서울은빛초등학교

2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2019. 11.

서울은빛초등학교

【 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 ( √ ) - 선행 프로그램명: STEAM 환경 교육 프로그램

(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( )

I.o.T 환경 교육 프로그램의 인공지능 지도방안 결합

학교급

초등

초등학교, 5~6학년군

중심과목

실과

성취기준 영역

[초5~6학년군 실과] 라. 기술 시스템

연계과목

수학 사회 미술 과학

연계과목 성취기준 영역

[초5~6학년군 수학] 마. 자료와 가능성 [초5~6학년군 사회] 아. 3)지속가능한 지구촌 [초5~6학년군 미술] 나. 표현

[초5~6학년군 과학] 마. 생물과 환경

협약체결일 ~ 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 서울은빛초등학교 과학 교사 박신기

공동연구원 서울청룡초등학교 미술 교사 이현국

공동연구원 서울수송초등학교 수학 교사 최정수

공동연구원 서울구현초등학교 과학 교사 김진형

공동연구원 서울고산초등학교 사회 교사 이준복

2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2019년 11월 15일

“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 요약문 ··· 1

2. 서론 ··· 1

3. 연구 수행 내용 ··· 1

○ 2019년 STEAM 교사연구회의 과제 현재 수행 현황 ··· 1

○ 프로그램 개발 중점사항 ··· 1

○ 학생 태도검사 대상의 선정 이유 ··· 2

4. 연구 수행 결과 ··· 2

○ 연구 수행 결과 ··· 3

5. 결론 및 제언 ··· 3

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

- 프로그램 명 : IOT 환경 교육 프로그램의 인공지능 지도방안 부록2. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

- 피지컬 컴퓨터를 활용한 교구 제작과 자료 분석 부록3. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

- 스마트 화분 제작을 위한 레이저 센서 다루기 부록4. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

- 미세먼지 환경지킴이 에코백 만들기 부록5. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 - 미세먼지 없는 세상을 꿈꾸며

1. 요약문

미래 사회의 가장 큰 화두인 인공지능과 환경문제를 연결하여, 현시대가 공감하고 함 께 해결책을 모색해야하는 환경 교육을 STEAM 방법으로 지도하였다. 이를 통해 초 등학생들의 환경에 대한 이해와 소양을 높이고, 창의적으로 문제를 해결하는 능력을 신장시킬 수 있었다.

2. 서론

◦ 학교내 융합인재교육(STEAM) 프로그램 운영의 활성화를 위한 여건 조성 ◦ 기 개발된 융합인재교육(STEAM) 프로그램 보완 발전

◦ 융합인재교육(STEAM) 프로그램 적용을 통한 과학적 소양 함양

3. 연구 수행 내용

◦ 2019년 STEAM 교사연구회의 과제 현재 수행 현황

1) 기 개발된 아두이노로 함께하는 IOT STEAM 환경 교육 프로그램 적용 및 발전 - 이 연구는 2018년도 개발된 아두이노를 이용한 융합인재교육 프로그램이 초

등학생들의 환경소양 및 창의적 문제해결력에 미치는 영향을 지속 적용하고 보완 발전하는데 목적이 있다. 이를 위하여 아두이노를 이용한 기초 조작 방 법과 미세먼지 센서 만들기, 스마트 화분 만들기가 포함된 8차시의 프로그램 을 적용하고 추가적으로 개선 보완할 점을 도출하고자 하였다.

2) STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 - 학교에서 적용 및 실천이 가능한 다양한 방법 도출 3) STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

- 기 개발된 자료 평가와 동일한 평가 방법 적용으로 지속 발전 가능성 모색

◦ 프로그램 개발 중점사항 1) 교수․학습 자료의 개발 범위

- 아두이노 외 다양한 피지컬 컴퓨팅 교구를 활용 및 적용방안 2) 교수․학습 자료의 적용 범위

- 적용 범위는 가급적 다양하게 하여 수준에 따른 자료의 적용 효과를 확실히 인지하고 추후 피드백에 활용

3) 초등학교 고학년 일반 학급 학생

- 서로 다른 지역에 위치한 초등학교에 적용하여 일반화 가능성을 모색

◦ 학생 태도검사 대상의 선정 이유

1) 학생 태도검사 대상은 초등학교 고학년 일반학급 5개반 학생에게 적용하되, 여러 학교의 거의 비슷한 시기 및 동일한 학년에 적용함으로써 자료 적용의 효과를 서로 비교하기 쉽게 구성

2) 수업 시 구성한 활동 내용 이해를 돕기 위하여 수업한 활동을 촬영하기로 하 였으며, 촬영한 내용은 연구원끼리 공유하여 개선점을 보완할 예정

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 IOT 환경 교육 프로그램의 인공지능 지도방안 결합 선행

프로그램명

< 2018년 STEAM 교사연구회 >

초등 실과,과학 아두이노로 함께하는 IOT STEAM 환경 교육 프로그램 학교급 초등학교 대상

학년(군) 5~6학년

중심과목 실과

중심과목 성취기준

영역

[6실04-07]소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보 고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.

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

[6과06-01]습도를 측정하고 습도가 우리 생활에 영향을 주는 사례를 조사할 수 있다.

연계과목 수학

미술

연계과목 성취기준

영역

[6수05-05]실생활에서 가능성과 관련된 상황을

‘불가능하다’, ‘~아닐 것 같다’, ‘반반이 다’, ‘~일 것 같다’, ‘확실하다’ 등으로 나타낼 수 있다.

[6미02-02]다양한 발상 방법으로 아이디어를 발 전시킬 수 있다.

[6미02-03]다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현 내용을 구체화할 수 있다.

개발계획

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 3 실과(2) + 수학(1)

2 3 미술(2) + 과학(1)

4. 연구 수행 결과

◦연구 수행 결과

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 16차시

수업 적용 일정 2019.4. ~ 2019.10.

(STEAM 수업)수혜학생 수 서울은빛초등학교 등 135명 학생 태도검사 사전검사 4월 30일, 4개 학급(135명) 실시 완료

사후검사 10월 18일, 4개 학급(135명) 실시 완료 학생 및 교사 만족도조사 10월 18일 실시 완료

교사연구회 STEAM 행사 개최 2019.10.10. 10:50~11:30 수업공개 2019.10.11. ‘STEAM 체험행사’ 개최

논문 또는 학술대회 해당 없음

특허출원 (국외, 국내) 해당 없음

5. 결론 및 제언

◦ 초등학생의 관심이 높고, 그 내용의 중요성이 강조되는 미세먼지 관련 주제를 융 합교육(STEAM) 방법을 이용하여 쉽고 재미있게 수업을 진행할 수 있었다.

- 과학, 미술 및 수학, 사회 등의 교과 연계를 위한 연구를 통해, 각 교과별로 포함 되어 있는 융합교육(STEAM) 요소를 추출할 수 있었고, 미세먼지 외에 다른 환경 교육 과제로도 적용할 수 있는 연구의 기초를 마련하게 되었다.

- 또한, 관심 분야가 같은 교사와의 협력 활동을 통해 교수학습 내용의 깊이가 깊 어지고 다양한 교수 방법의 확장을 경험하게 되었다.

◦ STEAM 수업을 받은 김○○(신흥초)학생은 “평소 관심이 많았던 환경문제에 대 해 재미있고 자세하게 배울 수 있어서 좋았다”며, 환경을 살리는 가방-에코백 제 작 활동이 가장 흥미있었다고 응답하였다.

◦ 교사연구회 단위로 개발, 구안된 교육프로그램이 타 연구회 및 일반학교(급)과 원 활히 공유해야하는 과제가 남았다.

