[논문]피지컬 컴퓨팅 교육을 통해 교사가 지각한 기회 및 도전요소

최형신; 이상민; 이정화; 우창문

doi:10.14352/jkaie.2016.20.3.235

피지컬 컴퓨팅 교육을 통해 교사가 지각한 기회 및 도전요소
Opportunities and Challenges Perceived by Teachers from Physical Computing Education 원문보기

정보교육학회논문지 = Journal of the Korean Association of Information Education, v.20 no.3, 2016년, pp.235 - 242

최형신 (춘천교육대학교 컴퓨터교육과) , 이상민 (춘천교육대학교 컴퓨터교육과) , 이정화 (와우초등학교) , 우창문 (서석(청량)초등학교)

초록
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피지컬 컴퓨팅은 하드웨어와 소프트웨어를 결합하여 추상적 아이디어를 창의적으로 표현하고 구체적인 산출물로 만드는 과정에서 컴퓨팅 원리를 활용하는 것이다. 최근 오픈소스 하드웨어 및 3D 프린터의 보급으로 피지컬 컴퓨팅에 대한 접근성이 높아졌다. 그러나 이를 교육 현장에 접목하기 위해서는 교사의 관심과 역량이 뒷받침되어야 한다. 본 연구에서는 초등 교사들이 피지컬 컴퓨팅 관련 기본 소양 교육을 받은 뒤에 그 과정에서 경험한 피지컬 컴퓨팅 교육의 기회와 도전적 요소를 제시하였다. 본 연구의 결과는 피지컬 컴퓨팅에 대해 관심을 가지고 있는 교사들과 피지컬 컴퓨팅 교사 연수 프로그램 구성에 시사점을 제공한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Physical computing is utilizing principles of computing in the process of expressing one's ideas creatively and implementing them into tangible objects by combining hardware and software. Recent deployment of open source hardware and 3D printers increased the accessibility of physical computing. However, incorporating these into educational practices requires teachers' interest and competencies. This study aims to share the perceived opportunities of developing physical computing based lessons and challenges from teachers' experiences while primary teachers participated in learning fundamentals of physical computing and developing lessons. The findings of this study provide implications to the teachers who are interested in adopting physical computing into classes and in designing teacher training programs.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

교사 2: ‘요새 피지컬 컴퓨팅 및 3D 모델링에 관련하여 많은 뉴스가 나오고 있다. 그래서 이것의 개념에 대해 배우고, 학교 현장에서 실제로 적용해 보고자 참여하였다.’
그러나 피지컬 컴퓨팅을 교육 현장에 접목하기 위해서는 교사들의 관심과 역량이 선결되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 피지컬 컴퓨팅에 대한 사전 경험이 없거나 제한적인 경험을 가진 교사들을 대상으로 피지컬 컴퓨팅에 대한 기본적인 소양 교육을 진행한 뒤 생활 용품을 고안하고 이를 직접 프로토타입핑해 보는 과정 속에서 교사들이 지각한 교육적 기회와 도전 요소를 도출해 보고자 하였다. 본 연구의 참여교사들은 피지컬 컴퓨팅과 3D 프린팅 활용 교육이 제공하는 기회를 컴퓨팅 사고를 결합한 문제해결력과 아이디어의 구현 가능성으로 인식하였다.
그러나 이를 초등교과에 접목하기 위해서는 교사의 관심과 역량이 뒷받침되어야 한다. 본 연구는 초등교사들이 피지컬 컴퓨팅 관련 기본 소양 교육을 받은 뒤에 그 과정에서 지각한 피지컬 컴퓨팅 교육의 기회와 도전요소를 도출하고자 하였다.
본 연구의 참여교사들은 피지컬 컴퓨팅과 3D 프린팅 활용 교육이 제공하는 기회를 컴퓨팅 사고를 결합한 문제해결력과 아이디어의 구현 가능성으로 인식하였다. 특히 c언어 지식의 부재가 교사들에게 도전 요소로 도출되었는데 이에 대해 코드 블록 형태로 아두이노를 제어하는 소프트웨어(Ardublock[1])가 개발되어 있으므로 향후 이에 대한 검토를 실시하여 적용 가능성을 확인해 보려고 한다. 본 연구는 소수를 연구 대상으로 한 파일럿 연구여서 질적 연구에서 추구하는 현상의 전형성(typicality)을 파악하는데 제한점이 있다.

