“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로

(1)

2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2018. 10. 31.

도 촌 초 등 학 교

(2)

과 제 개 요

과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 아두이노/3D펜 기술을 활용한 미래형 교통수단 프로젝트로 융합적 사고능력 기르기

학교급 초등

학교 대상 학년(군) 5~6학년

중심과목 과학 중심과목 성취기준 영역

[초등학교 5~6학년] (7)물체의 운동 [초등학교 5~6학년] (17)에너지와 생활

연계과목

수학 사회 실과 미술

연계과목 성취기준 영역

[초등학교 5~6학년] (1)수와 연산 / (2)도형 / (3)측정 [초등학교 5~6학년] (8)통일 한국의 미래와 지구촌 평화 [초등학교 5~6학년] (4)기술 시스템 / (5)기술 활용 [초등학교 5~6학년] (2)표현 / (3)감상

연구기간 2018.4.1. ~ 2018.11.23.

연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 4명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 3명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 도촌초등학교 전담 교사 장성혜

공동연구원 상운초등학교 담임 교사 박신규

공동연구원 내성초등학교 담임 교사 이웅직

공동연구원 봉화초등학교 담임 교사 한주헌

2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2018년 10월 31일

연구책임자 : 장성혜 (인)

(3)

“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

1. 요약문

4차 산업혁명시대가 도래함에 따라 교육도 많은 변화를 요구하고 있다. 특히 알파고 와 인공의료기 왓슨과 같은 인공지능을 가진 로봇이 등장함에 따라 사회적 관심이 소 프트컴퓨팅 사고력에 기반을 둔 다양한 오픈소스 하드웨어(HW)와 소프트웨어(SW)를 활 용한 메이커(Maker)로서의 과학에 쏠리고 있다. 때문에 이러한 소프트웨어와 하드웨어 적 교육을 학교 교육현장에서 적용할 도구로 아두이노를 선정하였고 ○○의 농촌지역 의 학생들 대상으로 적용해보고자 하였다.

이러한 연구를 위해서 ○○지역의 교사들 중 STEAM 교육에 관심이 있는 4명과 함께

『아두이노/3D펜 기술을 활용한 미래형 교통수단 프로젝트로 융합적 사고능력 기르 기』라는 주제로 총 15차시에 걸쳐 운영하였다. 또한 이러한 프로젝트가 연계성을 가 지도록하기 위해서 스토리를 제작하여 학습도입 부분에 적용하였으며, 아이들이 흥미 를 가지도록 하기 위하여 학생들 스스로 프로젝트를 구성하여 미래형 자동차 만들기에 그치지 않고 미래형 도시를 건설하기도 하였다.

더불어 연구의 원활한 운영과 학생들의 도구사용 및 제작을 위하여 ○○교육지원청 발명교육센터과 협력을 통해 학생들이 3D프린터, 레이저 가공기 등 다양한 첨단기기와 공작기계를 활용할 수 있도록 하였다. 또한 2016년부터 STEAM교사연구회를 운영함으로 써 STEAM 프로그램 개발 및 적용에 대한 교사들의 전문성을 키우고 STEAM교육에 대한 기반이 탄탄하게 조성되어 있다.

이러한 인적・물적 환경 조성을 바탕으로 관내 3개 초등학교 5, 6학년 학생 51명과

○○교육지원청영재교육원 초등과학발명 학생 14명을 대상으로 적용하였다.

2. 서론

가. 연구의 필요성

- 4차 산업시대가 도래함에 따라 교육에도 많은 변화를 요구하고 있다. 알파고와 왓슨과 같은 인공지능의 등장으로 인해 교육에서도 소프트웨어교육의 중요성이 부각되고 있다. 시대적 사회적 요구에 부응하여 아두이노를 통해 소프트웨어 교 육을 다른 교과와 연계하여 융합적으로 구현해 보고자 하였다.

- 『아두이노/3D펜 기술을 활용한 미래형 교통수단 프로젝트』프로그램은 미래형 자동차 만들기를 주로 하며 창의적 설계는 학생이 중심이 되어 설계 가능하도록 하였다. 이는 현재 우리 교육이 안고 있는 교과 속 분절과 교과 간 분절되어 있 는 학습을 통합적으로 구현할 뿐만 아니라 학습자 중심의 스팀 프로그램 구현에 기여하고자 본 프로그램 적용의 필요성을 제안한다.

(5)

나. 연구의 목적

본 연구의 목적은 아두이노를 활용한『아두이노/3D펜 기술을 활용한 미래형 교통수 단 프로젝트』 프로그램을 개발․적용하여 초등학생의 융합적 문제해결력에 어떠한 영 향을 미치는지 알아보는데 있다. 이러한 목적 달성을 위한 세부적인 연구 목표는 다음 과 같다.

첫째, 아두이노를 활용한『아두이노/3D펜 기술을 활용한 미래형 교통수단 프로젝트』

운영을 통한 융합적 사고 만들기로 프로그램의 목적, 내용, 방법을 탐색하고 프 로그램을 구안한다.

둘째, 개발된 『아두이노/3D펜 기술을 활용한 미래형 교통수단 프로젝트』 프로그램 을 현장 적용하여 초등학생의 융합적 문제해결력에 미치는 영향을 분석한다.

셋째, 개발된 『아두이노/3D펜 기술을 활용한 미래형 교통수단 프로젝트』 운영을 통하여 융합적 사고 만들기에 대한 프로그램 교육 및 홍보를 통하여 일반화한 다.

다. 연구의 범위

위와 같은 연구의 목적을 달성하기 위하여 본 연구는 다음과 같은 연구의 범위를 설정하였다. STEAM 교사연구회 회원 지도 학생을 대상으로 하여 실시하였다. ○○지역 의 초등학교 5,6학년 학생 65명을 대상으로 적용하였다. 창의적체험활동, 교과, 방과 후 시간을 활용하여 적용하였으며, 영재교육원은 매주 토요일 영재교육원 수업을 할 때 적용하였다.

더불어 소프트웨어교육이 도시지역보다 농촌지역에 시급히 보급되고 연구되어야 할 필요성에 따라 아두이노를 활용한 STEAM프로그램 운영으로 융합적 소프트웨어 사고 함 양을 목적으로 하고자 하였다.

3. 연구 수행 내용

가. STEAM 프로그램 연구 및 적용

21세기 혁신의 아이콘 스티브 잡스는 기술, 공학 분야와 창의성을 융합하여 아이폰 으로 대변되는 새로운 시장을 개척했다. 우리 학생들이 살아갈 미래에는 창의적 아이 디어와 과학기술 경쟁력이 더욱 중요해질 것이며, 그것이 곧 국가 경쟁력이 되는 시대 이다. 또한 미래의 기술 혁신은 무에서 유를 창조하는 것이 아니라, 기존의 기술을 새 롭고 조화롭게 융합하는 것이 관건이므로, 융합적 사고가 필수적이다.

이에 본 교사연구회에서는 로봇, 아두이노 활용 융합인재교육을 통해 학생들의 창 의적인 문제해결력을 기르고 보다 앞서가는 과학교육을 위해 융합인재교육(STEAM)에 접근하고자 한다. 융합인재교육(STEAM)에 대한 올바른 이해와 연구를 바탕으로 2017년 개발된 프로그램을 재구성하여 실생활 중심의 재미있고 흥미 있는 융합인재교육 (STEAM) 프로그램을 연구하고 적용하고자 하였다.

