자연에서 얻은 아이디어의 활용

(참고: 이 수업은 파트 A와 파트 B로 구성되어 있으며, 표준에 따른 온전한 학습을 위해 두 가지가 다 중요합니다. 시간이 제한적일 경우, 두 파트를 모두 검토한 후, 필요한 요소들을 골라 사용하세요.)

이번 수업의 학습 주제는 공학설계와 생체모방(사람들이 인간의 문제를 해결하기 위해 자연에서 얻은 아이디어를 사용하는 것)이며, 학생들이 그와 관련된 모델을 디자인하고 조립하는 과정이 수반됩니다.
참고로 수업 중에 제시되는 예제는 하나의 본보기에 불과하며, 학생들이 각자 자신이 선택한 바에 따라 인간의 문제를 해결할 아이디어를 디자인하고 조립해야 합니다. 정답 모델이 따로 없다는 점을 상기시켜주시고요.

• 과학적 배경 - 자연의 가르침: 생체모방이란 다른 생명체로부터 얻은 아이디어를 이용해 인간의 문제를 해결할 방법을 구상하는 과정을 말합니다.
  • 유기체가 감각기관 또는 기타 내외부 신체 구조를 사용하는 온갖 방식이 모두 아이디어의 원천이 될 수 있습니다(미세한 구조와 과정을 포함).
  • 이번 수업에서는 동물의 외부 구조를 눈에 보이는 한도 내에서 모방하는 정도로 범위를 한정하도록 하겠습니다.
  • 예제가 제시될 것이며, 라이트와 사운드에 관한 예제를 공유할 것을 권고합니다(학습단원의 일관성을 위해). 학생들의 학습 요구사항에 부합하도록 예제의 개수와 유형을 적절히 선택하여 사용하세요.
  • 학생들의 발명 의욕을 북돋우는 차원에서, 아이디어 구상에 도움이 될 여러 가지 동물 신체 부위에 관한 이미지/정보를 공유하세요.
• 사전 지식 쌓기 - 자연의 가르침: 기초 과학 자료를 사용하여 정보, 이미지 및 용어 정의를 공유하세요.
  • 동물의 외부 신체 부위로는 뿔, 털, 아가미, 다리와 관절, 날개, 부리, 눈, 깃털, 비늘, 귀, 침, 더듬이, 코, 눈꺼풀, 껍데기, 깃털, 밝은 색상 또는 색상 패턴 등이 있습니다.
  • 동물은 주변 환경에 섞여들고, 신체를 보호하고, 포식자를 떼어놓는 식으로 저마다의 환경에서 번식하고 성장하고 생존하기 위해 여러 가지 신체 부위를 사용합니다.
  • 사람들은 자연에서 얻은 아이디어를 사용하여 여러 가지 발명품을 만듭니다. 예를 들어, 빛과 소리를 활용하는 경우만 보더라도 1) 반딧불이의 발광체 모양으로 LED 전구를 모델링하여 더 적은 에너지로 더 많은 빛을 만들어내고, 2) 기차 또는 풍력 터빈의 부품을 물총새 부리 모양으로 모델링하여 인근에 끼치는 소음 공해를 줄이고, 3) 빛의 밝기에 따라 색이 변하는 감광성 소재를 이용해 기계와 사람이 배경과 조화를 이루도록 하는 등 일일이 꼽자면 한이 없을 것입니다.
  • 흔히 보는 발명품과 원천 아이디어: 비행기—새의 날개, 헬리콥터—잠자리와 벌새, 바이크 헬멧—거북이 등껍질, 잠수함의 형상—고래, 인공 팔—코끼리 코(동물의 구조 수업)
  • 주요 어휘: 신체 부위, 생존, 발명
• 조립 및 프로그래밍 체험: 학습단원 계획의 제안 사항을 읽어보세요. 아울러 필요하다면, 이번 수업과 관련하여…
  • 스파이크 앱 시작 메뉴의 모든 튜토리얼을 이용해 내용을 보완하세요.
  • 과학: 보고! 듣고! 조립하고! 학습단원의 몇몇 수업을 선행하여 조립 체험을 쌓고 스파이크 앱의 아이콘 블록을 사용하는 요령을 익혀두세요.
  • 이번 수업의 경우, 프로그래밍이 선택 사항임을 알려주세요.
• 재료: 전술한 배경 정보에 기초하여 1) 동물의 외부 신체 부위 및 2) 생체모방에 관한 이미지 또는 비디오를 연령 수준에 맞춰 찾아보세요. 후자의 경우, ‘생체모방의 사례’ 또는 ‘생체모방 사례+빛과 소리’가 검색어로 적당할 것입니다. 아울러 이러한 과학 정보를 학생들에게 어떻게 제시할 것인지를 정하고(예제의 개수, 어디서 정보를 공유할 것인가, 선택의 범위를 어디까지로 할 것인가 등), 학생들이 모델을 업그레이드하는 데 도움이 될 공예 재료를 준비하세요.

