2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 최종보고서
2018. 11. 2.
광덕고등학교
【 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
과 제 개 요
과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 과학탐구실험 수업용 STEAM 프로그램 학교급 고등
학교 대상 학년(군) 2학년
중심과목 과학 (탐구 실험)
중심과목 성취기준 영역
[10과탐02-01]생활 제품 속에 담긴 과학 원리 [10과탐02-03]과학 원리를 활용한 놀이 체험
[10과탐02-09]과학의 핵심 개념으로 실생활 문제를 해결하거나, 탐구에 필요한 도구를 창의적으로 설계
연계과목 정보 수학 미술
연계과목 성취기준 영역
[12정보05-03]문제해결을 위한 컴퓨팅 장치 구성 [12정보05-04]피지컬 컴퓨팅 장치 동작 제어 프로그램 작성 [11수학03-07]수학적 귀납법의 원리
[12미적02-12]속도와 가속도에 대한 문제 해결
[12미01-03]현대의 사회 현상과 문제를 이해하고 미술을 통안 참여 방안을 모색
[12미02-02]조형 요소와 원리를 응용하여 창의적으로 표현 [12미02-04]주제와 표현 의도, 재료와 표현 방법, 매체, 표현 과정, 결과 등을 종합적으로 검토
연구기간 2018.3.협약체결일 ~ 2018.11.23.(약 8개월)
신청금액 일금사백만원(￦4,000,000)
참여연구원 5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명) 연구 수행자에 관한 사항
구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명
연구책임자 광덕고등학교 화학 교사 김규연
공동연구원 광덕고등학교 국어 교사 신희돈
공동연구원 광덕고등학교 정보 교사 이재원
공동연구원 광덕고등학교 수학 교사 장성일
공동연구원 광덕고등학교 미술 교사 남궁유빈
2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2018년 11월 2일
연구책임자 : 김 규 연 (인)
한국과학창의재단 이사장 귀하
“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
목 차
1. 요약문
··· 12. 서론
··· 13. 연구 수행 내용
··· 24. 연구 수행 결과
··· 45. 결론 및 제언
··· 4[부록] 부록1. STEAM 프로그램 개발 결과물 : 지도안
··· 5부록2. STEAM 프로그램 개발 결과물 : 학생 활동지
··· 25부록3. STEAM 프로그램 개발 결과물 : 수업 실시 보고서
··· 38
1. 요약문
본 프로그램은 2018년 광덕STEAM교사연구회에 의해 정리되고 수행된 결과물이다. 과 학탐구실험 수업에 활용될 수 있는 STEAM 프로그램을 총 3개 주제로 개발했고, 적용한 후 실시 결과까지 실었다.
2. 서론
m 다양한 교과목 교사가 연합하여 공동의 연구 과제를 수행함으로써 현실적 문제 해결력 을 갖춘 학습자 양성을 위한 연구 활동을 진행한다.
m 교내 STEAM 교사 연구회를 통해 우수 수업 자료를 개발하고, 이를 실제 적용함으로 써 학생들에게 나타나는 교육적 변화를 양적, 질적으로 검증한다.
m 학습자의 창의성, 흥미, 자기주도성을 높일 수 있는 활동을 구안한다.
m 과학적 원리가 적용된 활동에서 산출물을 내기 위해 정보, 과학 실험 기구 등을 적절 하게 활용하여 현실 문제 해결력을 갖춘 인재를 양성하는 프로그램을 기획/적용한다.
3. 연구 수행 내용
가. 연구 개발과학탐구실험 수업용 STEAM 프로그램
프로그램 개발 프로그램 적용 프로그램 평가
w 자율비행드론의 비밀, 아 날로그 드론을 통해 파헤 쳐보기(추진 기간이 부족 하여 당초 계획에서 변경 하여 진행함)
w 생활 속 과학 원리와 적 정기술에의 적용 w 오토마타를 이용한 창의
적 산출물 제작
w 대상 : 과학탐구실험 수업 학급 (60명), 정보/수학/과학/미술 동 아리(40명) 총 100명
w 적용 시기 : 협약체결일∼11월
w 실시 전/후 학생 설문조사 실시 w 학생 인터뷰 및
흥미도 검사 실시
결과 분석 및 프로그램 완성 w 결과 취합 후 생활기록부 기재(과목세부
능력 및 특기사항, 창의적 체험활동 영역) w 활동 결과 자료집 제작
w STEAM 선도그룹 성과 발표회 w STEAM 프로그램 개발 결과 공유
나. 연구 추진 내용
◦ 프로그램 개발 계획
STEAM 프로그램 구분
프로그램명 고등학교 과학탐구실험 수업용 STEAM 프로그램 학교급 고등학교 대상 학년(군) 1. 2학년
중심과목 과학 탐구 실험
중심과목 성취기준 영역
[10과탐02-01] 생활 제품 속에 담긴 과학 원리 [10과탐02-03] 과학 원리를 활용한 놀이 체험 [10과탐02-09] 과학의 핵심 개념으로 실생활 문제를 해결하거나, 탐구에 필요한 도구를 창의적으로 설계
연계과목 정보 수학 미술
연계과목 성취기준 영역
[12정보05-03]문제해결을 위한 컴퓨팅 장치 구성 [12정보05-04]피지컬 컴퓨팅 장치 동작 제어 프로그램 작성 [11수학03-07]수학적 귀납법의 원리
[12미적02-12]속도와 가속도에 대한 문제 해결
[12미01-03]현대의 사회 현상과 문제를 이해하고 미술을 통안 참여 방안을 모색
[12미02-02]조형 요소와 원리를 응용하여 창의적으로 표현 [12미02-04]주제와 표현 의도, 재료와 표현 방법, 매체, 표현 과정, 결과 등을 종합적으로 검토
개발 내용 주제
연번 차시
(시수) 과목 연계(안)
1 3 정보(2) + 과학탐구실험(1)
2 6 과학탐구실험(6)
3 3 과학탐구실험(1) + 수학(2)
다. 프로그램 내용
[주제 1] 자율비행드론의 비밀, 아날로그 드론을 통해 파헤쳐보기 - 미션 수행을 위한 아날로그 드론 설계 및 제작
< 미 션 > 아날로그 드론을 설계, 제작하여 드론의 원리 이해하기
<정보 교과 2> <과학탐구실험 1>
단계 과정 활동 내용
상황 제시 일상 속에 활용되는 드론의 적용 범위 알아보기 창의적 설계 아날로그 드론
설계 및 제작 미션 수행을 위한 아날로그 드론의 원리 이해하기 설계 및 제작
감성적 체험 미션 수행하기 아날로그 드론을 날리는 미션 수행 [주제 2] 생활 속 과학 원리와 적정기술에의 적용
- 생활 속 과학 원리를 탐구하고, 이를 적정기술로 발전시키는 수업 과정
수행 미션 확인 ⇒ 미션 수행을 위한
아날로그 드론 제작하기 ⇒
제작 드론 원리 정리, 비행해보기
< 미 션 > 생활 속 과학 원리를 찾아 적정기술로 발전시킨 산출물을 제작하기
단계 과정 활동 내용
상황 제시 및 창의적 설계
실생활에 적용되는 과학
원리 탐구
생활제품 속 과학 원리를 파악할 수 있는 실험을 통해 실생활에 적용되는 과학 원리 탐구
적정 기술로의
발전 최소 투자로 최대 효율을 낼 수 있는 제품 기획서 제출 및 제작
감성적 체험 결과물 및
성과 발표 적정기술에 적용된 과학 원리 설명 및 발표회
[주제 3] 오토마타를 활용한 창의적 산출물 제작
- 오토마타를 활용하여 창의적인 산출물 제작하기 수업과정
< 미 션 > 오토마타를 이용하여 학교 꾸미기
다양한 오토마타 작품 감상 ⇒
오토마타 설계 및 기어의 원리
이해
⇒ 작품 제작 및
꾸미기 ⇒ 창의 산출물 작품 발표회 및 전시
<수학 – 1차시> <과학탐구실험 – 1차시>
<수학 – 1차시>
단계 과정 활동 내용
상황제시 및 창의적 설계
오토마타에 적용되는 원리탐구
미션 수행을 위해 필요한 다양한 오타마타 감상을 통한 수학 및 과학의 원리 탐구
알고리즘 작성 미션 수행을 오토마타를 제어하는 알고리즘 작성
감성적 체험
미션 수행하기 학교환경과 잘 어울려진 창의 산출물 제작 수행
결과 발표 오토마타 작동 알고리즘 및 과학 원리 설명 및 확인 실생활에 적용되는 과학
원리 탐구 ⇒ 적정기술로의 발전 ⇒ 결과물 및 성과
발표하기
<과학탐구실험 – 6차시>
4. 연구 수행 결과
◦연구 수행 결과
구분 수행 계획
교수학습지도안 개발 차시 총 12차시 예정
수업 적용 일정 2018.04.10. ~ 2018.10.31.
