중학생이 사는 세상

중학생이 사는 세상

스마트 헬스케어 제품으로 건강한 교실 만들기

2014 융합인재교육(STEAM) 교사용

프로그램

1. 세상을 바꾼 디자인

학생들의 세상을 이해하고, 그 세상 속 문제점을 디자인적 사고와 과학기술의 융합을 통해, 행복하게 바꾸는 행복지향형 융합인재교육(H-STEAM) 프로그램 개발

• 학생들의 공감과 참여를 높이는 H-STEAM 프로그램 개발

– 학생들이 사는 세상 속에서 당면한 문제점을 상황으로 제시하여, 학생들의 참여를 증진시키는 자기 주도적 교육 프로그램 개발

– 제품 생태분석 방법을 적용하여 학생들이 사는 세상 속 문제를 야기하는 주요 제품을 발견

• 과학기술을 이해하고 융합적 문제해결력을 증진시키는 ‘스마트 제품디자인 방법’ 개발 – 세상을 바꾼 디자인들의 사례 분석을 통한 디자인 원리 발견 및 디자인 사고방법 체득

– 스마트 제품디자인을 통해 사물인터넷(Internet of Things), 로봇기술 등 실생활 속 과학기술에 대한 이해 및 융합적 문제해결력 증진

• 스마트 제품 적용 후 변화된 학생들의 세상을 정성적·정량적 방법으로 평가

– 새롭게 디자인한 스마트 제품으로 인해 학생들이 사는 세상이 얼마나 행복한 세상으로 바뀌었는지 정성적, 정량적 방법으로 평가하여, 성공을 경험하도록 유도

2. 프로그램 흐름도

주제 차시 STEAM 요소

상황제시 1. 중·사·세 (중학생이 사는 세상) 1차시 Art

창의적 설계

2. 스마트 제품디자인 방법 이해하기 3. 생활 속 스마트 헬스케어제품 살펴보기 4. 전기 회로 학습하기

5. 스마트 헬스케어제품 설계·조립하기 6. 스마트 헬스케어제품 디자인하기

2차시 3.4차시 5.6.7차시

Technology Engineering Art

감성적 체험

7. 스마트 헬스케어제품 사용 결과 분석하기

8. 스마트 헬스케어제품 사용 후 소모 칼로리 계산하기 9. 스마트 헬스케어제품 광고하기

10. 스마트 헬스케어제품 평가하기

8차시 9.10차시

Science Art

Mathematics

3-1. STEAM 상황 제시

청소년비만은 성인비만으로 연결되기 쉬우며, 외모 에 민감한 청소년 시기에 비만에 대한 잘못된 대응은 건강에 심각한 위험을 초래할 수 있다. 이에 학생들이 즐겁고 자발적인 비만 관리를 할 수 있도록 예술·과학 교육·체험이 어우러지는 웰니스 융합교육인 ‘스마트 헬스케어제품으로 건강한 교실만들기’ 에 대해 알아 보고자 한다.

• 중학생 7명 중 1명은 비만, 초등학생 보다 운동량이 적은 중학생 SBS TV 2012.0505 송인호 기자 [주OO/중학생 1학년]

많이 먹으면 하루에 3병정도 먹고, 적게 먹으면 1병이요. (단것 주로 많이 먹어요?) 네.

[오OO/중학교 3학년]

운동할 시간이 적고, 공부하느라 앉아있는 시간이 많아서 운동량이 부족한 것 같아요.

[기자]떡볶이나 라면 같은 분식은 학생들의 단골 메뉴입니 다. 날이 더워지면서 탄산음료나 아이스크림을 입에 달고 사는 학생들도 많습니다. 식약청이 초·중학교 학 생 1000여 명을 조사한 결과 일주일에 3번 이상 탄산 음료를 마신다는 응답이 중학생은 22.6%, 초등학생 은 18.7%였습니다. 아침을 거르는 학생도 중학생이 초등학생보다 많다 보니 폭식으로 이어지는 경우가 많았습니다.

반면에, 운동량은 중학생이 초등학생보다 더 적었습 니다. 일주일에 사흘 이상 축구나 달리기 같은 운동을 20분 이상 한다는 응답은 초등학생 60%를 넘었지만, 중학생은 절반도 채 안됐습니다. 이렇다 보니 중학생 7명 중 한 명꼴로 비만한 것으로 조사돼 초등학생의 비만율보다 높은 것으로 나타났습니다.

1차시→ 청소년의 건강 문제의 종류와 원인에 대해 알아보고, 올바른 자기 건강관리법에 대해 학습한다. 자기 건강관리의 개념과 중요성 을 이해한 후, 학습활동을 통해 자신의 건강 상태를 자가 체크한다.

3. STEAM 단계 요소

3-2. 창의적 설계

발전하는 IT 기술을 통해 사람들의 생활 속에서 비만 을 해결하는 제품 및 서비스 디자인 물결이 일고 있 다. 일일 운동량을 체크해주는 스마트 팔찌, 스마트 워치, 다이어트 솔루션을 제공하는 어플리케이션, 맞 춤형 운동 처방 어플리케이션 등이 그 예이다. 스마트 헬스케어는 모바일 기업 진흥회가 진행한 ‘가장 선망 하는 사물인터넷 분야(Internet of Things)’ 설문조사 에 1위(18.9%)에 꼽힐 만큼 사용자들의 환영을 받고 있다.

본 과정에서는 스마트 헬스케어제품을 조립, 제작한 후 사용해보며 그 원리와 구조에 대해 학습하도록 한다.

2차시→ 우리의 생활 속 헬스케어제품디자인 예시를 살펴본다.

3차시→ 전기·전자 기기와 기계의 작동 원리와 구조를 학습하고, 생활 속 자이로센서와 LED의 적용 사례 살펴본다.

4차시→ 스마트 헬스케어제품 부품을 조립한다.

스마트 제품디자인 방법을 학습 후, 이를 적 용하여 중학생들로 하여금 움직임(운동)을 유도하는 스마트 헬스케어제품을 구상 및 제 작한다. 이후, 제작한 스마트 헬스케어제품 을 직접 사용하는 체험을 통해 효과를 분석 해보고자 한다.

5,6,7차시→ 스마트 헬스케어제품디자인을 구상하고 다양한 재료를 활용하여 제작한다.

3-3. 감성적 체험

직접 만든 스마트 헬스케어제품을 사용한 결과를 분석하는 과정에서 학생들 스스로 학습을 주도하도록 하며 많은 생각을 할 수 있는 기회가 되도록 한다. 스마트 헬스케어제품 사용 후 건강에 대한 생각 변화에 기쁨과 보람을 느낄 수 있는 감성적 체험을 유도한다.

8차시→ 일과 에너지의 관계 학습한다.

9차시→ 칼로리 계산법 학습하고, 본인이 제작한 스마트 헬스케어제품을 사용한 후 소모한 칼로리를 계산해본다.

10차시→ 프로그램을 통해 느낀 점을 발표 및 정리한다.

본 프로그램은 미술, 기술, 과학, 경제, 체육 과목 담당 교사들 간 연계 수업으로 진행하는 것이 바람직하나 미술, 기술 교과 중심 프로그램이므로 경우에 따라서는 미술, 기술 교사의 단독 수업으로 전개할 수 있다.

4-1. 학습 목표

내용 목표

• 스마트 제품디자인 방법의 원리와 구조를 이해할 수 있다.

• 자이로센서 및 LED 기술의 원리를 이해하고, 이를 이용한 스마트 헬스케어제품을 제작할 수 있다.

• 굿 디자인을 결정하는 외형·내형의 조건을 이해할 수 있다.

• 연역적 실험 설계와 결과 분석을 통해 대푯값과 산포도를 이해하고 적용할 수 있다.

• 일과 에너지의 관계를 이해하고 소비 에너지의 양을 계산할 수 있다.

• 시장 가격의 결정과 기능을 이해하고 응용할 수 있다.

과정 목표ㅇ

• 스마트 제품디자인 방법을 주어진 상황 적용하여 창의적으로 문제를 해결할 수 있다.

• 자이로센서 및 LED 기술 이용하여 스마트 헬스케어제품을 제작할 수 있다.

• 굿 디자인의 요소들을 고려하여 창의적으로 스마트제품을 디자인 할 수 있다.

• 사용한 제품의 효과를 수치로 나타내고 대푯값과 산포도를 구할 수 있다.

• 일과 에너지의 관계를 이해하고 소비 칼로리의 양을 계산할 수 있다.

• 시장 가격 결정 원리와 제품 디자인 평가 요소를 바탕으로 모둠원들의 디자인 한 제품에 적절한 시장 가격을 책정할 수 있다.

