생체 모방 로봇 연구실

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고등학교 로봇

생체 모방 로봇 연구실

I. 주제 개관 ···

3

Ⅱ. 주제 학습 내용 ···

4

Ⅲ. 관련 교육 과정 ···

5

Ⅳ. 주요 학습 개념 ···

8

Ⅴ. 차시별 교수 학습 과정안 ···

9

Ⅵ. 참고 문헌 및 사이트 ···

34

(4)

(5)

생체 모방 로봇 연구실

I. 주제 개관

본 프로그램에서는 학생들이 스스로 로봇공학자가 되어 간단하게 생체 모방 로봇을 설계할 수 있도록 하였다. 로봇공학자(Robotist) 는 지능형 로봇의 산업화를 위해 산업계, 학계, 연구계에서 로봇제 품 및 로봇기술을 연구 개발하는 사람들을 말한다. 로봇공학자는 공학인외에도 의학계, 언론계, 문화예술계 등 로봇산업의 육성과 발전을 위해 로봇연구에 적극 참여하는 전문가들을 포함하며, 이 들을 '로봇인'이라고 부르기도 한다.

생체 모방 로봇은 생물학이 로봇 공학만으로는 찾기 힘든 최적 화된 로봇 운동의 해법을 제시할 수 있다. 더 나아가 응용 기술에 대한 순수 과학의 역할과 가능성을 보여주고 있다는 점에서 보다 큰 의미를 부여할 수 있을 것이다.

본 프로그램은 고등학교 학생들의 로봇에 대한 이해를 높이기 위해 구성되었다. 또한, STEAM 교육을 하고자 하는 교사가 수업 하기에 편리하도록 교육과정과의 연계를 기초로 하여 학교 정규 수업 시간 내에 시행이 가능하게끔 구성하였다. 구체적으로 본 프 로그램은 생체 모방 로봇 탐구를 주제로 하여 먼저 로봇의 정의와 로봇이 지켜야 할 원칙을 생각해 보고, 최신 로봇 기술과 동향을 탐구하도록 하였다. 다음으로 로봇의 구성 장치의 원리와 무게 중 심에 대해 알아보고, 최근 이슈가 되고 있는 생체 모방 로봇에 대 해 탐구한 후 그 속에 어떠한 수학 ․ 과학적 원리가 숨어 있는지 살 펴보도록 하였다. 그리고 최종적으로 모방하고자 하는 생물을 선 택하여 그 생물의 특징을 수학 ․ 과학적으로 파악한 후 생체 모방 로봇을 직접 설계하게 함으로써 학생 스스로 자기 효능감을 느낄 수 있도록 구성하였다.

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Ⅱ. 주제 학습 내용

영역 학습 목표

융합 지식 활용(문제이해)

문제와 관련된 융합적 지식을 활용할 수 있다.

생체 모방과 관련된 기술을 이해할 수 있다.

창의적 사고력 (해결방안탐색)

생체 모방 로봇을 설계하는 데 있어 창의적인 사고를 할 수 있다.

문제해결능력 (과정 지식)

‘생체 모방 로봇 설계’라는 주어진 문제를 해결 하는 방법을 제시할 수 있다.

수행능력(기능)

생체 모방 로봇을 설계할 수 있다.

설계한 로봇의 수학․과학적 특징을 파악할 수 있다.

감성적 태도 (몰입)

모둠별 대항을 통해 학생들의 흥미를 유발시킬 수 있다.

본 주제는 생체 모방 로봇에 관한 내용을 바탕으로 하여 1차시 에는 문제 상황을 이해하고, 도전 과제를 확인하도록 하였다.

2차시에서는 생체 모방 로봇을 설계하기 전, 기본적으로 로봇을 이해하고 로봇이 지켜야 할 3대 법칙과 로봇의 종류에 대해 알아 보는 시간을 갖는다.

3차시에서는 최신 로봇 기술과 동향을 탐구하고 상상 속의 로봇 의 이름과 역할이 무엇일지 생각해 보도록 구성하였다.

4차시에서는 로봇의 구성 장치를 이해하고, 5차시에서는 무게 중심에 대해 이해할 수 있도록 하였다.

6차시에서는 생체 모방 기술을 이해하고, 현재 개발 중이거나

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과목 현 교육과정 2009개정 교육과정 과학

물리

고-1학년-Ⅲ.유전과 진화-3.

생물의 진화

고-2학년-Ⅰ.시공간과 우주-

고-1학년-Ⅲ.생명의 진화 -2.생명의 진화

고-2학년-Ⅰ.시공간과 우주 모방했는지 그리고 그 생물을 탐구하여 로봇의 특징에 대해 생각 해 보는 시간을 갖게 하였다.

7차시와 8차시에는 모둠별로 모방하고자 하는 생물을 선택한 후, 특징을 파악하여 어떠한 원리를 로봇에 적용할지 판단하도록 하였다. 또한 그 생물을 모방한 생체 모방 로봇의 이름을 직접 명 명하고, 어떠한 수학․과학적 원리를 바탕으로 설계하였는지 탐구 하도록 하였다.

9차시에는 자신의 모둠에서 설계한 생체 모방 로봇의 장점, 한 계점, 독특한 특징 및 느낀점을 적고 평가해 보도록 하였고 또한 다른 모둠에서 발표한 생체 모방 로봇을 ALU기법으로 평가해 보 는 시간을 갖도록 설계하였다.

