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(1)

“이 보고서는 2015년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(2)

목 차

I. 연구의 목표 및 내용 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1

1. 필요성 및 목적 ··· 1

2. 연구의 목표 ··· 3

3. 세부 추진계획 ··· 4

4. STEAM 준거 ··· 8

II. 이론적 배경 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10

III. 연구의 설계 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 17

1. 프로그램 적용 계획 ··· 17

2. 연구 계획 ··· 18

3. 연구 조직 ··· 19

Ⅳ. 연구의 실제 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 21

1. 융합인재교육(STEAM) 연구를 위한 환경 조성 ··· 21

2. 개발 프로그램 ··· 23

3. 감성적 체험 활동 ··· 38

4. 프로그램 효과 검증 ··· 39

5. 프로그램 효과 검증 결과 ··· 43

6. 시사점 ··· 44

붙임. 수업 지도안 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 45

(3)

I. 연구의 목표 및 내용

1. 필요성 및 목적 가. 연구의 필요성

1) 지식기반사회에서의 지식 창조를 위한 문제 해결 중심 교육 요구

◦ 오늘날 지식이 가치창출의 원천이 되면 끊임없이 새로운 지식이 쏟아져 나오고 또한 끊임없이 새로운 지식을 쏟아내어야 살아갈 수 있게 됨

◦ 문제해결과정을 통해 실제로 사용되는 학문의 이해도를 높일 수 있고, 이 를 통해 STEAM 교육의 감성적 체험을 확립할 수 있음

◦ 사회적 문제 상황에서 해결방법을 창의적으로 설계하여 해결하는 수업 과정은 STEAM의 교육 방법과 크게 다르지 않음

 2) 이론에서 실전 중심 STEAM 교육으로의 흐름 전환

◦ 최근 사회에서 일어나는 현상은 하나의 학문으로는 해결하기 힘든 경우가 많다. 이로 인해 국가에서도 STEAM 교육으로의 패러다임을 전환하려는 노력이 엿보인다.

◦ STEAM 교육은 분권화된 교육과정이 아닌 융합하여 무엇인가 새로운 것 을 창조하여 창조적이고 역동적인 교육과정이다.

◦ STEAM은 실천적이고 감성적인 교육을 이루고 학습자의 계속적인 탐구 동기를 자극하는 교육과정이다.

3)자유학기제를 고려한 융합교육프로그램 개발과 적용이 필요

◦ 현재 중학교 교육과정은 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 교과가 엄격하게 분리되어 있어 현실세계의 복합적인 상황과 상호 연관성이 결여되어 있는 실정

◦ 문제중심학습은 학생들이 배운 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 이론과 내용 의 통합적 이해를 바탕으로 프로젝트를 계획하고 조사와 탐구 활동을 통 해 흥미롭고 자기주도적인 학습 과정을 진행

◦ 융합교육프로그램을 통한 자유학기제 교육과정은 수학, 과학, 기술, 공 학의 흥미를 이끌어 이공계 분야의 진로 선택을 확대할 수 있음

◦ 따라서 사회적 문제를 해결 하는 융합인재교육 기반의 공학 프로젝트를 개발할 필요가 있음

(4)

나. 연구의 목적

이 연구는 STEAM 교육 프로그램을 개발하는데 목적이 있으며, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.

◦ 국내․외 STEAM 교육 관련 프로그램을 고찰하여 시사점을 도출한다.

◦ 과학, 기술, 공학, 예술이 융합된 STEAM 교육과정을 분석한다.

◦ 분석한 교육과정을 토대로 학교 현장에서 수업 가능한 안전한 도시 STEAM 프로젝트를 개발하고 적용한다.

◦ 개발한 STEAM 기반 공학 프로젝트를 토대로 교사와 학생용 교재 및 지 도안, 교구를 개발한다.

◦ 최근 필요한 공학·디자인에 여학생들의 감성이 필요함을 인지시키고 창의적인 활동을 통해 이공계 진로 탐색에 자신감을 갖도록 한다.

(5)

2. 연구의 목표

가. 문제 상황 몰입과 창의적 설계 확대를 위한 주제 선정

1) 중학생 수준의 주제

◦ 교육과정 및 중학생 수준 및 흥미에 적합한 주제를 선정함 ◦ 학습자의 지적, 정신적, 신체적 발달 수준에 적합

2) 현재 이슈가 되고 있는 주제

◦ 현재 일상생활에서 이슈가 되고 있는 문제를 기반으로 선정 ◦ 사회적 문제 상황에 몰입하도록 하여 수업의 학습 동기를 유발함

나. 안전한 도시 설계 공학 프로젝트 개발 <연구 산출물>

1) 안전한 도시 설계를 위한 STEAM 프로젝트 개발

◦선정된 주제의 STEAM으로 구현 가능한 프로젝트 개발

2) 한양대학교 STEAM 수업모델 연구단의 모델 개발 주요 요소 고려(6-Factor)

F1. 창의성에 기반한 STEAM에 대한 통합적이고 융합적 사고를 위한 교육 F2. 융합시대에서 필요한 시대정신 반영

F3. 빠른 과학기술의 변화와 발전을 빠르게 과학교육 현장에 도입하고 적용하는 적시교육 F4. 미래를 예측하고 이에 대비한 과학기술공학인재 양성과 미래직업탐색을 위한 교육

F5. STEAM교육의 효율성과 창의성 및 흥미를 유발하기 위한 다양하고 창의적 수업 방법론 도입 F6. 과학 기술 공학적 행위에 대한 의미와 가치 및 도덕적 기준과 규범을 터득하도록 교육

3) 효과적인 프로그램 운영을 위한 콘텐츠 개발

◦ 차시별 교육 자료, 교사용 지도서, 교사 및 학습자 교재, 교구 개발 - “싱크홀 예방” 모형 및 “안전한 도시 모듈 프로그램”

다. 자유학기제에 적합한 STEAM 공학 프로젝트 운영 방안 제시

1) 자유학기제 운영계획에 실행 가능하도록 구성

◦ 본교 및 일반적인 중학교 교육과정을 고려한 STEAM 교육 운영방안을 제 시

2) 학교 환경의 실행 가능성 고려

◦ 일반적인 중학교 과학실, 기술실 등을 고려한 학교 환경 내의 실습 활동 의 실행 가능성을 고려

3) 특허청에 특허를 출원하여 학습자의 동기부여와 프로젝트의 저변 확대 를 기대

(6)

3. 세부 추진계획

가. 연구 방향 및 내용 설정

1) 문헌 연구는 "안전한 도시 프로젝트"로 다음과 같은 내용을 대상으로 함 ◦ 국내․외 통합교육, 교수설계, 교육 자료의 문헌을 통한 연구 동향과 시사

점 도출

◦ 교육과정기반 프로젝트의 교육 관련 사례 분석 ◦ STEAM 교육 동향 및 사례 분석

 2) STEAM 기반 자유학기제 진로 향상 프로젝트 개발

◦ 공학의 문제 해결법과 수학의 분석적 방법을 통해 융합적 사고를 촉진할 수 있고 창의적 설계 능력을 채워줄 수 있음

◦ 이 연구는 STEAM을 통하여 이공계 진학 프로젝트를 개발하여 학교현 장에서 활용할 수 있도록 하며, 자유학기제 프로그램 및 방과후 프로 그램을 운영

◦ 실생활에서 발견할 수 있는 지식과 원리를 중심으로 주제를 선정

◦ 프로젝트 수행 과정을 통해 인성을 기르면서 인문학과 수학, 과학 원리에 기술적 활용과 공학적 문제 해결 능력, 창의력을 향상시킴

◦ 과학(Science), 기술(Technology), 예술(Arts), 수학(Mathematics) 분야 의 교사와 진로 상담 분야 교사, STEAM 내용 전문가 집단을 구성하여 이론과 실천에 충실

