STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 블록 코딩을 이용한 미분, 접선의 방정식 그리기 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 주요 과목 관련 과목 충북대학교 과학영재교육원 수학 수학, 정보, 물리 S, T, E, 요소 M, I 주요 수업 개요 차시별 주요내용 (키워드 위주) 신규 블록 코딩을 이용한 미분, 접선의 방정식 그리기 STEM+I 주 개발자명 구분 (신규/수정보 완) 주요 적용 학년 고2 개발차시 4 주요 단원 함수/함수와 그래프/함수 관련 단원 함수와 그래프 적용 지역 보조 개발자 미분의 정의를 이용한 도함수와 접선의 방정식을 블록 코딩으로 그래프를 그려본다. 또한 물체의 속도, 가속도의 개념으로 확장시켜 코딩해 본다. 1차시: 미분의 정의를 응용한 도함수 코딩 (1) 2차시: 미분의 정의를 응용한 도함수 코딩 (2) 3차시: 도함수를 응용한 접선의 방정식 코딩 4차시: 물체의 속도 가속도의 개념을 코딩 (수학) 블록 코딩 미분, 접선의 방정식, 속도, 가속도 (7) 교수-학습 과정의 전개 학생용 활동지 수업일 1, 2차시: 미분의 정의를 응용한 도함수 코딩 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 미분의 정의를 알 수 있다. Ÿ 도함수의 개념을 알 수 있다. Ÿ 개념을 적용한 코딩을 작성하여 그래프를 그려볼 수 있다. 1, 2차시 [개념 도입 및 코딩으로 확장] 함수와 도함수의 코딩 ◆ 거리에 자동차 속도 측정기는 2가지로 나누어져 있다. 순간속도 측정기와 구간속도 측 정기이다. 구간속도 측정기는 평균속도를 측정하는 것으로 (총 이동거리)÷(총 걸린 시간) 이다. 순간속도 측정기는 그 지점을 지나는 순간속도를 측정하는 것이다. 그렇다면 순간속 도는 어떤 것일까? 그리고 시간-거리의 그래프에서 순간속도는 어떻게 나타낼 수 있을까? ◆ 평균속도와 순간속도의 차이점을 말해보자. 그리고 순간속도의 개념을 이야기해보자. 평균속도와 순간속도의 차이점을 자유 발표할 수 있도록 돕고 미분의 개념을 이해하도록 돕는다. ◆ 식으로 어떻게 나타낼 수 있을지 생각해보고 식으로 생각해보자. 미분의 식이라고 표현하지 않고, 순간속도의 식이라고 표현하여 학생들이 단계적으로 식을 표현해보도록 돕는다. ◆ 순간속도의 개념은 미분으로 이야기할 수 있다. 미분의 정의를 찾아보고 순간속도의 개 념과 연관지어 설명해보자. 그리고 도함수의 개념에 대해 알아보자. 미분 정의의 식을 식으로 이해하는 것을 넘어서 실제 구현된 물체의 움직으로 이해할 수 있도록 돕는다. - 19 - (수학) 블록 코딩 미분, 접선의 방정식, 속도, 가속도 학생용 3차시: 도함수를 응용한 접선의 방정식 코딩 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 접선의 방정식의 식을 구할 수 있다. Ÿ 그리기 메뉴를 사용하여 접선의 방정식 그래프를 구현할 수 있다. 3차시 [개념확장, 코딩으로 구현] 접선의 방정식 코딩 ◆ 접선의 방정식에 대한 개념을 이야기해보자. 그리고 지난시간 구현했던 함수의 한 점에 서 접선의 방정식을 구해보자.     ′        ′        ◆ 지난시간의 코딩 결과물에 이어 접선의 방정식을 구현할 수 있는 코딩을 구현해보자. 나 만의 블록으로 접선의 방정식 코딩을 해보자. ※ 접선의 방정식은 지난 차시에 만들었던 함수 블록과 도함수 블록을 모두 불러와 사용한다. 한 접점에서의 접선의 방정식을 그리는 알고 리듬이다. 한 접점에서 좌, 우로 일정구간(그 림에서는 25씩)을 잡아서 반복하기 제어문을 사용하여 그리기 메뉴로 한 개의 접선을 그린 다. 받는 매개변수는 함수의 점인 한 개의 접 점이다. - 22 - (수학) 블록 코딩 미분, 접선의 방정식, 속도, 가속도 학생용 4차시: 물체의 속도 가속도의 개념을 코딩 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 속도, 가속도 개념을 이해할 수 있다. Ÿ 물체의 움직임을 시간의 변화, 속도의 변화로 코딩하여 구현할 수 있다. Ÿ 미분과 관련지어 설명할 수 있다. 4차시 [개념의 확장, 탐구 및 적용] 속도, 가속도 ◆ 가속도는 어떤 것일까? 자동차의 가속 페달을 생각하며 가속도를 생각해보자. 그리고 속 도와 가속도의 개념을 미분과 관련하여 설명해보자. 속도는 시간의 변화, 그리고 가속도는 속도의 변화라는 것에 주목하여 변화라는 개념을 떠올리도록 돕는다. ◆ 가속도가 늘어나면 속도는 어떻게 될까? 가속도가 줄어들면 속도는 어떻게 될까? 가속 도가 0, 즉 속도의 변화가 없다면 물체의 운동은 어떻게 되는지 설명해보자. 속도의 변화는 가속도이다. 가속도의 음의 변화는 속도를 줄어들게 만든다는 것을 그리고 가속도 가 0이라는 것은 등속운동을 의미하는 것을 학생들의 발표와 토론을 통해서 자연스럽게 익히도록 돕는다. ◆ 스크래치에서 새로운 파일을 만들고 스프라이트에서 움직일 수 있는 물체와 배경을 선 택한다. 그리고 기본이 등속도 운동을 할 수 있도록 코딩해보자. 물체가 움직이는 것처럼 보이려면 벽에 닿았을 때 다시 처음위치로 와야 하므로 이동하기를 적용해보자. - 24 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 센서를 이용한 스마트 화분 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 주요 과목 관련 과목 센서를 이용한 스마트 화분 과학 생명과학, 정보 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 주 개발자명 구분 (신규/수정보 완) 주요 단원 신규 주요 적용 학년 중2 개발차시 8 생물의 구조와 에너지 컴퓨팅 시스템 관련 단원 적용 지역 보조 개발자 아두이노와 다이오드, 저항, 센서 등 다양한 요소를 이용하여 회로를 구 성하고 각각의 요소들을 작동하는 방법에 대해 학습한다. 학습한 내용을 바탕으로 센서와 모터를 활용하여 자동화 시스템을 구축한다. 센서를 이 주요 수업 개요 용해 토양의 습도를 인식하고 이에 따라 다이오드 점등, 모터 작동을 조 절하여 자동으로 작동하는 물주기 화분을 만들어보며, 아두이노 작동 원 리에 대한 이해와 자동화 시스템의 다양한 활용도에 대하여 학습하는 것 을 목표로 한다. 자동화 시스템 구축에 대한 이해로 산업기술 의발달과 변화에 대하여 적응하며 과학과 기술에 대한 긍정적 태도와 흥미를 유발 할 수 있을 것이다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 1~2차시: 아두이노에 대한 기초교육 3~4차시: 아두이노 기초교육을 기반으로 회로를 구성하고 프로그램 실습 5~6차시: 다이오드, 센서, 가변저항을 사용한 회로를 구성하고 동작시킴 7~8차시: 스마트화분 키트를 사용하여 회로를 구성하고 센서를 작동시킴 [생물] 센서를 이용한 스마트 화분 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 1차시: 아두이노 보드의 출력과 입력 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 아두이노 보드의 포트를 이해한다. § 아두이노 보드의 출력과 입력을 이해한다. § 아두이노 보드의 사용법을 익힌다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 [실험 안전 유의사항] § 보드 사용 시 모서리에 찔리지 않도록 주의한다. § 작은 부품을 잃어버리지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. ◆ 인간이 오감을 이용하여 주변 상황의 정보를 파악하는 것처럼 센서는 스마트 화분 이 자신의 작동을 결정하기 위하여 상황을 판단하는데 도움을 준다. 센서에는 어떠한 종류가 있고, 센서의 신호를 측정하여 어떻게 활용할 수 있는지 조사해보자. 센서 종류 활용 방법 광센서 빛의 밝기 측정 가변저항 전압 변화, 동작 변화 측정 온도센서 온도의 측정 전압센서 전압, 전기전도도 센서 - 18 - [생물] 센서를 이용한 스마트 화분 학생용 2차시: 센서의 의미와 측정 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 센서의 의미를 이해한다. § 직렬 저항의 전압 분할을 이해한다. § 센서의 측정 원리를 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 센서의 의미와 측정 원리 ◆ 전지의 저항을 직렬로 연결하고, 각 저항에 대한 전압을 측정하여 비교해보자. Ÿ 여러 개의 저항을 직렬로 연결하면 양 끝단에 가해진 전압이 각 저항에서 분할된다. Ÿ 저항을 지나는 전류의 양은 회로 전체에서 항상 동일하므로, 각 저항을 통과 하는 전압은 저항의 세기에 비례한다. Ÿ 크기가 같은 고정저항을 여러 개 연결한 후 전압계를 이용하여 각 지점과 음극(또는 접지) 사이의 전압 차이를 측정하여 이론치와 비교한다. - 22 - [생물] 센서를 이용한 스마트 화분 학생용 3차시: 여러가지 센서를 이용한 측정 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 다양한 센서의 종류를 이해한다. Ÿ 센서를 이용한 측정 방법을 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 여러가지 센서를 활용한 측정 ◆ 신호를 수신하는 방법을 고안해보자. CdS 광센서의 저항 특성을 조사해보자. Ÿ 자연계에서 발생하는 외부 신호에 대하여 전기적 특성이 달라지는 장치는 모두 일정한 특성에 대한 센서로 사용할 수 있다. Ÿ 센서를 구성하는 기본 회로는 큰 저항값을 가진 고정 저항과 센서를 직렬로 연결 한 후, 센서 양단의 전압을 측정하는 것이다. Ÿ CdS 광센서는 빛의 세기에 따라서 저항값이 변하는 반도체이다. 따라서 광량에 따른 CdS 양단의 전압을 비교하면, 조도 변화를 측정할 수 있다. - 24 - [생물] 센서를 이용한 스마트 화분 학생용 4차시: 자동화분 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 다지털 출력을 이용한 모터 제어의 원리를 이해한다. Ÿ 토양습도센서를 이용하여 자동화분을 제작한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 자동화분 만들기 ◆ 스마트 화분을 설계하고 제작해보자. 릴레이의 원리를 알아보고 릴레이로 LED를 켜 고 끄는 프로그램을 작성해보자. Ÿ 릴레이는 전동 스위치를 이용하여 회로의 차단을 조절하는 장치이다. Ÿ 화분에 물을 공급하기 위한 워터펌프를 구동하기 위해서는 별도의 모터 전용전원이 필요하다. Ÿ 아두이노에서 릴레이의 전동스위치를 ON, OFF 구동함에 따라서 워터펌프에 전원을 공급하거나 차단할 수 있다. ◆ 릴레이로 물펌프를 작동시키는 회로와 프로그램을 작성해보자. void setup() { pinMode(11, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(11, HIGH); delay(1000); digitalWrite(11, LOW); delay(1000); } - 26 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 생태계 물질 순환의 공학적 접근 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 (신규/수정보 완) 스마트팜 주요 과목 생물 주요 단원 관련 과목 생물, 정보 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 개요 주요 적용 학년 고 개발차시 4 생물의 구조와 에너지 컴퓨팅 시스템 적용 지역 보조 주 개발자명 주요 수업 신규 개발자 물질의 순화 (탄소 순화, 질소 순환) 피지컬 컴퓨팅 (아두이노 활용) 나만의 스마트팜 구성하기 1차시: 생태계에서 물질이 생산되어 순환하는 원리 이해하고 물질 순환에 서 탄소 순환과 질소 순환을 설명할 수 있다. 스마트팜 기술을 활용한 농업이 생태계에 미칠 영향을 객관적인 근거를 차시별 주요내용 (키워드 위주) 제시하여 설명할 수 있다. 2차시: 코딩과 아두이노를 이해하고 기본 프로그램 설치 및 기초 컴퓨팅 언어를 학습 하여 적용할 수 있다. 3차시: 아두이노 키트를 활용한 화분 자동 급수 장치를 만들고 구현과정에 발생하는 문제점을 해결할 수 있다. 4차시: 아두이노를 활용한 친환경 스마트 팜 구축을 위한 모둠별 프로젝트를 기획할 수 있다 (생물) 생태계 물질 순환의 공학적 접근 (7) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 물질의 순환 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 생태계에서 물질이 생산되어 순환하는 원리를 이해하고 물질 순환에서 탄소 순환과 질소 순환을 설명할 수 있다. Ÿ 스마트팜 기술을 활용한 농업이 생태계에 미칠 영향을 객관적인 근거를 제시하여 설 명할 수 있다. 1차시 [개념 도입] 물질의 순환과 지구온난화의 상호 연관성 찾기 ◆ 무분별한 벌목이 온실기체가 대기로 배출되는 원인이 되는 이유를 물질의 순환과정을 이용해서 설명해 보자. 탄소순환과 관련하여 식물의 광합성이 대기 중의 이산화탄소를 유기물로 고정하고 있으며 벌목으로 인한 산림의 훼손은 이러한 이산화탄소의 순환에 문제가 발생할 수 있다는 내용으로 학생들이 작성할 수 있도록 수업 내용을 구성한다. ◆ 무분별한 벌목을 하는 이유를 농업과 관련하여 생각해 보자. 특정 작물을 재배하기 위한 공간을 마련하기 위해 벌목을 자행하는 경우가 많음을 수업자료로 제시 할 필요성이 있음. 예를 들어 아보카도를 재배하기 위한 재배면적 마련 및 단위면적당 전나무 보다 2 배 많은 물이 필요한 내용을 토대로 설명할 수 있도록 한다. ◆ 위의 내용과 관련하여 해결할 수 있는 방안을 생각해 보자. 식량생산은 기존 그대로 또는 단위 면적 당 생산량의 증가 방안을 환경오염 없이 가능한 방안을 생 각 할 수 있도록 한다. 다양한 결과가 나올 수 있도록 한다. - 22 - (생물) 생태계 물질 순환의 공학적 접근 학생용 2차시: 피지컬 컴퓨팅 이해하기(아두이노 기초) 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 코딩과 아두이노를 이해하고 기본 프로그램 설치 및 기초 컴퓨팅 언어를 학습하여 적용할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. § 실습에 사용되는 노트북으로 다른 프로그램을 사용하지 않도록 한다. § 수업 중 질문이 있다면 바로 질문한다. 2차시 [탐구] 피지컬 컴퓨팅 이해하기 ◆ 디지털과 아날로그 신호의 차이를 설명해 보자. 디지털과 아날로그 신호의 차이를 우노 보드의 입력과 출력 단자를 보면서 학습할 수 있도록 모둠별 우노 보드를 미리 지급하여 보면서 학습할 수 있도록 안내한다. ◆ 센서와 액추에이터의 차이를 설명해 보자. ◆ Blink 예제 활용 기본 LED 깜빡이기 실습에서 사용한 코드를 변수와 함수로 구분해 보자. 예제에 사용된 코드를 변수와 함수로 구분하여 작성할 수 있도록 안내한다. 