[논문]스크래치 EPL을 활용한 라인트레이서 시뮬레이션 교육 프로그램 개발

신갑천; 허경

스크래치 EPL을 활용한 라인트레이서 시뮬레이션 교육 프로그램 개발
Development of Education Program for Line-Tracer Simulation using Scratch EPL 원문보기

정보교육학회논문지 = Journal of the Korean Association of Information Education, v.15 no.4, 2011년, pp.533 - 542

신갑천 (경인교육대학교 컴퓨터교육과) , 허경 (경인교육대학교 컴퓨터교육과)

초록
AI-Helper

본 논문은 PBL 기반 프로그래밍 교육방법에 기초하여 라인트레이서의 주행 알고리즘을 중심 학습 요소로 선정하였다. 본 논문에서는 스크래치 웹 코스웨어를 개발하여 로봇 프로그래밍 교육 발전에 걸림돌로 작용하는 과도한 비용 문제나 시간적, 공간적인 제약과 같은 환경적 여건의 부족 문제를 해소하기 위해, 라인트레이서 동작 시뮬레이션 스크래치 프로그램 및 교육 프로그램을 제안하였다. 그리고 실험 수업을 통해 초등 교육 현장에 적용함으로써 논리적 사고력과 문제 해결력에 미치는 영향을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we have selected traveling algorithms of Line-Tracer as the focused learning elements with the PBL-based programming instruction method. Line-Tracer traveling algorithm programming has been simulated using the Scratch EPL. Development of robot web courseware such as Line-Tracer can create an effective educational environment and also provide solutions for lack of environmental conditions, such as time or spatial factor restrictions and excessive expense issues; these are major obstacles to developing robot programming education. Finally, we analyzed the effects on growth of student's logical thinking and problem solving abilities by demonstrating the Scratch application courseware to the field of elementary education.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 로봇 프로그래밍 학습에 따른 인지 부담과 시간적, 공간적 제한점을 극복하기 위하여, 교육용 프로그래밍 언어인 스크래치를 활용하여 라인트레이서 로봇의 주행 알고리즘을 구현하는 교육 프로그램과 이를 위한 웹 코스웨어를 제안하였다. 그리고 이를 적용한 결과를 분석하여 다음과 같은 연구 결과를 도출하였다.
이에 본 논문에서는 초등로봇프로그래밍 교육에 있어 학습자의 인지수준과 경제적인 측면을 고려하여 스크래치를 도입하여 적용할 것을 제안하는 것이다. 이는 학습자들이 로봇 알고리즘 학습과 교육용 프로그래밍 언어 학습이라는 두 가지 학습효과를 동시에 얻을 수 있는 방안이라고 생각된다.
이에 본 논문은 프로그래밍과 로봇을 효율적으로 교육할 수 있는 방안으로 스크래치를 활용하여 라인트레이서 로봇의 주행 알고리즘을 구현하는 라인트레이서 동작 시뮬레이션 스크래치 프로그램 및 교육 프로그램을 제안하여 로봇 교육의 진입장벽을 낮추고 교육현장에 부합하는 현실적인 환경을 조성하기 위한 기초를 제공하고자 한다. 또한 실험 수업을 실시하고 실험 전, 후의 논리적 사고력과 문제해결력 검사 결과를 분석하여 실질적인 적용 가능성을 검증하였다.

