“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로

2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2020. 11.

회룡초등학교

- 2 -

“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 요약문··· 1

2. 서론··· 1

3. 연구 수행 내용 및 결과···

가. 연구 수행 내용 ··· 1 나. 연구 수행 결과 ··· 2

4. 결론 및 제언 ··· 3

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지)

부록2. 사진

1. 요약문

▷ STEAM 선도학교 운영과 연계할 수 있는 융합인재 교육 프로그램을 개발 한다.

▷ 데이터, 과학(에너지), AI 융합된 융합프로그램을 적용하고 효과성을 연구한다.

▷ 개발된 STEAM 콘텐츠를 STEAM 선도학교 워크샵과 연계하여 확산 시킨다.

2. 서론

○ M2M 기반 네트워크를 학생들의 교육과정과 연계하여 문제 해결에 적용하고 직접 프로그래밍을 하 는 STEAM 프로그램을 개발

○ 수학, 과학, 정보교육 진흥법 공표 – 소프트웨어를 통한 문제 해결 경험 제공의 필요

○ 문제 해결을 위해 네트워크를 구축하고 프로그래밍을 통해 문제 해결하는 경험을 제공하는 STEAM 프로그램은 없는 것으로 확인되었다.

3. 연구 수행 내용

[과제 1 : STEAM 프로그램 개발‧적용]

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 복도안전을 지키는 AI 넷돌이

학교급 초등학교 대상 학년(군) 5~6학년

중심과목 과학 중심과목

성취기준 영역

[6과17-02] 자연 현상이나 일상생활의 예를 통해 에 너지의 형태가 전환됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토의할 수 있다.

연계과목 수학

실과

연계과목 성취기준 영역

[6수05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하여 목적에 맞 는 그래프로 나타내고, 그래프를 해석할 수 있다.

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

개발계획 주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 3 과학(1)+수학(1)+실과(SW)(1) 개발적용

현황 3차시 개발 완료

[과제 2 : STEAM 프로그램 적용 성과 연구 및 조사]

가. 프로그램 만족도 조사

학생의 교육 만족도를 평가하기 위해 본 연구개발에서는 CIPP모형(Context, Input, Process, Product Model)을 적용하고자 한다. CIPP모형은 교육의 과정을 포함하는 교육 전 과정에 대한 체제론적 평가 가 가능하며, 순차적인 교육의 성과를 측정하는데 유용한 방법이다. [표1]은 CIPP 모형에 의해 개발 수업 후 학생들이 교육 프로그램 평가 설문이다.

- 2 - 나. STEAM 수업 효과성 평가 계획

세부

항목 설문내용 아주

그렇다 그렇다 보통 이다

그렇지 않다

전혀 그렇지

않다 소계

(%)

투입 영역

1. 수업내용의 구성내용은 흥미로웠는가?

2. 교육 내용의 난이도(수준)는 적절했는가?

3. 활동 방법을 충분히 안내받았는가?

과정 영역

4. 교과활동은 흥미롭고 유익하였는가?

5. 교육 활동을 통해 창의적이고 스스로 문제를 해결하 는 능력이 향상되었는가?

6. 교육활동이 다른 활동과 차별화 되어 유익하였는가?

7. 내가 과학, 수학 시간에 배운 내용이 학습에 도움이 되었는가?

8. 수업 분위기가 자유롭고 허용적 이며, 활발한 토론, 다양한 활동이 보장되었는가?

9. 과제, 연구수행활동, 학습의 양이 적절하였는가?

10. 다양한 조별 활동을 통해 친구들과 활발하게 의견 을 교환하였는가?

11. 수업을 받고 난 후 미래에 과학자가 될 것 같은 생 각이 드는가?

12. 수업 활동을 잘하기 위해 다양한 과학, 수학 등 여 러 과목에 배운 내용이 필요한가?

산출 영역

13. 내가 만든 수업결과물과 활동지를 잘 정리하고 있는가?

13. 수업이 끝난 후에 수업결과에 대해 평가 및 반성을 위한 시간이 있는가?

15. 산출물제작(연구수행) 활동은 나의 탐구능력 신장 에 도움을 주고 있는가?

