Tufts University의 로봇활용교육 사례 소개 - CEEO의 Workshop을 중심으로 -

홍기천 한국정보교육학회 2016 정보교육학회논문지 Vol.20 No.2

본 논문에서는 미국 메사추세츠주의 Tufts University 부설 CEEO(Center for Engineering Education and Outreach)에서 수행되고 있는 로봇활용교육 워크샵, Novel Engineering, STOMP 사례를 소개하고자 한다. CEEO는 미국의 많은 대학에서 롤모델로 삼을만큼 로봇활용교육에서 가장 선도적인 센터이다. 이 센터에서는 초중고등학교 학생들과 교사들을 위한 로봇활용교육 워크샵이 매년 여름방학때 진행되고있다. 또한 공과대학 1학년 학생들은 Simple Robotics과목을 필수로 이수해야한다. 우리에게 생소한 Novel Engineering은 독서교육과 공학을 융합한 공학교육방법이며, STOMP(Students and Teachers Outreach Mentorship Program)는 초중고등학교 교사들이 공학을 필요로하는 수업을 설계할 때, STOMP에 소속된 대학생과 대학원생들이 직접 수업에 참여하여 교사와 함께 수업을 이끌어나가도록 도와주는 프로그램이다. 소프트웨어 교육이 많이 활성화되어가고 있는 상황에서 우리나라에서도 이러한 프로그램들을 도입하여 시행한다면 소프트웨어 인재양성에 많은 기여를 할 수 있을 것이라고 기대한다. I will introduce robotics education, Novel Engineering, STOMP have hosted in CEEO at Tufts University. CEEO is a leading center for Robotics Education in all over the USA. So far lots of universities and centers have adopted these programs. CEEO have hosted many workshops for students and teachers every summer vacation. And Simple Robotics course is required for every Engineering department freshmen. Novel Engineering(NE) is not familiar to us. I think that NE will be a good tool for integrating reading literacy and engineering. When teachers design a engineering class, members of STOMP help teachers achieve the goals of class. Software Education has been widely spreaded for last several years in South Korea. If our country adopts these programs government-widely. I think that It will be able to contribute to foster SW-talented persons.

Novel Engineering을 위한 도서 조사

홍기천 한국정보교육학회 2018 정보교육학회 학술논문집 Vol.9 No.1

본 논문에서는 Novel Engineering(NE)을 위한 도서들에 대해서 알아보고자 한다. NE는 독서교육, STEAM교 육, 소프트웨어교육을 융합한 종합적인 주제이다. NE의 단계는 책 읽기, 문제 인식, 해결책 제시, 해결책 구현, 피드백, 업그레이드, 이야기 재구성의 7단계로 이루어진다. 간단히 말하면, NE는 책에서 공학적인 문제를 찾아 해결하는 과정에서 STEAM교육과 소프트웨어교육이 자연스럽게 이루어질 수 있다. NE의 처음 단계인 책 읽기 단계에서 공학적인 요소를 추출할 수 있는 책을 선택해야한다. 책은 초등학교 학생들이 많이 읽는 그림책, 만화 책, 소설책 등 모두 해당된다. 이를 위해서 전라북도 소재 초등학교 2곳의 학교도서관에 소장된 책의 종류를 조사하였다. 조사 결과, 문학, 자연과학, 종교, 역사/지리, 철학, 기술과학, 예술, 언어, 총류로 분류가 되어있었다. 조사 대상인 학교 도서관은 모든 책들이 그림책으로 분류가 되어있었다. 이 중에 NE 수업에 적합한 몇 가지 책을 소개해보고자 한다. In this study, we are going to search some books for Novel Engineering. NE is a comprehensive theme to integrate reading, STEAM, Software education. NE consists of 7 steps; picking a book, identify problems, design and implementing solutions, feedback, upgrade solutions, reconstruct stories. Simple speaking NE help naturally perform STEAM and Software education while figuring out engineering solutions from books. So this paper is to describe books available as first step. We can select any picture book, cartoon, long story. Picture books would be helpful for elementary students. We investigate two school libraries in Jeollabokdo. All of books are categorized by literature, natural science, religion, history/geography, tech and science, arts, linguistics, generic. Fortunately most books are picture books. But all of them couldn’t be applied for NE. So We will introduce some books suitable for NE.

