K O R E A I N S T I T U T E O F M A T E R I A L S S C I E N C E 대한민국소재기술 재료연구소가이끌어갑니다. 미래를향한창의적인재 KIMS 스팀교육이만들어갑니다. 설립목적 스팀 (STEAM) 아웃리

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은비 당
5 years ago
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1 KIMS 융합인재교육(STEAM) 아웃리치 프로그램 복합재료야 놀자! 융합인재교육(STEAM) 아웃리치 프로그램 1+1=2? 귀요미? 1+1= 또 하나의 1! Play! Composite M a t e r i a l s 교사용 경상남도 창원시 성산구 창원대로 797 TEL / FAX 복합재료야 놀자! 3

K O R E A I N S T I T U T E O F M A T E R I A L S S C I E N C E

공학 (Engineering) S T E A M 기술 (Technology) 예술 (Arts) 융합인재교육 과학

(Mathematics) 5 가지분야의학문이 결합된융합인재교육을말합니다.

학생들이과학기술현장에서최신과학기술을경험하고관련분야로진학 진로를설계할수있습니다.

분말 / 세라믹소재및 공정연구개발 기타기술지원및인력양성 스팀 (STEAM) 아웃리치특 장점 기 능 소재에대한융합적사고

2 K O R E A I N S T I T U T E O F M A T E R I A L S S C I E N C E 대한민국소재기술 재료연구소가이끌어갑니다. 미래를향한창의적인재 KIMS 스팀교육이만들어갑니다. 설립목적 스팀 (STEAM) 아웃리치프로그램이란? 소재기술과관련한분야의연구개발, 시험평가, 기술지원등을 종합적으로수행하여국가기술혁신을선도하고산업발전에기여하고자합니다. 공학 (Engineering) S T E A M 기술 (Technology) 예술 (Arts) 융합인재교육 과학 (Science), 기술 (Technology), 공학 (Engineering), 예술 (Arts), 수학 (Mathematics) 5 가지분야의학문이 결합된융합인재교육을말합니다. 금속소재및 공정연구개발 과학 (Science) 수학 (Mathematics) 학생들이과학기술현장에서최신과학기술을경험하고관련분야로진학 진로를설계할수있습니다. 또한학생들이과학에대한꿈과끼를키울수있도록토론 실 습 체험중심의아웃리치활동의기회를제공합니다. 분말 / 세라믹소재및 공정연구개발 기타기술지원및인력양성 스팀 (STEAM) 아웃리치특 장점 기 능 소재에대한융합적사고 UP 감성체험으로흥미 UP 감동학습으로창의적사고 UP 표면관련소재및 공정연구개발 소재 부품의공인시험평가및인증 융 복합소재및 공정연구개발 실생활에서사용되는다양한지식을 활용해소재에대한 융합적인사고를키웁니다. 딱딱한지식위주가아닌직접문제를해결하고깨달음을얻는감성체험으로소재에대한동기와흥미를향상시킵니다. 마음을움직이는감동학습으로 새로운문제를향한도전과열정, 창의적인사고를키웁니다. 4

는복합재료와드론을주제로고등학생을대상으로한프로그램 학습목표 내용목표 복합재료에대한기본개념을이해할수있다. 복합재료의광범위한사용처에대해생각해보고발전 지속가능한산업에대해생각해본다.

과정목표 드론의기본구조와원리탐색및체험활동을통해프로펠러를설계하고제작하여장 단점을설명할수있다. 드론을응용할수있는산업에대해생각해본다. 1 + 1 = 2? 귀요미? 1 + 1 = 또하나의 1!

STEAM 과목요소 복합재료란두종류이상의소재를복합화한하나의재료를말하며물리적 화학적으로 비행의원리, 복합재료의구성과특성이해 원래의상을유지하면서원소재보다우수한성능을갖도록한재료를뜻한다.

또한최근들어 드론 이응용되는분야에대한관심도가높아지고있다. 드론 은복합소재의개발로생겨난물체중하나로, 무선전파로조종할수있는무인항공기이다.

3 는복합재료와드론을주제로고등학생을대상으로한프로그램 학습목표 내용목표 복합재료에대한기본개념을이해할수있다. 복합재료의광범위한사용처에대해생각해보고발전 지속가능한산업에대해생각해본다. 으로 하늘에떠있는드론은어떤원리로비행을하는것일까 복합재료와드론에대한구체적인이해와프로펠러제작하기 팀활동을통한드론날리기 복합재료분야에대한발전성과방향성토론 의제목으로총 6차시의구성이다. 복합재료와관련된연구를수행하는재료연구소는이번 STEAM 아웃리치프로그램을통해고등학생들에게복합재료에대한지식을전달하고더불어드론에대한이해와주제각각을스스로탐구하고정의를내림으로미래산업에대한발전까지능동적인생각을할수있도록도움을주는데그목적이있다. 과정목표 드론의기본구조와원리탐색및체험활동을통해프로펠러를설계하고제작하여장 단점을설명할수있다. 드론을응용할수있는산업에대해생각해본다 = 2? 귀요미? = 또하나의 1! 주제 시골에서볏짚이나대나무를넣고바른흙담을본적이있는가? 오직흙으로만만든흙담이아닌흙과이물질을함께넣고만든흙담은과연어떤성질을가지고있을까? STEAM 과목요소 복합재료란두종류이상의소재를복합화한하나의재료를말하며물리적 화학적으로 비행의원리, 복합재료의구성과특성이해 원래의상을유지하면서원소재보다우수한성능을갖도록한재료를뜻한다. 1960년대이후부터본격적으로개발되기시작해항공 우주 자동차 철도차량 선박 방위산업 드론의균형 비율을통한수학적원리탐구 Science 제품 생활용품등의영역에널리사용되고있는신소재이기도하다. 또한최근들어 드론 이응용되는분야에대한관심도가높아지고있다. 드론 은복합소재의개발로생겨난물체중하나로, 무선전파로조종할수있는무인항공기이다. 가볍고튼튼한동체와과학적 공학적원리를통해쉽게하늘로떠오르기때문에, 과거에는군사 Mathematics Technology 드론이비행하기위한기술 복합재료프로펠러를제작하는과정학습 적용도로쓰였고최근에는카메라를달아공중촬영을가능하게만들어지며미래산업 생활에적용하기위한연구가진행되고있다. 위와같은내용을기반으로복합재료의종류와그특징을이해하고, 드론을구성하는복 드론 비행체의역사 시대별발달단계학습 Arts Engineering 복합재료프로펠러가공 드론프로펠러조립 합재료에대해알아보고, 직접프로펠러를설계 제작을통해그구조와원리를탐색함으 로학생들로하여금다양한개념을학습하고문재해결력을높이고자한다. 6 7

