아두이노 프로젝트 교육을 위한 블록 언어 라이브러리 번역기 = Block Language Library Translator for Arduino Project-Based Learning

국문 초록 (Abstract)

2018년부터 진행된 소프트웨어 교육의 의무화와 더불어 피지컬 컴퓨팅을 활용한 프로젝트 교육이 확산하고 있다. 2015 개정 교과서 중 6종의 교과서에서 아두이노를 사용하고 있지만, 학교 현장에 적용하기 어렵다는 시각이 많다. 이는 크게 두 가지 이유 때문이다. 첫 번째 이유는 아두이노가 학생들이 프로그래밍, 전기 회로, 임베디드 지식을 짧은 수업 시간 동안 이해해야 되기 때문이다. 두 번째 이유는 현재 아두이노 교육 방안들이 프로젝트 기반 학습에는 부적합하기 때문이다. 본 논문에서는 이러한 아두이노 교육의 문제점을 해결하기 위한 번역기를 개발하였다. 제안 번역기는 C++ 언어 아두이노 라이브러리를 블록 언어 라이브러리로 변환하는 번역기이다. 제안 번역기를 사용하면 아두이노 API 스타일을 따르는 모든 라이브러리를 블록 언어로 사용할 수 있다. 번역기의 교육적 효능을 측정하기 위해 실제 수업에 적용하여 설문으로 실험을 진행하였다. 그 결과 제안 번역기를 적용한 집단의 실습 과제 최종 완성도가 기존 C++ 언어만을 교육받은 집단보다 33% 향상되었고, 블록 언어만 교육받은 집단보다 20% 향상되었다. 또한, 학습 동기를 조사한 결과 C++ 언어를 교육받은 집단보다 45% 향상되었고 블록 언어를 교육받은 집단보다 17% 향상되었다. 즉, 제안 번역기를 사용하면 C++ 언어나 블록 언어만을 이용한 교육보다 현장 적용에 효과적임을 알 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ 서론 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
• Ⅱ 관련 연구. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
• 2.1 블록 언어. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
• 2.1.1 블록 언어란?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
• 2.1.2 교육용 블록 언어 종류 . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
• 2.1.3 블록 언어 등장 이유 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
• 2.2 피지컬 컴퓨팅 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
• 2.2.1 피지컬 컴퓨팅의 의의 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
• 2.2.2 피지컬 컴퓨팅의 효과 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
• 2.3 아두이노의 의미와 교육적 효용. . . . . . . . . . . . . . . . 11
• 2.3.1 아두이노란?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
• 2.3.2 아두이노 IDE와 프로그래밍 언어 . . . . . . . . . . 12
• 2.3.3 아두이노의 다양한 보드. . . . . . . . . . . . . . . . . 14
• 2.3.4 아두이노와 라이브러리 . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
• 2.3.5 아두이노의 교육적 효용. . . . . . . . . . . . . . . . . 15
• 2.4 교육용 아두이노 툴 발식과 종류별 그 한계 . . . . . . . . 16
• 2.4.1 교육용 아두이노 툴. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
• 2.4.2 S4A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
• 2.4.3 TinkerCad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
• 2.4.4 엔트리. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
• 2.4.5 mBlock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
• 2.4.6 SimBA-PLT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
• Ⅲ 아두이노 라이브러리 변환 번역기 설계 및 구현 . . . . . . . 22
• 3.1 도구 분석. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
• 3.1.1 C++ 언어 라이브러리. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
• 3.1.2 mBlock 버전과 모드 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
• 3.1.3 mBlock 라이브러리 구조 . . . . . . . . . . . . . . . . .25
• 3.1.4 mBlock의 블록 표현 방법 . . . . . . . . . . . . . . . . 28
• 3.1.5 아두이노 라이브러리 API 스타일 . . . . . . . . . . . 29
• 3.2 아두이노 블록 라이브러리 번역기 설계 . . . . . . . . . . . 30
• 3.2.1 전체 구조 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
• 3.2.2 토큰 표현 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
• 3.2.3 JSON 형식 표현 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
• 3.2.4 JavaScript 형식 표현 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
• 3.3 아두이노 블록 라이브러리 번역기 구현 . . . . . . . . . . . 34
• Ⅳ 실험 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
• 4.1 번역 성능 측정. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
• 4.2 설문조사. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
• 4.3 실험 결과 및 고찰. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
• 4.3.1 번역 성능 측정 결과 분석 및 고찰. . . . . . . . . . . 39
• 4.3.2 설문 결과 분석 및 고찰 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
• 4.4 향후 연구 계획 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
• Ⅴ 결론 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43