WO2021020781A1 - 코딩 교육 방법 및 코딩 교육 로봇 - Google Patents

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WO2021020781A1
WO2021020781A1 PCT/KR2020/009434 KR2020009434W WO2021020781A1 WO 2021020781 A1 WO2021020781 A1 WO 2021020781A1 KR 2020009434 W KR2020009434 W KR 2020009434W WO 2021020781 A1 WO2021020781 A1 WO 2021020781A1
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WO
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debug
code
model
coding
program code
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PCT/KR2020/009434
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English (en)
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Inventor
이재호
최병기
이종욱
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
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    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/0053Computers, e.g. programming
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00Manipulators not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00Teaching not covered by other main groups of this subclass

Definitions

  • the present disclosure relates to a coding education method and a coding education robot.
  • Computational Thinking is a way of thinking that is appropriate for software development. It is a method of finding the core principle of the problem situation, reorganizing it, and creating a flowchart to solve it. It includes gathering and manipulating data, breaking large problems into smaller ones, structuring and abstracting problems, and automating problem solving in sequence. In this process, you can develop your thinking skills, problem-solving skills, and creativity necessary for the digital age.
  • Coding education is being implemented for students to improve computing thinking ability. Meanwhile, research to apply robots to various fields is being conducted recently, and research to use robots in coding education is also required.
  • a coding education method includes converting a program code written by a coding education object into a code model through code modeling, and at least one of a code execution unit, a procedure, and a condition of the code model as a debug target. Searching and extracting, generating a debug model by combining a basic model defining a debug rule with the extracted debug target, inserting the debug model into the program code with reference to the code model, and coding education robot By, according to the interaction method inserted in the debug model, including the step of expressing information through at least speech to the coding education target.
  • the debug model may include speech, display information, or the interaction method to be expressed in a debug execution step according to the debug object.
  • the debug rule may include at least one of a condition-based debug rule and a procedure-based debug rule.
  • the coding education method includes the steps of automatically generating an execution state expression sentence in units of execution sentences of the program code, generating an execution state expression sentence according to a conditional sentence of the program code, and execution according to a loop sentence of the program code. It may further include generating a state expression statement.
  • the coding education method may further include a step of specifying a condition for indicating an execution state or state change of the program code based on a voice.
  • a coding education robot executes a program code in which a debug is inserted, and the debug converts a program code written by a coding education object into a code model through code modeling, and executes the code of the code model. At least one of a unit, a procedure, and a condition is retrieved and extracted as a debug target, and is generated by combining a basic model defining a debug rule and the extracted debug target, and the debug model is added to the program code with reference to the code model. It is inserted and executed by the coding education robot, and information may be expressed to the coding education subject at least through speech speech according to an interaction method inserted in the debug model.
  • the debug model may include speech, display information, or the interaction method to be expressed in a debug execution step according to the debug object.
  • the debug rule may include at least one of a condition-based debug rule and a procedure-based debug rule.
  • the coding educational robot automatically generates an execution state expression statement in units of execution statements of the program code, generates an execution state expression statement according to the conditional statement of the program code, and an execution state expression statement according to the loop statement of the program code. Can be created.
  • the coding education robot may designate a condition for displaying an execution state or state change of the program code based on voice.
  • FIG. 1 is a diagram showing a debug education system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a model-based debug procedure according to an embodiment.
  • 3 is a diagram showing an actual operation code to which debug is applied to the program code.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating voice-over type debugging that continuously informs the state according to conditions.
  • the present invention relates to a robot that can automatically extract a debug object and perform a debug function to a learner through speech speech.
  • elements usable for debugging are automatically extracted based on the created program code, and the extracted elements are expressed through a debug GUI.
  • a debug rule is generated by the user for an element selected by the user, one embodiment executes the debug function according to the rule when executing the debug mode. In this case, an embodiment may perform a debug function to a learner through voice speech of the robot.
  • FIG. 1 is a diagram showing a debug education system according to an embodiment.
  • the debug education system 100 receives the program code 2, and the code analyzer 23, the block coding development environment 24, the code model 3, the debug model 4, A coding educational robot 5, and a basic model 6.
  • the coding education subject (1) creates a program code (2) (S1).
  • the coding education subject 1 may write a program code 2 that can be applied to the block coding development environment 24 in a block coding method.
  • the code analyzer 23 converts the program code 2 into a code model 3 by code modeling (S2).
  • code modeling refers to converting the program code 2 into the code model 3 by modeling elements that can be used for debugging in the program code.
  • the code analyzer 23 models the information existing in the program code for procedurally or conditionally selectable elements (variable declaration, temporary variable declaration, iteration statement, conditional statement, etc.) in the program code. (3) is created.
  • the program code 2 is input to the code analyzer 23, and the code analyzer 23 searches for and extracts a specific element for debugging purposes in the preprocessing analysis, for example, the program code 2.
  • the code analyzer 23 generates a code model 3 based on an analysis result obtained by searching for and extracting specific elements for debugging in consideration of code execution units, procedures, conditions, and the like.
  • the code analyzer 23 can automatically extract debug elements by analyzing the program code 2.
