2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
2020. 11. 13.
봉담초등학교
【 2020년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
과 제 개 요
과제명
2020년 STEAM 교사연구회 운영(봉담초등학교)
STEAM 프로그램
유형
(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ )
프로그램명
엠블록과 코디로키로 쉽게 배우는 AI STEAM
학교급 초등학교 대상 학년(군) 5~6학년군중심과목 실과 (정보)
중심과목 성취기준 영역
[초등학교 5~6학년] (4) 기술 시스템 (5) 기술 활용
연계과목
과학 사회 미술
연계과목 성취기준 영역
[초등학교 5~6학년] (7) 물체의 운동
[초등학교 5~6학년] (6) 우리나라의 경제 발전 [초등학교 5~6학년] (1) 체험 (2) 표현
연구기간
2020.07.20. ~ 2020.11.30.
신청금액
일금사백만원(￦4,000,000)
참여연구원
4명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 3명)
연구 수행자에 관한 사항구분 소속(학교명) 직위 성명
연구책임자 봉담초등학교 교사 정유진
공동연구원 통일초등학교 교사 고병철
공동연구원 군내초등학교 교사 이정원
공동연구원 대성동초등학교 교사 장명현
2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아
융합인재교육 (STEAM) 교사연구회를 운영한 최종 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2020년 11월 13일
연구책임자 : 정 유 진 (인)
“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
목 차
1. 요약문
··· 12. 서론
···가. 연구의 필요성
··· 1나. 연구의 목표
··· 23. 연구 수행 내용 및 결과
··· 3가. STEAM 프로그램 개발 및 적용 ··· 3
나. STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 ··· 5
다. STEAM 협력연구 강화 및 확산실천 ··· 8
4. 연구 수행 결과
··· 115. 결론 및 제언
··· 126. 참고문헌
··· 13[부록]
부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 부록2. 수업 사진
부록3. 연구회 협의 과정
1. 요약문
AI 기술이 발전하면서 생활 속 모든 분야에서 AI 기술이 활용되고 있으며 수송 수단 역시 예외는 아니다. 수송 수단의 발전은 우리의 일상 생활을 크게 변화시켜 왔으며, 수송 수단은 생활에 없어서는 안 되는 필수적 역할을 하고 있다. 영화 속에서 등장하는 다양한 수송 수단이 점점 현실화 되어가고 있으며 미래 사회는 기술의 발전으로 다양 한 AI 기술을 접목한 수송 수단이 등장할 것이다.
이에 본 프로그램은 학생들이 수송 수단의 의미와 기본 요소를 알아보고, 다양한 AI 기술을 체험한 뒤 AI 기술을 활용한 미래 자동차를 구현해볼 수 있도록 활동을 구성하 였다. 이는 학생들에게 수송 수단에 대한 이해와 더불어 AI 기술의 활용 방안에 대해 서도 생각해 볼 수 있는 기회가 될 것이다.
○ 수송 수단을 주제로 한 실과, 과학, 사회, 미술이 포함된 STEAM 프로그램 개발
○ STEAM 준거에 기반을 둔 AI 교육 프로그램 개발 및 적용
○ 5학년 실과 교과를 중심으로 개발, 경기도 3개 학교 5,6학년, SW 동아리 등 폭넓 게 적용
○ 개발 프로그램을 활용한 AI STEAM의 확산 실천 및 교사의 AI STEAM 연구 기회 증대
○ 수혜 학생들의 AI 교육에 대한 이해와 관심 및 SW 활용 능력 증가
○ 실제 적용이 가능한 형태의 학습 자료 배포
2. 서론
가. 연구의 필요성 및 목적
인공지능 기술이 사회에 큰 영향을 미치기 시작하면서 AI 교육에 대한 관심과 중요성이 급부상하고 있다. 이러한 흐름에 발맞추어 본 연구는 AI 교육을 실행하기 위한 하나의 방법으로 다양한 교과와 연계한 STEAM 교육의 연장선에서 AI 기술을 다루는 AI STEAM 수업을 고안하였다.
인공지능과 결합한 자율주행차는 이미 많은 연구와 실험이 진행되고 있으며 그 상황이
뉴스에서 자주 보도되는 이슈 중 하나이다. 자동차 산업의 패러다임은 자율주행으로 빠
르게 전환되고 있어 2030년 이후 대부분의 사람들이 자율주행차를 주요 교통수단으로
정착하리라 예상하고 있다. 자율주행에서 사용되는 인공지능 기술은 기계가 감지할 수
있는 주변 환경과 사람에 대한 이미지 인식과, 최적의 경로 탐색과 안정적인 운행, 위험
상황에서 어떻게 대처할 것인지에 대한 도덕적 판단, 시스템과 운전자 간의 상호 작용 등 복합적이고 복잡한 요소들을 담고 있다.
따라서 본 연구회에서는 ‘AI 기술을 활용한 미래 자동차 구현하기’를 주제로 실과 교과 를 중심으로 과학, 사회, 미술 등의 교과목을 연계하여 총 11차시 분량의 AI STEAM 교 육 프로그램을 개발하였다. 학생들은 상황 제시 단계에서 수송 수단의 의미와 종류, 기본 요소에 대해 알아보고 창의적 설계 단계에서 엠블록으로 AI 기술 체험해본 후 AI 기술을 활용한 미래 자동차를 프로그래밍한다. 감성적 체험 단계에서는 자율주행차와 관련한 AI 윤리 등에 대해 알아보고 AI 기술을 마주하는 우리의 자세에 대해 생각해보며 수업을 마 무리한다. 이 프로젝트를 통해 학생들은 다양한 AI 기술을 친숙하게 느끼고 이 기술이 생활 속에서 어떻게 활용되고 있는지 알아볼 수 있는 유익한 시간이 될 것이다.
나. 연구의 목표
◦ 교육과정과 연계한 AI 교육 프로그램 개발 및 적용
- 실과, 과학, 사회, 미술 등 교과목과 연계하여 총 11차시 분량의 AI STEAM 프로 그램 개발
- 초등학교 5~6학년의 실과 교과의 성취기준을 기초로 타 교과목과 연계하여 교육 과정을 재구성한 프로그램 개발
- 학생 태도 사전, 사후 검사를 실시하여 AI STEAM 프로그램에 대한 학생들의 인 식 반영
◦ 시대가 요구하는 체험과 실습 중심의 AI 활용 역량 신장 및 AI 소양 습득
◦ 수혜 학생들의 AI 교육에 대한 이해와 관심 및 SW 활용 능력 증가 - SW 페스티벌에 참가하여 학생들의 AI 교육에 관한 체험활동 기회 제공
- 방과후 학생 자율 동아리 활동을 운영하여 AI STEAM 교육에 대한 수요를 충족
◦ STEAM 교사연구회 활동을 통해 교사들의 AI STEAM 교육 역량, 전문성 강화 - AI STEAM 교육에 대한 인식 제고를 위해 1회 이상의 세미나를 개최하여
STEAM교육 활동의 나눔의 시간을 가짐
- AI 관련 박사학위 이상의 소지자에게 자문을 얻어 프로그램에 대한 전문성 및 신 뢰도 확보
- 세미나 참여 교사 및 AI STEAM교육에 관해 관심있는 교사들과 비정기적 온/오
프라인 모임을 통해 프로그램 내용 공유 및 보완
3. 연구 수행 내용
가. STEAM 프로그램 개발 및 적용
1) 프로그램 개발 중점 사항
작년 12월 정부는 ‘AI 국가전략’을 발표하며 ‘AI를 가장 잘 활용하는 나라’를 목표로 제 시하였다. 이에 발맞춰 지난 5월 교육부는 ‘인공지능(AI)으로 대변되는 미래 지능정보사 회의 발전을 선도하는 세계적 인재 양성’을 목표로 ‘과학, 수학, 정보, 융합 교육 종합계 획(20~24)’을 발표하였다. 이러한 시대적 흐름을 볼 때 학생들의 AI 활용 능력을 키워줄 수 있는 AI 교육은 선택이 아닌 필수라고 볼 수 있으며 다음 세대를 이끌어 갈 아동들은 미래 사회의 핵심이 될 AI 기술을 학습하고 익힐 필요가 있다. 많은 사람들이 AI 교육의 필요성에 대해 인식하고 있지만 아직 현장에서 활용할 수 있는 AI 교육 프로그램의 개발 이 미비한 실정이다.
