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자넷 윙은 컴퓨팅 사고력을 컴퓨터과학자뿐만 아니라 누구나 배워 활용할 수 있는 보편적인 사고이자 기술로 인지하여 모든 사람에게 필요한 읽기, 쓰기, 셈하기와 같은 근본적인 기술이 되어야 한다고 말하고 있다[1]. 컴퓨팅 사고력은 컴퓨터과학적 지식의 구조가 바탕이 되어 창의적 문제 해결 방법이나 다양한 교과에 적용될 수 있다고 주장하였다[1]. 또한, 컴퓨팅 사고력의 숙달은 일을 체계적이고 효율적으로 처리하는 데 도움을 준다고 한다[7]. 영국의 정보기술 전문교육 집행 기관인 BCS(British Computer Society)에서는 컴퓨팅 사고력을 ‘문제와 해결방법을 구조화하여 정보처리 에이전트(agent)가 효과적으로 일을 처리할 수 있도록 표현하는 사고과정’으로, 이런 일련의 과정을 컴퓨터가 이해할 수 있게 변환시키는 인간의 인지적 능력으로 정의하였다[8]. 또한, 영국의 BBC 컴퓨팅교육에서는 컴퓨팅 사고력의 주요 구성을 분해, 패턴인식, 추상화, 알고리즘 설계 등 4가지의 요소[9]로 표 1과 같이 제안하고 있다.

2011년 미국의 컴퓨터과학교사협회(CSTA)는 국제교육공학협회(ISTE)와 공동으로 컴퓨팅 사고력의 구성요소를 자료수집(data collection), 데이터 분석(data analysis), 데이터 표현(data representation), 문제 분할(problem decomposition), 추상화(abstraction), 알고리즘 및 프로시저(algorithm & procedures), 자동화(automation), 시뮬레이션(simulation), 병렬화(parallelization) 등의 9가지로 요약[10]하였다. 컴퓨팅 사고력의 9단계 과정을 통해 학생들에게 문제 해결 과정 자체에 관해 사고하는 방법을 가르치며, 문제를 규정하고 해법을 찾고 이를 위해 타인과 협업하는 능력을 배양하도록 한다. 우리나라의 2015년 개정 교육과정에서 컴퓨팅 사고력을 ‘컴퓨터과학의 기본 개념과 원리 및 컴퓨팅 시스템을 활용하여 실생활 및 다양한 학문 분야의 문제를 이해하고 창의적 해법을 구현하여 적용할 수 있는 능력’으로 정의[11]하고 있다. 국내의 연구에서는 컴퓨팅 사고력을 컴퓨터과학자들이 가진 독특한 지식의 구조를 바탕으로 여러 학문 분야의 지식을 결합하고 융합하여 컴퓨팅 시스템을 이용하여 창의적으로 문제를 해결할 수 있는 인지적 사고능력으로 정의[12]하고 있다.

2015년, 한국교육개발원의 정책 연구에서는 컴퓨팅 사고력 중심의 소프트웨어 학습 모델로서 분해(D), 패턴인식(P), 추상화(A), 알고리즘(A)의 4가지와 선택적인 프로그래밍(P) 항목을 포함한 DPAAP 모델인 표 2를 제시하였다[13].

우리 정부는 2015년도 교육과정 개정을 통해 초중등에서 소프트웨어 교육을 일부 교육과정에 포함하고, 2017년에는 소프트웨어 교육 과목을 초등학교 정규교과로 편성하고, 2018년에는 중ㆍ고등학교 정규교과로 편성하였다. 이러한 배경에서 미래창조과학부와 정보통신기술진흥센터에서는 ‘K-ICT 전략’의 목적으로, 대학교육을 소프트웨어 중심으로 혁신함으로써, 학생·기업·사회의 소프트웨어 경쟁력을 강화하고자 SW 중심대학 사업을 시작했다. 고려대, 성균관대, 충남대 등 8개 대학에서 시작한 SW 중심대학 사업은 산업현장에서 요구하는 문제 해결 역량을 갖춘 창의적 소프트웨어 인재를 양성하는 데 초점을 맞춰 2018년까지 30개 대학으로 확대하여 시행하고 있다.

국민대는 국내 최초로 전체 신입생에게 SW 교육을 의무화하였고, 프로그래밍언어와 컴퓨터개론 등 1년 동안 SW 과목을 6학점 이상 수강하도록 하였다. 연세대는 컴퓨팅 사고력 과목을 2015학년도에 신설하여 시범 운영하고, 2016학년도부터 신입생 전원에게 필수로 진행하고 있다. 동국대는 2016학년도부터 비전공자 신입생 전원을 대상으로 ‘소프트웨어와 미래사회’ 수강의 의무화를 통한 SW 융합형 교육을 시행하고 있다. SW 중점대학으로 선정된 대부분 대학에서 신입생 전체를 대상으로 필수 교양 과목으로 컴퓨팅 사고력, 프로그래밍입문, SW 융합교육 등을 교육하고 있다[14]-[15]. 그러나 SW 중점대학이 아닌 대학은 컴퓨팅 사고력에 관한 정보가 부족하며, 관련 과목 한두 개 과정을 개설하여 시험 운영하고 기반 시설이나 환경 지원은 미비한 상황이다[16].

