2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

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2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

2021. 11.

회룡초등학교

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“이 보고서는 2021년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

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목 차

1. 요약문··· 01

2. 서론···01

3. 연구 수행 내용 및 결과··· 02

가. STEAM 프로그램 개발‧적용 ··· 02

(1) 프로그램 개발 내용 ··· 03

(2) 프로그램 개발‧적용 결과 ··· 03

나. 성과 확산 및 실천 ··· 06

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최 ··· 06

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과 ··· 06

다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사 ··· 06

4. 결론 및 제언··· 00

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지) 부록2. 학생 산출물, 사진

부록3. 회의록

부록4. 학생주도 온라인 스팀부스 운영 부록5. 컴퓨터교육학회 논문

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1. 요약문

코로나로 학생들의 등교가 대면과 온라인 수업으로 진행된지 2년째이다. 학생들의 실험․실습 의 기회가 현저히 줄었고 되도록 학생들의 등교일에 맞춰 실험․실습을 진행하려고 교육과정 조 정을 통해 과학 수업을 하려고 노력중이다. 그러나 등교일에 일기 상태나 공기 상태에 따라 실 험에 제약이 생기는 것이 매우 아쉬워 외부 환경 변화에 영향을 받지 않는 교육콘텐츠를 개발 하게 되었다. 작년 경험을 바탕으로 올해 과학 수업을 실험․실습으로 운영하려 노력하였는데 그 결과 많은 학생들이 과학을 좋아하게 되었다고 답을 한다. 그 이유를 물으니 실험하는 게 즐거워서라고 답한다. 다양한 도구나 자신의 신체를 직접 움직여 실험을 하는 것은 학생들의 적극성을 이끌어 낼 수 있고 과학교과에 대한 흥미를 갖게 할 수 있다는 점에서 긍정적이다.

이 프로그램에서는 5학년 과학과 물체의 운동 단원 중 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 를 비교하기와 일정한 시간 동안 움직인 거리를 측정하여 속력을 학습하는 방법을 사물 간의 통신을 이용하여 물체의 빠르기를 비교하는 활동으로 구성하였다. 아두이노와 스마트폰, 아두 이노와 아두이노의 통신, 초음파센서, 기어모터로 움직이는 자동차를 이용하여 물체의 빠르기 를 비교하는 활동을 해 봄으로써 첨단과학의 원리를 이해하는 융합 과학 콘텐츠를 경험할 수 있다.

2. 서론

가. 필요성

시스코 보고서에 따르면 2020년까지 전 세계 인터넷 사용자 수는 2015년 대비 10억 명 이상 늘어 세계 인구의 절반 이상(52%)인 41억 명에 이를 것이며, IP 트래픽은 연평균(CAGR) 22%씩 성장해 2015년 대비 거의 3배에 달할 것으로 예상된다. 시스코는 이 중 개인의 기기 사용과 M2M(Machine to Machine) 연결에 기반한 디지털화로의 전환(Digitization Transformation)이 전 세계 트래픽 성장에 큰 영향을 미칠 것이라고 분석했다. 1인당 연결기기 수도 2015년 2.2개에 서 2020년 3.4개로 늘어날 것으로 전망했다. 한국의 경우, 1인당 연결기기 수는 2015년 인당 6.7개에서 2020년 12.2개로 2배 가까이 증가할 것으로 예상된다고 하였다[1]. 이러한 데이터가 시사하는 바는 네트워크는 현대사회에서 마치 공기와 같다는 것이다. 특히 기기 간 연결 M2M 기반 네트워크는 다가올 미래의 중요한 이슈라는 것을 확인할 수 있다. 본 프로그램에서는 M2M 기반 네트워크를 학생들의 교육과정과 연계하여 문제 해결에 적용하고 직접 프로그래밍 을 통해 문제를 해결하는 경험을 제공하고자 한다.

나. 목표

◦소프트웨어 기반의 S-STEAM 프로그램을 개발하여 현장 적용 후 효과성을 평가한다.

◦실험․실습과 협력을 통한 학생 주도의 융합교육으로 핵심 역량을 함양한다.

◦개발한 프로그램을 확산하기 위한 워크숍을 개최하고 결과물을 공유한다.

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3. 연구 수행 내용 및 결과

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 초등학교 과학, 네트워크 무선 통신으로 사물의 속력 알아보기 선행

프로그램명 해당 없음

학교급 초등학교 대상 학년(군) 5~6학년

목표 수혜학생 수 200명

중심과목 과학 중심과목 성취기준 영역

힘과 운동 [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동 을 관찰하여 속력을 정성적으로 비교할 수 있다.

연계과목

실과(SW) 창체 수학

연계과목 성취기준 영역

기술의 세계[6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램 을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

어림하기 [6수03-01] 실생활 장면에서 이상, 이하, 초과, 미만의 의미와 쓰임을 알고, 이를 활용하여 수의 범위를 나타낼 수 있다.

소수의 곱셈과 나눗셈 [6수01-13] 소수의 곱셈의 계산 원리를 이해한다.

