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창의교육

행복학교 이야기

창의인성교육 실천을 통해 행복학교를 만들어가는 전국의 우수 학교 사례를 소개합니다.    

  • 작성자크레존
  • 등록일2020.08.28
  • 조회수780

 

 

● 주제 개요

최근 뉴욕타임즈는 자율 주행 자동차 기술이 점점 현실로 다가오고 있지만, 현재의 기술 수준과 사회적인 여건 등을 고려할 때 자율 주행 자동차 보급이 우리가 기대하는 것보다 오래 걸릴 것이라는 전망을 하였습니다. 그러나 그동안 자율 주행 기술의 발전은 눈부시게 발전해와 일부 자율 주행이 가능한 자동차가 도로를 달리고 있습니다.

이에 본 연구에서는 초등학교 수준에서 이해하기 편하고 쉽게 사용할 수 있는 3D 프린터와 *틴커 캐드, *아두이노 보드를 활용하여 학생들이 자율 주행 자동차를 설계하고 제작하여 주행하는 전 과정을 경험하도록 구성하였습니다. 이 과정에서 학생들은 자동차를 설계∙제작∙주행하는 방법을 창의적으로 고안하고 의사소통 능력과 협업 능력을 키우며, 더불어 IT를 기반으로 한 융합 시대의 미래 유망 직업 및 진로를 적극적으로 탐색하는 태도를 기르게 될 것입니다.

* 틴커 캐드(Tinkercad) : 2011년 출시된 3D작품을 만들 수 있는 웹사이트. http://www.tinkercad.com
* 아두이노(Arduino) : 오픈 소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로컨트롤러, 완성된 보드(상품)와 관련 개발 도구 및 환경
  (출처 : 위키 백과 http://ko.wikipedia.org/wiki)

[그림 1]
(출처 : 이미지 투데이 http://www.imagetoday.co.kr)

● 학습 목표

  • 나만의 콘셉트 카를 설계∙제작∙ 주행하는 방법을 창의적으로 고안하기
  • 과학∙기술∙미술 지식을 활용하여 아이디어를 구체화하고 창의적인 미래의 콘셉트 카를 만들어낼 수 있는 지식, 소양, 능력, 태도를 기르기
  • 아두이노 자동차를 제작하여 시연하는 과정에 발생하는 문제들을 협업을 통해 창의적으로 해결하기
  • IT를 기반의 융합 시대를 맞아 미래 유망 직업 및 진로를 적극적으로 탐색하는 태도를 기르기

● 과목 요소

  • 아두이노 자동차의 원리, 작동 센서 이해하고 작동하기
  • 블루투스와 아두이노를 연결하여 스마트폰으로 조작 가능한 자동차 만들기
  • 틴커 캐드(Tinker CAD)로 나만의 아두이노 자동차의 프레임 설계하기
  • 자동차 차체를 3D 프린터로 출력하여 자동차 완성하기
  • 나만의 개성이 잘 드러나게 콘셉트 카 꾸미기
  • 콘셉트 카 차체를 디자인하기, 코딩 시 효율적인 알고리즘을 탐구하기

● 학습 준거

  • 상황 제시
    로컬 모터스가 개발한 올리(Olli)는 12인승 전기 자동차로 3D 프린팅 기술을 사용해 차체를 만들었고 IBM의 인공지능 왓슨(Watson)으로 자율 주행을 보조하고 있습니다. 또한, 벤츠에서는 스마트폰으로 제어 가능한 자동차를 만들겠다고 발표하였습니다.
    우리도 3D 프린터와 아두이노를 활용하여 스마트폰으로 제어하는 자동차를 만들어 보면 어떨까요?
        
