로봇 메이킹 프로젝트 with Microbit + AM001 Board
🍀로봇 공학 교육 프로젝트는 왜 시작되었는가?
인공지능이 대중화 되고, 많은 사람들이 관심을 갖고 있는 요즘입니다. 그런 과정에서 진지하게 '공학' 과 'IT' 수업을 어떻게 진행해야 할지 고민이 됩니다. 우연히 2022년 '로봇과 공학생활'이라는 교과서를 집필하게 되는 기회를 갖게 되었습니다. 일반계 진로 심화 교과 중 유일하게 '로봇'이라는 단어게 들어가는 교과서 입니다. 준 선생님과 KTETA 권 회장님, 현 서울시과학관의 나동O선생님, 서울 기술공학 연구모임 염회장님, 그리고 전 서울 기술공학 연구모임 정회장님, 수원외고의 지정O선생님과 마지막으로 한국 로봇의 아버지 한재O박사님과 집필을 하게 되었습니다.
이런 과정에서 근무하는 교육기관에서 토요일 오전 '로봇공학교육'을 시도해 보면 좋겠다는 오퍼를 받았습니다. 런모어의 하찮은 지식이 드러날지 모르는 상황에서 두려움 반 기대 반으로 시작된 공학 교육 필드의 도전이었습니다. 부족하지만 '꾸준한'현장 연구 및 적용이 저의 장점이기 때문에 용기를 가지고 시작한 교육입니다.
수업을 잘 준비하여도 언제나 '실패'를 느낍니다. 하지만, 실패 후 성찰하고, 수정 보완 후 다시 도전하는 과정에서 한 교실의 소박한 교육은 조금더 나아지리리는 희망을 기대해보니다.
로봇 교과서(로봇과 공학생활) 집필 중
존경하는 한교수님의 친필 사인을 받고
프로젝트를 시작합니다.
🍀프로젝트를 기록하다
어떤 수업을 진행하든지, 학습자가 그 과정을 스스로 기록할 수 있는 '자료'를 남기는 것을 중요하게 생각합니다. 이유는 '기록'이라는 것은 누군가를 위하여 '기여'하는 행위이기 때문입니다. 따라서, 제 수업에서는 제작의 과정보다 더 중요하게 생각하는 것은 '스스로 생각하고, 그 과정을 기록'으로 남기는 것입니다.
아래는 '로봇 프로젝트'의 팀별 과정을 기록하는 '웹 페이지' 링크 입니다. 학생들의 링크를 수합하고 교수자 및 동료 학습자들이 로봇의 개발과정을 기록하고 '공유'하여 '기여'하기 위한 자료입니다. 교육에서 '기록을 남기는 행위'는 은 정말 고귀한 행위입니다.
🍀프로젝트를 시작하다
'로봇'프로젝트는 2024년 학생들과 처음 시작하고 도전하였습니다. 단순히 '로봇 교구'를 사용하는 교육 보다는 부족하고, 어설프지만 아이들과 로봇을 개밸해 보고 싶은 욕심과 욕망으로 시작된 프로젝트 입니다. 해당 프로젝트는 서울시 학교 간 공동교육과정'의 일환으로 '로봇 하드웨어 개발'이라는 수업을 설계하고 시작하였습니다. 한학기 총 차시 34차시로, 1년 68차시(1학기 34차시, 2학기 34차)의 수업을 블록타임제로 수행되는 프로젝트입니다.
수업 예산은 재료비 및 간식비 포함 100으로 설정되어 있으며, 24명의 신청 친구들과 함께 로봇을 이해하고, 연구하고, 개발하는 교육 커리큘럼으로 진행하였습니다.
68차시 로봇 하드웨어 개발 수업 이야기를 시작합니다. 함께 연구하는 수업으로 아이들의 1년의 과정을 기록합니다.
수업 기록에 대한 아이들의 '초상권' 동의서를 받고 사진을 업로드 합니다.
🍀Robot Hardware Develop Class: Orientation (1차시: 2024.03.23.)
34차시 전체 수업 흐름과, 어떤 보드를 활용하여 로봇을 설계할지 기본 전체적인 로봇 하드웨어 개발 모듈 흐름을 소개하였습니다. 로봇 개발 자체를 처음 하는 학생들이기 때문에 기본적인 로봇 개발의 과정을 Learnmore 로봇 개발 인포그래픽(Infographic)을 활용하여 WorkFlow를 소개하였습니다.
