FOCUS 4 학교 안에서 STEAM 찾아보기
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인재로 성장하도록 현재의 교육을 근본적으로 개혁하자는 것입니다. 이는 STEAM의 기본 교육철학과도 맥을 같이합니다.
고등학교에서의 STEAM 프로그램 개발
이번에는 수원 영생고등학교의 사례를 통해 수학 기반의 STEAM 프로그램 개발과 운영 과정에 대해 알아보겠습니다. 프로그램마다 약간의 차이는 있지만 대부분 다음과 같은 5단계에 걸쳐 개발을 진행했습니다.
첫째로 ‘교육과정 분석’ 단계에서는 과학, 기술·가정, 미술, 수학 등 STEAM 범주에 포함되는 교과 내용을 분석해서 교과 간 연계가 가능한 주제를 도출합니다.
간단하지 않은 작업이므로 개발에 참여한 동료 교사들 간의 팀워크를 유지하는 것이 중요합니다.
학교 현장에서 쉽게 적용할 수 있는 주제를 우선적으로 찾아내는 것이 실행에 유리합니다. 영생고등학교는 수학 교과를 중심으로 한 ‘교과 내 수업’ 형태의 프로그램 개발을 목표로 설정했습니다.
STEAM 수업이 학교 현장에 성공적으로 정착되려면 교과 안으로 진입하는 것이 중요합니다. 담당 교사가 자신의 교과를 중심으로 설계하는 것이 좋으며, 동아리 시간이나 창의적 체험활동 시간에 일회성 행사로 진행하는 것은 바람직하지 않습니다.
교육과정 분석
융합주제 선정
단원차시 선정
교육과정 편성
수업안 작성
SOS - 우리 과자를 지켜줘!
‘SOS - 우리 과자를 지켜줘!’ 프로그램을 예로 설명을 진행하겠습니다.
배송 중에 과자가 부서지지 않도록 안전하게 보호하는 포장디자인을 개발하는 수업입니다. 이는 3미터 높이에서 달걀을 떨어뜨려도 깨지지 않도록 창의성을 발휘해 포장재를 제작하는 ‘에그 드롭(Egg Drop)’행사와 유사합니다. 영국 런던과학관이 개발한 STEM 프로그램 ‘과자를 지키자(Save Our Snacks)’에서 기본적인 아이디어를 가져왔습니다. 그러나 문제 상황, 교육과정, 평가 등 거의 전체에 가까운 세부사항은 우리나라의 상황에 맞게 새로 설계했습니다.
이 프로그램은 고등학교 2학년 ‘미적분Ⅰ’ 과목의 ‘함수의 극한’ 단원에서 2~3차시 동안 적용 가능합니다. 차시별 내용은 다음과 같습니다.
차시 운영 방법은 관련 과목인 ‘물리 I’과 함께 블록타임제를 적용해 진행했습니다.
기존 수학수업에 적용해도 무리는 없지만 자연스러운 수업 흐름을 위해 내린 결정입니다. 차시별 수업내용을 STEAM 학습준거틀에 의거해 설명하면 다음과 같습니다.
‘상황 제시’ 단계에서는 과자의 과대포장이 문제가 된다는 뉴스를 우선 시청 합니다. 학생들의 비판적 사고력을 촉진하기 위해 ‘과대포장이 어떤 문제를 야기 하는지’에 대해 토론합니다. 수업에서는 포장 원료물질의 낭비, 운송비 부담 증가, 폐기물 양산, 소비자의 경제적 부담 상승 등 다양한 의견들이 도출되었습니다.
과자 과대 포장, 이대로 좋은가?
경제적인 과자 포장, 어떻게 가능할까?
튼튼한 과자 포장, 어떻게 가능할까?
외부 충격으로부터 과자를 보호해 줄 수 있는 최적의 구조는?
안전하게 과자를 포장할 수 있는 나만의 구조물을 자원의
낭비 없이 설계하기
과대포장으로 인한 환경문제 인식하기 토론을 통한 효과적인 의사소통 능력 향상하기
세 가지 미션 수행을 통한 성공의 경험
문제상황제시 창의적 설계 감성적 체험
문제상황이해 주제에 따른
개념학습
주제학습활동 창의적 설계 과정
미션 수행하기
미적분Ⅰ(1) 과학(물리Ⅰ)(1), 창체(1)
주제확인 / 탐색 탐구활동 / 결과처리
1차시 2~3차시
학생들은 평소 크게 고민하지 않았던 과자의 과대포장 문제가 다양한 사회적 문제를 야기할 수 있다는 사실에 많이 놀랐습니다. 이 상황에서 교사는 ‘과대포장을 하지 않으면서 안전하게 과자를 보호하는 포장 방법을 개발하는 것’이 프로그램의 목표임을 설명합니다.
‘SOS - 우리 과자를 지켜줘’ 프로그램
STEAM 프로그램 개발 과정에서 가장 큰 부담을 주는 부분은 ‘상황 제시’
단계입니다. STEAM 프로그램 전체의 성패가 여기에 달렸다고 해도 과언이 아닙니다. 주어진 상황을 학생들이 자신의 문제로 인식해야 수업에 온전히 몰입할 수 있으므로 프로그램 전체를 아우르는 소재와 방식으로 상황을 제시해야 합니다.
매력적인 스토리를 만들어내려면 동료 교사들과의 소통과 협업을 긴밀하게 유지하는 것이 필수적입니다.
상황을 제시한 후에는 이론 수업을 진행합니다. 외부의 힘에 가장 잘 견디는 구조는 ‘구’의 형태를 띤다는 사실을 수학적으로 확인하고 돔, 아치, 트러스 구조
문제 상황 제시 및 이론 수업
과대포장이 어떤 문제를 야기하는지’에 대해 토론합니다.에 대한 사회적 이슈를 토론을 통하여 인식할 수 있도록 하고, 학생들이 해결해야 할 문제 상황을 제시한다. 이후 관련된 이론 수업을 간단히 진행한다.
