STEAM R&E 연구결과보고서
(감각교류를 활용한 발달장애 치료 교구개발에 관한 연구)
2017. 11. 30.
시흥매화고등학교
< 연구계획서 요약 >
과 제 명
감각교류를 통한 효과적인 발달장애 치료 교구 연구연구목표
본 연구는 발달장애 아동의 치료를 돕는 교구 개발을 목적으로 하며 편의성과 비용, 치료 효과를 개선시키는 방안에 중점을 둔다.연구개요 및 내용
□ 이론적 배경 및 선행연구
○ 논문 조사
[표1] 발달장애 치료에 도움이 되는 학습과정
[표2] 발달장애 치료교구에 대한 선행 특허
□ 연구 주제 선정(목적 및 필요성)
○ 연구 동기
학교 동아리 행사에서 ev3를 이용하여 랜덤 된 시간에 신호가 오면 버튼을 빠르게 누르면 이기는 게임을 제작하게 되었다. 그러던 중 단순 재미뿐만 아닌 이러한 순발력과 같은 인지력 발달을 필요로 하는 곳을 조사해보게 되었고 발달장애 아동들에 대한 치료에 대해 알게 되었다. 조사를 계속해 나가면서 기존의 치료방식의 여러 문제점들을 발견하게 되었다.
논문명 내용
신체접촉 및 음률을 통한 부모 자녀 발달놀이치료가 자폐성 장애 아동의 모자 상호작용에 미치는 영향
부모-자녀 발달놀이치료가 자폐성 장애 아동의 모-자 상호 작용 행동에 미치는 영향을 알아보기 위해 자폐성 장애 아 동에게 실험한 결과 부모와의 상호작용을 통한 치료과정이 사회적 행동 발달 점수의 향상과 모방적 발달을 도왔다.
음악치료가 발달장애 아동과 어머니의 상호작용에 미치는 영향
어머니는 온정성에 해당하는 신체 접촉, 언어적 비언어적 정서표현, 양육활동의 안정감, 양육적 행위, 아동 요구에 따 른 반응에서 모두 증가를 보였고 특히 신체접촉에서 두드 러진 변화를 보였다.
자폐범주성장애아동과 지적장 애아동의공동주의 반응행동 비 교연구
5~8세 자폐 범주성 장애 아동에게 언어 자극, 노래 자극, 악기 자극을 제시 했을 때 악기자극, 노래자극, 언어자극 순으로 큰 반응을 보였다. 이를 통해 음악자극이 자폐 범 주성 장애아동에게 가장 높은 반응을 유도하는 자극이라는 것을 확인하였다.
오르프 슐베르크를 활용한 음 악교육 활동이 자폐성 장애학 생의 과제수행 및 주의집중 행 동에 미치는 효과
오르프 슐베르크를 활용한 음악교육프로그램은 대상자 모 두 음악수업에서 과제수행 행동을 향상시키는데 효과인 것 으로 나타남. 음악수업 중 주의집중행동에서도 효과가 있 는 것으로 나타남.
악기를 활용한 수 놀이 활동이 발달지체 유아의 수세기와 일 대일 대응 학습에 미치는 효과
만 4세 발달지체 유아(남) 3명을 대상으로 악기를 활용한 수세기와 일대일 대응 학습에 효과가 있는 것으로 나타났 고, 대상 유아들 모두효과가 있는 것으로 나타났다. 이로써 음악-악기를 활용한 활동이 발달지체 유아들에게 효과적이 었음을 보여 주고 있다.
특허명 참고 사진 내용 활용 방안
진동스피커가 부착된 의자 를 이용한 발 음 교정 장치 및 방법
진동 스피커를 통해 교육자 및 발음 교정 대상자가 발성한 발음 에 대응하는 진동을 발생하여 아이에게 전 달시킴
촉각을 통한 발음 진 동 전달을 연구하여 청각적 인식개선 뿐만 아니라 오감의 인식개 선 방법에 대해 생각 해보았다.
▶ 기존 치료과정의 문제점
- 치료 상담부터 시작하여 전문 치료와 교구 구입에 많은 비용이 든다.
- 치료과정이 복잡하며 전문 치료센터의 수도 적어 부모의 시간적 조건이 많이 요구된다.
- 유아기 치료기간 동안 부모와의 애착관계가 형성되지 않는다.
- 유아 또는 발달장애 아동의 동작을 인식하는 기존 교구의 장치가 복잡하다.
- 유아들의 예측할 수 없는 행동에 의해 현재 치료 교구의 장치 손상이 잦을 수 있는 위 험성이 있다.
- 연령에 맞지 않는 치료방식으로 유아가 흥미를 갖지 못해 지속적인 치료가 어렵다.
