실행 가능한 표현을 통한 이항 분포 구성 활동에 관한 연구

Abstract

최근 들어 전 세계적으로 코딩 교육에 대한 중요도가 높아짐에 따라 computational thinking 역량 강화를 위한 학습 환경 설계 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 확률이라는 분야는 공식을 통한 연역적 방식에서 벗어나 현상에 대한 모델링과 사고 실험이 동반된 학습 환경이 필요하다는 인식이 공감을 얻기 시작하면서 그 해결점을 테크놀로지 기반 프로그래밍 언어를 통한 확률 학습 환경으로 두고 있다. 하지만 이러한 학습 환경은 프로그래밍 언어 자체에 초점을 맞추어 너무 난해하게 제시가 되거나 혹은 학습자에게 쉽게 다가가고자 난수 생성과 같은 요소 이외의 다른 언어 표현 체계를 생략하여 제공되었다는 점이 지적되어 왔다. 본 연구에서는 이러한 프로그래밍 언어 기반 확률 학습 환경의 방향성에 동참하면서도 위의 상반되는 두 가지의 환경의 중간에 위치하고자 한다. 즉, 충분히 학습자가 의사소통의 수단으로 사용할 수 있으면서도 다양한 현상을 모델링하고 시뮬레이션 할 수 있는 언어 체계가 필요하다는 전제로 출발한다. 이에 본 연구에서는 실행 가능한 표현 기반 이항 분포 학습 환경을 설계하였다. 실행 가능한 표현이란 테크놀로지 환경에서의 언어 표현 체계와 즉각적인 피드백을 핵심 요소로 삼고 있다. 이를 위해서 본 연구에서는 computational thinking 역량 강화와 더불어 학습 환경에서 선택한 확률 구조인 이항 분포와 관련한 현상의 모델링이 가능한 언어 표현 체계를 제공하여 이를 통해 학습자와 현상 사이의 중개자 역할을 하도록 하였다. 그 표현 체계는 거북이라는 에이전트의 기본적인 움직임을 바탕으로 한 일상 언어와 수식을 이용하여 constructionism 기반 학습 환경의 설계 원칙에 따르고자 하였다. 또한 JavaMAL 마이크로월드라는 환경에서 이러한 실행 가능한 표현에 대한 즉각적인 피드백을 제공하기 위해 랜덤 워크라는 요소를 기초로 다양한 요소들을 통해 시뮬레이션 결과창을 제공함으로써 학습자가 스스로 현상에 대해 What if? 전략을 세우고 다양한 확률 실험을 할 수 있도록 설계하고자 하였다. 이러한 실행 가능한 표현 체계를 통해 다양한 이항 분포 현상에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 가능하게 할 뿐만 아니라 그 표현 자체가 학습자와 교사, 학습자와 컴퓨터 사이의 의사소통의 도구로 쓰일 수 있도록 설계를 하였다. 이항 분포 학습 환경에 구성 요소인 실행 가능한 표현 체계를 재해석하고 정리하여 이를 통해 학습자가 직접 모델링 할 수 있는 다양한 이항 분포 현상들을 선정하였다. 그리고 이러한 학습 환경이 좀 더 큰 힘을 발휘할 수 있는 수업 형태로써 거꾸로 교실을 채택, 이를 통해 해당 학습 환경이 가장 유의미하게 적용될 수 있는 학습 지도안을 설계하였다. 그리고 두 번에 거친 적용 연구를 통해 해당 학습 환경에 따른 학습자의 의사소통 과정과 확률적 사고의 변화를 관찰하고자 하였다. 그리고 이를 통해 본 연구의 학습 환경의 개선 방향과 실행 가능한 표현 기반 확률 코딩 학습 환경에 대한 가능성을 살펴보았다. 본 연구의 목표는 기존의 학교 수학에서의 확률 교육에서 지적되고 있는 점, 즉 현상에 바탕을 둔 사고 실험의 부재를 개선해 줄 수 있는 도구를 제시함과 동시에 computational thinking 역량 강화라는 시대적 과제에 부응하는 확률 학습 환경을 제시하는 것으로 둔다. 거북이의 움직임으로 무작위 경로를 생성하는 몸짓 언어에 기초한 실행 가능한 표현은 에이전트 기반 모델링 및 체화된 시뮬레이션을 동반한 확률 실험으로 학습자에게 유의미한 변화를 느끼게 해 줄 수 있도록 학습 환경 설계 방향을 잡고자 하였다.