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1 연구자료 R M D프린터의이해이슈리포트 3D 프린터의이해및교육적활용방안및교육적활용방안24 연구자료 RM KERIS

2 2014 KERIS 이슈리포트연구자료 RM D 프린터의이해및교육적활용방안 KERIS 이슈리포트 1 3D 프린팅이란? 2 해외 3D 프린팅정책과교육적활용사례 3 국내 3D 프린팅의교육적활용방안및제언 4 참고문헌

3 집필진유동욱 ( 대구월암초등학교 ) 한석민 ( 달성고등학교 ) 김동환 ( 서경NCS) 손영준 ( 코아인포메이션 ) 연구 기획정순원 ( 한국교육학술정보원 ) 이은환 ( 한국교육학술정보원 ) 최효재 ( 한국교육학술정보원 ) 본자료에서제시된의견은한국교육학술정보원의공식의견이아니라연구진의견해임을밝힙니다.

4 차례 Ⅰ. 3D 프린팅이란? D 프린팅의개념이해 1 가. 3D 프린팅의의미 1 나. 3D 프린팅의정의 D 프린터란? 4 가. 3D 프린터의작동원리 7 나. 3D 프린팅소재별적용분야 11 다. 3D 프린팅의주요 History D 프린팅을위한소프트웨어 17 가. 3D 모델링부터 3D 프린트까지의과정 17 나. 3D 모델링소프트웨어 19 다. 3D 프린터출력소프트웨어 22 라. 3D 프린팅을위한소프트웨어도입참고사항 25 마. 교육활동에서 3D 모델링콘텐츠 26 바. 3D 스캐너활용 27 Ⅱ. 해외 3D 프린팅정책과교육적활용사례 해외 3D 프린팅정책 D 프린터시장동향 D 프린터주요국가별정책 30 가. 미국사례 31 나. 영국사례 32 다. 독일사례 34 라. 일본사례 35 마. 중국사례 35 바. 한국사례 36

5 차례 4. 해외 3D 프린팅교육적활용사례 37 가. 영국사례 40 나. 미국사례 47 다. 일본사례 49 라. 호주사례 50 Ⅲ. 국내 3D 프린팅의교육적활용방안및제언 초등과정에서의활용방안 52 가. 초등학교에서 3D 프린터가가지는의미 52 나. 초등학교에서 3D 프린터의활용방안 52 다. 오픈소스를활용한 3D 프린터활용 53 라. 교사에의한수업자료제작을통한 3D 프린터활용 55 마. 프로젝트학습결과물제작을통한 3D 프린터활용 60 바. 초등학교에서의 3D 프린터의활용지도예시 63 사. 초등학교에서의 3D 프린터의활용세부지도안예시 중등과정에서의활용방안 74 가. 중등학교에서 3D 프린터활용 74 나. 중등학교에서 3D 프린터의활용지도예시 76 다. 중등학교에서 3D 프린터의활용세부지도안예시 국내 3D 프린팅활성화를위한정책및제언 90 참고문헌 94

6 표목차 < 표 Ⅰ-1> Gartner 의 Hyper Cycle for Emerging Technologies 상의기술수명주기용어 2 < 표 Ⅰ-2> 일반적인 Mock-Up 제작과 3D 프린팅출력단순비교 4 < 표 Ⅰ-3> 3D 프린팅출력방식에따른가용소재 8 < 표 Ⅰ-4> 재료형태에따른주요 3D프린팅기술사례 12 < 표 Ⅰ-5> 3D 프린팅분야의주요 History 15 < 표 Ⅰ-6> 주요 3D 모델링소프트웨어목록 20 < 표 Ⅰ-7> 3D 모델링소프트웨어별학습용이도 22 < 표 Ⅰ-8> 3D 프린터출력소프트웨어 22 < 표 Ⅰ-9> 3D Printer Control 소프트웨어사용률 23 < 표 Ⅰ-11> 3D 모델링데이터 Slicing 소프트웨어 24 < 표 Ⅰ-12> 3D 프린팅을위한 Slicer 소프트웨어사용률 25 < 표 Ⅱ-1> 주요국의 3D 프린팅육성정책현황 31 < 표 Ⅱ-2> 3D 프린팅관련영국정부내부서간기능과역할배분검토 33 < 표 Ⅱ-3> 3D 프린팅정책개발협의에있어서주요활동과지도기관 33 < 표 Ⅱ-4> NMC Project 의해외지원사례 48 < 표 Ⅲ-1> 3D 프린팅오픈소스의교육적활용방법 53 < 표 Ⅲ-2> 수업자료제작을통한 3D 프린터활용방안 55 < 표 Ⅲ-3> 프로젝트학습에서의 3D 프린터활용방안 60 < 표 Ⅲ-4> 수학교과에서 3D 프린터의활용방법 71 < 표 Ⅲ-5> 과학교과에서 3D 프린터의활용방법 72 < 표 Ⅲ-6> 지리교과에서 3D 프린터의활용방법 72 < 표 Ⅲ-7> 역사교과에서 3D 프린터의활용방법 73 < 표 Ⅲ-8> 교육분야적용의문제점및주의점 90

7 그림목차 [ 그림 Ⅰ-1] 세상의의미변화를이끄는주요 IT 관련 Hype Cycle 1 [ 그림 Ⅰ-2] 2014 년최신기술에대한 HYPE CYCLE 2 [ 그림 Ⅰ-3] 기존제조방법 vs 3D 프린팅방법비교 4 [ 그림 Ⅰ-4] 3D 프린팅에대한관심도변화및지역별관심도 (Google 검색 ) 5 [ 그림 Ⅰ-5] 3D 프린팅분야의가격과출력속도변화 6 [ 그림 Ⅰ-6] 3D 프린터작동원리개념도 7 [ 그림 Ⅰ-7] FDM 방식 3D 프린터의기본구조 8 [ 그림 Ⅰ-8] 3D 프린팅소재와 3D 프린터의출력기술의장단점비교 10 [ 그림 Ⅰ-9] 3D 프린팅소재별비용비교 10 [ 그림 Ⅰ-10] 세계최초의 3D 프린팅전기자동차 12 [ 그림 Ⅰ-11] 3D 프린터를이용한다양한출력사례 ( 좌 : 음식, 우 : 건축분야 ) 13 [ 그림 Ⅰ-12] AM 분야의 3D 프린팅적용수준 13 [ 그림 Ⅰ-13] Future Visions: Bio-Printer( 상상도 ) 14 [ 그림 Ⅰ-14] 세계주요 3D 프린터제조사 14 [ 그림 Ⅰ-15] 주요 3D 프린터제조사의특허취득현황 17 [ 그림 Ⅰ-16] CAD to CAM 17 [ 그림 Ⅰ-17] CNC 방식과 3D 프린팅간의비교 18 [ 그림 Ⅰ-18] 3D 프린팅과정개념도 18 [ 그림 Ⅰ-19] Solid 에서 Polygon Mesh 까지변화 19 [ 그림 Ⅰ-20] Solid, Polygon 형식의 3D 모델링소프트웨어 20 [ 그림 Ⅱ-1] 세계지역별 3D 프린팅예상연평균성장률 29 [ 그림 Ⅱ-2] 국가별 3D 프린터장비설치점유율 (2013 년기준 ) 30 [ 그림 Ⅱ-3] 3D 프린팅투자국가순위 31 [ 그림 Ⅱ-4] 독일에서 3D 프린터는어떤의미를가지는가? 34 [ 그림 Ⅱ-5] 일본경제산업성의모래형 3D 프린터개발과제추진체계 35 [ 그림 Ⅱ-6] 교실에서 3D 프린팅의활용시나리오 37 [ 그림 Ⅱ-7] 영국시장에서 2010 년과 2012 년 3D 프린팅활용분야비교 38 [ 그림 Ⅱ-8] 3D 프린터특허상위국가의상대적집중활동지수비교 39 [ 그림 Ⅱ-9] Honywood 학교학생들의 Toy project 에대한학생안내소책자 42 [ 그림 Ⅱ-10] Waldegrave School for Girls의 Year 10 Project 산출물 43 [ 그림 Ⅱ-11] 연결요소부분을고려한산출물샘플 43 [ 그림 Ⅱ-12] 에너지터빈의부품으로서사용될 Pelton 휠 (Wheel) 과기둥 44 [ 그림 Ⅱ-13] 학생들이제작한 포켓몬형태 의포식자를 Google 스케치업에서작성한화면 44 [ 그림 Ⅱ-14] Watford Grammar School for Boys 에서사용한 3D 그래프 45 [ 그림 Ⅱ-15] The King School 에서제작한원뿔과원뿔의일부 45 [ 그림 Ⅱ-16] Highworth Grammar School for Girls에서제작한조각들 45 [ 그림 Ⅱ-17] 3D 프린터기술의폭넓은적용 47 [ 그림 Ⅱ-18] Year 10 science classroom 에사용된 3D 프린터 50

8 3D 프린터의이해및교육적활용방안 Ⅰ. 3D 프린팅이란? 1. 3D 프린팅의개념이해가. 3D 프린팅의의미미국의정보기술연구및자문회사인 Gartner Group의 2014년분석자료에따르면 2010년초에서중반까지를아우르는 5년간의주요 ICT기술이슈는 [ 그림Ⅰ-1] 에서표현한 Big Data ( 빅데이터 ), Social Cloud( 소셜클라우드 ), 분석기법, IoT( 사물인터넷 ), 모바일, 디지털사업과결제분야등이라고한다. [ 그림 Ⅰ-1] 세상의의미변화를이끄는주요 IT 관련 Hype Cycle [ 그림 Ⅰ-1] 이추상적인기술범주를표현한것이라면, Gartner 가 2014년중순에최신 ICT 기술에대한 Hype Cycle 1) 을좀더세부적기술사안으로발표한내용이 [ 그림 Ⅰ-2] 이다. 1) Gartner Group 은매년기술별성숙도와시장에서의기대, 사업성및방향성을평가하고, 기술별성장기 (Plateau of Productivity, 상용화기 ) 에도달하기까지남은기간을표현하는 Hyper Cycle for Emerging Technologies 를발표한다. 1

9 2014 KERIS 이슈리포트 [ 그림 Ⅰ-2] 2014 년최신기술에대한 HYPE CYCLE [ 그림 Ⅰ-2] 에서가로 (x) 축은기술수명주기를의미하는데, 오른쪽으로갈수록안정화된기술로접어든것이고, 왼쪽으로접어들수록신기술또는기술의완성도가낮다는의미이다. 또한, 세로 (y) 축은위로올라갈수록기대치가높은기술을의미한다. 가로 (x) 축의 2단계인기술기대정점기에있는기술들이최근우리주변에서이야기하는홈오토메이션을망라한 IoT( 사물인터넷 ), Apple이나 Google 등의자연어질의응답서비스, 웨어러블유저인터페이스, 개별소비자용 3D 프린팅등이다. 이러한기술은이미우리주변에접근가능하지만, 기술의완전성이나범용화가일부부족한상태이다. 그렇기때문에기술의축적을거쳐야가까운미래에다양한분야에적용및확산이가능하다. 특이할만한것은 2014년의 HYPE CYCLE에는각기 4개분야의다른단계의 3D 프린팅관련기술이나타났다는것이다. HYPE CYCLE 각단계의의미는아래 < 표 Ⅰ-1> 에정리하였다. < 표 Ⅰ-1> Gartner 의 Hyper Cycle for Emerging Technologies 상의기술수명주기용어 2) 기술수명주기 여명기 기술출현기 (Innovation Trigger) 기술기대정점기 (Peak of Inflated 정의및특징 개념입증연구를통해언론에반향을일으키고있으나, 아직상품화가능성은증명되지않은상태 3D 바이오프린터는여명기 기술출현기로해석 많은공급기업이발생하나, 비즈니스모델로서확산되지않은상태이며, 실제기술능력보다과도한관심이집중되는단계 2) 한국기계연구원, , 글로벌 3D 프린터산업 기술동향분석, 기계기술정책, No.71, p.9. 2

10 3D 프린터의이해및교육적활용방안 Expectations) 기술에대한환상소멸기 (Trough of Disillusionment) 계몽기 (Slope of Enlightenment) 성장기 (Plateau of Productivity) 일부기업은 R&D 등구체적인사업활동을수행하나그렇지않은경우가더많음 가정용 3D 프린터는기술기대정점의변곡점에위치 상용화실패등에따른시장의기대급감발생 제품 서비스상용화실패기업의시장퇴출 초기제품수용자 (Early Adopter) 의만족도개선에성공한생존기업에한해추가투자발생 최종적으로잠재구매자중 5% 만이실제구매 언론노출은극히적어지나기술이수용되어효용성과실제적인응용에서이용되는단계 실제응용에대한이해가높아짐에따라완만한곡선의형태로기대가상승하는시기 2 3 세대제품출시, 투자확대기업과보수적운영기업으로구분 주력 (Mainstream) 시장으로부터기술이널리받아들여지며, 다음세대의기술로진화하는단계 기업별생존능력에대한평가가명확해짐 생산성의안정기에접어들어광범위한산업이태동 나. 3D 프린팅의정의 3D 프린팅은신속조형기술 (Rapid Prototyping; RP) 기술이라는이름으로 1980년대우리산업계에이미소개되어있었고, 1986년시장에최초의 3D 프린터가출시된이후, 3D 프린팅기술은점차고도화되어발전해왔다. 특히제조업분야에서는적층가공기술 (Additive Manufacturing; AM; 積層加工 ) 3) 이라는구체적개념으로변화, 발전되어왔다. 과거산업계에서입체물 (Object) 을제작하는과정은 Cutting이나 Drilling 등의원재료를가공하는방식또는금형제작에기반한제조방식이주류를이루었다. 이러한방식의단점은소품종대량생산에는유용하나, 다품종소량생산에는비용효율이낮다는것이다. 한편적층가공기술은소량의샘플이나다품종소량생산을상대적으로작은비용으로가능하게하였고, 3D 프린팅기술이저변확대되면서그역할을제대로발휘할수있게되어이른바미래의산업혁명을일으킬수있는기술로인식되기시작했다. 3) Additive Manufacturing; AM; 積層加工 : 3D 프린터기술로고체의열가소성플라스틱재료를성형하는제조기법. 제품화단계에서금형을제작하는등중간과정이전혀필요없고, 즉각적인수정작업이가능해제품의개발주기및비용의효율성을높여준다. 디지털재료 (Digital Materials) 를활용하여정밀한재료특성을모사 (Print) 하여최종제품을완벽하게재현할수있다. (IT 용어사전, 한국정보통신기술협회 ) 3

11 2014 KERIS 이슈리포트 [ 그림 Ⅰ-3] 기존제조방법 vs 3D 프린팅방법비교 < 표 Ⅰ- 2> 일반적인 Mock-Up 4) 제작과 3D 프린팅출력단순비교 Mock-Up 제작 3D 프린팅 적용모델최종결정시안에한정모델링가능한시안 제작기간 제작비용 전문업체의뢰 ( 평균 7 일소요 ) 약 200 만원 모델링제작자가직접제작 (1~2일소요 ) 소재비용 ( 크기에따라다르나 10만원이하 ) 결과물활용시제품제작에사용디자인및스펙검증 제품구현력실제품과거의비슷단일소재사용으로표현의한계 2. 3D 프린터란? 앞서언급한 3D 프린팅 이라는용어가전체적인과정이나방법론이라면, 3D 프린터 는전체 3D 프린팅과정을통해실물로출력해주는장치를말한다. 간단한정리하자면, 3차원도면을바탕으로 3차원물체를만들어내는기계 를의미한다. 하지만, 이간단한정의로는 3D 프린터를정확히설명하기에는부족하다. 이는 3D 프린터의중요한요소인출력용소재와출력방식두가지에대한선행이해가수반되지않았기때문이다. 이를반영한, 좀더정확한 3D 프린터의정의는다음과같이내릴수있다. 3D 모델링데이터에기반하여, 입체화된사물을출력하기에적당한재료를사용하여, X( 가로 ) 축과 Y( 세로 ) 축을기반으로한 2차원인쇄기술에 Z( 높이 ) 축을 4) Mock-up, 實物模型 : 비행기나자동차등제품을개발할때에장치를제작하기에앞서각부분의배치를좀더실제적으로검토하기위하여나무또는이와비슷한것으로만드는실물크기의모형 ( 지식경제용어사전, 산업통상자원부, ) 4

12 3D 프린터의이해및교육적활용방안 더하여 3차원의입체적물체 ( 사물 ) 를만들어낼수있도록하는장비 또는 고분자물질이나플라스틱등의소재를 3차원모델링데이터를기반으로적층가공 (Additive Manufacturing) 기술로실물형상을만들어내는장치 라고정의할수있다. 2005년 REP-RAP이라는 70% 이상의부품을자가복제할수있는 3D 프린터에대한오픈소스프로젝트 (OPEN Source Project) 가시작되면서, 3D 프린터는사회이슈로본격적으로주목을받기시작하였다. 2012년 Economist에서는 3D 프린터를제 3차산업혁명을가져올기술중하나로소개했으며, 다보스에서열린세계경제포럼 (World Economic Forum) 에서는 2013년 10대유망기술중하나로 3D 프린팅이선정되었다. 2013년초, 미국의오바마대통령은국정연설에서 3D 프린터가거의모든제품의생산방식을바꿀수있는잠재력을가진기술이라고언급했다. 대중의관심도적지않다. 일례로개인이일반대중을상대로자신의아이디어를홍보하고투자받을수있는웹사이트인 Kickstarter에서는저렴한 3D 프린터를생산하려는신생기업 Formlabs가 2,000여명의후원으로 3백만달러에가까운돈을투자받았다. 또한, 최근에는 3D 프린팅기술로제작된제품을구매하려는사람들도생겨나고있다. 기술관련뉴스에도수시로나오는것이 3D 프린팅관련기사이다. 3D 프린팅에대한관심도를 Google( 글로벌검색엔진 ) 검색을통해조사해보았다. 5) 이러한관심도변화를통해사람들이얼마나많은관심을갖고있는지알아볼수있다. [ 그림 Ⅰ-4] 3D 프린팅에대한관심도변화및지역별관심도 (Google 검색 ) [ 그림 Ⅰ-4] 를통하여, 2004년부터 3D Printing 과 3D Print, 3D Printer 라는단어에대한검색엔진상의관심도가점차높아지고있음을알수있다. 지역별관심도는남아프리카, 싱가폴, 뉴질랜드, 홍콩, 호주, 미국, 영국의순이다. 실제특허가많은선진국이순위에다수포함되어있다는사실은관심도와실제연구개발이동시에나타난다고추론할수있다. 인터넷과소셜네트워크의발전및 CAD 및 ICT 기술력의발전과함께연구자, 개발자, 작업자및기업가, 소비자등이모두연결되는초연결사회가형성되면서획기적인기술혁신을일으키고있다. 이러한상황에서 3D 프린팅으로상품을제조하는방식을 Direct Digital Manufacturing(DDM) 6) 이라고 5) Google. ( ). Google Trend 서비스. < ( ) 6) Direct Digital Manufacturing ; DDM : 3D 프린터와같은 RP 장비를이용해프로토타이핑뿐만 5

13 2014 KERIS 이슈리포트 한다. DDM은복잡한입체형태의파트를생산할수있기때문에, 이전에두개의부품이었던것을한개의부품으로만들수있고, 전통적방법으로생산된파트의내부조립에관련된시간을줄일수있으며, 비용과시간을절감할수있다. 이미 3D 프린팅기술은생활용품, 식품, 엔터테인먼트, 가전, 의료, 기계및건축등다양한산업분야에응용되고있으며, 디자이너와소비자가생각한아이디어나모델이빠른시간에생산에반영될수있는시대로전화되고있다. 이를통해 3D 프린팅기술이인력양성및교육, 기업전략, 마케팅, 생산, 유통, 윤리등의전분야에영향을미칠수있음을알수있다. 최근에는미국, 유럽, 중국등에서많은신생벤처기업들이크라우드펀딩 (Crowdfunding) 7) 등을통하여 3D 프린팅관련장비및솔루션제조를위한투자를받고있으며, 특히저가격제품개발에투자금이집중적으로모여 3D 프린터제조업체의전성기를예고하고있다. 아래 [ 그림 Ⅰ-5] 는독일지멘스가분석한 5년내의 3D 프린팅분야의가격과출력속도변화에대한예상데이터이다. 이는미래의 3D 프린터는좀더낮은가격을통하여저변확대되고, 5년내에현재보다 4배이상의출력속도를가질수있게될것이라는의미로해석할수있다. [ 그림 Ⅰ-5] 3D 프린팅분야의가격과출력속도변화 아니라직접생산을할수있는제조분야까지적용될수있도록하는기술과방법론 7) Crowd Funding( 크라우드펀딩 ) : 군중 (Crowd) 으로부터자금조달 (funding) 을받는다는의미로, 자금이필요한개인, 단체, 기업이웹이나모바일네트워크등을이용해불특정다수로부터자금을모으는것을말한다. 소셜네트워크서비스 (SNS) 를통해참여하는경우가많아소셜펀딩이라고도한다. 크라우드펀딩은크게대출형, 투자형, 후원형, 기부형으로나눌수있다. ( 두산백과 ) 6

14 3D 프린터의이해및교육적활용방안 가. 3D 프린터의작동원리 [ 그림 Ⅰ-6] 3D 프린터작동원리개념도 3D 프린팅은 [ 그림 Ⅰ-6] 3D 프린터작동원리개념도와같이간략화시켜볼수있다. 실제프린팅작업은다음과같다. 아래나, 다의과정은각각의 Slicing 소프트웨어와 Printer Control 소프트웨어가나누어작업하는형식이다. 하지만, 최근 3D 프린터제조사에서제공하는 OEM 방식의출력소프트웨어를사용하는경우는한번에처리하여출력이가능하다. 가 3D 모델링데이터의작성 : CAD 소프트웨어, Scanning(CT, MRI, 초음파,3D 스캐너등 ) 장비를통하여 3D 모델링데이터를생성, 디자인한다. 나작성된 3D 모델링데이터를. STL 포맷으로변환하여 3D 프린터출력소프트웨어가인식할수있도록한다. 3D 모델링소프트웨어에서저장또는 Export된 STL 파일은 Polygon 구조의조합으로 3D CAD 모델형상을표현한다. Polygon 구조의 STL 파일데이터정밀도에따라조형물의표면이나형상에많은영향을끼친다. 다 Layer Slicing :.STL 파일이 Layer Slicing 과정을거치면 3D 프린터에내리는기계적명령어인 G-code 가생성된다. STL을 G-Code 로변환하는과정을일반적으로 CAM이라고한다. Layer Slicing은 3D 프린터적층 Layer 두께에따라 Slicing 정도가달라진다. 7

15 2014 KERIS 이슈리포트 라 3D 프린트 : 생성된 G-Code 를 3D 프린터로전송하여출력작업을시작한다. [ 그림 Ⅰ-7] FDM 방식 3D 프린터의기본구조 상기 [ 그림 Ⅰ-7] 과같이소형 / 가정용으로주로사용되는저렴한 FDM 방식의 3D 프린터는출력소프트웨어에서생성된 G-Code를통해익스트루더를제어하며, 익스트루더를통해분출되는액상의소재를 Print Bed에적절히분사하여물체 (Object) 를출력하는형식을가진다. < 표 Ⅰ-3> 은 3D 프린팅출력방식에다른가용소재의출력방식과특징을설명하였다. < 표 Ⅰ-3> 3D 프린팅출력방식에따른가용소재 Type RP 방식재료특징 압출적층 FDM Fused deposition modeling ABS, PLA, Thermoplastic( 젤 ), Food 가는실과같은 filament 형태의열가소성물질을 nozzle 안에서녹여얇은 film 형태로출력, 한층씩적층해나가는방식오픈소스 (RepRap) 가있어일찍저가화에성공 SLS Selective Laser Sintering Thermoplastic, metal powders, ceramic powders 분말을레이저빔으로소결하여조형하는방식 분말재료결합 SLM Selective Laser Melting EBM Electron Beam Melting 스테인리스스틸, 코발트, 크롬, 티타늄, 알루미늄 티타늄합금 파우더분말을고에너지레이저를이용가루를녹여층층이쌓아올리는방식 금속파우더를진공속에서전자빔으로용해시키는방식 DMT Laser-aided Direct Metal Tooling 구형일반금속 ( 합금 ) 분말 고출력레이저빔을이용금속분말을녹여붙이는방식 8

