추상적인
교육용 로봇 공학은 학생들이 STEM 개념을 이해하고 어릴 때부터 STEM 과목에 대한 긍정적인 인식을 높이는 데 도움이 되는 통합 STEM 접근 방식을 학생들에게 제공합니다. 코로나19 팬데믹이 발생하면서 대면 교실에서 물리적 로봇을 사용하는 것이 불가능해졌습니다. 어디에서나 사용할 수 있는 대체 로봇 솔루션을 학생과 교사에게 제공하기 위해 익숙한 코딩 플랫폼과 함께 작동하도록 가상 로봇 프로그램이 빠르게 개발되었습니다. 본 논문에서는 전 세계적으로 백만 명이 넘는 학생의 사용 데이터를 두 가지 교사 사례 연구와 함께 해석합니다. 이러한 데이터 조합은 학습 도구이자 교육 리소스로서 가상 로봇에 대한 통찰력을 제공했습니다. 교사 사례 연구에서는 예측할 수 없는 상황에서 교육을 촉진하는 일련의 중요한 요구 사항도 밝혀졌습니다. 마지막으로, 이 데이터는 가상 로봇 학습 환경이 물리적 로봇에 대한 공생적 칭찬으로 사용되어 학생들이 반복 프로그래밍에 대한 자신감을 얻고 교육 로봇 공학에 대한 흥미를 높이며 교사에게 앞으로 매우 유연한 교육 옵션을 제공할 수 있음을 나타냅니다.
키워드
가상 로봇, 교육용 로봇공학, 교육용 로봇공학, 코로나19 솔루션, STEM 교육, 컴퓨터 공학, 프로그래밍
소개
최근 몇 년간 국가 보고서와 정책에 힘입어 로봇 공학과 컴퓨터 공학이 미국의 초등 및 중등 학교(유치원~12학년)에 점차 통합되고 있습니다. 2015년 국립과학재단(National Science Foundation)은 과학, 기술, 엔지니어링, 수학(STEM) 지식과 기술을 습득하는 것이 미국인들이 기술 집약적인 글로벌 경제에 완전히 참여하기 위해 점점 더 중요해지고 있다고 밝혔습니다. STEM 주제에 대한 고품질 교육을 받을 수 있습니다. 국립과학기술위원회(National Science and Technology Council)의 STEM 교육 위원회는 STEM 교육을 위한 연방 전략의 개요를 설명하는 보고서를 2018년에 발표했습니다. 이 보고서는 “STEM 교육 자체의 성격이 일련의 중복되는 학문 분야에서 학습 및 기술 개발에 대한 보다 통합되고 학제간 접근 방식으로 진화해 왔습니다. 이 새로운 접근 방식에는 실제 적용을 통한 학문적 개념 교육이 포함되며 학교, 지역 사회 및 직장에서의 공식 및 비공식 학습을 결합합니다. 협동심, 적응력 등 소프트 스킬과 함께 비판적 사고, 문제 해결 등의 스킬을 전수하는 데 중점을 두고 있습니다.” STEM 학습에 대한 이러한 국가적 초점은 STEM 주제에 대해 교실에 기술을 더 잘 통합하는 방법에 대한 교육 환경의 연구 및 혁신 증가와 함께 이루어졌습니다.
로봇 공학은 학생들이 STEM 개념을 탐구할 수 있는 실습 방법을 제공합니다. 기본 STEM 주제는 초등 및 중등 교육에서 중요한 주제이며, 고급 대학 및 대학원 과정을 위한 필수 전제 조건일 뿐만 아니라 직장에서의 기술적 능력을 향상시키는 데에도 중요합니다.1. 2 메타분석 결과, 일반적으로 교육용 로봇은 특정 STEM 개념에 대한 학습을 증가시키는 것으로 나타났습니다. 다양한 연령대를 대상으로 한 연구에 따르면 로봇공학은 학생들의 관심과 STEM 과목에 대한 긍정적인 인식을 높이는 것으로 나타났으며, 이로 인해 학교 성취도가 높아지고 과학 학위 취득도 더욱 촉진되었습니다.3, 4, 56, 7, 8. 고등학생의 경우 로봇공학은 대학 진학 준비와 기술적 경력 기술을 지원하는 데 활용되었습니다9, 10, 11, 초등학생의 경우 로봇공학이 탐구 및 문제 해결 기술을 개발하고 STEM 주제에 대한 긍정적인 인식을 조성하는 데 도입되었습니다.12, 13. 교육용 로봇공학을 도입하는 것은 특히 어린 학생들에게 유익합니다. 이들은STEM 과목에 대한 부정적인 태도를 형성하기 시작할 수 있습니다. 어린 학생들은 통합된 학습 맥락에서 이익을 얻고, 일찍 성공 경험을 통해 STEM 과목에 대한 긍정적인 태도를 더 많이 발달시킵니다.15.
