본 연구는 중 고등학생들의 온라인 프로그래밍 과제 수행결과에서 발생한 오류를 파악하여, 오류유형과 오류내용을 분류하고, 프로그래밍 개념학습 성취수준에 따른 오류 빈도의 차이와 성취수준과 오류유형과의 상관관계를 분석하여 향후 프로그래밍 교육에 대한 방향과 인지수준에 따른 교육방법을 제시하였다. 연구를 위해 88명의 학생들의 프로그래밍 과제 수행 결과를 가지고 문법오류, 논리오류, 코딩오류로 오류유형과 오류내용을 분류하고 분석하였다. 분석결과, 세 오류유형 중 논리오류의 발생비율이 69.3%로 가장 높았으며, 성취수준에 따른 오류 빈도의 차이에서는 성취수준 상, 중, 하 세 집단 간에 유의한 차이가 있었다. 성취수준과 오류유형과의 상관관계 분석 결과에서는 논리오류와 코딩오류에서 부적 상관관계를 보여, 성취수준이 높을수록 논리오류와 코딩오류를 적게 범함을 알 수 있었다. 오류유형간의 상관관계에서는 문법오류와 코딩오류간의 정적상관관계를 보였다.
컴퓨터 프로그램 초보 학습자의 프로그래밍 실습과정에서 발생하는 프로그래밍 오류는 다양하다. 이때 학습자는 스스로 오류사항을 인지하기 어렵기 때문에 교수자의 피드백을 통해 프로그램 오류를 수정하게 된다. 그러나 최근 코로나19로 인해 온라인 환경에서 프로그래밍 기법을 학습하게 됨에 따라 오프라인 수업에 비해 교수자와의 상호작용에 한계가 있으므로 학습자 스스로 프로그래밍 오류를 해결하는 능력을 키울 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 파이썬 언어를 이용한 온라인 프로그래밍 수업에서 발생된 학습자들의 오류 사례를 분석하고, 그 결과를 바탕으로 학습자의 프로그래밍 오류 수정 능력을 키워줄 수 있는 온라인 프로그래밍 교육 방안을 제시하였다.
전 세계적으로 프로그래밍 교육에 대한 관심이 증가에 따라 프로그래밍 교육에 대한 중요도와 평가도 중요해졌다. ACM-ICPC 프로그래밍 대회 같은 여러 프로그래밍 대회가 있고 대회 출전을 돕기 위한 온라인 평가 시스템이 전형적인 예이다. 이런 온라인 평가 시스템들을 참고하여 중등학교 학생의 프로그래밍 언어 학습에 도움을 줄 수 있는 프로그램을 설계하기 위한 오류분석 지원 시스템을 제안한다. 본 연구에서는 오류분석 지원 시스템을 통하여 프로그래밍 언어 학습을 함에 있어서 발생할 수 있는 오류들을 분석하여 실제 프로그래밍 교육 환경에 도움을 주고자 한다.
본 논문은 비전공자의 프로그래밍 수업에서 발생하는 오류들을 수집하고 오류 유형을 분석하여 초보 프로그래머의 오류 문제 해결을 쉽게 접근할 수 있도록 하고 교수자가 하는 피드백을 인공지능을 통해 자동화하는 시스템을 개발하는 기초 연구가 되는 것을 목표로 하였다. 결과로는 분석한 오류 유형에는 컴파일 타임에러가 가장 많이 발생하였고 그중에서도 구문에러(syntax error), 그중 missing 에러가 가장 많이 나타났다. 비전공자 학습자는 에러메시지를 이해하는 것을 가장 어려워하였고, 교수자의 피드백을 가장 절실하게 필요로 하였다. 좋은 오류 메시지는 초보자 프로그래머를 위한 프로그램 사용성에 큰 차이를 만들 수 있어 오류 메시지 내용을 단순화시킬 필요가 있으며, 학습자와 교수자의 상호작용을 효율적으로 이루어지게 할 필요가 있고, 인공지능을 통한 피드백을 자동화할 필요가 있음을 제언하였다. 향후 과제로는 오류 유형 중 자주 발생하는 구문에러부터 해결할 수 있는 인공지능을 이용한 자동 피드백 프로그램을 만들어 학습자와 실시간 상호작용하여 온라인에서 프로그래밍 수업이 가능한 학습시스템을 구현하고자 한다.
