KR20180108987A - 코딩 교육용 학습 시스템 및 학습 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유져가 로봇의 이동경로를 계산하여 로봇이 움직일 순서를 순차적으로 설정하도록 하고, 유져에게 문제를 제시하여 해답에 따라 로봇이 움직이도록 함으로써 놀이를 통해 자연스럽게 코딩을 이해하고 배울 수 있도록 하는 코딩 교육용 학습 시스템 및 학습 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 본 발명에 따른 코딩 교육용 학습 시스템은, 설정된 순서대로 움직이는 로봇과, 문제를 업로드해주는 서버부 및 상기 로봇이 움직일 순서를 유져(user)가 순차적으로 설정할 수 있으며, 상기 서버부와 연동되어 각 순서마다 상기 유져에게 문제를 제시하는 컨트롤부를 포함하고, 상기 로봇은 상기 유져가 해당 순서에서 제시되는 문제를 해결하였을 때 설정된 다음 움직임을 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 코딩 교육용 학습 방법은, 유져가 컨트롤부를 이용하여 로봇이 움직일 순서를 순차적으로 설정하는 조작단계와, 서버로부터 전송받은 문제를 유져에게 제시하는 문제 풀이단계 및 유져가 정답을 제시하면 상기 로봇은 설정된 다음 순서의 움직임을 실시하고, 유져가 정답을 제시하지 못하면 대기 또는 그 전의 움직임을 취소하는 움직임단계를 포함한다.

Description

코딩 교육용 학습 시스템 및 학습 방법{Study system and method for coding education}

본 발명은 유져가 로봇의 이동경로를 계산하여 로봇이 움직일 순서를 순차적으로 설정하도록 하고, 유져에게 문제를 제시하여 해답에 따라 로봇이 움직이도록 함으로써 놀이를 통해 자연스럽게 코딩을 이해하고 배울 수 있도록 하는 코딩 교육용 학습 시스템 및 학습 방법에 관한 것이다.

현대 사회는 고도의 산업발전과 함께 디지털 문화가 대중화 되고 있으며, 이러한 디지털 문화는 교육에도 많은 영향을 주고 있다.

최근 전 세계적으로 디지털 시대에 어울리는 창의력 사고, 일명 컴퓨팅적 사고(Computational Thinking, CT)를 기르기 위한 노력이 여기저기서 일어나고 있으며. 그 중심에는 코딩 교육이 있다.

코딩 교육은 우리 주변에 일어나는 자연 현상을 알려주기 위해 과학을 가르치듯, 매일 사용하는 인터넷과 스마트폰, 컴퓨터 등의 원리를 가르치기 위한 것이며, 몇 해 전부터 교육 및 기술 전문가가 협업해 코딩 교육 콘텐츠와 교수법을 개발하고 있고, 정부나 IT기업들의 지원도 늘어나고 있는 추세이다.

어린이를 위한 코딩 교육은 프로그래밍 문법부터 기존 교육과는 다르다. 어린이 눈높이에 맞추는 데 집중했기 때문에, 알고리즘 원리를 놀이와 게임 등으로 자연스럽게 이해할 수 있게 돕고 있으며, 프로그래밍 용어를 전혀 사용하지 않고 반복문이나 연산 원리를 알려주는 식이다.

국내에서는 2018년부터 초등학교, 중학교, 고등학교에서 코딩교육이 의무화되며 추후 유치원까지 확대되기 때문에 이에 맞춰 다양한 코딩용 교재가 개발되고 있다.

그러나 현재 코딩 교육시 사용되고 있는 교재는 기존의 아날로그 방식인 책을 이용해 읽고 이해하는 방식으로 진행되는데 그치고 있어, 디지털 교육인 코딩교육과는 동떨어져 있는 실정이다.

