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교재 기획 및 개발팀
백윤수 연세대학교
박현주 조선대학교
한혜숙 단국대학교
이경학 광주교대부설초등학교
최정욱 광주일동초등학교
적용 및 자문 협력진
이주림 광주일신초등학교
백빛 광주일신초등학교
이경인 광주일신초등학교
조아라 광주일신초등학교
삽화 및 편집 팀
백옥주 조선대학교
김나형 조선대학교
김건희 조선대학교
신선희 조선대학교
곽진원 Univ. of Illinois-Urbana Champaign
이은지 조선대학교
남연지 조선대학교
시뮬레이션 개발
심명훈 연세대학교
장시영 연세대학교
▮ 목차 ▮
1. 레스큐봇을 만나다! (재난과 로봇) ··· 1
2. 출동! 레스큐봇 (레스큐봇 만들기) ··· 27
레스큐봇을 만나다!
(재난과 로봇)
1~3 차시
초등학교 5,6학년
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초등학교 5,6학년 STEAM
레스큐봇을 만나다!
(재난과 로봇)
1. 주제 개요
본 차시는 재해 재난의 피해 상황을 알아보고 이로 발생하는 피해를 막기 위한필 요성과 노력 및 여러 가지 방법들을 찾아볼 수 있게 하였다. 이를 바탕으로 하여 재해 재난에 피해를 사전에 예방하고 재난 대응 및 구조 로봇인 ‘레스큐봇’을 창의 적으로 만들기 위한 수업을 구상하였다. 학생들은 재해 재난 피해의 심각성과 구조 할 때 어려움들을 살펴보고 안전한 구조 활동 및 재난 대비를 하며 재해 재난의 특 징과 상황을 분석하며 이에 적합한 로봇을 구상할 수 있도록 한다. 이러한 활동을 통해 친구들과 발표를 통해 아이디어를 공유하는 활동을 바탕으로 생산적인 의사소 통의 경험을 제공하여 나와 타인에 대한 배려와 성취감을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
가. 싱크홀(Sink hole)
전국 주요 도심지에서 갑작스러운 지반침하 현상이 자주 발생해 ‘싱크홀(sink hole) 공 포’가 커지고 있다. 싱크홀은 지하 암석이 용해되
거나 기존 동굴이 붕괴해 생긴 움푹 팬 웅덩이를 말한다. 안전행정부의 ‘싱크홀 발생 현황’ 자료에 의하면 7월 28일 인천 중구 영종 하늘도시에서 는 지름 35m에 달하는 초대형 지반침하가 일어 났고, 8월 7일에는 대구 왕복 10차로 도로에서 깊이 1m의 도로침하가 발생했다. 8월 26일에는 폭우로 경남 창원시 대원동 하천 도로가 지름 1.5m, 깊이 1.5m 규모로 함몰됐다. 가장 많은 싱 크홀이 발생한 지역은 수도 서울이었다. 서울시 는 지난 4년간 발견한 지름 2m 이상 싱크홀이
총 13개였다고 발표한 바 있다. 원인은 공사, 상하수도관 파손, 장기간 압력 등이었으나 원인 미상도 5건에 달한다. 석촌 지하차도에서는 8월 한 달 동안만 공동 7개가 발견됐 고, 공동의 연장 길이를 합치면 135ｍ에 달한다.
현재 자연적인 싱크홀인지 건설공사와 관련한 지반침하인지에 대한 원인 규명이
진행되고 있다. 서울시 조사단은 석촌 지하차도 밑에서 발견된 의문의 공동들은 지 하철 9호선 공사 당시 계획했던 것보다 더 많은 양의 흙을 파내 생긴 것으로 잠정 결론짓고, 정밀 조사를 하고 있다. 조만간 최종 조사 결과와 복구 방안 등을 발표하 겠지만, 전국적으로 도로 지반침하 현상이 보고되면서 싱크홀에 대한 우려도 커지 고 있다. 이는 비단 우리나라 문제만은 아니다. 미국 플로리다에서는 TV를 시청하던 사람이 집 아래쪽에 갑자기 생긴 싱크홀에 빨려 들어갔고, 일본에서는 지진에 의해 지반이 변형되고 건물이 무너지는 사고가 발생했다. 특히 거대 지반 변형이 인구밀 도가 높은 도심지에서 갑작스럽게 일어나면서 많은 인명피해가 있었다. 싱크홀은 지반침하의 대표적인 형태로 갑자기 땅이 꺼지는 현상이며 지각을 구성하는 암석이 싱크홀을 만드는 지질 조건과 만났을 때 발생한다. 싱크홀이 많이 발생하는 미국 플로리다 주의 지질은 석회암으로 구성돼 있다. 비가 오면 빗물이 지하로 유입돼 땅속에서 퇴적층을 받치고 있는 암반(바위바닥)인 석회암에 도달하게 된다. 그리고 이들 빗물이 석회암을 화학적으로 녹이는 ‘용식작용’을 일으켜 굴을 만들고, 이 굴 상부의 지반이 침하하면서 싱크홀이 생긴다. 지하수 이동도 싱크홀을 만드는 한 원 인이다. 지하수가 흘러가면서 지반 및 흙을 구성하는 미세한 흙 입자들을 옮겨 지 반이 약해지는 것이다. 이때 지반 상부의 진동이나 무게를 견디지 못해 지반이 붕 괴하는데, 특히 이런 현상은 도심지 내 혹은 지반 상부 구조물 등이 있는 장소에서 자주 발생한다. 우리나라 도심지에서 발생하는 싱크홀도 이런 원인에서 기인했다고 볼 수 있다. 따라서 우리나라 역시 싱크홀에 의한 인명피해가 예상되는 만큼 대책 마련이 시급하다. 그렇다면 도심지 지반 재해 피해를 예방하고 대처하려면 어떻게 해야 할까?
가장 중요한 것은 도시에서 건설 공사를 할 때는 계획 단계부터 지형 변화나 지 하수 흐름에 대한 사전 조사를 철저히 수행해야 한다는 점이다. 특히 지반침하 발 생 가능성이 높은 석회암지역이나 충적층이 두꺼운 지역을 공사할 때는 이들 지역 을 ‘침하가능지역’으로 지정, 관리해야 한다. 건설 공사를 할 때는 도심 지역의 지질 및 지반 구조, 지하수 흐름에 대해 사전에 철저히 파악해야 한다. 그리고 이것들이 공정과 안전에 미칠 영향에 대해서도 충분히 검토해야 한다.
미국 플로리다 주에서 생긴 싱크홀 사례처럼 지하수에 잘 녹아 지반침하와 붕괴 에 영향을 미치는 석회 성분은 변성암과 퇴적암에서 나타난다. 바로 이런 이유로 국내도 결코 안심할 수 없다. 국내 암반의 70% 이상이 변성암과 퇴적암으로 구성돼 지반침하와 붕괴 가능성이 높은 까닭이다. 지반 조사 결과, 충적층이 두꺼운 지역에 서 공사할 때는 장기적인 침하가 우려되는 만큼 지반 계측을 더욱 면밀히 수행해야 한다. 석회 성분을 포함하는 지반과 암반에 대한 면밀한 전국적인 조사가 반드시 필요하다.
둘째, 외부 환경 변화가 발생하면 지반 변화와 움직임에 대해 관찰하고 이에 대응 할 수 있는 체계를 구축해야 한다. 공사 전과 후를 지속적으로 관리할 수 있는 시 스템을 만들어야 한다는 얘기다. 지반침하 현상은 지하수 흐름과 매우 밀접한 관련 이 있다. 지하수가 토사층 내 흙 입자를 쓸어내 공동이 생기면, 상부 지반의 무게를 견디지 못하고 무너져 내린다. 주로 석회 성분이 많은 지반과 충적층이 두꺼운 지 반 조건에서 싱크홀이 자주 발생하므로 지하수의 수위 변동과 지반의 변화 및 움직 임을 중기적으로 계측, 모니터링할 필요가 있다.
셋째, 지반침하 및 붕괴 재해 위험 지역에 대한 관리와 연구개발을 추진해야 한 다. 국내의 경우 지반침하에 대한 체계적인 연구개발이 이뤄지지 않고 있는 실정이 다. 시설물과 관련해서는 연약 지반을 통과하는 다리나 도로, 철도 등 SOC(사회간 접자본) 시설물에 대한 장기적인 관리를 유도하는 상태다.
하지만 도심지 건축물은 국가 주요 구조물과 비교하면 체계적인 관리가 미흡하다.