16. 산출물제작(연구수행) 및 발표활동을 통하여 스스 로 공부하는 능력이 길러졌는가?

17. 나의 학습활동에 대하여 선생님들의 평가가 다른 학습활동에 대한 평가와 차별이 되었는가?

[표 1] 학생 프로그램 만족도 평가 문항

구분 내용 적용학년 방과후 STEAM 동아리

적용방법 사전, 사후 검사

적용학교 방과 후 STEAM 동아리 20명 교육프로그램 적용 10월 1일 ~ 11월 30일

사전검사 9월 4주 사후검사 11월 2주

평가문항 STEAM 교육 지원연구단’태도검사와 만족도 조사양식으로 실시

[과제 3 : STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천]

가. STEAM 선도학교 연계 워크샵 운영 계획

4. 연구 수행 결과

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시 총 3 차시 예정

수업 적용 일정 2020. 10 . 1. ~ 2020. 11. 30.

(STEAM 수업)수혜학생 수 회룡초등학교 20명 예정

학생 태도검사 사전검사 9월 4주

사후검사 11월 2주

학생 및 교사 만족도조사 10월 19일 예정

교사연구회 STEAM 행사 개최 11월 11일 워크샵 개최

논문 또는 학술대회 정보교육학회 학술지 논문 투고

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

5. 결론 및 제언

구분 대상 연수내용 방법 시

기 장소 1차 워크

샵

경 기 도 교 육 청 관내 교 원

• STEAM 형 교실을 활용한 교과내 STEAM 수업

• STEAM 수업 나눔 사례

• 공문 발송하여 선착순으로 참가

10

월 회룡초

- 4 - o 코로나로 인해 학생 및 교사간 모임에 어려움이 있음.

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 교사 연구회 활동 및 2회의 STEAM 워크샵 개최를 통해 연구회 회원 및 워크샵 참여 교원의 소프 트웨어(SW) 교육/융합인재교육(STEAM) 역량 제고

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

복도 안전을 지키는 AI 넷돌이

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1/3 [6과17-02] 자연 현상이나 일상생활의 예를 통해 에너지의 형태가 전

환됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토의할 수 있다. 과학 2 2/3 [6수05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하여 목적에 맞는 그래프로 나타

내고, 그래프를 해석할 수 있다. 수학

3 3/3 [6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램을 만드는 과정에서 순차, 선

택, 반복 등의 구조를 이해한다. 실과

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 3차시)

차시 주요내용

1/3

주제(단원)

명 압력센서 만들고 실험하기

 문제 상황 제시하기

Co 복도에서 사고나는 영상을 보고 위험한 상황 이야기 해보기

 복도에서 다칠 뻔한 경험이 있었으면 발표해 보게 한다.

CD 일상생활에서 에너지 변환 알아보기

 자연 에너지가 다른 형태로 변하는 사례 찾아보기

CD 자연계의 여러 에너지가 전기 에너지로 바뀌는 예 찾아 보기

 빛, 운동 등의 에너지가 전기 에너지로 변화되는 사례를 안다.

CD 압력이 전기로 바뀌는 압력센서 실험하기

 velostat을 이용하여 압력을 가하면 전기 신호가 만들어지는 실험하기

ET 일상생활에서 에너지가 바뀌는 예를 더 찾아보자.

2/3

주제(단원)

명 복도에서 뛰는 상황 찾아내기

 네트워크를 활용하여 장치 설계하기

Co 복도에 뛰는 상황과 걷는 상황의 데이터를 얻기 위한 장치와 프로그램 설계하기

 [과정중심평가] 규칙 정해 메시지 주고받기

CD 장치를 설치하고 반복 실험을 통해 압력 데이터 수집하기

 네트워크 장치를 설계하고 압력 데이터를 수집 한다.

ET 수집한 데이터를 활용하는 방법 생각해 보기 3/3 주제(단원)

명 복도를 지키는 넷돌이 프로그래밍 하기

- 6 -

 데이터 분석하기

Co 압력 센서 데이터를 분석하여 어떤 경우에 뛰는 것이 되는지 알아본다.

