과제명 2020년 STEAM 교사연구회 운영(삼척고등학교)

(1)

2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2020. 11.

삼척고등학교

(2)

과 제 개 요

과제명 2020년 STEAM 교사연구회 운영(삼척고등학교)

STEAM 프로그램

유형

(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( ) - 선행 프로그램명:

(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ ) (유형3) StarT 프로그램 수행을 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( ) 프로그램명 과학-수학 기반 학습자 주도 문제해결 STEAM 프로그램이

고등학생의 창의적 사고와 정의적 역량에 미치는 영향

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년

중심과목 과학 중심과목

성취기준 영역

[고등학교 1학년] 2. 시스템과 상호작용

핵심개념: (3) 역학적 시스템, (4) 지구시스템, (5) 생명시스템

연계과목

수학

연계과목

성취기준 영역

[고등학교 1학년] 4. 함수 (핵심개념: 함수와 그래프) 5. 확률과 통계(핵심개념: 경우의 수)

[고등학교 1학년] 3. 읽기 (핵심개념: 세부정보, 중심내용, 맥락, 함축적 의미)

연구기간 2020.7.20. ~ 2020.11.30.

신청금액 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 담당과목 직위 성명

연구책임자 삼척고등학교 생명과학 교사 변정호

공동연구원 삼척고등학교 화학 교사 공복기

공동연구원 삼척고등학교 물리 교사 김양수

공동연구원 삼척고등학교 수학 교사 장순철

공동연구원 삼척고등학교 영어 교사 윤상혁

2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2020년 11월 19일

주관연구기관장 : 김 병 수 (인) 연구책임자 : 변 정 호 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

(3)

“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

1. 요약문

··· 1

2. 서론

··· 1

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 4

가. 연구 수행 내용 ··· 4

1) STEAM 프로그램 연구 및 적용 ··· 4

2) STEAM 연구를 위한 환경 조성 ··· 5

3) STEAM 프로그램 개발 ··· 5

4) STEAM 프로그램의 효과 검증 ··· 8

5) STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 ··· 10

나. 연구 수행 결과 ··· 11

1) STEAM 프로그램 개발 결과 ··· 11

2) 융합인재교육 프로그램 효과성 검증 결과 ··· 19

4. 결론 및 제언

··· 21

5. 참고문헌

··· 21

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 ··· 23

STEAM 프로그램 1 ··· 23

부록2. 회의록 ··· 116

(5)

1. 요약문

2. 서론

◦

^{연구의 필요성}

2015 개정교육과정에서는 6대 핵심역량을 제시함으로써 미래 사회에서 요구하는 인재가 지녀야할 역량을 구체적으로 제시하고 있으며, 각각의 역량을 통합함으로써 지향하고 있는 인재상도 함께 제 시하고 있다. 자기관리 역량, 의사소통 역량, 공동체 역량 통합을 통한 자주적이고 더불어 사는 사 람, 지식정보처리 역량, 창의적 사고 역량, 심미적 감성 역량 통합에 위한 창의적이고 교양있는 사 람, 즉, 바른 인성을 갖춘 창의 융합형 인재를 지향하고 있다. 이러한 맥락에서 융합인재교육 (STEAM)은 2015개정교육과정에서 제시하고 있는 핵심역량을 함양하기 위한 가장 적절한 교수학습 방법에 해당한다. 그러나 교과별로 서로 다른 교과역량을 제시함으로 인해 다교과간 융합인재교육 (STEAM) 프로그램들은 교과간 연계라는 측면에서 내용을 구성하는 실정이다. 이로 인해 학생들은 융합인재교육 프로그램은 흥미있으며, 유의미한 활동이지만 융합의 과정이나 내용의 흐름이 다소 억지스럽다는 반응을 보이기도 한다.

융합인재교육(STEAM)의 중심교과에 해당하는 과학교과역량은 과학적 사고력, 과학적 탐구능력, 과학적 문제해결력, 과학적 의사소통능력, 과학적 참여와 평생학습능력으로 제시되고 있으며, 수학 2015 개정 교육과정에서는 미래 인재 양성을 위한 핵심역량을 제시하고 있으며, 다양한 핵심역량 을 개발하고 신장시키기 위해서는 기존의 단일형 교수-학습 프로그램이 지닌 한계를 극복하여야만 한 다. 이에 대한 가장 적합한 대안인 융합인재교육(STEAM)은 실질적 주체로서 역할을 수행하는 교사의 역량을 신장 시키고, 학생들을 대상으로 융합인재교육 프로그램에 대한 경험을 제공함으로써 학생들 스스로 진로탐색 및 역량 강화 기반을 마련할 수 있는 기회를 제공할 수 있어야만 한다. 이러한 필요 성에 따라 본 교사 연구회에서 개발한 융합인재교육 교수-학습 프로그램은 고등학교 학생을 위한 과 학-예술 통합형으로써 학습자의 학습동기 향상과 과학적 태도 등 정의적 영역에 긍정적인 영향을 줄 수 있도록 하는데 주요한 목적을 두고 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해 고등학교 1학년 통합과학

‘시스템과 상호작용’을 주요 단원으로 하여 다양한 교과에 통합적 접근이 가능하도록 ‘지구와 인간’이 라는 테마에 수렴되도록 다교과 교수-학습 프로그램을 개발하였다. 해당 프로그램의 적용 결과, 학 습동기 및 STEAM 과제 동기 수준과 함께 과학에 대한 태도, 과학적 과제집착력 등 정의적 영역에 있어 매우 긍정적인 통계적 유의성을 확인할 수 있었다. 즉, 연구회에서 개발한 STEAM 교수-학습 프로그램은 학습동기와 과학에 대한 학습자의 정의적 영역에 긍정적인 영향을 미치는 것을 알 수 있 었다. 따라서 본 연구회에서는 일반 고등학교 현장의 현실적 제약 상황을 벗어나고, 학습자 중심 프 로젝트 활동을 통해 학생들에게 과학자적 사고와 수행능력을 제공함으로써 현대의 사회가 요구하는 핵심역량을 제공할 수 있는 프로그램을 개발할 수 있었다. 뿐만 아니라, 기존의 학습 방법을 통해 단 일 영역의 지식만을 획득할 수 있는 기회에서 더 나아가 해당 지식을 다양한 학문과 융합할 수 있는 능력을 지닌 인재를 길러내는 초석으로 기능할 수 있을 것이다.

(6)

재교육(STEAM) 교수․학습 프로그램을 개발하고자 한다.

미래사회의 선도는 기존에 존재하지 않던 새로운 형태의 산물을 만들 수 있는 능력에 따라 좌우 될 수 있으며, 이는 국가의 잠재능력 혹은 경쟁력과 동일 시 될 수도 있다. 세계 각국은 현재 새로 운 교육 패러다임인 융합인재교육(STEAM)에 따라 다양한 분야의 과학기술을 수학적-공학적 측면과 융합하여 실현 가능한 제품들을 생산함으로써 국가 성장의 원동력으로 삼고 있다. 융합인재교육 (STEAM)을 경험하게 될 학생들은 과학적 원리, 수학적 해석 및 적용 과정이 융합된 사고과정을 경 험함으로써, 미래 사회가 필요로 하는 인적자원으로 성장할 수 있을 것이다.