4-2. STEAM 과목 요소 4. 프로그램

S 과학

^{• 일과 에너지} • 에너지와 칼로리 계산법

T 기술

• 전기·전자의 이해

• 자이로센서와 LED 원리

E 공학

• 전기·전자 기기와 기계의 작동 원리와 구조

• 창의적인 기기를 구상과 제작 실습

A 예술

^{• 건강관리의 이해}• 디자인의 기능성·경제성·심미성·독창성

• 스마트 제품디자인 방법과 실습

M 수학

• 시장 가격 결정과 기능

• 제품 사용 결과의 대푯값과 산포도 계산

4-3. STEAM 단계 요소

STEAM 프로그램 내용 차시

상황 제시 (생각 열기)

1. 중·사·세 (중학생이 사는 세상)

• 청소년비만의 사회적 문제와 심각성 이해하기

• 건강한 생활의 중요성 이해하기 1차시

창의적 설계 (생각 펼치기)

2. 스마트 제품디자인 방법

• 스마트 제품디자인 방법 이해하기

• 스마트 제품디자인 사례 살펴보기 3. 생활 속 스마트 헬스케어제품

• 생활 속 헬스케어제품디자인 예시 살펴보기

2차시

4. 전기 회로 학습

• 전기·전자 기기와 기계의 작동 원리와 구조

• 생활 속 자이로센서와 LED의 적용사례 살펴보기

• 자이로센서와 LED의 구조 이해하기 5. 스마트 헬스케어제품 설계·조립

• 스마트 헬스케어제품 설계하기

• 스마트 헬스케어제품 제작하기

3.4차시

6. 스마트 헬스케어제품 디자인

• 굿 디자인, 픽토그램 디자인 학습하기

• 제품디자인 방법 학습하기

• 스마트 헬스케어제품의 외형디자인 구상하기

• 스마트 헬스케어제품의 외형 제작하기 7. 스마트 헬스케어제품 사용 결과 분석

• 스마트 헬스케어제품 사용 결과 그래프 그리기

5.6.7차시

감성적 체험 (생각 다지기)

8. 스마트 헬스케어제품 사용 후 소모한 칼로리 계산

• 일과 에너지의 관계 학습하기

• 칼로리 계산법 학습하기

• 제품 사용 후 소모한 칼로리 계산하기

8차시

9. 스마트 헬스케어제품 발표 및 평가

• 스마트 헬스케어제품 광고 및 전시하기

• 스마트 헬스케어제품의 시장가격 책정하기

• 활동 후 느낀 점 발표하기

10. 스마트 헬스케어제품 발표 및 평가

• 스마트 헬스케어제품 광고 및 전시하기

• 스마트 헬스케어제품의 시장가격 책정하기

• 활동 후 느낀 점 발표하기

9.10차시

4-4. 지도안 총괄표

교과 체육, 기술, 미술, 수학, 과학, 사회 총 차시 10

단원

[체육] 1. 건강관리의 이해 [기술] 4. 제조기술과 자동화

5. 정보 통신 기술 체험과 문제 해결 활동 [미술] 12. 디자인의 세계

[과학] 3. 일과 에너지 [수학] 4. 통계

[사회] 9. 시장 경제의 이해

교육과정

• [2009개정교육과정] 중3학년 체육

건강관리의 이해 _ 청소년비만 문제와 해결방안 이해하기

• [2009개정교육과정]중 3학년 기술

제조기술과 자동화 _ 스마트 헬스케어제품 설계·제작하기

• [2009개정교육과정] 중3학년 미술

디자인의 세계 _ 스마트 헬스케어제품 디자인하기

• [2007개정교육과정] 중3학년 과학

일과 에너지 _ 헬스케어제품 사용 후 운동량과 칼로리 계산하기

• [2007개정교육과정] 중3학년 수학

통계 _ 헬스케어제품 사용량에 대한 중앙값과 분산 계산하기

• [2009개정교육과정] 중3학년 사회

시장 경제의 이해 _ 스마트 헬스케어제품의 가격 책정하기

학습목표

• 스마트 제품디자인 방법을 주어진 상황 적용하여 창의적으로 문제를 해결할 수 있다.

• 동작 인식 센서 및 LED 기술 이용하여 스마트 헬스케어제품을 제작할 수 있다.

• 굿 디자인의 요소들을 고려하여 창의적으로 스마트제품을 디자인 할 수 있다.

• 사용한 제품의 효과를 수치로 나타내고 대푯값과 산포도를 구할 수 있다.

• 일과 에너지의 관계를 이해하고 소비 칼로리의 양을 계산할 수 있다.

• 시장 가격 결정 원리와 제품 디자인 평가 요소를 바탕으로 모둠원들의 디자인 한 제품에 적절한 시장 가격을 책정할 수 있다.

교과 체육(A) 단원 1. 자기 건강관리 차시 1차시 학습 목표 • 청소년비만의 원인과 심각성을 이해하고 해결방법을 제시할 수 있다.

• 자기 건강관리의 개념과 중요성을 이해하고 자신의 건강 상태를 자가 체크할 수 있다.

준비물 교사: 교사용 교재, PPT, 읽기자료, 활동지 학생: 학생용 교재, 필기구

흐름 문제 제시 및 활동 내용 학습 자료 (▶)및

유의점 (※)

상황 제시 (생각 열기)

중·사·세 (중학생이 사는 세상)

질병으로서 청소년비만에 대해 살펴보기

– [PPT]1-1. 현대 청소년비만의 원인과 양상 대하여 인식하는 시간을 가진다. 또한, 동영상과 읽기자료를 통해 청소년비만이 초래할 수 있는 위험에 대하여 이해한다.

• [PPT]1-1.의 시각·통계 자료를 보며 현대 청소년비만이 증가하고 있음을 안내한다.

• 청소년비만은 성인 비만보다 위험도가 높음을 인식하고 경각심을 갖도록 지도한다.

• 읽기 자료를 통해 청소년비만의 심각성을 이해하고 자유롭게 자신 들의 생각을 발표해 보도록 지도한다.

▶ [PPT]

1-1. 청소년비만

▶ [읽기자료]

1-1. 청소년비만

4-5. 교수-학습 과정안

[1차시]

청소년비만 해결방법 알아보기

– [PPT]1-2. 청소년비만의 다양한 해결방안에 대해 이해한다.

– 청소년비만을 해결할 수 있는 방안에 대해 자유롭게 토의한다.

• 학생들이 즐겁게 청소년비만 해결 방안에 대해 토의할 수 있는 분위기를 조성해준다.

자기평가 및 동료평가하기

– 활동 내용을 돌아보며 [활동지]1-2.를 작성한다.

▶ [PPT]

1-2. 청소년비만의 해결방안

▶ [활동지]

1-2. 자기평가 및 동료평가 나의 비만도 자가 진단하기

– 나의 비만도 자가 진단 활동지를 통해 자신의 비만도를 계산해본다.

• 비만도 계산법과 결과 해석법을 지도한다.

• 여학생에게 예민할 수 있는 내용이므로 주의하여 지도한다.

나의 건강 생활 습관 자가 진단하기

– 건강생활 습관 자가 진단지를 통해 비만을 예방하기 위한 바른 습관에 대해 진단한다.

– 자가 진단 결과를 분석하고 발표하는 시간을 가진다.

▶ [활동지]

1-1.

나의 건강상태는?

비만도와 생활습관 자가진단!

4-5. 교수-학습 과정안

[2차시]

교과 미술(A) 단원 12. 디자인의 세계 차시 2차시

학습 목표 • 스마트 제품디자인 방법을 이해할 수 있다.

• 생활 속 스마트 헬스케어제품들의 종류와 특징을 이해할 수 있다.

준비물 교사: 교사용 교재, PPT, 읽기자료, 활동지 학생: 학생용 교재, 필기구

흐름 문제 제시 및 활동 내용 학습 자료 (▶)및

유의점 (※)

창의적 설계 (생각펼치기) 스마트 제품 디자인 방법

스마트 제품디자인 방법 이해하기

– [읽기자료]2-1.스마트 제품디자인 방법의 5단계를 이해한다.

– [PPT]2-1.스마트 휴지통(The world’s deepest bin)의 사례 분석을 통해 스마트 제품디자인 방법이 실제 디자인 과정에서 어떻게 적용될 수 있는지 생각해본다.

– [활동지]2-1.여러 가지 스마트 제품에서 스마트 제품디자인 방법을 유추하는 활동을 한다.

– [활동지]2-1.생활 속 스마트 제품을 한 가지 선정하여 해당 제품에 스마트 제품디자인 방법 단계를 적용시켜 디자인 과정 을 유추하는 활동을 한다.

• 스마트 제품디자인 방법의 각 단계를 명확히 이해할 수 있도록 다양한 사례를 제시하여 지도한다.

• 생활 속 스마트 제품을 선정 할 때 스마트폰, 스마트 TV이외에도 다양한 제품을 고려해 볼 수 있도록 지도한다.

▶ [읽기자료]

2-1.

스마트 제품 디자인 방법

▶ [PPT]

2-1.

스마트 제품 디자인 방법

▶ [활동지]

2-1.

