□ STEAM 교육이란?

Contents 3

STEAM 교육의 개요 4

프로그램의 개요 11

지도안 총괄표 14

평가계획 20

학습내용 23

부록_ 생체모방기술 카드 키트 활용 가이드 33

진로 탐색 42

지도상의 유의점 43

□ STEAM 교육이란?

Ÿ STEAM 교육은 STEM 교육에 Arts가 추가되면서 발전된 개념임: ‘A’ 의 영역은 fine art뿐 아니라 liberal arts의 인문교양, language arts의 언어예술까지 포함하는 광의의 개념임[표Ⅰ-1]

Ÿ STEAM 교육은 일부분의 교육적 관점을 다루기보다 전문교육부터 평생교육까지 광의의 교육의 패러다 임이며, 기존의 STEM 교육에 실생활과 관련된 주제로 예술을 추가하여 과학, 기술, 공학, 수학, 예술이 통합된 교육을 의미함

Ÿ STEAM 교육은 과학 기술 분야의 인재 양성을 위해 실시하고 있는 STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)에 예술(Arts)을 추가한 진보된 통합적 교육 방법임

Ÿ 우리나라에서도 교육과학기술부의 세계적 과학기술인재 양성을 위한 교육정책으로 초·중·고등학교에 제 시되었으며 STEAM 교육을 융합인재교육으로 명명함(교육과학기술부, 2010)

Ÿ 교육적 관점을 다루기보다 전문교육부터 평생교육까지 광의의 교육의 패러다임이며, 기존의 STEM 교 육에 실생활과 관련된 주제로 예술을 추가하여 과학, 기술, 공학, 수학, 예술이 통합된 교육을 의미함

Ÿ STEAM 교육은 과학 기술 분야의 인재 양성을 위해 실시하고 있는 STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)에 예술(Arts)을 추가한 진보된 통합적 교육 방법임

Ÿ 우리나라에서도 교육과학기술부의 세계적 과학기술인재 양성을 위한 교육정책으로 초·중·고등학교에 제 시되었으며 STEAM 교육을 융합인재교육으로 명명함(교육과학기술부, 2010)

영역 의미 하위 영역

과학(S) 실세계에 존재하는 것과 그것이 어떻게 영향을 받고

있는지를 탐구하는 것(Rutherford & Ahlgren, 1989)

생물학, 생화학, 화학, 지구과학, 물리학 및 우주과학, 생명공학 &

생체의학 등

기술(T)

인간이 필요하다고 느낀 것을 충족시키기 위해 자연 환경을 변용한다든가 기술을 혁신하는 것 또는 인간이 만든 것(ITEA, 2000)

농업, 건축(물), 통신(수단), 정보, 제조업, 의학, 힘&에너지, 생산과 수송

공학(E) 연구, 발전, 디자인·발명 또는 일정 제한 하에 이루어 지는 디자인(Wulf, 2989)

한국우주공학, 농업, 건축공학, 화 학공학, 토목공학, 컴퓨터공학, 전 자공학, 환경공학, 유체공학 등

예 술 (A)

언어 예술 (Language

Arts)

모든 종류의 의사소통이 사용되고 해석되는 방식에 관 한 것(Paterson, 2007)

교육, 역사, 철학, 정치학, 심리학, 사회학, 신학 등을 포함하는 미술, 언어 예술 & 교양, 체육

체육

(Physical) 인체공학적인 움직임을 포함한 규범 및 행위 예술 교양과 사회과목

(Liberal and Social)

교육, 역사, 철학, 정치학, 심리학, 사회학, 기술학, 과 학기술사회(STS) 등을 포함하는 것(Featherstone, 1986)

미술 (Fine Arts)

미학 그리고 문명 초기 기록의 가르침에서 유래하는 가장 오래되고 지속가능한 문화적인 편린(Mishook, J.J., & Kornhaber, 2006)

수학(M) 수, 상징적 관계, 정형화된 양식, 모양, 불확실한 것과 추론에 관한 연구(AAAS, 1993 & NCTM, 1989)

대수, 해석학, 자료 분석 & 확률, 기하하학, 수와 연산, 문제해결, 추 론 & 증명 등

[표Ⅰ-1] STEAM 영역의 내용(출처: 한국과학창의재단, 2011)

□ 교차적 융합 교육 프로그램 개발

Ÿ 공학과 기술 및 예술교육과의 융합을 통한 체험 중심의 교육 실시

Ÿ 논리적 이성적 문제해결능력과 직관적 감성적 문제 해결능력 배양을 위한 예술교육 실시

□ STEAM 프로그램 설계

§ 새로운 문제에 도전하고자 하는 열정이 생기게 자발적 참여, 행동변화를 유도하 는 재미이론(Fun Theory), 디자인 리서치 툴(Design research tool)을 이용한 동 기부여

Ÿ 학생이 문제해결 필요성을 구체적으로 느낄 수 있는 상황 제시 - ‘재미이론(Fun Theory)’

Ÿ 학생 스스로 문제해결을 찾아가는 창의적 설계 - ‘Heartstoming + Brainstoming(하트스토밍 + 브레인 스토밍)'을 통한 감성적 체험 활동을 거친 후, 창의적 아이디어 발현

Ÿ 학생이 문제를 해결하였다는 성공의 경험 - '레벨 업(Level up)' 단계 아이디어 시뮬레이션, 자기 평가, 능동적 실천

[그림Ⅱ-1] STEAM 프로그램 적용 이론

1. 상황제시 - 재미 이론(fun theory)

Ÿ 사람들의 행동변화를 효과적이고 긍정적으로 유도하기 위해 게임의 주요 원리인 유희적 상호작용을 실 생활의 다양한 제품과 기기, 기구, 환경에 적용시키는 이론을 의미

Ÿ 독일의 폭스바겐(Wolkswagen)사가 이러한 재미이론을 통해 사람들에게 쓰레기 재활용이라는 다소 귀 찮고 사고한 일과에 대해 전향적인 태도로 이를 바꾸는데 커다란 일조를 하기도 함. 본 STEAM 융합교 육 과정은 학생들로 하여금 융합 교과의 주제를 대하는 초기 상태에서부터 바로 이러한 유희적 상호작 용인 재미이론을 적극 활용하여 학생들이 보다 더 흥미를 가지고 자발적으로 본 융합교과과정에 참여할 수 있도록 자발적 동기부여

Ÿ 재미 이론 적용할 주요 이슈들은 행위와 결과에 대한 주관적 관심, 오감에 의한 상호 작용, 행위 간의 지속적 연계성, 결과에 대한 예측 난해성 등을 들 수 있음

Ÿ 이러한 요소들을 적극 활용하여 융합 수업을 마치 게임처럼 수행할 수 있다면 학생들은 지속해서 학문 간의 연계성에 대한 지적 호기심과 이에 대한 탐구를 계속해 나갈 수 있을 것임

2. 창의적설계-브레인스토밍(Brainstorming)+허트스토밍(Heartstorming)

Ÿ 세계적 미래학자인 롤프 엔젠(Rolf Jeansen)에 의해 주창된 문제 해결의 방법임

Ÿ 과거에는 인간의 가치 판단이 주로 좌뇌에 의해 결정되어져 합리적, 이성적 판단에 근거했지만 이러한 패러다임이 서서히 변화하여 보다 더 감성적인 가치가 균형을 이루어 대상을 판단하는 시기가 도래함 Ÿ 허트스토밍이란 이미 잘 알려져 있는 브레인스토밍(brainstorming)과 대별되는 이론으로서, 브레엔스토

