․ 문성환(서울교육대학교) ․ 김성원(이화여자대학교)

(1)

(2)

■ 연구진

․ 최유미 (이화여자대학교) ․ 문영순 (이화여자대학교) ․ 홍성욱 (이화여자대학교) ․ 조수진 (이화여자대학교)

■ 자문

․ 문성환(서울교육대학교) ․ 김성원(이화여자대학교)

■ 소스 이미지 제공 및 어플리케이션 개발

․ EBS, (주)그래피직스

■ 보조연구진

․ 최원선(이화여자대학교) ․ 최선명(이화여자대학교) ․ 한지윤(이화여자대학교)

■ 발간일

2014. 12. 20

(3)

2014 융합인재교육(STEAM) 프로그램 - 고등

고등학교 STEAM 1

애니메이션 속 뉴턴의 운동법칙 5

1. 주제개요 ··· 6

2. 학습목표 ··· 6

3. STEAM 과목 요소 ··· 6

4. STEAM 단계 요소 ··· 7

5. 프로그램 지도안 총괄표 ··· 8

6. 평가계획 ··· 12

7. 학습내용 ··· 14

1단계. 준비하기 ··· 14

2단계. 생각 열기 ··· 16

3단계. 생각 펼치기 ··· 18

4단계. 생각 다지기 ··· 21

5단계. 생각 되돌아보기 ··· 23

(4)

2014 융합인재교육(STEAM) 프로그램 - 고등

고등학교 STEAM 2

뉴턴의 증강현실 24

1. 주제개요 ··· 25

2. 학습목표 ··· 25

3. STEAM 과목 요소 ··· 26

4. STEAM 단계 요소 ··· 26

5. 프로그램 지도안 총괄표 ··· 27

6. 평가계획 ··· 33

7. 학습내용 ··· 35

1단계. 준비하기 ··· 35

2단계. 생각 열기 ··· 44

3단계. 생각 펼치기 ··· 49

4단계. 생각 다지기 ··· 52

5단계. 생각 되돌아보기 ··· 67

(5)

2014 융합인재교육(STEAM) 프로그램 - 고등

고등학교 STEAM 3

증강현실을 이용한 뉴턴학습 어플 개발 69

1. 주제개요 ··· 70

2. 학습목표 ··· 70

3. STEAM 과목 요소 ··· 71

4. STEAM 단계 요소 ··· 71

5. 프로그램 지도안 총괄표 ··· 71

6. 평가계획 ··· 77

7. 학습내용 ··· 79

1단계. 준비하기 ··· 79

2단계. 생각 열기 ··· 90

3단계. 생각 펼치기 ··· 92

4단계. 생각 다지기 ··· 95

5단계. 생각 되돌아보기 ··· 97

(6)

(7)

고등학교 STEAM 1

애니메이션 속 뉴턴의 운동법칙

(8)

1. 주제개요

스마트 매체의 등장으로 우리의 일상도 하루가 다르게 변화하고 있다. 학생들을 비롯한 대부분의 사람들이 스마트기기를 보유하고 있으며, 기존에는 값 비싼 장비들로만 실습할 수 있었던 영상편집을 비롯한 많은 작업들을 손 안의 스마트폰 안에서 간단히 해결하고 있다.

본 프로그램은 뉴턴의 운동법칙이라는 과학의 중요한 원리를 애니메이션의 원리와 결합 하여 학생들이 직접 응용 작품을 제작하는 융합교육 수업으로 스마트기기를 사용하여 손 쉽게 스톱모션 애니메이션을 제작하여 많은 학생들이 쉽게 문제해결과정을 거쳐 결과물 을 제작할 수 있도록 하였다.

더불어 본 프로그램은 증강현실기술이라는 테마를 바탕으로 한 3단계의 프로그램 중 가 장 첫 번째의 프로그램이다. 본 프로그램을 통하여 뉴턴의 운동법칙에 대한 기본 원리를 습득한 학생들은 다음 단계의 프로그램을 거쳐 뉴턴의 법칙들이 현대 첨단기술인 스마트 기기 속 기술에서도 활용되고 있음을 이해하고, 직접 제작과정을 거쳐 본 프로그램에서 제작한 결과물 영상을 담은 증강현실 콘텐츠를 제작하는 과정을 거치게 된다.

이러한 융합교육의 과정 속에서 실제 생활에서 찾아볼 수 있는 사례들을 바탕으로 보다 실제적인 교육과제를 부여하고, 진로 탐색 및 미래 융합인재를 키우고자 한다.

2. 학습목표

▶ 내용 목표

- 뉴턴의 운동 법칙을 통해 물체의 운동을 설명할 수 있다.

- 애니메이션 법칙과 연관 지어 뉴턴의 운동 법칙을 이해할 수 있다.

- 뉴턴의 운동 법칙을 설명할 수 있는 스톱모션 애니메이션을 제작할 수 있다.

▶ 과정 목표

- 아이디어 창출과 구체화, 실행, 평가의 기술적 문제 해결 활동의 과정을 알 수 있다.

- 정보 미디어 및 이동 통신 기기를 개인 생활에서 활용할 수 있다.

- 창의적인 발상을 통해 주제의 특징과 목적을 표현할 수 있다.

3. STEAM 과목 요소

▶ S(과학) : 뉴턴의 운동 법칙

▶ T/E(과학, 기술) : 스마트폰 앱을 활용하여 스톱모션 애니메이션 제작

▶ A(미술) : 애니메이션의 원리 이해, 스톱모션 애니메이션 제작

(9)

9

애니메이션 속 뉴턴의 운동법칙

4. STEAM 단계 요소

▶ 상황제시

우리가 자연스럽게 여기는 우주의 무중력 공간을 다룬 영화 속 장면들이 실제 상황에서 는 이뤄질 수 없는 장면들인 경우가 있다. 중력이 없는 우주공간에서는 우리의 상식과는 다른 상황들이 벌어지지만 우리의 눈에 자연스럽게 보이기 위해 실제와 다른 영화적 연 출을 곁들이게 된다. 상황제시 단계에서는 우주에서의 상황과 실제 우리가 사는 지구의 현상과 비교하여 보고 중력이 있는 우리 주변의 상황을 다룬 영화와 애니메이션에서의 연출을 살펴본다.

▶ 창의적 설계

창의적 설계단계에서는 뉴턴의 운동법칙의 원리에 대하여 알아보고, 사람의 움직임을 애 니메이션으로 자연스럽게 표현하기 위해 뉴턴의 운동법칙의 원리를 어떻게 활용하는지 학생들이 스스로 찾아보며 애니메이션의 법칙을 이해한다.

▶ 감성적 체험

감성적 체험 단계에서는 스마트폰을 사용하여 뉴턴의 운동법칙과 애니메이션의 법칙을

적용하여 스톱모션 애니메이션 작품을 제작한 뒤 모둠별로 발표한다.

(10)

과목 과학, 기술, 사회, 미술 총차시 3 단원 2009 개정교육과정

물리Ⅰ Ⅰ. 시공간과 우주 Ⅰ-4. 운동의 법칙

관련교과 과학 Ⅱ. 태양계와 지구 Ⅱ-2. 태양계의 역학 미술문화 III. 미술의 확장

교육과정

2009개정교육과정 제2부 과학과 문명 (1) 정보통신과 신소재

․정보를 인식하는 여러 가지 센서의 기본 작동 원리를 과학적으로 이해하고 휴대전화, 광통신 등 첨단 정보 전달기기를 통하여 정보가 다른 형태로 변 환되어 전달되는 과정을 이해한다.

