2005년에 개정된 ICT교육지침에는 전 학교급에 걸쳐서 알고리즘, 자료구조, 프로그래밍 내용과 같은 컴퓨터 과학 요소가 매우 강화되었다. 컴퓨터교육의 목표가 소프트웨어 활용보다 문제해결력 향상이기 때문이다. 그래서 본 논문에서는 이러한 요소에 대한 학습방법의 일환으로서 로봇들이 협동을 통하여 미로를 탈출하는 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시하였다. 로봇이 해결해야하는 문제로서 우선탐색 문제와 역할바꿈 문제와 같이 2가지를 제시하였다. 우선탐색 문제는 첫 번째 로봇이 미로를 끝까지 탐색하면서 미로의 정보를 두 번째 로봇에게 실시간으로 전송한다. 그 후 슬레이브 로봇은 이 정보를 이용하여 탐색없이 미로를 탈출하게 된다. 역할바꿈 문제는 첫 번째 로봇이 미로를 탐색하는 도중 그 기능을 상실했을 때, 두 번째 로봇이 첫 번째 로봇의 역할을 이어받아 수행하는 것이다. 각 문제를 해결하기 위해서 문제분석, 알고리즘 기술, 순서도 작성, 프로그래밍의 4단계를 거치도록 하였다. 본 논문에서 제시한 내용의 부수적인 효과로는 로봇협동을 통한 학습자들의 협동학습 기회 제공, 로봇간 데이터 송수신을 위해서 큐(queue)라는 자료구조를 사용했다는 점이다. 향후에는 좀 더 일반적인 미로의 사용, 실제 현장에의 적용, 영재교육 과정에의 적용에 대한 연구가 필요하다.
2005년에 개정된 ICT교육지침에는 전 학교급에 걸쳐서 알고리즘, 자료구조, 프로그래밍 내용과 같은 컴퓨터 과학 요소가 매우 강화되었다. 컴퓨터교육의 목표가 소프트웨어 활용보다 문제해결력 향상이기 때문이다. 그래서 본 논문에서는 이러한 요소에 대한 학습방법의 일환으로서 로봇들이 협동을 통하여 미로를 탈출하는 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시하였다. 로봇이 해결해야하는 문제로서 우선탐색 문제와 역할바꿈 문제와 같이 2가지를 제시하였다. 우선탐색 문제는 첫 번째 로봇이 미로를 끝까지 탐색하면서 미로의 정보를 두 번째 로봇에게 실시간으로 전송한다. 그 후 슬레이브 로봇은 이 정보를 이용하여 탐색없이 미로를 탈출하게 된다. 역할바꿈 문제는 첫 번째 로봇이 미로를 탐색하는 도중 그 기능을 상실했을 때, 두 번째 로봇이 첫 번째 로봇의 역할을 이어받아 수행하는 것이다. 각 문제를 해결하기 위해서 문제분석, 알고리즘 기술, 순서도 작성, 프로그래밍의 4단계를 거치도록 하였다. 본 논문에서 제시한 내용의 부수적인 효과로는 로봇협동을 통한 학습자들의 협동학습 기회 제공, 로봇간 데이터 송수신을 위해서 큐(queue)라는 자료구조를 사용했다는 점이다. 향후에는 좀 더 일반적인 미로의 사용, 실제 현장에의 적용, 영재교육 과정에의 적용에 대한 연구가 필요하다.
ICT education guidelines revised in 2005 reinforce computer science elements such as algorithm, data structure, and programming covering all schools. It means that goal of computer education is improving problem-solving abilities not using of commercial software. So this paper suggests problem-solvi...
ICT education guidelines revised in 2005 reinforce computer science elements such as algorithm, data structure, and programming covering all schools. It means that goal of computer education is improving problem-solving abilities not using of commercial software. So this paper suggests problem-solving method of maze escape through robots' cooperation in an effort of learning these elements. Problems robots should solve are first-search and role-exchange. First-search problem is that first robot searches maze and send informations about maze to the second robot in real time. Role-exchange problem is that first robot searches maze, but loses its function at any point. At this time second robot takes a role of first robot and performs first robot's missions to the end. To solve these two problems, it goes through four steps; problem analysis, algorithm description, flowchart and programming. Additional effects of our suggestion are chance of cooperation among students and use of queue in data structure. Further researches are use of more generalized mazes, application to real field and a talented curriculum.
ICT education guidelines revised in 2005 reinforce computer science elements such as algorithm, data structure, and programming covering all schools. It means that goal of computer education is improving problem-solving abilities not using of commercial software. So this paper suggests problem-solving method of maze escape through robots' cooperation in an effort of learning these elements. Problems robots should solve are first-search and role-exchange. First-search problem is that first robot searches maze and send informations about maze to the second robot in real time. Role-exchange problem is that first robot searches maze, but loses its function at any point. At this time second robot takes a role of first robot and performs first robot's missions to the end. To solve these two problems, it goes through four steps; problem analysis, algorithm description, flowchart and programming. Additional effects of our suggestion are chance of cooperation among students and use of queue in data structure. Further researches are use of more generalized mazes, application to real field and a talented curriculum.
