최근 과학예술융합교육(Science, Technology, Engineering, Art and Mathematics; STEAM)의 중요성이 증대되고 있으며, 로봇활용교육도 좋은 대안으로 고려되고 있다. 현재 대부분의 초등 로봇활용교육은 방과후교실로 운영되고 있는데, 주로 과학과 로봇에 관심이 많은 남학생들을 중심으로 이루어지고 있다. 본 논문에서는 먼저 초등학생들이 로봇을 활용하여 STEAM에 대한 흥미를 유발하게 되는지를 살펴보고자 하였다. 로봇활용의 범주를 5가지(추상적 이해형, 구조중심형, 운동중심형, 지능중심형, 가치지향형)로 나눈 후, 초등정규교육과정을 분석하여 적용 가능한 모든 교과와 단원을 추출하였다. 그리고 추출된 단원에 대하여 정규수업시간 내에 수행이 가능한 로봇을 활용하는 교안을 개발하고, 5개월간 적용하였다. 분석 결과, 로봇활용교육이 STEAM에 대한 흥미를 유의미하게 증진시키는 것으로 나타났으며, 특히 여학생의 경우가 더 두드러졌다. 이와 더불어서, 정규 수업에서 로봇활용교육을 운영하는 데 있어서 당면하게 되는 문제점들에 대해 논하고, 향후 STEAM을 위한 로봇활용교육과 관련한 제언을 제시하였다.
최근 과학예술융합교육(Science, Technology, Engineering, Art and Mathematics; STEAM)의 중요성이 증대되고 있으며, 로봇활용교육도 좋은 대안으로 고려되고 있다. 현재 대부분의 초등 로봇활용교육은 방과후교실로 운영되고 있는데, 주로 과학과 로봇에 관심이 많은 남학생들을 중심으로 이루어지고 있다. 본 논문에서는 먼저 초등학생들이 로봇을 활용하여 STEAM에 대한 흥미를 유발하게 되는지를 살펴보고자 하였다. 로봇활용의 범주를 5가지(추상적 이해형, 구조중심형, 운동중심형, 지능중심형, 가치지향형)로 나눈 후, 초등정규교육과정을 분석하여 적용 가능한 모든 교과와 단원을 추출하였다. 그리고 추출된 단원에 대하여 정규수업시간 내에 수행이 가능한 로봇을 활용하는 교안을 개발하고, 5개월간 적용하였다. 분석 결과, 로봇활용교육이 STEAM에 대한 흥미를 유의미하게 증진시키는 것으로 나타났으며, 특히 여학생의 경우가 더 두드러졌다. 이와 더불어서, 정규 수업에서 로봇활용교육을 운영하는 데 있어서 당면하게 되는 문제점들에 대해 논하고, 향후 STEAM을 위한 로봇활용교육과 관련한 제언을 제시하였다.
'Learning with a robot' is now considered as one of the best candidates for STEAM education, which is recently growing its importance. Most of the 'learning with a robot' programs in elementary schools serve as afterschool classes. The students participating in the afterschool classes are mostly boy...
'Learning with a robot' is now considered as one of the best candidates for STEAM education, which is recently growing its importance. Most of the 'learning with a robot' programs in elementary schools serve as afterschool classes. The students participating in the afterschool classes are mostly boys who are interested in science and robots. This paper mainly concerns that a robot can be helpful for improving students' interest in STEAM education. We divided the robot utilizable aspects into 5 areas with educational points of view; abstract concept understanding type, structure-oriented type, athletics-oriented type, intelligence-oriented type and value-orientated type. We extracted all robot utilizable subjects and units from elementary school curriculum, and developed lesson plans which can be applicable to regular classes. And we also verified them by applying into an elementary school for 5 months. As the result of the analysis, we can conclude that 'learning with a robot' can encourage students' interest in STEAM, and it is more effective for girls than boys. Finally, we discuss problems that teachers may face in using a robot for regular classes, and make suggestions about the use of a robot for STEAM education.