2015 개정교육과정에서 제시하는 과정 중심 평가에 대한 요구는 미래사회 변화에 대응하기 위한 학교 교육 변화의 필요성에서 출발한다. 미래사회로 대변되는 지능정보사회는 단편적인 지식이 아 닌 기존의 것들을 융합하여 새로운 것을 창조할 수 있는 역량이 요구되는 사회이다.

융합적 사고는 기존의 과학 지식 뿐만 아니라 분석적인 수학적 지식과의 융합을 통해 새로운 성 장의 동력원인 융합지식을 발견하는 사고능력에 해당한다. 따라서 학생들이 융합적 사고가 가능할 수 있도록 구성된 교육 프로그램을 개발하고 학생들이 직접 경험하도록 하는 것에 주요한 목표를 두었다. 또한 “융합인재 양성”이라는 새로운 과학교육 패러다임의 정착을 위해서는 저변의 확대와 인식의 전환이 요구되므로, 학습자 주도 활동을 통해 강의식 학습에서 탈피하여 설계-실행-의사소통 하는 융합학습 활동에 의한 인식 전환의 기회를 마련하여야 한다. 따라서 배움중심 학습과정의 맥 락에서 학습자 주도 문제해결기반 융합인재교육(STEAM) 교수․학습 프로그램을 개발하고자 한다.

이를 위해 본 연구에서는 융합인재교육(STEAM) 패러다임으로의 전환을 위해 관련 전문가들과 연 계된 프로그램을 구성하고, 국내외에서 진행되고 있는 학습자 주도 문제해결기반 융합인재교육 (STEAM) 연구 결과를 다각도로 분석하고 반영하고자 한다.

창의적 사고의 개발을 위해서는 반드시 다학문적 융합이 중요하다고 주장한 Sternberg(1968)와 동 일한 맥락에서 예술, 과학, 수학 등의 학문영역이 융합된 통합적 콘텐츠의 활용은 학생들의 창의적 사고 신장에 필수적이며, 융합적 문제해결의 과정을 경험하는 주요한 틀로 작용할 수 있을 것이다.

국가수준에서 이루어지고 있는 융합인재교육(STEAM) 패러다임의 저변확대 및 융합인재 교육을 통 한 학교수준에서의 적용 가능성을 탐색함과 동시에 일반계 고등학교 수준에서 가능한 융합과학 (STEAM) 진로체험 프로그램 개발이 매우 필요한 실정이다. 이와 더불어 융합인재교육(STEAM)의 실질적 주체로서 역할을 수행하는 교사의 역량을 신장 시키고, 학생들을 대상으로 융합인재교육 (STEAM)에 대한 사고와 인식을 제고함으로써 학생들의 진로탐색 및 선택 기반을 마련할 수 있어 야만 한다.

미래 사회의 발전을 주도해 나아갈 학생들의 꿈과 끼를 개발하기 위해서는 다양한 지식의 습득과 함께 실질적인 체험이 무엇보다도 중요하다. 이러한 체험의 과정에서 학생들의 동기를 유발하고 앎 의 과정에 대한 욕구를 불러일으킬 수 있는 창의적인 문제해결과정의 제공은 학생들로 하여금 학습 동기를 불러일으키는 중요한 요인으로 작용할 수 있다. 이와 같은 관점에서 융합인재교육(STEAM) 으로 통용되는 융합과학 프로그램은 기존의 어떤 프로그램보다도 적합하다고 볼 수 있다. 그러나 융합과학 프로그램에 대한 일반고등학교 현장의 인식은 여전히 부정적이거나 막연한 것에 지나지

(7)

않는다. 이러한 인식의 전환을 위해서는 학교현장의 주체인 교사와 학생들의 인식 전환뿐만 아니라, 융합인재교육(STEAM)을 통한 융합적 사고의 신장이 절실히 요구된다.

융합인재교육(STEAM)은 다양하게 해석될 수 있으나 서로 다른 교과영역의 지식들이 하나의 새 로운 지식으로의 융합학습이 이루어짐으로써 학습자는 지식 융합의 능력을 지닐 수 있다. 이와 같 이 서로 다른 유형의 지식들로부터 하나의 지식을 도출해 나가는 수렴적 사고과정은 교수자의 안내 와 지식의 융합을 위한 명확한 목표를 필요로 한다. 또한 문제해결과정의 관점에서 학습의 과정을 살펴보면 주어진 목표, 문제를 해결하기 위해 거치는 과정이 제공되는지 여부에 따라 수렴적 사고 와 발산적 사고가 유발될 수 있다. 융합학습을 서로 다른 지식을 하나의 지식으로 수렴해 나가는 과정이라고 본다면 융합의 과정은 수렴적 문제해결과정에 해당한다. 그러나 창의적 사고를 요구하 는 융합학습은 지적능력과 관련되어 있다고 알려진 수렴적 사고뿐만 아니라 발산적 사고가 고르게 유발되어야 한다. 따라서 수렴적 사고를 포함하는 문제해결과정과 발산적 사고를 포함하는 문제해 결과정이 연계성 있게 구성될 때 학생들의 창의적 사고를 개발할 수 있을 것이다.

이에 본 교사연구회에서는 2015개정교육과정에서 제시하고 있는 핵심역량 중 교과간 통합이 가능 한 창의적 사고, 의사소통, 지식정보처리 역량의 맥락과 배움중심 학습과정의 맥락에서 과학-수학 기반 학습자 주도 문제해결 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 및 적용을 통해 일반고 학생들의 창의적 사고와 정의적 역량에 대한 효과를 검증하고자 한다.

◦

^{연구의 목적}

본 연구에서는 융합인재교육(STEAM) 교수-학습 프로그램을 개발하기 위해 기존에 제시된 융합인 재교육 수업요소인 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험을 바탕으로 학습요소와 학습용 콘텐츠를 탐 색 및 도출하고자 한다. 특히 본 연구에서 설정한 주요 적용 대상은 일반계 고등학교 재학생으로써 초등학교나 중학교에 비해 융합인재교육(STEAM) 적용 기회가 상대적으로 낮은 편이며, 창의적 프 로젝트 활동 및 학생주도 활동의 경험 역시 전무한 실정이다. 이를 극복하여 일반고에서 융합인재 교육(STEAM)이 정착될 수 있는 기저를 마련하기 위해 학생들의 창의적 사고와 정의적 태도에 긍 정적 영향을 주는 과학-수학 기반 학습자 주도 문제해결 융합인재교육(STEAM) 교수․학습 프로그 램을 개발을 주요 목적으로 설정하고, 다음과 같은 세부 목표를 제시하고자 한다.

첫째, 학습자 주도 창의적 문제해결 프로젝트 활동을 통해 과학-수학 통합형 융합인재교육 (STEAM) 교육 프로그램을 개발한다.

둘째, 개발된 학습자 주도 설계-수행-의사소통 중심 과학-수학 융합인재교육(STEAM) 프로그램이 학생들의 창의적 사고와 정의적 역량에 미치는 효과를 검증한다.

