본 논문에서는 AIoT를 위한 비주얼 블록 코딩 도구를 설계하였다. AI 블록 코딩이 가능한 EduB 플랫폼에 피지컬 컴퓨팅을 가능하게 하는 모듈을 추가함으로써 블록을 사용한 쉬운 피지컬컴퓨팅 코딩과 AIoT 코딩이 가능하다. 도구는 WebSocket과 Wifi를 사용해 EduB와 타겟보드인 RaspberryPi의 무선 통신을 하며, 블록으로 생성된 코드를 RaspberryPi 내부에서 실행하여 GPIO와 SenseHAT을 제어할 수 있게 하였다. 따라서, 코딩 결과를 콘솔 출력이나 그래프로만 확인할 수 있어 정적이던 AI 교육을 LED나 모터를 제어해 동적으로 결과를 확인할 수 있게 하여 흥미와 관심을 유발할 수 있도록 한다.
파이썬 및 데이터 분석, 인공지능 코딩 교육을 수행하기 위한 플랫폼인 에듀비(EduB)에서 AI 융합 및 STEAM 교육을 위해 추가 블록을 생성할 수 있는 저작 도구를 개발하였다. 이를 위해 기존에 블록클리 에디터를 작성해서 처리하는 방식 대신 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 블록 형태의 탬플릿을 제공하여 새로운 기능과 블록을 쉽게 추가할 수 있는 방법을 제안하고 해당 블록 생성기를 구현하였다.
SW 교육에 있어서 입문자의 흥미를 유발하고자 블록 기반인 스크래치와 엔트리가 도입되었고 많은 교육 기관에서는 이후 ARDUINO, C, JAVA, PYTHON 등을 선택 교육하고 있다. 이 과정에서 코딩보다는 사고력을 강조하며 정보 교과 내에서 문법 공부하는 것을 기피하는 풍토를 보인다. 이러한 점은 2015 개정 교육과정 지침에서 특정 언어의 기능습득에 치우치지 않고 학습자의 수준에 맞추어 적절한 도구를 선택하도록 하여 사실상 교수자의 재량에 두고 있는 점에서도 파악할 수 있다. 코딩의 문법학습을 피하는 경향은 코딩교육 도입 초기의 취지와는 다르게 공교육 내에서의 코딩교육의 활성화에 부정적 요소로 작용할 여지가 크다고 우려된다. 따라서 현재 출판된 정보 교과서에서 다루는 프로그래밍 언어의 종류를 조사하고 코딩 문법학습을 최소화를 할 수 있으며 블록코딩에서 텍스트 코딩으로 전환 시 학습자의 부담을 감소할 수단으로 PROCESSING를 통한 과정을 제안하는 바이다.
코딩교육과 게임을 활용한 교육에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나, 코딩 교육 도구는 블록형 코딩 도구에 치우쳐져 있어, 교육과 실제 프로그래밍 언어 사이에는 큰 차이가 발생하게 된다. 이 차이를 좁히기 위해 이 논문에서는 한국어 인터프리터 언어를 사용한 학습용 게임의 설계 및 구현 방법을 제공하며, 한국어 인터프리터를 사용한 코딩 교육용 게임의 장점과 기존 코딩 학습 방법과의 차이점을 제시한다. 이를 통해 자발적이고 효과적인 코딩 교육을 기대할 수 있을 것이다.
4차 산업혁명에 대응하기 위한 인재양성을 목적으로 초등학교에서부터 소프트웨어 교육을 필수적으로 수행하고 있다. 소프트웨어 교육은 알고리즘적 사고의 향상을 위해 컴퓨팅을 기반으로 문제해결 절차를 설계하고, 코딩하여 결과를 확인하는 프로그래밍 활동을 제공하고 있다. 일반적으로 프로그래밍 활동에서는 언플러그드 활동을 통해 알고리즘을 설계하고, 이후 코딩하는 단계로 진행된다. 하지만 학생은 알고리즘 설계 활동과 코딩 활동이 중복되는 것처럼 느낄 수 있으며 코딩에 사용되는 도구의 사용법에 따라 설계한 내용과 표현이 다를 수 있어 인지적 부담이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 언플러그드 활동에서 설계한 알고리즘을 직관적으로 소스 코드로 변환하여 실행시킬 수 있는 교육용 텐저블 코딩 도구를 제안하고자 한다. 제안하는 도구는 종이 블록을 조합하는 언플러그드 활동을 통해 알고리즘을 설계하고, 사진을 찍어 코드로 변환하여 실행된 결과를 확인할 수 있도록 개발하였고 초등학생을 대상으로 사용성을 검증하였다.
본 연구에서는 추상 도달가능성 그래프(ARG) 기반의 소프트웨어 모델체킹에서 그래프 탐색전략을 설정할 수 있는 새로운 방법을 제시한다. ARG의 여러 실행 경로를 하나로 묶어 모델체킹 성능을 향상시키는 기법인 블록 인코딩(Block Encoding) 기법을 활용하는 경우 기존의 기법들은 인코딩 전의 ARG에서 인코딩을 효과적으로 수행할 수 있는 탐색전략만을 고려하였을 뿐 실제 모델체킹의 성능을 좌우할 수 있는 인코딩 후의 ARG에 대한 탐색전략을 고려하지 못하는 문제가 있었다. 본 연구에서는 기존 연구에서 제시된 탐색 기법을 사용하여 블록 인코딩을 효과적으로 수행하는 동시에 인코딩된 후의 ARG에 대한 탐색 순서를 고려할 수 있는 이중 탐색전략 기법을 제시한다. 또한 탐색 순서의 변화가 모델체킹의 성능에 미치는 영향을 확인하기 위하여 제시하는 기법을 오픈소스 모델체킹 도구에 구현하고 벤치마크 실험을 수행하였으며 탐색전략이 달라지면 모델체킹의 성능이 달라지는 현상을 확인하였다.