개발계획 주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 5 과학(2), 실과(1), 창체(1), 수학(1)

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 5차시

수업 적용 기간 2021.10.22. ~ 2021.11. . (STEAM 수업) 수혜학생 수 회룡초등학교 124명(5학년 전체)

동암초등학교100명(5학년 전체) 학생 태도검사 1차(사전) 검사 7월 00일, 6개 학급(200명) 실시완료

2차(사후) 검사 10월 00일, 6개 학급(200명) 실시완료 학생 및 교사 만족도조사 10월 00일 실시 완료

논문 게재

* 해당하는 경우만 기입

학회명 2021 컴퓨터교육학회

게재여부 2021.8.12.(목), 논문 게재 완료 학술대회 참가

* 해당하는 경우만 기입

행사명 2021 컴퓨터교육학회 하계학술대회 일자/장소 2021.8.12.(목)/ 온라인 특허출원(국외, 국내)

* 해당하는 경우만 기입 출원명

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- 3 -

가. STEAM 프로그램 개발‧적용

(1) 프로그램 개발 내용

(가) 연구 개발 STEAM프로그램 개요

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 네트워크 무선 통신으로 사물의 속력 알아보기 선행

프로그램명 해당 없음

학교급 초등학교

대상 학년(군) 5~6학년

목표 수혜학생 수 200명

중심과목 ^과학 중심과목 성취기준 영역

힘과 운동 [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로 비교할 수 있다.

연계과목

실과(SW) 창체 수학

연계과목 성취기준 영역

기술의 세계[6실04-11] 문제를 해결하는 프로 그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등 의 구조를 이해한다.

어림하기 [6수03-01] 실생활 장면에서 이상, 이하, 초과, 미만의 의미와 쓰임을 알고, 이를 활용하여 수의 범위를 나타낼 수 있다.

소수의 곱셈과 나눗셈 [6수01-13] 소수의 곱 셈의 계산 원리를 이해한다.

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 5 실과(창체), 수학

(나) 연구 개발 STEAM프로그램 학습 목표 □ 내용 목표

Ÿ 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로 비교할 수 있다.

Ÿ 같은 거리를 이동할 때 걸리는 시간을 비교하는 실험을 통해 속력의 개념을 이해한다.

Ÿ 소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.

Ÿ 절차적 사고에 의한 문제 해결의 순서를 생각하고 적용한다.

Ÿ 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

□ 과정 목표

Ÿ 물체의 운동과 속력을 이해함으로써 과학적 표현의 중요성을 알 수 있다.

Ÿ 블록 프로그래밍 과정을 통해 소프트웨어가 우리 생활에 미치는 영향을 알 수 있다.

Ÿ 모둠원과 역할 분담을 통해 물체의 빠르기를 측정하는 활동을 하며 의사소통 역량과 문 제해결 능력을 기른다.

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(다) STEAM 학습 준거 계획

(2) 프로그램 개발‧적용 결과 교수학습

지도안 개발 차시(시수)

프로그램명 프로그램 주제 운영

대상(학년)

완료 여부

개발 수업적용 학생수

1 사물 간의 통신 알

아보기 사물 간의 통신 알아보기 5학년 완료 완료 124

2

일정한 거리를 이동 한 물체의 빠르기 비교하기

일정한 거리를 이동한 물

체의 빠르기 비교하기 5학년 완료 완료 124

3 물체의 속력 나타내

기 물체의 속력 나타내기 5학년 완료 완료 124

4-5

스마트 기기를 이용 한 우리 학교 안전 지도 만들기

스마트 기기를 이용한 우

리 학교 안전 지도 만들기 5학년 완료 완료 124

합계 496

구분 주요 내용

상황제시

• 우진이는 좋아하는 야구 경기를 TV로 열심히 보고 있었다. 우진이는 엄청난 강속구 를 던지는 투수의 공 속도를 보며 감탄하다가 문득 궁금한 점이 생겼다. 대체 저 투수 가 던지는 공의 속도를 어떻게 측정하는 걸까?

창의적 설계

• 일상생활에서 네트워크가 이용되는 경우를 조사하여 발표할 수 있다.

• 아두이노와 아두이노, 아두이노와 스마트폰을 연결하는 방법을 알고 네트워크를 이 해할 수 있다.

• 소프트웨어를 이용하여 네트워크에 연결된 기기가 서로 통신하도록 프로그래밍을 한다.

• 아두이노가 연결된 자동차가 통신을 통해 정해진 거리를 이동할 수 있도록 프로그 래밍 한다.

• 물체의 이동 속도를 측정하여 데이터를 수집해 보자.

• 수집한 데이터를 이용하여 물체의 속도를 비교해 보자.

감성적 체험

• 친구와 함께 달리기 속도를 측정하거나 실내에서 자동차 모형을 이용하여 속도를 측정해보고 일상생활 속에서 사용되는 소프트웨어의 편리함을 느낄 수 있다.

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- 5 - (3) STEAM 수업 적용 학생 성취도 평가 방법 개발

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1/3 상

기어모터의 원리를 이해하여 로봇자동차를 제작했으며, 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록

프로그래밍을 능숙하게 해냄

관찰 및 산출물평가

자기/동료평가지 (학생용) 중

기어모터의 원리를 이해하여 로봇자동차를 제작했으나, 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록

프로그래밍에서 어려움을 겪음

하

기어모터의 원리에 대한 이해 없이 로봇자동차를 제작했으며, 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록

2~3/3 상

네트워크 프로그래밍을 통해 원활하게 속도 정보를 모으며, 모은 정보를 바탕으로 물체의 빠르기를

비교하는 데 어려움이 없음

관찰평가 관찰평가지

중

네트워크 프로그래밍을 통해 속도 정보를 모았으나, 모은 정보를 바탕으로 물체의 빠르기를

비교하는 데 어려움을 겪음

하

네트워크 프로그래밍을 통해 속도 정보를 모으는 과정이 원활하지 않으며, 모은 정보를 통해 물체의

빠르기를 비교하는 데 어려움을 겪음 (4) 학교생활기록부 기재 방법(예시)

나. 성과 확산 및 실천

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최

회차 일시 장소 참석대상 주요내용

1차 21.5.26~5.28 거제도 일원 참여연구원

21년 STEAM 교사 연구회 교육 프로그램 제작을 위한 자료 수집

거제도에서 발견된 중생대 백악기 초식공 룡 화석, 해금강, 매물도, 산지형 등을 방문 하여 STEAM 컨텐츠 제작을 위한 자료 수 집

2차 ‘21.10 온라인 관내학교 교사 개발된 교육 프로그램 세미나 개최

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(과학) 직접 제작한 자동차의 운동을 관찰하여 속력을 비교함. 일정한 거리를 이동할 때에 걸린 시간을 사물 간 통신으로 측정하고 여러 가지 물체의 빠르기를 비교한다.

