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프로젝트
03 작은 세계 큰 미래
14 태양광 발전을 이용한 친환경도시 꾸미기 30 로봇으로 생활 속 문제를 해결하라 44 Green School 디자인하기
58 세포와 함께 떠나는 디자인 여행
71 우리들의 아치 브릿지(Bridge) 프로젝트
교사 연수 후기
89 시·공간을 뛰어 넘은 STEAM 전문가!
89 융합형 창의인재 양성을 위한 STEAM
91 생활 속에서 배워가는 독일 수학, 과학교육 현장!
92 독일의 선진 과학 기술의 바탕이 된 어린이 교육 94 STEAM 교육의 기본은 기초 과학, 수학교육에서부터 95 학교 밖에서의 자연스런 STEAM를 꿈꾸며
96 열정을 되찾게 한 STEAM 해외 연수
97 STEAM 콘텐츠 개발 해외 연수
작은 세계 큰 미래
태양광 발전을 이용한 친환경도시 꾸미기 로봇으로 생활 속 문제를 해결하라 Green School 디자인하기
세포와 함께 떠나는 디자인 여행
우리들의 아치 브릿지(Bridge) 프로젝트
작은 세계 큰 미래
김 은 경
1 주제 개요
국가적으로 나노 관련 정책을 수립하고 다양한 분야에서 나노 원천기술 및 응용기술을 개발하고 있다.
나노 기술이 인류의 미래를 바꾸는 혁명이 될 것이라는 것에 아무도 이의를 제기하지 못할 것이다.
학생들에게 이 주제를 통하여 세계를 바꾸는 작은 세계, 눈으로 볼 수 없는 작은 입자에 관심을 갖게 하고자 한다. 나노는 일상에서 폭넓게 활용되고 있다. 그 예로 자연에서 관찰된 연잎이 더러 워지지 않고 항상 깨끗한 자태를 유지하는 현상에서 때가 덜 묻거나 쉽게 세탁할 수 있는 의복과 코팅 기술이 상품으로 개발되고 있다. 직접 관찰, 탐구하여 작은 입자에 대해 재미있게 증강현실을 표현하고 나노 기능을 가진 포스터를 제작하여 나노과학자로서의 꿈을 꾸어볼 수 있는 계기가 될 것이다.
2 학습 목표
내용 목표 •틴들현장, 나노를 이해할 수 있다.
•일상생활에서 관찰되는 틴들현상과 나노에 대해 설명할 수 있다.
•영상, 포스터 기법 또는 과정을 익히고 표현할 수 있다.
과정 목표 •과학을 하는데 필요한 탐구 과정인 관찰 능력을 기른다.
•모둠별 토의를 통해 창의적 사고력 및 의사소통 능력을 기른다.
•기본적인 영상, 포스터 제작 및 편집기법을 배울 수 있다.
3 STEAM 과목 요소
S : 틴들현상과 나노
T/E : 영상, 포스터 제작 및 편집 기법 익히기 A : 증강현실 구안하기, 포스터 디자인하기
4 STEAM 단계 요소
상황제시 •안보이던 먼지가 왜 보일까?
•먼지도 물도 묻지 않는 옷 광고
창의적 설계 •작은 입자의 세계를 생각하며 증강현실을 제작해 본다.
•나노 기능을 가진 작품을 포스터로 제작한다.
감성적 체험 •모둠원들간의 협동심을 기르고 소통의 즐거움을 느낀다.
•작품을 제작하여 발표하는 과정을 통해 성취감 느낀다.
5 제작 의도
이 프로그램은 학생들이 작은 입자에 대해 좀 더 폭넓게 생각하고, 호기심을 가지게 하며, 창의적 으로 사고하도록 돕고자 제작되었다. 1차시에는 일상생활에서 보이는 틴들현상, 빛의 산란으로 눈 에 보이지 않는 것에 대해 생각하고 상상하여 증강현실로 표현하고자 하였으며 2차시에는 나노기 능을 추출한 옷 광고와 연잎효과 관찰로 나노가 쓰여지는 다양한 작품을 디자인하여 포스터로 제 작 발표하는 과정을 통해 학생들은 학습의 기쁨과 성취감을 더욱 크게 느낄 수 있게 된다. 생활과 접목한 나노영역으로 학생들이 적극적인 관심을 갖고 앱을 활용한 기술을 터득하며 활동중심의 예 술영역과 융합되어 학생들의 흥미를 높일 수 있도록 하였다.
6 차시별 계획 총괄표
차시 주제 교수 ․ 학습 활동 학습자료 및
유의점
1 증강현실로 표현하기
작은 입자를 이해하고 증강현실로 표현하기 안보이던 먼지가 왜 보일까?
증강현실 제작 프로그램 이해하기 앱을 활용하여 표현하는 방법 구상하기 증강현실로 작은 입자 표현하기
영상 시사회를 통한 성취감 느끼기
Aurasma앱 설치 스마트폰
또는 컴퓨터, 학생활동지
2 포스터로 표현하기
나노를 이해하고 포스터로 표현하기 먼지도 물도 묻지 않는 옷 광고
연잎 효과 관찰하기
포스터 제작 프로그램 이해하기
앱을 활용하여 포스터로 표현하는 방법 구상하기 포스터로 개발한 작품 표현하기
산출물 발표 및 전시를 통한 성취감 느끼기
Picsay앱, Coach’s eye앱
설치 스마트폰 또는 컴퓨터,
학생활동지
7 평가 계획
평가 영역 평가 내용 평가방법
지식과 내용
•틴들현상과 나노에 관해 이해하고 있는가?
•증강현실, 포스터 제작 프로그램을 이해하는가?
•특징을 살린 영상과 포스터 표현이 되었는가?
수행평가
기능 및 기술 •프로그램을 이용하여 창의적으로 표현하였는가? 관찰평가 정의적 측면 •호기심을 갖고 기발한 발상으로 창의적인 주제와 표현으로
만들어 졌는가? 관찰평가
의사소통 •모둠원이 협동, 배려, 존중하며 조화롭게 표현하는가? 관찰평가, 동료평가
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
교사 자료
도입 (5분)
문제 상황 제시하기 우리 집 대청소의 날
- 안보이던 먼지가 왜 보일까? 그 이유에 대해 생각해보기 - 증강현실로 움직이는 먼지
증강현실로 예시자료 선택 시 프로그램 수업의 주제인 틴들현상에 한정하지 않는다.
사진 자료
전개 (30분)
틴들현상에 대해 이해하기 틴들현상 이해하기
- 빛이 산란되어 나타나는 자연현상 이해하기 - 용액별 틴들현상 관찰하기, 비눗방울 관찰하기
(물, 비눗물, 소금물, 연기를 레이저 포인터로 쏘여 관찰) - 작은 입자 이해하기
증강현실 제작하기 생각 열기 및 생각 나누기
- 작은 입자들에 대한 다양한 표현 생각나누기 활동
작은 입자들의 여행, 느낌 등을 반 친구들과 생각 나누기 활동
- 친구들과 함께 나눈 표현들을 참고하여 모둠별로 증강현실로 표현할 것을 구안하기
비눗방울로 다양한 색깔관찰이 가능하다.
사진 용액
동영상 제작 프로그램 이해하기 모둠별 활동을 통하여 프로그램 익히기
- 증강현실 프로그램 익히기
- 프로그램 사용법 및 아이디어 공유 및 토의하기
교사가 모든 프로그램을 설명하는 방식이 아니라, 학생들이 관심 있거나 사용하고 싶은 프로그램을 선택하여 서로 사용하며 아이디어를 공유하고 알아갈 수 있도록 교사는
스마트폰 또는 컴퓨터
Aura sma 앱
8 차시별 교수학습과정
1차시 증강현실로 표현하기 –작은 입자-
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
교사 자료
창의적 표현방법 구상하기
모둠별로 어떤 방법으로 영상으로 제작할지 창의적으로 구상 하기
- 적절한 표현 방법 협의하기 - 시나리오 작성하기
활동지 Aurasma 앱
증강현실로 작은 입자의 생활, 느낌 표현하기
모둠별로 선택한 재료와 방법으로 자유롭게 증강현실 영상으로 제작하기
스마트폰 또는 컴퓨터
정리 (15분)
영상 시사회 및 의견 나누기
모둠별 제작한 증강현실 시사회 열기
- 모둠별로 제작한 증강현실을 반 친구들에게 공개하는 시사회를 연다.