물리1 (1) 시공간과 우주

․시간, 공간, 운동속도,가속도의 개념을 이해하고 이를 바탕으.로 1차원 등가 속도 운동을 이해한다.

․뉴턴의 운동법칙을 1차원 운동에 적용하고 스포츠 등에서 충격량과 운동량 변화의 관계를 이해한다.

미술문화 (2) 매체의 확장

․새로운 매체를 탐색하여 표현에 적용한다.

학습목표 1. 뉴턴의 운동 법칙을 통해 물체의 운동을 설명할 수 있다.

2. 애니메이션 법칙과 연관 지어 뉴턴의 운동 법칙을 이해할 수 있다.

흐름 문제제시&제작활동 학습자료(▶) 및 유의점(※)

<상황 제시>

‘그래비티’ 영화 속의 오류 찾기 (10분)

(1/3차시)

 영화 ‘그래비티’ 영화에서의 오류 찾기

“영화 ‘그래비티’에서는 실제 상황과 다른 주요 오류 2가지가 있습니다. 영화 예고편을 보고 어 색한 점이 무엇인지 찾아볼까요?”

1. 헬멧 유리로 얼굴이 비치게 보이지 않는다. 실제 이렇게 얼굴이 비치는 유리로 헬멧을 할 경우 태 양빛에 실명이 될 것이라고 한다. 아폴로11호 암 스트롱의 사진들을 찾아보면 거울처럼 달과 주변 배경들이 반사되어 비치는 것을 볼 수 있다.

2. 서로 줄로 연결되어 있던 두 남녀 중 한명이 줄 을 끊음으로서 멀리 떨어지며 헤어지게 되는데, 실제 상황에서는 아주 빠른 속도로 지구 속도를 돌고 있기 때문에 로켓엔진 분사처럼 아주 세게 밀쳐내어야 멀어질 수 있다고 한다. 줄을 끊는 정 도의 행동으로는 멀어지는 게 아니라 같은 속도

‣동영상, PPT

‣수업이 진행되기 전 또는 수업을 준비하는 동안 학 생들이 학생용 교재의 프 롤로그 부분을 읽을 수 있 도록 지도하면 수업 시간 을 단축시킬 수 있다. 프롤 로그에 나온 내용들은 모 두 수업과 관계가 있는 내 용이므로 뉴턴의 운동 법 칙과 잘 연관지어가며 설 명하면 학생들이 이해하는 데 도움이 될 것이다.

5. 프로그램 지도안 총괄표

(11)

11

로 똑같이 떨어지며 계속 지구를 맴돌게 될 것이 라고 한다.

“중력이 없는 우주에서는 우리의 생각과는 다 른 여러 가지 현상이 생겨난다. 하지만 영화에 서는 일반적인 상상을 벗어나지 않거나 보다 극적인 연출을 위해서 실제 상황과 과학적 원 리와는 맞지 않는 장면 설정으로 영화연출을 하는 경우가 있다. 실제 우주에서는 어떠한 현 상이 벌어지는지 알아볼까요?”

 우주에서 했던 실험들을 담은 동영상을 감상하며 물체의 운동과 힘의 관계를 생각해 볼 수 있는 기회를 제공한다.

Tip!

동영상에서는 관성의 법칙과 작용-반작용

의 법칙을 설명하는 내용이 담겨 있다. 가속도 의 법칙은 관성의 법칙과 연관 지어 설명한다.

<상황 제시>

뉴턴의 운동법칙 이해 (40분)

(1/3차시)

 모둠별 토의 과정을 통해 뉴턴의 운동 법칙에 대해 학습하기

Co.

모둠별 토의 활동을 통해 활동지에 나온 자전거의 운동에 대한 문제를 해결해 나간다.

Tip!

학생용 교재의 ‘프롤로그’에 나와 있는 우

주에서 콜라 마시기, 자기부상 열차 이야기, 소 화기로 가는 자동차, 다빈치 낙하산 이야기가 모두 뉴턴의 운동 법칙을 설명하기 위해 제시 한 내용이므로 이 내용들과 잘 연계시켜 설명 한다.

 허풍선이 과학 뉴턴편 2부에서 스톱모 션이 나오는 부분의 동영상을 보며 뉴턴의 운동 법칙의 내용을 정리한다.

- 다음 차시에 애니메이션에서 물체나 등장 인물의 운동에 대해 학습한다는 것을 알려준다.

“ 만약 우주가 아닌 우리 주변을 배경으로 한 영화나 애니메이션에서 뉴턴의 운동법칙을 지 키지 않는다면 어떻게 보일까요? 과연 애니메 이션 속에서도 뉴턴의 운동 법칙이 적용될까 요?”

‣ EBS 허풍선이 과학 쇼＇

편집영상

(12)

<창의적설계>

애니메이션의 운동 법칙 소개 및 이해

(50분) (2/3차시)

 애니메이션 감상

: 톰과 제리(Tom and Jerry) _ 피아노 콘 서트(The Cat Concerto)

Co.

애니메이션에서 현실에서 사람의 움직임을 가장 잘 표현한 부분과 현실적이지 않은 부분 을 찾아보기.

Tip!

애니메이션에서는 현실적으로 표현하기 위

해서 또는 흥미를 끌기 위해서 다양한 기법을 사용하고 있다.

 애니메이션의 12가지 법칙에 대한 소개 - 프리젠테이션을 통해 애니메이션의 12가 지 법칙에 대해 소개한다.

Co.

애니메이션의 12가지 법칙의 개념을 설명 하고 있는 동영상을 보며 각 법칙의 내용을 유 추해 본다. 모둠별로 토의한 내용을 발표한다.

 뉴턴의 운동 법칙과 애니메이션 법칙의 연관성 찾아보기

Co.

애니메이션 법칙 중 뉴턴의 운동 법칙의 내용을 담고 있는 것이 어느 것인지 알아보고, 토의한 내용을 발표한다.

 애니메이션에 적용된 법칙 찾아보기

Co.

주어진 애니메이션의 한 장면 속에 적용된 애니메이션 법칙 찾아보기 활동을 진행한다.

Tip!

새로운 애니메이션을 제시할 때, 애니메이

션의 법칙이 두드러지게 나타난 부분을 캡처하 도록 한다.

‣ 톰과 제리’ 동영상 준비, 활동지

‣ PPT,

애니메이션의 법칙을 설명 한 동영상

‣ 애니메이션에 적용된 법 칙 찾아보기 활동에서 처 음에는 하나의 법칙이 두 드러지게 적용된 부분을 제시하여 학생들이 애니메 이션 법칙을 잘 이해할 수 있도록 돕는다. 또한 애니 메이션의 한 장면에 다양 한 법칙이 제시된 장면은 수업 후반부에 제시하여 자연스러운 장면이 연출되 기 위해서는 다양한 법칙 이 함께 사용될 수 있음을 알도록 지도한다.

‣ ‘겨울왕국’과 ‘쿵푸팬더’

동영상

(13)

13

<창의적 설계>

스톱모션 제작에 대한 이해

(5분) (3/3차시)

 스톱모션 작품 감상하며 스톱모션의 제작 과정을 이해한다.

Co.

스톱모션을 제작하는 다양한 방법들을 보며 모둠의 스톱모션 제작 방법을 토의한다.

Tip!

그림을 그려가며 한 컷씩 사진을 찍는 방

식은 시간이 오래 걸리므로 자동차가 변신로봇, 닌자고(레고) 등 장남감을 이용해 제작하는 방 식을 추천한다.

<감성적 체험>

뉴턴의 운동법칙 을 적용한 애니 메이션 제작 (45분) (3/3차시)

 뉴턴의 운동 법칙 및 적절한 애니메이 션 법칙이 적용된 스톱모션 작품을 제작한다.