(8)

가. 연구 수행 내용

1) STEAM 프로그램 연구 및 적용

① STEAM 프로그램 개발 개요

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 과학-수학 기반 학습자 주도 문제해결 STEAM 프로그램이 고등학생의 창의적 사고와 정의적 역량에 미치는 영향 선행

프로그램명 “해당없음”

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년

중심과목 과학 중심과목

성취기준 영역

[고등학교 1학년] 2. 시스템과 상호작용

(핵심개념: 역학적 시스템, 지구시스템, 생명시스템)

연계과목

수학 영어 미술

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 1학년] 4. 함수 (핵심개념: 함수와 그래프) 5. 확률과 통계(핵심개념: 경우의 수)

[고등학교 1학년] 3. 읽기 (핵심개념: 세부정보, 중심내용, 맥락, 함축적 의미)

개발결과

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 12 수학(8) + 미술(4)

2 12 과학(6) + 보건(6)

3 12 과학(6) + 영어(6)

적용 결과 ※ 2020.11.19. 기준, 36차시 개발 및 적용 완료

② 연구 추진 절차

STEAM 교육 환경 조성 STEAM 교육 프로그램 개발 STEAM 프로그램 적용 및 검증

교사 워크숍 및 연수 이수 교과별 공통 핵심역량 반영 주제 개발 STEAM 프로그램 적용 집단 구성

STEAM 교육 전문 기관 연계 배움중심 수업 전략 및 평가방안 구성 사전 검사

STEAM 학생 동라리 지도 STEAM 수업 지도안 및 학생 활동지

개발 STEAM 교육 프로그램 적용

STEAM 교육 환경 조성 STEAM 수업 프로그램 개발 사후 검사 및 통계 분석

(9)

③ 융합인재교육(STEAM) 연구를 위한 환경 조성 및 STEAM 선도학교 활동 연계

∘융합인재교육(STEAM) 전문 기관과 연계하여 교사 연구회 소속 교사 및 연구원들의 교육 능력 함양하며, 융합인재교육(STEAM) 연수 이수 및 컨설팅을 통해 교사 연구회 구성원의 능력 신장

∘STEAM 선도학교 운영과 연계하여 정규교과 시간 및 창의적 체험활동 시간을 통해 교직원 및 학생을 대상으로 STEAM 교육의 저변확대를 위한 워크숍과 체험활동 운영

∘STEAM 선도학교 운영에 있어 중심적 역할 수행 및 선도적 교수-학습 프로그램 개발 틀 제공 을 통해 선도학교 소속 교직원의 참여 유도 및 STEAM 교육 진입 촉진

2) STEAM 교사 연구를 위한 환경

▢ 융합인재양성(STEAM) 연수 이수

- 교사 연구회 소속 교사들의 융합교육 능력을 신장시키기 위해 기본 연수에 참여하였음

▢ 교사연구회 정기 세미나 및 융합인재교육(STEAM)관련 워크숍 운영

- 교사 연구회 소속 교사들의 융합교육 능력을 신장시키기 위해 지속적인 세미나 및 워크숍을 실 시하였음

<STEAM 교육 환경 조성 및 교원 역량강화 활동>

3) STEAM 교육 프로그램 개발 ① STEAM 교육 프로그램 개발

∘중심과목 성취기준 영역의 30%, 연계과목 성취기준 영역의 20%이상 반영되도록 프로그램을 개발

(10)

과목 영어 영역(읽기) 성취기준 6개 중 2개([10영03-01], [10영03-02])를 반영한 프로그램 개발

① 선행연구 및 분석 ∘관련 자료 탐색을 통해 타당한 콘텐츠 범위와 적용 가능한 원리를 분석

∘관련 선행 연구 분석 및 기 개발된 사례 분석

② 융합요소 및 성취기준 분석

∘교과 영역별 융합적 요소 추출 연구 수행

∘영역별 성취기준 및 성취수준 추출 연구 수행

③ 교과 영역별 핵심역량 도출

∘교과영역별 융합요소들로부터 2015개정 교육과정의 6대 핵심역량 탐색

∘교과영역간 융합요소와 연계된 2015개정 교육과정의 6대 핵심역량 도출

④ 수업용 융합요소 및 과정중심 평가 요소 추출

∘교과영역별 도출된 융합요소 및 콘텐츠로부터 과정중심 평가 요소 탐색

∘교과영역별 융합적 요소 및 콘텐츠와 연계된 과정중심 평가 전략 구성

⑤ STEAM 교수-학습 및 평가 전략 개발

∘핵심역량 통합 가능한 STEAM 교육단계 및 팀티칭 교수-학습 전략 개발

∘학습 단계별 과정중심평가가 가능한 평가 전략 개발

⑥ STEAM 프로그램 개발 ∘개발된 STEAM 교수-학습 단계와 전략을 바탕으로 수업지도안 작성

∘STEAM 수업지도안 기반 학생용 활동지 제작을 통해 프로그램 구성

② STEAM 프로그램 적용 성과 연구 및 조사

▢

학습자의 정의적 역량에 대한 질적 분석 및 학생부 기재 일체화

∘학생들의 참여 동기 수준 파악 및 진로 성향 분석을 위해서는 질적 분석이 요구되므로, 프로그 램 적용 참가 전-후에 걸쳐 참가 학생의 활동을 질적으로 분석하여 학생부 기재에 활용

∘수업 운영 전: 학생의 자기소개서 및 강좌 참여 신청서 작성을 통해 학생 스스로 내적 동기 수 립 기회 제공, 강좌 운영교사에게 자기소개서 및 강좌 신청서를 사전 전달함으로써 학생의 내 적 동기수준 및 관심사 파악 및 코딩 리스트 제작

∘학생이 수업 중 생성한 프로토콜에 대한 예상 코딩결과와 실제 코딩결과를 비교하여 학생의 활 동 정도 파악 및 학생의 내적 동기 및 외적 활동 내용을 시간 순서로 학생부에 기재

(11)

① 학생의 수업 신청 ∘자기소개서 및 강좌 신청 / 내적 동기 수립 기회 제공

② 참여 학생 정보 탐색 ∘교과교사 확인 / 학생의 내적 동기수준 및 흥미 파악

③ 학생 이해 리스트 활용 ∘학생 이해도 코딩 리스트 개발 및 활용

④ 학생 이해 리스트-관측 결과

비교 분석 ∘수업 중 프로토콜 - 예상 프로토콜 비교 / 학생활동 분석

⑤ 학생부 기재 ∘내적 동기 및 외적활동 내용 시간 순서로 학생부 기재

▢

팀티칭을 통한 창의적 문제해결 능력 배양 및 과정중심 평가 실시

∘학생 중심 체험을 활용한 교사의 팀티칭을 통해 핵심역량 중심의 문제해결 능력 배양 활동 수행

∘과정중심 평가를 위해 수업 과정에서 실시한 활동 내용을 활용하여 수행평가 실시

∘지도교사 팀의 통합 티칭과 함께 관찰 및 평가 체크리스트를 활용하여 과정중심 평가 수행

∘지도교사 평가 외에 학생 스스로 동료평가를 통해 정성적 평가를 실시하며, 해당 내용은 학교생 활기록부 기재 시 참고자료로 활용

∘지도교사의 관찰 누가 기록과 분석적 평가틀에 의한 평가 결과를 바탕으로 학생의 활동내용을 학 교생활기록부에 기재

(12)

∘STEAM 인재 양성 교육 프로그램 적용 전/후에 학습동기 수준, STEAM 과제동기 검사, 과학에 대한 태도 검사, 과학적 과제집착력 검사 방법을 활용하여 측정

∘개발된 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 통해 나타난 학생들의 유의미한 변화를 확인함으로써 효과성 검증

