과학적재난안전관리

“이 교재는 2015년도 정부(교육부)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임”

* 본 연구의 내용은 연구팀의 의견이며, 교육부와 한국과학창의재단의 공식적인 견해와는 다를 수 있습니다.

교제 기획 및 개발팀

한혜숙 단국대학교

이승기 단국대학교

김태정 단국대학교

송인국 단국대학교

이재영 단국대학교

옥승현 봉담고등학교

황혜현 문경여자고등학교

김서영 부곡고등학교

유영리 봉담고등학교

삽화 및 편집팀

김성열 단국대학교

김보현 서울과학기술대학교

김영집 호서대학교

김정아 호서대학교

적용 및 자문협력진

이윤희 봉담고등학교

구서웅 봉담고등학교

박은성 문경여자고등학교

이주형 문경여자고등학교

조송이 문경여자고등학교

윤보람 부곡고등학교

조윤이 부곡고등학교

최계현 풍무고등학교

오우상 영생고등학교

최정태 단국대학교 사범대학부속고등학교

송인수 단원고등학교

과학적

재난안전관리

교사용

학문분야 주제별 융합형 프로그램 개발

단국대학교 산학협력단 2016. 02. 29.

고등학교 차시대체형① 6차시

Contents _

골든타임 내에 생존자의 위치를 파악하라!

보이지 않는 적, 미세먼지를 검거하라!

골든타임 내에

생존자의 위치를 파악하라!

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 가속도센서를 활용한 생존자 수색

6 차시

고등학교 차시대체형①

[ 교사용 ]

골든타임 내에 생존자의 위치를 파악하라!

고등학교 차시대체형 STEAM

1. 주제 개요

가 . STEAM 열기

본 프로그램은 ‘과학적 재난안전관리’를 주제로 고등학교 수업에 활용 가능한 Flipped Learning 전략을 적용한 융합 인재교육(STEAM) 프로그램이다. 고등학교 총 12차시 프로그램 중 본 차시는 ‘건물 붕괴 재난’의 상황을 다루고 있으 며, 뉴턴의 관성의 법칙이 적용된 가속도 센서 기술을 소재로 건물 잔해 속에 매몰된 실종자들을 탐색하는 문제를 해 결해나감으로써 창의적 설계기반의 융합적 사고력, 문제해결력 등을 배양할 수 있도록 내용구성을 하였다. 특히, 학생 들은 Flipped Learning을 통해 실제 STEAM 수업에서 창의적인 지식, 제품, 작품을 산출하는데 더욱 몰입하게 될 것이 다. 본 차시의 주요 활동으로는 인터넷 동영상과 모바일 앱을 통해 뉴턴의 관성의 법칙과 가속도-속도-위치의 관계 를 이해하고, 더 나아가 활동 3에서 제시된 게임을 통해 실제 문제 상황에 적용하게 될 것이다. 또한 위치가 파악된 실 종자의 생존 여부를 확인하는 방법으로써 스마트폰 센서 기반 어플리케이션 개발을 최종적으로 산출할 수 있도록 유 도하고 있다. 따라서 학생들은 이 과정에서 과학기술이나 핵심 개념 및 원리 등을 수학, 과학, 기술-공학, 예술 등의 총 체적인 측면에서 이해함과 동시에 창의적 설계 및 감성적 체험이 가능할 것으로 기대한다.

나 . 본시 STEAM 수업의 주요 구성 및 준비물

상황 제시 내용 융합 평가 / 보상

건물 붕괴 재난과 관련 된 웹툰을 보던 중 분노 와 슬픈 마음이 들어 해 당 사건 관련 기사들을 탐독함. 실종자의 위치를 파악하지 못해 2차 피해 가 발생했음을 알게 되면 서 안타까움을 느끼고 첨 단 기술을 활용한 실종자 수색, 구조 방법에 대한 탐구에 도전함.

창의적 설계 감성적 체험

문제 상황 분석하기 스마트폰에 내장된 센서 알아보기

매몰된 사람들의 위치를 파악하라!

생명 활동 감지 어플리케 이션을 구상해보자!

붕괴된 건물 잔해에 매몰된 실종 자의 위치를 수색하는 활동을 적 분 단원과 관련지어 학습함으로써 수학의 가치와 유용성을 인식할 수 있음.

방대한 자료를 분석하고 유의미한 정보를 추출한 후 가공하여 원하 는 정보를 얻는 복잡한 과정에서 협동과 집단 지성의 중요성을 인 식할 수 있음.

스마트폰을 활용하여 위치 파악 활동과 스마트폰 센서의 기능을 생명 활동 감지에 활용할 어플리 케이션을 설계해 보는 활동을 통 해 성취감 경험.

평가

보상 체크리스트 평가

모둠 및 개인별 누적 보상

새로운 문제에 도전

2. 학습 목표

3. STEAM 과목 요소

4. STEAM 단계 요소

활동순서

1 2 3 4

활동명 준비물

문제 상황 분석하기

스마트폰에 내장된 센서 알아보기 매몰된 사람들의 위치를 파악하라!

생명 활동 감지 어플리케이션을 구상해보자!

활동지 필기구 스마트폰

노트북 또는 Desktop 컴퓨터

뉴턴의 관성의 법칙을 통해 스마트폰에 내장된 가속도 센서의 원리를 파악할 수 있다.

정적분을 활용하여 가속도 측정 자료를 위치 정보로 변환하여 문제를 해결할 수 있다.

스마트폰 센서를 활용한 생명 활동 감지 어플리케이션을 창의적으로 설계할 수 있다.

본 프로그램의 상황 제시는 웹툰을 즐겨 보는 학생의 사례에서 시작된다. 많은 학생들이 접하고 있는 웹툰 을 소재로 하여 학생들이 쉽게 흥미를 느끼고, 자연스럽게 ‘건물 붕괴 재난’에 대한 여러 사실들을 찾아볼 수 있 게끔 하였다. 특히, 안타까운 뉴스 기사의 내용을 통해 건물 잔해 속에 매몰된 실종자들을 수색하는 방법을 학생 스스로 찾아보고자 하는 의지를 다질 수 있도록 내용구성을 하였다. 학생들은 스마트폰에 내장된 다양한 센서 에 관해 이해해나가면서 매몰된 실종자 수색을 목적으로 실내 위치 인식 기술에 대한 구체적인 방안을 설계해 보고 다양한 산출물을 구성할 수 있게 될 것이다.

S 모바일기기와 스마트폰 센서에 활용된 뉴턴의 운동 법칙 탐구하기

T/E 가속도 센서 활용 어플을 통해 가속도 자료 추출/스마트폰 내장 센서를 기반으로 하는 어플리케이션 설계 M 추출한 가속도 자료를 정적분을 활용하여 최종적으로 위치 정보를 산출

물 리 I 미적분 I 정 보

상황제시

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 4

창의적 설계

감성적 체험

몰입 문제발견

및 정의

Hands-on 아이디어 발현

성취의 경험 학습 방법

배려 활동 중심과정,

새로운 도전 다양한 산출물

협력 학습

붕괴된 건물 잔해 속에 매몰된 실종자 탐색 기술을 학생 스스로 탐구하고, 실종자들의 생존 여부를 파악할 수 있는 스 마트폰 센서 기반의 어플리케이션을 자기 주도적으로 구성하여 산출물을 만들어낼 수 있도록 유도함

문제 상황에 대해서 스스로가 해결하고자 하는 동기를 부여받고, 자료조사와 탐구, 분석의 과정을 통해 해결과정을 찾아가면서 점차적으로 몰입하게 됨

쉽게 접할 수 있는 웹툰과 뉴스 기사를 통해 건물 붕괴 당시의 긴박했던 상황을 이해하고, 이 과정에서 실종자들 탐색 기술과 생명 활동 감지 어플리케션 설계를 자기 나름의 방식으로 해나감

