성원초등학교

(1)

2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2019. 11. 15

성원초등학교

(2)

【 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

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 **Embedded system을 활용한 NRE* Leader 만들기 STEAM 교육 프로그램**

(*NRE: New and Renewable Energy, 신재생에너지)

학교급

초등학교

대상 학년(군)

초등학교 5~6학년군

중심과목

과학

중심과목

성취기준 영역

[초등학교 5~6학년] (17) 에너지와 생활 [초등학교 5~6학년] (13) 전기의 이용

연계과목

수학 실과 사회 미술

연계과목 성취기준 영역

[초등학교 5~6학년] (5)자료의 가능성 [초등학교 5~6학년] (5)기술활용

[초등학교 5~6학년] (8)통일 한국의 미래와 지구촌의 변화 <지속가능한 지구촌>

[초등학교 5~6학년] (2) 표현

연구기간 2019.5.16. ~ 2019.11.30.

연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 4명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 3명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 성원초등학교 과학, 수학 교사 이재준

공동연구원 금산초등학교 과학, 실과 교사 조광근

공동연구원 석사초등학교 과학, 사회 교사 이형구

공동연구원 우석초등학교 과학, 미술 교사 윤소희

2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2019년 11월 15일

연구책임자 : 이재준 (인)

(3)

“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

목 차

Ⅰ. 요약문 ··· 1

Ⅱ. 서론 ··· 2

1. 연구의 필요성 ··· 2

2. 연구의 목적 ··· 2

Ⅲ. 연구의 수행 내용 ··· 3

1. 연구내용 및 범위 ··· 3

2. 연구추진 일정 ··· 3

3. 과제 수행내용 ··· 4

4. 프로그램 개발 중점사항 ··· 4

3. 학생 태도검사 대상의 선정 이유 ··· 4

Ⅳ. 연구 수행 결과 ··· 5

1. 프로그램의 적욕 결과 개요 ··· 5

2. 수행 결과의 검증 ··· 5

Ⅴ. 결론 및 제언 ··· 11

1. 결론 ··· 11

2. 제언 ··· 12

Ⅵ. 참고문헌 ··· 13

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 부록2. 수업사진

부록3. STEAM 교육 태도 및 만족도 설문지

(5)

Ⅰ 요약문

최근 전세계적으로 인구의 급격한 증가와 도시화로 인해 에너지 소비가 크게 증가하였다. 하 지만 화석 연료를 바탕으로 하는 기존 생활기기의 에너지 소비의 증가로 인해 인류는 지구 온 난화, 사막화, 해수면 상승 등의 여러 가지 환경문제에 직면하게 되었다.

본 연구회는 이러한 에너지 문제를 인식하고, 화석 연료를 대체할 수 있는 신ㆍ재생 에너지 교육을 할 필요성을 느끼고 학교 에너지 교육 및 과학교육의 의미 있는 실현을 위해서, 기존 교육방법에서 벗어나 통합적인 방법으로 접근하고자 했다. 그리고 기존 신재생에너지 교육에 기술, 사회와 같은 현실적인 문제를 수반하여 STEAM 교육에서 신재생에너지 교육이 나아갈 방향을 탐색하고자 했다.

본 연구회에서 제작한 STEAM 프로그램인 Embedded system을 활용한 NRE* Leader 만들기 STEAM 교육 프로그램의 학습단계는 다음과 같다.

과학교과 측면에서 1800년대의 전기와 자기의 역사에 대해 학습하며, 과학자들의 위대한 발 견을 교과서 외의 다양한 실험을 통해 경험하며, 전기와 자기의 상호작용에 대해 이해하는 과 정을 거친다. 이를 통해 실과 교과 측면에서 레고 테크닉의 신재생에너지 팩을 활용해 전기발 전기를 활용한 구조물을 창의적으로 설계, 제작하도록 하였다. 그리고 학생들이 제작한 풍력발 전기와 태양광발전기의 발전효율을 측정하여 레고의 EV3의 코어를 활용한 데이터로깅으로 이 를 그래프로 만들어 시각화하고 각 조건에 따른 수치를 비교, 분석하도록 하였다. 그리고 학생 들이 제작한 발전기를 통해 생산한 전기를 통해 전기 자동차 등을 작동시키는 데 활용하여, 전 기의 생산과 활용과정을 동시에 학습할 수 있도록 하였다. 마지막에서 교육용 프로그램을 활용 하여 신재생에너지를 만드는 활동을 통해 공유 및 감성적 체험을 할 수 있도록 하였다.

본 연구를 통해 교육과정에 있는 내용을 중심으로 신재생에너지 STEAM 프로그램을 제작할

수 있었고 이를 적용하여 과학기술 및 기초과학 기반의 지식을 쌓고, 융합적 사고력과 문제해

결력을 기를 수 있었다.

(6)

Ⅱ ^{서 론}

1. 연구의 필요성

Embedded system을 활용한 NRE Leader 만들기 STEAM 교육 프로그램 개발 및 적용 연 구의 필요성은 다음과 같다.

가. 다양한 환경 문제로 신재생 에너지 개발에 대한 사회적 요구 대두

나. 학생들이 삶과 밀접한 에너지 및 환경 문제에 관심을 갖게 하여, 사회 문제에서 과학의 중요성 인식

다. 신재생에너지를 주제로 임베디드 시스템을 활용한 프로그램의 개발, 적용 과정에서 다양 한 수업 방법을 구안하여 학생들의 핵심역량 함양

라. 전 세계적으로 SW교육의 중요성 인식으로 인해 STEAM 교육에서 Embedded system을 활용한 수업 프로그램 개발 필요

2. 연구의 목적

임베디드 시스템을 활용한 신재생에너지 리더 만들기』라는 주제로 초등과정 STEAM교육 프로그램을 개발하는 목적은 다음과 같다.

가. STEAM교육을 위한 교육과정 분석을 통해 주제 설정 및 교육 환경 조성

나. 임베디드 시스템(embedded system) 코딩과 신재생에너지(NRE, New and Renewable Energy)를 주제로 탐구위주의 수업 모델 프로그램 개발 및 적용하여 효과 검증

다. 연구 개발 프로그램을 일반화하여 4차 산업혁명 시대를 이끌어갈 창의·융합형 인재 육성

에 기여

(7)

Ⅲ 연구 수행 내용

1. 연구내용 및 범위

가. 2015 개정 교육과정의 성취기준 및 다양한 수업 사례 분석을 통해 STEAM 프로그램 개 발 방향 설정

나. 신재생 에너지 주제에 임베디드 시스템을 활용한 STEAM 수업 여건 및 기반 조성 다. 기존 교과에 STEAM 요소를 반영해 교육과정을 재구성하고 이를 뒷받침하는 자료 제작 다. 본 연구를 통해 개발된 STEAM 프로그램은 3개 학교의 3개 학급과 영재교육원 1개 학급,

과학교실 1개 학급에 적용

라. 5학년 학급 2개반, 6학년 학급 1개반을 선정하여 사전, 사후 검사를 실시하고 양적 연구 를 통해 개발 프로그램의 효과 검증

마. 본 연구를 통해 개발된 STEAM 프로그램의 일반화 및 교사 연수를 통해 확산

2. 연구추진 일정

일 정 수행내용

추 진 일 정

비고

4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월

연구착수 ○

STEAM 프로그램 연구 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

전국 워크숍 참석 ○

태도검사(사전) ○

중간보고서 제출 ○

STEAM 프로그램 적용 ○ ○ ○

STEAM 행사 개최 ○

태도검사(사후) ○

결과보고서 제출 ○

성과발표회 참석 ○

(8)

3. 과제 수행내용

STEAM 프로그램

구분

프로그램명

**Embedded system을 활용한 NRE* Leader 만들기 STEAM 교육 프로그램**

(*NRE : New and Renewable Energy, 신재생에너지) 선행

프로그램명 해당없음.