검사도 구

학습동기 검사지(CIS) STEAM 과제 동기 검사지

과학에 대한 태도 검사지

과학적 과제집착력 검사지

학습동기 수준 검사 STEAM 수업

내용동기 수준 검사 정의적 수준 검사 정의적 수준 검사 적용

대상

프로그램 적용 집단 100명 적용

시간

정규교과 시간 및 창의적 체험 시간 병행 운영(5개 강좌 각 12차시씩 융합수업 운영, 2개 강좌는 선도학교 프로그램 운영)

 관련분야 재료공학, 화학, 환경, 마케팅, 경제

교수-학습 전략구성 수업의 적용 수업 성과 발표

지도안 구성 학생 중심 수업활동 전시 및 발표

 

▢ 결과 분석

∘효과성 검증을 위한 검사도구를 활용하여 사전-사후 측정한 후 SPSS를 활용한 분산분석을 통해 두 집단 간 프로그램 적용 결과를 선형 지수로 산출하여 비교 예정

∘STEAM 태도검사 뿐만 아니라, 학습동기 및 진로성향 검사를 실시하여 학생들의 변화 정도를 다각도로 분석함으로써 개발된 프로그램의 효과성을 검증 예정

④ STEAM 교육 프로그램 적용의 실제 : 「STEAM 프로젝트 캠프」

▢ STEAM 캠프 활동을 통한 융합적 사고력 및 학습동기 신장

∘STEAM 융합 능력을 배양하기 위해 과학적 지식을 기반으로 융합 콘텐츠를 활용한 「융합 (STEAM) 캠프」 운영

∘STEAM 교육 활동 전 사전테스트를 통해 학생들의 수준을 파악함으로써 학생들의 수준에 적합한 내용과 활동으로 구성

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▢ 프로그램 적용을 위한 융합 캠프 운영

STEAM 교육 프로젝트 운영 팀

인문-과학 융합 수리-미술 융합 과학-예술 융합 사회-인문 융합

∘대상 : 본교 재학 1, 2학년 학생 중 희망자 100명 ∘장소 : 본교 본관 및 별관 건물 등

∘정규교과 시간 이후 집중 이수 과정 형태로 운영(2시간씩 5개 강좌 각 12차시 운영, 2개 강좌는 선도학교 별도 운영)

⑤ STEAM 교육 프로그램의 효과 검증

▢ 효과성 검증 절차

∘STEAM 인재 양성 교육 프로그램 적용 전/후에 학습동기 수준, STEAM 활동 내용 동기, 과제집 착력, 과학에 대한 태도를 측정

∘개발된 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 통하여 학생들에게 유의미한 변화가 나타나는 지를 확 인하여 효과성을 검증

▢ 효과성 검사도구

Keller의 학습동기 검사지(CIS) STEAM활동 내용 동기 검사지

과학에 대한 태도 검사지(자체 개발) 과학적 과제집착력 검사지(김원정 등, 2014)

▢ 대상 : 융합인재교육(STEAM) 프로그램 적용 대상 학생 전원 ∘프로그램 실제 적용 학생 집단 : 100명

▢ 검사 결과 분석 방법

∘평소 수업과 융합인재교육 캠프에 대한 학생들의 학습동기 수준을 알아보기 위해 학습동기 검사 지, STEAM 활동 내용 동기 검사지, 과학에 대한 태도 검사지, 과학적 과제집착력 검사지를 활 용하여 사전-사후 측정한 후 대응표본 t-test를 통해 두 집단 간 프로그램 적용 결과 차이에 대

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◎ 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 학습 발표회 및 워크숍

∘지역교육지원청 협조를 통해 관내 초중고 학교 홍보 예정 및 관내 STEAM협의체와 협력 체계 유지

∘운영일자 : 2020. 10. 31.(수)

∘개최장소 : 삼척고등학교 봉황문화관

∘운영주제 : 과정중심평가와 융합인재교육(STEAM) 적용 결과 발표회 및 공유 워크숍

∘참가대상 : 1, 2학년 재학생, 삼척 관내 중고등학교 교사, 학부모, 삼척교육지원청 관계자

<실시간 온라인 스트리밍 방송실> <실시간 온라인 스트리밍 방송실>

<수업 나눔 스트리밍 영상> <수업 나눔 스트리밍 영상>

구분 운영시간 운영 내용 비고

1부 13:20~15:20 강좌별 활동 내용 학생 발표 온라인 스트리밍 발표 2부 15:30~16:20 수업 나눔(교사 대상) 온라인 스트리밍 발표 1. 온라인 STEAM 학생 발표회 영상 링크:

https://www.youtube.com/watch?v=ahfWG1dq7CM&t=1202s

2. 온라인 STEAM 수업 나눔 영상 링크:

https://www.youtube.com/watch?v=QcVFAJMblVA&t=407s

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나. 연구 수행 결과

1) STEAM 프로그램 개발 및 적용 결과

주제 개발 내용 및 소주제

전지적 아스피린 시점

① 혈액의 구성과 아스피린의 인체 내 작용 기전 탐색 및 혈액형 판정

② 아스피린 합성 및 수득률 계산하기

③ 바이러스와 면역에 대한 정보, 아스피린 합성에 결과를 비주얼 싱킹으로 표현하기

 관련분야 보건・의료 화학・생명과

학

교수-학습 전략구성 수업의 실제 수업 성과 공유

 

주제 프로그램 적용 관련분야

전지적 아스피린 시점

보건・의료 화학・생명

과학

① 혈액의 구성과 아스피린의 인체 내 작용 기전 탐색 및 혈액형 판정

② 아스피린 합성 및 수득률 계산하기

(16)

눈을 의심해 봐!

착시의 세계

① 예술 작품, 실생활에서 착시 현상 탐구, 3차원 입체모형 제작하기

② 현실에서는 불가능한 3차원의 착시 구조물 제작하기

③ 직선만 사용하여 곡선 표현하기(스트링아트)

 관련분야 예술, 미술,

실용수학, 과학, 수학

 

주제 프로그램 적용 관련분야

눈을 의심해 봐!

착시의 세계 -

예술, 미술, 실용수학, 과학, 수학

① 예술 작품, 실생활에서 착시 현상 탐구, 3차원 입체모형 제작하기

② 현실에서는 불가능한 3차원의 착시 구조물 제작하기

③ 직선만 사용하여 곡선 표현하기(스트링아트)

(17)

주제 개발 내용 및 소주제 Sanitizer로

글로벌 부자되기!

① 손 소독제의 원리를 이해하고 직접 제작하기

② 손 소독제 판매 광고(국내용, 국외용) 촬영하기

③ 외국인 인터뷰를 통해 인식 조사하기

 관련분야 화학, 영어, 영상, 마케팅

 

활동주제 프로그램 적용 관련분야

Sanitizer로 글로벌 부자되기!

