4 차산업혁명시대의 SW 교육방안 Contents 제 1 장서론 1 제2장 4차산업혁명과 SW 교육 3 1. 4차산업혁명의특징 3 2. 4차산업혁명의핵심기술 7 3. 4차산업혁명시대의핵심역량 28 제 3 장국내외 SW 교육사례 41 1. 국내의 SW 교육사례 41 2. 국외의 SW 교육사례 56 제4장 SW 교육의문제점및개선방안 67 1. 정보인프라의확충 67 2. SW 교육과정의개선 71 3. SW 교육방법의개선 76 4. SW 교육플랫폼의개발 82 5. SW 교육인력의확보 87 제 5 장맺음말 94 참고문헌 96
제 1 장 I 서론 인공지능과사물인터넷, 클라우드, 빅데이터등지능정보기술이사회전반에영향을미치고, 소프트웨어가새로운부가가치를창출하는제4차산업혁명이시작되었다. 4차산업혁명의도래여부에대한일부학자의논란이있지만 (Rifkin, 2016; 장윤종, 2016에서재인용, 조선일보, 2017). 인공지능과 ICT 기술을기반으로한초연결사회가도래하였고, 막대한데이터분석결과를토대로미래를예측하고준비하는시대에살고있음은분명하다 ( 이상동, 2016; 한동승, 2016). 이러한변화는교육분야에서도일어나고있으며, 지능정보사회에대비한교육내용과교육방법에대한논의가활발하게이루어지고있다. 이미전세계는무한경쟁의시대로접어들었고, 학생들은지식정보를생성하여국제적으로유통시키고있다. 이에따라대부분의국가들이산업사회의교육방법이아니라지능정보사회의교육방법으로서컴퓨터교육을체계적으로실시하고있다 ( 김갑수, 2016). 영국은 2014년 9월부터컴퓨팅 (Computing) 과목을신설한후모든초중고학생들에게소프트웨어의작동원리를이해하고, 프로그램을개발할수있는역량을키워나가고있다 (English Department for Education, 2013). 이에발맞춰우리정부도초등학교 5~6학년부터 SW 교육을받을수있도록 2015년에초중등학교교육과정을개정하였다. 또한, 2016년에는 지능정보사회의창의 융합형인재양성을위한소프트웨어교육활성화기본계획 을발표하고, 모든초중고학생들이 SW 교육을차질없이받을수있도록준비하고있다 ( 교육부 미래창조과학부, 2016). 그러나 4차산업혁명시대에부응하는창의융합형인재를양성하기위해초등학교부터 SW 교육을강화시키겠다고했으나, 2015 개정교육과정에따르면, 초등학교 6년간전체시수 (5,892시간) 중에서단지 0.29%(17시간 ) 에머물러있는실정이다. 또한, SW 교육이당장내년부터모든중학교에서 제 1 장 I 서론 1
필수교과로지정되고, 2019년부터는모든초등학교에서시작되지만, SW 교육에필요한중등교원의수급은충분하지않고, 초등교원을대상으로한 SW 교육연수실적이나계획또한턱없이부족하다 ( 정영식, 2016). 새롭게시작하는 SW 교육을초중등학교현장에안착시키려면교육과정의유연성제고와교육방법의다양성확보, 정보인프라의확충등다각적인준비가필요하지만, 아직까지학교현장은 SW 교육에대한내용이나방법뿐만아니라필요성마저도제대로인식하지못하고있는실정이다 ( 김갑수, 2016, 정영식외, 2016). 따라서본연구에서는 4차산업혁명시대에살아갈우리학생들에게 SW 교육이왜필요한지를인식시키기위해 4차산업혁명과 SW 교의관계를분석하고, 국내외교육기관과민간기업에서 SW 교육을어떻게준비하고있는지를살펴보았다. 이러한분석결과를토대로초중등학교에서의 SW 교육준비사항을점검하고, 문제점을도출하여그것을해결하기위한구체적인방안을제시하였다. 2 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 1. 4 차산업혁명의특징 산업혁명 (Industrial Revolution) 은 18세기에들어서영국내외에서는면직물의수요가급증하자증기기관을개량하여대량생산이시작되었는데, 이를산업혁명의출발점으로본다. 19세기초반까지영국의주도하에시작된기술혁신과함께사회, 경제등의큰변화를가져왔으며, 이후기계가생산을지탱하는중요한역할을하게되며, 산업혁명은전세계로확산되었다 ( 위키백과, 2017). 최근지능정보사회를선도하는 4차산업혁명이우리경제와사회를변화시키는원동력이되고있다. 클라우스슈밥 (Klasu Schwab) 의장이 2016 년세계경제포럼 (World Economic Forum, WEF) 에서 4차산업혁명을핵심의제로삼으면서, 우리나라에도큰화제가되고있다. 슈밥은 4차산업혁명을 3차산업혁명을기반으로한디지털과바이오산업, 물리학등의경계를융합하는기술혁명이라고설명했다 ( 이상동, 2016). 가. 산업혁명의변천 18세기후반부터시작된 1차산업혁명과현재의 4차산업혁명에이르기까지의산업혁명의변천과정을살펴보면 < 표 Ⅱ-1> 와같다. 증기기관을활용한 1차산업혁명은사람이나동물에의한동력이기계로전환되면서생산량을획기적으로증가시켰다. 이후 2차산업혁명은전기에너지를활용하여좁은공간에서도대량생산이가능해졌으며, 3차산업혁명을 ICT(Information and Communication Technology) 를활용한자동화로인해로봇이사람을대신하게되어적은비용으로대량생산이가능하게되었다. 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 3
4차산업혁명은인공지능기술과거의제로에가까워지고있는네트워크전송비용, 데이터저장과처리비용, 분석기술의발달, 스마트기기의기술혁신등으로도래하였으며, 융복합기술의발달로시장의경계와산업간의경계를희미하게만들고있다 ( 배경열, 2016). < 표 Ⅱ-1> 산업혁명의변천과정 구분 1차산업혁명 2차산업혁명 3차산업혁명 4차산업혁명 시기 18세기후반 20세기후반 1970년대이후 2020년이후 핵심동력 증기 전기 ICT 인공지능 생산방식 기계화 대량화 자동화 지능화 4차산업혁명은사물인터넷, 로봇 (Robot), 인공지능 (AI), 빅데이터 (Bigdata) 등의최첨단기술이나노기술 (NT), 바이오기술 (BT), 정보기술 (IT), 인지과학 (CS) 의융합기술로발하여생산을주도하는사회구조적혁명을의미한다. 현재는발달된 ICT를기반으로사람과사람뿐만아니라사람과사물, 사물과사물이네트워크로서로연결된초연결성, 이네트워크로전송된막대한양의데이터를분석하여일정한패턴을파악하는초지능성, 분석된자료로미래를판단하는예측가능성을특징으로한다 ( 이상동, 2016) 나. 4 차산업혁명에대한반론 4차산업혁명은 3차산업혁명의 ICT에융복합과창의가더해져혁신적인변화를가져올것으로전망도있지만 ( 배경열, 2016; 임호, 2017; 한동승, 2016), 일부경제학자들은 4차사업혁명은기술낙관론자의근거없는주장으로치부하는경우도있다. 3차산업혁명 을저술한 Rifkin은디지털혁명은광범위한잠재력을아직발휘하지도못한상태인데벌써끝났다고선언하는것은시기상조라고비판한다 (Rifkin, 2016; 장윤종, 2016에서재인용 ). 미국의 Northwestern 대학교의석좌교수인고든 (Robert J. Gordon) 은 4차산업혁명이라는말은 4 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
근거가없으며, 인공지능과공장자동화는 20여년전부터시작되었다고주장하고있다. 특히새로운산업혁명이시작되었다면생산성이극적으로향상되어야하는데그런증거가없다고주장하였다. 그는혁명 (revolution) 보다는진화 (evolution) 라는표현이어울린다고주장하였다 ( 조선일보, 2017). 그러나산업혁명은생산량의관점이아닌자동화의관점에서보면분명혁신적인변화가있음은틀림없다. 한동승 (2016) 은산업혁명을자동화와연결성의관점에서다음과같이분석하였다. 첫째, 1차산업명은기계화로초기자동화를이루고, 다리와철도의건설로국가내부의연결을촉진하였다. 둘째, 2차산업혁명은대량생산을가능하게한자동화이며, 노동부문에서좀더효율이고생산인연결성을이루었다. 셋째, 3차산업혁명은디지털시대로인해추동되어좀더정교한자동화와인간과인간, 인간과자연사이의연결성을증진시켰다. 넷째, 4차산업혁명은인공지능을갖춘극단적인자동화로인해중 저급기술이자동화되고, 인간만이지녔던기술이나예술영역까지확장될것이며, 국제적이고실시간의커뮤니케이션이가능하게되어새로운비즈니스모델이만들어질것이다. 4차산업혁명의극단적인자동화는곧인공지능에의한지능화를의미한다. 3차산업혁명시기까지는생산자입장에서생산량을효율적으로증가시키는데목적이있었다. 즉, 기계화를통한대량생산과로봇을활용한인건비절약등으로생산성을높이는데목적이있었지만, 지금은생산량증가가오히려가격을떨어뜨려이익으로연결되지못하고있다. 다. 학생중심의맞춤교육 4차산업혁명시대에는양보다는질을생각할때이다. 생산자중심의 대량생산 에서소비자중심의 맞춤생산 으로발전해야한다. 과거에도기성복이아닌맞춤복생산이가능했지만, 치수를재는것부터재단하고바느질하는것까지모두사람이직접해야하므로많은비용이발생 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 5
했다. 그러나인공지능과빅데이터를활용한지능화를통해비용은크게절감되어소비자에게제공될수있다. 자동화는제품을생산하는데필요한모든재료를제공하고, 처리과정을자동화기계에프로그래밍해야만원하는제품을얻을수있었다. 그러나지능화는컴퓨터와기계가인공지능에의해서로소통이가능하므로, 인공지능에게입력과처리보다는어떤물건을생산할것인지출력만제시하면원하는제품을알아서생산하게된다. 4차산업혁명시대의인간은 [ 그림 Ⅱ-1] 에제시한것과같이 3차산업혁명과전혀다른역할을수행하게된다. 3차산업혁명에서인간은작업용기계를프로그래밍하여생산의자동화를이루어냈지만, 4차산업혁명에서인간은컴퓨터와기계의바깥에위치하고, 컴퓨터와기계가인공지능에의해독자적으로상호소통하게된다. 인간은지능화를통해새로운가치를찾고, 아이디어와창의력을발휘하여지금까지와는전혀다른새로운역할을하게될것이다 ( 김상윤, 2016). [ 그림 Ⅱ-1] 자동화와지능화의비교 4차산업혁명의관련기술들은경제및산업구조측면에서만영향력이나타나는것이아니라자연생태계, 소비생활, 노동시장구조, 삶의질, 사회시스템등전반적인분야에서심대하고도폭넓은영향을미치게될것이다 ( 배경열, 2016). 특히교육분야에도변화를이끌것이다. 그동안시행된원격교육은언제, 어디서나, 누구나교육이가능한효율성관점이었지만, 이제는지금당장, 이곳에서, 학생들에게가장필요한것을가르치는맞춤교육으로변화할것이다. 6 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
나아가 4차산업혁명은 3차산업혁명을기반으로한디지털, 생물학, 물리학등의경계가없어지고그것을융합되는기술혁명을통해또다른기술을창조할것이다 ( 임호, 2017). 따라서교육분야에서도특정교과를중심으로한 SW 교육이아니라, SW 교육을통해타학문분야와융합한교육이되도록해야한다. 2. 4 차산업혁명의핵심기술 4차산업혁명을이끌핵심기술에대해많은학자들이자신의관점에따라서로다른주장을하고있다. 한동승 (2016) 은과거공상만화, 상상속에나보았던것들이실제현실로거론되고있는 3D 프린팅, 자율주행자동차, 사물인터넷, 인공지능등이 4차산업혁명을이끌주요기술군으로제시했다. 클라우스슈밥 (2016) 은 4차산업혁명을선도할기술로서 < 표 Ⅱ-2> 와같이무인운송수단 ( 드론 ), 3D 프린팅, 첨단로봇공학, 신소재, 사물인터넷과원격모니터링기술, 블록체인과비트코인, 공유경제와온디맨드경제, 유전공학, 합성생물학, 바이오프린팅등 10가지선도기술과 23 가지대변혁기술을제시했다 ( 클라우스슈밥, 2016) < 표 Ⅱ-2> 4 차산업혁명의선도기술과대변혁기술 구분 선도기술 대변혁기술 관련기술의세부내용 물리학무인운송수단 ( 드론 ), 3D 프린팅, 첨단로봇공학, 신소재, 디지털 생물학 사물인터넷과원격모니터링기술, 블록체인과비트코인, 공유경제와온디맨드경제 유전공학, 합성생물학, 바이오프린팅 체내삽입형기기, 디지털정체성, 새로운인터페이스로서의시각, 웨어러블인터넷, 유비쿼터스컴퓨팅, 주머니속슈퍼컴퓨터, 누구나사용할수있는저장소, 사물인터넷, 커넥티드홈, 스마트도시, 빅데이터를활용한의사결정, 자율주행자동차, 인공지능과의사결정, 인공지능과화이트칼라, 로봇공학과서비스, 비트코인과블록체인, 공유경제, 정부와블록체인, 3D 프린팅기술과제조업, 3D 프린팅기술과인간의건강, 3D 프린팅기술과소비자제품, 맞춤형아기, 신경기술, 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 7
4차산업혁명과관련된기술중에서도 SW 교육과관련된기술을재정리하면사물인터넷 (IoT), 소프트웨어 (Software), 인공지능 (AI), 빅데이터 (Bigdata), 클라우드 (Cloud) 등 5가지기술로요약할수있다. 즉, 이러한 5 가지핵심기술 (isabc) 들은 4차산업혁명의핵심기술이면서도동시에경제, 산업, 문화, 예술, 교육등사회전반에걸쳐지대한영향을미칠수있는기본원동력이된다. 4차산업혁명의핵심기술이사회전반에활용되는특성을정리하면 < 표 Ⅱ-3> 에제시한것과같다. 사물인터넷은인간의감각기관처럼각종센서를이용하여데이터를수집하고, 그것을빅데이터가분석하며, 분석된데이터는인공지능을통해의미가부여되어지식으로발전되고, 클라우드를통해그지식은전달되고공유될수있다. 이러한모든기술을서로연결하고, 구현하는것은소프트웨어이다. < 표 Ⅱ-3> 4차산업혁명의핵심기술과활용성 핵심기술 기술의활용성 신체기관 사물인터넷 각종데이터의수집 감각기관 소프트웨어 기술의구현및연결 신경계 인공지능 데이터처리를통한지식화 두뇌 빅데이터 수집된데이터의분석 순환계 클라우드 지식의전달및공유 운동기관 가. 사물인터넷 4차산업혁명의핵심기술중하나인인공지능이스스로문제를해결하려면방대한양의데이터가필요하다. 이러한데이터를수집하는가장말단에있는기술이사물인터넷이다. 사물인터넷은각종사물에센서와인터넷기능을내장하여사람과사물, 사물과사물, 사물과공간간의데이터를서로주고받을수있는지능형기술이나서비스를말한다 ( 두산백과, 2017; 위키백과, 2017). 각종센서와인터넷을통해사물과사물이통신하면서발생되는방대한자료를실시간혹은비실시간으로수집할수있다. 8 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
4차산업혁명시대의연결은사람간의관계에국한되지않고사물인터넷을통해사물과사물간에도이루어지는초연결사회가시작된다. 사물인터넷은자동차와조선, 의료분야에서시작하여, 전기나가스, 수도, 가전등다양한산업분야로의확산이진행되고있다. 사물인터넷의기반기술은칩셋 (chipset), 센서 (sensor), 모듈 (module), 단말기 (terminal), 플랫폼 (platform), 이동통신 (mobil communication), 서비스사업자등으로구분할수있다 ( 전정훈, 2014). 첫째, 칩셋은저전력, 고성능프로세서의개발이진행되고있다. 둘째, 센서는스마트센서로진화중에있다. 셋째, 모듈은다양한제품에임베디드형태로내장되고있다. 넷째, 단말은지능형의전용단말기로개발되고있다. 다섯째, 플랫폼은플랫폼기반의단말및서비스를개발하고있다. 여섯째, 이동통신은회선사업에서서비스사업으로확대되고있다. 일곱째, 서비스사업자는융합서비스의개발이진행되고있다. 1) 사물인터넷의활용사물인터넷으로만들어진각종제품들은 SW 교육분야중하나인피지컬프로그래밍을통해만들어질수있다. 학생들의상상력과창의력이 SW 교육과만날때가장빛을발할수있는분야이므로, 사물인터넷이활용되는분야를살펴볼필요가있다. 첫째, 스마트홈은 [ 그림 Ⅱ-2] 에제시한것과같이카카오톡이나라인과같은모바일메신저를통해집안에있는컴퓨터와통신하면서세탁기, 에어컨, 오디오, 냉장고, 오븐과같은가전제품의상태를확인하고관리할수있다. 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 9
[ 그림 Ⅱ-2] LG 홈챗서비스 ( 출처 : LG 전자, 2017) 둘째, 스마트카는스마트폰앱을통해멀리있는자동차의시동을걸고, 차내온도를맞추고, 차위치를확인하거나, 차의점검상태를확인할수있다. [ 그림 Ⅱ-3] 현대자동차의블루링크 ( 출처 : 현대모비스, 2017) 셋째, 스마트슈즈는시각장애인들을위하여개발한슈즈로서블루투스를이용하여스마트폰앱과연동되며, 사용자가음성으로목적지를입력하면, 스마트폰의 GPS 시스템과구글맵을기반으로목적지를안내한다. 이때길안내는신발에진동을통해방향을안내한다 ( 엄주희 박정기, 2015). 10 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
[ 그림 Ⅱ-4] 스마트슈즈 Lechal ( 출처 : Deepesh Poozhikkuth, 2014) 넷째, 스마트헬스케어는스마트폰과연동하여사용자의심박수, 최대산소섭취량등을측정해서음성으로안내해주고, GPS를통해거리와시간, 소모된칼로리를측정해서실시간으로보여준다. 스마트헬스케어시스템은 [ 그림 Ⅱ-5] 에제시한것과같이학교에서도활용되고있다. 학생손목에스마트시계를채우고하루운동량을측정해학부모와학교운동지도사에게보낸다. 학부모는하루에너지소비량에맞춘권장식단을받을수있고, 운동지도사는학생에게맞는운동법과식단을관리해줄수있다. [ 그림 Ⅱ-5] 스마트헬스케어 ( 출처 : 국민일보, 2015) 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 11
다섯째, 스마트알약은환자의위장에도달하면어깨에붙인패치형수신기에디지털신호를보내고이를분석한결과를원격에있는주치의에게전달하여적절한처방을할수있고, 환자나보호자의스마트폰에정보를전달하여환자상태를확인할수있다. [ 그림 Ⅱ-6] 스마트알약 ( 출처 : HellmuthBroda.com, 2012) 여섯째, 스마트거울은반사태블릿, 센서패드를이용하여일상생활의정보를제공하거나, 사용자의의료정보를등록, 기록, 재생할수있다. 또한, 인터넷에연결되어친구들과대화할수있으며, 건강상태를확인하거나최신뉴스정보를확인할수있다. [ 그림 Ⅱ-7] 사이버텍처미러 ( 출처 : Daily COOL, 2012) 12 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
일곱째, 스마트도시관리는상하수도관이나쓰레기통, 침수등을각종센서등을이용하여관리한다. 미국의뉴욕시는하수관에센서를부착하여수위를실시간으로체크하고, 수위가위험수준으로상승하게되면주민들에게경고메시지를전송하여수돗물의양을줄이도록유도한다. 스페인의바로셀로나시에서는쓰레기통뚜껑에센서를장착하여쓰레기양을실시간으로확인하여가장먼저수거해야하는쓰레기통의위치를 GPS로전달하여가장효율적인작업경로등을추천하게된다. 그외에도스마트자물쇠, 스마트냉장고, 스마트자전거, 스마트시계, 스마트목걸이등다양한생활용품에센서와인터넷통신장치를부착하여각종정보를전달하여생활의편의를더하고있다. 2) 사물인터넷과문제점초연결사회가미래사회로의새로운성장동력이자각종경제사회적현안의혁신적인해결수단으로주목받으면서, 사물인터넷의활성화도빠르게앞당겨지게되어 ( 김민형 김형주, 2015), 사물인터넷으로연결된사물의숫자는 2013년 100억개에서 2020년에 500억개로기하급수적으로증가되어모든것들이인터넷으로연결될것으로예상하고있다 (Cisco, 2013). [ 그림 Ⅱ-8] 인터넷에연결되는사물의숫자현황 ( 출처 : Cisco IBSG, 2013) 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 13
사람과모든사물들의위치정보와실시간데이터가네트워크에연결됨으로써시공간의제약을극복하고상호간의모니터링과제어가가능하게되며, 방대한양의정보와지식이다층적으로생산 교환됨에따라수많은신규사업을창출하고, 나아가효율적자원활용과빈부격차해소로현재세계가안고있는여러가지문제를보다능동적으로해결해나갈것으로기대된다 ( 채진석, 2015). 그러나사물인터넷으로인해모든사물들이인터넷에연결됨에따라정보가해킹될우려도커지고있다. 사물인터넷에연결된전자기기들은각종센서를이용하여주변환경의정보뿐만아니라, 개인의건강상태나일상생활을기록하게된다. 이렇게축적된정보는인터넷에연결되는순간, 언제든지해킹의위험속에빠질수있다. 따라서사물인터넷이발달할수록정보보안에대해보다세심한주의가필요하게된다. 최근중국산저가형 IP 카메라가가정에보급되면서, 카메라를해킹하여은밀한사생활을훔쳐보거나불법촬영 유포되는사례가발생하고있다 ( 한국일보, 2017). 대부분 IP 카메라의초기에설정된비밀번호를변경하지않고사용하여발생된것이대부분이지만, 보안에취약한사물인터넷장비들은언제든지해킹이될수있음을잊지말아야한다. 또한, 사물인터넷장비들이사생활을침해할수있는개인정보를무분별하게수집하지못하도록법률과제도를마련해야한다. 나. 소프트웨어 소프트웨어는 4차산업혁명의근간을구성하는핵심기술이다. 사물인터넷을비롯한인공지능, 빅데이터, 클라우드역시소프트웨어로만들어져있고, 지금은소프트웨어가혁신과성장, 부가가치를창출하는중심이되고, 개인이나기업, 국가의경쟁력을좌우하는시대에접어들었다 (SW중심사회, 2017). 1) SW 시장의규모 2016 년국내 SW 시장은 [ 그림 Ⅱ-9] 에제시한것과같이다소완화된 14 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
3.9% 성장률을기록하며 113억달러의시장을형성하였다. 기존제품의클라우드서비스화가본격화되고, 신기술에기반한신사업투자가확대됨에따라패키지 SW가 7.0% 성장하였고, IT 서비스분야에서는시스템통합 (SI) 사업의성장이둔화되었지만, 물류 IT 솔루션사업이확대되고글로벌시장과새로운서비스발굴을위해투자가진행됨에따라전년대비 2.1% 성장하였다. SW 생산은전년대비 4.2% 성장한 41.1조원을달성하였고, SW 수출은패키지 SW 성장이지속되며전년대비 6.0% 성장한 63.8억달러를기록하였다. 향후에도클라우드, 빅데이터, 사물인터넷등신 SW 서비스시장은전통 SW시장보다훨씬높은성장률을보이며전체 SW시장성장을견인할것으로예상된다 ( 지은희외, 2017). [ 그림 Ⅱ-9] SW 시장규모와성장률 2) SW 기반의복합현실소프트웨어는증강현실 (Augmented Reality, AR) 이나가상현실 (Virtual Reality, VR), 증강가상 (Augmented Virtuality) 과같은복합현실 (Mixed Reality, MR) 을구현할수있다. 복합현실은 [ 그림 Ⅱ-10] 에제시한것과같이현실공간과가상공간에대한연속적체계로구성되어있다. 즉, 우리일상의생활공간인현실세계 (Real Environment) 에서부터컴퓨터로만들어진가상세계 (Virtual Environment) 까지연속되어있음을알수있다 (Paul M. and Fumio K., 1994). 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 15
