송라중학교

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2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2018. 10. 31.

송라중학교

(2)

【 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 Drone Maker STEAM 프로그램

학교급 중학교 대상 학년 (군) 1~3학년

중심과목 과학 중심과목 성취기준 영역

[중학교] 나. 여러 가지 힘

[9과02-04] 기체나 액체 속에 있는 물체에 부력이 작용 함을 알고 용수철저울을 사용하여 부력의 크기를 측정할 수 있다.

[중학교] 차. 과학기술과 인류 문명

[9과24-01] 과학기술과 인류 문명의 관계를 이해하고 과 학의 유용성에 대해 설명할 수 있다.

[9과24-02] 과학을 활용하여 우리 생활을 보다 편리하게 만드는 방안을 고안하고 그 유용성에 대해 토론할 수 있 다.

연계과목

수학 기술 미술

연계과목 성취기준 영역

[중학교 1~3학년] 1) 문자의 사용과 식의 계산

[9수02-01] 다양한 상황을 문자를 사용한 식으로 나타낼 수 있다.

[9수02-02] 식의 값을 구할 수 있다.

[중학교 1~3학년] (4) 기술 시스템

[9기가04-01] 생산 기술이 인간 생활에 유용한 산출물을 만들어 내는 것을 이해하고 하위 요소인 재료, 설계, 공 정을 설명한다.

[9기가04-02]

제조 기술 시스템의 의미와 단계별 세부 요소를 이해하 고 제품의 생산 과정을 설명한다.

[중학교 1~3학년] 나. 표현

[9미02-01] 표현 의도에 적합한 주제를 다양한 방식으로 탐색할 수 있다.

[9미02-02] 주제에 적합한 표현 과정을 계획할 수 있다.

9미02-04] 주제의 특징과 표현 의도에 적합한 조형 요소 와 원리를 탐색하여 효과적으로 표현할 수 있다.

연구기간 2018.3.협약체결일 ~ 2018.11.23.(약 8개월)

연 구 비 일금사백만원 (￦4,000,000)

참여연구원 6명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 5명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 송라중학교 과학 교사 장운래

공동연구원 송라중학교 기술 교사 황선식

공동연구원 송라중학교 미술 교사 김민영

공동연구원 송라중학교 수학 교사 안숙희

공동연구원 천마중학교 과학 교사 이신영

공동연구원 인창고등학교 수학 교사 정서영

2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2018년 10월 31일

연구책임자 : 장운래 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

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“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

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목 차

1. 요약문

··· 1

2. 서론

··· 1

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 2

가. 연구 수행 내용 ··· 2

나. 연구 수행 결과 ··· 4

4. 결론 및 제언

··· 10

5. 참고문헌

··· 11

[부록]

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

부록3. 회의 장면

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1. 요약문

본 STEAM 연구는 Drone Maker교육을 통해 첨단 제품이 학교에서 학습한 교과 내용임을 인 지하고 교육과정 정상화를 위한 교과별 관련 내용을 바탕으로 교과연계 융합수업으로 기획되었 다. 과학, 수학, 기술가정, 미술 교과별 모듈 형태로 개발하여 2015교육과정을 기반으로 일반 학 교에서 쉽게 적용할 수 있도록 ‘드론과 비상하는 교실 속 배움’ 이란 주제로 첨단 과학인 드론에 관련된 교과 원리들을 이해하고 드론을 디자인, 기획하여 표현하고 발표해 보는 학생활동중심 수 업과 과정중심 평가가 이루어지도록 개발하였다.

2. 서론

가. 연구의 중요성 및 필요성

◦ Drone 은 “드론이란 무인항공기를 통칭하는 뜻으로 이 연구에서는 중학교 수준에서 제작 할 수 있는 4개의 DC 모터와 프로펠러로 구성된 쿼드콥터 형태의 비행체”를 의미함.

◦ 이러한 드론은 현재 인간이 접근하기 어려운 지역의 촬영을 촬영하거나 방송을 위한 촬영 용으로 널리 사용되고 있으며, 농업, 상업, 취미 등의 다양한 분야에 이용되고 있음.(윤광 준, 2015).

◦ 제4차 산업혁명이 전 세계 과학기술계의 화두로 떠올라 이에 우리 교육계에도 새로운 패러 다임이 요구되며, 과거엔 공상과학으로만 치부하던 3D 프린터, 레이저 커터 등의 제조 기 기들은 이미 우리에게 현실이 되어 상상을 펼치면, 마음껏 만들고 사용할 수 있는 시대가 온 것으로 우리 아이들은 혁신과 새로운 아이디어로 무언가를 만들어내는 사람, 즉 ‘메이 커’가 될 것임.(김형준, 2016).

◦ 드론을 활용한 메이커 교육은 앞으로의 미래 인재의 핵심 역량의 강화를 위해 반드시 필요 한 분야임. 가상현실을 활용한 첨단제품과 직접적으로 연결되어 있는 과학 기술 원리를 경 험하는 것은 학습자에게 있어서 실질적인 학습의 흥미를 갖게 하고 학문의 가치와 유용성 을 깨닫게 하는 기회가 될 수 있을 것으로 기대됨.

나. 연구의 목표

◦ Drone Maker를 통해서 교과 내용이 첨단제품에 어떻게 활용되는지를 Maker교육을 통해 체험하게 함.

◦ Drone Maker교육을 통해 첨단 제품이 학교에서 학습한 교과 내용임을 인지하게 하여 교 육과정 정상화에 기여

◦ 2015교육과정을 기반으로 차시 대체형을 개발하여 일반 학교에서 쉽게 적용할 수 있도록 개발

◦ 과학기술에 대한 흥미와 재미를 느끼고 융합적 소양을 배양할 수 있는 창의적 융합 인재

양성

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3. 연구 수행 내용 및 결과

가. 연구 수행 내용

1) STEAM 프로그램 연구 및 적용 가 ) 프로그램 개발 중점 사항

- 드론을 통해서 교과별 내용이 첨단 제품에 어떻게 적용될 수 있는지 확인하고 교과에 대 한 흥미와 관심을 높이고 드론을 창의적으로 제작을 통해 메이커교육을 실현하고자 함.

- 교과별로 모듈화된 프로그램을 통해 교과내 STEAM 교육이 가능하도록 교재를 개발하여 일반 학교에서도 쉽게 적용할 수 있도록 함.

- 연구 방향 및 분석 방법에 대한 전문가 협의회 - 과학 교과 및 STEAM 관련 교육과정 문헌연구 - STEAM 프로그램 개발: OECD 핵심역량 요소 반영

- 개발한 STEAM 프로그램을 2개 학교 각 1학년에 현장 적용

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 중학교 Drone Maker 수업용 STEAM 프로그램

학교급 중학교 대상 학년(군) 1~3학년

중심과목 과학 성취기준 영역

[중학교] 나. 여러 가지 힘

[9과02-04] 기체나 액체 속에 있는 물체에 부력이 작용함을 알고 용수철 저울을 사용하여 부력의 크기를 측정할 수 있다.

차. 과학기술과 인류 문명

[9과24-01] 과학기술과 인류 문명의 관계를 이해하고 과학의 유용성에 대 해 설명할 수 있다.

[9과24-02] 과학을 활용하여 우리 생활을 보다 편리하게 만드는 방안을 고안하고 그 유용성에 대해 토론할 수 있다.

연계과목

수학 기술 미술

연계과목 성취기준 영역

[중학교 1~3학년] 1) 문자의 사용과 식의 계산

[9수02-01] 다양한 상황을 문자를 사용한 식으로 나타낼 수 있다.

[9수02-02] 식의 값을 구할 수 있다.

[9기가04-01] 생산 기술이 인간 생활에 유용한 산출물을 만들어 내는 것 을 이해하고 하위 요소인 재료, 설계, 공정을 설명한다.

[9기가04-02]

제조 기술 시스템의 의미와 단계별 세부 요소를 이해하고 제품의 생산 과 정을 설명한다.