'로봇'은 정해진 제약사항이 없으며, '상상'한 것을 구현해내는 과정을 중요하게 생각합니다. 따라서 Web에서 탐색할 수 있는 다양한 로봇을 검색하여 정리하고 확인하여 어떤 로봇을 교육현장에서 개발할 수 있는지 함께 생각하였습니다. 아래 로봇 탐색, 2024를 클릭하면 2024년도까지 유투브, 유투브 숏츠, 인스타 그램, 기사 등에서 검색할 수 있는 로봇의 형태를 확인할 수 있습니다. 학습자와 구글 시트 공동 편집으로 40분 동안 검색하고 정리하였습니다.
이후, 학생들과 공동으로 조사한 로봇의 기능, 구조, 형태를 함께 보고 생각하였습니다. 다양한 형태의 로봇을 짧은 시간에 확인하는 수업으로 진행하였습니다.
마지막으로 4인 1조로 조를 설계하고, 팀원들 인사 후 수업을 마쳤습니다.
🍀Ready to make the robot project Documentaion: with Canva(2차시: 2024.04.06.)
프로젝트 과정 기록을 위한 캔바(Canva)교육을 진행하였습니다. 학생 캔바 개별 가입 및 교육자 팀(Leanrmoe) 편성을 진행하였습니다. 나아가, 캔바 인터페이스 교육을 3시간 동안 진행하였습니다. 아래는 캔바 교육 관련 레슨 플랜 링크입니다.
위 링크 내용 강의 흐름 중심으로 캔바를 자유롭게 사용할 수 있도록 교육하였습니다. 나아가 스마트 폰 및 테블릿 PC를 활용하여 사용하는 방법을 습득하였습니다.
🍀로봇 독서 활동: 로봇 친구, 엘리스 탐독 및 연구 (3-4차시: 2024.04.13.-2024.04.20.)
로봇 개발을 위한 워크 플로우의 심도있는 이해를 위하 '주 교재'로 한재권 박사님의 '로봇 친구 엘리스'라는 책을 선정하고 탐독하였습니다. 공유 캠퍼스 예산 중 일정 부분을 활용하여 미리 학생들에게 책을 구매하여 배부하였습니다. 마치 '플립 러닝'을 서책으로 준비하는 형태로 하였으며, 실제 수업 당일 교재의 목차를 2개로 구분하고 각 조에서 해당 부분을 캔바로 정리하여 발표하는 방식으로 진행하였습니다. 미리 서적을 탐독한 후 3차시에는 교재를 정리, 디지털 협업으로 발표 자료를 논의하고, 제작하는 시간을 갖었습니다.
결국, 각 조의 아이들은 '로봇 친구, 엘리스' 책의 2단원 씩 내용을 정리하고, 발표를 진행하는 과정으로 진행되었습니다. 4차시에는 위 과정을 중간고사 수행평가로 기록하고 수업을 마무리 하였습니다. 아래는 아이들의 조사, 연구, 정리 그리고 발표 사진입니다.
각 조원들이 캔바 공동 편집 링크를 활용하여 발표 내용을 정리하고, 논의하는 모습입니다. 책 내용을 그대로 발표하는 것이 아닌 서로 공유 및 논의하고 중요하게 생각하는 부분을 정리하는 과정을 거쳤습니다. 로봇의 의미, 정의부터, 제작 과정에서 중요하게 생각해야 하는 점, 그리고 '엘리스' 개발 과정의 교수님 경험 등을 간접적으로 이해할 수 있었습니다. '독서'는 다른 저명한 사람의 생각을 효율적으로 이해하고 경험할 수 있응 행위 입니다. 따라서 로봇이든 공학교육이든 '독서'에 대한 교육을 매우 강조하는 편입니다.
서로의 발표를 경청하는 아이들의 모습입니다. 로봇 친구, 엘리스는 중 고등학생이 로봇을 개발하는데 있어서 어떤 부분을 고려히야 하는지 대중적으로 집필된 서적입니다. 학교 교육 현장에 활용하기 좋은 책이므로 '로봇의 기초 개념'을 이해하기 위해 추천 드리는 책입니다.
아래는 학습자 발표 영상입니다. (비영리 활용으로, 후배들을 위하 여 촬영한 영상이며 초상권 동의서를 받고 업로드 합니다.)
6개조의 각 2주제 선택 발표 영상입니다. (초상권 동의서를 받고 업로드 합니다.)
프로젝트 중 발표가 끝나고 놀기도 하였습니다 :)
🍀 로봇 개발을 위한 기초 지식: 마이크로 비트와 파이썬+ 블록코딩(5차시-6차시: 2024.05.04.-2024.05.11.)
6시간에 걸쳐(5-6차시) 로봇 개발을 위한 하드웨어 이해 및 기초 전기전자 이해 그리고 로봇 제작을 위한 '알고리즘'이해관련 수업을 진행하였습니다. 로봇 개발용 MCU로 마이크로 비트(Microbit)를 활용하였으며, 런모어 사이트에서 직접 개발 및 정리한 교안을 사용하였습니다. 그 링크는 아래와 같습니다.