상황제시에 대한 문제를 자기문제화하고 이를 해결하기 위해 건물 잔해에 매몰된 실종자들의 위치를 파악하는 방법을 탐구해나감

생명 활동 감지 어플리케이션을 개발하기 위해 창의적인 아이디어를 발휘하고, 모둠별로 협의해 나감

스마트폰 내장 센서 기반 어플리케이션 아이디어 제안을 통해 자기평가와 동료평가를 실시하고 이에 대한 피드백에서 오는 성취감을 경험하게 됨

가속도 데이터 측정, 분석, 토의를 통해 속도와 위치 정보 자료를 구축해나가고, 모둠별 협동학습을 통해 위치가 파악 된 실종자들의 생명 활동을 감지할 수 있는 어플리케이션의 설계 아이디어를 제안하고 피드백 받는 기회를 제공함

다양한 모둠 활동을 통해서 모둠원 간 서로를 배려하고 의견을 존중하는 자세를 배움

상황제시를 통해 문제를 발견하고, 자료조사, 미션수행, 토론, 협동 수행의 다양한 활동을 중심으로 건 물 붕괴 재난 현장의 실종자 위치 탐색에 대해 창의적인 산출물을 구상해나감

응급구조사와 같은 본 차시 프로그램과 관련한 새로운 직업을 탐색해보고, 자신의 새로운 진로를 모색 하는 기회를 마련해봄으로써 도전의식을 갖게 됨

실종자들 생명 활동 감지 어플리케이션 설계 아이디어 역할 분담과 토의를 통한 의사소통과 협력학습 제고 자기주도적

학습

5. 지도안 총괄표

과목 차시적용방법

교육과정

학습목표

Flipped Learning (수업 전)

상황 제시 문제상황

(5분)

문제제시 & 제작활동 감성적 체험 학습자료( ) 및 유의점(※)

(소요시간/적용할 과목)흐 름 단원

학년 총 차시

물리Ⅰ, 미적분Ⅰ, 정보

1차시: 물리Ⅰ/ 2차시: 미적분Ⅰ/ 3차시: 정보

물리Ⅰ: 시간, 공간, 운동, 미적분Ⅰ: 다항함수의 적분법, 정보: 정보 2009 개정 교육과정 물리Ⅰ / Ⅰ.시간, 공간, 운동

- 뉴턴 운동 법칙을 이해하고 적용할 수 있다.

2009 개정 교육과정 미적분Ⅰ / Ⅳ.다항함수의 적분법 - 정적분을 활용하여 속도와 거리에 대한 문제를 해결할 수 있다 2009 개정 교육과정 정보/ 1. 정보

- 디지털/아날로그, 단방향/양방향 등 데이터 전송의 기본 원리 및 방식과 실생활 속 의 네트워크에 대해 설명할 수 있다.

내용 목표

- 뉴턴의 관성의 법칙을 통해 스마트폰에 내장된 가속도 센서의 원리를 파악할 수 있다.

- 정적분을 활용하여 가속도 측정 자료를 위치 정보로 변환하여 문제를 해결할 수 있다.

- 스마트폰 센서를 활용한 생명 활동 감지 어플리케이션을 창의적으로 설계할 수 있다.

과정 목표

- 건물 붕괴 재난 대응에 관한 다양한 활동을 경험하면서 창의성을 기르고, 미션 해결을 통해 융합적 문제 해결력을 기를 수 있다.

- 자신의 진로탐색을 위한 방법을 모색하고, 탐구해보면서 새로운 도전의식과 성취감을 경험할 수 있다.

3

Flipped Learnig전략을 활용하 는 이유는 자기주도 및 활동 중심의 수업을 효과적으로 이 끌어내기 위해서이다.

따라서 학생들이 반드시 사전 학습을 실시했는지 확인하고 간단한 정리활동을 통해 학습 내용을 되새겨볼 수 있게 한다.

상황제시에서 가장 중요한 것 은 내면화를 통한 공감이다.

상황이 실제 자기에게 일어날 수도 있다는 생각을 가지고 적 극적인 자세로 문제해결에 도 전할 수 있도록 유도한다.

수업 전 동영상을 통해 미리 학습한 내용을 표로

정리한다.

- 건물 붕괴 재난과 관련된 웹툰을 보 던 중 분노와 슬픈 마음이 들어 해당 사 건 관련 기사들을 탐독함. 실종자의 위 치를 파악하지 못해 2차 피해가 발생했 음을 알게 되면서 안타까움을 느끼고 첨단 기술을 활용한 실종자 수색 방법 에 대해 탐구하기로 한 상황 - 상황제시를 통해 선생님 또는 학생 들이 서로 이야기해보면서 상황을 분 석하고 감성적 공감대를 형성한다.

감성적체험

몰입 : Flipped Learning을 활용하여 수업 전 학습에 대한 동기부여를 얻고, 기대감을 고취시킬 수 있도록 돕는다.

감성적체험

몰입, 자기문제화 : 학생들이 상황분석을 하며 학습에 몰입 하고 이를 해결하고자 하는 도 전의식(자기문제화)과 성취감 을 얻고자 하는 감성적 체험을 할 수 있다.

※

상황제시 ※

s^A

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 6

2

붕괴된 건물 잔해 속에 갇혀 있는 생존자들을 구해내야 할 필요성을 학생들이 느낄 수 있 도록 유도해야한다. 또한 이런 과정에서 문제를 탐구하고 해 결방안을 자유롭게 생각해볼 수 있는 시간을 충분을 준다.

학생들이 서로 논의하거나 토 론을 유도하는 것은 좋은 방법 이 된다.

활동2에서는 인터넷 검색을 통해 스마트폰에 내장된 다양 한 센서들의 종류와 기능, 활 용, 원리를 파악하고, 건물 붕 괴 재난 현장에 적용할 수 있 는 센서를 선택하고 서로 접 목시켜 수색 방법을 강구해낼 수 있도록 유도한다.

특히 가속도 센서의 원리에 대한 학습이 잘 이뤄질 수 있 도록 유도한다.

(활동 2의 현장적용의 예) 감성적체험

몰입감, 자기문제화, 소통과 배려 : 문제를 인식하 고 이를 해결하기 위해 적극적 으로 참여하면서 자기문제화 와 몰입감을 느낄 수 있도록 유도한다. 또한 건물 붕괴 재 난 현장에서의 생존자 수색 방 법에 대해 발표해보면서 다른 사람과의 소통과 배려의 경험 을 할 수 있다.

감성적체험

협동, 배려 : 스마트폰에 내장 된 많고 다양한 센서들을 분담 조사하여 그 기능과 활용을 정 리하고, 친구들에게 소개하는 과정을 통해 팀원 간의 협동심 을 기르고 서로를 배려할 수 있는 마음을 갖는다.

※

※

활동 1: 문제 상황 분석하기

활동 2: 스마트폰에 내장된 센서 알아보기 ^(모둠) 창의적 설계

문제인식 (5분)

창의적 설계 해결방안 계획 (40분) (물리I)

s^{T E A}

1) 문제 상황 한 줄 정리하기 2) 건물 붕괴 재난 현장에서 생존자 수색 방법에 대해 자 유롭게 기술해보기 3) 2)에서 언급한 방법을 우리 가 쉽게 접할 수 있는 물건 또 는 기기(스마트폰)와 연관시 키기

1. 스마트폰에 내장된 센서의 종류와 기능, 활용에 대해 조 사하여 친구들에게 소개해보 자.

2) 1)에서 조사한 센서들 중 건물 붕괴 재난 현장에서 활 용될 만한 센서를 3가지 고르 고, 센서의 원리와 선정한 이 유를 설명해보자.

