2021 STEAM 교사연구회 결과보고서

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2021 STEAM 교사연구회 결과보고서

2021. 11.

마포고등학교

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【 2021년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과제명 2021년 STEAM 교사연구회 운영(마포고등학교)

구분

연구회 구성 유형 프로그램 개발유형

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 빅데이터를 활용하는 STEAM 탐구 활동 프로그램

신규 개발 ○ 기 개발

학교급 고등학교 대상 학년(군) 2학년

중심과목 과융, 과탐실 중심과목 성취기준 영역 [10과탐02-07]

연계과목 수학(확통), 정보 연계과목 성취기준 영역 [12확통03-05][12정보04-10]

연구기간 2021.4.29. ~ 2021.11.30.

신청금액 일금사백만원(￦4,000,000) 참여연구원 총 5명 (연구책임자: 1명, 참여연구원: 4명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 직위 성명 담당과목

연구책임자 마포고등학교 교사 안재익 물리학, 물리실험

참여연구원 마포고등학교 교사 배소은 화학I

참여연구원 마포고등학교 교사 최재현 화학실험

참여연구원 마포고등학교 교사 김민경 수학

참여연구원 마포고등학교 교시 정수정 생명과학I

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

2021년 11월 19일

주관연구기관장 : 연구책임자 :

한국과학창의재단 이사장 귀하

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“이 보고서는 2021년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

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목 차

1. 요약문··· 01

2. 서론··· 01

가. 연구의 필요성 ··· 01

나. 연구의 목적 ··· 01

3. 연구 수행 내용 및 결과··· 02

가. STEAM 프로그램 개발 ··· 02

나. STEAM 프로그램 적용 ··· 03

다. STEAM 프로그램 수행 결과 ··· 05

라. STEAM 수업 평가 방법 ··· 06

마. STEAM 수업 적용 성과 조사 ··· 06

바. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 ··· 07

사. STEAM 프로그램 개발 중점 사항 ··· 07

4. 연구 수행 결과··· 08

가. 연구 수행의 결과 ··· 08

나. 결과 분석 ··· 08

5. 결론 및 제언··· 08

가. 결론 ··· 08

나. 제언 및 시사점 ··· 10

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 부록2. 학생 산출물 사진

부록3. 회의록

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1. 요약문

4차 산업 혁명의 핵심인 빅데이터와 인공지능을 고등학교 수업에 도입하고자 하는 목적으로 연구를 시작하였다. 최초에는 학생 수준에서 직접 빅데이터를 수집하기 위해 미세먼지 키트를 제작하고 학교 곳곳의 데이터를 수집하여 활용하고자 하는 계획을 세워 일부 진행하였지만 생 각보다 많은 어려움이 있었다. 이에 학생 수준에서 빅데이터를 수집하는 것은 쉬운 일이 아니 므로 누구나 쉽게 접근 가능한 공공데이터 플랫폼, 공공데이터 포탈에서 원하는 빅데이터를 수 집하고 이를 가공하여 시각화하는 연습을 거쳐 학생 개개인이 자신만의 빅데이터 분석 보고서 를 작성하는 활동으로 방향을 바꿔 프로그램을 구성하게 되었다. 이를 위해 코딩 언어로서 파 이썬을 활용하였고 데이터의 시각화를 위해 엑셀으로 활용하였으며 연구활동 보고서는 각자가 자신을 잘 드러낼 수 있는 방법으로 나타내도록 지도하였다. 다만 수업 분량이나 수업의 목적 성 등을 고려하여 파이썬 학습에만 중점을 둘 수가 없었기에 공공데이터 포탈의 샘플 코드를 최대한 활용하도록 하였고 엑셀에서도 다양한 활동보다는 데이터를 차트로 나타내는데 집중하 여 수업을 실시하였다. 최종적으로 학생 개개인이 자신의 흥미와 진로에 맞춰 관심있는 분야의 빅데이터를 수집하고 시각화된 데이터 안에서 찾을 수 있는 특징 등을 정리하고 분석하는 요 약보고서를 작성하는 것으로 수업을 마무리하였다.

2. 서론

가. 연구의 필요성

- 지능정보기술의 학교 수업 도입 및 적절한 활용을 통한 학생 중심 연구 활동 강화

- 빅데이터, 인공지능, 코딩 등 4차 산업 시대에 적합하고 융합적인 사고력을 신장시키기 위한 교육 프로그램 개발

- 데이터를 정렬하고 시각화하여 분석하고 의미를 찾을 수 있는 학생 연구 역량 강화를 위 한 수업의 구성과 구조화

- 코딩 및 인공지능에 대한 기초적인 이해와 적용을 통한 학생의 진로 선택에 대한 기회 마련

나. 연구의 목적

- 간단한 파이썬 코딩 연습을 통해 프로그래밍의 기초를 익히고 수업 및 연구 활동에 코 딩을 활용할 수 있다.

- 공공데이터포탈의 오픈 API에 대해 이해하고 이를 활용할 수 있다.

- 빅데이터의 개념을 배우고 수집하는 방법을 익히며 엑셀 프로그램을 활용하여 데이터를 적절하게 편집할 수 있다.

- 데이터를 구조화 하고 시각화할 수 있다.

- 데이터를 분석하고 자신만의 연구보고서를 작성할 수 있다.

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3. 연구 수행 내용

가. STEAM 프로그램 개발

1) 아두이노를 활용한 미세먼지 측정 장치 제작 및 데이터 수집

빅데이터를 직접 수집하기 위해 미세먼지 측정장치 키트를 제작하기로 하고 아두이 노 기반에 스크래치 프로그램으로 작동하는 키트를 구입, 학생들과 제작을 실시하였 다. 측정장치와 노트북을 연동하여 실시간으로 데이터를 수집하도록 프로그램을 일 부 추가하고 실제 작동되는 단계까지 프로그램을 진행하였다. 미세먼지 측정장치를 학교 여러 곳에 놓고 데이터를 수집하여 학교 단위의 미세먼지 분포 및 온도 변화 빅데이터를 얻어보고자 하였으나 실제 수업 진행 단계에서 생각보다 많은 노력이 필 요했고 학생들이 수업을 통해 빅데이터에 대한 관심보다는 수업의 어려움과 난해함 을 더 느끼는 것으로 보여 회의를 진행, 전체적인 수업 방향을 다시 모색하게 되었 다. 어려운 아두이노 및 코딩을 통한 빅데이터를 직접 수집보다는 이미 존재하는 데 이터를 활용하고 학생들에게 이를 분석하고 활용해보는 경험을 가지게 하는 것이 더 수업 효과가 높다는 판단하에 연구 프로그램의 방향을 일부 변경하게 되었다.

2) 파이썬 코딩을 통한 공공데이터 포탈 오픈 API 데이터 얻기

파이썬은 코딩이 학교 수업에 접목되면서 많은 교육자들에게 관심을 받는 컴퓨터 언 어이다. 물론 요즘 초등학교 학생들의 코딩 수업에 많이 활용되는 스크래치 같은 직관 적인 코딩도구도 있지만 이들은 교육용 언어로서 실제 산업 현장과 연구 활동에 활용 되는 프로그래밍 언어로서는 부적합하다. 파이썬은 간결한 문법으로 입문자가 이해하기 쉽고, 다양한 분야에 활용이 가능한 언어로서 실제 연구현장 및 산업현장에서 많이 사 용되는 프로그래밍 언어이다. 2학년 학생들은 이미 1학년 정보 수업 시간을 통해 간단 한 파이썬 문법을 배웠다. 이에 4차시에 걸친 수업을 통해 파이썬을 활용한 웹 페이지 크롤링, 공공데이터 포탈 오픈 API 샘플 코드분석 및 활용 등의 과정을 거쳐 데이터를 CSV 파일로 저장하는 과정까지 1차적으로 수업을 구성하였다.