가장 먼저 마이크로 비트의 아키텍쳐에 대해 설명하였습니다. 사이즈, 구성 그리고 0-20번까지의 각 핀번호가 가지고 있는 기능에 대해 설명하였습니다. 나아가 PWM(펄스폭변조)에 대해 이야기 하고, 아날로그 신호를 디지털화하여 제어하는 방법에 대해 구체적으로 설명하였습니다. 그리고 기본적인 마이크로 비트의 작동 전압인 3.3v에 대해 설명하고, 다양한 전자 소자를 사용할 때 전압과 전류량 컨트롤이 얼마나 중요한지 에 대해 설명하였습니다. 교수자가 모든 것을 알고 지도하기 보다는, 제가 모르는 부분이 있으면 함께 찾아보고 더 잘아는 학생에게 설명을 요구하기도 하였습니다. 위 기초적인 전기전자 수업이 끝난 후 '알고리즘'이해 및 마이크로 비트 코딩을 위한 파이썬 기초 문법에 대해 실습하였습니다.
www.microbit.org에 접속하여 마이크로 비트 라이브러리 관련 함수에 대해 설명, 파이썬 기초 함수 설명 그리고 파이썬으로 마이크로 비트를 제어(LED, 마이크, 스피커, 조도, 가속도, 온도, 버튼, 터치, 핀 연결, 라디오 통신 등)하는 방법을 순차적으로 실습하였습니다. 나아가 시리얼 통신을 하여 컴퓨터와 마이크로 비트가 서로 대화할 수 있도록 하는 방법도 이해할 수 있도록 지도하였습니다.
알고리즘과 파이썬 문법 강의가 끝난 후 '블록'코딩을 볼 수 있는 방법에 대해 이해할 수 있도록 도움을 주었습니다. 블록 코딩을 먼저 하지 않고, 파이썬을 먼저 학습 한 후 블록 코딩의 각 '블록'들을 이해할 수 있도록 진행하였습니다. 이는 오히려 블록을 배우고 파이썬을 이해하여 '텍스트 코딩'에 어려움을 겪게 하는 것을 방지하는 효과가 있었습니다.
🍀 로봇 개발을 위한 Tinkering(7차시: 2024.05.18.)
해당 차시 부터 로봇 개발을 위한 사전 지식(PriorKnowledge)을 함양하였다는 전제를 하고 이제 실제 로봇 개발 프로젝트를 진행하였습니다. 1차시에 고민한 '팀'을 바탕으로 협동 프로젝트 형태로 진행하되 4인 1팀으로 1개의 로봇을 개발하는 것이 아니고, 4인 1팀이지만 각 팀에서 2개의 로봇을 개발하는 방향으로 진행하였습니다. 나아가 해당 프로토타입의 로봇은 2학기 프로젝트에서 '2D & 3D모델링', '레이져 커팅'을 통해 2차 프로토타입(하드웨어 재료를 업그레이드 한)을 제작하는 방향이라는 것을 인지시켰습니다.
7차시에는 로봇 개발을 위한 팅커링(Tinkering)을 진행하였습니다. 로봇 개발을 메이커 방법인 TMSI(Tinkering-Making-Sharing-Improving)의 교수학습 방법 에 따라 설계하고 진행하였습니다. TSMI모형은 2016년 경희대 강인애 교수님(현재 은퇴 하셨습니다..ㅠㅠ)과 황O원 선생님 그리고 런모어와 함께 고안한 메이킹 방법이며, 2017년 메이커 마인드셋 논문을 투고하여 학술적 검증을 받은 모형입니다. 관련 논문은 아래 링크를 통해 확인할 수 있습니다.
위 메이커 무브먼트(Maker Movement) 페이지에서 '메이커 페다고지로서 TMSI 모형의 가능성 탐색 고등학교 사례 중심으로' 및 '메이커 교육을 통한 메이커 정신 가치 탐색' 관련 논문을 확인하면 모형에 대한 구체적 내용을 확인할 수 있습니다. 이후 많은 연구가들이 인용하여 교육현장에서 활용하고 있는 모델이며, 실제적으로 현재 긱블 에듀(Geekble Edu)에서 차용하여 교육에 적용하고 있습니다. 따라서 위의 연구에 근거하여 아이들의 로봇 개발 과정을 설계하고, 진행하였습니다. 거기에 '한재권 박사님'의 저설를 바탕으로 로봇을 개발하는 과정에서 필요한 요소를 TMSI과정 안에 융합하여 진행하였습니다.
