제주대학교사범대학부설고등학교

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결과보고서

2020. 11.

제주대학교사범대학부설고등학교

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【 2020년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

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한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

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목 차

1. 요약문··· 1

2. 서론··· 1

3. 연구 수행 내용 ··· 2

가. STEAM 프로그램 개발 및 적용 ··· 2

나. STEAM 프로그램 적용 성과 연구 및 조사 ··· 2

다. STEAM 협력 연구 강화 및 확산 실천 ··· 2

라. 프로그램 개발 중점 사항 ··· 2

마. 학생 태도검사 대상 ··· 3

바. 당초 계획대비 변경 사항 유무 ··· 3

4. 연구수행결과 ··· 4

5. 결론 및 제언 ··· 5

[부록] 부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 1. STEAM 프로그램 개발⦁적용 교육과정 ··· 8

2. STEAM 프로그램 총괄표(총16차시) ··· 10

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 ··· 12

4. 학생활동지/학생참고자료 ··· 30

5. 교사자료 ··· 47

6. 차시별 학생 평가기준 및 방법 ··· 71

부록2. (학생 산출물, 사진, 수업 영상, 성찰일지, 교사의견, 자체평가 결과 등) 1. 아두이노 건반악기 만들기 학생 활동 모습 사진 ··· 77

가. 아두이노 악기 설계 및 디자인 활동 모습 ··· 77

나. 코딩 과정 모습 ··· 80

다. 아두이노 건반악기 제작과정 모습 ··· 83

라. 아두이노 건반악기로 연주 및 발표하는 모습 ··· 86

2. 아두이노 건반악기 만들기 완성작품 모습 ··· 88

3. 아두이노 건반악기 발표자료 ··· 90

가. 초밥 악기 만들기 발표자료 ··· 90

나. crocodile ··· 90

다. 당근 피아노 ··· 91

라. 자판 악기 ··· 91

부록3. 회의록 ··· 92

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창의융합형 인재가 요구되는 현시대에 창의적인 산출물 설계 및 제작 활동으로 학생들의 잠재된 능력을 계발하고 창의적인 사고력과 문제해결능력을 함양하고자 하여 총 16차에 걸쳐 아두이노 건반악기 만들기 프로젝트 활동을 진행하였다. 창의성과 문제해결력을 높일 수 있는 방법으로 소프트웨어 활용 교육이 강조되고 있어 학생들에게 아두이노와 센서를 활용한 코딩에 대한 기초 활동을 진행하였으며, 이를 바탕으로 ‘아두이노 건반악기 만들기’

라는 큰 주제 속에서 각 팀별로 개성이 넘치는 각자만의 아두이노 악기를 만들었다.

3D 프린터를 활용하여 악기를 만들고자 하여, 1학기에는 3D 프린터 모델링 교육과 3D 프 린터 사용법 교육을 실시하였으며, 모델링 작품과 출력물로 수행평가를 진행하여 학생들의 3D 프린터 활용 능력을 높였다. 최근 3D 프린터와 인체 유해성과 관련된 논란이 있어 악 기 만들기 프로젝트 활동시에는 3D 프린터를 별도의 공간에 위치시켜 학생들과의 접촉을 최소화 시켰다.

또한, 우리학교는 무한상상실이 있어 다양한 장비들이 구비되어 있는데 3D 프린터 이외에 레이저 조각기, 유니맷 등을 활용할 수 있도록 장비 사용법 교육을 진행하여 많은 학생들 이 교내 첨단 장비들을 사용할 수 있도록 하였다.

학생들은 처음 계획한 16차시 이외에도 작품 제작을 위해 방과 후 시간과 주말 시간을 활 용하는 등 적극적으로 참여하여 최종 작품을 완성하였으며, STEAM 행사를 통해 서로의 작품을 공유하는 시간을 가질 수 있었다.

2. 서론

◦ 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 무선통신(Mobile) 등 지능정보기술의 급변화로 미래인재 양성을 위한 교육분야의 변화와 준비가 시급해졌다.

◦ 이러한 현재 사회에서 경쟁력이 있는 인재상은 기존의 지식을 얼마나 많이 알 고 있느냐가 아니라 지식을 어떻게 결합하여 새로운 가치를 만드는 사람이다.

◦ STEAM 교육에서 추구하는 방향도 기존의 것들을 가지고 새로운 가치를 부여 하고 이를 융합적인 사고력을 활용하여 창의적인 결과물을 만들어 내는데 있다.

◦ 창의융합형 인재가 요구되는 현 시대에 창의적인 산출물 설계 및 제작 활동으로 학생들의 잠재된 능력을 계발하고 창의적인 사고력과 문제해결능력을 함양하고자 한다.

◦ 또한 4차 산업혁명에 대응하여 미래사회를 선도할 창의 융합형 인재 양성을 위 하여 다양한 과학현상에 대한 실험활동과 함께 실생활 문제를 첨단과학기술을 활용하여 협력적으로 문제를 해결하는 창의적 탐구 활동을 하고자 한다.

◦ 이런 ICT 메이커 교육 및 활동을 통해 학생들은 자신들의 아이디어를 산출⋅제 작⋅시연해 볼 수 있으며 우리 사회가 바라는 창의적인 사고력을 바탕으로 문제 를 해결할 수 있는 인재로 지도하고자 한다.

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3. 연구 수행 내용

가. STEAM 프로그램 개발 및 적용

1) 나만의 한 손 아두이노 악기 만들기에서 주제를 ‘나만의 아두이노 건반악기 만 들기’로 수정하여 진행함.(16차시)

2) 3명이 한팀이 되어 팀별로 프로젝트 활동을 실시하였으며, 각 팀별로 창의적인 작품을 제작하여 한손으로는 연주가 불가능한 다양한 작품들이 완성됨.

3) 과학과제연구 수업을 주된 수업으로 활용하였기 때문에 제주대학교사범대학부 설고등학교학생 중 과학과제연구 수업에 참여한 103명에게 적용함.

나. STEAM 프로그램 적용 성과 연구 및 조사 1) 프로그램 운영 전 설문 조사를 실시함.

2) 프로그램 운영 후 설문 조사와 만족도 조사를 실시함.

3) 전문가와의 협의를 통해 개발 프로그램을 보완하여 적용하였으며, 프로그램 운 영 후 추가 보완사항에 대해 협의함.

다. STEAM 협력 연구 강화 및 확산 실천

1) 도내 STEAM 교육 전문가에게 관련 자문을 실시함.

2) STEAM 선도학교 및 타 STEAM 교사 연구회와 정보를 공유함.

라. 프로그램 개발 중점 사항

1) 나만의 아두이노 건반 악기를 만들고 연주해 보는 것을 목적으로 3D프린터를 활용하여 악기를 제작하고 코딩을 통해 연주하는 활동 속에서 최근 강조되고 있는 코딩교육과 3D 모델링 교육을 강화하고자 하였다.

2) 초등학교는 실과 과목이, 중학교는 기술∙가정 과목, 자유학기제가 있어 목공기 계, 3D프린터, 레이저조각기 사용법 등의 기능교육이 가능하지만 일반 고등학교 교과에는 해당 과목이 없어 어려움이 있다. 이에 우리학교 교육과정상 1학년의 경우는 과학탐구실험, 2학년의 경우는 과학과제연구 과목을 활용하여 4차 산업 혁명 관련 기자재들의 기능교육을 실시하고 이를 활용한 STEAM 활동을 지도하 고자 하였으며 본 프로그램은 2학년 과학과제연구 수업을 주 수업으로 하여 진 행하였다.

3) 2학년 학생들의 경우 1학년 정보교과 시간에 코딩, 피지컬 컴퓨팅을 배우고 올

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우, 과학과제연구 과목시간을 이용하여 코딩교육을 실시하고자 한다.