  • the code analyzer 23 continuously monitors the program code 2 and analyzes it whenever there is a change in the program code, thereby automatically extracting debug elements.
  • the code analyzer 23 inserts an appropriate debug function into the program code after receiving the debug rule, and, if necessary, performs a debug function not specified in the program code when certain conditions (variable values, conditional expressions, etc.) of the debug rule are satisfied.
  • Program execution can be monitored so that it can be executed arbitrarily.
  • the monitoring target of the code monitor is the program code (2) being executed.
  • the debug model 4 may be composed of a model in which conditions and actions are combined in order to execute a desired function under a specific condition in a program code.
  • the debug model 4 can be defined as a set of pairs in which conditions for debugging and debug behavior are fused. For this, the conditions in which the debug function will be used and the debug function itself must be defined.
  • the condition to be used for the debug function can be defined by dividing a procedure-based debug rule and a condition-based debug rule, and debug can include various functions.
  • the debug rule includes a condition-based debug rule related to a specific situation of a target environment and a procedure-based debug rule related to a process in which a program is executed, and the basic model 6 is implemented based on the debug rule.
  • the basic model 6 is a pre-generated type-specific template for the debug model 4 and debug rules are defined.
  • Condition-based debug rules are rules that are executed when a predetermined conditional expression is satisfied.For example, a rule that is executed when a variable value satisfies a specific condition.
  • the debug function is executed using a comparison of variable values or a logical expression, etc. Can be defined. Specifically, when the value of the distance sensor is less than 20, the output of the light intensity sensor is greater than or equal to a certain value, the value in variable 1 is greater than or equal to 10, etc. may be set as a condition-based debug rule. Through this, the target of education can execute the designated function in the desired situation.
  • variables or values that define a situation are limited by the robot's sensors or actuators, so variables that can be applied to condition-based debug rules can be extracted based on the robot's function.
  • Procedure-based debug rules are conditions related to the procedural flow of a program such as conditional statements or function execution. By designating the number of breakpoints, the number of function executions, and the number of loops to be repeated, the debug function required by the user can be executed at a specific time. Specifically, upon entering the else statement among the If-Then-Else statements, each Do-While statement repetition, etc. may be set as a procedure-based debug rule.
  • Debug function refers to a function on the code to be executed when the debug rules are satisfied. For example, as a debug function, a breakpoint function that pauses the currently executing code block, a function that displays the currently executing code block, a function that pauses after execution to the next code block, and observes inside the function during execution of the function block. There may be a function of moving a point, a function of dismantling a pause and executing it until it is turned off, a function of checking a specific variable value, etc.
  • the basic model (6) and the code model (3) are combined to implement the debug model (4), and the debug model (4) depends on the object to be monitored (variable values, specific line execution status, etc.) during the debug process. It includes the utterance to be expressed in the execution stage, display information, or the interaction method that can be obtained from the coding education object (1).
  • the debug model 4 and the code model 3 may have structures corresponding to each other. In order to ensure correct operation, the debug model 4 and the code model 3 need to have a 1:1 correspondence to each other.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a model-based debug procedure according to an embodiment.
  • the debug procedure may be performed for educators, learners, block coding development environments, and robots.
  • the learner is an example of the coding education object (1).
  • an educator can teach learners to code and create a debug model in a block coding development environment.
  • the learner writes the execution code, and delivers and executes the execution code to the block coding development environment.
  • the execution code written by the learner is an example of the program code 2 described above.
  • the debug model 4 is inserted into the program code 2 with reference to the code model 3 (S3).
  • the code model 3 extracted from the executable code can be considered in determining where the newly created debug model 4 or the debug model 4 generated before this training is placed on the executable code.
  • the block coding development environment 24 generates an actual execution code from the debug model 4 and the program code 2 in the robot and transmits it to the robot 5 (S4).
  • the coding education robot 5 includes a code executor 51 and a debug information display 52, and the code executor 51 executes an execution code block, checks a debug condition, and, if necessary, a debug information display ( 52) to execute the debug function. Then, the code executor 51 checks the next execution code block. The process of the "loop" box is repeated according to the actual executable code.
  • the program code (2) combined with the generated debug model (4) by the code executor (51) is subject to coding education (1) according to the interaction method described in the basic model for each debug type present in the debug model (4). Can interact with (S5). Through such interaction, the code executor 51 may express information to the coding education target (1).
  • the code executor 51 of the coding education robot 5 expresses information for interaction at least through voice speech or by using a display according to the interaction method previously inserted in the process of generating the debug model 4, and , The coding education subject 1 reacts to the displayed information, thereby implementing an interaction between the coding education subject 1 and the coding education robot 5. Then, the coding education subject 1 can experience the debugging process through simple interaction without the need for additional effort or knowledge of the coding education subject 1.
  • the debug rules may include condition-based debug rules and procedural-based debug rules.
  • a condition-based debug rule is a rule that executes a debug function when a condition is satisfied, and may be a rule for satisfying a condition of a variable value. Variables that can be designated as conditions by the code monitor 41 are automatically extracted from the program code.
  • the debug rule 44 may be for setting a condition based on the extracted element, and may be for an operator (above, below, match, non-match, etc.) that can compare elements.
