아두이노를 활용한 프로그래밍 교육방안 탐구 및 적용 = The Development and Application to Computer Programming Education using Arduino

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Information skills are core competencies in order to develop human resources in the knowledge-based society. There was a lot of research in order to improve more information skills. In this study, We paid attention to Arduino open-source electronics prototyping platform based on flexible, easy-to-use hardware and software. Arduino can be great educational materials also. Because It can link to Scratch, S4A and Modkit like Educational Programming Language(EPL) with ease. The purpose of this study is develop and apply to computer programming education using Arduino. To achieve this purpose Arduino model, teaching-learning lesson plan and e-Textbook were developed. This teaching-learning lesson plan was applied in the actual elementary school 6th grade classroom teaching for 10 class-hours in the fall semester 2012. The data from the questionnaires were analyzed by SPSS/WIN 17.0. The result of this study showed that computer programming education using Arduino is possible in the regular elementary school curriculum as a STEAM and in the Creative Experiential Activity with e-Textbook. It also showed the developed computer programming education using Arduino have positive possibilities in Learning attitude, Problem-solving, Academic interest and Flow of learning. finally this study introduce a new way to educate computer programming using Arduino.

국문 초록 (Abstract)

지식기반사회에서는 인적자원의 개발ㆍ관리ㆍ활용이 국가경쟁력을 결정하는 주요 요인으로서 그 중요성이 더욱 부각되고 있다. 지식기반사회에 부응하는 교육이라면 학생들로 하여금 얼마나 창의적인 지식을 창출해낼 수 있고, 정보화에 대처할 수 있도록 지도하느냐라는 문제가 중요한 관건이 된다. 2009 개정 교육과정을 통해 정보 교과는 논리적, 절차적 사고를 향상시키기 위해 알고리즘과 프로그래밍 교육을 정보 교과의 내용에 추가하였다. 단순히 컴퓨터라는 도구를 사용할 수 있는 컴퓨터 소양 습득에서 벗어나, 컴퓨터 과학의 기본 개념과 원리를 습득하여 논리적, 절차적 사고를 통해 일상생활 문제를 효율적인 알고리즘으로 해결하는 능력을 습득하는데 그 의의가 있기 때문이다. 이러한 정보 교육의 목표 달성을 위해 문제해결 방법과 절차단원을 교육과정에 도입하였고, 프로그래밍을 통해 이를 구현하도록 하였다.
아두이노는 간단한 입출력 보드에, 프로세싱 언어에서 사용했던 개발 환경을 합친 오픈소스 피지컬 컴퓨팅 플랫폼이다. 아두이노 보드를 사용해 독립형 인터랙티브 장치를 개발할 수 있고 컴퓨터와 연동할 수도 있다. 특히 이 아두이노는 교육용 프로그래밍 언어인 스크래치와도 연동이 되고 스크래치와 비슷한 방식의 다른 프로그램을 이용하여 프로그래밍을 할 수 있기 때문에 초등학교 프로그래밍 교육의 재료로 손색이 없다.
따라서 본 논문에서는 지식기반사회를 이끌어 나갈 인재를 육성하는 데 있어서 없어서는 안 될 정보 관련 핵심 역량 요소를 강화하기 위하여 가장 필요한 교육적 요소를 가미할 수 있는 아두이노를 활용한 프로그래밍 교육 방안에 대해 탐구하고, 이를 토대로 아두이노 모형과 실제 현장에서 활용 가능한 교수 학습 과정안 그리고 e-Textbook을 개발한 후 초등학교 고학년 학생에게 이를 적용하여 그 효과를 검증하였다.
인천광역시에 소재한 S초등학교 6학년 1개 학급 26명을 대상으로 하여 5주에 걸쳐 10차시 분량으로 블링 블링 입체 생활 미술이라는 주제로 아두이노 활용 프로그래밍 교육을 진행하였으며 교육 활동을 통해 학생들에게 형성된 창의성, 학습태도, 문제해결력, 학습흥미, 학습 몰입도를 검증한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
첫째, 교과 교육과정을 활용한 STEAM 교육을 통하여 아두이노 활용 프로그래밍 교육이 가능하다. 둘째, 창의적 체험활동을 이용하여 e-Textbook을 가지고 아두이노 활용 프로그래밍 교육이 가능하다. 셋째, 아두이노 활용 프로그래밍 교육을 통하여 학습태도, 문제해결력, 학습흥미, 학습몰입 요소를 함양할 수 있는 가능성을 확인하였다. 넷째, 정보교육에서 기존의 EPL을 활용한 프로그래밍 교육방법 이외에 새로운 방식의 아두이노 활용 프로그래밍 교육을 소개 하였다.

목차 (Table of Contents)

• < 목 차 >
• I. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 1
• 2. 연구의 목적 4
• 3. 연구의 내용 5
• 4. 용어의 정의 5
• 5. 연구의 제한점 6
• Ⅱ. 이론적 배경 7
• 1. STEAM 교육 7
• 2. 프로그래밍교육 13
• 3. 아두이노 19
• Ⅲ. 아두이노 활용 프로그래밍 교육 설계 24
• 1. 교육과정 분석 및 교육 설계의 방향 24
• 2. 아두이노 모형 개발 25
• 3. 교수 학습 지도안 개발 30
• 4. e-Textbook 개발 35
• Ⅳ. 적용 결과 및 분석 38
• 1. 연구 대상 38
• 2. 연구 설계 38
• 3. 연구 도구 39
• 4. 연구 적용의 실제 42
• 5. 적용결과 및 분석 43
• Ⅴ. 결론 및 제언 49
• 1. 결론 49
• 2. 제언 51
• 참고문헌 52
• 부 록 56
• ABSTRACT 98