‘자동밝기’프로그래밍

(1)

상황제시 창의적 설계 감성적 체험

․ 테블릿PC의 자동밝기 기능을 체험하기

․ ‘자동밝기’ 기술의 원리 알아보기

⇒

․ 조도 측정 하기

․ 조도센서의 원리 알아보기

․ 스크래치 프로그램 익히기

․ ‘자동밝기’ 프로그래밍 하기

⇒ ․ ‘자동밝기’기능을 다른 제품 에 적용해보기

교사용 교재

고등학교

STEAM

‘자동밝기’프로그래밍

1. 주제 개요

테블릿PC에 탑재된 여러 가지 센서들로 인하여 테블릿PC의 진화는 더욱 빨라지고 있다. 여 러 센서들 중 테블릿PC에는 조도센서가 내장되어 있다. 조도센서는 외부의 빛의 양을 감지해 내는 센서로, 외부의 밝기에 따라 테블릿PC 화면의 밝기가 자동으로 조절되는 ‘자동밝기’기능 을 가능케 한다. ‘자동밝기’기능이 테블릿PC에 구현되려면 센서의 신호를 받아들여 시스템을 운용하는 소프트웨어가 필요하다. 본 차시 수업에서는 실제로 테블릿PC을 활용하여 조도를 측정하여보고, ‘스크래치’ 프로그램을 이용하여 소프트웨어를 제작해보고자 한다. 스크래치 프 로그램은 MIT미디어랩에서 어린아이부터 성인까지 자신의 생각을 컴퓨터 프로그래밍을 통해 자유롭게 표현하도록 돕기 위해 만든 프로그래밍 툴이다. 스크래치는 블록쌓기 개념을 바탕 으로 개발되어 학습자들이 명령들을 마치 블록을 쌓아 퍼즐을 하는 것처럼 쉽게 프로그래밍을 할 수 있다.

이 차시는 테블릿PC에서 구현되는 여러 가지 기술들이 센서와 밀접한 관련이 있음을 알고, 그 센서들과 연결된 소프트웨어의 구성을 간접적으로 체험해보는 차시이다. 스마트기기의 자동 밝기 기술에 적용되는 과학적 원리를 탐구하고, 스크래치 프로그램을 이용하여 ‘자동밝기’ 기 능을 프로그래밍하는 활동을 하게 된다. 이러한 활동을 통해서 테블릿PC에서 활용되는 센서의 원리를 알게 되고, 프로그래밍하는 과정에서 창의적 문제해결력을 신장하게 된다.

(2)

○ 교육과정 분석

학년 과목 단원 내용요소 활동적용 예

공통 과학 2. 정보통신과 신소재 (1)정보통신과 신소재

정보를 인식하는 여러 가지 센서의 기본 작동 원리를 과학적으로 이해하 고 휴대전화, 광통신 등 첨단 정보 전달기기를 통하여 정보가 다른 형태 로 변환되어 전달되는 과정을 이해한 다.

․ 스마트기기를 활용하여 조도 측정하기

․ 조도센서의 원리 알아보기

․ 스크래치 프로그램 익히기

․‘자동밝기’프로그래밍 하기

․ ‘자동밝기’기능을 다른 제품에 적용해보기 선택 기술 4. 미래기술과 사회

핵심기술의 현재와 미래 동향을 파악하 고, 다방면에 걸친 기술의 영향을 평가하 며 미래 융합적 기술과 관련된 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.

2. 학습 목표

○ 내용 목표

- 조도센서의 과학적 원리에 대하여 알 수 있다.

- 소프트웨어 프로그래밍 방법을 알 수 있다.

○ 과정 목표

- 테블릿PC을 활용하여 조도를 측정할 수 있다.

- 스크래치 프로그램을 이용하여 소프트웨어를 창의적으로 프로그래밍 할 수 있다.

3. STEAM 과목 요소

○ S : 조도센서의 과학적 원리 이해

○ T/E：소프트웨어 프로그래밍 구상

4. STEAM 단계 요소

○ 상황제시

본 수업의 상황 제시는 테블릿PC의 자동밝기 기능을 직접 확인해 보면서 시작된다. 테블릿PC 기능 중 하나인 ‘자동밝기’ 기능이 조도센서의 원리임을 알고, 이 조도센서와 연결되는 소프트웨어 를 개발해보려는 의지를 다지게 된다.

○ 창의적 설계

본 수업의 창의적 설계는 테블릿PC을 활용하여 실제로 조도를 측정하여 보고, 조도센서의 원리 가 무엇인지에 대하여 알아본 후, ‘스크래치’ 프로그램을 이용하여 소프트웨어를 제작해 보는 활 동으로 이루어져 있다. ‘자동밝기’ 기능이 가능하도록 프로그래밍을 해보고, 프로그래밍 중의 오류 를 해결하는 활동을 통하여 조도센서의 원리를 파악하고 문제해결능력과 도전정신을 높이는 차시 이다.

○ 감성적 체험

본 수업에서 감성적 체험은 조도센서와 자신이 프로그래밍한 소프트웨어를 활용하여 테블릿PC 의 ‘자동밝기’ 기술을 개발해 냄으로써 성취감을 느끼고, 다른 스크래치 프로그램을 구성함으로써 도전정신을 높일 수 있다.

(3)

5. 지도안 총괄표

과목 고등학교, 1학년, 과학

총 차 시

2차시

단원 과학-2. 과학과문명 (1) 정보통신과 신소재 기술-(4) 미래기술과 사회

교육과정

과학-정보를 인식하는 여러 가지 센서의 기본 작동 원리를 과학적으로 이해하고 휴대전화, 광통신 등 첨단 정보 전달기기를 통하여 정보가 다른 형태로 변환되어 전달되는 과정을 이해한다.

기술-핵심기술의 현재와 미래 동향을 파악하고, 다방면에 걸친 기술의 영향을 평가하며 미래 융합적 기 술과 관련된 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.

학습목표

- 조도센서의 과학적 원리에 대하여 알 수 있다.

- 테블릿PC을 활용하여 조도를 측정할 수 있다.

- 스크래치 프로그램을 이용하여 소프트웨어를 창의적으로 프로그래밍 할 수 있다.

흐름 문제제시 & 제작활동 학습자료(‣) 및

유의점(※)

<상황 제시>

‘자동밝기’

기술의 원리 (10분)

1/2차시

 ‘자동밝기’ 기술의 원리 알아보기

Tip! 테블릿PC의 조도센서 부분을 손으로 가리면서 조도를 직접 체험해 본다.

-테블릿PC의 자동밝기 기능을 직접 체험해본다.

-테블릿PC이 ‘자동밝기’기술의 원리는 무엇일까요?

-‘자동밝기’기술은 테블릿PC의 어떤 센서와 관련이 있을까요?

‣ 학생용교재 4쪽

‣ 테블릿PC

※ 학생용 교재에 제시된 활동지는 모두 활용 하지 않고 교사가 꼭 필요하 다고 생각되는 활동지만 선택하여 사용하도록 한 다.

<창의적 설계>

조도센서의 원리 (20분)

1/2차시

 조도 측정 하기

- 조도를 측정할 수 있는 앱을 다운받아 설치해봅시다.

- 교실의 위치별 조도를 측정해 봅시다.

 조도센서의 원리 알아보기

Tip! 광도전 효과외에도 조도센서로 적용되는 원리에 여러 가지가 있음을 주지시킨다.

- 조도센서의 원리는 무엇입니까?

‣테블릿PC, wifi환경

<창의적 설계>

‘자동밝기’

프로그래밍 익히기 (20분)

1/2차시

 스크래치 프로그램 익히기

- 스크래치의 기초기능을 강의를 따라 익혀봅시다.

http://scratch.mit.edu/

평가영역 평가항목 상 중 하

창의적 설계

프로그래밍을 창의적으로 구상하였으며,

의도한 대로 시연되는가?

창의적으로 프로그래밍을 구상하였으며, 의도한대로 시연된다.

의도한대로 시연되나 프로그래밍을 창의적으로 제작하지

못한다.

프로그래밍이 의도대로 시연되지 못한다.

감성적 체험

호기심과 자신감을 가지고 즐거운 마음으로 활동에

참여하였는가?

호기심과 자신감을 가지고 즐거운 마음으로

활동에 참여한다.

즐거운 마음으로 활동에 참여한다.

활동에 적극적으로 참여하지 못한다.

<창의적 설계>

‘자동밝기’

프로그래밍하기 (40분)

2/2차시

 ‘자동밝기’ 프로그래밍 하기

Tip! 참고자료를 확인하여 학생들의 수준에 따라 가이드하여 지도한다.

- 센서보드를 연결하여 봅시다.

- 프로그래밍하여 봅시다.