  • Procedural-based debug rules are rules related to procedural functions of code, and may be rules regarding whether a specific if statement is executed, the number of times a function is called, and a specific code execution.
  • procedural debug rules are rules for the basic components of code.
  • the code model 3 in which the debug is inserted is executed in the coding education robot 5.
  • the code model (3) in which debug is inserted is called execution code.
  • the coding education robot 5 executes an execution code to execute a debug operation.
  • the coding education robot 5 can execute a debug instruction when the condition described in the debug rule is satisfied.
  • the coding education robot 5 may output a breakpoint or a debug log by executing a debug command, and the log output method may include at least speech speech.
  • 3 is a diagram showing an actual operation code to which debug is applied to the program code.
  • elements that can be condition-based debug rules are variable "someValue” and sensor value “Distance”, and elements that can be procedural-based debug rules are "until” loop statements and "move", " These are set” and "wait” functions.
  • the debug created by the debug model 4 is "Stop at every iteration” (debug 1) and “notify when the distance is 10 or more” (debug 2). Then, the debug is inserted into the code model 3 to generate the actual executable code.
  • the coding education robot 5 can voice-talk "the distance has moved more than 10" when the distance is 10 or more according to Debug 2. And according to debug 1, a breakpoint occurs every time.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating voice-over type debugging that continuously informs the state according to conditions.
  • a notification is set when a "for" statement is repeated as a procedure-based debug rule reflecting a procedural condition, and a stop "on arrival at the room” is additionally set as a condition-based debug rule.
  • the debug model 4 is inserted into the code model 3, and a debugging operation of the actual executable code can be performed through the coding education robot 5.
  • the coding education robot 5 detects the situation information, and if the location is a room, it can make a voice utterance of "I've arrived at the room now” and then make a voice utterance of "What should I do now?"
  • an execution state expression statement may be automatically generated in units of execution statements of the program code 2.
  • the execution state expression statement can be created as follows.
  • LHS RHS -> LHS has been changed to the RHS value.
  • the execution state expression statement can be generated as follows.
  • the execution state expression statement can be generated as follows.
  • condition statement1 -> The condition of the conditional statement is satisfied and the execution is repeated./ The condition of the conditional statement is not satisfied and the execution is stopped.
  • a condition for displaying the execution state of the program code 2 can be specified based on voice.
  • a condition for displaying a change in the state of the program code 2 can be specified based on voice.
  • debug information can be efficiently provided through speech speech without any other method of debugging process. Since various elements used in the program debugging process can be executed without display and keyboard/mouse manipulation, more interactive debugging can be provided without manipulation such as a separate display.

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Abstract

본 개시의 코딩 교육 방법은, 코딩 교육 대상에 의해 작성된 프로그램 코드를 코드 모델화를 통해 코드 모델로 변환하는 단계, 상기 코드 모델의 코드 실행 단위, 절차, 및 조건 중 적어도 하나를 디버그 대상으로 검색하여 추출하는 단계, 디버그 규칙을 정의한 기본 모델과 상기 추출된 디버그 대상을 결합하여 디버그 모델을 생성하는 단계, 상기 디버그 모델이 상기 코드 모델을 참조하여 상기 프로그램 코드에 삽입되는 단계, 및 코딩 교육 로봇에 의해, 상기 디버그 모델에 삽입된 상호작용 방법에 따라 상기 코딩 교육 대상에게 정보를 적어도 발화를 통해 표출하는 단계를 포함한다.

Description

코딩 교육 방법 및 코딩 교육 로봇
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 7월 26일자 한국 특허 출원 제10-2019-0091121호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 개시는 코딩 교육 방법 및 코딩 교육 로봇에 관한 것이다.
컴퓨팅 사고(Computational Thinking)는 소프트웨어 개발에 적절한 사고 방식을 말한다. 문제 상황의 핵심 원리를 찾아내 이를 재구성하고 순서도를 만들어 해결하는 방식이다. 데이터를 모으고 조작하기, 큰 문제를 작은 문제들로 쪼개기, 문제를 구조화하고 추상화하기, 순서에 따라 문제 해결을 자동화하기 등이 포함된다. 이 과정에서 디지털시대에 필요한 사고력과 문제 해결 능력, 창의력 등을 기를 수 있다.
컴퓨팅 사고 능력 향상을 위해서는 코딩 교육이 학생들을 대상으로 시행되고 있다. 한편, 최근 로봇을 다양한 분야에 적용하고자 하는 연구가 진행되고 있는데, 코딩 교육에 있어서 로봇을 활용하기 위한 연구도 필요하다.
코딩 교육 환경에서 로봇을 활용하여 디버그 교육을 제공할 수 있는 코딩 교육 방법 및 코딩 교육 로봇을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 코딩 교육 방법은, 코딩 교육 대상에 의해 작성된 프로그램 코드를 코드 모델화를 통해 코드 모델로 변환하는 단계, 상기 코드 모델의 코드 실행 단위, 절차, 및 조건 중 적어도 하나를 디버그 대상으로 검색하여 추출하는 단계, 디버그 규칙을 정의한 기본 모델과 상기 추출된 디버그 대상을 결합하여 디버그 모델을 생성하는 단계, 상기 디버그 모델이 상기 코드 모델을 참조하여 상기 프로그램 코드에 삽입되는 단계, 및 코딩 교육 로봇에 의해, 상기 디버그 모델에 삽입된 상호작용 방법에 따라 상기 코딩 교육 대상에게 정보를 적어도 발화를 통해 표출하는 단계를 포함한다.