다른 모둠 작품에서 배울 점 및 소감 발표하기
- 다른 모둠 작품을 통해서 배울 점이 무엇인지 기록한다.
- 우리 모둠의 증강현실을 다시 수정한다면 어떤 부분을 어떻게 보완하고 싶은지 이야기 나눈다.
포스트잇
학생 활동지1 증강현실 시나리오 작성하기
▶ 어떤 주제로 증강현실을 표현할 건가요?
▶ 증강현실 시나리오(글/그림)를 작성해 봅시다.
2차시 나노로 만들었어요 학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점 교사 자료
도입 (5분)
문제 상황 제시하기
- 먼지도 물도 묻지 않는 옷 광고
- 보고 어떤 주제를 표현한 것인지 추측하여 봅시다.
Picsay앱으로 예시자료 선택 시 프로그램 수업의 주제인 나노에 한정하지 않는다.
Picsay 앱 예시 자료
전개 (25분)
연잎효과 관찰하기 연잎의 특징 이해하기
- 연잎과 다른 잎에 물을 떨어뜨려 관찰하기
- Coach’s eye앱 설치로 슬로우 모션과 콘트롤을 하면서 비교하기
나노 이해하기 - 나노의 특징 알기 포스터 제작하기
포스터 표현을 위한 생각 열기 및 생각 나누기 - 나노 적용한 작품 생각 나누기 활동
- 친구들과 함께 나눈 표현들을 참고하여 모둠별로 포스터 구안하기
스마트폰, Coach’s eye앱 활용
활동지
포스터 제작 프로그램 이해하기 모둠별 활동을 통하여 프로그램 익히기
- Picsay앱 설치하기
- 프로그램 사용법 및 아이디어 공유 및 토의하기 창의적 표현방법 구상하기
모둠별로 선택한 주제를 어떤 재료와 방법으로 포스터 제작할지 창의적으로 구상하기
- 적절한 표현 방법 및 나노 협의하기 포스터로 표현하기
모둠별로 자유롭게 창의적 포스터로 제작하기
스마트폰 또는 컴퓨터, Picsay앱
정리 (10분)
산출물 발표회 및 의견 나누기 모둠별 제작한 포스터 전시회 열기 탐구활동 소감 발표하기
이젤
학생 활동지1 우리 모둠 작품
▶ 작품 제목
▶ 작품 설명하기(특징, 활용 등)
9 참고 자료
▶ 틴들현상 [Tyndall phenomenon]
틴들 현상(Tyndall phenomenon) 혹은 틴들 효과(Tyndall effect)는 콜로이드에서 나타나는 대표적인 현상중 하나인데 구름 사이로 빛이 지나가는 것이 보이는 것으로, 광선이 그것이 지나가는 통로에 떠 있는 작은 부유물이나 작은 입자등의 미립자에 의해 산란하여 그 통로가 밝게 나타나는 현상을 말합니 다. 19세기의 아일랜의 과학자 존 틴들(John Tyndall)의 이름을 땃다고 하죠. 틴들 현상의 대표적인 예가 구름 사이로 들어오는 빛줄기 입니다. 구름의 틈 사이로 들어오는 빛줄기가 수증기 입자나 작은 먼지등 공기중의 입자들과 부딧히면서 산란하게 되는데, 이렇게 산란된 빛이 우리 눈에 들어오면서 빛 줄기가 지나가는 경로가 보이는 것이죠. 이러한 현상은 안개 낀 날이나 보슬비가 내리는 날에 자동차 의 불빛에도 보이는 현상입니다. 맑은 날씨에는 자동차의 불빛이 나아가는 경로는 보이지 않지요. 그 런데 공기중에 미세한 먼지들이 불빛의 경로 상에 놓이게 되면 일부의 빛이 산란되면서 사방으로 흩어 지게 되고, 그것이 우리 눈에 보이게 되면서 그 경로에 따라 빛줄기가 보이는 것이죠. 집에서도 창문 을 통해 들어오는 빛줄기가 집안의 먼지 때문에 보이는 현상 역시 마찮가지 이구요. 틴들 현상은 그 입 자가 비교적 큰 경우에 적용되는 현상입니다. 빛의 경로를 방해하는 입자의 크기가 작을 경우에는 레일 리 산란을 일으키고, 이보다 더 작은 경우의 빛과 물질의 상호 작용에는 Mie 이론이 설명가능 합니다.
(사실은 Mie이론이 가장 포괄적이라 할 수 있지요) 이들 모두 빛의 파장에 따라 민감하게 변화하는 현 상들 입니다. (출처 : alluck / 네이버 지식인, 출처 : 두산백과사전 EnCyber & EnCyber.com)
▶ 틴들 [John Tyndall,1820.8.2~1893.12.4]
아일랜드의 칼로주 릴린브리지 출생. 맨체스터의 철도회사에 근무하였고 1847년 그린우드에서 수 학을 가르쳤다. 독일의 마르부르크대학에 입학하여 R.W.분젠의 지도를 받았으며, 1851년 학위를 받았다. 졸업 후 베를린의 H.G.마그누스 밑에서 반자성(反磁性) 연구를 하였고, 1853년 귀국하여 왕립연구소의 M.패러데이의 뒤를 이어 교수가 되었다.
미립자(微粒子)에 의한 빛의 산란 연구로 ‘틴들현상’을 발견했으며, 음파의 투과에 미치는 대기밀도 의 영향 등 음향에 관한 연구가 있다. 열현상에 대해서는 분자운동론적 해석을 하였다.
패러데이와 친분으로 패러데이의 전기를 썼고, 왕립연구소에서의 강의는 명강의로서 평판이 높았다.
문필과 강연에도 뛰어나 많은 과학해설서를 썼으며, 19세기 후반의 과학계몽가로서 공헌하였다.
등산가로서도 이름이 높았고, 저서《알프스의 빙하 The Glaciers of the Alps》(1860)가 있다.
▶ 연잎효과
“연잎은 왜 물에 젖지 않을까” ‘표면과학’ 수수께끼 연잎 표면에는 기름 성분과 미세 돌기가 있는 데, 돌기 위로 물방울이 구슬 모양으로 맺힌다. 연잎이 물속에서도 젖지 않는 비결이다. 연잎의 기 름 성분은 물을 밀어내는 ‘발수(撥水)’ 성질을 갖는다. 여기에 미세 돌기가 합쳐지면 완벽하게 물에 젖지 않는 ‘초(超)발수’ 상태가 된다.(출처 : 동아닷컴)
▶ 나노기술
미국 알코어 생명연장재단의 지하 냉장고에는 섭씨 영하 195도 로 얼어있는 30여구의 냉동인간이 있다. 대부분 암 등 불치의 병을 앓다가 치료법을 찾지 못해 죽은 이들은 의학기술이 지금보다 훨 씬 발달한 미래에는 과연 깨어날 수 있을까? 러시아 자연과학 및 응용 물리학 연구소의 루돌프박 사는 최근 발표된 논문에서 나노기술을 이용하면 냉동인간을 되살릴 수 있다고 주장 하고 있다.
