Introduction 초등5-6학생용 초등5-6학생용

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Intro duc tion

한국과학창의재단에서 실시한 <2012 과학기술 국민이해도 조사 및 한･중･일 과학문화 인식 비 교조사 결과>에서 우리나라 국민들은 ‘과학 기술인’의 존재와 역할에 대한 기대가 크다고 답하면서 도 직업 선호도에서는 보다 안정적인 공무원, 교육자, 의사를 더욱 선호하는 것으로 나타났다. 과학 기술분야의 직업군에 대한 부정적 인식과 과학기술에 해당하는 과목의 어려움은 심각한 이공계 기 피현상을 초래하고 있다.

반면, 우리나라뿐만 아니라 중국과 일본 3개국 모두 ‘건강 및 의학’ 분야를, 앞으로 정부가 지속적 인 지원과 투자를 해야 하는 과학 기술 분야라고 입을 모았다. 우리 국민은 과학기술 분야에 대해 안 정된 직업이라고 생각하지는 않지만 관심과 이해도가 높으며 특히 청소년의 경우, 성인보다 관심이 높고 이해의 폭도 크다. 따라서 이 분야의 학습을 보다 쉽고 흥미롭게 진행하여, 과학기술 분야의 진 로를 긍정적으로 탐색할 수 있는 기저를 형성해 줄 필요가 있다고 본다.

이를 위해 과학기술 분야의 건강 및 의학 영역에서 실생활에 활용되는 첨단 의료기기 제품 속에 숨어 있는 과학 기술 원리를 학생들에게 흥미롭고 쉽게 전달하고 생각하며 적용할 수 있는 융합인재 교육(STEAM) 프로그램을 개발하게 되었다.

가. 프로그램 개발

❖ 인간의 바른 이해를 바탕으로 한 첨단 의료기기 활용 교육으로 학생의 흥미와 이해를 높이고, 과학기술 기반의 융합적 사고력과 창의적 문제해결력을 기르도록 하였다.

❖ 사회적 약자와 소외계층을 포함한 국민행복과 직결된 많은 문제들은 교육과정에 포함시켜 창 의적으로 과제를 개선하도록 하였다.

❖ 융합인재교육(STEAM)을 통하여 첨단 의료기기 분야의 최신 동향을 파악하고 실생활 문제와 수업을 연결하여 인간을 위한 도구로 올바로 사용하여 건강하고 풍요로운 사회를 이루는 데 일조하도록 하였다.

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❖ 휠체어, 복약 도우미, 보청기, 구급차, 건강 진단 장치, 스마트 알약, 로봇 의수, 초음파, 내시경, CT, 로봇 센서, MRI 등의 관련된 자료를 수집하여 최첨단 의료기기의 원리를 탐구하도록 제시 하였다.

❖ 학생용･교사용 프로그램은 학생의 특성과 수준에 맞게 맞춤식으로 교육과정과 교과서의 내용 을 융합적으로 구성하였다.

❖ 나선형 교육과정을 바탕으로 초등학교(특수학교 포함), 중학교, 고등학교가 연계되도록 하였다.

다. 초(특수)⋅중⋅고 프로그램 구성

자석마을여행

소리마을여행

휠체어, 복약 도우미

(특수) 초등3~4학년

(6차시)

할아버지  할머니를  위한  맞춤형  보청기

구급차  속의  첨단  응급의료장치

보청기, 구급차 초등3~4학년

(6차시)

첨단센서를  이용한  건강진단

스마트  알약! 

그것이  알고  싶다

건강진단장치, 스마트 알약 초등5~6학년

(6차시)

메디컬  터미네이터

인체  내부를  아는  방법

─소리를  볼  수  있을까

의료용  나노로봇으로  내  몸속  탐험하기 로봇 의수, 초음파,

내시경 중학교 (10차시)

영상  의료기기의  발달과  활용

의료용  첨단장비와 로봇센서

첨단의료기기의  미래  MRI CT, 로봇 센서,

MRI 고등학교 (10차시)

iv

이 책의 구성 과 활용

생각 두드리기

❚주제 관련 내용 소개

❖수업 전에 첨단의료기기와 관련된 배경지 식을 쌓을 수 있도록 하였다.

❖수업 주제와 관련된 읽을거리를 이야기, 신 문 기사, 만화, 인터넷 자료(QR코드 및 링 크주소) 등과 같이 다양한 방식으로 제공 하였다.

생각 열기

❚소제목과 학습목표

❖차시 소제목과 이 차시에서 성취해야 할 학 습목표를 제시하였다.

❚상황제시

❖학습 전체 상황을 아우를 수 있는 상황을 제시하였다.

생각 펼치기

❚소제목과 학습목표

❖차시 소제목과 이 차시에서 성취해야 할 학 습목표를 제시하였다.

❚창의적 설계

❖학생의 아이디어와 생각을 반영하여 창의 적으로 사고하고 문제를 해결하도록 구성 하였다.

v

다지기

생각 되돌아 보기

❚소제목과 학습목표

❖차시 소제목과 이 차시에서 성취해야 할 학 습목표를 제시하였다.

❚마무리

❖수업에 대한 자기평가, 소감문 작성 및 수 업 후 더 알고 싶은 점을 적도록 하였다.