    [영상 1] 3D 프린팅, 자율 주행 버스 올리 (Olli)
    (출처 : 유튜브 쓰리디톡-3dtalk http://www.youtube.com/watch?v=Xz_bvibGgiw)

 

  • 창의적 설계
    • - 자율 주행 자동차의 원리를 바탕으로 아두이노 자동차를 설계, 제작하고 완성하기
    • - 아두이노와 블루투스를 사용하여 스마트폰으로 작동 가능하도록 코딩하기
    • - 나만의 개성을 보여줄 수 있는 콘셉트 카 만들기
  • 감성적 체험
    • - 자율 주행 자동차 및 아두이노 자동차 주행 시험을 하며 서로의 아이디어 공유, 평가하기
[그림 2]
(출처 : 이미지 투데이  http://www.imagetoday.co.kr)

교육과정 성취기준

과목 교수·학습 활동
과학 [6과13-01]
전지와 전구, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설명할 수 있다.
[6과13-02]
전구를 직렬 연결 할 때와 병렬 연결 할 때 전구의 밝기 차이를 비교할 수 있다.
미술 [6미02-02]
다양한 발상 방법으로 아이디어를 발전시킬 수 있다.
[6미02-03]
다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현 내용을 구체화할 수 있다.
[6미02-04]
조형 원리(비례, 율동, 강조, 반복, 통일, 균형, 대비, 대칭, 점증∙점이, 조화, 변화, 동세 등)의 특징을 탐색하고, 표현 의도에 적합하게 활용할 수 있다.
실과 [6실04-07]
소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.
[6실04-09]
프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그래밍 과정을 체험한다.
[6실05-02]
나를 이해하고 적성, 흥미, 성격에 맞는 직업을 탐색한다.
[6실05-03]
생활 속에 적용된 발명과 문제해결 사례를 통해 발명의 의미와 중요성을 이해한다.
[6실05-06]
생활 속에서 로봇 활용 사례를 통해 작동 원리와 활용 분야를 이해한다.
[표 1] 교육과정 성취기준

차시 별 계획 총괄표

S: Science 과학T: Technology 기술E: Engineering 공학A: Art 예술M: Math 수학

Co : 상황 제시(Co Context Presentation) CD : 창의적 설계(Creative Design) ET : 감성적 체험(Emotional Touch)

*학습자료 및 교사자료는 본 사이트에서 제공하지 않습니다.
차시 주제 교수·학습 활동 학습자료 및 유의점 중점 교과
1 블루투스 자동차의 기본 프레임 만들기 T
Co 자율 주행 자동차 상황 제시
・PPT 실과
ST
CD자율 주행 자동차에 대해 알아보기
・태블릿 과학
실과
ST
CDCD 스마트폰으로 제어하는 아두이노 자동차의 기본 프레임(섀시) 만들기
・전동기, 건전지, 전지끼우개, 글루건, ppt(코딩소스), 아두이노, 스마트폰 과학
실과
E
ET아두이노와 스마트폰을 블루투스를 이용하여 무선 연결하기
- 실과
2~3 나만의 콘셉트 카 설계 및 제작하기 SA
Co 특이한 콘셉트 카 소개하기
・PPT 과학
TM
CD 블루투스 자동차의 기본 프레임의 길이와 높이 측정하기
- 과학
실과
A
CD CD 나만의 콘셉트 카 디자인하기
- 미술
TEA
CD 틴커 캐드로 나만의 콘셉트 카 모델링하기
・TIP 모델링이 먼저 끝난 학생 것부터 출력을 한다 미술
실과
ET 3D 프린터로 출력하기 ・3D 프린터, 필라멘트 실과
4~5 3D 프린터로 나만의 친환경 집 만들기 SE
Co 3D 프린터 자율 주행 자동차 소개하기
・PPT 과학
실과
EA
CD 3D 프린트 출력된 자동차 후 가공한 후, 콘셉트 카 꾸미기
・니퍼, 사포, 매직이나 물감(도료) 미술
실과
TE
CD 콘셉트 카 제어해 보기
- 미술
실과
A
ET 나만의 콘셉트 카에 대해 발표하고 전시하기
・나만의 콘셉트 카 소개 미술
[표 2] 계획 총괄표

차시 별 교수학습과정

1차시 – 블루투스 자동차의 기본 프레임 만들기

*학습자료 및 교사자료는 본 사이트에서 제공하지 않습니다.
학습과정 교수·학습 활동 학습자료 및 유의점 교사 자료
도입
(15분)
SE
Co 자율 주행 자동차 상황 제시

- 나는 초보 운전사! 오늘 아침도 나는 주차가 어렵다. 주차가 어려운 내게 주차를 자동차가 스스로 해준다면? 앞차와의 간격을 자동으로 조절해준다면? 스스로 운전을 해준다면? 이런 상상들이 모여 자율 자동차 기술이 생겨났다. 현재와 미래의 자동차 시장을 이끄는 똑똑한 자율 주행 자동차의 정확한 의미는 무엇일까?

