人Q 맞춤놀이기구제작!

2015

융합인재교육(STEAM) 프로그램

학교급 : 초등학교 5-6학년 구분 : 학생용

人Q 맞춤놀이기구제작!

연 구 진

연구책임자

공동연구진

오하영 | 숭실대학교

개발진

이화정 | 서울 구의초등학교

권용보 | 서울 길음초등학교

김주창 | 수원 영덕초등학교

김슬기 | 안산 선부초등학교

적용진

조희연 | 숭실대학교

이현지 | 숭실대학교

김민정 | 숭실대학교

검토진

육민수 | 서울 상봉중학교

자문진

조형숙 | 중앙대학교

이선영 | 서울대학교

유경훈 | 숭실대학교

박상현 | 도구의 인간

디자인

일러스트 김은경 | 숭실대학교

人Q맞춤놀이기구제작!

프로그램 소 개

이 프로그램은 초등학교 교과 수업과 연계된 STEAM 활동 과정에서 첨단제품(리틀비츠)을 활용해 초등학생들이 기술‧ 공학적인 설계의 일환으로 메카트로닉스 시스템을 쉽게 이해하고 개인 및 협업을 통해 창의적인 융합 사고를 증진해가도록 설계되었다.

메카트로닉스는 기계(mechanics)와 전자(electronics)를 합친 신조어로서 기계적이고 하드 웨어적인 자동화에서 전자적이고 소프트웨어적인 자동화로 변화했음을 시사하는 신조어이 다.

최근 IoT(Internet of Things) 시대가 도래 하면서 사물을 소프트웨어로 제어하는 것에 대한 이해 증진이 중요해졌다. 미래사회의 인재들에게는 이러한 물리적 환경과 사이버 정보간의 결합능력 및 수집된 빅데이터의 올바른 활용 인성, 보안의 중요성 인식이 필요하다. 따라서 이러한 능력과 태도함양을 위해 어려서부터 사물에 소프트웨어적인 제어 경험이 친숙하게 이 루어질 필요가 있다. 한편 IoT 기술‧을 초등학생 수준에 맞게 쉽게 적용하기에는 많은 어려움 과 한계가 있으므로 본 연구팀은 이론만이 아닌 체험 활동을 위해 리틀비츠(전자회로가 내장 된 자석형 블록 장난감)를 활용해 메카트로닉스 원리를 쉽게 배울 수 있도록 설계하였다.

한편 메카트로닉스라는 용어가 어렵고 생소할 수 있어서 사람(사용자)의 필요를 찾고 발견하 는 메카트로닉스 기반 STEAM 프로그램을 지향한다는 취지에서 ‘人Q’ 생각설계(기술‧ 공학) STEAM 프로그램이라고 명명하였다.

1. 프로그램 특징

에 보이는 STEAM: 일상 속 STEAM 원리 사례 예시

으로 느껴지는 STEAM: 실제 문제해결을 수업활동으로 구성 으로 실행해보는 STEAM: 리틀비츠 활용 기술·공학적 체험 으로 말 할 수 있는 STEAM: 쉽고 간결한 반복학습 사이클 적용

2. 학년별 프로그램 구성

초등학교3-4학년(6차시)

너의 목소리가 보여!

초등학교5-6학년(10차시)

센서와 함께 놀자!

초등학교5-6학년(6차시)

人Q

맞춤놀이기구제작!

초등학교3-4학년(6차시)

행복을 전달하는

"재미있는얼굴" 캠페인!

3. 프로그램의 구성원리

디자인씽킹(Design Thinking) 원리

人Q 생각설계(기술·공학) STEAM 교육

상황제시 감성적 체험

창의적 설계

E

● 사용자 관찰,열린 질문,경청

* 다양한 관점의 의견 교류

D

● 통찰, 분류, 구조화, 핵심 문제 찾기

I

● 많은, 다양한 해결 아이디어 구상

P

● 빠르게, 값싸게, 구체적 시제품 제작

* 리틀비츠 및 다양한 재료 활용

T

● 실제로 작동 테스트, 사용자 의견 수렴, 아이디어 수정 및 완성

1. 놀이공원 탐색을 통해

놀이기구의 원리 알기

학습목표

놀이공원에 갔던 경험들을 나누고, 놀이공원에 관해 우리 반 학생들의

선호도 조사를 하고 조사결과를 백분율로 계산하여 그림그래프로 그릴 수 있다.

놀이공원 탐색을 통해 놀이기구의 원리 알기

관련교과 : 초등학교 5, 6학년 | 확률과 통계 과목 : 수학

생각 열기

성호는 학급신문에 오늘 학교 친구들과 봄 소풍으로 다녀온 놀이공원에 대한 기사를 쓰려고 합 니다. 놀이공원에 대한 소개를 쓰고 싶은데, 어떻게 써야 할지 막막합니다.

