Rtoys를 이용해서 개발한 로봇 시뮬레이션 도구를 활용해 두 개의 바퀴로 물건을 움직이는 로봇 시뮬레이션 활동과 문을 자동으로 개폐하는 로봇 시뮬레이션 활동을 개발하였다.

본 연구의 목적은 초중등학습자의 수준에 적합한 스케치 방식의 로봇 시뮬레이션 도구를 개발하고자 하였다. 개발한 스케치 방식의 로봇 시뮬레이션 도구는 학습자의 아이디어를 스케치하듯이 그림을 그리고, 그려진 그림을 시뮬레이션하여 결과를 확인할 수 있도록 개발하였다. 또한 개발한 도구는 Etoys 기반으로 비쥬얼 방식의 타일 스크립팅 프로그래밍하여 화면상에서 로봇의 움직임을 확인할 수 있으며, 시뮬레이션의 결과를 실제의 로봇에 다운로드하여 동작할 수 있도록 개발하였다.

본 연구에서 개발한 Rtoys는 로보티즈사의 OLLO로봇[22]을 대상으로 개발하였다. 그리고 확장성을 고려하여 중간코드를 작성하는 모듈을 별도로 두어 다른 종류의 로봇과 통신이 가능하도록 구현하였다.

둘째, 초중등학습자 수준에서 간단하게 아이디어를 그림으로 표현할 수 있도록 하기 위해서 Etoys의 그림객체 표현과 기존의 morph를 상속하도록 하였다. 기존의 Etoys에서 제공하는 그림판 기능을 사용할 수 있고 움직임을 표현할 수 있도록 하였다. 셋째, 그려진 그림을 초보학습자가 직접 제어할 수 있도록 기존의 Etoys의 프로그래밍 방식인 타일스크립팅 방식으로 설계하였다.

초보학습자가 그린 그림(객체)은 타일스크립트 방식으로 프로그래밍하여 그림(객체)을 움직일 수 있어 결과를 쉽게 확인할 수 있도록 하였다. 넷째, 타일스크립트 방식으로 프로그래밍 한 결과를 로봇에 다운로드하고 실행할 수 있도록 하였다.

넷째, 사람이 통과하면 문은 다시 원래의 상태로 움직이도록 <그림 15>와 같이 프로그래밍 한다. 다섯째, 로봇 시뮬레이션을 통해 확인하고 로봇을 제작하여 프로그램을 다운로드 한다. 이 과정에서 학습자는 로봇 시뮬레이션을 통해서 미리 확인한 결과를 <그림 16>과 같이 자동문 로봇을 통해 확인할 수 있다(인형 아래의 통로 부분에 적외선 센서가 있음).

첫째, 로봇의 움직임을 위한 모터, 서보모터와 로봇과 상호작용을 위한 적외선센서, 접촉센서 등을 사용하여 학생이 직접 로봇을 조립하기 이전에 자신의 아이디어를 간단한 그림을 그려 확인할 수 있도록 하였다. 둘째, 초중등학습자 수준에서 간단하게 아이디어를 그림으로 표현할 수 있도록 하기 위해서 Etoys의 그림객체 표현과 기존의 morph를 상속하도록 하였다. 기존의 Etoys에서 제공하는 그림판 기능을 사용할 수 있고 움직임을 표현할 수 있도록 하였다.

본 연구는 다음과 같이 스케치 방식의 로봇 시뮬레이션 도구를 설계하였다.

기존의 Etoys에서 제공하는 그림판 기능을 사용할 수 있고 움직임을 표현할 수 있도록 하였다. 셋째, 그려진 그림을 초보학습자가 직접 제어할 수 있도록 기존의 Etoys의 프로그래밍 방식인 타일스크립팅 방식으로 설계하였다. 초보학습자가 그린 그림(객체)은 타일스크립트 방식으로 프로그래밍하여 그림(객체)을 움직일 수 있어 결과를 쉽게 확인할 수 있도록 하였다.

시뮬레이션 결과를 실제로 제작한 로봇이 물리적인 환경에서 동작할 수 있도록 하기 위해 과 같이 로봇을 제어할 수 있도록 설계하였다.

예를 들면 다음과 같다. 첫째, 로봇으로 선풍기를 만들기 위한 계획을 세운다. 둘째, 선풍기의 회전을 위해서 필요한 모터를 부품박스에서 꺼내어 수정버튼을 누르고 선풍기모습으로 그림을 그린다.

첫째, 로봇의 움직임을 위한 모터, 서보모터와 로봇과 상호작용을 위한 적외선센서, 접촉센서 등을 사용하여 학생이 직접 로봇을 조립하기 이전에 자신의 아이디어를 간단한 그림을 그려 확인할 수 있도록 하였다. 둘째, 초중등학습자 수준에서 간단하게 아이디어를 그림으로 표현할 수 있도록 하기 위해서 Etoys의 그림객체 표현과 기존의 morph를 상속하도록 하였다.

셋째, 그려진 그림을 초보학습자가 직접 제어할 수 있도록 기존의 Etoys의 프로그래밍 방식인 타일스크립팅 방식으로 설계하였다. 초보학습자가 그린 그림(객체)은 타일스크립트 방식으로 프로그래밍하여 그림(객체)을 움직일 수 있어 결과를 쉽게 확인할 수 있도록 하였다. 넷째, 타일스크립트 방식으로 프로그래밍 한 결과를 로봇에 다운로드하고 실행할 수 있도록 하였다.

