2020. 11.충주공업고등학교

(1)

2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2020. 11.

충주공업고등학교

(2)

2020. STEAM 교사연구회 신청서

과 제 개 요

과제명 2020년 STEAM 교사연구회 운영(충주공업고등학교)

STEAM 프로그램

유형

(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( ) - 선행 프로그램명:

(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ ) (유형3) StarT 프로그램 수행을 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ )

프로그램명 블렌디드러닝교육을 위한 디지털기기활용 수업방법 연구, 공유, 활용과

과목별 (3D프린터)를 적용한 창의·융합 프로젝트 개발

학교급 특성화고

학년(군)

^{1학년, 2학년}

중심과목 ^{3D프린터용}_{제품 제작}

중심과목 성취기준 영역

(능력단위)

1. 엔지니어링 모델링(1903110205_17v2) 2. 3D 프린터 SW 설정(1903110207_17v2) 3. 제품 출력(1903110209_17v2)

연계과목

수학 과학 진로와 직업 기계요소설계 내선공사 전자부품생산 전기회로 인간과 환경

연계과목 성취기준 영역

[고등학교1학년] Ⅴ. 함수 1.함수

[고등학교1학년]2-1.역학적 시스템 4-2.발전과 신재생 에너지 [고등학교 2학년] Ⅱ-01.미래의 직업과 인재상을 탐색해 볼까

Ⅱ-02.직업세계 변화에 따른 나의 진로를 탐색해 볼까 [고등학교 3학년] 3D모델링작업, 2D도면

[고등학교 2학년] 조명공사설비 [고등학교 3학년] 전자부품생산하기 [고등학교 1학년] 직류회로, 교류회로

[고등학교 1학년] Ⅱ.환경문제의원인 Ⅳ.지구온난화

연구기간 협약체결일 ~ 2020.11.30.

신청금액 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 9명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 8명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 직위 성명 연락처 E-mail

책임연구원 충주공업고등학교 교사 유진옥 010-7934-0115

yjo337337@naver.com

공동연구원 충주공업고등학교 교사 이화종

공동연구원 충주공업고등학교 교사 안병은

공동연구원 충주공업고등학교 교사 이성룡

공동연구원 충주공업고등학교 교사 채수훈

공동연구원 충주공업고등학교 교사 윤서영

공동연구원 충주공업고등학교 교사 정소라

공동연구원 충주공업고등학교 교사 한건희

공동연구원 충주공업고등학교 교사 육감우

2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 STEAM 교사연구회를 운영하고자 본 신청서를 제출하며,

연구 (사업)를 수행함에 있어 관계규정과 제반사항을 준수할 것을 확약합니다.

붙임 1. 연구개발계획서 1부

2. 개인정보 수집·이용·제공 동의서 1부

2020년 11월 24일

충주공업고등학교장 : 류규현 (인) 연구책임자 : 유진옥 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

(3)

1. 서론

2. 연구 수행 내용

◦ 창의적인 생각과 집단 지성을 활용한 협력적 문제 발굴과 해결이 중요한 시대로 이를 활용 한 수업을 개발하고 역량을 키우기 위해 교사들의 자발적 실천적 수업 연구와 수업 적용은 매우 중요하다. 이를 통해 구체적인 융합 교육 방법 개발과 학교 교육과정에서의 생활 중심 의 융합 교육 실천으로 교사와 학생 모두가 성장하는 배움 공동체를 만들어야 한다.

◦ 2015 개정 교육과정에서 제시하는 핵심 역량들을 적용한 특성화고 교육과정 재구성의 구체적 방안 및 실천을 통해 특성화고 학생들이 전문적인 여러 교과의 융합을 경험하고, 실제 생활속에서 발견되는 문제들을 테마로 함께 협력하여 배우고, 창의적인 생각을 담을 수 있도록 하는 프로젝트 수업 개발의 필요성이 절실하다.

STEAM 프로그램

구분

프로그램명

블렌디드러닝교육을 위한 디지털기기활용 수업방법 연구, 공유, 활용과

과목별 (3D프린터)를 적용한 창의·융합 프로젝트 개발 선행

프로그램명

< 2019년 STEAM 교사연구회 >

3D프린터를 활용한 친환경 차량용 공기청정기 DIY

학교급 (특성화)고 대상 학년(군) 2, 3학년

중심과목

^{3D프린터용} 제품 제작

중심과목 성취기준 영역

1. 엔지니어링 모델링(1903110205_17v2) 2. 3D 프린터 SW 설정(1903110207_17v2) 3. 제품 출력(1903110209_17v2)

연계과목

기계요소 진로 전자회로 전자부품 전기회로

환경 과학 수학

연계과목 성취기준 영역

[고등학교1학년] Ⅴ. 함수 1.함수

[고등학교1학년]2-1.역학적 시스템 4-2.발전과 신재생 에너지

[고등학교 2학년] Ⅱ-01.미래의 직업과 인재상을 탐색해 볼까

Ⅱ-02.직업세계 변화에 따른 나의 진로를 탐색해 볼까 [고등학교 3학년] 3D모델링작업, 2D도면

[고등학교 2학년] 조명공사설비 [고등학교 3학년] 전자부품생산하기 [고등학교 1학년] 직류회로, 교류회로

[고등학교 1학년] Ⅱ.환경문제의원인 Ⅳ.지구온난화

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 4 3D + 진로+ 수학

2 4 3D + 환경 + 과학

3 3 3D + 전자회로 + 전자부품생산 + 전기회로

4 3 기계요소 + 3D + 진로

5 2 결과물 발표, 평가(자기, 동료, 교사)

개발·적용 16차시

연구 과제 개발, 시제품 제작, 3D 모델링 , 2D 도면 제작, “말하는 사물” 융합

(4)

① STEAM 프로그램 개발 및 적용

: 다양한 교과들이 융합하여 하나의 실생활에 활용할 수 있는 실용적이면서도 완성도 있는 제품을 제작하므로 과학적 원리를 이해하고, 과학적 원리의 배움의 가치와 중요성을 인식하도록 함.

➁ STEAM 프로그램 적용 성과 연구 및 조사

: 시스템전자과 2학년 3D프린터용제품제작, 수학, 전자회로, 진로 시간들을 활용 하여 리쏘페인 액자형 무드등 전기·전자 융합프로젝트를 실시하였음.

➂ STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

: 본교 전교사들을 대상으로 “교사 배움 연구의 날” 운영

( 11월 2째주 금요일 1-7교시로 운영되었으며 수업이 없으신 선생님들은 자유롭게 참여하여 전문강사의 특강을 듣고 실제로 실습해보는 연구의 날 운영하므로

STEAM교사연구회를 알리고, 융합 수업을 위한 실천과 가치를 알림.)

■ STEAM 연구회에서 진행한 프로젝트 수업의 주안점

1) 취업을 목표로 하는 특성화고 학생들의 전공 과목의 기술을 접목하여 실용 적인 과제를 제작하는 수업을 통해 자발적인 학생들의 참여와 흥미로운 프로젝 트 과제를 통한 학생들의 열정적인 참여와 몰입을 통해 학생들에게 보람과 수업 만족도를 높힌다 .

2) 3D프린터를 활용하여 일상에서 필요한 가전제품을 만들어 활용할 수 있음 을 배우고 , 수업을 통해 만든 가전제품을 가족들에게 줄 수 있으므로 강력한 동 기와 열정을 심어주도록 교육정 재구성과 구체적이고 , 창의적인 프로젝트 수업 방법을 개발한다 .