수업에서 간단한 변수와 함수의 개념을 설명한다. - 24 - (생물) 생태계 물질 순환의 공학적 접근 학생용 3차시: 화분 자동 급수 장치 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 화분 자동 급수 장치를 만들고 구현과정에 발생하는 문제점을 해결할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. § 실습에 사용되는 노트북으로 다른 프로그램을 사용하지 않도록 한다. § 수업 중 질문이 있다면 바로 질문한다. 3차시 [탐구확장] 화분 자동 급수 장치 만들기 ◆ 실습 과정에서 가장 어려웠던 점과 그 이유를 말해 보세요. 키트를 활용하는 수업이지만 실제 아두 이노를 사용하는 과정에서 발생하는 오류가 개인별로 다양하 게 나타난다. 교사가 학생 전부를 도와 줄 수 없기 때문에 모둠별로 또는 모둠 간 상호 협력을 통해 문제를 해결할 수 있도록 안내하는 과정이 필요하다. ◆ 자동 급수 장치 만들기 후 장치 작동의 문제점 및 개선 사항에 대해 작성해 보세요. 수중 모터 펌프가 작동할 때 과량의 전력을 소모하기 때문에 LCD 모니터가 나갈 수 있다. 수업 시 간 안에 전원을 따로 연결하기는 시간이 부족하다. 이러한 점을 학생이 개선사항으로 스스로 보완할 수 있는 방안을 생각해보도록 안내한다. 마찬가지로 오픈소스 코드를 활용하기 때문에 원하는 입력과 출력 값을 수정하는 방안에 대해서도 생각할 수 있도록 수업을 안내해야 한다. 수업지도의 Ÿ Tip 수업 준비에 사용하는 자동급수 장치 키트에 사용되는 센서 들을 따로 여러 개를 구입하는 것이 좋다. 키트에 포함된 센서들이 불량인 경우가 종종 있기 때문에 학생들에게 센서를 교환해 줄 필요성이 있다. 키트를 다량으로 구입하는 경우 구입비가 많이 소모되기 때문에 필요한 센서만 따로 구입하면 재료비를 아낄 수 있다. - 26 - (생물) 생태계 물질 순환의 공학적 접근 학생용 활동지 4차시: 피지컬 컴퓨팅을 활용한 친환경 농업기술 방안 제안 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 [학습 목표] Ÿ 피지컬 컴퓨팅을 활용한 친환경 농업기술 방안을 제안할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. § 실습에 사용되는 노트북으로 다른 프로그램을 사용하지 않도록 한다. § 수업 중 질문이 있다면 바로 질문한다. 4차시 [적용] 기술을 적용한 해결방안 제안하기 ◆ 브레인스토밍을 통해 아이디어를 제시한다. 1) 8절지를 이용하여 모둠별 마인드 맵을 활용한 아이디어를 수집한다. <예시 자료> 2) 결과를 패들렛에 올려 공유한다. (패들렛 주소 제시) 3) 댓글을 활용한 아이디어 피드백을 받는다. ◆ 아이디어를 바탕으로 공학적 설계를 진행한다. 1) 목표: 친환경 농업기술 개발 2) 업사이클링 및 물질 순환 개념을 이용해서 공학적 설계의 타당성을 확보한다. 3) 기존의 기술을 활용한 설계를 활용하여 친환경의 타당한 이유를 설명한다. 4) 발표 자료를 구성하여 패들렛에 공유한다. 5) 발표 후 모둠별로 피드백 한다. - 27 - 모둠 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 10 Steps for 그린플래닛(초록지구를 위한 열 걸음) 인천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 인천대 과학영재교육원 프로그램명 (신규/수정보 완) 10 Steps for 그린플래닛 신규 주요 적용 학년 개발차시 고등학교 1학년 4 물리, 화학, 생물 (기타) 주요 과목 과학 주요 단원 ※ 자율연구주제이므로 각 과목의 전과정 중 주제 선정 가능 관련 과목 STEM+I 요소 정보 관련 단원 S, E 적용 지역 정보 (문제해결과 프로그래밍/프로그래밍, 알고리즘) 보조 주 개발자명 개발자 기존 ‘과학’ 수업을 통해 학습한 것을 일상생활이나 사회 또는 전(全)지구 적 문제의 발견과 해결에 활용할 수 있는 기회를 제공함으로써 과학의 가 치뿐만 아니라 과학 탐구가 사회 및 과학기술 발전에 미치는 영향을 인식 할 수 있도록 한다. 과학 개념이나 원리를 검증하기 위한 실험 활동뿐만 주요 수업 개요 아니라 과학 탐구 과정과 기능을 활용할 기회를 제공하고, 과학이 일상생 활에서 실제로 어떻게 활용되는지를 체험하게 한다. 생활 주변에서 과학 과 관련된 문제를 찾고, 이를 창의적으로 해결하기 위해 과학의 기본 개 념과 탐구 활동을 활용하는 능력을 기르는 데 초점을 둔다. 전통적인 과 학 탐구 활동 이외에도, 문제의 발견과 해결을 포괄하는 프로젝트 형태의 과학 탐구 활동 및 창의적 설계와 공학적 도구 제작을 경험할 수 있도록 한다. 1차시: ‘그린플래닛’을 위한 MBL 활용 실험 주제 선정 및 실험 설계 1.SDGs의 의미와 가치 및 17가지 목표 인식하기 – 미디어 활용 2.SDGs의 17가지 목표 중 관심 분야 선정 및 관련 세부 주제 탐색하기 3.세부 주제와 연관된 사회현상을 찾고, ‘나’의 삶 연결하여 문제 제시하 기 4.도출된 문제 해결을 위한 MBL활용 탐구실험 설계하기 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: ‘그린플래닛’을 위한 MBL활용 자유탐구실험 수행 1.전 차시 수업에서 설계한 자유탐구실험 수행하기 2.과학적 탐구 과정에 의거한 보고서 작성하기 3.SDGs와 관련지어 결과 해석하기 3차시: ‘그린플래닛’을 향해 한 걸음 더, VR콘텐츠 기획하기 1.Cospaces 플랫폼 사용 방법 익히기 2.자유탐구실험결과 및 관련 내용을 포함하는 VR콘텐츠 기획하기 4차시: ‘그린플래닛’을 향해 한 걸음 더, VR콘텐츠 제작하기 개인별 VR 콘텐츠 제작 · 공유하기 ■ 10 Steps for 그린플래닛 (초록지구를 위한 열 걸음) ◽ MBL 활용 실험 주제 선정 및 실험 설계 Step1 SDGs의 의미와 가치 및 17가지 목표 인식하기 UN SDGs(유엔 지속가능발전목표)는 인류의 보편적 문제(빈곤, 질병, 교육, 여성, 아동, 난 민, 분쟁 등)와 지구 환경문제(기후변화, 에너지, 환경오염, 물, 생물다양성 등), 경제 사회문 제(기술, 주거, 노사, 고용, 생산 소비, 사회구조, 법, 대내외경제)를 2030년까지 17가지 주 목표와 169개 세부목표로 해결하고자 이행하는 국제적 공동목표입니다. [그림 1 : UN의 지속가능발전목표] 목표 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 내용 모든 형태의 빈곤종결 기아해소, 식량안보와 지속가능한 농업 발전 건강 보장과 모든 연령대의 복지 증진 양질의 포괄적인 교육제공과 평생학습 기회 제공 성평등 달성과 모든 여성과 여아의 역량 강화 물과 위생의 보장 및 지속가능한 관리 적정가격의 지속가능한 에너지 제공 지속가능한 경제성장 및 양질의 일자리와 고용보장 사회기반시설 구축, 지속가능한 산업화 증진 국가 내, 국가 간의 불평등 해소 안전하고 복원력있는 지속가능한 도시와 인간거주 지속가능한 소비와 생산 패턴 보장 기후변화에 대한 영향방지와 긴급조치 해양, 바다, 해양 자원의 지속가능한 보존 노력 육지 생태계 보전과 삼림 보존, 사막화 방지, 생물 다양성 유지 평화적, 포괄적 사회증진, 모두가 접근 가능한 사법제도와 포괄적 행정제도 확립 이 목표들의 이행수단 강화와 기업 및 의회, 국가 간 글로벌 파트너십 활성화 참고하세요! 1. [유니세프 아동권리교육] 말랄라가 소개하는 지속가능개발목표 2. 펭수가 알려주는 대대손손 잘 사는 법! 얼~쑤 좋다 I 국가지속가능발전목표(K-SDGs) 3. 지속가능발전목표(SDGs) 실천을 위한 주사위를 던져볼까요? - 2 - 창의디자인캠프 교재 Step2 SDGs의 17가지 목표 중 관심 분야 선정 및 관련 세부 주제 탐색하기 이렇게 지구의 미래와 인류의 평화를 위해 전 세계가 같은 목표를 공유하고 있다는 사실이 기후변화, 전쟁 등 많은 위기 속에서도 희망을 보게 합니다. 그렇다면, ‘과학’은 이러한 목표를 위해 어떠한 역할을 해야 할까요? 과학기술이 단순히 ‘인간의 편리함’만을 위한 도구여서는 안된다는 사실을 깨닫는 것, 과학의 선한 영향력으로 지속가능한 미래를 만들 수 있음을 인식하는 것, 그리고 이를 위한 융합적 사고역량을 갖추는 것, 이것이 앞으로 진행될 수업의 목표입니다. 이 목표들을 꼭 기억하면서 그린 플래닛을 위한 10걸음을 이어가봅시다. 활동 1. SDGs에 대한 영상을 찾아서 보고, SDGs 중 가장 관심이 가는 목표와 그 이유에 대해 간단히 적 어봅시다. 영상 제목 영상 내용 내가 뽑은 SDGs목표 top1 & 이유 이렇게 안내하세요! 1. 지속가능발전포털 (http://ncsd.go.kr/unsdgs?content=2) 에 들어가서 각 목표가 어떤 내용인 지 다시 한번 확인한다. 2. 유튜브에서 구체적인 목표명까지 넣어 영상을 검색한다. 예시) ‘지속가능발전목표 기아’ ‘지속가능발전목표 해양생태계’ - 3 - 창의디자인캠프 교재 ◽ ‘그린플래닛’을 향해 한 걸음 더, VR콘텐츠 기획하기 Step8 Cospaces 플랫폼 사용 방법 익히기 이제 우리가 탐구하여 알게 된 사실, 깨닫게 된 내용을 다른 사람들과 공유해볼까요? 최근 가상현실에 대한 관심도가 증가하고 있어서 다양한 콘텐츠가 많이 보급되고 있지요. 하지만 이제 우리는 이런 콘텐츠를 ‘소비’하는 사람에서 한 걸음 더 나아가 ‘생산’하는 사람으로 성장할 필요가 있어요. PPT나 한글파일을 다루듯이 VR 콘텐츠가 일반화되는 세상에서 살아가야 하니까요. 그럼, 어떻게 VR콘텐츠를 만드는지 차근차근 알아봅시다. 활동 1. 콘텐츠 탐색하기 VR 콘텐츠 제작을 위해 사용할 플랫폼은 입니다. 교육용으로 설계되어있어 학급별 과제 부여가 가능한 장점이 있으며, 어렵지 않게 완성도 높은 콘텐츠를 만들 수 있습니다. 다만, 라이센스가 1인당 5.5달러이므로 예산 확보가 필요합니다. Basic 계정은 무료이나 제한점이 많으니 한 달 동안 100명까지 학생을 추가할 수 있는 프 로 계정 트라이얼 버전 사용을 추천드립니다. 이렇게 이용하세요! 1. 로그인 2. 프로로 업그레이드 하기 클릭 3. Price메뉴에서 트라이얼 코드 복사 - 12 - 창의디자인캠프 교재 Step10 개인별 VR 콘텐츠 제작 · 공유하기 친구들과 함께 상상력과 창의력을 마음껏 펼쳐보셨나요? 벌써 마지막 step입니다. 기획서의 아이디어와 자신만의 개성을 한 스푼 넣어서 콘텐츠를 완성해보세요. 그리고, 스스로 10 Steps for 그린플래닛의 과정을 어떻게 밟아왔는지 되돌아보는 시간을 가져봅시다. 활동1. 내가 만든 [10 Steps for 그린플래닛] 콘텐츠를 소개해보세요. 활동2. 친구들이 만든 [10 Steps for 그린플래닛]를 보고 간단한 소감을 적어봅시다. 콘텐츠 주제 소감 (특히 기억에 남았던 내용 및 구성, 그 이유 등) 활동3. 자기평가 평가영역 민주시민성 과학적 탐구력 협업 창의성 디지털 리터러시 감성적 체험 평가 척도 평가 기준 상 중 하 지속가능한 발전을 위해 깊이 생각하고 주제를 선정했는가? 데이터 수집 및 분석과정에서 논리적으로 생각하고 탐구하였는가? 과제수행과정에서 팀원들과 협력하고 열린 마음을 가지고 적극적으로 참여하였는가? 콘텐츠 기획 및 제작 과정에서 자신만의 아이디어를 반영하였는가? MBL을 활용한 데이터 분석 및 VR콘텐츠 제작과정에서 디지털 도구 활 용 역량이 발전되었는가? 새로운 도전 과제에서 성취감을 느끼며 즐겁게 참여하였는가? 소감 - 18 - 창의디자인캠프 교재 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 자율주행자동차 인천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 인천대 과학영재교육원 프로그램명 E 주요 단원 관련 과목 과학 관련 단원 E, T 적용 지역 요소 주 개발자명 신규 주요 적용 학년 개발차시 나도 자율주행자동차 개발자 주요 과목 STEM+I (신규/수정보 완) 중학교 1~2학년 12 정보 (문제해결과 프로그래밍/프로그래밍, 알고리즘) 물리 (빛과 물질) 보조 개발자 본 프로그램은 자율주행을 보조해 줄 수 있는 적외선 센서를 이용해 검 은색 선을 기준 삼아 도로가 맞는지 아닌지를 구분해 자율적으로 움직이 는 자율주행 자동차와 초음파 센서를 이용해 자동차가 들어오는지를 인식 해 개폐기를 열어주는 자동 개폐장치를 제작하는 프로그램이다. 제작한 것을 모두 합쳐 자율적으로 움직이다 개폐기를 만나면 정지하고, 개폐기 주요 수업 개요 가 올라가면 다시 출발하는 것이 목표이다. 창조활동에서 가장 중요한 것은 완성을 했다는 자부심, 한번 만들어 봤 다는 자신감이다. 본 활동으로 4차 산업혁명 중 하나인 자율주행 자동차 를 직접 제작해 봄으로써 설계 능력과 알고리즘 구성 능력, 문제해결능력 을 키울 수 있다. 또한, 메이커 활동과 코딩이 먼 얘기 또는 어려운 것이 아니고 내가 직 접 할 수 있고 재밌는 것이라는 인식을 심어줄 수 있도록 하려 한다. 1~4차시: 아두이노 기초 - 아두이노의 보드 구성을 학습한다 - 아두이노 디지털핀과 5V와 GND핀 - 마이크로 콘트롤러에 대해 공부하고, 아두이노 통합개발환경인 아두이 노IDE에서 코딩을 한뒤 파일을 업로드 해주면 콘트롤러에 업로드가 되 차시별 주요내용 (키워드 위주) 어 일정한 움직임으로 작동을 확인한다. 5~8차시: 통합환경에서의 코딩 순서 및 진행 - 변수지정→사용할 핀의 이름과 번호 지정→사용할 핀의 역할 지정→ loop문에 동작 설정 - 서브모터의 구성과 작동 - 초음파센서 및 적외선센서에 대해 학습한다 9~12차시: 만들기 및 적용 - 손을 따라 움직이는 자동차 만들기 - 라인트레이서 만들기 ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2021년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. 인천대학교 과학영재교육원 ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2021년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. 창조활동에서 가장 중요한 것은 완성을 했다는 자부심, 한번 만들어 봤다는 자신감이다. 본 활동 Incheon Science Elite Program 으로 4차 산업혁명 중 하나인 자율주행 자동차를 직접 제작해 봄으로써 설계 능력과 알고리즘 구 Tel: 032-835-4971~2, Fax: 032-835-4976 성 능력, 문제해결능력을 키울 수 있다. [융합교재] - 교사용 - 또한, 메이커 활동과 코딩이 먼 얘기 또는 어려운 것이 아니고 내가 직접 할 수 있고 재밌는 것 이라는 인식을 심어줄 수 있도록 하려 한다. { 자율주행자동차 } 교재개발자: 인천대학교 이정훈 개발년도: 2022학년도 - 아두이노의 기초 및 서보모터와 초음파센서를 사용해 자동 개폐기 제작 - 자동차 조립 및 적외선 센서로 자동 정지하는 자동차 제작 - 적외선 센서를 이용해 손을 따라오는 자동차 제작 - 적외선 센서를 이용한 라인트레이서 제작 < 교재 요약 > 아두이노를 완전히 이해하기보다는 한 번 끝까지 직접 타자를 쳐서 코딩을 하 고 자동차가 움직이는것에 초점을 둔 교재이다. 1. 주 의 ▢ 관련 분야 및 내용 공학 IT 내용 자동차 차체 및 하드웨어 조립 직접 코딩한 코드로 아두이노 제작품 작동 위 한 도 입 프로젝트 성공시 작동하는 자동개폐기, 라인트레이서 동영상으로 목표인식 및 흥미 유발 ※ 해당 교과 내용 및 STEM요소 기재, 칸이 부족할 경우 추가하여 작성 교과 분야 집 중 을 STEM요소 E T 2. 