[9기가04-03] 제조 기술의 특징과 발달 과정, 재료의 특성과 이용을 설명하고 제조 기술 의 발달 전망을 예측한다.

9미02-04] 주제의 특징과 표현 의도에 적합한 조형 요소와 원리를 탐색하 여 효과적으로 표현할 수 있다.

개발결과

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계 (안)

1 3 과학(1) + 기술(1) + 미술(1)

2 2 과학(1) + 기술(1)

3 2 과학(1) + 수학(1)

4 4 미술(1) + 기술(1.5) + 과학(1.5)

5 3 과학(1.5) + 수학(1.5)

6 2 기술(0.5) + 미술(1.5)

적용결과 ※ 2018. 10. 31. 기준, 16차시 개발 및 적용.

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나) 프로그램 총괄표

- 교과별로 모듈화된 프로그램을 통해 교과내 STEAM 교육이 가능하도록 교재를 개발하여 일반 학교에서도 쉽게 적용할 수 있도록 함.

- 교과별 단계적 적용 또는 교과내 STEAM 수업이 가능하도록 교과 내에서도 STEAM 규 준틀 적용

단계1 ◯ 과학

Ÿ 드론 안전 교육에 관한 모둠별 역할극을 한다.

Ÿ 드론, 중력을 이겨내다. 중력에 대해 알아보고 체험한다.

Ÿ 드론에 작용하는 4가지 힘에 대해 알아보고 체험한다.

Ÿ 프로펠러는 왜 4개일까? 작용 반작용 법칙에 대해 알아본다.

Ÿ 여러 직업들에 적용되어 있는 과학적 원리를 찾아보고 드론에 관 련된 직업에 대해 찾아 발표한다.

상황제시 및 창의적설계 ( 1~5 / 16

차시)

▼

단계2 ◯ 수학

Ÿ 드론의 회전 방향을 정수의 덧셈뺄셈을 이용하여 설명한다.

Ÿ 드론 운동을 좌표평면에 다양한 모양으로 나타낸다.

Ÿ 드론 프레임을 작도를 활용하여 디자인한다.

창의적설계 ( 6~8 / 16

차시)

▼

단계3 ◯ 기술·가정

Ÿ 4차 산업혁명에 필요한 예술성, 창의성을 키우기 위해 드론의 프 레임을 모둠별로 디자인해 본다.

Ÿ 주어진 조건을 따라 드론의 부품들을 프레임에 조립한다.

Ÿ 조립한 드론을 날려서 꿈풍선을 터뜨린다.

Ÿ 드론을 날려본 소감을 이야기한다.

감성적체험 ( 9-12 / 16

차시)

▼

단계4 ◯ 미술

Ÿ 프레임을 디자인해 본다.

Ÿ 주위에 쉽게 볼 수 있는 재활용품들을 가지고 드론을 제작해 본 다.

감상과 평가 ( 13~16 / 16

차시)

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나. 연구 수행 결과

1) STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 가) 과목별 학교 생활기록부 기재용 예시자료

- 평가와 기록을 연계한 차시별 수업 평가를 고려하여 개발 중이며 적용 시 STEAM수업을 받은 학생의 학교생활기록부에 평가 결과를 기록

2) 적용 성과

가) 학생 태도검사 결과 ◦ 대상의 선정 이유

- 자유학기가 적용되는 1학년을 대상으로 수학, 과학 교과의 흥미도 및 관심도를 STEAM 프로그램 적용 후 통해 수학, 과학 교과에 대한 긍정적 태도를 확인하고자 함.

- 1학년 학생들은 일제식 지필평가가 없는 학년으로 교과별 과정중심평가가 이루어짐을 가 정하여 STEAM 수업을 통해 자기주도적 문제해결능력, 의사소통능력의 향상 정도를 확인 하고자 함.

◦ 태도 검사 결과 분석

- 183명의 사후 설문 결과를 통해 STEAM 수업에 대한 재미와 만족도가 보통 이상이 80%

이상의 결과는 수업에 적극적인 참여하는 태도를 갖게 함.

- 본 STEAM 수업으로 수학과 과학의 내용을 이해하는데 도움이 된 것으로 확인되었으며, 그로 인해 수학, 과학에 대한 흥미가 높아짐.

- 아이디어표현, 의견 경청, 배려와 같은 상호 관계에 필요한 능력 및 도전의식, 과제집착력 등 자기주도적 문제해결 능력에 대한 응답률이 긍정적 답변 비율이 높았음.

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(수학) 드론의 운동 원리를 수학적으로 파악하고자 호기심을 가지고 활동에 적 극적으로 참여하였음. 정수의 사칙연산을 활용하여 프로펠러의 방향을 예측하고 정비례와 반비례를 활용하여 드론에 대해 설명하며 수학과 과학의 연결성을 찾 는 모습이 인상적이었음.

(과학) 드론이 나는 이유에 대해 알고자 하는 열정이 높으며, 종이 비행기와 드 론을 적극적으로 날리고자 하는 의지가 돋보임. 과제 수행시 모둠원 간에 의사 소통 문제가 발생했을 때 적절하게 해결하는 모습을 볼 수 있었으며, 책임감을 가지고 모둠별 완성해 가려는 모습이 인상적임.

(기술·가정)

기술적문제해결과정을 이해하고 드론 제작과 관련된 문제를 적용하여 해결하였 으며 제작 시 발생할 문제점을 정확히 예측하여 해결 방안을 창의적으로 탐색 하고 적용하였으며, 모둠에서 협력적 자세로 완성을 위해 노력함.

(미술) 작품을 창작하는 과정에서 형태,색,양감, 재질감, 관찰력 등 기본적 표현 요소를 잘 이해하며 눈에 지각된 실재를 사실적으로 재현하는 구상미술을 다양 하게 창작할줄 아며 새롭고 다양한 관점으로 드론 대상을 관찰하고, 아이디어를 발전시켜 창의적이고 수행과정에서 발생하는 문제들을 자기 주도적으로 해결하 며 드론을 개성 있게 잘 디자인함.

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나) 학생 태도검사 결과 세부 분석

◦학생 만족도 조사 결과

- 프로그램 적용 후 1학년 학생 183명에게 만족도 조사(2018.10월 중순) 실시 - 창의재단에서 제공한 총 26개 문항 질문

- 설문결과. 1: 전혀그렇지않다, 2: 그렇지않다,

3: 보통이다, 4: 그렇다, 5: 매우그렇다 리커트 척도 응답

‘스팀 수업에 만족하십니까’ 질문에는 그렇다의 응답 이 39.3%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다 의 긍정의 응답을 합하면 63.9%로 프로그램 참석 인 원의 절반 이상이 만족 혹은 매우 만족함을 보여 프 로그램에 대한 만족도가 높음을 알 수 있다.

‘스팀 수업은 재미있었나요’ 질문에는 그렇다의 응답 이 37.2%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다 의 긍정의 응답을 합하면 63.4%로 프로그램 참석 인 원의 절반 이상이 재미있음을 보여 학생들의 다수가 재미있게 참여했음을 알 수 있다.

‘스팀 수업에 적극적으로 참여하였나요’ 질문에는 그 렇다의 응답이 37.2%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합하면 69.4%로 프로그 램에 다수의 학생이 적극적으로 참여하였음을 알 수 있다.

‘스팀 수업내용 수준은 어떠하다고 생각하십니까’ 질 문에는 보통이다의 응답이 51.9%로 가장 높았다. 다 른 문항에 비하여 쉽다와 매우 쉽다의 비율이 31.2%

로 낮은 편인데, 학생들은 이 프로그램을 적당하다고 느끼고 있음을 알 수 있다.

‘전에 받았던 수업과 오늘 참여한 스팀 수업의 가장 큰 차이점은?’ 질문에는 ‘수학,과학,기술 등 여러 과목 을 연결시켜 배울 수 있다’ 응답이 가장 높았다. 프로 그램이 단일 교과의 지식만을 제공한 것이 아니라 다 양한 과목의 교과 지식과 활동을 제공했음을 알 수 있다.