옛날 영화에서 보던 것처럼 신체 내부에 투입되어 피를 흘리지 않고 수술을 할 수 있는 나노로봇 이 개발된다는 전제하에서 말이다. 나노(nano)란 그리스어의 “난장이”란 의 미에서 유래한 말로 10억분의 1을 가리키는 말로 1나노미터 (1nm)는 10억분의 1m, 머리카락 굵기의 10만분의 1에 해당한 초 미세단위이다. 나노기술은 원자나 분자단위의 극미세 물질을 인위적으로 조작함으로써 새로운 성질과 기능을 가진 장치를 말하는 것인데, 옷감과 같이 손으로 만질 수 있는 물질에서부 터 나노로봇과 같은 상상의 산물에 이르기까지 매우 다양하다. 나노기술을 이용한 신약개발도 활 발히 진행되고 있는데, 한미약품에서는 입자를 아주 잘게 쪼개 체내 흡수력을 높일 수 있는 해열 진통제인 ‘스피드펜 나노’를 개발해 최근 시판에 들어갔고, 한국과학기술연구원(KIST) 정서영 박사 팀도 당뇨병 치료제, ‘먹는 인슐린’을 개발한 것으로 알려졌다. 특히 나노기술은 반도체의 메모리 분야에서 각광받고 있다. 반도체는 일정 수준 내에 얼마나 가는 선을 배치해서 그 집적도를 높이 느냐의 싸움이기 때문이다. 업무 상 출장이 잦은 한 반도체 연구원은 엄지손가락만한 플래시 메모 리에 자신의 컴퓨터 하드에 담긴 모든 프로그램과 자료를 넣어 갖고 다닌다. USB 포트에 메모리 만 꽂으면 세상 어떤 컴퓨터도 자기 컴퓨터와 똑같아진다는 것이다. 나노의 위험을 경고하는 과학 자들도 많다. 캐나다 토론토 대학의 생명윤리연구소(JCB)의 피터 싱어박사는 초소형 카메라 등 초 소형장치의 출현에 따른 사생활 침해문제, 덩어리일 땐 문제가 없던 물질들이 나노 크기의 입자가 되면 높은 독성을 지닐 가능성이 크다거나 나노물질의 등장에 따른 신종오염 발생가능성 등 역기 능에 대한 충분한 검토가 함께 이루어지지 않을 경우, 나노기술에 대한 장밋빛 환상이 재앙으로 바뀔 수 있다고 지적하고 있다. 그럼에도 불구하고 크기가 작아지고, 단가가 싸지고, 열이 줄어들 고 (열은 반도체의 적)들고 전압이 적게 드는 등 여러가지 이익이 발생하는 나노기술은 미래의 과 학 및 공학에서 대변혁을 가져 올 21세기의 중요한 기술임에는 틀림이 없다. 아울러 나노기술을 보유하고 있다는 것은 세계적인 기술로 인정되고 국가적 자산이 되는 것이며, 우리나라를 비롯 선 진국들이 나노기술 개발에 총력을 기울이는 이유이기도 하다. (과학향기 편집부) 출처 : KISTI의 과학향기 (http://scent.kisti.re.kr)
▶ 도움자료
LG 사이언스랜드(http://lg-sl.net) : 틴들현상
EBS 클립뱅크(http://clipbank.ebs.co.kr) : 빛의 산란을 이용한 여러 가지 색깔놀이 동영상
▶ Aurasma앱으로 증강현실을 만드는 과정
(출처: https://itunes.apple.com)
1. 먼저 증강현실로 나타날 Overlay 만듬(Overlay는 사진 또는 동영상(20MB 미만)을 나타나게 할 수 있음)
2. Overlay가 나타나게 비출 대상을 촬영
3. 2번의 과정에서 촬영한 대상을 Aurasma앱으로 비추면 Overlay가 나타남
♤ Coach’s eye(안드로이드, iOS 모두 사용 가능) 기능
(출처: https://itunes.apple.com) 알 수 있듯이 Aurasma앱은 자세 등 활동 모습에 대해 이야기하여 스스로 자신의 부족한 부분을 발견하고 교정할 수 있도록 도움을 줄 수 있는 앱이다. 이것을 이용해 연잎의 빠른 물 이동 관찰 시 활용할 수 있다.
1. 슬로우모션콘트롤 가능
2. 화면에 화살표, 각도, 그림 등 표시 가능
태양광 발전을 이용한 친환경도시 꾸미기
강 창 호
1 주제 개요
전기 에너지는 우리 생활에 있어 빛, 열, 소리, 동력 등 다양한 에너지로 변환되어 활용되고 있으 며 이는 우리 생활을 풍요롭게 하는 바탕이 되고 있다. 우리가 일상생활에서 사용하고 있는 TV나 냉장고, 세탁기와 같은 각종 가전제품을 활용할 수 있는 이유가 바로 전기가 있기 때문이다. 이처 럼 전기는 우리의 편리한 생활과 뗄래야 뗄 수 없는 중요한 역할을 한다.
전기에너지가 우리 생활에서 활용되고 있는 형태를 살펴보자면 에너지의 변환 과정을 거치게 되는 데 우선 빛에너지를 활용하는 전구, 소리에너지를 이용하는 오디오의 스피커, 열에너지를 이용하는 난로, 운동에너지로 변환되어 이용되는 선풍기 등을 들 수 있다.
이처럼 우리 생활과 밀접한 전기에너지는 항상 풍족하게 공급되고 있을까? 2011년 9월 15일 평 소와 같던 어느 오후 서울 강남과 여의도 일대를 비롯해 경기, 강원, 충청 등 제주를 제외한 전국 곳곳이 기습적으로 정전되는 사태가 실제 발생한 사실이 있다. 우리나라의 전기 공급은 2010년 기준으로 화력발전 비율이 65.6%로 가장 높고 그 뒤를 원자력 31.1%, 수력 1.4% 외 기타 등으로 이루어지고 있다. 전기 부족에 시달리는 우리나라 과연 해결책은 없을까?
이에 본 프로그램에서는 전기에너지의 발전 원리를 여러 과정을 거쳐 이해하고 발전된 전기에너지 를 활용하기 위해 다른 에너지의 형태로 변환되는 과정에 대하여 실험을 통하여 학생의 이해를 돕 고자 한다. 또한 친환경적이며 무한히 활용할 수 있는 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 방법에 대한 탐구를 통하여 여러 가지 생활용품을 간단한 형태로 만들어 보는 프로그램으로 구성함으로써 학생들에게 전기에너지의 소중함을 일깨우는 한편, 전기에너지의 변환 과정이 실생활에 활용할 수 있는 지식으로 다가갈 수 있도록 하였다.
2 학습 목표
내용 목표 •에너지의 개념을 이해한다.
•우리가 사용하는 에너지가 어떻게 생산되는지 설명할 수 있다.
•에너지의 변환 과정에 대한 이해를 통하여 발전의 원리를 설명할 수 있다.
•전기에너지가 다양한 형태의 에너지로 변환되어 이용됨을 설명할 수 있다.
과정 목표 •에너지란 무엇인지 마인드맵을 통하여 이해하고 토의과정을 거침으로써 효과적인 의사소통 능력을 기를 수 있다.
•운동에너지가 전기에너지로, 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 과정을 미 니발전기 실험과정으로 설명할 수 있다.
•실제 우리나라에 발생한 블랙아웃의 문제점에 대하여 토의함으로써 에너 지의 소중함을 깨닫고 에너지절약에 앞장 설 수 있다.
•친환경 에너지 간이 태양광발전기를 활용한 생활용품을 디자인하고 친환 경도시(그린시티)를 디자인함으로써 태양광 발전의 원리를 이해하고 성취 감을 느낄 수 있다.
3 STEAM 과목 요소
S : 에너지, 에너지 보존법칙, 태양광 발전의 원리
T: 태양광 발전 모듈(솔라셀 활용하기), 미니발전기의 원리 이해하기 E : 태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품 만들기
A : 친환경 도시 디자인하기
M : 전력사용량과 전기공급량의 관계 파악하기
4 STEAM 단계 요소
상황제시 •2011년 9월 15일 평소와 같던 어느 오후 서울 강남과 여의도 일대를 비 롯해 경기, 강원, 충청 등 제주를 제외한 전국 곳곳이 기습적으로 정전되 는 사태가 실제 발생한 사실이 있다. 이를 통하여 전기 에너지의 소중함을 이해하고 전기에너지가 생산되고 다른 형태의 에너지로 변환되는 과정에 대하여 관심을 가진다.
