2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

2021. 11.

대전반석초등학교

과제명 2021년 STEAM 교사연구회 운영

구분

연구회 구성 유형 (택 1) 프로그램 개발유형 (택 1)

① 융합학습공동체형( ○ )

1. 자유학기제형 ( )6. 학생 주도 참여형 ( ) 2. 첨단기술 및 ICT 교구 활용형( )7. 고교학점제 기반 학습형 ( ) 3. 온라인 기반 학습형 ( ) 8. 예·체능 중심 활동수업형 ( ○ ) 4. 지역사회 연계형 ( )9. 유·초등 연계형 ( ) 5. 교육소외계층 포용형 ( )^{10. 자율선택형} (학교 자체 개발 프로그램)( )

② 글로벌형 ( ) StarT 프로그램 참여를 통한 프로그램 개발

프로그램 정보

프로그램명

메이커 활동을 통한 STEAM ^{놀 이 터}

-메이커 활동 중심 STEAM 프로그램 개발·적용을 통한 핵심역량 함양-

신규 개발 ○ 기 개발

학교급 초 대상 학년(군) 5~6학년

중심과목 정보 중심과목 성취기준 영역 기술 활용

연계과목 과학, 미술 연계과목 성취기준 영역 과학적 문제 해결력 연구기간 2021. 4. 29. ~ 2021. 11. 30.

신청금액 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 총 5명 (연구책임자: 1명, 참여연구원: 4명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 직위 성명 담당과목

연구책임자 대전반석초등학교 교사 김신영 초등

참여연구원 학하초등학교 교사 임효진 초등

참여연구원 대덕초등학교 교사 정자영 초등

참여연구원 대덕초등학교 교사 최방글 초등

참여연구원 대전성천초등학교 교사 한진우 초등

2021년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 STEAM 교사연구회를 운영한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2021년 11월 18일

주관연구기관장 : 김향림 (직인)

연구책임자 : 김신영 (서명 또는 인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

“이 보고서는 2021년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 요약문··· 01

2. 서론··· 02

3. 연구 수행 내용 및 결과··· 05

가. STEAM 프로그램 개발‧적용 ··· 06

(1) 프로그램 개발 의도 ··· 06

(2) 프로그램 개발‧적용 결과 ··· 06

나. 성과 확산 및 실천 ··· 07

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최 ··· 07

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과 ··· 08

다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사 ··· 08

(1) 수혜학생 태도 조사 ··· 08

(2) 교원 만족도 조사 ··· 09

4. 결론 및 효과··· 09

[부록] ··· 01

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지) - 미로를 빠져나오는 로봇청소기 ··· 04

- 전기를 활용한 장난감 만들기 ··· 14

- 최고의 발명품 다빈치 다리 재현하기 ··· 28

- 부모님을 위한 골드버그 만들기 ··· 42

- 한지카드 만들기 ··· 55

- 행성 여행하기 ··· 66

부록2. 학생 산출물, 사진 ··· 83

부록3. 회의록 ··· 86

부록4. STEAM 교사연구회 주최, STEAM 확산 실천 사례(행사 및 연수) 자료 ··· 90

1. 요약문

가. 교사연구회 목표

◦ 메이커(Maker)활동 중심 STEAM 교육을 통해 핵심역량을 함양한다.

- STEAM 교육, 소프트웨어 교육과 접목하여 교과 간 융합을 통한 프로젝트 중심으로 다양한 기존의 지식을 창의적으로 활용할 수 있는 창의융합형 인재를 만들고자 한다.

- 메이커 중심 생활 속의 문제를 해결하는 STEAM 교육 프로그램을 개발하여 학생들이 스스로 문제 상황을 다양한 관점에서 생각해 보고, 창의적으로 해결 방법을 설계할 수 있는 기회를 통해 과학적 사고력, 예술적 감성, 수학적 사고력, 제작에 대한 공학적 ․ 기술적 능력을 함양 하는 등 핵심역량을 기르려고 한다.

나. 프로젝트 목표

메이커 활동을 통해 STEAM 에서 자라는 핵심역량!

메이킹 활동으로 이하며· 해하고· 득하면서 놀이터에서 노는 것처럼 즐거운 STEAM 교육 다. STEAM 프로그램 개발 ‧ 적용

개발

차시(시수) 프로그램명 프로그램 주제 운영

대상(학년)

5 로봇청소기 미로를 빠져나오는 로봇청소기 6학년

5 전기 장난감 전기를 활용한 장난감 만들기 6학년

4 다빈치 다리 최고의 발명품 다빈치 다리 재현하기 6학년

6 골드버그 부모님을 위한 골드버그 만들기 6학년

5 한지카드

만들기

지시약에 따른 용액의 색깔 변화를 이용하여

한지카드 만들기 5학년

5 행성 여행하기 태양계 행성 제작하기 5학년

라. 학생 핵심역량 변화

◦ 6개 영역에서 사전검사보다 사후검사에서 역량이 통계적으로 유의미하게 향상된 것으로 나타났다.

마. 결론 및 효과

◦ 새로운 미션을 제시하여 그 문제를 해결하기 위해 다각적으로 고민하고 스스로 설계하고 해결해 봄으로써 학생들의 정보, 과학 학습에 대한 흥미와 관심을 높일 수 있었다.

◦ 협업과 팀별 프로젝트 수행으로 건전하게 소통하고 공유하는 능력을 키우고, 다른 사람들과 이야기하고 생각을 공유하여 자신의 창작물을 발전시킬 수 있었다.

◦ 교육과정 분석과 함께 구체적인 활용 방법을 제시하여 실질적인 융합교육을 위한 수업 안내서를 제공하였다.

2. 서론

가. 교사연구회 목표

◦

- 디지털․물리적․생물학적 영역의 경계가 없어지고 기술이 융합되는 새로운 시대인 제4차 산업혁명 시대가 도래되고 있다. 제4차 산업혁명 시대의 미래 인재는 변화에 따라 유연하게 문제를 해결하기 위해 기술능력이나 전문지식을 활용할 수 있는 복합문제 해결 역량 등이 요구된다.

- STEAM 교육을 통하여 창의력(Creativity), 비판적 사고력(Critical thinking), 의사소통능력(Communication), 협업능력(Collaboration)을 기르는 4Cs 역량을 갖춘 창의융합형 인재를 만드는 교육으로 이를 통해 학생의 미래사회역량을 키워주는데 있다.

- 무엇을 만들 것인가를 생각하고 아이디어를 구현하는 것은 인간만이 할 수 있는 행동으로 곧 다가올 생산 자동화, 무인화 시대에 능동적으로 대처 할 수 있는 기본적인 소양을 갖출 수 있도록 해야 한다.

◦

- 메이커 교육은 자기 주도 학습, 창의적 문제 해결력, 생산적 실패를 통한 학습 지속성 및 인내력, 다양한 도구와 자료를 활용할 수 있는 능력을 학습자에게 제공할 수 있어 제4차 산업혁명 시대에 대응하는 미래인재를 양성하기 적합한 교육이다.

- 학생들에게 많은 자율성과 선택권을 주고 학생의 요구, 흥미와 관심에 가치를 둠으로써 종합적인 문제해결능력, 창의력, 사회적 소통 능력을 균형적 으로 갖춘 협업과 나눔을 실천하는 창의․융합 미래 인재를 기르고자 한다.