3) 문제해결과정 콘텐츠 및 교구 개발, 특허 출원

◦ 교과 지식, 원리 그리고 지식정보화 사회에 적응할 수 있는 내용의 컨텐 츠를 제작

◦ 과학(Science), 기술(Technology), 예술(Arts), 수학(Mathematics), 진로 진학, 인문학 분야의 교사 간 지속적인 협의와 자문위원의 피드백 과정 ◦ 학교 환경에서 실행 가능하도록 개방적이고 실제적 콘텐츠 개발

◦ 독창적이고 실용적인 아이디어를 탐색하여 특허를 출원하여 봄으로써 학습자의 성취동기를 높임

(7)

나. 연구 내용 및 범위

연구의 내용 연구의 범위

연구방향 및 내용 설정

ㅇ 문헌연구 및 국내․외 사례 수집

ㅇ 전문가 협의회 : 각 교과별 교사, 교육 공학 전문가 , STEAM 내용 전문가(자문위원)로 구성하여 연구방향 논의

프로젝트 과제선정

ㅇ 교과별 내용 분석, 예비 주제 선정 ㅇ 주제 선정 준거

(수준 적합성, 현실 세계와의 관련성, 실습활동 실행 가능성, STEAM관련성)

ㅇ STEAM 기반 프로젝트 프로그램 과제 2가지 선정

사회적 문제 해 결 STEAM 프 로젝트 개발

ㅇ 교육 목표 설정

ㅇ 프로그램의 활동 분석 및 세부 활동 명료화 ㅇ 교육 프로그램의 학습내용 선정 및 조직 ㅇ 교육 프로그램의 내용 구성

프로그램 콘텐츠 개발

ㅇ 교육 프로그램의 내용 작성

ㅇ 교육자료, 교수자 지도안, 학습자용 자료 개발

자유학기제

운영 ㅇ 운영(자유학기제 및 방과후)

프로그램 평가 ㅇ 교육 프로그램의 평가(학생 및 전문가 집단) ㅇ 수정 및 보완

보고서 작성

ㅇ 개발 프로그램의 평가 및 개선 방안 마련 ㅇ 모듈 개발 및 보고서 작성

ㅇ 특허 출원

[그림] 연구내용 및 범위

(8)

다. 연구 개발 과정 개요

이 연구의 목적을 달성하기 위한 STEAM 기반 안전한 도시 설계 프로젝트 연구와 개발의 기본 흐름은 다음과 같이 수행된다.

연구의 흐름 연구/개발 참여

교사연구회의 조직과 설계 : 연구계획서 작성

•전문 연구개발/자문팀 조직 (전문가)

•연구 개발을 위한 기본 연구 계획 수립 - 워크샵

연구/개발의 설계 및 구체화 • 연구개발팀

교육 프로그램 개발을 위한 전략 탐색 및 개발 • 연구개발팀

• 제1차 자문위원회

국내외 문헌 수집 및 분석

• 국내 자료 수집 • 국외 자료 수집 • 연구개발팀

교육 프로젝트 프로그램 주제 개발 • 연구개발팀

• 제2차 자문위원회

안전한 도시를 꿈꾸는 STEAM 프로젝트 개발 • 연구개발팀

교육 프로그램 초안 • 연구개발팀

교육 프로그램 컨텐츠 개발 전략 구안 및 개발 • 콘텐츠 개발팀

• 제3차 자문위원회

 교육 프로그램의 타당화

• 운영 • 타당성 평가

• 제4차 자문위원회

교육 프로그램 최종안 개발 • 연구개발팀

보고서 제작 • 연구개발팀

[그림] 연구개발 과정의 흐름

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라. 연구 내용 및 연구 방법

연구 내용

연구 방법

• 국내․외 통합교육, 교수설계, 교육 자료 탐색

• 프로젝트 학습 중심의 교육 관련 사례 분석

• 융합인재교육(STEAM) 동향 및 사례 분석

• 문헌 고찰

• 워크숍

• 인터뷰

• 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 학습 개발 모형 • 문헌 고찰• 모형 연구

• 워크숍

• 교육 프로그램 개발

∙ 교과별 내용 분석, 주제 선정

∙ 주제 선정 준거

• 안전한 도시를 꿈꾸는 STEAM 프로젝트 개발

∙ 차시별 교육 목표 설정

∙ 교육 프로그램의 학습내용 선정 및 조직

∙ 교육 프로그램의 내용 구성

• 문헌 수집 및 분석

• 모형 개발 연구

• 워크숍

• 교육 프로그램의 내용 작성

• 교육자료, 교수자 지도안, 학습자용 컨텐츠 개발

• 컨텐츠 개발 연구

• 워크샵

• 교육 프로그램의 운영

• 교육 프로그램의 최종안 개발 • 평가 및 수정, 보완

• 자문위원회

• 교육 프로그램의 적용을 위한 방안

• 교육 프로그램의 개선 방안 • 방안 연구

[그림] 연구의 방법

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4. STEAM 준거 가. 상황 제시

우리 인류는 문제 상황을 해결하면서 지속적으로 발달해 왔다. 이러한 문제 상황은 우리로 하여금 상황에 몰입하도록 만들어 준다. 듀이는 현재 상황과 성 공적 상황 사이의 간격을 문제 상황으로 인식하였다. STEAM 프로그램의 문제 도 이와 대동소이하다. 실제적인 문제 상황을 제시하여 학습자에게 동기를 부여 하고 이는 창의적 설계의 모태가 된다. ‘스팀으로 안전한 도시를 꿈꾸다’의 문제 상황은 아래와 같다.

◦ 상황 제시 : 5월 가정의 달을 맞이하여 우리 가족은 자전거 하이킹을 떠 나기로 했다. 오랜 만에 함께 하는 여행이기에 하이킹에 대한 기대감을 숨길 수 없었다. 부푼 맘을 가지고 출발하는 첫째 날, 앞서 가던 오빠의 자전거가 갑자기 생긴 웅덩이에 빠져 넘어지게 되었다. 그 사고로 우린 모두 여행을 포기하고 병원으로 가야했다. 땅이 갑자기 내려앉을 것이라 는 생각은 전혀 하지 못했다. 이제는 어느 곳에 서 있어도 불안한 마음이 생각을 앞선다. 행복한 도시인의 삶을 꿈꿀 수는 없는 것인가? 여러분은 정이 많은 도시 설계자로서 위와 같은 문제를 해결해 보고자 한다.

나. 감성적 체험

STEAM 프로그램을 구성함에 있어 감성적 체험은 매우 중요한 역할을 한다.

감성적 체험을 통해 학습자는 학습 동기와 긍정적 자아 효능감을 갖는다. 이는 다음에 해결해야 할 문제에 대한 자신감과 긍정적인 효과를 발휘한다.

◦ 도시 설계자가 된 모습을 가정하고 프로젝트를 설계, 해결해 나감으로 현 실적인 성공적 경험을 제공한다. (학습자 몰입)

◦ 지반 구조 모듈을 제작하고 실제 상황과 유사한 실험을 통해 효과를 증명 한다. (성공적 경험)

◦ 학습자가 연합하여 문제를 해결함으로써 친밀감을 갖는다. (사회적 경험) ◦ 실패와 성공을 하는 문제해결과정 속에서 값진 성취를 얻는다. (문제해결

과정의 흥미)

◦ 실제적인 견학을 통해 교육과정의 흥미를 부여한다. (실제적 사용 여부에 따른 동기부여-ARCS이론)

◦ 지반 모듈 제작의 결과물로 학교 내 전시회를 열어 긍정적 자아개념을 형 성한다. (성공적 경험)

(11)

◦ 특허 검색을 통해 아이디어에 대한 자신감을 갖고, 실제적인 특허 출원 활동을 통해 자신감을 극대화 한다.(성공적 경험)

◦ 성공적인 감성적 체험을 통해 진로, 진학에 대한 긍정적 자아개념 향상을 갖도록 한다.

