2019 융합인재교육(STEAM)교사연구회 결과보고서
2019. 11 .15
의정부광동고등학교
과 제 개 요
과제명 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영
STEAM 프로그램
구분
유형 (유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ ) 프로그램명 아두이노와 일산화 탄소 센서를 이용한 경보기 및 환풍기 키트 제작
학교급 고등학
교 대상 학년(군) 1,2학년
중심과목 정보 중심과목 성취기준 영역
[고등학교 1~3학년] (2) 자료와 정보 [고등학교 1~3학년] (4) 컴퓨팅 시스템
연계과목 과학
기술
연계과목 성취기준 영역
[고등학교 1~3 학년] 생활속의 과학탐구 [고등학교 1~3 학년] 기술의 세계 - 기술 활용
연구기간 2019.5.16. ~ 2019.11.30.
연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)
참여연구원 7명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 6명) 연구 수행자에 관한 사항
구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명
연구책임자 의정부광동고등학교 과학 교사 변병찬
공동연구원 의정부광동고등학교 정보 교사 조승조
공동연구원 부용고등학교 수학 수석교사 김호범
공동연구원 광동고등학교 수학 교사 이창준
공동연구원 의정부광동고등학교 한문 교사 허웅
공동연구원 양주백석중학교 기술 교사 이홍재
공동연구원 의정부광동고등학교 윤리 교사 이준형
2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아
융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2019년 11 월 15 일
연구책임자 : 변 병 찬 (인)
“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
1. 서론
가. 연구의 필요성
제 4차 산업혁명의 미래가 도래하고 21세기는 융합적 지식과 사고를 기반으로 해결해야 하는 문제가 증가하고 있고, 지식기반 사회에서 개념기반 사회로 전환되며, 창조와 문화가 중요한 시 대적 특징을 가진다. 따라서 학문 분야의 영역을 넘나드는 융합적이고 창의적인 사고를 하는 인 재가 더욱 절실하게 필요하다. 이에 학생들에게는 다양한 활동과 체험을 통해 내공을 쌓고 이것 을 바탕으로 삶을 영위하며 문제를 해결해나가는 융합적 인재로 성장하는 길을 만들어 줄 필요 가 있다. 현실 사회 문제를 우리가 생각해보고 이러한 문제점을 해결하기 위한 과정은 매우 중 요하다. 우리의 연구를 중학교 고등학교 학생들이 현실문제에서 문제점을 발견하고 이를 해결하 기 위한 디자인 씽킨 과정을 통해 제 4차 산업의 다양한 기술을 접맥하여 해결할 수 있는 기초 기술을 지도해주고 스스로 이 문제점을 해결하고 시대가 추구하는 융합적 인재를 양성하기 위한 새로운 방식의 프로그램 개발이 필요하다.
2015년부터 초, 중등학교에는 소프트웨어 교육이 강조되고 있으며 코딩과 컴퓨팅적 사고 (Computational Thinking)의 중요성이 급증하여 초등학생을 위한 다양한 소프트웨어 교육 도 구의 필요성이 제시되었다. 그 중 아두이노는 교육적 활용 도구로써 다른 모듈에 비해 가격이 저렴하며, 각종 센서를 손쉽게 통제할 수 있고 프로그래밍 절차 또한 어렵지 않기 때문에 중고 등학교에서 그 활용가치가 더욱 더 커지고 있다.
따라서 본 연구회에서는 앞서 제시한 학생들의 수준과 흥미를 고려하고 현실 문제 해결을 위 한 디자인 씽킹 과정을 통해 문제점을 해결하기 위하여 아두이노와 각종 아두이노 센서를 활용 한 실제 제작 키트를 만들어 보는 것을 매우 중요하다고 생각하며 아두이노를 활용해 해결해나 가는 과정을 통하여 현대 사회에 필요한 컴퓨팅 사고와 융합적 문제해결력이 신장될 수 있을 것 이다.
본 연구회에서는 아두이노와 아두이노의 각종 센서를 활용하여 문제를 해결해 나가는 과정 을 통하여 학생들의 융합인재 소양 및 컴퓨팅 사고를 신장시키고자 한다. 학생들이 쉽게 접할 수 있는 사회적 문제가 되었던 문제 상황을 제시하였으며 최근에 소프트웨어 교육으로 강조되 고 있는 아두이노와 아두이노 센서를 활용하여 안전한 키트를 제작해보고 융합적 문제해결력 을 바탕으로 산출물을 생성할 수 있는 STEAM 프로그램을 개발하고자 한다.
나. 연구의 목적
본 연구의 목적은 아두이노와 일산화탄소 센서를 이용한 경보기 및 환풍기 키트 제작 프로그 램을 개발․적용하여 중고등학생들에게 융합적 문제해결력에 어떠한 영향을 미치는지 알아보는 데 있다. 이러한 목적 달성을 위한 세부적인 연구 목표는 다음과 같다.
