본 연구의 목적은 초등학교 교육과정에서 활용이 가능한 학습도구로서 프로그래밍이 가능한 로봇의 활용 방안을 알아보기 위함이다. 로봇은 다른 디지털 교구와는 달리 프로그래밍과 이를 통한 조작이 쉽다는 점에서 교수-학습목적의 차별화된 매체적인 특성을 갖는다. 이 연구에서는 초등학교 학생들에게 컴퓨터 프로그램의 핵심인 알고리즘을 가르치기 위한 도구로서 로봇게임프로젝트 개발을 통해 연구목적을 달성하고자 하였다. 본 연구에서 교구로 사용한 레고는 프로그래밍을 할 수 있는 환경을 갖추고 있으며, 중앙제어장치, 센서 및 모터세트를 기계적으로 조합하여 로봇을 만들 수 있다. 개발한 프로젝트는 학생들이 6차시 수업을 통해 3개의 과제를 해결하도록 하는 과정에서 이루어졌다. 이들 각각은 알고리즘의 기본적 원리들을 바탕으로 구성되었으며, 이 프로그램을 교실수업에 적용해 본 결과, 학생들이 상대적으로 학습의 즐거움을 경험하고 몰입의 효과가 나타났음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 일반적인 초등학교 교실에서 직접 로봇을 조작하는 활동이 학교교육활동에 새로운 가능성을 가져올 수 있음을 보여준 것이라고 하겠다.
본 연구의 목적은 초등학교 교육과정에서 활용이 가능한 학습도구로서 프로그래밍이 가능한 로봇의 활용 방안을 알아보기 위함이다. 로봇은 다른 디지털 교구와는 달리 프로그래밍과 이를 통한 조작이 쉽다는 점에서 교수-학습목적의 차별화된 매체적인 특성을 갖는다. 이 연구에서는 초등학교 학생들에게 컴퓨터 프로그램의 핵심인 알고리즘을 가르치기 위한 도구로서 로봇게임프로젝트 개발을 통해 연구목적을 달성하고자 하였다. 본 연구에서 교구로 사용한 레고는 프로그래밍을 할 수 있는 환경을 갖추고 있으며, 중앙제어장치, 센서 및 모터세트를 기계적으로 조합하여 로봇을 만들 수 있다. 개발한 프로젝트는 학생들이 6차시 수업을 통해 3개의 과제를 해결하도록 하는 과정에서 이루어졌다. 이들 각각은 알고리즘의 기본적 원리들을 바탕으로 구성되었으며, 이 프로그램을 교실수업에 적용해 본 결과, 학생들이 상대적으로 학습의 즐거움을 경험하고 몰입의 효과가 나타났음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 일반적인 초등학교 교실에서 직접 로봇을 조작하는 활동이 학교교육활동에 새로운 가능성을 가져올 수 있음을 보여준 것이라고 하겠다.
The objective of this research is to explore a method to utilize a programmable robot, as a potential learning tool in the elementary school's curricula. Due to their programmability and operational ease of use, programmable robots are among digital toys that today offer specially instructive featur...
The objective of this research is to explore a method to utilize a programmable robot, as a potential learning tool in the elementary school's curricula. Due to their programmability and operational ease of use, programmable robots are among digital toys that today offer specially instructive features. In this research, we developed the robot game-based project contents as a tool for teaching the elementary school children to learn the algorithm, the essential part of computer programming. The LEGO material, selected as the construction kit for robot, consists of a mechanical assembly system, a set of sensors and actuators, a central control unit, a programming environment. The project requires the children to complete 3 separate tasks, each of which is developed based on the principles of algorithm. The classroom feedback supports that the robotic experiences provided the children with fun and absorption. It is likely that implementing learning with robot in regular classroom in elementary school can bring new possibilities to the educational system, provided that a thorough preparation backs up the plan.