밍이 주로 좌뇌를 이용하여 논리적이고 이성적으로 창의적 해결안을 도출하는 방법이라면 허트스토밍은 우뇌를 이용하여 보다 감성적이고 인간적인 창의적 문제 해결에 접근하는 방법으로 요약될 수 있음 Ÿ 향후에는 이같이 브레인스토밍과 허트스토밍을 교차하여 활용함으로서 따뜻한 과학, 이성적인 예술을

구축하는 토대가 마련될 것으로 전망됨

3. 성공의 경험 - 레벨 업(Level up)

Ÿ 학생들 스스로가 점차적으로 유희적 호기심으로 다양한 융합적 문제들을 대하고 합리적, 객관적 문제해 결 뿐만 아니라 감성적이고 사회적인 문제해결의 내용까지 직접적으로 경험하게 되면 그 다음 단계로의 문제 해결에 대한 강한 도전의식을 가지게 됨

Ÿ 역설적으로 학생들이 게임에 몰두하는 원리와 동일한데, 난이도가 유사하거나 그 결과가 충분히 예측 가능하면 게임에 더 이상 흥미를 두지 않는 것과도 유사한 원리임

Ÿ 초보적 단계에서부터 성공적으로 문제 해결을 경험하게 되면 그 다음 단계에 대한 강한 도전의식이 촉 발될 것이며 스스로 문제해결의 과정에 주체자로서 자기의 문제 해결 활동을 평가하게 되며 궁극적으로 문제해결의 과정을 통해 다양한 융합 학문과의 교차적 학습(cross disciplinary)을 자연스럽게 경험할 것 으로 기대

□ STEAM교육 프로그램 수업모형

1. 주제중심 통합학습 모형

Ÿ 주제중심통합학습은 교과별로 내용을 분할하여 가르치는 방식이 지닌 한계의 대안적 접근으로 각 교과 영역의 경계를 무너뜨려 문제나 쟁점, 사고기능, 개념, 범주 등을 중심으로 여러 교과의 학습 내용을 통합적으로 재조직하여 가르치거나 학습하도록 하는 방식이라고 정의(심미경, 1997) Ÿ 권낙원(1999)은 주제중심통합학습은 어떤 한 주제를 중심으로 다양한 학습경험들을 교과의 요구,

학생의 흥미, 사회의 요구를 반영하여 선정·조직하고, 학생 주도의 활동을 통한 학습을 유도함으로써 전인적인 발달을 도모하는 학습이라고 말함

Ÿ 주제중심통합학습은 인식론적 측면, 심리사회적 측면 등에서 그 필요성을 찾을 수 있음

Ÿ 인식론적 측면에서 Ingram(1995)은 다양하게 구분된 지식영역을 거대한 이해의 맥락 속에서 결합 하고, 지식의 급격한 변화에 능동적으로 대처하는 능력을 배양하기 위해 필요하며, 다양한 지식 영 역간의 상호 관련성 증대를 위해 주제중심통합학습이 필요하다고 강조. 사회적 측면에서는 현대 사회에서 개 인이나 사회가 공동으로 당면하는 문제를 해결하기 위해서 필요로 하는 지식은 여러 분야의 내용을 종합하여 통 합된 지식이며, 학습자의 통합적 사고력의 성숙은 종래의 분과적인 교과 교육으로는 적절하지 않음을 제시함

2. 문제해결중심 학습 모형

Ÿ 문제중심학습은 1970년에 캐나다의 McMaster대학교 의과대학에서 처음으로 시작됨

Ÿ 1960년 캐나다 McMaster대학의 의과대학 교수였던 Barrows는 구성주의라는 이론에 관계없이 기 존 교육의 부실성과 비현실성에 대한 대안으로 문제중심학습을 개발하여 문제중심학습의 이론적 정 립에 큰 공헌을 함

Ÿ 문제중심학습은 많은 의대 및 수의과 대학에서 실시하게 되었고 최근에는 유치원에서 대학, 성인 교육에까지 다양한 학문 분야에서 교육과정, 교수전략, 수업모형, 교육방법 등의 다양한 모습으로 적 용되고 있음

Ÿ 문제중심학습의 목적을 종합하여 보면, 문제중심학습의 목표는 크게 ‘지식의 습득과 전이’, ‘문제해결 력 향상’, ‘학습에의 본질적인 흥미 부여’, ‘자기주도적 학습 능력 신장’, ‘협동능력 신장’으로 요약할 수 있음

3. 프로젝트 학습 모형

Ÿ 프로젝트 학습이란 프로젝트에 의한, 또는 프로젝트를 통한 학습을 의미하며, 학습자가 학습의 전 과정에 주도성을 가지고 주제, 제제, 문제, 쟁점 등에 관한 탐구활동과 그 결과에 대한 표현활동을 하며 그 결과 만들어 가는 교육과정의 성격이 나타나는 학습임(김대현 외, 1999)

Ÿ 유승희 외(2001)는 프로젝트 학습을 아동들이 학습할 가치가 있는 특정 주제에 대하여 서로 협력하 면서 심층적으로 연구하는 목적 지향적 학습활동이라고 정의함

Ÿ 프로젝트 학습은 특정한 주제에 대하여 깊이 있게 연구하는 활동으로서 학생이 직접 계획, 활동하고 교사는 안내, 보조 역할을 하는 것이 특징이다. 연구과제 학습, 주제학습, 문제해결학습 등으로 부르 기도 하는 데 과제 조사ㆍ발표하는 것보다는 규모가 크고 체계적인 학습임

Ÿ 교과목을 통해 체계적으로 학습하는 교수 학습이 아동들에게 지식과 여러 가지 기능을 획득하게 하 는 것이라면 프로젝트 학습은 이 기능과 지식을 의미 있는 상황에 적용하게 하므로 일반 교과목 학 습을 의미 있고 심도 있게 해 줄 수 있음(김대현 외 1997)

Ÿ 프로젝트 학습을 통해 학습자가 스스로 문제를 찾아내고 해결에 이르는 모든 과정에서 능동적으로 활동하게 되며, 프로젝트 수행의 전 과정 동안 학습자와 교수자 그리고 학습자와 학습자 간의 활발 한 상호작용을 토대로 수행되어 학습의 주체자로서의 역량을 확장시켜갈 수 있음(조영순, 2005)

1. 주제 개요

이 수업은 초등학교 3,4학년을 대상으로 한 예술 중심의 A-STEAM 프로그램이다. 생체모방에 대한 아이디어를 얻기 위해 생물을 관찰, 추상적 사고를 통해 잠재적으로 아이디어를 표현해보는 것을 목표 로 한다.