스마트 제품 디자인 방법

생활 속 스마트 헬스케어제품

스마트 헬스케어제품 살펴보기

– [PPT]2-2. 헬스케어 목적의 다양한 스마트 제품 사례를 알아본다.

• 스마트 헬스케어제품 디자인 사례들을 제시한 후 다음 차시 청소년비만 예방을 위한 스마트 헬스케어제품 제작 활동에 대해 예고한다.

▶ [PPT]

2-2.

스마트 헬스케어 제품 디자인

4-5. 교수-학습 과정안

[3.4차시]

교과 기술(T) 단원 4. 제조기술과 자동화

(자동화와 로봇) 차시 3.4차시 학습 목표 • 전류와 전압, 옴의 법칙과 전력을 이해할 수 있다.

• 자이로센서와 LED의 원리를 이해하고 스마트 헬스케어제품의 부품을 조립할 수 있다.

준비물 교사: 교사용 교재, PPT, 활동지, 읽기 자료, 자이로센서, LED 학생: 학생용 교재, 필기도구, 스마트 헬스케어제품 키트

흐름 문제 제시 및 활동 내용 학습 자료 (▶)및

유의점 (※)

창의적 설계 (생각 펼치기) 전기 회로 학습

기술교과서 내 제조기술과 자동화 단원 학습하기 – [읽기자료]3-1.전류와 전압의 관계에 대해 학습한다.

– [읽기자료]3-1.옴의 법칙, 전력과 전력량을 이해한다.

실생활 속 자이로센서와 LED 적용사례 살펴보기

• [PPT]3-1.실생활 속에서 자이로센서와 LED가 적용된 사례를 살펴본다.

• 자이로센서, LED의 실생활 속 활용 사례에 대한 예시 이미지와 함께 각 예시의 특징을 설명해준다.

▶ [읽기자료]

3-1.

제조기술과 자동화

▶ [PPT]

3-1.

실생활 속 자이로센서와 LED

창의적 설계 (생각 펼치기) 전기 회로 학습

자이로센서 및 LED의 원리를 이해하기

– [읽기자료]3-2.자이로센서와 LED의 작동 원리와 구조를 이해한다.

• 자이로센서와 LED 실물을 함께 보여주며 학생들의 이해를 돕는다.

학습 내용 복습하기

– [활동지]3-3.전류와 전압, 옴의 법칙, 자이로센서, LED에 대해 학습한 내용을 복습하며 활동지를 작성한다.

• 활동지 작성 내용을 검사하여 학생들이 학습 내용을 숙지하였는지 확인한다.

▶ [읽기자료]

3-2.

자이로센서와 LED

▶ [활동지]

3-3. 학습내용 복습

창의적 설계 (생각 펼치기) 스마트 헬스케어

제품 설계·조립

스마트 헬스케어제품 키트 조립법 학습하기

– 스마트 헬스케어제품 부품과 조립 순서 및 유의사항을 학습한다.

• 전 차시 자이로센서와 LED에 대한 수업 내용을 학생들에게 상기시켜준다.

스마트 헬스케어제품 조립하기

– [읽기자료]4-1.와 전 차시 학습한 자이로센서와 LED에 대한 이해를 바탕으로 스마트 헬스케어제품의 부품을 조립한다.

– 조립한 스마트 헬스케어제품이 바르게 작동하는지 확인한다.

– [활동지]4-1.을 작성하며 스마트 헬스케어제품의 부품 명칭 및 조립 순서를 복습한다.

• 스마트 헬스케어제품 부품 조립 실습 시 유의사항을 전달한다.

[활동사진]

▶ [읽기자료]

4-1.

스마트 헬스케어제품 조립 순서

▶ [활동지]

4-1.

스마트 헬스케어제품 제작일지

4-5. 교수-학습 과정안

[5.6.7차시]

교과 미술(A) 단원 12. 디자인의 세계 차시 5,6,7차시

학습 목표

• 기능성, 경제성, 심미성, 독창성이 조화롭게 갖추어진 스마트 헬스케어제품을 디자인할 수 있다.

• 픽토그램 디자인의 목적과 과정을 이해하고 컨셉에 적합한 픽토그램을 디자인할 수 있다.

• 스마트 헬스케어제품의 디자인 과정을 이해하고 실습할 수 있다.

준비물

교사: 교사용 교재, PPT, 활동지, 읽기 자료

학생: 학생용 교재, 빈 물병(재활용 물병), 아크릴 물감, 아크릴 붓, 물통, 색지(100~200g), 트레이싱지, 테이프

흐름 문제 제시 및 활동 내용 학습 자료 (▶)및

유의점 (※)

창의적설계 (생각 펼치기) 스마트 헬스케어

제품 디자인

굿 디자인에 대해 학습하기

– [읽기자료]5-1.굿 디자인의 목적과 기능성, 경제성, 심미성, 독창성 각 요소에 대해 학습한다.

– [PPT]5-1.으로 다양한 굿 디자인 제품의 사례를 살펴본다.

• PPT 각 예시자료의 굿 디자인 요소에 대해서 설명하며 이해를 돕는다.

▶ [읽기자료]

5-1. 굿 디자인

▶ [PPT]5-1. 굿 디자인

제품디자인 방법에 대해 학습하기

– [읽기자료]5-2.제품디자인 순서와 다양한 아이디어 발산법 및 수렴법에 대해 학습한다.

• 각 제품디자인 단계에서 유용한 팁과 유의할 점들을 설명한다.

• 다음 단계에 학습한 제품디자인 과정을 적용하여 실습할 것을 미리 예고한다.

픽토그램 디자인에 대해 학습하기

– [PPT]5-2.와 [읽기자료]5-3.을 보며 픽토그램 디자인에 대한 개념과 특징, 예시를 학습한다.

• 다음 단계에 학습한 픽토그램 디자인 제작법을 적용하여 실습할 것을 미리 예고한다.

▶ [읽기자료]

5-2.

제품디자인 방법

▶ [PPT]

5-2. 픽토그램디자인

▶ [읽기자료]

5-2.

픽토그램디자인 스마트 헬스케어제품 디자인 구상하기

– 프로그램 목적을 유의하며 적절한 아이디어 발산법을 택하여 스마트 헬스케어제품의 종류를 선택하고 형태를 구상한다.

– 선정한 스마트 헬스케어제품의 사용목적에 부합하는 픽토그램 디자인의 컨셉을 구상한다.

– [활동지]5-1.구상한 컨셉에 적합한 제품과 픽토그램 디자인을 다양하게 썸네일 스케치를 한다.

– [읽기자료]5-1.을 참고하여 [활동지]5-2.에 썸네일 스케치 중 최종적으로 한 가지를 골라 정교하게 제품의 외형디자인과 전개 도를 스케치하고 치수를 기입한다.

– [활동지]5-2.제품 제작 시 아이디어의 컨셉이 잘 드러날 수 있는 제작방안을 정리한다.

• 본 차시에서는 스마트 아령을 제작하나 팔찌형, 스마트 운동기구 등 다양한 형태로 기 제작한 센서가 활용될 수 있음을 설명한다.

• 스마트 헬스케어제품 디자인 컨셉을 구상하며 ‘움직임(운동)을 유도하는 것’이 본 프로그램의 목적임을 잊지 않도록 상기시켜준다.

• 썸네일 스케치는 정교하게 하는 것 보다 순간적인 아이디어를 자유롭게 표현하는 것이 중요함으로 형식에 제한을 두지 않고 간단히 스케치 할 수 있도록 지도한다.

• [읽기자료]5-2.와 [읽기자료]5-3.을 참고하며 진행할 수 있도록 안내한다.

• 제품의 전개도 제작 시 유의사항을 반복적으로 전달하고 확인한다.

▶ [활동지]

5-1.

스마트 헬스케어제품 디자인 구상

▶ [활동지]

5-2.

스마트 헬스케어제품 디자인 도안

창의적설계 (생각 펼치기) 스마트 헬스케어

제품 디자인

스마트 헬스케어제품 디자인 제작하기 – [읽기자료]5-4.를 학습한다.

– [활동지]5-2.의 전개도에 따라 색 모조지를 재단하고 제품의 외관을 디자인한다.

– [활동지]5-2.의 픽토그램의 모양으로 제품의 외관을 자르고 트레이싱지를 덧댄다.

– 전 차시에 조립한 부품을 삽입하고 스마트 헬스케어제품을 완성한다.

• 학생들이 직접 사용하며 망가질 위험에 대한 설명과 함께 스마트 헬스케어제품 외형디자인의 마감을 튼튼하게 할 수 있도록 지도한다.

• 제시된 재료 외에도 다양한 재활용품을 활용하여 스마트 헬스케어 제품을 제작할 수 있음을 설명한다.

▶ [읽기자료]

5-4.

