교과연계
고등 STEAM 첨단빛, 우리손으로비추기 공간속살아있는이미지, 홀로그램제작하기: 메이커활동을통한홀로그램의원리이해 학습의개요 주제개요 2016 년세계경제포럼회장클라우스슈밥은 4 차산업혁명 이라는화두를세상에던졌다. 4 차산업혁명은사물인터넷과인공지능, 가상현실, 첨단미디어가이끄는차세대산업혁명으로이 미우리의생활과산업에전체에깊숙이침투해있다. 그러나학교현장에서는첨단기기부족과 교사들의정보기술활용역량의부족, 교수학습연구부족등으로급변하는 4차산업사회에대응 하는교육콘텐츠제공이부족한실정이다. 학교의이러한어려운실상과는대조적으로학생들은그들의삶속에서첨단매체를거부감없 이받아들인다. 무인항공기인드론을취미로가진친구들을어렵지않게만날수있으며매스미 디어를받아들이는것을넘어개인방송을제작하고공유하는데익숙한세대이다. 그렇기때문에 첨단기술을빠르게습득하는것에는큰어려움을느끼지않으나, 이를어떻게자신의삶에융화 시킬지또는첨단기술의과학기술적원리나, 첨단기술이미래사회를어떤방식으로혁신시킬지 예측해보는질문에는어려움을느낀다. 본수업 첨단빛, 내손으로비추기 는일상에서흔히사용하고있는스마트폰이나태블릿 PC 등을이용하여 3차시라는비교적짧은시간동안 4차산업혁명의핵심키워드로떠오르는홀 로그램의원리를깨달을수있도록학습자중심수업으로구성되었다. 나아가이를산업사회에 서어떤방식으로적용하고있으며우리의삶속에는어떻게스며들지에대해서도생각해볼수 있게구성되었다. 미래사회를이끌어갈차세대주역들에게첨단기술력을체험해보고생각해볼 수있는기회를제공함으로써 목적이있다. 4차산업사회를살아가기위한경쟁력을강화시킬수있게하는데 < 영화아이언맨속홀로그램> < 소녀시대홀로그램콘서트> - 1 -
수업은 STEAM 수업을위해많은시간을할애할수없는학교현장의상황을고려하여비교적짧 은 3 차시로구성되었다. 진로시간이나창의적체험활동, 동아리시간, 또는과학및미술시간 등을활용하여수업을진행할수있다. 첫시간은홀로그램이어떻게활용되고있는지일상속에서우리가사용하는홀로그램들을찾 아보는시간이다. 대중스타들의홀로그램콘서트나자동차의 HUD 시스템등유사홀로그램기술 이적용된사례를살펴본다. 나아가학습자들끼리이야기를나누며우리생활속홀로그램기술 들을찾아본다. 두번째시간은나만의홀로그램아바타를만들어보는시간이다. 스마트폰과파워포 인트를활용하여나의아바타를제작해보는활동을통해학생들은전시간에배웠던홀로그램이 어떤방식으로제작되는지원리를깨우칠수있게된다. 세번째시간은유사홀로그램이외에 다양한홀로그램기술이어떤원리로제작되는지더구체적으로생각해볼수있는시간이다. 홀 로그램은빛의간섭과회절현상을활용한기술임을이해하고한걸음나아가홀로그램기술이현 재어떻게발전하고있으며이러한기술이우리생활을어떻게바꿀것인지친구들과토의하며 예측해본다. 학습목표 내용목표 ( 인지적영역) 홀로그램을통해빛의성질과원리를이해하고유사홀로그램을제작하 여홀로그램을실현할수있다. 나 를모델로아바타를만들어영상을제작하고이를홀로그램으로표 현할수있다. 과정목표 ( 정의적영역) 과학기술의진보와변화를이해하고기술매체의동향을탐구하여미래 산업을예측할수있다. 우리주변에서일어나고있는과학 기술적변화에관심을가질수있 다. STEAM 단계요소 생각 열기 S A 우리주변을둘러싼환경속에서홀로그램이사용되고있는사례를살펴본다. T 학습자들스스로새로운기술매체의동향에대해탐구하도록한다. 생각 펼치기 S T A M 홀로그램의원리를활용하여나만의아바타를제작해본다. S T A 홀로그램으로변화될미래를예측해보고, 동료학습자들과토론해본다. 생각 다지기 S T 홀로그램의종류와원리에대해생각해본다. S 홀로그램을통해빛의성질을이해한다. STEAM 과목요소 - 2 -
