용한 교과를 선택하게 되었다.
그럼에도 불구하고, 학교 현장에서는 학생들의 이러한 특성과 수준을 고려하 지 않은 채 획일적인 교육을 실시하고 있어, 실업계 고등학교 학습부진의 문제 가 날로 심각해져 가고 있다. 따라서 이들 학생들에 대한 적절한 교육적 대응, 즉 효과적인 교수․학습 방법에 대한 체계적인 연구가 요청되고 있는 실정이 다.
2. 연구의 필요성
가. 교과의 선택
현대 산업은 컴퓨터 없이는 생각할 수 없는 단계에 이르게 되었다. 기획 및 설계, 검토, 생산에 이르기까지 컴퓨터를 이용하지 않고는 경쟁에서 제외될 수 밖에 없으며, 우리나라의 경제에도 크게 기여하는 것이 바로 정보통신 산업이 다.
그렇다고 해서 기계분야의 중요성이 떨어지는 것은 아니다. 정보통신의 근간 을 이루는 컴퓨터나 휴대폰 등의 기기를 생산하기 위해서는 기계가 필요하기 때문이다. 특히 정보통신기기의 케이스 등을 생산하기 위해서는 금형 기술이 필수이다. 이러한 금형 기술은 CAD/CAM 시스템의 발달과 그 맥락을 같이 하 고 있다고 할 수 있다.
이렇듯 산업의 근간을 이루는 기계분야는 계속 연구되어야 하고 기술 개발 도 지속적으로 이루어져야 함에도 불구하고 공업계 고교 학생들 사이에서는 별로 환영을 받지 못한다. 기름을 묻혀야 하고, 가공 시 위험성이 따르기 때문 이다.
하지만 컴퓨터를 이용한 설계나 가공 기술이 발전함에 따라 현대에는 사람의 손길이 최소화되기 때문에 이제는 기계과의 실습 내용이 예전의 범용 기계나 CNC 공작기계를 다루는 단계에서 CAD/CAM 시스템을 이용하여 가공하는 단 계까지 다루어야 할 것이다.
이에 따라 본교의 기계과도 기존의 전공교과를 과감하게 조정하여 학생들이 기피하는 교과에서 흥미를 일으킬 수 있고 이해하기도 쉬우며 실생활에서 또 직장에서 유용하게 사용할 수 있는 교과를 선택하였다. 따라서 범용 공작기계 의 실습은 가장 기본적인 내용만을 다루고 CNC 프로그래밍과 CAD/CAM의 내용을 중점적으로 다루도록 하였다.
따라서 이론 실습 통합 교과인 공작기계Ⅱ 과목 중 CAD/CAM 분야를 수업 연구 대상으로 선정하였다.
나. 연구의 목적
공업계 고교의 수업 중 가장 많이 차지하는 것이 실습 교과이다. 실습을 통 하여서 학생들은 기능을 익히고, 전공분야에 대한 많은 이론적인 지식을 쌓아 간다. 사실 실습은 전공의 핵심이라 할 수 있다. 따라서 이러한 실습의 운영을 어떻게 하느냐에 따라서 그 전공의 성패가 좌우된다 해도 과언이 아닐 것이다.
본 연구는 이러한 실습 교과를 어떻게 하면 효율적으로 운영할 수 있는지에 대한 것이며, 특별히 CAD/CAM 실습의 운영 방법에 대한 연구이다.
CAD/CAM 실습은 컴퓨터를 이용한 실습이므로 교사가 학습 자료를 잘 개 발하면 학생 스스로 학습할 수 있는 시스템을 만들 수 있다. 또한 각각의 작업 별로 모듈화된 학습 과제를 만들게 되면 필요한 모듈 학습 과제를 교사가 선택 하여 수업을 진행하여 나가기가 수월해진다.
이 두 가지를 접목한 자기 주도적 모듈 학습 과제를 이용하면 학생과 교사 모두 수월한 실습을 운영할 수 있으며, 학생은 반복 학습이 가능하여 필요한 기능을 습득하는데 크게 도움이 될 것이다.
제2절 연구의 내용
1. 연구 대상 교과
공작기계Ⅱ 교과에서 다루어지는 내용은 공작기계Ⅰ 교과의 심화학습 및 CAD/CAM과 방전 가공이 추가된 것이다.
공작기계Ⅰ에서는 범용 공작기계를 이용한 가공이 주를 이루고 CNC 공작기 계에 대한 기본적인 프로그래밍을 다룬다.
본교에서는 1학년 과정에서 범용 공작기계를, 2학년 과정에서 CNC공작기계 를, 3학년 과정에서 CNC공작기계 및 CAD/CAM을 배우도록 교육과정을 편성 하였다.
