컴퓨팅 사고
컴퓨팅 사고
7강 추상화
추상화의 학습 사례 추상화의 학습 적용 추상화의 원리
1 차시
2 차시
3 차시
1차시
추상화의 원리
추상화 는 다른 컴퓨팅 사고 요소와 비교할 때 무엇이 다를까요?
생각을 여는 질문
• 추상화 가 무엇인지 정의하여 설명할 수 있다.
• 주어진 문제로 컴퓨팅 사고 과정을 진행해 보면서 추상화 과정 을 확인할 수 있다.
학습목표
1 컴퓨팅 사고의 4가지 요소와 추상화 1 1
1
문제 분해
패턴 매칭
추상화
알고리즘
= 자동화
문제를 조금 더 해결하기 쉬운 부분으로 작게 나누는 것
특정한 정보를 얻기 위해 요인들 간의 유사점을 찾는 것
일반적인 문제에 적용하는 해결책을 만들기 위해 특수한 세부사항을 무시하는 것
인간의 개입이 최소화 될 수 있도록 자동화 수단을 이용해서 과정을 통제하는 것
1 1 1
1 컴퓨팅 사고의 4가지 요소와 추상화
일반적인 문제에 적용하는 해결책을 만들기 위해 특수한 세부사항을 무시하는 것
•
단순 정의 : 서로 다른 부분에서 찾은 차이점을 일반화 하는 것•
하위 요소 : 데이터 모델링, 패턴 일반화트럭 한 대는 바퀴가 4개입니다. 트럭 두 대는 바퀴가 8개입니다. 트럭 세 대는 바퀴가 12개, 그렇다면 n대의 트럭은 바퀴가 nx4개입니다.
추상화
1 추상화의 정의 1 1
2
결과적으로는 특정 세부 사항이 줄어들기 때문에 컴퓨터 과학 내에서는 일반적으로 동일 뜻으로 사용됨
간혹 구분해서 사용 수도 있으니, 차이를 알아 둘 것!
추상화
특정 세부 사항을 생략해 더 일반적인 문제에 맞는 해결책을 찾는 법
일반화
공통된 점을 추출하여 새로운 결론을 도출
vs.
1 추상화의 정의 1
1 2
•
추상화의 중요한 부분은 바로, 목적•
목적에 따라 생략이 이루어지기 때문에 결과도 달라짐 침대보 쇼핑몰vs. 침대 정리
1
다음 꽃들을 어떻게 분류할 수 있을까요?
추상화의 정의 1 1
2
목적이 꽃잎을 세서 잎의 수 대로 분류하는 것이라면…
1 추상화의 정의 1
1 2
§
꽃잎 5개§
Flower 5§
꽃잎 7개§
Flower 7§
꽃잎 9개§
Flower 91 추상화의 정의 1 1
2
여러 종류의 꽃들
목적은 꽃의 잎 수를 세서 분류하는 것
패랭이꽃, 붓꽃, 목련초 = Flower = 추상화한 변수 꽃잎의 수 = 5, 7, 9 = 매개변수
Flower 5 = 꽃잎이 5장인 꽃
1
다음에 오는 다각형은 무엇일까?
추상화의 정의 1
1 2
1
다음에 오는 다각형은 무엇일까?
추상화의 정의 1 1
2
총 5개의 다각형이 있고 이들은 모두 별도의 각을 이루고 있다.
문제 분해
1
다음에 오는 다각형은 무엇일까?
추상화의 정의 1
1 2
패턴 매칭
각 각의 다각형은 길이가 동일한 몇 개의 면으로 이루어져 있다.
5각형, 3각형, 7각형, 5각형, 9각형
1
다음에 오는 다각형은 무엇일까?
추상화의 정의 1 1
2
추상화
다각형이라는 공동의 요소를 제외하고 각각의 면만 보자.