3) 붕괴된 건물 잔해에 매몰 된 사람이 스마트폰을 가지고 있었고, 매몰되기 직전까지의 센서 기록을 알 수 있다고 가 정할 때, 이 기록들을 이용해 서 사람들의 위치를 찾아낼 방법을 강구하여 발표해보자.

1 차 시

s^{T E}

창의적 설계 해결방안 실행

지식산출및 (50분) (미적분I)

창의적 설계 해결방안 실행

지식산출및 (45분) (정보)

교사는 가속도 데이터 분석 활동에 앞 서, 학생들이 제출한 자료 중 오차가 가장 작은 자료를 선정하고 학생들이 계산할 수 있는 수준으로 가공해야 한 다. 따라서 가속도 데이터 기록을 사전 에 해야 한다.

활동3에서는 스마트폰을 카트나 수레 에 단단히 고정시키는 이유가 오차를 줄이기 위한 방법임을 학생들 스스로 깨닫게끔 유도한다.

게임을 한 후 데이터 분석 방법이나 역 할 분담, 오차를 줄이기 위한 노력 등 을 친구들에게 발표하고 질의 응답하 는 과정을 통해 의견수렴 및 소통의 기 회를 가질 수 있다.

(활동 4의 현장적용의 예)

활동4에서는 민주적이고 적 극적인 모둠협의를 통해 아이 디어의 발산과 의견수렴의 과 정이 원활하게 이뤄질 수 있 도록 안내한다.

(활동 3의 현장적용의 예)

평가와 보상을 통해 학생들이 자신의 결과물에 대해 피드백 하고 자아효능감을 얻을 수 있도록 유도한다.

평가에서는 특히 학생, 교사 간의 존중과 배려, 소통의 경 험이 중요하다. 학생들의 결 과물에 대해서 격려와 칭찬을 아끼지 않는다.

감성적체험

협동, 배려 : 어플리케이션을 제작하는 과정에서 서로의 아 이디어를 존중하고 배려하며, 각자의 생각이 잘 융합된 어플 리케이션 설계를 협동하여 해 낸다.

감성적체험

몰입감 : 방대한 가속도 데이 터를 분석하고 가공하여 위치 정보를 얻어내는 게임에서 실 종자 수색에 대한 몰입감과 흥 미를 높인다.

협동, 배려 : 모둠원의 적절한 역할 분담, 분석한 자료를 가 공하여 다른 모둠원에게 전달 하는 과정에서 협동심을 발휘 한다.

감성적체험

자아효능감, 존중, 도전의식 : 서로 간의 평가를 통해 자아 효능감을 느끼고, 다양한 의견 을 수렴하고 서로를 존중하는 마음과 도전의식을 갖는다.

※

※

※

※

※

활동 3: 매몰된 사람들의 위 치를 파악하라!(모둠)

활동 4: 생명 활동 감지 어플 리케이션을 구상해보자!

(모둠)

동료 평가 및 자기 평가 (체크리스트)

평가 보상 평가및 개선점 찾기

(5분)

(Flipped Learning) 동영상을 통한 사전 학습

문제 상황 분석하기 스마트폰에 내장된 센서 알아 보기

매몰된 사람들의 위치를 파악 하자!

실내위치인식 어플리케이션 을 구상해보자!

매몰된 사람들의 생존 여부를 파악하라!

- 가속도 측정 어플을 활용하 여 매몰된 사람들의 최종 위 치를 찾아내는 게임을 해보 자!

1) 게임을 하면서 느낀 점을 써보자.

2) 실제로 매몰된 사람들을 찾기 위해서 오차를 더욱 줄 여야 할 것이다. 정확도를 더 욱 높이기 위해서 어떤 부분 에 신경을 써야 할지 토론해 보자.

스마트폰에 내장된 센서들을 활용하여 생명 활동을 감지할 수 있는 어플리케이션을 설계 3 해보자!

차 시 2 차 시

s^{T E A}

s^{T E A}

s T E A

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 8

평가

자기 평가와 동료 평가

( )평가대상

평가대상 평가항목

문제상황분석하기 스마트폰에 내장된 센서

알아보기 매몰된 사람 들의 위치를

파악하자!

실내위치인 식 어플리케 이션을 구상

해보자!

매몰된 사람 들의 생존 여 부를 파악하

라!

정의적 태도

총 합 ( )점 문제 상황을 올바르게 파악하여 정리하였는가?

스마트폰에 내장된 센서의 기능과 활용, 원리를 바르게 찾아 정리하였는가?

가속도 측정 어플을 통해 기록한 가속도 정보로 위치 정보를 얻어냈는가?

실내위치인식 어플리케이션 제작 아이디어를 개발 제한점에 적합하도록 개발하였는가?

아이디어 제안서에 아이디어를 효과적으로 표현하였는가?

실종자의 생존여부를 파악하는 방법이 적절하였는가?

첨단 기술 활용 방법이 적합하였는가?

모든 활동에서 모둠원들을 배려하며 협업을 잘 진행하는가?

모든 활동에서 다른 학생에 대한 발표를 경청하고, 질문을 하 면서 적극적으로 수업에 임하였는가?

위치 정보의 오차를 줄이기 위한 방안이 적절하였는가?

우수3 2

보통 1

미흡

교사는 모둠별로(또는 개별 학생의) 학습 활동 전반에 대한 평가를 실시합니다.

학생들은 모둠별로 다른 모둠의 활동을 평가하도록 한 후, 평가 점수를 모둠원별로 기록하도록 합니다.

학생 스스로 자신의 학습 활동 전반에 대한 평가를 실시하도록 한 후, 평가 결과를 기록하도록 합니다 교사평가

동료평가 자기평가

보 상

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 10

프롤로그 ①

실내 위치 인식 기술

경제적 파급효과 큰 ‘실내 GPS 기술’

‘실내 위치확인(indoor positioning)’이라 불리는 실내 GPS 기술은 경제적인 효용가치 때문에 관심의 대상이 되 어 왔습니다.

넓은 공간을 가진 상점이나 쇼핑몰 내에서 사용자의 위치 를 확실하게 파악한다면 동선과 쇼핑 성향을 실시간으로 분석할 수 있게 됩니다. 맞춤식 광고나 즉석 할인쿠폰 제 공 등 다양한 서비스가 가능하다는 의미이죠.

구글은 ‘플로어 플랜(Floor Plan)’이라는 온라인 플랫폼 서비스를 통해 미국과 일본 등지의 실내 지도를 구축하기 시작했습니다. 무선랜을 통해 층 단위로 사용자 위치를 확인하는 관련기술도 상당수 확보한 것으로 알려졌습니 다.

애플도 최근 건물 내부의 보행자에 대한 위치추적 기술을 보유한 벤처기업 ‘와이파이 슬램(Wifi-SLAM)’을 2천만 달러에 인수했습니다. 건물 내 모바일 지도 서비스 경쟁 이 본격적으로 시작된 것입니다!

모션센서 활용해 실내 위치확인 기술 진일보

최근 거대 글로벌 기업이 아닌 무명의 벤처기업이 모션센 서 기술을 활용해 실내에서도 사람이나 물건의 위치를 정 확히 파악할 수 있는 신기술을 개발했습니다. 산업기술 전 문매체 테크놀러지리뷰(Technology Review)는 “호주의 GPS 전문기업인 내비센스(Navisens)가 모션센서(MEMS) 기반의 실내 위치추적 기술을 개발했다”고 최근 보도했습 니다. 특정한 무선 신호 없이도 쇼핑몰 속 소비자를 추적 하거나 불이 난 건물에서 소화기를 찾는 일이 가능하다는 것입니다.

핵심은 건물 내의 특정 인프라에 방해받지 않는 기술입니 다. 애셔드 도니키안(Ashod Donikian) 내비센스 CEO는

“모션센서 측정 시스템은 3가지 가속기와 3가지 자이로스 코프 등 여러 가지 센서로 구성되어 있다”며 “센서가 중력 과 각회전에 관한 정보를 수집하면 소형 컴퓨터가 계산 알 고리듬을 이용해 물체의 위치, 방향, 상태를 결정한다”고 설명했습니다.