[ 그림 Ⅱ-10] 현실과가상공간의연속체계 미래에는소프트웨어기반의복합현실기술을활용하여생산공장의물리적, 지리적거리를가상화 (virtual) 하거나, 가상공간에서아바타를통해의사결정을하고, 그에따른문제점을미리예측할수있는시뮬레이션이가능하게된다. 단순히데이터분석에의한수치값만을보여주기보다는복합현실기술을활용할경우매우직관적인방법으로의사결정하는데도움을줄수있다 ( 박상찬, 2017). 3) SW의교육적활용소프트웨어는교육분야에도큰변화를일으키는원동력으로활용되고있다. 최근교육부는 2016년 12월에 지능정보사회에대응한중장기교육정책의방향과전략 ( 시안 ) 을발표하면서, SW 기반의증강현실과가상현실등실제와유사한경험및감성을느낄수있는실감형콘텐츠를디지털교과서에포함하겠다고발표하였다. 즉, 증강현실과가상현실기술을포함한최신기술을체계적이고단계적으로접목하여디지털교과서의유연성과확장성을확보한미래형디지털교과서를개발하여보급하겠다는것이다. 특히 2015 개정교육과정에따라 2018학년부터초등학교 3~4학년에게미래형디지털교과서를보급하고, 이후연차적으로중학교 3학년까지사회, 과학, 영어과목을개발하여보급할계획이다 ( 교육부, 2016). 정영식과성영훈 (2017) 은선행연구자료와현장교사의의견, 전문가들의의견을종합하여증강현실과가상현실중심의미래형디지털교과서를구현하기위해 < 표 Ⅱ-4> 와같이제시단계, 체험단계, 조작단계등 3 단계로구분하여연차적으로수행할것을제안하였다. 16 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
< 표 Ⅱ-4> 미래형디지털교과서의구현단계 구분 1단계 ( 제시단계 ) 2단계 ( 체험단계 ) 3단계 ( 조작단계 ) 디스플레이 모바일 반투영 글래스, 프로젝션 인식기술 이미지 / 텍스트인식 위치인식 형상인식 입력장치 터치패드형 터치패드형 손동작형 AR VR 서비스 콘텐츠 위치인식 인터랙티브형 영상인식, 웨어러블 교수설계 현장설명형 학습안내형, 실험활동형 관찰조작형 플랫폼 비디오링크형 앱실행형 통합형 네트워크 온라인 오프라인 온 / 오프라인 디스플레이 프로젝션형 모바일형 Pc/ 콘솔형, 입체형 입력장치 터치패드형 조정기형 몸 / 손 / 손가락 / 발동작형 제작유형 360 사진 / 동영상 CG 기반 촬영 /CG 기반 교수설계 제시형 체험형 / 이동형 조작형 플랫폼 비디오링크형 앱실행형 통합형 네트워크 오프라인 온라인 온 / 오프라인 기기운영 개인형 / 모둠형 이동형 / 교사형 체험관형 / 특별실형 DT 연계 링크형 임베드형 / 독립실행형 뷰어통합형 역기능교육 윤리적인문제문제 오남용 / 건강문제 안전문제 적용학년 초등 3~4학년 초등 5~6학년 중학교 지침개발 학생 / 교사 / 제작자관점 학생 / 교사 / 제작자관점 학생 / 교사 / 제작자관점 첫째, 제시단계는현재의디지털교과서수준에서 AR/VR을바로적용이가능한단계이다. AR의경우모바일장치와마커를활용하여 AR북을구현하는것은현재의디지털교과서플랫폼에서도어렵지않게구현이가능하며, 입력장치로는터치패드형이가능하다. 특히 GPS를이용한위치인식은 AR과접목하여현장설명형콘텐츠로활용할수있고, AR 플랫폼은비디오링크형태가활용될수있다. 서비스형태로는개인형이나모둠형형태의서비스가가능하다. 개인형의경우스마트기기만있으면가능하므로, 스마트기기와무선인터넷이구축된농산어촌학교부터우선적으로적용할수있다. 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 17
둘째, 체험단계는디지털교과서의뷰어를수정하여 AR/VR 콘텐츠를직접탐재하여체험이가능한단계이다. 우선, AR의경우에는반투영방식이적용될수있고, 이미지와텍스트인식뿐만아니라위치인식도함께사용이가능하다. 아울러, 콘텐츠를조정하면서학습을안내하고간단한실험활동이가능하며, 별도의앱을개발하여연계되는형태로운영될수있다. VR의경우에는모바일형으로단순히 360 이미지를보는수준에서벗어나조정기를이용하여이동하거나콘텐츠를조작할수있다. 셋째, 조작단계 (3단계) 는디지털교과서와 AR/VR 엔진의통합이가능하고, 여러가지인식기술이나입력장치를활용하여 AR/VR 콘텐츠를자유롭게조작할수있는단계이다. 디지털교과서의뷰어와플랫폼을완전히재개발해야하고, 디스플레이장치도학생개개인별로도입이되어야하므로많은예산이소요되므로, 교육적효과성을고려한충분한검토와장기적인계획이필요하다. 교육분야에서 SW 기반의 AR/VR 기술에대한활용가능성과학습효과에대한기대가크지만, 여전히 AR/VR 기술을활용하는데필요한정보인프라환경이미흡하다. 또한, 단말기보급정책과함께 AR/VR과관련된지침과가이드라인이시급하게개발되어야한다. 다. 인공지능 4차산업혁명에서인공지능은사물인터넷과빅데이터, 클라우드컴퓨팅기술이융합하여스마트공장을구현하게된다. 스마트공장은생산공정의모든요소들이긴밀한네트워크를형성하고각제조공정에서인공지능이탑재된기계와부품이스스로판단하여동작함으로써생산성향상과품질제고에기여할수있다. 또한, 인공지능은고객의데이터를통해성향을분석하여요구사항을예측함으로써고객맞춤형서비스를제공할수있다. 대표적인인공지능서비스중하나는가상의개인비서이며, 이러한서비스는삼성, LG, Apple, Google, Microsoft, Facebook 등글로벌 IT 기업들이제공하고있다. 가상개인비서는이미구축된운영체제위에탑재하여음성이나문자를인식하고, 사용자의성향을파악하여맞춤형서비스를제공하고있다 ( 배영임 신혜리, 2016). 18 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
1) 인공지능의학습과정사물인터넷으로수집된데이터는인공지능에의해분석되고처리되어유용한정보혹은새로운지식으로재생산된다. 인공지능은딥러닝 (deep learning) 을통해방대한자료를지식화한다. 이세돌 9단과커제 9단을이긴알파고는바둑의모든경우수를계산해서바둑을둔것이다. 바둑의경우수는우주의원자수보다많으며, 그것을알파고가계산하는데에는수천년이걸린다. 알파고는많은대국기보를보면서이길확률이높은수와그렇지않은수를학습하고, 대국을두면서최선의결과를낳는수를두면서승리를한것이다. 딥러닝과정은다음과같이인간의분석능력을지식화한후새로운해결책을찾아낸다 ( 박상찬, 2017). 첫번째단계는전문가의분석을그대로따라하는로트 (rote) 학습이다. 주어진문제를다수의하위분제로분할한뒤이미제시된명령에따라각각의하위문제를해결하거나통합한다. 두번째단계는유사한문제를해결하는유추 (analogy) 학습이다. 정확히일치하는명령이없을때에는비슷한조건을충족하는지식을확률적으로사용하여하위문제를해결한다. 세번째단계는비슷한문제를계속학습하는예제 ((example) 학습이다. 과거의사결정자료를바탕으로유사한조건이나다른의사결정을내린유사한사례를계속학습한다. 네번째단계는더큰문제를해결하는관찰 (observation) 학습이다. 극소수의사례를통해수집한지식으로더큰문제를해결하는데활용한다. 다섯번째단계는새로운해결책을제시하는발견 (discovery) 학습이다. 더이상전문가의경험이존재하지않는경우, 여러가지조합을통해결과를예측하고, 판단하면서, 계속적으로새로운해결책을제시한다. 2) 인공지능의사회적영향 인공지능은우리의인간성에대한생각뿐만아니라직업과산업에도큰영향을미친다 ( 천현득, 2017). 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 19
첫째, 인공지능은인간성에대한생각을변화시키고있다. 인공지능이인간의인지적능력을추월하고그것을대신하고있으나감정을느끼지못함에따라사람들은인간성의핵심을지적인능력이아니라정서적인부분에서찾으려한다. 둘째, 기존의직업이대체되거나새로운직업이생겨난다. 4차산업혁명시대에많은직업이인공지능로봇에의해대체될것이라는우려속에서도, 인간의감정을읽고인간과상호작용하는직업이가장오래남을것이라는예측이많다. 또한, 텔레마케터나중장비운전사와같은단순노무직은사라지고, 드론관제사나빅데이터분석가와같이신기술을기반으로한새로운직업이창출될것이다. 셋째, 로봇산업이인간의신체노동력을대체하는산업용로봇에서지능형로봇으로전환하게된다. 산업용로봇은공장에서사람을대신해반복적인작업을빠르고정확하게수행하기위한도구이지만, 지능형로봇은외부의환경변화를스스로인식하고판단한다. 넷째, 인간과의상호작용을통해인간에게도움을준다. 일반가정이나병원, 양로원, 학교등에서사람들의일상생활이나치료과정을도우면서사람과상호작용할수있는사회친화적로봇이개발되고있다. 이러한로봇들은기존세탁기와달리이름을붙여주고말을거는등사회적인상호작용이가능하여반려동물이나가족구성원과같이여기게될수도있다. 이와반대로인공지능은인간의오용과지나친신뢰로인해인간의삶을위험에빠뜨리게할수도있다 ( 고인석, 2016). 첫째, 인간의오만과부주의로인한위험성이다. 인공지능자체는두려움의대상은아니지만, 인공지능을개발하고사용하는인간에의해범죄에사용될수있다. Microsoft사가개발한인공지능채팅로봇인 Tay는출시된지하루도지나지않아온갖종류의인종차별적이고성차별적인메시지를트위터에뱉어내기시작하여 Microsoft 사는단하루만에 Tay를온라인에서내리고말았다. 둘째, 인공지능의판단을이해하지못한채따르려할것이다. 인공지능은인간이만든것이지만, 인간이이해할수없는어떤것으로스스로변 20 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
해갈가능성이있다. 이세돌 9단과알파고의대국을보면서프로기사들도알파고의수를이해하지못하고패착으로보았으나, 결국에는묘수로판명되었다. 이와같이인간이인공지능의판단을이해하지못하는채최선의판단이라고믿게되면, 인간은더이상스스로판단하지않고, 인공지능에의존하려할것이다. 3) 인공지능의교육적활용제4차산업혁명이시작됨에따라초중등교육에서도인공지능교육에대한경험이필요하다. 즉, 인공지능프로그램과컴퓨터프로그램의근본적인차이점을이해하고실제인지해야한다. 기존의컴퓨터프로그램은사람이설계한알고리즘대로수행하는것이고사람의규칙과능력을뛰어넘을수없는것이다. 그러나인공지능프로그램은스스로학습하여판단하는것이다. 김갑수 박영기 (2017) 는인공지능을활용한학습모델을문제이해하기, 데이터준비하기, 인공지능모델결정하기, 인공지능프로그래밍하기, 보고서작성하기등 5가지단계로제시하였다. 첫째, 문제이해하기단계에서는인공지능을활용하여해결할수있는문제가어떤것인지를이해한다. 실물을보고꽃의종류를알아맞히기, 손으로쓴숫자알아맞히기, 사진을보고동물의종류알아맞히기등다양한예제를통해인공지능과관련된문제를이해한다. 둘째, 데이터준비하기단계에서는학습을위해필요한데이터가어떤형태인지를배우고, 학습데이터와테스트데이터의차이가무엇인지를배운다. 셋째, 인공지능모델결정하기단계에서는학습에사용할모델을정하고, 그모델을어떻게구현할것인지결정한다. 학습을위해서 TensorFlow, Theano, Caffe, Keras 등다양한딥러닝프레임워크중하나를선택할수있다. 넷째, 인공지능프로그래밍하기단계에서는정해진인공지능모델에따라실제로프로그래밍한다. 프로그래밍단계는모방하기, 변형하기, 창작하기, 도전하기등 4단계에걸쳐시행된다. 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 21
다섯째, 보고서작성하기단계에서는학습하기위해어떤데이터가사용되었는지, 학습데이터와테스트데이터의차이는무엇인지등을스스로정리하고, 교사의피드백을받을수있다. 라. 빅데이터 4차산업혁명의중심엔데이터가있다. 폭발적으로증가하고있는데이터와이를무한접근할수있는초고속인터넷, 그리고고도로발전된분석기술등으로정치, 문화, 사회, 산업전반은물론이며국가간의경계조차데이터가흔들고있다 ( 배경열, 2016). 아무리뛰어난인공지능일지라도빅데이터에기반을두지않으면지능을가질수없다. 인공지능은학습을하거나의사결정을하려면수많은데이터가필요하기때문이다. 사물인터넷으로부터얻어진대량의데이터가인공지능과접목되면, 센싱정보를활용한학습, 추론, 인지등의기본적인공지능과정을통해분석결과를해석함으로써의사결정할수있는인간과유사한시스템을구축할수있다. 즉, 데이터수집및통합에서데이터전처리단계, 데이터의저장및관리, 데이터분석및가시화단계를통해인간의지능을구현할수있게된다. 이러한데이터를체계적으로수집하고, 활용하는능력을갖추는것은 4차산업혁명시대에살아갈우리에게가장기본적인역량이될것이다. 1) 빅데이터의역할 4차산업혁명시대의빅데이터는불확실성, 리스크, 스마트, 융합등미래사회의특성에대응하고, 새로운기회를창출하는핵심역할을수행하게된다 ( 조영임, 2013). 첫째, 빅데이터를활용한통찰력은불확실성에대비할수있다. 주로사회현상과현실세계의데이터를기반으로한패턴분석을통해미래를전망하고, 여러가지가능성에대한시나리오를통해다각적인상황을고려한통찰력을제시하게된다. 이러한통찰력은불확실한미래의상황변화에유연하게대철할수있는능력을제공한다. 22 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
둘째, 빅데이터는리스크에대한정보를사전에포착할수있다. 빅데이터는환경, 소셜, 모니터링정보의패턴분석을통해위험징후나이상신호를포착하고문제를사전에인지하여분석함으로서빠른의사결정과실시간대응이가능하다 ( 권대석, 2012). 셋째, 빅데이터는트렌트를스스로분석하여경쟁력을갖출수있다. 대규모데이터분석을통한상황인지, 인공지능서비스로인해트랜드분석을실시간으로처리하여경쟁력을확보할수있다. 넷째, 빅데이터는시행착오를최소화하여새로운융합시장을창출할수있다. 빅데이터를통한인과관계및상관관계분석은복잡한융합분야에서시행착오를최소화하여안정성을확보하고, 대량의데이터를통해새로운융합상품을창출하게된다. 2) 빅데이터의분석방법검색및포털사이트, 소셜미디어에는실시간으로각종이슈가등장하고있으며, 사용자의선호와행동정보가여과없이노출된다. 빅데이터는이러한정보를포함하여웹사이트방문기록온라인검색통계, 소셜미디어의소통기록등기존의데이터로는파악하기어려운환경변화를예측하고, 소비자의요구를반영하는잠재적인정보들을확보할수있다 ( 이병엽외, 2013). 빅데이터를활용한분석방법에는의미를발견하는데이터처리및분석기술이요구된다. 즉, 의미분석기술과데이터마이닝기술을활용한빅데이터분석방법을구체적으로분류하면 < 표 Ⅱ-5> 에제시한것과같이데이터분석, 자연어분석, 현실분석, 평판분석, 소셜분석, 클러스터분석등크게 6가지로구분할수있다 ( 윤홍근, 2013). 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 23
< 표 Ⅱ-5> 빅데이터분석방법 구분데이터분석자연어분석현실분석평판분석소셜분석군집분석 분석방법 대용량데이터베이스에서감춰진지식이나경향, 규칙분석 정보의연관성을파악하여가치있는정보를생산 자연어로구성된비정형텍스트에서패턴이나관계추출 사람들이말하는자연어처리기술을기반으로함 사회적행동과관련된정보를모바일기기를통해수집 현실에서발생하는정보를기반으로인간관계와행동양태추론 웹사이트와소셜미디어에나타난여론과의견분석 실질적으로유용한정보로재가공하는기술 소셜미디어에올라오는글과사용자분석 사회의흐름과트렌드, 여론추이를분석 하나의큰데이터군을통계기법을활용하여분석 유사성을지닌여래개의작은묶음으로분류하여분석 윤홍근 (2013) 의자료를재구성함 3) 빅데이터의활용빅데이터는대용량의데이터를저장, 수집, 발굴, 분석, 사업화하는일련의과정으로다양한분야에서활용되고있다. 그중에서서울시가운영하고있는심야버스사업은성공한정책중하나이다. 서울시는 [ 그림 Ⅱ-11] 와같은심야버스노선을만들기위해 KT와협력하여시에서보유하고있는데이터와 KT 이동통신망데이터를분석해활용했다. 서울시를 1km 반경의 1,250개의셀단위로구분한후유동인구와교통수요량을표시하고, 기존의버스노선과시간 요일별유동인구및교통수요패턴을분석했다 ( 이신외, 2016). 또한, 이동통신가입자의심야시간통화량을분석하여노선을최적화시키고배차간격을조정하였는데, KT에서제공된정보는유동인구데이터로가입자가심야시간대 (0~5시) 에통화한기지국위치를제공했으며, 이것은한달간 30억건이넘었다. 24 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
[ 그림 Ⅱ-11] 서울시심야버스노선도 스마트폰이대중화되면서 GPS 기반의데이터가증가하고, 이를활용한사용자맞춤형서비스가다양하게개발되고있다. 마. 클라우드서비스 클라우드컴퓨팅 (Cloud Computing) 기술을활용한클라우드서비스는 [ 그림 Ⅱ-12] 에제시한것과같이모바일기기의저장공간으로서역할에서벗어나, 원격지에있는사람들과함께토론을하면서문서를작성하고, 편집할수있는다양한서비스를제공하고있다. [ 그림 Ⅱ-12] 협업의공간, 클라우드서비스 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 25
1) 클라우드서비스의특징 4차산업혁명시대에개인사용자가클라우드서비스를선호하는이유는클라우드서비스가접근성, 저장성, 안정성, 용이성, 지속성등의특징을갖고있고, 이것은개인사용자의의도에따라모두유의한영향을미치고있다. 첫째, 접근성이란자신의컴퓨터나모바일기기를활용하여인터넷을통해시공간적영역을넘나들며클라우드기반의스토리지나응용프로그램에접근이가능함을의미한다. 즉, 클라우드서비스는인터넷만연결된다면언제어디서나원하는자료에접근할수있다 ( 류재홍외, 2012). 둘째, 저장성이란대량의저장공간을의미한다. 클라우드서비스는가상화기술을이용하여사용자에게추가적인하드웨어의구매없이도대량의저장공간을사용하게한다. 이러한특징은사용자가물리적인저장장치를가지고다니지않아도되게만들어준다. 셋째, 안정성이란클라우드서비스를사용할때발생될수있는사이버범죄, 개인정보침해, 전송오류등으로부터보호하여서비스를안정적으로제공함을의미한다. 클라우드서비스사업자는개인정보유출이나외부의해킹으로부터정보를보호하기위해다양한보안시스템을구축하여운영하고있다. 넷째, 용이성이란사람이기술을이용할때노력을들이지않고편리하게활용할수있음을의미한다. 클라우드서비스에서제공하는각종응용프로그램들은특별한교육없이도매뉴얼을보는것만으로도쉽게활용하고있고, 개인의사용목적에따라원하는기능만을편리하게사용할수있다. 다섯째, 지속성은사용자가원하는시기에언제든지활용할수있음을의미한다. 특정기기에서사용한문서를다른장소, 다른기기에서해당문서에접속하여하던작업을지속할수있다. 클라우드서비스는언제어디서든지원하는작업을끊이지않고지속할수있다. 2) 클라우드서비스의사례 대표적인클라우드서비스에는구글, 네이버, 마이크로소프트에서제공하는서비스들이있다. 26 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
첫째, 구글이최초로상용화한클라우드서비스는구글앱스 (Google Apps) 로서 SaaS(Software as a Service) 형태의웹응용소프트웨어이다. 사용자들은구글앱스를통해무료로웹메일 (Gmail), 채팅 (Google Talk), 온라인일정관리 (Google Calender), 웹기반형워드프로세스 (Google Docs), 스프레드시트 (Google Sheets), 프레젠테이션 (Google Slides) 등다양한기능을활용할수있다. 둘째, 네이버는사용자의북마크를저장할수있는네이버 Me를비롯하여, 네이버메일, 네이버캘린더, 네이버메모, 네이버주소록, 네이버클라우드, 네이버오피스, 네이버가계부등다양한클라우드서비스를제공하고있다. 셋째, 마이크로소프트사는 SaaS 방식의 Office Live를제공하고있다. 특히 2010년 6월출시된 MS Office에클라우드서비스가포함되어워드, 엑셀, 파워포인트등을클라우드기반의 Office Web 서비스를통해사용할수있다. 이것이외에도 PaaS 유형의클라우드서비스로는애플리케이션개발, 가상화된서버, 스토리지및애플리케이션을호스팅할수있는네트워킹구축을위한도구를제공하고있다. 또한, IaaS 방식의클라우드서비스로는 LiveMesh' 를이용하여인터넷을통해사용자 PC와다른 PC 또는모바일장비들과데이터를공유할수있다 ( 서연주, 2013). 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 27
3. 4 차산업혁명시대의핵심역량 학교는학생들이사람으로서살아가는데필요한기본적인학습도구인읽고 (Reading), 쓰고 (writing), 셈하는 (arithmetic) 능력, 즉 3Rs을기초문해력으로설정하였다. 기초문해력은학생들이기초기능을일상적인과제해결에활용할수있는가에관한것으로핵심역량을구축해나가는데기초가된다. 그러나최근에는 ICT를활용하여정보를찾고공유하고, 질문에답하고, 다른사람들과상호작용하고컴퓨터프로그래밍을할수있는정보문해력 (Information and Computer Technology Literacy) 을포함하려는시도가있다 ( 이지연, 2013). 즉, 4차산업혁명시대에는자신에게주어진일을스스로계획할수있는프로그래밍 (Programming) 능력을기초문해력으로포함하고있다. 프로그래밍이란프로그램을짜는것을의미하며, 프로그램이란 TV 방송프로그램이나행사프로그램처럼일의순서를의미한다. 프로그래밍은현대사회에서직면할수있는다양한문제를해결하고자할때, 그문제의본질을이해하고접근할수있기때문에문제해결능력을향상시키고긍정적인태도를길러준다 ( 정영식, 2015). 또한, 프로그래밍은일상생활에서발생할수있는문제를해결할수있고, 미래사회에서요구하는창의적인인재를육성하는데꼭필요한교육이다. 따라서자신이매일또는매주, 매월, 매년해야할일들을일정한순서에따라계획하는일은 4차산업혁명시대에살아갈우리학생들이기본적으로갖추어야할역량이다. 그러나우리학생들이사회나직장에서보다경쟁력이있는인간으로성장하기위해서는반드시핵심역량을갖추고키워야한다. 핵심역량은어떤조직내에속한개인모두가자신의직무를성공적으로수행하여조직의경쟁력을높일수있도록반드시갖추어야할공통의지식, 기술, 태도를의미한다. 따라서학습자의핵심역량은교육환경및조직에속한학습자가자신의학문적과업을성공적으로수행하여학교교육의경쟁력을높이기위하여반드시요구되는공통의지식, 기술, 태도라고할수있다 ( 이철현, 2014). 28 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
