우뇌기능을 자극하는 시각화 학습프로그램이 학업성취도에 미치는 영향 -초등학교 컴퓨터교육에서 알고리즘의 원리를 중심으로-

Abstract

Since learners have different intelligence levels, different abilities, and different personalities, some learners acquire knowledge very easily whereas others learn the same learning content very hardly with a certain learning method. Recently, the research works about understanding learners and implementing effective instructional methods based on brain functions by understanding a brain structure and brain functions have become important in education fields. To succee in doing effective instructions, the changes in instruction strategies are required. Also, it is necessary for researchers to study about new instruction strategies for computer education to improve learning achievement effectively and to maximize brain functions because huge amount of the research works finding out the best learning conditions that lead the brain works efficiently have been proposed currently. Due to these necessities, firstly, this thesis aims to propose a new instructional method for visualizing the principles of algorithm to improve logical way of thinking based on computer science and problem solving ability. Next, this thesis also aims to propose a new instructional method for stimulating right brain functions by examining the research works about brain science with the respect of educational viewpoint. In this thesis, according to the revised curriculum for computer education, primary school students can learn about the algorithms handling data structures with brain functions and can understand them by adopting the proposed method instead of by using the existed simple instructional method. In order to achieve the research purposes, the differences in the thinking ways about problems in computer education, learning content, preferred brain type between primary school teachers and students are examined. And then, students' brain types are checked before and after implementing the proposed instructions to see the changes in brain types. The students are performed the diagnostic test of the computer application ability. The learning contents include stack, queue, sorting, and searching algorithms. They are visualized to show the principles of algorithms and provide individualized learning environment to the students. Lectures are given to students four times. The instructional method are designed for the primary school students and then given to the sixth grade students of ○○ primary school. The experimental group is 29 students, whereas the control group is 31 students. The experimental group learn about the developed learning material with the proposed method, whereas the control group learn about the same content with a instruction method based on stimulating left brain functions. After performing lectures, the changes in brain types are reexamined to see the proposed method stimulate right brain functions. Finally, the students are tested with the summative assessment to see whether the proposed method influences the students' learning achievements. The conclusions of this thesis are as following. Firstly, since the thinking differences in problems and contents for computer education exist, new policies and ways are required to overcome the difference and to help for computer education. Secondly, In the aspect of learning achievement, the experimental group who learned with the proposed method is better than the control group. Also, this result is that two groups are different statistically. This means that the learning achievement is more influenced by the proposed method that drives students' activeness by having curiosity, finding out the regularity, and solving problems with the proposed visualized learning material than the traditional teacher-centered instruction method. The implications of this thesis is that teachers must perform their instructions with the various types of instruction strategies to satisfy their students preferences. In other words, the more emotional and sensible paths to brain uses, the higher achievement level can be obtained because students can memorize their learning content firmly. Therefore, if teachers can give their students various types of learning material which is suitable for their brain types, then their educational effectiveness can increase with the learning activities following their brain types.

학습자들은 서로 다른 인지적 기능과 서로 다른 능력, 특성을 가지고 있기 때문에 동일한 학습 자료나 동일한 정보조차도 난이도와 상관없이 학습자들의 학습방법에 따라 어떤 학습자는 매우 쉽게, 어떤 학습자는 매우 어렵게 이해한다. 최근 뇌 구조와 작용을 이해하여 뇌기능을 기초로 하는 학습자에 대한 이해와 효과적인 교수․학습을 실천할 수 있는 연구는 교육현장에서 중요해지고 있다. 성공적인 교수․학습을 수행하기 위해 교수 전략에 대한 변화가 필요하며, 어떤 조건하에서 뇌가 효율적으로 학습을 주도하는가에 대한 최적 학습 조건에 관련된 많은 연구 결과들이 축적되어 있는 현 시점에서 뇌기능을 극대화하면서 효과적인 학업 성취를 이룰 수 있는 컴퓨터 교과 중심의 교수․학습전략을 연구할 필요가 있다. 이와 같은 필요성에 따라 본 연구는 최근 급속하게 발전하고 있는 뇌 과학의 연구결과들을 교육적 관점에서 고찰하여 컴퓨터 과학을 바탕으로 하는 사고력과 문제 해결력 향상을 위한 알고리즘의 원리를 시각적으로 표현하고 우뇌기능을 자극하는 교수․학습방법을 제안하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 개정된 컴퓨터 교육 내용에 따라 단순한 프로그램의 활용 교육에서 탈피하고 우뇌기능을 자극할 수 있도록 초등학생을 대상으로 자료구조를 다루는 알고리즘을 뇌와 관련시켜 학습하고 이해할 수 있도록 지도하고자 한다. 본 연구의 목적을 달성하기 위하여 교사와 초등학생간의 컴퓨터 교육에 대한 문제점, 교육내용, 뇌선호 유형에 대한 의식의 차이를 살펴보았고, 실험 전 뇌선호도 검사를 실시하여 학습자들의 뇌선호 유형을 조사하였으며, 학습자들의 진단평가를 위해 컴퓨터활용능력 검사지를 통하여 컴퓨터활용능력을 확인하였다. 학습내용은 스택과 큐, 이진트리, 정렬, 검색 총 4차시로 구성하여 우뇌기능을 자극할 수 있도록 알고리즘의 원리를 시각화하고 개별학습 환경을 제공하였으며, 초등학생의 수준에 맞는 교수․학습방법을 설계하여 ○○초등학교 6학년 실험집단29명에 적용하고 통제집단 31명에게는 좌뇌형 교수․학습방법을 적용하였다. 또한 실험 후 우뇌기능을 자극하는지 알아보기 위해 학습자들의 뇌선호 유형의 변화를 살펴보았고, 총괄평가를 통해 우뇌기능을 자극하는 시각화 학습프로그램이 학업성취도에 미치는 영향을 살펴보았다. 설문과 수업을 통해 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째, 교사와 학생 간 컴퓨터교육에 대한 문제점이나 교육내용 등 의식의 차이가 존재하고 있어 차이를 극복하여 컴퓨터교육에 도움이 될 수 있는 대책 마련이 필요하다. 둘째, 학업 성취도 면에서 우뇌를 자극하는 시각화 학습프로그램을 적용한 집단이 좌뇌형 수업을 적용한 집단보다 높은 평균점수를 가졌으며 통계적으로도 유의미한 차이를 가짐을 알게 되었다. 이와 같은 결과는 교사 중심의 강의식 수업보다 시각적인 정보를 통해 생겨난 호기심을 가지고 스스로 조작하고 규칙성을 발견하면서 문제해결 절차를 형성해 가는 학습자 중심의 능동적인 학습 형태가 학업 성취도 향상에 긍정적인 영향을 미침을 드러내는 것이다. 본 연구결과의 시사점은 우선 학습자들이 선호하는 학습양식이 다양하고 교실 내의 학습자들이 선호하는 학습양식이 다를 수 있으므로 교사들은 같은 교육내용에 대해 더욱 다양한 교수전략을 시행하여야 한다는 것이다. 결국 뇌로 통하는 감각 지각의 통로가 많이 사용되면 될수록, 그만큼 학습자들은 주어지는 교육내용을 더 확고하게 기억하며 학업성취도를 높일 수 있게 될 것이다. 따라서 뇌 특성에 부합되는 다감각적인 자료 제시와 과제 해결에 다양한 방법을 선택할 수 있게 한다면 뇌 선호 유형 학습활동 전개가 교육적 효과성을 높일 수 있을 것이다.