2015년 9월 개정 교육과정이 발표되면서 중학교 정보교과는 필수로 지정되고, 피지컬 컴퓨팅 단원이 포함되었다. 선도학교를 중심으로 피지컬 컴퓨팅의 대표적인 도구인 아두이노를 활용한 교육 연구가 진행되고 있지만, 개정 교육과정에서 활용하기 위해서는 해결해야 할 문제점들이 있다. 본 연구에서는 중등 학습자가 피지컬 컴퓨팅을 배울 때 하드웨어의 인지적 부담을 줄이고, 창작의 과정을 경험할 수 있도록 피지컬 컴퓨팅 교육용 보드를 개발하였다. 개발된 보드의 특징은 첫째, 아두이노 보드와 호환성 유지, 둘째, 창작을 위한 가장 핵심적인 기능 제공, 셋째, 소형화 이다. 기존 하드웨어 보드에 비해 기능은 줄었지만 중등 학습자가 창작하기에 용이하도록 구성하였다. 본 연구를 바탕으로 다양한 교육 대상자를 위한 보드 개발과 수업 적용을 위한 연구가 지속되어야 한다.
2015년 9월 개정 교육과정이 발표되면서 중학교 정보교과는 필수로 지정되고, 피지컬 컴퓨팅 단원이 포함되었다. 선도학교를 중심으로 피지컬 컴퓨팅의 대표적인 도구인 아두이노를 활용한 교육 연구가 진행되고 있지만, 개정 교육과정에서 활용하기 위해서는 해결해야 할 문제점들이 있다. 본 연구에서는 중등 학습자가 피지컬 컴퓨팅을 배울 때 하드웨어의 인지적 부담을 줄이고, 창작의 과정을 경험할 수 있도록 피지컬 컴퓨팅 교육용 보드를 개발하였다. 개발된 보드의 특징은 첫째, 아두이노 보드와 호환성 유지, 둘째, 창작을 위한 가장 핵심적인 기능 제공, 셋째, 소형화 이다. 기존 하드웨어 보드에 비해 기능은 줄었지만 중등 학습자가 창작하기에 용이하도록 구성하였다. 본 연구를 바탕으로 다양한 교육 대상자를 위한 보드 개발과 수업 적용을 위한 연구가 지속되어야 한다.
With the announcement of the revised curriculum in September, 2015, the informatics for a secondary school was designated as compulsory, and Physical Computing section was included. With a leading school, the educational research using Arduino is currently underway, but there remain the problems to ...
With the announcement of the revised curriculum in September, 2015, the informatics for a secondary school was designated as compulsory, and Physical Computing section was included. With a leading school, the educational research using Arduino is currently underway, but there remain the problems to be solved to utilize Arduino in the revised curriculum. This study developed educational board which can make it possible for secondary learners to lessen the cognitive burden of hardware, and to experience the process of creation when they learn Physical computing. The characteristics of the board are as follows: First, keeping compatibility with Arduino. Second, provision of the most essential functions for creation. Third, miniaturization. This study composed the board to make it easier for a secondary learner to create. and thinks that it's necessary to continue the research on board development for diverse learners, and class application on the basis of this research.
With the announcement of the revised curriculum in September, 2015, the informatics for a secondary school was designated as compulsory, and Physical Computing section was included. With a leading school, the educational research using Arduino is currently underway, but there remain the problems to be solved to utilize Arduino in the revised curriculum. This study developed educational board which can make it possible for secondary learners to lessen the cognitive burden of hardware, and to experience the process of creation when they learn Physical computing. The characteristics of the board are as follows: First, keeping compatibility with Arduino. Second, provision of the most essential functions for creation. Third, miniaturization. This study composed the board to make it easier for a secondary learner to create. and thinks that it's necessary to continue the research on board development for diverse learners, and class application on the basis of this research.
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문제 정의
즉, 현재 아두이노 보드에는 필요 이상으로 기능이 많기 때문에 학교 현장에서 활용하는데 적지 않은 어려움이 있다. 이에 본 연구는 중등학생들이 피지컬 컴퓨팅을 배울 때, 쉽게 사용할 수 있는 보드를 개발하고자 하였다.
정보 교과에서 피지컬 컴퓨팅 교육이 가능하기 위해서는, 학교에서 수업 도구 준비가 가능하고, 학생 및 교사의 학습 부담을 줄이는 방안이 우선적으로 고려되어야 한다. 이에 본 연구의 목적은 초보 학습자가 피지컬 컴퓨팅을 경험하는데 있어 하드웨어적 인지부담을 줄이고, 창작 과정(만들고, 개조하기)이 용이한 피지컬 컴퓨팅 보드를 개발하는 것이다.
