의⋅보족
제품명
다리 근력이 약한 사람들을 위한 좌석이 달린 보족
제품 디자인 및 설명
생각 다지기
조별로 활동한 내용을 서로 평가해 봅시다. 3차시 동료 평가(서술형)
조 이름
장점이나 따라하고 싶은 점(Plus)
단점이나 아쉬운 점(Minus)
재미있거나 창의적인 점(Interesting)
센서보드를 활용한 프로그래밍이나 창의적인 의⋅보족 아이디어를 보고 각 조의 장점이나 따라 하고 싶은 점(Plus), 단점이나 아쉬운 점(M inus), 재미있거나 창의적인 점(Interesting)을 찾아 적어보도록 합시다.
생각 되돌아보기
수업 돌아보기 3차시
이번 수업 활동에 대하여 수업 소감문을 간단히 작성하여 발표해봅시다.
1 수업에 적극적으로 참여하였나요?
2 첨단의료기기나 산업체 전반에 쓰이는 센서의 기능 에 대해서 이해하였나요?
3 주어진 조건을 고려하여 창의적으로 나만의 의료기 기 자동화 시스템을 구축하였나요?
4 친구들의 발표를 들으며 장점, 단점, 재미있는 점 등을 찾아 의견을 나누었나요?
5
수업 소감문 : 활동을 통해 느낀 점, 새롭게 알게 된 점 등을
자유롭게 적기
6
스크래치 프로그래밍 또는 첨단의료기기에 대하여 더
알고 싶은 점
이번 수업에서는 나날이 발전하고 있는 첨단의료기기의 중추적인 기능을 하고 있는 다양한 센서 들을 활용해 보는 수업이 진행되었습니다. 수업을 마치며 스스로 수업에 대한 평가도 해보고, 소 감문도 간단히 작성해봅시다. 그리고 스크래치 프로그래밍 또는 첨단의료기기에 대하여 더 알고 싶은 점이 있으면 적어봅시다.
스크래치 프로그래밍 또는 첨단의료기기에 대하여 더 알고 싶은 점에 대하여 집에서 인터넷이나 참고 서적 등을 이용하여 더 알아봅시다.
첨단의료기기의 미래
03
고등학교
STEAM ⑫ 첨단의료기기의 미래 MRI
1 주제 개요
첨단의료기기들의 원리 및 사용법을 숙지하고 과학 교과속의 분야별 이론을 바탕으로 전공교 과와 수학교과, 미술교과와 연계하여 창의적인 디자인과 개선된 성능을 낼 수 있는 의료기기를 연구, 개발하는 인재양성을 목표로 한다. 모든 의료기기 개발의 시작점은 필요성에 있고 필요에 의한 발명이고 필요에 의한 개선이다. 하지만 개발의 의지가 있다하더라도 기초적인 동작 원리 나 구동 원리를 모르면 그 벽을 넘을 수가 없다. 이번 교재 개발은 이러한 기초 적인 이론을 현 실의 개선으로 발전시킬 수 있는 과정과 제품 개발과정을 배우고 실천에 옮겨 첨단의료기기 개 발을 위한 과학적인 원리를 활용하는 방법을 익히는데 그 목적이 있다. 첨단 의료기기 영상처리 를 위한 과정과 의료기기 자동제어 및 첨단 의료기기의 대표적 예인 MRI를 배우고 익히면서 초 등 과정, 중등 과정을 거쳐 오면서 배운 내용의 결과물을 얻기 위한 과정으로 꾸며져 있다.
2 학습 목표
○ 내용목표
- 병을 진단하기 위한 장치의 과학적 원리를 이해한다.
- 의학에 쓰이는 자기장의 원리를 알고 이를 적용할 수 있다.
- 의료용 첨단 로봇에 들어가는 첨단부품들을 알고 기초적인 과학적 원리를 이해한다.
- 의족 및 각종 의료에 쓰이는 첨단과학소재들을 이해하고 특성을 안다.
- 물리적 진단기구들의 발달사를 알고 이들의 원리를 이해한다.
○ 과정목표
- 융합 기술 프로젝트의 창의적 해결을 통해 기술이 융합된 사회를 이해한다.
- 전류와 자기장 관계를 이해하고 이를 의료기기에 어떻게 사용하고 있으며 앞으로 활용된 범위에 대한 것을 예측한다.
- 병의 내부를 진단할 수 있는 초기의 방법인 X선을 이용한 CT촬영에 대해 알고 이들이 병 원에서 쓰이는 사례들은 살펴보고 장단점을 분석한다.
- 첨단과학과 질병치료 교과단원을 통하여 이해하고 우리 몸속을 들여다 볼 수 있는 의료영 상에 대한 적용사례와 앞으로의 적용방법을 알게 한다.