창의적 설계 •전동기를 활용한 미니 발전기를 이용하여 전기 에너지 생성 과정을 탐구하기
•태양광 발전 모듈을 이용한 간단한 생활용품을 만들고 실제 활용하기
•친환경 에너지로 움직이는 그린시티 꾸미기 활동하기
감성적 체험 •친구들에게 자신이 만든 태양광 에너지를 이용한 생활용품을 소개하는 글쓰기
•친구들에게 우리 모둠이 만든 친환경 에너지 도시(그린시티)의 장점 홍보하기
5 제작 의도
마인츠 대학의 NAT Lab 물리교실에서는 학생들의 실생활과 관련된 다양한 실험활동을 통하여 물 리학 지식의 이해를 돕고 이 경험을 바탕으로 얻어진 지식을 실생활에 활용하도록 하는 동기를 가 질 수 있도록 프로그램이 구성되어 있다. 이러한 물리교실의 의도를 바탕으로 하여 우리나라 학생 들의 학습 프로그램으로 재구성하여 실제 학교 현장에 투입하고자 하였다.
또한 첨단 과학기술에 대한 종합적 사고력과 문제해결력, 과학적 호기심과 창의성을 갖춘 융합형 인재양성을 목적으로 하는 STEAM교육에 실생활 속의 문제를 통한 접근 및 쉽게 접할 수 있는 도 구를 이용한 탐구활동을 통하여 우리 학생들에게 STEAM수업에 대한 다채로운 흥미와 경험을 제 공하고자 하였다.
6 차시별 계획 총괄표
Science 과학, Technology 기술, Engineering 공학, Art 예술, Math 수학 Context 상황 제시
Creative Design 창의적 설계 - 주어진 상황에서 창의성, 효율성, 경제성, 심미성을 발현하여 최적의 방안을 찾아 문제를 해결하는 종합적인 과정
Emotional Touch 감성적 체험 - 학습에 대한 긍정적 감정과 성공의 경험 즉, 학습과정에서 학습에 대한 흥미, 자신감, 지적 만족감, 성취감 등을 느껴 학습에 대한 동기유발, 요구, 열 정, 몰입의 의지가 생기고 개인적 의미를 발견하는 선순환적인 자기주도적학습이 가능하게 하는 모든 활동과 경험
차시 주제 교수-학습활동 학습자료
및 유의점
1
우리 힘으로 만드는
전기 에너지
전기에너지 절약의 필요성 이해하기 ‘블랙아웃’사태 스토리텔링 들려주기
우리나라의 전기절약 필요성에 대하여 이야기하기 미니발전기를 이용하여 전기 에너지 생성과정 체험하기 일반적으로 사용하는 전동기와, 전동기 프로펠러, 전선과
엔드캡, 2핀 커넥터 등을 이용하여 미니발전기 설치 후 원리 탐색하기
미니발전기의 원리를 활용한 나만의 발전기 꾸미기 페트병, 에나멜을 입힌 구리선, 네오디뮴 자석, 바람개비 등을
이용하여 나만의 발전기 꾸미기
태양광 발전 모듈의 원리를 이해하고 체험하기
태양광 발전모듈의 발전원리를 다음차시 학습을 위하여 제시
미니발전기
2~3
우리가 생각 하는 그린 시티
태양광 발전 모듈의 원리 설명하기
태양광 발전 모듈(솔라셀)을 이용한 다양한 실생활 용품 알아보기 태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품 꾸미기
태양광 발전 모듈의 작동원리 탐구하기
태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품 디자인하기 태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품 만들기
태양광 발전 생활용품을 활용하여 친환경 태양광 도시 (그린시티) 꾸미기
태양광 모듈의 경우 학생들이 직접 모듈을 제작하기는 어려우므로 시중에 나와 있는 제품을 구입한다.
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점 교사 자료
도입 (5분)
문제상황 제시하기
전기에너지가 부족하여 생기는 현상 이야기 듣기 및 동영상 시청하기
'스토리텔링‘-여름이나 겨울이 되면 전력예비율이 몇 퍼센트에 불과하다는 긴급뉴스가 연일나온다. 실제로 우리나라는 2011년
인터넷 검색을 통하여 전기에너지 가 사라졌을
스토리 텔링 자료 및 동영상
2 평가 계획
평가 영역 평가 내용 평가 방법
지식과 내용
•전기에너지의 발전 원리에 대하여 설명할 수 있는가?
•전기에너지가 다양한 에너지로 변환되어 사용되는 예를 실생활을 바탕으로 설명할 수 있는가?
면접법 지필평가
기능 및 기술
•미니발전기를 다루어 보고 나만의 발전기를 설계하여 제작할 수 있는가?
•태양광 발전 모듈의 특징을 이해하고 발전모듈을 사용하여 친환경 전기에너지를 이용한 생활용품을 만들 수 있는가?
수행평가
정의적 측면
•다른 친구와 협동하여 태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품을 가지고 친환경도시 만들기 활동을 할 수 있는가?
•탐구활동에 호기심을 가지고 다양한 활동에 적극적으로 참여하는가?
•우리나라와 세계 에너지 부족 현실을 깨닫고 에너지 절약에 앞장 설 수 있는가?
관찰법 체크리스트
의사소통 •모둠 또는 전체 활동 시 서로의 생각을 공유하고 적극적인 토의
활동에 참여하는가? 수행평가
8 차시별 교수학습과정
1차시 우리 힘으로 만드는 전기 에너지
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점 교사 자료
하였다. 블랙아웃이 일어나 전기가 끊어진 지 일주일이 지났다.
며칠 사이 대한민국 땅은 18세기로 돌아가 있다. 휴대전화나 인터넷은 온통 먹통. 지하철은 멈춰 섰고, 신호등도 꺼져 차도 다니지 않는다. 거리를 걸어도 문을 연 은행이나 상점이 없다.
밤이 되면 온통 암흑이라 겁이 난다. 열대야에도 에어컨을 켤 수 없고 물조차 나오지 않는다. 언제쯤 전기가 들어오려나.
<출처-네이버캐스트 물리산책 블랙아웃>
인터넷을 통하여 동영상을 검색하여 재구성 후 시청가능하나 의학적 분류의 블랙아웃을 선별하여야 함
우리나라의 전기절약 필요성에 대하여 이야기하기
학습문제 미니발전기를 이용하여 전기 생산과정을 체험하고 나만의 발전기를 만들어보자.
상황을 알 수 있는 다양한 동영상을 감상할 수 있다.
전개 (15분)
미니발전기를 이용하여 전기 에너지 생성과정 체험하기 일반적으로 사용하는 전동기와, 전동기 프로펠러, 전선과
엔드캡, 2핀 커넥터 등을 이용하여 미니발전기 설치 후 원리 탐색하기
레버를 돌려 발전하는 형태의 미니발전기
고리를 회전시켜 발전하는 형식의 미니발전기
프로펠러를 회전시켜 발전하는 형식의
미니발전기
전동기의 내부구조 파악을 통하여 발전의 원리를 이해하기
웹검색어 ‘미니 발전기’로 검색할 경우 ‘미니 DC 발전기/GA-02'제품을 구입하여 활용할 수 있다.
장난감이나 과학상자 등에서 사용하는 전동기, 그리고 전기회로 실험에서 사용하는 집게전선과 프로펠러 등을 활용하여 직접 실험을 설계할 수 있다.
미니 발전기
실험 키트
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점 교사 자료
전개 (15분)
미니발전기의 원리를 활용한 나만의 발전기 꾸미기 미니발전기의 원리를 활용하여 나만의 발전기
디자인하기-교사의 설명을 바탕으로 에나멜선 주위를 자석이 왕복 이동하는 형태가 가능하도록 디자인하기
페트병, 에나멜을 입힌 구리선, 네오디뮴 자석, 바람개비 등을 이용하여 나만의 발전기 꾸미기
웹검색을 통하여 다양한 형태의 네오디뮴 자석과 에나멜 코팅된 구리선을 이용한 발전기의 형태를 찾아볼 수 있다.
