로봇 활용 SW 교육 프로그램 설계: 초등학생의 컴퓨팅사고력과 창의적 문제해결력을 중심으로
Design of a SW Educational Program Using Robots: Focused on Computational Thinking and Creative Problem Solving Abilities of Elementary School Students
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초록
본 연구는 컴퓨팅사고력과 창의적 문제해결력을 신장시키기 위한 로봇 활용 SW 교육 프로그램을 설계하고, 설계한 프로그램의 현장 적용 가능성을 탐색하고자 하였다. 첫째, 로봇 활용 SW 교육 프로그램을 설계하기 위하여 4C/ID 모형, 창의적 문제 해결 모형, 확산적 사고 촉진 전략 등에 관한 문헌 연구를 실시하였으며, 이를 바탕으로 로봇 활용 SW 교육 프로그램의 구조를 도출하였다. 또한 로봇 활용 SW 교육 프로그램의 구조를 바탕으로 교육공학과 교수 1인과 로봇학부 교수 1인의 검토를 받아 최종 수업 설계안을 도출하였다. 둘째, 설계한 프로그램의 현장 적용 가능성을 탐색하기 위하여 초등학교 6학년 학생 20명을 대상으로 로봇 활용 SW 교육 프로그램을 적용하였다. 그 결과, 학습자가 인식한 컴퓨팅사고력과 창의적 문제해결이 유의하게 향상되었다. 본 연구에서는 4C/ID 모형과 창의적 문제 해결 모형을 고려하여 로봇 활용 SW 교육 내용을 설계하였다. 따라서 초보 학습자들의 인지적 부담을 줄이고, 문제 상황에 창의적으로 접근하는 능력을 기를 수 있어, 프로그래밍 교육의 목표인 학습자의 고등 사고력을 증진시킬 수 있을 것이다. 본 연구는 로봇 활용 SW 교육 프로그램을 설계하고 현장에서 적용 가능한 교수, 학습 전략에 관해 논의하였다는 점에서 시사점을 얻을 수 있다.
Abstract
The purpose of this study is to design an educational program to enhance perceived computational thinking and creative problem solving abilities and to explore its possibility of the field application. First, to design SW educational program using robot, we conducted a literature review about 4C/ID model, creative problem solving model and divergent thinking. After reviewing related literature, we presented the process of SW educational program using robot. And we designed lesson plan applying the process of educational program. The result of lesson plan was validated based on the experts’ review. Second, to explore its possibility of the field application, SW education was conducted to 20 elementary school students in 6 graders. The results showed that there were statistically significant in perceived computational thinking and creative problem solving abilities. The implications of this study as follows. First, it is useful to reduce the cognitive burden of beginner level learners and to develop creative access to the problem situations. Second, It is able to improve the learners’ higher order thinking abilities. In this study, we designed SW educational program using robot, applied it to actual class and discussed the applicable teaching and learning strategies in elementary school.