놀이공원에 대해 어떤 점을 중심으로 소개해야 다른 친구들이 잘 이해할 수 있을까요? 친구들 은 어떤 점을 궁금해 할까요?

<동영상자료> 놀이기구 탑승영상

생각 펼치기

놀이공원 생각 그물 만들기

→ 떠오르는 것들을 자유롭게 적고 관계가 있다고 생각되는 것끼리 서로 연결시켜 보세요

놀이

공원

생각 다지기

1. 우리 반 친구들이 가진 놀이공원에 대한 생각들을 모아 보세요.

(우리 반 전체 인원 : 명) 천천히 움직이는

안전한 놀이기구를 좋아하는 사람

빠르고 스릴 있는 놀이기구를 좋아하는 사람 내가 직접 조종하는

놀이기구를 좋아하는 사람

알아서 움직이는 놀이기구를 좋아하는

사람 코스를 따라 이동하는

놀이기구를 좋아하는 사람 (예. 롤러코스터,

모노레일)

반복적인 움직임으로 스릴을 느끼는 놀이기구를 좋아하는

사람 (예. 바이킹)

2. 우리 반 친구들이 가진 놀이공원에 대한 생각들을 그래프로 나타내 보세요.

(반 전체 비율로 그래프를 그리거나, 남․ 녀 비율로 그래프를 그려 보세요.)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

< > < >

2. 놀이기구가 움직이는 원리를 알아보고,

탑승자를 위한 맞춤형 놀이기구 설계하기

생각 열기

놀이기구가 움직이는 원리를 알아보고, 탑승자를 위한 맞춤형 놀이기구 설계하기

학습목표

놀이기구가 가져야 할 요건을 알아보고, 놀이기구에 대해 관찰하고 그 원리를 탐색 할 수 있다.

관련교과 : 초등학교 5~6학년 | 비율그래프 관련과목 : 과학, 실과

성호가 다녀온 놀이공원에는 다양한 놀이기구들이 있어요.

성호는 신문기사를 쓰면서 문득 놀이기구가 어떤 원리로 작동하는지 궁금해졌어요.

각 놀이기구는 어떤 원리로 움직이는 걸까요?

1. 놀이기구가 갖춰야 할 요소는 무엇이 있을까요?

2.엔진이 없는 열차가 빠른 속도로 달리는 이유는 무엇일까요?

<동영상> 4D 프레임으로 만든 롤러코스터

- Hint! 4D 프레임으로 만든 롤러코스터에서 구슬이 빠르게 굴러가는 이유와 연결 지어 생각해보세요.

놀이기구들이 어떤 방법으로 움직이는 것일지 생각해보고, 자신의 생각을 그림과 글로 설 명해 보세요.

■ 롤러코스터

1. 롤러코스터 열차에는 엔진이 없습니다. 그런데도, 열차가 오르막길 레일을 올라가는 건 어떤 방법을 사용한 걸까요?

생각 펼치기

<동영상자료> 롤러코스터 영상

2. 학생들이 만든 바이킹은 배를 반복적으로 움직이도록 하기 위해 어떤 원리를 이용했나요?

<동영상> 4D 프레임으로 만든 바이킹

■ 바이킹

<동영상> 바이킹 탑승 영상

1. 왼쪽 오른쪽으로 반복해서 움직이도록 하기 위해서 어떤 방법을 사용했을까요?

■ 자이로 스윙 <동영상> 자이로 스윙 작동 영상 (재생구간 : 2:57 ~ 3:29)

<동영상> 4D 프레임으로 만든 자이로 드롭 2. 학생들이 만든 자이로 드롭은 어떤 원리로 올라갔다 내려오나요?

2. 여러분이 자이로 스윙을 만든다면, 기둥에 매달린 놀이기구를 반복적으로 움직이게 할 때 어느 부분이 움직이도록 할 건가요?

■ 자이로 드롭 <동영상> 자이로 드롭 탑승 영상 1. 사람들이 타는 곳을 오르락내리락하게 하려면 어떻게 해야 할까요?

생각 다지기

이 놀이기구들 중 하나를 직접 만든다면, 어떤 모양으로 만들고 싶나요? 놀이기구는 어떤 식으로 움직이도록 만들고 싶은가요? 그림과 글을 이용해 설명해 보세요.

3~4. 탑승자를 위한 맞춤형

놀이기구 설계·제작하기

관련교과 : 초등학교 5~6학년 | (5학년) 전기의 작용 관련과목 : 과학, 실과, 미술

생각 열기

학습목표

리틀 비츠를 이용하여, 탑승자를 위한 맞춤형 놀이기구를 설계·제작할 수 있다.

[모듈1,2] 탑승자를 위한 맞춤형 놀이기구 설계 · 제작하기

<동영상자료> Little bits 동영상

1. 리틀 비츠(Little Bits)를 본 적이 있나요?