(STEAM 수업)수혜학생 수 광덕고등학교 100명(고등학교 1,2,3학년 혼합) 예정 학생 태도검사 사전검사 6월 15일, 2학년 2개 학급 내외 (50명) 실시 완료
사후검사 11월 2일, 2개 학급 내외 (50명) 실시 완료 학생 및 교사 만족도조사 11월 6일 실시 완료
교사연구회 STEAM 행사 개최
2018.09.29. STEAM 교사연구회 주도 <우드 버닝을 이 용한 생활 용품 꾸미기> 클래스 실시
2018.10.11. STEAM 교사연구회 자체 세미나 실시
논문 또는 학술대회 해당 없음
특허출원(국외, 국내) 해당 없음
5. 결론 및 제언
가. STEAM 프로그램 개발 및 적용 관련 좋았던 점
- 학년 초 운영계획에 프로그램 적용과 대회(모형 자동차 운행 관련) 내용을 포함함으로써 교내 활동을 풍성하게 만들 수 있었음
- 2017년 활동을 이어서 수행하여 소프트웨어를 활용하되, 과학 탐구 역량을 키울 수 있는 프로그램을 구안함
나. STEAM 프로그램 개발 및 적용 관련 어려운 점
- 교과 중심으로 프로그램을 기획했으나, 고등학교 현장 사정 상(시간표 변경의 어려움, 모여 서 논의할 시간 부족) 교과 선생님이 연합하여 수업을 진행하기가 어려움
- 이와 같은 이유로 수업용 프로그램을 창의적 체험활동에 적용하여 실시함
다. STEAM 수업 수혜 학생들의 반응
- 창의적 체험활동 내용이 풍성하여 교내 동아리 발표대회 출전에 도움이 됨
- 2017년의 활동에서도 교육을 받은 내용을 바탕으로 완성품을 제작하고, 스스로 제작한 완 성품이 운행되는 것으로 큰 즐거움을 맛봄
[부록1] STEAM 프로그램 개발 결과물 : 지도안
고등학교 과학탐구실험 수업용 STEAM 프로그램 1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정
연번 차시 (중심과목)
2015 개정 교육과정 성취기준
(연계과목) 성취기준 영역 1 1~4/13 [10과탐02-01] 생활 제품 속에 담긴 과학 원리 [12정보05-03]
[12정보05-04]
2 5~10/13 [10과탐02-09] 과학의 핵심 개념으로 실생활 문제를 해결하거나, 탐구에 필요한 도구를 창의적으로 설계
[12미01-03]
[12미02-02]
3 11~13/13
[10과탐02-03] 과학 원리를 활용한 놀이 체험
[12미02-04]주제와 표현 의도, 재료와 표현 방법, 매체, 표현 과정, 결과 등을 종합적으로 검토
[11수학03-07]
2. STEAM 프로그램 총괄표(총12차시)
차시 주요내용
1~3 /12
주제(단원)명 자율비행드론의 비밀 : 아날로그 드론으로 파헤쳐보기
Co 알고 싶다! 드론의 비행 원리 [영상, 읽기 자료]
CD ‘아날로그 드론의 제작’을 통한 미션 수행 과정
ET 완성된 아날로그 드론 비행 수행 미션 확인 ⇒
미션 수행을 위한 아날로그 드론
제작하기
⇒
제작 드론 원리 정리 비행해보기
4~9 /12
주제(단원)명 생활 속 과학 원리와 적정기술에의 적용
Co ú 지구상 각지의 자연 환경과 생활양식 조사 ú 각 지역에서 활용되는 적정 기술에 대한 조사
CD ú 각 지역에서 활용되는 적정 기술에 대한 평가 및 개선 논의 ú 개선점을 반영하여 적정 기술 제품 설계 및 제작
ET 제작 결과 발표 및 평가
10~12 /12
주제(단원)명 오토마타를 활용한 창의적 산출물 제작
Co 우리 주변의 동체 찾기 [활동 자료]
- 구조적 결합에 의하여 연속적인 움직임이 발생하는 경우 찾아보기
CD 캠(CAM)을 활용한 움직임 만들기
캠(CAM)을 이용한 오토마타 설계안 제작 및 발표하기
ET 제작 결과 발표 및 평가
3-1. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안[1~3차시]
중심과목 과학탐구실험 학교급/학년(군) 고등학교/1학년
중심과목 성취기준
영역
10학년 과학탐구실험
중심과목 성취기준
[10과탐02-01] 생활 제품 속에 담긴 과학원리를 파악할 수 있는 실험을 통해 실생활에 적용되는 과학원리를 설명할 수 있다.
주제(단원)명 자율비행드론의 원리!
아날로그 드론으로 파헤쳐보기 차시 1~3 / 12
학습목표
연계과목 기술, 미술, 정보 연계과목
성취기준 영역
[12기가04-05]
[12미02-02]
[12정보02-03]
STEAM 요소
S 드론의 비행 원리
T 자율비해 드론에 적용된 기술 E 아날로그 드론 제작하기
A 스케치, 모델링을 통해 아날로그 드론 시각화 M
개발 의도
주위에서 쉽게 구할 수 있는 재료들을 활용하여 학생들이 모형 드론을 직접 제작하고 미션 을 수행하는 활동을 진행한다. 이 과정에서 발생하는 다양한 문제점을 발견하고, 문제 해결 을 위한 프로젝트 활동을 통해서 학생들은 드론의 비행 원리를 이해하고, 자율 비행 드론에 적용된 기술과 원리에 대해서도 이해할 수 있다. 또한 모둠별로 자신이 맡은 역할을 수행하 며 협업에 대한 긍정적 가치도 경험하게 될 것이다.
야외 공원에서 드론을 날리고 있는 사람들을 보는 것은 이제 더 이상 특별한 경험이 아니다. 드론을 직 접 날리기도 하고, 드론과 관련된 영상이나 소식 등이 매일같이 넘쳐나는 시대이다. 전장에서 군사적 목 적으로 활용되고 있는 드론에서부터 실종자를 찾는 드론, 농사일을 돕는 드론에 이르기까지 바야흐로 드 론 전성시대라고 불러도 과하지 않을 요즘이다.
드론에 관한 관심은 드론의 교육적 가치에 대한 관심으로 이어지고 있다. 여기에는 드론이 가지고 있는 교육적 가치가 학생들에게 호기심과 흥미를 이끌어 낼 수 있는 충분한 소재라는 것 뿐 만 아니라 드론에 적용된 과학적 원리, 최첨단 기술 그리고 드론 디자인과 관련한 미적인 요소들 그 자체로도 훌륭한 교육 적 가치를 가지고 있기 때문이다.
