STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 힘의 평형과 구조물의 내진설계 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 힘의 평형과 구조물의 내진설계 이름 주요 과목 물리학2 관련 단원 역학적 상호작용 관련 과목 중1 관련 단원 여러 가지 힘 STEM 요소 S, T, E 지역 보조 주 개발자 주요 수업 개요 차시별 개발자 1차시에서는 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건을 학습한다. 2차시에는 1 차시에서 학습한 이론을 평형판을 이용하여 실습한다. 3차시에는 한 점 에서 만나지 않는 힘의 평형 이론을 학습하고 실습한다. 4차시에는 지진 을 대비한 구조물의 내진설계에 대하여 학습한다. 1차시 한 점에서 만나는 힘의 평형 2차시 평형판을 이용한 힘의 평형 탐구 3차시 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 4차시 건설 구조물의 내진설계 주요내용 (키워드 위주) (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 활동지 1차시: 한 점에서 만나는 힘의 평형 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [실험 안전 유의사항] Ÿ 구조물에 작용하는 힘의 특성을 토의할 때 과도한 행동에 유의 1차시 [개념 도입] 한 점에서 만나는 힘의 평형 ◆ 여러 가지 교량의 형식 중에서 가늘고 긴 부재를 연결하여 시공한 트러스 교 량이 있다. 부재의 연결점에서 부재력의 평형 조건을 토의해보자. ◆ 크기가 같은 세 개의 힘이 한점에서 만나고 있을 때, 평형 조건에 대해 논의하자. - 13 - (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 2) 탐구 및 개념 확장 학생용 2차시: 평형판을 이용한 힘의 평형 탐구 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건 파악 Ÿ 평형판을 이용하여 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건 확인 [실험 안전 유의사항] Ÿ 용수철 저울을 사용할 때 과도한 힘으로 저울을 당기지 않는다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 평형판을 이용한 힘의 평형 탐구 ◆ 지난 차시에 배운 힘의 평형을 평형판을 사용하여 실습해보자. - 15 - (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 3) 과학기술 적용 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 조건 파악 Ÿ 연필, 자와 지우개를 이용하여 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 조건 확인 [실험 안전 유의사항] Ÿ 연필 위에 놓인 자가 과도하게 움직이지 않도록 유의. Ÿ 자 위에 놓이는 지우개에 큰 힘을 가하지 않도록 조심. 학생용 활동지 수업일 3차시 3차시: 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [과학기술 적용] 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 ◆ 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형에 대한 개념을 이해 - 17 - (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 4) 공학적 적용 학생용 4차시: 건설 구조물의 내진설계 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 [학습 목표] Ÿ 지진에 의하여 구조물에 발생하는 진동 특성을 이해 Ÿ 지진에 의한 구조물의 진동을 저감시킬 수 있는 내진설계 개념 이해. [실험 안전 유의사항] § 종이 상자를 칼로 절단할 때 손 조심. § 지진 모형 실험할 때 과도한 흔들림이 발생하지 않도록 유의 4차시 [공학적 산출물] 건설 구조물의 내진설계 ◆ 지진에 의하여 구조물에 발생하는 진동 특성을 이해 - 19 - 모둠 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 주요 과목 물리 II 주요 단원 관련 과목 물리, 과학 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M 주 개발자명 구분 (신규/수정보 완) 신규 주요 적용 학년 고2 개발차시 4 힘과 운동/ 힘 적용 지역 보조 개발자 물리II 교과에 적합하도록 힘의 합성, 힘의 분해, 알짜힘의 평형, 돌림힘의 주요 수업 평형 개념을 이해하기위한 활동으로 구성되었다. 학습한 개념을 적용하여 개요 공학적 산출물을 제작하고, 구조물의 성능을 개선하고 보완할 수 있는 공 학의 과정을 체험할 수 있도록 프로그램이 구성되었다. 1차시: 힘의 합성과 분해를 학습한다. 차시별 2차시: 물체의 평형 조건을 학습하고 무게 중심을 찾아본다. 