(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 (

2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2020. 11.

금산고등학교

과 제 개 요

과제명

2020년 STEAM 교사연구회 운영(금산고등학교)

STEAM 프로그램

유형

(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 (

√ )

프로그램명

Covid-19 관련 데이터 활용 테마형 창의융합 교수학습 컨텐츠 개발

학교급 고 대상 학년(군) 3학년

중심과목 생명과학 중심과목

성취기준 영역 [고등학교 3학년] 생명과학2 (6) 생명공학 기술과 인간생활

연계과목

수학 물리학

화학 지구과학

정보 음악 미술

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 3학년] 미적분II (3)도함수의 활용 [고등학교 3학년] 확률과 통계 (3) 통계 [고등학교 3학년] 물리학II (1) 역학적상호작용 [고등학교 3학년] 화학II (1) 물질의 세가지상태와 용액 [고등학교 3학년] 지구과학II (5) 대기의 운동과 순환

[고등학교 1-3학년] 음악 (6) 생활과 음악의 융합_우리가 만드는 음악 [고등학교 1-3학년] 미술 (2) 표현과 확장

연구기간

협약체결일 ~ 2020.11.30.

신청금액

일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원

8명 (연구책임자: 1명, 공동연구원

: 7명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 직위 성명 연락처 E-mail

연구책임자 금산고등학교 교사 팽주현 010-2458-0131 physics@kumsan.cnehs.kr

공동연구원 금산고등학교 교사 강혜진

공동연구원 금산고등학교 교사 백승관

공동연구원 금산고등학교 교사 김성호

공동연구원 금산고등학교 교사 송종혁

공동연구원 금산고등학교 교사 조덕연

공동연구원 금산고등학교 교사 박지운

공동연구원 금산고등학교 교사 윤영지

2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

융합인재교육 (STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2020년 11월 10일

주관연구기관장 : 조 익 수 (인) 연구책임자 : 팽 주 현 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 요약문

··· 1

2. 서 론

··· 1

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 2

가. 연구 수행 내용 ··· 2

나. 연구 수행 결과 ··· 3

4. 결론 및 제언

··· 4

[부록]

1. STEAM 프로그램 총괄표(총 23차시) ··· 4

2. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 ··· 7

3. 학생활동지 ··· 40

4. 교사 참고자료 ··· 71

5. 차시별 학생 평가기준 및 방법 ··· 101

6. 학생생활기록부 기재 예시 ··· 113

2008년, 구글에서는 독감트렌드(Google Flu Trend) 프로젝트를 통해 사람들의 검색어 빈도 빅데이터를 토대로 독감 유행을 예측하고 예방하고자 하는 시도가 있었다. 4차 산업혁명시 대에 빅데이터는 마치 가공하지 않은 보석과 같이 활용방법과 적용 분야에 따라 인간 사회 모든 요소에 영향을 미칠 것으로 기대된다. 근래 발생한 신종코로나 바이러스는 세계적인 판데믹 현상으로 이미 인간의 삶과 관련한 모든 요소에 적지 않은 영향을 미치고 있다. 이 과정에서 남긴 온·오프라인 상의 데이터는 많은 것을 시사하고 있을 것이며 앞으로 학계에 서 두고두고 연구의 소재로 사용될 것임이 자명하다. 특히 대한민국의 방역과 의료시스템으 로 이루어진 철저하고 신속한 검진 및 관리와 행정능력, 데이터와 정보를 실시간으로 투명 하게 공개한 점, 기타 유동적 대처 능력은 전 세계 외신들로부터 많은 주목을 받고 있다.

이를 토대로 교수학습 내용을 재구성하여 개발된 수업모형을 특정 시기에 하나의 메인 테 마를 주제로 교사 간 긴밀한 연계 하에 이루어지는 co-teaching, 학생 활동중심의 프로젝트 를 수행하여 그 결과를 공유하고 각종 평가 및 기록에 반영하도록 한다. 또한 수업-평가-기 록의 일체화는 물론 학생들 스스로가 학습의 지속성, 지식의 융합, 일상의 문제를 기반으로 창의적 아이디어를 접목하여 일련의 산출물들을 제작하고 개선하도록 유도한다. 각 교과 담 당 교사는 자율적으로 관련된 단원의 핵심 성취 기준을 토대로 학생 활동 중심 교수학습 모형 및 평가도구를 개발하고 실제 평가에 반영될 수 있는 창의 융합형 STEAM 수업모델을 개발하고 확산하도록 한다.

2. 서론

최신 이슈와 관련한 메인테마를 주제로 각 과목에서 관련있는 주요 교수학습 요소를 추가

하고 성취기준에 적합하도록 맵핑하여 과목간 수평적 통합과 융합이 이루어 질 수 있도록

실속있는 교수학습 매뉴얼을 개발한다. 과학교과 실험 데이터 분석의 경우 기존의 범용 소

프트웨어 분석 툴에 의존하는 데이터 분석 방법을 탈피하여 python 프로그램의 각종 수치

해석 라이브러리를 이용하여 data processing 및 시각화 과정을 통해 창의적 사고력 및 알

고리즘 설계 능력과 관련한 컨텐츠를 적극 활용한다. 수학교과의 경우 확률과 통계와 미적

분학 단원의 기본 개념을 바탕으로 실제 국내 코로나 관련 통계자료를 적극 활용하도록 한

다. 음악과 미술과목에서는 전염병 예방과 관련한 인포그래픽 자료, 및 로고송과 같은 미디

어 컨텐츠 제작을 진행하여 유의미한 학습이 이루어 질 수 있도록 구성한다.

3. 연구 수행 내용 및 결과

본 연구 내용은 코로나19로 인해 교과간 수평적 통합 또는 융합수업이 현실적으로 어려워 진 점을 감안하였다. ‘코로나19’라는 공통의 메인학습 키워드를 바탕으로 각 교과목별로 최 신 트랜드를 반영하여 IT, 클라우드 플랫폼을 적극 활용할 수 있도록 하여 유의미한 온라인 수업이 이루어질 수 있도록 수업내용과 평가도구를 개발하였다.

학생 태도 검사 대상 및 프로그램 운영 대상은 당초 계획인 3학년 전교생이 아닌 직접 수 업에 참여한 자연계열 진학을 희망하는 3학년 2개반 학생들을 대상으로 하였다.

STEAM 프로그램

구분

프로그램명

Covid-19 관련 데이터 활용 테마형 창의융합 교수학습 컨텐츠 개발

선행

프로그램명 해당없음

학교급 고등학교 대상 학년(군) 3학년 목표 수혜학생 수 49명 중심과목 생명과학II 중심과목

성취기준 영역 [고등학교 3학년] 생명과학2 (6) 생명공학 기술과 인간생활

연계과목

미적분 기하와 벡터 확률과 통계 물리학II

화학II 지구과학II

음악 미술

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 3학년] 미적분II (3)도함수의 활용 [고등학교 3학년] 확률과 통계 (3) 통계 [고등학교 3학년] 물리학II (1) 역학적상호작용 [고등학교 3학년] 화학II (1) 물질의 세가지상태와 용액 [고등학교 3학년] 지구과학II (5) 대기의 운동과 순환 [고등학교 1-3학년] 음악(6) 생활과 음악의 융합_우리가 만드는 음악 [고등학교 1-3학년] 미술 (2) 표현과 확장

개발계획

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 2 확률과 통계(1) + 생명과학II(1)

2 3 생명과학(3)

3 3 기하(1) + 물리학II(2)

4 3 미적분(1) + 물리학II(2)

5 3 화학II(3)

6 3 지구과학II(3)

7 3 음악(3)

적용결과 8 3 미술(3)

※ 2020. 7 25. 기준, 23차시 중 23차시 개발 및 23차시 적용 완료

◦연구 수행결과

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시

총 23차시

수업 적용 일정

2020. 5. 1. ~ 2020. 7. 15.

