데이터 리터러시 역량 강화를 위한 언플러그드 데이터 시각화 디자인교육 프로그램의 효과

Abstract

Due to the rapid increase of data with the development of information and communication technology, interest in data visualization that can effectively present insight into large amounts of data is increasing. However, educational and academic discussions related to this issue are lacking. Therefore, the purpose of this study is to develop an educational program and verify its effects so that data visualization design, which is evaluated as a very important competency in the future society, can be actively utilized as a universally valid literacy element. To this end, a theoretical basis was prepared through analyzing both domestic and overseas preceding researches, literature and educational cases related to data visualization design. From this review, seven stages of data visualization design were structured: picking subjects of data visualization, selecting data collection method and collection categories, mapping graphic variables, making metaphors and expressions with physical materials and data visualization through unplugged activities. Moreover, 10 graphic variables were extracted and used for developing the data visualization design education program: position, length, degrees·direction·inclination, thickness, area·size, color, brightness, saturation, shape and texture. The developed program was divided into a pilot study, and this study was carried out for a total of 14 months from July 2022 to August 2022 on 152 students (76 boys and 76 girls) at seven high schools. The study verified the effects of the program by conducting before and after surveys regarding the 'understanding' and 'value and attitude' for data visualization. The usage ratio of the output chart types was then evaluated. A qualitative review through expert assessment of the participating students’answers to open-ended questions and their data visualization outputs was also included. The developed unplugged data visualization design education program showed significant results in terms of 'understanding' and 'value and attitude' (p < 0.001). Especially in the understanding category that evaluates 'relations' visualization, the students showed a high level of understanding despite the low-frequency of using 'relations' visualization charts (p < 0.05). This indicates that data visualization design education can enhance the students’ability to understand data visualization and change their values and attitude towards it. The results of both before and after surveys showed that the female students scored higher in 'understanding' than the male students (p < 0.05). However, the 'value and attitude' category displayed no differences in gender. In terms of region, the students in Seoul demonstrated higher scores in 'understanding' from the prior survey only (p < 0.01). On the other hand, the later survey showed no differences. Next, the data visualization outputs showed the usage rate in the order of 'comparison (37.63%), position (23.66%), importance (19.35%), trend (15.06%), and relations (2.15%)' with the 'relations' chart demonstrating a very low usage rate. This