이에 본 프로그램은 기존 SW 활용 교육에서 한 걸음 더 나아가 무료로 제공되는 AI 학습 플랫폼을 활용하여 AI 기술을 접목한 SW 활용 교육을 실시하고자 하였다. 학습 주 제는 AI 기술과 관련하여 최근 더 이슈가 되고 있는 ‘AI 기술을 활용한 자동차 만들기’
로 정하였다. 먼 미래에나 가능할 것이라고 생각했던 AI 기술을 활용한 자동차였지만 이 와 관련해서 이미 많은 연구와 실험이 시작되고 있으며 자동차 산업의 패러다임 역시 자 율주행으로 빠르게 전환되고 있다. 2030년 즈음에는 자율주행차가 주요 교통 수단이 될 것이라는 예측도 있다.
따라서 학생들이 AI 기술을 활용하여 스스로 주행하는 자동차를 구현해볼 수 있도록 실
과 교과의 수송수단을 학습하는 것으로 시작하여 사회, 과학, 미술 교과와 연계한
STEAM 수업을 개발하였다. 먼저 상황 제시 단계에서는 자율주행자동차 관련 영상을 시
청한 후 현재 우리가 사용하고 있는 자동차와 다른 점이 무엇인지, 어떤 AI 기술들이 활
용되고 있는지 등을 생각해볼 수 있도록 하였다. 창의적 설계 단계는 탐색과 설계 단계
로 나누어 탐색 단계에서는 엠블록과 코디로키에 대해 알아보고 간단한 프로젝트를 제작
해보고, 설계 단계에서는 코디로키의 색깔 인식, 기계학습을 함께 활용하여 스스로 움직
일 수 있는 자율주행 자동차를 만들어볼 수 있도록 하였다. 마지막으로 감성적 체험 단
계에서 이렇게 프로그래밍에 따라 움직이는 AI 기술을 활용한 자동차를 활용하였을 때의
장점과 단점을 이야기하고 공유하며, 학습한 AI 기술을 자동차 이외에 어떤 분야에서도
활용할 수 있을지 생각해볼 수 있도록 하였다.
2) 프로그램 구성을 위한 교사연구회 운영
수행내용 일 정추 진 일 정
3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 비고
연구착수 ○
STEAM 프로그램 연구 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
태도검사(사전) ○ ○ ○
중간보고서 제출 ○
STEAM 프로그램 적용 ○ ○ ○ ○ ○
STEAM 설명회 개최 ○
태도검사(사후) ○
결과보고서 제출 ○
성과발표회 참석 ○
3) 개발 프로그램 개요
STEAM 프로그램
구분
프로그램명
엠블록과 코디로키로 쉽게 배우는 AI STEAM
학교급
초등학교
대상 학년(군)5-6학년군
중심과목
실과 (정보)
중심과목 성취기준 영역
[초등학교 5~6학년] (4) 기술 시스템 (5) 기술 활용
연계과목
과학 사회 미술
연계과목 성취기준 영역
[초등학교 5~6학년] 7. 물체의 운동 [초등학교 5~6학년] (1) 국토와 우리 생활 [초등학교 5~6학년] (1) 체험 (2) 표현
개발결과
주제 연번 차시
(시수) 과목 연계(안)
1 2 실과(1) + 과학(0.5) + 사회(0.5) 2 7 실과(4) + 사회(1) + 미술2) 3 2 실과(1) + 사회(0.5) + 미술(0.5)
적용결과프로그램 적용결과 융합인재 소양 증대
4) 프로그램 적용 시기와 방법
가) 중심단원인 실과는 교과서마다 구성이 다르므로 적용 학급별 상황을 고려하여 프로그램 적용 시기를 배분한다.
나) 핵심 교구인 엠블록, 코디로키와 노트북, 무선 인프라 활용에 있어 적용 학급별 상황을 고려하여 프로그램 적용 시기를 배분한다.
다) 프로그램 적용 시에는 연속적인 수업 시수 배정으로 수업 흐름이 유연하게 흘러 가도록 블록 수업을 적용한다.
봉담초등학교 군내초등학교 대성동초등학교
7~9월 8~9월 9~10월
나. STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 1) 평가
- 기존 과정 평가를 적용하되 여러 수행평가 방식을 각각의 차시에 적절하게 적용 함. (토의평가, 자기/동료 평가, 포트폴리오 평가, 산출물 평가, 구술 평가, 체크 리스트)
- 각각의 차시별 평가 외에도 상황제시-창의적 설계-감성적 체험을 아우르며 지식 과 내용, 기능, 기술, 정의적 측면, 의사소통 면을 평가하는데 중점을 둠.
2) 수업적용을 통한 학생들의 현장 반응 확인
A: 코디로키가 색깔을 인식하는게 너무 신기했고 움직일 때 너무 귀여웠다. 엠블록은 정말 재미있다.
B: 다양한 인공지능 기술을 체험해서 신기하고 재미있었다. 처음에는 엠블록 코딩하는 것이 어려웠지만 하다보니 쉽게 할 수 있었다.
C: 코디로키에 그림을 그려 나타내는 것이랑 내가 명령한대로 조종할 수 있는 것이 재 미있었다. 인공지능 기술 중에는 사람을 도와주는 것이 많다는 것을 알게 되었다.
D: 코딩을 해서 로봇을 움직여본 것은 처음이었는데 너무 재미있어서 다음에도 또 했으 면 좋겠다.
E: 잘 안되는 것은 집에 가서 혼자 복습도 하고 그랬는데 AI 수업을 통해 모르는 것을 많이 알게 되어 좋은 시간이었다. 하나도 아깝지 않은 시간이었다.
F: 처음에는 엠블록이 엔트리랑 똑같은 것인 줄 알았는데 감정도 인식하고 글자도 인식 하고 내가 학습시킨 대로 움직이기도 해서 신기하고 재미있었다.
G: 인공지능 기술로 움직이는 코디로키 로봇을 보니 앞으로 우리 세상에 인공지능 로봇 이 생기면 정말 편리하고 좋을 것 같다.
H: 감정인식 기술을 활용한 감정인식 로봇이 생기면 외로운 사람들에게 도움을 줄 수 있을 것 같고 색깔 인식, 음성 인식 기술은 시각장에인에게 도움을 줄 수 있을 것 같 다. 이 프로젝트를 하면서 인공지능 기술이 사람들에 삶에 많은 도움을 준다는 것을 알게 되었다.
I: 엠블록으로 프로그래밍을 해보니 생활 속에서 쓰이는 많은 인공지능 기술을 알게 되
었다. 자율주행 자동차로 경기했을 때에는 정말 뿌듯했다.
3) 프로그램 적용 성과 - 융합 소양(4C)검사
가) 사전 검사 기간 : 프로그램 적용 직전(학급별 상이) 나) 분석 인원 : 봉담초등학교 5학년 67명
나) 학생 선정 이유 : 프로그램 수혜 학생 중 5학년 학급 단위 분석을 진행함.
SW 동아리 및 영재 학급은 5-6학년이 섞여 있어 동질성을 높이고자 5학년 학급 단위로 분석하였으며 연구책임자의 학교에서 주 진행됨.
다) 사후 검사 기간 : 프로그램 적용 직후(학급별 상이)
라) 융합 소양 검사 결과
< 봉담초등학교 5학년 융합 인재 소양에 대한 사전 사후 검증 >
대응 N M SD t p
사전 67 3.328 .476
4.607 .000
***사후 67 3.691 .741
* : p<.05, ** : p<.005, *** : p<.001
→ 융합인재소양의 사전 평균은 3.328점이었으나 사후에는 3.691점으로 상승하였으며, p값은 0.000으로 유의미한 차이를 보였다.