4) 1학년의 경우는 정보교과 시간을 활용하여 코딩교육, 과학탐구실험 과목을 활 용하여 3D 프린터 모델링 및 출력, 음악 시간을 이용하여 자신만의 악기로 연 주발표를 진행 하면 된다.

5) 2학년은 과학과제연구 과목을 활용하여 3D 프린터 모델링 및 출력, 물리Ⅰ시간 을 이용하여 소리와 주파수와의 관계를 학습, 음악 시간을 이용하여 자신만의 악기로 연주발표를 하였다.

마. 학생 태도검사 대상

- 프로그램 적용 대상인 제주대학교사범대학부설고등학교 2학년 과학과제연구 수 업을 선택한 학생들 103명을 대상으로 실시하였다.

바. 당초 계획대비 변경 사항 유무

1) 당초 계획은 주제를 5가지로 나누어 진행하고자 하였지만, 활동의 흐름 순서에 맞춰 ‘3D프린팅 – 아두이노 기초1 – 물리1(진동수와 음의 높낮이) – 아두이노 기초2 – 음악1 – 설계 및 제작 – 발표 및 연주’의 7단계로 진행하였다.

2) 당초 계획은 버튼 모듈을 이용하여 버튼을 누를 때 소리가 나는 악기를 만들고 자 하였지만, 버튼 모듈 대신 정전식 터치센서 버튼 모듈을 이용하여 우리 일상 생활에 많이 활용되고 있는 정전식 터치 장비들에 대한 이해를 돕고자 하였으 며, 버튼 모듈은 추가고 제공하여, 정전식 터치 센서가 너무 민감한 경우 대체 하여 사용하였다.

3) 아두이노 악기에 대한 큰 틀은 변경하지 않았지만, 한 손으로 연주하기 힘든 다양한 작품들이 완성되어 ‘나만의 아두이노 건반악기’로 주제를 변경하여 진행 하였다.

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4. 연구 수행 결과

구분 추정 성과

교수학습지도안 개발 차시 총 16차시

수업 적용 일정 2020.08.10. ~ 2020.11.13.

수혜 학생 수 103명(과학과제연구 선택과목 학생)

학생 태도검사 사전검사 10월, 3개 학급(103명) 사후검사 11월, 3개 학급(103명) 학생 및 교사 만족도조사 2020. 11. 16일 실시 완료

교사연구회 STEAM 행사 개최 2020. 11. 12. (목) 2교시 09:30~10:20 수업공개 논문 또는 학술대회

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 나만의 한 손 아두이노 악기 만들기

(나만의 아두이노 건반 악기 만들기) 선행

프로그램명

1. 아두이노와 함께하는 생활 속 예술 프로젝트(감천초등학교)

2. 뮤직박스 메이킹(인성, 지성, 감성 역량계발을 위한 악기메이킹 프로젝트)

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1, 2학년 목표 수혜학생 수 103명

중심과목 ^과학과제

연구

중심과목

성취기준 영역 과제연구의 방법과 시작

연계과목

과학 (물리Ⅰ) 음악연주

정보

연계과목 성취기준 영역

파동과 정보통신 연주 (음악연주)

문제해결과 프로그래밍(정보)

개발계획

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 3 과학과제연구(3) (또는 과학탐구실험) 2 2 정보(2) (또는 과학과제연구)

3 2 물리1(2)

4 2 정보(2) (또는 과학과제연구)

5 2 음악(2)

6 3 과학과제연구(3)

7 2 음악(2)

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가. 학생들은 ‘나만의 아두이노 건반악기 만들기’ 수업에서 자신들만의 독창적인 아 이디어로 다양한 작품들을 완성하였으며 제작과정에 레이저조각기, 유니맷, 3D 프린터 등 다양한 장비들을 사용하여 기능적인 능력도 많이 함양되었다.

나. 학생들은 자신들의 아두이노 악기를 소개하고 발표하는 과정에서 제작하고 완 성하는 과정에서 어려웠던 점들에 대해 친구들과 얘기를 나누며 공감하는 시간 을 가졌으며, 많은 학생들이 힘들었지만 매우 뿌듯했던 활동이라는 소감들을 얘 기하였음. 또한, 어렵게만 느껴졌던 아두이노와 코딩이 이제는 어렵지만은 않고 재밌고 할 만하다는 생각을 하게 되었다는 느낌을 발표함.

다. 현재 우리학교의 과학과제연구 수업을 일주일에 2시간으로 월요일 1시간, 목요 일 1시간씩 운영되고 있다. 이로 인해 작품을 제작하기 위한 시간이 턱없이 부 족하여 많은 어려움을 겪었다. 조금 만들만하면 수업이 끝나버려서 학생들은 작 품을 완성하기 위해 방과 후 시간과 주말 시간을 이용하였다. 그래서 STEAM 교사 연구회 소속 교사들은 방과 후 시간과 주말에도 학교에 남아 학생들을 지 도하였으며, 이로 인한 어려움을 얘기하였지만, 학생들이 열심히 하는 모습들을 보고, 작품들이 차츰 완성되어 가는 과정들을 함께 지켜보며 어려움보다는 뿌듯 함과 학생들의 대견함을 더욱 많이 느꼈다며, 매우 즐거운 활동이었다는 소감을 많이 얘기하였음.

라. 주가 되는 수업시간을 블록타임제로 운영하여 작품의 제작시간을 확보하는 게 좋을 듯 하다는 의견에는 모두 공감하였지만, 고교학점제 도입으로 학생들의 선 택권을 더욱 보장하여 선택과목 수업시간의 경우, 전체적인 이동수업이 이루어 져 특정 과목만 블록타임제로 운영하기에는 어려움이 있어, 현실적인 대안을 찾 아야 한다는 의견을 일치하였음.

마. 본 프로그램에 참여한 STEAM 교사 연구회 소속 교사들은 학생들을 지도하는 과정에서 레이저 조각기, 3D 프린터, 유니맷 등 다양한 장비에 대한 기능들을 익히게 되었으며, 아두이노와 센서를 활용한 활동들에도 적극 참여하여 코딩에 대한 기초 지식을 쌓게 되었음. 많은 선생님들께서 이번 프로그램이 끝나도 이 를 활용하여 교과수업에 적용하여 다양한 프로그램 활동을 진행하고자 하는 의 지를 보였음.

바. STEAM 교사 연구회 소속 교사들 모두가 협력하여 프로그램을 운영하였으며, 본인에 해당하는 수업이 아니어도 참관하고 함께 참여하는 등 프로그램의 완성 도를 높이기 위해 모두 적극적으로 참여하였음.

사. 학생들은 본인들의 작품 뿐만 아니라 다른 학생들의 작품들도 서로 감상하고

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느낀점 들을 발표하면서, 친구들의 다양한 아이디어들을 서로 공유 하였으며, 추후 다시 기회가 주어진다면 더욱 창의적이고 완성도 높은 작품을 만들겠다는 다짐들을 하였음.

아. ‘아두이노 건반 악기 만들기’ 프로그램 운영 후 학생 소감 일부

이번 프로젝트 활동을 통해서 팀원간의 협력이 중요하다는 것을 알게 되었 고 혼자서는 이 활동을 잘 못했을 것이다. 조원이 최선을 다해 주어서 고마 웠고, 나도 최선을 다한 것 같아서 뿌듯했다. 이번 활동을 통해서 더 많은 것을 알고, 느끼고 배운 것 같다. 나는 전선 연결을 잘해서 소리가 끊기지 않게 한 것 같아서 속으로 좋았다. 다음에도 이런 활동을 많이 하고 싶다.