- 실연하여 봅시다.

- 자신의 의도대로 프로그래밍 됐는지 확인하여 봅시다.

‣참고자료 1

http://scratch.mit.edu/

<감성적 체험>

다른 제품에 적용하기

(10분)

2/2차시

 ‘자동밝기’기능을 다른 제품에 적용해보기

- 새로운 제품을 구상하여 도전활동으로 전환하여 봅시다. ‣ 학생용교재 8쪽

6. 평가 계획

▢ 학생 자기/동료 평가 계획 평가

영역 평가

영역 평가기준 평 가

상 중 하

자기 평가

감성적

체험 ◆ 즐거운 마음으로 활동에 참여 했는가?

창의적 설계

◆ 프로그래밍을 창의적으로 구상하였는가?

◆ 제작한 프로그램은 제대로 시연되는가?

동료 평가

감성적 체험

◆ 호기심과 자신감을 가지고 구상활동에 적극적으로 참여하였 는가?

▢ 주요 평가 루브릭

(4)

7. 학습내용

• 테블릿PC 자동밝기 기능 -설정

-배경화면 및 밝기

• 테블릿pc의 자동밝기 기능은 조도센서를 활용 한 기능이다.

• 지도시 주의 사항

테블릿PC의 ‘자동밝기’ 기능을 직접 체험할 수 있도록 지도한다.

•어플리케이션 설치

< 앱스토어(아이폰)>

접속 -‘lux'검색 -조도 측정 어플리

케이션 다운 및 설치

(안드로이드)

-brightness chechker 어플로 같은 기능을 활용 할 수 있다.

• 테블릿PC, wifi환경

(5)

• 사전에 과제로 스크레 치를 온라인으로 학습하도 록 제시할 수 있다.

• 스크레치는 온라인으 로 접속가능하며 무료로 배포되는 공개 소프트웨 어이다.

• 준비물 -센서보드 -컴퓨터

• 지도시 주의사항

- 스크래치 사이트에 탑재된 기초강좌를 들으며 기초기능을 익히도록 한다.

• 예시답안

‣ 참고자료 1

‣ 참고자료 2 - 센서보드

- 학생들의 스크래치 숙달도에 따라 교사의 가이드를 달리 하여 스스로 구상하여 제작해 볼 수 있도록 지도한다.

(6)

• 다른 제품에 적용 - 자동밝기 가로등 - 자동차 헤드라이트

8. 참고자료

<참고자료 1> Scratch 프로그래밍 예시 자료

(7)

<참고자료 2> 센서보드란?

센서보드란 스크레치와 호환하여 슬라이더, 소리, 조도, 가속도, 빛 및 각종 저항을 활용할 수 있는 기기입니다.

<출처 - 로보코 http://goo.gl/Th7YTe>

교사용 교재

고등학교

STEAM

센서를 활용한 어플 ucc 만들기

1. 주제 개요

스마트폰 및 테플릿에 각종 센서들을 활용한 다양한 어플리케이션들이 개발되고 있다. 현재 는 다양한 사람들이 어플리케이션 시장에 참여하여 생산자의 역할을 하고 있으며 향후 직업으 로도 좋은 전망을 가지고 있다. 본 수업은 각종 센서의 기능을 명확히 이해하고 이를 통해 다 양한 아이디어와 결합하여 새로운 어플리케이션을 구상하는 활동으로 구성되어 있으며 실제 어플리케이션을 프로그래밍하는 과정은 없지만 영상기법을 활용하여 구현되는 과정을 직접 표 현할 수 있어 다양한 형태의 지식의 융합이 필요한 수업이다. 이 수업은 흐름은 테블릿의 다 양한 센서와 개발되어 있는 어플리케이션의 기능을 연결시켜 체험하는 활동을 통하여 센서와 기능의 결합을 이해하고 다양한 아이디어를 구상하여 Stop motion maker 어플을 통하여 표 현하는 형태이다. 표현하는 과정에서 세부 디자인 및 구성에 신경을 써 완성도 있는 페이퍼 어 플을 구상할 수 있다.

․ 센서를 활용한 어플리케이 션 알아보기

․ 학생들이 사용하는 어플리 케이션의 기능과 핵심센서 기술을 연결하여 사고하기

⇒

․ stop-motion 기법 익히기

․ 어플리케이션 아이디어 구상하기

․ 종이에다 디자인 하여 표현하기

․ 스톱모션 어플활용하여 영상으 로 표현하기

⇒

․ UCC 영상표현하기

․ 새로운 아이디어 추가하기

새로운 문제 도전

(8)

정보를 인식하는 여러 가지 센서의 기본 작동 원리를 과학적으로 이해하 고 휴대전화, 광통신 등 첨단 정보 전달기기를 통하여 정보가 다른 형태 로 변환되어 전달되는 과정을 이해한 다.

․ 센서를 활용한 어플 케이 션 알아보기

․ 어플리케이션 아이디어 구상하기

․ 스톱모션 어플 활용하여 영상으로 표현하기

․ UCC 영상표현하기 선택 미술 1. 주제와 발상

(나) 발상과 표현

다양한 발상 방법을 이해하고 창의적 으로 표현한다.

2. 학습 목표 ○ 내용 목표

- 센서의 원리를 이해하고 실생활에 적용된 예를 찾을 수 있다.

- UCC 표현기법(STOP-MOTION)을 이해하고 표현할 수 있다.

- 센서를 적용하여 새로운 아이디어를 구현하여 표현할 수 있다.

○ 과정 목표

- 각종 센서의 기능과 원리를 이해할 수 있다.

- 센서를 활용하여 실생활의 문제를 해결하는 과정을 적용할 수 있다.

- 창의적인 설계과정을 통하여 과학적 원리를 이해하고 적용하는 습관을 육성한다.

○ S : 센서의 원리 및 기능 이해 및 적용

○ T/E：실생활의 문제를 센서를 활용하여 문제를 해결해 나가는 기술적 요소

○ A : 어플리케이션 화면구성, 디자인, 기능성 구현

4. STEAM 단계 요소 ○ 상황제시

다양한 센서의 기능 및 원리를 학습한 후 실제로 배운 과학적․ 기술적 지식을 활용하여 새로운 어플리케이션을 구상하는 수업이다.

현재 개발된 어플을 분석하여 중요 센서 기능을 이해하고 더불어 다양한 어플들에서

센서의 활용을 직접 체험한 후 센서와 어플리케이션의 기능을 새롭게 결합한 어플리케이션을 개 발하여 볼 수 있다.

어플리케이션을 실제로 프로그래밍하는 것에는 많은 제약이 존재하므로 아이디어를 실현하는 단 계를 페이퍼로 작성하여 영상기법중 Stop motion기법을 활용한다. 실제로 작동하는 듯한 영상을 만듬으로써 아이디어를 구체화 시킬 수 있다. 또한 이를 통해 어플리케이션을 디자인하고 영상을 감각적으로 표현하는 예술융합 수업을 설계할 수 있다.

UCC를 발표하며 개발자의 의도를 전달하고 다양한 학생의 의견을 받아 어플리케이션의 기능을 보충하고 보다 정교하게 다듬을 수 있다. 또한 이 경험을 통해 어플리케이션 제작에 큰 흥미를 느끼어 새로운 진로교육으로 활용 할 수 있다.

(9)

과목 고등학교, 과학,미술 총차시 3차시

단원 과학 - 과학과 문명 (1) 정보통신과 신소재 미술 - 주제와 발상 (나) 발상과 표현

교육과정

과학 - 정보를 인식하는 여러 가지 센서의 기본 작동 원리를 과학적으로 이해하고 휴대전화, 광통신 등 첨단 정보 전달기기를 통하여 정보가 다른 형태로 변환되어 전달되는 과정을 이해 한다.

미술 - 다양한 발상기법을 활용하여 표현하기

학습목표

- 센서의 원리를 이해하고 실생활에 적용된 예를 찾을 수 있다.

- UCC 표현기법(STOP-MOTION)을 이해하고 표현할 수 있다.

- 센서를 적용하여 새로운 아이디어를 구현하여 표현할 수 있다.

유의점(※)

<상황 제시>

다양한 센서 활용예시 및 새로운 어플레이션

개발 (20분)

1/3차시

 센서를 활용한 다양한 어플리케이션 알아보기 - 빅워크(기부) 어플리케이션과 GPS 센서 연결하여

사고하기

- 빅워크 어플은 어떻게 작동할까요?

- 작동하기 위해 스마트폰의 어떤 센서를 활용했을까요?

 어플리케이션의 기능과 핵심 센서 기술 연결하기 - 여러분이 쓰고 있는 어플리케이션은 무엇이 있나요?

- 어플리케이션은 어떤 센서를 활용하여 작동하고 있나요?