야외에서 자신의 위치를 파악할 때 사용하는 위치확인시스템 즉, GPS(Global Positioning System)는 이제 필수품이 되었습니다. 그러나 높은 빌딩 등 구조물이 밀집한 거리나 실내에서는 제대로 작동되지 않는다는 단점을 가지고 있죠.

GPS와 위성 간에 주고받는 신호가 지붕이나 벽에 의해 방해를 받아 약화되거나 분산되기 때문입니다.

그런데 최근에는 실내에서도 위치정보를 정확하게 파악할 수 있는 기술이 속속 등장하고 있습니다. 무선랜(Wi-Fi), 초 광대역 통신(UWB), 근거리 무선통신(RFID) 등 무선 네트워크 시스템의 위치정보를 이용하는 것입니다.

모션센서로 위치정보를 파악하는 기술이 개발되었다.

ⓒNavisens

프롤로그 ②

스마트폰의 센서

1980년대 이후 반도체와 컴퓨터의 발전으로 전자공학 분야가 급속하게 발달하였습니다. 이로 인해 여러 가지 센서 의 이용이 많아졌는데 최근 센서 기술이 비약적으로 발전하면서 소형화에 성공하여 작은 스마트폰 하나에 여러 종류의 센서를 탑재할 수 있는 수준까지 도달했습니다.

스마트폰의 전신으로 불리는 PDA(Personal Digital Assistant, 개인 정보 단말기)는 최초 시장 출시 당시 휴대용 컴퓨 터 단말기란 특징을 갖고 있었는데요, 그 후 PDA의 복합 컴퓨팅 기능을 휴대전화에 통합한 스마트폰의 등장은 PDA의 몰락을 초래하면서 새로운 모바일 세상을 이끌어 가고 있습니다.

스마트폰은 전용 운영체제와 별도의 데이터 및 프로그램 저장용 메모리를 갖고 있다는 점에서 일반 휴대전화와 구분 되며, 음성 통신 서비스를 위해 항상 네트워크에 연결된 상태라는 점에서 PDA와도 다른 특징을 지니고 있습니다. 소비 자는 스마트폰으로 일반 음성 통신뿐 아니라 전자우편, 모바일 웹 검색, 다양한 프로그램의 설치 및 실행 등이 가능하 며, 음악이나 동영상 등 멀티미디어 콘텐츠를 이용하는 것도 가능해졌습니다.

여기에 반도체 기술을 밑바탕으로 첨단 센서가 스마트폰에 장착되면서 모바일 혁명을 이끌고 있습니다. 처음에는 마 이크로폰과 소형 카메라가 탑재되었고, 그 후 터치스크린, 트랙패드, 광학패드 등의 입력 장치가 들어왔습니다. 또한 사 용자의 위치와 상태 정보를 제공하는 GPS 센서, 가속도 센서, 지자기 센서가 접목되었고, 자이로스코프 센서와 기압, 온도 센서까지 탑재되었습니다.

스마트폰은 올인원 디바이스(all in one device)로 휴대할 수 있는 컴퓨터, 개별적 디지털 기기(카메라, MP3, 녹음기 등)의 모음으로 변화했으며 현재는 센서 기술을 활용하여 헬스케어, 무인항법, 증강현실 등과 연계해 나가고 있습니다.

조만간 스마트폰에는 열ㆍ자외선 감지 센서와 방사능 센서, 유해물질 감지 센서 등 주변 환경을 인식하는 센서가 들어 가고 홍체 인식 등 생체 인식 기능이나 건강 진단 센서 등도 들어갈 것으로 예상됩니다.

이처럼 스마트폰의 다양한 센서를 응용할 수 있는 분야는 너무나 넓지만 이중 ‘건물 붕괴 재난 안전 관리’라는 주제로 한정하서 스마트폰의 센서와 그 기능을 어떻게 활용할 수 있는지에 대해 알아봅시다!

http://www.sciencetimes.co.kr/?p=113472&cat=135&post_type=news&paged=30 참고자료

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 12

프롤로그 ③

가속도 센서의 원리

가속도 센서는 쇠구슬에 스프링을 연결한 것과 같은 구조를 가지고 있습니다. 스프링의 한쪽 끝에 쇠구슬을 연결하고 반대쪽 끝을 손으로 잡아당기면 쇠구슬이 스프링에 따라서 움직일 텐데요. 뉴턴의 관성의 법칙에 따르면 ‘정지해 있는 물체는 계속 정지해 있도록 만들고 움직이던 물체는 계속 움직이게 만드는 힘’이 있다고 합니다. 그래서 스프링의 한쪽 끝을 잡아끌면 쇠구슬은 가만히 있으려는 힘 때문에 스프링만 먼저 늘어나고 잠시 뒤에 쇠구슬이 따라오는 현상을 볼 수 있죠.

그런데 스프링이 늘어나는 양은 상태에 따라 달라질 수 있는데요. 가령 스프링을 빨리 잡아당기면 정지해 있으려는 쇠구슬 때문에 그만큼 많이 늘어나게 됩니다. 반대로 스프링을 천천히 잡아당기면 조금만 늘어난 상태를 가지게 되죠.

이러한 현상은 스프링을 잡아당기는 속도에 비례한다고 볼 수 있는데요. 결과만 놓고 보자면, 속도가 빨리 변하면 스프 링이 많이 늘어나게 되고 속도의 변화가 적으면 스프링이 적게 늘어나게 됩니다. 그래서 스프링이 늘어나는 양은 속도 가 변하는 양 즉, 가속도에 의해서 결정된다고 보는 것입니다.

이 원리를 이용하여 가속도를 측정하는 칩을 만들면, 가속도센서라고 부르는 칩이 됩니다. 센서라는 것은 데이터를 측정할 수 있는 부품을 의미하는데요. 그래서 가속도센서라고 하면 속도가 변하는 양 즉, 가속도를 측정하는 센서칩입 니다.

요즘 나오는 가속도센서들은 앞서 언급한 예와 같이 한쪽 방향만 측정하지 않습니다. 보통은 3차원으로 즉, X Y Z 측 면으로 모두 스프링이 연결된 것과 같이 세 방향을 모두 측정할 수 있는데요. 그 결과 프로세서는 가속도센서가 어느 방 향으로 얼마나 움직였는지 입체적으로 판단할 수 있습니다.

Bill Hammack 교수 영상

https://www.youtube.com/watch?v=KZVgKu6v808 가속도 센서는 스프링이 달려있는 쇠구슬과 같은 구조를 가지고 있 으며 스프링이 늘어난 길이만큼을 데이터로 인식합니다.

출 처

프로세서가 가속도 센서로부터 데이터를 얻으면 움직이는 방향과 움직이는 양을 얻을 수 있기 때문 에 사용자가 어떤 동작을 하고 있는지 알 수 있습니 다.

예를 들어, 밴드형 웨어러블 디바이스의 가속도 센 서는 사용자가 걸을 때는 움직이는 속도가 적으므로 가속도의 값 또한 적을 것입니다. 반면에 사용자가 뛰게 되면 속도가 증가하므로 가속도의 값 또한 커 지게 되겠죠. 이 데이터를 프로세서가 인식할 수 있 다면 현재 사용자가 걷고 있는지 뛰고 있는지 알 수 있는 것입니다.

이는 실제의 데이터를 측정해서 확인해보면서 이 야기하면 이해가 쉬울 것으로 생각되는데요. 쉽게 이해할 수 있도록 실제 센서를 손목에 차고 걸을 때 와 뛰어갈 때의 데이터를 측정해봤습니다.