학교급 초등학교 대상

학년(군) 초등학교 5~6학년군

중심과목 과학

중심과목 성취기준

영역

[초등학교 5~6학년] (17) 에너지와 생활 [초등학교 5~6학년] (13) 전기의 이용

연계과목

수학 실과 사회 미술

연계과목 성취기준

영역

[초등학교 5~6학년] (5)자료의 가능성 [초등학교 5~6학년] (5)기술활용

[초등학교 5~6학년] (8)통일 한국의 미래와 지구촌의 변화 <지속가능한 지구촌>

[초등학교 5~6학년] (2) 표현

프로그램 내용

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 1-2(2) 과학(1.5) + 실과(0.5) 2 3-4(2) 과학(1) + 사회(1)

3 5-8(4) 과학(2) + 수학(1) + 실과(1) 4 9-12(4) 과학(2) + 수학(1) + 실과(1) 5 13-15(3) 과학(1) + 사회(0.5) + 미술(1.5)

4. 프로그램 개발 중점사항

가. 신재생에너지를 쉽게 이해할 수 있도록 다양한 교구를 사용하여 수업 계획 나. 레고 에듀케이션을 통해 신재생에너지 발전장치를 구상 및 설계

다. 설계과정에서 3D프린터를 활용하여 심도있는 탐구 및 설계 가능하도록 구성 라. 에너지 발전 과정을 눈으로 직접 확인하고 그래프화 할 수 있도록 구성

마. 마인크래프트 에듀케이션을 활용해 나만의 신재생 에너지 마을을 구상하고 정리할 수 있 도록 구성

4. 학생 태도검사 대상의 선정 이유

가. 본 프로그램이 5,6학년 대상으로 계획되어 5학년 2개반, 6학년 1개반에 적용

나. 각 학교마다 환경과 학생들의 특성이 달라 3개 학교의 학생들을 선정

(9)

Ⅳ 연구수행 결과

1. 프로그램의 적용 결과 개요

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 16차시

수업 적용 일정 2019. 10. 14. ~ 2019. 10. 31.

(STEAM 수업)수혜학생 수 성원초, 석사초, 우석초, 춘천 초등과학 영재학급, 춘천 과학교실 학급 125명

학생 태도검사

사전검사 10월 1일, 3개 학급(64명) 실시 완료 사후검사 10월 31일, 3개 학급(64명) 실시 완료 학생 및 교사 만족도조사 10월 31일 실시 완료

교사연구회 STEAM 행사

공개수업 2019.6. 22. 강원진로박람회, STEAM 부스 운영 (지구를 살리는 신재생에너지 공학)

행사운영 2019. 10. 16. 5교시(13:30~14:10), 우석초등학교 6학년 1개 학급 수업공개

2. 수행결과의 검증

가. 연구 방법

1) 연구 대상자

본 연구에서는 강원도에 위치하는 3개의 초등학교 5학년 2개반, 6학년 1개반을 대상으로 선

정하였다. 5학년 학생 53명, 6학년 학생 25명을 대상으로 STEAM 프로그램을 적용하였으며 검

사지를 활용한 연구 참여에 동의하고 성실하게 응답한 5학년 학생 49명, 6학년 학생 24명을

대상으로 STEAM 태도 검사지를 실시하였다. 구체적인 내용은 아래 <표1>과 같다.

(10)

<표1> 연구 대상자

2) 연구 절차

초등학교 5학년 학생 53명, 6학년 학생 25명을 대상으로 한국과학창의재단에서 제공한 STEAM 태도 사전 검사지를 실시하였다. 사전검사 후 STEAM 프로그램을 진행하였으며 프로그 램을 마친 후 STEAM 태도 사후 검사지와 STEAM 만족도 검사를 실시하였다. 이후 SPSS Statistics Ver. 25 프로그램을 이용해 STEAM 프로그램이 STEAM 태도에 정(+)적인 영향을 미 치는지 알아보았다.

3) 측정 도구

STEAM 프로그램이 STEAM 태도와 만족도에 미치는 영향을 알아보기 위해 한국과학창의재 단에서 제공한 STEAM 태도 검사지를 사용하였다. STEAM 태도 검사지는 과학, 수학과 관련된 흥미 요인 10문항, 배려 요인 6문항, 소통 요인 6문항, 유용성/가치인식 요인 6문항, 자아개념 요인 4문항, 자아효능감 요인 4문항, 이공계진로선택 요인 4문항인 총 40문항으로 이루어져 있 으며 구체적인 내용은 아래 <표2>와 같다.

<표2> STEAM 태도 검사지 내용

나. 연구 결과

1) STEAM 태도 결과

STEAM 태도 검사지를 활용해 사전, 사후 검사를 진행한 뒤 대응표본 t-검정을 이용해 결과 를 분석하였다. 분석한 결과는 아래 <표3>과 같다.

집단 인원 내용 여 남 계

5학년 64 STEAM 프로그램에 참여함. 15 25 40

6학년 13 11 24

변인 구인 수학에 관한

태도 문항 수

과학에 관한

태도 문항 수 계

STEAM 태도

흥미 5 5 10

배려 3 3 6

소통 3 3 6

유용성/가치인식 3 3 6

자아개념 2 2 4

자아효능감 2 2 4

이공계 진로 선택 2 2 4

(11)

표<1>에서 보는 바와 같이 STEAM 프로그램을 적용하기 전과 후의 STEAM태도를 비교한 결 과 사전 평균 109.42, 사후 평균 117.64로 평균값이 증가하였으며 p<.05 수준에서 유의한 것으 로 나타났다. 결론적으로 STEAM 프로그램은 학생들의 STEAM 태도에 유의하며 정(+)적인 영 향을 미치는 것으로 나타났다.

2) 하위 요인별 STEAM 태도 결과

STEAM 프로그램을 적용하기 전과 후에 실시한 STEAM 태도 검사지를 이용해 요인별로 대 응 t-검정을 실시하였다. 각각의 구인은 수학과 과학 항목으로 이루어져 있어 각각의 요인별로 수학과 관련된 값, 과학과 관련된 값, 수학과 과학을 합친 전체의 값을 검증하였다.

① 흥미 요인

<표4> 흥미 요인의 사전·사후 차이

<표4>를 보면 수학과 관련된 흥미 요인의 평균값의 경우 사전 11.97, 사후 13.17로 증가하 였으나 p>.05로 유의하지 않은 것으로 나타났다. 과학과 관련된 흥미 요인의 경우 사전 평균 12.81, 사후 14.32로 증가하였으며 p<.05수준에서 유의미한 차이를 보였다. 수학과 과학을 모 두 합친 전체의 값을 살펴보면 사전 평균 24.78, 사후 평균 27.49로 2.71 증가하였으며 p=.001 로 매우 유의미한 결과를 보였다. 따라서 STEAM 프로그램은 학생들의 흥미에 긍정적인 영향 을 미치며 특히 과학에 대한 흥미를 높이는 것으로 나타났다. 수학과 관련된 흥미에 유의미한 차이를 보이지 않는 것은 학생들에게 적용한 STEAM 프로그램에서 수학보다 과학이 차지하는 비중이 높아 학생들이 과학에 대한 흥미를 더욱 느낀 것으로 판단된다.