부록

❚첨단의료기기 관련 직업 소개

❖첨단의료기기와 관련된 다양한 직업을 소 개하였다.

❚첨단의료기기관련 참고자료

❖다양한 첨단의료기기를 사진과 함께 제공 하였다.

vi

Con ten ts

✜ INTRODUCTION ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ⁱⁱ

✜ 이 책의 구성과 활용 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ^iv

Part 01 첨단센서를 이용한 건강진단장치

01 생각 두드리기 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2

02 생각 열기 ➊ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3

03 생각 열기 ➋ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 4

04 생각 펼치기 ➊ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 5

05 생각 펼치기 ➋ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 6

06 생각 펼치기 ➌ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 9

07 생각 다지기 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10

08 생각 되돌아보기 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11

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02 생각 열기 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 15 03 생각 펼치기 ➊ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 18 04 생각 펼치기 ➋ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 20 05 생각 다지기 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 22 06 생각 되돌아보기 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 23

참고자료

참고자료 ❶ 건강진단 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 26

참고자료 ❷ 센서 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 28

참고자료 ❸ 스마트알약 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 30

건강진단장치

01

건강검진은 왜 필요할까요?

건강의 유지하고 병의 조기 발견이나 예방을 위하여 몸과 정신의 기능과 상태를 검사하는 일을 건강진단이라고 합니다. 특히, 혹시 걸렸을지 모르는 질병을 발견하고 알맞은 대책과 치료를 받을 수 있게 정기적으로 건강 상태를 점검하는 것을 정기검진이라고 하지요. 최소한 1~2년에 한 번씩 꾸준히 정기 검진을 하면, 발병 초기에 증상이 전혀 나타나지 않는 고혈압, 당뇨병, 암과 같은 무서 운 질병도 조기에 발견할 수 있어 치료가 쉬워집니다. 어린이와 청소년도 자신의 몸의 상태를 수시 로 체크해 보고 관심을 가지면 좋겠습니다.

http://hi.nhis.or.kr/main.do http://jr.nhis.or.kr/index.jsp

의공학자는 어떤 사람이지요?

의공학은 의료 분야와 공학기술을 융합한 학문으로, 주로 의사가 의술을 펼칠 수 있는 각종 도구 를 개발하고 발전시키는 일을 합니다. 이젠 대중화된 엑스레이(X-ray), 내시경, 자기공명영상(MRI) 장비 등은 의공학 발전이 일궈낸 성과라고 할 수 있지요. 우리나라는 의공학 분야에 취약한 편이지 만, 앞으로 좀 더 관심을 가지고 노력하면 굉장히 유망하고 보람된 직업이 될 것입니다.

http://m.site.naver.com/0bQPh 초등학교

5~6학년

STEAM ⑤

첨단센서를 이용한 건강진단장치

생각 두드리기

늘 건강하실 것만 같았던 우리 할아버지가 얼마 전부터 소화가 잘 안되고 속이 더부룩하 다고 하십니다. 할아버지와 함께 병원을 찾아가 보았는데 할아버지께서 위암이라는 뜻밖 의 사실을 알게 되었어요. 평소에 운동을 열심히 하시고 규칙적인 생활을 하셨는데, 왜 암에 걸리신 걸까요? 암을 미리 예방할 수는 없을까요? 암에 걸리셨다는 것을 조금 더 빨 리 알 수 있는 방법은 없을까요?

의사선생님께서는 할아버지께서 건강하게 오래 사실 수 있는 방법을 알려주셨답니다. 어 떻게 하면 건강한 몸을 유지할 수 있는지 함께 생각해 볼까요? 다음 ( ) 안에 들어가면 알맞은 말을 보기에서 골라 넣어보세요.

➊ 음식을 ( , ) 먹어요.

➋ ( , )를 더 많이 먹어요.

➌ 슈퍼 푸드를 즐겨 먹어요.

➍ ( )인 생활을 해요.

➎ 규칙적으로 ( )하는 습관을 가집시다.

➏ 가까운 곳은 ( ) 가요.

➐ ( )와 ( )을 멀리 해요.

➑ 정기적으로 병원에 가서 ( )을 해요.

<보기>

짜게 싱겁게 많이 조금씩 야채 생선류 육류 규칙적 게으른 게임 운동 TV시청 담배 술 우유 걸어서 차를 타고 건강검진 예방접종

생각 열기➊

할아버지! 건강하게 오래오래 사세요! 1차시

우리 할아버지에게 위암이라는 무서운 병이…

다음은 건강진단의 종류와 과정을 보여주는 사진입니다.

위의 건강검진 방법 이외에 또 어떤 종류의 진단방법이 있을까요?

위와 같은 건강진단은 왜 하는 것일까요?

오늘의 학습문제를 알아봅시다.

기초 및 신체계측 위장⦁대장 검사 심전도 검사 소변⦁대변 검사

간기능 검사 신장 검사 갑상선 검사 혈액 검사

MRI 촬영 CT 촬영 초음파 검사 X-ray 촬영

건강 진단의 중요성을 알고 첨단 센서를 이용한 간편한 건강진단장치를 생각해보자.

미래에 나올 첨단 건강진단장치 구상하고 의견 나누기

의공학자가 되어, 만들고 싶은 첨단 건강진단(치료) 장치 구상하기

생각 열기➋

건강진단! 제대로 알아보자 1차시

건강 상태를 알려면 어떤 검사를 해야 할까?”