STEAM 학습준거
상황 제시
상 황 제 시
ú 제시한 상황을 드론과 연계하여 상황 속 주 인공에게 필요한 기술 과 아이디어 생각하기
ú 드론을 제작하고 미 션을 함께 수행할 모둠을 구성하고 역 할 파악하기
창 의 적 설 계
창의적 설계 ú 모둠별로 주어진 미 션 수행
ú 동료평가와 자기평가 를 통해 프로젝트 평가
감 성 적 체 험 ú 드론의 비행 원리와 자율비행
원리 적용한 드론 확인
ú 준비물을 활용하여 아날로그 드 론을 디자인하고 제작
감성적 체험
1차시 드론의 비행 원리와 모둠 구성
학습주제 드론의 비행원리와 미션 수행을 위한 모둠 구성 차시 1/3
과목 고등학교 1학년 | 과학탐구실험 / 정보
단원 과학탐구실험(2. 생활 속의 과학탐구) / 기술(4. 기술시스템) 교육
과정
중심 교과 • 2015개정교육과정 / 과학탐구실험 / 고등학교 1학년 / 생활 속의 과학탐구 관련 교과 • 2015개정교육과정 / 기술∙가정 / 고등학교 1학년 / 기술 시스템
학습목표 제시한 상황 속 주인공 사례를 바탕으로 드론의 비행원리와 자율비행 드론에 적용된 과학 적 원리를 이해하고 미션 수행을 위해 모둠을 구성할 수 있다.
융합준거
상황제시 문제에 봉착한 ‘지호’ 상황을 통해 자율비행 드론의 필요성에 대해 공감하기 감성적
체험 도전 미션 확인과 모둠 구성하기
준비물 교 사 PPT 학
생 활동지(구글문서로 공유) 학습
단계 교수·학습 활동 시간
(분)
자료 및 유의점
도입
도로정체로 인해 겪었던 어려움 공감하기
▣ 도로정체로 인해 약속시간을 지키기 못한 경험 상기하기 - 자신 도로정체로 겪었던 경험 발표하기
우선 교사가 먼저 자신의 경험을 이야기하면서 아이들의 공감을 불러일으킨 다 음 아이들의 이야기를 들어보는 것이 효과적이다.
▣ 제시한 상황 속 문제 해결방법 생각해 보기
꽉 막힌 거리로 중요한 약속시간을 지킬 수 없게 된 지호
- 극심한 도로 정체로 공항까지 제시간에 갈 수 있을지 걱정하는 지호의 마음을 짐작하 기.
- 목적지가 초행길이고, 정체된 도로 대신 약속시간에 맞춰 공항에 도착할 수 있는 방법에 대해 생각해보기
이 부분의 Focus는 도로가 정체된다는 점과 목적지까지 초행길이라는 점을 통해 목적지까지 자율적으로 비행하는 드론이 있다면 정해진 시간 내에 도착 할 수 있을 것이라는 점을 인식하는 것이 중요하므로 학생들로 하여금 이러 한 답변이 나오도록 유도하는 점이 중요하다.
10‘
활동지
전개 자율비행 드론 기술에 대해 알아보기
▣ 자율비행 드론의 현재 알아보기
자율비행 드론의 비행 영상
- 자율비행 드론에 적용된 기술과 과학적 원리 알아보기
기계적 장치를 통해 자율비행이 가능한 드론과 소프트웨어적 방법으로 자율비행 을 하는 드론을 소개하여 다양한 방법과 원리를 적용한 자율비행 드론이 가능함 을 안내한다.
▣ 드론비행의 과학적 원리와 짝수법칙 알아보기 - 뉴턴의 제3법칙(작용-반작용), 짝수법칙
▣ 도전 미션과 모형 드론 제작과정 안내하기 - 미션. 50cm 이상 상승하기
모형 드론 제작과정
50cm 이상 상승하기 미션을 성공할 경우 추가 미션(목표지점까지 비행하기)을 수행할 수 있음을 안내하여 원하는 목적지까지 비행하기 위해서는 앞서 살펴본 각종 장치와 소프트웨어가 필요함을 인식할 수 있도록 한다.
모형드론 제작 영상은 참고용으로 제시하고, 모둠에 따라 다양한 방법과 재료들 을 활용하여 드론을 제작할 수 있음을 안냉한다.
▣ 모둠 구성하기
https://yo utu.be/La Xc-jmN89
U
https://yo u tu. be/D NX3dKyN JHk
- 도전 미션을 수행하기 위한 모둠 구성하기
프로젝트 매니저, 디자이너, 엔지니어, 데이터 관리자 역할에 대해 안내하고 모 둠원 간의 충분한 협의 후에 역할을 정할 수 있도록 한다.
데이터 관리자의 경우 구글문서를 통해 공유된 활동지를 기록하고 관리하게 됨 을 안내하여 구글문서 활용에 어려움이 없는 학생을 선정될 수 있도록 한다.
정리
▣ 모형 드론 제작하기 안내 - 제작에 필요한 준비물 확인 - 과제물 안내하기
: 1차시 활동 관련 활동지 기록하기
5‘
2차시 아날로그 드론 제작하기
학습주제 아날로그 드론 제작하기 차시 2/3
과목 고등학교 1학년 | 과학탐구실험 / 미술
단원 과학탐구실험(2. 생활 속의 과학탐구) / 미술(2. 표현)
교육 과정
중심 교과 • 2015개정교육과정 / 과학탐구실험 / 고등학교 1학년 / 생활 속의 과학탐구
관련 교과 • 2015개정교육과정 / 미술/ 고등학교 1학년 / 표현
학습목표 제시한 영상 및 과정을 참고하여 미션 수행을 위한 아날로그 드론을 제작할 수 있다.
융합준거
상황제시
창의적 설계 아날로그 드론 제작하기 감성적 체험
준비물
교사 PPT
학생 활동지(구글문서로 공유), 드론 제작 준비물(기본 16종) 학습
단계 교수·학습 활동 시간
(분) 자료 및 유의점
도입
제작 준비물 확인 및 수령하기
▣ 모둠별 제작 준비물 확인하기
제작 영상과 활동지에 제시한 제작과정은 참고용으로만 활용하며 다양한 방법이나 형태로 제작할 수 있음을 안내한다.
▣ 모둠별 준비물 수령하기
모둠별로 필요한 제작 준비물을 모둠원들이 직접 준비할 수 있도 록 모둠별 바구니를 비치하고, 모둠에 따라서는 별도로 준비한 재 료들을 활용할 수 있음을 안내한다.
5‘
활동지
모둠별 재료 수령에 필요한 바구니
전개
아날로드 드론 제작하기
▣ 드론 디자인하기
학생들이 제작이 가능해야 하며, 미션을 수행하기 위한 드론임을 안내한다.
▣ 아날로그 드론 제작하기
40‘
- 날개, 날개 연결 프레임, 몸체 프레임 제작하기
충분한 양력을 만들고, 제작 시간을 절약하기 위해서 날개의 경우 인터넷을 이용한 기성품을 구입하는 것도 좋은 방법이 될 수 있다.
정리 ▣ 제작 과정 기록 확인하기
- 2차시 활동 관련 활동지 기록 5‘
3차시 아날로그 드론 비행하기
학습주제 미션 도전하기 차시 3/3
과목 고등학교 1학년 | 과학탐구실험 / 정보
단원 과학탐구실험(2. 생활 속의 과학탐구) / 정보(2. 자료와 정보의 분석)
교육 과정
중심 교과 • 2015개정교육과정 / 과학탐구실험 / 고등학교 1학년 / 생활 속의 과학탐구
관련 교과 • 2015개정교육과정 / 정보 / 고등학교 1학년 / 자료와 정보의 분석
학습목표 아날로그 드론을 이용하여 미션을 수행하며 발생한 문제점에 다른 해결방법을 찾아보고, 활동결과를 공유할 수 있다.
융합준거
상황제시 실제 드론을 이용한 미션 시범 비행하기 창의적 설계
감성적 체험 모둠별로 제작한 아날로그 드론을 이용하여 미션 도전하기
준비물 교사 PPT
학생 활동지(구글문서로 공유) 학습
단계 교수·학습 활동 시간
(분) 자료 및 유의점
도입
실제 드론으로 미션 시범 비행하기
▣ 실제 비행 드론을 이용하여 미션 수행하기
안전사고 예방을 위해 교사가 직접 비행을 하고, 미션 수행에 드 론의 방향 전환, 상승에 필요한 과학적 원리 등을 덧붙여 설명한 다.
5‘
활동지
전개
미션 도전하기
▣ 제작한 드론으로 미션 수행하기 미션 도전 영상
- 미션 수행 중 발생한 문제점을 분석하고, 해결방안 찾기
35‘
https://youtu.be/X-Y byctEg1g
안전사고 예방을 위해 미션 수행 장소와 모둠 활동이 이루어지는 공간의 간격을 충분하게 두고, 미션 도전 순서를 모둠별로 사전에 선정하여 모둠 간 충돌이 발생하지 않도록 한다.