항목 시점 평균 표준편차 t p

STEAM 태도 사전 109.42 20.67

-3.540 .001 사후 117.64 23.17

항목 시점 평균 표준편차 t p

수학 - 흥미 사전 11.97 4.02

-2.362 .21

사후 13.17 4.30

과학 - 흥미 사전 12.81 3.77

-3.426 .001

사후 14.32 3.74

흥미(전체) 사전 24.78 6.40

-3.502 .001

사후 27.49 7.23

(12)

② 배려 요인

<표5> 배려 요인의 사전·사후 차이

<표5>에 따르면 수학 관련 배려 요인, 과학 관련 배려 요인 모두 평균값이 증가하였으며 p<.05로 유의미한 차이를 보였다. 수학 관련 배려 요인의 경우 사전 평균 8.87, 사후 9.40으로 평균값이 증가하였으며 과학 관련 배려 요인의 경우 사전 평균 9.02, 사후 평균 9.63으로 평균 값이 증가하였다. 수학과 과학을 합한 전체의 배려 요인의 경우 사전 17.76에서 사후 19.04로 1.28 증가하였으며 p=0.05로 유의한 결과를 보였다. 이를 통해 학생들이 STEAM 프로그램을 통해 배려의 태도를 갖게 되었음을 알 수 있다.

③ 소통 요인

<표6> 소통 요인의 사전·사후 차이

<표6>을 살펴보면 수학과 관련된 소통 요인은 사전 평균 8.33, 사후 평균 8.86으로 평균값 이 증가하였으며 p<.05로 유의한 차이를 보였다. 과학과 관련된 배려 요인 또한 사전 평균 8.67에서 사후 평균 9.40으로 증가하였으며 p<.05수준에서 유의미한 차이를 나타냈다. 수학과 과학을 합친 전체 소통 요인에서는 평균 17.00에서 18.26으로 증가하였으며 p<.05로 유의한 결과를 얻었다. 이는 학생들이 제시된 주제를 친구들과 토의하는 등의 과정을 통해 소통의 자 세를 익혔음을 나타낸다고 할 수 있다.

항목 시점 평균 표준편차 t p

수학 - 소통 사전 8.33 1.91

-2.011 .048

사후 8.86 2.18

과학 - 소통 사전 8.67 1.63

-3.203 .002

사후 9.40 2.08

소통(전체) 사전 17.00 3.30

-2.810 .006

사후 18.26 4.06

항목 시점 평균 표준편차 t p

수학 - 배려 사전 8.87 1.97

-2.624 .011

사후 9.40 1.88

과학 - 배려 사전 9.02 1.57

-2.644 .010

사후 9.63 1.89

배려(전체) 사전 17.76 3.21

-2.877 .005

사후 19.04 3.60

(13)

④유용성/가치인식 요인

<표7> 유용성/가치인식 요인의 사전·사후 차이 검증

<표7>을 보면 유용성/가치인식 요인의 경우 수학 관련 유용성/가치인식은 평균 9.61에서 9.94, 과학 관련 유용성/가치인식은 9.56에서 9.87로 평균이 증가하였으나 p<.05수준에서 유의 한 차이를 보이지 않았다.

⑤자아개념 요인

<표8> 자아개념 요인의 사전·사후 차이 검증

<표8>에 제시된 자아개념 요인의 경우 수학에 관련된 자아개념은 평균 4.93에서 5.24, 과학 에 관련된 자아개념은 4.85에서 5.11로 모두 평균값이 증가하였으나 p>.05로 유의하지 않았다.

⑥자아효능감 요인

<표9> 자아효능감 요인의 사전·사후 차이 검증

항목 시점 평균 표준편차 t p

수학 – 유용성/가치인식

사전 9.61 2.00

-1.414 .162

사후 9.94 1.78

과학 - 유용성/가치인식

사전 9.56 1.67

-1.219 .227

사후 9.87 2.09

유용성/가치인식 (전체)

사전 19.12 3.39

-1.527 .131

사후 19.81 3.58

항목 시점 평균 표준편차 t p

수학 – 자아개념 사전 4.93 1.85

-1.571 .121

사후 5.24 1.83

과학 - 자아개념 사전 4.85 1.39

-1.464 .147

사후 5.11 1.60

자아개념 (전체) 사전 9.78 2.69

-1.987 .051

사후 10.35 3.14

항목 시점 평균 표준편차 t p

수학 – 자아효능감 사전 5.35 1.87

-1.595 .115

사후 5.69 1.70

(14)

<표9>에 제시된 내용을 보면 수학 관련 자아효능감의 경우 평균 5.35에서 5.69로 약간 증가 하였으나 p>.05로 유의미한 차이를 보이지 않았다. 과학 관련 자아효능감의 경우 5.21에서 5.71로 증가하였으며 p<.05수준에서 유의했다. 자아효능감 요인의 전체적인 평균값은 10.56에 서 11.40으로 증가하였으며 p=.008로 유의한 결과를 보였다. 이는 STEAM 프로그램의 문제를 해결하는 등의 활동이 자아효능감에 정(+)적인 효과가 나타난다는 것을 보여준다.

⑦이공계 진로선택 요인

<표10> 이공계 진로선택 요인의 사전·사후 차이 검증

<표10>을 보면 학생들의 이공계진로선택에 수학 관련 요인과 과학 관련 요인 모두 p<.05수 준에서 유의하다. 따라서 학생들의 이공계 진로 선택에 STEAM 프로그램이 긍정적인 영향을 미쳤으며 이로 인해 학생들이 이공계 진로에 관심을 가지게 되었음을 알 수 있다.

과학 - 자아효능감 사전 5.21 1.56

-3.160 .002

사후 5.71 1.52

자아효능감 (전체) 사전 10.56 2.97

-2.727 .008

사후 11.40 2.95

항목 시점 평균 표준편차 t p

수학 – 이공계 진로선택

사전 5.06 1.44

-2.590 .012

사후 5.53 1.61

과학 – 이공계 진로선택

사전 5.32 1.49

-2.425 .018

사후 5.76 1.53

이공계 진로선택 (전체)

사전 10.38 2.54

-3.162 .002

사후 11.29 2.88

(15)

Ⅴ 결론 및 제언

1. 결론

본 연구에서는 임베디드 시스템을 STEAM 교육에 적용한 신재생에너지학습 프로그램을 제 작하였다. STEAM 교육 프로그램 운영 계획을 수립하고, 적용하여 본 프로그램이 초등학생들 의 과학 관련 태도에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 하였다.

Embedded system을 활용한 NRE Leader 만들기 STEAM 교육 프로그램은 초등학생들의 과학에 대한 태도 향상에 효과적이었다. SPSS Statistics Ver. 25 프로그램을 이용해 대응 t-검 정을 진행한 결과 개발된 STEAM 프로그램은 STEAM 태도에 매우 유의미하다. 흥미, 배려, 소 통, 자아효능감, 이공계 진로선택에 대해 정(+)적인 결과가 나타났으며 이로 인해 STEAM 프 로그램이 학생들의 정의적 영역에 긍정적인 영향을 미친다는 사실을 알 수 있었다. 또한 과학 과 관련된 문항에서 매우 유의미한 결과를 보였는데 이는 개발된 STEAM 프로그램이 과학을 중심으로 다른 교과와 융합하였다는 점에서 이러한 결과를 얻은 것으로 사료된다.