The objective of this research is to explore a method to utilize a programmable robot, as a potential learning tool in the elementary school's curricula. Due to their programmability and operational ease of use, programmable robots are among digital toys that today offer specially instructive features. In this research, we developed the robot game-based project contents as a tool for teaching the elementary school children to learn the algorithm, the essential part of computer programming. The LEGO material, selected as the construction kit for robot, consists of a mechanical assembly system, a set of sensors and actuators, a central control unit, a programming environment. The project requires the children to complete 3 separate tasks, each of which is developed based on the principles of algorithm. The classroom feedback supports that the robotic experiences provided the children with fun and absorption. It is likely that implementing learning with robot in regular classroom in elementary school can bring new possibilities to the educational system, provided that a thorough preparation backs up the plan.
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문제 정의
그러나 본 연구는 프로젝트와 게임을 활용한 ‘로봇게임프로젝트’라는 새로운 형식의 학습 방법을 마련하여 학생들에게 적용함으로써, 과거 연구와 차별화를 두고자 했다.
로봇게임프로젝트에 참여한 학생 수는 많지 않지만 학습효과를 정량적으로 분석해 보기 위해 표 6과 같은 학습흥미와 학습 몰입에 관한 설문을 조사해 보았다. Likert 5점 척도로 설정된 설문은 크게 컴퓨터 프로그램에 대한 흥미도, 로봇게임프로젝트에 대한 흥미도, 프로그래밍 과정과 로봇 제작과정에서의 몰입 정도를 측정하였다.
본 연구는 이 구분방식을 활용하여 로봇게임프로젝트에 제시된 해당과제에 포함되어야할 알고리즘의 요소를 표 3에서와 같이 구체화하여 프로젝트에 적용하고자 하였다. 참고로 표 4는 위의 알고리즘을 본 프로그램에 적용한 결과를 도시한 것이다.
본 연구에서 제시하고자 하는 로봇게임 프로젝트는 Duch의 주장[17]을 근거로 다음과 같은 두 가지 측면에서 "문제"의 조건을 충족하고 있다고 볼 수 있는데, 먼저 "문제"는 학습자의 생활에 밀접해야 한다는 조건이다. 이것은 학생들이 문제에 쉽게 동화 되고 문제해결에 대한 의지를 확보하기 위한 것임을 고려하여, 외형적 측면에서 로봇을 활용한 게임의 형식을 취하고자 한다. 로봇과 게임이라는 소재는 굳이 표현하지 않아도 학생들에게 무척이나 친근하고 재미난 소재로서, 학생들의 생활과 관심권역에 쉽게 포함된다고 생각된다.
이상 본 연구의 목적을 요약해보면, 첫째, PBL과 게임의 형식을 갖춘 알고리즘 교육목적의 로봇 프로그래밍 교육 프로젝트를 계획·작성하고, 둘째, 이들을 학생들 교육활동에 직접 활용해보며, 셋째, 학생들의 흥미도와 몰입 정도 등의 변화를 분석해 봄으로써 초등학생들에게 알고리즘을 교육시키기 위한 방법으로서 구안한 본 교육프로그램의 효과성을 알아보고자 하는데 있다.
제안 방법
로봇게임프로젝트에 참여한 학생 수는 많지 않지만 학습효과를 정량적으로 분석해 보기 위해 표 6과 같은 학습흥미와 학습 몰입에 관한 설문을 조사해 보았다. Likert 5점 척도로 설정된 설문은 크게 컴퓨터 프로그램에 대한 흥미도, 로봇게임프로젝트에 대한 흥미도, 프로그래밍 과정과 로봇 제작과정에서의 몰입 정도를 측정하였다. 컴퓨터 프로그램과 로봇게임프로젝트에 대한 흥미도는 교육 전과 후에 각각 평가했으며, 몰입은 교육 후에만 평가하였다.
또한, 세 번째 과제인 게이트통과하기의 경기는 그림 5에 제시한 경기장을 사용했는데, 이는 WRO(WORLD ROBOT OLYMPIAD) 2008년 대회에서 제시된 경기장의 형식을 학생들의 수준에 맞게 변형하여 사용하였다. 이 경기에서 학생들은 “①-②-③-④-②-①”의 순서대로 로봇이 진행하도록 해서 경기장 전체를 순회하여 원래 출발점으로 돌아오는 경기이다.