16 3D 프린터의이해및교육적활용방안 PBP Powder Bed and inkjet head 3d Printing 석회가루등 Powder Powder 에접착제를사용하고프린터헤드를통해서플라스틱이나수지소재의파우더층을한층마다분사하는방식 Lamination LOM Laminated Object Manufacturing 종이, 금속호일, 플라스틱, 필름등 sheet 종이, 플라스틱, 금속 Laminate 층등의필름형태재료를칼이나레이저로절단하여접합체로접합하여조형하는방식 SLA Stereo Lithography Liquid Photo polymer Resin 이라고하는 UV 광경화성수지에 UV 레이저를쏘아한번에한층씩굳혀가는적층방식 DLP Digital Light Processing Liquid Resin 액체상태의광경화성수지에조형하고자하는모양의빛을투사하면서수지를층층이굳혀 ( 경화 ) 프린팅되는기술 광중합 (Photopoly-me rization) Polyjet Photopolymer Jetting Liquid Resin 잉크젯과광조형혼합방식. 프린트헤드에있는수백개의미세노즐에서재료분사와동시에자외선으로경화 DLP 와같이상당한정밀도를자랑하지만소재의제한이따르며소재의내구성이좋지않고빛에민감함 MJM Multi-Jet Modeling ABS Like, 아크릴 (Liquid-inkjet) 프린터헤드에서아크릴광경화성수지와지지대가되는왁스재료를동시에분사, 자외선으로고형화하는방식 [ 그림 Ⅰ-8] 은출력소재에따른 3D 프린팅출력기술의장단점을 2차원도식으로비교한것이다. 세로축은소재종류이며, 가로축은내구성 / 표면마감 / 정밀도 / 적용분야에대한분석이표현되어있다. [ 그림 Ⅰ-9] 3D 프린팅소재별비용비교 는 3D 모델링데이터출력서비스를제공하는 Shapeways ( 에서동일모델을동일한크기로주요소재인플라스틱, 금속, 유리재질에대한출력을하는경우에대한출력비용비교이다. 플라스틱류의소재가상대적으로저렴하며, 금속이나유리재료는비용이많이든다는것을알수있다. 9

17 2014 KERIS 이슈리포트 [ 그림 Ⅰ-8] 3D 프린팅소재와 3D 프린터의출력기술의장단점비교 [ 그림 Ⅰ-9] 3D 프린팅소재별비용비교 10

18 3D 프린터의이해및교육적활용방안 FDM 방식 3D 프린터 아래그림은가정용으로많이사용되는 FDM방식 3D프린터압출기의기본적인구조이다. 보통익스트루더 (Extruder) 라고부르는이장치는플라스틱필라멘트를재료로사용하는 3D 프린터에서아주중요한역할을한다. 재료를공급하고안정적으로출력이되게하는기능을가진익스트루더는아래와같은기본적인구조를가지고있다. 구조에서볼수있는바와같이대부분의 3D 프린터의오류또는장애발생은익스트루더내의온도조절과막힘현상에서기인한다. FDM 방식 3D 프린터의주요부품익스트루더 (Extruder) 교육용 3D 프린터 이미언급한바와같이, 교육용으로적당한 3D 프린터는저렴한가격의소재와 3D 프린터자체의가격이상대적으로낮은 FDM 출력방식의제품이가격대비성능이적당하다. PLA나 ABS와같은플라스틱형태의소재를사용하는저렴한가정용 3D 프린터를구매하여사용하는것이높은비용효율을가질수있다. 특히 PLA는교실에서사용하기에냄새나기타유해성이낮아적절한소재로판단된다. 하지만, 일반적인프린터와달리 3D 프린팅장비의유지보수나관리서비스를제공하는업체가많지않아, 운영에추가비용이발생될수있다. 따라서스스로관리운영하는방식을습득하거나, 지역의서비스가능업체를통하여운영하는방안을찾아야한다. 나. 3D 프린팅소재별적용분야 3D 프린팅소재별제품의특성과기본성격에따라다양한방식으로사용된다. 특히기계, 전기, 전자제조분야전반에걸쳐 3D 프린팅이활용되는시나리오는수없이많다. < 표 Ⅰ-4> 는재료형태에따른주요 3D프린팅회사의적용기술사례이다. 이러한적용기술로실제완성된제품이구현된예로 [ 그림 Ⅰ-10] 의세계최초 3D 프린팅전기자동차이다. 11

19 2014 KERIS 이슈리포트 < 표 Ⅰ-4> 재료형태에따른주요 3D 프린팅기술사례 8) 형태재료종류특성기술사례 액체 액체형태의수지 뛰어난표면과미세형상구현이가능하나내구성이다소떨어짐 3D systems( 美 ) 의 SLA 분말 수지, 모래, 금속성분의가루 다양한재료의선택이가능하며높은정밀도, 견고함등의장점을보유 3D systems( 美 ) 의 SLS EOS( 獨 ) 의 SLS 와이어, 필라멘트 낮은제조단가, 내습성등의장점을보유하였으나정밀성면에서다소떨어짐 Stratasys( 美 ) 의 FDM 고체 왁스성질을가진패럿 매끄러운표면, 신속성, 정밀성, 다양한복합재료사용등의장점을보유 Stratasys( 美 ) 의 Polyjet 얇은플라스틱, 종이필름형태의재료 재료비가매우저렴하고대형제품의제작이가능하나내구성이떨어짐 Helisys( 美 ) 의 LOM [ 그림 Ⅰ-10] 세계최초의 3D 프린팅전기자동차 또한음식물의제조나건축, 건축자재생산, 장난감, 전자기기, 군사용등여러가지분야에서 3D 프린팅기술의적용이이루어지고있으며, 이는미래의우리생활전반에많은영향을미칠것으로보인다. 3D 프린터는시제품의제작비용및시간절감, 다품종소량생산 (Mass Customization) 개인맞춤형제작용이, 복잡한형상제작및재료비절감우위, 완제품제작시의제조공정간소화및이에 8) 고재경, KDB 산업은행, , 3D 프린팅기술현황 - 소재산업을중심으로, 기술이슈, p

20 3D 프린터의이해및교육적활용방안 따른인건비, 조립비용절감의관점에서많은장점을보유하고있다. [ 그림 Ⅰ-11] 3D 프린터를이용한다양한출력사례 ( 좌 : 음식, 우 : 건축분야 ) 독일의항공 / 의료 / 전자제조업체인지멘스 (Siemens) 사는아래 [ 그림 Ⅰ-12] 와같이 AM기술적용을통한항공, 기계공구, 치의료분야에서 3D 프린팅적용수준을상당히높게보고관련분야의세계일류기업으로유지하기위하여세부분야에다양한투자를진행하고있다. 또한, 지멘스의항공사업부문에서는 2014년부터 3D 프린터로항공기엔진등의가스터빈부품을실제로제작하고있다. [ 그림 Ⅰ-12] AM 분야의 3D 프린팅적용수준 한편, 맥킨지에서는 2025년에도대량생산은사출성형과같은전통제조기술이 3D 프린터기술보다우위를보일것으로전망하고있다. 따라서 3D 프린터기술은금형의냉각회로, 항공기부품등제품수명주기가길고재료비가비싸며, 제품형상이복잡한분야에서그잠재력을최대한활용해시장접근이이루어질것으로보인다. 또한, 미래의 3D 프린팅기술중하나인 3D Bio 프린팅기술은의족이나인공뼈의생산수준을넘어, 생화학인공장기등의여러생명공학분야에도접목될수있을것으로예상한다. 현재는인공의족, 인공치아재료등의일부의료분야에한해적용시도가이루어지고있으며, 중장기적 R&D를통하여 3D Bio 프린팅분야의지속적발전이예상된다. 13

21 2014 KERIS 이슈리포트 [ 그림 Ⅰ-13] Future Visions: Bio-Printer( 상상도 ) 다. 3D 프린팅의주요 History 현재세계의주요 3D 프린터제조사는 [ 그림 Ⅰ-14] 와같다. 아직도많은신생기업이만들어지고있으나, 기존의대형기업들은 M&A( 인수 & 합병 ) 를통하여자신보다작은규모의기업들을통합하고있다. 그러한주요 3D 프린터제조기업들은미국과독일의업체들이다수이다. [ 그림 Ⅰ-14] 세계주요 3D 프린터제조사 현재세계 3D 프린터산업의선두주자로꼽히는곳은미국회사인 3D Systems와 Stratasys이다. 1984년미국인찰스홀박사가 3D 프린터기반기술을개발한이후 1986년에관련특허를취득하고 3D Systems라는회사를설립하면서본격적인 3D 프린터의시대가도래하게되었다. 혹자는 1984년이전의이론적배경도포함하여설명하고있으나, 본고에서는실제시장에제품을출시한 1986년시점을 3D 프린터의시작이라고기술한다. 3D 프린팅에대한대략의개발과정은아래 < 표 Ⅰ-5> 를참고하면쉽게이해할수있다. 14

22 3D 프린터의이해및교육적활용방안 1963년최초의상호작용이가능한컴퓨터그래픽시스템의개발은 CAD ( 컴퓨터이용디자인 Computer Aided Design) 시스템시대를여는초석이되었다. 이러한연산작업의시작은관련소프트웨어및하드웨어기술의발달로이어졌고, 우주선설계나시뮬레이션, 기상정보및태풍진로예측이가능한슈퍼컴퓨터의발전에도영향을끼쳤다. 이러한컴퓨터는공학용이나기계, 금형설계, 건축설계등광범위하고다양한분야로파급되었으며, CAM( 컴퓨터를이용한생산 Computer Aided Manufacturing) 으로까지이어졌다. 한편, CAD/CAM은동시공학 (Concurrent Engineering) 적개념을확립하는역할을하게되고, 이러한맥락에서 1952년컴퓨터제어로금속을가공하는수치제어 (NC, Numerical Control machine) 장비가최초의개발되어보다정밀한부품과기계제조가가능해졌다. 여기에 1960년상업레이저개발로수치제어기술과레이저기술이결합되어훨씬더수준높은제작 ( 빠른금속절단및용접가공 ) 까지가능하게되었다. < 표 Ⅰ- 5> 3D 프린팅분야의주요 History 연도내용 1984 찰스홀이디지털데이터에서 3D 로된실제물건을프린트할수있는기술을개발 찰스홀이해당기술을 스테레오리소그라피 라명명했으며, 특허를획득 찰스홀이 3D Systems 를설립했고, 최초의상용 3D 프린트기기를개발 (SLA 방식 ) 미국 3D Systems 사가 SLA 방식최초의상업용신속조형기술장비 SLA-250 모델출시일본 CMET 사 SLA 방식장비출시 스콧크럼프가 FDM 방식을개발 1989 스콧크럼프가스트라타시스 (Stratasys) 사를설립 헬리시스 (Helisys) 사가최초의 LOM(Laminated Object Manufacturing) 시스템판매시작독일 EOS 사 SLS 방식신속조형기술장비출시 DTM 사는 SLS(Selective Laser Sintering) 시스템의 RP 장비출시 (DTM 사는 2001 년 3D Systems 사에인수합병됨 ) 스트라타시스사는최초로 FDM 기반의장비인 '3D 모델러 ' 출시 솔리드스케이프 (Solidscape) 사설립, 부품제작용프린터, 잉크젯을기반으로구현 MIT 가 3D 프린트기술을특허화, 2D 프린터에쓰이는잉크젯기술과유사한방식으로구현 1994 솔리드스케이프사가 ' 모델메이커 ' 데스크톱 3D 프린터출시 Z Corporation 은 MIT 로부터기술독점계약을체결하고, 2D 잉크젯프린터기술에기반을둔 3D 프린터개발 독일 EOS 사는 SLS 방식최초의 DMS(Direct Metal Sintering) 방식신속조형기술장비출시 Z Corporation 은분말기반잉크젯방식 3D 프린터 'Z402' 모델을발표스트라타시스사는 ' 제니시스 (Genisys)' 라는모델을발표 3D 시스템즈사는 ' 액츄아 (Actua)2010' 모델을발표처음으로 '3D 프린터가 ' 신속조형기술기계 (Rapid Prototyping Machine)' 를지칭하는용어로사용되기시작 15

23 2014 KERIS 이슈리포트 1997 EOS가 SLA 사업부를 3D시스템즈사에매각 2000 이스라엘의오브젯지오메트리스 (Object Geometries) 사가폴리젯 (Polyject) 방식 3D 출시 2001 독일인비전텍 (Envisiontec) 사는 DLP방식퍼팩토리 (Peractory) 3D 출시 2005 Z Corporation은스펙트럼 Z510모델 ( 시장에존재하는최초의고화질컬러 3D프린터 ) 을발표 스스로복제가가능한 3D 프린터인렙랩 (RepRap) 제작관련오프소스프로젝트시작 GNU 라이선스에의해서누구나재배포가가능하고, 누구나수정가능함 오브젯지오메트리스사의멀티젯 (MultiJet) 방식 ( 서로다른물성의재료를동시에조형하는방식 ) 3D 프린터출시미국스트라타시스사는 FDM 방식 FORTUS 900mc DDMRP 장비출시 미국 Z Corporation 은분말기반잉크젯방식컬러 3D 프린터인 Z 프린터 650 출시 RepRap 의최초버전이배포, 부품의 50% 정도를프린터자체적으로제작가능 2009 인비전텍사가 DLP 방식의울트라 3D 프린터출시 미국 HP 사가미국스트라타시스사와협약으로 FDM 방식개인용데스크톱 3D 프린터인 ' 유프린터 (Uprinter)' 의유럽판매시작 월 3D 프린터로만들어진프로토타입자동차인 ' 어비 (Urbee)' 가발표대형 3D 프린터로전체적인자동차몸체를프린트한세계최초의자동차 12 월올가노보사 (Organobo Inc) 는바이오프린트기술을보유한재생신약회사로최초로전체적인혈관을바이오프린트한데이터를발표 1 월네덜란드의 3D 프린터제조회사인얼티메이커 (Utimaker) 는 3D 프린터작업속도를초당 30mm 에서 350mm 로향상시킴 7 월영국의엑세터대학, 브루넬대학, 앱개발사델캠 (Delcam) 등의연구자들이공동으로세계최초의 3D 초콜릿프린터 ' 초코크리에이터 ' 를제작 월영국의사우스햄튼대학의엔지니어들은 3D 프린트를이용해서세계최초의비행기 ' 설사 (SULSA)' 를만들어 4.5 피트의날개로시간당 100 마일의속도로나는데성공 9 월오스트리아비엔나과학기술대학은세상에서가장작고가볍고, 저렴한 3D 프린터개발 ( 무게 1.5Kg, 가격 1200 유로 ) 10 월롤란드디자인그룹이 imodlea im-10 를소개 역사적으로볼때, 3D 프린터는이미 1980년대부터신속조형기술또는적층가공기술등의이름으로항공우주 자동차 휴대폰 백색가전 의료기기등여러생산현장에서사용되어왔다. 이미 30년전등장했던 3D 프린터가최근언론과산업계에다시주목받는것은특허때문이다. [ 그림 Ⅰ-15] 는주요제조사의 3D 프린터관련특허취득현황을시기와건수로표현한것이다. 2000년대이전까지일본의기업들이 3D 프린팅기술을제조분야에적용하기위해관련특허를많이취득하였으나, 2000년이후부터삼성, LG를제외하고대부분미국계주요기업들 ( 최근몇년간 CORP Z와 OBJET 등의회사는미국계회사에인수합병되었음 ) 이특허를상당히취득하고있음을알수있다. 16

24 3D 프린터의이해및교육적활용방안 [ 그림 Ⅰ-15] 주요 3D 프린터제조사의특허취득현황 지난 2004년 3D 프린터와관련한 FDM( 수지압출법 ) 방식특허가종료된데이어, 2014년 2월 SLS( 선택적레이저소결 ) 방식특허도종료되었다. FDM방식이단순히플라스틱류의소재정도만활용했던것과달리 SLS방식은금속, 세라믹, 고분자복합소재등다양한소재를활용할수있다. 이는주요산업전반에직접적영향을줄수있기때문이다. 하지만, 이번에해제된특허는 3D Systems사와 Stratasys사의특허중일부일뿐이라, 저변확산이생각보다느려질수있다는견해도존재한다. 3. 3D 프린팅을위한소프트웨어 가. 3D 모델링부터 3D 프린트까지의과정 [ 그림 Ⅰ-16] CAD to CAM 17

25 2014 KERIS 이슈리포트 인간에의한전통적인제조방식은스케치나설계도면을수동기계나도구를이용하거나, 기계제조기술의발전에따라수치제어 (NC) 기계를통하여보다정밀하게제작하는방식이었다. 하지만이러한방식은대량생산과생산비용의한계에봉착하고말았다. 기존의 CAD(Computer Aided Design, 컴퓨터활용설계 ) 을통한 CAM (Computer Aided Manufacturing, 컴퓨터활용생산 ) 은 1980년대중반이후상기 [ 그림 Ⅰ-16] 과같이 G-Code 로변환된데이터를기반으로 CNC (Computerized Numerical Control, Computerized Numerically Controlled Machine Tools) 9) Machine을통한제조형식으로발전하였다. 이는앞서언급한다품종대량생산환경에서생산성을높여주는수단으로산업화이후줄곧적용되어왔으며, 이러한방식은제품디자인작업이후, 여러번의 Mock-up 과정을거친후에 Mold를생산하여양산될제품을대량생산하기에적당한방식이다. [ 그림 Ⅰ-17] CNC 방식과 3D 프린팅간의비교 [ 그림 Ⅰ-18] 3D 프린팅과정개념도 [ 그림 Ⅰ-17] 을잘살펴보면 CNC방식에비해 3D 프린팅의경우과정상의특성으로인해원재료의사용이적어더경제적이고환경친화적인방법이라할수있다. 특히 3D 프린팅의경우, [ 그림 Ⅰ-18] 처럼아이디어를통한설계작업 (CAD) 이후에는 Mock-up 제작의과정을생략하고 S/W 레벨에서교합이나기타설계상의오류를최대한정정하여바로제작이가능하다. 아이디어만 9) CNC : 수치제어 ( 數値制御 ) 의일부또는대부분을컴퓨터에의해대치한것. 또다수의 NC 머신을컴퓨터와직접리얼타임으로연결하여운전하는시스템을말한다. ( 기계공학용어사전, 한국사전연구사, 1995) 18

26 3D 프린터의이해및교육적활용방안 있다면, 특정 Mock-up 제작공장이아니더라도 3D 프린터가있는곳에서쉽게제작이가능하다. 3D 프린팅과정은아이디어를실현해서바로만져볼수있도록하는강점을가지게된다. 최근시장에나와있는 3D 모델링소프트웨어는수십여가지가있다. 2D 그래픽분야에서발전하여다양한분야와목적으로개발된소프트웨어들이 3D 모델링데이터작성을지원하기시작하였고, 기존의자체소프트웨어기능에서로다른형식의 3D 모델링데이터를변환하여읽어들이는것이중요해지기시작하였다. 또한, 학생, 교사, 일반인사용자등의신규사용자를위한사용의편이성 (Easy of Use) 이보다많이추구되어사용층을높이려는시도가계속되고있다. 다음단락에서는 3D 모델링소프트웨어의개념이해와주요제품에대한저작권, 비용, 접근성등을간략히고찰해보겠다. 나. 3D 모델링소프트웨어 3D 모델링소프트웨어는크게 Solid 10) 와 Polygon 11) 두가지그래픽에대한개념이해를통해접근한다. Solid 그래픽에비해 Polygon 그래픽은 3D 컴퓨터그래픽에서입체도형을그릴때, 물체표면을작은삼각형모양의 Polygon으로분할한다. 분할한 Polygon을수치데이터로바꾸면물체의보이지않는부분이계산되어화면에영상으로나타낼수있는데, 이는낮은사양의컴퓨터에서도빠르게처리할수있다. 물체표면을분할할때는대부분계산하기쉬운삼각형이쓰인다. 삼각형 Polygon이모여사각형 Polygon을만들기도한다. Polygon 모델링은굴곡을표현하기쉬워, 게임이나고속으로영상을만들어내어야할경우많이사용된다. 반면, Solid 그래픽은정밀한치수를바탕으로길이, 각도, 굴곡등의값으로면을생성한다. 치수제어가가능해주로설계용으로자주사용된다. Types of meshes on (1) a solid and (2) a surface. (a) Original object, (b) All Triangles, (c) Triangles On Fringe Only, (d) No Triangles, Full Grid, and (e) No Triangles, Quad Tree. [ 그림 Ⅰ-19] Solid 에서 Polygon Mesh 까지변화 10) 3 차원모양을그모양이점유하는공간이애매하지않게규정되도록표현한모델 ( 도해기계용어사전 ) 11) 3 차원컴퓨터그래픽에서입체형상을표현할때사용하는가장작은단위인다각형을가리킨다. 빠른계산이필요한 3 차원컴퓨터그래픽이나 3 차원캐드 (3D CAD) 에서많이사용한다. 경우에따라 1 초에처리할수있는폴리곤수가비디오칩이나게임기의성능을좌우하는지표로사용되기도한다. ( 두산백과 ) 19

27 2014 KERIS 이슈리포트 [ 그림 Ⅰ-20] Solid, Polygon 형식의 3D 모델링소프트웨어 3D 모델링소프트웨어는 3D 프린팅의핵심과정이다. 아이디어를실체화시키는도구이며, 디지털화의첫단계이기때문이다. < 표 Ⅰ-6> 은교육기관및기업에서사용하는주요 3D 모델링소프트웨어의목록이다. 표에라이선스비용항목을넣은것은교육기관에서비용을고려한제품선택이필요하기때문이다. 유상으로사용하는제품의경우교육기관이라도상당한비용부담이되기에, 가능한저렴한초보자용유상제품이나, 무상으로배포되는제품을사용하여교육에활용하기를권장한다. 무료제품중에는 Microsoft의 3D Builder와 Trimble의 Sketch up 그리고, Autodesk의 123D Design 등이해외교육기관에서많이사용하고있다. < 표 Ⅰ-6> 주요 3D 모델링소프트웨어목록 사용수준시장 라이선스비용 * 3D 모델링소프트웨어 제조사 지원운영체제 참고사항 초보자 / 개인주사용제품 유상 Cubify Sculpt 3D Systems 무상 3D Builder Microsoft 무상 123D Design Autodesk 무상 Sketch Up Trimble*** Windows 7/8.1 Windows 8.1 전용 Windows and Mac OS X, Apple ios Windows 7/8.1 Cubify Invent 는 3D System 제품구매시무료번들교육시간이짧아체험학습용으로적합 Window 8.1 이상 App Store 를통해다운로드설치교육용으로적합 123D Make/123D Sculpt/ 123D Creature 등연계 esign 통해설치 중 고급모델링개념이해 3D 모델링교육시활용 고등교육기관주사용제품 무상 Sketch Up Trimble*** 무상 3Ds Max Autodesk** 무상 Blender OPEN Source Windows 7/8.1 Windows 7/8.1 Windows, Mac OS X, Linux 주용도 : 건축모델링 게임용 3D 모델링 범용 3D 지원 CAD S/W 20

28 3D 프린터의이해및교육적활용방안 무상 OpenSCAD OPEN Source Windows, Mac OS X, Linux 범용 3D 지원 CAD S/W 유상 CADian3D 인텔리코리아 Windows 범용국산 CAD 유상 Rhino (Rhinoceros) Robert McNeel & Associates Windows 7/8.1 선박설계, 제품 / 가구디자인개발, 세트디자인, 예술 / 건축 무상 Maya Autodesk** Windows 7/8.1 3D 애니메이션, 모델링, 시뮬레이션, 렌더링작업 무상 Autodesk Inventor Autodesk** Windows 7/8.1 3D mechanical design, documentation, and product simulation. Digital Prototyping 산업계사용전문제품 유상 유상 SolidWorks CATIA Dassault Systèmes Dassault Systèmes Windows 7/8.1 Windows 7/8.1 3D CAD, 시뮬레이션 (Simulation), 제품데이터관리 (PDM), 전기설계솔루션 기계 / 조선 유상 Pro/ENGINEER PTC Inc. Windows 7/8.1 PLM 12) 유상 UG NX Siemens Windows 7/8.1 PLM 분야전반 분야전반 * 교육기관 ( 학생 ) 기준비용유무 ** Autodesk 는 Autodesk US 사이트를통하여, Autodesk Education Community 를통한오토데스크리소스센터 (ARC) 회원가입이완료되어야다운로드및제품관리를할수있다. *** 불법 S/W 를구하여설치된경우무상제품의혜택을받을수없으며, 대부분의교육기관무상배포소프트웨어들도반드시제조사가개별지정한방식으로교육기관 / 학생무상사용절차를밟아사용하여야한다. 각 3D 모델링소프트웨어는모델링 / 렌더링등을위한기능의많고적음에따라소프트웨어의크기가다르다, 간이 3D 모델링소프트웨어는주로단순편집과출력 / 파일변환에초점을맞춰개발되었고, 전통적인 3D CAD 설계용소프트웨어의경우정밀한설계및설계된모델링데이터간의교합이나분석등다양한기능을제공하고있다. 따라서 3D 모델링소프트웨어제품의규모에따라투여되는학습시간의차이가현저히다르게나타난다. 이에교육과정에적절한소프트웨어를선정하고사용할수있도록충분한사전검토가필요하다. 12) PLM : 제품설계도부터최종제품생산에이르는전체과정을일관적으로관리해제품부가가치를높이고원가를줄이는생산프로세스관리기법이다. PLM 에는제품수명주기와관련된제품정보데이터및관리서버시스템과다수의클라이언트시스템의네트워크시스템등이제공된다. ( 매일경제, 매경닷컴 ) 21