◦

- STEAM 교육, 소프트웨어 교육과 접목하여 교과 간 융합을 통한 프로젝트 중심으로 다양한 기존의 지식을 창의적으로 활용할 수 있는 창의융합형 인재를 만들고자 한다.

- 메이커 중심 생활 속의 문제를 해결하는 STEAM 교육 프로그램을 개발 하여 학생들이 스스로 문제 상황을 다양한 관점에서 생각해 보고, 창의적 으로 해결 방법을 설계할 수 있는 기회를 통해 과학적 사고력, 예술적 감성, 수학적 사고력, 제작에 대한 공학적 ․ 기술적 능력을 함양하는 등 핵심역량을 기르려고 한다.

나. 연구 수행 주요 내용

- 한국직업능력개발원 진로교육지표조사에서 최근 10년 간 학생 희망직업을 조사한 결과, 초등학생이 원하는 직업 중 과학자는 2.4%에 불과하였다.

이와 대조적으로 10년 후 주요한 직업은 소프트웨어 개발자, 로봇공학자, 과학분야 연구원 등 과학자로 나타났다. 전문가들은 과학자가 되고 싶은 학생들이 많아지려면 과학을 좋아하는 학생들이 많아져야 하고 공교육을 통해 과학에 대한 흥미를 느낄 수 있어야 한다고 이야기하고 있다.

2) 프로젝트 목표

메이커 활동을 통해 STEAM 에서 자라는 핵심역량!

3) STEAM ^{놀 이 터} 란 무엇인가요?

<성공적인 학습을 위한 3E by Renzulli>¹⁾

즐거움

Enjoyment Enjoyment EnjoymentEnjoymentEnjoymentEnjoyment Enjoyment

✚ ^{EngagementEngagementEngagementEngagementEngagementEngagementEngagement}

몰입 ✚

열정

Enthusiasm Enthusiasm EnthusiasmEnthusiasmEnthusiasmEnthusiasm Enthusiasm

è

Achievement Achievement Achievement Achievement Achievement Achievement Achievement

성취

- 렌쥴리의 3E에 따르면 즐겁게 배우다 보면 그것에 몰입해서, 스스로 더 연구하고 탐구해보고 싶다는 학습에 대한 열정이 일어나서 성취도가 높아 질 수 있다고 한다. 그래서 메이킹 활동으로 이하며· 해하고·

득하면서 놀이터에서 노는 것처럼 STEAM 교육을 지도하고자 한다.

실력 쑥쑥!

(이해하고)

재미 솔솔!

(놀이하고)

융합적 사고력 UP!

(터득하는) 메이커 활동 중심

STEAM 놀이터

4) STEAM 프로그램 개발 ‧ 적용

가)

N O L J A

훙미 유발

N

창의적 설계 및

실행

L

상황 제시

O

한 걸음 더

A

감성적 체험

J

STEAM

.

본 자료는

N O L J A

단계 교수 · 학습 단계 활동 내용

N

흥미유발

과학적 원리 및 기초실험방법 등 수업에서 중요한 개념이나 원리들을 소재로 삼는다. 과학적 원리를 쉽고 재 미있게 학습할 수 있도록 내용을 구성한다.

생활 속 과학 찾기 ➜ 개념 탐구 ➜ 원리 탐구 ➜ 미션 수행 기초 활동

O

상황제시

실생활과 관련된 문제를 창의적이고 효과적으로 해결 하기 위한 아이디어를 떠올린다. STEAM 즉, 과학, 기술, 공학, 예술, 수학적 요소를 모두 융합하여 문제를 해결 할 수 있는 미션을 제시한다.

L

<Layout>

창의적 설계 및 실행

주어진 재료를 활용하여 미션을 해결하기 위한 계획 을 세우고 설계하는 단계이다. STEAM 각 영역의 사고 를 융합하여 문제를 해결할 수 있는 방안을 마련하고 설계하는 창의적이고 융합적인 사고가 이루어지는 단 계이다.

J

<Join>

감성적 체험 (메이킹 활용)

제시된 미션을 해결하기 위해 구상한 아이디어를 실 현해보는 단계이다. 메이커 활동을 하면서 구상한 아 이디어의 장단점을 찾아 이를 보완하고 제작하여 창의 적인 결과물을 이끌어 낼 수 있는 단계이다.

A

한 걸음 더

미션 수행에서 다양하게 도출된 결과물을 바탕으로 기 능을 추가하거나 수정해 보면서 더 발전된 문제 수행한 다. 미션에서 제시된 문제 상황을 해결하기 위해 도출 된 다양한 친구들의 생각을 공유함으로써 좀 더 폭넓은 사고를 할 수 있는 기회를 제공하는 단계이다.

3. 연구 수행 내용 및 결과

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 메이커 활동 중심 STEAM 놀이터

선행

프로그램명 해당 없음

학교급 초등학교 대상 학년(군) 5, 6학년

목표 수혜학생 수 250명

중심과목 실과

(정보)

중심과목

성취기준 영역 기술 활용, 기술 시스템

연계과목

수학 과학 미술

연계과목 성취기준 영역

[초등학교 5~6학년] 기술 시스템, 기술 활용 [초등학교 5~6학년] 전기와 자기

[초등학교 5~6학년] 기술 활용 [초등학교 5~6학년] 힘과 운동 [초등학교 5~6학년] 산과 염기 [초등학교 5~6학년] 우주

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 5 실과(3) + 수학(1) + 과학(1) 2 5 과학(2) + 실과(1) + 미술(1)

3 4 실과(3) + 수학(1)

4 6 과학(4) + 수학(1) + 미술(1)

5 5 과학(3) + 미술(2)

6 5 과학(3) + 미술(2)

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 6 차시

수업 적용 기간 2021. 5. 3. ~ 2021. 11. 19.

(STEAM 수업) 수혜학생 수 대전반석초등학교 230명(초등학교 6학년 전교생) 대전성천초등학교 20명(초등학교 5학년 1개반)

학생 태도검사

1차(사전) 검사 7월 15일, 8개 학급(220명) 실시완료

2차(사후) 검사 9월 30일, 8개 학급(220명) 실시완료

학생 및 교사 만족도조사 학생 : 9월 30일 실시 완료 교사: 11월 2일 실시 완료

1) 프로그램 개발 의도

본 연구회는 초등학생들이 실과나 과학을 배울 때 메이커 활동을 통해서 원리를 놀면서 이해하고 터득하도록 하고자 한다. 그래서 학생들이 학습할 때 어려워하는 내용을 추출하여 창의 적인 메이커 활동을 접목하여 즐겁게 배울 수 있도록 하고자 프로그램을 개발하였다. 특히 실과 시간은 기술 활용 영역에서 메이커 활동과 연계하여 지도하면 학생들 역량 향상에 큰 효과가 있을 것이라 기대하였다.