Tip! 다양한 어플리케이션과 센서를 연결할 수 있도록 다른 종류의 어 플리케이션을 비교한다.(같은 종류의 어플은 같은 센서를 사용하는 경 우가 많기 때문이다)

‣ 빅워크 어플

‣ 참고자료1 확인

<창의적 설계>

새로운 어플리케이션

구상하기 (30분)

1/3차시

 stop motion 기법 익히기

-참고 영상 확인하여 영상표현 특징 및 기법 익히기

- STOP MOTION 기법을 활용하여 동영상으로 표현하기 힘든 영상을 사진을 이어붙임으로 표현할 수 있다.

- 어플의 장면을 사진으로 찍어 스톱모션으로 표현하면 실제 로 구현되는 것 같은 효과를 줄 수 있다.

 stop motion maker 어플 활용법 익히기

- stop motion maker 어플 사용법 익히기(학생용 교재 쪽)

Tip! 종이컵을 구기거나 지우개 연필 등으로 간단한 스톱모션 영상을 바로 만들며 활용법을 익힐 수 있다.

‣ STOP MOTION 모션 메이커 어플

<창의적 설계>

표현 기법 & 방법 익히기 (50분) 2/3 차시

 어플리케이션 개발하기(아이디어 구상) - 이런 어플이 있다면...

- 평소에 개발되었으면 하던 어플리케이션이나 현실생활에 도움이 될 수 있는 어플리케이션을 구상해보도록 한다.

- 단순 아이디어 형태이지만 센서를 활용하여 현실적으로 적용 가능할 수 있는 형태로 제한한다.

 페이퍼 타입으로 표현하기

- A4 절반(가로)크기에 어플의 구성 장면을 그림이나 사진으로 표현하기

Tip! 어플의 시작 디자인 및 기능버튼의 크기 형태 위치등을 고려하여 다양하게 디자인 할 수 있도록 지도한다. 스마트폰으로 확대하여 촬영 해야 하므로 디자인하는 사이즈는 크지 않아도 관계 없다.

‣ 학생용 교재 14쪽

‣ A4 용지

‣ 색연필, 싸인펜 자, 연필 등

‣ 학습지

<창의적 설계>

UCC 영상 만들기 (30)분 3/3 차시

 Stop motion maker 어플로 찍기 (종이에 그림으로 표현- 어플 실행- 사진촬영)

Tip!스톱모션은 최소 1초에 8장으로 구성되어야 영상의 느낌을 살릴 수 있다. 사진을 찍을 때 최소한의 움직임을 주어 사진을 여러장 찍어야 동영 상의 느낌을 최대한 살릴 수 있다.

 Stop motion maker 어플로 영상파일 만들기

Tip! 스톱모션메이커 어플의 옵션을 사용하여 간단한 편집이 가능하므로 촬 영후 최대한 자연스럽게 표현할 수 있도록 지도한다.

‣ 참고자료 http://blog.nave r.com/PostView.

nhn?blogId=ang _zzi&logNo=173 327208

<감성적 체험>

영상 발표 및 정리 (20분) 3/3 차시

 UCC 영상 발표하기, 새로운 아이디어 추가하기

- 여러분이 구상한 아이디어를 센서의 작동원리와 함께 설명하여 봅시다.

- 더 좋은 의견이 있는 친구는 발표하여 봅시다.

(10)

창의적 설계

어플의 기능과 센서의 작용을 연결할 수 있는가?

센서의 특징을 이해하고 어플의 주요기능과 연결 시킬 수 있다.

센서의 기능을 이해하나 어플의 기능과 연결시키 지 못한다.

센서의 기능을 이해하 지 못한다.

새로 구상한 어플이 센서의 기능을 활용 하였는가?

센서의 기능을 활용하여 어플을 구상한다.

센서의 기능을 상상하여 표현하고 현실성이 떨어 진다.

센서의 대한 이해가 부족하며 어플의 기능 을 구상하지 못한다.

실질적인 디자인과 표현방법으로 제시 되었는가?

사용하기 편리하게 디자 인되어 있으며 심미성을 고려하였다.

심미성 및 편리성이 조 금 부족하나 필요기능 이 잘 정리되어 있다.

기능이 복잡하게 제시 되어 사용하기가 불편 하다.

감성적 체험

아이디어가 현실성이 있으며 다양한의도가 포함되어 있는가?

새로운 아이디어로 어플 을 제작하였으며 분명한 의도를 가지고 구상하였 다.

현실성이 조금 떨어지나 아이디어가 신선하다.

아이디어가 신선하지 못하며 기존의 어플에 서 크게 벗어나지 못 하였다.

6. 평가 계획

▢ 관찰 체크리스트 평가

방법 평가영역 평가기준 평 가

상 중 하

관찰 체크

창의적 설계

◆ 어플의 기능과 센서의 작용을 연결할 수 있는가?

◆ 새로 구상한 어플이 센서의 기능을 활용하였는가?

◆ 실질적인 디자인과 표현방법으로 제시되었는가?

감성적

체험 ◆ 아이디어가 현실성이 있으며 다양한 의도가 포함되어 있는가?

MEMO

(11)

7. 학습내용

1/3차시

• 문제제기

① GPS센서를 활용한 기부 어플

(GPS센서를 통하여 처음 위치와 나중위치를 파악 하고 이동거리를 측정하 여 거리만큼 기부하는 어 플)

② 센서를 활용한 새로운 기능의 어플 을 찾아보기

ex)

총게임- 자이로센서 (상하좌우 이동) 지도어플 - GPS센서 참고자료

• 현재 사용하고 있는 어플에 적용된 센서 생각하여 적어보기

다양한 센서가 내장되어 있는 사실을 인식하고 센서를 활 용하 는 다양한 상황을 구상하도록 지도한다.

•창의적 설계

• STOP-MOTION 기법 이해

<참고영상>

http://www.youtube.com/w atch?v=2_HXUhShhmY

http://tvpot.daum.net/clip/

ClipView.do?clipid=3054801 6

<사용방법>

http://blog.naver.com/Pos tView.nhn?blogId=ang_zzi

&logNo=173327208

고정된 각도와 거리에서 스톱모션을 촬영하도록 지도 다양한 동영상 자료를 통해 동영상 기법을 이해하도록 함

(12)

2/3 차시

• 창의적 설계

① 센서를 활용한 어플 구상하기

② 생활에 필요한 부 분을 센서와 결합하 여 구상하기

• 아이디어 수정 보완

① 실현 가능성

② 표현 방법

③ 어플의 기능

평상시 필요한 어플을 구상하고 이를 실현하기 위하여 적합한 센 서의 기능을 찾아 결합하는 형태로 아이디어를 구안한다.

3/3 차시

① 어플이 구동되는 장 면을 페이퍼에 디자인함

② 페이퍼를 사진으로 찍 어 STOP MOTION 으로 연결시킴

③ 실제 영상으로 어플이 구동하는 장면을 영상으 로 표현

<참고 작품>

http://www.youtube.com/w atch?v=cCUHYgN4KTY

• 구상의도, 실현가능성, 기능, 디자인등 다양한 측면에서 고려되어야 한 다.

- 어플이 구동하는 장면을 그림으로 표현하되 다양한 버튼과 작동 기능을 구현하는 장면을 세세하게 표현해야 한다.

• 준비물

A4용지, 싸인펜, 색연 필. 카메라

(13)

8. 참고자료

<참고자료 1> 스톱모션 에니메이션

스위스 클레이 애니메이션의 대표주자 <핑구>와 팀 버튼의 <프랑켄위니>는 하나의 공통점이 있죠. 이 작품들은 ‘스톱모션’ 기법을 써서 애니메이션의 매력을 더합니다. 상상발전소에서는 지난번, 스톱모션 아티스트인 김강민씨에 대해 다루기도 했었는데요. 그렇다면 스톱모션 애니메이션은 무엇일까요?

교과서나 노트 귀퉁이에 그림을 그린 후 한 장 한 장 넘기면 신기하게도 그림이 움직이는 듯한 느낌을 주고, 그것은 곧 그럴싸한 애니메이션으로 이어집니다. 어린 시절 그렸던 이러한 그림들을 책으로 엮어 재미를 선사하는 책이 있는데, 이런 책을 플립북이라고 합니다. 애니메이션의 기본이 되는 방식인데 이러한 방식을 그림이 아닌 사진을 이용하여 영상으로 제작하는 방식이 있습니다. 바로 '스톱모션' 입니다.

'스톱모션' 애니메이션은 한 장씩 그림을 그리듯 물체를 한두 프레임씩 노출시켜 촬영하는 방법을 말합니다.