29 2014 KERIS 이슈리포트 < 표 Ⅰ- 7> 3D 모델링소프트웨어별학습용이도 13) 라이선스비용 3D 모델링소프트웨어 학습용이성 유상 Cubify Sculpt 높음 무상 Microsoft 3D Builder 높음 무상 Autodesk 123D Design 높음 무상 Trimble Sketch Up 보통 무상 Autodesk 3Ds Max 낮음 무상 Blender 보통 무상 OpenSCAD 보통 유상 CADian3D 낮음 유상 Rhino (Rhinoceros) 보통 무상 Autodesk Maya 낮음 무상 Autodesk Inventor 낮음 유상 SolidWorks 낮음 유상 CATIA 낮음 유상 Pro/ENGINEER 낮음 유상 UG NX 낮음 다. 3D 프린터출력소프트웨어다음 < 표 Ⅰ-8> 은기본적으로 3D 프린터에 STL 표준확장자로만들어진 3D 모델링데이터를 3D 프린터로출력하는소프트웨어들이다. 표에포함된 CubePro 를포함하여 3D 프린터장비회사의개별출력소프트웨어들 ( 예, Makerbot 3D 프린터의 Makerware) 은사용자의편의를위해 One Click 프린팅이가능하도록단순화된다양한기능을포함하고있다. 무상제품이가지는다양성과 OEM 형태로하드웨어구매시포함된제품은각각의특성을가지고있으니, 3D 프린터구매전에이점을고려하여야한다. 아래 < 표 Ⅰ-8> 에서언급된 3D 프린터출력소프트웨어는이외에도수십가지의출력용소프트웨어들이더있으며, < 표 Ⅰ-9> 3D Printer Control 소프트웨어사용률을보면, OPEN Source 제품도적자생존의형태로주요제품의사용률이점차높아지고있음을알수있다. 3D 프린터생산자의자체 (OEM) 출력소프트웨어활용비율도같이높아지고있다. < 표 Ⅰ-8> 3D 프린터출력소프트웨어 소프트웨어명기능지원운영체제참고 Cura Combined slicer and control Windows/Mac/Linux 무상 Pronterface Set of G-code sending applications Windows/Mac ReplicatorG Pure control S/W Windows/Mac/Linux Open Source 13) 상기학습용이성은필자의주관적견해로, 개인별경험에따라학습용이성의차이가예상된다. 22

30 3D 프린터의이해및교육적활용방안 Repetier-Host Pure control S/W Windows/Mac MatterControl Pure control S/W Windows/Mac Open Source CubePro Combined slicer and control Windows/Mac 3D Systems OEM Object Studio Combined slicer and control Windows Stratasys OEM Netfabb Studio Combined slicer and control Windows/Mac/Linux 유상 Simplify3D Software Combined slicer and control Windows/Mac/Linux 유상 < 표 Ⅰ- 9> 3D Printer Control 소프트웨어사용률 3D 모델링작업이완료된이후, 3D 프린팅을하기전소프트웨어부문에대하여상세내용을들여다보면, 수많은사전사후작업이이루어져야함을알수있다. 물론 All-in-ONE 형태의 3D 프린터의경우주요포맷의 3D 모델링데이터를 Import ( 타소프트웨어에서저장된파일을변환하여받아들임 ) 받아자사의프린터가출력하기에적당한형태의파일포맷으로자동변환을하지만, 다수의저가프린터의경우사용자가일일이 STL형태의표준출력파일포맷으로변환작업을해줘야한다. 또한출력물의모양이나크기에따라지지대역할을하는디자인 14) 들을삽입하는것도필요하다. 변환을위한소프트웨어도상당히다양한종류가있기에잘이해하고있어야한다. 교육용또는가정용으로 3D 프린팅을하다보면, 온라인상의무료 Object (3D 모델링데이터 ) 데이터를구할수있는데아무래도각각의 3D 모델링소프트웨어로제작하다보니파일포맷은다를수밖에없다. 따라서 STL 표준확장자를기준으로, 파일간의변환을하는방법을익혀두어야한다. 하기 < 표Ⅰ-10> 의주요 3D 프린터 3D CAD 파일 Export 포맷을참고하여, 주요 3D 모델링소프트웨어와출력소프트웨어들의 Export / Import 가능파일포맷을미리확인해두어야다양한원천으로부터구한 3D 모델링데이터를변환하여사용할수있게된다. 14) 출력물의형태를잘유지하기위하여보조적으로출력하거나, 출력물각부분의무게를지탱할수있도록하는기둥역할의디자인. 영문출력소프트웨어에서는 Support 라지칭하기도한다. 23

31 2014 KERIS 이슈리포트 < 표 Ⅰ-10> 주요 3D 모델링소프트웨어의 Import / Export 파일포맷 파일포멧.STL.ZPR.OBJ.ZCP &.PLY.VRML.SKP.3DS.3DM.AMF 설명 가장일반적이고많이사용되고있는 3D 모델링데이터파일확장자 Z Corporation 사에서설계, 컬러와질감정보를갖고있는것이특징 컬러와질감정보를갖고있는것이특징 컬러, 질감, 기하적모양정보를갖는 3D 스캐너데이터포맷 컬러와질감정보지원 Sketch Up 기본모델링데이터파일확장자 컬러와질감정보를갖는 3D Studio Max 의기본파일확장자 Rhino native 포맷 STL 등기존포맷의한계를극복한향후표준예상, 복합재료, 다양한색상, 작은파일사이즈등지원, 향후표준으로될지관심을가질필요 앞서설명한 3D 모델링이후의출력과정에는변환소프트웨어와 3D 프린터에맞게만들어진출력소프트웨어두가지형태가있다. 물론한번에두가지작업을할수있도록도와주는 3D 프린터제조사의소프트웨어도있다. 대표적 Open Source 3D 프린팅출력소프트웨어는 Cura (OPEN Source 3D printing front end and slicer) 가있으며, 이소프트웨어는다양한국가의언어및장비에맞춰져있다. 단, 특정장비에적용된 Cura는사용방법과기초소스가기본적으로동일하지만, 3D 프린터제조사별로변형된형태도존재한다. < 표 Ⅰ- 11> 3D 모델링데이터 Slicing 소프트웨어 소프트웨어명 Slic3r ( 무료 ) KISSSlicer ( 무료 ) SkienForge ( 무료 ) 기능설명 3D 프린터를위한 G-code 생성기 Slic3r 는 3D 모델데이터를 3D 프린터의출력명령으로변환한다. 모델링정보를레이어형태의수평으로분할하고, 출력되는재료의양을계산하여, 노즐이출력할경로를생성한다. KISSlicer 는빠르고쉬운멀티플랫폼소프트웨어 3D 데이터파일인.STL 을읽어 3D 프린터의출력명령으로변환한다. 무료제품은단일노즐출력 3D 프린터에적합하며, 유로판매되는 PRO 버전은다중헤드를가진 3D 프린터와다양한 3D 프린터모델을지원한다. Skeinforge 는 Python scripts 에기반을둔도구의모음이제품은 3D 모델데이터를 RepRap 용 3D 프린터의출력명령으로변환한다. SkienForge 을실행하기위하여 Python 이사전설치되어야한다. 24

32 3D 프린터의이해및교육적활용방안 < 표 Ⅰ- 12> 3D 프린팅을위한 Slicer 소프트웨어사용률 15) 라. 3D 프린팅을위한소프트웨어도입참고사항교육기관에서사용하는대부분의행정 / 교육용소프트웨어와같이 3D 프린팅을위한관련소프트웨어도입시동일한저작권법의영향을받는다. 다만, 앞서언급한소프트웨어의목록에서유상제품의경우기본적으로설치된장치 1개당 1개의라이센스를가져야하는기본적저작권사항은대다수동일하다. 다만무상소프트웨어도각제조사별로정해진기관별최대설치할수있는자사제품의수량과제품의종류와설치 / 배포규정이정해져있다. 사전에충분한검토를거쳐서설치 운영되어야한다. 예를들면, Microsoft의 3D Builder의경우정품 Windows 8.1 운영체제가설치된 PC에서는 App Store를통해다운받아서무상으로사용및운영이가능하다. 또한, Trimble의 Sketch Up의경우, 기본 Version은무료로사용이가능하며자사의메인웹서비스내의 K12( 초 중 고 ) 사용자용기증요청홈페이지 ( 를통하여요청하면 Pro Version에대한무상사용도가능하다. 단, 이요청은해당광역단위교육청담당자가대표로신청하여야한다. Autodesk 제품의경우 Autodesk Education Software Download 홈페이지 ( /education/free-software/all) 사이트를통하여다운로드후설치가가능한데, 이경우에도 Autodesk ARC (Autodesk Resource Center) 에학교단위의개별교육기관가입자로등록하여야하며, 해당사이트를통하여할당된수량의설치키와제품을사용하여설치가가능하다. 또한, 제품의설치및수업운영을위한강사교육과커리큘럼, 교재등은 AAP(Autodesk Academic Partner) 라는별도의공인된 Autodesk 파트너를통하여유상으로서비스를받을수있다. 한국에도 AAP 프로그램은운영되고있으니지역 AAP 파트너를찾아문의하면된다. 다행히 3D 모델링데이터로 3D 프린터에출력하는출력용소프트웨어의경우교육기관에서사용하는경우에한해대다수소프트웨어가 OEM 형태이거나무료이다. 따라서관련소프트웨어에는저작권에대한고민을크게할필요는없다. 인터넷상의공유된 3D 모델링데이터활용시파일포맷변환을위한소프트웨어는앞서설명한주요 3D 모델링소프트웨어의 Plug-in 16) 을찾아활용하거나, 별도의유료소프트웨어를구매해야한다. 15) 전게서 (op. cit) 16) Plug-in : 주프로그램의일부로서작동하도록만들어진추가기능제공을위한프로그램 25

33 2014 KERIS 이슈리포트 3D 프린팅소프트웨어운영참고사항 대부분 Windows 기반의 PC에서작동된다. 3D 모델링소프트웨어는 32bit와 64bit버전이따로있거나, 32bit나 64bit 한가지운영체제만지원하는경우도있다. 그래픽작업을하므로, 가능한높은사양의 CPU와주메모리, 그래픽장치를요구한다. 설치및교육에소요되는시간은고급기능을가진제품일수록많이걸린다. 3D 프린터에연결하는 PC를전용으로두는것을권장한다. 대부분의 3D 프린팅은작은크기의모델링데이터도기본 20~30분이상, 보통 3~6시간이상의출력시간이소요되기때문에전용 PC가아닐경우출력중에문제가될수있다. 무상제공되는소프트웨어도적절한절차를밟아설치하여야하며, 관리자를선정하여관리해야한다. 고급기능을가진제품은전문계고이상에서커리큘럼을잡아교육을하는편이좋다. 대부분의전문소프트웨어는최소 2~3개월의학습기간을필요로하기에초중학생들이직접사용하기에는매우어렵다. 마. 교육활동에서 3D 모델링콘텐츠하기주요 3D 모델콘텐츠사이트이외에도개인이나작은규모의회사가제공하는무료콘텐츠도있으나, 저작권관련사항이애매하게되어있거나정보를표시하지않는경우가많아, 가급적주요기업사이트의콘텐츠를이용하는편이좋을듯하다. 또한, 3D 모델링데이터도저작권관련이슈가있기때문에, 무료공개모델링데이터이외의것이나학생이만들어낸데이터의경우적절한절차를통하여공유하는것이바람직하다. 저작권관련내용이인지될수있도록, 수업전에간단한교육을진행한다. 큐비파이 : 3D Systems가운영하는웹사이트 ( 싱버스 : Stratasys사가운영하는웹사이트무료로 3D 모델데이터를공유가능 ( 3D비아 : 다쏘시스템즈가운영하는웹사이트 ( 터보스퀴드 : 10여년넘게온라인에서 3D 모델자료를사고팔수있는서비스를제공한웹사이트최근 STL 포맷의데이터거래를시작하면서 3D 모델데이터시장에뛰어듦. ( 인스트럭터블 : 부품만들기웹사이트 ( YOUMAGINE : 아이디어공유웹사이트 ( 쉐입두 : 디자인공유협업웹사이트 ( 마이미니팩토리 : 3D 모델링데이터유통웹사이트 ( 3D 모델을수업에기초모델링데이터로활용하기위해서는수업전에관련샘플모델에대한정보를충분히수집하여학생에게전달하는것이수업시간의낭비를줄일수있다. 26

34 3D 프린터의이해및교육적활용방안 바. 3D 스캐너활용우리가현재사용하고있는스캐너는 2차원의평면화상을스캔하여이미지를만들어내지만, 3D(3차원 ) 스캐너는실제사물로부터기초적인모델링데이터를가장쉽게획득하기위한장비 (Device) 이다. 3D 스캐너는사물을 360도촬영하여 3차원 CAD 모델링을위한기초데이터를만들어내는작업을할수있다. 기술적으로 3D 스캐닝이란, 3D 스캐너장비를이용하여레이저나백색광을대상물에투사하여대상물의형상정보를취득하고, 디지털정보로전환하는모든과정을통칭하는용어이다. 3D 스캐닝기술을이용하면볼트와너트를비롯한초소형대상물을비롯해항공기, 선박심지어는빌딩이나다리혹은지형같은초대형대상물의 3차원형상정보를손쉽게취득할수있다. 다른의미로 3D 스캐닝이란, 3차원스캐너를통해서사물의물리적형상정보를 3차원디지털데이터정보로획득및변환하는기술을의미하며, 이러한 3차원디지털데이터는사물의표면형상정보를무수히많은 3차원포인트좌표 (X, Y, Z축 ) 정보들로구성되어있다. 기존에는특정제품의형상정보를얻기위해서측정도구들을사용하여수작업을통해대상물의치수를직접측정하고정보를얻었으나, 이런방식은정확한결과를보장할수없을뿐만아니라많은작업시간을필요로한다. 반면에 3D 스캐닝기술은제품의전체형상정보를쉽고빠르게획득할수있으며, 정확한결과값을신속하게제공하기때문에의료분야를포함한다양한산업분야에서적극적으로활용되고있다. 시장에출시된 3D 스캐닝장비는소형의저렴한 3D 스캐너부터사무실크기의대형 3D 스캐너에이르기까지종류와가격이천차만별이다. 최근에출시된스캐너는촬영후소프트웨어로전송하기만하면, 손쉽게사물을 3D로출력할수있을정도로사용이간단하다. 교육용으로적당한중저가의 3D 스캐너는 3D 시스템사의 3D Sense, MakerBot Digitizer Desktop 3D Scanner, Creaform 사의 Handheld Scanner 와같은장비가있다. 기본적으로스캐너가받아들인 3차원영상은 3D Polygon으로변환되며, 이를 3D 모델링소프트웨어에서열린부분 17) 이없도록보정해줘야최종적으로 3D 프린터로출력이가능하게된다. 3D 스캐너는많은장점에도불구하고정밀도가높을수록고가이기때문에교육에활용하기에용이하지않으며, 또한타인의제품이나작품을그대로복제하는지적재산권문제가발생하기도하고, 총기류등위험한물건복제에대한사회문제를야기할수도있다. 따라서교육과정에서 3D 스캐닝및 3D 프린팅의법적 / 윤리적이용에관련한교과학습도고려해야한다. 17) 두께가 0 인표면으로구성되어있는 3D Object 는열린부분이있을경우완전한입체가되지못하여출력이불가한상태가된다. 27

35 2014 KERIS 이슈리포트 S/W 방식 3D Scanner Autodesk의 Web 기반솔루션중하나인 123D Catch ( 는일반카메라로사진을찍어서비스에올리면, 기초적인 3D 모델링데이터를산출해내는솔루션이다. 3D 스캐너구매예산이없을경우유용한도구이기도하다. 이서비스는 Windows PC, Android, Apple ios(iphone/ipad) 기반에서작동가능하다. 즉, 기존스마트교실의단말장비로구현이가능하기때문에, 추가비용없이간단하게모델링데이터를추출할수있다. 다만, Facebook계정이나 Autodesk 계정을사용하여로그인하여야사용가능하며, 실제 3D 프린팅작업을위해서는여러가지 3D 편집용모델링소프트웨어를활용하여열린공간이없는 3D Object 형태가되도록손을보아야출력이가능하다. 자세한사용법은 을참고하면쉽게이해할수있다. 28

36 3D 프린터의이해및교육적활용방안 Ⅱ. 해외 3D 프린팅정책과교육적활용사례 1. 해외 3D 프린팅정책주요국가별 3D 프린팅관련정책조사를통하여, 주요선진국가들마다 3D 프린터산업및관련정책에각기다른방식으로많은투자를진행하고있음을알수있다. 특히 3D 프린터산업은제조업이선진국으로회귀하기위한하나의방안으로각광받고있다. 이는중국, 인도등아웃소싱국가의임금및물류비상승등에대한반작용으로미국, 일본등주요국의제조업부흥 ( 현황 ) 과도관련이있다. 이로인하여제조업강국인중국의위상이변화될가능성도점쳐지고있다. 3D 프린터는대량생산이목적이아니지만, 3D 프린터가대중화될경우중국을포함한저임금국가대상의아웃소싱매력은크게감소될수있다. 2. 3D 프린터시장동향 다수의언론및미디어에서발표한 2012년글로벌산업용 3D 프린터시장규모는약 22억달러로추산되며, 2021년 108억달러규모로확대될전망이라고한다. ( 단위 : %) 미국유럽아태지역기타 기타지역은아프리카? 중앙아시아? 남미? 북미 ( 캐나다등 ) 를포함. [ 그림 Ⅱ-1] 세계지역별 3D 프린팅예상연평균성장률 1998년 ~2012년세계산업용 3D 프린터장비설치대수 ( 누적 ) 는모두 56,856 대이며, 미국 독일 일본 중국 4개국의설치점유율이 60% 를상회하고있다. 또한, 미주지역의산업용 3D 프린터제품시장은기업간 M&A를통한 Stratasys사와 3D Systems사, 양사의과점체제로굳어져가고있다. 29

37 2014 KERIS 이슈리포트 [ 그림 Ⅱ-2] 국가별 3D 프린터장비설치점유율 (2013 년기준 ) 개인용 3D 프린터시장은 2012년 1.2억달러로아직까지절대적인규모는미미하나 2018년 5.9억달러로성장할전망이다. 컨설팅기관인가트너는전세계 3D 프린터출하량이 2014년 10만8150대에서 2015년 21만7350대로증가할것이라고최근전망했다. 가트너는 "2015년부터 3D 프린터의출하량이매년두배이상증가하면서, 2018년도에는 230만대를상회할것으로예상된다 " 고밝혔다. 피트바실리에르가트너리서치부사장는 " 올해 3D 프린터시장이변곡점에도달하면서, 첫발명이후 30년동안미미했던 3D 프린터의연간성장률이 2015년부터극적으로높아질것 " 이라며 "2018년 3D 프린터판매량추정치는전세계총잠재시장의일부일뿐 " 이라고설명했다. 소비자시장에서 1,000달러미만의 3D 프린터도입이증가하면서재료를미세하게쌓아올려제품을만들어내는 ' 재료압출기술 ' 이 2018년까지 3D 프린터시장성장을주도할것으로보인다. 개인용 3D 프린터제품시장은 MakerBot(Stratasys), Cubify(3D Systems), Beijng Tiertime 사등의제품이주도하고있으며 Open Source 제품과경쟁하며, 시장매출규모를키워가고있다. 3. 3D 프린터주요국가별정책 2013년분석자료를기준으로주요선진국가별 3D 프린팅관련투자금액은 [ 그림 Ⅱ- 3] 과같다. 미국이선두를달리고, 중국, 일본, 독일, 영국, 한국순이며, 각국의 3D 프린팅육성정책을요약하면다음 < 표 Ⅱ-1> 과같다. 30

38 3D 프린터의이해및교육적활용방안 [ 그림 Ⅱ-3] 3D 프린팅투자국가순위 < 표 Ⅱ-1> 주요국의 3D 프린팅육성정책현황 국가명담당부서해당정책및주요내용 미국 일본 상무부 (DOC), 국방부 (DOD), 에너지부 (DOE), NASA, 국립과학재단 (NSF) 경산성제조산업국 - 5 개부처 ( 기관 ) 협동으로 ' 선진제조업 (Advanced Manufacturing)' 포털사이트운영 - NAMII 에 3,000 만달러투자 년 5 월 " 초정밀입체조형시스템기술개발프로젝트 " 진행중 - 1 억 5,000 만엔을투자하여 < 주물양산용 3D 프린터 > 개발 ( 산학연공동프로젝트 ) 영국기술전략위원회 (TSB) - 영국전체첨삭가공투자금 1조 4,000만달러경찰청 - 경찰의 3D 프린팅권총사용여부검토중독일 fraunhofer 연구소 - 인공혈관바이오프린팅성공중국과학기술부, 공업정부회부 - 7년간 15억위안 (2,450만달러 ) 투자 싱가포르싱가포르경제개발위원회 년 3 월, Future of Manufacturing (FoM) 발표 - 향후 5 년간 5 억싱가포르달러 (4 억 300 만달러 ) 투자발표 다음에서는국가별로좀더상세한정책내용과지원기관에대해알아보도록하자. 가. 미국미국은제조업고도화 (Advanced Mfg.) 프로그램산하의 NAMII(National Addictive Mfg. Innovation Institute) 를설립하고 3D 프린터기술 R&D를총괄 ( 12. 8) 하고있다. NAMII에대하여요약하면다음과같다. 31

39 2014 KERIS 이슈리포트 National Additive Manufacturing Innovation Institute(NAMI) 개요 목적 : 미국적층가공분야발전을가속화하고, 제조업경쟁력제고에기여 소재지 : 오하이오 Youngstown 주립대소재 ( 과거제조업이흥했으나, 신흥국으로의이전으로인해쇠퇴한공업지대 ) 3D 프린터보유현황 : 총 7 대 ( 13 년 4 월기준 ) 3D Systems 3 대, Z-Corp 1 대 (3D Systems 피인수 ), ExOne 1 대, Renishaw 1 대, Stratasys 1 대 주요성과 ( 13. 3) 7 개 R&D 프로젝트출범 (35 개기관이참여 ) ( 13. 6) 기술로드맵과전략방향, 투자계획을포함하는산업기술확보 개발전략 (Industry-Driven Technology Investment Strategy) 수립 79 개기관이참여하는연구네트워크조직 : 거버넌스모델, 이사회등구성 주요참여기관 : 기업, 대학, 커뮤니티칼리지, 비영리기관등 79 개 ( 13 년 8 월 ) Lead Member: 3D Systems 등 2 개 Full Member: 카네기멜론대, 존슨컨트롤등 25 개 Supporting Member: 51 개 2012년초미국 Oak Ridge National Lab.(ORNL) 은 MDF 설립을통한산업계의 3D 프린팅기술개발지원을주도하고있다. MDF(Manufacturing Demonstration Facility) 는 3D 프린팅기술개발만을위한연구시설은아니며, 기존제조기술과공정제어기술등도병행연구하고있다. 또한 ORNL은올해 Lockheed Martin 사와전투기용공기누출감지 Bracket을적층가공방식 (EBM) 으로개발, 기존기술보다 50% 의비용을절감하는데성공하였음을보고한바있다. 나. 영국 2010년노팅엄대학교와쉐필드대학교등에 3D 프린팅연구조직을설립하였다. 각연구조직은 Additive Manufacturing and 3D Printing Research Group( 노팅엄대학교 ), Advanced Manufacturing Research Centre( 쉐필드대학교 ) 라고불리며, 2011년 7월사우스햄튼대학교는 3D 프린터로제작한무인비행기 Sulsa(Southampton University Laser Sintered Aircraft) 의시험비행에성공 ( 날개길이 1.5m, 최고시속 160km) 하였다. 2013년 6월기술전략위원회와연구위원회공동으로 3D 프린팅기술분야 18개 R&D 프로젝트에대해 840만파운드지원계획을발표하였다. 이가운데복스홀암페라 (Vauxhall Ampera) 와같은주행거리연장형전기차 (REEV, Range Extended Electric Vehicle) 용신규마이크로터빈 (micro-turbine) 개발에대한분야에프로젝트도진행중이다. 특히, 영국은범정부적관점으로전반적인분야에서 3D 프린팅의발전을위한프로젝트등을진행하고있으며, 정부부처별지원을위해각부처의협력을통해발전에대한접근을시도하고있다. 아래 < 표 Ⅱ-2> 와 < 표 Ⅱ-3> 은영국정부의경제발전관련부서에서진행하고있는부서별 3D 프린터관련육성정책의대략적내용이다. 32