차시 수업주제 교수 내용 및 활용도구

1차시 웹페이지 크롤링 주피터, 서울시 코로나 발생동향 사이트

2차시 공공데이터 포탈 이해하기 공공데이터 포탈 가입 및 자료 신청

3차시 오픈 API 활용(샘플 코드 활용) 파이썬, 공공데이터 포탈 샘플코드 4차시 공공데이터 수집과 저장 및 시각화 엑셀, 판다스(파이썬)

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2) 엑셀을 활용한 차트 만들기와 데이터 분석

파이썬의 장점이 다양한 라이브러리를 활용과 확정성에 있기 때문에 데이터 분석을 위 해판다스나 넘파이 등의 라이브러리를 활용한다면 시각화나 데이터 분석이 바로 처리 가능하다. 하지만 코딩에 익숙치 않은 학생들이 다수인 까닭에 그나마 학생들이 잘 알 고 실험 수업을 통해 어느 정도 활용 가능한 엑셀 프로그램으로 데이터 시각화 및 분 석 작업을 실시하도록 구성하였다. 첫시간에 간단한 데이터 파일들을 활용하여 차트를 제작하는 방법과 추세선을 찾는 방법, 최빈값 및 평균 등의 통계 함수를 활용하는 방법 을 배우고 두 번째 차시에 본인들이 찾은 데이터를 직접 차트로 구성하고 분석하는 과 정을 거쳐 자신만의 빅데이터 통계 보고서를 작성하도록 수업을 구성하였다.

차시 수업주제 교수 내용 및 활용도구

5차시 엑셀에서 분산형 차트 만들기 엑셀, 차트 꾸미기

6차시 공공데이터의 시각화와 차트 분석 연습 엑셀, 한글

나. STEAM 프로그램 적용

본 프로그램은 참여연구원들이 공통으로 수업에 참여하는 2학년 3개반 학생(98명)을 대 상으로 총 6차시에 걸쳐 진행하였다. 일부 수업은 코로나19 상황으로 비대면으로 진행 할 수 밖에 없었고 이에 구글 DOCS와 같은 협업 툴을 활용하여 학생들의 생각과 의견 을 공유하는 등의 방법을 모색하기도 하였다.

최초에는 2학년 과학융합, 화학실험, 생물학실험 수업을 듣는 모든 학생(약 200여명)을 대상으로 진행하려 하였으나 코로나19 상황이 지속되고 이에 시험 기간 등의 학교 일 정등이 예상치 못하게 변경되면서 과목별로 진도 및 수행 평가 기간 등의 어려움이 있 어 시험에 부담이 없는 교양 교과인 과학융합 수업을 중심으로 연구를 진행하게 되었 다.

대상 학생들이 연구에 참여한 시기는 9월부터 11월까지였으며 정규교과 수업시간에 파 이썬 기초 학습 및 공공데이터 포탈 이용 방법 등의 기본적인 활용 방법에 대한 안내 가 중심이 되었고 학생들은 교과 시간 이후 집에서 학습한 내용을 토대로 각 개인 컴 퓨터에 실제 코딩을 실시하거나 공공데이터 포탈에 접속하여 데이터를 수집하는 등 교 과 수업 시간 외의 시간을 적절하게 활용하도록 수업을 구성하였다. 특히 작년부터 코 로나19 상황으로 모든 학생들이 구글 클래스룸 등을 통해 언제든 영상 자료 및 강의 내용을 접할 수 있게 되어 수업 시간의 제약이 많이 사라졌음을 알 수 있었다.

파이썬을 활용하는 코딩 수업은 1~2차시의 수업으로는 어려웠기 때문에 간단한 예제 코딩부터 시작하여 4줄~5줄 정도의 짧은 파이썬 코드로 실행 가능한 특정 인터넷 사이 트에 제시된 자료를 불러와 데이터 테이블을 만드는 간단한 웹크롤링 작업을 하였다.

이 때 데이터를 불러올 예제 사이트로 서울시 코로나 빌생동향 분석 페이지를 활용하 여 지역별 확진자수 및 연령별 확진자 분포를 알아보았다.

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공공데이터 포탈은 가입 후 자신이 원하는 자료를 신청해야 활용이 가능하다. 학생들 이 개별 가입하도록 지도 후 연습을 위해 기상청의 일자료를 공통으로 활용 신청하여 공공데이터 포탈에서 제공해주는 샘플 코드를 활용하는 방법을 지도하였다.

파이썬의 라이브러리를 활용한다면 실시간 데이터의 즉각적인 처리 및 시각화가 가능 하지만 이를 위해서는 좀 더 심도 있는 코딩 수업이 필요하고 이는 학생들의 데이터 분석 및 활용 역량이 집중하려는 본 연구의 목적에도 맞지 않아 수집된 데이터를 파이 썬에서 CSV 형태의 파일로 변환 저장하도록 코드를 변경하고 실제 데이터 처리는 엑셀 에서 파일을 불러와 진행하기로 하였다.

최종적으로 데이터를 수집하고 정렬하여 시각화하는 방법을 익힌 학생들에게 공공데이 터포탈과 국가통계포탈 두 사이트에서 자신이 관심있는 데이터를 찾아보고 수집하여 요약보고서를 작성하도록 지도하였다. 차트로 표시된 데이터에서 주목할 특징들을 찾아 보고 왜 그런 변화나 차이 등이 나타나게 되었는지 본인의 의견과 관련 자료들을 인터 넷에서 찾아 자신만의 논리적인 설명을 추가하도록 하였으며 개인별 혹은 2인 1조로 보고서를 작성하게 하였다. 학년말에 각 보고서를 발표하도록 할 예정이며 수업시간의 여유가 있다면 보고서에 담긴 의견이나 자료에 대해 토론도 같이 진행하고자 한다.

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 빅데이터를 활용하는 STEAM 탐구 활동 프로그램

선행 해당없음

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다. STEAM 프로그램 수행 결과

- 초등학교 및 중학교에서 코딩 학습에 대한 필요성

본 프로그램은 2학기가 시작한 9월부터 11월까지 정규 수업 시간을 기준으로 진행하 였다. 코딩 등으로 노트북이 필요한 경우가 많았기 때문에 교실이 아닌 과학실에서 대 부분 진행하였으며 수업 진행 초기에는 코딩의 어려움에 대한 의견이 많았다. 실제 최 초 수업 계획은 어느 정도 수준 높은 파이썬 수업을 계획하였으나 대부분의 학생들이 코딩에 대해 기초가 없었고 너무 어려워했기에 코딩 수업의 난이도를 많이 낮출 수밖 에 없었다. 더욱이 공공데이터 포탈의 샘플 코드가 파이썬 최신 버전에 맞게 업데이트 되어 있지않아 파이썬에 옮겨 실행하였을 때, 오류가 속출하는 심각한 문제를 겪게 되 었는데, 코드를 현재 버전에 맞게 수정하는 과정에 시간이 지체되면서 수업의 흐름이 끊기는 어려움이 있었다. 결국 코드 수정 및 파이썬 통계 및 시각화 라이브러리 활용 코드 추가 과정까지 마치고 코드를 실행하여 지난 1년 동안의 서울시 기온을 화면에 출력하는데까지 생각보다 많은 시간이 소요되었다.