아두이노 회로, 브레드보드 등 내가 잘알지 못하는 것을 직접 조사하는 과 정을 통해 과학적 지식과 능력이 진일보한 느낌이 들었다. 작품제작기간이 짧았지만 그 시간 동안만은 조활동에 열심히 참여하였다.

처음 아두이노 악기를 만든다고 했을 때, 너무 어려울 것 같고 팀원들이랑 친하지 않아서 잘할 수 있을까 하는 걱정이 많았는데 생각보다 팀원끼리 잘 맞고 계획한대로 잘 만들어져서 뿌듯했다. 처음 시도하지 않고 무작정 안된 다고 생각하기 보다 팀원끼리 협력해서 하다보면 언젠가 우리만의 완성품이 나온다는 경험을 통해 다시한번 자신의 노력을 생각해보게 되었고 조금의 지식으로 알고 있던 아두이노를 다시 복습해보는 시간을 가져 매우 좋았다.

AI와 여러 아이디어가 합쳐져 우리가 상상도 못했던 작품들이 탄생할 수

있다는 것을 느꼈다. 한 반에서도 ‘악기’라는 같은 주제 속에서 각기 다른

모양의 작품을 제작하고, 이를 보며 꼭 ‘악기’라는 틀에 맞추어야 할 필요가

없음을 느꼈다.

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등을 보면서 어려울 것 같다고 생각했는데 직접 만들어 보니 그렇게 어렵지 않았고 조원들과 서로 잘하는 것을 맡아서 상호 보완하면서 만드니 더 쉽게 만들 수 있었다. 평소에 미술을 못한다고 생각해서 디자인을 할 생각을 하 니 막막했는데 조원들과 최선을 다해서 만드니까 결과물이 생각보다 괜찮게 나온 것 같아서 뿌듯했다.

이번 활동을 통해 협력이 정말 중요하다는 것을 다시 알게 되었다. 팀 친

구들 모두가 열심히 한 덕분에 마무리할 수 있었던 것 같고 내가 배워간 게

있어서 다행이다. 앞으로는 처음부터 내가 먼저 친구를 도울 수 있게 해야

겠다.

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

(프로그램명) 나만의 한 손 아두이노 악기 만들기(아두이노 건반 악기 만들기)

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

연계과목 성취기준 영역

1 1~3/16

[12과연01-04] 관심과 흥미가 있는 연구 주제를 탐색하고 관련된 자료를 찾아 구체적이고 독창적인 연구 주제를 선정한다.

[12과연01-07] 연구 목적을 달성할 수 있는 탐구 방법과 내용을 설계하고 필요한 기기 및 재료를 확보할 수 있다.

과학과제연구

2 4~5/16

[12정보03-04]

순차 구조, 선택 구조, 반복 구조 등의 제어 구조를 활용하여 알고 리즘을 설계한다.

정보

3 6~7/16 12물리Ⅰ03-01] 파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계를 알고 매

질에 따라 파동의 속력이 다른 것을 활용한 예를 설명할 수 있다 물리

4 8~9/16

[12정보04-09] 다양한 학문 분야의 문제 해결을 위한 알고리즘을 협력하여 설계한다.

[12정보04-10] 다양한 학문 분야의 문제 해결을 위해 설계한 알고 리즘을 프로그램으로 구현하고 효율성을 비교･분석한다.

정보

5 10~11/16

12과연01-04] 관심과 흥미가 있는 연구 주제를 탐색하고 관련된 자료를 찾아 구체적이고 독창적인 연구 주제를 선정한다.

[12음연01-03] 다양한 연주 형태의 특성을 이해하고 표현한다.

음악

6 12~14/16

[12과연01-04] 관심과 흥미가 있는 연구 주제를 탐색하고 관련된 자료를 찾아 구체적이고 독창적인 연구 주제를 선정한다.

[12과연01-07] 연구 목적을 달성할 수 있는 탐구 방법과 내용을 설계하고 필요한 기기 및 재료를 확보할 수 있다.

과학과제연구

7 15~16/16

[12과연01-12] 연구 결과를 보고서로 작성하며, 보고서 작성 시 참고 문헌을 명확히 표기할 수 있다.

[12과연01-13] 구두 또는 포스터 등의 방식으로 연구 결과를 발표 할 수 있다.

[12음연01-01] 바른 주법, 태도로 연주한다.

[12음연01-02] 악곡의 요소와 개념을 이해하여 창의적으로 표현한다. [12음연01-03] 다양한 연주 형태의 특성을 이해하고 표현한다.

음악

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연번 해당 차시 교육과정 재구성 주요 내용 연계과목

1 1~3/16

<관련 성취기준> [12과연01-07] 연구 목적을 달성할 수 있는 탐구 방법과 내용을 설계하고 필요한 기기 및 재료를 확보할 수 있다. 3D 프린터, 레이저 조각기, 유니맷 등 다양한 공작기계를 활용하여 수업이 진행될 수 있는 과목이 많지 않다. 그중에서 과학과제연구시 간이 가장 본 프로젝트 활동에 적합하여 중심과목으로 설정하여 진 행함. 그로 인해 2학년 학생들이 주 활동 대상학생이 되어 2학년에 STEAM 프로그램을 적용하였다. 1학년 학생들을 대상으로 하고자 하 면 과학탐구실험 시간을 이용하는 것이 좋을 듯 하다.

과학과제연구 시간을 활용하여 STEAM 수업을 적용하기 위해 필요 한 기능교육을 프로그램 시작 전에 진행하였다. 3D 프린터 모델링과 출력, 레이저 조각기 사용 등에 대한 교육이 진행된 상태에서 본 프 로그램을 실시하였다.

과학과제연구

2 4~5/16

<관련 성취기준> [12정보03-04] 순차 구조, 선택 구조, 반복 구조 등의 제어 구조를 활용하여 알고리즘을 설계한다.

우리학교의 교육과정상 1학년에 정보교과에서 프로그래밍에 관련된 수업을 진행한다. 따라서 본 프로그램을 적용하는 2학년 학생들은 정보교과에서 프로그래밍에 대한 수업이 이루어진 상태이다. 하지만 피지컬 컴퓨팅은 아니라서 이를 재구성하여 과학과제연구수업 시간 을 활용하여 2학년 학생들을 대상으로 1학년 정보교과의 성취기준 을 적용하여 아두이노와 여러 센서들을 이용한 피지컬 컴퓨팅 교육 을 진행할 수 있도록 교육과정을 재구성하였다.

정보

3 6~7/16

<관련 성취기준> [12물리Ⅰ03-01] 파동의 진동수, 파장, 속력 사이 의 관계를 알고 매질에 따라 파동의 속력이 다른 것을 활용한 예를 설명할 수 있다.

성취기준에서의 관련 내용을 학습하고 진동수와 음의 높낮이의 관계 에 대해 추가로 학습할 수 있도록 하였다. 중학교 교육과정에서 다루 었던 소리의 3요소를 다시 공부할 수 있도록 하였고, 관련 탐구 실 험을 진행하여 진동수와 음의 높낮이 관계의 이해를 돕도록 하였다. 이러한 선수학습 이후, 아두이노와 피에조 스피커를 활용한 탐구활 동이 진행될 수 있도록 계획하였다.

물리

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2. STEAM 프로그램 총괄표(총 16차시)

차시 주요내용

1~3 /16

주제(단원)명 3D 프린터로 모델링 하기, 3D 프린터 사용법 학습하기

4 차산업혁명 시대에 이슈 키워드 중 하나인 ‘3D 프린터’에 대해 많은 학생들에게 직접 사용해 볼 수 있는 기회를 제공하여 변화하는 시대의 흐름을 선도할 수 있 는 주역으로 성장시키고자 3D 프린터를 활용한 STEAM 수업을 계획함.