(실과) 통신의 뜻과 쓰임새를 이해하며 순차, 선택, 반복 구조를 복합적으로 이용하여 문제를 능숙하게 해결함.

행동특성 및 종합의견

풍부한 과학 지식과 문제에 대한 높은 탐구력을 융합하여 실생활의 문제를 다양한 방법으로 해결해나가는 모습을 보여줌. 코딩에 소질을 보여 살생활의 문제를 해결하는 프로그램을 직접 제작하는 데 재미를 느낌.

창의적 체험활동상황 (동아리) 모터의 원리를 정확히 이해하며 모둠원들과 즐겁게 소통하며 모터를 활용한 자동차 제작 활동에 참여함.

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(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과

회차 일시 장소 참석자 상호 컨설팅 결과

1차 ’21.5.31.(월)

16:30~18:00 온라인 이지영(연구책임자) - - 2차 ’21.7.15.(목)

16:30~18:00 온라인 이지영(연구책임자) - - 3차 ’21.9.14.(화)

16:30~18:00 온라인 이지영(연구책임자)

다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사

(1) 수혜학생 태도 조사

구분 조사 시기 내용

1차(사전)검사 7월 1주~7월 2주 3,4,5,6 학년 18개 학급 400여명 완료

2차(사후)검사 11월 1주~11월 2주 3,4,5,6 학년 18개 학급 400여명 예정

(2) 교원 만족도 조사

구분 조사 시기 내용

1차(사전)검사 7월 1주~7월 2주 3,4,5,6 학년 18개 학급 400여명 완료

2차(사후)검사 11월 1주~11월 2주 3,4,5,6 학년 18개 학급 400여명 예정

4. 결론 및 제언

Ÿ 코로나19로 인해 거리두기 강화로 학생 실험․실습 수업에 제약이 있어 프로그램 적용에 어려움이 많 았으나 사전 준비로 접촉을 최소화 할 수 있도록 재구성하여 프로그램을 적용할 수 있었음.

Ÿ 동일교에 근무하지 못하여 대면으로 연구회 계획 수립과 프로그램 운영 방안에 대한 의사소통의 기 회가 부족하여 거제도 워크숍을 운영하였고 2021년 연구회 발전 방향과 새 프로그램 개발 방향에 대해 논의함.

Ÿ 개발 프로그램의 다수 학교 적용을 통한 현장 적합성을 검증하였으나 기자재 준비와 교사의 사전 실 험 준비에 대한 시간 소요가 많아 이에 대한 해결책이 필요함.

Ÿ 학생 주도 교육의 일환으로 STEAM동아리 학생들이 의정부 관내 200여명의 학생들에게 온라인 스팀 부스를 운영하여 흥미와 호기심을 키울 수 있는 계기가 됨

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주 의 문

1. 본 연구의 주장이나 제언은 연구진의 견해이며, 한국과학창의재단의 공식 입장이 아닙니다.

2. 이 보고서 내용을 대외적으로 공개하거나 발표할 때에는 반드시 한국

과학창의재단과 사전에 상의하여야 합니다.

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램 명: 네트워크 무선 통신으로 사물의 속력 알아보기

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1차시 [6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택,

반복 등의 구조를 이해한다. 과학

2 2차시 [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로

비교할 수 있다. 실과

3 3차시 [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로

비교할 수 있다. 실과

4 4~5차시 [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로

비교할 수 있다. 수학

1-1. 교육과정 재구성표

차시 교과 재구성 내용

과학 실과 수학

1

[1/7] 네트워크 무선 통신에 대해 알아보고 스크래치 프로 그램을 이용하여 멀리 떨어진 곳에 데이터 보내기

2

[2/7] 일정한 거리를 이동할 때 걸린 시간을 사물 간 통신 으로 측정하기

3 [3/7] 사물 간 통신으로 물체 의 속력 나타내기

[4/7] (자연수) x (소수) 알아보 기

4-5

[6~7/7] 스마트 기기를 이용 한 우리 학교 안전 지도 만들 기

[5/7] 이상과 이하 알아보기

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 5차시)

차시 주요내용

1/5

주제(단원)명 사물 간의 통신 알아보기

 통신에 대하여 알아보기

CD ‘통신’의 사전적 의미를 알아보기

(13)

