2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서
2021. 11. 22
울산중학교
과제명 2021년 STEAM 교사연구회 운영
구분
연구회 구성 유형 (택 1) 프로그램 개발유형 (택 1)
① 융합학습공동체형( ○ )
1. 자유학기제형
( )
6. 학생 주도 참여형( )
2. 첨단기술 및 ICT 교구 활용형( ○ )
7. 고교학점제 기반 학습형( )
3. 온라인 기반 학습형( )
8. 예·체능 중심 활동수업형( )
4. 지역사회 연계형( )
9. 유·초등 연계형( )
5. 교육소외계층 포용형( )
10. 자율선택형 (학교 자체 개발 프로그램)( )
② 글로벌형 ( ) StarT 프로그램 참여를 통한 프로그램 개발
프로그램 정보
프로그램명
3D프린터와 레이저컷팅을 융합한 메이커 수업모델 개발 및 자유학기제 수업 적용
신규 개발 기 개발 ○
학교급
중학교
대상 학년(군)중학교 1학년
중심과목
과학
중심과목 성취기준 영역 [중학교] (여러 가지 힘), 전기와 자기 연계과목과학 기술가정
정보
연계과목 성취기준 영역
[[중학교 1학년] (3) 전기의 활용 [중학교 1학년] <기계>
[중학교 1학년] <여러 가지 힘, 빛과 파동>
연구기간
2021.4.29. ~ 2021.11.30.
신청금액
일금사백만원(￦4,000,000)
참여연구원 총 5명 (연구책임자: 1명, 참여연구원: 4명) 연구 수행자에 관한 사항
구분 소속(학교명) 직위 성명 담당과목
연구책임자
울산중학교
교사박진철
과학참여연구원
울산중학교
교사윤재식
과학참여연구원
울산중학교
교사박혜진
과학참여연구원
울산중학교
교사한광희
기술가정참여연구원
울산중학교
교사김양애
과학2021년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 STEAM 교사연구회를 운영한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2021년 11월 22일
주관연구기관장 : 임 한 상 (직인)
연구책임자 : 박 진 철 ( 인)
“이 보고서는 2021년도 정부의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
목 차
1. 요약문 ··· 1
2. 서론 ··· 1
가. 연구의 목적 ··· 1
나. 연구의 필요성 ··· 1
3. 연구 수행 내용 및 결과 ··· 2
가. 연구 수행 내용 ··· 2
1) 연구의 범위 ··· 2
2) 연구의 방향 ··· 2
나. 연구 수행 결과 ··· 3
1) STEAM 수업 프로그램의 개발 결과 ··· 3
2) 성과 확산 및 실천 ··· 3
다. STEAM 수업 프로그램 적용 ··· 5
4. 결론 및 제언 ··· 5
1) 결론 ··· 5
2) 제언 ··· 5
3) 소감문 ··· 6
부록1. STEAM 행사사진
부록2. 회의록
1. 요약문
본 연구에서는 자유학년제의 학생들이 즐겁고 행복하게 꿈과 끼를 펼칠 수 있도록 자유학년제 선택교과 프로그램으로 3D 프린터 제조 활동을 매개로 하는 Maker활동 프로그램을 개발하여 자
유학기의 선택교과와 과학동아리에 적용하고 과학적 태도와 프로그램의 만족도를 분석한다.로봇(드론)과 3D프린팅을 통한 과학의 대중화와 과학과 학생들의 흥미 있는 분야를 결합한 즐 기는 과학을 목적으로 한다. 어렵게만 느껴졌던 과학이 재미있는 Ma Ker 교육을 통해 체험함 으로써 과학을 재미있게 즐길 수 있도록 하고자 한다. 이를 통해 청소년들의 학교 교육과 학 교 밖 교육활동의 연계프로그램으로 정착시키고, 3D 프린팅 출력물의 제작과 전시를 통해 학 생뿐만 아니라 일반인들까지도 과학에 흥미와 재미 그리고 호기심을 가지고자 한다. 그럴 뿐 만 아니라 유용한 과학적 개념이나 과학의 지식 체계를 이해하며 사회 전반에 과학에 대한 이 해와 과학 정신을 확산시키는 데 목적이 있다. 3D프린터와 창의성 교육을 융합한 과학적 창의 력 신장 Maker 수업 모델 연구 및 교사 연수 개발하는 프로그램이므로 현재 교사 및 학생들에 게 적용되고 있다. 특히 자유학년제 수업, 진로 지도교육, 동아리 활동 수업 등에 Maker 수업 을 적용함으로서 학생들의 적성, 특기, 능력을 발휘할 수 있도록 하였다.
2. 서론
가. 연구의 필요성
1) 과학적 개념이해보다는 역량개발중심으로 교육의 패러다임이 변하고 있으며 교육과정의 개념을 현실의 융합 상황 속에 밀접히 적용하여 맥락적으로 체득하게 하는 수업이 필요 하다.
2) 어렵게만 느껴졌던 과학을 재미있는 3D프린터와 레이저 컷팅을 융합한 Maker 수업을 체험 함으로써 과학수업을 재미있게 즐길 수 있도록 한다.
3)
자유학기제 전면시행에 따른 교과교육과정과 긴밀하게 융합된 창의성, 자기주도성, 생애성이 있 는 체험 중심을 강조하는 미래지향적인 학교진로교육프로그램 개발이 시급하다.4) 3D프린터와 레이저컷팅을 융합한 Maker 수업 모델을 개발하여 STEAM 교육을 실현 하고 자 한다.
5) 3D프린터가 의식주를 해결할 지도 모를 미래를 살아갈 학생들이 3D 프린터에 거부감 없이 접 근하여 창의적으로 활용하는 체험하게 하는 것이 필요하다.
나. 연구의 목적
1) 자유학년제에 활용할 수 있는, 과학실험을 Maker활동으로 재구성한 3D 프린터 활용 프로 그램을 개발한다.
2) 첨단 과학기술을 활용한 과학수업자료를 개발하여 첨단기기의 실질적인 활용 방안을 제시 하는 자유학기제 교과 선택프로그램이나 창의적 체험활동시간에 활용할 수 있는 컨텐츠를 개발한다.
3) 첨단 과학기술을 활용한 교육은 기존 교과목이나 교사 위주의 수업에서 벗어나 보다 유연 한 교육과정의 운영사례를 만들도록 한다.
4) 과학 교사들의 첨단 과학에 대한 흥미와 관심 분야의 전문성을 높이고 창의적인 과학교육 을 실천하며 참여할 수 있는 기회를 확대한다.
5) 첨단 과학, 과학 상식, 과학사, 과학과 기술, 과학과 사회, 환경 등에 관련된 서적을 읽도
록 권장함으로써 과학에 대한 흥미와 호기심을 유발하고, 과학ㆍ기술ㆍ사회의 상호 관련성
을 이해한다.
3. 연구 수행 내용 및 결과
STEAM 프로그램
구분
프로그램명
3D프린터와 레이저컷팅을 융합한 메이커 수업모델 개발 및 자유학년제 수업 적용
선행 프로그램명
학교급 중학교 대상 학년(군) 1학년(자유학년제)
목표 수혜학생 수 200명
중심과목
과학
중심과목성취기준 영역
[중학교] (여러 가지 힘), 전기와 자기
연계과목과학 기술가정
정보
연계과목 성취기준 영역
[[중학교 2학년] (3) 전기의 활용 [중학교 2학년] <기계>
[중학교 2학년] <여러 가지 힘, 빛과 파동>
개발계획
주제 연번 차시
(시수) 과목 연계(안)
1 2 과학(1) + 기술가정(1)
2 2 기술가정(1) + 과학(1)
3 4 기술가정(2) + 과학(1) + 정보(1) 4 4 수학(1) + 과학(1) + 정보(1) 5 4 기술가정(1) + 수학(1) + 정보(1)
구분 수행 결과
교수학습지도안 개발 차시 총 5차시
수업 적용 기간 2021. 09. 01. ~ 2021. 11. 10.