<융합 인재 소양 하위영역에 대한 사전 사후 평균 비교>
→ 본 프로젝트를 적용한 봉담초등학교 5학년 학생들은 융합 인재 소양 4개의 하위
영역인 융합, 창의, 배려, 소통 영역에서 모두 큰 유의미한 향상을 보였다. 융합 역
량의 향상은 최근 이슈가 되고 있는 AI 기술을 엠블록 프로그램으로 구현해 보는 과
정에서 기존의 교과 지식과 실생활 지식을 융합해야 했기 때문에 향상된 것으로 보
이며, 창의 영역은 문제 해결을 위한 다양한 아이디어 도출 및 아이디어를 프로그래
밍하는 과정에서 아이디어를 정교화하는 과정에서 향상된 것이라 판단된다. 우리가
학습한 AI 기술을 사회에서 어떻게 활용해야 할 것인지 생각을 나누는 과정에서 배
려, 소통 역량이 향상되었다.
다. STEAM 협력연구 강화 및 확산실천
1) AI STEAM 연구를 위한 관련 직무연수 이수(7월~9월)
2) Zoom을 활용하여 쌍방향 온라인 협의회 실시(7월~9월)
교실 속 STEAM 교육 인공지능(AI)교육(초등) 인공지능 교육
3) 인공지능교사협회 세미나에서 AI STEAM 교육 프로그램 소개 및 성과 공유(9월)
4) 개발한 AI STEAM 프로그램을 활용하여 교사, 학부모 대상 AI 교육 연수 실시(10월)
<AI 교육 연수 운영, AI 교육 출강 협조 공문>
<AI 교육 연수 운영 계획>
<교내 AI 교육 연수 모습>
<줌 애플리케이션 활용 온라인 연수 모습>
<컴퓨팅 교사 협회 연수 모습>
5) 개발 STEAM 프로그램 워크북 형태 구성 및 배포
6) 성과 발표회 참여예정 (11월)
4. 연구 수행 결과
구분 수행 결과
교수학습지도안 개발 차시 총 11차시
수업 적용 일정 2020. 05. 01. ~ 2020. 10. 30.
(STEAM 수업)수혜학생 수 총 95명(연구책임자 5학년 3학급 70명, 공동연구원 학급 및 영재 학급 25명)
학생 태도검사 사전검사 7-8월 95명 완료
사후검사 10월 95명 완료
학생 및 교사 만족도조사 10월 30일 실시 완료 교사연구회 AI STEAM 성과 공유 2020. 10. 22.
‘AI STEAM 성과 공유 및 교사 연수’ 실시(Zoom 활용) 논문 또는 학술대회 학국인공지능교육학회 논문 게재 예정
특허출원(국외, 국내) 해당 없음
◦ 학생들의 AI 교육에 대한 이해와 관심 및 SW 활용 능력 증가
- AI 관련 이슈(자율주행자동차)와 연계된 수업 내용으로 학생들의 호기심 및 흥미 증대 - 무료 AI 교육 플랫폼(엠블록), 피지컬컴퓨팅(코디로키)을 활용하여 AI 기술 이해 및
SW 활용 능력 향상
◦ 학생들의 융합 소양 역량(융합, 창의, 배려, 소통) 향상
- AI 기술을 활용한 자동차를 구현하고자 할 때 지식과 기술을 융합하여 문제를 해결 - 프로그래밍 과정에서 다양한 시행착오를 극복하며 아이디어 정교화
- 이해한 AI 기술에 대해 생각을 공유하며 소통 및 배려 역량 강화
◦ 교사들의 AI STEAM 교육 역량, 전문성 강화
- AI STEAM 교육에 대한 인식 제고를 위해 1회 이상의 세미나를 개최하여 STEAM 교육 활동 성과 나눔
- AI 관련 박사 학위 이상의 소지자에게 자문을 얻어 프로그램에 대한 전문성 및 신 뢰도 확보
- 세미나 참여 교사 및 AI STEAM교육에 관해 관심있는 교사들과 비정기적 온/오프 라인 모임을 통해 프로그램 내용 공유 및 보완
5. 결론 및 제언
우리가 살아가고 있는 4차 산업혁명 시대의 핵심 원동력은 인공지능이라고 할 수 있다.
인공지능은 다양한 학문의 융합적 결정체이며, 다양한 분야에 적용이 가능한 핵심 키워 드이자 국가, 사회, 개인에게 있어 없어서는 안되는 핵심 기술로 자리잡아가고 있다. 이 중에서도 4차 산업혁명을 대표할 수 있는 자율주행자동차는 AI 기술과 관련한 대표적인 사례이다. 다양한 센서를 통하여 온도, 습도, 물체 등을 탐지할 수 있으며 위성 통신을 통해 다양한 교통정보를 주고 받을 수 있다. 또한 다양한 판단을 스스로 결정하여 인간 운전자의 개입 없이 스스로 주행할 수 있는 단계까지 이르렀다.
이러한 AI 시대를 주도하기 위한 인공지능 교육이 학교에서도 이루어져야 한다는 목소 리가 높다. 인공지능 교육은 인공지능 기술을 이해하는 것을 넘어 인공지능 프로그램을 만들어보고 적용하는 단계까지 이루어져야 할 것이다. 이에 본 연구회에서는 엠블록이라 는 AI 교육 플랫폼과 코디로키라는 로봇을 활용해 ‘AI 기술을 활용한 미래 자동차 구현 하기’ 라는 주제로 총 11차시의 AI STEAM 프로그램을 개발하여 학생들에게 적용한 후 그 효과를 분석하고자 하였다.
결론은 다음과 같다. 첫째, 엠블록과 코디로키를 활용한 AI STEAM 프로그램은 학생들
의 AI에 대한 관심과 흥미를 향상시키는데 도움을 준다. 수업에서 활용한 엠블록이라는
프로그래밍 소프트웨어는 STEAM 교육용으로 설계되었으며, 스크래치 3.0을 기반으로
만들어져 다양한 하드웨어와 연결이 편리하다는 장점과 함께 인공지능 기술 중 하나인
머신러닝, 인식 서비스 등을 체험해볼 수 있어 학생들이 다양한 AI 기술을 구현해 볼 수
있다는 것이 가장 큰 특징이다. 이러한 엠블록을 통해 최근 이슈가 되고 있는 자율주행 자동차와 관련한 AI 기술을 직접 체험해보고 구현해보는 과정에서 학생들은 AI가 어려운 것이 아니라 우리 주변에서 접할 수 있는 친숙한 기술이라는 것을 느끼게 되었고, 감성 적 체험 단계에서 AI 기술의 활용과 윤리에 관한 문제를 다뤄 AI 기술의 양면성에 대해 생각해보면서 AI에 대한 이해의 폭을 넓힐 수 있게 되었다.
둘째, 엠블록과 코디로키를 활용한 AI STEAM 프로그램은 학생들의 융합소양(융합, 창 의, 배려, 소통)을 향상하는데 효과적이다. 융합 역량의 향상은 학생들이 자신이 알고 있 는 지식과 AI 기술을 융합하여 문제를 해결하고자 노력했기 때문에 가능하였으며, 창의 역량은 프로그래밍 과정에서 나타난 다양한 시행착오를 극복하며 아이디어를 정교화하면 서 자연스럽게 향상되었다. 마지막으로 AI 기술에 대해 이해하고 어떻게 활용할 수 있을 지 생각을 나누는 과정에서 배려와 소통 역량이 향상되었다.
본 연구의 일반화를 위해 다음과 같은 제언을 하고자 한다. 첫째, AI STEAM 프로그램 을 교육 현장에 적용하기 위해서는 교사의 수업 준비와 함께 수업 기자재 확보가 우선시 되어야 한다. 특히 엠블록의 경우 웹캠과 마이크가 있어야 이미지 인식, 음성 인식 등을 효과적으로 활용할 수 있으며 코디로키 로봇을 효과적으로 사용하기 위해서는 코디로키 로봇 외에도 노트북이나 태블릿 같은 기자재의 확보가 전제되어야 한다. 둘째, 코로나 19로 인한 비대면 수업 환경에서도 수업을 할 수 있도록 교사들의 AI STEAM 교육에 대한 연구가 필요하다.
본 연구회의 일부 교사는 코로나로 인해 프로젝트 수업을 대면 수업으로 진행하기 어려 운 점을 고려하여 줌을 활용한 수업에서 엠블록 애플리케이션을 활용한 AI 인식 서비스 를 체험하는 등 탄력적입 수업을 운영하였다. 이와 같이 AI STEAM 교육에 대한 필요성 을 인식하고 전문성을 신장하기 위한 방법을 찾기 위해 온, 오프라인 세미나와 같은 연 구 활동이 지속적으로 이루어진다면 AI STEAM과 관련한 다양한 프로그램 개발이 이루 어질 수 있을 것이라고 기대한다.
