로봇은 프로그래밍 교육의 도구로서 창의적 문제해결능력과 논리적 사고력 신장에 효과적이다. 또한 학습자에게 실제적, 조작적 학습경험을 제공하므로 교과학습의 도구로 활용될 때 학습내용의 구체적 이해를 돕고 능동적인 학습참여를 이끌어 낼 수 있다. 본 연구는 초등학교 수학 수업에서 로봇의 도구적 쓰임에 주안을 두고자 한다. 따라서 로봇의 기능 분석, 기능별 교육적 활용 방안 추출 후 4학년 수학교과와 연계된 수업 액티비티를 개발하였다. 로봇활용 수학수업을 10차시 실시한 후 성취도 평가, 학생 호감도 조사하였다. 연구 결과 성취도에서 유의미한 차이는 확인되지 않았다. 하지만 설문에서 로봇이 수학 수업의 흥미와 적극적 수업참여를 이끌어내며 수학개념을 이해하는 데 도움을 준 것으로 나타났다. 면담 결과에서도 기존의 수학수업에선 찾기 힘든 역동적이고 협력적인 의사소통, 체험적, 실천적인 수업 등의 긍정적 반응이 나타났다.
로봇은 프로그래밍 교육의 도구로서 창의적 문제해결능력과 논리적 사고력 신장에 효과적이다. 또한 학습자에게 실제적, 조작적 학습경험을 제공하므로 교과학습의 도구로 활용될 때 학습내용의 구체적 이해를 돕고 능동적인 학습참여를 이끌어 낼 수 있다. 본 연구는 초등학교 수학 수업에서 로봇의 도구적 쓰임에 주안을 두고자 한다. 따라서 로봇의 기능 분석, 기능별 교육적 활용 방안 추출 후 4학년 수학교과와 연계된 수업 액티비티를 개발하였다. 로봇활용 수학수업을 10차시 실시한 후 성취도 평가, 학생 호감도 조사하였다. 연구 결과 성취도에서 유의미한 차이는 확인되지 않았다. 하지만 설문에서 로봇이 수학 수업의 흥미와 적극적 수업참여를 이끌어내며 수학개념을 이해하는 데 도움을 준 것으로 나타났다. 면담 결과에서도 기존의 수학수업에선 찾기 힘든 역동적이고 협력적인 의사소통, 체험적, 실천적인 수업 등의 긍정적 반응이 나타났다.
As a tool of programming education, a robot is effective in creative problem solving abilities and logical thinking skills. It also provides practical, operational learning experience to learners, when using as a tool of learning, it can help learners' specific understanding for the contents of educ...
As a tool of programming education, a robot is effective in creative problem solving abilities and logical thinking skills. It also provides practical, operational learning experience to learners, when using as a tool of learning, it can help learners' specific understanding for the contents of education and lead to an active participation in learning. This research focuses on the robot's instrumental use in the mathematics class. So the lesson activities with relation to the fourth grade math curriculum were developed after the functional analysis of the robot and the extraction of educational utilization with function. The result shows that there wasn't a significant difference in achievement test but there was a positive response in the most of the survey items. It shows that robots lead to an active participation in class, to be interested in math class and were helpful to understand math concepts. There was also a positive response in the result of learner interviews such as dynamic, collaborative communication, experiential, practical lessons that are rare sights in normal math class.
As a tool of programming education, a robot is effective in creative problem solving abilities and logical thinking skills. It also provides practical, operational learning experience to learners, when using as a tool of learning, it can help learners' specific understanding for the contents of education and lead to an active participation in learning. This research focuses on the robot's instrumental use in the mathematics class. So the lesson activities with relation to the fourth grade math curriculum were developed after the functional analysis of the robot and the extraction of educational utilization with function. The result shows that there wasn't a significant difference in achievement test but there was a positive response in the most of the survey items. It shows that robots lead to an active participation in class, to be interested in math class and were helpful to understand math concepts. There was also a positive response in the result of learner interviews such as dynamic, collaborative communication, experiential, practical lessons that are rare sights in normal math class.
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문제 정의
본 연구는 로봇의 다양한 교육적 활용 측면 중에서 정규교과 활동의 도구적 활용에 주안점을 두고 로봇의 기능적 분석, 교육과정 내용 분석에 따른 프로그램을 설계 구안하고 활용 방향을 제시하고자 한다.
우리는 로봇의 다양한 교육적 활용 측면 특히 초등학교 교수학습과정에서 도구적 쓰임에 주안점을 두고자 한다. 도구 목적의 로봇은 조립형과 완성형으로 다시 분류될 수 있는데 조립형 로봇의 예로는 레고마인드스톰, 피코크리켓, 위두, 올로 시리즈가 있고 완성형은 로머, 프로봇, 비봇 등이 있다.
셋째, 수업 액티비티를 시범 적용 한 후 교구적 측면에서 로봇이 어떠한 영향을 미치는가? 즉 수학 학업성취도 및 학생 호감도를 살펴보고자 한다.
