학습효과를 높이는 알고리즘의 시각화 표현기법의 연구

국문 초록 (Abstract)

20세기 후반 전산교육이 필요성이 대두되면서 시작된 우리나라의 컴퓨터 교육은 네트워크로 연결된 컴퓨터기반의 환경이 우리 삶의 필수적 요소로 자리매김함에 따라 그 중요성에 대한 인식도 매우 빠르게 달라져 왔다. 첨단 테크놀로지의 발달은 과거에는 상상도 할 수 없었던 일을 가능하게 하며 새로운 시대를 살아가는 기본 소양을 요구하기도 한다.
이에 따라 컴퓨터교육도 단순한 기술 지식을 습득하는 것에서 정보화 사회 적응력 함양 교육으로 패러다임이 전환되고 있다. 정보화된 환경 속에서 학생들이 필요한 지식을 획득하고 창의력과 문제해결력을 신장할 수 있도록 하기 위해서 학생들이 실제로 문제 해결과 과제 수행 활동 등을 직접 경험하는 것을 강조하는 것이다.
현재 개정된 교육과정은 제 7차 교육과정의 컴퓨터 관련 교육과정의 내용이 컴퓨터 과학의 원리를 이용한 문제해결력 신장보다는 컴퓨터의 형식적이고 단순 도구적 활용 측면만을 강조하고 있음을 가장 큰 문제로 지적하고 이를 해결하기 위해 컴퓨터 과학의 기본 원리를 적용하여 창의적이고 논리적인 사고를 바탕으로 미래 지식 정보 사회가 요구하는 문제해결능력을 신장시킬 수 있도록 교육과정을 전면 개정하였다.
현재 개정된 2007, 2009 개정교육과정에서는 「컴퓨터」교과교육과정이 중학교의 재량활동 선택과목과 고등학교 선택 과목에서 모두 「정보」라는 교육 명칭으로 변경되었다. 개정된 「정보」교육의 개정은 기본 원리 습득을 위한 개념적 내용의 강화 및 알고리즘 설계 및 분석 등의 내용을 포함하는 ‘문제 해결 방법과 절차 영역’의 도입 하였고, 또한 학교급간 내용의 체계성을 유지하며 컴퓨터의 형식적이고 단순 도구적 활용 측면보다는 컴퓨터 활용교육을 지향하며, 정보통신 윤리 교육을 강화 하였다.
현재 여러 논문에서도 확인 되었듯이 프로그래밍 교육은 고등인지 사고 능력 개발에 효과가 있다. 개정된 교육과정에서 요구하고 있는 여러 영역 중 “문제 해결 방법과 절차” 영역에서는 알고리즘을 학습하여 여러 가지 다양한 방법으로 문제를 분석하고 문제해결과정을 이해한 실생활에서 발생하는 문제를 대상으로 효율적인 해결방법을 설계한다고 한다.[1]
알고리즘을 비롯한 프로그래밍 과정은 초중고교 및 컴퓨터 관련학과를 비롯한 많은 이공계 학과에서 매우 중요한 과목으로 인식되고 있다. 하지만 데이터 구조에 대한 사전 지식을 필요로 하며, 수학적 사고 능력을 요하고, 프로그래밍 능력 또한 필요로 하므로 많은 학생들이 어려워하고 있다. 현재 생활에서는 중등학교에서 교육을 하기는 실제적으로 어렵다고 할 수 있다. 게다가 알고리즘 내용은 반복․강조로는 제대로 교육이 이루어지지 않으며 교과서의 알고리즘 도입으로 새로운 형태의 교수․학습 전략을 요구한다.
본 연구에서는 기존의 알고리즘이 어렵다는 개념을 시각화 프로그램을 동시 적용 시 프로그래밍의 이질감이 해소되고 쉽게 다가갈 수 있어서 학습효과를 높일 것이라는 가설을 세우고 실험과 검증을 통해 가설을 입증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The ending of 20th century, needs of computer education is raise. Because of the computer education is required, the recognation about the importance has been quickly changeed.
