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▮ 목차 ▮

1. 교재의 이해 --- 1

2. 교사용 교재 --- 12

3. 직업 이야기 --- 183

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본 교재를 수업현장에서 활용하고 폭넓게 응용하여 그 효과를 극대화하기 위해서는 이 교재 개발의 이론적 배경과 추구하는 철학, 그리고 관련된 개념과 수업전략 등을 이해하는 것이 필 요하다.

1. STEM과 STEAM의 배경과 의미

2007년 8월 부시 행정부는 『America COMPETES Act』, H.R. 2272를 발효하면서 국가 경쟁 력 향상을 위한 과학기술 인력의 양성과 민주시민의 역량을 키우는 것을 목표로 Science, Technology, Engineering, Mathematics(STEM) 교육을 초중등 및 대학까지 확대하였다. STEM 교육은 초・중등학생들이 국제 수학・과학 성취도 평가에서 높은 결과를 기대하고, STEM 분야 의 10만 명의 교사양성을 위한 프로그램과 현직교사의 전문성 강화를 위해 시작되었다. STEM 교육은 또한 여성 및 소수자의 STEM 분야로의 장려하고 있다. STEM 교육은 미국의 케네디 대 통령 이후로 행해지는 두 번째 교육개혁운동이라 불러도 손색이 없을 정도로 많은 연구 및 프 로그램이 진행되고 있다.

미국의 Ohio 주, Florida 주, New York 주에서는 STEM에 Arts(예술)을 융합한 STEAM 교육을 적극적으로 시도하고 있다(Platz, 2007). 또한 Maes(2010)에 의하면, STEM 교육의 결과가 개인 의 창의성으로 발현되기 위해서는 반드시 예술(Arts)이 포함되어야 한다고 주장하면서, 직관, 설계, 감성, 예술이 융합된 TEAMS(STEAM의 알파벳 순서를 바꾼 형태) 교육의 필요성과 중요 성을 역설하였다.

Yakman(2010)은 STEAM에서 A가 순수예술(fine art)뿐만이 아니라 교양 영역(Language &

Liberal, Motor and Physical, Education, History, Philosophy, Politics, Psychology, Sociology, Theology & more…)까지 확장한 개념의 STE@M 또는 ST∑@M 이란 융합교육을 주장하였다.

2. 융합인재교육(STEAM): 4C-STEAM과 핵심역량

우리나라는 약 10년 전부터 지속되고 있는 이공계 기피현상이나 낮은 과학학습 동기는 과학

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한편 어린이・청소년들의 주관적 행복지수도 OECD 국가 중 연속 4년 최하위에 머물고 있다.

또한 학교 폭력과 청소년 자살률 등은 해결해야하는 문제로 사회 및 교육계가 함께 노력해야 할 것이다. 이에 백윤수 등(2011)은 미국을 포함한 여러 선진 국가들의 교육시스템과 환경을 연구하여 우리나라의 교육계가 당면한 문제의 해결방안으로서 4C-STEAM을 제안하였다.

4C-STEAM은 학생들의 긍정적 감성을 이끌어낼 학습 경험과 교수 전략을 통해 실생활의 문 제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 즉 4C-STEAM은 공학의 본성인 인간을 위한 가치를 추구 하는 과정을 통하여 실생활의 문제를 해결하는 것을 강조한다.

미국의 STEAM이 S, T, E, A, M 분야의 개념이 서로 융합되는 형태로서 1차원에 머물렀다면, 4C-STEAM은 내용과 학습과 교수의 다차원적 융합 개념이 강조되고 차별화되었다. 따라서 4C-STEAM은 학생들이 교육 프로그램을 통하여 어떤 감성을 느끼는가? 에 초점이 맞추어져 있 다. 이를 위해서는 minds-on과 hands-on이 동시에 고려되어야 한다.

4C-STEAM이 추구하는 교육목표는 다음과 같다.

융합인재교육(4C-STEAM)은 융합적 소양(4C-STEAM Literacy)을 갖춘 인재의 양성을 목표 로 한다. 즉, 융합인재교육(4C-STEAM)의 목표는 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 등 다양한 분야의 융합적 지식을 기반으로 새로운 가치를 창출하고, 종합적인 문제 해결력 (FUNctional Literacy)을 갖춘 동시에 더불어 살 줄 아는 인재를 양성하는 것이다.

여기서 융합적 소양(4C-STEAM Literacy)은 우리나라의 과학기술산업 발전 단계 및 민주시민 으로서의 의식을 바탕으로 앞으로 미래 사회를 살아갈 우리 학생들이 준비해야 하는 최소한의 핵심역량으로서 4개의 C자로 시작되는 개념이다.

Communication(소통): 단순 소통을 넘어 서로의 마음을 이해하고, 이를 통해 가치의 공유를 바탕으로 새로운 문화를 창출하는 역량

Convergence(내용 융통합): 지식의 중요성과 체계를 이해하며, 다양한 관점으로 지식 및 개 념을 재해석하고, 내용 융통합을 통한 개념 수렴의 중요성을 인식하 는 역량

Creativity(창의성): 문제를 발견하고 해결할 수 있는 창의적 사고를 할 수 있는 역량

Caring(배려): 자아에 대한 긍정적 감성과 자아효능감을 바탕으로 자긍심이 충만한 인격을 형 성하고 남에 대해서 존중할 수 있는 역량

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융합인재교육(4C-STEAM)은 창의적 설계(Creative Design)와 감성적 체험(Emotional Touch)을 통해 과학기술과 관련된 다양한 분야의 융합적 지식, 과정, 본성에 대한 흥미와 이해를 높여 창의적이고 종합적으로 문제를 해결할 수 있는 융합적 소양(4C-STEAM Literacy)을 갖춘 인재를 양성하는 교육이다.

3. 4C-STEAM 구성요소: 창의적 설계, 감성적 체험, 내용 융통합

창의적 설계(Creative Design)란 학생이 어떤 상황에서 창의성, 효율성, 경제성, 심미성 등을 발현하여 최적의 방안을 찾아 지식(knowledge), 제품(products), 작품(Artworks)을 산출하는 종 합적인 과정이며 다음과 같은 하위 과정 요소를 포함한다.

따라서 수업의 과정은 최종 산물의 유형에 따른 각 단계로 진행된다. 이러한 과정을 이해하 고 산출물을 통한 성취감 및 스스로에 대한 평가와 반성이 수행되어야 한다.

창의적 설계의 문제인식, 문제 정의, 아이디어 창안의 과정은 창의성의 발현 과정으로 중요 한 사고과정이며 학습됨으로서 학생 개인의 역량 및 조직의 역량을 강화시킬 수 있다. 창의성 은 일반적으로 발산적 사고와 비판적 사고 과정을 필요로 한다. 이를 위해 브레인스토밍, 육색 사고모자, SCAMPER, 연화법 등의 일반적인 다양한 창의적 사고 방법론이 활용될 수 있다.

