[교과교재연구및지도법]제 8회차. 기술교육목표 변화에 따른 내용구성과 교수법

목차

1. On-Line 교육에서 수업의 주제별 내용 요약

2. E-learning 과제

본문내용

및 도움 자료를 주고 조사하여야할 내용을 간략하게 정리한다.)
(3) 보고 및 교사의 보충 정리
- 학생들이 정리한 보고서 내용을 3-4개 그룹이 발표하고 정리보고 한다.
(발표를 통하여 습득될 수 있는 능력을 간략하게 서술)
- 교사가 정리해주어야 할 주요 학습내용을 간략하게 정리해주는 방법 제시한다.
전공분야의 예 :
* 과목명 : 유한요소법 및 실습
* 과제 : 런던 TowerBridge 구조물 해석
* 프로그램(System) : Ansys 6.5
* 팀원 : 총 4명
(1) 실행단계
- 구조물 해석에 사용되는 유한요소법의 간단한 특징들
★ 역사적 배경
항공기 구조해석기술의 진보로 부터 유래
1941년Hrenikoff프레임 구성방법
1943년Courant비틀림 문제
(삼각형 소구간 사용)
1956년Turner 트러스 요소 ,보 요소 (강성행렬)
1960년Clough'유한요소‘ 란 용어 사용
1967년Zienkiewicz, Cheung 유한요소에 대한 첫번째 책 출간
1970년대수학적 기반이 만들어짐
오늘날- 컴퓨터의 발달로 공학전반에 걸쳐 널리 활용되고 있음.
★ 유한요소법의 장점
1) 불규칙적으로 생긴 물체도 쉽게 모델링 할 수 있다.
2) 여러 가지 종류의 하중조건을 쉽게 다룰 수 있다.
3) 다른 물질로 구성된 물체를 모델링 하기 편리하다.
4) 경계조건의 종류, 갯수에 제한이 없다.
5) 필요에 따라 특정부위의 요소 크기를 더 작게 또는 크게 하는 등, 요소의 크기가 자유롭다.
6) 공학분야의 다양한 문제를 다룰 수 있다.
- 아래 그림과 같은 형체의 건물을 모델링해보고 프로그램을 실행시켜 수치로 나타낸 다음, 구조물을 해석해본다.
ex)
, except element (7)
Sol) ;
;
- 유사하게 보이나 서로 다른 구조물들을 프로그램을 이용하여 해석한다.
DOFs at a node
2D Spar (Pin Joints) 3D Spar(Pin Joints)
2D Beam 3D Beam
(2) 특징 분류 및 해석단계
- 교수님이 수업시간에 가르쳐준 여러 가지 구조물 해석 방법 및 프로그램 사용법을 토대로, 3년전 영국 여행할 때 구경한 타워 브릿지의 구조 및 견딜 수 있는 하중을 해석해보고자, 팀을 이루어 학 습자 주도적으로 프로젝트를 실행함.
TowerBridge에 대한 전반적인 내용 및 물성치 조사.
- 위치 : 영국 런던 템즈강
- 1886년에 착공되어, 8년만인 1894년에 완공
- 빅토리아 시대 기술의 개가로 호레이스 존스경이 설계
- 1000톤 무게의 다리가 90초 동안 40m 높이 60m 폭으로 벌어진다.
- 총길이 270m, 중앙부경간 79m, 측경간 82.3m, 인도교 높이 43m
- 통과 여유 높이 : 8.6m(다리닫혔을시), 42.5m(다리열렸을시)
- 주탑부는 강철 프레임 구조에 외관에 벽돌로 장식
- 당시 다리를 만드는데 비용 118만 4천 파운드
- 타워브릿지는 강철프레임 구조로써 외관은 벽돌로 장식되어져 있다.
- 강철의 물성치를 알아보면
SpecificWeight(kN/m^3)=77.0
Mass density (kg/m^3) = 7850
Modulus of elasticity E (GPa) = 190~210
Poisson'sratiov=0.27~0.3
사진을 바탕으로, SolidWorks라는 프로그램을 이용하여 모델링 구현하여 Ansys로 로드함.

이 모델링을 토대로 Mesh하여 해석을 하였는데, 에러가 발생하여 고민을 거듭하다, 교수님이 수업시 간에 주신 자료를 살펴보고 상호 연구하고 토의한 결과, 구조물을 너무 복잡하게 그렸다는 것을 깨 달았고, 1/4로 단순화시켜서 재해석하였다.

해석결과 (이 다리가 얼마만큼의 하중을 견딜 수 있는지 그리고 얼마만큼의 태풍에 견딜수 있는지 등등 여러 가지를 측정해보았다. 여기서는 사람 1000명이 다리위에 올라갔을 때의 예를 보여주도록 하겠다.)
- 사람1인 = 100kg하고 1000명이 다리 위에 올라가 있을 때의 하중
- 솔리드웍스에서 불러온 모델은 단위가 mm이므로 1000N 이면 사람 1000명에 해당하는 하중이 된다.
<최대응력 = 89257Pa> <최대변위 = 0.04mm> <응력집중이 일어나는 곳 확대한 모습>
(3) 보고 및 교사의 보충 정리
- 직접 과제를 수행한 내용을 토대로 보고서를 작성한 후, 교수님 및 같은 수업을 진행한 학우들에게 발표해보도록 한다.
여기서 발표를 통하여 습득될 수 있는 능력으로는
자기의 생각을 정리하여 다른 사람들과 공유할 수 있는 Documentation 능력
뜻밖의 질문에 대처하는 난관극복능력
효율적으로 자신의 생각을 다른 사람에게 전달하는 능력(발표력)
의사소통을 통한 언어구사력
등이 있으며, 발표할 때, 이 프로젝트를 진행하면서 어려웠던 점 및 해결과정, 또한 이 과제를 하면 서 습득했던 여러 가지 기술 및 의의를 중점적으로 전달하도록 한다.
ex)이번 프로젝트를 마치면서...(후기)
- 솔리드웍스로 모델링을 할 때 너무 자세하게 표현을 해서 엔시스로 모델링을 읽어 들일 때 오류가 발생하 였고 급기야 Mesh까지 되지 않아 처음부터 모델링을 다시 하는 실수를 범하였다.
- 한 학기 동안의 Ansys 수업을 통해 공학구조물에 대한 해석에 기초적인 원리를 이해할 수 있었고, 아울러 이론적인 부분에 대한 특히 재료역학의 중요성을 다시금 깨닫게 되는 기회를 제공해 준 교수님께 감사드립니다.
- 밤을 세면서 프로젝트를 하는 과정에 많은 것을 배울 수 있었다.
- 이번 프로젝트를 통해서 그 동안 몰랐던 솔리드의 많은 기능을 복습할 수 있었다.
- 마지막에는 교사가 정리해주어야 할 주요 학습내용을 간략하게 정리해주는 방법 제시한다.
발표를 마친 후, 교사는 학생들에게 질의응답 및 토론을 시킴으로써, 학습자 주도적 학습을 확장시키 고 아울러 마지막에 발표를 토대로 학습내용을 정리시켜 주고 또한 거기에서 한단계 더 나아간 새로 운 질문을 던짐으로써 학생들에게 탐구하게 한다.

키워드

교과교재,   기술교육,   문제해결,   프로젝트학습,   교과교재 연구 및 지도법,   학습지도,   프로젝트,   교과교재연구