로봇 동아리 프로그램 적용에 의한 배틀 로봇 제작 교육과정 개발 = Development of the battle robot fabrication curriculum applied by the robot club activities program

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

[ABSTRACT]

Development of the Battle Robot Fabrication Curriculum Applied by the Robot Club Activities Program

Ho-kwon Lim

Major in Information Security Engineering
The Graduate School of Hansei University
Gyeonggi, Korea


Advisor: Professor Seung-jung Shin, Ph. D.


For the efficient education of robots in technical high schools, this research intends to develop a curriculum that is necessary for organizing a robot club for the students interested in robots and for making a battle robot for a competition. For the purpose, this paper abstracted contents from the courses of robots and electronic machinery that can be applied to the manufacturing of a battle robot, and applied them to the manufacturing of a robot. And then, it corrected or compensated the problems found in the process of making a robot, and then, developed a curriculum. For the development of a curriculum, ‘the web model’ of Forgarty's integrated curriculum models was basically used, and as the model for curriculum development, Nicholls (1978)'s circulating curriculum development model was used. Details of this research are summarized as per the below:
First, the battle robot was chosen as a strategy to improve the existing robot education given by technical high schools because it is related with various knowledge and functions in terms of engineering and students can have the feeling of accomplishment and cultivate self-confidence while designing and making a robot. Therefore, by examining many competitions held in Korea and abroad and literatures, this paper defined a battle robot whose definition is quite vague, classified it into an edutainment robot, and searched educational values of the manufacturing of a battle robot in technical high schools.
Second, a robot is recently attracting attention as a future technology and the necessity for training professionals of the robot industry is being raised. Under this circumstance that the paradigm of the industrial society is being changed as described above, '2007 curriculum revision' was made and from this revised curriculum, this paper analyzed the courses of 'basics of robots' and 'manufacturing of robots'. Along the trend that high schools of special skills are being reformed to robot-related courses and that robots-used classes are being expanded in elementary, middle, and high schools to increase the effects of education, this paper analyzed the current status of robot education in Korea and also analyzed various educational programs related with robots and foreign cases.