(STEAM 수업)수혜학생 수

107명(고등학교 3학년 전교생) 예정

학생 태도검사 사전검사

7월, 2개 학급(49명) 실시완료

사후검사

10월 15일, 2개 학급(49명) 실시완료

학생 및 교사 만족도조사

10월 19일 예정

교사연구회 STEAM 행사 개최

2020. 10. 20. ‘STEAM 창의융합 워크숍’ 개최

논문 또는 학술대회

해당없음

특허출원(국외, 국내)

해당없음

5. 결론 및 제언

◦ 기대성과

- ‘covid-19’라는 수업의 메인테마이자 키워드가 연구회 조직의 자연스러운 학문 적 전문성, 교수학습 컨텐츠 확장성을 높여주는 촉매제 역할을 할 것으로 기대

- 각 수업과정에서 적용하는 프로그래밍, 3D 모델링, 작곡 및 편곡 앱 활용, 인 포그래픽 디자인, 등과 관련한 각종 하드웨어 및 소프트웨어 사용과 관련하여 상호관심을 유도하여 재능공유, 메이커 문화 확산에 기여함. 아울러 교수학습 활동과 취미 및 특기의 경계를 허물 수 있는 계기가 될 것으로 기대

◦ 연구결과 활용(확산)방안

- 연구회 결과물로 산출된 각종 수업자료 및 메뉴얼을 제작하고 이를 기반으로 한 수업컨텐츠가 다른 표본 집단에 정교화되어 투입될 수 있도록 한다.

- 유사한 방식으로 다른 주제를 통해 커리큘럼을 체계화하여 확산할 수 있도록 한다.

- 인근 학교 교사들과 소통하고 수업 나눔 및 재능기부를 통해 다양한 아이디어

를 수합하여 적용할 수 있는 분위기를 조성한다.

[부록] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램 명: Covid-19 데이터 활용 테마형 창의융합 교수학습 컨텐츠 개발

1. STEAM 프로그램 총괄표(총 23차시)

차시 주요내용

1~3 /23

주제(단원)명 2 차원 평면운동(재채기의 물리학) 연계과목: 물리학Ⅱ

국내 발생한 코로나 19 관련하여 검증된 기관 또는 웹사이트를 통해 획득한 정보 및 데이터 를 바탕으로 학습 컨텐츠를 구성한다. 오픈소스 소프트웨어를 이용하여 데이터를 다루고 시 각화하고 분석하는 경험을 제공한 후 물리학 1 단원의 2 차원 포물선 운동과 관련된 ‘재채기 의 물리학’을 소주제로 프로젝트를 수행한다. 주요 교수학습 내용은 다음과 같다.

·2 차원 포물선 운동에 대한 정량화 된 물리적 개념 이해

·포물선 운동 동영상 프레임 분석 및 데이터 수집

·수집된 데이터를 기반으로 python 데이터 분석

·데이터 전처리, 회귀분석, 시각화

·재채기의 물리학탐구(공기저항을 받는 투사체의 포물선 운동 수치 모델링 및 실험)

4~6 /23

주제(단원)명 기체 분자 운동(이상기체 방정식을 이용한 감염병 예방 활용 사례) 연계과목: 화학Ⅱ

세계보건기구에서 제공한 코로나 19 바이러스 예방 수칙의 경우 점촉감염과 비말감염의 위 험성만을 강조한 부분과 관련하여 웹사이트를 통해 획득한 정보 및 데이터를 바탕으로 학습 컨텐츠를 구성한다. 획득한 정보 데이터를 이용하여 시각화하고 분석하는 경험을 제공한 후 화학Ⅱ 1 단원 물질의 세 가지 상태와 관련된 ‘이상기체방정식을 이용한 감염병 예방 활용 사례’을 소주제로 프로젝트를 수행한다. 주요 교수학습 내용은 다음과 같다.

·감염병 예방 관련 배경 이론 데이터 수집

·기체 분자의 거동에 대한 기체 분자 운동론의 화학적 개념 이해

·실제기체에 대한 이상기체 방정식의 활용

·수집된 데이터를 기반으로 실험 설계

·이상기체 방정식을 활용한 분자량 측정 실험

·실험 측정값을 활용한 계산 프로그램 제작(사용프로그램: Dev C++)

7~9 /23

주제(단원)명 COVID-19 진단검사 원리(생명공학과 인간 생활) 중심과목(생명과학Ⅱ)

전 세계적으로 많은 사상자와 사회·경제·문화적으로 심각한 타격을 주고 있는 COVID-19 사 태로부터 생명과학 교과에서 바이러스의 생활사 및 인체의 방어작용을 학습한 후 COVID-19 진단검사의 원리를 PCR 과 전기영동 실험을 통해 알아본다. 이후 생명 공학 기술의 응용 사 례 발표를 실시한 후, 생명공학 기술 활용의 장단점과 미래사회에 미칠 영향에 대한 토론 수업을 진행한다.

·생명 공학 기술(단일클론항체, 줄기세포, 유전자 변형, PCR, 전기영동)들의 원리 학습

10~12 /23

주제(단원)명 대기안정도에 따른 오염물질 농도 변화와 covid-19 사망률의 연관성

연계과목: 지구과학Ⅱ

국내외에 발생한 코로나 19 와 관련하여 매드아카이브, 기상자료개방포털의 논문 및 데이터 를 바탕으로 학습 컨텐츠를 구성한다. 지구과학Ⅱ 5 단원에 해당하는 단열변화와 구름생성, 대기안정도를 정량적으로 학습한 후 지역 공장의 대기오염물질 방출이라는 이슈를 코로나 19 와 연관 지어 지역민 및 공장장의 인식 개선을 위한 프로젝트를 진행한다. 주요 교수학습 과정은 아래와 같다.

▶ 열역학 1 법칙과 단열변화 ▶ 상승응결고도와 구름의 생성 ▶ 단열 감률과 대기안정도

▶ 대기안정도에 따른 구름 발생 양상, 오염물질의 확산 정도

▶ 지역 신문을 통해 대기오염 문제 파악, 매드아카이브 논문을 활용하여 대기오염물질농 도와 코로나 19 의 연관성 분석

▶ 레윈존데 관측자료, 단열선도를 활용하여 지역의 대기오염 심각성과 코로나 19 로 인한 사망 위험을 알리는 글 작성 및 발표

13~14 /23

주제(단원)명 통계적 추정 -모집단과 표본 연계과목: 확률과 통계

국내 발생한 코로나 19 관련하여 검증된 기관 또는 웹사이트를 통해 획득한 정보 및 데이터 를 바탕으로 학습 컨텐츠를 구성한다. 통계를 활용하고 분석하는 프로그램을 통해 데이터를 다루는 경험을 제공한 후 확률과 통계 3 단원의 모평균 모비율의 검정과 추정 학습내용을 실생활에 응용하는 모둠별 수업을 수행한다. 주요 교수학습 내용은 다음과 같다.

·모평균의 추정과 검정 개념 이해

·검증도니 기관 및 누리집의 공개통계분석을 활용한 개념 이해

·수집된 데이터를 기반으로 통그리미 활용

·데이터 시각화

15~17 /23

주제(단원)명 Ⅱ. 미분법 3. 도함수의 활용 연계과목: 미적분

국내 발생한 코로나 19 관련하여 검증된 기관 또는 웹사이트를 통해 데이터를 수집하고, 이 를 시각화한다. 시각화한 자료를 토대로 그동안 학습한 다양한 함수의 그래프들 중 유사 그 래프를 찾아 분석하고 이를 토대로 앞으로의 상황을 예측해본다. 주요학습 내용은 다음과 같다.