화학, 영어, 영상, 마케팅

① 손 소독제의 원리를 이해하고 직접 제작하기

② 손 소독제 판매 광고(국내용, 국외용) 촬영하기

(18)

이용한 듣고 보는

미술작품

① 시각, 청각 미술 작품 만들기

③ 코딩을 이용한 청각 작품 구현하기

④ 작품 전시회 기획 및 참여하기

 관련분야 일러스트, 전자 공학

 

아두이노를 이용한 듣고 보는

미술작품

일러스트, 전자 공학

① 시각, 청각 미술 작품 만들기

③ 코딩을 이용한 청각 작품 구현하기

④ 작품 전시회 기획 및 참여하기

(19)

주제 개발 내용 및 소주제 알아두면 쓸

데 있는 뇌-마음 이야기

① 감각-인식-반응의 연합체인 뇌의 특징 탐구하기

② 데미안의 심리변화 분석을 통해 문장을 그림으로 표현하기

③ 마음의 상처 분석과 사회적 문제 해결방안 제시하기

 관련분야 뇌과학, 심리학, 문학,

법학

 

알아두면 쓸 데 있는 뇌-마음 이야기

뇌과학, 심리학, 문학, 법학

① 감각-인식-반응의 연합체인 뇌의 특징 탐구하기

② 데미안의 심리변화 분석을 통해 문장을 그림으로 표현하기

(20)

□ STEAM 수업 프로젝트 강좌별 오리엔테이션

<STEAM 프로젝트 수업 오리엔테이션> <STEAM 프로젝트 수업 오리엔테이션>

□ STEAM 프로젝트 수업 활동 결과 발표회(강좌별 프로젝트 활동 포스터 및 산출물 전시)

<전지적 아스피린 시점> <Sanitizer로 글로벌 부자되기>

(21)

<눈을 의심해봐, 착시의 세계> <아두이노로 듣고 보는 작품>

<뇌-마음 이야기>

(22)

<STEAM 수업 전시> <STEAM 수업 전시>

<STEAM 수업 전시>

<STEAM 수업 온라인 발표회> <STEAM 수업 온라인 발표회>

(23)

<STEAM 수업 온라인 발표회> <STEAM 수업 온라인 발표회>

<STEAM 수업 온라인 발표회>

2) STEAM 프로그램 효과성 검증 결과

∘평소 수업과 연구회에서 개발한 STEAM 교수-학습 프로그램을 적용하기 위한 STEAM 캠프에 참여한 학생들의 학습동기 수준을 알아보기 위해 STEAM 과제동기수준 검사지를 제작하여 사전 사후 측정하여 분석한 결과, 통계적으로 유의한 수준의 긍정적 변화가 나타남

□ STEAM 과제 동기 측면 검사 결과

∘STEAM 교수-학습 프로그램을 경험하기 전에 학생들에게 STEAM 과제동기 수준 검사지를 제시 하여 평상시 지니고 있는 STEAM 과제에 대한 동기 수준을 측정한 후, 12차시 프로그램 이수 후 동일한 검사지를 제시하여 연구회 개발 프로그램 경험 후 STEAM 과제에 대한 동기 수준을 측정하였음.

표 1. STEAM 과제 동기 수준 사전-사후 대응표본 검정 결과

영역 대응표본 평균 표준편차 평균차 대응표본 검정

유의확률(붓스트랩) STEAM

과제동기

사전 141.00 13.81

-7.93 .000**

사후 148.93 15.81

주의집중 사전 48.63 5.05

-1.98 .003**

사후 50.61 6.30

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 36차시

수업 적용 일정 2020. 10. 29. ~ 2020. 11. 11.

(STEAM 수업)수혜학생 수 삼척고등학교 100명(1, 2학년 무학년제)

학생 태도검사 사전검사 10월 29일, 참가학생(100명) 실시 완료 사후검사 11월 16일, 참가학생(100명) 실시 완료

학생 및 교사 만족도조사 10월 19일 실시 완료

교사연구회 STEAM 행사 개최 2020.11.11. 5, 6 7교시(13:20~16:20)

‘STEAM 캠프 학생 발표회 및 수업나눔 행사’ 개최

논문 또는 학술대회 현장과학교육학회, 논문 투고 예정

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

(25)

4. 결론 및 제언

본 연구회의 활동을 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.

첫째, 일반계 고등학교에 적용할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 앞서 언급한 바와 같이 일반계 고등 학교에서는 정규 교과 이외에 학습과 관련된 활동들이 주를 이루고 있다. 본 연구에서는 집중 이수 프 로그램을 개발하여 적용하였으며, 100명의 학생들이 프로그램을 경험할 수 있었다. 그러므로 일반계 고 등학교에서는 또 다른 대안으로 가능할 것이라는 것을 확인하였다.

둘째, 연구회에서 개발한 융합인재교육 프로그램은 학습동기와 정의적 태도에 있어 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 연구회에서 개발한 융합인재교육 프로그램은 과학적, 수학적 사고력 뿐만 아니 라, 인문 예술적 사고과정이 포함되어 있다. 이러한 융합인재교육 프로그램을 경험한 학생들의 학습동기 수준과 과학에 대한 태도를 확인한 결과 연구회에서 개발한 프로그램을 경험하기 전과 후의 수준 변화 는 통계적으로 매우 유의하게 증가하였다. 따라서 본 연구회에서 개발한 융합인재교육 프로그램은 학생 들의 학습동기 수준과 과학에 대한 정의적 태도에 대해 긍정적인 영향을 미친다고 볼 수 있다.

본 연구회의 활동은 교육현장의 현실적 상황을 탈피하고 실질적인 체험 활동을 통해 학생들에게 과학 자적 사고와 예술적 감성 표현능력을 제공함으로써 현대의 사회가 요구하는 창의적 인재를 양성하는데 기여할 수 있을 것이다. 또한, 기존의 과학탐구 방법을 통해 과학적 지식만을 획득할 수 있는 기회에서 더 나아가 과학적 지식을 다른 학문과 융합할 수 있는 능력을 지닌 인재를 길러내는 초석으로 기능할 수 있을 것이다.

5. 참고문헌

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교육과학기술부(2011). 2009 개정교육과정에 따른 과학과 교육과정. 교육과학기술부 고시 제 2011-361호.

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김진수(2007). 기술교육의 새로운 통합교육 방법인 STEM교육의 탐색. 한국기술교육학회지, 7(3), 1-29.

박혜원, 신영준(2012). 융합인재교육(STEAM)을 적용한 과학수업이 자기효능감, 흥미 및 과학 태도에 미치는 영향. 생물교육, 40(1), 132-146.

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Brostow, W. (2001). Instruction in materials science and engineering: modern technology

(26)

Guilford, J. P. (1967). The nature of human intelligence. NY: McGraw-Hill.

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Wang, Y., & Chiew, V. (2010). On the cognitive process of human problem solving.

Cognitive Systems research, 11, 81-92.

(27)

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

STEAM 프로그램 1

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1~4/12 [12미창02-04] 타 학문과 타 영역과의 융합을 통해 확장되는 표현 매체

의 특징을 알고 활용할 수 있다.

(실용수학) [고등학교 3학년]

(2) 공간

2 5~6/12 [12실수02-02] 미술작품에서 평면 및 입체와 관련된 수학적 원리를 이해 한다.

(미술창작) [고등학교 2학년]

(2) 표현과 확장

3 7~9/12 [12실수02-01] 평면도형과 입체도형의 모양은 관찰하는 시각에 따라 다 르게 보일 수 있음을 이해한다.

4 10~12/12 [12수학Ⅱ02-02] 미분계수의 기하적 의미를 이해한다.