첫째, 실생활에서 문제점을 발견하고 아두이노 활용한 문제 해결의 목적, 내용, 방법을 탐색
하고 실제 제품을 제작해 봄으로서 융합적 문제해결력을 기른다.
둘째, 실제 제작 키트를 통하여 융합적 문제해결력에 미치는 영향을 분석한다.
셋째, 실제 제작된 키트를 일반화하기 위하여 교육 및 홍보를 통하여 일반화한다.
다. 용어의 정의
1) 아두이노(Arduino)란?
아두이노는 다수의 스위치나 센서로부터 값을 받아들여, LED나 모터와 같은 외부 전자 장 치들을 통제함으로써 환경과 상호작용이 가능한 물건을 만들어 낼 수 있다. 임베디드 시스템 중의 하나로 쉽게 개발할 수 있는 환경을 이용하여, 장치를 제어할 수 있다. 아두이노 통합 개발 환경(IDE)을 제공하며, 소프트웨어 개발과 실행코드 업로드도 제공한다. 또한 어도비 플 래시, 프로세싱, Max/MSP와 같은 소프트웨어와 연동할 수 있다. 아두이노의 가장 큰 장점 은 마이크로컨트롤러를 쉽게 동작시킬 수 있다는 것이다. 일반적으로 AVR 프로그래밍이 AVRStudio(Atmel Studio[3]로 변경, ARM 도구 추가됨)와 WinAVR(avr-gcc)의 결합으로 컴파일하거나 IAR E.W.나 코드비전(CodeVision)등으로 개발하여, 별도의 ISP 장치를 통해 업로드를 해야하는 번거로운 과정을 거쳐야 한다. 이에 비해 아두이노는 컴파일된 펌웨어를 USB를 통해 쉽게 업로드 할 수 있다. 또한, 아두이노는 다른 모듈에 비해 비교적 저렴하고, 윈도를 비롯해 맥 OS X, 리눅스와 같은 여러 OS를 모두 지원한다. 아두이노 보드의 회로도 가 CCL에 따라 공개되어 있으므로, 누구나 직접 보드를 만들고 수정할 수 있다. 아두이노가 인기를 끌면서 이를 비즈니스에 활용하는 기업들도 늘어나고 있다. 장난감 회사 레고는 자사 의 로봇 장난감과 아두이노를 활용한 로봇 교육 프로그램을 학생과 성인을 대상으로 북미 지 역에서 운영하고 있다. 자동차회사 포드는 아두이노를 이용해 차량용 하드웨어와 소프트웨어 를 만들어 차량과 상호작용을 할 수 있는 오픈XC라는 프로그램을 선보이기도 했다.
2) 아두이노 통합개발환경(Arduino IDE)란?
아두이노 통합개발환경(Arduino IDE)은 편집기, 컴파일러, 업로더 등이 합쳐진 소프트웨어 환경이다. '아두이노 소프트웨어'라고도 불린다. 이와 더불어 기타 개발에 필요한 각종 옵션 및 라이브러리 관리를 할 수 있다. 아두이노 프로그램 실행 시, 개인용 컴퓨터와 시리얼 통 신을 할 수 있는 가상 시리얼모니터를 제공한다. 보통 USB을 통해 업로드를 하므로 아두이 노 보드는 USB를 UART 통신으로 바꾸는 방법이 제공되고, MCU가 실행할 때는 이 UART 통신을 이용하여 필요한 통신을 할 수 있다. 이렇게 되려면 아두이노의 MCU는 부트로더가 올라가 있어야 한다. 특히 아두이노 프로그램을 '스케치(Sketch)'라고 부른다.
3) 사물 인터넷(IoT,Internet of Things)이란?
사물 인터넷이란 고유하게 식별 가능한 사물이 만들어낸 정보를 인터넷을 통해 공유하는 환경이다. 초기 유선통신에는 PC와 사물간의 연결을 통해서만 데이터 교환이 발생했으며, 사 람의 개입이 요구되었다. 현재에 이르러 무선통신 기술의 발달로 통신가능 범위가 확대되고, 나아가 사물 간 통신에서 사람의 개입이 필요 없거나 최소한의 개입만을 요구하는 자율적 통 신이 가능한 사물지능통신(Man ToMan)으로 발전하였다. 즉, 사물인터넷은 인간과 사물, 서 비스 등 세 가지 구성 요소들 간의 사람의 개입 없이 상호 협력적으로 센싱, 네트워킹, 정보 교환 및 처리 등의 지능적 관계를 형성하는 사물 공간 연결망이다.
4) 융합적 문제해결력이란?
융합학문 탄생의 이유로 중요한 것 중 하나가 문제의 해결이다. STEAM 융합 교육에서 강조 되는 ‘융합적 소양(STEAM Literacy)’도 다양한 지식을 활용해 복합적인 문제까지도 해결 할 수 있는 능력을 의미한다. 따라서 본 연구에서 융합적 문제해결력은 융합적 소양을 바탕으로 학습자가 실생활의 문제를 해결하기 위하여 과학, 기술, 공학, 수학, 예술의 영역을 통합한 지 식을 재구성하여 문제 해결 방법을 찾는 능력을 의미한다.
