최근 교육현장에서는 소프트웨어교육을 강조하는 세계적인 추세에 발맞추고, 기존의 문법 중심의 프로그래밍 학습에서 탈피하기 위하여, 다양한 피지컬 컴퓨팅 도구를 사용하고 있다. 본 연구를 위해 공업계 고등학생들을 대상으로 하여 라즈베리파이를 활용한 프로그래밍 수업을 진행하였다. 이 수업에서 학생들은 학습한 이론적인 지식을 바탕으로 하여 실제 결과물들을 제작하도록 지도되었다. 학생들이 결과물을 제작하는 것을 돕기 위해 프로젝트 기반의 수업이 진행되었으며, 이 수업을 통해 학생들은 팀별로 토의와 협업을 거치면서 과제를 수행하였다. 특히 학생들의 프로젝트기반의 수업이 효과적으로 이루어질 수 있도록 자기조절학습 전략을 마련하여 수업을 진행하였다. 수업을 마친 후 면담을 통하여 라즈베리파이를 활용한 프로젝트 기반의 프로그래밍 학습에 대한 학생들의 만족도를 조사하였다. 면담 결과에 의하면 학생들의 만족도가 높음을 확인할 수 있었고, 동료 교사들도 라즈베리파이를 활용한 프로그래밍 수업과 프로젝트기반의 학습에 대한 많은 가능성과 기대를 가질 수 있게 되었다.
최근 교육현장에서는 소프트웨어교육을 강조하는 세계적인 추세에 발맞추고, 기존의 문법 중심의 프로그래밍 학습에서 탈피하기 위하여, 다양한 피지컬 컴퓨팅 도구를 사용하고 있다. 본 연구를 위해 공업계 고등학생들을 대상으로 하여 라즈베리파이를 활용한 프로그래밍 수업을 진행하였다. 이 수업에서 학생들은 학습한 이론적인 지식을 바탕으로 하여 실제 결과물들을 제작하도록 지도되었다. 학생들이 결과물을 제작하는 것을 돕기 위해 프로젝트 기반의 수업이 진행되었으며, 이 수업을 통해 학생들은 팀별로 토의와 협업을 거치면서 과제를 수행하였다. 특히 학생들의 프로젝트기반의 수업이 효과적으로 이루어질 수 있도록 자기조절학습 전략을 마련하여 수업을 진행하였다. 수업을 마친 후 면담을 통하여 라즈베리파이를 활용한 프로젝트 기반의 프로그래밍 학습에 대한 학생들의 만족도를 조사하였다. 면담 결과에 의하면 학생들의 만족도가 높음을 확인할 수 있었고, 동료 교사들도 라즈베리파이를 활용한 프로그래밍 수업과 프로젝트기반의 학습에 대한 많은 가능성과 기대를 가질 수 있게 되었다.
Recently, many supports about the education linked with industrial field have been provided in technical specialized high schools. In order to keep pace with the global trend to emphasize software education and to move away from traditional grammar-based programming learning, various physical comput...
Recently, many supports about the education linked with industrial field have been provided in technical specialized high schools. In order to keep pace with the global trend to emphasize software education and to move away from traditional grammar-based programming learning, various physical computing tools have been used in the education fields. For this study, we conducted a programming class using Raspberry Pi for technical high school students. In the class, students were instructed to produce actual results based on the knowledge they had learned. Project-based learning was used to help students create products and thus they performed tasks while discussing and collaborating on a team-by-team basis. In particular, self-regulation learning strategies were considered to provide effective project-based instruction. After the class, we interviewed the students' satisfaction with it. The results showed that the students' satisfaction was high, and the fellow teachers also had a lot of possibilities and expectations about the programming instruction and project-based learning using Raspberry Pi.