Co.

스톱모션으로 만들 주제(예:롤러코스터의 운 동, 그네 뛰는 사람, 장대 높이뛰기 등)를 정하고, 역할을 분담하여 스톱모션 작품을 제작한다.

Tip!

자석을 이용하여 칠판에 사물을 붙이고, 칠판

에 배경 그림을 그리거나 애니메이션 효과를 넣 으면 더 다양한 작품을 만들 수 있다.

 발표 및 평가하기

모둠별로 완성된 작품을 발표하고, 다른 모둠 학 생들은 감상 및 평가한다.

‣사물(자동차, 장난감 로봇 등), 휴대폰

‣ 제작하는데 시간이 많이 소요될 것이므로 2차시가 끝난 후 3차시 시작 전까 지 시나리오와 스톱모션 제작 방식을 정해오도록 해야 할 것이다. 스마트폰 앱을 이용하여 스톱모션을 제작하면 짧은 시간에 스 톱모션 애니메이션을 만들 수 있다.

(참고: 앱 스토어에서 ‘스톱 모션 애니메이션 메이커’라 고 검색하면 다양한 앱이 나온다.)

저장 기능이 있는 앱을 다 운 받아 스톱모션을 제작 하게 하면 학생들이 만든 작품을 교사 컴퓨터에 옮 겨 발표하게 할 수도 있다.

(14)

6. 평가계획

※ 수행, 관찰 평가

평가 영역

평가항

목 우수(A) 보통(B) 미흡(C)

감성적 체험

집중과 끈기

과제에 대한 집중력이 좋으며 과제를 끈기

있게 해결함

과제에 대한 집중력은 있으나 끈기가 부족함

과제에 대한 집중력과 끈기가 부족함

호기심 과 자신감

새로운 내용을 배우고 싶어 하며 융합적 과제를 해결할 때 어려워하지 않고 적극적으로 참여함

새로운 내용에 대해 약간의 흥미가 있으며 융합적 과제를 해결할

때 어려워하지만 참여함

새로운 내용에 대해 흥미가 거의 없으며 융합적 과제를 해결할 때

어려워하고 참여하지 않음

창의성

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정교성이 두드러지게

나타남

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정교성이 가끔씩

나타남

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성,

독창성, 정교성이 거의 나타나지 않음

창의적 설계

해결방 안 및 계획

증강현실을 이용하여 뉴턴의 운동 법칙을

설명하는 방안이 구체적이고 정확함

설명하는 방안이 부족하여 정확도가

떨어짐

설명하는 방안이 구체적이지 않고 부족함

문제해 결 과정

뉴턴의 운동 법칙을 증강현실로 표현하고

문제를 해결하는 과정이 타당함

뉴턴의 운동 법칙을 증강현실로 표현했으나

문제를 해결하는 과정이 타당하지 못하지만 문제를

끝까지 해결함

뉴턴의 운동 법칙을 증강현실로 표현하지 못하여 문제를 해결하지

못함

산출물 도출

제작한 증강현실 어플에 뉴턴의 운동법칙에 대한 융합적 사고가 잘

나타남

제작한 증강현실 어플에 뉴턴의 운동법칙에 대한

융합적 사고가 부분적으로 나타남

제작한 증강현실 어플에 뉴턴의 운동법칙에 대한 융합적 사고가 나타나지

못함

총평

(15)

15 ※ 자기 및 동료 평가

평가

방법 평가영역 평가기준

평 가

상 중 하

자기 평가

창의적 설계

v 스마트폰 속에 내장되어 있는 센서들의 과학적 원리 를 잘 이해하고 있는가?

v 스마트 폰 어플의 일반적인 사용성 평가의 절차대로 스마트 폰 어플의 사용성을 평가하는가?

v 재미 보다는 여러 가지 학습 요소를 생각하기 위하여 노력하였는가?

감성적 체험

v 모둠별로 역할 분담이 잘 되었으며 협동적으로 활동 이 이루어졌는가?

v 자신의 모둠이 사용성 평가하는 증강현실 어플에 대 해 잘 판단하고 있는가?

v 작품 발표 시 타인의 의견을 경청하고 비판적으로 수 용하는 태도를 지니고 있는가?

동료 평가

감성적 체험

※ 평가 기록지

평가 영역

이름

수행․관찰 평가 자기 평가

Contest 풍등 제작 총평

산출물

도출 창의성 진로

해결방안 설계 및 계획

호기심과 자신감

문제해결 과정

집중과 끈기

(16)

7.학습내용

1단계

준비하기

O O 신 문

The 00 Daily 20○○년 ○○월 ○○일

콜라가 거절당한 이유가 트 림?

미래 기술이 현실로! 자기부상열차 달리다

1980년대 유명한 ○○콜라 회사 는 콜라가 우주의 첫 번째 음료 수가 되기를 원했다. 이 회사는 많은 돈을 들여 미소 중력 상태 에서 이산화탄소가 녹아 있는 탄산음료를 담을 수 있는 캔을 만들었다. 그러나 우주비행사들 은 곧 탄산음료를 집에 두고 올 걸 그랬다는 후회를 하게 되었 다. 탄산음료를 마시면 트림이 나오는데 지상에서는 기체가 액 체보다 가볍기 때문에 위의 위 쪽에 모였다가 트림을 할 때 입 을 통해 밖으로 나오게 된다. 그 러나 우주에서는 모든 것이 거 의 무게가 없기 때문에 탄산음 료 안에 들어 있는 이산화탄소 가 위 속에서 다른 음식물과 함 께 섞여 있다. 따라서 우주에서 트림을 하면 이산화탄소와 함께 다른 음식물도 나오게 된다.

ⓒJakeLM@en.wikipedia.com

선로 위에 8mm 가량 떠서 달리는 도시 형 자기부상열차가 2014년 7월부터 인 천공항에서 세계 2번째로 운행을 시작 하였다. 국내 순수 기술로 제작된 것으 로 소음과 진동이 적고 경제성이 높아 녹색교통 시대를 열 것으로 기대된다. 자기부상열차는 선로를 ㄷ자 형태로 감 싸고 있는데, 선로 아래에 있는 전자석 에 전류를 흘려주면 선로와 붙으려는 성질이 생겨 열차가 위로 뜨게 된다. 바 퀴가 선로와 마찰하지 않기 때문에 운 행 중 소음이 일반 지하철의 80%에 불 과하고 진동도 거의 없다. 또한 선로와 열차의 마모가 거의 없어서 유지보수 비용도 절약할 수 있다. 세계 두 번째로 상용화된 도시형 자기부상열차는 인천 국제공항에서 용유역까지 6.1km 구간을 달리며, 당분간 무료로 운영될 예정이 다.

▶ 관성의 법칙을 설명하기 위한 내용 들

‘콜라가 거절당한 이유가 트림?’은 중력이 거의 작용하지 않는 우주에서의 생활에서 발생한 에피소드이다. 이야기 를 접하며 학생들이 우주에서는 중력이 거의 작용하지 않는다는 사실을 인지할 수 있도록 유도한 것이다. 만약에 우리 가 중력이 없는 상황에서 자전거를 탄 다면 공중에 떠서 운동할 수 있고, 그렇 게 된다면 바닥과의 마찰도 없어질 것 이다. 하지만 지구에서 중력을 없앨 수 없다. 그래서 중력과 크기가 같은 힘을 물체에 작용시켜 물체를 뜨게 만드는 방법을 사용한다. 그렇게 탄생한 것이

‘자기부상열차’인 것이다. ‘자기부상열차 는 바닥과의 마찰을 제거하였기 때문에 열차의 처음 속력이 많이 줄어들지 않 는다.’ 방식으로 이야기를 전개해 갈 수 있다.