3) 리쏘페인액자형 무드등 개발, 2D 도면 제작, 3D 모델링, 말하는 사물 융합

4) 이번 STEAM 연구회 프로젝트 수업은 코로나 19사태로 많은 어려움이 있었 다 . 연속적인 수업도 안되는 상황에서 여러 교과의 융합을 통한 프로젝트를 완 성하기 위해서 시간적으로나 공간적으로 큰 제약이 많았다 . 학기초에 기대했던 만큼의 수업을 실시하려고 했으나 잘되지는 못했지만 참여교사들의 열정에 내년 도를 기대하며 교사 , 학생들의 전문적 배움공동체를 실현하고자 한다. 더불어 역 량을 쑥쑥 ! 인성도 쑥쑥! 자라게 하는 시너지를 만들고자 한다.

(5)

3. STEAM교사연구회 프로젝트 일정

단계 추진 내용 및 방법 운영기간(2020.04.~11.)

3 4 5 6 7 8 9 10 11 계획

수립 연구활동계획서 작성

준비

융합인재교육(STEAM)교사연구회 전국 워크숍 참석 융합인재교육(STEAM) 활성화를 위한 교사 협의회

실행

연구과제 1 : 융합인재교육(STEAM) 연구를 위한 환경 조성

∙ STEAM 교육 적용을 위한 2015 개정교육과정 성취기준 분석

∙ STEAM 태도 사전검사 실시

연구과제 2 : 3D프린터를 활용한 리쏘페인액자형 무드등 개발, 적용

∙ 드론, 3D프린터 활용한 프로그램 주제 선정 및 개발

∙ 개발된 프로그램을 2015.개정교육과정에 맞춰 개선‧개발

∙ 기 개발된 프로그램을 2015.개정교육과정에 맞춰 개선‧개발

∙ 참여 학생들 대상 STEAM 사전 교육, 사전 조사 실시 (1회)

∙ 다양한 교과들의 융합 수업 실시

연구과제 3 : 자료검증을 통한 일반화 방안 모색

∙ 전교사들을 대상으로 “교사 연구 배움의 날” 운영( 1-7교시)

∙ STEAM 사후검사 후 개선점 도출 분석 자료 정리 및 결과보고서 작성

일반화 융합인재교육(STEAM)교사연구회 성과발표회 참석

4. STEAM 프로그램 개요

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시 총 16차시 예정

수업 적용 일정 2020. 9. 1 . ~ 2020. 11 . 30 .

(STEAM 수업)수혜학생 수 충주공업고등학교 65명

(시스템전자과 2학년, 자동화기계과 3학년(도제반))

학생 태도검사

사전검사 10월 20일, 3개 학급(65명) 실시 완료 사후검사 11월 19일, 3개 학급(65명) 예정 학생 및 교사 만족도조사 11월 19일 3개 학급 실시

교사연구회 “교사배움연구의 날” 2020..11.06. ‘교사 배움 연구의 날’ 개최, 운영

(6)

붙임 STEAM 프로그램

(프로그램명)

블렌디드러닝교육을 위한 디지털기기활용 수업방법 연구, 공유, 활용과

과목별 (3D프린터)를 적용한 창의·융합 프로젝트 개발

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1~3/16 ^{엔지니어링 모델링}(1903110205_17v2)

3D 디자인 소프트웨어 기능, 활용 방법을 활용하여 3D 모델링 할 수 있다. (진로) (수학) 2 4~6/16 ^{엔지니어링 모델링}(1903110205_17v2)

3D 프린터 방식과 재료 및 사용 용도에 대해 설명할 수 있다. (환경) (과학) 3 7~8/16 3D 프린터 SW 설정(1903110207_17v2)

슬라이싱 프로그램을 활용하여 G코드를 생성할 수 있다.

(전자회로) (전자부품생산) (자동제어기기제작) 4 9~12/16 제품 출력(1903110209_17v2)

고체 방식 3D 프린터는 재료를 녹여 적층하는 방식, 전용 공구를 이용하여 회수할 수 있다.

(기계요소제작) (진로)

5 13~16/16

제품 출력(1903110209_17v2)

고체 방식 3D 프린터는 재료를 녹여 적층하는 방식, 전용 공구를 이용하여 회수할 수 있다.

진로 수학 과학 환경 전자회로 전자부품생산 자동제어기기제작

**1. 사진을 활용한 리쏘페인 액자형 무드등 ( 203mm* 153 * 60 ) DIY 2. (리쏘페인 액자형 무드등) 마이크로비트를 활용한 “말하는 사물” 구현**

[BTS 호출 – BTS 노래 나오기] [여보 사랑해 호출 / 나두 ] [친구야 고맙다 호출 / 미투 ] 3. 스마트 플러그를 활용한 IOT 구현

창의융합형 인재 양성

STEAM 수업

(7)

결과물 ( 개발 -> 제작 -> 수업 적용)

[그림1] 사진을 활용한 액자형 리쏘페인 무드등 diy 과정

[그림2] 리쏘페인액자형 무드등 완성품 앞면, 뒷면

(8)

[표1] 조별 리쏘페인 액자형 무드등 완성 작품

(9)

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 16차시)

차시 주요내용

1~3 /16

주제(단원)명 미래 직업사회의 변화에 따른 직업 세계의 변화 3D 프린터용제품제작 + 진로 + 수학

Co * 3D 프린터, 3D 스캐너 활용 사례 및 첨단 과학 등에 적용한 사례들을 살피고, 미래 사회에 많은 직업의 변화가 생길 것에 관한 영상시청

* 일상 생활에 활용하는 제품을 직접 3D 모델링, 슬라이싱, 3D 프린팅하는 과제 제시

CD 프린팅 과정을 수학 문제를 풀어보는 과정에 적용하여 수학 답 작성 스마일 책갈피를 직접 스케치, 치수 부여, 모델링, 프린팅을 통해 제작

ET 학생들이 다양하게 만든 스마일 책갈피 전시하며 잘된 점들을 공감하기

수학 문제 풀이 과정이 프린팅 과정과 맞물러 다양한 상황에 융합적 사고를 할 수 있다는 경험을 제공하고 학생들이 말이 안되는 상황도 융합해 나갈 수 있다는 경험 제공

4~6 /16

주제(단원)명

3D 프린팅 소재 PLA 의 안전성 확보와 전기 활용의 과학적 원리

3D 프린터용제품제작 + 환경 + 과학

Co * 3D 프린팅 소재로 학교에서 활용하고 있는 PLA 소재에서 발암물질이 있어 암에 걸린 두 분의 선생님에 관한 뉴스 영상을 시청, 옥수수 전분이 주성분인 PLA 소재를 안전하게 학 교에서 학생들의 창의적인 융합력을 키우는 교구로 활용하도록 하는 방법과 제도적 방안은?

* 5V LED 바를 활용한 무드등의 전원으로 휴대폰 충전기를 사용하여 가정의 220V 전기

를 사용할 수 있는 과학적 원리 무엇인가?

CD 교육용으로 밖에는 거의 사용되지 않는 PLA 소재의 안전성 문제를 구체적인 방법과 절차 를 통해 학생들이 확인하고 학생들의 건강과 안전을 지킬 수 있도록 팀별로 함께 찾고 해결 해보기

ET 과학적 원리를 활용한 다양한 생활용품들을 찾아보고 만들어볼 수 있을까?

PLA 소재를 안전하게 사용하게 해주세요! 우리 학생들은 대한민국의 미래!

