플립러닝 기반 대학 소프트웨어 교양교육의 효과

Abstract

Our society has entered the SW-based society, where software is the center of innovation, growth, and value creation that determines the competitiveness of individuals, companies, and nations. It can be confirmed in many areas of society such as the world market and jobs(Ministry of Science, ICT, and Future Planning, 2014). In this context, knowledge and abilities related to SW are becoming the basic competencies of modern society along with the expansion of the use of SW in our lives. Therefore, in order to cultivate talented people with SW competency and strengthen its competitiveness, each university provides SW liberal education to their students through SW-Oriented Universities(Institute for Information & communication Technology Planning & evaluation, n.d) which aims to provide SW education opportunities to all majors(Ministry of Science, ICT, and Future Planning, 2014). In particular, students who are unfamiliar with SW can still participate SW education as a liberal education in order to equip them with the basic SW competencies required by society(Park & Choi, 2018). Therefore, the purpose of SW liberal education is not to improve the programming ability of professional developers but to develop the problem solving and thinking abilities through computer scientific principles(Oh & Ahn, 2015). Also, the curriculum of the SW education should include areas of application for problem solving (Na, 2017). However, students have academic difficulties due to lack of awareness of SW education and unfamiliarity(Kim, 2015a; Oh & Ahn, 2015). However, SW liberal education in colleges has time inefficiency because it is necessary to understand unfamiliar concept within the limited class time and to practice based on it. In particular, the beginner level students are unable to solve the problem on their own, so they desperately need help through interaction with their instructor. In this respect, flipped learning can support practice session based on understanding conceptual contents through pre-class video lectures, so that it can effectively carry out practice-oriented classes and increase interaction between instructors and students. It is expected to be an effective strategy to complement college SW liberal education. Therefore, this study proposes flipped learning as a strategy to reduce the cognitive load and difficulty of students in college SW liberal education, and examines its effects through computing thinking, SW efficacy, and SW interest. Moreover, this study examined the differences in satisfaction on flipped learning class between the performance improvement group and the performance degradation group, and examined the experiences of students in the flipped learning process through interview. Therefore, the research questions in this study are as follows. 1. Does college SW liberal education based on flipped learning enhances computing thinking? 2. Does college SW liberal education based on flipped learning enhances SW efficacy? 3. Does college SW liberal education based on flipped learning enhances SW interest? 4. Is there a difference between the performance improvement group and the performance degradation group in satisfaction on flipped learning in college SW liberal education based on flipped learning? 5. What kind of experiences do students have in pre-class, in-class, and post-class learning in college SW liberal education based on flipped learning? 