파트 A (45분)

• 이야기의 주인공 소개 및 첫 번째 과제의 제시: 다니엘, 소피, 레오, 마리아가 새로운 사실을 알게 되었어요. 반딧불이가 빛을 내는 방식을 본떠 만들어진 전구들이 있다잖아요. 그 밖에 자연으로부터 또 어떤 아이디어를 얻을 수 있을까요?

• 생각—생체모방 및 동물 신체 부위의 예제를 모두와 공유하고, 수업 주제에 대해 간략히 토의를 진행하세요.

  • 사진을 보아주세요. 동물들이 생존을 위해 이러한 신체 부위를 어떻게 사용하나요? 사람들도 똑같이 할 수 있을까요? (구체적인 답변은 어느 생체모방 사진을 보여주느냐에 따라 달라질 것입니다. 예를 들자면… 아니요, 할 수 없음: 자체 발광—반딧불이, 하늘을 날거나 부리를 이용해 조용하게 움직임—새, 깊은 곳으로 잠수—고래, 머리를 껍질 속으로 집어넣음—거북이)
  • 동물의 능력을 연상시키는 발명품으로 어떤 것들이 있나요? (예: 비행기 날개와 헬리콥터의 회전날개를 이용해 새나 곤충처럼 하늘로 비상, 잠수함이 고래처럼 물 속 깊이 들어감, 거북이 껍질처럼 헬멧을 이용해 머리를 보호, 반딧불이처럼 빛을 내는 전구, 새처럼 조용히 움직이는 기차와 풍력 터빈)
  • 사진을 좀 더 보아주세요. 동물의 어떤 신체 부위가 보이나요? (구체적인 답변은 어떤 동물 신체 부위를 보여주느냐에 따라 달라질 터이며, 뿔, 털, 아가미, 다리와 관절, 날개, 부리, 눈, 깃털, 비늘, 귀, 침, 더듬이, 코, 눈꺼풀, 껍데기, 깃털, 밝은 색상 또는 색상 패턴 등이 언급될 수 있을 것입니다)
  • 여러 가지 동물 신체 부위에 대해 생각을 해보세요. 어느 신체 부위가 사람들이 안고 있는 어떤 문제를 해결해줄 수 있을까요? (학생들로부터 아이디어를 이끌어내고 게시하여 서로 공유하세요.)

• 스파이크 에센셜 세트와 장치를 그룹별로 하나씩 나눠주세요.

• 어느 동물로부터 어떤 아이디어를 이끌어내든, 그리고 인간의 어떤 문제를 다루든, 각자 생각하는 솔루션을 디자인하고 조립해야 한다는 점을 분명히 말해주세요. 비록 관심유도 단계에서 몇 가지 제안이 제시되겠지만, 개방형 프로젝트 수업의 성격상 모델을 만드는 데 정해진 정답이 없으며, 프로그래밍은 선택 사항이라는 점을 강조하여 말해주세요.

• 학생 과제:

  • 관심유도 단계에서 얻은 아이디어를 바탕으로, 인간의 문제 한 가지와 그 문제를 해결해줄 동물 신체 부위 한 가지를 선택하세요.
  • 각자의 아이디어를 그림으로 그리세요. 단, 어느 동물 신체 부위를 어떻게 사용할 것인지에 대한 설명이 포함되어야 합니다. (학생들에게 동물 신체 부위에 이름, 레이블, 동그라미 등으로 표시를 하고, 그것을 어떻게 아이디어에 적용할 것인지 말해보라고 하세요.)
  • 어떤 재료가 가장 사용하기 좋을지 생각을 해보세요.
  • 각자의 아이디어를 모델로 조립하는 과정을 시작하세요.
  • (선택 사항) 작동 원리를 보여주기 위한 모델의 프로그래밍을 시작하세요.

• 과제 수행 중간에 학생들에게 익숙한 수업 방식에 따라 아이디어를 서로 교환하고 새로 떠오른 영감에 기초하여 모델을 업데이트하게 하세요.

  • 모델을 테스트하고, 의도한 대로 작동하도록 수정을 가하세요.

• 공예 재료와 레고^® 부품을 학생의 디자인 아이디어에 어떻게 조합할 것인지에 대해 브레인스토밍을 진행하세요. 학생들에게 문제를 해결할 방법을 구상하고 재료를 선택함에 있어 상상력을 발휘할 것을 당부하세요.