생체모방의 기술은 이미 실현되고 있는 현실이다. 기능에 대한 모방 뿐만 아니라 지속가능한 생체 모방의 미래로 가기 위해서는 우리는 생물의 다양성을 보존해야 한다. 이를 위해 우리는 생물에 대해 보다 잘 알아야 할 필요가 있다. 생태계에서 생물들은 살아남기 위해 다양한 생존전략을 구사한다. 변 화무쌍한 환경 속에서 포식자의 공격이나 질병 등에 대하여 생존을 위해 노력한다. 특히 생물들이 생 김새에서 규칙성 또는 기본 구조를 찾아보며 그에 따른 기능이나 역할을 추론해본다. 과학과 수학 교 과의 내용지식을 습득하고, 그 지식을 바탕으로 생물의 생존전략과 관계있는 특징을 형과 색을 살려 단순화하여 디자인하여 보는 것을 목표로 한다.

1~3차시는 과학교과에서 동물과 식물의 생김새를 관찰하고, 발견한 특징을 생물의 생존전략과 관련 하여 이해한다. 4차시는 수학교과로서 다각형 중 사각형의 특징에 대해 정리하고, 생물의 기본 구조를 사각형을 이용하여 단순화하여 시각화한다. 5,6차시는 미술교과로서 생물의 생김새나 겉모습에서 생존 전략과 관련한 기본 형태를 발견 형과 색으로 표현하여 디자인한다.

각 학교의 주변여건에 따라 자연사박물관, 동물원 또는 식물원 등과 연계한 체험학습을 통해 관찰 수업을 진행할 수 있다.

2. 학습 목표

▎내용 목표

- 생물의 생김새에서 형이나 색의 패턴의 특징을 찾아 설명할 수 있다.

- 동물의 생김새의 특징에 따라 분류할 수 있다.

- 식물의 잎이 줄기에 달린 모양의 특징을 찾아 묘사할 수 있다.

- 사각형의 특징을 이해하고, 분류할 수 있다.

▎과정 목표

- 생물을 생김새를 관찰하고 특징적인 패턴을 찾아 단순화할 수 있다.

- 사각형을 특징을 이해하고, 원하는 사각형을 그릴 수 있다.

- 벽의 특징과 기능에 맞게 패턴을 디자인할 수 있다.

▎창의적 사고기능 및 태도 목표

- 생물의 생김새로부터 찾은 패턴을 구조화하여 기능과 관련하여 기능적인 아이디어를 구상할 수 있다.

- 주변 생물에 대해 관심을 갖고 자세히 관찰․탐구하는 자세를 갖는다.

3. STEAM 과목 요소

▎S : 생물의 생김새의 특징 찾기

- 동물의 생김새의 특징에 따라 분류하고, 식물의 잎이 줄기에 달린 모양의 특징을 찾아 묘사한다.

- 생물의 생김새에서 형이나 색의 패턴의 특징을 찾는다.

▎M：사각형의 특징 알아보기

- 사각형의 특징을 이해하고, 분류한다.

▎A：패턴디자인하기

- 생활을 디자인하고 개선하는 다양한 미술의 기능을 이해한다.

- 생물의 생김새에서 찾은 특징을 모티브로 패턴디자인을 한다.

4. STEAM 단계 요소

▎상황제시

실제 생체모방기술이 적용된 게코 테이프, 웨일 파워, 신칸센 고속열차 등에 소개하고, 실제 모방한 생물을 추론해본다. 또한 미래에 동물의 다양한 형태적 특성이 벽 또는 벽지 디자인에 이용한다면 어 떤 벽이 가능할 것인가 대해 토의하고 가능성을 탐색한다.

▎창의적 설계

창의적 설계 단계에서는 벽/벽지 디자인을 하기 위한 다양한 가능성 탐색하기 위해 생물을 관찰, 생 김새에서 특징을 발견하며 사고를 확장하는 경험을 한다.

- 1~3차시는 과학교과에서 동물과 식물의 생김새를 관찰하고, 발견한 특징을 생물의 생존전략과 관련하여 이해한다.

- 4차시는 수학교과로서 다각형 중 사각형의 특징에 대해 정리하고, 생물의 기본 구조를 사각형을 이용하 여 단순화하여 시각화한다.

- 6,7차시에서 모둠원들의 아이디어를 모으고 발전시켜 생체모방제품의 디자인을 한다.

과목 과학, 미술, 기술․가정 총

차시 7

단원

과학 : 4-1. 식물의 세계, 3-1. 동물의 세계 수학 : 사각형과 다각형

미술 : 디자인과 생활

기술․가정 : 저작권, 아이디어 산출

교육과정

2007개정교육과정_4학년 과학_동물의 세계 ㈎ 여러 가지 동물의 생김새와 특징을 안다.

㈏ 여러 가지 동물을 공통점과 차이점에 따라 나눌 수 있다.

2007개정교육과정_3학년 과학_식물의 세계 ㈎ 여러 가지 식물의 생김새와 특징을 안다.

㈏ 여러 가지 식물을 공통점과 차이점에 따라 나눌 수 있다.

2007개정교육과정_3‧4학년 미술_디자인과 생활

㈎ 생활을 디자인하는 미술의 기능을 이해하고 적용한다.

2007개정교육과정_4학년 수학_사각형과 다각형

학습목표

1. 생물의 생김새로부터 찾은 패턴을 구조화하여 기능과 관련하여 기능적인 아이디어 구 상한다.

2. 기본 패턴을 찾아 단순화하고 디자인에 적용하여 유리창에 작품을 부착하고 서로 평 가하며 생체모방기술의 가능성을 모색한다.

▎감성적 체험

감성적 체험 단계에서는 학습한 내용을 바탕으로 생체모방디자인의 기초인 조형적 역량을 키우는 경 험으로 생물에서 발견한 형태에 조형 요소의 원리를 시각적으로 표현한다.

- 미술교과로서 생물의 생김새나 겉모습에서 생존전략과 관련한 기본 형태를 발견 형과 색으로 표현 하여 디자인한다.

5. 지도안 총괄표

흐름 문제제시 & 제작활동 학습자료(‣) 및 유의점(※)

< 상황 제시 >

( 1 / 7 차 시)

 신간센열차, 게코테이프, 웨일터빈 소개하기 - 공통점 찾아보기

- 생물과 관련된 생체모방기술 의미 알아보기 도마뱀붙이의 발바닥구조를 닮은 게코테이프, 고래의 지느러미구조를 닮은 웨일파워, 물총새의 부리모양을 닮은 신칸센열차 등

Tip! 교사의 일방적 전달방식으로 생체모방기술이 적용된 제품을 소 개하기보다 스스로 생물의 특징으로부터 유추할 수 있도록 발문 한다.

 생체모방기술 찾아보기

-생물의 생김새(식물과 동물)를 관찰하고, 특징에 따라 분류하 -특징과 생존전략 탐구하기

-생김새와 생존전략 연결하여 생물의 모습의 특징 찾기

-생물 그림 카드를 보고 생물의 생김새(모습, 무늬, 형태 등)나 행 동 중에 특징적이거나 독특한 점 찾아 발표하기

-생체모방기술을 적용한 사례와 연결하여 보기

Tip! 첨단과학의 발전으로 만들어지는 제품들이 생물체를 모방한 기능을 가지고 있음을 연결시켜 보고 이런 닮고 싶은 예가 있는지 표현하도록 한다.