먼저 걷는 상태를 측정해 봤는데요. 걷는 사람의 모습을 제삼자의 입장에서 살펴보면, 다리는 일정한 간격의 보폭을 유지하면서 앞으로 나아가는 것처럼 보일 것입니다. 그리고 팔은 앞뒤로 조금 흔들게 되겠죠. 이때 손목에 차고 있는 센 서의 입장에서 살펴보면, X Y Z의 방향이 각각 달라서 센서의 데이터도 방향에 따라 달라질 것임을 예상할 수 있는데 요.

도표를 보면, 걸으면서 센서의 X Y Z 데이터들을 측정해봤을 때, 제일 아래의 X는 크게 변하지 않는 것을 볼 수 있습 니다. 그 이유는 팔의 움직임으로 생각해보면 쉽게 알 수 있는데요. 팔은 앞뒤로는 많이 움직이지만 좌우로는 크게 움직 이지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 그 결과 X의 데이터가 크게 움직이지 않는 것입니다. 반면에 나머지 Y와 Z의 데이 터는 많이 움직이는 것을 볼 수 있으며 이 데이터로부터 걸어갈 때 팔이 앞뒤로 많이 움직인다는 것을 알 수 있습니다.

이번엔 달리기를 측정한 데이터인데요. 달리기는 걷는 것보다는 팔을 빨리 움직이게 되고 많은 움직임을 보입니다.

그래서 그래프가 걷는 것에 비해 활발히 움직이는데요. 이러한 데이터들을 분석하면 몇 걸음을 걷고 있는지 얼마나 빨 리 걷는지 등을 알 수 있기 때문에 칼로리 계산도 가능합니다.

걷고 있을 때 센서의 데이터이며 한 걸음을 내딛을 때마다 봉우리와 같은 데이터가 만들어집니다.

<미래를 바꿀 IT 과학이야기>

– 이재영 (로드북)

내용 출처

다음 문제를 해결해보세요.

문제 ②

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 14

프롤로그 ④

Flipped Learning (거꾸로 학습)

Flipped learning은 이전의 교실에서 이루어졌던 수업 학습 활동을 교실 수업과 수업 전 학습 활동으로 나누어 교실 수업의 공간적, 시간적 제한을 뛰어넘어 학습의 효과를 최대화하는 교수-학습 방법입니다. 거꾸로 수업은 이전에 이루 어지던 학생들이 교실에서 수업에 참여하고 집에서 숙제를 수행하는 학습과정의 순서와 학습내용을 바꾸는 것입니다.

즉 교실 수업에 이루어지던 학습내용을 집에서 학습하고, 집에서 했던 숙제를 교실 수업 시간에 하는 것입니다. 교실 수 업 전 학습 활동은 인터넷, 스마트폰 등의 다양한 스마트 매체를 통하여 제공됩니다.

이때 수업에서 교사의 역할은 지식을 전달하는 것이 아니라 학생들을 도와주는 것입니다. Flipped learning에서는 교실 수업의 100% 시간을 온전히 학생들과의 상호작용에 사용하며 학습의 목적을 수업에서 학생 중심의 자기 주도적 학습을 실현하는 것에 두고 있다고 할 수 있습니다. Flipped learning을 통해 학습자는 자신에게 필요한 맞춤형 교육을 받을 수 있고 교사는 단순한 지식을 반복 전달하는 것이 아니라 진정한 학습 코치가 되어 학생들에게 더 긴밀하고 적절 한 도움을 줄 수 있습니다.

다음 빈 칸을 채워 보세요.

뉴턴의 관성의 법칙

가속도와 속도의 관계 속도와 거리의 관계

문제 ①

- 수업 전 교사가 미리 제공한 동영상을 통해 학습한 내용을 간단히 정리해 보자.

원점에서 출발하여 수직선 위를 움직이는 점 P의 시각 t에서의 속도 v(t) 의 그래프가 오른쪽 그림과 같을 때, 다음을 구하여라.

(단, 0≤t≤6 )

1) 점 P의 시각 t 에서의 위치 ¹⁰

2) 시각 t=3에서 t=6까지 점 P가 움직인 거리 ^7.5

https://youtu.be/QpDgWTOk6wQ 미적분과통계기본 _ 우정호(두산동아) 영상자료

문제출처

※학습유의점※

※Flipped Learning전략을 활용하는 이유는 자기주도 및 활동 중심의 수업을 효과적으로 이끌어내기 위해서 이다. 따라서 학생들이 반드시 사전 학습을 실시했는지 확인하고 간단한 정리활동을 통해 학습내용을 되새겨 볼 수 있게 한다.

[학생답안예시]

뉴턴의 운동 제 1법칙으로 물체에 힘이 작용하지 않으 면 그 물체는 운동 상태를 유지한다.

가속도를 적분하면 속도가 된다.

속도를 적분하면 거리가 된다.

웹툰을 즐겨 보는 나는 <삼풍>이라는 제목의 웹툰을 접한 이후로 마음 한구석에 자리 잡은 무거운 느낌을 지울 수가 없다. 어느 날 한순간에 붕괴된 도시 한복판의 대형 백화점, 무너진 건물 아래 깔려 생사의 기로에 선 수많은 사람들과 아수라장이 된 사고 현장에 달려가 목 놓아 이름을 부르짖는 그들의 가족들. 분노와 슬픈 마음이 일어 사고와 관련된 여러 기사들을 찾아보던 중 놀라운 사실을 알아냈다.

붕괴 사고 이후 17일 만에 극적으로 구출된 마지막 생존자가 하마터면 잔해를 치우는 과정에서 2차 붕괴로 인 해 목숨을 잃을 뻔했다는 것이다. 무너진 건물 사이로 새어나오는 불을 진압하기 위해 뿌려진 물 때문에 지하에 매몰된 생존자가 익사하는 안타까운 일도 있었다. ‘과연 생존자가 있다는 사실을 알았더라면, 어디에 있는지 알 았더라면…’ 보다 많은 사람들을 구조할 수 없었던 당시의 상황이 안타깝게 느껴졌다. 만약 지금의 나라면 단 한 명이라도 더 찾을 수 있지 않았을까?

언제 다시 발생할지 모르는 건물 붕괴 재난에서 생존자들을 수색하고 찾아내 많은 사람들을 구조해내는 방법 을 찾고야 말겠어!

웹툰 [삼풍]

http://webtoon.

daum.net/webtoon/

view/sampung

생각 열기

1

2

1.그림출처

2.사진출처 MBC

https://www.youtube.

com/watch?v=R_

SJMqOPl_0

※학습유의점※

상황제시에서 가장 중요한 것은 내면화 를 통한 공감이다. 상황이 실제 자기에 게 일어날 수도 있다는 생각을 가지고 적극적인 자세로 문제해결에 도전할 수 있도록 유도한다.

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 16

어떤 연구기관의 조사에 따르면 지난 해 11월 현재 우리나라의 스마트폰 이용자 수는 4천 38만명에 달한다 고 합니다. 전체 인구 4천 900만명 중 83%가 스마트폰을 사용한다는 것인데, 이 수치는 전 세계 4위에 해당 하는 것입니다. 전 국민이 사용한다고 해도 무방할 스마트폰! 이 스마트폰이 스마트할 수 있는 이유는 내장된 다양한 센서들 덕분입니다. 스마트폰에 탑재된 각종 센서를 조사해보고 건물 붕괴 재난 현장에 적용할 수 있 는 방법에 대해 조사해보세요.

보드나라

http://file.bodnara.co.kr/logo/insidelogo.

php?image=%2Fhttp%3A%2F%2Ffile.bodnara.co.kr%2 Fwebedit%2Fhardward%2Fsmartphone%2Fsmartphone_

sensors%2Fsmartphone_sensor_13.jpg

생각 펼치기

문제 상황 분석하기

스마트폰에 내장된 센서 알아보기 (모둠) 활동 ①

활동 ②

위의 문제 상황을 한 줄로 간단히 정리해보세요.