가. OECD 의핵심역량 OECD는 12개국가의정치, 사회, 경제, 교육등여러분야의전문가들의의견을수렴하여 DeSeCo(Definition and Selection of Competencies) 라는영역체계아래핵심역량을자율적행동, 상호작용을위한도구활용, 이질적집단과의사회적상호작용등 3가지로구분하였다 (OECD, 2001; 이지연, 2013에서재인용 ). 첫째, 자율적행동역량은주도적으로자신의생애를계획하고관리하며책임이나권익에대해인식함으로써사회속에서자율적으로행동할수있는능력을의미한다. 둘째, 상호작용을위한도구활용역량은복잡하고다양한사회적, 물리적환경속에서목표달성을위해도구를효과적으로사용할수있는능력을일컫는다. 셋째, 이질적인집단과의사회적상호작용역량은다원화된사회에서다양한문화적배경을가진사람들과원만하게관계를맺고협력하며갈등을관리하고해결할수있는능력을뜻한다. 이처럼 DeSeCo의핵심역량은특정직무에국한된능력이아니라삶의다양한국면에서적용될수있는능력을포함하고있다 나. 4 차산업혁명과핵심역량 로봇과인공지능의활약이더욱커지게될 4차산업혁명시대에는자신의삶을찾아가는디자인적사고력 (design thinking) 을강조하였는데, 이것은많은정보와지식가운데자신에게의미있는것을선별, 분류, 재구성, 유통하는능력을의미한다. 이러한디자인적사고력은창의성, 융복합성, 적응유연성, 사회관계성, 자기주도성, 긍정적마음등으로길러질수있다 ( 이지연, 2017). 4차산업혁명의핵심기술과지식, 제품등을연계 융합하여혁신적인비즈니스로구현하는역량이필요한데, 이를위해서는연결성과창의성이필요하다. 연결성 (Connectivity) 은다양한개체를상상력과아이디어로연 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 29
계하는능력을말하며, 창의성 (Creativity) 은산업문화를넘나드는독창적인시각을의미한다 ( 임호, 2017). 대부분의사물들이사물인터넷으로서로연결되는 4차산업혁명시대에학교도총체적인변화가이루어져야한다. 학교는더이상오프라인건물에머무르는것이아니라, 인터넷을통해언제어디서든지학습할수있고, 개인의역량을지속적으로계발시키는온 오프라인의학습공간으로발전할것이다. 또한, 암기위주, 교사의지식전달위주교육에서벗어나학생개개인의핵심역량을키우기위한교육으로변모할것이다. P21(Partnership for 21st Century Skills) 은 21세기달라진환경에대응하기위해교육목적을새로운환경에맞게재정의하고, 학습방식과평가방식을바꾸는운동을전개하고있다. 즉, 4차산업혁명시대에살아갈학생들이개인적, 사회적, 경제적으로성공적인삶을살아갈수있기위해무엇을배워야만하는가를끊임없이질문하고그해답을찾는운동이다. 이를위해교육과정과교수학습방법, 교육환경, 평가방법등에서체계적인변화가일어나야한다. P21은 21세기핵심역량, 즉 4차산업혁명시대에살아갈학습자들이갖추어야할핵심역량으로 [ 그림 Ⅱ-13] 과같이의사소통능력 (Communication), 협업능력 (Collaboration), 비판적사고력 (Critical Thinking), 창의적사고력 (Creativity) 등 4가지를제시하고있으나, 여기에컴퓨팅사고력 (Computational Thinking) 을포함하여 5C를 4차산업혁명의핵심역량으로선정하였다. 또한협업능력은 2015 개정교육과정에포함된협업적문제해결력으로수정하였다. [ 그림 Ⅱ-13] 4차산업혁명시대의핵심역량 (5Cs) ( 출처 : Partnership for 21 st Century Skills, 2016 재구성 ) 30 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
5C는 4차산업혁명시대에컴퓨팅기술을활용하여목적에맞게스스로창의적산출물을만들어내는데필요한핵심역량을의미한다. 2015 개정초중등학교교육과정에서강조하고있는의사소통역량 ( 의사소통능력 ), 공동체역량 ( 협업적문제해결력 ), 지식정보처리역량 ( 컴퓨팅사고력 ), 자기관리역량 ( 비판적사고력 ), 창의적사고역량 ( 창의적사고력 ) 등과도연결된다. 1). 의사소통능력사물인터넷을통해사람과사물, 사물과공간이연결되는초연결사회에서도여전히사람과사람이온 오프라인으로의사소통하며정보와지식을주고받는일은 4차산업혁명시대에매우중요한역량이다. 의사소통능력은다양한형식과맥락에서생각이나감정, 의견, 아이디어등을효과적으로표현하는능력으로서, 자신의의견을표현하거나, 경청하고, 상대방과상호작용하는것을의미한다 (P21, 2016). 자신의생각이나의견을말과글을통해명확하게전달하거나, 다양한방법을활용하여효과적으로표현하는것을의미한다. 동시에다른사람들의의견을신중하게듣고상호작용하면서의미를파악하는것이다. 의사소통능력은맥락에기반하고있기때문에다양한상황속에서그에맞는내용과방법으로상호작용할수있어야한다 ( 권성호외, 2012). SW 교육은문제해결에필요한자신의생각이나해결방법을구체화하여말이나글, 그림, 기호, 흐름도, 프로그래밍언어등으로표현하는활동을주로하게된다. 반대로다른사람들이만든해결책을이해하고, 분석하여결과를예측하는활동이빈번하게이뤄진다. 이러한활동을통해학생들은자연스럽게의사소통능력을향상시킬수있다. 2). 협업적문제해결력협업적문제해결력은문제를해결하거나새로운산출물을만들기위해다른사람들과효과적으로상호작용하는능력을의미한다. 이를위해서는다양한팀과함께효과적으로일하고존중할수있어야하며, 공동의목표를달성하기위해필요한절충안을만드는데유연성과의지를갖고있 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 31
어야한다. 또한, 공동작업에대한책임감을갖고각팀원들이개별적으로기여할수있어야한다 (P21, 2017). 사회가다변화되고복잡해지는 4차산업혁명시대에서로다른분야의전문가들과토론하고, 의견을나누고, 타학문분야를서로융합하는일은비일비재하게일어난다. 따라서다양한지식과기술, 배경을지닌사람들이모여함께과제를수행해나감으로써다양한가치를창출할수있기때문에과업을수행함에있어서다른사람과협업하는능력은매우중요한역량이다. 4차산업혁명시대의지식은기하급수적으로증가하고, 기술은급변하기때문에과제를수행할때에개인의지식이나기술만을활용하는것은과제를수행하는데있어서매우제한적일뿐만아니라결과물의질적수월성도확보하기어렵기때문이다. 이러한이유로최근에는클라우드서비스를기반으로한집단지성을활용하여문제를해결하려는시도가대두되고있다 (Surowiecki, 2004). 미래에살아갈시민은공동의목적을달성하기위하여자신이맡은임무를최선을다해완수할수있는개인적책임감을지녀야하며, 팀원의공헌을믿고인정하며협력과정에대해서도공동의책임감을갖는상호존중의태도가필요하다. 또한, 공동의목적을달성하기위하여자신이갖고있는지식과기술을다른사람과공유할수있는개방성이요구된다 ( 김정랑외, 2014) 협업하지않는 SW 개발은있을수없다. 최근 Github와같은개방형플랫폼은온프소스에서비즈니스에이르기까지수백만명의개발자들이함께프로그램코드를공유하고, 검토하고, 프로젝트를함께진행하고있다 (Github, 2017). 특정개발자가코드에대한리뷰를요청하면, 다른개발자들이더나은코드를제안하고, 변경사항과차이점을알려주며, 이전버전과서로비교하면서새롭게작성된부분이나삭제된부분을강조하며, 문맥에따라적절한주석을달아준다. Github와같은개방형협업 (open collaboration) 체계는내부자원만을이용하던방식에서벗어나인터넷을이용하여외부에있는다수의자원을이용할수있고, 오픈소스와결합하여 SW 개발프로젝트분야에서도다양하게활용되고있다. 32 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
[ 그림 Ⅱ-14] 개발자공유사이트, Github ( 출처 : Github, 2017) SW 교육에서개방형협업은그중요성이커지고있으며매우유용한방식이다. 직장내에서프로젝트를진행할때에도혼자서하는과업보다는팀을조직하고, 그안에서함께상호작용함으로써개인의능력을향상시킬수있다. Github는오픈소스를제공하는것뿐만아니라여러프로젝트에서동시에협력할수있는공유플랫폼이다. Github에서 SW 교육과관련된프로젝트를개설하고, 거기에모든수강생을포함시킨후, 하부에여러개의팀을만들어특정학생에게만권한을부여하여다양한형태의협업을전개할수있다. 또한 SW 교육에서이러한팀단위협업적문제해결방식은학생들에게관심과동기를유발시키고, 나아가교육적으로도효과가크다 ( 강환수외, 2017). 3) 컴퓨팅사고력컴퓨팅사고력은교육부와미래부, 민간학술단체등이함께협의하여 Computational Thinking을우리말로바꾼것으로서, 관련된학자와기관들은다음과같이정의하고있다. 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 33
가 ) 컴퓨팅사고력의개념컴퓨팅사고력의개념을확산시키는데크게기여한 Jeannette Wing (2011) 은정보를처리하는인간이나컴퓨터가해결책을효과적으로수행할수있는형태로표현되도록문제와그해결책을고안하는사고과정이라고정의하였다. Brigitte(2016) 는사람이혼자서는할수없는일을성취하는것으로서인간지능의한계를인식하고, 기계의능력에대해이해하면서문제를해결하는것이라정의하였다. Quick Start Computing(2016) 은컴퓨터가우리를도와주는방식으로문제해결방법을이끌어내는과정이라고정의하였다. 우리나라에서는컴퓨팅사고력은정보과교육과정과 SW 교육운영지침에서개념정의를하고있다. 우선, 2015 개정정보과교육과정에서컴퓨팅사고력은 컴퓨터과학의기본개념과원리및컴퓨팅시스템을활용하여실생활과다양한학문분야의문제를이해하고창의적으로해법을구현하여적용할수있는능력 으로정의하고있다. 2015 SW 교육운영지침에서는컴퓨팅사고력을 컴퓨팅의기본적인개념과원리를기반으로문제를효율적으로해결할수있는사고능력 으로정의하고있다. 이와같이교육과정과운영지침에서컴퓨팅사고력의개념을 컴퓨팅 과 컴퓨터과학 등으로다르게표현하고있지만, 컴퓨팅기술은컴퓨터과학의한분야에속하기때문에그의미는동일하다고할수있다. 이와같은컴퓨팅사고력에대한개념을정리하면, 컴퓨팅사고력도타교과와마찬가지로문제해결력을기르는것이라할수있다. 다만, 타교과와달리 SW 교육에서다루는문제는컴퓨팅시스템을통해해결가능한문제이어야한다. 즉, 판단 (decision), 검색 (search), 최적화 (optimization), 카운팅 (counting) 과같은문제가대표적인유형이될수있다 (Luca, 2010). 나 ) 컴퓨팅사고력의구성요소 SW 교육운영지침에서는국제기술교육협회 (ISTA; International Society Technology in Education) 와컴퓨터과학교사협회 (CSTA; Computer Science Teachers Association) 의자료를인용하여컴퓨팅사고력의구성요소를구조화, 조직화, 추상화, 자동화, 최적화, 일반화등 6가지개념을제시하고있으며, 한국정보교육학회에서는 < 표 Ⅱ-6> 에제시한것과같이문제 34 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
분석, 자료분석, 추상화, 자동화, 일반화등 5가지로제시하였다. 첫째, 문제분석은해결할문제를이해하고, 정의하고, 분해하는과정이다. 특히문제분해 (decompoition) 는주어진문제나자료를더작고관리가능한부분으로쪼개는과정을말하며, 전체가아닌부분의관점에서문제해결방법을찾아봄으로써보다쉽게문제를해결하기위함이다. < 표 Ⅱ-6> 컴퓨팅사고력의하위요소 영역항목설명 문제분석자료분석 문제이해 문제의현재상태와목표상태를알수있다. 문제정의 문제상황을파악하여문제를표현할수있다. 문제분해 복잡한문제를쪼개어생각할수있다. 자료수집 문제해결에필요한자료를수집할수있다. 자료표현 자료를분석하여말, 글, 그림등으로표현할수있다. 자료구조화 분석된결과를표나그래프등으로구조화할수있다. 패턴분석 문제해결과정에서반복되는요소를찾을수있다. 논리적추론 알고리즘과프로그램의결과를예측할수있다. 추상화 모델링 문제해결하는데불필요한요소를제거할수있다. 추상화 문제해결절차와방법을단순화하여나타낼수있다. 알고리즘 문제해결과정을그림이나순서도, 의사코드로나타낼수있다. 프로그래밍 프로그램을작성하여문제를해결할수있다. 자동화 디버깅 프로그램의오류를찾아수정할수있다. 자동화 알고리즘을만들고프로그래밍을통해문제를해결할수있다. 최적화 보다나은문제해결과정으로개선할수있다. 일반화 평가 목적에맞게효과적으로해결하였는지를판단할수있다. 사례적용 문제해결과정을유사한문제에적용할수있다. 김철외 (2016) 의자료를재구성함 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 35
둘째, 자료분석은문제해결을위해필요한자료를수집하고, 분류하고, 구조화하는과정이다. 자료수집은문제해결에필요한자료를실험이나조사등을얻는것을의미하며, 이렇게수집된자료는분석과정을통해말과글, 그림을통해표현되고, 문제해결에도움을줄수있도록표나그래프등으로구조화할수있다. 셋째, 추상화는문제와자료를분석하여패턴을찾고, 논리적추론과모델링을통해문제해결방법을그림이나순서도, 의사코드와같은알고리즘으로표현하는과정이다. 이러한추상화를통해문제에포함된중요하지않은복잡성을삭제하여단순화시킴으로써복잡한알고리즘을보다쉽게만들수있다. 넷째, 자동화는추상화된문제해결과정을실제로프로그래밍을통해구현하고, 오류를찾아수정하는과정을의미한다. 알고리즘으로표현된문제해결과정을실제프로그래밍언어로구현하여적용해봄으로써문제해결방법을확인한다. 다섯째, 일반화는문제해결과정이옳은지, 충분히빠른지, 자원사용에있어서경제적인지, 사람들이적절한경험을이용하고촉진하기쉬운지등을평가하고, 문제점을개선하여보다나은해결방법을찾아유사한문제에적용하는과정이다. 즉, 주어진문제를해결하면서습득한과정의전체또는일부를최적화하여새로운문제에적용할수있도록특수한조건보다는일반적인조건이나공통점을찾는것을의미한다. 4) 비판적사고력사물인터넷과빅데이터를통해산출된자료를분석력이뛰어난인공지능이최적의정보로가공하여우리에게제공하더라도최종적인의사결정은인간인우리가스스로할수있는능력이요구된다. 즉, 상황에따라귀납적혹은연역적방법과같은추론을통해의사결정에따른결과를예측하고, 문제점을찾아개선할수있는능력, 즉비판적사고력이 4차산업혁명시대에요구된다. 비판의사전적의미는 현상이나사물의옳고그름을판단하여밝히거나잘못된점을지적하는것 으로정의하고있다 ( 표준국어대사전 ). 그러나 36 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
4차산업혁명시대에요구되는비판적사고력은단순히옳고그름을판단하고, 잘못된점을찾아지적하는것에머무르지않고, 그에대한해결책을찾는것을포함한다. 복잡한시스템에서전반적인결과를산출하기위해부분이아닌전체가어떻게상호작용하는지분석하며, 상대방의주장이나신념, 증거등을효과적으로분석하고평가하여, 핵심적으로해결해야할문제점을찾아대안을제시하고, 최상의분석을기반으로정보를해석하는능력이곧비판적사고력이다 (P21, 2017). 비판적사고력은기존의방식과새로운방식을통해익숙하지않은문제를찾아해결하고, 그것을위해다양한관점을명확히하고, 더나은해결을제시하기위해핵심적인문제와질문, 답변등을만드는과정이필요하다. 즉, 우리가당면한문제상황에서통상적인방법과혁신적인방법을동시에고려하면서합리적으로문제를해결해내는능력을길러야한다. 이러한비판적사고력을계발하기위해서는관련정보를수집하고, 평가하고, 질문하고, 편향성을평가하고, 추론을통해틈을메우고, 추상적인아이디어에서정보를해석하고, 아이디어를표현하건, 의견을제시하고, 합리적인결론에도달하거나대체가능한것을고려하며, 결론을시험하고, 증거나논증이결론을뒷받침하는지를확인하게된다. 이러한비판적사고력의구체적인활동에는 < 표 Ⅱ-7> 에제시한것과같이해석, 분석, 연결, 통합, 평가, 추론, 번역, 분석, 축소, 추측, 생성등이있다 (PPC, 2017). 정보시스템과같은 SW를개발하기위해서는과거부터통상적으로수행하던업무에대한비판적인시각에서시작된다. 기존의업무처리방식에서문제점을찾아개선하기위해서는업무담당자와인터뷰를진행하여문제점이무엇인지듣고, 그것을해결하기위한최적의솔루션을프로그램으로작성하게된다. 따라서 SW 교육을통해만들어진소스코드를스스로문제점을찾아해결하고, 그것을최적화하려는노력은늘있는일이며, 자신의코드뿐만아니라타인의코드를통해서도좋은점을찾아받아들이려는개방적인자세는비판적사고력을키우는데매우유용하다. 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 37
< 표 Ⅱ-7> 비판적사고력을계발하는방법 능력 세부능력 해석 정보가포함하고있는의미를이해할수있다. 분석 정보를적절하게부분으로분해할수있다. 연결 관련항목이나정보를연결할수있다. 통합 정보를연결 결합하여정보간의관계를잘이해할수있다. 평가 정보의가치나신뢰도, 강도등을판단할수있다. 추론 논리적단계를통해증거를만들수있다. 축소 유용한정보나증거를통해논리적인의견을제시할수있다. 추측 아이디어와가정을기반한추론을통해결과를도출할수있다. 생성 새로운정보나아이디어, 제품, 관점을만들어낼수있다. 5) 창의적사고력창의적사고력은 21세기핵심역량으로서뿐만아니라 4차산업혁명시대에살아가는학생들에게가장중요한것임을여러연구자들과기관들로부터인정받고있다 ( 김정랑외, 2014; P21, 2016). 2015 개정교육과정에서도 학습자의인성함양과창의성신장 을교육과정의성격으로제시하고, 추구하는인간상에서도 기초능력의바탕위에다양한발상과도전으로새로운것을창출하는창의적인사람 을제시하고있다. 또한, 교육과정을통해기르고자하는역량에 [ 그림 Ⅱ-15] 에제시한것과같이다양한경험을융합적으로활용하여새로운것을창출하는창의적사고를강조하고있다 ( 교육부, 2015b). 38 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
[ 그림 Ⅱ-15] 2015 개정교육과정의핵심역량 ( 출처 : 교육부, 2017) 이러한창의적사고력이구현되기위해서는 [ 그림 Ⅱ-16] 과같이학습을통해지식을습득하고, 집중과몰입을하며, 지식과정보를구조화하거나, 해결방법을연습을통해자동화하고, 관찰을통해전체를통찰하는능력이요구된다. [ 그림 Ⅱ-16] 창의적사고력의구현단계 또한, 창의적사고력을기르기위해서는브레인스토밍과같은다양한아이디어창작기술을활용해야한다. 새롭고가치있는아이디어를창조하기위해서는점진적이거나혹은급진적인방법이나생각을통해얻어질수있다. 창조적인노력을향상시키고극대화시키기위해자신의아이디 제 2 장 I 4 차산업혁명과 SW 교육 39
어를정교화하고분석하고, 평가해야한다. 뿐만아니라다른사람과협력하여새롭고다양한관점에개방적이어야하며, 팀내에서의피드백을받아들이고통합하려는노력이필요하다. 무엇보다도중요한것은실패는새로운아이디어를만드는시작임을잊지말아야한다. 창의적인아이디어는작은성공과잦은실수에서시작된다 (P21, 2016). SW 교육은기존의 SW를활용하는 Player 교육이아니라새로운 SW를만드는 Maker 교육이다. 즉, 일상생활의문제를해결하기위해컴퓨팅시스템을활용하는데, 컴퓨팅시스템이문제를이해하고해결할수있도록새로운알고리즘과프로그램을만드는교육이다. 이러한일련의 Maker 활동은곧창의적사고력을기를수있다. 40 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 1. 국내의 SW 교육사례 교육부와미래창조과학부 (2016) 는 SW 교육활성화기본계획을발표하면서 SW 교육의목표를 가정과사회에미치는영향을이해하고, 컴퓨터활용법이아닌컴퓨터가사고하는방식을통해일상생활에서접하는문제를절차적이고논리적으로해결하는창의력과사고력을길러, 창의융합형인재를양성한다 고밝혔다. 그동안초중등학교에서가르친정보교육은 < 표 Ⅲ-1> 에제시한것과같이초등학교에서는 ICT 활용중심의교육이 12시간정도운영되었었고, 중학교정보과목은선택교과에평균 68시간편성되어전체학생의 30% 정도만이수하였다. 고등학교정보과목은심화선택과목에편성되어일반고의 54% 정도가이수하였으며, 정보과학은과학고학생들을중심으로운영되었다. < 표 Ⅲ-1> 2009 개정교육과정에서의 SW 교육현황 학교급과목명학년 2009 개정교육과정 내용 시수 비고 초실과 5~6 필수 (ICT 활용중심 ) 12 중정보 1~3 선택 (30%) 평균 68 고 정보 1~3 선택 ( 일반고 54%) 평균 68 정보과학 1~3 선택 ( 과학고 ) 34~136 심화선택 초등학교에서는실과교과에일부단원에서 ICT 활용중심의내용으로구성되어, 컴퓨터및멀티미디어의활용능력함양에중점을두었으며, 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 41