주요내용 3차시: 물체의 안정성을 탐구하고 스파게티를 이용한 구조물을 제작한다. (키워드 위주) 4차시: 완성된 구조물이 버틸 수 있는 하중과 변형을 측정하고 공학적 개 선 방안을 고찰한다. (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 힘의 합성과 분해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나는 힘을 벡터 합성으로 구할 수 있다. Ÿ 평형판을 이용하여 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건을 확인한다. Ÿ 한 힘을 벡터를 이용하여 두 힘으로 분해할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 용수철 저울을 사용할 때 과도한 힘으로 저울을 당기지 않는다. § 구조물에 작용하는 힘의 특성을 토의할 때 과도한 행동에 유의 1차시 [개념 도입] 힘의 합성과 분해 ◆ 사장교나 현수교와 같은 다리에 작용하는 여러 가지 힘을 찾고, 각각의 힘이 어떻게 작 용하여 다리를 지탱하고 있는지 토의해보자. ▲ 사장교 ▲ 현수교 - 18 - (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 2차시: 물체의 평형과 무게 중심 탐구 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 [학습 목표] Ÿ 망치와 자를 이용하여 물체의 평형 조건을 찾을 수 있다. Ÿ 망치와 실을 이용하여 물체의 무게 중심을 찾을 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 망치가 바닥에 떨어지지 않도록 주의한다. § 바닥에 충격을 주지 않도록 매트를 설치한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 물체의 평형과 무게 중심 탐구 ◆ 자에 망치를 매달아 그림과 같이 균형을 잡을 수 있을지 논의 하자. ◆ 돌림힘의 평형에 대한 개념을 이해 - 22 - 모둠 (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 3차시: 구조물의 안정성 탐구 및 구조물 제작 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 구조물의 안정성을 힘의 평형과 돌림힘의 평형으로 설명할 수 있다. Ÿ 안정적인 구조물을 설계하고 제작할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. § 칼과 가위사용에 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 구조물의 안정성 탐구 및 구조물 제작 ◆ 물체의 안정성을 높이기 위한 장치를 찾아 원리를 설명해 보자. <선반 받침대> <타워크레인> ◆ 선반의 받침대가 있을 때와 없을 때 안정성을 탐구해 보자. - 24 - (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 4차시: 구조물 제작 및 하중 실험 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 안정적인 구조물을 설계하고 제작할 수 있다. Ÿ 하중 실험 결과로부터 제작한 구조물의 특징을 분석할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 구조물 제작 과정에서 칼과 가위 사용에 주의한다. § 구조물 하중 실험에서 부서지는 구조물 파편에 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 교량 구조물 제작 및 하중 실험 ◆ 제작한 구조물의 특징을 설명해 보자 Ÿ 모둠별로 제작한 구조물의 특징을 설명해 보도록 한다. Ÿ 모둠별 구조물의 특징을 비교하고 평가한다. ◆ 하중 실험을 통해 구조물의 안정성을 파악해 보자 Ÿ 버니어 고 무선 구조 모형 실험장치를 이용하여 구조물이 버틸 수 있는 하중과 변형을 측정한다. Ÿ 구조 모형 실험장치가 없는 경우 구조물에 하중을 부여할 수 있는 받침대를 제작하여 무게 추를 이용하여 하중 실험을 진행한다. - 26 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 우리 학교의 기념 주화를 제작하라! 경북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 경북대학교 영재교육원 프로그램 우리 학교의 기념 주화를 제작하라! 이름 주요 과목 기술 관련 단원 제조 기술과 제품 생산 수학, 관련 과목 지구과학 입체도형 관련 단원 정보 STEM 요소 S, T, E, M 별의 특성과 진화 컴퓨팅시스템의 동작 원리 지역 차시 4 개발자 ① 기념 주화의 모든 것 ② 최연소 기념주화 디자이너 도전 주요 수업 개요 ③ 기념 주화에 등장하는 이미지의 종류와 특징의 이해 ④ 우리학교 기념주화 3D로 설계하기 ⑤ 3D 프린터의 원리 이해 ⑥ 디자인 소프트웨어와 3D 프린터를 적용한 나만의 기념 주화 설계 및 제작하기 ◦1차시: 화폐의 모든 것 - 지폐와 주화 관찰, 스케치 - 용비어천가, 일월오봉도, 천상열차분야지도, 혼천의, 보현산 천문대 - 세상에서 가장 비싼 주화 - 학교 상징 및 자랑거리 차시별 주요내용 (키워드 위주) ◦2차시: 기념주화 공모전 도전하기 - 학교 기념 주화 제작 공모전 - 학교기념 주화 스케치 - Tinkercad사이트(www.tinkercad.com) 이용한 3D 모델링 ◦3~4차시: 기념 주화 3D프린터로 제작 및 평가 - 3D 프린터 출력 - 출력물 후가공 - 활동 결과 발표 - 성찰 일지 작성 차 시 1 화폐의 모든 것 [학습 목표] 1. 화폐에 그려진 위인과 문화유산을 찾고 설명할 수 있다. 2. 우리 학교의 상징물을 알고 기념주화를 스케치할 수 있다. [주요 학습 개념] 지폐와 주화 관찰, 스케치 [지폐와 주화] 만원 지폐와 백원 주화를 관찰하고 화폐 속 상징을 찾아 봅시다. 만원 지폐 앞면 100원 동전 앞면 만원 지폐 뒷면 100원 동전 뒷면 앞면: 세종대왕, 용비어천가, 일원오봉도, 위조방지장치, 지폐의 기번호(일련번호) 등 뒷면: 혼천의, 천상열차분야지도, 보현산 천체망원경 등 앞면: 충무공 이순신 장군 뒷면: 발행연도 [관찰하고 생각하기] ‘만원 지폐 속 문화유산’ 1. 세종대왕의 배경에는 왜 ‘용비어천가’와 ‘일월오봉도’가 있을까요? - 2 - 차 시 기념주화 공모전 도전하기! 2 [학습 목표] 1. 기념주화의 의미를 이해할 수 있다. 2. 우리 학교의 상징을 조사하고 기념주화를 디자인할 수 있다. [주요 학습 개념] 기념주화, 기념주화 디자인 [학습 과제 안내] 학교 기념 주화 제작 공모전 본교에서는 이번 개교 기념일을 맞이하여, 학교의 상징을 잘 나타낼 수 있는 3D 프린팅 기념 주화 제작 공모전을 개최합니다. 우수작은 본교 역사관에 전시될 예정입니다. 학생 여러분의 많은 참여 바랍니다. ∎ 공모주제: 학교 상징 ∎ 응시부문: 추상 조각 ∎ 제출자료: 작품 및 작품 설명서 ∎ 시상내역 - 1위. 