아두이노와 스크래치로 메이커 되기 2(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: 투모터 경주 로봇
이 프로젝트에서는 투모터 경주 로봇을 세밀하게 제어하여 목적지까지 빨리 도착할 수 있도록 만들어 봅니다. 투모터 경주 로봇의 몸체를 만들고 몸체에 바퀴를 달아 아두이노와 아두이노 확장 보드에 연결합니다. DC 모터의 특성을 이해하고, 스크래치 프로그램으로 DC 모터를 회전시킨 후 회전속도를 제어합니다. 나만의 경주로를 그리고, 키보드를 이용하여 전후좌우로 이동하며 목적지까지 빨리 달려가도록 스크래치로 프로그래밍해 봅니다.

프로젝트 2: 환상적인 레이져 쇼
이 프로젝트에서는 아두이노에 레이저를 연결하는 방법을 알아보고, 모스부호를 활용하여 레이저로 의사를 전달하는 장치를 만들어 스크래치로 프로그래밍해 봅니다. 모터를 아두이노에 연결하여 모터의 방향과 속도를 조절하면서 바람개비를 만들어 날려 봅니다. 그리고 모터의 속도와 회전 방향에 따라 다양한 레이저 빛을 쏘는 환상적인 레이저 쇼를 스크래치로 프로그래밍해 봅니다.

프로젝트 3: 페트병 로봇
이 프로젝트에서는 페트병 등 주변에서 쉽게 접할 수 있는 재료와 아두이노에 연결할 수 있는 센서를 이용하여 로봇을 만들어 봅니다. 그리고 빛의 세기에 따라 스크래치로 프로그래밍하여 로봇을 자유자재로 움직여 보고, 레이저를 쏘며 먹이를 사냥하는 로봇을 만들어 봅니다. 이를 위해 빛에 반응하며 움직이는 서보모터를 만듭니다. 멈춰 있다가 빛을 비추면 움직이고, 빛을 비추지 않으면 다시 멈추는 회피 로봇을 만들고, 거리 센서를 이용하여 사냥하는 로봇을 알고리즘을 작성하여 만듭니다.

프로젝트 4: 소프트웨어로 만드는 나만의 간이 정수기
이 프로젝트에서는 염도 센서를 직접 만들어 우리가 먹는 음식의 염도를 측정해 봅니다. 스크래치로 판다 표정을 만들어 염도 센서를 소금이 들어간 물에 넣었을 때 판다의 표정을 찡그리게 하는 스크래치 프로그램을 만들어 봅니다. 오염 물질을 걸러 낼 수 있는 간이 정수기를 만들어 오염된 물이 들어오면 비명을 지르는 판다를 스크래치로 프로그래밍해 봅니다. 스크래치로 오염된 물과 정수한 물을 비교하는 프로그램도 만들어 봅니다.

프로젝트 5: 아두이노로 만드는 라인트레이서 로봇
이 프로젝트에서는 기초적인 로봇을 만들어 모둠 구성원들끼리 경쟁을 해 봅니다. 먼저, 로봇을 구성하는 여러 가지 부품과 제어하는 방법을 알아봅니다. 여기에서는 로봇을 움직이는 데 필요한 기어모터, 라인트레이싱을 위한 센서에 대해 알아봅니다. 그리고 장애물을 피하여 목적지에 도달하는 로봇을 만들어 봅니다. 또한 근접 센서를 이용해 장애물을 피하고 목적지를 감지하는 방법을 알아본 후 모둠 구성원들과 함께 경기장을 만들어 경기를 해 봅니다. 마지막으로, 검은색 줄을 따라 한 바퀴를 도는 라인트레이싱 로봇을 만들어 봅니다. 친구들과 함께 직접 경기장을 만들고 프로그래밍을 하여 어떤 로봇이 가장 빠른 시간 내에 경기장을 도는지 시합을 통해 알아봅니다.

프로젝트 6: 스크래치와 스마트폰으로 아두이노 프로그래밍하기
이 프로젝트에서는 스크래치로 스마트폰과 통신하는 프로그램을 만들어 보고, 아두이노에 연결된 센서 값을 스마트폰으로 확인을 하며 LED 전등을 켜 봅니다. 스크래치로 아두이노에 LED 신호를 만드는 프로그래밍을 업로드하고 스마트폰을 이용해 신호가 나타나게 해 봅니다. 아두이노 빛 센서 값을 스마트폰으로 읽어 와서, 어두운 정도에 따라 스마트폰으로 밝기를 다르게 조정할 수 있는 프로그램을 만들어 봅니다.

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: 투모터 경주 로봇
DC 모터 가지고 놀기
투모터 경주 로봇 만들고 전진과 후진하기
투모터 경주 로봇 우회전, 좌회전, 제자리 돌기

프로젝트 2: 환상적인 레이저 쇼
레이저와 모스부호
돌아라 모터 바람개비
레이저 쇼 만들기

프로젝트 3: 페트병 로봇
서브모터 알아보기
밝은 빛을 피하는 회피 로봇
레이저를 쏘며 먹이를 사냥하는 로봇 만들기

프로젝트 4: 소프트웨어로 만드는 나만의 간이 정수기
센서에 대해 알아보기
염도 센서를 만들어 염도 측정해 보기
염도에 따라 판다의 얼굴 표정 바꾸기
오염도 센서에 대해 알아보고 간이 정수기 만들기

프로젝트 5: 아두이노로 만드는 라인트레이서 로봇
기어모터에 대하여 알아보기
라인 감지 센서(적외선 센서)와 아날로그 거리 센서 알아보기
라인 감지 센서(적외선 센서)와 디지털 거리 센서 알아보기
로봇을 조립하고 회피 로봇 프로그램 만들기
라인을 따라 가는 로봇 만들기

프로젝트 6: 스크래치와 스마트폰으로 아두이노 프로그래밍하기
스마트폰으로 LED 신호 만들기
스마트폰으로 어두워졌을 때 전등 켜 보기

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.