▣ 활동 결과 발표하기 및 드론의 활용 가능성 의견 나누기 - 모둠별 제작 소감 발표하기
- 미션 수행 중 발생한 문제점과 해결방안에 대해 발표하기
발표를 희망하는 모둠을 대상으로 3분 정도 발표 기회부여, 발표 후 다른 모둠과 질의∙응답이 자연스럽게 이루어질 수 있도록 허용 적 분위기를 조성한다.
발표 주요 내용은 미션 수행 시 발생했던 문제점, 모둠에서 찾은 해결 방안과 모둠의 문제를 해결하기 위해 실제 드론에 적용된 방법이나 장치, 제작 소감 등이다.
▣ 동료 평가와 자기 평가하기
- 평가지에 맞게 동료 평가와 자기 평가하기
https://youtu.be/DN X3dKyNJHk
정리 ▣ 커리어 패스
- 커리어 패스 확인하기 5‘
3-2. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안[4~9차]
중심과목 과학탐구실험 학교급/학년(군) 고등학교/1~2 학년
중심과목 성취기준
영역
10학년 과학탐구실험
중심과목 성취기준
[10과탐02-09]
[10과탐02-07] 생활 속에서 발견한 문제 상 황 해결을 위한 과학 탐구 활동 계획을 수 립하고 탐구 활동을 수행할 수 있다.
주제(단원)명 생활 속 과학 원리와
적정기술에의 적용 차시 4~9/11
학습목표
과학의 핵심 개념으로 실생활 문제를 해결할 수 있다.
탐구에 필요한 도구를 창의적으로 설계하여 탐구 결과물을 제작할 수 있다.
생활 속에서 발견한 문제 상황 해결을 위한 과학 탐구 활동 계획을 수립하고 탐구 활동을 수행할 수 있다.
연계과목 미술, 정보, 세계지리 연계과목
성취기준 영역
[12미01-03]
[12미02-02]
[12세지02-01]
STEAM 요소
S 과학 탐구의 과정
T 적정기술과 지속가능한 발전 E -
A 세계의 자연환경과 인간 생활 M -
개발 의도
세계 각지의 자연 환경과 그로 인해 발달한 적정기술을 알아보고, 적정기술의 효용에 대해서 생각해보도록 한다. 협업을 통해 기존 적정기술을 보완하거나 새로운 적정기술을 제안하는 활동을 지도하고자 한다.
본 수업은 적정 기술이 필요한 지역적 특성에 대해 이해하고, 이를 토대로 활용 중인 적정 기술을 조사하여 그 성패 를 평가해봄으로써 적정기술의 효용에 대해서 생각해볼 수 있도록 합니다. 더불어 기존에 활용 중인 적정 기술의 개 선점을 찾거나 새로운 적정 기술을 제안하는 설계를 통해 학생들로 하여금 협업하여 성취하는 과정을 경험하게 합니 다. 협업을 위해 각자의 역할을 분담하고 해결점을 고민하는 과정을 통해 적정 기술 개발을 위해 어떤 노력이 필요 했는지 적정기술의 전문가 역할을 수행하면서 깨달을 수 있도록 합니다.
STEAM 학습준거
상황 제시
상 황 제 시
ú 지구상 각지의 자연 환경과 생활양식
ú 각 지역에서 활용되 는 적정 기술에 대 한 조사
창 의 적 설 계
창의적 설계
ú 모둠별 문제 제시 및 적정 기술 제안 발 표
ú 소감문 작성
감 성 적 체 험 ú 각 지역에서 활용되는 적정 기
술에 대한 평가 및 개선 논의 ú 개선점을 반영하여 적정 기술
제품 설계 및 제작
감성적 체험
4차시 세계 각지의 자연과 인간 생활 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 15 분)
Co 세계 각지의 특수한 지리적 환경, 그로 인해 파생되는 적정 기술 알아보기 https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2442522&cid=51636&categoryId=5 1636
http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&oid=052&aid=0 000391167&sid1=001
- 아프리카 케냐의 적정기술 <EBS다큐프라임 “착한 기술, 희망을 쏘다.>
(적정기술은 간단하고 소박한 기술로 가난한 사람들의 삶을 변화시키는 기술이다.
케냐에 가서 모심기 방법부터 새로운 탈곡방식까지 한국식 농법을 전수하는 사람들 의 이야기이다.)
◉세계 각지에는 특수한 지리적 환경과 그로 인해 발달하는 생활양식이 있다. 그로 인해 발달한 적정 기술이 있다면 각지의 기후, 지리적 환경과 관련하여 조사해보 자.
Tip! 영상 자 료 둘 중 선택 하여 재생할 수 있음
전개 ( 30 분)
Co 적정기술의 정의 및 적정기술의 목표, 활동 - 적정기술의 정의
지역적, 사회적, 경제적, 문화적인 차이로 인해 동일한 기술이 적용될 수 없는 상황 속에서 사회 공동체의 여러 가지 조건을 고려하여 해당 지역에서 친환경적이며, 지속적인 생산과 소 비가 가능하게 하여 빈곤 문제를 해결하고 자립을 도울 수 있는 기술을 적정 기술
- 소외된 90%를 위한 디자인 혁명
적정기술은 좋은 의도를 가진 서투른 수선쟁이보다는 냉정한 기업가에 의해 개발되어야 성공 할 수 있다고 말한다. 폴락의 운동은 그간 기술 설계 과정에서 고려되지 않았던 소외된 90%
의 빈곤 계층을 자선의 대상이 아니라 고객으로 바라보고, 그들이 필요한 물건을 사기 위해 얼마를 지불할 수 있으며 어떤 의향이 있는지 배움으로써 적절한 가격의 디자인을 실현하는 것을 목표로 삼는다. 전 세계 인구의 90%를 차지하는 빈곤층 소비자들의 관심을 끌기 위해 소규모의 저렴한 기술을 설계하는 폴락의 운동은 지불 능력이 막강한 소수의 소비자를 주요 고객으로 삼아 온 기존의 상품 디자인을 정면으로 비판하는 ‘디자인 혁명’인 것이다. 2007년 뉴욕에서 개최된 ‘소외된 90%를 위한 디자인(Design for the other 90%)’ 전시회는 다시 한 번 적정기술 운동을 북돋고 있다.
Co 각 지역별로 적정기술이 발달된 배경에 대해 알아보고, 제품에 적용된 원리를 조사하기
Tip! 학생들 이 직접 찾 아보고 활 동지를 작 성할 수 있 도록 안내 한다.
< 적정기술 제품의 예 >
1. 수질이 나쁜 물을 바로 필터로 정화해 마실 수 있는 라이프스트로(LifeStraw).
- 출처: Vestergaard Frandsen
2. 전기 없이 낮은 온도를 유지할 수 있는 항아리 냉장고(Pot-in-Pot Cooler).
3. 수원으로부터 쉽게 물을 끌어올 수 있게 제작된 슈퍼 머니메이커 펌프(Super MoneyMaker Pump). - 출처: KickStart
4. 개발도상국의 어린이에게 정보와 교육의 기회를 주기 위해 저렴한 가격으로 제작 된 XO-1 컴퓨터. - 출처: One Laptop Per Child
CD 현재 적용되는 적정 기술이 제안된 배경과 각 적정기술의 효용(혹은 성패), 발 전 가능성에 대해 평가해보자.
- 4인 1조 역할 분담
- 적정 기술 디자이너, 친환경 설계 전문가, NGO 활동가, 기획자
Tip! 다른 예 - G-saver - Q드럼 - 페트병 전
등 - 플 레 이 펌
프 - 태 양 광 을
이용한 살 균 물통 -폴드 스코
프 정리
( 5 분) ET 조사내용 및 논의한 사항을 정리하여 발표한다.
