본 연구에서는 언플러그드를 활용한 컴퓨터 과학 교육의 연구 동향을 파악하고, 앞으로의 연구 방향을 제시하고자 한다. 이를 위해 2012년 5월까지 발행된 석사학위논문과 학술지 논문, 총 33편을 대상으로 연도별 논문 발행 수, 연구 대상, 연구 영역에 따라 분석을 실시하고, 연구주제에 따라 구체적인 연구 사례를 살펴보았다. 그 결과, 연도별 논문 발행 수는 증가 추세에 있으며, 초등학생을 대상으로 한 연구가 집중적으로 이루어졌다. 연구 영역에서 알고리즘에 대한 연구가 많았으며, 연구 주제로는 언플러그드 학습의 교육적 효과, 언플러그드 수업 설계 등이 있었다. 지금까지 연구 결과를 바탕으로, 향후 다양한 학교급과 학생유형을 대상으로 컴퓨터 과학의 여러 영역에서 그 교육적 목적을 효과적으로 반영할 수 있는 연구가 이루어져야 할 것이다.
본 연구는 컴퓨터 과학의 내용을 보다 쉽게 초등학생에게 이해하여 논리적 사고력을 신장시킬 수 있는 언플러그드 수업의 전략을 제시하였다. 컴퓨터 과학의 내용 중 자료구조의 수업 내용을 재구성하여 실제 수업을 실시하였으며, 사고력 검사지로 수업의 가능성을 확인하였다. 그리고 언플러그드 학습을 적용하여 컴퓨터실이 아니라 일반 교실에서 아동의 구체적 경험과 실생활의 예를 토대로 학습을 하였으며 학습지를 해결하도록 하였다. 적용한 결과 초등학생의 발달 단계에 알맞게 조직화된 컴퓨터과학의 학습방법을 제시했을 때 초등학생이 컴퓨터 과학을 이해하는데 많은 도움이 되었다. 본 연구를 통하여 초등학교 정보교육의 내용에 컴퓨터 과학을 적용할 수 있으며 초등학생들이 논리적 사고력을 신장시키는데 많은 기여를 할 수 있을 것이다.
언플러그드 컴퓨터과학 활동은 카드, 실, 크래용 등 주변의 물건들을 사용하는 놀이와 퍼즐을 통하여 컴퓨터과학에 대하여 학습하는 활동의 모음이다. 기존의 언플러그드 활동은 알고리즘을 소개하고 실생활에 적용하는 것에 편중되어 문제 해결을 위하여 알고리즘을 적용하기 전에 이루어져야 할 자료의 표현 방법에 대한 활동은 상대적으로 부족한 실정이다. 본 연구에서는 초등학생들에게 그래프 이론의 기본 개념과 실생활에 적용할 수 있는 그래프 알고리즘을 소개하는 언플러그드 수업을 설계하고 수업을 실시한 후에 설문조사를 통하여 수준의 적절성과 수업 효과에 대하여 평가하였다. 설문 응답을 분석한 결과 모든 응답자가 본 연구에서 제시한 수업 내용이 초등학생에게 적합하다고 응답하였고 수업의 효과와 적절성에 대하여 긍정적인 응답을 보였다.
컴퓨터 교육은 실습 위주로, 컴퓨터를 도구적으로 활용하는 소프트웨어 활용 수업이 대부분을 차지하고 있으며, 단순한 컴퓨터 활용의 실습 수업은 학습자로 하여금 흥미를 잃게 하고 문제해결력과 창의성 개발을 저하 시킨다는 문제점들이 제기되어 왔다. 이에 개정된 7차 교육과정은 이러한 소프트웨어 활용 위주 교육의 문제점을 인식하고 컴퓨터 과학, 원리 위주의 교육으로 변화 하였다. 본 연구는 개정된 제7차 교육 과정이 컴퓨터 과학 교육으로 변화됨에 따라 컴퓨터 과학의 내용을 보다 흥미롭고 쉽게 이해시키기 위하여 언플러그드 학습 시스템을 개발 하였다. 컴퓨터 과학의 추상적이고 개념적인 내용은 중등학교의 교육과정으로는 다소 쉽지 않은 내용이며, 이론 위주의 교육과정은 학생들에게 흥미 없는 교과로 비추어 질 수 있지만, 정보 교과를 위한 언플러그드 학습 시스템을 통해 흥미 있는 교과로 인식이 변화될 것으로 기대된다.
현재 우리나라 컴퓨터 교육과정의 성격과 목표 중 가장 강조하는 부분은 정보소양 능력과 문제해결 능력을 배양하여 미래사회를 선도할 수 있는 능력을 키우는 것이다. 그러나 현행의 컴퓨터교육은 응용 프로그램 활용 교육에만 초점이 맞추어져 있어 이 목표를 달성하지 못하고 있으며 문제해결 능력과 논리적 사고력을 높이기 위해 컴퓨터과학 교육에 대한 중요성이 커지고 있다. 이에 본 연구에서는 언플러그드 학습 방법을 컴퓨터과학 영역 중의 정보표현 영역에 적용하였다. 그 결과 언플러그드 학습 방법이 강의식 학습 방법에 비해 학업성취도가 통계적으로 유의한 차이를 보이며 높게 나타났다. 또한 정의적 영역에서도 강의식 학습 방법에 비해 긍정적으로 나타났다.