연구에 따르면 교사 사전 교육 기간 동안 로봇공학을 도입하면 교사의 자기 효능감, 내용 지식, 계산적 사고 능력이 향상되는 것으로 나타났습니다.16. 로봇 공학의 이점이 학생뿐만 아니라 교사에게도 있다는 것이 논리적이지만, 정식 교사 교육에 로봇 공학을 도입하는 것은 여전히 제한적입니다. 많은 국가에서 전통적인 교사 교육은 과학과 수학의 학문 기반 주제에 초점을 맞추고 있어 대부분의 교사가 공학 및 기술에 대한 준비가 부족하고, 공식적인 교사 교육에서 다루지 않는 STEM 주제를 가르치거나 STEM 학문 간 연결을 만드는 데 자신감이 부족합니다.1718, 19. Bybee20 은 교사 교육에서 STEM 주제의 이러한 제한으로 인해 특히 K-8 교육에서 엔지니어링 및 기술이 과소 표현되는 현상이 발생한다고 지적했습니다. 교사 교육에 로봇공학을 포함시키는 것의 이점지속적인 전문성 개발과 실무 커뮤니티를 통한 비공식 학습을 통해 대안을 얻을 수 있습니다. Bandura21 사회적 학습 맥락의 중요한 측면을 표현했으며, Lave와 Wenger22 이 개념으로부터 실천 커뮤니티(CoP) 개념을 개략적으로 설명했습니다. CoP의 경우, 회원들은 특정 도메인에 대한 공통 관심사를 중심으로 모여 커뮤니티를 개발하고 연구와 통찰력을 공유하여 기술과 지식을 더욱 발전시킵니다. 이를 통해 실무를 개발합니다.22. 정규 교사 교육에서 로봇공학 대신 비공식 학습과 CoP는 교사는 물론 학생에게도 유사한 이점을 제공할 수 있습니다.
불행히도 COVID-19 팬데믹으로 인해 전 세계적으로 대면 수업이 광범위하게 중단되어 전 세계 거의 모든 학생이 영향을 받았습니다.23. VEX 교육용 로봇 라인에서 사용되는 로봇 커리큘럼을 포함하여 대부분의 로봇 STEM 커리큘럼의 기본 부분이었던 실습 학습 경험이 중단되었습니다. 학생들이 STEM 주제에 진정성 있고 의미 있는 방식으로 참여하는 데 도움이 될 수 있는 가상 학습 환경을 신속하게 제공하려면 원격 학습 솔루션이 필요했습니다. VEX Robotics는 물리적 로봇과 유사한 방식으로 사용할 수 있는 가상 로봇 플랫폼인 VEXcode VR(이하 간단히 "VR")을 빠르게 만들었습니다.
이 문서에서는 VR 플랫폼에서 수집한 사용 데이터를 검토하여 이러한 글로벌 혼란 중에 이 가상 대체물이 어떻게 있었는지에 대한 통찰력을 얻습니다. 교사가 원격 학습 환경에서 VR을 구현한 방법에 대한 맥락을 제공하는 두 가지 사례 연구도 제시됩니다. 본 논문의 주요 연구 질문은 다음 두 가지이다.
- 코로나19 발생 이후 VR을 활용한 학생 학습에 대해 사용 데이터와 교사 사례 연구에서 어떤 통찰력을 얻을 수 있습니까?
- 교사는 VR을 교실에 구현하는 것과 관련하여 어떤 통찰력을 제공할 수 있나요?