본 발명의 실시예는, 유져가 로봇의 이동경로를 계산하여 로봇이 움직일 순서를 순차적으로 설정하도록 하고, 유져에게 문제를 제시하여 해답에 따라 로봇이 움직이도록 함으로써 놀이를 통해 자연스럽게 코딩을 이해하고 배울 수 있도록 하는 코딩 교육용 학습 시스템 및 학습 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코딩 교육용 학습 시스템은, 설정된 순서대로 움직이는 로봇과, 문제를 업로드해주는 서버부 및 상기 로봇이 움직일 순서를 유져(user)가 순차적으로 설정할 수 있으며, 상기 서버부와 연동되어 각 순서마다 상기 유져에게 문제를 제시하는 컨트롤부를 포함하고, 상기 로봇은 상기 유져가 해당 순서에서 제시되는 문제를 해결하였을 때 설정된 다음 움직임을 실행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 코딩 교육용 학습 방법은, 유져가 컨트롤부를 이용하여 로봇이 움직일 순서를 순차적으로 설정하는 조작단계와, 서버로부터 전송받은 문제를 유져에게 제시하는 문제 풀이단계 및 유져가 정답을 제시하면 상기 로봇은 설정된 다음 순서의 움직임을 실시하고, 유져가 정답을 제시하지 못하면 대기 또는 그 전의 움직임을 취소하는 움직임단계를 포함한다.

본 발명은 하기와 같은 다양한 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 단순히 로봇을 움직이는 것이 아닌 문제 풀이를 통해 로봇이 움직이도록 함으로써 흥미를 유발하고 질리지 않도록 한다.

둘째, 본 발명은 다수의 유져들이 목적지까지 먼저 도착하기 위해 로봇의 이동경로를 설정하고 문제 풀이를 하도록 유도함으로써 단순한 놀이가 아닌 경주의 개념을 접목하여 더욱 재미있게 코딩을 배울 수 있도록 한다.

셋째, 본 발명은 책을 이용하여 단순히 코딩에 대한 지식을 습득하는 방식이 아닌 태블릿과 같은 디지털 기기를 이용하여 로봇의 움직임을 직접 제어하도록 함으로써 직접적인 체험을 통해 코딩에 대해 보다 빠르고 깊이 있게 배울 수 있도록 한다.

넷째, 본 발명은 유져의 수준에 맞춰 다양한 문제를 제시함으로써 수준별 학습이 가능하다.

다섯째, 본 발명은 서버를 통해 새로운 문제를 지속적으로 업그레이드 함으로써 항상 새로운 문제 풀이가 가능하며, 이에 따라 매번 새로운 교육을 경험할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 코딩 교육용 학습 시스템의 전체적인 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 코딩 교육용 학습 방법의 순서를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명하며, 배경기술 및 이미 설명한 구성의 도면번호는 특별한 언급이 없다면 동일하게 적용된다.

또한, 본 발명의 코딩 교육용 학습 시스템 및 코딩 교육용 학습 방법에 관한 설명은 바람직한 실시예로서, 그 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현할 수 있으며, 각 구성에 대한 형상 및 크기 등은 대표적인 실시예를 나타낸 것일 뿐 고정된 것이 아니고, 동일/유사한 효과를 구현할 수 있다면 다양하게 변경 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 코딩 교육용 학습 시스템은, 로봇(200), 서버부(300) 및 컨트롤부(400)를 포함하며, 본 발명인 코딩 교육용 학습 시스템의 유져(User)는 유아, 어린이, 학생, 청소년, 성인 등 남녀노소를 구분하지 않는다.

로봇(200)은 컨트롤부(400)를 통해 설정된 순서대로 움직이는 구성으로, 본 발명의 실시예에서는 다수 개의 바퀴(240)를 이용해 움직이는 로봇(200)을 적용하였지만 로봇(200)의 종류, 구조, 작동방식 등은 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 로봇(200)의 움직임이라 함은 로봇(200)이 전, 후, 좌, 우, 대각선 방향 등으로 이동하는 것뿐만 아니라 제자리에서 회전하거나 이동하면서 회전하는 것도 포함한다.

서버부(300)는 컨트롤부(400)와 연동되어 다양한 문제를 업로드해주는 구성으로, 서버를 관리/운영하는 별도의 운영팀에서 각 유져별 수준에 맞는 새로운 문제를 지속적으로 업로드한다.

서버부(300)와 온라인으로 연동된 컨트롤부(400)에서는 서버부(300)에 저장된 문제들을 미리 다운받아 사용하거나, 실시간으로 문제를 전송받아 유져에게 제시할 수 있다.

또한, 유져는 컨트롤부(400)를 이용해 문제를 다운받는 것도 가능하지만 반대로 문제를 작성하여 업로드하는 것도 가능하며, 이에 따라 유져 간에 문제를 주고 받는 것도 가능하다.