결론적으로 개발된 STEAM 수업은 관련 지식을 습득하게 할 뿐만 아니라 미래 사회의 핵심 역량인 문제해결력, 의사소통능력 등을 가지게 한다. 또한 교과에 흥미를 갖게 하여 학생들이 긍정적이고 지속적으로 학습할 수 있도록 한다는 점에서 큰 의의가 있다.

수업을 마친 뒤 학생들은 아래와 같은 반응을 보여 본 STEAM 교육 프로그램이 전반적으로 학생들의 과학에 대한 관심과 흥미를 이끌었고 만족도가 높았음을 알 수 있다.

- 풍력발전기로 전기가 만들어지는지 알게 되었다.

- 신재생 에너지에 대해 많은 것을 알게 되었다. 풍력, 수력, 태양광 등등 이름만 들어봤던 것들의 원리를 새로 배웠고 너무 재미있었다.

- 신재생 에너지의 종류에 대해 알게 되었다.

- 나 혼자 어떤 문제를 해결하는 법을 조금 알게 된 것 같다.

- 내가 직접 설계하고 만드는 것이어서 이해가 더 잘 됐다.

- 친구들과 함께할 수 있어서 재미있었고 스스로 문제를 해결할 수 있는 능력이 조금이라도 길러진 것 같다.

- 신재생 에너지가 무엇인지 알 수 있었고 또 에너지를 어떻게하면 생산할 수 있는지 알았다.

- 신재생 에너지에 대한 것들도 배우고 신재생 에너지를 만들 수 있는 발전기들로 에너지를 만들어서 재미있었다.

(16)

2. 제언

가. 과학에 대한 태도

과학에 대한 태도 검사에서 유용성/가치인식과 자아개념의 경우 유의미한 차이를 얻지 못 하였으나 평균값이 증가되었다는 점에서 긍정적인 효과를 확인하였고 유사한 STEAM 수업을 지속적으로 수행할 경우 유의한 효과를 얻을 수 있을 것이라 생각된다. 학생들은 STEAM 수 업에 흥미, 재미와 같은 긍정적인 태도를 보인 것뿐만 아니라 STEAM 수업을 통해 관련된 지 식을 익히고 문제해결력을 길렀음을 알 수 있다.

나. 교육자료의 보급성

해당 STEAM 교육 프로그램에서 사용한 교구인 레고 테크닉 시리즈가 가격이 비싼 편이라, 기존의 학교 예산으로 구매하기 힘들 수 있어, STEAM 선도학교 등의 다양한 사업을 통해 교 구 구입을 할 필요가 있다. 교구만 구매가 되면 본 연구회에서 제작한 프로그램의 지도안 및 활동지를 활용하여, 효과적인 신재생에너지 STEAM 수업이 효율적으로 이루어질 수 있다.

다. 프로그램의 운영

효과적인 수업운영을 위해 학년 초에 학교 내 STEAM 교사 협의체가 구성되고, 바쁜 학교

일정 속에서도 교사 간 긴밀한 협조에 노력하여야 하며, 대외 공개수업을 활성화하여 좋은

STEAM 사례를 공유할 필요가 있다.

(17)

Ⅴ 참고문헌

교육과학기술부, 융합인재교육 추진성과 보고(2011). 융합인재교육 2011년 성과발표회 자료집, 10-25, COEX.

교육과학기술부, 한국과학창의재단(2012). 손에 잡히는 STEAM 교육.

길영재, 송현진, 박재경, 유동현(2014). 초등학생의 기후변화에 대한 인식 및 태도 분석, 에너지 기후변화교육, 4(2), 81-89.

김영롱(2016). STEAM을 적용한 신재생에너지 학습 프로그램이 초등학생의 환경소양 및 과학 관련 태도에 미치는 영향. 석사학위논문, 부산교육대학교 교육대학원

김진수, STEAM 교육론. (양서원, 2012).

박일수, 장유운, 정경원, 이강웅, 권원태, 윤원태(2014). IPCC 제5차 과학평가보고서 고찰, 한국 대기환경학회지, 30(2), 188-200.

백지원(2015). 스마트교육을 기반으로 한 신ㆍ재생에너지 영역 디지털교과서 개발. 석사학위논 문, 한국교원대학교 교육대학원

송미혜(2015). 기후변화 대응을 위한 국내의 에너지 빈곤층 지원 정책 분석 및 개선방향에 관 한 연구. 석사학위논문, 중앙대학교.

손정수(2013). 신재생에너지 사업에 대한 입법정책 연구. 박사학위논문, 가천대학교.

에너지관리공단(2014). 알기 쉬운 신·재생에너지, 3-14.

에너지경제연구원(2015). 에너지통계월보, 31(9), 9-11.

윤생진(2010). 신재생에너지산업의 활성화방안에 관한 연구. 석사학위논문, 한양대학교.

이충훈, 알기 쉬운 신재생에너지. (북스힐, 2015)

장진경(2014). 융합인재교육 프로그램이 초등학생의 창의성에 미치는 효과. 석사학위논문, 대구 교육대학교.

한국과학창의재단(2011). 2009 개정 교육과정에 따른 과학과 교육과정 연구

.

(18)

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

**Embedded system을 활용한 NRE* Leader 만들기 STEAM 교육 프로그램**

(*NRE: New and Renewable Energy, 신재생에너지)

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1

1~2

[6과17-01] 생물이 살아가거나 기계를 움직이는 데 에너지가 필요함을 알고, 이때 이용하는 에너지의 형태를 조사할 수 있다.

[6과17-02] 자연 현상이나 일상생활의 예를 통해 에너지의 형태가 전환 됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토의할 수 있다.

[초등학교 5~6학년]

(1)듣기·말하기 [초등학교 5~6학년]

(4)규칙성

2

3~4

[6과02-01] 태양이 지구의 에너지원임을 이해하고 태양계를 구성하는 태 양과 행성을 조사할 수 있다.

[6과05-03] 생태계 보전의 필요성을 인식하고 생태계 보전을 위해 우리 가 할 수 있는 일에 대해 토의할 수 있다.

[6과13-01] 전지와 전구, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설명할 수 있다.

[초등학교 5~6학년]

(1) 듣기·말하기 [초등학교 5~6학년]

(7) 사회

3

5-6

[6과02-01] 태양이 지구의 에너지원임을 이해하고 태양계를 구성하는 태양과 행성을 조사할 수 있다.

[초등학교5~6학년]

(3) 실과

4

7-8

[6과02-01] 태양이 지구의 에너지원임을 이해하고 태양계를 구성하는 태양과 행성을 조사할 수 있다.

[6과14-01] 하루 동안 태양의 고도, 그림자 길이, 기온을 측정하여 이 들 사이의 관계를 찾을 수 있다.

(5) 수학

(3) 실과

5

9-10

(1) 듣기·말하기 [초등학교5~6학년]

(7) 사회

(2) 미술

6

11-12

(4) 실과

7

13-15

[6과05-03] 생태계 보전의 필요성을 인식하고 생태계 보전을 위해 우리 가 할 수 있는 일에 대해 토의할 수 있다.

