STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 확률 전남대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 전남대 과학영재교육원 프로그램명 (신규/수정보 완) 신규 확률 주요 주요 과목 수학 관련 과목 수학 STEM+I 요소 T,E,M,I 단원 관련 단원 주요 적용 학년 개발차 시 중2 8차시 Ⅵ. 확률과 통계-확률과 그 기본 성질 Ⅵ. 확률과 통계-확률과 그 기본 성질 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 Ÿ 경우의 수는 두 경우의 수를 합하거나 곱하는 경우 정도의 간단한 것 을 다룬다. 주요 수업 Ÿ 확률은 실험이나 관찰을 통해 구한 상대도수로서의 의미와 경우의 수 의 비율로서의 의미를 연결하여 이해하게 한다. 개요 Ÿ 경우의 수의 비율로 확률을 다룰 때, 각 경우가 발생할 가능성이 동등 하다는 것을 가정한다는 점에 유의한다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 1차시 무작위, 랜덤, 임의로 일어나는 상황에서의 공정한 내기 2차시 경우의 수의 비율로 구하는 확률 3, 4차시 5차시 6,7차시 8차시 상대도수로 구하는 확률 경우의 수의 비율을 알 수 없는 사건의 확률 추리 동시에 일어나는 사건의 확률 구하기 확률 모델링으로 문제 해결하기 2. 교사용 지도안 단원 확률과 그 기본성질 차시 1 1. 무작위(임의)로 일어나는 상황에 대해 알 수 있다. 학습 목표 2. 도구(우연생성기)의 특징에 따른 공정한 내기와 불공정한 내기 구별하고, 적절 한 예를 들어 설명할 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 용어의 뜻 알기 ‣ 무작위, 랜덤, 임의, 공정, 공평 용어 탐색 Tip 용어를 인터넷에서 직접 찾아보게 할 수도 있고, 미리 제시 된 용어의 의미를 함께 생각해 볼 수 있다. ◎ 우리 주변이나 게임에서 무작위로 일어나는 상황의 예 찾아보기 도입 ‣ 무작위, 랜덤, 임의, 공정, 공평 무작위 Tip 학생들이 일상에서 자주 마주하는 익숙한 상황(게임에서 캐릭 상황의 예 터 선택, 네이버 돌림판으로 메뉴 선택하기 등)의 예를 찾을 탐색 수 있도록 유도한다. 전개 활동과 연계할 수 있도록 도구의 모양, 사용개수와 종류, 행동, 결과 등을 구체적으로 설명하게 한다. ◎ 적절한 선공 결정 방법 찾기(모둠활동) ‣ 수세기칩, 주사위, 배드민턴 공으로 만들 수 있는 선공 결정 방법 설 명하기 ‣ 도구(우연생성기)의 모양, 사용개수 와 종류, 행동, 결과, 사용 여부 탐색 자료 모둠별 도구 3가지가 담긴 바구니(동전 2개, 수세기칩 5색 각 2개씩 총 10개, 주사위 한 세트, 배드민턴 공 1개), 모둠칠 판, 보드마카 무작위한 상황을 전개 유의사항 도구가 지나치게 많은 경우 탐색활동에 많은 시간이 필요 만드는 하므로 3개 이내가 적절하다. 도구의 일어날 가능성이 같다는 의미를 알기 위해 수세기칩이나 특징 탐색 주사위처럼 대칭축이 많은 도구 외에 배드민턴 공처럼 대 칭축이 제한적인 도구를 함께 탐색할 필요가 있다. 물이 담긴 생수병과 같이 물리적으로 영향을 주는 변인이 너무 많은 도구는 핵심 아이디어에서 벗어나게 할 가능성 이 많으므로 선택하지 않는다. Tip 동전을 실제로 던져 선공을 결정하는 방법을 보여주고, 바구니 에도 추가해 학생들이 모둠에서 동전과 수세기칩의 특징을 비 교할 수 있게 한다. - 6 - 단원 확률과 그 기본성질 차시 2 1. 