2) 자료 개발 교과 및 대상

가) 교과: 초등학교 5~6학년 실과, 과학(창의적 체험활동으로 확대 적용) 나) 대상: 초등학교 5~6학년 학생(4~6학년 학생으로 확대 적용)

3) 프로그램 개발‧적용 결과

개발

차시(시수) 프로그램명 프로그램 주제 운영

대상(학년)

완료 여부

개발 수업적용 학생수

5 로봇청소기 미로를 빠져나오는 로봇청소기 6학년 완료 완료 230

5 전기 장난감 전기를 활용한 장난감 만들기 6학년 진행 완료 230

4 다빈치 다리 최고의 발명품 다빈치 다리

재현하기 6학년 완료 완료 230

6 골드버그 부모님을 위한 골드버그 만들기 6학년 완료 완료 230

5 한지카드

만들기

지시약에 따른 용액의 색깔 변화를

이용하여 한지카드 만들기 5학년 완료 완료 20

5 행성 여행하기 태양계 행성 제작하기 5학년 완료 완료 20

합계 940

4) 학생 평가 기준

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1~5 /30

상 최소한의 명령어를 사용하여 미로를 빠져나가는 로봇 프로그래밍을 할 수 있다.

관찰평가 관찰평가지

중 도움을 받아 미로를 빠져나가는 로봇 프로그래밍을 할 수 있다.

하 움직이는 로봇을 프로그래밍 할 수 있다.

6~10 /30

상 전동기의 원리를 이용하여 안전을 고려한 놀이기구를 창의적으로 제작할 수 있다.

관찰 및

산출물평가 관찰평가지

중 전동기의 원리를 이용한 놀이기구를 제작할 수 있다.

하 전동기의 원리를 생활에 이용할 수는 있으나 놀이기구 를 제작하는 데에는 어려움이 있다.

11~14 /30

상 다리의 구조 및 원리를 생각하여 튼튼하고 안전한 나만 의 다리를 구상하고 제작할 수 있다.

자기/동료평가

및 산출물 평가 관찰평가지 중 제작했던 다리의 구조를 활용하여 튼튼하고 안전한 다

리를 구상하고 제작할 수 있다.

하 미니카가 지나갈 수 있는 다리를 제작할 수 있다.

나. 성과 확산 및 실천

1) 교사연구회 STEAM 행사 개최

회차 일시 장소 참석인원 주요내용

1차 ‘21. 9. 11. 대전반석초 30 - 아치형 다리의 원리 알기 - 다빈치 다리 제작하기 2차 ‘21. 9. 23.~24 대전반석초 6학년 230명

3차 ‘21. 9. 29. 온라인 쌍방향 줌 관심 있는 교사

10명 - 상호지지구조에 담긴 수학 탐구 15~20

/30

상 지레, 도르레, 경사면의 원리 모두가 잘 드러나고 이벤트적 요소가 포함된 부모님을 위한 골드버그 장치를 꾸밀 수 있다.

관찰 및

산출물평가 관찰평가지

중 지레, 도르레, 경사면의 원리 중 한 가지가 드러나고 이벤트적 요소가 포함된 부모님을 위한 골드버그 장치를 꾸밀 수 있다.

하 부모님을 위한 골드버그 장치를 꾸밀 수 있다.

21~25 /25

상

지시약에 따른 산과 염기의 색깔 변화를 이해하고 이를 이용하여 자신이 원하는 색의 용액을 만들고 한지를 염 색하여 한지카드를 아름답게 만들 수 있다.

관찰평가 관찰평가지

중

지시약에 따라 산과 염기성 용액의 색깔이 변함을 알고 있으며 다양한 색의 용액을 만들어 한지를 염색하고 한 지카드를 만들 수 있다.

하 지시약, 산과 염기의 개념을 이해하고 있으며 한지를 염색하여 한지카드를 만들 수 있다.

26~30 /30

상 태양계 행성의 크기와 거리를 비교하여 색, 모양까지 실제 모습과 비슷하게 행성 모형으로 나타낼 수 있다.

관찰 및

산출물평가 관찰평가지

중 태양계 행성의 크기와 거리를 비교하여 행성 모형으로 나타낼 수 있다.

하 태양계 행성 모형을 나타낼 수 있다.

공개수업 공문(21.09.11.) 보도자료 워크숍 공문(21.09.29.)

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 김신영 교사(연구책임자) - 타연구회 연구주제 및 자료 공유 - 개발 방향 안내

2차 ’21.7.15.(목)

16:30~18:00 온라인 김신영 교사(연구책임자) - 현재 개발자료에 대한 소개 - 수정, 추가, 보완할 점 공유 3차 ’21.9.14.(화)

16:30~18:00 온라인 김신영 교사(연구책임자) - 현재 개발자료에 대한 소개

다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사

(1) 수혜학생 태도 조사

구분 조사 시기 내용

1차(사전)검사 ’21. 7. 12. ~ ’21. 7. 16. 7월, 6학년 8개 학급(200명) 실시완료

2차(사후)검사 ’21. 9. 30. ~ ’21. 10. 1. 9월, 6학년 8개 학급(200명) 실시완료

(2) 수혜 학생 핵심역량 변화

- 학생들이 응답한 결과는 SPSS 25 통계패키지를 이용하여 분석하였다. 학생들의 핵심역량의 변화를 파악하기 위해 T 검증(T-TEST)을 실시하여 사전조사와 사후조사 결과를 비교 분석하였다.

- 6개 영역에서 사전검사(2.19점)보다 사후검사(3.99점)에서 역량이 통계적으로 유의미하게 향상된 것으로 나타났다.

(3) 교원 만족도 조사

구분 조사 시기 내용

만족도 조사 ’21. 11. 2. 교사연구회 참여교사 설문 참여 완료

4. 결론 및 효과

1) 재미 솔솔~! 완성

- 새로운 미션을 제시하여 그 문제를 해결하기 위해 다각적으로 고민하고 스스로 설계 하고 해결해 봄으로써 학생들의 정보, 과학 학습에 대한 흥미와 관심을 높일 수 있었다.

- STEAM 학습 방법을 통한 창의적 정보, 과학 학습으로 학생들이 수업에 즐겁게 참여하고, 수업 활동의 다양화로 정보, 과학과 학습에 대한 선호도가 높아졌다.

2) 실력 쑥쑥~! 완성

- 실제 수업 적용 과정에서의STEAM을 적용하기 위한 미션 제시는 학생들에게 무한한 상상의 기회를 제공해 주고 다양한 설계와 해결책을 제시해 보는 경험을 체험해 봄으로써 학생들의 문제해결력과 융합적 사고력 향상에 도움이 되었다.

3) 융합적 사고력 UP~! 완성

- STEAM 수업은 수업 시간에 배운 기본 지식과 원리를 심화하여 생활 속의 문제를 스스로 계획하고 해결할 수 있는 기회를 제공할 수 있어 융합적 사고력 향상에 도움이 되었다.

- 창의적인 STEAM 교수 학습 방법으로 과학 원리 학습부터 STEAM 요소를 적용한 수업을 진행해 봄으로써 미션 문제를 파악하고 해결해 보기 위한 다양한 방법을 찾아보는 탐구 하는 과정을 거쳐 과학적 탐구력 및 창의적 사고력 향상에 도움이 되었다.

- 협업과 팀별 프로젝트 수행으로 건전하게 소통하고 공유하는 능력을 키우고, 다른 사 람들과 이야기하고 생각을 공유하여 자신의 창작물을 발전시킬 수 있었다.

나. 교사를 위한 도움자료 제공

1) 교육과정 분석과 함께 구체적인 활용 방법을 제시하여 실질적인 융합교육을 위한 수업 안내서를 제공하였다.

2) STEAM을 적용한 수업 유형, 활동 단계 및 주안점을 실제 수업에 곧바로 적용할 수 있도록 자세하게 안내하여 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하였다.