수 업 의 목 표 설 명 완벽한 이해보다는 중간에 포기하지않고 끝까지 자율주행자동차를 제작하고 작동시킨다. 3. 기 초 학 습 아두이노의 기초 * STEM: Science, Technology, Engineering, Mathmatics 약자 아두이노의 보드는 다음과 같이 구성되어있다. 이때 주의깊게 봐야할 곳은 맨 위에 위치한 디지털핀과 아래 위치한 5V 와 GND핀이다. ▢ 융합교과의 개요 및 목적 5V와 GND를 반대로 꽂게 되면 아두이노 보드가 고장날 수 있으니 주의한다. 아두이노보드에 위치한 마이크로 콘트롤러는 컴퓨터의 CPU와 같은 역할을 한다. 아두이노 통합개 발환경인 아두이노IDE에서 코딩을 한뒤 파일을 업로드 해주면 콘트롤러에 업로드가 되어 일정한 4차 산업혁명이 시작되고 코딩에 대한 중요도가 날로 높아져 가고 있다. 기존 산업 군에서는 유형적인 가치를 생성하는 것이 큰 비중을 차지했지만 현재 발전하는 산업 움직임으로 작동하게 된다. 군에서 가장 비중을 차지하는 것은 인공지능, Ai, 앱 등 코딩을 통한 무형적가치 창출이다. 앞으로 다가올 시대에는 직접 코딩해서 프로그램 또는 앱 또는 기계 작동을 할 일이 많아질 것이 다. 본 프로그램은 자율주행을 보조해 줄 수 있는 적외선 센서를 이용해 검은색 선을 기준 삼아 도 로가 맞는지 아닌지를 구분해 자율적으로 움직이는 자율주행 자동차와 초음파 센서를 이용해 자 동차가 들어오는지를 인식해 개폐기를 열어주는 자동 개폐장치를 제작하는 프로그램이다. 제작한 것을 모두 합쳐 자율적으로 움직이다 개폐기를 만나면 정지하고, 개폐기가 올라가면 다시 출발하 는 것이 목표이다. - 1 - 융합교실 - 2 - 융합교실 ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2021년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2021년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. - 변수지정 - 사용할 핀의 이름과 번호 지정 - 사용할 핀의 역할 지정 - loop문에 동작 설정 서보 모터 다루기 아두이노 통합개발환경의 구성 서보 모터는 총 3가지의 선으로 구성되어있다. 1.갈색 – GND (접지) 2.주황색 – 5V (전원) 3.노랑색 – 신호 아두이노에 갈색은 GND에 주황색은 5V에 꽂은뒤 노랑색선은 아두이노의 디지털핀에 꽂는다. 이때 아두이노 IDE상에서 몇 번 핀에 꽂아주었는지 지정해주어야 한다. 서보 모터는 아두이노상에 다루기 쉽게 코딩을 해둔 헤더파일이 존재한다. #include 로 서보모터의 헤더파일을 불러와준다. 위에서 말한 코딩 순서대로 1. 핀의 이름을 지정해준다. < Servo 이름 >과 같이 지정해준다. ex) Servo motor2 라고 해주면 motor2 라는 이름으로 서보모터의 이름을 설정해준다. 2. 신호를 다룰 디지털 핀의 번호를 지정해준다. servo 헤더파일에서는 attach라는 함수를 쓴다. ex) motor2.attach(7) 라고 하면 디지털 7번핀으로 모터를 조작한다는 얘기다. 3. 핀의 역할 즉 pinMode에서 OUTPUT 인지 INPUT인지 지정해주어야 하는데 헤더파일 상에서는 IDE는 setup 과 loop 문으로 구성되어 있다. 지정해줄 필요가 없다. set up : 말 그대로 기초단계 또는 한번만 작동할 코드를 작성하는 곳이다. 4. 서보모터의 작동은 motor2.write(각도)의 형식으로 조절한다. loop : 반복되어 작동할 코드를 작성하는 곳이다. ex) motor2.write(20); 서보모터를 20도로 움직인다 그 외에 변수를 지정해주거나 헤더 파일을 불러오거나 할때는 set up 위에 적어준다. ex) motor2.write(120); 서보모터를 120도로 움직인다. 라는 뜻이다. 이 통합환경에서 코딩은 다음과 같은 순서대로 진행된다. 초음파 센서 - 3 - 융합교실 - 4 - 융합교실 ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2021년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. 초음파 센서는 초음파를 내보내고 돌아오는 시간을 계산하여 거리를 측정하는 센서이다. ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2021년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. Serial.println("cm"); 원리는 아래 사진과 같다. 라는 식으로 계산하게 된다. 이때 distance에서 나갔다 돌아오기 때문에 2로 나눠주고 시간초의 단위는 ms이므로 cm로 변환하기 위해 10000으로 나눠준다. 적외선 센서 float duration,distance; // duration 과 distance 라는 변수를설정 해준다 digitalWrite(trig,HIGH); /// 초음파를 내보냄 delay(10); // 0.01초 보내고 digitalWrite(trig,LOW); //초음파를 끔 duration = pulseIn(echo,HIGH);// in 에서 i 는 대문자!, 초음파가 HIGH 였던 시간 즉, 초음파가 적외선 센서는 발광부에서 적외선이 나와 수광부로 적외선이 들어가는 것을 감지해 앞에 장애물 이 있는지 없는지를 판단한다. 보냈다가 다시 들어온 시간으로 거리 계산 만약 장애물이 있다면 빛이 반사되어 수광부로 들어가 디지털값이 0이된다. distance=((float)(340*duration)/10000)/2; 만약 장애물이 없다면 빛이 반사되지 않아 수광부로 들어가는 빛이 없어 디지털값이 1 이된다. Serial.print(distance); - 5 - 융합교실 - 6 - 융합교실 ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2021년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2021년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. 검정색은 빛을 흡수하는 성질을 갖고 있다. 2. 라인트레이서 만들기 만약 검정색 테이프에 적외선을 쏘면 빛이 흡수되어 앞에 장애물이 없는 것으로 판단한다. 적외선 센서 2개를 이용해서 선을 따라가는 자동차 만들기 이것을 이용해 검정색 라인을 인식하는 라인트레이싱을 할 수 있고 장애물을 만나면 튕겨져 나오는 성질을 이용해 앞에 물체를 따라다니는 자동차도 제작할 수 있다. 4. 심 화 학 습 – 대 면 다음과 같은 위치에서 선을 따라 가는 자동차를 만든다. 4시 간 1. 손을 따라 움직이는 자동차 만들기. 적외선 센서의 장애물이 있으면 LOW , digitalRead()= 0 장애물이 없으면 HIGH, digitalRead() =1 인 것을 이용하고 왼쪽에 손이 있으면 따라가야 할 물체 가 왼쪽에 있다고 판단해 차가 왼쪽으로 회전해야 따라갈 물체를 정면으로 바라볼 수 있다. 오른쪽도 마찬가지이므로 이것을 이용해 다음과 같은 알고리즘을 이용해 작성한다. 1) 적외선 센서는 총 3개를 사용한다. 편의상 L(왼쪽) M(중간) R(오른쪽) 센서로 지정한다. 2) 자동차는 기본 디폴트 값이 직진이다. 좌회전 할 때 있을 수 있는 경우들 3) 가운데 M센서에 손이 닿으면 정지한다. if(digitalRead(M)==0){ stop; } 4) 왼쪽 센서에 손이 닿으면 왼쪽으로 회전한다. if(digitalRead(L)==0){ left; } 5) 왼쪽 센서와 가운데 센서에 손이 닿으면 왼쪽으로 회전한다. ( 손이 센서 2개를 다 덮을 수 있 으므로 일단 왼쪽 센서에 물체가 있다고 판단되면 기준 보다 왼쪽에 있는 것 이므로 왼쪽으로 회 전한다. if(digitalRead(M)==0 && digitalRead(L)){ left; } 6) 오른쪽 센서에 손이 닿으면 왼쪽으로 회전한다. if(digitalRead(R)==0){ right; } 7) 오른쪽 센서와 가운데 센서에 손이 닿으면 오른쪽으로 회전한다. if(digitalRead(M)==0 && digitalRead(R)){ Right; } - 7 - 융합교실 - 8 - 융합교실 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 VR 콘텐츠 제작의 세계 인천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 공학 주요 단원 관련 과목 정보 관련 단원 T, S, E 적용 지역 요소 (신규/수정보 완) 신규 VR 콘텐츠 제작의 세계 주요 과목 STEM+I 주요 적용 학년 구분 인천대 과학영재교육원 개발차시 초등학교 5~6학년 12 정보 (문제해결과 프로그래밍/프로그래밍, 알고리즘) 정보 (컴퓨팅 시스템, 피지컬 컴퓨팅) 보조 주 개발자명 개발자 ○ 4차혁명 시대에 핵심요소로 꼽히는 VR메타버스/AI/드론/항공우주/자 율주행/양자컴퓨터 등 총 5가지의 기술과 콘텐츠를 직접 만들어 보거나 체험해 봄으로써, 미래 사회에 필요한 핵심 역량 강화 주요 수업 개요 ○ 4차산업 관련 진로 체험이 가능한 커리큘럼을 제공함으로써 진로체험 교육과 연계 ○ VR 기술과 AR 기술을 구분할 수 있다. ○ VR 기술과 AR 기술의 적용 시나리오를 제시할 수 있다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) ○ VR 메타버스 실감 콘텐츠의 종류를 구분할 수 있다. 1~2차시: [VR 메타버스 기술 이해하기] - 메타버스 소개 - VR/AR/MR/XR 기술 소개 - VR 안경 키트 만들기 - PC용 입체 안경 활용하기 [VR 메타버스 기본 콘텐츠 만들기] - 통통 튀는 공 만들기 [VR 슈팅 게임 만들기] - 조이스틱으로 슈팅 기능 만들기 [AR 콘텐츠 만들기] - AR 동물/공룡 콘텐츠 만들기 [VR 태양계 만들기] [VR 롤러코스터 만들기] [3D 블록 모양 만들기] [외부 에셋 불러오기] [파노라마 사진 표시하기] [360 사진 표시하기] [동영상 플레이어 만들기] [유튜브 플레이어 만들기] [마우스 클릭 및 공간 이동하기] 3~4차시: [AI 진로 특강] - AI, 머신러닝, 딥러닝 이해하기 - AI를 위한 진학 및 진로 소개 [신경망 및 딥러닝 이해하기] - 딥러닝 텐서보드를 이용한 학습 체험하기 - 신경망 학습 과정 이해 하기 [딥러닝 이미지 인식 실습하기] - 물체 인식 학습하기 - 마스크 착용 여부 인식하기 - 졸음 운전 감지하기 - 가위바위보 인식하기 5차시: [머신러닝/패턴인식 이해하기] - 패턴인식 개발자 진로 이해하기 - 패턴인식 기술 이해하기 [패턴인식 실습 키트 활용하기] - 특징값 계산하기 - 패턴 모델 만들어 보기 [패턴인식기 만들어 보기] - 패턴인식기 실습하기 6차시: [아두이노 디지털 명령어] - LED 제어하기 / 버튼으로 LED 제어하기 [스마트 라이트 만들기] - 어두워지면 저절로 켜지는 장치 만들기 [사운드 및 멜로디 생성하기] - 멜로디 생성하기 / 경고음 만들기 7차시: [자율주행 로봇카 제어하기] - 모터 제어하기 - 자율 주행 로봇 제어하기 [떨어지지 않는 로봇카] - 센서를 활용한 자율주행 로봇카 구현하기 8차시: [양자컴퓨터 기초], [양자 게이트 명령어 실습하기] 9~12차시: [시뮬레이션 드론 이해하기],[나만의 드론 만들기],[작용 반작용 체험하기] 5. 내 용 5 .1 1부 : V R 메 타 버 스 콘 텐 츠 만 들 기 5.1.1) VR 메타버스 콘텐츠 종류 이해하기 ○ VR 안경 키트 조립하기 ○ Side By Side 콘텐츠 이해하기 - 6 - 모듈형 영재교육 프로그램 교재 5 .2 2부 : VR 드 론 및 항 공 우 주 콘 텐 츠 5.2.1) 드론/항공우주 콘텐츠 만들기 ○ 드론 추가하기 - 29 - 모듈형 영재교육 프로그램 교재 5 .3 3부 : A I 코 딩 및 기 술 이 해 하 기 5.3.1) AI 딥러닝 기술 이해하기 ○ AI의 정의 - 37 - 모듈형 영재교육 프로그램 교재 5 .4 4부 : 아 두 이 노 3D VR 시 뮬 레 이 션 5.4.1) 3D VR로 배우는 아두이노 디지털 명령어 ○ LED 점멸하기 - 46 - 모듈형 영재교육 프로그램 교재 5 .5 5부 : 양 자 컴 퓨 팅 시 뮬 레 이 션 5.5.1) 3D VR로 배우는 로봇 명령어 ○ 양자 컴퓨터 코딩 SW - 63 - 모듈형 영재교육 프로그램 교재 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 게임에서 벡터의 활용 아주대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 아주대학교 프로그램명 기하 주요 단원 관련 과목 수학 관련 단원 SW 적용 지역 STEM+I 요소 주요 적용 학년 고2, 3 개발차시 4 2. 평면 백터 보조 주 개발자명 개요 수정·보완 게임에서 백터의 활용 주요 과목 주요 수업 (신규/수정보 완) 개발자 - 캐릭터의 움직이는 속도를 변화시키거나, 왕복이동시키는 움직임을 구 현해보고, 자신만의 창의적인 움직임을 구현하는 코딩을 작성해 본다. 1차시 – 벡터와 게임 Ÿ 벡터의 연산을 이해하고, 벡터가 그래픽, 게임, 모델링 등에서 어떻게 활용되는지를 이해한다. 2차시 – 벡터의 활용 실습(1) 차시별 Ÿ 주요내용 직선의 벡터 방정식을 이해하고, 게임에서 캐릭터의 움직임을 직선 또는 선분의 형태로 이동시킬 수 있다. (키워드 위주) 또한 이차곡선의 매개변수 방정식을 이용하여 캐릭터를 이차곡선을 따라 이동시킬 수 있다. 3차시 – 벡터의 활용 실습(2) Ÿ 캐릭터의 움직이는 속도를 변화시키거나, 왕복이동시키는 움직임을 구현해보고, 자신만의 창의적인 움직임을 구현하는 코딩을 작성해 본 다. (게임에서 벡터의 활용) 교수·학습 지도안 주제 파이썬 사용방법과 예제코드 이해 수업일시 2022년 12월 22일 7교시 수업대상 대단원명 소단원명 II. 평면벡터 – 2. 벡터의 성분과 내적 수업방법 주제(단원) 명 위치벡터 수업형태 STEM요 소 연계 과목 수학, 정보 고등학교 수업교사 2학년 수업차시 대면 4 강의 및 실습 S T [12기하02-03] 위치벡터의 뜻을 알고, 평면벡터와 좌표의 대응을 이해한다. 학습목표 1. 파이썬의 기초적인 사용법과 예제코드를 이해한다. 2. 파이썬 코드에 있는 벡터의 요소를 찾아본다. 교수⋅학습 활동 단원 도입 도입 (5분) 1 (해당/전체) 성취기준 수업단계 김홍겸 O E O M O 수업자료 및 유의점 파이썬 코드를 처음 - 파이썬 코드에 대한 소개 접하는 학생들이 - 4차시 활동을 통한 프로젝트 활동 소개 - 파이썬 언어의 활동 이해 생소하지 않게 자세히 소개한다. [학습활동 1] - 파이썬 프로그램 설치 및 확인 교사가 제시한 경로를 통해서 파이썬 프로그램을 설치하고 이것이 정확 도구: PPT 및 컴퓨터, 하게 설치되었는지 확인한다. 예제 코드 - ATOM 프로그램 설치 및 확인 전개 (40분) 파이썬을 편집하는 데에 필요한 프로그램인 ATOM 프로그램을 설치하고 실습을 진행함에 있어서 정 확하게 설치되었는지를 판단한다. 