[논문 리뷰] A Systematic Review of Computational Thinking in Early Ages

Edelberto Franco Silva, Bruno José Dembogurski외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 19.

Teaching and Learning Programming참고 문헌 12인용 수 5

한 줄 요약

이 체계적 리뷰는 2–5세 어린이를 대상으로 한 계산적 사고(CT) 도구와 수업 전략을 식별하고 분류한다. 주로 프로그래밍(예: ScratchJr), 로봇(예: KIBO), 그리고 놀이 기반 학습 도구를 중심으로 하며, 2010년 이후 연구가 급격히 증가하고 있음을 확인한다. 수업은 실습 중심, 신체적 접촉 중심, 놀이 기반 접근에 초점을 맞추고 있으며, 장기적이고 성별을 고려한 평가가 더 필요하여 초기 CT 교육의 영향력을 강화할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Nowadays, technology has become dominant in the daily lives of most people around the world. From children to older people, technology is present, helping in the most diverse daily tasks and allowing accessibility. However, many times these people are just end-users, without any incentive to the development of computational thinking (CT). With advances in technologies, the abstraction of coding, programming languages, and the hardware resources involved will become a reality. However, while we have not progressed to this stage, it is necessary to encourage the development of CT teaching from an early age. This work will present state of the art concerning teaching initiatives and tools on programming (e.g., ScratchJr), robotics (e.g., KIBO), and other playful tools (e.g., Happy Maps) for the development of CT in the early ages, specifically filling the gap of CT at the kindergarten level. This survey presents a systematic review of the literature, emphasizing computational and robotic tools used in preschool classes to develop the CT. The systematic review evaluated more than 60 papers from 2010 to December 2020, electing 31 papers and adding three papers from the qualitative stage. The paper's amount was classified in taxonomy to show CT's principal tools and initiates applied to children early. To conclude this survey, an extensive discussion about the terms and authors related to this research area is present.

연구 동기 및 목표

• 2–5세 유아 교육에서 계산적 사고(CT)를 촉진하는 수업 및 도구를 식별하고 분석하는 것.
• 유치원 및 조기 유아 교육 수준에서의 CT 발달에 대한 연구 격차를 메우는 것.
• 초기 CT 교육에서 가장 흔히 사용되는 도구와 교육과정 접근 방식을 분류하고 카테고라이즈하는 것.
• 유아를 대상으로 한 CT 연구의 방법론적 추세를 평가하는 것. 특히 사례 연구 및 검증 방법의 사용 여부를 포함.
• 초기 CT 교육 간 interventions의 장기적 영향을 확보하기 위해 더 넓고 포괄적이며 장기적인 평가를 촉진하는 것.

제안 방법

• 2010년에서 2020년 사이에 출판된 60篇 이상의 논문을 체계적으로 검토하여, 깊이 있는 분석을 위해 31篇을 선정하고, 질적 검증에서 유래한 3개의 논문을 추가로 포함.
• 도구의 유형에 따라 분류하기 위해 분류 체계를 적용: 프로그래밍, 로봇, 기타 놀이 또는 신체적 도구.
• 제목에서 가장 자주 등장하는 용어를 파악하기 위해 워드 클라우드 분석을 수행하여, '계산적 사고', '프로그래밍', '로봇' 등의 핵심 주제를 확인.
• 영향력 있는 연구자와 연구 클러스터를 식별하기 위해 저자 공동출현 분석을 수행하였으며, 특히 Marina Umaschi Bers의 기여가 두드러짐.
• 연도별, 출판 유형(학술지 대비 컨퍼런스) 및 연구 설계(예: 사례 연구, 설문 조사)에 따른 출판 추세 평가.
• 연구 특성에 대한 주제적 및 정량적 분석을 수행하여, 용어 빈도, 출판 추세, 방법론적 엄밀함을 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2–5세 어린이의 계산적 사고를 촉진하기 위해 개발된 도구와 전략는 무엇인가?
• RQ2 2010년에서 2020년 사이에 초기 계산적 사고 연구 추세는 어떻게 변화해 왔는가?
• RQ3 유아기 계산적 사고 교육에서 가장 흔히 사용되는 도구 유형은 프로그래밍, 로봇, 놀이/신체적 도구 중 어느 것인가?
• RQ4 이 분야의 연구에서 방법론적 품질은 어떠한가? 특히 검증 및 실증적 테스트의 수준은 어떻게 되는가?
• RQ5 핵심 연구자들과 기관들은 초기 계산적 사고 교육의 발전에 어떻게 기여하고 있는가?

주요 결과

• 분석된 논문의 44%에서 '계산적 사고'라는 용어가 등장하였으며, '계산적'과 '사고' 각각이 제목에서 15회씩 나타났다.
• 2016년에서 2020년 사이에 초기 CT 관련 논문 수가 3배 이상 증가하여 연구 추세가 급격히 증가하고 있음을 확인.
• ScratchJr, KIBO, Happy Maps는 초기 유아기 CT를 촉진하기 위해 가장 자주 인용된 도구들 중에 속함.
• Marina Umaschi Bers는 논문 7편을 발표하여 이 분야의 핵심적 역할을 하고 있음을 보여줌.
• 비실험적 연구보다 사례 연구와 설문 조사가 두 배 이상 더 자주 사용되었으며, 검증 및 실제 적용 테스트에 대한 강한 중시를 시사.
• 논문의 상당수는 컨퍼런스가 아닌 학술지에 발표되었으며, 이는 이 분야에서 컨퍼런스 참여를 늘릴 필요가 있음을 시사.