본 논문의 구성을 소개하면, 제 2 장에서는 교육용 게임, PBL 및 프로젝트형 학습프로그램의 개념과 특성을 간략히 소개하고 알고리즘과 로봇게임 프로젝트의 기존 구조를 제시한다. 제 3 장에서는 본 연구에서 개발한 로봇 게임프로젝트 기반의 알고리즘 학습프로그램을 교육청 부설 영재교육원 학생들을 실시한 과정을 소개하였으며, 제 4 장은 프로그램의 학습효과를 학습흥미도와 몰입도를 중심으로 조사해 본 결과를 제시하고 있다.
본 연구도 초등학생들을 대상으로 알고리즘 교육을 시키려 한다는 점에서 이들의 연구와 방향성을 같이 하고 있으나, 수업형태가 문제기반학습(Problem-based learning; PBL)과 로봇을 활용하는 게임방식을 반영한 프로젝트형 학습프로그램을 제안하고 있다는 점에서 차별화된다.
Likert 5점 척도로 설정된 설문은 크게 컴퓨터 프로그램에 대한 흥미도, 로봇게임프로젝트에 대한 흥미도, 프로그래밍 과정과 로봇 제작과정에서의 몰입 정도를 측정하였다. 컴퓨터 프로그램과 로봇게임프로젝트에 대한 흥미도는 교육 전과 후에 각각 평가했으며, 몰입은 교육 후에만 평가하였다. 흥미도에 관한 설문은 Davis, Bagozzi 및 Warshaw[26]의 것을 참고하여 수정·사용하였으며, 몰입 또는 플로우에 대한 설문은 Novak, Hoffman 및 Yung[27]의 연구결과를 참고하였다.
대상 데이터
기간은 2008년도 3월부터 4개월간이며, 초등학교 5학년에 재학 중인 남학생 16명, 여학생 4명 등 총 20명이 참여하였다. 교육내용은 로봇을 이용하여 반환점을 돌아오는 알고리즘을 구축하는 것이 주된 내용으로 표 5에 요약되어 있는 바와 같이 모두 8차시로 구성되어 있다.
본 연구에서 개발한 로봇게임프로젝트 기반의 알고리즘 학습프로그램은 ○○교육청부설 영재교육원 학생들을 대상으로 실시하였다.
본 연구에서 사용된 로봇은 레고사의 마인드 스톰 NXT를 사용하여 제작하였다. NXT는 32비트 ARM7 마이크로프로세서을 장착한 소형 컴퓨터이다.
이론/모형
흥미도에 관한 설문은 Davis, Bagozzi 및 Warshaw[26]의 것을 참고하여 수정·사용하였으며, 몰입 또는 플로우에 대한 설문은 Novak, Hoffman 및 Yung[27]의 연구결과를 참고하였다.
성능/효과
지금까지의 분석 결과를 요약하면, 우선 로봇을 활용한 프로그램 및 로봇 제작 수업은 그 소재와 방법 기존의 방법과 차별화 되어학습 초기 학생들의 흥미를 많이 향상시켰다고 볼 수 있으며, 게임이라는 형식을 통해 각과제를 해결하기 위한 모둠별 경쟁이 자연스럽게 형성됨으로써, 학생들의 과제해결에 대한 호기심과 몰입을 유도할 수 있었다. 결과적으로 게임 요소를 가미한 에듀테인먼트적 로봇 프로젝트 수업이 학생들의 프로그래밍에 대한 적극적 태도를 이끌어 내는데 상당한 기여를 해 주었다고 평가할 수 있다.
그러나 본 연구는 프로젝트와 게임을 활용한 ‘로봇게임프로젝트’라는 새로운 형식의 학습 방법을 마련하여 학생들에게 적용함으로써, 과거 연구와 차별화를 두고자 했다. 결과적으로 학생들은 본 프로젝트 수업을 통해서 흥미와 몰입의 측면에서 통계적으로 의미있는 향상을 보여주고 있어서 본 연구의 의의를 찾을 수 있었다.
