로봇 활용 SW 교육에서 활동 및 학습 내용에 따른 학습자 흥미: 햄스터 로봇을 중심으로 The Interest of Activity and Learning Contents in SW Education Using Robot: Focused on Hamster Robot원문보기
본 연구에서는 초등학교 로봇 활용 SW 교육에서 진행되는 활동 및 학습 내용에 따른 학습자의 흥미를 알아보고자 하였다. 이를 위해 서울 소재의 A 청소년수련관에서 실시하는 로봇 활용 SW 교육에 참여한 초등학생 15명을 대상으로 엔트리와 햄스터 로봇을 활용하여 4주간 수업을 진행하고 기술통계분석을 실시하였다. 연구 결과, 학생들은 햄스터 로봇과 관련된 활동들을 전반적으로 흥미롭게 여기는 것으로 나타났다. 구체적으로, 남학생들은 가속도 센서, 밝기 센서와 관련된 활동의 흥미가 높고, 여학생은 소리, 움직임과 관련된 활동의 흥미가 높은 것으로 나타나 성별의 차이가 관찰되었다. 본 연구는 활동 및 학습 내용에 따른 학생들의 흥미를 알아보고, 성별의 차이를 분석하여, 학교 현장에서 활용할 수 있는 구체적인 자료를 제공하였다는 데 연구의 의의를 찾을 수 있다.
본 연구에서는 초등학교 로봇 활용 SW 교육에서 진행되는 활동 및 학습 내용에 따른 학습자의 흥미를 알아보고자 하였다. 이를 위해 서울 소재의 A 청소년수련관에서 실시하는 로봇 활용 SW 교육에 참여한 초등학생 15명을 대상으로 엔트리와 햄스터 로봇을 활용하여 4주간 수업을 진행하고 기술통계분석을 실시하였다. 연구 결과, 학생들은 햄스터 로봇과 관련된 활동들을 전반적으로 흥미롭게 여기는 것으로 나타났다. 구체적으로, 남학생들은 가속도 센서, 밝기 센서와 관련된 활동의 흥미가 높고, 여학생은 소리, 움직임과 관련된 활동의 흥미가 높은 것으로 나타나 성별의 차이가 관찰되었다. 본 연구는 활동 및 학습 내용에 따른 학생들의 흥미를 알아보고, 성별의 차이를 분석하여, 학교 현장에서 활용할 수 있는 구체적인 자료를 제공하였다는 데 연구의 의의를 찾을 수 있다.
In this paper, we investigated the learners' interest of activity and learning contents in elementary school SW education using robot. In order to achieve the purpose of this paper, SW education using Entry and Hamster robot was conducted to 15 students who was participated in educational program in...
In this paper, we investigated the learners' interest of activity and learning contents in elementary school SW education using robot. In order to achieve the purpose of this paper, SW education using Entry and Hamster robot was conducted to 15 students who was participated in educational program in Youth training center. In addition, we examined mean difference using descriptive statistics. Our results show that students were generally interested in activities related to hamster robots. Further, interest was associated with gender. Specifically, boys were more interested in activities related to axis acceleration sensor and light sensor and girls were more interested in activities related to sound and movement. This paper was investigated students' interest and identify differences depending on gender, and supposed the concrete data that can be used in the school field.
In this paper, we investigated the learners' interest of activity and learning contents in elementary school SW education using robot. In order to achieve the purpose of this paper, SW education using Entry and Hamster robot was conducted to 15 students who was participated in educational program in Youth training center. In addition, we examined mean difference using descriptive statistics. Our results show that students were generally interested in activities related to hamster robots. Further, interest was associated with gender. Specifically, boys were more interested in activities related to axis acceleration sensor and light sensor and girls were more interested in activities related to sound and movement. This paper was investigated students' interest and identify differences depending on gender, and supposed the concrete data that can be used in the school field.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 로봇 활용 SW 교육에서, 활동과 학습 내용에 따른 흥미를 살펴보고, 성별의 차이를 분석하고자 한다. 본 연구의 구체적인 연구 문제는 다음과 같다.
