프로그램 구분

2017 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2017. 11. 30.

임동초등학교

【 2017년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

프로그램 구분

■ 초 □ 중 □ 고

(5-6학년군)

개선 신규

□ 일반주제 □ 일반주제

■ 우대주제 (메이커)

■ 우대주제 (SW교육) 연구제목 엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’ 및

‘미세먼지 측정기 만들기’

연구기간 2017. 4. 20. ~ 2017. 11. 30.

연구비 금 사백만원(4,000,000원)

연구 책임자

소속 임동초등학교

성명 김형욱

참여 연구원 문성윤, 정소리, 정소진

상기과제를 수행한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2017년 11월 30일

연구책임자 : 김 형 욱

한국과학창의재단 이사장 귀하

0. 요 약 문

이 연구는 엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램을 개발하여 초등학생들의 창의적 문제해결 력 및 대인관계능력에 미치는 영향을 알아보는데 목적이 있다. 이를 위하여 엔트리와 아두이노의 기초 학습에서 시 작하여 나만의 게임을 직접 제작할 수 있는 9차시의 프로그램을 초등학교 5∼6학년 학생 34명에게 적용하였다. 결 과, 학생들은 프로그램 적용 전과 비교하여 창의적 문제해결력의 하위영역인 특정 영역 기능·기술의 이해 및 숙달 여부, 확산적 사고, 비판적·논리적 사고, 동기적 요소에서 모두 유의미한 향상을 보였다. 또한 학생들은 창의적으로 장애물의 개수 늘리기, 변수 늘리기, 캐릭터의 모양 및 배경 다양화 등을 구체적으로 실천하였다. 대인관계능력에 서도 역시 프로그램 적용 전과 비교하여 처음 관계 맺기, 타인에 대한 불쾌감 주장, 자기노출, 정서적인 지지나 조 언, 대인 갈등 다루기 영역에서 모두 유의미한 향상을 보였다. 연구결과, 엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램은 초등학생의 창의적 문제해결력 및 대인관계능력 향상에 효과가 있었다. 이 연구의 결과는 2015 개정 교육과정에 의해 도입되는 소프트웨어 교육이 인성교육에 긍정적인 영향을 줄 수 있음을 의미하는 것으로 창 의·인성적 요소를 고려한 소프트웨어 교육 수업 모델 개발에 도움이 될 것으로 판단된다.

Ⅰ. 서 론

교육현장에서 교육용 프로그래밍 언어(Education Programming Language, EPL)로 블록형 프로그램밍 언어가 활 용되고 있다. 예전의 텍스트 형태의 일반적인 프로그래밍 언어들은 프로그래밍 언어 문법과 코딩 위주의 교육으로 초등학생들이 습득하기 어려우며 학습 흥미도 떨어뜨렸다(이은형, 이태욱, 2015). 반면, 블록형 프로그래밍 언어는 학생들의 인지적 부담을 줄여 초등학생들도 쉽게 다룰 수 있고 프로그래밍에 대한 흥미와 호기심을 유발하여 소프 트웨어 교육을 현장에서 쉽게 적용할 수 있는 토대를 마련해 준다(신수범, 2015). 그 중 엔트리는 엔트리교육연구소 와 KAIST 융합교육연구센터가 공동으로 연구·개발한 소프트웨어 교육 플랫폼으로 블록 코딩 방식의 직관적이고 학습자 친화적인 실습 위주의 교육용 프로그래밍 언어이다. 엔트리를 통해 제작한 작품은 다른 사람들과 공유할 수 있고, 공유된 작품이 어떻게 구성되었는지 살펴볼 수 있고 이를 발전시켜 또 다른 작품을 만들 수도 있으므로 협업 을 통한 프로젝트 작업을 하기에 적합하다(문성윤, 이혁수, 2017).

피지컬 컴퓨팅이란 사용자로부터 물리적 형태의 정보를 입력받거나 또는 정보를 처리한 결과를 물리적 장치 등 을 통하여 출력하는 컴퓨팅을 말한다(O’Sullivan, Igoe, 2004). 구체적 조작기에 있는 초등학교 고학년 학생들에게는 지면상이나 컴퓨터 화면상의 교육보다는 구체적 조작물을 이용하여 알고리즘이나 프로그래밍 교육을 하는 피지컬 컴퓨팅(Physical Computing) 교육이 효과적이다(라채림, 2017). 피지컬 컴퓨팅이 가지는 교육적 효과에 대하여 Timothy는 학생들이 원하는 것을 상상하고, 만들어 보고, 가지고 놀며, 친구들과 공유하고, 경험을 다시 생각하는 과정을 통해 또 다른 새로운 아이디어를 상상하게 만든다고 했다(이영재, 2017). 피지컬 컴퓨팅을 위한 학습 도구로 저렴한 가격과 뛰어난 확장성을 장점으로 가진 오픈소스 하드웨어 플랫폼인 아두이노(Arduino)는 개발환경을 무료 로 제공하고 엔트리와 같은 교육용 프로그래밍 언어와 연결하여 사용할 수 있어 교육현장에서 많이 활용되고 있다.