(STEAM 수업) 수혜학생 수 울산중학교 160명(중학교 1학년 전교생) 학생 태도검사 1차(사전) 검사 7월 22일, 6개 학급(160명) 실시완료
2차(사후) 검사 10월 15일, 6개 학급(160명) 실시완료 학생 및 교사 만족도조사 10월 20일 실시 완료
논문 게재
* 해당하는 경우만 기입
학회명 게재여부 학술대회 참가
* 해당하는 경우만 기입
행사명 일자/장소 특허출원(국외, 국내)
* 해당하는 경우만 기입 출원명
가. 연구수행 내용
1) 연구의 범위
가) 중학교 1학년 자유학년제 및 2학년 창의적 체험활동 동아리 학생 또는 일반 동아리 학생들을 대상으로 실시한다.
나) 모델링 도구는 공개 프로그램 Fusion 360, Solidworks프로그램을 이용한다.
다) 3D 출력물의 완성도 평가보다 3D 출력물이 나올 때까지 과정을 위주로 교육한다.
라) 실생활 용품과 관련한 출력물은 책에서도 많이 제시되고 있으므로 건축 구조물 위
가) 중학교 학생들에게 3D프린터를 접할 수 있는 기회를 마련한다.
나) 3D프린터의 종류와 출력 원리를 접하게 하며 모델링 기회를 제공한다.
다) 다양한 구조물을 모델링하는 기회를 갖고 3D프린터 출력의 기회를 부여한다.
라) 건축 구조물을 모델링하고 3D프린터를 출력물을 완성하는 기회를 부여한다.
마) 3D프린터와 레이저컷팅을 활용한 교육 STEAM 교수학습지도안 개발 한다.
바) 3D프린터와 레이저컷팅을 활용한 Maker 연구개발 한다.
사) 교사 대상 직무연수 개발 운영팀으로 나누어 운영 한다.
나. 연구 수행 결과
교수학습지도안 개발 차시(시수)
프로그램 주제 운영
대상(학년)
완료 여부
개발 수업적용 학생수 1 3D 프린터로 나만의 컵홀더 모델링 하기 중1학년 완료 완료 48
2 나만의 화분대 만들기 중1학년 완료 완료 48
3 3D프린터로 아두이노 자율 주행자동차 만들기 중1학년 완료 완료 50
4 3D프린팅 드론 Maker 활동하기 중1학년 완료 완료 50
5 Maker 수업 - 에코백 만들기 중1학년 완료 완료 50
합계 246
1) STEAM 수업 프로그램의 개발 결과
① 3D 프린터로 나만의 컵홀더 모델링 하기
- 평소 자신이 만들고 싶은 꽃 화분 받침대를 스스로 여러 가지 입체도형을 활용한 모델링 으로 레이저 컷팅을 하였다.
② 나만의 화분대 만들기
기존의 꽃 화분을 참고하여 자신만의 화분받침대를 직접 디자인할 수 있다.
③ 3D프린터로 아두이노 자율 주행자동차 만들기
- 블루투스와 아두이노를 연결하여 스마트폰으로 조작가능한 자동차 만들기 ④3D프린팅 드론 Maker 활동하기
- Lilypad Twinkle 및 Tiny로 정해진 패턴이 있어 다채로운 효과를 내는 실크스크린으로 민화 에코백을 만들었다.
⑤ Maker 수업 - 에코백 만들기
- 전통민화에 대해 이해할 수 있고 실크스크린 체험을 통해 Maker 교육으로 학생들의 창 의성을 높일 수 있다.
다. 성과 확산 및 실천
순 활동 항목 연구 행사 요약 비 고
1
연구회 연수(제2회)
및 학생 기초 교육실시
·5월 26일 자율연수 시간을 가짐
·자율연수를 통해 3D프린터, 레이저 컷팅의 교수학습 방 법 전달 및 토의, 체험행사
기획 등 연구회원의 자발적 참여로 함께 만드는 연수가 되었음
2 동아리 운영
·3D프린터와 레이저 컷팅을 활용하여 드론 비행체 동아 리 운영
·단위 학교에서 중학생을 대 상으로 할 수 있는 3D프린 터 및 레이저 컷팅을 활용한 비행기를 개발하여 보급하려 고 노력중임
3
나만의 화분대 만들기
·목공 및 레이저 컷팅기로 나만의 화분만들기 실시
·목공 기자재 연수
·목공 동아리 운영하여 집중 교육 운영
4
융합과학 수업 체험
운영
·4차 산업 혁명 도래에 발맞 추어 중등학생에게 융합과학 을 체험해 볼 수 있는 체험 부스를 운영함.
5 유튜브 메이커 교실
·유튜브와 함께하는 메이커 교실 – 인기 있는 과학 유
다. STEAM 수업 프로그램 적용
1) 중1,2학년 학생 대상 과학, 기술/가정 교과시간 및 창의적 체험활동 시간을 이용하여 STEAM 융합 수업 적용
2) 월 4차시, 연간 총 16차시의 수업을 개발하여 학생에게 적용
3) 학생들이 만들어 낸 산출물에 대한 평가를 가정과 연계하여 자유학기제 평가로 적용하고 그 결과를 학교생활기록부 창의적 체험활동 특기사항 란에 기록
4) 수업 프로그램 효과성을 위해 자체 개발한 학생 수업 만족도 조사 실시
4. 결론 및 제언 1) 결론
Maker STEAM 교육을 통해서 과학의 단편적인 지식 전달보다는 기본 개념을 유기적이고, 통합적으로 이해하도록 하고, 창의성, 개방성, 객관성 ,합리성, 협동성을 기르는데 유의하며 교 수·학습활동이 이루어질 수 있었다. Maker STEAM 교육이 학생들에게는 과학지식과 개념을 자연스럽게 유도하여 과학에 재미와 흥미를 가지도록하며, 학부모와 일반인에게는 과학을 이 해하고 친밀하게 하는 역할을 할 수 있었다. 마지막으로 Maker STEAM 교육은 학교와 학교 밖 활동을 연결하는 고리가 될 수 있으며 과학적 인식의 제고와 마인드확산에 크게 기여하였 다.
1. Maker STEAM 교육은 학교와 학교 밖 활동을 연결하는 고리가 될 수 있으며 과학적 인식 의 제고와 마인드확산에 크게 기여할 것이다. 계속하여 자유학기제, 동아리활동, 학급발표회, 학교축제 등에 적용할 것이다. Maker 융합(STEAM)교육은 창의적인 수업과 직업교육까지 확대 발전시켰다.
2. 교육과정 분석을 통하여 3D 프린터 드론으로 나도 스팀 메이커! 프로그램을 활용할 단원을 선별하여 재구성함으로써 본 프로그램이 일선 교육 현장에 있는 교사들에게 STEAM 교육에 대 한 새로운 패러다임을 제공하였다.
3. 교사연구회 교사의 자발적인 참여와 정보 공유를 통해 좀 더 나은 프로그램을 개발할 수 있 었으며 또한 전문가를 통하여 프로그램의 질적 향상을 가져왔다.
4. Maker STEAM 교육은 과학의 원리를 알고, 그것을 활용하여 다양한 작품을 만들 수 있었다.
5. Maker STEAM 교육은 과학적 탐구과정을 통하여 새로운 작품을 완성하였다.
6. Maker STEAM 교육은 관심이 높아져 친근해졌으며, 작품을 완성하여 많은 성취감을 느꼈
다.
2) 제언
가. 1학년 자유학년제가 전면 시행되고 있으므로 본 프로그램은 현재 학생들에게 적용되고 있 는 상황이므로 조금의 시간이 흐른 뒤 대략적인 결과물과 연구 결과가 나올 것으로 예상 된 다.
나) Maker STEAM 교육은 학교와 학교 밖 활동을 연결하는 고리가 될 수 있으며 과학적 인식 의 제고와 마인드확산에 크게 기여할 것이다. 계속하여 자유학기제, 동아리활동, 학급발표회, 학교축제 등에 적용할 것이다. Maker 융합(STEAM)교육은 창의적인 수업과 직업교육까지 확대 발전시켜야 한다.
