Journal Archive

교육용 프로그래밍 언어(EPL; Educational Programming Language)는 교육적인 목적을 가지고 개발된 프로그래밍 언어를 의미한다[6]. 다시 말해 교육용 프로그래밍 언어는 알고리즘 및 프로그래밍 방법에 대한 학습을 목적으로 초보 프로그래머를 위해 개발된 특수 목적용 개발 도구이다[7]. 수많은 프로그래밍 언어 중 어디까지 교육용 프로그래밍 언어로 지칭할 수 있는가에 대해 명확히 규정된 범위는 없다. 즉 교육용 프로그래밍 언어의 범주는 활용 목적에 따라서 일반 프로그래밍 언어도 포함될 수 있다. 다만 교육용 프로그래밍 언어 특성에 관한 연구 결과를 종합해보면 문법의 간결성, 객체지향, 그래픽 사용자 인터페이스 환경, 알고리즘 표현 가능성을 포함하는 특성을 가진다[8].

교육용 프로그래밍 언어는 크게 블록 프로그래밍 언어와 텍스트 프로그래밍 언어로 구분할 수 있다. 블록 프로그래밍 언어는 프로그램 작성에 필요한 명령을 블록 형태로 제공하는 방식이며, 텍스트 프로그래밍 언어는 프로그래밍에 필요한 명령 구문들을 문자로 입력하는 방식이다[9]. 그 중 블록 프로그래밍 언어는 블록 형태의 명령어를 결합함으로써 쉽고 자유롭게 원하는 프로그램을 만들 수 있다[10]. 블록 프로그래밍 언어는 프로그래밍 초보자도 용이하게 사용할 수 있어 전 세계적으로 널리 활용된다[11]. 대표적인 블록 프로그래밍 언어에는 스크래치(Scratch), 엔트리(Entry), 엠블럭(mBlock), 앱인벤터(App Inventor) 등이 있다. 특히 스크래치는 2003년 MIT 미디어 랩에서 개발한 고수준 블록 기반 시각 프로그래밍 언어이자 코딩 교육 플랫폼으로, 2023년 3월 기준으로 1억 600만 명 이상의 사용자가 등록되어 있으며 1억 2700만 개 이상의 프로젝트가 공유되는 전 세계에서 가장 큰 창의적 코딩 커뮤니티이다[33].

블록 프로그래밍 언어는 초등의 실과 교육과정, 중등의 정보 교육과정을 중심으로 프로그래밍 교육을 위해 널리 사용된다[12]. 최근에는 소프트웨어 중심 대학 사업을 계기로 하여 비전공자들에게도 전공에 상관없이 교양 필수 강좌로 프로그래밍 교육을 실시하는 추세에 따라 대학 수업에서도 블록 프로그래밍 언어가 활용된다[13]. 이에 따라 블록 프로그래밍 언어를 활용한 대학 수업에 관한 연구가 진행 중이다.

그 사례로서 고광일(2018)은 소프트웨어 전공자를 대상으로 하는 프로그래밍 입문 수업에서 C언어 수업에 스크래치를 활용하는 수업 모형을 설계하였다[14]. 오미자(2017)는 비전공자 학생들이 느끼는 프로그래밍에 대한 기존의 인식과 소프트웨어 수업 후 느끼는 인식의 변화를 연구하였다[15]. 박정신(2012)은 전문대학의 컴퓨터 전공 학생 중 스크래치를 활용한 학생들이 활용하지 않은 반 학생들에 비해 문제 해결력, 프로그래밍 작성 능력, 수업의 만족도면에서 향상되었음을 비교·분석하였다[16].

특히 최근에는 교원 양성 대학에서 블록 프로그래밍 언어를 활용한 수업에 관한 연구가 발표된다. 성영훈(2020)은 블록 프로그래밍 언어를 활용한 강의에서 예비교사들이 겪는 협업 요인들을 개인 역량과 팀 역량으로 구분하여 학습자들의 프로그래밍 역량과의 관계를 분석하였다[17]. 이철현(2019)은 초등 예비교사들이 프로그래밍 초보 학습자가 겪는 프로그래밍의 어려움 및 오류 유형을 고려한 개발 전략을 설정하고, 이 전략을 적용하여 30종의 교육용 프로그래밍 언어 학습 모듈을 개발 및 검증하였다[18].