특히 교육자들은 코로나19로 인한 혼란을 느꼈습니다. 대면 학습을 위해 고안된 수십 년간의 경험과 수업이 즉시 뒤집혔지만, 이러한 혼란으로 인해 교육자들은 새로운 도구와 교육 방법을 실험하게 되었습니다. 혁신적인 솔루션을 주도한 교육자의 관점에서 내려진 결정과 달성된 결과를 이해하면 앞으로 로봇 공학 및 STEM 과목에서 학생 학습을 강화하기 위해 새로운 기술을 통합하는 방법에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
행동 양식
VEX코드 VR. 2020년 3월 미국의 학교가 문을 닫았을 때 학생들이 원격으로 작업하면서 로봇 공학 및 STEM 주제에 계속 참여할 수 있는 솔루션이 필요했습니다. VR은 대부분의 학교가 가상 형식으로 전환한 지 불과 몇 주 만인 2020년 4월 2일에 개발 및 출시되었습니다. VR 활동은 콘텐츠 표준에 맞춰 학제간 수업을 통해 다른 로봇 커리큘럼과 일관되도록 만들어졌습니다. VEXcode VR 코딩 플랫폼은 그림 1에서 볼 수 있듯이 학생들이 일반적으로 가상 인터페이스를 추가하여 실제 로봇과 함께 사용하는 코딩 환경과 동일합니다. 실제 로봇 대신 학생들은 활동에 따라 변화하는 주제별 "놀이터"에서 가상 로봇을 제어하는 프로젝트를 만듭니다. 코딩을 시작하는 학생은 블록 기반 프로그래밍을 사용하고 고급 학생은 Python 기반 텍스트를 사용합니다.
그림 1. 산호초 청소 활동을 위한 VEXcode VR 플랫폼 인터페이스입니다.
VR 활동은 가상 로봇을 제어하는 데 기초가 되는 컴퓨터 과학 기술과 과학 또는 수학 주제를 결합하여 학제간 통합적으로 만들어졌습니다. 이러한 VR 활동을 통해 학생들은 프로그래밍에 대해 배울 뿐만 아니라 과학적 탐구, 수학적 사고, 기술적 이해력도 배우게 됩니다. 이는 모두 통합된 STEM 프레임워크의 구성 요소입니다.19. 코로나19로 인한 독특한 상황으로 인해 학생들은 혼합형, 동기식 또는 비동기식 설정에서 독립적으로 수업을 진행할 수 있어야 했습니다. 이를 달성하기 위해 학생들은 학습 목표와 활동 목표를 소개받습니다. 직접 지시는 단계별 지시와 의도적인 스캐폴딩을 제공하여24, 25에 대한 이해를 위한 순차적 학습을 제공하는 데 사용됩니다. 그런 다음 학생들은 최종 코딩 과제인26을 풀기 위한 목표에 맞는 스캐폴딩을 받습니다. 학생들은 로봇 공학과 코딩이 실용적이고 학제간 문제를 해결하는 데 사용된다는 것을 배웁니다. 예를 들어, 산호초 청소 활동에서 학생들은 태양열 충전 배터리가 방전되기 전에 가능한 한 많은 쓰레기를 수집하기 위해 산호초 주위로 로봇을 조종해야 합니다. 오염은 미래의 학생들이 해결해야 할 세계적인 문제입니다. 이러한 실제적인 시나리오 기반 프로젝트에 참여하면 학생들이 학문 전반에 걸쳐 컴퓨터 과학 기술을 적용하는 데 도움이 됩니다.
그림 2. 산호초 청소 활동의 임무 내용입니다.
학생들이 강사와 분리되어 있다는 점을 고려할 때, 분산된 주의와 인지 부하를 줄이기 위해 가상 환경은 가능한 한 원활하게 이루어져야 합니다27, 28. 학생들은 프로젝트에 명령을 끌어서 놓을 수 있으며 동일한 창에서 로봇이 VR 놀이터를 탐색하는 모습을 볼 수 있습니다. 학생들은 한 번에 원하는 만큼의 블록을 추가할 수 있으며 추가할 때마다 프로젝트를 실행하여 로봇이 놀이터에서 어떻게 움직이는지 확인할 수 있습니다. 이를 통해 학생들은 즉각적인 피드백과 조기 성공 느낌을 얻을 수 있습니다.
또한 원격 학습은 VR이 극복해야 하는 실질적인 장애물을 만들었습니다. 학교 컴퓨터에는 응용 프로그램 다운로드에 대한 제한이 있는 경우가 많으며, 이로 인해 학생들이 학교 컴퓨터를 사용하여 원격으로 떨어져 있는 경우는 물론이고 가장 일반적인 상황에서 프로그램 추가가 장애물이 됩니다. 그러나 학생들은 업무를 수행하기 위해 학교 컴퓨터에 접근할 수조차 없을 수도 있습니다. VR에 대한 액세스를 극대화하기 위해 프로그램은 완전히 웹 기반(다운로드나 플러그인 필요 없음)으로 제작되었으며 학생들이 사용할 가능성을 높이기 위해 다양한 유형의 장치에서 실행되도록 제작되었습니다.
