International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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제14권3호
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pp.292-298
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2022
Coding education and algorithm education are essential in the era of the fourth industrial revolution. Text-oriented algorithm textbooks are perceived as difficult by students who are new to coding and algorithms. There is a need to develop educational content so that students can easily understand the principles of complex algorithms. This paper has implemented basic sorting algorithms as augmented reality contents for students who are new to algorithm education. To make it easier to understand the concept and principles of sorting algorithms, sorting data was expressed as a 3D box and the comparison of values according to the algorithms and the movement of values were produced as augmented reality contents in the form of 3D animations. In order to help with the understanding of sorting algorithms in C language, the change of variable values and the exchange of data were shown as animations according to the execution order of the code and the flow of the loop. Students can conveniently use contents through a smart phone without special equipment by being produced in a marker-based manner. Interest and immersion, as well as understanding of classes of sorting algorithms can be increased through educational augmented reality-based educational contents.
알고리즘 교육은 컴퓨터과학 교육의 기본 원리를 가르치는 도구로서 강조되고 한다. 그러나 초등학생에 적합한 알고리즘 교재자료는 매우 부족한 상태이다. 본 연구에서는 초등학생들이 알고리즘에 대해 쉽게 배울 수 있도록 컴퓨터과학 언플러그드의 내용을 기반으로 교육자료를 제시하였다. 학습자의 자발적 학습활동을 위한 문제 해결 탐구과정을 제시하고, 학생들은 개별 또는 조별 활동중심학습으로 구성하였다. 생활 속의 문제를 해결하는 알고리즘 학습을 위해 기본적인 검색과 정렬 알고리즘들을 바탕으로 해싱기법의 교수법 및 교육자료 개발하였다. 본 연구에서 제시한 교육자료는 전문가 집단의 설문 분석을 통해 적절하다는 결론을 얻었다.
데이터 정렬은 현대 사회에 존재하는 수많은 디지털 데이터에 대한 중요한 가공 작업 중의 하나이지만, 데이터가 방대할수록 정렬 과정 자체도 많은 연산시간을 소비한다. 본 논문에서 데이터 배열을 분할하여 PC에 있는 CPU와 GPU에서 각각 동시에 정렬을 수행하는 혼합 정렬 알고리즘을 제안하였다. 각 장치의 처리 성능을 바탕으로 가장 효율적인 배열의 분할 범위를 결정하고 각각 분할된 영역을 CPU와 GPU에서 동시에 정렬함으로써 전체 정렬 시간을 단축시켰다. 실험결과에서 알 수 있듯 혼합 정렬이 GPU만 활용한 정렬보다 8%이상 정렬 수행 속도를 향상시켰다.
CSUnplugged에 나타난 교육용 정렬 놀이는 만 8세 이상이면 할 수 있지만, 학생들을 지도하기에 쉬운 활동은 아니다. 왜냐하면 (1) 좋은 정렬 방법을 찾는 것은 컴퓨팅 사고력이 뛰어난 전공자라 하더라도 어려울 수 있고, (2) 정렬 알고리즘의 수가 많아 모든 내용을 파악하기가 어렵기 때문이다. 또, (3) 우수한 성능을 나타낸다고 알려져 있는 정렬 알고리즘들이 교육용 정렬 놀이에서는 반드시 좋은 결과를 만들어 내지도 않는다. 본 논문에서는 정렬 놀이를 할 때 어떤 알고리즘이 더 효과적인지 분석하고, 교수자가 알아야 하는 내용이 무엇인지에 대해 논의한다.
자료구조 및 알고리즘 분야는 컴퓨터 프로그래밍 교육의 기반이 되는 과목이다. 그러나 교육방법이 헌재의 추세인 비주얼 프로그래밍과 윈도우 프로그래밍 방법을 따라가지 못하여 학생들의 흥미를 유발하지 못하고 있다. 정렬 프로그래밍도 다른 자료 구조와 상황은 마찬가지이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 교육자가 효과적으로 정렬 알고리즘을 교육할 수 있는 VTSPI (Visualization Tool for Sorting Programming Instruction)를 개발하였다. 뿐만 아니라 VTSPI는 비주얼 프로그래밍에 기반을 둔 소프트웨어 컴포넌트이기 때문에 학생들이 쉽게 프로그래밍할 수 있고, 자신의 프로그램을 이해할 수 있고, 디버깅을 쉽게 할 수 있게 해준다.
