Python 프로그래밍 학습을 위한 웹 기반 문제은행 시스템 설계 및 구현

Abstract

This thesis presents web-based question bank system for Python programming, which enables programming lesson on the internet. With this system, Python program installation is no more needed and learner can be provided with reliable learning contents to encourage learning motivation through the web-based question bank system. The revised education guidelines was designed in 2015 to enrich basic knowledge in the humanities, social and scientific technology so that all the learners can develop into creative and integrated human resources with the ability to create the arts and sciences. Computer science subjects were included in the curriculum of "science, technology, home information" as compulsory subjects, and the contents of the courses were reorganized as software centered subjects. The educational environment of high school has changed the computer science subjects into a general optional subject and reorganized their contents. It is important that the curriculum of high school should provide learning courses of text-based programming. According to other countries’ education of Python programming, it becomes very important in secondary education and demands for learning content and learning tools have grown. In comparison with other programming language, Python can be easily understood. Because Python is simple and useful for beginners to learn the programming language as a first step, and to develop other related applications. So, learning of Python programming is evaluated as an essential factor and it should be done by providing teaching materials for practical education and evaluation should be done through the suggested teaching materials. Using a proposed web-based question bank system, learner will be able to carry out self-learning, it can be carried out anytime, anywhere, and solve many of the same problems based on question bank, so it enhances the efficiency of learning worse. Also learning is based on the teaching materials, it could be carried out with reliable contents prepared under supervision of the teacher, and by using a combination of teaching materials and solved problems without any guidance of the teacher directly. In addition, through writing a code as an essay, learner can implement the programming code without program installation, verify compilation, and compare their code with stored best answers. As a result, learner can understand what they have learned and what they must learn and can understand the unlearned contents efficiently and get opportunities to solve new problems. Also, teacher could prepare what the learner must learn, organize the problem quickly, and utilize the system to expand a database of the problems to be learned. And, the system could provide customized guidance such as explanation of learning content and encouragement to students with different levels of learning achievement when learner follows up the status of