초.중등 학생의 로봇교육을 위한 수학.과학과 교육과정 연계 로봇 소양 교육과정 개발 A Curriculum Development on the Robot Literacy Related with A mathematics and Science Curriculum For Elementary and Secondary School Students원문보기
본 연구에서는 로봇 교육의 지속 발전성을 제고하고 지원할 목적으로 로봇 소양 교육과정을 구성해서 제안해 보았다. 이를 위해서 로봇 소양 교육을 기존의 문해력에 관한 내용을 참고하여 정의했으며, 아울러 로봇 소양의 요소들도 모두 다섯 가지로 나누어 제시했다. 여기서 제시한 로봇 소양 교육의 영역은 로봇의 기초 영역과 로봇 공학의 세 가지 요소를 바탕으로 한 로봇과 함께하는 측정, 관찰, 로봇으로 만드는 운동과 표현, 나만의 로봇 설계 그리고 종합적 활동 영역으로 제시하였다. 한편, 로봇 소양 교육과정 개발 단계는 Tyler(1949)의 고전적인 교육과정 개발모형을 적용하여 로봇 소양 교육과정 구성의 타당성과 신뢰성을 확보하고자 했으며 이를 바탕으로 기존 초, 중학교의 수학, 과학교과 교육과정을 분석하고 로봇 소양 교육과정을 제안하였다.
본 연구에서는 로봇 교육의 지속 발전성을 제고하고 지원할 목적으로 로봇 소양 교육과정을 구성해서 제안해 보았다. 이를 위해서 로봇 소양 교육을 기존의 문해력에 관한 내용을 참고하여 정의했으며, 아울러 로봇 소양의 요소들도 모두 다섯 가지로 나누어 제시했다. 여기서 제시한 로봇 소양 교육의 영역은 로봇의 기초 영역과 로봇 공학의 세 가지 요소를 바탕으로 한 로봇과 함께하는 측정, 관찰, 로봇으로 만드는 운동과 표현, 나만의 로봇 설계 그리고 종합적 활동 영역으로 제시하였다. 한편, 로봇 소양 교육과정 개발 단계는 Tyler(1949)의 고전적인 교육과정 개발모형을 적용하여 로봇 소양 교육과정 구성의 타당성과 신뢰성을 확보하고자 했으며 이를 바탕으로 기존 초, 중학교의 수학, 과학교과 교육과정을 분석하고 로봇 소양 교육과정을 제안하였다.
This study tried to redesign a robot curriculum and proposed it for the purpose of enhancing, supporting sustainable development of robot in educations. For doing so, this study referred relevant existing literacy contents at robot literacy educations, and defined a robot literacy education. In addi...
This study tried to redesign a robot curriculum and proposed it for the purpose of enhancing, supporting sustainable development of robot in educations. For doing so, this study referred relevant existing literacy contents at robot literacy educations, and defined a robot literacy education. In addition, this study presented elements of robot literacy by dividing them into five kinds. In relation with the scope of robot literacy education suggested here, this study proposed basic robot area, measurement and observation along with robots based on three elements of robotics, movement and expression made by robots, my own robot design, and comprehensive activity area. Regarding to development stages of robot literacy, the study applied the classical model of curriculum development by Tyler (1949), and intended to secure validity and reliability on the curriculum composition, and then developed a curriculum after analyzing mathematics and science curriculums in existing elementary, middle schools accordingly.
This study tried to redesign a robot curriculum and proposed it for the purpose of enhancing, supporting sustainable development of robot in educations. For doing so, this study referred relevant existing literacy contents at robot literacy educations, and defined a robot literacy education. In addition, this study presented elements of robot literacy by dividing them into five kinds. In relation with the scope of robot literacy education suggested here, this study proposed basic robot area, measurement and observation along with robots based on three elements of robotics, movement and expression made by robots, my own robot design, and comprehensive activity area. Regarding to development stages of robot literacy, the study applied the classical model of curriculum development by Tyler (1949), and intended to secure validity and reliability on the curriculum composition, and then developed a curriculum after analyzing mathematics and science curriculums in existing elementary, middle schools accordingly.