석가탄신일 골판지를 가지러 추형욱 대표님의 사무실로
수업 당일 오전 일찍 출근하여 정리
일찍 등교한 아이들이 정리를 도와줌
로봇 하드웨어 개발 교육 적용 모델과 관련한 학술적 이야기는 이만 줄이고, 당일 수업 현장에 대한 이야기로 이어가겠습니다. 팅커링 활동은 메이킹의 과정에서 필요한 자료를 조사하고, 물품을 준비하고, 아이디어를 발산, 수렴하고 최적의 대안을 찾는 모든 과정을 의미합니다. 팅커링은 '분해하기'라는 단계로 공학적 과정에서는 기기를 분해하여 원리를 파악하는 행위를 말합니다. 메이커 교육에서는 나아가 생각을 분해하고 정리하는 과정을 의미하기도 합니다. 따라서 '로봇 하드웨어 개발'의 과정에서의 팅커링은 로봇을 개발하기 위한 문제 상황이해, 자료 정리, 아이디어 발산 & 수렴, 최적의 대한 선택 그리고 구상도 스케치 등의 과정을 의미합니다. 실제 캐드(CAD)를 활용한 설계도 제작은 메이킹(Making)의 단계롤 생각합니다. 다만, 위 교육에서는 디지털 메이킹(캐드를 활용한 산출물 제작)의 과정은 제외하였습니다. 1차 프로토타입의 로봇을 제작하는 것이기 때문에 아이들에게 '로봇 개발의 경험'을 중심으로 진행하는데 의의를 두었습니다.
팅커링(Tinkering) 과정에서 교수자의 역할은 환경을 준비하고, 아이들의 사고의 과정이 잘 일어날 수 있도록 도움을 주는 조력자(Facilitator) 역할을 하였습니다. 당일 수업은 8시부터 11시까지 이루어 지지만, 06:30분에 공학실에 출근하여 재료준비를 하였습니다. 재료는 아래와 같습니다.
로봇 하드웨어 개발(로봇 메이킹) 재료: 마이크로 비트, ,MG 90s서보 모터, AM-006(PCA 9685) 확장 보드, 14500 리듐이온 배터리, 리튬이온 충전기, 솔더링 장치, 납, 솔더링 페이스트, 자, 칼, 가위, E골 골판지, 골판지 펀치 등
위와 같이 준비 후 2인 1조로 팀 내에서 또 다른 팀을 구분하고, 로봇 제작 팅커링(논의 및 설계)를 진행하였습니다. 다만, 어떤 로봇을 제작해야 하는지 '비구조적인 목표'가 있어야 했기 때문에 아래 목표를 '문제 상황'으로 제시하였습니다.
'우리는 대한민국 로봇 달리기 대회 대표팀이다. 빠르고, 정확하게 단거리를 달리는 대회이다. 총 직경 90cm, 거리는 10m의 레인을 달리는 로봇을 개발해야한다.'
레인 직격 90cm, 레인 길이 10m 경기장
위 문제 상황에 근거하여 '평가 기준'을 제시하고, 개발 과정에서의 '제약 조건'을 제시하였다. 반드시 마이크로 비트만 활용하며, 블록 혹은 파이썬 코딩으로 설계해야 합니다. 물리적 하드웨어는 'E골 골판지'만을 사용했습니다. 이외의 변인은 자유롭게 열어두었습니다. 위 조건을 이해하고 아이들은 제작을 시작하였습니다.
팅커링 활동에서 '조건'에 대해 강조하는 이유는 실제 산업 사회에서 어떤 프로젝트를 진행할 때 '제약 조건'이 반드시 존재하기 때문입니다. 예를 들어 로봇을 제작할 때 제작 비용, 프로젝트 기간, 개발 환경 등 다양합니다. 교육안에서 무조건 적인 지원 자체가 반드시 좋다고 할 수는 없습니다. 이유는 교육은 '실제적 맥락'을 바탕으로 아이들에게 '경험'을 하도록 도와주어야 하기 때문입니다. 판타지적인 환경을 조성하여 '교육적 결과'를 내는 것은 바람직 하지 않다고 생각합니다.
아래는 회의를 진행하고, 설계를 하고, 논의를 하는 아이들의 모습입니다. 스스로 아이디어를 내고, 수렴하고, 최적의 아이디어를 선택하여 메이킹을 할 수 있도록 준비하였습니다. 이 과정에서 아이디어 발산 및 수렴 등의 기법은 사용하지 않았습니다. 이유는 'TMSI'모형에 근거하여 해당 모형의 방법대로 진행하기 위함이었습니.
