박현주 조선대학교

본 교재의 내용을 사용하고자 할 때는

반드시 출처를 밝히고 사용해주십시오.

교재 기획 및 개발팀

백윤수 연세대학교

박현주 조선대학교

한혜숙 단국대학교

최정욱 광주일동초등학교

이경학 광주교대부설초등학교

적용 및 자문 협력진

이세희 광주서일초등학교

송창근 광주월산초등학교

정인걸 영천초등학교

진주현 광주운암초등학교

삽화 및 편집 팀

백옥주 조선대학교

김나형 조선대학교

김건희 조선대학교

신선희 조선대학교

곽진원 Univ. of Illinois-Urbana Champaign

이은지 조선대학교

남연지 조선대학교

시뮬레이션 개발

▮ 목차 ▮

1. I Love 홈봇 (홈봇의 필요성과 로봇의 작동원리 탐구) ··· 1

2. 우리집 도우미 홈봇 (온도센서를 활용한 홈봇만들기 ) ··· 17

I Love 홈봇

(홈봇의 필요성과 로봇의 작동원리 탐구)

1~3 차시

초등학교 3,4학년

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[학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용] 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

<비와서 짜증난 날>

20○○년 ○○월 ○○일 ○요일 날씨 : 비 아...오늘은 정말 짜증나는 날이다.

학원에 다녀와 보니 엄마가 기분이 좋지 않으셨다.

아침에 빨래를 하고 가셨는데 비가 많이 와서 베란다에 비가 들 어와 빨래를 다시 하셨다고 한다.

엄마는 나에게 비가 오면 창문을 닫고 가야지 그냥 나갔다면서 화를 내셨다. 갑자기 억울한 마음에 눈물이 났다.

‘엄마가 닫으면 되지 왜 나한테 화내는 거야?

내가 비가 올 줄 어떻게 알고...’

비가 언제 올지 미리 알 수 있으면 얼마나 좋을까?

오늘같이 비가 갑자기 오는 날에는 빨래들이 스스로 들어가면 좋겠다.

<엄마의 건망증>

20○○년 ○○월 ○○일 ○요일 날씨 : 맑음 엄마와 오랜만에 영화를 보러갔다.

내가 보고 싶어 했던 만화영화였다.

극장에 도착해서 영화를 보려는데 엄마가 나에게 가스레인지를 끄고 왔는지 기억이 안 난다고 하셨다.

극장에 오기 전에 주전자가 올려져 있는걸 보긴 했는데 엄마가 불을 껐는지는 나도 확실히 기억이 나지 않았다.

엄마는 영화 보는 내내 걱정을 하시더니 결국 우리는 영화가 끝나기도 전에 극장을 나와서 서둘러 집에 가야했다.

휴...가스레인지를 켜 놓고 나오더라고 안심할 수 있는 방법은 없을까?

- 다음 일기를 읽고 물음에 답하여 봅시다.

I Love 홈봇

(홈봇의 필요성과 로봇의 작동원리 탐구)

STEAM

학생용

- <비가 와서 짜증난 날>에서 글쓴이가 화가 난 이유는 무엇 인가요?

- <엄마의 건망증>에서 엄마가 걱정하는 이유는 무엇인가요?

- 위와 비슷한 경험을 실제로 겪었거나 텔레비전이나 책에서 보았던 상황을 글이나 그림으로 표현하여 봅시다.

테크노 프론티어 2013

로봇 만능 시대가 얼마 남지 않았다. 한국로봇산업진흥원은 로봇 융합포럼을 통해 2050년이면 로봇사회가 열릴 것이라고 전망했다.

일본은 경제 산업 분야를 중심으로 전통적인 제조용 로봇기술 경쟁 력을 앞세워 다양한 로봇산업에 진출하고 있다. 최근 개최된 <테크 노 프론티어 2013>에서는 일본의 로봇기술력을 한 자리에서 볼 수 있었다.

<테크노 프론티어 2013>의 테마는 '미래의 모습을 만드는 최신 기술'이었다. 현재 일본 로봇산업의 가장 큰 화두는 역시 인간형 로봇이다. 미래엔 인간형 로봇이 생활 속 깊숙이 들어올 것임을 예측하게 하는 부분이다. 무라타제작소는 자전거를 타고 있는 인 간형 로봇 '무라타세이사크쿤'을 공개해 관람객들의 눈길을 끌었 다. 사카이 타가토모 무라타제작소 매니저는 "무라타세이사크쿤 - 위와 같은 상황에서 겪을 수 있는 문제점을 어떻게 해결하

면 좋을까요?

