Earticle

본 연구에서는 퍼즐 기반 학습의 교육적 동향과 국내외 연구 사례를 살펴보고 컴퓨터과학의 핵심 개념을 학 습 내용으로 하는 퍼즐 기반 학습 내용을 개발하였다. 그리고 이 퍼즐 기반 학습 내용을 예비초등교사 31명을 대상으로 4개월간, 총 32차시를 적용한 뒤 TTCT 언어 검사와 도형 검사를 실시하여 창의성 변화를 측정하였 다. 그 결과 언어 창의성의 두 가지 하위 요인과 언어 창의성 지수 및 도형 창의성의 세 가지 하위 요인과 도형 창의성 지수가 유의미하게 증진되었다. 이에 본 논문에서는 검증된 효과를 바탕으로 새로운 컴퓨터과학 교육 형 태로서 퍼즐 기반 학습 내용을 제시하고자 한다.

In this study, we reviewed educational trend of Puzzle-Based Learning Contents and case studies at domestic and international, and have developed Puzzle-Based Learning Contents with the contents using fundamental concepts of computer science. Thirty one prospective elementary school teachers were applied to this contents, total thirty two sessions for four months, and Torrance Tests of Creative Thinking(TTCT) verbal and figural tests were performed to evaluate the changes in creativity. The result showed that there were significant improvements in two subscales of verbal creativity, verbal creativity index, and three subscales of figural creativity, figural creativity index. In this paper, on the basis of proven effectiveness, we introduce the Puzzle-Based Learning Contents as the alternative computer science education.

본 연구의 선행 연구에서는 1∼3차에 걸쳐 초등학생의 컴퓨팅 사고력 신장을 위한 퍼즐 기반 컴퓨터과학 교 육 프로그램을 개발하여 현장에 투입하며 교육 효과를 CT창의성과 CT인지력으로 나눠 검증하고 교육 프로그램 을 개선해왔다. 본 연구에서는 이러한 선행 연구 결과를 바탕으로 연령과 CT사고력 하위 요소를 매개 변수로 사용하여 계층적 베이지안 추론 모델링을 실시하였다. 그리고 그 결과를 바탕으로 중·고등학교에서 퍼즐 기반 컴퓨터과학 교육 프로그램의 효과를 예측하고 향후 투입할 중·고등학교의 퍼즐 기반 컴퓨터과학 교육 프로그램 의 주요 개선 항목과 개선 방향을 제안하였다.

The preceding study of this study developed puzzle-based computer science education programs to enhance the computational thinking of elementary school students over 1 to 3 times. The preceding study then applied such programs into the field, categorized the effects of education into CT creativity and CT cognitive ability to improve the education programs. Based on the results of these preceding studies, the hierarchical Bayesian inference modeling was performed using age and CT thinking ability as parameters. From the results, this study predicted the effectiveness of puzzle-based computer science education programs in middle and high schools and proposed major improvement areas and directions for puzzle-based computer science education programs that are to be deployed in the future throughout middle and high schools.

최근 즐거움과 학습 효과를 동시에 제공하는 교육용 기능성 게임이 많은 주목을 받고 있다. 그러나 대부분의 교육용 게임들을 유아나 아동들을 대상으로 하고 있고, 고등 교육에서 이러한 게임을 활용하는 것은 여전히 어려운 실정이다. 반면, 본 논문은 대학생들에게 수리계획법을 가르치는데 활용할 수 있는 교육용 게임을 개발하고자 한다. 잘 알려져 있듯이, 대부분의 퍼즐 게임들은 연관된 최적화 문제로의 변형이 가능하며, 본 논문에서는 부분집합총합문제 기반 교육용 퍼즐 게임을 제안한다. 이 게임은 사용자가 퍼즐을 플레이하거나 이를 풀기 위한 수리계획모형을 작성할 수 있게 도와준다. 나아가, 사용자들은 모형 작성을 위한 적절한 안내를 제공받으며, 작성된 모형은 자동 생성된 데이터들에 의해 평가된다. 본 논문의 교육용 게임은 산업공학이나 경영과학 분야 대학생들에게 기본적인 수리계획모형을 가르치는데 특히 도움이 될 것으로 기대된다.

In recent, much attention has been paid to the educational serious games that provide both fun and learning effects. However, most educational games have been targeted at the infants and children, and it is still hard to use such games in higher education. On the contrary, this paper aims to develop an educational game for teaching mathematical programming to the undergraduates. It is well known that most puzzle games can be transformed into associated optimization problem and vice versa, and this paper proposes a simple educational game based on the subset sum problem. This game enables the users to play the puzzle and construct their own mathematical programming model for solving it. Moreover, the users are provided with appropriate instructions for modeling and their models are evaluated by using the data automatically generated. It is expected that the educational game in this paper will be helpful for teaching basic programming models to the students in industrial engineering or management science.

This study proposes the development of ‘Mandala 37’, a puzzle game based content that learns the principles of 37 Honored Ones within the Diamond World Mandala. The proposed game is a new type of learning content that combines the development process of 37 Honored Ones with the characteristics of the puzzle game. It aims to increase the understanding of Buddhist content by inducing learners' interest and increasing their concentration. Learners can learn and understand the principles of the emergence of 37 Honored Ones naturally through the rules of the game. This study introduces the implementation process of the proposed game and explains how learners perceive the principle of 37 Honored Ones within the Diamond World Mandala through the game.