원통형 형태의 관 (페트병 등), 네오디뮴 자석, 자석 고정용 막대, 에나멜선, 전선, 2핀 커넥터, 프로펠러 등
나만의 발전기
를 디자인
할 수 있는 활동지
정리 (5분)
나만의 발전기 발표하고 홍보하기
친구들 앞에서 나만의 발전기가 가지는 장점에 대하여 이야기하고 직접 가동하여 시연하기
친구의 발표를 듣고 잘된 점, 보충할 점, 흥미로운 점, 나의 발전기에 보탬이 되는 점 등에 대해 발표하기
활동지
학생 활동지1 나만의 발전기 디자인하기
▶ 아래에 나만의 발전기를 디자인하여 봅시다.
발전기의 이름 : ( ) 선택한 재료
위와 같이 디자인한 이유
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
교사 자료
도입 (5분)
문제상황 제시하기
친환경 신재생 에너지 활용방법 중 한가지 인 태양광 발전의 사용 예시 이야기 듣기
'스토리텔링‘-스팀이는 이번 추석에 시골 할머니 댁을 방문하였을 때 할머니 댁의 옥상에서 신기한 물건을 관찰하였어요. 그것은 바로 TV에서만 보아오던 태양광 발전기였습니다. 태양광으로 발전을 하여 집안의 전기로 이용하고 남는 전기는 한국전력에 되팔아 수익도 남길 수 있다고 하니 정말 신기했지요. 스팀이는 태양광 발전기를 디자인해보고 싶다는 생각이 쑥쑥 자라났지요. 전기가 들어오려나.
태양광 발전을 통하여 월 가계지출이 줄어들 수 있다는 뉴스 시청하기
인터넷을 통하여 다양한 동영상을 검색하여 재구성 후 시청가능하나 교사의 학습목표 파악이 선제되어야 한다.
태양광 발전의 좋은 점과 중요성에 대하여 이야기하기
학습문제 태양광 발전 모듈의 원리를 이용하여 다양한 생활용품을 만들고 그린시티를 꾸며보자.
인터넷 검색을 통하여 다양한 뉴스 자료를 활용할 수 있으나 간혹 태양광발전 의 효율이 낮아 초기 설치비용을 감당하기 힘들다는 내용도 있으므로 주의한다.
위는 기술개발로 극복 가능한 문제이다.
스토리 텔링 자료 및 동영상 자료 http://
news.n aver.co m/main /read.n hn?mo de=LP OD&mi d=tvh&
oid=21 4&aid=
000035 5411
전개 (15분)
태양광 발전 모듈의 원리를 이해하고 체험하기
태양광 발전 모듈(솔라셀)을 이용한 자가 발전 주택의 실례를 들어 설명하고 태양광 발전모듈의 발전원리를 기초적인 수준에서 제시하기
태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품 꾸미기 태양광 발전 모듈의 작동원리 탐구하기
태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품 디자인하기
태양광 발전을 이용하여 실제 생활에 사용가능한 용품을 만들기 에는 모듈의 용량이 부족하므로 생활용품을 소형화 모형화 함 태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품 만들기
태양광 발전모듈을 학생과 교사가 직접 설계하여 제작하기는 어려우므로 재활용이 가능하고 비교적
태양광 발전 모듈을 활용한 LED 전구 밝히기 활동지 2~3차시 우리가 생각하는 그린시티
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
교사 자료
모듈을 이용한 발명품
종이컵과 LED를 이용한 전등
기존 장난감의 전지를 대체
자동차형 장난감의 전지를
대체
태양광 발전 모듈을 구입하여 활용한다.
정리 (5분)
태양광 발전 생활용품을 활용하여 친환경 태양광 도시 활용되는 사례 토의하기
친구들과 함께 만든 생활용품을 모형을 우리 지역에 활용할 수 있는지 토의해보기
친환경 태양광 도시(그린시티)의 일상생활을 이야기로 엮어 발표하기
학생 활동지2 태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품 만들기
▶ 아래에 태양광 발전 모듈을 이용한 생활용품을 디자인하여 봅시다.
생활용품의 종류 : ( ) 선택한 재료
위와 같이 디자인한 이유
작동원리
9 참고 자료
▶ 하일브론 Experimenta 프로그램 소개 ◦ Experimenta는?
하일브론의 Experimenta는 2009년 11월에 문을 연 독일 남부 의 가장 큰 과학 기술 센터로 과학 및 기술, 예술 관련 분야에 호기심을 가진 어린이와 청소년, 성인을 포함한 가족 단위의 방 문객을 맞아 다양한 체험위주의 상설전시프로그램과 특별전시회 를 열고 있다. 가족그룹 뿐만 아니라 교사를 포함한 학생들의 신청과정을 거쳐 다양한 프로그램을 학습할 수 있는 기회를 제 공하고 있으며 약 15만명의 방문자가 매년 방문하고 있다고 한 다. Experimenta의 상설전시 프로그램은 건물의 4개 층에 각각 주제별로 구성되어 있으며, 그 주제는 전기에너지, 실생활 속의 과학, 인간 사회의 네트워크, 과학과 예술, 스포츠, 놀이의 융합 활동 등으로 볼 수 있다.
◦ expermenta의 E-werk 프로그램
상설전시 프로그램의 4개 주제 중 하나로서 다양한 에너지가 상호 변환됨을 체험과정을 통하여 학 습하고 전기에너지 생성의 원리와 우리 사회의 에너지 부족 현상을 해결해 나갈 친환경, 신재생 에너지의 중요성을 다양한 활동 중심의 프로그램을 통해 알기 쉽게 소개하고 있다.
익스페리멘타 프로그램을 개략적으로 소개하는 입구의 전시물
식물의 잎 모양 및 잎차례가 태양광을 많이 얻기 위해 진화된 형태라는 것을 알기 위해 식물잎 모 양의 구조물 속에 태양광 발전 모듈을 삽입하여 태양광 발전의 원리를 이해하도록 하였다.
식물잎 태양광 발전
지열을 이용하여 난방하였을 때 에너지 절약을 위한 최선의 구조에 대하여 파악하고 열손실이 어 디에서부터 발생하는지 알 수 있게 해주는 체험 장치이다.
지열을 이용한 가정 난방 시스템
하루의 일출시각부터 일몰시각까지 태양의 이동경로에 따라 가정의 지붕에 설치한 태양광 발전기 에서 얼마나 많은 전력을 생산해 낼 수 있는지 실험을 통해 확인하는 장치로 지붕의 경사면과 태 양빛의 입사각이 나란할 때 가장 효율이 높음을 알 수 있었다.
지붕에 설치한 태양광 발전기
플레잉판에 플레잉칩을 얹어 서로의 칩들이 연결되어 송전되는 과정을 알아보는 체험도구로 풍력, 조력, 수력, 태양광 발전의 다양한 원리를 이해할 수 있도록 도움을 주고 있다.
다양한 에너지를 이용한 전기 에너지 생산과정
▶ 전동기를 이용한 발전의 원리
전동기는 전기에너지를 운동에너지로 바꾸어 선풍기, 믹서기 등 많은 전자제품 에 사용되고 있다.
이 전동기 안을 살펴보면 회전축에 자석이 있고, 주변에 코일(에나멜선)이 있음을 알 수 있다. 전 동기에 전류가 흐르면 코일 주변에 자기장이 생기게 되고, 기존의 자석이 가지고 있던 자기장과 밀어내고 당기면서 자석이 붙어 있는 회전체가 회전하면서 전동기가 회전하게 된다.
<그림 출처>
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=motor_bank&logNo=60175749760&categoryNo=1
&parentCategoryNo=-1&viewDate=¤tPage=&postListTopCurrentPage=&isAfterWrite=true
반대로 전동기의 회전체를 움직이게 되면 어떻게 될까? 앞서 살펴본 것처럼 코일 주변에 자석이 움직이게 되어 전기가 생성되게 된다. 즉, 전동기는 전기에너지가 운동에너지로 변환되지만 발전기 는 운동에너지가 전기에너지로 변환되는 것이다.
<출처> 서울특별시과학전시관 http://ssp.re.kr
▶ 태양광 연료 전지의 사용 태양전지로 전기를 발전하는 방법
태양광 에너지는 태양광 발전 시스템을 이용하여 빛 에너지를 모아 전기로 바꾸는 것이다.