‘스팀 수업에서 좋았던 점을 가장 좋은 것부터 순서대 로 표시해 주세요’ 질문에는 수학, 과학, 기술 등 여러 과목을 관련지어 배울 수 있다가 가장 높은 응답을 보여준다. 이 결과는 5번 문항 결과와 같은 맥락에서 해석할 수 있는데, 본 프로그램은 수학, 과학, 기술 등 여러 교과목을 연결시켜 배울 수 있었고, 이런 점이 학생들이 좋게 느꼈음을 알 수 있다.

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‘스팀 수업 중 가장 어려웠던 점은 무엇인가?’ 질문 에는 ‘모둠 활동을 하면서 친구들과 의견 충돌이 발 생한다’와 ‘수업시간동안에 해결해야 하는 문제가 너 무 어렵다’가 가장 많이 응답하였는데, 스팀 프로그 램이 조별로 미션을 해결해야 하는 형태로 구성되어 있어서 일반 수업에 비해 어려웠을 것이라 사료된다.

‘앞으로도 스팀수업을 지속적으로 받고 싶습니까’ 질문 에는 그렇다의 응답이 33.9%로 가장 높았다. 또한 그 렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합하면 55.2%로 다수의 학생들이 수업을 지속적으로 받고 싶어함을 알 수 있다.

‘나는 과학 수업이 재밌어졌다’ 질문에는 보통이다의 응답이 37.2%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 39.9%의 학생들이 프 로그램 적용 후 과학 수업이 재미있어졌다고 생각한 다.

‘나는 과학 수학 학습내용에 대해 많이 이해하게 되었 다.’ 질문에는 보통이다의 응답이 322.%로 가장 높았 다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 22.4%의 학생들이 프로그램 적용 후 수업 내용에 대해 많이 이해하게 되었다고 한다.

‘나는 과학 수학 공부에 대한 흥미가 생겼다.’ 질문에 는 보통이다의 응답이 35.5%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 37.7%

의 학생들이 프로그램 적용 후 공부에 대한 흥미가 생겼다고 한다.

‘나는 과학 기술에 대한 관심이 생겼다.’ 질문에는 보통 이다의 응답이 37.2%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 39.9%의 학생들이 프로그램 적용 후 과학 기술에 대한 관심이 생겼다고 한다.

‘나는 과학과 관련된 책이나 글을 읽는 것이 좋아졌 다’ 질문에는 보통이다의 응답이 32.2%로 가장 높았 다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합 한 22.4%의 학생들이 프로그램 적용 후 과학 관련 책이나 글을 읽는 것이 좋아졌다고 한다.

‘나는 문제해결을 위해 스스로 생각을 하게 되었다’ 질 문에는 보통이다의 응답이 39.3%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 45.4%의 학생들이 프로그램 적용 후 문제해결을 위해 스스로 생각을 하게 되었음을 알 수 있다.

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‘나는 다양한 학습 활동을 끝까지 해내게 되었다’ 질 문에는 보통이다의 응답이 35%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 52.5%

의 학생들이 프로그램 적용 후 다양한 학습 활동을 끝까지 해낼 수 있게 됨을 알 수 있다.

‘나는 한 가지 문제를 다양하게 생각해 보았다’ 질문에 는 그렇다의 응답이 39.9%로 가장 높았다. 또한 그렇 다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 42.1%의 학생 들이 프로그램 적용 후 한 가지 문제를 다양하게 생각 했다는 것을 알 수 있다.

‘나는 배운 내용을 실생활과 연결 지으려고 노력하였 다’ 질문에는 보통이다의 응답이 39.9%로 가장 높았 다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합 한 38.8%의 학생들이 프로그램 적용 시 배운 내용을 실생활과 연결 지으려고 노력하였음을 알 수 있다.

‘나는 문제해결에 여러 과목에서 배운 지식을 동시에 적용하려고 노력하였다.’ 질문에는 보통이다의 응답이 36.6%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 47.0%의 학생들이 프로그램 적용 시 문제해결에 여러 과목에서 배운 지식을 동시에 적 용하려고 노력하였음을 알 수 있다.

‘나는 적극적이고 활발하게 수업에 참여하였다.’ 질문 에는 그렇다의 응답이 35.5%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한65.6%의 학생들이 프로그램 적용시 적극적이고 활발하게 수 업에 참여하였음을 알 수 있다.

‘나는 친구들과 논리적으로 토론하였다.’ 질문에는 보통 이다 응답이 34.4%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매 우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 50.2%의 학생들이 프 로그램 적용 시 친구들과 논리적으로 토론하였음을 알 수 있다.

‘나는 다른 친구들에게 나의 아이디어를 표현하였다.’

질문에는 그렇다의 응답이 35.5%로 가장 높았다. 또 한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 63.2%의 학생들이 프로그램 적용시 다른 친구들에게 나의 아이디어를 표현하였음을 알 수 있다.

‘나는 다른 친구들의 의견을 경청하고 존중하였다.’ 질 문에는 그렇다 응답이 38.8%로 가장 높았다. 또한 그 렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 71.0%의 학 생들이 프로그램 적용 시 다른 친구들의 의견을 경청 하고 존중하였음을 알 수 있다.

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‘ 나는 다른 친구들과 협력하는 것의 중요성을 생각 하는 마음이 생겼다’ 질문에는 그렇다와 매우그렇다 의 응답이 32.2%로 가장 높았다. 또한 그렇다와 매 우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 64.45%의 학생들이 프로그램 적용 후 다른 친구들과 협력하는 것의 중 요성을 생각하는 마음이 생겼음을 알 수 있다.

‘나는 다른 친구들을 배려하는 마음이 생겼다’ 질문에 는 그렇다의 응답이 35%로 가장 높았다. 또한 그렇다 와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 64.5%의 학생들 이 프로그램 적용 후 다른 친구들을 배려하는 마음이 생겼다는 것을 알 수 있다.

‘나는 실패하는 것을 두려워하지 않고, 도전의식이 생겼다’ 질문에는 보통이다의 응답이 32.8%로 가장 높았다. 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 66.3%의 학생들이 프로그램 적용 후 실패하는 것을 두려워하지 않고, 도전의식이 생김을 알 수 있다.

‘나는 과학기술 분야와 관련된 직업에 대한 관심이 생 겼다.’ 질문에는 보통이다의 응답이 40.4%로 가장 높았 다. 또한 그렇다와 매우 그렇다의 긍정의 응답을 합한 36.0%의 학생들이 프로그램 적용 후 과학기술 분야와 관련된 직업에 대한 관심이 생겼다는 것을 알 수 있다.

다) 학생 인터뷰

이○온 학생: 처음에는 ‘드론’하면 복잡할 것 같아서 거부감이 들었었는데 막상 배우고 나니 까 많이 복자하지 않으 것 같아요. 과학에서 원리를 배우고, 미술시간에 디자 인을 하고, 기술시간에 직접 만들어 보기도 했는데 정말 재미있었다.

채○찬 학생: 저는 이 수업을 통해 드론의 재미와 흥미를 갖게 되었고, 드론이 어떻게 나는 것인지 궁금했었는데 이 수업을 통해서 드론이 나는 법과 구조를 알게 되었 다. 기회가 된다면 이 수업을 다시 듣고 싶다.

정○영 학생: 드론이 사람을 살릴 정도까지 발전했단ㄴ 것에 놀랐고, 내가 모르는 것을 새 롭게 알게 되어서 좋았고 드론을 직접 만들어 날리고 성공하니까 뿌듯하였다.

그리고 우리 모둠이 가장 잘 만든 것 같아 자신감도 생겼다.

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3) STEAM 협력 연구 강화 및 확산 실천

- 주기적으로 연구를 위한 협의회 실시 및 워크숍을 통한 교사 전문성 향상 - 10월 중 공개 수업을 통해 STAME 교육의 확산

10월 공개수업 일반교사와 협업

4) 연구 수행 결과 개요

- 총 16차시 중 과학, 기술·가정 교과 1차시 수업을 10월 적용 및 수업 공개

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 16차시

수업 적용 일정 2018.9. 17. ~ 2018.10. 19.