특히 알트슐러의 TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving의 뜻으로 러시아어의 약자) 기법

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이에 대한 적절한 해결방안을 찾기 위해 ‘기술-모순 행렬표’를 사용하거나, 분리 기법을 사용하 여 해결할 수 있다(Terninko, Zusman, & Zoltin, 1998). 이러한 실질적이고 체계적인 TRIZ 기법 은 과학과 기술 관련 교과목에서의 활용성이 높은 대안이 될 수 있다.

‘창의적 설계’는 창의적 사고과정과 최종산물을 만들어내는 실천단계를 포함하고 있다. 이 과 정에서 학습경험(minds-on, hands-on, 소통과 협동, 평가와 반성 등)을 수반함으로써 ‘감성적 체험’의 기회가 제공되기 때문에 ‘창의적 설계’는, 감성적 체험의 효과를 기대할 수 있다.

감성적 체험(Emotional Touch)은 학습자가 학습에 대한 흥미, 자신감, 지적 만족감, 성취감 등을 느껴 학습에 대한 동기유발, 욕구, 열정, 몰입의 의지가 생기고 개인, 타인 및 공동체와의 관계, 자연과 문화 등의 의미를 발견하여 선순환적인 자기주도적 학습이 가능하게 하는 모든 활동과 경험을 의미한다. 이러한 감성적 체험은 융합인재교육이 추구하는 4가지 핵심 역량 중 특히 ‘배려’를 추구한다. ‘배려’란 나 자신뿐 아니라 타인, 공동체에 대한 배려를 포함한다. 타인 에 대한 배려심이 길러지기 위해서는 무엇보다 자기 자신에 대한 긍정적인 자아개념의 확립이 필요하다. 자신에 대한 자기효능감이나 자아존중감이 높을수록 타인에 대한 배려가 수반될 가 능성이 높기 때문이다. 따라서 감성적 체험은 학습자가 창의적 설계과정을 포함한 다양한 학습 과정 속에서 경험하게 되는 흥미, 자신감, 지적 만족감, 성취감, 성공의 경험 등의 긍정적인 감 정이 학습자 자신의 자기효능감 및 자아존중감 향상으로 연결되고 이것이 학습자 자신의 범위 를 넘어선 타인 또는 공동체에 대한 배려에 도달하게 되는 과정을 추구한다.

내용 융•통합(Contents Convergence)은 지식의 중요성과 체계 및 구조를 이해하며 다양한 관점으로 지식 및 개념을 재해석하고 융통합을 통한 개념수렴의 중요성을 인식하는 과정이다.

핵심역량의 융통합(convergence)과 동일하지만 여기서는 수업방법론의 의미가 강조되고 있다.

예를 들면, 한 가지의 지식을 학생들에게 전달하고자 할 때 한 가지 관점뿐만이 아니라 다른 관점으로부터 출발하여 같은 지식의 결과를 도출하는 과정이나 또는 다른 학문에서도 같은 지 식을 다른 용도로 활용하는 예 등을 제시하는 것이다. 이로부터 학생들은 다양한 관점으로 사 고할 수 있고 혹은 한 가지 지식을 다른 영역에서도 활용할 수 있다는 가능성을 열어 주는 것 이다. 이를 위해서는 학생들에게 커다란 구조나 아틀라스(big map 또는 atlas)를 제공함으로써 지식들 간의 체계 및 관련성을 이해하여 지식의 단편화나 파편화 현상을 막을 수 있을 것이다.

초・중등학생들의 경우, 학문의 영역과 경계에 대하여 이해가 부족할 수 있으므로 파편화된 지 식들이 다시 재구성되는 기회가 제공되어야 하며, 또한 다양한 관점에서 재해석하는 과정이 중 요하다는 것을 느끼게 구성되어야 한다.

(8)

융합인재교육(STEAM) 수업을 위한 구성의 원리는 다음과 같다.

보상

성취의 경험

내용의 융·통합

감성적 체험 창의적 설계

상황제시

새로운 문제에 도전

첫째, 상황을 제시하여 학습 활동을 자기 문제로 인식하게 한다. 융합인재교육(STEAM)의 학 습은 전체를 포괄하는 상황을 제시하는 것으로 시작된다. 학습 내용과 활동 사항을 학생 자신 의 문제로 인식하게 하는 것이다. 제시된 상황과 학생 자신의 관련성을 높임으로 인하여, 몰입 의 동기가 생기도록 하는 것이다.

둘째, 창의적 설계로 자기주도적인 학습과정을 통하여 종합적인 문제해결력을 배양한다. 일 방적인 강의식 수업과 차이를 보이는 부분으로, 창의적 설계의 핵심은 학생 스스로가 창의적으 로 생각해낸 아이디어를 학습 활동에 실질적으로 반영하는 경험을 갖는 것이다. 학교 수업에서 는 거의 모든 학생들이 동일한 결과물을 얻는다. 게다가 과학적 지식의 대부분은 완성된 이론 이기 때문에 실생활에서 마주치는 문제들과는 다르다. 문제해결력을 늘리려면 단순히 지식을 아는 것에서 그치지 않고 활용까지 나아가야 한다. 문제를 스스로 정의하고 해결하는 경험을 도와주는 창의적 설계는 창의적으로 사고하는 습관의 형성에 기여하게 될 것이다.

셋째, 감성적 체험을 경험할 수 있는 학습 활동의 제공으로 인하여, 학습에 대한 새로운 도 전 의식을 갖게 된다. 감성적 체험은 학생 스스로 경험하고 체험하면서 마음을 움직이는 ‘감동 학습’을 강조한다. 상황 제시를 통해 문제를 자신의 것으로 인식하고 창의적 설계과정을 통해 문제를 해결하는 과정에 몰두하면서 학생들이 성취의 기쁨을 느끼게 된다. 이 성취의 기쁨을 바탕으로 새로운 문제에 열정적으로 도전하도록 격려하게 된다. 학습 활동 도입부의 동기유발 그리고 문제 해결 이후에 주어지는 보상 체계도 감성적 체험의 요소이다. 학습 활동에 대한 감 성적 체험 요소만 제대로 작동한다면 하나의 문제를 해결한 이후에 다른 문제에 다시 도전하

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청소로봇

청소로봇의 시뮬레이션은 ‘지은이와 청소로봇’임. 학교급별로 3차시 수업이후에 청소로봇 의 시뮬레이션을 이용하여 수업하는 것을 장려함.

개발 목적: 본 시뮬레이션을 제작한 목적은 크게 세 가지로, 첫 번째는 시뮬레이션을 통한 청소로봇에 대한 흥미유발, 두 번째는 청소로봇의 구조 및 기능에 대한 빠른 이해, 그

가. 교재 구성

교재는 인쇄자료와 시뮬레이션 자료로 구성된다. 교사용, 학생용, 직업이야기의 세 부분으로 나뉘며, 구성 체제(예시)는 다음과 같다.