3) 소감문
STEAM수업을 준비하면서 힘들었던 점은 교육과정을 분석하여 재구성해서 수업을 설계하는
일이었다. 이러한 과정 속에서 얻게 된 점은 그동안 무관심했던 타 교과 에 대한 이해와 배려,
타 교과 교사들과의 교류도 잦게 되었으며 통합교육에 대한 필요성을 다시 한번 더 깨닫게 되
었다. 그리고 일반 수업을 진행하다가도 아~ 이 단원은 STEAM수업을 하면 아이들이 더 흥미
를 느끼게 되겠구나~ 하는 마인드도 갖게 되었고 일상 속에서도 자연스레 STEAM교육이 스며
들게 되었다. 로봇(드론) + 3D프린팅의 STEAM 교육을 통한 일련의 학습과정이 교사 주도적이
아닌 학생스스로의 자기 주도적 학습으로 이뤄지기 때문에 학습에 창의성과 합리성 그리고 교
사와 학생, 그리고 학생과 학생간의 협동성을 기를 수 있는 좋은 학습방법이 되었다. 그러면서
Maker STEAM 교육을 통해서 과학의 단편적인 지식 전달보다는 기본 개념을 유기적이고, 통
합적으로 이해하도록 하고, 창의성, 개방성, 객관성 ,합리성, 협동성을 기르는데 유의하며 교
수·학습활동이 이루어질 수 있었다. Maker STEAM 교육이 학생들에게는 과학지식과 개념의
자연스런 이해를 유도하여 과학에 재미와 흥미를 가지도록하며, 학부모와 일반인에게는 과학
을 이해하고 친밀하게 하는 역할을 할 수 있었다. 마지막으로 Maker STEAM 교육은 학교와
학교 밖 활동을 연결하는 고리가 될 수 있으며 과학적 인식의 제고와 마인드확산에 크게 기여
하였다.
[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물
(프로그램명) 3D프린터와 레이저컷팅을 융합한 창의력 신장 Maker 수업모델 개발 1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정
연번 차시 (중심과목)
2015 개정 교육과정 성취기준
(연계과목) 성취기준 영역 1 1~3/16 과9064-1. 여러 가지 물질의 융해, 응고, 액화, 기화, 승화 현상을 관
찰하고, 이를 용어로 표현하며 각각의 예를 제시할 수 있다.
[중학교 1~3학 년] (4) 기하
2 4~6/16 [10과탐03-01] 첨단 과학기술 속의 과학 원리를 찾아내는 탐구 활동
을 통해 과학 지식이 활용된 사례를 추론할 수 있다. [9기가04-18]
3 7~9/16
[9과18-03] 과학․기술․미술 지식을 활용하여 아이디어를 구체화하고 창의적인 미래의 컨셉트카를 만들어낼 수 있는 지식, 소양, 능력, 태 도를 기른다.
[9과24-02]
4 10~12/16 [9과09-02] 전기 회로에서 전지의 전압이 전자를 지속적으로 이동하
게 하여 전류를 형성함을 모형으로 설명할 수 있다. [9기가05-06]
5 13~16/16 [9과24-02] 과학을 활용하여 우리 생활을 보다 편리하게 만드는 방
안을 고안하고 그유용성에 대해 토론할 수 있다. [9과24-02]
2. STEAM 프로그램 총괄표(총 16차시)
차시 주요내용
1~3 /16
주제(단원)
명 3D 프린터로 나만의 컵홀더 모델링 하기
1. 3D 모델링 프로그램(123D Design)을 이용하여 3D 프린터로 만들어 보고 싶은 물건 을 디자인한다.
2. 내가 만든 물건을 활용하는 방법에 대해서 이야기해보기
4~6 /16
주제(단원)
명 나만의 화분대 만들기
1. 기존의 꽃 화분을 참고하여 자신만의 화분받침대를 직접 디자인할 수 있다.
2. 꽃 화분의 열전도를 최소화 할 수 있는 설계도를 구상할 수 있다.
7~9 /16
주제(단원)
명 3D프린터로 아두이노 자율 주행자동차 만들기
1. 블루투스와 아두이노를 연결하여 스마트폰으로 조작가능한 자동차 만들기 2. 123D DESIGN을 이해, 연습하기 및 설계하기
3. 아두이노 자동차의 프레임을 설계 및 제작하고 차체를 3D프린터로 출력하기
10~12 /16
주제(단원)
명 3D프린팅 드론 Maker 활동하기
1. 블루투스와 아두이노를 연결하여 스마트폰으로 조작가능한 드론 만들기 2. 아두이노 드론의 프레임을 설계 및 제작하고 차체를 3D프린터로 출력하기
13~16 /16
주제(단원)
명 Maker 수업 - 에코백 만들기
1. 전도성실과 릴리패드 LED를 활용한 바느질 소품을 만들 수 있다.
2. 주변에서 디자인과 과학이 융합된 다양한 사례를 찾아 발표할 수 있다.
3. 한국전통민화에 대해 이해할 수 있고 실크스크린 체험을 통해 창의성을 높일 수
있다.
STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 1
1. 차시(단계)별 교수 학습 과정
중심과목 과학 학교급/학년(군) 중학교/1 학년 (자유학년제)
중심과목 성취기준
영역
[중학교 1-3] 물질의 상태변화 중심과목 성취기준
[9
과05-03]
물질의 상태변화에 대해 이해할 수 있다.주제(단원)명 3D 프린터로 나만의 컵 홀더
모델링 하기 차시 1~3/16
학습목표
1. 3D펜 필라멘트을 이용하여 글루건 심을 제작할 수 있다.
2. 3D 프린팅 기술을 체험하고, 기술의 발전이 미래직업 세계에 영향을 줄 수 있음을 알수 있다.
연계과목
중학교 2학년
미술(디자인), 수학(여러 가지 도형), 과학(열 전도현상)
연계과목 성취기준 영역
[중학교 1~3학년] 24. 과학기술과 인류문명
STEAM 요소
S
T 3D 프린팅
E 3D 프린팅
A 3D 모델링, 창업계획서 작성
M 3D 모델링을 위한 입체도형(3차원 공간도형)
개발 의도 과학기술의 발전으로 ‘4차산업 혁명’이 시작되었고 그것의 하나인 3D 기술을 경험하고 이를 자신의 미래를 설계할 때 고려하도록 한다.
4 차 산업혁명에 쓰일 과학 기술 중 하나가 3D 프린터이다. 3D 프린터를 이용하려면 코딩 교육이 되어 프로그램을 익히는 과정이 필요한데다 3D 프린터 가격이 만만치 않다. 산출물이 만들어지기 까지 시간이 걸려 학생들에게 바로 피드백이 주어지지 않아 지루함을 느끼는 학생들도 있다. 이에 3D 프린터의 원리도 이해하고 바로 자신의 의도대로 그림 그리듯 3D 조형물을 만들 수 있는(물론 평면을 입체적으로 연결하는 방법이 주를 이루기는 하지만) 것이 3D 펜이다. 그러나 3D 펜의 가격 도 만만치 않고 필라멘트 가격도 비싸 재료비가 많이 든다. 그렇다면 3D 펜이 만들어진 원리가 글 루건에서 아이디어가 착안되었기 때문에 다시 거꾸로 글루건을 이용하여 3D 펜의 효과를 내어보도 록 프로그램을 개발해보고자 하였다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
• 가정에서 필요한 물건을 직접 만들 수 있다면 우리 생활은 어떻게 달라질까?
• 3D 프린터로 필요한 물건을 직접 만든다면 직업세계는 어떻게 변 할까?
창 의 적 설 계
창의적 설계 • 과학기술의 발전(3D 프린터)이 사회에 어떤 영향을 미치게 될지 예측해보기
• 나의 진로과 과학기술 의 발달에 따라 어떤 영 향을 받을지 발표해보 기
감 성 적 체 험
• 3D 프린터로 제작한 다양한 물건을 검색해 보기
• 3D 프린터 발전으로 새롭게 생 겨날 직업을 만들어 보기
• 3D 프린터로 작품을 출력(제작) 하기
• 과학기술의 발전이 나의 미래에 어떤 영향을 줄까?
• 인공장기 등 3D 프린터를 활용한 도구에 대해 이해하고, 관련된 생명윤리에 대해 토론하기 감성적 체험
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 5 분)
Co 3D 프린터로 무엇을 만들어 보고 싶은가?
CD 3D 프린터로 제작한 다양한 물건을 발표한다(과제발표).
3차원 물건을 출력하려면 어떻게 디자인하면 좋을지 생각해 본다.
