대구·경북 지역산업을 기반으로 한 기술계고등학교의 로봇교육과정 개발 = The Development of Robotics Curriculum in the Technical High School Based on the Daegu and Gyungbuk Regional Industry

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently the robotics industry has rapidly grown up and it is expected to be a new promising industry in Korea along with the semiconductor and automotive industries. It is reported that Korea robotics industry is ranked in the third place in the world, and the gross production amounts to 1 trillion 784.8 billion KRW rising 78.4% year-on-year in 2010. In addition, interest in robotics is drastically rising in Daegu and Gyeongbuk. To this end, the robotics industry is drawing a significant attention, cultivated as strategical, leading industry in Daegu and Gyeongbuk regions by establishing the KIRIA (Korea Institute for Robot Industry Advancement).
As the robotics industry and interest are increasing, there is a need to educate students engaged specially in robotics. In particular, it is necessary to develop robotics curriculum for technical high schools to match with the change of educational environment due to government policy changes. Upon the opportunity of 'Five-Year Plan for Advancing Vocational Education' announced by Ministry of Education, Science and Technology, technical high schools reorganize curriculum by opening new courses or reforming the existing ones. Furthermore, since 2002 the number of births dropped to 250,000 and technical high schools, where are less preferred in general, are expected to have fewer students.
In this study, both the national and Daegu․Gyeongbuk regional robotics industries were analyzed and robotics curriculum were developed based on the seven steps DACUM method. An educational goal was set at the first step. The types and roles of workforce were established at the second. At the third, job models were developed by stage for the overall processes occurring in the robotics industry, such as design, development, production, sales and after service. At the forth, for each duty of the developed job models, necessary knowledge, specialty, and tools, that is, desk/K.S.T. matrix, were developed. At the fifth, based on the developed K.S.T., each course was created. Profiles of educational goals and contents for each created course were made at the sixth step. Finally curriculum was made at the seventh step. The course completions of sensing technology, driving technology and control technology are respectively offered to teachers and hands-on workers of the vocational high schools in Daegu and Gyeongbuk which plan to introduce robotics curriculum, and the developed robotics curriculum can be changed and revised for application to meet the needs of each school. Therefore, it is expected that the developed curriculum will significantly contribute to the robotics industry not only of the regional but of the national.

국문 초록 (Abstract)

최근 들어 로봇산업은 급속한 성장을 보이고 있으며, 반도체․자동차 산업과 더불어 우리나라의 새로운 유망산업으로 자리 잡을 것으로 예상된다. 국내 로봇 보급률은 세계 3위로 평가되고 있으며, 2010년 총생산액은 1조 7,848억 원으로 전년 대비 78.4%의 고성장을 기록하고 있다. 이에 발맞추어 대구․경북 지역의 로봇에 대한 관심이 고조되고 있다. 로봇산업을 지역의 전략산업과 대․경권 선도 산업으로 선정하여 육성하고 있으며, ‘한국로봇산업진흥원’을 지역 내로 유치하는 등 로봇산업에 대한 관심과 위상이 커지고 있다.
이러한 로봇산업의 성장과 관심 증가에 따라 로봇인재양성의 필요성이 대두되고 있다. 특히 정부의 정책변화에 따른 교육환경의 변화로 기술계고등학교의 로봇교육과정에 대한 면밀한 검토가 필요하다. 교육과학기술부의 ‘직업교육선진화 5개년 계획’을 계기로 모든 기술계고등학교는 학과 신설 및 개편을 바탕으로 통․폐합을 추진하고 있다. 또한 2002년부터 약 25만 명의 급격한 출생아 수 감소가 총 학생 수의 감소로 이어지고, 특히 진학 선호도가 낮은 기술계고등학교의 학생 수 감소가 예상된다.