(17)

17

증강현실! 현실과 함께하는 또 다른 세계!

ⓒJohn Craig Freeman@wikipedia.org

증 강 현 실( A u g m e n t e d Reality, AR)은 현실 세계에 3차원의 가상 이미지를 포개 하나의 영상으로 보여주는 기술을 말한다. 영화 <아이언 맨>에서 자비스에게 지형지 물이나 적에 대해 물어보면 헬맷의 디스플레이에 영상과 함께 자세한 정보를 보여준 다. 새로운 수트를 만들 때도 투명 디스플레이 뒤에 부품 을 갖다 놓으면 상세한 기능 과 수치를 보여준다. 영화 속 에서만 가능할 것 같은 증강현실 기술은 이미 우리 일상 곳곳에 스며들어와 있다. 하늘을 향 해 스마트폰을 들면 그 방향의 천구에 떠 있는 별자리를 알려주는 앱 역시 증강현실을 이용한 것이다. 최근에는 새롭게 출시된 자동차를 3D로 회전 시키며 살펴볼 수 있는 증강현실을 만들 어 광고에 활용하기도 하였다. 그 밖에 게임의 캐릭터를 소개하는 원화집 그림에 증강현실 앱 을 비추면 게임 속에 있던 캐릭터가 3D로 출현해 괴성을 지르며 무기를 휘두르는 장면이 나 와 게임 매니아에게 색다른 재미를 선사하기도 하였다. 요즘에는 증강현실을 통해 다양한 동 물들을 간접적으로 경험해 보는 체험전도 다양하게 열리고 있다. 앞으로도 증강현실 기술은 의학, 예술, 공학 분야에 많이 응용될 것으로 예상된다.

호기심이 불쑥! 상상력이 활짝!

괴짜들의 실험실 - 소화기로 가는 자동차 낙하산 500년만에 날다.

소 화 기 를 동 력 으 로 사 용 하 는 자 동 차 를 만 들 수 있 을까? 사 람 이 탈 수 있도록 개조한 손수레의 뒤쪽에 소화 기를 설치하고 소화기를 눌렀다. 어떻게 되었 을까? 소화기 분말이 발사됨과 동시에 자동차 가 앞으로 나가기 시작하여 점점 빠르게 운동 하였다. 소화기가 분말 가루를 밀어낼 때 분 말 가루도 소화기를 밀어내는 힘이 작용하게 되어 자동차가 움직일 수 있었던 것. 이로써 실험 성공! 호기심 해결!

인류가 과학적으로 설계한 최초의 낙하 산은 레오나르도 다빈치가 고안한 낙하 산일 것이다. 다빈치는 계산을 통해 한 변이 약 7m 정도면 떨어지는 속력을 늦 출 수 있다고 생각했다. 그가 실제로 이 것을 사용해 탑에서 뛰어내렸다는 전설 도 있다. 스위스의 올리비에 비에티테파 는 650m 상공에 떠 있는 헬리콥터에서 뛰어내린 뒤, 600m 지점에서 다빈치 낙 하산을 펼쳐 베른 군사공항 활주로에 안 착했다. 그는 완벽한 점프가 가능했지만 조종을 할 수가 없어 바람에 따라 착륙 지점이 결정되는게 단점이라고 했다.

▶ 관성의 법칙을 설명하기 위한 내용들

‘다빈치 낙하산’ 이야기는 지구 내에서 운동할 때는 항 상 공기저항이 작용하고 있다 는 사실을 알려주기 위해 도 입했다. 공기저항도 마찰력과 마찬가지로 물체에 작용하면 물체의 운동을 변화 시킬 수 있다.

‘이렇게 물체의 처음 운동 을 변화시키는 마찰력과 공기 저항이 작용하지 않는 상황에 서 물체가 운동한다면 물체의 운동이 변할까?’라는 질문을 던진다면 학생들은 관성의 법 칙을 명확히 이해할 수 있을 것이라 생각된다.

▶작용-반작용의 법칙을 설 명하기 위한 내용

‘괴짜들의 실험실’이라는 코너에서 이야기하는 소화기 로 가는 자동차를 작용-반작용 의 법칙을 설명하기 위해 실 어 놓은 내용이다. 모둠 토의 를 통해 소화기 자동차가 앞 으로 나아갈 수 있었던 이유 를 생각해 보도록 한다면 학 생들이 작용-반작용의 법칙을 이해하는데 도움이 될 것이다.

(18)

1단계

생각열기

▶ 그건 말이지~ 비탈길에서 내려갈 때는 중력이 작용해. 힘이 작용하는 물 체는 속력이 점점 빨라지거든. 따라서 자전거가 빨라지는 이유는 힘이 작용하 기 때문이지.

▶ 그건 말이지~ 정지해 있던 물체가 움직이려면 힘이 필요해. 하지만 운동하 던 물체는 힘이 없어도 운동할 수 있어.

멈추는 이유는 바닥과 바퀴사이에 마찰 력이 작용하기 때문이야.

▶ 상황1은 가속도의 법칙을 설명하기 위해 제시하였다. 물체의 속도가 증가하고 있을 때, 그 물체에는 알짜 힘이 작용하고 있다는 것이다.

상황2~4는 학생들이 스스로 생각해 보며 관성의 법칙을 이해할 수 있도록 유도하는 과정이다. 자전 거를 타 본 많은 학생들은 자전거의 페달을 밟아야 자전거가 일정한 속력으로 나아가므로 물체가 운동하 기 위해서는 힘을 주어야 한다고 생각한다. 그래서 마찰력과 공기저항을 차례로 없애가며 자전거가 어떤 운동을 해야 하는지를 생각해보도록 유도한 것이다. 마지막으로 학생들에게 우주에서 물체를 던졌을 때 물체가 어떤 운동을 할지 생각해 보도록 질문을 던진다. 이러한 과정을 통해 학생들이 관성의 법칙을 이 해할 수 있도록 도울 수 있다.

(19)

19

▶ 공중에 띄워도 공기저항은 작용해.

바닥과의 마찰력은 없어졌지만 공기저 항이 작용 하기 때문에 마찬가지로 자 전거는 진행하다가 결국엔 멈추게 될거 야.

▶ 그런 상황이라면 자전거는 일정한 속력으로 운동하게 될거야. 중력도 없 고, 마찰력도 없고, 공기저항도 없으니 물체에는 작용하는 힘이 하나도 없어서 등속운동을 할거야.

(20)

3단계

생각 펼치기

애니메이션의 법칙들 이해하기 ────────────────

1법칙. Squash & Stretch(누름 & 늘임)

- 애니메이션에 등장하는 캐릭터나 물체의 유연성이나 속도를 표현하기 위해 찌 그 러지거나 늘어나도록 그리는 가장 기본적인 과장 기법이다.

또는 물체가 빠르게 움직이거나 갑자기 멈추는 상황에서는 정지해 있을 때의 모 습보다 찌그러지거나 늘어나게 그린다. 캐릭터나 물체가 움직이는 속도가 더 클 수록 찌그러지거나 늘어나는 정도가 더 심해진다.

2법칙. Anticipation(예비동작)

- 어떤 행동(본동작)을 하기 전에 취하게 되는 준비동작을 의미한다. 강한 주먹을 날 리기 위해서 팔을 한껏 뒤로 빼는 권투선수의 동작, 타석에 들어선 야구 선수가 야구공을 치기 위해 야구방망이를 뒤로 뺏다가 앞으로 치는 모습들이 Anticipation 에 해당한다.

