Real-Time FRP을 이용한 로봇 프로그래밍 교육과정 개발 = The Design of Robot Programming Curriculum Using Real-Time FRP

국문 초록 (Abstract)

학교에서 현행되는 로봇 제어 프로그램 언어로는 그래픽 아이콘 형태로 된 프로그래밍, C, QBASIC 등이 사용되나 이러한 언어들은 전문계 고등학교에서 수업에서 실행 되기에는 문제점들이 있다. 그래픽 아이콘 형태는 단순하고 제한된 형태의 제어만 가능하고 C나 QBASIC와 같은 고급언어는 구문과 라이브러리 함수까지 배워야 하므로 배우는 것이 까다롭다. RT-FRP(Real-Time Functional Reactive Programming)는 로봇 제어를 목적으로 개발된 특수목적 프로그래밍 언어(Domain Specfic Language)로서 로봇 제어에서 요구되는 시간의 표현, 어떤 외부 환경의 자극에 따라 반응하는 기능을 프로그래밍 언어 구문으로 설계되어 있으며, 구문적으로 매우 간단하고 구문 자체를 이용하여 로봇제어를 할 수 있다. 적은 구문으로 프로그램이 가능하고 고급 수준의 프로그래밍 언어 구문을 이용함으로써 사용자에게 프로그래밍을 하는데 탁월한 효과를 줄 수 있다. 이에 이 논문에서는 국내에서 처음으로 RT-FRP를 이용하여 전문계 고등학생들을 위한 로봇 교육과정을 개발하고자 한다.
이 논문에서 RT-FRP와 로봇교육에 대해 소개하고 교육과정 개발부분에서 교육의 목표와 내용선정에 대한 설명하고 교육과정을 설계한 후 로봇 프로그램이 수업시간에 진행되는 방법을 설명 한다.
C언어로 작성한 로봇 프로그램으로 수업을 하였을 경우보다 RT-FRP로 수업을 하였을 경우 얻을 수 있는 기대효과로는 가독성을 높여 프로그램을 이해하는데 효율성이 높고, 포인터 값의 변환을 고려하지 않음으로써 프로그램을 만드는 난해함을 감소시킬 수 있으며, 수업을 진행할 시에 일어나는 잦은 프로그램의 수정을 할 때 드는 수고를 감소시킬 수 있고, 프로그램의 합성이 용이함이 수업의 난이도를 학습자 별로 지정할 수 있다. 이와 같은 효과는 학습자에게 기존의 프로그램 수업의 난이도의 부담을 줄여서 프로그래밍 학습의 흥미를 높일수 있는 긍정적인 결론에 도달 한다. 이러한 장점들을 이용하여 RT-FRP을 이용한 로봇프로그래밍 수업은 학습자에게 재미와 흥미를 부가시켜 현재의 교수-학습보다 우월한 학습효과를 얻을 것으로 사료 된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We study programming languages for robot control and teaching curriculum for novice users in the highschool level. Currently, C, QBASIC, and simple graphic languages are widely used, but graphic languages are too simple and C and QBASIC are considered to be too tricky. As a matter of fact, learning C programming itself could be a burden to novices. Moreover, C language lacks some essential features of robot control such as time control and reaction, where those are expressed as libraries rather than C language syntax.
As an adequate alternative, we propose RT-FRP for an educational language for robot control. RT-FRP, a domain specific language for robot control based on Haskell, represents time control and reaction to external environment as language syntax rather than libraries. The syntax is small, well-abstracted, but good enough to manipulate most required functions in robot control. These features of RT-FRP are considered to suit our purpose of educational programming languages for robot control.
In this work, we suggest a curriculum of robot programming in highschool level, which constructs fifteen lectures of one hundred minutes. The contents of this curriculum, designed on the basis of Tyler educational model, cover various practical examples. Simplicity and good abstraction features of RT-FRP could help students to understand robot programming intuitively and comfortably.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 목적 1
• Ⅱ. 이론적 배경 3
• 1. RT-FRP 3
• 1.1. FRP 3
• 1.2. RT-FRP 5
• 2. LEGO MINDSTROMS 8
• 3. 로봇 교육에 관한 연구 10
• 3.1. 로봇 프로그래밍 교육의 효과 10
• 3.2. 로봇 교육의 활용 가치 10
• 4. 고등학교 로봇 교육과정 12
• 4.1. 성격 13
• 4.2. 목표 13
• 4.3. 내용 13
• 4.4. 교수학습 방법 14
• 5. 전문계 고등학교 로봇 관련 학과 현황 15
• Ⅲ. 교육과정 개발 16
• 1. 로봇 프로그래밍 교육 목표 설정 16
• 2. 로봇 프로그래밍 교육내용 선정 및 조직 16
• 3. 로봇 프로그래밍 교육내용 17
• 4. 로봇 프로그래밍 학습 모형 21
• 4.1. 라인트레이서 수업 22
• 4.2. 구현 환경 구축 26
• 4.3. 프로그래밍 예시 27
• 4.3.1. 라인트레이서 예시 29
• 4.3.2. 월 팔로우 프로그래밍 예시 34
• Ⅳ. 결론 및 기대효과 38
• 참고문헌 40
• ABSTRACT 42
• 부록 44