동작 방과후학교 프로그램 기본현황 프로그램 분류 프로그램 명 심미적 감수성 및 기능 신체건강 및 발달 창의성 계발 ( ) 인성 계발 진로 및 적성 계발 자기이해 및 성취 창의발명 루브 골드버그 프로그램 구분 [ 안에 Ⅴ 표시 하거나 빈칸에 작성 ] 지역1 대도시( ) 중소도시 농산어촌 지 역 지역2 서울 부산 대구 인천 광주 대전 울산 경기 강원 충북 충남 전북 전남 경북 경남 제주 ( ) 학교급 1) 초등학교 중학교( ) 고등학교 프로그램 참여 가능 학생 수 12 (최소) ~ 24 (최대) 프로그램 유형 자체운영( ) 위탁운영 지역사회연계 교과 관련 영역 2) 국어 체육 영어 음악 수학 ( ) 미술 사회 컴퓨터 과학 ( ) 기타 ( ) 운영 시기 주중 평일 ( ) 토요( ) 방학( ) 프로그램 전체 차시 학기중 30 차시 차시당 시간 90 분 프로그램 개발자 (기관 또는 개인) 프로그램 운영기관 프로그램 추천 사유 교사 박세근 관악중학교 학생들의 흥미와 몰입을 유발하고 21세기 지식정보화 사회에서 요구되는 창의적 문제해결 능력, 자기 결정 능 력, 창조력 등 고등사고 능력을 기를 수 있는 교육 프로 그램이다.
프로그램 프로그램 명 창의발명 루브 골드버그 교육목표 교육대상 루브 골드버그 장치 제작활동을 통해 창의적 문제해결 능 력, 자기 주도 학습능력 배양 장치 개발에 요구되는 다양한 과학적 원리 및 기술적 원 리 학습 중등 1 ~ 3 (초등학교 5~6학년 및 고등학교 도입 가능) 참여가능 학생수 12 (최소) ~ 24 (최대) 교육장소 기술실 또는 과학실 교육기간 3 개월 30 차시 월평균 강사료 학교교사가 진행 (제작에 필요한 재료 및 공구 구입 필요) 프로그램 소개 발명과 창의성 또는 발명대회, 창의력대회에 관심을 가진 학생들을 대상으로 모집하여 모둠을 구성하고 각 모둠별로 주어진 시간 에 루브 골드버그 장치를 제작하도록 함. 루브 골드버그 장치를 구성하기 위한 여러 단계의 에너지 변환을 위해 다양한 과학적 원리와 기술적 원리에 대해 학습하고 적용하도록 함. 국내의 다양한 루브 골드버그 장치 제작 경연대회 또는 대한민국학생창의력챔피언대회 등과 연 계하여 제작 사례에 대해 탐구하고 대회참가 준비과정을 포함하여 운영함. 1~5 차 시 주 제 교육내용 및 방법 90분/ 차시 마블런 또는 마블러스 도미노 (도입)마블런 또는 마블러스를 이용하여 모둠별로 해결해야 할 미션을 제시한다. (전개) 마블런 또는 마블러스를 이용하여 다양한 문제해결방법에 대해 사고를 확산 하고 제작한다. (정리)미션해결 경연을 통해 문제해결의 다양성에 대해 확인한다. (도입)도미노를 이용하여 모둠별로 해결 해야 할 미션을 제시한다. (전개)도미노를 이용하여 다양한 문제해 결방법에 대해 사고를 확산하고 제작한다. (정리)미션해결 경연을 통해 문제해결의 다양성에 대해 확인한다. 준비물 및 유의사항 (준비물) 마블런 또 는 마블러스 (도입)흥미있는 미션을 제시함. (전개) 모둠활 동을 통해 팀워 크를 발휘하도 록 독려 ( 정 리 ) 적 절 한 보상방법 마련 (준비물) 도미노 (전개)도미노 쌓 기 활동 중 이미 세워져 있는 도미 노를 건드려 넘어 지지 않도록 모둠 별 활동 공간을 충분히 확보함. ( 정 리 ) 적 절 한 보상방법 마련