4 STEAM 단계요소 차시별총괄표 차시과목영역주제학습내용 상황제시 ( 여가생활로드론을날리고있는상황 ) 드론을날리며사진을찍던도중프로펠러가망가져드론이추락하게된다. 확인해보니프로펠러가플라스틱이어서균열이생겼다. 1 차시 2 차시 과학역사수학 하늘에떠있는드론은어떤원리로비행을하는것일까? 드론 이란? 드론 의활용사례및응용 드론 이가지고있는장점과단점 드론 의구조와동작원리 드론 이하늘을비행할수있도록해주는핵심원리 재료연구소탐방 창의적설계 일반적인플라스틱이아닌복합재료로프로펠러를제작하여기존프로펠러보다강도를높인다. 프로펠러를제작하면서드론에바로적용할수있는크기와무게를연구하여기존의프로펠러와비교하면서기술, 과학, 수학공학등의내용을알아보고생각할수있다. 이런과정을통해서복합재료와드론에대해알고미래산업 생활에대한활용방안을생각해볼수있도록한다. 드론을직접날리고, 프로펠러를스스로제작하면서자신만의개성있는프로펠러를 3차시과학미술기술 / 4차시공학 5차시과학미술 6차시 복합재료와드론에대한구체적인이해와프로펠러제작하기팀활동을통한드론날리기및복합재료분야에대한발전성과방향성토론 프로펠러의구조설계 복합재료를사용한창의적프로펠러제작 무게가다른물체변화에따른프로펠러동작및성능실험 드론날리기 체험 ( 팀활동 ) 팀별발표및정리 동료평가 / 자기 ( 성찰 ) 평가 만든다. 감성적체험 8 9

5 교육과정 평가계획 차시과목단원학습목표 STEAM 성취목표및요소 평가기준 방법 1 드론에대한개념과특징을잘이해하였는가? 관찰평가 1~2 차시 과학역사수학 드론의역사적배경과시대별발달단계에대하여발표할수있다. 드론의활용사례및기술적장ㆍ단점을설명할수있다. 드론의응용분야에대해자신의생각을발표할수있다. 드론이하늘을비행할수있도록해주는과학, 기술, 공학, 수학적원리적원리를설명할수있다. 비행체의역사 발전과인류에미친영향및관계인식하기활용사례를통해앞으로발전될방향에대해생각하기드론의비행원리를통해적용되는기술의원리를파악하기재료연구소연구분야탐방하기 2 재료연구소가하는일에대한인식과소재기술에대한미래의발전목표에대해공감하였는가? 관찰평가 3 드론을구성하는복합재료에대해이해했는가? 관찰평가 4 팀활동에잘녹아들어드론날리기를통해활용방향에대한아이디어를도출하였는가? 관찰평가 5 프로펠러를설계 제작이제대로진행되었는가? 작품평가 3~4 차시 과학기술 / 공학미술 드론에장착되는프로펠러를설계하고, 복합재료를사용하여제작할수있다. 프로펠러의성능을실험하여내구성, 기술적, 공학적측면에서효율성을증대시킬수있는방법을설명할수있다. 프로펠러설계및구상하기성능실험을통해드론발전방향에대해생각하기 6 복합재료의종류와특징을이해하고재료의새로운구성에대한자신의의견이있었는가? 동료평가 7 친구들의작품에대해느낀점을잘표현하였는가? 동료평가 5~6 차시 과학미술 드론이일정한공간에서다양하게움직일수있도록조정할수있다. 팀별전체결과를정리하여포스트발표를할수있다. 드론을직접날려봄으로원리를체득하기 완성된작품에대한의견과특징을발표하고토론하기 10 11

6 차시별 교수 학습과정 1 차시드론은어떻게하늘을날수있는것일까? (90 분 ) 2 차시재료연구소를소개합니다! (50 분 ) 과목과학ㆍ기술, 사회수업차시 1 차시 1. 드론의역사적배경과시대별발달단계에대하여발표할수있다. 2. 드론의활용사례및기술적장ㆍ단점을설명할수있다. 학습목표 3. 드론의응용분야에대해자신의생각을발표할수있다. 4. 드론이하늘을비행할수있도록해주는과학, 기술, 공학, 수학적원리적원리를설명할수있다. 학습과정교수 학습활동준비물 과목과학, 사회수업차시 2 차 시 단 원 ( 과학 ) 물질의성질, ( 기술 ) 기술활용 ( 진로 ) 과학기술연구원 서로다른물질로만들어진물체들을비교하여물체의기능과물질의성질을관련지을수있다. 교육과정 우리생활과기술의발전을연관시켜탐구해본다. 연구원의역할에대해생각해본다. 최근드론과관련된새로운소식을동영상을통해함께시청하고, 드론의 1. 재료연구소의각연구본부가하는일에대해알수있다. 상황제시 (10 분 ) 역사적발달배경을생각한다 본시학습의학습목표를확인시킨다. 드론의모형을제시하여동기유발을유도함 학습목표 2. 우리나라소재기술의발전역사를살펴볼수있다. 3. 우리나라의소재기술의미래를예상해보고소재강국이되기위한스스로의마음가짐을기를수있다. 학습과정교수 학습활동준비물 상황제시 학습활동 (60분) 학생활동지를배부하고, 학습주제를확인시킨다. 드론의정의에대하여발문하고학생들의생각을발표시킨다. 드론이우리문화에들어오면서활용되어지고있는사례에대하여탐색하고정리한다. 앞으로드론의발전가능성과분야를팀별로토론한다. 드론이가지고있는과학, 기술, 공학적측면에서의장ㆍ단점을토론하고발표한다. 드론의구조와동작원리를과학, 기술, 공학, 예술, 수학적관점에서발표한다. 드론의상승이날개 ( 프로펠러 ) 의수와어떤관계성을가지고있는지 학생들이평소생각하고있던드론에대한관심을유도함 드론발달의역사적배경을통해미래드론의활용사례와연구되어져야할관점에서지도함 도입 (10분) 학습활동 (10분) 재료연구소는어떤일을하는지학생들이생각해볼수있도록한다. 재료연구소의각연구분야를살펴본다. 분말 / 세라믹연구본부 표면기술연구본부 복합재료연구본부 실용화연구단 산업지원 / 안전본부 재료연구소브로슈어및홍보영상 탐색과토론을하고정리한다. 드론이안정된자세를유지할수있는까닭과그것을가능하게해주는기술과수학적관점에서토론하고정리한다. 드론의조정방법에대하여시범실험을진행한다. 실내드론의조정에서는안정성을위해작은모형을사용함 창의적설계 (15분) 만약자신이재료연구소에서연구를하는과학자라면어떤연구분야에서무슨연구를하고싶은지설명해본다. 학생활동지 감성적체험 (20분) 학생들이작성한활동지를검토해보고, 팀별로학습목표에준하여발표할수있도록팀공유 ( 액션러닝 ) 포스트발표를진행한다. 드론의이용에대한현재상황의정보를제시한다. - 유튜브및인터넷을통한다양한정보를검색할수있도록지도함. 감성적체험 (15분) 재료연구소의과학자나기술자들이열심히연구하거나작업하는모습을보고느낀점을서로공유한다

