2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
2019. 11 . 15
울 산 중 학 교
【 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
과 제 개 요
과제명 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영
STEAM 프로그램
구분
유형 (유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( √ ) 프로그램명 로봇과 3D프린터를 융합한 과학적 창의력 신장 Maker 수업 모델
개발
학교급 중학교 대상 학년(군) 전학년
중심과목 과학 중심과목
성취기준 영역 [중학교] (여러 가지 힘), 전기와 자기
연계과목
수학 과학 기술
연계과목 성취기준 영역
[중학교 1학년] (3) 전기의 활용 [중학교 1학년] <기계>
[중학교 1학년] <여러 가지 힘, 빛과 파동>
연구기간 2019.5.16. ~ 2019.11.30.
연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000) 참여연구원 5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명)
연구 수행자에 관한 사항
구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명
연구책임자 울산중학교 과학 교사 박진철
공동연구원 울산중학교 과학 교사 조연희
공동연구원 울산중학교 기술 교사 송수정
공동연구원 우정초등학교 초등 교사 박오순
공동연구원 함월초등학교 초등 교사 김정현
2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아
융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 최종 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2019년 11월 15일
연구책임자 : 박 진 철 (인)
“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
목 차
1. 요약문··· 1
2. 서론··· 1
가. 연구의 필요성 ··· 1
나. 연구의 목적 ··· 1
다. 연구의 범위 ··· 1
3. 연구 수행 내용 및 결과··· 2
가. 연구 수행 내용 ··· 2
나. 연구 수행 결과 ··· 3
다. STEAM 수업프로그램 적용 ··· 5
라. STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 결과 및 성과 조사 ··· 5
마. STEAM 수업 적용 후 학생 및 교사 만족도 조사 ··· 6
바. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 ··· 7
4. 결론 및 제언 ··· 7
5. 참고문헌···
[부록]
부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지)
1. 요약문
요즘은 ‘제4차 산업혁명’시대이다. 드론과 3D프린팅을 통한 과학의 대중화와 과학과 학생들의 흥 미 있는 분야를 결합한 즐기는 과학을 목적으로 3D프린터와 드론을 융합한 과학적 창의력 신장 Maker 수업 모델 연구 및 교사 연수 프로그램을 개발 하였다. 드론과 3D프린팅을 통하여 학생 들의 창의력을 개발하고, 각자가 지닌 아이디어를 표출하게 함으로서 시대가 요구하는 융합적인 학생으로 성장을 시킬 수 있다. 특히 자유학년제 수업, 진로지도교육, 동아리 활동 수업 등에 Maker 수업을 적용함으로서 학생들의 적성, 특기, 능력을 발휘할 수 있도록 하였다.
2. 서론
가. 연구의 필요성
과학과 기술을 무시한 채 사회 발전을 기대할 수 없을 만큼 과학의 위치와 그 역할은 커졌다 하지만 우리는 과학 기술의 선두 주자에 끼어야 한다는 강박관념 속에 과학 기술의 발전만을 강조한 나머지, 과학을 올바로 이해하지 못하고 과학적 소양을 갖춘 사람을 길러내는데 소홀히 하였다. 갈수록 전문화되고 세분화되는 과학기술의 내용을 받아들이고 앞서간 이론들을 따라잡아 기술경쟁을 높인다는 미명 하에 우수한 두뇌집단을 만드는 데만 더 큰 신경을 써 옴으로 말미암 아 과학은 몇몇 엘리트들의 독점물로 변하면서 많은 사람들로부터 멀어지게 되었다. 이러한 때 과학(S), 기술(E), 음악(A), 수학(M)을 응용한 융합형 과학교육(드론+3D프린팅을 통한 Maker 활 동)을 위한 Maker 수업 모델 연구 및 교사 연수를 개발하여 학생의 창의성을 신장함과 동시에 과학에 대한 친화감을 갖게 해야 한다.
나. 연구의 목적
요즘은 4차 산업 신대이다. 로봇(드론)과 3D프린팅을 통한 과학의 대중화와 과학과 예술을 결합 한 즐기는 과학을 목적으로 한다. 우리는 학교에서 자유학기제, 동아리활동, 학급발표회, 학교축 제, 영재학급 등에 적용하여 학생들과 함께 과학을 같이 즐기고 이해 할 수 있는 로봇(드론)과 3D프린팅 활동을 만들려고 한다. 어렵게만 느껴졌던 과학을 재미있는 드론 조종과 같이 몸으로 체험하는 활동을 통해 과학도 재미있게 즐길 수 있도록 하고자 한다.
다. 연구의 범위
3D프린터 및 드론 활용한 교육, STEAM 수업자료개발팀, 드론 연구개발팀, 드론 활용 대회팀, 직무연수 운영팀, STEA 동아리 운영 지원팀으로 나누어 운영한다.
1) 교내 드론대회 개최 : 단순히 드론을 비행하는 대회가 아니라 자신만의 창의적인 드론을 제작 하여 주어진 미션을 성공할 수 있도록 구성한 대회를 개최하여 통합적 요소를 측정하고 STEAM 을 체험할 수 있는 대회의 장을 마련한다.
2) 드론과 로봇을 활용한 STEAM 직무연수 개설: 현직 교사들의 STEAM 수업 활성화를 위한 연 수를 개설하여 여름방학에 15시간 집중적으로 운영한다.
3) STEAM공개수업 및 교수학습자료제작 : 드론과 로봇활용 STEAM 수업의 일반화를 위한 공개 수업 및 교수학습자료를 교재 발간, 현장 적용성을 높인 PPT 자료를 개발하여 교육현장에 보급한다.
4) STEAM 동아리 운영 지원: 무인 항공기 ‘드론’이라는 로봇을 배우고 익혀서 우리 생활의 다양 한 분야에 활용하는 방법을 배우고, 여러 가지 조종방법 및 군무방법을 익혀 실생활에 유용하게 사용할 수 있도록 동아리 운영을 지원한다.
3. 연구 수행 내용 및 결과 가. 연구 수행 내용
1) 기반조성
① STEAM 교육 실행을 위한 교육과정 협의회 조직 ② STEAM 교육 실행을 위한 교육환경의 조성 ③ STEAM 교육을 위한 교육공동체 역량 강화
④ STEAM 교육 적용을 위한 교육과정 분석과 학습 주제 추출 2) 결과물 내용
차시 학습 내용
1∼3 차시
소주제 종이컵 홀더를 직접 설계하고 3D 프린터 모델링 하기
※ Co 상황제시 CD 창의적 설계 ET 감성적 체험 조언 을 표시
Co 이전 차시까지 배웠던 3D프린터 모델링 프로그램을 활용하여 일상생활에 필요한 물건을 만들고자 한다. FUSION 360을 활용한 종이컵 홀더를 만들어보도록 하자.
CD 기존의 종이컵 홀더를 참고하여 자신만의 컵홀더를 직접 디자인할 수 있다.
