회룡초등학교

(1)

2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2019.11.15

회룡초등학교

(2)

【 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

유형 (유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ ) 프로그램명 [초등학교 과학]사물간의 통신으로 알아보는 움직이는 물체의 빠르기

비교

학교급 초등 대상 학년(군) 5~6

중심과목 과학 중심과목 성취기준 영역

힘과 운동 [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로 비교할 수 있다.

연계과목 실과

(SW)

연계과목 성취기준 영역

기술의 세계 [6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

연구기간 2019.5.16. ~ 2019.11.30.

연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 4명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 3명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 회룡초등학교 초등 교사 이지영

공동연구원 신봉초등학교 초등 교사 윤형준

공동연구원 회룡초등학교 초등 교사 유푸른

공동연구원 버들개초등학교 초등 교사 윤덕현

2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

융합인재교육 (STEAM) 교사연구회를 운영한 최종 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2019년 11 월 15 일

연구책임자 : 이지영 (인)

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“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

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목 차

1. 요약문 ··· 1

2. 서론 ··· 1

3. 연구 수행 내용 ··· 2

가. STEAM프로그램 개발 및 적용 ··· 2

나. STEAM프로그램 적용 성과 연구 및 조사 ··· 7

다. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 ··· 7

4. 연구 수행 결과 ··· 8

5. 결론 및 제언 ··· 8

5. 참고문헌 ··· [부록] 부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 1. STEAM 프로그램 내용 ··· 9

2. STEAM 프로그램 총괄표 ··· 9

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 ··· 11

4. 학생활동지/학생참고자료 ··· 16

5. 교사자료 ··· 25

부록2. STEAM 프로그램 개발 적용 사진 ··· 35

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1. 요약문

학생들에게 과학을 좋아하는 이유를 물으면 대부분의 학생들은 실험하는 게 즐거워서라고 답한다. 다양한 도구나 자신의 신체를 직접 움직여 실험을 하는 것은 학생들의 적극성을 이끌 어 낼 수 있고 과학교과에 대한 흥미를 갖게 할 수 있다는 점에서 긍정적이다.

이 프로그램에서는 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기를 비교하는 방법을 사물간의 통신 을 이용하여 물체의 빠르기를 비교하는 활동으로 구성하였다. 아두이노와 스마트폰, 아두이노 와 아두이노의 통신, 초음파센서, 기어모터로 움직이는 자동차를 이용하여 물체의 빠르기를 비 교하는 활동을 해 봄으로써 첨단과학의 원리를 이해하는 융합 과학 콘텐츠를 경험할 수 있다.

2. 서론

가. 필요성

시스코 보고서에 따르면 2020년까지 전 세계 인터넷 사용자 수는 2015년 대비 10억 명 이 상 늘어 세계 인구의 절반 이상(52%)인 41억 명에 이를 것이며, IP 트래픽은 연평균(CAGR) 22%씩 성장해 2015년 대비 거의 3배에 달할 것으로 예상된다. 시스코는 이 중 개인의 기기 사용과 M2M(Machine to Machine) 연결에 기반한 디지털화로의 전환(Digitization Transformation)이 전 세계 트래픽 성장에 큰 영향을 미칠 것이라고 분석했다. 1인당 연결기기 수도 2015년 2.2개에서 2020년 3.4개로 늘어날 것으로 전망했다. 한국의 경우, 1인당 연결기기 수는 2015년 인당 6.7개에서 2020년 12.2개로 2배 가까이 증가할 것으로 예상된다고 하였다 [1]. 이러한 데이터가 시사하는 바는 네트워크는 현대사회에서 마치 공기와 같다는 것이다. 특 히 기기 간 연결 M2M기반 네트워크는 다가올 미래의 중요한 이슈라는 것을 확인할 수 있다.

본 프로그램에서는 M2M 기반 네트워크를 학생들의 교육과정과 연계하여 문제 해결에 적용하 고 직접 프로그래밍을 통해 문제를 해결하는 경험을 제공하고자 한다.

나. 목표

◦소프트웨어 기반의 S-STEAM 프로그램을 개발하여 현장 적용 후 효과성을 평가한다.

◦실험․실습과 협력을 통한 학생 주도의 융합교육으로 핵심 역량을 함양한다.

◦개발한 프로그램을 확산하기 위한 워크숍을 개최하고 결과물을 공유한다.

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3. 연구 수행 내용

[과제1] STEAM프로그램 개발 및 적용

가. 연구 개발 STEAM 프로그램 개요

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 사물간의 통신으로 알아보는 움직이는 물체의 빠르기 비교 선행

프로그램명

2019년 STEAM 교사연구회 해당없음

학교급 초등학교 대상 학년(군) 5~6학년

중심과목 과학 중심과목

성취기준 영역

[초등학교 5~6학년] 힘과 운동

[6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로 비교할 수 있다.

연계과목 실과

창체

연계과목 성취기준 영역

[초등학교 5~6학년] 기술의 세계

[6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 3 과학(1)+창의적체험활동 자율(1)+실과(SW)(1)

나. 연구 개발 STEAM 프로그램 세부내용

1) 프로그램명 : 사물간의 통신으로 알아보는 움직이는 물체의 빠르기 비교 2) 성취기준 및 핵심 역량 목표

2015 교육과정 성취기준

과학 [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로 비교할 수 있다.

