[논문 리뷰] Building ArtBots to Attract Students into STEM Learning

Francis wyffels, Willem Van de Steene외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 11.

Art Education and Development참고 문헌 3인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 중등학교 학생들을 대상으로 한 국제적 4일간의 로봇 및 예술 워크숍인 ArtBots를 제시한다. 이 프로그램은 과학, 기술, 공학, 수학 교육에 예술을 통합하여, 특히 여학생이나 사회경제적으로 열악한 배경을 가진 학생들 같은 소외 계층 학생들의 참여를 높이기 위해 기획되었다. 학생들이 열린 방식의 탐구 기반 프로젝트를 통해 원형의 로봇 예술가를 설계하고 제작하도록 이끌면서, 기술 능력 향상, 다문화 협업, 학생 주도의 과학·기술·공학·수학 교육 홍보를 성공적으로 이끌었다.

ABSTRACT

There is an increasing worldwide demand for people educated into science and technology. Unfortunately, girls and underprivileged students are often underrepresented in Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) education programs. We believe that by inclusion of art in these programs, educational activities might become more attractive to a broader audience. In this work we present an example of such an educational activity: an international robotics and art week for secondary school students. This educational activity builds up on the project-based and inquiry learning framework. This article is intended as a brief manual to help others organise such an activity. It also gives insights in how we led a highly heterogeneous group of students into learning STEM and becoming science and technology ambassadors for their peers.

연구 동기 및 목표

• 과학·기술·공학·수학 교육에서 여학생과 소외 계층 학생들의 부족한 참여를 해소하기 위해 예술을 로봇 교육에 통합한다.
• 창의성, 협업, 기술 능력 향상을 촉진하는 포괄적이고 프로젝트 기반의 학습 환경을 조성한다.
• 수업 중심의 열린 방식의 로봇 설계 및 제작을 통해 학생들이 동료 과학·기술·공학·수학 홍보가 가능한 인재로 성장하도록 훈련한다.
• 예술과 공학을 융합함으로써 과학·기술·공학·수학 교육이 다양한 학습자들에게 더 접근 가능하고 흥미로워질 수 있음을 입증한다.

제안 방법

• 다양한 배경을 가진 중등학교 학생들로 구성된 이질적 그룹을 대상으로 4일간의 국제적 로봇 및 예술 워크숍(ArtBots)을 조직하였다.
• 학생들이 예술을 창작할 수 있는 원형 로봇을 설계하고 제작할 수 있도록 열린 방식의 탐구 기반 학습 프레임워크를 사용하였다.
• 기본 도구와 소재를 사용하여 손으로 직접 조립하고 제작하는 실습 중심의 제한 없는 로봇 제작 방식을 강조하여, 학생들이 설계 및 기술적 결정을 내릴 수 있도록 하였다.
• 엄격한 교육과정 체계 없이 학생 주도의 문제 해결, 동료 협업, 멘토의 지도를 통해 학습을 유도하였다.
• 학생들이 독립적으로 지식을 습득(예: 인터넷, 동료 등)하고 멘토가 관찰한 과제 도전 과제에 따라 지원을 유연하게 조정하는 반복적 피드백과 반성 프로세스를 통합하였다.
• 최종 전시회를 현대 미술관에서 개최하여 학생들의 작품을 공식적으로 인정하고 과학·기술·공학·수학 교육에 대한 대중의 관심을 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 로봇 교육에 예술을 통합함으로써 과학·기술·공학·수학 교육에 소외 계층 학생들이 더 깊이 참여할 수 있는가?
• RQ2 열린 방식의 탐구 기반 로봇 교육은 학생들의 동기 부여, 협업 능력, 기술 습득에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 수업 중심의 창의적 로봇 제작 프로젝트를 통해 학생들이 얼마나 효과적으로 과학·기술·공학·수학 홍보가 가능한 인재로 성장할 수 있는가?
• RQ4 구조적 지침의 감소가 과학·기술·공학·수학 교육에서 창의성 향상과 개인 맞춤형 학습에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 다양하고 비전통적인 학습 환경에서 복잡한 기술 과제(예: 프로그래밍, 센서 사용)를 효과적으로 지원하기 위해 교사들은 어떻게 지도할 수 있는가?

주요 결과

• ArtBots 프로그램은 여학생과 소외 계층 배경을 가진 학생들을 포함한 다양한 중등학교 학생들을 과학·기술·공학·수학 교육에 깊이 참여시키는 데 성공하였다.
• 학생들은 개인적인 예술적 비전에 따라 창의적 문제 해결을 할 때 특히 높은 수준의 동기 부여와 참여를 보였다.
• 엄격한 구조 없이 자유로운 환경이 학생들이 주도적으로 행동하고 질문을 던지며 독립적으로 지식을 습득하도록 유도하여 탐구 기반 학습의 효과를 높였다.
• 멘토들은 학생들의 오해와 관심사를 실시간으로 관찰하여 적응형 지원을 제공하고 향후 프로그램 설계에 유용한 정보를 확보하였다.
• 현대 미술관에서 개최된 최종 전시회를 통해 학생들의 작품이 공식적으로 인정받고, 이로 인해 학생들의 자신감과 성취감이 크게 향상되었다.
• 예술을 로봇 교육에 통합함으로써 과학·기술·공학·수학 교육의 매력이 넓어졌고, 학생들은 기술을 단순한 도구가 아니라 창의적이고 표현적인 수단으로 인식하게 되었다.