고품질의 영상 압축기인 JPEG2000의 기본 압축 코덱인 EBCOT(Embedded Block Coding With Optimized Truncation)를 설계하였다. 영상 압축기에서 Context 추출 구현을 위하여 코드블록(Code block)으로 분할하고, 비트플랜(Bit-Plane)코딩을 했으며, 3가지 패스 그룹으로 분리한 후 ZC, RLC, MR, SC를 하였다. 산술부호화는 덧셈 연산과 쉬프트 연산만을 사용하는 MQ-coder를 사용하였으며, Context들의 누적 확률을 추정하여 테이블을 작성하였고, 압축데이터를 산출하였다. 영상 압축을 위한 엔트로피 코더의 하드웨어 구현은 VHDL를 이용하여 설계를 하고, Synopsys사의 논리 회로 합성 도구를 사용하여 합성을 하였으며, Altera사의 FLEX 10K250 Device를 이용하여 FPGA로 구현하였다.
고품질의 영상 압축기인 JPEG2000의 기본 압축 코덱인 EBCOT(Embedded Block Coding With Optimized Truncation)를 설계하였다. 영상 압축기에서 Context 추출 구현을 위하여 코드블록(Code block)으로 분할하고, 비트플랜(Bit-Plane)코딩을 했으며, 3가지 패스 그룹으로 분리한 후 ZC, RLC, MR, SC를 하였다. 산술부호화는 덧셈 연산과 쉬프트 연산만을 사용하는 MQ-coder를 사용하였으며, Context들의 누적 확률을 추정하여 테이블을 작성하였고, 압축데이터를 산출하였다. 영상 압축을 위한 엔트로피 코더의 하드웨어 구현은 VHDL를 이용하여 설계를 하고, Synopsys사의 논리 회로 합성 도구를 사용하여 합성을 하였으며, Altera사의 FLEX 10K250 Device를 이용하여 FPGA로 구현하였다.
2015 개정 교육과정에 따라 2019년 3월부터 초등학교 5~6학년 학생을 대상으로 소프트웨어 교육이 실시된다. 궁극적인 소프트웨어 교육의 목표는 컴퓨팅 사고력을 갖춘 창의 융합형 인재를 양성하는 것이다. 이를 위해 초등학교에서는 알고리즘과 프로그래밍의 체험을 통해 소프트웨어 기초 소양을 함양하는 것을 목표로 한다. 이러한 컴퓨팅 사고력을 수업에 효과적으로 적용하기 위해 전용주(2017)는 소프트웨어 및 컴퓨팅에 관련된 사고과정과 원리를 실생활의 소재와 관련지어 창의적이고 능동적으로 그 해결방안을 구현해가는 과정으로 제시할 수 있는 수업 구성 원리인 CT-CPS 수업 모형을 개발하였다. 또한 교육부는 2015 개정 교육과정 실시 전, 소프트웨어 교육을 위한 선도학교를 전국에 지정하여 운영하였다. 선도학교에서의 소프트웨어 교육과정을 분석한 결과 주로 컴퓨팅 사고력의 구성요소 중 알고리즘과 자동화에 초점이 맞춰져 있었다. 엔트리와 스크래치와 같은 블록 프로그래밍 도구를 사용한 코딩교육과 로봇교육을 주로 실시했고, 실제 문제에 대한 학생들이 자료를 직접 다루는 시간은 찾아보기 힘들었다. 컴퓨팅사고력 향상을 위해서는 학생들이 실제 자료를 수집, 분석, 표현해보는 활동이 반드시 필요하다. 이에 본 연구에서 NetsBlox을 활용하고자 한다. NetsBlox는 학생들에게 익숙한 블록형 프로그래밍 도구로 실제 데이터를 온라인상에서 쉽게 받아와서 수집, 분석, 표현을 하게 도와주는 역할을 한다. 따라서 본 연구에서는 초등학생을 위한 NetsBlox를 활용한 CT-CPS기반 프로그래밍 수업을 설계하고자 한다.
본 연구는 초등학교 수업에 가상현실을 도입하고 가상현실 콘텐츠를 제작하는 교육을 통해 가상현실 콘텐츠 제작을 수업을 진행한 반과 적용하지 않은 반의 수업 차이를 알아보고자 하였다. 이를 위해 K. A. P. 설문조사지를 작성하였고, 설문 진행 후 가상현실 콘텐츠 제작 교육의 효과를 분석하였다. 가상현실 콘텐츠 저작도구로는 코스페이시스를 활용하였다. 블록리(blockly) 기반 프로그램으로 코딩을 할 수 있어 학생들이 기능을 익히기에 어렵지 않았다. 현장 분석 결과 실천 영역에서 성과가 나타났다. 이 수업 운영 경험을 바탕으로 가상현실을 활용한 수업을 초등학교 현장에 적용하고 연구하는 방법을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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