다. 창의적 설계

21세기는 지식정보화 사회로 정보가 새로운 가치를 창출한다. 이에 가장 적합 한 교육과정이 STEAM이다. STEAM 프로그램을 구성하여 문제 상황에 적합한 창의적 설계를 함으로써 문제해결력과 창의력을 함양한다.

◦ 실제 지반 강화에 적용 가능한 문제 해결 방법을 설계 한다.

◦ 지반 침하량을 지속적으로 관찰 할 수 있는 실험을 구상한다.

◦ 문제 상황을 비판적 사고로 분석한 후 발산적 사고로 문제 해결을 한다.

◦ 여러 가지 도형을 이용하여 효과적인 구조를 설계 한다.

◦ TRIZ를 이용하여 다양한 방면에서 문제를 개선할 수 있는 창의적 설계를 한다.

◦ 다양한 암석과 물, 흙 등의 탐구 실험을 통해 문제를 해결할 수 있는 적 합한 아이디어를 탐색한다.

◦ 여러 건설 기술을 분석하고 관찰, 분류하여 문제 해결을 위한 방법을 강 구한다.

◦ 도시설계자가 된 문제해결자(학습자)는 위의 문제 상황에 집중하며 우리 주변의 문제를 해결하기 위하여 자기주도적으로 문제해결방법을 설계한 다. (자기주도적 문제해결방법 설계)

◦ 이 프로젝트는 도시 문제를 줄일 수 있는 방법을 공학적으로 사고하여 해 결함으로 스스로 문제 해결 과정을 통제한다. 그리고 여러 번의 시행착오 를 통해 성공적 경험을 겪는 체험 프로젝트이다.

(12)

Ⅱ. 이론적 배경

가. STEAM(융합인재교육) 개요

STEM 통합교육은 최근에 미국의 학교교육에서 시작된 통합교육의 방법이다.

기존의 통합교육 방법으로는 STS 교육, MST 교육 등이 있었다. 그러나 미국은 2003년 이후 PISA 성적에서 과학, 수학 등의 점수가 다른 국가에 비하여 하위 권을 차지하게 됨으로써 근본적인 대책을 강구하고자 하였으며, 그 방법으로 등 장한 것이 STEM 통합교육이다. 미국에서는 과학기술 경쟁력 향상을 위하여 STEM 통합교육에 대한 정부의 지원이 적극적이며 2011년 정부 예산이 4조원 정보에 이르고 있다(Business-Higher Education Forum [BHEF], 2010; 김진 수, 2011a).

STEM 통합교육은 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 수 학(Mathematics) 과목 또는 내용을 통합적으로 가르치고자 하는 것이다. 미국 에서는 최초로 Virginia Tech에서 처음으로 대학원 기술교육 전공과정에 통합적 STEM 교육 전공과정(Integrative STEM)을 개설하면서 본격적으로 프로그램 개발에 관련된 논의가 시작되었다. 마찬가지로 영국에서도 STEM 통합교육에 관련된 국가적인 정책을 세우고 이를 체계적으로 교육하고자 하는 움직임이 있 다(한국과학기술부, 2007). STEM 통합교육은 과학, 수학, 공학, 기술 등 과목 의 흥미와 학생들의 기술적 소양을 높이기 위한 대안적 교육이며 나아가 여러 교과에서 활용할 수 있는 맥락적 지식 및 실생활 문제해결력의 증진을 지향하고 있다(김진수, 2011b).

STEAM 통합교육은 기존의 과학기술을 강조하는 STEM 교육에 예술(Arts) 내용을 추가하여 교육하기 위한 한국 정보의 교육 정책이다. 김진수(2011a)는 STEAM 통합교육에 대해 아래와 같이 제시하였다.

과학기술과 예술을 융합한 교육을 함으로써 국가 과학기술 경쟁력 향상에 도움이 될 것이라 판단하며 STEAM에서의 Art(예술)란 좁은 의미로는 디자인 중심의 미술 및 음악을 생각할 수 있지만, 넓은 의미에서의 예술이란 fine arts 의 미술 외에도 liberal arts의 인문 교양 분야, language arts의 언어 소통 분야 까지도 모두 포함할 수 있으며(p.399), STEM 교육에 예술(Arts)을 포함한 STEAM 교육을 함으로써 실생활과의 관련성을 더욱 높일 수 있고 흥미도 높아 지는 수업을 할 수 있다(Yakman & Jinsoo Kim, 2007; 김진수, 2011a)고 하였 다.

(13)

김진수(2011a)는 Yakman(2007)이 개발한 STEAM 피라미드 모형을 한글로 번역하였다. 과학(Science)의 내용 영역은 물리, 화학, 생물, 지구과학, 생화학으 로 보았으며, 기술(Technology) 내용 영역은 제조 기술, 생산 기술, 농업, 통신 기술, 수송 기술, 산업 공예, 동력 및 에너지, 정보 기술로 보았다. 또한 공학 (Engineering) 내용 영역은 전기, 컴퓨터, 화공, 항공, 기계, 산업, 재료, 해양, 환경, 유체, 토목으로 보았으며, 수학(Mathematics) 내용 영역은 대수학, 기하 학, 삼각법, 미적분학 이론으로 보았으며, 예술(Arts) 내용 영역은 물리적, 미술, 언어, 교양, 철학, 심리학, 역사로 보았다. 이러한 내용의 STEAM 통합교육에 의하여 결국은 전인 교육(holistic)을 할 수 있다는 것이다(Yakman & Jinsoo Kim, 2007; 김진수, 2011a). 이 연구에서는 [그림]과 같이 번역 일부를 수정하 였다. 예술(Arts) 내용 영역인 물리적, 미술, 언어, 교양, 철학, 심리학, 역사를 체육, 미술/수공예, 언어, 교양으로 수정하였고 교양에 사회학, 교육학, 철학, 심 리학, 역사학이 포함되도록 수정하였다.

Holistic STE@M

STEM A

과학 기술 공학 수학 예술

물리 화학 생물 지구과학 생화학

제조기술 생산기술 농업 통신기술 수송기술 산업공예

동력 및 에너지

정보기술

전기 컴퓨터 화공 기계 항공 재료 산업 환경 해양 토목 유체

대수학 기하학 삼각법 미적분학 이론

체육 미술/수공예 언어 교양

사회학 교육학 철학 심리학 역사학

생애 1차 변천

2차

전문

전체

통합

다학문

학문 영역

내용 영역

[그림] STEAM 교육의 피라미드 모형 출처 : G. Yakman & Jinsoo Kim(2007). 수정

국내외 STEM 통합교육 또는 STEAM 통합교육 연구 사례는 다음과 같다.

Sanders(2006)는 Technology teacher education conference에서 STEM 교육 의 정당성, STEM 교육 프로그램의 구성, STEM 교육의 개발과 보급에 대해 분 석하였고 2007년에는 Wells와 공동으로 STEM 교육의 필요성을 역사적․이론적․

경제적․정치적 배경 측면에서 연구하였다. 2009년에는 The Technology Teacher에 'STEM, STEM Education, STEM mania'를 발표하여 통합적 STEM

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교육을 소개하였다(배선아, 2009). STEAM 교육에 관한 최초의 논문은 Yakman, 김진수(2007)가 2007년 10월에 국제학술대회에서 발표한 논문이다.

이 논문에서는 한국에서 인기 있는 정신 스포츠 종목 중의 하나인 바둑(Baduk) 을 주제로 하여 STEAM 통합교육의 방법을 제시하였다.

[그림] 문대영의 STEM 통합 접근 모형

출처 : 문대영(2009). STEM 통합 접근의 사전 공학 교육 프로그램 모형 개발.