개정된 정보통신기술 운영지침에 따르면 초등학교에서부터 알고리즘을 학습 내용으로 다루도록 하였으며 이에 따라 초등학교 현장에서도 알고리즘을 쉽고 효과적으로 지도하기 위한 다각적인 교육 방법 연구가 필요해졌다. 이에 본 연구 과정에서는 초등학교 저학년을 대상으로 알고리즘의 중요한 부분으로 인식되는 정렬 알고리즘을 학습 내용으로 선정한 후 활동을 통한 교수-학습 방법과 애니메이션 기반의 교수-학습 방법을 적용해보고 학습 효과를 비교 분석하는데 주안점을 두었다. 두 가지 방법으로 정렬 알고리즘 교수-학습을 적용한 후 별도로 제작한 학업 성취도 평가지와 설문지 분석 결과, 크게 두 가지 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 교수-학습 방법에 따른 학업 성취도에는 별다른 차이가 없었으나 초등학교 저학년 학생들도 정렬 알고리즘을 충분히 학습할 수 있다는 점과 둘째, 활동을 통한 알고리즘 교육이 애니메이션 기반의 정렬 알고리즘 교육에 비해 학생의 이해도, 흥미도 및 만족도 측면에서는 좀 더 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
카드소팅(Card sorting)은 항목 간의 관계에 대한 사용자의 인식을 이해하는 데 유용한 데이터 수집 방법으로서, 일반적으로 카드소팅은 사용자 조사 및 평가에 매우 유용한 직관적이고 비용 효율적인 기술이다. 본 연구에서는 각 분야 직업별 핵심역량들은 코스 개발을 위하여 다음 단계인 카드소팅 단계에서 활용되는 역량카드로 사용하고, 결과를 군집화 하기 위해 K-평균 알고리즘을 적용하여 군집화 결과를 도출하였다. 카드소팅 결과 각 분야 직업별 핵심역량들에 대한 역량 군집화는 Participant-Centric Analysis (PCA)를 바탕으로 검증하였고, 이를 바탕으로 역량에 따른 직업별 코스 및 역량 분류 결과와 클러스터링에 의한 카드 유사성 정도는 각 직업별 핵심 역량 카드수에 대해 소팅 참여자 수 대비 군집화에 적합하게 동의한 참여자의 수와 카드 유사성 정도를 도출하였다.
2018학년도부터 초 중 고등학교에서 소프트웨어 교육이 시행될 예정이다. 소프트웨어 교육의 핵심 내용 중의 하나는 알고리즘 교육이라고 할 수 있다. 다른 분야와 마찬가지로 알고리즘 교육도 학생들의 주도적 활동이 성공을 좌우한다고 볼 수 있으며 학생들의 주도적 학습은 학생들의 흥미와 몰입도를 높일 때 이끌어낼 수 있다. 이에 본 논문에서는 알고리즘 교육에 스포츠 경기를 접목하여 소프트웨어 배틀이라는 개념을 제안하였다. 소프트웨어 배틀은 가상의 세계에서 프로그래밍된 개체들이 중간에 사람의 개입 없이 주어진 문제를 해결하는 경기를 하는 것으로 정의하였다. 이는 다양한 주제에 적용될 수 있는데 본 논문에서는 알고리즘 교육의 대표적 주제인 정렬 분야에 적용을 시도하였다. 알고리즘 교육을 소프트웨어 배틀에 적용한 결과는 학생들이 생소한 면을 느끼기는 하였지만 대체적으로 긍정적인 반응을 보였다. 이는 소프트웨어 배틀이 여러 교육 방법 중에 하나로 활용될 수 있음을 나타낸다고 할 수 있다.
Computer in one of the most tremendous achievements of the modern scientific technique. Not only in government, business, research and education but in our daily life. computers are widely utilized to assist in solving various problems. With increasing frequency, it is recognized that a right understanding of the computer is necessary: naturally, this recognition places a great emphasis on the computer education. In Korea computer is chosen either as an optional subject or as a kind of group activity in many schools. It is the purpose of this study to compare and analyze the internal sorting algorithms which are used frequently in data processing. and to present the results of program analysis. which will make it possible to choose the appropriate sorting algorithm for each data processing. Generally the algorithms are coded in a language appropriate for structured programming. like PASCAL: however, here the algorithms are expressed in BASIC which is widely used with the personal computers so that the students and the teachers may understand them easily.
본 연구는 초등학생의 논리적 사고력 신장을 위한 교육 방법으로 수행시간 중심의 파이썬 정렬 알고리즘 교육 프로그램을 개발하여 적용한 후 그 효과를 검증하였다. 교육 프로그램은 현직 초등학교 교사 100명을 대상으로 실시한 사전 요구 분석 결과를 바탕으로 하여 개발하였다. 개발한 교육 프로그램의 효과를 검증하기 위해 ${\bigcirc}{\bigcirc}$ 대학교에서 실시한 초등학생 교육기부 프로그램의 지원자 표집에 의한 지원자 표본 25명을 대상으로 6일간 1일 7차시씩 42차시를 진행하였다. 한국교육개발원에서 개발한 '논리적 사고 검사(GALT)'를 활용하여 사전 사후 검사 결과를 통해 교육적 효과를 분석하였으며, 분석 결과 수행시간 중심의 파이썬 정렬 알고리즘교육이 초등학생의 논리적 사고력 향상에 효과적인 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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