 분석된 데이터를 이용하여 프로그래밍하기

CD 프로그래밍으로 특정 센서값이 입력되었을 때 복도 통해 안전 메시지 보여주기

 [과정중심평가] 모둠별로 장치를 만들고 뛰는 것을 잘 감지하는지 확인한다.

ET 장치를 복도에 설치하고 뛰는 학생이 줄어들었는지 확인해 본다.

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등 5~6 학년군

중심과목 성취기준

영역

에너지 중심과목

성취기준

[6과17-02] 자연 현상이나 일상생활의 예 를 통해 에너지의 형태가 전환됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토 의할 수 있다.

주제(단원)명 복도 안전을 지키는 AI 넷돌이 차시 1/3

학습목표 복도안전사고 사례 조사하고 원인 파악하고, 압력 감지 센서의 원리를 알고 만들어 보기

연계과목 수학, 실과 연계과목

성취기준 영역

[6수05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하여 목적에 맞는 그래프로 나타내고, 그래프 를 해석할 수 있다.

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

STEAM 요소

S 에너지 형태가 바뀌는 것을 이해하고 이를 통해 압력감지 센서의 원리를 알 수 있다.

T/

E

주변의 재료를 이용하여 압력센서를 만들 수 있다.

압력센서를 프로그래밍 할 수 있다.

A M 개발 의도

사회전반에 걸쳐 안전은 중요성이 커졌다. 특히 복도 통행중 사고도 학교 안전 사고의 큰 부분을 차지 하고 있다. 복도를 안전하게 통행하는 방법을 과학, 소프트웨어와 연계하여 만들어 보는 교육프로그램을 개발한다.

Ÿ 복도 안전 통행의 필요성을 이해한다.

Ÿ 복도 안전 통행을 하기 위한 방법을 탐색할 수 있다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

•복도에서 뛰어 다녀 다친 사례를 보고 어떻 게 하면 사고를 줄일 수 있을까? 생각해 보 기

창 의 적 설 계

창의적 설계

• 만든 압력센서를 어떻 게 활용할 수 있을지 생각해 보기

감 성 적 체 험

• 복도안전사고 사례 조사하고 원인 파악하기

• 압력 감지 센서를 만들어 보기

• 압력 감지 센서를 바닥에 두고 다양한 방법으로 압력을 가해 보 고 그때의 값 기록하기

감성적 체험 학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 5 분)

 문제 상황 제시하기

https://you tu.be/Opca CuDdNts?t=

183

- 8 -

Co 복도에서 사고나는 영상을 보고 위험한 상황 이야기 해보기

 복도에서 다칠 뻔한 경험이 있었으면 발표해 보게 한다.

CD 일상생활에서 에너지 변환 알아보기

전개 ( 30

분)

 자연 에너지가 다른 형태로 변하는 사례 찾아보기

CD 자연계의 여러 에너지가 전기 에너지로 바뀌는 예 찾아 보기

 빛, 운동 등의 에너지가 전기 에너지로 변화되는 사례를 안다.

CD 압력이 전기로 바뀌는 압력센서 실험하기

 velostat을 이용하여 압력을 가하면 전기 신호가 만들어지는 실험하기

CD 압력센서를 만들어 보자.

ET 일상생활에서 에너지가 바뀌는 예를 더 찾아보자.

동영상 https:// w ww.youtub e.com/wat ch?v=XTm fnPk1tX0

정리 (5 분)

 에너지가 전환되는 것을 활용 하는 방법 이야기 해 보기

ET 우리주변에서 에너지가 전환되는 것을 이용한 발명품이나 물건 이야기 해 보 기

중심과목 수학 학교급/학년(군) 초등 5~6 학년군 중심과목

성취기준 영역

자료와 가능성 중심과목

성취기준

[6수05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하여 목적에 맞는 그래프로 나타내고, 그래프 를 해석할 수 있다.

주제(단원)명 압력센서를 이용하여 데이터를

수집하고 분석하기 차시 2/3

학습목표 여러 곳의 충격 감지 센서의 값을 네트워크 프로그래밍으로 수집하여 모을 수 있다.

연계과목 과학, 실과 연계과목

성취기준 영역

[6과17-02] 자연 현상이나 일상생활의 예 를 통해 에너지의 형태가 전환됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토 의할 수 있다.