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 12차시)

차시 주요내용

1~4 /12

주제(단원)명 착시(옵아트)현상 관찰하기

Co

미술과 관련한 착시 현상-학습지

- 옵아트(착시예술) 탄생배경, 옵아트 작가, 작품 소개 - 실생활 속에서 착시의 예 찾아보기

착시를 이용한 건물, 패션, 스트링아트, 트릭아트 등

CD ET

- 옵아트(착시예술)의 다양한 표현으로 작품 제작하기 - 착시를 이용한 옵아트 작품 구상하기

(다양한 착시표현을 고려하여 옵아트 구상하기) - 옵아트(착시예술) 제작하기

(옵아트를 제작하고 자신만의 다양한 착시표현에 관해 설명하기)

CD ET

- 착시사진 촬영해보기

원근법을 이용한 착시 공간 연출, 제작하기

(28)

5~6 /12

독일 화가 한스 홀바인이 그린 ‘대사들’을 보고 어느 지점에서 관찰해야 해골이 제 모습으로 보이는지 관찰 지점 찾기

- 특정한 시점에서 바라볼 때 3 차원의 입체모양 해골이 나타남을 관찰 - 사영기하, 사영변환 소개

CD

평면에 그려진 큐브가 입체적으로 보이는 이유 토의해보기 왜상의 원리를 토의해보고 직접 입체 그림 설계해보기

- 바닥 면에 직사각형을 그린 후 화면을 통해 시점에서 바라보면 어떤 모양으로 보이는지 화면에 그려보기

- 화면에 직사각형 모양이 나타나게 하려면 바닥 면에 어떤 도형을 그려야 하는지 생각해보기

(왜상 속에 숨겨진 수학적 요소인 사영변환, 사영기하 연결지어 설명)

ET

착시 큐브 제작하기

- 사영변환의 원리와 왜상의 원리, 특정한 각도에서 관찰시점을 고려하여 2 차원의 그림 이지만 3 차원으로 보일 수 있는 착시 구체물 만들어보기

7~9 /12

주제(단원)명 3 차원 착시 구체물 제작하기

Co

2 차원의 사진으로는 완벽하게 보일 수 있으나 실제 3 차원으로는 절대 만들 수 없는 도형들 을 제시하여 이러한 현상에 대한 원리 생각해보기

- 정면도, 평면도, 우측면도를 생각해보고 전개도 생각해보기/ 이외의 각도에서 생각해보기

CD

2 차원의 사진으로는 착시에 의해 완벽하게 보일 수 있으나 실제 3 차원으로는 절대 만들 수 없는 도형의 전개도를 생각해보고 입체도형 설계해보기

ET

관찰하는 각도에 따라서 착시현상이 잘 일어나는 지점 탐색하기 및 영상으로 찍어보기

CD 착시 미끄럼틀 설계하기 - 전개도 고안하기

ET 착시 미끄럼틀 제작하기

- 관찰하는 각도에 따라서 착시현상이 잘 일어나는 지점을 찾고 영상으로 제작해보기

CD ET 착시 미끄럼틀과 유사한 착시 구체물 제작하기

10~12 /12

주제(단원)명 직선으로 곡선 나타내기

Co

직선으로 곡선을 만들 수 있는지 자를 이용하여 직선을 그려봄으로써 확인해본다.

- 직선을 구부리지 않고 구부러진 선으로 만들 수 있을지 생각해 보고 어떻게 하면 직선을 곡선으로 보이게 할 수 있을지 토의해보기

CD

두 직선 위의 합이 6 이 되도록 점을 연결하는 선분을 그려보기 두 직선 위의 합이 11 이 되도록 점을 연결하는 선분을 그려보기

- 각각 연결한 선분들의 전체 모양은 어떤 특징을 가지는지 생각해보고 차이점 토의하기

ET

스트링 아트 작품을 설계하고 제작하기 - 일차함수를 정하고 규칙 연결해보기

- 곡선을 그리면서 직선이 무엇을 의미하는지 수학적으로 생각해보기

(29)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 미술창작 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] (2) 표현의 확장 중심과목 성취기준

[12미창02-04] 타 학문과 타 영역과의 융합을 통해 확장되는 표현 매체의 특징 을 알고 활용할 수 있다.

주제(단원)명 착시(옵아트)현상 관찰하기 차시 1~4/12

학습목표 ◾착시표현을 이용하여 옵아트(착시예술) 작품을 제작할 수 있다.

◾착시현상을 이용하여 착시사진을 촬영할 수 있다.

연계과목 실용수학 연계과목

성취기준 영역

[고등학교 3학년] 실용수학 (2) 공간

STEAM 요소

S

T 옵아트 표현하기 E

A 옵아트 작품처럼 그려보기

M 옵아트 작품을 통해 수학의 심미성 느끼기

개발 의도

착시현상을 이용한 미술가들을 소개하고 착시현상을 이용한 다양한 작품을 제작함으로 창의성과 독창성을 기르고자 한다. 또한 실생활에 쓰이는 물건에 착시현상이 활용되고 있음을 발견하고 착시사진을 촬영해보는 활동을 통해 흥미를 가지도록 한다.

10



높이로 미래의 자신의 모습을 그리고 자신의 모습을 원근판에 붙여봄으로써 착시현상이 나타남 을 실제로 느끼도록 하여 동기를 일으킨다. 또한 미술과 관련한 착시 현상인 옵아트를 소개하고 다양 한 표현으로 작품을 제작하게 한다. 작품을 제작하면서 과학적, 수학적 원리와 관련된 수학의 심미성 을 느낄수 있게 하고 착시 사진을 스스로 촬영하여 착시 공간을 연출함으로써 착시현상이 극대화 될 수 있도록 지도한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

- 미래의 자신의 모습 그려보기 - 착시현상 소개

창 의 적 설 계

창의적 설계

- 옵아트 제작하기 - 착시 장면 사진으로 찍고 착시현상 극대화하기

감 성 적 체 험 - 착시를 이용한 옵아트 작품

구상하기

- 착시 장면 연출하기

(30)

도입 (20 분)

Co

(미래의 자신의 모습 그려보기) - 20 대, 30 대, 40 대. 50 대 조건: 10cm 높이로 그리기

원근판에 그린 자신의 모습을 붙여보기 착시현상이 나타남을 실제로 느끼도록 함

Co 착시 현상 소개

사진자료 원근판

종이 가위 풀,자

전개 (170 분)

Co

미술과 관련한 착시 현상-학습지

- 옵아트(착시예술) 탄생배경, 옵아트 작가, 작품 소개 - 실생활 속에서 착시의 예 찾아보기

착시를 이용한 건물, 패션, 스트링아트, 트릭아트 등

CD ET

- 옵아트(착시예술)의 다양한 표현으로 작품 제작하기 - 착시를 이용한 옵아트 작품 구상하기

(다양한 착시표현을 고려하여 옵아트 구상하기) - 옵아트(착시예술) 제작하기

(옵아트를 제작하고 자신만의 다양한 착시표현에 관해 설명하기)

CD ET

- 착시사진 촬영해보기

원근법을 이용한 착시 공간 연출하기

(착시가 극대화될 수 있도록 착시 사진을 찍고 설명하기)

ppt 자료 활동지 카메라

정리 (10 분)

ET

옵아트 제작과 착시 사진 연출을 통해 착시 현상이 나타나기 위한 방법 정리하기

(31)

중심과목 실용수학 학교급/학년(군) 고등학교/2,3 학년

영역

[고등학교] (2)공간 중심과목

성취기준

[12실수02-01] 평면도형과 입체도형의 모양은 관찰하는 시각에 따라 다르게 보 일 수 있음을 이해한다.