40 3D 프린터의이해및교육적활용방안 2012년 10월기술전략위원회에서 3D 프린팅의연구개발에 7백만유로의투자를발표하였으며, 전략위원회보고서에서영국은 9천6백만유로를 AM분야 (3D 프린팅분야 ) 에투자한것으로보고하였다. < 표 Ⅱ-2> 3D 프린팅관련영국정부내부서간기능과역할배분검토정부부처 / 기관일반기능 3D 프린팅정책의가능한역할 경제성장부서 (BIS) 특허청 (IPO) 영국표준연구원 (BSI) 건강안전수행부 (HSE) 무역표준 공정거래청 (OFT) 공정위원회 지방정부와사회위원회 (CLG) 기술전략위원회 (TSB) Nesta ( 과학, 기술 / 예술을위한기부 ) 경제정책감독 지적자산정책의관리와입법변화에대한감독 표준설정, 지침과인증에대한준비 작업현장의안전표준강화 고객입법의강화 고객이익보호및경쟁규제 공정거래청 (OFT) 에의해회부된경쟁이슈의검토 지방정부와시스템계획을관장 기술개발과상업화를위한투자및지원 영국의혁신을연구하고지원 3D 프린팅관련정책의조정과리더쉽 지적재산문제에대한토론을선두지휘지원을위한연구와증거자료를제공 소비자신뢰와사업간협력이가능하도록하는 3D 프린팅에대한효율적표준제정 3D 프린터의상점및공장에서사용안전성을보장 올바른규제와소비자의신뢰를바탕으로 3D 프린팅으로만들어진제품이안전하다는것을보장 규제체계가올바르게작동하고소비자에게신뢰를제공하는것을보장하며, 시장경쟁발전의모니터링 경쟁에영향을미치는사례의판결 정책기획이 3D 프린팅의장벽으로작용하지않는것을보장 3D 프린팅기술투자, 데모프로젝트시연, 신소재개발장려, 3D 프린팅시설투자 신소재개발을위한공모전실행의가능성 < 표 Ⅱ-3> 3D 프린팅정책개발협의에있어서주요활동과지도기관 전반적활동 3D 프린팅을지원하기위한정부의전략적방향을기반으로한의견일치 정부정책에의해다루어져야하는새로운과제와기회를인지 3D 프린팅의관심증대 3D 프린팅이지적재산권 (IP) 에미치는영향의범위를검토 정부지도기관 3D 프린팅전담부서 (BIS) - 타정책기관, 3D 프린팅커뮤니티와학술전문가의조언을활용 3D 프린팅전담부서 - 3D 프린팅커뮤니티및기술전망을활용 3D 프린팅전담부서 - 언론기관과협력 특허청 (IPO) - 3D 프린팅전담부서의지원 33

41 2014 KERIS 이슈리포트 3D 프린팅실험실습실설립을위한자금운영 3D 프린팅전담부서 - 민간부분, 대학및기술전략위원회 (TSB) 로부터투자유치 디지털디자인거래소 의가능성을조사특허청 (IPO) - 3D 프린팅전담부서및학계의지원 3D 프린팅의신소재개발을위한공모전 3D 프린팅시장을규제하기위한선택항목의연구및타당성조사를위임 3D 프린팅을위한표준개발의시작 3D 프린팅전담부서와상호협력하여 Nesta 및기술전략위원회 (TSB) 에서주도 3D 프린팅전담부서의위임을받은단체 ( 조직 ) 3D 프린팅커뮤니티의조언을참고하여영국표준연구원 (BSI) 에서주도 다. 독일독일프라운호퍼 IGB에서 2011년 3D 프린터기술로인공혈관을만드는데성공한바있으며, 프라운호퍼 ILT에서는 SLM 방식의적층가공기술에상당한역량을축적한것으로보고되고있다. 독일정부는 2012년사물인터넷 (IoT), 3D 프린팅, 사이버물리시스템 (CPS), 스마트공장 (Smart Factory) 등을활용해국가차원의기술표준을만드는 인더스트리 4.0 전략을발표하였다. 인더스트리 4.0은제조업과 ICT를결합하여생산시설들의네트워크화, 지능형생산시스템을갖춘스마트공장으로의진화를추구하는정책이다. 독일정보통신기술협회 (BITKOM) 회장 Dieter Kempf는 3D 프린터가시장에잘섞여들어주요산업분야에막대한영향을미칠것이라전했으며, 인더스트리 4.0과함께산업공급망에커다란변화를가져올것이라주장하였다. 독일의대표적 3D 프린터제작회사인 EOS는우주항공, 자동차, 의료분야의 3D 프린팅기술에선도적위치를가지고있다. 특히, 독일은바이오프린팅분야에서독자성을확보하는방향으로투자하고있다. 독일에서 3D 프린터는어떤의미를가지는가? 경제혁신을가져올것 무엇보다도일반소비자의관심을끌것 [ 그림 Ⅱ-4] 독일에서 3D 프린터는어떤의미를가지는가? 18) 18) 독일정보통신기술분야 320 개업체대상설문. 자료원 : ARIS, BITKOM 34

42 3D 프린터의이해및교육적활용방안 라. 일본 2013년 5월, 일본경제산업성에서 AIST와시메트, 닛산자동차등이참여하는모래형제작이가능한 3D 프린터개발과제가출범한바있으며, R&D 과제와별도로일본 미국 유럽 중국 한국등주요국의 3D 프린터기술특허 논문및 R&D 동향조사를통해 2014년 4월이후일본의경쟁력강화및대응방안을도출했다. 일본은별도의제조업혁신전략은대외적으로제시하지않고있으나, 일본제조업의문제점및과제에대해서는 2014년판제조백서에언급, 이를해결하기위하여국내생산거점의고도화, 새로운시장창출과함께입지경쟁력강화, 고부가가치제품생산을위한 3D 프린터제조기반구축, 모듈화의확대등을제안하고있다. 일본은종합경제전략인 일본재흥전략 과 과학기술혁신종합전략 2014 등에첨단설비투자촉진과과학기술혁신추진등제조업강화내용을포함하였다. 과학기술혁신종합전략 2014 은일본재흥을위해서는과학기술혁신이필수적이라는판단아래 SIP 19), ImPACT 20) 등국가중점프로그램을포함하고있다. 일본은다른선진국과는달리제조업자체에대한경쟁력부족문제보다는교육 연구개발등의과학기술혁신을통한제조기반지원측면에서제조업혁신을접근하는경향이강하다. [ 그림 Ⅱ-5] 일본경제산업성의모래형 3D 프린터개발과제추진체계 마. 중국중국과학기술부는 국가기술발전연구계획및 2014년국가과학기술제조영역프로젝트지침 에 3D 프린터를처음으로포함하였다. 약 72억원규모의 4개 R&D 과제를개시하였는데, 주요분야는다음과같다. 19) Strategic Innovation Promotion Program; SIP( 전략적혁신창조프로그램 ) : 핵심기술을선정하여기초연구에서실용화 사업화까지연계되는로드맵을구상하고이를통해전략시장을창출하기위한목적으로추진 20) Impulsing Paradigm Change through Disruptive Technologies Program; ImPACT( 혁혁신적연구개발지원프로그램 ) : 장기적으로미래경제 사회 산업측면에서영향력이큰혁신적연구주제를선정하고 PM 책임하에독창적인연구를수행하는프로그램 35

43 2014 KERIS 이슈리포트 대형항공우주부품의레이저용융시스템의개발및적용 복잡한부품및금형제조를위한대형레이저소결 (SLS) 장비의개발및응용 재료 / 복잡한부품구조통합설계를위한높은온도와압력의확산접합장비의개발및응용 가전업계의 3D 프린터기반의사용자정의핵심기술의개발및응용 이와별도로중국공업정보화부 (MIIT) 는 3D 프린터산업육성을위한표준수립, 규제정비, 기술혁신, 세제혜택등의전략방안을수립중이며, 대학 공기업중에서화중과학기술대, 북경항공대, 청화대, 서북공업대, 서안교대, 중항레이저등의기관이높은기술력을보유하고있다고평가했다. 2012년 10월, 세계최초로 3D 프린팅기술산업연맹을설립하고, 산 관 학협력가속화및산업표준제정을추진하였다. 장쑤성난징, 쓰촨성솽류, 산둥성칭다오, 광둥성샹저우등의지방정부에서 3D 프린터산업단지나 R&D 센터구축을진행중이다. 바. 한국 2014 년 4 월정부는 3D 프린팅산업발전전략 을수립해제 5 차국가과학기술심의회에상정해 확정했다. 3D 프린팅산업이제조업혁신을통한창조경제를이끌핵심으로꼽혔기때문이다. 정부는 3D 프린팅이기존산업의패러다임을변화시켜제조공정고도화등제조업혁신을유도 하고, 창조경제, 신시장및일자리를창출할새로운성장동력이될것으로주목했다. 다음 4 가지가정부가주도하는한국내 3D 프린터산업육성의핵심이다. 수요연계형 3D 프린팅성장기반조성 - 성장기반조성분야에서는 3D 프린터수요창출을위한중소기업을선정하는등기존산업현장에서 3D 프린터기술을시범적으로활용할계획이다. 3D 프린터를활용한제조공정의혁신이기대되는대목이다. 무한상상실 과 셀프제작소 는기업이아닌보통사용자를위한시설이다. 3D 프린터를체험할수있는공간으로꾸밀계획이다. 여기에인력을바탕으로한교육프로그램과마이스터고등학교를중심으로한실습용장비도보급된다. 비즈니스활성화지원 - 시장활성화분야에서는비즈니스모델을확보하는것이주요과제다. 3D 프린팅콘텐츠를만들고유통하는일이다. 특히 3D 프린터에서활용할수있는디자인을유통할수있는플랫폼을구축한다는것이미래부와산업부의전략이다. 업계와일반사용자가자유롭게 3D 프린터도안을주고받을수있을것으로기대된다. 기술경쟁력확보 - 기술확보분야에서는특허출원비중을끌어올린다는내용이정책의중심이다. 3D 프린터선진국과비교해국내특허비중은 6.8% 에불과하다. 미래부와산업부는이비율을 2020 년, 20% 까지끌어올린다는로드맵을짰다. 또, 장비와소재, 소프트웨어등분야별로필수적인기술을개발할계획이다. 법제도개선 - 제도정비도이번지원정책에서빼놓을수없는대목이다. 지적재산권을보호하기위한복제품방지법과 3D 프린터로불법무기류를만드는것을막기위한제도도새로발굴할예정이다. 이를통해미래부와산업부는총 4개분야에서 11가지과제를수행할계획이다. 2개부처뿐아니라교육부, 문체부, 환경부, 고용부, 방사청, 중기청, 특허청등주요정부부처가이프로젝트에 36

44 3D 프린터의이해및교육적활용방안 이름을올렸다. 상세내용을살펴보면, 2020년까지 1천만명의 3D 프린팅메이커를양성하기위해초 중 고교생 (230만명 ), 일반인 (47만6천명), 예비창업자 (4만명 ) 등대상별맞춤형교육을진행할계획이다. 2018년부터고등학교에도입되는 SW 정규교육과정에 3D 프린팅관련내용도포함시킬예정이다. 누구나가까운곳에서 3D 프린터를활용할수있는환경을조성하기위해 2017년까지과학관, 도서관등의무한상상실 (227개) 과전국초 중 고 5,885개교에 3D 프린터를보급한다는방침이다. 이어 3D 프린터로제품을만들수있는설계도면과소프트웨어등관련콘텐츠를데이터베이스 (DB) 화하는 국가 3D 프린팅종합포털 도구축할예정이다. 또한, 3D 프린팅분야의기술도입지원, 인프라활용도제고, 전문인력양성및홍보를주요내용으로하는 제조혁신지원센터 ( 이하혁신센터 ) 를전국 6대권역에각각 1개씩구축하기로했다. 혁신센터는연차별구축을우선으로하되수도권인근의종합기술지원센터를올해안에시범운영하기로했다. 이어 5개권역별 ( 충청 강원 대경 동남 호남권 ) 특화산업분야 ( 대경권-의료산업, 충청권-철강산업등 ) 와의연계를우선으로하는지역거점센터방식으로문을열예정이다. 2013년이전까지진행된정부주요부처의 3D 프린팅관련사업진행내용을바탕으로 2013년 7월산업통상자원부는 3D 프린팅산업발전전략포럼 을개최하고, 2013년 3분기정책수립계획을발표하였다. 제도분과, 기술분과및산업응용 사업화분과위원회를구성하여산업기반조성및활성화방안을수립하였다. 하지만, 현재까지의 3D 프린팅기술관련 R&D 지원은비교적제한적이라할수있다. 미래창조과학부는 2013년하반기부터경제 윤리 사회 문화 과학기술 환경의관점에서 3D 프린팅활용기술 의기술영향평가를진행하였다. R&D 과제로는 나노스케일 3D 프린팅시스템 을현재까지지원중이다. 4. 해외 3D 프린팅교육적활용사례 [ 그림 Ⅱ-6] 교실에서 3D 프린팅의활용시나리오 3D 프린팅을교실내에서사용하는시나리오는여러언론및미디어를통하여제시되고있다. 대표적인사용사례는위의 [ 그림 Ⅱ-6] 교실에서 3D 프린팅의활용시나리오 에서단적으로볼수있듯이, 사람이나동물의심장이나기타장기의단면해부도를공부하거나, 화학분야에서의 37

45 2014 KERIS 이슈리포트 분자나원소구조의 3D 제작, 자동차나로봇의부품제작, 지리, 그래픽설계를통한시제품만들기, 음식기술, 역사적사물의복제, 건축, 엔지니어링등의수업과정에적용할수있다. 하지만, 간단한아이디어만으로 3D 프린터를수업에활용하는것이결코쉬운일은아니다. 교사들이우선 3D 프린팅과정전반에걸쳐서소프트웨어와하드웨어자체에익숙해져야하고, 학교는초등과정에서는 3D 프린팅의전체흐름에대한개념을익히고, 중등과정에서는 3D 프린팅을실제사용이가능할수있도록교육시간을투입해야한다. 이는어떠한형태이든커리큘럼의변화를요구하게될것이다. 3D 프린팅은동물해부와독성물질을포함한민감한교육항목을다루는교육기관들에서쉽게가능하지않았던대상에대해좀더가까이접근할수있어정밀한탐구를가능하게한다. 디자인부터생산에이르기까지 3D 프린터사용은학습활동의새로운가능성을열어준다. 교육에서의 3D 프린팅은다른기술들과는달리매우특별하다고할수있으며, 교육분야에이기술이적용됨으로써학생들은새로운도전은물론실험정신을키울수있다. [ 그림 Ⅱ-7] 영국시장에서 2010년과 2012년 3D 프린팅활용분야비교영국시장에서 2010년과 2012년, 2년간의 3D 프린팅활용분야를비교한상기 [ 그림 Ⅱ-7] 을통해알수있는점은 3D 프린팅의활용분야중교육기관의활용이상당히늘어나는추세라는점이다. 이는영국만의상황으로치부하기에어려운상황이다. 최근많은선진국가들이 3D 프린팅을자국의교육에접목하기위하여다양한시도와접근을하고있는데서도그의미를찾을수있다. 그렇다면, 우리는왜 3D 프린팅을교육기관에서교육하고활용해야하는가? 세계적으로 3D 프린팅 이제3의산업혁명을일으킬것이라이야기한다. 2013년영국특허청에서분석한 3D 프린팅특허분석보고서에나온내용중에서발췌한아래의 [ 그림 Ⅱ-8] 3D 프린터특허상위국가의상대적집중활동지수비교 는우리를충격에빠지게한다. 한국은호주, 중국, 일본, 미국, 뉴질랜드보다 3D 프린팅전문가집단의활동이상대적으로적다. 또한, 우리나라보다산업화가덜되어있는호주나뉴질랜드가상대적으로 3D 프린팅관련특허관련움직임이한국보다더많다는것이쉽게이해가되지않는다. 훌륭한인적자원을바탕으로국가경쟁력을 38

46 3D 프린터의이해및교육적활용방안 유지하는대한민국의상황에, 이런상태로지속되어서는 3차산업혁명이일어날미래사회에서우리한국에게더이상의기회는없게된다. 앞서설명한 3D 프린팅에대한여러가지설명에서보았듯, 3D 모델링콘텐츠를만드는기술과더불어 3D 프린팅하드웨어에대한산업기술까지전분야에서한국은세계적으로선두에있어야한다. 그래야, 대한민국의미래가계속될수있다. 빠른시간내에초등, 중등, 고등교육전반에깊이있는 3D 프린팅교육과다양한콘텐츠및 3D 프린팅관련 R&D 활동들을활발히진행해야한다. [ 그림 Ⅱ-8] 3D 프린터특허상위국가의상대적집중활동지수비교 상기의이유들로인해세계주요국가들도몇년전부터 3D 프린터를수업과정에적용하기위한다양한시도들을해오고있다. 미국, 영국, 일본에서는 3D 프린팅숙련인력을양성하기위해중고등학교과정에서 3D 모델링, 3D 프린터를이용한과학실습등의교육프로그램을도입한상황이다. 다음은 3D 프린터의해외교육기관에서의연구및이용사례를살펴보았다. 대표적인사례로영국교육부의 3D 프린터프로젝트를비롯하여미국, 일본, 호주의사례를찾아볼수있었다. 39

47 2014 KERIS 이슈리포트 가. 영국사례 1) 영국교육부 DfE(Department for Education) 의 3D 프린터프로젝트 년에영국교육부 DfE(Department for Education) 는디자인과목과 STEM( 과학, 기술, 공학, 수학 ) 에대한교육에있어서 3D 프린터의잠재적이용을분석하기위해소규모 3D 프린터프로젝트에투자하였다. 특히, 참여한학교들은더복잡한과학적, 수학적개념을가르치는데도움을줄수있는혁신적인방법을찾도록요구받았으며이프로젝트에는총 21개의학교가참여하였다. 이프로젝트는학생들이 3D 프린터를사용하여창조적인수업과정을경험하고문제해결능력을배양하는것을목표로하였다. 이를위하여 아이디어-디자인-제작 의전과정을포함한 디자인과기술 과목이도입되었고, 디자인과기술 과목은학생들이자신의아이디어를시각적으로구현하는데그치지않고 3D 프린터, 레이저절삭기등을이용하여직접제작까지참여하는수업이다. 각학년의교육은다음과같은내용이포함되었다. 1~2 학년 : 구조물을만드는방법과안정감있게보강하는방법에대한학습 3-6학년 : 보다복잡한구조물제작과회로및모터와같은전기장치에대한학습 7-9학년 : 진보된디자인기술과 3D 모델링, 수학모델을학습하며, 3D 프린터를활용해실제디자인한것을제작하는완성학습 영국교육부는이러한교육제도개편을통하여디지털시대의창조적인재육성을통한국가경쟁력의강화와 3D 프린팅교육을통해디지털산업혁명에필요한창조적인경험제공을목표로하였다. 아이디어를 SW로구현하고 3D 프린터로직접만드는교육을통해창의적아이디어가현실화될수있는방법을 10대때부터학습하는조기교육을실시하고. 정부는변화된교과과정에 3D 프린터를 제조업과경제를변화시키는기술 로인식하여편입하였다. 3D 프린터프로젝트의학습에대한요약 21개의학교들은 3D 프린터를구매할자금을교육부로부터제공받았다. 이학교의목표는 STEM과디자인과목교육에있어서 3D 프린팅의가능성을조사하는것이었다. 디자인과기술 과목들은대부분의경우에 3D 프린팅기술들을이용하여학습의 중심 (Hub) 을형성하는경향이있었다. 3D CAD 소프트웨어는이미많은 디자인과기술 교육과정들의내용이었으며, 이과목에대한 3D 프린터의도입은다른부서들과비교하였을때더많은학습시간을필요로하지않았다. 이에반하여과학과수학교과교사들은해당교과과목의영역내에서 3D 프린팅의가능성을연구하였으며, 많은학교들은학생들이이프로젝트에참여하였을때높은수준의동기부여를보였다고보고하였다. 함께참여하였던모든학생들은지금까지 3D 프린터의가능성에대해상당히고무되었습니다. 개념이나생각이빠르게 3D 프린터로실현될수있는기회를가지는것은아주강력한교구의역할입니다 David Jermy-head of 디자인과기술, Settlebeck School 40

48 3D 프린터의이해및교육적활용방안 지원학교에서, 3D 프린터를이용한대부분의초기작업은많은시행착오를겪었으며, 초기에는작은 3D모델의시연하는데에활용내용이한정되어있었다고보고했다. 교육과정을전달하기위한좀더효율적인사용은이후일정기간이지나서야개발될수있었다. 이프로젝트에서우리는새로운기술들을소개할때, 교수 / 교사들이질높은사전훈련에대한요구를받는다는것을알수있었다. 대부분의학교들은 3D 프린터를효과적으로사용하기위하여, 3D 제조업체들과학교내부의기술직직원등이제공하는기술적인지원에의존하였다. 교육분야에서 3D 프린터의역할 3D 프린팅은다양한산업분야에걸쳐서프로토타입, 상품과부품을제조하는데사용되는안정된산업기술이다. 이기술은이미일상의많은영역에적용되고있다. 학생들에게이러한새로운종류의기술의가능성과적용에대해이해시키는것은그들이특히 STEM 21) 분야에서 3D 기술이급격히흔해지게된국제적환경에준비하게하는중요한역할을한다. 3D 프린터는 STEM교육전반에걸쳐국제적으로인기를얻고있다. 지금까지영국에서 3D 프린팅기술은 디자인기술 교실에만지극히한정되어왔다. 그러나 3D 프린팅기술을 STEM교육에있어서도상당히높은적용가능성을지닌다. 예를들어음악, 물리학 ( 파형의특성 ), 생물학 ( 듣기 ) 그리고공학 ( 콘서트홀디자인 ) 교과의 소리 라는연결성은수학, 디자인물리학의연결성에대한학습을가능하게한다. 3D 프린팅프로젝트는학생들의흥미를자극하고교과과정의질을향상시키면서학교가 STEM과목들을혁신적인방법으로가르칠기회를제공한다. 2) 3D 프린터의다양한수업영역으로의접근학교가 3D 프린팅을교과과정전반에걸쳐적용하기위해, 교사들은서로다른과목들의교수학습방법차이에개한어려움을극복해야했다. 3D 프린터는학습이자연스럽게일어나는프로젝트형식의작업에이상적이었다. 디자인과기술 교사들은학생들이각자의프로젝트에개인적으로시간을쏟는교수법에친숙하다. 디자인과기술 내에서학생들에게각자의디자인업무가주어지고그들의디자인을스스로시험해보는것이흔한일이기때문이다. 이는과학과수학에서의흔한교수법과는대조된다. 과학과수학수업에서는개념을심도있고, 분리되게가르치는것에집중한다. 물리학교사와수학교사들은 3D 프린터를성공적으로사용하여그들의과목에대한이해와, 생각, 추론을촉진시킨다. 초기시범학교에서의 3D 프린팅수업에대한참여는수학과과학선생님들을위해 3D 프린팅을수행하기위해만든 디자인과기술 과목의교사에의해수행되었다. 이것은다른 STEM의영역의교사들에게어떻게 3D 프린터를이용할수있는지도울수있었다. 심지어 디자인과기술 같은단일과목에서도 3D 프린터는다른교과과정전반에걸친사고를가능하게하는효과가있었다. 진행된프로젝트 Honywood Community Science School 은학생들이다양한컴퓨터플랫폼에서사용할수있는프리웨어프로그램인 POV-Ray로입력된코드를이용하여 3D 물체를만들어낼수있는고급 3D Development Learning 도구를디자인했다. 이도구는학생들로하여금코드를입력하고해제하는 421)21) STEM : Science, Technology, Engineering, Mathematics 를약칭하는말로, STEM 교육은학생들에게과학, 기술, 공학, 수학을통합적으로접근할수있도록하는교육을의미한다. 41

49 2014 KERIS 이슈리포트 연습을가능하게하며, 대수학과 2D/3D 공간을이해할수있게한다. 아래 [ 그림 Ⅱ-9] 는 Honywood 학교학생들의협동적인 Toy Project에대한학생안내소책자이다. 이를이용하여학생들은플라스틱인형을디자인하고, 가격을책정하고마케팅까지전과정에걸쳐프로젝트를진행하였다. [ 그림 Ⅱ-9] Honywood 학교학생들의 Toy project 에대한학생안내소책자 Blacarras School 은그들의컴퓨팅 /ICT 과목수강학생들이온라인상에서제공되는소스모델이아니라, 3D 모델링프로그램인 SpaceClaim 프로그램에서직접그들만의 3D 모델링데이터를디자인하도록하였다. 학생들은소스변환프로그램인 Replicator G 를사용하여 CAD 소프트웨어의.s3g 파일을 3D 프린터로출력하기위해표준.stl 파일로변환시켰으며, 변환에사용된코드이면의개념들을연구하였다. 다음학기수업에서는이파일럿의결과를정규교과과정이외의수업에통합하고더나아간교과과정도시도를할계획이다. 이러한방식으로그들은피상적인접근보다는좀더의미있는경험으로서의 3D 프린터사용을목표로하고있다. 디자인과기술그리고공학 Waldegrave School for Girls에서는 Year 10 Project 를통하여 3D 프린팅을응용하여 [ 그림 Ⅱ-10] 과같은글자스탠드, 비즈니스카드홀더와핸드폰받침대등의제품들을 Father s day 선물로생산하였다. 42

50 3D 프린터의이해및교육적활용방안 [ 그림 Ⅱ-10] Waldegrave School for Girls 의 Year 10 Project 산출물 한편, The Windsor Boys School 은 3D 프린터를활용하여이전에는가능하지않았던복잡한프로젝트를 A-Level에서진행하였다. 건물마감재와움직임을결합하기위한연결요소부분들을검토하는실험이바로그것이다. 입체적으로팔과다리가연결요소로구성제작되었다. [ 그림 Ⅱ-11] 연결요소부분을고려한산출물샘플 The Windsor Boys School 학생들은실제모델형태의책상램프를만들었으며실크기의 to-scale 버전을창조하려하고있다. 이버전은연결요소들이합쳐짐과동시에독립적으로작동하는모든요소안의하위개념들을통합해준다. 이는각각의구성요소간의연결을고려한프로젝트로평가받는다. 과학의응용아래 [ 그림 Ⅱ-12] 는 King School 에서학생들이과학실험에사용하기위해직접디자인한것을 3D 프린트한것이다. 43