추상화의 목적은 면의 개수 ð 5-3-7-5-9-__
1 추상화의 정의 1
1 2
5 - 3 - 7 - 5 - 9 -
번호(n) 값 번호와 값의 연관 관계
1 5 N+4
2 3 N+1
3 7 N+4
4 5 N+1
5 9 N+4
한번 더 추상화
1
공식의 반복적인 패턴이 보임
추상화의 정의 1 1
2
번호와 값의 연관 관계
N+4
N+1 N+4 N+1 N+4
다각형은 N+1 N이
홀수일 때 다각형은 N+4 N이
짝수일 때
/ 패턴 일반화 /
1
공식의 반복적인 패턴이 보임
추상화의 정의 1
1 2
다각형은 N+1 N이
홀수일 때 다각형은 N+4 N이
짝수일 때
구체적인 인덱스를 추상화된 알고리즘에 끼워 넣으면 어떤 수열의 문제라도 해결할 수 있음
/ 추상화의 효율성 / / 패턴 일반화 /
1
•
추상화부터, 데이터를 사용하는 목적이 필요함 목적(주관)에 따라 생략을 진행하는 것임•
눈에 띄는 것을 찾아서 나타내는 것 (유사어 : 일반화, 공식화, 모델화)•
추상화를 통하면 일반적인 적용이 가능해져서 효율적임 특정 세부 사항을 생략해 좀 더 일반적인 문제에 맞는 해결법을 찾는 것추상화
추상화의 정의 1 1
2
https://www.youtube.com/watch?v=jAK3bSN0Th4
소프트웨어 대소동 추상화 1 생각 넓히기
추상화의 정의 중 틀린 것은?
1
2 3
4
일반적인 문제에 적용하는 해결책을 만들기 위해 특수한 세부사항을 무시하는 것이다.
기술적 하위요소로는 패턴 일반화가 있다.
일반화의 경우 과정이 같고, 결론적으로 표현되는 방식 이 다르다.
추상화를 통하면 일반적인 적용이 가능해져서 효율적인 과정이 된다.
Q.
Quiz!
추상화는 일반적인 문제에 적용하는 해결책을 만들기 위해 특수한 세부사항 을 무시하는 것이다. 특수한 세부사항
하위 요소로는 데이터 모델링, 패턴 일반화가 있다.
핵심 노트
핵심 노트
추상화는 데이터를 사용하는 목적 이 필요하다.
추상화를 통하면 일반적인 적용을 할 수 있어서 효율적 인 결과가 된다.
목적
효율적
참고자료
컴퓨팅 사고력과 코딩교육, 제인 크라우스, 키키 프롯츠만 지음, 한빛아카데미
소프트웨어 대소동 추상화1
https://www.youtube.com/watch?v=jAK3bSN0Th4
2차시
추상화의 학습 적용
추상화를 학습에 적용 하기 위해서는 어떤 과정 을 겪을까?
그리고 어떤 특징 이 있을까?
생각을 여는 질문
• 추상화의 정의를 학습 사례에 적용 할 수 있다.