라. 이론적 고찰
1) 융합인재교육(STEAM)의 개념
미국의 STEM교육에 영향을 받은 우리나라는 교육과학기술부와 한국과학창의재단을 중심으 로 2011년부터 융합인재교육(STEAM)을 추진하고 있다. 융합인재교육(STEAM)은 단순한 콘텐 츠의 융합을 지향하는 것이 아니고 융합인재를 육성하고자 하는 것에 목적을 두고 있다. 즉, 융합적 사고를 통한 문제 해결력을 배양하는 교육을 의미한다.
학교에서 학생들이 어렵다고 생각하는 과학이나 수학 과목을 공학, 기술, 예술 등과 같이 다양 한 지식을 융합하여 교육하는 방법이 현재 융합교육의 모습이다. 즉, 지금까지의 교육이 각 교 과목별로 나누어 지식과 개념을 전달하는 것이 목적이었다면 융합인재교육(STEAM)은 세분화 된 학문간의 지식과 개념을 상호 연관지어 다양하게 활용할 수 있도록 하는 것이 목적이다.
우리나라의 융합인재교육인 ‘STEAM교육’의 특징은 미국의 STEM교육에 'A'가 추가된 것이 라 할 수 있다. STEM교육에서 'Arts'가 추가된 이유는 예술의 상상력과 감성을 통해 창의적 사고와 혁신적인 아이디어를 증폭시키기 위함이다. 그리고 이러한 창의적인 사고와 아이디어는 정형화된 틀을 벗어나 자유로운 문제 해결능력에 기여하게 된다. 즉, STEM의 융합교육이 융 합적인 사고를 불러일으키기 위해서는 예술영역이 필수불가결한 요소이다. 이러한 이유로 미국 버지니아 공과대학 대학원생인 조젯 야크맨(Georgette Yakman)은 STEAM 교육을 위한 피라 미드 모형을 제시하였으며 그 모형은 오른쪽과 같다.
2) 아두이노의 교육적 효과
아두이노는 전세계적으로 교육과 예 술에 많이 활용되고 있다. 실제로 해 외에서는 사교육 뿐만 아니라 공교육 에서도 소프트웨어와 하드웨어 교육을 위해 아두이노를 많이 사용한다. 특히 영국에서는 아두이노 기반의 놀이용구 기업 ‘프리모’가 출범하여 아두이노 교 육이 유아용까지 개발될 정도로 다양 화 되고 있으며 많은 사립학교들이 새
로운 교육 콘텐츠로 아두이노를 활용한 공학교육을 실시하고 있다. 또한 미국에서는 공학교육 의 중요성을 인식하고 스크래치와 함께 교육의 일환으로 많이 활용되어지고 있다.
우리나라는 전자 공학계열에서 아두이노에 대해 점차 관심을 가지는 추세이지만, 정작 아두이 노의 쓰임에 적합한 교육과 예술분야에서는 아두이노에 대한 관심이 매우 미비한 실정이다. 그 러나 앞으로 맞이하게 될 2015개정 교육과정에서는 프로그래밍 교육의 비중이 매우 높아질 것 이기 때문에 아두이노의 교육적 효과에 주목할 필요가 있다.
4) 선행연구 분석
우리나라에서 이루어진 아두이노 교육의 연구 사례들을 살펴보면 공통적으로 프로그래밍에 대한 교육적 효과 뿐만 아니라 프로그래밍 교육에 대한 흥미도와, 학습 몰입도가 높아진 것을 알 수 있었다. 특히 대부분 조별활동으로 진행되어 학습자 간의 상호작용이 이루어졌으며 학습 자들이 하나의 주제로 과학, 정보뿐만 아니라 다양한 교과의 관련 지식을 동시에 이해할 수 있 었다.
2. 연구 수행 내용
본 프로그램의 각 차시는 앞서 제시한 문제 중심학습을 바탕으로 STEAM 요소와 절차를 고려 하여 설계하였다. 특히 문제 상황에서는 학생들에게 친숙한 내용으로 주제를 선정하고자 노력하 였으며 창의적 설계 단계에서는 과학, 기술, 공학, 예술, 수학과 관련된 다양한 접근 방식과 문 제 해결 방법을 활용할 수 있도록 구성하였다. 또한 감성적 체험 단계에서는 학습자들이 자유 토론이나 발표가 이루어질 수 있도록 하였다. 각 차시별 내용이나 STEAM요소, 활동 및 전략 수립의 과정의 기본적인 흐름을 다음과 같다.
문제해결단계 문제해결 단계 내용
문제사태 -상황제시
(CO)
- 생활주변에서 의문되는 일에 직면하여 사고적인 활동을 통하여 문제를 발견
- 학습자가 스스로 문제를 발견하거나 교사의 자료제공에 의해 발견
※ 문제사태에서 STEAM요소를 추출할수 있는 내용으로 선정하며 학생들 에게 생활속 문제 발견 내용으로 주제를 선정하도록 한다.
