[G-DEAL] 피클④ '마이크로 비트와 아두이노'...학교급별 활용 가능 피지컬 컴퓨팅 도구는?

더에듀 | 경상디지털교육자연합(G-DEAL)이 디지털 전환교육의 활성화를 통한 지역사회 교육경쟁력의 제고라는 공동의 목표를 가진 교육자들 간의 연합체로 지난 7월 창립했다. G-DEAL은 어떤 교육적 가치를 추구할까. 또 디지털 전환 교육 시대를 맞아 고민하는 올바른 방향성은 무엇일까. <더에듀>는 미래사회를 슬기롭고 분별력 있게 살아가는 데 디지털이 여러 도구 중 하나가 될 수 있다고 생각하는 G-DEAL 회원들의 이야기를 전한다.

마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)의 세계: 마이크로 비트의 등장과 혁신

피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)은 디지털 세계와 물리적 세계를 연결하는 기술로, 컴퓨터가 현실 세계의 물리적 사물들과 상호작용할 수 있도록 돕는 도구와 개념을 말한다. 주로 센서, 액추에이터, 마이크로컨트롤러와 같은 하드웨어를 통해 컴퓨터가 물리적 환경을 감지하고 제어하는 방식으로 작동한다.

대표적인 피지컬 컴퓨팅 도구로서 아두이노(Arduino), 라즈베리 파이(Raspberry Pi), 마이크로 비트(Micro Bit) 등이 있으며 이 도구들을 사용하면 프로그램을 통해 현실 세계의 사물과 소통하는 프로젝트를 만들 수 있다.

마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)은 현대의 디지털 기기에 필수적인 요소로, 작은 컴퓨터 시스템을 내장한 소형 장치이다.

MCU는 프로세서, 메모리, 입출력 장치가 통합되어 있어 간단한 계산 작업을 처리할 수 있으며 이들은 가전제품, 차량, 의료 기기, IoT(사물인터넷) 등의 여러 산업 분야에서 중요한 역할을 담당하고 있다.

MCU는 특정 작업을 실행하기 위한 최적화된 소형 컴퓨터로, 이로 인해 전력 소모가 적고, 가격이 저렴하며 다양한 프로그램을 실행할 수 있는 장점이 있다.

우리나라에서는 초등, 중학교에서는 마이크로 비트를 활용한 메이커 수업이 활발히 이루어지고 있고 고등학교 이상에서는 아두이노를 활용한 수업이 활발하게 이루어지고 있다.

우리나라의 기술로 제작된 마이크로 컨트롤러 유닛도 다양하게 있으나 이번 글에서는 전 세계에서 가장 두드러지게 사용되는 2가지의 MCU를 설명하기로 한다.

초·중등 피지컬 컴퓨팅 도구의 시작: 마이크로 비트의 발명과 탄생 배경

마이크로 비트는 2016년 영국 BBC에서 청소년들을 위한 프로그래밍 교육을 목적으로 발명되었다.

마이크로 비트 프로젝트는 학생들이 코딩과 전자공학을 손쉽게 학습할 수 있도록 돕기 위한 취지에서 시작되었다. BBC는 교육 현장에서 기술과 공학의 접근성을 높이기 위해, 다양한 교육자와 전문가, 그리고 기업들과 협력하여 이 소형 장치를 개발하였다. 간단한 구조와 직관적인 인터페이스 덕분에, 프로그래밍에 익숙하지 않은 초보자도 쉽게 사용할 수 있다.

마이크로 비트는 25개의 LED 매트릭스, 2개의 물리 버튼, 온도 및 가속도 센서, 그리고 블루투스 통신 기능 등을 내장하고 있어, 학생들이 간단한 게임, 센서 프로젝트, IoT 장치 등을 직접 만들며 창의력을 발휘할 수 있다. 이 장치는 주로 교육용으로 설계되었으며, 전 세계 수백만 명의 학생들이 학교에서 사용하고 있다.

마이크로 비트는 MakeCode와 Python 같은 프로그래밍 언어를 지원하며, 시각적인 블록 코딩부터 텍스트 기반의 코딩까지 모두 가능해 다양한 수준의 학습자에게 적합하다. 더불어, 다양한 센서와 액추에이터와의 연결을 통해 피지컬 컴퓨팅을 배우는 데 큰 도움이 되는 기기로 자리 잡고 있다.