7 차시별 교수 학습과정 3~4 차시복합재료와드론에대한구체적인이해와프로펠러제작하기 (90 분 ) 3~4 차시팀활동을통한드론날리기및복합재료분야에대한발전성과방향성토론 (90 분 ) 과목과학, 기술수업차시 3 ~ 4 차시 과목과학ㆍ기술, 사회수업차시 5 ~ 6 차시 학습목표 1. 드론에장착되는프로펠러를설계하고, 복합재료를사용하여제작할수있다. 2. 프로펠러의성능을실험하여내구성, 기술적, 공학적측면에서효율성을증대시킬수있는방법을설명할수있다. 학습목표 1. 드론이일정한공간에서다양하게움직일수있도록조정할수있다. 2. 팀별전체결과를정리하여포스트발표를할수있다. 학습과정교수 학습활동유의점 학습과정교수 학습활동유의점 상황제시 (10분) 학습활동 (60분) 감성적체험 (15분) 드론에장착되는실제다양한프로펠러의크기와모양을슬라이드 ( 사진 ), 동영상등을제시한다. 제작된프로펠러의모형을제시하여탐구동기가유발될수있도록한다. 학습주제를확인시킨다. 탐구 ( 체험 ) 주제를제시하고, 준비된재료를팀별로확인시킨다. 프로펠러단계별제작과정을사진으로제시한다. 탐구과정을설계하고준비된다양한복합재료를사용하여팀별로창의적이고, 효과성 ( 추력 ) 이높은프로펠러가제작될수있도록팀별탐색과토론을실시한다. 프로펠러를모눈종이에설계하고제작한다. 프로펠러의실끝에추의무게를달리하면서날려본다. 제작된프로펠러의효과성 ( 추력 ) 과성능을실험할수있도록안내하고, 탐구결과를정리하도록안내한다. 추의무게가증가와프로펠러의상승의관계를찾아정리하게한다. 제작된다양한프로펠러의모양과성능을팀별로비교할수있도록하고결과를정리할수있도록지도한다. 팀별로순환하면서시계방향으로순환하면서다른팀에서제작된프로펠러를탐색하고, 장ㆍ단점을찾을수있도록한다.( 액션러닝 ) 팀에서제작된프로펠러를사진으로찍고, 효과성과성능에대한장ㆍ단점을발표한다. 캐드를이용한프로펠러설계에대한정보를공유한다. - CATIA 3D APPLICATION 소개 ( 자기주도적학습유도 ) - 제작과정과탐구방법을이해할수있도록동기유발 프로펠러의모양과크기, 면적은개인별로달리제작될수있도록하여과정에서어떤차이점들이있는지관찰할수있도록지도하고분위기를조성함 다양하게제작된프로펠러의모양과성능을팀별로비교할수있도록함께관찰될수있도록지도함 클라우드앱을통해다함께정보를공유할수있는분위기를만듦 상황제시 (10분) 학습활동 (60분) 감성적체험 (10분) 드론의조정기를이용하여다양한방향으로움직이는드론조정영상을보여준다. - 조정의미숙으로드론의파손또는사고의사례를발문을통해발표시킨다. 학습목표를제시하고확인시킨다. 실제드론의조정기를실습한다. - Elevator 의기능을익혀드론을조정해앞, 뒤로이동할수있도록조정해본다. - Aileron 의기능을익혀기능을익혀드론을조정해좌, 우로기울어지며이동할수있도록조정해본다. - Throttle 의기능을익혀드론의날개회전속도를조절하여기체를상승시키거나하강될수있도록조정해본다. - Rudder 의기능을익혀드론을좌또는우회전시킬수있도록조정해본다. - 2개이상의기능을동시에사용하면서드론의기체가어떻게운동을하는지탐색하고정리한다. 드론조정 ( 체험 ) 에서쉬운점과어려움점을함께토론하고문제점을정리하여문제점을보완한다. 드론조정을보다쉽게할수있는창의적이고새로운방법을찾아토론하고정리한다. 드론의조정기와기체간의전원을끄고, 날개를분리시켜정리한다. 동료및자기성찰평가표를작성한다. 팀별로드론의체험을통해앞으로드론의활용분야에대해발표한다. 드론이무거울수록추력이커져위험하다는점을강조함 드론을동작시킬때는반드시조정기의전원을먼저 ON시키고, 드론의전원을 ON시킴 드론을여러대날릴경우일정한간격을두고날림 드론과조정기의전원을끌때는반드시드론의전원을먼저끄고, 조정기의전원을 OFF 시킴평가지를회수하여피드백자료로활용함 마무리 (10분) 체험장내의사용한모든기구및교구를깨끗이정리한다. 즐거운분위기조성함 14 15

1 차시 드론을이용한다양한서비스가우리에게크고작은도움이되고있다. 예를들어몸이불편한사람에게손발이될수도있고, 각종물건을인터넷이나전화로주문해서쉽고빠르게배송받을수도있다. 이밖에도놀이와다양한편리성을제공하고받을수있다.