 생체모방을 적용한 다양한 사례 알아보기

- 짝을 맞힌 그림의 뒷면에 있는 생체모방기술에 대한 설명을 읽 고 내용 이해하기

- 생체모방기술을 적용한 건물과 디자인 감상하기

 벽지디자이너로서 생체모방기술로 실현가능한 다양한 기능을 가진 벽지에 대한 아이디어 스케치하기

‣ 그림 자료

‣그림카드세트

< 창의적 설계 >

생 물 들 의 방어전략 (80분)

 ‘호랑이무늬’의 방어전략

- 호랑무늬를 가지고 있는 동물들의 방어전략 토의하기 - 호랑무늬의 장점 찾아보기

- 비슷한 예 발표하기

 동물의 생김새 관찰하고 분류하기

(2~3/7 차시)

-생김새나 서식지 등 모둠별로 자유롭게 분류하기 -동물의 색이나 모양(패턴)을 기준으로 분류하기

(이대자연사박물관 e-러닝 참고)

 살아남기 위한 생존전략에 대해 알아보기 -생김새와 연관하여 존전략 추측하고 발표하기 예) -주위 환경과 비슷하기 위장하기

-무리지어 과장, 혼란하게 만들기 -역그늘을 만들기

-다른 동물을 모방하기 -독을 가지고 있기 -공생하기 등

식물의 구조 관찰하기

-식물의 줄기에 달린 잎의 모양 관찰하기

(실제 식물원이나 학교에서 쉽게 볼 수 있는 실물을 이용하는 것이 좋음)

-잎이 줄기에 달린 모양을 보고 잎이 난 순서 추론하기 -잎이 줄기에 달린 모양에 따라 식물을 분류하고, 그려보기

 생체모방기술 게임 카드 키트 활용

학생들이 탐구한 생물의 방어 능력, 생체 모방 기술의 정도에 따 라서 게임 카드의 별을 조원들과 상의 하여 결정한다. 조원의 명 수에 따라서(그룹 인원의 배수) 카드의 수가 결정되고, 별의 난이 도도 결정 된다.

예) 5명이 한 그룹이면, 10장의 생체 모방 카드를 가지게 되며(식 물, 동물, 곤충을 고르게 분배), 종류의 생물의 생체모방기술 능력치에 따라 1위부터 10위까지 순위를 정하여 순위에 따라 별을 색칠한다. 게임카드가 완성 되면 다른 조와 대결한다. 두 팀이 그룹, 동물, 식물의 카테고리 중 무엇을 낼 것인지 두 팀 이 결정하고 그 카테고리 안에서 동시에 하나의 카드를 골라 서 내어 놓아야 하고, 두 카드의 별을 비교하여 높은 쪽을 낸 그룹이 카드를 가지고 간다.

‣카드활용가이드 참조

< 창의적 설계 >

사 각 형 과

 동물 맞히기

- 칠교로 만든 동물 보고 알아 맞하기 놀이하기 - 모양을 보고 그렇게 생각한 까닭 발표하기

< 감성적 체험 >

디자인과 생 활

(40분)

 번개퀴즈

-‘생체모방’하면 떠오르는 단어 하나씩 이야기하고 넘어가기 (생각이 안 날 경우는 바로 ‘패스’를 외침)

 작품의도 발표하기

‣ 다양한 색의 스티커를 이 용하여 분야별로 붙여 평가 할 수도 있다.

( 4 / 7 차 시)

-생물의 생김새 또는 무늬 사각형으로 단순화하기

- 주어진 그림의 동물의 생김새나 무늬의 특징을 찾아 지오 보드의 도형으로 표현하기

(본 수업에서는 아이패드의 지오보드 앱을 이용하였음)

Ⓜ 발표하고 평가하기

-모둠별로 모둠원끼리 자신의 작품 보여주고, 맞히기 놀이하기 -상호평가하고 칭찬하기

‣생물의 생김새를 부분적으 로 세분화하지 않고 가장 큰 특징을 잡도록 한다.

< 창의적 설계 >

디 자 인 과 생활 (80분)

( 5 - 6 / 7 차시)

생물의 특징에 대해 토의하기

-교실 안을 돌아다니며 생물에 대한 정보 공유하기 -비슷한 생김새나 패턴의 특징이 있는 사람과 짝되기

-학습지에 사진 또는 그림을 붙이고 특징적인 형태 찾아 표시 하기

 생물의 생김새에서 찾은 특징을 모티브로 패턴디자인하기 가장 특징적인 형태를 찾아 아이디어 스케치하기

-생존전략과 형태의 관련성 토의하여 합의하기

- 재료 : 아세테이트지, 투명종이, 스테인글라스물감, 붓 또 는 면봉, 펠트 시트지, 디자인마커, 학습지

 게시하기

-완성대는 순서대로 창문에 게시하기

‣사전에 조사개별과제가 있 음

‣스테인드글라스 물감은 냄 새가 나므로 환기를 많이 시 킨다. 스테인드글라스 물감 대신 수성목공용풀에 식용 색소를 섞어 색을 만들어 사 용하여도 된다. 다만, 접착 력과 투명도가 떨어진다.

(7/7차시)

-자신의 작품 의도를 발표하기

 평가하기

-전시된 작품을 보고, 작품성에 대해 스티커를 붙여주기 -교사도 함께 붙이기

 소감나누기

-활동을 통해 알게 되거나 좋았던 점에 대해 발표하기

▢ 수행․관찰 평가 계획 평가

영역

평가

항목 우수(A) 보통(B) 미흡(C)

감성적 체험

집중과 끈기

과제에 대한 집중력이 좋 으며 과제를 끈기 있게 해 결함

과제에 대한 집중력은 있 으나 끈기가 부족함

과제에 대한 집중력과 끈 기가 부족함

호기심 과 자신감

새로운 내용을 배우고 싶 어 하며 융합적 과제를 해 결할 때 어려워하지 않고 적극적으로 참여함

새로운 내용에 대해 약간 의 흥미가 있으며 융합적 과제를 해결할 때 어려워 하지만 참여함

새로운 내용에 대해 흥미 가 거의 없으며 융합적 과 제를 해결할 때 어려워하 고 참여하지 않음

창의성

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 두드러지게 나타남

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 가끔씩 나타남

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 거의 나타나지 않음

창의적 설계

해결방 안 및 계획

생물의 생김새에서 패턴을 찾아 조형미를 고려하여 단순화함

생물의 생김새에서 패턴을 찾아 표현하나 조형미가 부족함

일차 방정식을 세우고 해 를 구하는 과정에 대한 구 체적 계획이 부족함

문제해 결 과정

조형미와 기능을 고려하여 자신의 작품을 완성함

자신의 작품을 완성했으나 조형미와 기능의 연결이 부족함

조형미를 고려하여 자신의 작품을 미완성함

산출물 도출

제작한 깃발에 수학과 예 술의 융합적 사고가 잘 나 타남

제작한 깃발에 수학과 예 술의 융합적 사고가 부분 적으로 나타남

제작한 깃발에 수학과 예 술의 융합적 사고가 나타 나지 못함

총평

▢ 학생 자기/동료 평가 평가

방법

평가

영역 평가기준

평 가 상 중 하

자기 평가

감성적

체험 ◆ 즐거운 마음으로 활동에 참여하였는가?

창의적 설계

◆ 벽/벽지를 만들기 위한 아이디어가 창의적이었는가?

◆ 발광기능이 필요한 제품에 독창적인 아이디어와 디자인을 표현하기 위해 노력하였는가?