51 2014 KERIS 이슈리포트 [ 그림 Ⅱ-12] 에너지터빈의부품으로서사용될 Pelton 휠 (Wheel) 과기둥 King School 의학생들이제작한산출물들중몇몇은학생들이직접스케치프로그램을통해직접출력한것이다. 이산출물들은 웨스터민스터모터키트 를제작및구성하기위한멀티코일의대체재는물론구조물의재료변형을측정하는기구인 3D 기둥과에너지터빈부품으로사용하기위한펠톤휠 (Pelton Wheel) 을포함하고있다. 이외에도과학수업에서는 3D 프린터를활용하여분자, 세포, 사인파장같은모형을만들기도하며, 모형로켓의구성부품을제작하기도한다. 한편, 과학수업은모델의디자인과정에초점을두기보다는이미만들어진디자인을활용하여수업을진행하는데초점을두는경향이있다. 한편, Arden s Year 7 project에서는플라스틱의화학적성질을이용하여 3D 프린터의물리학과생물학에서의포식자의개념에대해탐구했다. [ 그림 Ⅱ-33] 과같이몇몇학생들은이프로젝트에서 포켓몬형태 의포식자를구글사의스케치업프로그램에서만들고그것들을 3D프린터로출력하였다. [ 그림 Ⅱ-13] 학생들이제작한 포켓몬형태 의포식자를 Google 스케치업에서작성한화면 44

52 3D 프린터의이해및교육적활용방안 수학의응용수학은학생들의 3D 시각화기법개발을강조한다. 3D 그래프를프린팅하는것은그들이프린트후에지워질지지대와함께프린트되어야하기때문에쉽지않은작업이다. 그럼에도불구하고, 이러한시도는몇몇학교에서이루어지고있으며, 3D 피타고라스정리와삼각법역시연구되고있다. 아래세가지의그림에서볼수있듯이수학수업에서의연구를통해만들어진 3D 프린팅샘플들은창조성있는수업을가능하게해준다. [ 그림 Ⅱ-14] Watford Grammar School for Boys 에서사용한 3D 그래프 [ 그림 Ⅱ-15] The King School 에서제작한원뿔과원뿔의일부 [ 그림 Ⅱ-16] Highworth Grammar School for Girls 에서제작한조각들 45

53 2014 KERIS 이슈리포트 3) 프린터의효과적인사용에기여한요소및효과 실험과학습 (Experimenting and Learning) 교과과정과 3D 컴퓨터의사용을통합하는것은그들의과목에대해자신감넘치고, 혁신과실험을두려워하지않는교사들의경우에가장성공적이었다. 반대로고립되고문제해결에지속적이지않았던교사들의경우에는더딘진행을보였다. 3D 프린터가즉각적으로교수법이나학습계획을바꾸진않을것이다. 교수자들은훈련과시간을필요로하며, 학교또한교과과정에이기술을적용할시간이필요하다. 협업 (Collaboration) 교수 / 교사들이협동적으로일하고학교공동체전체가 3D 프린터를사용할경우에가장흥미로운사용과반응이생겨났다. 훌륭한기술자의지원또한학교의프로젝트성공에중요한요소중하나였다. 상위기관에서의지원 (Senior management support) 대부분의성공적인학교에서는상급자나상위기관에서실제적이고재정적인지원을 3D 프린터의혁신적인사용에대한그들자신의비전과함께제공하였다. 접근성 (Accessibility) 학교들은 3D 프린터등학습장비에대한접근성이교사들과학생들이기기를사용하고자하는동기부여를시키는요인이라고보고했다. 학습과학생들에대한효과몇몇학교는집중력이좋지않은학생들이 3D 프린터를이용한학습을통하여더빠르게결과를볼수있게되어결과적으로수업에흥미를유지했다고보고했다. 일부학생들은그들이기존수업의기술로는만들수없었던모양과요소들을 3D 프린터로만들수있게되었다고언급했다. 훈련과성장이필요 (Training and development needs) 훈련세션에서교사들은 3D 프린터프로젝트의시작과함께부여되는교사동료들과 3D 프린터사용에관한생각들을공유할기회를가치있게여긴다. 그들은또한프린터의설치에관한시범을통해이득을얻는데이세션에참여하지않은 2개학교의경우학생들이프린터들을사용하는데있어서오랜시간이걸렸다. 교과전체를아우르는훈련또한중요하다. STEM과목과디자인과목의교수법에 3D 프린팅을도입하려는학교는교사들을훈련시킬시간과교수법에새로운접근을할필요가있다. 소프트웨어 3D프린터를통해프린트되는대상은소프트웨어디자인패키지에의해창조된다. 대부분의학교는무료프로그램이며학교외의곳에서도다운로드받을수있는 Trimble사의 Sketch up을그들의주소프트웨어로사용하였다. 46

54 3D 프린터의이해및교육적활용방안 결론 3D 프린터는만약학교가효율적이고의미있는방식으로프린터를사용하는방법을터득한다면학생의학습과참여에대한긍정적인영향을줄수있고교수자원으로서굉장한가능성을가지고있다는사실을확인하였다. 그리고영국의사례에서변화된교육과정이시사하는바는다음과같다. 1 소프트웨어원리및제작에걸친심화학습을통한창의인재양성 2 소프트웨어인재부족에대비한국가차원의인력양성계획필요 3 소프트웨어원리및제작에걸친심화학습을통한창의인재양성 4 소프트웨어교육과정의장기적, 종합적인개편필요 [ 그림 Ⅱ-17] 3D 프린터기술의폭넓은적용 나. 미국사례미국의경우, 제조업부활을위해 3D 프린팅기술개발및인프라조성에집중투자정책을펼치고있으며, 미국산업의강점인우주항공, 방위산업및의료관련분야를중심으로다양한적용분야를개척하고있다. 미국의적층가공정책의경우디자인으로부터공정, 소재, 시스템까지전분야에걸쳐국가주도하에기업과함께개발및실용화를진행하고있다. 적층가공기술개발은총 8개부분으로나뉘는데, 교육분야에서는특히공업전문대학수준의학부, 대학원과정의학과를개설하여재료교육학및교육과정을개발한다. 또한전문적인사회단체나조직에의해수여되는증명서와함께산업종사자를위한훈련프로그램개발도포함되어있다. 이와함께, 교육환경에서교구로써데스크톱 3D 프린팅을사용하였을때의엄청난잠재력에대하여주목하고있다. 이를효과적으로적용하기위해제조업시장과마찬가지로기업과함께교육기관에서도다양한방식으로 3D 프린팅연구개발및교육실용화를진행하고있다. 미국교육기관의특별한이슈는 K12( 초, 중, 고등학교 ) 의적용사례다수가지역주민들과지역사회의협조를얻어 3D 프린팅장비를지원받고, 교사와학생들의관심으로주도된프로젝트형태로학교에접목되기시작한사례가많다는것이다. 아래는학교에적용된버라이존과 HP의사례이다. 47

55 2014 KERIS 이슈리포트 1) 버라이존의학교 3D 프린터지원프로그램미국의이동통신회사인버라이존은 Verizon Innovate Learning Grans 이라는프로그램을통해미국교육시스템을향상시키기위한노력을하고있다. 버라이존은 STEM 직업들에대한수요에비해이를충족시키는교육시스템이부족하다고판단하여, 3D 프린팅이나로보틱스, 코딩 (coding) 같은새롭게부각되는기술들을가르치는프로그램은물론교사의직업적인발달을촉진시키기위해프로그램을시작했다. 회사는전국에있는교육지원이취약한서로다른 80개의학교에각각 $20,000씩을지원하고, 총 $16,000,000의투자를통하여미국내 STEM교육을잠재적으로촉진시키고있다. 버라이존사의부사장인 Fose Suckey Kirk는 이프로그램이교육적자원이취약한학교학생들로하여금 STEM 분야에좀더노출되게해주고, 학생들이직접손으로하는프로젝트를통한학습기회를제공받음으로써그들의흥미와성취도를증가시킬수있게한다. 고이야기한다. 2) Annual K-12 series of the NMC Horizon 프로젝트 New Media Consortium(NMC), Consortium for School Networking(CoSN), 그리고국제기술교육협회 (ISTE) 는 HP의지원을받아부상하는기술들이교육에서어떻게사용되고어떤잠재력을가지고있는지조사하면서 Annual K-12 series of the NMC Horizon Project 를발표해왔다. 이보고서는같은기간 (time frame), 교수와학습에영향을줄핵심적경향과도전을기술해왔으며 5년간지속될것으로예측되는주요트렌드와과제들을 클라우드컴퓨팅, 모바일기술, 오픈콘텐츠, 3D 프린팅, 학습분석기술, 원격 / 가상실험실 이라고제시했다. 또한 3D 프린팅이 K-12 교육에완전히적용이될때까지는 4년에서 5년이걸릴것이라고예측하고있으며, 학습과교수에있어서 3D 프린팅의가장중요한측면중하나는학교에서손쉽게접할수없었던대상에대한진정한탐구가가능하다 고기술하고있다. 예를들어, 과학과역사수업시간에학생들은화석이나공예품처럼손상되기쉬운물체들을만들고그것들과상호작용할수있다. 신속조형기 (RP) 의사용과생산도구를이용하여화학을배우는학생들은복잡한단백질이나다른분자들의모델을 3D Molecular Design Model Gallery에서볼수있는것과흡사하게출력할수있다. 학생들과교수들이이러한모델들을활용하여수업을진행하는것이가능해짐에따라, 학생들이능동적으로자신의것을창조하는프로그램이또하나의 3D 프린팅적용사례로주목받고있다. 고등교육기관들은교육에서 3D 프린팅의사용을위해무엇을준비하고있으며또한 K-12 학교들이좀더 3D 프린팅을쉽게접할수있게하기위한계획수립에착수하고있다. < 표 Ⅱ-4> NMC Project 의해외지원사례 분류관련 URL 지원내용 컨코디아 3D 스캔 / 출력 상해의 Concodia Int School 에있는학생들은나사 (NASA) 의 Dawn Mission 에서배포한 Asteroid Vesta 를 3D 스캔하여, Asteroid 를적용한 3D 프린팅된미니어처모델을만들었다. 48

56 3D 프린터의이해및교육적활용방안 Fab Labs Fab Labs 는 MIT Bits and Atoms 센터의디지털가공의연구와조사활동을위한추가프로젝트로시작되었다. 현재는세계적으로집을짓는 3D 프린터를비롯해레이저커터는물론, 학생들이사용할수있는다양한프로그램들을제공하는센터이다. STEM Academy Partnership Leverages 3D 프린팅 Clevedon School 의 STEM Challenge Day STEM 아카데미에서는미국 Stratasys 3D 프린팅회사의 3D 프린터와프로그래밍수업을연결하기위해파트너쉽을공표했다. 3D 프린팅은학생들이포트폴리오를쌓기위한전문기술로이용된다. 영국의 Cleve School 에서는학생들이 STEM challenge 프로그램을통해 3D 프린팅모델을디자인하고적용해 "Supersonic" 이라는차를프린팅하여엔지니어들에게보여주었다. Students Use 3D Printer To Build Future 알라바마에있는 Limestone County Career 테크니컬센터에서는고등학생들이 3D 프린터를사용, 모델들을직접디자인하고만들었으며, 이는현장에서바로수정을통해학생들또는교육자들과다른엔지니어링적접근방식에대해토의할수있도록해준다. 다. 일본사례 일본경제산업성 (METI) 은 3D 프린팅기술을사용한금속제조의발달과연구를지원하기위해 2014년 45억엔의예산을책정했다. 일본경제산업성 (METI) 은일본이미국과유럽국가들에비하여 3D 프린팅분야에있어뒤처지고있다고지적했다. 일본은이러한투자를통해학생들의디자인과제조기술을키워일본이 3D 프린팅의발전과기술트렌드에있어서최고에위치하길희망한다고발표하였다. 3D 프린터소재부문기술개발에집중투자 (5년간 30억엔 ) 한일본정부는 3D 데이터와 3D 프린팅기술을기반으로교육환경에 3D 프린터를도입하여학생들이직접활용할수있도록지원하겠다는계획을발표했다. 일본은이계획을통해이미 2010년부터학교에 3D프린팅도입을진행중인미국같은나라들처럼그들의경쟁력을유지시키길원한다. 2014년여름일본경제산업성 (METI) 은몇몇대학과공업학교를선정하여그들의학교로 3D 프린팅기술도입비용의 3분의 2를보조금으로지급할계획을세웠다. 이부서는 2015년회계연도까지중, 고등학교를선정하여지원하는것을목표로포함하였다. 학생들에게 3D 프린팅기술을소개함으로써학생들의상상력을키울수있을뿐만아니라연구와디자인에서학생들이이기술들을통해좀더편안하게작업할수있는환경을제공할수있다. 예를들어 3D 기술은로봇을창조하거나변형하는데사용될수도있고아이들이나젊은이들이인간의게놈같은개념들에대한실제적인접근을가능하게할수도있다. 최근에 3D 프린팅은다양한분야에적용되고있다. 일본경제부처는 3D 기술이최신제조업의 49

57 2014 KERIS 이슈리포트 미래에중요한역할을할것으로전망하였으며교육환경에서 3D 프린팅에투자하기로한결정은이러한전망과긴밀히연결돼있다. 또한, 일본은학교와그이외교육환경에 3D 프린팅을도입하는 3D 프린팅프로젝트에적극적으로투자할예정이다. 해당부서는 3D printer in every school 같은세부프로젝트를좀더안전하게만들고적당한가격의 3D 프린터의제공을통해전세계적으로교육기관들과학교가 3D 프린터에좀더쉽게접할수있게하는것을목표로한다. 라. 호주사례 1) Year 10 science class Project의실행프로젝트의주요목적은 ICT 기반의교육을통해학생들이좀더적극적이고도전적으로탐구를기반으로한학습에참여할수있도록하는것이다. 프로젝트실행의전반적인계획은수업시간에진행하기에는위험이따르거나비용이많이드는실험들에한하여모델링및시뮬레이션을통해학생들이능동적으로수업에참여하게하는것이다. 또한 3D 프린터를이용하여실험에필요한장기나항공부속품등을학생들이직접출력하여더욱더효과적으로수업을진행할수있도록하는것이다. 프로젝트에참여한학교는이를실행하기위해서관련문헌에대한검토는물론, 모델링및시뮬레이션작업이과학교과이외에타교과과정과융합이가능한커리큘럼을작성하는것이었다. 또한, 수업을진행하기위해필요로하는특정툴이나어플리케이션에대한검토도진행해야했다. 수업을위해필요한소프트웨어나하드웨어는기존에학교가보유하고있는자제를활용하거나이미오픈소스로나와있는모델링시뮬레이션을활용하여비용을최소화하였고, 3D 프린터의경우는성능을비교하여구매하는방식으로진행되었다. [ 그림 Ⅱ-18] Year 10 science classroom 에사용된 3D 프린터 3D 프린터가교육계에떠오르는기술이라고는하지만, 아직까지는학교에 3D 프린터을도입하는것에대한교육학적, 또는그이외의이점들에대해서는학문적연구가거의존재하지않는다. 하지만, 프로젝트를실행한결과, 3D 프린터를활용한수업의효과는다음과같았다. 50

58 3D 프린터의이해및교육적활용방안 3D 프린터들은학교가프린터를의미있고효과적으로사용하는방법을터득했을시에교수매체로써굉장한가능성을가지게되고학생들의참여와학습에있어서긍정적인영향을끼친다. 학교는프린터사용을통해학생들이어떻게동기부여를받았는지, 그리고많은교수들이기술에대해열정적으로변했고자신의교수법안에서 3D 프린팅이녹아들수있도록연구하는데투자하였다고언급했다. 기술의이점을극대화하기위하여, 학교들은교수법과교수훈련및교수법개발은물론 3D 프린팅에대한기술적인지원을어떻게할지에대해고민할필요가있다. 51

59 2014 KERIS 이슈리포트 Ⅲ. 국내 3D 프린팅의교육적활용방안및제언 1. 초등과정에서의활용방안가. 초등학교에서 3D 프린터가가지는의미세상의변화에따라사람들의삶의방식이나생활의모습들도함께변화하고있다. 초등학교의경우도과거 1960년대와 70년대의교실모습과는달리현재는수업용 PC와전장형대형 TV 등이교실마다있고, 일부학교는전자칠판과태블릿까지구비되어있기도하다. 스마트교육이라는이름으로다양한멀티미디어기자재와수업방법을구안해적용을시도하고있으며화상수업등을통해학교공간을뛰어넘어선교육활동공간의확대또한이루어지고있다. 새롭게변화하는시대에학교에서도다양한이슈들이발생하고있는데그중하나가 3D 프린터의교육적활용이라고할수있을것이다. 비용적인문제나제작자료의특성에따른소요시간으로인한문제점등은여전히큰부담으로작용하고있다. 하지만교사들이 3D 프린터를활용해수업자료를제작하고그것을교실수업에활용하게된다면학생들의창의성과사고력신장을위한하나의도구로써, 3D 프린터는학교와교실에큰변화를가져올수있을것이다. 3D 프린터를활용하면인쇄물과영상을보는것으로만족해야할자료들이입체화되고학생들이단순히평면적으로그리거나종이나지점토등을이용해입체로제작해서만들어내야하는것들이 3D 프린팅을통해실제와유사한형태의결과물로제작이가능하다. 이러한활동과정에서학생들은상호간협업도할수있고, 고차원적인사고와창의성의신장을할수있다. 예를들어초등학교 4 학년사회과교육과정중등고선에따라종이를활용해지형의모습을나타내는활동에서학생들은이제종이가아니라간단하게지형의모습을입체화된자료를통해등고선이의미하는것과실제로볼수있는 땅의높이 를나타낸입체모형으로쉽고도사실적으로등고선이나타내고있는것을사실적으로인식할수있게된다. 또물체의속력에대해배우는 5학년과학에서는실제로속력을내고움직일수있는자동차모형을 3D 프린터를활용해제작할수도있다. 나. 초등학교에서 3D 프린터의활용방안 구슬이서말이라도꿰어야보배 라는말처럼아무리성능이좋은 3D 프린터가있더라도학교에서활용할수있는방법을모른다고한다면쓸모없는기계에불과하게된다. 또 3D 프린터를통해원하는것을제작해서활용하더라도교육적인효과가없는것을만들어내거나일반적인자료보다효과성을가지지못하는자료를제작할경우도 3D 프린터는쓸모가없어진다. 어떤것을만들어내고그것이교육적인효과를가질수있는것인지를선택하는문제는물론교사의몫이된다. 또한학생들이 3D 프린터를활용해어떤것을만들어낼경우에도단순출력이아닌출력을위한프로그램을다룰수있는능력을가지고있어야 3D 프린터의교육적활용을극대화할수있다. 따라서교육적으로 3D 프린터를활용하기위한방안으로전제되어야할조건은교사가활용방법에대해알고있으며, 그것을학생들에게지도해학생들도알고있어야한다는점이다. 다양한사이트에서제공되는 3D 모델을출력해서사용하는것은별도의문제다. 3D 프린팅을할수있도록제공된자료를프린터 52

60 3D 프린터의이해및교육적활용방안 기종에맞게변환한후출력하는작업들은프로그램에대한지식이없어도가능하지만활용을극대화하기에는부족함이있기때문이다. 앞서언급한내용을토대로정리하자면초등학교에서 3D 프린터를활용할수있는방안은크게세가지정도로요약할수있다. 첫째, 다양한사이트에서제공하는오픈소스를활용해학교교육과정에적합한 3D 형태의모형제작을통해교실수업속에서활용하는방법이다. 둘째, 교사가 3D 프린팅을위한프로그램을활용해교육과정에따른실물자료를제작해수업에활용하는방법이다. 셋째, 학생중심으로 3D 프린터를활용할수있는가장일반적인방법이될수있는것으로프로젝트학습을통해중간이나최종결과물을가상모형이나실제모형으로제작하는방법으로활용하는것이다. 다. 오픈소스를활용한 3D 프린터활용오픈소스를활용한 3D 프린팅에서가장우선적으로고려해봐야할것은 이자료가기존의교육자료보다더효과성을가지고있는것이냐? 이다. 효과성을가진다고할경우에는제작비용에있어서기존자료보다아주높지않은이상별문제가되지않는다. 예를들어한글자음과모음을 3D 프린터로출력을한다고했을때, 제작시간의문제는두번째문제고기성제품보다 3D 프린터로제작한자료가더좋은자료가되어야한다. < 표 Ⅲ-1> 3D 프린팅오픈소스의교육적활용방법 오픈소스형태 활용방법 초등학교저학년의경우에는교사가 3D 프린팅한다양한팽이모양자료를통해놀이활동등을할수있고, 고학년의경우에는어떤팽이가더오래도는지를과학적으로분석해볼수있는자료로활용할수있을것이다. 기어의구성과도르래의원리등에대한자료뿐만아니라바퀴의회전수에대한자료로활용할수있다. 53

61 2014 KERIS 이슈리포트 육지의입체감을가진지구모양을제작해다양한지구관련수업활동에활용할수있으며입체지구에표시를하고각대륙별특징이나나라별소개자료를 QR 코드와표시를연계해학습자료로도활용할수있다. 다양한미니어처자료들은학생들의역할극이나실과, 미술시간에집안디자인이나가구디자인등을위한자료와건축물을만드는활동에활용할수있다. signs/page:1 정이십면체등의정다각형이나입체도형은수학시간에학생들에게구체적인조작물로활용될수있다. ns/page:6 스미소니언 3D 박물관에있는화석이나고대동물의뼈모형등다양한자료를다운받아학생들에게실물과유사한모형자료를제공해수업활동에있어서실제적인지도가가능하도록 3D 프린터로제작해활용할수있다. 영화주인공이나유명한사람들의얼굴모델링소스를활용해 UCC 를제작하거나스토리텔링등의자료로활용할수있다. 54

62 3D 프린터의이해및교육적활용방안 라. 교사의의한수업자료제작을통한 3D 프린터활용 < 표 Ⅲ-2> 수업자료제작을통한 3D 프린터활용방안 학년 교과 단원명학습주제 3D 프린터활용방안 1-1 국어 2. 재미있는낱자 단원도입 한글의자음자를알고순서에맞게쓰기 2. 재미있는낱자 한글의모음자를알고순서에맞게쓰기 2. 재미있는낱자 여러가지낱말에서같은낱자찾기 2. 재미있는낱자 같은낱자가들어간낱말을소리내어읽기 단원정리 2. 재미있는낱자 같은낱자가들어간낱말찾기 3. 글자를만들어요 단원도입 글자의짜임알기 3. 글자를만들어요 받침이없는글자를만들고소리내어읽기 3. 글자를만들어요 글자의짜임을생각하며글자쓰기 3. 글자를만들어요 받침이있는글자를만들고소리내어읽기 3. 글자를만들어요 여러가지낱말만들기 단원정리 3. 글자를만들어요 자음자와모음자로낱말만들기놀이하기 학교나학급의특성에맞게한글자모를재미있는모양으로 3D 프린팅해서수업시간에자료로활용. 3D 프린팅한한글자모자료를가지고학생들이직접조작활동을하면서글자익히기를하는자료로활용. - 한글자모의경우에는일반적으로자료로제작되어나오는형태는유지하되학생들이흥미를가질수있는방법으로재미있게만들어서활용할필요가있음. 5. 느낌이솔솔 ( 국어활동 ) 그림책을읽고역할놀이하기 그림책에나오는주인공을 3D 프린터를이용해만들어학생들이인형놀이를하듯이역할놀이를하는활동을하게함. 1-2 국어 1. 느낌을나누어요 만화영화를보고생각이나느낌말하기 만화영화캐릭터와 1. 느낌을나누어요 그림책을읽고생각이나느낌을친구들과이야기하기 단원정리 그림책에나오는주인공을 3D 프린터를활용해제작한후활용. 2. 바르고정확하게 낱자를합하여여러가지낱말을정확하게쓰기 2. 바르고정확하게 글자의짜임을생각하며바르게쓰기 2. 바르고정확하게 그림에알맞은낱말쓰기 7. 다정하게지내요 단원도입 기분을좋게하는말알기 7. 다정하게지내요 기분을좋게하는말하기 7. 다정하게지내요 이야기에나오는인물이되어듣는사람의기분을좋게하는말하기 3D 프린팅한한글자음과모음을활용해학생들이조작활동자료로활용할수있게함. 학생들이좋아하는캐릭터나학생들의얼굴을활용해기분을나타내는얼굴표정을 3D 프린터로제작한후표정과기분을좋게하는말을연결시켜지도함. 55