(6)

❍ STEAM 프로그램 적용 대상

대상 학년 학생수 시기 방법 비고

내○초등학교 5 20

9~10월 교과, 창체,

방과후 읍지역

봉○초등학교 6 20

도○초등학교 5,6 11

초등과학발명영재 5~6 12명 8~9월 영재교육과정 읍,면지역

❍ STEAM 프로그램 개요

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 아두이노/3D펜을 활용한 미래형 교통수단 프로젝트로 융합적 사고능력 기르기

학교급 초등학교 대상 학년(군) 5~6학년

중심과목 과학 성취기준 영역 [초등학교 5~6학년] (7)물체의 운동 [초등학교 5~6학년] (17)에너지와 생활

연계과목

수학 실과 사회 미술

연계과목 성취기준 영역

[초등학교 5~6학년] (1)수와 연산 / (2)도형 / (3)측정 [초등학교 5~6학년] (8)통일 한국의 미래와 지구촌 평화 [초등학교 5~6학년] (4)기술 시스템 / (5)기술 활용 [초등학교 5~6학년] (2)표현 / (3)감상

개발결과

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 2 사회(1)+실과(1)

2 5 미술(2)+실과(3)

3 1 실과(1)

4 2 실과(1)+과학(1)

5 2 실과(1)+과학(1)

6 2 실과(1)+미술(1)

적용결과

❍ 아두이노와 3D펜을 활용한 과학기반 STEAM프로그램이 학생들의 흥 미 유발에 적절하며 첨단과학기반 STEAM수업에 도움이 되었다.

❍ 본 수업 적용 후 학생들의 과학학습동기와 창의적 문제해결력에 효과 를 볼 수 있었으며 STEAM수업에서 창의적 설계 과정에 학생이 직접 참여하여 설계함으로써 보다 적극적 참여를 이끌어 내었다.

❍ 3D펜을 활용한 자동차 디자인하기는 학생들의 아이디어를 구체화하 는데 유용하여 STEAM수업에서 산출물 제작에 활용도가 높다.

❍ 초등학생들에게 아두이노는 아직 생소하고 어려운 부분이 있어 지도 에 보다 많은 시간이 요구되었으나 학생들의 흥미를 유발하는데는 도 움이 되어 아두이노 활용 과학기반 STEAM 프로그램 개발과 적용이 요구된다.

(7)

나. STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사

❍ STEAM 수업 평가 방법 개발

평가 영역 평가 내용 평가 방법

지식과 내용 • 미래사회의 변화 모습을 알고 미래형 교통수단을 만들기 위

한 방법을 모색하였는가? 수행평가

기능 및 기술

• 사회의 변화 모습을 이해하고 동력을 달리한 미래형 교통수 단을 만들어 조작하였는가?

• 창의융합형 인재가 되기 위해 필요한 역량을 익히고 실천하였는가?

• 창의적인 아이디어로 미래형 교통수단을 설계하고 제작하였는가?

산출물 평가

정의적 측면 • 탐구 과정에 흥미를 가지고 참여하였는가? 관찰평가

의사소통 • 탐구활동 시 서로의 생각을 공유하였는가? 관찰평가

/ 동료평가

❍ 적용 성과 조사

학생 태도검사

사전검사 5월 30일, 4개 학급(52명) 실시 완료 사후검사 10월 31일, 4개 학급(52명) 실시 완료

선정 이유 읍면지역 학생의 스팀프로그램 적용에 따른 태도 변화 관찰 (다인수 학급과 소인수 학급 적용)

다. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

Ÿ ○○교육대학교 영재교육원 과학영재과정 강사 및 교수진과 협력 연구 Ÿ ○○발명교육센터의 지원과 협력으로 프로그램 운영의 효율성 강화

Ÿ STEAM 프로그램 개발 시 ○○창의성지원단(북부권) 초‧중등 교사의 자문 요청 Ÿ 관내 희망 교사를 대상으로 STEAM교육에 대한 이해와 프로그램 운영의 실제를

안내하고 실습할 수 있는 기회 제공

Ÿ STEAM프로그램 공개 수업 후 학교, 교육청 등에 보도자료를 제공하여 홍보활 동 강화 및 창의융합선도학교에 개발된 STEAM프로그램 학년군별 재구성 적용 Ÿ 첨단과학기반 STEAM교육을 위한 교사의 역량 강화를 위해 아두이노, 드론, 마이

카, 오조봇 등을 활용한 코딩교육 연수 실시(참여 희망 교사에게 재능 나눔)

(8)

순 주제 내용 대상 비고

1 학생대상 아두이노 교육

- 2018. 4. 25. ~ 5. 23.

- 아두이노 활용 코딩교육 - 첨단과학 활용 발명교육

-초5~6 -8명

발명교육센터 연계

2 학생대상 로봇 교육

- 2018. 5. 30. ~ 6. 27.

- 오조봇, 큐보, 스팀로봇 등 - 첨단과학 활용 발명교육

-초5~6 -8명

3 학생대상 드론 교육

- 2018. 7. 4. ~ 7. 25.

- 드론 활용 코딩교육 - 첨단과학 활용 발명교육

-초5~6 -8명

4 학생대상 창의발명교육

- 2018. 8. 6. ~ 8. 8.

- 창의문제 해결하기 - 드론, 로봇 등 발명교육

-초3~6 -60명

5 학생대상 창의융합교육

- 2018. 8. 6. ~ 8. 8.

- 인문학놀이 및 창의문제 해결하기 - 드론, 로봇 등 과학교육

-초1~6(도촌초) -45명

6 수업공개 - 2018. 6. 27.(수), 10.08.(화)

- 수업 공개 -컨설팅단 선도학교컨설

팅

7 교사천문연수

- 2018. 7. 4.

- 천체망원경조립, 작동법 - 여름철별자리 관측하기

-희망 5명 연구회 주관

8 지역유관기관 연계 천체교실

- 수시

- 주관: 국립백두대간수목원

- 내용: 천체관측 및 별자리 이야기

-신청자 연구회원

강사 지원

9 영재캠프

천체교실

- 2018.7.27.(금)

- 천체관측 및 별자리 이야기

-봉화영재교육원

학생 및 교사 강사 지원 10 교사 아두이노

연수

- 2018. 7. ~ 9.(6회)

- 아두이노 활용 수업 적용 -희망 5명 연구회 주관 11 STEAM교육

원격연수

- 연중

- 한국과학창의재단 연수 참여 -연구회 전원 - 2명 이수 12 모델링/드론/

천체연수

- 2018. 10. 30.(화)

- 3D모델링, 드론, 천체 관측 연수

-초중등교사 24명

발명교육센터 후원 운영

라. 프로그램 개발 중점사항

Ÿ 아두이노/3D펜기술의 의미와 생활의 변화를 이해하고 진로탐색에 도움 Ÿ 아두이노를 이용한 코딩의 기초를 익히고 실물 제작에 활용

Ÿ 3D펜을 이용하여 아이디어를 구현하는 메이커교육 실천 Ÿ 기술(실과)과 과학 중심의 프로그램 개발

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4. 연구 수행 결과

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시 총 14차시 개발

수업 적용 일정 2018.9.1. ~ 2018.10.31.

(STEAM 수업)수혜학생 수 내○ , 봉○, 도○초등학교, ○○영재교육원 5~6학년 65명

학생 태도검사

사전검사 5월 30일, 4개 학급(52명) 실시 완료 사후검사 10월 31일, 4개 학급(52명) 실시 완료

학생 및 교사 만족도조사 10월 31일 완료

교사연구회 STEAM 행사 개최

Ÿ 4월~7월 학생 대상 아두이노/드론/로봇 교육 Ÿ 8. 6.(월) ~ 8. 8.(수) STEAM캠프 운영(강사 지원) Ÿ 10. 17.(수) 지오데식돔 설계 가족캠프 운영\

Ÿ 10. 30.(화) 교사연수(3D모델링, 드론, 천체관측)

논문 또는 학술대회 해당없음

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

5. 결론 및 제언

가. 결론

아두이노를 활용한 과학기반 STEAM 프로그램이 과학학습동기와 창의적 문제해결력에 미치는 영향의 변화를 분석한 결과는 다음과 같이 정리할 수 있다.

