마트 기기의 급속한 발전과 보급에 따라 사회가 크게 변화되고 있으며, SW교육의 중요성이 부각되고 있다. 학습자들 또한 모바일 앱 프로그래밍에 대한 관심이 매우 높다. 한편 프로그래밍 교육에서 로봇의 활용은 흥미유발, 동기부여, 참여도, 성취도 제고의 측면에서 효과가 있는 것으로 연구 결과가 발표되고 있다. 이에 본 연구에서는 SW 교육을 위한 로봇과 앱 개발 도구 활용 프로그래밍 교육 방안을 개발하고 적용하였다. 그리고 수업, 로봇, 앱 인벤터, 로봇과 앱 인벤터의 연동 등의 네 가지 영역으로 구분하여 설문조사를 실시하였다. 그 결과 네가지 영역에서 공통적으로 흥미, 만족에 대한 학습자의 반응이 매우 긍정적이었다. 학습자들은 스마트 폰을 사용하여 프로그래밍 결과를 즉각 확인할 수 있고, 특히 스마트폰으로 로봇을 제어할 수 있다는 점이 학습자의 흥미를 높이는 점으로 분석되었다. 결론적으로 본 연구에서 개발한 로봇과 앱 개발 도구 활용 프로그래밍 교육 방안은 유용성이 있다고 볼 수 있다.
로봇 프로그래밍은 학생들의 논리적 사고와 문제 해결력, 창의력 등의 고등 사고능력 함양에 적합한 학습 도구이다. 본 연구는 초등학교 교육과정 중 고학년 과학의 에너지 단원에서의 학습 도구로서 로봇을 활용한 프로그래밍 교육방법을 제안하는데 목적이 있다. 초등학교에서 로봇 프로그래밍을 활용하여 통합교육 프로그램을 개발하였다. 차후, 개발된 프로그램을 적용하여 학교에서 교육적 활용 및 일반화 가능성과 학생들의 고등 사고 능력 증진과의 관계를 알아볼 계획이다.
교육용 로봇은 과학의 기초 원리를 배우고 과학적 창의성을 키우는 것에 효과적인 교육 도구로 소개되면서 방과 후 학습에 적용되어 과학 교육을 위한 교육용 키트의 구성이 바뀌고 있다. 중소기업을 중심으로 과학적 창의성을 키우는 도구로서 다양한 교육용 로봇 기술과 학생들을 위한 다양한 범주의 게임로봇기술이 개발되고 있고, 기존의 mp3 음악이나 e-Learning 콘텐츠의 제공과 같이 로봇용 전문콘텐츠를 다운받아 학습에 활용하는 기술을 개발 중에 있으나 아직 전문 커뮤니티 형성이 미흡한 편이다. 현재는 사용자가 손쉽게 제어가 가능한 인터페이스 모듈용 모터가 개발이 되어있지 않아 1포인트 드래그 연동 스마트터치 제어용 다이나믹 모터 개발이 필요하다.
로봇의 중요성이 강조됨에 따라 2019년부터 초등 실과 교과에 로봇 교육이 포함된다. 그러나 일부 초등학교에서 현행되고 있는 로봇 교육은 학습자가 완성된 형태의 로봇을 조작하는 데 그친다는 점에서 구성주의 학습원리에 어긋난다. 구성주의 학습원리에 따르면 학습자는 각자에게 의미 있는 독창적인 모델을 중심으로 자신만의 세계를 만들고 그 속에서 지식을 구성해 나가야만 진정한 학습이 일어난다고 할 수 있다. 본 연구에서는 구성주의 학습원리에 기반한 초등 로봇 교육의 도구로서 WeDo 2.0을 소개하고 로봇 교육 도구로서 WeDo 2.0이 갖는 활용가능성을 탐색하였다. WeDo 2.0은 학습자에게 첫째, 자발적 학습환경, 둘째, 창의적 학습환경, 셋째, 체계적 학습환경, 넷째, 통합적 학습환경, 다섯째, 구성주의 학습환경을 제공한다. 이에 따라 향후 초등 로봇 교육에서 WeDo 2.0을 활용한 구체적인 교육 프로그램의 개발 및 적용이 필요하다.
