코딩-마이크로컨트롤러 수학으로 신호등 만들기 강원대학교 과학영재교육원 2024 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 1 프로그램 개요 학교급 프로그램명 중학교 1-2학년 코딩-마이크로컨트롤러 수학으로 신호등 만들기 1. 프로그램 소개 창의·융합형 미래인재를 양성하기 위해 수학교육에서의 디지털 활용 융합교육의 적용을 고려해야 한다. 본 프로그램에서는 코딩과 마이크로컨트롤러를 활용한 수학 프로젝트 학습을 통해 수학과 디지털 도구의 연결을 유도하여, 다양한 상황에서의 수학적 문제 해결 및 활용 능력을 키우도록 한다. 특히, 신호등을 주제로 하여 수학적으로 신호등의 모양과 신호체계를 표현해보고 교통법규 등 실생활과 연결해본다. 2. 프로그램 개요 구분(단계) 관련 교육과정 프로그램 목표 중등 심화(사사) 분야 중1-2 수학 영역 수학 개발 차시 3차시 평면도형 경우의 수와 확률 신호등을 디자인하고 만드는데 코딩-마이크로컨트롤러를 수학과 연결하고 표현한다. 3. 프로그램 차시별 내용 차시 주요 활동/내용 • 신호등과 수학 1 - 교통 법규와 신호등 조사하고 이해하기 - 다각형의 내각과 외각 이해하기다. 2 3 • 코딩으로 신호등 디자인하기 - 다각형의 내각과 외각 개념을 활용하여 신호등 디자인 코딩하기 • 마이크로컨트롤러로 신호등 점화하기 - 점화 순서, 시간을 고려한 코딩-마이크로컨트롤러 신호등 만들기 준비물 컴퓨터 활동지 컴퓨터, 아두이노, 활동지 컴퓨터, 아두이노, 활동지 3 2024 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 2 관련 교과 학습 목표 핵심 역량 차시별 교수· 학습 지도안 중1 수학 영역 평면도형 수업 차시 1~2 / 3 (해당/전체) (신호등 디자인하기) 코딩을 활용해 다각형의 외각과 내각을 알고 표현한다. ∨ 창의적 문제해결 능력 □ □ 자연현상의 기술공학적 적용 □ 고등 수학적 추론 능력 □ 학문적 개념의 통합적 활용 □ 융합 및 응용 능력 □ 과학적 개념의 실생활 응용 ∨ 수학적 의사소통 및 협업 능력 □ □ 학습활동을 통한 첨단과학기술의 이해 ∨ 정보처리 및 도구 활용 능력 □ □ 기타( ) ∨ 수학적 태도와 실천 의지력 □ □ 기타( 주요 교수 방법 ) ∨ 설명식 교수 □ □ 토의·토론 학습 □ 협력 학습 □ 탐구 학습 ∨ 프로젝트 학습 □ ∨ 모델링 □ □ 놀이 및 게임 학습 □ 기타( 수업단계 ) 교수⋅학습 활동 수업자료 및 유의점 (교통법규와 신호등) 상황제시· 자료탐색 (20분) 1. 우리가 반드시 지켜야할 교통 법규에 대해 조사해보기 (예. 신호 준수, 속도, 어린이 보호구역 등) 2. 우리 주변의 신호등과 표지판을 관찰하고 그 의미를 조사해보기 - 활동지 1번 (다각형의 내각의 합·외각의 합) ※ 코딩을 활용한 다각형 작도는 다각형의 내각의 크기, 외각의 크기를 활용 하므로 해당 수학 개념을 지도 (n각형의 내각의 크기의 합) =  ×     수학 탐험 (30분)  ×     (정n각형의 한 내각의 크기) =   (n각형의 외각의 크기의 합) =   (정n각형의 한 외각의 크기) =   (수학활동) 내가 찾은 표지판의 내각의 크기와 외각의 크기에 대해 알아봅 시다. 4 활동지 2024 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 (다각형 그리기) ※ 코딩 프로그램을 통해 다각형을 그리기 1. 정오각형, 정육각형, 정칠각형 그리기 스크래치 코딩 탐험 (30분) 또는 2. 다각형의 내각, 외각의 크기 식을 활용한 코드로 정n각형 그리기 알지오매스, 활동지 3. 신호등 디자인하기 - 코딩을 이용하여 2번에서 디자인한 신호등을 그려보기 - 조건 (1) 신호등의 모양은 정다각형이다. (2) 각각의 신호등 모양은 다르다. (3) 각각의 신호등 색깔은 다르다. (4) 코드에는 다각형의 외각과 관련된 식이 포함되어야 한다. 