7~8 /16

3D 프린팅 기술과 다양한 전기·전자 융합 프로젝트

3D 프린터용제품제작 + 전자회로 + 전자부품생산 + 자동제어기기제작

Co *전자회로, 전자부품생산, 자동제어기기제작 전문교과에서 배우는 전공 전자, 전기 회로를 활용하여 특별한 상황에 활용되는 동작을 구현

* 2D 사진을 3D 프린팅하고, 액자를 활용하여 무드등 제작 개발, 수업적용, 제작

CD *다양한 회로에 하드웨어 디자인을 만들어 실용적인 제품을 만들자 * 제품을 정하면 아이디어를 담은 3D 모델링, 3D 프린팅

ET

*

다양한 전공교과를 활용한 전기전자융합 제품을 만들어보자.

* 필요한 정보, 아이디어나 방법들을 인터넷, 유투브등을 활용하여 찾아서 완성!

9~12 /16

주제(단원)명 2D 도면 작업 & 창업 아이디어 작성 & 결과물 YOUTUBE 탑재 마이크로비트를 활용한 말하는 사물 만들어 부착, 동작 확인!

3D 프린터용제품제작 + 기계요소 + 진로

Co * 과목별 전기, 전자회로, SW 를 활용한 제품 제작을 위한 3D 모델링을 2D 도면으로 제작하여 기술 보관하기

* 3D 프린팅 기술을 활용한 다양한 제품 제작을 통해 창업아이디어를 생각해보기

CD 2D 도면 작성 / 창업 아이디어 작성

ET 2D 도면이라는 전문 기술 역량 습득, 배운 내용을 도면화할 수 있다는 자신감 획득, 창업적 아이디어 작성을 통한 직업에서의 성공 자신감 갖기

13~16 /16

발표와 (자기평가, 동료평가, 팀별 발표평가, 교사 피드백) 성찰

3D + 진로 + 과학 + 수학 + 환경 + 기계요소 + 전자회로+ 자동제어기기제작+ 전자부품생산 발표를 통한 성찰 및 결과물 전시, 공유

(10)

3-1. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

학습 과정

교수-학습 활동

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

학습자료 및 유의점

도입 ( 5 분)

Co 영상을 보고 미래 생활 모습의 변화가 직업 세계에 어떤 영향을 끼칠지 생각 해 보자.

https://vimeo.com/user29258278/review/256529886/3389a854c4

* 에디슨 이후 최고의 발명가로 평가받고 있는 레이 커즈 와일이 우리의 미래 생활 모습을 예언하였다.

CD 영상에서 등장하는 미래의 생활 모습 중에서 인상적 인 내용을 발표해 보자.

동영상

Tip!

미래 사회 의 변화가 미치는 영 향이 생각 봐 빨리 올 수 있음을 안내할 것

중심과목 진로와직업 학교급/학년(군) 고등학교 2 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] 일과 직업세계의 이해 중심과목 성취기준

[12진로12-01]

미래 직업세계의 변화에 따른 새로운 직업과 인재상을 탐색할 수 있다.

주제(단원)명 미래의 직업세계를 상상해 보자 차시 1~2/16 학습목표 미래 직업사회의 변화에 따른 직업세계의 변화를 알 수 있다.

연계과목 3D + 수학 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

S S(과학) 첨단 과학기술의 원리에 대한 이해 T T(기술) 3D 스캐너와 3D 프린터기의 설계 및 제작

E E(공학) 3D 스캐너와 3D 프린터기의 작동원리에 대한 이해 A A(예술) 3D 스캐너와 3D 프린터기의 실용에 따른 디자인 설계 M M(수학) 3D 스캐너와 3D 프린터기의 3 차원적 이해

개발 의도

과학기술의 발달, 생활 방식의 변화 등에 의해 직업을 둘러싼 환경 자체가 변하고 있다.

미래의 주역들이 매우 빠르게 변하는 직업 세계를 이해하고 그에 맞는 역량 길러 대처할 필요가 있다.

고등학교 학생들이 사회의 주역으로 활동 할 2 년~40 년 후 가까운 미래에 일어날 변화를 미리 알고 적응력을 기르도록 돕고자 한다.

에디슨 이후 최고의 발명가로 평가받고 있는 레이 커즈와일이 예언한 우리의 미래 생활 모습의 영상을 보고 인상적인 내용과 미래에 등장할 수 있는 새로운 직업을 생각해 본다. 또 미래 직업세계의 변화원인을 생각해 보고 미래 사회의 유망직업 분야 및 각광 받을 직업에는 어떤 것이 있을지 상상력 과 창의력을 발휘하여 적어보도록 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

도입 단계에서 레이 커즈와일이 미래 생활 의 모습을 예언한 영 상을 본다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

인류의 미래를 전망하 는 4 가지 측면과 관련 하여 직업환경에 어떤 변화가 생길 것인지 생각한다.

감 성 적 체 험 미래 생활 모습의 변화에 따른

직업세계의 변화를 예상한다.

미래 혁신기술로 부상할 유망직 업 분야를 예상한다.

20 년 후인 2040 년 나의 모습을 상상하여 본다.

감성적 체험

(11)

도입 ( 5 분)

* 2005년에 예언한 2045년 까지 일어날 일들 *

‣2010년 초반에 컴퓨터가 사물에 심어지고 무선통신을 이용한 증강현실 실현

‣2020 초반에 가상현실 대중화, 후반에 가상현실로 재택근무하는 날이 올 것

‣나노기술을 인간의 장기를 강화시키거나 교체하게 될 것이고 유전자 조작으 로 줄기세포를 이용한 인체기관의 재생 가능

‣대부분의 물건들을 3D프린터로 제작하게 되며 옷과 신체의 장기까지 만듬

‣2040년대에는 나노로봇을 이용해 뇌의 기능을 강화시켜 영화 매트릭스처럼 가상현실에 접속하여 자신의 감각을 전송하게 되고 뇌의 정보를 컴퓨터로 업 로드 가능

‣물건을 조립하고 해체하는 것처럼 자신의 신체를 마음대로 개조 가능하며 성 형수술 없이 연예인처럼 외모를 바꾸고, 성별 구분의 의미가 없어질 것이다.

‣몸뚱아리 없이 전기신호를 가진 자아만으로 온라인에서 존재가능하며 필요시 에만 신체로 이동하는 것이 가능해질 것

‣뇌가 기계방식으로 교체되어 일반인들도 인류 전체를 함한 지능을 자신의 뇌 에 복사 붙여넣기 할 수 있게 되고 다른 사람과 융합했다가 여러 개로 분리가능

‣사람이 할 수 있는 모든 지식과 노하우를 짧은 시간 안에 배울 수 있기 때문 에 자신만의 가상세계를 만들어 살 수 있게 된다.

‣인공지능은 인간보다 10억배로 똑똑해지고 인간은 두뇌를 다운로드 받아 영 원한 삶을 살 수 있게 되고 인간은 모든 것을 초월한 지능체가 될 것인가 평 범한 인간으로 살 것인가를 고민하게 될 것

‣영원히 살면서 스스로 기억을 리셋시키거나 포맷해버린 후 어린아이로 환생 하는 방법을 선택할 수 있게 된다.

영상에 소 개되는 내 용 중 학생 들이 관심 있게 본 내 용을 1~2 개 발표하 도록 유도 한다.