문대영(2008)은 초․중등 교육과정과 공학 교육 관련 문헌을 토대로 모형을 설 계하고 공학 교육 분야 전문가를 대상으로 타당도를 검증하여 [그림]와 같은 STEM 통합 접근 모형을 설계하였다. 이 모형은 교과의 내용 지식 부분과 탐구 방법을 통합하여 조망하는 데 시사점이 되었다.

최유현, 문대영, 강경균, 이진우, 이주호(2008)는 'STEM 기반 발명영재교육 프로그램 개발과 적용 효과'에 대한 연구를 수행하였다. 이 연구는 STEM 기반 의 발명영재교육 프로그램을 개발하고 그 효과를 알아보기 위해 수행되었다. 특 히 개발한 STEM 기반의 발명영재교육 프로그램은 Renzulli의 심화학습 3단계 와 문대영(2008)의 'STEM 통합 접근의 사전 공학 교육 프로그램 모형 개발'

(15)

연구에 의해 소개된 STEM 통합접근 모형을 기반으로 하였다.

배선아(2009)는 '공업계열 전문계 고등학교 전기․전자․통신 분야의 활동 중심 STEM 교육 프로그램 개발'에 대한 연구를 수행하였다. 이 연구는 전문계 고등 학교 교육 현장에 적용할 수 있는 STEM 교육 프로그램을 개발하였다는데 의의 가 있다(송정범, 2010, pp. 21-24).

송정범(2010)은 STEM 통합 교육을 위한 교실 친화적 로봇교육 모형 및 프 로그램 개발에 관한 연구에서 초등학교 수준에서 로봇이라는 주제를 중심으로 STEM 통합 교육을 하였다. STEM 통합 교육을 통해 학생들의 수학과 과학에 대한 태도가 향상되었다고 제시하였다.

나. STEAM(융합인재교육) 모형

국내에서는 김진수(2008)가 미국의 STEM 교육의 등장 배경과 국내 도입 필 요성을 소개하며, STEM 교육 모형을 설계하여 소개하였다. 특히 STEM 교육 모형은 기존 학문 통합 유형 분류 모형인 다학문, 간학문, 탈학문 통합교육 모형 을 기본으로 하여 STEM 통합교육 모형을 설계하였다.

김진수(2011a)는 여기에 예술(Arts)을 추가하여 [그림]와 같은 STEAM 통합 모형을 구안하였다. <모형 1>의 기술(T) 과목이 중심에 있는 이유는 STEM 통합 교육을 할 때 활동 중심의 수업을 하기 위해서는 기술 과목 중심의 수업이 유리하기 때문이며, <모형 1>을 연계형(connection), <모형 2>를 통합형 (integration), <모형 3>을 융합형(fusion 또는 conergence)으로 명칭을 정하였 다.

T

S E

M A

M

A

T

E S

STEAM

<모형 1>다학문, 연계형 <모형 2>간학문, 통합형 <모형 3>탈학문, 융합형 [그림] STEAM 교육을 위한 '김진수의 통합 유형'

출처 : 김진수(2011a). STEAM 교육을 위한 큐빅 모형. p.130

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다. 창의적 STEAM 교육의 큐빅 모형

김진수(2011a)는 초중등학교의 창의적 STEAM 교육을 위한 프로그램을 개발 하기 위해서는, 우선 STEAM 교육의 이론 정립과 이론적 모형이 있어야 하고 STEAM 교육의 표준이 개발된 후, 수업 모형 개발 및 수업용 프로그램 개발이 진행되어야 한다고 하였다. 이에 통합교육 과정 이론, STEM 교육과 STEAM 교육 및 창의성 교육에 관한 문헌 연구를 바탕으로 STEAM 교육을 위한 '김진 수의 큐빅 모형(Jinsoo Kim's Cubic Model)을 구안하였다. 이 큐빅 모형은 X축 은 학문의 통합 방식에 따라 다학문적 통합, 간학문적 통합, 탈학문적 통합으로 분류한 것이고, Y축은 학교급에 따라 초등학교, 중학교, 고등학교, 대학교로 분 류한 것이며, Z축은 통합의 요소에 따라 활동 중심, 주제 중심, 문제 중심, 탐구 중심, 흥미 중심, 경험 중심, 기능 중심, 개념 중심, 원리 중심으로 분류한 것이 다. 그리고 이 모든 STEAM 통합교육은 창의성을 기를 수 있는 환경을 가질 수 있도록 캡슐로 둘러싸고 있다(p.132).

구안한 모형에 대해 타당성을 확립하기 위해 연구자는 STEAM 분야의 교수 진과 교사들을 상대로 워크숍을 통하여 수정하고 한국연구재단의 STEM 교육 국가프로젝트 연구진들을 대상으로 세미나를 통해 수정하였으며, 교육학 분야의 통합 교육 전문가와 창의성 전문가인 교육학박사들로부터 자문은 받아 모형을 수정하였다. 이처럼 전문가와 관련자들로부터 의견을 받아 수정하여 [그림]과 같이 최종 모형을 확정하였다.

이 큐빅 모형의 특징은 STEAM 통합 교육이 초중등교육에서 고등교육까지 적용할 수 있도록 학교급 간을 분류하였고, Z축의 통합 요소도 9가지로 폭넓게 제시함으로써 모든 과목에서 적용이 용이하도록 하였다. 그리고 큐빅 전체를 창 의성의 캡슐을 씌워 창의성을 기를 수 있는 환경을 구성하도록 제안하였다.

[그림] 창의적 STEAM 교육을 위한 '김진수의 큐 빅 모형'

출처 : 김진수 (2011).

STEAM 교육을 위한 큐빅 모형.

p.133

(17)

단계 설계 절차

주요 산출몰/활

Ⅰ.수업의 기초 설계 단계

I

dentification

1. 통합 교육의 목표 설정하기

□ 창의적(창조적) 사고 중심 □ 융합적 지식의 창출 중심

□ 실용적 문제해결력 중심 □ 배려의 협력적 소통 중심 2. 통합 유형 선정하기

□교과기반 유형 __□과학 □공학/기술 □예술 □수학

□교과통합 유형 __□STEAM 통합

□STEAM 통합 + [ ] 교과

□RST(공학기술제품)기반 유형 __□과학 □예술 □수학

□기타 [ ]

3. 적용할 수업 구체화하기

□ 창의적 체험활동 □ 동아리 활동

□ 방과후 교육활동 □ 기관 연계 활동

□ 기타 ( )

4. 학습자 특성 조사하기

학교급 : □초, □중, □고 학년 : [ ]학년

학생 특성 : ( )

지역 특성 : □대도시, □중소도시, □군단위, □읍면단위 5. 가용한 인적/물적 자원 및 공간 확인하기

S T E A M 수업의 목 표, 내용, 범위 설계

Ⅱ.수업 주제 설계 단계

D

esigning

1. STEAM 학습 주제 구상하기

2. 통합 교과의 핵심개념(keywords), 내용과 범위 구체화하기 3. 잠정적 주제 진술 및 주제 목표 설정하기

4. 주제를 시나리오로 만들기 5. 주제를 구체적으로 진술하기 6. 주제를 학습 문제로 개발하기 7. 문제의 프레임을 구상하기

8. 문제 상황 및 제시할 문제를 설계하기

주제 설계 문제 설계 문제 상황 [학습 문제 미션지]

라. STEAM 수업 전략 모형

최유현(2012)은 STEAM 수업 설계 및 전략을 위한 IDEATE 모형을 제안하 였다. 수업 설계의 기초, 주제, 전략단계와 수업실행, 학습자 보고, 교사의 수업 과 성찰의 단계를 제시하였다. 최유현의 IDEATE 모형의 특징은 체크리스트의 형태로 이루어져 교수자가 쉽게 계획할 수 있다는 점과 STEAM 수업을 위한 수업설계와 문제 설계를 모두 제시한다는 점이다. IDEATE 모형은 아래 표와 같다.