출시 이후 전 세계 수백만 명의 학생들에게 보급되며, 학교와 가정에서 프로그래밍 교육의 필수 기기로 활용되고 있다. 우리 나라에서도 2022개정 교육과정에서 많은 교과서에서 마이크로 비트를 채택하여 학생들이 활용할 수 있도록 많은 도움을 주고 있다.

아두이노: 메이커 운동의 핵심 플랫폼

아두이노는 2005년 이탈리아에서 마시모 반지(Massimo Banzi)를 중심으로 한 연구진이 개발한 오픈 소스 하드웨어 플랫폼이다. 이 플랫폼의 목표는 전자공학과 프로그래밍을 쉽게 접할 수 있도록 돕는 것이었으며, 그 결과 아두이노는 저렴한 가격과 접근성 높은 설계로 메이커 운동의 중심에 섰다.

아두이노는 다양한 버전의 보드가 존재하며, 사용자는 자신의 프로젝트에 맞는 하드웨어를 선택할 수 있다. 또한, 수많은 센서와 모터, LED, 디스플레이 등과 결합하여 다양한 프로젝트를 구현할 수 있다.

무엇보다도 아두이노 보드의 특징은 오픈 소스라는 점이다. 하드웨어와 소프트웨어 모두 공개되어 있어, 누구나 아두이노 보드를 만들거나 수정할 수 있고, 커뮤니티가 활발히 새로운 프로젝트와 아이디어를 공유하고 있다.

여러 분야에서 다양한 형태로 쓰이는 아두이노는 간단한 프로토타입 제작에서부터 고급 로봇 공학 프로젝트에 이르기까지 다양한 분야에서 활용된다. 예를 들어, 학생들은 아두이노를 통해 로봇 팔을 만들거나, 스마트홈 시스템을 구축하는 등의 프로젝트를 실행할 수 있다. C++ 기반의 아두이노 IDE를 사용해 프로그래밍을 진행할 수 있으며, 그 범용성과 확장성 덕분에 교육과 발명뿐만 아니라 산업 현장에서도 널리 사용된다.

마이크로 비트와 아두이노의 확장성

마이크로 비트의 확장성: 쉬운 연결로 창의적 프로젝트를 완성하다.

먼저 마이크로 비트는 기본적으로 초보자를 대상으로 설계된 교육용 마이크로컨트롤러로, 간단한 LED 매트릭스, 버튼, 가속도 센서, 그리고 온도 센서 등의 기본 기능을 제공한다.

하지만 이 작은 기기는 다양한 외부 하드웨어와 쉽게 연결될 수 있는 구조로 설계되어 있어 그 확장성이 놀라울 정도로 뛰어나다.

마이크로 비트의 확장성은 GPIO 핀을 통해 이루어진다. 이 핀을 사용하여 다양한 센서(온도, 습도, 빛 감지기 등)나 액추에이터(모터, LED 등)를 추가할 수 있다.

예를 들어, 간단한 라디오 모듈을 연결하면 여러 대의 마이크로 비트 간에 무선 통신을 구현할 수 있으며, 블루투스 기능을 통해 스마트폰이나 태블릿과 연동할 수 있다.

또한, 확장 보드(shield)를 사용하면 더 많은 장치와 연결하여 복잡한 프로젝트를 실행할 수 있다. 마이크로 비트의 이러한 확장성 덕분에, 학생들은 단순한 코딩 학습을 넘어 실제로 물리적 세상과 상호작용하는 다양한 프로젝트를 경험할 수 있다.

예를 들어, 마이크로 비트에 초음파 센서를 연결해 장애물을 감지하는 로봇을 만들거나, 사운드 모듈을 추가해 음악을 재생하는 등 창의적 실험이 가능하다.

아두이노의 확장성: 다양한 부품과의 유연한 호환성

아두이노는 확장성에서 특히 강력한 플랫폼으로, 이를 통해 복잡한 프로젝트와 상업적 제품 제작도 가능하다.

아두이노의 확장성은 수백 가지의 센서, 모터, 액추에이터, 그리고 디스플레이 모듈과 함께 사용할 수 있는 유연한 호환성 덕분에 실현된다. 특히, 아두이노는 다양한 모델의 보드가 존재해서 프로젝트의 복잡성이나 용도에 맞게 적합한 하드웨어를 선택할 수 있는 장점을 제공한다.