Recently, many supports about the education linked with industrial field have been provided in technical specialized high schools. In order to keep pace with the global trend to emphasize software education and to move away from traditional grammar-based programming learning, various physical computing tools have been used in the education fields. For this study, we conducted a programming class using Raspberry Pi for technical high school students. In the class, students were instructed to produce actual results based on the knowledge they had learned. Project-based learning was used to help students create products and thus they performed tasks while discussing and collaborating on a team-by-team basis. In particular, self-regulation learning strategies were considered to provide effective project-based instruction. After the class, we interviewed the students' satisfaction with it. The results showed that the students' satisfaction was high, and the fellow teachers also had a lot of possibilities and expectations about the programming instruction and project-based learning using Raspberry Pi.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 공업계 고등학생들을 대상으로 하여 라즈베리파이(Raspberry Pi)를 활용한 현장 중심의 프로젝트 기반 학습 방안을 제안한다. 라즈베리파이는 리눅스 기반의 운영체제를 기반으로 네트워크를 학습할 수 있는 교구이다.
본 논문에서는 공업계 고등학교 학생들의 라즈베리파이를 활용한 프로젝트기반 프로그래밍 학습에 대해 기술한다. 본 연구가 진행된 학교에서는 프로젝트 실습 과목으로 1주일에 10시간이 배정되며, 이 수업에서 자동화 기기나 로봇 등을 만들기 위하여 프로그래밍 학습이 이루어진다.
이를 위해서는 프로젝트 기반 학습이 적절한 학습방법이라고 할 수 있다. 이에 따라 본 논문에서는 공업계 고등학교 학생들을 대상으로 라즈베리파이를 활용한 프로젝트 기반의 프로그래밍 학습을 설계하고 이를 수업에 적용한 내용을 기술한다.
제안 방법
학생들은 실제 산출물을 제작하기 위해 프로젝트 기반의 학습을 진행하였는데 각 단계별로 학생들이 수행해야 할 활동들을 표 4와 같이 정의하고 있다. 또한 프로젝트 기반 학습이 효과적으로 이루어 질 수 있도록 각 단계별로 자기조절학습 전략을 정의하여 학생들이 이를 기초로 학습을 수행하도록 지도하였다. 표 4에서 볼 수 있는 바와 같이 아이디어 발견 단계에서는 각 팀의 학생들이 브레밍스토밍을 통해 다양한 주제를 제안하고 토론을 통해 그중에 가장 적절한 아이디어를 결정한다.
본 연구의 프로젝트 학습에서는 부장 교사를 비롯하여 프로그래밍 담당, 기계구조 담당, 전자회로 설계 담당 등의 다양한 분야의 담당 교사들이 함께 지원하는 체제로 진행되었다. 학생들이 프로젝트 진행 중 문제 상황이나 질문이 발생할 때 능동적으로 대처하도록 하였다.
또한 공업계 고등학교의 프로젝트 학습은 소수의 인원을 팀으로 구성하여 팀별 작품을 만드는 경우가 많기에 다수를 대상으로 하는 정량적인 평가에 어려움이 있어 면담과 관찰을 통한 질적인 연구를 수행하였다. 수업을 진행하면서 관찰을 하였으며, 학기를 마친 후에는 학생과 면담을 진행하였다. 동료 교사의 경우 평소 수업을 지켜보면서 토의하거나 학생들에게서 나온 결과물을 보게 한 후 소감에 대하여 면담을 진행하였다.
이러한 프로젝트 실습은 표 4와 같은 프로젝트기반 학습으로 수행된다. 연구 대상은 공업계 고등학교의 전자과 학생들이기 때문에 부품을 조립하여 구조물을 만든 것을 제어하는 용도로 프로그래밍을 하게 된다. 그림 5의 왼쪽그림처럼 만들면서 디버깅 작업을 하고, 오른쪽 그림처럼 프로그래밍 소스코드에 대하여 토의하고 동료 학생들에게 좋은 아이디어를 발표함으로써 더욱 최적화된 소스코드를 작성할 수 있다.
과제 수행 단계에서는 학습자들이 자신이 맡은 부분을 먼저 학습한 후 협동학습을 위해 모여서 서로 토의한다. 이때 각 학습자 가 학습한 내용을 발표하는 과정에 자기평가와 동료평가를 수행한다. 팀에서 해결할 수 없는 문제가 생길 때는 교사에게 질문하도록 한다.