Tip! Layer thickness가 0.8mm로 설정되어 있으므로 컵홀더의 벽 두께를 1.6mm로 하면 출력물의 내구성도 충분히 얻을 수 있고 효율적인 출력시간을 얻을 수 있다.
CD 컵홀더의 열전도를 최소화 할 수 있는 설계도를 구상할 수 있다.
4~5 차시
소주제 컵홀더를 재설계하기
Co 지난 수업시간에 만든 컵홀더를 사용해보고 불편한 점은 없었나 요? 컵홀더가 뜨거웠던 학생 있었나요?
CD PLA를 재료로 만든 출력물의 구조를 열 전도율을 효과적으로 낮출 수 있는 설계를 구상해보도록 한다.
Tip! 열 전달 방법에는 복사, 대류, 전도가 있는데 컵홀더가 뜨거운 이유는 열이 전도형식으로 전달되기 때문이다. 열 전달 방법 중 가장 효율이 낮은 대류의 비중이 컵홀더에서 많이 차지하도록 설 계를 변경한다.
ET 미적 디자인을 고려한 설계도를 그릴 수 있도록 한다. 3D 모델링
6∼8 차시
소주제 과학적 원리를 고려한 창의 융합 대회장을 설치하고 대회 참여하기
Co 공원이나 놀이터에서 드론을 가지고 노는 학생들을 종종 볼 수 있다. 하지만 드론 조종 미숙으로 인해 사고가 발생하는 것을 본 적이 있다. 또한 드론 관리를 잘못해 몇 번 사용 후엔 버려지는 경우도 본 적이 있다. 이런 문제점을 학교에서 해결해 줄 수는 없을까?
CD 총 3 차시의 학생 참여형 수업이 이뤄지며 1 차시에는 과학적 원리를 고려한 창의 융합 코스 설계 , 2 차시에는 과학적 원리를
나. 연구 수행 결과
1) STEAM 수업 프로그램의 개발 결과
① 종이컵 홀더를 직접 설계하고 3D 프린터 모델링 하기
- 평소 자신이 만들고 싶은 컵홀더를 스스로 여러 가지 입체도형을 활용하여 모델링하여 3D 프린팅을 하였다.
② 컵홀더를 재설계하기
- 열 전도효율을 떨어뜨릴 수 있는 컵홀더를 디자인하여 3D 프린팅을 하였다.
③ 과학적 원리를 고려한 창의 융합 대회장을 설치하고 대회 참여하기
- 드론 비행원리를 고려하여 수직코스, 수평코스를 설계하여 드론비행 코스를 개발하였다.
④ 3D프린팅 드론 Maker 활동하기
- 3D프린팅을 이용하여 드론이 통과할 수 있는 코스를 응용한 대회장을 만들었다.
2) 연구 행사 결과
고려한 창의 융합 대회장 설계, 3 차시에는 과학적 원리를 고려한 창의 융합 대회장을 설치하고 대회 참여를 통한 학생 간 선진문화 활성화
Tip! 안전교육을 실시하고 드론 실습교육이 이뤄지도록 함 STEAM 드론 캠프
9∼10 차시
소주제 3D프린팅 드론 Maker 활동하기
Co 3D 프린터에 대해서도 학습하였고 드론에 대해서도 학습하였다.
이 둘을 융합할 수 있는 방법은 없을까?
CD 학습활동에 있어서 드론 모델링의 완성도에 대한 비중은 줄이고 직접 디자인 하는 활동 자체와 제작하는 것에 대한 비중을 높여 많은 학생들이 학습목표에 도달할 수 있도록 한다.
Tip! 울산의 지역특색을 갖추기 위한 고래드론 제작을 학생들과 해
보도록 한다. 고래드론 해울이
순 활동 항목 연구 행사 요약 비 고
1 자율 연수
·6월부터 월1회 셋째주 월요일 울산중에서 정기적으로 자율연수 시간을 가짐
·자율연수를 통해 드론 비행기술, 교수학습 방법토의, 3D프린팅 논의, 체험행사 기획 등 연구회원의 자발적 참여로 함께 만드는 연수가 되었음
2 연구 개발
·3D프린터를 활용하여 울산 최초의 고래드론 ‘해울이’시 리즈를 연구 개발함
·단위 학교에서 중학생을 대상을 할 수 있는 드론을 활 용한 교육 및 대회를 자체적으로 개발하여(하키드론 게 임) 보급하려고 노력중임
3 직무 연수
·영재교육 기초과정 자율연수 운영
·행복한 I중심 공모제 연수 - 드론 기초 자율연수 운영
·행복한 I중심 공모제 자율 연수
- 3D프린팅 활용 드론 심화 자율 연수 운영
·울산과학관 드론 집중 교육 운영
4 체험
부스 운영
·과학 싹 잔치, 과학기술제전 체험 부스 운영
·4차 산업 혁명 도래에 발맞추어 울산 시내 중등학생 및 시민들에게 융합과학을 체험해 볼 수 있는 체험부스를 운영함.
- 드론 전시회, 드론 시뮬레이터 체험, 드론 비행 체험
5 대회 행사
·드론 동아리를 운영하는 학교들과 연합하여 창의융합 영재학급 드론 레이싱 대회 개최
-코딩드론대회 참가
6
찾아가는 드론 교실
운영
·울산과학관, 울산중 등 지역 사회의 영재학급 학생 특 강 및 아빠와 함께하는 드론 캠프 운영
·울산 정책사업인 창의융합 영재학급 학생을 대상으로 찾아가는 드론 교실 특강 운영 예정
다. STEAM 수업 프로그램 적용
1) 중1,2학년 학생 대상 과학, 기술/가정 교과시간 및 창의적 체험활동 시간을 용하여 STEAM 융합 수업 적용
2) 월 4차시, 연간 총 16차시의 수업을 개발 학생에게 적용
3) 학생들이 만들어 낸 산출물에 대한 평가를 가정과 연계하여 과정중심 평가로 적용하고 그 결 과를 학교생활기록부 창의적 체험활동 특기사항 란에 기록
4) 수업 프로그램 효과성을 위해 자체 개발한 학생 수업 만족도 조사 실시
구분 STEAM 프로그램명 적용 학교명 적용
학년 적용 교과(시수) 적용 기간 수혜 학생 수
개선 컵홀더를
재설계하기
울산중 1 과학(2)+미술(2)+기
술(1) 8.19~11.10 25 울산중 1 자유학기제(3) 8.19~11.10 25
울산중 1 자유학기제(3) 9.10~10.20 25
울산중 1 자유학기제(3) 9.10~10.20 25
개발
드론에 작용하는 힘의 원리
이해하기
울산중 1 과학(2)+미술(2)+기
술(1) 10.19~11.25 25 울산중 1 자유학기제(3) 10.19~11.25 25
울산중 1 자유학기제(3) 10.19~11.25 25
울산중 1 자유학기제(3) 10.19~11.25 25
라. STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 결과 및 성과 조사 1) 학생 적용
구분 추정 성과(예상 목표)
교수학습지도안 개발 차시 총 16차시 예정
수혜학생 수 112명(중학교 1학년 전교생) 예정
학생 태도검사 사전검사 5월, 2개 학급(48명) 예정 사후검사 10월, 2개 학급(48명) 예정
교사연구회 STEAM 행사 개최 9월, 1회 예정
논문 또는 학술대회 해당 없음
특허출원(국외, 국내) 해당 없음
2) 학생 평가계획
3) 학교 생활기록부 기재 방안
4) 학교생활기록부 기재 예시
구분 번호 평가기준 평가방법 평가도구
형성 평가
1 종이컵 홀더를 직접 설계하고 계획을 잘 설
명하는가? 동료 평가 보고서
2 드론에 작용하는 힘의 원리 잘 이해하는가? 관찰 평가 보고서, 프리젠테이션 3 입체도형을 활용한 3D 모델링을 잘하는가? 산출물 평가 보고서
총괄
평가 1 드론과 3D프린팅 교육을 같이해서 학생들의
학습욕구를 충족시키는가? 보고서 평가 보고서
구분 번호 평가도구
학생생활기록 부 기재 방안
형성 평가
1 종이컵 홀더를 직접 설계하고 계획 을 잘 설명하는가?