[6과13-01] 전지와 전구, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설명할 수 있다.

(3) 실과

(7) 사회

(2) 미술

(19)

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 15차시)

차시 주요내용

1-2

주제(단원)명 전기의 생성과정 탐구

* 전기의 필요성을 직접 체험하며 전기의 중요성을 느끼고 전기자동차를 움직이는 과정을 통해 전기의 생성과정을 탐구한다. 우리나라의 발전소의 종류와 발전량을 비교하며 우리나라의 에너지 문제를 이해하고 대체에너지가 필요함을 느껴본다. 또한 다양한 입장에서 에너지 문제를 해결하기 위한 방안을 세우며 에너지 문제 해결을 위한 다양한 방안을 모색한다.

Co 전기가 없는 생활 체험해보기 / 전기의 필요성 느끼기

CD EV3라지모터를 사용하여 전력 생산하기

전기자동차를 만들고 생산한 전력을 이용하여 전기 자동차 움직이기

ET 모둠별로 자료 조사하고 발표하기 / 다양한 입장에서 에너지 문제 해결방법 모색하기

3-4

주제(단원)명 신재생에너지의 종류 및 원리 탐구

* 신재생에너지의 종류를 알아보고, 신재생에너지발전의 원리를 조사하고 발표하여 정보를 공유한다. 학생들의 친구들과 협력하여 각 에너지를 조사 발표하여 다양한 신재생에너지를 알 수 있게 한다.

Co 현재 사용되고 있는 신재생에너지 현황 알아보기

CD 신재생에너지발전소의 특징을 조사하고 발전원리 탐구하기

ET 발표자료를 친구들과 협력하여 제작하여 다른 친구들과 공유하기

5-6

주제(단원)명 태양광 발전 시스템을 구성하기

* 대표적인 신재생에너지인 태양광 에너지의 장점을 알아보고, 주어진 조건에 따른 태양광 에너지 발전장치를 구성할 수 있는 경험을 제공한다. 기초과학을 기반으로 하여 우리 주변의 에너지 문제를 해결할 수 있는 문제 해결능력을 함양하기 위해 협동학습 기반의 PBL 수업방법을 제시한다. 학생들은 친구들과 협력을 통해 자신들만의 태양광 에너지 발전장치를 구성하기 위해 탐구한다.

Co 태양광 에너지의 장점 알아보기

CD 기초과학을 활용하여 태양광 에너지 발전 설비 디자인하기

ET 친구들과 협력을 통해 구성한 발전설비의 장단점 공유하기

7-8

주제(단원)명 효율이 높은 태양광 발전장치를 만들기

* 풍력 발전기의 원리를 상기해보면서 레고 사이언스 테크놀로지를 활용해 풍력 발전기를 직접 제작해본다. 제작한 풍력 발전기와 에너지미터를 연결해 시간이 지남에 따라 태양광 발전 장치가 생산한 에너지를 측정하며, 에너지를 만드는 과정을 눈으로 확인해볼 수

(20)

있도록 한다. 더 나아가 서큘레이터와 풍력 발전기의 거리의 변화에 따른 에너지 변화 실험을 분석하여 가장 효율적인 방법을 탐구한다.

Co 태양광 발전장치의 에너지 효율에 대하여 알아보기

CD 주어진 환경조건에 맞추어 태양광 에너지 발전 설비 개선하기 시간이 지남에 따라 태양광 발전 장치가 생산한 에너지 측정하기

ET 분석 및 정리하기/ 실험한 내용 발표 및 공유하기

9-10

주제(단원)명 풍력 에너지 탐구

* 앞에서 배운 신재생에너지인 태양광 에너지 외에 효과적인 신재생에너지를 탐색하면서, 신재생에너지 전반에 대해 탐구해 볼 기회를 갖게 해준다. 풍력 에너지의 효율과 풍력 발전기의 원리를 이해하고 설명하면서 풍력 에너지의 분석의 시간을 갖도록 한다. 이를 바탕으로 나만의 풍력 발전기를 구상 및 디자인하면서 풍력 발전기 설계자가 되어보는 경험을 갖는다.

Co 태양에너지 외 사용할 수 있는 신재생에너지 알아보기

CD 풍력 발전기 구상하기/ 디자인하기

ET 모둠별로 구상한 내용 발표 및 공유하기

11-12

주제(단원)명 효율적인 풍력발전기 제작하기

* 풍력 발전기의 원리를 상기해보면서 레고 사이언스 테크놀로지를 활용해 풍력 발전기를 직접 제작해 본다. 제작한 풍력 발전기와 에너지미터를 연결해 시간이 지남에 따라 태양광 발전 장치가 생산한 에너지를 측정하며, 에너지를 만드는 과정을 눈으로 확인해볼 수 있도록 한다. 더 나아가 서큘레이터와 풍력 발전기의 거리의 변화에 따른 에너지 변화 실험을 분석하여 가장 효율적인 방법을 탐구한다.

Co 풍력 발전기 원리 이해

CD 풍력 발전기 장치 제작하기

시간이 지남에 따라 태양광 발전 장치가 생산한 에너지 측정하기 효율적인 풍력 발전기 고안하기

ET 분석 및 정리하기/ 실험한 내용 발표 및 공유하기

13-15

주제(단원)명 신재생에너지가 적용된 가상의 마을 꾸미기

* 지금까지 배운 신재생에너지를 돌아보고 내가 생각하기에 가장 좋은 발전 방법은 무엇이 있을지 생각해본다. 가상현실 프로그램인 Minecraft Education 프로그램을 이용하여 친구들과 신재생에너지로 운영되는 마을을 제작해보고 친구들과 공유한다.

Co 지금까지 배웠던 신재생에너지 활동 떠올리기

CD 내가 만드는 그린빌리지를 만들어 신재생에너지로 운영되는 마을을 제작하기

ET 완성한 마을 발표하기

(21)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/5-6학년

영역

에너지와 생활 중심과목

성취기준

[6과17-01] 생물이 살아가거나 기계를 움직이는 데 에너지가 필요함을 알 고, 이때 이용하는 에너지의 형태를 조사할 수 있다.

주제(단원)명 전기의 생성과정 탐구 차시 1-2

학습목표 전기의 필요성과 생성과정을 알고 우리나라의 에너지문제를 이해할 수 있다.

연계과목 수학, 국어 연계과목

성취기준 영역

[초등학교5~6학년] (1)듣기·말하기 [초등학교5~6학년] (4)규칙성

STEAM 요소

S 전기의 생성과정

T 발전소의 원리

E 전기자동차 구성

A 조사한 자료 및 연구내용 발표하기

M 우리나라의 발전소의 전력생산 자료 비교

개발 의도 전기의 필요성을 직접적으로 체험하고 전기의 생성원리를 이해하며 우리나라의 발전소와 에너지 문제를 조사함으로 대체에너지의 필요성을 느낀다.

￭ 전체적인 수업의 흐름

· 전기가 없는 생활을 체험하고 전기가 필요한 이유 생각하기

· 전기자동차와 라지모터를 사용해 전기의 생성원리 이해하기

· 우리나라의 대표적인 발전소의 특징 조사하여 발표하기

· 다양한 입장에서 에너지 문제 해결방안 모색하기

￭ 수업활동 간 준비물

· 교사용 준비물

: 관련 동영상 및 사진자료, EV3 라지모터, 전기자동차 제작 도구

· 학생용 준비물: 활동지, 필기도구

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

· 전기가 없는 생활은 어떤 문제가 있을까?