제안 방법
교육적 기능 분석은 로봇을 조작 후 기능별 명세화 작업 및 협의 검토 과정을 거쳐 [그림 3]과 같이 영역별 교육적 활용 기능을 추출하였다.
둘째, 로봇의 교육적 기능을 분석하고 초등학교 4학년 수학 수업에 활용 할 수 있는 액티비티를 설계 개발한다.
로봇수업의 효과를 검증하기 위해 4학년 학생 31명을 대상으로 2012년 12월 3일부터 17일까지 로봇활용 수학수업을 실시한 후 성취도평가, 로봇에 대한 호감도 조사를 실시하였다.
로봇의 기능은 다음 [그림 2]와 같이 구조와 기능, 센서, 프로그래밍의 세 영역으로 각각 분석하였고 각 영역별로 교육적 활용 가능 방안을 추출하였다. 이는 교육과정에 적합한 로봇교구를 사용하기 위해서는 로봇의 교육적 기능이 사전에 분석되어져야 하기 때문이다.
본 연구는 ‘각’도, ‘삼각형’, ‘수직과 평행’, ‘사각형과다각형’, ‘평면도형의 둘레와 넓이’, ‘꺽은선그래프’의 8개 단원의 10차시를 적용하였다.
시범 적용 후 수학 학습에 대한 호감도를 조사하였으며 수학학습에 대한 성취도를 비교하였다. 사전 점수는 기말평가 점수를 활용하였으며 사후에는 각 영역별로 평가문항을 현장교사의 도움으로 제작한 다음 실험종료 후 평가를 실시하였다.
수학성취도 평가와 별도로 로봇을 활용한 수학 수업 후 학생 호감도 조사를 조사했다. 설문조사 결과는 다음 <표 11>과 같으며 모든 영역에서 긍정적인 반응이 나타났다.
시범 적용 후 수학 학습에 대한 호감도를 조사하였으며 수학학습에 대한 성취도를 비교하였다. 사전 점수는 기말평가 점수를 활용하였으며 사후에는 각 영역별로 평가문항을 현장교사의 도움으로 제작한 다음 실험종료 후 평가를 실시하였다.
연구는 로봇 활용 액티비티를 설계, 개발하고 초등학생에게 수업을 적용하는 두 단계로 진행되었다.
이와 같은 맥락으로 본 연구는 초등학교 수학교과 학습에서 로봇의 도구적 쓰임에 주안을 두고 로봇의 기능을 분석한 후 기능별 교육적 활용 방안을 추출하였다. 이후 4학년 수학교과 단원에 적용할 수 있는 로봇활동을 연결하고 10차시의 수업아이디어를 개발하였다.
이와 같은 맥락으로 본 연구는 초등학교 수학교과 학습에서 로봇의 도구적 쓰임에 주안을 두고 로봇의 기능을 분석한 후 기능별 교육적 활용 방안을 추출하였다. 이후 4학년 수학교과 단원에 적용할 수 있는 로봇활동을 연결하고 10차시의 수업아이디어를 개발하였다.
첫째, 로봇교육의 배경이 되는 구성주의 학습 이론과 로봇의 관계를 알아보고 수학교육에서 로봇활용 사례에 대한 문헌을 조사한다.
학습자 면담은 긍정적 응답과 부정적 응답을 나타낸 학생 각 2명을 무작위로 선정하여 비구조화된 면담(학습흥미, 학습곤란, 학습활동, 학습도구, 추가 활동)을 진행하였다. 면담결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
로봇 활용 수업 액티비티 개발은 다음 [그림 1]과같이 두 단계로 진행되었다. 로봇교육 전문가 4명(교수1, 박사2, 교사 1)이 로봇 고유 기능을 분석하였으며 교육현장에서 로봇을 활용하여 수업한 경험이 있는 현장교사 4명의 도움을 받아 교육적 활용 기능을 추출하였다.
시범적용은 경기도 소재 D초등학교 4학년 학생 31명을 대상으로 2012년 12월 3일부터 17일까지 단일반을 대상으로 실시하였으며 로봇활용 수업은 다음 <표 6>과 같이 10차시를 적용하였다. 사용된 로봇은 모두 6대이고 모둠별 5명으로 구성되었다.
시범적용은 경기도 소재 D초등학교 4학년 학생 31명을 대상으로 2012년 12월 3일부터 17일까지 단일반을 대상으로 실시하였으며 로봇활용 수업은 다음 과 같이 10차시를 적용하였다.
성능/효과
넷째, 학습도구로서 로봇에 대해서는 로봇으로 수학공부를 할 수 있다는 것에 신기하였고 기존의 딱딱한 로봇이 아닌 친근하게 느껴진다고 하였다.