(18)

Ⅲ.수업 전략 설계 단계

E

xploring

1. STEAM 학습 절차 설정하기 : 창의적 설계 절차 [모형 A]

□ 지식 산출 모형 [탐구]

□ 제품 산출 모형 [문제해결]

□ 작품 산출 모형 [예술표현]

□ STEAM 문제해결 모형 - [모형 B]

□ 기타 [ ]

2. 학습 활동 설계하기

□ I 정보수집하기 □ E 실험하기 □ C 토론하기

□ G 설계하기 □ S 문제해결하기 □ C 계산하기

□ R 조사하기 □ F 예측하기 □ P 발표하기

□ A 평가하기 □ 기타[ ]

3. 학습 평가 전략화하기 [평가 설계자료 A, B]

4. 교수-학습 과정안 작성하기 5. 학습자를 위한 학습 자료 만들기 6. 교사를 위한 교수 자료 만들기

수업 전략 설계

교 수 - 학 습 과정안 평가 기준 및 자료 교사용 교 수 자료 학생용 학 습 자료

Ⅳ.수업 실행

A

pplying

1. 학습자의 지식 탐구/ 문제 해결

2. 교사의 학습 안내, 교수, 지식 구성 촉진

수업 전략 의 적용

Ⅴ. 학습자 보고 및 발표

T

ouring

1. 학습자의 지식 탐구/ 문제 해결 결과의 발표와 공유 2. 문제해결 결과의 토론 및 피드백

문 제 해 결 결과의 발 표

Ⅵ. 교사의 수업 성찰

E

valuation

1. 수업 설계 및 전략의 평가와 성찰 2. 수업 실행 과정 평가와 성찰 3. 수업 설계 개선점 도출 및 타 적용

설 계 안 과 실행 과정 의 평가

(19)

Ⅲ. 연구의 설계

1. 프로그램 적용 계획 가. 적용 대상

◦ 천안여자중학교 학생 중 STEAM 분야와 이공계 진로 탐색 분야에 관심 있는 학생을 선발하여 동아리 구성

◦ 천안여자중학교 2학기에 자유학기제 교육과정이 적용됨에 따라 1학년 학 생을 대상으로 진로 프로그램 적용

나. 적용 시기

◦ 2015년 6월 ~ 2015년 11월 적용

순 시기 운영 장소

1 6월 사전 홍보 및 STEAM의 이해 천안여자중학교

2 6월 동아리 모집 천안여자중학교

3 6월 ~ 7월 자율 프로그램를 통한 운영

(1차 프로젝트) ESD 융합교육실

4 9월 ~ 10월 교과 내 프로그램 적용

(2차 프로젝트) 일반 교실

5 11월 보고서 제작 및 발표 천안여자중학교

다. 적용 방법

1) 운영 형태

◦자율 프로그램를 통한 적용(6월 ~ 7월) 8일 × 2시간 = 16시간

◦교과 내 프로그램을 통한 적용(9월 ~ 10월) 15일 × 2시간 = 30시간

2) 운영 장소

◦ 천안여자중학교 ESD 융합교육실, 기술실, 과학실, 다목적 학습실 3) 수업 모형

◦ PBL 학습, 직소 2 협동합습 모형, TGT 모형

(20)

2. 연구 계획

일 정 수행내용

추 진 일 정 연구비

(천원) 비고

5월2주 5월

4주 6 7월 8월 9월 10월 11월 12월

연구 설계

연구팀 조직 2,136

연구 설계

연구 방향 워크숍 80

이론 탐색 문헌연구 및 사례수집 200

연구팀 협의회 50

프로젝트 주제 선정

교과별 내용분석 과정 선정 주제 선정 준거 주제 선정

협의회 및 자문위원회 380

프 로 그 램 개 발

차시별 목표설정 프로그램 활동 분석 학습 내용 선정 및 조직 프로그램 초안 개발

협의회 및 자문위원회 200

프로그램 내용 구성 프로그램

콘텐츠 개발

프로그램 내용 작성

교육자료 개발 200

교수자, 학습자 자료 개발

협의회 및 자문위원회 380

프로그램의 검증

수업 운영 계획 74

운영 1,000

평가

협의회 및 자문위원회 240

수정 및 보완

최종안 개발

최종 프로그램 개발

최종 컨텐츠 개발 160

보고서 작성 100

특허청 특허 출원

연구진도(%) 5 10 25 25 10 10 5 5 5

연구비집행계획(천원) 1010 740 730 580 620 550 370 440 160 5200

※ 주요결과물

모형 주제 2가지 ➜

프로그램 초안

프로그램 내용

프로그램 컨텐츠

프로그램 운영 결과

프로그램 수정 및 보완

최종 프로그램

컨텐츠 (교육자료, 교사용 학습자용 자료) ➜

보고서, 특허청 특허 출원 ➜

(21)

3. 연구 조직

가. 연구팀 편성표

(22)

나. 역할 분담

연구와 개발을 위하여 기본적으로 교과별 교사 중심의 연구 개발팀과 콘텐츠 개발팀 작업을 수행하며 그 과정에서 자문 위원회를 구성하여 운영

연구 책임자

황주연 (천안여자중학교)

연구 개발 자문위원회

연구팀장

황주연 (천안여자중학교)

자문위원장 : 조두용 교수 자문위원 : 전문가 2인 • 프로그램 개발 분과

활동 주제 (과학) 이현정, 안정민 (기술) 박성진

(공학) 황주연 (예술) 이 민 (수학) 우훈명 프로그램 전략

(과학) 이현정, 안정민 (기술) 박성진

(공학) 황주연 (예술) 이 민 (수학) 우훈명 • 수업 운영

(과학) 이현정, 안정민 (기술) 박성진

(공학) 황주연 (예술) 이 민 (수학) 우훈명

• 프로그램 개발 모형 자문 • 교육 프로그램, 콘텐츠 자문

콘텐츠 개발

개발팀장 : 황주연 (천안여자중학교)

• 자료개발 분과 도입 황주연

전개 (과학) 이현정, 안정민 (기술) 박성진

(공학) 황주연 (예술) 이 민 (수학) 우훈명

정리 황주연

협의 / 조정

[그림] 연구팀의 기본 조직도

연구 개발팀의 역할은 크게 활동과제 개발 분과, 프로그램 전략 분과, 수업운영으로 구 분할 수 있으며, 콘텐츠 개발 분과는 도입, 전개, 정리로 역할을 분담하였다. 그러나 이러 한 역할 분담은 독립적인 작업이 이루지는 것을 의미하지 않으며, 연구팀 전체의 공동의 자료와 아이디어 공유에 바탕을 둘 것이다.