자신이 건물 붕괴 재난 현장에서 생존자들을 수색하는 대원이 되었다고 가정했을 때, 어떤 방 법을 사용하는 것이 가장 안전하고 신속할지 자신의 경험 또는 언론매체를 통해 들은 이야기를 바탕으로 자유롭게 기술해 보세요.

에서 언급한 방법을 평소에 우리가 쉽게 접할 수 있는 물건 또는 기기와 연관 지어 생각해봅 시다. 어떻게 활용할 수 있을까요?

1

2

2 3

그림출처

※학습유의점※

붕괴된 건물 잔해 속에 갇혀 있는 생존 자들을 구해내야 할 필요성을 학생들이 느낄 수 있도록 유도해야한다. 또한 이 런 과정에서 문제를 탐구하고 해결방안 을 자유롭게 생각해볼 수 시간을 충분 을 준다. 학생들이 서로 논의하거나 토 론을 유도하는 것은 좋은 방법이 된다.

※활동2에서는 인터넷 검색을 통해 스마트폰에 내장된 다양한 센서들의 종류와 기능, 활용, 원리를 파악하고, 건물 붕괴 재난 현장에 적용할 수 있는 센서를 선택 하고 서로 접목시켜 수색 방법을 강구해낼 수 있도록 유도한다.

특히 가속도 센서의 원리에 대한 학습이 잘 이뤄질 수 있도록 유도한다.

[학생답안예시]

[학생답안예시]

[학생답안예시]

1 스마트폰에 내장된 센서의 종류와 기능, 활용에 대해 조사하여 친구들에게 소개해보세요.

이미지 센서, 조도 센서, 터치 센서, 지문인식 센서, 근접 센서, GPS 센서, 지자기 센서, 중력센서, 가속도 센서, 자이로 센서 등

센서의 종류 이미지 센서 조도 센서 터치 센서 지문인식 센서

근접 센서

지자기 센서 중력 센서

가속도 센서

자이로 센서 GPS 센서

기 능 활 용

피사체 정보를 검지하여 전기적인 영상신 호로 변환하는 장치 또는 전자부품

주변의 밝기를 감지

터치를 인식(감압식:압력, 정전식:사람의 정전기)하여 신호 입력

에이리어(Area)방식, 또는스와이프(Swipe) 방식을 통해 사람의 지문 인식 물리적 접촉 없이 전자계의 힘을 이용하여

물체의 존재여부, 통과, 연속흐름, 적체 등 감지

지구 주위의 다수의 GPS 위성간의 시간차 를 계산하여 현재 위치 식별

지구 자기장을 이용해 방위각 탐지

스마트폰이 가로 방향인지, 세로방향인지를 인식

스마트폰이 움직이는 속도의 변화나 충격 등 힘의 세기 감지

단말기 회전 상태를 6축으로 감지하여 스 마트폰의 높이, 회전, 기울기 인식

현재 스마트폰의 위치와 시간 정보 파악, 위치기반 서비스(LBS) 구현 위치기반 서비스(LBS) 구현 지도, 무전기, GPS, PDA, 내비게이션 항법

장치, 금속탐지 자동 화전을 통해 화면 보정 위치기반 서비스(LBS) 가능, 체험형 게임

구현

자동차, 기차, 선박, 비행기 등 각종 수송수 단, 공장자동화 및 로봇 등

제어시스템에 필수,

네비게이션 어플, 런닝과 자전거 라이딩의 기록용 어플

가속도 센서를 보완하여 좀 더 정밀한 동작 인식

게임과 증강현실에 활용 통화중 불필요한 터치를 방지할 수 있도록 귀에 스마트폰을 가져다 댈 경우 화면이 자

동으로 꺼짐

잠금 해제, 결제 시스템 등 주로 보안 관련 카메라, 사진 촬영

주변 밝기에 따라

LCD 조명 조절, 배터리 낭비 최소화 & 화 면 가독성 개선

스마트 폰에서의 직관적인 조작을 가능하게 함

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 18

★ 참고자료(학생답안예시)

2

3

에서 조사한 센서들 중 건물 붕괴 재난 현장에서 활용될 만한 센서를 3가지 고르고, 센서의 원리와 선정한 이유를 설명해보세요.

붕괴된 건물 잔해에 매몰된 사람이 스마트폰을 가지고 있었고, 매몰되기 직전까지의 센서 기록을 알 수 있다고 가정할 때, 이 기록들을 이용해서 사람들의 위치를 찾아낼 방법을 강구하여 발표해보세요.

1

보드나라

http://file.bodnara.co.kr/logo/insidelogo.

php?image=%2Fhttp%3A%2F%2Ffile.bodnara.

co.kr%2Fwebedit%2Fhardward%2Fsmartph one%2Fsmartphone_sensors%2Fsmartphone_

sensor_15.jpg 그림출처 [학생답안예시]

[학생답안예시]

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 20

생각 다지기

매몰된 사람들의 위치를 파악하라! (모둠) 활동 ③

우리는 Flipped Learning을 통해 가속도로부터 속도와 위치를 알아낼 수 있음을 배웠습니다. 실제로 건물 이 붕괴되었을 때, 실종자의 스마트폰에서 측정된 가속도 기록을 조사하면 그의 위치를 파악해낼 수 있는 것입니다. 가속도 측정 어플을 활용하여 상대 모둠의 최종 위치를 찾아내는 게임을 해보세요!

게임방법

가속도 데이터 기록 / 사전 활동

가속도 센서가 내장된 스마트폰을 준비한다.

앱(App) 장터에서 “G-Sensor Logger” 어플을 다운로드 받아 설치한다.

좌측 하단의 설정 버튼을 누르고 그림과 같이 Filter Type을 Moving Average(MA)로, Filter Size는 4로 설정하고, Y 박스 에만 체크한다.

앱을 실행시킨 스마트폰을 카트나 수레에 단단히 고정하고,

“Start” 버튼을 누른 뒤 일직선상에서 10초간 앞으로 운동한다.

10초 후에 “Stop” → “Save session” → “CSV (Excel)” 체크

→ “OK” 클릭 → 하단 File name 에 ‘모둠 이름’이 입력한 후 Save” 클릭 → “OK” 클릭 → 하단 중앙 공유 버튼 클릭 → ‘모 둠 이름’ 파일 클릭 후 “Open” 버튼 클릭 → 이메일로 전송 시작 위치와 최종 위치간 거리의 차이를 측정하고 이 값을 교사 에게 알린다. 계산 결과와 자료 간 오차가 가장 적은 한 모둠의 자료를 본 게임에 사용한다.

1 2 3

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5

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※교사는 가속도 데이터 분석 활동에 앞서, 학생들이 제출한 자료 중 오차가 가장 작은 자료를 선정하고 학생들이 계산할 수 있는 수준으로 가공해야 한다. 따라서 가속도 데이터 기록을 사전에 해야 한다.

※학습유의점※

활동3에서는 스마트폰을 카트나 수레에 단단히 고정시 키는 이유가 오차를 줄이기 위한 방법임을 학생들 스스 로 깨닫게끔 유도한다.

모든 위치 정보를 파악할 때까지 걸린 시간과 위치의 정확도를 점수로 환산해 가장 높은 점수를 획득한 모둠을 선정한다.

게임에서 승리한 모둠과 가장 저조한 점수를 획득한 모둠이 몇 초 단위로 데이터를 분석했는지, 계산이나 그래프 변환과 같은 역할을 어떻게 분담했는지, 오차를 줄이기 위해 어떤 노력을 하며 게임을 풀어나갔는지 등을 발표해보세요.

가속도 데이터 분석 / 본 활동

가속도 데이터 분석 / 본 활동

우승 모둠 선정

발 표

교사로부터 CSV 파일과 초기 위치 정보를 받은 후 분석을 시작한다.