컴퓨팅 사고력 증진을 위한 코딩 교육 방법으로는 피지컬 컴퓨팅(physical computing), 언플러그드(unplugged), 블록 기반 교육용 프로그래밍언어(EPL: Educational Programming Language), 그리고 파이썬, C, 자바 등의 텍스트 기반 고급언어 교육 등이 있다[17]-[18]. 피지컬 컴퓨팅은 주로 초등학교에서 사용하는 방식으로 학생들이 직접 손으로 만질 수 있는 로봇이나 블록 또는 회로를 통해 배우는 코딩 학습이다. 언플러그드 교육은 뉴질랜드의 팀 벨(Tim Bell) 교수가 개발한 것으로 컴퓨터를 사용하지 않고 학생들이 직접 연필과 종이, 퍼즐이나 카드, 보드게임과 같은 다양한 도구 및 활동 방식을 통해 논리적으로 사고하는 방법을 학습하는 방식이다. 손쉬운 블록 프로그래밍 도구인 스크래치나 엔트리 등의 교육용 프로그래밍언어는 초등에서 대학까지 다양하게 사용하는 교육 방식[19-22]이다. 대학에서는 컴퓨팅 사고력을 위한 코딩 교육으로 파이썬이 주로 사용된다.

서울 소재 D 대학의 컴퓨터 정보공학과는 컴퓨터의 활용 분야인 인터넷 시스템과 모바일 앱 개발 분야의 기초지식 및 실무이론 교육을 바탕으로 소프트웨어 개발과 스마트웹, 모바일앱 개발 분야의 현장 실무형 인력 양성을 목표로 한다. 2학년 1학기에 개설되는 ‘시스템분석설계’ 교과는 과정 마지막 2학년 2학기의 ‘졸업작품’과 연계되어 1년 과정으로 운영되고 있다. 본 교과는 학생이 직접 대학과정에서 배운 정보통신 지식을 기반으로 실무와 관련이 깊은 소프트웨어 중심 프로젝트를 선정하여 개발할 아이템의 시장 환경 이해, 시스템 분석과 설계의 실습으로 구성된다. 그 이후의 프로젝트 구현, 테스팅 및 배포 등의 개발과정은 ‘졸업작품’에서 수행한다.

일반적으로 시스템분석설계는 소프트웨어 중심의 시스템이 수행해야 할 기능과 시스템 구성요소가 어떻게 구현되고 작동해야 하는지를 이해하고 구체적으로 설계함으로써 소프트웨어 개발을 계획하는 것을 다룬다. 프로젝트 수업인 본 교과목은 개발할 시스템 선정에서 시스템 분석·설계와 프로토타입 제작, 그리고 프로젝트 발표까지의 과정을 수행한다. 프로젝트의 내용은 소프트웨어 개발 중심의 개발이라면 제한이 없다.

본 연구에서 제안하는 소프트웨어 분석설계 교육모델은 다음을 고려하여 설계되었다. 본 사례에서는 대상인 학생이 주간에 회사에 근무하는 재직자이면서 2년제의 교육과정인 것을 고려하여 분석설계의 다양한 기법은 최소한으로 구성되었다. 본 교육 모델에서는 분석설계 교과의 기본 절차를 기반으로 팀 프로젝트에서 개인 참여를 활성화하기 방안으로 개인별로 ‘팀 프로젝트 기획 제안’을 시행하며, 소프트웨어 구현을 보완하고 코딩에서의 컴퓨팅 사고력 함양을 위해 3~4주 기간에 구현까지 수행하는 작은 규모의 개인별 ‘미니 프로젝트’를 수행하도록 한다.

◆ 프로젝트팀 구성과 프로젝트 아이템 선정
◆ 요구사항 분석과 소프트웨어 기능 분석과 설계
◆ 소프트웨어 프로토타입 개발
◆ 개인별 팀 프로젝트 기획 제안
◆ 미니 프로젝트 수행

분석설계의 단계별 활동 내에 컴퓨팅 사고력 함양을 위한 요소를 추가하는 방식으로 모델을 제안한다. 그림 1과 같이 학생들은 미니프로젝트 수행과 소프트웨어 분석설계에서 컴퓨팅 사고력의 절차인 문제분석, 문제분해, 패턴인식, 추상화, 알고리즘, 시뮬레이션, 평가 과정을 수행하여 컴퓨팅 사고력 교육을 기반으로 한다.

Fig. 1. 
Software A&D Education Model Design Concept

본 컴퓨팅 사고력 기반 소프트웨어 분석설계 교육모델을 통해 학생의 자기 주도 학습과 창의융합, 의사소통과 협업 능력을 배양하도록 하며, 분석설계에서의 다음의 구체적인 성과도 목표로 한다.

◆ 졸업 후 현장에서 필요한 아이디어 도출을 위한 프로젝트 아이템 선정
◆ 소프트웨어 개발에 필요한 시스템 요구분석 및 설계 과정의 경험 습득
◆ 프로젝트 수행과정에서의 문서 작성과 발표 능력 습득

본 연구에서 제안하는 ‘시스템분석설계(SA&D)’ 교수·학습 교육 모델은 4차 산업혁명 패러다임이 요구하는 인재교육을 위해 컴퓨팅 사고력의 이해와 증진을 통한 학생의 자기 주도 학습, 창의·융합 사고능력, 의사소통과 협업 능력 등의 핵심 능력 향상에 주안점을 두었다. 이를 위하여 본 연구의 모델은 그림 2의 15주 학습 내용과 교육 효과를 위해 진행하였으며, 컴퓨팅 사고력 향상 목표를 달성하기 위해 7개의 컴퓨팅 사고력 구성요소를 포함하도록 구성하였다.

Fig. 2. 
Schedule of Software Analysis and Design Education Model based on Computational Thinking

본 교과목은 팀 프로젝트가 주요 내용이나 개인의 참여와 자기 주도 학습의 효과성을 높이고자 팀 프로젝트에도 개인의 기여도를 평가하고 개인 제안서와 미니프로젝트 평가, 중간고사 등도 실시하여 팀 평가 45%와 개인 평가 55%로 구성된다. 구체적인 평가의 항목은 표 3과 같다.