◆ 벽/벽지를 만들기에 독창적인 아이디어와 디자인을 표현하기 위해 노력하였는가?

동료 평가

감성적 체험

◆ 모둠별로 역할 분담이 잘 되었으며 협동적으로 활동이 이루어졌는 가?

■ 구술 평가 기준표 : 6-9차시 시행 후 실시 평가

영역 평가기준 평가척도

상 중 하

융합적 사고

◆ 디자인, 생체모방에 대한 호기심을 가지고 탐구 하였는가?

◆ 생체모방 기술을 잘 이해하고 디자인에 적용하였는가?

창의적 설계

◆ 필요성과 기능을 반영하여 창의적으로 설계하였는가?

◆ 형태와 배색에서 우수한 조형미가 표현되었는가?

감성적 체험

◆ 자신의 작품에 대한 자긍심을 가지고 있는가?

◆ 느낀 점 발표 시 타인의 의견을 경청하고 비판적으로 수용하는 태도를 지 니고 있는가?

의사 소통

◆ 다른 사람을 설득 할 수 있게 발표 하는가?

◆ 경청 및 발표 태도는 바람직 한가?

▢ 모둠원 평가 기록지 : 전 과정 종료 후 실시 평가

영역 이름

감성적 체험 창의적 설계

총평 집중과

끈기

호기심

자신감 창의성 해결방안 및 계획

문제해 결 과정

산출물 도출

7. 학습내용

▶ 상황제시

①

“ 자연을 본뜨다 ”

[ 상황제시 ]

Ÿ 벽지디자이너로서 생체모방기술로 실현가능한 다양한 기능을 가진 벽 지에 대한 아이디어 스케치하기

②

“ 움직이는 벽, 사라지는 벽, 바뀌는 벽 ”

[ 상황제시 ]

Ÿ 공간을 다양하게 활용하기 위해 생 체모방기술을 적용한 벽(벽지)을 고 안하여 효율적인 공간활용방안 구상 하기

③

“ 따로 또 같이 ”

[ 상황제시 ]

Ÿ 생태연구가로 생물의 다양성 홍보전 시 디자인 기획전을 위해 생물로부 터 다양한 생존전략의 패턴을 찾아 서 전시기획 아이디어 찾기

학습지 1. 나는 누구일까요?

■ 생물의 생김새를 관찰하고 사각형으로 표현해보세요.

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학습지 2. 자연을 본뜨다

1. 생물의 이름:

2. 특징(사진을 붙이고, 간단히 요약하세요.)

3. 생체모방의 모티브 스케치

▶ 학생 활동 모습

▶ 작품

교사용 참고자료 1

도마뱀의 발바닥을 본뜬 접착제, 게코테이프

1. 도마뱀붙이(Gekko)는?

우리나라와 일본 중국, 타이완 등 동아시아에 사는 도마뱀의 한 종류로 주로 민가 주변에서 볼 수 있 다. 발가락에는 흡반이 달려 있으며, 길고 납작한 발톱 밑면은 작은 판으로 덮여 있으며, 이 판에는 수많은 돌기의 미세 구조가 있고 돌기 끝은 두 갈래 로 갈라져 있어 수직으로 기어 오르내릴 수 있다.

2. 스티키봇

2006년 미국 스탠포드대 김상배 연구원에 의해 제작되어 올해의 발명 장난감상을 수상하였으며 미세 섬유조직으로 이루어진 빨판이 있는 발바닥을 가지고 있어 유리창을 자유자재로 오르내리는 로봇이다.

스티키봇(끈적이 로봇)의 발바닥에는 나노크기의 털은 도마뱀붙이의 발바닥에 있는 털을 모방하여 만 든 것으로 초속 4cm 정도의 속력을 낼 수 있다고 한다.

Ÿ 스티키봇(Stanford StickyBot) http://www.youtube.com/watch?v=odAifbpDbhs

3. 게코테이프

과학자들은 도마뱀붙이(게코)의 발바닥에서 착안 하여 아주 가는 섬모를 수억 개 만들어서 접착제 로 사용하고자 하였다. 게코의 발닥에 있는 섬모 역할을 할 수 있도록 탄소나노튜브에 고분자 코 팅을 하여 벽에 붙였더니 높은 밀도의 섬모 덕분 에 약한 반데르발스 힘 증가하여 벽에 잘 달라붙 었고, 이 테이프를 ‘게코테이프’라 부르게 되었다.

이 테이프를 벽면에 붙여서 벽면과 수평으로 당길 때에는 서로의 접촉 면적이 넓어져서 약한 반데르발스의 힘이 증가하게 되어 접착력이 크게 나타나지만, 수직으로 당기게 되면 인공 섬모와 벽 사이에 붙은 면적이 적어져 약한 반데르발스 의 힘이 감소하므로 잘 떨어진다. 섬모의 밀도를 높이면 실제 도마뱀의 발바닥보다도 접착력이 더

강한 테이프를 만들 수 있다고 한다.

게코테이프 http://www.youtube.com/watch?v=sb4CAVSa4Qo

교사용 참고자료 2

신칸센과 물총새

1.물총새는?

물총새는 파랑새목 물총새과에 속하는 새이다. 크기는 17cm 안팎이다. 빠른 속 도로 물속에 뛰어들어서 작은 물고기를 잡아먹는다. 이때 눈에 비늘이 생기기 때 문에 눈을 보호할 수 있다. 여름새이기 때문에 봄에 한국에서 번식한뒤 가을에 따뜻한 곳으로 이동한다. 수컷이 암컷에게 물고기를 선물해서 마음을 사서 부부 가 되면, 이들은 물가 벼랑에 알집이 있는 집을 짓는다. 새끼에게 물고기를 먹여 서 키우는데 하루에 50마리의 물고기를 사냥한다.

출처 : http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AC%BC%EC%B4%9D%EC%83%88

2. 신칸센

신칸센 고속열차가 터널을 통과 할 때 발생하는 소음문제를 물총새가 먹이를 잡아먹기 위해 빠른 속도로 물속으로 들어갈 때 물발울이 튀거나 물결이 일어나지 않는 것에 힌트를 얻어 신칸센 열차 앞부분을 물총새의 길고 뾰족한 부리처럼 만들어 해결 함

웨일터빈과 웨일

1.혹등고래는?

흑고래(혹등고래, 혹고래)는 수염고랫과의 고래이다. 성체는 몸길이가 12-16m 이고, 무게는 36톤 정도 나간다. 고래뛰기와 긴 가슴지느러미, 그리고 복잡한 노래소리로 잘 알려져 있다.

출처 :

http://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%9D%91%EA%B3%A0%EB%9E

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2. 풍력터빈

혹등고래의 등지느러미 가장자리에 있는 톱니 모양의 물갈퀴로 인해 물속에서 저항을 줄일 수 있 다. 이를 응용하여 항공기의 날개, 풍력 터빈 디자인(웨일파워, 공기역학)으로 개발 하였고, 풍력터 빈은 낮은 풍속에서도 작동 하여 에너지의 효율을 높일 수 있다.

교사용 참고자료 3

생체모방기술(Biomimicry)이란?