'Learning with a robot' is now considered as one of the best candidates for STEAM education, which is recently growing its importance. Most of the 'learning with a robot' programs in elementary schools serve as afterschool classes. The students participating in the afterschool classes are mostly boys who are interested in science and robots. This paper mainly concerns that a robot can be helpful for improving students' interest in STEAM education. We divided the robot utilizable aspects into 5 areas with educational points of view; abstract concept understanding type, structure-oriented type, athletics-oriented type, intelligence-oriented type and value-orientated type. We extracted all robot utilizable subjects and units from elementary school curriculum, and developed lesson plans which can be applicable to regular classes. And we also verified them by applying into an elementary school for 5 months. As the result of the analysis, we can conclude that 'learning with a robot' can encourage students' interest in STEAM, and it is more effective for girls than boys. Finally, we discuss problems that teachers may face in using a robot for regular classes, and make suggestions about the use of a robot for STEAM education.
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문제 정의
즉, STEAM 교육에 효과적인 로봇교육이지만 정규 교과에 적용하기는 그만큼 쉽지 않다는 것을 의미하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 초등정규교육과정에서 STEAM을 위한 로봇활용교육을 직접설계 및 적용함으로써 동기유발에 대한 효과를 살펴볼 뿐만 아니라 수업 운영상의 구체적인 문제점을 분석하고, 그 분석 결과를 토대로 제언을 하고자 한다.
그리고 그 중에서 20차시 분량의 교수·학습과정안을 선별하여 서울 소재 한 초등학교의 정규교육과정에서 로봇활용교육을 5개월간 실시하고, STEAM 과목에 대한 학생들의 흥미도 변화를 장기적인 관점에서 분석하였다. 또한 정규교육과정에서 로봇활용교육을 운영하는 데 있어서 당면하게 되는 문제점들을 분석하고, 향후 STEAM을 위한 로봇활용교육과 관련한 제언을 제시하였다.
본 연구는 초등정규교육과정에서 로봇활용교육을 위한 교안을 설계하고 적용하여, 로봇활용교육이 STEAM 관련 교과목(수학, 과학, 실과 및 컴퓨터, 미술)에 대한 흥미도 유발에 유의미함을 밝혔다. 그러나 실제 정규수업에서 로봇활용교육을 실시함에 있어서 다음과 같은 여러 가지 운영상의 문제점을 경험하였다.
본 연구에서는 초등학교 정규교육과정에서 로봇활용교육이 STEAM에 대한 흥미를 변화시키는지를 알아보기 위하여 교육과정을 분석하여 교안을 개발한 후 6학년 4개 학급에 5개월간 적용하여 보았다. 전체 학생들은 모두 유의미하게 STEAM 관련 과목인 수학, 과학, 실과(컴퓨터 포함)와 미술에 대한 흥미가 높아졌으며, 특히 여학생의 흥미도는 남학생의 흥미도에 비해서 유의미하게 더 높게 나타났다.
본 절에서는 초등교육에서 로봇활용교육과 관련된 연구동향을 정리하고자 한다. 초등 방과후 로봇교실과 영재교육과 연계된 로봇수업에 대한 연구는 꾸준히 이루어졌었는데, 최근 들어 STEAM교육에 대한 효과를 토대로 정규 교과수업과 재량 및 특별활동과 연계한 연구들이 많이 이루어지고 있다.
이에 본 연구는 로봇의 교육적 효과 증진 및 활용확대를 위하여 지식경제부에서 지원하는 로봇확산사업[10][16]의 일환으로, 초등교육과정을 분석하여 로봇을 활용할 수 있는 단원들을 선정하여 100차시 교수·학습과정안을 개발하였다.
가설 설정
수업기간 내 결석과 설문조사시의 결석에 의해 4명의 자료를 제거하고, 115명의 자료를 토대로 흥미도에 변화가 없다는 가설 Ho:μ = 3.0에 대하여 분석을 하였다.