전개 ( 40 분)

CD ET 영상의 미래 생활 모습으로 인해 등장할 수 있는 새로운 직업을 생각해 적어 보자

3D 프린트 전문가, 3D 프린트 재료 생산 유통사업가, 인공장기 디자인 전문 가, 자율자동차 전문가, 가상현실 전문가, 증강현실 전문가, 유체이탈된 신체 보관 전문가

Co 인류의 미래를 전망하는 4 가지 측면

1. 첨단 과학기술의 발전: IoT, 바이오기술, 나노기술 등의 첨단과학 기술이 직업 세계를 크게 바꿀것으로 예상됨

2. 저출산 고령화의 진전: 저출산 현상의 반면 노령인구의 증가에 따른 직업 세계 의 변화. 노인을 위한 산업과 고령자의 노동현상 예상됨

3. 삶의 질 추구: 의식주 해결 후 높은 수준의 삶의 질 요구로 직업세계 변화. 안 전함 먹거리, 수준 높은 예술의 향유, 건강한 삶의 유지, 스트레스가 적은 직장 생활 요구 등으로 직업세계 변화 전망됨

4. 환경문제의 심화: 산업화에 따른 환경오염 심화. CO2 배출 억제 등 환경문제 를 조정하고 해결하는 일이 미래사회의 중요한 과제가 될 것으로 예상됨

CD 미래 직업세계의 변화원인을 적어보자.

미래의 직업사회는 과학 기술의 발달, 생활 방식의 변화, 지식 산업의 발달, 저출산 고령화, 지속가능한 발전 등 여러 요인에 의해 그 변화 속도가 빨라지 고 있다. 특히 3D 프린터, 사물인터넷, 인공지능, 가상현실, 증강현실, 항공우 주산업, 바이오산업, 자율주행 자동차의 등장과 발전을 직업세계의 변화를 더 욱 촉진하고 있다.

3 D 프 린 터 , I o T , 가 상 현 실 , 증 강 현 실,항공우주 산업,바이오 산업,자율주 행자동 등 의 발전상 황을 예견 하고 그로 인한 미래 사 회 상 을 상상해 보 도록 한다.

(12)

Co CD 미래 사회의 유망직업 분야에는 어떤 것이 있을까 적어 보자.

* 세계화 관련 직업: 국제화에 따른 신직업 생성 가능. 국제회의, 국가간 교류, 국가 간 분쟁 조정회사 등

* 컴퓨터 관련 직업: 태블릿 PC와 스마트폰의 성장에 따른 관련 직업

* 전기, 전자 관련 직업: 전기, 전자 생산 및 수리

* 기계, 재료, 화학관련 직업: 미래 탈산업사회가 되어도 기본산업으로 중요함*

* 보건, 복지 관련 직업: 노인인구 중가와 생활 수준 향상에 따른 수요 증가

* 문화 관련 직업: 한류처럼 문화를 이끌어갈 콘텐츠의 성장은 더욱 커질 것

* 금융, 경영 관련 직업: 국제화에 따른 금융 부문의 성장에 주목

정리 ( 5 분)

CD ET 미래 혁신 기술로 부상할 유망 직업에는 어떤 것이 있을지 적어보자.

* S/W 및 데이터 관련: 데이터 폐기물 관리자, 데이터 인터페이스 전문가, 컴 퓨터 개성 디자이너, 데이터 인질전문가, 데이터 모델러, 개인정보보호 관리자 등

* 3D 프린터: 3D 프린터 소재 전문가, 3D 프린터 잉크 개발자, 3D 프린터 패 션 디자이너, 3D 음식 프린터 요리사, 3D 비주얼 상상가, 3D 프린터 비용 산 정가, 3D 프린터 신체장기 에이전트 등

* 드론: 드론 조종 인증 전문가, 드론 분류 전문가, 드론 표준 전문가, 드론 설 계 및 엔지니어, 환경오염 최소화 전문가, 자동화 엔지니어 등

자율주행 자동차: 무인 시승 체험 디자이너, 무인 운영 시스템 엔지니어, 교통 수요 전문가, 충격 최소화 전문가, 등

[출처-박영숙. 제롬 글렌, 유엔 미래보고서 2045,2015]

ET CD 2045년 내 주변의 환경과 나의 모습을 상상하여 보자.

미래 혁신 기술에 대 한 상상과 3D 프린터 관련 직업 에 많은 상 상력을 발 휘해 보도 록 유고

(13)

4-1. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1/16

미래 직업 세계를 상상해 보자 ² 학년 과 반 번 이름:

2020년 월 일 교시

활동 내용 미래 학자들과 함께 다가올 미래를 상상하고 미래 직업 세계의 변화에 대해 생 각해 보자.

[영상1] 에디슨 이후 최고의 발명가인 레이 커즈와일이 예상 하는 2045년까지의 미래세계

https://vimeo.com/user29258278/review/256529886/3389 a854c4

❶ 영상에 등장하는 미래의 생활 모습 중에서 인상적인 내용을 적어 보자.

❷ 영상의 미래 생활 모습으로 인해 등장할 수 있는 새로운 직업을 생각하여 적어 보자.

[영상2] 피자, 파스타도 ‘척척’-3D 프린터로 만들 음식(SBS) https://www.youtube.com/watch?v=Qg17ynqTloc

[영상3] 인간 VS 기계 –영국드라마 ‘Humans’

https://www.youtube.com/watch?v=wtdtU4mqqig

❸ 미래 직업 사회는 많은 변화가 예상된다. 미래 직업 세계의 변화 원인을 적어 보자.<스스로 학습>

3D프린터의 실용적 활용 사례/미래 생활백서 Smawt Life https://www.youtube.com/watch?v=qFEzmHz4xD0

생각 마무리 활동 만족도를

색칠하세요.

☆ ☆ ☆ ☆ ☆

(14)

활동 내용 - 직업을 선택하기도 하지만 스스로 만들기도 합니다.

- 창직 방법은 기존의 직업을 세분화하거나 융합하거나 발견하는 것입니다.

신직업 그림 ^{신직업 이름}

신직업이 하는 일

과목 진로와 직업 9-12/16

창직 [ ^나의 ^신직업 ^{을 소개합니다!} ] 과 학년 반 번

이름:

(15)

■ 수업 활동지, 실습 지시서 작성

(16)

■ (진로) 교육 실시 결과 (사진첨부)

<사진(1) 미래 직업세계를 상상해보자 발표 모습> <사진(2) 3D 창직-신직업 소개 활동 모습>

<사진(3) 3D 창직-신직업 소개 활동 모습> <사진(4) 3D 창직-신직업 소개 활동 모습>

<사진(5) 3D 창업과 창직을 생각해 보자 활동지> <사진(6) 3D 창업과 창직을 생각해 보자 활동지

(17)

3-2. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 수학 학교급/학년(군) 고등학교 2 학년

영역

Ⅴ. 함수 1.함수 중심과목 성취기준

[10수학04-01] 함수의 개념을 이해하고, 그 그래프를 이해한다.

주제(단원)명 Ⅴ. 함수 1.함수 차시 1~2/16

학습목표 리쏘페인(Lithophane) 속에 담긴 여러 수학적 요소와 함수 개념을 이해할 수 있다.

연계과목

3D 프린터용제품제작

_{성취기준 영역}^연계과목

STEAM 요소

S S(과학) 3D 프린터의 적층 방식으로 사진을 그대로 표현해내는 원리 T T(기술) 3D 프린터기의 설계 및 제작

E E(공학) 3D 프린터기의 작동원리에 대한 이해 A A(예술) 픽셀아트의 제작원리에 대한 이해 M M(수학) 함수개념에 대한 이해

개발 의도 3D 스캐너와 3D 프린터를 이용하여 리쏘페인을 제작하는 과정 속에서 수학적 요소를 발견함으로써 과목 간의 연계 및 수학의 유용성과 활용성을 이해한다.

주요활동!

