본 연구는 국내 로봇활용 SW교육에 관한 최근 연구 동향을 분석하고, 로봇활용 SW교육 및 연구 시사점을 제안하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 최근 11년간 국내 학술지에 게재된 로봇활용 SW교육 관련 논문 108편을 대상으로 연구동향을 분석하였다. 연구결과, 국내 로봇활용 SW교육 연구는 점차 증가하는 추세이며, 연구방법은 개발연구가 가장 많이 이루어졌다. 과반수이상의 연구에서 초등학생을 대상으로 연구를 진행하였으며, 프로그래밍 도구로는 스크래치, NXT-G 등을, 로봇 도구로는 마인드스톰 시리즈, 피코크리켓 등을 활용하는 것으로 나타났다. 또한 로봇활용 SW교수설계 시 PBL, CPS 등의 교수설계 모형을 적용하였으며, 로봇활용 SW교육은 학습자의 인지적 정의적 영역의 향상에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구는 국내 로봇활용 SW교육의 교육적 가치를 확인하고, 향후 로봇활용 SW교육 연구의 방향성을 제공하였다는 점에서 의의가 있다.
기존 프로그래밍 교육은 내용과 방법, 대상에 대한 고려가 부족하였다. 특히, 초등학생에 적합한 교육은 거의 이루어지지 않아 교육현장에서 중요성이 점점 감소하게 되었다. 이러한 문제를 해결하고자 본 연구에서는 초등학생들에게 적합한 프로그래밍 교육 도구로서 MINDSTORMS의 활용을 제안하고, 학습자의 창의력에 미치는 효과를 검증하였다. 학교에서 적용 결과 학생들의 창의력 신장에 많은 도움을 주는 것으로 나타났다. 프로그래밍 교육의 목적은 단지 프로그래밍 언어의 이해가 아니라 문제해결력, 논리적 사고력, 창의력 신장에 두어야 한다. 또한, 학생들이 스스로 그들의 학습활동을 통제하고 능동적으로 문제를 해결할 수 있는 환경을 조성해 주어야 하며, 이러한 프로그래밍 교육에 MINDSTORMS은 매우 유용하고 적절한 도구가 될 수 있다.
7차 교육과정에서는 초등학교 실과교과에 로봇에 대한 내용이 교과에 포함되어 있다. 또한 각 기관의 영재 교육 기관에서도 로봇이용교육이 이루어지고 있다. 이는 로봇 이용 프로그래밍 교육은 학생들의 흥미도 향상과 창의력 향상에 이점이 있기 때문이다. 그러나 일부 학교에서 방과 후 교육에서 로봇교육을 일부 많이 실시하고 있지만 일반학생을 대상으로 한 로봇이용 교육은 활성화되지 못하고 있다. 특히 여학생의 경우에는 컴퓨터에 대한 친숙도가 남학생에 비해 낮은 편이다. 본 연구에서는 일반학생을 대상으로 한 로봇 이용교육 활성화 방안을 제시하기위한 기초 연구로 중등학생의 로봇이용교육의 실태를 분석한다. 특히 여학생들의 로봇 이용 교육에 대한 실태를 분석함을 목적으로 한다.
본 연구를 통해서 시도하려는 학습자 분석은 로봇 프로그래밍 학습활동에 참여한 학습자의 수업 참여 의도에 중점을 두고 있다. 따라서 학습자의 수업 참여 의도 분석을 위해서는 비즈니스영역에서 구매자 혹은 신기술 사용자를 대상으로 한 구매 또는 사용의도를 파악하기 위해 사용한 분석틀 인 TAM을 기반으로 하였고 여기에 플로우(flow)이론을 접목하여 학습자가 로봇 프로그래밍 수업에 참여하려는 의도에 영향을 주는 주요 요인들을 양적 분석 방법을 통해서 알아보고자 했다. 이를 검증하기 위해서 구조방정식의 한 방법인 PLS 분석을 통해서 양적 분석을 시도했다. 분석결과 '지각된 유용성', '지각된 용이성' 및 '플로우' 요인 모두가 학습자의 수업 참여의도에 유의미한 영향을 준다는 점을 확인했다. 종합적인 분석 결과 프로그래밍 수업에 대한 가치성에 대해서 학습자가 속한 집단 혹은 사회적인 공감대 형성과 더불어 교수-학습지원조직, 학습자를 고려한 학습과제 제시 등이 학습자의 프로그래밍 수업 참여의도에 실제적인 영향을 주는 것으로 파악되었다.