·다항함수, 삼각함수, 지수함수, 로그함수들로 정의된 함수의 합성함수의 미분, 몫의 미분

·매개변수를 이용한 함수의 미분, 음함수의 미분

·함수의 극대, 극소, 변곡점 등을 이용한 함수의 개형

·포물선 운동 동영상 프레임 분석 및 데이터 수집

·수집한 데이터를 엑셀 등의 프로그램을 이용하여 시각화

·시각화한 그래프 분석

차시 주요내용

18~20 /23

주제(단원)명 [생활 속 음악] 코로나 19 사태 사회 모습 관찰 및 공동체 감각 향상 [스마트 미디어와 음악] 감염병 예방 로고송 창작

연계과목: 음악, 정보

독서 연계 수업을 통해 코로나19 사태가 사회에 끼친 영향과 그로 인한 사회 속 분열과 화 합의 모습을 탐구한다. 구글 웹사이트를 활용해 사회 및 학급 공동체 감각에 대해 점검하고 코로나19에 대한 생각과 느낌을 미디어 음악으로 표현하여 소통 및 공유한다. 더불어 개사 활동을 통해 감염병 예방 로고송을 창작하고 발표하도록 한다. 주요 교수학습 내용 및 순서 는 다음과 같다.

*온라인, 오프라인 수업 병행하여 운영

1-1) 책 [아픔이 길이 되려면] 발췌 독서와 사회 모습 관찰 및 인성 주제 탐구 1-2) Google ‘Mentimeter’를 활용한 사회 안정감 및 학급 안정감 의견 나누기 2-1) Google ‘Song maker’ 미디어 음악 창작과 실시간 공유 및 피드백 제공 2-2) 감염병 예방 로고송 음악 선정

3-1) 감염병 예방 로고송 개사 활동

3-2) 감염병 예방 로고송 발표 및 QR코드 게시

21~23 /23

주제(단원)명 감염병 예방 홍보물 디자인(포스터 디자인)

현재 사회적 문제인 코로나 19 에 대해서 이해하고 미술을 통한 해결방안을 찾아보도록 하기 위해 학습 컨텐츠를 구성한다. 과학, 수학 등 타 교과의 코로나 19 데이터 활용 수업을 바탕 으로 코로나 19 와 관련된 과학적 근거와 수학적 수치를 활용하여 스마트아트, 그래프, 표로 시각화하는 등 정보 및 데이터를 수집한다. 포스터의 조형적 요소인 색, 일러스트레이션, 레 이아웃을 고려하고 타 분야의 지식, 정보, 경험 등을 미술과 연계하여 ‘코로나 19 감염병 예 방 홍보물 디자인’ 활동의 프로젝트를 수행한다. 주요 교수학습 내용은 다음과 같다.

·파워포인트를 활용한 레이아웃, 이미지 편집 기능 등 표현방법 익히기

·감염병 관련 자료 탐색 및 과학, 수학 등 타 교과의 활동 결과를 활용한 데이터 수집

·감염병 예방 홍보물 디자인을 하기 위한 작품계획서 작성(레이아웃, 색상, 이미지 등 선정)

·수집한 데이터 이미지 시각화 및 레이아웃 적용

·결과물 산출 및 작품 발표

중심과목 생명과학Ⅱ 학교급/학년(군) 고등학교/3 학년 중심과목

성취기준 영역

[고등학교 3 학년] 생명과학Ⅱ 중심과목 성취기준

[12 생과Ⅱ06-01] DNA 재조합 기술의 원리를 이해하고, 활용 사례를 조사하 여 발표할 수 있다.

주제(단원)명 생명공학 기술과 인간생활 차시 1~3/23

학습목표

1.frame 분석 툴을 이용하여 운동 분석에 필요한 데이터를 수집할 수 있다.

2.python 라이브러리를 이용하여 데이터를 시각화 할 수 있다.

3.수치해석 모델 알고리즘을 토대로 검증실험을 수행하고 과학적 의미를 해석하여 발표할 수 있다.

연계과목 물리학 연계과목

성취기준 영역

[고등학교 3 학년] 물리학 II (1)역학적 상호작용

STEAM 요소

S 2 차원 평면운동, 등가속도운동 T

E python 프로그래밍 A

M 2 차곡선, 포물선 궤도방정식

개발 의도 ·실생활에서 관심있는 문제를 발견하고 공공기관 데이터를 이용한 데이터 리터러시 함양

·실험 및 탐구과정에서 프로그래밍 요소 접목을 통한 소프트웨어 운용능력 강화 (개발 의도 및 교수·학습 내용 상세설명)

AI·SW 운용능력의 중요성과 필요성이 주목받는 시대에 관련한 핵심역량을 증진 시킬 수 있는 학습 컨 텐츠를 설계함. 특히 과학적 탐구활동 과정에서 측정을 통해 얻는 데이터와 검증된 기관을 통해 확보 한 데이터를 전처리하고 분석하고 시각화 하는 과정에서 유의미한 해석을 하는 일은 4 차 산업혁명 시 대에 매우 중요한 역량이라고 볼 수 있다.

본 수업은 물리학 II 의 2 차원 평면운동과 포물선 운동 학습에 단순 원리 학습이나 기계적 문제풀이는 지양하고 실제 실험을 통해 수집한 데이터를 동영상 프레임 분석 툴을 이용하여 먼저 포물선 운동의 물리적 개념을 스스로 깨닫게 한다. 이후 실생활에서 발견된 문제인 코로나 19 와 관련한 ‘재채기의 물 리학’에서 비말의 운동을 오픈소스 SW 인 python 프로그래밍을 접목하여 수치적으로 분석해보고 검증 하는 프로세스를 통해 위에 제시한 역량을 기르도록 하는 데 그 목적이 있다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

코로나 19 의 감염 원인 과 밀접한 관련이 있는 재채기시 비말의 분출과 정에서 탐구 소재 및 해 결할 문제 발견

창 의 적 설 계

창의적 설계

일련의 과정을 모둠별 pt 작성 및 발표를 통해 아 이디어 공유 및 확산

감 성 적 체 험

·데이터 분석과 관련한 python 프로 그래밍 기초 학습

·코로나데이터를 이용한 데이터 시각 화 및 분석

·수치해석을 위한 2 차원 포물선 운동 운동방정식 개념 습득

·공기저항이 작용하는 투사체의 운동 분석 수치 모델 설계 및 검증

학습

과정 교수-학습 활동(1/24) 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

Co

코로나 19 의 주요 감염원과 관련한 비말이 방출되는 과정을 보여주고 비말 운동과 관련한 의견을 제시하도록 한다.

ET

교과서에 등장하는 일반적인 질량을 지닌 입자의 운동과 무엇이 다른지 그 특성을 찾아 자유롭게 발표하도록 한다.

CD

측정 가능한 일반적인 투사체의 포물선 운동을 분석할 수 있는 소프트웨어를 소개한다.

유튜브 동영상

전개 (35 분)

Co

Capstone 데이터 분석 소프트웨어를 이용한 동영상 프레임 분석 방법과 절차를 소개한다.

ET

학생들은 제시된 간단한 등가속도 운동 샘플 동영상을 통해 프레임 분석을 위한 메뉴와 기능을 습득하도록 유도한다.

분석 소프트웨어 레이아웃 구성(샘플 영상 import 및 프레임분석) CD

수평으로 던진 투사체의 운동을 분석할 수 있도록 모둠별로 주어진 재료와 도구를 이용하여 영상을 촬영하고 분석할 수 있도록 한다.