과학 (S) 기술 (T) 공학 (E) 예술 (A) 다양한홀로그램의원리이해하기빛의반사를통해입체감과현심감을주는매체의구조원리이해하기홀로그램을이용한다양한미래첨단기술탐색하기컴퓨터와스마트폰을활용하여홀로그램영상과홀로그램장치만들기창의적발상으로자신만의홀로그램작품제작하기디지털시대의미학적개념에대해이해하기미래사외윤리적이슈에대해관심갖기 수학 (M) 홀로그램을구현하는구조의각도별영상산출물차이점이해하기 - 3 -
학습지도및평가 학습의개요 과목물리, 기술가정, 미술, 진로총차시 3차시 미술문화( 천재교육) - Ⅰ. 미술의기능 관련 단원 기초수학( 천재교육) - Ⅳ. 피타고라스정리와삼각비 생명과학I( 천재교육) - Ⅳ. 자연속의인간 한국지리( 천재교육) - Ⅵ. 지역조사와지리정보처리 [12물리Ⅰ03-04] 파동의간섭이활용되는예를찾아설명할수있다. [12물리Ⅰ03-05] 빛의이중성을알고, 영상정보가기록되는원리를설명할 수있다. [12기가04-01] 기술의발달에따라개량되거나만들어진제품을통해, 최신 기술의활용과발전방향을예측하여발표한다. 교육 과정 [12기가05-04] 기술혁신을위한창의공학설계를이해하고, 제품을구상하 고설계한다. [12미02-03] 여러가지표현매체의조합이나응용 확장을통해새로운표현 효과를탐색할수있다. [12진로02-01] 미래직업세계의변화에따른새로운직업과인재상을탐색한 다. [12진로03-04] 관심직업의현황, 전망, 산업구조등구체적인정보를수집 할수있다. 홀로그램이발전해온역사와홀로그램의과학적원리를이해할수있다. 학습 목표 다양한홀로그램의종류중 플로팅(Floating) 기술을적용한홀로그램작품을제 작할수있다. 우리삶속에서활용되고있는홀로그램기술의사례들을살펴보며첨단산업의 미래를전망할수있는능력을기른다. - 4 -
학습의단계 단계 학습내용 학습자료( ) 유의점 ( ) 및 생각열기 (50 분) (1 차시) 생각펼치기 (50 분) (2 차시) 동기유발 - 생활속홀로그램은무엇이있을까요? - 홀로그램을활용한한류스타의콘서트영상 감상하기 - 홀로그램콘서트감상후, 다음질문에대해 동료학습자들과토의를통해답해보기 Q1. 일반콘서트와홀로그램콘서트의차이점? Q2. 홀로그램콘서트의장단점? Q3. 홀로그램콘서트가생겨나는이유? Q4. 콘서트이외에홀로그램이활용되는 문화콘텐츠는무엇이있을까? 홀로그램을활용한우리주변문화더살펴보기 - HUD - HUD - 시스템에대해살펴보기 시스템의원리는무엇일까이야기해보기 우리삶속에들어와있는홀로그램기술은 무엇이있을지동료학습자들과이야기해보기 홀로그램으로내아바타만들기 - 준비물챙기기 : 검정색천과옷, 스마트폰또는 태블릿 PC, 파워포인트프로그램, OHP 필름, 유성펜, 커터칼, 자, 셀로판테이프등 - 얼굴촬영하기 : 검정상의를입고뒷배경에 검정색천또는도화지를깔아주어얼굴이부각 되도록준비한뒤다양한얼굴표정을촬영한다. - 홀로그램영상제작하기 : 스마트폰에서촬영한 영상을컴퓨터로전송하고파워포인트를실행하 여영상을불러온다. 불러온영상을십자가모 양으로복사해붙이고영상으로저장한다. - 홀로그램영상재생을위한구조물만들기 : OHP 필름을이용해역피라미드형으로생긴구조물을 제작한다. 셀로판테이프로깨끗하게마무리한다. 홀로그램영상재생하기 - 홀로그램재생을위한환경조성하기 : 커튼을 - 닫고불을꺼주변환경을어둡게만든다. 스마트폰위에만들어놓은구조물을올려놓고 준비한영상을재생한뒤나의아바타영상을 확인한다. PSY 홀로그램콘서트 HUD 시스템의원리 파워포인트를활용하기 어려울때에는스마트폰앱 을활용하여간단하게제작 할수있다. Play store 나 App store 에서 홀로그램 영상제작 등의키워드로검 색한뒤필요한앱을다운 받아사용한다. - 5 -