6~10 11~30 90분/ 차시 90분/ 차시 골드버그 장치의 과학적 원리 골드버그 장치의 기술적 원리 골드버그 장치의 구상 및 설계 골드버그 장치의 제작 및 평가 (도입)골드버그 장치 제작 사례를 제시 (전개) 골드버그 장치에 숨어있는 다양한 과학적 원리 및 기술적 원리와 역학적 매 커니즘에 대해 탐구한다.(부력, 사이펀의 원리, 진자 운동, 위치에너지 또는 운동에 너지 등 역학적 에너지, 전기에너지, 회전, 저항, 탄성, 자성, 화학작용 등) (정리)루브 골드버그장치 제작에 활용할 수 있는 원리에 대해 정리한다. (도입)드림 러너 롤링 볼의 다양한 기계 장치 사례 제시 (전개) 드림 러너 롤링 볼의 다양한 기계 장치 사례에 대해 탐구한다. (리프트, 트랙 스위치, 바운스, 루프, 코일, 컬렉터 등) (정리)루브 골드버그장치 제작에 활용할 수 있는 원리에 대해 정리한다. (도입)루브 골드버그장치의 구상 과정에 서 고려해야 할 조건 제시 (전개) 다양한 과학적 원리와 기술적 원 리를 이용하여 역학적 메커니즘이 변화하 도록 단계별로 루브 골드버그 장치를 구상 하고 설계한다. (정리)루브 골드버그 장치의 각 단계에 적용된 역학적 메커니즘에 대해 확인한다. (도입)도면에 적합한 재료 제시 (전개)도면에 따라 적절한 재료를 활용하 여 루브 골드버그 장치를 제작하고 그 과 정에서 발생하는 다양한 문제들을 창의적 으로 해결한다. (정리)루브 골드버그장치 제작에 활용할 수 있는 원리에 대해 정리한다. (준비물)골드버그 장치 동영상 자료 (도입)골드버그 장치 제작 경연 대회 동영상을 시청한다. (전개)골드버그 장치 동영상을 통해 다양한 과 학적 원리와 기 술적 원리를 파 악하도록 한 후 피드백한다. (준비물)드림 러너 롤링 볼 동영상 자료 (도입)드림 러 너 롤링 볼 동영 상을 시청한다. (전개)드림 러너 롤링 볼 동영상 을 통해 다양한 과학적 원리와 기술적 원리를 파악하도록 한 후 피드백한다. (준비물)도면 작성 용지, 필기구 ( 도 입 ) 구 상 에 필요한 조건제시 (전개)브레인스 토밍을 통해 단 계별 구상 후 전체적인 흐름 을 도면으로 나 타내도록 한다. (준비물)루브 골드 버그 장치 제작에 필요한 모둠별 재 료 (도입)공구 사 용 및 접착제 사용 과정에서 안전사고에 대 비한다. (전개) 문제해결 과정에서 학습효 과가 잘 나타날 수 있도록 매 단 계에 피드백 과정 을 포함한다.
프로그램 운영 성과 - 과학의 원리를 가장 쉽고 재미있게 공부하고 흥미를 갖게 한다. 바늘로 풍선을 터뜨리는 것, 종 을 울리는 것과 같이 지극히 단순한 일을 하기 위해 각종 과학 원리와 기술적 원리를 이용하여 되도록 복잡하게 기계장치를 설계하고 수행하도록 하는 루브 골드버그 장치는 매우 흥미진진하 여 학생들의 몰입 교육이 가능하며, 주어진 문제를 해결하는 과정에서 문제해결력과 창의적 사 고력이 기를 수 있다. - 협동심과 상대방을 배려하는 인간성이 길러져 인성교육에 탁월한 교육적 효과가 있다. 한 사람 이 고안할 수도 있지만 과정이 복잡하여 대부분이 4-6명이 팀을 이루어 장기간 장치를 설계하 고 만들어야 하므로, 아이디어 확산과 수렴과정에서 자연스럽게 팀워크를 요구함으로써 서로 배 려하고 타인의 의견을 존중할 줄 아는 인간으로 성장하기 위한 계기를 마련할 수 있다. - STEAM기반 교육 프로그램으로 창의적 융합인재 양성에 최적의 교육 프로그램이다. 골드버그장 치를 완성하려면 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 예술(Art) 및 수학 (Mathematics)의 지식을 총동원하지 않을 수 없어 최근 트렌드인 창의융합교육 에도 적합한 자교 육 프로그램이다. 활동상의 문제점 및 유의사항 - 장기적인 프로젝트 수업으로 매 차시 수업결과물을 보관할 수 있는 장소가 필요함 - 다양한 공구와 재료를 사용함으로써 안전사고에 특히 유의하여야 함. - 협동학습 기반으로 학생들이 꾸준히 팀워크를 발휘할 수 있도록 지도해야 함.
