2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

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2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

2021. 11.

남선초등학교

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과제명 2021년 STEAM 교사연구회 운영

구분

연구회 구성 유형 (택 1) 프로그램 개발유형 (택 1)

① 융합학습공동체형( ○ )

1. 자유학기제형 ( )6. 학생 주도 참여형 (

)

2. 첨단기술 및 ICT 교구 활용형( )7. 고교학점제 기반 학습형 (

)

3. 온라인 기반 학습형 ( ) 8. 예·체능 중심 활동수업형 ○( ) 4. 지역사회 연계형 ( )9. 유·초등 연계형 (

)

5. 교육소외계층 포용형 ( )^{10. 자율선택형} (학교 자체 개발 프로그램)(

)

② 글로벌형 ( ) StarT 프로그램 참여를 통한 프로그램 개발

프로그램 정보

프로그램명 모델링 기반 과학·수학·예술 STEAM 프로그램

신규 개발 ○ 기 개발

학교급 초 대상 학년(군) 3~4학년군

중심과목 과학 중심과목 성취기준 영역 [초등학교 3~4학년군]

(9) 물체의 무게

연계과목 수학, 예술 연계과목 성취기준 영역

[초등학교 3~4학년군]

(3) 측정 (4) 규칙성 [초등학교 3~4학년군]

(1) 체험 (2) 표현 (3) 감상 연구기간 2021.4.29. ~ 2021.11.30.

신청금액 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 총 4명

(연구책임자: 1명, 참여연구원 :

3명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 직위 성명 담당과목

연구책임자 남선초등학교 교사 김고경 과학

참여연구원 길안초등학교 교사 이광훈 수학

참여연구원 안동초등학교 교사 조현순 과학, 미술

참여연구원 영주초등학교 교사 이진영 수학, 미술

2021년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 STEAM 교사연구회를 운영한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2021년 11월 19일

주관연구기관장 : 정 도 기 연구책임자 : 김 고 경

한국과학창의재단 이사장 귀하

(3)

“이 보고서는 2021년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

목 차

1. 요약문

··· 01

2. 서론

··· 02

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 03

가. STEAM 프로그램 개발‧적용 ··· 04

(1) 프로그램 개발 내용 ··· 04

(2) 프로그램 개발‧적용 결과 ··· 04

나. 성과 확산 및 실천 ··· 04

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최 ··· 04

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과 ··· 04

다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사 ··· 05

(1) 수혜학생 태도 조사 ··· 05

(2) 교원 만족도 조사 ··· 05

4. 결론 및 제언

··· 05

5. 참고문헌

··· 06

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지) 부록2. 학생 산출물, 사진, 수업 영상, 성찰일지, 교사의견, 자체평가 결과 등

부록3. 회의록

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- 1 -

1. 요약문

오늘날의 교육은 ‘융합교육’이라는 새로운 흐름이 나타나고 있다. 지식의 전문화와 파편화 로 이미 자신들의 영역을 확고히 하고 있는 기존 학문 영역으로는 복잡성과 불확실성을 특징 으로 하는 4차 산업혁명 시대의 문제들을 이해하는 데에 있어 깊은 통찰에 이르지 못할것이라 는 교육현장에서부터의 요구는 ‘융합교육’이 교육의 큰 방향으로 대두됨에 있어서 어쩌면 당연한 결과일지도 모른다.

이에 본 연구에서는 모형을 바탕으로 한 과학, 수학, 예술 융합교육 프로그램을 초등학교 4 학년 학생들의 성취기준과 수준에 맞게 재구성하여 적용한 후, 학생들의 과학적 태도에 대한 변화를 탐색하고, 앞으로의 융합교육이 나아갈 방향에 기여하고자 한다.

본 연구에서는 초등학교 4학년 과학 교과의 ‘물체의 무게’단원을 살펴보고, 이를 학년 성 취기준과 학생 수준을 반영한 모형 기반 과학, 수학, 예술 융합교육 프로그램으로 재구성하여 적용한 후 학생들의 과학적 태도에 대한 변화를 탐색하고자 하였다. 구체적인 연구 문제는 다 음과 같이 설정하였다.

첫째, 모형 기반 과학, 수학, 예술을 융합한 프로그램을 성취기준과 학생 특성에 맞게 어떻게 재구성할 것인가?

둘째, 개발된 융합교육 프로그램을 통해 학생들의 과학적 태도는 어떻게 변화되었는가?

평소 놀이 기구로 즐겨 사용하는 시소에 담긴 수평 잡기의 원리를 학생들의 체화인지된 지 식과 과학적 원리가 반영된 시소 디자인과의 모순을 바탕으로 초등학교 4학년 과학 교사용 지 도서에서 발견된 단원 지도상의 유의점에 대한 의문이 더해져 개발하게 된 모형 기반 과학, 수 학, 예술 융합교육 프로그램을 학생들에게 적용한 결과를 토대로 다음의 결론을 내릴 수 있었 다.

첫째, 학생들이 가지고 있던 기존의 과학적 오류를 모형을 기반으로 한 과학, 수학, 예술 융합 교육 프로그램을 학년 성취기준과 학생들의 특성을 반영하여 개발하였다. 수평 잡기의 원리라 는 과학적 요소에 4D frame을 활용하여 시소를 만드는 과정에서 반영된 예술적 요소와 수평 잡기의 원리에 반드시 필요한 수학적 요소를 더하여 과학, 수학, 예술 교과의 학년 성취기준이 반영된 융합교육 프로그램을 개발할 수 있었다.

