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[과학교육연구]초등학교 로봇 특성화반의 효율적인 지도방안에 관한 연구

Ⅰ. 서론1. 연구의 필요성로봇이란 인간과 같이 운동기능과 지능을 종합적으로 갖춘 범용의 기계라고 할 수 있다. 현재의 로봇이라는 기계 생명체는 고대에서부터 전해지고 있다. 1920년 체코슬로바키아의 작가 카렐 차펙이 그의 '로섬의 만능로봇'에서 로봇이라는 말을 처음으로 사용하게 된다. 현재 우리가 자주 접할 수 있는 로봇이라는 말의 원형이다.21세기는 로봇의 시대라 불릴 만큼 전 세계적으로 획기적인 기술발전이 이루어지고 있다. 특히 컴퓨터 기술의 발달과 새로운 재료와 소재의 개발에 힘입어 새로운 변혁의 시대를 맞이하고 있다. 이러한 발전은 사회 전체의 틀과 삶의 방식까지 바꾸어 가고 있다. 이에 우리에게 다가오는 이러한 변화에 적응하기 위해서 우리는 기술적 소양을 길러야 하고 이러한 교육이 학교에서 이루어져야 한다는 것이다. 학교에서 이루어지는 기술교육에서 이러한 것들이 다루어지고 있지만 그 변화의 속도를 따라가기에는 역부족인 것 같다. 초등기술교육에서 담아야 할 교육 내용은 그 시대의 나아가 미래 기술의 세계를 경험하고 기술적 이해와 판단능력을 지녀야 한다. 기술을 올바르게 받아들이고 수용하는 문제는 단지 기술을 기술로 보지 않고, 인간과 조화된 기술적 산물을 기대할 수 있기 때문이다.가장 빠른 발전을 보이고 있는 로봇산업기술은 우리의 삶을 바꾸는 가장 중요한 역할을 하고 있다고 할 수 있다. 예전의 산업용으로 쓰였던 로봇시장은 우리 실생활에 밀접하게 다가오고 있으며, 인간과 거의 흡사하게 생각하고 행동하는 로봇의 출현도 멀지 않았다. 현재 세계 각 국에서 이러한 활동을 활발히 진행하고 있다. 또한 방송매체를 통해서도 아동들에게 쉽게 아주 가까이 접하는 기회가 늘어나고 있는 실정이다. 이러한 상황에서 현재보다 현재의 아동이 성장하여 생활할 미래에 더욱더 중요하다고 할 수 있다.그만큼 미래에 생활화 될 로봇을 이해하기 위한 기초 지식과 그것을 다루기 위한 기본 능력의 배양은 중요하다고 할 수 있다. 따라서 로봇에 대한 지식과 기술을 가르쳐야 할 시기가 도래했하는 목적을 수행하기 위하여 스스로 느끼고, 판단하고, 행동하는 지능을 가진 기계 장치로 정의한다.나. 교육용 로봇이 연구에서의 교육용 로봇은 기술적 사고력, 기술적 이해력 등을 중심으로 한 초. 중등학생들의 기술적 교양을 체험시켜 주기 위한 교육적 목적을 가지고 개발된 로봇을 의미한다.다. 특성화반본 연구에서의 특성화 교육은 교과 특기자 및 특기 ? 적성 분야별 우수한 인재 육성을 위한 인적 ? 물적 인프라 구축과 특성화된 교육 프로그램 운영으로 우수 인재를 육성하고, 학교 밖 사교육 욕구를 학교 내로 흡수하여 특성화 프로그램의 저변 확대로 희망하는 학생에게 참여기회를 제공하는 것을 의미한다.6. 연구의 범위와 한계이 연구는 현재 로봇 특성화반은 운영 중인 한 학교의 사례를 바탕으로 프로그램을 개발한다. 그러나 그것의 적용은 사례를 연구한 학교가 아닌, 다른 학교를 대상으로 해야 할 것이다. 사례를 연구한 학교는 이미 로봇 특성화반을 운영하고 있기 때문에 새로운 체계의 프로그램 구현 및 효과 확인이 사실상 불가능하기 때문이다. 따라서, 프로그램의 투입은 다른 학교를 대상으로 하되, 최대한의 변인 통제를 위하여 F검증법의 ‘공분산분석법’을 실험에 사용할 것을 미리 밝혀두는 바이다.