마트 기기의 급속한 발전과 보급에 따라 사회가 크게 변화되고 있으며, SW교육의 중요성이 부각되고 있다. 학습자들 또한 모바일 앱 프로그래밍에 대한 관심이 매우 높다. 한편 프로그래밍 교육에서 로봇의 활용은 흥미유발, 동기부여, 참여도, 성취도 제고의 측면에서 효과가 있는 것으로 연구 결과가 발표되고 있다. 이에 본 연구에서는 SW 교육을 위한 로봇과 앱 개발 도구 활용 프로그래밍 교육 방안을 개발하고 적용하였다. 그리고 수업, 로봇, 앱 인벤터, 로봇과 앱 인벤터의 연동 등의 네 가지 영역으로 구분하여 설문조사를 실시하였다. 그 결과 네가지 영역에서 공통적으로 흥미, 만족에 대한 학습자의 반응이 매우 긍정적이었다. 학습자들은 스마트 폰을 사용하여 프로그래밍 결과를 즉각 확인할 수 있고, 특히 스마트폰으로 로봇을 제어할 수 있다는 점이 학습자의 흥미를 높이는 점으로 분석되었다. 결론적으로 본 연구에서 개발한 로봇과 앱 개발 도구 활용 프로그래밍 교육 방안은 유용성이 있다고 볼 수 있다.
마트 기기의 급속한 발전과 보급에 따라 사회가 크게 변화되고 있으며, SW교육의 중요성이 부각되고 있다. 학습자들 또한 모바일 앱 프로그래밍에 대한 관심이 매우 높다. 한편 프로그래밍 교육에서 로봇의 활용은 흥미유발, 동기부여, 참여도, 성취도 제고의 측면에서 효과가 있는 것으로 연구 결과가 발표되고 있다. 이에 본 연구에서는 SW 교육을 위한 로봇과 앱 개발 도구 활용 프로그래밍 교육 방안을 개발하고 적용하였다. 그리고 수업, 로봇, 앱 인벤터, 로봇과 앱 인벤터의 연동 등의 네 가지 영역으로 구분하여 설문조사를 실시하였다. 그 결과 네가지 영역에서 공통적으로 흥미, 만족에 대한 학습자의 반응이 매우 긍정적이었다. 학습자들은 스마트 폰을 사용하여 프로그래밍 결과를 즉각 확인할 수 있고, 특히 스마트폰으로 로봇을 제어할 수 있다는 점이 학습자의 흥미를 높이는 점으로 분석되었다. 결론적으로 본 연구에서 개발한 로봇과 앱 개발 도구 활용 프로그래밍 교육 방안은 유용성이 있다고 볼 수 있다.
According to the rapid growth and popularization of the SMART device, the society is being changed greatly and importance of SW education is being emphasized. Also many student have a lot of interests about mobile application programming. The latest study suggests using the robots in the programming...
According to the rapid growth and popularization of the SMART device, the society is being changed greatly and importance of SW education is being emphasized. Also many student have a lot of interests about mobile application programming. The latest study suggests using the robots in the programming education may help to induce learners' interest and motivation, participation, achievement. So in this research, I designed a programming educational plan for SW education using robot and mobile application development tool(App Inventor) and applied them. And I conducted a survey four ares such as class, robot, App Inventor, robot and App Inventor. As a result, learner's response of interest and satisfaction was very positive commonly at four areas. In particular, learners could get programming result immediately using smart phone and could control the robot using smart phone, so learner's interest had increased especially. The conclusion is that suggested plan for SW education using robot and mobile application development tool is useful for programming education.
According to the rapid growth and popularization of the SMART device, the society is being changed greatly and importance of SW education is being emphasized. Also many student have a lot of interests about mobile application programming. The latest study suggests using the robots in the programming education may help to induce learners' interest and motivation, participation, achievement. So in this research, I designed a programming educational plan for SW education using robot and mobile application development tool(App Inventor) and applied them. And I conducted a survey four ares such as class, robot, App Inventor, robot and App Inventor. As a result, learner's response of interest and satisfaction was very positive commonly at four areas. In particular, learners could get programming result immediately using smart phone and could control the robot using smart phone, so learner's interest had increased especially. The conclusion is that suggested plan for SW education using robot and mobile application development tool is useful for programming education.