제안 방법

1) 센서가 1개인 라인트레이서 로봇이 있을 때 검은색 선을 따라 계속해서 주행하도록 프로그래밍 하시오.
1) 순서도를 보고 스크래치를 이용하여 센서가 1개일 때 라인트레이서 로봇 알고리즘을 구현하도록 프로그래밍하여 봅시다.
2) 센서가 2개인 라인트레이서 로봇이 있을 때 검은색 선을 따라 계속해서 주행하도록 프로그래밍 하시오.
2) 순서도를 보고 스크래치를 이용하여 센서가 2개일 때 라인트레이서 로봇 알고리즘을 구현하도록 프로그래밍하여 봅시다.
3) 센서가 3개인 라인트레이서 로봇이 있을 때 검은색 선을 따라 계속해서 주행하도록 프로그래밍 하시오.
검사는 50분간 실시하였으며 사전-사후 검사 시 동일 조건하에 진행되었다. 검사 결과는 OECD에서 제시한 채점 기준을 적용하여 문항별 1～3점으로 점수를 부여하였다.
두 번째 검사 도구는 학습자의 문제해결력을 측정하기 위하여 OECD/PISA 2003 문제해결력 소양영역의 19개 공개 문항을 사용하였다 [9]. 검사는 50분간 실시하였으며 사전-사후 검사 시 동일 조건하에 진행되었다. 검사 결과는 OECD에서 제시한 채점 기준을 적용하여 문항별 1～3점으로 점수를 부여하였다.
이에 본 논문은 프로그래밍과 로봇을 효율적으로 교육할 수 있는 방안으로 스크래치를 활용하여 라인트레이서 로봇의 주행 알고리즘을 구현하는 라인트레이서 동작 시뮬레이션 스크래치 프로그램 및 교육 프로그램을 제안하여 로봇 교육의 진입장벽을 낮추고 교육현장에 부합하는 현실적인 환경을 조성하기 위한 기초를 제공하고자 한다. 또한 실험 수업을 실시하고 실험 전, 후의 논리적 사고력과 문제해결력 검사 결과를 분석하여 실질적인 적용 가능성을 검증하였다.
본 연구에서 개발하여 적용하고자 하는 스크래치를 활용한 로봇 프로그래밍 학습 프로그램과 웹 코스웨어는 와 같이 PBL 기반 로봇 프로그래밍 교육방법[7]과 초등학교 수업을 위한 문제중심학습(PBL)의 교수학습 과정 모형 연구[11]에서 제시한 PBL 학습 모형을 바탕으로 재구성하여 스크래치를 활용한 라인트레이서 로봇의 주행 알고리즘을 중심으로 한 학습 주제를 선정하였다.
스크래치를 활용하여 구성된 로봇 프로그래밍 학습 프로그램과 웹 코스웨어는 라인트레이서 로봇의 주행 알고리즘을 이해할 수 있도록 구성하였다. 스크래치는 로봇 프로그래밍을 위한 언어는 아니지만 간단한 프로그래밍 방식과 바로 시뮬레이션 할 수 있으며 웹에서 공유할 수 있는 장점이 있어 라인트레이서 로봇의 기초가 되는 알고리즘을 이해하는데 적합하다.
연구의 설계는 와 같이 실험 연구 중 실험 집단의 전후 검사 설계를 사용하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 2009년 9월 8일부터 10월 6일까지 경기도 의정부시 소재의 ○○초등학교 부설 영재학급의 수학 및 과학 영재교육을 받는 초등학교 6학년 16명을 대상으로 스크래치를 활용한 로봇 프로그래밍 교육 프로그램을 총 15차시에 걸쳐 적용하였다. 검사도구는 두 가지를 사용하였다.

데이터처리

연구의 설계는 <표 12>와 같이 실험 연구 중 실험 집단의 전후 검사 설계를 사용하였다. 실험 집단에 스크래치를 활용한 로봇 프로그래밍 학습 프로그램과 웹 코스웨어를 실험 적용한 후 논리적 사고력 및 문제해결력 사전 검사와 사후 검사를 실시하고 측정된 결과가 통계적으로 유의미한 차이가 있는지 알아보기 위하여 SPSS 12.0K for windows 통계 프로그램을 활용하여 대응표본 t검증을 실시하여 적용의 효과를 분석하였다.