ⓒSaperaud@wikipedia.org

▶ 운동 법칙과 관련된 애니메이션의 원리들

** 작용과 반작용의 법칙 - 공이 벽에 부딪히는 순간 벽은 날라오는 공을 막는 동 시에 공이 튀어나갈 수 있는 힘이 작용한다.

** 관성의 법칙

물체는 외적 힘이 작용하지 않는 한 정지하거나 운동 상 태를 지속한다.

- 자연상태의 모든 물체는 그 자체의 무게, 구조, 유연 성의 정도를 가진다.

- 애니메이션에서는 물체의 무게를 과장하는 것이 아니 라 특별한 방법으로 움직이 도록 무게의 경향을 과장한 다.

- 생명력이 없는 물체는 아 무런 외적 반응 없이 움직일 수 없으며 살아있는 모든 유 형의 움직임에는 반드시 원 인과 결과가 뒤 따른다.

(21)

21

3법칙. Follow through & Overlapping(따라오기 & 겹치기)

- 물체의 일부가 물체의 다른 부분이 멈춘 후에 조차도 지속적으로 움직이는 모습을 나타내는 것을 말한다. 움직이던 다람쥐가 정지했는데도 꼬리는 지속적으로 운동 하다가 나중에 멈추게 된다. 이런 움직임들의 경우 시간적 차이를 보여주어야 어 색한 느낌을 가지지 않게 되므로 Follow through라고 한다.

ⓒJanke@wikipedia.org

[ Follow through – 꼬리가 몸과 시간적 차이를 두고 움직임 ]

4법칙. Slow in & Slow out(빨라짐 & 느려짐)

- 관성에 의해 물체가 서서히 빨라지거나 서서히 느려지는 운동 상태를 표현한 것이 다. 정지해 있던 물체가 움직인 후 다시 정지할 때, 물체 운동의 시작과 끝 근처에 서는 더 많은 프레임을 추가하고, 운동 중간에서는 프레임을 적게 추가한다. 이것 은 점점 빨리 움직이는 물체는 이동거리를 크게 하고, 점점 느려지는 물체는 이동 거리를 작게 표현하기 위함이다.

ⓒMichalMaggs Edit by Richard Bartz@wikipedia.org

(22)

5법칙. Secondary Action(2차 동작 또는 부수적인 동작)

- 등장인물이 움직일 때, 망토나 긴 머리카락 등과 같이 의지에 관계없이 부수적으로 따라 움직이는 것을 말한다. 등장인물이 쓰고 있는 모자나 동물의 꼬리와 같은 경 우 등장인물의 주된 움직임에 대해 부수적으로 움직이게 된다.

6법칙. Timing

- 애니메이션에서 물체의 동작이나 행동에 할애되는 시간이나 프레임의 수를 의미한 다. 속도가 느린 물체의 경우 프레임을 많이 할당해 물체가 이동하는 거리를 작게 하고, 속도가 빠른 물체의 경우 프레임을 적게 할당해 물체의 이동거리가 크게 나 타날 수 있도록 한다.

7법칙. Arcs(호)

- 물체의 자연스러운 움직임은 직선이 아니라 부드러운 곡선을 따라 나타난다.

(23)

23

(24)

▶스톱모션을 제작할 때 유의할 점 (1) 스톱모션 제작 앱

‘애니메이션 메이커 Pro’

- 유료 버전과 무료 버전이 있다. 무 료 버전만으로도 간단한 스톱모션 애니 메이션을 제작하는데 전혀 지장이 없다.

하지만 제작한 작품을 스마트폰 이외의 다른 기기에 동영상 파일로 저장하는 기능이 없다. 따라서 모둠별로 제작한 작품을 발표할 때는 스마트폰의 화면을 미러링하여 TV화면에 연결하여야 한다.

(2) 앱을 이용하지 않고 스톱모션을 만 들기

- 휴대폰 또는 디지털카메라를 이용 해 각각의 정지 화면을 사진으로 찍은 후 동영상 제작 프로그램을 이용하여 스톱모션 애니메이션을 만들 수도 있다.

다만 사진을 찍은 후 동영상으로 제작 하는 시간이 추가로 소요되므로 수업 시간을 더 길게 계획하여야 한다.

(25)

25

(3) 정지 화면을 찍을 때 스마트폰이 좋을까, 디지털카메라가 좋을까?

- 스마트폰에 있는 카메라를 사용할 때와 DSLR과 같은 고급 카메라를 사용 할 때 차이점이 있을까? 스톱모션을 많 은 정지화면을 이어 붙여 움직임을 만 든다. 이때 이어지는 사진들의 밝기나 채도가 변하면 애니메이션으로 만들었 을 때 어색하다는 것을 알 수 있을 것 이다. 스마트폰에 있는 카메라는 DSLR 과 같은 고급 카메라에 비해 대상물체 의 밝기나 채도 변화를 감지하는 기능 이 부족하기 때문에 배경이나 대상물체 의 밝기나 채도를 일관성 있게 찍어낸 다. 하지만 DSLR과 같은 고급 카메라는 작은 변화를 감지하고 이를 보정하기 때문에 사진을 찍을 때마다 대상 물체 의 밝기나 채도가 변한다. 이를 방지하 기 위해서 DSLR을 이용할 때는 초점을 자동으로 맞추는 기능을 사용하지 말고, 수동 조정을 통해 사진을 찍으면 된다.

▶ 학생용 교재는 스톱모션 제작을 위한 시나리오 작성, 발표자료 작성, 증강현실을 적용한 스톱모션 제작 아이디어 작성의 내용으로 이루어져 있다. 스톱모션의 제작 및 발표만 실시하기에도 수업 시간이 부족할 것으로 예상되므로 시 나리오 작성은 수업 전에 과제로 주는 것이 적절한 방법일 것이다. 또한 증강현실을 적용한 스톱모션 제작 아이디어 를 작성해 보라고 한 이유는 학생들이 참여하는 수업이 증강현실을 학습하는 프로그램임을 인지할 수 있도록 유도하 기 위한 것이다. 나중에 증강현실을 제작할 때, 그 증강현실이 현실성과 대중성을 지니기 위해서는 적절한 뉴턴의 운 동 법칙과 애니메이션 법칙이 적용되어야 함을 알려주어야 한다.

(26)

(27)

고등학교 STEAM 2

뉴턴과 증강현실

(28)

1. 주제개요

스마트 매체의 등장으로 우리의 일상도 하루가 다르게 변화하고 있다. 학생들을 비롯한 대부분의 사람들이 스마트기기를 보유하고 있으며, 이제 곧 디지털 교과서의 등장으로 학생들의 교육도구로써의 스마트기기 활용은 더욱 많아질 것이다.

본 프로그램은 증강현실기술이라는 테마를 바탕으로 한 3단계의 프로그램 중 두 번째의 프로그램이다. 아이들에게 생소한 증강현실기술의 개념을 이해시키고, 실제 뉴턴의 운동 법칙 등을 적용하여 만들어진 기술인 GPS, 자이로 센서 등의 첨단 기술의 개념을 설명한 다. 또한 이 프로그램에서는 실제 사람들에게 쓰이고 있는 GPS 기반 증강현실 어플들을 실제로 체험해보고 개선점과 장점을 분석하는 사용자평가를 실행하게 된다. 실제 산업 현 장에서 많이 쓰이는 사용자 평가를 직접 실행해 봄으로써 그 방법과 목적, 그리고 자신이 실행한 사용자 평가를 바탕으로 개선된 문제해결 방안을 발상해 내는 법을 배우게 된다.