스마트 헬스케어제품 디자인 도안 예시와 유의사항

창의적설계 (생각 펼치기) 스마트 헬스케어

제품 제작하기

[활동사진]

창의적설계 (생각 펼치기) 스마트 헬스케어

제품 제작하기

스마트 헬스케어제품 사용하기

– 완성한 스마트 헬스케어제품을 하루 동안 사용하며 매 쉬는 시간 마다 제품사용량을 기록한다.

• [활동지]7-1.을 배부하고 쉬는 시간마다 제품 사용일지를 잊지 않고 기록할 것을 당부한다.

• 제품 사용하는 기간 동안 제품이 분실되거나 고장 나지 않도록 주의할 것을 전달한다.

[활동사진]

▶ [활동지]

7-1.

스마트 헬스케어제품 사용일지

4-5. 교수-학습 과정안

[8차시]

교과 과학(S) 단원 3. 일과 에너지 차시 8차시

학습 목표 • 스마트 헬스케어제품 사용량을 그래프로 나타내고 대푯값과 산포도를 계산할 수 있다.

• 일과 에너지의 관계를 이해하고 소비한 칼로리를 계산할 수 있다.

준비물 교사: 교사용 교재, PPT, 활동지, 읽기 자료 학생: 학생용 교재, 전 차시 활동지

흐름 문제 제시 및 활동 내용 학습 자료 (▶)및

유의점 (※)

감성적 체험 (생각 다지기) 스마트 헬스케어 제품 사용해보기 스마트 헬스케어 제품 사용 후

소모한 칼로리 계산

스마트 헬스케어제품 사용 그래프 그리기

– [PPT]8-1.의 예시자료를 통해 그래프 작성법을 학습한다.

– [활동지]8-1.을 바탕으로 [활동지]9-1.에 스마트 헬스케어제품 사용일지를 그래프로 정리한다.

스마트 헬스케어제품 사용 그래프 분석하기

– [읽기자료]8-1.을 통해 스마트 헬스케어제품의 사용량과 칼로리의 관계를 이해한다.

– [활동지]8-1.하루 동안 제품을 착용한 후 소모한 칼로리를 계산 해본다.

[활동사진]

▶ [PPT]

8-1

▶ [활동지]

8-1.

스마트 헬스케어제품 사용 분석

▶ [읽기자료]

8-1.

스마트 헬스케어제품 사용량과 칼로리 계산법

감성적 체험 (생각 다지기) 스마트 헬스케어 제품 사용해보기 스마트 헬스케어 제품 사용 후

소모한 칼로리 계산

스마트 헬스케어제품 사용결과 발표하기

– 스마트 헬스케어제품을 직접 사용해본 후 사용 전후 달라진 점을 자유롭게 발표한다.

[활동사진]

자기평가 및 동료평가하기

– 활동 내용을 돌아보며 [활동지]8-2.를 작성한다.

▶ [활동지]

8-2.

자기평가 및 동료평가

흐름 문제 제시 및 활동 내용 학습 자료 (▶)및 유의점 (※)

감성적 체험 (생각 다지기) 스마트 헬스케어 제품 발표 및 평가

시장 경제의 이해 학습하기

– [읽기자료]9-1.을 보며 시장에서 가격이 갖는 네 가지 기능에 대 해 설명한다.

▶ [읽기자료]

9-1.시장경제의 이해

스마트 헬스케어제품 광고지 제작하기 – [PPT]9-1.재미있는 광고들의 예시를 살펴본다.

– 효과적인 광고의 요소를 분석해본다.

스마트 헬스케어제품 전시관람 및 시장가격 책정하기 – 모둠별로 책상 위에 스마트 헬스케어제품과 광고지를 전시한다.

– 학생들은 광고지를 읽고 직접 친구들이 제작한 스마트 헬스케어 제품을 사용해보며 [활동지]10-1.에 친구들이 디자인한 스마트 헬스케어제품의 시장가격을 책정한다.

• [읽기자료]9-1.의 시장 경제의 이해에 대한 내용을 참고하며 각 제품의 시장가격을 책정하도록 지도한다.

• 감정에 치우지지 않고 기존의 굿 디자인 요소 및 시장 경제에 대해 학습한 내용에 근거하여 평가가 이루어질 수 있도록 지도한다.

• 다른 친구의 스마트 헬스케어제품을 사용해보는 과정에서 제품이 망가지지 않도록 주의할 것을 당부한다.

▶ [PPT]

9-1.

효과적인 광고 제작

▶ [활동지]

10-1.

친구의 스마트 헬스 케어제품을 평가하고 가격 책정

4-5. 교수-학습 과정안

[9.10차시]

교과 사회(M) 단원 9. 시장 경제의 이해 차시 9,10차시

학습 목표 • 시장 가격의 결정과 기능을 이해하고 합리적인 가격을 책정할 수 있다.

• 직접 제작한 스마트 헬스케어제품의 특성을 살려 효과적으로 발표할 수 있다.

준비물 교사: 교사용 교재, PPT, 활동지, 읽기 자료

학생: 학생용 교재, 완성한 스마트 헬스케어제품, 필기도구

감성적 체험 (생각 다지기) 스마트 헬스케어 제품 발표 및 평가

활동 후 느낀 점 발표하기

- 가장 높은 가격이 책정된 제품의 요소를 분석해본다.

- [활동지]10-2.를 작성한 후 청소년비만의 해결을 목적으로 스마 트 헬스케어제품을 디자인했던 본 프로그램 과정 전반에 대해 느 낀 점을 발표한다.

• 프로그램 종료 후에도 지속적으로 청소년비만을 경계하고 꾸준 히 운동을 할 수 있는 자세를 함양하도록 하는 것이 본 프로그램 의 목적임을 설명하고 마무리한다.

자기평가 및 동료평가하기

- 활동 내용을 돌아보며 [활동지]10-3.을 작성한다.

▶ [활동지]

10-2.

프로그램을 마치며

▶ [활동지]

10-3.

자기평가 및 동료평 가

4-6. 평가 계획

■

수행·관찰 평가 계획

평가 영역 평가 항목 우수 보통 미흡

상황 제시

문제파악

청소년비만의 문제점을 명확 히 이해하고 청소년비만을 줄일 수 있는 방법을 다양하 게 제시함

청소년비만의 문제점을 명확 히 이해하였으나 청소년비만 을 줄일 수 있는 방법을 부분 적으로 제시함

청소년비만의 문제점을 명확 히 이해하지 못하고 청소년 비만을 줄일 수 있는 방법을 제시하지 못 함

능동성(태도) 모둠별 토론에 능동적으로 참여하며 자신의 의견을 적 극적으로 표현함

모둠별 토론에 참여하였으나 자신의 의견 표현이 부족함

모둠별 토론에 참여하지 않 고 자신의 의견을 표현하지 않음

창의적설계

제작 및 설계 스마트 헬스케어제품을 설계 및 제작하는 과정에 오류가 없고 정확함

스마트 헬스케어제품을 설계 및 제작하는 과정에 부분적 으로 오류가 있음

스마트 헬스케어제품을 설계 및 제작하는 과정에 부분적 으로 오류가 있고 정확도가 떨어짐

디자인 제작한 스마트 헬스케어제품 에 창의적인 아이디어가 잘 나타남

제작한 스마트 헬스케어제품 에 창의적인 아이디어가 부 분적으로 나타남

제작한 스마트 헬스케어제품 에 창의적인 아이디어가 나 타나지 못함

집중력(태도) 과제에 대한 집중력이 좋으

며 과제를 끈기 있게 해결함 과제에 대한 집중력은 있으

나 끈기가 부족함 과제에 대한 집중력과 끈기 가 부족함

감성적체험

스마트 제품 디자인평가

제작한 스마트 헬스케어제품 디자인의 완성도에 독창성, 정교성이 두드러지게 나타남

제작한 스마트 헬스케어제품 디자인의 완성도에 독창성, 정교성이 가끔씩 나타남

제작한 스마트 헬스케어제품 디자인의 완성도에 독창성, 정교성이 거의 나타나지 않 음

스마트 제품 사용 평가

스마트 헬스케어제품 사용 후 달라진 변화를 논리적으 로 계산하고 평가할 수 있음

스마트 헬스케어제품 사용 후 달라진 변화를 계산할 수 있음

스마트 헬스케어제품 사용 후 달라진 변화를 계산하지 못함

자신감(태도) 바른 자세와 적극적인 태도

로 발표함 바른 자세로 발표함 수동적인 태도로 발표함

총평

평가방법 평가영역 평가기준 평가

상 중 하

자기 평가

상황 제시

청소년비만 문제에 대해 다각적으로 생각해보았는가?

모둠별 토론에 적극적으로 참여하였는가?

창의적설계

스마트 헬스케어제품을 설계 및 조립하는 과정에 오류는 없었는가?

제품의 디자인이 창의적이었는가?

제품디자인 및 제작 과정에 잘 집중하였는가?

감성적체험

제작한 스마트 헬스케어제품은 완성도가 있는가?

바른 자세로 발표하였는가?

활동지는 성실하게 작성하였는가?