학년 교 과 명 주요 실습 내용 비 고
1 전자기계공작 (공통계열)
기계기초실습, 전자기초실습, CAD기초실습, 수치제어기계실 습, 컴퓨터조립실습
순환실습(각 실습 내 용별 5시간씩 6주간 실습)
2 공작기계Ⅰ
(수치제어기계과) CNC선반실습, 머시닝센터실습 각각 주 5시간씩 10시 간 실습
3 공작기계Ⅱ (수치제어기계과)
1학기 C N C 선 반 실 습 ,
머시닝센터실습 선택 실습 주 12시간 2학기 CAD/CAM 실습 공통 주 12시간
<표 1> 대덕전자기계고등학교 기계과 실습 과정
본 연구는 <표 1>의 실습 과정에서 3학년 공작기계Ⅱ 교과의 내용 중 2학기 CAD/CAM 실습을 본 연구의 대상으로 선정하였다.
2. 교과의 내용
가. CAD/CAM 실습의 내용
본 연구에서 다루어지는 교과의 내용은 <표 2>의 3차원 모델링 단원을 선택 하였다. 3차원 모델링은 CAM/CAM의 기본적인 작업이며, 모델링을 완벽히 소 화할 수 있을 때 원하는 부품을 만들 수 있으며, NC 데이터 생성도 제대로 할
수 있기 때문이다.
NC 데이터(CNC 프로그램)는 2학년 및 3학년 1학기에 충분히 학습하므로 변환 Tool만 제대로 이해하면 어렵지 않게 생성이 가능할 것이다.
단 원 학습 내용 비 고
2차원 도면 작성 - 도면 요소 그리기 - 도면 요소 편집하기 - 치수 기입하기 - 도면 완성하기
선행학습(3학 년 1학기 전 문제도 과정) 3차원 모델링
(3D Modeling)
- 파트(부품) 그리기 - 부품 조립하기 - 3차원 입체도를 2차원 도면화 하기 - 조립된 제품의 시뮬레이션
3학년 과정
NC 데이터 변환 - 모델링된 부품의 NC 코드 변환 작업
- 변환된 NC 코드를 이용한 가공 시뮬레이션 3학년 과정 머시닝센터를 이
용한 부품 가공
- 변환 NC 코드를 머시닝센터로 전송하기
- 입력된 NC 코드를 이용한 부품 가공 3학년 과정
<표 2> 수치제어기계과의 CAD/CAM 실습 내용
나. 수업에 사용되는 CAD/CAM 프로그램
본교의 수치제어기계과에서 선택한 CAD/CAM 프로그램은 시마트론 E(CIMATRON E6.0)이다.
[그림 1] 시마트론 E의 개요도
1) 시마트론 E의 특징
- 금형 및 전극 설계와 가공을 염두하여 개발된 솔루션으로 모든 CAD/CAM 환경에서 적용 가능
- 3차원 설계도구로 구성되었으며, 통합된 Solid-Surface-Wireframe 모델링 환경 지원
- 별도의 CAM 프로그램 없이 시마트론 E 자체에서 NC 데이터의 생성이 가능 하며, 생성된 NC 데이터를 CNC 공작기계에 전송할 수 있어 제품의 모델링 에서 가공까지 한 번에 이루어짐.
2) 시마트론 E의 활용 흐름도
[그림 2] 시마트론 E의 활용 흐름도
3. 학습 자료의 개발
가. 모듈 과제 실습 지도서
시마트론 E를 이용하여 모델링에서 가공까지의 작업을 분석한 후 요소 작업 별로 과제를 추출하여 실습 지도서를 작성하여 수업에 활용한다.
나. 보조 학습 자료(시마트론 E 따라하기 동영상)
자기 주도적 학습을 위한 보조 학습 자료로서 시마트론 E를 이용한 모델링, NC 데이터 생성 및 수정, 머시닝센터 전송 등의 내용을 화면 캡쳐를 통한 동영 상으로 제작하여 수업에 적용한다. 이 자료를 이용하여 학생들이 동영상을 보 며 따라할 수 있도록 하며, 반복 학습이 가능하도록 한다.
제 3 절 연구의 방법
1. 연구의 대상 :
대덕전자기계고등학교 수치제어기계과 3학년 1반 29명2. 연구 방법 및 절차
연구 과정 연구 방법 및 내용 비 고
연구 과제 선정
- 연구 대상 교과 선정 - 교수․학습 방법 선정 - 연구 계획 수립
학생 및 동료 교사 의 의견 수렴을 통 한 피드백 수업 계획
수립
- 수업전 설문 조사 - 수업 단원 및 내용 선정 - 수업 대상 선정
학습 자료 개발
- 각 단원별 작업 요소 추출 - 작업 요소별 모듈 과제 선정 - 각 과제별 학습 지도안 작성 - 각 과제별 보조 학습 자료 제작
수업의 적용
- 개발된 모듈 학습 과제를 이용한 수업 적용 ․필요한 모듈 과제를 선택하여 수업
․보조학습 자료를 이용한 학생 스스로 학습 진행 - 수업 활동을 통해 얻어진 과제 평가
평가 및 검증
- 수업 후에 대한 설문 조사 - 연구 결과의 평가 및 검증 - 연구 결과 분석
- 연구 보고서 작성
<표 3> 연구 방법 및 절차