1. 지름이 20mm, 30mm, 50mm, 63mm, 75mm, 100mm 의 볼록렌즈가 있다. 실험을 실 시하고 표와 그래프를 완성해보자.
볼록렌즈의 지름(mm)
전구에서 볼록렌즈까지의 거리
()
볼록렌즈에서
상까지의 거리 () 초점거리 (
×)
2. 망원경 제작에 사용할 대물렌즈와 접안렌즈를 정하고, 경통의 길이는 얼마로 할 것인 지 적어보자.
3. 주어진 재료를 이용하여, 망원경을 만들어보자.
4. 자신의 망원경을 소개해봅시다.
5. 실험 후 느낀 점과 궁금한 점을 적어봅시다.
주제
나만의 망원경 설계하기
차시 3/3[활동3]
1. [활동2]에서 제작한 망원경을 이용해, 밤하늘을 관측해봅시다.
2. 망원경을 통해 보이는 것이 무엇이며, 관측한 결과를 적어봅시다.
3. 만약 관측이 제대로 되지 않았다면, 그 이유가 무엇인지 생각해보고 적어봅시다.
4. 망원경을 보완할 점이 있다면 무엇인지 적고, 해결방법에 대해 생각해봅시다.
[활동4]
1. 망원경의 종류와 특징에 대해 정리해봅시다.
종류 특징
굴절망원경
반사망원경
전파망원경
허블 우주 망원경
2. 자신만의 망원경을 자유롭게 설계해봅시다.
3. 설계한 망원경을 친구들에게 소개해봅시다.
융합인재교육 지도안 및 교재 3
덧셈기를 만들라!
-삼 척 고 등 학 교
○ 수업지도안
1. 주제 및 제작의도
“초창기 컴퓨터는 릴레이, 진공관을 이용하여 논리, 산술 연산을 수행 하였으나 크기, 전력소비, 발열 등의 문제점이 있었고 이를 해결하기 위해 트랜지스터가 사용되게 되었습니다. 지금은 기술발달로 수 천 만개의 트랜지스터를 하나의 칩으로 집적할 수 있게 되었고 이를 이용해 작지만 성능 좋은 컴퓨터 및 스마트폰을 사용할 수 있게 되었습니다.” 컴퓨터의 발전과정은 위와 같이 간략하게 정보 교과서에서 설명되고 있는데 현재 우리가 일상에서 매일 사용하는 컴퓨터와 스마트폰의 무궁무진한 기능들이 어떻 게 가능한 것인지 원리를 궁금해 하는 학생들이 많습니다. 컴퓨터가 수행하는 많은 작업의 바탕에는 산 술 및 논리계산이 있는데 이 계산의 원리를 배우고 실습하면 컴퓨터의 원리에 대한 궁금함이 많이 해소 되리라 기대합니다.
이를 위해 본 교육 프로그램에서는 컴퓨터 및 정보 통신 분야에 관심있는 학생을 대상으로 1937년에 미국 벨연구소의 조지 스티비츠(George Stibitz)가 릴레이를 이용하여 만든 Model-K(1비트 덧셈기)를 따라 만들면서 컴퓨터가 덧셈을 하는 원리를 이해할 수 있도록 합니다. 릴레이를 이용한 초창기 덧셈기 를 만들려고 하는 이유는 트랜지스터 보다 쉽게 릴 레이 동작을 이해할 수 있으며 투명한 케이스의 릴 레이를 이용하면 전자석으로 제어되는 스위치 동작 을 눈으로 보며 이해할 수 있기 때문입니다. 또한, 트랜지스터, 진공관, 릴레이가 가진 스위치 기능이 활용되어 컴퓨터가 만들어 졌다는 사실과 컴퓨터 계 산의 원리가 복잡한 데 있는 것이 아닌 스위치의 적 절한 연결로부터 가능하다는 놀라움과 흥미를 느끼 게 되기를 의도 하였습니다.
