중학생을 대상으로 한 아두이노를 활용한 체현 기반 프로그래밍 교육 설계

엄현영,이강희 국제문화기술진흥원 2020 The Journal of the Convergence on Culture Technolo Vol.6 No.1

본 논문은 중학교 학생을 대상으로 적용한 아두이노 체현 기반 프로그래밍 실습 교육 과정을 설계하고 교육 과정 진행 전과 후의 설문조사를 진행한다. 아두이노는 프로세싱 언어에서 사용하는 IDE를 통합한 오픈소스 피지컬 컴퓨팅 플랫폼으로서 다른 플랫폼에 비해 저비용(low-cost)이며 비교적 간단하게 확인할 수 있는 입출력 인터페이스 와 실제적 체현성 때문에, 중학교 학생을 대상으로 프로그래밍 교육을 하기에 적합한 교육 자료이다. 이후 설문 조사 를 통해 중학생들의 프로그래밍에 대한 필요성 인지 변화 및 사고능력 증진에 관한 피드백을 받게 된다. 본 연구에서는 아두이노를 활용한 체현 기반 프로그래밍 교육을 1차수 당 8주 씩 진행하여, ‘16년부터 ’17년까지 2 년간 112명의 중학교 학생을 대상으로 결과이다. 체현 기반 프로그래밍 교육을 이론 교육 및 체현 기반 실습 교육으 로 진행하였으며, 체현기반 실습 교육은 초음파 센서를 이용한 RC카 만들기, 아두이노 쿼드로터 드론 만들기를 진행 했다. 본 연구의 목적은 아두이노를 활용한 체현 기반 프로그래밍 교육을 통해 중학교 학생들의 프로그래밍에 대한 인지, 필요성 및 프로그래밍 교육이 사고력 증진에 유효한가를 학생들 주관적인 지표로서 유효함을 입증하는 것이다. We propose an practical embodiment-based programming training course for middle school students using Arduino and conduct survey before and after the curriculum. Arduino is an open source physical computing platform that integrates the IDE used in processing language. It is a low-cost, relatively simple I/O interface compared to other platforms, and because of its practical formability, it is educational material suitable for programming. Subsequent surveys will provide feedback on changes in cognition of programming needs and improvement in thinking skills. In this study, the program based on embody-based programming using Arduino was conducted for 8 weeks for each first grade, and 112 middle school students for two years from '16 to '17. Based on the theoretical and practical training, the training was based on the application of the ultrasonic sensor to the RC car and the preparation of the adduction quadrotor drone. The purpose of this study is to prove that the recognition, necessity, and programming education of middle school students are effective for the improvement of thinking ability through the program based on embody-based programming using Arduino.

아두이노 기반 MEMS 센서의 동적 계측 성능 연구

김구연,오지훈,김세창,김홍진 한국풍공학회 2020 한국풍공학회지 Vol.24 No.4

중·저층 구조물의 구조물 건전도 모니터링을 위해 아두이노 기반 가속도 센서를 적용하기 앞서 아두이노 기반의 저가형 가속도 센서의 진동 계측 성능을 확인하고, 그 한계를 명확히 하고자 한다. 가진 장치에 상용 가속도 센서와 저가형 가속도 센서를 설치 하고 다양한 Case의 Sin파를 가진하여 그 응답을 계측하였다. 응답 결과는 상용 가속도 센서를 기준으로 저가형 센서의 계측 정확성을 비교하였다. 가진 진동수 추정에 있어서 대부분의 Case에서 유사한 결과를 나타내었으나 Magnitude 추정 결과에 있어서 가진 진폭이 낮은 1Hz/100mm이하의 경우 Magnitude 추정값이 부정확하게 나타났다. 이후 모든 Case에서는 저가형 가속도 센서와 상용 가속도 센서의 Magnitude 추정 결과가 유사하게 나타났다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 아두이노 기반 저가형 가속도센서는 대체적으로 동적 계측의 유효성이 있다고 판단된다. Prior to applying the Arduino-based acceleration sensor for structural health monitoring of low- and mid-floor structures, we would like to confirm the vibration measurement performance of the Arduino-based low-cost acceleration sensor and clarify its limitations. A commercial acceleration sensor and a low-cost acceleration sensor were installed in the excitation device, and the response was measured by excitation of sin waves of various cases. The response results were compared with the measurement performance of commercial acceleration sensors and low-cost sensors. In the estimation of the excitation frequency, similar results were shown in most cases, but in the case of the magnitude estimation result, when the excitation amplitude is less than 1Hz/100mm, the estimated Magnitude value was inaccurate. In all subsequent cases, the results of the estimation of the magnitude of the low-cost acceleration sensor and the commercial acceleration sensor were similar. Based on these experimental results, it is judged that the Arduino-based low-cost acceleration sensor is generally effective in dynamic measurement of buildings.