5~8차시 개선점을 반영하여 적정 기술 제품을 설계하고 제작하기 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 10 분)
Co 세계 각지의 특수한 지리적 환경, 그로 인해 파생되는 적정 기술 예시 – 해수 담수화 기술
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2446916&cid=51647&categoryId=51 647
- 사막의 물부족을 기술로 극복한 사례
◉조별로 맡은 역할에 따라 현재의 적정 기술을 평가한 내용을 정리하여 발표하기
Tip! 영 상 자 료 혹은 읽기 자료를 활용
전개 ( 35 분)
CD 개선점을 반영하여 적정기술 제품 설계 -개선점 찾기
: 기존 제품에 부족한 점, 혹은 보완해야 할 점이 없는지 ‘경제성, 사용 방법, 원 리 이해의 어려움, 폐기물 발생 등’의 관점에서 평가해보기
-개선점을 반영하여 수정된 적정기술 제품 제안
-접근 방법으로서의 ‘디자인 싱킹’
<디자인 싱킹이란>
일상 속에서 직관적인 관찰을 통해 규칙을 발견하고 그 이면에 담긴 의미를 찾아서 새롭 게 연결하는 접근 방식으로 다양한 문제를 창의적으로 해결하는 방법이다.
<디자인 싱킹의 주안점>
사용자 중심 : 모든 이해 관계자들의 입장에서 생각한다.
대화 중심 : 사용자와의 지속적인 상호 작용을 위해 대화를 강조한다.
지속적인 반복 : 사용자의 지속적인 피드백을 통해 문제를 개선한다.
다양한 해결 방법 : 가능한 많은 아이디어를 내고 해결 방식을 찾아 본다.
Tip! 다 음 과 같은 주제 예 시가 있다.
(예) 항아리 냉장고의 온 도 유지 시간 및 사용 설명 서 제작 (예) 항아리 냉장고의 Pot 크기에 따른 효율 정리 (예) 항아리 냉장고의 Pot 에 모래, 흙을 섞는 비율과 온도 유지 시 간 (예) 태양광을 이용한 정수 통 재현 및 설명서 제작 (예) 라이프 스트로우 구 조를 재현한 간이 정수기 (예) 천연 오 일을 활용한
적정 기술을 파악하고 개선이 필요한 영역의 문제정의 -> 상황관찰 -> 방향설정 -> 문제해 결방법구상 -> 테스트를 통해 직접 문제를 생성하고 해결해보는 경험을 할 수 있도록 안내한 다.
CD 모둠별로 설계한 내용에 따라 각자 기획에 맞는 결과물을 제작하기 - 모형, 설계도, 보고서, 광고물, 개선한 제작 완성품 등
- 테스트 진행하기 : 실제 제작된 제품의 장단점 파악하기
모기 퇴치제 개발 및 마케 팅 방안 구상
정리
( 5 분) 제작 내용을 모둠별로 정리한다.
9차시 모둠별 결과 발표, 적정기술 전문가로서 활동한 소감 정리 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 5 분)
적정 기술을 적용한 사례 <TED 적정기술을 활용한 집짓기>
http://www.ted.com/talks/dan_phillips_creative_houses_from_reclaimed_stuff?langua ge=ko
◉조별 활동 내용을 정리하여 발표할 수 있도록 준비
전개 ( 40 분)
ET 조별 결과물 전시 및 5분 발표
- 교실 후면 전시 공간에 조별 결과물을 전시하고 조당 5분 내외로 발표 수행
ET 모둠별 기획에 맞는 결과물 제작 동기, 과정, 결과에 대해서 발표한다.
정리 ( 5 분)
◉조별로 평가
적정기술은 따뜻한 기술을 실현하는 인도적인 영역이자, 기술적인 역량/디자인역량/
환경을 종합하는 융합 분야이다. 다양한 영역에 대한 흥미와 관심을 가진 학생들이 적극적인 진로 탐색을 수행할 수 있도록 동기를 부여하며 수업을 마무리 한다.
3-2. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안[10~12차]
중심과목 과학탐구실험 학교급/학년(군) 고등학교/1~2학년
중심과목 성취기준
영역
10학년 과학탐구실험
중심과목
성취기준 [10과탐02-03] 과학 원리를 활용한 놀이 체험
주제(단원)명 오토마타를 활용한
창의적 산출물 제작 차시 10~12 / 12
학습목표
연계과목 수학, 미술 연계과목
성취기준 영역
[12미02-04]
[11수학03-07]
STEAM 요소
S 운동 형태의 전환 방법, 힘의 평형과 분산, 힘의 전달 방법과 운동의 분석 T 각 단계의 연결 방법의 구조적 특징과 기계적 구동장치의 제작
E 여러 가지 재료를 활용하여 간편하고 견고한 오토마타의 설계 및 제작방안
A 동물과 사물의 움직임을 심미적 디자인과 설계, 재미있는 주제의 창의적 자동기계의 제작 M 대칭과 비대칭의 조합, 균형과 불균형의 조화, 원, 타원, 왕복운동의 전환
개발 의도
오토마타의 수학과 과학적 원리를 알아보고 사물의 움직임을 분석하여 창의적인 다양한 오 토마타 제작을 통하여 과학적 흥미와 호기심과 더불어 심미적 감성을 불러일으키고 과학적 원리를 학습하며 재미있는 오토마타를 융합적 사고를 통하여 제작을 할 수 있다.
오토마타는 손잡이를 돌려 회전운동을 상하운동으로 바꾸는 크랭크(crank) 장치를 기본으로 하여 제 작자의 창의력과 기계, 공학적 원리를 더하여 다양한 예술작품으로 제작되고 있다.
이 오토마타를 자세히 살펴보면 학생들이 과학 시간에 배우는 에너지와 도구 및 수학시간에 배우는 다양한 이차곡선 등 여러 가지의 과학적 원리를 찾아 볼 수 있다
특히 캠(회전운동을 직선운동으로 바꾸는 기계요소), 크랭크(회전운동을 상·하·좌·우 왕복운동으로 바 꾸는 기계요소), 기어(원판 모양의 회전체에 같은 간격의 돌기를 만들어 서로 물리면서 운동이나 동력 을 전달할 수 있으며 회전 속도 등을 변환 시킬 수 있는 장치), 링키지(가늘고 긴 형태의 막대를 결합 시켜 일정한 운동이나 힘을 전달, 제어할 수 있는 장치) 등이 오토마타에서 원하는 움직임을 만들기 위해 알아야할 기본 요소이다. 학생들은 기계장치의 움직임을 확인하고, 자신이 원하는 움직임을 어 떻게 만들 수 있을 지에 대해서 고민하고 제작하면서 융합적으로 사고하고 행동할 수 있도록 한다.
STEAM 학습준거
상황 제시
상 황 제 시
ú 우리 주변의 동체 찾기
ú 구조적 결합에 의해 연속적인 움직임이 발생하는 자동차 엔 진과 같은 장치 찾 아보기
창 의 적 설 계
창의적 설계
ú 제작 결과 발표 및 평가
감 성 적 체 험 ú 캠(CAM)을 이용한 움직임 만들
기
ú 캠(CAM)을 이용한 오토마타 설 계안 제작 및 발표하기
감성적 체험
10차시 우리 주변의 동체 찾기 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (10 분)
Co 우리 주변의 움직이는 물체 찾기
- 생활주변에서 전기, 모터 등을 이용하지 않고 인간이나 자연의힘으로 작동하여 새로운 움직임이 발생되는 예를 찾아보자.
- 찾아진 예를 가지고 몇 가지로 크게 분류하여 보자.
1. 바람과 물을 이용한 움직임 2. 압력을 이용한 움직임 3. 구조적 결합을 이용한 움직임
Co 구조적 결합에 의하여 연속적 움직임이 발생하는 경우 보기
톱니(기어) 구조 캠 구조
★ 톱니기어를 활용한 생활물건 찾기
★ 캠(CAM)구조를 활용한 생활물건 찾기
동영상
전개 (30 분)
CD 캠(CAM)을 활용한 움직임 만들기 - 종이모형 도면 배부
- 종이를 오리고 조립하여 캠 만들기 종이도면 완성
CD 캠(CAM) 모양의 변화에 따른 움직임 변화 유추하기 - 만들어진 종이 축에 캠의 모양을 다르게 하여 꼽아보기 - 활동지에 캠 모양의 변화에 따른 움직임을 기록하고 유추해보기
★발견1. 캠은 회전운동을 직선운동으로 바꾼다.
