[논문]로봇이 새로운 창의성 학습도구로서의 가능성 탐색

문외식

로봇이 새로운 창의성 학습도구로서의 가능성 탐색
A Study on the Possibility of a Robot as a New Learning Tool for Creativity 원문보기

한국정보교육학회 2010년도 하계학술대회, 2010 Aug. 10, 2010년, pp.259 - 264

문외식 (진주교육대학교 컴퓨터교육과)

초록
AI-Helper

본 연구는 초등학생들이 창의성 및 문제해결력 향상을 위해 기존의 컴퓨터를 대신하여 로봇을 이용한 새로운 학습방법의 가능성을 탐색하기 위해 현장 교사들이 로봇교육에 대한 성향을 조사 분석하고 이를 기초로 교육과정과 교재를 개발하였다. 로봇교육을 통한 창의성 구성요소를 확인하고 가능성을 탐색하기 위해 초등학생 6학년을 대상으로 방과 후 학습시간에 학습시킨 후 결과산출물을 만들고 이를 평가하였다. 결과로서 초등학교에서 로봇이 창의적인 학습도구로 성공할 수 있는 가능성을 확인하게 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined a possibility of a new learning method using a robot to improve elementary school students' creativity and problem solving ability. It researched and analyzed school teachers' tendency about robot education and based on this it developed curriculum and teaching materials to teach and evaluate the education after school. According to the findings, a robot is found to have a possibility of a creative learning method.

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 로봇이 창의적인 학습을 위한 새로운 도구로서의 가능성을 탐색해 보기 위해 초등학생에 적절한 교육과정을 제안하였다. 제안한 교육과정을 기초로 교재를 개발하여 비교적 인지능력이 뛰어난 6학년 학생들을 대상으로 사교육이 적게 투입된 초등학생들을 선택하여 학습과 평가를 통해 로봇의 교육적 가치 및 활용 가능성을 탐색하기 위함이다.
본 연구에서는 알고리즘 향상 및 문제 해결력에 가장 큰 요소인 프로그래밍에 관련된 차시에 한정하여 평가하고 분석하였다.
본 연구에서는 초등학생들이 학습하기에 가장 적합한 불럭 조립형 로봇을 학습도구로 실험과 평가하였다. 불럭조립형 로봇이란 여러기지 모양의 불럭을 조립하여 학습자가 원하는 로봇의 외괸을 만들고 이곳에 각종 센서, 모터등의 입출력 장치와 마이크로 프로세서를 연결하여 로봇을 완성한 후 PC에서 작성한 동작용 프로그램을 로봇에 전송하여 학습자가 원하는대로 움직이게 하는 하는 성장형 로봇이다.
본 연구는 로봇이 창의적인 학습을 위한 새로운 도구로서의 가능성을 탐색해 보기 위해 초등학생에 적절한 교육과정을 제안하였다. 제안한 교육과정을 기초로 교재를 개발하여 비교적 인지능력이 뛰어난 6학년 학생들을 대상으로 사교육이 적게 투입된 초등학생들을 선택하여 학습과 평가를 통해 로봇의 교육적 가치 및 활용 가능성을 탐색하기 위함이다.

제안 방법

교육과정은 이해단계, 제작단계, 프로그래밍단계, 평가단계로 나누고 각 단계별로 세부주제와 학습할 내용을 기술하였으며 전체교육과정에서 문제해결 능력과 사고력 향상을 위한 알고리즘(프로그래밍) 영역을 60% 이상 차지하도록 구성하였다. 그리고 라인트레이서 로봇 만들기를 중심으로 모두 20차시로 구성 하였다[6][7][8].
로봇에 대한 기본개념을 알고 있거나 교육받은 적이 있는 초등 정보교육 교사 130명을 대상으로 초등학교 로봇교육 실시에 대한 설문조사를 하였다. 조사 결과를 기초로 본연구에서는 실험적 로봇선정, 학습시간 영역, 교육과정 등을 개발하였다.

