메타버스 기반 SW 교수-학습 모델 연구

Abstract

최근 ‘메타버스(metaverse)’라는 용어가 재조명받으며 많은 사람의 관심을 받고 있다. ‘메타버스’는 1992년 처음 등장한 용어로 가상을 의미하는 ‘메타(meta)’와 우주를 뜻하는 ‘유니버스(universe)’를 합성한 신조어이다. COVID-19로 인하여 온라인을 통한 외부와의 연결을 뜻하는 ‘온택트(On-tact)’ 사회가 등장하며 많은 활동이 오프라인에서 온라인으로 전환되었다. 이러한 온택트 사회가 발달하면서 다양한 메타버스 플랫폼이 등장하며 생활, 교육 등의 분야를 중심으로 메타버스에 관한 관심과 활용이 높아지고 있다. 특히 ‘새로운 사회적 소통의 공간’, ‘창작과 공유를 가능하게 하는 높은 자유도’, ‘가상 환경에서의 새로운 경험 제공 및 높은 몰입도‘ 라는 세 가지 특징을 보여줌으로써 교육에서 활용이 커지고 있다. 4차 산업혁명에서 요구되는 창의ㆍ융합형 인재를 양성하기 위해 SW 교육이 필요하다. 이에 따라 2015 개정 교육과정에서는 정보ㆍ컴퓨터 과목을 필수화하였으며, 인공지능 국가전략에서는 초ㆍ중ㆍ고 학생의 컴퓨팅 사고력 강화를 위하여 SWㆍAI 학습 기회를 대폭 확대한다고 밝히며 SW 교육의 중요성을 강조하였다. 그러나 SW 교육을 위한 적절한 교수-학습 방법을 개발하고 적용하기에는 어려움이 따르며 이에 관한 교육 프로그램도 충분치 않은 실정이다. 또한, SW 교육을 통하여 학습되어야 할 추상화, 자동화의 관점을 벗어나 단순히 지식을 전달하거나 프로그래밍 실습을 하는데 교육이 그치는 경우도 많다. 본 연구는 메타버스 기반의 SW 교수-학습 모델 및 프로그램을 개발하고 적용하여 교육적 효과를 검증하는 것이다. 이를 위한 연구 개발 과정은 다음과 같다. 첫째, 기존 연구 사례를 분석하여 메타버스 플랫폼을 활용하기 위한 교수-학습 모델을 개발하였다. 교수-학습 모델은 각각 추상화 및 알고리즘을 학습하기 위한 소통 중심 모델(C-UMC)과 프로그래밍 실습을 하기 위한 공유 중심 모델(S-DMM)로 메타버스의 특징 중 소통(Communication)과 공유(Sharing)를 중심으로 SW 교육의 학습 효과를 높이고자 하였다. 둘째, 개발한 교수-학습 모델을 전문가 집단을 통한 델파이 조사를 통해 타당성이 있음을 보였다. 델파이 조사는 총 2회를 진행하였으며 전문가의 의견을 반영하여 수정 및 보완 절차를 거쳐 본 연구에서 제안하는 교수-학습 모델을 정리하였다. 셋째, 메타버스 기반 SW 교육 프로그램을 학교 현장에서 적용하고 분석하였다. 프로그램 참여 대상은 고등학생 26명으로 총 6시간(2시간 × 3 차시)을 진행하였다. 학습자의 변화를 측정하기 위하여 SW 기초 교육 효과성 측정 도구를 사용하였으며 사전, 사후 조사를 진행하여 대응표본 t-검정을 시행하였다. 효과 분석 결과 ‘SW 인식’, ‘SW 태도’, ‘메타버스 인식’에서는 유의미한 결과가 적은 것에 비해 컴퓨팅 사고를 측정하기 위한 ‘분해’, ‘패턴 인식’, ‘추상화’, ‘알고리즘’에서 통계적으로 유의미한 결과를 확인하였다. 본 논문에서는 메타버스 기반 SW 교수-학습 모델 및 프로그램을 개발하고 효과를 입증하였다. 본 연구의 결과로 도출된 교수-학습 모델이 SW 교육에 적용된다면, SW 교육 프로그램의 학습 효과를 높이며 SW 교육의 핵심 학습 요소인 컴퓨팅 사고력을 향상을 가져올 것으로 기대한다.| Recently, a term ‘metaverse’ has been re-emerged and the attention is growing. The term, which first appeared in 1992, is a new word that combines two words of ‘meta' meaning virtual and 'universe' meaning universe. Due to COVID-19, an ‘on-tact’ society, which means connection to the outside world through online, has emerged, and many activities have been switched from offline to online. As such an on-tact society develops, various metaverse platforms appear, and interest of metaverse is increasing, centered on fields such as living and education. In particular, its use in education is growing by revealing three characteristics: ‘a space for new social communication’, ‘high degree of freedom that enables creating and sharing’, and ‘providing new experiences and high level immersion in a virtual environment’. SW education is necessary to cultivate creative and convergent talents that students should have in the era of the 4th Industrial Revolution. Accordingly, information and computer course were made compulsory, beginning from the 2015 revised curriculum, and the National Strategy for Artificial Intelligence emphasized the importance of providing SW and AI learning opportunities to strengthen elementary, middle, and high school students' computational thinking skills. However, it is difficult to develop and apply appropriate teaching-learning methods for SW education, and there are not enough educational programs yet. In addition, education is often limited to simply delivering knowledge or learning merely programming skills without focusing on abstraction and automation that should be learned through SW education. This study aims to verify educational effects by developing and applying a metaverse-based SW teaching-learning model and program. The overall research and development process is as follows. First, a teaching-learning model was developed to utilize the metaverse platform through the analysis of the existing research cases. The teaching-learning model is composed of both communication-oriented model (C-UMC) for learning abstraction and algorithms, and sharing-oriented model (S-DMM) for programming skills. It is intended to enhance the learning effect of SW education, focusing on communication and sharing among the characteristics that metaverse can provide effectively. Second, the derived teaching-learning model was revealed to be valid by Delphi survey through a group of experts. Delphi survey was conducted two times, and the teaching-learning model proposed in this study was fine-tuned by collecting expert opinions. Third, based on the derived teaching-learning model, a metaverse-based SW education program was applied and analyzed in a secondary school. The 26 high school students participated in the program for a total of 6 hours (2 hours × 3 sessions). In order to measure the change of learners, a SW basic education effectiveness measurement tool was used, and a t-test for response samples was performed through a pre- and post-investigation. As a result of the effect analysis, statistically significant results were obtained in 'decomposition', 'pattern recognition', 'abstraction', and 'algorithm' related to the measurement of computational thinking, compared to less significant results in 'SW recognition', 'SW attitude', and 'metaverse recognition'. The implications of this study are as follows. First, in order to increase learners' interest and immersion, it is necessary to develop a metaverse-based SW teaching-learning model and a model-based education program. Second, the proposed metaverse-based SW education programs have a significant effect on improving computational thinking. In this paper, I developed and demonstrated the effectiveness of metaverse-based SW teaching-learning models and programs. If the teaching-learning model derived as a result of this study is applied to SW education, it is expected to increase the learning effect of the SW education and to improve computational thinking that is a key learning element of SW education.