- 부모가 쉽게 아이의 치료방식과 개선과정을 인식하지 못하여 아동의 치료수준을 이해하 지 못한다.
- 치료 시장의 규모가 작고 그에 따라 보편화되어 있지 않아 효과가 증명된 교구가 없다.
- 발달장애 아동의 어려움을 수용하지 않은 기존의 교구가 많이 분포되어있다.
○ 개발 목적 및 문제점 해결안
▶ 구성적 측면
∙ 편리하고 자연스러운 사용자 조작환경
∙ 치료에 대한 즉각적인 피드백 제공 가능
∙ 결과 해석의 난이도가 낮음
∙ 특정나라의 언어체계와 문화에 관계없이 콘텐츠 구성이 가능
∙ 저렴한 가격의 low tech 기술로 게임모듈이 언제든 업데이트 가능
▶ 치료 측면
∙ 게임을 함으로서 집중, 기억, 판단, 운동기술 개선
∙ 치료자의 개입시간을 줄여 스스로의 반복학습이 가능
∙ 손바닥 자극을 이용한 소 근육운동을 통해 신체능력 및 인지능력 동시 향상
∙ 스스로 학습하는 습관과 의지 향상
∙ 리듬게임을 통해 리듬감 및 청각적 반응속도 향상
기존 연구 분석을 통해 구성한 치료 방식이다. 본 발명으로 인해 기존의 치료방법에 대한 문제점이 개선되며. 집에서도 간단히 발달장애의 치료 가능해진다. 이를 통해 발달장애 아 동의 발달과 사회적 적응을 독려하여 그들을 정상적인 삶을 이끌어 갈 수 있을 것이다.
□ 연구방법
○ 치료 방식 구성에 대한 조사
발달장애에 대한 치료 효과에 대한 확실한 증명이 필요하다고 생각하여 여러 논문조사를 실시하 였다. 그 결과 음악을 이용한 치료의 효과를 간접적으로 검증하였고 음악치료를 중심으로 아동의 자발적인 행동을 유도하는 방식의 치료과정을 구성하기로 하였다
○ 본 교구의 구동 방식
손을 조작하는 행동을 중심으로 치료과정을 구성하여 발달 장애 아동들의 소 근육을 향상 시킨다.
북 소리에 맞추어 나오는 노래를 통해 직접 연주하는 느낌을 들게 하였다. led의 시각적 신호 표출과 노래를 듣는 것을 통해 리듬감을 형성하여 집중력과 인지력 등을 향상시켰다.
□ 연구 활동 및 과정
○ 교구 설계
발달장애 치료교구는 나무합판과 드럼 패드를 이용해 9개의 칸을 구성하며 각 칸에 IDE 개발 환경을 구성한다. 사용자는 노래에 따라 동작되는 led, 청각 신호에 반응하여 해당하는 칸에 북을 친다.
소리감지 센서가 박수 신호를 인식하여 소리를 내고 사용자는 노래를 연주해 나간다. 7segment를 사용해 사용자가 낸 박수소리가 박자에 얼마나 정확히 맞아떨어지느냐에 점수를 표시 한다.
○ 시행착오 및 해결과정
▶ 두 개의 IDE개발 장치 사이에서 신호 간섭이 일어나 정보가 잘못 처리되는 오류가 생겼다.
하나의 북마다 프로그램 신호를 간결하게 송신하여 해결하였다.
▶ 치료 방법 설계 초기 북이 아닌 박수를 이용한 소리감지 센서 인식을 시행하였다. 아동의 박수소리는 소리감지 센서가 주변 소음과 분별 할 정도로 크지 않다는 점을 발견 하였고 같은 촉각 자극을 주는 북을 사용하여 교구를 작동시키기로 하였다.
[그림1]박수소리와 소음간의 센서 값 차이 [그림2] 북과 주변 소음간의 센서 값 차이
그 결과 북을 사용하였을 때의 센서 값이 인식이 더 잘 될 수 있도록 확연한 값 차이를 보여주었다.