대상 데이터

2010년 5월 한달 간 경남 H학교 6학년생(15명)을 대상으로 방과 후 수업 형태로 로봇 학습을 하였으며 매일 2시간씩 학습하였다. 로봇교육은 모두 4팀(4명이 한팀)이 협동 학습과 실습을 하였다.
※ 본 논문의 실습에 사용된 로봇은 마인드스톰 뉴팀챌린지 #9709 세트로 한국의 레고교육센터인 (주)알코에서 후원하였다.
다음과 같은 장점들을 고려하여 레고사의 마인드스톰을 학습용 로봇으로 선택하였다. 그러나 다른 교육용로봇에 비해 상대적으로 고가의 장비여서 초등학교 현장에서 적용하는데 다소 어려움이 있을 수 있다[5][6].
로봇에 대한 기본개념을 알고 있거나 교육받은 적이 있는 초등 정보교육 교사 130명을 대상으로 초등학교 로봇교육 실시에 대한 설문조사를 하였다. 조사 결과를 기초로 본연구에서는 실험적 로봇선정, 학습시간 영역, 교육과정 등을 개발하였다.

성능/효과

결과로서 로봇을 동작시키기 위한 팀의 평균 성취수준은 10점 만점에 평균 7.75로 만족할 만한 수준(제시한 교육과정 내용을 대부분 이해한 수준)으로 나타났다.
학습자가 처음 접해 보는 로봇에 대한 호기심과 학습 집중도가 다른 정규 교과학습에 비해 월등히 뛰어나는 것으로 판단된다. 결과로서, 첫 단계인 프로그래밍을 위한 기본개념 및 준비단계 수준 평가(10점 만점)은 (그림 3)에서 알 수 있듯이 8점으로 높은 성취결과를 얻었으며, 둘째 단계인 프로그래밍 완성도 성취수준 평가(10점 만점)에서는 7.5점을 얻었다. 이러한 평가결과에 비추어 학습자 대부분이 주어진 학습과정을 이해할 수 있는 것으로 판단된다.
따라서, 기존의 컴퓨터를 대신한 새로운 학습도구로서 초등학생들에게 학습에 대한 호기심을 유발하고, 알고리즘 향상 및 학습에 대한 반성적 사고와 문제해결 능력 향상에 적합한 새로운 창의성도구가 될 수 있다고 판단된다.
이러한 부류의 오류를 발생시키는 학습자의 대부분이 지정한 학습시간의 부족함을 호소하고 있으며 프로그래밍 학습 훈련에 조금더 많은 시간이 필요한 것으로 분석된다. 따라서, 학습시간을 가변적으로 늘리면 정확한 오류수정 등 좋은 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
또한, 로봇프로그래밍 언어의 일반적인 유형들이 드래그&드롭 방식이라 데이터입력이 거의 없기 때문에 영문자로 프로그래밍 내용을 코딩해야 하는 기존 컴퓨터 프로그래밍언어에 비해 단순 오타 등의 실수가 적음을 알 수 있어 초등학생들의 알고리즘 학습도구로서 컴퓨터에 비해 우수함을 알 수 있었다.
또한, 알고리즘 향상을 위해 많이 이용되는 프로그래밍 학습 역시 기존의 컴퓨터을 이용하는 방법에 비해 로봇을 이용한 방법이 초등학생들에게는 훨씬 쉬운 학습도구임을 알 수 있었다.
로봇동작 프로그래밍을 위한 개념이해 및 준비단계 성취수준 평가결과는 높은 수준으로 분석되었다. 학습자가 처음 접해 보는 로봇에 대한 호기심과 학습 집중도가 다른 정규 교과학습에 비해 월등히 뛰어나는 것으로 판단된다.
비교된 결과로서 택스트 입력형인 프로그래밍언어가 로봇프로그래밍언어에 비해 소프트웨어 사용이 어렵다는 것이 확인되었으며 학습자들의 관심도가 로봇에 더 많은것을 확인할 수 있었다. 또한, 로봇프로그래밍 언어의 일반적인 유형들이 드래그&드롭 방식이라 데이터입력이 거의 없기 때문에 영문자로 프로그래밍 내용을 코딩해야 하는 기존 컴퓨터 프로그래밍언어에 비해 단순 오타 등의 실수가 적음을 알 수 있어 초등학생들의 알고리즘 학습도구로서 컴퓨터에 비해 우수함을 알 수 있었다.
평가대상의 학생들은 사교육이 거의 투입되지 않은 도시 외곽의 학생들로서 결과는 만족할 만한 수준으로 나타났으며, 제안한 교육과정 내용을 대부분 이해한 수준으로 나타났다. 로봇을 완성해 가는 과정에서 많은 오류를 발생시키고 이를 해결해 나가는 과정에서 자연스럽게 과학 및 수학적인 마인드를 고취할 수 있었다.
이것은 학습차시가 늘어남에 따라 프로그래밍을 작성과정에서 오류와 이를 수정하기 위한 반성적 사고가 증가되어 알고리즘 향상에 도움을 주는 것으로 판단된다. 한편, 오류가 발생한 프로그램을 수정할 수 없는 빈도도 약 9%로 나타났다.