발표 (10분) • 디자인한 신호등 발표하기 - 구성한 코드와 함께 신호등의 모양 및 색 배치 등에 대해 발표 스크래치 또는 알지오매스 5 2024 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 관련 교과 학습 목표 핵심 역량 중2 수학 영역 경우의 수 수업 차시 3 / 3 (해당/전체) (신호등 점화하기) 마이크로컨트롤러를 활용해 경우의 수를 고려하여 신호등 점화를 표현 한다. ∨ 창의적 문제해결 능력 □ □ 자연현상의 기술공학적 적용 □ 고등 수학적 추론 능력 □ 학문적 개념의 통합적 활용 ∨ 융합 및 응용 능력 □ □ 과학적 개념의 실생활 응용 ∨ 수학적 의사소통 및 협업 능력 □ □ 학습활동을 통한 첨단과학기술의 이해 ∨ 정보처리 및 도구 활용 능력 □ □ 기타( ) ∨ 수학적 태도와 실천 의지력 □ □ 기타( 주요 교수 방법 ) ∨ 설명식 교수 □ □ 토의·토론 학습 □ 협력 학습 □ 탐구 학습 ∨ 프로젝트 학습 □ ∨ 모델링 □ □ 놀이 및 게임 학습 □ 기타( 수업단계 ) 교수⋅학습 활동 수업자료 및 유의점 (코딩-마이크로컨트롤러 연결하기) ※ 활동에 필요한 아두이노 재료의 역할을 제시하고, 아두이노 소프트웨어를 설치하여 코딩에 따른 마이크로컨트롤러 출력 원리를 설명 1. 아두이노 소프트웨어 (Ar duino I DE) 설치 웹사이트: www.ar duino.cc 2. 아두이노 재료와 그 역할 아두이노 우노 브레드보드 마이크로 컨트롤러 LED 이해하기 (10분) 저항 점프선 다양한 연결핀을 가지고 있고 전류를 흘려보내는 역할을 함. 납땜을 하지않고 시험용 회로를 구성할 수 있도록 함. 아두이노, 긴 핀을 전원의 양극 (V OC, 5V ), 짧은 핀을 음극 브레드보드, (GND, 0V )으로 연결 전류의 양을 조절하는 역할을 함. 방향성이 없으므로 LED, 저항, VOC와 GND 어떤 방향으로도 연결 가능 전류를 이어주는 역할을 함 3. LED 점화를 위한 간단한 명령어 익히기 6 컴퓨터, 일반적으로 빨간선을 VOC, 파란선을 GND에 연결 전류가 흐르면 빛이나는 전자 부품, 방향성이 있으므로 점프선 2024 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 (LED 신호등 만들기) 1. LED 한 개 켜고 끄기 1-1. 마이크로컨트롤러 회로 구성하기 · LED의 긴 핀(+)을 아두이노 우노의 13번 핀에 연결 · LED의 짧은 핀(-)을 220 또는 330 Ohm 저항을 통해 GND에 연결 · 활동 예시 - 빨간색 LED 연결: 브레드보드에 LED 긴 핀을 31b에 연결, 짧은 핀을 30b에 연결 - 저항 연결: 저항이 LED 짧은 핀과 연결되도록 30a에 연결하고, 나머지 신호등 점화 (30분) 부분을 파란선 부분에 연결 - 점프선 연결: 저항을 음극과 연결하기 위해 점프선을 브레드보드 파란선 부분과 아두이노 우노의 GND 연결, 그리고 LED의 양극(긴 핀)을 아두 이노 우노 13번과 연결 1-2. 코딩과 마이크로컨트롤러 연결하기 각 코드의 의미를 생각해보기 (활동지) 2. LED 두 개 켜고 끄기 2-1. 마이크로컨트롤러 회로 구성하기 · 1-1을 유지 · LED의 긴 핀(+)을 아두이노 우노의 10번 핀에 연결 · LED의 짧은 핀(-)을 220 또는 330 Ohm 저항을 통해 GND에 연결 7 2024 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 3 평가 계획 및 기준안 프로그램 명 관련 교과 학습 목표 코딩-마이크로컨트롤러 수학으로 신호등 만들기 중1-2 수학 영역 평면도형 수업 차시 경우의 수 (해당/전체) 3 / 3 신호등을 디자인하고 만드는데 코딩-마이크로컨트롤러를 수학과 연결하고 표현한다. ˙ 다각형의 내각과 외각 평가 내용 ˙ 경우의 수 ˙ 수학적 창의·융합 역량 평가 방법 자기평가, 관찰평가 (다각형의 내각과 외각) 1. 정칠각형의 내각의 합과 외각의 합을 구하시오. 2. 정칠각형의 한 내각의 크기는 얼마인가? 3. 정칠각형의 한 외각의 크기는 얼마인가? (경우의 수) 1. 신호등이 3개가 있고 각 신호등은 빨강, 노랑, 초록 중 하나가 점화되어야 한다. 가능한 색 조합의 수는 몇 가지일까? <수학적 창의·융합 역량 평가 기준표> 요소 평가 기준표 산출물 수학적 정확성 창의성 참여 10 코딩과 마이크로컨트롤러가 잘 연결되어 목표 한대로 산출물이 나타났다. 다각형의 내각과 외각, 경우의 수를 올바르게 이해하고 코딩-마이크로컨트롤러 활동과 연결 하였다. 산출물을 창의적으로 연결, 표현하였다. 활동에 적극적으로 참여하였다. 미충족 ----- 충족