활동지
전개 ( 35 분)
1, 3D 모델링 프로그램(123D Design)을 이용하여 3D 프린터로 만들어 보고 싶은 물건을 디자인한다.
CD 2. 디자인 한 물건을 출력 프로그램(xyzware)을 활용하여 출력한다.
3D 디자인 프로그램
활동지
3D 출력 프로그램 활동지
정리 ( 5 분)
ET활동내용 정리
ET 내가 만든 물건을 활용하는 방법에 대해서 이야기해보기
ET 더 만들어 보고 싶은 물건을 이야기해보기
ET 3D 프린터 기술을 활용하는 회사를 만들면 어떻지 예측해보기
활동지
2. 학생활동지
차시 1∼3 차시
학생활동 1 종이컵 홀더를 직접 설계하고 3D 프린터 모델링 해보자
<상황 제시>
❶ 일상생활 속에서 종이컵을 많이 사용합니다. 뜨겁거나 차가운 음료를 넣었을 때 사용하기 불편했던 점을 써 봅시다.
뜨거운 음료를 넣었을 때 컵도 같이 뜨거워져서 음료를 마실 수가 없었다.
❷ 불편했던 점을 3D 프린팅 출력물로 개선시킬 방법을 써 봅시다.
열전도율을 낮출 컵홀더를 만들어 보고 싶다.
차시 1∼3 차시
학생활동 2 도구에서 열 이동
1. 도구에서 열 이동의 이용
1) 위 주방 도구들의 공통적인 특징은 무엇인가?
2) 냄비에서 열의 이동방법은 어떻게 되는가?
① 불꽃 → 냄비 바닥 : ( )
② 냄비 바닥 → 냄비 전체 : ( )
③ 물 밑 → 물 전체 : ( )
2. 스크레치를 이용하여 열 전달 표현하기(https://scratch.mit.edu/) 1) 주제:
2) 내용 및 구성:
3)스토리 보드
① ② ③ ④ ⑤
설명: 설명: 설명: 설명: 설명:
3. 작품을 발표해 보자.
1) 분자와 열의 이동이 잘 표현되었는가?
2) 개선할 사항은 무엇인가?
3. 교사자료
차시 1~3/16
열전달
[heat transfer, 熱傳達 ]
요약 열에너지의 이동현상을 의미한다. 넓은 의미로는 전도, 복사, 대류현상을 모두 가리키지만 좁은 의미로는 유체와 고체의 표면사이에서 전달되는 열을 가리킨다.
열이동 ·전열(傳熱)이라고도 한다. 일반적으로 물체들 사이의 열전도 ·대류 ·열복사 등 3 가지 열이동 과정을 총칭하지만, 좁은 의미로는 유체와 고체 표면 사이에서 열을 주고 받는 현상만을 가리킨다.
열전달에는 크게 유체 흐름이 자연(자유)대류일 경우(가열된 방바닥이나 벽면에 의한 난방)와 강제대류일 경우(비행체 표면으로부터의 열방출이나 열교환기 관벽 내외의 열교환), 유체의 상이 변화하지 않을 경우와 변화할 경우(비등이나 응축을 수반하여 보일러나 콘덴서 등의 성능을
좌우하는 열전달) 등이 있다. 경계층이 층류를 이룰 때와 난류를 이룰 때, 또는 그 둘이 함께 공존할 때 등에 따라 열전달 현상은 달라진다.
이 경우 유체와 고체 표면 사이 유체의 얇은 층(경계층)에서는 열전도에 의해 열이 전달되지만, 경계층 밖 유체에서는 열이 유체 자체의 대류에 의해 운반된다. 이렇게 열전도와 대류가 복잡하게 얽힌 열전달을 대류열전달이라 한다. 그 외에도 고체와 유체 사이에는 복사에 의한 복사열전달이 있는데, 보통 열전달이라 하면 대류열전달을 가리킨다. 이 경우 고체 표면의 온도를 tS, 유체의 온도를 t 라 하면, 단위시간에 단위면적을 통과하는 열량 Q 는 Q=a(tS－t)가 된다. 이때,a 를 열전달률이라 한다. 열전달률 a(㎉/㎡·h·deg)를 포함하는 식은 보통 무차원수인 누셀트수로 표시한다.
자료출처
4. 결과자료
차시 1∼3 차시
참고자료
3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 2
1. 차시(단계)별 교수 학습 과정
중심과목 기술가정 학교급/학년(군) 초등, 중학교 1/2 학년
중심과목 성취기준
영역
[9 기가 05-03]
일상생활에서 사용되는 제품들이 기술적 문제 해결과정을 통해 개발되고 발전하고 있음을 이해한다.
중심과목 성취기준
[6 실 05-04]다양한 재료를 활용하여 창의적인 제품을 구상 제작한다.
주제(단원)명 나만의 화분대 만들기 차시 1~4/16
학습목표
• 만들고 싶은 꽃 화분을 디자인할 수 있다.
• 여러 가지 입체도형을 활용하여 입체적인 모델링을 할 수 있다.
• 레이저프린터 모델링 프로그램을 사용하여 모델링할 수 있다.
연계과목 기술가정, 과학, 미술, 수학 연계과목
성취기준 영역 [9기가04-18]
STEAM 요소
S 왜 목재는 수증기를 잘 흡수 할까?
T 목재를 가공, 조립하기 E
A 만든 화분의 표면을 예쁘게 색칠하기
M 화분을 재단 할 때 정확한 길이와 각도로 제작하기
개발 의도 예쁘게 키운 꽃을 더욱 이쁜 모습을 하기 위해서 꽃 받침대도 DIY 목공을 통하여 만들 정말 아름다운 꽃 전시를 할 수 있다.
DIY 란 Do It Yourself 의 약자로 Handmade 등 비슷한 의미의 말들도 여럿 쓰이고 있다. 간단하
게는 집안 전구를 달거나 액자를 거는 것도 DIY 고 전기제품이나 자동차를 손수 만들거나 수리하는 것도 DIY 고 가구를 넘어 집을 직접 지어보는 것도 DIY 라고 할 수 있다. 대개가 몸을 직접 움직여 야 하므로 손이 많이 가고 때론 육체적으로 부담도 되지만 그만큼 성취감, 보람, 행복을 느낄 수 있는 생산적이고 건전한 좋은 작업이기도 하다. DIY 목공의 목적도 마찬가지다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
○무엇을 만들기 위해 서는 어떤 것들을 먼저 생각해야 할 까?
○내가 집에서 DIY 로 할 수 있는 것은 무 엇이 있을까?
창 의 적 설 계
창의적 설계
○친구들과 협력하여 문제 해결하기
○직접 만든 화분을 실제로 전시하여 성 공의 기쁨이나 실패 경험하기
감 성 적 체 험
○목재 화분을 만들기 위한 목재 종류, 디자인, 실용성, 예산 등을 고려하여 설계를 세운 다.
감성적 체험 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 5 분)
Co (꽃을 꽂은 화분을 제시)
- 평소에 화분을 집안에 많이 키우고 있나요?
- 사람들이 꽃을 좋아하는 이유는 무엇일까요?
- 화분을 어떻게 만들면 식물이 잘 자라는지 과학적 원리를 발표를 통해 학생이 말할 수 있게끔 유도한다.
Tip! 학생의 다양한 답변을 수용적 태도로 대한다.
동영상
Tip!
전개 ( 35 분)
CD (다양한 형태의 화분 사진을 제시)
● 제시된 화분을 보며 자신만의 화분 받침대를 디자인 해 봅시다.
- 버니어캘리퍼스와 연필, 공책을 활용해서 정확한 치수에 입각한 디자인이 이 뤄지도록 한다.
- 정확한 치수에 입각한 디자인이 이뤄져야한다. 그러므로 교사는 사전에 종이 컵의 치수를 측정한 후 학생이 그 정확한 치수에 입각해 디자인을 하고 있는 지 확인한다.
- 성공적인 설계를 하기 위해서는 기능성, 디자인, 비용, 가공법, 목재, 구조 등을 잘 생각하여 설계를 할 수 있도록 지도한다.
● 직접 디자인한 화분 받침대를 3D 프린팅 모델링 프로그램을 활용하여 표현해 봅시다.
