애자일 방법론 기반의 프로그래밍 수업 개발 및 효과성 분석 : -2022 개정 교육과정을 중심으로- = Developing Programming Lessons Based on the Agile Methodology and Analyzing Their Effectiveness -Focusing on the 2022 Revised Curriculum-

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As the importance of software (SW) related fields has been emphasized, a foundation has been laid since the 2015 revised curriculum for systematic SW education to be implemented in elementary schools as well as middle and high schools to foster creative talents. This was further solidified in the 2022 revised curriculum by establishing a new 'information area' in the curriculum and designating it as 'information education'. The goal of strengthening software education through this policy is not to develop programmers but to achieve collaborative problem solving based on computational thinking. This is also emphasized through the achievement standard of the 2022 revised curriculum, '[6실05-03] Collaboratively write programs that solve real-life problems and share outputs with others'.
In this study, we aimed to redefine the meaning of cooperative learning in software education by approaching the meaning of collaboration and sharing in the achievement standards of the 2022 revised curriculum from the perspective of actual software development. To this end, we applied the agile methodology that has recently gained popularity among software developers.
In this study, an agile-based programming class was designed as one of the various forms of teaching methods to teach the contents corresponding to the "Digital Society and Artificial Intelligence Area" of the practical curriculum in the newly announced 2022 revised curriculum. The researcher conducted a pre-test (computational thinking test) for the experimental and control groups before applying the program. The experimental group was then taught agile-based programming classes for 2-3 sessions per week for 11 sessions, for a total of 17 sessions. On the other hand, the comparison group received a regular 17-period SW class based on the existing 2015 revised curriculum. In the experimental group's 17th week class, the course was based on the Agile methodology, and students went through a total of three sprint planning meetings, sprints, and scrums. During the class, students collaborated to write algorithms to solve real-world problems, develop programs to solve the problems, and evolve the programs by adding artificial intelligence techniques. At the end of the class, the researcher administered a post-test (computational thinking test) to the experimental and control groups. An independent-samples t-test was conducted to determine the difference in computational thinking skills between the experimental and control groups before applying the agile methodology-based programming lessons to the students, and the following conclusions were obtained.
First, both the experimental and comparison groups improved their computational thinking skills after the program compared to before. However, there were differences in the areas of improvement and the magnitude of improvement. The experimental group showed significant gains in all areas of analysis, design, implementation, and reasoning. The comparison group showed significant improvements in design and reasoning skills, but to a lesser extent than the experimental group. They also showed no significant improvements in analytical and implementation skills.
Second, for computational thinking, which is a composite of all four domains, the experimental group improved by 20.703 points from the pretest to the posttest, and the comparison group improved by 12.042 points from the pretest to the posttest. In other words, both the experimental group and the comparison group improved significantly in computational thinking, but the improvement in computational thinking was more significant when the training program developed based on the agile methodology was applied.
Third, to analyze the effectiveness of the program, we compared the difference in improvement between the experimental and comparison groups in each domain, and found that there was a significant difference in analytical ability. The remaining domains showed improvement after both programs, but the difference was not significant.
The significance of this study is that it analyzed the differences between the 2022 revised curriculum and the 2015 revised curriculum before the 2022 revised curriculum was applied in elementary education, identified the focus of the 2022 revised curriculum, and developed a new type of educational program to improve elementary school students' computational thinking skills. We hope that this action research will help to promote computational thinking-centered information education in elementary schools.

국문 초록 (Abstract)