참고문헌 (77)
- 교육부, "소프트웨어 교육 운영 지침", ~ (2015)
- 구재훈, "초등 정보영재의 창의적 문제해결력 향상을 위한 CT-CPS 프레임워크 기반 수업 콘텐츠의 개발 및 적용", 한국초등교육, 27(2), pp.339~357 (2016), 초등교육연구원[DOI]
- 금성호, "지속적인 창의 교육 시스템에 근거한 초등 소프트웨어 교육 프로그램의 창의력 향상 연구", 경인교육대학교 교육연구원 교육논총, 36(1), pp.69~91 (2016), 교육연구원[DOI]
- 김경규, "컴퓨팅 사고력 기반 프로그래밍 학습의 효과성 분석", 컴퓨터교육학회 논문지, 19(1), pp.27~39 (2016), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- 김영채, "창의적 문제 해결" (2001), 교육과학사
- 김용민, "초등학교 여학생의 컴퓨팅적 사고력 신장을 위한 앱인벤터 활용 S", W교육 프로그램 개발 및 적용, 2015, pp.19(4), 385~398[DOI]
- 김정랑, "짝 프로그래밍 학습방법이 창의적 문제해결력과 효율성에 미치는 영향", 정보교육학회논문지, 20(1), pp.21~28 (2016), 한국정보교육학회[DOI]
- 김지현, "중등 수학과학 영재를 위한 피지컬컴퓨팅 교육이 융합적 역량 향상에 미치는 영향", 컴퓨터교육학회 논문지, 19(2), pp.87~98 (2016), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- 김철, "로봇교육 관련 국내 연구동향 및 교육효과 분석", 정보교육학회논문지, 16(2), pp.233~243 (2012), 한국정보교육학회[DOI]
- 류미영, "초등 SW교육을 위한 CT교육 프로그램 개발", 정보교육학회논문지, 19(1), pp.11~20 (2015), 한국정보교육학회[DOI]
- 류충규, "스크래치 프로그래밍이 초등 영재학생들의 창의적 문제해결력에 미치는 효과", 한국실과교육학회지, 25(1), pp.149~169 (2012), 한국실과교육학회
- 문외식, "로봇 프로그래밍 학습에서 문제해결력에 영향을 미치는 오류요소", 정보교육학회논문지, 12(2), pp.195~202 (2008), 한국정보교육학회
- 박광렬, "초등학교 로봇 교육 및 교구의 현황과 발전 방향의 고찰", 한국실과교육학회지, 24(3), pp.323~343 (2011), 한국실과교육학회
- 박영숙, "블렌디드 로봇교육 활동이 아동의 학습동기와 학습몰입에 미치는 효과", 한국초등교육, 23(4), pp.183~202 (2012), 초등교육연구원[DOI]
- 박재형, "순환학습 모형을 활용한 초등학교 로봇 프로그래밍 수업 설계", 컴퓨터교육학회 학술발표대회논문지, 16(2), pp.213~216 (2012), 컴퓨터교육학회
- 박주성, "창의적 문제해결력을 위한 가상 로봇 프로그래밍 수업 모형 연구", 컴퓨터교육학회 학술발표대회논문지, 15(2), pp.301~305 (2011), 컴퓨터교육학회
- 박주성, "CPS기반 가상 로봇 프로그래밍 교육이 중등 정보과학영재의 창의적 문제해결력에 미치는 영향", 교원교육, 28(3), pp.175~190 (2012), 교육연구원[DOI]
- 박찬정, "문장구조 중심의 컴퓨터 프로그래밍 이해력에 관한 고등학생들의 성별 및 추상적 사고수준별 차이 분석", 컴퓨터교육학회 논문지, 19(6), pp.69~80 (2016), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- 배영권, "STAD학습모형에 기반한 대학프로그래밍 수업모형 개발", 교육과학연구, 38(3), pp.93~115 (2007), 교육과학연구소
- 배영권, "성별의 차이를 고려한 로봇프로그래밍 교수전략에 관한 연구", 컴퓨터교육학회 논문지, 10(4), pp.27~38 (2007), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- 서성원, "텍스트 기반과 비주얼 기반 로봇프로그래밍 교육이 정보과학적 사고 능력에 미치는 영향", 한국컴퓨터정보학회 학술발표논문집, 18(2), pp.457~462 (2010), 한국컴퓨터정보학회
- 로봇 활용 SW교육 효과성 검증 연구, "서순식", 한국교육학술정보원, ~, pp.KR 2016-1 (2016)
- 송정범, "스크래치 프로그래밍 학습이 학습자의 동기와 문제해결력에 미치는 영향", 정보교육학회논문지, 12(3), pp.323~332 (2008), 한국정보교육학회
- 송해덕, "창의적 문제해결력의 구성요인과 교수설계원리의 탐색", 열린교육연구, 15(3), pp.55~73 (2007), 한국열린교육학회
- 유승한, "수월성 교육을 위한 초등학교 로봇프로그래밍 교육과정 개발과 적용", 정보교육학회논문지, 11(1), pp.59~66 (2007), 한국정보교육학회
- 유인환, "프로그래밍 초급과정에서 로봇의 활용이 몰입에 미치는 영향", 정보교육학회논문지, 17(3), pp.329~337 (2013), 한국정보교육학회[DOI]
- 유인환, "컴퓨팅 사고력 신장을 위한 SW 개발 프로세스 탐구", 정보처리학회 논문지, 5(2), pp.51~58 (2016), 한국정보처리학회[DOI]
- 유정수, "두리틀을 이용한 프로그래밍 수업이 창의성, 문제해결력, 프로그래밍 흥미도 향상에 미치는 영향", 정보교육학회논문지, 13(4), pp.443~450 (2009), 한국정보교육학회
- 이영준, "창의적 문제해결력 향상을 위한 정보 교육 프로그램", 컴퓨터교육학회 논문지, 13(1), pp.1~8 (2010), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- 이은경, "로봇 프로그래밍 학습이 문제해결력에 미치는 영향", 컴퓨터교육학회 논문지, 10(6), pp.19~28 (2007), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- 이은경, "Scratch 활용 프로그래밍 교육이 중학생의 몰입수준과 프로그래밍 능력에 미치는 영향", 중등교육연구, 56(2), pp.359~382 (2008), 사범대학부속중등교육연구소[DOI]