연구성과
□ 연구 결과
○ 최종 개발 교구
[그림3] 본 교구 정면 사진 [그림4]전면 1번 북에서 led가 켜졌을 경우
○ 교구를 통한 치료 효과
본 교구는 타악기를 두드림으로써 손끝의 감각을 개선시키며 게임에 대한집중으로 인지력을 상승시킨다. 또한 led에서 나오는 시각적 정보와 피에조 센서를 통한 청각적 신호를 바탕으로 시청각 주의력을 크게 훈련시킬 수 있다. 9개의 북을 두드림으로써 방향과 위치감각 또한 크게 향상됨을 볼 수 있을 것이다. 본 교구의 실행 시 손동작 을 통해서 음률습득과 소 근육 운동을 통한 신체능력 및 인지능력을 동시에 향상시킬 수 있게 된다. 집에서 부모와 행해지는 놀이 치료는 부모와 아이 간 애착관계형성에도 큰 도움을 줄 수 있다. 교구의 구성은 간단할 뿐만 아니라보다 편리하고 자연스 러운 사용자 조작환경에서 유아 또는 발달장애 아동을 위한 학습 게임을 수행할 수 있는 양질의 학습 시스템을 제공한다. 고식적인 치료와 달리 교구를 이용하여 자가적인 치료를 수행함으로써 환자가 스스로 반복학습을 하여 치료자의 개입시간을 줄여준다. 수행결과에 대하여 즉각적 피드백을 제공하며 환자의 수행결과에 대한 점수를 정확하게 기록하여 분석할 수 있고, 결과해석의 난이도가 낮아 보호자가 쉽게 결과를 수용할 수 있을 것이다. 또한, 훈련 놀이들이 게임 모듈로 언제든지 업데이트 가능하게 되어 있어 특정 나라의 언어체계와 문화에 관계없이 콘텐츠가 구성될 수 있는 것이 큰 장점이다. 컴퓨터게임과 같은 참여형 콘텐츠로 구성되어 있어 발달 장애뿐만 아니라 뇌 질환자 및 정신질환자 등과 같은 증상을 가지고 있는 장애인의 학습 능력 및 주의력을 증진시킬 수 있을 것이다.
□ 시사점
○ 발달 장애 아동의 증상과 정확한 문제점들을 고찰하였고 의학적인 문제점들을 공학적인 해결점 을 찾는 기회가 되었다. 많은 논문자료를 통해 장애 아동들의 정보에 대해 자세히 알게 되었으며 하드웨어, 소프트웨어 적으로 많이 성장할 수 있는 기회였다. 이와 같은 연구가 성행하여 발달
장애 아동들의 이상적인 사회적응을 이루어나가길 기원한다.
□ 향후 계획
○ 교구를 마감시키고 완성도를 높여나가 시판에서의 가능성을 탐구해 본다. 교구와 휴대폰을 연동 시켜 아동의 치료 상태를 구체적으로 가시화 시키고 다른 치료 놀이 구성 방법을 제작할 계획이다. 발달장애 아동이라는 작은 규모의 시장을 확대하여 뇌성마비, 아동정서 발달에도 도움이 될 수 있는 치료과정을 구성한다. 이미 Dbpia와 Riss에서 음률과 행동 치료에 관한 효과를 조사하였 지만 본 교구의 치료 효과를 확실하게 증명할 수 있는 자료가 필요함을 느낀다.
주요어
(Key words)
발달장애, IDE 개발 환경(Arduino), 감각교류Ⅰ. 연구 개요
□ 연구 동기 및 배경
○ [그림1]과 같이 유아기의 발달 장애 발병 점점 더 빈번해지고 있다. 발달장애를 가지고 성장할 경우 다소 폭력적이고 집중력이 떨어져 사회에 적응하기 힘들며 정신지체나 자폐증으로 이어진다.
하지만 선천, 후천적인 원인에 관계없이 발달장애 아동은 조기 치료를 실시함으로 이와 같은 증상들을 완화 시킬 수 있다.
[그림1]
○ 기존의 발달장애 치료 방법의 문제점
- 치료 상담부터 시작하여 전문 치료와 교구 구입에 많은 비용이 든다.
- 치료과정이 복잡하며 전문 치료센터의 수도 적어 부모의 시간적 조건이 많이 요구된다.
- 유아기 치료기간 동안 부모와의 애착관계가 형성되지 않는다.
- 유아 또는 발달장애 아동의 동작을 인식하는 기존 교구의 장치가 복잡하다.
- 유아들의 예측할 수 없는 행동에 의해 현재 치료 교구의 장치 손상이 잦을 수 있는 위험성이 있다.
- 연령에 맞지 않는 치료방식으로 유아가 흥미를 갖지 못해 지속적인 치료가 어렵다.
- 부모가 쉽게 아이의 치료방식과 개선과정을 인식하지 못하여 아동의 치료수준을 이해하지 못한다.
- 치료 시장의 규모가 작고 그에 따라 보편화되어 있지 않아 효과가 증명된 교구가 없다.
- 발달장애 아동의 어려움을 수용하지 않은 기존의 교구가 많이 분포되어있다.
- 현재 발달장애 교구1)특허문을 보았을 때 카메라로 손동작을 인식하고 [그림2]엑스박스에 연결하여 사 용하며 [그림3] 착용형 감지장치를 착용시켜야 하는 불편함을 발견했다.