컴퓨터 교육은 기능 중심의 교육에서 창의력과 문제해결력을 신장시킬 수 있는 방향으로 전환되며 프로그래밍이 새롭게 주목받고 있다. 그러나 기존의 프로그래밍 교육은 여전히 문법 위주의 언어 지식 교육에 치우쳐 있어 한계가 있었다. 로봇 프로그래밍은 그 자체가 문제해결과정이며 프로그래밍 결과를 로봇이라는 구체물을 통해 직접 확인할 수 있으므로 학습자들의 흥미와 동기유발에 도움을 줄 수 있다. 그러나 실제 로봇 프로그래밍 교육을 실시해 보면 학습자들이 여러 가지 오류 때문에 어려움에 직면하는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 로봇 프로그래밍에서 학습자들이 발생시키는 오류들을 유형별로 나누어 분석하고 이를 기초로 오류 해결지원 도구를 개발하였다. 개발된 오류 해결 지원 도구는 발생되는 오류를 감소시키고 오류 해결을 쉽게 할 수 있도록 명령어의 세트화, 언어 및 오류 메시지의 한글화, 학습단계별 예제소스 및 도움말, 주요 코딩 오류 제거기능, 코드정렬 및 행번호 표시 기능 등을 제공하였다. 투입 결과 오류 해결 지원 도구는 오류 감소와 오류 해결에 도움이 됨을 확인할 수 있었다.
로봇을 이용한 프로그래밍 학습은 획일적이고 정형화된 기존 교육환경에서 벗어나 미래사회의 창의적 학습을 미리 경험할 수 있으며 수학 및 과학의 가장 기초가 되는 알고리즘을 이해하고 향상시키는데 가장 적절한 학습방법이다. 본 연구에서는 초등학생들이 로봇프로그래밍 시 나타날 수 있는 오류의 유형들을 제안하였으며 학습을 위한 교육과정을 개발한 후 초등학생 5, 6학생들을 대상으로 로봇프로그래밍 학습을 시켰다. 학습과정에서 발생한 오류들을 수집하고 분류하였으며 또한, 기존 연구된 컴퓨터기반 프로그래밍언어와 비교 분석하였다. 본 연구에서의 로봇프로그래밍 실행경험을 통해 컴퓨터기반 프로그래밍에서 창의성학습에 큰 장애요소로 평가된 오류요소들 즉, 프로그램사용 미숙으로 인한 오류, 단순한 오타, 문법오류 그리고 코딩실수 등을 전체 오류의 약 21%로 나타나 기존 컴퓨터기반 프로그래밍언어 학습에서 조사된 오류비율(약 53%)에 비해 현저하게 줄어드는 것으로 분석되었다. 이러한 오류의 감소는 초등학생들의 흥미도와 성취도 향상을 위한 주요요소로 판단된다. 따라서, 학습과정에서 보다 많은 논리 및 문제해결을 위한 요소들에 노출되어 있어 창의성 알고리즘 학습에 매우 효과적임을 알 수 있다.
본 논문에서는 플랜 정합과 프로그램 실행결과를 이용하여 초보자들의 C언어 프로그램을 이해하고 오류를 지적해 주는 프로그래밍 오류 분석시스템을제시하였다. 프로그램 실행 결과를 이용함으로써 프로그래밍 플랜간의 연관관계를 유연하게 표시할 수 있고, 플랜 정합의 차이점이 정확한지를 검증할 수 있게 해주며, 한 플랜의 오류가 연관된 타 플랜에 어떤 영향을 주었는지를 파악할 수 있게 해준다. 플랜 간의 연관관계에 따라 오류의 원인과 파급 효과를 지적하고 예제나 반례에 해당하는 사례를 구체적으로 제시하여, 사용자가 이해하기 쉽게 오류에 대한 설명을 제공한다. 14종의 다양하고 난이도 있는 실습예제에 대해 학생들이 작성한 프로그램에 있는 오류를 분석함으로써 안정되고 신뢰성 있는 오류분석 시스템임을 보여주고 있다.