후속연구

이는 교육과정의 다소 난해한 구조가 문제가 될 수 있으며 점차 어려운 알고리즘 구현에 어려움을 느낀 결과라 판단되며 향 후 교육과정을 피드백하여 수정하면 개선 될 수 있다고 판단된다.
향후 연구과제로서 로봇교육이 수리적으로 창의성이 있음을 확인할 수 있는 보다 더 개선된 평가도구 개발이 장기적으로 필요하고 또한, 컴퓨터를 이용한 학습방법과 로봇을 이용한 학습방법에 대한 장기적인 비교및 분석이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	로봇은 어떻게 정의할 수 있는가?	로봇이란 어원은 체코어로 노예, 일하다, 강제적 노동을 의미하는 로보타(robota)에서 나왔다. 로봇이라는 정의는 한가지로 단적으로 표현할 수 없지만 일반적으로 인간의 행동이나 작업등을 자동으로 할 수 있게 만든 기계장치라 할 수 있다[3]. 그러나 로봇의 정의는 시대의 변함으로 정의와 목적이 조금씩 바뀌어 가고 있다.
	로봇의 사용목적과 용도에 따른 종류는 무엇인가?	로봇은 인간이 필요로 하는 것을 생산하는 산업용로봇, 인간의 삶의 질과 건강에 도움을 주는 생뢀용 로봇 등 사용목적과 용도에 따라 다앙한 로봇의 종류가 있다. 본 논문에서 사용된 교육용로봇의 정의는 체험을 바탕으로 한 창의적인 표현력, 협동적인 학습과 탐구력, 수학적 논리를 실생활에 적용할 수 있게 알고리즘 개념 이해, 로봇을 동작하기 위한 프로그래밍 학습을 통해 문제해결능력 향상을 시킬 수 있으며 로봇을 동작시키는 외관의 과하적 마인드를 자연스럽게 이해 시킬수 있게 만들어진 교육적 목적으로 개발된 로봇이라 할 수 있다[3][4].
	초등학교에서 프로그래밍 학습이 성과를 거두기 어려운 이유는 무엇인가?	초등학교에서 문제해결 능력 향상과 사고력을 키우기 위한 창의성도구 중 하나가 컴퓨터를 이용한 프로그래밍 학습이라 할 수 있다. 그러나 초등학생들이 사용하기에는 문법이해, 복잡한 코딩, 컴파일 및 디버깅이라는 복잡한 과정을 거쳐야 되는 등 많은 어려움이 있어 성과를 거두기 어렵다[1].

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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