학습목표
1 1
1 20시간 코스웍 내 추상화 1
•
추상화부터 데이터를 사용하는 목적이 필요함 목적(주관)에 따라 생략을 진행하는 것임•
눈에 띄는 것을 찾아서 나타내는 것 (유사어 : 일반화, 공식화, 모델화)•
추상화를 통하면 일반적인 적용이 가능해져서 효율적임 특정 세부 사항을 생략해 좀 더 일반적인 문제에 맞는 해결법을 찾는 것추상화
1
1 11 20시간 코스웍 내 추상화
https://studio.code.org/s/20-hour
1 1
11 20시간 코스웍 내 추상화
4레슨 1: 컴퓨터과학(Computer Science, 정보과학)소개
4레슨 2: 미로 퍼즐
4레슨 3: 컴퓨터과학적(정보과학적)사고 4레슨 4: 모눈종이 프로그래밍
4레슨 5: 화가 4레슨 6: 알고리즘
4레슨 9: 농부 4레슨 10: 조건/선택 4레슨 11: 화가3 4레슨 12: 노래 만들기 4레슨 13: 농부2 4레슨 8: 함수
4레슨 15: 화가4
4레슨 16: 릴레이 프로그래밍 4레슨 18: 인터넷
4레슨 19: 화가5 4레슨 20: 마무리 4레슨 14: 추상화
1
1 11 20시간 코스웍 내 추상화
https://studio.code.org/s/20-hour/stage/14/puzzle/1
1 Abstraction with Mad Libs
1 추상화 자료 영상 내용 1
1 2
1 활동 내용
•
빈 칸이 있는 노래나 글을 주고, 그 안을 채우게 하는 것•
계속 채우다 보면 빈 칸에 들어가야 할 단어들의 특징을 알게 됨And on his farm he had a E-I-E-I-O
With an , here
And an , here
1 추상화 자료 영상 내용 1 1
2
1 활동 내용
And on his farm he had a E-I-E-I-O
With an , here
And an , here
And on his farm he had a pig E-I-E-I-O
With an oink, oink here And an oink, oink here
And on his farm he had a cow E-I-E-I-O
With an moo, moo here
And an moo, moo here
1 추상화 자료 영상 내용 1
1 2
•
문제분해-패턴매칭을 통해 문제의 내용과 반복되는 부분을 확인하고 그것을 수식화함•
가장 보편적인 방식은 매 단계별로 절차를 정리한 후(도식화), 그것을 수식으로 연결하는 것 → 수식으로 표현되면서 추상화2 학습의 연결
컴퓨터과학에서의
추상화
란?함수와 매개변수를 만드는 과정
1 추상화 자료 영상 내용 1 1
2
•
이를 함수와 매개변수의 관계로 보고 들어가야 할 조건 정리2 학습의 연결
Word(1) : 동물의 이름 Word(2), (3) : 동물소리 Word(4), (5) : 동물소리
And on his farm he had a E-I-E-I-O
With an , here
And an , here
Word(1)
Word(2) Word(3) Word(4) Word(5)
Word(1) : 동물의 이름 Word(2)~(5) : 의성어
1 추상화 자료 영상 내용 1
1 2
•
Word(2)~(5)는 같음•
Word(2)~(5)은 Word(1)의 소리임And on his farm he had a E-I-E-I-O
With an , here
And an , here
Word(1)
Word(2) Word(3) Word(4) Word(5)
2 학습의 연결
1 추상화 챕터의 기본 설명 1 1
3
1
MATERIALS:
PREPARATION:
VOCABULARY:
• Paper, pencils, and printed copies of stories for every student
Print copies of the "fill-in-the-blank' story provided.
Abstraction- Removing details from a solution so that it can work for many problems
Specific- Talking about only one exact thing Template - A frame to guide you in creating something new
추상화 챕터의 기본 설명 1
1 3
OVERVIEW:
OBJECTIVE:
We'll combine your students' everyday routine and a Mad-Lib style thinking game to help your class learn about the effectiveness of abstraction.
Students will -
• Have the chance to internalize the idea of "abstraction"
• Combine writing and abstraction to test their own creativity
• Analyze their day to find
differences that they can turn into similarities
1 추상화 챕터의 기본 설명 1 1
3
•
전체 내용 :학생들이 일상 생활과 Mad-Lib 스타일의 사고 게임을 결합해서 추상화의 효과에 대해서 알 수 있도록 학습함
•
준비물 :종이, 연필 및 인쇄물
•
준비할 것 :제공된 “fill-in-the-blank”를 인쇄
1 추상화 챕터의 기본 설명 1
1 3
BLANK TEMPLATE
First you take your ( ) then add a layer of ( ) before you pour on a hearty does of
( ). Next, press some ( ) down into the ( ) before covering with a sprinkle of ( ).
That's how I make a ( )!