출처 : 자연은 위대한 스승이다. 이인식, 김영사

1969년 오토슈미트가 만든 용어이다. 미국의 발명가인 슈미트는 생명을 의미하는 단어 ‘bios’와 모방을 뜻하는 단어‘mimesis’를 합쳐서, 자연의 구조와 기능을 연구하고 모방하는 분야를 바이오미메틱스라 정 의했다. 이 단어는 1974년 «웹스터 영어사전»에도 등재되었다. 생물모방의 뜻을 지닌 바이오미미크리 는 1982년부터 사용되긴 했으나 1997년 재닌 베니어스가 펴낸 «생물모방»이 주목을 받으면서 널리 사용되기 시작했다. 미국의 생물학 저술가인 베니어스는 이 책의 부제처럼, 생물모방을 ‘자연에서 영감 을 얻는 혁신’이라고 정의했으며 이 책의 출간을 계기로 생물모방은 21세기의 새로운 연구 분야로 각광 을 받기 시작했다. 21세기 들어 생물모방이 각광을 받게 된 까닭은 크게 두 가지로 볼 수 있다. 하나는 나노기술의 발달로 생물의 구조와 기능을 나노미터 수준에서 파악할 수 있게 됨에 따라 생물을 본뜬 물 질을 만들어 낼 수 있게 되었기 때문이다. 이를테면 도마뱀붙이 발가락의 빨판, 연잎 표면의 돌기, 공작 새 깃털의 단백질, 모르포나비 날개의 비늘, 전복 껍데기의 구조는 모두 나노크기의 물질로 이루어져 있 다. 다른 하나는 지구의 환경위기이다. 베니어스가 «생물모방»에서 말했다. “생물들은 화석 연료를 고 갈시키지 않고 지구를 오염시키지도 않으며 미래를 저당 잡히지 않고도 지금 우리가 하고자 하는 일을 전부 해왔다. 이보다 좋은 모델이 어디에 있겠는가?”

독일, 새처럼 비행하는 로봇 ‘스마트버드’ 개발

출처: http://www.youtube.com/watch?v=Fg_JcKSHUtQ

독일의 페스토사에서 ‘스마트 버드(SmartBird)’라는 생체모 방로봇을 만들었다. ‘스마트 버드’는 길이는 1m, 질량 450g정도로 가벼워서 날개를 위아래로 움직이고 실제 날 아가는 모습이 새와 매우 비슷하고 스스로 시동을 걸거나 방향을 바꿀 수 있고, 에너지 절약기능을 갖추고 있다.

유투브에서 ‘mechanical bird’ 검색 또는

http://www.youtube.com/watch?v=Fg_JcKSHUtQ 에 서 직접 날아다니는 스마트버드의 모습을 확인할 수 있다.

생체모방기술의 이해 동영상 자료

재닌 베니어스: 자연의 디자인(2005) http://www.ted.com/talks/lang/ko/janine_benyus_shar es_nature_s_designs.html

재닌 베니어스: 생체모방의 실제(2009) http://www.ted.com/talks/janine_benyus_biomimicry_i n_action.html

교사용 참고자료 4

프랙탈(Fractal) 이론

1975년 프랙탈 기하학을 창안한 프랑스의 수학자, 만델브로트에 의하면 자연은 일정하지 않으며 쪼개지고, 거칠고, 꼬이고 엉키면서 서로 상관하는 복잡한 구조이며 이는 무작위적 과정에 의해 생 성되는 불규칙한 자연의 본질이라고 본다. 따라서 자연의 기하학은 나누어떨어지는 정수의 개념이 아닌 소수차원으로 측정되며, 아울러 무한대적 특성을 지니고 있다. 이와 같은 자연의 불규칙한 패 턴과 복잡한 현상에 대한 연구는 자기복제 또는 자기 참고의 개념을 지닌 자기유사성구조를 의미 한다. 자기유사성은 프랙탈의 특성으로서 자율적인 축척의 반복 형태를 지닌다.

프랙탈이 전 세계적으로 그렇게 많은 관심을 받고, 수없이 많은 물리학자, 수학자들이 프랙탈에 매 달려 있는 것은 프랙탈의 화려한 형상 때문이 아니다. 지금까지의 어떤 과학도 묘사해 내지 못한 자연과 우주의 질서를 묘사해내고 있기 때문이다.

많은 자연과 우주의 개체와 현상은 일견 처음 보기에는 혼돈처럼 보여도, 속으로 캐고 들어가면 일정한 규칙 하에 자기 복제를 순환적으로 반복한다. 가까이로는 나무를 보아도 그렇고 멀리로는 우주를 보아도 그렇다.

비단 나무와 우주뿐만 아니라 하천의 흐름, 산맥의 지형, 해안선의 모습, 구름의 형상 등 우리 주 위의 많은 것들에서 끊임없는 자기 복제를 찾아볼 수 있다. 대체적으로 자연과 우주의 본질적 모 습은 자기 복제의 순환적 반복이다. 인위성을 배제시킨다면 어떠한 자연우주 현상을 놓고 보아도 어렵지 않게 순환적인 자기 복제현상이 발견된다. 생태계 또한 끊임없는 자기 복제를 반복한다. 캐 고 들어가면 어디에서나 프랙탈이 발견되는 것이다.

프랙탈 이론은 단순히 사물이 공간상에서 차지하는 비율만을 대상으로 하는 밀도와 달리, 도시공 간내부에 존재하는 사물들 간의 자기유사성(self-similarity)과 복잡함(complexity)을 양적으로 표현 이 가능한 이론이다. 형상의 부분들은 어떤 크기에도 그 형태에서 전체와 비슷하다는 것이다. 만델 브로트는 콜리플라워(꽃양배추)의 한 부분을 잘라낸 다음 그 자체가 마치 작은 콜리플라워처럼 보 인다는 것을 지적하면서 ‘자기유사성(self-similarity)’의 특성을 입증했다. 그리고 그 부분을 더 작은 조각으로 나누어도 아주 작은 콜리플라워처럼 보인다는 것을 반복해서 증명했다. 따라서 모든 부 분이 전체 식물처럼 보이는 것이다. 전체의 형태는 모든 크기에서 흡사한 것이다.

출처: 프렉탈(Fractal) 이론을 이용한 도시공간구조 해석에 관한 연구 / 이상민 / 안양대학교 대학 원, 2007.2

생각다지기 참고자료

프랙탈(Fractal) 이론

▶ 자연의 패턴을 단순화 하여 반복하면 새로운 형태를 만들 수 있다.

1. 자연물 관찰

2. 스케치하여 단순화하기 3. 반복하기

자연의 패턴을 단순화 하여 만든 형태로 우리 생활 속 디자인을 해보자!

어디에 생체모방디자인을 할 수 있을까?

벽지 디자인

가구 패턴디자인

스테인드 글라스(창문)

타일 디자인

우리 생활 속에 프랙탈을 적용해 볼 수 있는 디자인을 찾아보자 !

▶ 생체모방 키트 사용하기

1. 40개의 동·식물의 생체모방기술 KIT를 각각 하나씩 갖는다.

2. 카드의 앞면에는 동·식물의 그림이 있고, 뒷면에는 생체모방기술을 탐색하기 위한 것 이 있다. 각각 보면서 작성해 본다.