2015 개정 교육과정을 통해 소프트웨어 교육이 도입됨에 따라 교육용 프로그래밍 언어와 피지컬 컴퓨팅에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 안경미 외(2015)에서는 스크래치 프로그래밍 교육이 초등학생의 학습 몰입과 프로그래 밍 능력에 긍정적인 효과가 있음을 밝혔다. 김재휘, 김동호(2016)는 엔트리와 센서보드를 활용한 EPL 및 피지컬 컴 퓨팅 교육과정이 초등학생들의 컴퓨팅 사고력 향상에 유의미한 효과가 있음을 확인하였다. 문외식(2017)은 스크래 치와 센서보드를 6학년 일부 교과학습에 활용한 결과 학생들의 학습 흥미도와 참여도, 교과 수업의 이해도 향상에 많은 영향을 미친 점을 확인하였다. 지금까지의 교육용 프로그래밍 언어와 피지컬 컴퓨팅에 대한 연구는 프로그래 밍 학습에 대한 동기와 문제해결력에 관한 연구로 소프트웨어 교육이 창의적 문제해결력 및 협업과 의사소통을 위 한 대인관계와 같은 정의적 영역에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구는 부족했다.

따라서 이 연구에서는 소프트웨어 교육에서 창의적 문제해결력과 대인관계능력의 중요성을 고려해 평균 수준의 IT 활용능력을 가진 5∼6학년 학생 34명을 대상으로 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램을 개발하고 적용하여 엔트리와 아두이노를 활용한 프로그래밍 교육이 창의적 문제해결력과 대인관계능력 및 스팀에 대한 태도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 한다.

Ⅱ. 연구 방법

1. 연구의 과정 및 절차

이 연구는 엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램이 초등학생들의 창의적 문제해결력 및 대 인관계능력, 스팀에 대한 태도에 어떤 효과가 있는지 알아보기 위한 것이다. 우선 엔트리와 아두이노에 관한 선행 문헌 연구 및 관련 이론적 배경을 고찰한 후 ’나만의 게임 만들기‘ 프로그램을 개발하였다. 프로그램 개발 절차는 [그림 1]과 같다.

그리고 연구주제에 맞는 유의미한 결과를 도출하도록 연구 대상을 선정하고, 적절한 검사 도구도 선정하였다. 그 후 프로그램 적용 전 사전 검사를 실시하고 엔트리와 아두이노를 이용한 교육 프로그램을 2주간(9차시) 투입 후 사 후 검사를 실시하였다. 구체적인 연구 절차는 [그림 2]와 같다.

<개발 과정> <세부 내용>

엔트리 프로그램, 아두이노, 피지컬 컴퓨팅 관련 문헌조사

· 엔트리, 아두이노 관련 선행 연구 분석

· 피지컬 컴퓨팅 관련 선행 연구 분석

교육 내용 주제 선정 · 학생 흥미도 분석 및 교육 내용 주제 선정

엔트리와 아두이노를 이용한 프로그램

초안 개발

· 선정된 주제의 내용수준 및 적절성 고려하여

프로그램 개발(나만의 게임 만들기 주제의 적절성 탐구)

프로그램 예비적용 및 수정·보완 · 예비적용을 통한 프로그램의 적용

· 전문가 자문을 통한 프로그램 내용 감수

엔트리와 아두이노를 이용한 최종 프로그램 개발

· 예비적용 결과를 토대로 한 최종 프로그램 개발

· 연구자 검토 및 자문 등의 프로그램 최종 개선

교사용 지도서 및 패키지

개발 및 정리 · 교사용 지도서 및 교육과정 패키지 제작

〔그림 1〕프로그램 개발 과정

<적용 및 분석 절차> <세부 내용>

연구 대상 및 연구 방법 선정

· 대상: ○○ 시 소재 초등학생

(프로그램 구성 및 내용을 고려하여 연구 대상 선정)

· 방법: 단일 집단 사전·사후 검사(t-test)

검사도구 선정 및 구성 · 적절한 검사 도구의 선정 및 신뢰도 탐구

사전 검사 실시 · 연구 참여에 동의한 대상에 한하여 사전 검사 실시

프로그램 적용 · 초등학생을 대상으로 9차시의 프로그램 적용

사후 검사 실시 · 사전 검사에 응답한 대상에 사후 검사 실시

검사 결과 분석 · IBM SPSS Statistics ver 21.0을 사용하여 t-검정

〔그림 2〕연구 절차

2. 연구의 대상

엔트리와 아두이노를 이용한 ’나만의 게임 만들기‘ 프로그램을 적용하기 위하여 중소도시 소재 OO시 소재 초등학 교 5, 6학년 학생 34명을 대상으로 적용하였다. 구체적인 연구 대상은 <표 1>과 같다.

<표 1> 연구 대상 단위(%)

3. 연구의 설계

이 연구에서는 엔트리와 아두이노를 이용한 ’나만의 게임 만들기‘ 프로그램이 초등학생들의 창의적 문제해결력 및 대인관계능력에 미치는 영향을 알아보기 위해 <표 2>와 같이 연구를 설계하고 진행하였다. 수업 활동 시 부가적으 로 나타나는 상황의 변인을 모두 통제하기는 어려운 일이기에 이 연구에서 활용하는 프로그램의 적용 외의 변인의 작용을 최소화하기 위하여 노력하였다.

구분 OO시 소재 초등학생 합계

남 여

연구 집단 21(62) 13(38) 34(100)

<표 2> 연구의 설계

O1: 사전 검사(창의적 문제해결력, 대인관계능력, 스팀에 대한 태도) X: 엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램 적용 O2: 사후 검사(창의적 문제해결력, 대인관계능력, 스팀에 대한 태도) O3: 인터뷰

4. 검사 도구

이 연구에서 개발된 프로그램의 효과를 알아보기 위하여 다음과 같은 검사 도구를 사용하였다. 연구 결과의 분석 은 SPSS 21.0 프로그램을 활용하였다.