단계생각펼치기 (50 분) (2 차시) 학습내용 신문기사를읽고홀로그램의미래에대해생각해보기 - 홀로그램을통해질병도걸리지않고늙지도죽지도않는인류가탄생된다면어떤미래생활이펼쳐질까에대해동료학습자들과이야기해본다. - 이런미래가긍정적으로생각되는지부정적으로생각되는지이야기해보고왜그렇게생각하는지에대해동료학습자들과토론해본다. 학습자료( ) 및유의점 ( ) 추가신문기사활용시공간초월 VR 홀로그램, 인간한계무한확장 http://techm.kr/bbs/board. php?bo_table=article&wr_id =2806 생각다지기 (50 분) (3 차시) 홀로그램의종류와원리알아보기 - 아날로그홀로그램, 디지털홀로그램, 유사홀로 - 그램이란무엇인지그리고그원리는어떻게되 는지살펴본다. 각홀로그램의핵심기술이무엇인지살펴보고 현재사용되고있는대표적인사례들은무엇이 있는지알아본다. - 각홀로그램의장 단점에대해생각해본다. 아날로그홀로그램의원리에대해알아본다. - 양안시차의원리 : 일반적인사진과우리눈의 차이점에대해이야기하며, 2개의눈이각각 다르게보는영상을재조합하여입체로 인식함을이해한다. - 기록원리 : 레이저빛을물체파와기준파두개로 나누어 본다. 3차원입체영상을기록하는과정을살펴 - 재생원리 : 홈이파여있는홀로그램판에기록할 때사용한레이저광원을쏘면빛이회절되며 홀로그램영상이재생되는과정을살펴본다. 빛의성질을통해알아보는홀로그램의원리 - 빛의간섭과빛의회절현상을통해 3차원영상 을저장하고재생하는홀로그램의원리를알아 본다. 홀로그램관련직업체험 - 홀로그램전시 공연기획자등홀로그램과관련 된기술을활용하는직업이계속생겨나고있음 을확인하고다양한홀로그램관련직업이무엇 이있는지조사해본다. 홀로그램의종류와원리에관한영상 홀로그래피의세계 / YTN https://www.youtube.com /watch?v=8tuykj0fwl4 빛의성질관련설명영상 Dr. Quantum 애니메이션 이중슬릿실험 https://www.youtube.co m/watch?v=osliqfgwzzs 수행 관찰평가계획 - 6 -
평가영역평가항목우수 (A) 보통 (B) 미흡 (C) 생각열기 생활속홀로그램찾기 홀로그램의특성이해 우리주변에서홀로그램이활용되고있는사례를다양하게찾아내어동료학습자들과공유하였다. 홀로그램이라는매체가가지는특성에대해구체적인단어를활용하여설명하였다. 우리주변에서홀로그램 이활용되고있는사례 를 찾아내어 설명하였 다. 홀로그램매체의특성에대해설명하였다. 우리주변에서홀로그램이활용되는사례를찾는데어려움을느낀다. 홀로그램매체의특성에대해설명하는데어려움을느낀다. 생각펼치기 홀로그램아바타제작 홀로그램으로변화될미래예측 유사홀로그램의원리를이해하고이를활용하여창의적인홀로그램아바타를제작하였다. 신문기사를읽고질문에대한자신의견해를논리적으로펼쳐다른학생들을설득하였다. 유사홀로그램의원리를이해하고이를활용하여홀로그램아바타를제작하였다. 신문기사를읽고질문에대한자신의견해를다른학생들앞에서설명하였다. 유사홀로그램의원리를이해하는데어려움을느껴아바타를제작하지못하였다. 