마지막으로 10차시의 진로탐색의 경우, 의료용 로봇에 대해 알아 보고 로봇과 관련된 직업을 탐구하도록 하였다. 그리고 교사의 재 량에 따라 수업 중 혹은 수업 후 안내를 통해 학생들이 직접 인터 뷰를 할 수 있도록 구성하였다.

Ⅲ. 관련 교육과정

1. 교육과정 연계표

이 수업 내용의 경우 수업 내용이 고등학교 1학년 학생을 대상으 로 수업을 진행하기에 알맞게 내용구성이 이루어져 있다. 관련된 교과와 내용은 다음과 같다.

교육과정 상 목표와의 연계

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과목 현 교육과정 2009개정 교육과정

Ⅰ

운동량과 충격량

고-2학년-Ⅳ.에너지-힘의 전 달과 돌림힘

고-2학년-Ⅳ.에너지-힘의 평 형과 안정성

-1. 시간, 공간, 운동

고-2학년-Ⅳ.에너지-1. 에 너지의 발생

고-2학년-Ⅳ.에너지-2. 힘 과 에너지의 이용

기술

공학

고-1학년-기술혁신과 발명, 창의공학설계

고-1학년-미래 기술의 세계/사회 고-1학년-융합적 문제해결 체험

활동

고-2학년-자동화와 기계공학 고-2학년-전기전자와 정보통

신 공학

고-2학년-나노와 생명공학

고-1학년-기술혁신과 발명, 창의공학설계

고-1학년-미래 기술의 세계/사회 고-1학년-융합적 문제해결 체

험 활동

고-2학년-자동화와 기계공학 고-2학년-전기전자와 정보

통신 공학 고-2학년-나노와 생명공학

예술 (미술)

고-1학년-Ⅱ.미적표현-1.주제표현 고-1학년-Ⅱ.미적표현-2.표현기법 고-1학년-Ⅱ.미적표현-4.표 현재료와 용구

수학

고-1학년-Ⅳ.평면좌표-1.평 면좌표(무게중심)

고-1학년-Ⅳ.평면좌표-2.두 점 사이의 거리

고-1학년-Ⅳ.평면좌표-3.원 의 방정식

고-1학년-Ⅲ.도형의 방정식 -1.평면좌표(무게중심)

고-1학년-Ⅲ.도형의 방정식 -1.평면좌표(두 점 사이의 거리) 고-1학년-Ⅲ.도형의 방정식 -3.원의 방정식

국어 고-1학년-Ⅱ.말하기-2.표현 과 전달

고-1학년-Ⅱ.말하기-2.표현 과 전달

윤리 고-1학년-생명 존중 사상 고-1학년-생명 존중 사상

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2. STEAM 과목 요소

과목 학습활동 및 수업 내용

S 과학 생체 모방 생물 탐구, 생체 모방 로봇의 과학적 특징 T 기술 최신 로봇 기술 탐구, 로봇의 구성장치 이해, 생체 모

방 기술 이해

E 공학 로봇에 대한 이해, 로봇의 종류 탐구 A 예술 및

인문사회

상상 속의 로봇 역할 탐구, 생체 모방 로봇 설계 및 발 표, 평가

M 수학 무게 중심 이해, 거리 측정

3. STEAM 단계 요소

 문제 상황 : ‘자연을 닮아가는 로봇은 과연 어디까지 진화할 까?’의 질문에 대한 답하기

 창의적 설계 : 생체 모방 생물을 선택하고 그 생물의 특징을 파 악하여 로봇의 어떤 장치에 사용할 수 있을지 판 단한 후, 수학․과학적 원리를 바탕으로 생체 모방 로봇을 창의적으로 설계하고 평가하기

 감성적 체험 : 문제 상황, 창의적 설계, 산출물의 선 순환적 과정 ￭ 문제 상황 단계

삶의 문제(Authentic Tasks) : 로봇은 우리의 삶과 밀접한 관련이 있고 친숙한 소재가 될 것임

흥미 요소 : 생체 모방 로봇을 직접 설계해 봄으로써 학생들의 흥 미를 유발시킬 수 있음

도전 요소 : 로봇의 장치를 중심으로 생체 모방 로봇을 창의적으로 설계하여 전시 및 발표를 해야 하므로 학생들이 도전 의식을 고취시킬 수 있음

목적(열정) : 생체 모방 로봇의 장치를 설계해야 하는 경쟁을 통해 흥미를 가질 수 있음

내적 동기 : 어렸을 때부터 만화나 영화를 통해 미래의 로봇을 보

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고 자란 세대이므로 충분히 미래의 로봇에 대한 생각 과 로봇과 관련된 직업에 관심을 가질 수 있음