둘째, 개발된 모형 기반 과학, 수학, 예술 융합교육 프로그램을 적용한 후 학생들의 과학적 태 도 변화에서도 유의미한 변화를 관찰할 수 있었다. 학생들은 수평 잡기의 원리가 반영된 자신 만의 시소를 디자인 해 보는 활동을 함에 있어서 비록 과학적 오류가 담겨 있는 생각이었지만 학생들 나름의 합리성을 가지고 있었다. 그리고 자신들이 디자인한 시소를 4D frame을 활용하 여 모형을 만들어 자신들의 오류를 확인하는 과정에서 합리성을 발견할 수 있었고, 탐구 과정 에서 자료를 수집한 후 자신들의 실험 증거를 바탕으로 그 결과를 해석하여 결론을 생성하는 과정에서 객관성을 관찰할 수 있었다.

이상의 결론을 바탕으로 모형 기반 융합교육 프로그램을 통한 초등학교 4학년 학생들의 과학 적 태도 변화 탐색에 대하여 몇 가지 제언을 하면 다음과 같다.

첫째, 과학을 포함한 교과 수업을 하기에 앞서 학생들이 가지고 있는 선험적 지식을 확인할 필요가 있다. 둘째, 모형에 기반을 둔 수업이 필요하다. 학생들이 가지고 있는 생각의 오류는 모형을 사용하여 적용을 해봄으로서 학생들 스스로가 깨우칠 수 있게 교사는 기회를 주어야 한다. 셋째, 교사용 지도서의 세세한 검토가 필요하다.

(6)

2. 서론

◦ 연구의 필요성 및 목적

현대 사회는 과학 기술의 발달에 따라 급변하고 있고, 세계는 이러한 변화에 빠르게 적응하고 그 변 화를 주도해 나갈 수 있는 창의적이고 융합적인 사고 체계를 겸비한 인재가 필요한 상황이다(교육부, 2018). 창의적인 문제 해결의 과정에서 모델링(Modeling)은 학생들의 개념을 바꾸고 이해를 심화시킬 수 있으며(Harrison & Treagust, 2000; Jong, Van Driel & Verloop, 2005), 모델링에 학생들을 참여시키는 것 은 학생들의 과학적 이해를 자극할 수 있다(Maia & Justi, 2009). 또한 과학 모델링은 학생들에게 표현을 개발하고, 학생들의 아이디어를 가시화하며, 복잡한 자연 시스템에 대한 모형 기반의 설명을 만들어낼 수 있는 기회를 제공한다(Baumfalk 외, 2019).

특히 과학과 2015 개정교육과정에서는 기능의 영역으로 ‘모형의 개발과 사용’을 처음으로 제시하 였으며, 이는 미국의 차세대과학교육표준(NGSS Lead States, 2013)에서 제시된 8가지 실천 중 하나인

‘모형을 개발하고 사용하기(Developing and Using Models)’와 관련되어 있다(김희백 외, 2017).

융합인재교육(STEAM)은 과학기술에 대한 학생들의 흥미와 이해를 높이고 과학기술기반의 융합적 사 고력과 실생활 문제해결력을 함양하기 위한 교육으로, 우리나라는 상황 제시, 창의적 설계, 감성적 체험 3가지 요소로 구성된 STEAM 교수학습 준거를 가지고 있다. STEAM 교육이 지향하는 목표로는 관련 교 과가 연계되고 융합되는 교육, 원리를 깨우치는 교육, 실생활 문제를 해결하기 위한 교육, 창의적 아이디 어가 드러나는 교육, 문제해결 과정이 강조되는 교육 등이 있다.

본 연구에서는 모델링 기반 과학·수학·예술 STEAM 프로그램으로 학생들이 모형을 만들어 보고, 각 교과 수업의 원리가 되는 개념들을 모형을 기반으로 설명할 수 있는 기회를 제공하여 첨단 과학 기술 을 기반으로 혁신적인 융복합 영역이 창출되는 미래 사회에 필요한 창의·융합형 인재를 양성하는데 이 바지 하고자 한다.

◦ 연구 방법

본 연구는 모델링 기반 과학·수학·예술 STEAM 프로그램을 개발하여 현장에 적용한 후 그 효과를 살펴보는 현장연구로 질적 연구를 바탕으로 수행하도록 한다. 구체적인 연구 방법은 다음과 같다.

과학·수학·예술 STEAM 프로그램을 적용할 대상 학생들에게 사전(8월)·사후(10월) 학생 태도검사를 실시하여 개발된 STEAM 프로그램이 가지는 의미와 그 효과에 대하여 살펴보고자 한다. 또한, 적용 과정에서 참여 학생 심층 면담과 참여 관찰을 바탕으로 하는 질적 연구를 수 행하여 면담 내용의 전사를 바탕으로 한 사람 한 사람의 내면에 주목하면서, 드러나는 행동보다도 인지 혹은 의식의 상태에 초점을 두는 현상적 분석을 중점으로 연구를 진행하도록 한다.

(7)

- 3 -

3. 연구 수행 내용 및 결과

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 모델링 기반 과학·수학·예술 STEAM 프로그램

선행

프로그램명 해당없음

학교급 초등학교 ^{대상 학년(군)} ^3~4학년군

목표 수혜학생 수 500명

중심과목 과학 _{성취기준 영역}^중심과목 [초등학교 3~4학년군]

(9) 물체의 무게

연계과목 수학

예술

연계과목 성취기준 영역

[초등학교 3~4학년군]

(3) 측정 (4) 규칙성 [초등학교 3~4학년군]

(1) 체험 (2) 표현 (3) 감상

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 1 예술(1)

2 2 과학(1) + 예술(1) 3 2 과학(1) + 수학(1) 4 2 과학(1) + 예술(1) 5 3 과학(1) + 수학(1) + 예술(1)

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 10차시

수업 적용 기간 2021. 8. ~ 2021. 10.

