컴퓨팅 사고력이란?(개념, 구성요소)

안녕하세요 에듀몬입니다. 2015 개정 교육과정에서 초등학교와 중학교에 정보화 교육이 의무화되면서 SW교육이 각광받고 있습니다. 이러한 소프트웨어 교육과 관련하여 학생들이 길러야 할 역량으로 컴퓨팅 사고력(Computational Thinking)이 주요한 개념입니다. 이번 시간에는 컴퓨팅 사고력의 개념과 구성요소에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. 국외 소프트웨어 교육과 컴퓨팅 사고력

 

  국외의 SW 교육은 컴퓨팅 사고력(Computational Thinking, 이하 CT) 향상을 목표로 하고 있습니다. 이 목표는 컴퓨터 과학(Computer Science)을 바탕으로 하며, 문제 해결 과정과 사고에 초점이 맞추어져 있다는 점에서 다른 학문과 구별됩니다.

  미국은 주별로 컴퓨터 과학 교육의 목표와 교육과정을 다르게 운영하고 있지만, 대학 진학을 위한 컴퓨터 과학의 지식과 역량을 융합(STEM)으로 서의 컴퓨터 과학으로 강조하고 있습니다. CSTA(2011)는 K-12 컴퓨터 과학의 교육과정을 3단계로 개발하였는데, K-6학년에서는 간단한 정보기술과 CT에 관한 기초적인 아이디어를 통합한 컴퓨터 과학의 기초 개념을 소개합니다. 이 과정으로부터 컴퓨팅이 학생들의 삶에 중요한 부분임을 알 수 있도록 하고, 마지막으로 능동적인 학습, 탐구, 창작 활동에 초점을 맞추며 다른 교과 내에 포함되는 내용을 담고 있습니다. Computational Thinking in K-12 Education(2011)은 전반적으로 통합적인 접근을 취하며 다른 교과와의 통합된 사례를 제시하고 있습니다.

  영국은 ‘Computing’ 교과를 정규교과에 포함시키고 K-12 과정에서 필수적으로 수업을 하도록 하였습니다. 영국의 교재를 보면 IT-생각하기(사고 토의 활 동), IT-계획하기(계획), IT-컴퓨팅하기(컴퓨팅 활동)로 되어 있습니다. 우리나라 초등에 맞는 단계의 교과 내용을 살펴보면 순차, 선택, 반복의 활용과 변수 입출력, 오류 검출과 수정, 사생활을 위한 기술의 활용 등으로 구성되어 있습니다. 영국의 교육과정에서는 CT를 컴퓨터로 작업하기 전에 이루어진 사고 과정이며 컴퓨터가 우리에게 문제를 해결할 수 있도록 돕는 방법을 생각하는 것을 찾는 과정이라고 설명합니다. CT로 문제를 해결하기 위해서는 문제를 해결하기 위한 단계를 생각한 후 컴퓨터로 하여금 문제를 해결하기 위한 기술을 사용하는 것이라고 설명하고 있습니다.

  CT의 경우에는 아직까지 객관화된 평가가 존재하지 않지만 Brennan과 Resnick(2012)은 CT 프레임워크를 개발하였습니다. 개념(Computational Concepts), 실습(Computational Practices), 관점(Computational Perspectives)으로 구분하여 제시하였는데 이는 MIT 대학 미디어랩에서 개발한 스크래치 환경을 중심으로 개발한 구성요소지만, 세계적으로 널리 활용되는 프로그램이기 때문에 살펴볼 필요가 있습니다.

 

<CT Framework of MIT(Brennan, Resnick, 2012)>

Category	Concepts
CT Concept	sequence, loops, parallelism, events, conditionals, operators, data
CT Practice	experimenting and iterating, testing and debugging, reusing and remixing, abstracting and modularizing
CT Perspective	expressing, connecting, questioning

  컴퓨팅 사고 개념(CT Concepts)은 절차, 반복, 병렬실행, 이벤트, 조건, 연산, 데이터가 있습니다. 컴퓨팅 사고 실습(CT Practices)은 실험하기와 반복하기, 테스팅과 디버깅, 재사용과 리믹싱, 추상화와 모듈화가 있습니다. 컴퓨팅 사고 관점(CT Perspectives)은 표현하기, 연결하기, 질문하기가 있습니다. 각각의 분류에서 볼 수 있듯이 컴퓨팅 사고 개념은 프로그래밍하면서 볼 수 있는 프로그램 요소적 측면을, 컴퓨팅 사고 실습은 컴퓨팅 사고의 도입과 프로그램 구성 및 개발 과정을 조망하기 위한 측면을, 컴퓨팅 사고 관점은 프로그램 개발 과정에서 협업하고 주위를 이해하는 과정을 확인하기 위한 것입니다.