따라서 지반침하나 붕괴로 재해가 예상되는 지역들에 대해 재해위험지도 (GEO-hazard map)를 작성하고, 이들 지역에서 건설 공사를 착공하거나 진행할 경 우 특별관리 대상으로 지정해 계측 및 모니터링을 강화함으로써 지반침하와 붕괴 위험에 대비해야 한다. 철저한 대비만이 싱크홀포비아(공포)에서 벗어나는 지름길이 다.
[출처 : 주간 동아 http://weekly.donga.com/docs/magazine/weekly/2014/08/29/]
나. 로봇이란?
통상적으로 견인트럭 또는 특수차량에 붙어있는 기중기(crane)와 로봇 매니퓰레이 터를 비교해 보면, 두 시스템 모두 어떤 형태의 구동기에 의해 움직이는 직렬형 다 관절로 이루어져 있는 유사점을 볼 수 있다. 두 시스템 모두 구동기를 제어하는 중 앙 제어기에 의해 제어되나, 하나는 로봇으로 불리고 다른 하나는 이 경우에는 기 중기 또는 매니퓰레이터라고 불린다. 그렇다면 두 시스템의 차이는 무엇일까?
기본적인 차이점은 기중기는 사람에 의해서 구동기가 동작되고 제어되는 반면에, 로봇 매니퓰레이터는 컴퓨터에 의한 프로그램에 의해서 제어된다는 것이다. 이러한
차이점으로 인해 로봇인지 아니면 단순 매니퓰레이터인지가 결정되게 된다.
일반적으로 로봇은 단순한 장치나 컴퓨터에 의해서 제어되도록 설계한다. 즉 로봇 의 움직임은 컴퓨터에 의해서 관리되는 제어기의 어떤 프로그램에 의해서 제어할 수 있다. 따라서 프로그램만 수정한다면 얼마든지 다양한 작업이 가능하다. 요약하면, 로봇은 작업이 가능한 범위 안에서 프로그램의 수정만으로 작업을 수행하고, 변경이 용이하다. 반면 단순 매니퓰레이터(혹은 기중기)는 작업자의 조작 없이는 작업이 불 가능하다. 국가에 따라 로봇에 대한 기준이 다르기도 하다. 예컨대 미국은 재프로그 래밍이 가능해야만 로봇으로 인정한다. 다시 말해 수작업으로 하는 장치, 작업자에 의해서 조작되는 경우, 고정식 진행형 로봇처럼 작업순서 변경이 어렵거나 고정된 작업순서로 도중에 중지가 어려운 로봇 등은 로봇으로 간주하지 않는다.
<여러 가지 형태의 로봇>
다. 해외의 재해 재난 로봇의 개발
해외에서도 재난 대응 로봇 개발 연구가 활발하다. 미국은 지난 1995년 오클라호 마주 폭탄 테러 이후 로봇 활용이 검토됐고, 9·11테러부터 본격적으로 활용하기 시 작했다. MIT가 만든 벤처기업인 아이로봇(iRobot)이 대표적인 회사로, 미국에서 사 용되는 지능형 로봇의 80% 이상을 제작 또는 디자인한다. 현재 미국에서 사용되는 구조용 로봇 제품도 국립연구소가 개발한 정찰&폭발물처리 로봇 ‘래틀러(RATLER)’, 이라크와 아프가니스탄에서 2만건 이상의 폭발물 처리 임무를 완료한 ‘탤론 (TALON)’, 붕괴된 건물이나 유해 화학물질 유출 현장에서 사람들을 구출하는
‘VECNA’ 등 다양하다. 또 미국 국방부 방위고등연구계획국은 일본 후쿠시마 원전 사태를 계기로 ‘로보틱스 챌린지’를 열고, 재난대응 로봇의 실현 가능성을 확인하는 계기를 마련했다. 일본도 세계 최고 수준의 산업용 로봇 기술 축적을 기반으로 서 비스 로봇 분야 실용화에 활발한 연구개발을 진행 중이다. 특히 지난 1995년 한신 대지진을 계기로 재난·재해 관련 로봇에 대한 관심과 투자를 꾸준히 확대하고 있다.
일본에서도 인명탐색 로봇, 재난 복구 시 장애물 제거를 위한 로봇, 초음파 이용한 장애물 감지기능이 있는 인명 구조 및 수송 로봇 등이 사용되고 있다.
[뉴스출처 : http://www.etnews.com]
<해외의 재해 재난 로봇 개발>
라. 네발로 전력 질주를 하는‘치타 로봇’
고양이 과 포유류처럼 네발로 전력질주하며 점프도 가능하고 은밀한 스텔스 기능 까지 갖춘 최첨단 ‘치타 로봇’이 개발돼 화제를 모으고 있다. 미국 매사추세츠 공과 대학(Massachusetts Institute of Technology, MIT)은 해당교 기계공학 연구진 이 개 발한 네발로 뛰는 첨단 ‘치타 로봇’의 자세한 사항을 15일(현지시간) 소개했다.MIT 연구진이 공개한 영상을 보면 네발로 힘차게 전력 질주하는 치타 로봇의 놀라운 모 습을 확인할 수 있다. 현재 이 치타 로봇이 낼 수 있는 최대속력은 시속 16㎞(잠재 적 최대속력은 시속 48㎞)로 실제 치타가 내는 평균속력 96㎞(최대속력은 110㎞)에 는 못 미치지만 기존 로봇들 중 이토록 동물의 움직임을 실제와 유사하게 재현해낸 경우는 이번이 처음이다. 특히 이 치타 로봇이 주목받는 이유는 단순히 다리를 이 용해 달리는 것이 아닌 등뼈를 앞뒤로 이동시키면서 땅을 딛고 튀어 오르는 탄성력 과 접지능력을 이용해 속력을 내는 치타의 역학적 움직임을 알고리즘화 하여 적용 시켰기 때문이다.
MIT 연구진들은 앞다리, 뒷다리의 각도에 따라 가해지는 힘의 양을 제어할 수 있 는 알고리즘을 만든 뒤, 이를 통해 속도를 내는 치타 로봇 특유의 작동방식을 확립 시켰다. 중요한 것은 치타 로봇이 해당 속도를 스스로 조절할 수 있을 정도로 높은 수준의 제어 기능을 갖도록 하는 것인데, MIT 기계공학과 김상배 교수는 “우사인 볼트처럼 높은 속력을 내는 사람들은 단순히 다리만을 이용하는 것이 아닌 땅에서 위로 밀어내는 힘을 활용, 이를 통해 자신의 보폭을 증가시키는 방식으로 속도를 올린다. 해당 치타 로봇은 자체적으로 이를 제어할 수 있도록 제작됐다”고 설명했다.
치타 로봇의 장점은 여기에 그치지 않는다. 30㎝ 높이의 장애물을 뛰어넘을 수 있는 점프능력도 있고 무엇보다 고양이 과 동물의 특징인 조용한 침투능력, 즉 스 텔스 기능까지 갖추고 있다. 그 이유는 해당 치타 로봇이 배터리로 구동되는 전기 모터에 의해 구동되기 때문인데 일반적으로 가솔린 엔진을 사용하는 다른 로봇과 비교해 훨씬 은밀하고 신속한 침투가 가능하다. 이와 관련해 MIT 기계공학과 김상 배 교수는 “이 치타 로봇은 실제 동물과 거의 유사할 정도로 조용한 움직임을 보여 준다”며 “이 로봇이 움직일 때 우리가 들을 수 있는 유일한 소리는 땅을 딛는 미세 한 음폭밖에 없다. 이는 미래 로봇 개발에 있어서 새로운 패러다임이 될 것”이라고 전했다.
[뉴스출처 : http://news.naver.com]
마. 자연재해를 극복하기 위한 노력
○ 옛날의 자연재해 극복을 위한 노력
1) 저수지
옛날에는 주로 농사를 지으며 살았기 때문에 홍수와 가뭄에 대비하여 물을 막 아 저수지를 만들었다. 그리하여 비가 많이 올 때 물을 받아 두었다가(홍수의 극복) 비가 오지 않을 때 가두어 둔 물을 이용하여 농사를 지었다.
2) 너와집
바람이 많이 부는 지역에서는 기후 적응할 수 있는 집을 지었다. 너와집은 나무 로 만든 기와를 얹은 집으로 숲이 울창한 산림 지역에서 많이 볼 수 있다. 여름 에는 시원하고 겨울에는 따뜻하게 지낼 수 있도록 하였다.