- ・PPT
전개
(25분)
ST
CD 자율 주행 자동차의 정의

- 3D 프린터의 활용 분야 및 창업 사례와 3D 프린터의 향후 발전 방향에 대해 알아보기(의류, 건물, 임플란트, 의류 조직, 음식 산업)
- 자율 주행 자동차의 작동 원리 이해하기

ST
CD 블루투스 자동차의 기본 프레임 만들기

- 받침이 될 만한 물체에 DC 모터 2개를 부착한다. 받침이 될 만한 물체는 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료 선정
- 건전지 홀더의 전선을 극에 맞추어 아두이노에 연결하기
- 받침에 건전지 홀더와 아두이노를 부착하기
- 전동기의 전선을 아두이노의 모터에 연결하기. 이때 극성을 유의하여 모터의 방향이 바뀌지 않도록 하기
- 블루투스를 이용하여 스마트폰과 아두이노를 연결하기
- 블루투스 컨트롤 어플을 실행하여 아두이노 자동차가 작동하는지 시험하기

・자율 주행차 ‘5개의 관문’ 국내 기술 어디까지? http://www.youtube.com/watch?v=50EfzAb3YF4&t=5s
・전동기, 건전지, 전지 끼우개, 글루건, ppt (코딩소스), 아두이노, 스마트폰
-
정리
(40분)
TA
ET 아두이노와 스마트폰을 블루투스로 무선연결하기

- 아두이노가 신호를 받으면 동작할 수 있도록 코딩하기
- 스마트폰 어플을 이용하여 아두이노로 신호 보내기
- 스마트폰으로 속도와 방향 제어하기

・3D 프린터 출력 시 파일 변환은 교사가 함 -
[표 3] 1차시 교수학습과정
[영상 2] 자율 주행차 ‘5개의 관문’ 국내 기술 어디까지?
(출처 : 유튜브 채널A 뉴스 http://www.youtube.com/watch?v=50EfzAb3YF4&t=5s)

2~3차시 - 나만의 콘셉트 카 설계 및 제작하기

*학습자료 및 교사자료는 본 사이트에서 제공하지 않습니다.
학습과정 교수·학습 활동 학습자료 및 유의점 교사 자료
도입
(5분)
SA
Co 특이한 ‘콘셉트 카(Concept Car)' 소개

- 콘셉트 카(Concept Car)'란? 새로운 스타일, 새로운 기술을 보여주기 위한 자동차 프로토 타입이다. 이는 소비자가 생산 가능성이 있을 수도 없을 수도 있는 새롭고 발 빠른 디자인을 보고 어떠한 반응을 보이는지를 가늠한다.

- ・PPT
전개
(30분)
TM
CD 블루투스 자동차의 기본 프레임의 길이와 높이 측정하기

- 콘셉트 카 차체를 만들기 위해서는 기본 프레임 위에 제작해야 하므로 차의 가로와 세로의 길이, 차체의 높이, 바퀴의 위치 등을 정확히 측정하기

EAM
CD 틴커 캐드로 나만의 콘셉트 카 차체 모델링하기

- 나만의 개성을 드러낼 수 있는 콘셉트 카를 모델링하기
- 모델링을 완성한 차례대로 출력 대기하기

・TIP 모델링이 먼저 끝난 학생의 차부터 3D 프린터로 출력하기 -
정리
(10분)
A
ET 3D 프린터로 출력하기
- -
[표 4] 2~3차시 교수학습과정

4~5차시 - 나만의 콘셉트 카 완성하기

*학습자료 및 교사자료는 본 사이트에서 제공하지 않습니다.
학습과정 교수·학습 활동 학습자료 및 유의점 교사 자료
도입
(10분)
ST
Co 3D 프린터 기술로 자동차 만들기

- 로컬 모터스가 개발한 올리(Olli)는 12인승 전기 자동차로 3D 프린팅 기술을 사용해 차체를 만들었고 IBM의 인공지능 왓슨(Watson)으로 자율 주행을 보조하고 있다. 또한 벤츠에서는 스마트폰으로 제어 가능한 자동차를 만들겠다고 발표하였다. 우리도 3D 프린터기와 아두이노를 활용하여 스마트폰으로 제어하는 자동차를 만들어 보면 어떨까?