- 학생들의 빅데이터에 대한 인식 변화

빅데이터에 대한 막연한 개념이 아닌 우리 주변에 지속적이고 정량화 가능한 정보들이 곧 빅데이터의 일부가 될 수 있다는 인식을 하게 되었다는 점이다. 복잡하고 다양화된 사회에서 우리 주변의 모든 활동과 상황들이 데이터화 되어 축적되고 있음을 이해하면 서 빅데이터의 가능성과 활용성을 이해하고 학습하는 기회가 되었다. 또한, 빅데이터와 실제 사회 현상의 변화를 연결해 보는 경험을 통해 사회현상이나 정책 변화의 원인을

프로그램명

학교급 고등학교 대상 학년(군) 전학년

중심과목 과학융합 과학탐구실험

중심과목 성취기준

영역

[과학융합] 빅데이터를 이해하고 활용하여 연구활동에 활용할 수 있다.

[10과탐02-07] 생활 속에서 발견한 문제 상황 해결을 위한 과학 탐구 활동 계획을 수립 하고 탐구 활동을 수 행할 수 있다.

연계과목

화학실험 확률과통계

정보

연계과목 성취기준

영역

[12화실01-18] 수집된 데이터를 엑셀을 활용하여 그래프로 그리고, 축의 값, 범례, 상관계수, 추세선 등 을 바르게 나타낼 수 있다

[12확통03-05] 모집단과 표본의 뜻을 알고 표본추출의 원리를 이해한다

[[12정보04-10]다양한 학문 분야의 문제 해결을 위해 설계한 알고리즘을 프로그램으로 구현하고 효율성을 비교・분석한다.

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 2 과학융합(1.5) + 정보(0.5) 2 1 화학실험(0.5) + 정보(0.5) 3 1 정보(0.5) + 확률과통계(0.5) 4 2 과학융합(1) + 과학탐구실험(1)

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파악하고 분석해 보는 관점을 가지게 되었으며, 이를 통해 막연하지만 미래 예측이가능 할 수 있다는 점을 이해하게 되었다.

마지막으로 빅데이터를 다루는 활동 또는 분야인 빅데이터 전문가에 대한 관심이 증 가한 학생들도 일부 있었다.

- 데이터를 시각화하고 분석하는 역량 강화의 필요성

학생들이 어려워했던 점은 데이터를 수집하는 것 뿐만 아니라 이를 쉽게 확인할 수 있도록 표현하는 과정 역시 어려워했다. 그러나 막상 데이터를 시각화하면 이를 통해 데이터의 특이점 들을 찾아내고 원인을 분석하는데는 많은 관심을 보였다.

국가통계포털의 통계시각화 콘텐츠 역시 이러한 추세에 맞춰 다양한 자료를 시각화하 여 보여주고 있다. 교육과정에 빅데이터를 다루는 내용이 포함된다면 이를 시각화하고 분석하는 수업 구성 필요하다고 생각된다.

라. STEAM 수업 평가 방법

- 본 연구의 중심 교과는 과학융합으로 교양 과목이다. 따라서 평가가 따로 없기는 하 지만 수업의 결과물이 연구보고서 형태이므로 수행평가로 활용가능하다. 또한 개인별 보고서 발표 및 토론 수업을 추가하여 학생 상호평가를 활용할 수도 있을 것이다. 이번 연구에서는 학교생활기록부의 교과별세부능력특기사항 과학융합 기재란에 개인별로 제 출, 발표하는 연구부고서 내용을 토대로 학생활동을 구체적으로 기록한다.

- 학교생활기록부 기록 예시

• 공공데이터포탈의 자료를 활용하여 지난 1년간의 코로나19 일일확진자 수와 일일사 망자수를 정리하여 시각화하고 분석함. 7월초 일일확진자 급증의 원인이 델타 변인 때 문임을 설명하고 확진자 급증이 일일사망자 증가로 바로 이어지지 않음을 보여줌. 일일 사망자 증가는 오히려 8월 폭염이 일일사망자 증가와 관계가 있음을 알아냄.

• 공공데이터포탈의 자료를 활용하여 지난 5년간 서울시의 미세먼지 분포를 시각화하 고 분석함. 우리나라의 청정한 하늘은 1년동 중 약 3개월 정도가 유지되며 대략 7월부 터 11월 사이임을 확인함. 2020년 1월 이후 미세먼지의 증가가 예년보다 적었음을 확인 하여 코로나19가 연관이 있음을 설명함. 미세먼지 추세와 오존, 일산화탄소, 이산화질소 는 연동되지만 산업시설에서 배출되는 이산화황(아황산가스)은 연간 고르게 분포됨을 확인함.

• 국가통계포탈의 자료를 활용하여 우리나라의 우주산업 인력 현황을 분석함. 현재 위 성체와 발사체 연구인원이 가장 많으며 2016년 이후로 위성체 연구인원이 증가함을 알 아냄. 원격탐사 인원은 2010년 이후로 꾸준히 감소하고 있어 우주산업에 대한 분균형적 인 발전이 이뤄지고 있음을 설명함.

마. STEAM 수업 적용 성과 조사

- 학생들이 본 프로그램에 참여하기 전 연계 교과에 대한 태도 및 인식에 대한 조사가 이루어질 수 있도록 설문지를 작성한다.

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- 학생들이 본 프로그램에 참여하며 겪은 활동과정과 결과를 정리하고, 소감문을 작성 한다.

- 학생들이 본 프로그램에 참여한 후 연계 교과에 대한 태도 및 인식 변화를 알 수 있 도록 설문지를 작성한다.

바. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

- 본 프로그램의 개요 및 특징, 학생들이 프로그램에 참여하는 과정에서 작성한 연구보 고서, 소감문 등을 정리한 자료집을 제작한다.

- 본교의 자체 교사 연구회 활동들이 마무리 되면 12월 중에 교내 강당에서 전교사를 대상으로 교사 연구회 자료를 발표할 예정이며 이에 본 연구 내용과 과정, 결과를 공유 하고 발표할 예정이다.

- 차후에는 빅데이터 뿐만 아니라 인공지능을 수업에 도입하는 방안을 고려한다. 이는 제언을 통해 다시 이야기 하겠다.

사. STEAM 프로그램 개발 중점 사항

- 빅데이터에 대한 경험과 연구 역량 강화

본 연구는 빅데이터를 경험하고 시각화하여 분석하는 연구 기초 역량을 키우는데 프로 그램의 중점을 두었다. 학생 반응 결과를 보면 빅데이터에 대한 경험적인 측면에서는 학생들의 긍정적인 반응을 확인할 수 있었지만 과연 이러한 수업의 흐름을 통해 연구 기초 역량을 증진시켰는가에 대해서는 좀 더 생각해 봐야 할 것으로 보인다.

- 코딩의 이해 및 연구 활동 도구로서의 코딩 훈련

코딩 언어로 파이썬을 선택한 것은 본교 학생들이 1학년 정보 시간을 활용하여 간단한 파이썬 고딩 수업을 마쳤기 때문이다. 그러나 막상 파이썬 수업에 들어갔을 때, 생각보 다 학생들의 프로그래밍 이해도가 많이 떨어져 어려움이 있었다. 코딩이 수업에 핵심은 아니지만 학생들의 코딩에 대한 이해도를 먼저 확인하지 못한 점이 아쉽다. 이는 제언 에서 다시 언급하도록 하겠다.

- 데이터의 시각화와 분석 능력 강화

엑셀은 데이터를 처리하는 훌륭한 도구이지만 대다수의 학생들이 엑셀을 많이 다뤄보 지 않았고 함수는 물론 차트를 활용하는 방법도 모르기 때문에 간단한 예제를 통해 엑 셀에서 차트를 그리는 방법과 추세선 및 간단한 통계함수 등을 활용하는 방법을 학습 하였다. 차후 대학교 실험 수업이나 연구 활동에서 활용하는 도구로서 엑셀을 경험하는 기회가 되기를 바랬지만 시간적, 공간적 한계로 아쉬운 점이 있었다.