○ 오늘날의 자연재해 극복을 위한 노력
1) 방파제 및 방조제 건설
파도가 항구에 넘쳐 들어오지 못하도록 막음으로써 항만 시설과 배를 보호한다.
2) 하수도 청소
갑자기 비가 많이 내릴 때 하수도가 막혀 있으면 빗물이 빠져나가지 못하고 넘 쳐 집으로 들어와 잠기게 된다. 그래서 수시로 하수도 청소를 하고 있다.
2. 학습 목표
○ 내용 목표
- 재해 재난의 피해 상황을 조사하고 정리할 수 있다.
- 재해 재난을 막기 위한 다양한 대응 및 조치 방법을 알 수 있다.
○ 과정 목표
- 구상한 레스큐봇의 장점을 찾아 친구들에게 발표함으로써 지적 만족감, 자아 효 능감 및 성취감을 느낄 수 있다.
3. STEAM 과목 요소
○ S : 재해 재난의 종류와 이를 극복할 수 있는 다양한 방법을 제안
○ T/E：재해 재난의 상황을 고려한 레스큐봇 구상
○ A：레스큐봇을 심미적인 방법으로 표현
○ M：레스큐봇을 작동하는데 수학적 원리 적용 및 정리
문제 인식 ‘대지진의 공포’의 관련 영상자료를 시청 후 국가재난정보센터에서 자연 재해의 종류, 피해 및 특징에 알아보기 자기주도적 학습을 기대
해결방안 계획 재해 구조 로봇의 필요성과 중요성을 인식
해결방안 실행 로봇의 정의와 재해 구조 로봇의 종류 및 역할과 기능을 탐구함으로써 다양한 아이디어 발현
지식 산출 레스큐봇의 장점을 발표하고 개선점 찾기 활동을 통해 정리
지식 평가 친구들이 빌표한 레스큐봇에 대해 평가하고 개선 후 예상되는 점을 생각 하고 정리
몰입 여러 재해 상황의 심각성을 자신의 문제로 받아들일 수 있도록 유도 Hands-on 자연 재해와 인재의 종류와 피해 상황을 인터넷을 이용하여 직접 조사하
는 활동
성취의 경험 재해 재난에 이용될 로봇에 대해 글을 쓰고 발표를 통해서 성취의 경험 배려 다른 친구들의 아이디어를 경청하고 공유하며, 좋은 점을 수용하는 태도 새로운 도전 레스큐봇을 직접 구상하는 활동을 통해 다음 차시 활동에 도전 의식
자기 평가 친구들과 아이디어를 공유하며 개선점을 찾는 활동을 통해 자기 평가
4. STEAM 단계 요소
○ 상황제시
구멍 뚫린 남부 하늘의 ‘거대한 물기둥’의 이라는 내용의 뉴스 기사 내용을 제시 하였다. 이를 통해 학습자는 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 재해 재난에 대한 문 제점을 인식하고 실제 재난이 발생하였을 때 해결할 수 있는 다양한 대책이 필요함 을 느낄 수 있다. 또한 재해 재난에 피해를 사전에 예방하고 재난 대응 및 구조 로 봇인 ‘레스큐봇’을 창의적으로 만들기 위해 구상하는 기회를 가지며 학생들은 재해 재난 피해의 심각성과 구조 활동의 어려움들을 살펴봄으로 안전한 구조 활동 및 재 난 대비를 할 수 있는 로봇을 필요성으로부터 자기 문제화 하는데 도움이 될 것이 다. 또한 뉴스 기사로 학습자로 하여금 호기심과 흥미를 유발하고 이를 통해 활동 에 몰입할 수 있을 것으로 기대된다.
○ 창의적 설계
○ 감성적 체험
과목 사회, 과학, 실과 총차시 2
단원 날씨와 생활, 에너지와 도구 정보와 이해, 정보화․세계화 그리고 우리, 인터넷과 정보
교육과정
<과학 6-2-1. 날씨와 생활>
- 재 난 재 해 와 관 련 된 날 씨 의 특 징 과 상 황 을 분 석 할 수 있 다 .
<실과 6-2. 인터넷과 정보>
- 검 색 엔 진 을 이 용 하 여 여 러 가 지 정 보 를 찾 고 , 이 를 활 용 할 수 있 다 .
<사회 6-2-3. 정보화․세계화 그리고 우리>
- 과 학 기 술 의 발 달 이 우 리 생 활 에 미 치 는 긍 정 적 ․부 정 적 측 면 의 영 향 에 대 해 서 알 수 있 다 .
학습목표
○ 내용 목표
- 재 해 재 난 의 피 해 상 황 을 조 사 하 고 정 리 할 수 있 다 .
- 재 해 재 난 을 막 기 위 한 다 양 한 대 응 및 조 치 방 법 을 알 수 있 다 .
○ 과정 목표
- 구 상 한 레 스 큐 봇 의 장 점 을 찾 아 친 구 들 에 게 발 표 함 으 로 써 지 적 만 족 감 , 자 아 효 능 감 및 성 취 감 을 느 낄 수 있 다 .
과 정 수 업 감성적 체험
학습자료(‣) 및유의점(※)
상황 제시 구멍 뚫린 남부
하늘의 거대한 물기둥
분 차시
상황제시
- 구 멍 뚫 린 남 부 하 늘 의 거 대 한 물 기 둥 ’이 라 는 뉴 스 기 사 를 통 해 서 자 연 재 해 로 부 터 어 떤 상 황 들 이 벌 어 질 지 정 리 하 는 활 동 을 통 해 흥 미 를 유 발 하 고 , 생 활 주 변 에 서 자 연 재 해 와 인 재 에 는 어 떤 것 이 있 는 지 정 리 고 민 할 수 있 는 상 황 제 시 하 기
- 자 연 재 해 로 부 터 앞 으 로 상 황 예 측 하 기
- 자 연 재 해 와 인 적 재 난 에 대 해 알 아 보 기
< 감성적체험>
몰입 : 상황제시를 통해 학 생들이 여러 재해 상황의 심각성을 자신의 문제로 받아들일 수 있도록 유도 한다.
※ 생활주변에서 자 연스럽게 자연 재 해와 인재의 상황 을 자유롭게 떠올 리고 그 심각성을 통해 과제를 해결 할 수 있는 몰입 환경을 만들 수 있도록 한다.
‣남부의 폭우로 인 한 피해 상황 사진 자료
5. 지도안 총괄표
<창의적 설계>
재해 로봇의 필요성 알아보기
분 차시
대지진의 공포(문제인 식)
- 영 화 ‘대 지 진 ’ 관 련 영 상 자 료 보 기
- 국 가 재 난 정 보 센 터 에 서 자 연 재 해 의 종 류 , 피 해 및 특 징 에 알 아 보 기
- 인 터 넷 자 료 를 이 용 하 여 인 적 재 해 의 종 류 와 피 해 상 황 조 사 하 기
- 자 연 재 해 와 인 적 재 해
< 감성적체험>
- 지적 호기심 : 자연 재해와 인재의 종류와 피해 상황 을 인터넷을 이용하여 직 접 조사하는 활동을 하게 함으로써 지적 호기심을 자극시킨다.
재해의 종류, 피해 및 특징
(활동지)
‣ 인터넷 자료(국가 재난정보센터) 를 활용하여 자연재해 와 인재를 조사하 여 정리하도록 한 다.
<창의적 설계>
재해 구조 로봇의 필요성
재해 구조 로봇의 종류
알아보기 분
차시
재해 구조 로봇의 필요 성(해결발안 계획) - 뉴 스 자 료 를 읽 고 재 해 구
조 로 봇
- 재 해 구 조 로 봇 이 필 요 한 분 야 알 아 보 기
- 재 해 상 황 에 어 울 리 는 로 봇 의 기 능 정 리 하 기
로봇의 정의와 재해 구 조 로봇의 종류 - 재 해 구 조 로 봇 의 종 류 조
사 하 기
- 재 해 구 조 로 봇 의 역 할 과 기 능 조 사 하 기
레스큐봇의 필요성 - 재 해 재 난 에 이 용 될 로 봇
에 대 해 글 쓰 기
- 제 안 한 레 스 큐 봇 으 로 인 해 우 리 생 활 의 변 화 예 상 하 기
< 감성적체험>
- 성취의 경험 : 재해 재난 에 이용될 로봇에 대해 글 을 쓰고 발표하는 활동을 통해 성취감을 느낄 수 있 도록 한다.
- 새로운 도전 : 레스큐봇을 직접 구상하는 활동을 통 해 다음 차시 활동에 도전 의식을 갖도록 한다.