비구조화 문제(창의 요소) : 생체 모방 로봇의 장치를 설계하는 데 있어 창의적인 사고를 할 수 있음 ￭ 창의적 설계 과정

창의적 문제해결 과정 : 생체 모방 생물 선택 -> 생물의 특징, 장 점 파악 -> 창의적인 생체 모방 로봇 설 계 및 평가

협력적 과제 수행 : 모둠별 주어진 종이에 로봇 이름, 로봇 장치 이 름, 모양, 기능, 특징, 수학/과학적 분석 등을 자유롭고 창의적으로 설계

￭ 창의적 설계 산출물

성취감 - 창의적인 생체 모방 로봇 설계를 통한 성취감 고취 효능감 - 조별 대항을 통한 흥미와 효능감 고취

과학기술(공학) 흥미

- 생체 모방 생물에 대한 탐구와 로봇 장치 설계에 대한 탐구를 통해 과학기술(공학)에 대한 흥미 고취

과학기술(공학) 탐구 동기 강화(이공계 진로 설계)

- 진로 탐색을 통한 과학기술(공학)에 대한 탐구 동기 강화

Ⅳ. 주요 학습 개념

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단계 차 시 주 제 및 주 요 활 동 내 용 관 련 교 과

Ⅰ.

문제로의 초대

1차시

생체 모방 로봇과 관련된 문제 상 황을 이해

- 생체 모방 로봇과 관련된 문제 상황 을 이해한다.

- 도전 과제를 파악하고 모둠을 조직 한다.

과학

(1학년, 유전과 진화)

국어

(1학년, 말하기)

Ⅱ. 문제 해결을 위한 활동

2차시

로봇, 넌 누구니?

- 로봇에 대해 이해한다.

- 로봇이 지켜야 할 3대 법칙에 대해 알아본다.

- 로봇의 종류를 탐구한다.

기술

(1학년, 미래 기 술의 세계/사회) 윤리

(1학년, 생명 존 중 사상)

3차시

최신 로봇 기술

- 최신 로봇 기술과 동향을 탐구한다.

- 상상 속의 로봇의 이름과 역할에 대해 예측해 본다.

기술

(1학년, 기술혁 신과 발명) 공학

(2학년, 전기전 자와 정보통신 공학)

4차시

로봇의 구성 장치 속으로의 여행~

- 로봇의 구성 장치(이동장치, 탐색 장치, 제어장치)를 탐구한다.

물리

(2학년, 시공간 과 우주, 에너 지)

5차시

무게 중심에 대한 이해 - 무게 중심을 이해한다.

- 물체의 무게 중심을 찾을 수 있다.

수학

(1학년, 평명좌 표)

Ⅴ. 차시별 교수학습 과정안

1. 차시별 총괄 계획

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단계 차 시 주 제 및 주 요 활 동 내 용 관 련 교 과

6차시

생체 모방 로봇 탐구

- 생체 모방 기술을 이해한다.

- 현재 개발 중이거나 개발된 생체 모방 로봇의 특징을 탐구한다.

과학

기술

(1학년, 기술혁 신과 발명)

Ⅲ. 문제 해결

7차시

생체 모방 로봇을 설계하라!

- 프로젝트 내용을 파악한다.

- 문제 해결 과정을 살펴본 후, 모둠 별로 생체 모방 로봇을 직접 설계 한다.

- 설계한 생체 모방 로봇의 이름을 명명하고, 수학․과학적 원리를 파 악한다.

과학

미술

(1학년, 미적표 8차시 현)

Ⅳ. 평가

및 성찰 9차시

설계한 로봇에 대한 발표 및 평가 - 직접 설계한 생체 모방 로봇의 장

점, 한계점, 독특한 특징, 느낀 점 을 적고 평가한다.

- 각 모둠에서 발표한 생체 모방 로 봇을 ALU 기법으로 평가해 본다.

과학

국어

Ⅴ. 진로 탐색

1 0 차 시

로봇 관련 직업 탐구

- 의료용 로봇에 대해 알아본다.

- 로봇과 관련된 직업 및 학과에 대 해 탐구한다.

- 로봇 공학자와의 인터뷰를 실시한 다.

기술

(1학년, 융합적 문제해결 체험) 공학

(2학년, 나노와 생명공학) 국어

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2. 차시별 교수-학습 과정안

1차시 문제로의 초대

□

^S

□

^A

학습주제 생체 모방 로봇과

관련된 문제 상황 이해 ^학습유형 ^탐구형

차 시 1/10

학습목표

생체 모방 로봇과 관련된 문제 상 황을 이해하고 도전 과제를 파악한 다.

맥락 주제

■IT □ 에너지

□환경 □ 디자인 준비물 필기도구

절차 교수 · 학습 활동 감성체험 STEAM

문제/

관찰(10’)

․주제의 이해, 생각열기 읽어보기

․생체 모방 로봇과 관련된 기사 읽기 흥미 S

가설 설정 및

토의 (25’)

․‘자연을 닮아가는 로봇은 과연 어디까

지 진화할까?’에 대한 가설 설정 정보 수집 S

․생체 모방 로봇의 발전 가능성에 대 해 모둠별로 토의하기

창의적 문제해결, 소통, 배려

S, A

토의 결과 해석 (10’)

․모둠별 토의 내용 정리 및 발표하기

협력, 배려, 소통, 소속감

S, A

결론 (5’)

․프로젝트 도전 과제 확인하기

․도전 과제의 유의 사항 확인하기

․차시 예고

정보수집 S

평가 관점

생체 모방 로봇에 대해 알고 있는가?

생체 모방 로봇의 발전 가능성에 대한 창의적인 내용을 제시 하는가?