C a p s t o n e 프 로 그 램 매뉴얼 및 유튜브 영 상 소개

정리 (10 분)

ET

모둠별로 분석한 데이터를 바탕으로 2 차원 평면의 성분과 성분에 대한 시간-속 도와 시간-위치,   궤도에 관한 분석의 결과를 각각 발표하고 토론하도록 한다.

ppt 활용

과정 및 유의점

도입 (5 분)

Co

1. Python 에 대한 소개와 Python 으로 할 수 있는 프로젝트에 대해 안내한다.

2. Python 의 대표적인 데이터 분석 라이브러리인 matplotlib, pandas, numpy 모 듈에 대해 소개하고 전시학습에서 측정한 데이터를 분석 할 수 있음을 안내한 다.

유튜브 동영상

전개 (35 분)

Co

Python 프로그래밍 기초 실습을 위한 개발환경(google colaboratory) 및 절차를 설명한다.

python프로그램에 필요한 개발환경 및 필수 라이브러리

CD

미리 구글 공유드라이브에 업로드된 샘플 데이터(자유낙하 t-v 데이터)를 이용하여 분석 및 시각화 실습을 수행한다.

∙python 기초 문법 안내 ∙간단한 회귀분석 실습

∙간단한 수치모델 설계 및 데이터 시각화

∙측정데이터, 회귀분석 그래프, 수치모델 데이터를 모두 비교하도록 한다.

ET

전시학습에서 프레임 분석을 통해 측정한 데이터를 기반으로 python 라이브러리를 이용하여 분석 및 시각화 한다. 분석 결과가 예상했던 주요 물리량을 잘 설명하는 지 확인하도록 한다.

개 발 환 경 소 개 ( 구 글 colab)

정리 (10 분)

ET

모둠별로 분석한 데이터를 바탕으로 2 차원 평면의 성분과 성분에 대한 시간-속 도와 시간-위치,    궤도 데이터를 파이썬 프로그래밍을 이용하여 분석하고 그 결과를 공유하고 토론한다.

ppt 활용

학습

과정 교수-학습 활동(3/24) 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

Co

1. 재채기 할 때 비말에 작용하는 외력의 종류와 특성을 찾아 보도록 한다.

2. 이상적인 상황에서 크게 영향을 주지 않는 특성들이 무엇인지 찾아보도록 한다.

유튜브 동영상

전개 (35 분)

Co

공기저항이 작용하는 물체의 2 차원 포물선 운동에 관한 탐구를 주제로 모둠별로 프로젝트를 진행할 수 있도록 안내한다.

CD

모둠별 프로젝트 설계시 다음의 2 가지 중 하나를 선택해 기본 포맷을 참고하도록 안내한다.

Type1. 수평방향으로 운동하는 물체의 운동분석

1. 모든 데이터는 동영상 프레임 분석을 통해 전처리 과정을 거친다.

2. 투사체는 같은 재질과 같은 기하학적 모양을 사용하고 반경이나 부피를 달리하여 분석 이 가능하도록 제작 또는 주변에서 찾도록 한다.(예: 공예용 스트리폼, 3d 모델링)

3. 데이터 분석 그래프에는 그래프 하나의 figure 에 아래 3 가지 그래프가 비교 가능하도록 한다.

가. 측정 데이터와 관련한 그래프 나. 가.에 대한 fitting 그래프

다. 동일한 조건하에 이론적 근거에 기반한 그래프

4. 데이터 분석과 시각화와 관련한 소스코드작성의 경우 주요사안 마다 반드시 주석을 표 시하도록 한다.

Type2. 비말의 운동 수치모델링

비말의 운동에 영향을 주는 파라미터를 최소화 하여 이상적인 상황을 만들 것.

1. 모델 설계시 비말의 기하학적 형태는 완전한 구형으로 가정한다.

2. 실제상황과 유사한 조건을 고려하여 파라미터 초기조건을 부여한다.

3. 데이터 시각화 시 하나의 figure 에 아래 2 가지 그래프를 맵핑하여 비교 분석이 가능하 도록 한다.

가. 저항이 작용하지 않을 때 나. 저항이 작용할 때

4. 코드셀 단위로 주요한 사안들은 주석을 달도록 한다.

ET

모둠별로 프로젝트를 진행하여 그 결과를 보고서로 작성한다.

classroom 안내

정리 (10 분)

ET

모둠별로 탐구내용의 핵심을 요약하여 발표하고 그 결과를 서로 공유하고 토론하 도록 한다.

ppt 활용

중심과목 성취기준

영역

[고등학교 3 학년] 생명과학Ⅱ 중심과목 성취기준

[12 생과Ⅱ01-02] 생명과학 발달에 기 여한 주요 발견들에 사용된 연구 방법 들을 조사하여 발표할 수 있다.

주제(단원)명 생명과학의 역사 차시 4~6/23

학습목표

1.이상기체방정식이 이용된 감염병 예방 관련 사례 데이터를 수집할 수 있다.

2.수집한 데이터에 포함된 과학적 원리를 설명할 수 있다.

3.수집된 데이터를 기반으로 이상기체방정식을 증명하기 위한 실험을 설계할 수 있다.

4. 이산화탄소 기체의 분자량을 계산하는 프로그램을 제작하여 활용할 수 있다.

연계과목 화학 연계과목

성취기준 영역

[고등학교 3 학년] 화학 II (1)기체

STEAM 요소

S 기체분자운동론, 이상기체와 실제기체(온도,압력,부피,몰수) T

E 프로그래밍(사용프로그램: Dev C++) A

M 이상기체방정식

개발 의도

·일상생활 속 소재를 통해 생활 속 문제와 관련 있는 과학적 사실, 원리, 개념등 활용하여 다양한 정보와 자료를 수집, 분석, 설계하여 가능한 해결방안을 제시하는 합리적인 의사결 정 능력 함양

·실험 및 탐구과정에서 프로그래밍 요소 접목을 통한 소프트웨어 운용능력 강화 (개발 의도 및 교수·학습 내용 상세설명)

실생활 관련 주제를 이해하고 문제해결을 위해 필요한 과학 개념과 원리를 학생들이 자기 주도적으로 학습하고 창의 융합적인 사고를 할 수 있는 학생 참여형 수업을 통해 4 차 산업혁명 시대에 중요한 핵 심역량을 증진 시킬 수 있는 학습 컨텐츠를 설계함. 특히 실험 활동을 통해 얻는 데이터를 바탕으로 분석하고 프로그래밍하는 과정에서 유의미한 해석을 하는 일은 매우 중요한 역량이라고 볼 수 있다.

본 수업은 화학 II 의 기체 분자 운동과 이상기체방정식 학습에 단순 원리 학습이나 기계적 문제 풀이 는 지양하고 수집한 정보 및 실험 데이터를 이용하여 기체 분자 운동과 이상기체 방정식의 개념과 원 리를 스스로 깨닫게 한다. 이후 실생활에서 발견된 문제인 코로나 19 와 관련한 ‘이상기체 방정식을 이 용한 감염병 예방 활용 사례’에서 온도, 압력, 부피, 비말의 분자량에 따른 감염병 확산에 대해 이해하 고 실제 실험을 통해 얻어진 결과를 프로그래밍에 접목하여 수치적으로 분석하고 검증하는 역량을 기 르도록 하는 데 목적이 있다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

코로나 19 의 대규모 감 염 원인과 밀접한 관련이 있는 비말 분자의 확산과 정에서 탐구 소재 및 해 결할 문제 발견

창 의 적 설 계

창의적 설계

일련의 과정을 모둠별 pt 작성 및 발표를 통해 아 이디어 공유 및 확산

감 성 적 체 험

·프로그래밍에 필요한 Dev C++ 기 초 학습

·실험 결과 해석을 위한 이상기체방 정식 개념 습득

·실험 설계를 위한 실험도구(SENSOR) 사용법 습득 및 실험 설계

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동(4/23) 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

Co

코로나 19 의 대규모 감염 원인과 관련한 영상을 보여주고 비말(분자)의 운동과 관 련한 의견을 제시하도록 한다.

ET

기체의 성질을 자유롭게 발표하고 이를 교과서에 제시한 기체 분자 운동론으로 설 명하도록 한다.

CD

기체 분자의 운동에 영향을 주는 특성들이 무엇인지 찾아보도록 한다.

