2008년부터 초등학교 5, 6학년 학생들을 대상으로 프로그래밍 교육을 전면 실시하도록 되어 있다. 그러나 현재까지 이에 대한 대비나 연구는 부족한 현실이다. 본 연구는 이러한 상황에서 기존 프로그래밍 교육의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 로봇을 활용하는 프로그래밍 교육을 제안하고, 초등학교 일반 학생을 대상으로 학습 프로그램을 개발, 적용하여 문제점을 찾아내고 개선 방안을 모색하였다. 개발된 프로그램의 실험적 적용 결과, 로봇 프로그래밍은 학업 성취도가 학습자별로 편차가 크기 때문에 수준별 개별학습이 가능한 학습 프로그램의 개발이 필요하며, 로봇보다는 프로그래밍 교육에 초점을 둔 학습 프로그램 운영이 효과적인 방안으로 제시되었다. 또한, 로봇 프로그래밍 과정에서 어렵거나 불필요한 요소들을 개선하거나 줄여 주어야 하고, 프로그래밍 교육의 몰입을 위해서는 6학년 과정에서 집중적으로 다루는 것이 바람직한 방안으로 제시되었으며, 로봇 프로그래밍을 위한 장비, 시설 및 환경의 개선에 대한 제언을 제시하였다.
2008년부터 초등학교 5, 6학년 학생들을 대상으로 프로그래밍 교육을 전면 실시하도록 되어 있다. 그러나 현재까지 이에 대한 대비나 연구는 부족한 현실이다. 본 연구는 이러한 상황에서 기존 프로그래밍 교육의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 로봇을 활용하는 프로그래밍 교육을 제안하고, 초등학교 일반 학생을 대상으로 학습 프로그램을 개발, 적용하여 문제점을 찾아내고 개선 방안을 모색하였다. 개발된 프로그램의 실험적 적용 결과, 로봇 프로그래밍은 학업 성취도가 학습자별로 편차가 크기 때문에 수준별 개별학습이 가능한 학습 프로그램의 개발이 필요하며, 로봇보다는 프로그래밍 교육에 초점을 둔 학습 프로그램 운영이 효과적인 방안으로 제시되었다. 또한, 로봇 프로그래밍 과정에서 어렵거나 불필요한 요소들을 개선하거나 줄여 주어야 하고, 프로그래밍 교육의 몰입을 위해서는 6학년 과정에서 집중적으로 다루는 것이 바람직한 방안으로 제시되었으며, 로봇 프로그래밍을 위한 장비, 시설 및 환경의 개선에 대한 제언을 제시하였다.
Since 2008, it has been stipulated to conduct programming education for grade 5 and 6 elementary school student. However, it is the reality that the plans and studies for this are seriously lacking until now. The objective of this study is to propose a programming education utilizing robots as a pla...
Since 2008, it has been stipulated to conduct programming education for grade 5 and 6 elementary school student. However, it is the reality that the plans and studies for this are seriously lacking until now. The objective of this study is to propose a programming education utilizing robots as a plan to overcome limitations of existing programming education, find the problems through developing and applying education program for general elementary school students. As a result of experimental application of the developed program, since the gap of academic accomplishment for the robot programming is large for each student, it is necessary to develop education program to enable individual studies of each level and operate program with the focus on programming education rather than the robot. Moreover, it is pointed that the difficult and unnecessary elements in the robot programming course must be improved or reduced, it is better to exercise it on the grade 6 program for concentration on the programming education, and there should be improvement on equipment, environment for robot programming.
Since 2008, it has been stipulated to conduct programming education for grade 5 and 6 elementary school student. However, it is the reality that the plans and studies for this are seriously lacking until now. The objective of this study is to propose a programming education utilizing robots as a plan to overcome limitations of existing programming education, find the problems through developing and applying education program for general elementary school students. As a result of experimental application of the developed program, since the gap of academic accomplishment for the robot programming is large for each student, it is necessary to develop education program to enable individual studies of each level and operate program with the focus on programming education rather than the robot. Moreover, it is pointed that the difficult and unnecessary elements in the robot programming course must be improved or reduced, it is better to exercise it on the grade 6 program for concentration on the programming education, and there should be improvement on equipment, environment for robot programming.