★발견2. 캠의 모양에 따라 다양한 패턴의 운동이 가능하다.
▪캠(CAM)구조로 만들어진 작품 동영상 보기 - 오토마타 작품 영상 보기
▪ 작품에 나타난 움직임과 캠이 적용된 부분 찾기
★발견3. 움직임을 표현에 캠만으론 부족하다. 다른 원리를 찾아보자.
동영상
정리 (10 분)
▪캠(CAM) 만들기 활동 정리 및 원리 정리
CD 과제제시
-팀별 캠(CAM)을 이용한 오토마타 작품 설계하기
11차시 오토마타 설계안 제작하기 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (15 분)
CD 과제 확인
★캠(CAM)을 이용한 오토마타 설계안 발표하기
- 팀별로 사용된 캠의 종류 및 수학적, 물리적 원리 찾고 몇가지로 크게 분류하 여 보자.
- 사용된 캠의 장점과 단점을 비교해 보기
★자신의 팀 오토마타 설계안 수정해보기
- 다른 팀의 캠을 활용하여 원하는 움직임 만들어 보기
▪구조적 결합에 의하여 운동방향이 바뀌는 경우 보기 크랭크 구조
★ 크랭크를 활용한 생활물건 찾기
동영상
Tip!
전개 (25 분)
CD 크랭크를 활용한 움직임 만들기
- 활동지(종이모형 도면) 및 수수깡과 막대 스틱 배부 - 종이를 오리고 조립하여 크랭크 만들기
종이도면 완성
CD 크랭크를 추가하여 움직임 변화 유추하기 - 만들어진 종이 모형에 여러 개의 크랭크를 연결해보기 - 활동지에 크랭크의 변화에 따른 움직임을 기록하고 유추해보기
★발견1. 크랭크는 회전운동을 상·하·좌·우 왕복운동으로 바꾼다.
★발견2. 크랭크의 개수와 위치에 따라 다양한 패턴의 운동이 가능하다.
▪크랭크 구조로 만들어진 작품 동영상 보기 - 오토마타 작품 영상 보기
▪ 작품에 나타난 움직임과 크랭크가 적용된 부분 찾기
★발견3. 다양한 움직임을 표현에 크랭크만으론 부족하다. 다른 원리를 찾아보 자.
정리 (10 분)
▪크랭크 만들기 활동 정리 및 원리 정리
CD 과제제시
- 팀별 크랭크를 이용한 오토마타 작품 설계하기
12차시 오토마타 발표하기 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (15 분)
CD 과제 확인
★크랭크를 이용한 오토마타 설계안 발표하기
- 팀별로 사용된 크랭크의 종류 및 수학적, 물리적 원리 찾고 몇가지로 크게 분 류하여 보자.
- 사용된 크랭크의 장점과 단점을 비교해 보기
★자신의 팀 오토마타 설계안 수정해보기
- 다른 팀의 크랭크를 활용하여 원하는 움직임 만들어 보기
▪구조적 결합에 의하여 연속적 움직임이 발생하는 경우 보기 링키지 구조
★ 링키지를 활용한 생활물건 찾기
동영상
Tip!
전개 (25 분)
CD 링키지를 이용한 움직임 만들기
- 활동지(종이모형 도면), 수수깡, 막대스틱 배부 - 종이를 오리고 조립하여 링키지 구조만들기 종이도면 완성
CD 링키지 사용에 따른 움직임 제어 유추하기 - 만들어진 종이 축에 캠의 모양을 다르게 하여 꼽아보기 - 활동지에 링키지에 변화에 따른 움직임을 기록하고 유추해보기
★발견1. 링키지를 결합시키면 일정한 운동이나 힘을 전달, 제어할 수 있다
★발견2. 운동의 제어를 통해 다양한 운동이 가능하다.
▪작품 동영상 보면서 링키지 사용 - 오토마타 작품 영상 보기
▪ 작품에 나타난 움직임과 캠이 적용된 부분 찾기
★발견3. 움직임을 표현에 캠, 크랭그와 링키지를 활용하면 원하는 움직임을 만 들 수 있지 않을까?
정리 (10 분)
▪링키지 만들기 활동 정리 및 원리 정리
▪과제제시
- 팀별 톱니기어, 캠, 크랭크, 링키지를 활용하여 나만의 오토마타 설계하기
6. 차시별 학생 평가기준 및 방법
▢ 수행․관찰 평가 계획 평가
영역 평가항목 우수(A) 보통(B) 미흡(C)
감성적 체험
집중과 끈기
문제를 생성하고 해결하는 집중력이 좋으며 과제를 끈 기 있게 해결함
과제에 대한 집중력은 있으 나 끈기가 부족함
과제에 대한 집중력과 끈기 가 부족함
호기심과 자신감
새로운 내용을 배우고 싶어 하며 융합적 과제를 해결할 때 어려워하지 않고 적극적 으로 참여함
새로운 내용에 대해 약간의 흥미가 있으며 융합적 과제 를 해결할 때 어려워하지만 참여함
새로운 내용에 대해 흥미가 거의 없으며 융합적 과제를 해결할 때 어려워하고 참여 하지 않음
창의성
문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 두드러지게 나타남
문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 가끔씩 나타남
문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 거의 나타나지 않음
창의적 설계
및
감성적 체험
해결방안 및 계획
적정 기술에서 원리를 찾고 적용하는 과정이 구체적이고 정확함
적정 기술로부터 원리를 찾 고 적용하는 과정 부족하여 정확도가 떨어짐
적정 기술에서 원리를 찾아 이해하고 적용하는 과정을 이해하지 못함.
문제해결 과정
스스로 생성한 문제를 해결 하는 과정이 타당하며, 논리 적임.
스스로 생성한 문제와 문제 해결 과정에 논리성이 낮으 나 문제 해결에 대한 집념이 커 문제를 해결함
스스로 문제를 생성하지 못 하고, 적정 기술과 관련된 문제를 해결하지 못함
산출물 도출
제작한 산출물이 적정기술의 원리를 응용한 것이며 융합 적 사고의 결과물로 평가됨.
제작한 산출물에 적정기술의 원리가 부분적으로 드러나며, 융합적 사고에 부분적으로 적합함.
제작한 산출물이 적정기술의 원리와 무관하며 융합적 사 고가 반영되지 않음.
총평
▢ 수행․관찰 평가 기록지 평가
영역 이름
감성적 체험 창의적 설계
집중과 총평 끈기
호기심과
자신감 창의성 해결방안 및 계획
문제해결 과정
산출물 도출
[부록2] STEAM 프로그램 개발 결과물 : 학생 활동지
1) 드론을 직접 제작하며 자율비행 드론의 원리를 이해할 수 있어요.
2) 미션을 수행하며 드론의 비행원리를 즐겁게 이해할 수 있어요.
가위, 자, 글루건, 칼, 순간 접착제, 니퍼, 롱노우즈, 전동 드릴, 비드, 실, 철사, 책받침(드론 날개), 고무줄, 와셔, 나무젓가락
질문 지호에게 필요한 드론이 갖추어야 할 기능은 무엇이 있을지 생각해 봅 시다.
오늘은 제주도로 수학여행을 가는 날.
들뜬 마음 때문에 밤잠을 설쳐서일까? 알람을 놓쳐버린 지호.
비행기 출발 시간까지 40분밖에 남지 않았는데...
공항까지 가는 길도 모르고, 무엇보다 지금은 출근 차량으로 길들이 꽉꽉 막혀버린 상황.
이대로라면 지호는 친구들과 함께 떠날 수 없는데.
출처 : YTN 뉴스화면 캡쳐
한 번도 가보지 않은 공항, 그리고 출근 차량으로 주차장이 되어 버린 도로를 피해 지호는 과연 비행기 출발 시간까지 공항에 도착할 수 있을까?
출처 : 영화「형사 가제트(1999)」한 장면
1. 자율비행 드론의 원리는 무엇일까요?
❐ 두 사례를 통해 자율비행이 가능한 드론에 적용된 원리를 살펴봅시다.