하지만 기존의 치료에는 이러한 많은 문제점이 나타나고 있다. 이를 해결하기 위해 집에서 도 쉽게 치료가능하며 교구손상이 적고 부모와의 상호작용이 가능 한 발달 장애 치료교구를 떠올리게 되었고 발달장애 아동의 사회적 적응을 독려하기 위해 연구를 진행하게 되었다.
1) 박수를 이용한 유아발달 및 아동의 학습 시스템 http://kportal.kipris.or.kr/kportal/search/total_search.do
[그림2]엑스박스 [그림3] 착용형 감지장치
□ 연구 목적
▶ 구성적 측면
∙편리하고 자연스러운 사용자 조작환경
∙치료에 대한 즉각적인 피드백 제공 가능
∙결과 해석의 난이도가 낮음
∙특정나라의 언어체계와 문화에 관계없이 콘텐츠 구성이 가능
∙저렴한 가격의 low tech 기술로 게임모듈이 언제든 업데이트 가능
▶ 치료 측면
∙게임을 함으로서 집중, 기억, 판단, 운동기술 개선
∙치료자의 개입시간을 줄여 스스로의 반복학습이 가능
∙박수를 이용한 소 근육운동을 통해 신체능력 및 인지능력 동시 향상
∙스스로 학습하는 습관과 의지 향상
∙리듬게임을 통해 리듬감 및 청각적 반응속도 향상
본 교구로 인해 집에서도 간단히 발달장애의 치료가 가능해지며 이를 통해 발달장애 아동의 발달과 사회적 적응을 독려하여 그들을 정상적인 삶을 이끌어 갈 수 있을 것이다.
Ⅱ. 연구주제 선정
□ 연구주제의 선정 과정
○ 학교 동아리 행사에서 ev3를 이용하여 랜덤 된 시간에 신호가 오면 버튼을 빠르게 누르면 이기는 게임을 제작하게 되었다. 그러던 중 단순 재미뿐만 아닌 이러한 순발력과 같은 인지력 발달을 필요로 하는 곳을 찾아보았고 마침 발달장애 아동은 인지능력과 반응이 저하되었으며 치료 방법과 비용이 매우 복잡하고 비싸다는 단점을 발견하게 되었다. 현재 박수를 이용한 유아발달 및 아동의 학습 시스템 이라는 주제로 2014.02.17.에 특허신청 된 발달장애 교구가 있다. 이 교구는 high tech기술 로 비싼 가격에 문제점을 가지고 있었다. 하지만 본 발명의 치료교구는 기존의 치료 교구나 치료센터 의 비용보다 저렴한 가격에 장점을 두고 있다. 또한 가정 내에서 부모와의 상호작용을 거치며 치료하 여 아동의 심리적 안정감을 이끌어 낼 수 있으며. 구성이 간단하지만 많은 효율을 낼 수 있다는 장점이 있다.
□ 관련 선행연구 조사
○ 논문조사
[표1] 발달장애 치료과정의 문제점 학술자료
[표2] 발달장애 치료에 도움이 되는 학습과정
○ 선행 특허조사
[표3] 발달장애 치료교구에 대한 선행 특허
논문명 내용
발달장애아동 어머니의 자녀양육 으로 인한 스트레스와 가족기능에 관한 연구
발달장애아동 어머니의 특성 중에서는 발달장애아동의 치료결 과에 대해 만족하지 않는 어머니가 부모영역에서의 스트레스 정도가 높아 조화된 유형의 가족보다는 극단적인 유형의 가족 이 많다.
발달장애아동 어머니의 경제적 스 트레스와 우울이 방임에 미치는 영향 연구
경제적 스트레스와 발달장애아동의 방임 사이에서 사회적 지 지의 조절효과가 확인되었다. 발달장애 아동의 치료로 인해 더 양육의 질이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
발달장애아동 어머니의 양육 스트 레스와 심리적 안정감 간의 관계
발달장애아동 어머니의 양육 스트레스와 심리적 안정감 간의 관계를 규명하기 위해 적극적 대처방식과 사회적 지지가 부분 적으로 매개하는 구조모형을 연구모형으로 제시하였고. 양육의 스트레스의 존재를 확인하였다.
논문명 내용
신체접촉 및 음률을 통한 부모-자 녀 발달놀이치료가 자폐성 장애 아동의 모-자 상호작용에 미치는 영향
부모-자녀 발달놀이치료가 자폐성 장애 아동의 모-자 상호작 용 행동에 미치는 영향을 알아보기 위해 자폐성 장애 아동에 게 실험한 결과 부모와의 상호작용을 통한 치료과정이 사회적 행동 발달 점수의 향상과 모방적 발달을 도왔다.
