자율주행 로봇 탐사 차량 만들기

준비
- 교사용 자료를 읽으세요.
- 필요에 따라 EV3 랩 소프트웨어 또는 EV3 프로그래밍 앱의 시작하기 자료를 이용해 수업을 계획하세요. 학생들이 레고^® 마인드스톰^® 에듀케이션 EV3와 친숙해지는 데 도움이 될 것입니다.

관심유도(30분)
- 아래의 토의 시작 섹션에 제시된 아이디어를 사용해 학생들에게 이 프로젝트에 대해 논의를 시작하게 하세요.
- 프로젝트를 설명하세요.
- 학생들이 두 명씩 팀을 이루게 하세요.
- 학생들에게 브레인스토밍을 위한 시간을 주세요.

탐구(30분)
- 학생들에게 여러 개의 프로토타입을 만들게 하세요.
- 조립과 프로그래밍을 모두 탐구하게 하세요.
- 각 팀별로 2가지 솔루션을 만들어 테스트하게 하세요.

설명(60분)
- 학생들이 생각한 솔루션들을 테스트하고 가장 최선의 솔루션을 고르게 하세요.
- 학생들에게 자신만의 테스트표를 만들게 하세요.
- 팀별로 프로젝트를 최종 완성하고 작업을 문서화하기 위해 필요한 자료들을 수집할 시간을 주세요.

정교화(60분)
- 학생들에게 최종 보고서를 작성하기 위한 시간을 주세요.
- 각 팀별로 결과를 발표하는 공유 세션을 진행하세요.

평가
- 학생 개개인의 성과에 대한 피드백을 제공하세요.
- 제공된 활동평가표를 사용하면 프로세스를 간소화할 수 있습니다.

과학 미션 용도로 개발된 Rover들은 공통의 기능을 갖고 있습니다. 그들은 어떤 종류의 정보를 수집하고 과학 기지로 전송할 수 있습니다. 그리고 수년간 여러 가지 제약과 요구 사항에 맞게 다양한 커뮤니케이션 시스템이 발명되었습니다.

적극적으로 브레인스토밍을 하게 하세요.

학생들에게 이러한 질문에 대해 생각해보게 하세요.

• 로봇 탐사 차량이 무엇이며 어디에서 사용되나요?
• 로봇의 동작을 제어하기 위해 어떤 종류의 전동 메커니즘이 사용될 수 있나요?
• 로봇이 어떻게 경로를 따라 이동하며 데이터를 수집할 수 있을까요?
• 로봇이 어떻게 과학 기지와 통신을 할 수 있을까요?

학생들에게 최초의 아이디어를 문서화하게 하고, 첫 번째 프로토타입에 사용할 솔루션을 선택한 이유를 물어보세요. 그리고 프로젝트가 진행되는 동안 자신의 아이디어를 어떻게 평가할 것인지를 설명해보라고 하세요. 이렇게 함으로써 학생들이 검토와 수정을 거치는 과정에서 솔루션을 평가할 때 활용 가능한 구체적인 정보를 얻을 수 있고 솔루션이 효과적인지 여부를 판단할 수 있습니다.

국어교과 확장

옵션 1
국어교과 기술 개발의 통합을 위해 학생들에게 다음 과제를 부여하세요.

• 작성해 두었던 작업, 스케치 또는 사진을 이용해 디자인 프로세스를 요약하고 최종 보고서를 작성하세요.
• 최초의 아이디어부터 완료된 프로젝트까지 디자인 프로세스를 보여 주는 동영상을 만드세요.
• 프로그램에 대한 프레젠테이션을 만드세요.
• 프로젝트와 현실 세계의 시스템을 연관지어 살펴보고 학생들의 작품을 기반으로 만들어낼 수 있는 새로운 발명품을 설명하기 위한 프레젠테이션을 제작하세요.

옵션 2
이번 수업에서는 학생들이 자기 위치를 교신할 수 있는 자동화 탐험 기계를 만들었습니다.
국어교과 기술 개발의 통합을 위해 학생들에게 다음 과제를 부여하세요.

