개정된 ICT교육지침에는 알고리즘, 자료구조, 프로그래밍 내용과 같은 컴퓨터과학 요소가 매우 강화되었다. 또한 최근 교육과학기술부는 STEAM 교육을 강조하고 있다. 여기에서 가장 중요한 문제는 "어떠한 방법으로 가르쳐야 하는가?"이다. 즉, 교수학습 콘텐츠의 개발이 필요하다. 그래서 본 논문에서는 레고 마인드스톰 NXT교육용 로봇을 활용한 스택과 큐 학습 방안을 제시한다. 주된 목표는 로봇이 미로라는 현실적인 구조물을 탐색할 때 스택과 큐가 어떻게 사용되는지를 보여주는 것이다. 교수학습 전략으로는 알고리즘 작성, 순서도, NXT-G 프로그래밍으로 정하였다. 단순한 미로는 왼쪽과 오른쪽 중 어느 한쪽에만 길이 있는 미로이고, 복잡한 미로는 삼거리가 포함된 미로이다. 이 두 개의 미로는 직접 개발하여 제작하였다. 마스터 로봇은 미로의 출구까지 탐색하면서 경로를 스택에 저장한 후, 이 스택을 이용하여 다시 입구까지 되돌아온다. 또한 마스터 로봇은 미로를 탐색하면서 경로를 실시간으로 슬레이브 로봇의 큐에 전달한다. 그 후 슬레이브 로봇은 큐에서 경로를 꺼내어 탐색없이 미로를 주행한다. 로봇의 미로 탐색이라는 미션을 해결하는 과정에서 학습자들은 스택과 큐의 활용 분야를 자연스럽게 이해하게 된다. 이러한 수업을 통해서 학습자들의 논리적인 사고력과 창의력이 향상되고, ICT 교육과 STEAM 교육에도 적용이 가능하리라 기대된다.
개정된 ICT교육지침에는 알고리즘, 자료구조, 프로그래밍 내용과 같은 컴퓨터과학 요소가 매우 강화되었다. 또한 최근 교육과학기술부는 STEAM 교육을 강조하고 있다. 여기에서 가장 중요한 문제는 "어떠한 방법으로 가르쳐야 하는가?"이다. 즉, 교수학습 콘텐츠의 개발이 필요하다. 그래서 본 논문에서는 레고 마인드스톰 NXT 교육용 로봇을 활용한 스택과 큐 학습 방안을 제시한다. 주된 목표는 로봇이 미로라는 현실적인 구조물을 탐색할 때 스택과 큐가 어떻게 사용되는지를 보여주는 것이다. 교수학습 전략으로는 알고리즘 작성, 순서도, NXT-G 프로그래밍으로 정하였다. 단순한 미로는 왼쪽과 오른쪽 중 어느 한쪽에만 길이 있는 미로이고, 복잡한 미로는 삼거리가 포함된 미로이다. 이 두 개의 미로는 직접 개발하여 제작하였다. 마스터 로봇은 미로의 출구까지 탐색하면서 경로를 스택에 저장한 후, 이 스택을 이용하여 다시 입구까지 되돌아온다. 또한 마스터 로봇은 미로를 탐색하면서 경로를 실시간으로 슬레이브 로봇의 큐에 전달한다. 그 후 슬레이브 로봇은 큐에서 경로를 꺼내어 탐색없이 미로를 주행한다. 로봇의 미로 탐색이라는 미션을 해결하는 과정에서 학습자들은 스택과 큐의 활용 분야를 자연스럽게 이해하게 된다. 이러한 수업을 통해서 학습자들의 논리적인 사고력과 창의력이 향상되고, ICT 교육과 STEAM 교육에도 적용이 가능하리라 기대된다.
ICT education guidelines revised in 2005 reinforce computer science elements such as algorithm, data structure, and programming covering all schools. And Ministry of Education emphasizes STEAM education. Most important is that "How instruct them". This means necessity of contents. So this paper sugg...
ICT education guidelines revised in 2005 reinforce computer science elements such as algorithm, data structure, and programming covering all schools. And Ministry of Education emphasizes STEAM education. Most important is that "How instruct them". This means necessity of contents. So this paper suggests learning method of Stack and Queue using LEGO MINDSTORMS NXT. The main purpose is that how stack and queue are used, when robot explore realistic maze. Teaching and learning strategies are algorithm, flowchart, and NXT-G programming. Simple maze has path in left or right, but complex maze has three-way intersection. These are developed by authors. Master robot explores maze and push stack, and then return to entrance using stack. Master robot explores maze and transmits path to slave's queue. And then slave robot drives without exploration. Students can naturally learn principles and applications of them. Through these studies, it can improves ability of logical and creative thinking. Furthermore it can apply to ICT and STEAM education.