1 추상화 챕터의 기본 설명 1 1
3
목표
•
학생들은~§
추상화에 대한 아이디어를 내 본다.§
쓰기와 추상화를 결합해서 독창적인 테스트를 해 본다.§
유사점과 차이점을 분석해 본다.1 추상화 챕터의 기본 설명 1
1 3
학습단어
•
추상화(Abstraction)다양한 문제에서 적용할 수 있도록 세부 정보 제거하는 것
•
특징(Specific)그것에 대한 단 하나의 정확한 것
•
틀(Template)새로운 것을 제시하는 데 도움이 되는 준비된 형태
https://www.youtube.com/watch?v=SZ5TiaaRAgY
소프트웨어 대소동 추상화 2 생각 넓히기
추상화와 동일한, 혹은 관련 단어가 아닌 것은?
1 2 3 4
패턴 일반화 데이터 모델화 공식화
데이터 시각화
Q.
Quiz!
추상화는 과정을 통해 함수 와 매개변수를 표현하면서 함수화 된다.
함수
보편적인 방식은 매 단계별로 절차를 정리한 후 그것을 수식으로 연결하는 것이다.
매개변수
핵심 노트
참고자료
Abstraction with Mad Libs
https://youtu.be/FGpzpYD9ZVs code.org내 20시간 워크숍 추상화
https://studio.code.org/s/20-hour/stage/14/puzzle/1
소프트웨어 대소동 추상화 2
https://www.youtube.com/watch?v=SZ5TiaaRAgY
3차시
추상화의 학습 사례
추상화를 주제로 한 수업지도안 설계 시 어떤 순서로 진행해야 할까?
생각을 여는 질문
• 추상화를 주제로 한 학습 소재 를 선정할 수 있다.
• 추상화를 소재로 한 나만의 수업지도안 을 만들 수 있다.
학습목표
1 1
11 추상화 학습 사례
1
Red Black Mind Meld
추상화 학습 사례 1
1 1
1
추상화와 논리적 사고를 사용하면
추상화 학습 사례 1 1
1
1 Red Black Mind Meld - 소개
생각의 힘을 통해 사람들의 행동을 통제하는 마술 기법을 사용해 보세요.
카드를 보지 않은 상태에서 누군가 임의로 뽑은 카드를 정확히 맞출 수 있습니다.
1 추상화 학습 사례 1
1 1
1 Red Black Mind Meld - 소개
여러분이 예측했던 것과 같은 기법이 항상 작동한다는 것을 증명하려면
카드에 대한 수학 모델을 만들고 대수를 사용 하면 됩니다.
1 1
1 추상화 학습 사례 1
2 Red Black Mind Meld - 전체적인 룰
1 추상화 학습 사례 1
1 1
2 Red Black Mind Meld - 전체적인 룰
1 추상화 학습 사례 1 1
1
52장 중 카드 한 장을가져가서 잘 섞어줍니다. 그리고 한 명의 도우미를 뽑습니다. 더미 중에서 검은 색 카드 몇 장을 뽑고, 그 중 하나를 골라서 앞면을 공개, 그 카드의 숫자만큼 더미를 쌓으 라고 합니다. 붉은 색도 마찬가지로 앞면을 공개하고 그 숫자만 큼 더미를 쌓으라고 합니다.
2 Red Black Mind Meld - 전체적인 룰
속임수
1 추상화 학습 사례 1
1 1
더미가 모두 나눠지면 대중들에게 검은색 카드 영향을 받아서 카드를 조정했다고 주장하며 붉은색 카드에 영향 받은 랜덤카드 덩어리를 상대에게 줍니다. 그리고 상대의 랜덤카드 중 붉은색 카드 숫자를 맞춥니다. 역시 ‘내가 카드 숫자를 조정한 거야’라 고 하면서요.