- 고분자 물질의 구조와 특성을 바탕으로 합성섬유, 나노 물질 등의 다양한 첨단 소재의 원리 를 이용하여 의료기기 및 의료용 로봇에 적용사례들을 이해한다.
- 센서를 활용하여 첨단 의료기기를 자동제어하는 원리를 배우고 개선점을 반영한 자동제어
시스템을 설계 제작한다.
- 의료기구의 디자인에 대해 이해, 독창적인 아이디어로 새로운 제품 디자인을 표현할 수 있 게 인공관절 모형 제작한다.
- MRI와 같은 모형을 지닌 솔레노이드를 직접 제작해 보고 전류를 걸어 자기장을 만들어 자 기장의 세기를 측정하여 본다.
3 STEAM 과목 요소
○ S: 자기장, 디지털 신호처리, 센서의 원리를 이해한다.
○ T/E：CT, MRI, 센서, 제동제어 시스템의 원리를 이해한다.
○ E : 창의적인 영상 표현 장치, 자동제어시스템, MRI 모형을 제작한다.
○ A：심미적이고 독창적인 의료기구 디자인을 표현한다.
○ M： 측정하기(길이/무게/부피/X선량/자력)
4 STEAM 단계 요소
○ 상황제시
1) 스토리텔링을 이용한 첨단과학을 이용한 의료의 발전사 찾아 토론 2) 인간의 체내 조직을 촬영하기 위한 X선의 원리 찾아 분석
3) X선의 문제점 및 의료와 첨단과학의 연계점 찾기
4) MRI장치의 원리, 진단기기의 사용 예 찾고 활용할 방법 토론 5) 새로운 의료 첨단기기와 사람에게 적용했을 때의 문제점 토론
○ 창의적 설계
1) 첨단 의료기기의 영상 구현 위한 반도체 디지털 신호처리 과정 및 원리를 파악한다.
2) 방사선 진단기기인 X선을 이용한 CT영상 분석과 촬영기를 이해하고 이를 활용하여 새로운 첨단기기의 탄생을 안다.
3) 의료용 첨단장비로써 로봇을 활용할 수 있는 각종 센서의 원리와 병의 진단기기들의 과학적인 원리를 이해한다.
4) 센서를 활용하여 첨단 의료기기를 자동제어하는 원리를 배우고 개선점을 반영한 자동제어 시스템을 설계 제작한다.
5) 심미적인 안정감을 줄 수 있는 의료기기 모델을 제작한다.
6) 의료기구의 디자인에 대해 이해, 독창적인 아이디어로 새로운 제품 디자인을 표현할 수 있게 인공관절 모형 제작한다.
과목 과학, 수학, 미술 총차시 총 4차시
단원
[물리Ⅰ] Ⅱ물질과 전자기장 (1)전류와 자기장 [기술가정] Ⅲ기술혁신과 설계. Ⅳ미래기술과 사회 [수학] 미적분
교육과정
2009 개정교육과정 물리Ⅰ 물질과 전자기장 2009개정교육과정 과학과 1학년, 2학년
과학(Ⅴ지구계와 지권의 변화), 물리(Ⅱ전자기장, Ⅲ소리와 빛) ○ 전류가 의한 자기장의 세기를 이해한다.
○ 공명현상을 이해하고 모든 물질에는 고유진동수가 있음을 안다.
○ MRI의 토대가 되는 솔레노이드에 의한 일정한 자기장을 이해한다.
○ MRI의 영상정보 전달과정을 교과단원을 통하여 이해하고 우리 몸속을 들여다 볼 수 있는 의료영상에 대한 적용사례와 앞으로의 적용방법을 알게 한다.
○ MRI와 같은 영상의료장치를 활용한 직업은 어떤 것들이 있는지 살펴보고 이들의 직업세계를 이해한다.
학습목표
1. MRI 촬영의 원리를 이해하고 병의 정확한 진단을 위해서는 어떤 점을 보완 하여야 하는지 알 수 있다.
2. 첨단기기인 MRI의 문제점들을 파악하고 이를 활용하여 새로운 첨단기기를 예측한다.
Ÿ 자기장을 이용한 첨단기기의 문제점 파악하여 이를 활용할 수 있다.
Ÿ 자기장의 원리를 이용한 MRI의 모형을 제작할 수 있다.
Ÿ MRI로 촬영된 사진 자료를 분석하여 병의 진단을 이해한다.
Ÿ MRI로 진단할 수 있는 병의 종류를 안다.
Ÿ 솔레노이드를 제작하고 강한 자기장을 만들기 위한 방법을 이해한다.
○ 감성적 체험
1) MRI와 같은 모형을 지닌 솔레노이드를 직접 제작해 보고 전류를 걸어 자기장을 만들어 자기장의 세기를 측정하여 본다.