결과
사용 데이터. 제시된 데이터는 Google Analytics에서 제공됩니다. VEXcode VR은 전적으로 브라우저 기반이므로 이 가상 로봇 환경이 전 세계적으로 어떻게 사용되었는지에 대한 통찰력을 제공하는 다양한 측정항목이 있습니다. 2020년 4월 출시 이후 월별 VR 사용자가 증가하여 150개 이상의 국가에서 총 145만 명 이상의 사용자가 사용하고 있습니다.
그림 3. 전 세계적으로 VR 사용자가 있는 국가.
코로나19의 타임라인과 VR 출시 시기를 고려해 시간 경과에 따른 사용량도 검토했습니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이, 출시 직후 사용자 수는 급격히 증가했다가 학생들이 학교를 쉬는 여름 시즌에는 감소했습니다. 일반적인 개학 기간(8월/9월)은 상당한 증가를 보였으며 이는 나머지 학년도에도 지속되었습니다. 주기적으로 사용자 수가 감소하는 것은 주말과 연휴 기간 동안 사용량이 감소했음을 의미합니다.
그림 4. VR 출시 이후 시간 경과에 따른 사용자 수입니다.
프로젝트는 학생들이 수업이나 과제를 위해 만드는 프로그램입니다. 실행하기 위해 프로젝트를 저장할 필요는 없지만 사용자가 나중에 다시 돌아올 수 있도록 저장된 프로젝트가 다운로드됩니다. 저장된 프로그램 수는 252만 개가 넘습니다. 그러나 프로젝트를 실행하기 위해 저장할 필요는 없습니다. VR은 전적으로 브라우저 기반이므로 "START"를 선택하면 프로젝트 편집 및 테스트가 즉시 수행됩니다. 소프트웨어에는 8,400만 개 이상의 프로젝트가 실행되었으며, 이는 학생들이 빈번한 간격으로 프로젝트를 테스트했음을 나타냅니다. 이러한 즉각적인 피드백 루프 덕분에 학생들은 실제 로봇으로 작업할 때보다 훨씬 빠른 속도로 실험하고 반복할 수 있는 기회를 가졌습니다. 이러한 반복적 과정은 학생들의 학습에 좋은 지표가 됩니다. 여러 번 반복하면 학생들의 참여와 관심을 유지하는 데 도움이 되기 때문입니다29.
| VEX코드 VR 데이터 | |
|---|---|
| 사용자 | 1,457,248 |
| 저장된 프로젝트 | 2,529,049 |
| 프로젝트 실행 | 84,096,608 |
| 국가 | 151 |
1 번 테이블. 2020년 4월부터 2021년 4월까지의 모든 VEXcode VR 사용 데이터입니다.
인증자료. VR 프로그램 자체와 이에 수반되는 커리큘럼 외에도 VR에는 VEXcode VR 교육자 인증 과정을 통한 CS라는 무료 교사 교육이 포함되어 있습니다. 2020년 6월 출시 이후 550명이 넘는 교육자가 VEX 인증 교육자가 되기 위해 17시간 이상의 커리큘럼과 지원이 포함된 인증을 완료했습니다. 인증 과정에는 컴퓨터 공학이나 로봇 공학에 대한 경험이 없는 교사를 준비시키는 데 목적이 있는 10단위의 자료가 포함되어 있습니다. 콘텐츠는 프로그래밍의 기초, VR 로봇 코딩 방법, VR 활동을 통한 교육 방법, 교실에서 VR 구현 방법 등의 주제를 다룹니다. 그림 5는 2020년 6월부터 2021년 3월까지 월별 및 누적으로 인증된 교육자 수를 보여줍니다. 데이터 추세에 따르면 2020년 8월과 9월, 10월을 포함하여 개학 시기를 전후하여 인증된 교육자의 수가 증가한 것으로 나타났습니다.
