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문제 정의
- 이러한 4차 산업에 적응하도록 융합적 교육과 컴퓨팅 사고력을 함양할 수 있는 콘텐츠 및 교육이 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 민속놀이인 윷놀이를 아두이노를 기반으로 한 디지털 윷놀이로 개발하고자 첫째, 윷놀이의 개념 및 놀이 방법을 STEAM 요소와 연관시켜 윷놀이 내용을 분석하였다. 과학(S) 측면에서는 LED와 저항의 관계를 이해하고, LED가 켜지는 원리를 고려하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 아두이노 보드상에서 C 프로그래밍 언어에 기반을 둔 스케치 프로그래밍 언어로 피지컬 컴퓨팅과 전래 놀이인 윷놀이를 융합하여 시리얼 통신 또는 스마트 폰을 활용하여 윷놀이를 수행할 수 있는 디지털 윷놀이 시스템을 개발하고자 한다. 이를 위해 첫째, 전문적인 지식이 없는 학생들이 간단하게 학습하여 개발을 할 수 있는 아두이노 보드에 대한 개념, 개발 환경, 통신 개념 이해, 그리고 활용 방법에 대한 이론적 배경에 대해 살펴본다.
제안 방법
- “빽도”, “도”, “개”, “걸”, 그리고 “윷”가 일어날 확률 값에 따라서 비슷한 방법으로 구현하였다.
- 과학(S) 측면에서는 LED와 저항의 관계를 이해하고, LED가 켜지는 원리를 고려하였다. 공학(E)과 기술(T) 측면에서는 LED을 동작하기 위해 프로그램을 작성 한 후 작성한 프로그램을 아두이노 보드에 포팅하고, 시리얼 통신과 블루투스인 무선 통신으로 LED를 제어하도록 하였다. 수학(M) 측면에서는 진법 측면에서 4개의 윷가락이 나타낼 수 있는 경우의 수를 기반으로 빽도, 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모에 대한 수학적인 확률을 구한 후 확률에 맞게 프로그램으로 제어하는 방법을 모색하였다.
- 즉, 여기서는, 순서도 도시는 생략한다. 구글에서 제안한 컴퓨팅 사고력의 구성 요소인 알고리즘 설계 측면을 고려하였다. 윷놀이는 4개의 윷가락을 허공에 던진 후 바닥에 떨어진 순간에 앞으로 엎어지는 윷가락과 뒤로 엎어지는 윷가락의 개수를 기반으로 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모 등 5개의 점수로 분류된다.
- 과학(S) 측면에서는 첫째, LED와 저항의 관계를 이해한다. 둘째, 브레드보드의 특성을 파악한 후 LED와 저항의 연결 관계를 이해한다. 셋째, LED가 켜지는 원리를 이해한다.
- 예술(A) 측면에서는 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모를 무슨 색깔의 LED로 표현하며, 어떻게 배치할지 디자인하고, 빽도를 LED으로 디자인하였다. 둘째, 윷놀이를 분석한 후 프로그램으로 처리하기 쉽게 단순화하고, 반복적인 규칙과 경우의 수를 기반으로 알고리즘을 구성하였다. 이때, 구글에서 제안한 컴퓨팅 사고력의 구성요소인 분해, 패턴 인식, 추상화, 그리고 알고리즘 설계를 기반으로 하였다.
- 예술(A) 측면에서는 첫째, 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모를 무슨 색깔의 LED로 표현하며, 어떻게 배치할지 전체 적인 디자인을 한다. 둘째, 참여자의 관심과 흥미를 향상시킬 수 있어 빽도를 추가하여 이에 대한 LED 표현 및 디자인을 한다. (Fig.
- 공학(E)과 기술(T) 측면에서는 첫째, 아두이노 보드의 구조와 특성을 이해한다. 둘째, 프로그래밍으로 LED 을 동작하기 위해 프로그램을 작성 한다. 셋째, 작성한 프로그램을 아두이노 보드에 포팅하는 방법과 원리를 이해한다.