토의에 적극적으로 참여하였는가?

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1차시 내용 해설 학생용 3-7쪽 1차시 문제로의 초대 단계에서는 가장 먼저 주제의 이해, 학습 목표, 생각 열기, 관련 단원을 확인하도록 되어 있다. 이때에는 학 생들이 스스로 흥미를 가질 수 있도록 학생이 직접 읽을 시간을 주는 것이 좋다.

생체 모방 로봇이 어디까지 진화할지 예상해 보는 구체적인 활 동에 들어가면서 학생들은 다양한 정보를 통해 생체 모방 로봇에 대해 알아보아야 하므로 교사는 다양한 사례를 제시해줘야 할 필 요성이 있다.

※ 생체 모방 로봇 관련 동영상

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=W 1czBcnX1Ww

※ 나우뉴스 – 갈매기 아냐?…생체로봇 ‘스마트버드’ 화제

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20110329601 008

※ 바다거북을 닮은 수중 로봇 Naro-Tartaruga http://whitebase.egloos.com/4744079

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2~3차시 로봇 돋보기

□

^TE

□

^A

학습주제 로봇, 넌 누구니?

최신 로봇 기술 ^학습유형 ^탐구형 차

시 2~3/10

학습목표

1. 로봇에 대해 이해하고, 로봇이 지켜야 할 3대 법칙과 로봇의 종류를 탐구한다.

2. 최신 로봇 기술과 동향을 탐구하 고 상상 속의 로봇의 이름과 역 할에 대해 예측한다.

맥락 주제

■IT □ 에너지

■환경 □ 디자인

준비물 필기도구

문제/

관찰(10’)

․‘로봇이란 무엇인가’와 관련된 문제

관찰하기 흥미 T/E

내용 이해 탐구 (50’)

․로봇이 지켜야 할 3대 법칙에 대해 알아보기

․로봇의 종류에 대해 탐구하기

․최신 로봇 기술과 동향 탐구하기

자신감 상호작용

T/E, A

․학생들이 상상으로 그린 로봇의 이름 과 역할에 대해 모둠별로 토의하기

․예측된 역할에 대해 발표하기

S, A

결론 (10’)

․내용 정리

․차시 예고

정보수집 S

평가 관점

로봇에 대해 이해하였는가?

상상 속의 로봇의 이름과 역할에 대한 창의적인 내용을 제시 하는가?

(16)

2~3차시 내용 해설 학생용 8-18쪽 2~3차시에서는 로봇의 정의와 로봇이 지켜야 할 3대 법칙, 로 봇의 종류와 최신 로봇 기술과 동향에 대해 탐구하는 시간을 갖는 다. 중간에 나오는 질문에 대해 모둠별로 상의하도록 하고 발표하 는 시간을 갖도록 한다.

또한 마지막으로 학생들이 상상으로 그린 로봇의 이름과 역할에 대해 모둠별로 토의․발표하게 함으로써 학생들의 창의성을 기를 수 있도록 한다. 이때, 정답이 있는 것이 아니므로 학생들이 다양 한 대답이 나올 수 있도록 허용적인 분위기를 조성하는 것이 좋 다.

※ 학생 활동(생각해 보기)에 대한 내용은 다음과 같다.

1. 기계(machine)와 로봇(robot)의 공통점과 차이점에 대해 생각해 보 자.

- 로봇의 정의를 소개하면서 기계와 로봇의 공통점 및 차이점을 생 각해 보도록 함으로써 로봇을 정확히 이해하게 할 수 있다.

2, 로봇이 지켜야 할 3대 법칙 외에 더 필요하다고 생각되는 법칙을 적 고, 그 이유에 대해 설명해 보자.

- 로봇이 지켜야 할 법칙에 대해 생각해 보게 하는 것은 미래에 로 봇과 함께 생활하게 될 상황 속에서 꼭 지켜야 할 윤리를 알 수 있 게 한다.

3. 군사용 로봇은 인간에게 꼭 필요한 것일까?

- 군사용 로봇이 많이 개발되고 있는 현실 속에서 이러한 군사용 로 봇이 인간에게 꼭 필요한지를 생각해 보게 하는 것은 국가 안보를

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4. 다양한 종류의 로봇이 우리의 주변에 있다. 이러한 로봇이 있을 때와 없을 때의 상황을 비교하여 설명해 보자.

- 로봇의 장․ 단점을 파악하여 로봇이 있을 때와 없을 때의 상황을 비교하여 설명해 봄으로써 로봇이 생활에 꼭 필요한 이유와 사람 이 가지고 있는 단점을 로봇이 보완할 수 있다는 사실을 이해할 수 있게 한다.

5. 최신 동향 외에 여러분이 발명하고 싶은 새로운 로봇이 있는지 생각 해 보자.

- 이 단원의 최종 미션인 새로운 로봇을 설계하기 위한 사전 단계로 서 현재 개발 중인 최신 로봇 외에 발명하고 싶은 새로운 로봇을 생각하게 하면 미션을 해결하는데 도움을 줄 수 있다.

6. 학생들이 상상으로 그린 다음 로봇의 이름과 역할은 무엇일까?

- 상상으로 그린 로봇의 이름과 역할에 대해 생각해 보는 것은 앞으 로 미래 로봇을 창의적으로 직접 설계하는 데 큰 도움을 줄 수 있 다.