- 이은경, "4CID 모델 기반 로봇 활용 프로그래밍 학습의 몰입 효과 분석", 컴퓨터교육학회 논문지, 11(4), pp.37~46 (2008), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- 이은형, "엔트리(ENTRY)를 활용한 초등 프로그래밍 입문 수업 모델", 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집, 19(1), pp.43~46 (2015), 한국컴퓨터교육학회
- 이태욱, "정보교과교육론" (2016), 한빛아카데미
- 전경원, "창의력 교육의 이론과 실제" (2014), 창지사
- 전성균, "CPS 기반의 창의적 프로그래밍 수업 모형", 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집, 14(2), pp.95~99 (2010), 한국컴퓨터교육학회
- 전성균, "창의성과 프로그래밍 교육에 관한 고찰", 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집, 15(1), pp.73~77 (2011), 한국컴퓨터교육학회
- 전성균, "초등학생의 확산적 사고 촉진을 위한 CPS 프로그래밍 수업의 효과 분석", 컴퓨터교육학회 논문지, 15(2), pp.1~8 (2012), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- 전수진, "컴퓨팅 사고 향상을 위한 UMC 수업전략의 개발과 적용", 정보교육학회논문지, 20(2), pp.131~138 (2016), 한국정보교육학회
- 전용주, "CT-CPS 수업모형에서의 평가 루브릭 개발을 위한 기초 연구", 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집, 20(2), pp.49~54 (2016), 한국컴퓨터교육학회
- 전우천, "A Study on Development of Robot - based Teaching-Learning Model for Improving Creativity", 인터넷정보학회논문지, 16(5), pp.99~105 (2015), 한국인터넷정보학회[DOI]
- 정영식, "소프트웨어 교육론" (2016), 씨마스
- 정웅열, "정보 교육에서 비버 챌린지(Bebras Challenge)의 활용 가능성과 향후 과제", 컴퓨터교육학회 논문지, 20(5), pp.1~14 (2017), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- 조혜경, "창의성 증진을 위한 교육용 로봇의 활용 방안 탐색", 제어로봇시스템학회 학술대회논문집, 2008(10), pp.672~676 (2008)
- 최종원, "CPS를 활용한 프로그래밍 학습이 창의적 문제해결력에 미치는 효과", 정보교육학회논문지, 14(4), pp.497~504 (2010), 한국정보교육학회
- 최형신, "로봇활용교육의 효과성 검증을 위한 평가도구 개발: 사회⋅문화적 맥락 및 컴퓨팅 사고 연계", 정보교육학회논문지, 18(4), pp.541~548 (2014), 한국정보교육학회[DOI]
- 최형신, "Computational Thinking역량 계발을 위한 수업 설계 및 평가 루브릭 개발", 정보교육학회논문지, 18(1), pp.57~64 (2014), 한국정보교육학회[DOI]
- Creative computing 이슈리포트, "한선관", 경인교육대학교 미래인재연구소, ~ (2016)
- 한순재, "m-Bizmaker를 활용한 앱 프로그래밍 교육이 창의적 문제해결력에 미치는 영향", 컴퓨터교육학회 논문지, 19(6), pp.25~32 (2016), 한국컴퓨터교육학회[DOI]
- Akinola, S. O., "Computer programming skill and gender difference : An empirical study", American Journal of Scientific and Industrial Research, 7(1), pp.1~9 (2015)
- Atmatzidou, S., "Advancing students’ computational thinking skills through educational robotics : a study on age and gender relevant differences", Robotics and Autonomous Systems, 75(2016), pp.661~670 (2016)
- "Bebras"[URL]
- Bers, M. U., "Computational thinking and tinkering : Exploration of an early childhood robotics curriculum", Computers & Education, 72, pp.145~157 (2014)
- Brennan, K., "New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking", Paper presented at annual American Research Association meeting (2012)
- Chen, G., "Assessing elementary students’ computational thinking in everyday reasoning and robotics programming", Computers & Education, 109, pp.162~175 (2017)
