[G-DEAL] 피클③ 문제해결의 도구, 피지컬 컴퓨팅

더에듀 | 경상디지털교육자연합(G-DEAL)이 디지털 전환교육의 활성화를 통한 지역사회 교육경쟁력의 제고라는 공동의 목표를 가진 교육자들 간의 연합체로 지난 7월 창립했다. G-DEAL은 어떤 교육적 가치를 추구할까. 또 디지털 전환 교육 시대를 맞아 고민하는 올바른 방향성은 무엇일까. <더에듀>는 미래사회를 슬기롭고 분별력 있게 살아가는 데 디지털이 여러 도구 중 하나가 될 수 있다고 생각하는 G-DEAL 회원들의 이야기를 전한다.

인류는 문제를 해결하며 발전해 왔다. 무더웠던 지난 여름을 우리는 에어컨이라는 도구 덕분에 더위를 피할 수 있었다. 에어컨은 1902년 7월경 윌리스 캐리어가 인쇄소의 습도 문제를 해결하기 위해 개발한 도구이다. 인류는 효율성과 편리함을 위해 발전해 왔고, 끊임없이 문제를 해결하며 발전해 나가고 있다.

2022 개정 교육과정에서는 미래 사회를 살아갈 학생들이 주도적으로 삶을 이끌어가는 능력, 즉 미래 사회의 불확실성에 능동적으로 대응할 수 있는 능력을 목표로 설정한다. 이렇듯 학생들에게 오늘날 가장 빈번하게 사용하는 디지털 기술을 이해하고 문제 해결에 응용하는 능력이 요구된다.

이러한 관점에서 피지컬 컴퓨팅은 학생들이 직접 디지털 기술을 다루고 문제를 해결하는 경험을 제공하여 그들의 컴퓨팅 사고력을 향상하게 된다.

피지컬 컴퓨팅이란 하드웨어와 소프트웨어를 결합하여 문제를 해결하는 방식으로, 학생들이 직접 로봇이나 전자 장치를 다루고 프로그래밍을 통해 작동시키는 경험을 제공한다. 이는 단순한 기기 조작을 넘어서, 학습자가 디지털 환경에서 문제를 인식하고 해결하는 능력을 기르는 데 초점을 맞춘다.

피지컬 컴퓨팅을 시작하기 위해 먼저 도구에 대한 이해가 필요하다. 도구를 사용하는 학생에 앞서 교사에게 도구에 대해 이해하는 과정이 요구된다. 학교별로 구비된 도구가 모두 다르기 때문에, 교사는 수업을 준비하기에 앞서 학교에 구비된 로봇의 구조를 이해하고 도구에 맞는 학습 자료를 개발하게 된다. 학교급별 피지컬 컴퓨팅 도구는 27일 연재하는 기사에서 확인할 수 있다.

학교에 구비된 로봇을 연구하는 모습과 연구를 바탕으로 자료를 제작하는 예.(사진=조아람 교사)

피지컬 컴퓨팅은 고차원적인 사고 능력을 요구한다. 문제를 인식하고, 해결 방법을 탐색한 후 프로그램을 만드는 과정에서 상상력, 사고력, 문제인식능력 등 창의적이면서 논리적인 사고 능력을 발휘하게 된다.

어린 시절 블록을 가지고 놀았던 기억이 있는가? 블록 놀이에 집중하는 동안, 학생들은 다양한 상상을 통해 블록의 구조를 구상하고 구현하게 된다. 피지컬 컴퓨팅은 입출력장치인 블록으로 장치를 만들고, 만들어 낸 장치를 처리장치로 움직이는 프로그래밍을 포함한 표현이라고 이해할 수 있다.

피지컬 컴퓨팅 교육은 문제 정의, 문제 분석, 구조화, 프로그래밍, 디버깅의 5단계로 나눌 수 있다.

첫째, 문제 정의 단계에서는 해결해야 할 문제를 명확히 하고, 그 문제를 어떻게 해결할지에 대한 방향을 설정한다.

둘째, 문제 분석 단계에서는 필요한 정보를 모으고, 그 자료를 바탕으로 문제 해결 방법을 논리적으로 계획한다.

셋째, 구조화 단계에서는 수집한 자료를 기반으로 알고리즘을 설계하고, 그 과정을 시각적으로 표현한다.

넷째, 프로그래밍 단계에서 학생들은 실제로 코드를 작성하여 문제 해결을 위한 절차를 컴퓨터가 이해할 수 있는 형태로 변환한다.

마지막으로, 디버깅 단계에서는 작성된 코드나 해결 방법에 오류가 있는지 확인하고 수정하는 작업을 거친다.

피지컬 컴퓨팅을 통해 학생들은 이론적 지식을 실제로 적용해 보는 기회를 얻게 된다. 단순히 교과서나 강의에서 배우는 지식을 넘어, 직접적인 실습을 통해 디지털 기술의 실제적인 사용법을 체험한다.

또한 이러한 체험은 학생들에게 단순히 결과물을 만들어내는 것을 넘어, 문제 해결 과정 자체에 대한 흥미를 불러일으킨다.

즉, 학생들은 피지컬 컴퓨팅을 통해 문제 해결 과정에서의 논리적 사고력, 창의적 사고력, 그리고 컴퓨팅 사고력을 기르게 되는 것이다.

