[논문 리뷰] The Art of Software Design, a Video Game for Learning Software Design Principles

Dave R. Stikkolorum, Michel R. V. Chaudron외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 20.

Educational Games and Gamification참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 소프트웨어 설계 원칙—결합도, 응집도, 정보 은폐, 모듈성 등—을 상호작용적인 게임 플레이를 통해 가르치는 퍼즐 기반 비디오 게임 '소프트웨어 디자인의 예술'을 제시한다. UML 기반의 시각화와 제어 및 데이터 흐름에 대한 실시간 피드백을 통해 복잡도가 점차 증가하는 설계 퍼즐을 해결하는 방식으로, 사용자 테스트를 통한 초기 학습 증거와 소프트웨어 설계 용어에 대한 무의식적 수용을 보여준다.

ABSTRACT

This paper introduces our gamification of a part of our software design curriculum. Based on typical design principles a motivating learning game is developed to train students in software design. We use Bloom's taxonomy to determine learning objectives. We keep the player engaged with direct feedback in a challenging level based game with increasing complexity. Players can evaluate their design actions with the help of the visualisation of control and data flows. The main learning objective: applying design principles, fits the game's main activity. This supports the learning by doing approach of lecturers. A user test indicates possible learning effects and a playable game.

연구 동기 및 목표

• 추상적인 소프트웨어 설계 원칙을 배우는 데 동기를 부여하기 위해 유혹적이고 상호작용적인 매체를 활용하는 데에 도전한다.
• 핵심 설계 원칙을 게임 메커니즘에 통합함으로써 '하는 데서 배우기'의 접근 방식을 지원하는 게임을 개발한다.
• 사용자 테스트를 통해 게임이 개념적 이해와 소프트웨어 설계 용어에 대한 무의식적 숙달을 어떻게 촉진하는지 평가한다.
• 특히 모듈성, 응집도, 결합도, 정보 은폐에 중점을 두고 게임 기반 학습이 소프트웨어 설계 교육에 가능할지 탐색한다.

제안 방법

• 게임은 클래스, 속성, 메서드를 나타내기 위해 간소화된 UML 하위집합을 사용하는 퍼즐 기반 비디오 게임으로 설계되었다.
• 플레이어는 설계 선택에 대한 직접적인 시각적 및 청각적 피드백을 받으며, 제어 및 데이터 흐름의 실시간 시각화도 가능하다.
• 학습 목표는 블룸의 분류학과에 기반하여 핵심 소프트웨어 설계 원칙—결합도, 응집도, 정보 은폐, 모듈성—과 일치시켰다.
• 평균 결합도 및 키워드 기반 응집도 분석과 같은 메트릭을 사용해 설계 품질을 평가하는 스코어링 메커니즘이 도입되었다.
• 빠른 프로토타이핑과 상호작용적 게임플레이를 가능하게 하기 위해 Gamemaker 8.1 Standard를 사용해 게임을 구현했다.
• 플레이어의 사고 방식, 의사결정 과정 및 참여도를 관찰하기 위해 '생각을 말하는' 방법을 사용해 사용자 테스트를 실시했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 게임이 상호작용적인 퍼즐 해결을 통해 핵심 소프트웨어 설계 원칙을 얼마나 잘 지원하는가?
• RQ2 플레이어의 상호작용과 게임 플레이 중 언어적 표현이 개념적 학습과 소프트웨어 설계 용어에 대한 무의식적 수용을 어떻게 반영하는가?
• RQ3 제어 및 데이터 흐름에 대한 실시간 피드백이 플레이어의 설계 품질 이해를 향상시키는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 과제의 복잡도를 점차 증가시키는 동안 게임이 플레이어의 참여를 얼마나 잘 유지하는가?
• RQ5 게임의 스코어링 메트릭이 타당한 소프트웨어 설계 관행을 얼마나 정확히 반영하는가?

주요 결과

• 플레이어는 게임 플레이 도중 '상자와 선' 같은 비공식적 용어에서 '클래스, 메서드, 연관관계'와 같은 공식적인 소프트웨어 설계 용어로 전환함으로써 무의식적 학습을 보였다.
• 사용자 선택의 자유를 통해 어려운 퍼즐을 건너뛰고 다시 돌아올 수 있도록 허용함으로써 게임은 플레이어의 참여를 성공적으로 유지했다.
• 사용자 테스트 결과, 명확하고 체계적인 지침(소개, 설명, 지sign문단)이 두꺼운 또는 모호한 텍스트보다 더 효과적인 것으로 나타났다.
• 일부 퍼즐은 너무 단순하다고 평가되어 향후 버전에서 더 나은 난이도 진행 전략이 필요하다는 점이 드러났다.
• 제어 및 데이터 흐름에 대한 시각적 피드백은 플레이어가 설계 결정을 평가하고 해법을 정보 기반으로 수정하는 데 도움이 되었다.
• 초기 결과로는 학습 효과가 나타나는 것으로 보이나, 학습 결과를 확인하기 위해 통제된 케이스 스터디가 추가로 필요하다.