- 화분 받침대 디자인 과정 자체가 FUSION 360의 기본기 교육이 되므로 처음 에는 교사의 방법을 따라 해보는 형식으로 진행하되 점차 학생 스스로가 3D 디자인을 해 볼 수 있도록 한다.
- 충분한 시간을 줘서 많은 학생들이 직접 해볼 수 있도록 한다.
● 학습 과정에서 학생들 간 또는 선생님과 토의하며 디자인을 수정해 모델링해봅 시다.
정리 ( 5 분)
● 자신이 디자인한 화분 받침대를 발표해 봅시다.
- 컴퓨터 화면에 모델링한 파일을 띄워 다같이 긍정적인 분위기 속에서 서로의 결과물을 감상해보도록 한다.
● 공학적 도구를 이용하여 실생활과 관련된 자료를 수집해 보는 기회를 갖는다.
2. 학생활동지
3. 교사자료
1-3 차시
●
3D프린터를 활용하여 나만의 화분을 만드는 계획을 절차적 사 고를 활용하여 세워봅시다.
문제분해- 생활주변의 화분을 잘 관찰하여 나만의 화분을 만들 프로젝트를 해결 과정을 써 보세요
순서정하기-해결과정을 순서대로 정리하여 봅시다.
차시 1~4/16
목재에 사용되는 도구들
①전동 드릴, 헤머드릴
- 목재에 구멍을 뚫거나 나사를 조이는데 사용하는 도구
- 다양한 회사에서 많은 종류의 드릴을 생산하지만 동호회에서는 보쉬사의 6RE를 사용하고 있으며 충전 드릴은 7.2V를 사용하고 있다. 이유는 6RE와 7.2V제품이 크기와 무게가 적합하며 회전속도가 목재에 적합하다.
② 충전드릴
- 드릴에 그림과 숫자가 표기되어 있어 드릴의 회전속도 및 강도가 조절되어 초보자들이 사용하기 쉽다.
- 일반 전동드릴보다 회전력이 빠르지 않아 나사를 조일때 헛도는 일이 적다.
③ 직소
- 직소는 목재의 곡선 가공 및 라운드 구멍을 필요시 사용하는 공구로서 철물 및 나무등을 간단한 날 교체로 절단, 가공할 수 있다. (이용시 회전 속도와 기타 스위치 확인)
④ 타카
- 에어 타카는 컴프레샤로 압축한 공기를 간단한 스위치 하나로 핀을 박히게 하는 역할을 한다. 간 단히 설명하면 호치키스를 자동으로 사용한다고 생각하면 된다.
- 핀의 모양과 길이에 따라 1자(15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 40mm, 50mm), ㄷ자(20mm) 등으 로 구분 된다.
- 부주의로 인한 부상이 우려되므로 사용시 주의를 요한다.
⑤ 루터 사용방법 및 집진기 이용
- 루터는 목재의 부분 가공 및 층이나 라운드, 몰딩 작업을 필요시 사용하는 공구로서 필요에 따라 날 교체가 가능하다.
- 스위치를 당김과 동시에 회전이 멈추어 안전사고에 대비한 보호 장치가 되어 있다.
- 루터에 연결하여 사용하는 집진기는 루터가 작업할 때 나오는 분진을 모으는 기능을 한다.
- 집진기에는 오토기능이 있어 루터가 회전할 때 집진기능이 자동으로 작동되고 정지할 때에는 자 동으로 멈춘다.
⑥ 트리머
- 트리머는 루터와 동일한 역할을 하지만 회전속도가 느려서 작업능률이 떨어지고 스위치를 끈 후 에도 일정시간 회전이 지속되므로 안전사고에 주의하여야 한다.
- 무게가 가벼워 사용이 용이하여 간단한 작업에 적합하다.
⑦ 그라인더(grinder)
- 부분적으로 많이 돌출된(목재) 부분을 갈아낼때 사용한다.
- 옷걸이 봉, 나사 등 철재의 절단이나 가공시 사용한다.
⑧ 샌더(Sander)
- 샌더는 목재 절단부분(톱날자국)이나 모서리, 원형부분을 그에 적합한 사포를 이용해 갈아내고자 할 때 사용하는 공구이다. 기존 샌더와 차이점은 루터와 마찬가지로 집진기에 연결하여 사용하므로 샌딩 작업을 할때 먼지가 나지 않는다
부분을 절단 할 때 사용한다.
- 축경사 기능이 있어 절단면을 45도까지 절단할 수 있다.
⑩ 슬라이딩 톱(Sliding saw)
- 고정톱과 기능은 같으나 크기가 작고, 이동이 편리하여 작은 목재의 가공이나 인테리어공사에 주 로 사용된다.
- 톱의 각도 조절이 판재를 사선으로 절단할 때 많이 쓰이나 크기가 작아 두께가 아주 두꺼운 목재 에는 사용이 불가능하다.
⑪ 탁상드릴
- 손으로 움직이는 드릴이 아니라 고정되어 있으며, 편의에 따라 날 교체가 가능하다 - 주로 사용되는 기능은 경첩보링, 목심다보 보링 등에 사용된다
⑫ 벨트샌더
- 샌더와 기능은 동일하나 벨트샌더자체가 고정되어 있다, 두 기둥을 축으로 한 타원의 벨트 형태로 사포가 회전을 하는데, 그 사포면에 목재를 밀어 샌딩을 조절한다.
- 집진은 되지 않는 반면 그 크기와 면적이 넓어 많은 부분을 갈아 내고자 할때 적합한 공구이다.
- 작업효율은 높으나 부주의할 경우 부상의 위험이 있으므로 안전사고에 주의한다.
⑬ 스카시
- 핸드 직소와 같은 역할을 하며, 다른점은 글씨 가공(음각,양각)등 정교하고 섬세한 부분을 가공시 에 적합한 공구이다.
⑭ 에어건
- 에어컴프레샤를 이용하여 압축된 공기를 작은 노즐을 이용하여 강하게 분사한다.
- 가구의 먼지를 제거하거나 타카에 연결하여 쓴다.
⑮ 클램프
- 목재와 목재를 압축, 고정시켜 결합작업을 용이하게 한다. 사용방법에 따라 위치를 달리하여 목재 와 목재 사이의 간격을 유지하는 데도 쓰일 수 있다.
- 손힘이 약한 여성들에게 꼭 필요한 도구중 하나이다.
자료출처
STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 3 1. 차시(단계)별 교수 학습 과정
중심과목 기술 학교급/학년(군) 초등, 중학교 1/2 학년
중심과목 성취기준
영역
[9기가05-06]생활 속 문제를 찾아 아이디어를 구상하고 확산적 수렴적 사고기법을 활용하여 창의적으로 해 결한다.
중심과목 성취기준
[과6101] 전지, 전선, 전구를 연결하여 전구에 불을 켜고, 불이 켜지는 회로의 조건을 설명할 수 있다.
주제(단원)명 3D프린터로 아두이노 자율 주행자동
차 만들기 차시 5-8/16
학습목표
•아두이노 자동차의 작동 원리와 자동차 구성을 위한 센서 요소를 설명할 수 있다.
•블루투스 통신을 위한 코딩을 이해하고 수행할 수 있다.
•나만의 아두이노 자동차를 설계․제작․주행하는 방법을 창의적으로 고안할 수 있다.
연계과목 정보 연계과목
성취기준 영역
[실6242-2] 여러 가지 센서를 장착한 간단한 로봇을 체험할 수 있다.
STEAM 요소
S •아두이노 자동차의 원리, 작동 센서 이해하고 작동하기
•전류의 방향과 전동기의 방향간의 관계를 이해하고 활용하기
T •블루투스와 아두이노를 연결하여 스마트폰으로 조작가능한 자동차 만들기
•123D DESIGN을 이해, 연습하기 및 설계하기
•아두이노 자동차의 프레임을 설계 및 제작하고 차체를 3D프린터로 출력하기 E
A
M •아두이노 자동차 차체를 디자인하고 123D DESIGN을 사용하여 3D모델링하기
•코딩시 효율적인 알고리즘을 탐구하기
개발 의도
본 수업은 학생들이 자율주행자동차를 설계하고 제작하여 주행하며 아두이노 보드가 장착 된 자동차 프레임과 3D 프린터로 출력한 차체로 직접 자동차를 제작하는 전 과정을 경험하 도록 구성하였다. 이 과정에서 학생들은 문제 상황을 개선하기 위해 자동차를 설계․제작․주 행하는 방법을 창의적으로 고안할 수 있을 뿐 만 아니라 모둠별 학습을 통해 의사소통능력 과 협업 능력을 키우며, 더불어 IT 를 기반으로 한 융합 시대를 맞이하여 미래 유망 직업 및 진로를 적극적으로 탐색하는 태도를 기르게 될 것이다.