최우수상: 소정의 상품 - 2위. 우수상: 소정의 상품 - 3위. 장려상: 소정의 상품 ∎ 심사기준 주제 적합성 학교 기념 주화로 제작하는데 적합한가? 주화 상징성 학교에 대한 내용(상징, 의미 등)을 충분히 반영하였는가? 관심도 주화의 완성도 지역 주민들의 관심을 고취시키는 데 적합한가? 설계도에 따라 작품을 제작하고 주화의 완성도가 높은가? ∎ 유의사항 - 타 공모전에 중복 출품되었거나 기존의 기념물과 유사한 작품으로 인정될 경우 혹은 부정한 방법에 의한 수상으로 밝혀질 경우에 수상을 취소할 수 있음. - 3D 프린터로 출력 가능해야하며, 주화의 크기는 가로*세로*높이(3.5cm*3.5cm*0.8cm)를 넘지 않아야 함. - 주화 양면을 모두 제작해야 함. - 3D 모델링 프로그램을 이용해서 기념 주화를 디자인하고, 그 결과물을 후가공(사포질, 색칠 등)을 한 후 제출해야 합니다. - 13 - 차 시 3-4 기념주화 3D 제작, 평가 [학습 목표] 1. 공학적 설계(또는 3D 디자인 SW)를 적용하여 우리 학교의 기념주화를 제작할 수 있다. 2. 우리 학교 기념주화의 가치와 의미 설명하고 설계 기반의 문제해결력과 융합적 소양을 함양할 수 있다. [주요 학습 개념] 3D 만들기, 발표 [3D 프린터로 출력하기] 1. Tinkercad 사이트로 모델링한 파일을 어떻게 3D 프린터로 출력하는지 조사해 봅시다. ① Tinkercad 사이트에서 내보내기 메뉴 클릭한 후 3D 인쇄용 ‘.STL’ 파일로 저장한다. ② 3D 프린터 제조사에서 제공하는 gcode 변환 프로그램(큐라 프로그램 등)을 이용해서 gcode로 변환한다. ③ gcode파일을 3D 프린터에서 출력한다. - 3DWOX gcode 변환 프로그램 - 18 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 시뮬레이션 프로그램을 이용한 생태계 평형 유지 최적 조건 탐색 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 이름 시뮬레이션 프로그램을 이용한 생태계 평형 유지 최적 조건 탐색 주요 과목 생물 관련 단원 생태계와 상호작용 관련 과목 생명과학1 관련 단원 개체군의 특성 STEM 요소 S, E, M 지역 개발자 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 다양한 상황을 설계하여 검증 주요 수업 하고, 왜 이러한 그래프가 나타났는지 추론하여 생태계의 평형에 영향을 개요 미치는 여러 가지 변인들을 탐구한다. 얻은 자료를 종합하여 생태계 평 형을 유지하기 위한 방안에 대해 해결책을 제시한다. 1차시 : 외딴섬에 염소를 들여오는 문제 상황 제시 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 포식-피식 시뮬레이션 프로그램 소개 및 활용, 상황 적용 3차시 : 프로그램을 활용한 상황 설계, 그래프 해석, 이유 추론 4차시 : 생태계에 영향을 줄 수 있는 변인탐색, 프로그램과 실제 생태계 의 차이점 탐색, 생태계의 평형을 오랫동안 유지하기 위한 최적 의 방안 제시 생명과학 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 1 2 1. 상황제시 / 2. 정보수집 1 2 3 4 D C 학습 목표 1. 생태계 평형 유지의 필요성에 대해 공감할 수 있다. 2. 늑대-토끼의 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 활용할 수 있다. 상황제시 1. 외딴섬에 염소를 키우게 하면 어떨까? 라는 문제 상황 제시 ∙ 소득증대를 위해 외딴 섬에 염소를 들여와 키우는 아이디어에 대해 B A 준비물 학생 활동지, 동영상, 모둠별 IT 기기(스마트폰, 테블릿, 노트북) 유의사항 ∙ 허용적 분위기를 조성하여 염소를 외딴섬에 들여오게 하면 어떻게 될까에 대해 흥 미를 느낄 수 있도록 한다. 학생들에게 질문한다. ∙ 교사는 학생들에게 학습지의 ‘소득 증대를 위해 외딴 섬에 염소를 들여와 키우는 방안에 대해 어떻게 생각하나요?’ 라는 질문을 ∙ 영상 출처: https://www.youtube.com/w atch?v=ics9u-4s-1k 개별적으로 작성하게 한다. ∙ 교사는 작성한 내용에 대해 서로 학생들이 생각을 공유할 수 있도록 몇몇 학생들에게 발표를 하게 한다. ∙ 교사는 학생들에게 ‘염소를 잡아라’라는 뉴스를 보여준다. ∙ 실제 상황과 학생들의 발표 내용이 다르다는 것을 지적 함으로서 호기심과 문제의식 을 불러일으키게 한다. 2. 동영상 내용과 학생들의 발표내용의 다름을 지적 - 교사는 동영상의 내용을 정리하면서 학생들의 발표내용과 다르다는 점을 지적한다. 부산대학교 과학영재교육원 49 ５. 생명과학 ② 유의사항 정답이 아닌 자신의 예상을 자 유롭게 쓸 수 있도록 격려해준 다. 문제정의와 제한조건 확인 1. 생태계를 오랫동안 지속시킬 수 있는 조건에 대한 문제제기 ∙ 앞선 상황제시를 통해 외딴섬에 염소가 들여왔을때의 문제점에 대해 학생들에게 질문을 한다. ∙ 교사는 생태계를 오랫동안 유지시킬 수 있는 방안에 대해 문제를 제기하며 외딴섬의 상황을 해결 하기 위해 늑대를 들여오는 방안에 대해 학생들에게 질문을 하고 개별적으로 작성하게 한다. 2. 생태계의 제한 조건 확인 ∙ 교사는 생태계 안에는 생산자, 1차 소비자, 2차 소비자가 있음을 언급해준다. 유의사항 만약 조별로 노트북 또는 테블 릿 기기가 부족하다면 나머지 학생들이 방관자가 아니라 주 체적으로 활동할 수 있도록 역 할을 부여하거나 번갈아 가면 서 사용할 수 있도록 지도한다. 정보수집 ∙ 교사는 학생들에게 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 이용할 수 있는 사이트를 제시해준다. ∙ 학생들은 교사의 설명과 학습지의 내용을 참고하여 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 사용한다. 50 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 2 2. 