가. 창의적 문제해결력

이 연구에서 사용한 창의적 문제해결력 검사 도구는 서울대학교 심리연구실 MI 연구팀에서 개발한 창의적 문제 해결력 검사 도구를 정은영(2008)의 연구에서 사용한 것을 가져와 연구의 사전 · 사후 검사에서 사용하였다.

검사 도구의 하위영역에는 특정 영역 기능·기술의 이해 및 숙달 여부, 확산적 사고, 비판적·논리적 사고, 동기적 사고영역으로 구성되어 있으며, 각 영역별로 5문항 씩 5점 척도로 되어 있다. 따라서 검사 결과의 숫자가 클수록 창의적 문제해결력이 높다고 할 수 있다. 또한 이 연구에서의 측정도구 신뢰도는 .91로 나타났다.

나. 대인관계능력

초등학생의 대인관계능력을 측정하기 위하여 Buhrmester et al.(1988)이 개발한 대인관계능력검사 도구를 김수임, 김창대(2001)가 번역한 것을 사용하였다. 총 40문항으로 이루어져 있으며, 4점 척도로 되어 있다. 김수임, 김창대 (2001)의 연구에서 측정도구의 신뢰도는 .82~.92이며, 이 연구에서의 신뢰도는 .90로 나타났다.

다. 스팀에 대한 태도

초등학생의 스팀에 대한 태도를 알아보기 위하여 권혁수 외가 개발한 과학창의재단 배부 스팀에 대한 태도 검사 지를 사용하였다.

사전 처치 사후

연구 집단 O1 X O2,O3

Ⅲ. 연구 결과

1. 엔트리와 아두이노를 활용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램 개발

가. 프로그램 개발 방향

엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램 교육을 위해 다음과 같은 설계 방향을 고려하여 제작 하였다.

첫째, 엔트리와 아두이노의 모든 기능을 능숙하게 다루기 위한 교육보다는 기본적 기능과 주요 센서 활용을 중심 으로 교육 프로그램을 구성하였다. 이는 전기회로와 컴퓨팅 사고력이 완벽하게 형성되지 않은 초등학생의 발달 과 정을 고려한 것으로 학생들의 프로그램 진입 장벽을 완화시켜 누구나 쉽게 즐거운 교육 내용이 되기 위함이었다.

둘째, 학생들이 흥미있게 생각하는 컴퓨터 게임을 직접 제작하여 학습 동기를 유발하였고, 만든 프로그램을 다양한 학생과 함께 즐기게 하여 대인간의 상호작용 및 친밀도를 강화 할 수 있도록 하였다. 셋째, 엔트리와 아두이노의 하드웨어 연결을 통하여 블록 코딩 프로그램을 활용하여도 학생들이 실생활에서 활용 할 수 있는 사물인터넷 시스 템을 구축 할 수 있다는 가능성을 알게 하였다. 넷째, 학생들이 직접 코딩을 실행하면서 창의·융합적인 사고 역량을 충분하게 기를 수 있는 창의적 문제해결모형을 기반으로 프로그램을 설계하고 수업을 진행하였다.

이 연구에서 사용한 창의적 문제해결모형은 Osborn과 Parnes의 모형, Treffinger와 그의 동료들이 제안한 모형을 기초로 최숙영, 김세민(2016)이 구성한 4단계 툴을 기본으로 사용하였다. 모형은 <표 3>과 같이 4단계(문제상황 탐 색, 문제규정, 아이디어 생성, 해결책 발견)로 구성되어있다(최숙영, 김세민, 2016).

<표 3> 창의적 문제해결모형(최숙영, 김세민, 2016)

나. 프로그램 교육 내용

이 연구에서 개발한 프로그램의 차시별 학습 내용은 <표 4>와 같다. 학습 내용은 크게 엔트리 학습영역, 아두이 노 학습영역, 엔트리와 아두이노 연결영역, 상호교류 영역으로 나누어져 있다. 엔트리 학습 영역에서는 주로 엔트리 프로그램의 환경 구축과 엔트리 기초 코드 작성 및 교사가 제시하는 기본 게임을 프로그래밍 하는 활동으로 구성 되어 있다. 이 영역에서 학생들은 엔트리의 활용법을 이해하게 되고 컴퓨팅 사고의 기초를 쌓게 되는데, 향후 차시 활동의 기본이 되는 활동이라 할 수 있다. 아두이노 학습 영역에서는 아두이도 환경 구축과 아두이노의 이해, 아두

단계 교수학습 활동

문제 상황 탐색 · 문제의 맥락을 다양한 관점으로 탐색한다.

· 문제의 관련된 가능한 모든 자료를 수집한다.

문제규정 · 문제 상황에서 분석된 자료나 정보를 바탕으로 가장 중요한 핵심을 간추린다.

· 문제를 규정하는 진술문 작성한다.

아이디어 생성 · 다양한 아이디어를 생성한다.

· 아이디어들간의 연산, 유추, 연결을 통한 새로운 관련성을 찾는다.

해결책 발견 · 생성된 아이디어를 여러 가지 관점에서 평가한다.

· 최적의 해결책을 선택한다.