본 연구에서는 중학교 수준에서 이해하기 편하고, 쉽게 활용할 수 있는 3D 프린터와 123D DESIGN 을 활용하여 자율주행자동차 교육 자료를 개발하고자 하였다. 아두이노 자동차를 만들기 위한 선제 조건 으로 첨단기기 활용 프로그램의 inscape 사용하기, RDWork v8 사용하기, 프로그램 사용을 위한 사이트을 안내한다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
•로컬 모터스가 개발 한 올리(Olli)는 12인 승 전기 자동차로 3D 프린팅 기술을 사용해 차체를 만들었고 IBM 의 인공지능 왓슨 (Watson)으로 자율주 행을 보조하고 있다.
창 의 적 설 계
창의적 설계
•자율주행자동차 및 아 두이노 자동차 주행 시험을 하며 서로의 아이디어를 공유하고 평가해보는 시간을 갖 는다.
감 성 적 체 험
•자율주행자동차의 원리를 바탕 으로 자율주행자동차를 설계, 제 작하고 완성한다.
•아두이노와 블루투스를 사용하여 스마트폰으로 작동 가능하도록 코
발표하였다. 우리도 3D프린터기와 아두이 노를 활용하여 스마트 폰으로 제어하는 자동 차를 만들어 보면 어 떨까?
감성적 체험 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 5 분)
자동차 상황 제시
Co 나는 초보운전사! 오늘 아침도 나는 주차가 어렵다. 주차가 어려운 내게 주차 를 자동차가 스스로 해준다면? 앞차와의 간격을 자동으로 조절해준다면? 스스로 운 전을 해준다면? 이런 상상들이 모여 자율자동차기술이 생겨났다. 현재와 미래의 자 동차 시장을 이끌고 있는 똑똑한 자율주행자동차의 정확한 의미는 무엇일까?
3D 프린트로 만들 수 있는 것
Co 다음은 무엇으로 만든 것들일까요?
3D 프린트는 설계도와 재료만 있다면 피규어를 비롯해서 건축, 의료에 이르기 까지 무엇이든 만들 수 있다. 그 밖에 3D 프린터로 만들 수 있는 것은 무엇이 있을 까?
ppt
전개 ( 35 분)
자율주행자동차의 정의
- 자동차 스스로 주변 환경을 인식하여 위험을 판단하고, 주행 경로를 계획하는 등 운전자 주행조작을 최소화하며 스스로 안전주행이 가능한 자동차
자율주행자동차의 작동 원리 이해하기
- 자율주행자동차와 혼용되어 사용되고 있는 용어정리를 하여 자율주행자동차의 명확한 의미를 동영상을 보고 이해한다.
- 사회적 이슈인 교통사고 원인을 파악하고 자율주행자동차의 등장의 장점에 대 해 파악해볼 수 있도록 안내한다.
- 자율주행자동차 기술의 세 가지 핵심인 인지, 판단, 제어의 용어와 내용을 안내 한다.
/ 자율주행자동차구성을 위한 센서 요소 분류하기
- 자율주행자동차에 들어가는 다양한 센서의 역할과 원리를 조사 및 탐색한다.
ET 자율주행자동차 센서요소를 활용하여 자율주행 자동차 스케치하기
자율주행자동차 설계하기
CD 차체와 섀시(프레임) 이해하기
- 자율주행자동차 모델 구조 및 구동원리 이해하기 ○ 자율주행자동차 모델 구조
- carrera go의 슬롯 카의 섀시 부분을 구 입하여 자동차를 제작할 것임
- 차체를 123D DESIGN으로 설계하여 3D 프린터로 출력하여 제작함
○ 자율주행자동차 모델 구동원리 이해하기
- 트랙에 어댑터를 통해 전기가 공급되면 차량의 하부 전기 접촉부에 전기가 차량의 모터에 공급되며 스피드 컨트롤 조정기로 저항값을 달리하여 전류의 양을 조절하며 차량의 속도를 제어한다.
- 자율주행자동차 스케치하기
: 2인 1조로 만들고 싶은 자동차 차체 스케치하기
CD 자율주행자동차 설계하기
섀시 크기 재고 스케치 도면에 치수 넣기: 자동차 섀시의 가로, 세로, 높이, 바퀴의 위치, 바퀴간 사이의 거리 등 치수 재기
- 3D모델링하기
: 2인 1조 모둠으로 123D DESIGN으로 자율주행자동차 설계하기
- 슬라이서 프로그램으로 출력 파일 생성하기
참고문헌
2016년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 - 3D 프린터로 만드는 에펠탑 - ③뷰모드에서 슬라이드로
보면서 출력 경로를 알아본다.
④큐비콘 스타일에서 출력할 수 있게 G-CODE로 변환한다.
①Cubicreator에서 내 이름 파일 (STL)을 불러온다
②출력에서 기본 설정
(필라멘트, 지지대, 출력속도 등)을 한다.
정리 ( 5 분)
3D프린터로 출력하기(설계가 끝난 후 나중에 출력할 것)
변화된 G-CODE파일이 저장된 SD카드를 3D프린터에 넣고 출력하기
2. 학생활동지
차시
1. 오조봇 2.0 을 활용하여 자율주행 자동차에 탑승한 외국인에게 울산 12 경을 소개한다.
1. 20인 기준 : 울산 지리 조사, 명물 조사, 지도 제작, 울산 12경 소개 등으로 각자 역할을 분담한다.
2. 스마트폰으로 울산의 지리, 울산 12경의 위치 및 특징 등을 검새한 후 3D 프린터와 기타 재료를 이용하여 울산의 지도를 3차원으로 창의적으로 재구성한다. 단, 제작된 내 고장 울산 지도에 자율주행 자동차(오조봇)가 다닐 수 있는 도로를 설계한다.
3. 오조봇에 코딩되어 있는 다양한 기능(유턴, 정지, 부스터 등)을 활용하여 자율 주행 자동차 가 울산을 한 바퀴 일주하며 울산 12경을 외국인에게 소개하는 스토리텔링을 준비한다.
4. 모둠원은 스토리텔링 기법을 이용하여 자율주행 자동차의 안내원이 되어 자율주행 자동차 가 운행하는 동안 탑승한 외국인에게 울산 12경 중 각자 맡은 부분을 소개한다. 단, 제 한 시간 10분 이내에 출발 장소(울산공항)로 스토리텔링을 끝내고 돌아와야 한다.
3. 교사자료
차시 1~4/16
자율주행 자동차란? :
- 운전자가 차량을 운전하지 않아도 스스로 움직이는 자동차
- 주변 사물을 인식할 수 있는 첨단 센서는 사람처럼 사물과 사물의 거리를 측정하고 위험을 감지 하여 사각지대 없이 모든 지역을 볼 수 있도록 도와준다.
- 그래픽 처리 장치는 여러 대의 카메라를 통해 자동차의 주변 환경(표지판, 사람, 동물 등)을 파악하 고 분석한다.
- 자유주행 자동차 5단계
1) 1단계 : 운전자가 페달에서 발을 떼고 운전 가능한 단계
2) 2단계 : 운전자가 스티어링 휠과 레버 등에서 손을 떼고 운전 가능한 단계 3) 3단계 : 운전자가 차량 전방을 주시하지 않아도 되는 단계
4) 4단계 : 운전자가 운전에 대한 생각을 하지 않는 단계 5) 5단계 : Driverless(운전자 없이 운전하는 단계)
* 오조봇2.0의 기능(자율주행 자동차(5단계) 역할 수행)
- 라인트레이서와 같이 밑면에 그려져 있는 선을 따라 움직입니다.