가설 설정

교사 1: ‘학생들의 수준을 충분히 고려해야 할 것이고, 단순히 아두이노와 3D 프린팅을 하기 위한 (도구를 위한) 수업이 되어서는 안 될 것이다.

제안 방법

구 형태의 수면등을 만들기 위해 우선 속이 빈 형태로 등을 만들어 안에 LED와 전선을 집어 넣도록 하였다. 아래는 123D Design[14]을 사용하여 모델링한 과정을 단계별로 제시한 것이다[Table 4].
본 연구의 참여 교사들은 3D 프린팅 수업이 제공하는 기회를 구체적 조작기 학생에게 흥미 유발 가능성, 공간지각력 향상, 학습과 실생활의 관련성 인식, 성취감, 상상의 구체화 등으로 제시하였다.
본 연구의 참여 교사들은 3D 프린팅 활용 수업의 도전적인 요소를 3D 모델링 소프트웨어 사용, 공간 감각의 필요, 3D 프린터 사용의 어려움, 시간 소요 등으로 제시하였다.
본 연구의 참여 교사들은 피지컬 컴퓨팅 수업이 제공하는 기회가 있다고 생각했으며, 그 이유를 문제해결력, 컴퓨팅 사고력, 성취감의 경험 등으로 제시하였다.
오주형 외는 아두이노 기반 실험 교육이 갖는 피지컬 컴퓨팅의 효과를 분석하였다. 빛과 거리와의 관계에 관한 이론을 배경으로 가지고 아두이노 기반의 회로를 구성하여 빛의 온도와 세기를 측정하는 실험을 진행하였다[7]. 그 결과 탈부착 가능한 소형의 센서와 아두이노만을 이용하여 값비싼 과학 장비들과 같은 교육목적을 달성할 수 있었다.
오주형 외는 아두이노 기반 실험 교육이 갖는 피지컬 컴퓨팅의 효과를 분석하였다. 빛과 거리와의 관계에 관한 이론을 배경으로 가지고 아두이노 기반의 회로를 구성하여 빛의 온도와 세기를 측정하는 실험을 진행하였다[7].
팀프로젝트의 내용은 아두이노[2]를 가지고 환경에 반응하는 LED 조명 기능을 구현하는 것이었다. 이를 위해 아두이노 보드(지니어스 키트 오렌지보드[6])를 활용하여 프로그램을 작성하고 3D 모델링 소프트웨어를 사용하여 수면등을 모델링하여 제작하였다.
초등교사를 대상으로 피지컬 컴퓨팅의 기본 소양 교육을 실시하기 위해 교육 프로그램을 구성하였다. 전체 프로그램 중에서 아두이노를 활용하는 내용의 차시를 4차시로 구성하였고, 3D 프린팅 관련 차시는 2차시로 123D Design 소프트웨어[15]의 기본 사용법을 배우고 컵을 디자인하는 방법을 배우는 것으로 구성하였다[Table 1].
피지컬 컴퓨팅의 개요, 아두이노 사용법, 3D 모델링 실습, 3D 프린팅 실습으로 구성된 내용을 학습하였고, 최종적으로 피지컬 컴퓨팅 팀프로젝트를 직접 제작하도록 하였다. 제작 완료 후에 반구조화된 설문을 실시하여 사전 경험, 참여 동기, 피지컬 컴퓨팅의 기회 및 도전적 요소, 향후 유사 프로젝트 개발시의 고려점 등을 도출하였다.
조도센서를 이용하여 어두워지면 LED가 켜지는 수면등을 제작하기 위해 아래와 같은 준비물을 준비하고, 연결 레이아웃대로 브레드보드, 오렌지보드 및 부품을 연결하였다([Table 2]).
초등교사를 대상으로 피지컬 컴퓨팅의 기본 소양 교육을 실시하기 위해 교육 프로그램을 구성하였다. 전체 프로그램 중에서 아두이노를 활용하는 내용의 차시를 4차시로 구성하였고, 3D 프린팅 관련 차시는 2차시로 123D Design 소프트웨어[15]의 기본 사용법을 배우고 컵을 디자인하는 방법을 배우는 것으로 구성하였다[Table 1].
본 연구에는 한 교육대학교 대학원에서 ‘피지컬 컴퓨팅’과목 수강생 중 3인(초등교사 2인과 예비교사 1인)이 참여하였다. 피지컬 컴퓨팅의 개요, 아두이노 사용법, 3D 모델링 실습, 3D 프린팅 실습으로 구성된 내용을 학습하였고, 최종적으로 피지컬 컴퓨팅 팀프로젝트를 직접 제작하도록 하였다. 제작 완료 후에 반구조화된 설문을 실시하여 사전 경험, 참여 동기, 피지컬 컴퓨팅의 기회 및 도전적 요소, 향후 유사 프로젝트 개발시의 고려점 등을 도출하였다.