이노의 여러 센서를 활용하여 간단한 코드 작성 및 회로를 구성하게 되는데, 차후 아두이노를 활용한 조이스틱 제 작에 기본이 되는 활동이다. 엔트리와 아두이노 연결 영역은 엔트리와 아두이노의 연결 하드웨어 설치 및 엔트리에 서 아두이노의 작동 모습을 확인하게 된다. 또한, 나만의 게임을 직접 디자인하고 변수를 학생들이 정하여 게임을 제작하게 되는데, 학생들의 창의적인 생각과 코드 작성을 볼 수 있다. 그리고 아두이노를 활용하여 자신이 만든 게 임의 캐릭터를 직접 조종할 수 있는 조이스틱의 회로 구성 및 조이스틱 제작을 하게 된다. 상호교류 영역은 게임 제작 후에 이루어지는 활동으로 자신이 만든 게임을 친구들과 함께 해보고, 창의적으로 만든 게임을 학생들 스스로 선정하게 된다. 그 후 창의적으로 선정된 게임의 코드 분석 및 게임 실행도 전체 학생과 함께 한다.

<표 4> 차시별 학습 내용

엔트리와 아두이노를 활용한 교육 프로그램을 교육 현장에 원활하게 적용하기 위하여 수업용 PPT 자료 및 학생 용 코드 안내자료, 학생용 참고자료를 함께 개발하였다. 수업용 PPT 자료에는 차시별 수업 내용 및 활동 세부 안 내를 위한 자료가 함께 들어 있으며, 코드 안내 자료에는 코드 작성이 어려운 학생들을 대상으로 교사가 직접 예시 자료로 만든 코드를 따라 해볼 수 있도록 하는 예시가 수록되어 있다. 학생용 참고자료는 처음 보는 개념이나 추가 적으로 이해 해야할 내용이 있을 때 참고할 수 있도록 하였다. 수업용 PPT 자료와 학생용 코드 안내 자료의 일부 내용은 [그림 3]과 같다.

차시 학습영역 학습주제 학습내용

1 엔트리 기초영역

․엔트리 설치

․엔트리 기초

기능파악 및 기본 코딩연습

․엔트리 계정 만들기, 엔트리의 기본 기능 파악하기, 엔트리 봇의 좌우상하 이동 코딩, 엔트리 판단 영역 활용하기 기본

2 엔트리

기본영역 ․엔트리를 활용한 기초 프

로그래밍 ․엔트리를 활용한 기본 게임 프로그래밍 하기 (무당벌레 게임)

3 아두이노 기초영역

․아두이노의 이해

․디지털과 아날로그의 이해

․아두이노 센서

․아두이노의 설치 및 브래드 보드 활용법 알기, 디지털과 아날로 그의 차이점 및 센서 이해하기

4 아두이노 기본영역

․아두이노를 활용한 LED 점화

․아두이노 코드 작성법의 이해

․아두이노를 활용하여 LED 켜보기, 아두이노 코드 작성의 기본 이해하기

5 엔트리와

아두이노1 ․엔트리와 아두이노 연결방

법 이해 ․엔트리와 아두이노 연결 프로그램 설치하기, 엔트리 속에서 아두 이노의 아날로그 값 수치 변화 이해하기

6 엔트리와 아두이노2

․엔트리를 활용하여 나만의 게임을 디자인

․엔트리를 활용하여 나만의 게임 디자인하기(비행물체, 점수 획득 방법, 발사체 수 등), 엔트리 변수 활용법 알기

7 엔트리와 아두이노2

․아두이노 조이스틱 제작 및 연결

․아두이노 보드를 활용하여 게임 조이스틱 제작하기, 엔트리와 아 두이노의 연결을 통한 게임 실행하기

8 상호교류1 ․제작한 게임 실행 ․나만의 게임을 친구들과 돌아가면서 함께 실행하기, 창의적으로 만든 게임 선정하기

9 상호교류2 ․우수 게임 실행 ․선정된 게임 코드 분석 및 함께 실행하기

〔그림 3〕수업용 PPT자료 및 학생용 코드 안내 자료

2. 엔트리와 아두이노를 활용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램 적용 결과

가. 창의적 문제해결력에 미치는 영향

엔트리와 아두이노를 활용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램이 창의적 문제해결력에 미치는 영향을 알아보기 위하 여 연구 집단의 사전․사후 검사 결과를 영역별로 구분하여 분석하였으며, 그 결과는 <표 5>와 같다.

<표 5> 창의적 문제해결력에 미치는 영향 사전-사후 검사 결과

***p<.001. ^**p<.01, ^*p<.05

통계 처리는 t-검정을 실시하였는데, 4개의 하위영역 모두에서 평균이 증가한 모습을 발견할 수 있었고, 증가한 항목 모두 통계적으로 유의한 것으로 판별되었다. 따라서 엔트리와 아두이노를 활용한 ‘나만의 게임 만들기’는 학생 들의 창의적 문제해결력에 긍정적인 향상을 가져왔다고 볼 수 있다. 좀 더 구체적인 통계 처리 결과를 살펴보면 특 정 영역 기능·기술의 이해 및 숙달 여부는 평균이 0.70 증가하였다. 확산적 사고 영역은 평균이 0.68 증가했으며, 비 판적·논리적 사고는 1.09 증가하였다. 특히 비판적·논리적 사고는 가장 큰 평균값의 증가폭과 가장 유의미한 통계 값을 보였는데, 컴퓨터 프로그래밍과 아두이노 회로 설계를 학생들이 직접 진행하면서 논리적으로 사고를 하는 연

하위영역 N 구분 M S.D t

특정 영역 기능·기술의

이해 및 숙달 여부

34

사전 2.94 1.22

-2.76^**

사후 3.64 1.14

확산적 사고 34 사전 3.05 1.17

-3.36^**

사후 3.73 .92

비판적 · 논리적 사고 34 사전 3.05 1.09

-5.85^***

사후 4.14 .65

동기적 요소 34 사전 2.73 1.08

-2.58^*

사후 3.35 1.21

습을 많이 한 결과라 분석되었다. 동기적 요소 영역은 평균이 0.62 증가한 값을 나타내었다.