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문제 정의
그래서 본 논문의 목적은 초등학교 학생들로 하여금 로봇이 미로를 탈출할 때 어떤 방식으로 협동해야하는지에 대한 문제를 제시하고, 이 문제를 해결할 때 큐가 어떻게 활용되는지를 알도록 하는 것이다. 그래서 두 대의 로봇(1대의 마스터 로봇, 1대의 슬레이브 로봇)들이 서로 협동해야만 하는 문제를 제기하고 이 문제를 해결하기 위해서 큐를 어떻게 활용하는지에 대해서 기술해보고자 한다.
그래서 본 논문에서는 로봇들이 상호협동하면서 미로를 탈출할 때, 큐가 어떻게 사용되는지를 보여주고자 한다. 두 대의 로봇(1대의 마스터 로봇, 1대의 슬레이브 로봇)에게 주어진 임무는 로봇들이 모두 미로를 안전하게 탈출하는 것이다.
그래서 본 논문의 목적은 초등학교 학생들로 하여금 로봇이 미로를 탈출할 때 어떤 방식으로 협동해야하는지에 대한 문제를 제시하고, 이 문제를 해결할 때 큐가 어떻게 활용되는지를 알도록 하는 것이다. 그래서 두 대의 로봇(1대의 마스터 로봇, 1대의 슬레이브 로봇)들이 서로 협동해야만 하는 문제를 제기하고 이 문제를 해결하기 위해서 큐를 어떻게 활용하는지에 대해서 기술해보고자 한다.
아무리 중요한 내용이라고 할지라도 적절한 교수방법, 교구, 컨텐츠가 준비되어 있지 않으면 교수학습의 효과가 떨어지기 때문이다. 그래서 본 논문의 목표를 문제해결력 향상으로 보고, 로봇을 활용한 미로탈출이라는 문제를 해결하는 방안을 제시해 보았다. 이러한 일련의 과정에서 학습자들은 자료구조, 협동학습의 기회를 체험하는 부수적인 효과도 얻을 수 있다.
현재에는 매우 단순한 미로를 가지고 실험을 하였지만 향후에는 좀 더 복잡하고 일반적인 미로를 사용하여 실험이 이루어져야 할 것이다. 또한 초등학교나 영재교육과정과 같은 실제적인 현장에 직접 적용하여 그 효과를 평가해 보는 것이다. 현재의 큐라는 자료구조도 그래프나 트리로 확대하는 방안도 개발할 예정이다.
제안 방법
이 두 가지 문제는 모두 로봇협동을 전제로 하고 있다. 각 문제를 해결하기 위해서 문제 분석, 알고리즘 기술, 순서도 작성 그리고 프로그래밍의 4단계를 거치도록 하였다. 문제분석 단계는 하나의 큰 문제를 여러개의 세부 문제로 나누는 단계이다.
유영대는 군집로봇 협동작업 통신구조를 설계하였다. 다수의 로봇이 임무를 완수하기 위해 협동하는 상황을 제시하고 로봇간 통신구조를 설계하였다. 로봇들에게 주어진 임무는 길쫓아가기와 역할바꿈이다.
Hong은 로봇을 활용하여 예비교사에게 프로그래밍 수업을 재밌게 할 수 있는 방안을 제시하였다. 로봇이 미로를 탈출할 때, 스택이라는 자료구조를 어떠한 상황에서 어떻게 사용되는지를 보여주었다. 사용된 교수학습 전략으로는 알고리즘 작성, 순서도 작성, 프로그래밍으로 구성하였다[5].
로봇이 미로를 탈출할 때, 스택이라는 자료구조를 어떠한 상황에서 어떻게 사용되는지를 보여주었다. 사용된 교수학습 전략으로는 알고리즘 작성, 순서도 작성, 프로그래밍으로 구성하였다[5].
문제분석 단계는 하나의 큰 문제를 여러개의 세부 문제로 나누는 단계이다. 우선탐색 문제는 2개의 세부문제로 나누었고, 역할바꿈 문제는 3개의 세부문제로 나누었다. 알고리즘 기술 단계는 각 세부문제를 특별한 형식이 없이 구체적으로 절차를 나열하는 단계이다.
이를 위해서 레고 마인드스톰 NXT라는 로봇과 NXT-G라는 개발 소프트웨어를 사용하여 로봇이 미로를 탈출하는 방안에 대해서 기술하였다.
이태준은 전국에 있는 초등학교 방과후학교 로봇교실 운영실태를 조사하였다. 전국에 있는 초등학교 중 서울특별시가 81%, 인천광역시 69.