■ (활동) 로봇에 대해 알아보기

에는 자이로 센서가 내장돼 있다"며 "이로써 균형을 인식해 평행 을 유지하고 넘어지지 않도록 중심을 잡고 있다"고 설명했다. 인 간형 로봇은 인체와 비슷한 구조를 지니고 있어 많은 기능 탑재 가능하다는 게 장점이다.

의료산업에서 로봇의 활약도 대단하다. 현재 의료용 로봇 산업 에선 미국의 다빈치가 유명하다. 미국의 저명한 메디컬 저널리스 트 알렉산드라 와이크는 "의료로봇은 21세기 기적의 신약 가운 데 첫 손가락에 꼽힌다"고 말했다. 일본 역시 의료용 로봇 산업 에 적극 나서고 있습니다. 일본의 의료용 로봇인 '이비스'는 다빈 치 못지않은 성능으로 위급한 수술을 지원한다. ‘이비스’는 조이 스틱 통제의 제한점을 해결하기 위해 진공 압력으로 인체 부위 를 만지는 듯한 감각까지 전달한다. 현재는 절개 부위를 최소화 하고 인체 부담을 줄이는 방향으로 개선이 이뤄지고 있다.

로봇은 우주탐사에 직접 나설 뿐만 아니라 사람의 마음으로까 지 파고들고 있다. 장시간 우주에서 체류해야 하는 우주비행사들 의 큰 적 중 하나는 외로움. 이 때문에 우주비행사의 반려로봇 ' 키로보'가 나왔다. ‘키로보’는 일본어로 간단한 대화를 나누거나 악수와 같은 간단한 동작을 수행할 수 있다.

- <테크노 프론티어 2013>의 주제는 무엇인가요?

- 이 영상에서 본 것처럼 최신 로봇의 개발이 우리에게 주는 편리한 점은 무엇인가요?

로봇의 기원 - 로봇의 시작은 인간의 상상력

로봇이란 말은 ‘일하다’라는 뜻을 가진 체코어 로보타(robota) 에서 유래된 말이야. 이 단어가 처음 사용된 것은 지금으로부터 백 년도 안 되었어. 그렇지만 그것을 꿈꾸거나 생각한 것은 아주 오랜 옛날부터야. 그리스 신화에 나오는 이카로스의 날개는 로봇 의 조상인 자동 장치라고 할 수 있어. 섬을 탈출하기 위해 밀랍 으로 깃털을 붙여서 만든 날개는 스스로 날갯짓을 할 수 있었지.

뿐만 아니라 피그말리온의 인형에서도 옛 사람들의 로봇에 대한 상상을 볼 수 있어.

자동 장치가 부착된 최초의 로봇들

사람들은 로봇에 대해 꿈만 꾼 게 아니라 실제 로 만들기도 했어. 레오 나르도 다빈치가 남긴 연 구서들 중에는 기사 모양 의 인형 설계도가 있었는 데 나중에 그대로 만들어 봤더니 놀랍게도 자동으 로 움직이는 로봇이었다

는 거야. 또한 프랑스의 보캉송이 만든 오리는 소리를 내며 시각 을 알려주고, 음식을 먹어 부수고 뭉쳐서 배설물처럼 밖으로 내 보낼 수도 있었다고 해. 우리나라에서도 오래전부터 자동 장치를 만들었어. 그 예가 세종대왕 때 장영실이 만든 물시계 자격루야.

로봇의 정의 - 인간을 대신하고 자동으로 움직여

어떤 조건을 갖추어야 로봇이라고 할까? 사람들마다 로봇을 보는 생각은 다르지만 로봇이라면 이래야 한다고 대체로 동의하 는 조건이 있어. 첫째, 로봇은 인간을 대신해서 일을 하거나 도 움을 주어야 해. 둘째, 자동 장치로 움직여야 해. 마지막으로는 주변의 상황에 스스로 반응해야 해.

■ (읽기 자료) 로봇이란

- 로봇에 관련된 글을 읽고 물음에 답하여 봅시다.

TV에서 로봇들이 서로 대결 하는 프로그램이 있는데, 사실 은 로봇이라고 볼 수 없어. 사 람들이 원격 조정기를 이용해 서 제어하는 것을 로봇이라고 할 수 없기 때문이야. 반면에 사람처럼 생기지 않았지만 사 람을 위해서 스스로 방향을 바 꿔 가며 자동으로 청소하는 청소로봇은 로봇이라고 할 수 있어.