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문제 정의
또한 이 과정에서 추상적 기능의 내면화를 통해 창의적 결과물을 생산하는 경험을 하고, 문제를 분석하고 해결하는 전략을 세워 프로그램을 작성할 수 있으며, 협동을 통해 문제를 해결하는 능력을 기른다. 궁극적으로는 실세계의 문제를 해결하기 위하여 자료를 수집, 분석하여 문제의 해결 방안을 도출하고 컴퓨터를 활용하여 문제를 창의적으로 해결할 수 있는 CT적 능력을 배양하는 것이다.
Chi-Hung Tseng 외는 로보틱스와 모바일 폰을 통합한 교육과정을 개발하였다[2]. 로봇은 놀이 기반의 학습에 매우 효과적인 것으로 증명되고 있는데, 스마트폰이 가지고 있는 다양한 기능과 센서를 로봇과 연계하여 프로그래밍 교육을 실시하는 것은 더욱 더 유용한 것으로 예상되며, 앱 인벤터를 활용하여 로봇을 제어하는 교육과정을 개발하여 이러한 가능성을 증명하고자 하였다.
본 교육 방안의 목표는 로봇과 앱 인벤터 프로그래밍을 통해 프로그래밍의 기본 개념을 쉽게 이해하고 프로그래밍 기법을 효과적으로 익히게 하는 것이다. 또한 이 과정에서 추상적 기능의 내면화를 통해 창의적 결과물을 생산하는 경험을 하고, 문제를 분석하고 해결하는 전략을 세워 프로그램을 작성할 수 있으며, 협동을 통해 문제를 해결하는 능력을 기른다.
따라서 로봇과 앱 프로그래밍을 통합하여 프로그래밍 교육을 실시한다면 교육적 효과가 클 것으로 기대된다. 본 연구는 이러한 맥락에서 로봇과 앱 개발도구를 활용한 프로그래밍 교육 방안을 탐색함으로써 SW교육의 관점에서 학습자들의 CT 능력을 신장할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 본 연구에서 개발하는 교육 방안은 교육대학교 학생들을 대상으로 적용하고 그 반응을 분석하여 일반화하는 데는 한계를 가지고 있다.
본 연구에서 Lego사의 Mindstorms NXT 로봇을 앱 인벤터와 연동시키고자 한다. 앱 인벤터에서는 NXT의 각종 센서와 모터를 제어할 수 있는 API 컴포넌트를 다음 (Fig.
설문규, 송창익은 워터폴 모델을 적용한 앱 인벤터 프로그래밍 교재 개발 연구를 하였다[15]. 이 교재는 초등학생을 위한 것으로 STEAM적 요소를 가미하고 초등학생으로 하여금 개발자의 사고과정을 경험하게 함으로써 창의성과 문제해결력, 협동 사고력 등 고차원적인 사고력을 신장시키고자 하였다. 창의적 체험 활동시간을 활용하여 적용한 결과 학생들의 80% 정도가 학습에 만족도를 보인 것으로 보고하고 있다.
한편, 스마트 디바이스를 대부분의 학생들이 소유하게 됨에 따라 학습자들의 모바일 앱 프로그래밍에 대한 관심 또한 매우 높아지고 있다. 이에 본 연구에서는 로봇과 모바일 앱 프로그래밍을 활용한 프로그래밍 교육이 유용성이 높을 것으로 기대하고 로봇과 앱 인벤터의 연동 모형, 학습 목표와 내용, 그리고 학습 모형을 개발하였다.