ICT education guidelines revised in 2005 reinforce computer science elements such as algorithm, data structure, and programming covering all schools. And Ministry of Education emphasizes STEAM education. Most important is that "How instruct them". This means necessity of contents. So this paper suggests learning method of Stack and Queue using LEGO MINDSTORMS NXT. The main purpose is that how stack and queue are used, when robot explore realistic maze. Teaching and learning strategies are algorithm, flowchart, and NXT-G programming. Simple maze has path in left or right, but complex maze has three-way intersection. These are developed by authors. Master robot explores maze and push stack, and then return to entrance using stack. Master robot explores maze and transmits path to slave's queue. And then slave robot drives without exploration. Students can naturally learn principles and applications of them. Through these studies, it can improves ability of logical and creative thinking. Furthermore it can apply to ICT and STEAM education.
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문제 정의
그래서 본 논문에서는 ICT 교육과 STEAM 교육의 실행 방안으로서 교육용 로봇을 활용한 자료구조 학습 방안을 제시하였다. 자료구조 중 스택과 큐를 선택한 이유는 우리 일상생활에서 많이 사용됨에도 불구하고 제대로 된 학습이 이루어지지 않기 때문이다.
즉, 아무리 좋은 교구가 있어도 콘텐츠가 없다면 아무런 쓸모가 없기 때문이다. 그래서 본 논문에서는 로봇이 미로를 탐색할 때, 어떻게 스택과 큐가 활용되는지를 알아봄으로써 학습자들이 스택과 큐를 학습할 수 있는 방안에 대해서 제시해보고자 한다.
그러나 스택과 큐가 어디에 어떤 용도로 사용되는지는 많이 알려져 있지 않다. 그래서 본 논문에서는 로봇이 앞서 기술된 3가지 미션을 완수할 때, 스택과 큐가 어떻게 사용되는 지를 보여주고자 한다. 로봇이 미로를 탐색할 때, 한 지점에서 다른 지점으로 이동한 후, 다시 원래의 지점으로 되돌아오려면 반드시 스택을 사용해야만 한다.
본 논문에서는 미로라는 현실적인 상황을 제시하였고, 로봇이 스택과 큐를 반드시 활용해야하는 미션을 제공하였다. 학습자들은 로봇이 이 미션을 해결하도록 함으로써 자연스럽게 자료구조를 이해할 수 있다.
본 논문에서의 실험에서는 로봇이 삼거리를 만나면 왼쪽 방향부터 탐색하는 것으로 정하였다. 앞서 기술했듯이, 왼쪽길의 끝이 막다른 길이면 다시 삼거리로 되돌아와야한다.
가설 설정
1. 로봇의 초음파 센서의 값이 20cm이하가 될 때까지 계속 전진한다. 20cm 이하이면 벽이 있다는 것이므로 일단 정지 한다.
1. 로봇이 계속 전진하다가 앞쪽 초음파센서(F)의 측정값이 15cm 이하이면 바퀴의 회전수를 스택에 저장한 후 일단 정지한다.
2. 값이 양수이면 로봇이 전진한 후, 90도 좌회전을 한다. 만약 값이 음수이면 로봇이 전진한 후, 90도 우회전 한다.
2. 왼쪽으로 90도 회전한다. 만약 왼쪽에 벽이 없으면 로봇이 좌회전이므로 (마스터로봇의 모터 회전수×1)을 스택에 저장 (push)한다.
3. 만약에 왼쪽에 벽이 있으면 오른쪽으로 180도 회전한다. 로봇이 우회전이므로 (마스터로봇의 모터 회전수×-1)을 스택에 저장(push)한다.
6. 미로의 탐색을 모두 마치면 스택의 값을 슬레이브 로봇의 큐로 전송한다.
제안 방법
학습자들은 로봇이 이 미션을 해결하도록 함으로써 자연스럽게 자료구조를 이해할 수 있다. 또한 문제해결을 위해서 알고리즘과 순서도를 병행하였다.
