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문제 정의
- 그러므로 예비교사를 위한 로봇교육프로그램을 개발하여 적용한 후 개발된 교육프로그램의 문제점을 분석하고 개선 방향에 대해 자세하게 살펴보는 것은 효과적이고 효율적인 로봇교육 및 활성화를 위해 선행되어야 할 중요한 과제라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 예비교사를 위한 로봇교육프로그램을 개발하고 이를 적용한 후 설문과 상담을 통해 교육프로그램의 교육적 효과에 대한 분석을 수행하여 향후 효과적으로 초등학교에서 로봇교육을 수행할 수 있는 예비교사 양성을 위한 로봇교육과정 개발이나 교육프로그램 연구에 대한 시사점을 제공하고자 한다.
- 본 연구에서는 교육용 로봇을 활용한 예비초등교사 로봇교육프로그램을 개발하고 적용한 후 학습자들의 로봇 교육과 로봇교육프로그램에 대한 인식을 조사하고 분석하였다. 또한 학습자 면담을 통해 장단점을 파악하고 개선 방향을 살펴보았다.
제안 방법
- 교구로봇을 선정한 후에는 로봇을 제어하기 위한 프로그램을 선정해야 한다. 레고 마인드스톰 NXT를 위한 로봇 프로그래밍 언어는 매우 많으나 본 연구에서는 프로그램의 흐름이 한눈에 들어올 수 있도록 만들어져 있어 마치 순서도를 보는 것처럼 쉽게 이해할 수 있고 코드를 작성할 때도 순서도를 작성하듯 쉽게 작업할 수 있는 아이콘 방식 프로그래밍 언어인 Robolab을 선정하였다.
- 교육내용은 국내외에서 출간된 레고 NXT 로봇 관련 서적의 내용 및 연구자가 여러 해에 걸친 로봇 수업에서 독자적으로 개발한 내용을 기반으로 선정하였으며 전체 교육프로그램의 흐름은 이해-제작-프로그래밍-발전의 4단계로 구성하여 쉬운 내용에서 어려운 내용으로 진행되도록 하였다. 로봇교육프로그램을 이수한 예비교사들이 학교 현장에서 교육적 가치가 있으면서도 적절하고 유용하게 현실성 있는 수업을 운영할 수 있는 능력을 배양할 수 있도록 교육내용을 구성하는 것은 매우 중요하다.
- 로봇교육프로그램을 이수한 예비교사들이 학교 현장에서 교육적 가치가 있으면서도 적절하고 유용하게 현실성 있는 수업을 운영할 수 있는 능력을 배양할 수 있도록 교육내용을 구성하는 것은 매우 중요하다. 이를 위해 연구자는 방과 후 로봇 수업을 운영하고 있는 현직 교사 2인, 교육대학원에서 로봇수업을 수강한 경험이 있는 교사 3인을 전문가 집단으로 선정하여 이들에게 구두로 연구의 목적을 설명하고 연구자가 개발한 교육프로그램의 구성에 대한 검증 및 피드백을 받아 정리하고 수정하였다. 이를 통해 만들어진 각 단계별 주제 및 주차별 학습 내용은 <표 1>과 같다.
- 조립 단계의 3주차부터는 2~3인을 한 팀으로 구성하며 레고 마인드스톰 NXT의 구성 및 부품별 기능을 학습하고 이후 학습의 토대가 되는 기본 로봇 형태를 팀별로 조립한다. 4주차에는 블루투스를 이용하는 스마트폰의 로봇 조종앱을 이용하여 로봇을 조종하는 연습을 한 후 로봇 경기장에서 팀별로 2:2 축구를 진행하여 수업의 흥미를 높인다.
- <표 1>과 같이 교육내용을 설정한 후 PBL을 기반으로 한 수업을 진행하기 위해 초등학교 수업을 위한 문제중심학습(PBL)의 교수학습 과정 모형 연구[21]에서 제시한 PBL 학습 모형을 토대로 (그림 1)처럼 학습활동을 구성하였다.
- 1학기동안 매주 2시간씩 본 연구자에 의해의 내용에 따라 학습자의 로봇에 대한 기본적인 내용 이해를 위해 전통적인 면대면 수업[22]인 강의·실습방식과 PBL방식을 혼합하여 수업이 이루어졌다.
- 개발한 로봇교육프로그램의 적용 전과 후의 흥미도, 이해도, 대학과 초등학교에서의 로봇교육의 필요성에 대한 인식 차이를 검증하기 위해 연구자의 감독 하에 설문지를 활용하여 개강과 종강에 맞추어 사전·사후 검사를 각각 실시하였으며 교육내용에 대한 설문도 사후 검사에 포함하여 실시하였다.
- 연구자가 근무하는 B 교육대학교 컴퓨터교육과 2학년 30명의 학습자를 대상으로 교육용응용 도구제작 수업에 교육용 로봇을 활용하여 연구자가 수업을 진행하였다. 성별구성은 남학생 10명, 여학생 20명이었으며 대부분의 학습자는 로봇의 대한 사전 경험이 없었다.