첫째, 아두이노를 활용한 과학기반 STEAM 프로그램을 적용한 결과, 초등학생들의 과학 학습동기를 향상시키는데 효과가 있었다. 향상된 과학학습동기 요소에는 주의력, 관련 성, 만족감이 있었다. 반면 자신감은 유의미한 변화가 일어나진 않았다. 이를 통해 아두 이노를 활용하여 STEAM프로그램을 적용하면 학생들의 흥미를 유발하고, 스스로 문제를 해결하는 과정 속에서 자연스럽게 주의력, 관련성, 만족감 신장에 긍정적인 영향을 준다 는 것을 알 수 있다.

둘째, 아두이노를 활용한 과학기반 STEAM 프로그램을 적용한 결과, 초등학생들의 창의 적 문제해결력을 향상시키는데 효과가 있었다. 아두이노를 활용하여 비구조화된 문제 상 황을 스스로 해결해 보는 과정 속에서 프로그래밍의 논리적인 구조에 대해 사고할 기회 를 갖게 되고, 문제 해결을 위한 창의적인 전략을 세우는데도 도움이 되었음을 알 수 있 다. 결론적으로 아두이노를 활용한 과학기반 STEAM 프로그램이 과학학습동기와 창의적 문제 해결력을 높이는데 효과적이라 할 수 있다.

(10)

나. 제언

본 연구회는 연구를 통해서 얻게 된 결론을 바탕으로 후속되어야 할 연구를 다음과 같 이 제언하고자 한다.

첫째, 아두이노를 활용한 과학기반 STEAM 프로그램이 실험집단의 과학학습동기와 창의 적 문제해결력에 긍정적 효과를 보여주었으나 대조집단에 대한 비교 연구를 하지 못하였 으므로 전통적 수업이 진행되는 대조집단과 함께 비교하는 연구가 필요하다.

둘째, 아두이노를 활용한 과학기반 STEAM 프로그램이 많이 부족한 실정이라, 이와 관 련된 프로그램에 관한 연구가 필요하다. 아두이노를 활용하게 됨으로 인하여 기존의 과 학기반 STEAM 프로그램과는 차별화된 프로그램이 필요하다.

셋째, 3D펜 또는 3D프린터를 활용하여 아이디어를 구체화할 수 있는 메이커교육을 하 기 위한 제반 여건 조성이 필요하다.

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부록 1 STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

아두이노/3D펜 기술을 활용한 미래형 교통수단 프로젝트로 융합적 사고능력 기르기

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취 목표/요소

1~2 사회 과학

[6사01-06] 우리나라의 산업구조의 변화와 교통 발 달 과정에서 나타난 특징을 탐구한다.

[6과04-03] 우리 생활에 첨단 생명과학이 이용된 사 례를 조사하여 발표할 수 있다.

[6과07-03] 일상생활에서 속력과 관련된 안전 사항 과 안전장치의 예를 찾아 발표할 수 있다.

○ S : 아두이노/3D펜 기술이 이용 된 사례 조사하여 발표하기

○ T/E：자동차의 발달 과정 살펴 보기

○ A： 아두이노/3D펜 기술이 적용 된 교통수단의 특징 발표하기

3~7 수학 미술

[6수02-03] 선대칭도형과 점대칭도형을 이해하고 그릴 수 있다.

[6미02-04] 조형 원리(비례, 율동, 강조, 반복, 통 일, 균형, 대비, 대칭, 점증･점이, 조화, 변화, 동세 등)의 특징을 탐색하고, 표현 의도에 적합하게 활용할 수 있다.

○ T/E：미래형 자동차 디자인하기

○ A：다양한 모양의 자동차 창의적으 로 디자인하기

8 과학 실과

[6과13-01] 전지와 전구, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설명할 수 있다.

[6실05-07] 여러 가지 센서를 장착한 로봇을 제작한다.

○ S : 전류가 흐르는 방향 알아보기

○ T/E：아두이노 스케치 화면에 코딩 하기

○ A：LED에 불이 커지는 장치에 대해 발표하기

9~10 실과

[6실04-09] 프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그 래밍 과정을 체험한다.

○ T/E：아두이노와 모터드라이브 (L9119), DC모터를 사용하여 움 직이는 바퀴 만들기

○ A：완성한 움직이는 바퀴 장 치에 대해 발표하기

11~12 실과

[6실04-09] 프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그 래밍 과정을 체험한다.

○ T/E：아두이노와 초음파센서, 움직임 센서를 사용하여 움직 이는 바퀴 만들기

○ A：완성한 장애물 감지 장치 에 대해 발표하기

13~14

수학 과학 실과

[6과07-02] 물체의 이동 거리와 걸린 시간을 조 사하여 속력을 구할 수 있다.

[6실04-05] 다양한 재료를 활용하여 수송 수단을 구상하고, 제작한다.

○ S : 에너지의 전환 및 사용하기

○ A：미래형 자동차 발표하기

○ M：미래형 자동차 설계 및 제 작하기

(12)

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 14차시)

차시 학습 내용

1~2 차시

소주제 아두이노/3D펜 기술과 이동수단을 만나요

[활동 1] 교통수단의 발달 과정 알기 ^Co

교통수단의 발달 과정과 생활의 변화 모습을 알아본다.

[활동 2] 아두이노/3D펜 기술 알기 ^Co

아두이노/3D펜 기술의 의미와 생활 속에 이용된 사례를 알아본다.

[활동 3] 아두이노/3D펜 기술이 적용된 교통수단 탐색하기 ^Co ^CD 아두이노/3D펜 기술이 적용된 교통수단을 조사하여 특징을 탐색한다.

3~7 차시

소주제 자동차 디자인하기

[활동 1] 다양한 디자인의 자동차 살펴보기 ^Co 다양한 모양의 자동차를 찾아 디자인을 탐색할 수 있다.

[활동 2] 아이디어 발상기법으로 자동차 디자인하기 ^CD 자동차의 외형 창의적으로 디자인할 수 있다.

[활동 3] 미래형 자동차 외형 제작하기 ^ET

3D펜을 이용하여 디자인한 자동차의 외형을 제작할 수 있다.

8 차시

소주제 아두이노야, 놀자!

[활동 1] 아두이노 사용법 알아보기 ^Co

아두이노와 컴퓨터를 이용하여 코딩하는 방법을 알아본다.

[활동 2] LED의 이용한 전류의 방향 알아보기 ^CD

전지, 전선, LED를 연결하여 불을 켜고, 전류가 흐르는 방향을 알아본다.

[활동 3] 조명장치 발표하기 ^ET

완성한 장치를 발표하여 다른 모둠원과 공유한다.

9~10 차시

소주제 바퀴야, 굴러라!

[활동 1] 움직이는 바퀴 만들기 ^CD 모터드라이브와 DC모터를 연결한다.

아두이노를 활용하여 바퀴가 움직이도록 코딩한다.

[활동 2] 완성한 바퀴 장치 발표하기 ^ET

완성한 바퀴 장치를 발표하여 다른 모둠원과 공유한다.

11~12 차시

소주제 장애물이 있으면 멈춰라!

[활동 1] 여러 가지 센서 다루기 ^CD 초음파 센서를 설치하고 코딩한다.