<자료 1> 기타 교재 1. 루브 골드버그 장치란? 가. 루브 골드버그 장치(Rube Goldberg's Machine)란? 골드버그장치(Rube Goldberg's Invention)란 가장 단순한 과제를 해결하기 위 해서 만든 가장 복잡한 기계 를 의미한다. 이 장치는 골드버그라는 사람이 이러한 아이디어를 만화로 그렸기 때문에 "골드버그 장치"라고 부른다. 예를 들면 입을 닦아 주는 기계, 지각했을 때 상사가 눈치 채지 못하게 하는 장치 등이 있다. 그리고 창문을 닫는 간단한 일을 하기 위해 줄과 구슬, 도미노와 도르래, 스프링 과 추, 물통과 고리 등을 교묘하게 결합한 복잡한 장치가 동원되는 예도 있는데 이 들 장치의 각 단계에는 고도로 정교한 물리법칙이 적용된다. 그러나 노력한 결과에 비해 그 결과는 허망하거나 초라하다. 골드버 그는 이를 두고 "최소의 결과를 얻기 위해 최 대의 노력을 기울이는 인간의 놀라운 능력"이 라고 정의를 내렸다. 오른쪽 그림은 미국의 초등학교 6학년생인 산드라(sandra)라는 학생이 고안한 "풍선 터 트리는 미친 장치"로 그냥 바늘로 콕 찌르면 터지게 되는 풍선을 터뜨리기 위해 매우 복잡 한 장치로 구성한 것이다. 아이디어를 들여다 보기만 하여도 너무 재미있고 기발하며 과학 적 창의성을 북돋으면서 상식을 뒤집는 역발 상의 묘미가 너무 재미있고 기발하여 탄성을 터뜨리지 않을 수 없다. [풍선 터트리는 골드버그 장치]
<자료 2> 루브 골드버그 장치 실례 가. 쥐를 이용해 프로펠러 돌리는 장치 실제 예를 들어 골드버그 장치의 구조와 작동과정을 살펴보자. 작은 공을 넣어서 쥐가 들어있는 쳇바퀴를 돌리는 장치이다. 여기에는 여러 가지 발명원리와 창의력이 숨겨져 있다. 오른쪽부터 그림을 보면 다음과 같이 가부터 자의 순서로 작동한다. 가 공이 떨어진다. 나 공이 통 속을 굴러 컵에 떨어진다. 다 공의 무게로 물이 엎질러진다. 라 물이 홈통을 따라 쏟아지며, 페트병의 날개를 돌린다. 마 페트병이 돌며 뚜껑 에 연결된 벨트가 돌아간다. 바 벨트에 연결된 코르크 마개 가 돌아가며, 성냥이 켜진다. 사 촛불이 켜진다. 아 쥐가 뜨 거워 발을 구르면 쳇바퀴가 돌아간다. 자 쳇바퀴와 연결된 기어가 돌아간다. 맞물린 기어가 돌아가며 벨트도 따라 돈 다 [쥐를 이용해 프로펠러 돌리는 장치] 나. 영화 [나홀로 집에] 골드버그 장치의 각 단계에는 역학적인 과학 원리가 도입되어 사용되고, 골드버그 장치의 구성 재료로는 생활용품이나 잡동사니, 폐품, 기계부품 등이 주로 활용 된다. 예를 들어 [나 홀로 집에]라는 영화를 보면 집에 들어온 도둑을 물리치기 위해 소 년이 여러 단계의 장치를 만들어 작동시켜 도둑을 쫒아내는 장면이 나온다. 도둑이 마룻바닥을 밟으면 바닥이 흔들려 구슬이 굴러가게 되면서 도미노 장치를 건드리고, 그 장치에 의해 방문이 열리면서 천장에 연결된 망치가 떨어져 도둑을 쓰 러뜨리게 되는 장면도 있다. 소년은 도둑을 퇴치하기 위해 여러 단계의 창의적인 골 드버그 장치를 만든 것이다. [ 나홀로 집에 영화의 한 장면 ]