태양광
전극
반사 방지막
＋ － ＋ － ＋ －
외부 부하
N형 반도체
전류 PN접합
－ ＋ － ＋ －
P형 반도체
▶ 태양전지의 원리(PN접합에 의한 태양광 발전의 원리)
대표적인 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘에 보론(boron:붕소)을 첨가한 P형 실리콘반도체를
기본으로 하여 그 표면에 인(phosphorous)을 확산시켜 N형 실리콘 반도체층을 형성함으로서
만들어짐. 이 PN 접합에 의해 전계(電界)가 발생함
이 태양전지에 빛이 입사되면 반도체내의 전자(-)와 정공(+)이 여기되어 반도체 내부를
자유로이 이동하는 상태가 됨
자유로이 이동하다가 PN접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체에,
정공(+)은 P형 반도체에 이르게 됨.
P형 반도체와 N형 반도체 표면에 전극을 형성하여 전자를 외부 회로로 흐르게 하면
전류가 발생됨
장 점 단 점
⦁에너지원이 청정·무제한
⦁필요한 장소에서 필요량 발전가능
⦁유지보수가 용이, 무인화 가능
⦁긴 수명 (20년 이상)
⦁전력생산력이 지역별 일 사량을 의존
⦁에너지밀도가 낮아 큰 설치면적 필요
⦁설치장소가 한정적, 시스템 비용이 고가
⦁초기투자비와 발전단가 높음
<출처> 에너지 관리공단 신·재생에너지공단
로봇으로 생활 속 문제를 해결하라
신 재 원
1 주제 개요
현재 우리 생활 주변에는 다양한 형태의 로봇이 존재하고 있다. 영화에서 나오는 갑옷만 입으면 엄청난 힘을 발휘하는 로봇, 사람이 타고 다닐 수 있는 로봇뿐만 아니라 사람의 감정을 표현할 수 있는 로봇까지 만들어지고 있다. 학생들은 로봇이라고 하면 만화나 영화에서처럼 사람과 비슷하게 생기고 두 발로 걸어 다니는 형태를 떠올린다. 하지만 개념적으로 스스로 판단하고 움직일 수 있는 기계 장치라는 것을 학생들 이 인식함으로써 로봇의 개념을 확장시킬 수 있다. 그리고 생활 속에서 쉽게 볼 수 있는 엘리베이터, 자 동문, 전기밥솥, 로봇 청소기 등도 로봇의 종류라는 것을 알고, 생활 속에서 불편한 점을 해결하기 위해 로봇의 활용에 대해 생각해볼 수 있을 것이다. 따라서 본 과정에서는 주변에서 접하는 문제를 해결하기 위해 로봇을 활용한 주제중심의 융합탐구과정을 통해 작은 발견과 의문, 흥미와 관심을 갖고 세심하게 탐 구하게 한다. 그리고 그 과정을 통해 학생들 스스로 창의적 설계를 하며 감성적 체험을 할 수 있는 기회 를 가져 일상생활의 문제를 창의적이고 합리적으로 해결하는 데 필요한 과학적 소양을 기르도록 한다.
2 학습 목표
내용 목표 ⦁로봇의 개념과 종류를 설명할 수 있다.
⦁일상생활에서 많이 사용되는 로봇의 간단한 작동 원리를 이해할 수 있다.
⦁간단한 로봇을 만들고 체험할 수 있다.
과정 목표 ⦁전동기를 활용하여 로봇을 만들 수 있다.
⦁생활 속 문제를 해결하기 위한 로봇을 설계할 수 있다.
⦁주위의 문제를 해결하려는 태도를 기르며 과학 내용에 대한 흥미와 호기심을
3 STEAM 과목 요소
S : 전기, 전자의 원리를 이해하고 로봇 제작에 활용한다.
T/E : 전동기의 원리를 이해하고 적용하여 로봇을 제작한다.
A : 생활에 필요한 로봇을 설계, 디자인하며 창의적으로 표현한다.
M : 원을 그리기 위한 조건을 이해한다.
4 STEAM 단계 요소
상황제시 ⦁여러분에게 예쁘고 착한 동생이 있습니다. 동생은 그림 그리는 것을 너무나 좋아하는데, 그 중에서도 동그라미 모양을 그리는 것을 좋아합니다. 그런데 동생은 매일 대충 그린 원 모양 말고 정확하게 동그란 원을 그려달라고 합 니다. 매번 컴퍼스로 원 그리는 것도 귀찮고 여러분 대신 쉽게 정확한 원을 그려줄 수 있는 로봇은 없을까요?
창의적 설계 ⦁생활의 문제를 해결하기 위해 필요한 나만의 로봇 디자인하기
⦁생활의 문제를 해결하기 위한 로봇을 설계하여 디자인하기 감성적 체험 ⦁생활의 문제를 해결하기 위한 로봇을 설계, 디자인 해보기
⦁로봇을 제작하여 생활 속 문제를 해결하는 과정을 통해 성취감 느끼기
5 제작 의도
우리나라는 로봇 보유량 세계 5위, 생산 규모 세계 6위의 로봇 선진국이다. KIST에서 개발한 영어 교사 로봇은 2010년 영국의 타임지 선정 세계최고 발명품 50개중 하나로 꼽히기도 했다. 이 프로 그램은 학생들이 이러한 우리나라의 로봇 기술에 대한 자부심과 관심을 기초로 생활 속에서 부딪 치는 문제를 로봇을 통해 해결하는 과정을 통해 학생들의 창의성과 문제해결력을 신장시키고자 구 성하였다. 먼저 우리나라 출신의 세계적인 로봇공학자 데니스 홍에 대해 알아보고 로봇 공학에 대
한 흥미를 가지는 것에서 출발한다. 다음으로 로봇에 대한 기초 개념을 익히고 생활 속의 간단한 문제를 해결하고자 로봇을 설계하고, 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료로 로봇을 제작해 봄으로써 문제 해결의 기쁨과 성취감을 더욱 크게 느낄 수 있게 된다. 이를 통해 단순 지식의 탐구나 주입 식 학습이 아니라 학생들 스스로 생활 속 문제에 대한 해결 의지를 가지게 할 수 있는 자기 주도 적 학습이 이루어지게 한다.
6 차시별 계획 총괄표
Science 과학, Technology 기술, Engineering 공학, Art 예술, Math 수학 Context 상황 제시
Creative Design 창의적 설계 - 주어진 상황에서 창의성, 효율성, 경제성, 심미성을 발현하여 최적의 방안을 찾아 문제를 해결하는 종합적인 과정
Emotional Touch 감성적 체험 - 학습에 대한 긍정적 감정과 성공의 경험 즉, 학습과정에서 학습에 대한 흥미, 자신감, 지적 만족감, 성취감 등을 느껴 학습에 대한 동기유발, 요구, 열 정, 몰입의 의지가 생기고 개인적 의미를 발견하는 선순환적인 자기주도적학습이 가능하게 하는 모든 활동과 경험
차시 주제 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
1-3
생활 속 문제를 해결하 기 위한
로봇을 만들어
보자.
‘원을 그리는 로봇’ 만들기
원을 그리기 좋아하는 동생을 위해 여러분 대신 쉽게 정확한 원을 그려줄 수 있는 로봇을 없을까요?
로봇의 종류와 발달 모습 알아보기 로봇의 작동원리 알아보기
원을 그릴 수 있는 로봇을 만들기 위한 조건 생각해보기 원을 그릴 수 있는 로봇 설계하기
주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료 생각해보기 원을 그리는 로봇 제작하기
‘원을 그리는 로봇’ 설계 디자인 발표를 통한 성취감 느끼기
생활 속 로봇 사진,
영화 속 로봇 사진,
데니스 홍 인터뷰 동영상, 학생 활동지
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
교사 자료
도입 (15분)
문제 상황 제시하기
여러분에게 예쁘고 착한 동생이 있습니다. 동생은 그림 그리는 것을 너무나 좋아하는데, 그 중에서도 동그라미 모양을 그리는 것을 좋아합니다. 그런데 동생은 매일 대충 그린 원 모양 말고 정확하게 동그란 원을 그려달라고 합니다. 매번 컴퍼스로 원 그리는 것도 귀찮고 여러분 대신 쉽게 정확한 원을 그려줄 수 있는 로봇은 없을까요?