- 개발된 프로그램을 STEAM 요소별로 세분화하여 모듈화한다면, 다양한 학습과

제에 쉽게 적용할 수 있을 것이다.

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램 명 : IOT 환경 교육 프로그램의 인공지능 지도방안

1. STEAM 프로그램 총괄표(총 16차시)

차시 주요내용

1~3 /16

주제(단원)명 우리를 위협하는 미세먼지, 피지컬 컴퓨팅과 센서 다루기

Co [도입] 미세먼지 얼마나 심각한가?

ET [탐구] 현재 미세먼지 측정 장치 현황

CD [활동] 가정에서 미세먼지를 줄일 수 있는 방법 생각하여 홍보자료 제작

4~6 /16

주제(단원)명 피지컬 컴퓨터를 활용한 교구 제작과 자료 분석

Co [도입] 디지털과 아날로그 신호의 차이점 분석

CD [탐구] 아두이노에 사용되는 기본 코드 파악 [활동] 변수 설정 및 조건문 활용

7~9 /16

주제(단원)명 실내 공기정화를 위한 스마트 화분 제작

Co [도입] 식물의 공기 정화 효과

CD [탐구] 스마트 화분의 이용 사례 및 개발 현황

ET [활동] 스마트 화분 제작을 위한 설계

10~12 /16

주제(단원)명 생활 속 문제를 해결하는 인공지능 기술과 데이터 처리

Co [도입] 인공지능이 바꾸는 우리의 생활

CD [탐구] 현재 개발된 인공지능 서비스 탐구하기

ET [활동] 인공지능 기술을 응용하여 다양한 생활 속 문제 해결방법 탐구

13~16

주제(단원)명 미래를 대비하고 문제 해결사

2. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안(일부 발췌)

중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등학교/5,6 학년

중심과목 성취기준

영역

[초등학교] (1) 생활기술 중심과목 성취기준

[6실04-07]소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.

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

[6과06-01]습도를 측정하고 습도가 우리 생활에 영향을 주는 사례를 조사할 수 있다.

주제(단원)명 우리 생활 속 빅데이터 분석하기 차시 12/16

학습목표 ㆍ주어진 자료를 적절한 도구를 활용하여 통계적으로 표현할 수 있다.

ㆍ통계적 자료를 해석할 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

성취기준 영역

[초등학교 5,6학년] (4) 기하

STEAM 요소

S 과학적 탐구방법 T 공학도구 사용

E 피지컬컴퓨팅 도구 사용 A 언론매체 활용

M 통계적 사고

개발 의도

환경문제가 큰 이슈가 되고 있는 시기에 맞춰 학생들이 자신이 직면한 문제를 본인이 활용 할 수 있는 다양한 과학적 방법과 융합적 사고방식을 이용하여 문제를 분석하고, 문제 해결 방법을 찾으며 실천하는 과정을 체험하게 한다.

‘요즘 문제가 되고 있는 환경문제는?’ 이라는 발문으로 동기를 유발하고, 특히 미세먼지 관련 기사를 통 해 동기를 유발한다. 그리고 협동학습의 방법으로 문제를 해결하도록 유도하고, 이때에 통계적 도구 및 수합한 자료 정리, 해석 과정을 안내한다. 그리고 학생들이 조별로 협동학습 과제를 해결할 수 있도록 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

※ STEAM 학습준거는 단계(절차)가 아님

※ 상황 제시는 수업 (전 과정)에서 학생들이 스스로 문제해결의 필요성과 도전정신을

가지는데 조력할 수 있도록 개발

창 의 적 설 계

창의적 설계

※ 감성적 체험은 수업 (전 과정)에서 학생들이 자연스럽게

경험하고 깨달을 수 있도록 개발

감 성 적 체 험

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (40 분)

Co 미세먼지, 황사, 대기오염이 우리생활에 어떤 영향을 주는 지 알아보고, 공기정화의 필요성 알기

ET 전문가 협동학습을 통해 아동이 자료를 조사하고, 발표한다.

전시학습

· 앞 시간에 배운 내용을 복습하도록 한다.

- 줄기와 잎 그림, 도수분포표, 히스토그램, 도수분포 다각형 - 통계적 사고 과정

학습 동기 유발

ㆍ‘요즘 문제가 되고 있는 환경문제는?’ 이라는 발문으로 동기를 유발 한다.

- 미세먼지 관련 기사를 통해 동기를 유발한다.

학습 목표 제시 ㆍ학습 목표를 학생들에게 제시한다.

http://www.

me.go.kr/iss ue/finedust4 /

http://www.

me.go.kr/ho me/web/boar d/

Tip! 관찰

전개 (120 분)

CD 각 모둠별로 공기정화 프로젝트 계획하기

Co 학급회의 형식으로 다양한 공기정화 프로젝트 방법을 구상해본다. → 협동학습의 사례를 제 시한다. → 각각 프로젝트 방법에 맞는 모둠의 수를 정하고, 구성원을 정한다. → 모둠원이 구성된 후에는 모둠원들끼리 모여서 역할 분담을 정하고, 필요한 준비물 및 실행 계획을 구상한다.

공기정화 필터 만들기 학교에서 기본적인 정화 필터 만들기 재료를 구매 후, 학 생들이 계획을 통해 필요한 준비물을 추가하여 직접 오염된 공기를 정화해본다.

ucc제작 인터넷의 다양한 ucc를 참조하여 공기정화의 필요성 또는 3가지 나쁜 원인에 대한 내용을 제작한다.

환경보드게임 제작 부루마블, 경찰과 도둑 등 다양한 보드게임 컨셉을 활용하여, 미세먼지, 황사, 대기오염을 유발하는 것들에는 -, 공기정화를 하고 3가지 원인을 줄이는 것에는 +를 하여 만든다.

공기정화 송 만들기 인터넷에 나온 다양한 xx송 등을 참고하여 가사를 개사하고, 이를 직접 노래 불러보고, 유튜브에 게시하여 홍보한다.

협동학습

ㆍ협동학습 주제를 소개한다.

- 통계적 도구 정하기 - 자료 정리 및 해석하기

ㆍ학생들이 조별로 협동학습 과제를 해결할 수 있도록 한다.

발표 · 각 조에서 정리한 내용을 발표하도록 한다.

계획서평가 관찰평가

정리 (40 분)

ET 각 모둠이 만든 결과물을 발표하며 서로 느낀 점 이야기하기

ET 각 조별로 계획하고 실행하는 과정을 모둠원들이 영상으로 촬영하여, 이것을 상영 하고, 결과물 또한 전시 또는 상영한다. 이후에 자신들이 프로젝트를 진행하면서 느꼈 던 점을 이야기한다.

학습 내용 정리 ㆍ학생들이 발표한 내용과 과제에 대한 내용을 정리한다.

자기평가 상호평가 결과물평가

3. 학생활동지 / 학생참고자료

1. 전국 시도별 미세먼지 수치를 ‘줄기와 잎 그림’으로 나타내시오.

줄기 잎

* 자료를 선택한 이유를 간략히 쓰시오.

2. 줄기와 잎 그림으로 정리한 자료의 특징을 5가지 이상 작성하시오.

3. 자료를 정리하고 해석한 것을 바탕으로 하여 느낀 점을 작성하시오.

차시 12/16

1. 전국 시도별 미세먼지 수치를 ‘도수분포표’ 나타내시오.

미세먼지 수치 도시 수

* 자료를 선택한 이유를 간략히 쓰시오.

2. 도수분포표로 정리한 자료의 특징을 5가지 이상 작성하시오.

3. 자료를 정리하고 해석한 것을 바탕으로 하여 느낀 점을 작성하시오.

1. 전국 시도별 미세먼지 수치를 ‘히스토그램과 도수분포다각형’ 으로 나타내시오.