· 전기는 왜 필요할까?

창 의 적 설 계

창의적 설계 · 다양한 입장에서 우 리나라의 에너지 문 제를 해결하는 과정 을 통한 문제해결력 증진

· 모둠별 조사와 발표 를 통한 의사표현능 력 향상

감 성 적 체 험

· EV3 라지모터를 이용해 전력을 생산하고 전기자동차 움직이기

감성적 체험

(22)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (20 분)

￭ ^Co 전기 없는 생활의 문제점 찾아보기

- 전기가 없는 상황을 직접 체험해보고 문제점 찾기

· 전기가 없는 상황을 체험하고 느낀 점 이야기하기

· 전기가 없다면 생기는 문제점 찾아보기

￭ 학습목표 제시

· 전기의 필요성과 생성과정을 알고 우리나라의 에너지문제를 이해할 수 있다.

￭ 활동안내

- 활동 1 : 전기의 생성원리 이해하기 - 활동 2 : 우리나라의 발전소 알아보기

- 활동 3 : 다양한 입장에서 에너지 문제 해결하기

수업 전 학생들이 학교에서 전 기 없이 생활 해보는 시간 을 갖도록 한 다.

전개 (50 분)

￭ ^CD 활동 1: 전기의 생성 원리 이해하기

- 전기의 생성과정을 이해하고 발전소의 원리 알아보기

· EV3 라지모터를 사용하여 전력을 생산하기

· 전기자동차를 제작하고, 라지모터를 이용해 생산한 전력으로 전기자동차 작동 시켜보기

· 전기의 생성과정과 발전소의 원리 알아보기

￭ ^CD 활동 2: 우리나라의 발전소 알아보기

- 우리나라의 대표적인 발전소 (화력발전소, 원자력발전소, 수력발전소) 조사하기

· 모둠별로 우리나라의 대표적인 발전소 중 1가지를 인터넷을 이용해 조사하고 발표하기

￭ ^CD 활동 3: 다양한 입장에서 에너지 문제 해결하기

- 우리나라의 에너지 문제를 이해하고 해결하기 위한 방법을 찾아보기

· 조사한 내용을 바탕으로 우리나라의 에너지 문제 알아보기

· 모둠별로 환경부, 기업, 시민단체 등 다양한 입장에서 에너지 문제를 해결할 수 있는 방안 찾아보기

- EV3라지모 터, 전기자동 차 제작 부 품, 활동지

한국전 력공사(hom e.kepco.co.

kr) 등의 홈페이지를 이용할 수 있도록 한다.

-우리나라의 에너지 문제 관련영상

https://youtu.be/

nWy4Exr4UpM-

정리 (20 분)

￭ ^ET 정리하기

- 모둠별로 해결방안 발표하고 아이디어 공유하기

· 모둠별로 정리한 에너지 해결 방안 발표하고 느낀 점 이야기하기 - 학습내용 정리하기

서로의 아이디어를 존중하고 비난하지 않는 태도를 갖도록 한다.

(23)

영역

에너지와 생활 중심과목

성취기준

[6과17-01] 생물이 살아가거나 기계를 움직이는 데 에너지가 필요함을 알 고, 이때 이용하는 에너지의 형태를 조사할 수 있다.

주제(단원)명 신재생 에너지의 종류와 원리 탐구 차시 3-4

학습목표 신재생 에너지의 종류를 알고, 신재생 에너지 전기 생성원리를 이해할 수 있다.

연계과목 사회, 국어

연계과목 성취기준

영역

[초등학교5~6학년] (1)듣기·말하기 [초등학교5~6학년] (1)듣기·말하기

STEAM 요소

S 전기의 생성원리

T 신재생 에너지의 조건 및 발전소의 원리

E A M

개발 의도 신재생 에너지의 필요성을 알고 다양한 신재생 에너지의 종류와 이용현황을 조사하고 발표하며, 가능한 신재생 에너지는 무엇이 있을지 탐구해 본다.

· 다양한 신재생 에너지의 종류 파악하기

· 팀별로 신재생 에너지를 하나 고른 후 에너지의 특징과 발전원리, 장단점, 이용현황을 조사하기

· 조사한 자료를 친구들과 공유하여 다양한 신재생 에너지에 대해 알아보기

￭ 수업 활동 간 준비물

: 관련 동영상 및 사진 자료, 태블릿 PC 및 스마트 폰, 도화지

상황 제시

상 황 제 시

· 다양한 신재생 에너 지의 종류 살펴보기

창 의 적 설 계

창의적 설계

· 조사한 자료를 친구 들과 공유하며 다양 한 신재생 에너지 알기

감 성 적 체 험

· 팀별로 신재생 에너지를 하나 선택해 장단점, 발전원리, 이용 현황 등을 조사하기

감성적 체험

(24)

학습

및 유의점

도입 (10분)

Co 다양한 신재생 에너지에는 어떤 것이 있는지 살펴보기

- 다양한 사진 자료를 보며 신재생 에너지로 이용할 수 있는 에너지가 어떤 것이 있을지 생각해봅시다.

• 신재생 에너지라고 부르는 에너지들의 공통점을 생각해봅시다.

- 현재 사용되는 연료를 이용한 발전의 문제점을 파악해 봅시다.

- 다양한 신문 기사 및 뉴스, 신재생 에너지 사진 자료 한국에너지공단 (https://www.k nrec.or.kr/mai n/main.aspx)

전개 (60분)

Co 활동 1 : 신재생 에너지 조사하기

- 우리 주변에 신재 생에너지로 사용될 수 있는 것에는 어떤 것이 있을지 조사 해 보기

• 팀별로 신재생 에너지를 선택하여 특징과 장단점, 이용현황 등을 조사하여 발표 자료 제작하기

CD 활동 2 : 신재생 에너지 발표하기

- 조사하고 제작한 자료를 이용하여 친구들에게 발표하기

- 우리나라에서 이용할 수 있는 신재생 에너지는 어떤 것이 있을지 생각하기

- 노트북, 태블릿 PC

팀별로 서로 다른 신재생 에너지를 조사하여 발표할 수 있도록 지도한다.

정리 (10분)

ET 정리하기

- 전 세계에서 어떤 신재생 에너지가 사용되고 있는지 실태조사 하기 - 신재생 에너지를 이용한 발전소의 원리는 어떻게 되는지 고민해보기

(25)

영역

[초등학교] (17) 에너지와 생활 중심과목 성취기준

[6과17-02] 자연 현상이나 일상생활의 예를 통해 에너지의 형태가

전환됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토의할 수 있다.

주제(단원)명 태양광 에너지 탐구 차시 5-6

학습목표 태양광 발전의 원리를 이해하고 발전 장치를 구성할 수 있다.