(STEAM 수업)수혜학생 수 송라중학교 260명(중학교 1학년 전교생) 학생 태도검사 사전검사 5월 15일, 4개 학급(119명) 실시 완료

사후검사 10월 19일, 7개 학급(183명) 실시 완료 학생 및 교사 만족도조사 10월 19일 실시 완료

교사연구회 STEAM 행사 개 최

2018.10. 11. 3교시(11:00~11:45) 수업공개 2018.10. 11. 4교시(11:55~12:40) 수업공개

논문 또는 학술대회 해당없음

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

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4. 결론 및 제언

가. 결론

본 연구는 창의성, 문제해결력, 인성을 갖춘 인재양성이 요구되는 우리 사회에서, 이를 위한 교 육과정 정상화를 위한 방안으로 STEAM 프로그램을 개발, 적용함으로써 학생들에게 필요한 미래 핵심역량을 함양할 수 있도록 중점을 두었다.

STEAM수업을 실시하고 사전과 사후의 결과 비교를 통해서 중학생의 수학 및 과학적 태도, 창의적사고역량, 의사소통역량에 미치는 효과를 검증해보았다. 분석한 결과는 다음과 같다.

첫째, 일반학생들에 적용할 수 있는 STEAM 교육 프로그램을 개발하였다. 본 프로그램은 16차 시로 구성되었으며, 과학을 중심으로 수학, 기술가정, 미술의 요소를 융합하였다. 일반학생들의 수준에 맞도록 개발되었으므로, 차시도 많지 않고, 수준도 중학생을 대상으로 적용할 수 있게 쉽 게 개발되었다. 개발된 프로그램 활용을 통해 일반 학생들의 융합적인 사고능력과 창의력 증진을 통한 자기주도적 학습 능력 향상에 기여할 수 있을 것이라 생각된다.

둘째, STEAM 교육 프로그램 적용 결과, 학생활동중심의 수업을 통해 지루하고 따분한 수업을 벗어나 활동을 통해 스스로 생각하고 배우는 수업이 이루어졌음을 확인할 수 있었다. STEAM 수 업이후 학생들의 설문 결과는 수업에 대한 재미를 느끼고 적극적으로 참여함으로써 수업에 대한 만족감을 느끼는 것을 확인할 수 있었다.

셋째, STEAM 교육 프로그램 적용 결과, STEAM 교육 프로그램 적용 결과, 수학, 과학교과에 흥미와 관심에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 사후 설문 결과를 통해 과학과 수 학의 내용을 첨단제품을 통해 이해함으로써 과학, 수학에 대한 흥미를 높이고, 과학 수업이 즐거 운 시간으로 느껴짐을 확인할 수 있었다.

넷째, STEAM 교육 프로그램 적용 결과, STEAM 관련 자기주도문제해결력, 경청, 존중, 협력, 배려, 도전의식이 함양되었음을 알 수 있었다. 설문 결과를 통해 60%이상의 학생들이 위와 같은 긍정적인 반응을 보였다. 모둠활동 시 발생하는 모둠원간의 의견 충돌을 경청, 존중, 배려를 통해 해결하고 스스로 문제를 해결하고 끝까지 노력하는 모습을 보였으며 협력의 중요성을 인지하고 있음을 알 수 있었다.

따라서 우리가 개발한 STEAM 프로그램은 일반 학생들의 STEAM 프로그램을 통해 과학, 수학 에 대한 태도에 긍정적인 영향을 제공하고, 수업에 대한 만족도를 높임으로써 일반학교 교과 수 업시간에 활용할 가치가 높다고 생각한다.

또한 본 연구를 통해 교사연구회에 참여한 교사들은 수업에 대한 고민을 함께 하고 학생들의 배 움이 일어날 수 있도록 수업을 구안하고자 노력함으로써 역량을 증진시킬 수 있는 기회가 되었 다. 연구회 교사들은 프로그램을 개발을 마치며 다음과 같은 의견을 나누었다.

첫째, STEAM 프로그램을 개발을 위한 교과 간 연계점을 찾는 노력으로 타교과의 교육과정을 분석하고 융합할 수 있는 내용 요소를 확인하는 과정을 통해 타교과에 대한 이해를 높일 수 있었 으며, 타교과의 중요성을 인지할 수 있었다.

둘째, 전문 영역이 다른 교사들이 자신의 학문에 대한 태도가 조금씩은 다름을 인정하고, 교과

별 프로그램 개발 시 타교과의 내용 요소 및 지도 주안점을 학생 입장에서 조언해 줌으로써 학생

눈높이 맞는 프로그램을 개발 할 수 있었다.

(15)

셋째, 서로 다른 학교, 다른 교과 교사들이 매주 모여서 프로그램을 개발하는 것이 시간적으로 어려움을 느끼고 의견 충돌이 있었으나, 배려하고 경청, 존중하는 자세는 SETAM 수업을 적용받 는 학생뿐만 아니라 교사에게도 적용될 수 있는 기회였다.

넷째, STEAM 프로그램 적용을 위해 연구회 교사의 수업을 참관함으로써 자신의 수업에 대한 성찰의 기회를 얻을 수 있었다.

나. 제언

본 연구 결과를 바탕으로 STEAM 교육의 후속 연구에 대해 제언하고자 한다.

첫째, 프로그램 개발 및 적용을 통해 교사도 많은 변화를 갖게 될 것으로 보인다. 추후의 연구 에서는 개발된 프로그램을 적용하는 과정 속에서 교사의 변화에도 초점을 두어 분석한다면 STEAM 교육 프로그램의 방향을 결정하고 보완하는데 큰 지침이 될 것으로 판단된다. 따라서 STEAM 프로그램을 수업에 활용하는 과정 속에서 교사의 변화에 대한 연구가 필요할 것이다.

둘째, STEAM 프로그램의 개발 및 적용을 통해 교사의 수업 역량을 증진시킬 수 있는 기회가 될 것이므로 이러한 프로그램 개발에 대한 접근의 용이성 확보 및 보고서 작성 등을 최소화 하여 많은 교사가 STEAM 프로그램 개발에 참여하고 적용해 봄으로써 교사 스스로 성장의 기쁨을 누 릴 수 있는 연구 환경의 기틀 마련하였으면 한다.

5. 참고문헌

안효성, 최영철(2015). 드론의 현재와 기술 개발 동향 및 전망. 전기의 세계, 64(12), 20-25.

윤광준(2015). 드론 핵심기술 및 향후 과제. Kisa Report. 한국인터넷진흥원, 15-17.

권희춘, 김승일(2016). 쉽고 빠르게 배우는 드론 만들기. 서울: 글로벌

진재우(2014). 서보모터를 이용한 쿼드틸트로터 헬리콥터의 개발, 석사학위 논문, 국해양대학교 이지원(2017). 중학교 기술·가정 교과 ‘제조기술’ 단원을 위한 드론 만들기 체험활동 과제 개발, 석사학위 논문, 한국교원대학교

민영기(2018). FPV미니드론. 성신미디어

(16)

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

중학교 Drone Maker 수업용 STEAM 프로그램 STEAM 교수·학습 자료의 개관

1

1 개발 방향

본 STEAM 교수학습 자료는 교과별 관련 내용을 바탕으로 교과연계 융합수업으로 기획되었으 며 ‘드론과 비상하는 교실 속 배움’ 이란 주제로 첨단 과학인 드론에 관련된 교과 원리들을 이 해하고 학생들만의 드론을 디자인, 비행하기 위해 기획하여 표현하고 발표해 보는 활동 중심으 로 구성되어 있다.

본 프로그램은 과학, 수학, 기술가정, 미술 교과별 모듈 형태로 제시되어 있다. 각 교과에서는 드론에 관련된 교과원리들을 체험을 통해 알아본다. 또한 모듈에서 제시된 수업들을 융합하여 이어서 수업하는 것도 가능하도록 안내를 하였다.