데이터가 방대하므로 시간(Time (s))을 0.1초, 0.5 초, 혹은 1초 단위로 잘라 요약한다.

해당 데이터를 시간–가속도 그래프로 변환시켜 속도에 관한 데이터를 얻는다.

③에서 얻어낸 속도 데이터를 이용하여 최종 위치 를 파악한다.

①~④의 과정을 반복하여 다른 모둠의 최종 위치 를 모두 알아낸다.

1 2

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점수 측정법

가장 적은 시간에 분석을 마친 모둠에 5점을 부여한다. 그 다음부터는 4점, 3점 순으로 점수를 부여 한다. 가장 정확한 위치를 구한 모둠에 7점을, 그 다음 모둠부터는 6점, 5점 순으로 점수를 부여한 다. 시간 점수와 정확도 점수를 합산한 점수를 모둠의 최종 점수로 기록한다.

1

2

게임을 하면서 느낀 점을 써보세요.

실제로 매몰된 사람들을 찾기 위해서 오차를 더욱 줄여야 할 것입니다.

정확도를 더욱 높이기 위해서 어떤 부분에 신경을 써야 할지 토론해보세요.

※학습유의점※

게임을 한 후 데이터 분석 방법이나 역할 분담, 오차를 줄이기 위한 노력 등 을 친구들에게 발표하고 질의 응답하는 과정을 통해 의견수렴 및 소통의 기 회를 가질 수 있다.

[학생답안예시]

[학생답안예시]

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 22

생각 되돌리기

생명 활동 감지 어플리케이션을 구상해보자! (모둠)

1.미션 파악하기

2. 아이디어 선정하기 활동 ④

지금까지 붕괴된 건물 아래 매몰된 사람들의 위치를 알아내는 방법에 대하여 고민했습니다. 이제부터는 조금이라도 빨리 그들의 생존 여부를 파악해야 합니다. 살아 있는 사람들, 그 중에서도 치료가 빨리 필요한 이들부터 먼저 구조해야하기 때문 입니다. 어떻게 하면 매몰된 사람들의 생사 여부를 판단할 수 있을까요?

스마트폰에 내장된 센서들을 활용하여 생명 활동을 감지할 수 있는 어플리케이션을 설계해보세요!

스마트폰에 내장된 다양한 센서들을 활용하여 생명 활동 여부 파악에 도움이 되는 어플에 대한 설계 아이 디어를 제시해 보세요. 미션의 세부 사항은 다음과 같습니다.

해결해야 할 문제가 무엇인지 명확하게 파악한 후 주어진 조건과 상황을 고려하여 가장 적절한 해결 방 법을 찾습니다. 이때 자신의 생각만을 고집하지 말고 여러 사람의 생각을 모아 힘을 합치면 더 좋은 결 과를 만들어 낼 수 있습니다.

아이디어 산출 준비 단계에서는 아이디어 산출을 시작하기 전에 주어진 미션 해결에 필요한 지식을 정 리하고, 선행 학습에서 배운 내용을 점검해 봅니다. 또한 미션 수행에 필요한 상황과 제공되는 조건들을 꼼꼼히 나열하고, 체크해 봅시다.

팀원 각자의 아이디어를 공유한 다음, 미션을 해결하기 위한 가장 좋은 방법을 결정합니다. 이 단계에서 는 실행 가능성과 가치, 파급 효과 등을 아이디어의 선정 기준으로 활용하도록 합니다.

생명 활동 감지에 도움이 되는 앱 설계하기

아이디어를 선정할 때 다음의 기준을 고려합니다.

• 스마트폰에 탑재된 센서의 기능을 활용해야 한다.

• 기존의 어플과 구분되는 참신한 기능이 포함되어야 한다.

• 최종 설계된 어플은 아이디어 제안서에 작성하여 제출한다.

• 아이디어 제안서의 형식은 자유지만, 보는 사람이 편의성을 고려해야 한다.

해결 과제의 목표와 관련이 있는가?

아이디어가 창의적인가?

주어진 시간에 해결할 수 있는가?

아이디어가 실현 가능성이 있는가?

아이디어 제안서 작성에 참고할 수 있는 관련 자료가 있는가?

1

2

3

※학습유의점※

활동4에서는 민주적이고 적극적인 모둠 협의를 통해 아이디어의 발산과 의견수 렴의 과정이 원활하게 이뤄질 수 있도록 안내한다.

3. 아이디어 정리하기

아이디어를 개략적으로 정리해보세요.

어플에 활용되는 스마트폰 센서의

종류와 기능

어플의 참신성

어플의 편리성

어플의 응용 가능성

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 24

★ 참고자료(학생답안예시)

활동지 4. 아이디어 제안서 작성하기

토의를 통해 얻은 아이디어를 제안서로 작성해보세요. (주어진 양식은 자유롭게 변경 가능함)

아이디어 제안서

실내 위치 모둠명 인식 기술

제 목

기능 및 활용 요약

이용 설명서 (그림 포함)

기존 어플과의

차별성

★ 참고자료(학생작품)

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 26

활동지 5. 아이디어 제안서 평가하기(모둠별 평가)

제목 : 모둠명 : 평가

학생 단계

상황분석

구상

제작

목표달성

문제 상황에 대한 해결과제가

타당한가?

프로젝트 계획서의 내용이

충실한가?

구상한 아이디어 가 창의적이며 실현 가능한가?

구성원 사이에 역 할 분담이 제대로

이루어졌는가?

아이디어 제안서 가 상세하고, 이해 하기 쉬운가?

결과물이 미션의 목표를 잘 달성하

였는가?

평가항목 평가기준 교사

A 문제 상황에 대한 해결 과제가 매우 타당하다.

B 문제 상황에 대한 해결 과제가 어느 정도 타당하다.

C 문제 상황에 대한 해결 과제의 타당성이 부족하다.

A 프로젝트 계획서의 내용이 매우 충실하다.

B 프로젝트 계획서의 내용이 보통이다.

C 프로젝트 계획서의 내용이 부실하다.

A 창의적이며 실현가능하다.

B 창의적인 면은 부족하나 실현 가능성이 있다.

C 창의적인 면이 부족하고 실현 가능성이 낮다.

A 역할 분담이 매우 잘 이루어졌다.

B 역할 분담이 어느 정도 이루어졌다.

C 역할 분담이 원활하게 이루어지지 않았다.

A 아이디어가 구체적이고 이해하기 쉽다.

B 아이디어가 약간 추상적이며 어느 정도 이해 가능하다.

C 아이디어가 구체성이 부족하며, 이해하기 어렵다.

A 아이디어가 구체적이고 이해하기 쉽다.

B 아이디어가 약간 추상적이며 어느 정도 이해 가능하다.

C 아이디어가 구체성이 부족하며, 이해하기 어렵다.

건물 붕괴 재난에 대한 구조 활동 _ 28

진로탐색을 위한 직업소개

응급구조사

필요한 적성과 능력은?

앞으로 직업 전망은 어떤가요?

응급구조사가 되려면?

응급구조사는 상담이나 구조 업무를 수행하며, 법령에 정해진 범위 내에서 현장의 응급 처치, 환자의 이송 그리고 의료 기관 안에서 응급 처치를 합니다. 응급 환자의 신고 접수를 받으면 구급차를 이용하여 신속하게 현장에 출동하여 환자의 상태를 자세하게 측정파악한 후 필요한 응급처치를 합니다.

응급 처치가 끝난 후 응급 의료 시설로 환자를 이송하고 응급처치 상황과 부상자의 처치 내용을 기록하여 응 급 센터나 담당의사에게 서면이나 구두로 보고합니다. 응급 상황에 대비하여 평소 차량과 장비의 안전 점검 을 실시하며, 환자의 응급 처치에 사용되는 의료용품을 점검 하여 교체하거나 보충합니다.