컨트롤부(400)는 로봇(200)의 움직임을 설정하기 위한 구성으로, 본 실시예에서는 터치 디스플레이가 구비된 태블릿(Tablet)을 적용하였지만 동일한 기능을 한다면 다양하게 변경될 수 있다.

컨트롤부(400)에는 전진, 후진, 좌방향 이동, 우방향 이동, 좌회전, 우회전, 뒤로회전 등 다양한 종류의 움직임이 그래픽 유져 인터페이스(Graphic-user interface) 방식으로 표현되어 있으며, 유져는 로봇(200)의 움직임이 글 또는 그림으로 표시된 아이콘을 드래그 앤 드롭(drag-and-drop) 방식으로 원하는 순서대로 배치한다.

이러한 컨트롤부(400)는 로봇(200)과 무선 인터넷, 블루투스 등의 통신기술로 연결되어 있으며, 컨트롤부(400)를 통해 설정된 순서대로 로봇(200)은 움직이게 된다.

그러나 본 발명은 단순히 컨트롤부(400)에 설정된 순서대로 로봇(200)이 연속적으로 움직이는 것이 아닌, 각 움직임 순서마다 유져에게 문제를 제시하여 문제의 해결유무에 따라 로봇(200)의 움직임이 달라지는 방식을 취하고 있다.

예를 들어, 유져가 컨트롤부(400)를 통해 로봇(200)이 움직일 순서를 "앞으로 이동(1) - 오른쪽으로 회전(2) - 앞으로 이동(3) - 왼쪽으로 회전(4) - 앞으로 이동(5)" 이라고 설정하였다면, 컨트롤부(400)에서는 최초 움직임인 '앞으로 이동'을 실시하기 전에 유져에게 그래픽, 소리 등을 통해 하나의 문제를 제시한다.

이때 유져가 답을 맞추면 '앞으로 이동'이라는 움직임을 실행하고, 유져가 답을 맞추지 못하면 그 자리에 멈춰 있거나 그 전에 실행하였던 움직임을 취소하게 된다.

즉, 2번째 움직임인 '오른쪽으로 회전'을 실시한 후 다음 3번째 움직임을 위해 다른 문제를 제시하게 되는데, 이때 문제를 틀리게 되면 로봇(200)이 그 자리에 정지해 있을 수도 있지만 2번째 움직임인 '오른쪽으로 회전'을 취소하여 왼쪽으로 회전함으로써 1번째 움직임인 '앞으로 이동'이 완료된 상태로 돌아갈 수 있다.

이렇게 문제가 틀릴때 로봇(200)이 취하는 행동은 컨트롤부(400)를 통해 설정할 수 있으며, 정지해 있거나 그 전 움직임을 취소하도록 할 수 있으며, 시합을 하는 동안 둘 중 어느 하나가 랜덤으로 선택되도록 할 수 있다.

본 발명의 이러한 방식은 어린이의 눈높이를 맞추기 위한 것으로, 코딩의 원리를 친구들과 시합/게임/놀이를 통해 자연스럽게 배우고 이해할 수 있도록 하며, 문제 풀이를 통해 단순하고 지루하지 않도록 한다.

즉, 각 유져별로 자신의 로봇(200)이 출발지(140)에서 목적지(150)까지 이동할 수 있도록 움직일 순서를 설정하여 누가 먼저 도착하는지로 시합을 함으로써 로봇(200)의 움직임을 제어하기 위한 알고리즘뿐만 아니라 문제 풀이를 통해 문제 해결 능력까지 기르는 것이다.

상술한 구성을 바탕으로 본 발명에 따른 코팅 교육용 학습 시스템은 크게 두 가지 방식으로 구현될 수 있다.

첫 번째는 출발지(140)와 목적지(150)가 구비된 별도의 보드부(100)가 있는 방식과, 별도의 보드부(100) 없이 테이블, 바닥 등에서 출발지(140)와 목적지(150)를 임의로 설정해 로봇(200)을 움직이는 두 번째 방식으로 나눌 수 있다.

이러한 두 가지 방식은 컨트롤부(400)를 이용하여 로봇(200)의 움직임을 순차적으로 설정하고 문제를 해결하는 큰 틀은 동일하게 유지되지만, 로봇(200)이 움직이는 방식이 달라질 수 있다.

