2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
2018. 10. 30.
음 봉 중 학 교
【 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
과 제 개 요
과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 STEAM으로 여는 NEW 북극 항로 개발 Project
학교급 중학교 대상 학년 (군) 3학년
중심과목 기술 중심과목 성취기준 영역
[중학교 1~3학년] 기술 (5) 기술시스템/수송기술 시스템 [중학교 1~3학년] 기술 (6) 기술 활용/발명아이디어 실현
연계과목
수학 과학 정보 도덕
연계과목 성취기준 영역
[중학교 1~3학년] 수학 (4) 기하/삼각비, 원의성질 [중학교 1~3학년] 과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지 [중학교 1~3학년] 과학 (3) 열과 에너지/에너지 전환 [중학교 1~3학년] 정보 (4) 컴퓨팅시스템/센서기반프로그램구현 [중학교 1~3학년] 도덕 (3) 사회․공동체와의 관계/다문화, 공동체 , 세계시민 윤리의식 형성
연구기간 2018.4.11. ~ 2018.11.23.(약 8개월)
신청금액 일금사백만원 (￦4,000,000)
참여연구원 5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명) 연구 수행자에 관한 사항
구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명
연구책임자 음봉중학교 기술 교사 황주연
공동연구원 음봉중학교 수학 교사 정봉균
공동연구원 음봉중학교 정보 교사 이정배
공동연구원 음봉중학교 도덕 교사 정동환
공동연구원 백석중학교 과학 교사 이현정
2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 융합인재교육 (STEAM) 교사연구회를 운영한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2018년 10월 30일
연구책임자 : 교사 황주연 (인)
한국과학창의재단 이사장 귀하
“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
목 차
I. 요약문 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1
II. 서론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3
1. 개요 및 목적 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3
2. 추진 목표 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5
3. 세부 추진 과정 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6
4. STEAM 준거 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8
III. 연구 수행 내용 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10
1. 프로그램 적용 내용 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10
2. 프로그램 적용 일정 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11
3. 프로그램 적용 환경 구성 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 12
Ⅳ. 연구 수행 결과 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 13
1. 개발 프로그램 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 13
2. 수업 평가 방법 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 17
3. 프로그램 효과 검증 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 19
Ⅴ. 결론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 22
Ⅵ. 제언 및 시사점 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 23
[부록] 부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 24
부록2. 활동 자료 및 교사의견 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 42
부록3. 회의록 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 45
I. 요약문
1. 주제 선정 이유
◦ 최근 북극 항로 개발 연구가 많이 일어나고 이로 인해 북극 관련 부서가 신 설되는 등 북극에 관한 사회적 관심이 높아짐
◦ 실생활의 문제 상황을 교육과정의 문제 상황으로 가져옴으로써 학습자의 수업 집중도가 높아지고 문제 상황에 몰입할 수 있게 됨
◦ 수학, 지리, 지구과학, 수리학, 구조역학, 과학적 실험 등 다양한 공학적 요 소를 발견할 수 있는 바 이를 이용하여 STEAM 교육에 적절히 활용할 수 있음
2. 실천 과제
3. 수업 과정 평가
구분
종류 평가 활동 평가 방법(도구) 평가 내용
평가 1 상황 제시 자기평가 문제의 이해
평가 2 창의적 설계 관찰평가
자기평가 구성력, 아이디어
평가 3 감성적 체험 자기평가
동료평가 기능성, 심미성, 창의성
피드백 계획
평가 1 : 포트폴리오의 평가 기준을 미리 제시하여 학습 몰입도를 증가 시킨다.
평가 2 : 자신이 활동에 성실하게 참여하였는지의 여부에 대한 평가를 실시하되 스스로의 부족한 점과 잘한 점을 찾아보도록 한다.
평가 3 : 부족한 부분은 보완 할 수 있는 기회를 준다.
4. STEAM으로 변화된 모습 가. 사후 학생 설문 결과
Ÿ 나는 과학 공부 하는 것이 즐겁다.
Ÿ 과학과 관련된 직업에 관심이 있다.
Ÿ 과학 지식은 일상생활에 도움이 된다.