 

 

2. 국내 소프트웨어 교육과 컴퓨팅 사고력

 

  교육부(2014)는 2015 개정 교육과정의 소프트웨어 교육 운영 지침에서 기존의 ICT 소양 및 활용 교육에서 확장하여 미래 사회를 살아가는데 필요한 컴퓨팅 사고력을 기반으로 문제 해결 역량을 기르는 것을 주요 방향으로 잡았습니다.

 

출처: 부산광역시 교육청

 

  컴퓨팅 사고력을 이전의 계산적 사고력과 비슷한 개념으로 보고 컴퓨팅 사고력을 다음 <표 Ⅱ-2>과 같이 정의하였습니다.

 

< 컴퓨팅 사고력의 정의와 구성 요소(교육부, 2015b) >

정의	▸ 컴퓨팅 사고력이란 컴퓨팅의 기본적인 개념과 원리를 기반으로 문제 를 효율적으로 해결할 수 있는 사고 능력이다.
구성요소	▸ 컴퓨팅 사고력은 다음과 같은 구성 요소로 이루어진다(ISTE & CSTA, 2011). - 문제를 컴퓨터로 해결할 수 있는 형태로 구조화하기 - 자료를 분석하고 논리적으로 조직하기 - 모델링이나 시뮬레이션 등의 추상화를 통해 자료를 표현하기 - 알고리즘적 사고를 통하여 해결 방법을 자동화하기 - 효율적인 해결 방법을 수행하고 검증하기 - 문제해결 과정을 다른 문제에 적용하고 일반화하기

  교육과정에서 제시하는 컴퓨팅 사고력의 구성요소는 국제교육공학협회 (International Society Technology in Education)와 컴퓨터과학교사협회 (Computer Science Teachers Association)의 조작적 정의를 따릅니다. ISTE & CSTA(2011)는 컴퓨팅 사고력을 통해 다음과 같은 태도를 신장시킨다고 하였습니다.

 

 

< 컴퓨팅 사고력을 통해 신장되는 태도 (ISTE & CSTA, 2011) >

▸ 복잡한 문제를 다루는 데 있어서의 자신감 ▸ 어려운 문제를 다루는 인내력 ▸ 모호성에 대한 허용 ▸ 답이 정해지지 않은 개방형 문제를 다룰 수 있는 능력 ▸ 공동의 목표나 해결책을 달성하기 위해서 다른 사람과 의사소통하고 일할 수 있는 능력

  이러한 사고를 신장시키는 컴퓨팅 사고력의 문제 해결 요소를 9가지로 구분하였습니다. ‘자료 수집’, ‘자료 분석’, ‘자료 표현’, ‘문제 분해’, ‘추상화’, ‘알고리즘과 절차’, ‘자동화’, ‘시뮬레이션’, ‘병렬화’로 나누며 각 요소는 특정 위계나 순서가 있는 것이 아니며 과정 중에 반드시 포함해야 하는 것도 아닙니다. 교육부(2014)에서는 이를 참고하여 문제 해결을 위한 컴퓨팅 사고 단계를 ‘자료수집’, ‘자료 분석’, ‘구조화’, ‘추상화(분해, 모델링, 알고리즘)’, ‘자동화(코딩, 시뮬레이션)’, ‘일반화’ 9단계로 제시했습니다. 이러한 문제 해결 요소는 Wing(2006), Barr & Stephenson(2011), Code.org(2014), Google(2015), 이철현(2016) 등 저자마다 다르게 나타나지만 큰 틀은 Wing 이 제시했던 추상화와 자동화로 이해할 수 있습니다.

 

 

※ 참고문헌: 전문가 시스템 중심의 인공지능 융합교육 프로그램 개발(이정진, 2020)