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4~5차시 로봇의 구성 장치 속으로의 여행~

□

^S

□

^TE

□

^M

□

^A

학습주제 로봇, 넌 누구니?

최신 로봇 기술 ^학습유형 ^탐구형 차

시 4~5/10

학습목표

1. 로봇의 구성장치에 대해 이해한다.

2. 무게 중심을 이해하고, 물체의 무게 중심을 찾을 수 있다.

맥락 주제

■IT □ 에너지

□환경 □ 디자인 준비물 필기도구

문제/

관찰(10’)

․로봇의 구성장치가 무엇인지 알아보 기

․특히, 이동 장치에서의 무게중심의 중 요성에 대해 이해하기

흥미 S, M

․로봇의 구성장치(이동장치, 탐색장치, 제어장치) 탐구하기

․무게 중심 이해하기

․물체의 무게 중심 찾기

자신감

상호작용 S, M

․도형의 무게 중심을 구하는 방법에 대해 토의하기

․구한 무게 중심에 대해 설명하기

M, A

결론 (10’)

․내용 정리

․차시 예고

정보수집 T/E

평가 관점

로봇의 구성장치와 무게 중심에 대해 이해하였는가?

도형의 무게 중심을 구하고 그 이유에 대한 창의적인 내용을 제시하는가?

(19)

4~5차시 내용 해설 학생용 19-22쪽 4~5차시에서는 로봇의 구성 장치(이동장치, 탐색장치, 제어장 치)와 이동장치에서 매우 중요한 무게 중심에 대해 탐구하는 시간 을 갖는다. 더 나아가 도형의 무게 중심을 구하는 방법에 대해 모 둠별로 상의하도록 하고 발표하는 시간을 갖도록 한다.

이때, 서로 무게가 같은 두 물체에서 시작하여 서로 무게가 다 른 세 개 이상의 물체의 무게 중심을 찾는 방법을 유추할 수 있도 록 지도한다. 또한 무게 중심을 구하는 방법을 창의적으로 생각할 수 있도록 하고 무게 중심에 대한 공부를 통해 수학의 활용성을 느낄 수 있도록 한다.

※ 학생 활동(생각해 보기)에 대한 내용 및 예시답안은 다음과 같 다.

1. 생체 모방 기술이 로봇의 발전에 새로운 대안이 될 수 있을지에 대해 생각해 보자.

- 생체 모방 기술이 로봇의 발전에 새로운 대안이 될 수 있는지를 생각해 보게 하는 것은 창의적인 생체 모방 로봇을 설계하는 데 도움을 줄 수 있다.

2. 바퀴, 다리, 무한궤도의 장점과 단점에 대해 생각해 보자.

- 바퀴, 다리, 무한궤도의 장 ․ 단점을 파악하게 함으로써 어떠한 이 동 로봇을 설계할지 생각할 수 있게 하고, 이를 통해 모방하고자 하는 새로운 생물을 연구할 수 있게 한다.

3. 메아리를 이용하면 거리를 측정할 수 있을까? 초음파 영상의 원리는 무엇일까?

- 거리 측정 방법이나 초음파 영상의 원리를 탐구함으로써 탐색 장 치 즉, 센서의 역할을 알 수 있고, 창의적인 탐색 장치를 설계할 수 있는 생물을 찾을 수 있다.

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4. 무게 중심이란 무엇인가?

가. 정의(물리)

무게가 각각 _ _인 두 물체의 무게 중심은 두 물체로부터 떨어진 거리의 비가 _  _인 지점이다. 즉, 그림과 같이 무게가 각각

_ _인 두 물체로부터 무게 중심까지의 거리가 각각 _  _이면

_  _ _  _ ⇔ __ __이다.

_ _

_ _

나. 1차원에서의 무게 중심(수학)

(1) 무게가 각각 _ _인 물체가 _ _인 좌표위에 있을 때 무게 중심의 좌표를 라 하면, 두 물체 사이의 거리가 각각

 _ _ 이므로 정의에 의하여 는 다음과 같다.

_ _  __  ⇒  _ _

__ __



O _ _

_ _



(참고) _ _인 경우, 무게 중심은 두 점의 중점이 된다.

(2) 무게가 각각 _ _ _인 물체가 _ _ _인 좌표위에 있을 때 먼저 __ __의 무게 중심은 (1)에 의해

_ _

__ __

_ _가 된다. (괄호 안에 있는 것은 물체의 무게)

(21)

_ _



^^{ }^ _

__ __



^{ }^^^^{ }^{ ⇒ }^{ }^ _ _

__ __ __

(3) 무게가 각각 _     ⋯ 인 물체가 _     ⋯

인 좌표위에 있을 때 일반적으로 다음이 성립함을 유추할 수 있 다.

 

  





_



  



__

다. 2차원에서의 무게중심(수학) (1) 직사각형의 무게중심

먼저 축 방향으로의 무게중심을 찾아보면, 좌표가 _인 지점에 무게 가 _ _인 물체가 있다고 생각하고 좌표가 _인 지점에 무게가

_ _인 물체가 있다고 생각하면 되므로 축 방향으로의 무게중심은

두 점의 중점인 

_ _

가 된다. (무게가 같으므로)

그리고 같은 방법으로 축 방향으로의 무게중심도 

_ _

가 됨을 알 수 있다. 즉, 직사각형의 무게중심은 대각선의 교점이 된다.