their own self-learning. The web-based system eliminates the process for teachers to install program and control versions on their learner's local computer and significantly reduces job of administrator. So, they only focus on managing the version of the server. Time management of learning could be more efficient by using libraries, it reduces the time required to install and update libraries on a learner's local computer. When preparing for a regular test, teacher can produce a regular test sheet easily by selecting a problem in a question bank. For offline test, teacher can print out papers from the system and use it directly for the test. Finally, proposed system for learning educational programming languages through web-based question bank system could be expected to increase the learner's capability and teacher's higher productivity.;본 연구의 목적은 온라인상에서 텍스트 기반 프로그래밍 학습이 가능한 웹 기반 학습 시스템을 통해 Python 프로그램을 별도로 설치하지 않고도 프로그래밍 학습이 가능하게 하여, 학습자는 양질의 학습 내용을 제공받고 학습 내용에 연관된 문제풀이를 통하여 효율적인 학습이 이루어질 수 있도록 도움을 제공할 수 있는 시스템을 구현하고자 하는 것이 연구의 주 목적이다. 2015 개정 교육 과정은 모든 중등 교육 학습자들이 인문·사회·과학 기술에 대한 기본적인 소양을 함양하여 인문학적인 상상력 및 과학기술을 바탕으로 창조력을 갖춘 창의적인 융합형 인재로 성장하도록 우리 교육의 근본적인 패러다임을 전환하는 교육 과정을 제안하기 위해 그 내용이 개정되었으며, 특히『과학/기술·가정/정보』 교과군에 정보 교과목을 필수 과목으로 포함하고, 교과 내용을 소프트웨어(SW) 중심으로 개편하였다. 고등학교는 심화 선택 과목은 정보 과목을 일반선택 과목으로 전환하고, 그 내용을 소프트웨어 중심으로 개편하였는데, 중요한 점은 고등학교 학습 과정에는 텍스트 기반의 프로그래밍 학습을 필수로 제공하여야 한다는 것이다. 이는 비단 대한민국뿐 아니라 미국, 영국, 에스토니아 등 다양한 나라에서도 프로그래밍 학습을 교육 과정에 추가해 운영 중이다. 이처럼 중등교육 과정에서 텍스트 기반 프로그래밍 학습이 매우 중요해졌으며, 학습 내용과 학습 도구에 대한 요구가 커진 실정이다[1][2]. 다양한 텍스트 기반 프로그래밍 언어 중 Python은 기본 코드를 쉽게 배울 수 있고, 언어의 구성이 단순하여 초보자가 배우기에 적절하며, 앱을 개발하기에 유용하고 다른 언어로 작성된 모듈 연결 기능이 뛰어나므로 융합형 교육을 위한 언어로도 활용 가능하다. 이에 Python 언어를 통한 프로그래밍 학습은 이제 필수 불가결한 요소로 평가받는다. Python과 같은 텍스트 기반 프로그래밍 학습은 교육용 프로그래밍 언어를 기반으로 교재를 제공한 학습이 이루어져야 하며, 관련 내용의 학습 여부를 확인하기 위한 문제풀이를 통한 평가가 이루어져야 한다[3][4][5][8]. 웹 기반 Python 프로그래밍 학습 시스템을 구현하여 이용하게 되면, 학습자는 Python 프로그래밍에 대한 학습을 자율 학습으로 진행할 수 있게 된다. 웹 기반의 학습 시스템이기 때문에 언제 어디서나 학습을 진행할 수 있으며, 문제은행 기반 으로 다수의 동형 문제를 풀어 볼 수 있어 학습의 효율성을 높일 수 있다. 교재 기반으로 학습이 이루어지기 때문에 교수자의 감수를 통해 준비된 신뢰성 있는 학습 내용을 통해 학습을 진행할 수 있고, 교수자의 지도 없이도 교재와 문제풀이를 병행하여 학습할 수 있다. 또한, 논술형 코드 작성 문제를 통하여 Python 설치 없이도 학습한 내용을 코드로 구현해 볼 수 있고, 컴파일 내용을 확인할 수 있으며, 모범 답안을 통해 자신의 코드를 비교 및 정리해 볼 수 있다. 학습자는 단원 별 자신의 학습 현황을 통하여 학습한 내용과 학습할 내용을 파악할 수 있으며, 미숙한 내용을 효율적으로 파악해 해당 내용을 반복해서 학습할 기회를 얻는다. 교수자는 학습자가 학습할 내용을 준비하고 내용에 맞는 문제를 구성할 수 있으며, 문제은행 시스템을 활용하여 학습할 문제에 대한 데이터베이스를 구축할 수 있다. 또한, 학습자별 자율 학습 현황을 확인하고, 학습 성취도가 서로 다른 학생들에게 학습 내용 설명 및 격려 등의 맞춤 지도를 제공할 수 있다. 웹 기반 Python 프로그래밍 학습 시스템을 통해 교수자는 학습자 컴퓨터에 Python 설치 및 버전 관리를 하지 않아도 되며, 단지 서버의 Python 버전만 관리하면 되므로 관리 포인트가 현저히 줄어들게 된다. 라이브러리를 활용하는 경우에도 서버에서 라이브러리를 설치하고 관리함으로써, 학습자의 컴퓨터에 라이브러리 설치 및 업데이트 등에 걸리는 시간을 줄여주어 학습 시간 관리의 효율이 높다. 교수자는 정규 시험을 준비할 때 문제은행의 문제를 선택하는 것만으로 정규 시험지를 제작할 수 있으며, 온라인 외에도 오프라인 시험의 경우 제작한 정규 시험지를 출력하여 사용할 수 있어 시험지 제작의 시간을 줄일 수 있다. 향후 웹 기반 학습을 통한 다양한 교육용 프로그래밍 언어를 학습할 경우 학습자와 교수자가 시간과 성취도 면에서 얻게 될 효율과 가치는 더욱 커질 것이라고 예상된다.