6. 참고문헌
교육부(2015), 소프트웨어 교육 운영 지침. 대구:KERIS
김갑수(2019), 초등 교사들을 위한 인공지능 교육 프로그램 개발 및 적용. 정보교육학회 논문지.
전우천(2017), 인공지능시대에서의 프로그래밍교육 활성화 방안 연구. 인터넷정보학회지.
이영호(2019), 블록형 프로그래밍 언어 기반 인공지능 교육이 학습자의 인공지능 기술 태도에 미치는 영향 분석. 정보교육학회논문지.
최유현 외(2013), 초ㆍ중ㆍ고등학생용 융합인재소양 측정도구 개발. 한국기술교육학회지.
한선관 외(2020), 코딩과 함께하는 인공지능 첫걸음. 연두출판사.
[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물
1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정
연번 차시 (중심과목)
2015 개정 교육과정 성취기준
(연계과목) 성취기준 영역
1 1~2/11
[6실04-04] 수송과 수송 수단의 의미를 알고, 수송 수단의 기본 요소 를 설명한다.
[6사01-06] 우리나라 산업구조의 변화와 교통 발달 과정에서 나타난 특징을 탐구한다.
[6과07-03] 일상생활에서 속력과 관련된 안전 사항과 안전 장치의 예 를 찾아 발표할 수 있다.
(실과)
[초등학교 5~6학년]
(4) 기술 시스템 (사회)
[초등학교 5~6학년]
(1) 국토와 우리 생활 (과학)
[초등학교 5~6학년]
(7) 물체의 운동
2 3~9/11
[6실 04-05] 다양한 재료를 활용하여 수송수단을 구상하고, 제작한다.
[6실 04-09] 프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그래밍 과정 을 체험한다.
[6실 04-10] 자료를 입력하고 필요한 처리를 수행한 후 결과를 출력하는 단순한 프로그램을 설계한다.
[6실 04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.
[6실 05-03] 생활 속에 적용된 발명과 문제 해결의 사례를 통해 발명의 의미와 중요성을 이해한다.
[6실 05-04]] 다양한 재료를 활용하여 창의적인 제품을 구상하고 제작한다.
[6실 05-07] 여러 가지 센서를 장착한 로봇을 제작한다.
[6사 01-06] 우리나라 산업구조의 변화와 교통 발달 과정에서 나타난 특징을 탐구한다.
[6미 01-05] 미술 활동에 타 교과의 내용, 방법 등을 활용할 수 있다.
[6미 02-02] 다양한 발상 방법으로 아이디어를 발전시킬 수 있다.
[6미 03-04] 다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현내용을 구 체화할 수 있다.
(실과)
[초등학교 5~6학년]
(4) 기술 시스템 (5) 기술 활용 (사회)
[초등학교 5~6학년]
(1) 국토와 우리 생활 (미술)
[초등학교 5~6학년]
(2) 표현
3 10~11/11
[6실 05-03] 생활 속에 적용된 발명과 문제 해결의 사례를 통해 발명의 의미와 중요성을 이해한다.
[6실 05-04] 다양한 재료를 활용하여 창의적인 제품을 구상하고 제작한다.
[6실 05-07] 여러 가지 센서를 장착한 로봇을 제작한다.
[6사 06-04] 광복 이후 경제성장 과정에서 우리 사회가 겪은 사회 변 동의 특징과 다양한 문제를 살펴보고 더 나은 사회를 만 들기 위하여 해결해야 할 과제를 탐구한다.
[6미 01-05] 미술 활동에 타 교과의 내용, 방법 등을 활용할 수 있다.
[6미 02-06] 작품 제작의 전체 과정에서 느낀 점, 알게 된 점 등을 서 로 이야기할 수 있다.
[6미 03-04] 다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현내용을 구체 화할 수 있다.
(실과)
[초등학교 5~6학년]
(5) 기술 활용 (사회)
[초등학교 5~6학년]
(6) 우리나라의 경제 발전
(미술)
[초등학교 5~6학년]
(1) 체험 (2)표현
2. STEAM 프로그램 총괄표(총 11차시)
차시 주요내용
1~2 /11
주제(단원)명
수송 수단의 현재와 미래
● 영화 속 수송수단의 특징 알아보기
● 수송수단에 대해 알아보기 - 수송수단의 의미
- 수송수단 분류하기
- 수송수단의 기본요소 이해하기
● 자동차의 발달과정 알아보기 - 과거와 현재의 자동차
- 미래의 자동차에 대해 알아보기
● 미래의 자동차 설계하고 발표하기 - 미래 자동차의 조건 알아보기
- 미래 자동차에 사용될 AI 기술 생각 나누기 - 미래 자동차 설계하기
- 미래 자동차 발표해보기
3~9 /11
주제(단원)명
엠블록과 코디로키로 AI 기술을 활용한
미래 자동차 개발하기
< 탐색 >
● M-block 프로그램 알아보기 - M-block 웹사이트에 접속하기 - M-block 프로그램의 블록 살펴보기
- M-block 확장 탭에서 제공하는 AI 관련 블록 살펴보기
● M-block의 AI 인식 서비스 블록 알아보기
- M-block 음성, 텍스트, 이미지, 감정 인식 알아보기
● M-block의 Text to Speech 알아보기
● Codey-Rocky 알아보기
- M-block과 Codey-Rocky 연결하기 - 업로드, 라이브 모드 차이 알기
● Codey-Rocky로 감정 표현하기 - Codey-Rocky ‘감정’ 블록 알아보기
- M-block과 Codey-Rocky를 연결하여 감정인식 결과 표현하기
● Codey-Rocky로 색깔 인식하여 움직임 표현하기 - Codey-Rocky로 색깔 인식하기
- 인식한 색깔에 따라 Codey-Rocky로 움직임 표현하기
● M-block과 Codey-Rocky로 나만의 프로그램 제작하기
< 설계 >
● M-block 기계학습 알아보기
- 가위, 바위, 보를 인식할 수 있도록 기계학습하기
● Codey-Rocky의 동작 알아보기
- Codey-Rocky의 동작 블록에 따른 코디로키 동작 관찰하기
● 기계학습을 활용한 자율주행 자동차 만들기
- 움직임 기계학습하기 (앞으로 이동, 뒤로 이동, 오른쪽 회전, 왼쪽 회전 등) - 기계학습 블록을 활용하여 프로그래밍 하기 (Codey-Rocky 움직이기)
● 색깔 인식을 활용한 자율주행 자동차 만들기 - 검은색 선을 따라가는 라인트레이서 만들기
● 기계학습 또는 색깔 인식 기능을 활용하여 미션 해결하기
- 친구와 서로 문제를 제시하고 문제 해결을 위한 프로그래밍하기
10~11 /11
주제(단원)명
AI 기술을 대하는 우리의 자세
● AI기술을 활용한 미래 자동차 공유하기
- 두 팀이 짝지어 서로 만든 프로그램을 설명하기
- 다른 팀이 제안한 잘못된 부분과 보완할 점 찾아 수정하기
● AI기술을 활용한 미래 자동차 발표하기 - 반 전체를 대상으로 완성된 작품 발표하기 - 활동 소감 공유하기
● 자율주행 자동차 및 AI 기술의 한계점 알아보기 - 모럴 머신 체험해보기
- 자율주행 자동차에 의한 교통 운행과 인간에 의한 교통 운행 비교하여 장단점을 생각해 보고 의견 공유하기
- 미래 자율주행 자동차와 나의 달라지는 삶에 대해 생각해보기
3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안
➊ 상황제시
중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등학교/5-6 학년(군) 중심과목
성취기준 영역
[초등학교 5~6학년] (4) 기술 시스템 중심과목 성취기준
[6실04-04] 수송과 수송 수단의 의미를 알 고, 수송 수단의 기본 요소를 설명한다.
주제(단원)명 수송 수단의 현재와 미래 차시 1~2/11
학습목표 - 수송 수단의 의미를 이해하고 분류할 수 있다.