예비교사들의 소프트웨어교육 능력을 키우기 위한 방안으로 정규 교과시간에 두 종류의 프로그래밍 도구(파이썬, 스크래치)를 이용하여 프로그래밍 학습을 각각 실시하였다. 프로그래밍 학습에서 지속적으로 흥미와 성취감 및 창의성을 저해하는 요소인 각종 오류들의 종류들을 수집하고 유형별로 분석하였다. 분석된 자료들을 활용하면 향후 예비교사들이 초등학교에서 가르쳐야 할 소프트웨어교육에서 발생 가능한 오류들을 줄일 수 있도록 대처할 수 있는 능력을 키울 수 있어 최적의 학습효과를 올릴 수 있다. 본 연구에서는 평균적으로 텍스트를 입력하는 기존 형태의 언어와 불럭을 조립하는 형태의 언어 모두에서 프로그래밍 시 가장 많은 오류를 발생시키는 유형이 논리오류(37.63%)로 가장 많았다. 또한, 두 언어에서 차이점이 많이 나타나는 세부적인 오류는 문법 등의 사용미숙, 오타 등으로 인한 단순오류가 파이썬이 14.3%, 스크래치가 3.5%로 큰 차이가 있음을 알 수 있었다.
인지능력이 뛰어난 초등학교 고학년에는 컴퓨터 활용교육 보다 컴퓨터 기초원리 또는 프로그래밍교육이 필요하다. 본 연구에서는 재량 특별활동시간 혹은 방과 후 특기적성시간에 고학년(4,5,6학년)을 대상으로 프로그래밍교육 시 발생 가능한 문제점들을 미리 예측하고 대처하는 방법으로 초등학생들이 프로그램 작성 및 실행과정에서 발생하는 모든 오류들을 수집한 후 이를 유형별로 분류하고 분석하였다. 분석된 오류들을 활용하면 최적의 프로그래밍 교육과정을 작성할 수 있으며 이를 기초로 교수 학습 시 학습효과와 흥미도 유발에 큰 도움을 줄 수 있다. 본 연구에서 수집한 오류들의 분석에서는 초등학생들이 프로그래밍 시 어려워하는 영역들은 소프트웨어 사용미숙으로 인한 단순오류, 영어로 된 예약어 사용미숙 등으로 인한 단순코딩이 가장 많았으며 다음으로 문법 이해의 어려움으로 발생하는 오류들이 가장 많았다. 이러한 오류의 유형들은 상업용 소프트웨어개발 업체에서 분석된 오류의 유형과 반대 현상으로 나타났으나 점차 교수 학습이 향상되면 같은 현상으로 바람직하게 나타날 것으로 예측된다.
프로그래밍 초보자의 개인차에 따라 효과적인 개별학습을 제공하는 프로그래밍 언어 교사 시스템 구축을 위해서는 초보자의 프로그램에 있는 오류를 분석하고 그 원인을 파악할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 플랜 정합과 프로그램 실행에 기반한 효과적인 프로그래밍 오류분석 시스템을 제안하고자 한다. 프로그램 실행 결과를 이용하여, 연관된 프로그래밍 플랜간의 연결 관계를 유연하게 표시하고, 플랜 정합의 차이점을 검증하며, 플랜간 공유변수의 조건에 따른 인과관계의 파악할 수 있게 된다. 또한 초보자에게 제공하는 오류 메시지는 플랜 간의 인과관계에 따라 오류의 원인과 그 파급 효과를 지적하고 예제나 반례에 해당하는 사례를 구체적으로 제공할 수 있게 되어, 사용자가 쉽고 명확하게 이해할 수 있게 제공이 가능해졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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