2. 리틀 비츠(Little Bits)로 무엇을 만들었나요?

생각 펼치기

리틀 비츠를 알아볼까요?

순 색깔코드 모듈의미 기능 비고

1 power

(파워)

모든 회로의 시작단계에 필요한 모 듈입니다.

항상 첫 번째 사용됩니다.

2 input

(입력)

사용자와 주변 환경의 입력신호를 전기신호로 바꾸어 다음 모듈들에 게 보내는 모듈입니다.

입 력 모 듈 이 후 에 오는 출력모 듈에 영을 줍니 다.

3 output

(출력)

빛, 소리, 움직임 등을 내는 모듈입 니다.

4 wires

(연결)

작품을 만드는 사람이 범위를 확장 시키거나 방향을 바꿀 수 있도록 하는 모듈입니다. 프로젝트를 다 양하고 유용하게 실현할 수 있습니 다.

순 모듈 사진 모듈이름 기능 비고

1 power

(파워)

9볼트 배터리를 사용할 수 있는 파워 모듈 입니다. 키트에 포함된 배터리와 케이블을 연결시키고 전원스위치를 켭니다.

2 button

(버튼)

누르기 쉬운 커다란 동그라미 버튼!

버튼을 눌러서 키고, 다시 끄려면 손을 뗍니다.

3

slide dimmer (슬라이드

디머)

슬라이더를 끝에서 끝으로 밀어 움직입니 다. 전등, 밝기 조절장치나 녹음 스튜디오 의 음량조절기와 같은 원리입니다.

4

sound trigger (사운드 트리거)

소음레벨을 감지할 수 있습니다. 적정레벨 이상 이 되면 ON시그널을 내보냅니다. 드라이버로 한 단계 소음을 더 크게 하거나 작게 조절할 수 있습니다.

시계방 향은 더

민감하 게

5 pulse (펄스)

심장이 뛰는 것과 비슷한 형태의 전기신호를 발 생시킵니다. 작은 드라이버로 펄스의 속도를 빠 르거나 느리게 할 수 있습니다. 펄스를 이용해 빛이 깜박거리도록 할 수 있습니다.

6 timeout

(타임아웃)

알람시계와 같은 원리의 모듈입니다. 버튼모듈 에 타임아웃 모듈을 연결하고 그 뒤로 LED모듈 을 연결해 봅니다. 카운트다운을 시작하기 위해 버튼을 눌러주세요. “on-off” 모드에서는 빛 이 지속되다가 세팅된 시간이 되면 불이 꺼집니 다.“off-on” 모드에서는 버튼을 눌렀다 떼면 LED가 꺼져 있다가 타이머가 세팅된 시간이 되 면 다시 빛이 들어옵니다. 시간대 범위는 약 1초

~5분입니다.

7 fork

(포크)

포크는 리틀 비츠 회로를 확장할 수 있도록 해 줍니다. 모듈 하나의 출력(output)을 동시에 다른 세 개의 입력에 연결할 수 있도록 합니다.

빛, 소리, 움직임을 동시에 구현하고 싶을 때 유 용하게 쓸 수 있습니다.

8 inverter

(인버터)

버튼을 눌렀다가 손을 떼어도 계속 회로가 켜진 상태를 유지하고 싶다면 래치를 써봅시다. 래치 앞에 버튼을, 뒤에 LED를 설치하게 되면, 버튼 을 한번 누르면 ON신호가 켜지고 또 계속 유지 됩니다. 한 번 더 누르면 OFF 신호가 되어 꺼지 게 됩니다.

9 latch

(래치)

버튼을 눌렀다가 손을 떼어도 계속 회로가 켜진 상태를 유지하고 싶다면 래치를 써봅시다. 래치 앞에 버튼을, 뒤에 LED를 설치하게 되면, 버튼 을 한번 누르면 ON신호가 켜지고 또 계속 유지 됩니다. 한 번 더 누르면 OFF 신호가 되어 꺼지 게 됩니다.

10 wire(와이

어)

와이어는 멀리 떨어져있는 모듈에 연결하는 데 에 쓰입니다. 건물모형 꼭대기에 전구를 설치하 고 싶을 때와 같이 큰 크기의 작품에 유용합니 다.

키트에 포함된 다른 액 세서리 사용

11

sevo motor 서보모터

앞뒤로 조절 가능한 모터입니다. 다른 모듈의 입력신호로 팔의 위치를 조절할 수 있습니다.

예를 들면 슬라이드 디머를 사용하여 원하는 각도에 서보의 팔이 멈추도록 할 수 있습니다.

스윙모드에서는 서보가 앞뒤로 규칙적으로 움 직이며, 입력신호로 움직이는 속도를 결정합 니다.