A Sustainable Method to Study Digital Logic Circuits Hands-on Activity Method Using Arduino

Eunsang Lee 한국실과교육연구학회 2021 實科敎育硏究 Vol.27 No.4

이 연구의 목적은 오픈 소스 플래폼인 아두이노를 이용하여 디지털 논리회로의 지속 가능한 새로운 실습 방법을 제안하는 데 있다. 이를 위해 이 연구에서는 ADDIE 모델과 Lee(2020)의 모델에 기반하여, 아두이노로 기본 게이트 회로를 구현하는 방 법을 제시하였다. 이 연구의 결과 아두이노를 이용하여 지속 가능한 디지털 논리 회로의 실습이 구현 가능함을 확인하였다. 또 한, 이 연구의 결과로 아두이노, 버튼, LED 등과 같은 부품 간의 회로 구성 방법, 배선도, 프로그래밍 소스 코드, 적용 결과물 등을 제시하였다. 이 연구에서 제안된 실습 내용은 비전공학생이나 초, 중등학생을 대상으로 한 디지털 논리회로 실습 교육에 활용될 수 있을 것이며, 메이커 교육, 코딩 교육, 소프트웨어 교육에서도 활용될 수 있을 것이다. 이 연구에서는 아두이노 및 C 언어와 같이 수 십 여년 간 지속적으로 사용되는 오픈 하드웨어와 소프트웨어를 사용하였기 때문에, 향후에도 계속적으로 디지 털 논리 회로의 실습에 활용될 수 있을 것이다. The purpose of this study is to propose a new, sustainable method for creating and studying digital logic circuits hands-on activity, using the Arduino open-source platform. For the purouse, in this study, based on the ADDIE model and the model of Lee (2020), a method of implementing a basic gate circuit with Arduino was presented. As a result of this study, it was confirmed that it is possible to implement sustainable digital logic circuit practice using Arduino. In addition, as a result of this study, circuit configuration method, wiring diagram, programming source code, application results, and other design details for the circuit using components such as the Arduino, buttons, and LEDs were presented. The method proposed in this study can be used in digital logic circuit hands-on classes for non-major university students, primary school students, and secondary school students, and can also be used in maker education, coding education, and software education. As this method needs only open-source hardware and software, such as Arduino and the C language, that are freely available, it can be used to practice making digital logic circuits in a sustainable way in the future.

