교육과학기술부는 2011년 융합형인재교육의 일환으로 STEAM교육을 발표하였다. 가장 중요한 문제는 "어떻게 STEAM교육의 목표를 달성하는가?"이다. 그래서 본 논문에서는 상황제시를 위한 초등학교 5학년 과학의 광합성 단원의 내용과 "심해탐사로봇"이라는 창의적 주제를 가지고 로봇을 활용한 STEAM교육을 실시하였다. 학생들은 13차시의 로봇 기초교육과정을 이수한 후, 10차시의 주제중심 로봇활용교육을 실시하였다. 로봇기초교육과정에서는 로봇을 제어할 때, 정규 수학 또는 과학과목에서 배운 내용을 적용할 수 있도록 구성되었으며, 로봇활용교육과정에서는 산소센서를 이용한 광합성 이해, 브레인스토밍, 아이디어 도출, 로봇 설계, 로봇 제작, 시연 및 발표의 과정으로 구성되었다. 이 두 개의 과정에는 STEAM의 모든 요소가 포함되었다. 모든 수업이 끝난 후, 학부모와 학생들의 교사면담을 통해서 창의성, 학습태도, 학교생활의 많은 부분에서 긍정적인 답변을 얻을 수 있었다. 특히 학교생활과 학습태도가 좋지 않은 학생들이 로봇경연 대회에서 우수한 성적을 거둠으로써, 학습의 자신감과 성취감을 가질 수 있었다. 통계적인 수치를 기술하지는 않았지만 이 수업으로 인하여 STEAM교육을 위한 로봇활용교육이 창의 인성, 직업탐색등에 매우 큰 효과가 있음을 알 수 있었다.
교육과학기술부는 2011년 융합형인재교육의 일환으로 STEAM교육을 발표하였다. 가장 중요한 문제는 "어떻게 STEAM교육의 목표를 달성하는가?"이다. 그래서 본 논문에서는 상황제시를 위한 초등학교 5학년 과학의 광합성 단원의 내용과 "심해탐사로봇"이라는 창의적 주제를 가지고 로봇을 활용한 STEAM교육을 실시하였다. 학생들은 13차시의 로봇 기초교육과정을 이수한 후, 10차시의 주제중심 로봇활용교육을 실시하였다. 로봇기초교육과정에서는 로봇을 제어할 때, 정규 수학 또는 과학과목에서 배운 내용을 적용할 수 있도록 구성되었으며, 로봇활용교육과정에서는 산소센서를 이용한 광합성 이해, 브레인스토밍, 아이디어 도출, 로봇 설계, 로봇 제작, 시연 및 발표의 과정으로 구성되었다. 이 두 개의 과정에는 STEAM의 모든 요소가 포함되었다. 모든 수업이 끝난 후, 학부모와 학생들의 교사면담을 통해서 창의성, 학습태도, 학교생활의 많은 부분에서 긍정적인 답변을 얻을 수 있었다. 특히 학교생활과 학습태도가 좋지 않은 학생들이 로봇경연 대회에서 우수한 성적을 거둠으로써, 학습의 자신감과 성취감을 가질 수 있었다. 통계적인 수치를 기술하지는 않았지만 이 수업으로 인하여 STEAM교육을 위한 로봇활용교육이 창의 인성, 직업탐색등에 매우 큰 효과가 있음을 알 수 있었다.
The Ministry of Education issues STEAM education as a part of convergence. Most important is "How to achieve goals of STEAM education". The goal of this paper searches possibilities that robot is a good tool for STEAM education. The main topic is photosynthesis unit as circumstantiation and "Deep se...
The Ministry of Education issues STEAM education as a part of convergence. Most important is "How to achieve goals of STEAM education". The goal of this paper searches possibilities that robot is a good tool for STEAM education. The main topic is photosynthesis unit as circumstantiation and "Deep sea exploration robot", is creative activity, in elementary science subject. Students complete 13 basic course about robot, then accomplish subject-oriented 10 robot application course about above topic. Basic course contains math and science elements that students learn in regular curriculum. Application course is organized following steps, photosynthesis with oxygen sensors, brainstorming, idea derivation, robot design, robot construction, demo and presentation and so on. These courses have elements of STEAM. Finally teacher has face-to-face meeting with parents and students. Most have positive aspects about this process in terms of creativity, study attitude, and school life. Specially low-ranking students win a prize in robot competition. So they can gain confidence and accomplishment. This paper don't show statistic chart, but we surely knew that robot education for STEAM education seriously affect creativity huminity and job search.