정보수집 1 2 3 4 D C 학습 목표 1. 개체군의 주기적 변동에 대해 설명할 수 있다. 2. 늑대-토끼의 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 활용하여 그래프의 변동양상을 표현할 수 있다. B A 준비물 학생 활동지, 동영상, 모둠별 IT기기(스마트폰, 테블릿, 노트북) 정보 수집 1. 외딴섬에 염소가 들여온 상황 적용 ∙ 외딴섬에 염소가 들어온다면 시간에 따른 풀-염소의 그래프가 어떻게 달라질지 예상하게 하고, 그렇게 생각한 이유를 학습지에 서술하도록 한다. ∙ 학생들이 직접 시뮬레이션 프로그램의 변인을 조작하여 외딴섬에 염소가 들여온 상황을 적용해 보도록 한다. ∙ 시뮬레이션을 3번 실행하여 학습지에 각각 그래프를 그리고 남아 있는 풀의 수가 몇 개인지 계산한 후 평균을 내보도록 한다. 2. 외딴섬에 염소가 들여온 후 생태계에 일어난 변화에 대한 이유 추론 ∙ 외딴섬에 토끼(염소)가 들여오기 전, 토끼가 들여온 직후, 토끼가 들여온 지 충분한 시간이 지난 후 각각 어떤식으로 변화되었는지 개인별로 학습지에 서술하도록 한다. ∙ 서술한 내용을 바탕으로 모둠별로 왜 이런 현상이 일어났는지 토의하도록 한다. 부산대학교 과학영재교육원 51 ５. 생명과학 ② 3. 외딴섬에 늑대가 들여온 상황 적용 유의사항 처음에 예상했던 상황과 실제 프 로그램을 돌렸을 때 나타난 상황 이 다름을 지적하고 왜 그런지 문제의식을 불러일으킨다. - 외딴섬에 늑대가 들어온다면 시간에 따른 풀-염소-늑대의 그래프가 어떻게 달라질지 예상하게 하고, 그렇게 생각한 이유를 학습지에 서술하도록 한다. - 학생들이 직접 시뮬레이션 프로그램의 변인을 조작하여 외딴섬에 늑대가 들여온 상황을 적용해 보도록 한다. - 시뮬레이션을 3번 실행하여 학습지에 각각 그래프를 그리고 남아 있는 풀의 수가 몇 개인지 계산한 후 평균을 내보도록 한다. 4. 외딴섬에 늑대가 들여온 후 생태계에 일어난 변화에 대한 이유 추론 - 외딴섬에 늑대가 들여오기 전, 늑대가 들여온 직후, 늑대가 들여온 지 충분한 시간이 지난 후 각각 어떤식으로 변화되었는지 개인별로 학습지에 서술하도록 한다. - 서술한 내용을 바탕으로 모둠별로 왜 이런 현상이 일어났는지 토의하도록 한다. 3 2. 정보수집 / 3. 해결책 설계 및 최적화 1 2 3 4 준비물 학생 활동지, 동영상, 모둠별 IT기기(스마트폰, 테블릿, 노트북) C B A 학습 목표 1. 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 상황에 맞게 활용할 수 있다. 2. 생태계 평형에 영향을 주는 요인에 대해 설명할 수 있다. 유의사항 그래프를 그릴 때 가로축과 세 로축의 변인값을 빠트리지 않 고 제대로 기술할 수 있도록 순 회지도 한다. D 정보수집 1. 실제 생태계와 유사한 환경으로 시뮬레이션 적용하기 ∙ 실제 생태계에서는 시간에 따른 풀-토끼-늑대 개체수의 그래프가 어떤식으로 변할지 예상하여 그려보고, 그렇게 생각한 이유를 학습지에 서술하도록 한다. ∙ 실제 생태계와 유사한 환경으로 시뮬레이션 프로그램을 적용시켜본다. 52 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 2. 그래프 해석하기 ∙ 처음에 예상했던 그래프와 실제 시뮬레이션 프로그램으로 나타난 그래프가 같은지 다른지 확인하고, 만약 다르다면 그 이유는 무엇인지 개인별로 서술해 보도록 한다. ∙ 프로그램으로 나타난 그래프를 시간에 따라 왜 이런 모양을 나타내었는지 모둠별로 토의 및 발표해보도록 한다. 해결책 설계 및 최적화 유의사항 PPT 활용 1. 생태계 평형에 대한 탐구 ∙ 교사는 학생들이 시뮬레이션 프로그램을 통해 활동한 내용을 정리하고, 생태계 평형에 대해 언급한다. ∙ 교사는 생산자, 1차 소비자, 2차 소비자가 각각 늘어났을 때의 생태계가 평형을 유지되는 과정을 학생들에게 질문하고 발표할 수 있도록 한다. ∙ 학생들이 시뮬레이션 프로그램을 통해 활동한 풀, 토끼, 늑대를 각각 생산자, 1차 소비자, 2차 소비자로 연결시켜 준다. 유의사항 생태계에는 우연적 요소가 존 재하므로(우연히 늑대와 토끼 가 만나지 않을 수 있다), 자신 이 예상했던것과 다른 결과가 나오더라도 학생들이 당황하 지 않고 그 상황에 맞게 이유를 추론할 수 있도록 지도한다. 부산대학교 과학영재교육원 53 ５. 생명과학 ② 2. 생태계 평형의 조건 탐구 ∙ 인간의 무분별한 계발로 인해 숲의 크기가 줄어든 상황을 가정하여 풀-토끼-늑대로 이루어진 생태계가 어떻게 변할지 예상해보게 한다. ∙ 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 숲의 크기를 변화시켜 적용해본다. ∙ 숲의 크기에 따라 그래프가 이런형식으로 나타난 이유에 대해 모둠별로 토의 및 발표해보게 한다. ∙ 인간의 무분별한 사냥으로 인해 특정 종이 줄어든 상황에 대한 자료를 보여주고 자료에 대해 해석하게 한다. 54 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 4 3. 해결책 설계 및 최적화 1 2 3 4 D C 학습 목표 1. 생태계에 영향을 줄 수 있는 요인에 대해 설명할 수 있다. 2. 생태계 평형을 유지하기 위한 해결책을 제시할 수 있다. 3. 생태계의 종 다양성 유지에 적극적인 태도를 가진다. 해결책 설계 및 최적화 1. 실제 생태계와 시뮬레이션 프로그램의 차이점 탐구 ∙ 포식-피식 프로그램의 한계점과 실제 생태계와의 차이점이 무엇인지 B A 준비물 학생 활동지, 동영상, 모둠별 IT기기(스마트폰, 테블릿, 노트북) 유의사항 차이점을 확인하게 위해 다양 한 조건에서 자유롭게 포식시 뮬레이션 프로그램을 돌려보 게 한다. 모둠별로 토의후 발표해보게 한다. ∙ 교사는 두 가지 종류의 먹이 사슬 그림을 제시해주고 실제 생태계와 포식-피식 시뮬레이션 프로그램은 각각 어디해 해당하는지 질문하고 두 가지 생태계 중 안정된 생태계는 어떤것인지 그 이유를 발표해보도록 하게 한다. 유의사항 그림이 무엇인지 질문하여 학 생들의 흥미를 불러일으킨다. 