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

STEAM 요소

S 에너지 형태가 바뀌는 것을 이해하고 이를 통해 압력감지 센서의 원리를 알 수 있다.

T 감지된 센서의 값을 네트워크 프로그래밍으로 수집할 수 있다.

E 네트워크 장치를 설계할 수 있다.

A 압력센서의 데이터 패턴을 분석 할 수 있다.

M 압력센서 데이터를 수집하고 분석할 수 있다.

개발 의도

무선 통신은 우리 일상생활에서 분리할 수 없는 것이 되었다. 이러한 무선 통신은 어떻게 이루어 지는 것인지 학생들이 알고 네트워크의 기본원리를 이용하여 네트워크 프로그래밍을 이용하여 자료 를 수집 분석 할 수 있도록 한다.

• 에너지 형태가 바뀌는 것을 이해하고 이를 통해 압력감지 센서의 원리를 알 수 있다.

• 데이터를 이용하여 패턴을 발견하여 문제를 해결할 수 있다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

앞 차시에서 만든 압력센 서를 생각하며 복도에서 뛴다면 센서의 값이 어떻 게 기록될지 생각해 보기

창 의 적 설 계

창의적 설계

• 연속으로 배치된 센서 에서 뛰었을때 값의 변화 정리하기

감 성 적 체 험

• 복도 바닥에 앞차시에서 만든 센 서를 여러가지 방법으로 붙여 뛰어 보기

• 압력센서를 연속으로 배치하고 걸었을때와 뛰었을때 압력센서 값의 변화를 측정해 보기

감성적 체험

학습 과정

교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점

도입 ( 5 분)

 2장의 사진을 보고 물음에 답해 보자.

Co 복도에서 학생들의 모습을 보고 느낌을 말해 본다.

Co 복도에 신호등 횡단보도, 중앙선 등을 그려서 복도를 안전하게 이용하는 학 교 사례를 보고 복도에 어떤 장치를 하면 학생들이 복도를 안전하게 이용 할 수 있을지 생각해 보기

복 도 에 서 학 생 들 의 모습 사진

Tip!

- 10 - 전개

( 35 분)

 실험 설계하기

CD 복도에 센서를 이어서 배치하고 뛰었을때 센서의 값을 측정해 보자.

CD 센서값이 변화가 일어나는 시간을 측정해 보자. A에서 B로 걸었을 때 센서값 의 변화가 일어나는 시간 간격을 측정해 보자. A에서 B로 뛰었을 때 센서값 의 변화가 일어나는 시간 간격을 측정해 보자.

CD 센서값이 변화가 일어나는 시간을 측정해 보자. B에서 A로 걸었을 때 센서값 의 변화가 일어나는 시간 간격을 측정해 보자. B에서 A로 뛰었을 때 센서값 의 변화가 일어나는 시간 간격을 측정해 보자.

 센서값의 변화가 일어나는 시간 간격으로 뛰는 행동 알아 보기

Co 측정된 값을 이용하여 센서 값의 변화로 뛰는 행동을 알 수 있는지 분석해 보기

 분석된 데이터를 이용할 방법 생각해 보기

CD 자동으로 복도에서 뛰는 것을 알아내는 방법 생각해 보기 정리

( 5 분)

 복도에서 뛰는 어린이를 줄일 수 있는 장치 생각해 보기

ET 수집한 데이터를 활용하는 방법 생각해 보기

중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등 5~6 학년군 중심과목

성취기준 영역

소프트웨어와 생활 중심과목

성취기준

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

주제(단원)명 복도 안전을 지키는 넷돌이

프그래밍 하기 차시 3/3

학습목표 모아 놓은 데이터를 분석하여 뛰는 패턴을 발견하고 네트워크 프로그래밍을 할 수 있다.

연계과목 수학, 과학 연계과목

성취기준 영역

[6수05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하여 목적에 맞는 그래프로 나타내고, 그래프 를 해석할 수 있다.

[6과17-02] 자연 현상이나 일상생활의 예 를 통해 에너지의 형태가 전환됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토 의할 수 있다.

STEAM 요소

S

T 분석된 데이터를 이용하여 네트워크 프로그래밍 할 수 있다.

