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-초등학생들의 프로그래밍 능력 향상을 위한
교수학습 방법 개발 및 적용
김용선†․ 유헌창††
†고려대학교 교육대학원 컴퓨터교육과․††고려대학교 대학원 컴퓨터학과
Development and Application of Teaching and Learning
Method for improvement of Programming Ability of
Elementary School Students
Yong-Sun Kim†․ Heon-Chang Yu††
†Dept. of Computer Science Education, Korea University of Education ․
††Dept. of Computer, Korea University
요 약
4차 산업혁명 시대를 맞이하여 창의적인 프로그래밍 학습을 위한 교육활동이 중요해지고 있다. 프로그래 밍 교수학습 방법에 대한 많은 연구들 중에서 특히 알고리즘과 프로그래밍 교육은 초보 학습자들이 프로그 래밍 활동을 효과적으로 하기 위한 중요한 교육이 될 수 있다. 이에 본 연구는 언플러그드 활동, 스크래치와 자바스크립트 프로그래밍 활동을 통한 수업을 진행하고, 프로그램 인식과 수업만족도를 분석하였다. 연구 결 과, 프로그래밍 활동에 대한 흥미와 문제해결에 대한 인식이 모두 높았고, 프로그래밍 활동의 두려움을 극복 하는 모습을 확인할 수 있었다. 본 연구는 초보 학습자를 위한 프로그래밍 활동에서 알고리즘을 작성하고 프로그래밍 언어로 구현하는데 도움을 주는 교수학습 방법을 제시했다는데 의의가 있다.1. 연구의 필요성 및 목적
2015 개정 교육과정에서는 정보와 정보처리기술을 올바르게 활용하고, 새로운 지식·기술을 창의적으로 생 성하며 협력적으로 문제를 해결하는 능력을 갖추는 것 을 목표로 하고 있다. 특히, 문제해결과 프로그래밍 영 역에서는 컴퓨터과학의 기본 개념과 원리에 따라 실생 활의 문제를 추상화하여 해법을 설계하고 프로그래밍 과정을 통해 소프트웨어로 구현하여 자동화할 수 있는 능력을 기르는 데 중점을 둔다. 또한, 문제해결과 프로 그래밍 영역에서 다루는 핵심 개념인 알고리즘을 문제 해결을 위한 효율적인 방법과 절차로 정의하고 있으 며, 프로그래밍 문제의 해결책을 프로그래밍 언어로 구현하여 자동화하는 과정으로 정의하고 있다[1]. 교수학습 방법은 알고리즘 학습을 위해 학습자의 흥 미와 동기 및 수준을 고려하여 알고리즘과 관련된 놀 이 활동, 퍼즐 등을 활용하도록 하고 있다. 또한, 프로 그래밍 학습을 위해 문제해결을 위한 프로그램 설계 및 개발 과정을 통해 컴퓨팅 사고력을 신장하는 데 초 점을 두도록 하고 있다. 이러한 2015 개정 교육과정의 목표에 따라 초등학생들에게 알고리즘을 가르치기 위 해 피지컬 컴퓨팅, 순서도 등 다양한 도구와 방법을 바탕으로 알고리즘 교육에 대한 교수학습 방법과 평가 방안을 제시한 연구가 활발히 진행되고 있다[2][3][4]. 따라서 본 연구에서는 기존의 연구를 바탕으로 프로 그래밍 활동에서 알고리즘을 작성하고 프로그래밍 언 어로 구현하는 데 도움을 주는 교수학습 방법을 제안 하고 학습자에게 얼마나 도움이 되었는지 확인하고자 하는 목적이 있다.2. 관련 연구
2.1 언플러그드 활동
언플러그드 활동은 다양한 활동과 놀이를 통해 컴퓨 터과학의 원리와 개념을 학습하는 것이다. 언플러그드 활동은 남녀노소 관계없이 쉽게 컴퓨터과학의 원리와 개념을 학습할 수 있기 때문에 초등학생들의 눈높이에 서 쉽고 재미있는 소프트웨어 교육으로 적합하다고 할 수 있다[5]. 본 연구에서는 언플러그드 활동에 대한 기존의 연구 를 바탕으로 컴퓨터의 기본 원리인 입력과 처리, 출력 에 대한 개념을 학습할 수 있도록 하였다.2.2 스크래치
스크래치는 MIT 미디어랩에서 개발한 교육용 프로2018년 한국컴퓨터교육학회 하계 학술발표논문지 제22권 제2호
