순간‘여기서부터 CT다’라고 생각을 했 어요. 학생들이 직접 설계도 해보고, 변인도 통제하고 하는 과정들이 알 고리즘에 다 들어있어서 중요하다고 생각을 했습니다(손교사, 8차 교사회 의).

손교사는 학생들이 문제해결과정인 탐구과정에 대한 알고리즘을 작성하도록 한 후 기존에 단순히 탐구방법이나 실험방법을 제시한 것과 차이가 있음을 인지하였다.

제가 생각했을 때 이번 수업의 가장 좋았던 점은 아이들이 알고리즘을 사 용하여 문제를 해결했다는 것입니다. 이전까지 단순히 실험방법을 알려주 고 실험에 임했을 때, 실험순서와 학생들의 수행이 차이가 있었거든요.

그런데 알고리즘을 학생들이 직접 작성 할 수 있도록 하니 학생들이 절차 에 대한 이해와 문제가 있을 때 어디로 돌아가야 할지 알고 있더라는 거 죠. 이런 점들이 이전에 해왔던 수업과 큰 차이지 않나 생각합니다(손교 사, 인터뷰).

다음은 손교사의 5차시 수업에서 실제 학생들이 작성한 순서도(그림 14)이다.

그림 14. 손교사 5차시 수업 중 학생들이 작성한 문제해결 알고리즘

수업에 반영된 컴퓨팅 사고 구성요소와 실천요소

이제까지 손교사와 김교사가 개발한 컴퓨팅 사고가 반영된 수업이 교사의 인식과 어떻게 연관성을 가지고 수업에서 나타나는가를 분석하였다. 과학교육의 입장에서 컴 퓨팅 사고 관련 기존의 연구를 보면 교사를 대상으로 한 연구는 아직 진행되지 않았 으며, 과학교육의 입장에서 컴퓨팅 사고가 반영된 수업 프로그램의 9가지 세부구성요 소(박영신과 박미소, 2018)와 수업에서의 실천과정에서 나타나는 5가지 실천요소(박 영신과 황진경, 2017)를 제시한 연구가 있다. 각 연구에서는 컴퓨팅 사고 기반의 수 업이 아닌 STEAM수업 프로그램을 기반으로 분석하였다. 이에 두명의 교사가 개발한 각각의 수업 프로그램에서 컴퓨팅사고의 구성요소와 실천요소가 차시별로 어떻게 나 타나는지를 분석하였다. 분석 결과는 다음과 같다(표 15, 표 16).

그림 15. 손교사가 개발한 수업에서 나타난 컴퓨팅 사고 구성요소와 실천요소 분석

그림 16. 김교사가 개발한 수업에서 나타난 컴퓨팅 사고 구성요소와 실천요소 분석

손교사의 수업에 나타난 컴퓨팅 사고 구성요소와 실천요소를 분석한 결과(그 림16) 위와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 2차시에서 문제분해(C4)와 1차 추상화 (C5) 과정에서는 추상화(P2)와 컴퓨팅 실천과정 및 산출물 분석과 평가(P4)가 나타났다. 3-4차시에서 개념형성의 부분으로 CT구성요소로는 자료수집(C1), 자 료분석(C2), 자료표현(C3)이 있었으며, 실천요소로는 현실문제와 컴퓨팅 연결하 기(P1), 컴퓨팅 산출물을 위한 도구나 컴퓨터 사용하기(P2)가 나타났다. 5차시 에서는 2차 추상화(C5)와 알고리즘과 절차화(C6)과정이 나타났으며 실천요소로 는 P2와 P3, P4(컴퓨팅 실천과정 및 산출물 분석과 평가)가 나타났다. 6-8차시 는 컴퓨팅 사고에서 특징적으로 나타나는 알고리즘과 절차화(C6), 자동화(C7), 시뮬레이션(C8), 일반화(C9)이 나타난다. 동시에 실천요소로서 P2, P3, P4, P5 (의사소통하고 협력하기)가 나타났다.

김교사의 수업역시 손교사의 수업과 비슷한 결과를 확인할 수 있다(그림17).

김교사는 1차시에서 학생들의 주제관련 흥미를 유발한 후 2차시부터 6차시까지 개념형성단계로 보았다. 그과정에서 CT구성요소로 자료수집(C1), 자료분석(C2), 자료표현(C3)이 나타났으며, 동일 차시에 컴퓨팅 사고 실천요소로는 현실문제와 컴퓨팅 연결하기(P1), 컴퓨팅 산출물을 위한 도구나 컴퓨터 사용하기(P2)가 나 타났다. 6-8차시는 문제를 해결하기 위한 준비단계로 컴퓨팅 사고 구성요소로는 C4, C5, C6, C7이 나타났으며, 실천요소로는 P3, P4, P5가 나타났다. 문제를 해 결하는 9-10차시에서는 C7, C8, C9과 P2, P3, P4, P5가 골고루 나타났음을 확인 하였다.

컴퓨팅 사고가 적용된 수업 프로그램의 구성요소와 실천요소를 분석한 결과 개념형성단계인 C1, C2, C3 단계는 실천요소의 P1, P2와 병렬적으로 나타남을 알 수 있었다. 또한 구성요소의 추상화(C5)와 실천요소의 추상화(P3)는 정의적 요소와 실천적 요소가 유사한 의미를 가지며 함께 나타남을 확인할 수 있다. 구 성요소의 문제분해(C4)는 추상화와 같이 나타나며 추상화를 위한 하위적 요소로 판단된다. 개념을 활용하는 C6, C7, C8, C9의 단계는 실천요소의 P2, P3, P4, P5와 함께 나타남을 알 수 있었다.