63 2014 KERIS 이슈리포트 학년 교과 단원명학습주제 3D 프린터활용방안 9. 생각의날개를펴고 단원도입 옛이야기에대하여알기 1. 9 까지의수 1,2,3,4,5 를알수있어요 까지의수 수의순서를알수있어요. 1. 9까지의수 하나더많은것과하나더적은것을알수있어요. 1. 9까지의수 0을알수있어요 까지의수 이야기마당 - 나의생일 옛이야기주인공을 3D 프린터를활용해만들후수업활동에적용함. 일반적으로제작된숫자자료가아니라수에재미있는의미를담은형태로 3D 프린팅한후기본숫자학습에활용. 1-1 수학 1-2 수학 1. 9 까지의수 6,7,8,9 를알수있어요. 2. 여러가지모양 여러가지모양을찾아보아요. 2. 여러가지모양 여러가지모양을알수있어요. 2. 여러가지모양 같은모양끼리모을수있어요. 2. 여러가지모양 여러가지모양으로만들수있어요. 2. 여러가지모양 공부를잘했는지알아봅시다. 2. 여러가지모양 체험마당 - 모양의 물건을굴려요. 3. 덧셈과뺄셈 단원도입 3. 덧셈과뺄셈 5 만들기놀이를할수있어요. 3. 덧셈과뺄셈 가르기와모으기를할수있어요.(1) 3. 덧셈과뺄셈 가르기와모으기를할수있어요.(2) 2. 여러가지모양 여러가지모양을찾을수있어요. 2. 여러가지모양 여러가지모양을알수있어요. 2. 여러가지모양 같은모양끼리모을수있어요. 2. 여러가지모양 여러가지모양을만들수있어요. 2. 여러가지모양 여러가지모양으로집을꾸밀수있어요. 2. 여러가지모양 공부를잘했는지알아봅시다. 2. 여러가지모양 놀이마당 : 여러가지모양말판놀이 지층과화석단원에서배울내용을알아봅시다. 여러가지모양의지층을관찰하여봅시다. 지층은어떻게만들어지는지알아봅시다. 공, 상자, 원기둥모양등을 3D 프린터로제작하는데각각구분될수있는표시를각인해학생들이같은모양찾기나특성을조작활동을통해알수있도록지도함. 3D 프린팅한숫자를활용해 5 만들기와가르기, 모으기활동을하도록함. 다양한모양을 3D 프린터로제작후학생들이여러모양찾기나같은모양찾기에활용할수있게함. 지층및화석과관련한견본을 3D 프린터를활용해제작후도입활동에활용함. 3-1 과학 2. 지층과화석 지층을이루고있는암석을관찰하여봅시다. 퇴적암이어떻게만들어지는지알아봅시다. 지층을 3D 프린터를활용해제작후색을칠하는등의활동으로지층이만들어지는과정을알수있게하고그과정을통해퇴적암의특징도알게함. 56

64 3D 프린터의이해및교육적활용방안 학년 교과 단원명학습주제 3D 프린터활용방안 여러가지화석을관찰하여봅시다. 화석은어떻게만들어지는지알아봅시다. 화석이이용되는예를알아봅시다. 다양한화석모형을 3D 프린터로제작해수업활동에서간접적으로화석에대해알수있도록함. 5. 도형의합동 합동인두삼각형을보고서로겹쳐지는점, 변, 각을찾아보는활동을통하여대응점, 대응변, 대응각을알게한다. 합동인두삼각형의대응변의길이와대응각의크기를재어보는활동을통하여대응변의길이와대응각의크기가같음을알게한다. 삼각형모형을출력하고표시등을활용해대응점, 대응변, 대응각등을알수있도록지도하는것에활용함. 5. 도형의합동 합동인도형을찾을수있는지확인한다. 합동인두삼각형에서대응점, 대응변, 대응각을찾을수있는지확인한다. 합동인도형을그릴수있는지확인한다 삼각형의합동조건을알고그릴수있는지확인한다. 다양한삼각형을제작한후학생들이서로비교하는활동을통해합동인것을찾게하고합동인도형의특징을찾을수있는조작활동을하게함. 5-1 수학 5. 도형의합동 직사각형을접었을때의여러가지문제를해결하고놀이를통해합동을익히도록한다. 직사각형을 3D 프린터로제작해서수업에활용함. 6. 직육면체와정육면체 우리가생활하는주변에서상자모양을찾아면에대하여알게한다. 면을이해하고모서리를정의한다. 면과모서리를이해하고꼭짓점을정의한다. 직육면체에서면, 모서리를찾도록한다. 상자를이용하여직육면체를이해하게한다. 직육면체모형을활용해면, 모서리등에대해이해할수있도록지도하고, 직육면체의특징에대해알수있도록함. 6. 직육면체와정육면체 직육면체모양의상자를펼치는활동에서직육면체의전개도를이해한다. 직육면체의전개도를그릴때접는부분은점선으로나타내고, 자르는부분은실선으로나타내도록한다. 직육면체를보고전개도를그릴수있게한다. 직육면체의몇가지전개도에서각각의직사각형을입체로출력해조작활동을통해직육면체가될수있는전개도모양을찾거나그릴수있도록함. 5-1 사회 1. 하나된겨레 유물과연표를통해선사시대부터삼국통일과발해건국까지우리역사의흐름을알수있다. 종이형태의띠연대표가아니라좁은직사각형형태의모양으로연도가새겨진입체띠연대표를만들고각시대의대표적사건을종이에쓰거나포스트잇등을활용해활동을하게함. 57

65 2014 KERIS 이슈리포트 학년 교과 단원명학습주제 3D 프린터활용방안 1. 하나된겨레 1. 하나된겨레 1. 하나된겨레 구석기시대의유물과유적을통해당시사람들의생활모습을알수있다. 신석기시대의유물과유적을통해당시사람들의생활모습을알수있다. 청동기시대의유물과유적을통해당시사람들의생활모습을알수있다. 구석기시대의대표적인유물인주먹도끼모양을 3D 프린터로제작해학생들이주먹도끼모형을보고시대적특징이나생활모습등을알수있게함. 신석기시대의대표적인유물인빗살무늬토기, 간석기, 가락바퀴등을제작해신석기시대의특징과생활모습을알수있도록함. 청동기시대의유물모형을통해생활모습을알수있도록함. 선사시대의경우생활모습을알수있는전체적인모형을제작할수있으면수업활동에다양하게활용할수있음. 1. 하나된겨레 2. 다양한문화를꽃피운고려 발해의유물과유적을통해발해사람들의생활모습에대해말할수있다. 고려시대에불교가고려사람들의생활에미친영향을알수있다. 각시대의대표적유물을제작해학생들의역사에대한막연함을없애고간접적으로알수있도록함. 1. 우리의몸 인체모형을만들어볼까요? 5-2 과학 1. 우리의몸 뼈와근육이하는일을알아볼까요? 1. 우리의몸 우리가먹은음식물은어떻게될까요? 1. 우리의몸 자극에대하여우리몸은어떻게반응할까요? 1. 우리의몸 운동과건강한생활에대하여알아볼까요? 1. 우리의몸 우리몸에대하여정리해볼까요? 1. 우리의몸 인체의골격구조를맞추어볼까요? 신체의다양한부분을 3D 프린터를활용해제작한후학생들이모형을통해우리몸에대해좀더쉽게알수있도록활용함. 학생들이제작하는것에는다소한계가있겠지만인체골격구조등도 3D 프린터를활용해제작할수있다면수업에서다양하게활용될수있음. 58

66 3D 프린터의이해및교육적활용방안 학년 교과 단원명학습주제 3D 프린터활용방안 3. 물체의속력 고무동력수레경주하기 3. 물체의속력 운동이란무엇이며, 운동은어떻게나타낼까요? 3. 물체의속력 3. 물체의속력 3. 물체의속력 일정한거리를이동한물체를빠르기는어떻게비교할까요? 일정한시간에이동한물체의빠르기는어떻게비교할까요? 물체의빠르기를속력으로나타내어비교해볼까요? 학생들이빠르게달릴수있는자동차등의몸체를디자인한후 3D 프린터를활용해제작함으로써자동차경주등을하는활동으로프로젝트학습을하는데적합하며학생들이자신이생각하거나디자인한자동차를모형으로실제제작할수있는기쁨을줄수있는단원이라고할수있음. 3. 각기둥과각뿔 여러가지도형을기준에따라분류해보고, 입체도형을이해하게한다. 3. 각기둥과각뿔 여러가지모양의각기둥을만들어보고, 각기둥을이해하게한다. 6-1 수학 3. 각기둥과각뿔 3. 각기둥과각뿔 3. 각기둥과각뿔 여러가지모양의각뿔을만들어보고, 각뿔을이해하게한다. 사각기둥의전개도를여러가지방법으로그릴수있는지확인한다. 각뿔의전개도를이해하고, 여러가지방법으로그려보게한다. 다양한각기둥과각뿔을 3D 프린터로출력한후비교하고특징을살펴보며전개도등도좀더쉽게그리거나찾을수있게할수있음. 3. 각기둥과각뿔 사각기둥의전개도를여러가지방법으로그릴수있는지확인한다. 3. 각기둥과각뿔 사각기둥을잘랐을때생긴두입체도형의전개도를그려보게한다. 6-2 수학 2. 원기둥과원뿔 원기둥알아보기 2. 원기둥과원뿔 원기둥의전개도알아보기 2. 원기둥과원뿔 원뿔알아보기 2. 원기둥과원뿔 회전체알아보기 2. 원기둥과원뿔 회전체의단면알아보기 2. 원기둥과원뿔 단원평가 2. 원기둥과원뿔 탐구활동 원기둥과원뿔단원은다양한각기둥과각뿔을 3D 프린터로출력한후비교하고특징을살펴보며회전체의단면을제작해서학생들이이를직관적으로알수있음. 59

67 2014 KERIS 이슈리포트 마. 프로젝트학습결과물제작을통한 3D 프린터활용 < 표 Ⅲ-3> 프로젝트학습에서의 3D 프린터활용방안 22) 프로젝트제목세부내용해당교과 3D 프린터활용방안 우리가찾은최고의문화재 난너랑생각하는단위가달라 ( 원과원기둥 ) 선사시대최고인기상품선정 우리와관계를맺고있는나라로여행을떠나요! 우리의자랑세계문화유산!! 역사학자가되어보자! - 고구려의문화재를조사해보자. - 백제의문화재를조사해보자. - 신라의문화재를조사해보자. - 원주율이약 3.14 임을구체적인활동을통해설명하라. - 원을잘라끝없이잘라붙인다면? - 원기둥을만들려고한다. 이때사용될종이의양을구한뒤, 원기둥을만들어라. - 여러개의원기둥을만들고, 그속에물을부었을때의양을구하여라. - 구석기 / 신석기 / 청동기시대의생활도구에는무엇이있었습니까? - 각생활도구는어떤용도로사용되었으며, 우리생활에어떤도움을주었습니까? - 각시대별생활도구에서발전된점은무엇입니까? - 우리와관계를맺고있는나라에는어떤곳이있는가? - 우리와관계를맺고있는나라들의자연환경, 생활모습은어떠한가? - 세계문화유산이란무엇을말하는가? - 우리나라의세계문화유산에는어떤것이있을까? - 세계문화유산으로지정된까닭은 ( 우수성, 과학성 )? - 세계문화유산을만들수있는방법은어떤것들이있을까? - 우리나라의세계문화유산을효과적으로홍보하기위한방법에는무엇이있을까? - 역사학자는무슨일을할까? - 선사시대의유물, 유적에는어떠한것들이있는가? - 선사시대사람들은어떻게생활했을까?( 유물을바탕으로 ) 국어, 사회, 수학 사회, 수학, 과학, 실과 국어, 사회, 미술 사회 사회, 미술, 국어 사회, 미술 삼국시대의문화재를알아보고가장우수하다고생각되는것을 3D 프린터로제작하고그것을설명하는자료를만드는활동으로활용. 여러개의원기둥을 3D 프린터로제작한후물을부었을때의양을구하는것을실제로해보는활동에활용. 선사시대의대표적인유물을 3D 프린터를활용해제작해보고보다진화한도구의모양이어떤모습이될수있을지생각한후만들어보는활동. 세계지도형태를 3D 프린터로제작하고각나라의생활모습을알수있는대표적인상품모형도만들어역할극이나프리젠테이션을활용해관계를맺고있는나라에대해설명하기. 우리나라에서세계문화유산으로지정된것이어떤것이있는지살펴보고최고의세계문화유산이라고생각되는것을정한후간단한모형을 3D 프린터로제작해다른사람에게설명하고, 홍보부스의형태도만들어보기. 역사학자가되었다고생각하고선사시대사람들의생활모습을알수있는유물을 3D 프린터로제작하기. 22) retrieved from 60

68 3D 프린터의이해및교육적활용방안 프로젝트제목세부내용해당교과 3D 프린터활용방안 세계속그들처럼 도시를벗어나자! 긴급출동 SOS 지구촌 24 시 - 세계여러나라들의특징조사하기 ( 위치, 기후, 인구, 경제, 문화 ) - 우리나라의대표적인산간, 해안, 평야지역은어느곳이있는가? - 산간, 해안, 평야지역의특징에는어떤것이있을까? - 지형에따라사는사람들의수에는어떤차이가있을까? - 평야지역에사는사람들의수가다른지역보다많은이유는무엇인가? - 지구촌의의미는무엇인가요? - 오늘날지구촌에는어떤문제들이발생하고있나요? - 지구촌문제를해결하기위해세계여러기관과단체에서어떤노력을하고있나요? 사회, 실과, 창체 사회 도덕, 사회 입체화된세계지도를 3D 프린터로제작해수업에활용. 우리나라의산간, 해안, 평야지역의특징에대해살펴보고각지역을나타낼수있는모형을 3D 프린터로제작한후각지형의특성을설명하는형태로활용. 세계지도를 3D 프린터를이용해만든후각대륙이나나라별로발생하고있는문제점을표시하고그것을해결하기위한방안에대해살펴보거나 QR 코드를만들어세계지도에붙이고스캔하면발생하고있는문제점을알수있도록함. 내가유럽에서산다면어디에서살아야할까?! - 유럽에는어떤나라들이있을까? - 유럽여러나라의위치는어디일까? - 유럽여러나라의생활모습은어떠할까? - 유럽여러나라의대표적인문화는무엇이있을까? 사회 유럽지도를 3D 프린터로제작해나라이름을표시하고각나라의대표적인문화재와생활모습을알수있도록표시함. 도전!! 디자인올림픽! - 가구는어떤과정으로만들어지는가? - 목재의종류에는어떤것이있는가? - 목공용공구는어떻게사용할수있는가? 수학, 미술, 실과 자신이원하는형태의가구를디자인한후 3D 프린터를활용해제작하고가구를제작한이유와특징에대해발표함. 미래를보여줘! - 첨단기술이란? - 첨단기술을이용한산업은? - 옛날과오늘날산업의차이점은? 사회 3D 프린터도첨단기술에속하기때문에 3D 프린터를활용해생활속에필요한아이디어제품제작하기. 미래의중심에서다! - 교통, 통신이발달한미래의생활모습은어떨까? - 과학, 기술이발달한미래의생활모습은어떨까? 도덕, 사회, 미술 미래사회에서필요한용품을 3D 프린터로만들고친구들에게설명하기. 내자동차가제일빨라! - 빠르게달릴수있는자동차바퀴모양은어떤모양일까? - 자동차가빠르게달리기위해서는어떤모양으로만들면좋을까? 과학, 미술 빠르게달릴수있는형태의바퀴와동체를가진자동차가어떤형태로만들어져야할지에대해생각하고만들어보기 갯벌은살아있다! - 갯벌은어떻게만들어졌는가? - 갯벌에사는생물은? - 갯벌이주는이로움은? 과학, 창체 갯벌지형의특징과갯벌에서자라는생물을 3D 프린터로제작하고갯벌에대해발표하기. 61

69 2014 KERIS 이슈리포트 프로젝트제목세부내용해당교과 3D 프린터활용방안 나는야! 쇼호스트 - 우리조상들이사용한생활도구는? - 여러가지생활도구의생김새및쓰임새는? - 여러가지생활도구에서찾을수있는아름다운점, 과학적인점은? 사회 우리조상들이생활속에서활용한도구를 3D 프린터로제작, 그과정에서도구의아름다움과과학적인점찾아서발표하기. 문화재올림픽에서따자, 금메달! - 문화재란무엇인가? - 유네스코세계문화유산에등재된문화재와그조건은? - 우리나라의세계문화유산은어떤것이있는가? - 우리나라문화재중세계문화유산에새로등재될만한것과그이유는? 사회 유네스코세계문화유산에대해알아보고등재된세계문화유산이외에등재가가능한우리문화재를찾아모형만들기. 도전!! 세계일류기업 - 시대에따른우리경제의변화모습알아보기 - 세계적으로우수한우리나라의기업또는기술 ( 상품 ) 알아보기 - 세계일류가된기업들의노력알아보기 - 윤리경영으로타의모범이되는기업찾기 사회 우리나라에서자랑할만한기업의대표적인제품을찾아보고 3D 프린터로모형을제작하고모둠활동을통해새로운제품디자인해보기. 무엇에쓰는물건일까? - 사람들이도구를만드는이유는무엇인가? - 옛날과오늘날의도구를조사해보자. - 옛날과오늘날의생활도구의변화모습을알수있는방법은무엇인가? - 생활도구의변화에따라생활모습이달라지는이유는무엇인가? - 오늘날의물건에옛날물건의장점이변형되어이어지고있는것은어떤것이있는가? 사회, 미술 옛날과오늘날의다양한생활도구에대해알아보고미래에꼭필요할도구를디자인한후 3D 프린터를활용해제작하고활용방법설명하기. 박물관이달라졌어요 - 주변에서볼수있는옛물건의이름과쓰임새는? - 지금도사용하는옛물건의좋은점은? - 옛물건에서찾을수있는조상들의슬기로움이담겨있는지금의도구는? 사회, 과학, 미술 갯벌지형의특징과갯벌에서자라는생물을 3D 프린터로제작하고갯벌에대해발표하기. 62

70 3D 프린터의이해및교육적활용방안 바. 초등학교에서의 3D 프린터의활용지도예시 주제명미래의생활용품만들기과목사회 학습목표 도입 전개 과거와미래의생활모습에대해알수있다. 미래에생활용품으로활용될제품을디자인할수있다. 디자인한제품에대해설명할수있다. 과거의생활모습에대해살펴본다. 미래사회에대한동영상을시청한다. 과거에사용했던생활용품들에대해살펴본다. 생활용품중과거와현재에모두사용되는용품이어떤것이있는지알아본다. - 사람들이많이활용하고있는생활용품중, 과거나현재에모두사용하고있는것들에대해알아본다. 예 ) 밥주걱, 그릇, 수저등새로운미래사회에필요한용품들이어떤것이있을지사라진직업과새롭게생긴직업에대해알아본다. - 미래사회에새롭게필요한생활용품에대해모둠활동을통해알아본다. - 모둠활동에서다양한의견이나올수있도록모두참여한다. 3D 프린팅디자인프로그램을활용해미래사회에필요한생활용품을디자인한후출력한다. 만들어진생활용품을친구들앞에서발표한다. 정리다른친구들의발표를듣고평가하고미래의생활용품으로사용될것을전체적으로정리한다. 주제명신석기시대유물만들기과목사회 학습목표도입전개정리 신석기시대사람들의생활모습에대해알수있다. 신석기시대에사용한대표적인유물에대해알수있다. 신석기시대사람들이사용한도구를만들수있다. 신석기시대사람들의생활모습동영상을시청한다. 신석기시대에사용한도구와사용방법에대해알수있다. 신석기시대사람들의생활모습에대해살펴본다. - 구석기시대와다른점을중심으로알아본다. 신석기시대사람들이사용한도구와활용방법에대해살펴본다. - 도구의특징과활용한방법을동영상이나사진자료를활용해알수있도록한다. 모둠활동을통해신석기시대사람들이활용한도구를디자인하고 3D 프린터로제작한다. - 신석기시대에사용된도구를상상해서만들수있도록학생들에게폭넓게디자인할수있도록한다. 3D 프린팅으로제작한신석기시대의도구에대해어떻게활용했을지에대해발표한다. 신석기시대의다양한도구들에대한발표를듣고신석기시대생활모습을정리하고도구들의사용방법에대해다시살펴본다. 63

71 2014 KERIS 이슈리포트 사. 초등학교에서의 3D 프린터의활용세부지도안예시 3D 프린터는초등학교에서교사와학생의창의적인아이디어를통해다양하게활용될수있다. 3D 프린터활용을통해이전에는불가능했거나어려웠던교사의수업자료제작이나프로젝트학습과정의실제적인모형제작이가능해졌다. 예를들어, 자동차모형을직접만들어물체의속력을학습한다거나과거에는평면에디자인했던운동화나종이상자등기타재료를활용해만든 내가살고싶은집 모양을실제모형에가깝게출력해낼수도있다. 또학생들이발명품만들기대회에참여할때종이에아이디어를만들어낸제품을실제로제작을해야하는경우상당히어려움을겪으면서만들어오는경우가많은데 3D 프린터를활용하면이런어려움도상당히많이없앨수있을것이다. 이처럼 3D 프린터는구입비용이상대적으로비싸고, 활용을위해서는사전소프트웨어교육등이필요하지만하루가다르게변화하는세상에서 3D 프린터는학생들에게새로운경험은물론산출물을실제모형으로만들어내는과정을통한협업과문제해결력, 창의성신장에큰도움을줄수있다. 뿐만아니라수업속에서다소실제적인자료를만들기가어려웠던것들을직접제작할수있는환경을만들어주는도구가될수있다. 그러면 3D 프린터가수업에서어떤형태로활용이가능한지에대해사회와미술교과를연계한수업활동예시를통해살펴보도록하자. 64

72 3D 프린터의이해및교육적활용방안 [ 교수학습안 ] 우리지역의특징을살린캐릭터만들기 1. 본수업의의도 본수업은 4 학년학생들이자신이살고있는지역을나타내는상징물을찾아보는활동을통해지방자치단체에대한관심을가지게함은물론살고있는지역의특징을상징물을통해살펴볼수있는기회를제공하기위해설계되었다. 학생들은모둠활동을통해살고있는지역의상징물을찾아내고상징물이담고있는의미나지역에서그런상징물을정한까닭에대해살펴보는시간을가진다. 그후, 자신들이생각하는지역의캐릭터나상징물을미술시간을활용해추가적으로디자인하고컴퓨터를활용해실제모양으로만든후 3D 프린터로제작하는과정으로수업을진행한다. 이런과정을통해학생들은협업을통한자료탐색및수집, 해석능력을가지게되고새로운것을제작하는활동을통해컴퓨터프로그램활용능력및창의성을향상시킬수있으며평면적인것을실제모형으로제작하는과정에서성취감과희열을느낄수있게될것이다. 본수업에서 3D 프린터는수업활동을지원하는하나의도구적역할을할뿐이나 3D 프린터가없는환경에서는불가능했던활동을가능하게함으로써학생들에게새로운경험과함께평면적사고를입체화시킬수있는가능성을열어준다. 2. 수업에서디바이스활용 본수업은컴퓨터실에서진행을하거나지역의상징물을탐색하는활동들은학생들의개인스마트폰활용을통해진행하고, 학생 1 인당 1 스마트패드활용이가능한환경에서는교실에서진행도가능하다. 3D 프린터를활용해학생들이최종적으로디자인한지역의캐릭터등을만드는데걸리는시간이다소많이소요되기때문에학생들의협업능력을향상시키기위해모둠별로자료탐색과제작활동이이뤄져야한다. 3. 학습구조 4. 본시수업에서학생활동 활용요소활동모습활용법 스마트폰 BYOD 형태로학생들에게개인스마트폰을활용해지역의상징물을탐색 탐색한내용을모둠별로정리하기 정리한내용을바탕으로지역의상징물에대해살펴보고지역의특징알기 65

73 2014 KERIS 이슈리포트 스마트패드 스마트기기를활용해지역의상징물을탐색 탐색한내용을모둠별로정리하기 정리한내용을바탕으로지역의상징물에대해살펴보고지역의특징알기 기본스케치 상징물이나캐릭터를협업을통해선정하기 미술시간을활용해캐릭터나상징물그리기 3D 프린터 3D 프린팅을위한소프트웨어를활용해선정된지역의상징물이나캐릭터만들기 3D 프린터를활용해입체로출력하기 제작된지역의상징물홍보하기 5. 기존수업활동과의차이점 4 학년사회과수업에서지방자치단체의상징물을알아보는내용은인터넷을활용해서지방자치단체의상징물을알아보고책에간단하게그림으로나타내는수업으로진행된다. 하지만미술과에서디자인과 컴퓨터로그림그리기 를연계하면학생들이지역의상징물을통해지역의특성도알게하고자신들이직접지역의특징을나타내는캐릭터를만들수있다. 이런과정을통해최종적으로산출된캐릭터를소개하면교과연계는물론학생들의협업능력과사고력향상에도도움이되는방법으로진행된다. 동기유발 학습문제확인 기존학습형태 학습주제파악 학습내용탐색 학습활동순서 정보수집 자료수집사전예습자료나컴퓨터실활용 3D 프린터활용학습형태 학습주제파악 동기유발 - 이전시간에배운내용에대한전시학습상기를통한흥미유발 학습문제확인 - 최종산출물을 3D 프린터제작한다는것을안내 학습내용탐색 학습활동순서 - 스마트폰, 스마트디바이스를활용한자료탐색및협업을통한정리 정보수집 자료수집 - 스마트디바이스를활용해지역의상징물에대해조사하기 - 상징물의의미와지역상징물의특징살펴보기 66

