STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 움직임을 위한 몸의 구조 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 움직임을 위한 몸의 구조 이름 주요 과목 생명과학I 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 생물의 구조와 에너지/동물의 구조와 기능/근수축 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 로봇에게 적용되는 인간의 움직임에 필요한 해부학적 구조인 근육과 뼈의 외형 및 작동원리를 학습해보고 로봇에 적용방법을 탐구한다. 1차시 로봇의 움직임을 조사해 보기 2차시 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 3차시 팔의 움직임을 탐구해 보자 4차시 근육과 뼈의 움직임에 대한 공학적 접근 주요내용 (키워드 위주) (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 움직임을 위한 몸의 구조 주제 움직임을 위한 몸의 구조 2015 개정 교육과정 중학교 3학년, 고등학교 1학년 적용 학년 영역: 핵심개념 항상성과 몸의 조절 : 근육계 과학기술 적용 로봇 팔 만들기 응용 분야 의학공학 1차시: 개념도입, 근골격계에 대하여 질문과 대답을 통해 개념을 도입, 인체가 움직임을 위하여 사용하는 기구에 대하여 토의 2차시: 탐구 및 개념 확장, 나무 인체모형키트를 이용하여 인간의 움직임 을 구현해 보게 함. 또한, 완성된 모형에 대하여 인체 해부학적 특징을 중심으로 토론 프로그램 개요 3차시: 과학기술 도출, 준비된 재료를 이용하여 인간의 팔에 있는 뼈와 근육을 구현해 보고, 작동원리를 관찰하면서 힘과 에너지의 근원 과 뼈의 역할을 토론 4차시: 공학적 산출물, 단순한 수준의 로봇 팔과 로봇 손 키트의 기본 원 리를 이용하여 강한 힘과 섬세한 움직임이 가능한 공학적 산출 물을 고안해 보고 적용 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 로봇의 움직임을 조사해 보기 2차시 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 3차시 팔의 움직임을 탐구해 보자 4차시 근육과 뼈의 움직임에 대한 공학적 접근 충북대학교 과학영재교육원 - 13 - (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 (7) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 움직임을 위한 몸의 구조 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 움직임을 위한 근육과 뼈의 상호작용을 생각해보자 [실험 안전 유의사항] Ÿ 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. Ÿ 모형을 제작을 위해 날카로운 기구 사용 시 안전장갑을 반드시 착용한다. Ÿ 실험실에서는 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 휴머노이드와 안드로이드에 대하여 생각해보자. 질 문 휴머노이드란? 휴머노이드와 안드로이드의 차이점은? . 상황 제시 - 상황 제시 단계에서는 휴머노이드와 안드로이드를 만들 때 사람처럼 움직이려면 무엇이 필요할지 상황을 제시하고, 학생들에게 움직임의 필수 요소를 설명하도록 한다. - 영상자료의 제시를 통하여 학생들의 학습 주제에 대한 이해도를 높인다. . 주제 탐색 - 주제 탐색 단계에서는 다양한 매체를 이용하여 제시된 상황에 대하여 창의적 탐구 과정을 제안하도록 한다. - 설정한 주제를 구현하기 위한 구체적인 방법을 정리하고 수행하도록 한다. - 20 - (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 학생용 2차시: 능동적인 인체 골격 모형 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 우드 골격 모형을 이용하여 인간의 능동적인 움직을 구현해 보자. [실험 안전 유의사항] Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. Ÿ 실험복, 보호 장갑, 보안경을 착용한다. Ÿ 글루건에 화상을 입지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 능동적인 인체 골격 모형 만들기 [탐구 1] 인체 골격 모형 만들기 준비물 활용 방법 ① 그림과 같이 나무판에 있는 인체 모형을 학생들에게 나누 어 주고 조립과정을 설명한다. (각 뼈의 이름을 상기해 본다.) 나무 인체 모형키트 테이프 칼 가위 안전장갑 출처 : https://korearocket.co.kr/product/%EC%9D%B8%EC%B2%B4%EA%B3%A8%EA%B2%A9-%EB%AA %A8%ED%98%95-%EB%A7%8C%EB%93%A4%EA%B8%B0%EB%82%98%EB%AC%B4/2179/ ② 아래와 같이 나무 입체 모형을 안내에 따라 조립한 형태 를 보여주고 창의적 사고를 갖도록 동기를 부여한다. 글루건 - 22 - (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 학생용 3차시: 근육의 작동원리 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 근육과 뼈의 움직임을 재현한 팔 모형을 제작하고 작동원리를 분석해 보자. [실험 안전 유의사항] Ÿ 모든 실험 과정은 교사의 지도에 따라 진행한다. Ÿ 가위나 칼 사용 시 실험복, 보호 장갑, 보안경을 착용한다. Ÿ 장난 또는 몸동작이 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 팔의 움직임을 탐구해 보자 [탐구 1] 팔의 움직임 원리 준비물 활용 방법 1. 뼈대 만들기 우드락 양면테이프 두꺼운 도화지 고무줄 붉은색 사인펜 풍선 호스 가위 칼 ① 우드락을 18×8cm로 2개 준비한 다음, 양면테이프를 T자 형태로 붙인다. 우드락을 뼈대라는 것을 설명한다. ② ①의 반대쪽에 두꺼운 도화지를 그림과 같이 붙여서 두 개의 우드락을 고무줄로 연결한다. 고무줄은 팔 뒷면 근육 또는 인대라는 것을 설명한다. 2. 근육 만들기 ③ 두꺼운 도화지에 그림과 같이 근육 모양을 그린다. 도화 지는 피부임을 설명한다. ④ ③번에서 준비한 그림의 한쪽에 홈을 만들어 주고, 그림 을 뒤집어서 ①번에 미리 붙인 T자 양면테이프에 그림과 같 이 붙여준다. ⑤ 풍선의 부는 부분에 있는 밴드 부분을 오려서 제거하고, 호스를 풍선에 1cm 정도 삽입한 다음, 연결 부분을 테이프로 붙여준다. 호스와 연결된 풍선을 그림에서와같이 우드락에 붙어있는 근육 그림 위에 양면테이프로 붙인다. 풍선이 근육 - 24 - (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 학생용 4차시: 근육과 뼈의 움직임에 대한 공학적 접근 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] 인체 근 골격의 공학적 산출물을 탐구해 보자. Ÿ [실험 안전 유의사항] Ÿ 가위나 칼 사용 시 실험복, 보호 장갑, 보안경을 착용한다. Ÿ 실험복을 착용한다. Ÿ 장난 또는 몸동작이 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 근육과 뼈의 움직임에 대한 공학적 접근 ◆ 근골격계의 작동원리 이해 1) 근육과 같이 움직임에 힘 (에너지)를 제공하는 해부학적 구조에 대한 이해시킨다. 2) 뼈대의 역할과 정교한 움직임을 만들어내는 과정에 관해 설명한다. 수업지도의 Ÿ Tip 근육과 같이 움직임에 힘 (에너지)를 제공하는 해부학적 구조에 대한 동영상 자료를 제시하여 이해도를 높인다. Ÿ 정교한 운동과 큰 힘이 필요한 운동의 차이를 이해하고 설명해 본다. ◆ 근육의 운동 원리를 기반으로 한 공학적 산출물 고안 제목: 관절운동의 분석 및 확장 - 준비물: 로봇팔 키트, 다양한 크기 주사기, 우드락, 호스, 너트, 와셔, 빨대, 양면테이프 - 실험방법: ① 그림과 같이 단순한 1 관절 공기압 로봇팔을 조립하는 과정을 설명하고, 작동 원리를 설명한다. - 26 -