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학교전체 심화학습 모형에 기반한 로봇 영재교육 프로그램의 개발 및 적용
Reports NRF is supported by Research Projects( 학교전체 심화학습 모형에 기반한 로봇 영재교육 프로그램의 개발 및 적용 | 2011 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 이영준(한국교원대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number B00657
Year(selected) 2011 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2013년 10월 28일
Year type 결과보고
Year(final report) 2013년
Research Summary
  • Korean
  • 본 연구의 목적은 학교전체 심화학습 모형에 기반한 로봇 영재교육 프로그램을 개발하고 교육 현장에 적용하여 정보교과의 부재에서 기인한 정보영재교육의 기회의 폭이 일부 학생에게만 제한되어 재능 위주의 영재 선발 및 교육이 이루어지지 못하는 현 실태의 문제점을 극복하는 것이다. 누구에게나 영재성이 있다는 가정 하에 학생의 창의적 잠재력에 대하여 관심을 갖고 많은 학생들에게 다양한 기회를 제공해주어야 함에도 불구하고 현재까지의 영재교육은 창의적 성과, 학업적 능력을 위주로 선발하여 특별한 교육의 기회를 제공하는데 그치고 있는 것이 현실이다. 또한 교육용 로봇을 활용한 프로그래밍 교육은 학생들의 창의적 잠재력과 공학적 능력을 극대화할 수 있는 훌륭한 교수학습 도구임에도 불구하고 로봇 학습에 있어 조력자 역할을 해줄 수 있는 인력의 부족, 로봇 관리의 어려움 등으로 학교 교육과정에서 배제되어 왔다. 때문에 단 한 번도 로봇이나 컴퓨터 과학의 개념을 접해보지 않은 학생들이 존재하며, 잠재성을 가지고 있음에도 불구하고 경험의 부재로 인해 그 잠재성을 발현할 기회를 갖지 못하게 되는 것이 오늘날의 초등 영재교육의 현 주소라고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 학교 전체 심화학습에 기반한 로봇 영재교육 시스템을 개발하여 이를 통하여 전체의 학생이 로봇 프로그래밍을 경험할 수 있는 기회의 장을 마련하고 창의적 잠재력을 지닌 학생들을 선발하여 온, 오프라인 로봇 교육을 실시하였다. 이어 학교전체 심화학습 모형을 통한 로봇 프로그래밍 교육의 효과를 검증하고, 로봇 영재교육의 모델을 제시하였다.
    본 연구는 로봇 학습이 가지는 한계를 극복할 수 있는 실질적인 로봇 교육의 출발점이 될 수 있을 것이다. 또한, 컴퓨팅적 사고 능력과 같은 복잡한 실세계의 문제해결력 향상을 꾀하며, 학습자의 복잡한 인지 기술과 메타 인지 기술 향상을 위한 전략들을 효과적으로 제시함으로써 고차원의 학습 지원이 가능하다. 또한, 교육용 로봇이나 교육용 프로그래밍 언어를 활용한 교육 방법을 제시함으로써 학습 과정에서 겪는 학습자의 인지적 부담 감소 및 동기 유발이 가능할 것이다. 정보 분야에서 탁월한 성취를 보이는 아동을 선발하여 특별한 교수 지원을 제공하는 정보영재교육은 반드시 필요한 교육이라고 볼 수 있다. 하지만 초등학교 학습자의 특성을 고려하여 창의적 잠재성을 바탕으로 충분한 기회가 제공될 수 있는 시스템이 선행되어야 한다는 것은 초등 정보영재교육이 가져야 하는 필수적인 조건에 해당할 것이다.