자율비행 드론의 비행 영상
<영상> 자율비행 드론
2. 드론을 날게 하는 과학적 원리와 짝수의 법칙은 무엇일까요?
❐ 뉴턴의 제3법칙(작용-반작용)
드론의 프로펠러 수는 대부분 짝수로 이루어져 있다. 물론 고정익기의 경우 프로펠러가 한 개이기도 하지만 회전익기의 경우 대부분 프로펠러의 수가 짝수이다. 이것은 뉴턴의 제3법칙 작용-반작용으로 설명할 수 있는데, 한쪽 방향으로 회전하는 프로펠러의 힘을 상쇄할 수 있는 반대 방향으로 회전하는 힘이 존재하지 않는다면 물체는 한쪽 방향으로 회전하고 말 것이다. 예를 들면 동체 중심에 연결된 메 인 프로펠러와 꼬리 부분에 연결된 프로펠러를 가진 헬리콥터의 경우 꼬리 부분의 헬리콥터가 작동하 지 않는다면 몸체는 계속해서 돌기만 하게 된다. 영화 속에서 종종 꼬리 날개가 파손된 헬기가 빙글빙 글 돌며 방향을 잃고 추락하는 장면이 바로 그 상황인 것이다. 또한 하늘을 나는 모든 비행체에 적용 되는 힘도 짝수 법칙으로 설명할 수 있으며, 비행체를 위로 들어 올리는 힘(양력)-지구가 비행체를 끌 어당기는 힘(중력), 비행체를 앞으로 밀어내는 힘(추력)-공기가 뒤로 잡아끄는 힘(항력)이 작용-반작용의 법칙에 의해 작용된다.
▲드론 비행원리
(출처:http://news.joins.com/article/18468817)
3. 미션과 드론 제작과정을 확인해 볼까요?
도전 미션과 드론제작 영상
<영상> 드론제작영상
4. 모둠을 구성하고 각각의 역할들이 수행해야 하는 일에 대해 정리해 봅시다.
팀명 : 날아라 다빈치
역할분야 학번 이름
프로젝트 매니저 101○○ 이○○
디자이너 101○○ 김○○
엔지니어 101○○ 홍○○
데이터 관리자 101○○ 최○○
프로젝트 매니저가 하는
일?
프로젝트 일정을 관리하며, 모둠원 간 협업이 원활하게 이루어질 수 있도록 함.
디자이너가
하는 일? 아날로그 드론을 디자인하며, 엔지니어와 함께 드론을 설계함.
엔지니어가 하는 일?
디자이너와 함께 드론을 설계하고, 드론의 주요 부분을 직접 제작함. 또한 미션 수행 중 발생할 수 있는 파손에 대비함.
데이터 관리자가 하는 일?
프로젝트를 진행하며 발생하는 자료들을 수집하고 정리하며, 온라인 협업도구(구글문 서)를 이용하여 모둠원들이 활동지를 기록할 수 있도록 함.
5. 드론 제작에 필요한 준비물을 확인하고 모둠별로 준비물을 수령해 봅시다.
❐ 공통으로 제공되는 준비물을 확인
준비물
가위 자 글루건 칼
순간 접착제 니퍼 롱노우즈 드릴
비드 실 철사 책받침
고무줄 와셔 나무젓가락 헬륨풍선
❐ 모둠에서 선택한 준비물 기능과 역할에 대해 생각해 봅시다.
❐ 자율비행 드론의 주요 장치와 대체할 준비물 자율비행
드론 모터 기체 프레임 프로펠러 배터리 자이로센서 GPS
아날로그
드론 고무줄 나무젓가락 책받침 고무줄 감기
날개 감기 횟 수 및 고무줄 탄성 조절
4개 날개 감기 횟수 조절
준비물 기능과 역할
가위 부품 자르기
자 크기 측정
글루건 부품들 간의 붙이기, 고정
칼 부품 자르기
순간접착제 부픔들 간의 붙이기, 고정
니퍼 철사 자르기
롱노우즈 철사 휘기
드릴 동축 구멍 내기
비드 날개와 동축, 철사 연결하기
실 부품들 간의 고정
철사 고무줄 걸이 및 날개 고리
책받침 날개
고무줄 날개 동력
와셔 동축과 철사 사이 연결
나무꼬지 프레임 제작
헬륨풍선 비드와 철사 간의 연결
6. 드론 제작하기
❐ 드론 디자인하기
❐ 드론 제작하기(단계별 과정은 참고자료에 제시) 드론제작 과정과 영상
<영상> 드론제작영상
7. 미션을 도전하며 활동 결과 기록하기 1차(미션:50cm 이상 상승하기)
❐ 미션을 성공하기 위해서는 4개 프로펠러의 회전방향이 정확해야하며, 드론이 상승할 수 있도 록 충분한 추력이 필요합니다. 고무줄 감기가 끝난 후에는 비행 전까지 프로펠러를 모둠원들 이 직접 고정하고, 비행 신호에 맞춰 고정을 해제하여 미션에 도전에 봅시다.
비행 결과
드론 외형
전면 측면 조감도
결과
미션 수행
회차 고무
줄 감기 횟수
날개1 날개2 날개3 날개4 상승높이
예)1 10회 10회 10회 10회 0
예)2 50회 50회 50회 50회 30cm
발견된 문제
① 날아오르지 않는다.
② 충분한 상승이 이루어지지 않는다.(30cm 상승)
③ 한쪽 방향으로 치우쳐 상승한다.
④ 고무줄이 끊어진다.
번호 추측 원인 해결 방안 적용 결과
① 양력 부족 고무줄 감기 횟수 증가 날아오름
② 양력 부족 고무줄 추가 날아오름
③ 날개 간 추력 차이 날개별 고무줄 감기 횟수 조절 수직으로 상승함
④ 고무줄 강도 부족 고무줄 종류를 변경 끊어지지 않음
주의할 점 1. 날개의 연결 방향과 날개의 회전 방향이 정확해야함.
2. 50cm 이상 상승하기 위한 고무줄 감기 최소 횟수를 확인해 보자.
7. 미션을 도전하며 활동 결과 기록하기 2차(미션:50cm 이상 상승하기)
❐ 1차 도전 결과로 발생한 문제점이 있다면 그 원인과 이유를 찾아 해결하고 50cm 이상 상승 을 위한 2차 도전을 수행합니다.
비행 결과
드론 외형
전면 측면 조감도
결과
미션 수행
회차 고무
줄 감기 횟수
날개1 날개2 날개3 날개4 상승높이
예)1 10회 10회 10회 10회 0
예)2 50회 50회 50회 50회 30cm
발견된 문제
① 날아오르지 않는다.
② 충분한 상승이 이루어지지 않는다.(30cm 상승)
③ 한쪽 방향으로 치우쳐 상승한다.
④ 고무줄이 끊어진다.
번호 추측 원인 해결 방안 적용 결과
① 양력 부족 고무줄 감기 횟수 증가 날아오름
② 양력 부족 고무줄 추가 날아오름
③ 날개 간 추력 차이 날개별 고무줄 감기 횟수 조절 수직으로 상승함
④ 고무줄 강도 부족 고무줄 종류를 변경 끊어지지 않음
주의할 점 이전 단계에서 확인한 고무줄 감기 최소 횟수를 바탕으로 4개의 날개에 각각 추가로 고무줄을 감았을 때 상황을 확인해 보자.
8. 활동 결과 발표하기
❐ 모둠별로 활동 결과와 소감을 발표해 봅시다. 그리고 자신이 속한 모둠에서 미션에 성공했다 면 성공 원인과 문제 해결방안에 대해 다른 모둠과 공유해 봅시다.
9. 활동 평가하기
( 2 ) 모둠 ( 12 )번호 이름 : ( 김○○ ) 평가
방법 평가
영역 평가기준 평가 척도
상 중 하
자기 평가
감성적 체험
즐거운 마음으로 적극적으로 활동에 참여하였는가? (흥미, 참여도) ○ 모둠별 도전 과제 해결을 위해 스스로 기여했다고 생각하는가? (성취
감, 보람) ○
창의적 설계
드론의 과학적 원리를 잘 이해하고 창의적으로 설계하였는가? ○
도전 미션을 수행하기 위해 과학적 원리를 적용한 탐구 활동을 수행
하였는가? ○
동료 평가
감성적
체험 모둠별로 역할 분담이 잘 되었으며 협동적으로 활동이 이루어졌는가? ○
10. 커리어 패스
❐ 드론 개발자
“유인(有人) 드론이 위험하다고요?