※ ABS 필라멘트는 사용하지 않고 PLA 필라멘트만을 사용하며, 3D 프린터를 사용 하는 시간에는 최대한 환기를 하거나 방과후 시간을 활용하여 출력을 할 수 있도 록 한다.

Co 3D 프린터로 제작한 작품의 예시를 보여주며 제작하고 싶은 작품 얘기 나누기

CD 틴커캐드를 이용하여 제작하고 싶은 작품 모델링하기 3D 프린터로 모델링한 작품 출력하기

ET 틴커캐드로 모델링한 작품과 출력한 작품을 발표하기

4~5 /16

주제(단원)명 삼색 LED 로 빛의 합성 알아보기

Co 화려한 무대 조명으로 꾸며진 공연영상 보기

Co 스마트 기기의 화면을 보여주기

CD 아두이노와 삼색 LED를 이용하여 다양한 색의 빛 만들기

ET 조별로 만든 무드등 작동하고 소개하기

6~7 /16

주제(단원)명 진동수에 따른 음의 높낮이 확인하기

Co 물이 담긴 컵을 쇠젓가락으로 칠 때 소리가 나는 상황을 동영상으로 제시

Co 물이 담긴 컵을 치면 왜 소리가 나는지 설명해보게 하기

Co 물의 양이 서로 다른 컵에서 나는 소리가 어떻게 다른지 설명해보게 하기

CD 조별로 시험관에 물의 양을 조절해가며 7 음계 만들어보기 4 8~9/16

<관련 성취기준> [12정보04-10] 다양한 학문 분야의 문제 해결을 위해 설계한 알고리즘을 프로그램으로 구현하고 효율성을 비교･분석한다. 위 2번에서 기술하였던 내용과 같이 교육과정을 재구성 하였으며, 물리교과 수업 이후에 진행되는 과학과제연구 수업에서 아두이노와 피에조 스피커를 이용한 음의 높이 변화 확인, 악보 연주 등의 탐구 활동을 진행할 수 있도록 하였다.

정보

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8~9 /16

주제(단원)명 아두이노로 소리내고 연주하기

Co 정전식 터치센서가 활용되는 예를 보여주고 추가로 생각나는 사례를 물어본다.

Co 아두이노 주파수에 보여주고 무엇일지 예측하게 하기

CD 아두이노와 피에조 부저를 이용하여 연주하기

ET 조별로 아두이노를 활용하여 악보 연주하기

ET 조별로 아두이노를 버튼을 이용하여 악보 연주하기

10~11 /16

주제(단원)명 건반악기 탐구하기

Co 악기의 종류에는 어떤 것들이 있을까요?

Co 건반악기의 종류에는 어떤 것들이 있을까요?

CD 아두이노를 활용하여 만들 나만의 건반악기 구상해보고 설계해 보기

ET 나만의 한 손 아두이노 건반악기 설계 작품 공유하기

12~14 /16

주제(단원)명 나만의 한 손 아두이노 악기 만들기

Co 아두이노 경험 나누기

아두이노 관련 직업 탐색하기 틴커캐드 소개하기

CD 악기 3D 프린터 모델링하기 정전식 터치패드 이해하기

아두이노를 활용한 악기 제작하기

ET 작품 공유하기

15~16 /16

주제(단원)명 내가 만든 악기로 연주하고 공유하기

Co 다양한 연주 형태의 음악 탐구하기

CD 나만의 한 손 아두이노 악기로 연주하기

CD 팀별 제재곡 연주 준비하기

ET 팀별 제재곡을 연주하고 감상·비평하기

ET 작품 공유하기

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3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 1) 1~2차시 (3D 프린터 모델링 수업)

중심과목 과학과제연구(정보) 학교급/학년 고등학교 2 학년

중심과목 성취기준

영역

과제 연구의 방법과 시작 중심과목 성취기준

[12과연01-07] 연구 목적을 달성할 수 있는 탐구 방법과 내용을 설계하 고 필요한 기기 및 재료를 확보할 수 있다.

주제명 3D 프린터 모델링 차시 1~2/16

학습목표 틴커캐드를 이용하여 3D 프린터 모델링을 할 수 있다.

연계과목 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

S 3D 프린터 원리 알기

T 틴커캐드를 이용하여 3D 프린터 모델링하기 E

A 나만의 창의적인 모델링 하기 M

개발 의도

4차산업혁명 시대에 이슈 키워드 중 하나인 ‘3D프린터’에 대해 많은 학생들에게 직접 사용해 볼 수 있는 기회를 제공하여 변화하는 시대의 흐름을 선도할 수 있 는 주역으로 성장시키고자 3D 프린터를 활용한 STEAM 수업을 계획함.

3D프린터는 창작자의 창의성을 현실로 이뤄내고, 실용성 높은 도구와 구조물을 제작하는데 많이 이용된다. 3D프린터의 원리와 기본적인 사용법을 익히고, 학생이 구상한 구조물을 틴커 캐드로 직접 모델링함으로써 창의성을 발휘할 수 있고, 스스로 결과물을 만들기에 성취감을 가질 수 있다. 더 나아가 결과물을 발표하고 친구들과 공유하는 과정에서 성공으로 인한 자 기 효능감을 느끼고, 창의성이 크게 신장할 것이다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

- 3D프린터로 제작 한 결과물을 제시하 며 동기유발을 촉진 한다.

- 제작하고 싶은 도 구와 구조물을 자유 롭게 발표한다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

자신이 모델링한 것 을 발표하며 공유한 후, 친구들의 모델을 보여 깨달은 점을 자신의 모델에 반영 해 완성도를 높인다.

감 성 적 체 험 틴커캐드를 이용하여 자신이

제작하고 싶은 구조물을 모델 링한다. 모델링한 작품을 3D 프린터로 출력하여 발표한다.

감성적 체험

(17)

도입 (15 분)

□ ^Co 3D프린터로 제작한 결과물을 제시하며 동기유발을 촉진한다.

❍ 동영상 ‘아들을 위한 의수 만들기’, ‘Derby의 의족 만들기’를 보고, 자신이 필요한 물건 또는 사회에 도움이 될 수 있는 도구를 만들고 싶거나, 단순히 창의성을 표현하고 싶은 순간이 없었나요?

자료) 관련 동영 상

전개 (65 분)

□ ^Co 3D 프린터는 어떤 분야에 사용되고 있을까요?

□ 구상하기

○ 자신이 만들고 싶은 구조물을 자유롭게 구상하고 그림으로 표현하기

□ ^Co 구상한 작품을 컴퓨터로 어떻게 표현할 수 있을까요?

○ 틴커캐드를 소개하며 모델링하는 동영상을 예시로 제시한다.

□ ^CD 틴커캐드로 자신이 구상한 작품을 모델링하기

○ 틴커캐드 사이트 접속부터 시작 전까지의 방법을 안내한다.

- 구글 검색창에 ‘tinkercad’ 검색 또는

http://www.tinkercad.com

접속 - 국가, 생년월일, 전자메일, 암호 입력 후 계정 생성

○ 틴커캐드 시작 화면의 기능과 구성 안내

- 마이 페이지, 다양한 기능, 디자인 검색, 설정, 새 디자인 작성 등 ○ 인터페이스 소개(교사자료 참고)

○ ‘새 디자인 작성’에서 제공되는 다양한 기능을 직접 다뤄보기 - 시점 회전/이동, 확대/축소, 도형 이동/변형, 그룹 기능, 정렬, 반전 - 눈금자, 구멍 도형, 단축키

○ 간단한 구조물을 제작해보기 – 집, 나무 등

○ 자신이 구상한 작품을 직접 모델링하기

자료) 인 터 넷 이 연결된 컴 퓨터, 크롬 브라우저

정리 (20 분)

□ ^ET 자신이 모델링한 작품을 발표하며 소개하기 - 다른 학생이 만든 작품을 함께 감상하며 공유하기

□ 오늘 활동한 내용에 관한 이야기 나누기

(18)

2) 3차시 (3D 프린터 출력 수업)

영역

주제명 3D 프린터 출력 차시 3/16

학습목표 틴커캐드로 모델링한 작품을 3D 프린터로 출력할 수 있다.