(STEAM 수업) 수혜학생 수 남선·길안·안동·영주초등학교 100명(초등학교 3학년 전교생) 학생 태도검사 1차(사전) 검사 8월 00일, 6개 학급(100명) 실시완료

2차(사후) 검사 11월 00일, 6개 학급(100명) 실시완료 학생 및 교사 만족도조사 11월 00일 실시 완료

학술대회 참가 행사명 2021 국제융합교육발전학회 추계학술대회 (ICAS Fall 2021)

일자/장소 2021.10.22.(금) / 온라인

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가. STEAM 프로그램 개발‧적용

◦ 프로그램 개발 중점 사항

- 모형을 활용한 STEAM 교육프로그램으로 체험탐구를 위주로 하는 학생활동중심수업을 구 현하여 창의성과 예술적 소양을 갖춘 인재를 양성할 수 있도록 한다.

- 실생활 문제해결형 융합프로젝트 수업으로 학생들의 수업 참여도 및 흥미를 최대한 이끌어 내 학생이 주체가 되어 프로그램을 진행해 나가는 학생중심수업 프로그램이 확대될 수 있도록 이바지한다.

(2) 프로그램 개발‧적용 결과

교수학습 지도안 개발

차시(시수)

프로그램명 프로그램 주제 운영

대상(학년)

완료 여부 개발 수업적용 학생수 1

모델링 기반 과학·수학·예술 STEAM 프로그램

새로운 시소 디자인하기

4학년 완료 완료

100

2~3 모델링 제작으로 오류

확인하기 100

4~5 모델링을 활용한 실험으

로 과학적 원리 찾아보기 100

6~7 모빌 제작으로 과학적

원리 확인하기 100

8~10 무게 중심의 원리가 담

긴 놀이공원 만들기 100

합계 500

나. 성과 확산 및 실천

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최

회차 일시 장소 참석대상 주요내용

1차 ‘21. 9. 15. 남선초 남선초 학생 및 교직원 - STEAM 프로그램 적용 내용 나누기 - STEAM 프로그램 확산 방안 협의 2차 ‘21. 11. 5. 남선초 참여를 희망하는

관내 교직원

- STEAM 프로그램 적용 결과 공유 - STEAM 프로그램 확산 방안 협의

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과

회차 일시 장소 참석자 상호 컨설팅 결과

1차 ’21.5.31.(월)

16:30~18:00 온라인 김고경 교사(연구책임자) - STEAM 프로그램 개발 방안 협의 2차 ’21.7.15.(목)

16:30~18:00 온라인 김고경 교사(연구책임자) - STEAM 프로그램 적용 시기 논의 3차 ’21.9.14.(화)

16:30~18:00 온라인 김고경 교사(연구책임자) - STEAM 프로그램 평가 방안 협의

(9)

- 5 -

다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사

(1) 수혜학생 태도 조사

- 학생들은 수평 잡기의 원리가 반영된 자신만의 시소를 디자인 해 보는 활동을 함에 있어

서 비록 과학적 오류가 담겨 있는 생각이었지만 학생들 나름의 합리성을 가지고 있었다.

- 자신들이 디자인한 시소를 4D frame을 활용하여 모형을 만들어 자신들의 오류를 확인하는 과정에서 합리성을 발견할 수 있었고, 탐구 과정에서 자료를 수집한 후 자신들의 실험 증 거를 바탕으로 그 결과를 해석하여 결론을 생성하는 과정에서 객관성을 관찰할 수 있었다.

- 실험 결과를 수학식으로 표현하는 과정에서 주관적인 판단이 아닌 증거에 기초하여 사고 하는 증거의 존중과 자신들의 관찰 결과나 실험 결과를 왜곡해서 발표하지 않는 정직성을 관찰할 수 있었다.

(2) 교원 만족도 조사

- STEAM 프로그램을 개발함에 있어 교육과정 재구성면에서 조금의 어려움이 있었으나, 개 발된 자료를 적용하는 과정에서 학생들의 오류를 검토할 수 있었고, 이를 모델링을 통해 효과 적으로 개선되는 모습을 관찰할 수 있어 개발한 STEAM 프로그램에 만족할 수 있었다.

- 평가에 있어 관찰을 바탕으로 한 합리적인 추론은 가능하였으나 이를 수치화와 객관화시

키는 데에는 힘들었다.

4. 결론 및 제언

평소 놀이 기구로 즐겨 사용하는 시소에 담긴 수평 잡기의 원리를 학생들의 체화인지된 지

식과 과학적 원리가 반영된 시소 디자인과의 모순을 바탕으로 초등학교 4학년 과학 교사용 지 도서에서 발견된 단원 지도상의 유의점에 대한 의문이 더해져 개발하게 된 모형 기반 과학, 수 학, 예술 융합교육 프로그램을 학생들에게 적용한 결과를 토대로 다음의 결론을 내릴 수 있었 다.

첫째, 학생들이 가지고 있던 기존의 과학적 오류를 모형을 기반으로 한 과학, 수학, 예술 융합 교육 프로그램을 학년 성취기준과 학생들의 특성을 반영하여 개발하였다.

학생들의 과학적 오류를 스스로 발견하고 해결할 수 있는 힘을 길러주기 위해 모형을 사용하 게 되었고, 특히 변형과 조작이 쉬운 4D frame을 활용하여 시소 모형을 제작하게 되었다. 수 평 잡기의 원리라는 과학적 요소에 4D frame을 활용하여 시소를 만드는 과정에서 반영된 예술 적 요소와 수평 잡기의 원리에 반드시 필요한 수학적 요소를 더하여 과학, 수학, 예술 교과의 학년 성취기준이 반영된 융합교육 프로그램을 개발할 수 있었다.