본 연구의 목적은 초등학교 교육과정에서 활용이 가능한 학습도구로서 프로그래밍이 가능한 로봇의 활용 방안을 알아보기 위함이다. 로봇은 다른 디지털 교구와는 달리 프로그래밍과 이를 통한 조작이 쉽다는 점에서 교수-학습목적의 차별화된 매체적인 특성을 갖는다. 이 연구에서는 초등학교 학생들에게 컴퓨터 프로그램의 핵심인 알고리즘을 가르치기 위한 도구로서 로봇게임프로젝트 개발을 통해 연구목적을 달성하고자 하였다. 본 연구에서 교구로 사용한 레고는 프로그래밍을 할 수 있는 환경을 갖추고 있으며, 중앙제어장치, 센서 및 모터세트를 기계적으로 조합하여 로봇을 만들 수 있다. 개발한 프로젝트는 학생들이 6차시 수업을 통해 3개의 과제를 해결하도록 하는 과정에서 이루어졌다. 이들 각각은 알고리즘의 기본적 원리들을 바탕으로 구성되었으며, 이 프로그램을 교실수업에 적용해 본 결과, 학생들이 상대적으로 학습의 즐거움을 경험하고 몰입의 효과가 나타났음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 일반적인 초등학교 교실에서 직접 로봇을 조작하는 활동이 학교교육활동에 새로운 가능성을 가져올 수 있음을 보여준 것이라고 하겠다.
STEAM이란 선진국에서 먼저 시작한 STEM에 예술을 융합시켜 창의적 사고를 증진하도록 의도된 다 학문적 교육 프로그램이다. STEAM은 다양한 학문들을 융합하고 연결하는 교육적인 활동들을 통해 학생들의 창의성을 유발할 수 있다. 본 연구에서는 로봇을 활용하여 과학, 기술, 수학, 미술, 음악의 STEAM 교육요소를 융합하였고 다음에 보다 흥미 있고 효과적인 방법으로 학생들의 창의성과 인성(협동과 의사소통에 초점)을 키우는 STEAM 기반 프로그래밍교육 프로그램을 개발하였다. 개발된 교육프로그램을 활용하여 서울소재 초등학교 6학년 학생들을 대상으로 수업을 진행하였다. 실험의 결과로 대부분의 학생들이 STEAM 기반 프로그래밍 교육과정에 참여한 후에 창의성과 인성부분에서 향상되는 결과를 보여주었다.
로봇 프로그래밍은 학습자에게 흥미를 부여할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 오류가 발생했을 때, 로봇의 하드웨어의 문제인지, 프로그램의 논리적 문제인지를 발견하기 쉽지 않다는 단점이 있다. 따라서 본 연구는 학습자가 로봇 프로그래밍에서 조립의 문제를 제외하여 프로그램의 문제해결에 집중할 수 있도록 지원하는 시뮬레이션 도구를 개발하고자 하였다. 또한 학습자의 수준을 고려하여 스케치한 로봇의 작동모습을 로봇에 직접 다운로드 하기 이전에 결과를 확인할 수 있도록 개발하고자 하였다. 본 연구는 초보학습자가 자신의 아이디어를 스케치하여 표현하고 시뮬레이션을 통해 결과를 확인할 수 있도록 하였다. 뿐만 아니라 프로그램을 조립된 로봇에 다운로드하여 실제 수행할 수 있는 Etoys기반 로봇 프로그래밍 도구를 개발하였다. 자동문과 같이 학습자가 일상에서 접하기 쉬운 환경에서 정보과학 원리가 어떻게 활용되고 있는지 스케치 기반 시뮬레이션을 통해 로봇으로 확인할 수 있는 도구라는 점에서 의미가 있다.