사례 연구 1
Aimee DeFoe는 전통적이고 혁신적인 교육 및 학습 방법을 결합한 미국 피츠버그의 소규모 사립 학교인 Kentucky Avenue School의 교장입니다. 대부분의 학교와 마찬가지로 Kentucky Avenue 학교도 코로나19로 인해 혼란을 겪었고 상황이 어떻게 변할지 알지 못한 채 2020년 가을 학년도 시작을 위한 대체 계획을 찾아야 했습니다. 올해의 첫 6주는 완전히 가상으로 진행되었으며, 나머지 1년은 학생 집단이 대면 및 원격 교육을 번갈아가며 하이브리드 형식으로 보냈습니다. 학생들이 집에서 학습하는 경우에도 학생들이 교실 환경에서와 동일한 문제 해결 및 비판적 사고 활동에 계속 참여하는 것이 중요했습니다.
Aimee는 여러 가지 이유로 6학년과 7학년 학생들과 함께 VR을 사용하기로 결정했습니다. VR은 완전한 가상 학습 환경이었기 때문에 학생들은 학습 활동에 영향을 미치는 정책 변경 없이 집과 학교를 오갈 수 있었습니다. 블록 기반 코딩 환경은 코딩을 처음 접하는 학생들에게도 위협적이지 않을 것이며 다양한 경험 수준에 맞게 설계된 활동이 있었습니다. 그녀는 또한 학생들이 VR 로봇이 흥미롭고 동기를 부여할 것이라고 믿었으며 이는 사실이었습니다. Aimee는 학생들이 VR에서 무엇을 얻기를 바랐는지에 대해 다음과 같이 말했습니다.
나는 VR을 사용하는 것이 실제 로봇을 사용하는 것만큼 엄격하고 도전적이며 흥미로울 것이며 학생들이 경험을 놓치는 느낌이 아니라 오히려 새로운 종류의 코딩 경험을 얻을 수 있기를 바랐습니다. 흥미롭다. 나는 그들이 교실에서 도전을 반복하고 끈질기게 극복하고 마침내 성공할 때 느꼈던 것과 같은 성취감을 느끼기를 바랐습니다.
유일한 로봇 공학 교사인 Aimee는 학교 시작부터 겨울 방학까지 일주일에 한 번씩 총 15번의 수업을 통해 23명의 학생을 가르쳤습니다. 학생들은 "컴퓨터 과학 레벨 1 - 블록" 과정으로 시작했습니다. Aimee는 학생들과 함께 그룹으로 첫 번째 단원을 진행했지만 나머지 수업에서는 학생들이 자신의 속도에 맞춰 진행하도록 하고 진행자 역할을 했습니다. 대부분의 학생들은 추가 해양 청소 활동을 포함해 7~9개 단위를 마쳤습니다.
Aimee는 학생들이 수업의 어려움에 매우 동기를 부여받는다는 것을 발견했습니다. 너무 많아서 체계적으로 수업을 진행하는 것이 때로는 어려웠습니다. 주의 집중이나 독서에 어려움을 겪는 일부 학생들은 추가적인 지원이 필요했고, 보다 큼/작음 및 부울 개념이 어려워졌습니다. 그러나 대부분의 학생들은 적절한 수준의 도전과 투쟁, 성공을 경험했습니다. 학생들은 수업으로 돌아올 때 실제 로봇과 함께 작업한다는 아이디어에 흥미를 느꼈습니다. VR로 작업한 후 Aimee는 "의심할 여지 없이 모두가 더 자신감 있는 코더가 되어 수업을 떠났습니다."라고 말했습니다.
사례 연구 2
Mark Johnston은 미국 엘파소에 있는 Bel Air 중학교에서 7학년과 8학년을 가르치고 있습니다. STEM 1 과정에서 Mark는 약 100명의 학생에게 자동화, 로봇 공학, 설계 및 모델링에 대한 프로젝트 리드 더 웨이 게이트웨이 과정을 가르칩니다. STEM 1 과정에는 VEX IQ 로봇이 통합되어 VEXcode IQ(어린 학생들을 위한 플라스틱 로봇 키트)를 통해 기본 메커니즘과 기초 코딩을 가르쳤습니다. 이 과정은 가을 학기에 진행되므로 초기 코로나19 중단이 봄에 로봇 공학에 영향을 미치지 않았습니다. 그런데 2020년 4월 마크가 VEX VR 로봇을 보고 작업을 시작했습니다. “VR이 동일한 설정(예: VEXcode)을 사용하는 것을 보았을 때 잠재력을 보았기 때문에 매우 기뻤습니다. 마치 제가 알고 있던 퍼즐 조각이 제가 이미 하고 있던 작업과 완벽하게 들어맞을 것이라고 생각했기 때문입니다. VR이 Python을 포함하도록 업데이트되었을 때 저는 더욱 기뻤습니다.” Mark는 다른 교사들을 위한 튜토리얼 비디오를 제작하여 소셜 미디어 플랫폼에서 많은 팔로어를 모았습니다. Mark는 자신의 비영리 교육 회사를 통해 학생들을 위한 VR 여름 캠프와 2020/21학년도 준비를 위한 교사 교육을 제공했습니다.