- 둘째, 흥미를 유발하여 동기 부여를 제공하고, 과학·기술·공학·수학·예술/인문학의 융합적 사고의 일환으로 윷놀이를 어떻게 디지털 LED로 표현하여 어떻게 구현할 것인지 아이디어를 구상한다.
- 디지털 윷놀이 시스템을 체험하기 위해 시리얼 모니터 또는 스마트 폰으로 윷놀이 결과에 따라 LED의 불빛을 켜고, 끄는 동작 과정을 확인한다. 시리얼 모니터를 활용하여 체험하는 경우, 스케치로 프로그램을 작성한 후 컴파일하여 아두이노 보드에 업로드 한다.
- 즉, 현실 세계에서 발생하는 다양한 문제들은 대부분 어느 한 분야 및 한 과목만의 지식으로는 풀 수 없는 것들이 많이 존재한다. 따라서, 학생들의 관심과 흥미를 높이고, 창의적 사고에 도움을 줄 목적으로 STEAM 개념을 도입하여 민속 윷놀이를 디지털화해 피지컬 컴퓨팅을 기반으로 한 디지털 윷놀이로 시스템을 개발 한다.
- 본 절에서는 구글에서 제안한 컴퓨팅 사고력의 구성 요소인 분해, 패턴 인식, 추상화, 그리고 알고리즘 설계와 앞에서 소개한 STEAM의 구성요소인 과학, 기술, 수학, 공학, 그리고 예술을 통해 관심과 흥미를 높이고, 창의적으로 설계한다.
- 블루투스 슬레이브 모듈인 HC-06을 활용하여 스마트 폰과 아두이노가 블루투스 통신하기 위해 아두이노의 디지털 2번과 3번 핀, GND, 그리고 5V에 각각 블루투스 슬레이브 모듈 HC-06의 TXD, RXD, GND, 그리고 VCC에 각각 연결한다.
- 이때, 구글에서 제안한 컴퓨팅 사고력(Computing Thinking)의 구성요소인 분해 (Decomposition), 패턴 인식(Pattern Recognition), 추상화(Abstraction), 그리고 알고리즘 설계(Algorithm Design) 등을 도입한다. 셋째, 구상한 아이디어를 기반으로 아두이노 보드와 발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED)등을 활용한 디지털 윷놀이 시스템을 개발한다.
- 공학(E)과 기술(T) 측면에서는 LED을 동작하기 위해 프로그램을 작성 한 후 작성한 프로그램을 아두이노 보드에 포팅하고, 시리얼 통신과 블루투스인 무선 통신으로 LED를 제어하도록 하였다. 수학(M) 측면에서는 진법 측면에서 4개의 윷가락이 나타낼 수 있는 경우의 수를 기반으로 빽도, 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모에 대한 수학적인 확률을 구한 후 확률에 맞게 프로그램으로 제어하는 방법을 모색하였다. 예술(A) 측면에서는 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모를 무슨 색깔의 LED로 표현하며, 어떻게 배치할지 디자인하고, 빽도를 LED으로 디자인하였다.
- 수학(M) 측면에서는 진법 측면에서 4개의 윷가락이 나타낼 수 있는 경우의 수를 기반으로 빽도, 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모에 대한 수학적인 확률을 구한 후 확률에 맞게 프로그램으로 제어하는 방법을 모색하였다. 예술(A) 측면에서는 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모를 무슨 색깔의 LED로 표현하며, 어떻게 배치할지 디자인하고, 빽도를 LED으로 디자인하였다. 둘째, 윷놀이를 분석한 후 프로그램으로 처리하기 쉽게 단순화하고, 반복적인 규칙과 경우의 수를 기반으로 알고리즘을 구성하였다.