Ÿ 나는 과학 관련 정보나 책을 찾아 읽는 것을 즐긴다.
Ÿ 과학은 다른 교과를 공부하는데 도움이 된다.
나. 학생의 변화 모습
Ÿ 수학, 과학 교과시간에 학습한 내용을 기술시간에 활용하는 것이 재미있었다.
Ÿ 많은 학생들이 성공할 수 있다는 자신감을 갖게 되었다.
Ÿ 풀리지 않는 문제를 해결하고자 하는 의욕이 생겼다.
Ÿ 다양한 방법으로 실험하고 응용하는 자세가 생겼다.
Ÿ 스스로 미래를 설계하고 실천해 나가기 시작하였다.
II. 서 론
1. 개요 및 목적
가. 연구의 개요
융합인재교육(STEAM) 프로그램 중 학문분야 주제별 융합형 프로그램을 기반으 로 4차 산업혁명의 시대의 경쟁력을 키워나가고자 하고, 환경과 과학기술 발달의 양립을 위한 유기적 공동체 분야의「친환경 북극 항로 개척」융합인재교육 (STEAM) 프로그램을 통해 우리 사회가 나아갈 방향을 짚고 나아가 미래 직업의 선택을 위한 자기주도적 진로 탐색 능력을 양성하고자 한다.
나. 연구의 필요성
1) 지식 창조를 위한 문제 해결 중심 교육 요구에 부흥
◦ 오늘날 지식이 가치창출의 원천이 되면 끊임없이 새로운 지식이 쏟아져 나오고 또한 끊임없이 새로운 지식을 쏟아내어야 살아갈 수 있게 됨
◦ 문제해결과정을 통해 실제로 사용되는 학문의 이해도를 높일 수 있고, 이 를 통해 STEAM 교육의 감성적 체험을 확립할 수 있음
◦ 이에 현재 존재하는 문제 상황을 중심으로 STEAM 프로그램을 개발하고 수업에 활용하여 학습자의 문제 해결 능력을 증진시키는데 그 목적을 둠
2) 2015 개정교육과정의 STEAM 교육 중요성
◦ 2015개정교육과정은 창의·융합형 인재 양성에 대한 국가 ․ 사회적 요구 확산에 부흥하여 개정된 교육과정으로 핵심역량과 통합교과를 중시함 ◦ STEAM 교육은 분권화된 교육과정이 아닌 융합하여 무엇인가 새로운 것
을 창조하는 역동적인 교육과정임
◦ 이에 개정교육과정의 핵심역량을 근간으로 STEAM 프로그램을 개발, 적용
하여 바른 인성을 갖춘 창의·융합형 인재로 도약하도록 함
다. 연구의 목적
이 연구는 STEAM 교육 프로그램을 개발․적용하는데 목적이 있으며, 그 구체 적인 목적은 다음과 같다.
◦ 국내외 STEAM 교육 관련 프로그램을 고찰하여 시사점을 도출한다.
◦ 과학, 기술, 공학, 예술, 수학이 융합된 STEAM 교육과정을 분석한다.
◦ 교육과정을 토대로 학교 현장에서 수업 가능한 STEAM 프로젝트를 개발 하고 적용한다.
◦ 개발한 STEAM 기반 공학 프로젝트를 토대로 교사와 학생용 교재 및 지 도안, 교구를 개발한다.
◦ STEAM 프로그램 적용과정에서 다양한 진로 탐색 기회를 부여하여 자기
주도적 진로 탐색에 자신감을 갖도록 한다.