    학교전체 심화학습 모형을 통한 로봇 교육은 전체 학생을 대상으로 교육을 진행하고 그 중 선발된 학생들을 대상으로 심화학습을 진행하는 형태이기 때문에 서로 학습한 내용을 공유할 수 있을 뿐만 아니라, 학생들 상호간의 의사소통 및 상호작용을 촉진하는 역할도 기대할 수 있을 것이다. 이러한 특성들은 호기심이 왕성하고 과제 집착력이 뛰어난 정보영재 학생들뿐만 아니라 일반 학생들에게 까지 더 없이 좋은 학습 체계로 자리 잡게 될 것으로 전망하고 있다.
    본 연구에서는 학교전체 심화학습 모형 로봇 영재교육 실시하기 위한 학습 내용을 다음과 같은 기준으로 선정하였다. 로봇 영재교육은 로봇 기술력, 창의성, 문제해결력 증진을 위한 긍정적인 측면을 가지고 있으나, 학생들의 학습에 직접적인 도움이 되는 학습 전이력을 가질 수 있는 프로그램의 개발이 필요하다. 이를 위하여 내용 구성 단계에서는 교과통합 로봇 프로그래밍 교육 내용을 구성하였고, 초등학교 학습자의 지식 통합을 위하여 초등학교 전 교육과정과 초․중등 정보통신기술운영지침, CSTA 컴퓨터 교육과정의 내용 영역에 대한 분석을 통하여 학문적 위계를 수립하였으며, 국내외 로봇 경진대회를 조사하고 도전과제를 면밀하게 검토하는 과정을 거쳐 로봇 영재교육을 위한 교수학습 콘텐츠를 제작하였다.
    학교전체 심화학습 모형의 효과성을 극대화하고 로봇 영재교육이 가지는 문제점들을 보완하기 위하여 온, 오프라인 교육을 병행하는 블랜디드 러닝을 실시하였다. 공통학습 내용과 심화학습 내용을 구분하여 온라인 교육을 실시할 것이며, 학교전체 심화학습 위원회를 통하여 학부모 교육훈련, 교사 연수를 병행하여 학교 조직 전체가 로봇 프로그래밍 활동에 조직적으로 참여할 수 있는 체계를 조성하였다. 본 연구에서 개발한 학교전체 심화학습 모형에 기반한 로봇 영재교육 프로그램은 초등학교 한 곳에 2차년도 1학기와 2학기에 걸쳐 적용하였다. 적용 결과는 일반적인 창의적 체험활동을 진행한 동질한 집단과 비교 분석하여 효과를 검증하였다. 검사 도구는 창의성 발현과 관련된 요인들에 대한 연구 중 창의적 잠재력을 구성하고 있는 사고양식, 성격, 그리고 직접적인 아이디어 생성 행동의 세 가지를 측정하고 이를 토대로 창의적 잠재력 검사를 통하여 결과를 도출하였다.
    실험 결과 재능반 및 영재아들의 경우 학교전체심화학습 모형에 기반한 로봇활용 프로그래밍 학습을 수행한 재능반 아이들이 창의적 사고와 아이디어 생성 행동에서 유의한 향상을 보였고, 일반학생들인 경우에도 창의적 성격과 아이디어 생성 행동에 유의한 향상을 보였다. 이는 본 모형의 적용을 통하여 재능반에 포함된 학생들이 일반 아동과 함께 활동하며 창의적 사고력을 요구하는 활동과 더불어 새로운 아이디어를 생성하기 위한 행동에 보다 집중하였으며, 일반 아동은 사고력보다는 창의적 성격 및 상호작용적 활동이 보다 필요했음을 시사한다고 볼 수 있다.
    본 연구에서는 우수한 학업적 능력을 가진 학생들을 선발하여 특별한 교육과정을 제공하는 기존의 영재교육과는 달리 교육과정 수정과 심화학습 위원회를 통하여 전체 학생들이 로봇활용 프로그래밍 활동을 경험할 수 있도록 체계를 만들고 재능 집단을 선발하여 교육을 진행하였다. 그 결과 재능집단 학생과 일반 학생 모두에게 로봇활용 프로그래밍 분야에서의 창의적 잠재력 향상이라는 긍정적인 효과를 줄 수 있다는 결론을 도출하였다.
