SW 교육에서의 컴퓨팅 사고력 기반 디자인 중심 모형(NDIS)의 효과분석
전수진† 요 약
본 연구의 목적은 SW 교육에서 학습자들의 컴퓨팅 사고력을 신장시키기 위한 디자인 중심 모형 (NDIS)의 효과를 검증하는 것이다. NDIS는 실생활의 문제를 학습자가 스스로 찾고 사용자의 요구사항 을 분석하여 설계하고 구현하는 프로젝트형 학습 모형이다. 이러한 NDIS의 효과를 검증하기 위해 SW 교육 수업 경험이 있는 중급 수준의 G 교육대학교 학생을 대상으로 실험하였다. 비교반에는 전통적인 프로젝트 모형을 적용하였고, 실험반에는 CT 기반의 NDIS 모형을 적용하였다. 실험반은 비교반에 비해 높은 CT 서술형 수행평가 점수를 보였으며 이는 유의미한 차이를 보였다. 또한, 학생들은 컴퓨팅을 이 용한 실생활 문제 해결에 대한 자신감과 CT 향상에 대해 긍정적인 인식을 보였다.
주제어 : SW 교육, 컴퓨팅 사고력, 프로젝트 학습법, NDIS, 정보 교육
The Effect of Design-Oriented Model (NDIS) based on Computational Thinking in SW Education
Soo-Jin Jun† ABSTRACT
The purpose of this study is to verify the effect of the design - oriented model (NDIS) for enhancing learner 's computing thinking in SW education. NDIS is a project-based learning model in which learners find real-life problems, analyze their needs, and design and implement them. In order to verify the effectiveness of NDIS, we experimented with middle level G education university students who had previously experienced SW education class. The traditional project model was applied to the control group and the NDIS model based on CT was applied to the experimental group. The experimental group showed a higher CT narrative performance evaluation score than the comparative group, which showed a significant difference. In addition, students showed a positive perception of self-confidence and CT improvement in solving real-life problems using computing.
Keywords : SW Education, Computational Thinking, Project learning method, NDIS, Informatics education
†정 회 원: 상미초등학교 교사
논문접수: 2017년 2월 2일, 심사완료: 2017년 3월 23일, 게재확정: 2017년 3월 27일
1. 서론
최근 교육부와 미래부는 2014년 SW중심사회실 현 정책 지원을 위해 SW 중심사회를 위한 인재 양성 추진계획 을 수립하여 발표하였다[1]. 이러한 국가적 흐름은 SW 교육이 단순히 전문 엔지니어 를 양성하려는 것이 목적이 아니라 보편적 교육 측면에서 사고력 계발을 목적으로 하고 있음을 보이고 있다. 특히, Wing(2006)에 의해 제기되었 던 컴퓨팅 사고력(Computational thinking: CT)의 역량을 갖추는 것은 SW 교육의 중요한 화두가 되고 있다[2].
이에 교육부는 2015 개정 교육과정에서 이러한 SW 교육을 강화하기 위하여 초등학교에서는 실 과 교과에서 17시간을 확보하였으며, 중학교에서 는 ‘정보’교과를 필수로 하여 CT 기반 문제 해결 교육과 알고리즘 및 프로그래밍 개발 등의 내용 으로 34시간 교육하기로 하였으며, 고등학교에서 는 '정보‘ 과목을 일반 선택으로 하여 다양한 분 야와 융합한 알고리즘 설계 및 프로그램 개발 중 심의 교육을 실시하기로 하였다[3]. 또한, 인문계 학생 등을 대상으로 대학 내 SW 기초교육을 확 대하고 있는데, 모든 비전공자에게 전공별 특성에 맞는 SW 기초 교육을 의무화하고 있다[1].
이러한 CT의 핵심에는 추상화와 자동화가 있 으며[2], 이를 통한 문제 해결 능력을 키우기 위해 서는 알고리즘과 프로그래밍 학습이 필수적이라 할 수 있다. 그러나 CT를 체계적으로 학습하는 것은 초보 학습자들에게 쉽지 않기 때문에 SW 교육이 학교 현장에 안정적으로 정착되려면 다양 한 교수 학습 방법에 대한 연구는 매우 중요하다.
여러 연구진들이 다양한 SW 교수학습방법 및 전
략에 대한 연구를 진행하고 있으며
[4][5][6][7][8][9][10][11][12], 최근 한국교육학술정 보원에서는 ‘SW 교육 교수학습 모형 개발 연구’
를 통해 다양한 교수학습방법을 제안하였다[13].