유튜브 동영상

전개 (35 분)

Co

기체분자의 운동에 영향을 주는 요소(온도, 압력, 부피, 몰수)를 제시하고 이들 사 이의 관계를 설명한다.

ET

제시된 요소를 통해 기체 분자 운동의 성질에 대한 법칙을 학생들이 이해 할 수 있도록 유도한다.

기체의 부피, 온도, 압력 몰수의 관계

CD

기체 분자의 운동을 분석할 수 있도록 주어진 재료와 도구를 이용하여 다양한 방 법으로 활동하여 분석할 수 있도록 한다.

기체 분자 의 운동에 영향을 주 는 요인들 의 유튜브 영상

정리 (10 분)

ET

모둠별로 활동 및 분석한 데이터를 바탕으로 부피-압력, 온도-부피와 몰수-부피에 관한 분석의 결과를 각각 발표하고 토론하도록 한다.

ppt 활용

과정 및 유의점

도입 (5 분)

Co

1. MBL Sensor(wireless pressure, wireless temperature)를 소개하고 sparkvue 프로그램을 활용하여 할 수 있는 프로젝트에 대해 안내한다.

2. 전시학습을 바탕으로 기존의 교과실험을 변형하여, 오차범위를 최소화한 데이터 를 얻고 이를 시각화하여 분석 할 수 있음을 안내한다.

유튜브 동영상

전개 (35 분)

Co

MBL Sensor(wireless pressure, wireless temperature)를 교과 실험에 적용하기 위 한 소개 및 활용법을 설명한다.

실험에 필요한 sensor

CD

기존 교과 실험의 목적 및 실험 방법과 절차의 핵심을 숙지하여 실험을 수행한다.

∙실험 목적 ∙실험 방법 ∙데이터 수집

∙모둠별 데이터 비교

ET

전시학습의 기체 분자 운동의 성질에 대한 법칙을 이용하여 이론상 계산값을 도출 한다. 실험 결과로 예상했던 주요 물리량을 이론상 계산값과 비교 확인하도록 한 다.

실험 시 주 의사항

정리 (10 분)

ET

모둠별로 측정한 데이터를 바탕으로 이론값과 실험값을 분석하고 그 결과를 공유 하여 실험 과정에서의 개선 방향과 필요성을 토론한다.

ppt 활용

학습

과정 교수-학습 활동(6/24) 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

Co

1. 실험 수행 이전에 C 를 사용한 계산 프로그램을 제작을 소개한다.

(사용 프로그램 : Dev C++)

2. MBL Sensor(wireless pressure, wireless temperature) 기기의 사용 방법을 정확 히 익히며, 실험에서의 적용 방안을 찾아 보도록 한다.

유튜브 동영상

전개 (35 분)

Co

드라이아이스의 승화성을 이용한 분자량 측정에 관한 탐구를 주제로 모둠별로 실 험을 진행할 수 있도록 안내한다.

CD

모둠별 실험 설계 시 다음의 2 가지를 모두 참고하도록 안내한다.

Type1. 전시학습 실험에서의 오차 발생 원인 분석

1. 실험 과정별 오차 발생원인 분석

2. 통제변인과 조작변인을 설정하여 실험값의 분석이 가능하도록 실험을 설계한다.

(실험에 필요한 실험 기구를 3D 프린팅을 활용하여 제작 사용)

3. 실험 시 Sensor 로부터 측정된 온도와 압력값을 sparkvue 프로그램으로 데이터를 시각화 한다.

Type2. 이산화탄소의 분자량 계산 프로그램

1. Dev C++을 사용하여 실험값(온도,압력,부피,처음질량,나중질량)을 입력하면 이산화탄소의 분자량을 구해주는 프로그램을 제작한다.

4. 코드별 내용의 해설을 달도록 한다.

ET

모둠별로 실험을 진행하여 그 결과를 보고서로 작성한다.

classroom 안내

정리 (10 분)

ET

모둠별로 탐구내용의 핵심을 요약하여 발표하고 그 결과를 서로 공유하고 토론하 도록 한다.

ppt 활용

중심과목 성취기준

영역

[고등학교 3 학년] 생명과학Ⅱ 중심과목 성취기준

[12 생과Ⅱ06-01] DNA 재조합 기술의 원리를 이해하고, 활용 사례를 조사하 여 발표할 수 있다.

주제(단원)명 생명공학 기술과 인간생활 차시 7~9/23

학습목표

1.생명 공학 기술의 원리를 설명할 수 있다.

2.실험을 통해 COVID-19 진단 검사 원리를 파악할 수 있다.

3.생명 공학 기술의 활용 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

4.생명 공학 기술의 전망과 문제점을 설명할 수 있다.

연계과목 생명과학 연계과목

성취기준 영역

[고등학교 3 학년] 생명과학 II (6)생명 공학 기술과 인간 생활

STEAM 요소

S 단일클론항체, 줄기세포, 유전자 변형, PCR, 전기영동, 생명 공학 기술 전망과 문제점 T 생명 공학 기술 사례

E 생명 공학 기술 원리 A

M

개발 의도 ·실생활과 밀접하게 관련 있는 주제를 통해 과학적 원리 학습 및 사고력, 문제해결력 함양

·실험 및 탐구과정에서 실험 수행 능력과 탐구력 향상

(개발 의도 및 교수·학습 내용 상세설명)

전 세계가 COVID-19 에 대해 관심을 두고 있는 현재 가장 관련성이 높은 생명과학 교과에서 학생들에 게 관련 교과 지식을 함양하면서 생명 공학 기술의 원리 학습 및 생명 공학 기술의 활용 사례인 COVID-19 진단 검사 원리를 PCR 실험과 전기영동 실험을 통해 알아보고자 한다. 이 밖에 생명 공학 기술의 활용 사례들에 대해 조사하여 발표함으로써 과학, 기술, 사회의 밀접한 관계에 대해 탐구한다.

또한 교육과정 상에서 제시되어 있는 생명 공학 기술의 전망과 문제점에 대해 토론함으로써 인지적·정 의적·행동적 영역의 복합적인 역량 함양을 이루고자 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

COVID-19 상황을 다양한 수치로 제시해주면서 바 이러스의 특성, 인체의 방어 작용, 생명 공학 기 술의 응용 사례인 COVID-19 진단 검사 사 진 자료 제시

창 의 적 설 계

창의적 설계

일련의 과정을 모둠별 실 험 활동과 ppt 작성 및 발표를 통해 아이디어 공 유 및 확산

감 성 적 체 험

·생명 공학 기술의 원리 설명

·PCR 과 전기영동을 통한 COVID-19 진단 검사 원리 파악

·생명 공학 기술의 응용 사례 조사

·생명 공학 기술의 전망과 문제점에 대한 토론

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동(7/23) 학습자료

및 유의점

도입 (10 분)

Co

각 나라별 COVID-19 환자 발생 그래프와 COIVD-19 바이러스의 모형, COVID-19 진단 키트에 대한 사진 자료를 제시한다.

CD

생명과학 1 에서 학습한 바이러스의 특성과 인체의 방어 작용에 대한 내용을 복습 한 후, COVID-19 진단 키트에는 생명 공학 기술의 어떤 원리가 숨어있을지 질문 한다.

ET

생명 공학 기술의 원리에 대해 모둠별로 탐구한다.

사진 자료

전개 (30 분)

Co

단일클론항체, 줄기세포, 유전자 변형, PCR 과 전기영동의 원리에 대해 모둠별로 활동지와 교과서를 통해 학습한다.

CD

활동지에 첨부된 생명 공학 기술 관련 사진 자료 ET

활동지에 제시된 자료들을 바탕으로 생명 공학 기술의 원리에 대해 모둠원들과 함 께 배운 내용을 토대로 활동지 물음에 답하며, 브레인스토밍을 수행한다.