불확실한 교육 환경으로 인해 계획을 세우기가 어렵습니다. “원격 학습이 2020/21학년도에도 계속된다는 것을 깨달았을 때 디자인을 먼저 가르치고 로봇공학… 가르치기로 결정했지만 너무 많은 일이 진행 중이어서 아무것도 계획하기가 어려웠습니다. 우리가 직접 다시 만날지 아니면 온라인으로 계속할지 몰랐습니다. 당시에는 명확한 정보가 거의 없었습니다. 결국 로봇 공학과 디자인을 함께 혼합하고 하루나 이틀 전에 미리 계획을 세웠어요.” Mark는 학년 초(2021년까지 100% 원격으로 유지됨)에 사이트에서 다양한 활동을 선택하여 VR을 사용하기 시작했습니다. 경험 수준과 편집 가능한 지침이 다양했기 때문에 효과가 좋았습니다. 컴퓨터 과학 레벨 1 - 블록 과정이 출시되었을 때 그는 학생들에게 전체 과정을 안내했지만 다음 번에는 수업을 더 짧은 강의로 정리할 것이라고 언급했습니다. VR을 사용하는 것은 대면 로봇 공학 수업과 본질적으로 다르지만 Mark가 이 수업에 대해 갖고 있던 주요 목표는 여전히 있었습니다.
- 학생들이 VEXcode에 익숙해지도록 하세요.
- 프로그래밍에 대한 자신감 구축(자기효능감)
- 위협적이지 않은 방식으로 프로그래밍 아이디어/어휘를 소개합니다.
- 자신도 모르게 수학을 사용하도록 "속이기" ;)
- 학생들에게 주어진 제약 조건이 잘 정의된 문제를 해결하도록 요청하세요.
- 잘못 정의된 문제 소개
- “실패하고 다시 시도하라”는 태도를 장려하라
- 문제 해결의 재미를 유지하세요
가상 경험은 다르지만 Mark는 VR 사용의 뚜렷한 이점을 발견했습니다. 학생들은 RobotC(다른 로봇과 함께 사용되는 또 다른 코딩 언어)보다 VR을 사용하여 실험하는 것을 훨씬 덜 두려워했습니다. Mark는 또한 학생들이 "승리"하는 데 걸리는 시간을 측정하여 STEM 활동이 얼마나 좋은지 판단합니다. "학생이 긍정적인 결과를 얻는 데 너무 오랜 시간이 걸리면 이를 유지하기가 훨씬 더 어렵습니다. 약혼한."
탐색과 적극적인 참여를 장려하는 VR에는 즉각성이 있었습니다. Mark는 학생들에게 VR을 소개하는 예를 통해 이러한 유형의 "승리"를 설명합니다.
나: “모두 새 탭을 열고 vr.vex.com으로 가세요. 다들 사이트 보셨나요? 좋은. 이제 로봇이 앞으로 나아갈 수 있게 해주세요.”
학생: “어떻게요?”
나: “…알아낼 수 있는지 보세요”
학생: “알았어요!”
그리고 그들은 푹 빠졌습니다! 그 무렵에는 많은 사람들이 나에게 온갖 다양한 일을 하는 방법을 묻습니다. 그들은 문자 그대로 나에게 가르쳐 달라고 요청하고 있습니다!
