[논문]중학생을 대상으로 한 아두이노를 활용한 체현 기반 프로그래밍 교육 설계

엄현영; 이강희

doi:10.17703/jcct.2020.6.1.471

중학생을 대상으로 한 아두이노를 활용한 체현 기반 프로그래밍 교육 설계
Design of Embodiment-based Programming Education using Arduino for Middle School Students 원문보기

Journal of the convergence on culture technology : JCCT = 문화기술의 융합, v.6 no.1, 2020년, pp.471 - 476

엄현영 (숭실대학교 글로벌미디어학부) , 이강희 (숭실대학교 글로벌미디어학부)

초록
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본 논문은 중학교 학생을 대상으로 적용한 아두이노 체현 기반 프로그래밍 실습 교육 과정을 설계하고 교육과정 진행 전과 후의 설문조사를 진행한다. 아두이노는 프로세싱 언어에서 사용하는 IDE를 통합한 오픈소스 피지컬 컴퓨팅 플랫폼으로서 다른 플랫폼에 비해 저비용(low-cost)이며 비교적 간단하게 확인할 수 있는 입출력 인터페이스와 실제적 체현성 때문에, 중학교 학생을 대상으로 프로그래밍 교육을 하기에 적합한 교육 자료이다. 이후 설문 조사를 통해 중학생들의 프로그래밍에 대한 필요성 인지 변화 및 사고능력 증진에 관한 피드백을 받게 된다. 본 연구에서는 아두이노를 활용한 체현 기반 프로그래밍 교육을 1차수 당 8주 씩 진행하여, '16년부터 '17년까지 2년간 112명의 중학교 학생을 대상으로 결과이다. 체현 기반 프로그래밍 교육을 이론 교육 및 체현 기반 실습 교육으로 진행하였으며, 체현기반 실습 교육은 초음파 센서를 이용한 RC카 만들기, 아두이노 쿼드로터 드론 만들기를 진행했다. 본 연구의 목적은 아두이노를 활용한 체현 기반 프로그래밍 교육을 통해 중학교 학생들의 프로그래밍에 대한 인지, 필요성 및 프로그래밍 교육이 사고력 증진에 유효한가를 학생들 주관적인 지표로서 유효함을 입증하는 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

We propose an practical embodiment-based programming training course for middle school students using Arduino and conduct survey before and after the curriculum. Arduino is an open source physical computing platform that integrates the IDE used in processing language. It is a low-cost, relatively simple I/O interface compared to other platforms, and because of its practical formability, it is educational material suitable for programming. Subsequent surveys will provide feedback on changes in cognition of programming needs and improvement in thinking skills. In this study, the program based on embody-based programming using Arduino was conducted for 8 weeks for each first grade, and 112 middle school students for two years from '16 to '17. Based on the theoretical and practical training, the training was based on the application of the ultrasonic sensor to the RC car and the preparation of the adduction quadrotor drone. The purpose of this study is to prove that the recognition, necessity, and programming education of middle school students are effective for the improvement of thinking ability through the program based on embody-based programming using Arduino.

주제어

표/그림 (10)

그림 그림 1. 초음파 센서 RC카 회로 및 코드 Figure 1. Ultrasonic Sensor RC Car Circuit and Code
그림 그림 2. 동체의 비행 원리 [5] Figure 2. Principle of Flight of a Body
그림 그림 3. 쿼드로터 드론 원리 Figure 3. Quadrotor Drone Principle
그림 그림 4. 아두이노 활용 체현 기반 프로그래밍 교육 과정 Figure 4. Embodiment-based Programming Curriculum using Arduino
그림 그림 5. 설문조사 표 Figure 5. Survey table
그림 그림 6. 설계 및 제작 Figure 6. Design and Manufacture
그림 그림 7. 프로그래밍 및 구체적 체현 Figure 7. Programming and Specific Embodiment
그림 그림 8. 쿼드로터 드론 체현 및 실습 Figure 8. Quadrotor Drone Embodiment and Practice
그림 그림 9. 교육 전과 후 설문 조사 결과 Figure 9. Results of Pre- and Post-Training Survey
표 표 1. 교육 전과 후 설문조사 결과 표 Table 1. Results of Pre- and Post-Training Survey Table