2. 추진 목표
가. 문제 상황 몰입과 창의적 설계 확대를 위한 주제 선정
1) 중학생 수준의 주제
◦ 2015개정교육과정 및 중학생 수준 및 흥미에 적합한 주제를 선정함 ◦ 학습자의 지적, 정신적, 신체적 발달 수준에 적합
2) 화제가 되고 있는 주제
◦ 현재 일상생활에서 이슈가 되고 있는 문제를 기반으로 선정 ◦ 상황에 몰입하도록 하여 수업의 학습 동기를 유발함
나. 다양한 교과가 융합된 프로젝트 개발 <연구 산출물>
1) 실제 수업에 적용 가능한 STEAM 프로젝트 개발
◦선정된 주제의 STEAM으로 구현 가능한 프로젝트 개발
2) 한양대학교 STEAM 수업모델 연구단의 모델 개발 주요 요소 고려(6-Factor)
F1. 창의성에 기반한 STEAM에 대한 통합적이고 융합적 사고를 위한 교육 F2. 융합시대에서 필요한 시대정신 반영
F3. 빠른 과학기술의 변화와 발전을 빠르게 과학교육 현장에 도입하고 적용하는 적시교육 F4. 미래를 예측하고 이에 대비한 과학기술공학인재 양성과 미래직업탐색을 위한 교육
F5. STEAM교육의 효율성과 창의성 및 흥미를 유발하기 위한 다양하고 창의적 수업 방법론 도입 F6. 과학 기술 공학적 행위에 대한 의미와 가치 및 도덕적 기준과 규범을 터득하도록 교육
3) 효과적인 프로그램 운영을 위한 콘텐츠 개발
◦ 차시별 교육 자료, 교사 및 학습자 교재, 교구 개발
다. 2015개정교육과정에 적용 가능한 STEAM 운영 방안 제시
1) 2015개정교육과정 적용에 가능하도록 구성
◦ 개정교육과정을 고려한 STEAM 교육 운영방안을 제시 2) 학교 환경의 실행 가능성 고려
◦ 일반적인 중학교 과학실, 정보실, 기술실 등을 고려한 학교 환경 내의 실 습 활동의 실행 가능성을 고려
3. 세부 추진 과정
가. 연구 내용 및 범위
연구의 내용 연구의 범위
연구방향 및 내용 설정
ㅇ 문헌연구 및 국내․외 사례 수집
ㅇ 전문가 협의회 : 각 교과별 교사(연구진), 교육학 전문가(자문위원), STEAM 내용 전문가(자문위원)로 구성하여 연구방향 논의
⇩
프로젝트 과제선정
ㅇ 교과별 내용 분석, 예비 주제 선정 ㅇ 주제 선정 준거
(수준 적합성, 현실 세계와의 관련성, 실습활동 실행 가능성, STEAM관련성)
ㅇ STEAM 기반 프로젝트 과제 선정
⇩
STEAM 프로젝트 개발
ㅇ 교육 목표 설정
ㅇ 프로그램의 활동 분석 및 세부 활동 명료화 ㅇ 교육 프로그램의 학습내용 선정 및 조직 ㅇ 교육 프로그램의 내용 구성
⇩ 프로그램 콘텐츠 개발
ㅇ 교육 프로그램의 내용 작성
ㅇ 교육자료, 교수-학습 지도안, 학습자용 자료 개발
⇩
프로그램 운영 ㅇ 운영
⇩
프로그램 평가 ㅇ 교육 프로그램의 평가(학생 및 전문가 집단) ㅇ 수정 및 보완
⇩
보고서 작성
ㅇ 개발 프로그램의 평가 및 개선 방안 마련 ㅇ 모듈 개발 및 보고서 작성
ㅇ 특허 출원 (학습자 아이디어)
[그림] 연구내용 및 범위
나. 연구 내용 및 연구 방법
연구 내용
➡
연구 방법
• 국내․외 통합교육, 교수설계, 교육 자료 탐색
• 프로젝트 학습 중심의 교육 관련 사례 분석
• 융합인재교육(STEAM) 동향 및 사례 분석
• 문헌 탐구
• 워크숍
• 인터뷰
• 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 학습 개발 모형
➡
• 문헌 탐구• 모형 연구• 워크숍
• 교육 프로그램 개발
∙ 교과별 내용 분석, 주제 선정
∙ 주제 선정 준거
• NEW 북극 항로 개발 Project프로젝트 개발
∙ 차시별 교육 목표 설정
∙ 교육 프로그램의 학습내용 선정 및 조직
∙ 교육 프로그램의 내용 구성
➡
• 문헌 수집 및 분석• 모형 개발 연구
• 워크숍
• 교육 프로그램의 내용 작성
• 교육자료, 교수자 지도안, 학습자용 컨텐츠 개발
➡
➡
• 컨텐츠 개발 연구
• 워크샵
• 교육 프로그램의 운영
• 교육 프로그램의 최종안 개발
• 평가 및 수정, 보완
• 자문위원회
• 교육 프로그램의 적용을 위한 방안
• 교육 프로그램의 개선 방안
➡
• 방안 연구[그림] 연구의 내용 방법
4. STEAM 준거 가. 상황 제시
우리 인류는 문제 상황을 해결하면서 지속적으로 발달해 왔다. 이러한 문제 상황은 우리로 하여금 상황에 몰입하도록 만들어 준다. STEAM 프로그램의 문제 도 이와 대동소이하며 문제 상황은 STEAM 교육의 시발점이 된다.