다음은 꼭 필요하고 일상에서 많이 실행하지만 비교적 힘든 검사들입니다.

위의 방법 중 검진을 받는 사람이 가장 힘들게 느끼거나 불편할만한 것을 골라 그 이유를 말해봅시다.

불편함을 해소할 수 있는 방법을 생각해 봅시다.

생각 펼치기➊

불편해! 힘들어! 이런 건강진단 Oh~ No! 1차시 다음 건강진단을 보고 어떤 것이 얼마나 힘들지 생각해봐요.

건강진단의 종류 왜 필요할까요? 진단하는 방법 소요 시간 위, 대장 내시경

초음파검사

혈액검사

X선 촬영

소변, 대변 검사

암검사(조직검사)

알레르기 검사

미세한 전류를 감지하는 LED 불켜기 실험과 신체 장착형 건강도구를 살펴보며 아이디어 를 얻어 봅시다.

[활동 1] 칼라점토로 LED 불 켜기

* 준비물 : LED(발광 다이오드), 고휘도LED, 9V건전지, 스냅, 칼라점토, 클립

➊

① 실험에 필요한 재료를 준비합니다.

② 일반 LED(발광 다이오드)와 고휘도 LED (과일전지용)를 함께 준비합니다.

③ 칼라 점토 대신 클레이를 사용하면 실험이 잘 되지 않습니다.

① 9V건전지에 스냅을 끼우고 연결된 전선의 끝부분의 피복을 벗겨냅니다.

② 조금 떼어내 모양을 만들어 둔 칼라 점토에 전선의 끝을 꽂습니다.

➋

➌

① 두 점토를 가까이 하고 LED의 다리를 벌려 두 점토에 한 쪽씩 꽂습니다.

(점토가 서로 닿지 않게 주의합니다.)

② 불이 들어오는 것을 확인합니다.

③ LED는 극성이 있어 긴 다리가 전지의 (+) 극과 만나도록 해야 합니다.

생각 펼치기➋

간편한 첨단센서를 어떻게 이용할까? 2차시

여러 가지 센서를 살펴보며 아이디어를 얻어 봅시다.

클립 대신 손가락을 대보았을 때 불이 켜지는 이유는 무엇일까요?

센서에 대해 알아보아요.

열, 빛, 온도, 압력, 소리 등의 양이나 그 변화를 감지하여 구분하거나 측정하고 그 것을 일정한 신호로 알려주는 부품이나 기구를 센서라고 합니다. 인간이 보고 듣고 느끼는 오감을 기계적⋅전자 적으로 본떠 만든 것이라고 할 수 있지요.

동작을 감지하거나 소리에 따라 반응하거나, 누르는 힘에 따라 반응하는 등 그 활용 범위는 매우 넓답니다.

센서의 종류에는 온도 센서, 압력 센서, 유량 센서, 자기 센서, 광센서, 음향 센서, 미각 센서, 후 각 센서 등이 있어요. 고속도로에 차량이 진입하면 통행 카드가 나오거나, 교실의 화재 감지기, 현 관의 자동 점멸등, 어두워지면 켜지는 가로등이 모두 간단한 센서를 이용한 예라고 할 수 있지요.

주변에서 볼 수 있는 센서를 찾아 어떻게 작동하는지 그 방법을 적어봅시다.

않은 부분에 클립 등의 여러 가지 물건을 대어 봅니다.

② 클립을 댔던 자리에 손가락을 대어 봅니다.

(이 실험에는 과일전지용 고휘도 LED를 사

용하도록 합니다.)

➍

➎

각자의 개성을 살려 응용 실험을 하여 봅 시다.

[활동 2] 신체 장착형 건강진단(치료)기기 알아보기

 손목밴드형 스마트 기기

 Social X-ray(마음의 상태를 읽는 안경)

 헬스패치(가슴에 붙이면 심박수, 호흡수, 체온 측정)

 인체 정보가 측정되는 섬유를 내장한 스마트 셔츠

 허리밴드형 의료기기

 안티바이러스반창고

 스마트반지

 골전도 이어폰

이 밖에 또 어떤 신체 장착형 건강검진(치료)기구가 있을까요? 어떤 신체 장착형 건강검 진 기구가 있으면 편리할까요?

신체 장착형 건강검진기구의 좋은 점은 무엇일까요?

간편하게 검진을 할 수 있는 아이디어를 내어 봅시다.

앞에서 한 활동을 바탕으로 얻은 아이디어를 가지고 다음 조건들을 고려하여 미래에, 또 는 의공학자로서 구상한 여러 가지를 표현해봅시다.

생각 펼치기➌

편리하게 건강검진 해요! 3차시

내가 생각한 첨단 센서 건강진단장치는 어떻게 쓰일까요?

첨단 센서를 이용하여 미래에 꼭 필요한 간편한 건강진단장치 구상하기 내가 의공학자라면?

의공학자로서 어떤 의료기기를 만들고 싶은가요? 첨단센서를 이용한 건강진 단 및 치료 장치를 구상하여 봅시다.

미래의 건강 진단 장치

제품명

[제품설명]

※ 장치의 좋은 점, 특징, 간편성 등에

대하여 글과 그림 등으로 나타냅니다.