상기 디버그 모델은, 상기 디버그 대상에 따라서 디버그 실행단계에서 표출하고자 하는 발화, 디스플레이 정보, 또는 상기 상호 작용 방법을 포함할 수 있다.
상기 디버그 규칙은 조건 기반 디버그 규칙 및 절차 기반 디버그 규칙 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 코딩 교육 방법은, 상기 프로그램 코드의 실행문 단위로 자동으로 실행 상태 표현문을 생성하는 단계, 상기 프로그램 코드의 조건문에 따라 실행 상태 표현문을 생성하는 단계, 및 상기 프로그램 코드의 순환문에 따라 실행 상태 표현문을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 코딩 교육 방법은, 상기 프로그램 코드의 실행 상태 또는 상태 변화를 표시하기 위한 조건을 음성 기반으로 지정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 코딩 교육 로봇은, 디버그가 삽입된 프로그램 코드를 실행하고, 상기 디버그는, 코딩 교육 대상에 의해 작성된 프로그램 코드를 코드 모델화를 통해 코드 모델로 변환하고, 상기 코드 모델의 코드 실행 단위, 절차, 및 조건 중 적어도 하나를 디버그 대상으로 검색하여 추출하며, 디버그 규칙을 정의한 기본 모델과 상기 추출된 디버그 대상을 결합하여 생성되고, 상기 디버그 모델이 상기 코드 모델을 참조하여 상기 프로그램 코드에 삽입되어 상기 코딩 교육 로봇에 의해 실행되며, 상기 디버그 모델에 삽입된 상호작용 방법에 따라 상기 코딩 교육 대상에게 정보를 적어도 음성 발화를 통해 표출할 수 있다.
상기 디버그 모델은, 상기 디버그 대상에 따라서 디버그 실행단계에서 표출하고자 하는 발화, 디스플레이 정보, 또는 상기 상호 작용 방법을 포함할 수 있다.
상기 디버그 규칙은 조건 기반 디버그 규칙 및 절차 기반 디버그 규칙 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 코딩 교육 로봇은, 상기 프로그램 코드의 실행문 단위로 자동으로 실행 상태 표현문을 생성하고, 상기 프로그램 코드의 조건문에 따라 실행 상태 표현문을 생성하며, 상기 프로그램 코드의 순환문에 따라 실행 상태 표현문을 생성할 수 있다.
상기 코딩 교육 로봇은, 상기 프로그램 코드의 실행 상태 또는 상태 변화를 표시하기 위한 조건을 음성 기반으로 지정할 수 있다.
코딩 교육 환경에서 로봇을 활용하여 디버그 교육을 제공할 수 있는 코딩 교육 방법 및 코딩 교육 로봇을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 디버그 교육 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 모델 기반 디버그 절차를 나타낸 순서도이다.
도 3은 프로그램 코드에 디버그가 적용된 실제 동작 코드를 나타낸 도면이다.
도 4는 조건에 따라 지속적으로 상태를 알리는 음성 발화형 디버깅을 도식적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 디버그 대상을 자동으로 추출하여 음성 발화를 통해 학습자에게 디버그 기능을 수행할 수 있는 로봇에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 작성된 프로그램 코드를 바탕으로 디버그에 사용 가능한 요소를 자동으로 추출하고, 추출된 요소를 디버그 GUI를 통해 표현한다. 사용자로부터 선택된 요소에 대해서 사용자에 의해 디버그 규칙이 생성되면, 일 실시예는 디버그 모드 실행 시 규칙에 따라 디버그 기능을 실행한다. 이 때, 일 실시예는 로봇의 음성 발화를 통해서 학습자에게 디버그 기능을 수행할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 디버그 교육 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디버그 교육 시스템(100)은 프로그램 코드(2)를 입력받고, 코드 분석기(23), 블록코딩 개발환경(24), 코드 모델(3), 디버그 모델(4), 코딩 교육 로봇(5), 및 기본 모델(6)을 포함한다.
먼저, 코딩 교육 대상(1)은 프로그램 코드(2)를 작성한다(S1). 예를 들어, 코딩 교육 대상(1)은 블록 코딩 방식으로 블록코딩 개발환경(24)에 적용될 수 있는 프로그램 코드(2)를 작성할 수 있다.