실과 [6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

핵심 역량

차시 1차시 2차시 3차시

주제

모터의 원리 이해하고 움직이는 자동차 만들 기(달리기, 멈추기)

사물간의 통신 알아보기

사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠 르기 비교하기

일반

역량 지식정보처리 역량 창의적 사고 역량 심미적 감성 역량

의사소통 역량 교과

역량 추론 창의･융합 시각적 소통 능력

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3) 교육과정 재구성 계획

차시 교과 재구성 내용

과학 실과 창의적 체험활동

1 [1/3]모터에 대해 알아보고 움

직이는 자동차 만들기

2

[2/3]사물간의 통신에 대해 알 아보고 스크래치 프로그램을 이용하여 멀리 떨어진 곳에 데이터 보내기

3

[3/3]일정한 거리를 이동할 때 에 걸린 시간을 사물 간 통신 으로 측정하고 여러 가지 물 체의 빠르기를 비교하기

4) 학습 목표 □ 내용 목표

Ÿ 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로 비교할 수 있다.

Ÿ 같은 거리를 갈 때 걸리는 시간을 비교하는 실험을 통해 속력의 개념을 이해한다.

Ÿ 소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.

Ÿ 절차적 사고에 의한 문제 해결의 순서를 생각하고 적용한다.

Ÿ 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

□ 과정 목표

Ÿ 물체의 운동과 속력을 이해함으로써 과학적 표현의 중요성을 알 수 있다.

Ÿ 블록프로그래밍 과정을 통해 소프트웨어가 우리 생활에 미치는 영향을 알 수 있다.

Ÿ 모둠원과 역할 분담을 통해 물체의 빠르기를 측정하는 활동을 하며 의사소통 역량과 문 제해결 능력을 기른다.

5) STEAM 학습 준거 계획

구분 주요 내용

상황제시

• 용이는 아버지와 함께 평창올림픽에서 봅슬레이 경기를 관람한 적이 있습니다. 열심히 연습 한 선수들이 최선을 다해 경기를 하는 모습을 보니 자기도 모르게 긴장되었습니다. 선수들의 최고속도가 시속 153km에 이른다고 하니 더욱 놀라울 뿐이었습니다. 0.01초 차이로 순위가 달 라지는 경기를 보며 용이는 일정한 이동거리를 이동한 시간을 어떻게 정확하게 측정할 수 있 는지 궁금해졌습니다. 용이가 정확한 속도를 측정하기 위해서는 어떻게 해야 할까요?

창의적 설계

• 움직이는 자동차를 만들기 위해 필요한 조건을 알아보자.

• 모터에 대해 알아보고 소프트웨어를 이용하여 기어모터를 작동시켜 보자.

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6) 차시별 구성 계획

• 일상생활에서 네트워크가 이용되는 경우를 조사하여 발표할 수 있다.

• 아두이노와 아두이노, 아두이노와 스마트폰을 연결하는 방법을 알고 네트워크를 이해할 수 있다.

• 소프트웨어를 이용하여 네트워크에 연결된 기기가 서로 통신하도록 프로그래밍을 한다.

• 물체의 이동 속도를 측정하여 데이터를 수집해 보자.

• 수집한 데이터를 이용하여 물체의 속도를 비교해 보자.

감성적 체험

• 친구와 함께 달리기 속도를 측정하거나 실내에서 자동차 모형을 이용하여 속도를 측정해보 고 일상생활 속에서 사용되는 소프트웨어의 편리함을 느낄 수 있다.

프로그램명 사물간의 통신으로 알아보는 움직이는 물체의

빠르기 비교 학교급 초등 5~6 차시 총 3차시

교육목표 Ÿ 일정한 거리를 이동할 때에 걸린 시간을 사물 간 통신으로 측정하고 여러 가지 물체 의 빠르기를 비교할 수 있다.

핵 심 역 량

차시 1차시 2차시 3차시

차시 별 주제

모터의 원리 이해하고 움직이 는 자동차 만들기

(달리기, 멈추기)

사물간의 통신 알아보기

사물 간 통신으로 일정 한 거리를 이동한 물체 의 빠르기 비교하기 일반

역량 지식정보처리 창의적 사고 심미적 감성

의사소통 교과

역량 추론 추론 창의･융합

관련교과 과학, 실과, 창체

2015 개정 교육과정 성취기준

교과명

(내용요소) 힘과 운동

(성취기준) [6과07-01] 일상생활에서 물체의 운동을 관찰하여 속력을 정성적으로 비교할 수 있다.

교과명

(내용요소) 기술의 세계

(성취기준) [6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

차시별 교수·학습 내용 중심교과 STEAM 요소

1차시 (모터의 원 리 이해하 고 움직이 는 자동차

Co ‘최첨단 자율주행차’ 영상을 보고 이야기 나누기 -손을 대지 않고 물체를 움직일 수 방법에 대해 말하기 -자율주행차 동영상(https://youtu.be/dGkDEHPSMq4) 보기 -자율주행차와 일반자동차의 차이점은 무엇일까 생각해보기

창체 S, T, E

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만들기)