E

A 학생들이 복도에서 뛰는 원인과 패턴을 분석할 수 있다.

M 모아진 데이터를 분석하여 패턴을 발견할 수 있다.

개발 의도

학생들의 삶과 연관된 복도안전 넷돌이를 만들어 활용함으로써 네트워크의 이로운점과 원리를 이해 할 수 있게 한다. 기계가 사람이 귀찮아 할 수 있는 일을 대신하여 우리의 삶을 증진시켜 줄 수 있고 미래사회에 활용할 수 있음을 알게 한다.

• 분석된 데이터를 이용하여 네트워크 프로그래밍을 한다.

• 장치를 복도에 설치하고 뛰는 학생이 줄어들었는지 확인하여 넷돌이 산출물의 효과를 체험해 본다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

조선의 통신 네트워크인 봉화를 통신 장치가 어떤 역활을 했는지 알아본 다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

복도 뛰는 학생들을 막 는 장치를 만들어 복도에 서 뛰는 학생들이 줄어들 었는지 확인해 본다.

감 성 적 체 험

• 무선 통신 프로그래밍 알아보기

• 무선 통신 프로그래밍으로 복도 에서 뛰는 행동 자동으로 감지 하는 방법 알아보기

• 복도 뛰는 학생들을 막는 장치를 만들어 보자.

감성적 체험 학습

과정

교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점

도입 ( 5 분)

 조선의 네트워크 봉수 영상을 보고 물음에 답해 보자.

Co 남산 봉수대 영상을 보고 봉수가 언제 사용되었는지 발표해 본다.

Co 봉수대가 없었다면 어떤 일이 일어 났을까?

Co 왜 봉수대를 조선의 네트워크라고 부를까?

 우리 생활 주변에서 네트워크가 사용되는 경우 알아 보기

Co 우리 생활 주변에서 네트워크가 사용되어 생활을 편리하게 해 주는 예 찾아 보기

동영상 (https://yo utu.be/PBiy

0GanPl0)

- 12 -

(출처: https://youtu.be/PBiy0GanPl0)

전개 ( 35 분)

 네트워크 프로그래밍 실습하기

CD 두 개의 아두이노를 이용해 통신 프로그래밍을 해 보자.

- 주소와 채널을 정하고 숫자와 문자를 보내고 받아 본다.

- 특정한 문자를 보냈을 때 해야 할 동작을 정하고 동작이 이루어 지도록 프로그 래밍 해보자.

 복도에서 뛰는 행동을 찾아내는 알고리즘을 만들어 보자.

CD 두 개의 센서와 A, B 에 감지되는 시간으로 복도에서 뛰는 행동을 찾는 알고 리즘을 만들어 보자.

 알고리즘을 바탕으로 프로그래밍하고 장치를 만들어 보자.

CD 장치를 복도에 설치하고 뛰는 행동을 감지하는지 확인해 보기 - 장치에 문제가 있다면 문제를 찾아서 고쳐 볼 수 있도록 하자.

정리 ( 5 분)

 장치를 복도에 설치하고 확인해 보기

ET 장치를 복도에 설치하고 뛰는 학생이 줄어들었는지 확인해 본다.

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1/3

1.

2.

3. 압력센서 만들고 센서 값 알아 보자. 다음 경우에 센서값을 기록해 보자.

준비물

순서 내용

①

②

③

④

⑤

구분 센서값

가운데를 손가락으로 살짝 눌렀을때

가운데를 손가락으로 세게 눌렀을때

센서를 바닥에 놓고 밟았을 때

센 서위에 앉았을때

- 14 -

차시 2/3

1.

실험은 5번 반복하고 시간을 기록해 보자.

2.

3. 뛰는 것을 감지 하기 위해 센서가 설치되어야 하는 적당한 거리는?

거리 뛰었을 때( 5번 반복) 걸었을 때

3M

횟수 시간 횟수 시간

1 1

2 2

3 3

4 4

5 5

평균 평균

최소 최소

최대 최대

거리 뛰었을 때( 5번 반복) 걸었을 때

3M

횟수 시간 횟수 시간

1 1

2 2

3 3

4 4

5 5

평균 평균

최소 최소

최대 최대

차시 3/3

1.