본 연구는 초등학교 로봇 활용 SW 교육에서 활동과 학습 내용에 따른 학습자의 흥미를 알아보고, 성별의 차이를 검증하고자 하였다. 본 연구의 결과를 요약하여 제시하면 다음과 같다.
가설 설정
둘째, 활동과 학습 내용에 따른 학생들의 흥미에 성별의 차이가 있는가?
제안 방법
국내에서도 유사한 연구 결과가 보고되었다. 김경미와 김현주(2017)[11]의 연구에서도 성별의 차이가 나타나지 않았는데, 이 연구에서는 파이썬 프로그래밍 수업에 참여한 72명의 대학생들을 실험 집단과 통제 집단으로 나누고, 실험 집단에만 플립드러닝 수업을 적용하였다. 연구 결과, 실험집단과 통제집단 모두 학업성취도 성별의 차이는 통계적으로 유의하지 않았다.
본 연구는 2018년도 2학기에 서울 소재 A 청소년수련관의 로봇 활용 SW 교육에 참여한 학생들을 대상으로 진행되었다. 수업은 엔트리와 햄스터 로봇을 활용하여 4주간 진행되었으며, 수업이 종료된 후 설문을 실시하였다. 연구 대상은 초등학교 2-5학년 학생 15명(남학생 9명, 여학생 6명)이며, 이 중 8명은 프로그래밍 경험이 없으며, 7명은 프로그래밍을 접해 본 적은 있으나, 경험이 많지 않은 초급 수준의 학생들이었다.
신수범(2016)[23]의 연구에서는 초등학교 4-5학년 학생 24명을 대상으로, 10주간 프로그래밍 수업을 진행하였다. 수업은 토의 학습 절차 6단계를 적용하였으며, 엔트리, 햄스터 로봇으로 코딩을 진행하였다. 연구 결과, 토의 활동이 학습자의 코딩능력향상에 미치는 효과는 통계적으로 유의하였다.
학생들의 흥미를 학습 내용별로 구체적으로 살펴보았다. 연구 결과, 학생들의 흥미가 상대적으로 높은 학습 내용은 소리(M = 4.
흥미의 측정은 학생들이 수업 시간에 실시했던 19개의 활동과 학습 내용이 설명되어 있는 설문지를 배부하고, 활동별로 각각 흥미를 표시하도록 하였다. 문항은 Likert 5점 척도의 19문항이며, 점수가 높을수록 학습자의 흥미가 높은 것을 의미한다.
대상 데이터
본 연구는 2018년도 2학기에 서울 소재 A 청소년수련관의 로봇 활용 SW 교육에 참여한 학생들을 대상으로 진행되었다. 수업은 엔트리와 햄스터 로봇을 활용하여 4주간 진행되었으며, 수업이 종료된 후 설문을 실시하였다.
본 연구에서는 다양한 교육용 로봇 중 완성형 로봇의 한 종류인 햄스터 로봇을 선택하여 활용하였다. 햄스터 로봇은 큐브 모양의 작은 로봇으로, 파이썬 등 텍스트형 언어 뿐 아니라, 스크래치, 엔트리 등 교육용 프로그래밍 언어와 연동 가능하다.
수업은 엔트리와 햄스터 로봇을 활용하여 4주간 진행되었으며, 수업이 종료된 후 설문을 실시하였다. 연구 대상은 초등학교 2-5학년 학생 15명(남학생 9명, 여학생 6명)이며, 이 중 8명은 프로그래밍 경험이 없으며, 7명은 프로그래밍을 접해 본 적은 있으나, 경험이 많지 않은 초급 수준의 학생들이었다. 연구 대상은 [Table 1]과 같다.
데이터처리
따라서 다수 인원을 대상으로 교육을 실시하거나, 인터뷰 등을 진행하여 사례연구를 실시해야 할 필요가 있다. 또한 본 연구는 성별의 차이를 검증할 때, 표본 수의 제약으로 독립 표본 t 검정 등을 실시하여 통계적 유의성을 검증하지 못하였으며, 기술통계분석만을 실시하였다. 따라서 다수 인원을 대상으로 로봇 활용 SW 교육을 실시하고, 성별의 차이를 검증해야 할 필요가 있다.
