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도구 및 환경

도구 및 환경

효과적인 정보교육을 위한 교육용 프로그래밍 언어, 교육용 로봇, 피지컬 컴퓨팅, 퍼즐, 다양한 교육용 도구 및 환경이 개발되어 활용되고 있다.

교육용 프로그래밍 언어 (Educational Programming Language)

교육용 프로그래밍 언어는 초보 학습자를 위하거나 특정 교육 목적에 맞게 구성된 프로그래밍 언어를 의미한다.

위키백과의 정의에 따르면, 1) 유래에 따른 분류, 2) 수준에 따른 분류, 3) 목적에 따른 분류 로 구분되어 있다.

1) 유래에 따른 분류 : Assembly, Basic C, JAVA, Lisp, Scala, Smalltalk 등의 언어 기반으로 개발된 교육용 프로그래밍 언어이다. 

2) 수준에 따른 분류 : 어린이 부터 대학생까지 학생들의 수준에 따라 개발된 교육용 프로그래밍 언어이다.

3) 목적에 따른 분류 : 가르치려는 교육 목적에 따라 개발된 교육용 프로그래밍 언어이다. 

InC 연구실에서는 교육용 프로그래밍 언어 중에서, 두리틀, 이토이, 스크래치, 스냅! 의 한글화 작업 및 교육 콘텐츠를 개발하였다.

| 교육용 로봇 (Educational Robot)

교육용 로봇은 로봇 활용 방법에 따라 교사를 대신 또는 보조하는 교사용 로봇과 로봇 기술 자체를 교육하는 교구용 로봇으로 구분할 수 있다. 그 중에서 교구용 로봇은 로봇의 구조를 이해하고 디자인하여 만들거나, 로봇 동작을 위한 프로그래밍 과정을 통해 정보 교육의 목표를 달성하는 도구 이다.

교육용 로봇은 주로 모터를 이용하여 이동하는 로봇으로 구성되어 있으며, 다양한 교육용 프로그래밍 언어 또는 전용 프로그래밍 환경을 통해 로봇 동작을 제어하는 프로그램을 작성한다.

| 피지컬 컴퓨팅 도구 (Physical Computing Tools) 

최근에는 아두이노로 대표되는 오픈소스 하드웨어 기반의 마이크로 컨트롤러를 활용하여 프로그래밍 교육과 정보 교육에 활용하려는 시도가 늘고 있다. 피지컬 컴퓨팅은 인간과 기계, 기계와 기계간의 상호작용을 중심으로 입력-처리-출력의 과정을 물리적인 전자부품과 프로그램으로 구현하는 학습 주제이다. 피지컬 컴퓨팅 교육을 위한 도구로는 아두이노와 다양한 아두이노 호환 보드가 있으며, 센서 부품이 이미 장착되어 있는 피코보드, 헬로보드 등의 다양한 센서보드가 있다. 그 밖에 교육 목적에 맞게 구성한 다양한 보드가 활용되고 있다.

1. 아두이노(Arduino)는 오픈소스 프로토타입 플랫폼으로 2005년 초기 버전 발표, 텍스트 기반의 전용 아두이노 개발 환경을 이용하여 프로그래밍할 수 있다. 미디어아트나 디자인 분야에서 공학 지식이 없는 예술가를 대상으로 개발되었으나 초보 학습자의 교육용과 전문 개발자의 취미용으로 사용되면서 전세계적으로 확산되고 있는 추세이다. 오픈소스 하드웨어로서 전 세계적으로 다양한 아두이노 호환보드가 제작되어 판매되고 있다. 

InC 연구실에서는 연구재단의 지원으로 아두이노 호환보드인 꿀잼보드(HunnyFunny Board)를 개발하였고, 무상으로 해당 보드를 지원하는 활동도 진행하고 있다.

2. 리틀비츠(littleBits)는 프로토타이핑과 융합교육을 위해 MIT Media Lab 출신이 개발한 DIY 전자 키트이다. 납땜과 코딩 없이 모듈화된 전자 부품을 마치 레고 블럭을 조립하듯이 연결하여 자신만의 회로를 구성할 할 수 있으며, 59개의 모델로 판매하고 있다. 기본 키트는 10개의 모듈로 150,000가지의 회로를 구성할 수 있다. 유사한 형태로 국내 스타트업에서 개발한 bitCube 등이 있다.

3. 피코보드(Picoboard)는 MIT Media Lab에서 만든 센서보드로, 4가지 기본 센서와 확장 포트가 장착되어 있어 주변 환경을 센싱하여 스크래치와 같은 프로그래밍 언어에서 사용할 수 있는 보드이다. 유사한 형태의 해외에서는 전도성 성질을 이용한 인터페이스용 보드인 Makey Makey가 있고 국내에서는 헬로보드, 엔트리 센서보드, 로코보드 등이 있다.