 모터에 대해 알아보기

CD 기어모터를 아두이노에 연결하기

-기어모터와 아두이노를 연결하고 모터를 작동시키는 블록 알 아보기

 모터의 빠르기를 조절하는 프로그래밍 알아보기

CD 스크래치로 모터를 돌려보기 -모터의 속도를 조절하는 블록 알아보기

ET 스크래치 블록으로 자동차를 움직이고 멈추게 하기 -모터 멈추기, 모터의 속도를 단계별로 조절하기

2차시 (사 물 간 의 통신 알아 보기)

 봅슬레이 경기 영상 시청하기(https://youtu.be/ERgzuXQj_Ac)

Co 정확한 기록을 측정하기 위한 방법을 생각해보기 -기록을 측정하는 장비들 간의 통신 방법 알기

 통신에 대하여 알아보기

CD ‘통신’의 사전적 의미를 알아보기

-같은 언어로 대화하는 ‘의사소통’과 비교하여 생각해 보기

CD 통신이 이루어지기 위한 조건을 알아보기

 네트워크 프로그래밍하기

CD 네트워크 만들기

-3개의 아두이노와 스마트폰을 연결하기

CD 스크래치 통신 블록 사용법 익히기 -멀리 떨어진 아두이노와 데이터 주고받기

 스크래치 블록 프로그래밍으로 멀리 떨어진 아두이노와 통신하기

CD 속도를 측정하기 위해 출발/도착 시간을 측정하는 알고리 즘 설계하기

-속도 데이터를 모으기 위해 통신 블록을 이용하여 아두이노 간 데이터를 주고받는 프로그래밍 하기

실과 T, E

3차시 (사물 간 통 신 으 로 일정한 거 리를 이동 한 물체의 빠르기 비 교하기)

 속도를 측정하는 네트워크 프로그래밍 하기

CD 아두이노 간 통신 확인하기

-스마트폰으로 명령을 내려 통신이 되는지 확인하기

 자동차(사람) 달리기(실내 또는 실외 개인달리기)

Co 달리기 할 일정한 거리(1m 또는 50m) 정하기 -출발선과 도착선을 정하기

-시간을 측정하지 않고 달려보기

 네트워크 프로그래밍을 이용하여 데이터 모으기

CD 자동차(사람)가 출발하여 도착할 때까지의 속도를 측정하는 프 로그램 설계하기

-스마트폰으로 명령을 내려 속도 확인하기

과학 S, T, E

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다. 연구 개발 STEAM 프로그램 적용 대상

라. 스크래치 2.0기반 네트워크 프로그래밍

본 연구 개발 프로그램에서는 스크래치 2.0기반의 소프트웨어를 활용하여 아두이노 간 네트워 크 연결을 통하여 속도를 측정하고자 한다. 측정을 위한 시나리오는 다음과 같고 [그림1]로 그 과정을 나타내었다.

Ÿ 아두이노 1은 출발선에서 자동차 아두이노2를 출발시키기 위해 대기한다.

Ÿ 아두이노 2는 도착선에서 아두이노 1의 신호를 기다리고 있다. 아두이노 3은 타이머이다.

Ÿ 스마트폰으로 출발신호를 내리면 아두이노 1, 2, 3,에게 출발신호를 보낸다. 아두이노 2는 출발신호를 받으면 바로 출발한다.

Ÿ 아두이노 3은 출발신호를 받자마자 타이머를 동작시킨다. 자동차가 도착점에 도달해 거리센 서값이 달라지면 시계를 멈추고 시간을 출력한다. 이 때 아두이노 3은 자동차 아두이노 2에 게 멈춤 신호를 보내고, 자동차 아두이노 2는 멈추게 된다. 아두이노 3은 아두이노 1에게 시간을 보낸다.

Ÿ 아두이노 1은 스마트폰에게 시간을 보내고 스마트폰에서는 시간이 출력된다.

Ÿ 실험을 다시 하기 위해서는 자동차 아두이노 2를 정 위치 시키고 스마트폰으로 출발신호를 보낸다.

측정한 속도를 기록하고 물체 간 빠르기를 비교하기

ET 측정한 속도를 발표하고 다른 모둠의 결과와 비교하기

 일상생활에서 사용되는 통신의 예를 찾아보기

ET 통신이 사용된 다양한 사물을 찾아보고 이로운 점 이야기 나 누기

대상 학년 5학년 5학년 STEAM 동아리

적용프로그램

사물간의 통신으로 알아보 는 움직이는 물체의 빠르 기 비교

대상 학교 회룡초 신봉초 버들개초

대상 학급 5학년 4학급 5학년 1학급 1학급

대상 학생수 116명 73명 30명

합계 219명

적용 기간 2019. 6. ~ 2019.11. (5개월)

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[과제2] STEAM 프로그램 적용 성과 연구 및 조사

구분 내용 비고

적용학년 5학년

적용방법 사전/사후검사

적용학교 회룡초, 신봉초, 버들개초(총 219명) 교육프로그램 적용 6월~11월

사전검사 5월 완료

사후검사 11월 완료

평가문항 STEAM 교육 지원연구단’태도검사와 만족도 조사양식으로 실시

[과제3] STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

가. STEAM프로그램 적용 수업 공개

공개대상 학년 수업 주제 시기 비고

회룡초 교사 5 사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물

체의 빠르기 비교하기 11월 완료

[그림1] 속도 측정을 위한 아두이노 네트워크 연결도

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나. STEAM교육협의체 워크숍 운영

구분 대상 워크숍 내용 시기 장소 비고

1차 워크숍 경기북부 Ÿ STEAM교육과정 운영의 실제 6월 회룡초 완료 2차 워크숍 경기북부 Ÿ STEAM수업 나눔 10월 회룡초 완료

4. 연구 수행 결과 [연구수행결과]