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-구분 5학년 6학년 남 2 2 여 2 4 계 4 6 <표 1> 연구대상 G1 O1 X1 O2 G2 O3 X2 O4 설문내용 항목 설문요소 프로그래밍 인식 P1 컴퓨터 프로그래밍에 대한 흥미 P2 문제 해결과정 작성, 프로그래밍 에러 해결 P3 프로그래밍 언어 사용에 대한 자신감 P4 프로그래밍 활동에 대한 자신감 P5 프로그래밍 언어의 필요성 수업만족도 S1 수업에 대한 전반적인 만족도 S2 수업내용의 정리, 유익성, 전달력, 수준 S3 수업 난이도, 질의에 대한 응답, 수업량 S4 수업활동지 수준 S5 수업환경에 대한 의견 <표 2> 설문내용 및 설문요소 그래밍 언어이다. 문법 오류를 발생시키지 않고 명령 어를 시각적으로 제공하며 마우스를 사용하여 쉽게 프 로그래밍 할 수 있는 장점이 있어 초보 학습자의 문제 해결력 향상 및 동기 유발에 효과적인 프로그래밍 언 어이다. 국내에서는 2007년 이후 스크래치를 활용한 컴퓨터과학 교육 관련 연구가 많이 이루어져 왔으며, 최근에는 STEAM 교육의 도구로 사용한 연구, 컴퓨터 관련 교과 외 타 교과교육에 활용한 사례 등이 있다 [6][7][8][9]. 본 연구에서는 스크래치를 사용하여 초보 학습자가 작성한 알고리즘을 프로그래밍 언어로 쉽게 구현하는 과정을 경험할 수 있도록 하였다.2.3 자바스크립트
자바스크립트는 객체 기반의 스크립트 프로그래밍 언어이다. 특정 운영체제에 대한 제한을 받지 않고 대 부준의 웹브라우저에서 자바스크립트를 지원하고 있어 C, C++, C#, Java 등과 같이 많은 개발자들이 사용하 고 있는 범용적인 프로그래밍 언어이다[10][11][12]. 스크래치의 경우, MIT에서 제공한 사이트에서만 실 행가능하기 때문에 프로그램 결과를 수정, 확장, 공유 하기 어려운 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 일반적 인 프로그래밍 언어와 같은 문법을 사용하고, 웹브라 우저에서 쉽게 구현 결과를 확인할 수 있는 자바스크 립트를 사용하여 초보 학습자가 실제 프로그래밍 경험 을 할 수 있도록 하였다.3. 연구 방법
3.1 연구 설계 및 연구 절차
본 연구에서는 서울에 소재하고 있는 S 초등학교 5, 6학년 학생 10명을 대상으로 3시간 동안 수업을 진행 하였다. 수업에 참여한 연구대상은 <표 1>과 같이 5학 년 4명, 6학년 6명으로 구성되었다. 본 연구에서는 초보 학습자의 프로그래밍 능력 향상 을 위한 교수학습 방법을 제공하고, 학년별 학습자의 수업만족도를 확인하고자 하는 목적이 있다. 수업은 한 집단에서 이루어졌으며, 구체적인 연구의 실험설계 는 다음과 같다. G1: 5학년, G2: 6학년 O1, O3: 사전 검사(프로그래밍 인식) X1, X2: 언플러그드 활동, 스크래치, 자바스크립트 O2, O4: 사후 검사(프로그래밍 인식, 수업만족도) 언플러그드 활동은 30분 동안 진행하였으며, 스크래 치를 활용한 프로그래밍 활동은 1시간, 자바스크립트 를 활용한 프로그래밍 활동은 1시간 30분 동안 진행하 였다. 설문은 프로그래밍 인식과 수업만족도를 사전, 사후로 나누어 실시하였다. 프로그래밍 인식 설문은 컴퓨터 프로그래밍 에러 해결, 프로그래밍(스크래치, 자바스크립트) 언어 사용에 대한 자신감(수준), 프로그 래밍 활동내용(전체합·최댓값·최솟값 찾기, 변수·조건 문·반복문 사용하기), 프로그래밍 활동에서 스크래치의 필요성(유효성)에 대한 문항으로 구성되었다. 수업만족 도는 수업에 대한 전반적인 만족도로 구성되었으며, 두 설문 모두 5점 척도로 구성하였다. <표 2>는 설문 내용 및 설문요소를 나타낸 것이다.3.2 연구 도구
3.2.1 언플러그드 활동
컴퓨터의 기본 동작 원리인 입력과 출력에 대한 개 념 학습을 위해 언플러그드 활동을 하였다. [그림 1]은 2명씩 짝을 지어 한 명은 그림을 보고 정해진 규칙에 따라 숫자를 설명하는 컴퓨터의 입력 역할을 하고 다 른 한 명은 그림을 그려 완성하는 출력 역할을 하는 활동을 나타낸 것이다. [그림 1] 언플러그드 활동 예시2018년 한국컴퓨터교육학회 하계 학술발표논문지 제22권 제2호