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문제 정의
9주간의 수업 과정을 관찰하여 대상 학생들이 프로그램을 작성하는 동안에 겪었던 오류와 문제점 등을 기록하고 분석하여, 향후 초등학교에서 로봇을 활용한 프로그래밍 교육을 실시할 때 보다 효과적으로 적용할 수 있는 방안을 모색하고자 하였다.
본 연구는 이러한 상황에서 기존 프로그래밍 교육의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 로봇을 활용하는 프로그래밍 교육을 제안하고, 초등학교 일반 학생을 대상으로 학습 프로그램을 개발, 적용하여 문제점을 찾아내고 개선 방안을 모색하였다. 그 결과로 다음과 같이 로봇을 활용한 초등학교 프로그래밍 교육 방안을 제시하고자 한다.
따라서 프로그래밍 활동 시간을 보장할 수 있도록 사전에 적절한 시간 배분 계획을 수립해야 하며 교사의 적절한 통제와 조절이 필요하다. 또한, 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로는 학습자들이 직접 로봇을 제작하지 않고 특정한 임무를 수행하는 로봇을 제작하여 제공하고, 학습자들은 이 로봇을 조작하고 프로그래밍 하는 과정에 집중하게 하는 방안도 고려해 볼 수 있다.
현실이다. 본 연구는 이러한 상황에서 기존 프로그래밍 교육의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 로봇을 활용하는 프로그래밍 교육을 제안하고, 초등학교 일반 학생을 대상으로 학습 프로그램을 개발, 적용하여 문제점을 찾아내고 개선 방안을 모색하였다. 그 결과로 다음과 같이 로봇을 활용한 초등학교 프로그래밍 교육 방안을 제시하고자 한다.
이에 본 연구는 초등학교 프로그래밍 교육에 로봇의 활용을 제안하고 그 가능성과 문제점, 개선 방안 등을 고찰하여, 초등학교 프로그래밍 교육의 개선을 위한 실천적 대안을 모색하고자 한다. 이를 위한 구체적인 연구 내용과 방법은 다음과 같다.
학습 프로그램의 목표는 로봇 프로그래밍을 통해 학습 흥미와 동기 유발, 참여도, 몰입을 증진시켜 프로그래밍의 기본 개념을 쉽게 이해하고 프로그래밍 기법을 효과적으로 익히게 하는 것이다. 또한 이 과정에서 창의적 결과물을 생산하는 경험을 하고, 문제를 분석하고 해결하는 전략을 세워 간단한 프로그램을 작성할 수 있는 능력을 기른다.
가설 설정
① 프로그래밍 과정에 중점을 두고, 로봇 자체를 다루는 학습의 비중은 최소화한다.
제안 방법
1회차는 40분 기준이며, 앞의 3회차에서 아크로에디터에 NXC를 컴파일러로 등록하여 NXT를 프로그래밍하는 방법을 다루고, 다음으로 6회차 과정을 통해 로봇을 직접 조립하고, 프로그램을 탑재하여 실행하는 과정에서 프로그래밍 언어를 이해하고 활용할 수 있도록 구성하였다.
3주 차에 서 돈 로봇 프로그래밍의 기초를 주제로 하여 로봇 제어 프로그래밍 언어의 개요와 프로그램을 작성하기 위한 기초 환경을 설정하도록 이론과 실제를 병행하였다. 이 주차에서는 로봇 제어 이론을 실제와 병행하였는데 집중력이 현저하게 떨어져 흥미를 잃고 구경꾼이 된 학생들이 상당수 있었다.
4-5주 차에서는 모터를 통한 로봇 제어를 주제로 하여 간단한 로봇을 만들어 모터의 특성을 알아보고, 기본 동작을 수행하는 예제 프로그램의 이해를 통해 로봇 프로그래밍 기본 제어 방법을 알아보도록 하였다. 이 주차에서는 컴퓨터 실습실에서 수업을 함으로써 로봇 프로그래밍 수업 과정과는 상관없는 인터넷 검색이나 게임을 교사 몰래 한다는 문제점이 발생하였고, 4주차가 지나는 동안 로봇을 활용한 프로그래밍 수업에 대한 흥미와 관심이 멀어져 집중시키는데 어려움을 겪었다.
6-7주 차에서는 상황에 반응하는 로봇을 주제로 하여 센서를 활용하여 선택형 제어구조를 학습하였다. 이 주차에서는 프로그램 작성과 관련된 영어로 된 용어들을 학생들에게 개념적으로 이해시키기 어려웠으며, 선택형제어 구조를 이해할 수 있는 예제 소스를 불러와 수정 .