더불어 본 프로그램의 증강현실 사용자 평가를 통해 현 애플리케이션 시장의 흐름을 파 악한 학생들은 다음 단계의 프로그램을 통해서 직접 증강현실 콘텐츠를 제작하는 과정을 거치게 된다.

이러한 융합교육의 과정 속에서 실제 주변에서 바로 찾아볼 수 있는 사례들을 바탕으로 문제파악 능력과 분석을 통한 개선점 도출 등의 실질적인 문제해결 능력을 신장할 수 있 으며, 앞으로의 진로 탐색에서 보다 구체적인 방향 제시가 될 수 있을 것이다.

2. 학습목표

▶ 내용 목표

- 뉴턴의 운동 법칙과 그에서 비롯한 GPS, 자이로센서, 가속도 센서 등의 첨단 기술들 과의 관계를 이해할 수 있다.

- 사용성 평가의 개념을 알고 그 절차를 수행할 수 있다.

- 실제 사용되고 있는 스마트폰 애플리케이션들을 직접 실행하며 이를 바탕으로 새로 운 애플리케이션을 만들기 위한 개선점을 도출해낼 수 있다.

▶ 과정 목표

- 정보 미디어 및 이동 통신 기기를 개인 생활에서 활용할 수 있다.

- 주어진 문제를 파악하고 사례조사를 바탕으로 주어진 문제의 해결점을 찾아내는 방

법을 이해할 수 있다.

(29)

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뉴턴과 증강현실

3. STEAM 과목 요소

▶ S(과학) : 뉴턴의 운동 법칙

▶ T/E(과학, 기술) : GPS, 자이로센서, 가속도 센서 등의 스마트폰 기술, 증강현실 기술

▶ A(미술) : 새로운 매체로의 확장

▶ M(수학) : 자료를 분석하는 과정에서 통계를 이용한 객관적 수치 제공

4. STEAM 단계 요소

▶ 상황제시

애니메이션을 통하여 뉴턴의 운동법칙을 이해하고 현대의 스마트폰 기술에서 운동법칙이 활용되고 있는 사례들을 파악한다. 미지의 공간에서 스마트폰을 통하여 위치를 파악해야 하는 상황을 제시함으로써 학생들이 스마트폰을 사용하여 스스로 문제를 해결하는 방법 을 고안해내도록 한다.

▶ 창의적 설계

창의적 설계단계에서는 GPS와 자이로센서, 가속도 센서 등의 기술의 원리와 뉴턴의 운동 법칙과의 연관성에 대하여 알아보고, 증강현실 애플리케이션을 실제로 체험한다. 사용성 평가의 개념을 알아본다.

▶ 감성적 체험

감성적 체험 단계에서는 그룹을 이루어 증강현실 애플리케이션을 선정하고 해당 애플리

케이션들을 직접 사용해보며 장단점을 분석하고 개선점을 찾아내는 활동을 통해 종합적

인 안목에서 문제를 파악하고 해결하는 능력을 갖출 수 있도록 한다.

(30)

과목 과학, 기술 총차시 3

단원

2009 개정교육과정 과학-시간,공간,운동 과학-정보통신과 신소재

관련교과 사회-과학기술의 발달과 정보화 미술문화 (2) 매체의 확장

교육과정

2009개정교육과정

사회-과학기술의 발달과 정보화

․현대 기술 및 정보화가 일상 생활에 미치는 영향과 그 문제점을 알아보고 해결책을 모색한다.

물리1 (1) 시공간과 우주

․시간을 측정하는 다양한 방법을 알고, 시간 표준의 의미와 확립과정을 이해 한다.

․시간, 공간, 운동속도,가속도의 개념을 이해하고 이를 바탕으.로 1차원 등가 속도 운동을 이해한다.

․뉴턴의 운동법칙을 1차원 운동에 적용하고 스포츠 등에서 충격량과 운동량 변화의 관계를 이해한다.

미술문화 (2) 매체의 확장

․새로운 매체를 탐색하여 표현에 적용한다.

학습목표

1. 뉴턴의 운동법칙의 기본 개념에 대해 이해한다.

2. 뉴턴의 운동법칙과 자이로센서, 가속도센서, GPS 등 현대 기술과의 관계 를 이해한다.

3. 사용성 평가의 개념을 알고 그 절차와 이해하고 수행할 수 있다.

4. 증강현실과 GPS 등 첨단 기술을 활용한 다양한 스마트폰 어플에 대해 조 사하고, 현대 기술이 일상생활에 미치는 영향과 문제점을 알아본다.

흐름 문제제시&제작활동 학습자료(▶) 및 유의점(※)

<상황 제시>

뉴턴의 운동법칙 의 이해

Co.

성공적인 첫 데이트를 하기 위해서 갖추어 야 할 능력

Tip!

미지의 공간에서 스마트폰을 이용하여 정

보를 얻어야 할 필요성을 알려준다.

“첫 데이트를 위해 스마트폰 앱으로 좋은 데이 트 장소에 대한 정보를 찾아보려 합니다. 내가 있는 위치를 자동으로 알아서 목적지까지 가야

‣ 상황제시문

‣ 교사용자료 GPS원리 증강현실원리 가속도센서 자이로센서

5. 프로그램 지도안 총괄표

(31)

31

<상황 제시>

스마트폰을 통하여 정보를 얻는 방법 (20분) (1/3차시)

할 방법을 알려주는 앱부터 스마트폰의 카메라 를 비추면 내 주변의 명소들을 알려주는 앱까 지 수많은 앱들이 있다. 이 앱은 어떠한 원리들 을 사용한 것일까요? 또한 수많은 앱들 중에서 어떠한 앱을 써야 할까요? 주변에서 추천을 받 자니 어떤 사람들은 너무도 좋다고 하고 어떤 사람들은 사용하기 불편하다고 한다. 사람들이 말하는 좋은 앱은 무엇일까요? 나에게 맞는 앱 을 찾아서 사용하기 위해서는 어떠한 점들을 살펴봐야 할까요?”

 뉴턴 운동법칙이 적용된 첨단기술을 사 용한 스마트폰 어플을 찾아 각 어플에 사용된 원리를 이해하기

- 위성전파의 오류로 인해 모든 사람들의 휴대 폰 시간이 망가진 사건에 대한 뉴스 살펴보기 - 위성으로 인해 GPS 기술을 사용하여 스마트 폰을 이용한 다양한 서비스를 받을 수 있음을 이해하기

 EBS 허풍선이 과학쇼 애니메이션 (아이작 뉴턴과 우주의 힘 2부)

Tip!

뉴턴의 운동법칙이 무엇인지에 대한 생각

을 학생들이 가질 수 있도록 소개함.

- 힘은 무엇인가요?

- 물체에 힘이 작용하면 물체는 어떻게 변하나 요?

- 작용력과 반작용력은 어떤 관계인가요?

‣ EBS 허풍선이 과학 쇼＇

편집영상

‣

http://news.naver.com/main/re ad.nhn?mode=LSD&mid=sec&

sid1=103&oid=015&aid=0002 403954

뉴턴의 운동법칙 이 활용된 스마 트폰 기술들 (30분) (1/3차시)

Co.

GPS의 원리 이해하기

- GPS를 이용하여 위치를 찾을 수 있는 원리 이해하기

- GPS 원리를 이용해서 할 수 있는 일은 무엇 이 있을까?

‣ 스마트폰

GPS, 증강현실, 자이로 센 서 및 가속도 센서의 개념 을 명확하게 알 수 있도록 관련 자료를 제시한다.