아두이노를 활용한 STEAM 프로그램이 예비 과학교사의 융합인재 핵심역량에 미치는 영향

김선영 ( Sun Young Kim ),윤세현 ( Yun Se Hyun ) 경북대학교 과학교육연구소 2020 科學敎育硏究誌 Vol.44 No.2

본 연구는 예비 과학교사들을 대상으로 아두이노를 활용한 STEAM 프로그램을 적용하여 융합인재 핵심역량에 어떠한 변화가 있는지 살펴보았다. 아두이노를 활용한 STEAM 프로그램은 STEAM과 아두이노, 그리고 SW 교육에 대한 이론적 배경의 학습, 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험, 그리고 평가 단계로 구성되며, 각 단계에서 아두이노를 활용할 수 있도록 구성하였다. 예비 과학교사들은 ‘미세먼지’를 주제로 아두이노를 활용한 STEAM 프로그램을 경험하였다. 예비교사들은 상황제시 단계에서 미세먼지란 무엇인지, 그리고 미세먼지의 심각성에 대해 학습한 후 미세먼지 측정기의 원리에 대해 살펴보았다. 창의적 설계 단계에서는 공기청정기를 제작하기 위해 설계도를 고안하였으며, 이때 아두이노를 활용하여 미세먼지 측정기 제작을 위한 방안을 구상할 수 있도록 하였다. 다음으로 감성적 체험 단계에서는 공기청정기를 제작하고, 아두이노를 활용하여 미세먼지 측정기를 제작하도록 하였다. 마지막 평가 단계에서는 제작한 공기청정기를 작동하여 미세먼지 측정기를 활용하여 미세먼지 농도를 측정하여 평가할 수 있도록 하였다. 예비교사들은 아두이노를 활용한 STEAM 프로그램 경험 후 의사소통 역량, 문제해결 역량, 정보수집 역량, 논리분석적 사고 역량, 창의적 역량이 향상되었다. 또한, 예비교사들은 프로그램 경험 후 예비교사들은 아두이노를 활용한 STEAM 수업의 학교 현장에서의 활용 가능성에 대해 과학적 탐구능력 함양, 협동심과 소통능력 향상, 문제해결력과 창의적 사고력 활용을 언급하였다. 또한 이들은 STEAM 프로그램에 아두이노를 접목하여 활용함으로써 소프트웨어적 지식과 능력을 기를 수 있을 것이라고 하였다. This study explores the effects of STEAM program using Arduino on preservice science teachers toward their STEAM core competencies. The STEAM program using Arduino consists of four stages: presentation of situation, creative design, emotional touch, and evaluation. The preservice science teachers learned the theoretical backgrounds of STEAM and Arduino. Then, they were given the chance to think about an environmental issue, which is fine dust. The preservice teachers designed an air cleaner and a fine dust measuring instrument using Arduino. The preservice science teachers also produced the air cleaner and the measuring instrument using Arduino. They measured the level of fine dust in the classroom before and after the use of the air cleaner. That is, the preservice teachers experienced each stage of STEAM: seriousness of fine dust, design and production of the measuring instrument of fine dust and air cleaner, and evaluation of the effectiveness of air cleaner. Further, they reflected on their experiences of STEAM program using Arduino. The results indicate that these preservice science teachers statistically improved communication competency, problem-solving competency, gathering information competency, logical analytical thinking competency, and creativity competency. However, there were no statistical improvements on teamwork competency and self-development competency. This study suggests that experiencing STEAM program using Arduino is valuable for the preservice science teachers to develop STEAM core competencies and further implement STEAM program their science classes in the future.