의공학자로서의 구상

의료기기명

※ 의료기기의 필요성, 환자에게 편리한 점 등에 대하여 글과 그림

등으로 나타냅니다.

친구들의 발표를 들으며 친구들의 건강진단장치의 장점이나 따라하고 싶은 점(Plus), 고 쳐주고 싶은 점이나 아쉬운 점(Minus), 재미있거나 창의적인 점(Interesting)을 찾아 적 어보도록 합시다.

생각 다지기

첨단센서 활용 건강진단장치 발표회 3차시 첨단 건강진단장치에 대하여 의견을 나눠봅시다.

친구 이름

장점이나 따라하고 싶은 점(Plus)

고쳐주고 싶거나 아쉬운 점(Minus)

재미있거나 창의적인 점(Interesting)

이번 수업에서는 첨단센서를 이용한 건강검진의 모습을 알아보고 미래의 가상 첨단 의료 검진도구를 생각해 보았습니다. 수업을 마치며 스스로 수업에 대한 평가도 해보고, 소감 문도 간단히 작성해봅시다. 그리고 의공학자, 신체 장착형 첨단의료기기에 대하여 더 알 고 싶은 점이 있으면 적어봅시다.

첨단센서를 활용한 건강진단, 또는 신체 장착형 건강도구, 의공학자에 대하여 인터넷이 나 참고 서적 등을 이용하여 더 알아봅시다.

생각 되돌아보기

수업 돌아보기 3차시

이번 수업 활동에 대하여 수업 소감문을 간단히 작성하여 발표해봅시다.

1 수업에 적극적으로 참여하였나요?

2 건강진단의 필요성에 대하여 이해하였나요?

3 첨단센서를 이용한 건강진단의 방법을 창의적으로 생각하였나요?

4 친구들의 발표를 들으며 장점, 단점, 재미있는 점 등을 찾아 의견을 나누었나요?

5

수업 소감문 : 활동을 통해 느낀 점, 새롭게 알게 된 점 등을

자유롭게 적기

그것이 알고 싶다!

02

똑똑한 알약이 나타났다! 그건 바로! 스마트 알약!

「먹으면 몸 상태 다 알려주는 ‘스마트 알약’ 영국서 시판」

환자나 의사에게 적절한 복용 정보를 알려주는 알약 ‘스마트필(smart pill)’이 영국에서 만들어졌 다고 합니다. 스마트필은 먹을 수 있는 소형 센서 가 내장된 알약입니다. 이약을 먹으면 환자의 체내 에서 어깨나 팔에 붙인 패치 형태의 수신기로 다양 한 정보를 전송한다고 합니다. 환자의 심박동수, 체온, 약품 복용량, 다음 복용시간, 숙면 여부와 운 동량도 알려준다고 하네요. 정보는 환자나 의사가 컴퓨터, 스마트폰으로 다운로드해 활용하게 됩니

다. 이런 시스템은 하루에 세 차례 여러 종류의 약품을 동시에 복용해야 하는 고령의 환자들에게 유 용할 전망이라고 합니다.

이 약은 쌀알 크기의 식용 센서가 내장된 알약이 환자의 위에 도달하면 위액에 반응, 어깨에 붙인 패치형 수신기에 5분간 디지털 신호를 보내는 방식으로 정보를 다운로드한 의사는 환자가 약품을 정확하게 복용했는지 확인할 수 있다고 합니다. 이처럼 과학기술이 발달과 함께 최첨단의 의료기기 들이 사람들의 건강을 지켜주고 있답니다.

아래 동영상을 보세요!

<전자신문 e-play>

‘100세 시대, IT와 의료의 융 합에 주목하다!’

http://www.youtube.co m/watch?v=-XfUqPieIpw

초등학교 5~6학년

STEAM ⑥

스마트알약! 그것이 알고 싶다!

생각 두드리기

영국의 한 실험실에서 편지가 왔습니다. 편지를 살펴보고 이번 수업활동을 통해 해결해 야 할 문제는 무엇인지 고민하여 대답해봅시다.

안토니오 메디슨 박사의 고민은 무엇입니까?

스마트알약이란 무엇입니까?

이번 시간에 해결해야 할 문제는 무엇입니까?

오늘의 학습문제를 알아봅시다.

생각 열기

<사이언스올/ 과학상식>

‘스마트필(알약)이란?’

http://www.youtube.com/wa tch?v=-VfJKJAxjeM

아래 동영상을 보세요!

“스마트 알약을 무사히 장까지 가게 하려면 어떻게 해야 할까?”

세부 미션 조건

최종 발표는 모둠별로 약의 이동 경로, 약의 기능, 효과, 제품명 등을 적어 제품 발표회 형식으로 발표할 예정입니다.

“스마트 알약! 그것이 알고 싶다!” 1차시

스마트 알약에 대하여 알아봅시다.

스마트알약에 대하여 마인드맵으로 간단히 정리해봅시다.

롭게 상상해봅시다.

( ) 가 제안하는 나만의 스마트알약!

지금 당장 이 약을 만들 수는 없지만

미래에 꼭 이런 스마트알약이 개발 되지 않을까?

