아두이노와 스크래치로 메이커 되기 1(STEAM 창의융합교육 시리즈 2)

빌 게이츠(마이크로소프트 창업자),
스티브 잡스(애플 창업자),
마크 저커버그(페이스북 창업자)와 같이 메이커 되기

전 세계에 '메이커(maker, 제작자)' 열풍이 불고 있습니다. 전문가가 아니더라도 창의적인 아이디어만 있으면 얼마든지 원하는 물건을 만들 수 있는 시대가 온 것입니다. 메이커 시대는 개인 한 명 한 명이 생산자가 되는 그런 시대를 의미합니다. 미국의 경우 성인 10명 중 1명이 메이커라고 합니다. 미국의 어린이 메이커인 실비아 토드는 7살 때 아두이노를 이용해 컴퓨터로 그린 그림을 실제 도화지에 그려 주는 장치를 만들어 7,000달러에 팔았습니다. 이제 메이커가 세상을 바꾸는 시대가 된 것입니다. 빌 게이츠, 스티브 잡스, 마크 저커버그와 같이 어릴 때부터 전자회로, 컴퓨터 소프트웨어를 만들면서 세상을 바꿀 꿈을 꾸지 않으렵니까? 실비아 토드처럼 어린이 메이커가 되어 자신의 꿈을 실현하지 않으렵니까?

메이커가 되기를 희망하는 어린이들의 입문서
이 책은 초등학교 4학년 이상의 학생들의 눈높이에 맞추어 메이커가 되는 데 필요한 내용을 따라하면서 문제를 해결하는 방법으로 구성하고 있습니다. 바로 메이커가 되기를 희망하는 어린이들의 입문서라 할 수 있습니다. 오픈 하드웨어인 아두이노를 스크래치를 이용해 프로그래밍하여 12개의 프로젝트를 따라하며 완성하는 내용으로 되어 있습니다. 이제 여러분은 이 프로젝트를 학습하면서 메이커의 기초를 닦고 메이커의 꿈을 키울 수 있습니다. 여러분은 이 프로젝트를 완성하면서 소중한 꿈을 키우고, 메이커로서의 다양한 경험을 가질 수 있습니다. 메이커로서의 창의력을 마음껏 발휘하십시오.

워밍업: 아두이노와 스크래치로 메이커가 되기 위한 준비
'메이커' 열풍이 불고 있는 지금, 스티브 잡스, 빌 게이츠, 마크 저커버그 등이 어릴 때에 모두 메이커였다고 합니다. 메이커는 아이디어 하나면 내가 원하는 물건을 만드는, 내가 창작자가 되는 것을 말합니다. 이곳에서는 메이커가 되기 위한 준비를 하는 곳입니다. 먼저 아두이노를 준비하고 아두이노용 스크래치를 설치하며, 프로그램과 아두이노를 연결합니다. 잘 연결되었는지 확인하면서 메이커의 첫발을 내디딥니다.

프로젝트 1: LED로 밝히는 세상
이 프로젝트에서는 기본적인 스크래치 프로그래밍을 위한 부품들을 익히고, LED를 스크래치 프로그래밍하여 제어하는 부분을 학습합니다. 먼저 1개의 LED를 사용하여 스크래치로 제어해 보고, 2개로 확장해서 실습해 봅니다. 신호등 체계도 학습하여 직접 신호등 시스템을 설계해 보고, 이를 스크래치 프로그램으로 작성해 봅니다. 마지막으로, 수학에서 배우는 난수의 개념을 학습하여 무작위의 의미를 알아보고, LED를 무작위로 제어하는 LED 댄서를 직접 제작해 봅니다.

프로젝트 2: LED와 센서들을 함께 사용하기
이 프로젝트에서는 아두이노에서 사용하는 여러 가지 센서에 대하여 알아봅니다. 빛 센서의 값을 측정하여 빛의 세기에 따른 변화를 살펴보고, 부저를 이용해 소리 내는 방법도 알아봅니다. 움직임을 감지하는 센서를 알아보고, LED와 함께 움직임이 있으면 LED를 켜는 프로그램을 만들어 봅니다. 또 멜로디 IC를 아두이노에 연결하는 방법을 알아보고, 움직임이 감지되면 음악이 흘러나오도록 프로그램을 만들어 봅니다.

프로젝트 3: 덜덜이 경주 로봇 만들기
이 프로젝트에서는 모터의 특성을 이해하고, 블록 스크립트를 이용하여 모터의 회전 운동과 회전 속도를 제어해 봅니다. 피에조의 특성을 이해한 후 블록 스크립트로 피에조를 제어하여 악보를 연주하고 나만의 신호음을 만들어 봅니다. 클립과 실린더 DC 모터를 활용하여 경주 로봇을 만들고, 신호음을 울리면서 목적지까지 빨리 달려갈 수 있도록 스크래치 블록 코드를 이용하여 프로그래밍해 봅니다.