이론/모형

첫 번째 검사도구로는 학습자의 논리적 사고력을 측정하기 위해 미국 Georgia 대학의 Roadrangka, Yeany, Padilla가 개발한 GALT(Group Assessment for Logical Thinking)를 서울대 화학교육과에서 번안하여 수정을 한 논리적 사고력 검사 도구의 21문항을 사용하여 50분간 실시하였다[3]. 두 번째 검사 도구는 학습자의 문제해결력을 측정하기 위하여 OECD/PISA 2003 문제해결력 소양영역의 19개 공개 문항을 사용하였다 [9]. 검사는 50분간 실시하였으며 사전-사후 검사 시 동일 조건하에 진행되었다.
검사도구는 두 가지를 사용하였다. 첫 번째 검사도구로는 학습자의 논리적 사고력을 측정하기 위해 미국 Georgia 대학의 Roadrangka, Yeany, Padilla가 개발한 GALT(Group Assessment for Logical Thinking)를 서울대 화학교육과에서 번안하여 수정을 한 논리적 사고력 검사 도구의 21문항을 사용하여 50분간 실시하였다[3]. 두 번째 검사 도구는 학습자의 문제해결력을 측정하기 위하여 OECD/PISA 2003 문제해결력 소양영역의 19개 공개 문항을 사용하였다 [9].

성능/효과

논리적 사고력의 모든 하위 요소에서 평균이 사전 검사보다 사후 검사에서 더 높게 나타났으며 특히 비례논리와 확률논리, 조합논리의 검증결과는 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(P<.05).
문제해결력 검사의 사전-사후 검사 결과의 정답률 변화를 보면 <표 18> 에서와 같이 체제분석 및 설계 형태의 7개 문항 중 6개 문항에서 정답률이 증가하였으며 의사결정 형태의 7개 문항 중 6개 문항에서 정답률이 증가하였고 문제점 해결 형태의 5개 문항에서 모두 정답률이 증가하는 것을 볼 수 있다. 또한 PISA 2003 국내 결과와 비교하였을 때 문제해결력 검사의 사전 검사에서는 19개 문항 중 한 문항만 국내 정답률 평균보다 높은 것을 볼 수 있었고 사후 검사에서는 19개 문항 중 7개 문항에서 국내 정답률 평균보다 높은 정답률을 보였다.
실제 로봇이 없는 환경에서도 스크래치의 시뮬레이션 방식을 이용하여 알고리즘 중심의 로봇 프로그래밍 교육이 가능하며, 프로그래밍 언어 습득 중심의 프로그래밍 교육과 로봇을 중심으로 하는 로봇 프로그래밍 교육을 접목하여, 동일 알고리즘을 프로그래밍 언어만 학습하면 여러 환경에서 적용할 수 있다는 알고리즘의 이식성과 확장성을 증명하였다. 또한, 같은 알고리즘을 구현하더라도 다양한 프로그램 답안이 나오는 만큼 학습자의 논리적 사고력과 문제해결력을 신장시키는데 기여한다는 결과를 제시하였다.
문제해결력 검사의 사전-사후 검사 결과의 정답률 변화를 보면 에서와 같이 체제분석 및 설계 형태의 7개 문항 중 6개 문항에서 정답률이 증가하였으며 의사결정 형태의 7개 문항 중 6개 문항에서 정답률이 증가하였고 문제점 해결 형태의 5개 문항에서 모두 정답률이 증가하는 것을 볼 수 있다.
75%, 4, 5구간은 0%로 상위 점수에 해당하는 학생은 없었으며 중하위권으로 판단되는 2구간과 3구간에 해당하는 학생들의 비율이 전체의 75%를 차지했다. 문제해결력 검사의 사후 검사 결과에서는 상위권의 4, 5구간에 포함되는 학생들의 비율이 31.25%로 증가하였으며 1, 2구간에 포함되는 학생의 비율은 감소하였다.
문제해결력 검사의 사전-사후 결과를 비교하면 <표 16>와 같다. 문제해결력 검사의 평가 결과를 임의로 5개의 구간으로 나누어 보았을 때 사전 검사에서 1구간은 25%, 2구간은 56.25%, 3구간은 18.75%, 4, 5구간은 0%로 상위 점수에 해당하는 학생은 없었으며 중하위권으로 판단되는 2구간과 3구간에 해당하는 학생들의 비율이 전체의 75%를 차지했다. 문제해결력 검사의 사후 검사 결과에서는 상위권의 4, 5구간에 포함되는 학생들의 비율이 31.
33%, 형식적 조작기는 25%로 과도기에 해당하는 학생의 비율이 상대적으로 높다. 실험 처치 후에 사후 검사 결과에서는 구체적 조작기에 해당하는 학습자는 나타나지 않았고 과도기는 43.75%, 형식적 조작기는 56.25%로 전체적으로 실험 처치 후 형식적 조작기의 학습자가 증가하고 구체적 조작기와 과도기의 학습자는 감소한 결과를 보였다.