shows the need for supplementary education for the less-used data visualization chart type. Summing up the evaluations of experts, 'creative outputs realized through metaphors, creative titles, outcomes requiring creativity, variety of works, and composition of various materials and creative subjects' were the positive effects of this program. Areas that needed improvement were identified as follows: 'many instances of traditional chart expressions, regrets over font expressions, and unclear expression of data value and its correlations.' The conclusions of this study are as follows. First, the developed unplugged data visualization education program was able to promote balanced advancement in not only in the cognitive 'understanding' of data visualization but also the affective 'value and attitude.' This validates the program’s value as an alternative option to supplement data visualization’s lopsidedness of data focused on 'understanding' and visualization concentrated on 'value and attitude.' Second, elaboration of the developed unplugged data visualization education program could be offered as an educational activity that anyone could easily access and was able to increase the students’interest and participation. In particular, the selection of chart types to suit the purpose and the mapping process of graphic variables through the unplugged activity has a media-like feature that allows students to actively experience data visualization as creators and recipients. Third, the developed unplugged data visualization design education program has a level of versatility that can be utilized at any school regardless of 'gender, region, or IT infrastructure environment.' As such, it has the potential to overcome the existing limitations of current data education that requires an environment equipped with digital media and long-term education, but can instead help spread data visualization as universal knowledge. With such results, this study discovered the need to develop hypothetical data visualization question scenarios that can stimulate the usage of underused data chart types and various physical materials that can flexibly express the proper modeling aspects and principles when mapping the selected chart as graphic variables. As the big data based technologies that can change society such as artificial intelligence and robotic engineering spread widely, education for enhancing data literacy capabilities is critical to nurture future talent. Data visualization design skill is crucial to effectively recognize data, but it can also be a starting point for creators to efficiently deliver their message. However, Korea’s data visualization education has kept a structure that requires high-cost graphic infrastructure environments and long-term professional training in data visualization design. Thus, similar to the program developed in this study, unplugged activities will be able to lower the barrier to using tools for data visualization outputs, and the data visualization education that selects chart types to suit a purpose and maps graphic variables have clear applicability in schools. It is hoped that the proposed approach in this study will serve as a universal program to advance data literacy capabilities that will play a critical role in future society. | 정보통신기술의 발전으로 인한 급격한 데이터의 증가로 방대한 양의 데이터를 효과적으로 제시하며 통찰력을 획득할 수 있는 데이터 시각화에 대한 관심이 증대하고 있다. 