- Cheng, C. C., "Cooperative learning in Lego robotics projects : Exploring the impacts of group formation on interaction and achievement", Journal of Networks, 8(7), pp.1529~1535 (2013)
- CSTA, "Computer science standards", Computer Science Teachers Association, ~ (2011)
- Fagin, B. S., "Measuring the effectiveness of robots in teaching computer science", ACM SIGCSE Bulletin, 35(1), pp.307~311 (2003)
- Ginsburg, H. P., "Piaget's theory of intellectual development" (1988), Prentice-Hall, Inc
- Hussain, S., "The effect of LEGO Training on pupils’ school performance in mathematics, problem solving ability and attitude : swedish data", Educational Technology & Society, 9(3), pp.182~194 (2006)
- Kalyuga, S., "Incorporating learner experience into the design of multimedia instruction", Journal of Educational Psychology, 92(1), pp.126~ (2000)
- Kucuk, S., "Behavioral patterns of elementary students and teachers in one-to-one robotics instruction", Computers & Education, 111, pp.31~43 (2017)
- Lawhead, P. B., "A road map for teaching introductory programming using LEGO Mindstorms robots", ACM SIGCSE Bulletin, 35(2), pp.191~201 (2002)
- Lye, S. Y., "Review on teaching and learning of computational thinking through programming : what is next for K-12?", Computers in Human Behavior, 41, pp.51~61 (2014)
- Moreno-Leon, J., "Dr. Scratch : automatic analysis of scratch projects to assess and foster computational thinking", Revista de Educación a Distancia, 46, pp.1~23 (2015)
- Parnes, S. J., "Creative behavior guidebook" (1967), Charles Scribner’s Sons
- Reiser, R. A., "Trends and issues in instructional design and technology" (2011), Pearson Merrill Prentice Hall
- Richey, R. C., "The instructional design knowledge base: Theory, research, and practice" (2010), Routledge
- Sáez-López, J. M., "Visual programming languages integrated across the curriculum in elementary school : A two year case study using"Scratch"in five schools", Computers & Education, 97, pp.129~141 (2016)
- Selby, C., "Computational thinking: the developing definition" (2013)
- Treffinger, D. J., "Creative problem solving: An introduction" (2006), Prufrock Press Inc
- Tzafestas, C. S., "Virtual and remote robotic laboratory : comparative experimental evaluation", IEEE Transactions on education, 49(3), pp.360~369 (2006)
- Van Merriënboer, J. J., "Blueprints for complex learning : The 4C", ID-model, 2002, pp.50(2), 39~61
- Van Merriënboer, J. J., "Ten steps to complex learning: A systematic approach to four-component instructional design" (2012), Routledge
- Van Merriënboer, J. J., "Taking the load off a learner's mind : Instructional design for complex learning", Educational Psychologist, 38(1), pp.5~13 (2003)
- Wing, J. M., "Computational thinking", Communications of the ACM, 49(3), pp.33~35 (2006)
- Wing, J. M., "Computational thinking and thinking about computing", Philosophical Transactions of The Royal Society, 366, pp.3717~3725 (2008)