3) 대부분의 수업이 교과서에 제시된 실험 방법과 자료를 통해 지도하는 일제식 수업이었 다면 기존의 틀을 깬 창의적인 교수․학습 방법을 세부 과정에 적용하여 교실수업을 개 선할 수 있었다.

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.

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램 명: 메이커 활동을 통한 STEAM 놀이터

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1~5/16 [6 실 05-06] 생활 속에서 로봇 활용 사례를 통해 작동 원리와 활용 분 야를 이해한다.

[초등학교 5~6학년]

기술 활용

2 6~10/30 [6 과 13-02] 전지와 전구, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건 을 찾아 설명할 수 있다.

[초등학교 6학년]

전기와 자기

3 11~14/30 [6 실 05-03] 생활 속에 적용된 발명과 문제해결의 사례를 통해 발명의 의미와 중요성을 이해한다.

[초등학교 5~6학년]

기술 활용

4 15~20/30 [6 과 17-02]자연 현상이나 일상생활의 예를 통해 에너지의 형태가 전 환됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토의할 수 있다.

[초등학교 5~6학년]

힘과 운동

5 21~25/30 [6 과 08-02] 지시약을 이용하여 여러 가지 용액을 산성 용액과 염기성 용액으로 분류할 수 있다.

[초등학교 5~6학년]

산과 염기

6 26~30/30 [6 과 02-01] 태양이 지구의 에너지원임을 이해하고 태양계를 구성하는 태양과 행성을 조사할 수 있다.

[초등학교 5~6학년]

우주

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 30차시)

차시 주요내용

1~5 /30

주제(단원)명 미로를 빠져나오는 로봇청소기

초등학교 6 학년 실과의 소프트웨어의 활용, 발명과 로봇의 단원에서 기술 시스템과 기술 활용 영역에서 생활 속에서 로봇 활용 사례를 통해 작동원리와 활용 분야를 이해하고, 문제를 해결하는 프로그래밍을 실행해볼 수 있도록 한다.

로봇청소기의 움직임을 분석해서 미로 속에서 어떤 명령을 주면 청소기가 구석구석 움직이면서 깨끗하게 청소할 수 있을지 생각해 보고 알고리즘을 작성해 보고, 로봇청소기의 움직임을 통해 미로를 통과해서 나올 수 있도록 한다.

※STEAM 요소

S 다른 사람을 도와줄 수 있는 나만의 로봇을 구상한다.

T 로봇이 움직일 수 있도록 순차, 선택, 반복 구조를 활용한 프로그래밍 한다.

E 햄스터 로봇이 움직이는 미로를 제작한다.

A 나만의 디자인을 적용한 햄스터 로봇청소기를 제작한다.

M 규칙을 여러 가지 방법으로 나타낼 수 있다. 규칙을 활용하여 문제를 해결한다.

차시 주요내용

6~10 /30

주제(단원)명 전동기를 이용한 놀이기구

우리 주변의 생활 속에서는 많은 전동기가 사용된다. 최근 원심력을 이용하여 우주도시를 건설할 수 있다는 의견이 제기되었다. 속이 빈 긴 원통의 두 끝을 이어 큰 관으로 연결한 다음 끈을 달아 큰 전동기와 연결하여 돌리면 무중력 상태의 우주에 있는 긴 원통 안에는 원심력이 생겨 지구에서의 중력과 같은 역할을 해준다는 것이다. 만일 실제로 이것이 가능하다면 전동기를 이용한 원심력은 지구의 많은 문제를 해결할 수 있는 실마리가 되는 것이다.

전동기를 이용한 놀이기구를 만들어 보는 미션을 제시함으로써 전동기를 이용해 보고 우리 생활에 전동기가 활용되는 예는 또 어떤 것들이 있는지 알아보며 전동기와 원심력을 활용한 구체적인 활동을 통해서 주제를 탐색하고자 한다.

S 전자석을 이용한 전동기의 원리와 원심력의 원리를 알아본다.

T 전동기를 이용한 놀이기구를 만들기 위한 기술적 원리를 탐색한다.

E 전동기를 이용한 놀이기구를 설계하고 제작한다.

A 전동기를 이용한 놀이기구를 디자인한다.

M 놀이기구 설계에 필요한 각종 부품의 길이 및 사용 면적을 계산하고 전개도를 그린다.

11~14 /30

주제(단원)명 최고의 발명품 다빈치 다리 재현하기

인간은 고대시대로부터 자연과 환경의 영향을 받으면서, 서로를 알고 싶어하였고, 서로의 다른 부분을 서로 교류하고 싶어하였던 점이 역사적으로 이어져 오고 있다. 그래서 설치된 것이 다리이다. 다리는 하천, 계곡 또는 해협 등을 횡단하거나 도로를 연결할 때 그 통로를 위하여 축조된 구조물이다. 어떤 형태의 다리가 있는지 살펴보고, 다리를 만들기 위한 조건을 탐색하여 우리가 직접 다리를 만들어 보도록 한다.

S 여러 가지 다리의 종류를 조사하고 그 특징을 발표한다.

T 아치형 다리와 트러스트 다리가 무게를 버티는 원리를 이해한다.

E 다빈치 다리의 구조와 원리를 알고 직접 제작해 본다.

A 다리의 구조를 생각하여 나만의 다리를 구상한다.

M 아치형 다리가 만들어지기 위한 다리의 연결 각도를 이해한다.

15~20 /30

주제(단원)명 부모님을 위한 골드버그 만들기

부모님을 위한 골드버그 만들기라는 미션을 제시함으로써 에너지의 개념과 종류를 알고, 에너지 전환(Science)을 알고, 지레와 도르레, 경사면을 이용하여 용수철의 늘어난 길이를 재서 힘의 크기 비교해 봄(Mathmatics)으로써 에너지에 대한 전반적인 내용을 학습한다.

부모님을 위한 골드버그 장치를 창의적으로 디자인(Art)하여 골드버그를 만들기 위한 기술적 원리 알아보고(Technology) 직접 제작(Engineering)할 수 있도록 하는 활동을 진행한다.

※STEAM 요소

차시 주요내용

S 에너지의 개념과 종류를 알고, 에너지 전환을 알아본다.

T 골드버그를 만들기 위한 기술적 원리를 알아본다.

E 골드버그 장치를 설계한다.

A 창의적으로 골드버그 장치 디자인한다.

M 지레와 도르레, 경사면을 이용하여 용수철의 늘어난 길이를 재서 힘의 크기를 비교한다.

21~25 /30

주제(단원)명 지시약에 따른 색깔 변화를 이용하여 한지카드 만들기

초등학교 5 학년 과학의 ‘산과 염기’ 단원에서 지시약을 활용해 산성 용액과 염기성 용액을 분류해보고 다양한 지시약에 따른 산성 용액과 염기성 용액의 색깔 변화를 활용하여 자신이 만들고 싶은 여러 가지 색깔의 용액을 만든다.

초등학교 5 학년 미술의 아름다운 색으로 염색하여 다양한 공예작품 만들기 주제와 통합하여 운영한다. 자신이 만들고 싶은 한지 카드를 디자인하고 필요한 한지는 지시약에 따른 색깔 변화를 이용한 산성과 염기성 용액을 활용해 염색하여 만든다. 염색한 한지를 이용하여 한지카드를 만들고 꾸며보도록 한다.