다. 우리나라 자격루와 우주인 선발대회 우리나라의 경우 세종대왕 때 장영실이 만든 자격루 (물시계)가 골드버그 장치 의 원리를 활용한 좋은 예이며, 2006년에 우주인 선발 문제에 골드버그 문제가 출 제되어 화제를 일으키기도 하였다. [자격루 속의 자동연속 작동장치(골드버그 원리)] 우주인 선발 테스트 중 골드버그 장치 만들기 하는 모습 자격루의 구조와 원리는 물이 통 속으로 일정 시간 동안 어느 정도 차게 되면, 그 속에 넣어 둔 청등판으로 만든 거북이가 떠 오르게 된다. 그러면 거북등에 세운 자 막 대가 크고 작은 구슬들을 건드려서 아래로 굴러 떨어지게 한다. 떨어지는 구슬이 밑에 있는 청동판을 치 게 되면, 다른 한쪽이 위로 쳐들리면서 시 간을 알리는 인형의 팔을 건드리게 되고, 그 인형은 앞쪽에 매달려 있는 종을 쳐 시 간을 알려 주게 되어 있다.
<자료 3> 루브 골드버그 장치 실례 원리 내용 부력 밀도가 작은 스티로폼 등이 액체 위에 뜨도록 하여 위치가 달라지게 하 거나 높이를 다리 하여 다음 동작을 만들어 낼 수 있다. 사이펀의 원리 높은 곳에 있는 액체를 용기를 기울이지 않고 낮은 곳으로 옮기는 관을 이용하여 무게를 달리하면 반대쪽의 동작을 만들 어 낼 수 있다. 진자 운동에 의한 충돌에너지 진자 운동에 의한 운동에너지를 이용하여 다른 진자나 물체에 충돌시켜 다음 동작을 만들어 낼 수 있다. 위치에너지를 운동에너지로 전환 위치에너지를 이용하여 구슬을 빗면으로 굴러 내려가게 하거나 떨어뜨 려서 운동에너지로 변환하면 다음 동작을 만들어 낼 수 있다. 운동에너지를 위치에너지로 전환 지레의 원리를 이용해서 떨어지는 공의 힘을 이용해 반대편을 올리거 나, 도르래를 이용해 공이 컵에 받치게 하여 공이 떨어지면 무거워지므로 컵이 내려오게 되고 벨트로 연결된 반대편이 올라오도록 할 수 있고, 도 미노 장치를 이용하여 위치에너지를 전달하는 장치를 생각해 볼 수 있다. 전기에너지 이용 전지를 이용하거나 진동카 또는 로봇을 움직이게 하거나 전기에너지를 열에너지로 바꾸는 등 다양한 동작을 생각해 볼 수 있다. 저항의 이용 다양한 저항을 이용하여 속도를 늦추거나 느리게 움직이도록 할 수 있다. 회전력 이용 회전체의 회전력을 이용하여 움직임을 주거나 무거운 물체를 회전체 끝 에 달아서 회전력을 높여 줄 수 있다. 탄성 이용 고무줄이나 끈의 탄성을 이용하여 운동물체에 에너지를 공급하거나 튀 어 오르게 할 수 있다. 자성 이용 자력을 이용해서 금속을 들러붙게 하거나 밀어내어 동작을 만들어 낼 수 있다. 화학적 반응의 이용 두 화학물질을 분리되어 있다가 어떤 연결동작과 함께 두 화학물질을 섞어서 특별한 동작이 일어나도록 할 수 있다.