학생들의 활동 및 학습 내용에 따른 흥미와 성별의 차이를 검증하기 위하여, 수집된 자료는 SPSS를 사용하여 기술통계분석을 실시하였다.
이론/모형
본 수업은 19개의 활동을 중심으로 진행되었으므로, 이를 감안하여 활동 중심 모델인 시연중심(Demonstration-Modeling-Making, 이하 DMM) 모델[9]을 기반으로 수업을 구성하였다. 시연중심 모델은, 초급 수준의 학습자에게 적합한 모델로, 시연-모방-제작의 단계를 거치며, 교사의 시연을 통해 학습자의 모방이 이루어지고, 학생들은 반복적인 연습을 통하여 산출물을 제작하게 된다[9].
성능/효과
26, 만점 5점). 구체적으로, 학습 내용에 따른 학생들의 흥미를 살펴 보면, 학생들의 흥미가 상대적으로 높은 학습 내용은 소리와 가속도 센서이며, 학생들의 흥미가 상대적으로 낮은 학습 내용은 바닥 센서인 것으로 나타났다.
더불어, 남학생은 가장 흥미가 높은 활동과 가장 흥미가 낮은 활동의 평균의 차이가 컸으며, 여학생들은 가장 흥미가 높은 활동과 가장 흥미가 낮은 활동의 평균의 차이가 상대적으로 작았다. 즉, 남학생은 흥미를 느끼는 활동과 상대적으로 그렇지 않은 활동이 뚜렷하게 구분되는 반면, 여학생의 흥미는 활동별로 큰 차이가 없다는 것을 짐작할 수 있다.
둘째, 전체 활동의 흥미는 남학생보다 여학생이 높게 나타났으며, 이는 프로그래밍 교육에서의 정의적 변인이 여학생보다 남학생이 더 높게 나타난다는 선행연구[22]와 일치하지 않는 결과이다. 이러한 결과는 수업에 사용된 모형의 특징에서 비롯된 것으로 보인다.
연구 결과, 터틀 로봇에 대한 남학생의 흥미가 여학생보다 높게 나타났다. 또한 6학년에 비해 3학년의 흥미가 더 높게 나타났고, SW 교육을 경험한 학생보다 경험하지 않은 학생의 흥미가 더 높다는 특징을 보였다.
연구 결과, 3-4학년 학생들은 여학생의 점수가 남학생보다 높았으며 그 차이가 통계적으로 유의하였으나, 5-6학년 학생들은 성별의 차이가 통계적으로 유의하지 않았다.
김태훈과 김종훈(2013)[12]의 연구에서는 초등학교 6학년 학생 46명을 대상으로 10차시의 Kodu활용 프로그래밍 교육을 실시하고, 수업이 재미있었는지를 묻는 설문을 실시하였다. 연구 결과, 69.6%의 학생이 매우 그렇다, 그렇다로 응답하였으며, 이는 게임과 유사한 그래픽 환경에서 로봇에게 명령을 내리는 활동이 학생들의 흥미에 긍정적인 영향을 주었기 때문이라고 하였다.
UCR 전자 키트는, 학생들은 실습을 통해 전자 단원을 학습할 수 있으며, 자신만의 로봇을 조립하는 것이 가능하다는 장점이 있다. 연구 결과, UCR 전자 키트 활용 수업이 전자 수업 흥미도에 미치는 효과는 통계적으로 유의하였다.
이정민, 박현경과 최형신(2018)[14]의 연구에서는 알버트 로봇을 활용한 SW 교육을 실시하고, 초등학교 5학년 학생 88명을 대상으로 효과를 검증하였다. 연구 결과, 로봇 활용 SW 교육은 학습자의 학습 흥미를 유의하게 향상시켰으며, CT와 창의성도 유의하게 향상시킨 것으로 나타났다.