- ‘원을 그리는 로봇’작품 만들기 미션 수행하기 - 영화에 나온 로봇의 모습 알아보기
- 로봇과학자 데니스 홍의 인터뷰 영상 보기
문제 상황을 제시하여 로봇을 제작해야 하는 이유를 충분히 이해하게 한 후 로봇과 관련하여 흥미를 유발할 수 있는 자료를 보여주어 학습동기를 높이도록 한다.
영화에 나오는 로봇 사진, 데니스 홍 인터뷰 영상
7 평가 계획
평가 영역 평가 내용 평가방법
지식과 내용 ⦁로봇의 종류와 작동 원리를 이해할 수 있는가?
⦁전기, 전자의 원리를 활용하여 로봇 제작의 원리를 찾을 수 있는가? 수행평가 기능 및 기술 ⦁전동기의 원리를 로봇제작에 활용할 수 있는가?
⦁문제 해결을 위해 주위의 재료를 이용하여 로봇을 제작할 수 있는가? 관찰평가 정의적 측면 ⦁로봇 제작 활동에 흥미와 호기심을 가지고 적극적으로 참여하는가? 관찰평가
의사소통 ⦁로봇 제작 시에 자신의 의견을 모둠 친구들에게 전달할 수 있는가?
⦁나만의 로봇을 설계할 시에 자신의 생각과 느낌을 잘 표현할 수 있는가?
관찰평가, 동료평가
8 차시별 교수학습과정
1-3차시 로봇으로 생활 속 문제를 해결하라!
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
교사 자료
우리 주변에서 볼 수 있는 로봇의 종류의 예를 사진으로 보여주며 로봇이 꼭 사람 모양이 아니라 쉽게 접할 수 있는 스스로 움직이는 기계장치임을 인식시키도록 한다.
우리나라 출신의 로봇공학자 데니스 홍에 대한 영상을 보여주며 우리나라 로봇공학의 세계적인 수준을 학생들에게 상기시키도록 한다. 이와 덧붙여 우리나라 로봇기술과 생산력의 규모에 대해서도 설명하며 학생들의 진로와도 연결시킨다.
전개 (80분)
로봇의 발달 모습과 로봇의 종류 알아보기 로봇의 역사와 발달 모습 알아보기
- 로봇의 개념과 용어가 가진 뜻 이해하기 - 로봇의 발달 모습을 시대 순으로 정리하기
로봇에 대한 지식 주입의 목적이 아니라 로봇의 유래와 발달 모습을 소개하여 학생들이 로봇의 개념에 대해 명확하게 인지하도록 한다.
우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 로봇 알아보기 - 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 로봇의 예
: 엘리베이터, 자동문, 전기밥솥 등 - 로봇의 정의 및 조건 알아보기
사전과제로 우리의 생활 주변에서 쉽게 볼 수 있는 로봇에 대해 조사해보고, 어떤 원리로 작동하는지 알아보게 한다.
로봇의 구성 요소와 작동원리 알아보기 로봇의 구성 요소 알아보기
- 로봇의 구성 요소
: 제어장치, 센서장치, 전원장치, 몸체, 구동장치 - 로봇의 각 구성 요소가 하는 일 알아보기
인간의 기관 로봇의 요소
감각기관 외부 정보를 읽는다. 센서장치
대뇌 감각기관의 정보를 해석하고, 움직임에
필요한 판단을 내린다. 제어장치-프로세서
소뇌 필요한 운동이 되도록
근육에 명령을 내린다. 제어장치-컨트롤러
근육 확장/축소로 뼈를 움직인다. 구동장치
뼈
생활 속 로봇 사진
휴보 동영상
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
교사 자료
다양한 로봇이 있지만 사람 형태의 로봇을 예로 들어 로봇의 구성 요소를 이해하게 한다.
로봇의 작동 원리 알아보기
- 사람의 감각과 로봇의 센서 비교해보기 - 로봇 센서의 종류와 역할 알아보기
감각 기관 종류
시각 눈 포토다이오드, 컬러 센서, 카메라
청각 귀 마이크로폰
후각 코 가스 센서
미각 혀 바이오 센서, 이온센서
촉각 피부 온도센서, 터치 센서, 압력 센서
사람의 감각기관과 로봇의 센서를 비교해보고 어떤 과정을 거쳐 로봇이 움직이는지 이해하도록 한다.
사람과 로봇 비교 사진
자신만의 로봇 설계하기
생활 속에서 로봇이 필요한 경우를 생각해보고, 생활 속 문제를 해결해 줄 수 있는 로봇 설계하기
- 로봇이 하는 일, 로봇의 특징, 전체 디자인 설계하기 ‘원을 그리는 로봇’ 설계하기
원을 그리기 위한 조건을 생각하며 로봇 설계하기
- 원을 그리는데 필요한 조건 생각해보기 : 원의 중심 한 지점에서 같은 거리에 점을 이어서 그려야 함, 연필, 전동기, 건전지 등이 필요함.
- 원을 그리는 로봇 설계 및 디자인하기 - 로봇을 제작하는데 필요한 재료 생각해보기
학생들이 원을 그리는데 필요한 조건을 생각해보고 컴퍼스와 비교해보며 전자 회로를 어떻게 구성하고 배치해야 할지 구상해보게 한다.
로봇의 구조를 손 그림이나 그래픽 애플리케이션을 활용하여 디자인한다(그리기 앱-Doodle toy 등 자신이 하고 싶은 앱 이용). 학생들이 원하는 방식을 선택하여 디자인한다.
학생들이 로봇을 제작할 때에는 나사나 박스, 집게 등 생활 속의 재활용 자료를 활용하여 간단하고 손쉽게 할 수 할 수 있도록 한다.
디자인 재료
스마트 기기
디자인 구상 밑그림
활동지
로봇제작 재료
디자인 재료
스마트 기기
참고 작품
전동기, 건전지
학습
과정 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
교사 자료
‘원을 그리는 로봇’ 제작하기 로봇 설계도와 재료를 가지고 로봇 제작하기
- 전동기를 활용하여 움직임을 어떻게 구연할지 생각하며 제작하기
재료에 따라 칼이나 가위를 사용하는 경우 안전지도를 하도록 하고, 원하는 목적에 맞도록 구동하기 위해 부품을 어떻게 배치해야 할지 의논해본다.
정리 (25분)
‘원을 그리는 로봇’ 발표 및 시연하기 원을 그리는 로봇 발표
- 로봇의 설계도와 제작 완료된 로봇으로 작동 원리와 특징 발표하기
- 로봇을 큰 도화지 위에 놓고 원 그리기 시연하기 손 그림과 그리기 앱으로 그린 로봇 설계도를 학급
SNS(밴드나 학급 홈페이지 앨범판 등)을 통해 실시간
전시하고, 원을 정확하게 잘 그릴 수 있는지, 실용성, 예술성 등 작품에 대한 평가를 댓글로 서로 의견을 주고받으면서
상호평가 한다.
실용성, 예술성 등 작품에서 배울 점 및 소감 발표하기 - 작품의 실용성, 예술성을 찾아본다.
- 작품을 통해서 배울 점이 무엇인지 발표한다.
포스트잇
스마트 기기의 앱을 이용하여 투표를 실시할 수 있음
평가지
학생 활동지1 내가 만들고 싶은 로봇 설계하기
▶ 내가 로봇을 만든다면 어떤 로봇을 만들지 상상하여 봅시다.
로봇의 이름
로봇이 하는 일
로봇의 특징
로봇의 생김새 (구조, 재료, 크기)
학생 활동지2 원을 그릴 수 있는 로봇 설계하기
▶ 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료를 이용하여 ‘원을 그리는 로봇’을 설계해 봅시다.
로봇의 이름
작동 원리
로봇의 특징
로봇의 생김새 (구조, 재료, 크기)
9 참고 자료
▶ 로봇의 종류
▶ 로봇의 구성요소
⦁제어장치 : 명령을 차례대로 해석하고 필요한 신호를 보내고 각 장치의 동작을 지시합니다.