- 2 -

-같은 언어로 대화하는 ‘의사소통’과 비교하여 생각해 보기

CD 통신이 이루어지기 위한 조건을 알아보기

 네트워크 프로그래밍하기

CD 네트워크 만들기

-3개의 아두이노와 스마트폰을 연결하기

CD 스크래치 통신 블록 사용법 익히기 -멀리 떨어진 아두이노와 데이터 주고받기

 스크래치 블록 프로그래밍으로 멀리 떨어진 아두이노와 통신하기

CD 속도를 측정하기 위해 출발/도착 시간을 측정하는 알고리즘 설계하기

-속도 데이터를 모으기 위해 통신 블록을 이용하여 아두이노 간 데이터를 주고받는 프로그 래밍 하기

 일상생활에서 사용되는 통신의 예를 찾아보기

ET 통신이 사용된 다양한 사물을 찾아보고 이로운 점 이야기 나누기

2/5

주제(단원)명 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교하기

 100m달리기 세계기록 알아보기

Co 정확한 기록을 측정하기 위한 방법을 생각해보기 -기록을 측정하는 장비들 간의 통신 방법 알기

 속도를 측정하는 네트워크 프로그래밍 하기

CD 아두이노 간 통신 확인하기

-스마트폰으로 명령을 내려 통신이 되는지 확인하기

 자동차(사람) 달리기(운동장 개인 달리기)

Co 달리기 할 일정한 거리(1m 또는 50m) 정하기 -출발선과 도착선을 정하기

-시간을 측정하지 않고 달려보기

 네트워크 프로그래밍을 이용하여 데이터 모으기

CD 자동차(사람)가 출발하여 도착할 때까지의 속도를 측정하는 프로그램 설계하기 -스마트폰으로 명령을 내려 속도 확인하기

 측정한 속도를 기록하고 물체 간 빠르기를 비교하기

ET 측정한 속도를 발표하고 다른 모둠의 결과와 비교하기

3/5

주제(단원)명 물체의 속력 나타내기

 물체의 빠르기 비교하는 방법 이야기해보기

Co 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교 방법 확인하기

Co 일정한 시간 동안 이동한 물체의 빠르기 비교 방법 확인하기 - 이동하는데 걸린 시간과 이동 거리가 필요함 확인하기

 속도의 뜻과 속력 구하는 방법 알아보기

CD 속력의 뜻과 속력 구하는 방법 알아보기

 100m 달리기를 하며 친구들과 속력 비교하기

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3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 실과 ^{학교급/학년(군)} 초등학교/5~6 학년

중심과목 성취기준

영역

[초등학교 5~6학년] 힘과 운동 ^중심과목_성취기준

[6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

주제(단원)명 4. 물체의 운동 ^차시 1/5

학습목표 아두이노를 이용하여 사물 간 통신을 알 수 있다.

연계과목 실과 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

S 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기는 물체가 이동하는데 걸린 시간으로 나타냄을 알기 T 로봇자동차를 아두이노와 연결하여 통신하기

E 사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교하기 A

M

개발 의도

공기처럼 매 순간 통신없이는 살 수 없는 첨단사회에 살고 있다. 간단한 아두이노 조작만 으로 tv 에서 보던 스포츠 경기의 속도를 측정할 수 있다는 것을 체험해 보도록 한다.

‘사물간의 통신’을 이용한 스크래치 프로그램을 이용하여 걸린 시간(자동차가 출발하여 도착할 때 까지의 속도)을 스마트폰에 전달한다. 측정한 속도를 기록하고 물체 간 빠르기 를 비교한다. 감성적 체험 활동으로는 학급 아이들과 만든 자동차, 아두이노 프로그램을

Co 여러 친구들의 100m 달리기 기록을 초시계로 측정하여 친구들의 속력 구해보기 - 속력의 단위를 사용하기

 우리 생활 속 속력을 사용하는 예 찾아보기

ET 생활 속에서 속력을 사용하는 예 발표해보고 모둠 별로 공유하기

4-5/5

주제(단원)명 스마트기기를 이용한 우리 학교 안전 지도 만들기

 우리 학교 안전 속도 신호등 만들기

Co 이상과 이하를 활용하여 속도 구간 나누기

- 다양한 속도로 걷거나 뛰어보며 속력을 측정한 후, 이상과 이하를 활용하여 안전·경고·위 험 속도 구간 정하기

 학교에서 달렸을 때 위험한 공간 찾기

학교 안에서 빠르게 달렸을 때 위험한 공간 찾아보기

Co 학교 곳곳을 찾아보며 빨리 달렸을 때 위험한 곳 찾아 이야기하기

 우리 학교의 안전 지도 만들기

ET 학교 지도를 그린 후 위험한 곳에 안전 속도 신호등 표시하기

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- 4 - 이용하여 경주를 해 보고 느낀점을 나눈다.

날씨에 구애받지 않는 실험을 계획하고자 사물간 통신을 활용한 본 차시를 계획하게 되었다. 아두이노 와 모바일 간 통신을 통해 물체가 이동한 시간을 측정하여 모바일에 나타내는 코딩을 위해 예제를 통 해 네트워크 프로그래밍을 체험하게 하였다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

올림픽 경기에서 기록을 측정하는 것은 어떤 원리로

이루어지는 것일까?

창 의 적 설 계

창의적 설계 사람의 의사소통 방법은 말 또는 비언어적 요소로 이루어지고 사물 간 의사소통은

블록프로그래밍을 통한 명령이라는 것을 알 수 있다.

감 성 적 체 험 아두이노를 이용하여 사물 간

통신을 하는 방법을 예제를 통해 알아보자.

감성적 체험 학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

 봅슬레이 경기 영상 시청하고 물음에 답하기 (https://youtu.be/ERgzuXQj_Ac)

-빠르게 움직이는 봅슬레이 경기에서 정확한 기록은 어떻게 측정할 수 있나?

-경기 기록은 어떻게 측정되어 사람들에게 전달되는 것인가?

Co 정확한 기록을 측정하기 위한 방법을 생각해보기 -기록을 측정하는 장비들 간의 통신 방법을 알아봅시다.

