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피지컬 컴퓨팅 교육의 효과

다양한 센서의 발전과 더불어 사용하기 쉬운 보드의 보급 등으로 인하여 피지컬 컴퓨팅 교육이 날로 인기가 높아지고 있으며 또한 보편화되고 있다. 기존의 문헌연구에서 피지컬 컴퓨팅교육의 효과에 관한 연구는 다음과 같다.

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1) 문제해결력

송정범의 연구에서는 피코 크리켓(Pico Cricket) 교육용 로봇을 활용한 프로그래밍 교육이 초등학생들 의 문제해결력에 대한 효과를 분석하였다. 초등학생들을 대상으로 연구 적용 및 분석결과는 로봇을 활용 한 프로그래밍 교육이 초등학생의 문제해결력 신장에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다(송정범, 2008). 한편, 김혜진의 연구에서는 피지컬 컴퓨팅의 대표적인 보드인 아두이노를 이용하여 프로그래밍 교육을 중학생에게 실시하여 창의적 문제해결력에 대한 효과를 분석하였다. 구체적으로 실험집단과 통제집단을 구성하여, 실험집단은 아두이노를 활용한 스크래치 프로그래밍 수업을 적용하였으며, 통제 집단에는 기 존의 스크래치 프로그래밍 수업(프로그래밍의 결과를 컴퓨터 화면에서 확인하는 형태)을 실시하였다. 두 집단의 학생들에 대한 창의적 문제해결력 효과를 비교하고 분석한 결과, 통제집단에 비해서 실험 집단의 창의적 문제해결력이 통계적으로 유의미하게 향상되었다.

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2) 몰입도

몰입은 자기목적 활동에 온 힘을 다 쏟는 행동을 하게 될 때 사람들이 느끼는 총체적인 감정상태를 나타내며, 다음과 같은 9가지의 하위 요소로 구성되어 있다(Csikszentimihlyi, 1975). 첫째, 명확한 목표(Clear Goal)이며, 이것은 무엇을 할지 사전에 인지함으로써 행동을 지시하여 집중 하도록 유도할 수 있다. 둘째, 즉각적인 피드백(Immediate Feedback)으로서, 이것은 활동에 필요한 정보를 지속적으로 제공 하여 활동을 계속하도록 하는 원동력이다. 셋째, 도전과 기술의 균형(Challenges-Skills and Balance)이며, 이것은 상황에 맞닥뜨릴 때 개인의 도전의식과 능력 사이의 균형과 조화를 이루는 것이다. 넷째, 당면 과제에 대한 집중(Concentration on Task at Hand)이며, 이것은 학습자가 주위사람이나 환경을 의식하지 않고, 오직 자신이 수행중인 과제에만 온전히 집중하는 것을 의미한다. 다섯째, 행위와 인식의 통합(Action-Awareness Merging)이며, 이것은 학습자가 현재 수행가고 있는 학습활동에 완전히 몰두한 상태로서 학습자의 인식과 학습활동이 일체가 되는 것을 의미한다.

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여섯째, 자의식의 상실(Loss of Self-consciousness)이며, 학습자의 입장에서 자신과 학습활동이 하나 가 되어 자의식이 사라지는 것을 의미한다. 따라서 학습자는 현재 수행하는 학습활동에 모든 관심을 집 중하게 되어 학습활동의 효율성을 높이게 된다. 일곱째, 시간감각의 왜곡(Altered Sense of Time)이며, 이것은 학습자가 활동을 하면서 상당한 시간 이 경과했는데도 시간이 많이 지나지 않은 것처럼 느끼는 경험을 의미한다. 여덟째, 통제감(Sense of Control)이며, 이것은 학습자가 자기 통제감과 더불어 자신감을 느끼는 동시 에, 실패에 대한 두려움에서 자유로운 상태를 의미한다. 아홉째, 자기목적적 경험(Autotelic Experience)이며, 이것은 학습자가 학습 경험 그 자체에 목적을 둔 상태로서 또한 내적 보상을 수반한 몰입을 느끼는 상태를 의미한다. 한편, 위의 9가지 요소는 다음 표와 같이 선행 요소(Antecedents), 경험 요소(Experiences), 효과 요 소(Effects)와 같은 3단계로 범주화할 수 있다(Chen,1997) 선행 요소는 몰입이 촉진되는 조건이며, 이 조건이 충족되면 학습자는 과제에 대한 집중력이 강화되어 몰두할 수 있게 되며, 학습과제에 대한 통제 감을 경험을 하게 된다. 효과 요소는 몰입상태를 경험한 후에 수반되는 개인적인 내재적 보상 경험을 의 미한다.