본 연구에서는 국내 로봇산업과 대구․경북 지역의 로봇산업을 분석하고 7단계의 데이컴 기법을 바탕으로 로봇교육과정을 개발하였다. 첫 단계에서 교육목표 설정하고, 둘째 단계에서 인력의 유형 및 역할 설정하였으며, 세 번째 단계에서 제품의 기획, 개발, 생산, 판매, 사후관리 등 로봇산업현장에서 일어나는 전 과정을 단계별로 직무모형을 개발하였다. 네 번째 단계에서는 개발된 직무모형의 책무별로 필요한 지식과 기술 그리고 도구 즉, 데스크/케이. 에스. 티. 매트릭스 개발하고, 다섯 번째 단계에서 개발된 케이. 에스. 티를 기준으로 교과목을 도출하였으며, 여섯 번째 단계에서 도출된 교과목별로 교육목표, 교육내용 등의 프로파일 작성하였다. 마지막으로 일곱 번째 단계에서 로봇교육과정을 도출하였다. 개발된 로봇교육과정은 학교의 여건에 따라 변경 및 수정하여 적용할 수 있도록 감지기술 이수경로, 구동기술 이수경로, 제어기술 이수경로 구분 제시하여 대구․경북에서 로봇교육과정을 도입하고자 하는 기술계고등학교의 교사와 실무자들에게 기준을 제공하였다. 본 논문에서 개발 한 교육과정은 대구․경북 지역뿐만 아니라 우리나라의 로봇산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 표 목 차 iii
• 그림 목 차 vi
• 제 Ⅰ 장 서 론 1
• 제 1 절 연구의 목적 및 필요성 1
• 1. 연구의 목적 1
• 2. 필요성 2
• 3. 연구 내용 6
• 제 Ⅱ 장 로봇산업 및 교육환경 분석 7
• 제 1 절 국내로봇산업 현황 7
• 1. 전국로봇산업 현황 7
• 2. 대구․경북 산업 현황 10
• 제 2 절 기술계고등학교 교육환경 분석 15
• 1. 정부의 교육정책의 변화 15
• 2. 출산율 감소에 따른 교육환경 변화 16
• 3. 기술계고등학교의 교육환경 분석 17
• 제 Ⅲ 장 기술계고등학교 로봇교육과정 개발 19
• 제 1 절 교육과정 개발 방법 19
• 제 2 절 로봇교육과정 개발 22
• 1. 1단계 : 교육목표 22
• 2. 2단계 : 인력육성 23
• 3. 3단계 : 직무모형(Job Model) 24
• 4. 4단계 : 데스크/케이. 에스. 티 매트릭스 작성 24
• 5. 5단계 : 교과목 도출 30
• 6. 6단계 : 교과목 Profile 38
• 7. 7단계 :　교육과정 도출 45
• 제 3 절 분야별 교육과정 분석 및 이수 경로 48
• 1. 로봇산업분야별 교육과정 분석 48
• 2. 세부기술별 교육과정 분석 49
• 3. 국립마이스터고등학교 로봇과 교육과정 분석 53
• 4. 교육과정 검증 및 인증 절차 57
• 제 Ⅳ 장 결 론 59
• 참 고 문 헌 61
• 부 록 62
• A1. DACUM Method를 활용한 교육과정 개발 방법 및 절차 63
• A2. 데스크/케이. 에스. 티 매트릭스 71
• A3. 케이. 에스. 티와 학과목 78
• A4. 교과목 프로파일 100
• 표 목 차
• 표 1 MIT 발표 10대 유망 기술 4
• 표 2 대구광역시 전문계고 체제 개편 중장기 로드맵 5
• 표 3 로봇산업 변화 추이(2008~2010년) 8
• 표 4 로봇기업 증가 예측 9
• 표 5 국내로봇산업의 인력 현황 10
• 표 6 지역 내 총생산 변화추이(경상가격) 11
• 표 7 직무분석을 이용한 교육과정 개발 방법별 비교 21
• 표 8 2단계 인력육성의 유형과 역할 23
• 표 9 로봇과정 교과목 안 31
• 표 10 학기별 로봇 교육과정 47
• 표 11 국립구미전자마이스터고 로봇과 교육과정 55
• 표 12 국립부산기계마이스터고 로봇과 교육과정 56
• 표 A1 책무명 : A. 로봇 기획의 케이. 에스. 티 71
• 표 A2 책무명 : B. 로봇 설계의 케이. 에스. 티 72
• 표 A3 책무명 : C. 로봇 제작의 케이. 에스. 티 74