영화, 애니메이션, 광고 등에 쓰이는 촬영 방법으로, ‘스톱모션’이라는 용어는 프레임과 프레임 사이사이에 애니메이터가 끼어들어 작업을 멈추고 모델의 동작을 연출한다는 데에서 유래된 용어입니다. 직접그림을 그리는 셀 애니메이션(흔히 말하는 2D 애니메이션을 의미합니다.) 디지털 방식으로 제작되는 3D 애니메이션과 달리 점토, 인형, 생활 소품 등 다양한 재료를 이용하여 만들어지는 특징을 가지고 있습니다. 존재하는 실체를 가지고 제작되는 스톱모션 애니메이션은 애니메이션에 사용되는 재료에 따라 그 종류가 구별되는데, 클레이 애니메이션, 퍼펫 애니메이션(인형 애니메이션), 오브제 애니메이션 등으로 구별됩니다. 그렇다면 이러한 스톱모션 촬영 기법을 이용하여 제작된 애니메이션에는 어떤 것들이 있을까요?

스톱모션 애니메이션의 대표작으로는 크리스마스에 괴물들이 일으킨 작은(?) 소동을 그린 영화, <크리스마스의 악몽>이 있습니다. 잭과 친구들이 크리스마스에 일으키는 소동을 그린 이 영화는 한번에 0.5mm정도로 미세하게 움직인 후 한 프레임씩 촬영되었다고 하는데, 이러한 세밀한 작업 덕분에 <크리스마스의 악몽>의 섬세한 움직임이 가능했다고 할 수 있습니다. 이러한 노력은 <크리스마스의 악몽>의 감독인 팀버튼을 일약 스타덤에 올리며, 스톱모션 애니메이션을 유명하게 만드는데 큰 공을 세웠다고 할 수 있습니다.

스톱모션 애니메이션의 대표작으로 손꼽히는 또 하나의 작품이 있는데요, 바로 아드만 스튜디오의 <월레스와 그로밋> 시리즈입니다. 우리나라에서도 EBS를 통해 방영된 적이 있던 작품입니다. 저 역시도 어린 시절

<월레스와 그로밋>을 시청했던 기억이 있는데요, 개인적으로 치즈 달에서 비스킷을 먹던 장면이 가장 기억에 남네요. 아드만 스튜디오가 제작한 <월레스와 그로밋>은 점토 애니메이션의 매력을 전 세계에 알리는데 큰 공을 세웠다고 할 수 있는 작품입니다. 총 3부작으로 이루어졌던 <월레스와 그로밋>은 15분에서 20분짜리의 영상의 성공을 바탕으로 더 나아가 극장판으로 제작, 상영되기도 하였습니다.

<출처 - 한국콘텐츠진흥원 http://koreancontent.kr/733>

<참고자료 2> 센서를 활용한 예

스마트폰의 중요기능인 센서의 종류를 알아보고, 이를 활용한 앱이 무엇이 있는지 함께 살펴보려합 니다.

첫번째로 카메라 센서 입니다. 말 그대로 빛을 감지해 그 세기의 정도를 디지털 영상 데이터로 변환해 주는 센서를 말하는데요.

두번째로는 지자기센서입니다. 지구 자기장의 흐름을 파악해 나침반처럼 방위각을 탐지하는 센서 입니다.

이 둘을 활용하면? 차세대 기술이라 일컫이는 증강현실을 체험할 수 있습니다.

증강현실이란 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술을 말하는데요 관련 동영상 : http://youtu.be/3lwsDqBT6R0

이처럼 증강현실로 구현된 폰 화면에서 나비가 날아다니는 것을 볼 수 있습니다. .

다음으로는 모션센서들입니다! 센서들로는 중력센서, 가속도센서, 최근의 자이로스코프 센서를 들 수가 있습니다.

스마트폰의 화면 방향(가로,세로)을 자동으로 판단해 스크린의 방향을 자동으로 보정해주는 중력 센서와, 속도 변화, 충격 등 힘의 변화를 감지하는 가속도센서, 마지막으로 위의 둘 센서의 업그 레이드라 할 수 있는 자이로스코프센서입니다. 이는 물체의 관성력을 전기신호로 출력하여 높이, 회전, 기울기 등을 직접 감지할 수 있다고 하네요.

관련 동영상: http://www.youtube.com/watch?v=YrrsSKI64vk&feature=player_embedded 위의 세가지 센서를 활용한 대표적인 앱은 FPS게임을 들 수가 있습니다.

(14)

<참고자료 3> 센서를 활용한 예

다음으로는 gps센서입니다.

위성위치 확인 시스템을 통해 물체의 시간 및 위치 정보 획득이 가능 한 센서인데요

이를 활용한 대표적인 앱은 nike + Gps 앱입니다.

이 앱은 gps신호로 정보를 구성하는 방식을 사용하는데요.

gps신호로 달릴 때마다 달리는 곳의 경로를 지도로 보여주고 구간별 속도, 달린 거리, 시간, 소모한 칼로리 등을 알려주는 기능이 있습니 다.

이 앱과 함께라면 과학적이고 재미있는 운동을 할 수 있겠네요.

마지막으로 소개드릴 센서는 근접센스입니다. 이는 검출대상물체의 유무를 판별하는 무접촉 방식 의 검출 센서를 말하는 데요. 쉽게 말해 통화를 위해 스마트폰을 얼굴에 가까이 가져가거나 주머 니 등에 넣는 경우 화면이 자동으로 꺼지게끔 하는 기능입니다. 근접센서를 활용한 앱은 ‘푸쉬업마 스터’ 입니다.

사용자의 스마트폰을 놓고 푸쉬업을 하면 스마트폰과 가까워질때 근접반응을 이용해 근접센서가 작동합니다. 이때 푸쉬업 카운트가 세어지는데요.

․ 액정이 파손된 경험 이야기하기

․ 액정의 원리 이야기 하기

⇒

․ 액정의 구조와 물리적 특성 파악하기

․ 액정의 편광 특성 이해하기

․ 편광특성을 이용한 나만의 작품 설계하기

⇒

․ 차세대 액정 구상하기

․ 결과 발표하고 새로운 아이 디어 추가하기

교사용 교재

고등학교

STEAM

태블릿 PC와 액정

1. 주제 개요

본 수업에서는 태블릿PC에 사용된 신소재인 액정의 물리적 특성을 실험을 통해 이해하고, 액 정의 특징 중 하나인 편광특성을 이용해 자신의 작품을 제작함으로써 융합적 소양을 기를 수 있도록 하였습니다. 창의적 설계 과정에서는 문제 상황에서 제시된 액정의 물리적 원리를 이해 하고 편광필름의 특성을 고민해보고 작품을 제작하는 활동으로 구상되어 있습니다. 이 활동을 통해 학생들은 직접 액정의 구조에 하나인 편광의 원리를 이해하며 과학원리 뿐만 아니라 예 술적 요소와 공학 ․ 기술적 요소를 경험할 수 있습니다. 그러므로 교사는 활동 과정 속에서 다양한 요소들을 고려할 수 있도록 문제 상황을 끊임없이 제시하고 학생들이 그에 대한 답을 찾는 과정을 반복하여 다양한 지식이 필요함을 느끼고 스스로 답을 찾아가는 과정 속에서 학 습이 이루어지도록 진행하는 것이 필요합니다.

(15)

고체에 대한 에너지 띠구조를 바탕으 로 도체, 부도체, 반도체의 차이를 이해하고 초전도체와 액정 등 새로운 소재의 물리적 원리를 이해한다.

․ 액정의 구조와 물리적 특성 파악하기

․ 액정의 편광 특성 이해 하기

․ 편광특성을 이용한 나 만의 작품 설계하기

․ 차세대 액정 구상하기 선택 기술 4. 미래기술과 사회

핵심기술의 현재와 미래 동향을 파악 하고, 다방면에 걸친 기술의 영향을 평가하며 미래 융합적 기술과 관련된 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.

- 액정의 구조와 특성을 안다.

- 액정의 편광특성을 이해한다.

- 편광특성을 이용한 나만의 작품을 제작해본다.

○ 과정 목표

- 액정의 물리적, 과학적 특성을 실험과 조작활동을 통해 이해한다.

○ S : 태블릿 PC에 사용되는 액정의 물리적 특징 및 편광특성 알기

○ T/E/A : 편광특성을 이용한 작품 제작하기

요즘 태블릿 PC를 이용하는 사람들이 늘어나고 있다. 하지만 태블릿 종류에 따라 그 화질 과 색감에 많은 차이가 생긴다. 따라서 스마트폰의 액정에 생긴 문제점을 제시함으로써 학생 의 학습동기를 유발하며 실제로 과학원리가 실제생활에 적용됨을 깨달아 학습의 의미를 스스 로 찾고 실생활에 적용해보고자 하는 문제의식을 고취시키는 것을 목표로 설계하였다.