O _ _ 

_

_

(22)



O   



 (2) 다각형의 무게중심

그림과 같은 다각형의 무게중심을 구해 보자.

먼저 다각형을  에서 축에 보조 선을 그은 후, 왼쪽 사각형의 무게중심을 구하면 (1)에서  임을 알 수 있다.

그리고 오른쪽 사각형의 무게중심은

 이다. 그런데 이때, 두 사각형의 무

게는 넓이로 볼 수 있으므로 무게가 서로 다르다. 따라서 먼저 다각형의

축 방향으로의 무게중심을 구해 보자.

두 점    에 무게가 각각 와 인 물체가 있다고 생각할 수 있으므로 무게중심은    

 ×   ×

 

 

 이다. 즉,



^

 



같은 방법으로 축 방향으로의 무게중심을 구해 보자.

두 점    에 무게가 각각 ^과인 물체가 있다고 생각할 수 있으므로 무게중심은    

 ×   ×

 

 

 이다. 즉,



 



그러므로 물체의 무게중심은



^

 





^이다.

이 방법을 이용하면 다음과 같은 도형의 무게중심을 구할 수 있다.

(별해)

왼쪽 다각형의 무게중심을 다른 방법으로 구해 보자.

(23)



O   



 그리고 오른쪽 사각형은 무게중심이

 이고 무게는 로 볼 수 있다. 즉,

 ,  인 점에 무게가 각각 와

인 물체가 있다고 볼 수 있다. 따라서 무게중심은 그 두 점을   ^{, 즉}   로 내분하는 점이다. 즉,

  



^  

 ×   ×

   

 ×   ×



^



^

 





이 방법을 이용하면 다음과 같은 사각형 OABC의 무게중심을 구할 수 있다.

O

A B

 C









(24)

6차시 생체 모방 로봇 탐구

□

^S

□

^TE

□

^M

□

^A

학습주제 생체 모방 로봇 탐구 _학습유형 _탐구형 ^차 시 6/10

학습목표

1. 생체 모방 로봇 기술을 이해한다.

2. 생체 모방 로봇의 특징을 알 수 있다.

맥락 주제

■IT □ 에너지

■환경 □ 디자인 준비물 필기도구

문제/

관찰(5’)

․현재 개발된 생체 모방 로봇에 대한

동영상 시청하기 흥미 T/E

․생체 모방 기술 이해하기

․생체 모방 로봇에 사용된 생물의 과 학적 특성 파악하기

․생체 모방 로봇의 수학, 과학적 특징 파악하기

자신감 상호작용

S, T/E,

M

․동영상에서 본 생체 모방 로봇의 특 징에 대해 토의하기

․생체 모방 로봇의 특징 설명하기

S, M, A

결론 (5’)

․내용 정리

․차시 예고

정보수집 S, A

평가 관점

생체 모방 기술을 이해하였는가?

생체 모방 로봇의 수학, 과학적 특징에 대한 창의적인 내용을 제시하는가?

(25)

6차시 내용 해설 학생용 23-29쪽 6차시에서는 생체 모방 기술과 현재 개발 중이거나 개발된 생체 모방 로봇에 대해 탐구하는 시간을 갖는다. 또한 동영상 시청을 통해 학생들의 흥미를 유발하고, 동영상 속에 나오는 생체 모방 로봇이 어떠한 생물을 모방했는지 알아보도록 한다. 그 후 그 생 물을 탐구하여 로봇의 특징에 대해 토의, 발표할 수 있도록 지도 한다.

이때, 모방한 생물이 무엇인지 생각해 보게 하고 모방한 생물의 특징 및 장점에 대해 알아보도록 지도한다. 또한 모방 생물의 장 점을 바탕으로 설계된 로봇의 수학, 과학적인 특징에 대해 탐구해 보도록 한다. 그리고 생물의 특징, 장점 등을 통해 생체 모방 로봇 의 특징을 창의적으로 생각할 수 있도록 유도하고, 자연에 존재하 는 생물에는 각자 가지고 있는 장점이 있다는 것을 부각시켜 생명 의 소중함을 느낄 수 있도록 지도한다.

※ 학생 활동(생각해 보기)에 대한 내용 및 예시답안은 다음과 같다.

생체 모방 로봇 특징

<개를 모방한 4족보행 로봇>

'빅 도그(Big Dig)’

모델명 : 빅 도그(Big dog)

개발기관 : 보스턴 다이내믹스 (미국) 길이 : 1m

높이 : 0.7m 속도 : 5.3km/h 적재중량 : 65kg

특징 : 험지에서 군사물자 운반 용도 로 개발. 4족보행을 하며 험 한 지형에서도 잘 달릴 수 있 도록 고안됨.

(26)

<도마뱀을 모방한 스틱키봇(Stickybot)>

모델명 : 스틱키봇(Stickybot) 개발기관 : 스탠퍼드 대학

특징 : 도마뱀의 발을 모방하여, 미 끄러운 유리 벽면을 오르거 나 천장에 거꾸로 붙을 수 있다. 아직은 실험단계의 로 봇이지만 창의성과 잠재력을 인정받아 2006년 타임지의 ' 올해의 발명품'으로 선정됨.