경우의 수의 비율로 구하는 확률의 의미를 알 수 있다. 학습 목표 2. 각 경우가 발생할 가능성이 동등할 때, 경우의 수의 비율로 확률을 구할 수 있 다. 수업단Syntax Warning: Bad annotation destination 계 학습과정 용어 탐색 학습활동 및 내용 ◎ 용어의 뜻 알기 ‣ 사건, 경우의 수 ◎ 경우의 수의 비율로 구하는 확률의 의미 도입 개념 도입 Tip 지난 차시에서 물리적 특징을 파악한 도구(동전, 수세기칩, 주사위 등)들을 중심으로 일어날 수 있는 모든 경우와 각 경 우가 일어날 가능성이 같다는 의미를 탐색한다. ◎ 공정한 동전 한 개를 던졌을 때, 앞면이 나올 확률을 경우의 수의 비율 로 구하기(토의·토론) ‣ 모든 경우 나열하고, 앞면이 나오는 경우를 나열해 비율로 나타내기 전개 개념 탐구 유의사항 실험으로 구하는 확률과 혼동하지 않도록 경우의 수의 비 율로 초점을 좁힌다. 일어날 가능성이 같다는 의미를 지난 차시에 탐색한 도구 들의 결과와 연결하여 답하게 한다. ◎ 무작위한 상황에서 도구(우연생성기)의 특징을 바탕으로 의사결정 판 단하기 ‣ 경우의 수의 비율로 가능성을 수(확률)로 말하기 정리 탐구 내용 정리 ‣ 무작위한 상황에서 예측한다, 규칙이 있다, 공정하다, 확률이 같다 등 의 의사결정에 대해 적절하게 판단하기 유의사항 O, X 문제에 대해 반드시 근거를 적절하게 들어 설명하게 한다. - 8 - 단원 확률과 그 기본성질 차시 3-4 1. 문제설정-자료수집-자료분석-자료해석의 통계적 문제해결 4단계를 통해 상대 학습 목표 도수로 확률을 구할 수 있다. 2. 상대도수로 구한 확률과 경우의 수의 비율로 구한 확률의 두 가지 의미를 연결 하여 설명할 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 용어의 뜻 알기 ‣ 상대도수 용어 탐색 Tip 중학교 1학년 통계 영역에서 배운 상대도수의 의미를 확률과 연결하여 사용할 수 있도록 지도한다. 동전 1개를 10번 반복하여 던져 앞면이 2번 나온 상황을 도 수분포표로 나타내어 상대도수로 답하게 할 수 있다. ◎ 상대도수로 구하는 확률의 의미 Tip 교과서에서 제시하는 확률의 의미를 읽어보고 ‘일정한 조건에 서’, ‘실험이나 관찰을 n번 반복하면’, ‘상대도수가 일정한 값 에 가까워진다.’와 같이 그 의미를 학생들이 어떻게 생각하고 있는지 탐색하는 것에 중점을 둔다. 학생들은 아래와 같은 어려움을 겪기 때문에 반드시 실험과 시뮬레이션을 통해 큰 수의 법칙을 직관적으로 알도록 충분한 도입 시간을 들여 탐구할 필요가 있다. 유의사항 학생들은 경우의 수의 비율에 따라 10번 던지든, 100번 던지는 결과의 횟수는 항상 같아야 한다고 생각하는 어려 개념 도입 움이 있다. 학생들은 상대도수가 작은 횟수의 실험에서 매 실험마다 달라지므로 상대도수로 확률을 구할 수 없다고 생각하는 어려움을 겪는다.  번 반복한다는 의 미를 판단하는데 어려움이 있다. 특히 적절한 횟수  을 학생들은 상대도수로 확률을 구할 때 정하지 못해 100,000이나 1,000,000과 같은 지나치게 큰 값을 부르거나 ‘무한히 많이’와 같이 횟수를 정할 수 없다 고 판단하는 어려움을 겪는다. 