지금 현재 우리의 7차 교육과정에서 교육의 보조 도구로써 교실에서 사용될 수 있는 것은 별로 많지 않다. 그래서 EasyLab은 이 시점에서 좋은 도구가 될 수 있다. EasyLab은 컴퓨터에 익숙하지 않은 학생을 위한 CUI 프로그래밍 도구이며, 현재의 교육 과정에서 필요로 하는 창의성을 키우기 위한 한 도구로써 교실에서 사용될 수 있다. 사용하려만 먼저 학습자는 프로그래밍 아이디어를 생각하고 아이콘 기반의 EasyLab을 통하여 프로그래밍한다. 프로그래밍 후에 학습자는 로봇의 결과를 생각하고 토론할 수 있다. 만약 그 결과가 정확하지 않다면, 로봇은 피드백을 보일 것이다. 그러므로, EasyLab은 초보자를 위한 도구이며, 7차 교육과정에 적합한 도구이다. EasyLab의 특징 중 하나는 아이콘 기반의 흐름도 모델로 구성되어 있다는 것과 학습자는 입력과 출력 센스를 갖는 로봇을 이용해 실습할 수 있다는 것이다.
로봇은 지식기반사회에서의 요구하는 기초 능력과 문제해결력 함양을 위한 학습을 충족시켜줄 것으로 기대된다. 또한 로봇교육은 공학적으로 여러 기술이 관련되어 있으므로 통합적인 기초 교육이 가능하게 할 것이다. 그러나 학습 내용, 학습 방법 및 학습 교재에 대한 연구가 부족하므로 외국에서 실시하고 있는 로봇교육과정을 분석하였다. 해외 사례 분석 결과 로봇을 통해 기초 능력과 문제해결력을 함양하기 위한 교육목표를 체계적으로 달성하기 위해서는 학교 교육과정으로 운영되어야 하며 로봇의 특성과 관련된 과학, 수학, 기술, 공학의 내용 요소들을 추출하며 로봇소양에 대한 내용뿐만 아니라 로봇활용에 대한 내용으로도 구성해야 하며 로봇 창작 시스템을 이용하여 단순한 로봇 조립보다는 창작 및 프로그래밍의 과정이 이루어질 때 효과적으로 학습의 성과를 거둘 수 있을 것이다.
최근 대부분의 국가에서는 창의성 신장을 위한 경쟁력 있는 인재를 길러내기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 우리나라에서도 최근 개정된 2009 교육과정에서 '글로벌 창의인'을 학교교육이 추구하는 인간상으로 설정하여 미래를 대비하기 위한 교육을 추구하고 있다. 이에 창의성을 신장하기 위해 각 대학과 연구기관에서는 창의성을 신장시킬 수 있는 다양한 교육모형을 제시하고 있다. 창의성을 신장에 효과적인 교육적인 모형중 하나가 컴퓨터교육 분야이다. 특히 프로그래밍 교육은 창의성 교육에 효과적이라고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 SRD 프로그램 개발을 통하여 창의성 신장을 위한 프로그램을 제시하였다. SRD 프로그램은 스크래치 프로그래밍-로봇 프로그래밍-디지털 키트를 적용하여 창의성을 신장하고자 하는 교육모형이며, 브루너의 나선형 교육과정을 기반으로 개발되었다. 또한 창의성 신장을 위한 다양한 프로그램들이 증가하기를 제안하고 SRD 프로그램을 통하여 '글로벌 창의인'을 길러내는데 이바지하기를 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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