A Learning Method of Stack and Queue through Solving Maze Exploration Problems with Robots

로봇의 미로 탐색 문제해결을 통한 스택과 큐 학습 방안

ICT education guidelines revised in 2005 reinforce computer science elements such as algorithm, data structure, and programming covering all schools. And Ministry of Education emphasizes STEAM education. Most important is that "How instruct them". This means necessity of contents. So this paper suggests learning method of Stack and Queue using LEGO MINDSTORMS NXT. The main purpose is that how stack and queue are used, when robot explore realistic maze. Teaching and learning strategies are algorithm, flowchart, and NXT-G programming. Simple maze has path in left or right, but complex maze has three-way intersection. These are developed by authors. Master robot explores maze and push stack, and then return to entrance using stack. Master robot explores maze and transmits path to slave's queue. And then slave robot drives without exploration. Students can naturally learn principles and applications of them. Through these studies, it can improves ability of logical and creative thinking. Furthermore it can apply to ICT and STEAM education.

개정된 ICT교육지침에는 알고리즘, 자료구조, 프로그래밍 내용과 같은 컴퓨터과학 요소가 매우 강화되었다. 또한 최근 교육과학기술부는 STEAM 교육을 강조하고 있다. 여기에서 가장 중요한 문제는 "어떠한 방법으로 가르쳐야 하는가?"이다. 즉, 교수학습 콘텐츠의 개발이 필요하다. 그래서 본 논문에서는 레고 마인드스톰 NXT 교육용 로봇을 활용한 스택과 큐 학습 방안을 제시한다. 주된 목표는 로봇이 미로라는 현실적인 구조물을 탐색할 때 스택과 큐가 어떻게 사용되는지를 보여주는 것이다. 교수학습 전략으로는 알고리즘 작성, 순서도, NXT-G 프로그래밍으로 정하였다. 단순한 미로는 왼쪽과 오른쪽 중 어느 한쪽에만 길이 있는 미로이고, 복잡한 미로는 삼거리가 포함된 미로이다. 이 두 개의 미로는 직접 개발하여 제작하였다. 마스터 로봇은 미로의 출구까지 탐색하면서 경로를 스택에 저장한 후, 이 스택을 이용하여 다시 입구까지 되돌아온다. 또한 마스터 로봇은 미로를 탐색하면서 경로를 실시간으로 슬레이브 로봇의 큐에 전달한다. 그 후 슬레이브 로봇은 큐에서 경로를 꺼내어 탐색없이 미로를 주행한다. 로봇의 미로 탐색이라는 미션을 해결하는 과정에서 학습자들은 스택과 큐의 활용 분야를 자연스럽게 이해하게 된다. 이러한 수업을 통해서 학습자들의 논리적인 사고력과 창의력이 향상되고, ICT 교육과 STEAM 교육에도 적용이 가능하리라 기대된다.