학생들의 속도에 맞추어 진행하고 잘 모르는 [학습활동 2] 학생들이 있으면 - 명령프롬프트 명령어 실습 dir, cd, python, cls 등 간단한 명령어를 실습한다. - Hello.py 작성 및 실습 교사의 지시에 따라 Hello.py 코드를 작성하고 실행한다. - TOBINARY.py 코드 실행 및 검증 TOBINARY.py를 정리 및 평가 (5분) 실습하고 손으로 계산한 것과 비교한다. [학습정리] 오늘 배운 학습 내용을 정리한다. - Python 설치 및 예제코드 분석 - 4 - 주변에서 잘 하는 학생이나 보조교사가 도와 수업이 원활하게 진행되도록 한다. (게임에서 벡터의 활용) 교수·학습 지도안 주제 게임 로직 이해와 벡터로 오브젝트의 움직임 정의 수업일시 2022년 12월 26일 3교시 수업대상 대단원명 소단원명 II. 평면벡터 – 2. 벡터의 성분과 내적 수업방법 주제(단원) 명 위치벡터 및 벡터의 성분 수업형태 STEM요 소 연계 과목 수학, 물리, 정보 고등학교 수업교사 2학년 4 (해당/전체) 강의 및 실습 S O T [12기하02-03] 위치벡터의 뜻을 알고, 평면벡터와 좌표의 대응을 이해한다 학습목표 1. 파이썬을 활용한 게임 개발에 필요한 로직을 이해한다. 2. 오브젝트 움직임을 정의하고 이에 대한 변화 양상을 탐구한다. O 교수⋅학습 활동 - 지난 차시 학습 점검: Hello.py 및 tobinary.py 실행 도입 (5분) 2 수업차시 대면 성취기준 수업단계 김홍겸 - 이번 차시 학습 내용 소개 : 게임 개발에 있어 필요한 로직 구성 및 오브젝트 움직임 정의 E O M O 수업자료 및 유의점 지난 수업시간에 활용한 hello.py 및 tobinary.py를 통해 파이썬 활용을 간단히 상기한다. [학습활동 1] - pygame 패키지 설치 cmd 창을 활용하여 pygame 패키지를 설치하고 점검한다. pip install pygame라는 명령어를 실행할 수 있도록 한다 - pygame loop에 대한 이해 pygame에서 활용되는 loop에 대해 이해한다. 전개 (40분) 예제 코드 실습을 진행함에 있어서 학생들의 속도에 맞추어 진행하고 잘 모르는 [학습활동 2] - 위치벡터를 활용한 사각형의 위치 정의 위치벡터를 활용하여 사각형의 위치를 정의한다 - 사각형의 위치 및 색깔 변경 코드를 변경하여 처음에 나오는 사각형의 위치 및 색깔을 변경한다 - 사각형의 이동 및 이동 방향, 속도 변경 주어진 코드를 바탕으로 사각형이 이동할 수 있도록 코드를 변경해본다. 이동 방향이나 속도를 변경할 수 있도록 코드를 변경해본다. 정리 및 평가 (5분) 도구: PPT 및 컴퓨터, [학습정리] 오늘 배운 학습 내용을 정리한다. - pygame loop 및 사각형의 움직임 설정 - 18 - 학생들이 있으면 주변에서 잘 하는 학생이나 보조교사가 도와 수업이 원활하게 진행되도록 한다. (게임에서 벡터의 활용) 교수·학습 지도안 주제 벡터와 수식으로 표현하는 오브젝트의 다양한 움직임 표현 수업일시 2022년 12월 29일 7교시 수업대상 대단원명 소단원명 II. 평면벡터 – 2. 벡터의 성분과 내적 수업방법 주제(단원) 명 벡터를 활용한 직선의 방정식 수업형태 고등학교 김홍겸 3 수업차시 대면 4 (해당/전체) 강의 및 실습 STEM요 소 연계 과목 수학, 정보, 물리 수업교사 2학년 S O T O E O 성취기준 [12기하02-05] 좌표평면에서 벡터를 이용하여 직선과 원의 방정식을 구할 수 있다. 학습목표 1. 오브젝트 움직임을 벡터로 표현하고 파이썬과 파이게임으로 코딩할 수 있다. 2. 여러 가지 선형 및 주기적 움직임 프로그래밍으로 나타낼 수 있다. 수업단계 교수⋅학습 활동 M O 수업자료 및 유의점 - 지난 차시 학습 점검: 사각형의 움직임 나타내기 사각형의 움직임을 두 가지 방법으로 표햔해보자 도입 (5분) - 이번 차시 학습 내용 소개 지난 수업시간에 배운 사각형의 움직임을 1) 오브젝트 움직임을 벡터로 표현하고 이를 코딩하기 2) 여러 가지 선형 및 주기적 움직임을 코딩으로 나타내기 나타내는 코드를 실행한다. [학습활동 1] - 직선의 방정식을 벡터로 나타낼 때의 장점 살펴보기 1) 고등학교 1학년 때 배운 직선의 방정식 표현법 알아보기 도구: PPT 및 컴퓨터, 예제 코드 2) 벡터로 직선을 나타내고 장점 살펴보기 - 두 벡터간 선형 이동 표현하기 실습을 진행함에 있어서 1) 선형이동(벡터로 표현함) 학생들의 속도에 맞추어 2) 선형함수 소개(선형함수의 특징) 전개 (40분) 진행하고 잘 모르는 3) 주기적 이동(sin 함수 등) 학생들이 있으면 4) dx를 변화시켜서 움직임의 속도 조절하기 주변에서 잘 하는 학생이나 보조교사가 도와 수업이 원활하게 [학습활동 2] - 사각형의 움직임을 여러 가지 함수로 나타내보기 진행되도록 한다. 1) sin 함수 및 cos 함수 교육과정 내에서 최대한 2) tan 함수 다양한 함수를 3) 주기 바꿔보기 4) 함수 바꿔보기 (여러 가지 다양한 함수, 로그함수 및 지수함수) 정리 및 평가 (5분) [학습정리] 오늘 배운 학습 내용을 정리한다. - 벡터를 활용한 선형 이동 및 주기 운동, 여러 가지 운동 - 32 - 사용하도록 한다. (게임에서 벡터의 활용) 교수·학습 지도안 주제 수업일시 대단원명 소단원명 주제(단원) 명 벡터와 수식으로 표현하는 오브젝트의 다양한 움직임 표현 2023년 1월 2일 3교시 수업대상 II. 평면벡터 – 2. 벡터의 성분과 내적 수업방법 벡터를 활용한 직선 및 원의 방정식 수업형태 연계 과목 수학, 정보, 물리 성취기준 고등학교 2학년 수업교사 김홍겸 수업차시 대면 4 4 (해당/전체) 강의 및 실습 STEM요 소 S O T O E O M O [12기하02-05] 좌표평면에서 벡터를 이용하여 직선과 원의 방정식을 구할 수 있다. 1. 게임에서 벡터로 표현된 오브젝트 움직임을 이해하고 응용할 수 있다. 2. 움직임을 벡터로 표현할 때의 장점을 이해할 수 있다. 수업단계 교수⋅학습 활동 학습목표 - 지난 차시 학습 점검: 선형 및 주기적인 이동 도입 (5분) - 이번 차시 학습 내용 소개 수업자료 및 유의점 지난 수업시간에 활용한 코드를 실행하여 이전 1) 게임에서 벡터로 표현된 오브젝트 움직임을 이해하고 응용해 보기 2) 움직임을 벡터로 표현할 경우 장점 이해 시간에 배운 내용을 복습한다. [학습활동 1] - 공이 벽에 부딪혔을 때 반대쪽으로 튕겨 나오게 하는 코드 설정하기 1) 코드 이해하기(입사각과 반사각이 같도록 해주기) 도구: PPT 및 컴퓨터, 2) theta의 범위에 따라 오브젝트의 움직임 관찰하기 예제 코드 3) 여러 가지 코드를 변경해보면서 실습하기 실습을 진행함에 있어서 학생들의 속도에 맞추어 전개 진행하고 잘 모르는 (40분) 학생들이 있으면 주변에서 잘 하는 [학습활동 2] - PONG 게임 실행하기 학생이나 보조교사가 1) PONG게임에 대해 알아보기 도와 수업이 원활하게 진행되도록 한다. 2) 코드 관찰하고 해석하기 3) 코드를 변경하고 움직임 예상하기 3) 움직임을 벡터로 표현할 때의 장점 이야기하기 정리 및 평가 (5분) [학습정리] 오늘 배운 학습 내용을 정리한다. - 오브젝트의 움직임 및 벡터의 장점 이해하기 - 46 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 파이썬(Python) 프로그래밍을 활용한 데이터의 기하학적 모양 분석 경북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 파이썬(Python) 프로그래밍을 활용한 데이터의 주요 적용 학년 개발차 기하학적 모양 분석 시 경북대학교 과학영재교육원 구분 (신규/수정보 완) 신규 고1, 고2 4차시 인공지능 수학 주요 과목 인공지능 수학 Ⅰ.인공지능과 수학 - 2. 인공지능과 주요 단원 관련된 수학 Ⅳ. 최적화 – 2. 합리적 의사 결정과 수학 탐구 관련 과목 STEM+I 요소 수학 관련 단원 M, I, T 적용 지역 주 개발자명 수학 Ⅲ. 도형의 방정식 – 1. 평면좌표 보조 개발자 현재 우리는 4차 산업혁명 시대를 살아가고 있고 “빅데이터”는 이 시 대의 핵심기술로 주목받고 있다. 최근 이용 가능한 데이터의 양, 종류, 그리고 차원이 폭발적으로 증가함에 따라 기존의 방식으로는 이러한 빅데이터를 제대로 다룰 수가 없게 되었다. 위상수학적 데이터 분석기 법(Topological Data Analysis)은 최근 세계적으로 급성장하고 있는 주요 수업 개요 새로운 데이터 분석 방법으로 고차원 데이터의 기하학적 구조를 유추, 분석 및 활용할 수 있는 방법을 제공한다. 이 프로그램에서는 위상수학적 데이터 분석기법에 대한 수학적 원리를 탐구한다. 또한, 학습한 이론을 기반으로 Python을 활용, 직접 주어진 데이터의 기하학적 구조를 분석하고 유추해본다. 모둠별로 서로의 데 이터 분석 결과에 대하여 토의한 후 최선의 안을 도출하여 학생들 간 에 서로 공유한다. 차시별 주요 내용(개념, 원리 차시 소주제(소제목) 1~2 위상수학적 데이터 분석기법의 수학 원리 3 Python 시작하기 Python 기초 사용법 4 Python을 활용한 위상수학적 데이터 분석 Python의 Ripser 패키지를 활용한 데이터 분석 주요내용 (키워드 위주) 등) 위상수학적 데이터 분석의 역사, 행렬과 그것의 기본 행 연산, 호몰로지 이론의 개략적인 소개 [ STEM+I 생각교실 교육 프로그램 ] 차 시 1~2 위상수학적 데이터 분석기법의 수학 원리 ■ 학습 목표 1. 위상수학적 데이터 분석기법의 역사 및 기법의 전반적인 아이디어를 이해할 수 있다. 2. 행렬의 기본 행 연산을 수행할 수 있다. 3. 삼각분할을 이용하여 곡면의 호몰로지 군을 계산할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 위상수학적 데이터 분석의 역사, 행렬과 그것의 기본행 연산, 호몰로지 이론 ■ 활동하기 1. 위상수학적 데이터 분석(Topological Data Analysis)에 대한 탐구 ☞ 위상수학이란? (1) 공간 속의 점·선·면 및 위치 등에 관하여, 양이나 크기와는 별개의 형상이나, 위치 관계를 연구 (2) 연속적으로 변형이 이뤄지더라도 변하지 않는 기하학적 성질을 연구 하는 수학의 한 분야이다. (활동 Ⅰ) 커피컵과 도넛이 왜 위상동형인지 그림을 통해 유추하시오. (활동 Ⅱ) 위상수학적 데이터 분석이란 무엇일까? 데이터 분석 작업에 위상수학의 호몰로지 이론을 적용, 복잡하고 고차원적인 빅데이터 분석에 기하학적 통찰 력을 제공하는 방법이다. - 5 - 차 시 3 Python 시작하기 ■ 학습 목표 1. Python의 기초 사용법을 익힐 수 있다. ■ 주요 학습 개념 Python 기초 사용법 ■ 활동하기 1. Python을 계산기로 사용하기 ☞ 기본연산 덧셈: , 뺄셈:  , 곱셈: , 나눗셈:  , 나눗셈(몫을 구하기): , 나눗셈(나머지 구하기): , 제곱:  (활동 Ⅰ) Python을 사용하여 다음을 계산하시오.  ×    ÷  을 으로 나눈 나머지  × 을 로 나누었을때의 몫 ☞ 부등식의 참과 거짓 판별 부등식 : , 부등식 : , 등식 :  , ≠:  , ≥:  , ≤:   (활동 Ⅱ) Python을 사용하여 다음 명제의 참과 거짓을 판별하시오.       는 의배수이다 - 10 - 차 시 4 Python을 활용한 위상수학적 데이터 분석 ■ 학습 목표 1. Python의 Ripser 패키지를 활용하여 데이터를 분석할 수 있다. 2. 분석한 결과를 토대로 데이터의 기하학적 구조를 유추할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 Python의 Ripser 패키지를 활용한 데이터 분석 ■ 활동하기 1. Python에서 배열을 사용하기 위한 표준 패키지인 NumPy, 그래프를 그리기 위한 Matplotlib 라이브러리, 위상 수학적 데이터 분석을 구현하는 패키지인 Ripser 패키지를 import 한다. 입력창에 다음을 실행시킨다. import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from ripser import Rips (설치 필요, “학생용 참고 자료” 참조) 2. Python을 활용한 난수 생성 ☞ 난수 100개 생성하기 np.random.seed(0) n = 100 x = np.random.rand(n) print(x) ☞ 좌표평면 위의 임의의 점 100개를 생성하고 시각화하기 n = 100 x = np.random.rand(n) y = np.random.rand(n) P=(x,y) v0 = P[0].reshape(1, n) v1 = P[1].reshape(1, n) V = np.concatenate([v0, v1], axis=0) %두 벡터를 합쳐서 행렬로 만들기 M=V.T print(M) plt.scatter(x, y) plt.show() - 14 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 조선소에 간 인공지능 강원대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 강원대학교 부설 과학영재교육원 프로그램명 주요 과목 요소 인공지능과 미래사회 개요 주요 단원 주요 적용 학년 중2 개발차시 5차시 인공지능 학습 관련 단원 I 적용 지역 보조 주 개발자명 주요 수업 신규 조선소에 간 인공지능 관련 과목 STEM+I 구분 (신규/수정보 완) 개발자 조선소에서 인공지능이 활용되고 있는 모습을 확인하고 선박 건조시 불록 이동과 관련된 인공지능 원리를 언플러그 활동과 코딩을 통해 이해하고 실생활 문제에 적용할 수 있다. 1차시 조선소의 문제와 인공지능(AI)의 활용 2차시 합성곱(CNN) 신경망 이해 3차시 선박 건조시 블록의 효율적인 이동 언플러그 활동 4차시 블록의 효율적인 이동 코딩 이해하고 분석하기 5차시 인공지능(AI)과 관련된 직업 찾아보기 `차시별 주요내용 (키워드 위주) 조선소에 간 인공지능 Ⅲ. 교사용 지도서 1차시 조선소의 문제와 인공지능(AI)의 활용 우리나라의 조선 산업 동영상을 통하여 발전하고 있는 조선 산업의 현주소를 알아봅시다. 조선소와 인공지능 인공지능의 개념, 인공지능이 다루는 분야를 알고 조선소에서 적용되는 인공지능을 찾아봅 시다. 인공지능이 무엇인지 알고 조선소에서 적용되고 있는 인공지능을 찾아보자. 인공지능이란? 다음 질문을 먼저 읽고 영상을 시청한 후 활동지에 기록합시다. 인공지능이란 기계가 사람처럼 ( 사고 )하고 ( 행동 )하는 것을 말하며 인공지능 기술을 더 똑똑하 게 만들어 줄 ( 딥러닝 ) 알고리즘과 (머신러닝) 기술이 함께 사용되고 있다. 테슬라의 자율주행기술 오토파일럿, 애플의 인공지능 비서 시리, 틱톡의 안면인식 필터와 같은 서비 스들의 공통점은 ( 인공지능 )이 활용되었다는 것이다. 동영상 인공지능, 머신러닝, 딥러닝? 대체 차이가 뭐야? https://youtu.be/np7DdtStwd0 머신러닝과 딥러닝 머신러닝과 딥러닝의 개념을 토대로 관련 있는 것끼리 연결해봅시다. 머신러닝 딥러닝 | 256 | • 데이터의 특성을 알려줄 • 필요 없이 스스로 분석하고 학습해요 • 데이터를 입력하면 주어진 • 데이터를 통해 자동으로 학습해요 • 데이터를 분류하기 위해 각 • 사물의 정답을 알려줘야 함. 예) 파파고, 카카오 번역기 등 • 데이터를 그냥 주고 스스로 분석한 후 차이를 발견해서 • 분류해감 예) 자율주행자동차 조선소에 간 인공지능 2차시 합성곱(CNN) 신경망 이해 조선소에서 선박 공정 살펴보기 조선소에서 배가 만들어지는 과정을 동영상으로 확인해봅시다. 1. 