또한 전국 및 세계에 분포하는 사례를 최대한 수집하여 프로그램을 개발하는 것이 최선의 방법이지만, 여건상 불가능하다는 것도 한계점으로 보아야 할 것이다.7. 개념적, 본질적 가정로봇 특성화반 운영에 있어서 시설 및 예산 등 교육 여건이 중요한데, 이 연구에서는 프로그램 개발에 초점을 두었기 때문에, 기타 여건은 충분히 마련되어 있다는 가정 하에 연구에 임한다.Ⅱ. 문헌조사1. 로봇의 개념가. 로봇의 어원과 정의원래 로봇이란 용어는 체코의 유명한 극작가 카렐 차펙(Karel Capek)이 1920년에 쓴 희곡 「R.U.R (Rossum’s Universal Robots)」에서 처음 소개되었다. 로봇의 어원은 Robota로 체코어로 강제적 노동 또는 노예를 뜻한다. 이 희곡은 로봇들이 자이면서 작가인 Issac Asimov(1920.1.2.-1992.4.6)에 의해 1942년에 발간한 단편 Runaround에서 최초로 사용되었다. 그리고 1950년에는 장편소설인 'I Robot' 을 발간했는데, 이 책에서 Asimov는 로봇의 행동에 관한 3원칙을 제안했다.제1원칙 : 로봇은 인간에게 해를 끼쳐서는 안 되며, 위험에 처해 있는 인간을 방관해서도 안 된다.제2원칙 : 로봇은 인간의 명령에 반드시 복종해야만 한다. 단, 제1법칙에 거스를 경우는 예외다.제3원칙 : 로봇은 자기 자신을 보호해야만 한다. 단, 제1법칙과 제2법칙에 거스를 경우는 예외다.이러한 로봇 공학의 3원칙은 절대적이라고 보기에는 어렵다. 그동안 많은 시간이 지났고 과학 기술의 놀라운 발전으로 인해 새롭게 인식되어지고 다시 정의되어야 하지만 로봇을 연구하고 로봇을 개발하려고 하는 우리들에게 로봇과 인간의 관계를 정리하는데 많은 시사점을 주고 있다.다. 로봇의 구성요소로봇이 작동하기 위하여 기본적으로 여러 가지 기계적인 메카니즘에 의하여 로봇 몸체와 여러 가지 구성요소에 의하여 이루어진다. 로봇의 구성요소중, 액츄에이터(actuator)는 로봇 시스템의 근육과 같은 역할을 하여 동작을 만드는 것으로서 전기, 유압 등의 동력으로 움직이는 것이고, 매니퓰레이터(manipulator)는 몇 개의 관절로 이루어진 팔모양의 장치를 말한다. 엔드 이펙터(end effector)는 매니퓰레이터의 선단부에 위치한 대상물에 일을 하는 장치로서 그리퍼, 용접토치, 도색용 노즐 등이 있다. 센서(sensor)는 물리적인 현상이 입력되어 전기적인 신호가 출력되는 일종의 변환기(transducer)이고, 제어기(controller)는 로봇 시스템을 동작하는데 따른 제어를 하는 것이다.2. 로봇의 교육적 활용의 가치최유현(2002)은 초등 기술교육의 미래 교육 내용의 구성 전략 연구에서 그 여섯 번째로 ‘실과교육의 초등기술교육 내용은 새로운 첨단 기술의 이해를 과감히 도입하고, 우리의 전통 기술도 조화롭게 ‘자신감(근면성)과 열등감’의 선택의 기로에 있는 어린이들에게 자신감을 심어주는데 긍정적 기여를 할 것이다.이상의 논의에서와 같이 로봇의 교육적 활용은 지적, 정의적, 심동적 영역에서 기술과 세계를 인식하는 유의미하고 흥미 있는 교육활동으로 자리 잡을 가능성이 크다고 판단된다.3. 로봇의 활용 범위로봇은 기계와 전자, 컴퓨터, 정보통신등의 최첨단 기술의 집합체로써 이러한 모든 분야의 기술이 고도로 집적된 21세기의 두뇌산업이다. 하나의 로봇이 탄생하기 위해선 수학과 물리학 등의 기초 학문의 기반과 위에 기술한 첨단공학 그리고 창조력과 응용력이 필수로 요구되는 것이다.이러한 첨단기술의 집합체인 로봇에 대해 배운다는 것은 관련된 모든 과학기술분야의 지식을 습득하는 것 이외에도 어린아이들에겐 창의력과 응용력을 길러주는 새로운 형태의 교육. 