* 자료를 선택한 이유를 간략히 쓰시오.

2. ‘히스토그램과 도수분포다각형’으로 정리한 자료의 특징을 5가지 이상 작성하시오.

3. 자료를 정리하고 해석한 것을 바탕으로 하여 느낀점을 작성하시오.

전국 도시별 대기오염도 조사( ^{미세먼지 수치} )

시도별 2018.03 시도별 2018.03 시도별 2018.03

총계 소계 49

강원　

원주 48

전남　

영암 41

서울 서울 52 동해 38 나주 44

부산 부산 44 삼척 35 담양 46

대구 대구 43 평창군 43 장성 44

인천 인천 49 도평균 44 도평균 39

광주 광주 48

충북　

청주 51

경북

포항 45

대전 대전 52 충주 55 구미 53

울산 울산 40 제천 49 김천 64

세종 세종 46 단양 42 경주 38

경기

수원 52 진천 50 안동 47

안양 58 옥천 43 영주 47

성남 50 도평균 50 경산 52

의정부 63

충남

천안 54 상주 45

광명 59 당진 52 칠곡군 38

안산 50 서산 42 도평균 48

평택 64 아산 53

경남

창원 44

과천 53 논산 47 진주 44

구리 55 태안 44 하동 42

의왕 57 보령 46 김해 33

고양 57 홍성군 50 양산 45

광주 60 공주 44 거제 41

군포 55 부여 47 사천 38

시흥 59 청양군 42 밀양 38

부천 61 금산군 40 통영 45

남양주 52 예산군 47 도평균 42

용인 54 계룡 49

제주

제주 43

김포 59 서천 46 서귀포 40

오산 54 도평균 48 도평균 42

하남 62

전북　

전주 57

화성 59 군산 49

양주 56 익산 52

동두천 64 남원 65

안성 54 정읍 54

이천 62 고창 51

파주 56 부안 68

포천 52 김제 66

여주 59 완주 55

연천 53 진안 53

4. 교사자료

수업의 개관 및 의도 1

최근 미세먼지, 황사, 대기오염이 우리나라에 끼치는 영향은 날이 갈수록 심해지고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 6학년 학생을 대상으로 위의 3가지 문제가 우리 생활에 어떤 영향을 주는 지 알아보고, 공기정화의 필요성을 알리 기 위한 프로젝트를 진행하고자 한다. 학생들은 각자 자신의 역할을 학급회의를 통한 민주적으로 결정하고, 전문가 집단 활동을 통해 각 모둠의 방법대로 해결해 보는 활동을 구성하였다.

프로젝트의 구성 2

주제 단계 차시

(교과) 교수‧학습 활동 내용 평가 계획

공 기 인 척 트 릭 하 는 너 님 이 젠 아 웃

준비 (본차시)

1 (과학)

교수‧학습활동1

▶내용: 미세먼지, 황사, 대기오염이 우리생활에 어떤 영향을 주는 지 알아보고, 공기정화의 필요성 알기

▶수업 아이디어, 방법: 전문가 협동학습을 통해 아동이 자료를 조사하고, 발표해 보도록 한다.

<영상 자료>

- 환경부 미세먼지 걱정없는 대한민국 http://www.me.go.kr/issue/finedust4/

- 환경부 영상관 황사피해 줄이기 5대 생활규칙 http://www.me.go.kr/home/web/board/

- ebs 스토리랩(미세먼지와 환경)

http://clipbank.ebs.co.kr/tbookTopic/tbookContent?tbook Id=TBK_2017_00057&cntsId=1292

평가1 관찰평가

계획 2

(과학)

교수‧학습활동2

▶내용: 각 모둠별로 공기정화 프로젝트 계획하기

▶ 수업 아이디어, 방법: 학급회의 형식으로 다양한 공기정화 프로젝트 방법을 구상해본다. -> 협동학습의

평가2 계획서평가

교 수 ‧학 습 및 평 가 유 의 사 항

• 계획 단계에서 아동이 적극적으로 활동에 참여할 수 있는 다양한 교수·학습자료의 준비가 필요함

• 미세먼지, 황사, 대기오염이라는 환경영역에 대해 학생의 이해가 반드시 필요하며, 다양한 매체를 통한 사전 교육이 필요함

실행 3,4

(창체)

교수‧학습활동3

▶내용: 모둠별 4가지 핵심 프로젝트 실행

▶ 수업 아이디어, 방법 공기정화 필터 만들기

- 학교에서 기본적인 정화 필터 만들기 재료를 구 매 후, 학생들이 계획을 통해 필요한 준비물을 추 가하여 직접 오염된 공기를 정화해본다.

ucc제작

인터넷의 다양한 ucc를 참조하여 공기정화의 필요 성 또는 3가지 나쁜 원인에 대한 내용을 제작한다.

환경보드게임 제작

부루마블, 경찰과 도둑 등 다양한 보드게임 컨셉을 활용하여, 미세먼지, 황사, 대기오염을 유발하는 것 들에는 -, 공기정화를 하고 3가지 원인을 줄이는 것에는 +를 하여 만든다.

공기정화 송 만들기

인터넷에 나온 다양한 xx송 등을 참고하여 가사를 개사하고, 이를 직접 노래 불러보고, 유튜브에 게 시하여 홍보한다.

평가3 관찰평가 실습보고서

평가 5

(창체)

교수‧학습활동4

▶내용: 각 모둠이 만든 결과물을 발표하며 서로 느낀 점 이야기하기

▶ 수업 아이디어, 방법

각 조별로 계획하고 실행하는 과정을 모둠원들이 영상으로 촬영하여, 이것을 상영하고, 결과물 또한 전시 또는 상영한다. 이후에 자신들이 프로젝트를 진행하면서 느꼈던 점을 이야기한다.

평가3 자기평가 상호평가 결과물평가

본차시 교수 ․ 학습 및 평가의 실제 3

교수학습 지도안

일 시 2019년 7월 3일(수) 1교시 대 상 6-2(남12명, 여13명) 장 소 6-2교실

단 원 2. 생물과 환경 차 시 1/5 지도교사

주 제 미세먼지, 황사, 대기오염이 우리생활에 어떤 영향을 주 는 지 알아보고, 공기정화의 필요성 알기.

미래핵심역량 문제 해결력, 의사소통능력 학습 모형 전문가 협동학습 모형

프로젝트 단계 ^준비

성취 기준

[6과05-03] 생태계 보전의 필요성을 인식하고 생태계 보전을 위해 우리가 할 수 있는 일에 대해 토의할 수 있다.

수업

목표 미세먼지, 황사, 대기오염이 우리생활에 어떤 영향을 주는 지 알아보고, 공기정화의 필요성을 알 수 있다.

5EP영역

자원재활용 물절약 공기정화 나무심기 하천정화

○ 학습

자료

교사 태블릿PC, 학습지 학생 발표자료, 사전조사자료

본차시 교수

학습 활동

학습 단계 교수·학습 활동 시

간 자료 및 유의점 동기유발 ○ 자료조사 활동을 해보고, 느낀 점 발표하기 5‘

학습문제

제시 미세먼지, 황사, 대기오염의 심각성을 알고 공기정화의 필요성 알기 2‘

전개 활동 1

○ 모둠 구성하기

- 공기 오염의 원인별로 분류하여 모둠을 구성한다.

미세먼지, 황사, 대기오염으로 구분하여 조를 구성

○ 전문가 되어보기

- 전문가가 되어 조별 발표하기 - 의견 공유하고, 의문점 해결하기

20’

사전에 발 표 방 법 에 대한 학습 이 이루어 진 후 활동 을 전개한

TIP

• 전문가로서 할 수 있는 발표방법에 대해 사전 학습이 이루어 질 수 있도록 한다.