중등에서는 2007 개정교육과정부터정보과목에서컴퓨팅사고력을기르기위한알고리즘과프로그래밍내용이도입되었으나, 정보과목선택률이지속적으로감소하여해당과목의이수자와미이수자간의정보능력격차심화되었다. 이러한문제를해결하기위해정부는 < 표 Ⅲ-2> 에제시한것과같이 SW 교육활성화를위한 4대추진전략과 11대과제를제시하고추진중에있다 ( 교육부 미래창조과학부, 2016). < 표 Ⅲ-2> SW 교육활성화추진전략및과제 추진전략 추진과제및주요내용 1 SW교육필수화기반구축 1-1 SW 교육인적기반마련 1-2 SW 교육물적기반마련 1-3 SW 교육우수모델개발및확산 2-1 초 중학교교육과정내 SW 교육확대 2 초 중등 SW교육활성화 2-2 SW 교육체험활동지원 2-3 SW 융합교육확대 2-4 고교 SW 교육강화 3 대학의 SW 전문인재양성 3-1 대학 SW 교육선도모델마련 3-2 대학의 SW 교육 연구역량강화 4 올바른 SW교육문화조성및홍보강화 4-1 올바른 SW 교육인식확산과역기능방지 4-2 SW 교육홍보강화 42 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
가. 교육과정에의한 SW 교육 2015 개정초중등학교교육과정에서는 SW 교육의목표를 컴퓨터과학의기본적인개념과원리및기술을바탕으로일상생활과타교과의다양한문제를창의적이고효율적으로해결 하도록명시하고있다. 아울러, SW 교육을통해학생들에게정보문화소양과컴퓨팅사고력, 협력적문제해결력등을교과역량을설정하였다. 컴퓨팅사고력은 Jeannette Wing(2011) 에의해전파되었으며, 그녀는컴퓨팅사고력을정보를처리하는인간이나컴퓨터가해결책을효과적으로수행할수있는형태로표현되도록문제와그해결책을고안하는사고과정이라고정의하였다. Brigitte(2016) 는사람이혼자서는할수없는일을성취하는것으로서인간지능의한계를인식하고, 기계의능력에대해이해하면서문제를해결하는것이라정의하였다. Quick Start Computing(2016) 은컴퓨터가우리를도와주는방식으로문제해결방법을이끌어내는과정이라고정의하였다. 컴퓨팅사고력은컴퓨팅시스템을이용하여여러사람과협력하고, 의사소통하면서, 비판적시각에서문제상황을바라고, 그것을창의적으로해결하는과정이라할수있다. 따라서 SW 교육은컴퓨팅사고력뿐만아니라 4차산업혁명시대에서요구하는협력적능력, 의사소통능력, 비판적사고력, 창의적사고력을키우는것이다. 초중등학교에서 SW 교육을활성화시키기위해교육부는 < 표 Ⅲ-3> 에제시한것과같이초등학교실과에 ICT 활용중심내용의단원을 SW 기초소양교육내용으로개편하고, 5~6학년대상으로 17시간이상확보하도록하였으며, 중학교는정보과목을선택에서필수로전환하여 34시간이상편성하고, 내용을 SW 중심으로개편하도록하였다. 끝으로, 고등학교에서는정보과목을심화선택에서일반선택으로전환하고, 내용을 SW 중심으로개편함으로써단위학교의과목선택률을높이도록하였다 ( 교육부 미래창조과학부, 2016). 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 43
< 표 Ⅲ-3> 초 중등학교교육과정에서의 SW 교육 초등학교 (5~6 학년 ) 중학교 (1~3 학년 ) 고등학교 (1~3 학년 ) 선택과목 전문교과 컴퓨팅사고력 실과정보정보정보과학 정보문화소양 공통교육과정 놀이와체험을통해학습교육용도구기초개념과원리습득 선택교육과정 심화내용으로진로연계타교과문제를해결 협력적문제해결력 2015 개정교육과정에따른 SW 교육의적용학년과적용시기는 < 표 Ⅲ-4> 에제시한것과같이초등학교는 2019년부터, 중 고등학교는정보과목의편성학년에따라 2018년부터순차적으로적용된다. < 표 Ⅲ-4> 2015 개정교육과정에따른 SW 교육의적용시기 구분교과 ( 과목 ) 적용학년적용시기비고 초등학교실과 5 6 학년 2019 년 중학교정보 1 3 학년 2018 년 2020 년 고등학교정보 1 3 학년 2018 년 2020 년 정보과목편성학년에따라적용시기상이 1) 초등학교의 SW 교육초등학교의 SW 교육은 5~6학년실과교과에편성하여가정과사회에서 SW가적용된사례와우리생활에미치는영향을이해하고, 일상생활의문제를절차적으로해결하는과정을놀이와기초적인프로그래밍을통해체험하도록하였다. 개정내용과세부성취기준을살펴보면다음과같다. 44 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
가 ) 주요개정내용초등학교의주요개정내용은 < 표 Ⅲ-5> 에제시한것과같이 5~6학년실과내 ICT 중심의정보교육을 SW 기초소양중심으로개편하였고, 실습 체험위주의내용을구성하여누구나쉽게 SW 교육을배울수있도록하였다. < 표 Ⅲ-5> 초등실과의주요개정내용 영역 생활과정보 내용요소 정보기기와사이버공간멀티미디어자료만들기와이용 영역 핵심개념 내용요소 소프트웨어의이해기술시스템소통 절차적문제해결 프로그래밍요소와구조 [2009 개정교육과정 ] [2015 개정교육과정 ] 첫째, 2009 개정교육과정은정보기기의활용을주요내용으로다루고있으나, 2015 개정교육과정에서는절차적사고와프로그래밍을포함한 SW 제작을주요내용으로포함하고있다. 즉, 2009 개정교육과정에서는기개발된쉬운 SW를활용하여발표자료를만드는것을포함하고있지만, 2015 개정교육과정에서는기초적인프로그래밍과정을체험하고제어구조등을이용하여간단한입출력프로그램을직접설계하는내용을포함하고있다. 둘째, 정보윤리분야에서는큰차이는없지만 2015 개정교육과정에서는사이버중독예방, 개인정보보호, 지식재산보호등정보윤리와관련된내용을구체적으로제시하였으며, 신문기사나뉴스등실제사례를중심으로탐색하고토의하여실천방안을도출하도록명시하고있다. 셋째, 로봇분야에서는로봇의작동원리를이해하고센서를장착한로봇을활용하는것은동일하게포함하고있으나, 2015에서는로봇을직접제작하는내용을포함하고있다. 단순히로봇을체험하는수준에서벗어나 SW를이용하여센서를장착한간단한로봇을직접제작하여구동시켜봄으로써로봇의작동원리를이해하도록명시하고있다 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 45
나 ) 성취기준 2015 개정실과교육과정에포함된 SW 교육과관련된성취기준은 < 표 Ⅲ-6> 에제시된것과같이 8개로구성되어있다. 첫째, SW의이해부분에서는컴퓨터에사용된 SW 이외에도휴대폰, 가전제품, 사물인터넷제품까지여러상황에서사용된 SW를탐색해보고우리생활에미치는영향을이해하도록성취기준을제시하고있다. 둘째, 절차적문제해결은학생들이절차적사고에따라문제를해결하는순서를생각하고적용하도록성취기준을제시하고있다. 절차적사고란문제를효율적으로해결하기위해문제를작은단위로나누고, 각각의문제를단계별로처리하는사고과정으로, 일상생활속의사례들을찾아보고절차적사고과정을문제해결에적용하도록한다. 절차적사고를통해전체적인흐름을파악하게하고, 이를위해컴퓨터를활용한활동이외에도컴퓨터없이문제를해결할수있는방법과절차를이해할수있도록지도하며, 언플러그드 (unplugged) 활동시놀이와학습이동시에이루어질수있도록시간과내용을적절히구성하여지도해야한다. 내용요소식별코드성취기준 SW 의이해 [6 실 04-07] 절차적문제해결 프로그래밍요소와구조 로봇의기능과구조 SW 가적용된사례를찾아보고우리생활에미치는영향을이해한다. [6 실 04-08] 절차적사고에의한문제해결의순서를생각하고적용한다. [6 실 04-09] [6 실 04-10] [6 실 04-11] 프로그래밍도구를사용하여기초적인프로그래밍과정을체험한다. 자료를입력하고필요한처리를수행한후결과를출력하는단순한프로그램을설계한다. 문제를해결하는프로그램을만드는과정에서순차, 선택, 반복등의구조를이해한다. [6 실 05-07] 여러가지센서를장착한로봇을제작한다. [6 실 05-06] < 표 Ⅲ-6> SW 교육관련성취기준 생활속에서로봇활용사례를통해작동원리와활용분야를이해한다. 개인정보와지식재산보호 [6실05-05] 사이버중독예방, 개인정보보호및지식재산보호의의미를알고생활속에서실천한다. 46 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
셋째, 프로그래밍의요소와구조는프로그래밍도구를사용하여기초적인프로그래밍과정을체험하고, 자료를입력하고결과를출력하는단순한프로그램을설계한다. 또한, 순차, 선택, 반복등의구조를이용하여간단한프로그램을만드는과정을포함한다. 블록기반의교육용프로그래밍도구를활용하여기초적인프로그래밍과정을체험하되, 프로그래밍도구의사용법에지우치지않게하고, 프로그래밍언어의문법학습을최소화하여사고력신장에초점을맞춰야한다. 넷째, 로봇의기능과구조에서는 SW를활용하여로봇을작동시켜 SW 와로봇을연계하여지도하도록해야한다. 우리생활속에서활용된로봇의예를찾아어떻게작동되는지원리를이해하게하고, 로봇은사람의감각기관에해당하는감지장치, 두뇌에해당하는제어장치, 운동기관에해당하는구동장치가있음을알게한다. 다섯째, 개인정보와지식재산보호에서는사이버중독예방, 개인정보보호및지식재산보호의의미를알고생활속에서실천하도록지도하되, 신문기사나뉴스등실제사례를중심으로탐색해보고토의등을통해실천방안을도출할수있도록한다. 또한, 처방보다는예방을중심으로교육하되, 초등학생이실천할수있는구체적인예방방법을제시하여실천하도록지도한다. 특히, 개인정보나지식재산의피해를방지하고그것을보호하기위해정보공유자체를금지시키기보다는공유해야할정보와그렇지않은정보를스스로구분하고, 정보를공유했을때의장점도제시하여건전한정보문화가형성될수있도록지도한다. 2) 중학교의 SW 교육중학교 SW 교육은정보과목의주요개정내용은 < 표 Ⅲ-7> 에제시한것과같이영역을크게정보문화, 자료와정보, 문제해결과프로그래밍, 컴퓨팅시스템등 4개로구분하였으며, 핵심개념에추상화와알고리즘, 프로그래밍을도입하여 SW 교육을강조하였다. 특히프로그래밍과관련된내용요소를 50% 이상선정하여, 실생활과학문분야문제를컴퓨팅시스템을활용하여해결할수있도록하였으며, 교육용프로그래밍도구와피지컬컴퓨팅을통해학생들이직접실생활문제를다양한프로그래밍을통해문제를해결하도록하였다. 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 47
< 표 Ⅲ-7> 중학교의 SW 교육개정내용 영역내용요소영역핵심개념내용요소 정보과학과정보윤리 정보과학과정보사회정보의윤리적활용정보사회의역기능과대처 정보문화 정보사회 정보사회의특성과진로 정보윤리 개인정보와저작권보호 사이버윤리 정보의표현과관리 자료와정보정보의이진표현정보의구조화 자료와정보 자료와정보의표현 자료와정보의분석 자료의유형과디지털표현 자료의수집정보의구조화 문제해결방법과절차 문제해결방법문제해결절차프로그래밍의기초 문제해결과프로그래밍 추상화 알고리즘 프로그래밍 문제이해핵심요소추출 알고리즘이해 알고리즘표현 입력과출력변수와연산제어구조프로그래밍응용 정보기기의구성과동작 컴퓨터의구성과동작운영체제의이해네트워크의이해 컴퓨팅시스템 컴퓨팅시스템의동작원리 피지컬컴퓨팅 컴퓨팅기기의구성과동작원리 센서기반프로그램구현 [2009 개정교육과정 ] [2015 개정교육과정 ] 3) 고등학교의 SW 교육고등학교에서는심화선택과목인정보를일반선택과목으로전환하고, 과학계열인정보과학에서프로그래밍과알고리즘에대한심화교육이가능하도록구성하였다. 고등학교정보과목의주요개정내용은 < 표 Ⅲ-8> 에제시한것과같이영역을중학교와동일하게정보문화, 자료와정보, 문제해결과프로그래밍, 컴퓨팅시스템등 4개영역으로구분하여중학교과정과의연계성을높였다. 48 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
< 표 Ⅲ-8> 고등학교의 SW 교육개정내용 영역내용요소영역핵심개념내용요소 정보과학과정보윤리 정보과학과정보사회 정보의윤리적활용 정보사회의 역기능과 대처 정보문화 정보사회 정보과학과진로 정보보호와보안 정보윤리 저작권활용 사이버윤리 정보의표현과관리 정보의효율적표현자료와정보의구조정보의관리 자료와정보 자료와정보의표현 효율적인디지털표현 자료와정보의분석 자료의분석정보의관리 추상화 문제분석문제분해와모델링 문제해결방법과절차 문제해결전략프로그래밍알고리즘의응용 문제해결과프로그래밍 알고리즘 프로그래밍 알고리즘설계알고리즘분석프로그램개발환경변수와자료형연산자표준입출력과파일입출력중첩제어구조배열함수프로그래밍응용 정보기기의구성과동작 컴퓨터의구성과동작운영체제의이해네트워크의이해 컴퓨팅시스템 컴퓨팅시스템의동작원리 운영체제역할네트워크환경설정 피지컬컴퓨팅 피지컬컴퓨팅구현 [2009 개정교육과정 ] [2015 개정교육과정 ] 나. 운영지침에의한 SW 교육 교육부는초 중학교에서 2015 개정교육과정이적용되기전까지 SW 교육과정을운영하는안내서로활용할수있도록 소프트웨어교육운영지침 을만들어 SW 교육과정을운영하고자하는학교에서지침이정하는목표와내용, 방법, 평가등에따라소프트웨어교육을실시하도록하였다 ( 교육부, 2015a). 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 49
2015 SW 교육운영지침에따르면, SW 교육의목표를 건전한정보윤리의식을가지고컴퓨팅사고력을기반으로타분야와 SW를융합하여창의적으로문제를해결할수있는인재양성 에두고있다. 이를위해초등학교에서는건전한정보윤리의식과태도를갖고, 다양한문제를해결하는절차를이해하여컴퓨팅사고에대한기초역량을기르도록하고있다 ( 교육부, 2015a). 1) SW 교육의목표학교급별 SW 교육의목표는 [ 그림 Ⅲ-1] 에제시한것과같이초등학교는체험과활동중심으로, 중학교는개념이해중심으로, 고등학교는개발과융합중심으로제시하였다. [ 그림 Ⅲ-1] SW 교육의학교급별목표 ( 출처 : 소프트웨어교육운영지침, 2015) 첫째, 초등학교는소프트웨어가가져온생활의변화를알고, 정보사회에필요한건전한의식과태도를가질수있도록하며, 알고리즘과프로그래 50 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
밍을체험하여실생활의다양한문제를컴퓨팅사고로이해할수있도록하였다. 둘째, 중학교에서는소프트웨어활용의중요성을알고, 정보윤리의개념을이해하여올바른정보생활을실천하고, 정보를교류할수있으며, 간단한알고리즘을설계하고프로그램을개발하여문제를해결할수있도록하였다. 또한, 컴퓨터과학적사고력에기반하여실생활문제를해결할수있도록하였다. 셋째, 고등학교에서는컴퓨팅기술과융합된다양한분야를이해하고, 정보윤리를실천하며, 정보기기를올바르게조작할수있도록하였다. 또한, 알고리즘을효율적으로설계하고, 프로그램을개발하여창의적으로문제를해결할수있으며, 컴퓨터과학적사고를기반으로다양한분야와융합하여문제를해결할수있도록하였다. 2) 내용체계소프트웨어교육운영지침에포함된영역과주요내용은 < 표 Ⅲ-9> 에제시한것과같이생활과소프트웨어, 알고리즘과프로그래밍, 컴퓨팅과문제해결등 3개영역으로구분하였다. 중학교는각각의영역을기본과정과심화과정으로구분하였는데, 기본과정은소프트웨어의기본적인역량을학습할수있는학습요소로구성하였으며, 심화과정은기본과정을바탕으로컴퓨터과학적사고력기반의문제해결역량을확장하기위한학습요소로구성하였다. 첫째, 생활과소프트웨어영역은소프트웨어와생활변화, 정보윤리, 소프트웨어의종류와특징, 활용과중요성, 컴퓨팅기술과융합, 소프트웨어의미래, 컴퓨터의구성과네트워크, 정보기기의동작원리, 정보처리의과정등을포함하였다. 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 51
영역초등학교중학교고등학교 생활과소프트웨어 알고리즘과프로그래밍 컴퓨팅과문제해결 나와소프트웨어 소프트웨어와생활변화 정보윤리 사이버공간에서의예절 인터넷중독과예방 개인정보보호 저작권보호 문제해결과정의체험 문제의이해와구조화 문제해결방법탐색 알고리즘의체험 알고리즘의개념 알고리즘의체험 프로그래밍체험 프로그래밍의이해 프로그래밍의체험 < 표 Ⅲ-9> SW 교육운영지침의내용체계 소프트웨어의활용과중요성 소프트웨어의종류와특징 소프트웨어의활용과중요성 정보윤리 개인정보보호와정보보안 지적재산의보호와정보공유 정보기기의구성과정보교류 컴퓨터의구성 네트워크와정보교류 정보의유형과구조화 정보의유형 정보의구조화 컴퓨팅사고의이해 문제해결절차의이해 문제분석과구조화 문제해결전략의탐색 알고리즘의이해 알고리즘의이해와설계 프로그래밍의이해 프로그래밍언어의이해 프로그래밍의기초 컴퓨팅사고기반의문제해결 실생활의문제해결 다양한영역의문제해결 컴퓨팅과정보생활 컴퓨팅기술과융합 소프트웨어의미래 정보윤리 정보윤리와지적재산 정보보안과대응기술 정보기기의동작과정보처리 정보기기의동작원리 정보처리의과정 정보의표현과관리 정보의표현 정보의관리 컴퓨팅사고의실제 문제의구조화 문제의추상화 모델링과시뮬레이션 알고리즘의실제 복합적인구조의알고리즘설계 알고리즘의분석과평가 프로그래밍의이해 프로그래밍언어의분류 문제해결과프로그래밍 프로그래밍의실제 컴퓨팅사고기반의융합활동 프로그래밍과융합 팀프로젝트의제작과평가 둘째, 알고리즘과프로그래밍영역은문제의이해와구조화, 모델링, 시뮬레이션, 알고리즘의이해와설계 분석, 프로그래밍의기초와실제, 프로그래밍언어의분류, 정보의표현과관리등을포함하였다. 셋째, 컴퓨팅과문제해결영역은타영역에서익힌개념과지식을바탕으로실생활에서마주하게되는문제를컴퓨팅사고력으로해결할수있는능력을키울수있도록하였다. 실생활의문제해결과다양한영역의문제해결, 프로그래밍과융합, 팀프로젝트의제작과평가내용을포 52 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
함하였다. 특히특정한프로그래밍언어의습득에치중되지않고문제해결절차에초점을두고, 주어진문제를협력하여프로그램을개발할수있도록하였다. 다. 연구학교및선도학교를통한 SW 교육 교육부와과학기술정보통신부 ( 舊미래창조과학부 ) 는 SW교육의단계적확대와기반마련을위해 < 표 Ⅲ-10> 에제시한것과같이 2015년부터 SW 연구학교 44개교와선도학교 1,156개교를운영하고있다. 초 중 고 구분서울부산대구인천광주대전울산세종경기강원충북충남전북전남경북경남제주계 연구학교 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0 1 1 2 1 18 계속선도 36 16 35 17 7 10 9 3 64 18 18 22 21 52 25 32 9 394 학교신규 18 12 6 7 7 7 4 1 38 17 12 15 23 14 22 18 2 223 소계 55 29 42 25 15 18 14 5 103 36 31 39 44 67 48 52 12 635 연구학교 2 2 1 1 0 1 1 0 3 1 0 0 0 1 1 1 0 15 계속선도 25 10 29 17 8 5 5 2 40 9 9 11 13 30 19 11 2 245 학교신규 10 7 4 4 5 4 2 2 32 2 3 5 4 12 4 9 1 110 소계 37 19 34 22 13 10 8 4 75 12 12 16 17 43 24 21 3 370 연구학교 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 0 1 0 11 계속선도 13 5 8 3 3 3 2 0 26 4 4 4 4 12 8 5 1 105 학교신규 7 5 1 4 5 0 2 1 17 5 1 3 4 5 11 6 2 79 소계 21 11 10 8 9 4 4 1 44 9 7 7 8 18 19 12 3 195 계 113 59 86 55 37 32 26 10 222 57 50 62 69 128 91 85 18 1,200 자료 : 소프트웨어중심사회, 2017 < 표 Ⅲ-10> SW 교육연구 / 선도학교운영현황 교육부, 미래창조과학부, 한국과학창의재단이 2016 년에발간한 SW 교육우수사례집에제시된것중에서 SW 교육의방향과관련하여시사점이있는사례를정리하면다음과같다 ( 교육부 미래창조과학부 한국과학창의재단, 2016). 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 53
첫째, 인천신현초, 경북신성초, 경북지보초, 전남장성중앙초등에서는교육과정이편성된 5~6학년뿐만아니라창의적체험활동이나동아리, 캠프, 교내대회등을이용하여전학년을대상으로 SW교육을실시하였으며, 각학년에알맞은 SW 교육을재구성하였다. 둘째, 경북의도평초, 신성초, 지보초, 울진초, 문명중과경남의진남초등에서는제한적인자본과기술, 정보를타학교와의교류 ( 교구, 교사, 화상수업 ), 지역사회의도움 ( 전문강사 ), 직접만드는교재등을통해교육환경을한계를극복하고더좋은 SW 교육을제공하기위해노력하였다. 셋째, 서울청량초, 부산거학초, 전남장성중앙초, 울산화양초등은부모님과함께하는 SW 교육을실시하였다. SW 교육에대한인식문제와부모님들의적극적인관심을유도하기위해서부모님과함께참가하는캠프나 SW코딩교실, SW 가족체험전, 부모님동아리등을운영하였다. 넷째, 충남공주금학초, 부산거학초, 전북봉동초, 경남김해상문고등에서는로봇을포함한타과목과의융합한 SW 교육을실시하였다. 이방법은 SW교육에대한이해와연계교과 로봇에대한이해, 두마리토끼를모두잡으려는노력이다. 다섯째, 경기안산해양중, 서울청량초, 경남대병초, 부산거학초등은지역사회와함께하는 SW 교육을실시하였다. 소외된지역아이들을위한 SW 교육봉사, SW를활용하여지역사회의문제점해결하기를통해지역사회에도움이되는 SW 교육을실시하였다. 또한, 지역의모든초등학교를위한 SW 교육체험주간을운영하는등지역의 SW 교육전파에힘쓰고있었다. 여섯째, 서울둔촌고, 세종미르초등에서는학생주도의자율적 SW 교육을실시하였다. 교구선택부터프로그래밍까지모두학생주도적으로수업이운영되었으며, 동아리또한아이들이스스로진행하며동아리시간까지학생에게맡기는자율적인방법으로 SW 교육이운영되었다. 라. SW 교육관련행사및대회 SW 교육을위해교육기관이나공공기관뿐만아니라민간기관이함께하는다양한행사와대회가개최되고있다. 54 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