- 기본적으로 2인을 1팀으로 구성하여 1대의 로봇을 제작할 수 있는 로봇 세트을 제공하였다. 7주차 이후에는 PBL을 적용한 학습활동을 위해 매주 새로운 문제를 제공하여 자기주도적 협동학습을 통해 해결토록 하고 평가를 진행하였다. 문제해결에 어려움을 겪는 팀에게는 부족한 부분을 보완할 수 있도록 본 연구자와의 면담을 통해 피드백을 제공하였다.
- 7주차 이후에는 PBL을 적용한 학습활동을 위해 매주 새로운 문제를 제공하여 자기주도적 협동학습을 통해 해결토록 하고 평가를 진행하였다. 문제해결에 어려움을 겪는 팀에게는 부족한 부분을 보완할 수 있도록 본 연구자와의 면담을 통해 피드백을 제공하였다.
- 05에서 t-검정을 통하여 분석하였으며 나머지 사후 검사에 대해서는 기술통계량 분석을 수행하였다. 종강 후에는 로봇 수업에 대해 인식 조사를 위해 남학생 5명, 여학생 5명을 선정하여 심층면담을 실시하였다.
- 로봇교육프로그램은 전통적인 강의·실습 방식과 PBL방식을 혼합하여 16주 동안 교육이 이루어지도록 구성하여 예비교사를 양성하는 대학교에서 1학기 동안 강의하기에 알맞도록 만들었다.
- 본 연구에서는 교육용 로봇을 활용한 예비초등교사 로봇교육프로그램을 개발하고 적용한 후 학습자들의 로봇 교육과 로봇교육프로그램에 대한 인식을 조사하고 분석하였다. 또한 학습자 면담을 통해 장단점을 파악하고 개선 방향을 살펴보았다. 로봇교육프로그램은 전통적인 강의·실습 방식과 PBL방식을 혼합하여 16주 동안 교육이 이루어지도록 구성하여 예비교사를 양성하는 대학교에서 1학기 동안 강의하기에 알맞도록 만들었다.
대상 데이터
- 세계적으로 높은 인지도를 가지고 있고 인터넷 상에서 풍부한 관련자료를 얻을 수 있어 현재 교육대학교을 포함한 대부분의 대학들은 로봇 교육을 위해 레고 마인드스톰 NXT를 교구로봇으로 선정하여 사용하는 경우가 많다. 이에 본 연구에서도 예비교사의 로봇교육프로그램을 위한 교구로봇으로 레고 마인드스톰 NXT를 선정하였다. 교구로봇을 선정한 후에는 로봇을 제어하기 위한 프로그램을 선정해야 한다.
데이터처리
- 사전·사후 검사의 각 항목은 1점부터 5점까지의 5점 척도를 사용하였으며 점수가 높을수록 해당 문항에 대해 긍정적임을 보여준다. 사전과 사후 검사의 결과는 SPSS 통계 프로그램을 이용하여 유의수준 .05에서 t-검정을 통하여 분석하였으며 나머지 사후 검사에 대해서는 기술통계량 분석을 수행하였다. 종강 후에는 로봇 수업에 대해 인식 조사를 위해 남학생 5명, 여학생 5명을 선정하여 심층면담을 실시하였다.
성능/효과
- 사전·사후 검사의 각 항목은 1점부터 5점까지의 5점 척도를 사용하였으며 점수가 높을수록 해당 문항에 대해 긍정적임을 보여준다.
- 교육 주제 중 학습자의 능력 계발에 가장 도움이 되는 내용은 어느 것인지를 묻는 설문에 대해 53.3%(16명)는 센서를 이용해주어진 문제를 해결하는 내용, 40.0%(12명)는 로봇을 활용하는 교수·학습 과정안 작성 및 발표, 6.7%(2명)은 로봇을 제어하기 위한 기초 프로그래밍이라고 응답하여 대부분의 학습자가 개발된 교육프로그램 중 PBL로 교육이 이루어진 부분과 향후 교사가 되어 로봇 수업을 할 때 필요한 수업설계도인 로봇을 활용하는 교수·학습 과정안 작성부분이 능력 계발에 도움이 된 것으로 인식함을 알 수 있었다.
- 이러한 결과로부터 미래의 교사를 꿈꾸는 예비교사인 학습자에게 로봇을 활용하는 교수·학습 과정안 작성 및 발표 관련 수업이 학습동기 유발에 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있었다.
- 로봇교육프로그램이 학습자들의 흥미도, 이해도, 대학과 초등학교에서의 로봇교육의 필요성에 대한 인식 변화에 미친 효과를 분석하기 위해 적용 전과 후를 t-검정한 결과는 <표 2>와 같다. 분석결과 모든 항목에서 교육프로그램의 적용 후에 평균점수가 향상되었고 평균점수 사이에는 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 즉 개발된 교육프로그램이 학습자들의 로봇 교육에 대한 흥미와 이해를 향상시키고 대학과 초등학교에서의 로봇이 필요하다는 인식변화에 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다.