Third, in order to develop the curriculum of making a battle robot, this research used a robot club for an experiment. In the first round of the experiment, this paper abstracted the contents related with the manufacturing of a battle robot from the government-designated and recognized books of national robot curriculum and robot classes contained in '2007 curriculum revision'. Based on this abstraction, it developed the first curriculum for the manufacturing of a battle robot, made a battle robot, and participated in a robot competition. In the second round, it found out any problems with the manufacturing of a robot in the first round, corrected and compensated the problems, and developed the curriculum of the second round. In addition, applying the curriculum developed in the second round, it made a new battle robot and participated in a robot competition. In the third round, in the same way, it found out any problems with the second round, corrected and compensated the problems, and finally developed the curriculum suitable for the manufacturing of a battle robot. It made a robot based on the curriculum and participated in a robot competition.
This research was initiated from the thinking that education of robots, which started with the new establishment of a robot class in '2007 curriculum revision' and with the reform in technical high schools to robot classes, remains in the level of learning the characteristics and theories of robots based on the textbooks of robots without escaping from the existing frame of departments, or is concentrated on the education of manufacturing simple robot educational tools or kits or on the given programs. As a robot attracts attention as a future technology, Korea activates the education of robots, so it is expected that manufacturing a battle robot will become not only a tool for field education, but also a tool for maximizing the educational effects of robot classes and relevant professional classes in technical high schools.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 공업계 고등학교에서 효율적인 로봇교육을 위하여 로봇에 관심과 흥미가 있는 학생들을 대상으로 로봇 동아리를 조직하고, 경진대회용 배틀 로봇을 제작하는 데 필요한 교육과정을 개발하고자 하였다. 이를 위해 공업계 고등학교 로봇 교과 및 전자기계계열 교과 중에서 배틀 로봇 제작에 적용 가능한 학습내용을 추출하여 로봇 제작에 적용하였으며, 여기서 도출된 문제점을 수정･보완하여 교육과정을 개발하였다. 교육과정 추출을 위해 Forgarty의 통합 교육과정 모형 중 ‘거미줄형 모형’을 기본으로 하였으며, 교육과정 개발 모형은 Nicholls(1978)의 순환적 교육과정 개발 모형을 적용하였다. 본 연구의 내용을 요약하면 다음과 같다.
첫째, 배틀 로봇은 기존 공업계 고등학교에서 실시하고 있는 로봇 교육을 개선하기 위한 하나의 전략으로 선택하였으며, 이는 공학적으로 여러 가지 지식과 기능이 관련되고, 설계･제작을 직접 체험하면서 오는 성취감, 자신감 등을 심어줄 수 있기 때문이었다. 이에 본 연구에서는 다양한 국내외 경진 대회와 문헌 고찰을 통해 다소 모호한 용어인 배틀 로봇을 정의하고, 에듀테인먼트 로봇으로 구분하였으며, 공업계 고등학교에서 배틀 로봇 제작이 갖는 교육적 활용 가치를 탐색하였다.
둘째, 최근 로봇이 미래의 기술로 주목 받게 되고, 로봇 산업의 전문 인력 양성의 필요성이 제기되는 등 산업사회의 패러다임이 변화함에 따라 개정된 ‘2007년 개정’ 교육과정 중에서 ‘로봇 기초’와 ‘로봇 제작’ 교육과정을 분석하였다. 또한, 전문계 고등학교에서 로봇관련 학과로의 개편이 증가되고, 초중등학교에서도 교육의 효과를 높이기 위해 로봇을 활용한 수업이 확대되고 있는 추세에 따라 국내 로봇 교육에 대한 현황을 분석하고, 로봇과 관련된 각종 교육 프로그램과 외국의 사례를 분석하여 정리하였다.
셋째, 배틀 로봇 제작 교육과정을 개발하기 위해 로봇 동아리를 실험대상으로 하였다. 실험연구 제 1라운드에서는 전문가와 교사에 의해 ‘2007년 개정’ 교육과정에서의 국가 수준 로봇 교육과정 및 로봇 교과와 관련된 국정 및 인정 도서 중 배틀 로봇 제작과 관련된 내용을 추출하여 배틀 로봇 제작을 위한 1차 교육과정을 개발하였으며, 이를 적용하여 배틀 로봇을 제작하고, 로봇 경진대회에 출전하였다. 제 2라운드에서는 1라운드를 통해 나타난 로봇 제작의 문제점을 도출하고 이를 수정･보완하여 2라운드의 교육과정안을 개발하였다. 또한 제 2라운드에서 개발된 교육과정안을 적용해 새로운 배틀 로봇을 제작하고 경진대회에 참여하였다. 같은 방식으로 제 3라운드에서는 제 2라운드의 문제점을 도출하고 수정･보완하여 최종적으로 배틀 로봇 제작에 적합한 최종 교육과정을 개발하였고 이를 적용하여 로봇을 제작하고 경진대회에 출전하였다.
