캠은 움직이는 방향이나 리듬을 바꾸기 위해 다양한 모양의 디스크를 회전시키거나 움 직이는 메커니즘이다. 그것은 디스크의 모양을 바꾸는 것만으로 더 적은 부품으로 복잡한 움직임을 만들기 위해 많은 기계들에서 사용된다.
* 캠의 움직임을 360도 회전시켰을 때 팔로우축의 움직임을 그래프로 표현한 것이다.
3. 기어(Gear)
기어는 시계나 자전거와 같이 우리 모두가 아는 것에 사용되는 기계요소이다. 회전 방향뿐만 아니라 힘과 속도를 바꿀 수 있다. 기어는 다른 기어와 연결되어 움직일뿐 만 아니라 체인으로 연결되어 거리를 두고 힘을 발휘할 수도 있다.
같은 크기의 기어 큰 기어와 작은 기어 다중 기어 기어 및 체인
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오토마타 업(UP)고 가기 － 과학기술과 함께 하는 오토마타 －
고등학교용 STEAM
과학기술과 함께 하는 오토마타
주제 개요
인간은 오래전부터 인간이 가지고 있는 능력의 한계가 어디까지이며 개인의 능력에는 어떤 차이가 있고 또 어떻게 하 면 개인이 가지고 있는 능력을 최대한으로 발휘할 수 있을까에 대해 탐색해 왔습니다. 최근에 이르러 감성이 이성적인 결정이나 문제 해결 시 주요한 역할을 수행한다는 것이 밝혀짐으로써 이를 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있 습니다. 이에 본 프로그램은 감성지능 중심 교육인 사회정서학습 SEL(Social and Emotional Learning)을 목표로 오토 마타의 설계 및 제작 과정을 통해 자기/타인 관찰능력, 메타인지능력, 감정조절 능력, 공감능력, 감정이입능력, 소통능력 을 향상시키도록 합니다.
고등학교 프로그램인 ‘과학과 함께 하는 오토마타’에서는 4차 산업혁명 시대의 과학 기술 발전에 대해서 탐구하고, 4 차 산업혁명을 주도하는 기술들의 긍정적인 부분과 부정적인 부분에 대해 토의 활동을 합니다. 토의 결과를 정리하여 발 표 자료를 제작하고 이를 SNS에 공유하고 의견도 공유하는 활동이 이어지게 됩니다. 토의와 발표 자료를 통한 공감 활 동을 통해 제 4차 산업혁명 시대에 나의 일자리에 대해 고민해 보는 시간도 주어지게 될 것입니다. 차시별 활동은 다음 과 같습니다.
1차시에는 제 4차 산업혁명과 과학기술의 발전에 대해 탐구하고 제시된 상황을 바탕으로 프로그램에서 해결해야 하는 문제를 인식하게 됩니다. 모둠별로 토의의 테마가 되는 기술(제 4차 산업혁명을 주도할 핵심 기술)을 선정하고 토의 주 제의 세부 주제를 확인하고 모둠별로 희망순위(1순위 ~ 4순위)를 결정하게 됩니다. 플립러닝 동영상을 제시하고 오토마 타에 대해 거꾸로 학습이 진행될 수 있도록 안내합니다.
2차시에는 플립 러닝을 통해 학습한 오토마타 개념과 작동 원리를 정리합니다. 1차시에 결정한 1순위를 선택하기 위 해 주제 뽑기용 오토마타의 움직임을 관찰합니다. 희망하는 주제를 선정하기 위해 움직임을 관찰한 주제 뽑기용 오토마 타에 추가 기계요소를 장착한 실전 주제 뽑기용 오토마타를 보고 모둠의 토의를 통해 회전 수 설계를 위한 전략을 수립 합니다. 모둠별로 1순위부터 4순위까지의 세부 주제를 분담하여 탐구하도록 합니다.
3차시에는 2차시에 수립한 전략대로 주제 뽑기용 오토마타를 구동하여 토의 주제를 선택합니다. 선택된 주제에 대해 토의하고 내용을 정리하여 발표 자료를 제작합니다. 이 주제에 대해 탐구한 모둠원이 간략하게 내용을 브리핑하고 이후 함께 이에 대해 토의를 합니다. 활동이 마친 후 토의한 내용을 생각하며 4차 산업혁명의 시대에 자신의 일자리에 대해서 도 고민하는 시간을 가지며 활동을 마무리합니다. 발표 자료는 공유하고 수업을 마친 후 SNS상에서 공유된 자료에 대해 함께 의견을 나누며 공감 활동을 이어갑니다.
기존의 사회정서학습 프로그램은 이론 위주의 획일적이면서 고전적 교육 방식이 주를 이루고 있습니다. 그리고 접근하 기 어려운 분야로 인식되어 타 과목과의 연계성이 부족한 실정입니다. 따라서 본 프로그램에서는 오토마타의 융합적 지 식을 기반으로 스스로 생각하고 몸으로 익히는 교육을 추구합니다. 미래 사회에서 주어진 문제에 대해 함께 생각하고 공 감하며 창의적으로 해결해나가는 데 중점을 두고 있습니다.
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간단한 장치를 연결하기 위해 몇 개의 막대 기구를 연결함으로써 직선 운동 및 원형 동작의 조합을 다양 하고 복잡한 동작으로 전환 할 수 있다. 이러한 메커 니즘을 링키지라고 하며, 우리가 사용하는 대부분의 기계는 링키지로 구성된다.
* 기어의 원리를 알아보면?