부산대학교 과학영재교육원 55 ５. 생명과학 ② ∙ 교사는 토끼굴의 그림을 제시해주고 실제 생태계에서는 피식자가 포식자로부터 피할 수 있는 은신처가 존재함을 지적해준다. ∙ 교사는 생태계에 영향을 줄 수 있는 여러 가지 요인이 존재함을 언급하고, 생태계에 영향을 미치 수 있는 요인은 무엇이 있는지 모둠별로 토의 후 발표해보게 한다. 유의사항 2. 문제에 대한 해결책 탐구 및 최적화 ∙ 다른 모둠이 발표한 내용의 문제점을 제시할 수 있도록 허용적인 분위기를 조성해준다. ∙ 처음에 보여주었던 ‘염소를 잡아라’ 동영상과 관련하여 외딴섬이 ∙ 최종 발표 후 교사는 학생들 의 개념이해를 점검해볼 수 있으며 학습한 내용에 대해 개념도를 작성하고 발표해보 는 시간을 가져보면 학습한 내용을 명료화하는데 도움이 될 수 있다. 위해서 어떤 방안을 세워야 할지 모둠별로 토의한 후 발표해보게 다양한 생물이 공존하는 즉 종다양성이 풍부한 생태계를 유지하기 한다. ∙ 각 모둠은 모둠별로 발표한 내용의 한계점이나 개선점을 개별적으로 적어본다. ∙ 다른 모둠이 지적해준 내용을 종합하여 최종적으로 생태계를 오랫동안 유지하기 위한 방안에 대해 모둠별로 토의한 후 발표해보게 한다. 평가하기 1. 학습자의 자기 평가 평가 기준 평가 문항 생태계 평형의 개념에 대해 이해했는가? 인 지 적 영 역 정 의 적 영 역 상 중 하 (상) (중) (하) 생산자, 1차 소비자, 2차소비자가 각각 늘어났을 경우 또는 줄어들었을 (상) (중) (하) 경우 생태계가 어떻게 변화하는지 설명할 수 있는가? 생태계에 영향을 줄 수 있는 요인에 대해 설명할 수 있는가? (상) (중) (하) 시뮬레이션 프로그램을 통한 탐구에 적극적으로 참여하였는가? (상) (중) (하) 모둠별 토론 과정에서 자신의 의견을 적극적으로 제시하였는가? (상) (중) (하) 다른 모둠이 발표할 때 경청하였으며, 다른 모둠의 의견을 비판적으로 (상) (중) (하) 수용하였는가? 56 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 2. 교사 평가 평가 기준 산출과정 해 결 책 제 시 평가 문항 점 수 염소가 들여왔을 경우, 늑대가 들여왔을 경우 생태계 변화에 대해 근거 를 들어 예상하였는가? (1) (2) (3) 실제 생태계에서 시간에 따른 풀-토끼-늑대의 그래프가 왜 이런 모양 으로 나왔는지 적절한 근거를 들어 추론하였는가? (1) (2) (3) 숲의 크기가 줄어들었을 때 그래프가 왜 이런 모양으로 나왔는지 적절한 근거를 들어 추론하였는가? (1) (2) (3) 카이바브 고원에서 늑대 사냥으로 인한 그래프 변화의 이유에 대해 적절 한 근거를 들어 설명하였는가? (1) (2) (3) 생태계에 영향을 줄 수 있는 여러 가지 요인에 대해 다양하게 설명하였 는가? (1) (2) (3) 시뮬레이션 프로그램의 변인을 상황에 맞게 조절하였는가? (1) (2) (3) 그래프를 그릴 때 x축과 y축에 변인을 제대로 기입하였는가? (1) (2) (3) 생태계 평형 유지를 위한 방안으로 다양한 해결책을 근거를 들어 제시하 였는가? (1) (2) (3) 다른 모둠이 지적해준 내용을 적절히 반영하여 최종적인 해결책을 제시 하였는가? (1) (2) (3) 부산대학교 과학영재교육원 57 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 틴커캐드 프로그램을 이용한 생태통로 설계 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 틴커캐드 프로그램을 이용한 생태통로 설계 이름 주요 과목 생물 관련 단원 생태계와 상호작용 관련 과목 생명과학1 관련 단원 생물 다양성 보존 STEM 요소 S, E 지역 개발자 무분별한 개발로 인해 서식지가 단편화 되었을때의 문제점을 탐구하며, 해 주요 수업 결방안으로 생태통로를 설계한다. 생태통로 설계시 다양한 변인들을 고려 개요 하며, 이를 바탕으로 틴커캐드 프로그램을 이용하여 3D 형태로 최적의 생 태통로를 구현한다. 1차시 : 서식지 단편화로 인한 문제점 탐구 및 우리 지역의 생태통로 탐색 및 효용성 확인 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 생태통로에 대한 심화 탐구 및 보조시설 탐구 3차시 : 틴커캐드 프로그램에 대한 이해 4차시 : 틴커캐드 프로그램을 활용하여 3D 모델링을 통한 생태통로 설계 5차시 : 설계한 생태통로에 대한 평가 및 문제점 보안을 통해 최적의 생태 통로 설계 생명과학 생태통로 설계하기 - 생물다양성을 사수하라! 1 1. 서식지 단편화의 개념과 문제점을 인식한다. 1 2. 다양한 생태 통로의 기능과 장단점을 파악한다. 1 2 3 4 D C B A 학습 목표 1. 서식지 단편화의 개념과 문제점을 인식한다. 2. 다양한 생태 통로의 기능과 장단점을 파악한다. 준비물 서식지 파괴 관련 동영상, 서식지 단편화에 대한 개념 학습지, 생태 통로 개념에 대한 설명자료, 생태 통로 조사 결과 정리 자료. 상황제시 1. 모둠구성활동 ∙ 모둠 정하기 활동지에 나온 그림으로 4인 1모둠 정하기 2. 서식지 파괴에 대한 동영상 시청 유의사항 ∙ 모둠 정하기 파일 참고 동영상 출처 ∙ 조별로 다른 동영상 시청, 내용 요약 ∙ 서식지 파괴: ① 서식지 파괴에 따른 야생동물 멸종위기, 그에 대한 대책 동영상 https://youtu.be/QCYiaCIUG fk - 의왕 왕송호수의 두꺼비 로드킬 사례 - 안산 도심의 금개구리 보호 사례 ② 생물 다양성 감소 위기 - 농지 증가를 위한 천연림의 감소 - 그 결과 : 서식지 파괴 ➜ 생물 다양성 감소 ➜ 생물의 대멸종?? ∙ 다양성 감소 위기: https://youtu.be/o3h4DJArG vo ∙ 전염병: https://youtu.be/VYpOMXQ pcyE 인류의 멸종?? ③ 서식지 파괴와 전염병 - 서식지 파괴로 인해 병원체와 인간의 접촉이 잦아짐 - 병원체의 유전적 다양성이 증가함 부산대학교 과학영재교육원 41 4. 생명과학 ① 문제정의와 제한조건 확인 유의사항 ∙ 모둠 정하기 파일 참고 1. 