움직임 센서를 설치하고 코딩한다.

[활동 2] 완성한 장치 발표하기 ^ET

완성한 바퀴 장치를 발표하여 다른 모둠원과 공유한다.

13~14 차시

소주제 나만의 자동차 만들기

[활동 1] 미래형 자동차 설계하기 ^CD

아두이노가 부착도리 자동자를 디자인할 수 있다.

[활동 2] 미래형 자동차 제작하기 ^CD

아두이노를 활용하여 미래형 자동차를 제작할 수 있다.

[활동 3] 미래형 자동차 발표하기 ^ET

완성한 자동차를 발표하여 다른 모둠원과 공유한다.

(13)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

주제 아두이노/3D펜 기술을 만나요 대상 초 5~6학년

학습 목표

아두이노/3D펜 기술과 교통수단의 변화 모습을 이해할 수

있다. 차시 1~2차시

단계 교수ㆍ학습 활동 자료(▣) 및

유의점(※)

도입 (10분)

◎동기유발하기

• ‘자료①’을 보고 발표하기 - 생체 모방을 이용한 드론입니다.

• 생체 모방 드론은 어떤 특징을 갖고 있는지 살펴보기 - 박쥐의 날개를 모방했습니다. 등

◎ 공부할 문제 확인하기

아두이노/3D펜 기술과 교통수단의 발달 모습을 알아 봅 시다.

◎ 학습안내

【활동1】교통수단의 발달 과정 알기

【활동2】아두이노/3D펜 기술 알기

【활동3】아두이노/3D펜 기술이 적용된 교통수단 탐색하기

▣①생체모방드론 읽기 자료

전개 (60분)

【활동1】교통수단의 발달 과정 알기

CD◎ 교통 발달 과정에 대해 알아보기 • 교통수단의 발달에 대해 살펴보기

- 산업의 발달과 교통수단의 발달과정을 연관 지어 살펴본다.

- 첨단과학기술이 활용된 교통수단의 예를 찾아본다.

【활동2】아두이노/3D펜 기술 알기

CD◎ 아두이노/3D펜 알기

• 아두이노/3D펜 기술의 정의 알기

- 스마트폰, PC를 넘어 자동차, 냉장고, 세탁기, 시계 등 모든 사물 이 인터넷에 연결되는 것을 사물인터넷(Internet of Things)이라고 한다.

◎ 아두이노/3D펜 기술이 적용된 사례 알기

• 아두이노/3D펜기술이 적용된 사례를 찾아 발표하기

- 식물의 열매를 보고 만든 벨크로가 있다 등을 조사하여 발표한다.

【활동3】아두이노/3D펜 기술이 적용된 교통수단 탐색하 기

ET ◎아두이노/3D펜 기술이 적용된 교통수단 발표하기 • 아두이노/3D펜 기술이 적용된 교통수단을 조사하여 발표하기 - 아두이노/3D펜 기술이 적용된 여러 가지 교통(이동)수단을 찾아 그 특징을 탐색하고 발표한다.

▣ 노트북, 발표자료

※인터넷을 이용 하여 교통수단의 발달과정을 조사 한다.

※아두이노/3D펜 기술이 적용된 다 양한 사례를 찾고 어떤 특징이 적용 되었는지 탐색한 다.

▣ 인터넷, 발표자료

정리 (10분)

◎ 정리하기

• 이번 수업 시간을 통해 알게 된 점이나 느낀 점 이야기하기 • 차시 예고

- 다음시간에는 자동차 바퀴를 만들어 보겠습니다.

(14)

주제 자동자 디자인하기 대상 초 5~6학년 학습

목표 미래형 자동차를 창의적으로 디자인하여 제작할 수 있다. 차시 3~7차시

유의점(※)

도입 (10분)

• 주변의 다양한 모양의 자동차 탐색하기

- 주변에서 볼 수 있는 자동차 모양의 특징을 찾아본다.

• 다양한 디자인의 자동차 찾아보기

- 인터넷 검색을 통해 자동차 디자인을 찾아본다. 등

미래형 자동차를 창의적으로 디자인하여 제작해 봅시다.

◎ 학습안내

【활동1】다양한 디자인의 자동차 살펴보기

【활동2】아이디어 발상기법으로 자동차 디자인하기

【활동3】미래형 자동차 외형 제작하기

▣①LED를 이용 한 여러 가지 동 영상자료

전개 (170분)

【활동1】다양한 디자인의 자동차 살펴보기

CD◎ 자동차 디자인 탐색하기

• 다양한 모양의 자동차 외형 디자인 탐색하기

- 여러 가지 자동차의 외형 특징을 찾고 디자인을 탐색한다.

【활동2】아이디어 발상기법으로 자동차 디자인하기

◎ 아이디어 발상기법 알기

• 10가지 아이디어 발상기법 알기

- 아이디어 발상기법으로 간단한 발명아이디어 산출 방법을 익 힌다.

CD ◎ 창의적인 자동차 디자인하기

• 아이디어 발상기법으로 자동차 디자인하기

- 자동차의 외형을 아이디어 발상기법으로 브레인스토밍을 한다.

- 모둠별 아이디어를 구체적인 그림으로 그려 자동차의 외형을 디자인하다.

【활동3】미래형 자동차 외형 제작하기

ET ◎ 3D펜 사용법 익히기 • 3D펜의 원리와 사용법 익히기

- 3D펜의 구조를 알고 안전한 사용법을 익힌다.

◎ 3D펜으로 자동차 제작하기

• 3D펜으로 자동차의 외형을 부분별로 제작하기

- 디자인 자동차의 외형을 제작하고 연결하여 자동차를 완성한 다.

▣ 태블릿

※인터넷 검색으 로 다양한 모양의 자동차 디자인 탐 색하기

▣ 도안 참고 작 품

※자동차의 옆면은 한쪽만 그린 후 뒷면에 비친 모습을 따라 그려 대칭이 되도록 한다.

※디자인한 도면 은 코팅을 하여 3D펜으로 제작한 다.

▣ 3D펜

※인터넷 검색으 로 다양한 모양의 자동차 디자인 탐 색하기

정리 (20분)

◎ 정리하기

• 제작한 자동차를 발표한다.

• 차시 예고

※자동차의 디자 인, 특징, 제작과 정에서 느낀점 발 표하기

(15)

주제 불이 켜지는 장치 만들기 대상 초 5~6학년 학습

목표 LED에 불이 들어오는 장치를 만들 수 있다. 차시 8차시

유의점(※)

도입 (5분)

• ‘자료①’을 보고 발표하기

- 어두워지면 자동으로 불이 들어오는 장치입니다.

• 이러한 원리가 적용된 곳 살펴보기 - 가로등이 있습니다. 등

LED에 불이 들어오는 장치를 만들어 봅시다.

◎ 학습안내

【활동1】아두이노에 대해 알아보기

【활동2】LED를 이용한 전류의 방향 알아보기

【활동3】완성한 장치 발표하기

▣①LED를 이용 한 여러 가지 동 영상자료

전개 (30분)

【활동1】아두이노에 대해 알아보기

CD◎ 아두이노에 대해 알아보기 • ‘자료②’에 대해 살펴보기

- 아두이노와 노트북의 아두이노개발환경(IDE)인 스캐치에 대해 학습한다.

【활동2】LED의 이용한 전류의 방향 알아보기

◎ LED 관찰하기

• 빨간색 LED 관찰하기

- 긴 다리(+)와 짧은 다리(-)가 있다.

CD ◎ 전류의 방향 알아보기

• 자료③’에서 전류가 어떻게 흐르는 지 발표하기

- 전류는 아두이노의 13번에서 저항을 지나 빨간색 LED을 지나 아두이노의 (-)극[GND]으로 흐른다.