<뱀의 움직임을 본떠 만든 로봇>

스네이크 봇(snake-bot) ACM R5

모델명 : ACM R5 개발기관 : 도쿄공과대학 지름 : 약 8cm

특징 : 뱀형 로봇으로 재난 시 인명 구조를 위해 개발, 머리 부분 에 센서와 카메라가 달려 있 어 건물이 붕괴된 곳 같은 비 좁은 공간에 들어가 영상을 송신할 수 있다. 무선 조작으 로 움직이며, 수륙양용이 가 능하다.

(27)

<바퀴벌레를 모방한 6족보행 로봇>

렉스 RHEX

모델명 : 렉스(RHEX)

개발기관 : 보스턴 다이내믹스 (미국) 최고 속도 : 3m/s

특징 : 바퀴벌레를 모방, 땅 위에서 는 다리를 회전시키며 6족보 행을 하고, 물속에서는 지느 러미를 이용하여 움직일 수 있다.

(28)

7~8차시 생체 모방 로봇을 설계하라!

□

^S

□

^TE

□

^M

□

^A

학습주제 생체 모방 로봇 설계 _학습유형 _{프로젝트형} ^차

시 7~8/10

학습목표

1. 창의적인 생체 모방 로봇을 설계 할 수 있다.

2. 설계한 생체 모방 로봇을 수학, 과학적인 특징을 알 수 있다.

맥락 주제

■IT □ 에너지

□환경 ■ 디자인

준비물 4절지, 필기도구

문제 제시 (10’)

․문제 상항 이해하기

․문제 해결 과정 살펴보기

․유의 사항 읽어보기

흥미 A

프로 젝트 수행 (60’)

․모둠별로 모방하고자 하는 생물 선택 하기

․생물의 특징 파악하기

․생체 모방 로봇을 설계하기

성취감, 자신감, 미적표현

S, T/E M, A

․설계한 로봇의 수학, 과학적 특징 파 악하기

․파악한 특징에 대해 토의하기

S, M, A

결론 (5’)

․내용 정리

․차시 예고

정보수집 S, A

평가 관점

생체 모방 로봇을 창의적으로 설계하였는가?

설계한 생체 모방 로봇의 수학, 과학적 특징에 대한 내용을 정 확히 제시하는가?

(29)

7~8차시 내용 해설 학생용 30-32쪽 7~8차시에서는 1차시에서 제시한 문제 상황과 문제 해결 과정 및 유의사항을 다시 한 번 상기시킨다. 그리고 모둠별로 모방 생 물을 선택하도록 지도하고, 그 생물의 특징을 파악하여 창의적인 생체 모방 로봇을 설계하도록 한다. 또한 설계한 생체 모방 로봇 의 수학, 과학적인 특징에 대해 모둠별로 토의하도록 지도한다.

이때, 로봇의 구성 장치 중 어떠한 장치에 중점을 둘 것인지 판 단하도록 지도하고, 모둠별로 설계한 로봇의 이름을 명명하도록 한다. 또한 설계하기 전, 다양한 생물에 대한 탐구를 통해 창의적 인 로봇이 설계될 수 있도록 한다.

※ 학생 활동 사진

1조

(30)

2조

3조

4조

(31)

5조

6조

(32)

9차시 설계한 로봇에 대한 발표 및 평가

□

^S

□

^A

학습주제 설계한 로봇에 대한

발표 및 평가 ^학습유형 ^탐구형

차 시 9/10

학습목표 설계한 생체 모방 로봇의 특징을 설명하고 평가할 수 있다.

맥락 주제

■IT □ 에너지

□환경 ■ 디자인 준비물 필기도구

전시 (5’)

․설계한 생체 모방 로봇 전시하기

․전시된 로봇의 특징 파악하기

흥미 A

발표 (30’)

․모둠별로 설계한 생체 모방 로봇의 특징 설명하기

․다른 모둠에서 발표하는 내용을 잘 경청하기

성취감,

자신감 S, A

평가 (10’)

․자신의 모둠에서 설계한 생체 모방 로봇을 ALU기법으로 평가하기

․각 모둠에서 발표한 생체 모방 로봇 을 ALU기법으로 평가하기

배려, 소통, 소속감

A

결론 (5’)

․내용 정리

․차시 예고

정보수집 A

평가 관점

설계한 생체 모방 로봇의 특징을 잘 설명하는가?

자신의 모둠을 포함한 각 모둠에서 발표한 생체 모방 로봇을 ALU 기법으로 잘 평가하는가?

다른 모둠의 발표를 잘 경청하는가?

(33)

9차시 내용 해설 학생용 33-35쪽

9차시에서는 7~8차시에서 각 모둠별로 설계한 생체 모방 로봇 을 전시한 후, 주요 특징을 설명하고 평가하는 시간을 갖는다.

먼저 자신의 모둠에서 설계한 생체 모방 로봇의 장점(Advantage), 한계점(Limitation), 독특한 특징(Unique quality) 및 느낀점을 적 고 평가해보도록 지도한다. 그리고 각 모둠에서 발표한 생체 모방 로봇에 대해 자신의 모둠에서 평가한 방법인 ALU기법으로 평가해 보도록 지도한다.