5. 결론 및 제언

o 다수 학교 참여로 인한 일정 조율과 교육과정 적용 시기 조정에 대한 어려움이 다소 있었음.

o 다수 학교 참여로 설문을 통한 양적 결과 분석 및 검증 효과와 더불어 학생과 심층 인터뷰를 통 한 질적인 결과 데이터를 다양하게 수집할 수 있었음.

o 개발 프로그램의 다수 학교 적용을 통한 현장 적합성 검증 능력 제고

o 교사연구회와 STEAM선도학교 워크숍을 병행하여 진행함으로 연구회 회원 및 워크샵 참여 교원의 소프트웨어(SW) 교육/융합인재교육(STEAM) 역량 향상에 도움이 됨

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 3차시

수업 적용 일정 2019. 10. 10. ~ 2019.11.15.

(STEAM 수업)수혜학생 수

회룡초등학교 116명(5학년 학생 전원) 신봉초등학교 (5학년 73명) 버들개초등학교(6학년 30명)

학생 태도검사 사전검사 8개 학급(219명) 실시 완료 사후검사 11월 1일, 8개 학급(219명) 실시 완료

학생 및 교사 만족도조사 11월 1일 실시 완료

교사연구회 STEAM 행사 개최

2019. 09. 27. “STEAM교육 재구성 사례 공유와 성장을 위한 질문 나누기”개최 완료

2019. 11. 8. “STEAM 열매공유워크숍”개최 완료

논문 또는 학술대회 해당 없음

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

[초등학교 과학] 사물간 통신으로 알아보는 움직이는 물체의 빠르기 비교 STEAM 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1/3 [6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해한다.

실과 [초등학교 5~6학년]

기술의 세계

2~3 2~3/3

과학 [초등학교 5~6학년] 힘과 운동

기술의 세계

1-1. 교육과정 재구성표

연번 차시

(중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준 (연계과목)

과학 실과 창의적 체험활동

1 1

모터의 원리를 이해하 고 스크래치를 이용하 여 기어모터를 작동시 킨다.

기술의 세계

2 2~3

일정한 거리를 이동할 때에 걸린 시간을 사물 간 통신으로 측정하고 여러 가지 물체의 빠르 기를 비교한다.

사물간의 통신에 대해 알아보고 스크래치 프 로그램을 이용하여 멀 리 떨어진 곳에 데이터 를 보낸다.

과학 [초등학교 5~6학년] 힘과 운동

기술의 세계

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 3차시)

차시 주요내용

1/3

주제(단원)

명 모터의 원리를 이해하고 자동차 작동하기(달리기, 멈추기)

모터에 대해 알아보고 기어모터를 아두이노 확장보드에 연결하는 방법을 알고, 스크래치 프로그램을 이용하여 모터를 작동시킬 수 있다.

Co ‘최첨단 자율주행차’ 영상을 보고 이야기 나누기 -자율주행차와 일반자동차의 차이점은 무엇일까 생각해보기

(14)

-기어모터와 아두이노를 연결하고 모터를 작동시키는 블록 알아보기

CD 스크래치로 모터를 돌려보기 -모터의 속도를 조절하는 블록 알아보기

ET 스크래치 블록으로 자동차를 움직이고 멈추게 하기 -모터 멈추기, 모터의 속도를 단계별로 조절하기

CD 스마트폰으로 자동차 모터를 움직이고 멈추게 하기

ET 모터의 빠르기를 조절하여 자동차를 달리고 멈추기

2~3/3

주제(단원)

명 사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교하기

네트워크에 대해 알아보고 스크래치 프로그램의 사물간 통신 예제를 이용하여 자동차가 일정한 거리를 이동하는데 걸린 시간을 측정하여 여러 물체의 빠르기를 비교해 본다.

 봅슬레이 경기 영상 시청하기(https://youtu.be/ERgzuXQj_Ac)

Co 정확한 기록을 측정하기 위한 방법을 생각해보기 -기록을 측정하는 장비들 간의 통신 방법 알기

-같은 언어로 대화하는 ‘의사소통’과 비교하여 생각해 보기

CD 스크래치 통신 블록 사용법 익히기 -멀리 떨어진 아두이노와 데이터 주고받기

CD 속도를 측정하기 위해 출발/도착 시간을 측정하는 알고리즘 설계하기

-속도 데이터를 모으기 위해 통신 블록을 이용하여 아두이노 간 데이터를 주고받는 프로그 래밍 하기

-스마트폰으로 명령을 내려 통신이 되는지 확인하기

CD 자동차(사람)가 출발하여 도착할 때까지의 속도를 측정하는 프로그램 설계하기 -스마트폰으로 명령을 내려 속도 확인하기

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3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

ET 측정한 속도를 발표하고 다른 모둠의 결과와 비교하기

 일상생활에서 사용되는 통신의 예를 찾아보기

ET 통신이 사용된 다양한 사물을 찾아보고 이로운 점 이야기 나누기

중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년

중심과목 성취기준

영역

[초등학교 5~6학년] 힘과 운동 중심과목 성취기준

주제(단원)명 4. 물체의 운동 차시 1/3

학습목표 기어모터에 대해 알아보고 움직이는 자동차를 만들 수 있다.