- 전류는 전지의 (+)극에서 나와 전지의 (-)극으로 흐른다.

ET ◎완성한 조명장치에 대해 발표하기 • 모둠별로 완성한 장치를 실행시키기

• 다른 모둠원들로부터 우리 모둠의 조명장치에 대한 의견을 듣고 수정하기

▣ ② 아두이노와 아두이노 개발환 경(스캐치), 브레 드보드

※IDE의 ‘파일-예 제-Basic-Blink’

의 예제를 불러와 서 알고리즘을 이 해할 설명한다.

※ LED이 긴 다 리(+)와 짧은 다 리(-)의 방향이 바뀌면 별자리 모 양의 LED에 불이 들어오지 않음을 알도록 한다.

▣③아두이노, 브 레드보드, 빨간색 의 일반LED

정리 (5분)

◎ 정리하기

(16)

주제 움직이는 바퀴 만들기 대상 초 5~6학년 학습

목표

움직이는 바퀴를 만들 수 있다.

모터드라이브로 모터를 다를 수 있다. 차시 9~10차시

유의점(※)

도입 (5분)

- 미래형 자동차 영상입니다./ - 무인으로 움직입니다 등 • 미래형 자동차에 대해 이야기하기

- 자율주행 자동차처럼 스스로 움직입니다.

- 장애물이 있으면 스스로 알아서 멈춰야 합니다. 등

움직이는 바퀴를 만들어 봅시다.

◎ 학습안내

【활동1】움직이는 바퀴 만들기

【활동2】완성한 바퀴 장치 발표하기

▣①미래형자동차 영상자료

※이번 차시에는 자동적으로 움직 이는 바퀴만을 만 들도록 한다.

전개 (70분)

【활동1】움직이는 바퀴 만들기

CD◎ 바퀴 만들기

• ‘자료②’를 이용하여 모터 드라이버 연결하기 - 모터와 모터드라이브, 아두이노를 연결한다.

• 납땜하기

- 모터를 점퍼선과 납땜한다.

CD◎ 코딩하기

• ‘자료③’을 이용하여 코딩하기 - 학습지를 보면서 코딩한다.

• 모터가 정상적으로 움직이는 지 확인하기

【활동2】완성한 바퀴 장치 발표하기

ET◎ 작동원리 발표하기 • 코딩내용 공유하기

- 코딩한 내용을 보면서 바퀴가 어떻게 움직이는 지 발표한다.

- 자동차가 전진, 후진, 좌회전, 우회전, 정지를 하려면 어떻게 하면 되는지 토의한다.

▣②아두이노,모 터2개, 점퍼선 (M/M)

※ 고무밴드를 이 용하여 점퍼선을 모터와 고정한 후 납땜을 한다.

▣③아두이노통합 개발환경인 스케 치프로그램(IDE) 과 학습지

※ 코딩하는 데 시간이 많이 걸리 므로 미리 코딩된 파일을 배부하고 교사는 이를 설명 하여 알고리즘을 이해하도록 한다.

정리 (5분)

◎ 정리하기

- 다음시간에는 모둠별로 자율주행 원리인 움직임 감지하는 기능 을 설계하도록 하겠습니다.

※ 우 리 모 둠 만 의 미래형 자동차를 어떻게 만들 것인 지 생각하도록 한 다.

(17)

주제 장애물 감지기능 만들기 대상 초 5~6학년 학습

목표 장애물 감지기능 작동원리를 알고 코딩할 수 있다. 차시 11~12차시

유의점(※)

도입 (5분)

- 미래형 자동차 영상입니다./ - 무인으로 움직입니다 등 • 미래형 자동차에 대해 이야기하기

- 자율주행 자동차처럼 스스로 움직입니다.

- 장애물이 있으면 스스로 알아서 멈춰야 합니다. 등

장애물 감지기능에 대해 알아보자.

◎ 학습안내

【활동1】초등파 센서와 운동센서 알아보기

▣①미래형자동차 영상자료

※이번 차시에는 자동적으로 움직 이는 바퀴만을 만 들도록 한다.

전개 (70분)

【활동1】장애물 감지기능 다루기

CD◎ 초음파 센서 다루기

• ‘자료②’를 이용하여 초음파 센서 연결하기 - 초음파센서와 아두이노를 연결한다.

• 코딩하기

- ‘자료②’의 IDE와 학습지를 이용하여 코딩한다.

CD◎ 움직임 센서 다루기

• ‘자료③’을 이용하여 움직임 센서 연결하기 - 움직임센서와 아두이노를 연결한다.

• 코딩하기

- ‘자료②’의 IDE와 학습지를 이용하여 코딩한다.

【활동2】장애물감지기능 장치 발표하기

ET◎ 작동원리 발표하기 • 코딩내용 공유하기

- 코딩한 내용을 보면서 장애물을 어떻게 인식하는지 발표한다.

- 자동차가 장애물이 있을 시 전진, 후진, 정지를 하려면 어떻게 하면 되는지 토의한다.

▣②아두이노,초 음파센서, 점퍼선 (M/M), 아두이노 통 합 개 발 환 경 인 스 케 치 프 로 그 램 (IDE)과 학습지

▣③아두이노, 움 직임센서, 점퍼 선(M/M), 아두이 노통합개발환경인 스 케 치 프 로 그 램 (IDE)과 학습지

※ 코딩하는 데 시간이 많이 걸리 므로 미리 코딩된 파일을 배부하고 교사는 이를 설명 하여 알고리즘을 이해하도록 한다.

정리 (5분)

◎ 정리하기

- 다음시간에는 모둠별로 자동차 모형을 제작하도록 하겠습니다..

※ 우 리 모 둠 만 의 미래형 자동차를 어떻게 만들 것인 지 생각하도록 한 다.

(18)

주제 미래형 자동차 디자인하기 대상 초 5~6학년 학습

목표 미래형 자동차를 디자인할 수 있다. 차시 13~14차시

유의점(※)

도입 (20분)

◎ 전시학습 상기하기

• 상황제시 장면을 떠올리며 과제인식하기 - 미래형 자동차를 만드는 것입니다.

- 미래형 자동차에 대한 내용입니다.

미래형 자동차를 디자인해 봅시다.

◎ 학습안내

【활동1】미래형 자동차 디자인하고 설계하기

【활동2】미래형 자동차 만들기

【활동3】미래형 자동차 발표하기

▣①미래형 자동 차에 대한 동영상 자료

※모둠별로 사전 조사한 내용을 중 심으로 수업을 진 행한다.

전개 (160분)

【활동1】자동차 설계하기

◎ 자동차에서 움직임의 원리 탐색하기

• 인터넷을 이용하여 자동차의 기능 탐색하기

- 자동차에 적용된 아두이노/3D펜 기술이 어떤 것이 있는지 살 펴보고 아두이노를 활용한 자동차 디자인하기에 아이디어 산출 하기

◎ 미래형 자동차 설계하기

• 제작하고 싶은 자동차에 아두이노/3D펜기술을 적용할 부분을 찾고 아두이노와 연계하여 설계하기

【활동2】자동차 제작하기

◎ 아두이노를 이용하여 자동차의 내부 제작하기

- 아두이노를 이용하여 센서와 LED가 장착되어 작동이 가능한 자동차 제작하기

- 자동차를 움직일 수 있는 바퀴 달기

【활동3】자동차 발표하기

◎ 모둠별로 제작한 자동차 발표하기

• 창의적인 디자인으로 제작한 자동차의 외형에 대해 발표하기 • 아두이노로 제작한 자동차의 내부에 대해 발표하기

▣ 활동지

※아이디어를 자 유롭게 표현하고 발표하도록 한다.