프로젝트 4: 빛나는 나무 만들기
이 프로젝트에서는 아두이노에 LED 스트링을 연결하고 조정하는 방법을 알아봅니다. 스크래치로 LED 스트링을 켜고 끄는 프로그램을 작성해 봅니다. 또한 스크래치로 나무에 불을 밝히는 프로그램과 LED 스트링이 서로 깜빡이는 프로그램을 작성해 봅니다. 동작 감지 센서를 아두이노에 연결하고 프로그램으로 조정하면서 빛이 나는 나무와 음악이 나오는 나무를 만들어 봅니다.

프로젝트 5: 메이키메이키를 활용한 악기 만들기
아두이노와 확장 보드를 연결하고 확장 보드의 메이키메이키를 활용하면 멋진 전자드럼과 나만의 피아노 건반을 만들 수 있습니다. 스크래치에서는 18가지 타악기 소리를 내는 명령 블록을 제공하는데, 이 스크래치로 메이키메이키를 활용하면 여러 음을 낼 수 있습니다. LED를 함께 사용하면 빛과 음악 소리가 함께 나는 드럼을 만들 수 있습니다.

프로젝트 6: 사람의 마음을 진정시켜 주는 화분 만들기
이 프로젝트에서는 전선 중간중간에 빛을 내는 스파클링 광섬유를 활용하여 사람의 마음을 안정시키는 빛나는 화분을 만들어 봅니다. 확장 보드의 빛 센서를 연결하여 회로를 구성해 봅니다. 이 빛 센서를 활용하여 밝은 낮에는 화분의 LED 등을 끄고, 어두운 밤에는 LED 등을 켜는 화분을 만들어 봅니다. 모스부호를 스크래치로 프로그래밍하면 아름다운 빛과 함께 메시지를 전달하는 화분도 만들 수 있습니다.

메이커 시대를 꿈꾸며
아두이노와 스크래치로 만드는 세상

워밍업: 아두이노와 스크래치로 메이커가 되기 위한 준비
초소형 컴퓨터 아두이노 이야기
필요한 소프트웨어 설치하기
아두이노에 업로드하기(배터리를 이용하여 컴퓨터 없이 사용하기)
아두이노 무선으로 프로그래밍하기
아두이노 블루투스 확장 헤더 전원을 껐다가 다시 연결할 때

프로젝트 1: LED로 밝히는 세상
LED를 켜고 꺼 보기
생활 속의 신호등 만들기
마구마구 춤추는 LED 댄서 만들기

프로젝트 2: LED와 센서들을 함께 사용하기
빛 센서로 LED 켜 보기
부저로 다양한 소리 만들기
움직임이 감지되면 LED가 켜지도록 해 보기
멜로디 IC로 노래 들어 보기

프로젝트 3: 덜덜이 경주 로봇 만들기
진동 모터(DC 모터) 가지고 놀기
나만의 신호음 만들기
덜덜이 경주 로봇 만들기

프로젝트 4: 빛나는 나무 만들기
LED 스트링 알아보기
빛나는 나무 만들기
동작 감지 센서로 빛나는 솜사탕 나무 만들기
동작 감지에 따라 빛과 음악이 나오는 나무 만들기

프로젝트 5: 메이키메이키를 활용한 악기 만들기
신나는 전자드럼 만들기
LED 불빛과 함께 하는 신나는 드럼 만들기
연필로 그린 종이 피아노로 동요 연주하기

프로젝트 6: 사람의 마음을 진정시켜 주는 화분 만들기
스파클링 광섬유로 빛나는 화분 만들기
어두워지면 자동으로 켜지는 화분 만들기
메시지를 전달하는 빛의 화분 만들기

김석희 저자 김석희 선생님은 서울교육대학교, 고려대학교에서 컴퓨터교육으로 이학박사 학위를 받았습니다. 2009년부터 정보과학 영재 학급에서 영재 학생들을 지도하고 있으며, 방과 후 정보과학 특성화 교육을 통해 60여 명의 정보올림피아드 입상자를 지도하였습니다. 2015년 개정교육과정 실과 교과 연구위원으로 참여하여 실과 교과의 소프트웨어 단원의 성취 기준을 작성하는 데 기여하였습니다. 2015년부터 한국과학창의재단에서 주관하는 'Let's Make SW 교육' 연수, 교육부 강사 요원 연수 등 다양한 소프트웨어 교육 관련 연수에 강사로 참여하고 있습니다.