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.
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.
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 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.
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.
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.
컴퓨팅적 사고(Computational Thinking)는 실세계와 다양한 학문 분야에 적용될 수 있는 보편적 문제해결 능력으로 컴퓨터 과학 분야의 핵심역량이자 미래 인재가 필수적으로 갖추어야 할 소양이다. 컴퓨팅적 사고는 문제를 분석하고 문제 해결에 적합한 컴퓨팅 원리 및 전략들을 선택, 적용하는 경험을 통해 증진될 수 있다. 본 연구에서는 학습자에게 컴퓨팅적 사고를 기반으로 한 문제 해결 경험을 제공하기 위한 퍼즐기반 학습을 설계하고 초등정보영재 교육에서의 적용 가능성을 탐색하였다. 학습에 활용된 퍼즐 문항들은 학습자 수준에 맞게 구성된 서술형 퍼즐로 제약조건, 최적화, 확률, 통계, 패턴인식, 전략의 6가지 유형으로 분류된다. 퍼즐 기반 학습을 초등학교 6학년 영재학급에 적용한 결과, 학습자의 컴퓨팅적 사고 및 문제해결성향에 긍정적인 영향을 준 것을 확인하였다. 이는 컴퓨팅적 문제 해결 원리를 포함한 퍼즐 해결 경험이 흥미와 통찰을 유도하고, 실세계와 유사한 다양한 문제 해결 경험을 제공하기 때문인 것으로 판단된다.
초등정보영재학생들에게 있어 스마트폰 앱의 개발은 기본적으로 자바와 같은 프로그래밍 언어 뿐만 아니라 기타 복잡한 프로그래밍 환경 등 프로그래밍에 대한 지식을 요구한다. 본 연구에서는 앱인벤터(AppInventor)를 활용하여 프로그래밍 언어를 습득하는데 걸리는 시간과 영재학생들의 인지부하를 최소화 하면서 초등정보영재학생들의 창의적 문제해결력을 향상시킬 수 있는 앱 개발 교육프로그램을 개발하고자 하였다.
본 논문에서는 초등 영재들의 IT 융합 학습을 위한 스마트 기기 기반의 로봇 프로그래밍 교육 프로그램을 제안하고, 스마트 기기 기반의 로봇 프로그래밍 교육 이후 초등 영재 수준에 따른 IT 융합 학습에 대한 만족도와 기대-가치 인식 차이를 분석하였다. 초등 영재들의 IT 융합 학습을 위한 스마트 기기 기반의 로봇 프로그래밍 교육 프로그램은 WTEC에서 제안한 인간 융합 과정을 기초로 설계하였으며, 초등 영재들이 실질적인 IT 융합 과정을 경험할 수 있도록 하기 위해서 창의성 단계, 통합 단계, 혁신 단계, 산출 단계로 구성하였다. 본 연구를 통해서 개발된 스마트 기기 기반의 로봇 프로그래밍 교육 프로그램은 초등 영재 126명을 대상으로 적용하였으며 그 결과를 분석하였다. 스마트 기기 기반의 로봇 프로그래밍 교육에 대한 만족도를 분석한 결과, 초등 심화 집단과 초등 기초 집단 모두 높은 수업 만족도를 보이는 것으로 나타났으나, 초등 심화 집단의 수업 만족도가 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 또한, 초등 심화 집단이 초등 기초 집단에 비해 IT 융합 학습에 대한 기대-가치 인식이 높은 것으로 나타났다. 본 논문의 2장에서는 IT 융합 학습과 로봇 활용 교육을 분석한 관련 연구를 제시하였으며, 3장에서는 실제 스마트기기 기반의 로봇 프로그래밍 교육 프로그램 설계 및 연구 과정을 기술하였고, 4장에서는 실험 수업 결과를 분석한 연구결과를 제시하였다.
현대사회에서 발생하는 복합적인 문제들은 정보 논리적 사고를 통해 효율적으로 해결할 수 있으며, 정보 논리적 사고력은 정보 교과의 프로그래밍 교육을 통해 효과적으로 신장시킬 수 있다. 본 연구는 학습자의 흥미를 유발하고 집중도를 높일 수 있는 정보 교과 STEAM 커리큘럼을 설계하였고 이를 적용 및 평가하였다. 커리큘럼은 자기 주도적 학습과 조별 학습을 통하여 학습자 간에 상호작용이 이루어질 수 있도록 하였으며 하나의 주제를 가지고 과학, 음악, 정보 교과의 관련 지식을 이해할 수 있도록 구성하였다. 실험은 초등학교 4~6학년에 재학 중인 정보 영재 학생들을 대상으로 아두이노 보드를 활용하여 진행하였다. 연구 결과, 아두이노를 활용한 수업 후에 컴퓨터 과목에 대한 관심도와 프로그래밍에 대한 흥미도가 증가하였다. 75%의 학생들이 컴퓨터에 대한 흥미가 늘어났고 93%의 학생들이 아두이노를 활용한 수업에 긍정적인 응답을 하였다. 연구 결과의 유효성은 t-test를 통해 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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