종이컵 홀더 및 드론원리를 바탕으로 한 제작설계를 통해 창의성과 협동성을 나타낼 수 있도록 한다.
2 드론에 작용하는 힘의 원리 잘 이해하는가?
3 입체도형을 활용한 3D 모델링을 잘하는가?
총괄
평가 1 드론과 3D프린팅 교육을 같이해서 학생들의 학습욕구를 충족시키는가?
제작과정을 통한 융합적 요소를 추출하여 해당학생이 창의성을 발휘 하도록 한다.
항목 학생부 기재 예시
교과학습발달상황 세부 능력 및 특기사항
(과학) Maker 수업을 통해 물질의 상태변화를 이해하였으며, 대기압 실험을 통해 공기압의 크기를 탐구하였고 생활 중에 공기압이 우리들에게 많은 영향 을 미친다는 것을 알 수 있었음. 또 조별활동에서 다른 친구들과 협력하기 위 해 노력하는 모습을 기재한다.
(수학)조별활동을 위한 팀원 간 역할 분담이 원활하게 이루어지도록 활동하는 동안 모둠 원들을 배려하는 자세를 보임. 조별 주제에 맞는 적절한 탐구 활동 을 전개하면서 탐구결과등을 기재한다.
행동특성 및 종합의견
과학 개념을 이해하는 과정에서 통찰력이 있으며 모둠활동을 할 때 활발하게 의사소통을 주도하는 모습과 제작 작품의 우수성 보다 설계와 제작, 주제 발 표에 대한 창의성과 열성, 태도, 협업능력 등을 중심으로 기재한다.
창의적 체험활동상황 (동아리)
마. STEAM 수업 적용 후 학생 및 교사 만족도 조사
1) 자유학기제 프로그램으로 재미있는 드론교육을 통해서 과학적 호기심을 유발하고 과학적 소양 을 지닌 사람뿐만 아니라, 융합적 사고와 창의적 과학기술 인재를 기를 수 있었다.
2) 드론STEAM 교육을 통해서 과학의 단편적인 지식 전달보다는 기본 개념을 유기적이고, 통합 적으로 이해하도록 하고, 창의성, 개방성, 객관성 ,합리성, 협동성을 기르는데 유의하며 교수·학습 활동이 이루어질 수 있었다.
3) 드론STEAM 교육교육이 학생들에게는 과학지식과 개념의 자연스런 이해를 유도하여 과학에 재미와 흥미를 가지도록하며, 학부모와 일반인에게는 과학을 이해하고 친밀하게 하는 역할을 할 수 있었다.
4) 드론STEAM 교육을 통한 일련의 학습과정이 교사 주도적이 아닌 학생스스로의 자기 주도적 학습으로 이뤄지기 때문에 학습에 창의성과 합리성 그리고 교사와 학생, 그리고 학생과 학생간의 협동성을 기를 수 있는 좋은 학습방법이 될 수 있었다.
바. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천
울산 지역 드론 대회 개최 : 울산 시민 대상 드론 대회 개최
- STEAM 요소를 융합한 ‘나만의 드론 제작 및 주행’ 대회를 운영하여 융합 교육의 기회를 제공 을 할 것이다.
5. 결론 및 제언 1) 결론
STEAM수업을 준비하면서 힘들었던 점은 교육과정을 분석하여 재구성해서 수업을 설계하는 일이었다. 이러한 과정 속에서 얻게 된 점은 그동안 무관심했던 타 교과 에 대한 이해와 배려, 타 교과 교사들과의 교류도 잦게 되었으며 통합교육에 대한 필요성을 다시한번 더 깨닫게 되었 다. 그리고 일반 수업을 진행하다가도 아~ 이 단원은 STEAM수업을 하면 아이들이 더 흥미를 느끼게 되겠구나~ 하는 마인드도 갖게 되었고 일상 속에서도 자연스레 STEAM교육이 스며들게 되었다. 로봇(드론) + 3D프린팅의 STEAM 교육을 통한 일련의 학습과정이 교사 주도적이 아닌 학생스스로의 자기 주도적 학습으로 이뤄지기 때문에 학습에 창의성과 합리성 그리고 교사와 학 생, 그리고 학생과 학생간의 협동성을 기를 수 있는 좋은 학습방법이 되었다. 그러면서 Maker STEAM 교육을 통해서 과학의 단편적인 지식 전달보다는 기본 개념을 유기적이고, 통합적으로 이해하도록 하고, 창의성, 개방성, 객관성 ,합리성, 협동성을 기르는데 유의하며 교수·학습활동이 이루어질 수 있었다. Maker STEAM 교육이 학생들에게는 과학지식과 개념의 자연스런 이해를 유도하여 과학에 재미와 흥미를 가지도록하며, 학부모와 일반인에게는 과학을 이해하고 친밀하게 하는 역할을 할 수 있었다. 마지막으로 Maker STEAM 교육은 학교와 학교 밖 활동을 연결하
Maker 수업 활동을 통하여 학생들을 독창성과 융합성을 관찰평가하고, 완성 된 결과물의 평가와 학생들이 서로의 결과물을 평가하고 의견을 발표하는 발 표력, 활동에서 동료평가를 종합하여 학생부에 기재한다.
는 고리가 될 수 있으며 과학적 인식의 제고와 마인드확산에 크게 기여하였다.
2) 제언
가) Maker STEAM 교육은 학교와 학교 밖 활동을 연결하는 고리가 될 수 있으며 과학적 인식 의 제고와 마인드확산에 크게 기여할 것이다. 계속하여 자유학기제, 동아리활동, 학급발표회, 학 교축제 등에 적용할 것이다. Maker 융합(STEAM)교육은 창의적인 수업과 직업교육까지 확대 발 전시켜야 한다.
나) STEAM 직무연수 개설을 통해 교사들에게 드론과 로봇을 활용하는 창의력 신장 수업 방법에 대하여 정보를 공유하여 울산 교육 저변 확대를 하여야 한다.