8-9주 차에서는 장애물 피하기를 주제로 하여 라이트, 울트라소닉 센서를 활용하여 반복형 제어구조를 학습하였다. 이 주차에서는 계속해서 진행해온 로봇을 활용한 프로그래밍 학습에 대한 학생들의 수준차이로 인해 계획대로 진행하기 어려웠다.
경상북도에 소재하고 있는。。초등학교 6학년 1학급 학생 33명을 대상으로 2007년 10월부터 12월까지 9주간에 걸쳐 매주 1시간씩 재량활동 시간을 활용하여 총 9 차시의 수업을 실시하여 개발된 프로그램을 적용하였다.
본 연구에 맞게 수정, 보완하였다. 기존 연구는 프로그래밍 언어 입문자를 대상으로 프로그램을 개발하였는데, 본 연구에서는 초등학교 6학년 재량활동 한 학기 분량에 맞추어 내용과 수주 시간을 수정하였다.
이 주차에서는 컴퓨터 실습실에서 수업을 함으로써 로봇 프로그래밍 수업 과정과는 상관없는 인터넷 검색이나 게임을 교사 몰래 한다는 문제점이 발생하였고, 4주차가 지나는 동안 로봇을 활용한 프로그래밍 수업에 대한 흥미와 관심이 멀어져 집중시키는데 어려움을 겪었다. 모터의 특성을 이용한 예제 프로그램을 수정. 보완하여 로봇을 제어하도록 제시한 학습지를 해결하고 실제 로봇의 움직임을 보여준 학생은 33명 중에서 10명 내외로 남학생이 많았다.
실험 과정에서의 관찰과 설문 응답을 토대로 로봇을 활용하는 프로그래밍 교육에 대한 문제점을 분석하였다. 다음은 이에 대한 세부 내용과 개선 방안이다.
프로그램을 개발한다. 정보통 신기기 술 교육 운영지침 3단계에 맞추어 초등학교에 적용 가능한 로봇을 활용하는 프로그래밍 학습 프로그램을 개발한다.
같다. 정보통신기술교육의 내용 체계 3단계에 선정되어 있는 프로그래밍 교육의 시수를 고려하여 총 9회차로 개발하였다.
첫째, 초등학생을 대상으로 하는 로봇 프로그래밍 학습 프로그램을 개발한다. 정보통 신기기 술 교육 운영지침 3단계에 맞추어 초등학교에 적용 가능한 로봇을 활용하는 프로그래밍 학습 프로그램을 개발한다.
학습 프로그램은 유인환의 '로봇을 활용한 C 언어 학습 프로그램 개발'[6] 이라는 연구에서 제시된 학습 프로그램을 본 연구에 맞게 수정, 보완하였다. 기존 연구는 프로그래밍 언어 입문자를 대상으로 프로그램을 개발하였는데, 본 연구에서는 초등학교 6학년 재량활동 한 학기 분량에 맞추어 내용과 수주 시간을 수정하였다.
한편, 부수적으로 학생들에게 설문 조사를 실시하여 로봇을 활용한 프로그래밍 수업에 대한 생각을 알아보았다.
대상 데이터
로봇 프로그래밍 정보 영재교육을 담당했던 경험이 있는 초등교사 2명에 의해 주로 모둠별로 수업이 이루어졌고, 한 모둠은 5-6명씩 총 6 모둠에서 6대의 NXT 세트를 활용하였다.
본 연구에서는 사용하는 교육용 로봇은 Lego Mindstoms NXT이다. NXT는 PC에서 프로그래밍한 코드를 탑재할 수 있는 컨트롤러 (NXT intelligent brick) 를 포함하고 있으며, 다양한 학습 활동을 지원하기 위하여 자율 동작 및 원격 조정이 가능하다.
성능/효과
모색한다. 개발된 학습 프로그램을 초등학교 일반 학급에 실험적으로 적용해 보고, 관찰, 설문 조사 등을 통해 예상치 못한 문제, 제한점 등을 분석하고, 개선 방안을 모색하여 로봇 프로그래밍을 초등학교에 적용할 수 있는 기반을 마련한다.
첫째로 수준별 학습 프로그램의 문제이다. 기존에 특기적성 교육이나 사교육, 취미 활동 등을 통해 로봇의 제작을 경험한 학생과 그렇지 않은 학생, 또는 개인적 기호에 따른 수준차가 다른 학습보다 더 크게 나타났다. 따라서 수준에 맞게 개별학습이 가능한 학습 프로그램개발의 필요성이 높다.
