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by 배용열 Oct 02. 2021

오픈소스 하드웨어의 종류와 초등학교에서의 활용 방안1

오늘은 오픈소스 하드웨어의 종류와 각 하드웨어들의 특징 및 초등학교 수준에서 활용할 수 있는 방안에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

오픈 소스 하드웨어는(open source hardware)는 누구나 쉽게 만들고 수정, 배포할 수 있도록 일반에 디자인이 공개되고, 이를 실생활에 실현 시킬 수 있는 기계 또는 장비를 뜻합니다. 컴퓨터를 이용해 코딩한 것을 실제로 실현시킬 수 있게 도와주며, 학교에서 피지컬 컴퓨팅 교육에 사용되는 모든 기계 또는 장비가 오픈소스 하드웨어에 속한다고 할 수 있습니다. 현재 우리 나라에서 많이 사용하고 있는 오픈 소스 하드웨어는 아두이노, 라즈베리파이, 마이크로비트, 할로코드, 과학상자 코딩보드 등이 있습니다.

시중에 나와있는 오픈소스 하드웨어는 무수히 많기 때문에 모두 다룰수는 없고, 그 중에서 가장 많이 알려진 것 또는 초등학생 수준에서 사용하기 적합한 것들 위주로 설명해 보도록 하겠습니다.

아두이노 우노 보드(arduino uno)

출처: www.arduino.c

첫번째 소개할 오픈소스 하드웨어는 아두이노 우노 보드 입니다. 아두이노의 역사에 대해서는 조금만 검색하면 금방 알 수 있으니 생략하도록 하겠습니다. 첫번째로 아두이노를 설명하는 이유는, 현재 개발된 오픈소스 하드웨어 중 대중에 가장 널리 알려져 있고, 개발된지도 오래 되었기 때문에 활용할 수 있는 자료가 가장 많다고 할 수 있습니다. 학교에서도 피지컬 컴퓨팅 교구로 많이 활용하고 있습니다.

아두이노의 종류는 여러 가지가 있지만, 일반적으로 우노 보드가 가장 널리 쓰이고 있습니다. 아두이노를 코딩하기 위해서 다양한 소프트웨어를 활용할 수 있습니다. 스케치 프로그램은 c언어 또는 파이썬과 유사한 구조를 가진 텍스트 기반의 프로그래밍 언어를 사용하여 코딩하는 프로그램입니다. 텍스트 기반의 언어를 사용하기 때문에 초등학생에게는 조금 어려울 수 있지만, 일반적으로 가장 많이 사용하는 프로그램입니다. 그 외에 S4A나 엔트리, 스크래치 등의 블록형 코딩 프로그램을 활용하여 코딩할 수도 있습니다. 스케치보다는 쉽지만 다양한 동작이 어렵고 모든 전자부품을 동작시킬수는 없다는 단점이 있습니다.

실제로 아두이노 우노 보드를 활용하여 학교에서 방과후 수업을 한 학기 동안 진행한 적이 있는데, 스케치는 학생들 수준에 맞지 않아 엔트리를 활용하여 수업을 진행하였습니다. 다양한 동작이 어렵고 모든 전자 부품을 작동시킬 수는 없다는 단점이 있지만, 초등학생 수준에서는 엔트리 만으로도 충분히 수업이 가능하였습니다. 하지만 직접 센서와 전선을 연결하고, 입력과 출력 포트를 구분하여 체크하는 등 아두이노를 직접 다루는 부분에 있어서는 학생들이 많이 어려워 하였습니다.

만들어본 대표적인 작품은 책이 꽂혀있는 양에 따라 책꽂이의 칸막이가 자동으로 움직여 책이 넘어지지 않게 도와주는 장치였습니다. 적외선 센서를 칸막이에 부착하여 책과 칸막이의 거리를 측정하고, 거리가 멀면 칸막이를 왼쪽으로 이동시키고 가까우면 칸막이를 오른쪽으로 이동시키게 코딩을 하였습니다.