(23)

Ⅳ. 연구의 실제

1. 융합인재교육(STEAM) 연구를 위한 환경 조성

가. 융합인재교육(STEAM)을 위한 전문성 강화

1) STEAM 교육의 이해와 전문성 향상을 위한 교사 연수 실시

◦ 관리자의 이해와 인식 향상을 위한 자료를 제작하여 연초 안내

◦ STEAM 교육에 대한 교사의 인식과 프로그램 개발과 적용에 대한 교사 연수를 연 3회 실시

순 실시일 연 수 주 제 장소

1 5월 27일 STEAM 교육과정 개론

(교사 전문성 향상을 위한 교육) STEAM실 2 7월 15일 STEAM의 실제와 적용

(자유학기제와 병행) STEAM실

3 11월 7일 STEAM 수업 결과 보고 및 컨설팅 STEAM실

2) 학생과 학부모 대상 STEAM 이해 연수 및 홍보

◦ 학부모를 대상으로 하는 연수 계획을 수립하여 연수 실시

순 실시일 연 수 주 제 장소

1 5월 중

수업공개의 날 STEAM 수업의 실제 교실

2 9월 중

수업공개의 날 STEAM 수업 운영 실제와 피드백 교실

◦ STEAM 이해 및 프로그램 안내문과 가정통신문 발송 ◦ SNS를 활용한 홍보

나. 교사연구회의 운영을 위한 계획

1) 2째주, 4째주 화요일(17:00~18:00) 협의회 실시 - 온라인, 오프라인 병행 2) 충청남도 과학, 로봇 영재교육원, 충남과학교사연구회, 충남기술교사연구회

의 발표를 통해 자문 및 컨설팅, 성과 확산

(24)

다. 융합인재교육(STEAM)실 및 STEAM Info 구성

1) STEAM 교육 실행을 위한 융합인재교육(STEAM)실을 구성

◦ 과학실, 기술실, 정보실을 통합하여 융합인재교육실로 재구성

STEAM 프로그램 운영 시, 세 장소를 필요에 따라 적절히 활용하고자함.

◦ 과학실을 이용하여 실험, 분석, 측정 장비를 활용

◦ 기술실을 이용하여 제도 장치, 공구 및 머신, 음향장비, 영상매체를 활용 ◦ 정보실을 이용하여 학생용 컴퓨터, 프린터를 제공하고 학생들이 컴퓨터와

정보검색을 활용한 정보 및 자료 수집을 할 수 있게 함.

◦ 학생들의 모둠별 프로젝트 토의를 활발하게 할 수 있도록 ESD실을 개방함 2) STEAM 교육 홍보 및 안내를 위한 STEAM Info 구성

◦ 과학실 앞 복도를 활용하여 STEAM 소개 및 안내 자료 게시하는 STEAM Info 공간으로 활용

◦ 기술실 게시판을 STEAM Info로 구성하여 학생들의 STEAM 프로젝트 결 과 보고서를 전시

라. 융합인재교육(STEAM)의 날 (6월 17일)

융합인재교육의 날을 선정하여 프로그램을 소개하며 홍보함

마. 융합인재교육(STEAM) 동아리 운영 및 대회 참여

이공계 진로에 관심 있는 학생을 대상으로 동아리를 구성하여 STEAM 소통 및 심화활동, 대회참여

1) STEAM과 공학에 관심 있는 학생 모집 2) 방과후 프로그램을 이용하여 운영

3) 창의력 및 융합적 사고를 요하는 대회에 참여하여 감성적 체험 극대화

바. 융합인재교육(STEAM) 연구회와 자유학기제 융합교육팀 연계

1) 스팀 연구회를 통해 개발된 프로그램을 자유학기제 융합교육팀에 소개하여 자유학기제와 스팀 교육과정이 잘 접목되어 업그레이드 되도록 함

2) 자문위원 교수와 전화를 주고받으며 의문점을 질의하고 도움을 받으며 심도 깊은 탐구가 이루어질 수 있음

(25)

2. 개발 프로그램

(1) 싱크홀 문제 해결 프로젝트 가. 프로그램의 주제

1) 주제 선정이유

◦ 최근 싱크홀과 관련된 사고가 많이 일어나고 이로 인해 싱크홀 관련 부서가 신설되는 등 싱크홀에 관한 사회적 관심이 높아짐.

◦ 실생활의 문제 상황을 교육과정의 문제 상황으로 가져옴으로써 학습자의 수업 집중도가 높아지고 문제 상황에 몰입할 수 있게 됨.

◦ 수학, 지리, 지구과학, 토질, 구조역학, 과학적 실험 등 다양한 STEAM요 소를 발견할 수 있는 바 이를 STEAM적용 사례로 이용하여 STEAM교육 에 적절히 활용할 수 있음.

“싱크홀, 송파구 방이사거리 또 발생…주민 불안 고조 ”

서울시 송파구 방이사거리에서 또 다시 싱크홀 이 발생했다.

서울 석촌 지하 차도에 대형 싱 크홀과 동공(洞 空·빈 공간)이 발생해 주민들의 불안감이 커지고 있는 가운데 지하철 9호선 공사장 인근에서 인도 가 1.5m 깊이로 내려앉는 사고가 발생했다.

21일 서울 송파경찰서에 따르면 이날 오후 3시쯤 송파구 방이동 방이사거리에서 인 도가 침하되는 사고가 발생했다는 신고가 접수됐다.

침하된 면적은 가로 0.6m, 세로 2m이며 깊이는 1.5m로 알려졌다.

이 장소는 석촌지하차도와는 900여m 가량 떨어져 있으며, 지하철 9호선 공사장과는 60m 거리다.

송파구 관계자는 “현장에 직원을 파견해 정확한 침하 원인을 조사 중”이라고 말했 다.

(출처 : http://star.mk.co.kr/v2/view_arts.php?no=1121285&year=2014)

(26)

2) 주제를 STEAM으로 해결하는 싱크홀 프로젝트로 정함

◦ 최근 사회적 이슈가 되고 있는 싱크홀과 관련 하여 다각도로 문제점을 분 석해보고 관찰함.

◦ TRIZ의 여러 발상을 적용하여 창의적설계, 감성적 체험을 하도록 함.

◦ 땅속 지도 만들기, 싱크홀 예측기술 탐색 등 다양한 해결 방법을 고려해 보고 다각도로 생각할 수 있는 문제해결체험을 구축함.

◦ 창의적 설계는 지하 구조를 다양한 수학적 도형으로 해석하여 실시하여 보기도 하고 지하수의 문제점을 찾아내어 해결해 보기도 함으로써 싱크홀 지반 침하 대비 프로젝트에 접근함.

◦ 다양한 STEAM 요소(힘의 원리, 도형의 특성, 공학적 문제해결 방법, 암 석의 성질, 합리적 토론 방식을 통한 문제 해결 등)의 종합적인 학습 내 용을 포함.

◦ 이를 통해 건설 공학, 사회학, 과학, 기술, 지리학, 수학에 대한 관심과 흥 미를 높이고 설계, 제작, 분석하는 과정을 통해 다양한 진로를 체험함.

◦ 사회적 문제에 대한 관심과 흥미를 높이고 자연과 더불어 살아가는 배려 의 마음을 갖게 함.

나. 프로그램의 교육목표

1) 주변에서 쉽게 일어나는 문제를 발견하여 기존의 배웠던 지식을 활용, 발상 의 과정을 찾아 적용하여 융합적 사고력을 키운다.

◦ 미술 교과 수업시간에 자주 보았던 그림의 작가인 레오나르도 다빈치의 발 명품을 통해 예술적 재능 못지않았던 그의 천재성을 발견하고, 다양한 발 명품의 발상 과정을 추적

◦ TRIZ의 발상 과정을 적용하여 최근 사회적으로 이슈가 되고 있는 싱크홀 지반 침하 문제를 해결할 수 있는 방안을 건설 구조적, 암석, 지하수 측면 에서 고안

◦ 주어진 조건하에서 제작을 통해 문제해결력과 공학 설계 능력 향상, 조작 력과 표현력 향상

◦ 싱크홀 지반 침하와 관련된 문제의 해결에는 침하 문제을 차단하는 것과 더불어 자연을 배려하고 이해하는 환경 보존의 자세를 갖추는 것이 필수적 임을 자각

◦ 도심지에서 싱크홀 발생이 예상될 때와 발생하였을 때로 구분하여 대응할 수 있는 싱크홀 응급 대처 방안을 제작, 홍보

(27)

2) 최종 목표

◦ 창의적 문제해결방법을 통해 현실적인 문제를 해결함으로 감성적 체험과 창의적 설계라는 STEAM 교육을 실현

◦ 프로젝트 과정을 통해 과학, 기술, 공학, 수학, 예술 영역의 소양을 함양하 여 미래사회에 대처할 수 있는 능력과 태도 지님.