학생들은 실험을 아무리 반복해도 상대도수를 전혀 예측할 수 없다고 판단하는 어려움을 겪는다. 전개 개념 탐구 ◎ 공정한 동전 1개를 던지는 실험을 반복하기 위해 반복 방법 설계하기 자료수집 ‣ 상대도수로 구하는 확률의 의미를 파악하기 위해 적절한 방법 설계하 및 기 - 9 - 단원 학습 목표 수업단계 확률과 그 기본성질 차시 5 1. 경우의 수의 비율을 알 수 없는 사건의 확률을 추리할 수 있다. 학습과정 동기 유발 학습활동 및 내용 ◎ 게임 속 확률형 아이템의 확률 비공개에 대한 사회적 이슈 탐색 ◎ 20개의 수세기칩이 들어있는 랜덤박스 속의 공의 개수 추측하기 ‣ 5가지 색의 수세기칩이 100개 이상 들어있는 봉지에서 20개를 골라 랜덤박스에 담았다고 설명하기 ‣ 랜덤박스에서 20개의 수세기칩 중 1개를 복원추출하는 실험을 반복 할 수 있다는 것을 설명하기 도입 ‣ 실험을 10회, 50회, 100회, 500회 반복할 때 각각의 실험횟수에서 할 문제 탐색 수 있는 추측 말하게 하기 자료 랜덤박스, 수세기칩 빨간 색 10개, 노란색 4개, 파란색 3개, 초록색 3개 총 20개 Tip 실제 랜덤박스에 수세기칩을 빨간 색 10개, 노란색 4개, 파란 색 3개, 초록색 3개 총 20개를 담아 복원추출하는 실험을 보 여주기(단, 수세기칩의 개수를 보여주거나 알려주지 않는다.) ◎ 교사가 컴퓨터 시뮬레이션으로 실험하기 자료 https://www.geogebra.org/m/xwmwfpuu 유의사항 실제 랜덤박스 안의 수세기칩 개수와 시뮬레이션 랜덤박스 의 수세기칩의 개수가 같다. 하지만 학생들에게는 알려주지 않는다. 이를 통해 학생들은 경우의 수의 비율을 알 수 없는 상황에서 확률을 추리하고 최종적으로 실제 개수와 비교함으 로써 상대도수로 구한 확률과 경우의 수의 비율이 가깝다는 자료수집 및 전개 자료분석 자료 해석 의미를 파악할 수 있다. ◎ 시뮬레이션으로 실험 횟수 늘려가며 추측을 말하게 하고 적절성 토의 토론하기 ‣ 전체 공의 개수가 20개라는 사실을 주목해 실험 결과의 상대도수에 20을 곱한 값으로 칩의 개수를 추측할 수 있다. ‣ 실험을 10회 반복했을 때 빨간 칩의 개수가 확연히 많을 것 같다는 추측과 흰색 칩의 개수는 적거나 없을 것 같다는 추측을 할 수 있다. 이 때 추측에 대한 확신은 크지 않다. ‣ 실험을 50회 반복했을 때 빨간 칩의 개수가 확연히 많을 것 같다는 추측과 흰색 칩의 개수는 적거나 없을 것 같다는 추측에 대한 확신은 이전보다 크다. 노란 칩, 파란 칩, 초록 칩의 개수는 비슷하고 빨간 칩의 반 정도 있 을 거라는 추측을 할 수 있고 확신은 크지 않다. ‣ 실험을 100회 반복했을 때 빨간 칩의 개수가 확연히 많을 것 같다는 - 12 - 

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 트래커, 파이썬을 이용한 물체의 운동 분석 및 역학적 에너지 보존의 이해 경북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 경북대학교 과학영재교육원 구분 (신규/수정 보완) 신규 트래커, 파이썬을 이용한 물체의 운동 분석 및 역학적 에너지 보존의 이해 주요 적용 학년 고2 개발차시 5 I. 역학과 에너지 주요 과목 물리학 주요 단원 2. 에너지와 열 01. 