Papastergiou(2009)[20]의 연구에서는 CMKT(Computer Memory Knowledge Test)를 실시하여, 컴퓨터 과학 교육의 효과를 측정하였다. 연구 결과, 사후 검사에서 성별의 차이가 유의하지 않았다. 하지만, 하위요인별로 차이가 있었는데, 학습자료 및 질문의 접근성에서는 유의한 차이가 나타났으며, 나머지 하위요인에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
노지예와 이정민(2018)[19]의 연구에서는 엔트리와 햄스터 로봇을 활용하여 로봇 활용 SW 교육 프로그램을 설계하였으며, 수업은 4C/ID 모형, 창의적 문제 해결 모형, 확산적 사고 촉진 전략 등을 기반으로 설계되었다. 연구 결과, 설계한 로봇 활용 SW 교육 프로그램은 학생들의 CT와 창의적 문제해결력을 유의하게 향상시킨 것으로 나타났다.
Durak & Saritepeci(2018)[3]의 연구에서는 156명의 중등학교 학생을 대상으로 구조방정식 모형 분석을 실시하여, 성별과 CT의 관계를 살펴보았다. 연구 결과, 성별은 CT에 영향을 미치지 않았음을 밝혔다. 국내에서도 유사한 연구 결과가 보고되었다.
김경미와 김현주(2017)[11]의 연구에서도 성별의 차이가 나타나지 않았는데, 이 연구에서는 파이썬 프로그래밍 수업에 참여한 72명의 대학생들을 실험 집단과 통제 집단으로 나누고, 실험 집단에만 플립드러닝 수업을 적용하였다. 연구 결과, 실험집단과 통제집단 모두 학업성취도 성별의 차이는 통계적으로 유의하지 않았다.
이용호와 문외식(2018)[15]의 연구에서는 PACS 교육 프로그램(CT, 참여도, 흥미를 높이기 위해 고안된 모델로, 준비, 과제 해결, 협력, 공유 및 평가로 구성된 교육 프로그램)을 적용한 터틀 로봇 활용 교육 프로그램을 초등학교 3, 6학년 학생 25명에게 8시간 동안 적용한 후, 교육 프로그램 전반에 대하여 설문을 실시하였다. 연구 결과, 터틀 로봇에 대한 남학생의 흥미가 여학생보다 높게 나타났다. 또한 6학년에 비해 3학년의 흥미가 더 높게 나타났고, SW 교육을 경험한 학생보다 경험하지 않은 학생의 흥미가 더 높다는 특징을 보였다.
수업은 토의 학습 절차 6단계를 적용하였으며, 엔트리, 햄스터 로봇으로 코딩을 진행하였다. 연구 결과, 토의 활동이 학습자의 코딩능력향상에 미치는 효과는 통계적으로 유의하였다.
심재권, 김현철과 이원규(2016)[22]는 1156명의 중학교, 고등학교 학생들을 대상으로 피지컬컴퓨팅 교육을 실시하고, 프로그래밍에 대한 자신감, 프로그래밍에 대한 가치, 알고리즘 설계 능력을 측정하였다. 연구 결과, 학교급별로 다소 차이가 있으나, 대체로 프로그래밍에 대한 자신감과 프로그래밍에 대한 가치 등 정의적 변인은 남학생이 높게 나타났으며, 인지적 변인인 알고리즘 설계능력은 여학생이 높게 나타났다.
학생들의 흥미를 학습 내용별로 구체적으로 살펴보았다. 연구 결과, 학생들의 흥미가 상대적으로 높은 학습 내용은 소리(M = 4.33)와 가속도 센서(M = 4.33)이며, 학생들의 흥미가 상대적으로 낮은 학습 내용은 바닥 센서(M = 4.13)인 것으로 나타났다([Table 5], (Fig 3) 참조).
첫째, 학생들은 햄스터 로봇과 관련된 활동을 전반적으로 흥미롭게 여기는 것으로 나타났다(M = 4.26, 만점 5점). 구체적으로, 학습 내용에 따른 학생들의 흥미를 살펴 보면, 학생들의 흥미가 상대적으로 높은 학습 내용은 소리와 가속도 센서이며, 학생들의 흥미가 상대적으로 낮은 학습 내용은 바닥 센서인 것으로 나타났다.