자료구조(Data Structure)는 자료 사이의 논리적 관계를 컴퓨터나 프로그램에 적용하기 위해 자료의 추상화를 통해 자료의 논리적 관계를 구조화한 것이다[19]. 자료구조를 활용하여 자료들 사이의 관계를 저장할 수 있을 뿐만 아니라, 자료구조와 함께 사용될 수 있는 알고리즘들을 통해 보다 효과적으로 자료들을 다룰 수 있다[20]. 컴퓨터 과학은 프로그래밍, 알고리즘 및 데이터 구조와 관련된 발견에 중점을 둔 기초 학문이다[21]. 따라서 컴퓨터 관련 전공에서 자료구조는 이미 필수적인 교육 내용으로 간주된다.

다만 지금까지는 교육과정을 통해 학생들을 대상으로 이루어지는 자료구조 교육에 대해서는 크게 부각되지 않았다. 그럼에도 불구하고 컴퓨터 교육이 보편 교육으로 자리 잡고 있는 상황을 고려하여, 자료구조 교육 대상의 범위를 확대하고자 하는 연구가 진행 중이다. 그 사례로 문성윤 외(2020)는 초등학교에 자료구조 교육을 도입하기 위해 국내외 컴퓨터과학 교육과정을 비교·분석했다[22]. 또한 전석주(2012)는 초등학교에서 기초적인 자료구조와 알고리즘 교육에서 시각화에 따른 교육적 효과를 분석했다[4].

두 가지 연구 사례는 초등 교육과정에서 자료구조 교육의 도입을 주 목적으로 한다. 자료구조에 대한 교사의 배움과 이해가 선행되어야 하지만, 현재 초등 교원 양성 과정에서는 블록 프로그래밍 언어를 사용하는 것에 그칠 뿐 체계적인 자료구조 교육이 이루어지지 않는다. 한편 정보 교사를 양성하는 과정에서는 필수 과목으로 자료 구조자료구조를 편성하고 있으나, 텍스트 언어를 활용하여 배우기 때문에 블록 프로그래밍 언어를 사용하는 수업 현장에서 바로 적용하기 어렵다.

교사의 자료구조 수업 역량 함양을 위한 자료구조 교사 연수 프로그램이나 교원 양성 대학에서 실시되는 자료구조 교육에 관한 연구 또한 부족하다. 김성식 외(2018)는 문제 해결 프로그래밍 자동평가 시스템을 적용하기 위해 자료구조의 주요 토픽별 문제 은행을 개발하여 교원양성 대학에서 자료구조 강의를 수강하는 학생들에게 학습 동기를 부여하고 몰입도를 증가시키고자 시도했다[23]. 그러나 이는 교육 도구에 관한 것으로, 선행되어야 할 교육 내용과 교육자료에 대한 연구는 매우 부족하다. 특히 블록 프로그래밍 기반의 자료구조 교육에 대한 교원 연수에 대한 연구는 전무하다. 이에 연구자는 교사의 수업 역량 강화를 위한 블록 프로그래밍 기반의 자료구조 수업을 구상하고 이에 활용할 수 있는 교육자료를 개발한다.

가장 먼저, 연구자는 한 학기를 기준으로 한 스크래치 언어 기반의 자료구조 수업에 대해 차시별 교육 주제와 시수를 결정한다. 이후 개발할 세 가지 교육 내용을 선정하고 프레젠테이션 형식의 교육자료 초안을 제작한다.

이후 개발한 교육자료 초안에 대하여 사전 설문조사를 실시한다. 설문 내용은 교육의 필요성과 교육과정 구성 및 교육자료 내용의 적합성을 묻는 문항으로 구성된다. 문항 형식은 교육의 필요성을 묻는 첫 문항에 대해서만 서술형으로 응답받았으며, 이를 제외한 모든 문항은 5점 리커트 척도형(5 Likert scale)으로 응답받는다. 설문 문항에 대한 정보는 표 2와 같다.