LabVIEW는 각 함수들의 아이콘 형태와 와이어를 통한 블록 다이어그램을 형성해 주며, 이를 통해서 프로그램의 코드가 형성되는 특징을 갖고 있다. 또한 이 소프트웨어는본 연구에서 사용하는 LEGO NXT의 제어가 용이하도록 각각의 기능을 제어하기 위한 함 수들이 추가되었으며, 프로그램의 논리적 구조를 학습하기에 편리하도록 개발되었다. 최초 실행하면 그림 6과 같은 윈도우가 열리며, 이 중 ‘ADMINISTRATOR(관리자)’ 기능에서는 기본적 설정에 관련된 부분을, 그리고 'PROGRAMMER‘ 기능에서는 실제 프로그램의 작성이 이루어진다.
분석 결과 프로그램과 로봇프로젝트에 관한 흥미도는 모두 유의하게 상승한 것으로 나타났다. 프로그램 수업에 대해서는 평균 약 1.
지금까지의 분석 결과를 요약하면, 우선 로봇을 활용한 프로그램 및 로봇 제작 수업은 그 소재와 방법 기존의 방법과 차별화 되어학습 초기 학생들의 흥미를 많이 향상시켰다고 볼 수 있으며, 게임이라는 형식을 통해 각과제를 해결하기 위한 모둠별 경쟁이 자연스럽게 형성됨으로써, 학생들의 과제해결에 대한 호기심과 몰입을 유도할 수 있었다. 결과적으로 게임 요소를 가미한 에듀테인먼트적 로봇 프로젝트 수업이 학생들의 프로그래밍에 대한 적극적 태도를 이끌어 내는데 상당한 기여를 해 주었다고 평가할 수 있다.
분석 결과 프로그램과 로봇프로젝트에 관한 흥미도는 모두 유의하게 상승한 것으로 나타났다. 프로그램 수업에 대해서는 평균 약 1.07만큼의 상승폭을 나타내고 있으나, 로봇은 이미 시작 전에도 4.11을 나타내고 있어 수업내용과 관계없이 이미 상당한 호기심과 흥미를 불러일으키고 있는 것으로 나타났다.
본 연구에서 제시한 과제를 해결하기 위해 필요한 로봇의 형태 및 기능에 대한 정답은 없다. 학생들의 능력과 성향 및 조건에 따라 학생들이 만들어내는 로봇의 형태는 다양하며, 그 로봇을 작동시키기 위한 프로그램의 기본적인 알고리즘 역시 모든 학생이 다르게 작성된다는 점에서 본 연구에서 학생들에게 제시한 학습 프로젝트는 충분히 비구조적이라고 할 수 있다. 한편 학생들이 이 프로젝트를 통해 학습하게 되는 내용은 교사들이 직접 전달하지 않는다.
후속연구
끝으로 본 연구를 통해서 영재교육원 학생들을 뛰어 넘어 일반적인 학생들에게로까지 대상의 폭을 넓혀 다수의 학생들에게 적용될 수 있는 로봇게임 기반 콘텐츠의 개발이 필요하다고 생각되며. 앞으로 초등학생들의 인지적 심리적 특성을 고려한 다양한 로봇활용 학습콘텐츠 개발이 기대된다.
더불어 영재교육원은 1개 반으로만 운영되기 때문에 실험집단과 더불어 적절한 대조군을 선정하기가 어려워, 통계적 자료에 근거한 비교분석을 시도할 수 없었다는 연구의 한계점도 밝혀둔다.
끝으로 본 연구를 통해서 영재교육원 학생들을 뛰어 넘어 일반적인 학생들에게로까지 대상의 폭을 넓혀 다수의 학생들에게 적용될 수 있는 로봇게임 기반 콘텐츠의 개발이 필요하다고 생각되며. 앞으로 초등학생들의 인지적 심리적 특성을 고려한 다양한 로봇활용 학습콘텐츠 개발이 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
각 교과별로 학생들의 창의적 문제해결력 향상을 위한 교수-학습방법에 대한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있는 이유는 무엇인가?
현행 교육과정에서 교수학습과정을 통해서 학생들에게 강조하는 가장 중요한 능력 중 하나는 창의적 문제해결력이다. 때문에 각 교과별로 학생들의 창의적 문제해결력 향상을 위한 교수-학습방법에 대한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다.
NXT는 무엇인가?