- 수송 수단의 발달 과정을 살펴보며 미래의 수송 수단을 설계할 수 있다.
연계과목 사회, 과학 연계과목
성취기준 영역
[초등학교 5~6학년] 7. 물체의 운동 [초등학교 5~6학년] (1) 국토와 우리 생활 [초등학교 5~6학년] (1) 체험 (2) 표현
STEAM요소
S 자동차의 발전 기술 T 수송 수단 기술과 발전
E 다양한 종류의 수송수단, 수송 수단의 에너지원 A 미래의 수송 수단을 그림으로 표현해보기 M
개발 의도
상황 제시 단계에서 수송수단의 의미와 종류에 대해 알아보며 수송수단을 이해한 후, 창의적 설계 단계에서 수송수단의 발달 과정을 이해하여 미래의 수송수단을 설계해보는 시간을 갖는다.
본 1~2 차시는 상황제시와 창의적 설계 단계가 주를 이룬다. 상황 제시 단계에서 수송 수단에 대한 흥미를 키우고, 창의적 설계 단계에서 직접 미래의 수송 수단에 대해 생각해보고 설계하는 시간을 갖 도록 구성하였다.
도입 단계에서는 영화 속 상황을 보여주며 현재 사용하고 있는 수송 수단의 일부인 자동차와 자전 거를 비교해보는 시간을 갖는다. 이 때 영화에서 나오는 수송 수단의 종류를 알게 하고, 자전거 안전 사고의 위험성도 함께 짚어준다.
전개 단계에서는 수송 수단의 의미와 기본 요소를 살펴보고, 현재 사용되고 있는 수송 수단을 분류 해보며 이해하는 시간을 갖는다. 또한 현재 사용되는 수송 수단의 장단점을 살펴보고, 미래에는 어떤 수송 수단이 개발되어야 하는지 생각해보게 한다. 이는 창의적 설계로 이어져 학생들이 직접 미래에 필요한 수송 수단의 조건을 생각해보며 미래의 수송 수단을 직접 설계해보게 한다.
설계한 자료를 발표 · 공유하여 학생들의 생각의 폭을 넓혀주도록 한다. 본 두 차시는 앞으로 이어 질 창의적 설계 부분을 학습하기 전 수송 수단의 발달에 대한 고민을 해보는 시간이 될 것이다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
‣ 수송수단의 특징 알아보기
‣ 수송수단의 의미 이해하기
‣ 수송수단 분류해보기
‣ 자동차의 발달과정 살펴보기
창 의 적 설 계
창의적 설계
‣ 작품 발표하고 감상하기
감 성 적 체 험 ‣ 미래의 자동차 설계해보기
감성적 체험
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (10 분)
Co
영화 속 수송수단의 특징 알아보기 (10′)
- 영상 속에 등장하는 수송수단에는 어떤 것들이 있나요?
(자전거, 자동차 등이 있습니다.) - 수송 수단은 어떤 장점이 있을까요?
(먼 거리를 빠르게 갈 수 있습니다.)
- 화면 속에서 나타난 수송수단의 문제점은 무엇이 있을까요?
(사고의 위험이 있습니다.)
- 어떤 수송 수단이 좋은 수송 수단일까요?
(먼 거리를 빠르고 안전하게 가는 수송수단입니다. 짐을 많이 싣고 가는 수송수단입니다.)
㉶영화영상
‘프리미엄 러쉬’
https://www .youtube.co m/watch?v=
b87XmPcM udQ
Tip! 영 화 에 서 나오는 수송 수단의 종류를 알게 하되 자전거 안 전 사 고 의 위험을 짚어 준다.
전개 (65 분)
Co
수송수단에 대해 알아보기 (25′) - 수송이란 무엇일까요?
(사람이나 물건을 실어 옮기는 것입니다.) - 수송수단이란 무엇일까요?
(수송에 사용되는 자동차, 기차, 배, 비행기 등을 말합니다.) - 다양한 수송 수단을 분류해 봅시다.
㉶ 활동지
Tip! 분 류 기준을 교 사가 제시 하는 것이 아니라 처 음에는 학 생 스스로 기준을 세 워 구분해 볼 수 있도 록 하고 그 이유도 함 께 발표하 도록 한다.
- 수송 수단을 어떻게 분류할 수 있을까요?
(육상 수송 수단, 해상 수송 수단, 항공 우주 수송 수단으로 나눌 수 있습니다.)
- 수송 수단이 발달하여 생긴 장점은 무엇일까요?
(생활 공간이 넓어 졌습니다. 먼 곳을 빠르게 이동할 수 있습니다. 해외 여행을 가기 쉽습니다. 무역 활동을 하기에 좋습니다. 등)
- 수송 수단이 발달하여 생긴 단점은 무엇일까요?
(환경 오염이 발생할 수 있습니다. 여러 가지 교통사고가 발생할 수 있습니다. 등)
- 수송 수단의 단점을 보완하기 위해서는 어떻게 해야 할까요?
(환경 오염이 발생하지 않는 에너지를 사용합니다. 수송 수단에 안전한 장치를 설치합니다. 등)
- 수송수단의 기본 요소에 대해 알아봅시다. 수송 수단을 몇 가지 기본 요소로 나눌 수 있나요?
(구동장치, 조향장치, 제동장치입니다.) - 구동 장치는 어떤 역할을 하나요?
(원하는 장소로 나아가게 하는 장치로 엔진에서 발생된 힘으로 바퀴를 회전시켜 자동차를 움직이게 합니다.)
- 조향 장치는 어떤 역할을 하나요?
(원하는 장소로 방향을 바꾸게 하는 장치로 핸들로 바퀴의 방향을 바꾸어 자동차의 진행방향을 조절합니다.)
- 제동 장치는 어떤 역할을 하나요?
(원하는 장소에서 속도를 줄이거나 멈추게 하는 장치로 브레이크로 바퀴의 움직임을 조절하여 자동차의 속도를 줄이거나 멈추게 합니다.)
Co
자동차의 발달과정 알아보기(15′)
- 자동차의 발달과정에 대한 영상을 시청합시다. 사람들은 왜 자동차를 발명했을까요?
Tip! 첫 차 시에 이루 어지는 수 송 수단의 의미, 장단 점, 구성 요 소와 같은 지식은 앞 으로 진행 해갈 프로 젝트의 기 초 지식이 될 것이므 로 충분한 시간을 두 고 수업을 진행한다.
㉶ 동영상 자 동 차 의 역사
https://www .youtube.co m/watch?v=
9N9ru8eYzp Q
Tip! 자 동 차의 발달 과정을 살 펴보며 미 래에는 어
(먼 곳을 빠르게 가고 싶어서입니다.)
- 자동차의 발달 과정을 보고 느낀 점은 무엇인가요?
(사람들이 먼 곳을 빨리 가고 싶어한 것 같습니다. 미래에는 더 좋은 자동차가 나올 것 같습니다. 사람들이 편하게 이동하고 싶어하는 것 같습니다. 다양한 방법으로 자동차가 만들어져서 신기했습니다. 등) - 미래에는 어떤 자동차가 나올 것 같나요?
(더 빠른 자동차가 나올 것 같습니다. 하늘을 나는 자동차가 나올 것 같습니다. 무인 자동차가 많이 생길 것 같습니다. 지금 보다 안전한 자동차가 나올 것 같습니다. 등)
CD ET
미래의 자동차 설계하고 발표해보기(25′)
- 미래에 더 좋은 자동차가 나오기 위해서는 어떤 조건이 있어야 할까요?
(사람이 운전하기 편리하고 안전해야 합니다.)
- 미래 자동차에 들어가는 AI 기술에는 어떤 것이 있을까요?
(음성인식, 자율주행, 이미지인식 등이 있습니다.) - 미래의 자동차를 설계해 봅시다.
- 자신이 설계한 미래의 자동차를 발표해봅시다.
- 친구의 발표를 보고 잘한 점, 추가하면 좋을 점을 생각하여 발표해 봅시다.
떤 자동차 가 발달할 지 생각해 보게끔 유 도한다.
㉶ 활동지
동영상 https://www .youtube.co m/watch?v=
A_YQp467h pU
Tip! 앞 서 배운 수송 수단의 구 성요소들을 어떻게 바 꿀 것인지 초점을 맞 추어 생각 해 보 도 록 유도한다.