‣로봇의 정의와 재해 구조 로봇의 종류 활동지
‣ 자신이 구상한 레 스큐봇의 장점을 찾아 발표하도록 하고 제안한 레스 큐봇을 인해 우리 생활의 변호를 다 양하게 예상하도록 한다.
<평가∙보상>
평가 및 개선점 찾기 (10분) (2/2차시)
레스큐봇의 장점 발표 하고 개선점 찾기(지식 산출 및 지식 평가) - 구 상 한 레 스 큐 봇 의 장 점
찾 기
- 듣 는 사 람 이 이 해 하 기 쉽 게 발 표 하 기
- 친 구 들 의 발 표 를 듣 고 내 가 구 상 한 레 스 큐 봇 개 선 할 점 찾 기
- 개 선 후 예 상 되 는 점 생 각 해 보 기
- 레 스 큐 봇 의 필 요 성 을 다 시 생 각 하 고 이 를 개 발 하 는 데 궁 금 한 점 들 을 로 봇 과 학 자 에 게 쓰 기
< 감성적체험>
- 배려 : 친구들의 다양한 의견을 비판적으로 받아 들이기보다 격려하고 좋 은 점을 수용하는 태도를 가질 수 있도록 한다.
‣개선점 정리 활동 지
※ 듣는 사람이 이 해하기 쉽게 발 표하고 글을 쓰 는 방법에 대해 이야기를 나누고 장점을 잘 정리 하여 발표할 수 있도록 한다.
평가
방법 평가영역 평가기준 평 가
상 중 하
자기 평가
감성적 체험
◆ 친구들과 아이디어를 공유하며 개선점을 찾는 활동 에 적극적으로 참여하였는가?
창의적 설계
◆ 자연 재해와 인재의 특징을 잘 파악하고 레스큐봇 을 구상하였는가?
◆ 구상한 레스큐봇의 기능이 재해의 어려움을 극복하 고 해결하는데 도움이 되며 창의적이고 실용적이었 는가?
◆ 창의적인 상상력을 발휘하여 자기주도적으로 학습 하였는가?
동료 평가
감성적 체험
◆ 친구들과 아이디어를 공유하며 개선점을 찾는 활동 에 적극적으로 참여하였는가?
잘한 친구 이름
6. 평가 및 보상
전 과정에 걸친 학생의 활동을 평가하기 위하여 다음의 체크리스트를 활용할 수 있다. 체크리스트는 교사평가 뿐 아니라 동료평가 및 자기평가의 도구로도 활용할 수 있다.
가. 교사평가
교사는 제공된 체크리스트를 활용하여 모둠별로(또는 개별 학생) 학습 활동 전반 에 대한 평가를 실시한다.
나. 동료평가
학생들은 모둠별로 다른 모둠의 활동을 평가하도록 한 후, 평가 점수를 모둠원별 로 기록한다.
다. 자기평가
학생 스스로 학습 활동 전반에 대한 평가를 실시한 후, 평가 결과를 기록한다.
■ 보상
- 적극적인 칭찬과 박수로 학생들의 활동을 격려한다.
- 교사와 학생들의 평가 점수를 합산하여 상위 팀 또는 개인에게 상장, 상품, 토 큰 등을 제공한다.
구멍 뚫린 남부 하늘... ‘거대한 물기둥’
◀ 앵커 ▶
오늘 피해가 커진 것은 짧은 시간에 말 그대로 물폭탄이 쏟아 졌기 때문입니다. 시간당 100mm가 넘는 기록적인 폭우가 쏟아 진 것인데, 부산시 전체 면적으로 계산해보면 불과 한 시간 사이 에 팔당댐 저수량의 1/3이 넘는 8천만 톤에 가까운 물이 시내에 쏟아진 셈입니다. 영남지역을 강타한 폭우의 원인, 전동혁 기자가 분석했습니다.
◀ 리포트 ▶
오전 10시, 전라도 상공에 짙은 청색으로 표시된 폭우 구름이 포착됩니다. 오후에 경상도로 옮겨가면서 급격히 커지더니 수직 높이가 여객기 고도보다 높은 16km까지 거대한 물기둥을 만듭 니다. 이 물기둥이 옮겨다니며 경남 고성에 시간당 95mm, 창원 117, 부산 130mm씩 비를 쏟아냈습니다. 부산의 경우 한 시간 만 에 거의 8천만 톤, 즉 팔당댐 저수량 1/3 정도의 물이 시내를 덮 친 겁니다. 반나절 사이 창원 269mm·부산 242·광양 172mm를 뿌렸고, 특히 창원에선 8월 관측사상 한 시간 최고치를 경신했습 니다.
원인은 수증기·지형·온도의 폭우 3박자가 모두 집중됐기 때문 입니다. 먼저 한반도 서쪽 저기압과 동쪽 고기압이 남쪽의 막대 한 수증기를 펌프처럼 빨아들였고, 장애물 없이 바다 위를 지나 던 수증기는 남해안과 부딪히며 대량으로 쌓였습니다. 여기에 이 례적으로 남하한 영하 4도의 상층 찬 공기가 맞닿으며 물 폭탄 을 만든 겁니다. 기상청은 이런 집중호우가 또 발생할 수 있다고 경고했습니다.
◀ OOO 예보관/기상청 ▶
"9월 초순까지도 찬 공기와 따뜻한 공기의 충돌로 인해 많은 비가 내릴 가능성이 있기 때문에…" 이번 비는 오늘 밤사이 대부
Ⅰ. 생각 열기
- 안전한 구조 활동 및 재난 대비를 효과적으로 할 수 있는 로봇을 구상하여 봅시다.
http://imnews.imbc.
com/replay/2014/nw desk/article/351602 3_13490.html
7. 학습내용
분 그치겠지만, 금요일엔 제주와 전남 지방, 다음 주 수요일엔 전국에서 다시 가을 장맛비가 쏟아질 전망입니다. MBC뉴스 000 입니다.
2014. 08. 25. MBC뉴스
자, 여러분, 이외에 어떤 재난 재해가 있는지 생각해 봅시다.
또, 재해 재난이 발생하였을 때 안전한 구조 활동과 재난을 대비 하기 위한 방법은 어떤 것이 있을지 생각해 봅시다.
- 위의 뉴스처럼 장기간 계속 비가 내린다면 어떤 상황들이 벌 어질지 정리해 봅시다.
- 먹는 물이 오염이 될 수 있다.
- 물이 너무 많이 오면 농작물이 물에 잠기게 되어서 썩게 된다.
- 주택이 침수 된다.
- 인명과 재산 피해가 발생한다.
- 여러분이 알고 있는 자연 재해와 인적 재난에는 어떤 것이 있는지 생각해 봅시다.
- 자연 재해 : 화산, 지진, 폭염, 폭설 등
- 인적 재난 : 가스 폭발, 인재로 씽크홀, 건물과 다리 붕 괴, 화재 각종 교통 사고(육지, 바다, 항공)
자연재해의
종류 자연재해의 발생과 피해 및 특징
산사태
- 짧은 시간에 많은 토사와 물이 흘러내려 건 물과 도로를 덮는 경우가 있으며, 위험지대에서 벗어나는데 많은 시간이 소요된다.
화산
- 발생 과정: 땅 속 갈라진 틈을 따라 마그마가 나와서 발생
- 피해 : 용암 및 화산 분출물에 의한 직·간접 적인 피해 발생
쓰나미
-폭풍·지진·화산폭발 등이 원인이 되어 바다의 큰 물결이 육지로 갑자기 넘쳐 들어오는 자연현 상으로 일본의 원전사고를 비롯해 2차 피해가 큰 경우들이 많음.
지진
- 지면이 흔들리는 자연현상으로, 예고 없이 찾 아와서 엄청난 사회적 피해를 주는 무서운 재 앙. 건물이 무너지고 산사태나 해일, 화산 폭발 이 함께 일어날 수 있음.
Ⅱ. 우리가 해결해 보자.
■ (모둠활동) 대지진의 공포
영화 ‘대지진’은 23초 동안 27만 명이 사라진 중국 대지진 피 해의 심각성을 알리기 위한 영화입니다. 실제로 '대지진'은 '당산 대지진'의 실화로 남겨진 사람들의 고통과 감동을 담아낸 영화입 니다. 32년간 헤어졌던 일란성 쌍둥이 가족의 상처와 그리움이 진한 감동을 그려냈으며, 자연재해의 강력한 힘에 나약한 인간의 모습을 다루고 있습니다.