좀더진보적이고창의적인아이디어를동원하여비행체를설계하고현대항공기역학에서중요시되고있는양력의원리를이용하였다는사실이다. 구글과페이스북은드론을활용한인터넷보급확대를도모하고있다.

타이탄에어로스페이스와어센터는모두태양광패널을이용해자체동력을생산하고드론을개발한다. 구글과페이스북은이기업들의기술로드론을무선통신기지국으로활용하여아프리카, 남미등에인터넷을보급한다는계획을세우고있다.

org) 프로젝트를진행하고있다. 회전비행체 1505년그의저서 새의비행에관하여 에서새의날개윗부분과아랫부분의압력차이가존재하여하늘을날수있는힘을발생시킨다는밝혔는데, 훗날과학적으로증명된 양력 이다.

이후, 대량생산 (15,000여대) 된드론은미국의라디오플레인 Radioplane OQ-2였다. 구글룬론치이벤트 (2013.6.16.

au> 이후, 드론은비약적인발전을거듭하여포격연습용드론에서정찰용드론으로이제는글로벌호크와같은고고도비행체가개발되어운영중에있다. 현재는미국과중국이군사용드론을경쟁하는시대로돌입하였다.

역사는짧지만굉장히빠르게진화되고있는드론은현재인간에게하여금호불호가분명해지는기계가되어버렸다. 원래군사용으로많이활용되었다가일반인에게까지널리알려지게되었고, 돈만있으면누구나쉽게구입해서조종할수있고기계에카메라를설치해서촬영도할수있게되었다.

8 1 차시 드론을이용한다양한서비스가우리에게크고작은도움이되고있다. 예를들어몸이불편한사람에게손발이될수도있고, 각종물건을인터넷이나전화로주문해서쉽고빠르게배송받을수도있다. 이밖에도놀이와다양한편리성을제공하고받을수있다. 드론의역사 드론은무인비행체이전에엄연한항공기라고말할수있고, 일반적인비행체의역사와그시작이같다고도볼수있다. 세계최초로비행체를발명하고자했던사람을찾는다면대표적인인물이이탈리아의발명가레오나르도다빈치를꼽을수있다. 좀더진보적이고창의적인아이디어를동원하여비행체를설계하고현대항공기역학에서중요시되고있는양력의원리를이용하였다는사실이다. 구글과페이스북은드론을활용한인터넷보급확대를도모하고있다. 구글은 2014년 4 월타이탄에어로스페이스 (Titan Aerospace) 를, 페이스북은그보다도앞선 3월영국스타트업기업인어센터 (Ascenta) 를각각인수하였다. 타이탄에어로스페이스와어센터는모두태양광패널을이용해자체동력을생산하고드론을개발한다. 구글과페이스북은이기업들의기술로드론을무선통신기지국으로활용하여아프리카, 남미등에인터넷을보급한다는계획을세우고있다. 실제구글은룬 (Loon) 프로젝트를진행하며 2013년 6 월에열기구 30개를하늘에띄워 50여가구에인터넷을공급하는실험에성공했다. 페이스북은드론 1만대를아프리카상공에띄워저렴한인터넷서비스를공급하는인터넷닷오알지 (Internet.org) 프로젝트를진행하고있다. 회전비행체 1505년그의저서 새의비행에관하여 에서새의날개윗부분과아랫부분의압력차이가존재하여하늘을날수있는힘을발생시킨다는밝혔는데, 훗날과학적으로증명된 양력 이다. 현재드론의실질적원조로보는비행체는 1930년대초영구에서개발된 DH-82, QUEEN BEE로최초의재사용가능한드론이었으며, 주로포격용비행체로 400대가량생산되어사용되었다. 이후, 대량생산 (15,000여대) 된드론은미국의라디오플레인 Radioplane OQ-2였다. 구글룬론치이벤트 ( ) < 출처 : (CCBY)> Radioplane OQ-2 < 출처 이후, 드론은비약적인발전을거듭하여포격연습용드론에서정찰용드론으로이제는글로벌호크와같은고고도비행체가개발되어운영중에있다. 현재는미국과중국이군사용드론을경쟁하는시대로돌입하였다. 마하 10까지속도를낼수있는드론부터인공지능을탑재해스스로작전을수행할수있는드론까지개발되어진상태이다. 또한아주작은스파이드론으로감시와정찰을하고하늘과바다를동시에넘나드는드론을개발하여전쟁부기의패러다임을변화시미고있는실정이다. 역사는짧지만굉장히빠르게진화되고있는드론은현재인간에게하여금호불호가분명해지는기계가되어버렸다. 원래군사용으로많이활용되었다가일반인에게까지널리알려지게되었고, 돈만있으면누구나쉽게구입해서조종할수있고기계에카메라를설치해서촬영도할수있게되었다. 미국방산전문컨설팅기업인틸그룹 (Teal Group) 은향후 10년간세계항공우주산업중무인항공기가가장역동적인성장세를보일것으로기대했다. 2014년 64억달러였던드론의시장규모가 10년후약 910억달러까지늘어날것으로예상된다. 2013년전세계 TV 시장규모가약 1,630억달러수준임을감안하면드론의미래시장가치는실로엄청난것이라할수있다. 또한, 2014년군사용수요가 89%, 민간수요가 11% 차지하던드론시장의판매분포는 10년후에는군사용이 86%( 약 783억달러 ), 민간수요가 14%( 약 127 억달러 ) 로변할것으로예측됐다. 차량용블랙박스처럼목격자가없는사건, 사고의증거가되거나바캉스시즌해수욕장에서인명피해를예방하는등드론이가진순기능역시무궁무진하게많다. 지금이야말로기발한아이디어를접목시키는지혜로소위말하는 대박 을칠기회인것이다. 다시말해지금이바로드론시장에서진취적이고창의적인도전을해야할때이다