연계과목 과학과제연구 연계과목

STEAM 요소

S 3D 프린터 원리 알기

T 틴커캐드를 이용하여 3D 프린터 모델링하기 E 3D 프린터를 이용하여 작품 출력하기 A 나만의 창의적인 모델링 하기

M

개발 의도

4차산업혁명 시대에 이슈 키워드 중 하나인 ‘3D프린터’에 대해 많은 학생들에게 직접 사용해 볼 수 있는 기회를 제공하여 변화하는 시대의 흐름을 선도할 수 있 는 주역으로 성장시키고자 3D 프린터를 활용한 STEAM 수업을 계획함.

3D프린터는 창작자의 창의성을 현실로 이뤄내고, 실용성 높은 도구와 구조물을 제작하는데 많이 이용된다. 3D프린터의 원리와 기본적인 사용법을 익히고, 학생이 구상한 구조물을 틴커 캐드로 직접 모델링 함으로써 창의성을 발휘할 수 있고, 스스로 결과물을 만들기에 성취감을 가질 수 있다. 더 나아가 결과물을 발표하고 친구들과 공유하는 과정에서 성공으로 인한 자 기 효능감을 느끼고, 창의성이 크게 신장할 것이다.

상황 제시

상 황 제 시

- 3D프린터로 제작 한 결과물을 제시하 며 동기유발을 촉진 한다.

- 제작하고 싶은 도 구와 구조물을 자유 롭게 발표한다.

창 의 적 설 계

자신이 출력한 작품 을 발표하고, 모델링 및 출력 시 주의해 야할 점에 대해 느 낀 점을 공유한다.

감 성 적 체 험 틴커캐드를 이용하여 자신이

제작하고 싶은 구조물을 모델 링한다. 모델링한 작품을 3D 프린터로 출력하여 발표한다.

감성적 체험

(19)

도입 (5 분)

□ ^Co 틴커캐드로 모델링한 작품을 출력하는 동영상을 보여준다.

❍ 동영상을 보고 어떻게 인쇄 설정을 해야 인쇄 시간과 재료, 내구성 등 효율적으로 인쇄할 수 있을까요?

자료) 관련 동영 상

전개 (40 분)

□ ^Co 3D 프린터는 어떤 원리로 구조물을 출력할까요?

○ 모델링한 작품을 출력하는 과정을 소개하기.

- 3D 프린터에 따라 방식이 약간 차이가 있음.

- FDM: 재료를 녹여 적층하며 출력

- SLS/:SLA: 재료에 열, 레이저 등으로 입체구조물을 적층하며 출력

□ ^CD 틴커캐드로 모델링한 작품을 3D 프린터로 출력하기 - 출력 속도, 채우기, 서포터 등 설정에 대해 안내

** 틴커캐드에서 모델링한 파일을 프린터로 출력하는 과정은 프린터마다 차이가 있으므로 프린터의 안내서를 참조해야함.

자료) 인 터 넷 이 연결된 컴 퓨터, 크롬 브 라 우 저 , USB

정리 (5 분)

□ ^ET 자신이 출력한 작품을 발표하며 소개하기 - 다른 학생이 만든 작품을 함께 감상하며 공유하기

□ 오늘 활동한 내용에 관한 이야기 나누기

(20)

3) 4~5차시 (삼색 LED로 빛의 합성 알아보기)

영역

주제명 삼색 LED로 빛의 합성 알아보기 차시 4~5/16 학습목표 아두이노를 활용하여 삼색 LED로 빛의 합성에 대해 알 수 있다

연계과목 정보 연계과목

[12정보03-04] 순차 구조, 선택 구조, 반복 구조 등의 제어 구조를 활용하 여 알고리즘을 설계한다.

STEAM 요소

S 빛의 합성에 대해 알기

T 아두이노와 삼색 LED 로 회로를 구성하기

E 아두이노와 삼색 LED 를 점퍼선을 이용하여 연결하여 장치 제작하기 A 나만의 무드등 만들어 보기

M

개발 의도

삼색 LED는 세 가지의 색을 나타낼 수 있는 LED이다. 빛의 삼원색인 빨간색, 초 록색, 파란색의 세 가지 빛을 자유롭게 합성하며 구사할 수 있다. 아두이노와 삼 색 LED를 이용하여 빛의 합성에 대해 확인해보고 아두이노에 대한 기초 지식과 코딩의 기본 원리를 알아보고자 수업을 설계 하였다.

빨간색, 초록색, 파란색의 세 가지 빛은 여러 가지 색을 표현하는 기본이 되는 빛으로 빛의 삼원색이라고 한다. 빛의 삼원색을 이용하면 여러 가지 색의 빛을 만들 수 있다. 아두이노를 활용한 코딩을 통해 아날로그 출력으로 삼색 LED에 출력되는 빨간색, 초록색, 파란색 빛의 세기를 각각 조절하여 다양한 빛의 색을 직접 확인해 볼 수 있도록 조명 장치를 제작할 수 있다. 더 나아가, 코딩에서 각 빛의 출력을 다르게 해가며 조명의 색이 어떻게 달라지는지 확 인하고, 자신이 원하는 색의 빛을 차례로 출력하는 나만의 무드등 장치를 만들 수 있다.

상황 제시

상 황 제 시

-여러가지 조명장치 로 화려한 무대를 꾸미는 영상을 보여 준다.

- 중학교에서 배웠던 빛의 삼원색과, 빛의 합성에 대해 질문한 다.

창 의 적 설 계

창의적 설계 빛의 합성을 확인

할 수 있는 장치에 일정시간마다 색까 리 바뀌는 종이컵을 이용한 나만의 무드 등을 만들어보고 발 표를 통해 친구들과 공유한다.

감 성 적 체 험 -아두이노와 삼색 LED를 이용

하여 빛의 합성을 확인할 수 있는 회로를 구성하고 장치를 제작한다.

감성적 체험

(21)

도입 (15 분)

□ ^Co 화려한 무대 조명으로 꾸며진 공연영상 보기 ^Co 스마트 기기의 화면을 보여주기

❍ 여러 가지 색깔로 구성된 무대와 스마트 기기 화면의 최소 단위인 화 소는 빨간색, 초록색, 파란색 빛으로 이루어져 있는데, 그렇다면 스마트 기기가 어떻게 다양한 색의 빛을 낼 수 있을까?

- 빛의 합성입니다.

빛의 합성 을 알 수 있는 무대 영상 준비

전개 (65 분)

□^Co 중학교 때 빛의 합성과 관련된 어떤 실험을 했었나요?

- 흰색 종이에 빨간색, 파란색, 초록색 빛을 비춰봤어요

□ 개념 설명 ○ 빛의 삼원색

- 빨간색, 초록색, 파란색 빛을 빛의 삼원색이라고 하며, 이 세 가지 빛 은 여러 가지 색을 표현하는 기본이 되는 빛이다.

○ 빛의 합성

- 색이 다른 둘 이상의 빛을 합하여 다른 색 빛을 만드는 것을 빛의 합 성이라고 하며, 빛을 합성하면 원래의 색과 다른 색 빛이 만들어 진다.

- 빛의 합성

빨간색 + 초록색 = 노란색 초록색 + 파란색 = 청록색

파란색 + 빨간색 = 자홍색 빨간색 + 초록색 + 파란색 = 흰색 - 빛의 삼원색을 적절히 합성하면 모든 색의 빛을 만들 수 있다.