- 영화 ‘대지진’의 홍보 자료와 국가재난정보센터를 통해 지구 촌의 여러 자연재해에 대해 알아보고 자연재해의 발생과 피 해 및 특징을 정리하여 봅시다.
■ 영화 ‘대지진’
http://m.site.naver.com/0 5PMJ
■ 국가재난정보센터 http://www.safekorea.
go.kr/
■ 준비물:
여러 가지 재해 재난 의 사진과 관련된 자 료
인적재난의
종류 인적재난의 발생과 피해 및 특징
건물 붕괴
부실 시공이나 천재지변으로 건물이 견디지 못하 고 쉽게 붕괴되는 경우가 있는데 주요 특징은 큰 인명피해가 발생하며, 구조하는데 많은 시간과 노력이 필요함.
화재
1년 중 화재가 많이 발생하는 것은 겨울철(12 ~ 2월)이며 이는 겨울에 불의 사용도가 높고 취급 의 부주의가 가장 큰 원인임. 화재 시 발생하는 열과 유독가스가 피해를 입힘.
교통사고
우리 생활 속에서 가장 빈번하게 발생하는 사고 로 간단한 부상에서부터 사망에 이르기까지 그 피해 정도가 다양함. 안전장치를 잘 사용해야 함.
감염병
호흡기나 음식 섭취, 또는 동물에 의해 바이러스 가 옮겨지는 경우가 많으며 감염 시 설사, 발열, 호흡기 증상이 나타날 수 있음.
자연재해와
인적재난 해결 방법
가스 폭발 사고
- 가스폭발이 발생하지 않도록 가스 누출을 감 지하고 신속하게 알리는 시스템이 필요하며, 여러 재해로 가스 누출이 발생이 가스 흐름 을 신속하게 차단하는 방법이 필요함
- 인터넷 자료를 통해서 인재의 어떤 것이 있는지 인적재난의 발생과 피해 및 특징을 정리하여 봅시다.
- 앞으로 우리나라에서 발생할 수 있는 자연재해와 인적재난 을 예상해 봅시다. 그리고 이를 극복하기 위한 다양한 해결 방법에 대해 생각해 봅시다.
싱크홀
- 부분별한 지반 공사를 막고 혹시 발생되는 지하의 여러 가지 공사의 안전성을 수시로 검사하고 검검하는 것이 필요함
기발한 아이디어와 최첨단 기술로 무장한 로봇들이 전 세계에 서 모여 재난 구조 업무를 수행하며 실력을 겨루는 대회인 '다르 파 로보틱스 챌린지(DRC)' 결선에 출전할 한국 대표선수 로봇들 이 확정됐다. 내년 6월 미국에서 개최되는 결선에는 버락 오바마 미국 대통령도 참여할 것으로 알려져 전 세계의 이목이 더욱 집 중되고 있다.
5일 로봇업계에 따르면 한국산업기술평가관리원은 DRC에 참 석할 국내 3개팀을 선정해 총 35억을 지원키로 했다. 이로써 2015 DRC 국가대표 선발이 완료된 셈이다. 대한민국 로봇기술을 세계에 알릴 선수는 지난해 본선 참가 전력이 있는 카이스트의 ' 레인보우'팀, 로봇기업 로보티즈의 '팀 로보티즈', DRC에 처음 출 전하는 서울대학교 'SNU'팀이다.
앞으로 9개월 뒤 열리는 결선은 본선과 다르게 미션 수행시간 이 30분에서 1시간으로 두 배 늘어났을 뿐 아니라 미션마다 주 어졌던 인터미션이 사라져 모든 미션을 릴레이로 수행한다. 재난 구조에 투입되면 겪게 될 실제상황에 가까운 환경으로 고도화됐 다.
■ (활동) 재해 구조 로봇의 필요성 알아보기
- 위험한 구조 활동에서 인간을 대신한 로봇들이 연구되고 있 습니다. 실제 일본의 원전 사고를 수습하기 우해서 다양한 로봇들이 투입되었다고 한다. 현재는 인간을 대신해서 섬세 하게 작업을 하는 로봇은 아니지만 앞으로 지속적인 연구가 이루어진다면 인간을 대신할 다양한 구조 로봇들이 상용화 되는 것을 시간문제일 것이다.
- 다음 신문 기사를 읽고 함께 생각해 봅시다.
■ 출처 :
http://www.fnnews.co m/view
(2014. 09. 06. 신문기사) [출처]
http://www.fnnews.com/view?ra=Sent0901m_View&corp=fnnews
&arcid=201409060100075260004035&cDateYear=2014&cDateM onth=09&cDateDay=05
필요한
재해 로봇 분야 이 유
원전사고
최근 일본에서 큰 원전사고가 있었는데 만약 그 때 위와 같은 로봇이 있었다면 방사는 피폭 의 위험을 걱정하지 않고 사고 현장에 투입할 수 있었을 것이다.
- 위의 신문기사를 읽고 어떤 분야 재해구조 로봇이 필요한지 자신의 생각과 이유를 써 봅시다.
[사진 출처 : http://sports.donga.com/]
[사진출처 : http://www.mbn.co.kr]
개의 다리가 달린 꽃게 모양의 다관절 무인탐사 로봇 '크랩 스터'입니다. 게처럼 울퉁불퉁한 바닥을 자유자재로 걸어다녀 조류에 강하다는 장점을 갖고 있습니다. 초음파 카메라로 혼 탁한 수중에서도 전방 15미터 이내의 동영상 촬영도 가능합 니다. 2개의 로봇팔로 물체를 들어 올리거나 최대 반경 150m 의 해저면을 3D 지도로 보여줍니다. 때문에 세월호의 복잡한 선체 상황을 파악해 잠수부가 접근하는데 큰 도움이 될 것으 로 보입니다. 합동수색팀은 앞서 원격수중탐색장비 ROV를 투 입했었습니다.
잠수부 대신 세월호 내부에 들어가 탐색할 수 있다는 점에 서 기대를 모았지만, 사고가 난 맹골수도의 조류가 거세 성과 를 내지 못했습니다. 이 때문에 크랩스터가 내부 시험 중 긴 - 재해 상황에 어울리는 로봇 기능을 글이나 그림으로 간략히
정리하여 봅시다.
원전사고에 활용될 로봇은 1. 방사능에 강해야 한다.
2. 전기 감전에 안전하게 고무로 된 재질의 외관을 가지고 있어 야 한다.
3. 무너진 건물의 잔해를 치우며 이동이 가능하여야 한다.
4. 정교한 작업을 수행해야 하기 때문에 손과 같은 구조가 있어 야 한다. 등
- 세월호 구조에 나섰던 로봇 ‘크랩스터’에 대해 알아봅시다.
■ 크랩스터 동영상 자료 출처
:http://www.mbn.co.kr/pag es/vod/programView.mbn
?bcastSeqNo=1069854
로봇 사진 로봇의 역할 및 기능
베어
인명구조나 수색 및 정찰 등의 다양한 임무수 행
급 투입됐지만 실전 투입은 처음이라 기대와 우려를 동시에 안고 있습니다. 크랩스터는 첫 정조시간대 투입에 실패해, 두 번째 정조 시간에 다시 투입을 시도합니다.
[출처 : http://www.mbn.co.kr. 2014. 04. 25.]
- 크랩스터 로봇이 작업하는데 있어 어떤 어려움이 있었고 이 를 해결하기 위해서 어떻게 해야 할까요?
바닥에서는 쉽게 이동 가능해 보이나 물속에서 자유롭게 헤엄 치듯이 움직이기는 어려울 것 같다. 지느러미 구조가 포함되면 좋겠다.
로봇이 매우 커서 배 안으로 투입되기 어려울 것 같다. 좀 더 작고 정교한 로봇이 필요하다.
■ (활동) 로봇의 정의와 구조로봇의 종류 알아보기
- 로봇은 스스로 보유한 능력에 의해 주어진 일을 자동으로처리하거나 작동하는 기계를 뜻합니다. 여러분이 영화나 만 화 또는 일상에서 보았던 로봇에 대해 이야기해 보고, 인터 넷을 검색하여 구조로봇의 종류와 역할 및 기능을 조사해 봅시다.
롭해즈
폭탄물을 제거하는 등 위험한 작업을 한다.
똘망
똘망(THOR-MANG)은 휴머노이드 형식의 재난 구조 로봇이다. 키 150cm, 몸무게 49kg의 똘 망은 사람이 다가가기 어려운 위험한 재난 현 장에 출동하여 임무를 수행하는 로봇이다.
화재 상황에서 사람을 빠르게 구조하고 화재를 진압할 수 있 는 로봇을 만들고 싶다.