동료 평가

상황 제시 모둠별 토론에 적극적으로 참여하였는가?

창의적설계

스마트 헬스케어제품을 바르게 설계 및 조립하였는가?

창의적인 아이디어로 제품을 제작하였는가?

감성적체험

모둠별 활동에 적극적으로 참여하였는가?

바른 자세로 발표하였는가?

■

자기·동료평가 계획

[읽기 자료] 1-1. 청소년 비만 ①

■

어느 중학생의 고민

① 왜 청소년비만이 위험할까?

미국 등 선진국에 비하면 우리나라는 청소년비만에 대한 장기적인 연구가 드물다. 그러나 비만을 국민건강의 적 신호로 인지한 만큼 국가적인 대책을 세우기 시작했다. 미래창조과학부는 지난 3월 생애 단계별 건강문제 해결 을 위해 오는 2016년까지 약 800억 원을 투자한다는 계획을 발표하기도 했다. 미래부는 '8대 건강문제'를 선정 했는데, 그 안에 청소년비만이 속해있다. 청소년비만은 성인비만으로 연결되며, 이는 미래사회에 큰 사회적 부담 이 된다는 판단에서다. 미래를 이끌어갈 어린이와 청소년들의 건강이 달린 문제이니 국가적 차원에서 나설 수밖 에 없는 것이다.

김해뉴스 2014.07.02

2. 학습 자료

2-1 생각 열기

비만의 상대위험도

성인 7~18세 초중고생

음식의 짠 정도(5분위수로 구분)

자료: 보건복지부 1분위

2분위 3분위 4분위 5분위

1 1

1.02 1.27

1.04 1.20

1.07 1.83

1.20 1.77

[읽기 자료] 1-2. 나의 건강상태는?

비만도와 생활습관 자가진단!

② 키가 작거나 비만은 유전자 때문일까?

아이들이 키가 크지 않는 이유는 영양결핍이나 부모의 유전자 때문일까? 과거에는 그랬지만 지금은 운동 부족으 로 바뀌고 있다. 키성장클리닉 키네스에 따르면 키가 잘 자라지 않는 원인의 70~80%는 운동 부족, 영양 문제와 스트레스, 수면부족은 20% 미만이다. 그러나 영양 문제도 완전히 해결된 것은 아니다. 절대적인 영양의 결핍이 아니라 편식이나 잘못된 다이어트로 영양 불균형과 영양 부족이 발생해 키가 자라지 않는 경우다. 특히 당질, 지 방이 많이 들어 있는 피자, 햄버거 같은 패스트푸드 식품을 많이 먹거나 인스턴트식품을 선호하는 아이들이 그렇 다. 창원점 키 성장클리닉 키네스 대표는 건강한 생활을 위해서는 누구나 자신의 운동능력을 평가해 일일 20~30 분의 규칙적인 운동을 하는 게 좋다고 충고한다. 아울러 어디서나 쉽게 할 수 있는 줄넘기, 조깅, 달리기를 비롯 해 에어로빅, 농구, 수영, 축구처럼 전신을 모두 사용하는 운동을 추천했다. 창 대표는 허리와 다리의 근기능이 약화되지 않도록 다리와 허리의 근력을 증진할 수 있는 웨이트 같은 근력 운동도 병행하라고 권한다.

③ 잡지 속 모델들처럼 마른 것이 진정한 아름다움일까?

영국〈보그〉편집장 알렉산드라 슐만이 감독한 단편 영화가 영국 전역의 중학교에서 상영되고 있다. 패션 화보 촬영 과정을 담은〈It’s a Look〉은 화보 속 모델의 모습이 실제와 꽤 다르다는 것을 알려준다. 모델 제이드 파 르피트가 내레이션을 맡고 영국〈보그〉팀이 등장해 최종 이미지가 나오기까지 어떤 과정을 거치는지, 그리고 포토샵 후반 작업까지 공개했다. 단편이 시사하는 주요 내용은 ‘내 모습에 만족하자’와 ‘〈보그〉는 다이어트나 성형수술을 조장하지 않는다’는 것이다.

[활동지] 1-1. 나의 비만도는 얼마? 비만도 자가 진단! ①

• 내가 생각하는 비만의 부정적 영향은 무엇일까? 세 가지를 적어보시요.

옷이 안맞게 된다.

몸이 둔해된다.

체력이 떨어진다.

■

왜 청소년비만이 위험할까?

■

나의 비만도를 계산해보자

집중력 저하 수면 장애 스트레스

증가 자아 존중감

저하

청소년비만의 부정적 영향

비만도와 표준체중 구하는 법

나의 체중 45 kg 나의 키 155 cm

표준체중 구하기 식: ( 155 – 100 ) X 0.9 표준체중:( 49.5 )kg 비만도 구하기 식: ( 45 - 49.5 ) ÷ 49.5 X 100 비만도:( - 22 )kg

[활동지] 1-1. 건강 생활 습관 자가 진단! ②

– 건강 생활 습관 자가진단 결과 분석하기 (‘그렇다’가 체크 된 개수 기준)

• 0 ~ 6개 : 당신의 건강 챙기기 센스 만점!

• 7 ~13개 : 조금만 유의하면 건강은 나의 편!

• 14~20개 : 조심하세요. 건강 생활 습관에 조금 더 신경 써주세요!

• 21~24개 : 당신은 굉장히 심각한 상태! 건강 생활 습관에 대해 공부해야겠어요!

번호 문항 ^{그렇다 아니다}

1 기분이 나쁠 때 음식을 먹으면 기분이 좋아진다 2 야외활동보다 집안에서 보내는 시간이 더 많다 3 항상 옆에 먹는 것을 둔다

4 먹는 것이 가장 큰 생활의 즐거움이다

5 텔레비전을 즐겨보는 편인데, 대부분 무언가를 먹으면서 본다 6 음식을 보면 먹고 싶은 충동을 참을 수 없다

7 배가 조금만 고파도 참을 수 없다 8 배가 불러도 맛있는 것이 있으면 또 먹는다 9 그릇에 음식을 많이 담는 편이다

10 안 먹다가 한꺼번에 몰아서 많이 먹는다 11 아침식사를 하지 않는다

12 저녁을 많이 먹는다 13 잠들기 전 약식을 먹는다 14 식사가 불규칙적이다 15 채소와 나물을 싫어한다 16 음식을 맵고 짜게 먹는다 17 남들보다 음식 먹는 속도가 빠르다

18 초콜릿, 사탕, 케이크 등의 단음식과 청양음료를 좋아한다 19 잠자는 시간이 5시간 이하이다

20 간식 또는 주전부리를 자주 먹는다 21 인스턴트식품, 패스트푸드를 자주 먹는다 22 짠 국물을 좋아한다

23 고기나 기름진 음식을 자주 먹는다 24 기름에 튀기거나 볶은 음식을 좋아한다

합계 개 개

■

나의 건강 생활 습관을 자가 진단해보자

[활동지] 1-2.자기평가 및 동료평가

■

스스로의 활동을 평가해 보자

■

친구의 활동을 평가해 보자

평가영역 평가기준 평가

상 중 하

상황제시

청소년비만 문제에 대해 다각적으로 생각해보았는가?

모둠별 토론에 적극적으로 참여하였는가?

평가영역 평가기준 평가

상 중 하

상황제시 모둠별 토론에 적극적으로 참여하였는가?

2. 학습 자료

2-2 생각 펼치기

[활동지] 2-1. 스마트 제품디자인 방법 ①

■

스마트 제품디자인 방법에 대해 알아보자

스마트 제품이란 우리 생활 속에서 사용되는 제품을 보다 편리하게 만들기 위해 과학 기술을 접목시켜 똑똑하게 만든 것을 말한다. 기존 제품에 온도 센서, 압력 센서 등의 입력 장치를 삽입하여 외부 환경을 인식하도록 안 후 LED, 소리 재생 장치 등의 출력 장치로 외부 환경에 적합한 반응을 하도록 만든 것이다.

스마트 제품디자인 사례

기존 제품 과학 기술 스마트 제품

문 적외선 센서 자동문

방석 압력 센서 스마트 방석

에어컨 통신모듈 스마트 에어컨

[활동지] 2-1. 스마트 제품디자인 방법 ②

■

스마트 제품 디자인 방법의 5단계

• 스마트 제품을 디자인하기 위한 5단계에 대하여 알아보자.

STEP 1. 기존환경 분석하기

우리가 사는 세상 속 문제점을 다양한 각도로 분석한다.

STEP 2. 기존 환경 속의 기존 제품 발견하기

우리가 사는 세상 속 문제점과 연관된 제품을 발견한다.

STEP 3. 문제 해결 아이디어 발상 후 과학 기술 탐색하기

기존 제품을 사용할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위한 아이디어를 내고, 아이디어를 현실화하기 위한 과학기술 적용 방법을 탐색한다.

STEP 4. 기존 제품을 스마트화하기

*기존 제품에 과학 기술을 적용하여 제품을 스마트화한다.