🍃[추가 교육] 마이크로 비트 확장 보드 AM-006(PCA 9685 칩온 보드)과 서보 구동 교육
마이크로 비트 구조 및 알고리즘, 파이썬, 블록을 간단히 학습하였지만 확장 보드를 활용하여 서보모털를 구동하는 과정에 대해 추가적 교육이 필요하였습니다. 따라서 MG 90S를 구동시킬 수 있는 기본 코드 교육을 진행하였으며, 1개의 서보만 작동해도 다수의 서보를 같은 알고리즘으로 작동이 가능하기에 해당 매커니즘만 교육하였습니다.
마이크로 비트 Am-006확장 보드는 외부 전원 6v - 12v 까지 인가할 수 있으며, 최대 전압을 인가(Input)하면 16개의 서보모터까지 작동이 가능합니다. 따라서 마이크로 비트로 서보를 활용하여 작동하는 로봇을 설계하기에는 최적의 보드임을 설명하였습니다. 아래는 해당 보드에 대한 '런모어 Microbit Extension Board'에 대한 설명을 정리해 놓은 페이지 입니다.
외부 전원을 인가하여 서보4개를 구동해 보는 사진
연습 후 연결된 마이크로 비트와 AM-001확장 보드
MG 90s 서보모터 구조 파악
이외의 시간은 다시 로봇 아이디어 논의 및 구상도 스케치로 시간을 주었습니다. 아이들에게 프로젝트를 진행시킬 때는 철저하게 페이드 아웃(Fade-Out)을 하고 학습자를 관찰하였습니다. 학생들이 어려워하는 부분이 있으면, '적절한 질문'을 통해 생각을 확장 시키려 노력하였습니다. 절대 교수자의 관점으로 '정답'을 제시하지 않았습니다. 더불어 '잘 한다'라는 칭찬도 하지 않았습니다. 잘하는지 못하는지 교수자의 관점에서 알수 없기 때문이었습니다. 로봇의 제작과정은 생각보다 창의적이고, 제한된 조건안에서 사고하는 아이들의 생각을 교수자가 모두 알 수는 없었습니다. 다만, 몇 일 뒤 결과가 이야기 해줄 것이라는 확신이 있었습니다. 아래는 아이디어를 논의하고, 고민하고, 구상하는 사진입니다.
네모 형태로 로봇을 설계하는 팀
다리부터 하나씩 설계, 모든 것을 꼼꼼하게 수치화
최고의 2인 협력, 서로의 의견을 존중하다
연필과 자를 사용한 프로토 타입 디자인 설계
링크와 관절의 웁직임 이해, 로봇 사이즈 논의
4개의 서보모터를 작동시키는 아이
🍀 로봇 개발을 위한 Making_01(8차시: 2024.05.23.)
물론 이 날도 오전 06:30에 출근하여 미리 미리 준비하였습니다. 로봇 뿐 아니라 메이킹 수업 자체가 교수자가 해야할 일이 조금 있다. 고등학교 기준에서는 실무사님이 계시지 않기 때문에 어려운 준비, 정리 이런 부분이 어려운 부분이 있습니다. 아래는 메이킹 실습 마다 준비해 놓는 박스들 입니다. 아이들에게 교육하여 수업 시간에 구애받지 않고 일찍와서 제작해도 된다고 이야기 하였습니다.
각자 팀의 설계도에 맞추어 재단을 하고, 메이킹을 시작하였습니다. 로봇에서 중요한 부분은 '끊임없는 테스팅'을 강조하였습니다. 이는 한박사님께서도 말씀 하신 부분이며 원하는 대로 작동하지 않기에 끊임없이 피드백하고 수정해야한다고 말씀하셨기 때문입니다. 일반적인 핸즈온 러닝 그리고 메이킹하고는 다르게 로봇은 '조작과 구동'이라는 측면이 있기 때문에 메이킹의 과정에서도 '지속적인 테스팅(시험운행)'을 고려하여 진행하였습니다.
구동 목표를 고민하는 학생들
스스로 설계한 내용이 맞추어 재단하는 학생
재단을 시작하는 학생
칼을 사용할 때는 칼판을 대고 사용함을 숙지한 학생
서보 4개를 일단 연결하고 매커니즘을 분석하는 팀
마스킹 테이프로 연결
블록 코딩으로 모터 테스팅
열정, 그 자체
가장 특이한 팀, 원통형 로봇
설계가 깔끔하여 제작도 빠른, 김O찬 팀
3시간 만에 제작한 1차 프로토 타입 완성, 김O찬
완벽하게 교수자는 페이드 아웃을 한 하루 였습니다. 나아가 GPT, Copilot을 AI튜터로 사용하며 로봇 제작을 진행하였습니다. 인공지능 관련 교육은 간단하게 소개 정도 진행하였으며, 프롬프트 엔지니어링 관점은 교육하지 않았습니다. 오늘은 그렇게 메이킹이 마무리 되었습니다.