- 로봇이란 말은 어디에서 유래되었나요?

- 위의 글에 나와 있는 로봇의 조건 3가지는 무엇인가요?

산업용 로봇 - 인간의 노동을 대신하는 로봇

로봇은 산업용 로봇과 지능형 로봇으로 나눌 수 있어. 산업용 로봇은 인간의 노동력을 대체할 수 있는 기계를 의미해. 사람처 럼 생길 필요 없이 사람의 일을 대신 처리해 주면 돼. 산업용 로 봇은 쓰이는 곳에 따라 공업용, 의료용, 가정용, 농업용, 전투용 등으로 나뉘지.

대부분의 산업용 로봇은 인간의 팔처럼 생긴 로봇 팔을 갖고 있어. 어깨, 팔꿈 치, 손목 관절을 갖고 있고 피스톤 운동이나 전동기(모 터)를 이용해 움직여. 손에 해당하는 부분에 특수한 장치를 붙여서 다양한 작업을 할 수 있지. 물건을 들어 올리거나 용접과 같은 공업용 로봇과 매우 높은 정밀도를 가진 수술로봇 이 그 예야.

전쟁터를 누비는 군사로봇은 폭발 물 처리, 정찰, 군수물자 수기, 전투 및 화력지원 등의 역할을 맡고 있어.

우리나라의 정찰용 로봇 리모아이는 현재 육군에 배치되어 있는데, 무게

가 2㎏밖에 되지 않아 종이비행기처럼 날릴 수 있고, 적외선 카 메라로 야간 정찰도 할 수 있어. 크기도 작아 레이더에도 잘 노 출되지 않는다고 해.

이밖에 해저 탐사 로봇이나 화성 탐사에서 활동한 스피릿, 오퍼튜니 티 같은 우주 탐사 로봇, 혈류를 타고 다니면서 병원균을 없애거나 손상된 세포를 살리는 나노로봇, 가정생활에 도움을 주는 PC 기반 의 생활로봇, 노약자나 장애인을 위한 복지형 로봇 등 다양한 로 봇이 있어.

지능형 로봇 - 사람 같은 로봇

현재 최고의 휴머노이드로 평가받는 일본의 아시모는 시속 6

㎞로 달릴 수 있고 장애물을 피해서 갈 수도 있다고 해. 우리나

라의 휴보의 최대 시속은 3.6㎞라 고 해. 아시모가 더 빠르지만 휴보 는 더 가볍고 손동작이 자유롭다는 장점이 있어. 아시모나 휴보보다 훨씬 사람처럼 생기고 행동하는 로 봇을 안드로이드 로봇이라고 해.

우리나라에는 에버라는 안드로이드 로봇이 있어. 피부까지 사람을 닮 았고, 판소리 공연까지도 했어.

- 인간의 노동력을 대신하는 로봇을 무엇이라고 하나요?

- 아시모나 휴보보다 훨씬 사람처럼 생기고 행동하는 로봇을 무엇이라고 하나요?

- 미래에 인간을 대신해 로봇이 할 수 있는 일은 무엇이 있을 지 생각해 봅시다.

센서란 열, 빛, 온도, 압력, 소리 등의 물리적인 양이나 그 변화를 감지하거나 구분 및 계측하여 일 정한 신호로 알려주는 부품이나 기구, 또는 계측기라고 한다. 인간 이 보고 듣고 하는 오감을 기계적

· 전자적으로 본떠 만든 것이라고 이해하면 쉽다. 동작을 감지하거 나 소리에 따라 반응하거나, 누르 는 힘에 따라 반응하는 등 그 활 용 범위는 매우 넓다. 센서의 종

류에는 온도 센서, 압력 센서, 유량 센서, 자기 센서, 광센서, 음 향 센서, 미각 센서, 후각 센서 등이 있다. 고속도로에 차량이 진 입하면 통행 카드가 나오거나, 교실의 화재 감지기, 현관의 자동 점멸등, 어두워지면 켜지는 가로등 등이 간단한 센서의 예이다.

■ (읽기 자료) 센서란?

- 센서란 무엇인가요?

- 우리 주위에서 볼 수 있는 센서를 이용한 장치에는 무엇이 있나요?

■ (활동) 센서의 활용

- 센서와 관련 있는 제품끼리 연결하여 봅시다.

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■ (활동) 로봇이 필요한 상황 마인드맵하기

- 가정에서 사용하는 홈봇이 필요한 상황을 마인드맵을 만들 어 봅시다.