정리 (5 분)
ET
소감 공유하기(5′)
- 오늘 활동의 소감을 공유해봅시다.
- 오늘 수송 수단과 관련하여 알게 된 점을 발표해봅시다.
- 앞으로 수업에서 알고 싶은 점을 발표해봅시다.
- 다음 시간에는 엠블록과 코디로키로 AI 기술을 활용한 미래 자동차를 개
발하는 시간을 가져보겠습니다.
➋ 창의적 설계-탐색(3~6차시)
중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등학교/5 학년
중심과목 성취기준
영역
[초등학교 5~6학년] (4) 기술 시스템 중심과목 성취기준
[6실 04-09] 자료를 입력하고 필요한 처 리를 수행한 후 결과를 출력하는 단순한 프로그램을 설계한다.
[6실 04-10] 자료를 입력하고 필요한 처 리를 수행한 후 결과를 출력하는 단순한 프로그램을 설계한다.
주제(단원)명 엠블록과 코디로키로 AI 기술을
활용한 미래 자동차 개발하기 차시 3~6/11
학습목표
- 엠블록 프로그램을 이해하고 AI 인식 서비스, 텍스트 음성변환과 같은 AI 기술을 활용 할 수 있다.
- 코디로키를 이해하고 감정 표현, 색깔 인식과 같은 기능을 활용하여 나만의 프로그램을 제작할 수 있다.
연계과목 미술 연계과목
성취기준 영역
[6미 02-02] 다양한 발상 방법으로 아이 디어를 발전시킬 수 있다.
STEAM 요소
T 프로그래밍 도구의 활용, 기초적인 프로그래밍 이해, 소프트웨어 기술 E 코디로키 활용, 센서 공학
A 감정에 따른 이미지 표현, 아이디어의 표현
개발 의도 창의적 설계 중 탐색 단계에 해당하는 3~6 차시에서는 AI 기술을 활용한 미래 자동차 제작을 위한 기본 프로그램인 엠블록과 구현할 수 있는 로봇 코디로키에 대해 학습한다.
창의적 설계 중 탐색 단계에 해당하는 3~6 차시에서는 AI 기술을 활용한 미래 자동차 제작을 위한 기본 프로그램인 엠블록과 구현할 수 있는 로봇 코디로키에 대해 학습한다. 도입단계에서는 코디로키 가 어떤 기능을 수행할 수 있는지 영상을 시청하여 학생들의 흥미와 관심을 끈 후 우리가 앞으로 하 게 될 프로젝트 역시 이러한 기능들을 활용할 것임을 안내한다.
전개 단계에서는 AI 기술을 경험해 볼 수 있는 엠블록 프로그램에 대해 알아본다. 엠블록은 스크래 치 3.0 소스를 바탕으로 설계된 프로그래밍 소프트웨어로 기계학습, 인식 서비스와 같은 인공지능 기 술을 활용할 수 있는 무료 AI 교육 플랫폼이다. 먼저 AI 인식 서비스 블록을 추가하여 음석 인식, 텍스 트 인식, 이미지 인식, 감정 인식에 대해 탐색해본다. 다음으로는 텍스트를 소리로 바꾸어주는 텍스트 음성 변환 기술을 탐색해본다. 나아가 이러한 AI 인식 기능을 어떻게 활용해볼 수 있을지도 생각해본 다. 그 다음으로 엠블록에서 프로그래밍한 내용을 구현할 수 있는 피지털 컴퓨팅 교구인 코디로키에 대해 학습한다. 코디로키가 표현할 수 있는 감정, 센서를 통한 색깔 인식, 화면에 텍스트나 이미지 표 현 등을 학생들이 직접 수행해보면서 코디로키의 다양한 기능을 익혀보았다. 마지막으로 엠블록과 코 디로키를 활용하여 나만의 프로그램을 제작한다. 이 때 앞서 이루어진 활동들을 통해 학생들은 다양하 고 창의적인 프로그램을 만들어볼 수 있으며 이는 설계 단계에서 진행될 프로젝트에 대한 준비 작업 이 될 것이다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
창 의 적 설 계
창의적 설계
감 성 적 체 험 ‣ 엠블록 알아보기
‣ AI 인식 서비스 탐색하기 ‣ Text to Speech 탐색하기 ‣ 코디로키 알아보기
‣ 코디로키로 감정 표현하기 ‣ 코디로키로 색깔 인식하기
감성적 체험
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료㉶
유의점 Tip!
도입 (5 분)
Co
코디로키 소개 영상 시청하기(10‘)
- 영상을 보니 코디로키로 어떠한 것들을 할 수 있었나요?
(색깔을 인식하여 알려줍니다. 검은 선을 따라 이동합니다. 화면에 글씨, 그림, 표정을 표현합니다. 장애물을 인식하고 가장자리를 인식합니다. 소리 를 인식하기도 합니다. 게임 컨트롤러로 사용 가능합니다. 다른 코디로키와 연결 가능합니다. 사람의 얼굴 표정을 보고 따라합니다. )
- 가장 해보고 싶은 기능이 있다면 무엇인가요?
(얼굴 표정을 보고 따라하는 걸 만들어 보고 싶어요. 등)
㉶ 동영상 https:// w ww.youtub e.com/wat ch?v=gn95 lsTujbc
Tip! 코디로
키에 대한 흥미와 관 심을 이끌 어낸다.
전개 (150 분)
CD
[활동 1] M-block 프로그램 알아보기(10‘) - M-block 프로그램이란 무엇일까요?
(스크래치 3.0 소스를 바탕으로 설계된 프로그래밍 소프트웨어로 기계학습, 인식 서비스와 같은 인공지능 기술을 활용할 수 있다.)
- M-block 웹사이트에 접속해봅시다. (구글 크롬 사용)
- PC 버전을 다운로드한 후 언어 설정을 한국어로 변경합니다.
- 회원가입을 하고 로그인합니다.
- M-block 프로그램에는 어떤 종류의 블록이 있나요?
- 확장 탭에서 AI 관련 블록을 살펴봅시다.
㉶사이트 https://mblo ck.makeblo ck.com/en- us/download /, 학습지
Tip! 엠 블 록 사이트 에 들어가 면 웹버전, 다 운 로 드 버전, 애플 리 케 이 션 버전 3가지 를 확인할 수 있다. 미 리 다운로 드 받아놓 으면 수업 때 편하게 활용가능하 다.
회 원 가 입 시 이메일 인증이 필 요 하 므 로 참고한다.
CD
[활동 2] M-block의 AI 인식 서비스 블록 알아보기(50‘)
▣ M-block‘음성 인식’알아보기(10‘)
- M-block의‘음성 인식’블록을 탐색해봅시다.
- 스프라이트의 말하기 블록을 활용하여‘Hello’라고 말한 후 제대로 음 성 인식을 했는지 확인해봅시다.
- 자신이 알고 있는 간단한 영어 단어부터 시작해서 영어 시간에 배운 긴 영어 문장도 인식 가능한지 확인해봅시다.
- 영어 외에 다른 나라의 언어로도 음성 인식을 해 봅시다.
▣ M-block‘텍스트 인식’알아보기(10‘)
- M-block의‘텍스트 인식’블록을 탐색해봅시다.
- 흰 종이에 자신이 알고 있는 영어 단어를 쓰고 정확히 인식하는지 확인 해 봅시다.
- 짧은 단어부터 긴 문장도 인식해보고 텍스트를 회전하거나 뒤집었을 때 어떻게 인식하는지 확인해봅시다.
- 영어 인식 모드에서 한국어를 보여주면 어떻게 인식하는지 확인해봅시 다.
▣ M-block‘이미지 인식’알아보기(15‘)
- M-block의‘이미지 인식’블록을 탐색해봅시다.
- 브랜드, 유명인, 랜드마크, 이미지 묘사 등 다양한 이미지 인식 서비스를 활용하여 인식한 후 결과를 확인해 봅시다.