The development of high-tech industry make things possible which can not be in past, it also requires basic knowledge what we need living in new generation.
So, the paradigm of computer education has been changing from learning simple technology knowledge to education of adapting information society. It means emphasis experience regarding solution of the problems and task activities to upgrade students' creativity and ability to resolve problems.
Current revised curriculum point out past 7th curriculum's weak point that emphasis conventional and simple tools of computer practical use activity rather than upgrading ability to resolve problems using principle of computer science. To solve the this weak point, current revised curriculum revised every curriculum with creative and logical thinking to upgrade ability to resolve problems using principle of computer science which is required to future information society.
In 2007, 2009 current revised curriculum, the name of "Computer" is changed to "Information" from subject of optional activity in middle school and high school. Revised curriculum "information" includes upgrading conceptual content "The method of resolve problems and Proceeding" to make students acquire basic principle and designing algorism or analysis algorism. Also the curriculum emphasis the practical use activity of computer and ethics education of information and technology rather than conventional and simple tools of computer practical use activity.
As lots of dissertations verify, education of programming effect on development of thinking activity about high-perception. Many spheres in revised curriculum, especially "The method of resolve problems and Proceeding", it shows that designing efficient resoving method about the problems in our life to make students study algorism with many diversity of methods.
The course of programming including algorism is recognized as very important subject in not only primary school and middle school but also many college of science and engineering class including computer class. However it requires the knowledge of "Data structure", "Ability of mathematical thinking" and "Ability of computer programming". So, many students are struggle to study well. Actually, it is hard for middle school students to learn. Besides, because of the content of algorism can not be effctive without repeating and emphasising, it requires introduction of new algorism and study strategy.
In this research, we hypothesized and proved through test and verification that current revised curriculum can maximize the study effects when we apply to new visual program simulaneously if the existing algorism is difficult. It means we can access the algorism easily and don't need to feel afraid of programming anymore.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 가. 연구의 필요성 및 목적 2
• 나. 연구 내용 및 방법 3
• 2. 관련연구 4
• 가. 컴퓨터 교과의 개정 4
• 1) 정보교과의 개정 4
• 2) 중학교 컴퓨터교과목의 개정 4
• 3) 프로그래밍 교육과정 현황 6
• 나. 알고리즘 7
• 1) 알고리즘 교육의 필요성 7
• 2) 알고리즘 학습의 교육적 효과 및 의의 8
• 3. 시각화 교육 프로그램 12
• 가. 바람직한 시각화 교육 프로그램 활용 교육 12
• 1) 명확한 학습목표 12
• 2) 다양한 학생 특성에 대응한 내용 12
• 3) 학습의욕을 돕는 매체의 사용 12
• 4) 학습목표 달성을 위한 풍부한 내용 13
• 나. 미래의 교육을 위한 ICT교육 13
• 다. 시각화 교육 프로그램의 사례 14
• 1) 스크래치(Scratch) 14
• 2) 스퀵 이토이 17
• 3) 마법 천자문 19
• 4) 기타 19
• 5) 고차원적 기법 22
• 라. 사례 평가 27
• 1) 시각 미디어 교육 현황 [12] 27
• 2) 감상수업에서의 시각화 프로그램 교육 [13] 29
• 3) 프로그래밍 수업에서의 시각화 프로그램 교육 [14] 33
• 4) 시각적 노트 활용 시 학업 성취도에 미치는 영향 [16] 37
• 4. 순서도 40
• 가. 순서도의 구조 40
• 1) 순차 구조 (Sequence Structure) 40
• 2) 선택 구조 (Selection Structure) 41
• 3) 반복 구조 (Loop Structure) 46
• 나. 순서도 기호 선택 모듈 51
• 5. 연구 실험 결과 분석 52
• 6. 결론 56
• 참고문헌 57
• 설문지 59