본 수업의 창의적 설계 과정에서는 문제 상황에서 제시된 액정의 물리적원리를 이해하고 편 광필름의 특성을 고민해보고 작품을 제적하는 활동으로 구상하였다. 이 과정을 통해 학생들 은 직접 액정의 구조에 하나인 편광의 원리를 이해하며 과학원리 뿐만 아니라 예술적 요소와 공학 ․ 기술적 요소를 경험할 수 있다. 그러므로 교사는 활동 과정 속에서 다양한 요소들을 고려할 수 있도록 문제 상황을 끊임없이 제시하고 학생들이 그에 대한 답을 찾는 과정을 반 복하여 다양한 지식이 필요함을 느끼고 스스로 답을 찾아가는 과정 속에서 학습이 이루어지 도록 진행하는 것이 필요하다.

편광 특성을 이용한 작품제작을 통해 다양한 관련 지식 및 사고 과정이 필요하다는 것을 학 생 스스로 깨닫고 융합적 사고의 필요성을 이해하며 스스로 융합적으로 사고함으로써 미래의 융합인재를 육성하고자 구성된 활동이다. 더불어 새로운 문제 상황을 해결해 보고 싶다는 도 전의식을 일으키는 것이 매우 중요하다.

(16)

과목 고등학교, 1학년, 과학 총차시 1차시

단원 과학 - 2. 정보통신과 신소재 (1) 정보통신 사회와 반도체 기술 - 4. 미래기술과 사회

교육과정

과학 - 고체에 대한 에너지 띠구조를 바탕으로 도체, 부도체, 반도체의 차이를 이해하고 초전 도체 와 액정 등 새로운 소재의 물리적 원리를 이해한다.

기술 - 핵심기술의 현재와 미래 동향을 파악하고, 다방면에 걸친 기술의 영향을 평가하며 미래 융합적 기술과 관련된 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.

학습목표

- 액정의 구조와 특성을 안다.

- 액정의 편광특성을 이해한다.

- 편광특성을 이용한 나만의 작품을 제작해본다.

유의점(※)

<상황 제시>

깨어진 액정 (5분)

 액정이 파손된 경험 공유하기

- 스마트폰, 테블릿등의 액정이 파손된 경험이 있나요?

 액정의 원리 파악하기

- 액정은 어떤 물질일까요? 유리와 같은 물질인가요?

‣ 참고자료 1

※ 학생용 교재에 제시된 활동지는 모두 활용 하지 않고 교사가 꼭 필요하 다고 생각되는 활동지만 선택하여 사용하도록 한 다

<창의적 설계>

액정의 특성 이해 (15분)

 액정의 구조와 물리적 특성 살펴보기

- 준비된 액정을 이용하여 다양하게 관찰하여 봅시다.

- 압력을 가해 변화를 관찰하여 봅시다.

- 뜨거운 물에 넣어 변화를 관찰하여 봅시다.

- 전류를 흘려 변롸를 관찰하여 봅시다.

- 액정의 필름을 분리하여 특징을 살펴봅시다.

Tip! 편광필름을 수평으로 놓으면 아무변화가 생기지 않지만 편광필름을 수직으로 놓으면 수직으로 겹쳐진 부분이 검게 보인다.

 액정의 편광특성 이해하기

- 태블릿PC의 액정화면에 편광판을 놓고, 편광판의 회전에 따라 어떤 변화가 발생하는 지 살펴본다.

Tip! 편광판을 돌리면서 액정 화면을 보면 화면 전체가 밝게 보이는 경우 도 있고, 완전히 검게 보이는 경우도 있다.

‣ 참고사이트(실험) http://blog.naver.co m/ssepingman?Redir ect=Log&logNo=166 699777

‣ 실험도구

(액정, 따뜻한 물, 건전 지, 전선 )

창의적 설계

액정의 원리와 특성을 이해하였는가?

액정의 원리와 특징을 스스로 파악하고 이해하 였다.

액정의 원리와 특징을 이해하였다.

액정의 원리와 특징을 명확히 이해하지 못하 였다.

감성적 체험

아이디어가 현실성이 있으며 다양한 의도가 포함되어 있는가?

실현가능성이 높은 아이 디어를 제시하여 미래의 액정 원리를 제시하였다.

실현가능성은 적지만 새 로운 아이디어로 액정의 원리를 제시하였다.

실현가능성이 적고 기 존에 아이디어에 새로 움을 추가하지 못하 였다.

<창의적 설계>

편광필름을 이용한 마술상자 만들기

(20분)

 편광특성을 이용한 나만의 작품 설계하기

- 두 장의 편광필름이 까맣게 되도록 겹쳐놓고 A와 B로 작게 표시한 후 가로로 반을 자른다.

- 자른 필름을 그림처럼 배열하여 셀로판테이프를 붙인다.

- 붙인 필름을 세로로 4등분하여 볼펜으로 강하게 그어 접는 선을 표 시한다.

- 표시한 접는 선을 따라 셀로판테이프를 길게 붙인다.

- 접는 선을 따라 접에 긴 사각기둥모양을 만들고, 서로 맞닿은 이음새를 셀로판테이프로 붙인다.

- 사각기둥 안에 스티로폼공을 넣고, 기둥의 양쪽에 검은색 도 화 지로 재단하여 뚜껑을 만들어 붙인다.

- 상자를 기울여 보아 스티로폼공이 잘 굴러가는지 확인한다.

‣ 실험도구

편광필름, 검정색도화지, 스티로폼공, 실, 가위, 자, 칼, 셀로판테이프

<감성적 체험>

미래의 액정 (10분)

 차세대 액정 생각해보기

- 현재의 액정을 보완할 수 있는 미래의 액정에 대해 의견을 나누어 본 다.

- 갖고 있는 아이디어를 공유하고 서로 좋은 아이디어를 추가한다.

6. 평가 계획

상 중 하

자기 평가

감성적

체험 ◆ 즐거운 마음으로 활동에 참여하였는가?

창의적 설계

◆ 액정의 원리와 특성을 이해하였는가?

◆ 액정의 편광특성을 이해하였는가?

◆ 액정의 편광특성을 이용하여 작품을 제작하였는가?

동료 평가

감성적

체험 ◆ 아이디어가 현실성이 있으며 다양한 의도가 포함되어 있는가? `

(17)

7. 학습내용

1/1 차시

• 문제제기 파손된 액정

‣ 참고자료 1

• 다양한 생각

- 액정은 유리와 같은 물질일 것이다.

- 액정은 투명할 것이 다.

액정이 파손되어 본 경험을 공유하며 액정의 원리에 대해 다양한 의견을 제시할 수 있도록 한다.

•창의적 설계

‣ 참고자료 1

• 액정의 구조와 특성 알기

준비된 액정에 압력을 가하 면 어떤 변화가 생길까 예상 해보고, 직접 펜이나 도구를 이용해서 액정에 압력을 가해 본다.

액정의 배열이 달라지며 압력 이 가해진 부분이 검게 변한 다.

-같은 방법으로 예상 후 뜨거 운 물에 넣어본다.

뜨거운 물에 넣으면 검게 변 하는 부분이 생긴다.

- 전지를 연결한 전선을 이용 해 전류를 흘러본다.

전류가 흐르는 곳에 검게 변 하는 부분이 생긴다.

-액정에 있는 필름을 떼어내어 분리해본다.

두 개의 편광필름을 이용해 편광필름의 특징을 살펴본다.

편광필름을 수평으로 놓으면 아무변화가 생기지 않지만 편 광필름을 수직으로 놓으면 수 직으로 겹쳐진 부분이 검게 보 인다.

• 준비물

액정, 따뜻한 물, 건전지, 전선

(18)

① 액정의 편광특성 이해 하기

편광의 성질을 다시 확인해 보기 위해 편광판을 화면앞에 놓고 편광판을 360도로 회전 하면서 보이는 화면 모습을 관찰해보자.

-편광판을 돌리면서 액정 화면 을 보면 화면 전체가 밝게 보 이는 경우도 있고, 완전히 검 게 보이는 경우도 있다.

• 다양한 전략 및 아이디어

① 편광판의 회전에 따른 차이

② 차이가 발생하는 이유

• 준비물

-태블릿PC, 편광판

- 태블릿PC의 액정앞에 편광판을 놓고, 편광판을 회전하면서 어떤 변화가 일어나는 지 확인한다.

• 편광필름을 이용한 나 만의 작품제작

• 완성작을 미리 살펴본 후, 어떤 원리가 있는지 편광필름을 특성과 연관 지어 전개도를 표현해본 다.

•편광필름은 수평, 수직 등 놓는 위치에 따라 달 라짐을 상기한다.