74 3D 프린터의이해및교육적활용방안 자료정리 자료정리 - 조사한내용을토대로모둠활동을통해지역의상징물과특징정리하기조사한내용을토대로도시의특징과문제점에대해발표자료만들기 발표및정리 알게된점등공유 교과연계및확장 미술수업시간연계 - 모둠활동을통해지역을나타내는캐릭터만들기 - 3D 프린터프로그램활용을통한캐릭터만들기 교실수업확장하기 - 제작한캐릭터를지방자치단체에소개하기 - 학교나지역사회에소개하는활동하기 6. 차시수업계획 학년 교과 주제 차시 사회 상징물을사용하는까닭알아보기 1/8 지역의특징과상징물의관계알아보기 2/8 4 사회, 미술우리지역의상징물만들어보기 ( 디자인하기 ) 3/8 미술우리지역의캐릭터디자인하기 4-5/8 미술 3D 프린터프로그램으로우리지역캐릭터디자인하기 6-7/8 사회 새롭게만든우리지역캐릭터홍보및평가받기 8/8 7. 교수학습의개요 단원명 학습주제 3. 지역사회의발전 5. 톡톡튀는아이디어지역의상징물을살펴보고새로운지역캐릭터만들기 일시 ****.**.** 장소교실및컴퓨터실 교실환경 교사 1PC, 1 스마트패드환경, 학생 1 인당 1 스마트폰 학습목표우리지역의상징물을살펴보고새로운캐릭터를제작하고홍보하는활동을할수있다. 문제해결학습모형적용전략 교수 학습전략 수업설계및학생활동 동기유발 수업전 수업중 교사는디즈니캐릭터나학생들이잘알고있는캐릭터소스를찾아 3D 프린터로출력한다. 배트맨의경우에는 3D 프린터소스가있기때문에마땅한캐릭터소스를찾지못할경우배트맨을출력한다. 학생은우리지역지방자치단체홈페이지에접속해서다양한자료들을살펴본다. 다른지역의상징물과겨울왕국등학생들이잘알고있는애니메이션을활용해동기유발을한후사전에 3D 프린터로제작한캐릭터를보여주고학생들이최종산출물로제작하게될것이라는것을알려준다. 정보수집수업중 자료정리수업중 개인스마트폰이나학교디바이스를활용해우리지역의상징물에대해탐색하고, 각각의상징물이의미하고있는것이무엇인지살펴본다. 찾은자료를활용해우리지역의상징물을설명하고, 지역의특징에대해발표할수있도록자료를정리한다. 67

75 2014 KERIS 이슈리포트 문제해결수업중 우리지역의특징을토대로지역을상징할수있는새로운캐릭터를모둠활동을통해디자인하고 3D 프린터를활용해제작한다. 생활적용 수업후 제작된캐릭터를지방자치단체와지역사회, 학교등에홍보하는활동을한다. 어느모둠에서만든캐릭터가가장좋은지에대한설문조사등을하는활동도병행한다. 학습촉진 준비물 예습적과제 SMART 학습준비물 지방자치단체홈페이지자료 PowerPoint 자료 인터넷검색자료 3D 프린팅을위한프로그램 지방자치단체홈페이지둘러보기 학습준비물 네임펜, 색연필등캐릭터평면디자인재료 활용자료 응용프로그램 멀티미디어자료 조작자료 스마트교육방법 스마트디바이스 3D 프린터 8. 교수학습과정안 과정 ( 분 ) 중심활동교수 - 학습활동 문제파악 (3 ) 전시학습상기 T. 지난시간에소수자의권리보호에대해서배웠는데소수자는어떤사람들이포함이된다고했는지말해봅시다. -S1. 외국인노동자입니다. -S2. 다문화가족입니다. -S3. 탈북자 ( 새터민 ) 들입니다. 자료및유의점 ( ) 동기유발 (5 ) 동기유발하기 T. 잘알고있군요. 그러면이번시간에는어떤것을배울지선생님이보여주는동영상을봅시다. T. 동영상을보니어떤내용을배울것이라고생각하나요? -S1. 만화에대해배울것같습니다. -S2. 지방자치단체에대해배울것같습니다. T. 잘말했습니다. 그러면선생님이들고있는것을한번봅시다. 무엇일까요? -S1. 사람얼굴처럼보입니다. -S2. 배트맨입니다. T. 맞습니다. 배트맨의얼굴입니다. 이렇게영화나만화또는어떤것을잘나타내는주인공을디자인한것을무엇이라고하나요? -S1. 피규어라고합니다. -S2. 캐릭터라고합니다. T. 그렇습니다. 캐릭터라고하지요. 이번시간에는우리지역의상징물에대해서살펴보고우리지역의특징도알아보고여러분이새롭게우리지역을대표할수있는캐릭터를제작해보도록하겠습니다. 3D 프린터로여러분이생각한캐릭터를모형으로직접만들것이랍니다. 애니메이션동영상을활용해어떤내용을배울지에대해생각하게한다. 지방자치단체홍보동영상을보여준다. 무엇에대하여공부할지생각해보고학생스스로찾을수있도록한다. 3D 프린터로제작한캐릭터를 68

76 3D 프린터의이해및교육적활용방안 학습문제파악 (2 ) 학습안내 (2 ) 학습문제확인하기 활동안내 < 학습문제 > 우리지역의상징물에찾고지역의특징에대해알아보고지역을알리는캐릭터를만들어봅시다. < 활동 1> 우리학교와지역의상징물에대해조사하기 < 활동 2> 조사한내용정리후우리지역의특징발표자료만들기 < 활동 3> 모둠활동을통해새로운캐릭터디자인하기 < 활동 4> 3D 프린터프로그램을활용해새로운캐릭터디자인후출력하기 < 활동 5> 제작한우리지역캐릭터홍보및평가받기 보여준다. 캐릭터가작아서안보일수있으니실물화상기를활용해서제시한다. 정보수집 (25 ) 활동 1 우리학교와지역의상징물조사하기 T. 이번수업은미술수업과연계해서진행이됩니다. 우선스마트기기를활용해우리학교의상징물이어떤것이있는지살펴봅시다. -SS. 우리학교의상징물을인터넷을활용해살펴본다. T. 우리학교도그렇지만대부분의학교는교표, 교화, 교목등을정해서상징물로활용하고있습니다. 우리학교의교목, 교표, 교화는어떤것이며의미하는것은무엇인가요? -S1. 우리학교교화는철쭉입니다. 창의와인성을꽃잎이나타내는의미라고합니다. -S2. 교목은계수나무인데계수나무의하트모양잎모양은배려와사랑을의미한다고합니다. -S3. 교표는계수나무와달모양을나타내고있습니다. 그래서달과같이세상을밝게만드는사람이되어라는의미를담고있습니다. T. 모두잘발표했습니다. 그럼이번에는우리지역지방자치단체의상징물에대해서조사해봅시다. -SS. 인터넷을활용해지방자치단체의상징물에대해조사한다. -SS. 조사한자료는모둠별로정리하면서한다. T. 조사는모두했습니까? 선생님이미리우리지역시청에근무하시는분께부탁을해서영상통화약속을잡았습니다. 영상통화를해보겠습니다. 궁금한것이있으면여쭤봅시다. -S1. 우리지역의상징물은어떻게만들어졌나요? -S2. 우리지역의상징물을바꿀수도있는가요? T2. 우리지역의상징물은지방자치단체에서공모를해서만드는것이대부분이고우리지역의특징을잘나타낼수있어야합니다. 그리고서울특별시의경우에도상징물을변경했듯이다른지방자치단체들도상징물을변경할수있습니다. T. 예, 주무관님감사합니다. 설명잘들었습니까? 그럼조사한내용을정리해서발표자료를만들도록합시다. -SS. 모둠별로자료를정리해발표자료를제작한다. ppt 프로그램으로학습문제를제시하고학습활동을안내한다. 스마트기기나개인스마트폰을활용해서검색한다. 잘찾지못하는모둠의경우에는지방자치단체홈페이지를살펴볼것을안내한다. 스카이프를이용해지방자치단체에근무하시는분과화상통화를한다. 69

77 2014 KERIS 이슈리포트 자료정리 (25 ) 학습내용공유 (18 ) 활동 2 우리지역의상징물자료정리하기발표하기 T. 정리한내용을발표해봅시다. -SS. 모둠별로조사한내용을다른학생들이알수있도록발표한다. T. 모두발표잘했습니다. 우리지역도마찬가지지만다른지방자치단체에서도상징물을만들어서활용합니다. 상징물을만드는이유는여러가지가있지만가장중요한것은상징물을통해그지역을더잘알릴수가있기때문입니다. 우리가애니메이션에등장하는캐릭터를보면동물을생각할수도있지만보통그것을만든사람이나회사를떠올리게됩니다. T. 선생님이보여주는자료를같이보도록합니다. 어떤제품들이재미있나요? -S1. 커피컵에쿠키를담을수있도록만들어준것이기억에납니다. -S2. 양변기와세면대를같이붙여놓은것도재미있습니다. -S3. 캐릭터를활용한다양한제품들이좋아보였습니다. T. 잘찾았습니다. 여러분도디자이너가될수있습니다. 이번에는모둠에서협의해서우리지역의특징을잘나타낼수있는캐릭터를디자인해봅시다. 캐릭터는복잡한것보다간단하게만드는것이좋습니다. -SS. 모둠별로우리지역을잘나타낼수있는캐릭터를디자인한다. ppt 로생활속아이디어제품을보여준다. 확장하기 1 (60 ) 활동 3 캐릭터디자인활동 T. 모둠별로디자인한캐릭터를소개해봅시다. -SS. 디자인한것을이유와함께담고있는의미를모둠별로소개한다. 활동공유 (20 ) 확장하기 2 (80 ) 학습정리및차시예고 (2 ) 활동 4 우리지역을대표할새로운캐릭터만들기 학습정리 T. 우리지역을잘나타낼수있는평면에디자인된캐릭터를 3D 프린터그래픽프로그램을활용해 3D 캐릭터로제작해봅시다. -SS. 3D 프린터그래픽프로그램을활용해모둠별로디자인한캐릭터를기본으로각자 3D 형태로만들어본다. T. 모두디자인을완성했습니까? 완성된캐릭터를 3D 프린터를활용해만드려면시간이많이필요하기때문에완성된것은다음시간에전해주도록하겠습니다. 다음시간에는여러분이만든캐릭터를가지고어떻게홍보할것인지를모둠활동을통해결정하는시간으로진행하겠습니다. 수고했습니다. 그래픽프로그램 기능이학생마다다르고세부적인묘사는힘들기때문에쉬운프로그램을활용해대강의모양을만들수있도록지도한다. 출력은시간이많이소요되기때문에교사가방과후에한다. 70

78 3D 프린터의이해및교육적활용방안 2. 중등과정에서의활용방안가. 중등학교에서의 3D 프린터활용평소학생들과교과서의사진이나인터넷의동영상등의멀티미디어로수업을하면서늘조금부족한점을느낀것은학생들이직접어떤개체를손으로만지거나느껴볼수없다는것이다. 하지만 2012년이후 3D 프린터의제작비용이낮아지면서다양한분야에서활용할수있는기회가확산되고대중적으로다가오면서학교에도도입을한다면활용할수있는곳이많으리라생각되었다. 그러면교과별담당교사에의해수업이진행되는중등학교에서는이런최첨단기기증하나인 3D 프린터를어떻게활용할수있을지방안을살펴보자. 첫째, 수학교과에서기하와벡터등의수업시간에는공간및도형에대한학생들의이해가필요하다. 이를위해실제모형을활용한수업이진행되는데비싼교구를구입하여한두시간만활용하는것은비효율적이다. 3D 프린터를활용하여교구를직접제작한다면비용적인비효율문제를해결할수있을것이다. < 표 Ⅲ-4> 수학교과에서 3D 프린터의활용방법 수학교과 활용방법 플라스틱빨대를이용하여입체도형을만들때사용되는간단한프레임을설계하고이를 3D 프린터로출력한다면 5-6 명이모여모둠활동을하거나혹은거대한입체도형을만들고자할때는한반의학생이입체도형을만든다면제대로된학습활동이될것이다. _set 수학능력이조금뒤처지는학생들을위해서는소마퍼즐을활용하여다양한입체도형을만들어봄으로써도형에대한이해가높일수있다. 더나아가교사가제시한퍼즐이외에자신이직접소마퍼즐을디자인하여입체도형을완성해본다면창의성을자연스레길러질수있는것이다. 71

79 2014 KERIS 이슈리포트 둘째, 과학교과의경우교과서에나오는정형화된실험이아닌이상꼭맞는실험기구를구하는것이어려우며구하게되더라도비용적인문제가발생한다. 그러나 3D 프린터를활용하여실험에필요한기구를설계하고출력한다면저비용으로높은학습효과를기대할수있다. < 표 Ⅲ-5> 과학교과에서 3D 프린터의활용방법 과학교과 활용방법 세포나바이러스, 복잡한분자구조를가진화합물을사진으로보기보다직접모델링해보고이를 3D 프린터로만들어볼수있다면학생들의흥미와수업에대한몰입은지금보다한층증가할것이다. olecule-42 건축에관심이있는학생은고대에서현대까지유명한건축물의 3D 모형을보고이를바탕으로직접설계한건축물의실제모형을 3D 프린터로출력하여작은마을을만들어보는프로젝트를진행할수도있을것이다. 셋째, 지리교과에서는실제여러가지상황으로가서볼수없는지역의지형을 3D 프린터로출력한다면, 직접지형을보면서교과서의내용을확인해볼수있을것이다. < 표 Ⅲ-6> 지리교과에서 3D 프린터의활용방법 지리교과 활용방법 국토교통부의 V World 지도서비스로독도의가상입체지도를보여줄수는있지만공간지각력이다소부족한학생은이과정도힘들수있다. 만약학생앞에 3D 프린터로출력된축소모형이있다면현실세계와같은감각으로바라볼수있기때문에지형적위치를잘파악할것이다. 72

80 3D 프린터의이해및교육적활용방안 넷째, 역사교과에서는역사적으로의의가있는유물이나문화재의 3D 버전을인쇄해보거나, 이를직접발굴해볼수있는체험활동도가능할것이며이를통해고고학자나문화재와관련된직업을직접체험해보고자신의미래를탐색할수도있을것이다. < 표 Ⅲ-7> 역사교과에서 3D 프린터의활용방법 역사교과 활용방법 일제강점기에도굴되어오쿠라쿨렉션으로전시되고있으며아직반환이되지않고있는가야사대의금동관모를소재로 3D 프린팅된모형을발굴하는체험을통해문화재의중요성을상기시키고발굴된문화재의크기를실측하는등간접적인고고학자의직업체험을할수있는기회를제공할것이다. a-crown-of-korea/ 다섯째, 음악교과에서는호루라기, 피리, 오카리나등의비교적간단히만들어볼수있는악기를 3D 모델링프로그램으로설계하고출력하여악기를완성하고여러친구들과같이연주하는시간을가질수있다. 기존만들어진악기가아니라학생들은새로운악기를만들수도있고자신만의악기제작을통해음악적인감성도키울수있게된다. 하지만앞서언급한것들을실천하기위해서는기술적인상황을고려하지않을수없다. 현재학교에서구입하여활용가능한범위의 3D 프린터의경우출력속도가한시간의수업안에서설계하고이를출력하기에는너무느리기때문에블록수업이나중학교의자유학기제와같이교육과정을운영하면좀더효율적인 3D 프린터활용이가능하다. 또한교사가수업에활용할수있도록 3D 프린터를교구로구입할수있는예산지원도필요하다. 73

81 2014 KERIS 이슈리포트 나. 중등학교에서 3D 프린터의활용지도예시 주제명화석발굴 -1 과목과학 학습목표도입전개정리 40 억년의비밀 을감상하고생명과화석의관계를알수있다. 가상화석박물관을방문하여화석에대해이해할수있다. 발굴시유의사항을확인하며화석을발굴할수있다. EBS 다큐프라임생명, 40 억년의비밀동영상을감상하고살아남기위한본능과진화, 그리고멸종등화석으로남은지구의역사를되짚어본다. 1. 가상화석발물관을방문하여지질시대화석, 공룡, 패류화석의정보를수집한다. 2. Kisti 가상화석박물관 : 3. 과학동아의 안녕, 코리아노사우르스 편을보고정보수집한다. 4. 고성공룡박물관에접속하여공룡화석에대한정보를수집하고가상박물관에접속하여박물관내부를체험한다. 5. 고성공룡가상박물관 : 6. 화석을발굴조사시유의해야할사항을안내한다. 7. 학생들은교사의안내에따라화석을탐사할화석탐사단을모둠으로조직한다. 8. 교사는 3D 프린터를이용하여학생들이발굴할화석을프린트하여학교내운동장에미리화석을준비한다. 9. 화석발굴장소로이동하여모둠별로발굴도구를이용하여주의를기울이며발굴체험을한다. 발굴된화석을상자에담아잘정리한다. 학습지에발견된화석을스케치한다. 발굴장비를모둠별로잘정리한다. 주제명화석발굴 -2 과목과학 학습목표 도입 전개 발굴된화석을연대별로구별할수있다. 화석을통해지구의역사를알수있다. 발굴한화석을전시하여방문자에게설명할수있다. 3D 프린터로출력된삼엽충, 암모나이트, 불가사리, 양치식물, 성게, 티라노사우루스등지난시간에모둠별로발굴한화석을살펴본다. 10. 교사는화석과관련된직업 ( 고생물학자, 지질학자 ) 에대해설명하고학생들의이해를돕는다. 11. 가상화석박물관의화석과비교한다. 12. 각연대별로발굴한화석을구분하여정리한다. 13. 모둠별로발굴한화석을시대별로정리하여파워포인트를이용하여발표한다. 14. 모둠별로박물관입장권, 포스터, 안내표지를꾸미도록역할을분담하여협력학습을통해의사소통능력을기른다. 15. 실제전시를하면서박물관의큐레이터나도슨트의역할을수행하며실생활과연관된학습을하게한다 정리발굴한화석을정리하고학습지의모둠별성찰을통해학습한내용을되돌아본다. 74

82 3D 프린터의이해및교육적활용방안 주제명악기제작과목음악 학습목표 도입 3D 프린터로오카리나를제작할수있다. 제작된오카리나로연주를할수있다. 오카리나로연주하는겨울왕국 OST 를들어보고, 오카리나의맑은소리를감상하고 3D 프린터로오카리나를만들어보도록동기부여를한다 오카리나의발성원리를인터넷검색을통하여찾아보게한다. 2. 검색된내용은에버노트나원노트에정리한다. 3. 에버노트나원노트에정리된내용은클래스팅이나밴드등의소셜네트워크를이용하여주소를공유하도록안내한다. 4. 3D 프린터로제작할수있는오카리나의종류에대해안내하고자신이연주할곡에알맞은 3D 모델링을고른다. 오카리나가어려운학생에게는호루라기를제작할수있도록안내한다. 전개 5. 완성된오카리나로 언제나몇번이라도 (Always with me) 를 1 소절을연습하고연주해본다. 정리 오카리나의발성원리와종류에대해 Pingpong 앱으로형성평가를하고마무리한다. 75

83 2014 KERIS 이슈리포트 주제명미래의명함만들기 - 1 과목진로와직업 학습목표나의특성을알아보고자신의꿈을담은미래의명함을디자인할수있다. 도입 전개 정리 자신의꿈을이룬박지성의동영상을보고자신이잘하는점은무엇이고, 좋아하는것은무엇인지고민해본다. 1. 진로를결정할때알아야할특성에대해안내한다. - 적성, 흥미, 성격을고려해야한다. 2. 자신의흥미를알아보기위해흥미검사를실시한다. - 커리어넷직업흥미검사 검사결과안내하기 - 현실형 : 기계기술, 사회안전, 농림 - 탐구형 : 과학연구 - 예술형 : 음악, 미술, 문학 - 진취형 : 관리경영, 언론, 판매 - 관습형 : 사무회계 4. 나의미래명함디자인하기 - 자신의흥미와적성에맞는자신의미래의직업을정하여 20 년후나의미래명함을만들어본다. - 명함에넣을자신을홍보하는문구를만들어본다. 5. 새롭게알게된자신의흥미를소개하고디지인한명함을친구들에게소개한다. 다음차시에자신이디자인한명함과문구를 3D 프린터로제작함을예고하고성공경험을가질수있도록격려한다. 주제명미래의명함만들기 - 2 과목진로와직업 학습목표도입전개정리 나의미래명함을기존의모델링파일을활용하여 3D 프린터로디자인할수있다. 디자인된명함에자신을소개하는문구를삽입할수있다. 기존에존재하는다양한입체명함을소개하고자신을홍보하는다양한방법에대해소개한다. 자신을홍보하는문구와잘디자인된명함은친구들의의견을받아실제로 3D 프린터로출력할수있음을안내하고학생들의흥미를이끌어낸다. 6. 이전차시에서디자인한명함을 123D 프로그램을이용하여기본적인사각형프레임에몇가지도형을삽입하여디자인할수있도록안내한다. 7. 사각형프레임과도형을합쳐모델링하는방법을설명하고각자의명함을제작할수있도록안내한다. 8. 만들어진명함에자신을홍보할수있는문구를넣을수있도록안내한다. 9. 크기가클경우시간이오래걸리므로교사가준비한명함의도형의크기를크게벗어나지않도록안내한다. 10. 자신이디자인한명함을친구들에게소개하고, 입력한홍보문구를자신의미래직업을홍보하는발표를한다. 11. 친구들의의견을소크라티브나핑퐁앱을통해설문조사를하고득표를많이한학생을선정한다 년후자신이원하는직업을위해서열심히노력하는자신의모습을생각하며자기효능감이높아질수있도록격려한다. 76

84 3D 프린터의이해및교육적활용방안 주제명미래의명함만들기 - 3 과목진로와직업 학습목표앞을보지못하는시각장애인을위한점자명함을만들수있다. 도입 시각장애인을위한 6 개의점으로이루어진점자를자신의미래명함에새김으로서장애인과비장애인이함께살아가는공감대를이룰수있다는점을알려준다. 1. 점자는지면위에도드라진점을손가락으로만져서읽는맹인용문자임을설명한다. 2. 점자는 6 점 ( 세로로 3 점, 가로로 2 점 ) 으로구성되며, 이여섯개의점을조합하여 64 개의점형이구성됨을설명한다. 전개 3. 포털사이트에서점자표를확인하고자신의홍보문구를점자로바꾸어보도록한다. 4. 완성된점자를이전차시에서완성한명함에점을새기도록한다. 5. 완성된명함을 3D 프린터로출력하여출력물을확인한다. 정리 시각장애인과비장애인들이이름이라는소통할수있는작은활동을통해공동체의식을느낄수있도록환기시킨다. 주제명독도의지리적위치과목사회 ( 지리 ) 학습목표도입전개정리 모둠별로출력된모형에독도의명칭을적을수있다. 독도의지리적측면에서이해할수있다. 우편번호 를학생들에게제시하면서어디에위치한지역인지발문하면서독도학습에대한동기를유발한다. 일본의지속적인독도영유권주장에대한동영상을학생들에게제시하고일본의독도침탈야욕의심각성을일으킨다. 1. 모둠별로스마트패드를나누어주고구글어스를사용하여독도의지리적위치를살펴보게안내한다. 2. 독도의지리및지질을담고있는백과사전페이지를 QR 코드로안내하고학생들이조사할수있도록한다. 3. 국토교통부의 V World 지도서비스를이용한독도의 3D 입체지도를학생들에게보여주고, 이를통해동도와서도, 한반도바위, 독도주민숙소, 군함바위, 천장굴등의위치를자세하게살펴보도록안내한다. 4. 스마트패드에설치된독도라이브어플리케이션으로독도의현재모습을실시간영상으로확인하도록안내한다. 5. 모둠별로준비된독도 3D 모형에독도의지리적명칭을적을수있도록안내한다. - 명칭을모르는학생은국토교통부의 V World 지도서비스를찾아볼수있도록안내한다. 6. 모둠별활동을완료한모둠부터독도라이브어플리케이션의사이버독도주민증을만들수있도록안내하고, 네이버밴드나클래스팅등의 SNS 에자신이독도의주민이된것을알리도록안내한다. 오늘학습한독도의지리적측면에대한내용을정리한후, 독도에대한이해를높이고, 일본의독도야욕을지키는방법이지속적인관심임을환기시킨다. 77