9 1차시하늘에떠있는드론은어떤원리로비행을하는것일까? 질문 4 드론의장점과단점을찾아정리하여보자. 장점 단점 질문 1 드론의정의와등장배경을지식검색을통해조사하여기록하고발표하여보자. 드론이란명칭은 2가지로요약할수있다. 우선수벌이 윙윙 거리는소리와매우유사하다고수벌 (drone bee) 이란의미의드론과 윙윙 거린다는의성어로드론이되었다는설, 두번째는 1930년대초영국에서처음으로재사용이가능한폭격연습용비행체 DH-82 QUEEN BEE( 여왕벌 ) 를개발하였고, 여왕에대한조경의의미로 QUEEN BEE( 여왕벌 ) 을 DRONE( 수벌 ) 로바꿔무인비행체를 DRONE 으로부르게된설이있다. 무인항공기또는무인비행체를뜻하며, 전파를이용해원격조정하는 RC(Remote Control), 사람이탑승하지않고원격으로사람이조정하는 RPA(Remotly Piloted Aircraft) 가있다. 동력사용의공통점은모두화석연료나전기에너지를사용한다. 과학적호기심을자극함 택배서비스상용화 군사작전용비용절감과효과성증대 레저문화확산및콘텐츠확보 기술발전의고도화와산업의확장질문 5 개인사생활을보호받지못함 위치와구조물에대한정보노출 항공기진로방해와충돌의위험 도로추락시대형사고의위험부담 센서오동작으로인한잠재적위험성 질문 2 드론의구조와동작원리를탐색하고정리하여보자. 드론의활용사례를찾아정리하여보자. 구조 과학적원리 원리탐색전자회로, 양력, 역학, 공기저항, 무게 학생들에게정보검색과팀토론을통해현재드론의파급효과에대하여다양한의견이나올수있도록지도한다. 질문 3 드론의몸체를이루는프레임 ( 가벼운복합소재 ), 수신기, GPS센서, 모터, 프로펠러, 변속기, 자이로센서, 카메라, 리튬폴리머전지, 다리등이복합적으로결합된형태로되어있다는점을드론의모형과함께설명 기술적원리공학적원리예술적원리 정확히동작하는각종센서 (GPS수신), 원거리송수신, 가벼운금속 ( 복합재료 ), 저전력강한모터의구동방식, 배터리의긴수명몸체를구성하는프레임의안정성, 결합방식, 프로펠러의구조와성능등색깔, 모양, 상징적디자인 ( 곤충 ) 등 드론의활용사례를찾아정리하여보자. 수학적원리 GPS( 좌표 ), 프로펠러의크기, 무게중심계산 ( 대칭적구조 ), 프레임의크기, 속력, 고도등 다양한동영상을보여주어동기와호기심을가질수있도록지도한다

질문 6 질문 9 드론에는비행기처럼날개가없다. 그렇다면무게를가지고있는기체 ( 드론 ) 를들어올릴수있는힘을어떻게얻는것인지적어보자. 일반적으로센서형의드론은 gps 내장되어정확한위치를인공위성이자리를잡아주는자동호버링과자동이착륙이가능할뿐만아니라수직상승, 리턴홈그리고넓은조종반경을가지고있다. 드론의조정은 2.

일반적으로센서형의드론은 gps 내장되어정확한위치를인공위성이자리를잡아주는자동호버링과자동이착륙이가능할뿐만아니라수직상승, 리턴홈그리고넓은조종반경을가지고있다. 드론의조정은 2.

10 질문 6 질문 9 드론에는비행기처럼날개가없다. 그렇다면무게를가지고있는기체 ( 드론 ) 를들어올릴수있는힘을어떻게얻는것인지적어보자. 일반적으로센서형의드론은 gps 내장되어정확한위치를인공위성이자리를잡아주는자동호버링과자동이착륙이가능할뿐만아니라수직상승, 리턴홈그리고넓은조종반경을가지고있다. 드론의조정은 2.4Ghz대의주파수를사용하기도하지만, 와이파이신호를이용하여스마트디바이스상에서앱으로조정하는것이일반화되고있으며, 자도추적기능, 일정한범위자동회전비행, 비행구간설정해두면자동비행등의기능과사람을따라다니는자동비행도조정기없이비행할수있는제품도많이있다. 드론의기체가안정되게비행하기위해어떤기능을조정해야하는지정보검색을통해다양한방법을조사하여적어보자. 일반적으로센서형의드론은 gps 내장되어정확한위치를인공위성이자리를잡아주는자동호버링과자동이착륙이가능할뿐만아니라수직상승, 리턴홈그리고넓은조종반경을가지고있다. 드론의조정은 2.4Ghz대의주파수를사용하기도하지만, 와이파이신호를이용하여스마트디바이스상에서앱으로조정하는것이일반화되고있으며, 자도추적기능, 일정한범위자동회전비행, 비행구간설정해두면자동비행등의기능과사람을따라다니는자동비행도조정기없이비행할수있는제품도많이있다. * 국내에서는드론의무게를 12Kg 으로제한을두고있음. 질문 7 드론의프로펠러날개의수는 4, 6, 8... 로짝을이루고있으며, 짝을이루는날개들은서로반대방향으로회전한다. 그 드론의 3 차원이동방향 ( 하늘나는모든비행체에적용 ) YAW(Z 축회전 ) 드론의수평을유지한상태에서동체를회전시킴 ROLL(Y축회전 ) 동체를좌우로기울임에따라드론이좌우로이동함 쿼드콥터드론의비행원리 상승및하강 1, 2, 3, 4 프로펠러가동일한속도로빠르게회전하면상승하고느리게회전하면하강 2 1 이유를적어보자. 일반적으로드론의종류에따른날개를보면 4개는쿼드콥터 (quad-copter), 6개는헥사콥터 (hexa-copter), 8개는옥타콥터 (octa-copter) 드론이라고한다. 날개가서로짝을이루고반대로회전하는것은작용-반작용 ( 뉴턴제3법칙 ) 의 3 4 같은색프로펠러는회전방향이동일 힘이생기기때문에기울어짐없이기체의자세를수평으로유지할수있도록해준다. 시계방향 2개와반시계방향 2 개로나뉘는건프로펠러가회전하면서발생하는반작용력을상쇄시키기위한전략이다. PITCH(X축회전 ) 드론기수를상하로움직여전진하거나후진함 전 후진 (PITCH 이동 ) 1, 2 프로펠러가빠르게회전하면전진 3, 4 프로펠러가빠르게회전하면후진 2 1 질문 드론 의비행에서운동에너지에필요한동력을엔진을사용하지않고, 모터를사용하는그이유를적어보자. 제자리회전 (YAW 이동 ) 1, 4 프로펠러가빠르게회전하면반시계방향회전. 2, 3 프로펠러가빠르게회전하면시계방향회전 좌우이동 (ROLL 이동 ) 2, 4 프로펠러가빠르게회전하면왼쪽으로이동. 1,3 프로펠러가빠르게회전하면오른쪽으로이동 드론에는모터의회전수를전기적으로제어할수있는컨트롤러가내장되어있어각각의모터회전수를쉽고안정되게 통제할수있어안전한비행을할수있도록해주기때문이다. 또한도심지에서소음의문제도해결할수있게해준다

KIMS 융합인재교육(STEAM) 아웃리치 프로그램 복합재료야 놀자! 2차시 2차시 지금 우리가 있는 재료연구소는 재료연구소를 소개합니다 재료연구소를 소개합니다!