- 편광필름은 배열하는 위치에 따라 다른 편광특성이 나타남을 알고, 수직과 수평으로 스스로 놓아보면서 편광마술상자를 만들어 본다.

• 준비물

편광필름 마술상자 키 트, 가위, 자, 칼, 셀로판 테이프

(19)

• 감성적 체험

-나만의 차세대 액정 구 상해보기

①현재 액정의 문제점

②문제점을 보완할 수 있는 방법

③ 새로운 액정구상

- 현재 액정이 가지고 있는 문제점을 먼저 생각해 본 후, 그 문제 점을 개선할 수 있는 방행으로 새로운 액정을 구상해 본다.

8. 참고자료

<참고자료 1> 액정의 변화

온도에 의한 변화

압력에 의한 변화

전류에 의한 변화

편광필름 실험

필름을 수평으로 필름을 수직으로

(20)

<참고자료 2> LCD의 화면 구현 원리

LCD의 핵심은 화면을 표현하는 소자인 액정(Liquid crystal: 液晶)이다. 수많은 액정을 규칙적으로 배열한 패 널을 전면에 배치한 뒤, 그 뒤쪽에 위치한 백라이트(back light: 후방 조명)가 빛을 가하도록 한다. 각 액정 소자는 외부에서 가해진 전기 신호에 따라 내부적인 분자의 배열이 변화하며 각각 일정한 패턴의 방향성을 띄 게 된다.

이에 따라 백라이트에서 전해진 빛은 각각의 액정을 통과하면서 각기 다른 패턴으로 굴절하며, 이 빛이 액정 패널 앞에 있는 컬러 필터와 편광 필터를 통과하면 굴절 패턴에 따라 각기 다른 색상과 밝기를 띈 하나의 화 소(pixel: 화면을 구성하는 하나의 점)가 되므로 이들이 모여 전체 화면을 구성하게 된다. 물론, 위와 달리 백 라이트 없이 외부의 빛에 의존하는 경우도 있으며, 흑백 화면만 표시하는 경우도 있는 등, 제조사나 제품에 따 라 세부 구조에 차이가 나기도 하지만 대체적인 원리는 위와 같다.

‘액정’의 발견에서 시작된 LCD의 역사

LCD의 개발은 전자공학이 아닌 생물학에서 시작되었다. 1888년, 오스트리아의 식물학자인 프리드리히 라이니처 (Friedrich Reinitzer)가 콜레스테롤 화합물을 가열하는 실험을 하다가 특정 물질이 2단계의 녹는점을 가진다 는 사실을 발견했다. 이 물질은 첫 번째 녹는점에서는 액체에 가까우면서도 결정(고체)과 같이 일정한 방향성을 가지고 빛을 굴절시켜 불투명한 상태가 되었다가 두 번째 녹는점에서는 완전히 투명해지는 현상을 발견한 것이 다.

<출처 -IT 동아 htp://it.donga.com/8335/>

<참고자료 3> 전자 종이 디스플레이

전자종이는 전자잉크라고 부르기도 하는데요, 가장 기본적인 형태로는 수십 마이크로미터 크기의 직 경이 아주 작은 마이크로 캡슐 수백만개가 두 개의 전극 사이에 놓여있는 구조입니다.

이 마이크로 캡슐 안에는 투명한 기름과 함께 서로 다른 전하를 띠는 흰색과 검은색 입자가 들어있 는데요, 이 마이크로 캡슐에 전기를 가해주면 극성 때문에 흰색 입자와 검은색 입자 캡슐 아래 위로 분리됩니다.

우리가 보는 방향에 흰색 입자가 모여 있으면 화면이 흰색으로 표시되고요, 검은색 입자가 모여 있 으면 화면이 검은 색으로 보이게 됩니다.

이런 원리로 그림이나 글자를 표현할 수 있습니다.

이건 전자종이의 초기 컨셉이라고 말씀드릴 수 있고요, 최근까지 다양한 형태로 전자종이를 구현하는 기술이 개발되고 있습니다.

다른 형태로는 트위스트 볼 방식이 있는데요, 앞서 소개해 드린 마이크로 캡슐과 달리 여기에는 흰 색 반, 검은색 반으로 되어있는 트위스트 볼을 사용합니다.

이 트위스트 볼도 전기장의 방향에 따라 회전하면서 우리 눈에 흰색이나 검은색으로 보이게 됩니다.

또 다른 형태로는 QR-LPD라고 있는데요, 이 방식은 격벽으로 나뉘어져 있는 기판 사이에 극성이 다른 흰색과 검은색 입자를 에어로졸 상태로 주입하고 전기장의 방향에 따라 입자들을 이동시켜 영 상을 표현합니다.

QR-LPD 방식은 앞서 소개해드린 마이크로 캡슐이나 트위스트 볼에 비해 응답속도가 빠른 장점을 가지고 있습니다.

사실 모바일기기들이 다양하게 출시되면서, 전자종이를 이용한 전자신문이나 전자책 리더기에 대한 요구가 줄어들고 있기는 합니다.

하지만, 광원이 필요없다는 점과, 종이처럼 구부릴 수 있다는 점, 그리고 전력 소모가 매우 적다는 점은 다른 디스플레이 장치에 비해 전자종이의 분명한 장점이라고 할 수 있습니다.

이런 점을 고려한다면 전자책 리더기 뿐 아니라 다양한 분야에서 전자종이를 활용할 수 있는 길이 있지 않을까 하는 기대도 해 봅니다.

<출처 -YTN사이언스

http://www.ytnscience.co.kr/program/program_view.php?s_mcd=0082&s_hcd=&key=201308091607496911>

(21)

교사용 교재

고등학교

STEAM

TPC의 영상표현장치

1. 주제 개요

시각은 사람의 오감 중에서 가장 많은 정보를 받아들일 수 있는 중요한 감각이다. 특히 최 근에는 정보를 시각적으로 표현하는 경우가 많으므로 시각 정보를 인식하고 표현하는 것이 더 욱 중요해지고 있다. 본 주제에서는 눈에서 색을 인식하는 세포의 특성과 빛의 3원색 사이의 관계를 이해하고, 이를 바탕으로 TPC의 영상 디스플레이장치의 구조와 원리를 이해하도록 한 다. 이를 통해 학생들은 시각 정보를 인식하는 원리인 눈의 구조와 눈에서 색을 인식하는 원 리를 알 수 있게 되며, 영상 표현 장치에서는 어떻게 색을 인식하는지를 알 수 있다. 여기에 그치지 않고 학습한 과학적 원리를 직접 적용하여 LED를 이용한 조명을 제작하는 활동을 통 하여 나만의 조명을 구상하고 기술적, 공학적, 예술적인 사고를 거쳐 제작해봄으로써 융합적으 로 사고하는 과정을 거치게 된다. LED를 이용한 나만의 조명제작을 통해 빛의 3원색을 합성 하여 다양한 색 만들기 직접 체험해볼 수 있으며, 또한 영상 표현 장치가 색을 표현하는 원리 를 이해할 수 있다. 또한 제작한 조명을 이용해 학급의 특색을 시각적인 정보로 만들어 학급 전체가 표현해 볼 수 있으며, 만드는 과정에서 학급구성원간의 협력 및 의사소통능력을 배양 함으로써 감성적인 체험을 할 수 있다.

․ 사진을 통해 같은 사진이 나 그림이라도 화질과 색감 에 차이가 생기는 이유 알아 보기

⇒

․ 사람의 눈이 색을 인식하는 원리 살펴보기

․ GRB를 혼합하여 다양한 색 만 들기

․ 네모로직 게임을 통해 해상도의 원리 알기

․ LED를 이용한 조명만들기

⇒ ․ 미래의 영상 디스플레이장치와 그 로 인해 생기는 변화 생각해보기

눈에서 색을 인식하는 세포의 특성과 빛의 3원색 사이의 관계를 이해하고, 이를 바탕으로 LCD 등 영상표현 장 치와 디지털 카메라 등 영상 저장 장 치의 원리와 구조를 과학적으로 이해 한다.

․ 사람의 눈이 색을 인식하 는 원리 살펴보기

․ GRB를 혼합하여 다양한 색 만들기

․ 네모로직 게임을 통해 해 상도의 원리 알기

․ LED를 이용한 조명만들기 미술 나와 우리, 함께하는 삶 생활속에서 전통색을 찾아보고, 아름

다운 우리의 색을 느껴본다.

- 눈에서 색을 인식하는 원리와 빛의 3원색 사이의 관계를 안다.

- 영상표현장치의 원리와 구조를 이해한다.

- 새로운 영상표현장치를 구상하여 본다.