・네이버 포스트 http://bitly.kr/rfR4q5m ・PPT
전개
(60분)
EA
Co 3D 프린트 출력된 자동차를 후 가공하고, 콘셉트 카 꾸미기

- 3D 프린터로 출력 후, 자동차 후 가공하기
- 가공된 차체를 매직이나 아크릴 물감으로 도색(도장)하기
- 도색한 차체와 아두이노 자동차 기본 프레임을 연결하여 완성하기
- 콘셉트 카를 스마트폰으로 제어하기

・니퍼, 사포, 매직이나 아크릴 물감
・가공 시 다치지 않도록 주의하기
-
정리
(10분)
A
ET 나만의 콘셉트카을 전시하고 발표하기
・서로의 작품에서 장점을 찾아 칭찬하기 -
[표 5] 4~5차시 교수학습과정

평가 계획

영역 평가요소 평가기준 평가 방법 점수 점수 활용
창의 문제 해결력 나만의 콘셉트 카를 만드는 과정에서 발생하는 문제점을 잘 해결한다. 교사 관찰 평가 산출물
점수
창의적 사고 나만의 콘셉트 카를 창의적으로 디자인한다. 교사 관찰 평가 산출물
점수
창의적 사고 나만의 개성을 보여줄 수 있도록 자동차의 외관을 창의적으로 독창적인 자동차의 외관을 설계한다. 동료 평가 산출물
점수
소통 언어적 소통 나만의 콘셉트 카의 중요한 요소를 설명하였다. 교사 관찰 평가 과정 평가
점수
언어적 소통 전동기의 작동 원리를 이해하기 쉽게 설명하였다. 모둠 외 동료평가 과정 평가
점수
언어적 소통 아이디어 도출 협의에 의견을 잘 말하고 수용하였다. 모둠 내 동료평가 과정 평가
점수
협력적 참여 모둠 활동 시 동료들과 협력하여 산출물을 제작하였다. 교사 관찰 평가 참여도
점수
융합 융합적 사고력 나만의 콘셉트 카를 창의적으로 설계하였다. 교사 관찰 평가 과정 평가
점수
지식의 이해도 3D 프린터가 미래사회 변화에 미치는 영향을 이해하였다. 교사 관찰 평가 과정 평가
점수
지식의 이해도 자율 주행 자동차에 대한 과학지식을 이해하였다. 자기평가 정의적 교사 평가
보조
지식의 이해도 블루투스 자동차를 스마트폰으로 잘 제어하였다. 모둠 외 동료평가 정의적 교사 평가
보조
배려 타인에 대한 배려 틴커 캐드 모델링 시에 생기는 문제점을 서로 논의하여 잘 해결하였다. 모둠 내 동료평가 정의적 교사 평가
보조
스팀 흥미도 나만의 콘셉트 카 제작 활동에 높은 흥미를 보였다.. 교사 관찰 평가 정의적 교사 평가
보조
수업 참여도 나만의 콘셉트 카 제작 활동에 적극 참여하였다. 자기 평가 정의적 참여도
점수
합계 -
[표 6] 평가 계획

 

이상과 같이 3D 프린터를 활용해 콘셉트 카를 만드는 과정을 살펴봤습니다. 본 프로그램을 통해 의사 소통 능력과 협업 능력을 키우고, 미래 유망 직업 및 진로를 적극적으로 탐색하는 태도를 기를 수 있기를 바랍니다.

◈ 참고자료

  • 융합인재교육(STEAM) 우수교원 해외연수. 2019 STEAM에 날개를 달다. 통합편 / 초등
  • 유튜브 쓰리디톡-3dtalk http://www.youtube.com/watch?v=Xz_bvibGgiw
  • 유튜브 채널A 뉴스 http://www.youtube.com/watch?v=50EfzAb3YF4&t=5s
  • 네이버 포스트 http://bitly.kr/rfR4q5m
  • 위키 백과 http://ko.wikipedia.org/wiki
인천삼선초등학교
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