다) STEAM공개수업 및 교수학습지도안 제작을 통해 드론과 로봇활용 STEAM 수업의 일반화하 고 공개수업 및 교수학습 개발 자료를 교재로 발간, 현장 적용성을 높인 PPT 자료를 개발하여 교육현장에 보급하여야 한다.
라) 울산지역 드론대회 개최 : 드론을 비행하는 대회가 아니라 자신만의 창의적인 드론을 제작하 여 주어진 미션을 성공할 수 있도록 구성한 대회를 개최하여 통합적 요소를 측정하고 STEAM을 체험할 수 있는 대회의 장을 마련하여야 한다.
마) STEAM 동아리 운영 지원을 통해 학생들에게 심화학습의 교육 기회 및 수준별 맞춤형 학습 기회 제공 하여야 한다.
3) 소감문
선생님 잘 만나서 참 좋겠다.라는 말을 학생에게 선생님들께서 하곤 하신다. 사실 그런 이야 기를 들을 때마다 학생에게 부끄러울 따름이다. 할 수 있는 환경조성을 해 준 것 이외에는 학생 스스로 연구하고, 3D프린터와 드론 비행 수업을 시작하였다.
Maker STEAM 교육은 기초과학 속에 숨어있는 신비한 세계를 경험하게 해 주었고, 다양한 부품의 기호와 특성을 알게 하여 다양한 작품을 만들었다. 모르는 것은 끊임없이 연구해서 알게 되었고, 몰랐던 것을 알고 나서는 새로운 모르는 것에 도전하였다. 모르는 것을 알게 되는 과정 에서 좀더 과학적이고 체계적으로 학생에게 제시하여 학생이 과학적인 탐구활동을 통하여 알 수 있도록 환경을 조성하여 주었다. 과정 뿐만 아니라 성과에도 만족하며, 학생의 꾸준한 노력에 결 과라고 자신한다. 교사는 아동이 스스로 탐구하는 태도를 길러주는 보조자의 역할을 충실히 하였 고, STEAM 교육 과정을 거치면서 어렵게만 생각했던 3D프린터와 드론 비행 수업을 친근감을 가지도록 하는데 의의를 두었으며 앞으로도 많은 학생들이 끈기 있는 도전을 통하여 성취감을 갖는 기회가 많아질 수 있을 것이라는 생각에 지도에 대한 보람을 느꼈다. 지도를 통하여 이루어 진 성과를 학생의 입장에서 간단하게 정리한다.
1) Maker STEAM 교육은 과학의 원리를 알고, 그것을 활용하여 다양한 작품을 만들 수 있었다.
2) Maker STEAM 교육은 과학적 탐구과정을 통하여 새로운 작품을 완성하였다.
3) Maker STEAM 교육은 관심이 높아져 친근해졌으며, 작품을 완성하여 많은 성취감을 느꼈 다.
[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물
1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정
연번 차시 (중심과목)
2015 개정 교육과정 성취기준
(연계과목) 성취기준 영역
1 1~3/10
[9 기 02-03]3D 프린팅 모델링 프로그램을 활용하여 설계할 수 있다.
[9과15-01] 물체의 온도 차이를 구성 입자의 운동 모형으로 이해하고, 열의 이동 방법과 냉난방 기구의 효율적 사용에 대하여 조사하고 토의 할 수 있다
[중학교1~3학년 ] 물질의 상태 변 화,열과 우리 생활
2 4~5/10 [9과18-03] 기압의 개념을 알고, 바람이 부는 이유를 설명할 수 있다.
[9 미 02-04] 이름표를 직접 디자인하여 활용할 수 있다.
[중학교1~3학년 ] 기체의 성질,기 권과 날씨
3 5~8/10 [9과06-04] 파동의 종류를 횡파와 종파로 구분하고, 소리의 특징을 진 폭, 진동수, 파형으로 설명할 수 있다.[
[중학교1~3학년 ] 빛과 파동
4 9~10/10 [9과02-01] 무게가 중력의 크기임을 알고, 질량과 무게를 구별할 수 있 다.
[중학교1~3학년 ] 여러 가지 힘 2. 프로그램 개요
주제
3D 프린터와 드론을 융합한 과학적 창의력 신장 Maker 수업 모델 연구
관련교과 중학교 1, 2, 3 학년
과학, 수학, 기술과 가정, 미술
학습 목표
내용 목표
• 3D프린팅 모델링 프로그램을 활용하여 설계할 수 있다.
• 3D프린팅 슬라이서 프로그램을 활용하여 출력할 수 있다.
• 드론에 관한 기초적 지식을 이해하고 조종활동을 할 수 있다.
• 드론 캠프를 통해 드론에 관한 흥미를 유발하고 놀이문화를 공유 할 수 있다.
• 3D 프린팅 드론을 제작하여 Maker 활동을 할 수 있다.
과정 목표
• 이름표를 직접 디자인하여 활용할 수 있다.
• FUSION 360, CURA의 기본 기능을 익힐 수 있다.
• 기본적인 설계도 제작능력을 바탕으로 한 창의적인 이름표를 설계할 수 있다.
• 드론에 관한 바닥쓸기, 호버링, 원하는 장소에 이착륙, 장애물 통과를 할 수 있다.
• 3D 프린팅 드론을 제작하고 조종할 수 있다.
STEA M 요소
S 드론에 작용하는 힘의 원리 이해하기 T 치수를 입력한 설계도 제작
E 3D 프린터 운용
A 이름표 디자인, 드론 디자인
M 설계도 제작을 위한 정확한 치수, 입체도형을 활용한 3D 모델링,
개발 의도 교육의 과정이 드론 따로 3D프린팅으로 따로 분절되지 않은 하나로 융합된 4차 산업혁명시대에 필요한 교육과정을 개발하고자 함.
2006년 “구글 최고의 미래학자”를 수상한 미국의 미래학자 토마스 프레이(Thomas Frey)는 미래 산 업을 주도할 성장 동력 중 하나로 드론(Flying Drones)을 꼽았다. 이는 전 세계적으로 주목받고 있는 사물인터넷, 3D 프린팅, 인공지능 등과 함께 드론이 어깨를 나란히 하고 있다는 것을 뜻하며, 현재 국 한된 분야와 취미로만 이용되고 있는 드론이 미래 사회에는 일상생활 곳곳에서 사용 될 것이라는 미래 학자들의 전망이다. 드론이 인류의 삶에 깊이 관여할 미래사회의 모습은 그리 오래 걸리지 않을 것으로 예상된다.
그렇기 때문에 교육계에서도 이에 대한 교육과정을 수립하고 학생과 교육활동을 해야 한다. 본 프로 그램을 통해 드론과 3D프린팅을 접목해보고 학생들로 하여금 미래 사회에서 필요한 인재로 성장하는데 도움을 주고자 한다.