신문기사를읽고자신의견해를펼쳐나가는데에어려움을느낀다. 생각다지기 홀로그램의종류와원리 빛의성질이해 홀로그램의 3가지종류에대해살펴보고, 그특성들을추론해내었다. 빛의간섭과회절현상에대해이해하였고, 심화학습하려는의지를보였다. 홀로그램의 3가지종류에대해알고그특성을이해하였다. 빛의간섭과회절현상에대해이해하였다. 홀로그램의종류와특성에대해일부분만이해하였다. 빛의간섭과회절현상에대해이해하는데어려움을느낀다. 총평 ( 생활기록부작성예시 ) 첨단빛, 내손으로만들기수업(2017.00.00.-2017.00.00.) 을통해홀로그램의원리와특성, 사용사례등에대해살펴봄. 홀로그램아바타를제작하며유사홀로그램의원리에대해스스로깨우치는모습을보였으며이를산업에서활용하는사례에대해서도적극적으로조사함. 나아가홀로그램제작을위해반드시알아야하는빛의성질( 간섭과회절) 에대해서도흥미롭게학습하는모습을보이며스스로심화학습하고자하는의지를드러냄. - 평가기록지( 예시) 평가영역이름 or 모둠 생활속홀로그램찾기 생각열기생각펼치기생각다지기 홀로그램의특성이해 홀로그램아바타제작 홀로그램으로변화될미래예측 홀로그램의종류와원리 빛의성질이해 총평 - 7 -
2017 융합인재교육[STEAM] 프로그램 세부학습내용 단계생각열기 : 홀로그램은어떻게사용되고있을까? 1차시 50분 교 9쪽 수업에들어가기전 수업에들어가기전, 홀로 그램이 무엇인지 일상생활 속에서 홀로그램 기술에 대 해어떤것을보았는지학습 자들에게질문하고, 이를수 업의 도입에 활용하면 높은 수준의 동기를 이끌어낼 수 있다. 검색해볼만한내용 1. 2. 3. 홀로그램콘서트 홀로그램문화콘텐츠 홀로그램활용산업 페퍼스고스트? (Pepper's Ghost) 예시답안 1. 일반적인콘서트와홀로그램콘서트의차이점은무엇일까요? - 일반콘서트는실제가수가오지만, 홀로그램콘서트는실제가수가오지않아도실제같은생생함이있다. 2. 홀로그램콘서트의장/ 단점은무엇이있을까요? - 실제가수가오지않더라도콘서트가가능하기때문에저렴하다. 또한특수효과등으로박진감넘치는연출이가능하다. 그러나실제보다현실감이떨어질수있고상호소통이바로바로되지않는다는한계점도있다. 3. 오늘날홀로그램콘서트가많이늘어나고있는이유는무엇일까요? - 신기술이기때문에사람들이신기해하는이유도있고, 기술이발전함에따라앞으로발전가능성이무궁무진하기때문에점점늘어나고있다. 4. 콘서트이외에홀로그램을활용한문화콘텐츠는무엇이있을지 찾아봅시다. - 홀로그램을활용한공익광고나홀로그램뮤지컬, 홀로그램박물 관의문화유산전시등을들수있다. 페퍼스고스트는 18세기연 극무대에서부터 반거울( 하프미러) 에 사용되어온 영상을 반사시켜만든방식으로, 밤 에집안을환하게해놓고창 밖야경을보면집안풍경과 야경이겹쳐서보이는것과 같은원리이다. 이번단원에 서실습할플로팅홀로그램 방식또한이페퍼스고스트 와같은원리를사용하고있 다. - 8 -
고등학교대상 교 10쪽 HUD 시스템 새롭게개발되는 HUD 시스템은증강현실기술을접목해기존대비시인성을크게높인게특징이다. HUD 화면이운전자의눈과같은높이에위치해있을뿐만아니라면적자체도크다. 그리고기존의 HUD보다보여주는정보도훨씬많아서계기판을대체할수도있다. 차와관련된정보는모두표시가된다. 홀로그램전시회 예시답안 앞에서제시한홀로그램콘서트와네비게이션이외에도우리삶속에들어와있는홀로그램기술들을찾아보고친구들과이야기를나눠봅시다. 발표자 찾아낸 홀로그램기술 홀로그램 AI 개인비서 홀로그램 전시회 홀로그램의원리 인공지능기술과플로팅 홀로그램기술의결합으로 캐릭터가개인비서역할을 수행한다. 