그럼에도 불구하고 현재 CT를 중심으로 한 교 수학습 방법에 대한 연구는 실질적으로 매우 부 족하며 그 효과에 대한 검증이 충분히 이루어지 지 못하고 있다. 특히, 중급 이상의 학습자에 대 해서는 기존의 단순 흥미 위주의 SW 교육이 아 니라 실생활과 연관 지어 창의적으로 자신의 SW
를 구현하도록 체계적으로 안내될 때 자연스럽게 학습자들의 CT가 신장될 수 있기 때문에 그에 맞는 교수학습방법이 필요하다. 기존의 교수학습 방법들이 게임이나 스토리텔링 등의 학생들의 흥 미 위주의 학습 콘텐츠를 제시하거나 제작하도록 구성되어 실생활의 문제와 연계하여 실제적인 CT를 훈련하고 향상시킬 수 있는 중급수준 이상 의 교수학습 모델의 개발이 절실하다.
이에 본 연구에서는 실질적으로 학습자들이 실 생활에서의 필요와 요구를 스스로 찾고 SW로 구 현하는 과정을 경험함으로써 CT를 향상시킬 수 있도록 안내하는 교수학습 방법을 제시하고자 한 다. 즉, CT 기반의 디자인 중심 모형인 NDIS 모 델을 설계하고 그 효과를 검증하고자 한다. 이러 한 CT 기반의 NDIS 모형은 중급 이상의 학생들 로 하여금 프로그래밍의 필요성을 느끼고 학생들 의 실제적인 CT를 향상시킬 수 있는 대표적인 교수학습 모델로 기여할 수 있을 것이다.
2. 관련연구
2.1 컴퓨팅 사고력과 SW 교수학습방법 CT는 Wing(2006)이 컴퓨터 과학자의 문제해결 을 위한 사고 과정이며 모든 사람들에게 필요한 역량이 될 것이라고 주장하면서 그 중요성이 부 각되었다[2]. Wing은 추상화와 자동화가 CT의 하 위요소라고 소개했으며, 미국 컴퓨터과학 교사협 회인 CSTA는 CT를 추상화, 자동화, 분석에 주안 점을 둔 컴퓨터 과학의 핵심 원리이자, 컴퓨터 과 학과 모든 학문 분야를 연관시킬 수 있는 컴퓨터 로 해결할 수 있는 문제들의 해법을 분석하고 발 전시키는 문제해결 방법론의 하나라고 정의 하였 다(CSTA, 2011). 이러한 CSTA와 Wing(2006)와 비교하여 제시한 CT 요소는 <표 1>과 같다[15].
Wing (2008) CSTA & ISTE (2011) 추상화 자료수집, 자료 분석, 자료표현
문제 분해, 추상화, 알고리즘 및 절차 자동화 자동화, 병렬화, 시뮬레이션
<표 1> 컴퓨팅 사고력의 구성요소 비교[15]
이와 같은 SW 교육에 있어서의 CT 역량을 향
상시키기 위한 교수학습방법에 관한 연구는 다음 과 같이 일부 진행되어 왔다.
미국 MIT 대학의 미디어랩은 ‘창의 컴퓨팅 가 이드북’을 통해 디자인 기반 학습을 제안하였다 [16]. 이러한 창의 컴퓨팅 교육방법은 컴퓨팅 사고 를 바탕으로 ‘디자인하기’, ‘개인화하기’, ‘협력하 기’, ‘되돌아보기’의 네 단계로 되어 있다[16]. 이러 한 DBL은 프로그래밍 능력과 흥미도를 긍정적으 로 변화시켰고, 자신의 아이디어를 창작물로 제작 하고 의미 있는 결과물을 만드는 것에 효과적이 라고 검증되었다[4].
전수진과 한선관(2016)은 UMC(Use-Modify-Cr eate) 전략이 CT 개념과 실습능력에 도움을 주었 다고 밝혔으며 특히 Use단계와 Create 단계의 탐 색과 자기 주도적 개발과정이 CT 능력 향상에 도움을 주고 있음을 검증했다[7].
이은경(2009)은 CT 능력 향상 지원을 위해 교 육용 로봇을 활용한 로봇 프로그래밍 교수학습 모형을 개발하였다. 이러한 로봇 프로그래밍 교수 전략은 학습자의 내적 동기 및 적극적인 인지적 참여를 유발하고 실세계의 새로운 문제 상황으로 의 전이 촉진에 초점을 두고 개발되었다[8].
이와 같이, 이러한 몇몇 연구들이 학습자의 CT 향상에 기여할 수 있는 교수학습방법으로 일부 제시되었으나 여전히 부족한 실정이다. 반면, 본 연구에서 제시하는 NDIS 프로젝트 기반의 학습 모형과 관련된 연구들은 다음과 같았다.