하지만 이와 관련된 교육적이고 학술적인 논의는 부족한 상황이다. 본 연구는 미래 사회에서 매우 중요한 역량으로 평가되고 있는 데이터 시각화 디자인을 보편타당한 리터러시 요소로서 적극 활용할 수 있도록 교육 프로그램을 개발하여 그 효과성을 검증하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 국·내외 데이터 시각화 디자인 관련 선행연구와 문헌 분석, 그리고 교육 사례 분석을 통해 이론적 근거를 마련하고, 데이터 시각화 디자인 단계를 ‘데이터 시각화 주제 선정, 데이터 수집 방법과 수집 항목 선택, 데이터 수집과 분석, 데이터 시각화 차트 유형 선택, 그래픽 변수와의 매핑, 물리적 재료를 통한 메타포 구성과 표현, 언플러그드 활동을 통한 데이터 시각화’의 7단계로 설계하였다. 또한 데이터 시각화의 매핑 과정에 사용될 그래픽 변수를 ‘위치, 길이, 각도·방향·기울기, 굵기, 면적·크기, 색상, 명도, 채도, 형태, 질감’ 10가지로 추출하여 언플러그드 데이터 시각화 디자인교육 프로그램으로 개발하였다. 개발된 프로그램은 예비 연구와 본 연구로 나누어 2022년 7월부터 2023년 8월까지 총 14개월 동안 7개 고교 152명(남:76명, 여:76)을 대상으로 적용하였다. 데이터 시각화에 대한 ‘이해’와 ‘가치 및 태도’의 설문 검사를 사전 및 사후로 진행하여 효과성을 검증하고 산출물의 차트 유형 활용 비율을 분석하였다. 또한 참여 학생의 개방형 문항에 대한 답변과 산출물에 대한 전문가의 작품 평가를 통해 정성적 분석을 실시하였다. 그 결과 개발된 언플러그드 데이터 시각화 디자인교육 프로그램은 데이터 시각화의 ‘이해’와 ‘가치 및 태도’ 두 영역 모두에서 유의한 결과를 보였다(p<0.001). 특히 ‘관계’ 시각화를 평가하는 ‘이해’의 항목에서는 ‘관계’ 시각화 차트를 활용한 빈도수가 낮음에도 불구하고 학생들의 이해도는 높게 나타났다(p<0.05). 이는 데이터 시각화 디자인교육을 통해 데이터 시각화에 대한 학생들의 이해 능력 향상과 가치 및 태도의 변화를 이끌어 낼 수 있음을 시사한다. 그리고 성별에 따른 사전-사후 결과 모두 남학생 보다 여학생의 ‘이해’ 측면이 유의하게 높게 나타났다(p<0.05). 하지만 ‘가치 및 태도’에서는 성별의 차이가 나타나지 않았다. 지역에 따라서는 ‘이해’의 사전 결과에서만 서울 지역이 유의하게 높게 나타났다(p<0.01). 반면, 사후 결과에서는 그 차이를 발견할 수 없었다. 다음으로 데이터 시각화 산출물은 ‘비교(37.63%), 위치(23.66%), 비중(19.35%), 추이(15.06%), 관계(2.15%)’의 차트 순으로 그 활용도가 나타났는데, 특히 ‘관계’ 차트의 활용도는 현저히 낮았다. 이는 편중되어 사용되고 있는 데이터 시각화 차트 유형에 대한 보완 교육이 필요함을 보여준다. 전문가 평가를 정리해 보면 ‘메타포로 구현된 창의적 산출물, 창의적인 제목, 창의성을 유도하는 결과물, 작품의 다양성, 다양한 재료의 구성, 다양한 주제 등’은 본 프로그램의 긍정적 효과로, ‘고전적 차트 표현이 많았다는 점, 폰트 표현에 대한 아쉬움, 데이터의 수치와 비례관계에 대한 명확한 표현’ 등은 보완 사항으로 제시되었다. 이와 같은 결과를 통해 정리된 본 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, 개발된 언플러그드 데이터 시각화 디자인교육 프로그램은 데이터 시각화에 대한 인지적 ‘이해’뿐만 아니라 정의적 ‘가치 및 태도’의 균형 있는 발달을 촉진할 수 있었다. 이는 그동안 데이터의 시각화 과정에서 데이터는 ‘이해’, 시각화는 ‘가치 및 태도’에 편중되었던 것을 보완할 수 있는 대체 프로그램으로서의 가치를 가진다. 둘째, 개발된 언플러그드 데이터 시각화 디자인교육 프로그램은 언플러그드 교수법의 노작 활동을 통해 누구나 쉽게 접근 가능한 교육활동으로 제공되어 학생들의 흥미와 참여도를 높일 수 있었다. 특히, 언플러그드 활동을 통한 목적에 맞는 차트 유형 선택과 그래픽 변수의 매핑 과정은 학생들을 적극적 제작자이자 수용자로서 데이터 시각화를 경험하게 하는 매체적 특성을 지닌다. 셋째, 개발된 언플러그드 데이터 시각화 디자인교육 프로그램은 ‘성별, 지역, IT 시설 환경’과 관계없이 어떤 학교에서도 실행 가능하다는 용이성을 지닌다. 이는 그동안 디지털 매체의 활용이 가능한 환경에서 장기간 교육되어야 한다는 데이터 교육의 한계점을 극복하고, 보편적 지식으로서 데이터 시각화에 대해 교육할 수 있는 매체라는 점에서 가능성을 지닌다. 이러한 연구 결과를 통해 본 연구에서는 활용도가 낮은 데이터 차트 유형의 활용을 유도할 수 있는 가상의 데이터 시각화 디자인 문제 시나리오 개발과 선택된 차트를 그래픽 변수로 매핑할 때 알맞은 조형 요소와 원리를 유연하게 표현할 수 있는 다종의 물리적 재료 개발에 대한 필요성이 제언으로 도출되었다. 인공지능과 로봇공학 등 미래 사회를 변화시킬 빅 데이터 기반의 첨단 기술들이 널리 확산되면서 데이터 리터러시 역량을 키우는 교육은 미래 사회 인재 양성에 매우 중요하다. 데이터 시각화 디자인은 수용자 입장에서는 데이터를 효과적으로 인지할 수 있는 중요한 시각적 단서가 되며, 제작자 입장에서는 데이터가 가진 목적을 효율적으로 전달하는 시작점이 된다. 하지만 그동안 우리나라의 데이터 시각화 교육은 고비용의 그래픽 구현 환경과 장기간의 전문적 훈련을 통해서만 가능한 구조였다. 하지만 본 연구에서 개발된 프로그램은 언플러그드 활동을 통해 데이터 시각화 산출 도구 활용에 대한 벽을 낮출 수 있다. 또한 목적에 맞는 차트 유형과 그래픽 변수를 매핑하는 데이터 시각화 교육은 학교 현장에서의 적용 가능성 역시 높다. 본 연구가 미래 사회에서 중요한 역할을 하는 데이터 리터러시의 역량을 강화하기 위한 보편적 프로그램으로서 그 역할을 수행할 수 있기를 기대한다.