TPL과 VPL을 활용한 로봇프로그래밍 교육이 정보과학적 사고 능력에 미치는 영향 = The Effects of Computational Thinking Ability using TPL and VPL with Robot Programming Education

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 실생활의 문제를 학습자의 인지발달 단계에 적합한 프로그래밍 언어를 활용하여 모든 학문의 기초 인지능력인 학습자의 정보과학적 사고 능력을 향상하는데 있다. 인지적 부담, 문법 위주의 수업 등의 기존 프로그래밍 학습의 문제점을 보완하고자 등장한 교육용 로봇을 이용하여 정보과학적 사고능력 향상을 위해 언어기호를 사용하는 텍스트기반 프로그래밍 언어(TPL)와 그림, 아이콘 등의 시각기호를 사용하는 비주얼기반의 프로그래밍 언어(VPL) 중 인문계 고등학생의 인지발달 단계에 적합한 프로그래밍 언어에 대한 효과성을 분석하였다.
이에 본 연구는 로봇 프로그래밍 교육에서 TPL과 VPL을 활용한 로봇 프로그래밍 학습자 집단이 정보과학적 사고능력 향상에 미치는 영향을 알아보기 위해 연구 가설을 설정하고 이를 검증하였다. 연구 대상은 프로그래밍을 경험이 없는 인문계 고등학교 자연계열 2학년 학생들로 선정하였으며, 수업처지 전 사전검사를 통해 두 집단의 정보과학적 사고능력이 동질집단임을 확인하였다. 이 후 실험집단은 TPL을 활용한 로봇 프로그래밍 수업을 실시하였으며, 통제집단은 VPL을 활용한 로봇 프로그래밍 수업을 20차시 동안 실시하였다. 수업 처지 후 진행된 사후검사에서 정보과학적 사고능력 향상에서 유의미한 차이를 보여 연구 가설이 수용되었으며, TPL을 활용한 로봇 프로그래밍 교육이 VPL을 활용한 로봇 프로그램 교육보다 정보과학적 사고 능력 향상에 유의미하다는 결론을 내릴 수 있다.
따라서 본 연구를 통해 인지발달 단계가 구체적 조작기와 형식적 조작기의 과도기 이후의 학습자들에게 텍스트기반 로봇 프로그래밍 언어의 오류수정과 디버깅 과정에서의 반성적사고와 추상적 사고를 통해 정보과학적 사고능력 향상에 기여한다고 볼 수 있다. 이를 통해 학습자의 인지발달 단계에 적합한 프로그래밍 언어 선택의 중요성을 인식할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to improve the computational thinking ability of learners, which was the fundamental cognitive ability required for every kind of learning, by utilizing a programming language appropriate for their cognitive development stage. It's specifically meant to analyze the effectiveness of text-based programming language(TPL) and visual-based programming language(VPL) on the computational thinking ability of academic high school students by using an educational robot to determine which one would be more appropriate for their cognitive development stage. TPL makes use of verbal signs, and VPL utilizes visual signs such as pictures and icons. Educational robots were introduced to make up for the weak points of existing programming learning that put cognitive pressure on learners and overly focused on grammar.
A hypothesis was formulated and verified to find out the impact of robot programming learning by TPL and VPL on the improvement of computational thinking. The subjects in this study were academic high school juniors on sciences track who had no programming experiences. The two groups turned out equivalent in terms of computational thinking ability when they took a pretest before the experiment. The experimental group received robot programming education in 20 sessions by utilizing TPL, and the control group took robot programming lessons by employing VPL. After the experiment was conducted, a posttest was carried out, and there appeared a significant intergroup gap in improved computational thinking ability. So the hypothesis was accepted, and it's concluded that robot programming education by TPL had a more significant effect on fostering computational thinking ability than the education by VPL.
The findings of the study suggested that reflective thinking and abstract thinking took place during TPL debugging among the learners who went through the transitional period between the concrete and formal operational stages in terms of cognitive development, and that their reflective and abstract thinking enabled them to improve their computational thinking ability. At the same time, the findings indicated the importance of the right selection of programming language suitable for the cognitive development stage of learners.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구의 내용 및 방법 5
• 3. 용어의 정의 6
• 4. 연구의 기대효과 8
• 5. 연구의 제한점 8
• Ⅱ 이론적 배경 9
• 1. 인지발달 단계 9
• 2. 정보과학적 사고(Computational Thinking) 18
• 3. 로봇 프로그래밍 교육 22
• Ⅲ 로봇 교육 프로그램의 개발 29
• 1. 교육용 로봇 및 프로그래밍 언어 선정 29
• 2. Robot Educator 교육과정 분석 32
• 3. 로봇 교육 프로그램의 개발 35
• Ⅳ 로봇 교육프로그램 적용 및 분석 41
• 1. 연구 가설 41
• 2. 연구 대상 41
• 3. 연구 설계 42
• 4. 연구 도구 43
• 5. 연구 절차 및 적용 45
• 6. 연구 결과 47
• 7. 결과 및 논의 48
• Ⅴ. 결론 및 제언 50
• 1. 결론 50
• 2. 제언 51
• 참고문헌 53
• ABSTRACT 58
• 부록 60