후속연구

직접 실행하여 본 프로그램에서 로봇이 예상대로 움직이는지 확인하고 그렇지 않다면 문제점이 무엇인지 찾아보고 수정한다. 오류가 없다면 더욱 효율적으로 최적화(더 정확하고 빠르게)한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스크래치의 장점은 무엇인가?	스크래치(Scratch)는 미국 MIT의 미디어랩과 UCLA의 연구자가 공동으로 개발한 교육용 프로그래밍 언어(EPL:Educational Programming Language)로, 스프라이트(Sprite)라고 불리는 객체에 색상과 형태에따라 각기 다른 명령어를 가지는 블록(Block)들을 쌓아 프로그래밍 하는 방식(Building-block programming)의 그래픽 프로그래밍 언어이다 [15]. 기존의 프로그래밍 교육은 학습하는데 많은 인지적인 노력과 시간이 소요됨에 따라 학습자와 교사로부터 부정적인 인식을 받아 온 반면 스크래치와 같은 교육용 프로그래밍 언어는 대부분의 연령대에서 이해하기 쉽고 배우기 쉬우며 직관적인 프로그래밍이 가능하다는 장점을 가지고 있으며 다양한 멀티미디어를 지원하고 여러 이용자들의 노력에 의해 최근에는 거의 완벽한 한글 지원이 가능하다는 점에서 프로그래밍 교육뿐만 아니라 다양한 분야에서의 활용 가능성이 열려 있다.
	스크래치란?	스크래치(Scratch)는 미국 MIT의 미디어랩과 UCLA의 연구자가 공동으로 개발한 교육용 프로그래밍 언어(EPL:Educational Programming Language)로, 스프라이트(Sprite)라고 불리는 객체에 색상과 형태에따라 각기 다른 명령어를 가지는 블록(Block)들을 쌓아 프로그래밍 하는 방식(Building-block programming)의 그래픽 프로그래밍 언어이다 [15]. 기존의 프로그래밍 교육은 학습하는데 많은 인지적인 노력과 시간이 소요됨에 따라 학습자와 교사로부터 부정적인 인식을 받아 온 반면 스크래치와 같은 교육용 프로그래밍 언어는 대부분의 연령대에서 이해하기 쉽고 배우기 쉬우며 직관적인 프로그래밍이 가능하다는 장점을 가지고 있으며 다양한 멀티미디어를 지원하고 여러 이용자들의 노력에 의해 최근에는 거의 완벽한 한글 지원이 가능하다는 점에서 프로그래밍 교육뿐만 아니라 다양한 분야에서의 활용 가능성이 열려 있다.
	우리나라 초등교육현장에서 알고리즘 중심의 로봇교육이 정규 교육과정에서 이루어지지 않고 주로 특기적성교육의 형태로 이루어지는 이유는 무엇인가?	우리나라 초등교육현장에서는 위와 같은 이점을 알고 알고리즘 중심의 로봇교육의 필요성을 인식하고 있으나 정규 교육과정에서 이루어지지 않고 있으며 주로 특기적성교육의 형태로 이루어지고 있다 [4]. 이는 로봇이 교사 또는 학생 개인의 경제적인 지원이 요구되고 특정한 관심을 필요로 하는 교육환경에 기인하며 교과 외적인 교육으로 여겨지기 때문이다. 또한 로봇교육 프로그램 개발 및 운영에 관한 연구는 주로 초등학생을 대상으로 로봇교육을 실시한 경험이 있는 교사들에 의해 주도되고 있으며, 이러한 로봇교육 프로그램에 참여한 학습자의 주된 활동은 로봇모형 제작용 특정키트 조립인 경우가 대부분이다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증