키트 에 포 함된 다른 액세 서리 사용

12 RGB LED

(컬러 엘이디)

컬러 엘이디는 색을 마음대로 조절할 수 있는 특별한 조명입니다. 키트에 포함된 보라색 드 라이버로 각각의 컬러 채널을 조정해 원하는 색깔을 만들어봅시다. 여러분의 컴퓨터 모니 터도 빨강, 초록, 파랑 빛의 조합으로 모든 색 을 만들어 낸답니다.

13

light wire (라이트 와이어)

라 이 트 와 이 어 는 은 은 한 파 란 색 을 띠 고 있 습 니 다 . 전 기 가 통 하 면 빛 을 내 는“electroluminescent wire”라는 특별한 재료로 만들어져 있습니다. 네온사인처럼, 어 두운 곳에서 정말 유용합니다.

14 buzzer

(버저)

버저는 시계의 알람소리처럼 참기 힘든 요란 한 소리를 냅니다. ON 시그널일 때 알람이 울 리게 되니까 자신만의 도어 벨이나 알람 벨을 만들 때 사용하세요.

15 DC motor

(디씨모터)

디씨 모터는 직류모터라고도 합니다. ON 시 그널을 받게 되면 회전축을 회전시킵니다. 좌 우 선택 스위치는 회전 방향을 조절합니다. 다 양한 사물과 결합시켜 풍차, 자동차, 헬리콥터 등을 만들어보세요.

리틀 비츠를 이용하여 놀이기구를 만들어 봅시다.

- 필수사용모듈 3개 가지는 꼭 사용하여서 놀이기구를 만드세요.

- 내가 사용하는 모듈은 필수사용모듈을 제외하고 최대 6개까지 사용할 수 있습니다.

※ 13, 14번 서보 액세서리와 드라이버 언제든 사용 가능 (학습지에는 모듈 번호만 적어도 됩니다.)

순 모듈1 모듈2 모듈3

필수 사용모듈

파워 슬라이드 디머

사운드 트리거

내가 사용한

모듈

놀이 기구를 설계해 보세요.

편리한 초인종 설계하기 놀이기구를 타는 사람

(탑승자) 탑승자가 평상시

불편했던 점

사용하는 리틀 비츠

모듈

전원장치(파랑) 입력장치(분홍) 출력장치(연두) 연결 장치(주황) 놀이기구 이름

탑승자를 위해 개선한 기능 (기술공학적 요소)

이 놀이기구는 어떤 원리로 작동되나요?

(사용된 과학 원리)

제품 설계하기

필요한 준비물

5-6. 우리 반 놀이기구 전시 발표회

생각 열기

학습목표

조별 놀이기구를 평가하고 개선점에 대해 의견을 나누고 친구들의 의견을 반영해, 놀이기구를 수정·발전시킬 수 있다..

관련교과 : 초등학교 5~6학년 | (5학년) 전기의 작용 관련과목 : 과학, 미술, 실과

우리 반 놀이기구 전시 발표회

성호와 친구들이 놀이동산에 와도 즐겁게 놀이기구를 타지 못했던 사람 들을 위한 놀이기구 모형을 만들었어요.

이 놀이기구를 친구들에게 소개하려고 해요. 어떻게 해야 할까요?

1. 우리 조가 만든 놀이기구를 타보고 싶게 하려면 어떻게 해야 할까?

2. 포스터에는 어떤 내용을 넣으면 좋을까?

포스터 제목

광고 문구

(사람들의 시선을 끌기 위한 재미있거나 특이한

문구)

※생각나는 대로 적고 이 중에서 조원들과 상

의해서 포스터에 넣을 문구를 정하세요.

1.

2.

3.

4.

5.

놀이기구의 특징

※생각나는 대로 적고 이 중에서 조원들과 상

의해서 포스터에 넣을 문구를 정하세요.

1.

2.

3.

4.

5.

생각 펼치기

1. 아래의 놀이기구 의견 댓글 포스트잇을 가위로 오려서, 조별 놀이기구 평가에 활용하세요.

이 놀이기구는 이런 점이 좋아요!

이렇게 고치면 더 좋을 것 같아요!

이 놀이기구에 이런 아이디어 어때요?

질문 있어요!

2. 반 친구들에게 들은 의견들 중에, 놀이기구를 발전시키기 위해 필요한 의견들은 무엇이 있었나요? 그리고 그 의견들을 가지고 놀이기구를 어떻게 수정할 것인지 구상해 보세요.

반 친구의 의견 의견을 들은 뒤, 놀이기구에 반영해

수정한 모습

반 친구의 의견 의견을 들은 뒤, 놀이기구에 반영해

수정한 모습

반 친구의 의견 의견을 들은 뒤, 놀이기구에 반영해

수정한 모습

메카트로닉스 시스템을 활용한 창의적 융합사고 놀이 공작

人Q 생각설계(기술‧·공학)

STEAM 프로그램