둘째, 개발된 모형 기반 과학, 수학, 예술 융합교육 프로그램을 적용한 후 학생들의 과학적 태 도 변화에서도 유의미한 변화를 관찰할 수 있었다. 학생들은 수평 잡기의 원리가 반영된 자신 만의 시소를 디자인 해 보는 활동을 함에 있어서 비록 과학적 오류가 담겨 있는 생각이었지만 학생들 나름의 합리성을 가지고 있었다. 그리고 자신들이 디자인한 시소를 4D frame을 활용하 여 모형을 만들어 자신들의 오류를 확인하는 과정에서 합리성을 발견할 수 있었고, 탐구 과정 에서 자료를 수집한 후 자신들의 실험 증거를 바탕으로 그 결과를 해석하여 결론을 생성하는 과정에서 객관성을 관찰할 수 있었다. 자신들의 과학적 오류를 인정하고 실험을 통한 수평 잡 기의 원리를 발견했을 때에는 자신들의 생각을 변경하는 개방성과 실패의 긍정적 수용을 발견

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할 수 있었다. 그리고 실험 결과를 수학식으로 표현하는 과정에서 주관적인 판단이 아닌 증거 에 기초하여 사고하는 증거의 존중과 자신들의 관찰 결과나 실험 결과를 왜곡해서 발표하지 않는 정직성을 관찰할 수 있었다.

이상의 결론을 바탕으로 모형 기반 융합교육 프로그램을 통한 초등학교 4학년 학생들의 과학 적 태도 변화 탐색에 대하여 몇 가지 제언을 하면 다음과 같다.

첫째, 과학을 포함한 교과 수업을 하기에 앞서 학생들이 가지고 있는 선험적 지식을 확인할 필요가 있다. 둘째, 모형에 기반을 둔 수업이 필요하다. 학생들이 가지고 있는 생각의 오류는 모형을 사용하여 적용을 해봄으로서 학생들 스스로가 깨우칠 수 있게 교사는 기회를 주어야 한다. 셋째, 교사용 지도서의 세세한 검토가 필요하다.

본 연구는 융합교육 프로그램 개발의 한 방향을 제시하고, 학생들의 과학적 태도와 교사용 지 도서에 관심을 가질 수 있는 기회가 되었음에 의의가 있다고 여겨진다.

5. 참고문헌

교육부(2015). 2015 개정 교육과정에 따른 과학과 교육과정. 교육부 고시 제 2015-74호.

교육부(2015). 2015 개정 교육과정에 따른 수학과 교육과정. 교육부 고시 제 2015-74호.

교육부(2015). 2015 개정 교육과정에 따른 미술과 교육과정. 교육부 고시 제 2015-74호.

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석사학위논문: 서울과학기술대학교.

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Robert p. Crease(2003). The ten most beautiful experiments in science. 서울:

도서출판 지호.

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주 의 문

1. 본 연구의 주장이나 제언은 연구진의 견해이며, 한국과학창의재단의 공식 입장이 아닙니다.

2. 이 보고서 내용을 대외적으로 공개하거나 발표할 때에는 반드시 한국

과학창의재단과 사전에 상의하여야 합니다.

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램 명: 모델링 기반 과학·수학·예술 STEAM 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1/10 [4 미 01-02] 주변 대상을 탐색하여 자신의 느낌과 생각을 다양한 방법

으로 나타낼 수 있다.

[초등학교 3~4학 년군] (9) 물체의 무게

2 2~3/10 [4 과 09-02] 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교할 수 있다. [초등학교 3~4학 년군] 표현, 감상

3 4~5/10 [4 수 04-01] 다양한 변화 규칙을 찾아 설명하고, 그 규칙을 수나 식으 로 나타낼 수 있다.

4 6~7/10 [4 과 09-02] 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교할 수 있다.

[초등학교 3~4 학년군] (3) 측 정

5 8~10/10 [4 미 01-02] 주변 대상을 탐색하여 자신의 느낌과 생각을 다양한 방법 으로 나타낼 수 있다.

1-1. 교육과정 재구성표

차시 2015 개정 교육과정 성취기준

1 [4과09-02] 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교할 수 있다.

[4미01-02] 주변 대상을 탐색하여 자신의 느낌과 생각을 다양한 방법으로 나타낼 수 있다.

2~3 [4과09-02] 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교할 수 있다.

[4미02-04] 표현 방법과 과정에 관심을 가지고 계획할 수 있다.

4~5

[4과09-02] 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교할 수 있다.

[4수04-01] 다양한 변화 규칙을 찾아 설명하고, 그 규칙을 수나 식으로 나타낼 수 있다.

6~7

[4과09-02] 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교할 수 있다.

[4미01-02] 주변 대상을 탐색하여 자신의 느낌과 생각을 다양한 방법으로 나타낼 수 있다.

8~10

[4미01-02] 주변 대상을 탐색하여 자신의 느낌과 생각을 다양한 방법으로 나타낼 수 있다.

[4과09-02] 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교할 수 있다.

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- 2 -

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 10차시)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

차시 주요내용

1 /10

주제(단원)명 새로운 시소 디자인하기

평소 놀이기구로 사용하는 시소 속에 담긴 무게 중심의 원리를 확인하여 자신만의 새로운 시소를 디자인한다. ( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계)

2~3 /10

주제(단원)명 모델링 제작으로 오류 확인하기

새롭게 디자인한 시소를 4D frame 을 활용하여 모형으로 제작한 후 자신이 디자인한 시소에 담긴 무게 중심 잡기의 오류를 확인한다. (^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

4~5 /10

주제(단원)명 모델링을 활용한 실험으로 과학적 원리 찾아보기

기존 시소 모형을 제작하여 자신이 만든 시소 모형과 비교한 후 무게 중심에 담긴 과학적 원리를 스스로 발견한다. ( ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

6~7 /10

주제(단원)명 모빌 제작으로 과학적 원리 확인하기

모빌을 제작하여 학생들이 새롭게 발견한 무게 중심의 원리를 확인한다. ( ^Co 상황 제시,

CD 창의적 설계)

8~10 /10

주제(단원)명 무게 중심의 원리가 담긴 놀이공원 만들기

무게 중심의 원리가 담긴 다양한 놀이기구를 제작하여 반 학생들과 함께 놀이공원을 만들어 나눈다. ( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

중심과목 미술 학교급/학년(군) 초등학교/4 학년

중심과목 성취기준

영역

[초등학교 3~4 학년] 체험 중심과목

성취기준

[4 미 01-02] 주변 대상을 탐색하여 자 신의 느낌과 생각을 다양한 방법으로 나타낼 수 있다.