- 활동 내용의 발표와 토론 능력 강화

데이터를 자신의 시각으로 분석하고 원인을 찾아 논증하는 과정과 함께 다른 친구들과 토론하고 논의하며 자신의 의견을 강화하거나 문제점을 찾는 과정을 경험할 수 있도록 발표 수업 및 노의 수업 시간을 갖고 활동 한다.

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4. 연구 수행 결과

가. 연구 수행의 결과

나. 연구 수행의 결과 분석

- 2학년 3개반(과학중점반) 학생들을 대상으로 본 프로그램을 진행하였으며 교양교과인 과학융합 시간을 중심으로 활용하여 2학기에 집중적으로 진행하였다.

- 다수의 학생들이 탐구대회 및 논문탐색 대회, 개인 연구활동 등 다양한 학교 활동으 로 연구활동 경험이 있고 대다수가 이공계로의 진학을 고려하는 등, 수학 및 과학에 전 반적으로 관심이 많은 학생군으로 구성되었으며 이에 따라 최초 프로그램 진행시 많은 학생들이 빅데이터 활용 수업에 대해 긍정적이고 적극적인 태도를 보여주었다.

- 연구 수혜 학생들은 1학년 때 정보 수업을 통해 컴퓨터 활용에 익숙하고 파이썬 언 어를 다루는 수업을 진행하여 코딩에 대해서도 사전 지식을 가지고 는 학생들이다. 그 러나 프로그램이 진행되면서 대부분의 학생들이 빅데이터, 코딩 등에 관심이 많을 뿐, 실제적으로 빅데이터를 접해보거나 직접 데이터를 수집, 활용한 경험이 없었으며 프로 그래밍 역량 또한 대다수의 학생들이 코드를 따라서 작성해보고 결과화면을 보았다 정 도의 역량만 보여주고 있었다. 따라서 많은 학생들이 수업 전반에 어려움을 느낀다고 답했으며 코딩에 관심이 많은 학생 또는 탐구능력이 뛰어난 일부 학생만이 수업 전반 에 만족감이 높고 긍정적인 모습을 보여주었고, 연구보고서를 작성하고 분석하는 과정 에 흥미를 보여 빅데이터 전문가로서의 진로를 고민하는 학생도 일부 보이는 정도일뿐 대다수가 어려워했다.

5. 결론 및 제언 가. 결론

- STEAM 프로그램을 준비하면서 학생들이 직접 빅데이터를 수집하는 형태의 수업(미세 먼지 측정기를 학교끼리 연합하여 데이터를 수집하는 방안)도 고려해봤으나 이는 더 많 은 준비과정이 필요하고 연구원들간의 수업 효과성에 대한 의문이 있어 이보다는 우리

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 6차시

수업 적용 기간 2021. 9. 1. ~ 2021. 11. 18.

(STEAM 수업) 수혜학생 수 마포고등학교 89명(2학년 3개반) 학생 태도검사 1차(사전) 검사 7월 15일, 3개 학급(89명) 실시완료

2차(사후) 검사 10월 28일, 3개 학급(89명) 실시완료 학생 및 교사 만족도조사 11월 8일 실시 완료

논문 게재 해당없음

학술대회 참가 해당없음

특허출원(국외, 국내) 해당없음

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수준에서 가능한 공공데이터 활용을 중심으로 하는 ‘빅데이터 경험’을 프로그램의 목적으로 결정하고 수업을 진행하였다. 프로그램의 핵심은 피상적으로 ‘빅데이터를 한 번 접해봤다’가 아니라 실제 연구자들처럼 빅데이터를 어떻게 얻는지, 어떻게 구조화 하는지, 어떻게 분석하는지에 대해 과정을 차근차근 거쳐 학생들이 대학에 진학하여서 도, 또 사회에 진출해서도 언제든지 활용할 수 있는 지식의 기반을 마련하는데 있었다.

생각보다 많은 공공 빅데이터가 제공되어 있어 빅데이터를 얻는 과정은 어렵지 않았으 나 문제는 이를 구조화하고 분석해내는 과정이 어려웠다.

STEAM 프로그램의 난이도를 낮게 잡았음에도 많은 학생들이 어려워하는 모습을 보면 서 아직은 빅데이터나 인공지능이 중등교육과정에 바로 접목되기에는 조금 이르다는 생각을 하게 되었다.

빅데이터나 인공지능을 활용하는 수업은 과거에 과학실험에 직접 사용하기 어려웠던 각종 전자 센서를 표준화한 MBL이나 다양하고 복잡한 프로그래밍 언어를 대신하여 수 업용 코딩 언어로 개발된 엔트리, 스크래치처럼 학교 교육에 특화된 수업 도구들이 등 장하여 표준화된 수업 모형이 구성되기 전까지는 일선 교사 입장에서는 도입하기 어려 운 문제로 보인다. 인공지능의 경우 국가적 관심에 따라 인공지능의 기초라는 교과가 준비되어 있어 본교의 경우 2022학년도에 적용된다. 본교 역시 이 교과가 개설될 예정 이다.

4차 산업혁명이 중요하고 인공지능과 빅데이터가 앞으로 우리의 주요 산업 테마가 될 것으로 예상되며 앞으로의 교육에도 중요한 수단이 될 것이라면 앞서 언급한 것처럼 이를 쉽게 가르칠 수 있고 쉽게 익힐 수 있는 모듈화 되거나 표준화된 수업을 준비하 는 것이 먼저가 되야 한다.

- STEAM 프로그램을 준비하면서 교사가 학생에게 지식을 전달하는 과정도 중요하지만 지식을 어떻게 활용할 수 있는지를 가르쳐 주는 과정 또한 중요하다는 사실을 이해하 게 되었다. 사실 지금까지의 많은 교육 활동에 지식을 전달하고 암기하게 하는데 집중 하였지 이 지식이 일상에서 어떻게 활용되고 있는지 구체적인 과정을 설명하거나 보여 주지 못했다는 점을 느끼게 되었으며 직접 활용 가능한 지식 교육을 위해 교사 역시 꾸준히 학습하고 배워야하며 자신의 전공뿐만 아니라 다양한 학문과의 융합적 지식이 필요하다는 점을 깨닿게 되었다.

이를 위해 교사의 재교육이 필요하며 학교 사회 전반에 4차 산업 혁명에 따른 변화를 이해하고 도입하려는 노력이 필요하다는 생각을 하게 되었다.

- STEAM 수업 수혜학생 태도 변화(인터뷰)

• 빅데이터에 관심이 많았는데 빅데이터가 어떤 것인지 잘 알 수 있는 기회가 되어 좋 았다.

• 프로그래밍하는게 많이 어려웠지만 우리나라의 재미있는 통계 자료를 확인할 수 있 어서 의미가 있었다.

• 수업이 전반적으로 너무 코딩에 중심이 있었던 것 같았다. 코딩에 익숙치 않아서 많 이 어려웠다.

• 파이썬을 다루는 과정에서 좀 더 구체적으로 차근차근 배웠으면 좋았겠는데 급하게

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넘어간 것 같다. 좀 더 자세히 배웠으면 좋았을 것 같다.

• 빅데이터는 사용자가 직접 데이터를 모아야하는 것이라고 생각했는데 이렇게 많은 빅데이터가 이미 조사되고 모아져 있다는 사실에 놀라웠다. 앞으로 많은 활동에서 공공데이터를 활용할 수 있을 것 같다.

• 엑셀이나 파이썬 등의 프로그램등을 배운 점이 좋았다. 다양한 활동에 도움이 될 것 같다.