[12실수02-02] 미술작품에서 평면 및 입 체와 관련된 수학적 원리를 이해한다.

주제(단원)명 2 차원으로 3 차원 나타내기 차시 5~6/12

학습목표 ◾착시 현상, 왜상을 통해서 수학적 요소인 사영변환을 설명할 수 있다.

◾왜상, 사영변환에 의한 착시 구체물을 제작할 수 있다.

연계과목 미술 연계과목

[고등학교 2학년] (2)표현과 확장

STEAM 요소

S

T 착시 현상이 나타나는 원리 탐색 및 착시 구체물 제작하기 E

A 예술작품에서 왜상에 의한 착시 경험하기 M 수학적 요소인 사영변환, 사영기하 이해하기

개발 의도 실생활 및 예술작품에서 왜상에 의한 착시를 경험하고 수학적 요소인 사영변환을 연결지어 이들의 관계를 STEAM 으로 이해하고자 한다.

실생활이나 예술작품에서 3 차원으로 입체적으로 보이지만 실제로는 2 차원 그림을 경험하게 한다. 이 러한 경험을 통해서 사영기하를 소개하고 수학적 요소인 사영변환과 특정한 관찰 시점에서 바라보아 야 2 차원 그림이 3 차원의 입체적으로 표현 될 수 있음을 깨닫게 한다. 더 나아가 왜상에 의한 착시 큐브와 같은 착시 구체물을 학생들이 직접 만들어 봄으로써 그 원리를 정확히 파악하게 하고자 한다.

상황 제시

상 황 제 시

- 광고판의 숨은 비밀을 통해 이러한 현상을 어떻게 설명할 수 있는지 알아보기

- 미술작품

‘대리인’을 통해 입체적으로 보기 위한 관칠 지점

창 의 적 설 계

- 왜상에 의한 착시를 깨닫고 착시큐브 제작하기

- 왜상에 의한 착시를 깨닫고 구체물 직접 만들어 보기

감 성 적 체 험 - 왜상의 원리 이해하기

- 왜상의 의한 입체 그림 설계하기

- 왜상에 의한 착시큐브 고안하기

(32)

도입 (20 분)

Co

텔레비전으로 축구경기를 시청할 때 골대 양쪽에 버팀목으로 세워놓은 것 같은 광 고판을 보게 되는데 다른 위치의 카메라에 비친 화면에서는 광고판 위로 선수들이 왔다 갔다 하는 장면을 목격하게 된다. 이러한 현상은 어떻게 설명할 수 있을까?

- 각자 토의해보는 시간 갖기

사진자료 활동지

전개 (60 분)

Co

독일 화가 한스 홀바인이 그린 ‘대사들’을 보고 어느 지점에서 관찰해야 해골이 제 모습으로 보이는지 관찰 지점 찾기

- 특정한 시점에서 바라볼 때 3 차원의 입체모양 해골이 나타남을 관찰 - 사영기하, 사영변환 소개

CD

평면에 그려진 큐브가 입체적으로 보이는 이유 토의해보기 왜상의 원리를 토의해보고 직접 입체 그림 설계해보기

- 바닥 면에 직사각형을 그린 후 화면을 통해 시점에서 바라보면 어떤 모양으로 보이는지 화면에 그려보기

- 화면에 직사각형 모양이 나타나게 하려면 바닥 면에 어떤 도형을 그려야 하는 지 생각해보기

(왜상 속에 숨겨진 수학적 요소인 사영변환, 사영기하 연결지어 설명)

ET

착시 큐브 제작하기

- 사영변환의 원리와 왜상의 원리, 특정한 각도에서 관찰시점을 고려하여 2 차원 의 그림이지만 3 차원으로 보일 수 있는 착시 구체물 만들어보기

활동지 도화지,칼,

사진자료

정리 (20 분)

ET

왜상의 원리에 의한 착시현상 정리하기

- 활동 속에서 알 수 있는 내용을 활동지에 정리하기

활동지

(33)

중심과목 실용수학 학교급/학년(군) 고등학교/2,3 학년

영역

[고등학교] (2)공간 중심과목

성취기준

[12실수02-01] 평면도형과 입체도형의 모양은 관찰하는 시각에 따라 다르게 보 일 수 있음을 이해한다.

주제(단원)명 3 차원 착시 구체물 제작하기 차시 7~9/12

학습목표 ◾관찰하는 각도에 따라 2 차원의 사진으로는 완벽하게 보일 수 있으나 3 차원으로는 만들 수 없는 입체도형의 원리를 이해할 수 있고 3 차원의 착시 구조물을 만들 수 있다.

[고등학교 2학년] (2)표현과 확장

STEAM 요소

S

T 원리 탐색 및 제작하기 E

A 원근에 의한 착시를 이용하기

M 수학적 요소인 특정한 각도, 기울기에서 사물을 바라보기

개발 의도 수학적 원리를 이용한 착시현상을 통해 2 차원의 사진으로는 완벽하게 보일 수 있으나 3 차원으로는 만들 수 없는 입체도형을 제작함으로써 수학의 흥미를 높이기 위함.

중력에 의해 물건이 위에서 아래로 떨어지는 것은 당연한 현상이다. 학생들에게 착시 현상을 통해 공 이 내리막길에서 오르막길로 오르는 착시 미끄럼틀 영상을 보여주면 충격에 빠질 것이다. 3 차원 착시 구체물을 제작하면서 그 속에 담겨있는 수학적 원리를 찾고 3 차원으로는 만들 수 없지만 2 차원 사진 을 통해 착시 미끄럼틀의 원리를 이해하고 착시 현상을 파악할 수 있다.

상황 제시

상 황 제 시

- 입체도형의 정면도, 평면도, 우측면도를 그려보고 반대로 정면도, 평면도, 우측면도를 보고 입체도형 생각해보기

창 의 적 설 계

- 착시 미끄럼틀 제작하기

- 착시 구체물 제작하기

감 성 적 체 험 - 관찰하는 각도에 따라 착시가

일어나는 입체도형의 전개도를 어떻게 만들면 좋을지 그려보기

- 다양한 각도에서 관찰해보고 착시현상이 느끼지는 최적의 각도 알아보기

(34)

도입 (20 분)

Co

입체도형의 정면도, 평면도, 우측면도를 그려보기

- 입체도형을 바라보는 방향에 따라 전개도를 그려보기 반대로 정면도, 평면도, 우측면도를 보고 입체도형 만들어보기 - 전개도를 보고 입체도형을 생각해보기

활동지

전개 (110 분)

Co

2 차원의 사진으로는 완벽하게 보일 수 있으나 실제 3 차원으로는 절대 만들 수 없는 도형들을 제시하여 이러한 현상에 대한 원리 생각해보기

- 정면도, 평면도, 우측면도를 생각해보고 전개도 생각해보기 - 정면도, 평면도, 우측면도 이외의 각도에서 전개도 생각해보기

CD

2 차원의 사진으로는 착시에 의해 완벽하게 보일 수 있으나 실제 3 차원으로는 절 대 만들 수 없는 도형의 전개도를 생각해보고 입체도형 설계해보기

ET

관찰하는 각도에 따라서 착시현상이 잘 일어나는 지점 탐색하기 - 영상으로 찍어보기

CD 착시 미끄럼틀 설계하기 - 전개도 고안하기

ET 착시 미끄럼틀 제작하기

- 관찰하는 각도에 따라서 착시현상이 잘 일어나는 지점을 찾고 영상으로 제작해 보기

CD ET 착시 미끄럼틀과 유사한 착시 구체물 제작하기

영상, 활동지, 도화지, 칼,테이프,

사진자료

정리 (20 분)

ET

3 차원으로는 절대 만들 수 없는 도형이지만 2 차원의 사진으로는 착시현상에 의 해 완벽하게 보일 수 있는 원리가 전개도와 관찰하는 각도에 의해 결정된다는 점 을 정리하기

활동지

(35)

중심과목 수학Ⅱ 학교급/학년(군) 고등학교/2,3 학년

영역

[고등학교] (2)미분 중심과목

성취기준

[12수학Ⅱ02-02] 미분계수의 기하적 의 미를 이해한다.