서식지 단편화로 일어나는 문제점 발표 및 토의 ∙ 동영상에 나타난 서식지 단편화의 문제점 발표 - 생존 터전의 파괴, 보존의 중요성 - 서식지 파괴로 인한 생물 다양성의 감소와 멸종 가능성 - 전염병의 발생 빈도 증가 ∙ 이를 해결하는 방법에 대한 토의 - 자연 환경의 보호, 적절한 개발, 생태통로 건설 2. 서식지 단편화에 대한 보완책 - 생태통로 ∙ 생태통로란 무엇인가? (인터넷 검색) - 종류, 특징과 장단점, 위치와 이용하는 생물, 이용률 등 - 생태통로 현황 검색 서비스 이용 ∙ 생태통로 상세정보, 모니터링 결과 부분을 참고 유의사항 ∙ 생태통로 검색 서비스 https://www.nie-ecobank.kr/ wildlifecrossing/index.do 42 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 생태통로 설계하기 - 생물다양성을 사수하라! 2 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1 2 3 4 D C 학습 목표 B A 준비물 생태통로 개념 학습지, 생태통 로 조사 결과지, 생태통로 설계 에 대한 환경부 고시 자료 1. 생태통로 개념을 학습한다. 2. 다양한 변인을 참고로 생태통로 유형을 결정한다. 정보 수집 재료 탐색 1. 생태통로 조사 결과지와 개념 학습지를 토대로 생태통로에 대한 개념을 정리 2. 생태통로 설계 유형을 결정 ∙ 서로 다른 3곳의 지도를 제시, 각 지역에 알맞은 생태통로를 생각 고속도로가 지나가는 곳 댐(또는 하구 둑)이 있는 곳 지방도로가 지나가는 곳 ∙ 자기 모둠이 결정한 생태통로 유형에 대한 이유, 장점, 적합성 등에 대한 토론 ∙ 자기 모둠이 설계할 생태통로를 결정함 ∙ 생태통로 결정시 연꽃기법 활용해서 토론 - 생태통로 결정시 고려할 사항 : 재료, 장소, 모양, 이용 동물, 주변상황, 보조 장치 등 ∙ 생태통로 설계시 제한사항 - 동물 종류 - 자연스럽게 숲 처럼 만드는게 필요 부산대학교 과학영재교육원 43 4. 생명과학 ① 3 4. 해결책 탐색 1 2 3 4 준비물 모델링 프로그램(TinkerCad), D C B 학습 목표 1. TinkerCAD 프로그램의 기초 사용법 배우기 2. TinkerCAD 프로그램을 사용하여 다양한 3D 물체 만들어보기 유의사항 해결책 설계 ∙ TinkerCAD 홈페이지 https://www.tinkercad.com ∙ 실습을 할 때 노트북 또는 테 블릿이 부족한 경우가 생길 수 있으므로 모둠별로 몇몇 학생이 방관자가 되지 않고 산출물 제작에 적극 참여하 도록 역할을 부여하거나 순 서를 정하여 사용할 수 있도 록 지도한다. 1. TinkerCAD 프로그램 배우기 ∙ TinkerCAD 홈페이지 학생회원 가입 ∙ TinkerCAD 프로그램 배우기 ① 동영상 강의를 통해서 배우기 - 기초 사용법 익히기 https://www.youtube.com/watch?v=cxEA4Yq3dE4 https://www.youtube.com/watch?v=FvmEAU0l8aE https://www.youtube.com/watch?v=X5_rp__lZFA ② 유인물 자료를 참조해서 배우기 2. 프로그램을 사용하여 다양한 물체를 3D로 만들어보기 44 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 A 생태통로 설계하기 - 생물다양성을 사수하라! 4 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 / 4. 최적화 1 2 3 4 D C B A 학습 목표 1. TinkerCAD 프로그램으로 생태통로를 설계한다. 2. 설계한 생태통로에 대한 장단점을 검토한다. 준비물 모델링 프로그램(TinkerCAD) 유의사항 해결책 설계 ∙ TinkerCAD 홈페이지 1. 자기 모둠의 생태통로를 설계 ∙ 검토해야 할 변인 : 이동할 동물 설정, 위치, 구조, 크기, 길이, 재료 등 ∙ 변인들을 바탕으로 구체적인 생태 통로 설계 - 환경부 고시와 생태통로 학습 자료를 참고 ∙ 설계 후, TinkerCAD 프로그램을 사용하여 자신들의 설계 모습을 모형으로 제작함 2. 자기 모둠의 생태통로 설계 결과의 장단점을 검토함. https://www.tinkercad.com ∙ 참고자료 - 환경부 고시 자료 참고 - 생태통로 가이드라인 ∙ 패들렛을 이용하여 설계한 생태통로를 단계에 따라 올 리도록 하면 시간에 따른 변 화과정을 확인할 수 있으며 서로 다른 모둠원들끼리 산 출물을 쉽게 공유할 수 있다. ∙ 4색 사고 모자 활용 - 각자 창의적, 중재와 정리, 긍정적, 부정적 역할을 맡아서 자신의 의견을 다양하게 제시해보기 ∙ 패들렛 https://ko.padlet.com/ ∙ 4색 모자 사고 - 파랑 모자 - 창의적 아이디어 : 새로운 의견 제시하는 역할 - 초록 모자 - 긍정적 아이디어 : 장점 제시하는 역할 - 노랑 모자 - 부정적 아이디어 : 단점 제시하는 역할 - 보라 모자 - 중재와 정리 : 각 의견을 수합, 통합하는 역할 부산대학교 과학영재교육원 45 4. 생명과학 ① 5 4. 최적화 1 2 3 4 D 준비물 모델링 프로그램(TinkerCAD) 을 사용한 생태통로 설계 산출물 C B A 학습 목표 1. 설계한 생태통로를 발표한다. 2. 자기 모둠에서 설계한 생태통로에 대해 피드백 결과를 반영하여 최적화시킨다. 유의사항 해결책 설계 ∙ TinkerCAD 홈페이지 https://www.tinkercad.com 1. 