주제(단원)명 수평 잡기의 원리가 담긴

나만의 시소 디자인하기 차시 1/10

(14)

학습목표 놀이 경험을 바탕으로 나만의 시소를 디자인할 수 있다.

연계과목 과학 연계과목

성취기준 영역 [초등학교 3~4학년군] (9) 물체의 무게

STEAM 요소

S 무게 중심 잡기와 관련된 과학적 원리를 이해한다.

T E

A 주변 대상의 특징을 발견하고, 이를 자신만의 특징과 느낌을 살려 표현한다.

M

개발 의도 평소 놀이기구로 사용하던 ‘시소’속에 담겨 있는 무게 중심 잡기와 관련된 과학적 원리를 바탕으로 자신만의 시소를 디자인할 수 있도록 한다.

점심시간이나 놀이 시간에 ‘시소’를 탔던 경험을 떠올리며 그 속에 담긴 무게 중심 잡기의 과학적 원리에 대하여 발표해 본다. 자신이 알고 있는 무게 중심 잡기의 원리를 바탕으로 자신만의 새로운 시소를 디자인하여 본다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

평소 놀이기구로 사용했던 ‘시소’

속에 담겨 있는 무게 중심 잡기의 과학적 원리 생각해 보기

창 의 적 설 계

창의적 설계

경험을 바탕으로 과학적 원리를 떠올리며 자신만의 작품을 디자인하기

감 성 적 체 험 무게 중심 잡기의 원리가

담겨 있는 자신만의

‘시소’디자인하기

감성적 체험 학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

○ 시소를 타 본 경험에 대해서 이야기를 하며 수평잡기의 원리 알아보기 - 무게가 가벼운 사람은 시소 뒤쪽으로 앉고, 무거운 사람은 앞쪽에 앉습 니다. ^ET

○ 학습목표 안내

○ 학습활동 안내

[활동 1] 나만의 시소 디자인하기 [활동 2] 시소 발표회

★ 수평잡기의 원리가 담긴 나만의 시소를 디자인하여 봅시다.

시소 놀이 동영상

Tip!

전개 (30 분)

[활동 1] 나만의 시소 디자인하기

○ 시소에서 확인한 수평잡기의 원리가 포함된 나만의 시소 구상하여 보기

Co

- 수평잡기의 원리가 포함된 자신이 생각하는 창의적인 시소를 구상하여 본다. ^CD

[활동 2] 디자인 발표회

○ 나만의 시소 발표해 보기

- 자신만의 생각이 들어간 시소의 모양을 발표해 본다. ^ET

(15)

- 4 - 정리

(5 분)

○ 친구들의 시소와 나의 시소 비교해 보기

- 친구들이 디자인한 시소에 들어가 있는 수평 잡기의 원리를 찾아본다.

CD

- 내가 디자인한 시소와 친구들이 디자인한 시소의 공통점과 차이점을 비 교해 본다. ^ET

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/4 학년

영역

[초등학교 3~4 학년군] (9) 물체의 무게

[4

과

09-02]

수평 잡기 활동을 통해 물체 의 무게를 비교할 수 있다

.

주제(단원)명 모델링 제작으로 오류 확인하기 ^차시 ^2~3/10

학습목표 시소 모형을 제작하여 무게 중심의 원리를 확인할 수 있다.

연계과목 미술 연계과목

성취기준 영역 [초등학교 3~4학년] 표현, 감상

STEAM 요소

T 4d frame 을 이용하여 시소 모형을 만든다.

E

A 자신이 디자인한 작품을 제작하는 과정에서 흥미와 관심을 가진다.

M

개발 의도 자신이 디자인한 ‘시소’모형을 작품으로 만들어 무게 중심 잡기의 원리를 확인한다.

자신만의 특색과 느낌이 담아 디자인한 ‘시소’를 4d frame 을 이용하여 모형으로 제작해 본다. 반 친구들이 모형으로 제작한 시소 모형에 있는 공통점을 발견하여 이를 통해 무게 중심 잡기의 과학적 원리를 확인하여 본다.

상황 제시

상 황 제 시

자신이 디자인한

‘시소’속에 담긴 과학적 원리 생각하기

창 의 적 설 계

과학적 원리를 떠올리며 자신만의 작품 만들기

감 성 적 체 험 디자인을 바탕으로 ‘시소’모형

제작하기

감성적 체험

(16)

학습

및 유의점

도입 (5 분)

○ 나와 학급 친구들이 디자인한‘나만의 시소’모형 비교하기

- 반 학생이 모두 공통된 변화 요소로 받침점의 높이에 변화를 주었습니 다.

- 시소 외부에 자신이 좋아하는 캐릭터를 넣은 친구들이 있습니다.

★ 시소 모형을 만들어 수평잡기의 원리를 알아봅시다.

[활동 1] 시소 모형 만들기 [활동 2] 공통점 찾아보기

자신이 디자인한 시소 모형

Tip!