(차시 교재 구성) 단원명

STEAM 열기 교육과정 분석

본시 STEAM 수업 구성 및 준비물 STEAM 체크리스트

본시 수업과정안 압축수업을 위한 안내 수업 내용

평가와 보상 교사용 참고자료 교사용

(청소로봇) 프롤로그

(청소로봇) STEAM 수업 흐름 (청소로봇) STEAM 교육과정 체계 (청소로봇) 관련 교과 교육과정 분석 차시 교재

(청소로봇) 에필로그 (직업이야기) 학생용

직업이야기

나. 시뮬레이션 자료

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시뮬레이션의 개요: 본 시뮬레이션은 청소로봇의 개략적인 설명과 청소로봇을 개발할 수밖 에 없었던 상황을 제시하고, 그에 따라 청소로봇의 부품을 직접 선택한 후 청소로봇을 가상의 공간에서 조립하고 시연하는 방식으로 이루어져 있다.

시뮬레이션 세부 설명

① 사람을 돕는 로봇의 종류가 많은데, 청소로봇 역시 그 중 하나임을 설명한다. 그리고 상황 제시에 들어가게 된다.

② 상황 제시는 초등학교 4학년 정도의 여자아이 ‘지은’이 청소로봇을 어떻게 만들게 되었 는지를 만화 스틸컷 형식으로 제공한다. 부모님이 해외로 출장을 간 동안 할머니를 돕 기 위해 지은은 커다란 진공청소기로 청소해 보지만 버겁다. 그때 아버지가 청소를 돕 는 무언가를 만들고 계셨다는 것을 기억하고 안방으로 들어간다. 아버지의 책상에서는 요정이 청소로봇 부품을 이리저리 나르고 있는데, 요정은 지은의 예쁜 마음을 알아차 리고 청소로봇 만드는 것을 돕는다.

③ 상황 제시 후에는 청소로봇 만들기에 들어가게 되는데, 학생들은 바퀴, 센서, 필터, 주 행 방법을 각각 하나씩(센서는 두 개) 선택하게 하여 자신만의 청소로봇을 만들 수 있 다. 바퀴는 직경 2cm와 5cm 두 종류가 있으며 바퀴의 종류에 따라 청소로봇의 이동 속도가 달라진다. 센서는 마이크, 초음파 센서, 적외선 센서, 접촉 센서, 카메라 중 두 개를 선택할 수 있으며, 센서의 종류에 따라 청소로봇이 벽 또는 장애물에 어떻게 반 응하는지가 결정된다. 필터는 청소로봇이 걸러낼 수 있는 쓰레기의 크기를 결정하게 되는데, 성긴 필터, 중간 필터, 조밀한 필터 중 하나를 선택할 수 있다. 주행 방법은 청 소로봇이 어떤 경로를 사용하여 방을 돌아다니는지를 결정하는데, 방을 가운데에서부 터 바깥쪽으로 원을 그리며 나아가는 달팽이 모드, 입사각/반사각 법칙에 따라 벽을 만났을 때 방향을 바꾸어 돌아다니는 자유 모드, 한쪽 벽면부터 다른 쪽 벽면까지 직 선으로 이동하는 지그재그 모드가 있다.

④ 청소로봇 만들기가 끝난 후에는 만들어진 청소로봇으로 직접 방을 청소해 볼 수 있다.

제한 시간(1분) 동안 얼마나 많은 공간을 청소하며 쓰레기를 효율적으로 치울 수 있는 지를 평가하게 된다. 제한 시간 뒤에는 치운 쓰레기의 양을 점수로 환산한다. 점수는

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효과적인 이용을 위한 제안: 이 시뮬레이션은 청소로봇 관련 차시 어느 쪽이라도 들어갈 수 있으나 가장 적합한 차시는 3차시 이후이다. 3차시에 청소로봇의 내부 구조를 배우 고, 시뮬레이션을 함으로써 다음에 배울 센서, 필터의 예습 효과도 기대할 수 있기 때 문이다.

다. 교재의 특징

l 상황 제시: 프롤로그와 에필로그, 각 단원별 도입

STEAM 학습은 학습내용의 전체를 포괄하는 상황인 ‘프롤로그’를 제시하는 것으로부터 수업 이 시작되고, 에필로그 상황으로 수업을 마무리한다. 또한 각 단원의 도입은 상황제시를 통해 이루어지고, 학습 내용과 활동 사항을 학생 자신의 문제로 인식하게 함으로써 학습 상황에 몰 입할 수 있도록 동기를 부여하는 것이다.

초등학교 5, 6학년의 청소로봇 상황은 ‘행복한 신데렐라’이고, 초등학교 3, 4학년과 중등학교 상황은 ‘지통이의 모험’으로 구성한다. 청소로봇의 경우, 초등학교 교재를 학년군별로 유연하게 사용할 수 있도록 3, 4학년과 5, 6학년의 상황을 각각 ‘지통이의 모험’과 ‘행복한 신데렐라’로 구성한다.

l 창의적 설계(Creative Design)

수업의 진행 과정은 다음과 같이 창의적 설계의 단계에 따라 전개하였다.

수업 단계 소요 시간

교수 학습 내용

수업 자료

수업 활동 감성적 체험

창의적 설계

필요 발견 문제 정의 제품 설계 제품 산출

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감성적 체험은 수업 전개 과정에서 학습자가 느끼는 긍정적 감성을 나타내는 것으로 수업의 모든 과정에서 경험하도록 구성한다.

수업 단계 소요 시간

교수 학습 내용

수업 자료

수업 활동 감성적 체험

상황

제시 몰입

창의적 설계

필요발견 몰입

문제정의

제품설계

hands-on 성취경험 새로운 도전

제품산출

hands-on 성취경험 새로운 도전

라. 산출물 중심의 활동

교재는 지식(knowledge), 제품(products), 작품(Artworks) 등의 산출물 중심의 활동으로 구성 한다. 이를 통해 성취의 경험과 실패의 가치를 경험하게 되어, 창의적 설계와 감성적 체험이 강화되는 특징을 가지며, 산출물을 통하여 보다 실제적인 경험을 제공한다.

(13)

교재는 칼라코드를 이용하여 스마트교육을 활용할 수 있도록 한다. 칼라코드는 다음과 같은 방법으로 사용한다.

<칼라코드 사용법>

칼라코드 사용법에 대하여 알아보겠습니다.

칼라코드를 사용하기 위해서는 스마트폰이 필요합니 다. 각각의 스마트폰 마켓에서 칼라코드를 사용할 수 있는 어플리케이션을 다운을 받습니다.

다운받은 어플리케이션을 실행합니다.

스마트폰을 이용하여 칼라코드를 스캔합니다.

스캔을 하면 칼라코드로 인식된 컨텐츠로 연결됩니다.

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청소로봇

중학교 교사용

(16)

▮ 목차 ▮

1. 프롤로그 --- 14

2. 수업전체 흐름 --- 15

3. STEAM 교육과정 체계 --- 16

4. 관련 교과 교육과정 분석 --- 17

5. 1차시 (청소가 필요해요)--- 20

6. 2차시 (청소로봇의 정체를 밝혀보자)--- 35

7. 3차시 (함께 들어가 봐요)--- 49

8. 4,5차시 (청소로봇의 심장! 모터의 베일을 벗겨라!)--- 66

9. 6차시 (다 걸러 버리겠다!)--- 87

10. 7차시 (청소로봇에겐 뭔가 특별한 것이 있다)--- 107

11. 8,9차시 (우리 반 청결은 내가 책임진다!)--- 128

12. 10차시 (I.N.V.U.)--- 155

13 에필로그 --- 181

(17)

중등 중등 중등 중등 중등 중등 중등 중등

중등 청소 로봇 프롤로그

<지통이의 모험>

지통이네 반은 매달 그 달에 생일을 맞은 학생들에게 생일파티를 해줍니다. 이번 달엔 지통이 가 짝사랑하는 소청이의 생일도 있지요. 그런데 밤새 게임을 한 탓에 그만 잠이 들고 말았습니 다. 물론 소청이의 생일선물도 까맣게 잊은 채 말이죠. 휴~ 이 게임 마니아 지통이, 정말 어떡 하면 좋죠?

