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프로그래밍 학습을 위한 교육용 로봇 설계 및 구현
Design and Implementation of Educational Robot for Programming Learning 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.13 no.6, 2012년, pp.2497 - 2503  

문채영 (한밭대학교 정보통신공학과) ,  류광기 (한밭대학교 정보통신공학과)

초록
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본 연구에서는 프로그래밍 학습을 위한 교육용 로봇을 설계하고 구현하였다. 제작된 로봇은 센서와 프로세서 그리고 모터 구동회로를 포함하고 있는 하드웨어와 교육용 로봇 제어 소프트웨어, 로봇 구조물 제작용 기계부품 그리고 교육내용과 제작 매뉴얼이 포함된 교재로 구성되어 있다. 제작된 로봇은 컴퓨터를 사용하지 않고 로봇에 직접 프로그래밍이 가능한 특징을 갖고 있는데 이는 로봇 교육에 있어서 장소의 제약을 받지 않고 교육이 가능함을 의미하며 학생들의 프로그래밍 결과가 로봇의 움직임으로 나타나므로 기존의 정적인 컴퓨터 프로그램 교육의 한계를 넘어 동적인 프로그램 교육이 가능하다. 그리고 간단한 하드웨어 지식과 기초 명령어만으로도 로봇을 제어할 수 있도록 사용자 중심의 함수화된 명령어를 사용하여 로봇이나 컴퓨터 프로그램을 처음 접하는 학생들도 쉽게 접근이 가능하도록 설계 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study an educational robot for programming education was designed and implemented. The robot in this study is composed of hardware containing a sensor, a processor, and a motor driver circuit, software to control the educational robot, machine parts to manufacture the robot structure, and a ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존 컴퓨터 프로그램 학습과 블록을 이용한 교육의 한계를 극복할 수 있는 프로그램 제어 방식의 교육용 로봇을 설계 및 구현하였다. 또한 설계된 로봇이 초등학생과 공업고등학생들의 프로그래밍 학습에 대한 이해도와 완성도에 미치는 영향을 알아보았다.
  • 로봇의 동작을 위해서는 몸체를 구성하는 부품들이 필요하며 학생들이 로봇의 몸체를 창의적으로 디자인할 수있는 조립식 부품이 필요하다. 본 논문에서는 알루미늄 합금 프레임을 사용하여 다양한 형태의 로봇을 조립할수 있도록 설계하였다. 다음으로 완성된 몸체가 움직일수 있도록 하기 위한 액추에이터로는 DC모터와 RC서보모터를 사용하였으며 외부 정보를 감지하기 위해서 적외선 센서, 소리감지 센서 그리고 터치센서 등이 사용되었다.
  • 본 연구에서는 기존 컴퓨터 프로그램 교육과 블록을 이용한 교육의 한계를 극복할 수 있는 프로그램 제어 방식의 교육용 로봇을 설계 및 구현하고자 한다. 단순히 컴퓨터 모니터 상에서 텍스트 명령어를 입력하여 구문을 암기하는 수준이 아닌 자신이 직접 프로그래밍 한 결과가 로봇에 전송되어 원하는 방향으로 동작을 제어할 것이며, 또한 컴퓨터를 이용한 프로그램 작성방식이 아닌 로봇에 직접 제어 프로그램을 입력할 수 있도록 하드웨어를 개발하여 장소와 주변 시설을 갖추지 않고도 교육이 가능하도록 설계 및 구현하고 이를 적용하고자 한다.
  • 본 연구에서는 기존 컴퓨터 프로그램 학습과 블록을 이용한 교육의 한계를 극복할 수 있는 프로그램 제어 방식의 교육용 로봇을 설계 및 구현하였다. 또한 설계된 로봇이 초등학생과 공업고등학생들의 프로그래밍 학습에 대한 이해도와 완성도에 미치는 영향을 알아보았다.
  • 기존의 로봇 제어 프로그램 방식이 컴퓨터로 작성한 프로그램을 이용하여 로봇을 제어하는 반면 본 논문에서는 일반적인 키보드를 로봇에 직접 연결하여 제어 프로그램을 입력할 수 있도록 하였다. 이를 통해 로봇 교육에 있어서 장소의 제약을 받지 않을 뿐만 아니라 부대시설을 갖추지 않고도 교육이 가능하도록 하였다.
  • 그러나 이러한 프로그램 언어들은 처음부터 상당 수준의 논리력과 하드웨어에 대한 지식을 요구하고 있어 자칫 로봇이나 프로그램을 처음 접하는 학생들의 학습 의욕을 저하 시킬 수 있는 문제점을 갖고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 로봇제어에 필요한 프로그램 명령어들을 함수화 하였으며 이 함수들을 명령어로 사용할 수 있도록 설계하였다.