이 연구는 ‘2007 개정’ 교육과정에서 신설된 로봇 교과와 함께 일선 공업계 고등학교의 로봇 관련학과 개편으로 시작된 로봇 교육이 기존 학과의 틀을 벗어나지 못하고, 로봇 교과서를 이용해 로봇의 특징과 이론을 아는 수준에 머물거나 단순 로봇 교구나 키트의 제작 및 프로그램 교육에 치중하고 있다는 생각에서 시작하게 되었다. 로봇이 미래의 기술로 주목받게 됨에 따라 우리나라에서도 로봇 교육이 활성화되고 있는 지금, 배틀 로봇 제작이 학생들에게 체험 교육의 도구가 될 뿐 만 아니라, 공업계 고등학교에서 다루는 로봇 교과목 및 이와 관련된 전문 교과목의 교육효과를 극대화할 수 있는 도구가 될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 논문 개요 ⅰ
• 표 목차 ⅴ
• 그림 목차 ⅶ
• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 내용 5
• 3. 용어의 정의 6
• 4. 연구의 제한점 8
• Ⅱ. 이론적 배경 10
• 1. 로봇 동아리 활동 10
• 2. 배틀 로봇(battle robot)의 개념 12
• 3. 교육과정 분석 24
• 4. 전문계 고등학교 로봇 관련 학과 현황 66
• 5. 공업계 고등학교 학습자의 특성 75
• 6. 로봇 활용 교육 77
• 7. 로봇 경진대회 현황 99
• Ⅲ. 연구 방법 107
• 1. 연구 절차 107
• 2. 로봇 전문가 선정 준거 110
• 3. 연구 대상 111
• Ⅳ. 배틀 로봇 제작 교육과정 개발 및 적용 115
• 1. 제 1라운드 115
• 2. 제 2라운드 119
• 3. 제 3라운드 126
• Ⅴ. 결론 및 제언 135
• 1. 결론 135
• 2. 제언 137
• 참고 문헌 139
• Abstract 148
• 부록 152
• 표 목 차
• <표 Ⅱ-1> 로봇의 상세 분류 14
• <표 Ⅱ-2> 로봇의 활용 분야에 따른 분류 16
• <표 Ⅱ-3> 제7차 교육과정과 ‘2007년 개정’ 교육과정 비교 32
• <표 Ⅱ-4> 배틀 로봇 제작 관련 교과와 공업계 계열별 기준학과 및 전문교과 편제 33
• <표 Ⅱ-5> ‘로봇 기초’ 과목의 내용 체계 36
• <표 Ⅱ-6> ‘로봇 제작’ 과목의 내용 체계 46
• <표 Ⅱ-7> ‘로봇 재료’ 과목의 내용 체계 55
• <표 Ⅱ-8> ‘로봇구조 일반’ 과목의 내용 체계 56
• <표 Ⅱ-9> ‘로봇 설계’ 과목의 내용 체계 57
• <표 Ⅱ-10> ‘로봇 제작’ 과목의 내용 체계 58
• <표 Ⅱ-11> ‘로봇 기초’ 과목의 내용 체계 59
• <표 Ⅱ-12> ‘지능형 로봇 유비쿼터스’ 과목의 내용 체계 60
• <표 Ⅱ-13> ‘로봇 제어 시스템’ 과목의 내용 체계 61
• <표 Ⅱ-14> ‘산업용 로봇’ 과목의 내용 체계 62
• <표 Ⅱ-15> ‘모션 제어’ 과목의 내용 체계 63
• <표 Ⅱ-16> 배틀 로봇 제작에 적용 가능한 로봇관련 전문교과 내용 분석 64
• <표 Ⅱ-17> 전국 전문계 고등학교 로봇관련학과 현황 66
• <표 Ⅱ-18> 서울로봇고등학교 자동화로봇과 주요교육과정 69
• <표 Ⅱ-19> 서울로봇고등학교 로봇제어과 주요교육과정 70
• <표 Ⅱ-20> 서울로봇고등학교 마이크로로봇과 주요교육과정 70
• <표 Ⅱ-21> 서울로봇고등학교 로봇재료과 주요교육과정 71
• <표 Ⅱ-22> 양영디지털고등학교 디지털로봇과 주요교육과정 75
• <표 Ⅱ-23> 마이로봇의 교육과정 93
• <표 Ⅱ-24> 국제 로봇 경진대회 현황(로봇종합지원센터) 99
• <표 Ⅱ-25> EBS 로봇파워 개요 104
• <표 Ⅱ-26> 대한민국로봇대전 개요 105
• <표 Ⅱ-27> 국제로봇컨테스트 개요 106
• <표 Ⅲ-1> 연구 세부 추진 과정 109
• <표 Ⅲ-2> 전문가 선정 일정 110
• <표 Ⅲ-3> 로봇 전문가 구성 111
• <표 Ⅲ-4> 로봇 동아리 학생 선발 기준 113
• <표 Ⅳ-1> 제 1라운드 교육과정 116
• <표 Ⅳ-2> 제 1라운드 교육과정을 적용한 로봇 ‘트라이앵글Ⅰ’ 117
• <표 Ⅳ-3> 제 1라운드 후 설문지 결과 120
• <표 Ⅳ-4> 제 2라운드 교육과정 121
• <표 Ⅳ-5> 제 2라운드 교육과정을 적용한 로봇 ‘트라이앵글Ⅱ’ 122
• <표 Ⅳ-6> 제 2라운드 교육과정을 적용한 로봇 ‘트라이앵글Ⅰ(v2.0)’ 124
• <표 Ⅳ-7> 제 2라운드 후 설문지 결과 127
• <표 Ⅳ-8> 제 3라운드 최종 교육과정 128
• <표 Ⅳ-9> 제 2라운드 교육과정을 적용한 로봇 ‘하늘 天’ 130
• <표 Ⅳ-10> 제 2라운드 교육과정을 적용한 로봇 ‘땅 地’ 132
• 그림 목차
• [그림 Ⅱ-1] Forgarty의 교육과정 통합 방법 27
• [그림 Ⅱ-2] Tyler의 교육과정 개발 모형 27
• [그림 Ⅱ-3] 순환적 교육과정 개발 모형 28
• [그림 Ⅱ-4] 최유현(2003)의 로봇교육 프로그램 모형 29
• [그림 Ⅱ-5] 주제 중심 통합 교육과정 개발 모형 30
• [그림 Ⅱ-6] 레고 마인드 스톰 NXT 79
• [그림 Ⅱ-7] Pico사의 PicoCriket Kit 80
• [그림 Ⅱ-8] VEX Robotics Kit 81
• [그림 Ⅱ-9] Parallax사의 Basic STAMP와 Manual 82
• [그림 Ⅱ-10] Fischertechnik System 83
• [그림 Ⅱ-11] Roamer Robot 84
• [그림 Ⅱ-12] Roborobo의 키트를 이용해 제작할 수 있는 로봇 86
• [그림 Ⅱ-13] Roborobo의 프로그램 모듈제어 칩의 형태와 예제 87
• [그림 Ⅱ-14] 로보티즈의 로봇 키트: 바이올로이드(Bioloid) 89
• [그림 Ⅱ-15] 이노메탈이지 로봇의 로봇 키트와 소프트웨어 : ER-6 90
• [그림 Ⅱ-16] 미니로봇의 로봇 키트 : 배틀키즈 키트 91
• [그림 Ⅱ-17] 미니로봇의 로봇 키트 : 로보노바 91
• [그림 Ⅱ-18] 로보빌더의 로보키트 : Huno 92
• [그림 Ⅱ-19] EBS 로봇파워 웹페이지 104
• [그림 Ⅱ-20] 제6회 대한민국로봇대전 웹페이지 105
• [그림 Ⅱ-21] 2009 국제로봇컨테스트 웹페이지 106
• [그림 Ⅲ-1] 배틀 로봇 제작 교육과정의 개발 절차 108
• [그림 Ⅲ-2] 로봇 동아리 학생 선발 절차 112
• [그림 Ⅳ-1] 제 1라운드 로봇 경진대회 출전 119
• [그림 Ⅳ-2] 제 2라운드 로봇 경진대회 출전 126
• [그림 Ⅳ-3] 제 3라운드 로봇 경진대회 출전 134