한참 후에 깨어난 지통이는 후회가 밀려왔지만, 언제까지 고민만 하고 있을 수는 없었습니다.

그렇다고 좋아하는 소청이의 생일을 그냥 넘길 수도 없었고요. 지통이는 연습장을 찢기 시작했 습니다. 그리고는 잘게 찢은 종잇조각에 색칠을 했습니다. 지통이는 도대체 무얼 하려는 걸까 요?

드디어 생일파티 시간. 간단한 다과와 축하노래로 파티가 시작되자 지통이는 소청이에게 다가 갔어요. 그리고는 “소청아, 생일 축하해.” 하며 선물을 주는 척 하다가 무언가를 힘껏 위로 뿌 렸지요. 그러자 색색의 종잇조각이 마치 폭죽처럼 교실 안에 흩뿌려졌습니다. 지통이는 연습장 을 잘게 찢어 만든 종잇조각에 색을 칠하고 있었던 겁니다. 소청이는 깜짝 놀랐지만, 지통이의 깜짝 이벤트에 기분이 좋아졌답니다.

깜짝 이벤트를 성공적으로 마친 지통이, 어쩐지 오늘 지통이에게 좋은 일만 생길 거 같은데 요?

(18)

중등 중등 중등 중등 중등 중등 중등 중등

중등 청소로봇 수업전체 흐름

청소가 필요해요 (청소개념과 진공청소기)

▪상황제시

아이디어 뱅크 지통이 이야기

▪창의적 설계

사례를 통해 청소의 필요성을 느끼게 한 다. 미완성된 만화 컷을 완성해 보게 함 으로써 진공청소기의 필요와 각 부품의 역할을 토의해 보게 함

▪감성적 체험

조별 활동을 통한 소통 체험

1차시

청소로봇의 정체를 밝혀보자 (로봇과 청소로봇)

▪상황제시

휴머노이드 로봇과 청소로봇이 정체성을 따지며 논쟁하는 상황

▪창의적 설계

영화나 책속에서 여러 종류의 로봇들을 찾아보도록 하고, 로봇의 개념을 파악하 게 한 뒤, 청소로봇이 로봇의 종류라는 것을 인식하도록 함

▪감성적 체험

조별 아이디어 발표를 통한 소통 체험

2차시

함께 들어가 봐요 (청소 로봇의 분해와 조립)

▪상황제시

새로운 청소로봇을 만들고 싶은 지통이 가 청소로봇을 분해한 후 조립하면서 어 려움을 겪는 상황 제시

▪창의적 설계

제품 분해와 조립 시 발생하는 문제 해 결 방법 찾아보기

▪감성적 체험

제품 분해와 조립을 통해 역공학을 이해

3차시

청소로봇의 심장! 모터의 베일을 벗겨라!

(모터의 원리)

▪상황제시

모터의 출력에 따라 청소기의 흡입력이 달라짐을 인지

▪창의적 설계

간이 모터 만들기를 통해 모터의 기능을 이해 청소로봇 모터의 조건을 탐색

▪감성적 체험

청소로봇 모터의 조건에 대해 조별 토론 을 통해 소통 체험

4-5차시

다 걸러 버리겠다!

(필터의 원리)

▪상황제시

목이 말라 정수기에서 물을 마시려고 하 였으나 필터교환 작업으로 물을 못 마시 게 되어 필터에 대한 호기심이 생기는 상황

▪창의적 설계

흙탕물을 자동차 냉각수로 쓸 수 있을 만큼 맑은 물로 정수할 수 있는 장치 설 계 개발

▪감성적 체험

정수장치 개발을 통하여 몰입, Hands-on, 소통, 배려 등을 경험

6차시

청소로봇에겐 뭔가 특별한 것이 있다 (센서의 종류와 원리)

▪상황제시

청소로봇의 동작을 보며 청소로봇의 작 동원리를 궁금해하는 상황

▪창의적 설계

센서를 이용한 로봇을 설계 제작하여 미 로를 찾는 미션 수행

▪감성적 체험 7차시

우리반 청결은 내가 책임진다 (청소로봇 만들기 및 대회)

▪상황제시

청소로봇 경진대회 공고문을 보고 대회 에 참가하고 싶어하는 상황

▪창의적 설계

주어진 미션을 인식하고, 미션에 수행에 적합한 청소모듈과 지능형 로봇을 이용 한 로봇모듈을 제작

▪감성적 체험 8-9차시

I.N.V.U (I envy you) (미래의 청소로봇)

▪상황제시

테오얀센의 작품을 접하고 생체모방 기 술을 활용한 청소로봇의 가능성 탐색

▪창의적 설계

다양한 생체모방 기술을 탐색하고 그를 활용한 청소로봇의 활용장소에 따른 생 체모방 청소로봇 제안

▪감성적 체험 10차시

(19)

중등 중등 중등 중등 중등 중등 중등 중등

중등 청소로봇 STEAM 교육과정 체계

STEAM 교육과정

단원명 차시 학습주제

1. 청소가 필요해요

(청소개념과 진공청소기) 1/10

우리 몸의 기관인 코의 호흡경로를 통해 우리 몸의 소중 함을 알고 진공청소기와 비교·분석해 봄으로써 진공청소 기의 구조와 기능 알기

STEAM요소 S T E A M

2. 청소 로봇의 정체를 밝혀 보자!

(로봇과 청소로봇) 2/10

로봇의 개념을 알고, 청소로봇의 개념에 적용시켜 생각해 보고, 생활속에서 청소로봇의 활용도를 파악하기

STEAM요소 S T E A M

3. 함께 들어가 봐요

(청소 로봇의 분해와 조립) 3/10

청소로봇의 분해와 조립 경험을 통해 제품의 분해와 조립 시 요구되는 준비과정과 주의사항에 대한 지식을 습득하 고 새로운 제품 및 아이디어를 만들기 위해 기존 제품을 활용하는 방법 찾기

STEAM요소 S T E A M

4. 청소로봇의 심장! 모터의 베일 을 벗겨라!

(모터의 원리)

4~5/10

모터의 원리를 이해하고 간이 모터만들기 활동을 통해 청 소로봇의 모터가 갖추어야 할 조건을 탐색하고 토론하는 과정을 통해 모터의 기능에 대해 탐색하기

STEAM요소 S T E A M

5. 다 걸러 버리겠다!