쉴드(Shield)는 아두이노의 확장성을 더욱 강화하는 대표적인 요소다. 쉴드는 아두이노 보드 위에 쌓을 수 있는 부가 장치로, 각종 센서나 통신 모듈, 네트워크 기능을 추가할 수 있다.

예를 들어, Wi-Fi 쉴드나 이더넷 쉴드를 통해 인터넷에 연결된 IoT(사물인터넷) 장치를 만들 수 있으며, 모터 드라이버 쉴드를 사용해 로봇의 동작을 제어할 수 있다. 이를 통해 복잡한 산업용 제어 시스템부터 스마트홈 자동화 기기까지 다양한 프로젝트가 가능하다.

또한, 아두이노는 3D 프린터나 CNC 머신과 같은 제조 도구와도 연결되어 실제로 동작하는 하드웨어 프로토타입을 제작하는 데에 큰 도움이 된다. 이러한 확장성 덕분에 아두이노는 단순한 교육 도구를 넘어 메이커 운동의 핵심 도구로 자리 잡았으며, 전문가들에게도 중요한 기술 개발 플랫폼으로 사용된다.

우리나라 교육에서의 MCU 도입 환경

우리나라의 2022년 개정 교육과정에서는 MCU의 도입이 더욱 적극적으로 변화되었다. 특히, 정보 교과서에서 마이크로 비트를 활용한 프로그래밍 교육이 강조되었으며, 거의 대부분의 정보 교과서에서 마이크로 비트를 활용한 실습 활동을 포함하고 있다.

전세계 학생들이 제작한 마이크로 비트를 활용한 다양한 작품이 인터넷 상에 상당히 많이 존재하는 것만 봐도 마이크로 비트의 교육적 사용은 일상화 되어 있다.

아두이노 우노 보드 역시 마찬가이다. 이처럼 MCU 보드들은 학생들에게 코딩과 전자공학을 쉽게 이해시키고, 다양한 프로젝트를 통해 창의력과 문제 해결 능력을 길러주는 도구로 자리매김하고 있다.

앞으로도 MCU 보드는 우리나라의 디지털 교육 환경에서 중요한 역할을 할 것이며, 학생들이 실생활에서 기술을 이해하고 활용할 수 있는 기회를 제공할 것이다.

마이크로 비트와 아두이노는 간단하지만 강력한 교육 도구로서, 전 세계적으로 계속해서 그 영향력을 확대해 나가며 우리 학생들의 창의력과 문제 해결력 개발에 최우선의 도구가 될 것이다.

피클(PIKL)은 피지컬 컴퓨팅 커뮤니티는 피지컬 컴퓨팅 활동을 통해 G-DEAL 조직의 궁극적 목표인 디지털 교육 격차로 인한 지역 및 학교 간 학력 격차와 학습 결손을 최소화하고 양질의 디지털 교육 기회를 제공하여 경상 지역의 디지털 전환 교육 활성화에 대한 선구자로서의 역할을 다해 공교육의 교육력 제고를 통해 모든 학생들이 빠르게 변화하는 디지털 시대를 주도적으로 살아가는 것을 목적으로 구성된 커뮤니티이다.

피지컬 컴퓨팅이란 마이크로비트, 아두이노, 라즈베리파이 등의 다양한 피지컬 컴퓨팅 도구를 이용하여 컴퓨터가 단순히 화면 속에서 데이터를 처리하는 도구를 넘어 실제 세상과 상호작용할 수 있도록 만드는 매개체로 컴퓨터 언어를 사용해 다양한 모터, LED, 스피커 등의 센서와 액추에이터를 제어하는 기술이다. 이러한 피지컬 컴퓨팅 도구를 활용하여 학습자의 컴퓨팅 사고력을 신장할 수 있도록 다양한 수업 모델을 개발하고 피지컬 컴퓨팅 활동을 통해 2022 개정교육과정에서 강조하는 디지털 소양, 논리적 사고력, 지식정보처리 역량, 협업능력 등의 다양한 고등사고기능의 신장을 기대하는 대표 커뮤니티로 피지컬 컴퓨팅 관련 최신 정보와 노하우를 공유하는 단순한 정보 공유의 장을 넘어, 양질의 디지털 교육 제공을 위한 서로의 성장을 도모하고 협력하는 공동체이다.