재료라는 것은 물체를 만들기 위해 사용되는 작은 물질들을 의미하는 것인데, 그렇다면 이렇게 큰 건물에 많은 연구자와 기술자들이 과연 무엇을 연구하거나 만들기 위해

모여 있는 것일까요? M군은 재료연구소라는 말의 의미가 궁금해졌습니다. 재료연구소가 하는 일은 무엇일까요?

우리 생활에서 꼭 필요한 금속재료를 보다 발전시켜 우리의 삶을 더욱 편리하고 안전하게 해주기 위해 연구하는 곳이라고 생각합니다.

질 금속재료연구본부 분말/세라믹연구본부 문 1 표면기술연구본부 재료연구소의 여러 연구본부들을 잘 살펴보았나요?

어떤 연구본부에서 복합재료연구본부 실용화연구단 산업지원/안전본부 무슨 일을 하고 싶은가요?

11 KIMS 융합인재교육(STEAM) 아웃리치 프로그램 복합재료야 놀자! 2차시 2차시 지금 우리가 있는 재료연구소는 재료연구소를 소개합니다 재료연구소를 소개합니다! 어떤 일을 하고 있을까? 생각열기 상황제시 M군은 재료연구소라는 연구소를 처음 들었습니다. 재료라는 것은 물체를 만들기 위해 사용되는 작은 물질들을 의미하는 것인데, 그렇다면 이렇게 큰 건물에 많은 연구자와 기술자들이 과연 무엇을 연구하거나 만들기 위해 모여 있는 것일까요? M군은 재료연구소라는 말의 의미가 궁금해졌습니다. 재료연구소가 하는 일은 무엇일까요? M군은 재료연구소라는 연구소를 처음 들었습니다. 재료라는 것은 물체를 만들기 위해 사용되는 작은 물질들을 의미하는 것인데, 그렇다면 이렇게 큰 건물에 많은 연구자와 기술자들이 과연 무엇을 연구하거나 만들기 위해 모여 있는 것일까요? M군은 재료연구소라는 말의 의미가 궁금해졌습니다. 재료연구소가 하는 일은 무엇일까요? 재료연구소는 우리가 사용하는 물건의 재료를 연구하는 곳입니다. 물건을 만드는 재료는 다양하겠지만 재료연구소의 생각펼치기 경우 금속을 주로 연구하고 있습니다. 우리 생활에서 꼭 필요한 금속재료를 보다 발전시켜 우리의 삶을 더욱 편리하고 안전하게 해주기 위해 연구하는 곳이라고 생각합니다. 만약 자신이 재료연구소에서 연구를 하는 과학자라면 어떤 연구본부에서 무슨 일을 하고 싶은지 설명하여 본다. 질 금속재료연구본부 분말/세라믹연구본부 문 1 표면기술연구본부 재료연구소의 여러 연구본부들을 잘 살펴보았나요? 자신이 만약 이곳 재료연구소에서 연구를 하는 과학자라면, 어떤 연구본부에서 무슨 일을 하고 싶은가요? 어떤 연구본부에서 복합재료연구본부 실용화연구단 산업지원/안전본부 무슨 일을 하고 싶은가요? (예시) 저는 복합재료연구본보에서 탄소를 가지고 다양한 복합재료를 만들고 싶습니다. 복합재료연구본부 생각다지기 탄소는 다른 원소보다 가벼우면서도 강하기 때문에 여러 분야에 활용될 가치가 높다고 여겨지기 때문입니다. 신재생에너지에도 사용될 수 있으며 우주선, 자동차와 재료연구소의 과학자나 기술자들이 열심히 연구하거나 작업하는 모습을 보고 같은 운송수단에도 널리 이용될 수 있을 것 같습니다. 느낀 점을 서로 공유한다

복합 재료를 사용한 창의적 프로펠러의 설계와 제작 드론을 뜨게 하는 힘(추력)은 어디서 오는가?

[탐구 실험 주제] 프로펠러 설계 및 제작 사포를 이용하여 그림과 같이 한쪽은 얇게 반대쪽은 두텁게 유지 [탐구 목표] 하면서 부드러운

프로펠러의 날개를 직접 설계하고 제작하여 무게가 다른 추를 달고 날려 봄으로써 비행체(드론)를 * 힘을 주면 아이스크림 막대가 부러질 수

[탐구 과정] 프로펠러의 구조를 관찰해 보고, 프로펠러의 날개를 어떻게 설계하고 제작해야 될지를 팀원들과 일정한 모양이 만들어지면 준비된 둥근

제작 순서 내용 및 유의점 드론 모형의 날개 구조를 관찰하여 구조와 모양에 대하여 팀별로 탐색하여 본다.