◦ 자연과 더불어 사는 사회를 살아가기 위해 필요한 이해와 배려의 마음가짐 을 지님.

◦ 최근 필요한 공학·디자인에 여학생들의 감성이 필요함을 인지시키고 창의 적인 활동을 통해 이공계 진로 탐색에 자신감을 가짐.

다. 프로그램의 흐름도

(28)

라. 활동 과정

1) 구조물 만들기

2) 지반 구조 실험

(29)

3) 물 흡수량 측정실험

나무젓가락 1일차 나무젓가락 2일차

박스 날개 1일차 박스 날개 2일차 신문지

전체

(30)

마. 우수 활동 보고서

1) 싱크홀 사전 조사 보고서

경주 포석정 리포트 싱크홀의 원인 리포트

물의 회전 가설 리포트

2) 지반 침해 실험 보고서

(31)

3) 배수장치 리포트

배수장치 가설 리포트 배수장치 아이디어

배수장치 마인드 맵 4) 물 흡수량 측정 실험 보고서

(32)

단계 주제 차시 학습내용 STEAM 학습형태

1 싱크홀 이란? 1-2

(2)

탐색하기

1. 여러 싱크홀 사진 탐색 2. 세계 여러 나라의 지질 분류 3. 다른 나라의 싱크홀 대비책 분석

S, T, A 모둠활동

2 프로젝트 만나기 3-4

(2)

프로젝트 만나기 1. 사전 검사 2. 모둠 구성하기 3. 동기유발

4. 프로젝트 제시 및 과정 안내하기

E, A 모둠 활동

3

암석의 이해 5-6

(2)

암석은 어떻게 만들어질까요?

1. 암석의 역사 알아보기 2. 암석의 종류 조사하기

3. 우리나라 토목공사 자재 조사하기

S, T, E 개별 활동

지반 침하 방지 공법의 원리

7-8 (2)

지반 공사란?

1. 상부구조에서 하부구조로의 힘 전달 2. 지반 침하 공사의 기준과 관련법 조사

S, T, A 개별 활동

땅속에서의 지하수 성질

9-10 (2)

땅속에서 발생하는 지하수의 효과는?

1. 여러 가지 지하수의 특성과 힘의 전달 2. 흙에 물이 들어갔을 때의 강도 차이 조사 3. 지하수가 함유된 토질 사용 시 주의 사항

S, M, T, A 모둠 활동 실습 활동

수학 도형의 이해 11

(1)

안정적인 도형은 어떠한 것이 있나?

1. 각각의 도형의 특징 분석 2. 도형에 따른 힘의 분산 탐색

M , A 개별 활동

4 프로젝트 계획 세우기 12-13

(2)

프로젝트 계획을 세워볼까요?

1. 프로젝트 파악하기 2. 모둠 역할 분담하기 3. 활동 계획 세우기 4. 진행 일정표 작성하기

E, A 모둠 활동

실습 활동

5

싱크홀 문제 해결 방안 탐색, 설계하기

14-16 (3)

안정적인 지반을 설계해 볼까요?

1. 자료 수집 및 분석하기 2. 설계하기

S, T, M, E 모둠 활동 실습 활동

중간 발표하기 17

(1)

함께 생각해 볼까요?

1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기

3. 모둠 의견 교환

A 모둠 활동

발표

모듈 제작하기 18-19

(2)

안전한 싱크홀 방지 지반을 제작해 볼까요?

제작하기 T, E 모둠 활동

실습 활동

6 효과 검증 20

(1)

침하량이 얼마나 차단될까?

1. 침하량 시뮬레이션 T, M, E 모둠 활동

실습 활동

7 결과 발표하기 21

(1)

함께 이야기해 볼까요?

1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기

3. 모둠 의견 교환

A 모둠 활동

발표

8 싱크홀 대비 매뉴얼 22-23

(2)

싱크홀로 인한 위험을 줄이기 위해 어떻게 해야 할까요?

응급 상황 대책 매뉴얼 제작

E, A 모둠 활동

발표

9 관련 직업 소개 24

(1)

지반과 관련된 직업에는 어떤 것들이 있을까요?

1. 이공계 이해하기

2. 설계사, 지질연구가 외 건설 관련 직업 탐색하

3. 사후 검사

S, T, A 개별 활동

<표 > 프로그램 개요

(33)

바. 프로그램의 구성요소 – 6전략 (6-Factor)

F1. 문제 상황 중심의 STEAM에 대한 통합적이고 발산적 사고를 위한 교육 1. 사회적 문제에서 출발하여 문제 해결 시스템 모듈 제작에 이르기까지

체계적인 수학, 공학에 기반

2. S, T, E, A, M 분야의 융합 및 내용의 체계적인 연계

3. 과학적 실험을 통해 지반 침하량과 힘의 전달 분석을 기반으로 함 4. 공학의 프로그램 개발, 수학의 순서도에 대한 전반적인 지식을 아우름 5. 환경, 사회, 기술의 상호작용을 이해

6. 효율적이고 지속가능한 지하 구조 방안 설계

7. 암석과 흙, 물을 적절하게 융합하는 방법을 생각하는 발산적인 사고 F2. 미래의 창조, 융합시대에서 필요한 시대정신 반영

1. 사회가 요구하는 효과적인 싱크홀 예방 기술에 관하여 학습

2. 최근 강조되고 있는 지속가능교육과 도심의 싱크홀 지반 침하 문제를 함께 해결하기 위한 활동

3. 문제 해결을 위한 매뉴얼 제작을 통해 인류가 공존하여 더불어 사는 사회 성을 도모

F3. 빠른 과학기술의 변화와 발전을 빠르게 과학교육 현장에 도입하고 적용하 는 적시교육

앞으로의 발달 방향인 환경을 생각하는 과학기술, 즉 기술과 환경이 공존 하는 기술을 탐색

F4. 미래를 예측하고 이에 대비한 과학기술공학인재 양성과 미래직업탐색을 위 한 교육

현대사회가 필요로 하는 시스템 공학의 발전 방향을 이해하고 이를 개발할 수 있는 과학기술공학 인재 양성

F5. STEAM교육의 효율성과 창의성 및 흥미를 유발하기 위한 다양하고 창의적 수업 방법론 도입

창의적인 설계와 제작을 통한 주제의 이해와 학습목표 성취 F6. 환경에 대한 의미와 가치 및 도덕적 기준을 터득하도록 교육

직접 만든 지하 모형과 자동화 센서를 이용하여 싱크홀 발생 상황을 시뮬 레이션 해보고 싱크홀 발생시 매뉴얼을 제작하여 홍보함.

(34)

사. 교육과정과의 연계성

프로젝트 수행을 위한 학습 요소들을 나열한 후, 과학, 기술, 수학, 공학, 예 술 영역으로 나눔. (자유학기제 융합교육과 연계 가능) - 7학년 자유학기제 1) 과학 영역

◦ 7학년 지권의 구성을 통해 지하에 있는 여러 암석의 특성을 학습할 수 있 음. 지하 구조에서 발생하는 역학적 활동은 7학년 힘의 단원에서 관련 지 어 학습할 수 있음.

2) 기술 영역

◦ 건설재료와 건설구조를 이해하여 창의적으로 지반을 설계함으로써 7학년 친환경 건설 프로젝트를 학습할 수 있음.

◦ TRIZ 기법을 이용하여 창의적으로 문제를 해결하는 내용은 7학년 창의적 문제 해결 방법의 이해 및 활용과 관련이 있음.

3) 수학 영역

◦ 여러 가지 구조의 조합은 8학년 도형의 닮음과 관련이 있고 실험을 통한 침하량을 분석하면서 7학년 함수와 좌표 평면의 교육과정을 다룰 수 있음.