노벨엔지니어링(Novel Engineering) 기반 생태환경교육 프로그램이 초등학생의 환경역량 및 인공지능 활용 태도 함양에 미치는 영향

김보란(Bo-ran Kim),김현주(Hyun-joo Kim) 한국실과교육학회 2024 한국실과교육학회지 Vol.37 No.2

이 연구의 목적은 인문과 공학이 결합된 노벨엔지니어링 수업 모델 교육 개발 및 적용을 통해 교육 현장에 활용할 수 있는 미래 융합형 생태환경교육의 방향을 제시하는 것이다. 이를 위하여 노벨엔지니어링 기반 실과교과 중심 생태환경교육 프로그램을 개발하고 이를 6학년 학생들에게 적용하여 수업 전, 후에 환경역량과 인공지능 활용 교육에 대한 인식과 태도가 어떠한 변화를 보이는지 알아보았다. 이 연구의 결과를 기반으로 한 결론은 다음과 같다. 첫째, 노벨엔지니어링 기반 생태환경교육 프로그램은 초등학생의 환경역량 함양에 효과적이다. 둘째, 노벨엔지니어링 기반 생태환경교육 프로그램은 인공지능 활용 태도에 대한 인식에 긍정적인 영향을 준다. 결론적으로 환경교육이 정규 교육과정에서 적용할 수 있고 공학, 디지털 요소뿐만 아니라 인문, 예술 요소를 포함한 융합 프로그램을 개발하여 2022 개정 교육과정에서 강조하는 언어, 디지털 기본 소양을 함양할 수 있도록 한 것에 의의가 있다. 환경교육이 정규 교육과정에서 적용 가능하고 공학, 디지털 요소뿐만 아니라 인문, 예술 요소를 포함한 융합 프로그램을 개발하여 2022 개정 교육과정에서 강조하는 언어, 디지털 기본소양을 함양할 수 있도록 한 것에 의의가 있다. 이 연구를 바탕으로 앞으로 초등학생 전 학년 학생을 대상으로 노벨엔지니어링 기반 생태환경교육 프로그램을 구성할 필요가 있으며, 생태환경에 있어 여러 교과 분석을 통해 디지털, 인공지능 요소가 결합된 다양한 노벨엔지니어링 기반 생태환경 교육 프로그램의 후속 연구가 필요할 것이다. The purpose of this study is to develop a Novel Engineering-based practical and subject-centered ecological environment convergence education program (20 sessions) and apply it to 25 6th grade students to conduct a survey on environmental competency and awareness of artificial intelligence education before and after class to determine what kind of results. The purpose is to see if there is a change. The results of the study showed that the Novel Engineering-based ecological environment education program had a positive impact on the development of elementary school students' environmental capabilities and their awareness of artificial intelligence education. The results of the environmental competency survey showed significant differences in all areas of reflection and insight, use of environmental information, creative problem solving, environmental sensitivity, communication and conflict resolution, and environmental community competency, and positive attitudes toward thoughts and career paths toward artificial intelligence technology. It is significant that environmental education can be applied in the regular curriculum and that a convergence program containing not only engineering and digital elements, but also humanities and arts elements has been developed to foster the basic language and digital skills emphasized in the 2022 revised curriculum. Based on this study, there is a need to construct a variety of Novel Engineering-based ecological environment education programs for all elementary school students in the future. In addition, follow-up research on a diverse Novel Engineering-based ecological environment education program that combines digital and artificial intelligence elements will be necessary through analysis of various subjects in the ecological environment.

