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창의교육

행복학교 이야기

창의인성교육 실천을 통해 행복학교를 만들어가는 전국의 우수 학교 사례를 소개합니다.    

  • 작성자크레존
  • 등록일2020.06.26
  • 조회수415

● 주제 개요

본 프로그램은 아두이노와 스마트폰을 이용하여 블루투스 자동차를 만드는 과정으로 학생들이 새로운 상황에 직면했을 때 발생하는 문제를 해결할 수 있는 능력과 창의적 사고력을 끌어낼 수 있도록 구성하였습니다. 또한 학생들이 흥미와 관심을 가지고 과제에 몰입하도록 축구 경기를 도입하였습니다. 학생들이 많은 골을 넣거나 상대 공격 수비를 잘 할 수 있는 자동차를 만들고, 경기를 하는 과정에서 의사소통 능력과 협업 능력을 키울 수 있으리라 기대해봅니다.

[그림 1]
(출처 : 이미지 투데이)

● 학습 목표

  • DC 전동기의 구조와 작동원리에 대하여 탐구하기
  • 블루투스 통신을 위한 코딩을 이해하고 수행하기
  • 주어진 재료들을 이용하여 창의적으로 축구 경기가 가능한 자동차 만들기
  • 자동차 제작 후에 경기하는 과정에 발생하는 문제들을 창의적으로 해결하기

● 과목 요소

  • 전류의 방향에 따라 전동기의 방향이 달라짐을 예측하고 활용하기
  • 블루투스를 이용하여 스마트폰과 아두이노를 연결하여 사용자의 마음대로 조작이 가능한 자동차를 만들기
  • 축구 경기에 적합한 자동차 외관 디자인하기
  • 코딩 시 효율적인 알고리즘 탐구하기

● 학습 준거

  • 상황 제시
    요즘은 신용카드도 스마트폰으로 활성화해서 사용합니다. 그런데 자동차 키라고 해서 리모컨 형태로 남아 있으란 법은 없겠지요? 2019년에 현대차와 기아차에서 스마트폰에 기반한 ‘디지털 키'를 공동으로 개발했다고 합니다. 스마트폰에 활성화된 디지털 키를 이용해 스마트폰만으로 차량 제어가 가능하다고 합니다.
    리모컨 형태의 자동차 키를 따로 소지하지 않고도 차량 도어 잠금 해제, 시동 및 주행까지 모든 기능을 작동할 수 있습니다. 스마트폰으로 자동차를 제어할 수 있으면 자동차에서 내려 자동차를 조작할 수 있으니 초보자라도 주차를 쉽게 할 수 있을 것입니다. 우리에게는 스마트폰이 있으니 실험실 상황에서 구현해 볼 수 있지 않을까요?
    (출처 : https://blog.ajucapital.co.kr/2756)
    [그림 2]
    (출처 : 이미지 투데이)
  • 창의적 설계
    • - 주변에서 쉽게 구할 수 있지만 주어진 재료들(우드락, 수수깡, 글루건, 패트병, 핀, 나무젓가락 등)을 이용하여 자동차의 차체 만들기
    • - 자동차를 제작하여 축구 경기를 하는 과정에 발생하는 문제들을 창의적으로 해결하기
    • - 전류의 방향에 따른 전동기의 움직임을 탐색하고 이를 이용하여 자동차에 적용하기
    • - 스마트폰과 아두이노를 블루투스로 연결할 수 있도록 코딩하기
  • 감성적 체험
    • - 블루투스 자동차를 이용하여 축구 경기하기

교육과정 성취기준

과목 교수·학습 활동
과학 [6과 13-01]
전지와 전구, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설명할 수 있다.
[6과 13-02]
전구를 직렬 연결 할 때와 병렬 연결 할 때 전구의 밝기 차이를 비교할 수 있다.
미술 [6미01-05]
미술 활동에 타 교과의 내용, 방법 등을 활용할 수 있다.
[6미02-02]
다양한 발상 방법으로 아이디어를 발전시킬 수 있다.
[6미02-03]
다다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현 내용을 구체화할 수 있다.
실과 [6실04-07]
소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.
[6실04-09]
프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그래밍 과정을 체험한다.
[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 : 상황 제시감성적 체험(Emotional Touch)