1. 픽셀아트를 만들고 함수개념을 적용하기

2. 사진을 가지고 픽셀아트를 만들기 위해서 필요한 과정을 분석하고 수학적요소 파악하기 3. 3D 프린터를 이용하여 사진으로부터 리쏘페인이 만들어지는 과정 속에서 여러 수학적요소와

함수개념을 찾기

상황 제시

상 황 제 시

-제작된 리쏘페인 작 품을 보여주며 3D 프 린터를 이용한 리쏘페 인 제작에 흥미를 느 끼도록 한다.

-학습했던 3D 프린터 사용방법 속에 나타난 함수개념을 발견한다.

창 의 적 설 계

-픽셀아트를 그려보고 학생들간의 대화를 통 해 그림을 수치화 할 수 있음을 알게한다.

-리쏘페인을 위해 사진 을 수치화하기 위한 방법이 무엇인지 토론 및 발표한다.

감 성 적 체 험 3D 프린터를 이용하여 사진을 가

지고 리쏘페인을 제작하기 위한 여러 절차를 생각하게 하고, 각 절차에서 함수에 관련된 개념을 찾아보게 한다.

감성적 체험

3D프린팅 과정

(18)

학습 과정

도입 ( 10 분)

Co 영상을 통해 리쏘페인 제작에 대한 관심을 유발한다.

미친 퀄리티의 리쏘페인 램프!

전개 ( 80 분)

Co 활동1. 활동지에 제시된 픽셀아트를 제작하며, 수학적요소 파악하기 (25분)

ET - 픽셀아트를 제작하고 함수개념을 찾아본다.

CD - 사진을 가지고 픽셀아트를 만들기 위해서 필요한 과정이 무엇인지 토론하 고 나타나는 수학적요소를 찾는다.

Tip!

픽셀아트 제 작에 학습자 의 관심이 주 목되는 메타 인 지 이 동 의 극단적교수현 상이 발생하 지 않도록 주 의한다.

Co 활동2. 리쏘페인을 제작하기 위한 여러 절차를 토론하기 (20분)

CD - 픽셀아트에서 토론한 내용을 바탕으로 3D프린터를 이용하여 사진을 가지 고 리쏘페인을 제작하기 위해서 어떤 절차가 이루어지는지 토론한다.

※예상되는 절차

사진(jpg) → 수치화 → g-code(생성) → 3D프린팅

Co 활동3. 수학적요소 파악하기 (35분)

CD - 모둠원들과 각 절차에서 파악되는 수학적 요소와 여러 절차를 찾는다.

- 함수개념을 적용할 수 있는 절차들을 찾는다.

※예상되는 함수가 적용되는 절차 ①사진을 수치화하는 과정

②수치화된 값을 g-code 하는 과정 ③g-code를 가지고 3D프린트 하는 과정

정리

( 10 분) ^ET - 조별 발표를 통해 발견된 수학적 요소들을 공유한다.

(19)

4-2. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~2 /16

수학 학습지 함수

학년 반 번 이름:

1. 다음 픽셀아트를 완성하고 픽셀아트에서 발견되는 함수를 찾아보시오.

1 1 1 1

1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1

1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1

1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1

1 1 2 2 21 1

1 1 2 2 1

1 2 2 1

1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1

1: 검정색(볼펜) 2: 회색(연필)

2. 다음 사진을 가지고 직접 픽셀아트를 만들려고 할 때 필요한 과정이 무엇인지 모둠원들과 토론 하고 그 과정 속에서 나타나는 수학적 요소를 찾으시오.

(20)

3. 3D프린터를 이용하여 사진을 가지고 리쏘페인을 만들려고 할 때 필요한 절차를 찾으시오. (필요 시 칸을 추가해도 됨.)

사진(jpg) → → → 3D프린팅

4. 모둠원들과 함께 찾아낸 절차 속에서 다양한 수학적 요소를 찾고 학습했던 함수개념이 적용되는 것에는 무엇이 있을지 토론하시오.

수업 정리 수업 만족도를

색칠하세요.

☆ ☆ ☆ ☆ ☆

(21)

■ (수학) 교육 실시 결과 (사진첨부)

<사진설명(1)>

주어진 픽셀아트 제작

<사진설명(2)>

자유롭게 픽셀아트 제작

<사진설명(3)>

픽셀아트 제작원리 설명

<사진설명(4)>

픽셀아트를 기반으로 한 리쏘페인(3D프린터) 제작원리 설명

<사진설명(5)>

학생들이 만든 픽셀아트 작품

(22)

3-3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 인간과 환경 학교급/학년(군) 고등학교

영역

[고등학교]인간과 환경 중심과목

성취기준

741. 환경 호르몬의 방지 활동을 설명할 수 있다.

주제(단원)명 환경 호르몬으로 인한 피해 차시 1~2/16

학습목표

환경호르몬의 흡수 경로를 설명할 수 있다.

환경 호르몬으로 인한 피해에 대하여 설명할 수 있다.

환경호르몬 발생 방지를 위한 생활 수칙을 설명할 수 있다.

3D 프린터의 환경유해성분과 안전한 교육환경을 위한 방안을 찾아낼 수 있다.

연계과목 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

S 환경호르몬의 원인 및 피해 T 3D 프린터의 작동 및 원료

E 3D 프린터의 작동 원리에 대한 이해

A 판매 가능한 생활 소품으로 활용할 수 있도록 심플하고, 깔끔한 디자인 이해 M 3D 스캐너와 3D 프린터기의 3 차원적 이해

개발 의도 3D 프린터 작동 시 사용되는 재료의 유해성에 대하여 인지하고 피해 발생을 방지하기 위한 노력방안에 대하여 고민하고 실행하도록 한다.

3D 프린팅이란 삼차원 형상을 구현하기 위해 전자적 정보를 자동화한 출력장치를 통하여 입체화하는 활동을 의미하여 조형이 간편한 플라스틱 재료를 녹여서 쌓아올려 원하는 구조물을 만드는 방식이 일반적이다. 문제는 재료와 가공 방식이다. 화학재료를 복잡한 방식으로 가공하는 기기라서, 동작 중 초미세먼지나 유해물질이 발생하고, 인체에 위험성도 그만큼 크다. 학교나 공공시설에서 교육용도로 많이 활용된다는 점을 고려한다면 이에 대하여 올바른 인식과 대책이 시급한 실정이다.

상황 제시

상 황 제 시

아침 식사 중 3D 프린터 사용으로 인하여 발생된 인체 피해에 대한 뉴스를 접하게 되었다.

창 의 적 설 계

내가 소중하게 여기는 친구나 가족이 동일한 피해를 받을 수 있으므로 스스로 위험성과 대책에 대하여 알아보고 가족과 친구를 지켜야 하겠다.

감 성 적 체 험 일반적 문제 발생 상황에 대하여

탐색해보고 우리학교의 현재 상황을 비교하여 안전한

3D 프린터 사용환경을 구축하는 대책을 찾는다.

감성적 체험

(23)

학습 과정

도입 ( 5 분)

Co 3D 프린터의 위험성에 대한 뉴스 영상을 보여주어 문제의 인식을 유도한다.

ET 우리 학교의 실습 상태에 대하여 고민하여 보고, 소중한 친구와 가족을 지키기위하여 필요한 사항이 무엇인지 탐색해 본다.

동영상

Tip!

전개 ( 35 분)

CD 3D 프린터 사용 시 발생할 수 있는 환경적 위험 요인을 정리하여 우리 학교 실습현황을 비교하고, 대안을 모색한다.

Co 우리 학교 실습 현황에서 사용되는 기기의 작동원리와 재료에 대하여 검색을 통하여 알아보고, 발생할 수 있는 문제점을 정리한다.

