UML 다이어그램 개념을 도입한 고등학교 정보과 공통 교육과정 제안

Abstract

본 논문에서는 고등학교 정보과의 공통 교육과정으로서 UML 다이어그램 개념을 중심으로 한 융합 SW 설계 과목을 제안해보고자 한다. 현 2022 개정 교육과정에서 인공지능과 소프트웨어 교육의 중요성은 더욱 강화되었으나, 정보과에서는 프로그래밍에 편중되어 있는 교육과정으로 인해 지속적인 관련 연구가 필요한 상황이다. 이러한 맥락에서 본 논문에서는 컴퓨터 비전공학생들을 대상으로 한 ‘융합소프트웨어기초설계’ 과목의 2021년 2학기부터 2023년 1학기까지 4학기 간 모니터링을 바탕으로 고등학생을 위한 ‘융합 SW 설계’의 교육과정을 제안하였다. ‘융합소프트웨어기초설계’ 과목은 소프트웨어 개발에 대한 전체적인 그림을 이해하는 입문 과목으로, 매 학기마다 제시되는 프로젝트 주제에 해당하는 소프트웨어를 각 팀원들과 함께 UML을 활용하여 설계하고 JAVA 프로그래밍을 학습한다. 팀티칭(Team Teaching), 문제중심학습방식(Problem Based Learning), 플립드러닝(Flipped Learning) 방식에 기반하여 매주 녹화된 강의 내용을 바탕으로 제시된 학습활동을 수업시간 중 조교나 여러 교수들의 도움을 받아 학습활동을 완성하는 형태로 강의가 진행되며 본 과목에서 중점적으로 다루는 UML 다이어그램 작성은 프로그램을 사용하여 코딩할 때와 달리 에러가 발생하지 않기 때문에 비전공 학생들에게 유리하게 활용되었다. 본 논문에서 제안하는 ‘융합 SW 설계’ 교육과정은 ‘융합소프트웨어기초설계’ 과목의 커리큘럼을 고등학생 수준으로 하향 조정하여 적용하였고, 1년으로 수업 기간을 늘리었다. ‘융합 SW 설계’ 수업은 크게 3단계로 1-8주차에 해당하는 1단계에서는 기초조사 및 컴퓨터 용어 이해를 통한 SW 설계, 9-19주차에 해당하는 2단계에서는 UML 다이어그램을 이용한 팀 프로젝트 SW 표현, 20-32주차에 해당하는 3단계에서는 JAVA 코드를 통한 프로그래밍과 UML 학습을 진행하게 된다. 제안하고자 하는 ‘융합 SW 설계’ 교육과정에는 소프트웨어 공학 지식 영역의 UML 개념이 포함되기 때문에 정보 교육과정에서의 UML 개념 반영 가능성을 알아보기 위해 ‘소프트웨어 설계’라는 정보 교과 영역을 추가하여 정보 교과의 여섯 번째 영역으로 구성하였고, 정보 교과 핵심 아이디어와 내용 요소를 배치하는 과정에서 소프트웨어 설계 영역이 (3)알고리즘과 프로그래밍 영역을 일부 대체할 수 있다는 것을 확인하였다. 이는 UML을 활용한 교육과정이 프로그래밍 언어를 사용하는 방법 이외에 정보과학적 사고력을 키울 수 있는 근본적인 정보 교육과정의 역할을 할 수 있다는 시사를 준다. 또한 기존 정보과 교육과정에 대한 논제 및 문제점을 분석하여 ‘융합 SW 설계’ 교육과정에 대한 내용 타당도 분석을 실행하였고, 4개의 분석틀을 설정하여 분석한 결과 4개의 항목에서 적절하다는 결과를 확인할 수 있었다. 마지막으로 본 논문에서 제안하는 ‘융합 SW 설계’ 교육과정을 고등학교 정보과 공통 교육과정으로서 적용할 시 기대되는 효과를 제시하였고 그 내용은 다음과 같다. 첫째, 메타 학문의 특성을 지닌 정보 교육과정의 큰 틀이 될 수 있다. 둘째, 순회교사 및 수업 시수 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 셋째, 공평한 정보 교육 기회를 제공하는 교육과정이 될 수 있다. 넷째, 학습자 친화적인 교육과정을 운영할 수 있다. 다섯째, 컴퓨팅 결과물을 도출할 수 있는 교육과정이다. 여섯째, 팀 프로젝트 과정을 통한 진로 탐색의 기회를 제공할 수 있다. 일곱째, UML을 활용하여 컴퓨터가 없는 환경에서 언플러그드 수업이 가능하다. 본 연구를 통하여 고등학교 정보 공통 교육과정 개발과 정보 교육 및 타 교과와의 융합 교육에 있어 UML의 교육 효과 및 인식 제고에 도움이 되고자 한다. ;This paper aims to propose a software-based convergence system design subject centered around the concept of UML diagrams as part of the common curriculum for high school information science. Despite the increased importance of artificial intelligence and software in the revised 2022 curriculum, the current education in information science focuses heavily on programming, necessitating ongoing research. In this context, this paper suggests an educational curriculum for "Introduction to Software-based Convergence System Design" targeting non-computer science students at the high school level, based on monitoring from the second semester of 2021 to the first semester of 2023 over four semesters. The "Introduction to Software-based Convergence System Design" subject is an introductory course that aims to provide an overall understanding of software development. Each semester, students collaborate in teams to design software using UML and learn JAVA programming to complete the given project topic. The course follows a team teaching approach, problem-based learning, and flipped learning methods. With the help of teaching assistants and professors, students complete learning activities during class time based on recorded lectures. The emphasis on UML diagram creation in this subject benefits non-technical students as it avoids coding errors typically encountered when using programming languages. The proposed curriculum for "Software-based Convergence System Design" adjusts the curriculum of the "Introduction to Software-based Convergence System Design" subject to a high school level and extends it to a one-year duration. The "Software-based Convergence System Design" course consists of three stages. Stage 1 focuses on basic research and understanding of computer terminology for software design. Stage 2 involves team projects where UML diagrams are used to represent software. Stage 3 covers programming with JAVA and learning UML. To incorporate the UML concept into the information science curriculum, a new information subject area called "Software Design" was added as the sixth area. During the process of arranging core ideas and content elements for the information science curriculum, it was found that the software design area can partially replace the (3) algorithm and programming area. This highlights the role of UML-based education in developing fundamental information science thinking skills beyond programming language usage. Furthermore, an analysis of the issues and problems in the existing information science curriculum was conducted to assess the validity of the "Software-based Convergence System Design" curriculum. The analysis, based on four criteria, confirmed the appropriateness of the curriculum in all four aspects. Finally, the expected benefits of implementing the proposed "Software-based Convergence System Design" curriculum in the common curriculum of high school information science are presented. These include: (1) providing a framework for the information science curriculum with characteristics of a meta-discipline, (2) effectively resolving rotation teaching and class hour issues, (3) offering an equitable education opportunity, (4) operating a learner-friendly curriculum, (5) fostering the production of computing results, (6) providing opportunities for career exploration through team projects, and (7) enabling unplugged lessons without computers through the utilization of UML. Through this research, I aim to contribute to the development of the common curriculum for high school information science, the convergence of information education with other subjects, and the improvement of UML's educational effectiveness and perception.