학생들의 창의적 문제해결력의 변화를 좀 더 알아보기 위하여 직접 작성한 엔트리 코드를 이용하여 학생 8명과 인터뷰를 실시하였다. 인터뷰 결과는 학생들이 공통적으로 많이 이야기했던 부분을 간추려 정리하였다.

1) 날아오는 장애물의 개수를 늘려보았어요.

학생 A: 선생님이 알려주신 예시를 보고 날아오는 장애물의 수를 늘려보았어요. 여러 개의 시간차를 주면서 날아 오는 코드를 생각해보니 더 재미있는 결과가 나타났어요. 내가 만든 게임이 더 재미있어진 것 같아요.

학생 B: 시간이 지나면서 장애물의 수가 늘어나도록 변경시켰어요. 뭔가 다른 게임에서 이렇게 변하는 것을 많이 본 것 같아서 새롭게 만들어보았어요. 친구들이 제가 만든 게임을 칭찬해주었어요.

학생 C: 등장하는 장애물이 무작위로 시간차를 주면서 날아오게 만들었어요. 악당의 수도 늘어나 더욱 재미있어 졌고, 무작위로 언제 등장할 줄 모르니 스릴 있는 게임이 가능했어요.

학생들은 교사가 제시한 엔트리의 예시 코드를 활용하여 장애물의 수를 늘리는 창의적 문제해결력을 보였다. 교 사는 수업 시작 전 설명할 때 장애물의 수는 1개로 제시하였고, 별다른 등장 시기의 특이사항은 없었다. 하지만 학 생들은 스스로 장애물을 늘리거나 등장 간격의 시간차의 변화를 주는 모습을 관찰할 수 있었다. 다음 [그림 4]는 학 생 A가 응용하여 만든 코드 및 화면을 나타낸 것이다.

〔그림 4〕학생 A의 게임 화면 및 응용 코드 2) 변수의 수를 늘려 보았어요.

학생 D: 게임을 진행할 때 점수뿐만 아니라 비행기 HP(체력)의 항목을 변수로 지정하여 장애물에 닿기만 하면 끝나던 기존의 게임을 좀 더 계속할 수 있게 만들어보았어요.

학생 E: 저는 목숨 값을 게임 변수에 추가하여 한 번에 게임이 끝나지 않도록 만들어 보았아요. 다른 비행기 게 임에서 이렇게 하는 것을 보고 응용한 것이에요.

학생 F: 전 시간이라는 변수를 게임에 추가시켜보았어요. 뭔가 시간제한이 있는 게임이 더 스릴 있고 빨리 미션 을 해결해야한다는 생각을 가지게 하거든요. 그랬더니 친구들이 재미있는 게임으로 뽑아주었어요.

학생 G: 미사일의 개수를 제한 시켜보았어요. 미사일의 수를 제한하니 정확도에 신경을 쓰게 되는 것 같았어요.

엔트리 게임의 변수를 추가하는 것은 프로그래밍상 어려운 작업이라 할 수 있다. 하지만 학생 몇몇은 새롭게 변 수를 추가하여 게임의 내용을 풍성하게 만들고 있었다. 대부분 다른 게임에서 얻은 경험을 바탕으로 아이디어를 얻 은 것이지만 자신이 만든 게임에 원하는 대로 변수를 추가시켰다는 점에서 의의가 있다고 할 수 있다. 다음 [그림 5], [그림 6], [그림 7]는 학생 D와 학생 E, 학생 G가 만든 변수가 들어간 코드 및 화면을 나타낸 것이다.

〔그림 5〕학생 D의 게임 화면 및 변수 응용 코드

〔그림 6〕학생 E의 게임 화면 및 변수 응용 코드

〔그림 7〕학생 G의 게임 화면 및 변수 응용 코드 3) 캐릭터의 모양 및 배경을 다양하게 만들었어요.

학생 H: 배경을 시간이 지남에 따라 바뀌도록 만들어보았어요. 자꾸 배경이 바뀌니 재미가 있더라고요.

학생 I: 저는 다양한 모양이 미사일로 날아가도록 만들었어요. 꼭 미사일 모양일 필요는 없잖아요.

학생들은 배경과 캐릭터 모양의 다양화를 통하여 게임의 지루함을 없애는 것 같았다. 잠깐의 화면에서의 변화가 게임을 다양하게 만들고 창의적인 문제해결력을 신장시키는 결과를 낳았다. 다음 [그림 8]은 학생 H가 만든 시간에 따라 변화하는 배경을 나타낸 것이며 [그림 9]는 학생 I가 만든 코드 및 화면을 나타낸 것이다.