🍀 로봇 개발을 위한 Making_02(9차시: 2024.06.15)
오전에 일찍 등교하여 프로젝틀를 제작하는 아이들이 있었습니다. 나아가 똑딱이 핀이 배송되어 링크연결 방법에 대해 설명하고 활동을 시작하였습니다. '수업(Lesson)'과 '활동(Activity)'은 다릅니다. 메이킹의 활동은 수업(Lesson) 안 교수(Teaching)의 비율을 매우 낮은 행동(Acting)의 과정인 활동(Activity)입니다. 로봇 하드웨어 개발 및 메이킹은 따라서 활동입니다. 더불어 아이들이 스스로 만드는 활동이기에 학습자의 자기 의지성(Self determine)을 존중해야 합니다. 못만들어도 괜찮습니다. '목표'를 위해 지속적으로 스스로 테스팅을 할 것입니다.
활동시간 보다 일찍 등교하여 제작에 몰입하는 친구들
똑딱이 핀으로 관절 연결 및 링크 연결
매일 매일 출석체크
음악을 틀어 놓고 로봇 메이
논의가 잘 되지 않는 팀도 있었음
2인 1조로 제작하다 혼자 만드는 하O 학생
원래 실력자, 공학에 진심인 아이
소형으로 작게
아이들의 지식과 창의성이 융합되는 모습
솔더링 전문가 유O학생, 모든 아이들의 납땜을 도움
두번 째 메이킹 날이 되니 다양한 모습들이 확인되었습니. 솔더링을 하여 외부 전원을 연결하는 아이의 모습, 로봇을 테스팅하다 실패하고 다시 만드는 아이들의 모습, 구동보다는 외형 제작에 집중하는 아이의 모습, 협력이 되지 않고 원래 계획에서 벗어난 논의를 팀의 모습 등 다양한 아이들의 생각이 펼쳐지는 모습을 볼 수 있었습니다.
서보모터 4개의 움직임을 고려하여 최적의 알고리즘을 논의하는 모습입니다. 생각되로 움직이지 않아서 어려움을 느꼈지만, 끝까지 연구하는 모습을 보이는 학생들입니다.
너무 힘들었는지, 로봇과 상관없는 다른 프로젝트를 잠시 하는 친구도 있었습니다. 그리고 배터리 문제로 다시 제작한 로봇을 해체하는 모습도 보였습니다. 이렇게 로봇 개발은 수많은 변수들이 존재하였으며, 이를 해결하는 과정에서 메이킹이 진행되었습니다. 오늘은 그렇게 마무리 되었습니다.
🍀 로봇 개발을 위한 Making_03(10차시: 2024.06.22.)
메이킹 3번째 차시가 되었습니다. 1차시 3시간으로 진행되는 프로젝트이기에 실제적으로 6시간 정도 제작 후 마지막 3시간 제작하는 하루입니다. 어느정도 아이들이 자신의 로봇을 제작하고 완성하여, 금일은 '제작 목표'를 달성하기 위한 테스트를 진행하는 날입니다. 메이킹(개발)-> 테스팅 -> 문제 분석-> 수정-> 메이킹(개발)-> 테스팅.. 의 과정을 각 팀마다 몇 회를 진행했는지는 모르겠습니다. 다만, 스스로 각 팀이 만족하고, '제작 목표'에 달성할 때까지 지속되었습니다. 해당일에 수행평가 세부 기준을 공지하고 테스팅 준비를 진행하였습니다. 아래는 아이들의 프로젝트 마지막 사진입니다.
모든 아이들이 다른 로봇의 형태, 구동방식으로 설계하고 조건을 만족하는 로봇을 설계 및 테스팅 하였습니다. 골판지로 제작하여 조금은 지저분해 보이지만, 아이들의 생각의 정교화된 모습 속에서 다양한 교육적 가치를 발견할 수 있었습니다.
🍀The first Prototype Test(11차시: 2024.07.14.)
11차시는 실제 수행 평가로 로봇 구동테스트를 아래 평가 기준에 근거하여 진행하였으며, 학생 1명당 로봇 심플 포트폴리오를 수합하여 공유 및 개선사항을 스스로 발견할 수 있도록 진행하였습니다. 로봇 하드웨어 개발 TMSI과정 중 T와 M의 차시가 길게 설정되었으며, S와 I는 마지막 차시 중 90분 테스트, 90분 기록 및 제출을 하고, 본 웹사이트를 통하여 공유하였습니다. 개선사항은 이후 2학기 프로젝트에서 이어서 반영할 예정입니다. 아래는 전체 과정 및 수행평가 영상을 편집한 내용입니다.