4) 예술 영역

◦ 7학년 사회 교육과정에 담겨 있는 도시발달과 도시문제의 내용을 학습함.

합리적인 의사 결정을 하기 위한 토론의 방법은 국어 교육과정에 담겨져 있고, 보고서 및 프레젠테이션은 의사표현하기와 관련 있음.

주제 영역 내용 2009 개정교육과정

암석과 지반

과학

환경에 따른 암석의 변화 지권의 구성

지하 구조에서의 힘 여러 가지 힘

TRIZ 기법의 이해

기술

확산적 사고법 기술과 발명

건설의 역사 건설의 역사 건설 기술

지반 구조 분석

공학

건설공학의 공학적 분석법 건설 공학

지하 구조 설계 및 제작 지하구조 모듈 설계, 제작 기술과 발명, 제조 기술

지하 구조 이해

수학

구조에 담긴 원리 이해 도형의 닮음

지하 구조 분석 구조에 따른 침하량 분석 함수와 그래프

싱크홀 도시 문제

예술

도시발달에 따른 도시문제 탐색 도시발달과 도시문제

중간/결과 발표하기 보고서/프레젠테이션 의사표현하기

<표 > 2009년 개정교육과정과 관련 내용

(35)

(2) 자연을 생각하는 청색기술 프로젝트 가. 프로그램의 주제

1) 주제 선정 이유

◦ 최근 생물의 구조와 기능을 연구해 경제적 효율성이 뛰어나면서도 자연친 화적인 물질을 창조하려는 과학기술이 주목을 받기 시작함.

◦ 생물체로부터 영감을 얻는 ‘생물영감’과 생물의 특성을 본뜨는 ‘생물모방’을 STEAM에 접목시킴.

◦ 이를 통해 사회적 문제 상황을 인식하여 창의적 프로그램 설계, 성공적 감 성적 체험으로 STEAM 교육과정에 접근함.

◦ 청색 기술 시스템은 과학, 수학, 공학, 사회학에 대한 내용을 중심으로 다 양한 학문을 융합 적용함. 이를 STEAM적용 사례로 이용하여 STEAM교 육에 적절히 활용할 수 있음. (예: 도심의 열섬현상 문제를 얼룩말의 무늬 에서 염감을 얻어 접근함으로써 과학, 공학, 기술, 수학 학문을 융합하여 해결할 수 있음.)

2) 주제를 통한 효과

◦ 사회의 문제를 기술적, 환경적, 공학적으로 종합적으로 사고함.

◦ 학습자는 실제적인 사회적 문제를 공학, 수학, 과학적으로 해결해 봄으로써 문제해결력 및 고등 사고력 신장이 신장되고, 청색기술, 설계, 보완을 위한 의견 조정 과정에서 의사소통능력 신장 및 협동심 향상 가능.

◦ 사회 문제를 STEAM 발상으로 해결하고, 자동화 시스템을 통해 해결해 봄 으로써 학습자는 흥미로운 문제 상황 인식과 창의적 설계, 성공적인 감성 적 체험을 할 수 있게 됨.

◦ 여러 활동을 통해 스스로 진로를 개척하려는 마음을 갖게 되어 자기주도적 진로 의식을 함양함.

◦ 사회적 문제에 대한 관심과 흥미를 높이고 자연친화적인 마음을 함양함.

(36)

나. 프로그램의 교육목표

1) 실제 문제를 자연에서 영감을 얻어 해결함으로써 STEAM 교육과정의 저변 을 확대하고, 학습자에게 배운 지식을 실생활에 활용하는 교육을 안내하여 학습 전이를 높임. 문제를 과학, 수학, 공학적으로 해결함으로써 융합적 사 고력을 신장함.

◦ 최근 드러나고 있는 사회적 문제를 인지하여 사회적 관심도를 높임.

STEAM 교육과정에서 강조하는 문제 상황에 대한 집중도가 높아짐. 이는 전체적인 STEAM 교육과정 운영에서 긍정적인 영향을 끼침.

◦ 측정을 위한 과학적 실험, 청색기술 시스템을 설계하기 위한 수학, 합리적 방안 탐색을 위한 공학적 사고를 융합하여 방안 고안

◦ 주어진 조건하에서 제작을 통해 문제해결력과 공학 설계 능력 향상, 조작 력과 표현력 향상

◦ 청색 기술을 통한 새로운 아이디어를 탐색하고 이를 구체화시켜 특허출원 을 해봄으로써 긍정적 감성적 체험을 함

2) 최종 목표

◦ 시스템 공학의 창의적 문제해결방법을 통해 현실 적인 문제를 해결함으로 감성적 체험과 창의적 설계라는 STEAM 교육을 실현

◦ 프로젝트 과정을 통해 과학, 기술, 공학, 수학, 예술 영역의 소양을 함양하 여 미래사회에 대처할 수 있는 능력과 태도 지님.

◦ 더불어 사는 사회를 살아가기 위해 필요한 이해와 배려의 마음가짐을 지 님.

◦ 최근 강조되고 있는 감성 공학에 자연에서 얻는 영감이 필요함을 인지시키 고 다양한 관찰과 창의적인 활동을 통해 이공계 진로 탐색에 자신감을 가 짐.

(37)

다. 프로그램의 개요

단계 주제 차시 학습내용 STEAM 학습형태

1 청색 기술의 이해 1-2

(2)

탐색하기

1. 청색기술 활용 동영상 감상 2. 여러 자연 모방 기술 이해

3. 브레인 스토밍을 통한 청색 기술 탐색

S, T, A 모둠활동

2 프로젝트 만나기 3-4

(2)

프로젝트 만나기 1. 사전 검사 2. 모둠 구성하기 3. 동기유발

4. 프로젝트 제시 및 과정 안내하기

E, A 모둠 활동

3

사회적 문제 분석 5-6

(2)

청색 기술로 해결 할 수 있는 문제 탐색 1. 사회 문제 분류하기

2. 사회 문제에서 자연적 속성 탐구 3. 청색 기술적 문제 결정

S, T, M 모둠 활동

생물 영감 기술 7-8

(2)

생물 영감 기술은 어떻게 만들어질까요?

1. 생물체의 특성 알아보기

2. 생물에서 영감을 얻은 기술 탐구

S, T, A 모둠 활동

4 프로젝트 계획 세우기 9

(1)

프로젝트 계획을 세워볼까요?

1. 프로젝트 파악하기 2. 모둠 역할 분담하기 3. 활동 계획 세우기 4. 진행 일정표 작성하기

A 모둠 활동

실습 활동

5

청색 기술 설계 10-11

(2)

청색기술 시스템을 설계해 볼까요?

1. 자료 수집 및 분석하기 2. 설계하기

S, T, M, A 모둠 활동 실습 활동

중간 발표하기 12-13

(2)

함께 생각해 볼까요?

1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기

3. 모둠 의견 교환

A 모둠 활동

발표

시스템 제작하기 14-15

(2)

시스템 모듈을 제작해 볼까요?

제작하기 T, E 모둠 활동

실습 활동

6 효과 검증 16-17

(2)

문제 해결 여부?

1. 시스템 시뮬레이션 T, M, E, A 모둠 활동

실습 활동

7 결과 발표하기 18-19

(2)

함께 이야기해 볼까요?

1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기

3. 모둠 의견 교환

A 모둠 활동

발표

8

생명공학자, 건축, 로봇, 메카드로닉스와

직업

20 (1)

청색 기술과 관련된 직업에는 어떤 것들이 있을까 요?

1. 청색 기술 시스템 이해하기

2. 생명공학, 시스템 공학, 기초과학, 메카트로닉 스학과 직업 탐색하기

3. 사후 검사

S, T, A 개별 활동

<표 > 프로그램 개요

참조

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