AI 본문요약
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문제 정의

2주차 : 4차 산업혁명과 IT를 주제로 교육을 진행하고 학생들이 향후 IT기술을 활용하여 제작하고 싶은 제품을 직접 설계하고 토론한다.
위 설문조사의 결과를 통해 아두이노를 활용한 체현기반 프로그래밍 교육은 프로그래밍을 처음 학습하는 중학교 학생들에게 프로그래밍에 대한 인지, 필요성, 사고력 증진에 통계적으로 확연한 증가를 보인다. 따라서 본 연구를 통해 체현기반 프로그래밍 교육의 유효성을 확인할 수 있다.
교육 전과 후의 설문조사를 통해 학생들의 프로그래밍에 대한 인지, 프로그래밍 교육의 필요성 및 체현기반 프로그래밍 교육이 사고력 증진에 도움이 되는가를 학생들 개개인의 주관적인 관점에서 측정한다 [8]. 설문조사를 통해 아두이노 체현 기반 프로그래밍 교육이 학생들의 사고능력 증진에 있어 도움이 됨을 확인하고, 필요성을 확인하고자 한다 [9-11].

제안 방법

3주차 : 아두이노 이론교육을 진행하고 버튼과 초음파센서를 이용해 여러 센서들의 입출력 값을 활용해 제어한다. 초음파센서 RC카와 아두이노 쿼드로터 드론의 원리를 이해한다[그림 6].
5주차 : 초음파 센서 RC카의 내부를 설계하고 회로도를 연결한다. 4주차에 제작한 자동차 외부와 비교하여 구체적인 적용 방법을 사고한다.
7주차 : 아두이노 드론을 설계하고 체현한다. 외부 제어장치를 이용해 구동 테스트를 한다 (그림 8).
8주차 : 아두이노 드론의 결합부분의 문제 발생 시리페어를 하고 구동 실습을 진행한다. 구동 실습을 진행한 후 교육 후 설문조사를 진행해 교육 전과 교육 후의 변화추이를 확인한다.
8주차 : 아두이노 드론의 결합부분의 문제 발생 시리페어를 하고 구동 실습을 진행한다. 구동 실습을 진행한 후 교육 후 설문조사를 진행해 교육 전과 교육 후의 변화추이를 확인한다.
본 연구에서는 중학교 학생들을 대상으로 아두이노 체현 기반 프로그래밍 실습 교육을 설계하고 적용한다. 프로그래밍 교육을 컴퓨터를 통해서만 하는 것이 아니라 초음파 센서를 활용한 RC카 만들기 과정과 드론 만들기 과정을 진행하여 체현으로 실습을 진행한다.
프로그래밍 교육을 컴퓨터를 통해서만 하는 것이 아니라 초음파 센서를 활용한 RC카 만들기 과정과 드론 만들기 과정을 진행하여 체현으로 실습을 진행한다. 설문조사를 통해 중학생들의 프로그래밍에 대한 필요성 인지 변화를 측정하고, 체현기반 프로그래밍 교육이 사고 능력 증진에 주관적인 관점에서 도움이 되는지를 확인한다. 본 연구를 통해 아두이노 체현기반 프로그래밍 교육은 학생들의 프로그래밍에 대한 필요성, 인지 및 주관적인 관점에서의 사고능력 증진에 유효함을 확인했다.
설문조사를5 단계로 나누어 진행하고, ‘매우 높음’과 ‘높음’은 ‘그렇다.
6주차 : 외부 디자인과 내부 설계한 부분을 결합하여 구체적인 자신의 RC카를 제작한다. 아두이노 프로그래밍을 통해 RC카의 속력 및 센서를 제어하고 구동실습을 진행한다 (그림 7).
이러한 사회적 필요에 맞추어 입출력 방식이 간단하여 프로그래밍 후 결과를 즉각적으로 확인하며 익힐 수 있는 아두이노를 활용한 체현기반 교육을 중학교 학생들을 대상으로 한 교육을 설계 했으며, ‘16년부터 ’17년까지 2년간 112명의 중학교 학생들에게 이를 적용한다 [2]. 프로그래밍 교육은 1차수 당 8주차로 수업을 진행했으며, 2주차와 3주차에는 프로그래밍의 기본적인 이해를 돕기 위해 이론 교육을 진행하고, 4주차부터 8주차까지 초음파 센서를 활용한 RC카 만들기와 드론 제작 수업을 진행하여 중학교 학생들이 자신이 디자인한 RC카와 드론을 구현하는 아두이노 체현 기반 프로그래밍 실습 교육을 진행했다. 교육 전과 후의 설문조사를 통해 중학교 학생들의 아두이노 체현 기반 프로그래밍 실습 교육의 필요성 인지와 교육 후 사고 증진에 유효함을 확인한다 [3].
본 연구에서는 중학교 학생들을 대상으로 아두이노 체현 기반 프로그래밍 실습 교육을 설계하고 적용한다. 프로그래밍 교육을 컴퓨터를 통해서만 하는 것이 아니라 초음파 센서를 활용한 RC카 만들기 과정과 드론 만들기 과정을 진행하여 체현으로 실습을 진행한다. 설문조사를 통해 중학생들의 프로그래밍에 대한 필요성 인지 변화를 측정하고, 체현기반 프로그래밍 교육이 사고 능력 증진에 주관적인 관점에서 도움이 되는지를 확인한다.