없어진문화유산등을아날 로그홀로그램원리를활용 하여복원한뒤전시한다. 2014년 3호선경복궁역에있는서울메트로미술관에서는 < 국보급문화재홀로그램재현작품전시회> 를진행했다. 평소만나기어려웠던국보급문화재를홀로그램기술을활용하여지하철을이용하는시민누구나관람할수있도록전시를진행하였다. 홀로그램이라는이색적인첨단기술을활용하여많은사람들에게흥미를불러일으켰고, 전통문화재에대한관심도를높이는계기가되었다. - 9 -
2017 융합인재교육[STEAM] 프로그램 단계생각펼치기 : 홀로그램으로내아바타만들기 1차시 50분 교 11쪽교 12쪽 학습의예시 - 홀로그램아바타만들기 스마트폰이나태블릿PC 를활용하여홀로그램아바타를쉽게만들수있다. 특히 PC활용이어려운곳에서는스마트폰앱을활용하여더쉽게홀로그램영상을제작할수있으니수업시간이부족하거나 PC 활용이어려울경우에는플레이스토어나앱스토어에서 홀로그램제작 등의키워드로검색하여나오는앱을활용하면좋다. - 10 -
고등학교대상 교 14쪽교 15쪽 예시답안 인류의미래가위와같이몸이없어지고홀로그램형아바타만남게되어영원히살수있게된다면우리의생활모습은어떻게변화할까요? - 홀로그램형아바타가되면몸에질병이생기지않을것이다. 생물학적몸이사라지기때문에질병의문제에서영원히해방될수있을것이라고생각한다. 이처럼수명이무제한으로길어지게되면우리나라의빨리빨리문화도사라질것같고경쟁적인현재의문화도많이사라질것이다. - 물리적인몸이사라지면식량문제라던가주거문제등이해결될것이다. 생존을위한의식주해결에서, 자신의욕구충족을위한의식주방향으로발전할것이다. 예를들어배고픔을해결하기위한식사가아니라정말맛있는음식의감각을느끼기위한요리문화등이발전할것이다. 그러나그요리는현재와같은형식은아닐것이고뇌파의자극에집중한어떤것일것이다. 블레이드러너 2049 캐나다출신드니빌뇌브감독이만든블레이드러 너의속편배경은 2049 년으로더멀리나아간다. 블레이드러너 2049 의화두는 ' 인간다움은만들어지 는것인가혹은태어나는것인가' 이다. ' 블레이드러 너 2049' 는특이점을넘어선미래사회가디스토피 아가될수있다는우려에명쾌한해답을주는영화 는아니지만인간이만든피조물의입장에서역지사 지하며우리가잊고있는인간다움이란과연무엇인 가에대해진지하게생각해볼시간을주는영화다. - 11 -
2017 융합인재교육[STEAM] 프로그램 단계생각다지기 : 홀로그램, 무슨원리로만들어질까? 1차시 50분 교 16쪽교 17쪽 홀로그램의종류와장단점 아날로그홀로그램 (Analog Hologram) - 아날로그홀로그램은아날로그사진기술을응용한홀로그램기술로서레이저를광원으로이용하여대상물체의 간섭패턴을기록하고재현하는방식으로서사진및유물전시회등다양한분야에서활용되고있다. - 필름의일부조각만있어도 3차원입체영상을얻을수있다는장점이있지만편집이불가능하다는단점이존재 한다. 디지털홀로그램 (Digital Hologram) - 디지털홀로그램은디지털카메라의이미지센서 (CCD, CMOS) 를이용하여대상에반사된빛을 3차원디지털 데이터를획득하여홀로그램을생성하는방식을의미한다. - 아날로그방식과달리편집이가능하며움직이는피사체와실제존재하지않는피사체를기록또는생성할수 있는장점이있지만 이존재한다. 유사홀로그램 (Pseudo-Hologram) 3차원좌표와색상및이를표현하기위해서는방대한데이터처리를필요로하다는단점 - 유사홀로그램은 9대이상의다수의카메라를배치하여입체영상을촬영하여홀로그램을구현하거나촬영한입 체영상을반투과형스크린에활용하여홀로그램과유사한입체효과를구현하는기술을지칭한다. - 완전한홀로그램기술은아니지만비교적쉽고간편하게홀로그램효과를만들어낼수있어최근 K-POP 콘서 트등에널리이용되고있다. - 12 -