가설 설정
그러나 하드웨어적 지식의 학습은 학생과 정보 교사 모두에게 부담을 준다. 둘째, 수업 도구 준비의 어려움이다. 피지컬 컴퓨팅 수업에 사용되는 도구는 하드웨어 보드와 다양한 전자 부품들이 포함되며, 하드웨어 보드와 기본 부품들이 포함된 학습용 키트의 가격이 대당 10만원 대로 판매되고 있다.
첫째, 기능의 간소화에 따른 소형화이다. 소형화된 보드는 완성도 있는 작품 제작을 가능하게 한다.
제안 방법
교육 현장에서 초보 학습자들이 기존에 아두이노 보드와 같은 하드웨어 도구를 배움에 있어 불편한 점들을 개선하기 위해 과 같이 세 가지 요소를 기준으로 설계하였다[10].
둘째, 코드를 업로드하기 위해서 아두이노 IDE 를 사용해 코드를 작성한 후 업로드 버튼을 누른 다.
대상 데이터
아두이노 보드는 다양한 장점이 있으나, 중등학생 대상의 교육용 도구로서의 활용성에 대한 연구는 미비한 편이다. 따라서 본 연구는 피지컬 컴퓨팅 교육 경험이 있는 교수자 3명을 대상으로 인터뷰를 실시하였다.
본 연구는 보드의 설계에 있어 피지컬 컴퓨팅을 처음 접하는 초보자를 대상으로 설계하였다. 교육 현장에서 초보 학습자들이 기존에 아두이노 보드와 같은 하드웨어 도구를 배움에 있어 불편한 점들을 개선하기 위해 <표 1>과 같이 세 가지 요소를 기준으로 설계하였다[10].
제안하는 보드는 54mm * 45mm 크기로 아두이노 보드의 절반에 해당한다. 보드 뒷면에는 마이크로컨트롤러인 ATtiny85칩과 전원 스위치, 컴퓨터와 연결하기 위한 마이크로 USB 포트, 리셋 스위치, USB 연결 없이 전원을 공급할 배터리 홀더를 배치하였다.
이론/모형
본 연구는 학생들이 원하는 것을 상상하고, 만들어 보고, 가지고 놀며, 친구들과 공유하고, 새로운 피드백을 통해 새로운 아이디어를 창출할 수 있도록 해야 한다는 Resnick(2007)의 의견[31]과 동일한 맥락에서 진행하였다. 또한 손으로 만들어 보는 경험에 대한 가치[34]를 고려하여 피지컬 컴퓨팅 활동이 단순히 프로그래밍 지식만 습득하는 것이 아니라 학생들이 직접적으로 창작에 대한 완성도를 경험하게 하였다.
성능/효과
둘째, 기능의 간소화는 제작 단가에도 영향을 준다. 기능을 간소화함으로써, 보드 제작에 소요 되는 비용을 낮출 수 있다.
둘째, 기본 제공하는 입출력 핀도 아두이노 보드에 비해 적지만 LED나 모터, 센서를 제어할 수 있는 아두이노 명령어를 사용하려면 먼저 부트 로더가 업로드 되어 있어야 한다. 부트로더의 업로드 없이는 아두이노 명령어를 지원하지 않는다.
둘째, 생각하기(처리)는 컴퓨터의 경우, 명령어에 따라 반응하는 것이기 때문에 우리가 프로그래밍이라는 방법을 통해 컴퓨터가 정보에 반응할 수 있도록 설계해야 함을 나타낸다.
보드 설계의 기준은 첫째, 기존의 아두이노 보드보다 제공하는 기능은 제한적이지만 피지컬 컴퓨팅을 경험해보기에는 부족하지 않도록 하였다. 둘째, 아두이노를 기반으로 하여, 고급 기능에 대한 경험을 필요로 할 때 언제든지 아두이노 보드로 호환할 수 있도록 하였다. 셋째, 학생들이 피지컬 컴퓨팅에 지식적으로 접근하게 하기보다, 스스로 작품을 설계하고 제작해보는 경험을 습득할 수 있도록 하였다.
보드 설계의 기준은 첫째, 기존의 아두이노 보드보다 제공하는 기능은 제한적이지만 피지컬 컴퓨팅을 경험해보기에는 부족하지 않도록 하였다. 둘째, 아두이노를 기반으로 하여, 고급 기능에 대한 경험을 필요로 할 때 언제든지 아두이노 보드로 호환할 수 있도록 하였다.
예를 들어, 일반적인 종이컵 크기의 작품을 만들 때 기존 아두이노 보드는 보드 자체가 노출 되는 경우가 있다. 본 연구에서 개발한 보드는 작품에 집중할 수 있도록 보드의 노출을 최소화 할 수 있다. 이는 학생들이 피지컬 컴퓨팅 작품을 단순히 공학적 작품이 아니라 예술적 창작품으로 인식하는데 도움을 준다.
