현재 우리나라 정보과학영재의 교육과정은 비실용적이고 체계적이지 못하여 정보과학영재 교육 운영에 매우 어려운 실정이며 그 문제점은 다음과 같이 요약된다. 첫째, 중등 영재교육과정에 대한 기존 연구가 많이 부족한 상태이다. 둘째, 운영 개발되어 있는 영재교육과정은 창의성, 문제해결력, 논리적 사고력과 통찰력 등을 신장시키기 힘들다. 셋째, 영재의 능력, 적성 소질에서의 개인차를 고려한 교육과정이 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 중등 정보과학영재의 창의적 문제해결능력과 계산적 사고를 향상시킬 수 있는 단계별 심화 교육과정을 설계하여 제안하고자 한다. 이를 위해 먼저 정보과학영재 교육에 대한 기존 연구와 교육기관의 실태를 조사하여 문제점을 분석하였다. 그리고 이를 근거로 실용적인 중등정보과학영재 교육목표에 부합하는 세부적인 단계별 심화 교육과정을 설계하였다.
지금까지 개발된 기존의 정보과학영재 교육과정은 교육목표 설정이 추상적이며 일선 현장에서 직접적으로 활용하기 어려운 상황이다. 특히 2005년 한국교육개발원의 정보과학영재 교육과정과 이후 관련 연구에서도 정보과학영재 대한 합의된 정의도 없고, 교육목표의 현실성과 구체성이 미흡한 상태이다. 또한 정보과학영재 교육과정이 정보과학영재 교육 기관별로 매우 상이하며, 정보과학영재 교육과정에 상당한 차이가 있다. 이에 본 논문에서는 기존의 정보과학영재 연구를 바탕으로 정보과학영재를 다시 정의하고, 제안된 정의를 기초로 합당한 정보과학영재 교육목표 7가지를 제시한다. 또한 7가지 교육목표에 따른 교육영역 및 세부적인 교육내용을 포함하는 창의적 정보과학영재 양성을 위한 교육과정을 제안한다. 끝으로 제안된 정보과학영재 정의와, 정보과학영재 교육목표와 교육과정에 대해 SPSS 18.0과 AMOS 21을 이용하여 신뢰성 검증과 구인 타당도 검증 작업을 실시하여 제안 내용의 타당성을 입증하였다.
최근 정보영재 교육기관은 정보영재의 창의적 활동을 장려하고 이를 지속, 확장 시킬 수 있도록 다양한 노력을 하고 있다. 그러나 관련 연구가 부족하고 대부분의 연구가 정보영재의 인지적인 측면에만 집중되어 있어, 정보영재의 특성을 반영한 창의적 활동 교육을 제공하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구는 초등 정보영재 56명의 창의적 산출물 성취도를 평가하고 그 결과를 정의적, 환경적 변인들과 함께 종합적으로 분석하였다. 분석 결과 초등정보영재의 창의적 산출물 성취도는 내적동기가 높을수록 더 높은 것으로 나타났으며, 부모의 지지 또는 외적동기에 따른 유의한 차이는 없었다.
본 연구는 온라인 정보영재 교육의 질적 제고를 위해 온라인 콘텐츠 평가 준거를 제시하였다. 선행연구를 통해 나타난 정보영재의 특징과 사고양식, 학습양식의 특성을 기반으로 정보영재를 위한 온라인 콘텐츠 평가 준거를 개발하였다. 개발된 평가 준거는 정보영재 전문가를 대상으로 문항 타당성 검사를 진행하였다. 분석 결과 전체 문항의 신뢰도는 .94로 신뢰롭게 나타났다. 그리고 문항 특성 부분인 변별도는 .53~.83이었고, 난이도에서도 만족할만한 결과 값을 보여주었다. 개발된 정보영재를 위한 온라인 콘텐츠 평가 준거는 '재능개발', '상호작용' 등 5개 평가 영역, 11개 평가 요인, 40개 평가 문항으로 구성하였다. 본 연구에서 제시한 평가 준거는 정보영재 온라인 콘텐츠 개발을 위한 가이드라인 및 온라인 교재 선택에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
알고리즘은 문제를 효과적이고 효율적으로 해결하기 위해 필요한 문제 해결 과정을 설계하는 기법을 다루기 때문에 컴퓨터 과학을 배우는 사람이라면 반드시 학습해야 하는 영역이다. 알고리즘 교육은 학습자들이 알고리즘을 설계하는 기법을 익히는 것 뿐 아니라 학습한 알고리즘 기법을 문제를 해결하는 데 적절히 활용할 수 있는 능력을 함께 익힐 때 효과적이다. 특히 사회적으로 커다란 영향을 미칠 가능성을 가진 정보 영재 학생들을 대상으로 하는 교육 활성화에 대한 인식이 확산되기 시작하면서 이들을 어떻게 가르칠 것인가에 대한 관심이 고조되고 있다. 따라서 본 연구에서는 정보 영재 학습자들이 알고리즘 설계 기법을 보다 쉽게 학습하고 문제를 해결하는 데 활용하는 방법을 익힐 수 있도록 하기 위하여 퍼즐을 도입하였다. 연구 결과 퍼즐 기반의 알고리즘 학습이 전통적인 알고리즘 학습 방법에 비해 학습자들에게 긍정적인 영향을 준 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 학습자들이 퍼즐 기반 알고리즘 학습을 통해 알고리즘 설계 기법을 적용하는 다양한 문제 해결 경험을 함으로써 흥미와 학습의 전이가 향상된 것이라 해석할 수 있다.