코딩 자체는 크게 어렵지 않았지만, 아두이노에 적외선 센서와 모터를 연결하고, 전선을 정확하게 연결하는 과정에서 실수가 많아 학생들이 어려워 했던 기억이 있습니다.

개인적으로 간단한 코딩이나 피지컬 컴퓨팅 교육에는 적합하지만 센서나 모터 등 다양한 전자 부품을 사용하여 작품을 제작하기에는 초등학생 수준에는 조금 어렵지 않을까 하는 생각을 하고 있습니다.

과학상자 코딩 보드

두번째 소개할 오픈소스 하드웨어는 과학상자 코딩 보드 입니다. 예전에 제가 어렸을 때도 과학상자를 장난감처럼 많이 가지고 놀았었는데, 그 과학상자가 아직 학교에서도 많이 활용되고 있습니다. 예전보다 훨씬 다양한 버전이 있고, 다방면에 활용 가능하도록 진화해 온 것 같습니다. 그 중 가장 눈에 띄는 것이 과학상자 코딩 보드입니다. 과학상자 코딩 보드는 기존의 과학상자에 오픈 소스 하드웨어를 추가하여 사용자가 원하는 방식으로 결과물이 움직이게 만들 수 있습니다. 기존의 과학상자는 로봇이나 자동차 등을 만들면, 리모컨으로 모터를 조작하여 움직이게 만들었는데, 코딩 보드가 추가된 지금은 단순한 모터 조작 뿐만 아니라 다양한 센서를 활용하여 훨씬 창의적인 작품을 만들 수 있게 되었습니다. 과학상자 홈페이지에 나와있는 예시를 살펴보면 더 자세한 내용을 알 수 있을 것입니다.

초등학교에서의 활용 가능성을 살펴보면, 먼저 청소년 과학 탐구대회에 메카트로닉스 부문이 추가되었고, 이 메카트로닉스가 과학상자와 코딩보드를 활용할 수 있는 대표적인 예시라고 할 수 있습니다. 실제로 많은 시·도에서 메카트로닉스 대회를 과학상자를 활용하여 진행한다고 합니다. 조작 또한 아두이노보다 쉽습니다. 센서나 전선의 연결 방식도 알기 쉽게 되어있고, 엔트리를 이용한 블록 코딩으로 코드를 입력할 수 있습니다. 뿐만 아니라 기본적으로 과학상자를 활용하여 조작하고 싶은 물체를 만들기 때문에 학생들에게 친숙하고, 자신만의 창의적인 작품을 만들기가 좋습니다. 단점은 요즘 나오는 다른 오픈소스 하드웨어에 비해서 활용할 수 있는 센서가 적고, 가격이 비쌉니다. 하지만 이를 상쇄할 수 있는 다양한 장점으로 인해 초등학교 현장에서 많이 사용되고 있는 오픈소스 하드웨어 중 하나입니다.

출처: www.sciencebox.co.kr

위 사진은 과학상자 홈페이지에서 볼 수 있는 것들로, 과학상자 코딩팩을 활용하여 만들 수 있는 작품들의 예시 사진입니다. 보이는 것 처럼 예전의 단순한 움직임만 가능한 과학상자의 기능에서 벗어나 코딩 보드를 활용하여 더욱 창의적이고 다양한 작품을 만들 수 있게 되었습니다.

지금까지 오픈소스 하드웨어 중 아두이노와 과학상자 코딩 보드에 대하여 알아보았습니다.

두 가지 모두 학교 현장에서 많이 볼 수 있는 것들로, 이미 사용해 보아서 저보다 장 단점에 대하여 훨씬 잘 알고 계신 분들도 많을 것 같습니다.

글에서 설명한 장점이나 단점인 제 경험에서 나온 개인적인 견해이기 때문에 이점 참고하셔서 읽어 주시면 좋을 것 같습니다.

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