STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 열역학 로봇(Lawbot) 인천대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 인천대학교 과학영재교육원 프로그램 열역학 로봇(Lawbot) 이름 주요 과목 화학 관련 단원 관련 과목 정보, 환경 관련 단원 STEM 요소 S, T 지역 물질대사, 연소와 호흡, 열량 / 열기관, 열역학 / 반응열, 엔탈피, 헤스의 법칙, 엔트로피 인공지능 기초, 챗봇만들기, 지속가능성 개발자 ❍ 화학 교과에서 다루는 열역학 용어에 관한 기본 개념 학습 ❍ 학생들은 열화학 단원에서 헤스의 법칙을 통하여 열역학 제1법칙을 학 주요 수업 개요 습 ❍ 화학 반응에 수반되는 열을 측정하는 실험을 설계 및 수행 ❍ 열역학 로봇(Lawbot)을 제작하고 열역학적 개념을 정리하는 산출물 제 작 1차시: ‘확찐자’가 되지 않으려면 열량을 제어해야한다. 음식의 열량은 어 차시별 주요내용 (키워드 위주) 디에서 나오는 걸까? 2차시: 도서와 인터넷 검색을 통해다음 질문에 대해 답을 써봅시다. 3차시: 열역학 제 1법칙에 대해 학습해보자. 4차시: 엔탈피란 무엇인가? 1차시 열에 관한 법칙 학습 목표 1. 열역학적 기본 개념을 기술할 수 있다. 2. 화학 반응에 수반되는 열을 열화학 반응식으로 표기할 수 있다. 3. 상태함수의 개념을 기초로 화학 반응에 수반되는 열량을 헤스의 법칙으로 설명할 수 있다. 4. 화학 반응에 수반되는 반응 엔탈피를 계산할 수 있다. 준비물 활동지, 스마트펜 유의 사항 스마트 펜을 이용하여 학생이 에너지 도표를 직접 그려 발표하고 토의하게 할 수 있으나 스마트 펜이 없는 경우 대면 수업에서는 칠판, 비대면 수업에서는 태블릿 또는 노트북의 그림판 기능, 줌 화면공유 화이트보드, 잼보드 등을 이용하여 학생 발표 내용을 공유할 수 있다. - 3 - STEM 생각교실 교재 2차시 반응열을 측정하려면? 학습 목표 1. 반응 엔탈피를 측정하는 실험을 설계할 수 있다. 준비물 노트북, 실험 계획서, 전자 계산기 유의 사항 반응 엔탈피의 다양한 예를 학습하고 반응 엔탈피를 측정할 수 있는 방법을 스스로 설계 하여 실험을 수행할 수 있는 준비를 마치도록 한다. 들어가기 2019년 7월의 인터넷 뉴스 기사를 읽어 봅시다. - 14 - STEM 생각교실 교재 3차시 [실험] 반응 엔탈피 측정 학습 목표 1. 반응 엔탈피를 측정하는 실험을 수행할 수 있다. 준비물 노트북, 실험 계획서, MBL interface, Temperature Strobe, 각 조별 실험 바구니. 유의 사항 1. 반응 엔탈피를 측정하는 실험을 수행하기 위하여 각 조별로 실험 바구니를 스스로 준비 하게 한다. 2. 실험 바구니에는 도구뿐만 아니라 시약의 제조가 필요한 경우 용액을 미리 제조하게 지 도해야 하며 실험 바구니는 시건 장치가 되어 있는 곳에 안전하게 보관하다. 3. MBL interface, Temperature Strobe를 이용하여 데이터를 확보할 때는 데이터를 측 정한 기기의 조건을 반드시 기록하도록 지도한다. 4. MBL interface, Temperature Strobe를 노트북과도 연결하여 노트북 화면으로 그래프 를 확인하고 다운로드 받을 수 있다. 5. 실험 데이터를 파일로 내려받아 데이터 처리 프로그램을 통하여 그래프를 작성하도록 지 도한다. 기초 학습 예) 용해열 측정 1. 실험 목적: 용질이 물에 용해할 때 출입하는 열량을 측정할 수 있다. 2. 준비물: 전자저울, 웨잉보트, 약수저, 열량계, 증류수, MBL센서, 온도 프로브, 눈금실린더(100mL), 집게클램프, 스탠드, 비커(250mL), 교반기, 마그네틱바(2cm), 3. 방법 - 20 - STEM 생각교실 교재 4차시 열역학 법칙 Lawbot 만들기 학습 목표 1. 열역학 법칙과 관련된 열역학적 개념을 옳게 기술할 수 있다. 2. 챗봇 제작 도구인 Dialogflow를 이용하여 챗봇을 제작할 수 있다. 준비물 노트북, 화학 교과서, Dialogflow 유의 사항 1. 챗봇 제작도구인 Dialogflow를 사용하는 방법을 미리 학습하고 올 수 있도록 안내 자료 를 만들어 한달 전에 배부한다. 2. 채팅은 구어체로 작성하되 개념을 정확하게 기술하도록 지도한다. 3. 일반적인 채팅이 아닌 지식 백과 같은 대화를 만드는 학생이나 단순 질문 1문 1답의 인 텐트를 제작하는 학생이 있을 수 있다. 따라서, Add Follow-up Intent 기능을 사용하 여 채팅이 심화된 질문으로 학습자를 이끌어가는 대화를 만들 수 있도록 지도한다. 4. 학습자가 제작한 챗봇을 테스트하기 위한 URL 주소를 제출하게 하여 다음과 같은 화면 에서 교사가 테스트해본다. - 25 - STEM 생각교실 교재 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 4차 산업혁명시대의 다양한 직업세계 아주대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 아주대학교 과학영재교육원 프로그램 4차 산업혁명시대의 다양한 직업세계 이름 주요 과목 진로와 직업 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 Ⅳ.자극과 반응 – 2. 신경계와 호르몬 Ⅳ. 정보통신과 신소재 - 1. 정보의 발생과 활용, 2. 반도체와 신소재 Ⅶ. 과학과 나의 미래 – 1. 과학과 직업 Ⅶ. 과학과 나의 미래 – 2. 미래 사회의 직업과 과학 관련 단원 S, T 지역 개발자 1. 과학관련 직업 중 과학수사원 및 생명과학 연구원이 하는 일을 주요 수업 개요 이해하고 체험해본다. 2. 4차 산업혁명과 AI, 첨단 과학, 로봇을 이해한다. 3. 메타버스를 이해하고, 메타버스와 뇌과학을 알아본다. 4. 뇌가 세상을 어떻게 인식하는지 알아본다. 1차시 – 4차산업, AI의 정의, AI의 개념, AI의 역사 이해 2차시 : 과학 수사원에 대해 이해하고 지문 유형 분석을 통해 과학 수사를 차시별 체험한다. 주요내용 3차시 - “나”란 무엇이고, 인간의 뇌는 어떻게 생각하는지 알아본다. 뇌의 (키워드 위주) 각 부분에 따른 기능에 대해서 알아본다. 인간의 뇌가 사물을 받아들이는 방식에 대해 알아본다. 4차시 : 생명공학과 생명공학 관련 연구원이 하는 일을 이해한다.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

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 -