※STEAM 요소

S 용액의 산성과 염기성에 따른 성질을 알아보고 지시약에 따른 색 변화를 확인한다.

T 다양한 색의 한지염색을 위한 기술적 원리를 알아본다.

E 다양한 색을 활용한 한지카드를 설계하고 한지를 염색한다.

A 한지카드를 창의적으로 디자인한다.

M 다양한 용액의 색을 만들기 위한 용액과 지시약의 양(비율)을 계산한다.

26~30 /30

주제(단원)명 행성 여행하기

초등학교 5 학년 과학의 ‘태양계와 별’ 단원에서 태양계를 이루는 구성 요소와 행성의 종류 및 특징을 알도록 한다. 또한 지구보다 훨씬 큰 행성 등 다양한 크기의 행성이 먼 거리에 있음을 인식하고 크기 및 거리 비교를 할 수 있도록 한다.

각 행성의 크기 및 거리 비교를 위해서 학생들이 태양계 행성 모형을 직접 만들어봄으로써 행성 크기나 거리를 상대적으로 비교할 수 있도록 지도한다. 또한 실제 행성의 색과 모양까지 고려하여 행성을 만들기를 통해 직관적으로 태양계 행성에 대해 이해하도록 한다.

마지막으로 천체 망원경으로 행성을 직접 관찰하면서 배운 내용을 확인해 볼 수 있는 기회를 제공한다.

※STEAM 요소

S 행성의 크기 및 거리를 알아본다.

T 구로 행성 만들 수 있는 방법을 구상해본다.

E 행성 모형을 제작한다.

A 행성의 색과 모양에 맞게 꾸민다.

M 행성의 크기 및 거리 비례하기, 원의 둘레 재기를 한다.

2. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 (미로를 빠져나오는 로봇청소기)

중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등학교/6 학년

중심과목 성취기준

영역

[초등학교] 기술시스템, 기술 활용 ^중심과목 성취기준

[6 실 04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

[6 실 05-06] 생활 속에서 로봇 활용 사례를 통해 작동 원리와 활용 분야를 이해한다.

주제(단원)명 미로를 빠져나오는 로봇청소기 차시 1~5/30

학습목표

※ 로봇청소기의 작동원리를 설명할 수 있다.

※ 미로를 빠져나오는 로봇청소기 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복의 구조를 이해할 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

성취기준 영역 [초등학교 5~6학년] 기술 시스템, 기술 활용

STEAM 요소

S 다른 사람을 도와줄 수 있는 나만의 로봇을 구상한다.

T 로봇이 움직일 수 있도록 순차, 선택, 반복 구조를 활용한 프로그래밍 한다.

E 햄스터 로봇이 움직이는 미로를 제작한다.

A 나만의 디자인을 적용한 햄스터 로봇청소기를 제작한다.

레고를 활용하여 창의적인 모습으로 우리집과 마을을 구성한다.

M 규칙을 여러 가지 방법으로 나타낼 수 있다. 규칙을 활용하여 문제를 해결한다.

개발 의도

로봇 청소기는 스스로 사물을 인식하고 상황을 판단하는 지능형 로봇의 한 형태로, 청소 작업을 자율적으로 수행하여 우리 생활을 편리하게 만들어 주고 있다.

로봇 청소기의 움직임을 분석해서 어떤 명령을 주면 청소기가 구석구석 움직이면서 깨끗하게 청소할 수 있을지 생각해보고 알고리즘을 작성해 보고, 로봇 청소기의 움직임을 통해 미로를 통과해서 나올 수 있도록 한다.

로봇의 간단한 작동 원리를 바탕으로 알고리즘과 프로그래밍을 작성해 보고 작성한 프로그램으로 움직이는 로봇을 만들어보도록 한다.

로봇 청소기의 움직임을 분석해서 어떤 명령을 주면 청소기가 구석구석 움직이면서 깨끗하게 청소할 수 있을지 생각해보고 알고리즘을 작성해 보고, 로봇 청소기의 움직임을 통해 명령어 블록을 배치하여 미로를 통과해서 나올 수 있도록 한다. 로봇 청소기가 집안의 모든 면을 깨끗하게 청소하기 위한 움직임을 생각해보면서 바로 시뮬레이션 하기 전에 모둠 토의를 통해서 어떤 명령어를 어떻게 배치해야 할지 구상할 수 있는 시간을 갖도록 한다. 또한 구상한 명령어를 바탕으로 컴퓨터로 명령어 블록을 배치하고 실행하여 움직임의 결과를 확인해 보도록 한다.

실과 교과에서 실생활의 문제 상황을 추출하여 모둠별로 학생들이 당면한 문제를 컴퓨팅 사고력으로 해결하기 위해 다른 사람과 의사소통하는 과정에서 창의력과 컴퓨팅 사고력을 신장시킬 수 있도록 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

우리 엄마는 슈퍼맨 인가요? 고생하시는 우리 엄마를 위해 자 동으로 청소할 수 있 는 로봇 청소기를 생 각해 본다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

다른 사람의 어려움 을 해결하기 위해 필 요한 로봇을 구상해본 다.

감 성 적 체 험 로봇청소기에게 어떤 명령을 주

면 미로를 통과해 집안의 모든 면을 깨끗하게 청소할 수 있을지 생각하면서 명령어 블록을 배치 하고 로봇의 움직임 결과를 확인 해보도록 한다.

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 40 분)

Co 엄마를 도와줄 수 있는 방법을 생각해 봅시다.

우리 엄마는 슈퍼맨인가요?

하루 종일 직장 다니기, 빨래하기, 음식 만들기, 청소하기, 수리하기, 우리랑 놀 아주기 등 엄마가 편히 쉬는 것을 못 본 것 같아요. 엄마가 출장 가셔서 안 계신 동안 집이 온통 어질러지고 청소를 해보니 정말 힘들다는 생각이 들었어요!

CD 힘든 엄마를 도울 수 있는 방법은 뭐가 있을까요?

- 로봇 청소기가 있으면 좋겠습니다.

- 가족 모두가 역할을 나눠서 집안일을 분담합니다.

Co 다음 도형들은 어떤 규칙이 있나요?

★●■★●■▲◆★●■★●■▲◆

- ★●■ 이 두 번 반복되고 ▲◆이 한 번 반복됩니다.

CD 규칙을 간단하게 나타낼 수 있나요?

- ★●■는 도형 1 이라 정하고, ▲◆ 도형 2 라 정한 후, 도형 1 은 2 번 반복, 도형 2 는 1 번 반복, 전체 2 번 반복하기

Co 모눈종이 판에서 어린왕자가 장미꽃까지 움직이도록 하기 위해서는 어떤 동작 명령어가 필요할까요?

- 시작하기/ 앞으로 한칸가기/ 왼쪽으로 90 도 돌기 등입니다.

앞으로 한 칸 가기 오른쪽으로 회전 앞으로 한 칸 가기

왼쪽으로 회전 앞으로 한 칸 가기

오른쪽으로 회전 앞으로 한 칸 가기

왼쪽으로 회전 앞으로 한 칸 가기

오른쪽으로 회전 앞으로 한 칸 가기

왼쪽으로 회전

CD 어린왕자가 꽃을 찾아가기 위해서는 어떤 규칙이 있나요?

- 앞으로 한 칸, 오른쪽으로 회전, 앞으로 한 칸, 왼쪽으로 회전이 세 번 반복 됩니다.