이승헌과 김갑수(2008)는 초등학생들의 프로그 래밍 교육을 위해 프로젝트를 기반으로 한 프로 그래밍 수업은 프로그래밍 학습에 대한 관심을 고조시켰으며, 논리적 사고를 신장시키는데 도움 이 되었고, 학습자 주도성 등의 정의적 영역에도 긍정적인 효과가 있었다고 밝혔다[9].
채수진과 황성호(2005)는 프로젝트 학습을 적용 한 프로그래밍 수업은 학생들의 문제해결 능력과 팀워크 능력을 함양하는데 효과적이나 과제의 분 배와 학습난이도에 부정적인 결과를 보였다고 언 급했다[10].
배영원(2009)은 효과적인 프로젝트 기반 프로그 래밍 교육을 위해서는 교수자의 보다 체계적인 교수 설계를 통해 학습자가 교육의 주체가 되도 록 하고 흥미로운 주제를 스스로 선택하여 학습
하도록 하여 학습자들의 고등 사고력이 신장되도 록 해야 한다고 언급하였다[11].
박래형(2007)은 프로젝트 수업이 여러 요구를 충족할 수 있고 다른 개발자들과의 협조와 협동 을 요구하는 대규모 프로젝트 분야에 투입한 개 발자를 양성하기 위한 대안이 될 것이라고 언급 하였다. 즉, 이러한 프로젝트 기반 프로그래밍 수 업은 중․고등학교 현장에 가장 유용하고 현실적 인 교육방법이라고 강조하였다[12].
이러한 연구들은 프로젝트 기반의 프로그래밍 학습이 영재 교육이나 중고등학교 수준에 적합하 며 문제해결력이나 논리적 사고와 같은 고등사고 와 팀워크 등에 긍정적인 영향을 주었다고 제시 하였다. 그러나 CT를 기반으로 한 프로젝트 교수 학습방법의 개발과 그 효과 검증에 관한 연구가 부족하다는 것을 알 수 있다.
2.2 디자인 중심 모형(NDIS)
최근 KERIS (2015)에서 발표한 ‘SW 교육 교수 학습 모형 개발 연구’에서는 NDIS 학습 모델(디 자인 중심 모형)은 스탠포드 대학교의 d-School 에서 제시한 디자인 사고 과정을 따른다고 언급 하고 있다[13].
본 연구에서는 이러한 디자인 중심 모형인 NDIS 프로젝트 학습을 적용하여 그 효과를 검증 하고자 한다. NDIS 모형의 단계별 학습 방법은 다음 [그림 1]와 같다[13].
[그림 1] CT기반 NDIS 모형의 단계[13]
요구분석(Need)의 단계는 인간 중심의 관찰과 사용자 요구분석에 주안점을 둔다. 인간중심 요구 분석은 인간에게 이로움을 주고 발전적인 방향으 로 하는 것을 목표로 한다. 설계(Design) 단계는 단순한 계획서가 아니라 사고의 확장과 창의적인
아이디어 산출에 초점을 맞춘다. 문제의 분해와 패턴 등을 표, 다이어그램, 이미지, 마인드맵, 그래 프 등으로 시각화할 수 있다. 구현(Implementatio n) 단계는 제작, 재구성, 개발을 포함한다. 프로그 래밍과 피지컬 컴퓨팅을 통해 구현함으로써 학습 자의 CT를 종합적으로 신장시키도록 구성한다.
공유(Share)의 단계는 단순히 산출된 작품의 소개 를 넘어 제작 의도와 설계 및 구현 과정에 대한 전 과정을 공유한다. 공유를 통해 요구분석과 설 계에 대한 근본적인 평가를 하게 된다.
3. 연구 방법 및 절차
3.1 CT 기반 NDIS 모형 설계
본 연구에서는 이러한 NDIS 모형의 단계에 CAST(2011)에서 제시한 컴퓨팅 사고력의 요소를 적용하여[14] CT 기반 NDIS 프로젝트 학습 모형 과 프로젝트 예시는 다음과 같다.
CT 요소 프로젝트 예시
문제 설정, 목표 상태
이해
자료 수집
자료 분석
자료 표현
<표 2> 요구분석 단계의 CT 요소와 예시
<표 2>와 같이, 요구분석(Need) 단계에 포함된 CT 요소는 문제 설정 및 목표 상태 이해, 자료 수집, 자료 분석, 자료 표현이다. 먼저, 학생들 스 스로 실생활에서 개인이나 특정 대상의 필요에 의한 요구 사항을 생각해 보고 문제 상황을 설정 하여 현재 상태와 목표 상태를 설정한다. 그리고, 관련 자료를 인터넷, 실험, 설문, 실생활 주변 등 에서 수집하고 분석하여 표나 다이어그램 등으로 표현한다. 예를 들어, 빨래감의 무게에 따라 자동 으로 세제나 코스를 정해주는 세탁기를 구현한다 면, 빨래의 양에 따른 세제의 양에 대한 데이터를 수집한다. 이러한 자료들을 핵심요소를 중심으로 분류 및 분석하고 보기 쉽게 표나 그림으로 나타 낸다.