전개 (70 분)

[활동 1] 시소 모형 만들기

○ 시소에서 확인한 수평잡기의 원리가 포함된 나만의 시소 만들기

- 수평잡기의 원리가 포함된 자신이 생각하는 창의적인 시소를 만들어 본 다. ^CD

[활동 2] 공통점 찾아보기

○ 나만의 시소 발표해 보기

- 자신만의 생각이 들어간 시소 모형을 발표해 본다. ^ET

○ 시소 모형의 공통점 찾기

- 반 친구들이 만든 시소 모형을 보고 공통점을 찾아본다. ^ET

4d frame

정리 (5 분)

○ 친구들의 시소와 나의 시소 비교해 보기

- 친구들이 만든 시소에 들어가 있는 수평 잡기의 원리를 찾아본다.^CD - 내가 만든 시소와 친구들이 디자인한 시소의 공통점과 차이점을 비교해 본다. ^ET

중심과목 수학 학교급/학년(군) 초등학교/4 학년

영역

[초등학교 3~4 학년군] (4) 규칙성 중심과목 성취기준

[4 수 04-01] 다양한 변화 규칙을 찾아 설명하고, 그 규칙을 수나 식으로 나타 낼 수 있다.

주제(단원)명 모델링을 활용한 실험으로 과학적

원리 찾아보기 ^차시 ^4~5/10

학습목표 시소 모형을 제작하여 무게 중심의 원리를 발견할 수 있다.

STEAM 요소

E

A 친구들의 작품에 관심을 가지며 그 속에 담긴 조형 원리를 찾는다.

M 다양한 변화 규칙을 찾아 설명하고, 그 규칙을 수나 식으로 나타낼 수 있다.

개발 의도 자신과 친구들이 만든 시소 모형에 담겨 있는 무게 중심 잡기의 과학적 원리를 스스로

(17)

- 6 -

자신과 친구들이 만든 시소 모형으로 무게 중심 잡기 실험을 한 후 오류를 발견한다. 원래 시소 모형을 만들어 보고, 비교한 후 시소 모형에 담겨 있는 무게 중심 잡기의 과학적 원리를 학생 스스로 발견할 수 있도록 안내한다.

상황 제시

상 황 제 시

반 학생들이 만든 시소 모형의 오류 확인하기

창 의 적 설 계

과학적 원리를 떠올리며 자신만의 작품 평가하기

감 성 적 체 험 원래 시소 모형과 비교한 후

무게 중심 잡기의 과학적 원리 탐색하기

및 유의점

도입 (5 분)

○ 나와 학급 친구들이 제작한‘나만의 시소’모형 비교하기

- 반 학생이 모두 공통된 변화 요소로 받침점의 높이에 변화를 주었습니 다.

★ 시소 모형을 만들어 수평잡기의 원리를 알아봅시다.

[활동 1] 시소 모형 비교하기

[활동 2] 수평 잡기의 원리 발견하기

Tip!

전개 (70 분)

[활동 1] 시소 모형 비교하기

○ 기존 형태의 시소 모형을 제작하여 자신의 시소 모형과 비교하기 - 기존 형태의 시소 모형을 만들어 본 후 자신이 새롭게 만든 시소 모형 과 비교하여 본다. ^Co

- 자신이 만든 시소 모형의 오류를 찾아낸다.

[활동 2] 수평 잡기의 원리 발견하기

○ 오류 확인하기

- 자신만의 생각이 들어간 시소 모형과 기존 시소 모형의 공통점과 차이점 을 발표해 본다. ^ET

○ 수평 잡기의 과학적 원리 발견하기

- 숫자와 식을 바탕으로 시소 모형에 담겨 있는 수평 잡기의 과학적 원리 를 발견한다. ^ET

4d frame

정리 (5 분)

○ 무게 중심 잡기의 과학적 원리 확인하기

- 친구들이 만든 시소에 들어가 있는 무게 중심 잡기의 원리를 확인해 본 다.^CD

- 발견한 무게 중심 잡기의 원리를 글로 표현해 본다. ^ET

(18)

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/4 학년 중심과목

성취기준 영역

[초등학교] 힘과 운동(힘) 중심과목

성취기준

[4

과

09-02]

수평 잡기 활동을 통해 물체 의 무게를 비교할 수 있다

.

주제(단원)명 모빌 제작으로

과학적 원리 확인하기 ^차시 ^6~7/10

학습목표 모빌 모형을 제작하여 무게 중심의 원리를 확인할 수 있다.

연계과목 미술 연계과목

성취기준 영역 [초등학교 3~4학년] 체험, 표현, 감상

STEAM 요소

E

A 친구들의 작품에 관심을 가지며 그 속에 담긴 조형 요소와 원리를 찾는다.

M

개발 의도 자신과 친구들이 만든 모빌 모형에 담겨 있는 무게 중심 잡기의 과학적 원리를 확인할 수 있도록 안내한다.

스스로 발견할 무게 중심 잡기의 원리를 바탕으로 모빌을 제작하여 그 과학적 개념을 한 번 더 확인할 수 있도록 안내한다.

상황 제시

상 황 제 시

발견한 과학적 원리를 바탕으로 모빌 구상하기

창 의 적 설 계

무게 중심 잡기의 원리를 떠올리며 친구들의 작품 평가하기

감 성 적 체 험 무게 중심 잡기의 원리를

바탕으로 모빌 모형 만들기

및 유의점

도입 (5 분)

○ 발견한 무게 중심 잡기의 과학적 원리 확인하기

- 무게*받침점으로부터의 거리가 같을 때 수평을 잡을 수 있었습니다.

★ 모빌 모형을 만들어 무게 중심 잡기의 원리를 확인해 봅시다.

[활동 1] 모빌 구상하기 [활동 2] 모빌 제작하기

Tip!