첫째, SW창의캠프는과학기술정보통신부의 SW교육사업의일환으로시작되었으며, 학생과학부모를대상으로쉽고재미있는소프트웨어교육경험을제공하기위해과학기술정보통신부에서주관하는행사이다. 2013 년부터 2015년까지 3년간총 17회에거쳐학생과학부모가함께 SW교육을경험하고, 진로를탐색해보는시간을가졌다. 교육프로그램은디자인기반학습모형을적용하여개발되었으며, 프로젝트형학습이가능하도록구성되어있다. 언플러그드컴퓨팅, 프로그래밍, 피지컬컴퓨팅으로 3개의영역으로구성되어있다. 둘째, SW 교육페스티벌은학교, 교육청, 대기업, 에듀테크기업등이쉽고재미있는 SW 교육의기회를제공하는축제로운영된다. 전시, 체험부스에서는 2018년부터시행되는 SW 교육의정책과 SW 선도학교에서시행중인수업및대기업과에듀테크기업의 SW 교육관련프로그램을체험할수있다. 체험워크숍프로그램에서는 SW 교육관련기업과교사연구회, 마이스터고체험을비롯해언플로그드체험, 전국교대생들의 SW 교육우수수업을체험할수있다. 셋째, 주니어 SW 교육창작대회는나만의창의적인아이디어를주제와연관지어 SW로만드는대회이다. 예선을통과하고나면부트캠프에서 SW 교육을전문가들에게받을수있다. 주로 SW, HW, UX/UI 멘토링, S/W 특강, 저작권, SW 윤리등이이루어진다. 또한, 각부문의대상수상팀에게는글로벌컨퍼런스참가기회가주어지고, 수상팀전원과부트캠프우수활동팀에게학기와방학을활용한 1:1 프로젝트와심화교육이지원된다. 넷째, 온라인코딩파티는누구나소프트웨어를쉽고재미있게배울수있도록다양한수준의코딩미션을제공하는행사이다. 주로엔트리와그랩을이용하여진행된다. 다섯째, 글로벌 SW교육포럼은교육부 미래창조과학부와한국과학창의재단이소프트웨어교육정책, 연구, 산업, 실천에대한국내외동향을공유하고, 소프트웨어교육의발전방향을모색하기위해개최하는행사이다. SW교육포럼에서는강연과패널토론, 토크콘서트가진행되고, SW교육워크숍프로그램에서는교사들과학생들을대상으로 SW교육을진행한다. 또한, MAKE x SW라는소프트웨어로만드는학생들의작품공모전도진행한다. 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 55
여섯째, SW 주간은국내외 SW 산업의현재와미래를조망하고 SW 산업인상호간교류의기회를제공하는대한민국 SW 산업의대표적인행사이다. SW 산업인의날, SW안전국제컨퍼런스, 소프트웨어교육공감콘서트, 창의도전형 SW R&D 성과보고회등여러설명회나, 컨퍼런스, 성과보고회가개최된다. 2. 국외의 SW 교육사례 SW 교육은국가마다교육여건에따라다르게적용되고있으나, < 표 Ⅲ-11> 에제시한것과같이주요선진국들이프로그래밍중심의 SW 교육을점차확대하는추세이다. 영국, 인도, 에스토니아, 핀란드등은 SW 교육과관련된과목을필수과목으로지정하여초등학교때부터적용하고있다. < 표 Ⅲ-11> 주요국가의 SW 교육사례 국가적용시기 SW 교육내용비고 영국 미국 인도 2013.9 개정 2014.9 적용 2011 개정 2014 적용 2007 초판 2013 개정 에스토니아 2016 적용 이스라엘 핀란드 일본 1992 개정 1994 적용 2014 개정 2016 적용 2020 적용 초 중 고모든학령이필수로이수 국어, 수학, 과학, 컴퓨팅 (SW) ( 총 4 개 ) ACM 교육과정 : 초등학교 1학년부터알고리즘과프로그래밍교육실시 고등학교 : SW교육필수화, 수학 과학과동일한시수적용 ( 뉴욕, 시카고등 ) 초등학교부터 SW 교육과정필수초3부터프로그래밍교육 초등학교 1~6학년필수 LOGO, KODU, Scratch, LEGO Mindstorms 활용 고등학교수준별 5단계 (1단계 90시간 ) 과정이수 전체학생중 50%(3단계 ), 15%(5단계 ) 까지이수중학교는 2010년부터선택과목으로지정 초등학교 1~6학년필수초등학교 3학년부터블록프로그래밍활용 초등학교 2020 년부터컴퓨터프로그래밍교육필수화 중학교 2021년부터 55시간 (1학년20, 2학년18, 3학년17) 고등학교 2020년부터 70시간이수 자료 : 교육부 미래창조과학부 (2016), 정영식외 (2015) 자료를재구성함 시수는학교재량 교육과정주마다편재자율 CMC 과정 ProgeTiger 프로젝트 IT 기업과연계교육 KOODI 2016 교육과정 교과통합의관점 56 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
가. 영국의컴퓨팅 영국은교육과정을핵심교과와기초교과로구분하고, 기존의 ICT 과목을 Computing 과목을개정한후 2014년 9월부터모든초중고학생들이컴퓨터소양능력 (computer literacy) 과함께 SW 제작능력을기르는데중점을두었다 (English Department for Education, 2013). 2013년까지운영되던 ICT 과목은우리나라와같이오피스프로그램을활용하여문서자료나발표자료, 표, 그래프등을만들도록하였으나, 학생흥미유발에실패하고, 학생수준에비해교사역량이미흡하여새로운교육과정에대한요구가컸다. 2014년에도입된컴퓨팅과목은주로 SW의작동원리를이해하고직접 SW를제작하는능력을기르도록하였다 ( 김현철, 2014). 컴퓨팅교과의목표는첫째, 추상화, 논리, 알고리즘, 자료표현등컴퓨터과학의기초적인원리와개념을이해하고응용할수있도록하였다. 둘째, 컴퓨팅시스템을이용하여문제를분석하고, 해결하기위해프로그램을작성하는실제적경험을갖도록하였다. 셋째, 문제를해결하기위해새로운컴퓨팅기술을분석적으로평가하고응용할수있도록하였다. 넷째, 정보통신기술을책임감있고숙련되고, 신뢰높고, 창의적으로사용할수있도록하였다. 컴퓨팅교과의주요내용은 < 표 Ⅲ-12> 에제시한것과같이기존의 ICT 의도구적활용을강조하던관점에서실제로프로그램을만들어보는과정을통하여창의적인사고를추진하도록구성하였다. 우리나라초등학교에해당하는학령에서도알고리즘의이해와간단한프로그램만들기, 디버깅과오류검출, 수정등을포함하였으며, 개인정보를보호하고일탈행동을인지하는등책임감있는활용도강조하였다. 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 57
< 표 Ⅲ-12> 영국의 컴퓨팅 교육과정 단계 KS1 (1~2) KS2 (3~6) KS3 (7~9) 주요내용 알고리즘과명령에의해작동하는프로그램에대한기본적이해 간단한프로그램의작성과디버깅 간단한프로그램의실행을예측하는논리적사고활용 디지털콘텐츠의생성, 저장, 작동, 검색등을할수있는기술사용 사생활을보호할수있는안전하고책임있는기술의활용 특정목적을달성할수있는프로그램의설계및작성 프로그램에서순차, 선택, 반복, 변수와입출력활용 간단한알고리즘작동을설명하는논리적사고할용, 알고리즘의오류검출과수정 인터넷등컴퓨터네트워크의이해 검색기술의효과적활용 데이터, 정보관련특정목적을달성하기위해다양한소프트웨어의선택 사용 결합 정보기술을안전하고책임감있는활용과일탈행동인지 실제문제나물리시스템을모델링하는컴퓨터추상개념의설계 활용 평가 핵심알고리즘을이해하고, 동일문제해결을위한다양한알고리즘비교 2개이상의프로그래밍언어사용, 데이터구조의적절한사용, 모듈프로그램설계 개발 AND, OR, NOT 등논리의이해와활용 컴퓨터시스템을구성하는하드웨어, 소프트웨어부품및상호관계이해 데이터의작동이해, 컴퓨터시스템에서명령의저장및실행이해 복수개의응용프로그램을사용 결합하여창의적인프로젝트실행 정보보안, 정보보호, 부적당한콘텐츠인식등이해 현재영국은디지털부분에 150만개의일자리가있으며, 그중 40만개는프로그래밍과관련된직업으로보면 2020년까지 10만건의새로운코딩관련일자리가생길것으로예상하고있다. 그러나소외계층학생들에게는프로그래밍교육을받을기회가적고, 관련경력을쌓는데에도큰장벽이있다. 서튼재단은 220명의소외계층학생들에게프로그래밍수업을제공하고, 진로상담을제공하고있으며, 런던에거주하는소외계층학생중만 11~14세중등학생들에게컴퓨터프로그래밍및애플리케이션활용기술을, 만 16~18세중등학생들에게프로그래밍및멘토링프로그램을지원하고있다 (Adi, 2016). 58 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
나. 미국의컴퓨터과학 미국의정보과학과관련된초중등교육과정은독립교과보다는통합교과형태로운영되며, 연방정부차원에서는 ISTE(The International Society for Technology in Education) 와 ACM(Association for Computing Machinery) 에서정한표준을지원하며, 이표준을각주정부에서채택하여교육구단위로교육과정을만들고그것을학교에서따르고있다 ( 정영식외, 2015). 1) ISTE의표준교육과정 ISTE는능력있는학습자, 디지털시민정신, 지식구성자, 혁신적인설계자, 컴퓨팅사고를하는자, 창의적인소통자, 글로벌협력자등을목표로기술이교수학습에활용될수있도록교육과정을개정하였다 (ISTE, 2016). 첫째, 능력있는학습자 (Empowered Learner) 는개인의학습목표를명확하게설정하고, 목표를성취하기위해서전략적으로정보기술을이용하며, 최신기술을선택적으로활용하고, 그기술을활용하기위해자신의지식을적용할수있도록한다. 둘째, 디지털시민정신은자신의권리와책임, 생활과학습이연계된디지털세계에서안전하고, 법적 윤리적으로모범을보일수있도록한다. 디지털 ID를이용하여사회적상호작용을하고, 온라인상에서지적재산권을보호하고공유하는능력과, 개인정보를관리하고, 자료를수집하는방법을알게한다. 셋째, 지식구성자는다양한자원과도구를활용하여지식을구성하고, 창의적인이슈를생성하고, 의미있는학습경험을만들어비판적으로선별하는능력을기른다. 정보통신기술을활용하여적극적으로현실세계의이슈와문제를탐구하고해법을추구하도록한다. 넷째, 혁신적인설계자는설계과정에서다양한정보통신기술을활용하여유용한아이디어와해법을제시하도록한다. 창의적인산출물을만들기위해설계절차를알고, 적절한디지털도구를선택하고, 리스크를관 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 59
리하고, 프로토타입을개발하여시험하여구체적인산출물을만들수있도록한다. 다섯째, 컴퓨팅사고력은문제를해결하기위해복잡한문제를단순한문제로쪼개고, 해법에필요한데이터를분석하고, 추상화하고, 알고리즘사고로자동화된해법을찾는등컴퓨팅기술을활용하여문제를해결하고시험할수있도록한다. 여섯째, 창의적인소통자는다른사람과명확하게의사소통하고자신의목표에맞게디지털도구나미디어를적절하게사용할수있으며, 시각화, 모델링, 시뮬레이션등을통해자신의생각을효과적으로표현하고, 전달할수있도록한다. 일곱째, 글로벌협력자는디지털기술을활용하여자신의관점을확대하고, 다른사람들과협력할수있으며, 지역및글로벌이슈를탐구하고해결책을조사하기위해로컬혹은글로벌팀과협업할수있도록한다. 2) ACM의컴퓨터교육과정미국 ACM은 2016년교육과정개편에서는컴퓨팅시스템 (Computing Systems), 네트워크와인터넷 (Networks and the Internet), 알고리즘과프로그래밍 (Algorithms and Programming), 데이터와분석 (Data and Analysis) 그리고컴퓨팅의영향 (Impacts of Computing) 영역 [6] 으로구성하였는데이중에서알고리즘과프로그래밍영역에대한내용을정리하면 < 표 Ⅲ-1 3> 에제시한것과같다. 알고리즘과프로그래밍영역은하위영역을알고리즘, 변수, 제어구조, 모듈화, 프로그램개발등 5개의핵심개념을구분하였다. 60 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
< 표 Ⅲ-13> 미국 ACM 의알고리즘과프로그래밍영역 학년 K~2 3~5 6~8 9~12 알고리즘과프로그래밍영역의세부내용 순차, 이벤트, 단순반복을활용한블록프로그래밍 생각, 아이디어, 스토리를순차적으로계획하고문서화 숫자나심볼을사용하여데이터표현 큰문제를더작은문제로분해하거나속성에따라자료를분류 순차와단순반복문을활용한알고리즘생성, 분석, 개선, 오류수정 문제해결을위해협동적인전략을활용하고, 아이디어를인용하고활용 스토리보드, 프로차트. 의사코드, 스토리맵으로기획및설계 블록또는텍스트기반언어를사용하여순차, 이벤트, 반복, 조건, 병렬, 변수활용 산술연산자를활용하여변수에저장된값변경 순차, 반복, 조건이들어간알고리즘의생성, 분석, 수정 일반화된알고리즘설계, 이해, 시험, 디버깅 자료유형에따른변수설계하고, 의미있는식별자로생성, 변수입출력처리 반복, 조건, 이벤트등이중첩된다양한제어구조활용 함수또는프로시저를활용하여프로그램작성, 매개변수정의 문제의조건에맞는해법생성, 충족여부시험, 의미있는솔루션설계 성능, 재사용성, 구현의용이성을기반으로알고리즘평가및선택 데이터의보호하며정보저장하고적절한자료구조활용 구현및가독성, 프로그램성능등을고려한알고리즘선택 복잡성을해소하기위해작은모듈로설계, 공통목표를위한기능조정 다양한팀과함께프로그램개발, 라이브러리및툴을활용한개발, 디버깅활용 정영식외 (2015) 의자료를재구성함 그외, 마이크로소프트사는시각장애, 난독증, 자폐증이있는학생을위해노래와시, 소리를코딩을통해만들수있는 프로젝트토리노 (Torino) 를진행하고있다. 또한, FIRST(For Inspiration and Recognition of Science and Technology) 를통해 SW 전문가가학생들에게멘토링을하는프로그램도운영하고있다 (TWCN, 2017). 다. 인도의 CMC 인도의 SW 교육은 CMC(Computer Masti Curriculum) 교육과정에따라운영되고있는데, 이것은 2007년 3월에초판이만들어진이후, 2013년 6 월에 3판이만들어져현재까지초중등학교에적용되고있다. CMC의내용체계는 < 표 Ⅲ-14> 와같다 (Sridhar et al, 2013). 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 61
학년개념사용기술사회적측면 1 응용프로그램의구분 컴퓨터구성요소와기능 파일개념 2 아이템구분과조직화 3 4 5 6 하위요소의과제로분할 단계별사고과정적용 컴퓨터프로그램의목적과요소 문제해결을위한논리적추론 순차와제어프로그래밍 콘텐츠의분류, 조직, 저장 애플리케이션의실행과종료 바른자세로컴퓨터사용하기 단순한애플리케이션사용 컴퓨터를청결하게사용하기 파일의열기, 편집, 저장하기 공용자원을공평하게공유하기 윈도구성요소와조작 컴퓨터관리방법및절차기술 문서편집기초 ( 삽입과삭제 ) 어깨, 손, 목, 눈을위한신체운동 오리기, 복사, 붙여넣기, 이미지 타인의개인정보존중 폴더생성, 파일삭제, 저장 안전한컴퓨터사용 ( 비밀번호 ) 팀학습활동 스크래치실행과결과해석 눈, 손목, 목관리 단순프로그램 ( 움직임, 제어, 블록 ) 컴퓨터사용시신체운동 스크래치 ( 동작, 제어, 블록명령 ) 쓰레드를포함한프로그램 파일과폴더분류, 확장자 팀학습활동 반복적인근육부상예방 스크래치 ( 게임개발 ) 로그인과비밀번호 목표인식 / 분석, 정보수집 / 분류 브라우저에서하이퍼링크사용 올바른컴퓨터사용자세유지 인터넷에서의정보생성과공유 인터넷정보검색엔진사용 인터넷검색시지침실천 웹사이트주소의필요성 이메일을통한의사소통 이메일신고와스팸메일차단 사고기술적용 프레젠테이션, 스프레드시트 순서도활용 < 표 Ⅲ-14> 인도 CMC 교육과정의주요내용 정보의조직과표현도구사용 온라인의사소통규범 순서도와의사코드작성 책임감있는인터넷활용 BASIC( 간단한프로그램 ) 이미지편집에서의픽셀개념 이미지편집기활용 스프레드시트로데이터처리 스프레드시트에서공식과정렬 책임감있는인터넷활용 7 오픈소스소프트웨어확인 오픈소스소프트웨어의확인 인터넷을활용한의사소통능력 프로그램작성시절차적사고 BASIC( 조건, 반복, 리스트, 배열 ) 웹 2.0, 소셜네트워크 구글문서제작및출판 블로그와웹사이트설계지침 생산성도구로산출물설계 온라인의사소통시보안절차 8 이진수의개념 BASIC( 고급프로그램 ) SNS 안전규칙 DB, 프라이머리키, 퀴리개념 DB 생성및질의 정영식외 (2015) 의자료를재구성함 CMC의하위영역은컴퓨터와친숙해지기, 컴퓨터활용하기, 문제해결절차, 컴퓨터프로그래밍, 정보윤리등으로구분하고, 내용체계는학년별로개념, 사용기술, 사회성등으로구분하였으며, 초등학교 1~4학년은주당 1시간, 5~8학년은주당 2시간에걸쳐실시하고있다. 초등학교 3~5학년부터스크래치를활용하여간단한프로그램과게임을개발할수있도록하였고, 6~8학년에서는 BASIC을이용하여간단한프로그램에서부터고급프로그램을작성할수있도록하였다. 62 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
라. 에스토니아의 ProgeTiger 에스토니아는 2020 에스토니아디지털사회추진전략 을수립한이후, ICT를활용한의사소통능력, 문제해결력, 팀워크와리더십을기르기위해초중등교육에서부터지속적으로교육정보화정책을추진하고있다. SW 교육은이미 2012년부터초등학교 1학년부터실시되고있으며, Proge Tiger, Smart Labs, LEGO FLL아같은다양한프로젝트가진행되고있다. 특히, Proge Tiger는 2013년부터에스토니아의 HITSA라는정보교육기관에합병되어국가수준의 SW 교육으로추진되고있다. Proge Tiger는 학생들에게소프트웨어교육을통해논리적사고력과창의력, 수학적능력을키우기위해 초중등학교의수업이나클럽활동을통해프로그래밍교육을조기에실시하도록지원하고있으며, 2016년부터모든초등학교학생들에게 LOGO, KODU, Scratch와같은그래픽프로그래밍언어와 LEGO Mindstorms과같은로봇을이용하여 SW어를직접만들수있도록프로그래밍교육을강화시키고있다. SW 교육과관련하여 < 표 Ⅲ-14> 에제시한것과같이초중학교에서는수학 과학과통합된교육과정으로운영되고, 고등학교에서는 정보학 이선택과목으로운영되는데, 전체고등학생중 30% 가정보학을선택하고있다 ( 정영식외, 2015). < 표 Ⅲ-15> 에스토니아의소프트웨어교육과정구분주요내용비고 통합교육과정 정보학 1 단계 2 단계 3 단계 2 단계 3 단계 미래기술이나컴퓨터게임소프트웨어를이용 컴퓨터를이용한창의적인활동을위해정보기술활용법습득 컴퓨터기반학습을위해학습활동과그룹활동을추천 다른과목이나취미활동에서정보기술적용 가정학습과외부학습활동에필요한 ICT 자원활용 수업중 ICT 기반으로다른과목과통합적인활동전개 텍스트처리, 파일관리, 인터넷정보검색, 멀티미디어파일작업 자료처리, 프리젠테이션편집, 문서형식 자료 : 정영식외 (2015) 의자료를재구성함 정보사회의기술, 의사소통과작업공간으로서의인터넷 e-state 와 e-services, 개인의학습환경구성, 콘텐츠생산과재활용라이선스, 가상적인커뮤니티활동, 프로젝트활동 필수 선택 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 63
마. 이스라엘의컴퓨터과학 이스라엘의프로그래밍교육은초등학교에서도진행하고있지만, 정규과목으로편성되기보다는민간기관과함께하는방과후학교과정을중심으로운영되고있다. 초등학생들에게는주로로보틱스를활용한체감형프로그래밍교육이이루어지고있으며, 중학생들에게는 HTML5, 스크래치를활용한프로그래밍교육이이루어지고있다. 고등학교에서는정규과목인 컴퓨터과학 을선택적으로운영하고있는데, 컴퓨터과학의기초, 객체지향언어의기초, 실험실, 자료구조와비판적사고, 고급프로그래밍등총 5단계로구성되어있다. 고등학생중 50% 는 3단계까지, 15% 는 5단계까지이수하고있다. 컴퓨터과학의각단계를배우는데총 90시간이소요되고, 2~3년에걸쳐총 450시간을이수한다. 컴퓨터과학을이수한학생중대부분은추가로 450시간의 소프트웨어엔지니어링 과정을이수한다. 이과정은운영체제, 웹서비스, 모바일프로그래밍, 관리시스템, 병렬프로그래밍과 APP 개발등을핵심내용으로하고있으며, 50% 는이론으로이루어지지만, 나머지 50% 는 5~6명의프로젝트팀을구성하여 SW를직접개발하게된다 ( 정영식외, 2015). < 표 Ⅲ-16> 이스라엘컴퓨터과학의내용체계 구분주요교육내용시간 (h) 1 단계컴퓨터과학의기초 2 단계객체지향언어의기초 3 단계실험실 컴퓨터과학소개 클래스, 변수, 입출력, 함수, 메소드등기본개념 조건문 ( 부울대수, 논리연산자, If 문 ) 반복문 (For 문, While 문, 필터링, 문서화 ) 순차자료구조 ( 배열, 검색, 정렬 ) 객체지향언어 ( 객체, 속성, 생산자, 캡슐화, 인터페이스 ) 웹프로그래밍환경 (CS 환경, DB 서버, 보안 ) 컴퓨터구조와기계어 (2 진수, 어셈블리어, 인터럽트 ) 정보시스템과 DB( 모델링, 테이블, 키, SQL) 90 90 90 4 단계 자료구조와비판적사고 재귀 ( 재귀형, 정의, 트레킹, 콜 ) 복잡성 ( 런타임분석 ) 스택 (LIFO, 일반형, ADT) 큐 (FIFO) 90 64 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
연결리스트 ( 노드, 리스트, 참조, 메모리할당 ) 자료구조의구현 ( 추상자료형, 스택과큐구현 ) 2 진트리의개념과노드, 탐색, 검색 5 단계 고급프로그래밍 자료 : 정영식외 (2015) 의자료를재구성함. 컴퓨터시스템과어셈블리 (8086 CPU, 레지스터 ) 성능분석 ( 최적화, 알고리듬, 그래프 ) 전산적모델 ( 퍼즐, 오토마타, 튜링기계 ) 객체지향언어 (Java, C#, 유전, 상속, UML, 설계 ) 90 바. 핀란드의 KOODI 2016 핀란드는이론중심교육과정의문제점을해소하기위해경험중심교육과정으로바꾸고있으며, 이러한흐름을반영한국가수준의교육과정이 2014년에개정되고, 2016년부터모든학교에서 SW 교육이필수가되었다 (Juhani & Linda, 2014). 핀란드의 SW 교육목적은모든학생들을프로그래머로만드는것이아니라프로그래밍언어가어떻게작동하는지를이해하게하고, 컴퓨팅사고력과문제해결능력을기르고, 자신의생각을프로그램을통해구현하기위한것이다. 따라서 SW 교육을독립된과목이아니라, 전과목에걸쳐서적용하도록하였다. 즉, 수학과목에서차지하는비중이가장높지만, 음악과체육과목에서도프로그래밍교육이이뤄진다. KOODI에포함된 SW 교육의학년별주요내용은다음과같다 ( 배영권, 2017). 첫째, 초등학교 1~2학년에서는프로그래밍에친숙해지도록일상생활속의다양한문제를해결하는방법과전략을놀이에서경험할수있도록하였다. 논리적사고와함께정확한명령전달방법을배우게된다. 둘째, 3~6학년에서는교육용프로그래밍언어로서그래픽기반의비주얼프로그래밍언어를활용하여소프트웨어교육을할수있도록제시하고있으며, 컴퓨터나태블릿을이용한코딩구현에들어간다. 셋째, 7~9학년에서는실제적프로그래밍언어인텍스트기반의프로그래밍언어를사용할것을편성하였다. 스스로알고리즘을짜서원하는프로그램을만들수있게끔최소한하나이상의프로그래밍언어를익히도록하고있다. 제 3 장 I 국내외 SW 교육사례 65