🥑 평가 기준
레인 직경 90cm, 레인 길이 10m 직선 구동
테스트 시작 후 1회 실패시 -5점
테스트 점수 총 70점 [완성도, 구조, 심미성 등은 평가 하지 않음]
동료 평가 20점 [기여도 기준 20 / 16 / 12 / 8 / 4]
자기평가 10점 [자기성찰 기준 10 / 8 / 6/ 4 / 2 ]
🥑향후 계획
프로토타입 로봇을 2학기에 수정하여 3D모델링, RDworks, Onshape, Fushion 360 등 활용 하드웨어 설계(Hardware design) 및 개선(Improving)
🍀Prototype Test Report (온라인 제출)
로봇 프로젝트 1차 테스트가 끝난 후, 1 Page로 캔바 포트폴리오로 작성하고 성찰하였습니다. 관련 프로젝트는 2학기 34차시 기준으로 Rd-works, OnShape, Fishion 360 으로 재설계 후 개선하고 완성하도록 하겠습니다.
🍀교수자 성찰일지(Reflective Thinking)
이번 로봇 교육 프로젝트의 마지막 단계에 이르러, 학생들이 일련의 과정에서 얻은 학습적 성과와 경험을 깊이 반추하는 시간을 가지게 되었습니다. 본 교육 프로젝트는 학생들에게 로봇 개발이라는 기술적 도전에 직면하게 함으로써, 단순한 기술 습득을 넘어선 다양한 역량을 강화하는 데 중점을 두었습니다. 이번 프로젝트는 다각적인 교육 목표를 설정하여, 학생들이 단순한 기술적 지식 습득에서 그치지 않고, 실제 현장에서 적용 가능한 종합적 문제 해결 능력을 배양하는 것을 목표로 삼았습니다. 교수자로서 중점적으로 교육한 교수학습 목표를 정리하면 아래와 같습니다.
기술적 지식 습득 및 응용 능력의 강화
프로젝트의 초기 단계에서 학생들은 로봇의 기초적인 구조와 작동 원리에 대해 이론적으로 학습하였으며, 이를 바탕으로 각자 설계한 로봇을 직접 제작하였습니다. 이 과정에서 학생들은 다양한 센서와 모터, 제어 장치를 이해하고, 이를 실제로 연결하고 프로그래밍하는 과정을 통해, 이론적인 지식을 실질적으로 응용할 수 있는 능력을 함양하였습니다. 특히, 복잡한 문제를 단계별로 해결하는 과정을 통해, 학생들은 체계적인 사고와 문제 해결 능력을 자연스럽게 익히게 되었습니다.
창의적 사고와 혁신 능력의 배양
학생들이 로봇을 설계하고 제작하는 과정에서, 창의적 사고와 혁신적인 접근이 요구되었습니다. 혁신적 사고는 제약된 조건 아래에서 더 발현된다 생각합니다. 단순한 설계 방식을 넘어서, 학생들은 각자의 독창적인 아이디어를 구현하기 위해 다양한 방식을 시도하였으며, 이러한 과정에서 실패와 성공을 경험하면서 혁신적 사고의 중요성을 체득하였습니다. 이를 통해 학생들은 전통적인 사고방식에 얽매이지 않고, 새로운 해결책을 모색하는 자신들 만의 문제해결 능력을 기르게 되었습니다.
협력과 팀워크의 중요성
이번 프로젝트의 중요한 특징 중 하나는 학생들이 팀을 이루어 협력하여 과제를 수행하도록 유도했다는 점입니다. 팀별로 각기 다른 구조 및 움직임을 구현하여 프로젝트를 진행하였으며, 부족한 부분은 서로 도와주는 모습에서 학생들은 상호 간의 소통과 협력의 중요성을 체험하였습니다. 특히, 다양한 의견이 충돌할 때 이를 조율하고, 팀원 공동의 목표를 향해 나아가는 과정에서 팀워크의 중요성을 이해할 수 있었다고 생각합니다. 이는 학생들에게 향후 다양한 사회적 환경에서 요구되는 협력적 리더십을 길러주는 데 중요한 역할을 했다고 할 수 있습니다.
자아 성찰과 지속적인 발전
프로젝트의 마지막 단계에서는 학생들이 자신들의 성과를 되돌아보며, 자아 성찰의 시간을 가졌습니다. 이는 심플 포트폴리오로 대신 하였으며, 스스로 부족한 부분을 생각할 수 있도록 진행하였습니다. 프로젝트의 모든 과정을 통해 학생들은 자신의 강점과 약점을 스스로 알 수 있었을 것입니다.특히, 이번 프로젝트를 통해 얻은 경험이 앞으로의 공학 관련 학습과 공학 진로 선택에 있어 중요한 밑거름이 되었으면 합니다.