학습방법이기도 하다.기존의 눈으로만 보고, 귀로만 듣던 교육은 어린이들에게 효과적인 학습이 되지 못한다. 직접 사물을 보고, 탐색하는 과정에서 자연스럽게 습득하고 경험을 쌓아 나가며, 지적능력을 확대, 발전시킬 수 있다. 로봇을 활용한 교육은 바로 이러한 직접적인 경험과 또한 로봇이라는 흥미로운 주제를 통하여 학습의욕을 고취시킴으로써 기존교육의 문제점을 보완할 수 있을 것이다.로봇의 활용은 지금까지 산업, 의료, 해양, 우주, 교통, 레저, 의료, 가정, 교육 등 거의 전 분야에 걸쳐서 활용되고 있고 앞으로도 더욱 그 활용의 폭이 넓어지고, 기술의 수준도 높아질 전망이다.4. 선행연구에는 학생의 모집 및 선발 과정부터 지도계획, 예산 운영 등 구체적인 특성화반 운영 사례가 나타나 있다. 이는 특성화반 ‘운영’에 관한 구체적인 사례를 확인할 수 있지만, 정작 수업 운영의 핵심인 ‘학습지도 프로그램 개발’에 관해서는 체계적인 언급이 되어있지 않다.에서는 구체적인 교육 프로그램 개발에 중점을 두고 있으나, 그 대상이 일반적인 아동에 국한되어 영재아동 등의 다양한 요구 수준을 반영하지 못하고 있다는 한계점이 드러난다.Ⅲ. 방법과 절차1ee와 Rudnitski(1995)는 주제 중심 통합 교육과정을 개발하는 모형을 다음과 같이 10단계로 나누어 제시하였다. 주제 중심 통합 교육과정 개발 모형1단계는 어느 한 시점에 어떤 사람들로부터 또는 사회의 어떤 교육적 요구가 있는 조사한다. 2단계는 요구조사 후 교육과정을 조직하는데 있어 중심이 되는 주제를 결정한다. 3단계는 선정된 주제를 학습사기에 알맞은 토픽들을 여러 교과에서 찾아낸다. 4단계는 선정된 토픽과 개념을 정당화하여 나타낸다. 5단계는 학생들이 통합과정으로 학습한 후에 보여야 할 학습결과를 넓은 범위에 걸쳐 진술한다. 6단계는 학습목표를 보면서 프로젝트를 구상한다. 7단계는 프로젝트별로 활동계획을 작성한다. 8단계는 학습시간 계획을 세운다. 9단계는 평가 방법과 평가의 준거를 결정한다. 10단계는 통합 교육과정의 효율성, 타당성 등을 평가한다.(4) 주제 중심 통합 교육의 교수 모형신헌재와 강충역(1998)은 주제 중심 통합이란 어떤 한 주제를 중심으로 다양한 학습경험들을 교과의 요구 학생의 흥미, 사회의 요구를 반영하여 선정, 조직하고 학생 주도의 활동을 통한 학습을 유도함으로써 전인적 발달을 도모하는 과정이며 과정 중심의 교육이라고 말한다. 주제 중심 통합교육의 교수 모형(5) 최유현(2003)의 교육 로봇 프로그램 모형로봇을 주제로 한 교육 프로그램은 문제해결 사고에 바탕을 둔 교육 프로그램으로 문제 중심의 교육 활동을 구안하는데 초점을 두고 로봇 교육프로그램은 교육 내용으로서의 ‘문제 중심의 교육 내용 모형’과 교육방법으로서의 ‘문제해결 전략’의 두 모형을 개발하였다. 최유현(2003)의 로봇교육 프로그램 모형나) 로봇 학습 프로그램 컨텐츠(1) 현재 개발되어 있는 로봇의 종류 및 특성(2) 초등학생을 대상으로 한 수업 도입에 적당한 로봇의 조건(3) 효율적인 로봇 교육을 위해 적절한 내용 및 교수학습 자료다. 전문가 평가 연구1) 전문가에 의한 평가프로그램에 대하여 개발 목적과 학생들의 발달과 흥미에 맞도록 개발되었는지 전문가를

교육학| 2006.06.16| 20페이지| 2,000원| 조회(1,062)

과학교육, 로봇, 초등교육, 지도방안, 특성화반

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