김병호는 앱 인벤터를 활용한 컴퓨터 프로그래밍 교육에 대한 연구를 실시하였다[1]. 컴퓨터 관련학과에서 가르치는 C++, 자바 등의 언어가 프로그래밍 입문 과정의 학생들에게는 매우 어렵기 때문에 교육적 효과가 떨어지는 것으로 보고, 앱 인벤터를 활용하는 방안을 제시하였다. 연구 결과 프로그래밍에 대한 관심과 자신감이 월등히 상승된 것으로 보고하고 있다.
제안 방법
영역별로 흥미, 어려움, 만족도, 유용성 등에 대한 의견을 공통적으로 물었으며, 주요 문항에서는 선택의 이유를 기술할 수 있도록 하였다. 각 영역에서는 영역의 특성에 맞는 몇 개의 문항을 추가하였으며 자유응답을 기술할 수 있도록 하였다. 실험 적용 후 설문 결과의 주요 내용을 요약하여 제시하면 다음 [Table 2]와 같다.
내용의 선정은 이상과 같은 목표를 달성할 수 있도록 로봇 및 앱 인벤터의 주요 학습 요소를 선정하고 프로그래밍 주요 개념을 포함할 수 있도록 하였다. 앱 인벤터는 프로그래밍 개념을 학습하기 위한 교육용 언어가 아닌 실제 앱을 개발하기 위한 도구이다.
그러므로 프로그래밍 개념을 쉬운 단계부터 차근차근 익히는 방식이 아니라 실제 동작을 구현하기 위한 개념부터 익히게 된다[17]. 따라서 학습 내용의 선정을 앱을 제작하는 협업을 통해 해결할 수 있는 과제 중심으로 구성하여 주요 학습 요소가 방영되도록 하였다. 세부 내용은 다음 [Table 1]과 같다.
앱 인벤터의 앱 개발 절차는 다음과 같다. 먼저 웹브라우저로 앱 인벤터 서버(http://appinventor.mit.edu/)에 접속하고 애플리케이션 디자이너(The Application Designer)를 실행하여 인터페이스를 설계한다. 다음으로 블록 에디터(The Blocks Editor)를 실행하여 프로그램 로직을 작성한다.
이상에서 선정된 내용을 교육하기 위한 학습 모형을 개발하였다. 선행연구 고찰을 바탕으로 CT의 주요 요소를 ①문제 정형화(문제 분석 및 도구 선정), ②자료수집, 분석, 조직, ③추상화(모델링, 시뮬레이션), ④자동화(알고리즘 설계, 실행), ⑤적용(해법 확인, 일반화, 전이)으로 선정하였다. 이에 따라 로봇 및 앱 인벤터의 주요 학습 단계를 CT의 주요 구성 요소와 연결되도록 (Fig.
설문 문항은 수업, 로봇, 앱 인벤터, 로봇과 앱 인벤터의 연동 등의 네 가지 영역으로 구분하였다. 영역별로 흥미, 어려움, 만족도, 유용성 등에 대한 의견을 공통적으로 물었으며, 주요 문항에서는 선택의 이유를 기술할 수 있도록 하였다.
둘째, 초등학생을 대상으로 한 로봇 프로그래밍 교육 관련 연구에서 공통적이고 중요한 학습 요소를 추출한다. 셋째, 기존에 개발된 앱 인벤터 실라버스(Syllabus)를 분석하여 앱 인벤터의 주요 학습 요소를 추출한다. 넷째, 로봇과 앱 인벤터를 연동한 학습 내용을 조직한다.
설문 문항은 수업, 로봇, 앱 인벤터, 로봇과 앱 인벤터의 연동 등의 네 가지 영역으로 구분하였다. 영역별로 흥미, 어려움, 만족도, 유용성 등에 대한 의견을 공통적으로 물었으며, 주요 문항에서는 선택의 이유를 기술할 수 있도록 하였다. 각 영역에서는 영역의 특성에 맞는 몇 개의 문항을 추가하였으며 자유응답을 기술할 수 있도록 하였다.