- 이때 윷놀이 결과에 대한 경우의 수가 16이므로 임의로 발생한 난수를 16으로 나누었을 때 나타날 수 있는 나머지는 0~15 이다. 이 나머지 값을 빽도, 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모가 가지는 확률의 값과 동일하게 처리하여 LED 동작할 수 있도록 구현 하였다. “모”인 경우를 프로그램소스를 소개하면 다음과 같다.
- 둘째, 흥미를 유발하여 동기 부여를 제공하고, 과학·기술·공학·수학·예술/인문학의 융합적 사고의 일환으로 윷놀이를 어떻게 디지털 LED로 표현하여 어떻게 구현할 것인지 아이디어를 구상한다. 이때, 구글에서 제안한 컴퓨팅 사고력(Computing Thinking)의 구성요소인 분해 (Decomposition), 패턴 인식(Pattern Recognition), 추상화(Abstraction), 그리고 알고리즘 설계(Algorithm Design) 등을 도입한다. 셋째, 구상한 아이디어를 기반으로 아두이노 보드와 발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED)등을 활용한 디지털 윷놀이 시스템을 개발한다.
- 둘째, 윷놀이를 분석한 후 프로그램으로 처리하기 쉽게 단순화하고, 반복적인 규칙과 경우의 수를 기반으로 알고리즘을 구성하였다. 이때, 구글에서 제안한 컴퓨팅 사고력의 구성요소인 분해, 패턴 인식, 추상화, 그리고 알고리즘 설계를 기반으로 하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 아두이노 보드상에서 C 프로그래밍 언어에 기반을 둔 스케치 프로그래밍 언어로 피지컬 컴퓨팅과 전래 놀이인 윷놀이를 융합하여 시리얼 통신 또는 스마트 폰을 활용하여 윷놀이를 수행할 수 있는 디지털 윷놀이 시스템을 개발하고자 한다. 이를 위해 첫째, 전문적인 지식이 없는 학생들이 간단하게 학습하여 개발을 할 수 있는 아두이노 보드에 대한 개념, 개발 환경, 통신 개념 이해, 그리고 활용 방법에 대한 이론적 배경에 대해 살펴본다. 둘째, 흥미를 유발하여 동기 부여를 제공하고, 과학·기술·공학·수학·예술/인문학의 융합적 사고의 일환으로 윷놀이를 어떻게 디지털 LED로 표현하여 어떻게 구현할 것인지 아이디어를 구상한다.
- 첫째, 윷놀이는 4개의 윷가락을 허공에 던지는 순간부터 시작되는 데 디지털 윷놀이 시스템은 “시어리얼 모니터(Serial Monitor)”이나 “스마트폰의 BlueTooth Serial Controller 앱”에서 1 또는 0을 입력한 후 하는 순간에 동작된다. 이를 위해 한 개의 데이터를 읽어 문자로 인식하여 처리 하였다. 이때 윷놀이 결과에 대한 경우의 수가 16이므로 임의로 발생한 난수를 16으로 나누었을 때 나타날 수 있는 나머지는 0~15 이다.
이론/모형
- 이러한 피지컬 컴퓨팅교육은 컴퓨팅 사고력을 향상시키기 위한 것으로 현실 세계에서 발생하는 문제 해결을 효율적으로 해결하고자 하는데 있다. 피지컬 컴퓨팅에 활용되는 도구는 다양하나 여기서는 기판에 아날로그와 디지털 핀이 붙어 있고, 이 핀에 LED, 스위치, 각종 센서 등과 같은 전자 부품을 연결한 후 이를 프로그램에서 동작시키는 아두이노 도구를 사용한다. 아두이노는 마이크로컨트롤러와 통합 개발 환경(Integrated Development Environment: IDE)을 통칭한다.
성능/효과
- 둘째, 융합적 사고를 가지고 상상한 것들을 적은 비용으로 비교적 손쉽게 시뮬레이션 할 수 있고, 흥미를 높일 수 있는 융합 교육의 초석을 마련하였다. 끝으로, 디지털 윷놀이 시스템의 체험 활동으로 프로그래밍 교육에 대한 관심과 흥미를 고취시킬 수 있으며, 프로그래밍 수업 개선에 이바지하였다.