셋째, 60초안에 USB케이블을 컴퓨터에 연결한 후 잠시 기다리면 작성한 프로그램 업로드가 완료된다.
최소 20명 이상의 학생을 대상으로 수업을 진행할 경우, 학교에서 준비해야 할 도구 준비 비용에 부담이 된다. 셋째, 교수학습 자료 및 수업 시수 부족이다. 교실 수업 환경에 맞는 수업 모형과 교사들을 위한 참고 자료가 부족한 실정이다.
둘째, 아두이노를 기반으로 하여, 고급 기능에 대한 경험을 필요로 할 때 언제든지 아두이노 보드로 호환할 수 있도록 하였다. 셋째, 학생들이 피지컬 컴퓨팅에 지식적으로 접근하게 하기보다, 스스로 작품을 설계하고 제작해보는 경험을 습득할 수 있도록 하였다.
인터뷰의 내용은 현재 수업에서 활용하는 보드에 대한 의견으로, 중등학교에서 사용이 적합한지, 그리고 개선해야 할 사항은 없는지 등에 대한 것이다. 인터뷰 결과, 수업에 아두이노 보드 및 호환 보드의 사용에 대해서 적응하는데 시간이 걸리기는 하지만, 수업의 사용성은 나쁘지 않다는 의견이었다. 다음의 내용은 보드에 대한 개선사항을 정리한 것이다.
첫째, 아두이노 보드와 완벽히 호환을 이룬다. 아두이노 보드는 가장 많은 사용자와 자료를 확보하고 있으며 아두이노를 지원하는 다양한 소프트웨어 환경이 있다.
첫째, 아두이노를 기반으로 구성되었기 때문에 아두이노 IDE를 이용하여 프로그램을 작성할 수 있지만 아두이노에서 제공하는 모든 명령어를 사용할 수 없다. ATtiny85칩 자체적으로 매우 기능이 제한적이기 때문이다.
후속연구
이상의 의견을 종합하면, 보드는 학생들이 쉽게 배우고 사용할 수 있도록 기능이 단순하면서 직관적일 필요가 있다. 또한 접근성을 높이기 위해 비용적인 부담이 적을 필요가 있으며, 아이디어에 따라 다양한 형태로의 확장이 가능한 형태, 더불어 만들고자 하는 작품 안에 포함될 수 있도록 크기가 작아야 한다.
본 연구는 교육현장에서 활용되게 될 피지컬 컴퓨팅 도구를 보다 현실화 했다는 점에 의미가 있다. 향후에는 본 연구를 바탕으로 교육현장에서 보다 경험으로 학생들이 접근할 수 있도록 하는 피지컬 컴퓨팅 도구에 대한 개발이 지속될 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
피지컬 컴퓨팅의 장점은 무엇인가?
피지컬 컴퓨팅은 단순히 컴퓨터 인터페이스인 키보드, 마우스, 스피커 등의 장치를 벗어나, 인터 페이스를 확장하여 사람과 컴퓨터, 컴퓨터와 컴퓨터 간의 다양한 방법으로 서로 대화를 할 수 있게 한다[16]. 대화는 상대방과 마주하여 이야기를 주고받으며 소통하는 것을 의미한다.
중등교육에서 정보교과의 4번째 단원으로 피지컬 컴퓨팅의 내용이 포함된 것은 어떤 점이 반영된 것이라고 할 수 있는가?
2015년 9월에는 각론이 발표되었고, 중등교육에서 정보교과의 4번째 단원으로 피지컬 컴퓨팅의 내용이 포함되었다[2]. 프로그래밍 교육이 문제해결력 및 논리적 사고력을 향상시킬 수 있다는 점에서 긍정적으로 평가되었고, 기존의 로봇 교육이 학생들의 흥미와 동기, 태도에 긍정적인 영향을 미친다는 연구들의 장점이 반영된 것이라 할 수 있다 [3][4][5].
피지컬 컴퓨팅은 어떻게 정의되는가?
피지컬 컴퓨팅은 2년 과정의 대학원 프로그램인 뉴욕 대학교의 티쉬 예술대학에서 ITP (Interactive Telecommunications Program)를 통해, O'Sullivan과 Igoe 교수가 인터랙티브 피지컬 시스템을 가르치면서 시작된 개념이라 할 수 있다. 피지컬 컴퓨팅은 “물리적인 실제 세계와 컴퓨터의 가상 세계가 서로 대화할 수 있도록 하는 것”이라고 정의된다[15].
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