STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 피지컬 컴퓨팅 프로그래밍 전남대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램명 정보 주요 단원 관련 과목 정보 관련 단원 STEM+I S,T,E,M, 요소 I 중1, 2 개발차시 4차시 신규 피지컬 컴퓨팅 프로그래밍 주요 과목 주요 적용 학년 구분 (신규/수정보 완) Ⅳ. 컴퓨팅 시스템 2. 피지컬 컴퓨팅 2) 센서 기반 프로그램 구현 Ⅳ. 컴퓨팅 시스템 2. 피지컬 컴퓨팅 2) 센서 기반 프로그램 구현 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 · 피지컬 컴퓨팅 시스템의 이해 주요 수업 개요 · 인공지능의 원리와 개념 이해 및 응용 프로그래밍 활동 · 데이터 수집, 분류에 따른 챗봇 원리 이해 · 이미지 수집, 분류에 따른 마스크 착용 판별 유무 앱 이해하기 · 사물인식 영어 번역기 인공지능 앱 이해하기 차시별 1차시 피지컬 컴퓨팅 시스템 이해하기 2차시 AD Key와 LED 링 센서 활용 프로그래밍 주요내용 (키워드 위주) 3차시 4차시 아날로그 광센서, 가변 저항, 충돌 센서, LED, OLED 활용 프 로그래밍 서보 모터, DC 모터, 온도 센서 활용 프로그래밍 2. 교사용 지도안 단원 Ⅳ. 컴퓨팅 시스템 2. 피지컬 컴퓨터 차시 1/4 1. 피지컬 컴퓨팅의 개념과 센서의 구성 요소를 설명할 수 있다. 학습 목표 2. 피지컬 컴퓨팅 시스템을 구성하는 다양한 입출력 장치의 종류와 작동 원리를 이해할 수 있다. 3. 실생활에서 사용되고 있는 피지컬 컴퓨팅에 대해 이해한다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 학습 동기 유발 ◾ 실생활에서 활용 중인 피지컬 컴퓨팅 시스템 사례를 탐색한다. ◾ 우리 주변의 다양한 변화를 감지하는 센서를 분석해보고 그 센서를 이용하여 할 수 있는 일을 생각해본다. 도입 (10분) 유의사항 모둠 활동을 통해 다양한 사례와 생각을 공유할 수 있도 록 하며, 사례별 알고리즘을 분석할 수 있도록 지도한다. 자료 Tip 모둠별로 수집한 자료 및 정보 1단원의 결과물을 활용한다. 정보 교과서 3단원 자료와 정보 단원을 연계하여 지도한다. ◎ 피지컬 컴퓨팅 원리 이해하기 ◾ 피지컬한 현실 세계와 컴퓨팅 시스템이라는 가상 세계가 대화하도 록 구성된 것을 말함. 전개 (30분) ◎ 마이크로비트 이해하기 영국 BBC가 설계한 포켓 사이즈의 마이 크로컨트롤러로서 나침반, 블루투스, LED, 가속도계 등 다양한 센서가 내장 되어 있는 ‘초소형 컴퓨터’로 정의됨. - 6 - 단원 Ⅳ. 컴퓨팅 시스템 2. 피지컬 컴퓨팅Ⅳ AD Key와 LED 링 센서 활용 프로그래밍 차시 2/4 1. 피지컬 컴퓨팅 시스템의 입출력 과정을 이해한다. 학습 목표 2. Sensor Edge 및 센서의 개념과 원리 이해한다. 3. ADKey와 레인보우 LED링 센서를 이용하여 제어 프로그램을 작성할 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 학습 동기 유발 ◾ 스마트 홈 IoT 시스템을 통해 사용된 센서를 예측한다. ◾ 이용 목적에 맞는 피지컬 컴퓨팅 장치를 위해 센서들의 다양한 종 류와 기능을 이해한다. 