*제품의 스마트화란? : 센서를 통해 환경을 인식하는 모듈을 구성하고, 모듈을 통해 인식한 환경에 제품 스스로 적절한 서비스를 제공하는 것을 말한다.

STEP 5. 스마트 제품 투입 후 환경 변화 관찰하기

스마트화 된 제품을 기존 환경에 투입하여 스마트제품을 사용함으로써 환경에 어떠한 변화를 가져오는지 관찰한다.

기존제품 과학기술 스마트 제품

■

스마트 제품 디자인 방법의 5단계를 이해해보자

• 스마트 휴지통(The World’s Deepest Bin)의 디자인 과정을 스마트 제품디자인 방법의 5단계로 분석해보자.

[활동지] 2-1. 스마트 제품디자인 방법 ③

STEP 1. 기존환경 분석하기

거리에 휴지통이 있음에도 사람들이 아무데나 쓰레기를 함부로 버려서 도시 미관이 저해되는 문제 상황이다.

STEP 2. 기존 환경 속의 기존 제품 발견하기

휴지통에 쓰레기를 버리는 것은 귀찮고 재미없는 일이다.

STEP 4. 기존 제품을 스마트화하기

쓰레기를 버릴 때마다 쓰레기가 깊숙한 곳으로 떨어지는 소리를 내는 스마트 휴지통을 제작한다.

STEP 5. 스마트 제품 투입 후 환경 변화 관찰하기

스마트 휴지통을 거리에 설치 한 결과 사람들이 쓰레기를 휴지통에 버릴 때 나는 소리에 재미를 느껴 휴지통에 쓰레기를 버리는 규칙을 준수하게 된다.

STEP 3. 문제 해결을 위한 아이디어 발상 후 과학 기술 탐색하기

쓰레기를 휴지통에 넣는 행동에서 재미를 느낄 수 있다면 쓰레기를 바닥에 버리지 않고 휴지통에 버리게 될 것이다.

그렇다면 쓰레기를 휴지통에 넣을 때마다 재미있는 음성 피드백을 주는 휴지통은 어떨까?

휴지통에 적외선 감지 센서와 소리 재생 장치를 삽입하면 가능할 것이다.

출처: http://www.thefuntheory.com/worlds-deepest-bin

[활동지] 2-1. 스마트 제품디자인 방법 ②

빛나는 공, 램피

The Shining ball, Lampy

속도 지킴이 복권

⁽¹⁾ The Speed of Lottery

플레이 밸트

⁽²⁾ The Play Belt

피아노 계단

Piano Stairs

한글봇

HanguelBot

■

스마트 제품디자인 방법

스마트 제품디자인 방법을 적용한 여러 가지 스마트 제품의 디자인 과정을 알아봅시다.

전기가 부족한 제 3세계 어린이들을 위한 로봇 공. 낮 동안 아이들이 공을 가지고 차거나 굴리면 그 에너지 를 모아두었다가, 밤이 되는 어두운 시간에는 환하게 빛나는 조명이 되는 제품.

자동차 운전자가 알맞은 속도를 지켰을 때, 로또 복권이 우편으로 보내져 사람들이 제한속도를 지키도록 하는 제품.

안전벨트를 착용하면 앞좌석 뒷부분에 재미있는 영상이 나오게 되어 아이들이 안전벨트를 할 수 있도록 도와주는 제품.

계단을 밟을 때 마다 피아노 소리가 흘러나와 에스컬레이터 대신 계단을 사용 하도록 하는 제품.

자음 블록과 모음 블록으로 구성된 블록 통해 글자를 만들어 볼 수 있는 스마트 블록. 자음 블록과 모음 블록의 움직임에 따라 블록들이 만드는 글자 형태의 소리를 내는 제품.

(1) 출처: http://www.thefuntheory.com/speed-camera-lottery-0

← 정규속도: 복권 0 ← 과속: 복권 X

[읽기자료] 3-1. 제조기술과 자동화 ①

■

우리의 삶을 편리하게 해주는 전자 기계 기술

전기는 생활 속에서 편리하게 이용되고 있는 에너지이다.

발전소에서 만들어진 전기는 전기·전자 기기의 종류에 따라 빛, 열, 동력, 전자파 등 다양한 형태로 이용된다. 우리가 일 상생활에서 사용하는 휴대전화, 컴퓨터, 선풍기, 냉장고, 전 기밥솥, 다리미, 형광등 등 다양한 제품은 전기를 이용한다.

전기는 자유 전자가 이동하면서 발생하는 에너지이다.

전자는 물질을 이루는 원자 내에서 원자핵 주변을 일정한 궤 도로 도는 매우 작은 입자로, 바깥쪽 궤도에 있는 전자는 비 교적 결합력이 약하다. 이 전자가 외부로부터 열이나 빛, 마 찰 등의 에너지를 받으면 돌고 있던 궤도에서 이탈하여 자유 롭게 되는데, 이러한 전자를 자유 전자라고 한다. 자유 전자 는 전기·전자 기기 안의 전기 회로 속을 이동하면서 각종 전 기·전자 부품을 작동시켜 일하게 한다.

■

전기 회로를 이해해보자

우리가 생활에서 사용하는 모든 전기·전자 기기는 전기 회로로 구성되어 있으며, 일정한 양의 전기를 소비하여 필요한 일을 한다.

① 전기 회로의 구성

전기 회로는 기본적으로 전기를 공급하는 전원, 전기가 흐르는 도선, 전기가 지나가면서 일을 하는 부하로 구성 된다. 이때, 전기의 흐름을 전류라고 하고, 전기가 흐르도록 전원에서 나오는 전기적인 압력을 전압이라고 하며, 전기의 흐름을 방해하는 요소를 저항이라고 한다.

전압

단위로는 볼트(volt)를 사용하고 [ v ]로 표시한다.

전류

단위로는 암페어(ampere)를 사용하고 [ A ]로 표시한다.

저항 단위로는 옴(ohm)를 사용하고 [ Ω ]로 표시한다.

기본 전기 회로

[읽기자료] 3-1. 제조기술과 자동화 ②

전자는 (-)극에서 (+)극으로 이동하고, 전류는 (+)극에서 (-)극으로 흐른다. 이는 전자의 존재가 밝혀지기 전에 전류의 흐름 방향을 반대로 정의했기 때문이다.

② 옴의 법칙

전기 회로에 흐르는 전류의 양은 전압의 크기에 비례하고, 저항의 크기에 반비례하는 것을 알 수 있다.

이를 옴의 법칙이라고 하며, 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

③ 전력과 전력량

전력은 전기가 단위 시간 동안 하는 일의 양으로, 주로 전기·전자 기기의 소비 전력을 나타낼 때 사용한다.

단위로는 와트(watt)를 사용하며, [W]로 표시한다. 전력P는 전압과 전류의 곱으로 구해지며, 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

(가) 전류가 흐르지 않을 때 (나) 전류가 흐를 때

〈전류와 전압의 관계〉

전압이 2배가 되면, 전기 회로에 흐르는 전류의 양이 2배가 되어 전구의 밝기도 밝아진다.

〈전류와 저항의 관계〉

저항이 2배가 되면, 전기 회로에 흐르는 전류의 양이 1/2로 줄어 전구의 밝기도 줄어든다.

전류와 흐름

( + )극 ( - )극

MPU-6000 MPU-6050

[읽기자료] 3-2. 자이로센서와 LED ①

■

자이로센서 이해하기

① 자이로센서란 무엇인가?

자이로센서는 한 축 또는 여러 축의 회전 움직임의 각 변화량을 측정한다. 자이로센서는 움직이는 물체 의 기본 축에 대한 회전과 방향을 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다. 또한 자이로센서는 가속도센서와 지 자기센서와 다르게 중력이나 자기장과 같은 외부의 힘에 영향을 받지 않고 독자적으로 동작한다. 자이로 센서는 소비자 가전제품에서 동작을 감지하는 메인 센서로 사용되고 있다.

② 자이로센서 MPU-9150

MPU-9150은 저전력, 저비용, 고성능을 겸비한 9축 모션트래킹 디바이스로, 스마트폰, 태블릿, 웨어러 블 센서 등의 소비가전에 적합하도록 디자인된 제품 이다. 자유 공간에서 동작을 추적하고 이 동작을 입 력 명령으로 제공함으로써 소비자에게 전자 장치와 상호 작용할 수 있는 보다 직관적인 방법을 제공하는 동작 인터페이스는 스마트폰, 태블릿, 게임 콘솔 및 스마트 TV를 포함한 모든 소비자 가전 장치에서 핵 심 기능으로 빠르게 자리 잡고 있다.

③ 자이로센서의 원리

자이로센서는 각속도를 측정한다. 한 축을 기준으로 단위시간에 물체가 X, Y, Z 세 개의 축으로 이동하고 회전한 각도의 값을 수치로 알려주는 센서이다.