자연의 탐색 : 동·식물의 정의, 어원, 특징 등을 조사하여 자유롭게 작성(그림이 될 수도 있음) 생체모방기술 탐색 : 기존에 발명된 기술을 조사하여 작성

자연 생체모방기술 내용

1 파리

파리의 공기역학적 비행 능력을 응용한 초소형 무인 비행체

파리의 이동과 항법능력에 대한 원리를 밝혀내 하드웨어로 재구현하면 만능 곤충로봇을 만들 수 있음

2 북극곰 북극곰의 검은 피부와 투명한 털은 극한의 추위에서 생존 할 수 있도록 하며 이는 단열 및 건축에 응용됨

3 방울뱀

방울뱀은 적외선을 인식하는 능력이 아주 탁월해 멀리 떨어진 지점의 먹 이가 발산하는 적외선을 인식해 사냥을 하는 기능을 응용하여 적외선 유 도미사일을 연구

적외선 유도 미사일의 앞부분에는 적외선 감지기가 붙어 있어 적기의 엔 진이나 배기가스에서 나오는 적외선을 끝까지 추적, 파괴할 때까지 따라 다닐 수 있음

4 박쥐

박쥐는 높은 초음파를 입이나 코(관박쥐)로 발사하여 반향 되어오는 신호 를 귀(귀 내부의 달팽이관 속털세포)로 받아 이를 분석하여 주변을 볼 수 있는 능력이 있음

이를 응용하여 초음파 진단기,어군 탐지기, 유도미사일에 이용

5 게코도마뱀 (도마뱀붙이)

게코도마뱀(도마뱀붙이)의 발가락의 표면에 극세모는 분자간의 힘이 작용 하여 벽이나 천정에 들러붙을 수 있는 특징을 응용하여 게코테이프(끈적 끈적한 화학물질을 사용하지 않고도 접착력을 발휘), 스티키봇(로봇)등을 연구

6 물총새

신칸센 고속열차가 터널을 통과 할 때 발생하는 소음문제를 물총새가 먹 이를 잡아먹기 위해 빠른 속도로 물속으로 들어갈 때 물발울이 튀거나 물결이 일어나지 않는 것에 힌트를 얻어 신칸센 열차 앞부분을 물총새의 길고 뾰족한 부리처럼 만들어 해결 함

7 뱀

뱀이 좁고 어두운 공간과 통로를 자유롭게 다닌다는 점에 착안해 뱀을 모방하여 만든 로봇에 원격 카메라와 송수신기를 부착, 조난자 탐색용으 로 활용 할 수 있음

뱀 로봇은 화산 폭발, 지진, 홍수 등 자연 재해 상황을 비롯해 극한 환경 에서 운용 가능

8 사람의 눈

1830년 다게르에 의해 인간의 눈을 모방하여 정지된 영상을 기록할 수 있는 카메라가 발명되었으며, 사람의 안구구조를 모방하여 겔형 소프트렌 즈도 개발

9 오리

오리의 발 사이에 난 지느러미에서 착안하여, 사람이 수영을 할 때 발이 나 다리에 신어 추력을 높여주도록 만들어진 지느러미 모양의 신발 개발 (오리발)

10 해바라기

태양의 움직임에 따라 방향을 바꾸는 해바라기는 태양빛을 으로 받을수 록 더 활발히 광합성을 할 수 있음

이 같은 자연의 지혜를 담아 태양광 모듈에도 해바라기가 움직이는 것과

> 생체모방기술 참고 자료

같은 효과를 구현하는 시스템이 개발

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도꼬마리 / 엉겅퀴

스위스의 전기기술자인 조지 드 메스트랄(George de Mestral)이 1941년 어느 날 사냥을 하고 돌아오는 길에 자신의 옷에 도꼬마리가 잔뜩 붙어 있는 것을 발견하고는 아무리 털어내도 좀체 떨어지지 않는 도꼬마리를 보며 호기심이 생겼던 그는 현미경을 이용해 관찰

도꼬마리의 갈고리 모양이 섬유 올의 고리에 달라붙어 잘 떨어지지 않는 것을 발견한 그는 이를 응용하면 매우 쓸만 한 제품이 될 것 같아 도꼬 마리의 가시가 붙는 원리를 모방하여 벨크로 개발

오늘날 벨크로는 신발, 의류는 물론 다양한 생필품에 널리 쓰임

13 캥거루

캥거루의 새끼는 미성숙한 상태에서 태어나게 되는데, 태어나자마자 엄마 캥거루의 아랫배에 있는 아기집(주머니)로 들어가 성장한 후 독립

이러한 캥거루의 생태를 인간이 모방하여, 미숙아를 출산 할 경우 인큐베 이터 시스템으로 아기를 성장 시키도록 함

14 연잎

연잎은 다른 잎과 달리 마치 코팅이 된 것처럼 표면이 매끄럽고, 울퉁불 퉁한 돌기들이 무수히 나있는 독특한 구조 덕분에 연잎 위에 떨어진 물 방울은 퍼지지 않고 공처럼 동글동글 말려서 구르는 물방울은 표면의 먼 지까지 쓸고 가 연잎은 항상 깨끗할 수 있음

이런 연꽃잎의 자정 능력을 활용해 비가 내려도 저절로 깨끗해지는 유리 창, 물만 한번 내리면 깔끔해지는 변기, 비 한번 맞으면 청소가 자동으로 되는 자동차 등의 개발이 가능

15 식물의 잎

하와이에서 자라는 식물인 코키아 쿠케이는 해가 떠 있을 때 잎의 구조 가 바뀌며 태양에너지를 최대한 흡수하는 특성을 가지는 특성을 모방하 여, 태양광 전지(염료감응형 태양광 전지(DSSC)는 안정성과 생산성이 높 아 차세대 태양광 전지로 각광을 받음)를 개발

16 장미 꽃잎

장미 꽃잎의 표면은 돌기가 있어서 물방울이 매달린 채 떨어지지 않음 이를 모방하여 혈액을 분석하는 바이오 칩으로 유용하게 사용

바이오 칩은 미량의 혈액을 분석하기 때문에 혈액이 주변으로 새거나 다 른 물질과 접촉돼 오염되는 일이 없어야 하는데, 장미 꽃잎처럼 아주 작 은 혈액 방울을 붙잡고 있을 수 있다면 이런 문제가 없게 됨

17 메뚜기

메뚜기는 서로 충돌을 피하는 기술(메뚜기는 눈 뒤에 움직임을 감지하는 커다란 장치가 달려 있어서 메뚜기들이 서로 부딪힐 상황에 처하면 이 감지장치가 작동하여 재빠르게 다른 곳으로 이동)을 가지고 있어 서로 부 딪히지 않고 잘 날아 다닐 수 있음

안전의 대명사 스웨덴의 볼보자동차가 자동차와 보행자의 충돌을 회피하 기 위해 사막 메뚜기 또는 아프리카 메뚜기의 행동 패턴을 연구하여 충 돌방지 시스템을 개발

18 잠자리

잠자리는 비행 시 날개를 둥글게 돌리듯 움직임

이러한 행태를 모방하여 헬리콥터(헬리콥터는 잠자리의 날개 짓처럼 기체 의 윗부분에 있는 날개인 ‘메인로터’(Main Rotor, 프로펠러 모양)를 회전 시켜 비행함)를 개발함

