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레고 마인드스톰 로봇을 활용한 STEAM 교육 프로그램 개발 및 적용
Development and Application of STEAM Education Program Using the Lego Mindstorms Robot 원문보기

과학교육연구지 : 경북대학교 과학교육연구소 = Journal of science education, v.42 no.1, 2018년, pp.1 - 11  

최재혁 (구미선주고등학교) ,  최호명 (경북대학교) ,  박종석 (경북대학교)

초록
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과학, 기술, 공학, 예술, 그리고 수학을 통합한 STEAM 프로그램은 중등 교육에서 필수적인 요소로 자리 잡았고 소프트웨어 교육은 앞으로 중등학교에서 필수 이수과목으로 선정될 예정이다. 본 연구에서는 STEAM 교육과 함께 소프트웨어 교육 자료로 레고 마인드스톰 로봇 활용방안을 제안하고자 한다. 5차시로 개발된 STEAM 교육 프로그램은 차시별로 STEAM 교육에서의 핵심적인 요소를 포함하여 문제해결중심으로 구성되었고, 이를 수업에 적용하여 사례를 분석하였다. 분석 결과 레고 로봇을 활용한 STEAM 프로그램은 학생들에게 창의적인 사고와 문제해결 방법에 대해 구상 할 수 있는 기회를 제공하고 소프트웨어 교육과 과학 수업에의 활용 가능성에 대해 긍정적인 결과를 보였다. 또한 본 연구에서 개발한 프로그램은 방과 후 수업, 영재수업 등 현장에 적용 가능함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

STEAM program as integrating Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics became essential part of secondary education and software education will be a required subject in secondary schools. In this study, we propose the application of the Lego mindstorms robotics programs for the develop...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • (2) 진자의 주기에 대해 설명하고 주기를 어떻게 정확히 측정할 수 있을지 생각해 보도록 한다.
  • )을 적용한 후 결과를 분석하였다. 기존의 영재학생들을 대상으로 하지 않고 일반 학생들을 대상으로 변경한 것은 영재집단이라는 특수성에서 벗어나 일반 학생들에게도 적용이 가능한지와 중학교 전 학년의 학생들에게 적용가능 여부를 분석하기 위해서이다. 또한 1차시의 수업을 4시간, 총 5차시로 구성한 이유는 대부분의 학교 및 교육청에서 토요 특기적성 수업이나 영재교육 수업이 1차시에 4시간인 5차시의 수업으로 편성되어 시행되기 때문이다.
  • 그리고 두 번째로 프로그래밍 전 학생들은 논리적인 순서도 개념이 부족한 경우가 많아 알고리즘을 작성해보는 연습이 필요하다. 따라서 학생들로 하여금 기본적인 순서도에서 도형이 가지는 의미에 따라 순서적으로 연결하여 발표해 보도록 한다. 이 과정에서는 과학, 수학요소가 사용된다.
  • 중학교 영재수업에서는 중등 과학과목의 영재 수업을 처음 접하는 학생들로 구성되어 사전 조사나 비교 집단과의 분석 보다는 교육 후의 인식을 알아보는 것에 초점을 맞추었다. 본 연구에서는 교육청 영재교육 자체평가위원회의 설문지를 참조하여 레고 로봇 수업을 통한 학생들의 인식을 5점 척도로 측정하여 각 문항별 평균값을 통해 효과성을 분석하고자 하였다. 문항 내용은 수업의 구성을 반영하여 레고 로봇에 대한 흥미도, 로봇의 조립, 프로그래밍 과정, 미션해결과정, 과학실험과정, 협동학습과정에서 학생들의 교육 후 인식을 알아보는 것으로 구성하였고 교육청 영재 설문지와 마찬가지로 사전 조사를 바탕으로 학생들을 선별하기보다 자발적으로 교육을 희망한 학생들을 모두 참여시켜 교육 후의 인식을 알아보았다.
  • 본 연구에서는 레고 로봇을 활용하여 5차시 STEAM 프로그램을 개발하였고, 이를 중학생들에게 적용하여 창의력과 과학적 탐구능력의 향상, 프로그래밍 수업을 통한 소프트웨어 교육과의 융합, 과학실험에의 활용에 미치는 영향을 분석하였다. 프로그램 설명에 그치던 기존의 연구와는 달리 실제 학생들의 흥미와 수업결과 분석을 통해 본 연구에서 개발한 프로그램은 방과 후 수업, 영재수업 등 현장 수업에 그대로 적용 가능함을 알 수 있었다.
  • 학생들의 흥미나 수업의 진행방향에 따라 독창적인 레고 로봇을 제작하는 과제를 줄 수도 있고 과학반이나 과학실험에 중점을 둔다면 과학실험 장치 개발을 할 수도 있다. 본 연구에서는 진자의 주기 측정 장치를 만드는 프로그램을 개발하였고 진자의 주기를 측정하는 장치를 만들어보면서 과학적인 의미와 STEAM 교육을 할 수 있도록 하였다. 이 과정 또한 STEAM의 모든 요소가 활용된다.
  • 이에 본 연구에서는 레고 로봇 수업에서 문제제기의 필요성을 인식하고 실생활과 관련된 문제를 제공할 수 있는 수업모형인 PBL(Problem-Based Learning) 수업 중심의 STEAM 교육 자료를 개발하고 연구의 목적을 다음과 같이 제시하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고등학교에 처음 소프트웨어교육 과목이 도입된 때는? 이와 더불어 교육부에서 발표한 ‘2015 개정 교육과정’의 주요 개정 내용으로 정보화 사회의 기초 소양으로 소프 트웨어 교육을 강화하는 내용이 포함되어 있다. 이 에 따르면 2017년부터 초등학교와 중학교에서는 소프트웨어교육이 필수과정으로 편성되며 2018년부터는 고등학교에서도 일반선택과목으로 도입된다(Lee, 2015).
로봇 교육의 교육적 가치가 높을 것으로 생각되는 이유는? 로봇은 현재보다 지금의 아이들이 성장하여 생활할 미래에 더욱 중요하므로 로봇을 이해하기 위한 기초 지식과 그것을 다루기 위한 기본 능력의 배양이 필요하다. 이에 따라 레고 로봇을 활용하여 수업에 활용한다면 학생들이 흥미를 갖고 수업에 임하게 될 것이고 배우고자 하는 욕구도 늘어날 것이라 기대한다. 또한 레고를 이용한 다양한 형태의 로봇제작을 통해 기술력 증진과 프로그램을 배우며 알고리즘을 이해하는 과정에서 논리력이 향상될 것이라 기대한다. 즉, 로봇 교육은 로봇의 메커니즘을 기초로 한 기계분야, 전기적 회로와 관련된 전기 분야, 컴퓨터 프로그래밍분야에 기초적인 이해와 활동을 경험할 수 있다는 점에서 교육적 가능성과 활용 가치는 매우 높다고 판단된다(Kim & Kang, 2010).
STEAM 교육에 꼭 필요한 것은? STEAM 교육에서는 ‘상황제시’, ‘창의적 설계’, ‘감성적 체험’ 이라는 핵심 요소가 포함되어야 하고 학생들이 정해진 방법이 아닌 실제 생활과 연관된 개방적인 사고를 자극할 수 있는 문제제기가 꼭 필요하다(Shin, 2013; Park & Park, 2013). 하지만 현재까지의 레고 로봇 STEAM 교육을 위해 개발된 자료들은 STEAM 교육에서 강조하는 창의적이고 융합적인 사고력 신장에 적합하도록 만들어 지지 않았다.
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참고문헌 (17)