컴퓨터 계산의 원리를 이해하고 난 뒤에는 몇 가지 기술 개발과 혁신을 통해서 일반인들이 쉽게 전자 기기를 이용하게 된 역사에 대해 살펴볼 계획입니다. Model-K 덧셈기 (1937년/Bell 연구소/2개의 릴레 이 사용), Complex Number Calculator(또는 Model I Relay Calculator, 1940년/Bell 연구소/약 450 개의 릴레이 사용, 복소수 곱셈이 약 45초가 걸렸음), 애니악(1947년/Ballistic Research Lab/최초의 전 자식 컴퓨터로 18,000개의 진공관, 1500개의 릴레이가 사용되어 만들어 졌으며 전력 소모량이 160KWh에 달했고 무게는 30톤 정도였음. 초당 5000회의 덧셈, 15회의 곱셈을 처리할 수 있었으며 탄 도 계산 및 폭발 계산에 사용됨.) 등 릴레이 또는 진공관으로 만들어진 초창기 컴퓨터는 제작 및 유지 보수에 많은 어려움이 있어 대중화가 어려웠는데 이 문제는 1947년에 발명된 트랜지스터와 1958년에 발명된 집적회로 기술로 해결이 됩니다. 이 두 기술이 바탕이 되어 개인용 컴퓨터의 시대가 열렸으며 인류의 삶에도 큰 영향을 주었는데 이 두 기술이 구체적으로 어떤 문제를 해결한 것인지 그 의미에 대 해 생각해보는 기회를 갖고자 한다.
프로그램명 Model-K 덧셈기로 이해하는 컴퓨터 계산의 원리 적용학년 /시기 1학년 2학기/11월
관련과목 과학 , 공학, 수학
그림 1. Model K (1비트 덧셈기, 1937년)
스위치를 바탕으로 계산이 가능하다는 발견으로부터 안정적인 동작과 대량생산을 가능케 한 트랜지스 터와 집적회로 기술의 도움으로 전자 산업은
엄청난 발전을 하게 되었습니다. 인텔의 공동 설립자 고든 무어는 1965년 일렉트로닉스 (Electronics)에 “반도체 메모리칩 성능과 메 모리 용량은 약 24개월마다 2배씩 향상된다”
고 예측을 하였다. 옆의 표는 인텔사 마이크 로프로세서에 들어가는 트랜지스터의 개수를 보여주고 있는데 트랜지스터의 수가 2년마다 2배로 늘고 있는 것을 볼 수 있습니다. 이렇 게 2배씩 커지는 것은 지수 함수로 묘사될 수 있어 지수적 성장이라고 하며 성장 속도가 무 척 빠른 것이 그 특징입니다. 이렇게 빠른 성장이 50년 동안이나 이어졌다는 것은 엄 청난 발전이며 그 결과로 인류의 삶은 많이 달라졌다. 이러한 지수적인 발전을 바탕으로 하는 정보산업 분야는 기술 혁신과 산업구 조 변화가 매우 빠르고 이 때문에 다른 기 업을 인수합병하며 성장을 유지하려는 경우 가 매우 많습니다. 예를 들어 구글이 현재까 지 180개 넘는 기업들을 인수 합병한 것이 나 페이스북이 2014년 신생기업인 왓츠 앱 을 190억 달러(22조원)에 인수하는 등 주요 기업들이 인수합병을 통해 기술역량을 확대 하거나 사업영역을 확장하고 있습니다. 옆의 그래프는 구글이 인수 합병 건수 및 주요 기업을 보여줍니다. 이 그래프를 보면 구글 이 2005년에 Android를 5천만 달러(약 600억)에 사들인 것을 볼 수 있습니다. 10 년이 지난 지금 구글은 안드로이드를 이용 하여 전 세계 휴대폰 운영체제를 애플의 iOS와 양분하고 있는 것을 생각하면 정말 탁월한 선택이었으며 구글은 이를 통해 사 용자의 검색 트랜드를 분석, 파악하고 그에 최적화된 검색결과와 광고를 보여 주어 큰 수익을 창출하게 되었습니다. Android는 2004년 삼성에 먼저 아이디어와 제품을 소 개하며 인수를 권했지만 삼성에서 거부한 것은 잘 알려진 일화입니다. 구글은 작년에 Nest Lab이라는 가정용 인공지능 온도조절 기 회사를 32억 달러(3조 7천억원)에 인수
를 하였습니다. 엄청난 금액을 들여 인수를 하였는데 이는 구글이 생각할 때 앞으로 펼쳐질 사물인터넷 시장에 정말 중요한 기술이 있기 때문에 인수했으리라는 예상을 할 수 있으나 기술의 변화를 잘 모르는 일반인의 시각에서는 구체적인 이유와 전략을 알기 어렵고 그렇게나 큰 돈을 들여서 인수할 필요가 있
을까 하는 생각도 듭니다.