동영상(https://youtu.be/cPYPlTZ4JPo)을 통하여 조선소에서 배가 만들어지는 과정을 확인하다. 조선소에서 선박 공정을 알아보자. 배를 조립하기 위한 가장 작은 조각인 블록(block)를 만들고 이를 이동하여 조립할 때 로봇 과 인공지능이 활용되는 스마트 조선소를 확인해봅시다. 인공지능은 배를 조립하기 위한 다양한 블록을 어떻게 구분할 수 있을까? 행렬과 인공신경망 이해 딥러닝은 머신러닝의 한 분야로 인간의 뇌를 닮은 뉴럴 네트워크 구조를 사용하며, 대부분 의 딥러닝 계산은 행렬곱 연산을 포함한 기본적인 행렬 연산을 통해 수행됩니다. 딥러닝 이해를 위해 필요한 행렬의 개념에 대해서 알아봅시다. 수학에서 행렬(matrix)는 수 또는 다항식 등을 직사각형 모양으로 배열한 것을 말합니다. 수 와 마찬가지로 행렬도 사칙연산을 할 수 있고, 그 결과 역시 행렬입니다. 행렬의 크기가 ×  인 행렬 를 표현하면 다음과 같습니다.     ⋯        ⋯        ⋯  ⋮ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮    ⋯    입력의 차원이 3, 출력의 차원이 2인 인공신경망을 그림과 수식으로 표현하면 다음과 같습 니다. | 260 | 교사용 지도서 3차시 선박 건조시 블록의 효율적인 이동 언플러그 활동 조선소의 PE장에 블록 배치 시도하기 조선소에서 배를 최종 조립하기 위해서는 배를 조립의 마지막 단계인 도크에 배치하게 됩 니다. 도크에 배치된 배에 실제 블록을 조립하기 위해 블록들은 마지막 종착지인 PE 조립 장으로 이동하게 됩니다. PE 조립장에는 일반적으로 크레인 및 기타 무거운 리프팅 장비와 부품을 위한 작업장 및 보관 시설이 설치되어 있습니다. PE 작업장의 목적은 대형 블록들을 효율적으로 배에 조립할 수 있도록 하는 것입니다. 대 형 선박부품은 그 크기와 무게 때문에 이전 공장에서 다루기 어려울 수 있기 때문에 일반 적으로 PE 조립장까지 이동된 후 마지막 조립을 하게 됩니다. 일단 PE 조립장에서 조립된 블록은 일반적으로 도크 구역으로 이동하고 크레인을 사용하여 선박에 들어올립니다. 그런 다음 용접 또는 다른 방법을 사용하여 블록을 선박에 부착하여 선박 건조의 최종 단계를 완료합니다. 여기서 문제는 바로 PE 조립장의 공간이 한정적이라 는 것에 있습니다. 어떻게 하면 PE 조립장 공간을 최대한 쓰면서 블록들을 조립장에 배치 할 수 있을까요? PE 조립장에서 DOCK에 있는 선박으로 DOCK에 배치된 건조중인 선박과 PE 조립장에 이동중인 대형 블록 배치된 블록들 | 269 | 교사용 지도서 4차시 블록의 효율적인 이동 코딩 이해하고 분석하기 조선소의 PE장에 블록 배치 알고리즘 코드로 만들기 이제 실제로 블록을 배치하는 작업을 코드로 작성해보도록 하겠습니다. 사실 코드로 작성할 려면 여러 가지 알아야 하는 기본 상황이 있습니다. 일단 프로그래밍 언어를 기초적으로 알 아야 하고, 다음으로 프로그래밍 언어를 컴퓨터에 설치해야 합니다. 이 모든 내용을 이 짧 은 활동에서 다 할 수는 없겠지만 좋은 자료들을 공유하도록 하겠습니다. 파이썬 이해하기와 파이썬 컴퓨터에 설치하기 조선소 블록 배치 알고리즘을 이해하기 위해서는 먼저 파이썬을 컴퓨터에 설치해야 합니다. 사실 짧은 시간 안에 모든 파이썬 문법을 이해하고 파이썬 프로그램을 개발하는 것은 여러 분들에게 상당히 어려운 일이 될 것입니다. 그래서 우리는 간단히 파이썬 개념만 배우고, 파이썬을 실행하는 법만 배우겠습니다. 그리고 아래 참고 강의를 시간이 남으실 때 들어보 실 것을 권장합니다. 파이썬 소개 영상 모음 - 파이썬 소개 - https://www.youtube.com/watch?v=t84jQTwMFuE - 파이썬 설치하기 1) https://www.youtube.com/watch?v=OXKJwapXxuo 2) https://www.youtube.com/watch?v=lqSNOIPGbns 3) https://www.youtube.com/watch?v=NfR_jPZDIwE - 파이썬 강좌 – https://www.youtube.com/watch?v=KL1MIuBfWe0 파이썬에서 PE장 표현하기 다음으로 우리는 PE장을 코드로 표현해야 합니다. 앞서 우리가 토론하였듯이 공간을 하나 의 행렬로 표현하는 것이 좋습니다. 이를 위해서 우리는 파이썬의 라이브러리를 설치해야 합니다. 파이썬 라이브러리란 다른 사용자 또는 개발자에 의해 만들어진 미리 작성된 코드 모음을 의미합니다. 파이썬 라이브러리는 데이터베이스 연결, 파일 읽기 및 쓰기, 수학 연 산 수행과 같은 작업을 수행하는 데 도움이 됩니다. 우리는 이러한 라이브러리를 사용하여 우리의 파이썬 PE장 표현 프로그램을 좀 쉽게 개발할 예정입니다. 이를 위해서 우리는 NumPy와 Seaborn 이라는 라이브러리를 설치할 예정입니다. 이 두 라이브러리에 대한 설명 은 다음과 같습니다. | 277 | 교사용 지도서 5차시 인공지능(AI)과 관련된 직업 찾아보기 미래사회 이해하기 미래사회와 관련된 영상 시청하기 이솦 | EBS 소프트웨어 – 미래의 일하는 방식, 인간+AI https://www.ebssw.kr/edc/cultursens/cultursensMvpView.do?alctcrSn=56282&cntntsSn=23 522&stepSn=55466&lctreSn=1834645&pageIndex=1 인공지능 도입 사례 인공지능을 도입해서 물류 혁신을 이룬 이커머스 기업 쿠팡의 사례를 알아봅시다. [영상] 글로벌 투자자들을 놀라게 한 쿠팡의 5가지 핵심 신기술, 4분 총정리 – 쿠팡 뉴스룸 https://youtu.be/QULDFE3RF5U 쿠팡은 2014년 시작한 익일배송 인프라인 ‘로켓배송’ 서비스를 위해 인공지능(AI) 기술, 로봇 등 의 최신 기술을 도입하여 모든 배송 단계를 최적화하고 효율적으로 운영하고 있다. 이러한 기술  혁신을 통해 쿠팡의 고객들은 365일 원할 때 언제든지 수백만 개의 다양한 제품들을 빠르게  주문하고 받아볼 수 있으며, 쿠팡 직원들은 더욱 안전하고 효율적으로 안전하게 일할 수 있다. - 재고 관리에서의 AI 도입 쿠팡은 수년간 쌓아온 고객의 주문 데이터를 기반으로 1000만개 이상의 상품 품목을 직매 입하며 재고로 보관한다. 계절 등 날씨, 지역별 특징, 연령·성별 등 고객 데이터를 기반으로 고객이 주문할 물건의 수요를 미리 예측하고, 재고는 최종 고객과 가까운 인근 물류 거점에 배치해 전국의 쿠팡 풀필먼트 센터에 나눠 보관한다. - 배송 과정에서의 AI 도입 고객이 상품을 주문하면 작업자의 PDA에 실시간으로 주문 데이터가 뜨고, 쿠팡 AI 알고리즘은  단 몇 초 만에 재고, 상품 위치, 배송 경로 등 수백만 개 다양한 옵션을 고려해 가장 빠르고 효 율적인 프로세스를 예측하고 작업자에게 작업을 할당한다. ‘자율주행로봇(AGV)’ 는 바닥에 부착 된 바코드를 읽어 움직이고, 수십 개의 선반 중 주문한 상품이 담겨진 선반을 붙이기 위한 작업 대로 옮겨준다. 또한 어느 칸에 있는 물건을 꺼내면 될지 블루 라이트로 위치까지 알려준다. 포 장 작업대에도 직원을 돕는 기술이 숨어 있다. 오토 배거(Auto Bagger)라는 자동 포장기기는  작업자가 빠르게 포장할 수 있도록 도와준다. 포장백 안으로 물건을 쏙 넣기만 하면 포장이 완 료된다. | 291 | 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 블록코딩을 이용한 디지털 꽃 무늬 디자인 전남대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 블록코딩을 이용한 디지털 꽃 무늬 디자인 이름 주요 과목 수학 관련 단원 관련 과목 정보과학 관련 단원 STEM 요소 T, E, M 지역 [중학교] 1학년 기하 : 평면도형의 성질 [9수04-05] 다각형의 성질을 이해한다 [중학교] 정보-문제해결과 프로그래밍(추상화, 알고리즘, 프로그래밍) 차시 4 개발자 주요 수업 개요 다각형의 성질을 설명할 수 있고 이와 관련한 다각형 무늬를 코딩 을 이용한 디지털 꽃무늬를 디자인한다. • 1차시 : 정다각형을 이용한 다양한 무늬를 감상하고 그 무늬를 그리는 프로그램 작성을 생각해 본다. 정사각형, 정삼각형, 정오각 형을 코딩으로 그린다. 내각과 외각의 개념을 상기해 본다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) • 2차시 : 정칠각형을 그리고 이를 일반화 하여 정n각형 꽃을 그린 다. 정다각형이 아닌 무늬를 만들어 본다. • 3차시 : 정오각형 꽃을 코딩으로 그린다. 정오각형 꽃을 일반화 하여 정다각형 꽃을 그린다. • 4차시 : 정다각형 꽃을 일반화하여 그린 것을 이용해 자신만의 개성이 담긴 꽃을 만드는 프로그래밍을 해 본다. 자신이 만든 꽃을 그림판에 옮겨 예쁘게 편집한 뒤 스티커로 출력해 연필꽂이에 붙 인다. 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 Ⅱ. 차시별 지도안 차시 학습 과정 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 Ⅲ. 학생활동지 및 자료 해설 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 학생활동지 [1-2차시 활동지] 도입 (15분) • 코딩 및 수학과 관련한 최신 과학기술 동향에 대해 살펴 본다. • 정다각형을 이용한 다양한 무늬를 감상하고 그 무늬를 그리는 프로그램 작성을 생각해 본다. •무늬를 그릴 때 필요한 수학적 개 념이 무엇인지 생각해 보게 한다. 활동지 학습목표 • 프로그래밍을 위해 필요한 변수 ( )학년 ( )반 ( )번 이름( 1차시: 내각과 외각을 이용해 정다각형 그리기를 코딩한다. 2차시: 정다각형 그리기 일반화 코딩한다. 들을 생각해 본다. 1-2 차시 전개 (60분) Ÿ 정사각형, 정삼각형, 정오각형을 코딩으로 그린다. • 문제해결 절차를 그림이나 글로 • 내각과 외각의 개념을 상기해 본다. 표현하여 본다. • 정칠각형을 그리고 이를 일반화 하여 정n각형 꽃을 그린다. • 프로그램을 만들어 본다. • 정다각형이 아닌 무늬를 만들어 본다. Ÿ 프로그램을 실행해 보고 잘못된 아래와 같이 정다각형을 이용하여 다양한 무늬를 만들어보자! 부분이 있는지 찾고 수정하여 다시 실행해 본다. • 배운 내용을 정리하면서 사용한 수학원리인 정다각형의 내각과 정리 (15분) 외각의 개념을 정리한다. Ÿ 더 효율적인 프로그램은 없는지 • 사용했던 블록들에 대해 정리해본다. 생각해 본다. • 이 수업을 통해 알게 된 점 느낀 점을 말해 본다. 차시 학습 과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 [정다각형 만들기] 1. 다음은 엔트리를 열었을 때 기본 셋팅 블록입니다. 엔트리봇은 어떻게 이동할까요? • 정보기술분야의 직업에 대해 알아보고 자신의 특기 또는 진로와 도입 (15분) 관련해서 어떤 장점이 될 수 있을지 생각해 본다. •무늬를 그릴 때 필요한 수학적 개 • 정다각형을 이용한 다양한 무늬를 감상하고 그 무늬를 그리는 념이 무엇인지 생각해 보게 한다. 프로그램 작성을 생각해 본다. • 프로그래밍을 위해 필요한 변수 차시 들을 생각해 본다. • 정오각형 꽃을 코딩으로 그린다. 3-4 전개 (90분) • 정오각형 꽃을 일반화하여 정다각형 꽃을 그린다. • 정다각형 꽃무늬를 그리는 것을 이용해 자신만의 개성이 담긴 꽃을 만드는 프로그래밍을 해 본다. • 자신이 만든 꽃무늬들을 친구들에게 소개한다. • 문제해결 절차를 그림이나 글로 2. 엔트리봇이 이동하는 흔적을 남기려면 어떤 블록을 추가하면 될까요? 표현하여 본다. • 프로그램을 만들어 본다. Ÿ 프로그램을 실행해 보고 잘못된 부분이 있는지 찾고 수정하여 3. 다음과 같은 방향으로 이동하려면 엔트리봇에 어떤 움직이는 블록을 추가하면 될까요? 다시 실행해 본다. 정리 (15분) •자신이 만든 꽃을 그림판에 옮겨 예쁘게 편집한 뒤 스티커로 출 력해 연필꽂이에 붙인다. • 이 수업을 통해 알게 된 점 느낀 점을 말해 보게 한다. - 3 - Ÿ 더 효율적인 프로그램은 없는지 생각해 본다. - 4 - ) 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 유니티 게임 프로그래밍을 활용한 벡터개념 활용 소개 아주대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 프로그램 이름 주요 과목 아주대학교 과학영재교육원 유니티 게임 프로그래밍을 활용한 벡터개념 활용 소개 기하 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 II. 평면벡터 / 1. 벡터의 연산, 2. 평면벡터의 성분과 내적 관련 단원 T, M 지역 차시 8 개발자 주요 수업 개요 차시별 주요내용 (키워드 위주) 유니티 게임 프로그래밍을 활용하여 벡터개념 및 그 활용을 배운 다. 실제 2차원 슈팅게임을 프로그래밍하고 벡터를 변경해 가며 게 임 케릭터의 움직임의 변화를 관찰한다. 1차시 : 벡터 개념 복습. 벡터가 적용된 게임 실습 2차시 : 유니티를 이용하여 게임 배경 및 유닛 만들기. 3차시~7차시 : 유니티를 이용한 게임 만들기. (유닛, 총알, 음악 등) 8차시 : 벡터를 이용한 게임 캐릭터 움직임 제어. ◎ 게임 만들기(1차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 단원명 수업주제 2020.12.30. II-1. 벡터의 연산 수업대상 수업장소 2학년 ZOOM 온라인 수업 벡터의 연산 복습하기 학습목표 수업교사 김홍겸 수업차시 1/8 수업형태 실시간 화상 수업 벡터의 연산과 관련된 내용을 복습하고 이를 설명할 수 있다. 수업단계 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 수업 목표 확인 - 이번 수업을 통해서 탐구해야 할 최종적인 목표를 인식한다. 배움열기 (5분) ▶ 동기유발 - 벡터가 우리가 알고 있는 것 주 어느 부분에서 활용되는지 소개한다. - 프로젝트 수업의 전체적인 목표에 대해 설명한다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 벡터의 덧셈, 뺄셈에 대해서 학습한다. - 실시간 화상 수업을 통해 교사가 설명하는 내용을 바탕으로 학생들이 주어진 문제를 해결한다. - 문제를 해결하는 과정에서 서로 질문을 통해 해결할 수 있 도록 한다. - ppt - 비대면 배움활동 로 학생들의 이해 (40분) ▶ 학습활동 2: 벡터의 실수배 및 평행에 대해서 학습한다. - 실시간 화상 수업을 통해 교사가 설명하는 내용을 바탕으로 정도를 - 문제를 해결하는 과정에서 서로 질문을 통해 해결할 수 있 도록 한다. (5분) ▶ 학습 내용 복습 및 후속 차시 소개 - 오늘 학습한 내용을 간단하게 복습하고 다음 시간에 배울 벡터의 내적을 소개한다. • 11 • 체크해가 면서 수업한다. 학생들이 주어진 문제를 해결한다. 배움정리 수업이므 - ppt ◎ 게임 만들기(2차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 2020.12.31. 수업대상 II-2. 단원명 수업주제 학습목표 평면벡터의 수업장소 2학년 ZOOM 온라인 수업 성분과 내적 평면벡터의 성분과 내적 수업교사 김홍겸 수업차시 2/8 수업형태 복습하기 실시간 화상 수업 평면벡터의 성분과 내적에 관련된 내용을 복습하고 이를 설명할 수 있다. 