(필터의 원리) 6/10

필터의 고장원인을 찾는 과정에서 필터의 조밀성과 흡입 력, 경제성과의 관계를 도출하여 성능이 좋은 청소기를 정의하기

STEAM요소 S T E A M

6. 청소로봇에겐 뭔가 특별한 것이 있다

(센서의 종류와 원리)

7/10

청소로봇에 들어있는 여러 가지 센서의 역할을 알고, 학 습한 센서의 메카니즘을 적용하여 라인트레이서 로봇을 개발할 수 있도록 설계되었다

STEAM요소 S T E A M

7. 우리반 청결은 내가 책임 진다!

(청소로봇 만들기 및 대회) 8~9/10

실제로 청소로봇을 제작해보는 수업으로서 청소모듈과 로 봇모듈을 나누어 설계하고 두 모듈을 합쳐 주어진 미션을 완수 할 수 있도록 설계되었다.

STEAM요소 S T E A M

8. I.N.V.U. (I envy you!)

(미래의 청소로봇) 10/10

테오얀센의 작품을 접하는 경험을 통해 생체모방의 기술 을 도입한 새로운 형태의 청소로봇을 제안할 수 있다.

STEAM요소 S T E A M

(20)

단원명

과목 소단원 영역 내용요소 활동적용 예

1. 청소가 필요해요.

(청소개념과 진공청소기)

2007

1 과학 호흡기관의

구조와 기능 호흡과 배설 호흡 운동

l 코를 통한 공기의 이동 경로를 통해 우리 몸의 기관의 소중함을 알고 진 공청소기의 구조와 연결하기 2 기술가정 생활기술 기계의 이해 기계의 이해

2009

과학 호흡기관의

구조와 기능 호흡과 배설 호흡 운동 기술가정 미래 생활과 로봇 미래의 기술 기술의 발달

2. 청소 로봇의 정 체를 밝혀 보자!

(로봇과 청소로봇)

2007 7,8,

9 국어 쓰기 조사 l 조사한 내용을 바탕으로 보고서를

작성하기

2009 기술‧가정 제조기술과

자동화 자동화 로봇 로봇

l 여러 가지 로봇의 종류와 기능 및 역할을 알고 더 나아가 청소로봇 의 종류와 기능 및 역할을 생각하

3. 함께 들어가 봐요 (청소 로봇의 분

해와 조립)

2007 7,8,

9 국어 듣기

정보전달하는 말 듣기

l 청소로봇에 관한 토론을 하며 친 구들의 말에서 가장 중요한 정보 가 무엇인지 찾아보기

2009

기술가정

제조 기술의 이해 제품의 구상과

설계

제조 기술 제조 기술 제픔 제작

l 청소로봇 구성품의 기능을 청소로봇 의 분해와 조립을 통해 알 수 있다.

l 역공학(Reverse Engineering) 절차 에 의하여 고장 난 전자제품을 분 해, 조립하기

기술가정 기계 운동의 원리 전자 기계

기술 기계의 이해

l 청소로봇 분해와 조립 시 요구되 는 준비 과정과 주의사항에 대한 지식을 습득하기

국어 듣기, 말하기

다양한 목적의 듣기,

말하기

l 청소로봇에 관한 토론을 하며 친 구들의 말에서 가장 중요한 정보 가 무엇인지 찾아보기

4. 청소로봇의 심 장! 모터의 베 일을 벗겨라!

(모터의 원리) 2007

9 과학 일과 에너지의

관계 일과 에너지 여러 형태의 에너지

l 다양한 형태의 에너지가 있음을 소개하고 모터의 역할을 에너지 전환 차원에서 설명하기

l 전기를 통해 회전력을 얻는 모터 를 알아보고 동력원으로의 사용처 를 알아보기

9 기술 에너지와 동력 기술의 세계 모터의 원리

2009

과학 과학 기술 혁신 과학과 인류문명

과학 기술 혁신과 인류문명

l 과학 개념과 원리가 기술, 공학등 과 통합된 사례로서 모터를 제시 하고 모터의 각 부분의 특징을 과 학적, 기술적 차원에서 찾아보기 과학 전기와 자기 일과 에너지

전자기유도

중등 중등 중등 중등 중등 중등 중등 중등

중등 청소로봇 관련 교과 교육과정 분석

(21)

5. 다 걸러 버리겠다!

(필터의 원리) 2009

문제해결

l 고분자 물질을 이용한 필터의 예 를 찾아 조사해보기

l 필터의 원리를 이용한 동물이나 식물의 예를 찾아보고 실생활에 어떻게 이용할 수 있을지 토의해 보기

l 청소기 필터를 기능적 디자인요소 를 이용하여 디자인해 보기 과학 반도체와 신소재

고분자 물질과 첨단소재

고분자 소재

생명과학 Ⅰ 생물의 다양성과 환경

생물다양성 과 환경

생물자원의 이용 생명과학 Ⅱ 생명공학 생명공학 생명공학의

기술과 이용

화학Ⅱ 반응속도 촉매 촉매의

종류와 이용

미술문화 미술과 생활 미술과 생활

생활을 디자인하고

개선하는 미술의 기능

6. 청소로봇에겐 뭔 가 특별한 것이 있다

(센서의 종류와 원리)

2009

국어Ⅰ 화법

공감적 듣기와 문제해결

l 다양한 생물의 감각기관과 센서의 기능 비교해보기

l 로봇에 사용되는 반도체와 신소재 의 종류를 조사해보기

l 로봇 디자인 소재로하여 디자인과 드로잉 기법을 체험해보기 과학 반도체와 신소재

고분자 물질과 첨단소재

고분자 소재

생명과학 Ⅰ 생물의 다양성과 환경

생물다양성 과 환경

생물자원의 이용 생명과학 Ⅱ 생명공학 생명공학 생명공학의

기술과 이용

화학Ⅱ 반응속도 촉매 촉매의

종류와 이용

미술문화 미술과 생활 미술과 생활

생활을 디자인하고

개선하는 미술의 기능

7. 우리반 청결은 내가 책임진다 (청소로봇 만들

기 및 대회)

2007 7,8,

9 미술 표현 표현방법

l 여러 가지 재료와 용구를 사용하 여 청소로봇을 효과적으로 디자인 하기

7 기술 기술의 세계 아이디어

구상

l 여러 가지 기능을 가진 청소로봇 을 구상하기

8 기술 기술의 세계 제품의

구상과 설계

l 청소로봇을 구상해보고 간단한 설 계하기

9 기술 기술의 세계 운동장치

만들기

l 청소로봇을 구동할 수 있는 운동 장치를 만들기

7,8,

9 국어 듣기 정보전달하는

말 듣기

l 청소로봇에 관한 토론을 하며 친 구들의 말에서 가장 중요한 정보 가 무엇인지 찾아보기

2009

국어 듣기, 말하기

다양한 목적의 듣기,말하기

l 청소로봇에 관한 토론을 하며 친 구들의 말에서 가장 중요한 정보 가 무엇인지 찾아보기

기술 기술의 세계 제조기술과

자동화

l 청소로봇의 자동화 원리를 설명하

미술 표현 표현방법

l 여러 가지 재료와 용구를 사용하 여 청소로봇을 효과적으로 디자인 해보기

(22)