음성인식을 적용한 아두이노 기반 음료 혼합기 설계 및 구현

김창수,정회경 차세대컨버전스정보서비스학회 2019 차세대컨버전스정보서비스기술논문지 Vol.8 No.4

In this paper, we design and implemented a beverage mixing system that uses voice recognition that can easily and conveniently mix drinks based on Arduino which is easy to control and has excellent expandability. We have implemented a control application that allows you to use a drink mixer that can be used at home by using a small drink mixer like a vending machine used in restaurants by using Arduino. If you select a menu using the rotary switch on the main body of the Arduino and select a button, the digital signal is received to control the four motors to output drinks. In the Web Form, the value is received and sent to the C# client through Socket communication, and the C# client receives the value and sends it to Arduino via serial communication to output the drink. The Web Form has an additional function, a custom menu that allows you to output at a desired rate, and a voice recognition function that outputs a menu with voice. 본 논문에서는 센서제어가 쉽고 좋고 확장성이 뛰어난 아두이노 기반의 쉽고 편리하게 음료를 혼합할 수 있는 음성인식을 적용한 음료 혼합 시스템을 설계 및 구현하였다. 아두이노를 이용해 음식점에서 쓰이는 자판기와 같은 음료혼합기를 가정에서 쓸 수 있도록 작고 편리하고 많은 이들이 즐길 수 있는 음료혼합기를 사용할 수 있는 제어 어플리케이션을 구현하였다. 아두이노 본체에서 로터리 스위치를 이용하여 메뉴를 골라 버튼을 선택하면, 디지털 신호를 받아 4개의 모터를 각각 제어하여 음료를 출력한다. 웹에서는 서버로 값을 보내고 서버에서는 소켓(Socket) 통신을 통해 C# 클라이언트로 값을 보낸다. C# 클라이언트에서는 시리얼(Serial) 통신을 이용하여 아두이노에 값을 보내게 된다. 웹 폼에는 추가기능으로, 원하는 비율로 출력이 가능한 사용자 메뉴와 음성을 받아 메뉴를 출력하는 음성인식 기능이 있다.

아두이노 기반 속력측정 알고리듬 개발 활동에 나타난 중학교 영재학생의 메타 인지

이성우,오원근 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.9

The purpose of this study was to investigate the relationship between the types of metacognition and the conceptual changes in speed of middle-school gifted students in the algorithm development and speed measurement activities using Arduino. Fifteen students of the 7th grade were asked to construct the algorithm for the Arduino and infrared sensor to measure the motion of the lab cart. The conversations of the students were recorded during the experiment activities and analyzed. The result shows that various types of metacognition appeared in the development stage of the algorithm for speed measurement. The types of conceptual change in speed were found as follows: elaboration of new concepts and acquisition of new concepts. The algorithm development activities for the Arduino-based speed measurement can be concluded to play a positive role in enhancing the students' metacognition and in changing preconceptions into physical concepts. 본 연구의 목적은 아두이노를 이용한 속력측정 활동에서 중학교 영재학생의 메타 인지 유형과 속력에 대한 개념 변화의 관계를 조사하는 것이다. 7학년 학생 15명에게 아두이노와 적외선 센서를 이용하여 거리를 측정하는 알고리듬을 스스로 구성하고 역학 수레의 속력을 측정하게 하였다. 실험 활동 중 학생들의 대화를 녹음하여 분석한 결과, 속력측정을 위한 알고리듬 개발 활동 단계에서 다양한 메타 인지 유형이 나타났으며, 알고리듬 개발 및 측정 과정에서 나타나는 학생들의 속력 개념 변화 유형은 기존 개념 유지, 개념의 정교화, 새로운 개념 획득 등으로 분류할 수 있었다. 이를 종합할 때 아두이노 기반 속력측정 알고리듬 개발 활동은 학생들의 메타 인지 능력을 신장시키고 기존 개념을 물리적 개념으로 변화시키는데 긍정적 역할을 하였다고 판단된다.