사막의 딱정벌레를 모방하여, 저절로 물이 채워지는 물병을 개발

국가에서 식수 공급 등을 연구

20 소금쟁이

극한의 속도를 내는 F1 머신에서는 소금쟁이의 길고 가는 다리를 연상케 하는 구조를 쉽게 볼 수 있음

또한 소금쟁이를 모방한 로봇은 물위를 걸어 다니는 정도가 아니라 실제 소금쟁이처럼 끝없이 점프하는 최초의 마이크로봇(소형 로봇) 및 정찰 등 의 임무 수행 시에 장애물을 피해 점프할 능력이 있는 날렵한 마이크로 봇을 개발

21 매미의 눈

매미의 눈을 본떠 360도 입체영상을 볼 수 있는 카메라 개발

이 카메라는 인체 내부의 미세한 변화를 감지할 수 있는 ‘먹는 내시경’

등 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대 됨

22 거미

거미가 생산하는 소화 효소인 아라자임은 많은 먹이를 섭취하고도 빠른 시간안에 소화를 시킬 수 있음 (온도와 환경에 영향을 받지 않고 작용함) 이를 활용하여 피부 관리 제품인 필링제를 개발

23 지네 지네의 유연한 움직임을 모방하여 굴곡 및 수직 장애물을 극복한 자유 자제로 움직이는 로봇을 개발

24 거미줄

거미줄에서 아이디어를 얻어서 첨단 소재인 인공 거미줄을 개발

수술 후에 상처부위를 꿰매었던 실을 따로 제거하지 않아도 되는 녹는 실을 개발

뿐만 아니라 거미줄의 강도와 유연성을 활용하여 초극세사, 방탄복, 밧줄 등을 개발

25 벌집 벌집의 정 육각형은 비행기, 고속 전철, 집의 내부재, 육각형 건축구조, 골 판지, 벽걸이 TV 액정화면 구조, 무선이동 통신의 기지국 설계에 활용 26 꽃게 꽃게의 집게발 구조에서 착안하여 굴삭기 개발

27 상어

상어 비늘에는 작은 돌기들은 물의 마찰 저항력을 줄여 더욱 빠른 속력 을 낼 수 있게 함

상어 비늘을 본뜬 전신수영복에서는 삼각형의 미세 돌기가 돋아나와 있 어 수영복에 닿는 물이 잘 흘러가게 저항을 줄여줄 수 있도록 개발 미세돌기 도료를 개발하여 항공기에 적용하였을 때는 공기마찰을 줄일 수 있어 연료를 절감할 수 있음

28 갈라파고스 상어 갈라파고스 상어의 피부 돌기에서 착안하여 세균번식을 막아주는 벽면 패턴을 개발

29 흰개미 집

아프리카 짐바브웨에 있는 이스트 게이트 센터는 흰개미 집의 통풍 원리 (공기의 대류)를 적용한 생체 모방의 대표적인 사례로, 다른 건물에 비해 연간 350억 원의 냉방 비용을 절감할 수 있음

30 눈꽃 눈꽃 결정 프렉탈 구조의 건축물

31 홍합 거친 파도 속에서도 바위에 붙어 있을 수 있는 홍합의 족사에서 착안하 여 의료용, 접착용 홍합접착제를 개발

32 전복 전복의 껍질은 수천 개의 탄산칼슘 타일이 겹겹이 쌓여 있고, 각 타일은 단백질 접착제로 단단하게 붙어 있어서 웬만한 충격에도 잘 부서지지 않

는 초고강도 물질임

전복 껍데기의 이런 분자 배열을 분석해 전투에 사용되는 탱크의 철갑뿐 아니라 가벼우면서도 총알을 쉽게 막아내는 방탄복 개발

33 날치 수면위를 최대 40초 동안 시속 70km로 400m를 한번에 날 수 있는 날치 의 비행 메커니즘을 연구하여 항공기의 유동제어기술을 연구

34 가오리 가오리의 형태에서 착안하여, 새처럼 날개를 접기도 하고 비틀기도 하는 유연한 몰핑 비행기를 나사에서 제작

35 혹등고래 혹등고래의 등지느러미 가장자리에 있는 톱니 모양을 항공기의 날개, 풍 력 터빈 디자인(웨일파워, 공기역학)으로 응용

36 반딧불이 자기 스스로 빛을 내는 반딧불이를 모방한 고효율 LED 원천기술이 개발

37 블루길 블루길이 가지는 효율적인 수염 솜씨에서 영감을 얻은 과학자들이 미래 에 무인 잠수정을 추진시킬 잠재력을 가진 로봇 지느러미를 연구

38 거북복

거북복의 상자처럼 생긴 독특한 형태는 공기 역학적 효율을 높일 수있음 거북복을 본떠 만든 모형으로 풍동 실험을 해 본 결과, 일반 자동차 모형 보다 공기 저항이 훨씬 적어서 공기역학적 특성이 매우 뛰어남

메르세데스 벤츠는 거북복을 모방하여서 안전하고 연비가 좋으면서도 가 벼운 자동차를 개발

39 가재 가재의 형태를 모방하여 8족 무인 잠수정 개발

40 자벌레 자벌레의 몸 움직임을 이용하여 대장 속을 자유자재로 드나드는 내시경 로봇을 개발

□ 진로탐색

- 생체모방기술 & 산업디자인 수업 후, 학생들이 관련된 진로 혹은 직업의 유형을 탐색해 보고, 본인의 진로를 설계해 본다.

주제 관련 분야 진로 및 직업

생체모방

자동차디자인 자동차디자이너

건축디자인 건축디자이너

공학 로봇 제작

디자인과 관련된 직업

산업 디자인 시각 디자인

공예

패턴 디자이너

스테인드글라스 예술가 벽지 디자이너

시각 디자이너 편집 디자이너 유리 공예 예술가

지도상의 유의점

상황제시 Ÿ 최첨단기술부터 현재 일상적으로 볼 수 있는 예까지 다양한 예를 들 고, 학생들의 발상과 표현의 한계를 자유롭게 허용한다.

창의적설계

Ÿ 생물의 생김새에서 살아가기 위해 쓰이는 생물의 다양한 생존전략과 연결하여 규칙성 또는 패턴을 찾아보도록 한다.

Ÿ 생물의 생김새를 부분적으로 세분화하지 않고 가장 큰 특징을 잡도 록 한다.

Ÿ 스테인드글라스 물감은 냄새가 나므로 환기를 많이 시킨다. 스테인 드글라스 물감 대신 수성목공용풀에 식용색소를 섞어 색을 만들어 사용하여도 된다. 다만, 접착력과 투명도가 떨어진다.

성공의 경험 Ÿ 다양한 색의 스티커를 이용하여 분야별로 붙여 평가할 수도 있다.

□ 지도상의 유의점

BIOMIMICRY

MEMO

2013 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 _ 이화여자대학교

▎연구책임 조영식 교수

▎공동연구진 김효정 특임교수 심효영 외래교수 조희승 연구원 이지윤 연구원

▎집필위원 _ 이화여자대학교부속초등학교 채제숙 수석교사

박지윤 교사 류수진 교사

▎디자인 및 일러스트

박미진, 김현민, 김예람, 강희주

“본 프로그램은 2013년도 교육부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임”