연계과목 과학 연계과목

STEAM 요소

S O 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기는 물체가 이동하는데 걸린 시간으로 나타냄을 알기 T O 모터의 원리를 이해하고 아두이노와 연결하여 작동시키기

E O A M

개발 의도

모터의 원리를 배우고, 배운 원리를 바탕으로 아두이노와 연결하여 자동차를 조립한다.

순차, 반복구조 등을 활용하여 조립한 자동차를 앞뒤로 이동하는 프로그래밍을 완성한다.

학생들은 완성한 프로그램대로 자동차를 작동시켜 성취감을 얻는 효과를 얻지만, 동시에 다음 차시를 위한 실험 준비를 마치게 된다.

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

Co ‘최첨단 자율주행차’ 영상을 보고 이야기 나누기

(https://www.youtube.com/watch?v=ogVNiSkKBkw)

-손을 대지 않고 물체를 움직일 수 방법엔 어떤 것이 있는가?

-자율주행차 동영상을 보고 난 후 물음에 답하기 -자율주행차와 일반자동차의 차이점은 무엇인가?

동영상

전개 (25 분)

-아두이노 온 스크래치 3.5를 실행한 뒤 아두이노를 컴퓨터에 연결하기 -학생 활동지를 참고하여 기어모터를 아두이노에 연결하기

학생 활동지 1

(16)

-아두이노에 기어모터를 연결한 후 프로그램에서 모터를 작동시키는 명령 블록 알 아보기

CD 스크래치 프로그램으로 모터를 돌려보기 -모터의 속도를 조절하는 블록 알아보기

-블록의 숫자 값이 늘수록 모터가 가속하고, 값이 줄수록 모터가 감속할 것이다.

-모터의 속도와 방향을 조절하는 명령어를 통해 모터의 속도를 단계별로 조절하기

ET 스크래치 블록으로 자동차를 움직이고 멈추게 하기 -모터를 모두 멈추는 블록에 대해 알아보기

-위 블록을 이용하여 모터를 멈춰보기

CD 스마트폰으로 자동차 모터를 움직이고 멈추게 하기

-활동지에 있는 프로그램대로 명령 블록을 입력한 후 아두이노에 업로드하기

-업로드 종료 후 USB 포트 해제하기

-휴대폰 상의 아두이노 온 스크래치 앱을 실행하여 아두이노와 블루투스 연결하기 -연결 후 나타나는 버튼과 슬라이드바를 눌러보며 자동차의 작동 여부 확인하기

정리 (10 분)

ET 모터의 빠르기를 조절하여 자동차를 달리고 멈추기

-움직이는 자동차가 프로그램 명령어대로 잘 작동하는지 확인하기

-프로그램에서 작동하지 않은 부분을 모둠원과 함께 이야기 나누며 수정하기 -자기 및 동료평가지를 작성하여 수업에서 잘한 점과 보완할 점을 찾기

(17)

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년 ※ 적용 대상 중심과목

성취기준 영역

[초등학교 5~6학년] 힘과 운동 중심과목 성취기준

주제(단원)명 4. 물체의 운동 차시 2~3/3

학습목표 사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기를 비교할 수 있다.

연계과목 실과 연계과목

STEAM 요소

S O 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기는 물체가 이동하는데 걸린 시간으로 나타냄을 알기 T O 로봇자동차를 아두이노와 연결하여 통신하기

E O 사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교하기 A O

M O

개발 의도 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 등의 구조를 이해하고 아두이노를 활용한 사물간의 통신을 이용하여 물체의 빠르기를 비교하고자 한다.

모터의 원리를 이해하고 스크래치를 이용하여 기어모터를 작동시킬 수 있다면 이번에는 자동차를 이용하 여 일정한 거리를 이동할 때애 걸린 시간을 사물간 통신으로 측정하고 여러 가지 물체의 빠르기를 비교 하고자 한다. ‘사물간의 통신’을 이용한 스크래치 프로그램을 이용하여 걸린 시간(자동차가 출발하여 도 착할 때 까지의 속도)을 스마트폰에 전달한다. 측정한 속도를 기록하고 물체 간 빠르기를 비교한다. 감성 적 체험 활동으로는 학급 아이들과 만든 자동차, 아두이노 프로그램을 이용하여 경주를 해 보고 느낀점 을 나눈다.

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 5 분)

 봅슬레이 경기 영상 시청하고 물음에 답하기 (https://youtu.be/ERgzuXQj_Ac)

-빠르게 움직이는 봅슬레이 경기에서 정확한 기록은 어떻게 측정할 수 있나?

-경기 기록은 어떻게 측정되어 사람들에게 전달되는 것인가?

Co 정확한 기록을 측정하기 위한 방법을 생각해보기 -기록을 측정하는 장비들 간의 통신 방법을 알아봅시다.

-같은 언어로 대화하는 ‘의사소통’과 ‘통신’의 공통점과 차이점은 무엇이 있나요?

동영상

Tip!

전개 ( 70 분)

-아두이노 온 스크래치 3.5를 실행한 뒤, Examples 메뉴에서 ‘meg_RF_4대_아두 이노 데이터 주고 받기.sb2’ 예제 불러오기

CD 스크래치 통신 블록 사용법 익히기

학생 활동지 2

(18)

-멀리 떨어진 아두이노와 데이터 주고받기 -예제를 활용하여 코딩 블록을 완성해 봅시다.