CT 요소 프로젝트 예시
문제 분해
추상화
알고리즘
<표 3> 설계 단계의 CT 요소와 예시
둘째, <표 3>과 같이, 설계(Design) 단계에서는 요구분석 단계에서 설정한 문제를 처리과정 순이 나 기능별로 작게 분해하며, 일련의 패턴이나 기 준을 찾고 그에 대하여 수식, 그림, 표 등으로 간 략하게 표현하는 추상화 과정을 가진다. 추상화 과정은 프로그래밍 언어로 구현하기 전에 프로젝 트에 대한 스토리, 필요 객체, 변수(리스트)와 같 은 데이터, 핵심 모듈의 수식, 객체 간 상호작용
등을 단순화하는 것이다. 또한 구현할 핵심 알고 리즘을 순서도, 수도코드 등으로 표현하도록 한 다. 이렇게 추상화된 모듈들에 대해 알고리즘을 적는다. 예를 들어, 자동 세탁기 구현을 위해 핵 심요소인 빨래의 양과 세제의 양을 각각 변수로 설정하고 빨래 양에 따른 세제 양에 대해 기준을 정하여 부등호나 그림으로 표현하여 추상화 할 수 있으며, 조건문을 활용하여 알고리즘 슈도코드 를 적는다.
셋째, <표 4>와 같이, 구현(Implementation) 단 계에서는 앞에서 작성한 모듈별 알고리즘을 프로 그래밍 언어로 구현해 보도록 한다. 이때 어떤 파 라미터 값을 주고받을 것인지 시뮬레이션을 구상 해 보고, 분해된 문제들을 병렬 처리하도록 한다.
CT 요소 프로젝트 예시
자동화
시뮬레이션
병렬화
<표 4> 구현 단계의 CT 요소와 예시
넷째, <표 5>와 같이, 공유 단계에서는 설계의 전 과정을 발표를 통해 공유하고 피드백을 받아 사용자 요구에 적합한지 평가하고 수정한다. 공유 단계에서 논의된 평가결과와 의견, 자기성찰을 통 하여 모든 단계에 대한 전반적인 수정 보완 작업 을 하도록 한다.
CT 요소 프로젝트 예시
공유와피드백
<표 5> 공유 단계의 CT 요소와 예시
3.2 연구 설계
본 연구는 K교육대학교 1학년 2개 학급을 실험 집단과 비교집단으로 선정하여 실험하였다. 이 두 반은 이전 1학기에 SW 기본 학습을 이수한 경험 이 있는 중간이상 정도 수준의 학생들이었다.
실험집단에는 앞 장에서 제시한 ‘CT 기반의 NDIS의 프로젝트 학습’을 실시하였고, 비교 집단 에는 이승헌(2008)이 제시한 ‘준비-기획-수행-정 리’의 일반적인 프로그래밍을 위한 프로젝트 학습 을 실시하였다[9]. 두 수업 모두 학생들은 3인 1조 로 팀을 구성하여 팀별 프로젝트 주제를 자유롭 게 선정하게 하여 진행하였다.
실험 전, 학습자의 SW 교육 경험과 능력 수준 을 설문하여 동질집단임을 확인하였으며, 실험 후 에는 두 반 모두 전수진과 한선관(2016)이 제시한
‘CT 서술형 수행평가’[17]를 실시하여 CT 능력을 비교하였다. 또한, 실험반에 대해서는 NDIS 모형 에 대한 인식 설문을 추가하여 실시하였다.
이를 정리하면 <표 6>과 같다. 검증을 위해 독 립변인은 NDIS 모형을 적용한 SW 학습이고, 종 속변인은 컴퓨팅 사고력이다. 또한, 실험반을 대 상으로는 NDIS 모형에 대한 인식을 알아보기 위 한 설문을 실시하여 분석하였다.
반 사전검사 실험처치 사후검사
G1
O1 X1 O2-1
G2 X2 O2-2
<표 6> 연구 설계
G1 : 실험반, G2 : 비교반
O1 : SW 교육 경험 및 능력설문(사전 검사) O2-1, O2-2 : CT 수행평가(사후 검사) O2-1: NDIS 모형에 대한 인식설문
X1 : CT기반 NDIS 모형을 적용한 SW 수업 X2 : 기본적인 프로젝트 학습을 적용한 SW 수업[9]
3.3 연구 분석 방법
첫째, 학생들의 CT 수준을 비교하기 위해 CT 기술형 수행평가를 통해 영역별 점수를 비교하였 다. 본 연구에서는 두 집단 모두 조별 프로젝트를 제작하였기 때문에 학생들의 개별 CT 능력을 측 정하기 위해서 ‘CT 서술형 수행평가’ 문항을 이 용하여 개인별 CT 능력을 측정하였다.