나. 제언 및 시사점

- 교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점 • 빅데이터나 인공지능을 활용하는 수업을 예전부터 생각하고 있었지만 어떻게 접근해

야 하는지 몰랐는데 이번 활동에 참여하면서 생각보다 많은 공공데이터를 쉽게 활용 할 수 있다는 사실을 알게 되었다. 코딩 부분은 어려웠지만 꼭 코딩을 통하지 않아 도 학생들이 데이터를 활용할 수 있도록 지도가 가능할 것 같다.

• 일반적인 공공데이터가 아닌 바이오인포매틱스와 같은 과학적으로 의미가 있는 빅데 이터를 다루는 내용이 추가되었어도 좋았을 것 같다. 전반적으로 과학 수업보다는 기술 정보 수업 위주로 진행되어 학생들이 더욱 어려워했던 것 같다. 하지만 코딩이 나 그래프 분석과 같은 수업 내용은 대학 수업에도 큰 도움이 된다는 점에서 학생들 에게 의미있는 활동이 되지 않았나 생각한다. 또한 여러 선생님들과 협력하며 수업 을 전개한 과정에서 나 역시도 많은 점을 배울 수 있었다.

- 기타 및 시사점

사실 최초의 계획에는 인공지능도 일부 사용해보려고 하였으나 코딩 수업 내용이 생 각보다 길어지고 어려워지면서 인공지능을 다루는 수업은 다음 기회로 미루게 되었다.

이번 활동에서 교사간 공감한 내용은 빅데이터를 직접 수집하거나 코딩을 통해 자동으 로 데이터를 수집하는 등의 방식으로 빅데이터 관련 수업을 진행하기에는 아직 생각보 다 난이도가 높고 체계화된 교육 방식이 준비되어 있지 않다는 점이었다.

모든 학생들이 전문적인 프로그래밍 기술이 필요하지 않지만 기본적인 코딩 학습을 위 해 초등학생들도 쉽게 활용할 수 있는 교육용 코딩 언어들이 개발되어 적용된 것처럼 모든 학생들이 빅데이터 전문가가 될 필요는 없지만 누구나 기본적으로 빅데이터를 이 해하고 활용할 수 있도록 지도해야 한다면 교육용으로 빅데이터를 다루는 도구들이 개 발되어야 할 것이라 생각한다. 인공지능을 수업에 도입하기 위해 스크래치 같은 교육용 코딩 언어에서 인공지능을 접목하여 수업에 활용하는 것처럼 우리가 활용한 공공데이 터 포탈이나 국가통계포탈의 자료를 스크래치 등에서 쉽게 가져와 활용할 수 있는 모 듈등이 개발되면 수월한 수업 구성이 가능하다고 보인다.

코로나19의 여파로 수업 중간에 대면수업과 비대면 수업이 반복되는 바람에 수업의 연속성이나 집중도가 떨어진 점이 있었지만 반대로 온라인 중심으로 활동을 전개할 수 있다는 점에서는 긍정적인 면도 있었다. 코로나 여파가 지나간 이후에도 온라인 활동을 같이 진행하는 방식의 수업 구성은 교실이라는 공간적 한계를 벗어나는데 도움이 될 것으로 보인다.

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램 명: 빅데이터를 활용하는 STEAM 탐구 활동 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1 [12융탐01-06] 국내외 논문 검색 등을 이용하여 연구에 필요한 자료를 찾을 수 있다.

[12정보02-03]

프로그램 구현

2 2 [10과탐02-06] 과학 관련 현상 및 사회적 이슈에서 과학 탐구 문제를 발견할 수 있다.

3 3 [12정보04-10]다양한 학문 분야의 문제 해결을 위해 설계한 알고리즘을 프로그램으로 구현하고 효율성을 비교・분석한다.

4 4 [12정보02-01] 동일한 정보가 다양한 방법으로 디지털로 변환되어 표현될 수 있음을 이해하고 정보 활용 목적에 따라 보다 효율적인 방법을 선택한다.

[12확통03-05]

통계

5 5 [12화실01-18] 수집된 데이터를 엑셀을 활용하여 그래프로 그리고, 축의 값, 범례, 상관계수, 추세선 등 을 바르게 나타낼 수 있다

[10과탐02-08]

정량적 데이터 분석

6 6 [과학융합] 빅데이터를 수집하고 시각화하여 분석하고 연구 보고서를 작성할 수 있다.

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 6차시)

차시 주요내용

1/6

주제(단원)명 웹크롤링으로 알아보는 오늘의 서울시 확진자 수는?

※ 주요내용 - 학습목표

‧ 인터넷 기반 파이썬 주피터를 활용하여 서울 코로나 동향 사이트의 자료를 받을 수 있다.

‧ 다양한 사이트의 자료를 크롤링하여 저장할 수 있다.

- 성취기준

[12 융탐 01-06] 국내외 논문 검색 등을 이용하여 연구에 필요한 자료를 찾을 수 있다.

[12 정보 02-03] 인터넷, 응용 소프트웨어 등 컴퓨팅 도구를 활용하여 문제 해결을 위한 자료를 수집하고 분석한다.

- 웹크롤링에 대해서 알아본다.

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- 주피터의 활용방법을 익히고 간단한 파이썬 문법을 익혀본다.

- 다양한 사이트에서 크롤링을 통해 데이터를 가져와보도록 지도한다.

※ STEAM 학습 준거 표시

- ^Co 상황 제시 : 코로나 19 확진자 데이터를 얻을 수 있는 방법을 생각해보게 하고 서울시 코로나 19 발생동향 사이트를 소개한다.

- ^CD 창의적 설계 : 사이트에서 필요한 데이터를 얻기 위해 어떤 방법을 활용할 수 있는지 알아본다. 웹크롤링의 개념을 설명하고 코딩을 통한 데이터 수집 방법을 소개한다.

- ^ET 감성적 체험 : 주피터 코딩을 따라하게 하여 발생동향 사이트에서 오늘의 서울시 지역별 확진자를 표로 나태내 보도록 한다.

2/6

주제(단원)명 빅데이터 맛보기 – 공공데이터 포탈과 국가통계포탈에서 자료 찾기 (해석남녀 통계로 풀어보는 남과여)

‧ 공공데이터 포탈과 국가통계포탈에서 가입하고 필요한 데이터 활용 신청한다.

‧ 차트로 표시된 시각화 자료들을 찾을 수 있고 조원들과 데이터를 분석, 논의할 수 있다.

- 성취기준

[10 과탐 02-04] 흥미와 호기심을 갖고 과학탐구에 참여하고 분야간 협동 연구 등을 통해 협력적 탐구활동을 수행하며, 도출한 결과를 증거에 근거하여 해석하고 평가할 수 있다.

[10 과탐 02-06] 과학 관련 현상 및 사회적 이슈에서 과학 탐구 문제를 발견할 수 있다.

- 공공데이터 포탈과 국가통계포털에서 다양한 자료를 찾아본다.

- 국가통계포탈의 여러 통계시각화 콘텐츠를 조별로 선택하게 하고 분석 후 조별 발표를 한다.

- 통계 데이터를 통해 알게 된 점이나 특징들을 분류하거나 원인을 생각해보게 하는 등 간단한 데이터를 분석을 실시한다.

- ^Co 상황 제시 : 우리나라의 인구 추계는 감소함을 설명하고 앞으로 10 년, 20 년 30 년 이후 인구가 어떻게 될지 어떻게 알수 있는지 질문한다.

- ^CD 창의적 설계 : 국가통계포탈을 소개하고 사이트의 통계시각화 콘텐츠에

접속하여 관심있는 데이터를 선택하여 조별 데이터 분석을 시도하도록 지도한다.

- ^ET 감성적 체험 : 각 조별 선택한 시각화 데이터를 발표하고 데이터 분석의 재미있는 점들을 고유하도록 지도한다.