본 연구의 목적은 21세기 학습자가 반드시 갖추어야 할 컴퓨팅 사고력 향상을 위하여 컴퓨팅 사고력의 핵심 요소인 추상화에 집중할 수 있는 퍼즐 기반 학습을 설계하고자 한 데 있다. 이를 위하여 컴퓨팅 개념과 원리를 포함하는 퍼즐 문항을 개발하고 컴퓨팅 사고력의 문제 해결 요소 9가지를 기반으로 퍼즐 해결에 접근할 수 있는 수업을 설계하였다. 또한 교수학습을 위한 전략으로 학습자에게 성취감을 부여하는 성공의 경험, 다양한 난이도를 가진 퍼즐 문항 구성, 정답대신 해결 과정에 집중하는 교사태도를 제시하였다. 퍼즐 기반 학습은 학습자의 컴퓨팅 사고력 향상을 통해 앞으로 직면할 다양하고 복잡한 문제를 효과적이고 효율적인 해결하도록 할 것이다.

21세기를 살아가는 현대인들에게 정보과학적 사고는 필수적으로 갖추어야 할 사고능력이다. 그러나 현행 정보교육과정 내에서 이러한 사고능력을 갖추기란 현실적으로 매우 어렵다. 이에 단편적이고 일률적인 프로그래밍 교육에서 벗어나 학습자의 정보과학적 사고능력을 신장시키고 컴퓨터 과학 원리를 쉽게 이해시키기 위하여 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 개발하였다. 그리고 개발된 프로그램의 효과를 검증하기 위해 제주도내 초등학교 3~6학년 학생 41명을 대상으로 35시간 동안 적용한 결과, 창의적 문제해결력과 정보과학적 문제해결력에 긍정적 변화를 가져오는 것을 확인하였다. 이에 본 논문에서는 교육프로그램의 설계와 그 효과를 검증하고 새로운 정보교육 형태로서 초등 퍼즐 기반 학습 프로그램을 제시하고자 한다.

Developing computational thinking ability is crucial for those living in the 21st century. However, the current computational education system cannot satisfy this need. Current computational education tends to be limited to the teaching of the use of application programs or the teaching of the programming language. This is why the primary puzzle-based learning program was developed. This program promotes the development of the learner's computational thinking ability and understanding of the principles of the computer science as opposed to the fragmented, uniform programing education. In order to prove the effectiveness of this newly developed program, a 35-hour study was conducted to 41 students from grade 3 to 6 classrooms in Jeju Province. It was proved that this program brings positive changes in creativie problem-solving ability and problem-solving abilities in computer science. This paper is to provide the ground for the development of an educational program and to prove the effectiveness of thereof, and finally introduce the Primary Puzzle-Based Learning Program as the alternative computational education.

본 연구에서는 퍼즐 기반 학습에서 이루어지는 초등정보영재의 컴퓨팅적 문제 해결 접근법을 분석함으로써 퍼즐 기반 학습의 체계적 개선을 위한 시사점을 도출하고자 하였다. 이를 위해, 제약조건, 최적화, 확률, 통계, 패턴인식, 전략의 6가지 유형별 교육용 퍼즐을 구성하고 초등정보영재를 대상으로 퍼즐 기반 학습을 수행하였다. 또한 각 퍼즐 유형에 따른 학습자의 문제 해결 접근법을 확인하기 위해 사전 사후검사 결과의 정답률 및 정답자와 오답자의 문제 해결 접근법을 비교 분석하였다. 연구 결과, 각 퍼즐 유형별 빈번한 오류 발생의 원인인 몇 가지 양식 오류와 다양한 직관들을 확인하였으며, 오답자들은 '백트래킹', '동적 프로그래밍', '추상화', '모델링', '문제 축소'와 같은 컴퓨팅적 전략을 적용하지 못함으로 인해 완전한 해법에 도달하지 못한다는 것을 확인하였다. 이러한 분석 결과를 토대로 퍼즐 문제 표현 방식의 개선, 인지적 피드백의 적시 제공, 퍼즐 기반 학습 지원을 위한 웹 기반 시스템 개발 등 퍼즐 기반 학습 개선 방안을 제안하였다.

The purpose of this study is to propose strategies of puzzle-based learning for Informatics gifted education through analyzing Informatics gifted elementary students' computational problem solving approaches in puzzle-based learning contexts. Six types of educational puzzles, which are constraints, optimization, probability, statistically speaking, pattern recognition, and strategy, were used in teaching 14 Informatics gifted students for 8 sessions. The results of pre and post test and each students' answers were analyzed to identify why students were not able to solve the puzzles. We also analysed what essential computational strategies are needed to solve each type of puzzles, and what students did not know in solving puzzle problems. We identified some problems caused by puzzle representation methods, and various students' intuitions that disturb puzzle solving. Also, we identified essential computational strategies to solve puzzles: backtracking, dynamic programming, abstraction, modeling, and reduction of big problem. However, students had difficulties in applying these strategies to solve their puzzle problems. We proposed the revised puzzle-based learning strategies, which is based on the improved problem representation, just-in-time cognitive feedbacks, and web-based learning system.