초등교사의 노벨 엔지니어링 기반 융합 수업 경험에 대한 현상학적 질적 연구

홍기천,김희숙,한소망 대한산업경영학회 2022 산업융합연구 Vol.20 No.2

In this paper, We analyze elementary school teachers' experiences of Novel Engineering classes with phenomenological qualitative research method. The purpose of this study is to find out why elementary school teachers were interested in Novel Engineering, to find out the pros and cons of the class and the possibility of convergence classes. At first elementary teachers who participated in the study conducted a theme-based ecological sensitivity classes with Novel Engineering in the second semester of 2021. Then we conducted interview with teacher's student observation and the teacher's reflection. As a result of interview analysis, 4 components and 13 sub-components were derived. The derived components are learning from mistakes, recognition of the importance of class research, creativity in the making process, and high integration of Novel Engineering and existing subjects. Based on these results, What this research suggests is the expansion of administrative and financial support for teachers' autonomous class research and convergence classes such as Novel Engineering. 본 연구에서는 초등교사의 노벨 엔지니어링 수업에 대한 경험을 현상학적 질적 연구 방법으로 분석하였다. 본 연구의 목적은 초등교사가 어떤 이유로 노벨 엔지니어링에 관심을 가졌는지를 알아보고, 이 수업이 가지는 장단점들과 융합 수업 모형으로서의 확산 가능성을 알아보는 것이다. 이를 위해서 연구 참여자인 4명의 초등교사는 2021년도 2학기에 교육과정 재구성을 통하여 노벨 엔지니어링 기반 주제 중심 생태감수성 수업을 진행하였다. 이후 본 연구자는 4명의 교사를 대상으로 면담을 실시하였다. 면담 분석 결과, 13개의 하위 구성 요소와 4개의 구성요소가 도출되었다. 도출된 구성요소는 실수로부터 배움, 수업 연구에 대한 중요성 인식, 창작물 제작 과정을 통한 아이들의 창의성 발현, 노벨 엔지니어링과 기존 교과목과의 높은 연계 가능성이다. 이 연구의 시사점은 교사의 자율적인 수업 연구를 위한 교육현장의 분위기 확산, 교사의 교과와 실제를 융합하는 비교과 교육과정 개발 역량 함양, 그리고 노벨 엔지니어링과 같은 실용적인 수업 모형 개발에 관한 연수 프로그램 확대이다.

수업 실천 사례를 통한 노벨 엔지니어링의 이론적 고찰

홍기천 한국실천공학교육학회 2023 실천공학교육논문지 Vol.15 No.3

In this paper, we will examine the theoretical background and educational methodological basis of Novel engineering class casespublished to date. For this purpose, we selected and investigated 30 Novel engineering-related academic papers and dissertationspublished from 2016 to 2023. As a result, the theoretical background is Seymour Papert’s constructionism and Vygotsky’s socioculturalconstructivism, and the educational methodological basis is creative problem-solving learning, problem-based learning,interdisciplinary convergence class, action learning, associating reading and writing education, possibility with integratedcurriculum. We hope that this study will solidify the theoretical value of the Nobel Engineering convergence teaching model andserve as an alternative for teachers preparing for future education.

Novel Engineering을 적용한 6학년 사회교과 융합수업 방안 - “우물파는 아이들”을 중심으로 -

조민석,홍기천 한국정보교육학회 2018 정보교육학회 학술논문집 Vol.9 No.1

본 연구에서는 Novel Engineering(NE)을 활용하여 초등 6학년 사회와 국어과목을 융합한 수업사례를 기술한 다. NE의 첫 단계를 위해서 선정한 책으로는 “우물파는 아이들”이다. 학생들은 이야기 속에서 모둠별로 주인공 이 처한 문제을 찾고 그 해결책을 제시하였다. 3개의 모둠이 서로 다른 해결책을 제시하였고, 각 모둠별로 브레 인스토밍을 통해서 기존에 배운 과학수업의 내용을 바탕으로 해결책을 실제로 구현하였다. 학생들은 다른 학생 들에게 피드백을 받고, 이를 토대로 자신의 해결책을 업그레이드하였다. 마지막으로 자신들이 구현한 해결책을 주인공이 사용한다는 가정하에 이야기를 재구성하였다. 그 결과 평소 국어과에서 상상하여 이야기쓰기를 할 때 아이들의 작문보다 실제 자신들의 경험을 담아 글을 쓰니 글의 내용 및 깊이가 더 깊어짐을 볼 수 있었다. This paper describes one case of classes to integrate Social study and Korean subjects of 6th grade. At first students chose a book ‘A Long Walk to Water’ for NE. Students identified some problems characters have faced and try to figure out solvable solutions with engineering. Three groups designed different solutions each other. Students brainstormed how to solve their solutions based on previous scientific knowledges. Students gave a presentation of their works to others, and others give feedback to presenter. Finally students recreate stories with their work. The results showed that the writing skill of students got higher and deeper than ever. This is because students write new stories based on their previous experiences.