역학적 에너지 보존 관련 과목 STEM+I 요소 주 개발자명 관련 단원 S, M, I 적용 지역 보조 개발자 이 프로그램에서는 고등학교 통합과학 과목의 역학적 시스템, 물리학Ⅰ 과목의 역학과 에너지, 물리학Ⅱ 과목의 역학적 상호작용 단원 중 물체 의 운동에 관한 이해를 바탕으로 학생들이 정보 과목의 파이썬 (Python) 언어 프로그래밍을 활용하여 생활 속 문제 상황을 물리적으로 주요 수업 해석하는 탐구를 수행한다. 물리학, 정보 과목에서 학습한 개념과 원리를 개요 적용하여 다양한 물체의 운동 상황에서 데이터를 추출하고 이를 가공하 여 그래프를 표현하여 과학적 해석을 하게 된다. 물체의 운동 영상에 서 데이터를 얻고 이를 분석하는 과정에서 위치 추적 프로그램인 트래 커(트래커)와 파이썬 프로그램이 사용되고 이 과정에서 논리적이고 효 율적인 방법을 찾고 수행하는 능력이 수반된다. 1차시: 여러 가지 물체 운동의 역학적 에너지 보존 이해, 트래커 활용법 습득 차시별 2차시: 물체의 여러 가지 운동에서 데이터를 수집하여 분석 주요내용 3차시: 데이터 전처리, 파이썬을 이용한 그래프 표현 및 분석 (키워드 위주) 4차시: 물체의 여러 가지 운동에서 물리량의 변화 분석, 역학적 에너지 보존 확인 차 시 1 여러 가지 물체의 운동과 역학적 에너지 보존, 트래커의 사용 방법 ■ 학습 목표 1. 여러 가지 물체의 운동의 역학적 에너지 보존을 식으로 표현할 수 있다. 2. 트래커를 이용하여 간단한 운동의 데이터를 수집할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 운동 에너지, 퍼텐셜 에너지, 역학적 에너지, 역학적 에너지 보존 1. 역학적 에너지란? 가. 역학적 에너지란? 1) 운동 에너지와 퍼텐셜 에너지를 합한 것을 역학적 에너지라고 한다. 2) 운동 에너지 <그림1-1>과 같이 마찰이 없는 수평면에 정지해 있던 질량이 인 물체가 일정한 알짜힘  를 받아 거리  만큼 이동하였을 때 속도가 가 되었다고 하자. <그림1-1> 일의 정의와 운동 제2법칙에 따라 물체에 작용한 힘이 한 일은     이다. 이때 물체는 등가속도 운동을 하므로    인 관계가 있다. 따라서 일은 다음과 같다.          이때   을 질량이 이고 속력이  인 물체의 운동 에너지라고 한다.  3) 퍼텐셜 에너지 지표면 근처에 있는 질량이 인 물체는 항상 지구 중심 방향으로 크기가 인 중력을 받는다. <그림1-2>와 같이 공기 저항을 무시할 때 이 물체를 운동 에너지의 변화 없이 지면으로부터 높이 만큼 들어 올리는 데 필요한 일은 다음과 같다.      이 때 를 질 량 이 인 물 체 가 기 준 면 으 로 부 터 만 큼 높 은 곳 에 있 을 때 의 중력 퍼텐셜 에너지라고 한다. <그림1-2> - 6 - 차 시 2 여러 가지 물체의 운동과 트래커를 이용한 운동 데이터 수집 ■ 학습 목표 1. 여러 가지 물체의 운동을 촬영하여 트래커를 이용하여 운동 데이터를 얻을 수 있다. ■ 주요 학습 개념 위치-시간 그래프, 속도-시간 그래프, 여러 가지 물체의 운동 ■ 활동지 1. 여러가지 물체의 운동 선택하기 다음은 여러 가지 물체의 운동이다. 1) 자유낙하운동 실험 방법 (예시) 실험자가 눈금을 그린 이젤패드 앞에서 공을 떨어뜨린다. 촬영기기로 공과 이젤패드가 나오도록 촬 영한다. 준비물 이젤패드, 자, 매직, 공, 촬영기기(스마트기기), 노트북 등 2) 수직으로 위로 던진 물체의 운동 실험 방법 (예시) 실험자가 눈금을 그린 이젤패드 앞에서 공을 수직 위로 던진다. 