◦ 상황 1 : 지난 수십 년간 기후 변화는 모든 대륙과 해양, 그리고 인간에게 영향을 주고 있다. 특히 빙하의 융해로 인한 해수면 상승은 물리적 환경에 중대한 변화를 가져오고, 해양 생태계에 부정적 영향을 야기한다. 기상 및 물 순환에는 국경이 존재하지 않기 때문에, 지구적인 차원의 협력이 필요 하다.
◦ 상황 2 : 여러분은 아시아와 유럽을 연결하는 최단 거리의 항로를 알고 있 나요? 그것은 최근 연구되고 있는 북극 항로입니다. 북극을 통과 할 수 있 다면 전 세계의 물류 이동 시간을 획기적으로 줄이게 되겠죠? 하지만 무분 별한 기술 개발로 해양 생태계가 파괴된다면 그 손해도 우리에게 돌아온다 는 거 알고 있죠? 여러분이 직접 선박, 해양 공학자가 되어 생태계를 교란 시키지 않는 효율적인 쇄빙선을 제작하여 볼까요?
나. 감성적 체험
STEAM 프로그램을 구성함에 있어 감성적 체험은 매우 중요한 역할을 한다.
감성적 체험을 통해 학습자는 학습 동기와 긍정적 자아 효능감을 갖는다. 이는 다음 과제에 대한 자신감으로 이어진다.
◦ 모듈 제작의 결과물 발표로 긍정적 자아개념을 형성한다. (성공적 경험) ◦ 학습자가 연합하여 문제를 해결함으로써 친밀감을 갖는다. (사회적 경험) ◦ 실패와 성공을 하는 문제해결과정 속에서 값진 성취를 얻는다. (문제해결
과정의 흥미)
◦ 모듈 및 콘텐츠를 제작하고 실제 상황과 유사한 실험을 통해 효과를 증명 한다. (성공적 경험)
◦ 특허 검색을 통해 아이디어에 대한 자신감을 갖고, 실제적인 특허 출원 활동을 통해 자신감을 극대화 한다.(성공적 경험)
◦ 성공적인 감성적 체험을 통해 자기주도적 진로 설계 능력을 신장시킨다.
다. 창의적 설계
21세기는 지식정보화 사회로 정보가 새로운 가치를 창출한다. 이에 적절한 교 육과정이 STEAM 교육과정이다. 문제 상황 해결을 위한 창의적 설계를 함으로써 문제해결력과 창의력을 함양한다.
◦ 북극 항로에 적용 가능한 문제 해결 방법을 설계 한다.
◦ 속도를 지속적으로 관찰 할 수 있는 실험을 구상한다.
◦ 문제 상황을 비판적 사고로 분석한 후 발산적 사고로 문제 해결을 한다.
◦ 쇄빙선 앞면에 도형의 원리를 사용하여 효과적인 구조로 설계 한다.
◦ 다양한 방면에서 문제를 개선할 수 있는 창의적 설계를 한다.
◦ 실제 선박 기술을 분석하고 관찰, 분류하여 문제 해결을 위한 방법을 강 구한다.
◦ 우리 주변의 문제를 해결하기 위하여 자기주도적으로 문제해결방법을 설 계한다.
◦ 이 프로젝트는 자연을 배려하는 공동체적 의식과 효율적으로 문제를 해결
하는 공학적 사고를 융합하여 해결함으로써 스스로 문제 해결 과정을
통제한다. 그리고 여러 번의 시행착오를 통해 성공적 경험을 겪는 체험
프로젝트이다.