개발하는 프로그래밍 환경은 Rtoys라고 하였다. 학습자가 자신의 아이디어를 스케치하듯이 그림으로 그려 표현하고 그 결과를 시뮬레이션 할 수 있도록 설계하였다. 이를 위해 Etoys 기반의 비주얼 프로그래밍 환경과 객체지향 방식을 이용하였다[21].

로봇 시뮬레이션은 Etoys의 그림판 기능을 그대로 사용하되, Rtoys에서 부품으로 제공하는 모터, 센서 등 중에서 선택하여 사용하도록 하였다.

본 연구에서 개발한 Rtoys는 로보티즈사의 OLLO로봇[22]을 대상으로 개발하였다. 그리고 확장성을 고려하여 중간코드를 작성하는 모듈을 별도로 두어 다른 종류의 로봇과 통신이 가능하도록 구현하였다.

학습자가 자신의 아이디어를 스케치하듯이 그림으로 그려 표현하고 그 결과를 시뮬레이션 할 수 있도록 설계하였다. 이를 위해 Etoys 기반의 비주얼 프로그래밍 환경과 객체지향 방식을 이용하였다[21]. 시뮬레이션 결과를 실제로 제작한 로봇이 물리적인 환경에서 동작할 수 있도록 하기 위해 <그림 6>과 같이 로봇을 제어할 수 있도록 설계하였다.

셋째, 로봇 프로그래밍에서 나타나는 오류들이 물리적인 차원의 로봇 조립의 문제인지, 프로그램의 논리의 문제인지를 구분하여 피드백을 받을 수 있다. 넷째, 학습자가 일상 속에서 경험할 수 있는 환경을 시뮬레이션할 수 있어 정보과학의 원리를 주변에서 쉽게 접할 수 있다는 인식을 제공할 수 있다. 즉, 일상에서 접하는 많은 환경들은 프로그래밍을 통해 이루어진 산물들이며, 오류가 발생할 때 정보과학의 측면에서 접근하고 해결책을 찾기 위한 노력을 하게 될 것이다.

셋째, 모터의 명령어의 “!”(느낌표)를 누른다. 넷째, 화면상에서 회전하는 시뮬레이션을 확인할 수 있다.

개발한 스케치 방식의 로봇 시뮬레이션 도구는 학습자의 아이디어를 스케치하듯이 그림을 그리고, 그려진 그림을 시뮬레이션하여 결과를 확인할 수 있도록 개발하였다. 또한 개발한 도구는 Etoys 기반으로 비쥬얼 방식의 타일 스크립팅 프로그래밍하여 화면상에서 로봇의 움직임을 확인할 수 있으며, 시뮬레이션의 결과를 실제의 로봇에 다운로드하여 동작할 수 있도록 개발하였다.

둘째, 시뮬레이션의 과정에서 다른 학생과 의견을 교류하는 등 협동을 할 수 있다. 셋째, 로봇 프로그래밍에서 나타나는 오류들이 물리적인 차원의 로봇 조립의 문제인지, 프로그램의 논리의 문제인지를 구분하여 피드백을 받을 수 있다. 넷째, 학습자가 일상 속에서 경험할 수 있는 환경을 시뮬레이션할 수 있어 정보과학의 원리를 주변에서 쉽게 접할 수 있다는 인식을 제공할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 시뮬레이션에서 제공하는 환경과 도구는 가상의 공간에서 이루어지고 있고 알고리즘을 실행하여 성능을 평가할 수 있는 등의 프로그래밍의 오류를 보다 쉽게 시각적으로 확인할 수 있다는 특징이 있다.

추가하여 “접촉센서가 입력되면 회전 한다”라는 조건을 만들기 위해는 먼저, 입력을 위한 접촉센서와 입력된 정보를 처리하기 위한 컨트롤러를 부품박스에서 꺼낸다. 컨트롤러의 스크립트에 접촉센서 입력의 유무에 따라 모터의 회전여부를 스크립트로 작성하고 화면에서 접촉센서를 누르면, 선풍기가 회전하는 모습을 확인할 수 있다.

초중등 학생의 경우, 프로그래밍의 과정에서 자신의 아이디어를 타인과 쉽게 의사소통할 수 있어야 하며, 상호 보완적 피드백이 용이해야 한다[10]. 로봇 시뮬레이션을 위한 도구도 학생의 아이디어를 스케치하듯이 표현하여 그 결과를 즉각적으로 확인할 수 있다면, 프로그래밍 학습 효과를 높이는 데 기여할 수 있을 것이다. 왜냐하면 아이디어 표현이 어려울 경우, 아이디어에 집중하기 보다는 도구 사용에 집중하여 순간적인 아이디어를 놓칠 수 있기 때문이다.

앞으로 본 연구를 통해 개발된 스케치 방식의 로봇 시뮬레이션 도구를 초보학습자에게 적용하여 도구의 효과성과 사용성에 대해 교육적인 측면의 분석이 시행되어야 할 것이다.