가설 설정

  • 셋째, 프로그램 교육에 새로운 패러다임을 설정할 수 있을 것이다. 로봇교육은 프로그래밍 결과가 고정된 화면과 소리에 의해 출력된 기존의 프로그램 교육의 한계를 넘어 물리적 움직임으로 나타낼 수 있다.
  • 첫째, 프로그래밍 언어(명령어)학습. 기존 베이직 언어를 기반으로 한 로봇제어 명령어를 학습한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
프로그래밍 언어는 왜 학습자의 인지발달에 영향을 미치게 되는가? 프로그래밍 언어들은 논리의 기본적인 개념에 기초를 두고 있기 때문에 다양한 인지적 기술이 복합된 과정으로 논리적인 사고 능력과 추상적인 추론 능력이 요구되어 학습자의 인지발달에 영행을 미치게 된다. 또한 모든 프로그래밍 언어는 그 자체가 논리이므로 이러한 논리적인 요소를 내포하고 있다.
로봇을 이용한 교육이 많은 주목을 받는 이유는 어떤 문제를 해결하기 위함인가? 이에 많은 과학영재교육 프로그램들이 학생들의 논리력과 창의성 향상 등을 목표로 개발되어 활용되고 있다. 그러나 기존의 창의성 계발을 목표로 하고 있는 블록을 이용한 교육은 정적이고 단순 동작에 대한 문제점을 갖고 있다. 그리고 분석력, 논리력 그리고 창의적 문제해결 능력 향상을 목표로 하고 있는 컴퓨터 프로그램 교육은 데이터의 처리과정이 추상적이고 프로그래밍 결과가 모니터와 스피커 등의 출력장치로만 표현되어 자칫 지루함을 줄 수 있다.
로봇교육의 가장 큰 장점은 무엇인가? 로봇교육의 가장 큰 장점은 놀이를 통한 교육활동인 ‘에듀 테인먼트(edutaintment)’의 기능을 갖는다는 점이다. 학습자가 직접 로봇을 만들어 보거나 조작함으로써 놀이를 즐길 수 있고 그 과정에서 창의력, 문제해결 능력, 논리적 사고력 등을 함께 키울 수 있다[4].
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참고문헌 (10)

  1. Ghang, Seong-hyeon & Lee, Jae-ho, "Design of a Robot Education Program for Gifted Children of Computer Science," Collection of Dissertations for 2006 Summer Joint Academic Presentation by the Korea Association of Computer Education and the Korea Association of Information Education, vol. 10, no. 2, pp.345-349, 2006. 

  2. Yu, Ik-hwan, "An Exploration into Possibility of Robot Programming to Improve Creative Problem-Solving Skills," Education and Science Research, vol. 36, no. 2, pp.109-128, 2005. 

  3. Gwon, Ji-yeon and Ghang, Oh-han, "A Study on a Discrimination Tool for Gifted Children of Computer Science on the Basis of Logical Thinking," Collection of Dissertations for 2006 Summer Joint Academic Presentation by the Korea Association of Computer Education and the Korea Association of Information Education, vol. 10, no. 2, pp.40-43, 2006 

  4. Choe, Yu-hyeon, "A Study on the Educational Objective and Content System for Practical Arts Education (Technology & Home Economics) (1), Practical Arts Education," Research Report of the Korea Institute for Curriculum and Evaluation, RRC-2001. 

  5. Kim, Yun-sik & Han, Seon-gwan, "Declarative Programming Education for Improving Critical Thinking of Elementary School Children," master's thesis, Gyeongin National University of Education, 2005. 

  6. Im, Dong-gyun, Yun, Eun-gyeong, and Oh, Won-geun, "Remote Educational Contents to Manufacture an Educational Robot Using Multimedia," International Journal of Information and Communication Engineering, vol 11, no. 1, pp20-26, 2007. 

  7. Park, Gwang-ryeol, "Development of a Curriculum Using a Robot for Pre-service Teachers in the Field of Technology for the Elementary Practical Arts Education," Korea Association of Practical Arts Education, vol. 21, no. 1, pp273-296, 2008. 

  8. Kim, Sin-yeop and Yu-In-hwan, "Development of a Curriculum for Gifted Elementary School Children of Computer Science," Summer Academic Presentation by the Korea Association of Information Education, 2007. 

  9. Hong, Gi-cheon, "A Programming Language Teaching Plan for Pre-service Teachers Using LEGO NXT," Korea Association of Information Education, vol. 13, no. 1, 2009. 

  10. IanSommerville, (translated by Woo, Chi-su), "Software Engineering", Hongrung Publishing Company, 1998. 

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