문제형성 - 학생 들이 발견한 문제들에 대하여 의미가 있고 해결해야 할 문제를 가 려내어 핵심과 성격을 분명하게 밝히는 단계
가설설정 -창의적 설계
(CD)
- 형성된 문제에 대하여 문제가 해결됨으로써 얻을 수 있는 결과를 예상 - 설정된 가설을 조사, 관찰, 분석 등의 활동을 통하여 검증하는 단계 ※ STEAM요소를 적용하여 과학, 기술, 공학, 예술, 수학과 관련된 다양한
접근 방식과 문제 해결 방법을 위한 접근 방식을 이용하도록 한다.
가설검증
- 교사는 검증할 수 있는 방법들을 간접적으로 암시해 주면서 검증에 필요한 자료를 제시
- 학생들의 창의적인 사고능력을 동원하도록 해야 한다
문제해결
- 설정된 가설에 따라 검증 활동을 통해 얻어지는 결과를 종합적으로 정리하고 요약하여 일반화하는 단계
- 학습자들이 자유 토론이나 발표가 이루어질 수 있도록 하여 창의적이 고 능동적인 사고능력이 배양
적용 및 발전 -감성적체험
(ET)
- 학습자들이 자유 토론이나 발표가 이루어질 수 있도록 하여 창의적이고 능동적인 사고능력이 배양하며 또한 해결한 문제들을 통해 유사한 다른 문제들을 해결해 보게 하는 단계이다.
STEAM요소를 이용한 문제해결 과정
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 아두이노와 일산화탄소 센서를 이용한 경보기 및 환풍기 키트 제작 선행
프로그램명
학교급 고등학교 대상 학년(군) 1,2 학년
중심과목 정보 중심과목 성취기준 영역
[고등학교 1~3학년] (2) 자료와 정보 [고등학교 1~3학년] (4) 컴퓨팅 시스템
연계과목 과학기술 연계과목 성취기준 영역
[고등학교 1~3 학년]생활속의 과학탐구 [고등학교 1~3 학년]기술의 세계 - 기술 활용
개발계획
주제 연번
차시
(시수) 과목 연계(안)
1 2 정보(1) + 기술(1)
2 2 정보(1) + 기술(1)
3 2 정보(1) + 과학(1)
4 2 정보(1) + 과학(1)
5 2 정보(1) + 기술(1)
개발·적용
현황 ※ 2019.11.13. 기준, 10차시 중 10차시 개발 및 10차시 적용 완료 ◦STEAM 프로그램 적용 성과 연구 및 조사
- 현재 프로그램 개발 완료 및 적용완료
- STEAM 프로그램 적용 전후에 걸쳐 사전 및 사후 평가 실시
- 성과 분석 : 개발된 프로그램은 중학교와 고등학교 및 교과 연구회를 활용 하여 성과 분석 미진한 부분 보완
◦STEAM 협력 연구 강화 및 확산 실천
- 융합 수업 진행은 교과 협의를 통한 프로젝트형 수업으로 진행 - 개발된 프로그램은 현장 적용 및 교과 연구회 발표를 통해 완성
- 디자인 씽킹 등 다양한 수업 사례 및 융합 수업의 방안에 대한 연구 실시
3. 향후 계획
4. 기타 사항 및 시사점
◦과제 수행 향후 계획
- 개발된 프로그램이 현장에서 일반화 가능하도록 개발
-
구분 수행 계획
교수학습지도안 개발 차시 총 10차시 예정
수업 적용 일정 2019. 10 . 7. ~ 2019. 11 .5.
(STEAM 수업)수혜학생 수 의정부광동고등학교 110명(고등학교 1,2학년) 예정 학생 태도검사 사전검사 10월 28일, 4개 학급(85명) 실시 완료
사후검사 10월 31일, 4개 학급(85명) 예정
학생 및 교사 만족도조사 10월 31일
교사연구회 STEAM 행사 개최 2019. 10. 30. 8교시(17:00~21:00) 수업공개 2019. 10. 18 . ‘STEAM 페스티발행사’ 개최 논문 또는 학술대회
특허출원(국외, 국내) 해당 없음
가. 결론
첫째, 융합 교육프로그램을 적용한 집단이 교육프로그램을 적용하지 않은 집단에 비해 융합 인재 소양이 높은 것으로 나타난다. 이는 융합 교육프로그램이 학생들의 융합인재 소양을 향상 시키는데 효과적임을 확인할 수 있는 결과이다. 따라서 융합인재 소양을 향상시키기 위해서 보 다 다양한 아두이노 관련 교육프로그램을 개발하고 이를 적용한 수업이 이루어질 필요가 있다.
둘째, 현실 문제에 대한 해결 방안으로 피지컬 컴퓨팅등을 이용한 융합 교육프로그램을 적용 한 집단이 교육프로그램을 적용하지 않은 집단에 비해 Convergence(융합 마인드), Creativity(창 의적 마인드), Communication(소통 마인드)가 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 다양한 아두이노등 IOT를 이용한 교육 프로그램이 개발될 필요가 있다.