  • English
  • The purpose of the study was to develop gifted and talented education with robot based on in-depth study model of the whole school to be applied to education field and to overcome the problem that gifted and talented selection and education based on talent was not realized because opportunity of informatics education was restricted to only few students because of absence of informatics subjects in regular curriculum. Even though diverse kinds of opportunity should be offered to many students with interest in their creative potentiality under a premise that everybody has giftedness, the present gifted and talented education offers a special opportunity of education to students selected according to creative performance and academic ability. In addition, programming education with educational robot has been excluded from school curriculum because of a lack of human resources to play a role as an assistant in robot learning and difficulty in robot management in spite of a good teaching-learning tool to maximize students' creative potentiality and engineering ability. Therefore, there are elementary school students who have not met the concept of robot or computer science. It is the current state of today's elementary gifted and talented education that they don't have an opportunity to manifest their potentiality because of a lack of experience even though they have potentiality.
    So the study developed a system for gifted and talented education with robot based on in-depth study of the whole school to make an opportunity for letting the students of the whole school experience robot programming, and to carry out on/off line robot education by selecting students with creative potentiality. In addition, the study tried to verify an effect of robot programming education through an in-depth study model of the whole school and to apply it to a model of gifted and talented education with robot.
    The study may be a starting point of practical robot education to overcome a limitation of robot learning. In addition, the study can support high-level learning by raising problem-solving ability of complicated real world such as calculative thought ability and suggesting strategies to raise learners' complicated cognitive skill and meta cognitive skill effectively. The study will also reduce learners' cognitive burden and make motivation possible in the process of learning by suggesting an educational method with educational robot or educational programming language. Information special education offering special teaching support by selecting children with special achievement in the field of information is a necessary education. But it is a necessary condition of elementary information special education that a system to offer enough opportunity on the basis of creative potentiality, considering elementary school learners' features.
    As robot education through in-depth learning model of the whole school progresses education with the students of the whole school and also progresses in-depth learning with the selected students out of the whole students, students can share contents learned by themselves through the robot education that plays a role of promoting communication and interaction among them. It is expected that such features will secure their position as the best learning system for general students as well as students of information special education who are full of curiosity and have good tenacity for tasks.
    The study selected learning contents to carry out gifted and talented education with robot through in-depth learning model of the whole school with the following standards. Gifted and talented education with robot has an affirmative side such as raising robot technology, creativity and problem-solving ability, but it is necessary to develop a program with learning transference ability to give students a direct help. To be so, the study composed contents of robot programming education of combined subject in the content composition stage and established an academic rank through analysis on the content range of the whole curriculum of elementary school, elementary/middle school information communication technology guidelines and CSTA computer curriculum. And the study manufactured teaching-learning contents for gifted and talented education with robot by going through channels to investigate domestic/foreign robot competitions and to review challenges minutely.
    The study carried out blended learning with on/off-line education to maximize effectiveness of in-depth learning model of the whole school and to make up for problems of gifted and talented education with robot. The study carried out on-line education by separating in-depth learning contents from common learning contents and made a system that the whole school could participate systematically in robot programming activities with teacher training. The gifted and talented education with robot based on in-depth learning model of the whole school developed by the study was applied to an elementary school. The study verified an effect of the applied results by comparing/analyzing general creative experience activities with a group of the same quality. Through test tools, the study measured three kinds- thinking style, personality and direct behavior of idea creating that compose creative potentiality out of study on factors related to creativity manifestation- and induced results through creative potentiality test on the basis of the three kinds.
    As a test result, the study could see that talent-class students who performed programming learning with robot based on in-depth learning model of the whole school out of experimental group 1 and comparative group 1 for talent class and gifted children had a significant improvement in creative thought and idea creating behavior, and that experimental group 2 and comparative group 2 for general students had a significant improvement in creative personality and idea creating behavior. The study could also see that talent-class students concentrated more than general students on behaviors to create new ideas with activities needing creative thinking skills, working with general students, through application of the model and that general students needed rather creative personality and interactive activities than thinking skills.