70 students participating in college SW liberal education at A university, were surveyed twice at week 1 and week 8. This class was suitable to conduct this research for the following reasons. First, any students regardless of their majors or grade levels can take the class. Second, the Python is appropriate since it is focused on problem solving and programming rather than complex programming language structure and syntax(Rufinus & Kortsarts, 2006). During the preliminary survey, 92 students participated, but 7 long-term absentees, 3 SW related majors, and 3 inexact responses were excluded. Also, for the homogeneity of data, 9 responses of participants from different majors were excluded. As a result, only 70 responses from freshman were used. In addition, this study examined the differences in satisfaction on flipped learning classes between the improvement group and degradation group. Finally, interview were conducted with 6 participants who showed different changes in pre and post surveys. The summary of the research results according to the above research questions is as follows. First, college SW liberal education based on flipped learning decreased students' computing thinking and it was not statistically significant. Second, college SW liberal education based on flipped learning decreased students' SW efficacy and it was statistically significant. Third, college SW liberal education based on flipped learning decreased students' interest and it was statistically significant. Fourth, the performance improvement group had higher satisfaction on flipped learning than the performance degradation group. Fifth, students' common experiences in each of the college SW liberal education learning courses were as follows. First of all, they did repetitive learning to understand contents they did not understand in pre-class. Also, the contents of the video were properly related to the activities and practical lessons during in-class. As a result, the students were satisfied with their learning process. In post-class, the feedback provided for assignment and quiz were insufficient and the level of difficulty they felt was increased exactly after the midterm exam. In addition, the performance improvement group showed more positive aspects in flipped learning and SW education than the degradation group. The conclusions of the above study are as follows. First, since flipped learning provides a learning environment to help beginner-level students' learning in college SW liberal education and it is possible to perform problem-solving ability through discussion and to improve computing thinking ability. However, it is necessary to provide proper learning activities and related assignments. Second, the students were not able to reflect on their learning status and ability due to the lack of details of the evaluation system. Therefore, providing direct feedback that is more specific and satisfactory to enhance students' efficacy is needed. Third, the interest in SW has reduced because there is no instructor in the pre-class learning process, so that students could not ask questions immediately and solve what they can not understand during pre-class learning process in online platform. Therefore, it is necessary to consider the characteristic of the programming since there could be various logics rather than one correct answer. Additionally, the students facing difficulties during the pre-class needs to be considered so then the students can sustain their challenges and their interest in learning. This study examined students' computing thinking, SW efficacy, SW interests, and satisfaction on flipped learning in order to examine the effects of college SW liberal education based flipped learning. Through this, it was recognized that flipped learning was appropriate in terms of providing an environment to promote learning in college SW liberal education. Finally, it was meaningful that teaching strategies have been discussed which should be considered in order to operate college SW liberal education more effectively.;우리사회가 소프트웨어(이하 SW)가 혁신, 성장, 가치창출의 중심이 되고 개인, 기업, 국가의 경쟁력을 좌우하는 SW중심사회로 진입했다는 사실은 이미 세계시장 및 일자리 등과 같은 사회 여러 영역의 변화에서 확인할 수 있다(미래창조과학부, 2014). 