  1. Ahn, H., Choi, H., & Park, J. (2015). STEAM education program development for the light unit in the middle-school science textbook by using masterpieces of painting. New Phys.: Sae Mulli, 65 (3), 261-272. 

  2. Benedettelli, D. (2016). Lego Mindstrom EV3 Laboratory (1st ed). Seoul: Insight. pp. 12-13. 

  3. Choi, B,. Lee, Y,. Joe, Y,. Shin, K,. Son, S,. Lee, M, (2009). Lego Middstrom NXT Programming Using NXTG and JAVA (1st ed). Seoul: Green Publishing Co. pp. 10-27. 

  4. Jung, I. (2013). Study on the methods of efficient robot fundamental programming education based on the programming patterns - Focus on MINDSTORM robots -. Journal of the Korean Association of Information Education, 17 (2), 347-355. 

  5. Kang, H., Seo, H. (2013). The development and application of a life science based STEAM program for middle school science gifted students. Journal of Science Education for the Gifted, 5 (3), 162. 

  6. Kang, J,. Kim, Y,. Kim, J,. Kim, H,. Nam, H,. Moon, D,. Moon, S,. Park, K,. Bae, S,. Yu, Y,. Lee, S,. Lee, C,. Jeong, J. (2015). Robot Education for Creative Activities , 1st ed. Paju: Yangseowon Publishing Co. pp. 183-212. 

  7. Kang, Y., Row, Y. (2014). The development and application of STEAM programs with a focus on visual art for middle school. Art Education Review, 51, 1-24. 

  8. Kim, K., Choi, H. (2013). Study on the development and application of the STEAM education program using the principle of circular polarization. New Phys.: Sae Mulli, 63 (2), 133-142. 

  9. Kim, T.. Kang, M. (2010). Measuring the effectiveness of teaching introductory programming using LEGO Mindstorms robots. Transactions on Internet and Information Systems, 11 (4), 159-173. 

  10. Lee, S. (2013). Development of science STEAM program using storytelling. Journal of Korean Society of Earth Science Education, 6 (2), 136-144. 

  11. Lee, T., Choi, H. (2015). Informatics Eduction (1st ed). Seoul: Hanbit Publishing Network. pp. 112-120. 

  12. Lego Group (2017). Playful Hands-On Learning Experiences. Retrieved from https://education.lego.com/ 

  13. Ministry of Education [MOE]. (2017). 2011 Annual Report. Retrieved from https://www.moe.go.kr/newsearch/search.jsps 

  14. Ministry of Education [MOE]. (2017). 2015 Education Curriculum. Retrieved from https://ncic.go.kr 

  15. Moon, W. (2007). A programming language learning model using educational robot. Journal of the Korean Association of Information Education, 11 (2), 231-241. 

  16. Park, B., Park, Y. (2013). STEAM Education and Smart Learning (1st ed). Seoul: PMD Academy Corp. pp. 124-138. 

  17. Shin, J. (2013). Theory and Practice for STEAM Education (1st ed). Paju: KYOYOOKBOOK. pp. 53-66. 

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