홈봇이 필요한 상황

필요한 상황 홈봇의 작동 방법 적절한 센서의 종류

■ (활동) 발표하기

- 위 내용 중 적절한 상황을 선택하여 다음을 작성하고, 발표 하여 봅시다.

- 친구들의 발표를 듣고 그에 대한 장점과 개선할 점을 찾아 봅시다.

평가 요소 결 과

- 로봇이 무엇인지 설명할 수 있는가?

- 센서가 무엇인지 이해하는가?

- 홈봇이 필요한 이유를 설명할 수 있는가?

- 홈 봇 으 로 인 해 우 리 생 활 이 어 떻 게 달 라 지 는 지 설 명 할 수 있 는 가 ?

■ (활동) 홈봇의 필요성과 효과

- 이번 활동을 통해 일상생활에서 홈봇이 필요한 이유는 무엇 인가요?

- 홈봇이 있다면 우리 생활이 어떻게 달라질까요?

■ (활동) 자기 평가

잘함 : ◎ 보통 : ○ 부족 : ×

생각 다지기

- 자신과 친구들이 작성한 내용을 바탕으로 평가하여 봅시다.

평가 방법

평가

영역 평가기준 평 가

상 중 하

자기 평가

감성적 체험

◆ 친구들과 아이디어를 공유하며 개선점을 찾는 활동에 적극적 으로 참여하였는가?

창의적 설계

◆ 홈봇이 필요한 상황이 창의적 이었는가?

◆ 홈봇의 움직임을 고려하여 센 서를 구상하였는가?

◆ 창의적인 상상력을 발휘하여 자 기 주도적으로 학습하였는가?

동료 평가

감성적 체험

◆ 친구들과 아이디어를 공유하며 개선점을 찾는 활동에 적극적으 로 참여하였는가?

잘한 친구 이름

새로운 도전

- ‘로봇’하면 ‘트렌드 포머’나 ‘또봇’ ‘로보카 폴리’ 등을 팔, 다 리가 모두 있는 인간형 로봇을 생각하기 마련이지요? 하지 만 많은 과학자와 기술자들로 인해 다양한 형태의 로봇이 개발되어지고 있습니다. 로봇의 개발이 우리 생활에 어떤 영향을 미치게 될까요?

우리집 도우미 홈봇

(온도센서를 활용한 홈봇 만들기 )

4~6 차시

초등학교 3,4학년

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거짓말 같은 미래 모습

출처 : http://youtu.be/bsQuIEMDaAo - 다음 동영상을 보고 물음에 답하여 봅시다.

- <거짓말 같은 미래 모습> 속 우리의 생활은 어떠하나요?

우리집 도우미 홈봇

(온도센서를 활용한 홈봇 만들기)

STEAM

학생용

중국과 일본도 무더위 기승

- <거짓말 같은 미래 모습>에 로봇이 등장하는 장면은 어디 인가요?

로봇이 등장하는 장면 로봇이라고 생각한 이유

■ (활동) 홈봇이 필요한 상황 파악하기

[리포트]

일본 오이타현 히타시에서 어제 낮 최고기온이 35.6도까지 치 솟는 등 일본 전역에서 올해 최고 기온을 경신한 무더위가 계속 되고 있습니다. 어제 일본 전역의 927개 관측 지점 중 낮 최고기 온이 30도를 넘은 지역은 315곳에 달했습니다. 역대 최고 5월 더위로지바 현에서는 온실에서 작업하던 74세 여성이, 이바라키 현에서는 마당에서 일하던 61세 여성이 사망했습니다.

야외 활동을 하던 학생 등 200여 명도 열사병 증세를 호소하 며 병원으로 옮겨져 치료를 받았습니다. 일본 기상청은 후쿠시마 현 등 7개 현에 폭염경보를 내린 가운데 오늘도 무더위가 계속 되겠다며 주의를 당부했습니다. 중국 중남부 지역에서도 일주일 가까이 40도 안팎의 불볕더위가 계속되고 있습니다. 베이징시 대 부분 지역과 허베이, 톈진 등도 모두 낮 최고기온이 40도를 넘긴 가운데, 5월 기온으로는 1951년 기상관측 이래 최고치를 경신했 습니다. 윈난성에서는 44.5도까지 치솟아 노인 한 명 등 두 명이 무더위로 숨졌습니다.

- 무엇에 대한 뉴스인가요?

- 무더위로 인한 사고가 일어나는 이유는 무엇인가요?