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문제 정의
검토한 내용은 본 연구에서 개발한 로봇 소양 교육의 정의와 방향 그리고 로봇 소양 교육과정 의 타당성을 확보하는데 중점을 두었다.
따라서 본 연구의 핵심은 로봇 교육을 위한 최소한의 내용 요소를 도출하고 이를 바탕으로 로봇 소양 교육과정을 작성하는 일이 될 것이다. 여기서 로봇 교육의 요소를 도출한다는 것은 로봇을 다루는데 필요한 기본적인 기능만을 선별하여 이들 사이의 관계를 단계별로 조직하여 제시하는 것을 말하며 이렇게 단계적으로 조직된 로봇 교육의 기능적 요소들은 중복 없이 체계적으로 학습 내용을 조직해서 로봇 소양 교육과정을 구성할 수 있는 밑거름이 되어 줄 수 있을 것이라고 기대한다.
또한, 초등학교 5학년 과학 2학기 3단원 ‘물체의 속력’ 단원의 활동 중 물체의 속력을 측정하기 위해서 속력, 이동거리 등 변수를 활용한 로봇의 동작 제어를 통해서 물체의 속력에 관한 개념 이해를 확실히 할 수도 있는 것이다.
본 연구는 “초 · 중등 교육과정과 연계된 로봇 소양 교육과정 개발”이라는 연구의 목적을 달성하기위해서 Tyler(1949)의 고전적인 교육과정 개발 모형을 따르고자 한다.
본 연구는 기존의 초, 중등학교의 수학, 과학과 교육과정을 분석할 것이며 이 내용에 근거한 로봇 소양 교육과정을 제시할 것이므로 학습내용의 반복성, 계열성과 통합성의 원리를 충실히 따르도록 노력한다.
본 연구는 이와 같은 방식으로 학교 교육과정의 내용요소로부터 로봇교육과의 관련성을 찾아 분석해 보고, 로봇 소양 요소와 연관 지어 제시해 보도록 하겠다.
본 절에서는 로봇을 지도하는 국내외의 다양한 로봇 교육 사례들을 분석 한다. 여기에는 로봇 교육 교구재를 제공하는 기업의 교육내용과 대학이나 일반 교육기관들도 분석했다.
이와 관련하여 본 연구는 기존의 로봇 교구 제조업체에서 제시 했거나, 대학, 교육기관 등에서 이미 시도하고 있는 로봇 교육의 내용을 분석해보고 이를 근거로 학습 경험을 선정하도록 한다.
지금까지 본 연구는 초, 중등학교에서 활용할 수 있는 로봇 소양 교육과정을 수립하고 제시해보았다. 로봇 소양 교육과정을 제시하게 된 데에는 크게 3가지 배경을 근거로 들 수 있다.
제안 방법
본 연구에서 개발된 로봇 소양교육 교육과정 내용(체계표)은 대학교수 2인, 중등교사 2인, 초등교사 2인의 회의를 거쳐 영역 및 내용을 결정하고 이를 포커스 그룹 인터뷰(Focus Group Interview)를 통한 전문가 집단 내용 타당도 검사 과정을 통해 도출된 다양한 의견들을 다시 투입 단계로 환류 시켜서 로봇 소양 교육과정을 타당화 과정을 밟아 결과를 제시하기로 한다.
이상과 같이 초, 중등학교의 수학, 과학과 교육과정을 분석해 보았다. 분석 방법은 각각의 교육과정에서 해당하는 단원의 주된 학습 내용을 로봇을 활용해서 해결할 수 있는 내용을 간추렸고 이를 다시 본 연구에서 제시한 로봇소양 요소와 연관 지어 분류해 본 것이다.
이들 로봇 교육 분야 전문가들과 총 2회의 전문가 검토를 진행했다. 검토한 내용은 본 연구에서 개발한 로봇 소양 교육의 정의와 방향 그리고 로봇 소양 교육과정 <표 11>의 타당성을 확보하는데 중점을 두었다.