- 빛은 합성할수록 밝아진다.

□ ^Co 아두이노에 대해서 알고 있나요?

- 자신이 알고 있는 내용에 대해서 발표한다.

□ ^Co LED에 대해서 알고 있나요?

□ 아두이노와 삼색 LED에 대해 설명하기

- 아두이노 프로그램 설치하기, 기본적인 코딩 설명하기 - 아두이노로 단색 LED 깜빡이기

□ ^CD 아두이노와 삼색 LED를 이용하여 다양한 색의 빛 만들기 ○ 빛의 삼원색으로 다양한 색의 빛 만들기

- 아두이노와 삼색LED의 회로를 구성한다.

- 빨간색, 초록색, 파란색 빛의 세기를 바꿔가며 한 가지씩 차례로 출 력하며 빛의 색을 확인한다.

- 삼색 LED를 이용해 빛을 합성하여 노란색, 청록색, 자홍색 빛을 만들어 본다.

- 빛의 삼원색에 해당하는 빛의 출력을 조절하며 자신이 원하는 색의 무 드등을 만들어 본다.

아두이노에 대한 기초 기능을 습득 하는 것이 중요하다.

조별로 노트 북, 아두이 노, 단색 LED, 삼색 LED, 점퍼선 이 필요하 다.

정리 (20 분)

□ ^ET 조별로 만든 무드등 작동하고 소개하기 – 서로 감상하며 공유하기

□ 오늘 탐구한 내용에 관한 이야기 나누기

(22)

4) 6~7차시 (진동수에 따른 음의 높낮이 확인하기)

중심과목 물리 학교급/학년 고등학교 2 학년

영역

파동과 정보통신 중심과목

성취기준

[12물리Ι03-01]파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계를 알고 매질에 따 라 파동의 속력이 다른 것을 활용한 예를 설명할 수 있다.

주제명 진동수에 따른 음의 높낮이

확인하기 차시 6~7/16

학습목표

파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계를 설명할 수 있다.

소리의 3 요소를 설명할 수 있다.

소리를 진동수, 파장, 속력의 개념을 도입하여 설명할 수 있다.

아두이노 소리 센서로 7 음계 소리를 만들 수 있다.

연계과목 음악연주 연계과목

STEAM 요소

S 소리의 3 요소를 통해 진동수와 소리의 관계 알기 T 아두이노 소리센서로 소리내는 코딩 짜보기 E 아두이노 소리센서로 소리 내보기

A 아두이노로 나만의 연주해보기 M 진동수에 따른 7 음계 구분 계산하기

개발 의도 우리 생활과 밀접한 연관을 갖는 소리에 대하여 과학적 개념과 음악적 연주, 공학 적인 설계를 포함하여 여러 가지 능력을 기르기 위함.

우리 생활에서 소리는 언제나 존재하는 요소중 하나이다. 소리에 대해 과학적인 접근을 통 해 파동을 학습하고, 진동수에 따라 소리가 어떤 차이가 있는지 알게 함으로써, 소리에 대한 이해력을 높일 수 있다. 또한 음악적으로 멜로디를 만들어 봄으로써 감성적 요소가 발달될 수 있으며, 아두이노로 직접 소리 코딩도 짜고, 소리내는 악기를 만들어 공학적 능력 또한 신 장될 수 있다.

상황 제시

상 황 제 시

- 동영상 상황을 제 시하여, 소리가 나 는 이유와 서로 다른 소리가 나는 이유를 학생들이 스스로 생각해보 도록 한다.

창 의 적 설 계

- 탐구한 내용을 다 른 조의 학생들과 공유하고 나누기 - 연주 발표해보기

감 성 적 체 험 - 소리가 다른 이유를 탐구하

고, 실험관과 아두이노를 활 용하여 직접 소리도 내보고 악기를 만들어보기

감성적 체험

(23)

도입 (15 분)

□ ^Co 유리잔에 물을 넣고 진동을 이용하여 연주하는 동영상 제시 - 소리가 나는 이유 이야기해보기

- 여러 가지 악기들이 소리 나는 원리 이야기해보기(ex. 실로폰)

- 물의 양이 서로 다른 컵에서 나는 소리가 어떻게 다른지 이야기해보기 - 왜 다른 소리가 나는지 이야기해보기

동영상

Tip!

전개 (65 분)

□ 개념 설명 ○ 소리의 3요소

- 소리의 세기 : 소리굽쇠를 사용하여 세게 칠 때의 소리를 들려주고, 이 소 리는 어떻게 다른지 질문한다. 다음으로 교사가 큰 화면에 세게, 약하게 칠 때 파동을 보여주어서 확인하고, 진폭의 차이라는 것을 정리하도록 한다.

- 소리의 높낮이 : ‘도’ 음과 ‘솔’ 음을 화면에 파동으로 보여주면서 파동의 차이가 무엇인지 확인하도록 한 후 진동수의 차이임을 이해시키도록 한다.

- 음색 : 다른 악기로 같은 소리를 만들 때 큰 화면으로 다른 파형이 만들 어지는 것을 보여 준 후 악기마다 음색이 다른 것은 파동에서 파형이 다 르게 나타남을 이해시키도록 한다.

- 소리는 진폭, 진동수, 파형이 달라지면 다른 소리가 날 수 있음을 통해 원래 소리에서 파동을 변화시켜 다른 소리로 만들 수 있음을 알 수 있고 이를 응용한 여러 가지 소리가 있음을 사진 자료나 소리 샘플을 통해서 알 수 있도록 한다.

○ 속력, 파장, 진동수의 관계



_소리

  

- 소리의 속도는 상온(25)에서 340^ms로 일정하다. 이때 파장의 변화에 따라 진동수가 변하게된다. 파장이 줄어들면 진동수가 커지고, 파장이 커 지면 진동수가 작아지게된다. 이에 따라 유리잔에 물의 양을 달리 했을 때 다른 소리가 나게 되는 것이다.

□ 시험관과 물로 동영상 따라해보기(진동시 유리막대 이용)

Co 시험관과 유리막대를 제공하여 소리를 만들 수 있는 상황 제시

CD 조별로 실험관에 물의 양을 달리 하면서 7 음계 만들어보기

ET 시험관과 물을 이용하여 만든 악기로 직접 다양한 곡 연주해보기

ET 연주해보기 정리

(15 분)

□ ^ET 물의 양이 다를 때 소리가 다른 이유 정리하여 발표하기 -진동수에 따라 발생하는 파동의 파장이 변화하여 소리가 다릅니다.

(24)

5) 8~9차시 (아두이노로 소리내고 연주하기)

영역

[12과연01-07] 연구 목적을 달성할 수 있는 탐구 방법과 내용을 설계하고 필 요한 기기 및 재료를 확보할 수 있다.

주제명 아두이노로 소리내고 연주하기 차시 8~9/16

학습목표 아두이노를 활용하여 삼색 LED로 빛의 합성에 대해 알 수 있다.

[12정보04-09] 다양한 학문 분야의 문제 해결을 위한 알고리즘을 협력 하여 설계한다.

[12정보04-10] 다양한 학문 분야의 문제 해결을 위해 설계한 알고리즘 을 프로그램으로 구현하고 효율성을 비교･분석한다.

STEAM 요소

S 진동수에 따른 음이 높낮이에 대해 알기 T 아두이노와 피에조 부저로 회로를 구성하기

E 아두이노와 피에조 부저를 점퍼선을 이용하여 연결하여 장치 제작하기 A 아두이노와 피에조 부저로 악보 연주하기

M 개발 의도

진동수에 따른 음의 높낮이 변화를 일반적인 탐구 실험에서는 물이 담긴 양이 다 른 병의 입구를 불어보거나, 병을 때려보면서 확인하다. 이에 최근 코딩교육의 중 요성으로 인해 직접 코딩을 통해 이를 확인해 보고자 계획하였다.