○ 과정 목표

- RGB를 혼합하여 보는 과정을 통해 빛의 3원색이 영상에서 어떻게 구현되는 지 알 수 있다.

○ S : 빛의 합성, 영상표현장치의 구조와 원리를 이해한다.

○ T/E/A ： LED를 이용한 나만의 작품을 구상해보고, 직접 제작해봄으로써 다양한 문제를 해결한다.

(22)

4. STEAM 단계 요소

○ 상황제시

본 수업에서는 상황 제시 단계로 같은 사진이지만 TPC의 LCD에 따라 화질과 해상도에 차 이가 있음을 보여주고, 이런 차이가 생기는 이유를 생각해보도록 한다. 이를 통해 학생들의 학습동기를 유발하며 실제로 자신들이 가진 궁금증이 과학원리와 연관되어 있음을 알도록 한 다. 또한 과학원리가 실제생활에 적용됨을 깨달아 학습의 의미를 스스로 찾고 실생활에 적용 해보고자 하는 문제의식을 고취시키는 것을 목표로 설계하였다.

본 수업의 창의적 설계 과정에서는 문제 상황에서 제시된 사진의 화질과 해상도의 차이가 생 기는 이유를 눈에서 색을 인식하는 원리와 LCD에서 색을 인식하는 원리를 통해 이해하도록 한 다. 또한 학습한 과학적 원리를 직접 적용하여 LED를 이용한 조명을 제작하는 활동을 통하여 나만의 조명을 구상하고 기술적, 공학적, 예술적인 사고를 거쳐 제작해봄으로써 융합적으로 사 고하는 과정을 거치게 된다. 나만의 조명을 구상하는 활동을 통해 학생들은 영상 표현 장치의 구조와 원리를 더 잘 이해할 수 있으며 과학원리 뿐만 아니라 예술적 요소와 공학 ․ 기술적 요 소를 경험할 수 있다. 그러므로 교사는 활동 과정 속에서 다양한 요소들을 고려할 수 있도록 문제 상황을 끊임없이 제시하고 학생들이 그에 대한 답을 찾는 과정을 반복하여 다양한 지식이 필요함을 느끼고 스스로 답을 찾아가는 과정 속에서 학습이 이루어지도록 진행하는 것이 필요하 다.

본 수업은 새로운 영상 표현 장치와 그로 인해 생기는 변화를 생각해봄으로써 영상 표현 장치 의 과학적 원리뿐만 아니라 다양한 관련 지식 및 사고 과정이 필요하다는 것을 학생 스스로 깨 닫고 융합적 사고의 필요성을 이해하며 스스로 융합적으로 사고함으로써 미래의 융합인재를 육 성하고자 구성된 활동이다. 학생들이 실제로 접하는 소재를 이용해 과학 원리에 대해 생각해봄 으로써 ‘과학 학습’에 높은 흥미를 갖게 되며 더불어 실생활 속에서 과학 학습 내용을 바탕으로 융합적으로 해결하려고 노력하며 새로운 문제에 도전할 의지를 가지게 될 것이다.

과목 고등학교, 1학년, 과학 총차시 2차시

단원 2. 정보통신과 신소재 (3) 신소재

교육과정

과학-눈에서 색을 인식하는 세포의 특성과 빛의 3원색 사이의 관계를 이해하고, 이를 바탕으로 LCD 등 영상표현 장치와 디지털 카메라 등 영상 저장 장치의 원리와 구조를 과학적으로 이해한 다.

미술 - 생활속에서 전통색을 찾아보고, 아름다운 우리의 색을 느껴본다.

학습목표

- 눈에서 색을 인식하는 원리와 빛의 3원색 사이의 관계를 안다.

- 영상표현장치의 원리와 구조를 이해한다.

- 새로운 영상표현장치를 구상하여 본다.

유의점(※)

<상황 제시>

에너지 위기 (5분)

1/2차시

 사진을 통해 같은 사진이나 그림이라도 화질과 색감에 차이가 생기는 이유 알아보기

- 두 사진이 똑같아 보이나요?

- 차이가 있다면 어떠한 점이 다를까요?

- 이 사진 말고 같은 사진인데 화질이나 색감, 선명함에 차이를 느껴 본 일 있나요?

- 이런 차이는 왜 생기는 것일까요?

Tip! 같은 사진을 제시하고 화질과 색감이 차이가 나는 사진을 제시한 다.

‣사진자료 (1)

(2)

<창의적 설계>

색을 인식하는 원리알기

(10분)

 사람의 눈이 색을 인식하는 원리 살펴보기 - 사람의 눈은 어떻게 색을 인식 할까요?

- 사람의 눈이 색을 인식하는 원리를 알아 봅시다.

(원뿔세포: 빛의 색깔에 반응, 박대세포: 빛의 밝기에 반응)

Tip!

사람의 눈은 시각세포가 시신경을 통해 뇌로 신호를 전달한다.

그림 3

(23)

<창의적 설계>

RGB혼합으로 색만들기

(15분)

 GRB를 혼합하여 다양한 색 만들기 - LCD 구조살펴봅시다.

- 루페를 통해 LCD가 색을 구현하는 원리를 살펴봅시다.

Tip!

- LCD 모니터를 루페(확대경)로 살펴보면 하나의 픽셀은 RGB의 세 가지 색으로 이루어져있음

- 백라이트로부터 나오는 빛이 액정셀을 통과하면서 색 구현 - 하나의 액정셀에는 RGB의 세 가지 색필터가 존재 - RGB의 혼합으로 다양한 색을 만들어냄

(그림판의 색 필터를 조절하여 다양한 색 만들어보기)

‣루페, 그림판 이용

‣ 참고자료 1,2

<창의적 설계>

해상도의 차이알기 (20분)

Ⓜ 네모로직 게임을 통해 해상도의 원리 알기 - 화소는 무엇을 의미할까요?

- 해상도는 무엇을 의미할까요?

- 같은 그림이라도 픽셀이 많을수록 그림이 선명해집니다.

- 같은 사진이라도 LCD화면에 따라 다르게 보이는 이유는 무엇일까요?

Tip! 화소= 픽셀의 수, 해상도= 가로 픽셀의 수*세로 픽셀의 수

‣ 참고자료 2

<창의적 설계>

LED조명만들기 (40분) 2/2차시

 LED를 이용한 조명만들기

- 빛의 3원색이 합성을 통해 만들어내는 색을 관찰해 봅시다.

- 나만의 조명을 디자인 해봅시다.

- 디자인한 조명을 공유하여 봅시다.

<감성적 체험>

미래의 영상디스플레이

(10)

 미래의 영상 디스플레이장치와 그로 인해 생기는 변화 생각해보기 - LED를 살펴 봅시다.

- 미래의 영상 디스플레이장치에 대해 아이디어를 공유한다.

- 미래의 영상 디스플레이 장치의 등장이 가져올 변화는 어떠한 것들이 있을까요?

‣ 영상자료

‣ 참고자료 3

창의적 설계

LCD가 다양한 색을 만드는 원리를 이해하고 해상도의 차이가 나는 이유를

이해하였는가?

LCD가 다양한 색을 만드는 원리를 이용하여 다양한 색을 표현 할 수

있으며, 네모로직 활동을 통하여 해상도의

차이를 잘 안다.

LCD가 다양한 색을 만드는 원리를 이용하여

다양한 색을 표현 할 수 있으나, 네모로직

활동을 통하여 해상도의 차이를 이해하지 못한다.

LCD가 다양한 색을 만드는 원리를 이용하여 다양한 색을 표현 할 수 없으며, 네모로직

활동을 통하여 해상도의 차이를 이해하지 못한다.

감성적 체험

아이디어가 현실성이 있으며

다양한 의도가 포함되어 있는가?

아이디어가 현실성이 있으며 다양한 의도가 포함되어

있다.

아이디어가 현실성이 있으며 다양한 의도가 포함되어 있지 않다.

아이디어가 현실성이 없으며

다양한 의도가 포함되어 있지

않다.

6. 평가 계획

상 중 하

자기 평가

감성적

체험 ◆ 즐거운 마음으로 활동에 참여하였는가?

창의적 설계

◆ LCD가 다양한 색을 만드는 원리를 이해하였는가?

◆ 해상도의 차이가 생기는 이유를 이해하였는가?

◆ 창의적인 설계를 통해 나만의 LED조명을 제작하였는가?

동료 평가

감성적

체험 ◆ 아이디어가 현실성이 있으며 다양한 의도가 포함되어 있는가?

(24)

7. 학습내용

1/2 차시

• 문제제기

같은 사진이지만 화질과 색감에 차이가 생기는 이 유는?

같은 사진이라도 디스플레이장치에 따라 다르게 표현됨을 알고, 그런 차이가 생기는 이유에 대하여 스스로 생각해볼 수 있도록 한다.

