초등학교의 자료구조와 알고리즘 수업에서 알고리즘 시각화의 교육적 효과

Pedagogical effectiveness of algorithm visualizations in teaching the data structures and algorithms in elementary schools

정보화 사회에서 우수한 S/ W 인력을 양성하기 위해 알고리즘의 조기 교육은 매우 중요하다. 그러나 초등학생에게 알고리즘을 교육하는 것은 큰 도전인데 왜냐하면 텍스트형태의 컴퓨터 알고리즘이 어떻게 동작하는 지를 어린 학생들이 이해하기가 매우 어렵기 때문이다. 애니메이션을 활용한 수업 통해 알고리즘 수업을 실시한다면 학생들이 좀 더 쉽게 알고리즘을 시각화 할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 초등학교에서 기초적인 자료구조와 알고리즘을 교육하는데 있어서 알고리즘 시각화의 교육적 효과를 평가하고자 한다. 이를 위해 '알고리즘 시각화 팩터'라는 새로운 측정도구를 정의하고 알고리즘 교육요소 즉, 스택, 큐, 버블정렬, 힙정렬, BFS, 및 DFS에 대해 텍스트 기반과 애니메니션 기반의 강의 자료를 각각 개발하였다. 다양한 학생 그룹에 대해 실험을 하고 평가를 하였다. 폭넓은 실험을 통해 애니메이션 기반의 강의 자료를 사용한 그룹의 평균 점수가 텍스트기반의 강의 자료를 사용한 그룹에 대해 22.2% 이상 더 높은 점수 결과를 보였다.

Early algorithm education is very important in order to nurture excellent S/W developers in an information society. However a algorithm learning is a great challenge to elementary school students since understanding what a computer algorithm written in a static text format meant to do is difficult. It is expected that a student can easily visualize a algorithm through animations. In this study, we evaluate the pedagogical effectiveness of algorithm visualizations in teaching the fundamental data structures and algorithms in elementary schools. Thus we defined a new measure called 'Algorithm Visualization Factor(AVF)' and developed both text-oriented and animation-oriented PPTs of algorithm education elements, that is, Stack, Queue, Bubble Sort, Heap Sort, BDF, and DFS. We have conducted experiments and evaluations on diverse students groups. Extensive experiment results show that the average score of the student groups using animation-orirented PPT is greater(22%) than the one of the student groups using text-orirented PPT.