정보영재를 교육시키기 위한 프로그래밍 교육방법의 많은 문제점에도 불구하고 프로그래밍교육을 통해 얻을 수 있는 잠재적인 교육효과가 크기 때문에 프로그래밍 교육은 컴퓨터 정보영재 교육과정에서 빠질 수 없는 부분이다. 본 연구는 정보영재들에게 프로그래밍 교육을 실시할 때 프로그래밍 교육방법의 문제점을 극복할 수 있는 도구로 로봇을 소개하고, 로봇을 이용한 체계적인 로봇프로그래밍 교육과정의 개발로 문제해결력, 창의력, 사고력, 판단력 등의 고등인지기능을 신장시키고자 한다.
컴퓨터 교육은 기능 중심의 교육에서 창의력과 문제해결력을 신장시킬 수 있는 방향으로 전환되며 프로그래밍이 새롭게 주목받고 있다. 그러나 기존의 프로그래밍 교육은 여전히 문법 위주의 언어 지식 교육에 치우쳐 있어 한계가 있었다. 로봇 프로그래밍은 그 자체가 문제해결과정이며 프로그래밍 결과를 로봇이라는 구체물을 통해 직접 확인할 수 있으므로 학습자들의 흥미와 동기유발에 도움을 줄 수 있다. 그러나 실제 로봇 프로그래밍 교육을 실시해 보면 학습자들이 여러 가지 오류 때문에 어려움에 직면하는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 로봇 프로그래밍에서 학습자들이 발생시키는 오류들을 유형별로 나누어 분석하고 이를 기초로 오류 해결지원 도구를 개발하였다. 개발된 오류 해결 지원 도구는 발생되는 오류를 감소시키고 오류 해결을 쉽게 할 수 있도록 명령어의 세트화, 언어 및 오류 메시지의 한글화, 학습단계별 예제소스 및 도움말, 주요 코딩 오류 제거기능, 코드정렬 및 행번호 표시 기능 등을 제공하였다. 투입 결과 오류 해결 지원 도구는 오류 감소와 오류 해결에 도움이 됨을 확인할 수 있었다.
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.
본 논문에서는 ROS(Robot Operating System) 기반으로 한 로봇(Robot)에 레이저 거리 센서(LiDAR)를 설치하여 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 기법으로 지도 정보를 습득 및 저장하고, 이를 기반으로 맵핑된 환경과 환경 내 장애물을 회피하여 안전하고 정확하게 이동할 수 있도록 하였다. ROS는 하드웨어 추상화, 장치 드라이버, 시각화 도구, 패키지 관리 등 로봇 애플리케이션을 개발할 수 있도록 라이브러리와 도구를 제공한다. 또한 로봇 동작에 사용되는 프로세스 간 TCP-IP 통신을 통해 연동할 수 있도록 한다[1]. Ubuntu 18.04 버전의 OS에 ROS Melodic 버전을 설치해서 앱으로 선택된 목적지로 이동하는 물류 이송 로봇을 구현하였다.
정보화 시대의 개인의 개성과 창의력은 지식산업에 요구되는 시대적 요청이다. 로봇 프로그래밍 교육이 학습자의 창의성 신장의 측면에 있어 의미 있는 효과가 있는 것으로 알려지고 있다. 기존의 로봇프로그래밍 도구들은 텍스트 기반 혹은 GUI 기반 저작도구기능을 가지고 있다. 그러나 대부분의 프로그래밍 도구들은 상호작용기능이 없는 단순한 튜토리얼을 제공하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 웹 2.0의 상호작용 기술을 응용하여, 협력 코드 생성이 가능한 로봇 프로그래밍 교육 시스템을 연구하였다. 시스템이 제공하는 협력코드 생성기능을 통해 학습자들은 협력하여 로봇 프로그래밍을 생성하는 경험을 할 수 있다. 또한 학습자들은 지식공유 기능을 활용하여 효과적인 프로그램 디자인의 경험과 소스코드의 공유가 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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