이렇게 연구자와 대학 등의 교육 내용을 중심으로 분류 및 정리했고 각 영역의 내용을 중심으로 로봇의 이해나 역사 영역을 ‘로봇의 기초’ 영역으로, ‘로봇의 원리’, ‘기초교육 및 구성’ 영역을 센서와 모터 둘 중 어느 것을 주로 다루는지에 따라서 ‘측정 및 관찰’ 영역과 ‘운동과 표현’ 영역으로, 프로그래밍과 로봇 설계 영역을 ‘나만의 로봇 설계’ 영역으로 재구성했고 마지막으로 이상 나열한 능력요소들을 종합적으로 활용할 수 있는 능력을 ‘종합 활동’ 영역으로 재구성했다.
이상과 같이 초, 중등학교의 수학, 과학과 교육과정을 분석해 보았다. 분석 방법은 각각의 교육과정에서 해당하는 단원의 주된 학습 내용을 로봇을 활용해서 해결할 수 있는 내용을 간추렸고 이를 다시 본 연구에서 제시한 로봇소양 요소와 연관 지어 분류해 본 것이다.
이상의 과정을 거쳐서 개발된 로봇 소양 교육과정의 타당화 과정을 거치기 위한 작업으로 전문가 검토를 실시하였다.
이후 두 번째 단계인 학습 경험의 선정과 세번째 단계인 교육내용 조직의 단계는 현행 초, 중등학교 수학, 과학과 교육과정으로부터 로봇 교육이 가능한 요소를 추출하고 이들 요소를 로봇 소양 교육과정 각각의 요소와 관련시켜 제시한 다음 계열성, 통합성의 원리에 따라 정리하였다.
첫 번째 교육목표의 설정 단계에서는 학생, 학부모, 지역사회의 가치관 등을 종합적으로 고려하여 설정하게 되는데 본 연구에서는 교육용 로봇산업의 성장, 로봇교육의 효과성에 대한 공감대 확산, 교육 환경적 변화 등을 살펴볼 수 있었다.
대상 데이터
여기에는 로봇 교육 교구재를 제공하는 기업의 교육내용과 대학이나 일반 교육기관들도 분석했다. 분석내용은 주된 교육내용과 일반적으로 다루고 있는 센서와 로봇의 구조와 운동, 그리고 간단한 프로그래밍 교육 등과 관련한 내용들이다. 특이한 점으로는 일반적으로 이들 로봇 교육은 수학이나 과학, 공학 및 예술과 같은 국가 수준의 교육과정에 근거해서 지도하고 있었다는 점이다.
본 절에서는 로봇을 지도하는 국내외의 다양한 로봇 교육 사례들을 분석 한다. 여기에는 로봇 교육 교구재를 제공하는 기업의 교육내용과 대학이나 일반 교육기관들도 분석했다. 분석내용은 주된 교육내용과 일반적으로 다루고 있는 센서와 로봇의 구조와 운동, 그리고 간단한 프로그래밍 교육 등과 관련한 내용들이다.
이론/모형
로봇 소양 교육을 개발하기 위한 방법론적 고민은 Tyler(1949)의 고전적인 교육과정 개발모형을 적용하여 해결하고자 했다. Tyler에 의한 교육과정의 구성 과정은 ‘교육목표 설정’ 단계, 학습경험을 선정하는 단계, 선정된 학습 경험을 조직하는 단계, 마지막으로 학습경험을 평가하는 단계를 따라 로봇 소양 교육과정을 개발하였다.
성능/효과
따라서 본 연구를 통해서 제시되는 로봇 소양 교육과정은 학교 교육에서 제시하는 교과 목표 및 총괄 목표를 달성하는데 있어서 학생들이 도구적 측면으로 활용하는 로봇을 다루고 이용할 줄 아는 능력을 배양할 수 있도록 지원하는 성격을 갖고 있으며, 이를 바탕으로 학생들의 문제해결력 및 창의력 향상을 추구 할 수 있도록 하는데 주안점을 둔다.