- 선의 색깔 중 파랑, 빨강 등의 색상을 조합하면 회전하거나, 멈추거나, 부스터 기능을 하는 등
다양한 기능을 발휘합니다.
- 검은색을 제외한 색선을 인식하면 LED의 색깔이 인식한 선의 색깔로 바뀝니다.
- 오조블록클리를 이용하여 오조봇에 간단한 명령어를 코딩할 수 있습니다.
자료출처
3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 4
1. 차시(단계)별 교수 학습 과정
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 5 분)
※ Co CD Tip! 을 표시
Co (울산시 홍보영상: 해울이(고래)가 날아다니는 홍보영상 시청)
: 영상 속 인상 깊었던 장면은 무엇입니까?
: 울산을 상징하는 대표적인 것이 고래입니다. 영상 속에 등장하는 고래와 드론을 융합할 수 있는 방법은 없을까요?
: 고래드론을 제작하기 위해서 필요한 것은 무엇일지 발표해봅시다.
Tip! 학생의 다양한 답변을 수용적 태도로 대한다.
p p t 자 료제 시
전개 ( 35 분)
: 기초적인 드론 에어프레임(몸체)을 만드는 3D모델링을 해봅시다. 각자 버니어 캘리버스로 드론 부품들의 치수를 측정하고 FUSION 360으로 모델링을 해 봅시 다.
: 고래모양의 3D모델링된 파일을 활용하여 CURA로 슬라이싱을 해 봅시다. 각 자의 3D프린터에 적합한 값을 CURA에 입력하고 출력 해봅시다.
: 출력물을 활용해서 고래드론을 만들고 조종해 봅시다.
Tip! 3D모델링은 정확한 치수가 필요하다. 그러므로 치수측정과 모델링에 어려움 을 호소하는 학생들을 위해 교사는 사전에 모델링된 파일을 제공하도록 한다.
정리 ( 5 분)
: 고래드론으로 레이싱 대회를 개최하고 개선해야할 점에 대해 토론한다.
중심과목 과학 학교급/학년(군)
중학교 1학년
미술(디자인), 수학(여러 가지 도형), 과학(열 전도현상)
중심과목 성취기준
영역
[6 미 02-03]다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현 내용을
구체화할 수 있다.
중심과목 성취기준
[9과09-02] 전기 회로에서 전지의 전 압이 전자를 지속적으로 이동하게 하 여 전류를 형성함을 모형으로 설명할 수 있다.
주제(단원)명 3D프린팅 드론 Maker 활동하기 차시 9-12 /16
학습목표 • 3D모델링 된 파일을 슬라이싱할 수 있다.
• 3D프린팅 드론을 Making할 수 있다.
연계과목 기술가정 연계과목
성취기준 영역 [9기가05-06]
STEAM 요소
S •드론의 원리, 작동 센서 이해하고 작동하기
•전류의 방향과 전동기의 방향간의 관계를 이해하고 활용하기
T
•블루투스와 아두이노를 연결하여 스마트폰으로 조작가능한 e,fjs 만들기
•123D DESIGN을 이해, 연습하기 및 설계하기
•아두이노 자동차의 프레임을 설계 및 제작하고 차체를 3D프린터로 출력하기 E •아두이노 자동차 차체를 디자인하고 123D DESIGN을 사용하여 3D모델링하기
•코딩시 효율적인 알고리즘을 탐구하기 A
M
개발 의도
효과적인 과학마술 공연을 위해 빛나는 마술모자를 만들고자 한다. 릴리패드 LED와 전도성을 활용한 회로 구성을 통해 과학, 기술, 디자인이 융합되어 상품을 만들어내는 과정을 체험하도록 한다.
본 수업은 학생들이 드론 프레임을 설계하고 제작하여 3D프린터로 출력한 프레임을 직접 드론에 적용하는 전 과정을 경험하도록 구성하였다. 이 과정에서 학생들은 문제 상황을 개선하기 위해드론을 설계․제작․비행하는 방 법을 창의적으로 고안할 수 있을 뿐 만 아니라 모둠별 학습을 통해 의사소통능력과 협업 능력을 키우며, 더불 어 IT를 기반으로 한 융합 시대를 맞이하여 미래 유망 직업 및 진로를 적극적으로 탐색하는 태도를 기르게 될 것이다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
우리도 3D프린터기 로 드론의 프레임 을제작하여 스마트 폰으로 드론을 제 어하는 비행장치를 만들어 보면 어떨 까?
창 의 적 설 계
창의적 설계 •드론을 학교 안에서도 배움으로써 학교에 대한 만족도를 높이기
• 3D 프린팅 드론을 만들되 울산의 지역특 색을 가진 드론인 고 래드론을 만들기
감 성 적 체 험
• 드론의 비행 원리를 바탕으로 프레임을 설계, 제작하고 완성한다.
•아두이노와 블루투스를 사용하여 스마트폰으로 작동 가능하도록 코 딩한다. 있다.
2. 학생활동지
차시 9∼10 차시
학생활동 1 3D프린팅 드론 Maker 활동하자!
<상황 제시>
❶ 위의 그림을 참고해서 울산의 특색이 드러나는 드론 Making 방법에 대해 말해봅시다.
고래드론을 제작하면 될 것 같다.
❷ 드론 Making 을 할 때 어려운 점은 무엇일지 예상해 봅시다.
정확한 치수 측정, 무게 및 공기저항을 고려한 설계가 어려울 것 같다.
차시 9~10 차시 참고자료
3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 4 1. 차시(단계)별 교수 학습 과정
중심과목 과학 학교급/학년(군)중학교 2,3학년
과학, 기술가정, 미술, 중심과목
성취기준 영역
[6 미 02-03]다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현 내용을
구체화할 수 있다.
중심과목
성취기준 [9과24-02]
주제(단원)명 Maker 수업 - 에코백 만들기 차시 13-16 /16
학습목표
• 전도성실과 릴리패드 LED를 활용한 바느질 소품을 만들 수 있다.
• 주변에서 디자인과 과학이 융합된 다양한 사례를 찾아 발표할 수 있다.
• 한국전통민화에 대해 이해할 수 있고 실크스크린 체험을 통해 창의성을 높일 수 있다.
연계과목 기술가정 연계과목
성취기준 영역
STEAM 요소
S 빛과 파동, 전기와 자기 T 전기회로도 이해 E 바느질하기
A 실크스크린 실습, 우리나라 전통민화 이해 M
개발 의도
전도성 실, Sewable LED(릴리패드 LED), 릴리 트윙클(타이니)등을 생활소품(모자)에 단순히 적용하였다면 ‘빛나는 민화 에코백 만들기’프로그램에서는 ‘과학마술 모자 만들 기’에서 접했던 전도성 실, Sewable LED 를 기반으로 우리나라 전통민화 3 종(호작도, 책가도, 연화도)를 실크스크린 틀로 제작하여 이를 에코백에 나염잉크로 프린트 한 후 이를 활용하여 ‘빛나는 민화 에코백’을 만들어보기로 한다.
Lilypad(Lilypad)는 MIT Media Lab 의 교수 Leah Bucheley 교수가 개발한 바느질 소품을 위한 Sewable LED 로 전도성 실(Conductive thread)을 활용하면 원단 (Frabric)이나 소품에 다양한 효과를 줄 수 있는 웨어러블 디자인이 가능 하다.
이 수업은 이 원리를 기반으로 이전에 체험했던 ‘과학마술 모자 만들기’
보다 좀 더 일상생활에서 활용할 수 있는 생활소품을 만들고자 했다. ‘빛 나는 LED 에코백’을 만들어 보기로 했는데 단순히 에코백에 그림을 그려 서 표현하는 것보다 전통예술(민화)을 소재로 한 에코백을 만들어 민화 수업과 병행함으로써 산출물의 예술적, 교육적 가치를 높이고자 한다. 실 크스크린 틀을 활용하여 에코백 위에 프린트를 할 경우 비교적 손쉽게 그림을 그릴 수 있을 뿐만 아니라 많은 양을 찍어낼 수 있어서 수업에 있어 활용도가 높으며 그림에 소질이 없는 학생들도 부담없이 참여할 수 있다. 우리나라 민화에 대한 이론 수업을 함께 병행함으로써 호작도, 책가도, 연화도에 대해 알아보 고 패브릭 마카를 이용하여 각자의 개성을 살려 색칠해 보도록 한다. 민화 에코백에 빛의 효과를 낼 수 있는 가장 효율적이고 방법을 스스로 구상할 수 있는 시간을 갖는다면 문제해결력 또한 높일 수 있다.