Ⅲ. 연구 수행 내용
1. 프로그램 적용 내용
가. 적용 대상
◦ 음봉중학교 학생 중 STEAM 분야와 이공계 진로 탐색 분야에 관심 있는 학생을 선발하여 동아리 구성
◦ 음봉중학교 교과 교육 활동시간을 활용하여 3학년을 대상으로 STEAM 프 로그램 적용
◦ 천안교육지원청 부설 영재교육원의 과학반 학생 8명을 대상으로 심화프로 그램에 적용
나. 적용 시기
◦ 2018년 4월 ~ 2018년 10월 적용
순 시기 운영 장소
1 4월~5월 사전 홍보 및 STEAM의 이해
음봉중학교
2 6월 동아리 모집, 수업 내용 공개
3 6월 ~ 7월 프로그램를 통한 운영
(1차 프로젝트) - 일반
4 8월 ~ 10월 프로그램를 통한 운영
(1차 프로젝트) - 심화 천안교육청 영재원
5 9월 ~ 10월 교과 내 프로그램 적용
(2차 프로젝트) -일반 음봉중학교
다. 적용 개요
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 STEAM으로 여는 NEW 북극 항로 개발 Project
학교급 중학교 대상 학년 (군) 3학년
중심과목 기술 중심과목
성취기준 영역 [중학교 1~3학년] 기술 (5) 기술시스템/수송기술 시스템 [중학교 1~3학년] 기술 (6) 기술 활용/발명아이디어 실현
연계과목
수학 과학 정보 도덕
연계과목 성취기준 영역
[중학교 1~3학년] 수학 (4) 기하/삼각비, 원의성질 [중학교 1~3학년] 과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지 [중학교 1~3학년] 과학 (3) 열과 에너지/에너지 전환 [중학교 1~3학년] 정보 (4) 컴퓨팅시스템/센서기반프로그램구현 [중학교 1~3학년] 도덕 (3) 사회․공동체와의 관계/다문화, 공동체 , 세계시민 윤리의식 형성
개발 ·적용
현황 2018. 10. 30. 기준 14차시 중 14차시 개발 및 14차시 적용 완료
2. 프로그램 적용 일정
일 정 수행내용
추 진 일 정 연구비
(천원) 비고
3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 연구 설계
연구팀 조직 연구 설계 연구 방향 워크숍
사전 검사 태도 검사(사전)
연구팀 협의회
프로젝트 주제 선정
교과별 내용분석 과정 선정 주제 선정 준거 주제 선정
협의회 및 자문위원회
프 로 그 램 개 발
차시별 목표설정 프로그램 활동 분석 학습 내용 선정 및 조직 프로그램 초안 개발 협의회 및 자문위원회 프로그램 내용 구성
프로그램 콘텐츠 개발
프로그램 내용 작성 교육자료 개발 협의회 및 자문위원회
중간 보고서 작성 제출
프로그램의 운영 및 보완
프로그램 운영 수정 및 보완 수업 평가
협의회 및 자문위원회 STEAM 행사 개최 최종안 개발
최종 프로그램 개발
태도 검사(사후)
결과보고서 작성 제출
성과발표회 참석
연구진도(%) 5 10 25 25 10 10 5 5 5 연구비집행계획(천원)
※ 주요결과물
모형 ➜
주제 1가지 ➜
프로그램 초안 ➜
프로그램 내용 ➜
프로그램 컨텐츠 ➜
프로그램 운영 결과 ➜
프로그램 수정 및 보완 ➜
최종 프로그램 ➜
컨텐츠 (교육자료, 교사용 학습자용 자료) ➜
보고서 ➜
3. 프로그램 적용 환경 구성
가. 융합인재교육(STEAM)실 및 STEAM Info 구성
◦ 과학실, 기술실, 정보실을 통합하여 융합인재교육실로 재구성
STEAM 프로그램 운영 시, 세 장소를 필요에 따라 적절히 활용하고자함.