도입 (10분) 유의사항 피지컬 컴퓨팅 활동이 어려울 수 있으므로 짝 프로그래밍 을 위한 모둠을 편성한다. 자료 Tip 센서별 기능 이해 및 보드에 확장하는 메뉴얼을 제공한다. 짝 프로그래밍을 통한 모둠별 협력 학습을 병행한다. ◎ 센서:엣지 살펴보기 전개 ◾ 센서:엣지와 마이크로비트 연결하기 (30분) ◎ 센서 연결 및 프로그래밍 ◾ 센서를 연결할 수 있는 I/O핀이 G, V, P로 가로로 배열되어 있음 ◾ 레인보우 LED링의 G, V, DI를 센서 엣지 I/O핀에 맞게 연결 ◾ 버튼 A를 누르면 오른쪽 방향으로 rotate, 버튼 B를 누르면 왼쪽으 로 rotate 되도록 프로그래밍 ◾ ADKey의 G, V, S를 센서:엣지 I/O핀에 맞게 연결 ◾ A~E 버튼을 누르면 ‘도~솔’의 음정이 나도록 프로그래밍 ◾ 확장을 이용한 모듈 추가 및 고급 핀 기능 활용 ◎ 학습 내용 정리 정리 (5분) ◾ 센서:엣지 연결을 통한 센서 응용 및 확장 프로그래밍 ◎ 다음 차시 예고 ◾ 스마트 가로등 프로그래밍 ◾ 아날로그 광센서, 가변 저항, 충돌센서, LED, OLED 활용 프로그래밍 - 9 - 단원 Ⅳ. 컴퓨팅 시스템 2. 피지컬 컴퓨팅Ⅳ 아날로그 광센서, 가변 저항, 충돌센서, LED, OLED 활용 프로그래밍 차시 3/4 1. 실생활 문제 해결의 사례인 스마트 가로등을 구현할 수 있다. 학습 목표 2. 아날로그 광센서와 가변 저항, OLED를 출력하는 프로그래밍을 할 수 있다. 3. 충돌 센서, LED, OLED를 응용한 실생활 사례를 이해할 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 학습 동기 유발 ◾ 주변에서 찾아볼 수 있는 IoT 사례(스마트 가로등, 시각 장애인을 위한 신호등)를 소개한다. ◾ 실생활 문제를 발견하고 이를 해결하기 위한 알고리즘 설계의 중요 도입 성을 인식한다. 유의사항 (10분) 2단원 ‘자료와 정보’와 연계된 아날로그와 디지털 자료의 특징을 이해할 수 있도록 한다. 자료 Tip 3단원 ‘추상화_문제의 핵심 요소 추출’ 내용 연계 구성 정보 교과서 3단원 ‘프로그래밍 응용‘을 연계하여 지도한다. ◎ 프로젝트 살펴보기 ◾ 주변이 어두워지면 자동으로 불이 켜지는 가로등 프로그래밍 ◾ 가변 저항에 따른 LED 밝기를 OLED에 출력하는 프로그래밍 ◾ 충돌 감지 센서를 연결하여 잠금 장치의 상태를 확인하는 프로그래밍 ◎ 스마트 가로등 프로그래밍 ◾ 광량을 측정하는 아날로그 광센서 이해 및 센서:엣지 연결 ◾ LED 연결하여 디지털 신호(ON:1, OFF:0) 확인하기 ◾ 주변의 밝기에 따라 LED가 ON, OFF 되는 프로그래밍 ◾ 주변 밝기의 정도에 따라 LED의 밝기가 달라지는 프로그래밍 ◎ 가변 저항, LED, OLED 응용 프로그래밍 전개 (30분) ◾ 가변 저항에 따른 LED 밝기 변화 이해하기 ◾ 센서:엣지 하단에 OLED 연결, 