Novel Engineering을 적용한 과학ㆍ수학 융합수업방안

박선중,홍기천 한국정보교육학회 2018 정보교육학회 학술논문집 Vol.9 No.1

본 연구에서는 2017년 1학기동안 Novel Engineering 수업 모형을 적용하여 학교 주변에서 발생하는 쓰레기 문제를 해결하기 위한 재활용 송을 만들어보는 수업을 진행하였다. 먼저 존 버닝햄의 “지구는 내가 지킬거야”라 는 책을 선택하여 읽은 후, 학교 주변에 볼 수 있는 쓰레기를 그림그래프로 정리하였다. 쓰레기 해결을 위한 재 활용 송을 만들기 위해서 메이키 메이키 보드의 종류인 비트뮤직을 수업교구로 활용하였다. 메이키메이키 보드 는 전류가 흐르는 물체일 때 소리가 난다. 비트뮤직으로 재활용 악기를 만들고 음악을 만들어보는 활동을 통해 서 학생들의 창의력과 문제 해결력이 향상될 것으로 기대된다. 문학작품과 공학활동을 연계하여 동화 속 문제를 해결하는 과정을 통해 학생들의 집중력이 높아지는 효과가 있었다. In this study, we performed Novel Engineering class for one semester long class composing song for recycling to solve the trash problem around school. At first students picked a book “지구는 내가 지킬거야” by John Burningham and arranged trashes around the school with picture graph. Students used Makey-Makey board like BitMusic material to compose song for recycling. Makey-Makey board sound while current flows. It make sure that this activities can help student improve creativity and problem solving ability. We could find out that these activities make student improve concentration for class.

Novel Engineering을 적용한 국어교과 융합수업 방안 - “마인크래프트와 아기돼지 3형제”를 중심으로 -

엄태건,홍기천 한국정보교육학회 2018 정보교육학회 학술논문집 Vol.9 No.1

본 연구에서는 Novel Engineering(NE) 수업 모형을 적용한 5학년 국어과 융합수업 사례를 소개하고자 한다. 학생들에게 친숙한 Minecraft라는 게임을 활용하였다. NE를 위해서 선정한 책은 학생들이 잘 알고 있는 ‘아기 돼지 삼형제’이다. 이 책의 주인공이 처한 문제를 게임에서 해결해보는 수업을 한 학기동안 진행하였다. 실험 결 과, 학생들의 참여도, 흥미도, 글짓기 능력이 향상되었다는 것을 알 수 있었다. 본 연구자도 국어교과에 게임을 활용함으로써 국어수업의 확장성을 확인할 수 있었다. NE활동을 통하여 연구자가 기대한 것 이상으로 학생들의 수업집중력 및 다양하고 창의적인 생각을 볼 수 있었다. This study introduce one integrated class on Korean in elementary schools with Novel Engineering model. We used Minecraft familiar to students and chose a book ‘Three little pigs’ for the first step of NE. We performed integrated class of game and Korean for one semester. We get to know that engagement, interest, and writing skill improved. Researcher verify that Korean class through game can help class extend more. Furthermore class through NE can improve concentration and creativity of students.

예비 교사 대상 인공지능 융합 교양교과목을 위한 노벨 엔지니어링의 교육적 효과

김지윤,김귀훈 한국정보교육학회 2022 정보교육학회논문지 Vol.26 No.6

In this paper, a novel-engineering-based artificial intelligence liberal arts course is proposed and its effectiveness is evaluated with an emphasis on creativity confluence competency for elementary and middle school pre-service teachers in various majors. Constructing directions such as “considering the characteristics of non-major learners” and “drawing convergence with majors” were derived by analyzing related prior research, and its relationship with Novel Engineering was presented as an appropriate educational method. As a result of 45 hours of artificial intelligence education convergence liberal arts course, a statistically significant improvement in creativity confluence competency and high satisfaction were established. This study is significant because it supported the idea that novel engineering might be used as a pre-service teacher education strategy for artificial intelligence convergence education. 본 논문에서는 다양한 전공의 초 중등 예비 교사를 대상으로 하는 인공지능 융합 교양교과목 운영을 위한 방법론으로 노벨 엔지니어링의 가능성을 제안하고 교육적 효과성을 창의융합역량을 중심으로 검증하였다. 이를 위하여 선행연구를 분석하여 ‘비전공자인 학습자의 특성 고려’, ‘전공과의 융합 유도’라는 내용 구성의 방향을 도출하고, 이에 적합한 교육 방법으로 노벨 엔지니어링과의 연계성을 제시하였다. 45차시 분량의 노벨 엔지니어링 활용 인공지능 융합교육 교양교과목의 내용을 구성하고 예비 교사들에게 미치는 교육적 효과를 확인한 결과, 창의융합역량에 대한 통계적으로 유의미한 향상과 함께 높은 만족도도 확인되었다. 본 연구는 인공지능 융합교육을 위한 예비 교사 교육방법으로 노벨 엔지니어링의 가능성을 확인하였다는 점에서 의미가 있다. 후속 연구로는 노벨 엔지니어링 기반 인공지능 융합교육에 대한 지속적 연구, 예비 교사 대상의 인공지능 교양교과목 개발 및 효과성 측정이 제안되었다.

