일반계 고등학교 정보 교육과정의 문제 해결 방법과 절차 수업 모형

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 일반계 고등학교 신 개정 정보 교육과정의 ‘문제 해결 방법과 절차’ 영역의 효과적인 교수․학습을 위한 수업 모형을 개발하고 그것의 효과성을 검증하여, 정보 교과 학습이 효과적이고 효율적이며 매력적이 되도록 하는 목적이 있다.
중학교에서 이 영역을 학습하지 못한 일반계 고등학생들을 위해 중학교 교육과정을 포함할 필요가 있다. 그리고 학습자의 발달 단계에 알맞은 프로그래밍 언어를 채택하여 인지적 부담을 줄일 필요가 있다. 또한 학습자의 학습 양식에 맞는 교수․학습 방법을 적용할 필요가 있고, 프로그래밍 학습을 통한 문제 해결 능력 향상을 위해 재미있게 프로그래밍 할 수 있는 퍼즐을 학습 예제로 사용할 필요가 있다.
중․고교의 교육과정을 연구하고 중․고 정보 교과서를 분석하여, 중학교 교육과정을 포함한 교육과정을 계열화하여 재구성한다.
수업 모형 개발 시 학습 양식에 따라 적용할 수 있는 프로그래밍 교수 전략과 방법을 연구하고, 학습자들의 흥미를 유발할 수 있는 프로그래밍 예제로 사용할 퍼즐을 연구한다.
재구성한 교육과정과 알맞은 교수․학습 방법으로 효과적이고 효율적이며 매력적인 수업 모형을 개발한다.
개발한 수업 모형을 일반계 고등학교 ‘정보’ 수업에 적용하여 ‘문제 해결 능력이 향상되는가?’를 연구한다.
이러한 연구 수행을 위한 연구 방법은 ADDIE 모형에 따라 수행한다.
프로그래밍의 인지적 부담을 줄이기 위해 수업 모형의 프로그래밍 언어로는 파이썬을 선택한다.
학습 양식에 따른 교수․학습 방법을 제안하고, 교육과정의 특성에 따라 알맞은 수업 모형을 제안한다.
본 연구에서 개발한 수업 모형에 따라 일반계 고등학교 특별활동 컴퓨터 부 학생들을 대상으로 수업을 진행하고, 부산 시내 컴퓨터교육과 예비 교사들이 모의 수업을 실시하였다. 수업 모형의 효과 검증을 위하여 고등학생과 예비 교사를 대상으로 설문 조사하였다. 예비교사의 75%가 수업 모형에 만족한다고 대답하였다.
2012년 3월부터 23시간 동안 일반계 고등학교 정보 교과 수업에 적용하고, 수업 전․후에 PSI 검사를 하여 문제 해결력 향상 여부를 알아본 결과, 개발한 수업모형 적용은 문제 해결능력을 향상 시켰다고 분석한다.
본 연구의 수업 결과로 학생들의 학습 양식의 변화를 알기 위해 LSI 검사를 2012년 1학기 수업 적용 전, 후에 실시하였다. 중간고사 실시 후 PSI와 중간고사 성적과의 상관관계, LSI와 상관관계를 검증하였다.
검증 결과, 정보 교과 중간고사 필기시험 점수와 PSI 점수는 Pearson 상관계수가 .247 > 0이기 때문에 약한 정 상관관계가 있다고 분석한다.
중간고사 문제의 87%가 알고리즘과 파이썬 프로그래밍 문제였고, 13%가 불 대수와 논리 연산이었기 때문에 자연과학 계통의 특성을 가진 융합자의 평균 점수가 가장 높이 나오고, 수렴자의 점수도 높은 것으로 분석한다.
따라서 개발한 수업 모형이 2012년부터 적용되는 일반계 고등학교 정보 교과 ‘문제 해결 방법과 절차’ 영역의 교수․학습에 효과가 있는 것으로 분석한다. 그러므로 정보 교사들의 교수ㆍ학습 수업 모형의 지표가 되고, 예비 교사의 교육 자료로 활용하는 것을 제안한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to develop an effective teaching model for the "Problem solving methods and procedures" section in the revised academic high school informatics curriculum, verify its effectiveness, make the subject more effective and appealing to teachers as well as students. The model includes a middle school level informatics curriculum for the students who have yet to learn the section and an appropriate computer programming language is to be selected in accordance with learners' developmental stage to reduce cognitive load. In addition, a teaching/learning pedagogy suitable for the student learning style is applied. Stimulating and interesting puzzles that students can program are needed as learning exercises to improve problem solving ability through programming practice.
The model development involves reconstituting a secondary education curriculum by examining the existing curriculum and informatics textbooks; devising teaching strategies and methods in programming; designing an effective and attractive teaching model; applying the developed model in high school classrooms; and analyzing the results to verify improvement in problem solving ability. This development follows the ADDIE model, and the Python programming language is adopted for the model.
Using the model, classes were conducted with two groups: high school computer club students and undergraduate students majoring in computer education. Afterwards, a student survey was done to verify the effectiveness of the model. The survey results revealed that both groups were favorable to the model. Of the undergraduate students 75% responded positively to the model. The high school group showed an increased level of interest in the subject. After the survey, the model was modified to incorporate the student feedback and to improve further its efficiency and effectiveness. This model was applied in the actual high school classroom teaching for 23 class-hours in the spring semester 2012. Students took PSI tests and the end result showed that the suggested model improved problem solving ability. The Pearson correlation coefficient that verifies the correspondence between the PSI score and the informatics midterm exam grade is .247, which reflects a weak positive correlation.
Physical science favoring assimilators scored highest and convergers also received good grades because 87 percent of questions from the midterm are about algorithm and Python programming, 13 percent are about Boolean algebra and logical operations.
The result of the study showed that the developed teaching model is an effective tool in educating students about the "problem solving methods and procedures". The model is to be a cornerstone of teaching/learning plans for informatics at academic high school as well as training materials for pre-service teachers.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 4
• II. 이론적 배경 8
• 1. 교육과정 8
• 2. 문제 해결 능력 13
• 3. 프로그래밍 언어 교육 16
• 4. 교과서에서 많이 사용되는 프로그래밍 언어 24
• 5. ARCS 이론 27
• 6. 퍼즐 31
• 7. 수업 모형 34
• 8. 학습 양식 38
• III. 연구 내용 42
• 1. 수업 모형 설계 원리 42
• 2 모형 개발 절차 43
• 3. 신ㆍ구 정보 교과 교육과정의 비교 44
• 4. 교과서 사용 프로그래밍 언어 분석 및 채택 51
• 5. 교수․학습 내용 재구성 53
• 6. 학습 양식과 교수ㆍ학습 방법 61
• 7. 수업 모형 개발 64
• IV. 실험 및 결과 70
• 1. 모의수업 적용 70
• 2. 설문 조사 72
• 3. 수업 적용 및 문제 해결력 향상 검증 78
• V. 결 론 83
• 참고문헌 86
• Abstract 92
• 부록 94