◦ 과학실을 이용하여 실험, 분석, 측정 장비를 활용
◦ 기술실을 이용하여 제도 장치, 공구 및 머신, 음향장비를 활용
◦ 정보실을 이용하여 학생용 컴퓨터, 프린터를 제공하고 학생들이 컴퓨터와 정보검색을 활용한 정보 및 자료 수집을 할 수 있게 함
나. 융합인재교육(STEAM)의 날 (10월 4일)
◦ 융합인재교육의 날을 선정하여 프로그램을 소개하며 홍보함
◦ 관내 학교 및 타교 교사연구회 소속 학교 교원을 대상으로 공개 수업을 실 시하고 함께 교육공동체 활동을 진행함
다. 융합인재교육(STEAM) 동아리 운영 및 대회 참여
이공계 진로에 관심 있는 학생을 대상으로 동아리를 구성하여 STEAM 심화 활동, 대회참여
◦ 방과 후 동아리 및 자율 동아리 형태로 운영
◦ 창의력 및 융합적 사고를 요하는 대회에 참여하여 감성적 체험 극대화
라. STEAM 연구회와 혁신학교 프로그램 연계
◦ 스팀 연구회를 통해 개발된 프로그램을 본교 혁신학교 융합교육팀에 소개 하여 다양한 프로그램에 접목되도록 함
◦ 자문위원과 대면, 전화, 이메일을 통해 의문점을 질의하고 도움을 받으며
심도 깊은 탐구가 이루어질 수 있도록 함
Ⅳ. 연구 수행 결과
1. 개발 프로그램
가. NEW 북극 항로 개발 프로젝트
1) 주제 선정 이유
◦ 최근 북극 항로 개발 연구가 많이 일어나고 이로 인해 북극 관련 부서가 신 설되는 등 북극에 관한 사회적 관심이 높아짐
◦ 실생활의 문제 상황을 교육과정의 문제 상황으로 가져옴으로써 학습자의 수업 집중도가 높아지고 문제 상황에 몰입할 수 있게 됨
◦ 수학, 지리, 지구과학, 수리학, 구조역학, 과학적 실험 등 다양한 공학적 요 소를 발견할 수 있는 바 이를 이용하여 STEAM 교육에 적절히 활용할 수 있음
[에너지경제신문 전지성 기자] 한국도 중국과 일본 등 주변국처럼 북극 항로 개척에 적극적이다. 북극항로개발의 주무부서인 해양수산부는 지난해 말 북방경제협력위원 회에 제출한 보고서에서 에너지·자원과 연계한 북극지역 화물 확보 및 운송참여를 추진한다고 의욕을 보였다. 민간도 마찬가지다. 2013년 현대글로비스가 북극항로 시 범운항에 나섰고 2015년에는 CJ대한통운이 러시아 야말에 오일·가스터미널 건설용 하역장비 4000t을 운송했다.
2016년에는 팬오션이 야말 LNG 플랜트 설비를 날랐고, 에스엘케이국보는 북극항로 와 러시아 내륙수로를 연계한 새로운 운송루트 개척을 시도했다. 그러나 그게 전부 다. 지속적인 북극 항로 활용을 위한 동력이 없다.
출처 : http://www.ekn.kr/news/article.html?no=344588
2) 주제를 STEAM으로 여는 NEW 북극 항로 개발 Project 로 정함
◦ 최근 사회적 이슈가 되고 있는 북극 항로와 관련 하여 다각도로 문제점을 분석해보고 관찰함
◦ TRIZ의 여러 발상을 적용하여 창의적 설계 체험을 하도록 함
◦ 해양 지도 만들기, 항로 예측 기술 탐색 등 다양한 해결 방법을 고려해보 고 다각도로 생각할 수 있는 STEAM 체험을 구축함
◦ 쇄빙선 구조를 다양한 도형으로 해석하여 실시하여 보기도 하고 항로 개 발의 문제점을 찾아내어 해결해 보기도 함으로써 선박과 항로 프로젝트에 접근함
◦ 이를 통해 공학, 사회학, 과학, 기술, 역학, 수학에 대한 관심과 흥미를 높 이고 설계, 제작, 분석하는 과정을 통해 다양한 진로를 체험함
◦ 사회적 문제에 대한 관심과 흥미를 높이고 자연과 더불어 살아가는 배려 의 마음을 갖게 함
나. 프로그램의 흐름도
다. 프로그램 차시 운영 및 과목 연계
단계 주제 차시 학습내용 STEAM
(과목연계) 학습형태
1 북극 항로란? 1-2
(2)
탐색하기
1. 다양한 선박 항로 자료 탐색 2. 쇄빙선의 구조와 특성 조사 3. 북극의 현재 환경 조사 분석
S, A 개별 활동
2 프로젝트 만나기 3
(1)
프로젝트 만나기 1. 사전 검사 2. 모둠 구성하기 3. 동기유발
4. 프로젝트 제시 및 과정 안내하기
T, E, A 모둠 활동
3
선박의 이해 4
(1)
선박은 어떻게 만들어질까요?