이는 SW의 활용범위의 확장과 함께 SW관련 지식과 능력이 현대사회의 기초역량으로 자리잡아 가고 있다는 것을 의미한다. 이에 대학에서도 SW중심대학을 중심으로 SW역량을 겸비한 인재를 양성하고 SW경쟁력을 강화하기 위하여(정보통신기획평가원, n.d) SW전공, 이공계, 인문사회계열과 같은 학생의 적성과 능력에 적절한 실전적인 SW교육 기회를 제공하고자 하고 있다(미래창조과학부, 2014). 특히 상대적으로 생소함을 크게 느낄 수 있는 비전공자 학생들의 경우 교양교육으로서 SW교육을 실시하여 사회에서 필요로하는 기본적인 SW역량을 갖출 수 있도록 하고 있다(박금주, 최영준, 2018). 이 같은 SW교양교육의 목적은 전문 개발자 수준의 프로그래밍 역량증진이 아닌 컴퓨터 과학적 원리를 통한 문제해결능력 및 사고능력 함양에 있으며(오경선, 안성진, 2015) SW교육과정은 SW에 관한 개념적 지식전달 및 교육을 넘어 문제해결을 위한 활용영역을 포함해야한다(나정은, 2017). 반면, 학생들은 SW교육에 대한 인식부족 및 SW에 대한 생소함 등으로 인해 학업적 어려움을 겪고 있다(김수환, 2015a; 오경선, 안성진, 2015). 하지만 현재 대학 SW교육은 제한된 수업시간 내에 학생들에게 생소한 개념을 이해시키고 그를 기반으로 실습까지 진행해야 하므로 시간적으로 비효율적인 측면이 존재한다. 특히 초보수준의 학생들은 스스로 문제를 해결할 수 없는 부분이 많아 교수자와의 상호작용도 절실하다. 이러한 측면에서 플립러닝은 수업전 동영상 강의를 통한 개념이해를 기반으로 실습을 진행할 수 있어 실습중심의 수업을 효과적으로 진행할 수 있고 교수자와 학생간의 상호작용을 증대시킬 수 있다는 측면에서 현재 대학 SW교양교육을 보완할 수 있는 효과적인 전략으로 기대된다. 이에 본 연구는 대학 SW교양교육에서 학생들이 겪는 인지적 부하와 어려움을 줄이기 위한 전략으로 플립러닝 제안하고 컴퓨팅사고력, SW효능감, SW흥미를 통해 그 효과를 검증하고자 한다. 또한, 성과향상집단과 성과저하집단 간의 플립러닝 수업만족도 차이를 살펴보고자 하였으며 플립러닝 학습과정에서 학생들이 어떠한 경험을 하는지를 인터뷰를 통해 살펴보고자 하였다. 이에 본 연구에서 상정한 연구문제는 다음과 같다. 1. 플립러닝 기반 대학 SW교양교육은 컴퓨팅사고력을 높이는가? 2. 플립러닝 기반 대학 SW교양교육은 SW효능감을 높이는가? 3. 플립러닝 기반 대학 SW교양교육은 SW흥미를 높이는가? 4. 플립러닝 기반 대학 SW교양교육에서 성과향상집단과 성과저하집단은 플립러닝 수업만족도에 차이가 있는가? 5. 플립러닝 기반 대학 SW교양교육에서 학생들은 수업전, 수업중, 수업후의 학습과정에서 어떠한 경험을 하는가? 이에 본 연구에서는 경북 소재 A대학에서 SW교양교육에 참여하고 있는 학생 70명을 대상으로 1주차와 8주차에 총 2회 설문을 실시하였다. 해당 강의는 전공과 학년에 구분없이 수강할 수 있으며 강의에서 학습하는 파이썬은 복잡한 프로그래밍 언어 구조와 구문법보다는 문제해결력과 프로그래밍에 대한 집중력에 중점을 두고 학습할 수 있어(Rufinus & Kortsarts, 2006) 수강생과 학습내용이 본 연구맥락에 적절하다고 판단하여 선정하였다. 사전조사시 92명이 연구에 참여하였으나 수강정정 및 장기결석자 7명, SW유사 전공자 3명, 사전사후 응답매칭이 불가한 3명의 응답을 제외하였으며 연구대상의 동질성을 고려하여 무전공에 해당하는 1학년이 아닌 비전공자 9명의 응답을 제외하여 최종적으로 70명의 응답을 분석에 사용하였다. 또한, 성과변인이 모두 향상된 집단과 저하된 집단 간의 플립러닝 수업만족도 차이를 살펴보았으며 각 변인의 사전사후 변화가 다른 6명의 수강생을 대상으로 개별 인터뷰를 실시하였다. 위의 연구문제에 따른 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째. 플립러닝 기반 대학 SW교양교육에서 학생들의 컴퓨팅사고력은 저하되었고 통계적으로 유의미하지 않았다. 둘째, 플립러닝 기반 대학 SW교양교육에서 학생들의 SW효능감은 통계적으로 유의미하게 저하되었다. 셋째, 플립러닝 기반 대학 SW교양교육에서 학생들의 SW흥미는 통계적으로 유의미하게 저하되었다. 넷째, 플립러닝 기반 대학 SW교양교육에서 성과향상집단이 성과저하집단에 비해 플립러닝 수업만족도가 높았다. 다섯째, 플립러닝 활용 대학 SW교양교육의 각 학습과정에서 학생들의 공통적인 경험은 다음과 같았다. 먼저 학생들은 수업전 모르는 부분을 이해하기 위한 반복학습을 하며 수업중에는 선행학습 시 시청한 동영상 내용과 수업에서 다루는 내용이 적절하게 연관된다는 측면에서 만족하는 것으로 나타났다. 반면 수업후 과제나 퀴즈에 관하여 제공되는 답안과 풀이가 불충분하다고 느끼고 있으며 중간고사 이후부터 수업내용의 체감난이도가 높아진 것으로 나타났다. 또한, 성과향상집단이 성과저하집단에 비해 플립러닝과 SW교육에 대한 긍정적인 인식을 많이 가지는 것으로 나타났다. 위의 연구결과에 대한 결론은 다음과 같다. 첫째, 플립러닝 기반 대학 SW교양교육에서 플립러닝이 초보자 수준의 학생들의 학습을 도울 수 있는 학습환경을 제공하고 있으므로 컴퓨팅사고력이 보다 향상될 수 있도록 토론과 논의를 통한 문제해결능력을 수행할 수 있는 학습활동 및 과제를 제공할 필요가 있다. 둘째, SW효능감의 저하는 학생들이 자신의 학습상태 및 능력을 점검할 수 있는 피드백이 적절한 수준에서 이루어지지 않다고 인식하고 있어 보다 구체적이고 만족할 수 있는 직접적인 피드백을 제공하여 학생들의 효능감과 학습효율을 높일 필요가 있다. 셋째, SW흥미의 저하는 선행학습과정에서 교수자가 없고 온라인 환경에서 학습하기 때문에 어려운 부분에 대해 즉시 질문하지 못하며 이해하지 못하는 부분을 해결하지 못하기 때문에 저하된 것으로 볼 수 있다. 따라서 하나의 정답보다는 각자의 로직에 따라 다르게 제작할 수 있는 프로그래밍의 특성과 수업전 학습과정에서 학생들이 겪는 어려움을 함께 고려하여 학습에 대한 도전과 흥미가 지속될 수 있는 방안을 마련해야 할 것이다. 이와 같이 본 연구는 플립러닝 기반 대학 SW교양교육의 효과를 살펴보기 위하여 학생들의 컴퓨팅사고력, SW효능감, SW흥미, 플립러닝 수업만족도를 살펴보았으며 개별 인터뷰를 통해 학생들의 구체적인 경험을 살펴보았다. 이를 통해 플립러닝이 대학 교양SW교육에서 학습을 도울 수 있는 환경을 제공한다는 측면에서 적절하다는 것을 알 수 있었고 보다 효과적으로 운영되기 위해서 고려해야 하는 인 교수학습전략들을 논의하였다는 점에서 의의를 지닌다.