중등교육에 있어서 객체지향형 EpL '두리틀'의 적용 = Application of Object-Oriented EpL 'dolittle' in Secondary Education

국문 초록 (Abstract)

컴퓨터소양교육 중심의 7차 교육과정은 소프트웨어 활용 부분에만 치중되어 있어서 컴퓨터의 작동원리를 이해하기에 부족한 면이 많다. ACMK-12 보고서에 따르면 교육과정은 컴퓨터과학교육 중심의 과목으로 구성되어야 하고 이를 위해서는 프로그래밍언어 교육을 통한 원리학습이 중요함을 강조하고 있다. 컴퓨터소양과 활용 중심의 우리나라 컴퓨터교육과정이 나아가야 할 방향 또한 프로그래밍 학습 중심의 컴퓨터과학교육이다.
프로그래밍에 의한 소프트웨어의 개발을 체험하는 것은 계산기의 동작을 효과적으로 배우기 위해서인데 종래의 프로그래밍 체험 학습은 교육적 효과를 얻기 위한 환경이 충분하지 않았다. 왜냐하면 프로그래밍은 언어 자체에 대한 학습이 아닌 컴퓨터원리학습의 도구로써 사용되는 것이기 때문이다. 일반적으로 사용되는 범용프로그래밍언어는 이 역할을 대신해줄 수 없고 교육용프로그래밍언어(EPL: Educational Programming Language)를 통한 학습에서 교육적 효과를 검증할 수 있다. 기존의 로고나 베이직과 같은 EPL은 몇 세대 전의 언어로써 구조적이고 절차적이며 프로시저 재사용이 불가능하다. 또한 2단계 이상의 중첩 구문을 사용하거나 프로그램 라인이 길어지는 등 성인을 대상으로 한 범용프로그래밍언어의 수준이어서 배우기가 어렵다. 말 언어, 샘 언어, TWo, 스퀵 등의 EPL은 기존 범용프로그래밍언어의 명령어 한글화에 그치거나 저학년의 학생이 이해하기 힘든 정도의 객체지향개념 수용 등으로 실제 교육에 적용되기가 힘들고 프로그램을 작성한다 하더라도 일상에서 사용하는 소프트웨어의 이해에 연결하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 논문에서는 객체지향기반의 새로운 EPL인 두리틀(dolittle)을 소개하고 있다. 간결한 구문과 한국어와의 대응성, 기존의 로고나 베이직의 장점을 수용한 인크리멘탈 방식의 프로그래밍, 수치, 문자열, 배열과 같은 알고리즘과 구조화, 텍스트 위주의 프로그래밍 등의 설계방침을 내세우고 있다. 또한 현대의 소프트웨어 설계 원리에 맞는 객체지향기반 EPL이지만 클래스나 상속 등의 어려운 개념을 지양하고 프로트타입을 채택함으로써 프로그래밍은 어렵다는 기존의 고정관념을 깨고 저학년 수준에서 짧은 시간을 통해 언어를 습득할 수 있다.
본 논문에서는 여러 선행연구 결과를 토대로 객체지향형 EPL 두리틀을 우리나라 중학교 1학년 학생 26명을 대상으로 6차시에 걸쳐 실제 수업에 적용해 보고 그 교육 결과를 분석해 보았다. 사전, 사후 설문지 작성을 통해 프로그래밍에 대한 이해 정도의 변화를 살펴봄으로써 짧은 시간동안 습득한 개념 수준을 알아보았고 매 수업시간마다 즐거움, 어려움, 학업성취도 정도를 학생들의 설문지 작성을 통해 분석해보았다. 2회에 걸친 형성평가에서는 프로그래밍 전반과 객체지향에 관련된 개념 이해도를 알아보고 학생 작품을 통해 두리틀의 활용능력 및 개념 이해도를 평가하였다.
연구 결과 기존 EPL의 단점을 보완하여 객체지향기반이면서도 클래스나 상속 등의 어려운 수준의 개념 이해를 필요로 하지 않아서 저학년 수준에서도 활용 가능한 EPL이라는 것을 다시 한번 확인할 수 있었다. 또한 구조가 간단하고 객체와 메소드 활용을 통해 프로그래밍 결과를 쉽게 확인하고 오류 수정이 용이하므로 학생들의 흥미도와 관심이 아주 높고 버튼이나 애니메이션 효과 등으로 그림판과 같이 간단한 소프트웨어를 작성하기 쉬워서 학업성취도와 차후 학습으로의 연계성이 우수하다는 교육적 효과를 검증할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The 7th curriculum put stress on the application of softwares and it is hard to understand the general concept and principal of the computer operation. According to ACM K-12 report, curriculum has to consist of computer science-based subjects and to achieve this, this report emphasizes the importance of the fundamentals through programming language. The aim of the curriculum of the computer education is also programming-based computer science education.
The purpose of experiencing development of softwares is to learn the operation of calculators effectively but the existing environment for programming education was not enough to achieve this. Because programming language is not the goal itself, but the instrument to study the principle of computer. Commonly used programming languages are not appropriate for this and we can observe the effect of the education by using EPL(Educational Programming Language). The currently used educational programming languages are languages before several generations, such as LOGO and BASIC, and these languages are structural and procedural and are impossible to reuse procedures. Also, they are usually using more than 2 steps of construction and tend to be long as well, so it is difficult to learn them. Moreover, MAL, SAM, TWo, Squeak and so forth are no more than just a translation of the commands into Korean and some of them adopt object-oriented concept which is hard to accept for the lower grades. Due to these reasons, they are hard to be applicable and even though students do some programmings with these languages, it is difficult to explain the relation with the commonly used softwares.
In this thesis, a new object-oriented educational programming language, dolittle, is introduced. Main policies of dolittle is the simple structure, correspondency with Korean, incremental programming which utilizes the merit of BASIC, algorithms and the structure such as numerical values, lines of characters, arrays and text-based programming. Even though dolittle is object-oriented EPL which follows the present design rules, it avoids difficult concepts such as class and inheritance, and instead, it adopts prototype to be easily learned by the lower grades in a short time.
We applied this language to the 26 first grade students in middle schools for 6 terms based on the previous result of the study and analyse the result in this thesis. We observed the changes of the extent of understanding, the effect of the research, the level of understanding of the concepts through surveys before and after the classes. And we also observe the extent of joy, hardship and accomplishment through surveys, too. We observed the level of understanding general programming and the object-oriented concept by two times of tests and evaluated the ability to use dolittle and the understanding of the concepts.
It is shown that dolittle can compensate the weak points of conventional educational programming languages and is effective as an educational programming language since it does not need to explain difficult concepts such as class and inheritance even though it is object oriented. Also, it has a simple structure and it is easy to see the result of the programming using object and method. In addition, simple softwares ,such as painting programs, are easily programmable using buttons and animation effects. Due to these merits, we can verify the excellent educational effects of the high achievement of the studying and the easy connection to the next level of the study.