특히, 근접 센서와 관련된 활동은 남학생들의 흥미가 특히 낮게 나타났으며, 남학생과 여학생의 평균 차이가 가장 크게 나타났다. 근접 센서와 관련된 활동은 햄스터 로봇이 손을 만나면 회전하거나, 따라가는 활동으로 구성되어 있는데, 활동 중에 종이를 자르고 붙여서 썰매판 등을 만드는 과정이 포함되어 있었다.
학습 내용에 따른 학생들의 흥미를 분석한 결과, 남학생들은 가속도 센서(M = 4.33), 밝기 센서(M = 4.33)와 관련된 활동에 흥미가 높았으며, 여학생들은 소리(M =4.50), 움직임(M = 4.42)에 관련된 활동에 흥미가 높았다. 특히, 근접 센서와 관련된 활동은 남학생의 흥미가 가장 낮았고(M = 3.
활동별로 세부적으로 살펴보면, 구체적으로, 남학생들은 햄스터 범퍼카①(M = 4.89), 햄스터 피아노(M = 4.56) 활동에 흥미가 높았으며, 여학생들은 미로 찾기②(M = 4.67), 햄스터 합주하기(M = 4.51) 활동에 흥미가 높았다.
활동별로 학생들의 흥미를 살펴 보면, 남학생들은 햄스터 범퍼카 활동의 흥미가 가장 높았으며, 여학생들은 미로 찾기② 활동의 흥미가 가장 높았다.
활동별로 학생들의 흥미를 측정한 결과, 학생들의 흥미가 높은 활동은 햄스터 범퍼카(M = 4.73), 햄스터 피아노(M = 4.53), 미로 찾기②(M = 4.53)이며, 학생들의 흥미가 상대적으로 낮은 활동은 똑똑한 햄스터 범퍼카②(M = 3.80), 햄스터 룰렛(M = 3.93)으로 나타났다([Table 4], (Fig 2) 참조).
후속연구
본 연구의 제한점과 이를 바탕으로 한 후속연구에 대한 제언은 다음과 같다. 본 연구는 서울 지역의 15명의 초등학생만을 대상으로 진행되었으므로, 연구 결과를 일반화하기 어렵다. 따라서 다수 인원을 대상으로 교육을 실시하거나, 인터뷰 등을 진행하여 사례연구를 실시해야 할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
흥미란?
흥미란 어떤 활동에 대해 특별한 관심이나 주의를 기울이는 것으로, 성공적인 수행을 예측하는 중요 요소가 될 수 있다[24]. 로봇 자체에 대한 관심은 다른 학습 도구에 비해 높으므로[17], 로봇 활용 SW 교육에서 수업 초기의 흥미를 유발하는 것은 어렵지 않으나, 학습 초기의 관심이 학습의 지속성을 보장할 수 있는 것은 아니므로, 학생들의 흥미를 유지할 수 있는 활동에 대한 고려가 필요하다.
CT를 신장시키기 위한 방법은?
CT를 신장시키기 위한 효과적인 방법 중 하나는 다양한 도구를 활용하여 SW 교육을 실시하는 것이며[7],로봇 등 구체적 조작 도구를 활용하는 교육은 CT 신장의 기회를 제공할 수 있다[7]. 로봇 활용 SW 교육은 로봇의 움직임을 눈으로 관찰할 수 있으며, 화면이 아닌 실제 환경에서 로봇과 상호작용하는 것이 가능하므로[13], 구체적 조작기인 초등학생[4]에게 적합하다.
컴퓨팅사고력이 오늘날 중요해진 이유는?
4차 산업 혁명 시대의 SW 역량은 개인과 기업, 국가의 경쟁력을 좌우하는 중요한 요소이며[16], 미래 사회에서는 단순한 지식의 소비자가 아닌, 아이디어를 생산할 수 있는 인재를 요구하고 있다[8]. 따라서, 학교 현장의 SW 교육은 단지 프로그래밍 능력 신장을 목적으로 하기보다는, 컴퓨팅사고력(Computational thinking, 이하 CT)을 통한 실생활 문제 해결 위주의 교육으로 전환되고 있는 추세이다.
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