둘째로 로봇 프로그래밍 환경 구축이 복잡하다는 점이다. 로봇 프로그래밍을 위해 필요한 컴파일러, 문서편집기의 다운로드와 통합개발환경(IDE)의 설정을 초등학생들이 수행하는 데는 적잖은 어려움이 있었다.
실제 수업을 진행해 본 결과 로봇의 제작에 예상보다 많은 시간이 소요되었다. 또한 로봇 조립을 처음 해보는 학생과 경험이 있는 학생들의 편차도 심했다.
문제이다. 예상보다 학생들이 로봇의 조립에 어려움을 겪으면서, 모둠에서 경험이 있는 학생 위주로 로봇조립이 이루어지는 현상이 나타났다. 따라서 이러한 문제를 개선하기 위해서는 로봇의 각 부위를 개인별로 나누어 조립한 후 완성품을 제작하게 하는 등 역할 분담을 명확히 할 필요가 있다,
이 주차에서는 프로그램 작성과 관련된 영어로 된 용어들을 학생들에게 개념적으로 이해시키기 어려웠으며, 선택형제어 구조를 이해할 수 있는 예제 소스를 불러와 수정 . 저장하고 컴파일하여 로봇에 전송하는 과정을 반복적으로 설명하고 실습함으로써 수업 시간이 대략 15 분 이상 더 소요되었다.
첫째로 학생들이 어려움을 겪는 오류의 발생이 대부분 사소한 입력 실수로 발생한다는 점이다. 키워드 철자의 오타, 영어 대소문자의 잘못된 사용, 등 기호의 입력 실수 등 코딩 작업에서 발생하는 오류가 많았다.
학생들은 로봇 프로그래밍 표육에 대해 대체로 흥미를 느끼고 있었으며, 이것이 창의성을 신장시키고, 컴퓨터를 이해하거나 프로그래밍을 학습하는데 도움이 되는 것으로 생각하는 것으로 나타났다. 또한 로봇 프로그래밍이 과학 지식 습득이나 과학적 태도 형성에 도움이 된다고 생각하고 있었다.
후속연구
둘째, 로봇 프로그래밍 교육에 필요한 절절한 자료를 구하기 어렵다는 점이다. 예로써 로봇에 대한 소개 동영상을 학생들에게 제시하여 로봇에 대한 이해와 흥미를 높이고자 했으나 적절한 동영상을 구하기 힘들어 연구자가 직접 편집, 제작하여야 했다.
둘째, 로봇보다는 프로그래밍 교육에 초점을 두고 학습 프로그램을 운영하는 방안을 모색할 필요가 있다. 분해, 조립이 쉬운 교육용 로봇을 사용했는데도 불구하고 예상보다 로봇을 제작하는데 시간이 많이 소요되어 정작 프로그래밍 활동에 투입할 시간이 부족하였다.
학생 개인당 한 세트의 로봇을 가지고 학습할 수 있는 여건이 가장 이상적이며, 최소한 한 모둠(학생 수 4〜6명 기준)에 한 세트의 로봇이 필요하다. 또한 모둠별로 한 대 이상의 컴퓨터와 작업대가 있어야 로봇을 조립하고, 작성한 프로그램을 로봇에 전송하여 즉각적으로 그 결과를 확인하고 피드백을 받을 수 있을 것이다.
따라서 수준에 맞게 개별학습이 가능한 학습 프로그램개발의 필요성이 높다. 로봇 프로그래밍 언어의 기본적인 문법이 포함된 예제 프로그램을 로봇 동작과 관련지어 수, 준별로 개발하여 제공하면 유익하게 활용될 수 있을 것이다.
있다. 이 연구와 본 연구에서 나타난 현상 등을 때고려할 때 기본적인 명령어는 한글화하고 이해하기 쉽게 제작하여 제공해 줄 필요가 있다.
첫째, 로봇 프로그래밍은 학습자별로 학업 성취도 편차가 크기 때문에 수준별 개별학습이 가능한 학습 프로그램의 개발이 필요하다. 로봇 제작에 대한 경험 유무, 개인적 기호, 성별에 따라 로봇에 대한 친밀도의 차이가 컸으며, 학습이 진행됨에 따라 학습자 간의 수준차가 .
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