약은 우리 몸 안에서 어떻게 이동할까요? 약을 먹 게 되면 약은 우리 몸의 소화기관을 따라 순서대 로 우리 몸을 이동하게 됩니다. 안토니오 메디슨 박사의 부탁대로 스마트알약을 장까지 보내려면 어떻게 해야 할까요? 다음 탐구활동을 통해 문제 해결을 위한 아이디어를 얻어 봅시다.

[활동1] 캡슐약의 원리를 알아봅시다.

탐구 활동에 사용할 카멜레온 캡슐을 만들어 봅시다.

준비물 : 양배추지시약, 알긴산나트륨, 비커, 스포이드, 산성, 염기성, 중성 용액, 염화칼슘, 체 혹 은 거름종이, 유리 막대

➊ 양배추 지시약을 준비한다.

➋ 양배추 지시약 50ml에 알긴산나트륨을 2g 정도 넣고 잘 젓는다.

➌ 스포이트로 2%~5% 정도의 염화칼슘 수용액을 떨어뜨린다.

➍ 연어알처럼 생긴 캡슐을 체나 거름종이에 걸러낸다.

생각 펼치기➊

모둠별 탐구활동으로 미션 해결하기 2차시

탐구활동을 통해 문제를 해결하기 위한 아이디어를 얻어 봅시다.

관찰해봅시다.

비커의 이름을 공개하고 탐구결과를 통해 알게 된 내용을 정리해 봅시다.

구분

캡슐 비커 가 비커 나 비커 다

일반 캡슐

처음 색/모양 반응 후

색

달라진 점

카멜레온 캡슐

처음 색/모양 반응 후

색

달라진 점

앞에서 한 활동을 바탕으로 얻은 아이디어를 가지고 다음 조건들을 고려하여 스마트알약 이 입에서 장까지 갈 수 있도록 문제를 해결해봅시다.

생각 펼치기➋

탐구활동 정리하고 미션 해결하기 3차시

탐구활동을 바탕으로 모둠별로 창의적으로 문제를 해결해봅시다.

“ 스마트 알약을 무사히 장까지 가게 하려면 어떻게 해야 할까?”

세부 미션 조건

최종 발표는 모둠별로 약의 이동 경로, 약의 기능, 효과, 제품명 등을 적어 넣은 약상자 제품발표회 형식으로 발표할 예정입니다.

스마트알약 제품명

제품설명

※약의 기능, 효과 등을 글과 그림으로

나타냅니다.

입에서 장까지 보내기 위한 약의 이동 경로와 해결

방안 설명

약 제품 상자를 만들어봅시다.

제품 상자에는 ➊ 제품명

➋ 스마트알약의 기능, 효능

➌ 약의 이동 경로에 따른 해결 방안 등이 들 어가 있어야 합니다.

친구들의 스마트알약 제품 홍보 발표를 들으며 친구들의 스마트 알약이나 문제 해결책의 장점이나 따라하고 싶은 점(Plus), 단점이나 아쉬운 점(Minus), 재미있거나 창의적인 점 (Interesting)을 찾아 적어보도록 합시다.

생각 다지기

스마트알약 제품 발표회 3차시

스마트알약 제품을 발표해봅시다.

모둠 이름

장점이나 따라하고 싶은 점(Plus)

단점이나 아쉬운 점(Minus)

재미있거나 창의적인 점(Interesting)

이번 수업에서는 나날이 발전하고 있는 첨단의료기기 중 하나인 스마트알약에 대하여 알 아보고 우리만의 스마트알약을 입에서 장까지 보내기 위한 문제를 해결한 뒤 제품 홍보 회를 열어보았습니다. 수업을 마치며 스스로 수업에 대한 평가도 해보고, 소감문도 간단 히 작성해봅시다. 그리고 스마트알약 또는 첨단의료기기에 대하여 더 알고 싶은 점이 있 으면 적어봅시다.

스마트알약 또는 첨단의료기기에 대하여 더 알고 싶은 점에 대하여 집에서 인터넷이나 참고 서적 등을 이용하여 더 알아봅시다.

생각 되돌아보기

수업 돌아보기 3차시

이번 수업 활동에 대하여 수업 소감문을 간단히 작성하여 발표해봅시다.

1 수업에 적극적으로 참여하였나요?

2 첨단의료기기 및 첨단의료기기의 한 종류인스마트 알약에 대하여 이해하였나요?

3 주어진 조건을 고려하여 창의적으로 주어진 문제 를 해결하였나요?

4 친구들의 발표를 들으며 장점, 단점, 재미있는 점 등을 찾아 의견을 나누었나요?

5

수업 소감문 : 활동을 통해 느낀 점, 새롭게 알게 된 점 등을

자유롭게 적기

6

스마트알약 또는 첨단의료기기에 대하여 더

알고 싶은 점

신체 장착형 건강진단(치료)기기

~

1~28 건강검진의 종류

(출처: 한국건강관리협회)

손목밴드형 스마트기기

(출처 : 핏비트)

허리밴드형 의료기기

(출처: 필립스)

Social X-ray

(출처: 엘지사이언스랜드)

안티바이러스 반창고

(출처 : NCIIA-2012 OPEN MINDS)

헬스패치

(출처 :바이털 커넥트(Vital Connect)가 개발)

스마트링, 스마트셔츠

(출처 : IT뉴스 http://www.asiae.co.kr/news/view.ht m?idxno=2014090809494793040)

골전도 이어폰

(출처 : ‘어비어링’(UhBeeaRing))

참고자료➊

건강진단

표면상 건강하고, 증상이 없는 사람을 대상으로 질병이나 건강위해요인을 조기에 발견하여 더 이 상의 악화를 방지하고 조속한 치료를 하기 위한 예방적 보건조치.