셋째, 미래 사회에 대비한 컴퓨팅 사고력 향상을 위한 교육프로그램이 학생들의 컴퓨팅을 향 상시키는데 효과적임을 확인할 수 있는 결과이다. 앞으로 미래 사회에 요구도가 더욱 증가하게 될 컴퓨팅 사고 역량을 함양시키기 위해 보다 다양한 아두이노 관련 교육프로그램을 개발하고 이를 적용한 수업이 이루어질 필요가 있다.
나. 제언
첫째, 융합인재 소양 및 컴퓨팅 사고를 긍정적으로 변화시키기 위해 아두이노를 활용한 수업
이 이루어질 필요가 있다. 이를 위해 보다 많은 아두이노 교육프로그램들과 교수 학습 자료의 개발이 필요하며 아두이노 교육프로그램을 적용한 수업을 진행할 수 있는 능력이 신장되도록 교사의 연수가 제공될 필요가 있다.
둘째, 이 연구의 결과를 통해 융합교육프로그램의 적용이 학생들의 융합인재 소양 및 컴퓨팅 사고력 향상에 효과가 있었음을 알 수 있었으나 지식·이해, 창의성 등이 신장되었는지는 확인할 수 없었다. 좀더 다양한 교육프로그램의 적용을 통해 지식·이해, 창의성 등 다양한 영역에 미치 는 효과를 검증할 필요가 있다.
붙임 STEAM 프로그램
(프로그램명)
아두이노와 일산화탄소 센서를 이용한 경보기 및 환풍기 키트 제작 1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정연번 차시 (중심과목)
2015 개정 교육과정 성취기준
(연계과목) 성취기준 영역
1 1~2
[12정보02-03]
인터넷, 응용 소프트웨어 등 컴퓨팅 도구를 활용하여 문제 해결을 위한 자료를 수집하고 분석한다.
(정보)
[고등학교 1~3학년]
(2) 자료와 정보
2 3~4 [12정보05-04] 피지컬 컴퓨팅 장치의 동작을 제어하기 위한 프로그램을
작성한다
(정보)
[고등학교 1~3학년]
(4) 컴퓨팅 시스템
3 5~6 [9기가05-06] 생활 속 문제를 찾아 아이디어를 구상하고 확산적 수렴
적 사고 기법을 활용하여 창의적으로 해결한다.
(기술가정) [중학교1~3학년]
기술의 세계 - 기술 활용
4 7~8 [10과탐02-09] 과학의 핵심 개념을 적용하여 실생활 문제를 해결하거
나, 탐구에 필요한 도구를 창의적으로 설계하고 제작할 수 있다.
(과학탐구실험) [고등학교 1~3학년]
생활속의과학 탐구
5 9~10
[10과탐02-04]흥미와 호기심을 갖고 과학 탐구에 참여하고, 분야 간 협동 연구 등을 통해 협력적 탐구 활동을 수행하며, 도출한 결과를 증거에 근거하여 해석하 고 평가할 수 있다
(과학탐구실험) [고등학교 1~3학년]
생활 속의 과학 탐구
2. STEAM 프로그램 총괄표(총 10차시)
차시 주요내용
1~2 /10
주제(단원)명 (2) 자료와 정보-정보
인터넷, 응용 소프트웨어 등 컴퓨팅 도구를 활용하여 문제 해결을 위한 자료를 수집하고 분석한 다. 디자인 씽킹 활동을 통한 현실의 문제를 바라보고 이를 해결하기 위한 방법을 모색해보면서 이를 해결하기 위해 기본적으로 필요한 요소와 피지컬 컴퓨팅을 통한 문제 해결 방안에 대해 계 획을 수립하고 기초과정에 대해 팀별 프로젝트 진행
디자인 씽킹을 통한 문제 모색 Co 사회 문제를 통한 현실의 문제 –일산화탄소 중독으로 인한 사회 문제 알아보기
해결하기 위한 계획 수립 CD 문제 해결을 위한 설계 –아두이노의 기능 및 기술 익히기 진행과정을 통한 체험 ET 감성적 체험-문제 제기 –문제 발견등 일련의 상황 속 체험
3~4 /10
주제(단원)명 (4) 컴퓨팅 시스템
피지컬 컴퓨팅 장치의 동작을 제어하기 위한 프로그램을 작성한다. 아두이노의 기초적인 지식 – 아두이노 사용방법
아두이노의 각종 센서 사용방법 익히기
아두이노 통합개발환경(Arduino IDE)은 편집기 사용 및 코딩 모둠별 프로젝트를 통한 기본적인 피지컬 컴퓨팅 이해하기 아두이노의 필요성 Co 작품 제작을 위한 학습 필요성
해결하기 위한 계획 수립 CD 아두이노 필요 기능 및 기술 익히기 진행과정을 통한 체험 ET 다양한 문제 발견 등 일련의 상황 속 체험
5~6 /10
주제(단원)명 기술의 세계 - 기술 활용
생활 속 문제를 찾아 아이디어를 구상하고 확산적 수렴적 사고 기법을 활용하여 창의적으로 해결한다.