<표 7>에서 제시된 것 같이 CT 서술형 수행평 가는 ‘실험과 반복하기’, ‘테스트와 디버깅’, ‘재사 용과 재구성’, ‘추상화와 모듈화’의 4가지 영역에서 학생들이 프로젝트를 수행하는 과정에서 학습하 고 인지한 내용을 서술형으로 기술하도록 되어 있다. 채점은 전수진과 한선관(2016)의 연구에서 제시한 낮음, 보통, 높음의 3단계로 된 평가 루브 릭을 이용하여 영역별 최대 3점, 총 12점 만점으 로 하여 일관 되도록 채점하였다[17]. 또한, 실험 반과 비교반의 CT 서술형 수행평가 점수의 영역 별 평균을 SPSS를 이용하여 ‘독립 표본 t검정’을 통해 평균을 비교하였다.
항목 질문
반복하기실험과 프로젝트를 만들면서 새롭게 시도한 예를 제시하 고 이때 사용한 방법을 쓰시오.
테스트와디버깅
내 프로젝트에서 문제를 해결하기 위해 어떻게 수정하고 해결했는지 실제 문제 상황을 예시로 제시하고 그 방법을 구체적으로 쓰시오.
재사용과재구성
프로젝트를 개선하기 위해 다른 프로젝트의 일부 분(스크립트, 아이디어, 소재)을 내 작품에 활용 한 방법을 예를 들어 구체적으로 적으시오.
추상화와모듈화
현실의 문제를 프로젝트로 구현하기 위해 스크립 트를 어떻게 만들었는지 예시를 들어 그 과정을 이해하기 쉽게 구체적으로 쓰시오.
<표 7> CT 기술형 수행평가 문항[17]
본 연구 결과에 대한 CT 서술형 수행평가 도 구의 신뢰도를 특정하기 위해 신뢰도 분석을 한 결과 Cronbach의 알파 값은 .632로 신뢰 있는 결 과를 나타냈다.
둘째, 실험반 학생들의 NDIS 학습에 대한 인식 을 설문을 통해 분석하였다. 먼저, NDIS 단계별 로 ‘수행 난이도’와 ‘CT를 향상 시키는데 도움’을 주었는지에 대한 인식에 대하여 5점 척도로 표시 하도록 하여 평균값을 분석하였다. 또한, 학생들 의 NDIS 모형을 적용한 수업이 자신에게 어떤 도움을 주었는지 분석하기 위해, 주관식 설문 문 항 응답 내용을 키워드 분석을 통해 일반화된 결 론을 도출하는 질적 연구 기법인 ‘근거이론 (Grounded theory)’을 통해 분석하였다.
3.4 연구 대상
본 연구의 실험은 K교육대학교 1학년생을 대상
으로 실험집단 31명과 비교집단 32명을 대상으로 이루어졌다. 두 반은 모두 블록형 프로그래밍 언 어를 사용한 SW 교육을 1학기 이상 이수한 상태 였으며 ‘순차, 반복, 선택, 이벤트, 제어, 데이터, 병렬화’의 기본적인 프로그래밍 개념과 기능을 습 득한 상태였다. 또한, 본 연구의 가설을 검증하기 위해 대상 학생들의 사전 SW 교육 경험 수준과 SW 구현 능력에 대한 사전 설문을 실시하여 두 집단이 동일 집단임을 검증하였다.
SW 교육의 경험 수준은 모두 3단계로 구분하 여 1단계는 ‘관련 수업을 들어본 적 없다’, 2단계 는 ‘1학기～2학기 수강’, 3단계는 ‘3학기 수강 이상 수강’으로 구분 지었다. 또한, SW 구현 능력은 5 점 척도로 점수화 하여 집단별로 평균을 산출하 였다.
설문 결과, SW 교육 경험은 <표 8>에서 보는 바와 같이 비교집단은 평균 1.94단계, 실험집단은 평균 2.06단계로 대체로 1～2학기 정도의 수업을 수강한 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적 으로 유의미 하지 않았다. SW 구현 능력은 <표 5>에서 보는 바와 같이 비교집단은 2.89점, 실험 집단은 2.56점으로, 두 집단 모두 중간 정도의 능 력을 가지고 있다고 응답하였으며 이러한 차이는 통계적으로 유의미하지 않았다. 따라서 이 두 집 단은 동일한 집단임이 검증되었다.
반 평균 표준편차 t Sig.