- 둘째, 디지털 윷놀이 결과를 5개의 LED 불빛으로 표현하고, 시리얼 모니터에 텍스트 문자 메시지 형식으로 나타내어 신뢰성을 향상시켰다. 셋째, “시어리얼 통신”과 “무선 통신”을 모두 지원한다.
- 수학(M) 측면에서는 첫째, 2진법을 이해하며, 2진법 측면에서 4개의 윷가락이 나타낼 수 있는 경우의 수를 이해한다. 둘째, 엎어지는 윷가락과 뒤집어지는 윷가락의 수에 대한 경우의 수를 기반으로 도, 개, 걸, 윷, 그리고 모에 대한 수학적인 확률을 이해한다. 셋째, 확률에 맞게 프로그램으로 어떻게 제어할지 수학적 방법을 이해한다.
- 한편, 본 연구의 기대 효과는 첫째, 실생활과 연관된 놀이나 제작물에 대해 구상한 아이디어를 쉽고 빠르게 구현할 수 있는 모티브를 제공하였다. 둘째, 융합적 사고를 가지고 상상한 것들을 적은 비용으로 비교적 손쉽게 시뮬레이션 할 수 있고, 흥미를 높일 수 있는 융합 교육의 초석을 마련하였다. 끝으로, 디지털 윷놀이 시스템의 체험 활동으로 프로그래밍 교육에 대한 관심과 흥미를 고취시킬 수 있으며, 프로그래밍 수업 개선에 이바지하였다.
- 셋째, “시어리얼 통신”과 “무선 통신”을 모두 지원한다.
- 이때, 윷가락이 엎어지거나 뒤집히는 확률이 50% 라면 표 1과 같다. 즉, 도나 걸이 나올 확률은 각 25%이고 모나 윷이 나올 확률은 각각 6.25%이다. 개가 나올 확률은 37.
- 첫째, 윷놀이는 4개의 윷가락을 허공에 던지는 순간부터 시작되는 데 디지털 윷놀이 시스템은 “시어리얼 모니터(Serial Monitor)”이나 “스마트폰의 BlueTooth Serial Controller 앱”에서 1 또는 0을 입력한 후 하는 순간에 동작된다.
후속연구
- 사물 인터넷의 발전으로 인해 인간의 사고와 행위가 클라우드 컴퓨터에 빅 데이터의 형태로 저장되고, 저장된 빅데이터를 다양하게 분석하여 필요한 각각의 수요자에게 적시에 알맞은 형태로 서비스를 제공할 수 도 있고[1], 인공지능 발전으로 인하여 기계학습의 원리를 활용하여 컴퓨터가 스스로 학습하여 판단할 수 있도록 하여 알파고를 탄생시키기도 한다. 또한, 의료계의 4차 산업 혁명으로 불리우며 암 치료를 돕는 인공지능 왓슨과 더불어 생명 과학의 발전으로 인하여 의료 및 환경보존 등에 유용하게 활용할 수 있는 서비스를 제공해준다. 이처럼 4차 산업의 핵심 요소인 인공지능, 로봇 기술, 생명 과학은 인간의 삶을 획기적으로 변환시키면서 부가가치를 창출하고 있는 추세이다.
- 이에 대한 후속 연구로 윷놀이 결과에 따라 적절한 음성을 포함시키는 것과 디지털 윷놀이 시스템을 앱 프로그램 형태로의 개발이 추가적으로 이루어지길 제안한다.
- 한편, 본 연구의 기대 효과는 첫째, 실생활과 연관된 놀이나 제작물에 대해 구상한 아이디어를 쉽고 빠르게 구현할 수 있는 모티브를 제공하였다. 둘째, 융합적 사고를 가지고 상상한 것들을 적은 비용으로 비교적 손쉽게 시뮬레이션 할 수 있고, 흥미를 높일 수 있는 융합 교육의 초석을 마련하였다.
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