입력 축에 연결된 왼쪽 작은 기어를 기어 1, 출력 축에 연결되 우 측 큰 기어를 기어 2라고 하면, 기어 1이 반시계 방향으로 돌면서 기 어 2를 접촉면에서 F라는 힘으로 밀어내게 된다. 이 때 톱니에 작용하 는 토크는 힘과 반지름의 곱으로 나타낼 수 있으며 두 톱니에 작용하 는 토크의 비는 반지름의 비와 같다. 결국 두 톱니의 반지름의 비(기 어비)만큼 토크를 변화시켜 전달할 수 있는 장치가 기어이다. 기어비 는 두 톱니바퀴의 기어 잇수의 비로서 두 톱니의 크기가 같다면 반지 름의 비로 나타낼 수 있다. 기어의 반지름이 커지면 토크가 커지고 속 도는 작아진다.
4. 벨트와 풀리(Belt and Pully)
기어의 회전각도 또는 방향은 체인 대신 고무와 스프링 같은 재료로 만들어진 벨트 를 사용하여 변경할 수 있다. 위쪽의 풀리는 십자형 벨트로 체결되고 아래 풀리는 옆 으로 돌려진 벨트로 체결된다. 벨트는 기어처럼 직접 연결될 수 없으므로 벨트가 미끄 러지지 않도록 V 모양으로 홈을 파거나 마찰을 극대화시키기 위한 다양한 조정이 이 루어진다.
5. 래크와 피니언 (Rack and Pinion)
작은 기어(피니언)와 직선 운동으로 움직이는 톱니 가 있는 막대모양(랙)와 결합한다. 그 반대로, 랙의 직 선운동으로 피니언의 회전 움직임을 만들 수 있다. 이 메커니즘의 예로 카메라 삼각대에서 카메라 높이 조절 용으로 사용되는 것을 들 수 있다.
6. 링크(Link)
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주제 개요
인간은 오래전부터 인간이 가지고 있는 능력의 한계가 어디까지이며 개인의 능력에는 어떤 차이가 있고 또 어떻게 하 면 개인이 가지고 있는 능력을 최대한으로 발휘할 수 있을까에 대해 탐색해 왔습니다. 최근에 이르러 감성이 이성적인 결정이나 문제 해결 시 주요한 역할을 수행한다는 것이 밝혀짐으로써 이를 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있 습니다. 이에 본 프로그램은 감성지능 중심 교육인 사회정서학습 SEL(Social and Emotional Learning)을 목표로 오토 마타의 설계 및 제작 과정을 통해 자기/타인 관찰능력, 메타인지능력, 감정조절 능력, 공감능력, 감정이입능력, 소통능력 을 향상시키도록 합니다.
고등학교 프로그램인 ‘과학과 함께 하는 오토마타’에서는 4차 산업혁명 시대의 과학 기술 발전에 대해서 탐구하고, 4 차 산업혁명을 주도하는 기술들의 긍정적인 부분과 부정적인 부분에 대해 토의 활동을 합니다. 토의 결과를 정리하여 발 표 자료를 제작하고 이를 SNS에 공유하고 의견도 공유하는 활동이 이어지게 됩니다. 토의와 발표 자료를 통한 공감 활 동을 통해 제 4차 산업혁명 시대에 나의 일자리에 대해 고민해 보는 시간도 주어지게 될 것입니다. 차시별 활동은 다음 과 같습니다.
1차시에는 제 4차 산업혁명과 과학기술의 발전에 대해 탐구하고 제시된 상황을 바탕으로 프로그램에서 해결해야 하는 문제를 인식하게 됩니다. 모둠별로 토의의 테마가 되는 기술(제 4차 산업혁명을 주도할 핵심 기술)을 선정하고 토의 주 제의 세부 주제를 확인하고 모둠별로 희망순위(1순위 ~ 4순위)를 결정하게 됩니다. 플립러닝 동영상을 제시하고 오토마 타에 대해 거꾸로 학습이 진행될 수 있도록 안내합니다.
2차시에는 플립 러닝을 통해 학습한 오토마타 개념과 작동 원리를 정리합니다. 1차시에 결정한 1순위를 선택하기 위 해 주제 뽑기용 오토마타의 움직임을 관찰합니다. 희망하는 주제를 선정하기 위해 움직임을 관찰한 주제 뽑기용 오토마 타에 추가 기계요소를 장착한 실전 주제 뽑기용 오토마타를 보고 모둠의 토의를 통해 회전 수 설계를 위한 전략을 수립 합니다. 모둠별로 1순위부터 4순위까지의 세부 주제를 분담하여 탐구하도록 합니다.
3차시에는 2차시에 수립한 전략대로 주제 뽑기용 오토마타를 구동하여 토의 주제를 선택합니다. 선택된 주제에 대해 토의하고 내용을 정리하여 발표 자료를 제작합니다. 이 주제에 대해 탐구한 모둠원이 간략하게 내용을 브리핑하고 이후 함께 이에 대해 토의를 합니다. 활동이 마친 후 토의한 내용을 생각하며 4차 산업혁명의 시대에 자신의 일자리에 대해서 도 고민하는 시간을 가지며 활동을 마무리합니다. 발표 자료는 공유하고 수업을 마친 후 SNS상에서 공유된 자료에 대해 함께 의견을 나누며 공감 활동을 이어갑니다.
기존의 사회정서학습 프로그램은 이론 위주의 획일적이면서 고전적 교육 방식이 주를 이루고 있습니다. 그리고 접근하 기 어려운 분야로 인식되어 타 과목과의 연계성이 부족한 실정입니다. 따라서 본 프로그램에서는 오토마타의 융합적 지 식을 기반으로 스스로 생각하고 몸으로 익히는 교육을 추구합니다. 미래 사회에서 주어진 문제에 대해 함께 생각하고 공 감하며 창의적으로 해결해나가는 데 중점을 두고 있습니다.