학교 교육에 적합한 피지컬 컴퓨팅 교육용 보드 개발 및 적용

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학교 교육에 적합한 피지컬 컴퓨팅 교육용 보드 개발 및 적용 by Mind Map: 학교 교육에 적합한 피지컬 컴퓨팅 교육용 보드 개발 및 적용

1. 서론

1.1. 연구의 필요성

1.2. 연구 문제 및 방법

1.3. 용어의 정의

2. 관련 연구

2.1. 피지컬 컴퓨팅 시스템

2.2. 사용성에 따른 보드 분류

2.2.1. 사용성 단계 : 교육용 보드

2.2.2. 중간 단계 : 메이키메이키, 아두이노, 마이크로비트, 라즈베리파이

2.2.3. 높은 단계:리틀비츠, 레고 마인드스톰

2.3. 교육용 보드 선정 기준 관련 연구

2.3.1. 안전성

2.3.2. 주제의 호환성

2.3.3. 발달단계와의 관련성

2.3.4. 다기능 지원

2.3.5. 사용성

2.3.6. 교육과정과의 관련성

2.3.7. 경제적 효율성

2.3.8. 서비스

2.3.9. 내구성

2.4. 학교 교육과정에서의 피지컬 컴퓨팅

2.4.1. 국내 교육과정

2.4.1.1. 2015 개정 교육과정 - 중학교, 고등학교 컴퓨팅 시스템 영역의 피지컬 컴퓨팅

2.4.2. 해외 교육과정

2.4.2.1. 미국

2.4.2.1.1. CSTA 2011(Level 1,2,3A(K-6~12)), K-12 Computer Science Framework(2016)

2.4.2.2. 영국

2.4.2.2.1. 2014 영국 컴퓨팅 교육과정 Key Stage 1,2,3

2.5. 피지컬 컴퓨팅 교육의 어려움

2.5.1. 설계 어려움

2.5.2. 선택 어려움

2.5.3. 구조화 어려움

2.5.4. 사용 어려움

2.5.5. 이해 어려움

2.5.6. 정보 어려움

3. 피지컬 컴퓨팅 교육 어려움 분석

3.1. 수업 사례 분석

3.1.1. 수업 설계

3.1.1.1. 1단계 : 예제로 배우기

3.1.1.2. 2단계 : 수정하며 배우기

3.1.1.3. 3단계: 새롭게 만들기

3.1.2. 수업 적용

3.1.2.1. S1 : 피지컬 컴퓨팅 소개-H/W:LED, 전자공학 기초, 2h, 직접 교수법

3.1.2.2. S2 : 예제1: LED 스탠드 만들기-H/W:LED, Pushbutton, PhotoResistor, 4h, 직접 교수법

3.1.2.3. S3 : 예제 2 : 움직이는 양 만들기 - H/W : Servo Motor, Potentiometer, 8h, 직접교수법

3.1.2.4. S4 : 다양한 입출력장치 만들기 - H/W: LED, Motor, buzzer, sensoe(tilt, sound, temp, ultrasonic, touch, piezo), 6h, A직접교수법, B문제기반탐구학습

3.1.2.5. S5 : 팀 프로젝트- 팀별 프로젝트 제작 및 발표, 8h, 프로젝트 기반 학습

3.2. 어려움 인식 조사 및 분석(5점 리커트 척도)