제안 방법
STEAM을 위하여 수학, 과학, 실과, 컴퓨터, 미술 과목의 교육과정을 분석하였으며, 로봇활용교육의 확대 적용은 물론 STEAM과의 적용 효과 비교를 위하여 기타 과목(국어, 도덕, 사회, 즐거운 생활, 슬기로운 생활)의 교육과정도 분석하였다. 또한 수업에서 로봇을 다양하게 활용하기 위하여 로봇의 활용 범주를 5가지로 나누어서 교육과정 분석과 연계하였다.
본 연구는 사용자가 로봇을 제작하는 회통중심형 교구로봇에 해당한다고 생각할 수 있으나, 정규교육 과정에서 제시하고 있는 학습목표도달을 위해서 직접 로봇을 제작하는 것뿐만 아니라 지능형 로봇에 대한 개념도 포함한 교안개발이 일부 이루어졌다. 그러므로 본 연구에서는 교구로봇교육에 한정하지 않고 보다 포괄적인 로봇활용교육을 제목에 사용하였다.
그리고 그 중에서 20차시 분량의 교수·학습과정안을 선별하여 서울 소재 한 초등학교의 정규교육과정에서 로봇활용교육을 5개월간 실시하고, STEAM 과목에 대한 학생들의 흥미도 변화를 장기적인 관점에서 분석하였다.
남녀 학생간의 전체 교과목에 대한 로봇활용교육의 흥미도 평균 변화를 과 같이 비교하였다.
따라서 본 연구에서는 로봇교육 석사과정에 재학중인 현직 교사들이 제7차 교육과정, 2007개정 교육과정과 2009개정 교육과정을 모두 포함하며, 1～6학년 정규교육과정에 대해 약 100차시의 로봇 활용 수업 주제를 추출하여, 현실적인 수업시간을 고려하는 가운데 로봇활용교육과 연계한 교수·학습과정안을 새로이 개발하였다[10].
Park & Kim(2011)은 주어진 로봇키트의 부품, 자신이 필요에 따라 스스로 설계해서 만든 부품 또는 주변의 재활용품이나 소품 등으로 사용자가 제작하는 로봇을 UCR(User Created Robots)이라고 정의하고, 최소의 부품으로 최대의 작업을 지향하는 UCR의 교육철학을 ‘미니멀리즘 UCR’로 제시하였다. 또한 UCR의 교육목표에 따라 작업중심형 UC-TR, 창의예술형 UC-AR, 사이버연동형 UC-CR과 같이 세 가지로 분류하였다[21].
STEAM을 위하여 수학, 과학, 실과, 컴퓨터, 미술 과목의 교육과정을 분석하였으며, 로봇활용교육의 확대 적용은 물론 STEAM과의 적용 효과 비교를 위하여 기타 과목(국어, 도덕, 사회, 즐거운 생활, 슬기로운 생활)의 교육과정도 분석하였다. 또한 수업에서 로봇을 다양하게 활용하기 위하여 로봇의 활용 범주를 5가지로 나누어서 교육과정 분석과 연계하였다. 5가지 범주는 구체적으로 로봇을 직접 활용하지는 않지만 교과 내용에 사용되는 로봇의 개념을 다루는 ‘추상적 이해 유형’, 환경이나 생명 등에 대한 이해를 위해서 로봇의 개념을 활용하는 ‘가치지향 유형’, 로봇의 구조를 만드는 ‘구조 중심 유형’, 로봇이 움직이도록 만드는 ‘운동 중심 유형’, 로봇을 프로그래밍하여 다양한 활용을 하는 ‘지능 중심 유형’이다.
또한 우리나라의 경우에, 교육과학기술부도 ‘창의인재와 선진과학기술로 여는 미래 대한민국’을 위한 6대 중점과제 중에 세계적 과학기술인재 육성을 위하여 초·중등의 STEAM 교육 강화를 주요 추진전략으로 삼았다[3].