2 주제 선정의 이유

드론을 직접 날리고 하고, 주위에 날리는 사람을 보는 것이 특별한 경험은 아닐 것이다. 드론은 전장에서 군사적 목적으로 사용되기도 하고 인명구조에도 사용되기도 하고 농업에도 활발히 이용 되고 있는 최첨단 기구이다.

드론에 대해 관심이 높아지고 있지만, 학생들이 배우는 교과가 드론에 어떻게 적용되고 있는지에 대한 교육 프로그램은 높은 관심에 상응하지 못하여서 본 프로그램에서는 학교에서 배우는 교과 내용들이 최첨단인 드론에 어떻게 적용되는지를 이해하고 체험하는 데에 목적이 있다. 이 프로그 램을 통해 다양한 이야기를 품고 있는 드론을 이해하고 자신만의 드론을 제작 비행해 보면서 학 생들의 창의력과 교과에 대한 흥미도를 높일 수 있을 것으로 기대한다. 또한 미술적 표현 방법을 익히고 전자 제품을 실생활에 적용하는 과정을 통해 진로 탐색에도 도움이 되기를 바란다.

3 수업 목표

본 수업 목표를 통해 다음의 목표를 달성하고자 한다.

[내용 목표]

① 드론에 작용하는 힘들에 대해 이해하고, 힘들이 적용되는 과정을 설명할 수 있다.

② 드론의 프로펠러의 움직임을 작용 반작용으로 설명하고, 드론의 움직임을 제어할 수 있다.

③ 작도를 이용하여 드론의 프레임을 디자인하고, 드론을 주어진 조건에 맞추어 조립할 수 있다.

[과정 목표]

① 모둠활동을 통해 의사소통능력 및 협동 능력을 기를 수 있다.

② 미술적으로 다양한 표현방법을 이용한 표현력을 기를 수 있다.

③ 다양한 체험을 통하여 교과지식을 실생활에 적용할 수 있다.

(17)

4 관련 교과 및 교육과정

2015 개정 교육과정

과학

[중학교] (2) 여러 가지 힘

[9과02-01]무게가 중력의 크기임을 알고, 질량과 무게를 구별할 수 있다.

[9과02-03]물체의 운동을 방해하는 원인으로써 마찰력을 알고, 빗면 실험을 통해 마찰력의 크기 를 정성적으로 비교할 수 있다.

[9과02-04]기체나 액체 속에 있는 물체에 부력이 작용함을 알고 용수철저울을 사용하여 부력의 크기를 측정할 수 있다.

(7) 과학과 나의 미래

[9과07-01]과학과 관련된 직업의 종류와 하는 일을 조사하고, 그 직업에 필요한 역량에 대해 토 의할 수 있다.

[9과07-02]현대 사회의 다양한 직업이 과학과 어떤 관련성이 있는지 예를 들어 설명하고, 미래 사회에서의 직업의 변화를 토의할 수 있다.

수학

[중학교 1~3학년] □ 정수와 유리수

[9수01-03]양수와 음수, 정수와 유리수의 개념을 이해한다.

[9수01-05]정수와 유리수의 사칙계산의 원리를 이해하고, 그 계산을 할 수 있다.

□ 좌표평면과 그래프

[9수03-01]순서쌍과 좌표를 이해한다.

[9수03-03]정비례, 반비례 관계를 이해하고, 그 관계를 표, 식, 그래프로 나타낼 수 있다.

기술·가정

[9기가04-01] 생산 기술이 인간 생활에 유용한 산출물을 만들어 내는 것을 이해하고 하위 요소인 재료, 설계, 공정을 설명한다.

[9기가04-02]

제조 기술 시스템의 의미와 단계별 세부 요소를 이해하고 제품의 생산 과정을 설명한다.

[9기가04-03] 제조 기술의 특징과 발달 과정, 재료의 특성과 이용을 설명하고 제조 기술의 발달 전망을 예측한다.

미술

9미02-04] 주제의 특징과 표현 의도에 적합한 조형 요소와 원리를 탐색하여 효과적으로 표현할 수 있다.

5 STEAM 학습 준거

상황제시 4차 산업혁명의 아이콘인 드론에 적용되어 있는 원리들을 찾아본다.

창의적 설계

드론에 적용된 과학, 수학 교과 지식을 이해하고 이를 실생활에서 다양한 방법으로 체 험해 본다.

모둠별로 드론의 프레임을 디자인하고 주어진 조건에 따라 드론을 조립한다.

감성적 체험 드론을 날려본 후 감상을 발표한다.

여러 직업들은 과학과 어떤 관련이 있는지 알아본다.

STEAM 역량

탐구 역량 인성 역량

□ 탐구 설계

■ 창의적 제작

■ 자료의 수집·분석 및 해석

□ 수학적 사고와 컴퓨터 활용

□ 모형의 개발과 사용

□ 증거에 기초한 토론과 논증

■ 의사소통

■ 미디어/테크놀로지의 활용

■ 생태학적 세계관

□ 사회적 책임감

■ 공감과 배려

■ 협동심

□ 자기주도적 학습태도

■ 실천과 참여

□ 윤리적 민감성

■ 감성적 태도

(18)

6 교수·학습 총괄 계획표

단계1 ◯ 과학

Ÿ 드론 안전 교육에 관한 모둠별 역할극을 한다.

Ÿ 드론, 중력을 이겨내다. 중력에 대해 알아보고 체험한다.

Ÿ 드론에 작용하는 4가지 힘에 대해 알아보고 체험한다.

Ÿ 프로펠러는 왜 4개일까? 작용 반작용 법칙에 대해 알아본 다.

Ÿ 여러 직업들에 적용되어 있는 과학적 원리를 찾아보고 드 론에 관련된 직업에 대해 찾아 발표한다.

상황제시 및 창의적설계 ( 1~5 / 16 차시)

▼

단계2 ◯ 수학

Ÿ 드론의 회전 방향을 정수의 덧셈뺄셈을 이용하여 설명한다.

Ÿ 드론 운동을 좌표평면에 다양한 모양으로 나타낸다.

Ÿ 드론 프레임을 작도를 활용하여 디자인한다.

창의적설계 ( 6~8 / 16 차시)

▼

단계3 ◯ 기술·가정

Ÿ 4차 산업혁명에 필요한 예술성, 창의성을 키우기 위해 드론 의 프레임을 모둠별로 디자인해 본다.

Ÿ 주어진 조건을 따라 드론의 부품들을 프레임에 조립한다.

Ÿ 조립한 드론을 날려서 꿈풍선을 터뜨린다.

Ÿ 드론을 날려본 소감을 이야기한다.

감성적체험 ( 9-12 / 16 차시)

▼

단계4 ◯ 미술

Ÿ 프레임을 디자인해 본다.

Ÿ 주위에 쉽게 볼 수 있는 재활용품들을 가지고 드론을 제작 해 본다.

감상과 평가 ( 13~16 / 16 차시)

7 평가 계획

평가 초점 평가 방법 평가 주체

■ 창작/제작품 평가

■ 발표/시연 평가

□ 참여도 평가

■ 보고서 평가

□ 인터뷰 평가

□ 포트폴리오 평가

□ 글쓰기 평가

□ 반성적 평가

■ 교사

■ 동료

□ 본인

(19)

단계별 교수·학습 자료

2

단계

1

◉ 학습목표 ◉

① 드론 비행 사고 사례를 통해 드론 안전비행을 설명할 수 있다.

② 드론 안전수칙을 역할극을 통해 전달 할 수 있다.

드론 안전교육 (1/16차시)

1 교수·학습 지도안 (1차시) 수업

단계

소요 시간

교수 학습 내용

수업 자료

수업 활동 감성적

체험

상황

제시 5분

○ 동기유발

☺ 드론하면 무엇이 떠오르나요? 재미있는 장난감 드론? 멋진 장 면을 촬영하는 촬영용 드론? 등 여러 가지가 생각날 텐데요. 드 론이 우리 생활에 유익한 영향을 주지만, 사생활을 침해하거나 생명을 위협하는데 쓰일 수도 있다는 것. 생각

해 본적이 있나요?