3/6 주제(단원)명 공공데이터 포탈 활용과 샘플 코드 활용하기

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차시 주요내용 ‧ 공공데이터 포탈의 오픈 API 를 활용할 수 있다.

‧ 샘플코드를 활용하여 필요한 빅데이터를 수집할 수 있다.

- 성취기준

[12 정보 04-10]다양한 학문 분야의 문제 해결을 위해 설계한 알고리즘을 프로그램으로 구현하고 효율성을 비교・분석한다.

- 오픈 API 의 개념을 배우고 익힌다.

- 샘플코드를 복사하여 파이썬 IDE 에 옮기고 개인별 인증키 및 요청 변수를 바꿔 원하는 데이터를 얻는 방법을 익힌다.

- ^Co 상황 제시 : 우리가 일상에서 사용하는 앱에서 활용되는 빅데이터는 어디서 가져오는지 알아보도록 한다.

- ^ET 감성적 체험 : 공공데이터 포탈에 가입과 활용신청을 하도록하고 파이썬을 활용하여 간단한 샘플코드를 활용하여 지난 1 년간 서울시 기온 데이터를 수집 한다.

4/6

주제(단원)명 데이터 수집과 판다스를 활용한 데이터 시각화

‧ 파이썬의 라이브러리 판다스를 활용하여 데이터를 시각화할 수 있다.

‧ 파이썬으로 불러온 데이터를 엑셀에서 활용할 수 있는 데이터 형태인 CSV 파일로 저장할 수 있다.

- 성취기준

[12 정보 02-01] 동일한 정보가 다양한 방법으로 디지털로 변환되어 표현될 수 있음을 이해하고 정보 활용 목적에 따라 보다 효율적인 방법을 선택한다.

- 파이썬 라이브러리 판다스를 활용하여 데이터를 시각화하는 연습을 한다.

- 파이썬 라이브러리 판다스를 활용하여 엑셀 처리용 CSV 확장자 파일로 저장한다.

- ^Co 상황 제시 : 파이썬에서 활용하는 라이브러리인 판다스를 설명하고 이를 활용하여 데이터를 시각화 하는 방법을 안내한다.

- ^CD 창의적 설계 : 판다스를 활용하여 CSV 파일로 저장하는 방법을 설명하고 CSV 파일에 데이터가 어떤 구조로 저장되는지 알아보도록 지도한다.

- ^ET 감성적 체험 : CSV 파일의 데이터를 다양한 프로그램으로 읽어보도록 하고 왜 CSV 파일로 데이터를 저장하는지 알아보도록 지도한다.

5/6

주제(단원)명 엑셀을 활용한 차트 제작

(18)

‧ 엑셀에서 시트의 데이터를 차트로 변경할 수 있다.

‧ 차트에 데이터를 추가하고 차트 형태를 변경하여 보기좋게 꾸밀 수 있다.

- 성취기준

[12 화실 01-18] 수집된 데이터를 엑셀을 활용하여 그래프로 그리고, 축의 값, 범례, 상관계수, 추세선 등 을 바르게 나타낼 수 있다

[10 과탐 02-08] 탐구 수행으로 얻은 정성적 혹은 정량적 데이터를 분석하고 그 결과를 다양하게 표상하고 소통할 수 있다.

- 엑셀에서 차트를 생성하고 데이터를 추가하는 방법을 익힌다.

-차트의 색과 축 간격 등을 조정하여 보기 좋게 꾸며 본다.

- ^Co 상황 제시 : 엑셀표로 저장된 데이터를 어떻게 시각화 하기 위해 엑셀의 차트 기능을 활용한 경험이 있는지 물어보고 다양한 차트를 보여준다.

- ^CD 창의적 설계 : 다양한 데이터 예시를 주고 차트로 나타내 보도록 지도한다.

또 차트를 변경하여 데이터의 특징을 가장 잘 나타낼 수 있는 차트를 알아보게 한다.

- ^ET 감성적 체험 : 차트의 색이나 형태, 축이나 범례 등을 바꿔가며 보기좋게 표현된 차트를 구성해 볼 수 있도록 지도한다.

6/6

주제(단원)명 나만의 분석 보고서 제작하기

‧ 학생 개인별로 관심있는 데이터를 찾아 수집하고 분석 보고서를 작성할 수 있다.

‧ 시각화자료를 분석하고 특징적인 부분즐을 찾아 이유와 원인을 찾아 토론 할 수 있다.

- 성취기준

[과학융합] 빅데이터를 수집하고 시각화하여 분석하고 연구 보고서를 작성할 수 있다.

[10 과탐 03-02] 첨단 과학기술 및 원리가 적용된 과학탐구활동의 산출물을 공유하고 확산하기 위해 발요 및 홍보할 수 있다.

- 공공데이터 포탈과 국가통계포탈에서 자신의 진로나 관심 분야의 데이터를 찾아 수집한다.

- 요약 분석 보고서 틀에 맞춰 주제 선정 이유를 작성하고 시각화 자료를 제시한 후 분석 내용을 작성한다.

- 조원들끼리 분석 보고서를 설명하고 같이 논의한다.

- ^Co 상황 제시 : 개인별로 관심있는 데이터를 국가통계포털이나 공공데이터

(19)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

포털에서 찾아보도록 지도한다.

- ^CD 창의적 설계 : 기본 양식에 자신만의 요약 통계보고서를 작성하도록 지도한다.

- ^ET 감성적 체험 : 자신만의 통계보고서를 발표하고 설명할 수 있도록 지도한다.

중심과목 과학융합 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

중심과목 성취기준

영역

[과학융합] ^중심과목

성취기준

[과학융합]

[12 융탐 01-06]

주제(단원)명 차시 1~6/6

학습목표

‧ 인터넷 기반 파이썬 주피터를 활용하여 서울 코로나 동향 사이트의 자료를 받을 수 있다.

‧ 공공데이터 포탈의 오픈 API 를 활용할 수 있다.

‧ 파이썬의 라이브러리 판다스를 활용하여 데이터를 시각화하고 CSV 파일 추출할 수 있다.

‧ 학생 개인별로 관심있는 데이터를 찾아 수집하고 분석 보고서를 작성할 수 있다.

‧ 시각화자료를 분석하고 특징적인 부분즐을 찾아 이유와 원인을 찾아 토론 할 수 있다.

연계과목 과학탐구실험, 정보, 화학실험, 확률과 통계

연계과목 성취기준 영역

과학탐구실험

[10 과탐 02-06],[10 과탐 02-08]

정보

[12 정보 02-03]

화학실험 [12 화실 01-18 확률과통계 [12 확통 03-05]

STEAM 요소

S

연구자들이 일상적인 실험이나 측정을 통해 얻은 데이터를 시각화하고 과학적 탐구 과정을 통해 현상의 원인과 예측을 하는 과정을 공유된 빅데이터를 수집하여 같은 과정을 통해 분석하고 연구하는 과정을 경험해본다.

T 빅데이터의 개념을 익히고 데이터포탈의 오픈 API 를 활용하여 빅데이터를 수집하는 방법과 정리하여 자신만의 데이터로 구축하는 과정을 경험해 본다.

(20)

1차시 교수학습과정안

E 파이썬을 활용한 간단한 코딩과 엑셀에서 데이터를 시각화하는 방법을 배우고 익힌다.

A

숫자로만 나열된 데이터를 시각화하여 이해하기 쉽도록 변형하고 나만의 연구보고서를 작성하고 발표하면서 자신의 생각과 논리를 드러내고 다른 친구들과 토론하면서 논리적인 접근방법을 배운다.

M 데이터를 차트로 나타내고 변량간의 관계를 이해하여 주변량과 종속변량을 구별하고 변량간의 상호관계를 설명하는 연습을 한다.