가변 저항(1번핀), LED(2번핀)에 연 결 ◾ 고급 탭-확장 ‘OLED-ssd1306’블록 꾸러미 다운로드 ◾ 변수 생성 및 가변 저항을 변수에 저장 ◾ LED를 가변 저항값에 따라 밝기 출력 ◾ 현재 밝기를 비례변환(map) 블록을 활용하여 막대 바로 OLED 출력 ◎ 충돌 센서, LED, OLED 응용 프로그래밍 ◾ 충돌 센서를 풀업 저항으로 만들어 센서 동작 확인 ◾ 충돌 센서의 디지털 입력값이 1과 0의 경우 제어문 구현 ◾ 디지털 입력값이 1인 경우, LED가 깜빡이고 ‘warning!’ 문구 출력 ◾ 디지털 입력값이 0인 경우, LED가 꺼지고 ‘Safe!’ 문구 출력 ◎ 학습 내용 정리 정리 (5분) ◾ 주변의 값을 입력하여 실생활 문제 해결하는 알고리즘을 이해한다. ◎ 다음 차시 예고 ◾ 서보 모터, DC 모터, 온도 센서 활용 프로그래밍 - 10 - Ⅳ. 컴퓨팅 시스템 2. 피지컬 컴퓨팅Ⅳ 단원 서보 모터, DC 모터 활용 프로그래밍 차시 4/4 1. 실생활의 다양한 문제를 분석하고 융합적으로 해결하기 위한 피지컬 컴퓨팅을 학습 목표 설계하고 프로그래밍 언어를 이용하여 구현한다. 2. 서보 모터, DC 모터, 아날로그 광센서를 응용한 실생활 사례를 이해할 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 학습 동기 유발 ◾ 우리 주변의 서보 모터, DC 모터 활용 사례를 소개하고 관련 알고 리즘을 분석한다. 도입 (10분) 유의사항 습도센서와 온도센서의 특징을 분석하고 이를 서보모터와 DC모터를 접목하여 활용할 수 있는 방법을 소개한다. 자료 Tip 3단원 ‘프로그래밍 응용’ 내용 연계 구성 협력이 필요한 프로그래밍 활동이므로 짝 프로그래밍이 되도록 자리를 배치한다. ◎ 프로젝트 살펴보기 ◾ 자동 블라인드(주변의 밝기에 따라 서보 모터의 회전) 각도 조절 프 로그래밍 ◾ 온도에 따라 DC모터 속도가 달라지는 프로그래밍(단, 순간적인 운 도 변화가 어려우므로 AD Key를 대체하여 프로그래밍한다.) ◎ 자동 블라인드 ◾ 센서:엣지 1번에 아날로그 광센서 연결 ◾ 센서:엣지 2번에 서보 모터 연결 ◾ 핀1의 아날로그 값을 출력하여 주변의 밝기 기준을 정하고 어두움 전개 (30분) 과 밝은 상태를 분석 ◾ 어두워지면 서보 값 90 출력, 밝으면 서보 값 0 출력 ◎ AD Key와 DC 모터 응용 프로그래밍 ◾ 센서:엣지 1번에 AD Key 센서 연결 ◾ 센서:엣지 2번에 DC 모터 연결 ◾ AD Key A키~E키의 아날로그 값의 범위를 알려주고 입력값에 따라 달라지는 출력이 달라지는 DC 모터 속도 변화 ◎ 습도 센서와 온도 센서 응용 프로그램 예측하기 ◾ 습도 센서를 화분에 넣어서 토양의 수분을 측정하여 기준값 아래의 값이 입력되었을 때 서보 모터를 이용하여 물을 공급하는 프로그램 ◾ 온도 센서를 이용하여 주변의 온도에 따라 DC모터 출력값이 달라 지는 프로그램 ◎ 학습 내용 정리 정리 (5분) ◾ 주변의 값을 입력받아 변화하는 서보 모터, DC 모터 활용 프로그래밍 ◎ 다음 차시 예고 ◾ 피지컬 컴퓨팅을 활용한 소셜 임팩트 프로그래밍 - 11 -