STEA M 준거
상황 제시
• (3D프린터에 대한 기본 원리교육 수업 후에) 일상생 활에서 필요한 물건을 3D프린터를 이용해 직접 만들 어보면 어떨까?
• 드론과 3D프린팅 교육을 같이해서 학생들의 학습욕 구를 충족시키기
감성적 체험
• 드론을 학교 안에서도 배움으로써 학교에 대 한 만족도를 높이기
• 3D 프린팅 드론을 만 들되 울산의 지역특색 을 가진 드론인 고래드 론을 만들기
창의 적 설계
• 설계-3D 모델링-3D 출력을 통하여 드론 날리기
3. 차시별 계획 총괄표
차시 학습 내용
1∼3 차시
소주제 종이컵 홀더를 직접 설계하고 3D 프린터 모델링 하기
※ Co 상황제시 CD 창의적 설계 ET 감성적 체험 조언 을 표시
Co 이전 차시까지 배웠던 3D프린터 모델링 프로그램을 활용하여 일상생활에 필요한 물건을 만들고자 한다. FUSION 360을 활용한 종이컵 홀더를 만들어보도록 하자.
CD 기존의 종이컵 홀더를 참고하여 자신만의 컵홀더를 직접 디자인할 수 있다.
Tip! Layer thickness가 0.8mm로 설정되어 있으므로 컵홀더의 벽 두께를 1.6mm로 하면 출력물의 내구성도 충분히 얻을 수 있고 효율적인 출력시간을 얻을 수 있다.
CD 컵홀더의 열전도를 최소화 할 수 있는 설계도를 구상할 수 있다.
4~5 차시
소주제 컵홀더를 재설계하기
Co 지난 수업시간에 만든 컵홀더를 사용해보고 불편한 점은 없었나 요? 컵홀더가 뜨거웠던 학생 있었나요?
CD PLA를 재료로 만든 출력물의 구조를 열 전도율을 효과적으로 낮출 수 있는 설계를 구상해보도록 한다.
Tip! 열 전달 방법에는 복사, 대류, 전도가 있는데 컵홀더가 뜨거운 이유는 열이 전도형식으로 전달되기 때문이다. 열 전달 방법 중 가장 효율이 낮은 대류의 비중이 컵홀더에서 많이 차지하도록 설 계를 변경한다.
ET 미적 디자인을 고려한 설계도를 그릴 수 있도록 한다. 3D 모델링
6∼8 차시
소주제 과학적 원리를 고려한 창의 융합 대회장을 설치하고 대회 참여하기
Co 공원이나 놀이터에서 드론을 가지고 노는 학생들을 종종 볼 수 있다. 하지만 드론 조종 미숙으로 인해 사고가 발생하는 것을 본 적이 있다. 또한 드론 관리를 잘못해 몇 번 사용 후엔 버려지는 경우도 본 적이 있다. 이런 문제점을 학교에서 해결해 줄 수는 없을까?
CD 총 3 차시의 학생 참여형 수업이 이뤄지며 1 차시에는 과학적 원리를 고려한 창의 융합 코스 설계 , 2 차시에는 과학적 원리를 고려한 창의 융합 대회장 설계, 3 차시에는 과학적 원리를 고려한 창의 융합 대회장을 설치하고 대회 참여를 통한 학생 간 선진문화 활성화
Tip! 안전교육을 실시하고 드론 실습교육이 이뤄지도록 함 STEAM 드론 캠프
9∼10 차시
소주제 3D프린팅 드론 Maker 활동하기
Co 3D 프린터에 대해서도 학습하였고 드론에 대해서도 학습하였다.
이 둘을 융합할 수 있는 방법은 없을까?
CD 학습활동에 있어서 드론 모델링의 완성도에 대한 비중은 줄이고 직접 디자인 하는 활동 자체와 제작하는 것에 대한 비중을 높여 많은 학생들이 학습목표에 도달할 수 있도록 한다.
Tip! 울산의 지역특색을 갖추기 위한 고래드론 제작을 학생들과 해
보도록 한다. 고래드론 해울이
3. 학생 평가계획
4. 학교 생활기록부 기재 방안
구분 번호 평가기준 평가방법 평가도구
형성 평가
1 종이컵 홀더를 직접 설계하고 계획을 잘 설
명하는가? 동료 평가 보고서
2 드론에 작용하는 힘의 원리 잘 이해하는가? 관찰 평가 보고서, 프리젠테이션 3 입체도형을 활용한 3D 모델링을 잘하는가? 산출물 평가 보고서
총괄
평가 1 드론과 3D프린팅 교육을 같이해서 학생들의
학습욕구를 충족시키는가? 보고서 평가 보고서
구분 번호 평가도구
학생생활기록 부 기재 방안
형성 평가
1 종이컵 홀더를 직접 설계하고 계획 을 잘 설명하는가?
종이컵 홀더 및 드론원리를 바탕으로 한 제작설계를 통해 창의성과 협동성을 나타낼 수 있도록 한다.
2 드론에 작용하는 힘의 원리 잘 이해하는가?
3 입체도형을 활용한 3D 모델링을 잘하는가?
총괄
평가 1 드론과 3D프린팅 교육을 같이해서 학생들의 학습욕구를 충족시키는가?
제작과정을 통한 융합적 요소를 추출하여 해당학생이 창의성을 발휘 하도록 한다.
6. 차시(단계)별 교수 학습 과정
소주제 종이컵 홀더를 직접 설계하고 3D 프린터 모델링 하기 차시 1∼3차시 과목
(단원)
중학교 2학년
미술(디자인), 수학(여러 가지 도형), 과학(열 전도현상) 교육
과정 학습 목표
• 만들고 싶은 컵홀더를 디자인할 수 있다.
• 여러 가지 입체도형을 활용하여 입체적인 모델링을 할 수 있다.
• 3D 프린팅 모델링 프로그램을 사용하여 3D 모델링할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
※ Co CD Tip! 을 표시
Co (컵홀더 사용 영상을 제시)
: 평소에 컵홀더를 사용해 보았나요?
: 사람들이 컵홀더를 사용하는 이유는 무엇일까요?
- 컵홀더 속 반영되어 있는 과학적 원리(열 전도율)를 발표를 통해 학생이 말 할 수 있게끔 유도한다.
Tip! 학생의 다양한 답변을 수용적 태도로 대한다.
동영상
전개 (120분)
CD (다양한 형태의 컵홀더 사진을 제시)
: 제시된 컵홀더를 보며 자신만의 컵홀더를 디자인 해 봅시다.
- 버니어캘리퍼스와 연필, 공책을 활용해서 정확한 치수에 입각한 디자인이 이뤄지도록 한다.
- 정확한 치수에 입각한 디자인이 이뤄져야한다. 그러므로 교사는 사전에 종 이컵의 치수를 측정한 후 학생이 그 정확한 치수에 입각해 디자인을 하고 있 는지 확인한다.
: 직접 디자인한 컵홀더를 3D 프린팅 모델링 프로그램을 활용하여 표현해 봅시다.