특히 디버깅 단계에서 교사가 의도적으로 잘못된 문제를 제시하고 학생이 해결해 나가는 수업 방식은 이 사고력을 더욱 촉진한다.

제시된 문제를 이해하고 잘못된 부분을 찾는 과정에서 절차적 사고를 발휘하고 문제를 해결할 수 있다. 로봇에 대해 정확히 이해하고 프로그램의 의미를 파악하는 능력이 요구되어 고차원적으로 사고하게 된다.

본 저자는 디버깅 단계에 매력을 느껴 수업에 적용하고 연구했다.

로봇의 기능을 간단한 프로그램을 체험하며 익히고, 교수자가 의도적으로 오류를 만든 프로그램을 디버깅한다. 학습자는 프로그램을 디버깅하기 위해 알고리즘을 정확히 이해하고, 수정할 부분을 탐색하여 올바르게 수정하는 단계를 거치며 깊이 사고하고 문제를 해결하는 과정을 경험한다. 디버깅 단계는 오류를 수정하는 성공의 경험을 제공하고, 문제를 해결한다는 점에서 학습자의 동기를 유지하는 데에도 도움이 되었다.

이렇듯 피지컬 컴퓨팅의 또 다른 장점은 학생들의 내적 동기를 자극하는 데 있다. 학생들이 실제로 손으로 만지고 조립하는 과정에서 직접적인 성취감을 느끼게 되며, 이를 통해 디지털 기술에 대한 흥미를 더욱 키우게 된다.

예를 들어, 단순히 컴퓨터 화면에서 코드를 작성하는 것이 아니라, 작성한 코드가 로봇을 움직이게 만들 때 학생들은 그 결과에 대한 즉각적인 성공을 경험하게 된다.

또한, 학습자가 가지는 다양한 관심사를 반영하여 문제를 해결할 수 있어 학생들이 계속해서 학습에 몰입하고 자발적으로 참여할 수 있는 중요한 요소로 작용한다.

디지털 기술이 우리 일상에서 차지하는 비중은 날이 갈수록 커지고 있다. 이에 따라, 학생들이 디지털 리터러시를 갖추는 것은 필수적인 일이 되었다.

피지컬 컴퓨팅은 단순한 이론 교육을 넘어, 학생들이 직접 문제를 해결하고 디지털 도구를 활용하는 능력을 기를 수 있는 매우 효과적인 방법이다. 특히, 학생들의 내적 동기를 자극하여 학습에 대한 흥미를 높이고, 자발적인 학습 참여를 이끌어 낸다는 점에서 중요한 교육 도구로 자리 잡고 있다.

학생들이 단순히 소비자가 아니라, 디지털 기술을 활용하여 생산자가 될 수 있는 능력을 기르는 것이야말로 미래 사회에서 요구되는 중요한 역량이다. 피지컬 컴퓨팅을 통해 학생들이 이러한 역량을 기를 수 있다면, 그들은 디지털 시대에서 더욱 창의적이고 협력적인 문제 해결자가 될 수 있을 것이다.

디지털 리터러시는 더 이상 선택이 아닌 필수이다. 피지컬 컴퓨팅은 그 필수 역량을 자연스럽게 기를 수 있는 도구로, 학생들이 디지털 환경에서 정보를 찾고, 평가하며, 생산하고 공유하는 종합적인 역량을 키울 수 있게 한다.

로봇 경쟁의 시대 속에서 창의적으로 문제를 해결할 수 있는 인재를 만드는 데 피지컬 컴퓨팅이 큰 역할을 할 것으로 기대한다.

피클(PIKL)은 피지컬 컴퓨팅 커뮤니티는 피지컬 컴퓨팅 활동을 통해 G-DEAL 조직의 궁극적 목표인 디지털 교육 격차로 인한 지역 및 학교 간 학력 격차와 학습 결손을 최소화하고 양질의 디지털 교육 기회를 제공하여 경상 지역의 디지털 전환 교육 활성화에 대한 선구자로서의 역할을 다해 공교육의 교육력 제고를 통해 모든 학생들이 빠르게 변화하는 디지털 시대를 주도적으로 살아가는 것을 목적으로 구성된 커뮤니티이다.

피지컬 컴퓨팅이란 마이크로비트, 아두이노, 라즈베리파이 등의 다양한 피지컬 컴퓨팅 도구를 이용하여 컴퓨터가 단순히 화면 속에서 데이터를 처리하는 도구를 넘어 실제 세상과 상호작용할 수 있도록 만드는 매개체로 컴퓨터 언어를 사용해 다양한 모터, LED, 스피커 등의 센서와 액추에이터를 제어하는 기술이다. 이러한 피지컬 컴퓨팅 도구를 활용하여 학습자의 컴퓨팅 사고력을 신장할 수 있도록 다양한 수업 모델을 개발하고 피지컬 컴퓨팅 활동을 통해 2022 개정교육과정에서 강조하는 디지털 소양, 논리적 사고력, 지식정보처리 역량, 협업능력 등의 다양한 고등사고기능의 신장을 기대하는 대표 커뮤니티로 피지컬 컴퓨팅 관련 최신 정보와 노하우를 공유하는 단순한 정보 공유의 장을 넘어, 양질의 디지털 교육 제공을 위한 서로의 성장을 도모하고 협력하는 공동체이다.