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-구분 사전 사후 사후-사전 5학년 6학년 5학년 6학년 5학년 6학년 P1 3.50 4.00 4.50 4.50 1.00 0.50 P2 2.88 3.33 3.38 3.75 0.50 0.42 P3 1.63 1.92 3.94 4.13 2.31 2.21 P4 2.50 2.78 2.00 2.39 -0.50 -0.39 P5 2.63 2.67 3.50 3.50 0.88 0.83 <표 4> 프로그래밍 인식 조사 결과 구분 Cronbach`s α 항목의 N 프로그래밍 인식 .829 5 수업만족도 .901 5 <표 3> 신뢰도 통계 구분 5학년 6학년 S1 4.50 4.63 S2 4.63 4.50 S3 4.25 4.46 S4 4.25 4.17 S5 4.75 4.33 평균 4.48 4.42 <표 5> 수업만족도 조사 결과3.2.2 스크래치 프로그래밍 활동
스크래치 프로그래밍 활동에서는 반복 명령어를 사 용한 도형 그리기, 난수와 반복 명령어를 사용한 벽돌 깨기 게임, 리스트 만들기를 활용한 전체합·최댓값·최 솟값을 구하는 활동을 하였다. [그림 2]는 스크래치로 프로그래밍 활동을 수행한 화면을 나타낸 것이다. [그림 2] 스크래치 프로그래밍 활동 예시3.2.3 자바스크립트 프로그래밍 활동
프로그래밍 활동은 알고리즘을 설계하는 과정과 프 로그래밍 언어로 구현하는 과정으로 구분되는데, 스크 래치 프로그래밍 활동에서는 설계한 알고리즘을 구현 하는 학습을 하였고, 자바스크립트 프로그래밍 활동에 서는 스크래치로 알고리즘을 구현한 후, 스크래치 예 제 일부를 그대로 범용적인 프로그래밍 언어인 자바스 크립트 언어로 구현하는 학습을 하였다. 자바스크립트 는 학생들이 바로 사용할 수 있도록 미리 설치하여 학 습하였으며, 동작 원리와 프로그램 환경에 대해 학습 하였다.4. 연구 결과
프로그래밍 인식과 수업만족도에 대한 설문지의 신 뢰도는 Cronbach`s α(크롬바크 알파)가 각각 0.829와 0.901로 두 설문지 모두 신뢰도가 높은 것으로 나타났 다. <표 3>은 설문지에 대한 신뢰도 통계 결과이다.4.1 프로그래밍 인식
프로그래밍 활동 결과, 에러 발생에 대한 문제해결 인식의 변화(P2)와 프로그래밍 언어(스크래치, 자바스 크립트)의 사용이 어렵다는 응답(P3)은 5학년이 더 높 았고, 알고리즘을 스크래치로 먼저 구현해본 후 자바 스크립트로 다시 구현하는 경우와, 자바스크립트로 한 번에 구현하는 경우에 대해 프로그래밍 어려움 정도를 설문한 결과(P5), 수업 전에는 5학년이 6학년보다 더 어렵다고 응답하였으나 수업 후에는 비슷하였다. 특히, 전체합·최댓값·최솟값 산출, 변수·조건문·반복 문을 사용한 프로그래밍 활동(P4)에 대해, 5·6학년 모 두 수업 후에는 어렵다는 응답이 감소하였으며 수치는 5학년이 더 크게 감소하였다(1점에 가까울수록 프로그 래밍에 대한 어려움을 적게 느낌). 이를 통해, 초보 학습자의 경우 학년이 낮을수록 본 연구에서 제안하는 단계별 프로그래밍 학습 방법이 필 요함을 확인할 수 있었다. <표 4>는 프로그래밍 인식 조사 결과를 나타낸 것이다.4.2 수업만족도
수업 만족도 조사 결과 5·6학년 모두 평균 4.4이상(5 점 척도)이었다. 특히 5학년은 수업 내용의 정리·유익 성·전달력·수준에 대한 만족도가 높았고(S2), 6학년은 수업을 통해 새로운 것을 배우고 경험한 것에 대한 만 족도가 높았다(S1). <표 5>는 수업만족도 조사 결과이 다.5. 결론 및 제언
본 연구는 초보 학습자를 위한 프로그래밍 활동에서 알고리즘을 작성하고 프로그래밍 언어로 구현하는데 도움을 주는 교수학습 방법을 제시했다는데 의의가 있 다. 프로그래밍 인식과 수업만족도에 대한 설문을 수 행한 결과, 프로그래밍에 대한 흥미와, 현실 세계의 문 제를 프로그래밍을 통해 해결하고자 하는 수업 내용에 대한 만족도가 모두 높은 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안하는 프로그래밍 교수학습 방법을 초보 학습자에게 적용한 결과 다음과 같은 시사점을2018년 한국컴퓨터교육학회 하계 학술발표논문지 제22권 제2호