촬영기기로 공과 이젤패드가 나오 도록 촬영한다. 준비물 이젤패드, 자, 매직, 공, 촬영기기(스마트기기), 노트북 등 3) 수평으로 던진 물체의 운동 실험 방법 (예시) 실험자가 눈금을 그린 이젤패드 앞에서 책상위 에 공을 올리고 옆으로 쳐서 떨어뜨린다. 촬영기기로 공과 이젤패드가 나오도록 촬영한다. 준비물 이젤패드, 자, 매직, 공, 촬영기기(스마트기기), 노트북 등 4) 용수철에 연결된 물체(수평방향)의 운동 실험 방법 (예시) 실험자가 눈금을 그린 이젤패드 앞에서 미끄러 운 바닥에 용수철이 연결괸 공을 진동시킨다. 촬영기 기로 공과 이젤패드가 나오도록 촬영한다. 준비물 이젤패드, 자, 매직, 공, 촬영기기(스마트기기), 노트북 등 - 12 - 차 시 3 파이썬을 이용한 데이터의 변환과 그래프 나타내기 ■ 학습 목표 1. 파이썬을 이용하여 데이터를 불러오고 원하는 함수를 생성할 수 있다. 2. 함수를 그래프로 나타내고 그래프 서식을 변경할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 파이썬, 데이터 전처리, 함수, 그래프 1. 파이썬으로 데이터 불러오기 예제 실습 가. 구글 Colaboratory의 설치 1) Colaboratory는 Google 리서치팀에서 개발한 제품이다. 보통 줄여서 'Colab'이라고 표현을 많이 하여 이하 Colab 이라 한다. Colab을 사용하면 누구나 브라우저를 통해 임의의 Python 코드를 작성하고 실행할 수 있다. Colab은 특히 머신러닝, 데이터 분석, 교육에 적합하고 더 기술적으로 설명하면 Colab은 호스팅된 Jupyter 노트북 서비스로, 특별히 다른 설정없이 사용 가능하며 GPU를 포함한 컴퓨팅 리소스를 무료로 사용할 수 있다. 2) Colab은 무료로 사용할 수 있다. 3) Colab의 코딩은 메모장(파일 확장자는 .ipynb)으로 Google Drive에 저장되거나 GitHub에서 로드할 수 있 다. 또한 Colab 메모장은 Google Docs 또는 스프레드시트와 마찬가지로 공유할 수 있다. Colab 메모장 오른 쪽 상단에서 공유 버튼을 클릭하거나 Google Drive의 파일 공유와 방법이 동일하다. 4) 구글 Colab의 실행 가) 구글 사이트 (https://google.co.kr/) 접속 및 로그인 나) Google Workspace Marketplace에서 더보기 클릭 - 20 - 차 시 4-5 파이썬을 이용한 2차원 물체의 운동 분석 ■ 학습 목표 물체의 2차원 운동 과정 중 물리량의 변화를 파이썬으로 표현하고 해석할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 파이썬, 물리적 해석 ■ 활동지 1단계 운동 상황 제시하기: 2차시에서 촬영한 물체의 운동 상황을 실생활에서 발생할 수 있는 상황과 연계 시켜 분석할 주제로 설정한다. 분석하고 싶은 운동 (작성 예시) 책상에서 실수로 물체에 부딪혀 물체가 책상 아래로 떨어지는 경우가 있 상황 다. 이 상황을 실제 재현하여 수평으로 날아가면서 떨어지는 운동을 분석하고자 한다. 2단계 역할 분담하기 문제 해결을 위해 필요한 역할을 토의하여 정리하고, 각자 자신의 역할을 선택해보자. 1. 필요한 역할: 예시) 물리학자(Physicist), 프로그래머(Programmer), 편집자(Editor), 최고 창의성 책임자(CCO, chief creative officer) 등 2. 