-자료를 보내는 역할, 자료를 받는 역할을 정하고 보내는 데이터를 수집해 봅시다.

CD 속도를 측정하기 위해 출발/도착 시간을 측정하는 알고리즘 설계하기

-초음파 거리 센서와 LCD를 이용하여 로봇 자동차가 일정한 거리를 이동했음을 확 인하고, 걸린 시간을 측정하는 장치를 만들어 봅시다.

-속도 데이터를 모으기 위해 통신 블록을 이용하여 아두이노 간 데이터를 주고받는 프로그래밍을 만들어 봅시다.

-스마트폰으로 start 버튼을 누르면 자동차가 출발하도록 합니다.

-스마트폰과 아두이노 간 통신이 되는지 확인합니다.

CD 자동차(사람)가 출발하여 도착할 때까지의 속도를 측정하는 프로그램 설계하기 -스마트폰으로 명령을 내려 속도 확인하기

(19)

정리 ( 5 분)

ET 자동차가 출발하여 도착할 때 까지의 속도를 측정하고 자동차 경주하기

-스마트폰으로 속도를 기록하여 가장 빠른 자동차와 가장 느린 자동차의 속도를 비 교해 봅시다.

(20)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

학생 활동지 1

모터의 원리를 이해하고 움직이는 자동차 만들기

( )초등학교 ( )학년 ( )반 이름( )

모터의 원리를 이해하고 움직이는 자동차 만들기

1. 아래 그림과 같이 아두이노 메가 확장보드와 기어모터를 활용하여 움직이는 자 동차를 만들어 봅시다.

① 오른쪽 바퀴를 움직이기 위해 오른쪽 기어모터의 검정색 선을 아두이노 확장보드의 MOTOR1-에 연결합니다.

② 오른쪽 바퀴를 움직이기 위해 오른쪽 기어모터의 빨강색 선을 아두이노 확장보드의 MOTOR1+에 연결합니다.

③ 왼쪽 바퀴를 움직이기 위해 왼쪽 기어모터의 검정색 선을 아두이노 확장보드의 MOTOR2-에 연결합니다.

④ 왼쪽 바퀴를 움직이기 위해 왼쪽 기어모터의 검정색 선을 아두이노 확장보드의 MOTOR2+에 연결합니다.

(21)

2. 아래와 같은 아두이노 온 스크래치 3.5 프로그램 블록명령어를 실행하고 로봇 자동차의 움직임을 관찰해 봅시다.

(1) 를 실행하면 로봇자동차가 어떻게 움직입니까?

( )

(2) 를 실행하면 로봇자동차가 어떻게 움직입니까?

( )

(3) 를 실행한 다음 를 실행하면

로봇자동차는 어떻게 움직입니까?

( )

3. 아래와 같은 프로그램을 업로드하여 휴대폰으로 로봇자동차를 시작하고 멈추 며, 빠르기를 변화시킬 수 있도록(슬라이드바) 한 뒤 실행해 봅시다.

※ 업로드가 완료되면 usb 케이블을 분리하고, 아두이노에 배터리를 연결합니다.

학생 활동지 2

(22)

사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교하기(1)

( )초등학교 ( )학년 ( )반 이름( )

아두이노 온 스크래치 3.5를 실행한 뒤, Examples 메뉴에서 meg_RF_4대_아두이노 데이터 주고 받기.sb2를 불러와 봅시다.

※ 모둠별로 자료를 주고받는 연습을 해봅시다.

주소 00

주소 01

주소 02

주소 03

(1) 불러온 meg_RF_4대_아두이노 데이터 주고 받기.sb2 파일을 위와 같이 수정 하여 준비하고 모둠별로 역할을 바꿔가며 실행을 해봅시다.

(1회)

역할 주소 00 주소 01 주소 02 주소 03

이름 ( ) ( ) ( ) ( )

(2회)

(23)

5. 교사자료

차시 1/3

모터의 원리 이해하고 움직이는 자동차 만들기

• 준비물

역할 주소 00 주소 01 주소 02 주소 03

이름 ( ) ( ) ( ) ( )

(3회)

역할 주소 00 주소 01 주소 02 주소 03

이름 ( ) ( ) ( ) ( )

(4회)

역할 주소 00 주소 01 주소 02 주소 03

이름 ( ) ( ) ( ) ( )

(2) 자료를 보내는 역할을 하는 주소는 어떤 것입니까?

( )

(3) 자료를 받는 역할을 하는 주소는 어떤 것입니까?

( )

(24)

[아두이노

MEGA보드] 기어모터 배터리 로봇 자동차

• 어떻게 연결하나요?

기어모터를 아두이노 MEGA보드에 연결하기

• 아두이노 MEGA보드에 연결해 보기

① 오른쪽 바퀴를 움직이기 위해 오른쪽 기어모터의 검정색 선을 아두이노 확장보드의 MOTOR1-에 연결하고 빨강색 선을 아두이노 확장보드의 MOTOR1+에 연결합니다.

② 왼쪽 바퀴를 움직이기 위해 왼쪽 기어모터의 검정색 선을 아두이노 확장보드의 MOTOR2-에 연결하고 검정색 선을 아두이노 확장보드의 MOTOR2+에 연결합니다.