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3) 컴퓨팅 사고력

김재휘의 연구에서는 피지컬 컴퓨팅이 컴퓨팅 사고력(Computational Thinking: CT)에 끼치는 영향을 조사하였다. 본 연구에서는 초등학생들도 쉽게 배울 수 있고 이용할 수 있는 엔트리와 센서보드를 활용 한 피지컬 컴퓨팅 교육과정을 초등학생들을 대상으로 적용하였다. 연구 결과 문제 중심 EPL 교육과정을 적용한 비교집단과 문제 중심 EPL 교육과정과 피지컬 컴퓨팅 교육과정을 추가로 적용한 실험집단 모두 컴퓨팅 사고력 향상에 유의미한 효과를 나타내었다. 구체적으로 문제 중심 EPL 교육과정과 센서보드를 활용한 피지컬 컴퓨팅 교육과정이 학습자의 컴퓨팅 사고력 관련 문제해결력을 신장시키는 데 기여하였으 며, 프로그래밍 교육만 받을 때보다 피지컬 컴퓨팅 교육이 함께 이루어질 때 만족도와 컴퓨팅 사고력 관 련 문제해결력의 향상 측면에서 더 효과가 있다고 주장하였다(김재휘, 2016). 한편 김미영의 연구에서는 피지컬컴퓨팅 활용 과학적 문제해결교육(SciPS_CT)을 실시하여 학생들의 CT에 미치는 영향을 알아보고 CT 실천에서의 특성을 탐색하였다. 이를 위해 서울지역 여고생 1학년 22 명을 대상으로 SciPS_CT를 실시한 후, 사전사후 t검정을 통해 학생들의 CT가 매우 유의미하게 향상되었 음을 밝혀냈다. 특히 CT의 수준이 중과 하인 집단의 학생들에서는 유의미하게 향상되었으나, 상위 집단 에서는 유의한 향상이 나타나지 않았다.

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4) 학습 성취도와 흥미도

김찬웅의 연구에서는 피지컬 컴퓨팅이 학습 성취도와 학습 흥미도에 미치는 영향을 분석하였다. 구체 적으로 피지컬 컴퓨팅을 활용한 정보과학 수업이 학생들의 학습 성취도와 학습 흥미도에 미치는 차이를 검증하기 위하여 논리적 사고력을 활용한 사전 검사를 실시하였다. 또한 사후 검사로 학습 성취도 검사 와 학습 흥미도 검사를 실시하여 실험집단과 통제집단의 차이를 검증하였다. 본 연구결과로서 첫째, 정 규 교과 수업 시간에서 피지컬 컴퓨팅 수업을 적용한 실험집단 학생들의 학업 성취도는 실과 교육과정 의 전자 회로 수업을 적용한 통제집단 학생들의 학업 성취도와 유의미한 차이가 있음을 밝혀냈다. 둘째, 실험집단과 통제집단 학생들의 학습 흥미도는 유의미한 차이가 나타나지 않았다.

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5) 창의력과 논리적 사고력

채제호의 연구에서는 로봇을 활용한 프로그래밍 교육이 초등학생의 논리적 사고력에 끼치는 영향을 분석하였다. 로봇기반 프로그래밍 학습 프로그램을 개발하여, 교육대학교 부설 정보영재교육원의 초등정 보영재학생을 대상으로 적용한 결과, 논리적 사고력의 하위요소 중에서 비례 논리, 확률 논리, 상관 논 리, 및 조합 논리가 향상된 것으로 조사되었다. 이를 바탕으로 로봇기반 프로그래밍 학습이 학습자의 논 리적 사고력을 신장시키는데 기여한다고 주장하였다(채제호, 2008). 이영주의 연구에서는 스크래치 프로그래밍 교육과 ICT 활용 교육이 초등학생의 논리적 사고력에 대한 영향을 분석하였다. 구체적으로 이 연구에서는 초등학교 6학년을 대상으로 스크래치 프로그래밍 언어를 활용하여 ICT 활용교육과의 비교를 통하여 학생들의 논리적 사고력에 미치는 영향을 분석하였다. 실험결 과 스크래치 프로그래밍 수업의 적용이 문제해결력과 논리적 사고력에 긍정적인 영향을 끼친다고 주장하7 였다. 특히 논리적 사고력의 경우 6가지 하위요소가 모두 향상되었는데 특히 비례논리, 변인통제논리, 조합논리에서 통계적으로 유의한 향상을 보였다.

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6) 자기주도력 학습능력

권구봉의 연구에서는 프로그래밍 학습에 어려움이 있는 전문계 고등학생들을 위하여 로봇을 활용한 문제 중심기반 프로그래밍 교수-학습 과정을 설계하고 적용하였다. 한 공업고등학교 3학년의 2개 학급에 실험집단과 통제집단을 설정하여, 실험집단은 로봇을 활용한 문제중심의 프로그래밍 학습을 적용하고 통 제집단에는 로봇을 활용하지 않은 문제중심의 프로그래밍 학습을 적용하였다. 적용 결과, 로봇을 활용한 프로그래밍 활동이 학생들의 자기주도 학습 능력을 향상시키는데 도움이 되는 것으로 나타났다.

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7) 창의,융합 사고력

최숙영은 앱 인벤터와 아누이노를 이용한 피지컬 컴퓨팅 교육이 공업계 고등학교 학생들에 대한 창의・ 융합적 사고에 끼치는 영향을 조사하였다. 연구 결과, 창의적 문제해결력의 하위요소인 확산적 사고와 동기적 요소에 유의미한 향상이 있었다. 이를 통하여, 앱 인벤터와 아두이노를 활용한 피지컬컴퓨팅 교 육이 학생들의 창의・융합적인 사고 향상에 긍정적인 영향을 미친다고 주장하였다.

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