〔그림 8〕학생 H의 게임 배경 변화

〔그림 9〕학생 I의 오브젝트 화면 및 응용 코드

나. 대인관계능력에 미치는 영향

이 연구에서 개발된 프로그램을 연구 집단에 적용하여 대인관계능력 변화를 알아보기 위하여 사전·사후 검사로 t-검정한 결과는 <표 6>와 같았다. 대인관계능력의 하위영역인 ‘처음 관계 맺기’, ‘타인에 대한 불쾌감 주장’, ‘자기 노출’, ‘정서적인 지지나 조언’, ‘대인 갈등 다루기’ 영역 모두에서 사후 평균이 사전 평균보다 향상된 결과를 볼 수 있었으며, 통계적으로 모두 유의한 결과를 나타내었다. 추가적인 자료로 학생들의 대인관계능력에 관한 학생들의 수업 후 생각을 들어볼 수 있었다

학생들은 엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’를 통하여 대인관계가 원활해지고 있다는 점을 인지하 고 있었다. 이 프로그램은 모든 대인관계의 기초라 할 수 있는 초기 관계 형성에 큰 도움을 주고 있었으며, 게임을 진행하는 도중 다툼이 생기더라도 비교적 원만하게 사태를 해결하고 있었다. 또한, 단순히 게임의 결과로 맺어지는 관계가 아닌 게임을 매개로 한 올바른 인간관계를 쌓아가는 초석으로 이 프로그램을 대하고 있었다. 따라서 엔트리 와 아두이노를 활용한 ‘나만의 게임 만들기’는 학생들의 대인관계능력에 긍정적인 영향을 주었다고 분석할 수 있다.

<표 6> 대인관계능력에 미치는 영향 사전-사후 검사 결과

***p<.001. ^**p<.01, ^*p<.05

〔그림 10] 프로그램 수업 장면

하위영역 N 구분 M S.D t

처음 관계 맺기 34 사전 2.38 .98

-3.27^**

사후 3.01 .94

타인에 대한 불쾌감

주장 34 사전 2.29 .93

-4.02^***

사후 3.11 .84

자기노출 34 사전 2.26 .92

-2.49^*

사후 2.79 .91

정서적인 지지나 조언 34 사전 2.38 .84

-3.85^***

사후 3.14 .71

대인 갈등 다루기 34 사전 2.47 .86

-2.40^*

사후 2.97 .83

다. 스팀 태도에 미치는 영향

Ⅳ. 결 론

창의적 문제해결력의 신장은 오늘날 교육이 추구하는 중요한 교육적 목표 중 하나로 빠르게 변화하는 4차 산업 혁명 시대에 다양한 문제를 융통성 있게 처리하기 위하여 요구되는 능력이다. 이를 위해 교육은 과거의 정형화된 지식을 전달하는 것에서 탈피하여 학생 스스로 현실 세계의 문제를 인식하며 해결할 수 있는 창의적인 방안을 탐 색하고 구현하는 역량을 신장시키는 방향으로 나아갈 필요가 있다. 이러한 시대적 요구에 맞추어 2015 개정 교육과 정에서 소프트웨어 교육이 도입되었다. 소프트웨어 교육은 프로그램 개발자를 만드는 것이 아니라 협업과 프로젝트 활동을 통해 창의적인 문제 해결력을 키우는 데 목적이 있다. 이러한 소프트웨어 교육의 목적을 달성하기 위해서는 협업과 창의적 사고를 통해 실생활과 관련된 다양한 문제를 해결하는 소프트웨어 교육 수업 모델이 교육 현장에 필요하다. 이러한 교육 현장의 요구를 고려하여 이 연구에서는 학생들이 흥미 있게 생각하는 컴퓨터 게임을 직접 제작하여 학습 동기를 높이고 협업과 토론을 통해 창의·융합적 사고 역량을 충분하게 기를 수 있는 ‘나만의 게임 만들기’ 활동을 개발하였다. 개발한 프로그램을 단일집단의 초등학교 5, 6학년 34명에게 적용하고 수업 전·후 검사 지와 추가 면담을 통해 창의적 문제해결력과 대인관계능력에 미치는 영향을 분석하였다. 이 연구의 결과를 바탕으 로 한 결론은 다음과 같다.

첫째, 엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램을 개발하고 현장에 적용하였다. 개발된 프로그 램은 총 9차시로 선행 연구를 분석하여 학생 흥미도와 교육 내용에 알맞은 주제를 선정한 후 초안을 개발하였고 전문가 자문을 통한 프로그램 감수 및 예비적용 결과를 토대로 최종 프로그램을 완성하였다. 또한, 교사들이 현장 에서 쉽게 학생들에게 적용할 수 있도록 교사용 지도서 및 관련 교육과정을 안내하는 패키지 형태로 교재를 제작 하였다. 학생들은 엔트리와 아두이노를 이용하여 직접 게임을 만들면서 창의적으로 문제를 해결해 볼 수 있으며 프 로그램을 진행하면서 학생들 사이에 유대감과 대인관계를 원활하게 할 수 있다는 점에서 이 프로그램에 의의가 있 다고 할 수 있다.