    Unlike the existing gifted and talented education selecting students with good academic ability and offering special educational curriculum, the study made a system that the whole students could experience programming activities with robot and progress education with the selected talent group. As a result, the study arrived at a conclusion to give both talent-group students and general students an affirmative effect of raising creative potentiality in the field of programming with robot.
Research result report
  • Abstract
  • 교육용 로봇을 활용한 프로그래밍 교육은 학생들의 창의적 잠재력과 공학적 능력을 극대화할 수 있는 훌륭한 교수학습 도구임에도 불구하고 로봇 학습에 있어 조력자 역할을 해 줄 수 있는 인력의 부족, 로봇 관리의 어려움 등으로 학교 교육과정에서 배제되어 왔다. 때문에 단 한 번도 로봇이나 컴퓨터 과학의 개념을 접해보지 않은 학생들이 존재한다. 정보영재 잠재성을 가지고 있음에도 불구하고 경험의 부재로 인해 그 잠재성을 발현할 기회를 갖지 못하고있는 학생들이 존재한다.
    이에 본 연구에서는 학교전체심화학습에 기반한 로봇 프로그래밍 교육 시스템을 개발하여 이를 통하여 전체 학생이 로봇 프로그래밍을 경험할 수 있는 기회의 장을 마련하고 창의적 잠재력을 지닌 학생들을 선발하여 온, 오프라인 로봇 교육을 실시하였다. 이어 학교전체심화학습 모형을 통한 로봇 프로그래밍 교육의 효과를 검증하고, 로봇 영재교육의 모델을 제시하였다.
  • Research result and Utilization method
  • 본 연구에서는 학교전체심화학습에 기반한 로봇 프로그래밍 교육 시스템을 개발하여 이를 통하여 전체 학생이 로봇 프로그래밍을 경험할 수 있는 기회의 장을 마련하고 창의적 잠재력을 지닌 학생들을 선발하여 온, 오프라인 로봇 교육을 실시하였다. 이어 학교전체심화학습 모형을 통한 로봇 프로그래밍 교육의 효과를 검증하고, 로봇 영재교육의 모델을 제시하였다.

    본 연구를 통해 제시되는 결과물의 활용분야 및 활용방안은 다음과 같다.
    1) 활용분야
    - 초등학교에서 영재 교육을 진행할 때 교수 학습을 위한 방법론 및 모델을 제공
    - 초등정보영재 교육에 있어 로봇 교육의 내용, 방법적 측면에서 교수 활동 지원
    - 시도교육청 / 영재교육원 초등정보영재 교원직무 연수에 활용 가능
    2) 활용방안
    - 초등정보영재 교육에 관심을 갖는 국가기관 및 대학, 연구소, 학교 등에서 진행하는 향후 연구의 방향을 설정
    - 컴퓨터 과학 관련 전공 교수 및 학생 뿐 아니라 다양한 전공 분야의 교수, 학생들에게 체계적인 초등정보영재 교육을 위한 교수 학습 방법 및 도구, 모형, 지원 시스템 개발 방안을 제시할 수 있음
    - 초등 예비교사 교육과정에 활용 가능할 뿐 아니라, 개정된 초․중등학교 정보 교육과정에 적합한 교수 학습 모형 및 지원 시스템으로 학교 현장 교육에서 활용 가능한 교육 프로그램 제공
  • Index terms
  • 교육용 프로그래밍 언어, 로봇 기반 프로그래밍 교육, 설계기반연구, 아이디어 생성행동, 정보영재교육, 창의성, 창의적 사고, 창의적 잠재력, 컴퓨터 과학, 컴퓨팅적 사고 능력, 컴퓨터 소양, 학교전체심화학습
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