▣ 아두이노, 각 종 센서, LED, 투 명 상자 등

※투명 상자에 아 두이노 설치 시 안전에 주의한다.

▣ 제작한 자동차

※자동차의 외형 을 디자인 이유를 발표하고 내부를 설계할 때 적용한 기술적 원리를 발 표한다.

정리 (20분)

◎ 정리하기

• 이번 수업 시간을 통해 알게 된 점이나 느낀 점 이야기하기 • 아두이노/3D펜 기술의 발달과 생활의 변화 모습을 상상하여

발표하고 앞으로의 전망을 이야기하기

※아두이노/3D펜 기술 발달에 따른 생활의 변화 모습 을 발표하고 진로 탐색하도록 한다.

(19)

4. 학생활동지 / 학생참고자료 / 교사자료 읽기자료(1~2차시)

사람만 인터넷하니? 사물도 인터넷 한다!

사물인터넷은 아주 간단히 정리하면 세상 모든 물건에 통신 기능이 장착된 것을 뜻 한다. 이를 통해 각 기기로부터 정보를 수 집하고 이를 가공해 사용자에게 제공할 수 있다. 대표적인 예가 최근 급성장하고 있는 웨어러블(착용형) 기기다. 시계나 목걸이 형태의 이런 기기는 운동량 등을 측정하고, 스마트폰과 연결해 전화·문자·웹서핑 등 이 가능하다.

본래 한국을 비롯한 세계에서는 초기 단계의 사물인터넷 기술들이 대거 적용돼있었다.

기계간 통신(M2M, Machine To Machine)이라고도 불린 이 기술은 버스나 지하철을 탈 때 교통카드를 갖다대는 것이라고 보면 된다. 교통카드와 단말기가 서로 통신해 정보를 교환하고 결제 행위가 이뤄지는 것이기 때문이다.

최근 주목받는 사물인터넷 서비스는 바로 스마트홈 이다. 스마트홈이란 집 안에 있는 모든 가전제품을 하나의 통신망으로 연결해 관리하는 것을 의미한다.

예를 들어 스마트폰을 이용해 모바일 메신저인 카카 오톡으로 집 안에 있는 에어컨에 메시지를 보내 ‘30 분 후 도착하니 22도로 냉방 가동해줘’라고 지시하 는 것이 바로 스마트홈 서비스다.

무인자동차 역시 사물인터넷의 산물이다. 본래 자동차 는 운전자의 운전에 따라 움직이는 기계이지만, 사물 인터넷 기술이 적용되면 차량 곳곳에 센서가 장착돼 주변에 있는 장애물을 파악한다. 또 네트워크 기술을 이용해 탑승자의 목적지를 입력하고 가장 빨리 가는 길을 찾는다. 교통신호 역시 네트워크를 통해 판단하 고 자동으로 정지·운전할 수 있다.

(20)

학습지1 학습지 미래형

자동차

아두이노를 실행시켜 봅시다.

학년 반 이름

아두이노를 설치하여 봅시다.

1

1. 아래 웹사이트에 접속하여 아두이노 개발환경프로그램(IDE)을 다운받아 설치하여 봅시다. ☞ 설치방법: 아래 웹사이트에 접속하여 설치프로그램을 다운로드한 후 ①~④를 순서대로 실행한다

①아두이노통합개발환경(IDE)다운로드하기

(http://arduino.cc/en/Main/Software) ② 아이콘 클릭하기

③ 실행화면 ④ 아두이노와 노트북 연결하기

<김경연, 장정형, 박민상(2013). 아두이노 완전정복.

서울: 복두출판사에서 발췌함>

2. 아두이노에 대해 알아봅시다.

(21)

☞ 안내할 내용: 아래그림처럼 아두이노 통합 환경 프로그램(IDE)을 실행한 후 아래그림처럼 예제(파일-예제-01.Basics-Blink)를 불러와서 수정하면 쉽고 빠르게 코딩할 수 있다.

3. 스케치의 구조에 대해 알아봅시다.

위 그림처럼 통합개발환경(IDE)인 스케치를 실행시킨 후, ‘파일-예제-01.Basics-Blink’프 로그램을 통해 스케치의 구조를 알아본다. setup()함수 안에서 pinMode()함수를 이용하여 디 지털입출력 핀 13번을 출력으로 설정하고 loop()함수 안에서 digitalWrite()함수로 핀 13번에 연결된 LED에 불이 켜지고 꺼지게 하도록 코딩되어 있다.’// (더블슬러시) ‘다음에 오는 문 장은 설명문으로 프로그램에서는 실행되지 않는다.

void setup() { 아두이노 보드의 핀 설정

pinMode(13, output) 디지털입출력 핀 13번을 출력으로 설정

} setup()함수 종료

void loop() { loop()함수 시작, 내부의 명령이 무한 반복

digitalWrite(13, HIGH); 디지털입출력 핀 13번에 HIGH(“1”-불이 켜짐)출 력

delay(1000); 1000ms(1초)동안 시간 지연

digitalWrite(13, LOW) 디지털입출력 핀 13번에 LOW(“0”-불이 꺼짐)출력

delay(1000); 1000ms(1초)동안 시간 지연

} loop()함수의 끝

4. 선생님의 설명을 들으면서 LED와 저항, 브레드보드에 대해 알아봅시다.

가. LED

LED는 발광다이오드(Light Emitting Diode)의 줄임말로, ‘빛을 내보내는 다이오드’라는 뜻이다. 다이오드는 바로 전자 회로에서의 일방통행용 전자부품이다. 전류는 한쪽으로만 흐를 수 있고 반대쪽으로는 흐를 수 없다. 순방향으로 전류를 흘리면 접합면에서 빛이 난다.

(22)

이름 일반 LED 고휘도 LED LED 전등

사진

특징 LED로 전력소모가 적어 많이 사용됨

일반 LED에 비해 빛의 밝기가 매우 밝음

일반형광등에 비해 전력소모가 적고 밝음

극성 구분 방법

주의 할 점

∙극성이 있어 거꾸로 연결하면 불이 들어오지 않음.

∙큰 전류를 흐르게 하면 LED가 타 버릴 수 있으므로 건전지에 바로 연결하지 말아야 함.

∙LED는 최소동작전압이 있음. 적어도 2V(파랑 LED는 3V)이상의 전압이 필요함.

<이동준(2013). 브레드보드 전자과학실험. 서울: 참과학 P.17~18 수정하여 인용함>

나. 저항

LED에 큰 전류를 흐르게 하면 타 버린다. 따라서 LED에 전기의 흐름을 방해하는 저항을 같 이 연결해 주어서 LED를 보호해 주어야 한다. 저항이란 전류의 흐름을 어렵게 하는 정도를 말 하며 전류가 흐르기 어려울수록 '저항이 크다' 라고 한다. 1V 의 전압이 공급되고 있을 때 1A 의 전류만 흐르게 하는 저항의 크기를 1Ω 이라고 한다.

이름 저항

사진 특징

∙저항은 극성이 없음.

∙전류의 흐름을 억제하는 기능을 가지 고 있음.

<저항>

[저항 읽는 방법]

저항 읽는 방법은 첫 색띠와 둘째 색띠의 숫자를 차례로 적고, 세 번째 색띠의 숫자만큼 10 진수 지수로 곱해서 표현한다. 네 번째 색띠는 정확도를 나타낸다. 금색이면 허용 오차가 5%

이내로 매우 정확한 저항이다. 10kΩ은 10,000Ω이므로 1‘갈’, 0‘흑’, 000은 0이 3개이므

(23)

로 ‘주’즉, ‘갈흑주’색깔인 저항을 찾으면 된다. 참고로 LED에는 200~300Ω저항이 많이 사용된다. ‘빨빨갈’이 220Ω으로 적당하다.