최근 우리 학교에서 작은 화재 사고가 일어났었는데 만약 이 것이 큰 불로 이어졌다면 학생들도 많은 피해를 입을 수 있 겠다는 생각이 들었다.
■ (활동) 레스큐봇의 필요성
- 위에서 살펴 본 여러 가지 재난 상황에서 발생할 수 있는 어 려운 문제들을 해결하기 위해 새로운 것을 개발해야 한다면 어떤 로봇을 만들고 싶나요? 그 이유도 함께 적어 봅시다.
소방대원과 같이 재해 재난 상황을 해결하기 위해 노력하는
사람들의 생명도 지킬 수 있으며 더 빨리 대처하고 많은 인명
을 구할 수 있을 것 같다.
화재 상황에서 효율적으로 사람들을 구조할 수 있으며 유독가 스를 정화시키는 기능을 가지고 있고,
열에 강한 재질로 구성되어 있다.
구 분 내 용
친구들의 발표 내용 중 장점
개선해야 할 부분
개선 후 예상되는 점
- 모둠별 각자의 좋은 아이디어와 재난 상황 하나를 선택하여 레스큐봇을 만든다면 안전과 관련된 우리 생활은 어떤 변화 가 있을지 예상하여 봅시다.
■ (활동) 레스큐봇의 장점 발표하고 개선점 찾기
- 여러분이 구상한 레스큐봇의 장점을 찾아 발표하여 봅시다.- 내가 기록한 내용을 발표해 보고, 다른 친구들의 발표를 듣고 장점을 찾아 정리하고 내가 구상한 레스큐봇에서 개선해야 할 점이 있는지 생각해 봅시다.
- 구조 로봇인 레스큐봇의 필요성을 다시 생각해 보고, 모둠별 로 구상하고 있는 레스큐봇을 개발 하는데 있어 궁금한 점들 을 로봇 과학자에게 써 봅시다.
안녕하세요, 선생님
저희는 화재에 사용할 수 있는 로봇을 만들고 싶은데요.
어떤 재질로 로봇을 만들면 열에 강하고 안전할지
궁금합니다. 공기에서 이산화탄소를 분리하여
화재를 진압하는데 사용할 수 있을까요?
Ⅲ. 나의 생각 다지기
자신과 모둠원들이 함께 발표한 레스큐봇의 내용을 바탕으 로 평가를 하여 봅시다.
평가 방법
평가
영역 평가기준 평 가
상 중 하
자기 평가
감성적 체험
◆ 친구들과 아이디어를 공유하 며 개선점을 찾는 활동에 적 극적으로 참여하였는가?
창의적 설계
◆ 여러 재해 재난의 특징을 이 해하고 인간을 구조하기 위한 레스큐봇을 구상하였는가?
◆ 레스큐봇을 창의적으로 구상 하고 설계하였는가?
◆ 창의적인 상상력을 발휘하여 자기주도적으로 학습하였는 가?
동료 평가
감성적 체험
◆ 친구들과 아이디어를 공유하 며 개선점을 찾는 활동에 적 극적으로 참여하였는가?
잘한 친구 이름
Ⅳ. 새로운 도전
- ‘레스큐봇’은 위험한 재난 상황에서 인간을 보호하고 구조 하는 로봇을 뜻합니다. 이외에 우리의 미래 생활을 변화시 키기 위해서 다양한 부분에서 로봇들이 개발되어지고 있습 니다. 이러한 로봇이 제작된다면 우리 생활은 어떤 변화들 이 있을까요? 보다 더 행복한 삶을 위해서 로봇의 역할에 는 어떤 것이 있을까요?
출동! 레스큐봇
(레스큐봇 만들기)
4~6 차시
초등학교 5,6학년
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[교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용] 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
초등학교 5,6학년 STEAM
출동! 레스큐봇 (레스큐봇 만들기)
1. 주제 개요
본 차시는 재해 재난의 피해 상황을 선정하고 이러한 피해 해결 할 수 있는 기계 과학상자를 이용하여 레스큐봇을 제작할 수 있도록 한다. 이때 학생들은 재해 재난 의 상황과 특징을 분석하고 로봇에 새롭게 추가될 기능을 구상한다. 이때 학생들은 Flipped leaarning 활동을 통해 로봇을 제작하기 위하여 기계과학상자의 재료와 기 능, 기법을 사전에 익혀올 수 있도록 한다. 학생들은 레스큐봇의 설계도의 그리는 방법을 익히고 모둠별 역할 분담을 통해서 레스큐봇을 제작한다.
본 활동에서 학생들의 수준에 따라 미션 및 활동을 수행하는데 어려움이 있을 경 우 대회 형식에서 모형을 디자인하고 산출하는 형식으로 한 단계 낮추어 진행이 될 수 있도록 하며, 학생들이 추가 자료를 요구할 경우 적절한 범위에서 지원이 될 수 있도록 해 주어야 한다. 1차로 제작이 된 레스큐봇은 작동과 점검활동을 한 뒤 다 른 모둠의 아이디어를 공유하고 참고하여 후에 재설계할 수 있도록 하며 이러한 재 설활동의 과정 속에서 친구들과 발표를 통해 아이디어를 공유하는 활동은 생산적인 의사소통의 경험을 제공하여 나와 타인에 대한 배려와 성취감을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
가. 다르파 로보틱스 챌린지(DRC)
미국 국방부 방위고등연구계획국(DARPA, 다르파)이 주관하는 ‘다르파 로보틱스 챌린지(DRC)’다. DRC는 재난구조 로봇에 우승 200만 달러의 상금을 걸었다. 일본 후쿠시마 원전 사고 때와 유사한 상황에서 로봇이 문제를 해결할 수 있는지를 평가 하는 대회이다. 시나리오 상의 임무는 로봇이 인간의 명령을 일부 받으면서 사고가 난 원전 안으로 들어가 밸브를 잠그고 부품을 갈아 끼워야 한다.
채점 코스는 8가지다. ①로봇이 차량을 직접 운전해서 목표건물 앞에 도착해서 스스로 하차한 뒤 ②100m 거리의 경사·둔덕·자갈밭을 통과한다. ③건물 앞에 있는 십여 개 장애물을 치운 뒤 ④밀어서 여는 문, 당겨서 여는 문, 당겨서 열리지만 저 절로 닫히는 문을 열고 들어가 ⑤사다리를 타고 2층으로 올라간다 ⑥드릴이나 전기
<혼다가 개발한 보행 보조 로봇
리듬보행어시스트‘>
톱을 구해서 콘크리트벽을 뚫고 들어가 ⑦물이 새는 냉각수 파이프를 찾아 끌어내 어 ⑧밸브를 잠근 뒤 원전을 탈출해야 한다.
[출처 : http://magazine.joins.com/economist/article_view.asp?aid=302168]
나. 휴머노이드
(출처 : 위키백과)
인간의 형태를 모습으로 한 로봇을 의미한다. 형태뿐 아니라, 인간과 같은 인식기 능, 운동기능을 구현하기 위해 로봇기술의 총체적 발전이 이루어진 가장 고난도의 지능형 로봇이라 할 수 있다. 컴봇은 컴퓨터와 로봇을 결합한 것으로서 한국에서 개발한 초기 단계의 컴봇은 휴보이다. 이렇게 하면 컴퓨터는 사람처럼 움직일 수 있는 몸을 가지게 된다. 사고 능력을 가진 컴봇은 학습이 가능하며, 병렬 계산을 통 해 일반적인 사고를 인간보다 더 빨리 처리할 수 있다.
예를 들면 체스 시합 중에 게임의 규칙이 바뀌어도 그에 대해 유연하게 대처할 수 있다. 현재 이족보행을 위주로 연구되고 있으나, 상반신을 이용한 균형 잡기, 굴 곡이 있는 바닥을 감지하여 안정된 보행 기능 등이 좀 더 보강되어야 하며, 가사노 동 등 인간의 다양한 작업을 수행하는 동작제어에 관한 연구로도 발전할 것으로 보 인다.
다. 보행 지원 로봇의 상용화
만화에나 등장하던 로봇이 실생활에 적용되는 시대 가 코앞으로 다가왔다. 혼다는 최근 이족보행 로봇 ` 아시모(ASIMO)`에 적용된 기술을 활용한 보행지원 로 봇을 개발했다. 허리와 무릎에 장착해 고령자들이 쉽 게 걸을 수 있도록 돕는 이 로봇은 내년 5월까지 실 증 실험을 거쳐 상용 제품으로 선보일 계획이다.