12 KIMS 융합인재교육(STEAM) 아웃리치 프로그램 복합재료야 놀자! 3~4차시 제작 순서 프로펠러 제작하기 내용 및 유의점 준비된 아이스크림 막대의 중간(1/2)위치에 드릴을 이용하여 4mm 구멍을 뚫는다. 복합 재료를 사용한 창의적 프로펠러의 설계와 제작 드론을 뜨게 하는 힘(추력)은 어디서 오는가? 그림과 같이 아이스크림 막대를 사포를 이용하여 서로 대각선 방 향으로 반대되는 면적(빨간 빗금 친 부분)에 표시(빗금)을 한다. [탐구 실험 주제] 프로펠러 설계 및 제작 사포를 이용하여 그림과 같이 한쪽은 얇게 반대쪽은 두텁게 유지 [탐구 목표] 하면서 부드러운 곡선으로 갈아낸다. 프로펠러의 날개를 직접 설계하고 제작하여 무게가 다른 추를 달고 날려 봄으로써 비행체(드론)를 * 힘을 주면 아이스크림 막대가 부러질 수 있으니 주의해야 함) 들어 올리는 힘(양력)에 대하여 설명할 수 있다. [탐구 과정] 프로펠러의 구조를 관찰해 보고, 프로펠러의 날개를 어떻게 설계하고 제작해야 될지를 팀원들과 일정한 모양이 만들어지면 준비된 둥근 나무젓가락을 구멍이 뚫 함께 의견을 나누어 본다. 린 곳에 빠지지 않도록 밀어 넣는다. 제작 순서 내용 및 유의점 드론 모형의 날개 구조를 관찰하여 구조와 모양에 대하여 팀별로 탐색하여 본다. 그림의 예시와 같이 날개를 설계하여 가위로 제단을 한다. * 날개의 모양은 창의적으로 다양하게 설계하고 제작할 수 있다. 다만, 날개 의 모양과 크기 등에 의해 프로펠러의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 따 라서 여러 번 반복 실험을 권장함) * 날개로 사용되어지는 재료는 마분지, 철판, PET병의 재질 등을 사용하여 먼저 아이스크림 막대를 준비한다.(시중에서 쉽게 구할 수 있는 것) 제작할 수 있음 * 날개의 크기와 모양은 생각과 의도에 따라 모두 다를 수 있음 * 날개의 면적이 너무 크면 공기 저항이 커져서 프로펠러 성능에 영향을 미 칠 수 있음 24 25

얇아진 쪽에 대각 날개를 모두 재조정했다면, 프로펠러가 회전할 때, 날개와 나무 젓 선 방향으로

가락이 분리되지 않도록 그림과 같이 고정될 수 있도록 접착제를 * 아이스크림 막대 전체 면적에 골고루

양면테이프의 껍질을 벗기고, 제작된 프로펠러의 날개를 조심스럽 프로펠러가 고정된 나무 젓가락의

그리고 프로펠러의 면적이 큰 쪽이 바깥쪽에 위치하고 과 같이 매듭지어 고정시킨다.

* 너무 크면 프로펠러의 성능에 영향을 줄 수 있으므로 최적의 날개 크기를 실험을 통해 찾아야 함.

* 클립 등을 사용하여 무게가 다른 물체를 증가시킬 수 있는 구조로 만들 * 날개의 휘어지는 각도는

것을 권장(팀에서 결정) 완성된 프로펠러의 날개를 준비된 둥근 나무 젖가락에 끼우고, 손 제작된 전체

관찰한다. 로 여러 번 회전할 때 실이 꼬일 수 있으므로 50Cm~1M 정도의 * 날개의 휘는 정도를

13 KIMS 융합인재교육(STEAM) 아웃리치 프로그램 복합재료야 놀자! 제작 순서 내용 및 유의점 제작 순서 내용 및 유의점 사포(200)로 갈아낸 아이스크림 막대의 두께가 얇아진 쪽에 대각 날개를 모두 재조정했다면, 프로펠러가 회전할 때, 날개와 나무 젓 선 방향으로 양면테이프를 이용하여 붙인다. 가락이 분리되지 않도록 그림과 같이 고정될 수 있도록 접착제를 * 아이스크림 막대 전체 면적에 골고루 붙여도 상관없으나, 무게 증가로 프 사용하여 마무리 한다. 로펠러의 성능에 영향을 줄 수도 있음. 양면테이프의 껍질을 벗기고, 제작된 프로펠러의 날개를 조심스럽 프로펠러가 고정된 나무 젓가락의 아래쪽에 실을 이용하여 그림 게 붙인다. 그리고 프로펠러의 면적이 큰 쪽이 바깥쪽에 위치하고 과 같이 매듭지어 고정시킨다. 있으나, 안쪽 부분을 크게 하여 제작해도 된다. * 접착제로 고정해도 무방함. * 너무 크면 프로펠러의 성능에 영향을 줄 수 있으므로 최적의 날개 크기를 실험을 통해 찾아야 함. 프로펠러의 날개를 그림과 같이 한쪽을 부드럽게 휘도록 손으로 실의 다른 한쪽은 프로펠러에 매달질 무게 추를 고정시킨다.(그림 조정한다. 에서는 예를 들어 나무막대를 달고 실험함) * 양쪽 모두 같은 방법으로 만듬. * 클립 등을 사용하여 무게가 다른 물체를 증가시킬 수 있는 구조로 만들 * 날개의 휘어지는 각도는 프로펠러의 성능에 영향을 미칠 수 있음. 것을 권장(팀에서 결정) 완성된 프로펠러의 날개를 준비된 둥근 나무 젖가락에 끼우고, 손 제작된 전체 모습이며, 여기서 실의 길이는 프로펠러가 빠른 속도 으로 가볍게 회전시켜 프로펠러가 잘 뜨는지 관찰한다. 로 여러 번 회전할 때 실이 꼬일 수 있으므로 50Cm~1M 정도의 * 날개의 휘는 정도를 달리하며 실험함. 길이를 유지 할 수 있도록 한다. * 완성된 프로펠러를 날려 보고, 작용과 반작용의 힘으로 잘 상승하는지 관 찰함. 완선된 프로펠러를 측면에서 보았을 때, 날개가 한쪽으로 부드러 완성된 전체 모습 운 곡선을 유지하며 내려올 수 있도록 손으로 다시 조정하여 프로 펠러가 회전할 때 공기가 부드럽게 스쳐 지나갈 수 있도록 한다. * 이 조정에서 너무 많이 휘면 공기저항이 생겨 프로펠러의 회전력이 줄어 들 수 있으므로 실험을 통해 최적의 조건을 찾아야 함 26 27

3~4차시프로펠러동작및성능실험 5~6차시팀활동을통한드론날리기및복합재료분야에대한발전성과방향성토론 5~6 차시실제 드론 날리기 질문 1 A상황 : 프로펠러가강하게회전할때, 작용-반작용으로종이로제작된날개의휘어진부분을공기가강하게밀어날개의모양이평평해질수있는데, 이때프로펠러가위로상승하는성능이어떻게되는지관찰하여적어보자.