- 컵홀더 디자인 과정 자체가 FUSION 360의 기본기 교육이 되므로 처음에는 교사의 방법을 따라 해보는 형식으로 진행하되 점차 학생 스스로가 3D 디자 인을 해 볼 수 있도록 한다.
- 충분한 시간을 줘서 많은 학생들이 직접 해볼 수 있도록 한다.
: 학습 과정에서 학생들 간 또는 선생님과 토의하며 디자인을 수정해 모델링 해봅시다.
탐구일지 (설계도
작성) 컴퓨터
정리 (10분)
: 자신이 디자인한 컵홀더를 발표해 봅시다.
- 컴퓨터 화면에 모델링한 파일을 띄워 다같이 긍정적인 분위기 속에서 서로 의 결과물을 감상해보도록 한다.
컴퓨터 TV 또는 빔프로젝터 지도상
유의점
Tip! FUSION 360의 기본 기능을 숙지할 수 있도록 학습활동 중에 충분한 교육이 이뤄지도록 한다.
소주제 컵홀더를 재설계하기 차시 4∼5차시 과목
(단원)
중학교 2학년
미술(디자인), 수학(여러 가지 도형), 과학(열 전도현상) 교육
과정 ??????????
학습 목표
• 열 전도효율을 떨어뜨릴 수 있는 컵홀더를 디자인할 수 있다.
• 여러 가지 입체도형을 활용하여 입체적인 모델링을 할 수 있다.
• 3D 프린팅 모델링 프로그램을 사용하여 3D 모델링할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
※ Co CD Tip! 을 표시
Co (뜨거운 물, 차가운 물을 부은 종이컵을 끼운 컵홀더를 만지게 함)
: 지난 수업시간에 만든 컵홀더를 사용해보고 불편한 점은 없었나요? 컵홀더가 뜨거웠던 혹은 차가웠던 학생 있었나요?
: 왜 이런 문제가 발생하였나요?
Tip! 학생의 다양한 답변을 수용적 태도로 대한다.
3D 프린팅 출력물
전개 (75분)
: 열을 전달하는 방법에는 어떤 것들이 있나요?
: 직접 디자인한 컵홀더를 사용해 보고 열 전도 측면에서 느낀 불편한 점을 개 선할 수 있는 방법은 없을까요?
: 열 전도를 떨어뜨릴 수 있는 구조적 특징을 가지고 있는 컵홀더를 3D 프린 팅 모델링 프로그램을 활용하여 표현해 봅시다.
Tip! 열 전달 방법에는 복사, 대류, 전도가 있는데 컵홀더가 뜨거운 이유는 열이 전 도형식으로 전달되기 때문이다. 열 전달 방법 중 가장 효율이 낮은 대류의 비중 이 컵홀더에서 많이 차지하도록 설계를 변경한다.
탐구일지
정리 (10분)
: 자신이 디자인한 컵홀더를 발표해 봅시다. 그리고 그렇게 디자인한 이유 를 열 전도현상과 연관지어 봅시다.
지도상 유의점
Tip! FUSION 360의 기본 기능을 숙지할 수 있도록 사전에 충분한 교육이 이뤄지 도록 한다.
소주제 과학적 원리를 고려한 창의 융합 코스 설계하기 차시 6차시 과목
(단원)
중학교 2학년
미술(디자인), 수학(여러 가지 도형), 과학(작용반작용 원리, 양력의 원리) 교육
과정 학습 목표
• 드론을 이용해서 통과할 수 있는 코스를 만들 수 있다.
• 여러 가지 도형에 기반하여 수직코스, 수평코스를 설계할 수 있다.
• 드론 비행원리를 고려하여 코스를 개발할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
※ Co CD Tip! 을 표시
Co (드론 레이싱 경기장 영상을 제시)
: 평소에 드론을 사용한 경기를 해 보았나요?
: 일반적인 드론 레이싱 경기에서 보완할 점은 무엇일까요?
- 일반적인 드론 레이싱 경기(속도에 치중하는)의 단점을 발견하고 창의적인 대회장을 구성해 볼 수 있도록 유도한다.
Tip! 학생의 다양한 답변을 수용적 태도로 대한다.
드론레이싱 영상제시
전개 (30분)
CD (다양한 형태의 경기장 코스 사진을 제시)
: 제시된 경기장 코스를 보며 자신만의 경기장 코스를 디자인 해 봅시다.
- 버니어캘리퍼스와 연필, 공책을 활용해서 정확한 치수에 입각한 디자인 이 이뤄지도록 한다.
- 정확한 치수에 입각한 디자인이 이뤄져야한다. 드론의 높이와 너비를 고 려한 코스가 제작될 수 있도록 안내하고, 각 코스별 어떠한 과학적 원리 가 숨겨져 있는지 탐색하게 한다.
: 직접 디자인한 코스를 그림으로 나타내고 자신이 가지고 있는 드론으로 주행 테스 트를 해 봅시다.
- 코스 디자인 과정 자체가 과학적 원리가 표현될 수 있게 기존의 코스를 교 사의 방법을 따라 해보는 형식으로 진행하되 점차 학생 스스로가 디자인을 해 볼 수 있도록 한다.
- 충분한 시간을 줘서 많은 학생들이 직접 해볼 수 있도록 한다.
: 학습 과정에서 학생들 간 또는 선생님과 토의하며 디자인을 수정해 모델링해 봅시다.
대회장 사진 제시
탐구일지 (설계도
작성)
정리 (10분)
: 자신이 디자인한 코스를 발표해 봅시다.
- 컴퓨터 화면에 모델링한 파일을 띄워 다같이 긍정적인 분위기 속에서 서로 의 결과물을 감상해보도록 한다.
컴퓨터 TV 또는 빔프로젝터 지도상
유의점
Tip! 코스의 설계가 그림, 모델링프로그램 등 다양한 방법으로 표현될 수 있도록 안내한다.(단, 정확한 치수가 표기될 수 있도록 한다.)
소주제 과학적 원리를 고려한 창의 융합 대회장 설계하기 차시 7차시 과목
(단원)
중학교 2학년
미술(디자인), 수학(여러 가지 도형), 과학(작용반작용 원리, 양력의 원리) 교육
과정 학습 목표
• 드론을 이용해서 통과할 수 있는 코스를 응용한 대회장을 만들 수 있다.
• 여러 가지 도형에 기반하여 수직코스, 수평코스, 활강코스를 설계할 수 있다.
• 드론 비행원리를 고려하여 창의적인 대회장을 설계할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
※ Co CD Tip! 을 표시
Co (속도위주로만 경기가 진행되는 레이싱 경기 관람 )
: 드론 레이싱 경기가 속도 위주로 경기가 되면 어떠한 점이 불편한가요?
- 조종이 미숙한 일반 사람들의 참여가 어렵습니다.
: 그렇다면 속도 중심에서 무엇 중심으로 경기를 바꾸면 좋을까요?
Tip! 학생의 다양한 답변을 수용적 태도로 대한다.
