재구성 중심 모델 기반 교육용 로봇 수업이 예비 교사의 컴퓨팅 사고력 향상에 미치는 효과 분석
Analysis the Effects of a Reconstruction-Based Model Utilizing Educational Robots on Pre-service Teachers' Computational Thinking Skills
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
본 연구에서는 예비 교사의 컴퓨팅 사고력 향상을 위해 교육용 로봇을 활용하는 재구성 중심 모델 기반 수업을 설계하여 수업을 진행하였다. 학습자들이 교육용 로봇을 활용하여 학습에 즐거움을 느끼고 능동적으로 탐구하며 문제해결에 참여할 수 있도록 수업 단계를 놀이(Use)-수정(Modify)-재구성(reCreate)으로 구성하였다. 기본적인 로봇 프로그램을 탐색(Use)하며 기능을 이해하고, 제시된 프로그램을 디버깅(Modify)한 후 학습한 프로그램을 확장하여 자신만의 프로그램(reCreate)을 만들도록 재구성 중심 모델 기반 교육 자료를 개발하였다. 컴퓨팅 사고력 향상 여부를 확인하기 위해 컴퓨팅 사고력에 대한 지필 평가 및 자기 평가를 사전·사후 검사를 통해 분석하였고, 재구성 중심 모델 기반 수업의 효과성을 확인하기 위한 자기 평가 설문을 사후 검사를 통해 분석하였다. 컴퓨팅 사고력 지필 평가의 사전･사후 검사를 대응 표본 t-검정한 결과는 통계적으로 유의함을 보였다. 특히, 컴퓨팅 사고력의 주요 구성요소인 문제 분해, 추상화, 알고리즘 절차, 자동화 영역에서 통계적으로 유의한 결과를 나타내어 학습자의 컴퓨팅 사고력이 향상되었음을 확인할 수 있었다. 반면, 컴퓨팅 사고력의 주요 구성요소에 대한 자기 평가 사전･사후 검사의 분석 결과는 자동화 영역에서만 통계적으로 유의한 결과를 나타냈다. 이는 학습자가 문제 분해, 추상화, 알고리즘 절차 영역에 대해서 스스로 뚜렷한 능력 향상을 느끼지 못하고 있으나, 프로그래밍 언어를 활용해서 문제를 해결할 수 있는 능력을 나타내는 자동화 영역에서는 능력이 향상되었다고 인식하고 있음을 보여준다. 재구성 중심 모델 기반 수업의 각 단계 중 컴퓨팅 사고력 향상에 가장 큰 영향을 주는 단계에 대해 53.8%의 학습자들이 놀이 단계를 1순위로 선정하여, 수업 설계 시 기능 습득 및 흥미 유발을 위한 놀이 단계의 설계에 많은 주의를 기울여야 함을 확인할 수 있었다.
Abstract
This study designed and implemented a course based on a reconstruction model utilizing educational robots to enhance the computational thinking skills of pre-service teachers. The course was structured into three stages: Use, Modify, and reCreate, to allow learners to engage with educational robots in a way that fosters enjoyment, active exploration, and participation in problem-solving. Educational materials based on the reconstruction model were developed to allow learners to explore basic robot programs (Use) to understand their functions, debug the presented programs (Modify), and extend the learned programs to create their own (reCreate). To evaluate the improvement in computational thinking skills, both a written test and self-assessment were conducted through pre- and post-tests. A post-test self-assessment survey was also used to assess the effectiveness of the reconstruction-based course. The paired sample t-test results for the pre- and post-written tests on computational thinking showed statistically significant improvements. Particularly, significant results were observed in the key components of computational thinking, including problem decomposition, abstraction, algorithmic procedures, and automation, confirming that learners' computational thinking skills had improved. However, the analysis of the pre- and post-self-assessments for these components showed statistically significant improvement only in the automation component. This suggests that while learners did not perceive a noticeable improvement in their abilities related to problem decomposition, abstraction, or algorithmic procedures, they recognized an increase in their ability to solve problems using programming languages, which is reflected in the automation component. Additionally, 53.8% of learners selected the Use (play) stage as the most influential in improving their computational thinking skills, emphasizing the importance of carefully designing the play stage to facilitate skill acquisition and interest in the course.