실용적이며 사용 가능하고 일반화 가능한 제품 설계에 중점
다양한 기능과 기술이 접맥될수 있도록 모둠별 창의력을 나타낼수 있도록 유도 참여학생들의 계획 수립 및 진행 과정을 발표를 통해 설명 및 수정 보완 개발 제품의 설계 Co 작품 제작을 위한 학습 필요성
계획에 의한 제품설계 및 구상 CD 경보기 및 환풍기 기본설치 방안 모색 진행과정을 통한 체험 ET 다양한 문제 발견등 일련의 상황 속 해결과정 체험
7~8 /10
주제(단원)명 생활속의 과학 탐구
과학의 핵심 개념을 적용하여 실생활 문제를 해결하거나, 탐구에 필요한 도구를 창의적으로 설계하고 제작할 수 있다.
일산화 탄소의 문제점 Co 작품 제작을 위한 학습 필요성 해결하기 위한 계획 수립 CD 경보기를 통한 문제 해결 계획 진행과정을 통한 체험 ET 다양한 문제 발견등 일련의 상황 속 체험
9~10 /10
주제(단원)명 생활속의 과학 탐구
흥미와 호기심을 갖고 과학 탐구에 참여하고, 분야 간 협동 연구 등을 통해 협력적 탐구 활동을 수행하며, 도출한 결과를 증거에 근거하여 해석하고 평가할 수 있다
경보기 및 환풍기 제작 평가 Co 작품 제작을 통한 진행과정 배경 홍보
완성된 환풍기 및 경보기 원리 이해 CD 일반화를 위한 다양한 방법 모둠별 제시 진행과정을 통한 체험 ET 다양한 문제 발견등 일련의 상황 속 체험
5. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안(6차시)
중심과목 정보 학교급/학년(군) 고등학교 /1,2 학년
중심과목 성취기준
영역
[고등학교] (2) 자료와 정보 중심과목 성취기준
[12정보02-03]
인터넷, 응용 소프트웨어 등 컴퓨팅 도구 를 활용하여 문제 해결을 위한 자료를 수집하고 분석한다.
주제(단원)명 (2) 자료와 정보 차시 1~6
학습목표
인터넷, 응용 소프트웨어 등 컴퓨팅 도구를 활용하여 문제 해결을 위한 자료를 수집하고 분석 할수 있다.
디자인 씽킹을 통해 문제점 발견 문제 해결 방안 모색 할 수 있다. 현실문제를 해결하기 위해 피지컬 컴퓨팅 방법을 통해 해결해볼수 있다. 아두이노에 대해 학습 방안을 수립할 수 있다.
연계과목 과학, 기술 연계과목
성취기준 영역
(과학탐구실험) [고등학교 1~3학년]
생활 속의 과학탐구
STEAM 요소
S 일산화탄소로 인해 생기는 문제점을 해결하기 위한 일산화탄소의 위해성 및 특징 T 제품 개발을 위한 공학적인 설계
E 피지컬 컴퓨팅을 통한 문제 해결 A
M 일산화탄소 중독으로 인한 사회 문제점 통계
개발 의도
우리가 생활하면서 생기는 문제점을 해결하기 위해 문제점을 분석해보고 이를 해결하기 위해 다양한 미래 기술을 미리 경험해보고 직접 창의적으로 제품을 개발해봄으로써 경험을 통해 학생 스스로 깨달을수 있는 계기를 마련하기 위함.
가스 중독에 대한 사회적 문제를 학생들이 해결하기 위해 융합교육 및 수업을 진행하는데 수업 형태 는 프로젝트 수업 형태로 실시하며 학생들이 그 문제를 해결하기 위해 디자인 씽킹 활동을 통해 프로 토 타입까지 제작하여 미리 발표해 보면서 융합수업의 다양한 수업을 직접 경험하며 진행해본다. 실제 수업은 정규교과 시간의 경우 각 교과에서 다루게 되며 통합융합수업은 방과후 에 실시할 예정이다.