역할 분담 모둠원 이름 역할 김OO 물리학자 박OO 프로그래머 정OO 편집자 이OO CCO 해야 할 일 (작성 예시)물리량을 나타내는 함수의 생성 및 운동 분석 (작성 예시)파이썬 코드 작성 및 수정 (작성 예시)데이터 전처리 및 그래프 정리, 보고서 작성 (작성 예시)실험 개선 및 발전, 창의적 아이디어 제안 및 수렴 3단계 분석 방법 구상하기 분석할 데이터 설정 및 해석 방법 결정 물체의 운동을 분석하기 위해 분석할 데이터와 그에 따른 해석 방법을 결정해보자. (작성 예시) 2차원 물체의 운동을 x축과 y축으로 분리하여 각각의 속도-시간 그래프를 그려 물체의 운동을 분석한다. 또한 각 축의 운동 에너지, 중력 퍼텐셜 에너지, 역학적 에너지 변화를 나타내어 에너지 전환 과정을 분석한다. - 30 - 

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 2022 AI 데이터가 키운다 가천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 프로그램명 주요 과목 관련 과목 가천대학교 (신규/수정 보완) 신규 AI융합교육_데이터가 인공지능을 키운다! 주요 적용 학년 개발차 고1~3 시 4 주요 자료와 정보 문제해결과 프로그래밍 수학 단원 관련 과학 단원 환경과 생태계/대기와 해양 정보 함수/확률과 통계 Science: 지구 환경, 기후변 화, 신경세포, 자료 표현 Technology: 인공지능, 머신 러닝, 딥러닝, 알고리즘, 인공 STEM+I 요소 지능 인식 적용 Engineering: 파이썬, 프로그 지역 래밍, 자료와 정보 분석, 입력 과 출력, 변수와 연산 Mathematics; 함수, 확률, 통 계, 표, 산점도, 그래프 보조 주 개발자명 개발자 ○ 인공지능(AI)의 다양한 사례로부터 인공지능에 대해 개괄적으로 이해할 수 있 다. ○ 수학의 [함수, 확률과 통계]단원을 통해 함수와 그래프를 통한 데이터 분석을 할 수 있다. 주요 수업 개요 ○ 과학의 [환경과 생태계, 기후]단원의 개념으로부터 날씨, 기후를 예측할 수 있 는 데이터는 무엇인지 알 수 있다. ○ 파이썬 프로그래밍으로 공공데이터를 다운받아 데이터 전처리를 통해 데이터 정보를 파악하고 데이터 시각화를 할 수 있으며, 그 결과를 해석할 수 있다. ○ 데이터과학자/인공지능 기획자로서의 미래 직업 및 진로 탐색과 AI-과학/수 학기반 탐구 기초를 마련한다. ○ 1차시: 인공지능의 성장과 인간생활의 변화(인공지능, 머신러닝, 딥러닝, 기존 프로그램과 인공지능 프로그램의 차이, 인공지능의 발전) 차시별 주요내용 (키워드 위주) ○ 2차시: 공공데이터 추출 (데이터 추출, 공공데이터, 데이터 탐색, 데이터 적절 성 판단) ○ 3차시: 데이터 전처리( 인공지능 오류, 위험성, 구글 코랩 , 파이썬 판다스, 결 측치 처리) ○ 4차시: 데이터로 읽는 우리의 미래(머신러닝 설계, 데이터 분석으로 미래 예측 ) 01 인공지능의 성장과 인간생활의 변화 가천대학교 STEM-I 생각교실 02 데이터는 어디에서 캘 수 있을까? 가천대학교 STEM-I 생각교실 공공데이터 03 똑똑한 인공지능을 위한 데이터 전처리 가천대학교 STEM-I 생각교실 04 데이터로 읽는 우리의 미래는? 