사. 일본의정보교육 일본은과거우리나라처럼컴퓨팅사고력보다는 ICT 활용교육에초점이맞춰져있었지만, 2016년 SW 교육의중요성을인식하고, 2020년부터초등학교를시작으로 2021년중학교, 2022년고등학교에서각전학년에걸쳐 SW 교육을의무화하도록하였다. 가나가와현에서는로봇을이해하고쓸줄아는능력을기르는로봇소양교육을실시하고있으며, 이세하라시에서는드론기술을활용한융합교육이진행되고있다. 치바현에서는 2017년부터모든초등학교에서스크래치를활용한프로그래밍교육을실시하고있다. 또한, 시각장애학생을위해음성으로코드내용을확인하며프로그래밍을짜는수업이진행되고, 영재학생에게는유니티 (Unity) 를활용해 3D 비디오게임등을개발하고있다 (The Education Newspaper, 2016). 현재일본에서이루어지고있는정규교육과정에편성된 SW 교육은중학교와고등학교에서실시되고있다. 중학교는 기술과가정 시간에편성되어있는데, 중학교 2~3학년에서프로그램을이용한설계및제어와관련된내용을 15시간교육하고있다. 고등학교에서는학교마다다르지만, 사회와정보, 정보의과학 을 70시간정도를진행하고있다 ( 정영식외, 2015). 정규교육과정이외에도 2015년에만들어진 프로그래밍교육실천가이드 에따라초등학교저학년에게는프로그래밍체험교육을, 고학년은로봇프로그래밍교육을, 중학교는 LED 제어나로봇제작프로그래밍교육을, 고등학교는 C 언어와센서프로그래밍, 웹프로그래밍, 기본적인알고리즘교육을실시하고있다 ( 주일대사관선향과학관, 2014). 66 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 1. 정보인프라의확충 OECD PISA는매 3년마다학업성취도와함께교육여건에대한조사를하고있는데, 컴퓨터교육환경과관련된내용을 2012년과 2009년의자료를비교 분석하였다. 학교에서컴퓨터를사용하는학생의비율을조사한결과, 한국은 2009년에비해무려 21% 나감소한수치를 42개국중 41위를차지하였다 (OECD, 2015). [ 그림 Ⅳ-1] 학교에서컴퓨터를사용하는비율 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 67
대부분의국가들이학교에서컴퓨터를사용하는학생비율이점차증가하는추세에반해한국은 2009년 62.7% 로중상위권이었지만, 2012년에는 41.9% 로최하위권을차지하여많은충격을주고있다. 이와같이최근수년동안한국의 ICT 교육여건은날로침체되고있는실정이다. 첫째, 컴퓨티실습실을우선적으로확보해야한다. 현재컴퓨터실습실이설치되지않은학교가 344개교에달한다. SW 교육과관련된과목의선택률이감소하고, 교과교실제확대에따라컴퓨터실을타교과교실로전환하는학교가증가하여 2016년 12월기준으로컴퓨터실을보유하지못한초등학교는 68개교, 중학교는 178개교, 고등학교 84개개로총 344개교로전체학교의 3% 에달하였다 ( 정광훈외, 2017). < 표 Ⅳ-1> 컴퓨터실습실미설치학교현황 (2017.2) 둘째, 교육용 PC 중에서노후화된 PC를시급하게교체해야한다. 컴퓨터실습실에비치된교육용데스크톱, 노트북, 태블릿중에서내용연수가 5년이지난것이전체 PC의 35.6% 를차지하였다. 그중에서도 SW 교육과관련된정보과목을필수로지정된중학교의노후 PC 비율이 38.5% 로가장높게나타났다 ( 정광훈외, 2016). 68 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
< 표 Ⅳ-2> 컴퓨터실습실의구입시기별 PC 비중 (2017.2) 넷째, 학교의인터넷망속도를 300M 이상으로확충해야한다. 유선인터넷을사용하는 10,987개교의회선속도가 300M 미만인학교가전체의 57.9% 를차지하였고, 이중에서 100M이하인학교도 1,754개교로전체학교의 15.3% 를차지하였다 ( 정광훈외, 2017). 향후 SW 교육이활성화될경우개인단말기활용이증가될경우인터넷망속도는턱없이부족할것이므로이에대한개선이필요하다. < 표 Ⅳ-3> 초중등학교의인터넷망속도현황 (2017.2) 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 69
넷째, 무선인터넷이가능한교실의수를확대해야한다. 전체교실중에서무선인터넷이가능한교실은 18.9% 로매우적었다. 2019년부터 SW 교육이전면적으로적용되는초등학교교실은전체교실의 14.7% 만이무선인터넷이가능하다 ( 정광훈, 2017). SW 교육특성상개인단말기를활용하여특정교과가아닌수학, 과학등다양한교과에서활용한다는측면에서일반교실의무선인터넷보급이매우시급함을알수있다. < 표 Ⅳ-4> 초중등학교의인터넷망속도현황 (2017.2) 다섯째, SW 교육에필요한다양한교재와교구를개발 보급해야한다. SW 교육을초중고모든학교에서정규교육과정으로시행한것이처음이므로관련된교재와교구가많이부족하다. 2015 개정교육과정과 2015 소프트웨어교육운영지침, 해외의우수한교육과정을충실하게반영할수있는교재를우선적으로개발하고, 그것을지도할수있는교구를개발하여보급해야한다. 특히컴퓨팅사고력신장에도움이되는언플러그드활동교재와교구개발이시급하다. 70 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
2. SW 교육과정의개선 SW 교육과관련하여 2015 개정교육과정이갖는문제점중가장심각한것은초등학교부터고등학교까지하나의교과내에서체계적으로교육하기어렵다는것이다. SW 교육과정의구체적인문제점과개선방안을제시하면다음과같다. 가. 경직된국가수준의교육과정을교사수준으로개선 최근우리나라는학교수준의교육과정이점차강조되고있음에도불구하고, 여전히경직된국가수준의교육과정이학교교육에지대한영향을미치고있다. 첫째, 영국의 2013 개정 computing 교육과정의내용을살펴보면, 초중등학교에해당하는 KS 1~4의교육과정을설명하고있는문서의분량은 A4 용지로 5쪽분량으로 Key stage별교육목표와성취기준정도만제시하고있다. 그러나우리나라중학교정보과교육과정의문서분량은 A4 용지로 30쪽이나되며, 교과의성격, 목표, 성취기준뿐만아니라교사의고유영역인교수 학습방법이나평가방향까지구체적으로명시하고있어, 교사의재량이크게축소되어있다. 둘째, 2015 개정교육과정에서실과는 SW교육을 17시간이상으로명시하고있으나, 현재실과교과서를만들고있는주요출판사의내용체계를보면, 대부분의출판사들이기술중심의교과전문가로집필을하다보니, 교육과정에제시된최소시간, 즉, 17시간으로한정되어개발되고있는실정이다. 이는중학교정보가 34시간이상으로편성되었음에도불구하고대부분의교과서들이 68시간기준으로개발된것과는매우대조적인현상이다. 셋째, 초등학교전체시수의 1% 도안되는매우비비한교육시수를확보하고있다. 교육과정에서제시된 17시간은초등학교전체수업시수 5,892시간중 0.29% 에해당한다. 중학교는 3,366시간중 34시간으로전체시수의 1.30% 에해당한다. 영국이나인도, 에스토니아등주요 SW 교육 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 71
국가들은초등학교 1학년부터주당 2시간씩을교육하고있으며, 미국의소프트웨어교육을선도하고있는교육플랫폼인 code.org는만 4세부터사용할수있는교육내용은총 4개과정으로 800차시가넘는내용으로구성되어있다. 이에비해우리의정보과교육은사실상흉내만내고있는꼴이아닐수없다. 나. 독립교과로서의정보과확대 2015 개정초중등학교교육과정은하나의교과밑에여러개의과목으로구성되어있으며, 하나의교과는성격, 목표, 내용체계및성취기준, 교수학습및평가의방향등 4개영역으로구분되어있다. 그러나정보교과는중학교에서만독립된교과로편성되어있고, 초등학교와고등학교는다른교과에편성되어있어체계적인교과교육이어렵다. 즉, 초등학교에서는 5~6학년군의실과교육과정에 17시간포함하고있고, 고등학교의정보과학은과학과에포함되어있다. 우선, SW 교육과관련된실과내용체계는 < 표 Ⅳ-5> 에제시된것과같이영역, 핵심개념, 일반화된지식, 내용요소, 기능등으로구성되며, 각각의내용요소는구체적인성취기준으로제시되어있다. 실과에포함된 SW 교육의내용요소는기술시스템영역에포함된 SW의이해, 절차적문제해결, 프로그래밍요소와구조가있으며, 기술활용영역에는개인정보와지식재산보호, 로봇의기능과구조등 5개로구성되어있다. 그러나실과에포함된 SW 교육은하나의섬처럼구성되어있다. SW 교육내용이기술시스템영역의소통과혁신개념에포함되어있지만일반화된지식에설명된소통과혁신은 SW 교육과전혀관련성이없고, 중학교기술. 가정과관련된개념으로포함되어있다. 더욱이실과교육과정의성격과목표중에서 SW 교육과직접적으로관련된문장은전혀서술되지않아, 어떤목표를갖고 SW 교육을해야하는지불분명하여중학교정보과교육과정이나소프트웨어교육운영지침으로유추해야할실정이다. 72 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
영역 핵심개념 < 표 Ⅳ-5> SW 교육관련실과내용체계 일반화된지식내용요소기능 통신기술은정보를생산, 가공기술시스템소통하여다양한수단과장치를통하여송수신하여공유한다. 기술활용 혁신 문제해결과정에서의발명과기술개발에서의표준은국가와사회의혁신과발전에기여한다 SW 의이해 절차적문제해결 프로그래밍요소와구조 개인정보와지식재산보호 로봇의기능과구조 탐색하기, 계획하기실천하기, 조작하기활용하기, 적용하기종합하기, 평가하기제안하기, 설계하기제작하기, 실행하기판단하기, 조사하기추론하기 따라서초등학교에서의 SW 교육이중등학교와연계된교육이이루어지기위해서는실과에포함된 SW 교육을별도의교육분야 1) 로편성하거나, 별도의정보교과로편성되어야한다. 다. 정보과내용체계의재구성 초중등학교에서 SW 교육이체계적으로구성되기위해서는초등학교 1 학년부터정보과를독립교과로개설하여체계적인교육이필요하다. 현재와같이실과의하위단원으로구성되어있으며, 시수확보가어렵고, 교과의성격이나목표에따라내용체계를구성하기힘들다. 따라서초중등교육을아우를수있는교육과정이필요하다. 한국정보교육학회는이미 2014년부터 3년동안초중등학교에서가르쳐야할 정보과교육과정 을개발해왔다. 2016년에개발된교육과정을살펴보면정보과영역을크게소프트웨어, 컴퓨팅시스템, 정보생활등 3 개영역으로구분하였다. 그중에서소프트웨어영역은 < 표 Ⅳ-5> 와같이알고리즘, 프로그래밍, 로봇과컴퓨팅등 3개영역으로구분하였다. 소프트웨어영역은전통적인프로그래밍과정을탈색하고소양과정으로서의의미를강조하기위한새로운관점에서강조되었다. 소프트웨어는전통적으로컴퓨터과학의영역이기때문에정보과교육과정의컴퓨팅시 * 현행실과교육과정은 가정생활 과 기술의세계 등 2 개의교육분야로구성되어있음 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 73
스템영역에속해야하나, 정보과교육의가장핵심영역이고, 최근강조되고있는소프트웨어교육의영향력을반영하여별도영역으로구분을하였다. 그리고알고리즘영역을별도로두어자료구조의실천적활동을강조하고, 프로그래밍과별도로독립적인문제해결능력또는컴퓨팅사고력을강조하고자하였다. 또한프로그래밍의영역에서는특정프로그래밍언어를강조하지않음으로써학교의실정에맞게프로그래밍언어를선택하여활용할수있도록하였다 ( 김철외, 2016). 영역 1 단계 2 단계 3 단계 4 단계 5 단계 소프트웨어 알고리즘 프로그래밍 로봇과컴퓨팅 일의순서이해 일의순서표현 알고리즘의미 알고리즘과프로그램관계 프로그램의미 프로그램과알고리즘관계 프로그램작동 로봇의정의 로봇종류와구성 로봇작동원리 < 표 Ⅳ-6> KAIE 에서제안한소프트웨어영역 문제해결과정을말과글로표현 문제해결과정을그림과기호로표현 패턴찾기와표현 조건에따른해결방법표현 프로그래밍언어필요성 프로그래밍언어종류 간단한블록프로그래밍 간단한알고리즘구현 산술연산자 로봇법칙과안전한사용 로봇동작이해 간단한동작로봇제작 간단한동작로봇설명 순서도와의사코드 알고리즘분해와관계 다양한순서도표현 문제의현재상태와목표상태설명 알고리즘개선 비교연사자와논리연산자 텍스트프로그래밍언어 제어구조 변수활용 프로그램개선 회전동작이해 다양한로봇구동작품제작 로봇구동작품설명 간단한센서로봇작품제작 간단한센서로봇작품설명 탐색알고리즘이해 정렬알고리즘이해 협력적알고리즘작성 배열과리스트활용 함수활용 정렬과탐색 개발계획서작성 협력적프로그램개발 다양한센서로봇작품제작 다양한센서로봇작품설명 규칙설계와로봇제작 다양한규칙적용활동 알고리즘분석 알고리즘평가 최적알고리즘적용 프로그램성능평가 디버깅이해와활용 프로그램개발환경구성 생활속로봇작품설계 생활속로봇작품제작 로봇작품공유와표현 74 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
2015 교육과정에대한문제점을개선하고, 독립된정보과가신설되기위해선최소한초등학교 3학년부터연차적으로이루어져야한다. SW 교육을강조하는대부분의국가에서초등학교 1학년부터시행되고있음을감안할때우리나라역시초등학교 1학년부터시행되어야함이마땅하지만초등학교저학년의학습부담을고려할때초등학교 3학년부터라도정보과교육을체계적으로받을수있도록해야한다. 프로그래밍교육도하나의언어교육이므로어릴때부터습관적으로사용하는것이프로그래밍언어를습득하는데도움이될것이다. 라. 운영지침에따른교육시수확보 2015 개정교육과정이시행되기도전에새로운교육과정을개발하여적용하는데에는많은시간이필요하다. 따라서당장내년부터라도 SW 교육이체계적으로이루어지기위해서는교육부에서 2015년에발표한 소프트웨어교육운영지침 을개정해야한다. 현재의소프트웨어교육운영지침에포함된내용은외국의교육과정에비해그내용의수준이매우낮거나, 그내용범위가매우좁아서학생들의발달단계에적절하지않다. 따라서 SW교육운영지침의내용쳬계를수정 보완할필요가있으며, 그것을운영하는데필요한시수를확보할필요가있다. 2000년대초반에초중등학교에서 ICT 교육이활성화되었던이유중하나는교육부에서발표한 정보통신기술교육운영지침 에 2시간씩배당된재량활동시간중 1시간을정보통신기술교육으로편성하라는내용이포함되었기때문이다. 그러나정보통신기술교육운영지침은 2007 개정교육과정에서재량활동시간이 1시간으로줄어들면서운영시수를확보하지못해사실상폐지수순에들어갔다. 이어 2015년에발표된 소프트웨어교육운영지침 에서도별도의시수가편성되지않고, 학교여건에맞춰적절한시수를확보 하라는애매한지침으로인해대부분의교사들은해당지침이있는지조차모른다. 따라서현재주당 3시간씩운영되는창의적체험활동시간중 1시간을의무적으로소프트웨어교육운영지침의교육내용을가르치도록한다면 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 75
초등학교 SW교육에필요한 ICT 교육시간을확보할수있게되고, 중학교의경우, 주당 1시간의정보과수업시수로인해정보교사를배치하기어려웠던문제를해결할수있을것이다. 3. SW 교육방법의개선 4차산업혁명시대엔인공지능을앞세운교수 방법이새롭게등장하는등교수학습방법의변화가가장크게나타날것이다. 디지털리터러시를기반으로온라인과오프라인의학습경험을제공하는혼합학습 (Blended Learning) 이유행하고, STEAM 학습이나 BYOD(Bring Your Own Device) 학습, 이벤트기반학습, 스토리텔링학습등이보편화될것이다. 즉, 학습은암기하는것이아니라개념과원리를학생들이자신의기기로온라인에서찾아보고, 이를실생활에서적용하고, 팀별협력을통해자신의이야기로콘텐츠화할수있고, 이를공유할수있게학습경험이설계될것이다 ( 한동승, 2016). 가. 학생중심의교수법으로개선 4차산업혁명시대교수 학습방법의예측되는변화모습으로 [ 그림 Ⅳ-2] 에제시한것과같이교사중심의교수법이감소하는대신학생중심의교수법이다양한형태로증가하고, 암기식 / 이론중심보다는창의 융합 / 체험중심의학습방법이더욱다양하게나타날것으로예측된다. 학생중심학습방법에서인공지능과컴퓨터등의정보기술이활용되는방안이더욱활성화될것으로예측된다 ( 이지연, 2017). 첫째, SW 교육에혼합학습의도입이필요하다. 온라인학습과오프라인학습을혼합하여운영하는혼합학습은유연성과접근성등으로인해사이버대학에서적극적으로활용되고있다. 온라인교육은 SW를활용하는것이므로그자체가 SW 교육의수단이자동시에내용이될수있다. 따라서대면학습에서얻을수있는사회적활동과비판적사고를온라인에서도가능하도록튜터등을배치하여효과적인혼합교육이되도록해야한다. 76 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
[ 그림 Ⅳ-2] 4 차산업혁명시대의교수학습방법 ( 출처 : 이지연, 2017) 둘째, 플립드러닝은학습의주도권을학생에게넘겨주어교실안밖에서사용하는시간을재구성하는학습모델이다. Code.org에서제공하는코스를살펴보면, 주요활동을하기전에그활동과관련된핵심개념을동영상강의나자료로대신하고있다. 즉, 관련개념을관련분야의종사자나전문가의인터뷰를통해설명함으로써학생들에게동기도유발하고, 관련개념을보다깊게이해할수있도록도와준다. 이러한플립드러닝학습은 SW 교육을처음시도하는교사나학생들에게짧은동영상시청만으로도핵심개념을이해시키는데도움이되고, 교실수업에서다른학생들이나교사와함께다양한활동을통해관련개념을보다명확하게이해할수있게된다. 셋째, 크로스오버러닝 (Cross over Learning) 은형식교육과비형식교육이융합된교육방법이다. SW 교육과관련된기업이나방과후학교수업을비형식적인학습을정규교육과정과연계할수있다. 이러한학습방법은학습경험을보다풍부하게할수있고, 교실수업에서다소부족할수있는지식이나답변등을보다심화시킬수있다. 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 77
넷째, 게임과게이미피게이션은게임의요소를 SW 교육에접목하는방법이다. 게임의최대장점인몰입성과자기주도적문제해결, 맞춤형목표설정, 경쟁과보상체계등을활용하여 SW 교육에접목하는방식으로최근에는보드게임을활용한언플러그드교육이 SW 교육연구학교나선도학교에서일반화되고있다. 인공지능을활용할경우게임에대한난이도를학생들의수준에맞춰진행할수있어, 점차학습내용을심화시킬수있다. 다섯째, 적응적학습 (Adaptive Learning) 은 SW 교육플랫폼에축적된학생들의대량의데이터를분석하여학생들에게최적의콘텐츠를제공할수있다. 빅데이터기술과인공지능을활용한다면학생들에게보다적합한교육목표를설정하고, 그에따른교육내용을제공할수있다. 여섯째, 이벤트기반학습 (Event-based learning) 은스크래치데이나소프트웨어교육주간, 창의캠프와같이일시적이고일회적으로시행되지만, 학생들에게는오랫동안기억남을만한사회행동감각을만들어낸다. 전문가와학생들이면대면으로만나팀별로활동을하고, 동료들이나전문가로부터새로운정보를주고받거나, 접근불가능한자료들에도접근할수있게학생들의동기유발에큰도움이된다 ( 한동승, 2016). 나. 컴퓨터없이학습하는 SW 교육 2015 개정실과교육과정에서는절차적인문제해결을위해컴퓨터를활용한활동이외에도컴퓨터없이문제를해결할수있는언플러그드활동을권장하고있다. 언플러그드활동은컴퓨터없이컴퓨터과학의원리를학습할수있는교수 학습방법으로서뉴질랜드의팀벨 (Tim Bell) 교수와 2명의컴퓨터과학전문가, 세계다수의초등학교교사들이참여한 Unplugged Project를통해시작되었다. 팀벨교수는 언플러그드컴퓨터과학 이라는교재에서학습자들이컴퓨터의동작원리와창의적인아이디어를게임이나놀이, 구체적인조작활동을통해학습함으로써컴퓨터과학의원리를배울수있는교육방법으로제시하였다 (Tim Bell & Lan H, 2015). 78 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
언플러그드활동은유치원생을위한교육에서시작하였지만, 컴퓨터를활용하고이해하는모든사람들을위한활동으로발전하였다. 언플러그드활동은개인의경쟁보다는협업을중시하며, 짧은시간에문제를파악하고해결할수있다. 노작, 활동, 게임, 놀이, 그리기등의전통적인수업방식을사용함으로써학습자들의신체를많이사용하게한다. 따라서언플러그드활동은시스템이복잡하여추상적으로밖에설명할수없는컴퓨터의작동원리나기본적인알고리즘을가르치는데많은도움이된다. 언플러그드활동의수업절차는문제제시하기 (Show problem), 활동안내하기 (Introduce activities), 해결방법찾기 (Explore solving), 해결방법나누기 (Share Idea), 일반화하기 (Apply solving) 등 5단계로구분할수있다 ( 정영식외, 2015). 다. 문법교육을탈피한 SW 교육 기존의프로그래밍교육이문법이나구조에대한정확한지식을강조하였다면 PUMA 교수법은프로그래밍언어를이용하여컴퓨터와자유롭게대화할수있는의사소통중심의프로그래밍교육을강조한다. PUMA 교수법은프로그래밍언어의문법교육이아닌, 완성된프로그램소스를조금씩수정하면서컴퓨터와원활하게의사소통할수있는능력을기르는데목적을둔다 ( 정영식외, 2015). [ 그림 Ⅳ-3] PUMA 교수법의절차와예시 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 79