SW 교육 경험
비교반 1.94 .67
-.414 .680 실험반 2.00 .52
SW 구현 능력
비교반 2.89 .84
1.283 .205 실험반 2.56 1.24
<표 8> SW 교육에 대한 사전 경험과 능력
4. 결과 분석
4.1 프로젝트 산출물 예시
본 연구를 위해 비교반과 실험반 내에서 각각 한 조당 3명씩 팀을 이루어 프로젝트를 진행하였 으며, 프로젝트 학습은 학생들이 스스로 프로젝트 주제를 선정하게 하였다.
반 학생 선정 주제 목록
비교반 미니 게임 천국, 헤리 포터 게임, HP게임, 아관파천 학습 게임, 펭귄게임, 불끄기 시뮬레이션 게임, 산타 스토리텔링 게임, 보물찾기 게임, 스토리텔링 게임
실험반
무시무시한 알람, 전기장판 자동 온도조절 장치, 금붕 어 자동 먹이 지급기, 세탁물 무게감지 시뮬레이터, 전력 절약 관리 시스템, 식사 메뉴 정하기, 택배비 예 측 프로그램, 상황 맞춤 코디, 유모차 자동 덮개
<표 9> 반별의 팀 프로젝트 선정 주제
<표 9>에서 보는 바와 같이 두 그룹은 주제 영역 선정에 있어서 차이를 보였는데 이러한 주 제의 차이는 비교반과 실험반의 프로젝트 모델의 특성에 따라 다르게 나타남을 알 수 있다.
이러한 주제를 전수진(2017)의 SW 교육 콘텐츠 주제영역 분류 기준에 의해 분석해 보면[18], 비교 반에서는 ‘게임’, ‘시뮬레이션’, ‘스토리텔링’, ‘학습 콘텐츠’ 등의 흥미 위주의 콘텐츠 주제로 선정하 는 경향이 강했으며, 실험반에서는 실생활의 문제 를 해결하는 형태의 ‘실생활 중심 콘텐츠’가 주를 이루었다. 이러한 결과는 실험반 학생들은 NDIS 모델의 특성에 따라 실생활의 문제나 사용자의 요구에 대한 해결을 위한 주제를 선택하게 되기 때문이다.
4.2 CT 서술형 수행평가 비교분석
본 연구에서 수업 후 학생들을 대상으로 실시 한 CT 서술형 수행평가 결과는 <표 10>과 같다.
첫째, 전체적으로 실험반(M:9.74, SD:1.77)이 비 교반(M:8.16, SD:245)에 비해 CT 수행평가 능력 이 높게 나타났으며 이는 통계적으로 유의미하였 다(p<0.01)
둘째, 실험과 반복하기 영역에서 실험반(M:
2.94, SD:0.25)이 비교반(M:2.09, SD:0.89)에 비해 CT 수행평가 능력이 높게 나타났으며 이는 통계 적으로 유의미하였다(p<0.001)
셋째, 테스트와 디버깅 영역에서도 실험반 (M:2.65, SD:0.71)이 비교반(M:2.13, SD:0.73)에 비 해 CT 수행평가 능력이 높게 나타났으며 이는 통계적으로 유의미하였다(p<0.5)
반 구분
비교반 실험반
t Sig.
Avg. Std. Avg. Std.
반복하기실험과 2.09 .89 2.94 .25 -5.129 .000***
테스트와
디버깅 2.13 .87 2.65 .71 -2.595 .012* 재사용과
재구성 1.84 .95 2.00 1.03 -.624 .535 추상화와모듈화 2.09 .73 2.16 .58 -.403 .688 계 8.16 2.45 9.74 1.77 -2.951 .005**
*p<0.5, **p<0.01, ***p<0.001
<표 10> CT 서술형 수행평가 영역별 점수 비교
4.3 NDIS 프로젝트에 대한 인식 분석 4.3.1 NDIS 프로젝트의 단계별 인식 분석
본 연구에서 수업 후 실험 반에 대해서 실시한 NDIS 모형의 단계별 학생들의 수행 난이도와 CT 향상에 도움이 되었는지에 대한 인식을 분석 한 결과는 다음 [그림 2]와 같다.
분석 결과, 설계와 구현 단계는 요구분석과 공 유 단계에 비해 수행 난이도가 높았으나, CT 향 상에 도움을 준 것으로 인식 되었다. 학생들은 설 계의 수행난이도는 평균 3.68(SD:0.83), 구현의 수 행난이도는 평균 4.06(SD;0.93)로 중상 이상의 어 려움을 느꼈다고 응답했으나, 설계 단계는 평균 3.57(SD:0.92), 구현 단계는 평균 3.65(SD:1.05)로 CT 향상에 도움을 주었다는 응답이 상대적으로 높게 나타났다.