• 지구의 오지에서 사용되는 자율 로봇 탐험 기계에 대해 생각해보고, 위치 데이터를 전송해야 할 필요성을 평가하세요.
• 이 시나리오를 설명하고 정보 문서를 작성하되, 이 데이터 집합을 전송하는 데 관련된 위험의 평가에 초점을 맞추고 이러한 위험을 최소화할 수 있는 통신 방법을 조사하세요.
• 이러한 위험을 높일 수 있는 외부 요인들에 대해 논의하세요.
• 자신의 아이디어를 뒷받침할 그림과 표를 사용하여 이러한 외부 영향을 통제하기 위한 방법을 고안하세요.
• 제시된 증거에 근거하여 상황의 전반적인 위험에 관한 결론을 도출하세요.

수학교과 확장

이번 수업에서는 학생들이 경로를 따라가며 자기 위치를 전송할 수 있는 자동화 탐사 기계를 만들었습니다. 자율 시스템은 기계학습 알고리즘을 사용하여 주요 지형지물에 대한 근접도를 중심으로 자신의 좌표와 위치, 목표 지점 도착 예상 시간 또는 과제 완료 가능성을 전송할 수 있으며, 현재의 위치와 배터리 상태가 기초 정보로 사용됩니다.
수학 능력 개발 활동을 통합하고 기계학습 알고리즘의 개발을 위한 관계의 유형을 조사하는 차원에서 학생들에게 다음 과제를 부여하세요.

• 데이터를 수집하고 로봇의 위치 데이터를 목적지 도착 예상 시간과 연계하기 위한 회귀 함수를 만들어 선형 회귀 분석을 실시하세요.
• 자율 탐사 기계가 자신의 위치와 도착 예상 시간을 전송할 수 있도록 회귀 함수를 프로그램에 코딩해 넣으세요.

학생들에게 아래의 링크를 참조하여 몇 가지의 예시 모델을 조립해 볼 기회를 주세요. 이러한 시스템이 어떻게 작동하는지 살펴보고 어떻게 디자인 개요에 대한 솔루션으로 이어질 수 있을지에 대해 브레인스토밍하게 하세요.

• 라지 모터와 바퀴
• 트랙
• 1번 컬러 센서
• 2번 컬러 센서
• 자이로 센서
• 터치 센서
• 초음파 센서

교사 관찰 체크리스트
교사의 요구 사항에 맞는 척도를 만드세요(아래의 예 참조).

1. 부분적으로 달성됨
2. 충분히 달성됨
3. 초과 달성됨

다음의 성공 기준을 사용해 학생들의 진척도를 평가하세요.

• 학생들이 문제의 핵심 요소를 식별할 수 있다.
• 학생들이 자율적인 태도로 창의적인 솔루션을 개발한다.
• 학생들이 자신의 아이디어를 명확히 전달할 수 있다.

자기 평가
학생들이 어느 정도의 성과 데이터를 수집한 다음, 각자의 솔루션에 대해 깊이 생각해 볼 시간을 주세요. 다음과 같은 질문이 도움이 될 것입니다.

• 솔루션이 디자인 브리핑의 기준을 충족하나요?
• 로봇의 움직임을 더 정확하게 만들 수 있나요?
• 다른 사람들은 이 문제를 어떤 방식으로 해결했나요?

학생들에게 솔루션을 개선할 두 가지 방법을 브레인스토밍하고 문서화하게 하세요.

동료 피드백
각 그룹이 자신과 타인의 프로젝트를 평가하는 동료 검토 프로세스를 진행하게 하세요. 이러한 검토 프로세스는 학생들이 건설적인 피드백을 제공하는 기술을 개발하고 그들의 분석 기술을 연마하며, 주장을 뒷받침하기 위해 객관적 데이터를 사용하는 능력을 향상하는 데 도움이 됩니다.

이 수업이 즐거웠던 학생이라면 아마 다음과 같은 진로 개발 영역에 대해서도 관심이 있을 것입니다.

• 비즈니스 및 금융(기업가)
• 제조 및 엔지니어링(예비 엔지니어링)