대상 데이터

본 연구에는 한 교육대학교 대학원에서 ‘피지컬 컴퓨팅’과목 수강생 중 3인(초등교사 2인과 예비교사 1인)이 참여하였다.

성능/효과

‘파동’이라는 하나의 주제를 바탕으로 과학, 음악, 정보 교과의 관련 지식을 이해할 수 있도록 하였고, 프로그래밍을 통하여 실생활과 연관된 문제를 해결할 수 있도록 하였다. 그 결과 정보 논리적 사고력 신장, 흥미도와 집중도가 높은 정보 교과 STEAM 커리큘럼을 제시할 수 있었다.
빛과 거리와의 관계에 관한 이론을 배경으로 가지고 아두이노 기반의 회로를 구성하여 빛의 온도와 세기를 측정하는 실험을 진행하였다[7]. 그 결과 탈부착 가능한 소형의 센서와 아두이노만을 이용하여 값비싼 과학 장비들과 같은 교육목적을 달성할 수 있었다. 한편 조준희 외는 아두이노의 활용이 STEAM교육에서 적합한지를 검증하기 위해 아두이노를 기반으로 센서와 LED, 저항 등을 연결하는 회로를 구성하여 성능을 알아보았다[3].
초등교육 맥락에서 손경호는 창의적 체험활동 시간을 이용하여 6학년 대상으로 아두이노 활용 프로그래밍 교육을 위해 STEAM교육과정을 개발하여 교육을 진행하였다[12]. 연구 결과 STEAM교육에 아두이노를 활용한 피지컬 컴퓨팅 교육을 적용하여 창의성을 제외한 학습태도, 문제해결력, 흥미, 몰입도에서 교육적 효과가 있음을 확인하였다. 심규헌과 서태원은 과도한 인지 능력을 요구하는 프로그래밍 학습은 논리적인 사고 능력을 신장시키기 어렵다는 문제를 해결할 대안으로 아두이노를 활용한 프로그래밍 교육과정을 제안하였다[11].
한편 조준희 외는 아두이노의 활용이 STEAM교육에서 적합한지를 검증하기 위해 아두이노를 기반으로 센서와 LED, 저항 등을 연결하는 회로를 구성하여 성능을 알아보았다[3]. 연구 결과, MBL인터페이스가 가지고 있는 기능 중 아두이노에 연결할 수 없는 센서들이 있어 과학실험을 모두 적용할 수는 없었지만 이두이노에 연결할 수 있는 센서들이 개발된다면 고가장비인 MBL보다 활용가치가 높을 것이라고 주장하였다.