조용만은 레고로봇을 활용한 컴퓨터 프로그래밍 교육 모형을 개발하였다. 프로그래밍에 필수적인 제어문을 습득하고, 이를 사다리타기 문제에 적용시킴으로써 재미있는 수업이 되도록 노력하였다[7].
대상 데이터
이 로봇은 그림 1과 같이 브릭(brick)이라는 NXT 로봇 컨트롤러가 장착되어있고, 이 브릭과 7개의 센서(입력센서 4개, 출력센서 3개)가 연결된다. 본 논문에서 사용된 로봇에 장착된 센서는 1개의 초음파 센서와 2개의 출력센서이다. 또한 브릭과 그림 2의 GUI(Graphic User Interface)인 NXT-G 소프트웨어는 USB를 통해서 연결된다.
본 논문에서 사용된 로봇은 레고 마인드스톰 NXT이다[9]. 이 로봇은 그림 1과 같이 브릭(brick)이라는 NXT 로봇 컨트롤러가 장착되어있고, 이 브릭과 7개의 센서(입력센서 4개, 출력센서 3개)가 연결된다.
본 논문에서 사용한 미로는 그림 4와 같이 단순한 미로와 복잡한 미로와 같이 두 가지로 구성하였다. 실험에 사용된 미로는 단순한 미로이며, 향후에 복잡한 미로에 대해서 연구를 진행할 것이다.
이렇듯 자료구조의 이해는 매우 중요하다. 자료구조의 예로는 변수, 배열, 스택, 큐, 그래프, 트리등을 들 수 있다. 그 중 큐는 선입선출(First In First Out: FIFO)로 알려져 있다.
후속연구
본 논문에서 사용한 미로는 그림 4와 같이 단순한 미로와 복잡한 미로와 같이 두 가지로 구성하였다. 실험에 사용된 미로는 단순한 미로이며, 향후에 복잡한 미로에 대해서 연구를 진행할 것이다.
현재에는 매우 단순한 미로를 가지고 실험을 하였지만 향후에는 좀 더 복잡하고 일반적인 미로를 사용하여 실험이 이루어져야 할 것이다. 또한 초등학교나 영재교육과정과 같은 실제적인 현장에 직접 적용하여 그 효과를 평가해 보는 것이다.
또한 초등학교나 영재교육과정과 같은 실제적인 현장에 직접 적용하여 그 효과를 평가해 보는 것이다. 현재의 큐라는 자료구조도 그래프나 트리로 확대하는 방안도 개발할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
알고리즘과 프로그래밍 사이에 존재하는 자료구조의 예로 무엇이 있는가?
이렇듯 자료구조의 이해는 매우 중요하다. 자료구조의 예로는 변수, 배열, 스택, 큐, 그래프, 트리등을 들 수 있다. 그 중 큐는 선입선출 (First In First Out: FIFO)로 알려져 있다.
2005년에 개정된 ICT교육지침에서 전 학교급에 걸쳐 알고리즘, 자료구조, 프로그래밍 내용과 같은 컴퓨터 과학 요소가 강화된 이유는 무엇인가?
2005년에 개정된 ICT교육지침에는 전 학교급에 걸쳐서 알고리즘, 자료구조, 프로그래밍 내용과 같은 컴퓨터 과학 요소가 매우 강화되었다. 컴퓨터교육의 목표가 소프트웨어 활용보다 문제해결력 향상이기 때문이다. 그래서 본 논문에서는 이러한 요소에 대한 학습방법의 일환으로서 로봇들이 협동을 통하여 미로를 탈출하는 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시하였다.
로봇의 역할바꿈 문제란 무엇인가?
그 후 슬레이브 로봇은 이 정보를 이용하여 탐색없이 미로를 탈출하게 된다. 역할바꿈 문제는 첫 번째 로봇이 미로를 탐색하는 도중 그 기능을 상실했을 때, 두 번째 로봇이 첫 번째 로봇의 역할을 이어받아 수행하는 것이다. 각 문제를 해결하기 위해서 문제분석, 알고리즘 기술, 순서도 작성, 프로그래밍의 4단계를 거치도록 하였다.
참고문헌 (12)
이점순. "LOGO프로그래밍 언어가 초등학생의 창의성 발달에 미치는 영향", 전주교육대학교 교육대학원, 2008.
Ki-Cheon Hong, "Learning Computer Engineering with Robots", 2nd International Symposium on Robotics in Science and Technology Education in Korea, pp.19-22, 2009.
김신엽, "초등 정보영재를 위한 로봇 프로그래밍 교육과정 개발", 대구교육대학교 교육대학원 석사학위논문, 2008.
조용만, "레고로봇을 활용한 컴퓨터 프로그래밍 교육 모형 개발", 연세대학교 교육대학원 석사학위논문, 2007.
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