수학과 코딩을 융합하는 자유학기제 교육과정 디자인 및 적용 연구

Abstract

본 연구는 자유학기제의 목적에 맞게 학생들이 꿈과 끼를 찾으며 미래 역량을 함양할 수 있도록 수학과 정보의 코딩을 융합하는 자유학기제 교육과정을 디자인하고 적용한 결과를 살펴보는 것에 연구의 핵심이 있다. 본 연구는 교육부에서 4차 산업혁명 시대에 필요한 인간상으로 2015 개정 교육과정에서는 창의·융합형 인재, 2020 개정 교육과정에서는 창의성을 갖춘 주도적인 사람을 강조함에 따라 서로 다른 지식을 융합할 필요성에 의해 연구를 실시하였다. 중학교 정보 교과의 필수, 고등학교 인공지능 수학 과목의 도입에 맞춰 문자와 치환, 알고리즘과 순서도, 변수와 함수, 기하, 공간도형을 학습하는 것을 지향하여 3차원 좌표계 기반 코딩환경으로 수학과 코딩을 융합할 수 있는 터틀크래프트 학습 환경을 제시한다. 먼저, 터틀크래프트를 이용하여 수학과 코딩을 융합한 자유학기제 교육과정의 디자인 원리를 논하였다. 다음으로 디자인한 교육과정의 효과적인 적용을 위해 최소 코딩게임 교수전략을 활용하고 그에 따른 학생들의 학습 변화과정을 분석하였다. 마지막으로, 자유학기제 수업에서 수학과 코딩을 융합한 교육과정을 통해 학생들의 진로 탐색에 대한 태도와 수학 및 코딩에 대한 인식 변화를 살펴보았다. 이를 위해 본 연구에서는 서울시 소재의 S 중학교 1학년 학생 35명을 대상으로 코딩수학 수업을 진행하였다. 코딩수학은 중학생을 대상으로 하는 자유학기제 교육과정에서 실시하는 수업으로 코딩과 수학을 융합한 내용을 다룬다. 코딩수학 수업에서 최소 코딩게임 교수전략을 적용했을 때, 학생들의 학습 변화과정을 분석하기 위해 적용하기 전과 적용한 후의 학생들의 명령어를 활동지를 이용하여 수집하였다. 수집한 학생들의 명령어 변화과정을 유형화하여 비교하고 명령어를 사용할 때 학생들의 핵심 사고 과정을 분석하였다. 또한, 코딩수학 수업을 통해 학생들의 진로 탐색에 대한 태도와 수학 및 코딩에 대한 인식 변화를 살펴보기 위해 사전 설문조사, 사후 설문조사, 사후 인터뷰를 실시하였다. 분석 결과, 수학과 코딩을 융합하는 코딩수학 교육과정에서 최소 코딩게임 교수전략을 적용하였을 때, 수준이 높은 학생과 수준이 낮은 학생 모두 학습 동기를 유발하고 수준 상승을 유도하는 데 효과적임을 확인하였다. 또한, 수학과 코딩을 융합하는 자유학기제 교육과정을 통해 학생들의 진로 탐색과 수학 및 코딩의 인식에 바람직한 변화가 있었음을 확인하였다. 본 연구는 수학과 코딩을 융합하는 자유학기제 교육과정 디자인 및 적용하는 연구를 통해 자유학기제의 목적을 달성하면서 창의·융합형 인재를 양성할 수 있는 교육과정의 방향을 제시할 것으로 기대한다.

The core of this study is to examine the results of designing and applying a free semester system curriculum that converges math and information coding so that students can find their dreams and talents and cultivate future competencies according to the purpose of the free semester system. This study is based on the need to converge different knowledge as the Ministry of Education emphasizes the image of a human being needed in the era of the 4th industrial revolution, in the 2015 revised curriculum, creative and convergence talent, and in the 2020 revised curriculum, creative leaders. was carried out. In line with the introduction of the essential middle school information curriculum and high school artificial intelligence mathematics subjects, we aim to learn characters and substitutions, algorithms and flowcharts, variables and functions, geometry, and spatial figures, so that mathematics and coding can be fused with a three-dimensional coordinate system-based coding environment. We present a Turtlecraft learning environment with First, the design principle of the free semester system that converges mathematics and coding using Turtlecraft was discussed. Next, for the effective application of the designed curriculum, the minimum coding game teaching strategy was used and the learning change process of the students was analyzed accordingly. Finally, through a curriculum that converges mathematics and coding in the free semester system, students' attitudes toward career exploration and changes in their perceptions of mathematics and coding were examined. For this purpose, in this study, coding math class was conducted for 40 first-year students of S middle school located in Seoul. Mathematics of Coding is a class conducted in the free semester system for middle school students, and deals with the fusion of coding and mathematics. When the minimum coding game teaching strategy was applied in the 'Coding Math' class, the students' commands before and after application were collected using the activity sheet to analyze the learning change process of the students. The command change process of the collected students was compared and the core thinking process of the students when using the command was analyzed. In addition, pre-study, post-study, and post-interview were conducted to examine students' attitudes toward career exploration and changes in their perceptions of mathematics and coding through the 'Math coding' class. As a result of the analysis, it was confirmed that when the minimum coding game teaching strategy was applied in the coding mathematics curriculum that converges mathematics and coding, both high-level students and low-level students were effective in motivating learning and inducing level rise. In addition, it was confirmed that there were desirable changes in students' career exploration and perception of mathematics and coding through the free semester system that converges mathematics and coding. This study is expected to suggest a curriculum that can nurture creative and convergence talents while achieving the purpose of the free semester system through research on the design and application of the free semester system that converges math and coding.