• 학생의 동기를 강화하기 위한 사전 학습을 실시하여 수업의 효율성을 높인다.

전개 활동 1

황사

- 황사의 정의, 황사가 생기는 원인

- 황사의 피해‧나쁜점, 황사를 줄이기 위한 노력 대기오염

- 대기오염의 정의, 대기오염이 일어나는 다양한 원인 - 대기오염을 줄이기 위한 노력

(시멘트 공장, 화력발전소 등 다양한 공장)

전개 활동 2

○ 공기정화 필요성 알아보기

- 포스트잇으로 공기정화 필요성 적어보기 - 서로의 의견 공유하고, 발표하기

5‘

정리 ○ 느낀 점 발표하기

- 수업을 통해 느낀 점을 10자 이내로 표현하기 8‘

느낀 점에 대한 이유 를 함께 설 명할 수 있 도록 한다.

평가 영역 평가 기준 평가 방법

인지적 영역 - 미세먼지, 황사, 대기오염에 대해 이해하고 있는가? 평가지

정의적 영역 - 활동에 흥미를 느끼고 재미있게 참여하였는가? 10글자 표현하기

학생 활동지 1 결과 발표하기

학년 ( )반 ( )번 이름( )

미세먼지, 초미세먼지의 정의 미세먼지가 생기는

원인

미세먼지의 피해‧나쁜점 미세먼지를 줄이는

방법‧노력

황사의 정의 황사가 생기는 원인

황사의 피해‧나쁜점 황사를 줄이기 위한

노력

대기오염의 정의 대기오염이 일어나는

다양한 원인

대기오염을 줄이기 위한 방법이나 노력(시멘트

공장, 화력발전소 등 다양한 공장)

5. 차시별 학생 평가기준 및 방법

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1~3 /16

상

미세먼지의 위험성을 설명할 수 있으며, 가정에서 미세먼지를 해결할 수 있는 방법에 대한 의견을 제 시할 수 있다.

모둠별 토론평가 자기/동료평가지 (학생용) 중

미세먼지의 위험성을 설명할 수 있으나, 가정에서 미세먼지를 해결할 수 있는 방법에 대한 의견은 제 시하지 못한다.

하

미세먼지의 위험성에 대해 설명할 수 없으며, 가정 에서 미세먼지를 해결할 수 있는 방법에 대한 의견 을 제시하지 못한다.

4~6 /16

상 아두이노에 사용되는 기본 코드를 이해하고 있으며, 이를 변수 설정 및 조건문 활용에 응용 할 수 있다.

관찰평가 관찰평가지

중 아두이노에 사용되는 기본 코드를 이해하고 있으나, 이를 변수 설정 및 조건문 활용에 응용 할 수 없다.

하 아두이노에 사용되는 기본 코드를 이해하지 못하며, 이를 변수 설정 및 조건문 활용에 응용 할 수 없다.

7~9 /16

상

스마트 화분 제작에 필요한 STEAM 영역 중 1 개 이상에 적극적으로 참여하였으며, 스마트 화분의 원 리를 과학적으로 설명할 수 있다.

관찰 및 산출물평가 관찰평가지 중 산출물

스마트 화분 제작에 필요한 STEAM 영역 중 1 개 이상에 적극적으로 참여하였으며, 스마트 화분의 원 리를 대체적으로 설명할 수 있다.

하

스마트 화분 제작에 필요한 STEAM 영역에 참여하 였으나, 스마트 화분의 원리를 과학적으로 설명할 수 없다.

10~12 /16

상

생활 속 문제를 해결하고 있는 인공지능의 예를 들 수 있으며, 인공지능을 활용하여 해결할 수 있는 일 상생활의 문제를 제시할 수 있다.

모둠별 토론평가 자기/동료평가지 (학생용) 중

생활 속 문제를 해결하고 있는 인공지능의 예를 들 수 있으나, 인공지능을 활용하여 해결할 수 있는 일 상생활의 문제를 제시할 수 없다.

하

생활 속 문제를 해결하고 있는 인공지능의 예를 들 수 없으며, 인공지능을 활용하여 해결할 수 있는 일 상생활의 문제를 제시할 수 없다.

13~16 /16

상 일상생활에서 불편한 점을 제시할 수 있으며, 자료 를 활용하여 해결방안을 이야기할 수 있다.

포트폴리오 평가 포트폴리오 중 일상생활에서 불편한 점을 제시할 수 있으나, 자료 평가지

를 활용하여 해결방안을 이야기할 수 없다.

하 일상생활에서 불편한 점을 제시할 수 없으며, 자료 를 활용하여 해결방안을 이야기할 수 없다.

가. 자기/동료평가지(1~3차시)

평가방법 평가기준 평가

상 중 하

자기평가

적극적으로 활동에 참여하였나요?

미세먼지의 위험성을 잘 설명할 수 있었나요?

가정에서 미세먼지를 해결할 수 있는 다양한 방법을 설명하였나요?

모둠 내 동료평가

모둠의 구성원 간 의사소통은 잘 되었나요?

미세먼지의 위험성을 잘 설명할 수 있었나요?

가정에서 미세먼지를 해결할 수 있는 다양한 방법을 설명하였나요?

모둠 간 동료평가

문제해결에 창의적인 아이디어를 잘 표현하였나요?

미세먼지의 위험성을 잘 설명할 수 있었나요?

가정에서 미세먼지를 해결할 수 있는 다양한 방법을 설명하였나요?

※ 평가 노하우 : 미세먼지의 위험성에 대한 과학적 이해 뿐만 아니라 문제 해결을 위한 다양한 의견 제시에도 중점을 두어 평가함.

나. 관찰평가지(4~6차시)

번호 이름

지식 태도

배움과 성장의 기록 아두이노에 사용되는 기본

코드를 변수 설정 및 조건 문 활용에 응용할 수 있 다.

아두이노에 사용되는 기본 코드 학습에 흥미를 가지 고 적극적으로 참여한다.

상 중 하 상 중 하

※ 평가 노하우 : 기본 코드에 대한 이해력 신장(배움과 성장의 기록)에 중점을 두어 평가하여

향후 활동에 적극적으로 참여함을 목표로 함.

다. 관찰평가지(7~9차시)

번호 이름

지식 태도

배움과 성장의 기록 스마트 화분의 원리에 대

해 과학적으로 설명할 수 있다.

스마트 화분 제작에 필요 한 STEAM 영역 중 1개 이상에 적극적으로 참여하 였다.

상 중 하 상 중 하

※ 평가 노하우 : 융합교육의 장점 극대화 및 자아효능감 향상을 위해 문제 해결을 위해 1개 이 상의 영역에서 적극적으로 참여할 수 있음을 안내하고 이를 중점으로 평가함.

라. 관찰평가지(10~12차시)

평가방법 평가기준 평가

상 중 하

자기평가

적극적으로 활동에 참여하였나요?

인공지능이 생활의 문제를 어떻게 해결하는지 설명하였나요?

인공지능을 활용하여 해결할 우리 주변의 문제를 생각하였나요?

모둠 내 동료평가

모둠의 구성원 간 의사소통은 잘 되었나요?

인공지능이 생활의 문제를 어떻게 해결하는지 설명하였나요?

인공지능을 활용하여 해결할 우리 주변의 문제를 생각하였나요?

모둠 간 동료평가

문제해결에 창의적인 아이디어를 잘 표현하였나요?

인공지능이 생활의 문제를 어떻게 해결하는지 설명하였나요?

인공지능을 활용하여 해결할 우리 주변의 문제를 생각하였나요?