2) 모둠별(조별)로 만든 의료 보조기구 및 MRI소형 모형장치에 대한 발표를 하고 모둠과 토론과 토의를 통하여 더 나은 개선점이 나올 수 있게 한다.
5 지도안 총괄표
흐름 문제제시 & 제작활동 학습자료(▶) 및 유의점(※ )
상황 제시 MRI의 촬영원리
(5분)
학습하기 인터넷 또는
학습자료를 통해 자기장을
이용한 영상원리 파악하기
(10분) 1/4차시
자기장과
S, T, E, M
(스토리 텔링)
병의 치료를 위해 병원을 찾아 CT를 찍은 후 병의 진단을 다시 정확하게 하기 위해 MRI의 촬영을 하 는 것을 보고 의아하게 생각하였다. CT사진이 있는 데 ‘왜 MRI로 다시 똑 같은 데를 찍는 것일까?’ 하 는 의문을 갖고 의사에 물었으나 의사로 부터 돌아 온 대답은 “정확한 병의 진단을 위해서 입니다.” 라 는 것이었다. 도대체 CT와 MRI는 무엇이 다르길 때 비용을 더 들어가면서까지 두 가지 모두 촬영해 하 는 것일까?
○ 병을 진단하기 위한 첨단장비는 어떤 원리로 작 동하는 것일까?
- 병을 진단하기 위해서는 과학의 어떤 원리가 적 용되는 것인지를 알아보고 과학에서 기초 단원으 로 공부할 분야는 어떤 것인가?
다음 사진을 보고 오늘의 수업을 예상해봅시다.
[ 동영상 내용 ]
병을 진단하기 위한 것으로 CT와 MRI을 비교 하는 동영상을 보여줌(약 2분 30초 영상) (동영상 시청 후) MRI는 어떤 원리를 이용하여
병을 진단하는 것인가요?
- 자기공명을 이용하여 촬영한다.
MRI와 X선 과의 차이는 무엇인가요?
-방사선을 이용하는 것과 자기공명을 이용한다는 것 MRI에서 선명한 사진을 얻으려면 어떻게 해야
하나요?
- 자기장의 세기를 크게 하여 공명현상을 이용한 다.
▶ ppt 1. 도입장면
▶ ppt 2. 사진자료 1
▶ 동영상
※ 동영상과 사진을 보고 MRI의 촬영의 원리를
이해하게 한다.
▶ ppt 3. 공명현상과 예시 사진
※ 물리 시간에 배운 공명현상에 대해 언급한다.
흐름 문제제시 & 제작활동 학습자료(▶) 및 유의점(※ ) 인체에 미치는
원리 토론하기 (15분) 1/4차시
토론 결과 모둠별로
발표와 반론하기
(15분)
학습문제로 정리하기
(5분) 1/4차시
어떤 병을 진단하는데 MRI가 유리한가요?
- 뇌질환이나 척추질환을 진단하는데 필수적이다.
MRI는 어떤 종류들이 있고 또 현재의 개발단계 에 있는 것은 어떤 것이 있나요?
- 세포의 기능적 영상(PET)을 결합한 PET-MRI, 혈 류의 흐름을 파악할 수 있는 f-MRI, 양전자 방 출 단층촬영장치인 PET 등이 있다.
자기장은 인간에게 어떤 영향을 주나요? 각 모 둠별로 조사한 것을 가지고 입장을 정하고 토론 을 준비하기 바랍니다.
- 자기장이 인간에게 주는 피해와 혜택에 대해 모둠 별로 조사하는 활동을 하게 한다.
- 1개의 모둠을 4명∼5명으로 구성하고 자기장이 주는 피해에 대해 조사하는 모듐과 이득을 주는 모둠을 정해준다.
- 찬반 토론이 될 수 있게 미리 사전 조사를 한다음 각자 조사한 것은 가지고 모둠별로 이야기 하게 한다.
- 각 모둠의 대표자가 각자가 맡은 것(찬성 또는 반 대)에 대한 입론은 준비한다.
각 모둠별로 토론한 것은 모둠장이 입론을 해주 기 바랍니다. 이때, 다른 모둠은 들은 것들은 메 모하면서 반론 또는 동조하는 발언을 해주기 바 랍니다. 입론의 시간은 모둠 당 1분내로 해주시 고 반론이나 보조 설명에 대한 것은 30초 이내 로 해주기 바랍니다.
- 각 팀별 입론(발표)와 이에 따른 반론을 한다.
- 더 나은 병의 진단방법에 대한 토론이 되도록 한 다.
※ 공명현상을 이용한 예를 전자레인지와 타코마
다리 붕괴 등으로 설명한다.
▶ ppt 4. MRI의 종류와 기능
▶ ppt 5. MRI 사진 자료