*학습자료 및 교사자료는 본 사이트에서 제공하지 않습니다.
차시 주제 교수·학습 활동 학습자료 및 유의점 중점 교과
1 전기회로에서 전류는 어떤 방향으로 흐를까?
S
Co 전동기의 회전 방향 바꾸기
・PPT 과학
ST
CD 전동기가 작동하는 회로 꾸미기
・전동기, LED, 건전지,
전지 끼우개, 스위치
과학
공학
S
ET 느낀 점 발표하기
- 과학
2 블루투스의 이해 및 스마트폰과 아두이노의 연결
T
Co 블루투스의 이해
・PPT 실과
ET
CD 블루투스를 이용하여 아두이노를 제어할 수 있도록 키 입력하기
・코딩 소스 PPT,
자두이노, 스마트폰
실과
ET
ET 스마트폰과 아두이노를 블루투스로 연결, 전동기제어하기
・코딩 소스 PPT,
자두이노, 스마트폰
실과
3~4 여러 가지 재료를 이용하여 블루투스 자동차 만들기
EA
Co다양한 축구 로봇
・PPT 실과
미술
SEA
Co자동차 차체 디자인하기
・도화지 미술
실과
과학
TEAM
ET 여러 가지 재료를 이용하여 블루투스 자동차 만들기
・전동기,LED, 건전지,
전지 끼우개, 스위치
미술
실과
TEA
ET 블루투스 자동차 축구 경기
・블루투스 자동차 실과
미술
[표 2] 차시 별 계획 총괄표

차시 별 교수학습과정

1차시 - 전기회로에서 전류는 어떤 방향으로 흐를까요?

*학습자료 및 교사자료는 본 사이트에서 제공하지 않습니다.
학습과정 교수·학습 활동 학습자료 및 유의점 교사 자료
도입
(3분)
T
Co LED가 사용되는 예

- LED를 사용하는 곳들은 어디인가?
광고판, 신호등, TV, 전등 등
- 전류는 방향성을 가지고 있을지 조사하기

- ・PPT
전개
(27분)
ST
CD 발광다이오드에 불을 켜기 위한 조건 알아보기

- 전지 1개의 (+)극 쪽을 LED의 긴 다리에, (-)극 쪽에는 LED의 짧은 다리에 연결하기
- 전지 1개의 (+)극 쪽을 LED의 짧은 다리에, (-)극 쪽에는 LED의 긴 다리에 연결하기
- 전지 2개를 직렬로 연결하여 (+)극 쪽에는 LED의 긴 다리를, (-)극 쪽은 LED의 짧은 다리에 연결하기
- 전지 2개를 직렬로 연결하여 (+)극 쪽에는 LED의 짧은 다리를, (-)극 쪽은 LED의 긴 다리에 연결하기

- 전류가 흐르는 방향을 화살표로 표시하여 보기

・전동기, 적색LED,
건전지, 전지 끼우개, 스위치
-
SE
CD 전동기 작동시키기

- 전지 1개를 전동기의 다리에 연결하기, 전지의
극을 바꾸어 연결하여 보기
- 전지 2개를 직렬로 연결하여 전동기의 다리에
연결하기, 전지의 극을 바꾸어 연결하여 보기

・TIP 2인 1조를 구성하여 학생들의 협업 유도하기 -
정리
(10분)
S
ET 전동기 1개와 LED 1개를 제어할 수 있는 회로 꾸미기
- -
[표 3] 1차시 교수학습과정

2차시 - 블루투스의 이해 및 스마트폰과 아두이노의 연결

*학습자료 및 교사자료는 본 사이트에서 제공하지 않습니다.
학습과정 교수·학습 활동 학습자료 및 유의점 교사 자료
도입
(7분)
T
Co 자동차를 외부에서 스마트폰으로 제어한다면 어떤 점이 편리할까?

- 사물인터넷이란? 가전제품, 전자기기뿐만 아니라 헬스케어, 원격검침, 스마트 홈, 스마트 카 등 다양한 분야에서 사물을 네트워크로 연결해 정보를 공유하는 기술
- 사물 인터넷 기반 기술들 : 미국 벤처기업 코벤티스가 개발한 심장박동 모니터링 기계, 구글의 구글 글라스, 나이키의 퓨얼 밴드 등
- 기기들을 연결하는 방법 : 블루투스를 이용하여 연결

Co 우리 주변 기기를 무선으로 연결하는 방법 알아보기

・TIP 2019년, 현대차와 기아차에서 스마트폰에 기반한 ‘디지털 키'를 공동으로 개발 ・PPT
전개
(23분)
TE
CD CD 아두이노가 신호를 받으면 동작할 수 있도록 코딩하기

- 스마트폰에서 ‘2’를 수신하면 전진, ‘4’는 왼쪽으로 돌기, ‘6’은 오른쪽으로 돌기, ‘8’은 후진, ‘5’는 정지하도록 코딩
- 왼쪽으로 돌거나 오른쪽으로 돌 때에는 왼쪽 모터와 오른쪽 모터의 회전 방향이 각각 반대로 돌도록 디자인 함
- 숫자 1, 3, 7, 9를 수신하면 각각 왼쪽 앞으로, 오른쪽 앞으로, 왼쪽 뒤로, 오른쪽 뒤로 갈 수 있도록 모터의 속도가 다르도록 디자인하기, 코딩하여 아두이노로 전송하기