대상 데이터
본 연구는 공업계 고등학생을 대상으로 한 실험으로 3학년 학생들 중 로봇과의 12명의 학생이 실험에 참여하였다. 소수의 인원이 구성된 이유는 일반계 고등학교와는 다르게 공업계 고등학교는 같은 학년도 학과별로 구성되며, 학과별로 이들의 숫자는 수십 명 정도이다.
그리고 GPIO 기능으로 인해 인체감지센서, 적외선센서, 초음파센서 등의 다양한 센서를 장착하고 Wifi와 Bluetooth 모듈이 내장되어 있어 IoT를 구현하는데 있어서 적합한 도구이다. 본 연구에서는 신제품 출시 시기가 겹친 관계로 그림 1과 같이 Raspberry Pi 2 Model B와 Raspberry Pi 3 Model B를 둘 다 사용하였으며, 두 가지 버전의 라즈베리파이의 사양은 표 1과 같다[10].
성능/효과
학습자들도 보다 다양하고 깊이 있는 사고를 할 수 있었고 팀원들 간의 풍성한 토의를 통해 의사소통 능력도 향상되었다. 또한 프로젝트 기반 학습의 각 단계에서 지원한 자기조절학습 전략이 학습자들의 프로젝트 진행과 학습에 도움을 줄 수 있었던 것을 확인할 수 있었다.
특히 프로젝트 기반의 수업을 통해 학생들이 팀을 이루어 단계별로 프로젝트를 진행함에 따라 보다 학습이 체계적으로 이루어질 수 있었다. 학습자들도 보다 다양하고 깊이 있는 사고를 할 수 있었고 팀원들 간의 풍성한 토의를 통해 의사소통 능력도 향상되었다. 또한 프로젝트 기반 학습의 각 단계에서 지원한 자기조절학습 전략이 학습자들의 프로젝트 진행과 학습에 도움을 줄 수 있었던 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
첫째, 개발된 수업 내용을 더욱 세심하게 평가할 수 있는 기회를 마련하는 것이다. 더 많은 수의 교사들이 적용하여서 더욱 많은 학생들에게 적용된다면 보다 의미있는 연구가 될 수 있을 것이다. 둘째, 프로젝트 기반의 학습에서 학습자의 학습 동기를 보다 높일 수 있고 다양한 성격과 성향을 가진 학습자들에게 적응적인 교수 학습 전략을 연구하여 수업에 적용하는 것이다.
더 많은 수의 교사들이 적용하여서 더욱 많은 학생들에게 적용된다면 보다 의미있는 연구가 될 수 있을 것이다. 둘째, 프로젝트 기반의 학습에서 학습자의 학습 동기를 보다 높일 수 있고 다양한 성격과 성향을 가진 학습자들에게 적응적인 교수 학습 전략을 연구하여 수업에 적용하는 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
라즈베리파이란?
라즈베리파이는 영국의 라즈베리파이 재단에서 기초 컴퓨터교육을 증진시키기 위해 만든 초저가, 초소형 싱글 컴퓨터이다. 가격에 비하여 성능이 우수한 편인데 그래픽이 뛰어나고, 리눅스 운영체제를 많이 사용하지만 다양한 운영체제를 설치할 수 있다.
라즈베리파이의 특징은?