코드 분석기(23)는 프로그램 코드(2)를 코드 모델화하여 코드 모델(3)로 변환한다(S2). 본 개시에서, 코드 모델화는 프로그램 코드 내에서 디버그에 활용될 수 있는 요소들을 모델링하여, 프로그램 코드(2)를 코드 모델(3)로 변환하는 것을 의미한다. 예를 들어, 코드 분석기(23)는 프로그램 코드 내에서 절차적 또는 조건적으로 선택 가능한 요소들(변수 선언, 임시 변수 선언, 반복문, 조건문 등)에 대해 프로그램 코드 내에 존재하는 정보들을 모델링하여 코드 모델(3)을 생성한다. 구체적으로, 프로그램 코드(2)가 코드 분석기(23)에 입력되고, 코드 분석기(23)는 전처리 분석 예를 들어, 프로그램 코드(2)에서 디버그를 목적으로 하는 특정 요소를 검색하여 추출한다. 코드 분석기(23)는 코드 실행단위, 절차, 조건 등을 고려하여 디버그를 목적으로 하는 특정 요소들을 검색 및 추출한 분석 결과를 기초로 코드 모델(3)을 생성한다.
코드 분석기(23)는 프로그램 코드(2)를 분석하여 디버그 요소를 자동 추출할 수 있다. 코드 분석기(23)는 프로그램 코드(2)를 지속적으로 모니터하여 프로그램 코드에 변경이 있을 때마다 이를 분석하여 디버그 요소를 자동으로 추출할 수 있다. 코드 분석기(23)는 디버그 규칙을 전달받은 이후 적절한 디버그 기능을 프로그램 코드에 삽입하고, 필요한 경우 디버그 규칙의 특정 조건(변수값, 조건식 등)을 만족하였을 경우 프로그램 코드상에 명시되지 않은 디버그 기능을 임의로 실행할 수 있도록 프로그램의 실행을 모니터링 할 수 있다. 코드 모니터의 모니터링 대상은 실행되고 있는 프로그램 코드(2)이다.
디버그 모델(4)은 프로그램 코드 내에서 특정 조건으로 원하는 기능을 실행하기 위해 조건과 행동이 결합한 모델로 구성될 수 있다. 디버그 모델(4)은 디버그를 위한 조건과 디버그 행동이 융합된 쌍들의 집합으로 정의될 수 있다. 이를 위해서는, 디버그 기능이 사용될 조건과 디버그 기능 자체가 정의되어야 한다. 디버그 기능이 사용될 조건으로 절차 기반 디버그 규칙 및 조건 기반 디버그 규칙을 나누어 정의될 수 있고, 디버그는 여러 가지 기능을 포함할 수 있다.
디버그 규칙은 대상이 되는 환경의 특정 상황과 관련된 조건 기반 디버그 규칙과 프로그램이 실행되는 과정과 관련된 절차 기반 디버그 규칙을 포함하고, 기본 모델(6)은 디버그 규칙에 기초하여 구현된다. 예를 들어, 기본 모델(6)은 디버그 모델(4)을 위해 미리 생성된 타입별 템플릿으로서 디버그 규칙이 정의되어 있다.
조건 기반 디버그 규칙은 정해진 조건식이 만족할 경우 실행되는 규칙으로, 예를 들어, 변수 값이 특정 조건을 만족했을 경우 실행되는 규칙으로, 변수 값의 비교나 논리식 등을 활용하여 디버그 기능이 실행되는 시점이 정의될 수 있다. 구체적으로, 거리 센서의 값이 20이하일 때, 광량 센서의 출력이 일정 수치 이상일 때, 변수 1번에 있는 값이 10이상인 경우 등이 조건 기반 디버그 규칙으로 설정될 수 있다. 이를 통해 교육 대상이 원하는 상황에서 지정한 기능을 실행시킬 수 있게 된다. 로봇 환경에서는 상황을 정의하는 변수나 값이 로봇의 센서나 액추에이터에 의해 제한되기 때문에 로봇의 기능을 바탕으로 조건 기반 디버그 규칙에 적용할 수 있는 변수를 추출할 수 있다.
절차 기반 디버그 규칙은 조건문, 혹은 함수 실행 등의 프로그램의 절차적인 흐름과 관계된 조건이다. 중단점이나 함수 실행 횟수, 반복문 반복 횟수 등을 지정하여 특정 시점에서 사용자가 요구하는 디버그 기능을 실행시킬 수 있게 된다. 구체적으로, If-Then-Else 문 중 else 문 진입 시, Do-While문 반복 마다 등이 절차 기반 디버그 규칙으로 설정될 수 있다.
디버그 기능은 디버그 규칙이 만족하였을 때 실행시킬 코드상의 기능을 의미한다. 예를 들어, 디버그 기능으로, 현재 실행중인 코드블록을 일시 정지하는 중단점 기능, 현재 실행중인 코드블록을 표시하는 기능, 다음 코드블록까지 실행 후 일시 정지하는 기능, 함수블록 실행 중 함수 내부로 관찰점을 이동시키는 기능, 일시정지를 해체하고 끌까지 실행하는 기능, 특정 변수값을 확인하는 기능 등이 있을 수 있다.
기본 모델(6)과 코드 모델(3)이 결합하여 디버그 모델(4)이 구현되고, 디버그 모델(4)은 디버그 과정에서 모니터링 하고자 하는 대상(변수 값, 특정 라인이 실행되는 상태 등)에 따라서 실행단계에서 표출하고자 하는 발화, 디스플레이 정보, 또는 코딩 교육 대상(1)으로부터 얻을 수 있는 상호 작용 방법 등을 포함한다. 디버그 모델(4)과 코드 모델(3)은 서로 대응하는 구조를 가질 수 있다. 정확한 동작을 보장하기 위해서는, 디버그 모델(4)과 코드 모델(3)이 서로 1:1 대응하는 구조일 필요가 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 모델 기반 디버그 절차를 나타낸 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디버그 절차는 교육자, 학습자, 블록코딩 개발 환경, 및 로봇을 대상으로 수행될 수 있다. 학습자는 코딩 교육 대상(1)의 일 예이다.