⦁센서장치 : 외부의 자극을 받아들여 반응합니다.
⦁몸서장체 : 사람의 뼈처럼 로봇의 뼈대를 구성합니다.
⦁구동장치 : 사람의 관절과 팔 등에 해당하는 부분으로 일정한 운동을 합니다.
⦁전원장치 : 로봇이 움직일 수 있도록 전원을 공급합니다.
▶ 로봇의 센서와 사람의 감각 비교
<출처 : 6학년 실과 교과서, 미래엔 출판사>
감각 기관 종류
시각 눈 포토다이오드, 컬러 센서, 카메라
청각 귀 마이크로폰
후각 코 가스 센서
미각 혀 바이오 센서, 이온센서
촉각 피부 온도센서, 터치 센서, 압력 센서
▶ 독일 하일브론 Experimenta 프로그램 소개
독일 하일브론의 Experimenta는 2009년 11월에 문을 연 독일 남부의 가장 큰 과학 기술 센터로 과학 및 기술, 예술 관련 분야에 호기심을 가진 어린이와 청소년, 성인을 포함한 가족 단위의 방문 객을 맞아 다양한 체험위주의 상설전시프로그램과 특별전시회를 열고 있다. 특히 Talentschmieden 프로그램은 4층에 마련되어 있는 상설 체험 프로그램이다. 여기서는 그 중 하나인 로봇 프로젝트 를 소개하고자 한다.
Talentschmieden 교실 전경1 Talentschmieden 교실 전경2 Talentschmieden 교실 전경3
체험부품 전시1 체험 부품 전시2 체험부품 전시3
Talentschmieden 프로그램 중 Kritzelmaschine은 펜과 전동기를 이용하여 펜으로 그림을 그리는 로봇을 만드는 프로그램이다. 만드는 순서는 다음과 같다.
1. Talentschmieden 프로그램 Kritzelmaschine 만들기 표지
2. 준비물
1번-두꺼운 종이, 2번-전동기, 3번-프로펠러, 4번-펜, 5번-와셔, 6번-너트, 7번-볼트, 8번-집게, 9번-전지끼우개
3. 공구-가위, 양면테이프, 송곳 4. 가위로 프로펠러 날개 하나를 자르고 전동기에 연결한다.
5. 준비한 두꺼운 종이에 모서리 세 곳만 볼트, 6. 중앙에 전지 끼우개를 양면테이프로 고정한다. 남아있던 모서리 1곳 윗면에
7. 윗부분 집게 반대쪽 모서리 부분에
프로펠러가 연결된 전동기를 양면테이프로 부착한다.
8. 집게에 펜을 끼우고 전동기와 전지를 연결하면 끝.
9. 완성된 모양 10. 펜 뚜껑을 연 뒤 큰 도화지 위에 놓고
작동시켜본다.
Green School 디자인하기
신 지 승
1 주제 개요
석유는 ‘산업의 검은 피’라고 불리는 만큼 우리 생활에서 쓰이는 않는 곳이 없다. 처음에는 어둠을 밝히는 용도로 사용되었지만 점차 난방 및 취사용 연료, 수송용 연료, 각종 생활 용품 등 석유가 우리의 의식주를 책임지고 있다고 해도 과언이 아닐 정도로 인간 삶의 중요한 에너지원이다.
그러나 석유는 인류에게 물질적 풍요와 편리함을 안겨준 대신 지구 온난화 현상을 야기시켜 환경 파괴라는 엄청난 재앙을 가져오고 있다. 또한 한정된 매장량으로 인해 미래의 인류 삶에 있어서 주요 에너지원이 될 수 없음이 확실하다. 그렇다면 석유 없는 세상을 단 하루도 상상할 수 없는 우리는 어디에서 미래 인류의 주요 에너지원을 찾아야 하는 것인가?
독일 하일브론의 Experimenta의 E-werk 프로그램은 다양한 에너지가 상호 변환됨을 체험과정을 통하여 학습하고 전기에너지 생성의 원리와 우리 사회의 에너지 부족 현상을 해결해 나갈 친환경, 신재생 에너지의 중요성을 다양한 활동 중심의 프로그램을 통해 알기 쉽게 소개하고 있다. 이 프 로그램은 독일 하일브론의 Experimenta의 E-werk 프로그램을 참고하여 개발한 학생들이 살아갈 미래의 에너지원으로 연구되고 있는 그린 에너지 즉, 태양열, 태양광, 풍력, 수력, 수소, 바이오 에 너지에 대한 것이다. 이러한 그린 에너지에 대한 관심과 원리 탐구를 통하여 지구 환경 오염에 대 한 경각심을 일깨우고 미래 에너지원의 조건과 자원을 학생 스스로가 탐구해 볼 수 있는 기회를 제공함으로써 자신의 상상력이 미래 과학 기술이 될 수 있음을 느낄 수 있게 구성하였다.
2 학습 목표
내용 목표 ⦁화석연료의 장, 단점을 알 수 있다.
⦁그린 에너지의 개념과 종류 및 원리를 알 수 있다.
과정 목표 ⦁그린 에너지를 이용한 Green School을 설계할 수 있다.
⦁환경에 관심을 가지고 지구 환경 문제를 해결하기 위한 적극적인 태도를 가진다.
3 STEAM 과목 요소
S : 화석연료 이해하기, 그린 에너지의 개념과 종류 및 원리 이해하기 T/E : Green School 설계하기
A : Green School 디자인하기 M : 지역별로 적합한 발전소 설립하기
4 STEAM 단계 요소
상황제시 ⦁일상생활의 모습을 통해 석유에 대해 관심가지기
⦁태양광 자동차를 체험함으로서 그린 에너지를 이용한 Green School 설계 에 대한 의욕 높이기
창의적 설계 ⦁지역에 맞는 발전소 건설 구상하기
⦁그린 에너지를 이용한 Green School을 디자인하기 감성적 체험 ⦁지구 환경 문제에 대한 관심가지기
⦁환경에 관심을 가지고 지구 환경 문제를 해결하기 위한 적극적인 태도를 가지기
5 제작 의도
이 프로그램은 학생들이 게임을 통해 석유가 우리 생활 전반에 끼치고 있는 영향과 석유의 한계와 위 험성을 느끼는 것부터 시작한다. 그리고 석유를 대신할 그린 에너지의 필요성을 느끼고 그린 에너지 의 개념과 원리에 대해 알아보도록 한다. 그리고 게임을 바탕으로 지역의 특징에 따라 필요한 에너지 가 다름을 알고 이러한 지식을 실제로 적용할 수 있는 Green School을 설계토록 구성되어 있다.
이처럼 학생 스스로 그린 에너지에 대해 습득한 지식을 자연스럽게 사용, 심화시킬 수 있도록 하 여 에너지의 소중함을 느끼고 그린에너지를 사용하여 지구 환경에 대한 감수성을 키우는 데 목적 을 두고 개발하였다.
6 차시별 계획 총괄표
차시 주제 교수 ․ 학습 활동 학습자료
및 유의점
1-3
체크, 그린 에너지
유에 대해 알아보기
해성이의 하루를 들으며 각 장면의 공통점을 찾기 게임을 하며 석유의 장, 단점을 알아보자.
그린 에너지에 대해 알아보기 미래에 사용될 에너지의 조건 알아보자.
그린 에너지에 대해 알아보자.
지역에 맞는 발전소를 건설해보자.
그린 에너지를 배우고 느낀 점을 발표해 보자.
지식채널 e 동영상, 그린 에너지 ppt, 그린 에너지 학습지
4-5
Green School 디자인 하기
그린 에너지를 이용한 Green School 디자인하기 태양광 자동차를 직접 만들어 보자.
- 간단한 태양광 자동차를 만들어 태양에너지 체험하기 그린 에너지를 이용한 Green School을 디자인해보자.
- 학교에서 에너지가 필요한 물품, 장소 알아보기 - 지역선정 및 만들 학교 설계를 위한 아이디어 회의하기 - 학교 설계도 보완하기
- 학교 소개하기
태양광 자동차 키트, 디자인 학습지, 모둠별 준비물