이번 시간에는 드론 사고 사례들을 알아보고 안전수칙을 학습해보도록 하겠습니다.

몰입 학생활동지

창의 적설 계

문제 인식 3분

드론 비행 사고 사례들을 알아본다.

드론 안전 수칙을 알아보고 모둠별 역할극으로 안전 수칙을 안내한다.

몰입

해결 방안 계획 해결 방안 실행

10분 25분

○ 활동 1 : 드론 비행 안전 수칙 및 주의할 점들을 알아보자.

○ 활동 2 : 역할극 계획 및 역할극 하기

☺ 다음은 드론 영상입니다. 함께 볼께요.

무서운 사고들이 많지요? 이런 사고들을 예방하려면, 안전수칙 을 미리 잘 알고 드론 비행을 해야 합니다. 이제부터는 모둠별 로 안전 수칙을 알아보고, 안전 수칙을 역할극으로 표현해 볼께 요.

☺ 드론은 높은 고도로 올라갈 수 있고, 아무 곳이나 비행할 수도 없습니다. 드론을 비행할 때 유의해야 할 점들은 무엇이 있을까 요? 모둠별로 작성해 봅시다.

☺ 드론 비행 안전 수칙 및 유의해야 할 점들을 알아보았습니다.

조사한 내용을 바탕으로 드론 안전 수칙을 역할극으로 표현해 보겠습니다.

배려 의사소통 Hands-on Hands-on 내용융합 창의성

배려

학생활동지 스마트폰

평가/보상 2분

○ 자아 효능감과 보상

- 이번 시간에 느낀 점 및 더 알고 싶은 내용 - 다음시간 차시 예고

(20)

2 학생 활동지

드론하면 무엇이 떠오르나요? 재미있는 장난감 드론? 멋진 장면을 촬영하는 촬영용 드론? 등 여러 가지가 생각날 텐데요. 드론이 우리 생활에 유익한 영향을 주지만, 사생활을 침해하거나 생명을 위협하는데 쓰일 수도 있다는 것.

생각해 본적이 있나요?

이번 시간에는 드론 사고 사례들을 알아보고 안전수칙을 학습해보도록 하겠습니다.

♠ 다음은 드론 영상입니다. 함께 볼께요. (출처 : https://youtu.be/jaFB6ZeQ_aY)

무서운 사고들이 많지요? 이런 사고들을 예방하려면, 안전수칙을 미리 잘 알고 드론 비행을 해야 합니다.

이제부터는 모둠별로 안전 수칙을 알아보고, 안전 수칙을 역할극으로 표현해 볼께요.

♠ 드론은 높은 고도로 올라갈 수 있고, 아무 곳이나 비행할 수도 없습니다. 드론을 비행할 때 유의해야 할 점들은 무엇이 있을까요? 모둠별로 작성해 봅시다.

안전수칙 유의해야 할점

드론 조종자가 눈으로 볼 수 있는 범위 안에서만 조종해야 한다.

바람이 없는 맑은 날, 사람이 없는 널찍한 장소에서 날려야 한다.

비행금지구역 또는 150m 이상의 고도에서 비행하려는 경우엔 지방항공청장의 허가를 받아야

한다.

비나 눈이 올때는 비행하지 말아야 한다.

낙하물 투하 금지, 인구밀집지역과 군중이 모인 장소 상공에서 위험한 방법으로 비행하면 안된다.

드론은 배터리 용량이 매우 작기 때문에 여분의 배터리를 구입해 두는 것이 좋다.

(21)

♠ 드론 비행 안전 수칙 및 유의해야 할 점들을 알아보았습니다. 조사한 내용을 바탕으로 드론 안전 교육 역할극 준비를 해봅시다.

♠ 역할극을 해봅시다. 다른 조의 발표도 주의 깊게 들어주세요.

주제: 역할극 속의 드론 안전 교육

※ 드론 안전 지침을 활용하여 문제를 해결 및 예방할 수 있는 상황을 역할극으로 만들어보자.

<조건>

1. 드론 안전 지침을 활용하여 해결 및 예방할 수 있는 문제 상황 2. 실생활과 연관 있는 상황 구성

3. 모든 모둠원이 역할극에 참여

1) 모둠 구성원

( )모둠

이름 역할

2) 대본

3) 관련 드론 안전 지침들 정리하기

(22)

3 참고 자료

■ 읽기 자료

항공법상 무게 150㎏ 이하의 ‘무인기’가 무인비행장치(드론)다. 그 이상은 무인항공기로 분류 한다. 무인비행장치 중 12㎏ 이상은 관할 지방항공청에 신고해야 하지만 12㎏ 이하는 제외된 다. 취미용·항공촬영용 드론이 여기에 해당한다. 하지만 몇가지 안전수칙이 정해져 있다. 위반 하면 최대 200만원의 과태료가 부과된다.

1. 드론 조종자가 눈으로 볼 수 있는 범위 안에서만 조종해야 한다. 2. 비행금지구역 또는 150m 이상의 고도에서 비행하려는 경우엔 지방항공청장의 허가를 받아야 한다.(수도권 북부, 특히 서울시내 한강 이북 지역은 대부분 비행금지구역 또는 제한구역이다.) 3. 낙하물 투하 금지. 4. 인구밀집지역과 군중이 모인 장소 상공에서 위험한 방법으로 비행하는 행위 금지. 5.

안개 등으로 시야가 가려진 상태에서 비행 금지. 5. 일몰 뒤부터 일출 전까지 야간비행 금지.

이상의 법적 규제 말고도 드론 이용자가 알아둬야 할 것들이 있다.

비행에 나설 땐 바람이 없는 맑은 날, 사람이 없는 널찍한 장소를 택하도록 한다. 비·눈 올 땐 비행하지 말아야 한다. 방수장치가 없으므로 고장나기 십상이다. 드론 비행 연습은 호버링(정 지 상태 유지)이 기본이다. 조종간을 미세하게 움직여 정지 상태 유지에 익숙해진 뒤 좌우 이 동 연습을 한다.

드론 배터리 용량은 매우 작다. 한번 충전으로 보통 소형은 5~7분, 대형이라도 20여분 정도 밖에 날릴 수 없다. 따라서 여분의 배터리를 구입해 두는 게 좋다. 배터리 충전 땐 완충 상태 로 전원을 장시간 연결해 놓거나, 완충된 배터리를 한달 이상 방치해 두지 않도록 한다. 중국 산 일부 배터리의 경우 완충 상태로 장기 보관할 경우 폭발할 가능성도 있다는 게 전문가들 의 조언이다.

원문보기:

http://www.hani.co.kr/arti/specialsection/esc_section/687030.html#csidx3864c5b39dc76b7b2e88045cb8804c6

(23)

4 수업 시 유의사항

❶ 드론 사고 영상을 다같이 감상할 때 학생들이 재미 위주로 감상하지 않고 진지하게 볼 수 있도록 합니다.

5 평가계획 자기/동료평가지

평가방법 평가기준 평가

상 중 하

자기평가

드론의 안전 수칙을 설명할 수 있다.

드론의 안전 수칙을 역할극으로 짜임새 있게 계획하였다.

드론 안전 수칙 역할극에 적극적으로 참여하였다.

평가방법 동료평가

연

번 평가항목 이름: 이름: 이름: 이름:

1

역할극에 관한 아이디어를 제 시하는데 적극적으로 참여했 다.

5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

2

역할극에 관한 계획서를 모둠 원들과 협력하여 충실히 작성 했다.

5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

3 맡은 역할을 책임있게 수행했

다. 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

4

팀원들을 배려하며 어려움을 겪는 친구에게 도움을 주었 다.

5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

5 총점

6 우수활동내용

(24)

단계

1

◉ 학습목표 ◉

① 드론이 뜨기 위한 힘의 크기를 계산할 수 있다.

② 각 모터들이 갖는 힘의 크기가 무게임을 설명할 수 있다.