소프트웨어(Software, 이하 SW) 관련 분야의 중요성이 강조됨에 따라, 이에 맞는 창의적인 인재를 육성하기 위하여 중·고등학교는 물론 초등학교에서도 2015 개정 교육과정에서부터 체계적인 SW 교육의 기반을 마련해왔다. 이는 2022 개정 교육과정에서 더욱 두드러진다. 2015 개정 교육과정 내의 기술 영역이었던 SW 교육을 ‘정보 영역’으로 새롭게 신설하고, 이를 ‘정보 교육’으로 명시하며 그 방향성을 더욱 확고히 하고 있다. 이러한 소프트웨어 교육 강화 정책을 통한 교육 목표는 프로그래머를 육성하는 것이 아닌 컴퓨팅사고력을 바탕으로 협력적 문제해결을 이루는 것이다. 이는 2022 개정 교육과정의 성취기준 '[6실05-03] 실생활의 문제를 해결하는 프로그램을 협력하여 작성하고, 산출물을 타인과 공 유한다.'를 통해서도 강조되고 있다. 따라서 본 연구는 2022 개정 교육과정의 성취기준에 제시되어있는 협력과 공유 의 의미를 실제 소프트웨어 개발 관점에서 접근해봄으로써 소프트웨어 교육에서 협동학습의 의미를 재정의하고자 하였다. 이를 위해 최근 소프트웨어 개발자들 사이에서 각광받고 있는 애자일 방법론을 적용하였다. 본 연구에서는 새롭게 고시된 2022 개정 교육과정에서 실과 교과의 ‘디지털 사회와 인공지능 영역’에 해당하는 내용을 교수하는 다양한 형태의 교육 방안 중 한 가지로 애자일 기반의 프로그래밍 수업을 제안 및 설계하였다. 연구자는 프로그램 적용 전, 실험 집단과 통제 집단을 대상으로 사전 검사(컴퓨팅 사고력 검사)를 실시하였다. 이후 실험 집단을 대상으로 애자일 기반의 프로그래밍 수 업을 매주 2~3차시의 수업을 11회에 걸쳐 진행하여 총 17차시 수업을 실시하였 다. 반면, 비교 집단은 기존의 2015 개정 교육과정을 기반으로 한 교과서 중심 의 17차시 SW수업을 실시하였다. 실헙 집단의 17차시 수업은 애자일 방법론 기 반의 프로그래밍 수업으로 이루어졌으며, 학생들은 총 3회의 스프린트 계획 회 의, 스프린트, 스크럼을 반복하였다. 수업에 참여하며 학생들은 협력을 통해 실 생활 문제를 해결하기 위한 알고리즘을 작성하고, 문제를 해결하기 위한 프로그 램 개발하였으며, 프로그램에 인공지능 기술을 추가하여 프로그램을 발전시켰 다. 수업이 종료된 이후 연구자는 실험 집단, 통제 집단 대상 사후 검사(컴퓨팅 사고력 검사)를 실시하였다. 개발한 애자일 방법론 기반의 프로그래밍 수업의 효과성을 분석하기 위해, 실험 집단과 비교 집단의 컴퓨팅 사고력 향상 정도 차 이를 독립표본 t-검정을 수행하여 확인해보았다. 그 결론은 다음과 같다. 첫째, 실험 집단과 비교 집단 모두 프로그램 적용 전보다 후에 컴퓨팅 사고력 이 향상되었다. 다만, 향상된 영역과 향상된 정도에 차이가 있었다. 실험 집단 의 경우 분석 능력, 설계 능력, 구현 능력, 추론 능력의 모든 영역에 있어서 유 의미한 향상이 있었다. 반면, 비교 집단의 경우 설계 능력과 추론 능력에서 유 의미한 향상이 있었지만 실험 집단에 비해 향상된 정도가 낮았다. 또한 분석 능 력과 구현 능력에서는 유의미한 향상이 나타나지 않았다. 둘째, 네 가지 영역을 모두를 종합한 컴퓨팅 사고력에 대해서는 실험 집단은 사전 검사 대비 사후 검사의 평균이 20.703 향상되었고, 비교 집단은 사전 검사 에 비해 사후 검사 평균이 12.042 향상되었다. 즉, 실험 집단과 비교 집단 모두 컴퓨팅 사고력이 유의미하게 향상되었지만, 애자일 방법론 기반으로 개발한 본 교육 프로그램을 적용했을 때 컴퓨팅 사고력이 더욱 크게 향상되었다. 셋째, 프로그램의 효과성을 분석하기 위해 실헙 집단과 비교 집단의 향상도 차이를 각 영역별로 비교해본 결과, 분석 능력에서 유의미한 차이가 있었다. 그 외 나머지 영역은 두 프로그램 적용 후 모두 향상된 모습을 볼 수 있었지만 그 차이가 유의미하지는 않았다. 본 연구는 2022 개정 교육과정이 초등교육 현장에서 적용되기 전, 2015 개정 교육과정과의 차이점을 분석하고, 2022 개정 교육과정의 중점을 파악하여 초등 학생의 컴퓨팅 사고력을 향상시키는 새로운 형태의 교육 프로그램을 개발했다는 점에서 의의가 있다. 본 실행 연구가 초등학교에서 컴퓨팅 사고력 중심의 정보 교육이 활성화되는 데에 도움이 되기를 바란다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구의 내용 및 방법 6
• 3. 연구의 제한점 6
• Ⅱ. 이론적 배경 7
• 1. 컴퓨팅 사고력 7
• 2. 2022 개정교육과정의 정보 영역 11
• 3. 애자일 개발 방법론· 14
• 4. 스크럼 기법· 19
• 5. 애자일 방법론 교육 적용 사례 22
• Ⅲ. 애자일 기반 프로그래밍 수업 설계 · 27
• 1. 수업 설계 목적 27
• 2. 수업 설계 방향 29
• 3. 수업 단계별 활동· 32
• Ⅳ. 연구 방법 47
• 1. 연구 절차· 47
• 2. 연구 설계· 48
• 3. 연구 적용· 48
• 4. 검사 도구· 49
• Ⅴ. 연구 결과 51
• 1. 설문 응답자 51
• 2. 컴퓨팅 사고력 측정 결과· 52
• 3. 컴퓨팅 사고력 영역별 향상도 53
• ⅤI. 결론 및 제언 57
• ABSTRACT 62
• 부록 66
• 1. 컴퓨팅 사고력 사전 검사지· 66
• 2. 컴퓨팅 사고력 사후 검사지· 81
• 3. 애자일 방법론 기반의 프로그래밍 수업 교수·학습 과정안· 96