[그림 2] 프로젝트 단계별 난이도 및 CT 인식 4.3.2 NDIS 프로젝트 인식에 대한 질적 분석
학생들의 NDIS 모형을 적용한 수업이 자신에
게 어떤 도움을 주었는지 분석하기 위해, 주관식 설문 문항 응답들을 이용하여 질적 연구 기법인 근거이론(Grounded theory)을 통해 <표 11>과 같이 분석하였다.
분석을 위해 먼저 문장 내 31개의 키워드에 대 해 언급 횟수를 분석하였으며, 유사한 키워드를 재분류하여 실생활문제인식, 설계 능력, 구현능력, 사고력 및 자기 효능감의 4가지 상위 범주를 설 정하였다. 이러한 분석에 대한 일반화 내용은 다 음과 같다.
첫째, 실생활의 문제를 컴퓨팅을 통해 어떻게 해결해야 할지에 대한 인식이 두드러졌다. ‘실생 활 문제 및 해결’ 관련 키워드가 61회 사용되었으 며, 이는 Need 단계에서 실생활과 관련된 요구분 석을 통해 실생활 문제에서 그 필요를 찾아 해결 하는 CT의 근본적인 의미와도 부합한다.
범주 단어(횟수) 계
실생활 인식(N)문제
생활(10), 실생활(13), 현실(1), 상황
(7) 31
문제(14), 문제해결(1), 해결(9), 불 61 편(1), 개선(1), 고민(4) 30
설계 능력 (D)
분해(2), 분석(4), 세세하게(1), 세분
(1), 패턴(1) 9
알고리즘(7), 처리(1) 8 21
설계(4) 4
구현 능력(I) 엔트리(4), 구현(10), 실현(1), 프로
그램(5), 시뮬레이션(1), 구동(1) 22 22 사고력 및
자기 효능감
컴퓨팅 사고력(4), 사고력(6), 논리 (3), 컴퓨터의 사고(1), 창의(1) 15
24
자신감(2), 도움(7) 9
<표 11> NDIS에 대한 인식 질적 분석
둘째, 설계와 구현 과정에 대하여 긍정적인 인 식을 볼 수 있었다. 설계와 관련하여서는 문제를 분해하고 분석하여 알고리즘을 구성하는 것과 관 련된 키워드에 대해 21회 언급하여 설계 능력 향 상에 대한 긍정적인 인식을 보였으며, 프로그래밍 언어로 구현하는 과정에 관한 키워드도 22회 언 급되었다.
셋째, NDIS 수업을 통해 컴퓨팅 사고력 및 자 기 효능감에 대해 긍정적인 도움을 받았다고 인 식하고 있었다. 사고력 및 자기 효능감 관련 키워 드가 24회 언급되었으며, 이는 실생활 문제 해결
과 관련된 요구분석, 설계 및 구현 능력과 연관 지어 나타났다.
5. 결론 및 제언
본 연구에서는 CT 기반의 NDIS 모형을 설계 하고 적용하여 그 효과를 검증하였으며 그 결과 는 다음과 같다.
첫째, CT 기반의 NDIS 학습모델은 학생들의 컴퓨팅 사고력 향상에 기여하였다. 특히, 비교반 에 비해 실험반은 ‘실험하기와 반복하기’, ‘테스트 와 디버깅’의 CT 영역에서 유의미한 차이를 보였 다. 이는 NDIS 모형을 통해 학생들은 실생활 문 제를 발견하고 해결하기 위한 다양한 알고리즘을 시도하게 되며 문제를 해결하기 위한 다양한 시 행착오에 의한 것임을 추측할 수 있다.
또한, CT 기반의 체계적인 설계과정으로 인해 문제를 분석하고 구현(자동화)을 위한 데이터를 표현하며 패턴을 찾는 등의 실제적인 추상화 경 험을 통해 전반적인 CT 향상에 도움을 주었다.
이는 비록 학생들은 NDIS 학습 단계 중 설계 및 구현 단계의 수행에 대해 어려움을 가장 많이 느 꼈으나 CT 향상에는 가장 많은 도움을 받은 것 으로 인식한 결과를 통해서도 알 수 있었다.
둘째, NDIS 모형은 실생활의 문제를 컴퓨팅을 통해 어떻게 해결해야 할지에 대한 자신감을 높 여주었다. 학습자는 인간중심 요구분석을 통해 실 생활의 문제를 관찰하고 문제를 발견하여 해결하 는 과정을 통해 우리의 삶과 SW가 어떻게 유기 적으로 관련되었는지 인식할 수 있었으며 SW에 대한 필요성도 실감하게 되었다.