드론 중력을 이겨내다! ( 2/16차시)

1 교수·학습 지도안 (2차시)

수업

단계 소요

시간

수업 자료

체험

상황

제시 5분

○ 동기유발

☺ 첨단과학이 우리 생활에 많은 영향을 주고 있습니다. 그 중에서 4차산업 혁명의 아이콘인 드론에 대해 알아보고자 합니다. 드론이 우리가 지금 배우고 있는 “여러 가지 힘” 단원과 어떤 관계가 있는 지 생각해보세요.

“드론, 호주서 바다에 빠진 10대 소년들 구했다”

https://www.youtube.com/watch?time_continue=19&v=YMjJowZV pns

몰입 동영상

창의 적설 계

문제 인식 3분

○ 학습목표 제시

- 드론이 뜨기 위한 힘의 크기를 계산할 수 있다.

- 각 모터들이 갖는 힘의 크기가 무게임을 설명할 수 있다.

○ 문제 제시

Q1: 드론이 뜨기 위해 드론은 얼마의 힘을 들어 올려야 할까요?

Q2: 드론의 모터가 4개인데,

뜨기 위해 각 모터가 들어 올려야 할 힘은 얼마일까요?

Q3: 드론이 뜨기 위해 필요한 힘은 무슨 힘일까요?

Q4: 드론은 무거울수록 좋은지 아니면 가벼울수록 좋은지 모듬별로 토의해서 그 이유를 함께 발표해봅시다.

몰입

PPT (크기가 다른 드론

8대)

해결 방안 계획

20분

○ 활동 1 : 드론이 뜨기 위해서는 드론의 모터는 얼마의 힘을 들어 올려야 할까요?

☺ 활동지를 완성하면서 모듬별로 작성하세요.

(필요한 도구, 알아야할 지식, 수식 세우기, 문제해결) ○ 활동 2 : 모둠별로 문제를 해결하고 발표준비하기

- 발표자료 작성하기 - 발표자 선정하기

배려 의사소통 Hands-on

학생활동지

해결 방안 실행

15분

○ 활동 3 : 모듬활동 발표하기

☺ 발표에서 가장 중요한 것은 경청입니다.

- 바른 자세로 경청하기 - 의문점은 메모하여 질문하기

- 새롭게 알게 되거나 잘한 내용은 메모하기

Hands-on 내용융합

창의성 배려

학생활동지

평가/보상 2분

여러분이 계산한 힘은 결국 지구가 드론을 끌어당기는 중력입니다. 이때 드론이 뜨기 위해 필요한 힘은 결국 중력의 크기입니다.

다음 시간에는 “우주에는 4가지 힘, 드론도 4가지 힘?”이라는 주제로 수업하겠습 니다.

(25)

2 학생활동지

“사고는 호주 뉴사우스웨일스주 북쪽의 레녹스 헤드 근방에서 발생했다. 10대 소년 2명이 해변으로부터 700m 떨어진 바다 한가운데에서 약 3m 높이의 파도에 휩쓸리고 있는 상황이었다. 이를 발견한 구조대는 2분 만에 드론을 사고현장 주변으로 급파했으며 사고 지점 도착까지 70초 정도의 시간이 걸렸다. 도착 후 드론은 사고 지점을 향해 팽창성 부양 장치를 투하했다. 소년들은 부양 장치를 잡고 해안으로 헤엄쳐 돌아 올 수 있었다. 두 사람 모두 헤엄치느라 체력이 떨어진 것 말고는 무사한 상태로 알려졌다. 이번 구조 활동 은 사건 발생 후 구조 작업에까지 걸리는 시간을 크게 감소시켰다는 점에서 의미가 있다. 일반 구조대원이 직접 헤엄쳐서 구조 작업에 나설 때 걸리는 평균 시간은 6분 내외로 알려졌기 때문이다. 이번 구조에 사용 된 무인항공기 프로젝트 매니저인 캘빈 모턴은 “해당 기기를 이용하면 수면 60m 지점까지 관찰할 수 있으 며 한 시간이 50km를 이동할 수 있다”라고 밝혔다.“

이처럼 첨단과학으로 무장한 드론에 우리가 지금 배우고 있는 “여러 가지 힘” 단원과 중요한 관련이 있습 니다. 어떤 내용이 있을까요? 영상을 보면서 한번 생각해보세요.

♠ 다음은 드론이 바다에 빠진 10대 소년들을 구조하는 영상입니다. 함께 감상해 보세요.

(https://www.youtube.com/watch?time_continue=19&v=YMjJowZVpns)

♠ 영상에서 드론이 하늘을 날면서 구명장비를 떨어뜨려 인명을 구조하는 내용 이였습니다. 그렇다면 드론이 하늘을 날기 위해서는 얼마의 힘이 필요할까요?

♠ 지구상에 있는 물체에는 지구 중심을 향하는 방향으로 중력이 작용합니다. 무게란 중력장 내에서 중 력에 의하여 물체가 끌어당겨지는 힘을 뜻합니다. 드론이 비행하기 위해서는 이러한 중력을 이겨내 야 하는데요. 따라서 드론이 뜨기 위해 필요한 힘은 바로 무게와 같습니다.

(26)

발표자 알리기 ( )모듬 이름:

발표내용

♠ 힘이란 ?

물체의 운동상태나 모양을 변화시키는 원인을 힘이라고 한다.

♠ 중력이란 ?

지구가 물체를 당기는 힘

♠ 무게란 ?

지구가 물체를 당기는 크기

♠ 드론이 뜨기 위해 필요한 힘은 얼마일까요 ?

- 저희 모둠의 드론의 질량은( 0.5 kg)입니다.

- 드론이 뜨기 위해서 필요한 무게를 구하는 식은 ( 질량 × 9.8 )입니다.

-

저희 모둠의 드론이 뜨기 위해서는 ( 4.9 N )의 힘이 필요합니다.

- 드론의 모터가 4개이기 때문에 각 모터별로 필요한 힘은 ( 1.225 N)입니다.

- 드론은 무거울수록 좋다./ 아니다 가벼울수록 좋다.

그 이유는?

드론은 가벼울수록 좋다. 그래야 각 모터별로 필요한 힘이 줄어들기 때문이다.

(27)

♠ 이 시간을 통해 학습한 내용을 정리해봅시다.

3 수업 시 유의사항

♠ 발표에서 가장 중요한 것은 경청입니다.

4 평가계획

상 중 하

자기평가

드론의 무게를 구할 수 있다.

드론의 각 모터별 필요한 무게를 구할 수 있다.

중력의 크기가 무게임을 설명할 수 있다.

토의활동에 적극적으로 참여한다.

연

1 주제에 관한 아이디어를 제시하는데

적극적으로 참여했다. 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 2 주제에 관한 활동을 모둠원들과 협

력하여 충실히 작성했다. 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 3 팀원들을 배려하며 어려움을 겪는

친구에게 도움을 주었다. 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

4 총점

(28)

단계

1

◉ 학습목표 ◉

① 드론에 작용하는 힘의 종류를 설명할 수 있다.

② 드론의 운동을 방해하는 마찰력을 설명할 수 있다.

우주에는 4가지 힘!, 드론도 4가지 힘? ( 3/16차시)

1 교수·학습 지도안 (3차시)

수업

단계 소요

시간

수업 자료

체험

상황

제시 5분

○ 동기유발

☺ 우주에는 4가지 힘이 있습니다. 영상을 한번 볼까요?

“우주의 4가지 힘”

https://www.youtube.com/watch?v=ZCn4SQoUB3Q

그런데 드론에도 4가지 힘이 있답니다. 물론 조금 다르지만...

몰입 동영상

창의 적설 계

문제 인식 3분

○ 학습목표 제시

- 드론에 작용하는 힘의 종류를 설명할 수 있다.

- 드론의 운동을 방해하는 마찰력을 설명할 수 있다.

○ 문제 제시

- 드론은 어떤 힘을 이용하여 비행하는 걸까요?

- 이를 알기 위해서는 드론의 비행을 보고 움직임을 알아야합니다. 또 한 힘의 정의를 다시 한 번 생각해 보아야합니다.