+Z +Z

+Y

+X +X +Y

■

LED 이해하기

① LED란 무엇인가?

LED(발광다이오드)란 갈룸비소 등의 화합물에 의해 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자이다. LED는 컴퓨터 본체에서 하드디스크가 돌아갈 때 깜빡이는 작은 불빛, 도심의 빌딩 위에 설치는 대형 전광판, 그 리고 TV리모컨 버튼을 누를 때마다 TV본체에 신호를 보내는 눈에 보이지 않는 광선을 만들 때 필요하다.

LED는 전극을 붙인 전도물질에 전류가 통과하면 전 자와 정공이라고 불리는 (+)전하 입자가 전극 중앙에 결합하여 빛의 광자를 발산하는 구조로 되어 있다.

② LED의 특징

③ LED의 장·단점

[읽기자료]3-2. 자이로센서와 LED ②

제품명/특징 LED/정광원 백열등/정광원 형광등/정광원

광원 효율 100lm/w 20lm/w 100lm/w

수명 80,000hr 1,000hr 20,000hr

소비 전력 5.4W 60W 20W

Dimming 가능, 에너지 효율 증가 가능, 에너지 효율 매우 감소 가능, 에너지 효율 매우 감소

안정성 보통 보통 수은포함

장점 단점

• 반영구적 수명으로 한번 설치하면 교체나 유지보수가 거의 필요 없다.

• 발광효율이 높고 저전류에서 고출력을 얻을 수 있다.

• 유리와 필라멘트가 불필요하므로 극한 환경에서도 활용이 가능하다.

• 백열전구나 형광등보다 가격이 비싸다.

• 간단한 백열전구나 형광등과 달리 제어회로를 만들어야한다.

• 여러 개를 병렬 또는 직병렬로 사용해야 한다.

• 저전압동작이라 가정용전원(220V)으로 직접구동이 힘들다.

[활동지] 3-3. 학습내용 복습

■

전자회로 학습하기

① 전류와 전압

• ( 전기 )는 자유 전자가 이동하면서 발생하는 에너지이다.

• ( 전자 )는 물질을 이루는 원자 내에서 원자핵 주변을 일정한 궤도로 도는 매우 작은 입자로, 바깥쪽 궤도에 있는 전자는 비교적 결합력이 약하다. 이 전자가 외부로부터 열이나 빛, 마찰 등의 에너지를 받으면 돌고 있던 궤도에서 이탈하여 자유롭게 되는데, 이러한 전자를

• ( 자유전자 )라고 한다. 자유 전자는 전기·전자 기기 안의 전기 회로 속을 이동하면서 각종 전기·전자 부품을 작동시켜 일하게 한다.

• 전자는 ( - )극에서 ( + )극으로 이동하고, 전류는 ( + )극에서 ( - )극으로 흐른다.

이는 전자의 존재가 밝혀지기 전에 전류의 흐름 방향을 반대로 정의했기 때문이다.

② 옴의 법칙, 전력과 전력량

• 옴의 법칙은 전기 회로에 흐르는 전류의 양은 전압의 크기에( 비례 )하고, 저항의 크기에 ( 반비례 )하는 것을 알 수 있다.

③ 전력과 전력량

• 전력은 전기가 (단위 시간 동안 하는 일의 양 )으로, 주로 전기·전자 기기의 소비 전력을 나타낼 때 사용한다.

④ 단위

■

자이로센서 학습하기

자이로센서는 ( 각속도 )를 측정한다.

( 한 )개의 축을 기준으로 단위시간에 물체가 X, Y, Z 세 개의 축으로 이동하고 회전한 각도의 값을 수치로 알려주는 센서이다.

전력 표기 P 단위 [W]

전압 표기 V 단위 [V]

전류 표기 I 단위 [A]

저항 표기 R 단위 [Ω]

[활동지] 3-3. 학습내용 복습

■

LED 학습하기

① 다음 그림을 보고 물음에 답하시오.

② LED의 장점과 단점을 2가지 이상 적어보시오.

LED/정광원 백열등/정광원 백열등/정광원

• 다음중 수명이 가장 긴 것은? : LED/정광원

• 소비 전력이 가장 낮은 것은? : LED/정광원

• 수은이 포함 되어 있어 폐기 시 주의를 기울여야 하는 것은 ?: 형광등/선광원

장점

• 반영구적 수명으로 한번 설치하면 교체나 유지보수가 거의 필요 없다.

• 발광효율이 높고 저전류에서 고출력을 얻을 수 있다.

• 유리와 필라멘트가 불필요하므로 극한 환경에서도 활용이 가능하다.

• 백열등이나 형광등과 달리 장시간 사용하여도 열에너지나 적게 발생하다.

단점

• 백열전구나 형광등보다 가격이 비싸다.

• 간단한 백열전구나 형광등과 달리 제어회로를 만들어야한다.

• 여러 개를 병렬 또는 직병렬로 사용해야 한다.

• 저전압동작이라 가정용전원(220V)으로 직접구동이 힘들다.

[읽기자료] 4-1. 스마트 헬스케어제품 조립 순서

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스마트 헬스케어제품 조립하기

① 개요

본 Embedded System은 3축 센서의 x, y, z 움직임을 나타내는 신호를 받아 MCU(Micro Processor Unit 여기 서는 CPU 단어와 혼용)라고 하는 작은 컴퓨터에서 신호를 처리하여 움직임의 개수를 세고 그 결과를 LED에 출 력해 주는 장치입니다. 이 장치는 움직임이 정해진 임계값 이상일 경우 Count를 더하여 운동자로부터 운동을 더 할 수 있도록 도와주는 역할을 합니다.

② 준비물

본 Embedded System은 3축 센서의 x, y, z 움직임을 나타내는 신호를 받아 MCU(Micro Processor Unit 여기 서는 CPU 단어와 혼용)라고 하는 작은 컴퓨터에서 신호를 처리하여 움직임의 개수를 세고 그 결과를 LED에 출 력해 주는 장치입니다. 이 장치는 움직임이 정해진 임계값 이상일 경우 Count를 더하여 운동자로부터 운동을 더 할 수 있도록 도와주는 역할을 합니다.

제품명

FWB-ACCELERO-T37(스마트 운동보조기구)

MCU

32Bit RISC ARM Cortex-M0

Sensor

반도체로 만들어진 LIS2DH12 센서의 영문 이름은 “MEMS digital output motion sensor”로 x, y, z 3방향의 움직임을 SPI(serial peripheral interface) 시리얼 통신으로 출 력해준다. MCU와 연계를 잘하기 위해서는 이들 신호를 알아보기 쉽도록 우선 수치화해야 하고 실시간으로 입력되는 센서의 값을 평균 내어 표준값으로 변환 변위의 범위를 판단하 도록 해야 오동작이 적다.

LED

시중에서 구하기 쉬운 일반적인 빛을 내는 LED 이며 청색, 녹색, 빨간색 등으로 25개로 구 성되어 있어 마음에 드는 색으로 자신만의 운동 보조기구를 구현 할 수 있다. 하지만 LED 를 다량으로 연결할 경우 전지가 빨리 소모 되므로 과한 욕심은 전지 소비가 많아진다.

전지

CR-2450의 Lithium Battery는 3V이며 지름 24mm, 두께 5mm 크기를 가진 코인형 전지 입니다. 비교적 시중에서 구하기 어렵지만 고용량으로 상당 기간 운동보조 장치로 사용 할 수 있도록 해줍니다.

파워스위치

전지 공급을 주거나 전원 OFF를 결정하는 것으로 오른쪽으로 밀면 ON 된다. 스위치를 제 거 하거나 전지를 빼도 내부에 저장된 플래시의 운동량 카운트는 지워지지 않는다.

기타도구

^니퍼

스마트 운동보조기구 앞면

③ 사용설명

스마트 운동보조기구 STEAM 교재는 움직임의 카운트를 마이크로프로세서서 \세어 그 결과를 LED로 표시해 줌 으로써 교보재를 사용하는 학생 스스로 목표를 두고 LED가 최종적으로 켜져서 정해진 모양을 구성 할 수 있도록 하여 성취감을 주도록 설계되어 있다.

전지는 코인 전지 CR2450 3V의 전압이 필요 필요하다. 계산상으로는 3일 이상 ON 되어도 동작 할 수 있으나 이는 LED 의 개수에 따라 다르다. LED의 불이 흐리거나 정상 동작이 안 된다고 판단되면 전지를 새것으로 교환 하는 것이 좋다.

PCB 배치도

마 다

라

가 나

바 사

A B

※녹색 PCB(Printed Circuit Board)를 흰색 실크 글자가

올바로 보이게 둔 상태로 놓고 가운데 “FWB-ACCELERO-T37”의 버전번호를 확인합니다.

가(적색)

마이크로프로세서를 나타내며 작은 컴퓨터에서는 신호처리와 센서 인터페이스 그리고 내부 카운터 정보를 가지고 LED를 다이내믹 하게 디스플레이 하는 프로그램이 들어 있다.