초등정보영재교육에 있어서 최근에 강조되고 있는 사안 중 하나는 지식기반 사회를 이끌어갈 정보 분야에서의 창의적 인재의 육성에 있다. 이와 함께 학습자에게는 새롭게 제시되는 문제 상황들을 해결하기 위해 고차원적인 지적능력과 문제해결능력 신장이 더욱 요구되고 있다. 본 연구는 초등정보영재 학생들에게 적용 가능한 앱 인벤터 교육 프로그램을 개발 적용 후 초등정보영재 학생들의 문제해결력 및 자기효능감, 프로그래밍 성취도에 미치는 효과를 검증하고자 하였다. 연구 목적 달성을 위하여 초등정보영재 학생들 수준에 적합한 앱 인벤터 교육 프로그램의 교육과정을 설계하였으며 설계한 프로그램을 렌줄리(Renzulli)의 심화학습 3단계 모형을 변형한 교수 학습 모형을 통해 적용하였다. 초등정보영재 20명을 대상으로 5주간 15차시에 걸쳐 교수 학습활동을 진행하였으며 그 결과 앱 인벤터를 활용한 프로그래밍 교육이 초등정보영재 학생들의 문제해결력, 자기효능감 향상에 긍정적인 효과를 미치는 것으로 나타났으며 프로그래밍 개념과 알고리즘을 이해하는데 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 소외계층 초등정보영재를 위한 온라인 머신러닝 교육 프로그램을 개발하였다. 교육 프로그램은 초등정보영재 전문가가 개발하였으며, 인공지능 교육 전문가가 검증하였다. 교육 프로그램은 15차시로 구성하였으며, 인공지능에 대한 이해, 데이터 수집 및 표현, 모델 선택, 훈련, 평가, 실생활 사례 제작, 예측으로 내용을 구성하였다. 교육 프로그램에서 학습 모형은 이재호와 홍창의(2009)의 문제 중심형 e-PBL 학습 모형을 본 연구에 맞게 수정하여 활용하였다. 향후 연구에서는 개발한 교육 프로그램을 소외계층 초등 정보영재에 적용하고, 교육 프로그램을 통한 소외계층 초등정보 영재의 변화를 분석하고자 한다.
초등학교에서는 폭넓은 체험과 경험을 통하여 자신의 소질과 능력을 찾아내는 기회를 제공하여 주어야 한다. 그러나 현재 우리나라의 초등학교 정보교육은 전체 학생들을 대상으로 하지 않고 일부 학생들에게 편중되어 있는 실정이다. 때문에 수학이나 과학 교과에 비하여, 정보 분야에 재능을 가지고 있는 학생들을 발견할 기회가 매우 제한되어 있는 구조적인 문제를 안고 있다. 본 연구에서는 학교전체 심화학습 모형에 기반한 로봇교육 프로그램을 개발하였고, 이를 통하여 현재의 초등학교 정보교육이 가지는 문제점을 극복하고자 하였다. 심화학습 위원회 구성과 교육과정 수정을 통하여 정규교육에서 전체 학생들을 대상으로 로봇교육 실행 가능성을 도모하였다. 그 결과 학교전체 심화학습 모형에 기반한 로봇 학습은 창의적 잠재력 향상에 도움이 되는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 퍼즐 기반 학습에서 이루어지는 초등정보영재의 컴퓨팅적 문제 해결 접근법을 분석함으로써 퍼즐 기반 학습의 체계적 개선을 위한 시사점을 도출하고자 하였다. 이를 위해, 제약조건, 최적화, 확률, 통계, 패턴인식, 전략의 6가지 유형별 교육용 퍼즐을 구성하고 초등정보영재를 대상으로 퍼즐 기반 학습을 수행하였다. 또한 각 퍼즐 유형에 따른 학습자의 문제 해결 접근법을 확인하기 위해 사전 사후검사 결과의 정답률 및 정답자와 오답자의 문제 해결 접근법을 비교 분석하였다. 연구 결과, 각 퍼즐 유형별 빈번한 오류 발생의 원인인 몇 가지 양식 오류와 다양한 직관들을 확인하였으며, 오답자들은 '백트래킹', '동적 프로그래밍', '추상화', '모델링', '문제 축소'와 같은 컴퓨팅적 전략을 적용하지 못함으로 인해 완전한 해법에 도달하지 못한다는 것을 확인하였다. 이러한 분석 결과를 토대로 퍼즐 문제 표현 방식의 개선, 인지적 피드백의 적시 제공, 퍼즐 기반 학습 지원을 위한 웹 기반 시스템 개발 등 퍼즐 기반 학습 개선 방안을 제안하였다.
본 연구의 목적은 정보영재학생들의 인지적인 특징을 비교하고 그를 통해 정보영재학생들의 판별과 관찰기준을 제시하며 나아가 적합한 교육과정을 개발하는 데 도움이 되고자 하는 데 있다. 이에 영재학생들의 지속적인 발전과 개발을 위한 기초정신능력이자, 다양한 정보를 수집하고 분석하며 종합하고 적용하는 등 학습능력의 바탕이 되는 '문제해결력'에 대한 연구를 통하여 앞으로 정보 분야의 영재교육이 나아가야 할 방향에 대해 시사점을 제시하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 "2012 PISA 컴퓨터 기반 문제해결력 평가틀을 검사도구로 사용하여 정보영재 학생들에게 특징적으로 나타나는 우수한 측면과 보완이 요구되는 특성을 분석함으로써 정보영재학생들을 위한 교육과정이 지향해야 할 목표에 대한 방향을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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