• 학생들을 모두 모으고 정보를 공유하세요.

• 각 그룹별로 디자인 솔루션(모델 및 스케치)의 진척 상황을 공유하고 설명을 해보라고 하세요.

  • 해결하고자 하는 문제가 무엇이며, 어째서 그것을 해결하고 싶은가.
  • 어느 동물 신체 부위를 영감의 원천으로 삼았으며, 해당 동물은 그것을 어떻게 사용하는가.
  • 발명품이 어떤 식으로 작동하기를 원하는가. (학생들이 솔루션의 작동 원리를 말로 설명하거나 시각적으로 보여주면 되며, 실제 작동하는 모델을 완성할 필요는 없습니다.)
  • 디자인이 효과가 있었는가, 아니면 수정해야 했는가.
  • 어떤 디자인 문제에 대해 도움을 받고 싶은가.

파트 B의 설명 섹션을 이어서 하고자 할 경우, 학생들에게 모델을 그대로 보관하게 하거나 따로 시간을 주고 다시 조립하게 하세요.

파트 B (45분)

• 다른 그룹이 추가로 배운 내용의 시연과 설명을 할 수 있도록 파트 A의 설명 단계를 반복하세요.

• 학생 과제:

  • (10분) 예상대로 작동할 때까지 모델을 계속 반복하여 테스트하세요.
  • (15분) 발명품을 시연하고, 동물 신체 부위에서 얻은 아이디어를 사용하여 인간의 문제를 해결하는 방법을 보여주세요.

• (5분) 학생들에게 아래의 기준에 부합하는 지식, 아이디어 또는 기술을 모두와 공유하게 하세요.

  • 과제를 완료하는 데 도움이 되었다.
  • 조립하는 중에 배움을 얻었다.

• 학생들에게 세트와 수업 공간을 정리정돈하게 하세요.

• 학생들이 아이디어를 구상하고 조립과 프로그래밍을 하는 동안 유도질문을 통해 생각과 결정을 들어보세요.

관찰 체크리스트

• 학습 목표(교사 지원_ 참조)_를 읽어보세요.
• 체크리스트를 사용하여 학생들의 진척도를 관찰하세요.
  • 동물이 생존을 위해 외부 신체 구조를 어떻게 사용하는지를 보여주는 사례가 묘사와 디자인에 포함되어 있다.
  • 인간의 문제를 해결해주는 요소 및 특정 동물 신체 부위를 모방한 기능이 디자인에 포함되어 있다. (학생들이 솔루션의 작동 원리를 말로 설명하거나 시각적으로 보여주면 되며, 실제 작동하는 모델을 완성할 필요는 없습니다.)
  • 자신이 사용한 재료와 디자인의 특징을 제대로 묘사하고 있다.

자기 평가

학생 개개인에게 자신의 성과를 가장 잘 나타낸다고 생각되는 브릭을 선택하게 하세요.

• 파란색 브릭: 프로그램 작성 지침을 따를 수 있다고 생각한다.
• 노란색 브릭: 프로그램 작성 지침에 따라 프로그램을 만들 수 있다.
• 녹색 브릭: 프로그램 작성 지침에 따라 프로그램을 만들 수 있으며, 친구에게 도움을 줄 수도 있다.

동료 피드백

학생들을 소규모 그룹으로 나누고, 협업의 체험에 대해 토의를 하게 하세요.
다음과 같은 문장을 사용할 것을 제안하세요.

• 네가 어땠을 때 좋았냐 하면…
• 내가 너에게서 더 듣고 싶었던 것은…

수업을 단순화하는 방법:

• 선택의 폭을 좁히거나, 특정한 문제를 제시하고 그 문제를 특정한 동물 신체 구조와 연결지어주세요. 아울러 학생들이 허브나 프로그래밍을 사용하지 않고도 디자인 솔루션을 조립할 수 있다는 점을 강조하여 말해주세요.
  수업의 수준을 높이는 방법:
• 학생들에게 발명품의 작동 원리를 보여주는 모델을 프로그래밍하게 하세요. 원한다면, 두 가지 이상의 구조를 결합하여 정교화 단계의 과제를 확장하고 복수의 문제를 해결할 것을 요구할 수도 있습니다.

• 학생들에게 각자의 디자인 그림(탐구 단계)을 이용해 자신의 발명품에 관한 전단지나 광고지를 만들게 하고, 화살표, 원, 레이블을 사용하여 발명품의 작동 원리를 설명해보라고 하세요. 아울러 왜 그 발명품을 사용해야 하는지에 대한 짤막한 단어나 문구를 추가하는 것도 좋겠죠.

이렇게 할 경우 수업 시간이 45분 이상으로 길어집니다.