자기 모둠의 생태 통로 설계 산출물 발표와 개선 ∙ 평가 기준을 참고하여 발표 준비 ∙ 참고자료 - 환경부 고시 자료 참고 - 생태통로 가이드라인 ∙ 최종 발표 후 교사는 학생들 의 개념이해를 점검해볼 수 있으며 학습한 내용에 대해 개념도를 작성하고 발표해보 는 시간을 가져보면 학습한 내용을 명료화하는데 도움이 될 수 있다. ∙ 생태 통로 설계안 발표 ∙ 다른 모둠의 피드백 수집 및 검토, 개선 공학 설계 과정 문제정의/ 제한조건 평가 기준 A: 해당 지역의 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향을 고려하여 문제점이 무엇인지 명확하게 제시함 B: 해당 지역의 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향이 무엇인지를 명확하게 설명함 C: 해당 지역의 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향이 무엇인지를 막연하게 설명함 D: 해당 지역의 서식지 단편화가 생태계에 미치는 문제를 파악하지 못함 정보수집/ 재료탐색 A: 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향과 그에 따른 문제들과 명확하게 연관된 정보 들을 수집함 B: 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향과 문제에 대한 정보를 수집함 C: 서식지 단편화가 생태계에 미치는 문제에 대한 정보를 수집함 D: 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향이나 문제와 상관없는 정보를 수집함. A: 생태 통로에 대한 서로 다른 해결책들의 장점을 모아서 창의적인 새로운 생태 통로를 설계함 해결책 설계 B: 생태 통로 설계시, 전체 문제를 작게 나누어 각 부분에 대한 해결책을 고려하여 설계함 C: 활용 가능한 여러 생태 통로에 대한 연구와 탐색 결과로 설계함 D: 활용 가능한 생태 통로를 설계함 A: 설계한 생태 통로를 평가하고 그 결과를 반영하여 생태 통로 설계를 변경함 최적화 B: 설계한 생태 통로의 장단점을 평가함. C: 설계한 생태 통로의 장점만을 파악함 D: 생태 통로에 대한 검토가 없음 2. 피드백을 참고하여 최종 생태통로 산출물 완성 46 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 전자 회로 시뮬레이터를 이용한 반도체의 이해와 창의적 활용 경북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램 전자 회로 시뮬레이터를 이용한 반도체의 이해와 창의적 활용 이름 Ⅱ. 물질과 전자기장/ 1. 물질의 전기적 특성/ 주요 과목 물리학Ⅰ 관련 단원 관련 과목 정보 관련 단원 Ⅳ. 컴퓨팅 시스템/ 2. 피지컬 컴퓨팅 STEM 요소 S, T, E 지역 개발 차시 04. 반도체 4 주 개발자 반도체의 물리학적 이해를 바탕으로 생활 속 문제 해결을 위해 전자 회로의 원리 이해, 설계 및 제작, 활용에 대한 탐구를 수행한다. 학습한 개념과 원리를 적용하여 생활 속 문제를 해결할 수 있는 전자 회로 제작에 대한 아이디어를 토의하고 전자 회로 시뮬레이터를 이용하여 회로를 직접 주요 수업 설계 및 성능 개선 과정을 수행한다. 설계를 기반으로 실제 회로를 제작 개요 및 개선 과정을 수행한다. 제작한 전자 회로의 성능과 활용도에 대한 평가 및 발표(문제 해결 과정, 산출물의 작동 원리, 활용 사례 등)를 통해 학습한 개념이 어떻게 적용되어 문제가 해결되는지를 이해한다. 문제 해결 과정에서 역할 분담을 통해 관련 진로/직업에 대해 탐색하고, 제작한 전자 회로를 희망 진로 분야와 관련지어 활용 가능성을 탐색한다. 1차시 차시별 2차시 전자 회로 시뮬레이터(ThinkerCAD Circuit Simulating)를 이용한 반도체의 원리 탐구와 가상 전자 회로 시뮬레이션 학습 전자 회로 시뮬레이터를 이용하여 생활 속 문제상황을 해결할 수 있는 전자 회로 설계 및 개선 주요내용 (키워드 위주) 3차시 4차시 반도체 소자를 이용하여 생활 속 문제를 해결할 수 있는 전자 회로 제작 문제해결 과정과 관련된 직업에서의 활용 방안 탐색과 진로 연계 문제해결 과정과 산출물에 대한 평가 및 발표 차 시 1 전자 회로 시뮬레이터를 이용한 반도체의 이해 ■ 학습 목표 1. 반도체를 활용한 다이오드의 원리를 말할 수 있다. 2. 전자 회로 시뮬레이터(ThinkerCAD Circuit Simulating)를 이용하여 다이오드의 정류작용을 구현할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 반도체, 다이오드, 교류, 정류작용, LED(Light Emitting Diode) 1. 전자 회로 시뮬레이터(ThinkerCAD Circuit Simulating) 예제 실습 가. 전자 회로 시뮬레이터(ThinkerCAD Circuit Simulating)의 설치 1) Tinkercad는 전 세계 사람들이 생각하고, 만들고, 제작할 수 있도록 도와주는 무료 온라인 소프트웨어 도구 집합으로, 3D 디자인, 엔지니어링 및 엔터테인먼트 소프트웨어의 선두 기업인 Autodesk에 대한 이상적 인 입문 도구이다. 2) Thinkercad의 회로 시뮬레이터인 Circuits은 오토데스크(Autodesk)라는 회사에서 제공하는 시뮬레이션 도구입니다. 기본적인 회로 부품(전선, 저항, 콘덴서 등)은 물론 센서보드(아두이노 등)까지 연결하여 작동시켜 볼 수 있다. 3) 실행과정을 프로그래밍하여 제작도 가능한데 텍스트 기반 프로그래밍 언어도 사용할 수 있으며 블록 기 반 프로그래밍 언어(Scratch)도 지원한다. 4) ThinkerCAD Circuit Simulating 실행 가) 사이트 접속(https://www.tinkercad.com/) - 39 - 차 시 2 반도체의 창의적 활용(반도체의 활용 사례 탐색 및 시뮬레이션) ■ 학습 목표 1. 전자 회로 시뮬레이터를 이용하여 생활 속 문제를 해결할 수 있는 전자 회로를 설계할 수 있다. 2. 아이디어 협의 및 산출 과정에서 의사소통과 협력적 태도를 기를 수 있다. ■ 주요 학습 개념 반도체 소자(다이오드, 발광다이오드(LED), 광다이오드) ■ 활동지 1단계 문제 상황 인식하고 선택하기 다음은 일상생활 속에서 경험해 볼 수 있는 문제 상황이다. 