음악치료가 발달장애 아동과 어머 니의 상호작용에 미치는 영향
어머니는 온정성에 해당하는 신체 접촉, 언어적 비언어적 정서 표현, 양육활동의 안정감, 양육적 행위, 아동 요구에 따른 반응 에서 모두 증가를 보였고 특히 신체접촉에서 두드러진 변화를 보였다.
자폐범주성장애아동과 지적장애아 동의공동주의 반응행동 비교연구
5~8세 자폐 범주성 장애 아동에게 언어 자극, 노래 자극, 악기 자극을 제시 했을 때 악기자극, 노래자극, 언어자극 순으로 큰 반응을 보였다. 이를 통해 음악자극이 자폐 범주성 장애아동에 게 가장 높은 반응을 유도하는 자극이라는
것을 확인하였다.
오르프 슐베르크를 활용한 음악교 육 활동이 자폐성 장애학생의 과 제수행 및 주의집중 행동에 미치 는 효과
오르프 슐베르크를 활용한 음악교육프로그램은 대상자 모두 음악수업에서 과제수행 행동을 향상시키는데 효과인 것으로 나타남. 음악수업 중 주의집중행동에서도 효과가 있는 것으로 나타남.
악기를 활용한 수 놀이 활동이 발 달지체 유아의 수세기와 일대일 대응 학습에 미치는 효과
만 4세 발달지체 유아(남) 3명을 대상으로 악기를 활용한 수세 기와 일대일 대응 학습에 효과가 있는 것으로 나타났고, 대상 유아들 모두효과가 있는 것으로 나타났다. 이로써 음악-악기 를 활용한 활동이 발달지체 유아들에게 효과적이었음을 보여 주고 있다.
특허명 참고 사진 내용 활용 방안
조음장애 아동을 위한 언어치료교구
조음장애아동의 조음습 득 훈련을 위한 언어치 료교구의 개발과 조음습 득 훈련방법으로 특정 발음의 구사성에 따른
교구를 실행 하였을 때 박수 뿐만아닌 조음에 따른 게임모듈을 추가하 여 아동의 조음 습득 훈 련 독려한다.
Ⅲ. 연구 내용 및 방법
□ 연구내용
○ 현재 발달 장애 아동치료의 문제점
현재 발달장애 아동들은 손아귀 힘이 약해서 연필을 제대로 쥐기도 힘들며 손가락이 자유롭지 못하여 치료 교구 등을 동작시키는 것조차 버겁게 느껴진다. 기존의 힘들고 어려운 치료로 인해 발달장애 아동들은 학습 및 재활운동 등을 쉽게 포기하는 일이 종종 발생한다.
○ 해결책 고안
손을 조작하는 행동을 중심으로 치료과정을 구성하여 발달 장애 아동들의 소 근육을 향상 시킨다.
박수에 맞추어 나오는 노래를 통해 직접 연주하는 느낌을 들게 하고 노래를 듣는 것을 통해 리듬감을 형성하여 집중력과 인지력 등을 향상시켰다.
□ 연구방법 및 절차
○ 교구 설명
발달장애 치료교구 는 나무합판을 이용해 9개의 칸을 구성하며 각 칸에 Arduino 피에조 센서 와 led를 부착시킨다. 사용자는 노래에 따라 맞춰 동작되는 led와 청각 신호에 반응하여 해당하는 칸에 박수를 친다. 센서가 박수 신호를 인식하여 소리를 내고 사용자는 노래를 연주해 나간다.
7segment를 사용해 사용자가 낸 박수소리가 박자에 얼마나 정확히 맞아떨어지느냐에 점수를 표시 한다.
○ 제작과정
준비물 : 나무합판3mm, IDE 보드, 전선, 절연테이프, 못, 소리 감지센서, LED, 스피커 등
해결책을 구사발달장애 치료용 다중 시뮬레이터 및
시뮬레이션 방법
실제 상황과 동일한 최 적의 시뮬레이션 환경을 제공하고, 아동들을 감 각, 인지, 언어 및 놀이 등의 다양한 시뮬레이션 을 통해 훈련
고가의 high tech 기술 에 대한 단점을 분석하 여
low tech로서의 장점을 부각시키기로 하였다.
진동스피커가 부착된의자를 이용한 발음 교정 장치 및 방법
진동 스피커를 통해 교 육자 및 발음 교정 대상 자가 발성한 발음에 대 응하는 진동을 발생하여 아이에게 전달시킴
촉각을 통한 발음 진동 전달을 연구하여 청각적 인식개선 뿐만 아니라 오감의 인식개선 방법에 대해 생각해보았다.
가. 나무합판으로 3X3의 칸을 만들고 바닥을 만들어준다.
나. 각 칸에 작은 구멍을 뚫어준다.
다. 바닥의 뒷면에 Arduino UNO를 고정시킨다.