※ 평가 노하우: 인공지능을 활용하여 해결할 수 있는 문제를 다양하게 제시함에 중점을 두고

평가함.

마. 포트폴리오 평가지(13~16차시)

모둠명

평가 영역 평가항목

평가

(매우우수5, 우수4, 보통3, 미흡2, 매우미흡1)

5 4 3 2 1

모둠별 평가

(25)

주제선정 해결하면 일상생활에 도움이 되는 주제를 선정하였는가?

자료수집 문제를 해결하기 위해 적절하고 다양한 자료수집을 하였는가?

자료정리 수집한 자료를 주제(문제해결)에 맞게 적 절히 정리하였는가?

발표 내용이 이해하기 쉽게 발표하였는가?

모둠별 협동 모둠원별 역할이 적절히 분배되었는가?

합계

개별 평가

(25)

모둠원(번호) ○○○(15) ○○○○(17) ○○○(20) ○○(21) 자기평가점수(5)

동료평가점수(10) 체크리스트(10)

합계

종합 평가

(50)

모둠별평가 점수 +개별평가 점수

상(40이상), 중(25이상), 하(25미만)

상 중 상

※ 평가 노하우: 주제선정 및 문제해결 결과, 모둠의 협동 등을 종합적으로 평가할 수 있도록 함.

6. 학교생활기록부 기재 예시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(과학) 미세먼지가 우리 몸에 미치는 악영향을 이해하고, 이를 해결하기 위해 적극적으로 탐구하는 모습을 보임

(미술) 제작 도구를 활용하여 스마트 화분을 직접 제작할 수 있음 행동특성 및 종합의견

[부록2]

피지컬 컴퓨터를 활용한 교구 제작과 자료 분석 (PET bottle remote control car robot)

과거 로봇은 공상 과학영화, 소설에 등장하는 것으로 생각하여 우리와는 먼 미래의 이야기로 생각하였습니다. 그러나 로봇은 우리 생활에 성큼 다가와 있습니다.

로봇청소기, 무인자동차 등 자동으로 움직이며 작동하는 많은 로봇들이 우리 생활 주변에서 쉽게 볼 수 있습니다.

이번 수업에서는 페트병 등 주변에서 쉽게 접할 수 있는 재료와 아두이노와 DC모터를 이용하

여 로봇을 만들고 스크래치로 프로그래밍하여 스마트폰으로 원격으로 제어가 가능하도록 움직

여 보도록 하겠습니다.

1. 주제 선정의 이유

“Maker 운동을 기반으로 하는 우리나라 Maker 교육 실천”

최근에 Maker 운동이 전 세계적으로 일어나고 있다. 우리나라에서는 SW 교육 활성화와 맞물 려 외국의 Maker 운동의 사례들이 많이 소개되고 있으며 실제로 무한상상실 등 개인의 제조활 동을 도와주는 많은 장소들이 빠르게 생겨나고 있다. Maker 운동으로 인해 우리나라에서도 Maker 운동의 가치와 철학을 담을 수 있는 Maker 교육 실천의 필요성이 대두되고 있다.

“2015개정교육과정과 연계된 STEAM형 Maker 교육 ”

Maker 교육을 학교현장에서 실천하려면 교육과정과 연계되어야 하는 것은 필수 불가결한 선 택이다. 2015개정교육과정의 핵심역량을 향상키기 위한 교육과정 성취기준을 만족하고 토의・

토론, 협력학습 등의 학생 참여 중심 수업을 진행해야한다. 실생활과 밀접하게 연계되어 있는 주제로 학생의 흥미와 이해를 높이고 과학기술 기반의 융합적 사고력(STEAM Literacy)과 문제 해결력을 배양하는 STEAM 교육 기반의 Maker 교육을 진행해야 한다.

“쉽게 따라 할 수 있는 SW교육 기반의 팅커링(tinkering) 활동”

메이커 교육의 기초로 팅커링을 꼽고 있다. 아두이노를 만든 마시모 반지(Massimo Banzi)는 팅거링을 ‘어떻게 해야 하는지 정확히 모르는 상태에서 직관, 상상, 호기심 등에 따라 일을 시도할 때 일어난다. 팅커링을 할 때 따라야 할 교범 같은 것은 없다. 즉 실패란 없으며, 옳 고 그름이 나뉘지도 않는다. 이는 작동하는 방법과 다시 작동하게 하는 방법을 알아내는 과정 에 집중한다는 의미다. 기묘한 발명품, 기계 장치, 전혀 어울리지 않는 물체들이 조화롭게 작 동하는 것이 팅커링이라고 한다.’라고 하였다. Maker 교육은 학생들이 더 쉽게 SW을 이해하 고 학생이 직접 물건을 만드는 과정에서 창의력을 발휘해 문제를 해결하고 새로운 것을 만들 거나 발견을 촉진하는 즐기면서 탐구해 나가는 팅커링 활동이 반드시 요구되는 것이다.

그래서 자석형 쉴드가 있는 아두이노를 이용하여 블록형 코딩하여 재활용품(페트병 등)을

활용한 팅커링 활동을 진행하여 학생의 흥미를 향상키기 위한 스마트폰으로 원격제어가 가능

한 자동차 로봇을 주제로 선정하게 되었다.

2. 목표

[ 내용 목표 ]

Ÿ 아두이노 온 스크래치의 블록 구조를 이해하고 원하는 블록을 사용하여 알고리즘을 표현할 수 있다.

Ÿ 아두이노를 이용하여 자동차의 바퀴의 DC모터를 상황에 맞게 연결하고 스마트폰으로 자동 차를 원격으로 제어할 수 있는 프로그래밍을 할 수 있다.

Ÿ 하드웨어와 스프트웨어를 적절하게 배열하여 원하는 기능을 구현하고 창의적으로 설계 및 제작할 수 있다.

[과정 목표]

Ÿ 모둠원들과 함께 설계 및 제작하는 과정에서 공동체 역량과 지식정보처리역량을 함양할 수 있다.

Ÿ 아두이노 온 스크래치를 블록으로 알고리즘을 짜는 과정에서 컴퓨터적 사고력을 향상 시킬 수 있다.

Ÿ 페트병 자동차를 제작하기 위한 자르고, 붙이는 과정의 팅커링(Tinkering) 활동으로 실패 의 가치와 성공의 경험을 만끽하여 긍정 Mindset을 기를 수 있다.

3. 관련 교육과정 수업

단계 과목 단원 단원 학습 목표 학습 목표

1~2차시

5~6차시

정보 문제해결과 프로그래밍

[9정04-01]사용할 프로그 래밍 언어의 개발 환경 및 특성을 이해한다.

[9정04-02]다양한 형태의 자료를 입력 받아 처리하 고 출력하기 위한 프로그 램을 작성한다.

[9정03-03]논리적인 문제 해결 절차인 알고리즘의 의미와 중요성을 이해하 고 실생활 문제의 해결과 정을 알고리즘으로 구상 한다.

블록 코딩 프로그램의 언어를 이해 하고 설명할 수 있다.

블루투스를 이용하여 입력과 처리, 출력의 과정을 말 할 수 있다.

블록 코딩 프로그램의 자동차 로봇 의 움직임 알고리즘을 설명 할 수 있 다.

4. 교육과정 재구성 계획

가. 교육과정 : 자유학기(주세선택) 또는 1학년(정보 또는 기술) 나. 교수학습 방법 : 주제중심의 프로젝트학습, 협력학습

다. 재구성 내용

- 주제에 흐름에 적합하게 단원 배치의 재구성

- 2015개정교육과정의 교과별 성취기준에 달성할 수 있도록 재구성

[9정05-01]컴퓨팅 시스템 을 구성하는 하드웨어와 소프트웨어의 역할을 이 해하고 유기적인 상호 관 계를 분석한다.