노벨엔지니어링을 활용한 초등학생 대상의 인공지능 교육프로그램

김주현 ( Kim Juhyun ),문성환 ( Moon Seonghwan ) 서울교육대학교 초등교육연구원 2021 한국초등교육 Vol.32 No.1

이 연구는 스토리텔링 기반의 독서와 공학을 융합한 노벨엔지니어링 교수법을 적용해 초등학교 4학년 학생들이 인공지능의 개념에 대해 보다 쉽고 재미있게 학습할 수 있는 프로그램을 개발하기 위하여 수행되었다. 학습자 요구 분석과 함께 2015 개정 실과 교육과정의 소프트웨어와 로봇 단원 그리고 이승철, 김태영(2020)이 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회에서 제시한 초등학생을 위한 인공지능 교육체계를 바탕으로 인공지능 교육프로그램의 내용 요소와 방법을 도출하였으며, 프로그램 내용에 적합한 도서를 3가지 기준(독자, 텍스트, 문제 상황)에 따라 학교 추천 도서, 전래동화 등에서 선정하여 프로그램을 개발하였다. 연구결과는 다음과 같다. 먼저 학습자 및 요구 분석을 통해 인공지능에 대한 아동의 인식을 살펴보면 인공지능과 관련된 경험은 높게 나타났지만 관심과 흥미도는 다소 떨어지는 것으로 나타났다. 그러나 대체로 인공지능에 대해 긍정적으로 인식하고 있었으며, 원하는 인공지능 수업 내용은 인공지능의 원리와 프로그래밍으로 조사되었고, 원하는 수업 형태는 실습과 놀이, 활동 중심의 수업으로 나타났다. 인공지능 교육에 대한 학습자의 요구 분석 내용과 교수·학습 내용 분석을 통하여 노벨엔지니어링을 활용한 인공지능 수업의 내용과 방법을 제안하였다. 인공지능 개념, 학습원리, 적용의 3가지 내용 요소를 선정하였고, 이 중 인공지능의 학습원리(지도학습, 비지도학습, 강화학습)에 대해 노벨엔지니어링 수업모델을 적용해 7회기(14차시) 분량의 프로그램을 개발하였다. 이 연구에서 개발한 프로그램은 인공지능 교육과 문제해결력 수업모델인 노벨엔지니어링의 융합을 시도했다는 측면에서 다양한 인공지능 교육프로그램 교수·학습 자료 개발을 위한 참고자료로 활용할 수 있을 것이다. The purpose of this study is to develop an AI(Artificial Intelligence) education program that are easy and fun to learn using Novel Engineering(NE) based on storytelling techniques for the fourth grade elementary school students. By checking children’s perception of AI through learner and demand survey, we confirmed the students’ needs in AI education. Then we extracted the content elements related to AI through analysis of the software and the robot unit in 2015 revision Practical Arts curriculum. Based on that, we proposed the content elements and methods of the AI education program, and then selected the appropriate books for the contents of the program from school recommended books and traditional fairy tales according to the three criteria(reader, text, problem). The results of this program are as follows. Through learner and demand analysis, we confirmed that students’ experience related to artificial intelligence was high, but the level of interest was low. However, the perception of AI was positive in general, and the contents of desired AI classes were the principles of AI, and programming of AI. Students also responded that they wanted an AI class focused on practice, play and activity. We proposed the content elements and methods of the AI education program by analyzing the contents in the software and the robot unit in 2015 revision Practical Arts curriculum. For the content elements of AI education program, the concept of AI, the principles of AI, and the application of AI were selected. Among them, we applied the Novel Engineering model to learn the principles of AI(Supervised Learning, Unsupervised Learning, Reinforcement Learning) and developed an AI education program for 7 sessions(14 lessons). This program could be used as a reference to the further development of AI teaching materials in terms of attempting to integrate AI education and problem-solving teaching model Novel Engineering.