CD 명령어를 더 간단하게 나타내기 위해서는 어떻게 하면 좋을까요?

- 같은 동작을 반복되는 부분은 반복하기 명령어를 사용해서 한 번에 나타냅니다.

- 3 번 반복하기(앞으로 한 칸 가기→오른쪽으로 회전→앞으로 한 칸 가기→왼쪽 으로 회전)

CD 레고를 활용하여 창의적인 우리집 미로를 만들어 봅시다.

동영상 https://you tu.be/KkqY FGH3ZAM

Tip! 어려운 사람을 도와 줄 수 있는 방법을 고 민해 본다.

레고 블럭

Tip! 꼭 미 로가 아니 어도 창의 적으로 우 리 집 이 나 마을을 제 작 해 보 도 록 한다.

전개 (180 분)

CD 로봇 청소기의 원리는 무엇인가요?

- 센서가 장애물을 감지한다.

- 장애물이 없으면 자동으로 청소한다.

CD 어떻게 하면 실제로 장애물을 피할 수 있을까요?

- 적외선 센서를 이용합니다.

- 부딪히기 전에 회전합니다.

CD 햄스터 로봇이 길을 찾아 나갈 수 있는 명령어를 생각해 봅시다.

- 앞으로 1.5 칸 가기, 오른쪽으로 0.8 초 회전하기, 앞으로 1.5 칸 가기, 앞으로 1.5 칸 가기

CD 로봇이 길을 찾아갈 수 있는 미션판을 만들어 봅시다.

- 반복이 3 번 반복하는 길을 만들어 본다.

- 함수 명령어를 사용할 수 있는 길을 만들어 본다.

(직접 그린 미로 미션판)

CD 로봇 청소기의 움직임을 생각하며 명령어를 순서대로 배열해 봅시다.

CD 로봇이 움직이기 위한 미로를 제작해 봅시다.

로봇청소기 동영상 https://you tu.be/T2yxv o4aL2s

Tip! 로봇 청소기의 움 직임을 살펴 보며 작동원 리와 부품을 생각해 본다.

명령어카드, 햄스터로봇,

미로판

Tip! 햄스터 로봇을 움직 일 수 있는 방법은 2 가 지가 있다.

이 동 거 리 와 회 전 각 도 를 제시하여 명 령대로 하게 하는 것과 근 접 센 서 를 활용하여 앞 에 장애물이 나 벽이 있 으면 회전하 도록 하여 피하도록 한 다. 2 가지 중 원하는 방법으로 움 직이도록 한 다.

CD 우리가 구상한 명령어를 바탕으로 로보이드 론처 프로그램을 활용하여 명령어 블록을 배치하여 프로그램을 짜 봅시다.

- ( )초 앞으로 가기, ( )초 회전하기 명령어를 사용합니다.

- 프로그램이 실행되면 햄스터가 30 의 속도로 앞으로 이동합니다.

- 근접 센서값이 기준보다 크고, 왼쪽 근접 센서 값이 오른쪽보다 더 크면 오른쪽 으로 회전합니다.

- 근접 센서값이 기준보다 크고, 오른쪽 근접 센서 값이 왼쪽보다 더 크면 오른쪽 으로 회전합니다.

CD 소프트웨어 프로그램으로 실행한 후 계획한 대로 동작이 잘 되는지 확인해봅시다.

- 장애물이 나타나면 회전을 해서 방향을 바꾸나요?

- 남김없이 모든 면을 청소하나요?

- 명령 블록의 수를 줄일 수 있는 방법이 있나요?

- 청소를 다하면 움직임을 멈추게 할 수 있는 방법이 있나요?

CD 추가 미션을 제시하여 심화 활동을 실행해 봅시다.

- 우리가 만든 레고 집이나 마을을 빠져나갈 수 있도록 프로그래밍해 봅시다.

- 햄스터 스스로 미로를 통과해야 하고, 도착 지점에서는 스페이스 키를 눌러 멈 추게 합니다.

- 밤에 이동하는 상황입니다. 출발과 동시에 양쪽 LED 에 하얀 불이 켜져야 합니다.

- 미로의 방향에 맞추어, 왼쪽 방향은 ‘도미솔’ 소리를 내며 왼쪽으로 회전해야 합니다.

- 미로의 방향에 맞추어, 오른쪽 방향은 ‘도파라’ 소리를 내며 왼쪽으로 회전해야 합니다.

- 속도 제한은 30 입니다.

- 도착했을 경우 내가 정한 멜로디를 재생하고, 멜로디 재생이 끝나면 LED 를 끕 니다.

Tip! 햄스터 로봇에게 명 령대로 움직 이도록 할 때는 햄스터 로봇의 한 칸 앞으로 이동 하기와 1 초 동안 회전하 기의 명령어 를 반복하여 측정하여 한 칸 앞으로의 명령어로 움 직일 수 있 는 거리와 1 초 회전하 기의 명령어 로 회전할 수 있는 각 도를 정확하 게 알고 프 로 그 래 밍 을 시 작 하 도 록 한다.

여 기 서 는 1.5 칸 이동 하고, 90 도 회전은 0.8 초 회전으로 작성한다.

정리 ( 40 분)

ET 우리가 엄마를 도와준 것처럼 어려운 사람을 도와줄 수 있는 로봇을 구상해 봅 시다.

ET 생활 주변에서 버려지는 폐품으로 나만의 로봇을 만들어 봅시다.

- 준비물 : 동그란 과자 통, 풀, 가위, 색종이 등 꾸밀 재료

- 구상하기 : 내가 만들고 싶은 로봇을 구상하여 그림으로 스케치한다.

- 만드는 방법 : 자신이 준비한 폐품에 바퀴를 달고, 아크릴 물감으로 칠하거나 꾸밀 재료를 활용하여 로봇을 제작한다.

- 나만의 로봇을 다 만들고 나면 친구들에게 자신의 작품을 발표해 보도록 한다.

ET 레고를 활용하여 나만의 로봇을 만들어 봅시다.

3. 학생활동지

차시 1/30

1. 그림과 같은 규칙으로 빈칸에 알맞은 수를 써넣으시오.

■ ■ ◇ ★ ■ ■ ◇ ★ ■ ■ ◇ ★ ■ ■ ◇ ★

1 1 1 2 1 2 3 2

2. 어떤 규칙이 있나요?

3. 규칙을 간단하게 나타낼 수 있나요?

4. 다음 도형들은 어떤 규칙이 있나요?

★ ● ■ ★ ● ■ ▲ ◆ ★ ● ■ ★ ● ■ ▲ ◆

5. 규칙을 간단하게 나타낼 수 있나요?

차시 1/30

1. 왼쪽에 제시된 명령어를 간단하게 나타내 봅시다.

사용할 수 있는 명령어 앞으로 한 칸 이동하기, 뛰어넘기, 회전하기, 함수 불러오기

차시 3/30

※ 미로판 도안

차시 5/30

1. 어려운 사람을 도울 수 있는 로봇을 생각해 봅시다.

2. 폐품으로 만드는 로봇을 구상해 봅시다.

3. 필요한 재료와 제작 방법을 작성해 봅시다.