교과서, 탐구활동지,

학생용 노트북

정리 (10 분)

ET

모둠별로 파악한 생명 공학 기술의 원리에 대해 발표하며 결과를 공유하고 토의한다. ppt 활용

과정 및 유의점

도입 (5 분)

Co

1. 지난 시간 학습한 PCR 이 COVID-19 진단 키트의 기초적인 원리임을 설명한다.

2. PCR 과 전기영동 실험을 통해 COVID-19 진단 키트의 원리에 대해 알아본다.

사진 자료

전개 (35 분)

Co

PCR 과 전기영동에 필요한 실험 재료 및 방법에 대해 설명한다.

CD

활동지를 나눠주고 모둠별로 PCR 과 전기영동 실험을 진행한다.

활동지 자료 및 학생 실험 사진 ET

PCR 과 전기영동 실험을 통해 COVID-19 진단 키트의 원리에 대해 탐구한다.

PCR, 전기 영동 실험 기구 및 탐 구 활동지

정리 (10 분)

ET

모둠별로 PCR 과 전기영동 결과를 공유하고, 탐구활동지의 물음에 답하면서 COVID-19 진단 키트의 원리에 대해 정리한다.

ppt 활용

학습

과정 교수-학습 활동(9/23) 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

Co

1. 크리스퍼 유전자 가위 기술, GMO 등 생명 공학 기술 활용 사례들의 뉴스를 보 여준다.

2. ‘유전자 혁명, 선택의 기로에 서다.’라는 생명 공학 기술 찬성과 반대 토론 프로 그램을 짧게 보여준다.

유튜브 동영상

전개 (35 분)

CD

1. 생명 공학 기술 활용 사례들에 대해 모둠별로 조사해 온 내용을 발표한다.

2. 생명 공학 기술의 전망과 미래 사회에 미칠 영향을 주제로 모둠별로 토론한다.

학생 발표 및 토론 사진 ET

1. 다른 모둠이 발표한 내용에 대해 질의를 하며, 생명 공학 기술 응용 사례들에 대해 탐구한다.

2. 생명 공학 기술의 활용이 종교·사회·경제·문화 등에 미칠 영향을 모둠별 토론을 통해 다각도로 분석한다.

ppt 자료

정리 (10 분)

ET

모둠별로 다른 모둠의 발표 및 토론 내용 요약하고 그 결과를 친구들과 서로 공유 하도록 한다.

탐구활동지

중심과목 성취기준

영역

[고등학교 3 학년] 생명과학Ⅱ 중심과목 성취기준

[12 생과Ⅱ01-02] 생명과학 발달에 기 여한 주요 발견들에 사용된 연구 방법 들을 조사하여 발표할 수 있다.

주제(단원)명 생명과학의 역사 차시 10~12/23

학습목표

1. 일상의 현상과 관련하여 상승응결고도, 대기안정도를 이해하고 수식화할 수 있다.

2. 레윈존데 데이터를 단열선도에 적용하여 대기안정도를 분석하고 대기오염물질 농도변 화를 예측할 수 있다.

3. 논문과 대기안정도 분석 결과를 바탕으로 지역의 안전을 위한 인식 개선을 요구하는 글을 작성하고 발표할 수 있다.

연계과목 지구과학, 화학 연계과목

성취기준 영역

[고등학교 3학년] 화학Ⅱ

(1) 물질의 세 가지 상태와 용액

STEAM 요소

S 열역학 1 법칙, 이상기체상태방정식, 상승응결고도, 대기안정도 T

E

A 지속 가능한 삶 M

개발 의도

▶ 환경 문제에 관심을 가지고, 이를 과학적으로 해결하려는 환경적 감수성 함양

▶ 기상자료개방포털, 매드아카이브 등 공신력 있는 사이트를 통해 필요한 자료를 수집하 고 해석하는 데이터 리터러시 역량 증진

(개발 의도 및 교수·학습 내용 상세설명)

전염병과 같이 인류가 당면한 위험 중 상당수는 환경 문제와 직간접적인 연관이 있음. 환경 위기를 예 방하고 현재의 문제를 개선해나가기 위해 환경 감수성과 협력적 태도, 융합적 사고를 자극하고 학생들 이 주도적으로 탐구할 수 있는 컨텐츠를 설계함. 또한 정보가 범람하는 4 차 산업혁명 시대에 문제 해 결에 필요한 데이터를 수집하고, 적절성을 판단하며 상황에 맞게 변형하여 사용하는 데이터 리터러시 역량이 필수적임. 학생들이 일상의 문제와 연관 지어 유의미한 해석을 수행하도록 계획함.

유체지구에 대한 기계적 학습을 지양하고 동료와의 경험 및 의견 공유를 통해 개념을 이해하고 과학 적인 현상 분석 과정을 연습함. 지역 신문을 통해 환경사건에 관심을 갖고, 자료의 정확성을 판단하기 위해 논문을 찾아 해석하는 것을 연습함. 기상자료개방포털에서 레윈존데 데이터를 수집하고, 단열선 도에 적용하여 대기의 상승응결고도와 대기안정도를 정량적으로 파악함. 데이터, 논문을 근거로 하여 우리 지역의 지속가능한 삶, 안전을 위한 주장을 하도록 함. 환경 감수성을 지니고 일상의 사건을 과 학적으로 해결하는 적극적인 민주시민으로 성장시키는 데 그 목적이 있음.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

지역 신문을 통해 우 리 지역에 대기오염물 질을 방출하는 공장이 있음을 인식하고, 매드 아카이브 논문을 활용 하여 대기오염물질농 도와 코로나 19 사망률 은 높은 연관을 보임 을 분석

창 의 적 설 계

창의적 설계

인식 개선을 위한 글 을 다른 학습자에게 발표하여, 서로의 환경 문제의식을 일깨우고 녹색 리더로 성장하도 록 자극

감 성 적 체 험

▶열역학 1 법칙, 이상기체상태방 정식과 연관하여 상승응결고도, 대기안정도 학습

▶레윈존데 데이터를 수집한 후 단열선도에 적용할 데이터를 추 리고, 단열선도에 기입하는 방 법 연습

▶단열선도를 통한 상승응결고도, 대기안정도 분석 연습

▶논문과 해석한 데이터를 근거로 지역의 안전을 위한 글 작성

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동(10/23) 학습자료

및 유의점

도입 ( 15 분)

Co

대기오염물질농도와 코로나 19 사망률이 관련 있음을 알리는 신문 기사를 읽고,

‘우리 지역은 대기오염물질과 코로나 19 로부터 안전한가’에 대한 의견을 제시하도 록 한다.

ET

지역에 대해 알고 있는 사실을 공유하고, 인터넷을 활용하여 지역에 대한 자료조 사를 함으로써 우리 지역에 어떤 잠재적 위험이 존재하는지 모둠별로 토의한다.

신문 기사

전개 ( 25 분)

Co

대기오염물질과 코로나 19 로부터 안전한 지역이 되기 위해 학생으로서 어떤 활동 을 할 수 있을지 의견을 나눈다.

CD

지역의 오염물질을 방출하는 공장의 사장과 지역 주민들의 인식 개선을 위한 글을 작성하기로 계획하고, 주장을 뒷받침할 과학적 근거를 수집한다.

ET

코로나 19 와 대기오염물질농도 연관성의 타당성을 밝히기 위해 매드아카이브에 기재된 논문을 찾아 모둠별로 학습한다.

매드아카이 브 논문 ( L i n k s b e t w e e n a i r p o l l u t i o n a n d C o v i d - 1 9

i n

England)

정리 ( 10 분)

ET

모둠별로 학습한 내용을 공유하고 관련 내용을 다루는 외국 뉴스를 시청한 후, 인 식개선을 위한 글쓰기의 방향을 명료화한다.