 통신에 대하여 알아보기

CD ‘통신’의 사전적 의미를 알아보기

-같은 언어로 대화하는 ‘의사소통’과 ‘통신’의 공통점과 차이점은 무엇이 있 나요?

CD 통신이 이루어지기 위한 조건을 알아보기

동영상

전개 (25 분)

 네트워크 프로그래밍하기

CD 네트워크 만들기

-3개의 아두이노와 스마트폰을 연결하기

-아두이노 온 스크래치 3.5를 실행한 뒤, Examples 메뉴에서 ‘meg_RF_4대_아두이 노 데이터 주고 받기.sb2’ 예제 불러오기

CD 스크래치 통신 블록 사용법 익히기 -멀리 떨어진 아두이노와 데이터 주고받기 -예제를 활용하여 코딩 블록을 완성해 봅시다.

-자료를 보내는 역할, 자료를 받는 역할을 정하고 보내는 데이터를 수집해 봅시다. 학생 활동지 1

(16)

학습

및 유의점

 스크래치 블록 프로그래밍으로 멀리 떨어진 아두이노와 통신하기

CD 속도를 측정하기 위해 출발/도착 시간을 측정하는 알고리즘 설계하기

-초음파 거리 센서와 LCD를 이용하여 로봇 자동차가 일정한 거리를 이동했음을 확 인하고, 걸린 시간을 측정하는 장치를 만들어 봅시다.

-속도 데이터를 모으기 위해 통신 블록을 이용하여 아두이노 간 데이터를 주고받 는 프로그래밍을 만들어 봅시다.

정리 (10 분)

측정한 속도를 기록하고 물체 간 빠르기를 비교하기

ET 자동차가 출발하여 도착할 때 까지의 속도를 측정하고 자동차 경주하기

-스마트폰으로 속도를 기록하여 가장 빠른 자동차와 가장 느린 자동차의 속도를 비교해 봅시다.

중심과목 과학 ^{학교급/학년(군)} 초등학교/5~6 학년

영역

[초등학교 5~6학년] 힘과 운동 중심과목 성취기준

(성취기준) [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성 적으로 비교할 수 있다.

주제(단원)명 4. 물체의 운동 차시 2/5

학습목표 사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기를 비교할 수 있다.

연계과목 과학 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

M

개발 의도 날씨에 따라 영향을 받는 실험이 아니라 실내에서도 충분히 할 수 있는 속도 측정 실험을

(17)

- 6 - 학습

및 유의점

도입 (5 분)

 100m달리기 세계기록 알아보기

Co 정확한 기록을 측정하기 위한 방법을 생각해보기 -기록을 측정하는 장비들간의 통신 방법 알기

동영상

전개 (25 분)

 속도를 측정하는 네트워크 프로그래밍 하기

CD 아두이노 간 통신 확인하기

-스마트폰으로 명령을 내려 통신이 되는지 확인하기

학생 활동지 2 계획하였다. 또한 학생 개인이 아닌 모둠별 실험으로 계획하여 함께 실험을 계획하고, 계 획에 따라 협력하여 실험을 할 수 있도록 역할을 분담하도록 하였다. 정성적으로 빠르다, 느리다라고 표현하는 것을 넘어 수치로 나타내어 빠르기를 직관적으로 비교할 수 있도록 하였다.

상황 제시

상 황 제 시

우진이는 좋아하는 야 구 경기를 TV로 열심히 보고 있었다. 우진이는 엄청난 강속구를 던지 는 투수의 공 속도를 보며 감탄하다가 문득 궁금한 점이 생겼다. 대 체 저 투수가 던지는 공의 속도를 어떻게 측 정하는 걸까?

창 의 적 설 계

창의적 설계

물체가 움직인 시간을 다른 모둠과 비교하여 어느 팀의 물체가 가장 빠른지 알아 본다.

감 성 적 체 험 초음파센서가 물체의 출발과 도

착을 감지하여 걸린 시간을 나타 내 주는 예제프로그램을 이용하 여 실험장치를 꾸며본다.

감성적 체험

(18)

학습

및 유의점

 자동차(사람) 달리기

Co 달리기 할 일정한 거리(1m 또는 50m) 정하기 -출발선과 도착선을 정하기

 네트워크 프로그래밍을 이용하여 데이터 모으기

CD 자동차(사람)가 출발하여 도착할 때까지의 속도를 측정하는 프로그램 설계하기 -스마트폰으로 명령을 내려 속도 확인하기

 측정한 속도를 기록하고 물체 간 빠르기를 비교하기

ET 측정한 속도를 발표하고 다른 모둠의 결과와 비교하기

정리 (10 분)

ET 모터의 빠르기를 조절하여 자동차를 달리고 멈추기

-움직이는 자동차가 프로그램 명령어대로 잘 작동하는지 확인하기

-프로그램에서 작동하지 않은 부분을 모둠원과 함께 이야기 나누며 수정하기 -자기 및 동료평가지를 작성하여 수업에서 잘한 점과 보완할 점을 찾기

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년

영역

[초등학교 5~6학년] 힘과 운동 중심과목 성취기준

[6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동 을 관찰하여 속력을 정성적으로 비교 할 수 있다.

주제(단원)명 4. 물체의 운동 차시 3/5

학습목표 사물 간 통신으로 일정한 시간 동안 이동한 물체의 속력을 나타낼 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

성취기준 영역

[6수03-01] 실생활 장면에서 이상, 이하, 초과, 미만의 의미와 쓰임을 알고, 이를 활용하여 수의 범위를 나타낼 수 있다.