설문 대상은 대학교 또는 대학원에서 자료구조 수강 이력이 있는 예비교사, 초등교사, 중등교사로 선정한다. 각 집단별 인원은 4인으로 총 12인으로 구성하고, 이들의 설문 참여 의사를 확인한다. 설문조사는 온라인으로 설문지를 배포하고, 클라우드 서비스를 활용하여 응답을 제출받는다. 응답은 필요한 인적사항 외에는 무기명으로 제출하도록 하여 참여자의 솔직한 의견을 수렴한다.

포커스 그룹 인터뷰는 질적 연구로서 개방형 질문으로 구성된 인터뷰 가이드를 토대로 대상자의 경험, 인식, 의견, 감정, 지식 등에 대해서 심도 있게 조사할 수 있는 연구 방법이다[24]. 포커스 그룹 인터뷰를 활용하면 연구 주제에 초점을 맞춰 집중된 대화를 통해 단기간에 적절한 양질의 자료를 수집할 수 있다[25]. 특히 참여자들의 생각이나 아이디어 등의 공유를 통한 집중적·심층적 대화가 가능하며, 특정 상황에 대한 유의미한 이해 증진에 효과적이다[26].

교육 분야의 연구에서 포커스 그룹 인터뷰는 교육 현황을 고찰하거나 교육 방향을 결정하기 위해 활용된다. 그 사례로, 이영희 외(2020)의 연구에서는 교육주체 및 국내·외 교육전문가의 포커스 그룹 인터뷰 내용을 분석하여 미래 교육 방향을 탐색했다[27]. 또한 이성숙 외(2008)는 일반 교사와 특수 교사들을 대상으로 포커스 그룹 인터뷰를 실시하여 학습 장애에 대한 교사들의 인식을 살펴보고 인식 변화를 위한 방향을 모색했다[28].

한편, 다양한 교과의 교육 프로그램이나 교육 자료를 개발하는데도 포커스 그룹 인터뷰가 활용된다. 이성화 외(2021)는 포커스 그룹 인터뷰를 통한 유아교사 및 미술교사의 미술 역량 강화 프로그램 개발을 제시했다[29]. 이수희 외(2007)는 실천적 문제 중심의 가정과 교육과정 연수 프로그램에 대한 요구를 분석하기 위해 포커스 그룹 인터뷰를 활용했다[30]. 박서연 외(2012)는 고혈압 영양교육 프로그램 및 교육 자료를 개발했고, 김준증 외(2017)는 생존 수영 교육 프로그램 분석과 개선 방안에 대해 포커스 그룹 인터뷰 결과를 발표했다[25],[31].

이에 본 연구에서도 교사의 소프트웨어 수업 역량 강화를 위한 자료구조 교육과정 구성 및 교육자료 개발을 위해 포커스 그룹 인터뷰를 활용하여 교사들의 심도 있는 논의를 진핸한다. 사전 설문조사 결과를 바탕으로 포커스 그룹 인터뷰 주제와 대상을 선정한다. 포커스 그룹에서 일반적으로 관리가 가능하다고 여겨지는 참여자 인원은 6~10명이다[32]. 이에 따라 인터뷰는 표 3과 같이 연구자 2인이 진행자로, 교사 6명이 참여자로 참석하여 진행한다.

이때 참여자 A~C는 초등교사이며, 참여자 D~F는 중등교사이다. 교사 중 일부는 사전 설문조사에 참여했던 인원으로 구성했다. 참여하는 전체 교사는 자료구조 강의 수강 이력이 1회 이상 있는 자로 선별했다. 연구자는 인터뷰 시작 전에 각 참여자에게 인터뷰 일시, 장소, 주제 등을 안내하였으며, 원활한 인터뷰 진행을 위해 사전에 인터뷰 문항과 관련 자료를 배포했다.

마지막으로 포커스 그룹 인터뷰 결과를 바탕으로 개발한 교육자료를 개선하였으며, 소프트웨어 수업 역량 강화를 위한 자료구조 교육에 관한 전체 연구 결과를 정리한다.