연계과목 실과 연계과목

성취기준 영역 [초등학교5~6학년] (3)실과

STEAM 요소

S 전기의 생성과정 T 태양광 발전 원리 E 태양광 발전장치 구성 A 자신들이 개발한 장치 발표

M 태양의 고도(각도)를 고려한 장치 구성

개발 의도

이번 차시에서는 태양광 발전장치의 원리에 대해 이해하고, 나만의 태양광 발전 장치를 구상 및 디자인해보는 활동을 한다. 태양광에너지 장치 구성에 필요한 기초과학 지식을 스스로 찾아보고, 이를 기반으로 하여 직접 태양광 발전장치를 구성할 수 있도록 지도한 다. 또 친구들과의 협력을 통한 발전설비 구성하는 과정에서 협력적 문제해결 능력을 함 양할 수 있도록 개발하였다.

· 태양광 에너지의 장점 알아보기

· 기초과학을 활용하여 태양광 에너지 발전 설비 디자인하기

· 친구들과 협력을 통해 구성한 발전설비의 장단점 공유하기

: 관련 동영상 및 사진자료, 태양광 발전설비 구성자료

상황 제시

상 황 제 시

· 태양광 발전설비를 보았던 경험 공유하기

· 태양광 발전설비의 원리 이해하기

창 의 적 설 계

· 태양광 발전장치 아 이디어 발표하기 / 공유하기

감 성 적 체 험

· 태양광패널과 블록구조물을 활 용하여 태양광 발전설치 구상 하기

· 친구들과 함께 나만의 태양광 발전장치 만들기

감성적 체험

(26)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료 및

유의점

도입 (10분)

￭ ^Co 태양광 발전의 원리 알아보기

- 동영상을 보고 태양광 발전의 원리에 대하여 알아봅시다.

- 태양전지 및 PN접합의 의한 발전원리 이해하기

· 태양광 발전은 어떤 원리를 가지고 있을까?

· 태양광 발전의 장점과 단점은 무엇이 있을까?

￭ 학습문제 제시

· 태양광 발전의 원리를 이해하고 발전 장치를 구성하여 보자.

￭ 활동안내

- 활동 1 : 태양광 발전기 제작하기

- 활동 2 : 시간이 지남에 따라 태양광 발전 장치가 생산한 에너지 측정하기

- 태양패널의 원리

https://www.youtube .com/watch?v=7WnB Dvc5Pl0

우리주변 에에서 태양광 패 널을 보았던 경험 등 태양광발전에 자연스럽게 관심 을 갖도록 학생들 의 바람에 대한 경험 및 지식을 이끌어내 지도한 다.

전개 (50분)

￭ ^CD 활동 1 : 태양광 발전기 제작하기 - 모둠별 태양광 발전장치 계획세우기

- 태양광 패널 및 축전시스템, 임베디드시스템을 활용하여 모둠별로 풍력발전장치 제작하기

￭ ^CD 활동 2 : 시간이 지남에 따라 태양광 발전 장치가 생산한 에너지 측정하기 - 태양광 발전 장치를 활용하여 1분 간격으로 생산한 전기 에너지(J)를 측정하고

기록해 보기

- 태양광에너지와 발전량의 관계를 함수(그래프)로 표현하기

- 태양광패널 및 블럭구조물

태 양 광 발전장치와 에너 지미터의 연결을 통해 태양광에너 지가 전기에너지 로 전환되는 과정 을 눈으로 확인할 수 있도록 지도한 다.

정리 (20분)

￭ ^ET모둠별로 실험한 내용 발표 및 공유하기

- 모둠별로 자신들이 구성한 태양광 발전기의 장점 이야기하기

- 모둠별로 자신들이 구성한 태양광 발전기의 에너지 발전 효율에 대하여 발표하기 - 분석 결과 발표하기 / 공유하기

아이디 어를 발표할 때는 다양성을 인정하 는 분위기를 유도 해 자유로운 발표 분위기를 조성한 다.

(27)

영역

[초등학교] (14) 계절의 변화 [초등학교] (17) 에너지와 생활

[6과14-01] 하루 동안 태양의 고도, 그림자 길이, 기온을 측정하여 이들 사이의 관계를 찾을 수 있다.

[6과17-02] 자연 현상이나 일상생활의 예를 통해 에너지의 형태가 전환됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토의할 수 있다.

주제(단원)명 효율적인 태양광 발전장치 제작하기 차시 7-9

학습목표 지구와 태양의 운동을 이해하고, 그에 따라 태양광 발전장치를 발전 장치를 구성할 수 있다.

연계과목 수학, 실과 연계과목

[초등학교5~6학년](5)수학 [초등학교5~6학년](3)실과

STEAM 요소

S 태양의 고도, 지구의 자전

T 태양광 발전 장치의 개선

E 움직이는 태양광 발전장치 개발

A 자신들이 개발한 장치 발표

M 개발한 태양광 에너지 발전량 측정 및 비교

개발 의도

이번 차시에서는 지난시간에 구성하였던 태양광 발전장치를 효율적인 모델로 바꾸는 활동을 주를 이룬다. 태양의 고도에 따른 태양광발전장치의 에너지효율을 알아보기 위해 장치의 각도 를 조절하며 에너지미터를 활용해 데이터를 수집·비교할 수 있도록 수업을 진행한다. 또 임베 디드 시스템과 결합하여 움직일 수 있는 장치로 개선하고 직접 실험을 함으로써 개선된 장치 의 효과를 검증할 수 있는 수업을 개발하였다.

· 태양의 고도와 지구의 자전에 대하여 알아보기

· 태양광 발전장치 개선하기

· 개선된 발전장치의 발전량 측정하기

: 태양광 발전기 제작 블록(태양광패널, 구조물), 에너지미터, 배터리, 초시계, 전등, EV3코어, 노트북, 관련 동영상 및 사진자료

상황 제시

상 황 제 시

· 태양광 발전을 통해 더 많은 에너지를 얻으려면 어떤 점을 고려해야 할까?

창 의 적 설 계

· 스스로 개선한 태양 광 발전기 제작을 통한 지적 성취감 획득

· 주어진 문제상황을 협력을 통해 해결하 는 과정에서 얻을 수 있는 협력적 문 제해결 능력 함양

감 성 적 체 험

· 환경조건에 따라 만든 태양광 에너지 발전 설비 개선하기

· 더 높은 효율을 위한 발전 장 치 설계하기

감성적 체험

(28)

학습

및 유의점

도입 (10분)

￭ ^Co 태양의 고도와 지구의 자전에 대해 알아보기 - 동영상을 보고 공전과 자전 이해하기

· 태양의 고도는 왜 변화하게 되는 것일까요?

- 동영상자료를 활용하여 태양 고도의 변화에 대하여 알아보기

· 왜 태양광 발전을 할 때 지구의 자전을 고려해야 할까요?

￭ 학습문제 제시

지구와 태양의 운동을 이해하고, 그에 따라 태양광 발전장치를 개선하여 봅시다.

￭ 활동안내

- 활동 1 : 각도를 달리하여 태양광 발전 장치에서 생산된 에너지 측정하기 - 활동 2 : 지구의 자전을 고려한 태양광 발전 시스템 구성하기

- 활동 3 : 개선된 태양광 장치의 발전량 측정하기

- 동영상 · 태양의 고 도, 공전, 태양 광에너지

https://www.youtube.com

/watch?v=QYIoNKRoI90 https://www.youtube.com /watch?v=92eD8Piun7M https://www.youtube.com /watch?v=QYIoNKRoI90

태양의 고도와 지구의 자전이 태양광 장치의 발전효 율에 어떤 영향 을 주는지 고 민하고 의문을 갖도록 유도한 다.