후속연구

본 연구는 소수를 연구 대상으로 한 파일럿 연구여서 질적 연구에서 추구하는 현상의 전형성(typicality)을 파악하는데 제한점이 있다. 그러나 본 연구에서 수업 개발의 도전적 요소들로 제시된 것들을 완화시키면서 초등교육 현장에서 미래의 창의 인재를 육성하기 위한 교사들의 도전적인 시도들이 교육 혁신으로 이어지도록 체계적인 교육적 지원과 환경적 지원이 필요할 것이다.
특히 c언어 지식의 부재가 교사들에게 도전 요소로 도출되었는데 이에 대해 코드 블록 형태로 아두이노를 제어하는 소프트웨어(Ardublock[1])가 개발되어 있으므로 향후 이에 대한 검토를 실시하여 적용 가능성을 확인해 보려고 한다. 본 연구는 소수를 연구 대상으로 한 파일럿 연구여서 질적 연구에서 추구하는 현상의 전형성(typicality)을 파악하는데 제한점이 있다. 그러나 본 연구에서 수업 개발의 도전적 요소들로 제시된 것들을 완화시키면서 초등교육 현장에서 미래의 창의 인재를 육성하기 위한 교사들의 도전적인 시도들이 교육 혁신으로 이어지도록 체계적인 교육적 지원과 환경적 지원이 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	아두이노는 어떤 장점이 있는가?	아두이노는 피지컬 컴퓨팅에 활용되는 플랫폼 중의 하나로서 센서들로 연결되어 센서로 측정된 값을 받아들여 다양한 기능을 수행하게 하며 하드웨어와 소프트웨어를 연동시킬 수 있게 한다. 아두이노는 가격이 저렴하여 접근이 용이하며 크기가 작아 휴대가 간편하고 직접 회로를 연결하여 자신이 원하는 작품을 만들 수 있다는 장점을 가진다.
	피지컬 컴퓨팅에 활용될 수 있는 하드웨어는 학습자의 특성을 반영하여 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 예를 들면 무엇이 있는가?	피지컬 컴퓨팅에 활용될 수 있는 하드웨어는 학습자의 특성을 반영하여 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면 바나나로 만드는 피아노, 찰흙으로 구현하는 게임 조이스틱, 종이로 만드는 드럼, 주변이 어두워지면 밝아지는 브로치 등 적용 범위가 다양하여 학습자는 자기가 선호하는 주제를 선택하여 피지컬 컴퓨팅 경험을 할 수 있다. 이와 같은 넓은 선택의 폭은 모든 학습자가 피지컬 컴퓨팅에 긍정적으로 참여하게 함으로써 향후 디지털 사회의 창조 인재 양성이라는 측면에서 모든 학습자에게 기회를 제공할 수 있다는 장점이 된다.
	피지컬 컴퓨팅이란?	피지컬 컴퓨팅은 하드웨어와 소프트웨어를 결합하여 추상적 아이디어를 창의적으로 표현하고 구체적인 산출물을 만드는 과정에 컴퓨팅 원리를 활용하는 것이다. 피지컬 컴퓨팅에 활용될 수 있는 하드웨어는 학습자의 특성을 반영하여 다양한 형태로 구성될 수 있다.

참고문헌 (15)

Ardublock. Available: http://blog.ardublock.com/
Arduino. Available: www.arduino.cc
Cho, J. H., Choi, C. W., Hang, S. B., Jang, M. H., Kim, H. J., Kim, D. J., & Yu, H. C. (2014). An Analysis for Effects of the STEAM Education Based on Physical Computing in Greenhouse Effect Experiments. The Korean Association of Computer Education Research Journal, 18(1), 111-115.

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Choi, H. (2014). Educational implications of 3D printing utilization. The Korean Association of Information Education Research Journal, 5(2), 77-82.
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O'Sullivan, D., & Igoe, T. (2004). Physical computing: Sensing and controlling the physical world with computers. Boston, MA: Thomson course technology.
Sawyer, K. (2013). Zig Zag: The surprising path to greater creativity. San francisco, CA: John Wiley & Sons.
Sim, K. H., Lee, S. W., Seo, T. W. (2014). Development and evaluation of a STEAM curriculum utilizing Arduino. Journal of the Korea Association of Computer Education, 17(4), 23-32.
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Sohn, K. H. (2013). The Development and application to computer programming education using Arduino, Kyeongin National University of Education, Master's Thesis.
Yu, J. H., Kim, Y. H., Yang, C. E., Jang, M. H., Kim, H. J., Myung, N, Y., Kim, D. J., & Yu, H. C. (2015). Software development education utilizing physical computing based on Arduino. The Korean Association of Computer Education Research Journal, 19(1), 61-64.
123D Design. Available: http://www.123dapp.com/design
123D app Available: http://www.123dapp.com/

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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