3.2.1. 중학생(19명:남13,여6) 대상 어려움 분석

3.2.1.1. 개발과정

3.2.1.1.1. 전자부품 명칭 어려움

3.2.1.1.2. 저항값 확인 어려움

3.2.1.1.3. 전자회로 연결 어려움

3.2.1.2. 디버깅 과정

3.2.1.2.1. 전자회로 오류 찾아 수정 어려움

3.2.2. 고등학생(39명 : 남 36, 여 3) 대상 어려움 분석

3.2.2.1. 회로 구성

3.2.2.1.1. 회루 구현 가능성 예상

3.2.2.1.2. 회로 구성의 문제점 발견

3.2.2.1.3. 회로 구성의 문제점 해결

3.2.2.1.4. 전자 회로 재연

3.2.2.2. 전자부품 활용

3.2.2.2.1. 전자 부품의 동작

3.2.2.2.2. 디지털/아날로그 입출력

3.2.2.2.3. 부품 보호

3.2.2.3. 전자회로 이론

3.2.2.3.1. 기본 개념

3.2.2.3.2. 법칙

4. 피지컬 컴퓨팅 교육용 보드 개발

4.1. 요구사항 분석

4.1.1. 연구 절차 및 범위

4.1.1.1. 학생, 교사 대상 요구사항 분석 설문 문항 제작

4.1.1.1.1. (5점 리커트 척도, 이유 및 해결 방안 서술식으로 작성)

4.1.1.2. 피지컬 컴퓨팅 교육 경험이 있는 학생(고등학생 39명), 교사(10명) 대상

4.1.1.3. 요구사항 조사 결과 분석하여 설계 가이드 도출

4.1.2. 조사 설계

4.1.2.1. 첫 인상

4.1.2.2. 회로 구성의 용이성

4.1.2.2.1. 보드와 부품 연결

4.1.2.2.2. 전자부품 활용

4.1.2.2.3. 회로 구성 시간

4.1.2.2.4. 회로 디버깅

4.1.2.3. 호환성

4.1.2.4. 경제성

4.1.2.5. 휴대성

4.1.2.5.1. 보드 크기

4.1.2.5.2. 보드 회로 공유

4.1.3. 조사 결과

4.2. 보드 설계 가이드

4.2.1. 첫 인상

4.2.2. 전자 회로 구성의 용이성

4.2.3. 전자부품 활용의 용이성

4.2.4. 호환성

4.2.5. 가격 경쟁력

4.2.6. 휴대성

4.3. 보드 개발

4.3.1. 보드 설계

4.3.2. 보드 개발

4.4. 회로 구성 예시

4.5. 사용성 평가

4.5.1. 대상 : 고등학생 44(남41, 여3), 프로그래밍 경험자 38, 모든 학생이 피지컬 컴퓨팅 경험 없음

4.5.2. 수업 2h, 사용성 평가, 인터뷰

4.5.3. 사용성 평가도구 : 10개 문항, 5점 리커트 척도

4.5.4. 평가도구 준비->수업 설계 및 진행->사용성 평가->인터뷰->결과분석

5. 피지컬 컴퓨팅 교육용 보드 적용

5.1. 수업 설계

5.1.1. 짧은 시간 내에 목표 달성, 피디컬 컴퓨팅을 처음 배우는 중학생 대상, 따라하기, 수정하기, 새로 만들기 수업 모형 반영

5.1.2. 도입 : 피지컬 컴퓨팅 소개, 피지컬 컴퓨팅 제작과정 소개, 보드 및 전자부품 소개

5.1.3. 예제 1 : RGB LED 모듈소개, 파란색 켜기(따라하기), 발간색 켜기(따라하기), 녹색 켜기(수정하기), 깜박이기(따라하기), 핑크색으로 깜박이기(따라하기), 원하는 색으로 깜박이기(수정하기)

5.1.4. 예제2: 조도센서 모듈 소개, 조도센서 값 확인하기(따라하기) 조도센서로 LED 켜고 끄기(수정하기)

5.1.5. 프로젝트 : 나만의 LED 전등 만들기

5.2. 수업 적용 및 결과

5.2.1. 대상 : 1차 중학교 2학년 43명(남25,여18), 2차 중학교 3학년 42명(남 42명)

5.2.2. 만족도, 난이도

6. 목적

6.1. 학교 교육에서 피지컬 컴퓨팅 교육 적용시 어려움을 분석하고, 교사와 학생의 요구사항을 반영한 교육용 보드 개발