드론레이싱 영상제시
전개 (30분)
: 드론의 비행원리를 고려하여 수직이착륙 코스, 수평 이동 코스, 지그재그 코스, 수평터널코스, 수직터널코스에 적용해 대회장을 설계해 봅시다.
: 직접 디자인한 대회장을 실제 드론으로 경기를 치를 때 어떠한 문제점이 있는 지 살펴보고 수정해 봅시다.
: 위에 제시된 코스 이외에도 자신이 생각한 창의적인 코스를 디자인하고 실 제 대회장에 꾸미는데 사용될 수 있는 다양한 재료의 특성을 고려하여 대회장을 설계해봅시다.
Tip! 드론의 이동방식은 수직이동, 수평이동, 회전이동 크게 3가지로 나뉘어 집니 다. 이러한 드론의 이동방식의 특징을 고려하여 다양한 이동방법이 적용된 코 스를 개발할 수 있도록 안내합니다.
탐구일지 (설계도면)
정리 (10분)
: 자신이 디자인한 대회장 코스를 발표해 봅시다. 그리고 그렇게 디자인한 이 유를 드론의 비행원리와 연관지어 설명하여 봅시다.
- 자신이 디자인한 대회장의 난이도를 설정하고 그렇게 난이도를 설정한 이유 를 발표하고 토의한다.
지도상 유의점
Tip! 단순한 흥미위주의 코스로 대회장을 설계하기 보다 드론을 직접 조종해보는 파일럿의 입장이 되어 초급, 중급, 고급코스로 나누어 설계해보도록 유도한다.
소주제 과학적 원리를 고려한 창의 융합 대회장을 설치하고 대회 참여하기 차시 8차시 과목
(단원)
중학교 2학년
미술(디자인), 수학(여러 가지 도형), 과학(작용반작용 원리, 양력의 원리) 교육
과정 학습 목표
• 드론을 이용해서 통과할 수 있는 코스를 응용한 대회장을 만들 수 있다.
• 여러 가지 도형에 기반하여 수직코스, 수평코스, 활강코스를 설계할 수 있다.
• 드론 비행원리를 고려하여 창의적인 대회장을 설계할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (10분)
※ Co CD Tip! 을 표시
Co (새로운 형태의 드론 레이싱 경기의 필요성 제시)
: 지난 시간까지 설계한 코스와 대회장을 직접 체육관에 만들어 보는 시간을 가지도록 하겠습니다. (체육관에서 사용할 수 있는 다양한 교구를 안내)
: 난이도를 나누어 대회장을 3가지 버전으로 팀을 나누어 만들어봅시다.
Tip! 학생이 개발한 코스와 대회장 설계도를 바탕으로 3그룹으로 팀을 만든다음, 초급, 중급, 고급의 코스를 실제 만들어 보도록 안내한다.
체육교구 (훌라우프,매
트,배드민턴 지주,라바콘,
라인 등)
전개 (30분)
: 초급, 중급, 고급 코스를 나누는 기준이 무엇인가요?
: 수직, 수평, 회전, 활강 코스가 코스에 적절한 위치에 적절한 교구로 잘 배 치가 되었나요?
: 3가지 난이도의 대회 경기장을 구성하고, 가지고 있는 드론을 활용하여 간이 경기를 치루어 봅시다.
Tip! 난이도에 따른 코스 훈련을 실시해보고, 각 코스별로 정확도와 시간을 기록하 여 간이 대회를 즐겁게 치루도록 한다. 이때, 시간을 빠르게 통과하기 보다 각 설계된 코스의 원리를 이해하며 정확하게 코스를 주행하는 지에 대하여 점수 를 부여하여 속도보다는 정확성이 중요함을 알게 한다.
탐구일지
정리 (5분)
: 각 팀에서 설계한 초급, 중급, 고급 코스를 간이 대회로 치루고 난 후 그 결 과를 바탕으로 시상식을 하고 상호 평가를 할 수 있도록 한다.
상호평가 학습지
지도상 유의점
Tip! 기존의 레이싱 대회처럼 속도에 주안을 두는 것이 아니라 코스 설계의 원리 에 따라 정확하게 코스를 주행하는 지에 대하여 토의하도록 유도한다.
소주제 3D프린팅 드론 Maker 활동하기 차시 9∼10차시 과목
(단원)
중학교 2학년
미술(디자인), 수학(여러 가지 도형), 과학(열 전도현상) 교육
과정 학습 목표
• 3D모델링 된 파일을 슬라이싱할 수 있다.
• 3D프린팅 드론을 Making할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
※ Co CD Tip! 을 표시
Co (울산시 홍보영상: 해울이(고래)가 날아다니는 홍보영상 시청)
: 영상 속 인상 깊었던 장면은 무엇입니까?
: 울산을 상징하는 대표적인 것이 고래입니다. 영상 속에 등장하는 고래 와 드론을 융합할 수 있는 방법은 없을까요?
: 고래드론을 제작하기 위해서 필요한 것은 무엇일지 발표해봅시다.
Tip! 학생의 다양한 답변을 수용적 태도로 대한다.
동영상
전개 (75분)
: 기초적인 드론 에어프레임(몸체)을 만드는 3D모델링을 해봅시다. 각자 버니 어 캘리버스로 드론 부품들의 치수를 측정하고 FUSION 360으로 모델링을 해 봅 시다.
: 고래모양의 3D모델링된 파일을 활용하여 CURA로 슬라이싱을 해 봅시다. 각 자의 3D프린터에 적합한 값을 CURA에 입력하고 출력 해봅시다.
: 출력물을 활용해서 고래드론을 만들고 조종해 봅시다.
Tip! 3D모델링은 정확한 치수가 필요하다. 그러므로 치수측정과 모델링에 어려움 을 호소하는 학생들을 위해 교사는 사전에 모델링된 파일을 제공하도록 한 다.
컴퓨터
정리
(10분) : 고래드론으로 레이싱 대회를 개최하고 개선해야할 점에 대해 토론한다.
지도상 유의점
Tip! CURA, FUSION 360의 기본 기능을 숙지할 수 있도록 사전에 충분한 교육이 이뤄지도록 한다.
7. 학생 학습·활동지 (※ 차시별 2쪽 이내 작성 권장 / 개발한 차시만큼 작성 권장)
차시 1∼3 차시
학생활동 1 종이컵 홀더를 직접 설계하고 3D 프린터 모델링 해보자
<상황 제시>
❶ 일상생활 속에서 종이컵을 많이 사용합니다. 뜨겁거나 차가운 음료를 넣었을 때 사용하기 불편했던 점을 써 봅시다.
뜨거운 음료를 넣었을 때 컵도 같이 뜨거워져서 음료를 마실 수가 없었다.
❷ 불편했던 점을 3D 프린팅 출력물로 개선시킬 방법을 써 봅시다.
열전도율을 낮출 컵홀더를 만들어 보고 싶다.
차시 4∼5 차시 학생활동 1 열 전도현상을 이해하고 컵홀더를 재설계 해보자
<상황 제시>
더운 물과 찬 물을 섞으면 미지근한 물이 된다. 이처럼 온도가 다른 두 물체가 열적으로 서로 접 촉하면 더운 것은 차가워지고 차가운 것은 더워지는 열전달 현상이 일어난다.