참고문헌 (30)
- 강신천, "프로그래밍 기반 CT 문제 해결이 예비교사의 자신감 및 CT 역량 향상에 미치는 효과", 컴퓨터교육학회 논문지, 24(1), pp.1~8 (2021)
- 강현웅, "창의공학 교육을 위한 LEGO® Mindstorms® EV3 연구", 전자공학회지, 43(9), pp.47~53 (2016)
- 교육부, "소프트웨어 교육 운영 지침", ~ (2015)
- 정보교육 종합계획, "교육부", ~ (2020)
- 디지털 인재양성 종합방안, "교육부", ~ (2022)
- 교육부, "초중등학교 교육과정 총론", ~ (2022)
- 교육부, "실과(기술·가정)", 정보과 교육과정, 2022
- 김갑수, "예비 교사들의 소프트웨어 교육의 학습 요소 정의 및 효과 분석", 정보교육학회논문지, 23(3), pp.245~254 (2019)
- 김성식, "문제해결 프로그래밍 교육에서 컴퓨팅 사고력 평가를 위한 도구 개발 : 지필형 검사지 및 자기보고식 설문지", 컴퓨터교육학회 논문지, 22(3), pp.89~99 (2019)
- 김수환, "Computational Thinking 증진을 위한 학습자 중심의 교수학습 전략의 효과", 정보교육학회논문지, 19(3), pp.323~332 (2015)
- 김정현, "소프트웨어 교육 효과성 검증", 학습자중심교과교육연구, 23(19), pp.253~266 (2023)
- SW교육 교수학습 모형 개발 연구, "김진숙", 한국교육개발원, ~ (2015)
- 김태희, "레고 마인드스톰 로봇을 이용한 프로그래밍 입문 교육의 효과 측정", 인터넷정보학회논문지, 11(4), pp.159~173 (2010)
- 김효숙, "컴퓨팅 사고력 기반 문제해결 중심의 교수학습 모델 개발 연구", 디지털콘텐츠학회논문지, 21(5), pp.865~873 (2020)
- 노지예, "컴퓨팅사고력, 창의적 문제해결력 신장을 위한 대학 교양 SW 기초 교육의 효과 분석", 산업융합연구, 21(1), pp.123~135 (2023)
- 교육 디지털 전환 기본계획 수립을 위한 기초연구, "서정희", 한국교육학술정보원, ~, pp.연구보고 RR 2023-05 (2023)
- 서정희, "소프트웨어교육 연구학교 효과성 분석", 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집, pp.263~284 (2018)
- 염희균, "소프트웨어 교육 프레임워크와 학습요소의 분석", 한국지식정보기술학회 논문지, 15(1), pp.67~75 (2020)
- 이민우, "문제해결 프로그래밍 교육을 위한 범용 컴퓨팅 사고력 척도 개발 연구", 컴퓨터교육학회 논문지, 22(5), pp.67~77 (2019)
- 이애화, "국내 소프트웨어교육 연구동향 분석", 교육정보미디어연구, 24(2), pp.277~301 (2018)
- 이용창, "피지컬 컴퓨팅의 디버깅 기법을 활용한 코딩 교육 방안에 관한 연구", 석사, pp.2019
- 이은경, "초·중등학교 피지컬 컴퓨팅 교육 연구의 메타 종합 분석", 컴퓨터교육학회 논문지, 22(5), pp.1~9 (2019)
- 전수진, "SW 교육에서의 컴퓨팅 사고력 기반 디자인 중심 모형(NDIS)의 효과분석", 컴퓨터교육학회 논문지, 20(2), pp.13~21 (2017)
- 전수진, "SW 교육에서의 컴퓨팅 사고력 신장을 위한 개발 중심 모형의 설계 및 효과", 정보교육학회논문지, 21(6), pp.619~627 (2017)
- 전수진, "컴퓨팅 사고 향상을 위한 UMC 수업전략의 개발과 적용", 정보교육학회논문지, 20(2), pp.131~138 (2016)
- 최형신, "소프트웨어 프로그래밍교육을 통한 컴퓨팅 사고력 개발에 관한 국내 연구 고찰", 교육공학연구, 34(3), pp.743~774 (2018)
- 최형신, "피지컬 컴퓨팅 교육을 통해 교사가 지각한 기회 및 도전요소", 정보교육학회논문지, 20(3), pp.235~242 (2016)
- 홍성연, "대학 소프트웨어 기초교육 효과성 측정도구 개발", 컴퓨터교육학회 논문지, 24(1), pp.37~46 (2021)
- Wing. J. M., "Computational Thinking", Communications of the ACM, 49(3), pp.33~35 (2006)
- "LEGOⓇ Education 홈페이지"[URL]