라즈베리파이는 영국의 라즈베리파이 재단에서 기초 컴퓨터교육을 증진시키기 위해 만든 초저가, 초소형 싱글 컴퓨터이다. 가격에 비하여 성능이 우수한 편인데 그래픽이 뛰어나고, 리눅스 운영체제를 많이 사용하지만 다양한 운영체제를 설치할 수 있다. 또한 다른 하드웨어와의 호환성이 좋아서 게임기, 로봇, PC 카메라 등과의 결합으로 인한 활용가치가 좋다[8]. Python 프로그래밍 언어에서부터 OpenCV를 이용한 영상처리 프로그램에 이르기까지 다양한 프로그래밍 도구를 지원한다. 또한 서버로 활용할 수 있는데 아파치 웹서버를 설치하여 PHP로 웹 서버를 실습할 수 있다[9]. 그리고 GPIO 기능으로 인해 인체감지센서, 적외선센서, 초음파센서 등의 다양한 센서를 장착하고 Wifi와 Bluetooth 모듈이 내장되어 있어 IoT를 구현하는데 있어서 적합한 도구이다. 본 연구에서는 신제품 출시 시기가 겹친 관계로 그림 1과 같이 Raspberry Pi 2 Model B와 Raspberry Pi 3 Model B를 둘 다 사용하였으며, 두 가지 버전의 라즈베리파이의 사양은 표 1과 같다[10].
프로젝트기반 학습의 장점은?
프로젝트기반 학습은 학습자들이 주도적으로 학습을 함으로써 학습에 대한 내적 동기를 높이고 학습에 대한 책임감을 길러 줌으로 학습자로 하여금 긍정적인 자아개념을 형성할 수 있도록 한다. 또한 동료 학습자와 교사와의 상호작용을 통해 사고를 유연하게 할 수 있도록 도와주며 협동심과 사회적 기술을 발전시킬 수 있다[11].
참고문헌 (14)
Ministry of Education, "Elementary & Secondary Software Education Activation Plan," Department of Education Course Policy : Notification, 2014.
Ministry of Education, "Elementary & Secondary Education Course Introduction," Ministry of Education : Notification 2015-74, 2014.
Ministry of Education, "2015's Liberal Arts & natural Sciences Intergration Education Course Introduction," Department of Education Course Policy : Presentation Report, 2014.
W. W. Kim and J. S. Choi, "Development and Application of a Turtle Ship Model Based on Physical Computing Platform for Students of Industrial Specialized High School," Journal of Korean Institute of Industrial Educators, vol. 41, no. 2, pp. 89-118, Sep. 2016.
Y. H. Yoo, "The Possibility of Robot Programming to Enhance Creative Problem-Solving Ability," Journal of Education Studies, vol. 36, no. 2, pp. 109-128, Sept. 2005.
Y. M. Kim, T. H. Kim and J. H. Kim, "Development and Application of Programming Education Program of Robot for Improvement of elementary School Girls' Creativity," Journal of Korean Association of Information Education, vol. 19, no. 1, pp. 31-44, Mar. 2015.
P. S. Jeong and Y. H. Kim, "Design and Implementation of Finger Language Translation System using Raspberry Pi and Leap Motion," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 19, no. 9, pp. 2006-2013, Sep. 2015.
D. K. Kim and J. H. Woo, "Development of Wireless License Plate Region Extraction Module Based on Raspberry Pi," Journal of Korea Multimedia Society, vol. 18, no. 10, pp. 1172-1179, Oct. 2015.
Y. M. Lee and K. R. Sohn, "Fabrication of Smart Alarm Service System using a Tiny Flame Detection Sensor Based on a Raspberry Pi," Journal of the Korea Society of Marine Engineering, vol. 39, no. 9, pp. 953-958, Sep. 2015.
Elinux. RPi Hardware [Internet]. Available : http://elinux.org/RPi_Hardware#cite_note-faq-1/.
D. H. Kim et al., Management of Project Learning Method, Seoul: Hakgisa, 2001.
J. Krajcik, et al., "A collaborative model for helping middle grade science teachers learn project-based instruction," The Elementary School Journal, vol. 94, no. 5, pp.483-497, 1994.
S.H. Lee, "Effects of Integrated Self-Regulated Learning Promotional Strategy on Learning Ability in Web-Based Project Learning", M. S. Dissertation, Korea National University of Education, 2007.
P. R. Pintrich, "A Conceptual Framework for Assessing Motivation and Self-Regulated Learning in College Students," Educational Psychology Review, Vol. 16, No. 4, pp. 385-407, 2004.
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