결과 및 토론
VR을 학습 도구로 사용합니다. 사용 데이터와 사례 연구는 모두 코로나19 팬데믹 기간 동안 VR이 학습 도구로 어떻게 작동했는지에 대한 첫 번째 연구 질문에 대한 통찰력을 제공합니다. 가장 간단한 교훈은 엄청난 사용량입니다. VR 플랫폼은 전 세계적으로 백만 명 이상의 학생들이 사용했으며, 이는 가상 로봇 환경이 위기 상황에서 직접 학습을 대체하는 역할을 했다는 것을 나타냅니다. 실행된 프로젝트 수(8,400만 개 이상)도 개인 사용자 수를 고려할 때 놀라운 결과였습니다. 평균적으로 사용자는 57개의 프로젝트 실행을 완료하여 높은 수준의 테스트와 반복을 보여주었습니다. 학생들의 "시도하고 다시 시도"하는 태도를 개발하는 것이 중요하다는 점을 고려하면 이는 매우 유망한 결과입니다. 학생들이 배워야 할 중요한 교훈인 VR 활동을 해결하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 학생들이 문제에는 여러 가지 해결책이 있다는 것을 이해하게 되면, 학생들이 교사에게 피드백을 요청할 가능성이 높아지고, 배우는 내용에 대한 이해도도 높아집니다30.
사례 연구를 통해 VR이 저부담 학습 환경으로 작동한다는 확인도 있습니다. Aimee는 학생들이 코더에 더 자신감을 갖고 있으며 실제 로봇과 함께 작업하기를 기대하고 있다고 언급했습니다. Mark는 학생들이 VEXcode VR로 코딩할 때 실험을 덜 두려워하고 이 환경에서 "승리"에 대한 즉각적인 느낌이 있다는 것을 알아차렸습니다. 이러한 교사의 관찰 내용을 원시 사용 데이터와 함께 고려할 때 가상 로봇 환경은 학생들이 학습 과정에서 더 자유롭게 실험하고 반복할 수 있도록 하며 일반적으로 로봇 공학에 대한 긍정적인 인식을 높이는 것으로 확인됩니다.
교사로부터의 교훈. 교사가 VR을 교실에 구현하는 것에 대해 어떤 통찰력을 제공할 수 있는지에 대한 두 번째 연구 질문을 고려할 때 사례 연구에서 몇 가지 공통점을 확인할 수 있습니다. 두 사례 연구 모두 코로나19 기간 동안 교사가 어떻게 결정을 내리고 솔루션을 구현했는지에 대한 정보뿐만 아니라 가상 및 하이브리드 환경에서 학생들에게 효과적인 학습 솔루션을 제공하기 위해 무엇이 필요한지에 대한 정보도 공개했습니다. 이러한 주제에는 유연한 솔루션, 연속성, 커리큘럼 및 지원이 포함됩니다. 지원 교사가 학생을 지원하므로 이러한 결과는 모든 기술 솔루션의 요구 사항으로 간주되어야 합니다.
교육 조건의 불확실성을 고려하여 Mark와 Aimee는 유연한 솔루션이 필요하다고 지적했습니다. 원격 학습은 대면 학습으로 변경되거나 그 사이의 형태로 변경될 수 있습니다. VR은 어떤 환경에서도 계속 사용할 수 있을 뿐만 아니라 접근 방식에도 유연성을 제공했습니다. 학생들은 Mark가 활동 및 과정과 함께 사용하는 체계적인 교사 주도 수업에 참여할 수도 있고, Aimee가 설명한 대로 자신의 속도에 맞춰 학생 주도 학습에 참여할 수도 있습니다. 또한 교사는 모든 학생의 요구 사항을 충족하기 위해 제공되는 활동 및 프로그래밍 언어 유형 측면에서 경험 수준의 유연성이 필요했습니다.
두 사례 연구 모두에서 학습의 연속성이 중요한 것으로 나타났습니다. Aimee는 학생들이 VR에서 작업한 후 대면 학습이 재개될 때 기다리고 있던 VEX V5 로봇을 사용하여 작업할 수 있다는 사실에 흥미를 느꼈다고 말했습니다. VR은 실제 로봇과 협력하여 학생들의 흥미와 긍정적인 인식을 높이는 디딤돌 역할을 했습니다. Mark는 또한 VR에서 IQ까지 VEXcode의 연속성이 그에게 매우 중요하다고 언급했습니다. “VEX가 VEXcode를 사용하여 3학년부터 대학까지 진행 과정을 매우 간단하게 따라갈 수 있다는 것이 얼마나 멋진지 말로 표현할 수 없습니다! 그리고 VR을 사용하면 집에서 학습을 시작할 수 있습니다!”
