피지컬 컴퓨팅 소프트웨어 교육 - 어렵지만 가장 재미있어 하는 활동, 피지컬 컴퓨팅!

학생들에게 어렵지만 가장 재미있어 하는 활동, 피지컬 컴퓨팅! 

피지컬 아두이노 소프트웨어 교육이란?

피지컬 컴퓨팅은 컴퓨터와 현실세계가 서로 상호작용 하는 활동을 말합니다. 현실 세계인 주변 환경(온도, 습도, 압력, 빛, 적외선)의 센서 값을 읽고, 읽은 값에 따라 주변 환경을 바꿀 수 있도록 엑츄에이터(모터 등의 기계, 팬, 펌프, 전등)를 제어하도록 하는 프로그램을 말합니다. 피지컬 컴퓨팅은 센서를 통해서 현실세계의 정보(온도, 습도, 압력, 광량, 적외선)를 받고 그 값에 따라 프로그램의 동작이 달라지게 하는 방식과, 엑츄에이터(모터 등의 기계)를 사용하여 프로그램으로 현실 세계에 있는 기계의 동작을 제어하는 방식이 있습니다.

피지컬 컴퓨팅이라는 개념을 요약하면 다음과 같습니다.

피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)이란?

● 피지컬컴퓨팅의 개념은 컴퓨터과학자들이 아니라 뉴미디어아티스트들에 의해 정립되고 발전 (뉴미디어 아트는 예술과 공학, 디자인과 기술이 융합된 산물이다. 사람의 행동에 마치 살아있는 듯 반응하고, 데이터를 활용해 눈에 보이지 않는 정보를 세상에 현신하며 0과 1을 앞세운 가상의 세상을 통해 신선한 감흥을 전달하는 특징은 전통적인 예술 분야에서 기대할 수 없는 매력이다. )

● 디지털 기술 및 장치를 이용하여 사용자로부터 물리적인 방식으로 정보를 입력 받아(Sensors) 처리한 결과를 물리적인 방식(Actuators) 으로 출력하는 컴퓨팅

● 상호작용 가능한 시스템이 현실세계의 모습을 각종 센서들을 통해 이해하고 모터나 led, 그 밖의 각종 작동 가능한 기기들이 반응하는 시스템을 만드는 일련의 과정

● 마우스, 키보드, 모니터, 스피커 같은 기존의 표준화된 인터페이스를 확장하여 현실세계의 오감을 이용한 물질적인 방식으로 컴퓨터를 이해하고 사용하는 환경

아래 그림은 물리적 환경에서 실제 상호작용하는 시스템의 동작방식을 보여준다. 상호반응 시스템은 아두이노를 사용해 프로그래밍한 시스템의 소프트웨어가 됩니다. 센서를 통해 실세계의 값들을 읽고 그에 따른 반응을 표현하기 위해 액츄에이터를 동작시킵니다. 액츄에이터는 전기적인 신호를 물리적인 운동이나 움직임으로 바꾸는 장치를 말합니다. 례를 들면 로봇팔이나 선풍기, 모터처럼 움직이는 장치를 말합니다. 

 

이미지출처 : http://computing.or.kr/physical-%EC%86%8C%EA%B0%9C/

피지컬 컴퓨팅 수업에서는 아두이노 마이크로 컨트롤러 보드라는 제품을 많이 사용하지만 초등학생이 하기에는 어려울 수 있습니다. 피지컬 컴퓨팅은 어려운 활동이지만 학생들이 가장 재미있어 하는 과정입니다. 이 활동은 과학, 미술, 음악, 컴퓨터 등 다양한 주제를 소프트웨어 융합적으로 학습할 수 있다는 점과 실생활의 문제를 직접 해결 해 볼 수 있다는 점이 가장 큰 장점이기도 합니다. 또한 메이커 활동과도 밀접한 관계가 있어 한번은 꼭 실행할 필요가 있습니다.

엔트리나 스크래치에 센서보드를 연결하여 현실세계의 센서값을 받아오는 블럭코딩을 활용해 수업을 먼저 진행하고, 그 센서값을 이용해서 캐릭터의 움직임이라던지, 캐릭터의 모습이 변하게 하는 활동을 합니다. 이 과정을 통해서 현실세계의 물리적 정보를 받아 프로그램을 제어 할 수 있다는 것을 확인합니다. 블럭코딩으로 원하는 센서를 사용하여 자신만의 작품을 만들어 보게 합니다.

또 반대로 프로그램으로 현실세계를 제어하는 활동을 합니다. 여기서는 주로 아두이노를 사용합니다. 교육용 프로그래밍 언어(스케치 개발환경)로 만든 작품으로 현실세계의 전구(LED)를 켜보게 한다든지, 모터를 이용하여 컴퓨터로 조작이 가능한 자동차를 만들어 보는 활동이 대표적인 예라고 할 수 있습니다.

피지컬 컴퓨팅은 가장 어려운 활동이지만 학생들이 가장 재미있어 하는 활동이기도 합니다. 이 활동은 과학, 미술, 음악, 컴퓨터 등 다양한 주제를 융합적으로 학습할 수 있다는 점과 실생활의 문제를 직접 해결 해 볼 수 있다는 점이 가장 큰 장점이기도 합니다. 물론 많은 준비가 필요하지만 선생님들께서는 꼭 한번 피지컬 컴퓨팅 수업을 해보시기 바랍니다.

수업 구성

준비물 등등 차시 

수업 내용 링크 포함

라즈베리파이 재단의 파이선을 이용한 피지컬 컴퓨팅 참고 : Physical Computing with Python https://projects.raspberrypi.org/en/projects/physical-computing/

라즈베리파이 재단의 스크래치를 이용한 피지컬 컴퓨팅 참고 : Physical Computing With Scratch

https://projects.raspberrypi.org/en/projects/physical-computing-with-scratch

소프트박스를 사용하여 아두이노 소프트웨어 교육