전개

(19)

- 8 -

○ 무게 중심 잡기의 원리가 담긴 모빌 구상하기

- 시소 모형과 비교하여 무게 중심 잡기의 원리가 담긴 모빌을 디자인해 본다. ^CD

- 자신이 구상한 모빌 디자인에서 과학적 오류는 없는지 살펴본다. ^ET [활동 2] 모빌 제작하기

○ 오류 확인하기

- 모빌 모형을 만들어 무게 중심 잡기의 오류가 있는지 확인한다. ^Co - 발견된 오류를 수정하여 다시 모빌을 만든다. ^ET

정리 (5 분)

○ 제작한 모빌에서 무게 중심 잡기의 과학적 원리 확인하기

- 친구들이 만든 모빌에 들어 있는 무게 중심 잡기의 원리를 확인해 본 다.^CD

중심과목 미술 학교급/학년(군) 초등학교/4 학년

영역

[초등학교 3~4 학년] (1) 체험 중심과목 성취기준

[4 미 01-02] 주변 대상을 탐색하여 자 신의 느낌과 생각을 다양한 방법으로 나타낼 수 있다.

주제(단원)명 무게 중심의 원리가 담긴

놀이공원 만들기 ^차시 ^8~10/10 학습목표 무게 중심 잡기의 원리를 반영한 놀이공원을 만들 수 있다.

STEAM 요소

E

A 친구들의 작품에 관심을 가지며 그 속에 담긴 조형 요소와 원리를 찾는다.

M

개발 의도 무게 중심 잡기의 원리를 반영하여 반 친구들과 함께 놀이공원을 만들어 본다.

2 회에 걸쳐 확인한 무게 중심 잡기의 과학적 원리를 바탕으로 놀이기구를 만들어 본다. 서로가 만든 놀이기구로 반 학생들과 놀이공원을 조성하여 함께 누릴 수 있는 공간을 만들 수 있도록 안내한다.

상황 제시

상 황 제 시

과학적 원리가 반영된 놀이공원 구상하기

창 의 적 설 계

무게 중심 잡기의 원리를 떠올리며 함께 만든 작품 감상하기

감 성 적 체 험 무게 중심 잡기의 원리를

바탕으로 놀이공원 만들기

감성적 체험

(20)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

○ 무게 중심에 담긴 과학적 원리 확인하기

- 무게*받침점으로부터의 거리가 같을 때 수평을 잡을 수 있었습니다.

- 수평이 잡힐 때 모빌이 움직이지 않고 잘 돌아갔습니다.

★ 과학적 원리가 담긴 놀이공원을 함께 만들어 봅시다.

[활동 1] 놀이기구 제작하기 [활동 2] 놀이공원 만들기

Tip!

전개 (90 분)

[활동 1] 놀이기구 제작하기

○ 무게 중심 잡기의 원리가 담긴 놀이기구 구상하기

- 시소 및 모빌 모형과 비교하여 무게 중심 잡기의 원리가 담긴 놀이기구 를 디자인해 본다. ^CD

- 자신이 구상한 놀이기구 디자인에서 과학적 오류는 없는지 살펴본 후 제작한다. ^ET

[활동 2] 놀이공원 만들기

○ 반 친구들과 함께 놀이공원 만들기

- 제작한 놀이기구를 서로 살펴본 후 오류가 없는지 확인한다. ^Co

- 서로가 만든 놀이기구를 적절히 배치하여 반 친구들과 함께 놀이공원을 만들어 본다. ^ET

4d frame

정리 (20 분)

○ 놀이공원 감상하기

- 함께 만든 놀이공원에 들어 있는 무게 중심 잡기의 원리를 이야기해 본 다.^CD

- 무게 중심의 원리가 담긴 놀이공원을 함께 즐겨본다.

(21)

- 10 -

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1/10

(22)

차시 2~3/10

(23)

- 12 -

차시 4~5/10

(24)

차시 6~7/10

(25)

- 14 -

차시 8~10/10

(26)

5. 교사자료

차시 2~3/10

<기존 교과서 성취기준 및 차시 구성>

영역 성취기준 학습 요소

힘과 운동(힘)

[4과09-01] 일상생활에서 물체의 무게를 측정하는 예를 조사하고 무게 측정이 필요한 이유를 설명할 수 있다.

무게

[4과09-02] 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를

비교할 수 있다. 수평 잡기

[4과09-03] 용수철에 매단 물체의 무게와 용수철의 늘어난 길이의 관계를 조사하고 물체의 무게를 재는 원리를 설명할 수 있다.

용수철저울의 원리 [4과09-04] 간단한 저울을 설계하여 제작하고 그 결

과물을 평가할 수 있다.

간단한 저울 만들기 단원 지

도 상 의 유의점

역사적으로 저울은 양팔 저울, 용수철저울, 전자저울 순서로 등장했 다. 이 단원에서는 수평 잡기의 원리를 이용한 양팔 저울을 먼저 제시 하고, 무게 개념과 관련해 용수철저울 다음에 제시하였다.

순 차시 구성

1차시 무거운 상자를 들고 있는 사람 찾기

2차시 저울로 물체의 무게를 측정하는 까닭은 무엇일까요?

3차시 용수철에 물체를 걸어놓으면 어떻게 될까요?

4차시 물체의 무게와 늘어난 용수철의 길이는 어떤 관계가 있을까요?

5차시 용수철저울로 물체의 무게를 어떻게 측정할까요?

6차시 물체의 무게를 비교하려면 어떻게 해야 할까요?

7차시 양팔 저울로 여러 가지 물체의 무게를 비교하려면 어떻게 해야 할까요?

8차시 우리 생활에는 어떤 저울이 사용될까요?

9~10차시 간단한 저울 만들기

11차시 물체의 무게를 정리해 볼까요?

자료출처 초등학교 3~4학년군 과학 교사용 지도서

(27)

- 16 -

차시 2~3/10

<중심 및 관련 교과 성취기준>

<NGSS_ 모형을 개발하고 사용하기>

교

과 관련 성취기준

과 학

[4과09-02] 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교할 수 있다.