둘째, 엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램 학습 결과 창의적 문제해결력에 관련된 4개 영 역 모두에서 유의한 수준에 향상을 보였다. 특히 비판적·논리적 사고는 가장 큰 평균값의 증가폭과 가장 유의미한 통계 값을 보였는데, 이는 나만의 게임을 만들기 위한 알고리즘과 아두이노 회로 설계를 학생들이 직접 수행하면서 시행착오를 통해 논리적으로 사고하는 과정이 반복된 결과라 분석된다. 학생들과의 사후 면담에서도 대부분의 학생 들이 주어진 예시 게임을 완성한 후 스스로 장애물과 변수를 추가하고 다양한 캐릭터와 배경을 만들어 더욱 발전

하위영역 N 구분 M S.D t

흥미도 34 사전 2.68 .50

-7.12

사후 3.12 .47

배려와 소통 34 사전 2.69 .46

-7.28

사후 3.16 .38

자기 주도 학습 34 사전 2.61 .51

-7.93

사후 3.11 .42

이공계 진로 34 사전 2.54 .56

-7.65

사후 3.06 .54

된 자신만의 게임을 만들어 보는 자기 주도적 학습 활동이 이루어졌음을 알 수 있었다. 이를 통해 엔트리와 아두이 노를 활용한 교육 프로그램이 창의적 문제해결력 향상에 긍정적인 효과가 있음을 나타내는 것으로 라채림(2017)의 연구 결과와 일치한다.

셋째, 엔트리와 아두이노를 이용한 ‘나만의 게임 만들기’ 프로그램이 대인관계능력에 미치는 영향을 분석한 결과 하위영역인 ‘처음 관계 맺기’, ‘타인에 대한 불쾌감 주장’, ‘자기노출’, ‘정서적인 지지나 조언’, ‘대인 갈등 다루기’ 영 역 모두에서 사후 평균이 사전 평균보다 향상된 결과를 볼 수 있었으며, 통계적으로 모두 유의한 결과를 나타내었 다. 학생들과의 사후 면담에서도 게임을 만드는 활동을 수행하는 과정에서 학생들 간의 활발한 상호작용이 초기 관 계 형성에 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다. 초기 관계가 잘 형성됨에 따라 프로그래밍의 수정과 완성과정 에서 자연스럽게 동료교사 역할을 수행하게 되어 과제 수행에 도움이 되었고 이후 결과물을 완성하고 사람들과 공 유하는 과정에서 원활한 의사소통과 정서적 교감, 갈등 조정이 이루어져 대인관계 형성에도 도움을 주었다.

이 연구의 결과에 기초하여 다음과 같이 제언할 수 있다.

첫째, 이 연구는 초등학교 고학년을 대상으로 하였다. 심층적이고 폭 넓은 일반화를 위하여 학생들의 수준을 고 려한 프로그램을 개발하여 연구 대상을 초등학교 저·중학년으로 확대할 필요가 있다.

둘째, 이 연구에서 적용된 프로그램은 효과성 검증을 위해 한정된 교육용 프로그래밍 언어와 피지컬 컴퓨팅 도구 를 단일집단에 제한된 기간 동안 진행하였으므로, 모집단 전체로 적용을 확대하기 위해서는 다양한 표본 집단의 확 보와 집단 간 비교를 통한 효과성 연구, 연구기간 및 내용의 다양화 등 다양한 변수를 고려한 후속연구가 필요하다.

셋째, 교육용 프로그래밍 언어를 활용한 피지컬 컴퓨팅 교육에 대한 학생들의 참여도를 제고하기 위해 학습자의 흥미와 수준을 고려한 체계적인 교육과정과 다양한 교육 자료에 대한 추가적인 후속 연구가 이루어질 필요가 있다.

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O

- 18 -

이 보고서는 2017년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임

- 19 -

[부록1] 현장적용 결과 요약

<STEAM 프로그램(수업) 현장적용 요약>

구분 STEAM

프로그램명 적용 학교명 적용

학년 적용 교과(시수) 적용 기간 수혜 학생 수

개선

시스템 사고를 기반으로 한 물시계

만들기 프로그램

임동초 5,6 과학(3)+미술(3)+

사회(2) 7.4~8.3 9

청송초 6 과학(4)+미술(3) 7.5~8.7 25

개발

엔트리와 아두이노를 이용한

‘나만의 게임 만들기’ 및

‘미세먼지 측정기 만들기’

임동초 5,6 과학(2)+미술(3)+

창체(3) 9.10~11.10 9

청송초 6 과학(2)+미술(2)+

실과(4) 9.10~11.10 25

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[붙임1] 수업 프로그램 상세 설명

1. 프로그램 개요

주제

‘미세먼지 측정기 만들기’

관련 교과

초등학교 5,6학년 과학, 실과, 수학, 미술 , 창의적 체험활동

학습 목표

내용 목표

• 엔트리와 아두이노를 활용하여 자신만의 게임을 만들 수 있다.

• 아두이노를 활용한 코딩을 이해할 수 있다.

• 엔트리를 활용한 코딩을 이해하고 적용시킬 수 있다.

• 아두이노를 이용하여 미세먼지 센서를 만들 수 있다.

과정 목표

• 친구와 함께 내가 만든 엔트리 게임을 할 수 있다.

• 아두이노를 연결하는 회로를 이해하고 코딩을 할 수 있다.

• 코딩의 기본 원리 및 컴퓨팅 사고력을 발휘할 수 있다.

STEAM 요소

S 미세먼지 측정의 원리

T 아두이노 센서 및 장치의 이해 E 아두이노 회로 설계 및 코딩　 　

A 나만의 게임 만들기 및 미세먼지 센서 꾸미기 M 단일폐곡선의 이해

개발 의도

유연한 사고와 창의력의 향상은 4차 산업혁명 시대에 필수적인 요소이다. 또 SW교 육은 다가오는 미래에 피할 수 없는 도구이다. 따라서 본 프로그램을 활용하면 엔 트리와 아두이노를 이용하여 나만의 게임을 만들 수 있고, 미세먼지 센서도 개발할 수 있다.

