3D 거북 표현식 기반의 코딩 학습이 공간 능력에 미치는 효과

Abstract

공간 능력은 주변 환경과 그 속에 있는 대상들의 관계를 이해하기 위해 필수적으로 요구되는 인지 능력으로, 최근 과학과 기술의 발달로 공간 능력의 중요성이 부각되고 있다. 이에 따라 공간 능력은 학생들이 미래 사회를 살아가기 위해 길러야 할 필수적인 역량 중 하나이며, 기하교육에서 공간 능력 향상은 중요한 목표로 다루어지고 있다. 제 7차 교육과정부터 공간 감각 향상을 위해 초등학교 2학년과 6학년 교과서에 쌓기나무 단원이 도입되었으며, 최근 2009 개정 교육과정에서는 초등학교 6학년 교과서에 쌓기나무 활동의 확장 개념으로 연결큐브를 사용한 활동이 새롭게 추가되었다. 하지만 학교 현장에서는 쌓기나무와 연결큐브와 같은 공간적 대상에 대한 적절한 표현체계가 없어 교사와 학생, 그리고 학생들 간의 의사소통과 문제해결 측면에서 어려움이 있을 것이라 예상된다. 따라서 본 연구는 공간적 대상을 표현하고, 조작할 수 있는 3D 거북 표현식의 효과와 유용성을 밝힌 여러 선행연구(Cho & Lee, 2014

이지윤, 2015

이지윤, 조한혁, 송민호, 2013

정혜림, 이승주, 조한혁, 2016)를 바탕으로 초등학교 6학년 교과서의 연결큐브 문제에 적용하여 학생들의 인지적 변화를 살펴보고 그것의 교육적 함의를 고찰해보고자 한다. 이를 위해 교과서의 연결큐브 문제를 확장하여 공간 과제를 설계하였으며, 3D 거북 표현식 기반의 코딩 학습 전후에 사전 및 사후 검사를 진행하였다. 본 연구의 3D 거북 표현식 기반의 코딩 학습은 Constructionism 기반 마이크로월드에서 3D 거북 표현식을 코딩하고 피드백을 받으면서 자신에게 의미 있는 인공물을 디자인하고 이것을 3D프린터로 출력해보는 디자인을 통한 학습(learning by design)이다. 또한 본 학습은 학생들이 3D 거북 표현식을 코딩하고 3D 프린터로 출력한 경험을 바탕으로 설계된 거북 전략 학습을 포함한다. 거북 전략은 공간 능력 향상과 관련하여 공간 인지 전략 측면에서 부분적 접근, 분석적 처리, 관점 변환을 포함하는 체계적 수준의 전략으로, 자신의 관점을 변환시켜 공간 정보를 지각하고 표상하고, 부호화하는 인지 전략이다(이지윤, 2015). 연구 결과 학생들은 사전에 공간 과제를 해결하는데 있어 접근 방법, 처리 방법 그리고 준거 기준 측면에서 다양한 인지 전략을 사용하였으며, 접근 방법 측면에서는 부분적 접근 전략, 처리 방법 측면에서는 분석적 처리 전략 그리고 준거 기준 측면에서 관점 변환 전략이 높은 성취를 이끌었다. 특히, 사전에 공간 과제를 해결하는데 있어 자신의 전략이 유용하지 않은 학생들 모두가 심상적 처리 전략, 대상 변환 전략을 사용한 학생들이었다는 점에서 체계적인 거북 전략 학습의 필요성이 느껴진다. 또한 사전 검사와 사후 검사의 분석 결과, 사후 검사의 정답률은 사전 검사의 정답률보다 유의하게 증가하고 반응시간은 유의하게 감소하였으며, 자신의 전략이 유용하지 않았다고 응답한 대다수의 학생들이 거북 전략의 효과와 유용성을 느꼈다. 본 연구에서 제안한 3D 거북 표현식 기반 코딩학습은 초등학교의 연결큐브 문제해결에 있어 강력한 아이디어(powerful ideas)가 되어 공간 능력에 긍정적인 영향을 줄 뿐만 아니라, 컴퓨터와 3D 프린터와 같은 기계와 의사소통할 수 있는 코딩을 자연스럽게 익힘으로써 최근 화두가 되고 있는 computational thinking 역량을 길러줄 수 있을 것으로 기대된다.