이렇게나 큰 금액의 투자가 이뤄지는 산업계를 바라보고 있으면 어떤 기술은 엄청나게 큰 돈을 들여서 라도 사고 싶을 만큼 매력적일 수 있음을 알 수 있다. 그래서 우리는 1947년의 트랜지스터의 발명과 1958년의 집적회로 기술을 통해 개인용 컴퓨터의 시대가 열리고 인류의 삶에도 큰 영향을 준 것을 이 해하며 기술의 가치에 대해서 생각해 보고자 합니다.
2. 학습 목표
○
내용 목표
￭ 1단계 목표
- Model-K에 대한 설명과 간단한 컴퓨터 발전 역사를 설명을 듣고 이해한다.
- Model-K 제작에 사용될 릴레이의 동작 원리를 설명할 수 있다.
- 브래드보드 연결법, LED 소자 연결법을 설명할 수 있다.
- 스위치와 릴레이를 이용한 LED 전구 켜고 끄는 회로도를 설명할 수 있다.
￭ 2단계 목표
- 덧셈 결과를 이진법으로 표현해야할 필요성을 설명할 수 있다.
- 덧셈 결과를 릴레이로 구현하기 위한 연결법을 고안해 본다.
- 릴레이를 활용한 덧셈 회로도의 동작원리를 설명할 수 있다.
￭ 3단계 목표
- 트랜지스터 회로 설계에서 엄청난 수의 문제(tyranny of numbers)가 발생하는 원인을 이해한다.
- 트랜지스터와 집적회로가 사회 및 전자 산업에 준 영향을 파악한다.
- 초창기 전자 산업의 역사에 대해 파악한다.
○
과정 목표
￭ 1단계 목표
- 릴레이와 LED 소자를 적절히 연결하여 사용할 수 있다.
- 브래드보드의 특성을 이해하고 사용할 수 있다.
- 스위치와 릴레이를 이용한 LED 전구 켜고 끄는 회로도를 작성 할 수 있다.
￭ 2단계 목표
- 덧셈 결과를 이진법으로 표현하는 덧셈표를 작성할 수 있다.
- 덧셈 결과를 릴레이로 구현하기 위한 방법을 설명할 수 있다.
- 릴레이를 활용한 덧셈 회로도를 작성할 수 있다.
￭ 3단계 목표
- 트랜지스터 회로설계에서 엄청난 수의 문제(tyranny of numbers)가 발생하는 원인을 설명할 수 있 다.
- 엄청난 수의 문제가 해결되어 산업 및 사회에 일어날 변화를 생각하면서 이 문제를 해결하는 것 의 중요성에 대해 설명할 수 있다.
- 초창기 전자 산업의 흐름에 대해 설명할 수 있다.