The Ministry of Education issues STEAM education as a part of convergence. Most important is "How to achieve goals of STEAM education". The goal of this paper searches possibilities that robot is a good tool for STEAM education. The main topic is photosynthesis unit as circumstantiation and "Deep sea exploration robot", is creative activity, in elementary science subject. Students complete 13 basic course about robot, then accomplish subject-oriented 10 robot application course about above topic. Basic course contains math and science elements that students learn in regular curriculum. Application course is organized following steps, photosynthesis with oxygen sensors, brainstorming, idea derivation, robot design, robot construction, demo and presentation and so on. These courses have elements of STEAM. Finally teacher has face-to-face meeting with parents and students. Most have positive aspects about this process in terms of creativity, study attitude, and school life. Specially low-ranking students win a prize in robot competition. So they can gain confidence and accomplishment. This paper don't show statistic chart, but we surely knew that robot education for STEAM education seriously affect creativity huminity and job search.
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문제 정의
그래서 본 논문에서는 로봇과 STEAM교육을 융합해보기로 하였다. 초등학교 5학년을 대상으로 1∼2학기 매주 토요일에 총 23차시동안 로봇기초교육과 로봇활용교육을 진행하였으며, 이 수업에서 배운 내용을 토대로 “STEAM F1 모형 자동차대회”에 출전하여 은상을 차지하였다.
그래서 본 논문에서는 초등학교 과학과목에 교구용 로봇과 STEAM교육을 융합해서 수업할 수 있는 방안을 제시해보고자 한다. 로봇이라는 교구는 모든 학생들에게 신기하고 흥미로운 대상이다.
그러나 로봇과 STEAM 교육을 융합한 연구는 이제 시작 단계이다[3,4]. 그래서 본 논문은 STEAM교육을 효과적으로 실행할 수 있는 방안으로서 초등학교의 과학교과에 교구로봇의 적용 가능성을 알아보고자 한다.
STEAM교육의 장점은 모든 활동이 과학, 기술, 공학, 예술, 수학의 요소가 포함되는 것이다. 본 연구에서는 로봇의 움직임을 강조하면서 STEAM교육의 모든 요소가 포함될 수 있도록 실제 적인 수업을 설계하였다. 센서를 이용한 광합성 실험, 심해탐사에 필요한 여러 가지 움직이는 로봇 개발, 광합성계와 화학합성계의 비교, 미생물의 활용사례 조사등의 내용으로 수업을 총 23차시에 걸쳐서 전개하였다.
출력센서와 관련하여 “원하는 거리만큼 이동하기”와 “원하는 각도만큼 회전하기”의 미션을 예로 들어 보자.
가설 설정
∙ 다른 영역의 탐사에 비해 심해탐사연구가 상대적으로 미비함을 안다.
∙다른 수업보다 더욱 재미있고 즐겁고 신기한 수업이다.
∙새로운 환경과 다양한 기회를 갖고 경험하는 것은 돈을 주고도 살 수 없는 값진 일인 것 같아서 정말 감사드립니다.
∙지금의 우리 아이는 평소 학교 수업보다 토요일 오전 STEAM 수업 참여하는걸 더 즐거워 한다.
제안 방법
로봇기초교육은 입출력센서의 작동원리 습득과 로봇 제어 GUI 프로그램 익히기의 두 가지로 나누어진다. 개별적인 기능위주의 수업보다는 로봇에게 주어진 미션을 수행하는 문제해결 위주의 수업을 진행하였다. 특히 문제해결 위주의 수업은 정규교과 수학시간에 배운 내용을 포함하도록 하였다.
로봇기초교육과 로봇활용교육을 모두 마친 후, 학부모와 학생을 대상으로 교사면담을 하였다. 면담결과, 학부모들 모두 로봇을 활용한 STEAM수업이 매우 창의적이라는 긍정적인 답변을 얻었다.