마지막으로 중학교 1학년 2학기 과학 7단원 ‘힘과 운동’ 단원의 활동을 위해서 학생들은 씨름 로봇을 제작해보고 탄성, 마찰, 중력 등 다양한 힘에 대해서 경험적으로 체험할 수 있는데 이렇게 다양한 경험을 종합적으로 제공할 수 있게 하기 위해서는 본 연구에서 제안한 것에서처럼 문제를 종합적으로 해결할 수 있는 기회를 ‘종합 활동’ 형태로 제공할 수도 있는 것이다.
셋째, 학교 교육과정의 운영 방법과 교육정책의 변화를 지적할 수 있다. 먼저 학교 교육과정의 운영 방법적 측면에서 살펴보면, 현재 초, 중등학교에서 시행되고 있는 ‘2009 개정교육과정’이 권장하는 교육방법론에서는 창의적 체험활동 영역을 제시하고 있다는 점을 통해서도 알 수 있다.
이상 전문가들의 의견을 종합해 보면, 본 연구에서 제시한 로봇 소양 교육과정은 큰 틀에서는 무리가 없으나, 로봇 소양 요소와 매칭되는 각각의 초, 중등학교 학년 간 교육 내용 요소들의 대표성 확보가 필요하며, 이들의 내용이 어느 한 쪽으로 치우치지 않도록 안배해야 한다는 점, 그리고 마지막으로 이들 내용간의 위계성, 체계성 등이 잘 구성되어 제시되어야 한다는 의견을 수렴할 수 있었다.
이후 초, 중, 고등학교 및 대학교에서 다년간 로봇을 지도해온 전문가 집단을 구성하여 본 연구에서 제시한 로봇 소양 교육과정에 대해 다양한 의견을 수렴하여 타당화 과정을 거쳤다.
참석한 전문가들의 의견은 대체로 본 연구 결과 제시한 로봇 소양 교육의 정의와 방향 그리고 타당성에 긍정적인 반응을 보여 주었다. 이들의 의견은 다음 <표 13>과 같다.
참여한 전문가 집단은 전체적으로 본 연구에서 제시한 ‘로봇 소양’ 정의에 대해서 본 연구에 제한된 범위 내에서 타당성을 인정하고 있음을 알 수 있었고, 다음 에서 제시된 바와 같이 본 연구에서 제시한 로봇 소양 교육과정에 대한 방향을 제시 받을 수 있었다.
로봇 소양 교육과정을 제시하게 된 데에는 크게 3가지 배경을 근거로 들 수 있다. 첫째는 우리나라 교육용 로봇산업의 성장, 둘째는 로봇이 갖고 있는 교육적 효과성에 대한 공감대 확산, 셋째는 STEAM 교육 등 창의적 인재 육성교육에 대한 관심과 이를 강화하려는 교육 환경적 변화 등을 제시하여 그 타당성을 확인할 수 있었다.
후속연구
따라서 본 연구의 핵심은 로봇 교육을 위한 최소한의 내용 요소를 도출하고 이를 바탕으로 로봇 소양 교육과정을 작성하는 일이 될 것이다. 여기서 로봇 교육의 요소를 도출한다는 것은 로봇을 다루는데 필요한 기본적인 기능만을 선별하여 이들 사이의 관계를 단계별로 조직하여 제시하는 것을 말하며 이렇게 단계적으로 조직된 로봇 교육의 기능적 요소들은 중복 없이 체계적으로 학습 내용을 조직해서 로봇 소양 교육과정을 구성할 수 있는 밑거름이 되어 줄 수 있을 것이라고 기대한다.
이 부분에 대해서는 이미 전술한 것처럼 로봇교육의 여건이나 이에 대한 교육수요자의 요구와 더불어서 창의적 인재 육성에 초점이 맞추어져 있는 교육과정운영상의 변화 등을 고려 할 수 있으며, 다음 장에서 제시하게 될 로봇소양 교육에 대한 본 연구를 통한 정의에 근거한 교육목표를 설정할 수 있을 것이다.
