프로그래밍 교육에서 문제해결력 신장을 위한 동료 에이전트 시스템 개발 = Development of a peer agent system to improve problem solving ability in programming education

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 프로그래밍을 학습하는 학습자의 문제해결력을 신장하기 위한 동료 에이전트 시스템을 개발하고 이에 대한 교육적 효과를 검증하는 것이다. 동료 에이전트 시스템은 동료 프로그래밍의 교육적 효과를 기반으로 하고 있다. 동료 프로그래밍은 학습자에게 사회적 구성주의와 동료교수법에 기반을 둔 학습적 효과를 보이고 있으며 프로그래밍의 질적 향상도 나타내고 있다. 그러나 동료의 인지적, 정의적 특성에 따라 학습 효과에 차이를 보이고, 프로그래밍 교육을 위한 구체적인 교수전략이 제공되지 않고 있다. 본 연구에서는 이러한 동료 프로그래밍의 문제점을 동료 에이전트 시스템을 통해 해결하고자 하였다.
동료 에이전트 시스템은 프로그래밍 학습에서 요구되는 문제해결력을 신장시키기 위해 학습내용 이해, 문제해결 전략, 자기조절에 대한 능력을 향상시킬 수 있도록 개발되었다. 학습자의 학습내용 이해 능력을 향상시키기 위해 학습자에게 프로그래밍 문법에 대한 내용을 전달하고 이를 직접 실행하는 환경을 마련하였고, 코딩의 과정에 대해 단계적인 피드백을 제공하였다. 문제해결 전략 능력을 향상시키기 위해 학습자가 순서도를 이용하여 문제해결 방법을 표현해보고 제공된 순서도를 코딩해 보도록 하였다. 자기조절에 대한 능력을 향상시키기 위해 학습의 과정에서 동기적인 대화와 메타인지적인 대화를 지속적으로 제공하였다. 이러한 학습과정은 동료 교수법에 기반을 두어 학습자와 동료 에이전트 간에 교수자와 학습자 관점의 교수·학습 전략을 제공하고 있다. 아울러 학습자의 수준을 진단하고 필요한 경우 보충학습을 할 수 있도록 프로그래밍 학습 구조에 따라 계층적 베이지안 학습자 모델을 개발하여 수준별 학습을 지원할 수 있도록 하였다.
본 연구에서 개발하는 동료 에이전트 시스템이 문제해결력 신장에 효과적인지를 알아보기 위해 연구 가설을 설정하고 이를 검증하였다. 학습자의 문제해결력 수준을 측정하기 위해 학습내용 이해 능력과 문제해결 전략 능력에 대해서는 지식, 적용, 분석, 종합의 영역에서 검사 도구를 개발하였으며, 자기조절 능력에서는 계획, 자기점검, 노력, 자기 효능감에 대한 수준을 측정할 수 있는 설문지를 검사 도구로 활용하였다. 검사 도구에 대해서는 전문가들로부터 안면타당도를 검토 받아 일부 수정하여 완성하였다. 연구 대상은 실업계 고등학교 학생들로 선정하였으며 전통적인 형태의 에이전트 시스템으로 수업 처치한 통제집단과 동료 에이전트 시스템으로 수업 처치한 실험집단으로 구분하여 12차시 동안 학습자에게 반복문의 학습을 실시하였다. 수업처지 전에 사전검사를 실시한 결과 두 집단 모두 문제해결력의 하위 요소에서 동질 집단으로 분석되었다.
수업 처치 후 진행된 사후검사에서는 문제해결력의 하위 요소에 모두 유의미한 차이를 보여 연구 가설이 모두 수용되었으며, 동료 에이전트가 문제해결력 신장에 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한 동료 에이전트는 학습내용 이해의 하위 요소 중 분석의 영역에 가장 높은 영향을 주며, 문제해결 전략의 요소 중 종합의 영역에 가장 높은 영향을 주는 것으로 나타났다. 자기조절의 요소 중에서는 노력의 영역에 가장 높은 영향을 주는 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 프로그래밍 교육을 위해 동료 프로그래밍의 문제점을 해결하고 프로그래밍 학습에 필요한 문제해결력을 신장시키고자 하였다. 이를 위해 학습자의 학습내용 이해, 문제해결 전략, 자기조절이라는 세 가지 영역에 동료 교수법적인 역할을 수행하도록 동료 에이전트 시스템을 개발하였다. 학습자는 동료 에이전트가 제공하는 교수법에 따라 사회적 구성주의에 기반을 둔 상호작용을 통해 학습을 수행한 결과, 프로그래밍 학습에 필요한 문제해결력이 신장되어 프로그래밍 학습에 긍정적인 효과를 보였다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1.1 연구의 필요성 및 목적 1
• 1.2 연구의 내용 및 방법 4
• 1.3 용어의 정의 5
• 1.4 연구의 제한점 6
• II. 이론적 배경 8
• 2.1 프로그래밍 교육 관련 학습 이론 8
• 2.2 동료 프로그래밍 21
• 2.3 에이전트 28
• 2.4 학습자 모델링 36
• III. 동료 에이전트 시스템 설계 46
• 3.1 문제해결력 기반 교수·학습 설계 46
• 3.2 동료 에이전트 역할 설계 50
• 3.3 학습자 수준을 진단하기 위한 학습자 모델링 설계 54
• 3.4 동료 에이전트 시스템 구조 62
• IV. 동료 에이전트 시스템 구현 68
• 4.1 동료 에이전트 시스템 개발 환경 68
• 4.2 동료 에이전트 시스템의 인터페이스 72
• 4.3 동료 에이전트의 Navigator 역할 78
• 4.4 동료 에이전트의 Driver 역할 83
• 4.5 동료 에이전트 시스템의 학습자 모델 87
• V. 동료 에이전트 시스템의 적용 및 분석 92
• 5.1 연구 가설 92
• 5.2 연구 대상 92
• 5.3 연구 설계 93
• 5.4 연구 도구 95
• 5.5 실험 처치 97
• 5.6 연구 결과 98
• 5.7 논의 111
• 5.8 연구 결과 종합 114
• VI. 결론 및 제언 116
• 6.1 결론 116
• 6.2 제언 118
• 참고문헌 119
• ABSTRACT 129
• 부록

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