학생들의 적극적인 참여가 융합수업에서는 매우 중요하기 때문에 방과후에 가능하면 실시할 예정이다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
현실에서 문제점 찾기 캠핑 등 가스사고의 원인
일산화탄소 중독 문제 창 의 적 설 계
창의적 설계
일산화탄소 경보가 및 환풍기 키트 제작을 통한 경험
감 성 적 체 험 아두이노와 일산화탄소
센서를 이용한 경보기 및 환풍기 키트 제작
감성적 체험
학습 과정
교수-학습 활동
※ STEAM 학습 준거 표시( Co 상황 제시, CD 창의적 설계, ET 감성적 체험)
학습자료 및 유의점
도입 (5 분)
가스 중독으로 인한 문제점 영상 시청
Co 가스로 인한 중독 문제 제기 ET 사례를 통한 문제점 체험
동영상
https://www.youtube .com/watch?v=c0B5V
RqJpX0
Tip! 영 상 시청후 소 감 발표
전개 ( 80 분)
디자인 씽킹과정을 통한 수업 방법 소개
디자인 씽킹에 관련된 자료 제공를 토대로 모둠별 제공하고 교사의 간단한 설명
<활동1>문제제기(공감하기) 및 정의하기- Co - 가스 중독의 원인 및 사례 알아보기
- 문제정의(문제제시) : 가스 중독을 줄이기 위한 공감대 형성
<활동2> 아이디어 창출하기-CD
- 가스 누출 사고를 줄일 수 있는 안전장치 제작 아이디어 - 사용자에게 경각심을 줄 수 있는 제품 제작 아이디어 - 피지컬 컴퓨팅 사용을 위한 아두이노 기능 익히기
<활동3> 프로토타입 만들기- ET - 간단한 모둠별 프로토 타입 제작
- 실용적이며 사용가능한 프로토 타입 제작
수업 형태 : 프 로 젝 트 수업
PPT
교수학습자 료 : 디자인 씽킹
학습자료 : 디자인씽킹 활동지 1
학습자료 : 아 두 이 노 사용법 익 히기
정리 (15 분)
- 배움정리 - ET
- 모둠별 프로토 타입 발표
- 모둠별 제작 작품에 필요한 피지컬 컴퓨팅 자료 소개
모둠별 발 표
Design thinking! 활동지 1 학년 반 모둠명 :
가스 중독으로 인한 사례를 보면서 ?
1. 모둠원을 대상으로 느낀 점 물어보기
(인터뷰 6분)2. 찾은 문제점(원인)에 대해 서로 더 깊게 물어보기
(인터뷰 6분)제품 설계도
학년 반 모둠명 :
학습 과정
교수-학습 활동
※ STEAM 학습 준거 표시( Co 상황 제시, CD 창의적 설계, ET 감성적 체험)
학습자료 및 유의점
도입 (5 분)
Co 메이커 교육의 필요성 ET 아두이노 사용용도 알아보기
동영상
https://www.youtube .com/watch?v=3e6G
MI4Szwk
Tip! 영 상 시청후 소 감 발표
전개 ( 80 분)
상황 제시(아두이노와의 만남) Co
아두이노보드를 보여주며 아두이노의 역할에 대한 호기심을 유발한다.
-컴퓨터의 입력장치, 출력장치는 무엇이 있을까?
-입력과 출력의 형태는 어떤 것이 있을까?
‣아두이노를 실제로 학생들에게 전해 준다.
아두이노를 사용할 수 있는 준비를 함께 진행한다.
-컴퓨터와 아두이노와의 연결 -아두이노 프로그래밍 도구 설치
창의적설계(아두이노 동작시키기)CD
-아두이노와 브레드보드를 책상위에 배치를 돕는다.
-아두이노와 브레드보드를 이용하여 LED 1개를 ON/OFF 해 볼까요?
-LED는 어떻게 ON/OFF 될까요?
-LED를 아두이노와 연결해 볼까요?
-LED를 ON/OFF하기 위한 아두이노 프로그램은 어떻게 작성될까요?
감성적 체험(아두이노를 더 잘하려면) ET
아두이노 프로그래밍을 위한 기본 적인 명령에 대하여 설명을한다.
-교육프로그램에서 많이 사용되는 언어에 대해 알아볼까요?
아두이노에 연결된 센서로 할 수 있는 일에 대해 질문을 한다.
-빛, 소리, 가스센서로 할 수 있는 일이 무엇이있을까요?
수업 형태 : 프 로 젝 트 수업
교수학습자 료 : PPT
학습자료 : 아 두 이 노 기초
학습자료 : 아 두 이 노 기초 다루 기
정리 (15 분)
- 배움정리 - ET
- 모둠별 아두이노 키트 실습 제작 자료 설명 - 모둠별 차시 실습 자료 설명
모둠별 발 표
아두이노 활동지 1 학년 반 모둠명 :
아두이노 활용 메이커 동영상 보면서 ?
1. 모둠원을 대상으로 느낀 점 물어보기
(인터뷰 6분)2. 메이커와 아두이노의 활용 방안 물어보기
(인터뷰 6분)학습 과정
교수-학습 활동
※ STEAM 학습 준거 표시( Co 상황 제시, CD 창의적 설계, ET 감성적 체험)
학습자료 및 유의점
도입 (5 분)
아두이노 스케치란? 사례에 대해 알아보기
Tip! 사용 사 례 설명 후 사 용하는 이유에 대해 발표
전개 ( 40 분)
상황 제시(아두이노와의 만남) Co
아두이노를 사용하기 위한 다양한 코딩 방법은 무엇이 있을까?