・코딩 소스, 자두이노, 스마트폰 -
TE
CD 스마트폰 어플을 이용하여 아두이노로 신호 보내기

- 플레이스토어에서 블루투스 컨트롤 어플을 다운로드하여 설치하기
- 키 설정하기(1-왼쪽 앞으로, 2-앞으로, 3-오른쪽 앞으로, 4-왼쪽으로 돌기, 5-정지, 6-오른쪽으로 돌기, 7-왼쪽 뒤로, 8-뒤로, 9-오른쪽 뒤로)

・코딩은 교사가 준비하여 제공, 학생들은 코딩에 대한 개념 정도만 익히게 하기
・TIP 2인 1조를 구성하여 학생들의 협업 유도하기
-
정리
(10분)
E
ET 스마트폰과 아두이노를 블루투스로 연결하여 전동기 제어하기

- 스마트폰과 아두이노를 블루투스로 연결하고 스마트폰으로 모터의 속도 및 방향 제어하기

- -
[표 4] 2차시 교수학습과정

3~4차시 - 여러 가지 재료로 블루투스 자동차 만들기

*학습자료 및 교사자료는 본 사이트에서 제공하지 않습니다.
학습과정 교수·학습 활동 학습자료 및 유의점 교사 자료
도입
(5분)
TA
Co 다양한 축구 로봇

- 축구 로봇은 적외선 리모컨으로 사용자가 조종을 할 수 있는 조종형로봇입니다. 축구 로봇을 살펴봅시다.

- ・PPT
전개
(45분)
TEAM
Co 축구경기에 적합한 자동차 디자인하기

- 축구 경기에서 수비와 공격 활동을 생각하며 자동차 차체 디자인하기

CD 여러 가지 재료를 이용하여 블루투스 자동차 만들기

- 받침에 DC 모터 2개를 부착한다. 받침이 될 만한 물체는 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료로 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 한다.
- 블루투스를 이용하여 스마트폰과 아두이노 연결하기
- 블루투스 컨트롤 어플을 실행하여 아두이노 자동차가 작동하는지 시험하기
- 각자 축구 경기에 맞도록 자동차를 꾸미거나 변형하기

・전동기, 자두이노, 우드락, 글루건, 바퀴, 브라켓, 테이프, 건전지, 전지 끼우개
・TIP 다양한 재료를 이용하여 학생들의 창의성을 극대화하기
-
정리
(30분)
TE
ET 스마트폰과 아두이노를 블루투스로 연결하여 전동기 제어하기

- 스마트폰과 아두이노를 블루투스로 연결하고 스마트폰으로 모터의 속도 및 방향 제어하기

・TIP 2인 1조를 구성하여 학생들의 협업 유도하기 ・도미노, 컵, 축구 골대
[표 5] 3~4차시 교수학습과정

평가 계획

영역 평가요소 평가기준 평가 방법 점수 점수 활용
창의 문제 해결력 축구 경기 시에 자동차에서 발생하는 문제점을 잘 해결한다. 교사 관찰 평가 산출물
점수
창의적 사고 블루투스 자동차를 창의적으로 잘 제작한다. 교사 관찰 평가 산출물
점수
창의적 사고 축구 경기하기에 적합한 독창적인 자동차의 외관을 가진다. 동료 평가 산출물
점수
소통 언어적 소통 전구에 불이 켜지는 조건을 명확하게 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 아두이노와 스마트폰을 블루투스로 잘 연결하였다. 교사 관찰 평가 과정 평가
점수
지식의 이해도 생활 속에서 로봇 이용의 의미를 말할 수 있다. 교사 관찰 평가 과정 평가
점수
지식의 이해도 자율주행자동차에 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 블루투스 자동차로 축구경기 시 양보를 잘 해주었다. 모둠 내 동료평가 정의적 교사 평가
보조
수업 흥미도 블루투스 자동차의 제작 활동에 높은 흥미를 보였다. 교사 관찰 평가 정의적 교사 평가
보조
수업 참여도 블루투스 자동차의 제작 활동에 적극 참여하였다. 자기 평가 정의적 참여도
점수
합계 -
[표 6] 평가 계획
블루투스 자동차 만들기 수업 적용 사례
2019 인천 북부 학생 플러스 학부모 융합 캠프 : 로봇 축구
*일시 : 2019.8.31.(토)
*장소 : 인천삼산초등학교 강당

이상과 같이 아두이노와 스마트폰을 이용하여 블루투스 자동차를 만들고 경기를 하는 과정을 살펴보았습니다. 본 프로그램이 학생들의 의사소통 능력과 협업 능력, 창의력을 키우는 계기가 되기를 기대해봅니다.

◈ 참고자료

  • 융합인재교육(STEAM) 우수교원 해외연수. 2019 STEAM에 날개를 달다. 통합편 / 초등
  • 아주캐피탈 공식 블로그 https://blog.ajucapital.co.kr/2756
인천삼산초등학교
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