- 네이버 지식백과
❶ 일상생활 속에서 열 전달현상을 관찰했던 점이 있다면 써 봅시다.
라면을 먹을 때 냄비에 꼽아 둔 젓가락을 꺼내 입에 넣으니 뜨거워서 놀랬었다.
❷ 이중창의 구조를 살펴보고 과학적 원리를 발견해서 컵홀더에 적용할 방법을 써 봅시다.
열 전달현상(대류, 복사, 전도) 중 전도가 가장 열전달 속도가 느리다. 이중창에서는 대류현상이 없어져 공기의 전도만으로 열을 전달시키게 된다. 컵홀더도 이런 이중창구조로 만들게 되면 본연의 역할을 더 잘 할 것이다.
차시 6 차시 학생활동 1 과학적 원리를 고려한 창의 융합 코스 설계하기
<상황 제시>
❶ 기본 드론 레이싱 대회는 드론을 얼마나 빨리 주행하느냐, 즉 속도가 가장 중요한 관점이었습니다.
이렇게 대회를 치를 때 어떤 점이 불편할 지 불편했던 점을 써 봅시다.
속도가 중요한 평가 기준이므로 더 가볍고, 더 빠른 드론을 얼마나 빨리 날리느냐만 신경쓰게 되어 안전에 문제가 생길 수 있습니다.
실제 드론은 빨리 달리기만 위한 물건이 아니므로 드론의 목적과 적합하지 않는 대회입니다..
❷ 기존 레이싱 드론 대회의 단점을 생각하며 과학적 원리가 반영된 드론 대회 코스를 설계해 봅시다..
양력의 원리를 활용한 수직 이착륙 코스.
작용 반작용, 관성의 원리를 도입한 평행 이동 코스.
원심력을 이용한 회전비행 코스 등 다양한 코스가 개발이 가능합니다.
차시 7 차시 학생활동 1 과학적 원리를 고려한 창의 융합 대회장 설계하기
<상황 제시>
현재 대한민국에서 진행되는 대부분의 레이싱 드론 대회는 ‘얼마나 더 빨리 완주를 하느냐’ 에 대회 요점이 맞추어져 있다고 해도 과언이 아니다. 드론을 이용해서 속도만 추구할 것이 아니라 다 른 무언가를 추구할 수는 없을까?
❶ 자신이 설계한 코스들을 활용하여 과학적 원리가 반영된 드론 대회장을 설계해 봅시다.
<대회장 설계 도면>
❷ 자신이 설계한 대회장에 숨겨진 과학적, 수학적, 기술적, 예술적 원리에 대하여 서술해 봅시다.
(예시) 수직 이착륙 코스 원리 : 양력의 원리
(예시) 평행이동 코스 원리 : 작용,반작용의 원리, 관성의 원리 (예시) 회전비행 코스 원리 : 원심력의 원리
차시 8 차시 학생활동 1 간이 드론 레이싱 대회를 하고 상호 평가하기
<상황 제시>
기존의 속도 위주의 레이싱 경기보다 자신들이 개발한 과학적 원리를 근간으로 한 코스 난이도별 경기를 하였을 때 어떤 점이 더 좋았는지에 대하여 생각해봅시다.
❶ 자신의 팀이 설계한 드론 경기장의 코스 모습을 친구들이 쉽게 이해할 수 있도록 그림으로 그려봅시다.
<대회장 코스 안내 그림>
❷ 다른 팀 친구들이 설계한 코스를 직접 비행해보고 난 평가를 작성해보고 친구들과 상호 평가해 봅시다.
여러 가지 과학적 원리가 적용된 코스를 시간 제한이라는 압박 없이 경기를 진행해보니 재미있었고, 보다 빠르게 조종하기 보다 더 정확하게 미션을 수행하기 위해서 집중을 하게 되었다. 이 경기를 통해 집중력과 침착하게 드론을 조종하는 것이 중요하다는 것을 느꼈으며 드론 비행에 안전을 항상 고려해야한다는 것을 깨닫게 되었다.
차시 9∼10 차시 학생활동 1 3D프린팅 드론 Maker 활동하자!
<상황 제시>
❶ 위의 그림을 참고해서 울산의 특색이 드러나는 드론 Making 방법에 대해 말해봅시다.
고래드론을 제작하면 될 것 같다.
❷ 드론 Making 을 할 때 어려운 점은 무엇일지 예상해 봅시다.
정확한 치수 측정, 무게 및 공기저항을 고려한 설계가 어려울 것 같다.
8. 참고자료
차시 1∼3 차시
참고자료
차시 4∼5 차시 참고자료 네이버
지식백과(http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1126857&cid=40942&categoryId=32233)
열전달
[heat transfer, 熱傳達 ]
요약 열에너지의 이동현상을 의미한다. 넓은 의미로는 전도, 복사, 대류현상을 모두 가리키지만 좁은 의미로는 유체와 고체의 표면사이에서 전달되는 열을 가리킨다.
열이동 ·전열(傳熱)이라고도 한다. 일반적으로 물체들 사이의 열전도 ·대류 ·열복사 등 3 가지 열이동 과정을 총칭하지만, 좁은 의미로는 유체와 고체 표면 사이에서 열을 주고 받는 현상만을 가리킨다.
열전달에는 크게 유체 흐름이 자연(자유)대류일 경우(가열된 방바닥이나 벽면에 의한 난방)와 강제대류일 경우(비행체 표면으로부터의 열방출이나 열교환기 관벽 내외의 열교환), 유체의 상이 변화하지 않을 경우와 변화할 경우(비등이나 응축을 수반하여 보일러나 콘덴서 등의 성능을 좌우하는 열전달) 등이 있다. 경계층이 층류를 이룰 때와 난류를 이룰 때, 또는 그 둘이 함께 공존할 때 등에 따라 열전달 현상은 달라진다.
이 경우 유체와 고체 표면 사이 유체의 얇은 층(경계층)에서는 열전도에 의해 열이 전달되지만, 경계층 밖 유체에서는 열이 유체 자체의 대류에 의해 운반된다. 이렇게 열전도와 대류가 복잡하게 얽힌 열전달을 대류열전달이라 한다. 그 외에도 고체와 유체 사이에는 복사에 의한 복사열전달이 있는데, 보통 열전달이라 하면 대류열전달을 가리킨다. 이 경우 고체 표면의 온도를 tS, 유체의 온도를 t 라 하면, 단위시간에 단위면적을 통과하는 열량 Q 는 Q=a(tS－t)가 된다. 이때,a 를 열전달률이라 한다. 열전달률 a(㎉/㎡·h·deg)를 포함하는 식은 보통 무차원수인 누셀트수로 표시한다.
차시 6~8 차시
참고자료 학생들과 만들어본 드론 레이싱 경기장의 다양한 코스 모습 예시
차시 9~10 차시 참고자료