유튜브 영 상

(https://yo utu.be/RSZ oDTvgEr8)

과정 및 유의점

도입 ( 5 분)

Co

대기오염물질농도는 대기안정도와 연관 있음을 제시하고, 유튜브를 통해 대기안정 도에 따른 굴뚝 연기 확산 양상을 시청한다.

유튜브(http s://youtu.b e/u8arChfe

MZU)

전개 ( 35 분)

Co

유체지구의 대기를 이상기체로 가정했을 때 열역학 2 법칙과 이상기체 상태방정식 을 적용할 수 있음을 안내한다.

ET

1. 단열변화를 통한 구름 생성 과정을 정량적으로 학습한다.

▶ 열역학 1 법칙과 이상기체 상태방정식을 연립하여 단열변화 과정을 나타내는 공식을 유도한다.

▶ 포화, 단열감률의 개념을 학습하고 구름이 생성되기 시작하는 상승응결고도를 유도한다.

2. 기온과 이슬점을 단열선도에 적용하여 상승응결고도를 구하는 과정을 학습한다.

▶ 단열선도 해석을 모둠별로 연습한다.

▶ 교과서에 제시된 기온, 이슬점을 단열선도에 기입하여 상승응결고도를 구한다.

3. 모형을 통해 안정 상태와 불안정상태를 학습하고, 단열선도를 활용하여 대기의 절대안정, 조건부 불안정, 절대 불안정을 판단한다.

▶ 모형을 보고 안정 상태와 불안정 상태를 구분하는 기준에 대해 토의한다.

▶ 단열선도에 기입한 환경기온선, 이슬점을 건조단열감률, 이슬점감률과 비교하 여 안정도를 판단한다.

교과서, ppt, 학습지

정리 ( 10 분)

ET

상승응결고도, 대기안정도를 판단법을 모둠별로 정리한 후, 지역의 대기안정도를 구하기 위한 방법에 대해 토의한다.

수업용 ppt

학습

과정 교수-학습 활동(12/23) 학습자료

및 유의점

도입 ( 5 분)

Co

기상자료개방포털에서 다양한 기상 데이터를 제공함을 안내한다.

ET

여러 기상 데이터 중 지역의 대기안정도를 판단하기 위한 데이터가 무엇일지 찾아 본다.

기상자료개 방포털 사이트

전개 ( 40 분)

CD

1. 대기안정도와 관련 지어 대기오염물질농도 변화, 오염된 구름의 생성 가능성에 대해 예측한다.

▶ 레윈존데 데이터를 skew T-log P 선도에 기입한다.

▶ 공장 굴뚝이 존재하는 높이에서의 대기안정도를 판단한다.

▶ 상승응결고도를 구하고, 오염된 구름의 생성 가능성을 판단한다.

2. 여러 모둠의 결과를 공유하여 탐구 과정을 보완한다.

ET

과학적 근거를 바탕으로 지역이 코로나 19 로부터 안전한 도시가 되기 위해 인식 개선을 요구하는 글을 작성한다.

학습지

정리 ( 5 분)

ET

작성한 글을 모둠별로 공유하여 주장의 타당성을 판단하고 미흡한 부분을 보완한 다.

학습지

중심과목 성취기준

영역

[고등학교 3 학년] 생명과학Ⅱ 중심과목 성취기준

[12 생과Ⅱ06-01] DNA 재조합 기술의 원리를 이해하고, 활용 사례를 조사하 여 발표할 수 있다.

주제(단원)명 생명공학 기술과 인간생활 차시 13~14/23

학습목표

1. 통그라미 프로그램을 이용하여 데이터를 여러 가지 방법으로 시각화할 수 있다.

2 .데이터를 해석하고 모평균에 관한의미를 해석하여 발표할 수 있다.

3. 자료를 수집하고 정리하여 결과를 분석하고 추정하며 실생활을 이해하고 예측하는 중 요한 도구임을 이해한다.

연계과목 확률과 통계 연계과목

성취기준 영역

[고등학교 3학년] 확률과 통계 3. 통계

STEAM 요소

S T

E 통그라미 프로그램 A

M 모평균 추정과 검정

개발 의도 ·실생활에서 관심있는 문제를 발견하고 공공기관 데이터를 이용한 데이터 리터러시 함양

·실험 및 탐구과정에서 프로그래밍 요소 접목을 통한 소프트웨어 운용능력 강화

※ (개발 의도 및 교수·학습 내용 상세설명)

실생활의 여러 상황, 혹은 설문조사등을 통해 얻는 실생활관련 정보나 검증된 기관을 통해 확보한 데 이터를 통해 전체 모집단에 관한 정보를 추정하고 전체집단을 이해하고 유의미한 해석을 하는 일은 4 차 산업혁명 시대에 의사결정을 위해 매우 중요한 역량이라고 볼 수 있다.

본 수업은 확률과 통계 과목의 3 단원 통계 부분의 모평균과 모비율의 검정과 추정 단원의 학습이다.

그 의미를 정확하게 이해하고 실제 실생활과 관련된 정보를 이해하고 나아가 변화의 양상을 파악하여 의사결정을 하는데 필요한 중요한 개념임을 이해하는데 그 목적이 있다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

코로나 19 의 진단검사수 와 확진자 수에서 전체 국민중 감염상황을 예측 할 문제 발견

창 의 적 설 계

창의적 설계

일련의 과정을 모둠별 pt 작성 및 발표를 통해 아 이디어 공유 및 확산

감 성 적 체 험

·데이터 분석과 통그라미 프로그램

·코로나데이터를 이용한 데이터 시각 화 및 분석

·프로그램을 통한 모집단의 성격파악

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동(13/23) 학습자료

및 유의점

도입 (10 분)

Co

1. 통그라미에 대한 소개와 통그라미으로 할 수 있는 자료분석에 대해 안내한다.

2. 통그라미 자료분석을 통해 모집단의 특성에 대해 분석할 수 있음을 안내한다.

동영상

Tip!

전개 (30 분)

Co 통그라미 프로그램 기초 실습을 위한 절차를 설명한다.

CD

· 공개통계분석을 활용하여 실습을 준비하고 연습하는 과정을 수행한다.

· 교과서에 수록된 주제로 데이터를 입력하고 분석하는 실습을 수행한다.

· 학급친구들을 대상으로 설문조사를 실행하고 결과를 수집하고 정리하는 작업을 수 행한다.

-시뮬레이션 -꺾은선 그래프 -모평균의 추청과 검정

-(통그라미에서의) 모비율의 추정과 검정

ET

공개통계분석에 수록되어 있는 데이터를 교과수업내용을 확인하고 모평균과 모 비율에 관한 개념을 정리한다.

프로그램 활용

정리 (10 분)

ET

모둠별로 분석한 데이터를 바탕으로 평균과 분산을 구하고 그 결과를 공유하고 토 론한다.

과정 및 유의점

도입 (10 분)

Co

1. 질병관리본부 COVID-19 진단검사수와 확진자수 통계에 대해 확인한다.

2. 통그라미 자료분석을 통해 모집단의 특성에 대해 분석할 수 있음을 안내한다.

·통계청 누리집

·질병관리 본부누리집

Tip!

전개 (30 분)

Co

1. 질병관리본부 COVID-19 진단검사수와 확진자수를 조사하여 정리한다.

2. 통그라미 자료분석을 위해 프로그램에 수치를 정리

CD

· 전시학습에서 연습한 통그라미 프로그램 데이터를 입력하고 분석하는 실습을 수행한다.

· 프로그램에서 분석할 수 있는 여러기능을 통해 자료를 여러방법으로 시각화해보고 자료를 해석한다.

-시뮬레이션 -꺾은선 그래프 -모평균의 추청과 검정

ET

· 모둠별로 시기별 진단검사수와 확진자 비율을 정리한다.