몰입

PPT (크기가 다른 드론

8대)

해결 방안 계획

20분

○ 활동 1 : 드론의 운동 알아보기

☺ 활동지를 완성하면서 모듬별로 작성하세요.

- 힘에 대한 정의를 다시 생각해봅니다.

- 드론의 시범비행 또는 모의 비행을 보면서 운동방향에 필 요한 힘을 생각해봅시다.

○ 활동 2 : 항력의 다른 말을 생각해보고 항력을 줄이기 위한 방법도 생각해봅시다.

- 항력의 다른 말은 무엇일까요?

- 항력을 줄이기 위한 방법은 무엇이 있나요?

- 발표자료 작성하기 - 발표자 선정하기

배려 의사소통 Hands-on

학생활동지

해결 방안 실행

15분

○ 활동 3 : 모듬활동 발표하기

☺ 발표에서 가장 중요한 것은 경청입니다.

Hands-on 내용융합

창의성 배려

학생활동지

평가/보상 2분

여러분이 찾은 드론에 작용하는 4가지 힘은 사실 우주의 4가지 힘 중 중력에 해 당합니다. 이중 항력은 마찰력과 같습니다. 여러분에 제시한 항력을 줄이기 위한 다양한 아이디어는 드론을 디자인하는데 유용하게 사용됩니다.

다음 시간에는 “우주에는 4가지 힘, 드론도 4가지 힘?”이라는 주제로 수업하겠습 니다.

(29)

2 학생활동지

우주에는 4가지 힘이 있습니다. 우주의 4가지 힘은 강력, 약력, 전자기력, 중력으로 되어있습니다. 그런데 드론에도 4가 지 힘이 작용합니다. 물론 비행기도 4가지 힘이 작용합니다. 영상을 한번 볼까요?

♠ 다음은 우주의 4가지 힘에 대한 영상입니다. 함께 감상해 보세요.

(https://www.youtube.com/watch?v=ZCn4SQoUB3Q)

♠ 지구상에 있는 물체에는 지구 중심을 향하는 방향으로 중력이 작용합니다. 무게란 중력장 내에서 중 력에 의하여 물체가 끌어당겨지는 힘을 뜻합니다. 드론이 비행하기 위해서는 이러한 중력을 이겨내 야 하는데요. 따라서 드론이 뜨기 위해 필요한 힘은 바로 무게와 같습니다.

♠ 드론에 작용하는 힘에 대해 알아봅시다. 여러분이 “드론 중력을 이겨내다! 라는 학습활동에서 힘에 대해 공부하였습니다.

힘이란?

물체의 운동 상태나 모양을 변화시키는 원인

♠ 드론의 운동을 보고 다음 활동지를 작성해봅시다.

- 드론이 움직이는 방향은 몇가지가 있을까요? 드론의 운동을 보면서 방향을 찾아봅시다.

위, 아래, 앞, 뒤, 왼쪽, 오른쪽 총 6가지 방향으로 움직일 수 있다.

- 드론이 호버링(공중에서 제자리에 떠 있는 상태)상태에 프로팰러가 돌지 않으면 어떻게 될까요? 그리 고 그 이유는 어떤 힘 때문일까요?

(30)

드론은 아래로 떨어질 것이다. 왜냐하면 지구가 물체를 당기는 힘인 중력이 존재하기 때문이다.

- 드론이 호버링 상태에서 위로 올라가기 위해 필요한 힘을 무엇이라 할까요?

양력, 기체를 위 방향으로 들어 올리는 힘이다.

- 드론이 앞으로 전진 하기 위해 필요한 힘을 무엇이라 할까요?

추력, 기체를 앞으로 나아가게 하는 힘이다.

- 드론이 앞으로 전진 하면서 받게 되는 힘을 무엇이라 할까요?

항력, 기체를 앞으로 나아가지 못하도록 하는 힘이다.

♠ 드론에 작용하는 힘을 표시하세요.

( 추력 ) 기체를 앞으로 나아가게

하는 힘

( 양력 )

드론을 위로 올리는 힘

( 항력 ) 기체를 앞으로 나아가지

못하도록 하는 힘

( 중력 ) 지 구 가 물 체 를 당 기 는 힘

♠ 드론에 작용하는 힘 중 항력의 다른 말은 무엇일까요?

바로 마찰력입니다.

마찰력이란 일반적으로 물체의 운동을 방해하는 힘이며. 두 물체의 접촉면에서 물체의 미끄러짐을 방해 하는 힘입니다. 마찰력은 물체의 미끄러짐을 방해하는 방향으로 작용하여 물체의 운동을 방해하는 원인 이 되기도 합니다. 드론에서의 마찰력은 항력에 해당합니다.

(31)

♠ 드론에서 항력을 줄이기 위한 방법을 모둠별로 구상해서 발표해 봅시다.

발표자 알리기 ( )모듬 이름:

발표내용

♠ 드론에서 항력을 줄이기 위한 방법

종 류 설 명

1 공기가 닿는 드론의 단면의 크기를 최소화 한다.

2 보디를 매끄러운 형상으로 하여 굴곡을 줄여야 한다 3

4

♠ 드론에서 항력을 줄이기 위한 드론을 스케치해봅시다.

- 공기의 저항을 줄이는 방향으로 만들기 - 프레임을 얇게 사용한다

- 프레임에 에어포일 곡면을 만들어서 붙인다.

♠ 위 스케치 내용을 보고 과학적 원리가 접목된 부분을 설명해봅시다.

♠ 이 시간을 통해 학습한 내용을 정리해봅시다.

(32)

3 수업 시 유의사항 ❶ 바른 자세로 경청하기 ❷ 의문점은 메모하여 질문하기

❸ 새롭게 알게 되거나 잘한 내용은 메모하기

4 평가계획

상 중 하

자기평가

드론에 작용하는 힘의 종류를 설명할 수 있다.

드론의 운동을 방해하는 마찰력을 설명할 수 있다.

힘의 정의를 설명할 수 있다.

토의활동에 적극적으로 참여한다.

연

1 주제에 관한 아이디어를 제시하

는데 적극적으로 참여했다. 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

2 주제에 관한 활동을 모둠원들과

협력하여 충실히 작성했다. 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

3 팀원들을 배려하며 어려움을 겪

는 친구에게 도움을 주었다. 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

4 총점

(33)

5 참고 자료

1. 일반적인 비행기가 날아갈 때 작용하는 힘

▣ 추력 : 기체를 앞으로 나아가게 하는 힘.

▣ 항력 : 기체를 앞으로 나아가지 못하도록 하는 힘. (저항력)

▣ 양력 : 기체를 위 방향으로 들어 올리는 힘.

▣ 중력 : 만유인력에 의한 지구 중심방향으로 작용하는 힘.

2. 종이비행기가 날아갈 때 작용하는 힘

▣ 중력 : 지구가 당기는 힘

▣ 항력 : 운동 방향에 반대 방향으로도 작용. 종이비행기의 경우에는 주로 아래로 떨어질 때 공기 분자들이 부딪히면서 발생하여 위 방향으로 작용하는 힘. 공기저항이라 표현함.

▣ 추력 : 자체 연료가 없으므로 던지는 손을 떠나는 순간부터 종이비행기는 추력을 받지 않음.

학생들에게 “종이비행기에도 추력이 있는가?”라는 질문을 하면 흥미로운 토론이 진행될 것임.

▣ 양력 : 종이비행기의 날개 모양이 납작하기 때문에 양력은 작을 것임.

4. 양력의 발생

▣ 양력 : 기체를 위 방향으로 들어 올리는 힘.

연이나 종이비행기처럼 평판구조의 날개에서 발생하는 공기압력에 의한 뜨는 힘(양력 1)과 날개 윗면과 아랫면을 지나는 바람의 속도차이로 (베르누이 정리) 발생하는 또 다른 뜨는 힘(양력 2)의 합으로 표현.

양력1 : 공기에 대한 작용 & 반작용에 의한 양력 양력2 : 날개 윗면과 아랫면의 압력차이에 의한 양력