8. I.N.V.U.(I envy you!) (미래의 청소로

봇)

2007

9 활용한 발표 효과적인 표현 방법을 탐색하고

활용하기

l 생체모방 청소로봇 모형을 제작하 기 위한 다양한 주변 재료의 특징 을 찾아보고 그것으로 표현할 수 있는 방안을 제시하기

7,8,

9 미술 표현 조형요소와

원리

2009

국어 듣기, 말하기

정보를 전달하는 말, 설득하는 말

l 생체모방 청소로봇의 장점을 논리 적으로 설득할 수 있는 프레젠테 이션을 제작하기

l 생체모방 청소로봇의 모형을 주변 의 다양한 재료를 탐색하고 로봇 의 특징을 잘 표현하기

l 첨단과학 기술의 일환으로 생체모 방의 기술을 이해하고, 현재 활용 되고 있는 예와 앞으로 발전 방향 에 대해 토론하기

미술 표현

주제의 특징, 의도, 목적을 창의적으로

표현하기

과학 과학과 인류문명 과학과 인류문명

첨단과학 기술과 인류의 이용

(23)

청소가 필요해요.

(청소개념과 진공청소기)

1차시

중학교

[[[[[[[[[[[[[[[[[[교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용]]]]]]]]]]]]]]]]]]

[교사용]

(24)

교육 과정

과목 소단원 영역 내용요소 활동적용 예

2007

1 과학 호흡기관의 구조와

기능 호흡과 배설 호흡 운동

l 코를 통한 공기의 이동 경로를 통해 우리 몸의 기관의 소중함을 알고 진공청소기의 구조와 연결시킬 수 있다.

2 기술가정 생활기술 기계의 이해 기계의 이해

2009

과학 호흡기관의 구조와

기능 호흡과 배설 호흡 운동

기술가정 미래 생활과 로봇 미래의 기술 기술의 발달

1. 청소가 필요해요.

1. 청소가 필요해요. 1. 청소가 필요해요.

STEAM지도안 중학교

STEAM 열기

본 차시는 건강, 그 중 특히 코를 통한 공기의 이동 경로를 진공청소기의 구조와 연결시켜 우리 몸의 소중함을 일깨우고, 동시에 진공청소기의 구조와 기능, 그리고 숨어있는 원리를 파악해 보도록 구성하였 다.

교육과정 분석

(25)

본시 STEAM 수업 구성 및 준비물

<구성>

상황 제시 ▶

내용 융합

▶ 평가/보상

창의적 설계 감성적 체험

n 엄마가 알려준 내 몸속 청소기에 대해 궁금해 하는 상황

n 진공청소기의 구조 및 기능을 인식하고 추가 기능을 고안

n 진공청소기의 기능 고

n 아이디어 제안을 통한 성취 경험 제공

n (평가)체크리스트 평가 n (보상)모둠 및 개인별

누적 보상

새로운 문제에 도전

<준비물>

활동순서 활동명 준비물

1 공기의 이동 경로

활동지, 필기구

2 진공청소기의 구조

3 진공청소기의 구동

4 미래 자동차 모형 발표

PET병, 전동기, 프로펠러, 스위치, 커넥터, 전선, 고무풍선, 건전지, 전지끼우개, 우드 락, 셀로판테이프, 가위, 펜

(26)

STEAM 체크리스트

구분 요소 세부 내용

목적 융합인재 양성

Ÿ (창의) 진공청소기의 추가 기능 제안

Ÿ (소통) 모둠별 활동을 통한 소통의 기회 제공

Ÿ (융합) 진공청소기의 구조 및 기능을 알기 위한 여러 학문의 융합 Ÿ (배려) 모둠별 활동을 통한 타인의 의견 존중

개념

학생흥미 증진 Ÿ 우리 몸과 진공청소기의 비교를 통해 흥미 증진 실생활 연계 Ÿ 진공청소기의 구조 및 기능으로 실생활과 밀접 융 합 적 사 고 력

배 양 Ÿ 우리 몸과 진공청소기의 비교·분석을 통한 융합적 사고력 함양

교육 활동준

상황

상황 제시 Ÿ 엄마가 알려준 내 몸속 청소기에 대해 궁금증 유발

자기 문제화 Ÿ 실생활에 밀접한 청소, 몸속 구조 등에 대한 상황제시로 몰입 유

내용통

내용통합 Ÿ 과학, 공학, 기술 등 교과 간 내용을 바탕으로 진공청소기의 구조 와 기능 연계

창의적 설계

자기주도적 학습 Ÿ 진공청소기의 편리 기능 추가

문제발견 및 정의 Ÿ 우리 몸의 구조와 역할을 통해 진공청소기의 구조와 역할 생각해 보기

아이디어 발현 Ÿ 진공청소기의 추가 기능 생각해 보기

학습 방법 Ÿ 진공청소기의 구조 및 기능을 인식하고 추가 기능을 고안 과정, 활동 중심 Ÿ 진공청소기의 구조 및 기능을 인식하고 추가 기능을 고안

다양한 산출물 Ÿ 개인별로 진공청소기의 추가 기능 산출

협력 학습 Ÿ 진공청소기의 구조, 추가 기능을 함께 토의해 보고 의견 공유

감성적 체험

몰입 Ÿ 다양한 실생활 소재를 통해 몰입 유도 Hands-on Ÿ 진공청소기 추가 기능 제안에 참여

성취의 경험 Ÿ 아이디어 제안을 통한 성취 경험 제공

배려 Ÿ 다른 친구들의 아이디어를 경청하고 수용, 공유

새로운 도전 Ÿ 진공청소기보다 더 편리하게 사용하기 위한 아이디어 제공으로 새로운 도전 의식 제고

자기 평가 Ÿ 모둠별 토의 결과 발표를 통한 자기 평가

(27)

본시 수업과정안

차시 학습목표

1. 코를 통한 공기의 이동 경로를 진공청소기의 구조와 연결시킬 수 있다.

2. 진공청소기의 구조와 기능을 통해 진공청소기의 원리를 알 수 있다.

수업 단계 소요 시간

교수 학습 내용

수업 자료

수업 활동 감성적 체험

상황

제시 5분 ¡ 동기유발

- 엄마가 알려준 내 몸속 청소기에 대해 궁금해 하는 상황 몰입 교재

창의 적설 계

문제 인식 3분

¡ 학습목표 제시

- 코를 통한 공기의 이동 경로를 진공청소기의 구조와 연결시킬 수 있 다.

- 진공청소기의 구조와 기능을 통해 진공청소기의 원리를 알 수 있다.

의사소통

해결 방안 계획

8분

¡ 활동 1: 우리가 들이 마시는 공기는 우리 몸의 기관 중 어떤 경로를 거쳐 이동할까?