질병예방과 건강증진에 대한 인류의 소망은 역사와 함께 이어져왔으나, 이를 위한 노력들이 과학 적 근거를 가지게 된 것은 인체에 대한 병리학과 생리학의 발전이 본격적으로 시작된 18세기 이후 라고 할 수 있다. 1861년 도벨(Dobell)이 처음으로 질병의 증상이 없는 사람들에게서 질병을 찾아 내기 위해서는 정기적인 건강진단이 필요하다고 주장했으며, 그 이후 결핵 등 몇몇 질병에 대한 건 강진단이 시도되었다. 하지만 본격적인 연구와 검사법이 제안된 것은 1970년대 이후로, 특히 1979년 설립된 캐나다 건강진단 특별연구반과 1984년 설립된 미국의 특별연구반은 정기건강진단 의 이론적 원칙을 확립하는 데 중추적인 역할을 했다.

우리나라에서 건강진단검사가 본격적으로 실시되기 시작한 것은 공무원 및 사립학교 교직원 의 료 보험관리공단이 피보험자를 대상으로 폐결핵, 고혈압성 질환, 간질환, 당뇨병, 신질환, 빈혈, 매 독 및 기타 흉부질환에 대한 집단 건강진단검사를 실시한 1980년부터이다. 그 후 의료보험법 제26 조에 의한 성인병건강진단사업과 산업안전보건법 3조에 의한 근로자 건강진단이 본격화되고, 최근 에는 의료보험 가입자의 피부양자까지 건강진단을 실시하게 됨에 따라 이제는 거의 전국민이 건강 진단의 대상에 포함되고 있다. 이에 따라 전체적으로 건강진단에 소요되는 비용은 점차 증대하는 경향에 있어 효율적이고 효과적인 건강진단 시행방안의 모색이 중요시되고 있다.

건강진단이 효과적으로 되기 위해서는 다음과 같은 조건이 만족되어야 한다. 먼저 선별검사가 효 율적이어야 한다. 선별과정이란 간단하고 편리하게 불특정의 모집단(母集團)으로부터 질병에 걸려 있을 확률이 높은 집단과 확률이 낮은 집단을 구분하는 것을 말한다. 즉 건강한 집단으로부터 질병 이나 건강위해인자를 가진 집단을 구별해 내는 방법이다. 따라서 효율적인 선별검사가 되기 위해서 는 선별검사로 채택된 방법이 정확성과 신뢰성을 갖추어야 한다.

그 다음으로 대상 질병은 조기 발견할 경우 효과적으로 치료하거나 예방할 수 있는 질병이라야 한다. 건강진단에 의해 조기발견이 가능한 질병이라도 임상적으로 치료가 가능해야 건강진단의 의 미가 있기 때문이다. 치료가 불가능한 질병의 조기발견은 거의 의미가 없다.

이처럼 건강진단은 적절한 선별검사 방법의 제공이 가능하고 조기치료 및 예방적 조치의 효과가 큰 대상 질환을 중점적으로 관리하는 방식을 택하는 것이 효과적이다. 이에 따라 모든 연령층의 사 람을 대상으로 동일한 종목의 검사항목에 의해 건강진단을 시행하는 것은 불합리하다고 지적되고 있으며, 각 개인의 성별, 나이, 위험인자(危險因子), 현존 건강문제 등에 따라 달리 적용되는 건강 진단 계획이 수립되어야 한다고 권고되고 있다. 또한 우리나라에 흔한 질병을 중심으로 우리 실정 에 맞는 중점 대상 질환(重點對象疾患)의 선정이 이루어질 때 보다 효과적인 건강진단의 시행이 가능하게 될 것이다.

센서

열, 빛, 온도, 압력, 소리 등의 물리적인 양이나 그 변화를 감지하거나 구분 및 계측하여 일정한 신호로 알려주는 부품이나 기구, 또는 계측기. 인간이 보고 듣고 하는 오감을 기계적⋅전자적으로 본떠 만든 것이라고 이해하면 쉽다. 동작을 감지하거나 소리에 따라 반응하거나, 누르는 힘에 따라 반응하는 등 그 활용 범위는 매우 넓다. 센서의 종류에는 온도 센서, 압력 센서, 유량 센서, 자기 센 서, 광 센서, 음향 센서, 미각 센서, 후각 센서 등이 있다. 고속도로에 차량이 진입하면 통행 카드가 나오거나, 교실의 화재 감지기, 현관의 자동 점멸등, 어두워지면 켜지는 가로등 등이 간단한 센서의 예이다.

[네이버 지식백과] 센서 [Sensor] (Basic 중학생을 위한 기술･가정 용어사전, 2007.8.10., ㈜신원문화사)

광섬유센서[optical fiber sensor, 光纖維 -]

광섬유 자체가 검지 기능을 가진 것과 다른 센서로 신호를 전달하는 경로로서 광섬유를 사용하는 것의 두 가지가 있다. 검지 기능을 가진 것은 주위의 전자기적(電磁氣的)인 잡음에 영향을 받지 않 는 특징이 있다. 온도나 압력에 의한 신축성을 이용하거나 빛의 위상차를 이용한 것, 도플러 효과를 이용한 것 등이 있다.