목차 (Table of Contents)

• 개요 = ⅰ
• 목차 = ⅲ
• 1. 서론 = 1
• 1.1. 연구 배경 및 목적 = 1
• 1.2. 연구 내용 = 2
• 1.3. 연구 방법 = 3
• 2. 컴퓨터과학교육 = 3
• 2.1. 우리나라 컴퓨터 교육 현황 및 문제점 = 4
• 2.2. ACM K-12 교육과정 = 5
• 2.3. 컴퓨터과학 교육과정 제안 = 6
• 3. 교육용프로그래밍언어 = 9
• 3.1. 교육용프로그래밍언어의 필요성 = 9
• 3.2. 교육용프로그래밍언어의 종류 및 특징 = 14
• 3.3. 문제점 분석 = 17
• 4. 객체지향형 EPL ‘두리틀' = 18
• 4.1. 두리틀 언어 소개 = 19
• 4.2. 두리틀 특징 = 29
• 4.3. 기존 EPL과의 차이점 = 32
• 5. ‘두리틀’의 중등 교육 적용과 평가 = 35
• 5.1. 선행 연구 결과 = 35
• 5.1.1. 고등학교에서의 실험 수업 = 35
• 5.1.2. 교사에 의한 평가 = 37
• 5.1.3. 중학교에서의 실험 수업 = 38
• 5.2. 중등 교육 적용과 평가 = 40
• 5.2.1. 교육 대상 분석 및 준비학습 내용 = 40
• 5.2.2. 교육 내용 및 평가 = 45
• 5.2.3. 교육 결과 분석 = 50
• 6. 결론 = 56
• 참고문헌 = 58
• Abstract = 60