(19)

- 8 - STEAM

요소

S 일정한 시간 동안 이동한 물체의 빠르기는 물체가 이동한 거리로 나타냄을 알기 T 로봇자동차를 아두이노와 연결하여 통신하기

E A

M 사물 간 통신으로 일정한 시간 동안 이동한 물체의 거리를 알맞은 단위로 바꾸어 속력을 알아보기

개발 의도

실생활 장면에서 많이 쓰이는 물체의 속력을 이상, 이하, 초과, 미만을 사용하여 나타낼 수 있도록 하였다. 그래서 속력을 비교할 때 이상과 이하, 초과와 미만이 서로 짝을 이루 어 사용되는 것을 알고 거리와 시간 단위를 알고 속력을 알아보도록 한다.

상황 제시

상 황 제 시

일정한 시간 동안 달리고 멈추게 할 수 있을까?

창 의 적 설 계

물체가 움직인 거리를 측정하여 어느 팀의 물체가 가장 빠른지 알아 본다.

감 성 적 체 험 일정한 시간 동안만 모터가 작동

되는 예제프로그램을 이용하여 실험장치를 꾸며본다.

감성적 체험

학습

및 유의점

도입 (5 분)

 일상생활에서 빠르기를 비교해 본 경험을 이야기해보기

Co 동생이나 형제와 달리기 해 본 경험을 이야기해보기 동영상

전개 (25 분)

 물체의 빠르기 비교하는 방법 이야기해보기

Co 일정한 시간 동안 이동한 물체의 빠르기 비교 방법 확인하기 - 이동하는데 걸린 시간과 이동 거리가 필요함 확인하기

-

 속도의 뜻과 속력 구하는 방법 알아보기

CD 속력의 뜻과 속력 구하는 방법 알아보기

학생 활동지 3

(20)

학습

및 유의점

 로봇 자동차 경주를 해 보고 친구들과 속력 비교하기

Co 다른 팀의 로봇자동차가 이동한 거리를 측정하여 친구들의 속력 구해보기

- 속력의 단위를 사용하기

 우리 생활 속 속력을 사용하는 예 찾아보기

ET 생활 속에서 속력을 사용하는 예 발표해보고 모둠 별로 공유하기 일정한 시간 동안 이동한 거리(1)

https://youtu.be/CRput43sK9s

일정한 시간 동안 이동한 거리(2) https://youtu.be/WvUeypFmDAM

정리 (10 분)

ET 모터의 빠르기를 조절하여 자동차를 달리고 멈추기

-움직이는 자동차가 프로그램 명령어대로 잘 작동하는지 확인하기

-프로그램에서 작동하지 않은 부분을 모둠원과 함께 이야기 나누며 수정하기 -자기 및 동료평가지를 작성하여 수업에서 잘한 점과 보완할 점을 찾기

중심과목 창체 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년

영역

창의적 체험활동 중심과목

성취기준

(성취기준) [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성 적으로 비교할 수 있다.

주제(단원)명 4. 물체의 운동 차시 4-5/5

(21)

- 10 - 학습

및 유의점

도입 (5 분)

 우리 학교에서 다친 경험이나 본 경험을 이야기해보기

Co 복도나 계단, 운동장에서 다친 경험을 이야기하고 원인을 생각하여 발표하기

Co 어떻게 하면 다치지 않을 수 있을까 이야기 나누어 보기

동영상

전개 (25 분)

 우리 학교 안전 속도 신호등 만들기

Co 이상과 이하를 활용하여 속도 구간 나누기

- 다양한 속도로 걷거나 뛰어보며 속력을 측정한 후, 이상과 이하를 활용하여 안 전·경고·위험 속도 구간 정하기

 학교에서 달렸을 때 위험한 공간 찾기

학교 안에서 빠르게 달렸을 때 위험한 공간 찾아보기

CD 학교 곳곳을 찾아보며 빨리 달렸을 때 위험한 곳 찾아 이야기하기

 우리 학교의 안전 지도 만들기

CD 학교 지도를 그린 후 위험한 곳에 안전 속도 신호등 표시하기

학생 활동지 1 학습목표 스마트기기를 이용하여 우리 학교 안전 지도를 만들 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

성취기준 영역

[6수03-01] 실생활 장면에서 이상, 이하, 초과, 미만의 의미와 쓰임을 알고, 이를 활용하여 수의 범위를 나타낼 수 있다.

STEAM 요소

M

개발 의도

학교 안 안전사고를 예방하기 위해서는 예방교육도 중요하지만, 학교를 이용하는 사용자 의 주의와 인식도 필요하다. 학생들이 우리 학교의 위험한 곳을 직접 발견하여 안전지도 를 만들고 정보를 계속 업데이트하여 학생들이 직접 확인하고, 안전사고를 미리 예방하는 데 목적을 둔다.

상황 제시

상 황 제 시

우리 학교에서 일어나는 안전사고는 몇 건이고 어디에서 일어날까?

창 의 적 설 계

우리가 만든

안전지도를 게시하여 우리 학교를 안전한 장소로 만들어 뿌듯함을 느낄 수 있다.

감 성 적 체 험 교내 학생들을 대상으로 위험한

공간을 찾고 경험담을 수집하여 해결책을 모색해 보기

감성적 체험

(22)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

학생 활동지 1

아두이노로 사물 간 통신하기

회룡초등학교 5학년 ( )반 이름( )

아두이노 온 스크래치 3.5를 실행한 뒤, Examples 메뉴에서 meg_RF_4대_아두이노 데이터 주고 받기.sb2를 불러와 봅시다.