나

3D 센서의 정보를 실시간으로 나타내지만 실제로는 MCU가 그만큼 빨리 읽는 것이다. 우리의 프로그램은 Z 축만 읽고 신호 처리 하며 x, y는 카운트 연산에 사용하지 않았다. 3축의 결과가 나오지만 3축의 변수를 다 사용하면 운동을 하지 않았는데도 움직임이 과하게 되어 이를 피하기 위함이다.

센서 상세정보 웹사이트 :

http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/DM00091513.pdf

다

LED 배열을 나타내는데 구멍과 구멍사이의 거리는 2.54mm 이다. LED에는 극성이 있으므로 정확히 삽입해 야 한다. 또한 가로로 2개씩 같은 신호선이며 세로로 한조를 이룬다. 상 +, 하-를 연결해야 하며 거꾸로 연결 해도 전기적으로 파손되는 것은 아니지만 LED 불이 들어오지 않는다.

라

전원을 공급하는 스위치로 오른쪽으로 밀면 ON되고 왼쪽으로 밀면 전원 공급이 되지 않는 OFF상태이다.

마

트랜지스터 집합이다. LED를 한꺼번에 여기서는 5개를 동시에 ON 할 경우 밝기가 충분하지 않아 움직 이는 디스플레이 다이내믹 방식을 하여 한 개씩 움직이면서 디스플레이하여 눈에 잔상이 남도록 한다. 즉 트랜지스터를 이용하여 QR5는 다의 세로줄 한곳, QR4는 다의 세로줄 한곳을 담당하여 서로 다른 영역 각각 5곳을 담당하게 한다.

바

마이크로프로세서에 프로그램을 집어 넣는 포터로 사용된다.

아

3V 코인 전지가 PCB 뒷면에 부착된다. 상단 +, 하단 –를 나타내고 코인 전지는 보이는 면이 +이다.

• A – 왼쪽 하단 0을 기준으로 (2.54mm, 20.32mm)의 3mm 구멍이다.

주로 고무줄 등의 PCB와 운동기구간에 서로 연결할 때 사용한다.

• B – 왼쪽 하단 0을 기준으로 (68.54mm, 20.32mm)의 3mm 구멍이다.

3mm 구멍과 고무줄 연결 예 여기서는 뒷면

- +

작은금속

④ 소프트웨어 설명

3축 센서는 시리얼 통신으로 통해 데이터를 불러오며 마이크로프로세서는 빠른 시간안에 현재의 포지션 값을 물 러와서 과거와 현재의 움직임 변위를 디지털 값으로 확보한다. 이렇게 불러온 값은 uszsum의 변수에 모두 더하고 나중에 countz의 값으로 나누어 합계 및 평균을 구한다.

if(read3devent & 0x01){ // Z is Active spi_value=0xAD00; // Z값 uszsum += Spi3D_Read(spi_value);

countz++;

}

Z 값을 읽어 오면 이곳에서 연속 더함

if(countz == 16){ // 16번 읽어옴

usz = uszsum >>4; // AVERAGE is 2^4=16과 동일 countz=0;

uszsum=0;

if((usz > 0x4580 ) || (usz<0x37C0)){ // 16진 표시 // 평균값이 0x37C0 < usz > 0x4580 이 범위이면 움직임 심함 sensor_count++;

sensorcountflag=STATEON;

}

usz 평균 처리

• sensor_count의 변수값은 실제로 운동을 진행한 결과를 나타낸다.

처음 운동을 할 때는 0부터 시작해서 최대 309까지의 값을 가지게 되고 310번부터는 처음으로 되돌아간다.

• sensor_count는 약 10번 정도의 문턱값 이상의 움직임이 있어야 한번 카운터 되므로 실제하나의 LED가 ON 되기 위해서는 아령을 10번 정도 운동해야 한다.

• 매번 sensor_count 의 변수가 50의 배수가 될 때 마다 LED가 한번 깜빡해주어 50회를 몇 번 경과 했는지 유저가 알게 한다. 이런 동작은 매번 스위치를 ON했을 때도 알 수 있다.

(사실 5번 깜박임의 보상을 받아 모든 LED가 6번 ON 되었다면, 아령을 기준으로 310번 X 각각10번 = 3,100 이하의 아령 연습을 한 결과가 된다.)

(LED_Fresh)그룹 준비 LED1

(맨 왼쪽) LED2 LED3 LED4 LED5

(맨 오른쪽) 깜박임 보상 0 sensor_count 0~9 10~19 20~19 30~39 40~49 50~59

1 60~69 70~79 80~89 90~99 100~109

2 110~119 120~129 130~139 140~149 150~159 3 160~169 170~179 180~189 190~199 200~209 4 210~219 220~229 230~239 240~249 250~259 5 260~269 270~279 280~289 290~299 300~309

⑤ 사용방법 정보

유투브 동영상 스마트운동 보조기구설명 : http://youtu.be/lHCINIsXpWE

Pet병 아령에 부착한 사용법

[활동지] 4-1. 스마트 헬스케어제품 제작일지

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스마트 헬스케어제품 부품 종류

입력 / 출력 중 맞는 것에 표시하기

• 자이로센서(MPU9150) : 운동량을 감지하는 센서로 ( 입력 / 출력 )장치이다.

• LED : 운동량이 일정 기준을 넘으면 LED에 빛이 들어오는 ( 입력 / 출력 )장치이다.

• 배터리 : 제품에 전원을 ( 공급 / 제어 )한다.

• 스위치 : 제품에 전원을 ( 공급 / 제어 )한다.

■

스마트 헬스케어제품 조립순서

① 부품의 종류와 수를 확인한다.

② LED를 조립한다.

③ 전지를 끼우고 고무줄을 연결한다.

④ 전원을 켜고 작동시킨다.

■

굿 디자인이란?

굿 디자인이란 제품의 질을 정의할 때 쓰는 말로서, 작동이 편리하고 모양도 아름다운 제품의 디자인을 가리킨 다. 디자인의 조건은 기능성, 경제성, 심미성, 독창성 등이다. 기능성, 즉 실용성은 사용하고자 하는 용도에 잘 맞 느냐 하는 것이고, 경제성은 최소의 투자로 최대의 효과를 내는 것이고, 심미성은 아름다운 형태를 말하며, 독창 성은 다른 제품과 차별적인 매력을 갖는 것을 말한다. 이러한 디자인의 조건들이 조화롭게 갖추어진 제품이 높은 가치를 지니게 된다. 우리가 사용하고 있는 제품을 분석하여 장점과 단점 그리고 개선점을 파악한 후 개선해야 할 점을 찾아 기능적이고 아름다운 제품을 디자인한다.

■

굿 디자인의 요소

제품디자인에는 굿 디자인의 각 요소가 중복적으로 포함되어 있다.

[읽기자료] 10-1. 굿 디자인 ①

굿 디자인 마크

우리나라는 1985년부터 매년 디자인의 우수성이 인정된 상품에 Good Design 마크를 부여하는 제도를 시행하고 있다.

기능성 (합목적성)

디자인은 목적에 부합되는 성질을 가지게 되는데 이것을 기능성 또는 합목적성이라 한다.

합목적성은 디자인 제작 시 가장 기본적인 기능을 고려하는 것으로 이성적, 합리적, 객관적 인 특징을 갖는 디자인의 1차 조건이다.

경제성

디자인에도 경제성의 원리가 적용된다. 최소의 투자로 최대의 효과를 얻으려는 것으로 주 어진 조건 안에서 가장 좋은 결과물을 만들기 위해 재료, 기술, 조립, 가공, 판매 등에 대한 전체적인 계획이 필요하다.

심미성

아름다움은 느끼는 미적 의식이며, 합리적인 합목적성과는 반대로 주관적이고 감성적인 부분을 말한다. 심미성은 시대, 국가, 민족, 사회, 유행, 개성에 따라 다르게 나타난다. 심미 성은 기능성과 밀접한 상호관계를 가지고 있으며 형태, 색채, 질감, 공간, 명암 등으로 표현 된다.

독창성

독창성은 다른 디자인과의 차별성, 주목성, 특징 등을 통해 얻게 된다. 하지만 완전한 창조 보다 기본적인 모방 위의 제2의 창조, 제3의 창조가 주로 이루어진다. 독창성은 디자이너 가 가져야 하는 중요한 자질이며, 감각과 아이디어 등이 포함된다.

[읽기자료] 10-1. 굿 디자인 ②

기능성 (합목적성)

경제성

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굿 디자인의 요소가 적용된 예

척추 측만증 환자를 위한 교정용 의자 ONNUE Design

전기를 사용하지 않고 소리공명 원리를 이용한 스마트폰 스피커 Horn Speaker, smardi

심미성

독창성

노랑할미새를 형상화 한 구둣주걱 CANTO SHOEHORN, HEART STORMING Design

사막화를 해결하기 위한 씨앗 폭탄 seedbomb