설문 조사는 블록 프로그래밍 기반의 자료구조 수업에 대하여 (예비)교사가 느끼는 필요성과 개발한 교육과정 및 교육자료에 대한 의견을 확인하기 위한 목적으로 실시했다. 설문 조사는 2022년 10월 5일부터 16일까지 12일간 실시되었으며, 참여 의사를 확인한 12명 중 9명이 최종적으로 기간 내에 응답했다. 설문에 참여한 (예비)교사의 직위, 학력, 자료구조 강의 수강이력에 대한 정보는 표 4와 같다.

설문조사의 첫 번째 문항은 (예비)교사를 대상으로 블록 프로그래밍 언어를 활용한 자료구조 수업의 필요성에 대한 질문이다. 이에 대해 응답자 9명 중 예비교사 1명의 응답자만 필요하지 않다고 응답했는데, 그 이유로 ‘블록 프로그래밍 언어가 자료구조를 표현하는데 한계가 있기 때문’이라고 설명하였다. 그 외 예비교사 2인과, 초‧중등 교사 6인은 필요하다고 응답했으며 그 이유로는 ‘이해가 쉬울 것 같음’, ‘학교 현장에서 블록 코딩으로 자료구조를 가르치는 방법을 알면 좋을 것 같음’, ‘쉽고 재미있게 자료구조의 원리를 알 수 있음’, ‘프로그래밍 언어에 대한 이해가 부족한 학생이 직관적으로 이해하는데 도움이 될 것 같음’, ‘자료구조는 기본적으로 이해를 하고 있어야 하고, 이 부분을 스크래치와 같은 코딩과 연계하여 배우면 더 좋을 것이라 생각함’ 등의 의견이 있었다.

두 번째 문항은 연구자가 설계한 자료구조 교육과정의 구성에 대한 적절성에 대한 질문이다. 이에 대한 응답은 표 5와 같이 매우 긍정적으로 나타났다.

따라서 교육과정 구성에 대해서는 추가적인 수정 없이 확정되었으며, 이는 표 6과 같다. 전체 교육과정은 15주차 중 시험기간 2주차를 제외한 13주차로 구성되어 있다. 이 때 한 주차는 3학점을 기준으로 하였을 경우 3시간에 해당된다.

세 번째 문항부터 마지막 문항까지는 개발한 교육자료의 적절성에 관한 것이다. 교육자료는 선형 구조, 비선형 구조, 정렬과 탐색의 영역 중 한 가지씩 주제를 선정했으며, 교육자료 1(M-1)은 ‘리스트’, 교육자료 2(M-2)는 ‘그래프’, 교육자료 3(M-3)은 ‘정렬’에 대한 자료를 개발했다. 이들 자료를 검토하고 그 적절성을 평가한 응답 결과는 표 7과 같다.

응답 결과 전반적인 문항에 ‘보통’ 응답이 존재하고, ‘미흡’으로 평가한 응답도 1건 있는데 해당 응답자는 예비교사인 것으로 나타났다. 예비교사들은 문항 내용에 관계없이 긍정적이지 않은 평가를 보였기 때문에 그 이유에 대해 재질문했다. 그 결과 중등 교사를 선발하는 임용 1차 시험에서 자료구조 문항에 대한 비율이 높으며 이들 문항이 C언어를 기준으로 출제되고 있기 때문에 예비교사 대상 수업에서 블록 프로그래밍을 활용하는 것에 대해 부정적인 입장인 것으로 나타났다. 즉 교육자료에 대한 부정적 응답은 교육자료 자체의 문제라기보다는, 임용 시험이라는 특수한 조건에 따른 결과인 것으로 밝혀졌다.

실제로 예비교사를 제외한 교사의 응답을 살펴보면 교육자료(1)의 필요성과 흥미, 교육자료(2)의 흥미와 분량, 교육자료(3)의 분량의 다섯 가지 항목에서 ‘보통이다’가 1회 응답되었고, 나머지는 모두 ‘매우 그렇다’ 또는 ‘그렇다’로 나타났다.

추가로 연구자 2인은 회의를 거쳐 초‧중등교사를 대상으로 포커스 그룹 인터뷰를 실시함으로써 교육 자료의 개선 방안에 대해 논의하되, 이를 예비교사를 비롯한 다른 집단에 활용하는 가능성과 방법 또한 함께 논의하기로 결정했다.