이 학생들은 한 학기 동안 스크래치를 학습한 경험이 있으나 전문적인 프로그래밍 교육을 이수하지 않은 초급 프로그래밍 능력 수준의 학생들이다. 이 학생들을 대상으로 한 학기(15주, 주당 2시간) 동안 정규 수업 시간을 통해 개발한 학습 내용을 적용하고, 설문지를 직접 제작하여 학생들의 의견을 수집하였다.
이상에서 선정된 내용을 교육하기 위한 학습 모형을 개발하였다. 선행연구 고찰을 바탕으로 CT의 주요 요소를 ①문제 정형화(문제 분석 및 도구 선정), ②자료수집, 분석, 조직, ③추상화(모델링, 시뮬레이션), ④자동화(알고리즘 설계, 실행), ⑤적용(해법 확인, 일반화, 전이)으로 선정하였다.
선행연구 고찰을 바탕으로 CT의 주요 요소를 ①문제 정형화(문제 분석 및 도구 선정), ②자료수집, 분석, 조직, ③추상화(모델링, 시뮬레이션), ④자동화(알고리즘 설계, 실행), ⑤적용(해법 확인, 일반화, 전이)으로 선정하였다. 이에 따라 로봇 및 앱 인벤터의 주요 학습 단계를 CT의 주요 구성 요소와 연결되도록 (Fig. 4)와 같은 모형을 개발하였다.
최형신은 예비교사를 위한 CT 세부 역량을 절차 및 알고리즘, 병행화 및 동기화, 자료 표현, 추상화, 문제 분해, 시뮬레이션의 여섯 가지로 분류하여 제시하였다[9].
학습은 [Table 1]에서 제시된 과제에 따라 1단계부터 6단계까지 수행되는데 이해를 돕기 위해 13회차 NXT Light Sensor의 프로젝트 과제(Line Tracer)를 예로 설명하고자 한다.
대상 데이터
이상과 같이 개발한 교육 방안을 ○○교육대학교 컴퓨터교육 심화과정 4학년 1개 학급 25명(남: 9, 여: 16)을 대상으로 적용하였다. 이 학생들은 한 학기 동안 스크래치를 학습한 경험이 있으나 전문적인 프로그래밍 교육을 이수하지 않은 초급 프로그래밍 능력 수준의 학생들이다.
이론/모형
또한 스마트 디바이스의 각종 센서 등을 쉽게 프로그래밍 할 수 있도록 지원하고, 구글의 오픈 API(Open Application Program Interface)와 연동 가능하여 고급프로그래밍 학습이 가능하며, 개발환경으로 Windows, MacOS 등 다양한 플랫폼을 지원하고, 도구의 사용법을 익히기가 상대적으로 쉽다. 이상과 같은 장점에 근거하여 본 연구에서는 모바일 앱 개발 도구로 앱 인벤터를 사용한다.
성능/효과
개발한 교육 방안을 적용하고 수업, 로봇, 앱 인벤터, 로봇과 앱 인벤터의 연동 등의 네 가지 영역으로 구분하여 설문조사를 실시한 결과 네 가지 영역에서 공통적으로 흥미, 만족에 대한 학습자의 반응이 매우 긍정적이었다.
네 가지 영역의 설문의 공통점은 흥미, 만족에 대한 학습자의 반응이 매우 긍정적이었다는 점이다. 그런데 학습의 어려움에 대한 질문에서 앱 인벤터는 쉽게 느끼는 반면(어려움을 느끼는 학습자: 4%), 로봇은 다소 어려워하는 경향이 보였다(56%).
로봇과 앱 인벤터의 연동 영역에서는 폰을 사용하여 프로그래밍 결과를 즉각 확인하고, 특히 폰으로 로봇을 제어할 수 있다는 점이 학습자의 흥미도를 높이는 것으로 분석되었다.