2 Red Black Mind Meld - 전체적인 룰 속임수
1 추상화 학습 사례 1 1
1
2 Red Black Mind Meld - 전체적인 룰
1 추상화 학습 사례 1
1 1
3 문제 분해
1 추상화 학습 사례 1 1
1
4 패턴 매칭과 추상화
패턴 인식과 1차 추상화
Equation1:
R1 + R3 + R4 = 26
Equation2:
B2 + B3 + B4 = 26
1 추상화 학습 사례 1
1 1
4 패턴 매칭과 추상화
패턴 인식과 1차 추상화 (대수)
Equation3:
R1 = R3 + B3
Equation4:
B2 = R4 + B4
1 추상화 학습 사례 1 1
1
4 패턴 매칭과 추상화
패턴 인식과 2차 추상화
Equation5:
(R3 + B3) + R3 + R4 = 26
Equation6:
(R4 + B4) + B3 + B4 = 26
Combining Equation5 and Equation6 as both add up to 26, we get:
(R3 + B3) + R3 + R4 = 26 = (R4 + B4) + B3 + B4
1 추상화 학습 사례 1
1 1
4 패턴 매칭과 추상화
패턴 인식과 2차 추상화
That looks horrible! But we can simplify it by grouping the same things together:
2xR3 + B3 + R4 = R4 + 2xB4 + B3
1 추상화 학습 사례 1 1
1
4 패턴 매칭과 추상화
패턴 인식과 2차 추상화
2 x R3 = 2 x B4
Finally, we can divide both sides by 2, leaving:
Also we have R4 and a B3 on both sides of this equation. We can subtract both R4 and B3 from each side leaving the sides still equal(as we did the same to both sides).
That leaves:
1 수업지도안 구상해보기 1
1 2
① 연령대 : 12~성인
② 플레이 시간 : 30분
③ 초점 : 전산 사고, 알고리즘, 전산 모델링, 추상화, 논리적 추론
1 <Red Black Mind Meld> 기본 학습 정보
1 수업지도안 구상해보기 1 1
2
④ 보충 자료
KS2-전산을 반영하는 알고리즘 소개 KS3-논리적 추론에 대한 소개
KS3-실제 모델에서 계산모델 사용법 KS3-대수학 및 연립방정식 사용
1 <Red Black Mind Meld> 기본 학습 정보
1 수업지도안 구상해보기 1
1 2
⑤ 개요
당신은 사람의 행동을 통제하는 마술을 한다. 무작위로
고르지만 생각의 힘으로 빨강과 검정 카드를 예측할 수 있다.
사실 이 과정은 추상화와 논리적 사고를 통해 이루어지는
것이며 추상화를 완성하면 언제나 작동하는 알고리즘이 된다.
1 <Red Black Mind Meld> 기본 학습 정보
1 수업지도안 구상해보기 1 1
2
⑥ 기술 용어
알고리즘, 대수학, 수학적 모델링, 알고리즘 사고, 전산사고, 논리적 사고, 추상화, 연립 방정식, 안전에 필수적인 시스템, 프로그램 검증
⑦ 준비물
카드 1셋(조커 빼기), 펜과 종이
1 <Red Black Mind Meld> 기본 학습 정보
1
<신문기자 되기> 수업지도안 개요
1 기본정보 단계
•
CT중점 : 추상화•
관련 교과 : 영어•
대상 연령 : 만 9~14세•
시간 : 30분추상화 수업지도안 1
1 3
[참고자료 : 컴퓨팅 사고력과 코딩교육]
1
개요
2 개요와 수업목표 단계
•
학생들이 고객을 위한 특별한 과제를 다루기 위해 신문 기자 역할을 하는 수업. 편집장이 제시한 단어 수에서 기사를 간단하게 작성하기 위해 추상화를 사용해야 함추상화 수업지도안 1 1
3
1
용어