라. 각각의 전선을 Arduino UNO에 연결하고 각각의 전선들을 알맞은 칸의 구멍으로 넣어 통과시킨다.
마. 통과된 전선에 소리감지 센서와 LED를 연결한다.
[그림4] 본 교구 제작 사진
○ ide개발 환경 회로도
○ 프로그램 알고리즘
○ 프로그램 제작 [프로그램1]
-피에조 센서핀과 LED핀, 소리감지 센서핀을 설정하고 음을 설정함.
바. 한 쪽 옆면의 밖의 스피커를 달고 Arduino UNO와 연결한다.
사. 프로그램을 입력하고 덮개를 만들어 덮어준 뒤 고정 한다.
[프로그램2]
-변수를 지정하고 LED와 시리얼 모니터를 설정함 [프로그램1]
-LED가 켜지게 되고 소리감지 센서의 값을 변수 value0에 저장되도록 설정.
[프로그램4]
-시리얼 모니터를 설정함. 소리감지 센서 값들을 각 변수에 저장. 소리감지 센서의 값을 시리 얼 모니터에 띄울 수 있도록 설정함.
□ 시행착오 및 해결
○ 문제점
[그림11]과 같이 교구를 실행 하던 도중 박수소리가 소리를 받는 한 칸 뿐만 아니라 이웃한 옆 칸에도 소리가 전달되어 소리감지센서가 값을 제대로 인식하지 못하는 상황이 발생하였다. 또한 7세 미만 아동의 박수소리는 성인의 박수소리에 약 15%정도로 소리가 작기 때문에 아이의 박수소리 를 소리감지센서가 인식 수 없다는 문제점이 제기되었다.[그림12]
int note_c4 = 262; //도 int note_d4 = 294; //레 int note_e4 = 330; //미 int note_f4 = 349; //파 int note_g4 = 392; //솔 int note_a4 = 440; //라 int note_b4 = 494; //시 int note_c5 = 523; //도 int note_d5 = 587; //레 int piezo = 13;
int soundup[] = { note_c4, note_d4, note_e4, note_f4, note_g4,
note_a4, note_b4, note_c5, note_c5 };
int a = 0;
int led[] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11};
int sound[] = {A0, A1, A2, A3, A4};
const int SOUND_SENSOR_PIN0 = A0;
const int SOUND_SENSOR_PIN1 = A1;
const int SOUND_SENSOR_PIN2 = A2;
const int SOUND_SENSOR_PIN3 = A3;
const int SOUND_SENSOR_PIN4 = A4; //아날로그 소리센서 1~9
int sensor0 = 0;
int sensor1 = 0;
int sensor2 = 0;
int sensor3 = 0;
void setup() { for(int i =3; i<12; i++){
pinMode(i,OUTPUT);}
Serial.begin(115200);}
[프로그램1] [프로그램2]
void loop() {
digitalWrite(led[a], HIGH);
int value0 = analogRead(sound[a]);
if(Serial.available())//성립할 때 {
sensor0 = Serial.parseInt();
sensor1 = Serial.parseInt();
sensor2 = Serial.parseInt();
sensor3 = Serial.parseInt();
}
if(value0 > 100 && value0< 400) { tone(piezo, soundup[a]);
delay(1000);
noTone(13);
digitalWrite(led[a], LOW);
a++; }
void setup() { Serial.begin(115200);
}
void loop() {
int value0 = analogRead(A0);
int value1 = analogRead(A1);
int value2 = analogRead(A2);
int value3 = analogRead(A3);
Serial.println(value0);
delay(100);
Serial.println(value1);
delay(100);
Serial.println(value2);
delay(100);
Serial.println(value3);
delay(100);
}
[프로그램3] [프로그램4]
[그림11] 옆 칸과 원래 칸의 센서 값 차이
[그림12] 주변 소음 값60~, 아동의 박 수 소리 값 70~
○ 해결 방안
박수를 치면서 움직임을 유도하는 방식에는 문제점이 있는 것으로 생각되었다. 따라서 기존의 소 근육 및 촉각, 박자감 향상의 장점은 그대로 유지하되 더 정교한 교구를 제작하도록 하드웨어와 치료내용을 재구성 해 보았다. 논문 조사 결과 타악기를 이용하여 아동의 정서발달을 유도하는 많은 치료방식들 찾을 수 있었고.
2)타악기(북)를 이용하여 교구를 작동시키는 방법을 고안하게 되었다.
□ ⅱ. 연구방법 및 절차
○교구 작동 방법
1) 원하는 음악을 입력한다.
2) 음악에 맞게 음에 해당되는 칸에 불이 들어온다.
3) 해당 칸을 난타한다.