앞 절에서 분석한 교육과정의 내용을 토대로 100차시 분의 교수·학습과정안을 개발하였다[10]. 로봇 구상이나 제작활동으로 인하여 40분 이상의 시간이 필요하다고 판단한 경우에는 교과나 차시의 통합을 꾀하여 하나의 로봇을 활용하면서도 두 수업의 학습 목표를 동시에 도달할 수 있도록 고안하였다. 학습목표 도달 측면에서 살펴볼 때, 강의식 수업보다 다소 효율성이 뛰어나지는 못하더라도 구체적 조작을 통한 발산적 사고를 자극할 수 있다고 판단되는 경우에는 로봇활용을 투입하도록 하여 학문간의 융합적 안목을 키울 수 있는 가능성을 염두에 두었다.
로봇을 활용한 수업이 초등학생들의 STEAM 관련 교과목의 흥미도를 높이는가를 알아보기 위하여 정규수업에서 로봇활용학습에 참여한 학생들에게 7개의 교과목(수학, 과학, 실과․컴퓨터, 미술, 국어, 사회, 도덕)에 대한 흥미도를 5점 척도(1: 매우 떨어졌음, 2: 떨어졌음, 3: 변화 없음, 4: 늘었음, 5: 매우 늘었음)로 구성된 자기 기입식 설문조사를 실시하였다. 수업기간 내 결석과 설문조사시의 결석에 의해 4명의 자료를 제거하고, 115명의 자료를 토대로 흥미도에 변화가 없다는 가설 Ho:μ = 3.
본 연구는 사용자가 로봇을 제작하는 회통중심형 교구로봇에 해당한다고 생각할 수 있으나, 정규교육 과정에서 제시하고 있는 학습목표도달을 위해서 직접 로봇을 제작하는 것뿐만 아니라 지능형 로봇에 대한 개념도 포함한 교안개발이 일부 이루어졌다. 그러므로 본 연구에서는 교구로봇교육에 한정하지 않고 보다 포괄적인 로봇활용교육을 제목에 사용하였다.
주제에 따라서 한 가지 범주로 제한하거나 2∼3가지 범주를 통합하여 교수·학습과정안을 개발하였으며, 각 교과별 분포는 와 같다.
실제 수업적용은 서울시에 소재하고 있는 S초등학교 6학년 4개 학급, 총 119명(남 64명, 여 47명)을 대상으로, (그림 2)와 같이 2010년 8월부터 12월까지 총 20차시의 수업(과학 5차시, 수학 2차시, 실과․컴퓨터 2차시, 미술 2차시, 국어 1차시, 도덕 3차시, 사회 5차시)을 실시하였다. 학생들의 반응을 비교하기 위하여 STEAM에 해당하는 과목과 기타 과목 수업을 두루 선정하여 진행하였다. 또한 원활한 수업운영을 위하여 로봇보조교사를 1인씩 배치하여 수업을 도왔다.
대상 데이터
실제 수업적용은 서울시에 소재하고 있는 S초등학교 6학년 4개 학급, 총 119명(남 64명, 여 47명)을 대상으로, (그림 2)와 같이 2010년 8월부터 12월까지 총 20차시의 수업(과학 5차시, 수학 2차시, 실과․컴퓨터 2차시, 미술 2차시, 국어 1차시, 도덕 3차시, 사회 5차시)을 실시하였다. 학생들의 반응을 비교하기 위하여 STEAM에 해당하는 과목과 기타 과목 수업을 두루 선정하여 진행하였다.
성능/효과
각 교과목에서 성별로 로봇활용교육 후의 흥미도 변화를 비교한 결과, 과 같이 STEAM 관련 과목을 포함한 모든 과목에서 여학생의 흥미도가 남학생보다 높았으며, 미술교과는 특히 그 차이가 매우 유의미하게 높았다.
5년 이상으로, (그림 1)과 같이 수업 전에 2일간의 사전 연수를 받았다. 그리고 개발된 로봇활용 교안과로봇키트를 받고, 실질적인 수업 운영을 위한 실습 및 토론 시간을 가졌다.
넷째, 학생들이 수업시간 이후에도 지속적으로 문제해결, 창의적 구안 등을 할 수 있는 사이버 공간을 제공해야한다. 정규교육과정에서의 활동이 향후 수업 목표와 관련된 복합적인 상황에서 문제를 해결하기 위하여 로봇 제작을 위한 구상에서부터 제작을 위해 다른 학생과 의사소통하고 협동할 수 있도록 하는 비정규교육과정상의 자기주도 학습의 기회를 만들어주는 것이 중요하다.