블록 설명

컴퓨터에 연결된 아두이노의 무선 네트워크 채널을 110번, 주소를 00으로 정한다.

자신과 같은 채널에 있는 02번 아두이노로 숫자 1234를 보낸다.

자신과 같은 채널에 있는 02번 아두이노로 문자

“abcded”를 보낸다.

다른 아두이노부터 온 데이터를 읽는다. 문자, 숫자 구분하지 않는다.

2. 통신 가능한 아두이노가 6대가 있을 때 네트워크를 구성하고자 한다. 채널을 정하고 각 아두 이노에 주소를 붙여서 네트워크를 구성하고자 한다. 빈칸에 알맞은 숫자를 넣어 보아라.

- 16 -

※ 다음 코드 블록을 보고 물음에 답하여라.

번

호 블록 번

호 블록

① ②

③ ④

3. 3명이 네트워크를 구성하여 무선 통신을 하고자 한다. 3명이 모둠을 구성하여 통신을 해 보자.

(1) 통신을 모둠을 구성하고 각각의 주소와 채널을 정해 보자. (주의, 다른 모둠과 반드시 채널 을 다르게 해야 한다.)

이름 주소 우리 모둠의 채널

0 1 2

(2) 다음 코드중에서 각 사람이 자신의 네트워크 주소를 설정하기 위해 어떤 코드를 실행해야 할까? 위에서 코드를 고르고 내용을 채워라.

채널 번호는 100~125 사이의 숫자 입력, address는 0,01,02 중에서 겹치지 않게 입력

※ 다음 코드 블록을 보고 물음에 답하여라.

번

호 블록 번

호 블록

① ②

③ ④

4. 3명이 네트워크를 구성하여 무선 통신을 하고자 한다. 3명이 모둠을 구성하여 통신을 해 보자.

(1) 통신을 모둠을 구성하고 각각의 주소와 채널을 정해 보자. (주의, 다른 모둠과 반드시 채널 을 다르게 해야 한다.)

이름 주소 우리 모둠의 채널

0 1 2

(2) 다음 코드중에서 각 사람이 자신의 네트워크 주소를 설정하기 위해 어떤 코드를 실행해야 할까? 위에서 코드를 고르고 내용을 채워라.

- 18 -

채널 번호는 100~125 사이의 숫자 입력, address 는 0,01,02 중에서 겹치지 않게 입력

(3) 주소를 설정한 다음 통신처럼 통신하고자 한다. 각각의 경우에 실행해야할 블록을 골라 보고 통신 성공 여부에 따라 0, X 해 보자.

보내는 사람

받는 사람

보내는 사람이 실행할

블록 받는 사람이 실행할 블록 통신성공

여부

0 1

0 2

1 2

1 0

2 0

(4) 통신이 잘 안된다면 다음 사항을 점검해 보자.

번호 내용 확인

1

[연결] 메뉴에서 “아두이노 연결됨!”으로 표시되고, 하드웨어가 “Arduino Mega2560” 인지 확인해 보자.

□

2

아두이노 메가 보드에 LED가 천천히 깜박이는지 확인 한다.

□

3

데이터를 보내는 코드와 받는 코드를 동시에 실행하지 않았는가? (동시 에 실행하면 통신이 안됩니다.)

□

5. 교사자료

차시 2/3

(1) 학생 실험 개요

(2) 활동 개요

자료출처

- 20 -

차시 2/3

• 아두이노 네트워크의 개념

2대의 아두이노가 통신을 하기 위해서는 각각의 아두이노는 같은 채널에 있어야 통신이 가 능하다. 아래 그림처럼 같은 채널에 있는 아두이노는 통신이 가능 하지만, 채널이 다르면 통 신이 불가능하다.

통신을 위해서 각각의 아두이노는 채널과 주소를 가지고 있어야 한다. 채널은 0~125까지의 값을 가질 수 있다. 채널은 블루투스와 와이파이와 겹치지 않는 100~125번이 안전한다.

채널 통신

0~99 블루투스 통신 또는 와이파이 통신 과 겹치는 경우가 많다.