4) 내부에 설치되어 있는 소리감지센서가 소리를 인식한다.
5) 칸에 맞는 음이 연주되고 다음 음에 해당되는 칸에 불이 들어온다.
6) 위의 과정을 반복하면서 연주를 하게 된다.
○ 제작과정
준비물 : drum head 13인치(3개), 지름8cm원형 통, 길이 35cm 정사각형 나무 판, led, 소리감지 센서, 피에조 센서, IDE개발 환경
가. 한쪽 윗면만 뚫린 원기둥 형태로 디자인을 한다.
나. 모형 안쪽에 소리 감지 센서, LED를 부착한다.
다. 안쪽의 센서들과 회로를 연결한다.
라. 드럼 패드(필름)로 덮고 고정시킨다.
마. 같은 모형을 9개를 준비한다.
바. 만들어낸 모형들을 3X3형태로 연결시킨다.
사. 메인 보드에 회로를 연결시키고 스피커(피에조 센서)를 부착한다.
○ ide개발 환경 회로도
2) 악기를 활용한 수 놀이 활동이 발달지체 유아의 수세기와 일대일 대응 학습에 미치는 효과
○ 프로그램 알고리즘
○ 프로그램 제작 [프로그램1]
-음계를 불러오는 헤더를 지정, ‘o’를 변수를 지정, 피에조 센서핀을 지정, 템포를 설정, 노래 를 설정, ‘a’를 변수로 지정, led핀을 지정, 소리 감지 센서핀을 지정.
[프로그램2]
-led를 설정, 피에조를 설정, 시리얼 모니터를 설정.
[프로그램3]
-소리 감지 센서의 값을 ‘value’에 지정, 랜덤숫자를 ‘randNumber’에 지정, 랜덤으로 LED가 켜지도록 설정, 만약 ‘value’가 300이상일 경우 LED가 꺼지고 소리가 나도록 설정.
[프로그램4]
-소리가 나도록 하는 음계를 설정함.
#include "pitches.h";
int o = 0;
int piezo = 13;
void setup() {
for (int i = 0; i < 10; i++) { pinMode(led[i], OUTPUT);
□ 제작 결과 및 검증
○ 제작 결과
[그림13] 본 교구 정면 사진 [그림14]전면 1번 북에서 led가 켜졌을 경우
[그림13]은 본교구의 정면 사진이다. 총 9개의 북으로 사각형을 이루고 있으며 [그림14] 와 같이 불빛이 켜지는 곳에 북을 치면 그 해당하는 북의 음에 맞게 노래가 연주된다. 박수에서 북을 모델을 변경한 결과 [그림15] 북의 센서 값은 169, 주변 소음 값은 66정도로 확연한 차이를 보여주는 것을 알 수 있었다. 또한 북이라는 타악기 특성상 북 표면의 파동이 관 내부로 퍼져나가기 때문에 [그림16]과
int tempo = 200;
int soundup[] = { G, G, A, A, G, G, E, G, G, E, E,
D, G, G, A, A, G, G, E, G, E, D, E, C
};
int a = 0;
int led[] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
int sound[] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8};
}
pinMode (piezo, OUTPUT);
randomSeed(analogRead(A5));
Serial.begin(9600);
}
[프로그램1] [프로그램2]
void loop(){
int value = analogRead(sound[a]);
int randNumber = random(2, 11);
digitalWrite(randomNumber, HIGH);
delay(500);
if(value > 300){
for(int b = 0; i<26; i++){
digitalWrite(randNumber, LOW);
delay(100);
tone(piezo, soundup[b], tempo);
delay(300);
} }}
#define C 262 // 도
#define D 294 // 레
#define E 330 // 미
#define F 349 // 파
#define G 392 // 솔
#define A 440 // 라
#define B 494 // 시
[프로그램3] [프로그램4]
같이 이웃한 옆의 칸에 소리감지 센서에 큰 영향을 끼치지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 결과적 으로 교구를 시행시켰을 때 첫 번째 모델에 비해 더 수월한 작동을 할 수 있었다.
[그림15] 북과 주변 소음간의 센서 값 차 이
[그림16] 작동한 북의 센서 값 150~, 이웃 한 북의 센서값 70~
○ 효과 검증Ⅰ
본 교구는 아동의 인지력과 집중력 등의 감각향상을 위해 제작되었다. 제작한 교구의 효과를 검증하 기 위해 아동이 치료를 실행하였을 때 치료과정에 아이가 얼마나 몰두를 하며 집중력이 향상되는 모습을 보이는가를 확인하기로 하였다. 아동의 집중력을 측정하기 위해 Brainwave Starter Kit라는 뇌파 센서를 이용하였다. 뇌파 센서는 0부터 100까지의 집중도를 측정 할 수 있다.