개발 의도

- 지능정보기술의 학교 수업 도입 및 적절한 활용을 통한 학생 중심 연구 활동 강화 - 빅데이터, 인공지능, 코딩 등 4차 산업 시대에 적합하고 융합적인 사고력을 신

장시키기 위한 교육 프로그램 개발

- 데이터를 정렬하고 시각화하여 분석하고 의미를 찾을 수 있는 학생 연구 역량 강화를 위한 수업의 구성과 구조화

파이썬은 코딩이 학교 수업에 접목되면서 많은 교육자들에게 관심을 받는 컴퓨터 언어 이다. 물론 요즘 초등학교 학생들의 코딩 수업에 많이 활용되는 스크래치 같은 직관적인 코딩도구도 있지만 이들은 교육용 언어로서 실제 산업 현장과 연구 활동에 활용되는 프 로그래밍 언어로서는 부적합하다. 파이썬은 간결한 문법으로 입문자가 이해하기 쉽고, 다양한 분야에 활용이 가능한 언어로서 실제 연구현장 및 산업현장에서 많이 사용되는 프로그래밍 언어이다. 2학년 학생들은 이미 1학년 정보 수업 시간을 통해 간단한 파이썬 문법을 배웠다. 이에 4차시에 걸친 수업을 통해 파이썬을 활용한 웹 페이지 크롤링, 공 공데이터 포탈 오픈 API 샘플 코드분석 및 활용 등의 과정을 거쳐 데이터를 CSV 파일로 저장하는 과정까지 1차적으로 수업을 구성하였다.

파이썬의 장점이 다양한 라이브러리를 활용과 확정성에 있기 때문에 데이터 분석을 위 해판다스나 넘파이 등의 라이브러리를 활용한다면 시각화나 데이터 분석이 바로 처리 가능하다. 하지만 코딩에 익숙치 않은 학생들이 다수인 까닭에 그나마 학생들이 잘 알고 실험 수업을 통해 어느 정도 활용 가능한 엑셀 프로그램으로 데이터 시각화 및 분석 작 업을 실시하도록 구성하였다. 첫시간에 간단한 데이터 파일들을 활용하여 차트를 제작하 는 방법과 추세선을 찾는 방법, 최빈값 및 평균 등의 통계 함수를 활용하는 방법을 배우 고 두 번째 차시에 본인들이 찾은 데이터를 직접 차트로 구성하고 분석하는 과정을 거 쳐 자신만의 빅데이터 통계 보고서를 작성하도록 수업을 구성하였다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

빅데이터를 직접 다뤄보고 활용하여 연구하는 과정을 통해 4 차산업혁명 사회에 대비한다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

빅데이터를 직접 경험해보고 활용할 수 있다는 자신감을 갖게되며 4 차산업혁 명에 따른 변화를 직접 느껴본다.

감 성 적 체 험 오픈 API 를 활용하기 위해

코딩을 학습하고 수많은 공공 빅데이터 중에서 자신이 관심있는 분야의 빅데이터를 수집하고 분석하는 기회를 가져본다.

감성적 체험

(21)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 10 분)

▶동기유발

- 빅데이터의 개념을 소개하고 현재 많은 기업들이 빅데이터 전문가를 채용하기 위해 노력함을 설명함. (동영상 시청(8 분))

▶상황제시, 문제 인식

- 우리가 쉽게 접할 수 있는 오픈 빅데이터 소개 : 기상청, 통계청 등

- 서울시 코로나 발생동향 사이트를 화면에 띄우고 사이트에 포함된 다양한 빅데 이터를 확인한다. (https://www.seoul.go.kr/coronaV/coronaStatus.do)

▶웹크롤링과 주피터 노트북

- 인터넷 사이트에서 많은 데이터를 쉽게 수집하는 방법인 웹크롤링과 웹크롤링 연습을 위한 인터넷 기반 파이썬 코딩 툴 주피터 노트북을 소개한다.

▶주제 소개

- 서울시 코로나 19 발생동향 사이트에서 데이터를 수집하기

▶학습목표 제시

‧ 인터넷 기반 파이썬 주피터를 활용하여 서울 코로나 동향 사이트의 자 료를 받을 수 있다.

동영상

인터넷

전개 ( 30 분)

▶주피터 노트북 체험해보기

- 2 인 1 조로 준비된 노트북에서 미리 설치해둔 주피터 노트북 실행하고 코드 입력란에 간단한 덧셈 명령과 프린트 출력 명령을 입력하면서 프로그램에 익숙 해지도록 지도한다.

▶웹크롤링을 위한 기본 코딩

- 판다스를 import 하는 명령어와 서울시 코로나 동향 사이트에서 데이터를 불러 오는 명령어를 설명하고 학생들이 따라 할 수 있도록 지도한다.

▶데이터의 저장과 특정 데이터 불러오기 및 화면 출력

- 코로나 19 발생 동향의 여러 데이터를 테이블로 분류하고 원하는 데이터만 선 택적으로 출력하는 방법과 CSV 파일로 데이터를 내보내는 방법 등을 설명하며 이 과정이 익숙해지도록 반복 지도한다.

▶웹크롤링 연습

- 동일한 과정으로 데이터를 불러올 수 있는 사이트(기상청)를 알려주고 크롤링 연습을 한다.

개인별 노트북 준비

인터넷 활용

정리 ( 5 분)

▶웹크롤링의 개념

▶웹크롤링의 한계점에 대해 설명한다.

(22)

2차시 교수학습과정안 학습

및 유의점

▶차시예고

- 2 차시에 공공데이터 포탈과 국가통계 포탈의 오픈 데이터를 활용할 것임을 설 명한다.

학습

및 유의점

도입 ( 10 분)

▶동기유발

- 핸드폰의 날씨앱은 온도나 습도, 미세먼지와 같은 데이터를 어디서 얻어올까?

- 기상청 홈페이지에서 매번 데이터를 크롤링할까?

- 많은 핸드폰 앱이나 프로그램들이 공공데이터포탈과 국가통계포탈에서 데이터 를 수집하여 활용함을 설명

- 국가통계포탈 사이트를 화면에 띄우고 제공되는 데이터들을 소개.

▶주제 소개

- 해석남녀, 통계로 풀어보는 남과여, 재미있는 국가통계자료 뜯어보기 ▶학습목표 제시

‧ 공공데이터 포탈과 국가통계포탈에서 가입하고 필요한 데이터 활용신청 할 수 있다.

우리나라 인 구통계를 예 시로 보여준 다

전개 ( 30 분)

▶국가통계포탈과 공공데이터포탈 소개

▶국가통계포탈의 시각화 컨텐츠 활용 수업

- 조별로 국가통계포탈의 시각화 컨텐츠 자료 중 관심 있는 자료를 캡쳐하여 자 료에 대한 설명과 특징 등을 소개하는 활동을 지도

<시각화 컨텐츠 활용예시>

▶조별 발표와 토론

- 자료의 선정 이유/자료의 특징/자료에 대한 본인들의 해석 등을 발표하게 한다.

- 자료에 대한 질의 응답시간을 갖고 필요하면 토론하는 시간을 준다.

사전 조별 구성

조별 노트북 준비

PPT

(23)

및 유의점

정리 ( 5 분)

▶시각화 통계자료의 장점을 설명한다.

▶공공데이터의 일상에서의 활용 및 연구활동에서의 활용 방법에 대하여 생각해보 도록 한다.

▶차시예고

- 3 차시에 오픈 API 의 소개와 활용방법을 배울 것임을 안내한다.

학습

및 유의점

도입 ( 10 분)

▶동기유발

- 공공데이터포탈에서 수집한 데이터를 활용하는 상용날씨 어플을 보여준다.