4차 산업혁명 시대를 맞이하여 SW는 우리 생활에서 분리 할 수 없는 필수적인 존재가 되었다. 특 히 오픈소스 프로그램(아두이노, 엔트리)을 통한 교육은 다가오는 시대에 가장 중요한 자원이 될 것이라는 예측이 많이 되고 있다. 하지만 아직까지 엔트리와 아두이노는 학생들이 접근하기에 어 려운 프로그램으로 인식되고 있다. 하지만 엔트리와 아두이노는 배우기만 하면 쉬운 프로그램일 뿐 아니라 교육적 활용도 매우 크다고 할 수 있다. STEAM 교육과 엔트리 아두이노 코딩 교육에 접목 시켜 학생들의 즐거움과 학습에 대한 의지를 개선시키면서 SW 역량 강화에도 힘쓸 수 있는 그런 프로그램을 개발하게 되었다.

이를 통하여 과학에 대한 흥미 고취뿐 아니라, 논리적 주의집중력 향상, 학생들에게 주는 고른 두뇌 발달, 동기, 의욕, 열절의 향상, 유연한 사고능력의 발달 등 여러 부가적인 효과도 기대할 수 있을 것이다.

STEAM 준거

상황 제시

• 나만의 게임과 미세먼지 센서를 만들면서 IOT에 대한 개념을 익힐 수 있는가?

감성 적 체험

• 게임 만들기 활동 소감을

이야기 해본다.

창의 적 설계

• 엔트리와 아두이노를 활용한 나만의 게임 만들기

• 아두이노 회로 설계해보기

• 좀 더 발전적인 뉴로피드백 방향 생각해보기

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2. 교육과정 및 차시별 계획 총괄표

3. 학생 평가계획

구분 번호 평가기준 평가방법

형성 평가

1 아두이노 회로 연결을 할 수 있는가?

관찰평가

2 엔트리를 작동 시킬 수 있는가?

수행평가

3 친구와 함께 엔트리로 게임을 만들고 즐겁게 할 수 있는가?

수행평가

관찰평가

총괄 평가

1 ‘나만의 게임 만들기’를 통해 창의적 문제해결력 및 대인관

계능력을 기를 수 있는가? 관찰평가

2 미세먼지 센서의 코드를 보고 각 코드별 응용요소를 파악할

수 있는가? 수행평가

차시 학습영역 학습주제 학습내용

1 엔트리 기초영역

․엔트리 설치

․엔트리 기초

기능파악 및 기본 코딩연습

․엔트리 계정 만들기, 엔트리의 기본 기능 파악하기, 엔트리 봇의 좌우상하 이동 코딩, 엔트리 판단 영역 활용하기 기본

2 엔트리 기본영역

․엔트리를 활용한 기초 프 로그래밍

․엔트리를 활용한 기본 게임 프로그래밍 하기 (무당벌레 게임)

3 아두이노 기초영역

․아두이노의 이해

․디지털과 아날로그의 이해

․아두이노 센서

․아두이노의 설치 및 브래드 보드 활용법 알기, 디지털과 아날로 그의 차이점 및 센서 이해하기

4 아두이노 기본영역

․아두이노를 활용한 LED 점화

․아두이노 코드 작성법의 이해

․아두이노를 활용하여 LED 켜보기, 아두이노 코드 작성의 기본 이해하기

5 엔트리와 아두이노1

․엔트리와 아두이노 연결방 법 이해

․엔트리와 아두이노 연결 프로그램 설치하기, 엔트리 속에서 아두 이노의 아날로그 값 수치 변화 이해하기

6 엔트리와 아두이노2

․엔트리를 활용하여 나만의 게임을 디자인

․엔트리를 활용하여 나만의 게임 디자인하기(비행물체, 점수 획득 방법, 발사체 수 등), 엔트리 변수 활용법 알기

7 엔트리와 아두이노2

․아두이노 조이스틱 제작 및 연결

․아두이노 보드를 활용하여 게임 조이스틱 제작하기, 엔트리와 아 두이노의 연결을 통한 게임 실행하기

8 상호교류1 ․제작한 게임 실행 ․나만의 게임을 친구들과 돌아가면서 함께 실행하기, 창의적으로 만든 게임 선정하기

9 상호교류2 ․우수 게임 실행 ․선정된 게임 코드 분석 및 함께 실행하기

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4. 학교 생활기록부 기재 방안

구분 번호 평가기준 학교 생활기록부 기재

방안

형성 평가

1 아두이노 회로 연결을 할 수 있는가?

동아리 활동 내역에 스팀 활동을 자세히

적는다.

2 엔트리를 작동 시킬 수 있는가?

3 친구와 함께 엔트리로 게임을 만들고 즐겁게 할 수 있는가?

4 미세먼지 센서를 만들고 작동시킬 수 있는가?

총괄 평가

1 ‘나만의 게임 만들기’를 통해 창의적 문제해결력 및 대인관

계능력을 기를 수 있는가? 동아리 활동 내역에

스팀 활동을 자세히 적는다.

2 미세먼지 센서의 코드를 보고 각 코드별 응용요소를 파악할 수 있는가?

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5. 참고자료

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