4. 교사자료

차시 1~5/30

▣ 로봇 이해하기

로봇(문화어: 로보트, 영어: robot)은 사람과 유사한 모습과 기능을 가진 기계, 또는 무엇인가 스스로 작업하는 능력을 가진 기계를 말한다. 제조공장에서 조립, 용접, 핸들링 등을 수행하는 자동화된 로봇을 산업용 로봇이라 하고, 환경을 인 식하고 스스로 판단하는 기능을 가진 로봇을 '지능형 로봇'이라 부른다. 사람과 닮은 모습을 한 로봇을 '안드로이드'라 부르기도 한다. 그리고 다른 뜻은 형태가 있으며, 자신이 생각할 수 있는 능력을 가진 기계라고도 한다.

인공의 동력을 사용하는 로봇은 사람 대신, 또는 사람과 함께 일을 하기도 한 다. 통상 로봇은 제작자가 계획한 일을 하도록 설계된다.

그동안 인간이 해 오던 많은 일들을 지금은 로봇이 대신하고 있다. 산업 현장 에는 단조로운 반복 작업이나 따분한 작업, 불쾌한 작업들이 많은데, 이와 같은 작업은 특히 로봇에게 맡기기에 적합하다. 조립 공장에서 리벳 박는 일, 용접, 자동차 차체를 칠하는 일 등은 그 좋은 예이다. 이런 종류의 작업은 로봇 쪽이 인간보다 더 잘 해낼 수 있다. 왜냐하면 로봇은 언제나 일정한 수준의 정밀도와 정확도로 작업을 계속할 수 있으며, 결코 지칠 줄 모르기 때문이다. 따라서 제품 의 품질은 항상 일정하며 게다가 휴식을 취할 필요가 없기 때문에 많은 양의 제 품을 만들 수 있다.

또한 로봇은 위험한 작업을 대신할 수가 있다. 방호복을 입지 않고 원자력 공 장에서 방사성 물질을 취급하거나, 유독 화학 물질을 취급할 수가 있으며, 인간 에게는 너무 덥거나 추운 환경에서도 일할 수가 있다. 인간의 생명이 위험에 노 출될 수 있는 곳에서도 로봇을 사용할 수 있다. 예를 들면 폭발물을 수색하거나 폭탄의 뇌관을 제거하는 일, 그리고 우주 공간에서의 작업도 그중의 하나이다.

로봇은 우주 공간에서의 작업에 특히 이상적이다. 지구를 돌고 있는 인공위성 을 수리하거나 유지하는 데 사용되기도 하고, 보이저호와 같이 탐사와 발견을 목적으로 먼 천체까지 비행하는 데도 로봇이 사용된다.

한편 가정에서도 점점 많은 로봇이 가사를 돕기 위해 사용되고 있다. 그리고 육체적인 장애를 가진 사람들을 돌보는 일에도 많이 이용될 것으로 기대된다.

로봇 간호보조자는 장애자나 노령으로 인해 체력이 약해진 사람들이 가족들에게 서 독립하여 혼자서도 살 수 있도록 해주며, 병원에 입원하지 않아도 될 수 있 도록 도와 주게 될 것이다.

자료출처 로봇 위키백과

차시 4/30

자료출처 대전SW교육지원체험센터. SW교구 활용 자료. 대전교육정보원.

차시 1~5/30

프레젠테이션 개발 자료

2. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안(전동기를 이용한 놀이기구)

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/6 학년

중심과목 성취기준

영역

[초등학교] 전기와 자기 중심과목

성취기준

[6 과 13-04] 전자석을 만들어 영구 자석과 전자석을 비교하여 일상 생활에서 전자석이 사용되는 예를 조사할 수 있다.

[6 과 13-02] 전지와 전구, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설명할 수 있다.

주제(단원)명 전동기를 이용한 놀이기구 차시 6~10/30

학습목표

※ 전동기의 원리를 설명할 수 있다.

※ 전동기를 이용한 놀이기구 제작을 통해 전기회로의 연결과 원심력의 원리에 대하여 탐구할 수 있다.

연계과목 과학 연계과목

성취기준 영역 [초등학교 6학년] 전기와 자기

STEAM 요소

S 전자석을 이용한 전동기의 원리와 원심력의 원리를 알아본다.

T 전동기를 이용한 놀이기구를 만들기 위한 기술적 원리를 탐색한다.

E 전동기를 이용한 놀이기구를 설계하고 제작한다.

A 전동기를 이용한 놀이기구를 디자인한다.

M 놀이기구 설계에 필요한 각종 부품의 길이 및 사용 면적을 계산하고 전개도를 그린다.

개발 의도

우리 주변의 생활 속에서는 많은 전동기가 사용된다. 우리가 자주 사용하는 세탁기, 믹서기, 헤어드라이기, 놀이동산의 회전그네 등 전동기를 이용한 생활 용품이 많이 있고, 여기엔 원심력이 숨어있다. 또한 원심력을 이용하여 우주도시를 건설할 수 있다는 의견도 있다. 속이 빈 긴 원통의 두 끝을 이어 큰 관으로 연결한 다음 끈을 달아 큰 전동기와 연결하여 돌리면 무중력 상태의 우주에 있는 긴 원통 안에는 원심력이 생겨 지구에서의 중력과 같은 역할을 해준다는 것이다. 만일 실제로 이것이 가능하다면 전동기를 이용한 원심력은 지구의 많은 문제를 해결할 수 있는 실마리가 되는 것이다.

따라서 본 수업에서는 전동기를 이용한 놀이기구를 만들어 보는 미션을 제시함으로써 전동기를 이용해 보고 우리 생활에 전동기가 활용되는 예는 또 어떤 것들이 있는지 알아보며 전동기와 원심력을 활용한 구체적인 활동을 통해서 주제를 탐색하고자 한다.

1 차시 활동에서는 간이 전동기의 개념 및 원리를 탐구해본다. 2 차시 활동에서는 전동기를 활용한 놀이 장치인 ‘전동 윷놀이’를 만들어 원심력을 체험해 본다. 윷놀이 통이 돌아갈 때에는 통을 거꾸로 해도 윷이 떨어지지 않는 이유를 생각하며 원심력의 원리를 알아보고 우리 생활 속에 이러한 전동기가 활용된 예를 탐색해보고자 한다. 3~6 차시 활동으로는 전기 회로 및 전동기의 원리를 적용하여 전동기를 이용한 놀이기구 창의적으로 설계하여 만들어 보고자 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

새롭게 여는 놀이동 산에서 전동기를 이용 한 놀이기구 공모전이 열린다. 공모전에 출품 할 작품을 만들어 본 다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

전동기의 원리를 이 용한 생활 용품을 구 상해 본다.

감 성 적 체 험 전동기의 원리를 적용할 수 있는

놀이기구를 설계하고 제작한다.

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 40 분)

Co 놀이기구 공모전에 제출할 놀이기구를 생각해 봅시다.

<놀이기구 공모전>

과학의 도시 대전 ○○ 공원에서 전동기를 이용한 새롭고 창의적이며 재미있는 놀이기구를 공모한다는 소식이 전해졌어요. 여러분의 아이디어를 모아 공모전에 도전해 보는 것은 어떨까요?

Co 생활 속에서 전동기가 어떻게 활용되고 있나요?

- 믹서기에 활용되고 있습니다.

- 세탁기에도 활용되고 있습니다.

Co 전동기의 원리를 알아봅시다.

․ 전류가 흐를 때에만 자기장이 흐르는 자석의 성질을 띤 자석을 무엇인가요?