주제(단원)명 직선으로 곡선 나타내기 차시 10~12/12

학습목표 ∎수 많은 직선을 이용하여 곡선을 만들어 내는 원리를 이해 할 수 있다.

∎스트링아트를 통해 착시 구체물을 제작 할 수 있다.

[고등학교 2학년] (2)표현과 확장

STEAM 요소

S

T 원리 탐색 및 스트링아트 제작하기 E

A 스트링아트의 원리 이해하기

M 수학적 요소인 곡선의 접선을 통해 직선으로 곡선 만들기

개발 의도 스트링아트를 통해 곡선으로 보이나 실제로는 직선으로만 이용하여 곡선으로 보이는 착시임을 알려주기 위함.

스트링아트는 곡선으로 보이나 곡선은 전혀 사용하지 않고 오직 직선, 선분을 이용하여 다양한 모양을 만들어 낸다. 직선을 구부리지 않고 직선만을 이용하여 곡선을 나타낼 수 있는지 생각해보고 직선을 이용하여 곡선을 나타낼 때 볼록한 정도의 차이를 파악할 수 있게 한다. 더 나아가 직선이 의미하는 것이 곡선의 접선이라는 것과 수 많은 직선들이 모여 곡선을 구성함을 파악하여 스트링아트 제작을 통해 이들을 연결지어 steam 으로 이해하고자 한다.

상황 제시

상 황 제 시

- 직선으로 곡선을 만들 수 있는지 생각해보기

창 의 적 설 계

-스트링아트 제작하기 감 성 적 체 험 - 곡선의 볼록한 정도를

나타내기 위한 특징 파악하기 - 스트링아트 설계하기

(36)

도입 (10 분)

Co

직선으로 곡선을 만들 수 있는지 자를 이용하여 직선을 그려봄으로써 확인해본다.

- 직선을 구부리지 않고 구부러진 선으로 만들 수 있을지 생각해 보고 어떻게 하 면 직선을 곡선으로 보이게 할 수 있을지 토의해보기

활동지, 자

전개 (120 분)

CD

두 직선 위의 합이 6 이 되도록 점을 연결하는 선분을 그려보기 - 곡선이 나타나는지 확인하기

두 직선 위의 합이 11 이 되도록 점을 연결하는 선분을 그려보기 - 곡선이 나타나는지 확인하기

- 각각 연결한 선분들의 전체 모양은 어떤 특징을 가지는지 생각해보고 차이점 토의하기

ET

스트링 아트 작품을 설계하고 제작하기 - 일차함수를 정하고 규칙 연결해보기

- 곡선을 그리면서 직선이 무엇을 의미하는지 수학적으로 생각해보기

스트링아트 준비자료,

자, 활동지

정리 (20 분)

ET

직선으로 곡선을 나타내는 방법 정리하기

- 스트링아트를 통해 직선이 의미하는 것이 곡선의 접선임을 정리하기

활동지

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4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~4/12

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(39)

옵아트 착시표현그리기 예시작품처럼 그려보기

학번 이름

(40)

(41)

차시 5~6/12

1. 텔레비전으로 축구 경기를 시청하다 보면 그림과 같이 골대 양쪽에 버팀목으로 세워놓은 것 같은 광고판을 보게 된다. 그런데 다른 위치의 카메라에 비친 화면에서는 세워 놓은 것으로 보이던 광고판 위로 선수들이 왔다 갔다 하는 장면을 목격하게 된다. 이런 현상은 어떻게 생기는 것인가?

2.아래 그림은 1533 년 독일 화가 한스 홀바인이 그린 ‘대사들’이다. 이 그림의 아랫부분에 있는 형체 가 분명하지 않은 길쪽한 모양은 특정 각도에서 비스듬하게 바라보면 해골로 보이게 된다. 어느 지점 에서 관찰해야 해골이 제 모습으로 보이는가?

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4. 왜상에 의한 착시물을 만들어보자. (투명 아크릴판에 그림을 그리고 빛을 투과하여 그려본다.)

5. 활동 속에서 알 수 있는 사실이나 느낀점을 적어보자.(함수와 연관지어 생각해보기)

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차시 7~9/12 1. (1)다음 입체도형의 정면도, 평면도, 우측면도를 그려보자.

(2) 반대로 정면도, 평면도, 우측면도가 아래 그림과 같을 때 이를 만족하는 입체도형을 생각해보 자.

(3) 아래 입체도형의 정면도, 평면도, 우측면도를 각각 그려보자.

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정을 영상으로 만들어보자.

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입체모형 전개도

3. 다음 영상은 미국 신경상관협회가 매년 주최하는 ‘올해의 착시 경연대회’에서 수상한 착시 작품이

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차시 10~12/12

1. 직선을 구부리지 않고 구부러진 선으로 만들 수 있을까? 어떻게 하면 직선을 곡선으로 보이게 할 수 있을까?

(1)두 직선 위의 점의 합이 6 이 되도록 점을 연결하는 선분을 그려보자.

(2)두 직선 위의 점의 합이 11 이 되도록 점을 연결하는 선분을 그려보자.

각각 연결한 선분들의 전체 모양은 어떤 특징을 가지는지 설명해 보자. 또한 (1), (2)의 차이점은 무엇 인가?

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1 19 35 33

31 29 27

25 23

21 3 5

7 9 11 13 15 17

① 기준선(1 과 16)을 연결한다.

② 2 부터 8 까지 y=2x+14 의 규칙으로 연결한다. (2-18, 3-20, 4-22, 5-24, 6-26, 7-28, 8-30)

③ 1 부터 8 까지 y=x+8 의 규칙으로 연결한다. (1-9, 2-10, 3-11, 4-12, 5-13, 6-14, 7-15, 8-16)

④ 24 부터 30 까지 y=2x-46 의 규칙으로 연결한다. (24-2, 25-4, 26-6. 27-8, 28-10, 29-12, 30-14)

⑤ 16 부터 23 까지 y=x+8 의 규칙으로 연결한다.

(16-24, 17-25, 18-26, 19-27, 20-28, 21-29, 22-30, 23-1)

⑥ 테두리를 2 칸씩 건너가면서 마무리한다.

- 함수를 설정하고 대응관계를 고려하여 나만의 스트링아트를 제작해 보자.

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