- 분석결과 모든 항목에서 교육프로그램의 적용 후에 평균점수가 향상되었고 평균점수 사이에는 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 즉 개발된 교육프로그램이 학습자들의 로봇 교육에 대한 흥미와 이해를 향상시키고 대학과 초등학교에서의 로봇이 필요하다는 인식변화에 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다.
- 학습자들은 교육프로그램의 구성과 학습 내용에 대해서 전체적으로 평균이상의 높은 만족도를 보였으며 학습방식의 효과에 대해서도 긍정적인 반응을 보였다.
- 로봇교육프로그램을 통해 학습자들이 향후 교사가 되었을 때 학교 현장에서 학습자들에게 로봇을 활용한 수업을 진행할 의지가 어느 정도 향상되었는지 알아본 결과는 <표 4>와 같다. 결과로부터 알 수 있듯이 개발된 로봇교육프로그램이 예비교사인 학습자들의 로봇 교육에 대한 의지를 향상시키는데 매우 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다.
- 로봇교육프로그램이 학습자의 어느 능력 향상에 가장 도움이 되었는지에 대해서 설문조사한 결과 응답자의 76.7%(23명)는 창의력과 문제해결력, 13.3%(4명)은 논리적 사고력, 나머지 10%는 분석력(2명)과 탐구력(1명) 향상에 도움이 되는 것으로 응답하여 예비교사들은 개발된 로봇교육프로그램이 창의력과 문제해결력 향상에 긍정적이라고 생각하고 있음을 알 수 있었다.
- 로봇 교육 프로그램의 내용과 구성에 대한 만족도와 전통적인 강의·실습방식과 PBL 방식을 혼합한 학습 방식의 효과성에 대해서도 높은 긍정적 반응을 보였다.
- 연구결과에 따르면 개발된 로봇교육프로그램 적용 후 학습자들의 로봇 교육에 대한 흥미와 이해도는 통계적으로 유의미하게 높아졌으며 대학교와 초등학교에서의 로봇 교육 필요성에 대해서도 유의미한 향상이 있었음을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 16주 동안 2시간씩 로봇교육프로그램을 진행하였으나 학습자들은 교육시간이 다소 부족한 것으로 생각하였으며 로봇을 제어하기 위한 기초 프로그래밍 및 로봇을 활용하는 교수·학습 과정안 작성 및 발표 관련 수업시간이 확대되기를 희망하였다. 이에 향후 본 로봇교육프로그램을 적용할 때에는 주당 3시간을 할당하여 수업을 진행하고 학교에서 로봇 수업을 진행하고 있는 교사의 초빙 강연을 통해서 교육현장을 이해할 수 있는 기회도 제공하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다.
후속연구
- 첫째, 예비교사들에게 로봇교육에 대한 인식을 제고할 수 있고 둘째, 교육대학과 교사연수 교육기관에서 서로 다른 내용과 방법으로 진행되고 있는 로봇교육프로그램에 대한 내용 구성 및 교육과정에 대한 체계성 확립에 일조할 수 있으며 셋째, 향후 다른 로봇교육프로그램 개발과 관련된 연구 수행을 위한 기초자료를 제공할 뿐만 아니라 본 연구결과를 질적 개선을 위한 비교 연구하는데 활용할 수 있다는 점에서 매우 의미가 있다. 그러므로 예비교사를 위한 로봇교육프로그램을 개발하여 적용한 후 개발된 교육프로그램의 문제점을 분석하고 개선 방향에 대해 자세하게 살펴보는 것은 효과적이고 효율적인 로봇교육 및 활성화를 위해 선행되어야 할 중요한 과제라 할 수 있다.
- 본 연구에서는 16주 동안 2시간씩 로봇교육프로그램을 진행하였으나 학습자들은 교육시간이 다소 부족한 것으로 생각하였으며 로봇을 제어하기 위한 기초 프로그래밍 및 로봇을 활용하는 교수·학습 과정안 작성 및 발표 관련 수업시간이 확대되기를 희망하였다. 이에 향후 본 로봇교육프로그램을 적용할 때에는 주당 3시간을 할당하여 수업을 진행하고 학교에서 로봇 수업을 진행하고 있는 교사의 초빙 강연을 통해서 교육현장을 이해할 수 있는 기회도 제공하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다.
- 본 연구결과는 예비교사들 뿐 아니라 현직에 있는 교사들의 로봇 연수 교육 등에도 확장되어 적용될 수 있으며 향후에 교사들을 위한 로봇교육과정 개발의 초석이 될 수 있으므로 중요한 의의를 가졌다고 볼 수 있다.
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