상황1. LED를 이용한 장치(크리스마스트리) 민준이는 LED를 깜빡이는 회로에 관해서 공부하고 다가오는 크리스마스를 위해 LED를 사용하여 트리를 만들고 싶다고 생각했다. LED를 이용한 장치를 설계하고 만들어보자. int led = 3; void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } void loop() { ▲ 문제 상황 구성요소 Arduino UNO R3 LED 저항(레지스터) 수량 1 여러개 여러개 digitalWrite(led, HIGH); delay(500); 규격 220Ω digitalWrite(led, LOW); delay(500); } ▲ 구성요소 목록 예시 ▲ 아두이노 코드 예시 상황2. 햇빛에 따라 작동하는 장치(어두울 때 켜지는 조명) 지우는 방에 누워 책을 읽고 있다가 어두워져 불을 켜려고 한다. 일어나기가 귀찮은 지우는 어두울 때 저절로 켜지는 조명을 만들고 싶다고 생각했다. 조도 센서를 이용하여 햇빛에 따라 작동하는 장치를 설계하고 만들어보자. void setup() {Serial.begin(9600); pinMode(6,OUTPUT); pinMode(A0,INPUT);} ▲ 문제 상황 구성요소 Arduino UNO R3 저항(레지스터) 조도 센서 저항(레지스터) LED 수량 1 1 1 1 1 void loop() 규격 10kΩ 220Ω {int light = analogRead(A0); Serial.println(light); if(light<120) {digitalWrite(6,HIGH); } else {digitalWrite(6,LOW);}} ▲ 구성요소 목록 예시 ▲ 아두이노 코드 예시 - 48 - 차 시 3~4 반도체의 창의적 활용(문제 인식과 반도체를 활용한 창의적 전자 회로 설계 및 개선 ) ■ 학습 목표 1. 문제를 인식하고, 문제를 해결할 수 있는 전자 회로를 설계 및 개선할 수 있다. 2. 다양한 진로 분야에서 활용 방안을 발견할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 1. 반도체 소자(다이오드, 발광다이오드(LED), 광다이오드) 2. 전자 회로의 작동 원리(전압, 전류, 저항) ■ 활동지 1단계 문제 인식: 문제 상황을 찾기 자신의 관심 분야 또는 진로 희망 분야에서 전자 회로를 이용하여 해결할 수 있는 문제 상황을 찾아보자. (작성 예시) 농사를 지을 때 흐린 날에는 식물의 생장이 느려질 수 있다. 구름에 의해 흐린 경우도 있지만, 최근에는 대기 오염에 의해 햇빛의 양이 줄어드는 경우도 많이 발생한다. 식물의 생장을 돕기 위해 일정한 밝기를 유지하는 장치를 만들고 싶다고 생각했다. 해결하고 싶은 문제 상황 2단계 역할 분담 문제 해결을 위해 필요한 역할을 토의하여 정리하고, 각자 자신의 역할을 선택해보자. 1. 필요한 역할: 예시) 물리학자, 전자공학자, 컴퓨터공학자(프로그래머), 디자이너, 최고 창의성 책임자(CCO, chief creative officer) 등 2. 역할 분담 모둠원 이름 역할 김OO 물리학자 최OO 전자공학자 박OO 컴퓨터공학자 정OO 디자이너 이OO CCO 해야 할 일 (작성 예시) 전자 회로의 작동 원리 탐구, 반도체 소자의 작동 원리 탐구 (작성 예시) 전자 회로 설계, 전자 회로 제작 (작성 예시) 문제 해결 과정 순서도 작성, 아두이노 코드 작성 및 업로드 (작성 예시) 문제 해결을 위한 디자인, 틴커캐드를 활용한 3D 디자인 (작성 예시) 작품 개선 및 발전, 창의적 아이디어 제안 및 수렴 - 59 - 차 시 반도체의 창의적 활용(반도체를 활용한 창의적 전자 회로 제작) 5 ■ 학습 목표 1. 반도체 소자를 이용하여 문제를 해결할 수 있는 전자 회로를 제작할 수 있다. 2. 제작한 전자 회로의 작동 원리를 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 1. 반도체 소자(다이오드, 발광다이오드(LED), 광다이오드) 2. 전자 회로의 작동 원리(전압, 전류, 저항) ■ 활동지 1단계 제작하기 1. 회로 제작하기 반도체 소자, 아두이노 등을 이용하여 설계한 전자 회로를 만들어보자. 2. 결과 확인 및 문제 해결 실험 및 작동 결과를 확인하고 회로를 제작하는 과정에서 발생한 문제점을 해결해보자. version 문제점 해결 방법 1 (작성 예시) 아두이노 코드가 업로드되지 않음 2 (작성 예시) LED에 불이 꺼지지 않음 3 (작성 예시) 켜지지 않는 LED가 있음 (작성 예시) 코드에 오류가 있는지 확인하고 노트북과 아두이노의 연결 포트를 확인한다. (작성 예시) 실제 환경에서 빛의 밝기에 따른 입력값 을 확인하고 아두이노 코드를 수정한다. (작성 예시) 순방향 전압과 연결 도선을 확인한다. 2단계 결과 정리 및 작동 원리 설명 1. 회로 설계, 회로 제작, 작동 원리, 코드 등을 정리하여 표를 작성해보자. ▲ 회로 설계(예시) ▲ 회로 제작 - 62 - 차 시 결과 발표 및 공유의 장 6 ■ 학습 목표 발표 및 평가를 통하여 다른 모둠의 아이디어를 공유하고 문제 해결 능력을 신장시킬 수 있다. ■ 주요 학습 개념 전자 회로, 전자 공학, 전자 시스템, 사물인터넷(IOT) ■ 활동지 1. [활동 결과 발표하기] 활동지를 바탕으로 모둠에서 제작한 전자 회로에 대해 발표해 봅시다. (발표 내용 예시) -최고 창의성 책임자(CCO, chief creative officer): 모둠의 이름, 어려웠던 점, 보완 해야 할 점, 느낀 점 등 모둠에서 제작한 전자 회로에 대한 설명 -물리학자: 전자 회로의 원리 등 -전자공학자: 전자 회로의 장단점 등 -엔지니어: 제작시 고려한 점, 제작하며 느낀 점 등 -디자이너: 전자 회로 구성의 디자인 장점, 기기의 외관 등 -컴퓨터공학자(프로그래머): 코딩 과정 등 수업 Tip  학생들이 발표를 위해 프레젠테이션 자료나 대본 작성에 시간을 쓰는 경우가 많은데 수업 차시 내에 발표 자료를 제작하는 과정은 포함되어 있지 않다. 시간이 충분하다면 발표 자료를 제작하는 시간을 추가할 수 있으나 시간이 여의찮다면 작성한 활동지를 한글 프로그램에서 [도구]-[프레젠테이션]-[프레젠테이션 실행]을 통해 발표 자료로 활용 할 수 있다. 2. [활동 결과 공유하기] 다른 모둠의 전자 회로 제작에 대한 발표를 듣고 1개를 선택하여 의견을 적어 봅시다. -우수한 점: 다른 모둠에서 제작한 전자 회로의 우수한 점과 궁금한 점 -궁금한 점 : - 64 -