보드부(100)에는 출발지(140)와 목적지(150)가 구비되며, 출발지(140)와 목적지(150)는 임의로 변경할 수 있다. 또한, 보드부(100)에는 로봇(200)의 움직임을 가이드하는 다수 개의 라인(110)이 교차 구비되며, 도시되지는 않았지만 로봇(200)의 하면에는 라인(110)을 감지하기 위한 라인감지센서(미도시)가 구비된다.

본 발명에서는 검은색과 같은 특정 색으로 형성된 라인(110)과, 라인(110)의 색을 감지하는 적외선 방식의 라인감지센서(미도시)를 적용하여 로봇(200)이 라인(110)을 따라 움직일 수 있도록 하였다.

로봇(200)은 보드부(100) 상에서 라인(110)을 따라 이동하되, 한번에 무한정 움직이는 것이 아닌 라인(110)이 교차하는 지점에서 자동으로 정지한다. 즉, 로봇(200)이 움직이는 거리는 한 순서당 하나의 교차점(120)에 해당하는 거리만큼 이동하게 된다.

또한, 각 순서마다 하나의 방향으로만 움직일 수 있으며, 방향전환은 다음 순서에 가능하므로 방향을 전환하기 위해서는 다음에 제시되는 문제를 풀어야 한다.

라인(110) 상에는 하나 이상의 장애물(130)이 구비될 수 있으며, 로봇(200)의 일측에는 장애물(130)을 감지하기 위한 장애물감지센서(220)가 구비될 수 있다. 본 발명에서는 초음파를 이용해 전방에 위치한 장애물(130)을 감지하는 장애물감지센서(220)를 적용하였지만 동일한 기능을 할 수 있다면 다양하게 변경될 수 있다.

로봇(200)은 컨트롤부(400)에 입력된 순서대로 이동하다가 장애물(130)이 감지될 경우 장애물(130)의 전방에 위치한 교차점(120)에서 정지하여 다음 움직임을 위해 대기한다.

즉, 유져가 컨트롤부(400)를 이용해 로봇(200)이 움직일 순서를 입력할 때 로봇(200)의 이동경로를 잘못 계산하여 장애물(130)이 위치한 라인(110)을 통과하는 경로로 설정하더라도 로봇(200)에서 장애물(130)을 감지하여 자동으로 이동을 중단하게 되며, 이때 유져는 컨트롤부(400)에 설정되어 있던 로봇(200)의 움직임 순서를 변경할 수 있다.

한편, 보드부(100)가 없는 두 번째 방식의 경우 별도의 라인(110)이 구비되지 않는다. 따라서, 로봇(200)의 이동, 회전과 같은 움직임은 동일하게 적용되지만 테이블 상에서 한번에 이동할 거리에 대한 설정이 필요하다.

유져는 컨트롤부(400)를 이용하여 각 순서별 로봇(200)이 움직이는 거리 및 이동속도를 설정할 수 있으며, 로봇(200)은 설정된 거리만큼 이동한 후 정지하게 된다.

이때 로봇(200)이 이동하는 거리를 측정하기 위한 별도의 이동거리감지센서가 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 로봇(200)의 바퀴(240)를 회전시키는 모터의 회전수를 측정하는 엔코더를 이용하여 로봇(200)의 이동거리를 측정하지만 다양한 방식으로 변경될 수 있다.

본 발명은 상술한 학습 시스템을 통해 다수의 유져들이 자신의 로봇(200)을 출발지(140)에서 목적지(150)까지 먼저 이동시키기 위해 시합을 할 수 있다.

즉, 다수의 유져들이 멀티플레이를 할 수 있으며, 이를 위해 각 유져들의 로봇(200)들은 동시에 움직이는 것이 아닌 교번하여 움직이는 것이 바람직하며, 로봇의 이동속도 및 움직이는 거리는 모두 동일하게 적용되는 것이 바람직하다.

일 예로 2명의 유져가 시합을 할 경우 한 사람이 문제를 풀어 자신의 로봇(200)을 먼저 한칸 이동시키고, 다음 사람이 문제를 풀어 자신의 로봇(200)을 한칸 이동시키는 방식이다.