또한, NDIS 모형을 통한 학습은 CT 뿐만 아니 라 실생활 문제를 컴퓨팅으로 해결할 수 있다는 자신감과 창의성 같은 자기 효능감 향상에도 도 움을 주었음을 수업에 대한 질적 분석을 통해서 도 알 수 있었다.
결론적으로, SW 교육이 궁극적으로 컴퓨팅 사 고력을 가진 창의․융합 인재를 키우는 것에 목 적이 있다고 볼 때[19], 본 연구에서 제시한 NDIS 모형은 학습자의 실생활과 연계한 문제에 대한 관찰력과 문제 인식을 높이고 CT를 기반으로 한 문제해결 능력 신장에 도움을 줄 것이다. 이와 같
이, 앞으로도 단순히 프로그래밍 기능을 익히거나 흥미 위주의 SW 교육을 넘어서 실생활에서 문제 를 발견하고 CT를 기반으로 해결에 도전할 수 있는 기회를 제시해 줄 수 있는 교수학습방법에 대한 연구가 상당히 필요할 것이다.
참 고 문 헌
[ 1 ] 미래부. (2016). SW 중심사회를 위한 인재양 성 추진계획, 교육부·미래부 보도자료, 2016.7.21.http://www.msip.go.kr/web/msipCo ntents/contentsView.do?cateId=mssw311&ar tId=1270998
[ 2 ] J. M. Wing. (2006). Computational Thinking. Communication of the ACM, 33-35.
[ 3 ] 교육부. (2015). 2015 개정 교육과정.
[ 4 ] Jun, S., Han, S., Kim, S.. (2016). Effect of design-based learning on improving com- putational thinking. Behaviour &
Information Technology, 1-11.
[ 5 ] 김수환. (2015). Computational Thinking 증 진을 위한 학습자 중심의 교수학습 전략의 효과. 정보교육학회논문지, 19(3), 323-332.
[ 6 ] 전수진. (2016). 플립러닝이 소프트웨어 교육 의 학습동기에 미치는 효과. 정보교육학회논 문지, 20(5), 433-442.
[ 7 ] 전수진, 한선관. (2016). 컴퓨팅 사고 향상을 위한 UMC 수업전략의 개발과 적용. 정보교 육학회논문지, 20(2), 131-138.
[ 8 ] 이은경. (2009). Computational Thinking 능 력 향상을 위한 로봇프로그래밍 교수 학습 모형. 한국교원대학교 학위논문 (박사).
[ 9 ] 이승헌, 김갑수. (2008). 초등학생을 위한 프 로젝트기반 프로그래밍 수업모형 개발 및 적 용. 컴퓨터교육학회논문지, 11(2), 23-33.
[10] 채수진, 황성호. (2005). 논문: 프로젝트 학습 을 적용한 공학컴퓨터프로그래밍 수업 효과 연구. 공학교육연구, 8(3), 57-68.
[11] 배영권. (2009). 프로젝트학습 기반의 컴퓨터 프로그래밍 교육. 한국정보통신학회논문지, 13(5), 1038-1043.
[12] 박래형. (2007). 조별 프로젝트 수업을 적용 한 컴퓨터 프로그래밍 수업 방법 연구, 수원
대학교 교육대학원 석사학위논문.
[13] KERIS. (2015). SW 교육 교수학습 모형 개 발 연구, 2015년 교육정책네트워크 교육현장 지원연구, 수탁연구 CR 2015-35.
[14] Computer Science Teachers Association (20 11). CSTA K-12 Computer Science Standa rds. Computer Science Teachers Associatio n. http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12St andards.html.
[15] 김석전, 전용주, 김태영. (2016). Google CT 수업지도안 분석. 한국컴퓨터교육학회 학술 발표대회논문집, 20(1), 67-71.
[16] K. Brennan, M. Resnick(2012, April). New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking. In Proceedings of the 2012 annual meeting of the American Educational Research Association, Vancouver, Canada.
[17] 전수진, 한선관. (2016). Computational Thinking 역량 평가를 위한 서술형 수행평가 도구. 정보교육학회논문지, 20(3), 255-262.
[18] 전수진. (2017). SW 교육 콘텐츠의 주제 영 역에 대한 연구 동향과 학습자 선호 분석, 한국컴퓨터교육학회논문지, 20(1), 39-47.
[19] 교육부. (2015). 소프트웨어 교육 운영지침.
전 수 진
2000 경인교육대학교
초등교육학과(교육학사) 2005 경인교육대학교
컴퓨터교육과(교육석사) 2015 고려대학교 컴퓨터교육학과 (이학박사) 2000～현재 초등학교 교사 (현 상미초등학교) 관심분야: 정보교육, Computational Thinking,
SW 교육방법, SW 평가 E-Mail: [email protected]