먼저, 교육자는 학습자에게 코딩 교육을 실시하고, 블록코딩 개발환경에서 디버그 모델을 작성할 수 있다.
학습자는 실행 코드를 작성하고, 실행 코드를 블록코딩 개발환경에 전달 및 실행하다. 학습자에 의해 작성된 실행 코드는 앞서 설명한 프로그램 코드(2)의 일 예이다. 블록코딩 개발환경(24)에서 디버그 모델(4)은 코드 모델(3)을 참조하여 프로그램 코드(2)에 삽입된다(S3). 실행 코드에서 추출된 코드 모델(3)은 새로 생성된 디버그 모델(4) 또는 이번 교육 이전에 생성된 디버그 모델(4)이 실행 코드 상의 어느 위치에 배치되는지를 결정하는데 고려될 수 있다.
블록코딩 개발환경(24)은 로봇에 디버그 모델(4)과 프로그램 코드(2)로부터 실제 실행 코드를 생성하여 로봇(5)에 전달한다(S4).
코딩 교육 로봇(5)은 코드 실행기(51) 및 디버그 정보 표출기(52)를 포함하고, 코드 실행기(51)는 실행 코드 블록을 실행하고, 디버그 조건을 확인하며, 필요할 경우 디버그 정보 표출기(52)를 통해 디버그 기능을 실행시킨다. 이어서, 코드 실행기(51)는 다음 실행 코드 블록을 확인한다. 실제 실행 코드에 따라 "loop" 박스의 과정이 반복된다.
코드 실행기(51)에 의해, 생성된 디버그 모델(4)과 결합한 프로그램 코드(2)는 디버그 모델(4)에 존재하는 디버그 타입 별로 기본모델에 서술된 상호작용 방법에 따라서 코딩 교육 대상(1)과 상호작용을 할 수 있다(S5). 이와 같은 상호작용을 통해 코드 실행기(51)는 정보를 코딩 교육 대상(1)에게 표출할 수 있다. 코딩 교육 로봇(5)의 코드 실행기(51)는 디버그 모델(4)을 생성하는 과정에서 미리 삽입된 상호작용 방법에 따라 상호작용을 위한 정보를 적어도 음성 발화를 통해 또는 디스플레이를 함께 이용하여 표출하고, 코딩 교육 대상(1)은 표출된 정보에 대하여 반응함으로써, 코딩 교육 대상(1)과 코딩 교육 로봇(5) 간의 상호 작용이 구현된다. 그러면, 코딩 교육 대상(1)의 추가적인 노력이나 지식이 필요 없이, 간단한 상호작용을 통해 코딩 교육 대상(1)은 디버깅 과정을 체험할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 디버그 규칙은 조건 기반 디버그 규칙 및 절차 기반 디버그 규칙을 포함할 수 있다. 조건 기반 디버그 규칙은 조건이 만족되면 디버그 기능을 실행하는 규칙으로, 변수 값이 조건을 만족하는 것에 대한 규칙일 수 있다. 코드 모니터(41)에 의해 조건으로 지정 가능한 변수 등을 프로그램 코드에서 자동 추출된다. 디버그 규칙(44)은 추출된 요소를 바탕으로 조건을 설정하기 위한 것에 관한 것일 수 있고, 요소를 비교할 수 있는 연산자(이상, 이하, 일치, 비일치 등)에 관한 것일 수 있다.
절차 기반 디버그 규칙은 코드의 절차적인 기능들과 관련된 규칙으로, 특정 if문 실행 여부, 함수의 호출 횟수, 특정 코드 실행에 관한 규칙일 수 있다. 즉, 절차 기반 디버그 규칙은 코드의 기본적인 구성 요소에 대한 규칙이다. 코드 모니터(41)는 해당 코드가 프로그램 코드에 사용된 경우, 디버그 요소로 추출할 수 있다.
디버그가 삽입된 코드 모델(3)은 코딩 교육 로봇(5)에서 실행된다. 디버그가 삽입된 코드 모델(3)을 실행 코드라 한다. 코딩 교육 로봇(5)은 실행 코드를 실행하여 디버그 작업을 실행한다. 코딩 교육 로봇(5)은 디버그 규칙에 서술된 조건이 만족될 때 디버그 명령을 실행할 수 있다. 코딩 교육 로봇(5)은 디버그 명령의 실행으로 중단점 또는 디버그 로그를 출력할 수 있고, 로그 출력 방법은 적어도 음성 발화를 포함할 수 있다.