전개 (100분)

￭ ^CD 활동 1 : 각도를 달리하여 태양광 발전 장치에서 생산된 에너지 측정하기 - 태양전지의 입사각을 달리하여 생성되는 에너지값 측정하기

- 입사각을 180°, 45°, 90°로 달리하여 실험 장치를 설치한 뒤, 태양전지의 전압, 전류값을 예측해보고 에너지 미터를 통해 측정해 보자.

￭ ^CD 활동 2 : 지구의 자전을 고려한 태양광 발전 시스템 구성하기 - 실험조건과 실험대를 공개하고 팀별로 문제 해결하기

- 팀원들과 함께 라지모터를 활용한 구동장치구성하기 (회전하는 태양광 장치 구성 등)

￭ ^CD 활동 3 : 개선된 태양광 장치의 발전량 측정하기

- 기존의 태양광 발전장치와 개선된 태양광 발전장치의 발전량 비교하기

- 전차시에 구 성한 태양광발 전장치

- EV3코어 및 라지모터를 활 용한 움직임이 가능한 장치 제 시

태 양 의 자전은 실험판 에서 광원(전등) 을 일정한 간격 으로 움직이게 하여 구성한다.

(별도 학생을 지 정하여 실험을 진행할 수 있도 록 함)

정리 (10분)

￭ ^ET모둠별로 실험한 내용 발표 및 공유하기

- 태양광 에너지의 효율을 높이기 위해서 장치를 어떻게 구성하여야 하는지 토의 하기

- 친구들과 팀 프로젝트를 하고 나서 느낀 점 발표하기

팀원과 함께 문제를 해 결하고 난 뒤, 느끼는 감성적 체험을 적극적 으로 발표할 수 있도록 지도한 다.

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영역

[초등학교] (17) 에너지와 생활 중심과목 성취기준

[6과17-02] 자연 현상이나 일상생활의 예를 통해 에너지의 형태가 전환됨을 알고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토의할 수 있다.

주제(단원)명 풍력 에너지 탐구

효율적인 풍력발전기 제작하기 차시 9-10

학습목표 · 풍력 발전기의 원리를 이해하고 설명할 수 있다.

· 풍력 발전기의 필요성을 알고, 풍력 발전기를 구상할 수 있다.

연계과목 국어, 사회, 미술 연계과목

[초등학교3~4학년] (1)듣기·말하기 [초등학교5~6학년] (7)사회 [초등학교5~6학년] (2)미술

STEAM 요소

S 바람이 부는 원리 탐구/ 에너지의 전환 T 풍력발전기의 원리 탐구

E 풍력 발전장치 구상 및 계획하기 A 나만의 풍력발전기 디자인하기

M 풍력을 이용한 에너지 생성 과정에서 그래프를 통한 자료 비교 (데이터로깅)

개발 의도

이번 차시에서는 풍력발전기의 원리에 대해 이해하고, 나만의 풍력발전기를 구상 및 디 자인해보는 활동을 한다. 풍력발전기를 도입하기 전에 학생들이 풍력발전에 자연스럽게 관심을 갖도록 학생들의 바람에 대한 경험 및 지식을 이끌어내 지도한다. 이를 바탕으로 풍력발전에 대한 이해, 나만의 풍력발전기 구상 및 디자인 활동의 과정이 자연스럽게 이 어지도록 하며, 서로의 아이디어를 공유할 수 있도록 의도하였다.

· 전차시에서 학습한 태양에너지 외 신재생에너지 알아보기

· 풍력 발전기의 원리, 종류, 역사, 현황을 이해하고 설명하기

· 풍력 발전기 제작 아이디어 구상 및 구체화하기

· 나만의 풍력발전기 디자인하기

: 관련 동영상 및 사진자료

상황 제시

상 황 제 시

· 산이나 빌딩 숲에서 강한 바람을 맞아 본 경험 공유하기

· 바람개비가 동력 없 이 바람의 힘으로 이동하는 현상 제시

창 의 적 설 계

· 풍력발전기 아이디어 발표하기 / 공유하기

감 성 적 체 험

· 바람을 이용해 에너지를 만들 수 있는 방법 고안하기

· 풍력 발전기를 구상 및 디자인 하기

감성적 체험

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학습

및 유의점

도입 (10분)

￭ ^Co 태양에너지 외 사용할 수 있는 신재생에너지 알아보기 - 전시 학습 상기 및 새로운 신재생에너지 고안하기

· 산이나 빌딩 숲에서 강한 바람을 맞아 본 경험 공유하기

· 바람개비가 동력 없이 바람의 힘으로 움직이는 현상 탐구하기

· 바람(풍력)에 대해 이해하기

￭ 학습목표 제시

· 풍력 발전기의 원리를 이해하고 설명할 수 있다.

· 풍력 발전기의 필요성을 알고, 풍력 발전기를 구상할 수 있다.

￭ 활동안내

- 활동 1 : 풍력 발전기 이해하기

- 활동 2 : 나만의 풍력 발전기 구상하기 - 활동 3 : 나만의 풍력 발전기 디자인하기

- EBS클립뱅크 (재생에너지-바 람)

https://clipban k.ebs.co.kr/cli p/view?clipId=

VOD_20111206 _00155

풍력발전 기를 도입하기 전 에 학생들이 풍력 발전에 자연스럽 게 관심을 갖도록 학생들의 바람에 대한 경험 및 지 식을 이끌어내 지 도한다.

전개 (50분)

￭ ^CD 활동 1 : 풍력 발전기 이해하기 - 모둠별로 탐구 및 발표

- 풍력 발전기의 종류/ 풍력 발전기의 원리/ 우리나라 풍력 발전기 발전 역사 및 현황/ 세계 풍력 발전기 발전 역사 및 현황

- 모둠별 탐구 자료 공유

￭ ^CD 활동 2 : 나만의 풍력 발전기 구상하기

- 풍력 발전기의 원리 이해를 바탕으로 나만의 풍력 발전기 구상하기 - 풍력 발전기 제작 아이디어 구체화하기

· 풍력발전기 이름, 제작준비물, 날개의 모양, 날개의 크기 및 개수, 본체의 구성, 발전원리, 기능과 역할

￭ ^CD 활동 3 : 나만의 풍력 발전기 디자인하기 - 다양한 풍력발전기의 모습 살펴보기

- 나만의 풍력 발전기 디자인하기 (앞, 옆, 위에서 본 모습) - 풍력발전기 디자인 내용 발표하기

- 활동지 활용 - EBS클립뱅크 · 하나뿐인 지 구, 풍력발전 http://clipbank .ebs.co.kr/clip /view?clipId=V OD_20120206_

00406

풍 력발 전 기를 구상 및 디 자인 할 때는 단 순히 그림을 그리 는 것에 목적을 두지 않고, 아이 디어를 구체화하 는 방향으로 지도 한다.

정리 (20분)

￭ ^ET나만의 풍력발전기 아이디어 공유하기 - 모둠별로 구상한 내용 발표 및 공유하기

· 모둠별로 생각한 풍력 발전기를 발표하기

· 서로 아이디어의 장점과 단점에 대해 토의

￭ 학습내용 정리하기

- 풍력발전기의 원리, 종류, 현황

- PMI기법 활용

아이디 어를 발표할 때는 다양성을 인정하 는 분위기를 유도 해 자유로운 발표 분위기를 조성한 다.

성원초등학교

2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2019. 11. 15