설문의 ‘응답 선택 이유’와 ‘자유응답’의 기술 내용을 분석해 보면 협업을 통해 해결할 수 있는 과제 제시 형태의 수업이 학생들의 호응을 이끌어낸 것을 알 수 있었다(자유응답 예시: “직접적인 모델링과 협의를 통해 로봇을 만드는 과정이 인상적임”, “협의를 통해 과제를 수행해 성취감을 느낌.”).
이상과 같이 개발한 로봇과 앱 개발도구를 활용한 프로그래밍 교육 방안은 적용 결과 학습자들로부터 대부분의 영역에서 긍정적인 반응을 도출하여 유용성이 충분한 것으로 볼 수 있다.
후속연구
기존 연구를 종합해보면 앱 인벤터가 교육용 프로그래밍 언어로서 유용하다는 것을 알 수 있으며, 로봇과 앱 개발도구를 활용한 프로그래밍은 교육적 유용성에 대한 잠재력이 있을 뿐만이 아니라 기존 연구도 거의 없기 때문에 연구의 필요성이 있다.
따라서 로봇과 앱 인벤터를 연동시켜 프로그래밍 교육을 실시한다면 이상과 같은 장점이 유기적으로 연계되어 시너지 효과를 가져 올수 있을 것으로 기대한다.
한편, 최근 스마트 디바이스의 급속한 보급으로 인해 모바일 앱 프로그래밍에 대한 학습자들의 관심이 매우 높다. 따라서 로봇과 앱 프로그래밍을 통합하여 프로그래밍 교육을 실시한다면 교육적 효과가 클 것으로 기대된다. 본 연구는 이러한 맥락에서 로봇과 앱 개발도구를 활용한 프로그래밍 교육 방안을 탐색함으로써 SW교육의 관점에서 학습자들의 CT 능력을 신장할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
본 연구는 이러한 맥락에서 로봇과 앱 개발도구를 활용한 프로그래밍 교육 방안을 탐색함으로써 SW교육의 관점에서 학습자들의 CT 능력을 신장할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 본 연구에서 개발하는 교육 방안은 교육대학교 학생들을 대상으로 적용하고 그 반응을 분석하여 일반화하는 데는 한계를 가지고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
CT란?
CT는 복잡하고 다양한 문제를 해결하기 위해 필요한 자료를 수집, 추출, 분석하여 문제의 해결 모델을 구축하고, 이러한 모델을 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 구현하여 문제의 해결 방법을 발견하는 것이다[12]. 이와 같은 CT의 개념은 프로그래밍과 유사하며 밀접한 관계를 가지고 있어 프로그래밍 교육이 새롭게 주목받고 있다.
앱 인벤터의 앱 개발 절차는 어떤 과정으로 이루어지는가?
앱 인벤터의 앱 개발 절차는 다음과 같다. 먼저 웹브라우저로 앱 인벤터 서버(http://appinventor.mit.edu/)에 접속하고 애플리케이션 디자이너(The Application Designer)를 실행하여 인터페이스를 설계한다. 다음으로 블록 에디터(The Blocks Editor)를 실행하여 프로그램 로직을 작성한다. 작성된 내용은 서버에 프로젝트로 자동 저장된다. 인터페이스와 코드 작성이 완료되면 빌드(build) 과정을 통해 .apk 파일을 생성하여 단말기에 설치할 수 있다. (Fig.
효과적인 프로그래밍 교육이 실시되기 위해서는 무엇이 제공되어야 하는가?
효과적인 프로그래밍 교육이 실시되기 위해서는 학습의 주체인 학습자에게 흥미와 내적동기를 부여하고 학습자 수준이나 관심을 고려한 학습방법을 제공할 필요가 있다[16]. 이러한 관점에서 최근 로봇을 프로그래밍 교육에 활용하는 다양한 연구들이 수행되었고 프로그래밍 교육에서 로봇의 활용이 학습자 흥미 유발, 동기부여, 참여도, 성취도 제고의 측면에서 효과가 있다는 연구 결과가 발표되고 있다.
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