일본 주요 언론은 30일 혼다가 다리에 장착해 고령 자의 보행을 지원하는 보행 보조 로봇 `리듬 보행 어 시스트`를 개발해 시제품을 일본 국립장수의료연구센 터에 제공했다고 보도했다.
이 로봇은 벨트 모양으로 허리에 감싸는 부분과 무 릎에 감는 부분으로 나눠져 있으며 좌우에 설치된 모터가 1㎏가량의 힘으로 허벅지
부분을 앞뒤로 움직이거나 다리를 밀어내 뒤로 보내는 역할을 한다. 전체 무게는 2.4㎏이며 허리를 감싸는 부분에 리튬 이온 배터리가 내장돼 있다. 혼다에 따르면 시속 4.5㎞로 보행할 경우 1회 충전으로 1시간 정도 사용할 수 있다. 각도 센서와 제어 시스템이 탑재돼다리 움직임을 감지해 허벅지 부분 장치가 착용자의 움직이는 속도에 맞춰 동작하게 된다. 혼다는 국립장수의료연구센터에 시제품 40대를 제공해 고령자를 대상으로 실증 실험에 들어갔다. 고령자 30여명을 대상으로 90분가량 실 내외 보행을 진행해 보폭이 넓어지는 효과를 조사할 예정이다.
혼다는 지난 1999년부터 보행 보조 로봇 연구를 진행해왔다. 초기에는 인간형 로봇 아시모의 모터 제어 기술을 활용했으나 제어 장비의 무게가 32㎏에 달해 상용화에 어려움이 있었다. 최근 모터를 개량해 고령자가 장착해도 큰 무리가 없을 정도로 소형화에 성공했다. 국립장수의료센터는 걷기 운동능력이 현저히 감소한 노인들이 이 보조 로봇을 활용해 운동 기능을 원래 상태로 복구할 수 있을 것으로 기대했다.
[출처 : http://www.etnews.com/201207300299. 2012. 07. 30]
2. 학습 목표
○ 내용 목표
- 재난 상황을 선정하고 이를 해결할 수 있는 기계과학상자를 이용하여 레스큐봇 을 만들 수 있다.
- 알게 된 재난 상황에 적합한 레스큐봇에 새로운 기능을 추가하여 만들 수 있다.
○ 과정 목표
- 로봇을 제작활동에서 창의적인 사고 활동으로 레스큐봇에 추가할 기능 선정하 고 재설계활동을 통해서 지적 만족감과 자기효능감, 성취감을 느낄 수 있다.
3. STEAM 과목 요소
○ S : 기계과학상자를 이용하여 로봇의 기능을 적용하기
○ T/E：레스큐봇에 추가할 새로운 기능 구상
○ A：레스큐봇의 디자인을 고려한 기능 구상
문제 인식 재난 구조 로봇 ‘레스큐봇’ 만들기 대회의 안내문을 통해 재난 상황을 잘 해결 할 수 있는 로봇 제작의 상황 파악하고 자기주도적 학습을 기대
해결방안 계획 모둠별 재해 상황 선택 및 재해 상황에서 로봇이 하는 일 정하기 해결방안 실행 레스큐봇의 설계도를 그리고 레스큐봇 제작 준비
지식 산출 레스큐봇을 제작하고 작동 연습을 하고 문제점 및 보완사항을 점검
지식 평가 친구들이 빌표한 레스큐봇에 대해 평가하고 개선 후 예상되는 점을 생각하 고 정리
몰입
재난 구조 로봇 ‘레스큐봇’ 만들기 대회의 상황 제시를 통해 학생들이 재해 재난의 문제점을 인식하고 함께 해결하고자 하는 마음을 갖고 기계과학상 자를 이용한 로봇제작을 통해 몰입
Hands-on
재해 재난 상황을 정하고 레스큐봇의 대회에 참여하여 자기주도적으로 문 제를 해결하는 과정에서 지적 호기심
미션을 해결을 위한 다양한 방법을 제안하고 이를 그림과 글로 표현하고 레스큐봇의 설계도를 그리기 활동을 통해 가지고 로봇 제작 활동에서 해결 하고 싶은 하는 욕구
성취의 경험 학생들이 알게 된 내용을 바탕으로 기계과학상자를 이용하여 직접 로봇을 제작하는 활동에서 다양하게 생각하고 이를 통해 성취를 경험 제공
배려 다른 친구들이 발표하는 제작한 레스큐봇의 기능과 역할에 대해 비판하기 보다는 격려하고 경청하며 좋은 의견은 수용하는 태도
새로운 도전 친구들과 의견을 공유하며 대회 어울리는 기준에 맞게 객관적으로 평가 자기 평가 친구들과 아이디어를 공유하며 개선점을 찾는 활동을 통해 자기 평가
4. STEAM 단계 요소
○ 상황제시
재난 구조 로봇 ‘레스큐봇’ 만들기 대회를 소개하고 재난의 피해 상황을 선정하고 기계과학상자를 이용하여 재해의 피해을 막고 효과적으로 해결 할 수 있는 레스큐 봇을 제작할 수 있도록 안내를 한다. 제공된 재료와 대회 진행 방법을 확인 학습자 가 모둠원들과 함께 문제를 인식하고 자기 문제화 하도록 하였다. 대회 안내를 통 해서 도전의식과 호기심, 흥미를 유발하고 이를 통해 레스큐봇 제작 활동에 몰입할 수 있을 것으로 기대된다.
○
창의적 설계○ 감성적 체험
과목 수학, 과학, 사회 총차시 4
단원 생태계와 환경, 에너지와 도구, 경우의 수와 확률
교육과정
<수학 6-2-5. 경우의 수와 확률>
- 재해 재난의 여러 가지 경우의 수와 기계과학의 비례식을 이해할 수 있다.
<과학 6-1-4, 6-2-3. 생태계와 환경, 에너지와 도구>
- 생태계의 변화와 환경오염과 환경에 적응하며 살아가는 생물을 알 수 있다.
<사회 6-1-3. 환경을 생각하는 국토 가꾸기>
- 재해 재난을 극복하고 환경을 생각하는 다양한 방법을 찾을 수 있다.
학습목표
○ 내용 목표
- 재난 상황을 선정하고 기계과학상자를 이용하여 레스큐봇을 만들 수 있다.
- 알게 된 재난 상황에 적합한 레스큐봇에 새로운 기능을 추가하여 만들 수 있다.
○ 과정 목표
- 창의적인 사고 활동으로 레스큐봇에 추가할 기능 선정하고 로봇을 제작 활동을 통해서 지적 만족감과 자기효능감, 성취감을 느낄 수 있다.
과 정 수 업 감성적 체험
학습자료(‣) 및유의점(※)
상황 제시 재난 구조 로봇 레스큐봇 만들기
대회 안내 분 차시
상황제시(필요 발견) - 재 난 구 조 로 봇 ‘레 스 큐
봇 ’ 만 들 기 대 회 의 안 내 문 을 통 해 재 난 상 황 을 잘 해 결 할 로 봇 제 작 의 상 황 을 제 시 하 기
- 모 둠 별 재 난 상 황 정 하 기 - 재 난 상 황 의 특 징 과 관 련 지 어 로 봇 이 해 야 할 일 들 을 구 체 적 으 로 정 리 하 기
< 감성적체험>
- 재 난 구 조 로 봇 ‘레 스 큐 봇 ’ 만 들 기 대 회 의 안 내 문 을 통 해 재 난 상 황 을 잘 해 결 할 로 봇 제 작 의 상 황 을 제 시 하 기
- 모 둠 별 재 난 상 황 정 하 기 - 재 난 상 황 의 특 징 과 관 련
지 어 로 봇 이 해 야 할 일 들 을 구 체 적 으 로 정 리 하 기
※ 학생들이 미리 배 운 로봇의 개념과 재해 재난 로봇의 종률 이해하고 이를 바탕으로 편리한 점 과 불편한 점을 생 각할 수 있도록 배 운 내용을 상기시켜 지도하는 것이 좋 다.
5. 지도안 총괄표
모둠별 재난 상황 정 하기(문제 정의) - 모 둠 에 서 선 택 한 재 해 상
황 과 그 이 유 적 기 - 재 해 상 황 에 서 로 봇 이 하
는 일 정 하 기
< 감성적체험>
- 지 적 만 족 감 : 재 해 재 난 상 황 을 정 하 고 레 스 큐 봇 의 대 회 에 참 여 하 여 자 기 주 도 적 으 로 문 제 를 해 결 하 는 과 정 에 서 지 적 만 족 감 을 느 낄 수 있 도 록 격 려 하 고 칭 찬 한 다 .