※ 모둠별로 자료를 주고받는 연습을 해봅시다.

주소 00

주소 01

주소 02

주소 03

(1) 불러온 meg_RF_4대_아두이노 데이터 주고 받기.sb2 파일을 위와 같이 수정 하여 준비하고 모둠별로 역할을 바꿔가며 실행을 해봅시다.

학습

및 유의점

 우리 학교의 안전 지도와 실제 공간 비교하기

CD 학교 지도를 그린 후 실제 장소에 가서 촬영하고 안전 지도와 비교해 보기

정리 (10 분)

 우리 학교의 안전 지도 점검하기

ET 학교 안전 지도 위치 확인하고, 점검하기

ET 안전 지도 제작을 통해 느낀 점 나누기

(23)

- 12 -

(1회)

역할 주소 00 주소 01 주소 02 주소 03

이름 ( ) ( ) ( ) ( )

(2회)

역할 주소 00 주소 01 주소 02 주소 03

이름 ( ) ( ) ( ) ( )

(3회)

역할 주소 00 주소 01 주소 02 주소 03

이름 ( ) ( ) ( ) ( )

(4회)

역할 주소 00 주소 01 주소 02 주소 03

이름 ( ) ( ) ( ) ( )

(2) 자료를 보내는 역할을 하는 주소는 어떤 것입니까?

( )

(3) 자료를 받는 역할을 하는 주소는 어떤 것입니까?

( )

(24)

자료출처 https://www.arduinoscratch.org/

(25)

- 14 -

학생 활동지 2

사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교하기 회룡초등학교 5학년 ( )반 이름( )

실험 장치 꾸미기

(1) 초음파 거리 센서와 LCD를 이용하여 로봇자동차가 일정한 거리를 이동했음을 확인하고, 걸린 시간을 측정하는 장치를 만들어 봅시다.

그림1. 일정한 거리를 달린 로봇자동차의 이동 시간 측정 장치

(26)

(2) 모바일 기기를 이용하여 로봇자동차를 시작하고 멈추며, 일정한 거리에 도착했 을 때 걸린 시간을 모바일 기기에 표현해 주는 프로그램을 아래와 같이 작성하고 업로드해 봅시다.

구글 클래스룸 게시 자료 참고

(3) 로봇자동차가 일정한 거리를 이동하는데 걸린 시간을 알아 봅시다.

달린 거리 ( )cm 빠르기

횟수 빠르기1(초) 빠르기2 빠르기3

1차 2차 3차

(4) 일정한 거리를 이동하는 데 걸린 시간을 측정해 빠르기를 비교하는 운동 경기 를 더 찾아봅시다.

자료출처 https://www.arduinoscratch.org/

(27)

- 16 -

학생 활동지 3

사물 간 통신으로 일정한 시간 동안 이동한 물체의 빠르기 비교하기 회룡초등학교 5학년 ( )반 이름( )

(1) 아래 블록을 이용하여 모터1과 모터2의 속도를 확인하고 로봇자동차가 직진하 려면 어떻게 해야 할지 조정해 봅시다. (테스트할 때 배터리 꼭 끼우고 확인하 기)

(2) 모바일 기기를 이용하여 로봇자동차를 시작하고 멈추며, 일정한 시간 동안 이 동하고 멈추는 프로그램을 아래와 같이 작성하고 업로드해 봅시다.

meg_RF_로봇_일정시간 동안 이동하기.sb2 파일

(3) 로봇자동차가 일정한 시간 동안 이동한 거리를 측정하여 봅시다.

일정한 시간 ( )초

횟수 1차 2차 3차

달린거리 (cm) 달린거리

(cm) 달린거리

(cm)

(28)

(4) 속도가 빠르다는 것과 속도가 느리다는 것은 어떻게 비교할 수 있을지 친구들 과 의논하여 정리해 봅시다.

자료출처 https://www.arduinoscratch.org/

(29)

- 18 -

5. 교사자료

가. 교사 참고자료

차시

1/5

사물 간 통신 알아보기

• 준비물

[속도를 측정하는 아두이노]

(왼쪽부터)아두이노용 I2C LCD, 초음파 거리센서, 아두이노 mega보드

스마트폰 배터리 로봇자동차

• 어떻게 연결하나요?

(30)

아두이노용 LCD와 초음파센서를 아두이노 MEGA보드에 연결하기

• 아두이노 MEGA보드에 아두이노용 I2C LCD와 초음파센서에 연결해 보기

① 아두이노용 I2C LCD의 빨강색 전선은 mega보드의 5V단자, 검은색 전선은 GND단자, 초 록색 전선(SCL)은 SCL단자, 노랑색 전선은 SDA단자에 붙여 줍니다.

② 초음파 거리센서의 빨강색 전선은 mega보드의 5V단자, 검은색 전선은 GND단자, 검정색 전 선(Trig)은 mega보드의 D6(~)번 단자, 노랑색 전선(Echo)는 D7(~)번 단자에 붙입니다.

자료출처 https://www.arduinoscratch.org/

(31)

- 20 -

차시 2/5

일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교하기

• 준비물

• 어떻게 연결하나요?

(32)

• 사물 간 통신으로 일정한 자동차가 달린 시간 측정하기

① 스마트폰으로 자동차에게 출발 명령을 내린다.

② 자동차는 측정 아두이노에게 출발한다는 신호를 보낸다.

③ 측정 아두이노는 타이머를 작동시킨다.