학생 활동지 3

사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교하기(2)

( )초등학교 ( )학년 ( )반 이름( )

실험 장치 꾸미기

※ 아래 그림을 참고하여 물체의 빠르기를 무선통신기술(블루투스, RF 2.4Ghz)을 이용 하여 측정하는 장치를 만들어 봅시다.

그림1. 일정한 거리를 달린 로봇자동차의 이동 시간 측정 장치

(25)

• 로봇자동차가 앞뒤로 움직이고 멈추는 블록 프로그래밍하기

① [Arduino] - [mega]에서 블록을 가지고 옵니다. 블

록을 실행하면 로봇자동차가 앞으로 움직입니다.

② [Arduino] - [mega]에서 블록을 가지고 옵니다. 블

록을 실행하면 로봇자동차가 뒤로 움직입니다.

③ 이나 블록

을 실행한 다음 를 실행하면 로봇자동차가 멈춥니다.

• 모바일로 로봇자동차가 출발하고 멈추는 블록 프로그래밍하기

(1) 초음파 거리 센서와 LCD를 이용하여 로봇자동차가 일정한 거리를 이동했음을 확인하고, 걸린 시간을 측정하는 장치를 만들어 봅시다.(사물인터넷 보드1)

① LCD의 GND 자석단자를(통상 검정색 선) 아두이노 확장보드의 GND에 연결합니다.

② LCD의 VCC 자석단자를(통상 빨강색 선) 아두이노 확장보드의 5V에 연결합니다.

③ LCD의 SCL 자석단자를 아두이노 확장보드 SCL에 연결합니다.

④ LCD의 SDA 자석단자를 아두이노 확장보드 SDA에 연결합니다.

⑤ 초음파 거리 센서의 GND 자석단자를(통상 검정색 선) 아두이노 확장보드의 GND에 연결합니 다.

⑥ 초음파 거리 센서의 VCC 자석단자를(통상 빨강색 선) 아두이노 확장보드의 5V에 연결합니다.

⑦ 초음파 거리 센서의 Trig 자석단자를 아두이노 확장보드의 D6~에 연결합니다.

⑧ 초음파 거리 센서의 Echo 자석단자를 아두이노 확장보드의 D7~에 연결합니다.

(26)

① [Arduino]- [Arduino]의 블록을 [연산]의 블록과 결합하 여 통신이 이루어지게 합니다.

② [Arduino]- [Arduino mobile]의 블록과 블록을 결합하여 모바일로부터 정보를 읽어옵니다.

③ [Arduino]- [Arduino mobile]의 블록과 [제어]의 블록을 결 합하고 “START”를 입력합니다.

블록의 “caption”위치 에 “start”와 “stop”을 입력하고 “type”을 “Button”으로 선택합니다. 1*1위치에 “start”

버튼이 1*2위치에 “stop”버튼 위치를 지정합니다.

그리고 블록을 가지고 와서

(2) 모바일 기기를 이용하여 로봇자동차를 시작하고 멈추며, 일정한 거리에 도착했 을 때 걸린 시간을 모바일 기기에 표현해 주는 프로그램을 아래와 같이 작성하고 업로드해 봅시다.

(27)

블록과 결합하여 슬라이드바를 만듭니다.

④ [제어]의 블록과 [Arduino]- [Arduino mobile]의 블록을 결

합하고 캡션에 “bt1”을 입력하고 [mega]의 블록과 결

합하여 “bt1”을 눌렀을 때 “100”만큼의 속도로 로봇 자동차를 앞으로 움직이게 합니다.

⑤ [제어]의 블록과 [Arduino]- [Arduino mobile]의 블록을 결

합하고 캡션에 “bt2”을 입력하고 [mega]의 블록과 결합하여 “bt2”를 눌렀을 때 로봇 자동차를 멈춥니다.

⑥ [제어]의 블록과 [Arduino]- [Arduino mobile]의 블록을 결

합하고 캡션에 “sl1”을 입력하고 [Arduino]의 과 [Arduino]-

[Arduino mobile]의 블록을 결합하고 슬라이드바를 움직이며 속도를 ‘6’에 서 ‘9’까지 조절합니다.

자료출처 https://www.arduinoscratch.org/

(3) (1)에서 만든 장치가 잘 작동하도록 아래와 같은 프로그램을 작성하여 사물인

터넷 보드1에 업로드 하도록 합시다.

(28)

차시 2~3/3

사물 간 통신으로 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기 비교하기

• 준비물

(4) (2)번 모바일 업로드한 프로그램 중 로봇자동차의 빠르기와 직접적으로 관련이 있는 명령블록은 어떤 것입니까?

( )

(5) (4)번에서 확인한 명령블록에 입력한 값(초기=1)을 변경하고 업로드하면서 일정 한 거리에 도달하는데 걸린 로봇자동차의 시간(초)으로 나타내어 봅시다.

1회 2회 3회 4회 5회

명령블록 내

입력 값 1 ( ) ( ) ( ) ( ) 걸린 시간(초) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

(6) 위의 표를 통해 알 수 있는 사실은 어떤 것이 있습니까?

( )

(29)

[속도를 측정하는 아두이노]

(왼쪽부터)아두이노용 I2C LCD, 초음파 거리센서, 아두이노 mega보드

스마트폰 배터리 로봇자동차

• 어떻게 연결하나요?