PUMA 교수법은소스준비하기 (Preparing), 코딩없이수정하기 (Un-coding), 소스수정하기 (Modifying), 소스추가하기 (Adding) 등 4단계로구분할수있다. 벽돌깨기게임을활용한수업절차를제시하면다음과같다. 첫째, 소스준비하기는완성된프로그램소스를불러와서실행하고결과를확인하는단계이다. 벽돌깨기게임과같은재미있고쉬운프로그램을준비하여스스로프로그램의실행결과를충분히예측할수있도록한다. 둘째, 코딩없이수정하기는프로그램의배경이나이미지등을소스수정없이마우스클릭만으로간단히수정하는단계이다. 블록형프로그래밍도구는대부분그래픽기반으로구성되어있어, 이미지의크기나색상등을수정하여구성요소들의속성을변경할수있다. 예를들면, 벽돌깨기게임에서패널이나공, 아이템의색상과무늬, 크기를변경하도록한다. 셋째, 소스수정하기는소스를직접수정하여프로그램의기능을변경하는단계이다. 복잡한기능보다는반복횟수나크기, 위치, 개수등수치를변경하여그에따른변화를알게함으로써프로그램의제어구조나흐름을파악하게한다. 예를들면, 벽돌깨기게임에서벽돌의개수, 공의개수, 아이템의크기나위치등을수정하도록한다. 넷째, 소스추가하기는소스를추가하여주어진프로그램의불편한점이나오류를수정하고, 새로운기능을추가하는단계이다. 예를들면, 벽돌깨기게임에서새로운아이템을추가하거나 2인용게임을만들도록한다. 라. 컴퓨팅사고력을위한 SW 교육 2015 개정교육과정에서는특정프로그래밍언어의기능습득에치중하지않도록유의하고문제해결을위한프로그램설계및개발과정을통해컴퓨팅사고력을신장하는데초점을두도록교수학습방법을제시하고있다. 김진숙외 (2015) 는컴퓨팅사고력신장모형으로 < 표 Ⅳ-7> 에제시한것과같이시연중심모델, 재구성중심모델, 개발중심모델, 디자인중심모델등을제시하였다. 80 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
< 표 Ⅳ-7> 컴퓨팅사고력신장모형 모델명 교수법 수업절차 시연중심 직접교수 Demonstration( 시연 ) Modeling( 모방 ) Making( 제작 ) 재구성중심 발견학습 Using( 놀이 ) Modify( 수정 ) recreate( 재구성 ) 개발중심 탐구학습 Discovery( 탐구 ) Design( 설계 ) Development( 개발 ) 디자인중심 프로젝트학습 Needs( 요구 ) Design( 디자인 ) Implementation( 구현 ) Share( 공유 ) 첫째, 시연중심모델은직접교수법을기반으로만들었으며, 시연-모방- 제작의단계를거친다. 교사가모델이되는학습활동의시연을거쳐학습자들이질문과대답을통한모방, 그리고반복적으로단계적, 독립적연습을통하여제작하는활동중심모델이다. 둘째, 재구성중심모델은발견학습법에서사용하는다양한사례를중심으로핵심개념과원리를발견하고제시된사례의수정과재구성을통하여컴퓨팅사고력을이끄는모델이다. 놀이활동과수정활동이연계된일련의재구성활동을통해학생들이컴퓨팅사고력의전반적인능력을이해하게된다. 셋째, 개발중심모델은탐구학습모형을바탕으로 SW 공학적인측면에서 SW 개발의전과정을이해하는모델이다. 개발하고자하는 SW에대한기본적인탐구과정과함께기초설계과정을거쳐자신만의 SW를개발하게된다. 학습자가개발의과정을주도하지만탐구및설계과정에서교사가제약사항과개발의범위를안내한다. 넷째, 디자인중심모델은프로젝트학습을바탕으로, 탐색을통한몰입과정을거쳐요구분석을진행하는모델이다. 설계와개발의과정을통해프로토타입이나시뮬레이션을제작하고결과물을공유하고평가하면서개선방법을찾는선순환구조를가진다. 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 81
4. SW 교육플랫폼의개발 초중고학생들이온라인에서 SW 교육을할만한국내플랫폼이매우부족한편이다. 현재엔트리교육연구소에운영하는엔트리 (https://playentry.org) 가무료로소프트웨어교육을받을수있는 SW 교육플랫폼이다. 그러나외국사이트에는 Code.org를비롯하여 Google의 Blockly Games 등다양한 SW 교육플랫폼이존재한다. 가. 교육과정과연계한 SW 교육플랫폼개발 엔트리를비롯한 Code.org, Blockly Games, Codecademy 등을분석한결과를토대로 SW 교육플랫폼의개선방안을살펴보면다음과같다. 첫째, 2015 개정교육과정을반영한 SW 교육플랫폼이필요하다. 엔트리에서제공하는내용체계는주로초등학교학생을대상으로하고있다. Code.org는 [ 그림 Ⅳ-3] 에제시한것과같이유치원부터중학교까지과정을 4단계로구분하여순차문, 반복문, 조건문, 함수문과변수, 이벤트, 2진법, 디버깅, 생활속의알고리즘, 프로그램만들기, 정보윤리, 조작 정의 인지적능력, 인터넷과클라우드소싱에대하여다루고있다. 그러나엔트리에서제공하는콘텐츠는초등학교용으로구성되어있으나, 2015 개정교육과정의내용과는별개로구성되어있어, SW 교육에관심이높은학생과학부모의요구에충분히대응하지못하는실정이다. [ 그림 Ⅳ-4] Code.org 의 4 단계교육과정 82 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
둘째, 한국어로된, 한국의정서에맞는플랫폼이필요하다. Code.org는 [ 그림 Ⅳ-2] 와같이 Hour of Code 교육과정으로앵그리버드나마이크래프트나스타워즈, 겨울왕국등다양한영화콘텐츠나게임콘텐츠를활용하여 SW 교육과정을개발하여제공하고있다. 따라서우리의전래동화나게임과같은우리문화와접목된 SW 교육플랫폼이필요하다. [ 그림 Ⅳ-5] Hour of Code 의교육과정 셋째, 블록기반프로그래밍에서벗어나텍스트기반프로그래밍언어를학습할수있는 SW 교육플랫폼이없다. [ 그림 Ⅳ-6] 에제시한것과같이 Codecademy(www.codecademy.com) 는 Python이나 Java, Javascript. Ruby, SQL과같은프로그래밍언어뿐만아니라웹개발, 데이터과학등 SW 교육과관련된 12개과정을온라인을통해체계적으로학습할수있다. 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 83
[ 그림 Ⅳ-6] Codecademy 의교육과정 넷째, 정규교육과정이외에도다양한연령대의학생들이학습할수있는교육플랫폼이없다. code.org의연령대별로 4개의코스가있다. 제1코스는 4세이상의글을배우기전의학생, 제2코스는 6세이상의읽기능력이있는학생, 제3코스는 8세이상의학생, 제4코스는 10세이상의학생을대상으로한다. 그러나우리에겐초등학생을위한엔트리이외에마땅한 SW 교육플랫폼이부족하다. 나. 학습결과를분석하는 SW 교육플랫폼 학급당학생수가많은학교현장에서교사 1인이모든학생들의학습결과를분석하여그결과를토대로학생들의수준에적합한교육을하는데한계가있으므로 SW 교육결과를체계적으로분석할수있는플랫폼이필요하다. SW 교육플랫폼을통해저장된학습정보를분석하여사용자나관리자에게유용한정보를제공하기위해서는학습분석이필요하다. 그러나현재제공된 SW 교육플랫폼들은대부분특정미션을수행했는지여부와함께진도율정도만나타내고있다. 학습분석시스템은학습관리기능을효율적으로운영할수있도록도와주고학습활동을면밀히관찰 분석함으로써 84 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
달성해야할미션을분석하고, 미션달성계획을세우며, 미션결과에따른적절한피드백정보를제공하는역할을한다 ( 곽재곤 정영식, 2015). SW 교육플랫폼에서학습한결과를분석하기위해 [ 그림 Ⅳ-7] 에제시한것과같이 SEE-PAD 모형을제안하고자한다. SEE-PAD 모형은서진화와정영식 (2015) 이제안한학습분석시스템의모형을 SW 교육플랫폼에맞게수정한것이다. 첫째, 관계분석 (Social network analytics) 기능은 SW 교육플랫폼에서제공되는게시판, 채팅, 댓글등각종상호작용도구를통해학생들끼리공유하거나주고받은메시지를분석하는것이다. 누구랑함께활동을했는지에대한사회망분석뿐만아니라, 어떤내용을주고받았는지에대한담화분석 (Discussion analytics) 을포함한다. 물론사적인메시지를제외한학습과관련된내용을중심으로분석하여학습에실제적인도움이될만한자료를확보할수있어야한다. 둘째, 평가분석 (Evaluation & assessment analytics) 은 SW 교육플랫폼자체에대한평가와함께계획된목표를달성하였는지에대한평가로구분할수있다. 미션자체에대한평가는미션을수행하고나서사용자들의반응을평가하는것으로서간단한설문조사를통해반응을분석할수있다. 또한, 미션달성여부는시스템에축적된사용자들의학습정보를분석하여알수있다. 게임객체별, 장면별, 무대별, 코스별미션달성여부를확인하고, 달성횟수나소요시간등을분석하여미션의적절성을검증할수있다. [ 그림 Ⅳ-7] SEE-PAD 모형 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 85
셋째, 예측분석 (Predictive analytics) 은 SW 교육플랫폼에포함된각종미션의실패경험을줄이기위한것으로서, 학생들의수행결과를분석하여앞으로의결과를추론하는것이다. 사용자별미션달성여부를장면별, 무대별, 과정별로미리예측하고, 신호등표시로사용자에게정보를제공할수있다. 미션달성이어려운장면이나무대, 과정이있다면해당사용자에게도움말이나힌트를더많이주어성공적으로달성할수있도록도울수있다. 가급적긍정적인피드백을제공하여학습동기를유발할필요가있다. 넷째, 적응분석 (Adaptive learning analytics) 은 SW 교육플랫폼에서개별적으로분석한결과에따라맞춤형미션을제시하는것을의미한다. 지능적튜터링시스템을통한실시간상호작용이가능하며, 예측분석을통해정확한수준을진단하고, 학습목표도달이어려운학생들에게달성가능한과제를제시하고, 우수한학생들에게는도전적인과제를제시할수있다. 다섯째, 정보분석 (Dashboard analytics) 은활동분석, 평가분석, 예측분석, 적응분석을통해이루어진각종결과를시각화하는것으로서분석보다는누구나쉽게이해할수있도록분석결과를표현하는데목적을둔다. 학생들의배경정보와과거의사용정보, 미션달성정도, 미션진행률, 로그데이터등미션과관련된각종데이터를분석한것을인포그래픽기술을활용하여각종도표와그래프로표현한다. 학생이나교사모두직관적으로이해하기쉽게제공하는것이핵심과제이다. 정보분석은실시간분석과비실시간분석으로구분될수있다. 일시적으로변화하는경우에는실시간으로제공하며, 과거의정보와통합하여장기적이고예측가능한정보를제공할때에는비실시간으로제공할수있다. 다. 정보과디지털교과서의개발 교실수업과직접적으로연계하여학습결과를분석할수있는정보과와실과의디지털교과서개발이필요하다. 디지털교과서는서책교과서에있는내용을디지털화하고, 다양한멀티미디어자료를제공하는콘텐츠저장소로서의역할뿐만아니라학생들의의견을게시하고, 지식과정보를서로주고받을수있는학습플랫폼으로서의역할을수행하였다 ( 김정랑 86 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
외, 2016). 더욱이정보과는디지털교과서가하나의교육도구이기도하지만디지털매체로서그자체교육내용이기도하므로실과와정보과디지털교과서개발이필요하다. 2007년참여정부시절에디지털교과서원형개발을시작으로 2015 개정교육과정에서는사회, 과학, 영어등 3개교과만을대상으로개발하고하고있지만, 정보과교과서는개발교과에포함되지않았다. 온 오프라인활동을통해의사소통능력을향상시키고, 시 공간을뛰어넘어협업능력을길러주며, 현실적인문제를비판적인시각으로바라볼수있는능력을키워준다 ( 정영식, 2017). 학교현장에인공지능기술이접목된콘텐츠가들어오게되면, 지식전달자로서의교사역할은약해질것이다. 이러한상황에서디지털교과서는교사의역할을 무대위의현자 (sage on the stage) 에서학생옆의안내자 (guide on the side) 로변화시킬것이다 (Alison, 1993). 디지털교과서는풍부한멀티미디어자료를기반으로지식을보다잘설명할수있으나, 그것만으로이해하기어려운학생들은여전히존재할것이며, 교사의도움도여전히필요하다. 디지털교과서를활용하는교사들은학습분석데이터를통해개별학생들이필요한것이무엇인지를쉽게파악하여보다세심한도움을학생들에게줄수있다. 뿐만아니라교육소외계층이나장애인을지원하는 SW 교육플랫폼으로활용될수있다. 디지털교과서는교과용도서로서법적지위를갖게되므로모든학생들에게제공되므로소외계층의 SW 교육기회를확대할수있다. 5. SW 교육인력의확보 SW 교육이강조됨에따라초등학교에서컴퓨터관련교육을운영하는학교가 5,470개교로서전체학교의 93.1% 를차지하는등매우높은수치를나타내고있다. 그러나중학교에서정보교과를운영하고있는학교는 1,103개교로전체학교의 34.9% 에불과하여매우저조하였다 ( 정광훈외, 2017). 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 87
이는과거 ICT 교육이쇠퇴하면서학생들이정보과목을기피하고, 수능에도움이되는교과를중심으로선택하기때문인것으로파악되며, 나아가단위학교의담당교사정원이감축되면서기존의정보 컴퓨터교사가다른과목으로전과를하고, 신규교사를더이상충원하지않았기때문이다. 이와같이 SW 교육에필요한교사를확보하기위해서는교원양성단계에서부터체계적인교육이필요하고, 기존의교사들에게도전문적인 SW 교육을받을수있는기회와지원을확대시켜야한다. 가. 초등교원양성대학의교육과정개선 현재, 초등교원을양성하는일부교육대학교에서 SW 교육이제대로운영되지않고있다. 교육부는 2015 개정교육과정에서 SW 교육이강화됨에따라초등학교교원의 SW 교육역량강화를위해양성단계에서부터체계적인 SW 교육을시행하고자 2016. 12. 23일에 < 표 Ⅳ-8> 에제시한것과같이 유치원및초등 중등 특수학교등의교사자격취득을위한세부기준 고시를수정하였다. < 표 Ⅳ-8> 초등학교정교사 (2 급 ) 자격기준의개정내용 자격종별관련학과기본이수과목 ( 또는분야 ) 비고 초등학교정교사 (2 급 ) 초등교육과 ( 전공 ) 초등윤리, 초등국어, 초등수학, 초등사회, 초등과학, 초등체육, 초등음악, 초등미술, 초등실과, 초등영어, 초등컴퓨터, 통합교과, 초등안전교육 < 신설 > 초등실과과목에는소프트웨어관련내용을포함하고, 초등컴퓨터과목은 SW 기초소양, 프로그래밍, 알고리즘관련단원을포함하여운영 그러나일부초등교원양성대학교에서는 < 표 Ⅳ-9> 에제시한것과같이 초등컴퓨터 과목을개설조차하지않고있어, 사실상이를반영하지못하고있다. SW 교육과관련된교수법이나교재연구를가르칠수있는 88 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
전공과정이타교과의경우대부분평균 4학점을운영하는데반해, SW 교육관련전공과정은 1~2학점정도를운영하고있어, 초등교원의 SW 교육에대한전문성신장에어려움을겪고있다. < 표 Ⅳ-9> 교육대학교 SW 교육관련교육과정운영현황 구분 교양과정 전공과정 필수선택교과교육교과실기비교과 계 경인교대 1 3 0 1 0 5 공주교대 2 0 1 0 0 3 광주교대 1 3 2 0 1 7 대구교대 2 0 1 0 1 4 부산교대 1 0 1 1 0 3 서울교대 0 4 2 0 0 6 전주교대 2 3 0 0 1 6 제주교대 0 2 1 1 0 4 진주교대 0 4 1 0 0 5 청주교대 0 2 0 2 0 4 춘천교대 1 0 1 1 3 6 자료 : 2017. 2월기준으로각대학의교육과정운영편람을참조하였음 따라서초등컴퓨터과목을전공필수로운영하고있지못한교대의교육과정을변경할수있도록행정지도가강화되어야한다. 초등학교정교사 2급자격증은고시에의해무시험으로자격증을발행하고있으나, 일부대학의경우전공과정에 SW 관련교과교육이운영되지않고있다. 특히 J대학의경우에는 1학년교양과정이외에전공과정에서단 1시간도운영되지않고있고, 비교과인창의적체험활동과목으로서 ICT 활용과목등이선택과목으로운영되고있다. 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 89
나. 초등교원자격관련고시수정 유치원및초등 중등 특수학교등의교사자격취득을위한세부기준 고시에 초등컴퓨터 과목을기본이수과목으로지정하고있음에도불구하고일부대학에서초등컴퓨터과목을개설하지않는이유는무엇일까? 그이유는동고시제4조 ( 기본이수과목의이수 ) 3항에서전공과목 50학점내에 기본이수과목 ( 또는분야 ) 중 21학점이상 (7과목이상 ) 을반드시포함하여이수하여야한다 로명시되어있기때문이다. 이조항은초등학교의특수성을반영하지못한것이다. 이조항대로라면초등학교의경우국어, 영어, 수학과같은주요과목에대한교육론이나교재연구등을배우지않더라도교사자격증을받을수있다는것을의미하므로, 초등교원의경우에는기본이수과목을보두이수하도록개정해야한다. 그럼에도불구하고모든교육대학교에서 초등컴퓨터 과목이외에기본이수과목을모두개설하고있는이유는무엇일까? 그것은 공립학교초등학교교사임용후보자선정경쟁시험 에초등컴퓨터과목이외의모든과목이출제되기때문이다. 그러나초등컴퓨터과목은그동안단한번도출제된적이없다. 따라서고시에포함된초등컴퓨터과목을모든교육대학교에서전공필수로이수할수있도록교육부의행정지도를하거나, 초등임용고시에 초등컴퓨터 과목을출제함으로써학교자체적으로교육과정을개정할수있도록해야한다. 다. 교원확보를위한 SW 교육연수확대 2015 개정교육과정에따라 SW 교육중심의정보과교육은초등학교는 2년뒤인 2019년부터적용되고, 중학교는당장내년부터적용된다. 그러나이러한교육을직접담당할교사의역량은턱없이부족한실정이다. 따라서 SW 교육의조기확산을위해 [ 그림 Ⅳ-8] 와같이교육부와시도교육청이연계한연수체계를구축해야한다. 90 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
[ 그림 Ⅳ-8] SW 교원연수체제 첫째, 전달연수와직접연수를적절하게혼용하고, 교원연수의평가체제를확립해야한다. 초등교원의경우에는모든교사를한꺼번에진행하는것이어려우므로전달연수체계를구축한다. 즉, 전달연수는 MT(Master Teacher, 교육지원청당 2명 ), LT(Leader Teacher, 학교당 1명 ), GT(General Teacher, 전체교원 ) 등교원의역할별연수계획안을개발한다. 아울러, SW 교원연수결과에대한종합적인성과평가체계개발한다. 연수에대한반응평가, 성취도평가, 현업적용도평가등 3단계평가모형을개발하여운영한다. 반응평가는연수종료후즉시설문조사를통한연수생들의만족도를평가하고, 성취도평가는연수를통해얻은지식, 기능에대한루브릭평가를실시한다. 현업적용도평가는연수종료후 3개월쯤에실제 SW 교육에어떻게적용되었는지를현장인터뷰와컨설팅을통해평가한다. 둘째, 초등학교교사의경우 183,462명 (2016년기준 ) 임에도불구하고, 교육부는 < 표 Ⅳ-10> 에제시한것과같이 2018년까지초등교사 6만명에게직무연수를실시할계획이다 ( 교육부 미래창조과학부, 2016). 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 91
< 표 Ⅳ-10> SW 교육을위한중장기교원연수계획 구분 '15 년 '16 년 '17 년 '18 년계비고 선도교원 170 명 200 명 200 명 230 명 800 명 일반교원 초등 중등 원격 15,000명 15,000명 15,000명 45,000명 집합 2,500명 3,500명 4,000명 5,000명 15,000명 원격 2,000명 2,000명 4,000명 집합 350명 400명 500명 550명 1,800명 6 만명 자료 : 교육부 미래창조과학부, 2016 초등학교교사들은별도로학년지정이되지않음을감안할때사실상 18만여명모두에게관련연수를진행해야함에도불구하고약 30% 만한다는것은초등교육현실에도적합하지않다. 만약현실적으로 6만명을한다할지라도이후에는 12만명을어떻게연수할지에대한계획이필요한데, 이에대한계획을찾아보기힘들다. 셋째, 이에대한문제를우선적으로해결하기위해초등학교 1개교당 1 명씩약 6,000여명의초등교원을대상으로 SW 심화연수를실시하여핵심교원으로양성할계획을갖고있다. 그러나실과전담을하지않는경우가많고, 전달연수의한계가분명하게있어핵심교원만으로제대로소프트웨어교육이가능할지는미지수이다. 또한, 중학교는 정보 과목담당교사및 정보 컴퓨터 자격증소지전체교사를대상으로 SW 연수를실시할계획이다. 2018년까지 5,800명을연수하고, SW교육필수화에대비하여정보 컴퓨터교사의소요정원예측하고, 연차적으로적정인원을확보할계획이지만, 이역시당장내년에필요한교원을확보하는데는충분하지못하다. 넷째, 중등정보교사의신규채용을늘려야한다. 타교과로전환한정보교사들이다시정보과로재전과하기를희망하는교사가거의없다. 2014년기준중학교정보과교사를대상으로조사한결과에따르면, 전체 617명중 44명 (7.1%) 만이재전과를희망하였다. 2012년부터 2015년까지사 92 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
범대학에서예비교사 2,202명이양성되었으나신규채용인원 0명으로적체가매우심각하다 ( 교육부 미래창조과학부, 2016). 다섯째, 2015 개정교육과정에따르면, 중학교정보과교육시수는최소 34시간을정하고있어, 대부분의학교가 34시간을편성할것으로예상된다. 그럴경우 6학급미만의소규모학교에서는정보교사 1명을독자적으로배치하기는어려움이있다. 특히농산어촌의경우에는어쩔수없이순회교사를운영해야한다. 이러한문제를조금이라도해소하기위해서는정보시수를 68시간이상으로늘려야하지만적정교원수를유지하기위해서는현실적인어려움이있다. 여섯째, 실시간또는비실시간온라인수업을통해일시적인교원수급부족을해결해야한다. 온라인수업은직접방문하지않고도교육이가능하다. 이를위해서는정보교과서를디지털교과서로발행하는것으로고려할수있다. 디지털교과서는학생들의클릭정보를확인할수있고, 다양한멀티미디어자료와함께평가문항을포함할수있으며, 그것을어떻게해결하였는지등학생들의학습정보를교사가실시간으로확인할수있어원격교육으로인한문제를해소할수있다. 더욱이정보과에서디지털교과서는단순히교육내용을전달하기위한수단일뿐만아니라그자체가정보교육의대상이될수있으므로교육적효과면에서도매우의미있을것이다. 일곱째, 고등학교학점제와연동을통한온라인수업을확대해야한다. 현행방송통신중고등학교에서운영하는미이수자를위한온라인수업처럼교원수급의문제로교실수업이어려운경우원격지에있는교사로부터온라인수업을듣고, 그것을학점으로인정할수있다. 교원수급이원활하게이루어질때까지한시적으로운영한다면교육의질을우선적으로확보할뿐만아니라, 부족한교원을임시적으로충당함으로써발생될수있는교직사회의혼란을최소화시킬수있을것이다. 제 4 장 I SW 교육의문제점및개선방안 93