무인 자동차보다 훨씬 안전한 교통수단이 유인 드론입니다.”
올해 초 세계 최초의 유인 드론 ‘이항184’를 만들 어 세계적 주목을 받은 중국 드론업체 이항 (Ehang·n航)의 슝이팡(熊逸放·27) 공동창업자 겸 최 고 마케팅책임자(CMO)가 기자에게 건넨 첫마디였 다. 4월 21일 중국 베이징에서 열린 장난감 박람 회 ‘하비엑스포차이나’의 이항 부스에서 만난 슝 창업자는 세계적 정보기술(IT) 업체의 우두머리가 아닌 수수한 공대생처럼 보였다.
면도를 하지 않은 얼굴, 덥수룩한 더벅머리, 허름한 회색 티셔츠 차림이었지만 드론 이야기 를 꺼내자 눈빛이 매섭게 변했다. 그가 왜 2014년 4월 이항을 설립한 지 불과 2년 만에 세 계 드론업계를 쥐락펴락하는 젊은 거물이 됐는지 알 수 있었다.
▲이항 창업자 슝이팡(출처:서울포럼 2016)
❐ 드론 조종사
세계 최연소 드론 챔피언
"계속 선수 생활을 하면서 공부도 열심히 해 공군사관학교에 진학하고 싶어요.“
최근 아랍에미리트 두바이에서 열린 '월드 드론 프 리(World Drone Prix) 2016' 대회에서 우승하고 돌 아온 경기 파주 봉일천초등학교 6학년 김민찬(12)군 은 "전투기 조종사가 되는 게 꿈"이라고 말했다. 초 등학생이 드론(Drone·무인기) 조종 기술을 겨루는 세 계 대회에서 우승을 차지하기는 처음이다.
김군은 KT의 드론 레이싱팀 '기가 파이브(GiGA5)' 소 속으로 이 대회에 참가해 최연소 출전과 최연소 우 승 기록을 세웠다. 김군은 빠른 시간 안에 코스를 완주해야 하는 '레이싱 부문'에선 16강 진출에 실패 했지만, 약 3분 동안 묘기를 뽐내야 하는 '프리스타 일 부문'에선 공중 제비돌기 등의 현란한 기술을 선보이며 1위를 차지했다. 프리스타일 부문 에는 당시 세계 랭킹 1~4위 선수가 모두 출전했지만, 김군이 이들을 따돌렸다.
(출처 : http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2016/04/14/2016041400135.html )
이항은 군사용 목적으로 개발된 후 항공 촬영, 농약 살포 등에 주로 쓰이던 드론이 교통수 단으로 발전할 수 있음을 보여줘 드론의 신기원을 개척했다는 평가를 받고 있다. 특히 세계 1위 DJI를 겨냥해 ‘싼 가격’으로만 승부하는 다른 중국 드론업체와 달리 이항은 처음부터 ‘자 율비행’이란 명확한 콘셉트로 차별화를 추구했다. 올해 2월 미 경제월간지 패스트 컴퍼니가 이항을 ‘세계 최고 혁신기업’으로 선정한 이유다.
(출처 : http://soda.donga.com/Main/3/all/37/797986/1 )
드론 제작과정
드론 제작하기(제작 동영상-http://youtu.be/DNX3dKyNJHk)
(1단계) 날개 제작
동축 자르기 중앙에 구멍뚫기 철사 연결하기
(1단계) 날개 제작
동축 연결하기 날개 자르기 날개 붙이기
1단계 제작 시 주의사항
날개의 방향을 주의하며, 드릴과 니퍼, 철사 등을 사용하며 안전 사고 에 주의한다.
(2-1단계) 날개 제작
비즈 끼우기 비즈 붙이기 비즈 고정하기
(2-2단계) 날개 제작
연결 부분 실로 묶기 고리 만들기 몸체에 붙이기
2단계 제작 시 주의사항
연결 부분은 실, 글루건, 순간접착제를 이용하여 단단하게 고정하며, 비즈 구멍 안으로 접착제가 들어가지 않도록 한다.
(2-3단계) 날개 프레임 제작
연결부분 실로 묶기 고리 만들기 프레임에 붙이기
(2-4단계) 날개 프레임 제작
하단 고리 만들기 고무줄 연결하기 4개 만들기
2단계 제작 시
주의사항 고리 제작 시 고무줄이 연결될 수 있도록 간격을 유지한다.
(3단계) 몸체 프레임 제작
프레임 교차하기 연결부분 묶기
3단계 제작 시 주의사항
4개의 날개에서 발생하는 추력을 지탱할 수 있도록 몸체 프레임은 단 단하 재질로 제작해야 하며, 90도의 간격으로 연결되도록 한다.
(4단계) 날개 프레임과
몸체 프레임 연결하기
프레임 간 연결하기 모든 프레임 연결하기 덮개 부착하기
4단계 제작 시 주의사항
몸체 프레임의 단단한 고정과 드론이 상승할 때 발생하는 공기의 저항 을 줄일 수 있도록 덮개를 제작한다.
[부록3] STEAM 프로그램 개발 결과물 : 수업 실시 보고서
수업일시 2018.09.19.~10.24. 수요일
수업대상 OSOF 동아리 21명 (1,2학년 혼합)
수업주제 자율비행드론의 원리! 아날로그 드론으로 파헤쳐보기
수업성찰
일체의 전자장치를 사용하지 않은 아날로그 드론을 제작하고 주어진 미션을 수행하면 서 자율비행드론에 적용된 과학적 원리와 장치들에 대해 이해하는 것에 주안점을 두고 수업을 진행하였다. 미션 수행을 수행하는 감성적 체험에서는 많은 학생들이 기대 이 상으로 즐거워하는 모습을 보며 보람을 느낄 수 있었음.
학생반응
m 학생 활동 과정
m 학생 활동 결과물
수업일시 2018.08.29.~09.19. 매주 수요일
수업대상 과학동아리 Love In Scientific Activity 26명 (1,2학년 혼합)
수업주제 적정기술 전문가 되기[4~9차시]
수업성찰
‘적정기술 전문가 되기’ 수업에서 세계 각지의 특수한 지리적 환경과 그로 인해 나타 나는 현상에 대해 생각해보고, 조사한 결과를 바탕으로 적정 기술의 필요성을 인지하 도록 수업을 구성했다. 그러나 실제로는 학생들이 적정 기술 작품을 제작해보는 데에 초점을 맞춰 활동을 하고 그 결과를 발표 자료로 제작하는 데에 초점을 맞췄다.
모둠 활동을 통해 의사소통, 협업 능력을 향상시키는 데에는 성공했으나 융합적인 본래의 취지는 살리지 못했다고 생각한다.
학생반응
m 학생 활동 과정
m 학생 활동 결과물
수업일시 2018.04.10.~05.23. 매주 수요일
수업대상 주니어 소프트웨어 아카데미 22명 (1,2,3학년 혼합)
수업주제 오토마타 설계 및 제작하기[10~12차]
수업성찰
§ 오토마타 설계에서 제작과정까지 총 3차시로 예상하였으나 실제 제작에 걸리는 시간 을 포함하여 8차시 정도로 진행됨.
§ 3학년 학생들의 경우 제공된 영상만으로도 제작 원리(기어의 작동)에 대해서 충분히 이해하고 설계가 가능했으나, 학년이 낮을수록 설계하기 어려워하는 경향을 보임.
§ 결과물 제작 후 학생들의 만족도가 높았음. 스스로 원리를 이해하여 설계한 후 제작 하여 완성품을 내놓았다는 점에서 성취감을 느끼는 것으로 보임.
학생반응
m 학생 활동 과정
m 학생 활동 결과물
작품명 : 파도 작품명 : 망치
작품명 : 박수 작품명 : 돌고래