ET 초미세먼지, 발암물질, 환경호르몬 등의 유해물질로부터 인체를 보호할 수 있는 시설적 방안, 개인적 방안, 행정적 방안 등 다양한 시각에서 대안을 논의해본다.

CD 논의된 대안이 경제적 현실적으로 구현가능성을 나열해보고 우선적으로 해결가능한 리스트를 작성한 후, 다른 사람과 의논하여 수정 보완한다.

Co 완성된 대책리스트를 발표하고 동료 평가를 통해 우수사례를 취합한다.

PC

빔프로젝트

정리 ( 10 분)

ET 현실화 가능한 대책 리스트에서 상단에 정리된 대책 중 지도교사와 논의하여 실현가능성이 높은 3 개의 대책을 직접 실행에 옮기는 목표를 정하고, 차시에 그 변화에 대하여 환류하는 시간을 가져 정리한다.

CD 교육용 3D 프린터 재료 생산업에 대한 발암물질, 환경호르몬 등의 규제 범제화를 위한 국민 청원활동에 대하여 논의하고, 실행한다.

(24)

4-3. 학생활동지 / 학생참고자료

과목 인간과 환경 차시 1-2/ 16

3D프린터의 환경유해성분과 안전한 교육환경을 위한 방안 모색

2 학년 과 반 번 이름:

2020년 월 일 교시

활동 내용 3D프린터의 운용 시 발생되는 환경유해성분에 대하여 알아보고, 교육현장에서 우선적으로 인체에 안전한 활용을 할 수 있는 방안을 논의해보자

[영상1] 3D프린터의 사용 과연 안전한가?

https://youtu.be/bDu0gRU9-W0

❶ 영상에 등장하는 3D프린터의 운용에서 환경에 해를 끼칠 수 있는 요소가 무엇이 있는지 생각하고 기록해보자.

❷ 3D프린터의 유해성에 과한 내용을 검색해보고 논의하여 정리해보자.

❸ 3D프린터 운용을 배워야 하는 학생의 입장에서 무엇이 해결되면 좋을지 고민 해보고, 국가정책적으로 해결할 수 있는 방안을 모색해보자.<스스로 학습>

국민청원 등 다양한 방안을 모색해보자.

생각 마무리 활동 만족도를

색칠하세요.

☆ ☆ ☆ ☆ ☆

(25)

3-4. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 기계요소설계 학교급/학년(군) 고등학교 2 학년

영역

[고등학교] 3D 형상모델링 작업하기 2D 도면 작성하기

[01-02-05] 특징형상 설계를 이용하여 요구되어지는 3D형상모델링을 완성할 수 있다.

[02-02-03] 도형작도 명령을 이용하여 여러 가지 도면요소들을 작도 및 수정 할 수 있다.

주제(단원)명 3D 형상모델링, 2D 도면 작성 차시 4~6/16

학습목표 특징형상 설계를 이용하여 요구되어지는 3D 형상모델링과 2D 도면을 완성할 수 있다.

연계과목 3D 프린터용 제품 제작 연계과목

성취기준 영역 [고등학교] 엔지니어링 모델링(1903110205_17v2)

STEAM 요소

S 리쏘페인의 과학적 원리에 대해 알아보기

T 리쏘페인-부부액자 제작에 필요한 기술과 방법에 대해 알아보기 E 3D CAD 프로그램을 활용하여 리쏘페인-부부액자 모델링하기!

A 다양한 모양으로 기능적인 요소가 담긴 디자인하기 M 치수 측정과 공차를 계산하여 치추 부여하기

개발 의도

기계요소설계 교과를 통해 도면과 모델링 과정을 습득하고, 직접 제품 디자인 모델링을 실시하여, 학생들이 도면을 활용하고, 편리함을 더하고 창의적인 디자인을 하여 일상생활 에 더욱 편리하게 사용되는 제품을 제작하므로 배움과 배운 내용을 활용하여 자신의 생 각을 담아 만드는 역량을 키움.

♣ 주요 활동 안내

1. 다양한 형태의 액자를 보며 직접 모델링하기 위한 3D CAD 명령어 이해하기 2. 3D CAD 명령어를 이해하고 일반적인 형태의 액자 모양을 3D 모델링 실습하기 3. 아이디어를 담은 창의적인 모양을 생각하여 다양한 방법으로 3D 모델링하기 4. 3D 모델링한 형상을 도면으로 나타내기

상황 제시

상 황 제 시

다양한 형태의 액자를 생각하며 어떤 모양으 로 제작할지 고민함.

창 의 적 설 계

자신의 생각을 담은 액자를 3D 프린터를 활용하여 출력할 수 있도록 기능성, 디자인 성, 안정

성 등을 고려하여 3D 모델링함.

감 성 적 체 험 일반적인 형태의 액자 모양을 기

본으로 하여 아이디어를 담은 스 케치도를 창의적으로 그릴 수 있 도록 3D CAD 를 활용하여 모델 링함.

감성적 체험

(26)

학습 과정

도입 (10 분)

Co

다양한 형태의 액자를 보여주고 3D CAD에서 어떤 명령어를 사 용하여 제작할 수 있을지 생각해 보기!

ET

일반적인 형태의 액자 모양을 바탕으로 아이디어를 담은 창의적 인 모양을 생각해보기!

동영상

Tip!

전개 (130 분)

Co

활동 1. 일반적인 형태의 액자 모양을 3D 모델링 실습하기(30 분)

CD

3D 모델링한 것을 간단하게 발표하기

-다른 학생이 활용한 명령어를 통해 다양한 3D 모델링 방법 생각 해 보기

-돌출(접합, 차집합)뿐만 아니라, 쉘명령어를 통해 형상을 나타낼 수 있음을 안내한다.

Co

활동 2. 아이디어를 담은 창의적인 모양을 3D 모델링하기(50 분)

CD

3D CAD 명령어를 이해하고 다양한 모양을 스케치하여 모델링하 기

-일반적인 형태의 액자 모양을 기본으로 하여, 아이디어를 담은 스케치도를 창의적으로 그릴 수 있도록 3D CAD를 활용하여 모 델링함.

활동 3. 3D 모델링한 형상을 2D 도면으로 나타내기(50 분)

CD

3D 모델링한 형상을 함께 공유할 수 있도록 도면화하기

-도면화함으로 형상을 나타낼뿐만 아니라, 도면제목, 작성자, 작성 일자 등을 표기할 수 있도록 안내한다.

정리 (10 분)

ET

다양한 형태로 모델링한 것을 출력하여 관찰한다.

-서로의 제품을 비교하여 장점을 서로 이야기 해 주며 정리해본

다.

(27)

4-4. 학생활동지 / 학생참고자료

과목 기계요소설계 차시 4~6/ 16

2D 도면 제작 ² 학년 과 반 번 이름:

2020년 월 일 교시

활동 내용 액자 모양을 3D CAD를 활용하여 모델링하고, 2D도면 작업을 하시오.

(28)

과목 기계요소설계 차시 4~6/ 16

활동 내용 다양한 모양의 형태의 3D 모델링을 생각해 보자.

활동 내용 3D 형상 모델링 한 것을 2D 도면으로 작성해 보자.

(29)

3-5. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 [과목명 : 전자회로 ]

학습 과정

도입 (10 분)

ET https://youtu.be/pmRKsJBH19o

(12V LED 모듈과 디밍 컨트롤러로 빛 밝기 조절 색 맞추기)

Co 조명기구를 만들 때 빛의 밝기를 조절하려면 어떻게 해야할까요? 전압과 전류 의 크기를 조절하는 방법이 있겠죠?