Elevator Throttle * 따라서가볍고변형이잘되지않는새로운복합재료의개발에관심을가지도록유도하는것이바람직하다. Rudder Aileron 질문 2 프로펠러에달린추의무게가증가할수록 A 상황 에서프로펠러의성능은어떻게되는지실험한결과를적어보자. [ 조종기의스틱명칭 ] 1.

14 3~4차시프로펠러동작및성능실험 5~6차시팀활동을통한드론날리기및복합재료분야에대한발전성과방향성토론 5~6 차시실제 드론 날리기 질문 1 A상황 : 프로펠러가강하게회전할때, 작용-반작용으로종이로제작된날개의휘어진부분을공기가강하게밀어날개의모양이평평해질수있는데, 이때프로펠러가위로상승하는성능이어떻게되는지관찰하여적어보자. 상황제시 드론조정에관한동영상정보 : 지도교사는제작된프로펠러를강하게돌려보고, 천천히돌려볼때의차이점이어떻게나타나는지시범실험을통해 보여줄수있다. 처음돌리는가속도가크면, 휘어져있던날개가반작용의힘을크게받아순간적으로날개가일자로변형되어프로펠러의성능이저하 ( 바람을아래쪽으로밀어내지못함 ) 되는현상이일어남을이해시켜야한다. Elevator Throttle * 따라서가볍고변형이잘되지않는새로운복합재료의개발에관심을가지도록유도하는것이바람직하다. Rudder Aileron 질문 2 프로펠러에달린추의무게가증가할수록 A 상황 에서프로펠러의성능은어떻게되는지실험한결과를적어보자. [ 조종기의스틱명칭 ] 1. 빨간색 - 스로틀 ( 모터을돌리는기능을하고, 스틱을위 같은조건에서추의질량이클수록프로펠러의상승높이는작아진다. 또한추이무게 ( 중력 ) 로인해 A 상황 의나쁜조 로많이올리면그만큼회전속도가증가 ) 건이크게나타난다. 2. 초록색 - 러더 ( 기체의머리를좌우로회전시키는기능 ) 3. 노랑 - 엘리베이터 ( 기체를앞뒤로이동시키는기능 ) 4. 파랑 - 에일러론 ( 기체를좌우로기울여서결국기체가 좌우로이동 ) 질문 3 조종기의스틱아래와옆에있는같은색상의버튼은트림 A 상황 을극복할수있는해결방법에는어떤것이있을수있는지적어보자. 이라고한다. 조종기의스틱이중립일때 ( 스틱은제일아래 ) 드론의중심 다양한동영상을보여주어동기와호기심을가질수있도록지도한다. ➋ ➊ ➌ ➍ 이맞아야하는데, 이때중심이맞지않는다면해당되는트림을반대로몇번눌러주면보정이됩니다. ( 예-기체가좌측으로조금씩움직인다면, 에일러론트림 (4 번파랑색트림 ) 을우측으로몇칸눌러주면됨 ) 28 29

15 질문 1 질문 3 드론조정기의 Elevator 의기능이무엇인지적어보자. 드론조정기의 Throttle 의기능이무엇인지적어보자. 드론기체를앞으로또는뒤로이동할수있도록하는기능을가지고있다. 드론날개의회전속도를조절하여기체를상승시키거나하강시키는기능을가지고있다. 질문 2 질문 4 드론조정기의 Aileron 의기능이무엇인지적어보자. 드론조정기의 Rudder 의기능이무엇인지적어보자. 드론기체를좌또는우로기울어지게하는기능을가지고있다. 드론기체를좌로또는우로회전시키게하는기능을가지고있다

16 질문 5 질문 7 드론조정기의 Elevator 의기능을앞으로하고, Aileron 의기능을오른쪽으로동시에이루어지면드론은어떤운동을하는지적어보자. 같은조건에서추의질량이클수록프로펠러의상승높이는작아진다. 또한추이무게 ( 중력 ) 로인해 A상황 의나쁜조건이크게나타난다. 드론조정체험이없었던학생의경우, 오늘드론체험에서가장어려웠던점이무엇인지적어보자. 드론날리기 체험을통해서학생들이어렵게느겼던점들을솔직하게적을수있도록분위기를조성하고지도한다. 질문 8 드론에 GPS( 위성항법시스템 ) 가탑재된경우와그렇지않은드론에서의차이점을적어보자. GPS가탑재된드론의경우현재자신이떠있는현위치를계산하여그자리에서떠있을수있도록하고, GPS가없는경우에는현위치에서바람이나조정미숙으로인해불안정하게움직이는모습이나타낸다. 질문 6 다음제시된내용 O 로선택하시오. 드론조정체험 ( 없음 ) 드론조정체험 ( 있음 ) 질문 9 드론조정체험이있었던경우, 드론을쉽게조정할수있는새로운방법을제시하여보자. 현재, 손목시계로드론을조정하고유도하는경우와스마트디바이스액정화면에서따라가야할사람을선택하면, 드론이선택된사람만따라다니는기술을선보이고있다

17 5~6차시팀발표및자기 ( 성찰 ) 평가 5~6차시나의생각표현하기 주제 팀명날짜 ( 교시 ) 수업시작전수업을마친후기타 드론 이우리생활과문화에어떤영향을미칠수있을까? 성명 나는오늘팀프로젝트활동시간에... 부정 긍정 학생작성 학생작성 팀활동을충분히이해하고, 활동에적극적으로참여하였다. 팀활동을주도적으로이끌었다. 팀으로이루어진모든활동과정에적극적으로참여하였다. 토의과정에서활발하게내의견을제시하였다. 드론 개발에있어기술적한계를극복해야하는것에는어떤것이있을까? 발표하는동안다른팀의결과발표에도귀기울여들었다. 오늘배운내용을다른친구에게자세히설명해줄수있다. 발표자료구성에팀원들에게도움을주었다. 중요한내용을노트에잘정리해두었다. 학생작성 학생작성 오늘도움을 ( 준, 받은 ) 친구 나의오늘스마일점수 학생작성 학생작성 드론 의무게를줄일수있는방법 ( 재료연구 ) 에는어떤것이있을까? 학생작성 학생작성 기타의견 34 35

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