찜통더위 쫓는 이색 상품 '봇물'

【 앵커멘트 】

연일 기승을 부리는 찜통 더위에, 더위 쫓는 이색 상품이 특수 를 누리고 있습니다. 더위를 물리칠 톡톡 튀는 아이디어 제품들, 이상범 기자가 알아봤습니다.

【 기자 】

사무실 내 에어컨이 가동되고 있지만 계속되는 불볕더위로 그 다지 시원하지 않습니다. 이러다 보니 책상에는 미니 선풍기가 자리를 차지했습니다. 전력 소비가 낮은데다 컴퓨터에 간편하게 연결해 사용하는 USB 선풍기 등 종류도 다양합니다.

▶ 인터뷰 : 이주호 / 직장인

"에어컨 사용이 한계가 있으니까, 개인 선풍기 등으로…." 발열

■ (활동) 해결방법 모색하기

▶ 인터뷰 : 서오석 / 기능성 조끼 제조업체 대표

"특수 소재가 들어가 있어 체온을 4~5도까지 떨어뜨리는 효과 를 나타냅니다." 시원한 쿨맥스 소재의 내의도 불볕더위에 반짝 특수를 누립니다. 올해는 9월까지 이어지는 무더위와의 전쟁. 톡 톡 튀는 아이디어 상품이 효자 노릇을 톡톡히 하고 있습니다.

MBN뉴스 이상범입니다. [ boomsang@naver.com ]

- 찜통더위를 쫓는 이색 상품에는 어떤 것들이 있나요?

- [중국과 일본도 무더위 기승] 영상과 [찜통더위 쫓는 이색 상품 '봇물'] 영상을 통해 무더위로 인한 사고를 예방할 수 있는 방법을 생각해봅시다.

■ (활동) 도전! 홈봇 설계하기

- 집 안이 일정 온도 이상이 되면 자동으로 냉방장치가 작동 하는 홈봇을 제작하고자 합니다. 필요한 센서와 작동장치는 무엇일까요?

센서

작동장치

실험 주제

- 실험 주제 1에 맞게 실험 계획을 세워봅시다.

실험 주제 1

준비물

실험방법

예상

결과

- 실험 주제 2에 맞게 실험 계획을 세워봅시다.

실험 주제 2

준비물

실험방법

예상

결과

벽면 재질의 따른 온도변화 그래프

시간재질 철 플라스틱 나무 종이 우드락

■ (활동) 홈봇 만들기

- 벽면의 재질을 달리하여 온도변화를 측정하여 보고, 실험결 과를 그래프와 함께 나타내어 봅시다.

시간재질 흙 스티로폼 물 고무찰흙 화장지

벽면과 벽면 사이의 물질의 따른 온도변화 그래프

정하여 보고, 실험결과를 그래프와 함께 나타내어 봅시다.

- 실험을 통해 알게 된 사실을 정리해 봅시다.

■ (활동) 발표 및 상호평가하기

- 친구들의 발표를 듣고 그에 대한 장점과 개선할 점을 찾아 봅시다.

- 모둠별로 실험결과를 발표해 봅시다.

평가 요소 결 과

생각 다지기

- 자신과 친구들이 작성한 내용을 바탕으로 평가하여 봅시다.

평가 방법

평가

영역 평가기준 평 가

상 중 하

자기 평가

감성적 체험

◆ 친구들과 아이디어를 공유하며 개선점을 찾는 활동에 적극적으 로 참여하였는가?

창의적 설계

◆ 홈봇 설계 과정에서 물질의 특 성을 고려하여 실험을 설계 하 였는가?

◆ 홈봇 만들기 과정에서 실험 결 과가 타당한가?

◆ 창의적인 상상력을 발휘하여 자 기 주도적으로 학습하였는가?

동료 평가

감성적 체험

◆ 친구들과 아이디어를 공유하며 개선점을 찾는 활동에 적극적으 로 참여하였는가?

잘한 친구 이름

새로운 도전

- 우리가 느끼지 못하고 있지만 이미 우리 주변에는 로봇들이 많이 있습니다. 우리의 생활을 편리하게 해줄 로봇! 그들과 인간이 함께 지내기 위해서 많은 사람들이 노력하고 있습니 다. 로봇들이 많아지면서 생겨나는 새로운 직업에는 어떤 것 들이 있을까요?

2014 학문 분야 주제별 융합형 프로그램 개발 초등학교 3-4학년 학생용 교재

작성일 : 2014년 12월

작성자 : 연세대학교 백윤수 교수 연구팀

연락처 : 02-2123-2827