활동을 통한 알고리즘 교육과 ICT 기반 알고리즘 교육의 성취도 연구 : 정렬 알고리즘을 중심으로 = A Study on Achievement of Algorithm Education based on Activity and ICT : Focusing on Sorting Algorithm

국문 초록 (Abstract)

빠르게 변화하는 지식정보화사회에서 창의적인 문제 해결 능력을 갖춘 인재를 육성하는 일은 우리 교육의 핵심 과제가 되었다. 이에 따라 학교의 컴퓨터 교육도 소프트웨어 활용 측면에서 벗어나 컴퓨터과학 교육을 강화하는 쪽으로 방향을 전환하고 있다.
컴퓨터과학 영역 중 알고리즘은 프로그래밍의 근간이 되며 이 시대가 요구하는 문제 해결력과 논리적 사고력을 향상시킬 수 있는 영역으로 그 중요성이 더해지고 있다. 특히 2005년에 개정된 정보통신기술 운영지침에 따르면 초등학교에서부터 알고리즘을 학습 내용으로 다루도록 하였으며 이에 따라 초등학교 현장에서도 알고리즘을 쉽고 효과적으로 지도하기 위한 다각적인 교육 방법 연구가 필요해졌다. 이에 본 논문에서는 초등학교 수준에서 알고리즘 교육이 효과적으로 이루어질 수 있는 지도 방안을 모색하기 위하여 활동 중심과 ICT 기반이라는 두 가지 측면의 알고리즘 교수-학습 과정을 설계하고 실제 초등 교육 현장에 적용하여 성취도를 비교 연구하고자 한다.
본 연구를 위해 다양한 활동 자료의 구체적 조작 활동을 통해 여러 알고리즘의 방법을 경험하도록 하는 활동을 통한 알고리즘 교수-학습 과정과 정렬 수행 과정이 시뮬레이션 되도록 제작한 애니메이션 컨텐츠를 통해 여러 알고리즘의 방법을 경험하도록 하는 ICT 기반의 알고리즘 교수-학습 과정을 설계하였다. 실험은 초등학교 3학년 2개 반을 대상으로 정렬 알고리즘 중 버블정렬, 삽입정렬, 선택정렬로 학습 내용을 한정하여 총 8차시의 실험 수업을 실시하였고, 이 때 A학급은 활동 중심, B학급은 ICT 기반의 알고리즘 교수-학습을 진행하였다.
활동 중심과 ICT 기반의 교수 방법이 성취도에 미치는 영향을 비교하기 위하여 실험 수업 후에 사후 평가를 실시하였고 학습의 이해도나 흥미도 등 수업에 대한 정의적 영역을 분석하기 위하여 설문지를 투입하였다.
성취도와 설문지의 분석을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
첫째, 활동을 통한 알고리즘 교육과 ICT 기반의 알고리즘 교육 모두 정렬 알고리즘 학습에 효과적이었으며 교수 방법에 따른 학업 성취도에는 차이가 없었다. 그러나 초등학교 저학년 학생들도 알고리즘을 충분히 학습할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.
둘째, 활동을 통한 알고리즘 교육이 ICT 기반의 알고리즘 교육에 비해 학생의 이해도나 흥미도 향상 측면에서 좀 더 효과적이라고 할 수 있겠다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

It became the core issue for our education to cultivate talented persons who have creative solving ability in this knowledge and information-oriented society, where it's changing rapidly. According to this trend, the computer education in schools are diverting their focus toward computer science from the mere application of software.
Algorithm is a basic of programing in the area of computer science and can improve the ability of problem-solving and logical thought this age requires so it became more and more important. Especially, according to implementation guideline for information & communication technology which was amended in 2005, algorithm has to be dealt in the learning contents from elementary school, so now it needs to study various educational methods for students to learn algorithm easily and effectively. Therefore, this study designed two algorithms teaching-learning processes based on activity and ICT and then compared the achievement by applying them actually to the students in elementary school so as to seek guideline that can make the lesson of algorithm easier for the students in elementary schools.
For this study, I designed an activity based algorithm teaching-learning process that can make students experience various algorithms through concrete operational activity with various materials and an ICT based algorithm teaching-learning process to make students experience various algorithms through animation contents which were produced for a sorting activity process to be simulated. I implemented 8 sessions of experimental classes by limiting them within bubble sort, insertion sort, and selection sort among sorting algorithm with the subjects of third grade elementary students in two classes. Then I implemented activity based algorithm teaching-learning process for A class and ICT based process for B class.
And I conducted post-evaluation after experimental classes to compare the effect of activity based and ICT based teaching method on achievement, and used questionnaire to analyze affective domain of study including understanding and interest in learning.
As the result of analyzing achievement and questionnaire, I could get the following conclusions.
First, both activity based algorithm education and ICT based algorithm education were effective in learning sorting algorithm and there was not difference between those education methods in academic achievement. But I got the conclusion that the lower grade elementary students also can learn algorithm with ease.
Second, activity based algorithm education looked more effective than ICT based education in improving students' understanding and interest.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• 1. 연구의 필요성 = 1
• 2. 연구의 목적 및 범위 = 4
• Ⅱ. 이론적 배경 = 5
• 1. 학습자의 특성과 교수-학습 방법의 방향 = 5
• 2. 활동을 통해 배우는 컴퓨터과학 = 7
• 3. ICT 기반으로 배우는 컴퓨터과학 = 11
• 4. 정렬 알고리즘 = 15
• 5. 기존 연구의 한계 및 개선 방향 = 23
• Ⅲ. 알고리즘 교수-학습 과정 개발 = 25
• 1. 연구 설계의 방향 = 25
• 2. 정렬 알고리즘 교수-학습 과정 = 27
• Ⅳ. 효과 분석 = 39
• 1. 실험 대상 = 39
• 2. 실험 설계 및 절차 = 39
• 3. 분석 도구 개발 = 40
• 4. 분석 결과 = 42
• Ⅴ. 결론 및 제언 = 51
• 1. 결론 = 51
• 2. 제언 = 52
• 참고문헌 = 53
• Abstract = 57
• 부록 = 59