중·고등학생 대상 아두이노 활용 교육의 효과에 대한 메타분석

장봉석 대한산업경영학회 2021 산업융합연구 Vol.19 No.3

이 연구는 중학생과 고등학생 대상 아두이노 활용 교육의 효과를 메타분석으로 정리하기 위해 실시되었다. 분석을 위해 선행 학술지와 학위 논문 10편을 선정하였으며, 전체 효과크기와 범주형 변수에 대한 효과크기를 계산하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 중·고등학생 대상 아두이노 활용 교육의 전체 효과크기는 0.537로 나타났다. 둘째, 종속변인 유형의 효과크기는 정의적 영역 0.849, 인지적 영역 0.479로 나타났다. 셋째, 학교급의 효과크기는 중학교 0.796, 고등학 교 0.474로 나타났다. 넷째, 교과 유형의 효과크기는 음악 1.255, 과학 0.562, 기술 0.443, 정보 0.429로 나타났다. 다섯 째, 프로그램 유형의 효과크기는 그래픽 기반 0.543, 텍스트 기반 0.376으로 나타났다. This study aimed to analyze effects of Arduino-based education for secondary school students through meta-analysis. Prior studies including journal articles and theses were selected through rigorous review. The researcher calculated the overall effect size and effect sizes by categorical variables. Research findings are as follows. First, the total effect size of Arduino-based education was 0.537. Second, the effect sizes by type of dependent variables were the affective domain 0.849 and the cognitive domain 0.479. Third, the effect sizes by school level were the middle school 0.796 and the high school 0.474. Fourth, the effect sizes by subject areas were music 1.255, science 0.562, technology 0.443, and information 0.429. Fifth, the effect sizes by types of programming were the graphic-based programming 0.543 and the text-based programming 0.376.

디자이너를 위한 인터랙티브 프로토타이핑 학습 컨텐츠 개선 방안

김성재(Kim, Seongjae),김원섭(Kim, Wonsup) 인제대학교 디자인연구소 2015 Journal of Integrated Design Research (JIDR) Vol.14 No.3

연구배경 : 아두이노는 인터랙션 디자인 분야에서 신속한 프로토타이핑 구현을 위해 유리한 이점을 지닌 도구라고 이미 많은 연구를 통하여 입증되었으며, 현재 디자인 전공 학생들도 인터랙션 디자인과 관련된 교과과정을 통해 아두이노를 접하고 있다. 그동안 다수의 교육 컨텐츠들이 공학을 전공하지 않은 사용자들을 고려하여 개발되었음에도 불구하고 학습자가 컨텐츠를 수용하는 진입장벽을 낮추는데 효과적인 대안을 제시하지 못하고 있다. 연구방법 : 본 연구에서는 국내 디자인전공 학생들을 대상으로 학습경험을 분석하고, 이를 통해 디자인 교육과정내에서 아두이노를 활용한 프로토타이핑 교육이 효과적으로 수행되지 않는 문제점을 파악하였다. 장애요소를 극복하기 위해 아두이노 활용 학습 과정과 유사한 전자 회로 교육 툴킷을 분석하여 기존의 아두이노 학습 컨텐츠를 개선할 수 있는 방안을 모색하였다. 연구결과 : 현재의 디자인 전공자들이 초중등 교과 과정에서 충분한 공학적인 교육을 습득할 수 있는 기회가 매우 부족하다는 것을 발견하였다. 따라서 기초 전자 프로토타이핑 환경을 이해할 수 있는 단순 회로 구성을 반복적으로 학습할 수 있도록 유도하는 것이 바람직하다. 결론 : 아두이노와 같은 공학적 프로토타이핑을 디자인 교과 과정에서 적용할 때에는 초심자들의 관점에서 공학적인 원리를 이해하고 수행과정에서 어려움을 스스로 해소할 수 있도록 쉬운 가이드라인과 이를 적용한 다양한 도구 개발을 통해 프로그램이 구성될 것을 제안한다. Background : Aduino is already proven through many studies, called rapid prototyping creation tools in the field of interaction design, and it is encountered sby current design major student through the curriculum related to interaction design. Meanwhile, a lot of educational content has been developed in consideration of the users who have not majored in engineering, but it does not suggest an a lternative to eliminate the gap. Methods : In this study , by analyzing the Learner"s learning experience, we hope to understand how the problems associated with the decline of Aduino learning effect course of design for domestic design students. To overcome the derived faulty element, we analyzed the electronic circuits educational Kits which are similar to the Aduino usage learning procedure to seek the element that can improve the existing Aduino learning content. Result : It is the limitations of the domestic education environment that caused learners to fail to acquire the education to apply Arduino. Therefore, It is desirable to be able to repeatedly learn a simple circuit configuration capable of understanding the basic electronic prototyping environment. Conclusion : When applying engineering prototyping such as Arduino to a design curriculum, it is important to understand the circuit from the point of view of a beginner and resolve difficulties arising. Easy and useful materials and programs should be presented as part of the development of various tools.