학습 상황에서 진화하는 교육에서 VR의 성공을 위해서는 커리큘럼과 지원이 분명히 중요했습니다. VR 장치는 학생들이 배울 수 있는 모든 콘텐츠는 물론 수업을 가르치는 데 필요한 자료도 제공했습니다. 모든 교사가 컴퓨터 과학 및 코딩에 대한 배경 지식을 갖고 있는 것은 아닙니다. Aimee는 블록 기반 프로그램이 자신뿐만 아니라 학생들에게도 위협적이지 않다고 지적했습니다. Mark는 또한 자신이 컴퓨터 과학을 가르치는 데 익숙하지 않아 가르치기 전에 직접 수업을 배워야 했다고 말했습니다. 하지만 Mark는 "내일 상황이 '정상'으로 돌아간다면 이제 수업의 프로그래밍 부분을 더 자신감 있게 가르칠 수 있을 것입니다."라고 인정했습니다. VR의 커리큘럼과 프로그래밍에 대한 교사의 지원은 교실에서 VR을 구현하는 데 필수적입니다.
디지털 학습은 학생만을 위한 것이 아닙니다. 교사들은 또한 기술과 소셜 미디어를 통해 교수법과 자원에 대해 배우기 위해 노력하고 있습니다. 거의 50개국의 교사들이 VR 인증을 완료했습니다. VR을 중심으로 글로벌 실천 커뮤니티가 형성되고 있습니다. Mark는 소셜 미디어에 VR 동영상을 게시하기 시작했고 금세 팔로워가 천 명이 넘었습니다. VR 작업을 통해 그는 슬로베니아와 대만의 선생님들과 친구가 되었습니다. 교사가 자신의 경험과 실습을 공유하면 학생들은 궁극적으로 이러한 비공식 교사 지원 그룹의 혜택을 누릴 수 있습니다. 실천 공동체는 현재 교육용 로봇 공학의 가용성과 이 기술을 정식 교사 교육에 포함시키는 것 사이에 다리를 제공할 수 있습니다. 자격증 과정을 이수한 550명 이상의 교사나 비공식 학습 커뮤니티를 통해 전문성 개발을 통해 더 많은 교사가 교육용 로봇 공학에 익숙해짐에 따라 더 많은 학생들이 통합 STEM 학습을 접하게 될 것입니다.
결론
VEXcode VR은 불확실성이 크고 즉각적인 솔루션이 절실히 필요한 시대에 만들어졌습니다. 긴급한 상황에서 혁신적인 솔루션이 나올 수 있습니다. VR은 150개 이상의 국가에서 252만 개 이상의 프로젝트를 저장하고 8,400만 개 이상의 프로젝트를 실행한 145만 명 이상의 사용자에게 영향을 미쳤습니다. 전염병이 전 세계 학생과 교사에게 영향을 미쳤음에도 불구하고 VR을 통해 학생과 교사는 물리적 장벽에 관계없이 로봇 공학 및 컴퓨터 과학 개념에 참여할 수 있었습니다. 교사 사례 연구를 통해 유연성, 연속성, 커리큘럼 및 지원이라는 주제가 이러한 불확실하고 도전적인 상황에서 기술을 사용하여 가르치는 데 중요한 것으로 확인되었습니다.
이 전례 없는 시대를 벗어나 VR의 제작과 구현을 통해 얻은 교훈은 미래에 VR을 사용할 수 있는 방향을 제시합니다. 교사 사례 연구와 결합된 사용 데이터는 학생들이 가상 환경에서 코딩하는 동안 반복 작업에 대한 거부감을 덜 느꼈음을 보여줍니다. 이는 VR이 물리적 로봇과 함께 사용할 수 있는 귀중한 발판 도구가 될 수 있음을 시사합니다. 이는 유연성에 대한 요구에서도 뒷받침됩니다. 실제 로봇과 결합하여 VR을 학습 도구로 사용하면 집에서 쉽게 사용할 수 있는 옵션이 대면 실제 로봇 공학 커리큘럼을 보완하는 최적의 유연한 로봇 학습 환경을 제공할 수 있습니다. 우리는 팬데믹 이후의 세계에서 교사가 가상 로봇과 물리적 로봇을 어떻게 결합할 수 있는지 조사하기 위한 향후 연구를 기대합니다.
감사의 말
교육 경험과 귀중한 통찰력을 공유해준 Aimee DeFoe와 Mark Johnston에게 감사의 마음을 전합니다.