제 5 장 I 맺음말 4차산업혁명의핵심기술인사물인터넷, 인공지능, 빅데이터, 클라우드등은 SW 기반의지능정보사회를견인하고있다. 이러한 4차산업혁명시대에살아갈우리학생들이갖추어야할핵심역량으로의사소통능력, 협업적문제해결력, 컴퓨팅사고력, 비판적사고력, 창의적사고력등이강조되고있다. 이러한핵심역량을키우기위해영국이나미국을비롯하여에스토니아, 핀란드, 인도, 이스라엘등세계각국은초중등학교에서 SW 교육을강화하고있으며, 우리나라도 2015 개정교육과정을통해초등학교 5~6학년부터 SW 교육을실시할계획이다. 그러나 SW 교육에필요한정보인프라가부족하고, 교육과정과교육방법이경직되어있어시대흐름을제대로반영하기어려우며, 소외계층을포함한전국의학생들이언제든지접속해서배울수있는 SW 교육플랫폼이부족하고, 관련교사의수와역량도부족하다. 이러한문제를보다근본적으로해결하기위해서는다음과같은노력이필요하다. 첫째, 정보과를초중등교육법시행령제43조 ( 교과 ) 에포함시키거나, 교육부장관이인정하는교과에포함시켜야한다. 현행초중등교육법시행령에따르면, 동법제23조제3항에근거하여초등학교및공민학교에서는국어, 도덕, 사회, 수학, 과학, 실과, 체육, 음악, 미술및외국어 ( 영어 ) 와교육부장관이필요하다고인정하는교과를가르치도록하고있다. 따라서정보과를신설하기위해서는초중등교육법시행령을개정하거나, 2000년대초반에제정된정보통신기술교육운영지침에의거하여만들어진 컴퓨터와생활 이라는교과처럼교육부장관이인정하는교과로지정하여운영할수있다. 둘째, SW 교육을강조하고있음에도불구하고실제적으로초중등학교에서이루어지고있는소프트웨어교육의시수는매우부족하다. 초등학 94 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
교 6년동안 17시간만으로소프트웨어교육을제대로한다는것은타국가사례를보더라도현실적으로불가능하다. 따라서 2020 교육과정수시개정을통해초등학교정보과신설과함께중고등학교와연계된새로운교육과정을개발해야한다. 이를위해한국정보교육학회와한국컴퓨터교육학회, 한국정보학회등 SW 교육과관련된학회나단체등이연계하여초중등교육뿐만아니라대학까지아우를수있는 정보과교육과정 개발이시급하다. 셋째, 교원양성단계에서부터체계적인 SW 교육과연수가필요하다. 초등교원을양성하는일부교육대학교에서 SW 교육과관련된전공을아예개설하지않는경우가있고, SW 교육과관련된내용이초등교원임용고시에출제된적이없어예비교원의 SW 교육역량과관심이현저하게낮다. 교육의질은교사의질을넘어설수없다. 초등 SW 교육은그동안시행된적이없어많은교사들이 SW 교육에대해두려움을갖고있으므로교사연수를확대하고, 저변확대를위해 SW 교사동아리및공동체활동을적극지원해야한다. 교육정보화와함께정보화교육에있어서도세계최상위권에속했던우리나라가최근에는관련지표에서낮은순위를차지하고있다. 4차산업혁명시대에살아갈학생들을위해학교는지금부터라도정보인프라를확충하고, 유연한교육과정운영과다양한교육방법을도입해야하며, SW 교육인력과플랫폼을확충하여 SW 교육기반이확고히다져질수있도록해야한다. 제 5 장 I 맺음말 95
참고문헌 강환수, 조진형, 김희천 (2017). 소셜코딩사이트를활용한소프트웨어교육사례연구, Journal of Digital Convergence, 15(5), 37-48. 고인석 (2016). 인공지능시대에살아남는법. 황해문화, 93, 251-263. 곽재곤, 정영식 (2015). 학습분석시스템에대한국외사례연구. 한국정보교육학회학술발표논문집, 18(1). 한국정보교육학회. 권대석 (2012). 클라우드와슈퍼컴퓨팅이이끄는미래, 빅데이터혁명. 21 세기북스. 권성호, 이준, 한승연, 구양미, 한인숙, 방선희, 박선아 (2012). 스마트교육의좋은수업성공요인분석연구. 한국교육학술정보원. 교육부 (2015a). 2015 소프트웨어교육운영지침. 교육부 (2015b). 초중등학교교육과정총론. 교육부고시제2015-74 호 [ 별책 1]. 교육부 (2016). 2030 인재강국실현을위한대한미국미래교육청사진 : 지능정보사회에대응한중장기교육정책의방향과전략 ( 시안 ). 2016. 12. 23. 보도자료. 교육부, 미래창조과학부 (2016). 지능정보사회의창의 융합형인재양성을위한소프트웨어교육활성화기본계획 ( 안 ). 교육부, 미래창조과학부, 한국과학창의재단 (2016). SW교육선도학교운영사례집 소프트웨어교육, 학교에가다. 국민일보 (2015). 스마트헬스케어시대, 키작고뚱뚱한아이맞춤형관리. 2015년 1월 15일자. on line : http://news.kmib.co.kr/ article/view.asp? arcid=0922918902. 96 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
김갑수 (2016). 2015 개정교육과정의소프트웨어교육에대한초등교사들의인식분석, 한국정보교육학회논문지, 20(1), 47-56. 김갑수, 박영기 (2017). 초등학생의인공지능교육을위한교수학습모델개발및적용. 정보교육학회논문지, 21(1), 137-147. 김민형, 김현주 (2015). 사물인터넷과초연결사회 : 개념적토대및기술인문학의가능성. 경제, 인문사회연구회, 27, 216-238. 김상윤 (2016). 4차산업혁명과소프트파워. Review 11월호, 8-19. 김정랑, 김용신, 한선관, 김수환, 계보경 (2014), 스마트교육 디지털교과서효과성검증도구개발, 정보교육학회논문지, 18(2), 357-370. 한국정보교육학회. 김정랑, 정영식, 임현정, 임정훈 (2016), 제3차디지털교과서활용및효과에대한종단연구. 교육부. 김철, 박남제, 성영훈, 신수범, 정영식 (2016). 정보과교육과정표준모델개발. 한국정보교육학회. 김현철 (2014). 해외국가의소프트웨어교육동향. 월간 SW 산업동향 9 월호. 소프트웨어정책연구소. 두산백과 (2017). 사물인터넷. on line : http://terms.naver.com/entry.nhn?docid =2028310&cid=40942&categoryId=32854. 류재홍, 문혜영, 최진호 (2012). 개인용클라우드 (Personal Cloud) 컴퓨팅의사용요인에관한탐색적연구. 한국경영정보학회학술대회논문집, 2012(1), 583-588. 한국경영정보학회. 박상찬 (2017). 제4차산업혁명과데이터과학. 한국콘텐츠학회지, 15(1), 21-28. 배경열 (2016). 제4차산업혁명시대의데이터기반의사결정체계. 한국콘텐츠학회지, 15(1), 29-34. 배영권 (2017). 해외소프트웨어교육정책동향분석, KERIS 이슈리포트. 참고문헌 97
배영임, 신혜리 (2016). 인공지능의명암. 이슈 & 진단, 260, 1-26. 경기연구원. 서연주 (2013). 클라우드컴퓨팅서비스현황과과제 : 국회도서관을중심으로, 한국의회학회보, 2(1), 92-111. 소프트웨어중심사회 (2017). 소프트웨어중심사회란? on line : http://www.software.kr/um/um08/um0801/um080101.do. 신승기, 배영권 (2015). 핀란드의코딩기반소프트웨어교육에대한고찰, 정보교육학회논문지, 19(1), 127-138. 엄주희, 박정기 (2015). 사물인터넷환경변화에따른상호작용성에관한사례연구. 한국과학예술포럼, 19, 471-487. 윤홍근 (2013). 문화산업에서빅데이터의활용방안에관한연구. 글로벌문화콘텐츠, 157-179. 이병엽, 임종태, 유재수 (2013). 빅데이터를이용한소셜미디어분석기법의활용. 한국콘텐츠학회논문지, 13(2), 211-219. 이상동 (2016). 4차산업혁명을준비하는스마트기술과표준화전략. 전기의세계, 65(10), 48-54. 이신, 허유경, 김혜미 (2016). 빅데이터를이용한교통계획 : 심야버스와사고줄이기. 서울시교통정책패키지. 이지연 (2013). STEAM 교육과 WISET: 21세기학습자의핵심역량과우리교육의과제. 물리학과첨단기술, 2013(4). 13-16. 이지연 (2017). 4차산업혁명을대비한청소년진로교육의방향. 한국진로교육학회 2017년춘계학술대회, 65-96. 이철현 (2014). 학습자의 21세기핵심역량증진을위한실과교과정보교육의방향탐색. 한국실과교육학회지, 27(1), 23-44. 임호 (2017). [4차산업혁명과사회적대응방향 ] 교육정책획기적전환과사회복지확충으로 4차산업혁명의사회경제적문제대응해야. 부산발전포럼, 164, 6-15. 98 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
위키백과 (2017). 산업혁명. on line : https://ko.wikipedia.org/wiki/ 산업 _ 혁명. 장윤종 (2016). 4차산업혁명과한국산업의과제. KIET 산업경제, 2016년 6월, 7-20. 전성태 (2014). 사물인터넷시장산업전망. 기술과경영, 4월호, 29-33. 한국사물인터넷협회. 전정훈 (2014). 사물인터넷의기술동향과전망에관한연구. 융합보안논문지, 14(7), 65-73. 한국융합보안학회. 정광훈, 강슬기, 구찬동, 김수영, 김한성, 서석민 (2017). 2016년도초 중등학교교육정보화실태조사 분석. 한국교육학술정보원. 정영식 (2015). 초등학생을위한알고리즘및프로그래밍교육과정모델개발. 정보교육학회논문지, 19(4), 459-466. 한국정보교육학회. 정영식 (2016). 2015 개정교육과정을대비한교육대학교의소프트웨어교육과정에대한수요분석. 정보교육학회논문지, 20(1), 83-92. 한국정보교육학회. 정영식, 서진화, 안형진, 안신영, 경규일 (2015). 소프트웨어교육활성화를위한엔트리교육과정개발방안연구. 전주교육대학교 엔트리교육연구소. 정영식, 신수범, 성영훈 (2016). 알고리즘과프로그래밍교육을위한정보과교육내용체계에대한적절성분석. 정보교육학회논문지, 20(6), 575-584. 한국정보교육학회. 정영식, 유정수, 임진숙, 손유경 (2015). 소프트웨어교육론. 씨마스. 정영식, 성영훈 (2017). 미래형디지털교과서구현방안연구. 한국교육학술정보원. 조선일보 (2017). 4차산업혁명과빅데이터는허구다. 2017년 7월 10일자기사. on line : http://news.chosun.com/site/data/html_dir /2017/07/ 09/2017070902042.html. 참고문헌 99
조영임 (2013). 빅데이터의이해와주요이슈들. 한국지역정보화학회지, 16(3), 43-65. 주일대사관선향과학관 (2014). 일본의초중등학교의 ICT 및 SW 교육현황. 지은희, 최무이, 예영선 (2017). 2017 소프트웨어산업전망. SPRi Issue Report, 2016-17. 소프트웨어정책연구소. 채진석 (2015). 사물인터넷의빛과그림자. 지식의지평, 18, 158-177. 대우재단. 천현득 (2017). 인공지능에서인공감정으로. 철학, 131, 217-243. 클라우스슈밥 (2016). 클라우스슈밥의제4차산업혁명, 송경진역. 메가스터디 ( 주 ). 한국일보 (2017). IP카메라해킹해몰카로, 사생활훔쳐본 50명적발. 2017년 9월 19일자. on line : http://www.hankookilbo.com/v/7881f84c3b93438 98982c32f9780a2fd. 한동숭 (2016). 4차산업혁명시대, 대학교육과콘텐츠. 인문콘텐츠, (42), 9-24. 한상준, 정남용 (2015). 실과교육에서의소프트웨어교육실효성제고를위한전략. 실과교육연구, 21(3), 115-130. 현대모비스 (2017). 자동차해킹, 당신을위협할수도있습니다. on line : http://hyundaimobis.tistory.com/453. Adi Bloom (2016). Computer coding classes for disadvantaged children could boost social mobility in digital careers. on line : https://www.tes.com/news/school-news/breaking-news/computer-co ding-classes-disadvantaged-children-could-boost-social. American Association for the Advancement of Science[AAAS]. (2007). Atlas of science literacy. Washington, DC: AAAS. 100 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
Brigitte P. (2016). School of Computer Science McGIl University, Computational Thinking: What is the science in computer science?, 3pg. http://www.cs.mcgill.ca/~bpientka/comp-thinking.pdf. Choi, K, Lee, H., Shin, N., Kim, S., & Krajcik, J.(2011). Re-conceptualization of scientific literacy in South Korea for the 21st Century. Journal of Research in Science Teaching, 48(6), 670-697. Cisco (2013). Embracing the Internet of Everything to Capture Your Share of $14.4trillion : More Relevant, Valuable Connections Will Improve. on line : https://www.cisco.com/c/dam/en_us/about/ac79/ docs/ innov/ioe_economy.pdf. CSTA (2016). K12 Computer SCience Framework. CSTeachers.org. Daily COOL (2012). The Cybertecture Mirror. on line : http://dailycool.net/2012/04/04/the-cybertecture-mirror. Deepesh Poozhikkuth (2014). Lechal vibrating smart shoes, will help you navigate. on line: http://gogotecnic.blogspot.kr/2014/07/lechal-vibrating -smart-shoes-will-help.html. English Department for Education(2013). Computing programmes of study for Key Stages 1-4. Github (2017). How developers work. on line : https://github.com/features. Gwang Lee et al. (2009). Redesigning Elementary and Secondary School Curriculum for Developing Future Korean core Competence. Research Report RRC 2009-10-1. Korea Insititute for Curriculum and Evaluation. HellmuthBroda (2012). Smart Pill Phones Home From the Stomach to Remind You to Take Your Medicine. on line : https://hellmuthbroda.com/2012/03/20/smart-pill-phones-home-from -the-stomach-to-remind-you-to-take-your-medicine. 참고문헌 101
ISTE (2016). Redefining learning in a technology-driven world : A report to support adoption of the ISTE Standards for Students. ISTE Standards. on line : https://www.iste.org/docs/standards-resources/ iste-standards_students -2016_research-validity-report_final.pdf?sfvrsn=0.0680021527232122 Jeannette M. Wing (2011). Computational Thinking, 5. https://csta.acm.org/curriculum/sub/currfiles/wingctprez.pdf. Jeremy Rifkin (2016). The 2016 World Economic Forum Misfires With Its Fourth Industrial Revolution Theme, The World Post, 2016.1.14. http://www.huffingtonpost.com. Juhani M., and Linda L. (2014). KOODI 2016. Ensiapua ohjelmoinnin opettamiseen peruskoulussa. on line : https://s3-eu-west-1.amazonaws.com/koodi2016/koodi2016_lr.pdf. Luca Trevisan (2010). Computational Complexity. http://cs.stanford.edu/people/trevisan/cs254-10/lecture02.pdf. Stanford University. OECD (2015). Students, Computers and Learning. MAKING THE CONNECTION. Programme for International Student Assessment. on line : http://www.oecd-ilibrary.org/docserver/ download/9815021e.pdf. Paul M. and Fumio K. (1994). A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays. IeICE TTRANS. & SYST., E77-D, NO, 12. Partnership for 21st Century Skills (2016). 4C's Poster. on line : http://www.p21.org/storage/documents/4csposter.pdf. Partnership for 21st Century Skills (2017). Framework for 21 st Century Learning. on line : http://www.p21.org/component/ content/article/2224. Quick Start Computing (2016). Computational thinking, 1. http://primary.quickstartcomputing.org/resources/pdf/comp_thinking.pdf. 102 4 차산업혁명시대의 SW 교육방안
Sridhar I., Farida K., Sahana M.,Vijayalakshmi C., Malathy B., & Usha V. (2013). CMC: A Model Computer Science Curriculum for K-12 Schools. on line : http://www.it.iitb.ac.in/~sri/papers/ CMC-curriculum-03June2013.pdf. Surowiecki, J. (2004). The wisdom of crowds: Why the many are smarter than the few and how collective wisdom shapes business. Economies, Societies and Nations. The Peak Performance Center(2017). Critical Thinking. on line : http://thepeakperformancecenter.com/educational-learning/thinking/ critical-thinking. The Education Newspaper (2016). 全小学校でプログラミング教育千葉県柏市が 29 年度から. on line : https://www.kyobun.co.jp/news/ 20160804_08. Tim Bell, Lan H. (2015). CS Unplugged. An enrichment and extension programme for primary-aged students. http://csunplugged.org/books. TWCN (2017). Microsoft s Project Torino helps visually impaired learn Coding the easy way. on line : http://news.thewindowsclub.com/microsofts-project-torino-helps-vis ually-impaired-learn-coding-easy-way-88798/ 참고문헌 103