(30)

아두이노용 LCD와 초음파센서를 아두이노 MEGA보드에 연결하기

• 아두이노 MEGA보드에 아두이노용 I2C LCD와 초음파센서에 연결해 보기

① 아두이노용 I2C LCD의 빨강색 전선은 mega보드의 5V단자, 검은색 전선은 GND단자, 초 록색 전선(SCL)은 SCL단자, 노랑색 전선은 SDA단자에 붙여 줍니다.

② 초음파 거리센서의 빨강색 전선은 mega보드의 5V단자, 검은색 전선은 GND단자, 검정색 전 선(Trig)은 mega보드의 D6(~)번 단자, 노랑색 전선(Echo)는 D7(~)번 단자에 붙입니다.

• 사물 간 통신으로 일정한 자동차가 달린 시간 측정하기

① 스마트폰으로 자동차에게 출발 명령을 내린다.

② 자동차는 측정 아두이노에게 출발한다는 신호를 보낸다.

③ 측정 아두이노는 타이머를 작동시킨다.

④ 측정 아두이노는 도착선을 거리센서로 감지하고 있다가, 40cm 이내로 물체가 탐지되면 자 동차 아두이노에게 멈춤 신호를 보내고, 타이머를 중지시킨다.

⑤ 타이머는 자동차가 출발선부터 도착선까지 달린 시간을 측정하여 보여 준다. 타이머 값 즉,

걸린 시간을 스마트폰으로 전송한다.

(31)

아두이노 1 [예제 meg_RF_달린시간 표시하기]

아두이노 2 [예제 meg_RF_로봇_go_stop] 스마트폰으로 로봇자동차에게 출발명령을 내리

고 거리센서가 로봇자동차의 도착을 감지하면 자동차 아두이노에게 멈춤 신호를 보내고

(32)

일정한 거리를 자동차가 달린 시간 측정하기

자료출처 https://www.arduinoscratch.org/

(33)

6. 차시별 학생 평가기준 및 방법 (※ 평가기준은 성취기준 및 학습목표와 연계)

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1/3 상

기어모터의 원리를 이해하여 로봇자동차를 제작했으며, 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록

프로그래밍을 능숙하게 해냄

관찰 및 산출물평가

자기/동료평가지(

중 학생용)

기어모터의 원리를 이해하여 로봇자동차를 제작했으나, 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록

프로그래밍에서 어려움을 겪음

하

기어모터의 원리에 대한 이해 없이 로봇자동차를 제작했으며, 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록

프로그래밍에서 어려움을 겪음

2~3/3 상

네트워크 프로그래밍을 통해 원활하게 속도 정보를 모으며, 모은 정보를 바탕으로 물체의 빠르기를

비교하는 데 어려움이 없음

관찰평가 관찰평가지

중

네트워크 프로그래밍을 통해 속도 정보를 모았으나, 모은 정보를 바탕으로 물체의 빠르기를

비교하는 데 어려움을 겪음

하

네트워크 프로그래밍을 통해 속도 정보를 모으는 과정이 원활하지 않으며, 모은 정보를 통해 물체의

빠르기를 비교하는 데 어려움을 겪음

가. 자기/동료평가지(1차시)

평가방법 평가기준 평가

상 중 하

자기평가

나는 기어모터의 원리를 정확하게 설명할 수 있다.

나는 로봇자동차를 만드는 활동에 적극 참여하였다.

나는 로봇자동차가 앞으로 움직이는 블록 프로그래밍을 설명할 수 있다.

동료평가 나는 오늘 활동에 적극적으로 참여하였다.

나는 활동을 하면서 친구들의 의견을 존중해주었다.

※ 평가 노하우 : 역할 분담을 통해 자동차 제작과 블록 프로그래밍이 원활하게 진행되는지 를 중점적으로 관찰한다.

나. 관찰평가지(2~3차시)

모둠 모둠원

지식 태도

배움과 성장의 기록 통신에 대한

이해

자동차의 빠르기 비교

모둠원의 의견을 존중하는 자세

상 중 하 상 중 하 상 중 하

※ 평가 노하우 : 네트워크 프로그래밍에 대한 이해를 바탕으로 속도 실험을 정확히 설계하

여 자동차의 다양한 속도에 대한 비교 정보를 수집하는지 관찰한다.

(34)

7. 학교생활기록부 기재 예시 (※ 6과 연계하여 학생부 기재 예시 작성)

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(과학) 직접 제작한 자동차의 운동을 관찰하여 속력을 비교함. 일정한 거리를 이동할 때에 걸린 시간을 사물 간 통신으로 측정하고 여러 가지 물체의 빠르기를 비교한다.

(실과) 통신의 뜻과 쓰임새를 이해하며 순차, 선택, 반복 구조를 복합적으로 이용하여 문제를 능숙하게 해결함.

행동특성 및 종합의견

풍부한 과학 지식과 문제에 대한 높은 탐구력을 융합하여 실생활의 문제를 다양한 방법으로 해결해나가는 모습을 보여줌. 코딩에 소질을 보여 살생활의 문제를 해결하는 프로그램을 직접 제작하는 데 재미를 느낌.

창의적 체험활동상황 (동아리) 모터의 원리를 정확히 이해하며 모둠원들과 즐겁게 소통하며 모터를 활용한 자동차 제작 활동에 참여함.

(35)