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초등학생을 위한 로봇 활용 파이썬 학습 모형 개발
Development of Python Instructional Model Using Robot for Elementary Students 원문보기

정보교육학회논문지 = Journal of the Korean Association of Information Education, v.22 no.3, 2018년, pp.357 - 366  

박대륜 (대구교육대학교 컴퓨터교육과) ,  유인환 (대구교육대학교 컴퓨터교육과)

초록
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초등학생을 대상으로 하는 소프트웨어 교육의 도구는 블록형 교육용 프로그래밍 언어(EPL)가 주로 사용되고 있다. 블록형 EPL은 SW 교육의 입문 도구로써 장점이 많지만 확장성에서는 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 실제 산업 현장에서도 활발하게 사용하고 있는 텍스트 기반의 프로그래밍 언어인 파이썬을 활용한 SW 교육의 접근 방안을 모색하였다. 파이썬을 활용한 학습 프로그램과 모형을 개발하고 초등학교 6학년 학생을 대상으로 10차시를 적용하였다. 그 결과 로봇 활용 파이썬 학습 모형을 적용한 학생들의 컴퓨팅 사고력 향상에 유의미한 효과가 있었으며 초등학생을 대상으로 텍스트 기반 프로그래밍 언어의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Code Block Based Educational Programming Language(EPL) is the mainstream tool for software education for elementary students. However, Code Block Based EPL has limitations in scalability, even though there are many advantages as an introductory tool for software education. In this study, we sear...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 우리나라도 2015 개정 교육과정을 고시하며 2019학년도부터 초등학교 5,6학년 학생을 대상으로 SW 교육을 필수화했다. 교육과정 개정을 통하여 컴퓨팅 사고력을 가진 인재의 양성을 목적으로 하였다[11].
  • 이와 같이 교육용 로봇을 학습을 도구적 목적에서 벗어나 로봇을 다루는데 시간을 할애하게 되면 학습의 효과 측면에서 부정적인 결과를 얻을 수 있다. 따라서 여러 연구자들의 의견을 종합해본 결과 로봇 자체에 대한 학습이 아니라면 완성형 로봇으로 로봇 활용 SW 교육을 하는 것이 바람직하다고 할 수 있으므로 본 연구에서는 완성형 로봇을 활용한 학습 모형을 구안하고자 한다.
  • 학습 프로그램은 텍스트 기반 프로그래밍 언어에서 오는 인지적 부담감을 줄이기 위하여 문법 학습 위주가 아닌 문제 해결을 통하여 자연스럽게 파이썬을 익힐 수 있도록 구성하였다. 또한 파이썬 프로그램의 구현을 로봇을 통하여 학습자들의 흥미를 높이고 학습 효율성을 높이고자 하였다. 한편, 파이썬에 익숙하지 않은 학생들을 위하여 파이썬 카드 알고리즘 단계를 제안하였는데, 프로그래밍을 하기 전에 프로그램 구조를 카드로 구성하는 것이다.
  • 본 연구에서는 이상에서 살펴본 연구를 바탕으로 로봇 활용 SW 교육을 효과적으로 학생들이 학습하기 위하여 실생활 관련 문제를 컴퓨팅 사고력 하위 요소와 연결하어 교육 모형 개발을 하고자 한다. 또한 학습자의 로봇 활용 SW 교육의 이점을 살리기 위하여 로봇의 구동과 센서 제어를 통하여 문제 해결을 하는 과정을 학생들이 체험할 수 있도록 교육 모형을 개발하고자 한다.
  • 본 연구는 이와 같은 세계적인 흐름을 반영하여 텍스트 기반 언어인 파이썬을 활용한 학습 프로그램과 모형을 개발하고 그 효과를 알아보고자 한다.
  • 본 연구에서는 이상에서 살펴본 연구를 바탕으로 로봇 활용 SW 교육을 효과적으로 학생들이 학습하기 위하여 실생활 관련 문제를 컴퓨팅 사고력 하위 요소와 연결하어 교육 모형 개발을 하고자 한다. 또한 학습자의 로봇 활용 SW 교육의 이점을 살리기 위하여 로봇의 구동과 센서 제어를 통하여 문제 해결을 하는 과정을 학생들이 체험할 수 있도록 교육 모형을 개발하고자 한다.
  • 본 연구에서는 학생들이 로봇 활용 파이썬 학습 모형을 통하여 실생활 기반의 복잡한 문제 해결을 경험하며 컴퓨팅 사고력 향상이 이루어질 수 있도록 설계하였다. 이에 따른 대주제와 소주제 학습 활동을 설정하여 유기적인 학습이 이루어지도록 구성하였다.
  • 본 연구에서는 학습자가 단순히 프로그래밍 기능 숙달에 목표를 두는 것이 아닌 실질적인 문제 해결 과정을 체험할 수 하였다. 이를 위하여 기존의 NDIS 모형에 학습자들이 실제 프로그램을 구현하기 전 파이썬 명령어가 적힌 카드를 배치하며 알고리즘을 학습하는 파이썬 카드 알고리즘 단계를 추가하여 NDCIS 모형을 개발하였다.
  • 본 연구의 목적은 파이썬과 로봇을 통하여 초등학교 학생들의 컴퓨팅 사고력을 향상시키기 위하여 현재 대부분 이루어지고 있는 엔트리, 스크래치 등의 코드 블록 기반의 학습 프로그램의 일변도에서 벗어나 텍스트 기반 언어인 파이썬을 활용한 프로그램 학습 프로그램을 효과적으로 적용하기 위하여 학습 모형을 개발하고 그 효과를 알아보는 것이다.

