우리가 워드프로세서를 만드는 개발자라고 생각해 보자. 공간을 만들 수 있는 명령을 개발하려면, 어떤 버튼을 눌러야 할 것인지 폰트와 글자 크기에 따라 얼마만큼의 공간을 띄워야 하는지 등 다양한 고민을 해야 한다. 이 모든 과정이 간단하게는 연산, 더 나아가서는 함수, 알고리즘과 관련되어 있다.
초등부터 대학까지 이어지는 SW 창의 사고력 교육
2018년부터 중학교 선택 과목인 ‘정보’가 필수로 바뀌고, 중학생은 프로그래밍 개발과 알고리즘을 배우는데 34시간 이상을 보내게 된다. 최근 미래창조과학부(이하 미래부)에서는 초등학교부터 대학교까지 이어지는 소프트웨어(이하 SW) 교육의 체계를 정립했다. 그리고 SW 교육의 목표를 ‘창의적 아이디어를 SW로 구현하는 사고력 교육’이라 정의하였다.
인간의 지시로 장치를 움직이게 하는 SW 교육
SW 분야는 유지·보수, 보안, 데이터 분석 등 다양하다. 이 중 미래부가 계획한 SW 교육은 소프트웨어 개발자 과정이 중심이다. 즉, 개발하고자 하는 SW의 목적에 맞게 컴퓨터와 로봇이 인간의 명령에 따라 작동하도록 지시하는 과정을 배우는 것이다.
그렇다면 실내 온·습도 조절 장치를 가상으로 만들어 보며 SW 개발 과정을 하나하나 살펴보자.
-문제 해결력이 있어야 하는 SW 개발 첫 단계
SW 개발의 첫 단계는 계획 수립이다. 온도와 습도를 조절하는 장치를 만들기 위해 다음과 같은 상황을 고려하며 문제를 해결해 나가야 한다. 먼저 사용자가 원하는 온도와 습도 기준을 찾아야 하고, 온도와 습도를 측정하는 센서가 있어 꾸준히 값을 전달해야 한다. 센서의 측정값과 기준값이 다를 경우 온도는 난방기에 전달되고, 습도는 습도 조절 기계에 전달되어 기준값에 도달할 때까지 작동해야 한다.
이는 마치 R&E 활동을 설계하는 과정과 같다. 문제를 해결하기 위해 어떻게 계획하고 설계할 것인가? 변화되어야 하는 값은 무엇이고, 측정은 어떻게 할 것인가? 이처럼 과학적 사고를 기반으로 한 문제 해결력이 SW 개발 첫 단계에서 필요한 핵심 역량이다.
-수학, 과학 지식을 기반으로 창의적 아이디어를 찾는 SW 개발의 두 번째 단계
계획 단계에서 설계하였다면, 시뮬레이션 단계에서는 현재 가지고 있는 지식과 기술이 그것을 현실화할 수 있는지 확인해야 한다.
온·습도 조절 장치를 만들려면 온도와 습도에 대한 기본 지식부터 빛·온도·습도의 관계, 센서, 다이오드 등에 대한 이론과 화학·물리학 이론을 알아야 한다. 또한 온도 변화에 따른 적정 습도를 계산할 줄 알아야 한다.
수학, 과학 지식 자체가 SW 개발의 기초가 되는 것이다. 이를 위하여 지난 2009 개정 교육과정에는 물리 교과에 센서, 다이오드에 관한 이론이 추가되었으며, 이번 2015년 개정 교육과정에서는 실생활 맥락의 통계 교육을 강화하고, 데이터 간 상관관계를 알 수 있는 산점도와 상관계수 부분을 추가하였다. 즉, SW 개발을 위해선 수학·과학적 지식을 기반으로 창의적 아이디어를 도출할 수 있어야 한다.
-수학적 사고력이 필요한 SW 코딩 단계
SW 개발의 마지막 단계는 코딩이다. 우리가 계획하고 시뮬레이션한 일련의 내용을 컴퓨터가 알아들을 수 있도록 세분화하고, 그에 맞는 컴퓨터 언어로 정리해야 한다. 컴퓨터의 기본적인 개념과 원리를 배우고, 이것을 기반으로 문제를 효율적으로 해결하는 방법을 고민해야 한다. 이러한 과정은 다방면의 관점으로 문제에 접근하여 해결책을 찾는 사고력 수학의 학습 방법과 같다. 빌 게이츠 마이크로소프트 창업자는 “컴퓨터 프로그래밍은 사고의 범위를 넓혀 분야에 상관없이 모든 문제에 대해 새로운 해결책을 제시할 힘을 길러 준다”고 말했다. 또한 SW 전문가들은 코딩을 ‘컴퓨팅 사고력’이라 표현하기도 한다. 초·중등 SW 교육과정에서 코딩을 학습하고, ‘스크래치’ 같은 활용이 쉬운 SW 개발 프로그램을 배우며 수학적 사고력과 컴퓨팅 사고력의 시너지 학습을 기대할 수 있다.
지금까지 온·습도 조절 장치 개발 과정을 살펴보면서 SW 교육이 수학, 과학과 뗄 수 없음을 알게 되었다. SW 개발 교육은 문제 해결력을 통한 설계, 수학 과학 지식을 바탕으로 한 시뮬레이션을 거쳐 컴퓨터에 입력하는 코딩 과정으로 사고력을 신장하는 교육이라고 요약되는 것이다. 예를 들어 2016년 1월에 열리는 와이즈만 SW 창의캠프의 경우, SW를 바탕으로 정교성을 요구하는 골드버그 장치(창의적 아이디어를 통하여 물체의 연쇄반응을 일으키는 장치)를 구현하는 체험을 한다. 이 과정에서 SW 원리와 함께 물체의 무게, 경사, 속도의 관계 등 수학·과학적 지식이 동반되며 사고력을 신장할 수 있다.
프레젠테이션이라 하면 화이트보드나 칠판 앞에서 강의하듯 발표를 하는 것이 대부분이다. 하지만 미래의 프레젠테이션은 어떨까? 설득력을 높이기 위해 다양한 SW로 현장에서 발표 내용을 증명하고, 사람들의 반응을 즉각 취합할 수도 있을 것이다.
SW에 대한 이해와 더불어 수학·과학적 역량을 기본으로 갖추고 있어야 앞으로 광범위하게 활용될 SW 개발 교육과정을 능동적으로 학습할 수 있다.