1) 제시된 그림에 공기의 이동경로 그리기

2) 자신이 생각한 공기의 이동 경로와 해당 기관의 기능 및 역할 적어보기

Hands-on 교재

해결 방안 실행

15분

¡ 활동 2: 진공청소기의 구조

1) 진공청소기 내부 구조의 각 역할과 기능

2) 내 몸속 청소기와 진공청소기의 공통점 생각해 보기

Hands-on 내용융합 창의성 배려

교재

지식

산출 7분 ¡ 활동 3: 진공청소기의 기능 추가

1) 진공청소기를 구동해 본 후 더 필요한 기능 생각해 보기

Hands-on 자기평가 새로운 도전 성취의 경험

교재, 진공청소기, 연필

평가/보상 7분

¡ 소통

- 진공청소기의 추가 기능을 발표하기

¡ 자아 효능감과 보상

- 스스로 진공청소기의 추가 기능을 생각해 봄으로써 자아 효능감 획득이 이루어짐

(28)

45분 1차시로 압축수업을 위한 안내

본 차시는 사람의 호흡기와 진공청소기의 내부 이동경로 및 여과기능을 알아보 기 위한 활동으로 구성되어 있습니다. 사람의 몸에서 공기의 이동경로를 통하여 공기가 걸러지는 원리를 알아보고, 진공청소기의 구조와 구동원리를 분석해 봄으 로서 진공청소기의 원리를 습득합니다. 진공청소기로 하기 힘든 모래 운동장에 서의 청소로 인한 고장과, 흡연으로 인한 사람의 호흡기 발병을 유사 비교하는 토의를 이끌어 냄으로써 청소년들의 금연을 유도합니다. 모든 활동이 수업시간에 이루어지는 것이 가장 효과적이나 그렇지 못한 경우 진공청소기 구동원리를 사 후과제로 제시하고, 공기의 이동경로와 진공청소기의 구조를 본차시에 수업을 하 면 효과적인 수업을 진행할 수 있습니다.

(29)

학습목표

-코를 통한 공기의 이동 경로를 진공청소기의 구조와 연결시킬 수 있다.

-진공청소기의 구조와 기능을 통해 진공청소기의 원리를 알 수 있다.

상황제시

문제는 파티가 끝난 다음이었습니다. 생일파티가 끝나자, 선생님께서는 자기가 가지고 온 쓰레기는 자기가 치워야 한다고 말씀하시는 게 아니겠 어요? 그래서 지통이는 다른 친구들이 모두 집으로 돌아간 후에도 한참동 안이나 남아서 청소를 해야 했지요. 설상가상 진공청소기마저 고장이 나서 지통이는 직접 빗자루로 쓸어야 했답니다. 그런데 종잇조각은 가벼워서 잘 쓸어지지 않고, 작은 바람에도 후후 날아 도망갔습니다. 도저히 이렇게는 안 되겠다 싶은 지통이는 차라리 청소기를 고치는 것이 더 빠르겠다 싶었 습니다. 그리고는 청소기를 분해하기 시작했습니다.

그런데 어떡하죠? 호기 좋게 분해는 했는데, 막상 열어보니 청소기의 내 부는 복잡하기만 했습니다. 도대체 뭐가 뭔지, 어디가 고장이 난 건지 알 길이 없었죠. 설상가상 다시 조립을 하려고 하니 어떻게 분해를 했는지 아 무 생각도 나지 않았습니다. 지통이는 망연자실 주저 앉고 말았습니다. 싶 은 휴~ 이 말썽꾸러기 지통이를 어떡하죠? 청소기는 어떡하며, 또 이 많 은 종잇조각은 언제 다 치울까요? 지통이는 언제쯤 집에 갈 수 있을까요?

수업 내용

01. 청소가 필요해요.

(30)

내용과 활동

■ (활동) 공기의 이동 경로

1) 우리가 호흡할 때 공기는 우리 몸의 기관 중 가장 먼저 코로 들어오게 되는데, 그렇다면 코의 어떤 경로를 거쳐 이동할까요? 이동 경로를 화살표 로 그림에 표시해 보세요.

2) 자신이 생각한 공기의 이동 경로 중 해당 기관의 역할을 적어 봅시다.

ex)

· 코:

· 코털:

[지도상 유의점]

코의 내부구조가 그려져 있는 학습지를 미리 제시하고 코의 각 내부 기관에서 하는 일을 예측을 하는 활동으로 지도하면 학생들의 사고력을 신장시킬 수 있습니다.

(31)

■ (활동) 진공청소기의 구조

빗자루로 해결하기 힘든 자잘한 먼지까지 말끔히 제거해주는 진공청소기 에는 어떤 원리가 숨어 있을까요?

▲ 진공청소기의 구조

1) 위의 <그림>을 통해 진공청소기의 내부 구조를 살펴보고, 각 부품들의 역할과 기능에 대해 토의해 보고, 그 결과를 적어 봅시다.

· 흡입구:

· 필터:

· 모터:

· 배출구:

· 먼지주머니:

[지도상 유의점]

진공청소기의 내부 구조와 기능을 단순하게 비교 나열하는 활동보다는 진공청소기의 각 부분이 어떤 유기적인

메카니즘을 가지고 청소가 이루어지게 하는지 생각해보는 기회를 제공하는 것이 효과적입니다.

[출처]

네이버 캐스트 – 진공청소기의 원리

(32)

2) 우리 몸에서 공기의 이동경로와 진공청소기의 구조를 잘 알아보셨나요?

그럼 만약에 진공청소기로 모래 운동장을 청소한다면 진공청소기에는 무 슨 일이 일어날까요? 왜 그렇게 생각하나요?

또 몸에 해로운 물질을 많이 포함하는 담배나 오염된 공기를 마시면 우리 몸에서는 어떤 일이 일어날까요? 왜 그렇게 생각하나요?

(33)

3) 아래에서 같은 기능을 하는 것끼리 연결해 봅시다.

코 · · 흡입구

코털, 점막 · · 필터

폐 · · 모터(팬)

코딱지 · · 배출구

재채기 · · 먼지 주머니

■ (활동) 진공청소기 구동

1) 진공청소기를 직접 구동해 본 후 필요하다고 생각되는 구조나 역할, 또 는 보완되면 좋을 것 같은 내용은 무엇인지 토의하고 그 내용을 적어 봅 시다.

[지도상 유의점]

현재 사용되고 있는 진공청소기의 단점에 초점을 맞추어 지도하시되, 단순한 단점의 나열보다는 그 단점을 극복할 수 있는 방법을 찾을 수 있도록 지도하시면 효과적입니다.

(34)

평가와 보상

■ 평가

평가대상 평가 항목

평가 대상 ( ) 5

(매우좋음)

4

(좋음)

3

(보통)

2

(나쁨)

1

(매우나쁨)

청소방법 설계 만화

그리기

다양한 사고를 표현하고 있는가?

표현된 내용이 타당한가?

진공청소기의 구조

조사활동에 적극적으로 참여하였는가?

모둠원의 의견을 잘 조율하였는가?

청소기의 단점

다양한 청소기의 단점을 찾았는가?

다른 모둠의 발표를 주의깊게 청취 하였는가?

정의적 태도

모든 활동에서 모둠원들을 배려하며 협업을 잘 진행하는가?

■ 보상

체크리스트 점수를 통하여 상위팀 및 개인에게 상장 및 상품 또는 토큰을 제공한다.