광섬유 자신이 검지(檢知) 기능을 가진 것과 센서는 따로 있고, 그 신호를 전달하는 경로로서 광 섬유를 사용하는 것의 두 가지가 있는데, 검지 기능을 가진 것은 주위의 전자기적(電磁氣的)인 잡 음에 영향을 받지 않는 특징이 있다. 온도나 압력으로 광섬유가 신축하는 것을 이용하여 그 속을 통 하는 빛의 간섭무늬 등을 검출하면 온도⋅압력 센서가 되는데 이것은 제트엔진의 제어에 쓰인다.

회전방향에 따라서 진행하는 빛과 반대방향으로 진행하는 빛의 위상차(位相差)를 가려내는 광섬유 자이로스코프도 있으며 이는 항공기에 탑재된다. 빛의 도플러 효과의 응용으로는 속도계⋅혈액계

⋅진동센서 등이 고안되어 있다.

[네이버 지식백과] 광섬유센서 [optical fiber sensor, 光纖維─] (두산백과)

감지기[sensor, ^感知器 ]

여러 종류의 물리량을 검출하고 계측하는 기능을 갖춘 소자로서 센서라고도 불린다. 출력신호는 원격조작이 쉽고, 증폭과 축적이 쉬운 전기신호를 주로 사용한다.

센서(sensor)라고도 한다. 사람의 눈⋅코⋅귀⋅혀 등과 같은 역할을 하며, 감지한 정보를 인간 의 두뇌에 해당하는 정보처리부에 전달, 판단을 내리게 한다. 즉 인간의 오감에 해당되는 것이 감지 기이고 컴퓨터는 뇌에 해당된다.

대상이 되는 물리량은 앞에서 언급한 것 외에 자기(磁氣)⋅변위(變位)⋅진동⋅가속도⋅회전수

⋅유량(流量)⋅유속(流速)⋅액체성분⋅가스성분⋅가시광(可視光)⋅적외선⋅초음파⋅마이크로

참고자료➋ 센서

(機器)의 고성능화, 교통통제의 고도화, 재해방지 시스템의 효율화 등 사회 각 부문의 요구를 충족 시키기 위해서는 정보처리 시스템과, 그 정보를 얻기 위한 각종 기기가 필요한데, 그 중심이 되는 것이 감지기이다.

출력신호로는 전기 신호가 많이 쓰이는데, 그것은 증폭⋅축적(메모리)⋅원격조작 등이 쉽고, 뇌 에 해당하는 컴퓨터에 입력할 때 취급하기가 쉽기 때문이다.

[네이버 지식백과] 감지기 [sensor, 感知器] (두산백과)

초음파감지기[ ultrasonic sensor, ^{超音波感知器} ]

두께 2~3μm의 진동막을 이용하여 2만 Hz~300MHz의 인간의 귀로 들을 수 없는 고주파대 음 으로 물체의 위치나 거리를 감지하는 센서이다. 어군탐지기, 의료용 진단장치 등에 쓰인다.

두께 2~3μm의 진동막에 전압을 가하면 초음파가 발생하고 물체에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 초음파를 다시 이 진동자에 의하여 감지한다. 물체까지의 거리가 멀수록 반사하여 되돌아오기까지 의 시간이 길어지기 때문에 물체까지의 거리를 알 수 있다. 초음파는 기체 외에 액체⋅고체 속에서 도 전하기 때문에 어군탐지기나 탐상기(探傷器)⋅의료용 진단장치 등에도 응용된다. FA(factory automation) 분야에서도 도장용(塗裝用) 로봇이 페인트를 뿜는 거리를 검출하는 데 쓰이거나 나 사조임 로봇이 나사구멍 검출용으로 보급되고 있다.

[네이버 지식백과] 초음파감지기 [ultrasonic sensor, 超音波感知器] (두산백과)

광센서[ optical sensor, 光 - ]

사람의 눈에 해당하는 장비로 물체의 모양이나 상태⋅움직임 등을 감각한다. 과거에는 물체의 빛 을 감지하는 방식이었으나, 지금은 기계에서 큰 빛을 내었을 때, 빛이 부딪혀 반사되어 오는 것을 토대로 그 물체의 정보를 얻는 방식을 사용한다.

센서란, 인간의 감각기관 구실을 하는 장치를 말하는데, 그중에서 시각(視覺)에 해당되는 것이 광센서이다. 그래서 시각 센서라고도 한다. 광센서는 빛의 양, 물체의 모양이나 상태⋅움직임 등을 감각하는데, 눈의 구실을 하는 것이 렌즈이다. 예전에는 자연의 빛을 감각하는 것이었으나, 지금은 인공적으로 큰 빛을 발하여, 그 빛이 물체에 부딪혀 반사되어 오는 것을 받아들여, 그 물체의 움직 임이나 빠르기 따위를 알아내는 구조가 많아졌다. 광센서를 사용하면 로봇을 자동적으로 이동시킬 수가 있다.