(32)

- 뉴턴의 관성의 법칙으로 인공위성이 가능, GPS 기술 사용 가능함을 이해하기

- 관성의 법칙으로 자이로센서 사용 가능함을 이해하기

Co.

증강현실 기술 이해하기 - 증강현실 기술의 원리 이해하기

- 증강현실 기술을 이용해서 할 수 있는 일은 무엇이 있을까?

Co.

자이로센서와 가속도센서 등의 현대 기술 에 뉴턴의 중력과 가속도 법칙이 적용된 개념 찾기

- 자이로 센서 작동 원리 이해하기 - 가속도 센서 작동 원리 이해하기

Co.

GPS 응용한 스마트폰 어플 검색하기

Co.

자이로 센서 및 가속도 센서를 응용한 스마트폰 어플 검색하기

증강현실 어플 소개 (10분) (2/3차시)

‘ 새빈이는 데이트를 위하여 새로 구입한 스마 트폰의 앱들을 이용해보려고 한다. 다음 상황에 서는 어떠한 앱을 사용하는 것이 맞을까?

1. 데이트 코스 짜기

2. 고백하기 위한 깜짝 메시지 카드 만들기‘

 증강현실 원리를 응용한 어플을 소개한다.

( Colar Mix )

Tip!

증강현실 기술이 스마트폰에서 어떤 방식

으로 구현되는지 직관적으로 보여주도록 한다.

- Colar Mix 어플에서의 화면이 일반 카메라 화면과의 차이점은?

- 증강현실 기술의 종류

1. GPS를 이용한 위치 기반 인식 기술 2. 마커를 이용한 이미지 기반 인식 기술 - 증강 현실 기술의 특징을 찾아보자!

‣ Colar Mix 어플

‣ 상황제시문

데이트 코스 찾기 -> 위치기반 카드 만들어주기 -> 이미지 기 반

‣ 교사용자료

‣ 사용성평가방법

‣ 스마트폰

‣ 다양한 스마트폰 어플에 대해 탐색할 수 있도록 정 보를 제공한다.

(33)

33

사용성평가에 대 한 소개

(40분) (2/3차시)

- 두 기술의 차이점은 무엇일까?

Co.

소비자가 만족할 수 있는 어플을 개발하 기 위해 필요한 과정

Tip!

사용성 평가 과정은 개발자가 개발 과정에

서 생각하지 못했던 것을 찾아내는 과정이며 소비자 입장에서는 개발자가 소비자에게 더 필 요한 제품을 만들어 가도록 하게 하는 과정이 다.

 사용성 평가의 개념을 알아보고 실제 기업에서 사용성 평가를 실시하는 사례들을 알 아본다.

Co.

사용성 평가의 개념 알기

- 사용성 평가란 무엇이며, 구체적 과정은 무엇인가?

Tip!

사용성 평가는 현재의 문제점을 인식하고,

문제를 해결하기 위한 개선점 및 새로운 아이디 어발상으로 가기 위한 과정이다.

현재 제품의 문제점을 찾거나 현재 마켓 트렌 드 리서치 및 분석, 뒷부분 테스트 평가나 최종 제작 후 평가 등의 단계에서 사용성 평가가 다 양하게 쓰여지고 있다.

Tip!

디자인프로세스 과정을 참고하면 제품을 개

발하기 위한 전체의 과정을 이해할 수 있다.

- 문제의 정의: 목적과 타깃을 잡음 - 타깃과 시장 리서치와 분석 - 최초의 아이디어 구상 - 디자인 발전 및 다듬기 - 테스트 및 평가

- 최종 제작

Co.

증강현실 기술을 원리를 응용한 스마트폰 어플 검색하기

1. 위치기반 -Across Air, Spyglass, Colar Mix 2.이미지기반-Augment3D, Snapshop, Star chart, Theodolite

(34)

Co.

첨단의 스마트폰 어플이 일상생활에 미치 는 영향과 문제점 찾기

증강현실 애플리케이션 (10분) (3/3차시)

 증강현실 원리를 응용한 어플을 소개한다.

(Augment - 3D Augmented Reality)

Tip!

증강현실 기술이 우리 생활에 어떤 영향

을 끼칠지 생각하게 한다.

- Augment - 3D Augmented Reality 어플을 사용하게 되었을 때 우리 생활의 변화는?

‣ Augment - 3D

Augmented Reality 어플

<감성적 체험>

증강현실

애 플 리 케 이 션 의 사용성 평가 (40분) (3/3차시)

‘새빈이는 데이트를 위하여 명소와 맛집 등의 데이트코스에 대한 정보를 얻을 수 있는 앱과 메시지 카드를 만들 수 있는 증강현실 앱을 다 운 받으려 한다. 여러 가지 어플들 중 어떠한 앱을 써야 할까? 주변에서 추천을 받거나 광고 를 보고 선택한 앱은 막상 내가 써보니 불편한 점이 몇 가지 있다. 사람들이 말하는 좋은 앱은 무엇일까? 나에게 맞는 앱을 찾아서 사용하기 위해서는 어떠한 점들을 살펴봐야 할까?’

Co.

소비자가 만족할 수 있는 어플을 개발 하기 위해 필요한 과정

Tip!

증강현실을 응용한 스마트폰 어플

 증강현실을 응용한 스마트폰 어플을 제시하고 이 어플들에 대해 사용성 평가를 실 시한다.

4인 1조의 그룹을 편성한다.

- 위치기반 -Across Air, Spyglass, Colar Mix 이미지기반-Augment3D, Snapshop, Star chart, Theodolite

앞서 검색한 증강현실 응용 어플들 중 1개를

‣ 상황제시문

데이트 코스 찾기 -> 위치기반 카드 만들어주기 -> 기반

‣ 교사용자료

‣ 사용성평가방법

‣ 스마트폰

‣ 장점과 단점을 구분하도 록 하고 단점에 대해서는 개선사항을 찾을 수 있도 록 한다.

‣ 위치기반 애플리케이션이 외국 것이 많기 때문에 우리나 라 위치정보와는 맞지 않는 경 우들도 있다. 그런 사실들도 학 생들이 분석하기 위한 특징이 될 수 있다.

(35)

35

선택하여 직접 설치하여 사용한다.

- 선택한 어플의 장점과 단점을 기록하며, 사용자 입장에서 필요한 개선이 필요한 사항들 을 기록하여 본다.

각종 어플에 대한 사용성 평가의 내용을 발표 한다.

(36)

6. 평가계획

※ 수행,관찰 평가

평가 영역

평가항

목 우수(A) 보통(B) 미흡(C)

감성적 체험

집중과 끈기

과제에 대한 집중력이 좋으며 과제를 끈기

있게 해결함

과제에 대한 집중력은 있으나 끈기가 부족함

과제에 대한 집중력과 끈기가 부족함

호기심 과 자신감

새로운 내용을 배우고 싶어 하며 융합적 과제를 해결할 때 어려워하지 않고 적극적으로 참여함

새로운 내용에 대해 약간의 흥미가 있으며 융합적 과제를 해결할

때 어려워하지만 참여함

새로운 내용에 대해 흥미가 거의 없으며 융합적 과제를 해결할 때

어려워하고 참여하지 않음

창의성

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정교성이 두드러지게

나타남

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정교성이 가끔씩

나타남

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성,

독창성, 정교성이 거의 나타나지 않음

창의적 설계

및 계획

설명하는 방안이 구체적이고 정확함

설명하는 방안이 부족하여 정확도가

떨어짐

설명하는 방안이 구체적이지 않고 부족함

문제해결 과정

뉴턴의 운동 법칙을 증강현실로 표현하고

문제를 해결하는 과정이 타당함

뉴턴의 운동 법칙을 증강현실로 표현했으나

문제를 해결하는 과정이 타당하지 못하지만 문제를

끝까지 해결함

뉴턴의 운동 법칙을 증강현실로 표현하지 못하여 문제를 해결하지

못함

산출물 도출

제작한 증강현실 어플에 뉴턴의 운동법칙에 대한 융합적 사고가 잘

나타남

제작한 증강현실 어플에 뉴턴의 운동법칙에 대한

융합적 사고가 부분적으로 나타남

제작한 증강현실 어플에 뉴턴의 운동법칙에 대한 융합적 사고가 나타나지

못함

총평

(37)