(유명인으로 설정하고 손흥민 선수를 인식하니 영어로 손흥민이라고 대답 해주었습니다./ 랜드마크로 설정하고 에펠탑을 인식하니 영어로 에펠타워 라고 대답해주었습니다. 등)
㉶ 학습지
Tip! 교 사 가 예시로 사용 방법 을 먼저 보 여준 후 학 생들이 자 유롭게 해 당 AI 기술 을 체험해 볼 수 있도 록 충분한 시간을 제 공한다. 엠 블록 프로 그 래 밍 에 익숙해져야 다음 피지 컬 컴퓨팅 에서 헤매 지 않고 활 동이 가능 하다. 학습 지의 간단 한 미션들 을 해결할 수 있도록 하여 목표 도달 정도 를 확인한 다.
▣ M-block‘감정 인식’알아보기(15‘)
- M-block의‘감정 인식’블록을 탐색해봅시다.
- M-block으로 인식할 수 있는 감정은 어떠한 것들이 있나요?
(행복, 놀람, 비애, 싫음 등 8가지 감정을 인식할 수 있습니다.)
- 행복한 감정을 인식 후 말하기 블록을 함께 사용하여 그 수치를 표현할 수 있도록 해 봅시다.
(웃는 표정으로 감정인식을 해보니 행복 값이 100이 나왔습니다.)
- 행복한 감정 외에도 인식 감정과 표정을 바꾸어가며 수치의 변화를 관찰 해 봅시다.
Tip! 이 미 지 인식의 경우 배경 이 깨끗하 면 더 분명 한 결과를 얻을 수 있 으니 참고 한다.
Tip! 감 정 인식의 경 우 많은 학 생들이 흥 미를 가지 고 임하는 활동이므로 충분한 시 간을 제공 한다.
Tip! AI 인 식 서비스 블록을 모 두 탐색한 후 이러한 기술을 생 활 속에서 어떻게 활 용하고 있 는지 생각 을 나누어 보면서 인 공지능 기 술이 친숙 한 것임을
CD
[활동 3] M-block의‘Text to Speech’알아보기(10‘) - M-block‘텍스트 음성 변환’블록을 탐색해봅시다.
- 자신이 표현하고 싶은 문장을 입력한 후 소리로 나타내봅시다. (한국어 설정)
- 음성의 종류를 알토, 테너 등 다양한 소리로 설정한 후 확인해봅시다.
-‘텍스트 음성 변환’블록에 감정 인식 결과를 결합하여 자신의 감정 수 치를 음성으로도 표현해 봅시다.
CD
[활동 4] Codey-Rocky 알아보기(5‘) - Codey와 Rocky에 대해 알아봅시다.
- M-block과 Codey-Rocky를 연결해 봅시다.
- 업로드 모드와 라이브 모드의 차이를 알아봅시다.
업로드 작성한 코드를 코디로키에 한 번에 업로드하여 선을 분리한 후에도 작동 라이브 연결선을 꽂아두고 코디로키에 코드를 입력하면서 바로 확인하며 작동
CD
[활동 5] Codey-Rocky로 감정 표현하기(25‘)
▣ Codey-Rocky ‘감정’블록 알아보기(10‘) - Codey가 표현할 수 있는 감정은 무엇이 있나요?
(장난, 아픔, 자랑, 맛있는 등 20가지 이상의 감정을 표현할 수 있습니다.) - Codey 화면에 나타난 Codey의 표정을 관찰해보고 자신이 나타내고 싶은 감정을 Codey 화면에 직접 그려 나타내 봅시다.
▣ M-block과 Codey-Rocky를 연결하여 감정인식 결과 표현하기(15‘) - M-block의 감정 인식 결과를 Codey-Rocky에게 어떻게 보낼지 생각해봅 시다.
(신호 보내기, 신호 받기 블록을 활용하여 M-block의 명령 수행 결과를 Codey-Rocky에 보내줄 수 있습니다.)
- M-block에서 인식한 감정 인식 결과에 따라 Codey의 표정을 어떻게 변 화시킬지 생각해봅시다.
- 각 감정에 어울리는 Codey 표정을 생각하여 Codey-Rocky 화면에 그려 봅시다.
느끼게 한 다.
㉶ 코디로 키, 학습지
Tip! 업 로 드 모드는 코딩이 끝 났을 때 확 인 해 보 기 좋고, 라이 브 모드는 작업 중에 그 때 그 대 바로 프 로 그 래 밍 결과를 확 인할 수 있 어 효과적 이다.
Tip! 엠 블 록과 코디 로키를 연 결하는 작 업은 피지 컬 컴퓨팅 의 기초가 된다. 신호 보내기, 받 기 블록을 활 용 하 여 엠 블 록 의
(M-block에서 인식한 행복값이 100이면 Codey의 표정을 웃는 표정으로, 행 복값이 0이면 우는 표정으로 나타내 보았습니다.)
CD
[활동 6] Codey-Rocky로 색깔 인식하여 움직임 표현하기(20‘)
▣ Codey-Rocky로 색깔 인식하기(10‘)
- Codey-Rocky의 색깔 인식 센서를 탐색해봅시다.
- 색깔 인식 센서를 활용하여 해당 색깔의 Codey-Rocky LED 불빛로 나타 내봅시다.
(빨간색을 인식하면 빨간색 LED가 나타나도록 하였습니다.)
▣ 인식한 색깔에 따라 Codey-Rocky로 움직임 표현하기(10’) - 인식 색깔에 맞게 Codey-Rocky가 수행할 동작을 생각해봅시다.
(초록색을 인식하면 앞으로 전진, 노란색을 인식하면 회전하기, 빨간색을 인식하면 동작 멈추기를 수행하도록 합니다.)
- Codey-Rocky의 동작 블록 외에도 형태, 스피커 블록을 추가하여 나만의 프로그램을 만들어 봅시다.
(파란색을 인식하면 웃는 표정을 지으면서 앞으로 이동하거나, 흰색을 인식 하면 지그재그로 움직이며 콧노래를 흥얼거리도록 프로그래밍하였습니다.)
CD
[활동 7] M-block과 Codey-Rocky로 나만의 프로그램 제작하기(25‘) -M-block의 AI 기술 블록과 Codey-Rocky의 감정, 형태, 동작 블록을 활용 하여 자유 주제로 나만의 프로그램을 제작해 봅시다.
- 프로그램 제작 이유와 함께 제작한 프로그램을 발표해봅시다.
(인식한 감정 수치만큼 스프라이트가 움직이는 프로그램을 만들어 보았습 니다.)
- 친구들의 프로그램을 보면서 어떤 블록을 어떻게 추가할 수 있을지, 어 떤 기능을 더 활용하면 좋을지 생각을 나누어 봅시다.
명령 수행 결과를 코 디 로 키 가 표현할 수 있도록 프 로그래밍한 다.
㉶ 코디로키 색깔 카드
Tip! 코 디 로키 키트 에 동봉되 어 있는 색 깔 카드를 활 용 하 면 효과적이며 카드를 분 실한 경우 색 종 이 를 활 용 해 도 상관없다.
㉶ 학습지
Tip! 본 격 적인 AI 기 술을 활요 한 자동차 제작은 다 음 차시에 이 루 어 질 예정이므로 이 단계에 서의 프로 그램 제작 은 간단한 수준의 작 품을 완성 하는 선에 서 마무리 한다.
정리 (5 분)
ET
소감 공유하기(5′)
- 선생님, 친구들과 오늘 활동의 소감을 공유해봅시다.
- 알게 된 AI 기술은 무엇이 있는지 발표해봅시다.
- M-block, Codey-Rocky에 대해 알게 된 점을 발표해봅시다.
- 수업 외에 자신이 만들고 싶은 프로그램을 발표해봅시다.
-
다음 시간에는 코디로키 로봇을 활용해 피지컬 컴퓨팅을 경험해보겠습니다.
➌ 창의적 설계-설계(7~9차시)
중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등학교/5 학년
중심과목 성취기준
영역
[초등학교 5~6학년] (4) 기술 시스템 (5) 기술 활용
중심과목 성취기준
[6실 04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.
[6실 05-07] 여러 가지 센서를 장착한 로봇을 제작한다.
주제(단원)명 엠블록과 코디로키로 AI 기술을
활용한 미래 자동차 개발하기 차시 7~9/11
학습목표
- 기계학습을 이해하고 기계학습을 활용하여 자율주행자동차를 만들 수 있다.