4. 프리모(Primo)는 영국에서 개발된 텐저블 인터페이스 기반 키트로, 어린 학습자에게 기술과 과학을 쉽고 재미있게 접할 수 있도록 만들어진 프로그래밍 도구이다. 기본 키트는 방향을 나타내는 블럭을 순서대로 조립하여 2종 보행 로봇을 움직일 수 있다.

5. 마인드스톰(Mindstorms)은 LEGO와 MIT Media Lab 에서 10년여 걸쳐 공동 개발한 로봇 제작용 교육용 도구이다. 제어기와 센서, 모토 등의 로봇 모듈, 레고 블럭을 조합하여 로봇을 구성하고, 아이콘 기반 프로그래밍 환경을 사용하여 프로그램을 작성할 수 있다.

6. 라즈베리 파이(Raspberry Pi)는 영국 라즈베리 파이 재단에서 기초 컴퓨터 과학 교육을 위해 개발한 싱글보드 컴퓨터로, 2012년 초기 버전이 개발되고 현재 2세대 버전이 개발되어 있다. 1 세대 버전은 35달러로 저렴한 비용으로 모든 학생들에게 컴퓨터 하드웨어와 프로그래밍을 배울 수 있도록 운영체제와 교육용 프로그래밍 언어를 배포하고 있다.

| Non-Programming Resources (NPR) 

NPR는 프로그래밍을 하지 않고도 컴퓨터 과학의 주요한 입문 주제들을 가르치기 위한 목적으로 만든 도구를 의미한다. 따라서 NPR은 프로그래밍 및 프로그래밍이 아닌 모든 과정에서 이용할 수 있다. 도구의 형태로는 다양한 기술과 도구, 사례, 연습, 게임, 장난감, 교육학 모형 등을 의미하며 대표적으로 퍼즐과 CS Unplugged Activity 가 있다.

| 퍼즐(Puzzle)

퍼즐은 그 자체가 하나의 완전한 문제이며 특정한 주제보다는 사고력 중심의 학습을 유도할 수 있으므로 학생들은 퍼즐을 해결하는 과정에서 문제해결과정 전체를 경험하고 사고력을 계발하는 경험을 할 수 있다. 또한 퍼즐은 시각적으로 흥미를 유발하며 직접 조작하는 행위를 통해 집중력을 유지시키므로 인지능력이 비교적 낮은 초등학생들에게도 교수-학습 도구로서 매우 적합하다고 할 수 있다. 퍼즐은 일상생활에서도 손쉽게 구할 수 있으며 휴대가 간편하다는 장점뿐만 아니라 신체 활동과 사고 활동을 동시에 경험할 수 있다.

대학교에서는 컴퓨터 공학에 입문하는 신입생들을 대상으로 퍼즐기반 학습을 실시하고 있으며 이는 학생들의 흥미 유발과 동기 부여 측면 뿐 만 아니라 학생들의 비판적 사고 능력과 문제 해결 능력도 향상시키는 결과를 가져왔다. 이러한 결과를 미루어 보면 중등 정보교육과정에서도 퍼즐을 활용한 수업은 효과적일 것이다.

| 언플러그드 활동 (Unplugged Activity)

언플러그드는 컴퓨터과학의 원리나 개념을 쉽게 이해할 수 있도록 각종 하드웨어와 소프트웨어를 사용하지 않고 교재를 이용하여 배우는 활동으로, 1990년대 중반, 뉴질랜드에서 Tim Bell, Mike Fellows 그리고 Ian Witten에 의해 개발되기 시작되었다. 언플러그드 사이트에는 컴퓨터과학의 원리 별로 다양한 언플러그드 활동을 공개하고 있으며, 현재 국내에 공개되고 출판되어 활용되는 언플러그드 활동은 20여개이다. 그 밖에 다양한 컴퓨터 교육 연구자, 교육자들을 중심으로 새로운 언플러그드 활동을 개발하여 사용되고 있다.

InC 연구실에서는 2016년도 '놀이로 배우는 컴퓨터과학(이원규, 김자미 편역)' 교사용 학습지도서를 편역하여 출판하였다.

참고자료

* wikipedia. List of Educational Programming Language. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_educational_programming_languages

* 장정아, 차승은, 이원규(2009). 정보과학적 사고 기반의 퍼즐 교재 개발. 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집, 13(1), 181-185.

* 박신영, 김병욱, 차승은, 이원규(2011). 중등 정보교과에서 정보과학 원리 기반의 퍼즐 활용 방안. 컴퓨터교육학회 논문지, 15(1), 91-98.

* 한국컴퓨터교육학회(2015). 언플러그드 정리 보고서. 학회 연구 보고서 KACE-20150422.

* 이원규 외 (공역; 2010). Computer Science Unplugged 놀이로 배우는 컴퓨터과학, 서울 : 휴먼싸이언스