또한, 다수의 유져들에게 서로 다른 이동경로를 계산하도록 유도하기 위해 출발지(140) 및 목적지(150)를 여러 곳으로 지정할 수 있으며, 다수의 컨트롤부(400)끼리 직접적으로 유/무선 방식을 통해 연동되거나 동일한 서버에 접속하여 온라인으로 연동될 수 있으며, 로봇(200)의 움직임 및 문제 풀이를 한번씩 주고 받으며 진행될 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 코딩 교육용 학습 방법은 조작단계(S100), 문제풀이단계(S200) 및 움직임단계(S300)를 포함하며, 각 단계에 대한 구체적인 설명은 상술한 바와 동일하므로 갈음한다.

조작단계(S100)는 유져가 컨트롤부(400)를 이용하여 로봇(200)이 움직일 순서를 순차적으로 설정하는 단계이며, 문제풀이단계(S200)는 서버로부터 전송받은 문제를 유져에게 제시하는 단계이다.

움직임단계(S300)는 제시된 문제에 대한 정답을 유져가 제시하면 로봇(200)이 다음 순서의 움직임을 실시하고, 유져가 정답을 제시하지 못하면 로봇(200)이 대기 또는 그 전의 움직임을 취소하는 단계이다.

100 : 보드부 110 : 라인
120 : 교차점 130 : 장애물
140 : 출발지 150 : 목적지
200 : 로봇 220 : 장애물감지센서
240 : 바퀴 300 : 서버부
400 : 컨트롤부 S100 : 조작단계
S200 : 문제풀이단계 S300 : 움직임단계

Claims (6)

1. 설정된 순서대로 움직이는 로봇;
   문제를 업로드해주는 서버부; 및
   상기 로봇이 움직일 순서를 유져(user)가 순차적으로 설정할 수 있으며, 상기 서버부와 연동되어 각 순서마다 상기 유져에게 문제를 제시하는 컨트롤부를 포함하고,
   상기 로봇은 상기 유져가 해당 순서에서 제시되는 문제를 해결하였을 때 설정된 다음 움직임을 실행하는 것을 특징으로 하는 코딩 교육용 학습 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   출발지와 목적지가 구비된 보드부를 포함하고,
   상기 보드부에는 상기 로봇의 움직임을 가이드하는 다수 개의 라인이 교차 구비되며,
   상기 로봇에는 라인감지센서가 구비되어 설정된 순서대로 상기 라인을 따라 움직이되, 라인이 교차하는 지점에서 정지하는 것을 특징으로 하는 코딩 교육용 학습 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 라인 상에는 하나 이상의 장애물이 구비되고 상기 로봇에는 장애물감지센서가 구비되며,
   상기 로봇은 장애물의 감지시 장애물의 전방에 위치한 라인 교차 지점에서 정지하여 다음 움직임을 위해 대기하는 것을 특징으로 하는 코딩 교육용 학습 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 로봇의 진행을 차단하는 장애물과,
   상기 로봇에 구비되는 장애물감지센서를 포함하며,
   각 순서별 로봇이 움직이는 거리, 속도는 상기 컨트롤부를 통해 설정 가능하고,
   상기 로봇은 각 순서마다 하나의 방향으로만 움직일 수 있고, 방향전환은 다음 순서에 가능하며, 상기 장애물의 전방에 위치하면 정지하여 다음 움직임을 위해 대기하는 것을 특징으로 하는 코딩 교육용 학습 시스템.
   
5. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컨트롤부 및 로봇은 다수 개로 구비되고,
   각 컨트롤부는 유무선 방식을 통해 연동되거나 동일한 서버에 접속하여 온라인으로 연동될 수 있으며,
   각 유져는 교번하여 문제 풀이를 진행하고 자신의 로봇을 움직이는 것을 특징으로 하는 코딩 교육용 학습 시스템.
   
6. 유져가 컨트롤부를 이용하여 로봇이 움직일 순서를 순차적으로 설정하는 조작단계;
   서버로부터 전송받은 문제를 유져에게 제시하는 문제 풀이단계; 및
   유져가 정답을 제시하면 상기 로봇은 설정된 다음 순서의 움직임을 실시하고, 유져가 정답을 제시하지 못하면 대기 또는 그 전의 움직임을 취소하는 움직임단계를 포함하는 코딩 교육용 학습 방법.

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