코딩 교육 로봇(5)에 의한 음성 발화 디버그 작업에 대해서 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 프로그램 코드에 디버그가 적용된 실제 동작 코드를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 프로그램 코드에서 조건 기반 디버그 규칙이 될 수 있는 요소는 변수 "someValue" 및 센서 값 "Distance"이고, 절차 기반 디버그 규칙이 될 수 있는 요소는 "until" 반복문 및 "move", "set", "wait" 기능이다. 디버그 모델(4)에 의해 작성된 디버그는 "매 반복마다 정지"(디버그 1) 및 "거리 10이상일 시 알림"(디버그 2)이다. 그러면, 코드 모델(3)에 디버그가 삽입되어 실제 실행 코드가 생성된다.
그러면, 코딩 교육 로봇(5)은 디버그 2에 따라 거리가 10 이상일 때 "거리 10 이상을 이동하였습니다"를 음성 발화할 수 있다. 그리고 디버그 1에 따라 매번 중단점이 발생한다.
도 4는 조건에 따라 지속적으로 상태를 알리는 음성 발화형 디버깅을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 4의 디버그 모델(4)에서 절차적 조건이 반영된 절차 기반 디버그 규칙으로 "for" 구문 반복 시 알림이 설정되고, 추가적으로 조건 기반 디버그 규칙으로 "방에 도착 시" 중단이 설정되었다. 디버그 모델(4)은 코드 모델(3)에 삽입되고, 코딩 교육 로봇(5)을 통해 실제 실행 코드의 디버그 작업이 수행될 수 있다.
그러면, 코딩 교육 로봇(5)이 상황 정보를 감지하여 해당 위치가 방일 경우, "저는 지금 방에 도착했어요"의 음성 발화를 하고, 이어서 "이제 무엇을 할까요?"를 음성 발화를 할 수 있다.
아울러, for 구문이 반복될 때마다 이를 알리므로, "배달을 3번째 완료했어요"와 같이, for 구문 반복 횟수와 함께 이를 알리는 음성 발화를 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로그램 코드(2)의 실행문 단위로 자동으로 실행 상태 표현문을 생성할 수 있다.
예를 들어, 치환문의 경우 아래와 같이 실행 상태 표현문을 생성할 수 있다.
LHS = RHS -> LHS의 값이 RHS 값으로 변경되었습니다.
X = 20 -> X 의 값이 20으로 변경 되었습니다.
Y = X + 1 -> Y의 값이 21으로 변경 되었습니다.
프로그램 코드(2)의 조건문의 경우 아래와 같이 실행 상태 표현문을 생성할 수 있다.
if condition then (line_number1) statement1 else (line number2) statement2 -> 조건문의 조건이 만족되어 line_number1 문장을 수행합니다./ 조건문의 조건이 만족되지 않아 line_number2 문장을 수행합니다.
프로그램 코드(2)의 순환문의 경우 아래와 같이 실행 상태 표현문을 생성할 수 있다.
while condition statement1 -> 조건문의 조건이 만족되어 실행을 반복합니다/ 조건문의 조건이 만족되지 않아 실행의 반복을 멈춥니다.
또한, 프로그램 코드(2)의 실행 상태를 표시하기 위한 조건을 음성 기반으로 지정할 수 있다.
예를 들어, 문장 단위로, "모든 실행 상태 알려줘", "모든 실행 상태 알려주지마", "10문장 실행 마다 알려줘" 등, 시간 단위로 "10초 마다 알려줘" 등, 또는, 문장의 종류(치환문, 조건문, 순환문) 별로, "조건 문만 알려줘" 등으로 구현될 수 있다.
아울러, 프로그램 코드(2)의 상태의 변화를 표시하기 위한 조건을 음성 기반으로 지정할 수 있다.
예를 들어, 변수 값의 변화에 대한 일 예로, "X 값의 10보다 작아지면 알려줘", 또는, 두 항의 음성 기반 지정 방법을 복합하여 조건을 지정하는 방법의 일 예로, "10초 마다 X값이 10보다 작으면 알려줘" 등이 있을 수 있다.
본 발명을 통해서 기본적인 디스플레이를 활용할 수 없는 경우, 다른 방법의 디버그 프로세스 없이 음성 발화를 통해 디버그 정보를 효율적으로 제공할 수 있다. 프로그램 디버깅 과정에서 사용되는 여러 요소를 디스플레이 및 키보드/마우스 조작 없이 실행 가능하여 보다 인터랙티브한 디버깅이 별도의 디스플레이 등의 조작 없이 제공될 수 있다.