· 모비율과 모평균에 대해 추정 · 이항분포에 관한 해석

· 확진자수에 대한 양상을 파악할 수 있는 수학적 모델링에 관한 자료조사

프로그램 활용

정리 (10 분)

ET

· 모둠별로 분석한 데이터를 바탕으로 표본평균과 분산을 구하고 그 결과를 공유 하고 토론한다.

· 수학적모델링에 관한 자료를 조사하고 감염병의 양상에 대한 자료를 조사하여 공유하고 토론한다.

· 수학적모델링에 관한 학습계획을 작성한다.

PPT 활용

중심과목 생명과학Ⅱ 학교급/학년(군) 고등학교/3 학년 중심과목

성취기준 영역

[고등학교 3 학년] 생명과학Ⅱ 중심과목 성취기준

[12 생과Ⅱ06-01] DNA 재조합 기술의 원리를 이해하고, 활용 사례를 조사하 여 발표할 수 있다.

주제(단원)명 생명공학 기술과 인간생활 차시 15~17/23

학습목표

1. 분석한 데이터를 다양한 프로그램을 이용하여 시각화 할 수 있다.

2. 함수     의 그래프의 증가, 감소, 오목, 볼록 등을 조사하여 그래프의 개형을 그릴 수 있다.

연계과목 물리 II, 미적분 연계과목

성취기준 영역

[물리 II] 등가속도 운동 [미적분] 도함수의 활용

STEAM 요소

S 2 차원 평면운동, 등가속도운동 T

E 엑셀・파이썬・알지오매스 등의 프로그램을 활용한 그래프 그리기 A

M 여러 가지 함수의 미분, 함수의 그래프 개형

개발 의도

·실생활에서 관심있는 문제를 발견하고 의도에 맞는 데이터 수집 능력 육성

·교과학습 내용 확인 및 발전을 위한 컴퓨터 프로그램 활용 능력 함양

·타 교과 혹은 진로분야에서 활용되는 미분 개념을 찾는 과정에서 통합력 강화

수많은 데이터의 홍수 속에서 자신이 의도한 바에 맞는 데이터를 수집하여 분석하는 능력과 컴퓨터 활용 능력이 요구되고 있다. 이에 적합한 데이터를 수집할 수 있도록 하고, 이를 엑셀과 같은

프로그램을 활용하여 표나 그래프로 표현, 알지오매스와 지오지브라와 같은 수학 관련 프로그램을 이용하여 정확한 식을 그려낼 수 있도록 하고자 한다. 또한 다양한 함수의 미분법을 정확하게 수행하고 미분이 각 교과 혹은 전공 분야에서 어떻게 활용되는지 앎으로 인해 수학이 모든 학문의 기초가 됨을 직접 깨닫고, 기본 실력의 함양에 더욱 힘쓸 수 있도록 하고자 한다.

본 수업은 미적분의 미분 단원의 학습에서 다양한 형태의 함수의 미분을 정확하게 하고, 미분계수가 가지고 있는 의미를 활용하여 함수의 그래프에 대해 분석하는 능력을 생활 속 정보를 활용하여 확인 하고자 한다. 또한 배운 내용을 기반으로 그린 그래프를 확인하거나 예상하기에 다소 어려운 그래프를 찾기 위해 컴퓨터 프로그램을 활용할 수 있도록 알지오매스, 엑셀 등의 기본적인 사용법을 익히고자 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

코로나 19 의 현황 혹은 이와 관련된 정보를 통해 앞으로의 상황을 예측해 볼 수 있는 소재의 발견

창 의 적 설 계

창의적 설계

STEAM 프로젝트 보고서 작성 및 발표를 통해 아이 디어 공유 및 확산

감 성 적 체 험

·데이터를 시각화 할 수 있는 엑셀, 알 지오매스 기초 학습

·의도한 바에 맞는 데이터 수집 및 시 각화

·다양한 함수의 미분법 계산 능력 습득

·함수의 증가, 감소, 극대, 극소, 변곡점 등을 이용한 그래프의 개형 그리기

·시각화한 그래프 분석

감성적 체험

과정 및 유의점

도입 (5 분)

Co

1. 코로나 19 의 현황 및 예측과 관련된 다양한 기사를 검색하여 함께 읽어보도 록 한다.

2. 기사를 읽고 관심을 갖게 된 주제를 선정할 수 있도록 안내한다.

E-NIE

전개 (35 분)

Co

데이터를 수집할 수 있는 여러 사이트를 안내하고, 의도하는 바와 관계된 데이터 를 수집할 수 있도록 한다.

ET

알지오매스를 이용하여 그래프를 그릴 수 있도록 사용방법에 대해 설명한다.

알지오매스 시작하기

함수 식을 이용한 그래프 그리기 CD

스스로 찾은 데이터를 좌표평면에 나타내고, 유사한 그래프를 찾아 그래프를 그려 보는 연습을 한다.

알지오매스 사 용 방 법 설명

정리 (10 분)

ET

학생들이 한 활동의 결과에 대한 중간 보고서를 작성하고 그래프가 나온 과정에 대해 설명하도록 한다.

학습

과정 교수-학습 활동(16/23) 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

Co

1. 미분을 활용하여 함수의 그래프 개형을 그려, 방정식과 부등식 관련 문제를 해 결할 수 있음을 안내한다.

2. 미분을 이용하여 그린 그래프와 프로그램으로 그린 그래프를 비교한다.

전개 (35 분)

Co

1. 합성함수의 미분, 매개변수를 이용한 함수의 미분, 음함수의 미분법에 대해 설 명한다.

2. 위로 볼록, 아래로 볼록, 변곡점에 대해 설명한다.

CD

1. 학습한 결과를 정확하게 계산할 수 있도록 다양한 문제를 적용하여 함수 그래 프를 그리고 극대, 극소, 변곡점을 찾도록 한다.

2. 다음의 사항을 조사하여 그래프를 정확하게 그릴 수 있도록 한다.

1) 함수의 정의역과 치역 2) 대칭성과 주기

3) 좌표축과의 교점

4) 참수의 증가와 감소, 극대와 극소 5) 곡선의 볼록과 변곡점

6)

lim

 → ∞

  ,

lim

 →  ∞

  , 점근선

ET

다음 두 함수     ^{ },     ^ 

 의 그래프 개형을 그린 후 그 결과를 확

인하도록 한다.

의 값이 양의 무한 이나 음의 무 한 으 로 갈 때의 그 래프 개형 에 대한 확 인을 꼭 할 수 있도록 한다.

정리 (10 분)

ET

함수    ^

 의 그래프 개형을 그린 후 극댓값, 극솟값을 구하고 이의 값들을

비교해보도록 한다.

과정 및 유의점

도입 (5 분)

Co

1. 미분계수가 함수값의 증가율과 관련이 있음을 설명한다.

2. 다른 교과에서 학습한 내용 중 미분이 적용된 사례를 이야기 한다.

전개 (35 분)

Co

수집한 데이터를 기반으로 한 그래프의 식을 미분을 이용하여 분석하고 관련 교과 혹은 진로분야에 적용된 사례를 찾아 지식을 확장할 수 있도록 안내한다.

CD

1. 1 차시에서 그린 중간 보고서의 그래프의 식을 찾고 미분을 이용하여 함수의 증가와 감소, 극대와 극소, 볼록, 변곡점을 찾도록 한다.

2. 그래프에 대해 분석한 결과를 바탕으로 앞으로의 상황에 대해 예측해볼 수 있 도록 한다.

3. 의도한 주제에 맞는 다른 교과 혹은 진로분야에 적용된 사례를 찾아 정리한다.

단, 미분이 활용된 사례를 찾도록 지도한다.

ET

STAM 프로젝트 보고서 형식에 맞추어 보고서를 작성한다.

STEAM 프로젝트

보고서

정리 (10 분)

ET

STEAM 프로젝트 보고서 작성 주제와 결과 발표를 통해 아이디어를 공유하고, 새 로운 정보를 습득하도록 한다.