100~125 블투투스와 와이파이 통신 채널과 겹치지 않은 안전한 채널

채널은 달리기 경기로 비유하면 레인에 비교할 수 있다. 달리기 경주에서 달리는 주자는 다 른 레인으로 갈 수가 없고 자기 레인으로만 달려야 한다. 통신에 있어 채널도 마찬가지 이 다. 다른 채널과는 통신할 수 없고 자기 채널의 아두이노와만 통신할 수 있다. 한 개의 채널 은 이론적으로 255개의 아두이노가 통신할 수 있다. 그러므로 125개 채널에 255개의 아두 이노가 있을 수 있으므로 31875개의 아두이노가 통신 할 수 있다.

[Tip] 아두이노 네트워크의 종류

구분 특징 장점 단점

블루투스

∙2.4Ghz 대역을 사용 한다.

∙BT 4.0 에서는 40개 의 채널이 있다.

∙BT2.0에서는 80개의 채널이 있다.

∙최대 1Mbps 속도를 지원한다.

∙아두이노에서저렴하고 안전한 연결이 가능하 다.

∙속도가 느리다.

∙1:1 통신만 가능하고 페어링 이 필요하다.

∙교육용으로 활용되기 다소 어 렵다.

∙여러 개의 BT기기가 있는 경 우 연결 문제가 발생한다.

∙네트워크를 구성할 수 없다.

WIFI

∙2.4Ghz 대역을 사용 한다.

∙2.4Ghz 는 14개의 채 널을 지원한다.

∙최대 56Mbps 속도를 지원한다.

∙속도가 빠르다.

∙아두이노에서 저렴하 고 안전한 연결이 가 하다.

∙웹서비스의 이용이 가 능하다.

∙여러명이교육을 받는 환경에 서 사용이 어렵다.

∙AP로그인, IP 등 서로 간의 연결이 어렵다.

∙아두이노에서는1:1 통신을 지 원한다.

∙네트워크 구성이 어렵다.

∙AP등 교육환경을 구성하기 어렵다.

RF24

∙2.4Ghz 대역을 사용 한다.

∙125개의 채널을 지원 한다.

∙최대 2Mbps 속도를 지원한다

∙로그인, 페어링이 필요 없으며 연결이 간편하 다.

∙다인수 수업 환경에서 적합하다.

∙아두이노처리속도를 감안하면 충분한 속도 를 지원한다.

∙1:1, 1:N, N:N 통신 가능

∙최대 1000미터 까지 통신 가능

∙네트워크를 구성할 수 있음

∙보안에 취약하다.

∙ WIFI, BT 등의 신호와 간섭 이 있다.

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• 통신을 위한 기본 블록

아두이노 무선 통신을 위해서 가장 먼저 해야 할 것은 앞에서 설명한 대로 채널과 주소를 정해야 한다. 아래 그림은 채널과 주소를 설정하는 블록이다. 채널과 주소는 한번 설정 되면 바꾸기 전까지는 계속 유지 된다.

다음의 기본 블록은 다른 아두이노에 데이터를 읽고, 쓰는 블록이다. 쓰기 위해서는 목적지, 즉 주소를 지정해야 한다. 아래 그림은 같은 채널에 있는 다른 주소의 아두이노로 데이터를 보내는 블록에 관한 설명이다.

펌웨어가 있는 상태에서는 블록을 이용해 숫자와 문자 모두 를 다른 아두이노로 보낼 수 있다. 블록의 경우는 아두이노 에 프로그램을 업로드 할 때 사용 한다. 다른 아두이노로부터 무선으로 온 데이터를 읽는 블록은 아래에 설명이 되어 있다. 같은 채널의 다른 주소로부터 온 데이터를 읽는다.

• 무선 통신이 이루어지는 조건-같은 채널의 아두이노로 네트워크를 구성해야 한다.

다음 그림은 네트워크가 이루어지는 것과 네트워크가 구성되지 않은 경우를 나타낸다. 무선 통 신은 네트워크가 이루어지 않으면 통신을 할 수 없다.

통신, 즉 데이터를 주고 받기 위해서는 다음 조건을 만족해야 한다.