가설 설정

  • 둘째, 인터프리터 언어로 결과 확인이 즉각적이다. 다른 텍스트 기반 프로그래밍 언어인 C, JAVA 등은 컴파일을 거쳐야지만 작성한 프로그램을 확인할 수 있는 반면 파이썬은 한 줄 한 줄 바로 결과 확인이 가능하여 디버깅에 유용하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
로봇 활용 파이썬 학습 모형은 어떤 효과를 나타내는가? 이를 종합해보면 본 연구에서 개발한 로봇 활용 파이썬 학습 모형은 초등학교 학습자들의 계산적 인지력의 향상에 통계적으로 유의미한 효과를 가진다고 할 수 있다. 하지만 본 연구에서는 컴퓨팅 사고력의 하위 요소별 향상 정도에 대한 분석은 이루어지지 않았다.
학습 프로그램에서 활용하는 2가지 교육용 로봇의 종류의 특징은 무엇인가? 학습 프로그램에서에서 활용하는 교육용 로봇의 종류를 구분하면 다음과 같이 조립형 로봇과 완성형 로봇 2가지로 나눌 수 있다. 완성형 로봇은 조립을 하는 과정을 생략하고 바로 교육에 활용하는 로봇이다. 모터, 스피커를 비롯한 조도 센서, 온도 센서, 근접 센서 등 다양한 센서를 이용하여 로봇 자체에 대한 학습보다 프로그래밍을 통한 제어에 대한 학습이 주로 이루어지는 것이 특징이다. 반면 조립형 로봇은 센서 및 외형을 학습자가 원하는 방향으로 디자인하여 조립할 수 있도록 처음부터 부품이 나누어져 있는 로봇이다. 조립형 로봇은 조립에 대한 학습 시간을 따로 할애하여 교육과정을 구성할 필요가 있다. 대표적인 조립형 로봇으로는 Lego Mindstorm EV3가 있다.
컴퓨팅 사고력은 무엇인가? SW 교육의 핵심은 컴퓨팅 사고력(Computational Thinking)을 기반으로 문제를 해결할 수 있는 사고력을 기르는 것이다. 컴퓨팅 사고력을 모든 학문 영역의 문제해결을 위한 기초적인 사고 능력이며, 실생활과 관련된 복잡한 문제를 해결하기에 가장 적합한 인지 능력이다[15].
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참고문헌 (17)

  1. Byeong-su Kim(2014). Programming Education Program based on PPS to Improve Computational Thinking Ability. Graduate School of Jeju National University. 

  2. Chul Kim(2017). A Study of the Achievement Criteria of Robot Computing Curriculum for Elementary School. JOURNAL OF The Korean Association of information Education 21(1). pp. 97-104. 

  3. Hye-Kyung Cho(2008). An Exploratory Study on the Use of Educational Robots for Enhancing Creativity. Journal of institute of control robotics and systems 2008(10). pp. 672-676. 

  4. Hyo-Min Park(2014). Global Software Education status and tool trends. KISA 

  5. IEEE(2017). Interactive: The Top Programming Languages 2017. https://spectrum.ieee.org/static/interactive-the-top-programming-languages-2017 

  6. In-Hwan Yoo(2013). The Effects on Flow at Using Robots of Introductory Programming Course. JOURNAL OF The Korean Association of information Education 17(3). pp. 329-337. 

  7. ISTE & CSTA(2011). Computational Thinking Leadership toolkit 1st edtion. 

  8. Ji-Hye Kim(2015). Curriculum design of 'problem-solving methods and procedures' section in the informatics subject for enhancing computational thinking : based on Python programming language. The Graduate School of Yonsei University. 

  9. Ji-yae Noh(2017). The Effects of SW Education Using Robot. The Graduate School of Ewha Womans University 

  10. Ki-Sang Song(2003). Education Robot Trend. KISTI 

  11. Ministry of Education(2015). 2015 National curriculum 

  12. National curriculum in England: computing programmes of study(2013). https://www.gov.uk/government/publications/national-curriculum-in-england-computing-programmes-of-study/national-curriculum-in-england-computing-programmes-of-study 

  13. Shin Lee(2017). A Comparative Study on Elementary Software Education Using Robots and EPL. Graduate School of Gwangju National University of Education 

  14. Wing, J. M. (2008). "Computational thinking and thinking about computing". Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 366 July 2008. pp. 3717-3725. 

  15. Young-Jun Lee, Eun-Kyoung Lee(2008). The Nature and Perspective of Informatics Education. The Journal of Korean association of computer education 11(3). pp. 1-11. 

  16. Young-Min Seo(2010). A Subject Integration Robot Programming Instruction Model to Improve Elementary Information Gifted Students' Creativity. The Graduate School of Korea National University of Education. 

  17. Young-Sook Park, Hye-Jeon Suh(2012). The Effects Blended Robot Education Program on Learning Motivation and Immersion of Children. The Journal of Korea elementary education 23(4). pp. 121-140. 

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