점선은 탐색이 진행되는 과정이고, 실선은 탐색이 없는 과정이다. 로봇이 입구에서 출발하여 벽을 만날 때까지 전진한 후, 왼쪽으로 회전하여 벽이 있는 지를 검사한다. 만약 벽이 있으면 180도 회전하여 전진하고, 벽이 없으면 바로 직진한다.
본 논문에서 사용한 미로는 [그림 4]와 같이 단순한 미로와 복잡한 미로의 두 가지 유형을 자체적으로 개발하여 사용하였다. 단순한 미로는 오른쪽 또는 왼쪽 중 한쪽에만 길이 있고, 복잡한 미로는 양쪽 모두 길이 있는 미로이다.
이러한 미션을 수행하기 위해서 본 논문에서는 알고리즘 작성, 순서도 작성, 프로그래밍의 3 단계로 구성하였다.
대상 데이터
즉, 왼쪽에 길이 없으면(벽이 있으면) 로봇이 180도회전하여 직진하면 된다. 그리고 로봇이 한 개의 초음파센서만 사용하였다. 그러나 복잡한 미로에서는 로봇의 앞(F), 왼쪽(L), 오른쪽(R)에 3개의 초음파센서를 장착해야만 한다.
본 논문에서 사용된 로봇은 MIT대학과 레고사가 공동개발한 레고 마인드스톰 NXT이다[7]. 이 로봇은 [그림 1]과 같이 인텔리전트 브릭(intelligent brick)이라는 컨트롤러가 장착되어있고, 이 브릭과 7개의 센서(입력센서 4개, 출력센서 3개)가 연결된다.
성능/효과
로봇을 활용한 초등학교 교사들의 인식도 매우 높은 것으로 조사되었다. 30대 젊은 교사들을 대상으로 조사한 결과, 로봇이 교육현장에 도입되는 것에 대한 거부감이 적었으며, 80.2%가 정규교육과정에 교육용로봇을 도입하여 수업하는데 긍정적인 반응을 보였다. 또한 42.
즉, 로봇활용교육은 STEAM교육과 맥을 같이한다는 의미이다. 이처럼 교육용 로봇을 수업에 적극적으로 활용하는 것이 바람직하며, 학생들의 문제해결 능력과 수학, 과학 및 컴퓨터 프로그래밍 학습에 많은 효과가 있음을 알 수 있다. 그래서 STEAM 교육의 목표를 달성하기 위해서 로봇을 활용하는 것이 재미와 학습을 동시에 달성할 수 있을 것이라 기대된다.
후속연구
이처럼 교육용 로봇을 수업에 적극적으로 활용하는 것이 바람직하며, 학생들의 문제해결 능력과 수학, 과학 및 컴퓨터 프로그래밍 학습에 많은 효과가 있음을 알 수 있다. 그래서 STEAM 교육의 목표를 달성하기 위해서 로봇을 활용하는 것이 재미와 학습을 동시에 달성할 수 있을 것이라 기대된다.
향후에는 그래프, 트리 등과 같은 여러 가지 자료구조 학습방안에 대한 수업 방안도 제시할 예정이다. 로봇이미로내에서 최단거리 경로찾기를 위해서 그래프와 트리를 활용하는 방안도 개발할 예정이다.
향후에는 그래프, 트리 등과 같은 여러 가지 자료구조 학습방안에 대한 수업 방안도 제시할 예정이다. 로봇이미로내에서 최단거리 경로찾기를 위해서 그래프와 트리를 활용하는 방안도 개발할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지식정보화 사회에서 요구되는 능력은 무엇인가?
그러므로 변화하는 미래사회에서의 교육은 종래와 같은 주입식, 암기식 교육이 아닌 창의성에 중점을 든 교육이어야 한다. 창의성을 바탕으로 한 대응력은 논리적인 사고력에 의존하고 있으며, 지식정보화 사회에서는 고도의 정보처리 능력 즉, 홍수와 같이 쏟아지는 수많은 정보들을 탐색, 수집, 분류, 분석, 조직, 비판하여 새로운 정보를 산출해내는 능력을 요구한다. 그래서 교육현장에서도 이러한 새로운 문제를 발견하여 성공적으로 해결할 수 있는 창의적 문제 해결 능력을 배양 시켜주는 교육이 필요한 것이다[1].
개정된 ICT교육지침에서 강화된 요소는 무엇인가?
개정된 ICT교육지침에는 알고리즘, 자료구조, 프로그래밍 내용과 같은 컴퓨터과학 요소가 매우 강화되었다. 또한 최근 교육과학기술부는 STEAM 교육을 강조하고 있다.
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