응급구조사는 항상 긴급한 상황에서 응급처치 업무를 수행하므로 순간적인 판단력 및 순발력이 필요하며, 모든 상황을 침착하게 대처할 수 있는 문제해결능력이 요구됩니다. 환자의 생명을 다루는 직업으로 봉사정 신과 소명의식이 필요하고, 급박한 상황에서 업무를 수행하므로 침착하게 대처할 수 있는 능력이 요구됩니 다. 사회형과 현실형의 흥미를 가진 사람에게 적합하며, 스트레스 감내, 남에 대한 배려, 적응력, 자기통제 능 력 등의 성격을 가진 사람들에게 유리합니다.

안전사고 및 산업재해가 늘어나고, 주5일 근무의 확대 실시로 여가 활동 중 다양한 사건사고들이 증가함에 따라 응급구조사에 대한 수요가 늘어나 응급구조사에 대한 일자리전망 점수가 평균보다 높게 나타났습니다.

응급환자를 이송하는 등의 육체적 스트레스 수준이 높기 때문에 근무여건 영역의 점수가 낮게 나타났지만, 응급처치 및 의료에 대한 높은 수준의 전문지식을 갖추고 있어야 하며 사회적 평판이 높고 업무를 통해 공공 의 안전에 기여할 수 있는 사회봉사 수준이 높기 때문에 직업전문성 영역의 점수가 높게 나타났습니다.

응급구조사가 되기 위해서는 전문대학 및 대학교에서 응급구조학을 전공하는 것이 유리합니다. 서울시소 방학교, 중앙소방학교, 경기도소방학교, 국군군의학교, 교육양성기관에서 응급구조사가 되기 위한 직업훈련 을 받을 수 있습니다. 응급구조사가 되려면 응급구조학과를 졸업하고 응급구조사(1·2급) 국가시험에 합격한 후 보건복지부장관으로부터 면허를 발급받아야 합니다.

Q

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보이지 않는 적, 미세먼지를 검거하라!

6 차시

고등학교 차시대체형①

[ 교사용 ]

보이지 않는 적, 미세먼지를 검거하라! _ 30

보이지 않는 적, 미세먼지를 검거하라!

고등학교 차시대체형 STEAM

1. 주제 개요

가 . STEAM 열기

본 프로그램은 ‘과학적 재난안전관리’를 주제로 고등학교 수업에 활용 가능한 Flipped Learning 전략을 적용한 융합 인재교육(STEAM) 프로그램이다. 고등학교 총 12차시 프로그램 중 본 차시는 ‘미세 먼지로 인한 재난’의 상황을 다루 고 있으며, 사이값 정리를 통해 미세먼지로 인한 재난의 심각성을, 정전기 유도 현상이 실내 미세먼지 문제 해결의 열 쇠가 될 수 있음을 이해함으로써 창의적 설계기반의 융합적 사고력, 문제해결력 등을 배양할 수 있도록 내용구성을 하였다. 특히, 학생들은 Flipped Learning을 통해 실제 STEAM 수업에서 창의적인 지식, 제품, 작품을 산출하는데 더욱 몰입하게 될 것이다. 본 차시의 주요 활동으로는 인터넷 동영상과 모바일 앱을 통해 미세먼지 재난의 심각성과 대기 오염 물질의 종류, 정전기 유도, 사이값 정리를 이해하고, 더 나아가 활동 3에서 제시된 실험 및 보고서 작성을 통해 실 제 문제 상황에 적용하게 될 것이다. 또한 최종적으로는 미세먼지 예보등급에 따른 행동요령과 여러 활동을 통해 얻 은 수학·과학적 지식을 주제로 한 디지털 매체 음악 작품을 산출해낼 수 있도록 유도하고 있다. 따라서 학생들은 이 과 정에서 과학기술이나 핵심 개념 및 원리 등을 수학, 과학, 기술-공학, 예술 등의 총체적인 측면에서 이해함과 동시에 창의적 설계 및 감성적 체험이 가능할 것으로 기대한다.

나 . 본시 STEAM 수업의 주요 구성 및 준비물

상황 제시 내용 융합 평가 / 보상

영화에서 먼지로 인해 지 구가 황폐해져 가는 설정 을 가볍게 생각하던 중, 황사 유입에 관한 재난 문자와 초미세먼지 주의 보 발령을 알리는 TV 뉴 스 속보를 보고 점차 심 각함을 느낌. 초미세먼지 로 인해 폐암에 걸린 8살 어린이에 관한 뉴스를 보 고 미세먼지에 대응하고 자 함.

창의적 설계 감성적 체험

문제 상황 분석하기 PM10 수치가 100㎍/㎥

인 때가 몇 번이나 있었 을까?

미세먼지 농도를 낮출 수 있는 방법은?

미세먼지 행동요령을 노 래와 랩으로 표현해보자!

미세먼지 농도를 낮추는 방식에 대한 아이디어를 창출하는 과정에 서 의사소통, 실험하는 과정에서 협동과 배려의 중요성을 인식할 수 있음.

미세먼지 농도를 낮추는 방식에 대한 아이디어 속에서 과학적 원 리를 파악함으로써 과학 지식의 가치를 인식할 수 있음.

방대한 자료를 분석하고 가공하는 과정에서 수학적 지식을 산출할 수 있음.

직접 노래와 랩을 작사, 작곡하여 발표함으로써 자신감과 성취감을 경험.

평가

보상 체크리스트 평가

모둠 및 개인별 누적 보상

새로운 문제에 도전

2. 학습 목표

3. STEAM 과목 요소

4. STEAM 단계 요소

활동순서

1 2 3 4

활동명 준비물

문제 상황 분석하기

PM10 수치가 100㎍/㎥인 때가 몇 번이나 있었을까?

미세먼지 농도를 낮출 수 있는 방법은?

미세먼지 행동요령을 노래와 랩으로 표현해보자!

활동지 필기구 스마트폰

노트북 또는 Desktop 컴퓨터

정전기 유도와 유전분극 현상을 이용하여 미세먼지를 제거하는 원리를 파악할 수 있다.

미세먼지에 관한 대기환경기준을 몇 차례 넘나들었는지 조사하며 사이값 정리를 유도할 수 있다.

미세먼지 등급에 따른 행동요령과 각종 활동을 통해 파악한 수학·과학적 개념을 주제로 한 음악을 만들 수 있다.

본 프로그램의 상황 제시는 먼지로 황폐해져가는 지구를 배경으로 한 영화에서 시작된다. 많은 학생들이 접 하고 있는 영화, TV 뉴스, 인터넷 신문 등을 소재로 하여 학생들이 쉽게 흥미를 느끼고, 자연스럽게 ‘미세먼지 재난’에 대한 여러 사실들을 찾아볼 수 있게끔 하였다. 특히, 실제로 학생들도 받고 있는 재난 문자와 안타까운 내용의 뉴스 기사를 통해 학생 스스로 미세먼지 재난에 대응하는 방법을 조사하고자 하는 의지를 다질 수 있도 록 내용구성을 하였다. 학생들은 미세먼지의 심각성과 정전기 유도, 유전 분극 현상에 관해 이해해나가면서 미 세먼지 농도를 낮추고, 피해에 대비하는 구체적인 방안을 설계해보고 다양한 산출물을 구성할 수 있게 될 것이 다.

S 미세먼지 제거에 활용될 수 있는 정전기 유도와 유전 분극 현상 탐구하기 T/E 미세먼지 농도 측정기를 통해 미세먼지 수치 자료 추출

M 추출한 미세먼지 수치 자료를 분석하여 사이값 정리라는 수학적 지식을 산출

A 미세먼지 등급에 따른 행동요령과 관련 수학·과학적 개념을 주제로 작사, 작곡한 작품 산출 물 리 I

미적분 I

음악과생활

상황제시