④ 측정 아두이노는 도착선을 거리센서로 감지하고 있다가, 40cm 이내로 물체가 탐지되면 자 동차 아두이노에게 멈춤 신호를 보내고, 타이머를 중지시킨다.

⑤ 타이머는 자동차가 출발선부터 도착선까지 달린 시간을 측정하여 보여 준다. 타이머 값 즉, 걸린 시간을 스마트폰으로 전송한다.

아두이노 1 [예제 meg_RF_달린시간 표시하기]

(33)

- 22 -

(34)

일정한 거리를 자동차가 달린 시간 측정하기

자료출처 https://www.arduinoscratch.org/

(35)

- 24 -

차시 3/5

일정한 시간 동안 이동한 물체의 빠르기 비교하기

• 준비물

• 사물 간 통신으로 일정한 시간 동안 움직인 거리 측정하기

① 아두이노와 컴퓨터를 연결한다.

(36)

② 예제 블록을 살펴보고 일정한 시간을 10초로 설정한다.

③ 아두이노에 업로드 후 스마트폰으로 자동차에게 출발 명령을 내린다.

④ 자동차는 정해진 시간 동안 움직이고 멈춘다.

⑤ 움직인 거리를 측정한다.

자료출처 https://www.arduinoscratch.org/

(37)

- 26 -

나. 교사용 PPT

[2차시]

(38)

[3차시]

(39)

- 28 -

6. 차시별 학생 평가기준 및 방법

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1/3 상

기어모터의 원리를 이해하여 로봇자동차를 제작했으며, 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록

프로그래밍을 능숙하게 해냄

관찰 및 산출물평가

자기/동료평가지 (학생용) 중

기어모터의 원리를 이해하여 로봇자동차를 제작했으나, 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록

하

기어모터의 원리에 대한 이해 없이 로봇자동차를 제작했으며, 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록

2~3/3 상

네트워크 프로그래밍을 통해 원활하게 속도 정보를 모으며, 모은 정보를 바탕으로 물체의 빠르기를

비교하는 데 어려움이 없음

관찰평가 관찰평가지

중

네트워크 프로그래밍을 통해 속도 정보를 모았으나, 모은 정보를 바탕으로 물체의 빠르기를

비교하는 데 어려움을 겪음

하

네트워크 프로그래밍을 통해 속도 정보를 모으는 과정이 원활하지 않으며, 모은 정보를 통해 물체의

빠르기를 비교하는 데 어려움을 겪음

가. 자기/동료평가지(1차시)

평가방법 평가기준 평가

상 중 하

자기평가

나는 기어모터의 원리를 정확하게 설명할 수 있다.

나는 로봇자동차를 만드는 활동에 적극 참여하였다.

나는 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록 프로그래밍을 설명할 수 있다.

동료평가 나는 오늘 활동에 적극적으로 참여하였다.

나는 활동을 하면서 친구들의 의견을 존중해주었다.

※ 평가 노하우 : 역할 분담을 통해 자동차 제작과 블록 프로그래밍이 원활하게 진행되는 지를 중점적으로 관찰한다.

나. 관찰평가지(2~3차시)

모둠 모둠원

지식 태도

배움과 성장의 기록 통신에 대한

이해

자동차의 빠르기 비교

모둠원의 의견을 존중하는 자세

상 중 하 상 중 하 상 중 하

※ 평가 노하우 : 네트워크 프로그래밍에 대한 이해를 바탕으로 속도 실험을 정확히 설계 하여 자동차의 다양한 속도에 대한 비교 정보를 수집하는지 관찰한다.

(40)

7. 학교생활기록부 기재 예시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(과학) 일정한 거리를 달린 시간과 일정한 시간 동안 이동한 거리를 사물 간 통신으로 측정하고 여러 가지 물체의 빠르기를 비교할 수 있다.

(실과) 통신의 뜻과 쓰임새를 이해하며 순차, 선택, 반복 구조를 복합적으로 이용하여 문제를 능숙하게 해결할 수 있다.

행동특성 및 종합의견

풍부한 과학 지식과 문제에 대한 높은 탐구력을 융합하여 실생활의 문제를 다양한 방법으로 해결해나가는 모습을 보여 줌. 코딩에 소질을 보여 실생활의 문제를 해결하는 프로그램을 직접 제작하는 데 재미를 느낌.

창의적 체험활동상황 (동아리) 모터의 원리를 정확히 이해하며 모둠원들과 즐겁게 소통하며 모터를 활용한 자동차 제작 활동에 참여함.

(41)

- 30 -

[부록2] 학생 산출물, 수업 사진

사물 간(로봇 자동차와 태블릿) 통신으로 일정한 거리(120cm)를 달린 시간을 측정하는 활동

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사물 간(로봇 자동차와 태블릿) 통신으로 일정한 시간(10초) 동안 이동한 거리를 측정하는 활 동

일정한 시간 동안 이동한 거리(1) https://youtu.be/CRput43sK9s

일정한 시간 동안 이동한 거리(2) https://youtu.be/WvUeypFmDAM

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[부록4] 교사워크숍, 학생주도 온라인 STEAM부스 운영

STEAM교사연구회 워크숍

੦ 학생주도 온라인 스팀부스 체험

- 참가 대상: 의정부 관내 10개 학교 200여명

- 과학의 원리를 체험할 수 있는 온라인 스팀부스 체험

- 스팀동아리 학생들이 다른학교 학생 대상으로 온라인 스팀부스 운영

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[부록5] 컴퓨터교육학회 논문 게재

2021년 한국컴퓨터교육학회 하계 학술발표논문집 제25권 제2호 (A)

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