코딩 교육 환경에서 로봇 등의 교보재를 활용하여 보다 원할하게 디버그 나아가 컴퓨팅 사고 및 논리적 사고 향상을 제공할 수 있다. 구체적으로, 프로그램 코딩에 있어 절차적 문제를 해결하고, 프로그램을 실행할 때 발생할 수 있는 오류를 방지하여 컴퓨팅 사고 능력 향상이 가능하다. 교육 대상자가 개발 환경과 로봇에만 집중할 수 있는 환경 및 음성 발화를 통한 디버깅 상호 작용이 제공되어, 컴퓨팅 사고 교육의 효율이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 코딩 교육 대상에 의해 작성된 프로그램 코드를 코드 모델화를 통해 코드 모델로 변환하는 단계;
    상기 코드 모델의 코드 실행 단위, 절차, 및 조건 중 적어도 하나를 디버그 대상으로 검색하여 추출하는 단계;
    디버그 규칙을 정의한 기본 모델과 상기 추출된 디버그 대상을 결합하여 디버그 모델을 생성하는 단계;
    상기 디버그 모델이 상기 코드 모델을 참조하여 상기 프로그램 코드에 삽입되는 단계; 및
    코딩 교육 로봇에 의해, 상기 디버그 모델에 삽입된 상호작용 방법에 따라 상기 코딩 교육 대상에게 정보를 적어도 발화를 통해 표출하는 단계를 포함하는,
    코딩 교육 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디버그 모델은,
    상기 디버그 대상에 따라서 디버그 실행단계에서 표출하고자 하는 발화, 디스플레이 정보, 또는 상기 상호 작용 방법을 포함하는,
    코딩 교육 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디버그 규칙은 조건 기반 디버그 규칙 및 절차 기반 디버그 규칙 중 적어도 하나를 포함하는,
    코딩 교육 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로그램 코드의 실행문 단위로 자동으로 실행 상태 표현문을 생성하는 단계;
    상기 프로그램 코드의 조건문에 따라 실행 상태 표현문을 생성하는 단계; 및
    상기 프로그램 코드의 순환문에 따라 실행 상태 표현문을 생성하는 단계를 더 포함하는,
    코딩 교육 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로그램 코드의 실행 상태 또는 상태 변화를 표시하기 위한 조건을 음성 기반으로 지정하는 단계를 더 포함하는,
    코딩 교육 방법.
  6. 디버그가 삽입된 프로그램 코드를 실행하는 코딩 교육 로봇에 있어서,
    상기 디버그는,
    코딩 교육 대상에 의해 작성된 프로그램 코드를 코드 모델화를 통해 코드 모델로 변환하고, 상기 코드 모델의 코드 실행 단위, 절차, 및 조건 중 적어도 하나를 디버그 대상으로 검색하여 추출하며, 디버그 규칙을 정의한 기본 모델과 상기 추출된 디버그 대상을 결합하여 생성되고,
    상기 디버그 모델이 상기 코드 모델을 참조하여 상기 프로그램 코드에 삽입되어 상기 코딩 교육 로봇에 의해 실행되며,
    상기 디버그 모델에 삽입된 상호작용 방법에 따라 상기 코딩 교육 대상에게 정보를 적어도 음성 발화를 통해 표출하는,
    코딩 교육 로봇.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디버그 모델은,
    상기 디버그 대상에 따라서 디버그 실행단계에서 표출하고자 하는 발화, 디스플레이 정보, 또는 상기 상호 작용 방법을 포함하는,
    코딩 교육 로봇.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 디버그 규칙은 조건 기반 디버그 규칙 및 절차 기반 디버그 규칙 중 적어도 하나를 포함하는,
    코딩 교육 로봇.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 프로그램 코드의 실행문 단위로 자동으로 실행 상태 표현문을 생성하고,
    상기 프로그램 코드의 조건문에 따라 실행 상태 표현문을 생성하며,
    상기 프로그램 코드의 순환문에 따라 실행 상태 표현문을 생성하는,
    코딩 교육 로봇.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 프로그램 코드의 실행 상태 또는 상태 변화를 표시하기 위한 조건을 음성 기반으로 지정하는,
    코딩 교육 로봇.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102647730B1 (ko) * 2021-07-26 2024-03-14 서울대학교병원 워핑기술을 이용한 자폐증 환자의 상호작용 훈련 시스템 및 영상 워핑 모델 학습 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013156786A (ja) * 2012-01-30 2013-08-15 Hitachi Automotive Systems Ltd ソフトウェアの構造可視化プログラムおよびシステム
KR20150063514A (ko) * 2012-09-29 2015-06-09 지티이 코포레이션 애플리케이션의 개발, 컴파일링 및 디버그 방법과 장치
KR20180080919A (ko) * 2017-01-05 2018-07-13 조태연 코딩 교육 장치 및 코딩 교육 방법
KR101913060B1 (ko) * 2018-02-12 2018-10-29 민경현 디버깅을 위한 모바일 장치 및 방법
KR101963016B1 (ko) * 2017-01-31 2019-03-27 계명대학교 산학협력단 지능형 컴퓨터 프로그래밍 언어 학습기 및 그것을 이용한 학습 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013156786A (ja) * 2012-01-30 2013-08-15 Hitachi Automotive Systems Ltd ソフトウェアの構造可視化プログラムおよびシステム
KR20150063514A (ko) * 2012-09-29 2015-06-09 지티이 코포레이션 애플리케이션의 개발, 컴파일링 및 디버그 방법과 장치
KR20180080919A (ko) * 2017-01-05 2018-07-13 조태연 코딩 교육 장치 및 코딩 교육 방법
KR101963016B1 (ko) * 2017-01-31 2019-03-27 계명대학교 산학협력단 지능형 컴퓨터 프로그래밍 언어 학습기 및 그것을 이용한 학습 방법
KR101913060B1 (ko) * 2018-02-12 2018-10-29 민경현 디버깅을 위한 모바일 장치 및 방법

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