초음파나 적외선을 로봇의 전방에서 발사하여, 물체로부터 되돌아오는 빛의 강약으로 제 위치를 안다. 장애물로부터 멀어져 있으면 받는 빛은 약해지고, 가까워지면 강해진다. 그러므로 어느 일정 한 빛의 세기에서 멈추어 서도록 로봇에게 가르쳐 놓으면 앞쪽에 물체가 있을 때 판단해서 선다. 그 리고 그 이상 앞으로 나아가지 않고, 진행 방향을 바꾸는 것이다. 센서 중에서도 주류를 이루는 것 이 광센서이며, 특히 컴퓨터에 의한 이미지(화상⋅도형⋅문자⋅물체 등)의 직접 인식에 있어서, 높 은 정밀도의 이미지 센서 수요가 늘어날 것이다.

[네이버 지식백과] 광센서 [optical sensor, 光─] (두산백과)

스마트알약

환자나 의사에게 적절한 복용 정보를 알려주는 알약 ‘스마트 필(smart pill)’이 영국에서 만들어졌다고 합니다. 스마트필은 먹을 수 있는 소형 센서가 내장된 알약입니다. 이약을 먹으면 환자의 체내에서 어깨나 팔에 붙인 패치 형태의 수신기로 다양 한 정보를 전송한다고 합니다. 환자의 심박동수, 체온, 약품 복 용량, 다음 복용시간, 숙면 여부와 운동량도 알려준다고 하네 요. 정보는 환자나 의사가 컴퓨터, 스마트폰으로 다운로드해 활

용하게 됩니다. 이런 시스템은 하루에 세 차례 여러 종류의 약품을 동시에 복용해야 하는 고령의 환 자들에게 유용할 전망이라고 합니다.

이 약은 쌀알 크기의 식용 센서가 내장된 알약이 환자의 위에 도달하면 위액에 반응, 어깨에 붙인 패치형 수신기에 5분간 디지털 신호를 보내는 방식으로 정보를 다운로드한 의사는 환자가 약품을 정확하게 복용했는지 확인할 수 있다고 합니다. 이처럼 과학기술이 발달과 함께 최첨단의 의료기기 들이 사람들의 건강을 지켜주고 있답니다.

“Proteus Digital Health의 소화 가능한 센서(Ingestible Sensor)”

캘리포니아의 스탠퍼드 대학 근처의 레드우드 시티 (Redwood City)에 위치한 이 Proteus Digital Health라는 회사는 기존의 먹는 약에 부착할 수 있는 모래알 하나 크기 정도의 작은 ‘소화 가능한 센서(Ingestible Sensor)’를 개발 했습니다. 작동하기 위해 배터리나 안테나도 필요 없는 이 센 서는 신기하게도 종합 비타민제에도 들어 있는 무기질인 구리와 마그네슘으로 이루어집니다. 이 센서 가 위 속의 위액과 반응하게 되면 1.5볼트 정도의 미세한 전류를 발생시키게 됩니다. 이렇게 전류가 발생하는 원리는 우리가 학창 시절에 한 번씩은 해봤을 법한, ‘감자 전지’ 혹은 ‘레몬 전지’의 원리와 같 다고 회사 측은 설명합니다. 아래의 동영상에서, ‘당신 자신에 의해서 작동한다(Powered By You)’는 설명은 그래서 나온 것입니다. 무기질로 이루어진 이 센서는 이후에 자연스럽게 체내에서 소화가 되 게 됩니다. 이렇게 흐르게 되는 전류를 특수한 패치로 감지를 하여, 어떠한 약을 언제 먹었는지를 기 록으로 남기게 됩니다. 그러한 기록은 스마트 폰이나 클라우드를 통해서 남게 되고 보호자나 주치의 에게도 공유가 가능합니다. 즉, 앞에서 소개한 기기들과는 달리, 환자가 약을 실제로 복용을 할 때만 이 이러한 기록을 정확하게 남길 수 있는 것입니다. 그래서 이런 종류의 기술을 ‘스마트 약(smart pill)’, 더 공식적으로는 ‘소화 이벤트 마커(Ingestion Event Marker, IEM)’라고 불립니다.

출처 : http://www.yoonsupchoi.com/2013/03/07/proteus-digital-healt/

참고자료➌

스마트알약

연구기획

백호근

은평대영학교장

김찬수

은평대영학교 수석교사･교육학박사

연구위원

김찬수

은평대영학교 이진희

서울면동초등학교 강윤지

서울이태원초등학교 이명구

광신중학교 이선희

신관중학교 고영수

명덕여자고등학교 변주용

수도전기공업고등학교 양우성

광운대학교 신영일

한국복지대학교 박태수

(주)로보코

자문위원

염영일

울산과학기술대학교 석좌교수 이지선

서울재활병원 병원장

편집･삽화･그래픽 안유경

와부고등학교

검토 및 협력

박원희

단국대학교 최동우

(주)로보코 김현자

한사랑학교 이혜주

서울상봉초등학교 김상미

백암초등학교 임소인

서울경운학교

2014 융합인재교육(STEAM) 프로그램(첨단의료기기) 2014 융합인재교육(STEAM) 프로그램(첨단의료기기)

발행일 2014년 12월 31일 인쇄일 2014년 12월 31일

발행인 한국과학창의재단 발행처 한국과학창의재단 디자인 레인보우북스 인 쇄 영진문화사