본 연구에서는 로봇의 움직임을 강조하면서 STEAM교육의 모든 요소가 포함될 수 있도록 실제 적인 수업을 설계하였다. 센서를 이용한 광합성 실험, 심해탐사에 필요한 여러 가지 움직이는 로봇 개발, 광합성계와 화학합성계의 비교, 미생물의 활용사례 조사등의 내용으로 수업을 총 23차시에 걸쳐서 전개하였다. 수업을 모두 마친 후, 학부모와 학생들의 교사면담을 통하여 로봇을 활용한 STEAM교육 수업의 긍정적인 면을 찾아보았다.
센서를 이용한 광합성 실험, 심해탐사에 필요한 여러 가지 움직이는 로봇 개발, 광합성계와 화학합성계의 비교, 미생물의 활용사례 조사등의 내용으로 수업을 총 23차시에 걸쳐서 전개하였다. 수업을 모두 마친 후, 학부모와 학생들의 교사면담을 통하여 로봇을 활용한 STEAM교육 수업의 긍정적인 면을 찾아보았다.
교육용 로봇을 초등학교 미술수업에 적용한 결과, 유의미한 수준에서 창의성이 향상되었다. 이 논문에서는 창의성 기본 방향 설정, 창의성 구성 요인 설정, 4학년 미술교육과정 분석, 로봇활용 미술교육과정 재 구성, 프로그램 개발 및 적용의 순으로 로봇활용 창의성 미술교육을 개발하였다. 실험 결과, 시험집단의 창의성 총점에서는 차이가 없었지만 유창성, 독창성, 개방성에서는 유의미한 차이가 있었다.
이와 연결하여 “작은 생물의 세계” 단원에서는 작은 생물들이 어떻게 이용되고 실생활에 적용될 수 있는 지를 알게 하고, 심해 생물을 채취하기 위해 창의적으로 심해탐사로봇을 개발하도록 하였다.
로봇은 현 시대가 요구하는 창의성 신장, 문제해결력 그리고 긍정적인 학습동기유발에 효과적인 도구이다. 초등학교 5학년 수학과 학습에 로봇 프로그래밍 내용을 분석하고, 로봇통합 수학 프로그램을 개발하여 적용하였다. 연구결과, 전통적인 방식의 비교집단보다 로봇을 활용한 실험집단에서 학습태도와 문제해결력이 높게 나타났다[5,6].
초등학교 5학년을 대상으로 1∼2학기 매주 토요일에 총 23차시동안 로봇기초교육과 로봇활용교육을 진행하였으며, 이 수업에서 배운 내용을 토대로 “STEAM F1 모형 자동차대회”에 출전하여 은상을 차지하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 LEGO MINDSTORMS NXT 로봇은 터치센서, 초음파센서, 빛센서, 소리센서와 같이 4가지로 구성된다. 이 중 가장 많이 사용되는 초음파 센서, 빛센서, 터치센서를 예로 들어보자.
본 연구의 대상은 총 6개반으로 구성된 전라북도 완주군 소재 소규모 초등학교이다. 학교 주변의 상황이 좋지 않다.
성능/효과
일반학생뿐만 아니라 장애학생들에게도 로봇활용 교육이 특수교육에서 필요한 분야라는 연구도 있었다. 43명의 예비초등특수교사를 대상으로 설문지를 분석한 결과, 83.7%의 응답자가 특수아동의 흥미유발에 적합하다고 대답하였고, 76.8%가 장애 영역별 훈련에 적합하다는 대답을 얻었다. 이러한 결과를 통하여 대부분의 응답자들은 초등특수교육현장에서 로봇이 활용된다면 특수아동들의 특성에 맞게 교육할 수 있을 것으로 기대하였다[8].
∙각종 대회에 나가 자신감도 늘었고 가보지 못한 곳이나 전시회, 박람회 같은곳도 가게되어 좋았고 직접 로봇을 만들 수 있어 좋았다.
교육용 로봇을 초등학교 미술수업에 적용한 결과, 유의미한 수준에서 창의성이 향상되었다. 이 논문에서는 창의성 기본 방향 설정, 창의성 구성 요인 설정, 4학년 미술교육과정 분석, 로봇활용 미술교육과정 재 구성, 프로그램 개발 및 적용의 순으로 로봇활용 창의성 미술교육을 개발하였다.