다. 브레드보드

브레드보드는 구멍에 전자부품과 전선(점퍼선)을 꽂아서 회로를 만들 수 있는 보드이다. 전 선을 구멍에 꽂으면 보이지는 않지만 왼쪽, 오른쪽 두 줄은 아래 위 방향으로 구멍들이 전기 적으로 연결 되어 있고, 가운데 다섯 칸으로 된 두 개의 블록은 가로방향으로 전기적으로 연 결이 되어 있다.

[브레드 보드]

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LED와 저항을 연결하여 봅시다. 2

1. 아두이노와 브레드보드, CdS를 이용하여 회로도를 완성하여 봅시다.

☞ 예시 자료

2. LED에 불을 켜는 코딩내용은 아래와 같습니다. 선생님의 설명을 들으면서, 필요한 부분은 기 록하세요.

(25)

자동차

바퀴야, 굴러라!

학년 반 이름

모터를 연결하여 봅시다.

1

1. 모터드라이브에 대해 알아봅시다.

아두이노를 이용하여 많은 센서를 작동시킬 수 있지만 모터는 보다 많은 전원을 필요로 하는 부품 이다. 모터를 사용하기 위해서는 많은 전류가 필요한데 아두이노의 전류로는 부족하다. 이 부족한 전류를 만들어주는 부품이 바로 모터드라이브이다. 모터를 작용시키기 위해서는 L9110, L298N와 같 은 모터드라이브나 모터쉴드 등이 필요하다. 본 프로그램에서는 누구나 쉽고 간편하게 사용할 수 있 는 L9110 모터드라이브를 사용한다.

[그림] L9110모터드라이브 그림과 설명

Pin 설명 1A 1B Motor

B-IA Motor B Input A L(0) L(0) 정지 B-IB Motor B Input B L(0) H(1) 역회전

GND GND H(1) L(0) 정회전

VCC 2.5~12V

H(1) H(1) 정지

A-IA Motor A Input A A-IB Motor A Input B

위 왼쪽 표는 모터드라이브 핀에 대한 설명이다. 그림을 보면 알겠지만 아두이노와 연결하는 핀 이 6개, 모터와 연결하는 컨넥터(초록색)가 2개로 되어 있고 이것은 다시 각각 좌/우를 나타내는 A/B로 나뉘어져 있다.

오른쪽 표는 모터드라이브 핀에 신호를 주는 방법에 따라 모터의 회전 방향에 대한 설명이다. 각 각의 핀에 전압을 넣거나(H), 그렇지 않거나(L)에 따라 정회전 또는 역회전, 정지를 한다. 정회전이 냐 역회전이냐는 모터의 회전방향을 어느 쪽을 기준으로 하느냐에 따라 달라진다. 모터를 작동시켜

(26)

보고 자동차의 진행방향에 따라 정회전 또는 역회전 방향을 정하면 될 것이다.

2. DC모터에 대해 알아봅시다.

모터(Motor)는 교류모터(AC Motor)와 직류모터(DC Motor)가 있다. 교류모터는 냉장고나 세탁기 등 주로 가정용 전원에 사용되고 직류모터는 +극과 –극으로 이루어진 모터로 작은 건전지로도 작동 한다. 주로 장난감에 많이 사용된다.

[그림] 일반적인 DC모터와 자동차용 DC모터

본 프로그램에서는 위 오른쪽 그림의 DC모터와 결합하여 자동차 등을 쉽게 만들 수 있는 재료를 구입하여 사용한다.

3. 아두이노와 연결하여 봅시다.

앞에서 살펴본 모터드라이브(L9110)과 DC모터를 이용하여 아래그림처럼 아두이노와 연결한다.

모터드라이브의 GND와 VCC는 각각 아두이노의 GND와 VCC에 연결한다. 모터드라이브의 핀을 보 면 Motor A인지 Motor B인지 그리고 B-IA, B-IB, A-IA, A-IB 핀 이름을 알 수 있다. 본 프로그램 에서는 B-IA는 아두이노 6번, B-IB는 7번, A-IA는 8번, A-IB는 9번에 연결한다.

(27)

코딩하여 봅시다. 2

1. 선생님의 설명을 들으면서 아두이노 프로그램을 실행한 후 프로그램의 에디터 창에 아래와 같 이 코딩하여 봅시다.

(28)

2. 모터드라이브(L9110)를 이용하여 모터와 아두이노를 아래 그림처럼 연결합니다. 이때 고무밴드 를 이용하여 고정을 시킵니다(납땜을 해도 됩니다.)

고무밴드로 고정후 납땜하기 모터드라이브 연결

3. 입력이 끝난후 아두이노 프로그램의 메뉴에서 ‘스케치->업로드’를 누르거나 아래 도구탭에서 를 누른다. 파일저장 창이 나타나고, 저장 후 컴파일이 되고 업로드가된 후 아래와 같이

아두이노 프로그램 아래쪽 상태창에 메시지가 나타납니다.

4. 자동차의 바퀴가 어떻게 작동하는 것인지 선생님의 설명을 듣고 그림을 보면서 간략하게 적어 봅시 다.

(29)

자동차

장애물이 있으면 멈춰라!

학년 반 이름

초음파센서와 인체감지센서를 연결하여 봅시다.

1

1. 초음파센서(HC-SR04)에 대해 알아봅시다.

아래 그림처럼 눈이 2개가 붙어 있는 것처럼 생겼는데 이것이 초음파센서이다. 초음파가 발생하여 특정 물체에 닿고 반사되어 오는데 이 때 시간차를 계산하여 거리를 계산하는 것이 초음파센서이다.

아래 그림처럼 2개의 눈 중 chirp부분이 초음파를 발생시키고 Echo부분은 물체에 반사되어 돌아오 는 초음파를 감지하는 부분이다. 초음파는 1m안의 물체에 대해서는 정확한 거리값을 구해준다. 본 프로그램에서는 초음파센서로부터 장애물까지의 거리(30cm)를 구하고 30cm앞에 장애물이 없으면 전진하고 장애물이 있음ㄴ 뒤로 후진하도록 코딩한다.

[그림] 초음파센서와 작동원리[출처: 반돌‘s 아두이노강좌(오른쪽 그림)]

2. 인체감지센서(HC-SR501)에 대해 알아봅시다.

어두운 현관이나 복도에 사람이 지나가면 자동적으로 불이 켜진다.

[그림] 인체감지 센서와 설명

(30)

이때 사람을 감지하는 것이 인체감지센서이다. 자동차를 만든 후 근처에 다가가면 장애물로 인식하 고 피하기를 반복하도록 해야 한다. 아래 그림을 보며 알 수 있듯이 주황색 가변저항을 조절하여 민 감도와 출력시간을 조절할 수 있다.

3. 아두이노와 연결하여 봅시다.

앞에서 살펴본 모터드라이브(L9110)과 DC모터를 이용하여 아래그림처럼 아두이노와 연결한다.

모터드라이브의 GND와 VCC는 각각 아두이노의 GND와 VCC에 연결한다. 모터드라이브의 핀을 보 면 Motor A인지 Motor B인지 그리고 B-IA, B-IB, A-IA, A-IB 핀 이름을 알 수 있다. 본 프로그램 에서는 B-IA는 아두이노 6번, B-IB는 7번, A-IA는 8번, A-IB는 9번에 연결한다.

(31)

4. 아두이노와 연결하여 완성하여 봅시다.