수업단계 교수·학습 활동 ▶ 전시학습 확인 배움열기 (5분) - 지난 시간에 배운 벡터의 연산에 대해서 복습한다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. 수업자료 및 유의점 - 너무 시간이 길어 지지 않도록 한 다. ▶ 학습활동 1: 평면벡터의 성분과 관련된 내용을 학습한다. - 실시간 화상 수업을 통해 교사가 설명하는 내용을 바탕으로 학생들이 주어진 문제를 해결한다. - 문제를 해결하는 과정에서 서로 질문을 통해 해결할 수 있 도록 한다. - ppt - 비대면 배움활동 로 학생들의 이해 (40분) ▶ 학습활동 2: 벡터의 내적과 관련된 내용을 학습한다. - 실시간 화상 수업을 통해 교사가 설명하는 내용을 바탕으로 정도를 - 문제를 해결하는 과정에서 서로 질문을 통해 해결할 수 있 도록 한다. (5분) ▶ 학습 내용 복습 및 후속 차시 소개 - 오늘 학습한 내용을 간단하게 복습하고 다음 시간에 배울 Unity 프로그램을 소개한다. • 17 • 체크해가 면서 수업한다. 학생들이 주어진 문제를 해결한다. 배움정리 수업이므 - ppt ◎ 게임 만들기(3차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 2021.1.4. 수업대상 2학년 수업교사 김홍겸 단원명 Unity 1 수업장소 온라인 수업 수업차시 3/8 수업주제 Unity 설치 및 배경세팅 학습목표 수업형태 동영상 컨텐츠 활용수업 Unity에 대해서 간단히 알아보고 배경을 만들 수 있다. 수업단계 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 전시학습 확인 - 전시학습에서 배운 위치벡터 및 평면 벡터의 내적에 대한 내용 배움열기 (5분) 을 복습한다. - 너무 시간이 길어 ▶ 동기유발 지지 - Unity로 만든 게임을 학생들이 직접 시연할 수 있도록 한다. 다. 않도록 한 ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 유니티를 설치하도록 한다. - 동영상에 나와 있는 설명을 바탕으로 학생들이 Unity를 설치할 수 있도록 한다. - 교사는 실시간으로 피드백을 주며 상호작용한다. - 동영상 - 학생들이 배움활동 차근차 근 따라할 수 있 (40분) 도록 설명한다. ▶ 학습활동 2: 배경을 설정한다. - 주어진 동영상에 나와있는 설명을 바탕으로 하여 학생들이 배 경을 설정하고 배경이 움직이도록 간단히 조작하도록 한다. 배움정리 (5분) ▶ 학습 내용 복습 및 후속 차시 소개 - 오늘 학습한 내용을 간단하게 복습하고 다음시간에 배울 주인 공 설정 방법에 대해서 소개한다. • 41 • - 동영상 ◎ 게임 만들기(4차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 2021.1.5. 수업대상 2학년 수업교사 김홍겸 단원명 Unity 2 수업장소 온라인 수업 수업차시 4/8 수업주제 주인공 설정 및 총알 세팅 학습목표 수업형태 동영상 컨텐츠 활용수업 Unity를 통해 주어진 과제를 수행할 수 있다. 수업단계 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 전시학습 확인 배움열기 (5분) - 전 시간에 배운 Unity 관련 프로젝트를 불러와 테스트 해본다. - 너무 시간이 길어 지지 않도록 한 다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 주인공을 설정한다. - 동영상에 나와 있는 설명을 바탕으로 학생들이 주인공(player) 을 설정한다. - 교사는 실시간으로 피드백을 주며 상호작용한다. - 동영상 - 학생들이 배움활동 차근차 근 따라할 수 있 (40분) 도록 설명한다. ▶ 학습활동 2: 총알을 설정한다. - 주어진 동영상에 나와있는 설명을 바탕으로 하여 학생들이 총 알을 설정하고 이것이 제대로 작동되는지 확인한다. 배움정리 (5분) ▶ 학습 내용 복습 및 후속 차시 소개 - 오늘 학습한 내용을 간단하게 복습하고 다음시간에 배울적과 게임 매니지먼트를 소개한다. • 55 • - 동영상 ◎ 게임 만들기(5차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 2021.1.6. 수업대상 2학년 수업교사 김홍겸 단원명 Unity 3 수업장소 온라인 수업 수업차시 5/8 수업주제 몬스터 설정 및 게임매니저 학습목표 수업형태 동영상 컨텐츠 활용수업 Unity를 통해 주어진 과제를 수행하고 반성할 수 있다. 수업단계 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 전시학습 확인 - 전 시간에 배운 Unity 관련 프로젝트를 불러와 테스트 해본다. 배움열기 - 주인공(Player)가 움직이는 원리에 대해서 이야기해본다. (5분) - 너무 시간이 길어 지지 않도록 한 다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 적(Enemy)을 설정한다. - 동영상에 나와 있는 설명을 바탕으로 학생들이 적(Enemy)을 설정한다. - 교사는 실시간으로 피드백을 주며 상호작용한다. - 동영상 - 학생들이 배움활동 차근차 근 따라할 수 있 (40분) 도록 설명한다. ▶ 학습활동 2: 게임매니저를 수행한다. - 주어진 동영상에 나와있는 설명을 바탕으로 하여 학생들이 게 임 매니저를 수행하고 잘 작동되는지 확인한다. 배움정리 (5분) ▶ 학습 내용 복습 및 후속 차시 소개 - 오늘 학습한 내용을 간단하게 복습하고 다음시간에 배울 적과 게임 매니지먼트를 소개한다. • 69 • - 동영상 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 수학과 함께 만드는 나만의 카페 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 수학과 함께 만드는 나만의 카페 이름 주요 과목 관련 단원 수학1 관련 과목 STEM 요소 5. 기본도형와 작도 6. 평면도형의 성질 관련 단원 T, M, CT 지역 개발자 주요 수업 개요 ‘주어진 둘레로 도형에서 넓이를 크게 만들기’와 ‘테이블 사이의 거리두기’ 를 적용하여 카페 공간을 구성해 봄으로써 수학적 지식을 적용하여 공간을 최적화하도록 설정함으로써 창의 공학적 설계와 수학적 탐구 기능을 활용 할 수 있도록 한다. 1차시 : 문제 상황 제시, 기본도형, 다양한 도형의 넓이 구하기 2차시 : 지오보드 사용, 넓이가 같은 다양한 도형 찾기, 등적 변형 이해하 기 3차시 : 둘레가 같은 다양한 도형의 넓이 계산하기 차시별 주요내용 (키워드 위주) 4차시 : 알지오매스를 이용하여 도형 그리기, 도형의 둘레와 넓이 찾기 5차시 : 넓이가 같은 도형의 둘레 최소화하기, 둘레가 같은 다양한 정다각 형 만들기, 다각형의 내각과 외각, 블록코딩으로 정다각형 그리기 6차시 : 알지오매스를 사용하여 테이블 배치 문제 해결하기 7차시 : 알지오매스를 사용하여 문제 상황 최적화하기, 플로어플래너에서 나만의 카페만들기 8차시 : 플로어플래너의 나만의 카페 구성하여 발표하기 수 1 학 수학과 함께 만드는 나만의 카페 1. 상황제시 / 2. 문제정의와 제한 조건 확인 / 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1 2 3 4 D C 학습 목표 B A 준비물 1. 기본 도형을 이해하고 설명할 수 있다. 2. 건축물의 설계도에서 점, 선, 면을 찾을 수 있다. 관련 동영상, 활동지 3. 다양한 도형의 넓이를 계산할 수 있다. 상황제시 1. 동영상 시청 ① 영상 시청 후 줄거리 요약하기 유의사항 1. 포스트코로나 시대와 도시 공간 재구성 https://www.youtube.com/w atch?v=RVuyjRF0aFU ② 시대에 따른 생활방식과 공간의 변화에 대해 생각해보기 2. 톨스토이의 단편 ‘사람에겐 얼마만큼의 땅이 필요한가’ https://www.youtube.com/w atch?v=9mEBSmJw0ck 2. 카페로 사용할 건물을 지으려고 할 때, 두 동영상의 내용을 적용한다면 어떤 점을 고려해야 하는 지 생각해 보기 ( )는 카페를 운영하고 싶어 한다. 어느 날 마음에 드는 땅을 발견하여 구입하고 땅에 카페로 사용할 새로운 건물을 짓고 인테리어를 하였다. 주방과 화장실의 위치도 정하고 테이블도 배치하고 고객들이 좋아할 만한 소품들도 구 비하여 카페를 꾸며 놓았다. 1) ‘바흠’이 걸어간 거리는 건축에서 어떤 것과 관련이 있는가? 2) ‘바흠’이 땅을 얻는 방법으로 촌장이 제시한 조건은 건축에서 어떤 것과 관련 있는가? 부산대학교 과학영재교육원 3 수학과 함께 만드는 나만의 카페 2 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1 2 3 4 D 학습 목표 C B A 준비물 1. 지오보드 또는 모눈종이에서 다각형의 넓이를 계산할 수 있다. 2. 넓이가 같은 다양한 도형을 만들 수 있다. 활동지, 지오보드 3. 등적변형을 이용하여 다각형의 변의 개수를 줄일 수 있다. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1. 지오보드를 활용한 수업 ① 지오보드(모눈종이)에 그려진 다각형의 넓이 계산하기 유의사항 다양한 도형의 넓이를 계산해 볼 수 있도록 한다. ② 다양한 도형을 만들어 넓이 계산하기 ③ 주어진 넓이를 가지는 여러 가지 도형 만들어보기 2. 등적 변형 이해하기 ① 넓이가 같은 다양한 삼각형 그려보기 (평행선 사이의 거리) ② 넓이의 변화 없이 다각형의 변의 개수 줄이기 E 부산대학교 과학영재교육원 5 1. 수 학 3 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1 2 3 4 D 준비물 C B A 학습 목표 1. 지오보드를 이용하여 둘레가 같은 여러 가지 다각형을 만들 수 있다. 활동지, 지오보드 2. 다각형의 넓이를 계산할 수 있다. 3. 넓이의 값이 큰 도형의 특징을 찾을 수 있다. 4. 알지오매스의 기초사용법을 익힐 수 있다. 유의사항 ∙ 다양한 도형의 넓이를 계산 해 볼 수 있도록 한다. ∙ 컴퓨터실을 사용할 경우 알 지오매스 및 플로어 플래너 를 가입 방법을 안내하고 미 리 사용해 보도록 한다. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1. 선의 종류 학습하기 2. 지오보드를 활용한 수업 ① 둘레의 길이가 50cm인 여러 가지 다각형을 만들어 넓이 계산하기 ② 넓이의 값이 큰 도형의 특징에 대해 이야기하기 3. 알지오매스 및 플로어플래너 소개하기 4. 알지오매스 기초 사용법 배우기 - 점찍기, 직선, 반직선, 선분 그리기 6 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 수학과 함께 만드는 나만의 카페 4 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1 2 3 4 D C 학습 목표 1. 알지오매스의 기초 사용법을 익힐 수 있다. 2. 알지오매스를 사용하여 다양한 도형의 둘레와 길이를 계산할 수 있다. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1. 알지오매스를 기초 사용법 익히기 B A 준비물 활동지, 알지오매스 유의사항 ∙ 활동지의 안내에 따리 필요 한 부분을 학습하도록 하며 아래의 동영상은 참고 자료 로만 제시한다. ∙ 알지오매스에 익숙해지는 시간을 준다. ① 알지오매스 선택도구 사용법 https://www.youtube.com/watch?v=2al8FCGG6lY&list=PLIGpGOk2qkXjmpF46B—k3-1Hl Vh6paC1&index=25 ② 알지오매스 점도구 사용법 https://www.youtube.com/watch?v=IDvurGoLTKY&list=PLIGpGOk2qkXjmpF46B—k3-1Hl Vh6paC1&index=26 ③ 알지오매스 선분도구 사용법 https://www.youtube.com/watch?v=NA7dU0ac-64&list=PLIGpGOk2qkXjmpF46B—k3-1 HlVh6paC1&index=27 ④ 알지오매스 원도구 사용법 https://www.youtube.com/watch?v=C5hvFCpi1VM&list=PLIGpGOk2qkXjmpF46B—k3-1H lVh6paC1&index=28 ⑤ 알지오매스 다각형도구 사용법 https://www.youtube.com/watch?v=1KgA0BRrJBk&list=PLIGpGOk2qkXjmpF46B—k3-1Hl Vh6paC1&index=29 ⑥ 알지오매스 길이도구 사용법 https://www.youtube.com/watch?v=CEuZe4gNnUk&list=PLIGpGOk2qkXjmpF46B—k3-1 HlVh6paC1&index=30 부산대학교 과학영재교육원 7 수학과 함께 만드는 나만의 카페 5 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 / 4. 해결책 설계 1 2 3 4 D C 학습 목표 B A 준비물 1. 알지오매스를 활용하여 주어진 길이를 둘레로 가지는 도형을 그릴 수 있다. 2. 그려진 도형의 넓이를 계산하여 서로 비교할 수 있다. 활동지, 알지오매스 3. 카페만들기에 적용할 수 있는 수학적 원리를 찾을 수 있다. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1. 넓이를 그대로 유지하면서 둘레의 길이를 줄이기 ① 등적변형을 이용하여 삼각형의 모양 변화시키기 유의사항 스스로 먼저 시도해 보고 친구 들과 함께 고민하여 해당 도형 을 그리는 방법을 찾아보도록 한다. ② 등적변형을 이용하여 사각형의 모양 변화시키기 ③ 넓이의 변화 없이 다각형의 변의 길이를 변화시키는 방법을 찾아보고 이웃한 변의 길이가 같아질 때 길이의 합이 가장 작아짐을 이해한다. 2. 알지오매스를 활용하여 정 각형의 넓이 구하기 ① 주어진 길이를 둘레로 가지는 정삼각형을 만들어 넓이 계산하기 ② 주어진 길이를 둘레로 가지는 사각형을 만들어 넓이 계산하기 유의사항 다양한 도형의 넓이를 계산해 볼 수 있도록 한다. ③ 주어진 길이를 둘레로 가지는 다양한 도형을 만들어 넓이 계산하기 ④ 같은 둘레를 가지는 정각형에서 의 값이 커질수록 넓이는 커진다는 것을 이해한다. 3. <해결과제 1>을 활동지에 정리해 보자. 카페만들기와 관련하여 적용할 수 있는 해결책을 찾을 수 있는가? 부산대학교 과학영재교육원 9 수학과 함께 만드는 나만의 카페 6 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 / 4. 해결책 설계 1 2 3 4 D C 학습 목표 1. 알지오매스를 사용하여 다앙한 다각형의 구조를 사용하여 점을 찍을 수 있다. 2. 테이블 배치 문제의 해결책을 찾을 수 있다. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 알지오매스 활용하기 1. 카페의 테이블 배치문제를 단순화하여 생각해보기 B A 준비물 활동지, 알지오매스 유의사항 플로어플래너 회원가입을 미 리 할 수 있도록 안내하여 차시 수업 진행에 어려움이 없도록 한다. ① 테이블을 점으로, 테이블 사이의 간격은 다갹형의 변의 길이로 생각하기 ② 점의 개수가 10개일 때, 일정한 거리를 두며 점을 찍고 넓이 계산하기 ③ 정해진 공간에 일정한 거리를 두며 최대한 많은 점 찍기 ④ 다른 친구들이 점을 찍을 방법을 비교해 보고 주어진 도형에 점을 가장 많이 넣는 방법 찾아보기 2. 