최근 2015개정 교육과정의 적용으로 소프트웨어 교육이 학교 현장에서 이루어지고 있다. 소프트웨어 교육의 목적은 컴퓨팅 사고력 신장에 있으며, 이를 위해 언플러그드 활동, 교육용 프로그래밍언어, 피지컬 컴퓨팅 등의 방법을 활용하고 있다. 이 중 언플러그드 활동과 관련된 국내 73편, 해외 85편의 연구물들을 시맨틱 네트워크 분석 기법을 활용하여 비교 분석하였다. 주제어 분석 결과 해외에서는 1998년부터, 국내에서는 2006년부터 연구가 시작되었으나, 4차 산업 혁명의 이슈와 맞물려 전 세계적으로 컴퓨팅 사고력이 미래 사회를 위한 핵심역량으로 인식되면서 국내외 모두 2016년 이후 연구가 급증하고 있음을 알 수 있었다. 국내 연구에서 소프트웨어 교육에서 활용되는 '언플러그드 활동', '로봇 활용', '교육용 프로그래밍 언어' 등의 수단적 요소에 관한 주제어가 많이 나타난 것으로 분석되었다. 언플러그드 활동이 컴퓨팅 사고력을 함양시키기 위한 방법으로 활용되어야할 것이며 이를 위해 컴퓨터 과학의 목적인 '컴퓨팅 사고력' 에 대한 고찰을 바탕으로 연구가 진행될 필요가 있다.
언플러그드 활동은 프로그래밍 프로그램 이외의 학습 도구를 통하여 컴퓨터 과학에 대하여 학습하는 활동들이다. 기존의 언플러그드 활동은 절차적인 사고 과정에 초점을 맞추고, 놀이를 통해 사고 과정을 지도하는 것에 초점을 두어, 최근 주목되는 머신 러닝에서 중요한 비중을 차지하는 비지도 학습에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 초등학생들에게 익숙한 영상 매체를 사용하여 데이터를 분석하는 비지도 학습을 위한 언플러그드 수업을 설계하고, 수업을 실시한 후에 비버챌린지를 활용하여 수업의 효과성에 대한 결과를 분석하였다. 사전 검사와 사후 검사의 점수를 분석한 결과 학생들의 computational thinking 과 문제 해결력이 향상되었음을 확인할 수 있었다.
본 연구는 지적장애학생들에게 언플러그드 학습 방법이 특수학교 정보처리 교과에서 기존의 강의와 실습을 병행한 전통적인 수업 방식에 비해 학업 성취도 면에서 높은 효과가 있을 것이라는 가설을 검증하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 언플러그드 컴퓨터과학 학습 방법을 이용하여 지적장애학생들의 정보처리 학업 성취도를 향상시킬 수 있는 새로운 학습 자료와 방법을 개발하고, 특수학교 현장에 적용하여 효과를 분석하였다. 특수학교 전공과 1학년 학생들을 대상으로 실험집단에는 언플러그드 학습 방법을, 통제집단에는 전통적인 방식의 정보처리 수업을 실시하였다. 연구 결과 지적장애학생들은 언플러그드 학습 방법에 대하여 매우 높은 호기심과 흥미를 보이며, 자발적으로 협력하여 과제에 참여하였고, 정보교육 학업 성취에도 도움이 되는 것으로 나타났다.
최근 컴퓨터 과학의 내용을 학습자들에게 쉽게 전달하기 위한 방법으로 언플러그드 수업이 활발하게 전개되고 있다. 그러나 어떤 학습자들에게 언플러그드 수업이 적합한지에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 언플러그드 컴퓨터 수업 후 성취도 검사 결과를 통해 각 점수 분포별 학습자의 특성을 파악하였다. 학습자의 특성은 사전 조사된 컴퓨터 환경과 기질로 나눠진다. 각 성취 수준별 학습자의 컴퓨터 환경과 기질의 관계는 연관분석을 통하여 확인하였으며, 실제 초등학교 수업 현장에 적용할 수 있는 유의미한 규칙들을 발견하였다. 본 연구를 통하여 초등학교 교사들의 언플러그드 교수 학습 계획에 실제적인 도움을 줄 수 있을 것이다.
교육대학교 학생을 대상으로 설문 결과 절반 이상의 학생이 정보교육이 초등교육에서 중요하지 않다고 인식을 하고 있으며, 실제 수업에서도 배우는데 많은 어려움을 호소하고 있다. 이러한 인식의 전환과 컴퓨터 수업의 어려움을 해결하기 위해 이 연구에서 컴퓨터과학 언플러그드기반의 에듀테인먼트 프로그램을 제안하였다. 에듀테인먼트 요소가 포함된 컴퓨터과학 교육 프로그램을 개발하고 수업 전략을 마련하였다. 제안한 프로그램을 수업에 적용한 결과 학생들의 인식 전환과 함께 수업을 가치 있게 느꼈으며, 학습 주도성 뿐만 아니라 학습 성취도에서도 비교반보다 우수한 결과를 보였다. 따라서 본 연구에서 제안한 컴퓨터과학 언플러그드기반 에듀테인먼트 프로그램이 교육대학교의 컴퓨터 과학교육에서 효과적으로 활용될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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