이러한 과정을 거쳐서 제안된 로봇 소양 교육과정은 로봇을 다루기 위한 가장 기초적인 지식, 기능적 내용을 추출한 것이므로 초, 중등학교 수학, 과학과의 해당 단원과 연계되어 지도될 수 있으며, 특히 STEAM 교육 활동에서처럼 교과 통합적인 활동에서 활용 될 수 있을 것으로 기대한다.
이렇게 조직된 로봇 소양 교육과정은 학교 교육에서 필요한 로봇 교육의 범위와 깊이를 일관되고 유기적으로 제시할 수 있으며, 이를 바탕으로 로봇 교육을 위한 콘텐츠 구성과 교사 연수 방안을 찾을 수 있고 나아가 초, 중등학교에서 다루어지고 있는 각 교과들의 교육목표 달성을 위한 도구 교과로의 위치를 확립할 수 있는 효과적 연계 지원 방안들에 대한 구체적인 방법들이 제시 될 수 있을 것이라고 생각한다.
학교 교육활동에 로봇교육을 도입하기 위해 선결해야 할 문제점을 지적한 이들의 논의를 종합해 보면, 먼저, 로봇 교육을 위한 최소한의 교육내용 요소에 대한 합의가 먼저 도출되어야 하고, 두 번째로 선정된 교육 내용 요소를 바탕으로 교육과정 개발 과정으로 연결되어야 한다. 이후 이를 기초로 한 로봇교육을 위한 시간 확보와 교육 콘텐츠 개발 등의 순서로 진행되어야 할 것으로 판단된다. 물론 이와 동시에 로봇을 지도하기 위한 교사 연수 및 양성도 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
로봇교육에 대한 장벽에는 무엇이 있는가?
그러나 이와 같은 교구재 산업의 성장, 효과성에 대한 기대감, 교육방법, 정책적 측면에서의 변화 등에도 불구하고 여전히 로봇교육에 대한 장벽들이 있는데 여기에는 기존의 학교 교육과정에 로봇교육을 위한 시간확보 문제, 학교에서 로봇을 관리하기 어려움, 로봇 교육을 위한 관련 콘텐츠 및 지도 교사 부족, 로봇을 일반교과와 연관 지어 사용하는데 대한 인식 및 사례 부족 등이 바로 그것이다[ 5 ].
이 외에도 로봇 교육에 대한 전문 지식 확보부족, 커리큘럼 등 교육 콘텐츠 부족, 교구 관리 및 안전성 문제 등이 지적되고 있다[ 6 ].
로봇 교육의 범위가 확대되고 내용의 심화가 나타난 것은 무엇에 기인한다고 볼 수 있는가?
이와 같은 변화는 그동안 로봇 교육이 추구하는 목적이 로봇 그 자체에 있거나 컴퓨터 프로그래밍 혹은 여타 다른 목적 등에 있었다는 점을 고려해 본다면 체감율은 더욱 높아진다. 이와 같이 로봇 교육의 범위가 확대되고 내용의 심화가 나타난 것은 우리나라의 로봇 산업 성장에 따라서 우수한 품질의 다양한 로봇교구재 공급, 로봇 교육으로 인한 학생들의 지적 능력 증대에 대한 기대, 창의적 체험활동과 STEAM 교육 등 교육 정책적 환경 변화에 기인한다고 볼 수 있다.
사용목적에 따라 이루어지는 로봇 교육의 교육 형태는 어떻게 제시할 수 있는가?
첫째는 Robotics Engineering 방식이다. 이 방식은 로보틱스 보다는 엔지니어링, 창의력, 문제해결력 향상을 중시하는 교육형태다.
둘째는 Robotics 와 STEM 방식이다. 로보틱스 활동을 통해서 수학, 과학과목을 통합해서 지도하려는 방식을 예로 들 수 있다.
셋째는 Robotics 와 Multi-discipline 방식이다. 이 방식은 앞의 두 번째 방식에 예술, 어문학, 사회교과 몰입감, 현실감 그리고 참여도를 높이기 위한 목적으로 시행되고 있다.
마지막으로 Robotics 와 Computing 방식이 제시되는데, 이 방식은 로보틱스를 통해서 프로그래밍을 지도하려는 목적으로 이루어지는 방식이다.
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