ChatGPT와의 상호작용을 기반으로 한 프로그래밍 수업이 특성화고 학생의 컴퓨팅 사고력과 학습 몰입에 미치는 영향 = The Effects of Programming Instruction Based on Interaction with ChatGPT on Computational Thinking and Learning Flow of Vocational High School Students

국문 초록 (Abstract)

인공지능 기술의 발전으로 디지털 대전환을 맞이한 현대 사회에서 ChatGPT의 등장은 프로그래밍 교육에 새로운 가능성을 제시하고 있다. 기존의 텍스트 기반 교육은 문법의 복잡성과 오류 해결의 어려움으로 학습자의 흥미를 떨어뜨리는 문제가 있었다. 이에 본 연구는 특성화고등학교 학생을 대상으로 ChatGPT 상호작용 기반의 파이썬 프로그래밍 수업을 설계·적용하여, 학생들의 컴퓨팅 사고력과 학습 몰입에 미치는 영향을 규명하는 데 목적이 있다.
본 연구는 김진수(2011)의 PDIE 모형에 기초하여 수업을 설계하였다. 특성화고 1학년 32명을 연구 대상으로 선정하여 실험집단(17명)에는 ChatGPT를 학습 조력자로 활용하는 수업을, 통제집단(15명)에는 전통적 강의식 수업을 진행하였다. 수업은 학습자의 수준을 고려한 실생활 문제 해결 중심으로 구성되었으며, 수집된 자료는 SPSS를 활용한 독립표본 및 대응표본 t-검정으로 분석하였다.
본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, ChatGPT 기반 수업은 학생들의 컴퓨팅 사고력 향상에 유의미한 긍정적 영향을 미쳤다. 실험집단은 통제집단보다 사후검사 점수가 통계적으로 유의하게 높았으며, 특히 문제 분해와 알고리즘 설계 역량이 두드러지게 향상되었다. 이는 ChatGPT가 문법적 오류를 신속히 해결해 주어 학습자가 논리적 구조와 문제 해결 과정에 집중할 수 있었기 때문으로 해석된다.
둘째, 본 수업 방식은 학습 몰입 향상에도 효과적이었다. 실험집단은 인지적, 정서적, 행동적 몰입의 모든 영역에서 유의미한 상승을 보였다. ChatGPT와의 실시간 상호작용을 통한 즉각적 피드백은 학습 과정의 좌절감을 줄이고, 개별화된 학습 경험을 제공하여 수업 몰입도를 높였다. 특히 정서적 몰입의 변화는 프로그래밍에 대한 두려움을 해소하고 흥미를 고취했다는 점에서 의의가 있다.
결론적으로 ChatGPT를 활용한 파이썬 프로그래밍 수업은 특성화고 학생의 컴퓨팅 사고력과 학습 몰입을 증진하는 효과적인 교수·학습 방법임이 확인되었다. 이는 인공지능 도구가 학습자의 인지적 부담을 덜고 본질적인 문제 해결력을 기르는 데 기여함을 시사한다. 향후 연구에서는 AI 윤리 교육과 연계하고, 연구 대상을 다양한 학교급과 교과로 확대하여 효과를 일반화할 필요가 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 1
• 2. 연구의 목적 2
• 3. 가설의 설정 3
• 4. 용어의 정의 4
• 가. 컴퓨팅 사고력 4
• 나. 학습 몰입 4
• Ⅱ. 이론적 배경 5
• 1. ChatGPT를 활용한 파이썬 프로그래밍 교육 5
• 가. 교육용 프로그래밍 언어로서의 파이썬 5
• 나. 프로그래밍 교육에서의 ChatGPT 활용 원리와 실제 9
• 다. ChatGPT 활용 수업의 교육적 유의사항 13
• 2. 컴퓨팅 사고력 14
• 가. 컴퓨팅 사고력의 개념 및 구성 요소 14
• 나. 컴퓨팅 사고력과 프로그래밍 교육 16
• 3. 학습 몰입 18
• 가. 학습 몰입의 개념과 영향 요인 18
• 나. 프로그래밍 교육 환경과 학습 몰입 20
• 다. ChatGPT 활용이 학습 몰입에 미치는 영향 22
• 4. 선행연구 고찰 24
• Ⅲ. 연구 방법 28
• 1. 연구 설계 28
• 2. 연구 대상 28
• 3. 실험 절차 29
• 가. 준비 단계 32
• 나. 개발 단계 34
• 다. 실행 단계 35
• 라. 평가 단계 36
• 4. 검사 도구 37
• 가. 컴퓨팅 사고력 검사 도구 38
• 나. 학습 몰입 검사 도구 39
• 다. 검사 도구의 타당도 검사 41
• 라. 검사 도구의 신뢰도 검사 42
• 5. 자료 분석 44
• Ⅳ. 연구 결과 45
• 1. 연구 대상의 동질성 검증 45
• 2. 컴퓨팅 사고력 향상 효과 분석 46
• 3. 학습 몰입 향상 효과 분석 51
• Ⅴ. 결론 및 제언 57
• 1. 결론 57
• 2. 제언 58
• 참고문헌 62
• ABSTRACT 67
• 부록 70