알지오매스로 도형에 점 사이의 거리가 일정한 점을 찍어보자. ① 정삼각형구조로 점찍기 ② 정사각형구조로 점찌기 ③ 정오각형구조로 점찍기 ④ 다양한 구조로 점을 찍어 가장 적절한 테이블 배치 방법 생각해보기 해결책 설계 1. <해결과제 2>를 활동지에 정리해 보자. 테이블 배치와 관련하여 어떠한 해결책을 찾을 수 있는가? 부산대학교 과학영재교육원 11 1. 수 학 7 4. 해결책 설계 / 5. 최적화 1 2 3 4 준비물 활동지(평가지), 알지오매스. 플로어플래너 C B A 학습 목표 1. 알지오매스에서 배경에 맞는 도형을 그릴 수 있다. 2. 플로어플래너에서 설계도를 만들 수 있다. 유의사항 알지오매스 활동시 지정된 배 경을 삭제하지 않도록 유의하 며 1차 산출물 완성 후 캡처 할 때는 주어진 땅을 모두 포함하 여 저장한다. D 해결책 설계 1. 알지오매스(https://me2.do/xnK9aYSN) 활동지를 이용하여 조건에 맞게 주어진 땅에 카페 건물을 설계한다. ① 조건 1) 벽을 만드는데 사용할 수 있는 총 예산은 1,000만원이다. 2) 벽의 길이 1m당 10만원의 비용이 든다. 3) 벽의 모서리를 하나 만드는데 5만원의 추가 비용이 든다.   4) 곡선은 사용하지 않는다.  ② 만들어진 도형의 대략적인 모양을 활동지에 그리고 둘레와 넓이를 계산하다. ③ 친구들의 다각형과 비교하며 가장 넓이가 넓은 다각형을 찾아본다. 12 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 1. 수 학 8 5. 최적화 / 6. 평가 및 내용 정리 1 2 3 4 D 준비물 활동지(평가지), 플로어플래너 A 1. 플로어플래너를 이용하여 까페 공간을 구성하고 내부 환경을 조성할 수 있다. 2. 산출물을 발표하고 활동에 사용되었던 내용들을 함께 정리하여 발표할 수 있다. 최적화 1. 플로어플래너를 통해 공간을 구성하기 2. 완성된 산출물을 소개한다. 14 B 학습 목표 유의사항 공간 구성을 최적화하고 발표 할 때 만들어진 공간의 특징과 장점과 단점을 함께 찾아보도 록 한다. C 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 

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 나만의 스마트한 공간 만들기 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 나만의 스마트한 공간 만들기 이름 주요 과목 물리 관련 단원 Ⅱ. 생활 속의 과학 탐구 관련 과목 정보 관련 단원 IV. 컴퓨팅 시스템 STEM 요소 S, T, E, M 지역 개발자 주요 수업 아두이노와 액츄에이터, 센서를 조합하여 나만의 공간을 위한 스마트 개요 시스템 설계하기 1차시 : 근거리 무선통신의 종류와 원리, 아두이노와 RFID모듈 연결 (#근거리무선통신 #NFC #RFID #블루투스 #아두이노 #RC522모듈) 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 알고리즘 작성과 땅콩버터 샌드위치 만들기 (#알고리즘) 3~4차시 : 내방경보시스템, 스마트 시스템 1차 설계하기 (#알고리즘 #피지컬컴퓨팅) 5~6차시 : 1차 설계 발표 및 최적화, 최종 설계물 완성하기 (#알고리즘 #피지컬컴퓨팅) 2. 물리학 물리학 1 1. 상황제시 / 2. 문제정의와 제한조건확인 1 2 3 4 준비물 문제상황 제시용 영상, 학생활동지 D C B A 학습 목표 공학적 문제 상황을 정의하고 문제 해결을 위한 제한 조건을 확인한다. 유의사항 상황제시 ∙ 영상 출처 https://www.youtube.com/w atch?v=VNuQY6ad7oE&t=3 51s&ab_channel=%EC%B1% 84%EB%84%90A (12:41) - 문제상황 0:00 ~ 2:02 - 필요부분 5:50 ~ 6:52 1. 공학적 문제를 제시하는 영상의 일부분을 보여준다. : “사춘기 아이를 존중하는 법 5가지” ① 영상에서 ‘사춘기 아이와 부모의 갈등을 빚고 있는 상황’을 문제상황으로 제시 ② 영상에서 제시하는 사춘기 아이를 존중하는 법 5가지를 보여주며 위의 갈등상황을 현명하게 극복하는 법에 대해 생각해 보며 ∙ 상황제시의 요건 1. 엄마와의 갈등을 해결하기 위한 요소로 엄마를 직접적 으로 변화시키는 요소와 정 의적 요소(대화방법개선 등) 로 인한 해결방안은 제외한다. 2. 현재 금쪽이는 고등학교 1학 년으로 가정하고 피지컬 컴 퓨팅을 배우고 있는 중이다. 문제상황을 해결하는 방법에 대한 관심을 유도한다. ③ 영상 속 금쪽이가 엄마와의 갈등을 과학적으로 극복할 수 있는 방법을 공개오디션 방식으로 제안하는 형태로 공학적 문제를 제시한다. ④ 인포그래픽 활용 3. 피지컬 컴퓨팅을 활용한 문 제해결을 위해 융합적 문제 해결력과 융합적 사고력이 필요하다. 4. 제한된 용돈 등의 현실적인 상황에 맞게 문제 해결 방안 을 고민함으로써 공학적 설 계과정을 이해한다. 18 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 나만의 스마트한 공간(Smart Room) 만들기 유의사항 문제정의와 제한조건 확인 1. 해결해야 할 공학적 문제를 정의한다. ∙ 게임을 하는 중에 난입하여 원활한 게임 생활을 방해하는 엄마의 접근을 미리 알려주는 아두이노 ‘내방경보시스템’과 나만의 공간의 편의성을 증진시켜주는 ‘나만의 스마트 시스템’을 제작한다. ∙ ‘내방경보시스템’의 목적은 산출물의 성능을 평가하는 기준이 된다. ∙ 목적과 조건은 교사가 구체적 으로 제시하였으나 학습자의 수준에 따라 학습자가 목적 과 조건을 주도할 수 있다. 2. ‘내방경보시스템’과 ‘나만의 스마트 시스템’의 목적을 제시한다. ∙ ‘내방경보시스템’의 주성능에 대한 평가 기준 정하기 ∙ ‘나만의 스마트 시스템’의 주성능에 대한 평가 기준 정하기 3. ‘내방경보시스템’과 ‘나만의 스마트 시스템’의 제한 조건을 제시한다. ∙ 제한된 용돈으로 인한 예산범위, 집의 대략적인 구조 등 1 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1 2 3 4 D C B A 학습 목표 준비물 RFID / NFC / 블루투스 등 근거리 무선통신의 원리를 탐구하고 이를 적용한 실생활의 예를 찾을 수 있다. 노트북(또는 태블릿 PC 등), 학생활동지, 아두이노, RFID/NFC모듈, LED(Red, Green), 그 외 필요물품 정보 수집 유의사항 ∙ 근거리 무선통신 탐구과정 1. 근거리 무선통신 ① RFID (Radio Frequency IDentification) ② NFC (Near Field Communication) ③ 블루투스 (Bluetooth) ④ WiFi (Wireless Fidelity) ⑤ 그 밖의 무선통신 : ZigBee ① 근거리 무선통신의 종류는 미리 제시하여 주어진 예시 에 대한 탐구할 수 있는 시간 을 최대한 확보한다. ② 근거리 무선통신이 적용되 는 실생활의 예를 찾는 과정 은 개방적으로 실시하여 최 대한 다양한 예시를 탐색할 수 있도록 한다. 2. 실생활의 예 : 에어드롭, Nearby Share, 삼성페이/애플페이 등 부산대학교 과학영재교육원 19 2. 물리학 유의사항 RFID/NFC모듈을 동작시키는 아두이노 코딩은 사전에 미리 입력한 스케치 저장파일을 활 용하여 코딩을 입력하면서 발 생하는 시간소요을 줄여 모듈 의 동작을 익히는데 초점을 둔 다. 재료탐색 1. RFID / NFC 모듈을 아두이노에 연결하여 시리얼 모니터를 확인하여 동작을 익힌다. ① 태그되는 카드의 고유번호를 확인한다. ② 지정된 카드번호가 아닌 다른 카드가 인식될 경우 LED의 빨간 LED가 점등하고, 지정된 카드가 인식될 경우에 초록색 LED가 점등하도록 코드를 수정하여 동작을 확인한다. 평가하기 1. 학습자 자기평가 평가 기준 근거리 무선통신 RFID 연결 평가 문항 점 수 근거리 무선통신의 종류와 원리에 대하여 이해하였는가? [1] [3] [5] 근거리 무선통신이 적용되는 예에 대하여 말할 수 있는가? [1] [2] [3] 아두이노에 RFID 모듈을 연결하여 인식시킬 수 있는가? [1] [3] [5] 시리얼 모니터에 나타나는 카드 또는 태그의 고유번호를 확인할 수 있는가? [1] [2] [3] 조별 활동과정에 성실하게 참여하였는가? [1] [2] [3] 개인별 활동과정에 성실하게 참여하였는가? [1] [2] [3] 탐구태도 20 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 나만의 스마트한 공간(Smart Room) 만들기 2 해결책 설계 1 2 3 4 D C B A 학습 목표 1. 목표 동작을 정확히 수행할 수 있는 알고리즘을 설계하고 실행할 수 있다. 2. 모둠원과 협력하여 목표 동작을 수행할 수 있는 알고리즘을 설계하고 실행할 수 있다. 해결책 설계 준비물 식빵, 땅콩버터, 버터나이프, 딸기잼, 학생활동지(모둠별) 유의사항 ∙ 참고영상 1. 땅콩버터 샌드위치 만들기 ∙ 공학적 설계 과정인 ‘공학설계’ 과정에서 활용할 동작 수행을 위한 알고리즘 설계 방법을 익히기 위한 활동 ① 모둠별로 모둠원과 협력하여 땅콩버터 샌드위치를 만드는 알고리즘을 작성한다. ② 작성한 알고리즘을 무작위로 섞은 뒤, 다른 조의 알고리즘으로 직접 땅콩버터 샌드위치를 만들어본다. ③ 정상적으로 땅콩버터 샌드위치를 만들 수 없다면 막히는 부분을 피드백하여 원래의 조로 다시 돌려준다. ④ 돌려받은 알고리즘을 살펴보고, 알고리즘이 막힌 부분을 수정하여 ②의 과정을 다시 한 번 반복한다. https://www.youtube.com/w atch?v=I5cq54MFQCo&ab_c hannel=%EC%95%8C%EA% B3%A0%EB%A6%AC%EC% A6%98 (길이 1:33) - 긴 버전 https://www.youtube.com/w atch?v=ZTxs0Il20lw&t=389s &ab_channel=%EB%B8%8C %EB%9E%9C%EB%93%9C% EA%B1%B4%EC%B6%95%E A%B0%80 (2:35~5:18) ∙ 공학적 설계 과정의 이해를 돕기 위한 알고리즘 설계를 위한 과정 부산대학교 과학영재교육원 21 2. 물리학 3~4 해결책 설계 1 2 3 4 D 준비물 학생활동지(모둠별), 노트북(또는 태블릿PC), RFID/NFC모듈, 아두이노, 기타 액츄에이터, 센서 등 그 밖의 필요물품 B A 학습 목표 1. 문제 상황을 해결하기 위한 산출물을 제한 조건에 맞게 설계한다. 2. 모둠원과 협력하여 1차 산출물을 제작한다. 유의사항 실제 제품을 제작할 수 있는지 에 대한 가능 여부는 제외하고 자유롭게 설계하도록 안내 C 해결책 설계 1. ‘내방경보시스템’ 설계하기 : 제한조건에 맞는 ‘내방경보시스템’ 제작하기 ⅰ. 제작목표 ∙ 나만의 공간에 누군가 다가오는 소리를 듣지 못하여 사생활을 보호한다. ∙ 나의 공간을 접근하는 존재를 감지하여 알려주는 시스템을 설계 ⅱ. 제한조건 ① 연결되는 액츄에이터와 센서의 총합이 5개 이상이 되도록 회로를 설계할 것. ② 사용 가능한 예산 범위 내 설계 ③ 시스템의 존재는 들켜서는 안 됨. ① 시스템 제작을 위해 필요한 액츄에이터와 센서를 가능한 많이 찾는다. ② ①의 과정에서 찾은 액츄에이터와 센서를 연결하여 동작가능한 아두이노 회로를 설계한다. ③ 설계한 회로가 동작하는 알고리즘을 작성한다. ④ 작성한 알고리즘을 공유하여 다른 조의 알고리즘을 평가하여 순위를 작성한다. 유의사항 ∙ 설계에 필요한 액츄에이터와 센서의 종류와 개수는 자유 롭게 선택하여 설계하도록 안내 ∙ 단, 최소 연결개수는 정하여 평가에 반영토록 한다. 2. ‘나만의 스마트 시스템’ 설계하기 : 제한조건에 맞는 ‘나만의 스마트 시스템’ 제작하기 (※ RFID/NFC 모듈을 활용한 스마트 도어 회로 포함) ① 시스템 제작을 위해 필요한 액츄에이터와 센서를 가능한 많이 찾는다. ② ①의 과정에서 찾은 액츄에이터와 센서를 연결하여 동작가능한 아두이노 회로를 설계한다. ③ 설계한 회로가 동작하는 알고리즘을 작성한다. ④ 작성한 알고리즘을 공유하여 다른 조의 알고리즘을 평가하여 순위를 작성한다. 22 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 나만의 스마트한 공간(Smart Room) 만들기 5~6 1 최적화 2 3 4 D C 학습 목표 1. 공학적 설계 과정을 거쳐 제작한 각 모둠별 1차 결과물을 평가한다. 2. 제작한 1차 결과물의 평가를 듣고 수정하여 최종산출물을 제작한다. 최적화 1. 1차 산출물 평가 ∙ 1차 제작물이 목적에 부합하는지 평가하기 위해 발표를 통해 다른 B A 준비물 학생활동지(모둠별), 노트북(또는 태블릿PC), RFID/NFC모듈, 아두이노, 기타 액츄에이터, 센서 등 그 밖의 필요물품 유의사항 산출물에 대한 평가와 토론을 통해 자유롭게 아이디어를 교 환하고 학습자의 비판적 사고 를 자극한다. 조의 알고리즘에 대한 의견을 듣는다. 2. 최종 산출물 설계 ∙ 1차 제작물 평가를 통해 얻은 피드백을 활용하여 최종 산출물을 설계 3. 최종 평가 ∙ 알고리즘을 가상으로 수행해보고 산출물이 정확히 동작하는지 확인 - 1차 산출물과 최종 산출물의 다른 점을 구체적으로 기록한다. - 최종 발표 이후에 수정하고 싶은 부분을 추가한다. (단, 평가에는 반영하지 않는다.) 부산대학교 과학영재교육원 23 2. 물리학 평가하기 유의사항 습득한 과학적 교과 지식과 융 합적 문제해결력의 성취 정도 를 평가한다. 1. 학습자의 자기 평가 평가 영역 [1] [3] [5] 내방경보시스템에 사용한 액츄에이터와 센서의 작동 방식을 이해하였는가? [1] [3] [5] 스마트시스템이 목표에 맞게 설계되었는가? [1] [3] [5] 스마트시스템에 사용한 액츄에이터와 센서의 작동 방식을 이해하였는가? [1] [3] [5] 알고리즘 수 정 다른 모둠의 발표를 참고하여 자신의 모둠의 알고리즘을 개선하였는가? [1] [3] [5] 알고리즘 완 성 목표에 맞는 동작을 정확히 수행할 수 있는 알고리즘을 설계하였는가? [1] [3] [5] 다른 모둠의 발표를 주의 깊게 들었는가? [1] [2] [3] 모둠원과 협력하여 알고리즘을 성실하게 작성하였는가? [1] [2] [3] 작성한 알고리즘 수정과정에 성실하게 참여하였는가? [1] [2] [3] 탐구태도 동료 평가의 ‘모둠간 평가’는 최 종 평가 과정으로 생략한다. 점 수 내방경보시스템이 목표에 맞게 설계되었는가? 내방경보 시 스 템 스 마 트 시 스 템 유의사항 평가 문항 2. 교사 평가 평가 기준 산 출 물 기 록 평가 문항 점 수 설계한 알고리즘이 목표로 한 동작을 정확히 수행하는가? (2차 시도 모두 통과한 경우 8점) [1] [3] [5] 설계도 : ‘1차∼최종’ 설계도를 과학적으로 그렸는가? [1] [3] [5] 수정과정 : 1차 산출물을 수정하여 최종 산출물이 개선되었는가? [1] [3] [5] 결과 : 최종 산출물이 제한조건을 지키며 정확히 동작하는가? [1] [3] [5] 연결한 액츄에이터와 센서의 종류가 5개 이상인 경우? 