지난 시간에는 전기 신호의 크기가 시간에 따라 커지고 작아지는 과정을 지속적으 로 반복하는 발진과 발진 회로에 대해서 배웠습니다. 이를 잘 기억하여 오늘은 펄스 회로에 대해 배워보도록 하겠습니다.

동영상

Tip!

전개 (80 분)

Co 오늘 만들어 볼 회로는 NE555 를 활용한 비안정 멀티바이브레이터 회로입니다.

이 회로를 꾸미면 여러분은 2 개의 LED 가 서로 교차하여 점멸하는 모습을 보게 될 것입니다. 관련 동영상 보고 설명을 이어가도록 하겠습니다.

ET https://www.youtube.com/watch?v=S_vdYCrTDdY

(How to make ne555 Led flasher, diy electronics project P1)

선생님이 만든 학습지로 펄스회로에 대한 기초를 알아보고, NE555 각 핀의 용도와 비안정멀티바이브레이터 회로를 꾸미는 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.

(설명)

지금부터 앞으로 나와서 필요한 부품을 가져가고, 회로를 꾸며보도록 하겠습니다.

혹시 어려운 부분이 있으면 선생님을 불러서 질문해주세요.

(순회지도 및 수행 격려)

(수행 이후 완전동작이 된 부분에 칭찬을 해주고, 미동작인 경우 문제가 있는 부분 을 함꼐 확인함. 외관과 부품배치에 대해서도 자기평가, 동료평가, 교사평가 등 다 면 평가를 받을 수 있도록 한다.)

정리 (10 분)

퀴즈를 내보도록 하겠습니다. 우리가 지금까지 NE555 를 활용하여 만든 이 회로는 안정 상태 없이 일정한 주기로 반복하여 펄스를 만들어 내는 회로의 이름은 무엇인가요?

CD 지금까지 LED 빛의 밝기를 조절하는 법에 대해 배워봤습니다. 여러분이 지금 하고있는 리쏘페인과 연결시켜 응용하면 원하는 밝기의 빛을 내는 무드등을 함께 설치할 수 있겠죠?

(수행 이후 NE555 출력 주파수를 빠르게 설정하면 출력 전압의 평균값을 조절할 수 있고 이를 통해 디밍할 수 있다는 사실을 아래 동영상 및 잔상효과와 함께 설명한 다.)

ET https://youtu.be/Bbc37dRkpgE

(LED strip dimmer circuit using 555 ic | PWM LED dimmer)

(30)

학습 과정

도입 (10 분)

ET https://youtu.be/OIFSPWx1i60 (스위치의 종류 알아보기)

Co 스위치의 종류가 굉장히 많죠? 우리가 전자회로에서 사용하는 스위치의 종류도 많습니다. 오늘은 푸쉬버튼스위치를 활용한 회로를 구성해보고자 합니다.

지난 시간에는 비안정 멀티바이브레이터에 대해 배우고, 회로를 만들어 보았습니다.

비안정 멀티바이브레이터에 대해 기억나는 것을 말해볼까요?

그렇죠. 2 개의 LED 가 번갈아가며 점등, 즉, 깜빡깜빡 하는 회로를 구성했었습니다.

오늘은 스위치를 누르면 상태가 변화하는 단안정 멀티바이브레이터에 대해 배워보 도록 하겠습니다.

동영상

Tip!

전개 (80 분)

Co 오늘 만들어 볼 회로는 방금 말한 것과 같이 단안정 멀티바이브레이터 회로입 니다. 이 회로를 꾸미면 여러분은 푸쉬버튼 스위치를 누르면 상태가 변화하는 LED 를 보게 될 것입니다. 관련 동영상 보고 설명을 이어가도록 하겠습니다.

ET hhttps://www.youtube.com/watch?v=LLKDFnYV9gs (단안정 멀티바이브레이터 동작)

(설명)

오늘 꾸미는 회로는 지난 시간에 꾸며봤던 비안정 멀티바이브레이터보다 조금 어려 워서 우리가 요즘 하고 있는 패턴도를 먼저 그려보고 시작하도록 합시다. 지금 나누 어준 회로도와 패턴도를 보고, 패턴도의 빈 칸을 알맞게 채워보도록 하세요. 5 분 후에 선생님과 함께 빈칸의 정답을 맞춰보겠습니다.

(순회 및 질문 받기)

(5 분 후 실물 화상기를 사용하여 그리는 방법을 보여주며 정답 공개)

지금부터 앞으로 나와서 필요한 부품을 가져가고, 방금 그린 패턴도를 바탕으로 회 로를 꾸며보도록 하겠습니다. 혹시 어려운 부분이 있으면 선생님을 불러서 질문해주 세요. 납땜을 할 때에는 납연을 마시지 않도록 주의하기 바랍니다. 오늘은 지난 시 간과 달리 납땜을 하기 때문에 조금 더 주의를 갖고 수업에 임해주길 바랍니다.

(순회지도 및 수행 격려)

(수행 이후 완전동작이 된 부분에 칭찬을 해주고, 미동작인 경우 문제가 있는 부분 을 함꼐 확인함. 외관과 부품배치에 대해서도 자기평가, 동료평가, 교사평가 등 다 면 평가를 받을 수 있도록 한다.)

정리 (10 분)

퀴즈를 내보도록 하겠습니다. 오늘 제작한 단안정 멀티바이브레이터는 이 소자를 눌러야 LED 의 상태가 변화하는 것을 볼 수 있었는데요. 이 소자는 무엇일까요?

맞아요. 스위치였죠?

CD 지금까지 단안정 멀티바이브레이터에 대해 배워봤습니다. 실생활 어떤 곳에 쓰일 수 있을까요? 서로 신호를 주고 받을 때 사용해도 좋을 것 같고, 외에도 다양한 상황에 쓰일 수 있을 것입니다. 여러분들이 이 수업이 끝나면 서로 의견을 나눠보면 좋을 것 같습니다.

평가기준(성취수준)

상 단안정 멀티바이브레이터 회로를 구체적으로 설명할 수 있다.

중 단안정 멀티바이브레이터 회로를 설명할 수 있다.

하 단안정 멀티바이브레이터 회로를 부분적으로 설명할 수 있다.

(31)

4-5. 학생활동지 / 학생참고자료

알면 더 행복한

1. 펄스 회로의 개념 • 펄스/임펄스:

• 펄스 신호의 구분:

가. 펄스 회로의 파형

A : τ : T :

점유비란 : 점유비 식 : 2. 펄스 회로의 종류 및 특성

• 펄스신호의 주 사용 용도:

• 대표적인 펄스회로: 타이머 IC회로

멀티 바이브레이터( ) 가. 타이머 IC 회로 ( ):

내부 블록도 나. 멀티 바이브레이터

• 비안정 멀티바이브레이터 회로:

• 단안정 멀티바이브레이터 회로:

• 쌍안정 멀티바이브레이터 회로:

IV. 발진 및 펄스 회로 > 02. 펄스회로 (p.p. 148-167)

(32)

* NE555 비안정 멀티바이브레이터의 기본 회로

* 필요한 재료

전원 공급기 브레드보드 와이어 스트리퍼 브레드보드용 전선

R1(10kΩ) R2(10kΩ) R3(330Ω) R4(330Ω) C1(10uF) C2(0.1uF) NE555 1개 LED(빨강1, 초록1)

* 오늘 꾸밀 회로

* 탐구 결과

LED가 교대로 점멸되는 시간은?______(초)

저항과 커패시터를 바꿔가며 LED 점멸 시간을 바꿔보자.

수업 정리! 활동 만족도를

색칠하세요.

