스크래치 프로그래밍 기반 교육용 로봇 활용 수업이 초등학생의 창의성과 논리적 사고력에 미치는 영향 = Effects of Pedagogical Robots with Scratch Programming on Creativity and Logical Thinking Ability in Elementary School Environments

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the development of IT Technology, the software industry has become one of the core parts in representing national competitiveness. Accordingly, the importance of programming education has been increasingly emphasized. Also, people have considered logical thinking ability and creativity to be critical cognitive constructs for the 21st century skills for learners. However, programming education has some issues: it is difficult to acquire programming language skills; learning environments in programming education is not context-based. These limitations have impeded the development of programming education.
In this study, Scratch which is one of the easiest tools among educational programming language (EPL) was adopted. In addition, an educational robot was used as the physical tool for showing the results from the programming. The research variables included logical thinking ability and creativity.
As part of sequential steps for systematic research, literature review was conducted to analyze the advantages and limitations of the programming education, EPL, and educational robots. Next, the convergence curriculum for the research were developed including mathematics, music and Korean language.
After a pilot study in an elementary school with 26 third graders for 12 weeks, experts participated to improve the curriculum. In the main study, a total of 87 elementary school students participated in the research for 12 weeks.
To measure the effectiveness of the curriculum model in a quantitative way, a paired t-test were conducted using a revised version of the Group Assessment of Logical Thinking(GALT) for logical thinking ability, the Korean Figural Creativity Test for Elementary School Students (K-FCTES) for creativity. Also, semi-structured interviews were conducted with the participants for a qualitative approach. The results showed that there found to be differences in both logical thinking ability and creativity. Especially in creativity, fluency and uniqueness had significant differences.
This study provided empirical evidence that programming education with educational robots were effective in fostering learner’s capabilities. The suggestions for further study included: First, there is a need for a more detailed research design to examine the effectiveness of robot learning and programming education. Second, systematic professional development programs should be offered for the wide distribution of programming education with robots in the future. Third, various research on this issue such as different programings, robots, instructional strategies, etc. needs to be conducted for rich empirical data.

국문 초록 (Abstract)

지식정보화 시대의 발전으로 IT기술의 발달이 가속화되며 소프트웨어 산업의 발전이 국가경쟁력을 좌우하는 핵심요소가 되었으며, 해외에서도 프로그래밍 교육의 중요성을 인식하고 확산해 나가는 추세이다. 또한, 21세기형 인재에게 요구되는 핵심 역량으로 논리적 사고력과 창의성이 중요시되고 있다. 다수의 선행연구에서 프로그래밍 교육이 학습자의 논리적 사고력과 창의성을 함양시켰음을 검증해냈음을 고려할 때, 프로그래밍 교육의 중요성은 더욱 부각된다. 단, 프로그래밍 교육의 근본적 한계점인 언어습득의 어려움과 비실제적 교육환경은 학습자로 하여금 학습주제에 대한 흥미와 동기를 감소시키며 교육효과를 저해한다.
따라서 본 연구에서는 프로그래밍 교육에 교육용 프로그래밍 언어(Educational Programming Language: EPL)인 스크래치와 교육 목적으로 제작된 교육용 로봇을 융합하여 초등학교 환경에 적용하였으며, 이를 통해 학습자의 논리적 사고력과 창의성을 함양하는 것이 연구의 목적이다.
본격적인 개발에 앞서 선행연구 조사를 통해 프로그래밍 교육, EPL, 로봇활용교육의 장점을 분석하였으며, 이를 기반으로 수학, 음악, 국어 등 다양한 교과내용을 융합한 교육 프로그램을 설계하였다.
설계된 교육 프로그램을 서울의 A초등학교 3학년 4개 학급의 26명을 대상으로 12주간 파일럿 테스트를 실시하였으며, 이를 통해 개선점을 확인하고 설계를 수정·보완하였다. 본 실험으로, 개선된 교육 프로그램을 서울소재 B초등학교의 2개 학급 87명에게 12주간 총 10차시 적용하였다.
개발된 교육 프로그램의 창의성과 논리적 사고력 증진 효과성을 측정하기 위하여 실험집단을 대상으로 사전-사후 검사를 실시하였다. 논리적 사고력 검사의 경우 Group Assessment of Logical Thinking(GALT) 검사지의 축소본을, 창의성 검사의 경우 초등 도형 창의성 검사 K-FCTES(Korean Figural Creativity Test for Elementary School Students)를 활용하였으며, 효과 검증을 위해 대응표본 t검정을 실시하였다. 검증 결과, 학습자의 논리적 사고력과 창의성, 특히 창의성의 세부 지표 중 유창성과 독창성이 향상됨을 확인할 수 있었다.
본 연구는 코딩교육의 중요성이 대두되는 시점에 즈음하여 로봇과 연계된 코딩교육의 효과성을 경험적으로 검증하였다는 점에서 의미가 있다.
본 연구를 통한 제언은 다음과 같다. 첫째, 보다 상세한 실험설계를 통해 코딩 및 로봇교육의 효과성을 정교하게 밝혀내어야 한다. 둘째, 상기 교육방법의 보편적 확산을 위해 준비된 강사가 아니라 장기적으로 현장 교사의 역량향상이 필요하며 이를 위한 교원연수의 커리큘럼과 제방 행정요소의 개발이 요구된다. 셋째, 보다 다양한 환경과 학습자들을 대상으로 결과의 일반화를 위한 풍부한 실험과 연구가 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장. 서론 1
• 제1절 연구의 필요성 및 목적 1
• 제2절 연구가설 3
• 제3절 용어의 정의 4
• 제2장. 이론적 배경 5
• 제1절 프로그래밍 교육과 스크래치 5
• 1. 프로그래밍 교육 5
• 2. 스크래치 8
• 제2절 로봇 교육 10
• 1. 로봇 10
• 2. 로봇활용교육 12
• 제3절 창의성과 논리적 사고력 14
• 1. 프로그래밍 교육과 로봇활용교육의 효과 14
• 2. 창의성 16
• 3. 논리적 사고력 19
• 4. 스크래치 프로그래밍 기반 로봇 활용교육 21
• 제3장. 연구방법 25
• 제1절 연구설계 25
• 1. 예비실험 25
• 2. 본 실험 26
• 제2절 연구대상 및 기간 27
• 제3절 연구도구 27
• 1. 스크래치 EPL과 로봇 27
• 2. 수업설계 28
• 제4절 검사도구 29
• 1. 창의성 검사도구 29
• 2. 논리적 사고력 검사도구 30
• 3. 인터뷰 31
• 제4장. 연구결과 및 분석 32
• 제1절 교육프로그램의 효과성 분석 32
• 1. 논리적 사고력 32
• 2. 창의성 32
• 제2절 인터뷰 결과 34
• 1. 학습흥미도 관련 인터뷰 분석 35
• 2. 논리적 사고력 관련 인터뷰분석 35
• 3. 창의성 관련 인터뷰 분석 36
• 4. 개선점 36
• 5. 종합 37
• 제5장. 결론 및 제언 38
• 참고문헌 40
• 부 록 48
• ABSTRACT 78