최근 국내 로봇교육 연구동향을 분석 한 연구를 보면 2007년을 기점으로 연구논문 편수가 크게 증가하는 추세이며 연구대상의 50%가 초등학생을 대상으로 이루어지고 있으며 프로그래밍과 과학, 수학, 기술의 STEM 교과에서 로봇을 통한 교육적 효과를 검증 하는 연구가 확산되고 있다[1]. 또한 연구주제는 프로그래밍, 학생 호감도 연구 순으로 연구 비율이 높은 것으로 나타났다. 연구 방법에서는 실험연구가 가장 많이 수행되었으며 로봇에 대한 교육적 효과에 대한 연구에서 창의성, 문제해결능력, 교과학업성취도 그리고 학습몰입 및 학습태도의 정의적 요인에 효과가 있다고 보고되고 있다.
측정활동으로는 모터 회전을 이용한 거리 재기가 있고 기하영역은 펜을 삽입하고 명령을 통해 각도, 선분, 다각형 그리기가 해당된다. 또한 움직임 표현과 관련하여 로봇을 원하는 곳으로 보내기, 센서와 결합한 표현 그리고 창작과 표현활동이 가능하였다.
09로 나타났다. 로봇을 활용한 수학 수업 후 평균점수 가 3.91점 향상되었다. 하지만 통계적 분석 결과 p=.
수업참여도 부문에서는 61%가 적극적이었다고 응답하였으며 만족도 또한 높게 나타났다. 로봇이 수업 내용 이해에 얼마나 도움이 되는 지에 대해서는 77%가 긍정적이라고 응답하였다.
성취도 평가에서 로봇을 활용한 수업 후 사전점수보다 평균 3.91점 향상되었다. 하지만 통계적 분석 결과 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다.
셋째, 강력한 사고(powerful idea)로 프로그래밍 활동에서 창의적 사고가 발현된다. 넷째, 반성적사고(reflective thinking)를 경험할 수 있다.
셋째, 수업활동 측면에서 기존의 수업은 혼자서 교과서 문제를 푸는 활동이 대부분인데 로봇수업에서는 문제 해결을 위해 모둠별로 같이 의논하고 움직이면서 수업이 진행되어서 좋다고 하였다.
전체의 58%의 학생들이 수업에서 활용된 로봇의 기능을 높게 이해하고 있었으며 74%가 제어 및 활용이 쉽다고 응답하였다. 이것은 기존의 로봇이 조립과 제어를 위한 프로그래밍에 많은 시간이 소요되고 복잡한 과정을 요구한다는 데 비해 비교되는 부분이라 할 수 있다.
첫째, 학습흥미 측면에서는 학습자의 지시대로 정확히 움직이고, 회전하고, 도형을 그리는 활동이 재미를 이끌어 내었다고 하였다. 버튼을 누를 때마다 로봇이 영어로 진행하고 있는 일들을 알려주어서 신기하였다고 하였다.
호감도 조사를 위한 설문은 ‘로봇 기능의 이해’, ‘로봇의 용이성’, ‘수업의 참여도’, ‘만족도’, ‘학습 지원성’의 5개 문항으로 구성되었으며 대부분의 항목에서 긍정적인 응답이 나왔다.
후속연구
향후 레고 마인드스톰, 피코크리켓, 올로, Diki-3000과 같은 다양한 조립형 로봇의 고유기능을 분석하고 교육적 활용방안을 공통적으로 추출하여 수학, 과학, 기술, 예술, 공학 등의 일반 교과에 쉽게 활용할 수 있는 가이드, 자료 개발이 요구된다.
또한 10차시의 짧은 수업 적용도 요인으로 작용한 것으로 보인다. 향후 수업시간에 활용할 시 도입, 전개, 정리 등의 단계에서 로봇을 선택적으로 활용하는 방안, 개념이해, 적용을 극대화 할 수 있는 활동에 투입해야 할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
로머란?
교구형 로봇의 일종인 로머는 컴퓨터 프로그램을 통해 프로그래밍이 가능함과 동시에 로봇 상판에 부착된 키판을 이용하여 LOGO와 동일한 절차적, 모듈별 프로그래밍이 가능하다. 또한 빛, 소리, 접촉센서가 부착되어 있어 각 센서별 이벤트를 발생시켜 다양한 표현을 할 수 있다.
로머의 인터페이스 특징은?
로머의 인터페이스는 USB 케이블을 연결하여 Roamer-world 소프트웨어를 통한 제어가 가능한 동시에 로봇에 부착된 키 판의 숫자, 화살표, 알파벳 버튼을 눌러 PC 없이도 직접적으로 명령을 줄 수 있다. 하지만 로봇 간 통신기능은 지원되지 않는다.
로머의 단점은?
로머의 인터페이스는 USB 케이블을 연결하여 Roamer-world 소프트웨어를 통한 제어가 가능한 동시에 로봇에 부착된 키 판의 숫자, 화살표, 알파벳 버튼을 눌러 PC 없이도 직접적으로 명령을 줄 수 있다. 하지만 로봇 간 통신기능은 지원되지 않는다. 로머의 프로그래밍은 절차적이며 여기서 ‘절차’란 문제해결의 인식을 위한 기본적인 개념으로, 문제를 작은 문제로 나누어 개별적으로 해결하고, 전체 해결을 위해 작은 해결책을 결합하는 것이라 할 수 있다.
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