① 0번 주소를 가진 아두이노가 있어야 한다. 만약 0번 아두이노 01번 아두이노, 02번 아두 이노가 있을 때 01번이 02번으로 데이터를 보내면 반드시 0번 아두이노를 거쳐야 한다. 그 러므로 0번 아두이노가 있어야 통신이 이루어진다.

② 2대의 아두이노가 동시에 통신을 할 수 없다. 즉 무전기처럼 서로 데이터를 주고 받아야 한다. 2대의 아두이노 A, B 가 있다면 A가 B로 데이터를 보낼 때 B가 A로 데이터를 보낼 수 없다. A가 데이터를 보낸 후에 B로 데이터를 보낼 수 있다.

③ 네트워크는 트리 형태로 만들어져야 하며, 네트워크의 주소를 붙이는 규칙에 따라서 네 트워크를 만들어야 한다.

• 무선 통신 네트워크를 구성하는 방법

아래 그림은 무선 네트워크를 구성하는 방법을 설명하고 있다. 네트워크는 나무처럼 표현 될 수 있다. 0번 아두이노는 나무의 뿌리에 해당하고 나머지는 가지에 해당한다고 할 수 있다.밑으

[네트워크가 이루어져 통신이 가능한 경우] [네트워크가 이루어지 않아 통신이 불가능한 경우]

주소 0 아두이노가 없어 네트워크가 안됨

채널이 125보다 크기 때문에 채널을 만들 수 없다.

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로 내려 갈수록 숫자가 길이가 ‘1’ 자리씩 늘어난다. 다음 그림을 잘 살펴보고 네크워크의 주소 를 붙이는 방법을 잘 살펴보자.

• 2대의 아두이노 데이터 주고받기

[2대의 아두이노 데이터 주고받는 알고리즘]

[데이터 보내는 코드]

① [Arduino]-[mega]에서 를 가지고 온다. 주소 ‘01’을 ‘00’

또는 ‘0’으로 바꾼다. [Arduino]-[mega]에서 블록을 가지고

와서 data를 “led”로 바꾼다. [제어]에서 를 가지고 온다.

와 가지고 와서 ① 코드를 완성한다.

[데이터를 받는 코드]

② [데이터&블록] 탭을 클릭하고 [변수만들기]를 클릭 하여 변수 ‘a’를 만든다. [데이터&블 록]탭을 클릭하여 [리스트 만들기]를 클리하여 리스트 ‘l’을 만든다.

[Arduino]-[mega]에서 블록, [제어]탭에서 블

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록을 가지고 온다. [데이터&블록]에서 을 가지고 온다.

[Arduino]-[mega]에서 을 가지고 와서 를 만

든다. [데이터&블록]에서 을 가지고 오고, 를가지고 와 서 “thing” 대신에 넣는다. 를 만들어서 모두 결합하여

를 만든다.

Tip 무선 통신을 잘 안 될 때 이렇게 해 보자.

1. 무선통신을 담당하는 부품을 직접적으로 가리 지 않는다.

2. 무선통신이 잘 안되면 아두이노 보드를 공중으 로 띄운다.

자료출처

6. 차시별 학생 평가기준 및 방법

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

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상 동영상의 도움없이 압력 센서를 만들어 실험할 수 있다.

관찰평가 관찰평가지

중 동영상의 도움을 받아 압력 센서를 만들어 실험할 수 있다.

하 동영상의 도움을 받아 압력 센서를 만들어 실험하 는데 어려움이 있다.

2/3

상 복도에 센서를 배치하고 실험하여 값을 측정할 수 있다.

관찰평가 관찰평가지

중 복도에 센서를 배치하고 실험할수 있으나 값을 측 정하는데 어려움이 있다.

히 복도에 센서를 배치하고 실험 하는데 어려움이 있 다.

3/3

상 프로그래밍 동영상의 도움 없이 복도에서 뛰는 것 을 감지할 수 있다.

관찰평가 관찰평가지

중 프로그래밍 동영상의 도움으로 복도에서 뛰는 것을 감지할 수 있다.

하 프로그래밍 동영상의 도움을 받고 복도에서 뛰는 것을 감지하는 장치를 만드는 데 어려움이 있다.

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[부록2]