다섯째, 기존에는 로봇활용교육이 영재교육과 수월성 교육에 치중되어 있었는데, 정규교육과정의 활동을 통해 학생 간 상호작용이 상당히 향상되는 것을 관찰할 수 있었다. 따라서 학습부진아 또는 저소득층 학생 등에 대하여 학습몰입도, 성취도, 사회성 증진에 미치는 영향을 연구하는 것이 필요하다.
전체 학생들은 모두 유의미하게 STEAM 관련 과목인 수학, 과학, 실과(컴퓨터 포함)와 미술에 대한 흥미가 높아졌으며, 특히 여학생의 흥미도는 남학생의 흥미도에 비해서 유의미하게 더 높게 나타났다. 따라서 STEAM 교육을 위해 로봇을 활용하는 것이 좋은 방법이며, 특히 여학생에게 매우 효과적임을 알 수 있었다.
셋째, 학습자의 개인차에 따라 수업의 질이 많이 좌우된다. 제한된 수업시간에 교사가 충분히 학생들의 학습활동을 지원하기 어렵기 때문에, 학습자 개인이 갖는 로봇 경험의 유무나 양에 따라 수업의 효과가 달라질 수 있다.
본 연구에서는 초등학교 정규교육과정에서 로봇활용교육이 STEAM에 대한 흥미를 변화시키는지를 알아보기 위하여 교육과정을 분석하여 교안을 개발한 후 6학년 4개 학급에 5개월간 적용하여 보았다. 전체 학생들은 모두 유의미하게 STEAM 관련 과목인 수학, 과학, 실과(컴퓨터 포함)와 미술에 대한 흥미가 높아졌으며, 특히 여학생의 흥미도는 남학생의 흥미도에 비해서 유의미하게 더 높게 나타났다. 따라서 STEAM 교육을 위해 로봇을 활용하는 것이 좋은 방법이며, 특히 여학생에게 매우 효과적임을 알 수 있었다.
전체 흥미도 평균은 3.7863으로 귀무가설 μ = 3.0에 비하여 상당이 높아졌음을 알 수 있었으며, 유의 확률이 0이므로 유의수준 0.01에서 귀무가설을 기각할 수 있었다.
025로 남녀 간의 차이가 매우 유의미한 것으로 밝혀졌다. 즉, 여학생의 흥미도 상승이 남학생에 비해서 매우 유의미하게 높았다.
01에서 귀무가설을 기각할 수 있었다. 즉, 전체 학생의 전 교과목에 대한 흥미도가 매우 유의미하게 상승하였다.
첫째, 보다 많은 학생들이 STEAM에 대한 흥미를 갖도록 하기 위해서, 정규교육과정에서의 로봇활용이 의미를 가지지만 로봇을 활용하여 학습목표를 달성하기 위해서는 시간의 제약 문제가 가장 크다. 이를 극복할 수 있는 방법으로 정규수업에서 로봇을 설계조립하여 활용하기보다는 한정혜(2011)[17]에서 제시한 바와 같이, 로봇의 맛보기를 통하여 흥미유발에 스파크를 일으켜서 학습자가 자율적으로 비정규수업에서 로봇을 활용하도록 하는 자기주도적 학습활동과 연계하는 교안개발 노력이 필요하다.
첫째, 학습목표 도달에 있어서 로봇이 다른 교구들에 비해 제작시간이 많이 걸려서 수업 운영에 어려움이 많다. 특히 키트가 제한되어 있기 때문에 로봇제작 수업을 통해 완성된 로봇은 다음 수업시간에는 분해하여 다시 활용해야 한다.
학생들의 교과별 흥미도는 실과․컴퓨터가 4.39, 과학이 4.3으로 매우 높아졌음을 알 수 있었고, 과학, 미술, 사회, 수학 순으로 전 교과목에 대해서 유의수준 0.01하에서 매우 유의미한 흥미도 상승이 있었다. 따라서 로봇활용교육이 특히 STEAM에 대한 학생들의 흥미를 유발하는데 매우 효과적임을 알 수 있다.