소리의 세기는 음파의 진폭에 의해, 소리의 높낮이는 음파의 진동수에 의해, 소리의 음색은 음파의 파형에 의해 결정됨을 알고 주어진 진동수를 달리해 가면서 음의 높낮이가 바뀌는 것 을 실제로 확인해 볼 수 있도록 아두이노와 피에조 부저를 이용하여 실험 장치를 제작한다.

실험 장치를 이용하여 진동수를 달리해가는 코딩을 통해 음의 높낮이를 확인해 보고 더 나아 가 주어진 악보를 연주할 수 있다. 또한 버튼이나 정전식 터치 센서 버튼을 이용하여 8개의 음을 낼 수 있도록 하여 아두이노를 활용한 건반악기를 제작할 수 있다.

상황 제시

상 황 제 시

- 정전식 터치센서가 활용되는 예를 보여 준다.

- 음의 높낮이와 진 동수와의 관계를 물 어본다.

창 의 적 설 계

팀별로 각자 자유 로운 악보를 연주해 보고 서로 감상한 내용을 공유한다.

감 성 적 체 험 -아두이노, 피에조 부저를 이

용하여 회로를 구성하고 장치 를 제작한다. 주어진 악보를 아두이노로 연주해 본다. 정전 식 터치센서를 이용하여 피에 조 부저에서 소리가 나게 코 딩해 본다.

감성적 체험

(25)

도입 (15 분)

□ ^Co 정전식 터치센서가 활용되는 예를 보여주고 추가로 생각나는 사례 를 물어본다.

^Co 진동수와 음의 높낮이 관계를 물어본다.

❍ 아두이노와 피에조 부저를 활용하여 직접 아두이노 주파수(진동수)를 입력하면, 해당 진동수에 대한 높이의 음이 연주됩니다.

터 치 센 서 가 활용되 는 예 찾 아보기

전개 (65 분)

□^Co 중학교 때, 또는 앞의 물리1 시간에 소리의 높낮이에 대해서 어떤 실험을 했었나요?

- 병에 물의 높이를 다르게 담아서 막대로 두들겨 보았어요.

- 병에 물의 높이를 다르게 담아서 입구를 입으로 불어 보았어요.

□ 개념 설명

○ 진동수와 소리의 높이와의 관계

○ 정전식 터치 센서가 사용되는 예 공유하기 ○ 피에조 부저 설명

- 피에조 효과에 대해 설명하기

□ ^Co 아두이노 주파수에 보여주고 무엇일지 예측하게 하기 - 자신이 알고 있는 내용에 대해서 발표한다.

□ ^CD 아두이노와 피에조 부저를 이용하여 연주하기 ○ 진동수에 따른 음의 높낮이 확인하기

- 센서의 원리와 연결방법을 이해한다.

- 아두이노와 피에조 부저를 연결하여 회로를 구성한다.

- 진동수가 나와 있는 표를 보고 진동수를 달리해 가면서 코드를 입력하 여 피에조 부저에서 나는 소리를 확인한다.

- 피에조 부저를 이용하여 ‘도레미파솔라시도’를 연주해 본다.

- 악보를 주고 악보의 맞는 계이름을 확인하여 코딩을 통해 악보를 피 에조 부저로 연주해 본다.

○ 정전식 터치센서 버튼 모듈을 터치했을 때 피에조 부저에서 소리가 나 게하기

- 8개의 음별로 정전식 터치센서 버튼 모듈로 소리나게 하여 간단한 악 보를 연주해 보기

아두이노에 대한 기초 기능을 습득 한 상태에서 피에조 부저 를 이용하여 진동수에 따 른 음의 높 낮이 확인하 기

조별로 노트 북, 아두이 노, 피에조 부저, 정전 식 터치 버 튼 센서 모 듈, 점퍼선 이 필요하 다.

정리 (20 분)

□ ^ET 조별로 아두이노를 활용하여 악보 연주하기

- 다른 조에서 연주하는 음악을 함께 감상하며 공유하기

(26)

6) 10~11차시 (건반악기 탐구하기)

중심과목 음악연주 학교급/학년 고등학교 2 학년

영역

표현, 비평 중심과목

성취기준

주제명 건반악기 탐구하기 차시 10~11/16

학습목표 다양한 악기의 형태를 알고, 건반악기의 특징을 알 수 있다.

조원과 협력해 건반악기를 개성있게 디자인할 수 있다.

연계과목 미술 연계과목

[12미02-03] 여러 가지 표현 매체의 조합이나 응용·확장을 통해 새로운 표현 효과를 탐색할 수 있다.

STEAM 요소

S 음이 발현되는 물리적 과정 알기

T 음의 발현 과정에 따른 악기별 특징 탐구하기 E 음이 발현을 돕는 물리적 장치 알기

A 팀별 건반악기 디자인하기

M 음의 높낮이와 발음체 길이의 관계 탐구하기

개발 의도

악기의 형태, 발음 과정과 그 방법에 따라 악기군이 나누어진다. 본 수업은 관악 기, 현악기, 타악기, 전자악기와의 형태, 발음과정의 비교를 통해 건반악기의 특징 을 알아보고, 개성있는 건반악기를 디자인하는 데 목적이 있다.

본 학습은 건반악기의 특징을 알고, 팀별 건반악기를 개성있게 디자인하기 위한 학습이다.

악기 형태와 발음 방법에 따라 악기군을 나누는 것에 대해 소개하면서, 각 악기군을 비교하 며 건반악기의 특징에 대해 탐구한다. 또한, 학습한 내용을 토대로 개성있는 건반악기의 모습 을 디자인할 수 있다.

상황 제시

상 황 제 시

- 다양한 악기의 형 태, 발음 방법을 탐구해 건반악기 의 특징을 생각해 보도록 한다.

창 의 적 설 계

- 디자인한 건반악 기의 모습을 공유 하고 나누기

감 성 적 체 험 - 건반악기의 다양한 형태와

특징을 생각하며 개성있게 디자인하기

감성적 체험

(27)

도입 (20 분)

□ ^Co ^ET 다양한 악기의 형태와 소리 알기 ❍ 악기의 형태에 따른 구분 알기

- 관악기, 현악기, 타악기, 전자악기, 건반악기 ❍ 악기의 실음을 들으며 발음 원리 탐구하기 - 관악기: 날숨을 통해 악기를 공명해 발음

- 현악기: 현을 손 혹은 기구로 마찰하거나 퉁겨 악기를 공명해 발음 - 타악기: 악기를 손과 기구로 때려 발음

- 전자악기: 전자장치를 통해 음을 증폭시켜 발음 - 건반악기: 건반이 발음체를 자극시켜 발음

□ ^Co 건반악기의 형태와 발음의 특징은 무엇인가요?

- 건반으로 연주하는 악기입니다.

- 건반을 누르며 연주하기 때문에 타악기에도 해당됩니다.

- 피아노의 경우 눌린 건반이 현을 자극하기 떄문에 현악기에도 해당됩니다.

- 파이프오르간의 경우 눌린 건반이 관을 자극하기 때문에 관악기에도 해당됩니다.

- 신디사이저의 경우 눌린 건반이 전자신호를 자극하기 때문에 전자악기에도 해당됩니다.

(유) 다양 한 악기의 형태 및 실음 탐구 를 통해 각 악기의 발음 원리 를 알고 악 기 군 별 특징을 알 수 있으며, 건 반 악 기 의 특징을 알 수 있 다.