본 연구에서 사용된 로봇은 레고사의 마인드 스톰 NXT를 사용하여 제작하였다. NXT는 32비트 ARM7 마이크로프로세서을 장착한 소형 컴퓨터이다. 32비트 CPU는 기본 디지털 입출력, 인터럽트, 디스플레이, USB 2.
게임을 학습에 활용한 콘텐츠를 무엇이라 하는가?
게임을 학습에 활용한 교육콘텐츠를 에듀테인먼트라 한다. 즉, 사용자가 놀이를 즐기는 과정에서 스스로 교육의 기대치를 획득하도록 고안된 콘텐츠라는 의미이다.
참고문헌 (27)
이은경.이영준. 로봇 프로그래밍 교육이 문제해결력에 미치는 영향. 컴퓨터교육학회논문지, 10(6), 19-27, 2007.
E. Dale. Audio-Visual Method in Teaching, New York :The Dryden Press, 1954.
문외식. 교육용로봇을 이용한 프로그래밍 학습 모형. 한국정보교육학회. 11(2), 231-241, 2007.
Helgesen, M., Playing in English:Games and the L2 classroom in Japan. In S. Savignon & M. Berns(Eds.), Initiatives in communicative language teaching. Reading, MA: Addison-Weesley Publishing Company, 1987.
Gasser, M. & Waldman, Using songs and games in ESL classroom. Rowley, MA: Newbury House, 1979.
Lee, W., Language teaching games and tests. Oxford: Oxford University Press, 1993.
김경애. 신성장동력으로 부상하고 있는 에듀 테인먼트 콘텐츠 산업현황. 정보과학학회지 제 24권 제2호. pp. 5-9, 2006.
Amory A., Naicker K., Vincent J. &Claudia A., Computer games as a learning resource. In Proceedings of ED-MEDIA, ED- TELECOM 98, world conference on education multimedia and educational telecommunications, 1998.
Conati, C. and X. Zhou. Modeling students’ emotions from cognitive appraisal in educational games. In: S.A. Cerri, G. Gouarderes and F. Paraguacu, Editors, Intelligent Tutoring Systems 2002, LNCS, 2363., Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, pp. 944.954, 2002.
Kearney, P., Engaging young minds- using computer game programming to enhance learning, Proceedings of ED-MEDIA World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications, pp. 3915.3920, 2004.
Price, S. Y. Rogers, M. Scaife, D. Stanton and H. Neale., Using tangibles to promote novel forms of playful learning, Interacting with Computers 15, pp. 169 - 185, 2003.
고재혁, 최성. 재미요소를 삽입한 에듀게임 개발을 위한 기술 연구. 한국게임학회, 2002.
Wilkerson, L. & Gijselaers, W. H., Bring Problem-Based Learning to Higher Education : Theory and Practice. Jossey-Bass Publishers, 3-10, 1996.
Duch, B. J. What is problem-based learning? http://www.udel.edu/pbl.cte/ jan 95-what.html.
Deborah E. Allen, Barbara J. Duch, Susan E. Groh., Bring Problem-Based Learning to Higher Education : Theory and Practice. Jossey-Bass Publishers, 43-52, 1996.
Bodner, G. M., "Why Changing the Curriculum May Not be Enough." Journal of Chemical Education, 69, 186-190, 1992.
홍순조, 한선관. "알고리즘 분석을 통한 컴퓨터교육에서의 알고리즘 교육의 방향", 한국정보교육학회 학술발표논문집 9(2), 236-241, 2004.
문교식. 개념적 알고리즘에 기반 한 컴퓨터 알고리즘 교육의 방향. 한국정보교육학회 학술발표논문집 11(1), 29-38, 2007.
홍선학, 김송미, C언어로 즐기는 LEGOMINDSTORMS NXT, 이지테크, 2007.
이명우, 공민식, CREATE ROBOT : 창작로봇, 이지테크. 2007.
Davis, F. D., Bagozzi, R. P., & Warshaw, P. R., "User acceptance of computer technology: A comparison of two theoretical models", Management Science, 35, pp. 82- 1003, 1989.
Novak, T.P., Hoffman, D.L., and Yung, Y.F., "Measuring the Customer Experience in Online Environments: A Structural Modeling Approach," Marketing Science, Vol. 19, No.1, pp. 22-42, 2000.
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