2 개요와 수업목표 단계
•
추상화 : 문제에서 불필요한 세부 사항을 일시적으로 또는 영원히 제거하는 것추상화 수업지도안 1
1 3
1
수업목표
•
기사에서 중요한 세부 사항을 모으기 위해 학급 친구들과 의사소통하기•
기사에 포함시킬 중요한 정보 결정하기•
기사에서 특정 정보를 제외하여 추상화의 개념 실험하기•
편집자가 제시한 지침에 맞게 글 작성하기추상화 수업지도안 1 1
3
2 개요와 수업목표 단계
1 추상화 수업지도안 1
1 3
3 수업 전 준비 단계
•
수업 지도안을 읽고 여러분의 학급에 가장 좋은 모델을 결정하기1
•
학생들에게 인터뷰 대상을 지정해 주기2
1 추상화 수업지도안 1 1
3
1단계 : 활동 소개하기 2단계 : 본 활동 하기 3단계 : 공유하기
4단계 : 토론하기 5단계 : 실생활에서
4 수업 단계 (활동 5단계)
1
활동 소개하기 1단계:
추상화 수업지도안 1
1 3
§
선생님은 편집장이 되어 반드시 기사에 할당된 수에 맞춰 작성해 야 하며 동일한 템플릿으로 만들어야 한다고 설명§
학생들에게 다만 템플릿이 없어졌고, 대신 완성 기사 2개를 주겠 으니 새 템플릿을 만들라고 설명함4 수업 단계 (활동 5단계)
“템플릿을 만들며 세부 사항을 무시하는 것, 인터뷰에 물어볼 것과 무시할 것이 무엇인지 구분하는 것에 추상화 작업”
1 추상화 수업지도안 1 1
3
§
사전에 준비한 질문을 이용해서 인터뷰 하기§
인터뷰 종료 후 자리에 돌아가서 기사 내용 공유 및 스크린에 띄워 놓기§
기사 작성의 시간을 주고 목표 글자수를 재공지함4 수업 단계 (활동 5단계)
본 활동하기 _신문기자 되기 2단계:
1
§
기사 작성이 끝나면 학생들이 인터뷰 대상자와 그 기사를 공유하게 함. 학생들이 친구들 앞에서 기사를 읽을 수 있게 하고 학생들의 성공을 축하해 줄 것공유하기 3단계:
추상화 수업지도안 1
1 3
4 수업 단계 (활동 5단계)
1
§
기사를 쓸 때 무엇을 추상화 할 지 파악하기 어려운 때가 있었나?§
추상화에서 어떤 면이 이 과제를 쉽게 만들었나?§
템플릿을 만들었을 때처럼 정보를 추상화 할 수 있는 다른 상황들에 대해 잠시 동안 생각하기§
정보를 단순화 하여 영구적으로 추상화된 사례가 뭐가 있을까?토론하기 4단계:
추상화 수업지도안 1 1
3
4 수업 단계 (활동 5단계)
1
§
프로그래머들은 작업과정 중에서 변경해야 할 코드들을 생각 하며 자연스럽게 추상화 과정을 진행함§
데이터 과학자들은 기러기 떼의 이동과 같은 컴퓨터 모델을 만들 때 무리의 이동경로를 예측하게 만들면서도 몇몇 세부 사항은 필요 없다고 결정함예) 부리와 날개의 이미지 대신 파란 점으로 새 무리의 경로를 보여줌
실생활에서 5단계:
추상화 수업지도안 1
1 3
4 수업 단계 (활동 5단계)
추상화에 관한 수업지도안이다. 활동내용과 타이틀이 잘 연결된 것은 무엇인가?
1 2
3 4
활동 공유-인터뷰를 공유하고 기사를 발표하기 본 활동-무엇이 어려웠는지, 정보의 추상화 처리에 대해 생각하기
실생활에서 적용-템플릿에 맞춰 기사작성하기
토론-기러기를 관찰하기 위해 이동경로를 예측하기
Q1.
Quiz!
트럼프 한 벌을 두 뭉치(A,B)로 나누고, 다시 각 뭉치별로 검은색과 붉은색(Ar,Ab,Br,Bb)으로 나눴다. 틀린 것은?
1 2 3 4
B+Ar+Ab=52 A와 B의 합은 52 Ar+Br=Ab+Br=26 A=Ar+Ab
Q2.
Quiz!
수업지도안 내의 수업 활동 5단계는 다음과 같다.
1.
2.
3.
4.
5.
소재를 보여주고 질문 유도 학습활동
활동에 대한 공유 토론
실생활에서 적용 예제
핵심 노트
참고자료
Teaching London Computing
https://teachinglondoncomputing.org/
컴퓨팅 사고력과 코딩교육, 제인 크라우스, 키키 프롯츠만 지음, 한빛아카데미