3. STEAM 과목 요소
○ S : 솔레노이드를 이용한 릴레이 동작의 원리 이해
○ T : 회로도 작성 및 브래드보드를 이용한 회로 구현
○ E：트랜지스터, 집적회로의 기술 개발이 전자산업에 준 영향을 이해
○ M：전기의 켜고 꺼짐을 0, 1로 생각하는 추상적 수리 능력 이진법 덧셈의 이해
4. STEAM 단계 요소
○
상황제시
- 벨 연구소에서 1937년에 만든 릴레이 기반 덧셈기를 만들어 볼 기회를 갖는다.
- 학생은 주어진 인문학적 자료들을 통해 자신의 생각을 정립하고 글을 쓰기 위한 아이디어 를 생성한다.
- 연구소의 연구원이라고 가정하고 엄청난 수의 문제(tyranny of numbers)를 해결하기 위한 프로젝트의 중요성을 설명하고 설득하는 글을 써보는 기회를 갖는다.
○
창의적 설계
- 집적회로, 트랜지스터의 발명이 전자 산업 및 인류에 준 영향을 생각해보는 기회를 갖도록 한다.
- 덧셈 결과가 나오도록 릴레이를 연결하는 방법을 고안할 때 창의성과 사고력을 자극 할 수 있도록 지도하여야 한다.
- 전기의 흐름과 끊김을 숫자 1과 0으로 해석하고 이를 다시 이진법으로 생각하는 추상화 과정을 경험할 수 있도록 지도하여야 한다.
○
감성적 체험
- 전기의 흐름과 끊김을 제어할 수 있는 스위치(수업에서는 릴레이)가 모여서 계산기 및 컴 퓨터가 만들어 짐을 경험하도록 한다.
- 집적회로와 트랜지스터가 전자 산업 및 사회 발전에 영향을 주었음을 경험하도록 한다.
- 브래드보드에 릴레이, LED, 스위치를 배치 할 때 연결이 용이하고 직관적으로 결과를 확 인 할 수 있도록 고려하면서 제작하는 경험을 제공하여야 한다.
5. 차시별 계획 총괄표
차시 과목 단원 소주제 학습내용
1차시 공학 수학
1. 정보 기술의 발달
컴퓨터 계산의 역사와 릴레이를
사용한 회로도 작성
컴퓨터 겨산의 역사와 릴레이 동작 원리
1. 사용 부품 설명
• 릴레이 동작 원리를 설명: 릴레이에 전기가 흐르면 전 자석이 금속 접점을 끌어당기면서 스위치가 연결되게 하 는 역할
• LED, 스위치의 역할을 설명
2. LED 점등 회로도 작성
• 활동지에 LED를 점등 회로도 그려 보기
(폐루프가 되어야 전기가 흐르는 회로의 특성에 주의하 여 작업할 수 있도록 도움.)
• 제시된 회로도 답안과 비교하며 수정 및 보완
2차시 공학 수학
1. 정보 기술의 발달
컴퓨터 계산의 원리와 덧셈기
Model-K(1비트 덧셈기) 제작을 통한 컴퓨터 계산 의 원리
※ 덧셈표 만들고 덧셈기 회로도 완성하기
덧셈표를 만들어 보고 덧셈 출력을 릴레이로 만들 도록 회로 연결 방법 구상
• AND 게이트 릴레이 회로도 구성하기
• XOR 게이트 릴레이 회로도 구성하기
• 1 비트 덧셈기 릴레이 회로도 구성하기
※ 덧셈기 회로도를 이용하여 회로 만들기
브래드보드에 회로를 구성하고 덧셈표 대로 LED가 켜지는지 동작 확인
3차시 공학 1. 정보 기술의 발달
트랜지스터와 집적회로 기술로
바뀐 세상
※ 트랜지스터와 집적회로 개발의 의미와 효과 트랜지스터와 집적회로 개발의 의미와 효과를 설명하는
글을 같이 읽고 이야기를 나누면서 의미와 효과를 함께 생각해 봄.
※ 프로젝트 제안서 작성
트랜지스터 이용 설계에서 “엄청난 수의 문제”를 해결하는 것이 중요하므로 이를 해결할 프로젝트의 필요성을 설명하는 글을 작성.