• 표 A4 책무명 : D. 로봇 제어 케이. 에스. 티 76
• 표 A5 책무명 : E. 운영 및 유지보수의 케이. 에스. 티 77
• 표 A6 로봇개론(기초심화) 교과목 78
• 표 A7 로봇설계기초(기초심화) 교과목 79
• 표 A8 로봇설계 I, II (기초심화) 교과목 80
• 표 A9 전기전자설계 I, II (기초심화) 교과목 81
• 표 A10 C언어기초(기초심화) 교과목 82
• 표 A11 PLC프로그래밍(기초심화) 교과목 82
• 표 A12 마이크로프로세서(기초심화) 교과목 83
• 표 A13 전자CAD(기초심화) 교과목 84
• 표 A14 임베디드응용프로그래밍(기초심화) 교과목 84
• 표 A15 센서 및 액추에이터(기초심화) 교과목 85
• 표 A16 인터페이스응용(기초심화) 교과목 85
• 표 A17 산업용로봇제어(기초심화) 교과목 86
• 표 A18 지능형로봇제어(기초심화) 교과목 87
• 표 A19 로봇공정시스템(기초심화) 교과목 88
• 표 A20 로봇개론(통합 및 변경) 교과목 89
• 표 A21 로봇설계기초(통합 및 변경) 교과목 90
• 표 A22 기구설계 I, II (통합 및 변경) 교과목 91
• 표 A23 전자회로(통합 및 변경) 교과목 92
• 표 A24 전기회로(통합 및 변경) 교과목 92
• 표 A25 C언어기초프로그래밍(통합 및 변경) 교과목 93
• 표 A26 PLC프로그래밍(통합 및 변경) 교과목 93
• 표 A27 마이크로프로세서(통합 및 변경) 교과목 94
• 표 A28 전자CAD(통합 및 변경) 교과목 94
• 표 A29 임베디드(통합 및 변경) 교과목 95
• 표 A30 센서 및 액추에이터) 96
• 표 A31 프로젝터실습_산업용로봇제어(통합 및 변경) 교과목 97
• 표 A32 프로젝터실습_인공지능로봇제어(통합 및 변경) 교과목 98
• 표 A33 로봇시스템 유지보수(통합 및 변경) 교과목 99
• 표 A34 로봇개론 교과목 프로파일 100
• 표 A35 로봇설계기초 교과목 프로파일 101
• 표 A36 로봇기구설계 I(CAD) 교과목 프로파일 102
• 표 A37 로봇기구설계 II(CAD/CAM) 교과목 프로파일 103
• 표 A38 전자회로 교과목 프로파일 104
• 표 A39 전기회로 교과목 프로파일 105
• 표 A40 전자캐드 교과목 프로파일 106
• 표 A41 C언어기초프로그래밍 교과목 프로파일 107
• 표 A42 PLC 프로그래밍 교과목 프로파일 108
• 표 A43 마이크로프로세서 교과목 프로파일 109
• 표 A44 임베디드 교과목 프로파일 111
• 표 A45 센서 및 액추에이터 활용 교과목 프로파일 112
• 표 A46 프로젝트실습(산업용로봇) 교과목 프로파일 113
• 표 A47 프로젝트실습(지능형로봇) 교과목 프로파일 114
• 표 A48 로봇시스템 유지보수 교과목 프로파일 115
• 그 림 목 차
• 그림 1 대구광역시의 제조업 구조변화 추이(1999년~2008년) 12
• 그림 2 연도별 대구광역시 전략산업진흥사업 13
• 그림 3 지역별 선도산업 14
• 그림 4 직업교육 선진화방안(전문계고 개편 안) 15
• 그림 5 출생아 수 추이(1989~2011년) 16
• 그림 6 마이스터고 선정 현황 18
• 그림 7 직무분석의 활용 체계도 20
• 그림 8 인공지능로봇교육과정 도출 방법 22
• 그림 9 직무분석 3단계 직무모형 25
• 그림 10 로봇산업분야별 업무에 따른 교육과정 분석 49
• 그림 11 감지기술 로봇과정 이수경로 50
• 그림 12 구동기술 로봇과정 이수경로 51
• 그림 13 제어기술 로봇과정 이수경로 52
• 그림 14 교육과정 졸업생 인증제 단계별 절차 58
• 그림 A1 DACUM Method의 Process 64