대상 데이터

‘16년과 ’17년에 2년 간 112명의 학생을 5차수로 나누어 진행했다.
아두이노 체현기반 프로그래밍 교육은 서울 소재지 중학교 2곳에서 교육을 적용했다. ‘16년과 ’17년에 2년 간 112명의 학생을 5차수로 나누어 진행했다.
아두이노 드론은 쿼드로터 드론을 사용한다. 아두이노 프로 마이크로 보드, 관성측정센서 (MPU-6050), 블루투스 4.0 모듈, 드론 기어 프레임 모터로 구성된다. 블루투스 통신을 이용해 스마트폰이나 기타 제어장치로 드론을 제어할 수 있다.

이론/모형

아두이노 드론은 쿼드로터 드론을 사용한다. 아두이노 프로 마이크로 보드, 관성측정센서 (MPU-6050), 블루투스 4.

성능/효과

설문조사를 통해 중학생들의 프로그래밍에 대한 필요성 인지 변화를 측정하고, 체현기반 프로그래밍 교육이 사고 능력 증진에 주관적인 관점에서 도움이 되는지를 확인한다. 본 연구를 통해 아두이노 체현기반 프로그래밍 교육은 학생들의 프로그래밍에 대한 필요성, 인지 및 주관적인 관점에서의 사고능력 증진에 유효함을 확인했다.
사고력 증진은 주관적인 지표를 통해 확인했지만, 증가된 수치가 현저하게 나타나므로 유효하다. 위 설문조사의 결과를 통해 아두이노를 활용한 체현기반 프로그래밍 교육은 프로그래밍을 처음 학습하는 중학교 학생들에게 프로그래밍에 대한 인지, 필요성, 사고력 증진에 통계적으로 확연한 증가를 보인다. 따라서 본 연구를 통해 체현기반 프로그래밍 교육의 유효성을 확인할 수 있다.

참고문헌 (11)

Kyung-Ho Sohn., The Development and Application to Computer Programming Education using Arduino, Master's thesis, Graduate School of Education, Gyeong-In National University, InCheon, Korea, 2013.
Mi Ryang Kim, The Korean Association of Computer Education, Vol.5, No.3, pp.1-8, 2002.
Keyong-Ae Yang, and Seoung-Jung Shin, A RodSecurityRobot Model, The Journal of the Convergence on Culture Technology (JCCT), Vol. 4, No. 4, pp. 401-406, Nov, 2018. https://doi.org/10.17703/JCCT.2018.4.4.401
Jee Young Lee, An Exploration of Factors Influencing College Students' Academic and Social Adjustment, International Journal of Advanced Culture Technology (IJACT), Vol. 4, No. 4, pp. 13-22, 2016.
Marcos, Herrero, KUKA-Robot Programming, Bachelor's thessis, HAMK Hame University of Applied Sciences, Visamaentie, Finland, 2017.
Samir Bouabdallah, Roland Siegwart, Full Control of a Quadrotor, In 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Octover 29-November 1, San Diego, CA, USA, 2007.
Won-Sung Sohn, Advanced Science and Technology Letters, Vol.66, No.1, pp.73-77, 2014.
Dimitris Alimisis, Robotics in Education & Education in Robotics: Shifting Focus from Technology to Pedagogy, Proceedings of the 3rd International Conference on Robotics in Education, September 13-15; Prague, Czech, 2012.
Irene Lee, Fred Martin, Jill Denner, Bob Coulter, Walter Allan, Jeri Erickson, Joyce Malyn-Smith, Linda Werner, Computational thinking for youth in practice. ACM Inroads, Vol.2, No.1, pp.32-37, 2011.

상세보기
Florence R. Sullivan, Journal of Research in Science Teaching, Vol.45, No.3, pp.373-394, 2008.

상세보기
Jinsoo Kim, Study on SW Education and STEAM Education using Arduino for Technology Subject, The Korean Journal of Technology Education, Vol. 15, No. 1, pp. 22-48, 2015.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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