- 공공데이터포탈에서 데이터를 자동으로 수집하기 위해서는 코딩이 필요한데 이 때 활용되는 것이 API 임을 설명한다.

- 오픈 API 를 활용하기 위해서 파이썬을 활용할 것임을 설명한다.

▶주제 소개

- 실시간 공공데이터 수집으로 빅데이터 전문가 맛보기

‧ 공공데이터 포탈의 오픈 API 를 활용할 수 있다.

사이트

전개 ( 30 분)

▶자료활용신청 및 샘플 코드 확인

- 기상청 일자료 조회 서비스를 신청한다. 신청완료 후 샘플코드를 확인하고 요 청 변수와 출력 결과 항목을 확인한다.

<샘플코드 활용>

▶빅데이터 수집 연습 (1)

- 지난 1 년간 서울시 최저, 최고 기온 데이터를 불러 오는 코드 작성

- 파이썬 문법에 대해 학생들이 어려워 할 수 있으므로 어느정도 완성된 코드를

파이썬 코 딩을 위해 노 트 북 에 파이참 설 침

추가 샘플 코드를 구글 클래스룸에 배포

(24)

및 유의점 제공 한다.

- 결과 항목명을 변경하여 상대습도, 해면기압. 평균풍속, 일강수량 등의 기상 관 련 다양한 데이터를 수집한다.

▶빅데이터 수집 연습 (2)

- 한국환경공단 대기오염 정보 서비스를 신청하고 우리 지역의 3 개월간 미세먼 지 농도, 아황산가스, 일산화탄소, 이산화질소, 오존 농도 데이터를 수집한다.

※ 학생들이 관심을 보이는 데이터가 있으면 같이 활용신청을 하고 샘플코드를 활용할 수 있도록 지도한다.

※ 실제 수업 진행시 다음 차시 수업을 위해 파이썬 라이브러리 판다스를 활용하 여 CSV 로 데이터를 추출하는 과정까지 지도하였다.

.

정리 ( 5 분)

▶오픈 API 를 활용하여 우리나라의 여러 공공 데이터를 수집할 수 있음을 알수 있다.

▶바이오인포메틱스와 같이 전문 과학분야에도 공유되는 빅데이터 존재하며 이러 한 빅데이터에 직접 접근하여 각종 연구가 진행됨을 설명한다.

▶차시예고

- 4 차시에 판다스를 활용한 데이터 시각화와 엑셀에서의 데이터 처리를 위한 CSV 파일 저장 방법에 대해 배울 것임을 알려준다.

학습

및 유의점

도입 ( 10 분)

▶동기유발

- 2 차시 수업의 국가통계포탈의 시각화 컨텐츠 자료를 제시하며 데이터 시각화 의 의미와 중요성을 이야기한다.

- 각종 뉴스에 나오는 시각화된 통계자료의 예시를 보여주며 데이터를 한눈에 볼 수 있게 시각화했을 때의 장점을 이야기한다.

▶주제 소개

- 그 많던 데이터는 어느 차트에 다 담겨있을까 ▶학습목표 제시

‧ 파이썬의 라이브러리 판다스를 활용하여 데이터를 시각화할 수 있다.

‧ 파이썬으로 불러온 데이터를 엑셀에서 활용할 수 있는 데이터 형태인 CSV 파일로 저장할 수 있다.

<뉴스에서 보여주 는 시각화통계

자료> PPT

전개 ( 30 분)

▶파이썬 판다스로 자료 시각화 하기

- 앞 차시에 저장해둔 기상청 일일 기온 수집을 위한 코드에 판다스 라이브러리

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및 유의점 와 그래프 작성 루틴을 추가 한다.

판다스로 표현된 연간 최고 기온 그래프 ▶엑셀 처리를 위한 CSV 파일 저장

- 단순히 판다스로 그래프를 작성하는 코드를 추가하는 과정은 어렵지 않지만 코 드 분석 및 적용 과정을 학생들에게 설명하는 것은 본 연구의 수업 범위를 넘 어서므로 실제 데이터 처리는 엑셀을 활용할 수 있도록 CSV 파일로 데이터를 저장하는 코드를 설명하고 추가한다.

▶CSV 파일의 이해

- 저장된 일일 최고,최저 기온 데이터 CSV 파일을 윈도우 메모장으로 불러와 CSV 파일의 데이터 저장방식을 설명한다.

▶데이터 파일을 엑셀에서 확인 및 엑셀 활용 기초

- CSV 파일을 엑셀에서 열고 엑셀에서 데이터의 처리가 어떻게 이루어 지는지 설명한다.

- 엑셀에서 데이터 정렬 및 데이터 행렬 변환, 간단한 함수 활용 등 기초 학습을 진행한다.

※ CSV (파일 형식)

CSV(comma-separated values)는 몇 가지 필드를 쉼표(,)로 구분한 텍스트 데 이터 및 텍스트 파일 형식으로 확장자는 .csv 이며 MIME 형식은 text/csv 이다.

오래전부터 스프레드시트나 데이터베이스 소프트웨어에서 많이 쓰였으나 세 부적인 구현은 소프트웨어에 따라 다르다. CSV 는 흔히 사용되고, 비교적 단순 한 파일 포맷이며, 소비자들과 업무, 그리고 과학 애플리케이션에서 널리 사용 되고 있다. 이것을 가장 흔히 사용하는 방법 중 하나는 호환되지 않는 포맷을 사용하는 프로그램 끼리 자료를 전달할 때 사용한다. 이렇게 사용하는 이유는 많은 프로그램들이 포맷을 내보내거나 가져올 때 조금 변형된 형태의 CSV 을 지원하기 때문이다.

PPT, 엑셀

정리 ( 5 분)

▶데이터 시각화의 의미를 설명한다. .

▶수집된 데이터를 저장한 CSV 파일을 각자 메일로 보내 다음 차시에 활용할 수 있도록 지도한다.

▶차시예고

- 엑셀을 활용한 차트 제작과 데이터 시각화를 안내한다.

학습

및 유의점

(26)

및 유의점

도입 ( 5 분)

▶주제 소개

- 오늘부터 나도 차트의 마법사

앞차시와 연 계 활동

전개 ( 35 분)

▶엑셀에서 차트응 제작하는 방법

- 엑셀에서 차트를 제작하는 방법을 설명한다.

간단한 더미 데이터를 만들어 차트마법사로 분산형 차트를 제작한다.

- 차트 크기 조절과 차트 구성요소 추가 방법 및 설정을 바꾸는 방법을 지도한 다.

▶ 데이터 변경과 차트 종류 바꾸기, 차트 꾸미기

- 차트에 데이터를 선택하는 방법과 차트 종류를 변경하는 방법을 설명한다.

- 차트 디자인을 보기 좋게 꾸미는 방법을 알아본다.

▶ 공공데이터의 시각화

- 앞차시에서 저장해 놓았던 공공데이터(연간 최고 기온 데이터)를 불러와 차트 로 나타낸다.

▶ 공공데이터 포탈에서 수집한 여러 데이터를 엑셀을 활용하여 차트로 나타내는 과정을 지도한다.

엑셀

PPT

정리 ( 5 분)

▶대학 및 일반 사회에서 엑셀을 활용하는 다양한 이유를 설명하고 스프레드 시트 프로그램의 유용성을 설명한다.

▶차시예고

- 각자 자신의 관심 분야나 전공 관련 분야의 데이터를 수집하여 데이터를 시각 화하고 분석하는 보고서를 작성하고 발표할 것임을 설명한다. 따라서 다음 차 시까지 자신만의 공공데이터를 수집해 오도록 지도한다.

학습

및 유의점

도입 ▶주제 소개 PPT