가천대학교 STEM-I 생각교실 데이터의 시각화 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 파이썬 프로그래밍을 통한 2차원 포물선 운동의 분석 경북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 프로그램 이름 경북대학교 영재교육원 Python(파이썬) 프로그래밍을 통한 2차원 포물선 운동의 분석 주요 과목 물리학 관련 단원 역학적 상호작용_운동의 법칙_포물선 운동 관련 과목 정보 관련 단원 문제 해결과 프로그래밍 STEM 요소 S, E, M 지역 차시 5 개발자 ① 파이썬(python)에서의 터틀(turtle) 모듈과 수학(Math) 모듈을 활 주요 수업 개요 용하여 2차원 포물선 운동을 프로그래밍 할 수 있다. ② 프로그래밍을 통해 포물선 운동의 초기 각도를 조절하여 수평 도달거리가 최대가 되는 발사 각도를 구하고, 이론적 결과와 비교 하여 발표한다. 1. 1차시: 중력장에서 비스듬하게 던져진 물체의 운동을 분석할 수 있다. (#물체의 운동 #등속도 운동 #등가속도 운동 #포물선 운 차시별 주요내용 (키워드 위주) 동) 1. 2~3차시: 파이썬에서 터틀 모듈과 수학 모듈을 활용하여 2차원 에서 물체의 운동을 프로그래밍 할 수 있다. (#파이썬 #프로그래밍 #모듈) 1. 4~5차시: 파이썬 프로그래밍을 통해 비스듬하게 발사된 물체의 수평도달거리가 최대인 발사각도를 구하고, 이론적 결과와 비교 한다. (#물리학 #이론 #증명) 차 시 1 비스듬하게 던져진 물체의 운동 탐구 [학습 목표] 1. 등속도 운동과 등가속도 운동을 이해할 수 있다. 2. 중력장에서 비스듬하게 던져진 물체의 운동을 분석할 수 있다. [주요 학습 개념] 등속도 운동, 등가속도 운동, 중력가속도, 자유낙하, 연직 상방 운동, 포물선 운동 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 프로그램의 소개: 알파고를 활용한 인공지능과 인공지능 학습에 필요한 프로그래밍의 필요성 소개. 본 STEM 프로그램의 제목을 소개하고 1차시 학습내용(포물선 운동의 이해)을 소개한다. 2. 이론적 배경(기초 원리): 등속도 운동과 등가속도 운동의 개념을 소개한다. 속도-시간 이동 거리-시간 그 래프를 해석하는 방법을 학습하고, 3가지 중요한 등가속도 운동식에 대해 학습한다. - 2 - 차 시 2-3 파이썬 프로그래밍의 이해와 활용 [학습 목표] 1. 파이썬 프로그래밍의 기본 문법을 익히고 활용할 수 있다. 2. 파이썬 프로그래밍에서 거북이 그래픽스와 수학 모듈을 활용하여 포물선 운동을 나타낼 수 있다. [주요 학습 개념] 2차원 포물선 운동, 파이썬 프로그래밍, 2차함수, 삼각함수 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 파이썬(Python) 언어 소개와 통합개발환경(IDE, Integrated development environment)의 설치 파이썬 프로그램 언어는 간결한 문법으로 입문자가 이해하기 쉽고, 다양한 분야에 활용할 수 있 어 머신러닝, 그래픽, 웹 개발 등 여러 업계에서 선호하는 언어로 꾸준히 성장하고 있다. https://www.tiobe.com/tiobe-index 에 접속하면 프로그래밍 언어 가운데 파이썬 언어가 차지하 는 순위를 비교할 수 있다. 