사물인터넷(IoT)환경에서 스마트폰 알람을 이용한 아두이노(Arduino)기반 가전기기 대기전력을 최소화한 ON 시스템 구현

박세언(Se-Eon Park),황찬규(Chan-Gyu Hwang),박동철(Dong-Cheul Park) 한국전자통신학회 2015 한국전자통신학회 논문지 Vol.10 No.10

본 논문은 인간 중심의 통신 패러다임에서 사물이 통신의 주체로 참여하는 사물인터넷(IoT)의 시대가 본격화되고 있다. 사물인터넷 환경에서 스마트폰 알람을 이용한 아두이노 기반 가전기기 ON 시스템을 구현 하였다. 모든 가전기기는 외부 전원에 플러그만 연결 되었어도 대기전력은 존재한다. 본 시스템은 사물과의 통신을 위해 아두이노를 이용하였다. 가전기기 전원을 연결하여 자동으로 스마트폰 알람이 울리면 아두이노에 연결된 가전기기를 모두 자동으로 ON하여 사물에 대기전력을 최소화하고, 기상을 도와주고 가전기기의 작동을 자동으로 동작시켜 주는 사물인터넷 시스템이다 This paper has been an era of full-fledged objects Internet of Things(IoT), which involved the subject of this communication in the communication paradigm of the human heart. Things Arduino-based appliances ON, the system was implemented using the smartphone alarm in the Internet environment. All appliances even if plug connected to an external power source only standby power is present. This system is used for communication with the Arduino things. Connect the appliances power automatically rings the smartphone alarm minimize appliances standby power to things all by ON automatically connected to the Arduino, and the work of giving consumer electronics devices to help weather that automatically operates by Objects is an Internet system.

Development of teaching and learning materials using Arduino and piezo buzzer

Eun-Sang Lee(이은상) 한국컴퓨터정보학회 2020 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.25 No.12

본 연구에서 저자는 C언어 프로그래밍 교육에서 아두이노를 활용한 교수-학습 자료의 개발 사례를 제시하고자 하였다. 이를 위해 주제 선정-구현 방법 탐색-실험-교수학습자료 제작-수업 적용-개선 등 6단계의 저비용 마이크로컨트롤러 교수-학습 개발 모형을 이용하였다. 본 연구에서는 기존 아두이노 교재에 소개되어 있는 소스 코드와 회로의 구성을 분석한 후, 이를 프로그래밍 교육주제에 맞게 재구성하였다. 또한, 아두이노와 피에조 버저 등의 재료를 이용하여 간단히 회로를 구성하는 방법을 제시하여 회로 구성에 많은 시간이 소요되지 않게 하였다. 이 회로를 이용하여 여러 가지 프로그래밍 내용 요소의 교수-학습 활동에 활용한 사례를 제시하였다. 본 연구는 기존 화면상에서만 확인할 수 있는 C언어 프로그래밍 실습 내용을 직접 실물로 체험할 수 있는 사례를 제시하였다는 점에서 그 의의가 있다. In this paper, I propose a presentation examples of the development of teaching materials using Arduino. For this purpose, a six-step low-cost microcontroller teaching-learning development model was used, the steps being topic selection, exploration of implementation methods, experimentation, production of teaching and learning materials, implementing lesson plans, and improvement. After analyzing the composition of the source code and circuits introduced in the existing Arduino book, this content was reconstructed to fit the programming education context. A simple method of constructing a circuit using materials such as Arduino and a piezo buzzer is proposed to save time on circuit composition. Using this circuit, examples of use in teaching-learning activities for various programming content elements are presented. The core concept of this study is that it provides a direct experience of the content of C language programming exercises that can only be found on existing screens.