향후 발전 방향과 프로젝트의 지속성
본 로봇 교육 프로젝트는 이번에 끝나는 것이 아니라, 앞으로도 지속적으로 발전시키고 개선해 나갈 예정입니다. 이번 프로젝트에서 도출된 여러 개선점을 반영하여, 다음 단계에서는 보다 심화된 학습 목표(하드웨어 재료 수정, 로봇 구조 최적화 등)를 설정하고, 학생들이 더욱 도전적인 과제를 통해 한층 더 성장할 수 있는 기회를 제공할 것입니다. 또한, 프로젝트의 성과를 바탕으로 교육 프로그램의 질적 향상을 위한 다양한 방법을 모색할 것입니다.
결론적으로, 이번 로봇 교육 프로젝트는 학생들에게 단순한 기술(전기전자 지식, 로봇 구조 지식, 코딩 등) 습득의 차원을 넘어선, 다양한 역량(문제해결력, 창의력과 정교화, 팀워크 및 리더십 등)을 강화할 수 있는 중요한 경험을 제공하였습니다. 이를 통해 학생들은 미래의 다양한 도전에 대비할 수 있는 융복합적 능력을 기를 수 있었으며, 이는 향후 더욱 복잡하고 도전적인 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 것입니다.
'위 과정을 실천연구로 함박사님과 함께 학술논문을 퍼블리싱 하였습니다.
프로젝트는 계속 이어서 진행됩니다.'
🍀두 번째 프로젝트(34차시) 시작하다.
🍀Robot Hardware Engineering을 위한 LMS == Teams (1-2차시 OT: 2024.09.07.)
Teams에서 Robot 팀을 생성
두번째 프로젝트를 위해 9개 팀 Teams_01 ~ Teams_09까지
Learnmore_Robot 팀에서 A~I까지 개발 팀별로 채널을 생성
각 채널에서 과제를 포스팅하여 제출(2 Leg Robot 무기 Arm 제작 제출)
🍀Robot Hardware Engineering 3D 모델링 연습(3,4,5 차시 온라인 모델링 실습: 2024.09.14.)
2 Leg 로봇 서브 서보를 위한 무기 위치 모델링, 링비트 보드 테이블을 수정하여 서보1개를 추가하고 무기 작동 서보로 활용할 수 있도록 설계하였습니다.
교육은 1시간 정도 3D모델링을 하는 관점과 인터페이스를 설명하였으며, 팅커캐드를 활용하여 수정하도록 활동을 진행하였습니다.
📰 로봇 개발을 위한 링크와 피스톤 움직임 설계: 링키지(Linkage)
Microsoft Teams를 활용하여 링키지(Linkage)를 학습하고 과제를 수합하였습니다. 1학기 동안 설계한 '로봇 다리'의 움직임을 링키지 소프트웨어를 사용하여 재현 및 재설계하였으며, 이를 통해 '움직임'을 분석하는 활동을 진행하였습니다.
아래는 '링키지'에 대한 기본 내용 정리 런모어 링크입니다. 간단한 유투브 링크도 포함되어 있습니다.
📰 로봇 개발을 위한 간단한 캐드 교육: RDworks
레이저 커팅을 출력 목표로 설계할 경우, '생산' 속도가 3D 프린팅보다 현저히 빨라집니다. 따라서 레이저 커터를 활용한 설계 및 로봇 수정이 중요한 요소로 작용합니다. 이를 반영하여 1학기 동안 제작된 카드보드 봇(Cardboard Bot)의 재설계를 목표로 RDWorks 소프트웨어를 학습하고, 관련 설계를 연습하도록 지도하였습니다. 이와 함께 학생들에게 실습을 통해 익힌 내용을 과제로 부여하여 설계 역량을 강화하도록 하였습니다.
아래는 레이저 커팅과 관련된 하드웨어 및 소프트웨어 설명을 담은 런모어 링크입니다. 또한 Rdworks에 대한 기본 강의 입니다.
Rd works를 활용하여, 간단한 설계 교육을 진행하였으며, 이를 바탕으로 로봇 파츠를 설계하는 교육을 진행하였습니다. 다만, 시간 문제로 실제 레이텨 커팅기를 활용하여 출력은 하지 않았습니다.
🍀Bitlearn 프로토타입 에지니어링 및 구동, 코딩 실습
마지막 교육으로 Bitlearn 프로토타입을 조립하고, 이 로봇의 문제점을 분석하는 활동으로 진행하였습니다. 1년 동안의 프로젝트 활동을 아래 3차시 수업을 바탕으로 마무리 하였습니다.