[4과09-04] 간단한 저울을 설계하여 제작하고 그 결과물을 평가할 수 있 다.

수 학

[4수04-01] 다양한 변화 규칙을 찾아 설명하고, 그 규칙을 수나 식으로 나타 낼 수 있다.

예 술

[3~4미_체험] 주변 대상을 탐색하여 자신의 느낌과 생각을 다양한 방법으 로 나타낼 수 있다.

[3~4미_감상] 미술 작품에 대한 자신의 느낌과 생각을 발표하고, 그 까닭을 설명할 수 있다.

[3~4미_표현] 표현 방법과 과정에 관심을 가지고 계획할 수 있다. 기본적인 표현 재료와 용구의 사용법을 익혀 안전하게 사용할 수 있다.

[3~4미_체험] 자연물과 인공물을 탐색하는 데 다양한 감각을 활용할 수 있 다.

3~5학년

유치원에서 2학년까지의 경험에 기반을 두어 간단한 모형을 구성, 수 정 및 이용하여 사건이나 설계안을 나타내는 방향으로 나아간다.

· 모형의 한계를 확인한다.

· 빈번하고 규칙적으로 발생하는 현상과 관련된 변인 사이의 관계를 표현하기 위해 협동하여 증거 기반 모형을 개발하고 수정한다.

· 비유, 예, 추상적 표상을 사용하여 모형을 개발하고 과학적 원리나 설계안을 서술한다.

· 모형을 개발하고 사용하여 현상을 기술하거나 예측한다.

· 다이어그램이나 간단한 실물 모형을 개발하여 제안하는 사물, 도구, 과정을 전달한다.

· 모형을 사용하여 자연계 및 인공 세계의 기능과 관련된 인과 관계나 상호 작용을 검증한다.

자료출처

차세대과학교육표준(NGSS Lead States, 2013)

(28)

6. 차시별 학생 평가기준 및 방법

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1 /16

상 무게 중심의 원리를 반영한 나만의 시소를 특색있 게 디자인할 수 있다.

관찰평가 관찰평가지

중 무게 중심의 원리가 담긴 나만의 시소를 디자인할 수 있다.

하 교사의 도움을 받아 나만의 시소를 디자인할 수 있 다.

2~3 /16

상 올바른 무게 중심의 원리가 담긴 나만의 시소를 제 작할 수 있다.

관찰평가 관찰평가지

중 무게 중심의 원리가 담긴 나만의 시소를 제작할 수 있다.

하 교사와 함께 나만의 시소를 제작할 수 있다.

4~5 /16

상 무게 중심 잡기의 과학적 원리를 발견할 수 있다.

자기평가 자기평가지

중 무게 중심 잡기의 과학적 원리를 이해할 수 있다.

하 무게 중심 잡기에 과학적 원리가 반영되어 있음을 안다.

6~7 /16

상 무게 중심 잡기의 과학적 오류가 없는 모빌을 제작

할 수 있다. 관찰 및

산출물평가 관찰평가지

중 과학적 원리가 담긴 모빌을 제작할 수 있다.

하 친구와 함께 모빌을 제작할 수 있다.

8~10 /16

상 과학적 원리가 담긴 놀이기구를 제작하여 놀이공원 을 만들 수 있다.

동료평가 동료평가지

중 놀이기구를 제작하여 반 친구들과 함께 놀이공원을 만들 수 있다.

하 반 친구들과 함께 놀이공원을 만들 수 있다.

가. 자기/동료평가지(4~5, 8~10차시)

평가방법 평가기준 평가

상 중 하

자기평가

나의 역할은 무엇이었나요?

적극적으로 활동에 참여하였나요?

모델링으로 내가 알고 있는 과학적 지식을 설명할 수 있나요?

모둠 내 동료평가

모둠 활동에 적극적으로 참여하였나요?

모둠의 구성원 간 의사소통은 잘 되었나요?

무게 중심의 과학적 원리를 모델링을 통해 설명하였나요?

모둠 간 동료평가

자기 모둠에서 한 활동을 잘 표현하였나요?

문제해결에 창의적인 아이디어를 잘 표현하였나요?

모델링을 활용하여 과학적 원리를 설명하였나요?

(29)

- 18 -

나. 관찰평가지(1~3차시)

번호 이름

지식 태도

배움과 성장의 기록 무게 중심의 원리가 담긴

시소를 디자인 할 수 있다.

기존 자료를 찾아보며 시 소를 새롭게 디자인할 수 있다.

상 중 하 상 중 하

라. 관찰평가지(6~7차시)

모둠 모둠원

지식 태도

배움과 성장의 기록 무게 중심에 담긴 과학적 원리를

모델링을 활용하여 설명할 수 있다.

모둠원들과 협동 하여 무게 중심 의 원리가 담긴 놀이 기구를 제 작할 수 있다.

상 중 하 상 중 하 상 중 하

7. 학교생활기록부 기재 예시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(과학) 수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교할 수 있으며, 무게 중심의 과학적 원리에 대하여 모델링으로 설명할 수 있음.

(미술) 주변 대상을 탐색하여 자신의 느낌과 생각을 교구를 활용하여 나타낼 수 있음.

(수학) 규칙을 탐구하는 활동을 통하여 수학의 유용성을 인식하고, 주변 현상에 내재된 규칙성에 흥미를 느낌.

행동특성 및 종합의견

과학·수학·예술이 융합된 STEAM 프로그램에 적극적으로 참여하여 자신의 생각을 창의적으로 표현할 수 있음. 무게 중심 잡기의 과학적 원리가 반영된 놀이기구를 제작함으로서 과학적 탐구력이 향상됨.

(30)

[부록2]

차시

학생 활동자료

1

2~3

4~5

6~7

8~10