아두이노 프로그램 구조에 대해서 생각해보기
디지털 신호 출력
} 아두이노 스케치의 기본 구조 setup()
- 제일 먼저 실행되는 함수
- setup()함수 종료 후 loop() 함수 실행 loop()
- loop() 함수 내의 코드는 무한 반복됨
창의적설계(아두이노 동작시키기)CD
-아두이노 스케치를 기본에 대해서 알아보기 -아두이노 스케치를 이용한 기본 코딩 실행해보기 -아두이노 디지털 신호 출력 해보기
} Blink 예제 digitalWrite()
- 디지털 값 출력
- 첫 번째 인자 - 핀 번호 - 두 번째 인자 - 핀 상태 delay()
- 괄호 안의 시간 만큼 지연 - 단위 : ms
감성적 체험(아두이노를 더 잘하려면) ET 아두이노
– 마이크로컨트롤러 보드에 대해 설명할수 있다 – 쉽게 사용할 수 있도록 설계한다
§ 아두이노 통합개발환경 설치 및 사용법을 안다
§ 아두이노 스케치 기본 구조에 대해 설명한다 setup()
loop()
수업 형태 : 프 로 젝 트 수업
교수학습자 료 : PPT
학습자료 : 아 두 이 노 기초
학습자료 : 아 두 이 노 기초 다루 기
정리 (5 분)
- 배움정리 - ET
- 모둠별 아두이노 스케치에 대한 설명 및 활동지 발표 - 모둠별 차시 실습 자료 설명
모둠별 발 표
아두이노 활동지 1 학년 반 모둠명 :
<아두이노 스크레치>
1. 아두이노를 사용하기 위한 기본 코딩 해보기
2. 아두이노 스케치를 이용한 디지털 신호 코딩 해보기
학습 과정
교수-학습 활동
※ STEAM 학습 준거 표시( Co 상황 제시, CD 창의적 설계, ET 감성적 체험)
학습자료 및 유의점
도입 (5 분)
브레드보드 및 기초 소자 사용법 설명 및 필요성에 대해 발표
Tip! 사용 사 례 설명 후 사 용하는 이유에 대해 발표
전개 ( 40 분)
상황 제시(브레드보드 사용) Co
브레드 보드 사용법 회로 구현의 방법1 회로 구현의 방법2
창의적설계(브레드보드 및 기초 소자 사용) CD -기초소자 사용에 대해서 알아보기 저항값 읽기
} 첫 번째 색 숫자
} 두 번째 색 숫자
} 세 번째 색 자리 수 갈흑황 = ?
- 갈(1)흑(0)노(10^4)
= 10X10^4 = 100000 =100KÙ 갈흑빨 = ?
- 갈(1)흑(0)빨(10^2)
=10X10^2 = 1000 =1KÙ 등등갈 = ?
- 등(3)등(3)갈(10^1)
= 33X10^1 = 33X10 = 330 Ω 감성적 체험(발광다이오드 원리 체험) ET
수업 형태 : 프 로 젝 트 수업
교수학습자 료 : PPT
학습자료 : 활동지
학습자료 : 저항표
정리 (5 분)
- 배움정리 - ET
- 모둠별 브레드보드와 발광다이오드에 대한 설명 및 활동지 발표 - 모둠별 차시 실습 자료 설명
모둠별 발 표
활동지 1 학년 반 모둠명 :
주어진 저항 값을 읽어보세요!
R1=
R2=
R3=
R1
R2
R3
활동지 1 학년 반 모둠명 :
주어진 회로를 브레드 보드에 구성해 보세요.
(단, LED는 +와 – 단자를 구분함)
학습 과정
교수-학습 활동
※ STEAM 학습 준거 표시( Co 상황 제시, CD 창의적 설계, ET 감성적 체험)
학습자료 및 유의점
도입 (5 분)
일산화탄소 경보기 및 환풍기제작 필요성
동영상 https://www.
youtube.com /watch?v=SX 5HqP5Zf6c
Tip! 제작 이 유에 대해 발 표
전개 ( 80 분)
상황 제시(문제 해결을 위한 부품 준비 및 제작 준비) Co 일산화탄소 경보기 키트 제작을 위한 준비물 모둠별 준비
아두이노키트1개, 릴레이1개, 일산화탄소 감지 센서1개, 부저 1개, 환풍기모터1개, 키트 제작틀(MDF나 두꺼운 종이)
각 기기나 센서별 특징을 알고 사용방법에 대해
대해 익힌다.
특히 아두이노 스케치를 이용한 코딩에 대해서도
대해서도 방법을 모둠별로 파악한다.
창의적설계(일산화 탄소 경보기 및 환풍기 설계도) CD
감성적 체험(일산화 탄소 경보기 및 환풍기 제작후) ET 아두이노 스케치 소스
수업 형태 : 프 로 젝 트 수업
교수학습자 료 : PPT
학습자료 : 활동지
학습자료 :
정리 (5 분)
- 배움정리 - ET
- 모둠별 키트 제작후 소감 발표하기 - 모둠별 차시 실습 자료 설명
모둠별 발 표
학년 반 모둠명 :