(34)

10차시 로봇 관련 직업 탐구

□

^TE

□

^A

학습주

제 로봇 관련 직업 탐구 _학습유형 _{홈프로젝트형} ^차

시 10/10 학습목

표

로봇 공학자가 하는 일을 알고 인터뷰 할 수 있다.

맥락 주제

■IT □ 에너지

□환경 ■ 디자인 준비물 필기구

절차 교수 학습 활동 감성체험 STEAM

문제 관찰 (5’)

로봇과 관련된 직업 알아보기 삶의 문제 T/E, A,

계획 (5’)

인터뷰의 필요성 알아보기 인터뷰 계획 세우기

정보 수집, 흥미

T/E, A,

실행 (20’)

인터뷰하기

(홈프로젝트 또는 과제로 제시) 상호작용 T/E, A, 결과

정리 (5’)

인터뷰 결과 발표하기

문학적 표현, 예술적 표현,

자신감

T/E, A,

결론 도출 (5’)

우주 탐사와 관련된 흥미로운 직업에 관해 이야기 하고 꿈 이야기 하기

성취감, 자신감, 과학기술 탐구 동기

강화

T/E, A,

평가 관점

새로운 직업에 흥미를 가지는가?

로봇과 관련된 직업을 이해하는가?

인터뷰를 통하여 새로운 직업에 접근할 수 있는가?

(35)

< 로봇 공학자와의 인터뷰 내용 예시 >

1. 왜 로봇 공학자라는 직업을 택하셨습니까?

어렸을 때, 로봇과 관련된 영화를 자주 보았습니다. 그 이후, 로봇에 대해 흥미를 갖게 되었고 키트를 이용하여 로봇의 모형을 만들기도 했습니다. 그러다가 새로운 로봇을 제작하는데 도움이 되고자 로봇 공학자라는 직업을 택하게 되었습니다.

2. 로봇 공학자라는 직업은 어떤 것입니까?

한 마디로 말하면, 로봇을 연구하고 개발하는 직업입니다. 하 지만 이 로봇과 관련된 분야는 많이 있습니다. 사람과 똑같은 로 봇을 만드는 휴머노이드도 있고, 동물을 모방하여 만드는 로봇, 기타 산업현장에서 쓰는 로봇도 있고, 어떤 특수목적으로 만드는 로봇 등 많습니다. 이제 로봇공학자도 자기 자신의 세분화된 분 야로 더 공부를 하는 것입니다. 대학교 과정까지는 로봇에 기초 적인 것을 배우고 석사나 박사과정에서 자기가 연구 또는 개발 할 로봇에 더 공부를 해야 합니다.

3. 로봇 공학자가 되기를 희망하는 학생은 무엇을 준비해야 할까요?

현재는 로봇 공학자라는 직업은 유망하지 않지만, 미래의 전망

10차시 내용 해설 학생용 33-35쪽

10차시에서는 로봇과 관련된 직업 및 학과에 대해 탐구하고, 특 히 의료용 로봇에 대해 알아볼 수 있도록 지도한다. 또한 홈프로 젝트 또는 과제로 로봇 공학자와의 인터뷰를 실시하도록 제시한 다. 이때, 로봇공학자와의 인터뷰 내용 예시를 제시함으로써 학생 들이 쉽게 접근할 수 있도록 한다.

※ 로봇 공학자와의 인터뷰 내용 예시

(36)

은 밝다고 생각합니다. 직업은 사회 모든 시스템이 인간이 안전 하고 행복하고 노동 시간을 줄여 주는 역할에서 사회 각 분야의 산업 발전에 의미를 둬야 합니다. 농업 사회에서 공업 사회, (지 식)서비스 사회로 발전하였다면, 미래에는 로봇 사회가 될 수 있 을 것입니다. 미래가 아무리 밝아도 본인의 능력이 중요하다고 봅니다. 앞으로 본인이 좋아하면 도전할 가치는 있다고 봅니다.

Ⅵ. 참고 문헌 및 사이트

○ 참고 문헌

정슬(2012). 로봇은 우리의 친구야. 대전: 충남대학교출판문화 원

두산백과. 휴머노이드.

알바타 저널(2008).

IT 융합형 미래형 로봇 기술 (IT 융합 기술의 미래 전망 특집, ETRI-전자통신동향분석 제25권 제 4호, 2010)

(37)

○ 참고 사이트

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A1%9C%EB%B4%87#.ED.95.

9C.EA.B5.AD

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=69048&mobile&category Id=1833

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B0%80%EC%82%AC%EC%A7

%80%EC%9B%90_%EB%A1%9C%EB%B4%87

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A1%9C%EB%B4%87_%EC%8 8%98%EC%88%A0

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B5%B0%EC%82%AC%EC%9A

%A9_%EB%A1%9C%EB%B4%87

http://blog.naver.com/nav153?Redirect=Log&logNo=4008651040 1

http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=200902060201992 2601047

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20110329601 008

http://whitebase.egloos.com/4744079

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=W 1czBcnX1Ww

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=od AifbpDbhs

http://www.youtube.com/watch?v=k8j0jNxMeSQ&feature=player _embedded

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=a0 NFrA-Nx4Y