참고 자료 • 프로그램: 어떤 기능을 수행하는 완성된 코드 • 코드: 컴퓨터가 동작하는 기호 체계로 작성한 문장, 프로그래밍 언어로 작성한 글 • 프로그래밍 언어: 컴퓨터에서 특정 목적을 위해 실행하는 인공적인 언어 통합개발환경은 해당 언어를 이용한 프로그램의 개발, 번역, 수정 등 전 과정에 걸쳐 도움을 주 는 텍스트 편집기, 컴파일, 디버그 등의 도구를 모두 포함하고 있는 프로그램 개발 환경을 말한 다. 가. 통합개발환경의 도구 설명 1) 텍스트 편집기(프로그램 코드를 입력하는 곳): 사람이 이해하기 쉬운 고급 언로 프로그램을 작성하는 도구 2) 컴파일: 고급 언어로 작성된 프로그램을 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 번역하는 도구 3) 디버그: 컴파일 과정에서 문법 오류를 파악하고 수정해주는 도구 나. 통합개발환경의 설치 방법 1) 크롬 브라우저를 열어서 파이썬 공식홈페이지(https://www.python.org/) 에 접속한다. 상단 의 메뉴 중 [Downloads]에 마우스 커서를 가져간 후 아래 그림에 표시된 것처럼 [Python 3.X.X] 라는 버튼을 클릭하면 다운로드가 시작된다. 2) 다운로드한 파일 [python-3.X.X.exe]를 실행하여 컴퓨터에 설치한다. 3) 파이썬이 정상적으로 설치되었다면 Windows 시작 메뉴에서 확인 할 수 있다. 4) 윈도우 시작 메뉴를 클릭한 후 [Python]을 찾는다. 그리고 그 안에 있는 [IDLE(Python 3.X.X)]을 실행하면 파이썬 명령을 입력하는 쉘(shell)이 나타난다. 참고 자료 • 2021.2월 기준으로 파이썬의 버전은 3.9.1이다. 현재 쓰고 있는 파이썬 언어가 Python3이고 비교적 많은 업데이트가 이루어질 때 두 번째 소수점 숫자(‘9’에 해당)가 올라가고, 비교적 작은 업데이트가 이루어질 때 세 번째 수소점 숫자(‘1’ 에 해당)가 한 단계 올라간다. - 4 - 차 시 가장 멀리 날아가는 포물선 운동의 발사각도 구하기 4-5 [학습 목표] 1. 조별로 문제 상황으로 제시된 가장 멀리 날아가는 포물선 운동의 발사각도를 구하고 이를 파이썬 프로그 래밍을 통해 시각적으로 증명할 수 있다. 2. 포물선 운동에 대한 물리적 지식과 파이썬 프로그래밍의 증명과정을 발표할 수 있다. [주요 학습 개념] 2차원 포물선 운동, 파이썬 프로그래밍, 2차함수, 삼각함수 [수업 계획 및 활동 과정] 파이썬에서 거북이그래픽 모듈과 수학 모듈을 이용하여 포물선 운동을 나타내고 파이썬의 다양한 함수를 활용하여 초기 발사각에 따른 물체의 궤적을 나타내어 증명과정에서 시각적으로 입증한다. <초기속력은 일정하고 발사각도가  씩 증가하는 포물선 운동을 그리기 위한 코드 예시> import turtle as t import math scr = turtle.Screen() scr.setup(1500,1000) t.speed(300) t.forward(750) t.goto(0,0) t.left(180) t.forward(750) t.goto(0,0) t.left(90) t.forward(500) t.goto(0,0) t.left(180) t.forward(500) t.goto(0,0) t.speed(10) v=80 for A in range(10,90,5): t.pendown() for T in range(0,20,1): x=v*math.cos(math.pi*(A/180))*T y=v*math.sin(math.pi*(A/180))*T-1/2*10*T*T t.goto(x,y) - 11 -