고등학교대상 교 18쪽교 19쪽 아날로그홀로그램의원리 - 레이저광원은스플리터를통해빛을나누어져서하나의경로는물체에, 다른하나는거울에비추게된다. - 먼저물체는비추어진빛은반사되어물체파를형성하고거울에비추어진빛은물체파와일정한각도를이루는 기준파를형성하게된다. - 이렇게형성된물체파와기준파는다시합쳐지면서간섭무늬가형성되어스크린에저장된다. - 저장된홀로그램을재생할때에는기록할때이용된기준파광원을동일한방향에서스크린에비추게되면 3D 입체영상이재현된다. 디지털홀로그램의원리 - 디지털홀로그램기술은디지털카메라에이용되는 CCD, CMOS 센서를이용하여피사체의 3차원영상정보를 획득하고, 디지털처리를통해간섭무늬를디지털데이터형태로저장하여입체영상을재현하게된다. - 디지털홀로그램은피사체의 3 차원디지털영상정보를획득하여, 3차원객체에대한간섭패턴을수학적모델을 이용하여정확하게계산하는디지털처리단계를거쳐홀로그램을재현하게된다. - 디지털처리단계는 3차원획득한영상정보를통해위치와 3D 모델데이터형성, CGH 생성처리, 홀로그램데 이터저장으로이루어지며, 이를통해 3 차원영상정보는홀로그램데이터로저장, 기록된다. - 13 -
고등학교대상 교 20쪽 토마스영의이중슬릿 실험 뉴턴이후빛은입자라는입자설이 대세를이루었다. 그러나 19세기초 빛을이용한실험에서간섭현상을 발견하고빛이파동이라는파동설을 제기한사람은영국의의사였던토 머스영(1773~1829) 이었다. 영은고체의영율, 운동에너지개념 의도입등과학의여러분야에서 뛰어난업적을남겼지만그중에서도 이중슬릿에의해만들어지는밝고 어두운간섭무늬를이용하여빛이 파동이라고주장한것이그의가장 큰업적으로꼽힌다. 그는근접한두개의슬릿을통과한 빛이보강간섭과소멸간섭을통해 밝고어두운무늬를만들어낸다고 설명하고이를바탕으로오늘날사 용되고있는회절격자와비슷한회 절격자를제안하기도했다. 답안참고자료 홀로그램이외에빛의간섭현상과회절현상이활용되는예는 무엇이있을지우리주변에서찾아봅시다. - 신문기사 1 : 국내연구진, ' 빛회절 간섭효과 ' 이용..3 차원나노구조체 제작기술개발 ( 이데일리, 오희나기자, 2016.08.08.) - 신문기사 2 : 짝퉁과의전쟁... 첨단위조방지기술떴다 ( 서울경제, 문 병도기자, 2017.07.17.) - 신문기사 3 : " 양자정보통신의응용으로발전할수있을것으로기대" ( 일요신문, 부산대문한섭교수, 2017.10.31.) - 신문기사 4 : [ 과학을읽다] 햇빛아래에서도선명하게화면본다 ( 아시 아경제, 정종오기자, 2017.02.16.) - 동영상자료 : 빛의간섭현상을이용한위조지폐의방지기술 (EBS, 원더풀사이언스, 2010.01.07.) http://terms.naver.com/entry.nhn?docid=2446686&cid=51638&categoryid=51638 그는또한물위에떠있는비누거 품이여러가지색깔을나타내는것 과뉴턴링이나타나는원인도빛의 간섭을이용하여설명했다. [ 네이버지식백과 ] 토머스영은어 떤실험을통해빛이파동이라고주 장했나? (Q&A 과학사, 2010. 2. 18., 살림출판사 ) - 14 -
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