이것은 로봇이 STEAM교육의 목표를 달성할 수 있는 매우 좋은 도구라는 사실을 증명하는 것이다. 또한 학생들의 교사 면담에서도 로봇은 타 교과로의 학습전이에 효과가 있음을 알 수 있었다.
로봇은 수학, 과학, 미술, 특수교육, 스토리텔링에 적용이 가능하며, 수월성교육, 문제해결학습, 학습태도향상등에 효과가 있는 것으로 조사되었다.
매우 긴 시간이었지만 학생들의 참여가 끝까지 그대로 유지되었다. 로봇이라는 교구가 가지는 흥미로 움과 신비함은 학생들의 동기를 유발하기에 충분하였고, 로봇을 활용하는 수업이 다른 교과의 내용을 참고해야하는 학습전이효과도 탁월하였다.
로봇기초교육과 로봇활용교육을 모두 마친 후, 학부모와 학생을 대상으로 교사면담을 하였다. 면담결과, 학부모들 모두 로봇을 활용한 STEAM수업이 매우 창의적이라는 긍정적인 답변을 얻었다. 특히 “아이들이 학교수업보다 이 수업을 더 즐거워한다”라는 대답은 로봇을 활용한 학교수업은 필수적이며 바람직하다는 것을 보여주는 증거이다.
학교 주변의 상황이 좋지 않다. 사전 및 사후 통계처리 과정이 없지만, 교사의 관찰만으로도 학생들의 학업과 학습태도에 대한 자신감과 성취감이 향상되었음을 알 수 있었다.
이 논문에서는 창의성 기본 방향 설정, 창의성 구성 요인 설정, 4학년 미술교육과정 분석, 로봇활용 미술교육과정 재 구성, 프로그램 개발 및 적용의 순으로 로봇활용 창의성 미술교육을 개발하였다. 실험 결과, 시험집단의 창의성 총점에서는 차이가 없었지만 유창성, 독창성, 개방성에서는 유의미한 차이가 있었다. 이로써 로봇을 활용한 미술교육이 창의성 신장에 효과가 있음을 보여주었다[10].
초등학교 5학년 수학과 학습에 로봇 프로그래밍 내용을 분석하고, 로봇통합 수학 프로그램을 개발하여 적용하였다. 연구결과, 전통적인 방식의 비교집단보다 로봇을 활용한 실험집단에서 학습태도와 문제해결력이 높게 나타났다[5,6].
평상시 수업에 의무적으로 임했던 학생들이 로봇을 활용한 수업시간에는 자기주도형 학생으로 변하는 모습을 보았고, 학생들의 학교생활 전반에 걸쳐서 긍정적인 변화가 있음을 알았다. 이것은 로봇이 STEAM교육의 목표를 달성할 수 있는 매우 좋은 도구라는 사실을 증명하는 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교육에서 로봇의 특징은 무엇인가?
로봇은 수학, 과학, 미술, 특수교육, 스토리텔링에 적용이 가능하며, 수월성교육, 문제해결학습, 학습태도향상등에 효과가 있는 것으로 조사되었다.
로봇을 활용한 STEAM 수업은 어떻게 나누어지는가?
로봇을 활용한 STEAM 수업은 크게 로봇기초교육과 로봇활용교육의 2단계로 나누어진다. 로봇기초교육은 교구용 로봇제어에 대한 소양교육으로서, 로봇 조립, 로봇의 입출력센서의 동작 원리, 로봇 움직임을 위한 GUI 프로그래밍 등으로 구성되어 있다.
STEAM의 여러 목표 중 과학기술에 대한 학생들의 흥미와 이해를 높이는 일이 가장 우선인 이유는 무엇인가?
STEAM의 여러 목표 중에는 과학기술에 대한 학생들의 흥미와 이해를 높이는 일이 가장 우선이다. 미래 국가경쟁력은 과학기술 인재의 역량과 직결되기 때문이다. 2013년 새로 들어선 정부도 이것을 인식하여 ICT융합을 내걸고 국가 미래를 계획한것이다.
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