학생들은 수학적인 증명을 통해 ‘구’가 외부의 힘에 가장 잘 견딜 수 있는 도형이라는 사실을 발견한다.
등이 적용된 다양한 건축물을 조사하여 이론을 확인했습니다.
‘트러스-아치 구조’를 직접 만들어보고 외부의 힘을 얼마나 견디는지도 실험했습니다. 전자저울을 이용해 트러스-아치 구조와 그 위에 올린 물체들의 무게를 직접 쟀습니다. 자신의 무게보다 200배 무거운 하중을 견딘다는 사실을 확인한 학생들은 놀란 모습이었습니다.
이어서 물리 교과의 ‘뉴턴의 운동법칙’, ‘운동량과 충격량’ 등의 개념을 학습합니다.
충격량 공식(I = F △ t)을 이용해 과자마다 충격량을 하나씩 계산하면서 왜 충전재가 필요한지 이해하게 됩니다.
창의적 설계 단계에서는 모둠별로 주어진 워크시트에 과자를 보호할 포장 디자인을 설계해 기록합니다. ‘과대포장 없이도 과자를 안전하게 보호하는 구조물’을 협업을 통해 완성하는 것입니다. 감성적 체험 단계에서는 완성된 구조물을 1~3단계 미션을 거쳐 검증하고 마침내 성공의 경험에 다다르게 됩니다.
창의적 설계
먼저 주어진 워크시트에 과자를 보호할 수 있는 디자인을 설계한 후, 협업을 통해 ‘과대포장 하지 않으면서, 안전하게 과자를 보호할 수 있는’ 구조물을 완성한다.
‘선거와 수학’ 프로그램
다음으로는 수학 교과의 ‘확률과 통계’ 단원과 사회 교과의 ‘법과 정치’ 단원을 융합한 ‘선거와 수학’ 프로그램을 소개합니다. 민주주의 체제에서 실시되는 선거제도와 여론조사 등의 행위와 원칙을 수학적으로 재해석하도록 구성했습니다.
빅데이터 시대에는 자료를 수집하고 해석하는 능력이 중요합니다. 이른바 ‘문과 학생’으로 불리는 계열에 속해 있다고 해서 데이터를 분석하는 능력을 등한시해서는 안 됩니다. 또한 ‘이과 학생’이라는 계열이어서 선거라는 사회적 제도에 대해 학교 수업에서 제대로 배우지 못하는 상황을 극복하고자 이 프로그램을 준비했습니다.
앞으로 적용될 문·이과 통합을 미리 준비하고 경험하자는 취지도 있었습니다.
이제 학교 현장에서는 교사들이 자신의 교과를 중심으로 다른 교과의 내용을 융합하는 시도를 해야 하기 때문입니다.
‘선거와 수학’ 프로그램은 작은 사회라 불릴 만한 학교 내에서 학생회장이나 반장을 선출할 때 실시하는 선거 제도를 분석합니다. 이로써 학생들은 선거가 자신과 밀접한 상황이라는 것을 깨닫고 제도 자체의 의의와 참여의 필요성을 이해하게 됩니다. 또한 실제 출구조사를 시행해 자료를 수집하고 또 해석하는 과정에서 수학 교과의 필요성을 느끼게 됩니다.
‘선거와 수학’ 프로그램 토론수업
학습차시는 사회과 1차시, 수학과 1차시 등 총 2차시의 블록타임으로 구성했습니다.
진행에 필요한 자세한 구성안은 다음과 같습니다.
(1) 사회과 1차시, 수학과 1차시 수업진행
(2) 사회과 1차시, 수학과 2차시의 총 3차시 진행 (학생회장 등의 선거가 진행되는 경우) (3) (1)번에서의 수업을 진행하고, 학년말 여건이 허락되는 경우 1차시의 활동 진행(가장
현실적인 대안)한다, 학생들과 사전조율이 필요하고, 수행평가 반영 등 수업 간극을 이어주는 동기유발요소가 필요함
이 프로그램은 수학 교과의 통계 단원을 학습하는 시점에서 적용하는 것이 바람직 합니다. 시기적으로는 2학년 2학기가 되며 이 때는 학교에서 실제 학생회장 선거가 벌어진다는 연계점이 있습니다. 영생고등학교에 적용할 때는 국가의 보궐선거를 2주 앞두고 있는 시점이어서 학습 동기를 불러일으키기에도 유리했습니다.
학생들에게 기대했던 수업 효과는 두 가지였습니다. 하나는 정치나 선거에 무관심한 학생들에게 민주주의 정치제도의 중요성을 깨닫게 하는 것이고, 다른 하나는 통계 단원에서 배우는 수학적 지식의 효용성에 대해 알려주는 것입니다.
학생들은 수학 교과를 그저 대학입시를 위한 수단으로 생각하는 경우가 많습니다. 왜 수학을 배워야 하는지, 어디에 쓰일 수 있는지도 모른 채 맹목적으로 공부하곤 합니다. 이번 프로그램을 진행하면서 아이들의 생각이 바뀌고 호기심이 커지는 것을 목격할 수 있었습니다.
‘실버타운 건설하기’ 프로그램
이번에는 자신이 꿈꾸는 실버타운을 직접 조성해보는 건축 체험 프로그램을 소개합니다. 단순히 외양이 멋진 건물을 만드는 것이 아니라 노인복지라는 정책이 현실적으로 구현되도록 다양한 기능을 담은 복합적 결과물을 개발하는 것이