STEAM 학습
상황 제시 상 전기가 통하는
창 창의적 설계 • 실크스크린 작업을 감
성
준거 황 제 시
실이 있을까?
Sewable LED란 무엇일까?
의 적 설 계
• 릴리패드 LED, 트윙클, 전도성 실을 활용하여 창의적인 회로도를 구성할 수 있다.
• 릴리패드 아두이노를 활용하여 더 다양한 효과를 낼 수 있다.
• 전도성 실이 지닌 오류를 최대한 줄여 효율적인 회로 구성을 할 수 있다.
통해 제작한 민화 코백에 자신의 개성을 살려 아름답게 색칠할 수 있다. 적
체 험
감성적 체험 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 5 분)
Co (민화를 제시한다)
- 민화란 무엇이며 민화를 본적이 있나요?
- 릴리패드 LED 및 전도성 실을 활용한 다양한 회로 연습을 할 수 있는 준비물 을 배부한다.
p p t 자 료제 시
전개 ( 3 차시
분)
[준비물]
사전에 제작한 실크스크린 프레임(호작도, 책가도, 연화도 3종 준비), 나염잉크, 스퀴지, 세척액,무지에코백, 패브릭 물감 or 마카 , 비닐장갑
Tip! 프레임은 공방에 실크스크린으로 제작할 민화 초본을 보내서 제작을 의뢰할 수 있다. 이 과정에서 교사가 일방적으로 민화 초본을 정하지 말고 미술과 교사와 코티칭을 통해 기초적인 ‘민화 이론 수업’과 병행한 후 각 민화가 지닌 의미를 이해할 수 있도록 하고 이를 통해 학생들과 토론을 통해
실크스크린으로 제작할 초본을 선택할 수 있도록 한다. 예를 들어, 등용문, 장원급제를 상징하는 ‘약리도’의 경우는 성적이 가장 큰 관심이자 고민인 학생들에게는 인기가 있을 것이다. 프로그램 개발 과정에서는 교사의 선호도를 반영하여 호작도, 책가도, 연화도 3종을 실크스크린 틀로 제작하였다.
연화도 실크스크린 틀 책가도 프레임
호작도
*학생들에게 가장 인기가
높이기 위해서는 나염잉크를 사용해야 한다. 주의 사항은 나염잉크는 옷에 묻으면 잘 지워지지 않으므로 반드시 편안한 옷과 앞치마를 착용할 수 있도록 한다.
CD 민화에 대한 이해를 바탕으로 각 민화에 어울리는 채색을 할 수 있도록 한 다.
Tip! 작업이 끝난 후 프레임에 바른 나염잉크는 전용세척액으로 제거해야 한다.
이 과정에서 세척액에서 역한 휘발성 오일의 냄새가 나므로 환기가 잘 되는 곳에 서 작업을 할 수 있도록하고 안전을 위해 반드시 마스크를 착용할 수 있도록 하고 반드시 교사의 임장지도가 필요하고 보관시에도 밀봉하여 보관할 수 있도록 한다.
ET 제작이 완료된 에코백에 자신의 개성을 살려 패브릭 마카로 색칠할 수 있도 록 한다.
Co 채색이 끝난 에코백에 Lilypad LED로 빛의 효과를 넣어보자
[준비물] 채색이 완료된 민화 에코백, 전도성 실, 바늘, 릴리패드 LED, 배터리 홀 더, 3V 동형 전지
CD 배터리 홀더를 효과적으로 처리할 수 있는 방법에 대해 생각해 볼 수 있도록 한다.
CD 에코백은 생활에서 자주 사용하는 생활 소품이다. 사용하는 과정에서 세탁이 필요할 경우도 있을것이다. 세탁이 가능하도록 하는 방법에 대해 생각해 보자.
Tip! 프로그램 개발 초기에는 에코백에 직접 바느질을 하려고 했으나 가방을 세탁 할 경우를 대비하여 별도의 부직포에 회로도를 완성한 후 접착테이프를 활용하여 에코백 내부에 탈 부착할 수 있도록 디자인하였다. LED의 빛이 들어오는 부분을 정확하게 맞추기 위해 전기 회로도를 디자인 한 부직포에 실크스크린 작업을 하였 으나 대략적인 위치 표시만으로도 같은 효과를 낼 수 있으므로 강한 화학냄새가 나는 실크스크린 작업을 최소화하기 위해 에코백에만 실크 스크린 작업을 해도 상 관없다.
실크스크린 틀에 나염잉크를 골고루 바르기
실크스크린 결과물 스퀴지로 힘껏 밀
어서 프린트 하기 에코백 채색하기
가방 내부에 부착 건전지 홀더 안으 빛나는 에코백 완성
할 회로도 완성 로 처리
정리 ( 5 분)
CD 전기회로도에 대한 기초 지식을 바탕으로 모자에 부착할 회로도를 구상할 수 있다. (직렬회로, 병렬회로 등)
Tip! 학생들의 바느질이 미숙할 경우, 기초바느질 수업을 추가하여 실시하여야 한다. (실꿰기, 매듭짓기, 기초 홈질 등 지도)
2. 학생활동지 1
차시 9-12 차시
3. 학생활동지 2
차시 13차시
참고자료 ATtiny 85(MIT Media Lab)
4. 교사자료
차시 9-16/16
릴리패드 아두이노 관련 연구:
릴리패드 제작자 MIT Media Lab 교수 Leah Buechley 저서 중심
Leah Buechley는 Lilypad의 제작자이다. 스티커 LED 제작자인 Jie Qi의 스승이기도 한 이 교수님의 일반인도 쉽게 따라할 수 있다고 소개되어 있는 “Sew Electric”(영문)을 보다가 전문용어가 너무 많아서 어려움을 겪던 중 올해 출시된 “꿀잼 아두이노”와 함께 병행해서 보며 연구를 하고 있다.
Jie Qi의 프로젝트 페이지인 “Chibitroics” 도 우리가 많은 도움을 받고 있는 곳이기도 한다. Lilypad Arduino usb의 활용 기본 과정은 다음과 같다.
①포트 설정
본동아리처럼 릴리패드 아두이노 USB를 사용하는 경우 [도구]>[보드]에서 LilyPad Arduino USB 를 선택하면 된다.
②스케치하기
편집 창을 열어서 직접 명령어를 입력하거나 오픈 소스로 제공되는 예제를 불러올 수 있다.
명령어는 영어로 되어있어서 이해하기 어렵지 않고 쉽게 익힐 수 있다.
※ 아두이노 스케치 명령어
③프로그램 컴파일
스케치를 마무리한 후 아두이노로 코드를 전송하기 전, 먼저 컴파일을 해야 한다. 컴파일은 작성 한 코드를 실행 파일로 변환하는 작업으로, 문법적 오류가 발생하였는지 확인할 수 있다.
④업로드 프로그램
좌측 상단의 화살표 모양의 버튼을 클릭하면 업로드가 시작된다. 몇 초간 기다리면 업로드가 완료 되었다는 메시지가 나타난다. 이때 릴리패드 아두이노 위의 붉은색 LED가 1초 간격으로 깜빡거린 다. 빛, 온도, 가속도 등을 감지하는 센서를 이용하면 좀 더 다양하게 응용할 수 있으며 부저를 사 용하여 간단한 음계를 입력할 수도 있다.
void setup(){ } 처음 실행될 때 한 번만 실행되는 설정으로, 초기 값을 설정하는 내용이 들어간다.
void loop(){ } 여기에 명령어를 입력하면 계속 반복해서 실행된다.
pinMode() 핀의 모드를 입력이나 출력으로 설정한다. OUTPUT과 INPUT으 로 설정할 수 있다.
digitalWrite() HIGH/LOW를 입력하여 전압을 조절한다.
delay() 입력한 숫자만큼의 시간동안 상태를 유지한다. 단위는 마이크로 세컨드로, 숫자 1000을 입력하면 1초동안 대기한다.
자료출처