- 전자석입니다.

․ 전류를 이용하여 전자석을 회전시키는 장치를 전동기라고 하는데요, 전자석을 어 떻게 이용하면 전동기를 만들 수 있을까요?

- 자석과 전자석을 밀거나 당기는 힘을 이용하면 회전하는 운동을 만들 수 있습니다.

CD 간이 전동기를 만들어 봅시다.

․ 간이 전동기 부품 알아보기

- 네오디뮴 자석, 구리기둥, 에나멜선, 전지, 전지 끼우개 ․ 간이 전동기 만들기

① 에나멜선을 지름 3cm 의 원으로 5~10 회 감아 회전체를 만든다.

② 감은 에나멜선이 풀리지 않도록 양쪽에서 2 번 정도 감은 후 양쪽을 3~5cm 정도 남기고 잘라낸다.

③ 에나멜선의 한쪽 끝은 완전히 벗겨내고 다른 한쪽은 절반만 벗긴다.

④ 전지의 양쪽에 구리 기둥을 세우고 에나멜선 회전체를 구리 기둥에 끼운 후 손으로 가볍게 돌린다.

Co 전동기가 돌아가는 원리를 알아봅시다.

․에나멜선의 한 쪽은 완전히 벗기고 다른 한 쪽은 반만 벗기는 이유를 생각해 봅시다.

- 에나멜선을 모두 벗기면 항상 전류가 흐르게 되어 에나멜선 고리가 항상 자석처럼 작용하므로 밀고 당기는 힘이 서로 상쇄되어 고리가 돌지 않기 때문입니다.

․ 간이 전동기가 돌아가는 원리를 에나멜선의 한 쪽 반만 벗긴 이유와 관련지어 설 명해 봅시다.

- 에나멜선 고리가 반 바퀴 도는 동안만 전류가 흘러 자석의 성질을 띠게 되므로 고리를 반대로 돌리려는 힘이 생기지 않아 계속 돌게 됩니다. 즉, 한 바퀴 도는 동안 반 바퀴는 힘을 받고, 반 바퀴는 힘을 받지 않게 됩니다. 힘을 받지 않는 동 안은 회전하는 관성에 의해 돌던 방향으로 계속해서 돌면서 통과합니다.

전동기를 이용한 물건 사진

Tip! 전동기가 우리 생활에 활용되는 예를 살펴보고 전동 기에 흥미를 가질 수 있도 록 한다.

간이 전동기 만들 부품

Tip! 간이 전 동기를 만들어 봄으로써 전동 기의 원리를 파악하도록 한 다.

전개 (160 분)

CD 전동 윷놀이를 만들어 봅시다.

․주어진 재료를 활용하여 전동 윷놀이를 만들어 봅시다.

① 야쿠르트 병 밑의 원기둥 모양 부분을 가위로 자른 뒤 글루건을 이용하여 전동기를 붙인다.

② 수수깡을 3cm 로 2 개 자른 뒤 그것을 각각 세로로 2 등분 하고 네임펜을 이용하여 윷의 앞과 뒤를 표시한다.

③ 윷을 야쿠르트병 안에 넣고 전지를 연결한 후 야쿠르트병이 돌아 가면 야쿠르트병 입구가 아래로 향하게 한다. 이때 한 쪽 전선을 빼면 윷이 떨어져 윷놀이를 할 수 있다.

ET 전동 윷놀이를 직접 체험하며 전동기를 활용할 때의 주의점 알아보기 ․ 전동 윷놀이에서 수수깡 윷을 넣고 전동기를 돌리다가 멈추면 어떻게 되나요?

- 수수깡 윷이 같이 돌다가 전동기가 멈추면 떨어집니다.

․ 전동 윷놀이에서 수수깡 윷이 떨어지지 않는 이유는 무엇일까요?

- 야쿠르트 병이 돌아가면서 그 안에 원심력이 작용하기 때문입니다.

CD 전동기를 이용하여 놀이기구를 만들어 봅시다.

․ 어떤 놀이기구를 만들고 싶나요?

- 사람이 타고 있다가 물 속으로 빠지는 다이빙 놀이기구를 만들고 싶습니다.

- 회전 그네를 만들고 싶습니다.

․ 주어진 준비물을 알아봅시다.

KIT 준비물

(전기회로) 전동기, 건전지, 전지 끼우개, 스위치, 집게 전선 등 모둠 준비물

(기타 재료)

우드락, 종이컵, 글루건, 하드보드지, 색종이, 가위, 풀, 천, 나무 젓가락 등

․ 전동기를 이용한 놀이기구를 만들 때 주의할 점은 무엇인가요?

- 전동기를 반드시 이용하여 원심력이 작용하도록 합니다.

- 재료를 자를 때 가위와 칼을 조심하여 사용합니다.

․ 전동기를 이용한 놀이기구의 설계도를 그려 봅시다.

․ 각 모둠의 놀이기구 설계도를 보고, 보완할 점을 이야기해 봅시다.

- 놀이 기구 연결 부분에 나무젓가락을 사용하는 것보다 두꺼운 철사를 이용하는 것이 안전할 것 같습니다.

전동 윷놀이 만들 재료

Tip! 전동 윷 놀이를 체험해 보면서 전동기를 이용한 놀이기 구 만들 때 주 의할 점을 스 스로 파악하도 록 한다.

놀이기구 만들 재료

Tip! 기존의 놀이기구 외에 창의적인 아이 디어를 떠올릴 수 있도록 동 기유발한다.

․ 보완할 점을 반영하여 전동기를 이용한 놀이기구를 제작해 봅시다.

ET 전동기를 이용하여 제작한 놀이기구를 발표해 봅시다.

․ 각자 만든 놀이기구를 소개해 봅시다.

․ 잘된 점과 보완할 점을 발표해 봅시다.

- 놀이기구가 창의적으로 설계되었습니다.

- 안전장치를 강화하였으면 좋겠습니다.

Tip! 다양한 놀이기구의 제 작방법과 사용 방법을 설명하 도록 하고, 학 생들이 만든 작품을 전시하여 다양한 아이디 어를 공유할 수 있도록 한다.

정리 ( 40 분)

ET 전동기를 이용한 놀이기구 제작 정리하기

․ 전동기를 이용한 놀이기구를 만들어 보고, 알게 된 점을 정리해 봅시다.

- 전동기가 우리 생활에 유용하게 활용된다는 것을 알았습니다.

- 전자석의 원리로 전동기가 작동되며 간이 전동기를 만드는 방법을 알았습니다.

ET 전동기를 이용하여 만들어 보고 싶은 생활 용품에 대해 이야기해 봅시다.

- 나만의 손 선풍기를 직접 만들어 보고 싶습니다.

- 돌아가는 액자를 만들어 보고 싶습니다.

3. 학생활동지

차시 6/30

1. 생활 속 과학 찾기

⋆ 사진을 보고 생활 속에 어떤 과학의 원리가 숨어있는지 찾아봅시다.

2. 전동기의 원리 탐구하기

⋆ 전자석이란?

- 전류가 흐를 때에만 ( )이 흐르는 자석의 성질을 띠는 자석

⋆ 전동기란?

- 전류를 이용하여 ( )을 회전시키는 장치

⋆ 간이 전동기 만들기에 쓰이는 부품 알기

<간이 전동기>

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