후속연구
셋째, 정규교육과정에서 로봇을 활용하기 위해서는 전산보조교사와 같은 로봇보조교사의 지원이 필요하다. 로봇 부품을 관리하고 조립된 로봇의 전시 및 해체뿐만 아니라 수업 운영을 지원할 수 있어야 할 것이다. 이를 통하여 수업운영 시간 부족 해결과 로봇 관리지원 및 교사의 로봇기술에 대한 소양에 대한 지원을 받을 수 있을 것이다.
로봇 활용과 관련한 성별 차이가 존재함을 고려할 때, 본 연구를 통해 밝혀진 바와 같이 정규 교육과정에서 STEAM 교육을 위한 로봇 활용이 남학생들보다 여학생들의 흥미를 더 높일 수 있었다는 결과를 주시할 필요가 있다. 이러한 여학생에 대한 흥미도 상승 결과는 김경현 외 7인(2009)의 여학생간의 협력 및 상호작용이 활발하다는 결과[5]와 일맥상통하며, 로봇활용교육이 STEAM에 대한 여학생의 흥미유발 차원에서 매우 효과적인 대안이 될 수 있다는 가능성을 밝혀준다
셋째, 정규교육과정에서 로봇을 활용하기 위해서는 전산보조교사와 같은 로봇보조교사의 지원이 필요하다. 로봇 부품을 관리하고 조립된 로봇의 전시 및 해체뿐만 아니라 수업 운영을 지원할 수 있어야 할 것이다.
로봇 부품을 관리하고 조립된 로봇의 전시 및 해체뿐만 아니라 수업 운영을 지원할 수 있어야 할 것이다. 이를 통하여 수업운영 시간 부족 해결과 로봇 관리지원 및 교사의 로봇기술에 대한 소양에 대한 지원을 받을 수 있을 것이다. 또한 학습자들은 로봇 보조교사를 통해 비정규교육의 기회도 가질 수 있다.
일곱째, 교육과정의 학습목표뿐만 아니라 친환경과 연계된 로봇활용교육 및 실천지도가 필요하다. 김진오 외 1인(2010)[8]에서 제기한 바와 같이 수업에 사용된 부품의 소실, 건전지 등의 폐기 관리지도가 필요하며, 아이들의 로봇제작에 있어서 폐품을 활용하는 등의 친환경 연계 로봇활용교육을 활성화해야한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
로봇활용교육이라는 의미는 어떤 혼돈을 초래할 수 있는가?
일반적으로 로봇활용교육이라는 의미는 로봇을 활용한 모든 교수-학습활동을 포함한다. 그러나 이러한 개념은 사용자가 제작하는 교구로봇과 로봇공학자가제작하는 지능형 로봇과의 혼돈을 초래할 수 있다. 이에 한정혜와 조미헌(2009)은 로봇을 활용한 모든 형태의 학습을 r-러닝으로 정의하고, 크게 사용자가 창작하는 교구로봇을 활용한 학습과 지능형 로봇을 활용한 로봇보조학습으로 구분하였다.
STEAM 교육은 무엇을 목표로 하고 있는가?
STEM에 예술이 추가된 STEAM 교육이란 ‘과학예술융합교육’을 말하는 것으로서, 과학기술에 대한 흥미와 이해를 높여서 지식 습득에서 머물지 않고 예술까지 아우르는 간학문적 지식을 형성하여 창의적이고 융합적 사고와 문제 해결 능력 등을 배양할 수 있도록 하는 것을 목표로 하고 있다.
로봇활용교육이란?
일반적으로 로봇활용교육이라는 의미는 로봇을 활용한 모든 교수-학습활동을 포함한다. 그러나 이러한 개념은 사용자가 제작하는 교구로봇과 로봇공학자가제작하는 지능형 로봇과의 혼돈을 초래할 수 있다.
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