[9정05-02]센서를 이용한 자료 처리 및 동작 제어 프로그램을 구현한다.

이해하고 코딩 하는 과정에서 알고 리즘이 자동차 로봇의 아두이노에 움 직임의 상호관계를 말 할 수 있다.

DC 모터를 원리와 알고리즘에 따른 움직임을 설명 할 수 있다.

3~4차시 기술 기술 시스템

[9기가04-04]제조 기술과 관련된 문제를 이해하고, 해결책을 창의적으로 탐 색하고 실현하며 평가한 다.

[9기가04-18]정보통신기 술과 관련된 문제를 이해 하고, 해결책을 창의적으 로 탐색하고 실현하며 평 가한다.

재활용 재료를 이용한 창의적인 자 동차 로봇 설계 및 제작 할 수 있다.

스마트폰으로 원격제어 할 수 있는 자동차 로봇을 코딩 및 제작 과정의 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

정보 기술 정보

1차시 2차시 3차시 4차시 5차시 6차시

DC 모터를 움직이기 자동차 로봇 제작하기 자동차 로봇 원격제어

- DC 모터 원리 이해하기 - 재활용을 이용하여 자동차 - 스마트폰으로 원격제어 스

5. 평가 계획

▶ 평가 계획 : 과정중심평가

▶ 평가 내용

문 항

1 2 3 4 5

전혀 그렇

지 않다

그렇 지 않다

보통 이다

그렇 다

매우 그렇

다

· 나는 DC모터를 움직이게 하는 스크래치 코딩을 완료하였는가?

· 나는 스마트폰으로 제어하는 스크래치 코딩을 완료하였는가?

· 나는 스스로 자동차 로봇의 설계를 하였는가?

· 나는 스스로 자동차 로봇을 제작 하였는가?

· 나는 이번 수업을 통해 공유의 기쁨을 느꼈는가?

· 나는 수업 과정에서 다양한 아이디어를 생각하여 실현하였는가?

· 나는 이번 수업 활동에 적극적으로 참여 할 수 있도록 자신 감을 가졌는가?

가. 자기 평가 (체크리스트)

평가 목표 내용 평가요소 종류

자기관리 역량

- 스크래치 코딩을 포기하기 않고 수행 - 자기 스스로 자동차 로봇을 제작

- 스크래치 예제 따 라 한 결과

- 자동차 로봇 제작 여부

자기 평가

지식정보 처리역량

- DC모터의 원리를 이해하기

- 스크래치 블록의 명령어를 활용 능력

- 전류의 흐름에 다 른 DC모터의 움직임 - 스크래치 명령 블 록 활용 다양성

관찰 평가

창의적 사고역량

- 재활용품으로 창의적인 자동차 로봇 제작 - 스마트폰 원격제어를 위한 창의적이 아이디어로 스크래치 블록 코딩

- 자동차 로봇 제작 결과물

- 스마트폰 원격제 어 코딩 결과물

모둠 내 평가

공동체 역량

- 코딩이 익숙하지 못한 모둠원들에게 스크래치 코딩에 대한 이해도 향상정도

- 재활용 자동차 로봇 제작과정의 타인을 배려하고 공동체 의식을 향상

- 모둠원들의 코딩 예제 완료 여부 - 모둠원들의 자동 차 로봇 제작 여부

모둠 간 평가

나. 모둠 내 평가

과정형 평가표 (모둠 내 평가) 학년 반 번 모둠 성명

평가 영역 : 자동차 로봇 제작, 스크래치 블록 코딩, 모든 과정의 공유 여부

모둠원 기여점수 이유

000 000

합계 100

※ 전체 모둠원들의 점수가 합계 100점이 될 수 있도록 각 모둠원들의 점수를 모둠 기여도를 바탕으로 부여해주세요.

다. 모둠 간 평가

과정형 평가표 (모둠 간 평가)

학년 반 모둠

번호 이름 번호 이름 번호 이름 번호 이름 번호 이름

평가요소

1. 스크래치 코딩을 모둠원들이 모두 원하는 결과를 얻었는가?

2. 자동차 로봇을 제작을 모둠원들과 모두 완성하였는가?

3. 결과물을 좋지 않으나 모둠원들 모든 과정을 공유하였는가?

1모둠 2모둠 3모둠 4모둠 5모둠 6모둠

스크래치 코딩의 완료 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 자동차 로봇의 제작완료 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 공유와 배려 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3

평정 결과

평가 항목 평가 내용 / 평가 기준

스크래치 코딩의완료

- 모든 모둠원들 DC 모터 움직이는 스크래치 예제를 완료하였는가?

- 모든 모둠원들 스마트폰을 이용한 자동차 로봇을 원격으로 제어하여 움직였는가?

자동차 로봇의 제작완료

- 모든 모둠원들이 자동차 로봇을 제작하였는가?

- 자동차 로봇 제작과정의 발생한 문제를 모둠원들과 함께 해결하였는가?

- 자동차 로봇을 설계를 위한 다양한 아이디어를 확산하고 수렴하는 활동이 있었는가?

공유과 배려 - 모든 수업 과정에서 타인을 배려하였는가?

- 본인의 모둠뿐만 아니라 다른 모둠에게 알고 있는 알고리즘, 제작방법을 공유하였는가?

<느낀 점>

라. 동료 평가 및 교사 관찰 평가 포함한 채점표(예시)

2000학년도 0학기 00 평가 채점표(0학년 0반)

모둠

동료 평가 모둠 점수 교사평가

총점

1 2 3 4 5 6 합산 순위 배점 순위 배점

1 　 2 2 2 3 1 10 4 44 중 48 92

2 2 　 3 3 3 3 14 1 50 상 50 100

3 3 3 　 3 2 2 13 3 46 중 48 94

4 2 1 2 　 2 2 9 5 42 하 46 88

5 3 3 3 2 　 3 14 1 50 상 50 100

6 1 2 1 1 1 　 6 6 40 하 46 86

평가 내역

동료 평가

1. 자신의 모둠을 제외한 나머지 모둠에 대한 평가를 하여 점수를 부여한다.

2. 상:3점, 중:2점, 하:1점을 부여하여 총점을 합산한다.

3. 총점이 제일 높은 모둠부터 50점, 48점, 46점, 44점, 42점, 40점으로 급간의 차이를 2점으로 부여한다.

교사 평가

1.상 2팀, 중 2팀, 하 2팀을 선정한다.

2.상:50점, 중:48점, 하:46점을 부여하여 급간은 2점으로 한다.

6. 차시별 교수학습 과정 가. 정보(1차시~2차시)

학습목표 스크래치 코딩으로 DC 모터를 움직일 수 있다.