- 색깔 인식 기능을 활용하여 라인트레이서 자율주행자동차를 만들 수 있다.
- 문제 해결을 위한 방법을 탐색하고 프로그래밍하여 문제를 해결할 수 있다.
연계과목 사회 연계과목
성취기준 영역
[6사 01-06] 우리나라 산업구조의 변화 와 교통 발달 과정에서 나타난 특징을 탐구한다.
STEAM 요소
S 코디로키 속도 및 방향 조절 T 기계학습 프로그래밍
E 센서 활용
A 기계학습을 위한 이미지 표현
M 회전 각도 및 바퀴의 속도, 방향 계산 개발 의도
탐색 단계에서 배운 다양한 인식 서비스 중에서 자율주행자동차에서 활용할 수 있는 색 깔인식 서비스를 활용하여 자율주행자동차를 만들어보고, 기계학습에 대한 이해를 바탕으 로 프로그래밍을 하여 자율주행자동차를 만들어보고자 하였다.
창의적 설계 중 설계 단계에 해당하는 7~9 차시에서는 AI 기술의 인식 서비스를 활용하여 자율주행 자동차를 설계하고 프로그래밍하여 문제를 해결한다. 도입단계에서는 자율주행자동차에 대한 영상을 시청하고 자율주행 자동차가 어떻게 움직이는지, 탐색 단계에서 배운 인식 서비스를 어떻게 활용할 수 있을지 생각해보도록 한다.
전개 단계에서는 기계학습에 대해 학습한 후 기계학습을 활용하여 간단한 동작만으로 코디로키를 움직일 수 있도록 하고, 색깔 인식 서비스를 활용하여 선을 따라서 코디로키를 움직일 수 있도록 프로 그래밍을 한다. 또, 설계 단계에서 배운 두 가지 기능을 활용하여 친구끼리 문제 (길을 찾는 문제)를 제시하고 이 문제를 해결하기 위해 어떻게 할 수 있을지 고민하고 프로그래밍하여 코디로키로 문제를 해결할 수 있도록 한다.
우리가 앞으로 만나게 될 자율 주행 자동차는 더 과학적이고, 더 기술적이어서 초등학교 학생 수준 에서 그대로 적용하는 것은 어려울 수 있지만, 간단한 인공지능 인식 서비스를 활용하여 자율주행 자 동차에 접목할 수 있는 내용 중심으로 활동을 구성하였다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
창 의 적 설 계
창의적 설계
감 성 적 체 험 ‣ 기계학습 알아보기
‣ 기계학습을 활용하여 코디로키 움직이기
‣ 색깔 인식 서비스를 활용하여 라인트레이서 만들기
‣ 문제 제시 및 문제 해결하기
감성적 체험
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료㉶
유의점 Tip!
도입 (10 분)
Co 자율 주행 자동차 영상 시청하기
(10’)
- 영상을 보고 자율주행자동차는 무엇이라고 생각하나요?
(사람이 운전하지 않고, 스스로 운전하는 자동차입니다. 센서를 사용하여 운전하는 자동차입니다. 자동차가 도로나 신호등, 장애물 등을 인식하여 스 스로 운전하는 자동차합니다. )
- 자율주행 자동차는 그러면 어떻게 스스로 움직일 수 있을까요?
(센서를 사용해서 앞에 보이는 물체나 바닥에 있는 것들을 인식하고 운전 하는 것 같습니다. 사람이 프로그래밍하여 자동차에 입력하면 프로그래밍 한 대로 자동차가 움직일 것 같습니다.)
㉶ 동영상 https://yo utu.be/LC wlODy6Dd A
㉶ 학습지
Tip! 자 율
주행 자동 차에 대한 흥미와 관 심 증가
전개 (100 분)
CD
[활동 1] 기계학습 알아보기 (20’) - 티처블머신 체험하기
- 티처블머신의 이미지 프로젝트 실행하기
- 다양한 이미지를 학습시키고 이미지를 정확하게 인식하는지 확인하기 - 이미지가 잘 인식이 된다면, 오디오나 자세도 학습시켜 인식 결과 확인
하기
- M-block 의 기계학습 알아보기
㉶ 노트북, 학습지
Tip! 티 처 블머신에서 가장 기본 이 되는 이 미지 학습 을 먼저 하 고 시간이 남거나 먼 저 끝난 학 생들이 있 는 경우 오 디오나 포 즈까지 학 습해볼 수 있도록 한 다.
(프로그래밍을 하기 전에 기계학습을 먼저 시켜서 카메라에 인식한 것이 무엇인지 기계학습한대로 표현할 수 있도록 한다.)
- 기계학습을 통해 가위, 바위, 보를 학습시켜봅시다.
- 정확한 학습을 위해 데이터를 많이 넣어야 합니다.
- 말하기 블록을 활용하여 카메라가 잘 인식하고 학습한 대로 결과가 출력 되는지 확인해봅시다.
CD
[활동 2] 기계학습을 활용하여 코디로키 움직이기 (25’) - 코디로키를 이동하기 위한 기계학습 약속을 정한다.
(예 : 앞으로 이동 – 손가락을 위로, 뒤로 이동 – 손가락을 아래로, 오른 쪽으로 회전 – 손가락을 오른쪽으로, 왼쪽으로 회전 – 손가락을 왼쪽으로) - 기계학습을 활용하여 코디로키를 자유롭게 움직인다.
- 장애물이 있을 때 멈추거나 돌아갈 수 있게 ‘장애물을 인식하였는가’
조건문을 활용하여 프로그래밍을 한다.
㉶ 노트북, 코 디 로 키 , 학습지
Tip!
M - b l o c k 에 서 기계학 습을 할 때 배경에 인 식 하 고 자 하는 모습 이외에 얼 굴이나 다 른 것들이 보이면 인 식 결과가 정 확 하 지 않다.
Tip! 기 계 학 습 이 나 라인트레이 서 프로그 래밍을 할 때 학습자 가 스스로 생각해보고 디 버 깅 할 수 있는 과 정을 거칠 수 있도록 한다.
CD
[활동 3] 색깔 인식 서비스를 활용하여 코디로키 움직이기 (25’) - ‘탐색’ 단계에서 학습한 색깔 인식 서비스 복습한다.
- 색깔 인식에 따라 코디로키의 움직임 다르게 하기 (예 : 빨간색 – 앞으로 이동, 노란색 – 뒤로 이동 등)
- 검은색 선을 따라 가는 코디로키 만들기 (코디로키의 색깔 인식 센서를 바닥을 향하도록 돌려서 사용)
CD
[활동 4] 문제 해결하기 (30’)
- 기계학습 및 색깔 인식을 활용하여 자율주행자동차 만들기
- 기계학습을 통해 길을 지나갈 수 있게 친구끼리 서로 길을 만들어 주고 친구가 제시한 길을 지나갈 수 있도록 문제를 해결한다.
- 활동3에 했던 라인트레이서 이외에 다른 모양의 라인이나 다른 색을 활 용하여 서로 문제를 제시하여 선을 따라갈 수 있게 프로그래밍을 한다.
- 장애물을 만났을 때 멈추거나 돌아갈 수 있도록 먼저 배운 내용을 생각 하며 프로그래밍을 한다.
Tip! 기 계 학습과 색 깔 인식을 활 용 하 여 문제를 해 결할 수 있 도록 하고 학습자 수 준에 맞게 장애물 인 식을 추가 하거나 또 는 학습자 수준에 맞 는 프로그 래밍을 할 수 있도록 지도한다.
정리 (10 분)
ET
배운 내용 및 소감 공유하기(10′)
- 인식 서비스를 활용한 자율주행 자동차를 만든 소감을 이야기해봅시다.
- 기계학습을 다른 분야에 어떻게 활용할 수 있을지 발표해봅시다.
- 색깔 인식 서비스를 실제 자율주행 자동차에 어떻게 활용할 수 있을지 이야기해봅시다.
- 기계학습과 색깔 인식 이외에 어떤 기능을 자율주행 자동차에 적용하고 싶은지 이야기해봅시다.
- 다음 시간에는 인공지능과 미래의 우리 생활에 대해 생각해볼 수 있는 시간을 갖도록 하겠습니다.
㉶ 학습지