☆ ☆ ☆ ☆ ☆

(33)

과목 전자회로 차시 1

활용 내용

NE555 비안정 멀티바이브레이터 회로를 완성하시오.

활동 내용

NE555 비안정 멀티바이브레이터 회로의 동작을 활용하여 만들 수 있는 전자 제품을 생각해보고, 휴대하며 사용할 수 있는 디자인 아이디어를 고안 하여 외형 하드웨어를 스케치해 보기 .

전자 제품명 :

(34)

■ 단안정 멀티바이브레이터 회로도

■ 단안정 멀티바이브레이터 부품

부품명 규격 수량 부품명 규격 수량

트랜지스터 2SC1815 2 저항(R1,R3) 5.6

 

2

LED 적/녹 각1 저항(R2) 47

 

¹

전해 콘덴서 100

 

1 저항(R4) 33

 

1

마일러 콘덴서 0.1

 

1 저항(R5) 10

 

¹

다이오드 1S1588 1 스위치 PB-SW 1

IV. 발진 및 펄스 회로 > 02. 펄스회로 (p.p. 148-167)

(35)

■ 회로도를 보고, 아래 패턴도를 작성해보세요.

[아래 질문에 답해보세요]

Q1. 완성된 회로는 어떤 동작을 하나요?

Q2. 실생활에 적용하면 어떤 작품이 나올 수 있을까요?

(36)

- 36 -

■ 수업 활동지, 실습 지시서 작성(학생 작성 스캔 4개, 2개 )

(37)

- 37 -

3-7. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 3D 프린터용 제품 제작 학교급/학년(군) 고등학교 2 학년, 3 학년

영역

1. 엔지니어링 모델링(1903110205_17v2) 2. 3D 프린터 SW

설정(1903110207_17v2)

3. 제품 출력(1903110209_17v2)

[엔지니어링모델링]정해진 작업 순서에 따라 드로 잉(drawing)한 형상을 활용하여 입체화할 수 있다.. [3D프린터 SW설정]슬라이싱된 파일과 기타 설정 값을 기준으로 G코드를 생성할 수 있다.

[제품 출력] 고체 방식 3D 프린터는 재료를 녹여 적층하는 방식으로서, 전용 공구를 이용하여 회수 할 수 있다.

1. 3D 엔지니어링 객체 형성하기 2. G 코드 생성하기 3. 출력물 회수하기

차시 6 차시

학습목표 전기전자융합프로젝트 리쏘페인액자형 무드등을 완성할 수 있다.

연계과목 인간과 환경, 진로

과학, 기계요소설계, 전자회로

연계과목 성취기준 영역

STEAM 요소

S 리쏘페인의 과학적 원리를 알아보기

T 3D 프린팅하기 위한 슬라이싱, g-code 생성과 2D 사진을 3D 로 출력하는 설정값 찾기 E 3D CAD 프로그램을 활용하여 액자 브라켓 모델링, 3D 프린팅하기 위한 출력 설정하기 A 5V LED 바 배치, 아름답고 심플한 액자 디자인 이해하고 공감하기

M 액자 사이즈에 맞는 모델링하기 위한 치수재기, 공차 확인하기

개발 의도

3D 프린터용 제품 제작 교과를 통해 학교에서 배우는 다양한 교과와 융합하므로 융합적 사고력을 키우고, 자신의 생각을 담는 모델링을 직접하고, 프린팅하여 실용적이고, 일상 생활에 활용할 수 있는 수준의 품질의 제품을 완성하므로 학생들이 그냥 막연히 배운, 아 는 지식에서 활용하는 지식으로 사용하는 기술로 습득되도록 함. 일상의 다양한 상황에서 융합적 사고력을 키우고, 환경과 사람을 모두 생각하는 제품 제작 역량을 키우므로 직업 세계에서 보다 큰 역량을 발휘하고, 창직에도 도전할 수 있도록 함.

♣ 주요 활동 안내

1. 리쏘페인 액자형 무드등을 직접 만들 수 있도록 관련 영상을 보고 이해하기

2. 2D 사진을 활용하여 3D로 출력하기 위해 최적의 리쏘페인 설정값을 알고, 적용하기 3. 방수형 5V LED바를 인두기와 납을 활용하여 직렬회로로 배선하고 동작하기

4. 적당한 거리를 두어 은은한 빛을 내도록 액자브라켓을 직접 3D CAD로 모델링하기 5. 글루겐을 활용하여 조립을 완성하고 220V 콘센트에 꽂아 ON, OFF 동작을 확인한다.

상황 제시

상 황 제 시

3D 프린팅으로 만들 수 있는 실용적이고, 판매 가능한 제품은 없을까?

창 의 적 설 계

추억이 담긴 소중한 사진을 생각해보고, 출 력하여 어떤 추억이 담긴 사진이 서로 나 누고, 공감한다.

누군가에게 선물하고 싶은 사진액자가 있는 지 나누어 본다.

감 성 적 체 험 유투브를 활용하여 검색하고 학

과 기술을 활용하여 완성한다.

리쏘페인 설정값을 찾고 적용하 여 가장 섬세한 3D 출력물을 만 든다.

5V LED 바의 허용전류를 확인하 여 배선할 때 적절한 두께의 전 선을 활용한다.

감성적 체험 학습

과정

학습자료 및 유의점 도입

(10 분)

Co 유투브를 활용하여 다양한 3D프린팅으로 만든 리쏘페인 무드등을 감상한다.

CD 팀별로 역할을 정하고, 직접 만들기 위한 방법을 찾는다

동영상

Tip!

(38)

- 38 - 전개

(240 분)

Co

활동 1. 소중한 사진 1 장을 준비하고 액자 사이즈에 맞는 3D 을 만들기 위한 리쏘페인 설정값을 찾고, 슬라이싱하여 g-code 생성 ( 50 분)

CD

사진과 g-code 파일을 수업 카페에 탑재한다.

- 유투브 강의들을 활용하여 최적의 리쏘페인 설정값을 찾는다.

- 액자 사이즈를 측정하고 출력할 사진 사이즈를 결정한다.

- 슬라이싱하고, 플랫폼 설정하고, g-code를 생성한다.

- 3D 프린팅 하기

Co

활동 2. LED 바의 밝기가 은은하여 실내에서 활용될 수 있도록 무드등을 제작하기 위해 액자 브라켓을 직접 측정해보고, 3D CAD 로 모델링하기 (70 분/ 프린팅: 5 시간)

CD

액자브라켓을 모델링하고, g-code생성과 3D프린팅하기

- 자를 활용하여 다양한 거리를 측정해보고 가장 적당한 거리를 결정 - 액자 브라켓을 3D CAD로 모델링함.

- 슬라이싱하여 g-code생성과 3D프린팅하기

Co

활동 3. 방수형 5V LED 바 배선하고, 도통 확인하기 (120 분)

CD

재료를 받고, 극성을 확인하여 배치하고 인두기를 활용하여 배선을 완성하기 -인두기, 납, 스탠드, 스폰지를 준비하고 안전 사항을 숙지한다.

- 환기를 잘 시키도록 환풍기, 창문을 열어 놓는다.

- 배선을 할 때 극성을 확인하여 정확히 하도록 한다.

ET

완 성후에 전원 SUPPLY에 5V을 맞추고, 도통 확인하여 보람과 기쁨을 느낌.

동작이 부분적으로 되거나 잘 안되는 다른 친구들을 도와줌.

정리 (60 분)

Co

활동 4. 팀별 완성된 작품을 전시하기 (60 분)

ET

프린팅하고, 제작한 재료들을 글루건을 활용하여 깨끗하게 마감 하여 완성하고, 팀별 작품을 전시한다.

-