학습과정 교수학습 활동 준비물

도입 (10분)

∘ 자동차의 원격제어 주차 동영상 제시

<링크 : https://youtu.be/_SQYIDZcppc>

뉴스동영상

∘ 수업 주제 안내 : 페트병 원격제어 자동차 로봇

∘ 수업 얼개 안내

- 1모듈 : DC모터 제어하기(정보)

- 2모듈 : 재활용 자동차 제작하기(기술) - 3모듈 : 스마트폰 원격제어하기(정보)

학습활동 (70분)

∘ 준비물 확인하기

- 노트북, 아두이노 키트, DC모터 2개, 바퀴 2개, 볼트와 너트 2개

∘ 최종 산출물 안내

∘ 아두이노에 DC 모터 연결하기

- DC 모터의 원리와 DC모터의 전류에 방향에 다른 움직임 제시

∘ DC모터를 움직이기 위한 스크래치 코딩하기 - 양쪽 바퀴 모두 앞으로 또는 뒤로 굴리기

- 왼쪽 바퀴만(우회전) 또는 오른쪽 바퀴만(좌회전) 뒤로 굴리기

(사전) 아두이노 온 스크래치 3.0 설치하기

노트북, 아두이노

키트 DC모터 2개,

바퀴2개, 볼트와 너트

나. 기술(3차시~4차시)

전진 코딩 후진 코딩

좌회전 코딩 우회전 코딩

∘ 노트북을 이용하여 아두이노에 실행시켜 확인하기

∘‘전류에 흐름에 따라 방향이 바뀌는 DC모터’ 활동지 안내 - DC모터 스크래치 명령 블록 이해하기

- DC모터를 창의적으로 제어하기

학생 활동지

마무리 (10분)

∘ 학생 활동 결과에 대한 발표하고 교사 피드백하기 - DC모터를 이용하여 창의적인 결과물을 발표하기 - 학생 발표에 대한 교사 피드백

∘ 차시 예고 : 재활용품을 이용한 자동차 제작 안내

지도상의 유의점

∘ 본 수업을 코딩 따라 하기가 주된 내용이 아니라 스크래치의 블록 명령을 이해하고 모둠원들과 다양한 토의를 통한 창의적인 DC모터의 움직임을 도출해 내는 활동이다.

학습목표 페트병 자동차 로봇을 설계 및 제작을 할 수 있다.

학습과정 교수학습 활동 준비물

도입 (10분)

∘ 폐품으로 수륙양육자동차 제작한 남자 동영상 제시

<출처 : https://youtu.be/Oy0WfUgCAJM>

∘ 수업 주제 안내 : 페트병 자동차 로봇 설계 및 제작

동영상

학습활동 (70분)

∘ 준비물 확인하기

- 배터리, 나무스틱, 페트병(사각), 가위, 칼, 스폰지 양면테이 프, 회전구

∘ 최종산출물 안내

∘ 페트병 자동차 로봇 설계 및 제작하기 - 재활용품을 이용한 자동차 로봇 설계하기 - 페트병 자동차 로봇 만들기

① 페트병(사각형) 일정한 크기로 잘라낸다.

(아두이노가 들어갈 수 있는 크기를 고려하여)

② 바퀴를 끼울 수 있도록 페트병 아래 좌, 우에 칼집을 내어 마무 스틱을 넣는다.

(바퀴의 크기를 고려하여 너무 늦게 나무스틱을 끼우지 않는다.) ③ 페트병의 위부분을 절반절도 잘라 아두이노가 들어갈 수 있 도록 한다.

④ 양쪽의 나무 스틱에 DC모터를 스폰지 양면테이프로 붙인다.

⑤ 페트병 앞쪽 아래에 칼집을 내고 회전 구를 넣어 너트로 고 정한다.

⑥ DC모터의 아두이노에 연결할 자석선을 해당된 곳에 연결을 시킨다.

∘ 페트병 자동차 로봇 제작 성찰하기 활동지를 안내 및 진행하기

배터리, 나무스틱, 페트병(사각)

, 가위, 칼, 스폰지양면테 이프, 회전구

학생 활동지

마무리 (10분)

∘ 페트병 자동차 로봇 제작 성찰 활동지를 발표를 하고 교사가 피드백을 한다.

∘ 차시예고하기

- 스마트폰으로 자동차 로봇을 원격제어가 가능하게 코딩하기

지도상의

- 위에서 제시한 페트병을 이용한 자동차는 예시로 학생들의 다양한 재활용 재 료를 가져올 수 있도록 하여 아두이노와 DC모터의 크기를 고려하여 창의적인 모

다. 정보(5차시~6차시)

학습목표 자동차 로봇을 스마트폰으로 원격제어를 할 수 있다.

학습과정 교수학습 활동 준비물

도입 (10분)

∘ 원격제어가 가능한 자동차 영상 제시

<출처 : https://youtu.be/8c2VZJS3Duc>

∘ 주제 안내 : 스마트폰으로 원격제어 가능한 자동차 로봇 코딩

동영상

학습활동 (70분)

∘ 준비물 확인하기

- 자동차 페트병 로봇, 스마트폰(안드로이드), 노트북

∘ 스크래치 프로그램으로 아두이노 업로드 개념도 안내

∘ 스마트폰 원격제어 스크래치 코딩하기

① 모바일프로그램 블록으로 시작을 합니다.

② 무한 반복블록으로 Serial available 블록으로 아두이노와 스마트 기기 간의 통신을 확인 코딩을 합니다.

③ 스마트 기기와 아두이노가 연결이 되면 get command & date 로 로 명령과 데이터를 가져와 read string from mobile 블록으 로 데이터를 읽어온다.

④ 스마트기기가 아두이노와 연결이 되면 START 버튼이 활성화 되어 클릭을 할 수 있도록 코딩합니다.

자동차 페트 병 로봇, 스 마 트 폰 ( 안 드 로이드), 노 트북

⑤ 스마트폰에 버튼이 표시되는 코딩을 합니다.

⑥ 각 전진, 후진, 좌회전, 우회전 매개변수를 만들어 DC모터를 움직임을 코딩합니다.

전진 후진 좌회전 우회전

∘ 스크래치로 코딩한 내용 아두이노로 업로드하기 - 스크래치에서 아두이노로 데이터를 보내기

- 최종적으로 스마트폰에 버튼 모양이 나타난다.

∘ 스마트폰을 이용하여 자신이 만든 페트병 자동차 로봇을 작동 해 본다.

∘ 스마트폰 자동차 로봇 원격제어 활동지 안내 및 작성하기

마무리 (10분)

∘ 활동 과정에서 느낀 점 발표하기

∘ 학습 한 코딩 능력과 아두이노 보드를 이용하여 다양한 메이킹 활동이 가능함을 안내하고 공유의 가치를 제시함

지도상의 유의점

- 스마트폰과 아두이노가 페어링이 되지 않을 경우 여러 가지 경우의 수를 두 어 다른 학생들의 도움을 받아 학생 스스로 찾아 해결할 수 있도록 지도함.

- 스마트폰에 보이는 버튼의 Caption은 한글이 되지 않음을 지도함.

[교사용 안내자료 – 아두이노 스크래치 설치하기]

아두이노를 스크래치로 프로그래밍하기 위해서 “아두이노 스크래치” 프로그래밍 툴을 다운 받아 설치한다. “아두이노 스크래치” 프로그램은 다음과 같은 장점이 있다.

Ÿ 아두이노 드라이버 및 모든 관련 프로그램이 한번 에 설치된다.

Ÿ 초보자들이 어려워하는 포트 정보를 쉽게 확인하여 연결이 가능하다.

Ÿ 아두이노 업로드를 지원한다.

Ÿ 아두이노에 연결 가능한 센서, LED 스트립등 다양한 기기를 지원한다.

step 1: “http://www.arduinoscratch.org” 에 접속하여 “DOWNLOAD NOW”를 클릭한다. 현재 설치 버전은 3.0 이다.

step 2: 다운 받은 setup.exe 를 클릭하여 설치한다.

[교사용 안내자료 – 원격제어를 위한 스마트폰 어플 설치하기]

아두이노를 이용하여 스마트폰으로 제어하기 위해서는 모바일 기기에 어플를 설치해야 한다.

step 1 : 스마트폰에서 ‘아두이노 온 스크래치’를 다운을 받아 설치한다.(아이폰 불가)

step 2 : 스마트폰과 아두이노를 블루투스로 페어링(연결)하여 확인한다.

주의) 아두이노 보드에서 RT 방향으

로 스위치를 옮긴 상태에서 스마트

폰의 블루투스를 연결해야 한다.

DC모터를 움직여 보자.