가 산 점 ➜ 5개 이상 경우 1점 ➜ 10개 이상 남긴 경우 2점 24 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 [0] [1] [2] 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 확률통계를 사용한 주가 예측을 통해 투자전략 결정하기 강원대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 확률통계를 사용한 주가 예측을 통해 투자전략 결정하기 이름 주요 과목 확률과 통계 관련 단원 관련 과목 관련 단원 STEM 요소 지역 고1 수학 - Ⅴ. 함수 -1. 함수 ~ 2. 합성함수 보조 주 개발자 개발자 최근 투자와 관련된 사람들의 관심이 높아지고 있고, 투자의 가치와 전략에 대한 분석을 바탕으로 임하는 것이 중요해지고 있다. 이 프로그램은 주가 변화를 수학적으로 표현하고 예측하는 것이다. 학생들은 주가가 가지고 있는 규칙을 찾고, 그 규칙을 수식으로 표현하고, 그렇게 표현된 수식으로 주가를 예측해보고 투자전략을 결정하는 일련의 과정을 수행하게 될 것이다. 규칙을 찾고 그 규칙을 수식으로 표현하는 것을 ‘수학적 모델링(mathematical modeling)’이라고 한다. 상황을 수학적으로 표현하게 되면, ‘앞으로 주가가 어떻게 될까?’를 예측할 수 있고, 이를 주요 수업 개요 바탕으로 투자를 위한 전략을 어떻게 세워야 할지 결정할 수 있다. 물론, 주가를 예측하며 이에 맞는 투자전략으로 모든 사람이 성공할 수 있는 것은 아니지만 확률에 근거한 의사결정으로 투자의 성공에 가까워질 수 있는 최적의 의사결정을 내릴 수 있다. 따라서 현시점까지의 주가와 모수를 바탕으로 주가를 예측하는 것은 투자를 위한 의사결정에 도움이 될 것이다. 우리는 이것을 수학으로 예측할 수 있다. 이번 수업을 통하여 주식 지수와 경제 용어에 대한 이론적 지식을 습득하고, 컴퓨터 코딩을 이용하여 몬테카를로 시뮬레이션을 실습하고 통계적 확률과 수학적 확률 사이의 관계를 이해한다. 이를 통해 주식 가격의 변동성에 대한 수학적 원리를 깨닫고 학생이 직접 모의 투자를 1차시 해봄으로써 경제적으로 합리적인 의사 결정 능력을 기른다. 주식, 주식 지수(코스닥 지수) 차시별 2차시 확률론적인 항이 포함된 함수, 주식 가격 예측 주요내용 3차시 몬테카를로 시뮬레이션, 수학적 데이터 산출, 엑셀 코딩 (키워드 위주) 4차시 주식 가격 시뮬레이션 5차시 주식 거래, 주식 호가, 모의 투자 확률통계를 사용한 주가 예측을 통해 투자전략 결정하기 Ⅱ 교사용 지도서 교사용 지도서 [1차시] 주식이란 무엇인가요? 수업 안내 • 1차시는 주식에 대한 상식을 배우고, 관련 용어를 알아보는 내용으로 구성된다. 수학과 관련된 내용은 자료와 그래프에 대한 해석이며, 초등학교 수준의 지식으로도 접근할 수 있다. 금융과 관련된 지식은 깊이 있게 다루지 말고 주식의 가격이 어떻게 결정되는지에 대해 알 수 있는 정도로만 다룬다. 수업 초반에 응용수학이 어디에 활용되는지 소개하면서 시작할 수 있다. 생각열기 주식에 대해 알아보자 주식에 대하여 알고 있는 내용이나 자신의 생각을 정리하여 발표해봅시다. 주식회사의 자본을 구성하는 단위이며, 사원인 주주가 주식회사에 출자한 일정한 지분 또는 이를 나타 내는 증권. 삼성전자, 카카오, 현대자동차 등의 기업과 관련된 주식이 있다. 주식과 관련된 용어에는 무엇이 있을까? 금융 : 돈의 여유가 있는 공급자로부터 돈을 필요로 하는 수요자에게 돈을 공급하는 것 시가총액 : 해당 기업의 시가 기준 총 금액 = 기업의 가치 매수 : 주식을 사는 것, 주식계좌에 보유한 현금으로 원하는 주식을 사는 것을 의미 매도 : 주식을 파는 것, 주식계좌에 보유하고 있는 주식을 현금화하는 것을 의미 양봉 : 상승을 의미하는 것으로 국내에선 빨간 막대를 사용 (미국 증시에서는 녹색 막대) 음봉 : 하락을 의미하는 것으로 국내에선 파란 막대를 사용 (미국 증시에서는 빨간 막대) 시가 : 해당 주식의 장 시작 가격 / 종가 : 해당 주식의 장 마감 가격 44 확률통계를 사용한 주가 예측을 통해 투자전략 결정하기 교사용 지도서 [2차시] 주식가격의 변화를 함수로 표현할 수 있을까? 수업 안내 • 2차시는 주식 가격을 예측하는 함수에 대해 학습한다. 이를 설명하기 위해 도입한 주식 가격의 그래프에서 발견할 수 있었던 특징을 수학을 통해 표현하고 해석할 수 있음을 학생들이 인식할 수 있는 정도로 간단히 설명한다. 알아보기 주식의 가격을 어떻게 예측할 수 있었을까? 다음은 주식 가격 그래프의 한 예시이다. 주식의 가격이 앞으로 시간에 따라 어떻게 움직일지 예측해보고, 자신의 생각을 발표해보자. 매일 주식의 가격은 오름과 내림을 반복하기 때문에 앞으로 주식가격이 어떻게 될지는 예측하기 어렵다. 추이를 나타내는 곡선을 보면 감소하고 있으므로 앞으로 이 주식의 가격은 감소할 것이다. 확실한 것은 다음 날에도 주식의 가격은 위아래로 계속 변동한다는 점이다. 52 확률통계를 사용한 주가 예측을 통해 투자전략 결정하기 [3차시] 교사용 지도서 컴퓨터를 이용한 난수의 생성과 몬테카를로 시뮬레이션 알아보기 확률 이야기 한 명의 학생이 아래의 정사각형에 다트를 던지는데, 그 다트는 정사각형 박스 안에 반드시 들어간다고 한다. 정사각형을 네 등분한 영역 중 빨간색으로 칠해진 부분에 맞을 확률을 구해보는 것을 생각해보자. 우리가 잘 알고 있는 수학적 확률로 문제를 풀면 사건 의 경우의 수 무한개     전체 경우의 수 무한개 라는 결론에 도달하게 될 것이다. 셀 수 있는 경우에 적용할 수 있는 수학적 확률을 사용했으나 셀 수 없는 경우에는 사용할 수 없다는 것을 알 수 있다. ‘기하학적 확률’은 셀 수 없는 경우에 사용하게 되는데 영역의 크기를 가지고 정의하게 된다. 영역에 찍힐 수 있는 모든 점이 가능성이 같은 정도로 기대될 때, 사건 가 일어나는 영역의 크기      일어날 수 있는 모든 영역의 크기  라고 확률을 정의하면 위의 문제에서      이라는 확률을 구할 수 있다.  기하학적 확률이 왜 필요할까? · 경우의 수를 세는 것이 어려운 상황에 놓였을 때, 확률을 알고 싶으면 필요합니다. · 도형과 관련된 확률을 구할 때 주로 활용될 수 있다고 생각합니다. 57 확률통계를 사용한 주가 예측을 통해 투자전략 결정하기 [4차시] 교사용 지도서 컴퓨터를 이용하여 주식가격의 변화를 그래프로 그려보기 수업 안내 • 이 수업에서는 주식의 가격이 어떤 모수에 의해 영향을 받고 변할 수 있는지 시뮬레이션을 통해 알아본다. • 시뮬레이션에 앞서 각각의 모수가 의미하는 것이 무엇이고, 컴퓨터에서 어떻게 코드로 구현할 수 있을지 방법을 찾아 정리하게 된다. • 이자율()에 따라 주식의 가격을 그래프로 그려보며 그래프의 상승이 어떻게 변하는지 관찰하고, 왜 이라는 모수가 ‘이자율’이라는 이름을 붙이게 되었는지 알게 된다. • 변동성()에 따라 주식의 가격을 그래프로 그려보며 그래프의 변화폭이 어떻게 변하는지 관찰하고, 왜 라는 모수가 ‘변동성’이라는 이름을 붙이게 되었는지 알게 된다. • 학생들은 실제 데이터에서 ‘이자율’과 ‘변동성’을 알아내는 방법을 배우고, 코스피200 지수의 움직임을 직접 시뮬레이션을 통해 그려보며 실제 데이터와 비교해보며 특징을 정리한다. 복습하기 자산가격 모델                         ∼     지난 2차시에서 학습했던 자산가격 모델의 함수식을 살펴보고, 함숫값에 영향을 주는 변수들에 대해 이번 시간에 학습해보고자 합니다. 활동 1 주식가격 함수를 코딩하는 과정을 거쳐 그래프로 그려보고 관찰하고자 한다. 모수(Parameter)란 무엇인가? 모수(parameter)는 통계학 용어다. 어미 모(母)에 숫자 수(數)를 더해 모집단(母집단)의 특징을 나타내는 수치를 의미한다. 좀 더 쉽게 말하자면 수학과 통계학에서 어떠한 시스템이나 함수의 특정한 성질을 나타내는 변수를 말한다. 우리가 학습한 주식의 가격을 나타내는 모델에서는 이자율( )과 변동성(  )을 모수라고 할 수 있다. 여기서 모집단은 해당 주식의 지금까지 알려진 가격을 데이터로 하는 집단이라고 생각하면 쉽다. 63 확률통계를 사용한 주가 예측을 통해 투자전략 결정하기 [5차시] 교사용 지도서 미래의 주식가격은 어떻게 될까? 수업 안내 • 학생들이 현재 상황의 자료를 가지고 시뮬레이션으로 예측을 해보고 투자 전략을 어떻게 할지 결정하게 한다. 학생 스스로 문제의식을 느끼고 참여하게 하고 교사의 개입은 최소화한다. 이자율과 변동성 등의 모수를 교사가 가상의 자료를 제공하여 시나리오가 있는 수업을 진행할 수 있다. OUR MISSION!! 코로나19 상황이 종료되지 못하고 계속됨에 따라 주식시장에 대한 사람들의 관심이 굉장히 높아진 가운데, 현재 주식시장은 남녀노소 할 것 없이 많은 사람의 관심을 받 고 있다. 현 주식시장의 상황을 알아볼 수 있는 자료를 수집하고, 지금의 투자를 유지 해도 될지, 아니면 투자를 어느 정도 조절해야 할지 친구들과 함께 결정해보자. 현재 상황 주식 시장의 현재 상황에 대해 무엇을 조사할지 친구들과 의논해보자. · 관심 있는 종목 선택 · 종목과 관련된 주요 이슈는 무엇이 있는지 · 이자율과 변동성에 대한 데이터 · 코스피 지수와 코스피200 지수의 움직임 확인 및 분석 수업 TIP • 주식 투자를 시작한 후 시간에 따라 주식의 가격 변화에 영향을 줄 수 있는 요인들에 대한 특징을 중심으로 의논할 수 있도록 발문한다. • 1~4차시 동안 배운 내용을 정리하며 관련 자료가 필요함을 느끼도록 발문한다. 예측하기 현재 상황을 유지할 때 주식 가격은 어떻게 변할지 시뮬레이션으로 예측해보자. [가정] CD금리를 1.6%, 00종목에 대한 변동성을 10%라 하자. 현재 가지고 있는 투자금액은 10억이고, 시간 t는 1일씩 변한다고 하자. 69 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 블록코딩을 이용한 포물선 운동 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 블럭코딩을 이용한 포물선 운동 이름 주요 과목 관련 단원 수학 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 S, T, E, M 개요 차시별 지역 보조 주 개발자 주요 수업 함수/함수와 그래프/함수 개발자 블록코딩을 이용하여 함수와 그래프를 표현하는 방법을 이해한다. 이를 바탕으로 움직이는 물체를 시간에 따라 표현하는 방법을 학습하고, 특히 포물선 곡선에 대한 이해를 바탕으로 던져진 물체의 궤적을 표현하는 방법을 학습한다. 이러한 포물선 곡선을 이용하여 실제 세계에서 움직이는 물체를 가상공간에 구현하고, 간단한 게임을 제작하는 데에도 활용한다. 1차시 블록코딩의 기초 메뉴를 이해한다. 2차시 블록코딩을 이용하여 함수와 그래프를 표현한다. 3차시 포물선 곡선을 표현하는 방법을 이해한다. 주요내용 (키워드 위주) 4차시 움직이는 물체의 궤적을 구현하고, 이를 이용하여 자신만의 게임을 만들어본다. (수학) 블럭코딩을 이용한 포물선 운동 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 블록코딩을 이용한 포물선 운동 주제 블록코딩을 이용한 포물선 운동 2015 개정 교육과정 고등학교 1학년/ 2학년 적용 학년 영역: 핵심개념 함수와 그래프/포물선 운동/물체의 운동 과학기술 적용 포물선 운동 해석 응용 분야 스포츠, 포사체의 궤적 블록코딩을 이용하여 함수와 그래프를 표현하는 방법을 이해한다. 이를 바탕으로 움직이는 물체를 시간에 따라 표현하는 방법을 학습하고, 특히 프로그램 개요 포물선 곡선에 대한 이해를 바탕으로 던져진 물체의 궤적을 표현하는 방 법을 학습한다. 이러한 포물선 곡선을 이용하여 실제 세계에서 움직이는 물체를 가상공간에 구현하고, 간단한 게임을 제작하는 데에도 활용한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 블록코딩의 기초 메뉴를 이해한다. 2차시 블록코딩을 이용하여 함수와 그래프를 표현한다. 3차시 포물선 곡선을 표현하는 방법을 이해한다. 4차시 움직이는 물체의 궤적을 구현하고, 이를 이용하여 자신 만의 게임을 만들어본다. 충북대학교 과학영재교육원 - 13 - (수학) 블럭코딩을 이용한 포물선 운동 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 블럭코딩의 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § Scratch 같은 블럭코딩의 주요 메뉴를 이해한다. § 블럭코딩의 프로그램 방법을 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 1차시 [개념 도입] 블럭코딩의 이해 ◆ Scratch 홈페이지에 접속하여 사용자 등록을 한 후, ‘만들기’ 메뉴에서 프로그 래밍에 필요한 주요 메뉴들의 구성을 살펴보자. - 20 - (수학) 블럭코딩을 이용한 포물선 운동 학생용 2차시: 함수와 그래프의 표현 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 스프라이트 화면에서 좌표의 역할을 이해한다. § 변수의 사용법을 이해한다. § 화면에서 점을 찍어 도형과 그래프를 표현하는 방법을 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 함수와 그래프의 표현 ◆ 화면에서 스프라이트의 위치가 어떻게 좌표로 표현되는지 찾아보고, 스프라이 트를 마우스로 움직이면서 좌표의 변화를 확인해보자. => 마우스를 이용하여 스프라이틀 좌우로 움직이면서 화면 아래의 좌표값이 변하는 것을 확인하게 한다. => 화면의 좌표계에서 x, y의 최대 범위를 확인하게 한다. ◆ 동작 메뉴의 여러 부메뉴를 이용하여 고양이가 원하는 위치로 이동하도록 좌 표를 지정하여 움직여보자. - 23 - (수학) 블럭코딩을 이용한 포물선 운동 학생용 3차시: 포물선의 이해와 표현 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 포물선의 의미를 이해한다. Ÿ 포물선을 블럭코딩으로 구현한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 포물선의 이해와 표현 ◆ 일차함수와 이차함수의 그래프가 어떻게 다른지 비교해보자. => 함수 단원에서 학습한 일차함수와 이차함수를 복습하며, 그래프의 개형이 어떻게 다른지 생각해 보게 한다. ◆ 이차함수를 블럭코딩을 이용하여 구현해보자. => 앞에서 그린 일차함수 그래프 블럭코딩에서 y좌표에 x좌표에 대한 2차식을 대입하여 포물선이 그려지게 한다. 이때 2차항의 계수를 0.01정도로 작게 하는 것이 화면 안에서 보기좋게 그려진다. - 27 - (수학) 블럭코딩을 이용한 포물선 운동 학생용 4차시: 포물선 운동을 이용한 게임 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 중력에 의한 자유낙하 운동에서 y방향 속도가 매 순간 일정하게 변함을 이해한다. Ÿ y방향 위치변화는 시간에 대한 1차함수로 표현되고, x방향 위치변화는 일정한 값임을 이해 한다. Ÿ 물체의 궤적은 포물선 궤도를 이루게 됨을 이해한다. Ÿ 포물선 운동을 이용하여 원하는 게임을 구현해본다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 포물선 운동을 이용한 게임 만들기 ◆ 화면 아래의 메뉴를 이용하여 새로운 스프라이트를 추가하고, 배경 화면도 바꾸어 보자. ‘보이기’ 메뉴를 이용하여 원하는 스프라이트만 보이게 하거나, 휴지통 아이콘을 이용하여 스프라이트를 삭제할 수도 있다. - 30 -