앞 수업시간에 완성한 모터드라이브를 이용한 바퀴만들기(모터연결), 그리고 이번 시간에 완성한 모션센서와 초음파 센서를 연결하여 완성시켜 보면 아래 회로도와 같다.

위 회로도를 이용하여 완성한 모습은 아래 그림과 같다.

(32)

코딩하여 봅시다. 2

1. 선생님의 설명을 들으면서 아두이노 프로그램을 실행한 후 프로그램의 에디터 창에 아래와 같 이 코딩하여 봅시다.

(33)

(34)

자동차

자동차를 완성하자.

학년 반 이름

우리 모둠의 미래형 자동차를 디자인하여 봅시다.

1

1. 미래형 자동차의 기능을 생각해 봅시다.

가. 최첨단 장비를 사용한 기능

나. 친환경적인 에너지 활용 측면

다. 이외에 우리 모둠만의 우수한 기능

2. 위에서 살펴본 우리 모둠만의 미래형 자동차를 디자인하려면 어떤 면을 고려해야 할지 살펴봅시다.

가. 자동차 만들 재료

나. 에너지 확보 방안

다. 이외에 고려해야 것들

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자동차를 디자인하고 설계해 봅시다.

2

1. 우리 모둠의 미래형 자동차를 구체적으로 디자인하고 설계하여 봅시다.

(36)

자동차를 완성하여 봅시다.

3

1. 플라스틱 상자를 이용하여 움직이는 자동차를 만들어 봅시다.

① 준비물을 확인합니 다.

② 앞에서 완성한 움직 이는 바퀴세트를 준비 합니다.

③ 플라스틱 상자 가운 데 구멍을 뚫습니다.

상자 아래 부분에 글루 건을 이용하여 양쪽 자 동차 바퀴, 앞바퀴를 고정시킵니다. 그리고 적외선센서를 마찬가지 로 글루건이나 양면테 이프로 고정시킵니다.

④ 움직임 센서를 연결 합니다.

⑤ 뚜껑을 닫고 완성합 니다.

2. 3D펜으로 제작한 자동차의 외형을 1에서 제작한 자동차에 덮어 미래형 자동차를 완성해 봅시다.

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5. 차시별 학생 평가기준 및 방법 1~2차시

[관찰법] 정보검색을 통해 주어진 과제를 잘 해결할 수 있는가?

[구술평가] 아두이노/3D펜 기술이 이용된 사례를 발표할 수 있는가?

아두이노/3D펜 기술이 적용된 교통수단의 특징을 발표할 수 있는가?

[자기평가] 아두이노/3D펜 기술이 적용된 사례를 조사하여 정리할 수 있는가?

3~7차시

[관찰법] 3D펜을 안전하게 사용하여 자동차를 만들 수 있는가?

[포트폴리오] 아이디어 발상기법으로 자동차 디자인하기를 하였는가?

[자기평가] 자동차를 창의적으로 디자인하여 제작할 수 있는가?

8차시

[관찰법] 아두이노와 코딩을 하여 LED에 불이 들어오게 할 수 있는가?

[포트폴리오] LED에 불이 들어오는 장치의 기능을 설명할 수 있는 자료가 적절한가?

[구술평가] 빛의 밝기에 따라 LED에 불이 들어오는 원리를 설명할 수 있는가?

[자기평가] 아두이노와 LED, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설명할 수 있는가?

9~10차시

[관찰법] 모터드라이브와 DC모터를 사용하여 바퀴가 제대로 작동하는가?

[구술평가] 모터드라이브를 이용한 바퀴가 작동하는 원리를 설명할 수 있는가?

[자기평가] 움직이는 바퀴 장치를 만들기 위해 열심히 참여하였는가?

11~12차시

[관찰법] 초음파센서와 움직임센서가 제대로 작동하는가?

[구술평가] 장애물 감지기능의 원리를 설명할 수 있는가?

[자기평가] 장애물 감지기능 장치를 만들기 위해 열심히 참여하였는가?

13~14차시

[관찰법] 미래형 자동차를 창의적으로 디자인하고 논리적으로 제작하는가?

[포트폴리오] 미래형 자동차의 기능을 설명할 수 있는 자료가 적절한가?

[구술평가] 미래형 자동차의 기능에 대하여 타당한 근거를 들어가며 설명할 수 있는가?

[자기평가] 미래형 자동차 디자인을 위해 열심히 참여하였는가?

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6. 학교생활기록부 기재 예시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(수학) 선대칭과 점대칭도형을 이해하고 자동차를 디자인하고 설계하여 제작할 수 있음. 대칭의 원리를 이해하고 자동차의 옆면을 그려 만들기 를 함. 길이와 비의 관계를 알고 미래형 자동차의 설계도를 그려 움직임 이 있는 자동차 만들기를 함.

(과학) 우리 생활에 첨단 생명과학이 이용된 사례를 조사하여 발표하고 미래형 자동차 디자인에 적용할 수 있음. 일상생활에서 속력과 관련된 안전 사항과 안전장치의 예를 찾아 탐색하고 아두이노를 활용하여 미래 형 자동차에 안전장치를 설계하여 제작할 수 있음. 물체의 이동 거리와 걸린 시간을 조사하여 속력을 구하여 경기를 진행할 수 있음.

(사회) 우리나라 산업구조의 변화와 교통 발달 과정에서 나타난 특징을 탐구하여 설명할 수 있음. 산업구조의 발달에 따른 교통수단의 변화 모 습을 설명하고 미래 사회의 교통 발달을 예측하여 설명할 수 있음.

(실과) 여러 가지 센서를 장착한 미래형 자동차를 제작할 수 있음. 아두 이노 프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그래밍 과정을 이해할 수 있음. 다양한 재료와 도구를 활용하여 수송 수단을 구상하고 디자인 하여 제작할 수 있음. 미래형 자동차를 창의적으로 디자인하고 3D 펜을 이용하여 외형을 제작할 수 있음.

(미술) 조형 원리(비례, 율동, 강조, 반복, 통일, 균형, 대비, 대칭, 점증･

점이, 조화, 변화, 동세 등)의 특징을 탐색하고, 표현 의도에 적합하게 활용할 수 있음. 다양한 방상 방법으로 미래형 자동차를 창의적으로 디 자인하고 3D 펜을 사용하여 아이디어를 작품으로 제작할 수 있음.

행동특성 및 종합의견

아두이노/3D 펜기술 발달에 관심을 갖고 생활의 변화 모습을 이해하고 있음. 생활 속에서 아두이노/3D 펜기술이 적용된 예를 찾아 탐구하고 미 래 직업 세계의 변화에 관심을 가짐. 미래형 자동차 만들기에 적극적으 로 참여하여 자신이 생각하고 있는 아이디어를 과학, 기술과 접목하여 설명하고 제작할 수 있음. 모둠활동에서 협조적이며 조작활동에서는 주 도적으로 참여함

창의적체험활동상황

아두이노/3D 펜기술 발전과 생활의 변화 모습을 이해하고 미래 직업 세 계 변화에 관심을 가지게 됨. 자신이 흥미를 가지는 분야에 관심을 갖고 탐구하는 자세가 우수하며 아두이노/3D 펜 관련 직업에 관심이 많음. 친 구들과 협업하여 미래형 자동차 만들기 프로젝트에 적극적으로 참여하며 동아리 활동에 적극적으로 참여함. 프로젝트 활동이 끝난 후 공구를 바 르게 정리하고 교실 뒷정리를 잘 함. 미래형 자동차 만들기 프로젝트 결 과물 발표에서 리더십을 발휘하여 주도적으로 이끌어 성과발표를 함.