37 ※ 자기 및 동료 평가

평가

방법 평가영역 평가기준

평 가

상 중 하

자기 평가

창의적 설계

v 스마트폰 속에 내장되어 있는 센서들의 과학적 원리 를 잘 이해하고 있는가?

v 스마트 폰 어플의 일반적인 사용성 평가의 절차대로 스마트 폰 어플의 사용성을 평가하는가?

v 재미 보다는 여러 가지 학습 요소를 생각하기 위하여 노력하였는가?

감성적 체험

v 자신의 모둠이 사용성 평가하는 증강현실 어플에 대 해 잘 판단하고 있는가?

v 작품 발표 시 타인의 의견을 경청하고 비판적으로 수 용하는 태도를 지니고 있는가?

동료 평가

감성적 체험

※ 평가 기록지

평가 영역

이름

수행․관찰 평가 자기 평가

해결방안 총평 및 계획

호기심과 자신감

문제해결 과정

집중과 끈기

산출물

도출 창의성 진로

설계

(38)

7. 학습내용

(39)

39

더 읽을 자료 ─────────────────────────────────────────

1. 뉴턴의 운동법칙

① 운동의 제1법칙: 관성의 법칙 ② 운동의 제2법칙: 힘-가속도의 법칙 ③ 운동의 제3법칙: 작용-반작용의 법칙

(가) 운동의 제1법칙: 물체에 힘이 작용하지 않거나 외력이 작용하지 않으면 (F=0이면) 물체는 운동 상태 를 바꾸지 않는다(a=0 이다). 제1법칙의 진정한 뜻은 "우주에 관성계라고 불릴만한 좌표계가 존재 한다"는 것이다. 관성계란 '정지해 있는 물체가 계속 정지해 있고 등속도 직선 운동하는 물체가 계 속 같은 방향으로 같은 속도로 직선 운동하는 것으로 보이는' 좌표계를 말한다. 실제로 지구에서 멀리 떨어진 별에 대해 정지해 있는 좌표계를 관성계로 볼 수 있다. 그리고 어느 관성계에 대해 정지해 있거나 등속도 직선 운동하는 좌표계도 역시 관성계이다. 지구의 자전 및 공전 가속도는 매우 작으므로 지구도 관성계로 볼 수 있다.

(나) 운동의 제2법칙: 물체에 외력이 작용하면 (F≠0이면) 물체는 운동 상태가 변한다.(a≠0 이다). 이 때 생기는 가속도는 가해준 힘의 크기에 비례하고 물체의 질량에 반비례한다. 가속도는 시간을 재는 시계와 거리(길이)를 재는 자만 있으면 쉽게 측정할 수 있다. 이를테면 타점시간기록계를 써서 빗 면을 내려오는 장난감 자동차의 가속도를 재는 실험을 생각해보면 알 수 있다.

(다) 운동의 제3법칙(작용·반작용의 법칙): 물체 A가 물체 B에 작용한 힘(작용)과 같은 크기의 힘(반작용) 을 물체 B가 물체 A에 미친다. 작용과 반작용은 서로 방향이 반대이고 같은 작용선상에 위치한다.

2. GPS의 원리

GPS(Global Positioning System 글로벌 포지셔닝 시스템) 또는 범지구위치결정시스템은 현재 완전하게 운 용되고 있는 유일한 범지구위성항법시스템이다. 미국 국방부에서 개발되었으며 공식 명칭은 NAVSTAR GPS(NAVSTAR는 약자가 아님 그러나 종종 NAVigation System with Timing And Ranging 이라고 하기 도 한다. )이다. 무기 유도, 항법, 측량, 지도제작, 측지, 시각동기 등의 군용 및 민간용 목적으로 사용되고 있다.

GPS에서는 중궤도를 도는 24개(실제는 그 이상)의 인공위성에서 발신하는 마이크로파를 GPS 수신기에서 수신하여 수신기의 위치벡터를 결정한다.

GPS 위성은 미국 공군 제50우주비행단에서 관리하고 있다. 노후 위성의 교체와 새로운 위성 발사 등 유 지와 연구, 개발에 필요한 비용은 연간 약 7억5천만 달러에 이른다. 그러나 GPS는 전 세계에서 무료로 사용가능하다.

(40)

3. 스마트폰 센서의 종류

(1) 가속도 센서(Accelerometer Sensor)

가속 센서는 스마트폰의 움직임을 감지하고 보통 자이로 센서와 함께 사용한다. X, Y, Z로 좌표를 만들 고 이 좌표의 움직이는 속도를 측정할 때 사용하는 모션 센서 중 하나이다. 가속 센서는 주로 움직이는 물체 또는 스마트폰의 속도를 측정한다.

(2) 자이로 센서 (Gyro Sensor)

자이로 센서는 가속 센서와 함께 모션 센서와 함께 모션 센서의 대표적인 센서이다. X, Y, Z 좌표에서 움직이는 방향을 측정할 때 사용한다. 자이로 센서를 이용하면 스마트폰을 바닥에 놓고 있다 집어 올렸 을 때 특정한 앱을 실행하거나 기능을 동작시킬 수 있다.

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(3) RGB 센서

RGB 센서는 주변 빛의 색 농도를 검출하는 기능을 한다. RGB 센서가 있는 스마트폰은 주변 빛 농도에 따라 디스플레이 색을 보정할 수 있다. 예를 들어 노란색 등이 있는 곳에서 스마트폰을 사용하면 이에 대응해서 노란색을 낮추고 파란색과 녹색을 더 밝게 해서 자연스러운 화면 색을 구현하게 된다.

(4) 중력 센서(Gravity Sensor)

중력이 작용하는 방향을 알아내어 움직임을 감지하는 센서이다. (스마트폰이 세로 방향인지 가로 방향인 지를 인식해 화면 방향을 보정해 주는 기능을 하는 데 사용된다. )

(5) 광 센서(Light Sensor)

주변의 빛의 감지하는 센서이다. (스마트폰의 자동 밝기 조절 모드를 켜 두면, 어두운 곳에서는 자동으로 화면이 어두워지고, 밝은 곳에서는 화면이 더 밝아진다.)

(6) 근접 센서(Proximity Sensor)

사물체가 접근해 왔을 때의 위치를 검출하기 위한 센서이다. (전화 수신시 스마트폰을 귀에 대면 화면이 꺼지는 등의 기능으로 활용하고 있다.

(7) 기압계(Barometer)

경사도를 인식하고 대기의 압력을 측정하는 센서이다. 기압계는 기압이 고도와 더불어 변화하므로 고도 계(Altimeter)로도 사용된다.

(8) 동작 인식 센서(Motion Recognition Sensor)

물체의 움직임이나 위치를 인식하는 센서이다. (지자기 센서 가속도 센서 등 각종 센서와 고도계, 자이로 등의 기능이 하나의 칩에 들어가 있는 복합 센서이다.)

(9) 나침반(Compass)