전개 (50 분)

□ ^Co ^CD 건반악기의 다양한 디자인 탐구하기 ❍ 특이한 디자인의 건반악기을 감상하고 평가하기

❍ 건반악기를 기초로 설계된 건축물을 감상하고 평가하기 ❍ 구조물로서의 건반악기 디자인을 감상하고 평가하기

□ ^CD 개성있게 건반악기 디자인하기 ❍ 3인, 12개의 조 구성하고, 조장 선발하기 - 건반악기의 특징적 형태를 리마인드하기

❍ 디자인에 대한 각자의 의견을 자유롭게 제시하며 토론하기 ❍ 개성있는 팀별 건반악기 디자인하기

(유) 유인 물을 통해 건 반 악 기 의 다양한 디 자 인 을 제 시 하 고 , 적 극 적 인 의견 교환 을 통해 결 과 물 이 나올 수 있도록 지 속 적 으 로 순 회 하 며 피 드 백 한 다.

정리 (30 분)

□ ^ET 건반악기 디자인을 공유하고 나누기 ❍ 게임을 통해 12개 조의 발표 순서 정하기 ❍ 각 조당 1분의 발표시간 부여하기

❍ 각 조의 발표 내용에 대해 자유롭게 평가하기

(28)

7) 12차시 (나만의 한 손 아두이노 악기 만들기)

영역

[12과연01-04] 관심과 흥미가 있는 연구 주제를 탐색하고 관련된 자료 를 찾아 구체적이고 독창적인 연구 주제를 선정한다.

주제명 나만의 한 손 아두이노 악기 만들기 차시 12/16

학습목표 아두이노와 3D 프린터를 활용한 나만의 한 손 아두이노 악기를 설계할 수 있다.

[12정보04-09] 다양한 학문 분야의 문제 해결을 위한 알고리즘을 협력 하여 설계한다.

STEAM 요소

S 진동수에 따른 음의 높낮이를 알 수 있다.

T 아두이노와 정전식 터치 버튼 센서를 활용하여 회로를 구성할 수 있다.

E 아두이노와 정전식 터치 버튼 센서를 활용하여 나만의 한 손 아두이노 악기를 설 계하고 제작할 수 있다.

A 3D 프린터 모델링을 이용하여 나만의 악기를 창의적으로 디자인 할 수 있다.

M

개발 의도

최근 강조되는 3D 프린팅 기술과 코딩 교육을 직접 체험해 봄으로써 변화하는 시 대의 흐름에 앞장서는 인재로 성장할 수 있는 기회를 제공하고자 하였으며, 나만 의 악기를 직접 제작하고 연주하는 과정에서 과학적 지식을 습득하고, 예술적 감 각 및 감수성을 고취시키고자 하였다.

본 학습은 앞 차시에서 학습한 내용을 바탕으로 팀별로 악기를 만드는 활동을 하기 전 팀별, 팀간에 아두이노 경험을 나누어 볼 수 있도록 하였다. 이러한 경험을 통해 아두이노에 대한 부담감을 제거하고, 학생들은 아두이노를 친숙한 활동으로 접근할 수 있다. 나아가 아두이노 와 관련된 직업을 조사하고, 탐구하는 활동을 통해 아두이노의 효용성과 가치를 인식할 수 있는 기회를 제공한다.

상황 제시

상 황 제 시

-아두이노 경험 나누 기

-아두이노 관련 직업 조사하기

창 의 적 설 계

-팀별로 디자인한 내 용을 발표하여 서로 의 생각을 공유한다.

감 성 적 체 험 8 개의 정전식 버튼 센서 모

듈, 아두이노, 브레드 보드, 피 에조 부저의 위치를 적절히 고려하여 나만의 한 손 아두 이노 악기를 창의적으로 디자 인하고 3D 프린터 모델링을 한다.

감성적 체험

(29)

도입 (10 분)

Co 아두이노 경험 나누기

- 아두이노 관련 활동에 참여했던 경험 나누기

- 앞서 배운 피에조 스피커, 아두이노에서의 경험 발표하기

Co 3D 모델링 경험 나누기 - 학습목표 알아보기

전개 (30 분)

Co 아두이노를 활용한 프로그램 및 출력물 관찰하기 - 인텔기업의 loE 영역의 아두이노

- 의료기술과 3D 프린터 기술의 접목 - 아두이노를 활용한 출력물 관찰

Co 아두이노 관련 직업 소개하기 - 아두이노 활용 기업 조사하기 - 르노삼성 교통안전 코딩

- 아두이노의 산업 효용성 vs 시대에 맞지 않은 규제

CD 정전식 터치센서 - 정전식 터치센서란?

- 활용 예시 소개하기

CD 나만의 한 손 아두이노 악기에 들어갈 부품 소개해주고 그에 맞는 3D 모델링 하기

- 아두이노, 정전식 터치 센서 버튼 모듈 8 개, 피에조 부저, 점퍼선, 브레 드보드, 건전지 홀더 등

- 부품들이 위치할 공간들을 고려하여 디자인 할 수 있도록 한다.

-관련 기 사 소개

정리 (10 분)

ET 팀별로 나만의 한 손 아두이노 악기에 대해 모델링 한 내용 소개하고 제작 방법 안내하기

(30)

8) 13~14차시 (나만의 한 손 아두이노 악기 만들기)

영역

[12과연01-07] 연구 목적을 달성할 수 있는 탐구 방법과 내용을 설계하고 필 요한 기기 및 재료를 확보할 수 있다. 주제명 나만의 한 손 아두이노 악기 만들기 차시 13~14/16

학습목표 아두이노와 3D 프린터를 활용한 나만의 한 손 아두이노 악기를 제작할 수 있다.

[[12정보04-09] 다양한 학문 분야의 문제 해결을 위한 알고리즘을 협력 하여 설계한다.

[12정보04-10] 다양한 학문 분야의 문제 해결을 위해 설계한 알고리즘 을 프로그램으로 구현하고 효율성을 비교･분석한다.

STEAM 요소

S 진동수에 따른 음의 높낮이를 알 수 있다. 정전식 터치센서의 원리를 알 수 있다.

T 아두이노와 정전식 터치 버튼 센서를 활용하여 회로를 구성할 수 있다.

E 3D 프린터, 아두이노, 정전식 터치 버튼 센서, 피에조 부저를 활용하여 나만의 한 손 아두이노 악기를 제작할 수 있다.

A 3D 프린터 모델링을 이용하여 나만의 악기를 창의적으로 제작 할 수 있다.

M

개발 의도 앞서 학습한 내용과 연계하여 아두이노를 활용하여 악기를 제작해 볼 수 있는 경 험을 제공한다.

본 학습은 앞 차시에서 학습한 내용을 바탕으로 팀별로 악기를 만들어 볼 수 있도록 하였 다. 학생들은 우선 앞차시에서 3D 프린터와 틴커캐드에 대해 탐색한 내용을 바탕으로 3D 프 린터와 아두이노를 활용한 나만의 한 손 아두이노 악기의 제작방법에 대해 고민하고, 직접 제작해 보는 활동을 한다. 이 과정에서 3D 프린터를 이용하여 제작하기에 시간이 너무 오랙 걸리는 부위 같은 경우는 다른 소재와 방법을 통해 제작이 가능하다. 이렇게 악기를 직접 설 계하고 제작하는 과정에서 과학과 음악, 공학에 대한 즐거움을 느끼고, 창의적 문제해결 능력 을 함양할 수 있다.

상황 제시

상 황 제 시

- 앞차시에서 모델링 한 나만의 한 손 아두이노 악기 제 작방법에 대해 고 민하기

창 의 적 설 계

- 제작한 악기의 구 조와 특징을 친구 들에게 설명하는 자료 만들기

감 성 적 체 험 - 아두이노와 3D 프린터를 이

용하여 악기 제작하기

감성적 체험