학습 문제

DC 모터를 이용하여 전진과 후진, 좌회전과 우회전으로 움직일 수 있다.

페트병 원격제어 자동차 로봇을 움직이기 위해서는 가장 중요한 것이 바퀴입니다. 바퀴를 제 작하고 스크래치를 이용하여 블록형 코딩을 하여 DC 모터의 바퀴가 앞과 뒤, 좌와 우로 움직 여 보도록 하겠습니다.

◎ 무엇을 준비해야 하나요?

아두이노 DC모터 2개 바퀴 2개 볼트, 너트

2개

◎ 어떻게 연결하나요?

/

◎ 완성이 되면?

◎ 자석 아두이노 보드에 연결하기

사전 제작하기

2개의 DC모터에 2개의 바퀴를 끼운다.

(완성 한 뒤 DC모터를 작동하는 중 잘 빠질 수 있으므로 볼트를 이용하여 2개의 바퀴 의 가운데 부분을 조여 준다.)

① DC보터에 대해 알아봅시다. DC모터는 직류(DC: Direct Current)를 전원으로 동작하는 전기 모터로 직류모터라고도 합니다. 외부의 고정된 부분 (고정자)에 영구자석을 배치하고 내부의 회전체에 코일을 사용하여 구성합니다. 회전체 (회전자/전기자)에 흐르는 전류의 방향을 전환 함으로써 발생하는 자기장과 자석 자기장의 상호 반발력을 이용하여 회전력을 얻습니다.

② 우 DC모터(기어모터) (-)선(검정색)은 M1-(D5)로 연결, (+) 선(빨간색)은 M1+(D6) 연결합

니다. 좌 DC모터(기어모터) (-)선(검정색)은 M2-(D9)로, (+) 선(빨간색)은 M2+(D10) 연결합니

다. 하지만 특별히 문제된 것은 없는데 바퀴가 제대로 움직이지 않을 경우 두 선을 바꿔 놓으

면 올바른 방향으로 움직인다.

◎ 스크래치 블록 프로그래밍하기

○ 경우 1 : 양쪽 바퀴 모두 앞으로 굴린다.

① 컴퓨터에서 Arduino on Scratch 3.0을 다운받아 설치하여 시행시킵니다.

② 스크래치의 스크립트에서 데이터&블록 – 블록만들기 – 숫자 매개변수 추가하기

확인 버튼 클릭

③ Go의 새로운 매개변수에 좌, 우측의 DC 모터가 앞으로 전진하기 위해 우측 DC 모터가 앞 쪽으로 회전할 수 있도록 M1-(D5)는 전기를 흐르게 하고, M1+(D6)은 전기를 흐리지 않게 0값 을 준다. 좌측 DC 모터가 앞쪽으로 회전할 수 있도록 M2-(D9)는 전기를 흐르게 않게 0값을 주 고, M2+(D10)은 전기를 흐르게 한다.

④ 위와 같은 방법으로 후진, 좌회전, 우회전, 정치의 매개변수를 정의한다.

생성 블록

후진 매개변수 좌회전 매개변수

우회전 매개변수 정지 매개변수

⑤ 이벤트를 주어 키보드 화살 표시로 모터의 전진, 후진, 좌회전, 우회전을 정의한다.

- 해당 키보드 화살표시를 눌렀을 때 화살표시 대로 움직이고 1초 기다려 정리하도록 코 딩을 한다.

전진 코딩 후진 코딩 좌회전 코딩 우회전 코딩

⑥ 컴퓨터에 아두이노를 연결하여 실행을 하여 확인해보고 코딩한 내용대로 결과가 나오지

않을 경우 피드백하여 다시 찾아 수정하여 실행을 해본다.

학생 활동지

전류에 흐름에 따라 방향이 바뀌는 DC 모터

1. DC 모터를 제어하기 위한 스크래치 명령 블록에 대해 설명해 보자.

스크래치 명령 블록 스크래치 명령 블록의 설명

2. DC 모터를 핀 번호만 바꿔 전진과 후진을 하기 위한 스크래치 명령 블록을 만들어 보자.

전진 후진

페트병 자동차 로봇 만들기

학습 문제

페트병 자동차 로봇을 설계하여 제작해보자.

지구상에는 수많은 생명체가 있습니다. 사람은 빛을 좋아하지만 빛을 싫어하는 벌레도 있습 니다. 이번에는 빛을 피하는 벌레를 흉내 내는 밝은 빛을 피하는 회피 로봇을 만들어 보겠습 니다.+‘

◎ 무엇을 준비해야 하나요?

아두이노 보드와 바퀴가 달린 DC 모터 배터리

나무 스틱 2L 페트병(사각형태) 가위

칼 스폰지 양면 테이프 회전구

◎ 완성이 되면?

◎ 페트병 자동차 로봇 설계하기

- 재활용품을 이용하여 자신이 만들 자동차 로봇을 아두이노 보드와 바퀴의 크기를 고려하여 설계한다.

◎ 페트병 로봇 만들기

① 페트병을 준비합니다. 페트병은 자석보드의 본체가 들어갈 수 있도록 큰 것을 준비합니다.

2L 크기의 사각 생수병이 가장 적합합니다. 1.5L 크기의 콜라병도 좋습니다. 먼저 페트병을

2/3부분을 남기고 아래 부분을 잘라내세요.

② 바퀴를 끼울 부분에 칼로 부분만 자르고 나무스틱으로 끼우도록 하세요. 바퀴가 바닥에 닿 지 않도록 적절한 부분에 나무스틱을 끼워야 합니다. 바닥에 닿지 않도록 하는 게 가장 중요 합니다.

Tip

스틱을 끼울 때 모터와 바퀴를 묶기 전에 바퀴가 페트병 바닥보다 먼저 바닥에 닿는지 확인해야 한다.

③ 페트병의 위부분의 절반 정도를 잘라서 자석보드 회로 연결을 편하게 한다. 자르지 않고 바로 연결해도 상관없다. 반으로 자르는 것이 좋다. 뚜껑이 없는 것이 회로, 건전지 연결하기 좋다.

④ 페트병 뚜껑 부분 2칸 ~ 3칸 사이에 작은 칼집을 내어 회전구를 넣고 페트병 안쪽에서 너트를 돌려 고정을 시킨다.

⑤ 바퀴에 장착한 DC모터를 스폰지 양명테이프를 이용하여 나무스틱 아래로 오게 부착한다.

⑥ 자석보드 회로를 연결하여 자석보드를 페트병 안에 넣는다.

학생 활동지

피지컬 컴퓨팅 로봇 제작 성찰하기

1. 제작한 페트병 자동차 로봇을 보며 우리 실생활에서 페트병과 같이 자동차 로봇을 제작할 수 있는 것들을 찾아보자.

2. 페트병 자동차 로봇을 만들면서 가장 어려웠던 것은 무엇인가?

3. 페트병 자동차 로봇을 만들면서 가장 재미있는 것은 무엇인가?

4. 페트병 자동차 로봇을 다양한 재료로 제작한다면 가능할까? 그 이유는 무엇 일까?

종이 나무 플라스틱 금속

가능할까? 가능할까? 가능할까? 가능할까?

그 이유는? 그 이유는? 그 이유는? 그 이유는?

자동차 로봇의 스마트폰 원격제어를 해보자.

학습 문제

자동차 로봇을 스마트폰으로 원격제어 스크래치 코딩을 해보자.

◎ 무엇을 준비해야 하나요?

자동차 페트병 로봇

스마트폰(안드로이드) 어플리케이션

◎ 스크래치 프로그램 아두이노에 업로드하기

<블루투스를 이용한 스마트폰 어플 원격제어 개념도>

<스마트폰 원격제어 스크래치 코딩>