(35)

■ 진공청소기의 구조와 원리

빗자루로 해결하기 힘든 자잘한 먼지까지 말끔히 제거해주는 진공청소기 에는 어떤 원리가 숨어 있을까요?

▲ 진공청소기의 구조

진공청소기는 흡입구 · 모터 · 회전날개 · 필터 · 먼지받이 케이스 · 배기 구로 되어 있습니다. 정류자 전동기(commutator motor)로 회전 날개를 1 분당 1만 회 이상 강하게 회전시켜 내부를 *진공에 가까운 상태로 만듭니 다. 현실적으로 입자가 전혀 없는 절대 진공상태를 만드는 것은 거의 불가 능하기 때문에 진공청소기의 진공은 주위의 대기(大氣)보다 압력이 낮은 공간을 의미합니다. 지구의 대기압은 760토르(1기압)이며 진공청소기 내부 의 압력은 약 600토르(0.789기압)입니다. 압력이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 힘의 흐름이 발생하므로, 외부의 먼지가 흡입구를 통해 청소기의 내부로 흡입됩니다. 빨아들인 먼지·찌꺼기 등은 필터에서 걸러지며 공기는 배기구 로 빠져나가게 됩니다.

■ 진공청소기의 종류

먼지 봉투를 사용하는 진공청소기로는 캐니스터 타입(canister type), 업라 이트 타입(upright type), 실린더형 플로어 타입(floor type), 핸드 타입 (hand type) 등이 있습니다.

캐니스터 타입은 오늘날 가정에서 가장 많이 사용하는 진공청소기로 본 체, 호스, 파이프, 솔 등으로 구성되어 빨아들이는 힘만으로 청소하는 타입

[출처]

네이버 캐스트 – 진공청소기의 원리

교사용 참고자료

(36)

입니다. 표면 위의 먼지를 빨아들이고 구석구석까지 청소가 가능하나 카펫 속의 먼지 등은 제거하기 어렵습니다. 업라이트 타입은 카펫 사용이 많은 미국이나 유럽 등에서 많이 사용되며, 회전 브러쉬가 있어 카펫 속의 먼지 등도 깨끗하게 청소할 수 있습니다. 실린더형 플로어 타입은 집진 용량이 주로 커서 주로 사무실이나 가게 등에서 사용합니다. 핸드타입은 가벼워 책상 위나 선반, 양복 등의 먼지 집진용으로 적합하지만, 집진 용량과 배 터리 용량이 적어 사용 시간이 제한적이라는 단점이 있습니다.

캐니스터 타입 업라이트 타입 플로어 타입 핸드 타입

위에서 설명한 청소기들은 먼지 봉투를 사용하기 때문에 먼지 봉투를 주 기적으로 교체해 주어야 합니다. 따라서 지속적으로 추가 비용이 발생하 며, 또한 사용할수록 먼지가 많이 차 먼지 봉투의 구멍이 막히게 되면 공 기가 쉽게 통과하지 못하므로 흡입력 또한 약해집니다.

1979년 영국의 제임스 다이슨(James Dyson)은 이런 불편을 해소하고자 원심분리식 집진 장치를 이용하여 먼지 봉투가 필요 없는 청소기를 발명 했습니다. 원심분리기식 집진 장치란 탈수기에서 물이 빠지는 것처럼 원통 안의 더러운 먼지를 빠르게 회전시켜 원통벽 쪽으로 먼지가 모이도록 하 는 형식으로써, 원심력을 최대한 이용해 0.01 미크론(mμ) 크기의 먼지까지 분리해 내어 실내보다 약 150배까지 깨끗한 공기를 만들어 낼 수 있습니 다. 보통 머리카락 굵기가 70∼100미크론(mμ), 곰팡이 크기가 2∼100미크론

(mμ)임을 감안하면 사이클론 기술이 얼마나 높은 정화능력을 가지고 있는 지 가늠해 볼 수 있습니다.

[출처]

LG전자

(37)

■ (활동) 페트병을 재활용하여 나만의 진공청소기 만들기

준비물 PET병, 전동기, 프로펠러, 스위치, 커넥터, 전선, 고무풍선, 건전지, 전지끼우개, 우드락, 셀로판테이프, 가위, 펜

실험 방법

① 준비한 PET병의 입구에서 약 20cm 지 점을 잘라냅니다.

② PET병의 자른 면을 우드락에 대고 약간 크게 그린 다음 자릅니다.

③ 자른 우드락의 중앙에 모터를 세워서 꽂을 수 있도록 구멍을 냅니다. 이때, 모터보다 구멍이 조금 작도록 하여 모 터를 꽂았을 때 잘 고정될 수 있도록 합니다.

④ 스위치용 커넥터의 구멍 3개 중 양쪽 끝 구멍에 검정 전선을 ‘딸깍’ 소리가 나도록 각각 꽂습니다.

⑤ 건전지 홀더에 건전지를 끼워 넣고 홀 더의 검정 전선은 스위치의 검정 전선 하나와 연결합니다.

⑥ 스위치의 남은 검정 전선을 전동기의

‘O'표시 쪽에 연결합니다.

⑦ 홀더의 빨간 전선은 전동기에 연결합니다.

⑧ 커넥터에 스위치를 연결하여 모터를 작 동시켜 봅니다.

⑨ 우드락의 한쪽 끝에 폭 5mm, 깊이 10mm 정도의 흠을 냅니다. 흠에 커넥 터를 넣고 셀로판테이프로 고정합니다.

⑩ 건전지와 전선이 우드락 위에 잘 고정 되도록 합니다.

⑪ 풍선의 입구를 자른 후 손으로 벌려 회 로가 완성된 우드락에 덮어씌웁니다.

⑫ 커넥터에 스위치를 꽂고, 전동기에는 프 로펠러를 꽉 눌러 꽂습니다.

⑬ 스위치를 눌러 보아 프로펠러가 잘 돌 아가는지 확인해 봅니다.

배경 원리 베르누이 정리에 대해 알아봅시다.

(38)

청소로봇의 정체를 밝혀보자!

(로봇과 청소로봇)

2차시

중학교

[[[[[[[[[[[[[[[[[[교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용 교사용]]]]]]]]]]]]]]]]]]

[교사용]

(39)

교육 과정

과목 소단원 영역 내용요소 활동적용예

2007 7,8,9 국어 쓰기 조사 l 조사한 내용을 바탕으로 보고서를

작성해 본다.

2009 기술‧가정 제조기술과 자동화 자동화 로봇 로봇

l 여러 가지 로봇의 종류와 기능 및 역할을 알고 더 나아가 청소로봇의 종류와 기능 및 역할을 생각할 수 있다.

2. 청소로봇의 정체를 밝혀보자!

2. 청소로봇의 정체를 밝혀보자! 2. 청소로봇의 정체를 밝혀보자!

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청소로봇이라는 딱딱한 개념을 도입하기 위해 파티장의 소재를 이용하여 흥미를 느끼도록 유도하였다.

또한 휴머노이드 로봇을 설득시켜야 한다는 미션 제공을 통해, 본 수업내용을 자기문제화하여 수업의 참 여도를 높였다.

교육과정 분석

참조

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