문제해결력은 21세기 학습자라면 누구나 갖추어야 할 핵심 역량이다. 특히 컴퓨팅 시스템이 실생활과 다양한 학문 분야의 문제 해결에 효율성을 보장하기 시작하면서 컴퓨터 과학의 개념과 원리를 바탕으로 문제 해결 과정을 설계하는 알고리즘 학습에 대한 관심이 증가하고 있다. 문제해결력 향상을 위해서는 알고리즘 설계 기법을 이해해야 하는 것 뿐 아니라 직면한 문제 해결에 적합한 알고리즘 설계 기법을 찾아 적용할 수 있어야 한다. 이러한 점에서 퍼즐은 문제해결력 향상에 매우 적합한 학습 도구라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 퍼즐 기반 알고리즘 학습을 설계하고 적용함으로써 학습자의 문제해결력 향상에 미치는 영향을 분석하였다. 연구 결과, 퍼즐 기반 알고리즘 학습은 학습자의 문제해결력 향상에 긍정적인 영향을 미친 것을 확인하였다. 이러한 결과는 퍼즐 기반 알고리즘 학습이 학습자로 하여금 알고리즘 설계 기법 이해 뿐 아니라 퍼즐 해결에 적합한 알고리즘 설계 기법을 적용하는 경험을 제공함으로써 학습자의 문제해결력을 향상시킨 것으로 해석할 수 있다.

Problem solving is essential skill for all students in the $21^{st}$ century. In particular, as the computing system ensures the effectiveness of problem solving in the various disciplines and real life, interest in learning algorithms to design a problem solving process is increasing. In order to improve problem solving skill, students should not only understand algorithm design skills but also apply appropriate skills to solve faced problem. In terms of these the puzzle can be considered a preferred learning tools to improve problem solving skill. Therefore, in this study we designed puzzled based algorithm learning and analyzed the impact of puzzle based algorithm learning on problem solving skills of leaners. As the results of research, we confirmed that the puzzled based algorithm learning took positive effect on enhancing problem solving skills of the learners.

The purpose of this study is to develop a Puzzle-Based Computer Science Instruction Model and Learning Program and to confirm the effects. To do so, we selected 2 classes with a similar level of pre-computational thinking in elementary schools in the Jeju Province. After that, from 2 classes, we designated the 5th grade students in 'D' elementary school as group A and designated students of the same grade in 'J' elementary school as group B. In a total of 28 sessions during an 18 week period, a Puzzle-Based Computer Science Learning Program was used with 31 students in group A, and the traditional computer science course was used with 25 students in group B. The results showed that there were significant improvements in computational thinking, which is computational cognition and its creativity, of the students in group A compared to students in group B. Also, this study proved that the Puzzle-Based program correlated with positive changes group A students' Science-Related Affective Domain. In this paper, on the basis of proven effectiveness, we introduce the Puzzle-Based Computer Science Instruction Model and Learning Program as an alternative to traditional, computer science education.

어휘학습에서 학습효과을 높이는 데에는 교수자의 일방적인 주입식 교육이 아니라 학습과정에 있어서 학습자들의 능동적인 참여와 흥미유발이 무엇보다도 중요하다. 이를 위해 어휘학습 코스웨어 제작 시 게임요소들을 도입하고 있지만 게임방식의 코스웨어를 설계하고 구현하는데 걸리는 시간과 노력은 교수자들에게 과중한 부담이 되어 실질적으로 활용되고 있지 못하고 있다. 본 연구에서는 학습자들의 능동적인 참여와 흥미를 유발시킬 수 있는 어휘학습 코스웨어를 제작하는데 게임요소를 도입하는 방안에 대하여 연구하고 이를 토대로 크로스워드 퍼즐게임 기반의 어휘학습 코스웨어 저작 도구를 설계하고 이를 구현을 하였다. 이 저작도구는 어휘학습 코스웨어 저작에 필요한 일반적인 기능들을 크로스워드 퍼즐게임 요소의 입력만으로 가능하게 하며, 교수자들이 크로스워드 퍼즐게임형 코스웨어를 보다 쉽고 빠르게 제작할 수 있고 효율적으로 수준별 어휘학습 코스웨어를 제작할 수 있다.

To enhance the effect of learning in vocabulary learning, it is important first of all for learner to take active learning and be interested in learning, not cramming education. Due to this background, the instructor sometimes takes advantage of the game concepts in producing the courseware for vocabulary learning. But because of overwhelming overload in making the game-based courseware, it have been not made practical application to vocabulary learning. In this research, we study on the strategy for making practical application of the game concept to producing the courseware for vocabulary learning. And, based on the strategy, we design and implement the authoring tool of courseware for vocabulary learning based on crossword puzzle game. This tool enables instructor to produce the courseware based on crossword puzzle game easily and quickly and to make efficiently the courseware for vocabulary learning with level.