가설1. 사용자에 관계없이 교구를 사용해 치료할수록 집중력이 높아질 것이다.
독립변인 종속변인
통제변인 조작변인
집중도(센서의 Attention값) 교구 실행 시간, 치료 방법 교구 사용자
○ 실험 과정
1) 뇌파센서를 이용하여 조원4명의 치료 전 집중도를 측정한다.
2) 교구를 1분 동안 작동시킨다.
3) 사용자 A, B, C, D는 뇌파센서를 착용한 채 교구의 시행에 맞추어 치료를 진행 한다.
4) 1분 후 사용자 A, B, C, D 의 집중도 변화를 가시화 시킨다.
[그림17] 사용자가 교구를 시행 시키는 사진 [그림18] 뇌파센서 도출 값
○ 실험 결과
[표1] 시간(sec)당 사용자의 집중도 향상 사 용 자
초(sec) A B C D
0 24 27 21 29
5 37 36 23 35
10 37 42 23 44
15 41 42 39 47
20 56 58 51 38
25 54 60 55 43
30 47 63 60 54
35 55 59 64 67
40 58 60 67 78
45 64 66 70 74
50 55 60 73 60
55 68 67 69 69
60 75 73 76 77
위의 [표1]은 5초당 사용자 A, B, C, D의 집중도를 측정한 표이다. 위의 표를 차트로 가시화 시키면[그 래프1]과 같은 개형이 나타나게 된다.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 A B C D
[그래프1] 시간(sec)당 사용자의 집중도 향상
위 그래프로 볼 수 있듯이 사용자 A, B, C, D의 집중도가 치료를 계속 진행 할수록 점점 상승한 다는 것을 확인할 수 있다. 초기의 집중도 값은 20~30정도로 시작하여 중간마다 하락지점이 생기지만 최대77까지 오르는 상승그래프가 그려지게 된다. 이로서 본 교구를 사용하여 치료를 진행 한다면 발달아동의 집중력을 향상시킬 수 있다는 점을 검증할 수 있었다.
Ⅳ. 기대효과 및 활용
□ 기대효과
○ [그림19]은 최종적인 아동의 사회적 적응을 위한 발달 단계이다. 우선적으로 해결해야 하는 최하위 단계인 인식과 감각인지 부분에서 본 교구는 타악기를 연주함으로 인해 손끝의 감각을 개선시 키며 게임에 대한집중으로 인지력을 상승시킨다.
또한 led에서 나오는 시각적 정보와 피에조 센서를 통한 청각적 신호를 바탕으로 시청각 주의력을 크게 훈련시킬 수 있다. 각기 다른 위치에 고정된 9개의 북을 연주하기 떄문에 방향감각 또한 크게 향상됨을 볼 수 있을 것이다.
[그림19] 발달장애 아동 의 훈련 단계
본 교구의 실행 시 손동작 을 통해서 문자습득과 소 근육 운동을 통한 신체능력 및 인지능력 을 동시에 향상시킬 수 있게 된다. 타악기 연주를 통해 손동작의 발달과 혈액순환에 도움을 주 는 부수적인 효과도 기대할 수 있다.
3)연구결과에 따르면 리듬 치료는 인지기술과 운동기술을 향상 시키며 매 동작마다 얼마나 리듬감 있고 정확한 타이밍을 맞추고 있는지 알 수 있고 이 를 수정해 나가게 하는 것이 좋다고 한다. 이를 토대로 교구에 arduino-7segment 숫자판을 이 용해 각 프로그램 별로 동작의 일치성에 따른 점수 제시를 실행 하고 있다. 무엇보다 발달장애 아동 중 가장 많은 수를 차지하는 ADHD(과잉 행동장애) 의 아이들은 교구 앞 교구를 실행시 키고 사용하는 것에 따라서 저절로 학습하는 습관과 집중력을 길러줄 수 있다. 집에서 부모와 행해지는 놀이 치료는 부모와 아이 간 애착관계형성에도 큰 도움을 줄 수 있다. 본 교구의 구 성은 간단할 뿐만 아니라보다 편리하고 자연스러운 사용자 조작환경에서 유아 또는 발달장애 아동을 위한 학습 게임을 수행할 수 있는 양질의 학습 시스템을 제공한다.
고식적인 치료와 달리 교구를 이용하여 감각치료를 수행함으로써 환자가 스스로 반복학습을 하여 치료자의 개입시간을 줄여준다. 수행결과에 대하여 즉각적 피드백을 제공하며 환자의 수
3) (발달장애 아동을 위한 음악활동중심 중재 연구 현황 및 향후 방향) http://scholar.dkyobobook.co.kr/searchDetail.laf?barcode=4010017367832