‣‘재난 구조 로봇 ‘레 스큐봇’ 만들기 대 회 안내문
<창의적 설계>
레스큐봇 제작 회의 및 설계도
그리기 분
차시
레스큐봇 제작을 위 한 작전 회의록 - 미 션 해 결 을 위 한 다 양 한
방 법 제 안 하 기
- 로 봇 의 임 무 수 행 을 그 림 과 글 로 표 현 하 기
레스큐봇의 설계도 그리기(제품 설계) - 설 계 도 그 리 는 방 법 읽 기 - 설 계 도 작 성 시 확 인 사 항 - 기 계 과 학 상 자 에 대 한 내
용 읽 기
< 감성적체험>
- 지 적 호 기 심 : 미 션 을 해 결 을 위 한 다 양 한 방 법 을 제 안 하 고 이 를 그 림 과 글 로 표 현 하 고 레 스 큐 봇 의 설 계 도 를 그 리 기 활 동 을 통 해 가 지 고 로 봇 제 작 활 동 에 서 해 결 하 고 싶 은 하 는 욕 구 를 가 질 수 있 도 록 한 다 .
실험실 환경(4인 1모 둠)
‣ 레스큐봇 설계도 그 리기
<창의적 설계>
제품 산출 분
차시
레스큐봇 제작하기 (제품 산출)
- 역 할 분 담 하 여 레 스 큐 봇 만 들 기
- 레 스 큐 봇 제 작 후 작 동 상 황 점 검 하 기
레스큐봇 작동 연습 하기
- 미 션 상 황 연 습 하 기 - 문 제 점 및 보 완 사 항 점 검
하 기
< 감성적체험>
- Hands on / 성 취 의 경 험 : 학 생 들 이 알 게 된 내 용 을 바 탕 으 로 기 계 과 학 상 자 를 이 용 하 여 직 접 로 봇 을 제 작 하 는 활 동 에 서 다 양 하 게 생 각 하 고 이 를 통 해 성 취 를 경 험 할 수 있 도 록 한 다 .
재난 구조 로봇 ‘레 스큐봇’ 평가 요소
‣모둠별 평가지
재난 구조 로봇 ‘레스 큐봇’ 대회 참여하기 - 다 양 한 재 난 상 황 선 택 하
여 대 회 에 참 가
- 재 난 상 황 설 정 , 주 요 기 능 , 임 무 수 행 , 역 할 분 담 - 미 션 수 행 에 따 른 모 둠 별
평 가 하 기
레스큐봇 재설계하기 - 다 른 모 둠 의 아 이 디 어 를
공 유 하 고 참 고 하 여 레 스 큐 봇 재 설 계 하 기
‣레스큐봇 재설계
※ 모둠에서 제작한 레스큐봇의 장점을 살려 재설계하는데 이를 활용할 수 있 도록 한다.
<평가∙보상>
평가 및 개선점 찾기 (20분) (4/4차시)
새로 추가 할 기능 평 가하기(제품 평가) - 모 둠 에 서 레 스 큐 봇 기 능
발 표 하 고 친 구 들 과 아 이 디 어 나 누 기
- 레 스 큐 봇 기 능 에 대 한 평 가 기 준 에 대 해 알 아 보 기 - 친 구 들 이 발 표 한 레 스 큐 봇 의 기 능 을 듣 고 기 준 에 맞 게 평 가 하 기
< 감성적체험>
- 배 려 : 다 른 친 구 들 이 발 표 하 는 제 작 한 레 스 큐 봇 의 기 능 과 역 할 에 대 해 비 판 하 기 보 다 는 격 려 하 고 경 청 하 며 좋 은 의 견 은 수 용 하 는 태 도 를 가 질 수 있 도 록 한 다 .
- 자 기 평 가 및 상 호 평 가 : 친 구 들 과 의 견 을 공 유 하 며 대 회 어 울 리 는 기 준 에 맞 게 객 관 적 으 로 평 가 할 수 있 도 록 한 다 .
‣평가하기 활동지
※ 듣는 사람이 이해 하기 쉽게 발표하는 방법에 대해 이야기 를 나누고 자신이 생각한 레스큐봇의 기능을 잘 정리하여 발표할 수 있도록 한다.
6. 평가 및 보상
전 과정에 걸친 학생의 활동을 평가하기 위하여 다음의 체크리스트를 활용할 수 있다. 체크리스트는 교사평가 뿐 아니라 동료평가 및 자기평가의 도구로도 활용할 수 있다.
평가
방법 평가영역 평가기준
평 가
상 중 하
자기 평가
감성적 체험
◆ 레스큐봇을 활동에 몰입하여 적극적으로 참여하였는 가?
창의적 설계
◆ 재해 재난 상황을 잘 해결할 수 있는 레스큐봇을 제 작하였는가?
◆ 구상한 레스큐봇 기능이 재난 상황에 맞고, 안정성, 창의성, 문제해결력이 있었는가?
◆ 창의적인 상상력을 발휘하여 자기주도적으로 학습하 였는가?
동료 평가
감성적 체험
◆ 친구들과 아이디어를 공유는 활동에 적극적으로 참 여하고 다른 사람의 의견을 존중하였는가?
잘한 친구 이름
가. 교사평가
교사는 제공된 체크리스트를 활용하여 모둠별로(또는 개별 학생) 학습 활동 전반 에 대한 평가를 실시한다.
나. 동료평가
학생들은 모둠별로 다른 모둠의 활동을 평가하도록 한 후, 평가 점수를 모둠원별 로 기록한다.
다. 자기평가
학생 스스로 학습 활동 전반에 대한 평가를 실시한 후, 평가 결과를 기록한다.
■ 보상
- 적극적인 칭찬과 박수로 학생들의 활동을 격려한다.
- 교사와 학생들의 평가 점수를 합산하여 상위 팀 또는 개인에게 상장, 상품, 토 큰 등을 제공한다.
재난 구조 로봇 ‘레스큐봇’ 만들기 대회
1) 날짜2014년 OO월 OO일
2) 장소 본교 과학실
3) 목적
기계과학 상자를 이용하여 재난 상활에 어울리는 재난 구조 로 봇을 만들기 위해 로봇의 작동원리를 이해하고, 창의적인 아이디 어로 미션에 최적화된 로봇을 개발하여 경진을 함으로서 창의적 사고와 학문적 융합 능력을 신장시키는 데 목적이 있다.
4) 제공된 재료
기계과학상자 6호, 포스트 잇, 필기구, 4절지 2장 색연필, 자
5) 대회 진행 방법
① 재난 상황을 정하기
② 각 재난 상황에 맞는 미션수행하기
③ 창의적인 미션 수행 당 10점 부여
④ 교사 평가 체크리스트 점수 50점(항목별 10점)
Ⅰ. 생각열기
기계과학상자를 이용하여 재난 구조 로봇을 만들어 봅시다.
■ (활동) 모둠별 재난 상황 정하기
- 모둠에서 어떤 선택한 재난 상황과 그 이유를 써 봅시다.
예) 지진
선택한 이유 : 짧은 시간에 엄청난 피해를 줄 수 있는
재해이기 때문
■Flipped leaarning 을 통한 학생들의 활 동 상태를 점검
7. 학습내용
- 재난 상황에서 로봇은 어떤 일을 하는지 재난 상황의 특징과 관련지어 정리해 봅시다.
건물이 무너질 수 있기 때문에 무거운 장애물을 치우는 일을 한다.
화재가 일어날 수 있기 때문에 화재를 진압하는 기능을 할 수 있어야 한다.
정전에 대비하여 조명을 가지고 있어야 한다.
Ⅱ. 우리가 해결해 보자.
■ 레스큐봇 제작을 위한 작전 회의록
재난 구조 로봇 ‘레스큐봇’ 만들기 대회에서 우수한 성적으 로 승리하기 위해서는 어떻게 미션들을 해결하면 좋을지 다양 한 방법에 대해 제안해 보고 그 방법에 대해 친구들과 토의해 봅시다.
학생들이 재난의 특징을 바르게 알고 사람의 힘으로 해결하기 힘든 상황 을 선택하여서 다양한 의견을 제안할 수 있도록 한다. 레스큐봇이 그것을 해결 할 수 있도록 하는 것이 좋을 것 같다. 화재 상황에서는 높은 열과 유해 가스로부터 사람을 구조 하고 안전하게 진화작업을 할 수 있는 로봇을 제작하는 것이 필요하다.