•창의적 설계

① 사람의 눈이 색을 인 식하는 원리 알기

- 원뿔세포 빛의 색깔에 반응 - 막대세포

빛의 밝기에 반응

사람의 눈이 색을 이해하는 원리를 구체적으로 알기 보다는 시각 세포가 있다는 정도만 이해할 수 있도록 한다.

(25)

②RGB를 혼합하여 여러 가지 색 구현하기

· LCD 모니터를 루페 (확대경)로 살펴보면 하 나의 픽셀은 RGB의 세 가지 색으로 이루어져 있음

· 백라이트로부터 나오 는 빛이 액정셀을 통과하 면서 색 구현

· 하나의 액정셀에는 RGB의 세 가지 색필터가 존재

· RGB의 혼합으로 다양 한 색을 만들어냄 (그림 판의 색 필터를 조절하여 다양한 색 만들어보기)

- 그림판의 색 필터를 조절하여 다양한 색을 스스로 구현해 볼 수 있도록 한다.

③해상도의 차이알기 - 네모로직 : 같은 그림 이라도 픽셀이 많을수록 그림이 선명해짐

*화소-픽셀의개수 (800만 화소-픽셀이 800만개)

*해상도

= 가로 픽셀 * 세로 픽셀

- 네모로직은 해상도의 차이를 이해하기 위한 과정이므로 너무 시간을 많이 소요하지 않도록 한다.

(26)

2/2 차시

④LED를 이용한 나만의 조명 만들기

- 빛의 3원색이 합성을 통해 만들어내는 색을 관 찰

(LCD의 백라이트를 LED를 사용함- 전력소모

↓, 선명도↑)

• 준비물 -조명만들기 키트

- 직접 나만의 조명을 구상하고 제작해봄으로써 영상 디스플레이 장치에서 색이 어떻게 구현되는지를 쉽게 이해할 수 있다.

• 감성적 체험

-미래의 영상 디스플레 이 장치 생각해보기

①현재의 영상디스플레이 장치의 문제점

②OLED

③새로운 영상디스플레장 치의 등장과 그로 인한 생활의 변화

- 현재의 영상디스플레이 장치가 가지는 문제점을 생각해보고, 문 제점을 해결할 수 있는 새로운 영상디스플레이 장치를 생각해 볼 수 있도록 한다.

(27)

<참고자료 1> RGB혼합과 여러 가지 색

빨강(R) 초록(G) 파랑(G) 모니터에 나타난 색 확대하여 관찰된 색과 모양

255 0 0 빨간색

0 255 0 초록색

0 0 255 파란색

255 255 0 노란색

255 0 255 자홍색

0 255 255 청록색

255 255 255 백색

8. 참고자료

<참고자료 2> 화소와 픽셀

Pixel[픽셀]은 컴퓨터 디스플레이 또는 컴퓨터 이미지 상의 프로그램이 가능한 색상의 기 본 단위이다 (물리적인 단위라기 보다는 논리적 단위라고 생각하라). 픽셀의 물리적인 크 기는 사용자가 화면의 해상도를 어떻게 세팅했는지에 따라 달라진다. 만약 화면 해상도 를 최고로 설정하면, 픽셀의 물리적인 크기는 물리적인 점의 간격과 같아지지만, 그 이하 의 해상도로 설정하면, 픽셀의 크기는 스크린 점의 물리적인 크기보다 커질 것이다.

특정 픽셀의 색상은 적, 녹, 청의 3가지 색상 스펙트럼 요소들이 섞여서 만들어진다. 특 정 픽셀의 색상을 정의하기 위하여 적, 녹, 청 각각 1 바이트씩, 총 3 바이트의 데이터가 사용된다. 트루컬러, 즉 24 비트 컬러 시스템은 3 바이트 모두를 사용한다. 그러나, 초 창기의 컬러 디스플레이 시스템에서는 8 비트를 사용하였으며, 이 경우에는 256가지의 색상만을 제공할 수 있게된다.

<출처- ITterms http://www.terms.co.kr/pixel.htm>

(28)

<참고자료 3> 네로모직 결과

0 3 4

1 3 1 8

1 3 1

3 4 2 7 5

1 1 1 1 5 1 3 1 5 1 1 1 1 1 1 1 3 7

<완성작>

․ 더 빠르고, 더 편하고, 더 가벼우며, 더 튼튼한 스마트 폰을 개발하기 위한 방법 생 각해보기

․ 플렉서블 스마트폰 관련 영 상을 시청하며 소재의 중요성 에대하여 생각해보기

⇒

․ 그래핀에 대하여 알아보기

․ 그래핀을 활용한 스마트폰의 변화 추측하기

․ 생체모방기술에 대하여 알아 보고, 실제 활용된 사례 찾기

․ 생체모방기술을 이용하여 신소재 구상하기

⇒

․ 개발한 신소재 아이디어 공유하기

․ 신소재공학 관련진로 탐색하기

교사용 교재

고등학교

STEAM

신소재 신세계

1. 주제 개요

지금까지의 역사를 살펴보면, 새로운 소재의 탄생은 새로운 세상으로 연결되는 열쇠고리역할 을 하곤 했습니다. 최근에는 ‘그래핀’이라는 신소재가 개발되면서 우리 세상을 어떻게 바꾸어 놓을지 많은 사람들이 주목하고 있습니다. 특히 스마트기기의 소재로 사용될 것으로 보이면서 스마트세상을 한 층 앞당길 것이라 예상하고 있습니다. 본 차시는 ‘그래핀’이라는 신소재의 원 리와 활용방법을 알고, ‘신소재공학’이라는 전공분야에 대하여 탐색하는 차시로서, 차세대 스 마트폰인 ‘flexible smartphone'과 그래핀 소재와의 연관성에 대하여 알아보고, 신소재를 구 상하는 활동을 통하여 신소재 공학이라는 전공분야의 진로를 탐색하는 활동으로 이루어져 있 습니다다. 이러한 활동을 통하여 첨단신소재인 그래핀의 과학적 원리를 알고, 신소재를 개발해 내는 창의력을 기르며, 관련 진로를 탐색할 수 있을 것입니다.

(29)

고분자 물질의 구조와 특성을 바탕으로 합성섬유, 합성수지, 나노 물질 등 다양 한 첨단 소재의 원리와 활용 방법을 이 해한다.

․ 그래핀에 대하여 알아보기

․ 그래핀을 활용한 스마트 폰의 변화 추측하기

․ 생체 모방 기술에 대하여 알아보기

․ 생체모방기술을 이용하여 신소재 구상하기

․ 개발한 신소재 아이디어 공유하기

․ 신소재공학 관련진로 탐 색하기

선택 기술 4. 미래기술과 사회

핵심기술의 현재와 미래 동향을 파악하 고, 다방면에 걸친 기술의 영향을 평가하 며 미래 융합적 기술과 관련된 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.

- ‘그래핀’소재의 특성과 활용방법을 알 수 있다.

- ‘생체모방기술’의 정의를 알고, 실제 적용 사례를 찾을 수 있다.

- ‘신소재 공학’관련 진로에 대하여 알 수 있다.

○ 과정 목표

- ‘그래핀’소재로 인하여 우리의 스마트세상은 어떻게 변화할지 예상할 수 있다.

- ‘생체모방기술’을 이용하여 자신만의 신소재를 창의적으로 구상 할 수 있다.

- 과학과 기술이 미치는 사회에 미치는 영향을 깨달을 수 있다.

○ S : 첨단소재의 원리를 이해

○ T/E：‘생체모방기술’의 방법을 이해

○ A : 신소재 적용 제품을 디자인

본 수업의 상황 제시는 더 빠르고, 가벼우며, 편하고, 튼튼한 스마트폰을 만들어 내기 위해 서 어떻게 해야하는가 하는 문제로 시작된다. 휘어지는 스마트폰 관련 영상을 시청하면서, 더 좋은 스마트폰을 만들어 보고자 하는 의지를 다지고, 이러한 일이 가능하려면 소재의 개발이 선행되어야 한다는 것을 인지하도록 한다.

본 수업의 창의적 설계는 휘어지는 스마트폰을 위해서 ‘그래핀’이라는 물질이 개발되었다라 는 사실을 알고, 그래핀이 어떠한 물질인가에 대하여 학습하는 활동으로 이루어져 있으며,

‘생체 모방 기술’을 활용하여 신소재를 창의적으로 구상해봄으로써 신소재가 스마트폰 및 우 리사회에 큰 영향을 미친다는 사실을 안다.

본 수업에서 감성적 체험은 신소재를 직접 구상해봄으로써 자신의 성취감을 향상토록하고,

‘신소재 전공’ 과학자에 대한 진로를 탐색해 본다.