85 2014 KERIS 이슈리포트 주제명문화재발굴체험과목사회 ( 역사 ) 학습목표 도입 전개 3D 프린터로출력된문화재유물발굴을체험한다. 발굴된문화재유물을복원하고유물을실측, 기록할수있다. 우리나라에아직반환되지않고있는창녕의금동관모를소재로하는역사스페셜 창녕의금동관모는왜일본의국보가되었나 편을소개하고문화재의중요성을상기시킨다. 1. 우리나라역사에서가야가지니는역사적의의를학생들에게설명한다. 2. 학생들의스마트기기로가야역사에대한안내자료를 QR 코드로검색할수있도록안내한다 학생들이발굴체험할가야의장신구에대해자료를수집할수있도록자료를 QR 코드로안내한다 모둠별로발굴체험을할수있도록안내한다. - 발굴할유물은창녕에서출토된배화가야의금관모형임을안내한다 일제강점기때도굴되어현재오쿠라쿨렉션으로전시되고있으며, 아직반환이되지않고있음을안내한다. 5. 발굴에성공한모둠은금관의유물을붓등의발굴도구로복원하며, 발굴하는동안모둠의활동모습을촬영하여밴드나클래스팅에올리도록한다. 6. 금관의크기를실측하고발견된모습을촬영하고, 모양을학습지에기록할수있도록한다. 정리가야의역사적의의와가야문화가일본에미친영향을정리한다. 주제명 DNA 로풀어보는유전암호과목과학 ( 생물 ) 학습목표 도입 전개 유전물질인 DNA 의구조와역사에대해설명할수있다. 3D 프린트된 DNA 를보고 DNA 가유전정보를나타내는방법을이해할수있다. 쥬라기공원 의일부를시청하고 DNA 에담긴정보가어떻게공룡을부활시킬수있는지에대해생각해보고이야기해본다. 1. 염색체, DNA, 유전자의관계성을관련지어 DNA 의구조 를이야기함으로써학생들의생각을확장시킨다. 2. DNA 구조를발견한역사적배경에대해설명하고학생들이인터넷의자료를검색할수있도록 QR 코드를제공한다 당 : 인산 : 염기가 1:1:1 로구성된뉴클레오티드가 DNA 의기본단위임을설명하고 DNA 의구조가사다리가꼬인이중나선구조임을알도록한다. 4. 3D 프린트된 DNA 를모둠별로제시하고이중나선구조에서사다리양옆의긴축은각각뉴클레오티드의당과인산의반복적인결합이고, 사다리안으로는염기들간의약한결합임을설명하고 3D 모형을확인한다. 5. 3D 모형을자세하게관찰하도록안내한후, 실험재료를통해 DNA 의이중나선구조를만들어보도록안내한다. 6. 모둠별로 DNA 모형이잘만들어졌는지확인하고, 학습지의평가문항에답하도록안내한다. - 정리 DNA 의구조와유전적핵심적인의미를간단하게요약정리해본다. 78

86 3D 프린터의이해및교육적활용방안 주제명소마큐브를이용한체험수학 - 1 과목수학 학습목표 도입 소마큐브를이용하여 3*3*3 정육면체를만들수있다. 소마큐브의특성을이용하여제시한도형으로만들수있다. 제시한도형이외에새로운도형을만들수있다. 소마큐브로창의성을함양할수있음을설명하고소마큐브의유래와효과에대해안내하여학생들의흥미를높인다. 1. 소마큐브의개념에대해설명한다. 전개 2. 준비된소마 3D 모형으로 3*3*3 정육면체를만들어본다. 3. 정육면체를완성한모둠에게는다른도형을제시하여도형을완성해보도록한다. 4. 교사가제시한도형을완성한모둠이나흥미를잃은학생에게는학생들이직접독창적인모양을만들도록안내한다. - 정리 각기다른개수의소마큐브로만들수있는입체모형이다양함을안내하고창의력과문제해결력이길러짐을강조하고정리한다. 주제명소마큐브를이용한체험수학 - 2 과목수학 학습목표정육면체를만들수있는다양한모양의소마큐브 6 개를 3D 프린터로출력할수있다. 도입 전시학습에서배운소마큐브를이용하여정육면체만들기및다양한입체도형을만들수있음을상기시키고, 다른형태의소마큐브도정육면체를만들수있음을안내한다. 1. 학습지에정육면체를제시하고다른형태의소마큐브를제작할수있도록안내한다. 2. 전시학습시사용했던소마큐브를모둠별로나누어주고, 모둠별로새로운형태의큐브를디자인하도록격려한다. 3. 큐브디자인에시간이많이걸릴경우, 몇가지유형의소마큐브를제시하고모둠내에서검증토록한다. 전개 4. 완성된스케치를 3D 프로그램에서 3D 모델링프로그램으로모델링하도록안내하고, 완성된모둠은 3D 프린터로출력하여완성하도록한다. 정리 퍼즐을처음맞출때는다중지능이론에따라능력의차이가나지만, 블록을맞추는과정을반복함으로써감각이생기고, 맞추는속도도빨라져, 창의력과공간지각력, 추론능력이향상됨을환기시키며정리한다. 79

87 2014 KERIS 이슈리포트 주제명콘서트홀제작과목수학 학습목표 도입 여러가지돔의모양과특징에대해설명할수있다. 지오데식돔의모서리개수를말할수있다. 3D 프레임을이용하여콘서트홀을제작할수있다. 여러가지돔의모양과특징에대하여설명한다. - Ribbed Dome, Great Circles Dome, Geodestic Dome 정이십면체의입체도에서지오데식돔을만들기위해각모서리를이등분하여각점을연결하여면을분할해본다. 2. 지오데식돔의모서리개수에대해알아본다. 전개 3. 각선분의길이의비를구하기위해교사는 QR 코드로사이트를안내한다 D 프린터로제작된프레임모형을모둠별로나눠주고프레임을연결할빨대를자르고연결하도록유도한다. - 반복되는패턴을다른색깔의빨대로연결하여확인토록한다. 5. 완성한모둠은다른모둠을도울수있도록안내한다. 정리지오데식콘서트홀과정이십면체와의관계를요약하고활동을마친다. 80

88 3D 프린터의이해및교육적활용방안 주제명시어핀스키삼각형만들기과목수학 학습목표 도입 여러가지돔의모양과특징에대해설명할수있다. 지오데식돔의모서리개수를말할수있다. 3D 모형의프레임을이용하여콘서트홀을제작할수있다. 프랙탈도형의특징에대하여설명한다. 자연속의예를들어설명하여학생들의흥미를유도한다. 고사리, 브로콜리, 눈꽃송이등에서반복되는결정구조를확인한다. 1. 학습지에시어핀스키삼각형을먼저그려보도록유도한다. - 정삼각형을그리고정삼각형의각변의중점을연결한다. - 만들어진네개의정삼각형중에서가운데삼각형을제거한다. - 처음삼각형은변의길이가반인새로운정삼각형으로변형된다. - 위의과정을계속반복하며남은삼각형에색칠해보자. 전개 2. 시어핀스키삼각형의각단계별삼각형수와한변의길이를구해보도록유도한다. 단계 0단계 1단계 2단계 3단계 4단계 n단계 색칠한삼각형수삼각형의한변의길이 3. 3D 프린터로만들어진프레임에각단계별변의길이만큼빨대를자르도록유도하고 삼각형을만들어보자. 정리프랙탈도형의차원을요약하여정리한다. 주제명지구의내부과목지구과학 학습목표 도입 지구내부를통과하는지진파를분석하여지구내부를알수있다. 모형을통해지구내부구조의상대적인부피를말할수있다. 지구의내부구조를알수있는방법은무엇일까? 라는물음으로물체의내부를알수있는방법에대해이야기해본다. 1. 시추사례에관한자료를학생에게제시하고토의해보도록안내한다. - 시추의장단점에대해토의해보도록한다. 2. 시추이외의방법에대해지구내부를알수있는방법에대해이야기해본다. 3. 지진파가매질이다른곳을통과할때의굴절현상을설명하고파동의성질을제시한다. 전개 4. 3D 프린터로출력된모형을모둠별로제시하고지각, 맨틀, 외핵, 내핵에해당하는부분을채색하도록안내한다. - 정리지구내부구조중부피를많이차지하는부분부터나열하고정리한다. 81

89 2014 KERIS 이슈리포트 주제명우리주위의화합물과목과학 ( 화학 ) 학습목표전자공유에의해화합물이만들어짐을설명할수있다. 도입 전개 이온결합으로이루어진화합물의종류를물어본다. - 3D 프린터로만들어진탄소원자 60 개로이루어진 C60 플러렌분자모형을제시한다 수소원자 2 개가각각의 1 개의전자를공유하여수소원자 2 개가수소분자를이루는것을설명한다. 2. 물분자의경우수소원자 2 개와산소원자 1 개가결합하여물분자를이루는것을설명한다. 3. 염화수소, 암모니아등의분자도공유결합으로이루어짐을설명한다. 4. 학생들에게수소, 질소, 산소분자모형을 3D 모델링프로그램에만들도록유도한다. 5. 또한물, 이산화탄소, 암모니아등의비교적간단한 3D 분자모형을제시하고만들어보도록유도한다. - 물분자 : i=productgroup&materialid=26 - 산소분자 : 정리각분자모형에대한요약정리한다. 주제명 K3DSurf 를활용한도형출력과목수학 학습목표 도입 K3DSurf 프로그램을활용하여변수를조절하여다양한입체도형을만들수있다. 생성된입체도형을 3D 프린터로출력할수있다. K3DSurf 수학적인계산에의해입체도형을생성할수있음을안내하여학생들의흥미를유도한다. 1. 예제도형을불러와서여러도형을살펴보게한다. 2. 화면왼쪽의수식을확인해본다. 3. x, y, z 변수를변화시켜입체도형의모습을바꾸어본다. 4. 완성된입체도형을내보내기위해 [Options] 를클릭하고저장할파일이름 (*.obj) 를입력하고 Edit OBJ 를누른다. 전개 정리수학적인계산에의해입체도형이만들어질수있음을상기시킨다. 82

90 3D 프린터의이해및교육적활용방안 주제명제주도화산지형과목지리 학습목표 도입 전개 화산활동이일어난지역을말할수있다. 화산이주민생활에미치는영향에대해말할수있다. 화산폭발과관련된 단테스피크 영화의일부분을보면서화산지형에대해생각해보고영화를보고느낀점을발표해본다. 1. 화산의개념에대해간단히정리하여설명한다. 2. 화산과관련된판구조론의자료를 QR 코드를통해학생들에게제공하고내용을읽어보도록지도한다. 3. 탐구학습지의표시된세계여러나라의화산활동지역을표시하도록하고환태평양조산대와알프스 - 히말라야조산대의위치를확인하도록한다. 4. 우리나라에환태평양조산대의위치한곳을찾아보게한다. 5. 제주도가우리나라의대표적인화신지형임을알려주고, 수학여행시다녀온곳과화산활동이일어난백롬담을 3D 모형에표시하도록안내한다. - 성산일출봉, 백록담, 주상절리, 용암동굴등 6. 제주도주민이생활하면서화산지형으로겪는일상의생활상에대해자유롭게토론하도록유도한다. 7. 모둠별로스마트패드를통해구글어스앱을이용하여화산활동이일어나고있는조산대를확인하도록한다. - 정리수업한내용에대해정리한다. 주제명아두이노를활용한세그웨이 1 과목 SW 교육 학습목표 도입 전개 세그웨이의원리에대해말할수있다. 세그웨이의본체를 3D 모델링을통해필요한부품을제작할수있다. 영화아이언맨에등장하는세그웨이에대한동영상을보고밸런싱로봇에관해안내한다 부드럽게넘어가다의이탈리아어 segue 에서따온이름으며제 2 의에디슨이라불리는딘카멘에의해발명된것임을설명한다. 2. 자이로 (Gyro) 센서와가속도센서를사용해기울어짐을측정하여균형을잡고이동하는원리임을설명한다. 3. 세그웨이동영상을학생들에게안내하여자이로센서에의해기울어진방향의반대방향으로모터를구동하도록아두이노에서프로그래밍할수있음을스스로알게한다. 4. 세그웨이에필요한프레임과바퀴를 3D 프린터로제작할수있음을안내하고기본적인프레임을제시한다. 정리 5. 모둠에서프레임을독창적으로변경할수있음을공지하고스케치프로그램에서모델링하고 3D 프린터로출력할수있도록한다. 6. 세그웨이가균형을잡기위해자이로센서에의해모터가움직이는방향에대해정리하고환기시킨다. 83

91 2014 KERIS 이슈리포트 주제명아두이노를활용한세그웨이 2 과목 SW 교육 학습목표도입전개정리 균형을잡을수있는 PID 제어에대해말할수있다. 아두이노스케치에서 PID 제어를위한프로그램을작성하여세그웨이의균형을잡을수있다. 완성된 PID 제어에서변수를조절해세그웨이의방향을바꿀수있다. PID 제어가되는레고 NXT 마인드스톰이균형을잡는모습을직접보여주고복잡하지만간단한원리임을알게하여학생들의흥미를불러일으킨다. 1. 자이로센서가앞으로기울어지면반대방향으로모터를회전하여균형을잡는간단한원리를설명하고 pivot 을이용한비례적인방법을안내하여프로그래밍하도록유도한다. 2. 균형을잡고있는상태에서급격히기울어지면비례적인방법으로는어려움을알고, 기울어지는만큼곱해서균형을유지할수있음을안내한다. 3. 만일그오차가점점커진다면어떻게균형을유지할수있을까를모둠원끼리토의해보도록지도한다. 4. 기울어짐이발생되는차이를계속누적 ( 적분 ) 해서보정해문제를해결할수있음을안내한다. 5. 미세하게떨림을학생들이관찰하도록유도하고오차가좀더빠르게보정되도록이전의오차와현재의오차를이용하여보정하도록안내한다. 6. 블루투스나 wifi 를이용하여스마트기기에서방향을제어할수있는 pivot 값을변화시키면서세그웨이가균형을잡을수있도록안내한다. 세그웨이에사용되는 PID 제어는오차값, 오차값의적분, 오차값의미분을이용한다는원리를설명하고균형을잡음을환기시키고, 아두이노스케치에반영되는코드를살펴보고정리한다. 주제명지구환경보호과목창체활동 학습목표도입전개정리 3D 프린터로출력된지구를아름답게색칠할수있다. 지구온난화를심각성을깨닫고보호할수있는방안을모색하여말할수있다. 햄버거를만들기위해키우는소한마리가하루동안발생시키는탄소배출량 600 리터를보여주며지구온난화에대한경각심을불러일으킨다. 1. 지구온난화를가중시키는행위를모둠원과함께최대한많이써보고토론하도록한다. 2. 다른모둠원들이적은방법을클래스팅이나밴드에올려공유하면서비교한다. 3. 3D 모형의지구에물감으로환경오염이되지않은깨끗한모습으로색칠할수있도록유도한다. 4. 우리가무심코하는행동이탄소배출량을증가시키고지구온난화를가속화한다는경각심을깨닫도록안내한다. 5. 모둠별로지구온난화를방지할수있는방법을패들렛 (Padlet.com) 에브레인스토밍기법을활용하여토론한다. 6. 모둠의장은모둠이만든패들렛주소를클래스팅이나밴드에업로드하여교사가볼수있도록한다. 7. 모둠별로패들렛을보면서발표한다. 지구온난화를심화시키는방법에대해생각해봄으로써역발상의기회를가지고환경보호에대한경각심을기르고세계시민으로책임감을기를수있도록환기시킨다. 84

92 3D 프린터의이해및교육적활용방안 다. 중등학교에서 3D 프린터의활용세부지도안예시 1. 본수업의의도 스마트폰으로원격제어하는 LED 책상스탠드만들기 본수업은고등학교정보교과의문제해결방법과절차단원에서일상생활에서발생하는다양한문제를이해 분석하여구조화하고, 효율적인문제해결전략에따른알고리즘을설계하고분석하는방법을익힌후, 프로그래밍언어로구현하는방법을학습한다. 이러한 SW 교육을통해컴퓨터과학의기본개념과원리를습득하고논리적사고를통해자신이상상하는것을손으로만질수있고눈으로확인할수있는소프트웨어를만들어보면서학습에대한성공을경험하고능동적이고적극적으로자신의꿈을키울수있다. 이에가장적합한피지컬컴퓨팅 (Physical Computing) 분야중하나인아두이노 (Arduino) 를활용하여여러가지부품을조합하고, 학생들은모둠별로전자적하드웨어구조에프로그래밍을더해블루투스무선장치로제어되는 LED 책상스탠드를만들어보고, 3D 프린터로 LED 책상스탠드의커버를직접디자인하여출력한최종산출물을일상생활에활용해봄으로써자신감을가지고자신의미래를개척할수있을것이다. 2. 수업에서디바이스활용 기본적으로모둠별로아두이노프로그래밍과모바일앱프로그래밍을제작하는활동이므로컴퓨터실에서진행되어야하며, 제작된모바일앱을활용하기위해모둠별로 1 대이상의스마트기기가지원되어야한다. 또한 3D 프린터를활용해 LED 책상스탠드의커버를디자인해야하므로모둠별로자료를탐색하고각모둠의개성에맞게디자인하도록유도한다. 3. 학습구조 4. 기존수업활동과의차이점 문제해결방법과절차단원의구조적프로그래밍단원의선택제어 (IF 문 ) 를이용하여주어진조건에따라실행하는명령문이달라지는단순한내용으로수업이진행된다. 아두이노를활용하여간단한전자회로를구성하고이를움직이는 SW 뿐만아니라모바일기기의무선장치를통해제어되는앱 (App) 을프로그래밍할수있다. 3D 프린터를활용하여 LED 책상스탠드의커버를디자인하고출력하여최종산출물을소개하는과정을통해학생들의협업및문제해결능력, 논리적사고력신장에도큰도움이된다. 85

93 2014 KERIS 이슈리포트 기존학습형태학습주제파악 동기유발 학습문제확인학습내용탐색 학습활동순서 학습지를통해내용탐색프로그램작성하기 선택구조프로그래밍하기 - 두변수를할당하고값을비교한후해당되는문장을모니터에출력발표및정리 알게된점등공유 3D 프린터활용학습형태 학습주제파악 동기유발 스마트폰의블루투스로제어되는드론 (Drone) 을소개하면서흥미유발 학습문제확인 선택제어문을활용한모바일앱 (app) 및아두이노스케치프로그램작성 3D 프린터로책상스탠드커버제작안내 학습내용탐색 학습활동순서 스마트기기및컴퓨터를활용한책상스탠드의자료탐색및협업을통한정리 구글앱인벤터로만드는모바일앱 (app) 과아두이노스케치에대해자료탐색 프로그램작성하기 모바일앱제작하기 버튼컴포넌트추가하여스위치 On/Off 신호발생하는블록제작하기 블루투스컴포넌트를추가하여스위치신호를무선으로전송하는블록제작하기 아두이노스케치작성하기 블루투스연결라이브러리추가하기 블루투스신호에따라 LED가작동하는선택제어 (IF 문 ) 만들기 교과연계및확장 예술적심미안을기르기위한교과연계 모둠별로책상스탠드의커버를 Autodesk 123D 프로그램으로디자인하기 3D 프린터를활용한커버출력하기 교실수업확장하기 제작한책상스탠드를학교축제에소개하는활동하기 86

94 3D 프린터의이해및교육적활용방안 5. 차시수업운영계획 수업단계주요활동수업방법차시 도입 동기유발 원격제어의작동원리이해 전시내용설명 동기유발 원격제어의작동원리를이해하고수업의의욕증진 강의설명 수업흐름설명 문제상황제시 전체적인수업과정에대한설명및각과정별활동내용유의점안내 일상생활에서사용하고있는스탠드의문제점파악하기 강의설명 설명 1 아이디어탐색과개발 모둠별로찾은문제점을해결할수있는다양한아이디어탐색 책상스탠드에사용될커버모양탐색및구상, 선정, 평가 토의협력학습 전개 모바일앱 SW 제작하기 구글앱인벤터를활용하여블루투스제어모바일앱 (app) 제작하기 토의협력학습 2 아두이노 SW 제작하기 아두이노스케치를활용하여블루투스무선신호에의해제어되는선택제어 (IF 문 ) 제작 눈부심방지를위한심화과제인 LED 밝기제어프로그램제작 토의협력학습 3 3D 프로그램으로커버디자인하기 구상한아이디어를 3D 모델링프로그램으로제작 제작과정에서심미적으로아름다운산출물을제작하고과정에서발생한문제를모둠별로수정, 보완 토의협력학습 4 정리 평가 완성된작품에대한발표 평가 학생발표교사평가자기평가상호평가 5 6. 교수 - 학습과정안 단원 문제해결방법과절차구조적프로그래밍의이해 대상 지도일시 장소컴퓨터실차시 1~5 차시 학습목표 1. 블루투스통신을이용하는모바일앱을제작할수있다. 2. LED 를켜고끌수있는아두이노스케치프로그램을만들수있다. 3. LED 책상스탠드의커버를디자인하고 3D 프린터로출력할수있다. 수업자료 교사 교과서, PPT 자료, 학습활동지, 스마트패드 학생 교과서, 필기도구 87

95 2014 KERIS 이슈리포트 수업단계 도입 전개 교사 수업활동 수업준비상태를확인하고인사한다. 프로그래밍의중요성을설명하고오늘과제에대해설명한다. 프로그래밍은사고력과문제해결력을향상시켜줍니다. 아두이노를활용하여만들어진신기한제품소개 원격제어에사용되는적외선, 블루투스등을소개하고학생들에게문제상황을제시한다. 학습목표를제시한다. 칠판에기록한다. 수업과정 ( 문제해결과정 ) 을설명한다. 문제를해결하기위한아이디어의탐색, 개발, 평가 주어진문제상황을해결해야할사항을모둠별로자료를검색해읽어보도록한다. 원격으로제어할방법중스마트기기에기본적으로장착된블루투스를소개한다. 학생 상호인사하기 본학습에대한의욕을높인다. 제시된문제상황을인식한다. 학습목표를확인한다. 문제해결과정을이해하고각단계별학습지를확인한다. 모둠원이함께협력하여해결해야할문제를확인한다. 문제상황토론및내용정리 자료및유의점 동기유발이활발하게이루어지는동영상, 사진제시 활동지및아이디어평가지 활동 1) 구글앱인벤터를소개하고모둠별로접속하도록안내한다. QR 코드로모바일앱제작에필요한블록을설명하는동영상링크를소개하고시청하도록유도한다. 버튼과블루투스컴포넌트가필요하며, 프로그램을제어하기위한 if~else 블록을소개합니다. 내용을확인하고아래그림과유사하게화면을디자인한다. 컴포넌트와블록에대한사용방법을동영상제시하고학생스스로프로그래밍하도록한다. ListPicker 의 BeforPicking, AfterPicking 의메소드를이용한블루투스연결을안내한다. Switch On 버튼이클릭되면 BluetoothClient 를통해숫자 1 이 ByteNumber 로전송되도록안내한다. 버튼에대한프로그래밍을완성한모둠은연결되었을때글자색을바꿀수있음을안내하고프로그밍을유도한다. 모바일앱을완성한모둠은스마트패드에설치하도록안내한다. BluetoothClient 의주소와이름을설정하고, ListPicker 가선택된주소를블루투스와연결하는프로그래밍한다. 교사의안내에따라학생들은 Switch On 버튼을프로그래밍한다. 88

96 3D 프린터의이해및교육적활용방안 정리 활동 2) 아두이노블루투스라이브러리를사용할수있도록안내한다. 기본예제의 SoftwareSerial 파일을불러온후통신속도와블루투스연결포트를수정합니다. 아두이노에연결된 LED 를제어하기위해필요한 pinmode 함수와 digitalwrite 함수에대해안내한다. 기본예제의 Blink 파일을불러온후 LED 가연결된포트의번호를수정할수있도록안내한다. 모바일앱에서전송되는 Switch On 과 Switch Off 신호에따라 LED 를켜고끄기위해 IF 문이필요함을안내한다. 주어진조건에따라명령문이달리실행되려면 IF 제어문이필요합니다. 활동 3) 3D 모델링프로그램으로제작하고자하는제품을디자인하고설계하도록안내한다. 제품을제작하는도중에언제든지재수정할수있습니다. yeggi.com 에서기존사용자들이만들어놓은제품도조사하여아이디어를얻으세요. 3D 프린터로출력하려면시간이많이걸리니다음시간에받아볼수있음을안내한다. 모둠원에토의및협력을통해 Switch Off 버튼로같은방법으로프로그래밍한다. 학생들은화면에나타나는 QR 코드를스캔하여앱을다운로드하고설치한다. 아두이노스케치에서 SoftwareSerial myseria (10,11) 의명령문에서블루투스가연결된포트번호로수정한다. led 가연결된핀번호로수정한다. if 문또는 if~else 구문을활용하여스위치가켜졌을때와꺼졌을때의조건에따라다르게동작하도록프로그래밍한다. 모둠원끼리각자제품을디자인해보고, 그결과를토의하여가장좋은모양을결정하여모델링한다. 제품의디자인을구체화하여포트폴리오학습지에기록한다. 기본예제를사용하는방법을제시하고학생스스로프로그래밍하도록유도한다. if 문을이해하기힘든학생을위해애니메이션을제시한다. 활동 4) 완성된작품에대한설명을각모둠별로발표하도록안내한다. 각모둠별로 5 분이내로발표하도록유도한다. 모둠원모두발표에참가할수있도록유도한다. 자기평가에소감위주로작성하도록한다. 상호평가에모둠원이수행한활동에대해객관적으로평가할수있도록안내한다. 전체수업에대한마무리와정리및반성할수있도록한다. 완성된작품에대한발표를계획하고모둠원전체가발표에참여한다. 다른모둠의발표를경청하고상호평가할수있도록메모한다. 수업시간중잘한점과부족한점등자기평가를한다. 다름모둠의발표를참고하여모둠원끼리토의하여기록한다. 전체수업과정에대해상기하고마무리한다. 3D 프린터로출력된작품을직접보여주면서발표하도록준비한다. 평가표를준비하고전체학생이참여하도록유도한다. 89

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<B3EDB4DC28B1E8BCAEC7F6292E687770> 1) 초고를읽고소중한조언을주신여러분들게감사드린다. 소중한조언들에도불구하고이글이포함하는오류는전적으로저자개인의것임을밝혀둔다. 2) 대표적인학자가 Asia's Next Giant: South Korea and Late Industrialization, 1990 을저술한 MIT 의 A. Amsden 교수이다. - 1 - - 2 - 3) 계량방법론은회귀분석 (regression)

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