1. 선박의 구조 알아보기
2. 쇄빙선의(돌출 부문, 재료)의 종류 조사하기
T, E 모둠 활동
실습 활동
자연과 공학 5
(1)
북극 항로 개발에 따른 효과와 부작용은?
1. 북극 항로 개발에 따른 경제적 효과 2. 북극 항로 개발에 따른 생태 환경 변화
E, A 모둠 활동
실습 활동
구조와 모터 차에 따른 추진력 실험
6-7 (2)
선박 구조에서 발생하는 추진력의 효과는?
1. 여러 가지 구조의 특성과 추진력의 차이 2. 무게 중심이 달라졌을 때의 속도 차이 조사 3. 엔진 위치에 따른 속도 변화
S, M 모둠 활동
실습 활동
도형과 쇄빙선 8
(1)
쇄빙선에 사용가능한 도형은 어떠한 것이 있나?
1. 각각의 도형의 특징 분석 2. 도형에 따른 파괴력 차이 탐색
S, M 모둠 활동
실습 활동
4 프로젝트 계획 세우기 9
(1)
프로젝트 계획을 세워본다면?
1. 프로젝트 파악하기 2. 모둠 역할 분담하기 3. 활동 계획 세우기 4. 진행 일정표 작성하기
E, A 모둠 활동
실습 활동
5
프로젝트 탐색, 설계하기
10 (1)
효율적이며 친환경 적인 쇄빙선을 설계하면?
1. 자료 수집 및 분석하기 2. 설계하기
S, T, M, E 모둠 활동
실습 활동
중간 발표하기 11
(1)
함께 생각해 본다면?
1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기
3. 모둠 의견 교환
A 모둠 활동
발표
모듈 제작하기 12
(1)
모듈을 제작해 본다면?
1. 제작하기 T, E 모둠 활동
실습 활동
6 효과 검증 13
(0.5)
효과가 얼마나 차단될까?
1. 프로그램을 통한 시뮬레이션 T, M, E 모둠 활동
실습 활동
7 결과 발표하기 13
(0.5)
함께 이야기해 볼까요?
1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기
3. 모둠 의견 교환
A 모둠 활동
발표
8 관련 직업 탐색
(커리어패스)
14 (1)
관련된 직업에는 어떤 것들이 있을까요?
1. 선박해양기술자, 국제연합기구 종사자, 수학자, 과학자, 안전 관리사 등 직업 탐색
2. 커리어 패스 포트폴리오 제작
S, T, A 개별 활동
라. 프로그램의 구성요소 – 6전략 (6-Factor)
F1. 문제 상황 중심의 STEAM에 대한 통합적이고 발산적 사고를 위한 교육 1. 적정기술의 이해에서 미래 지향적 해양 공간이라는 과학 기술 아이디어
탐색, 모듈 제작에 이르기까지 체계적인 Story-telling에 기반
2. 사회적 공감과 배려를 통한 공동체 의식과 효과적인 선박 구조 구성의 공학적 시스템을 기반
3. S, T, E, A, M 분야의 융합 및 내용의 체계적인 연계
4. 공학의 프로그램 개발, 수학의 순서도에 대한 전반적인 지식을 아우름 5. 배려 깊은 환경적 프로그램과 효과적인 선박 구조 설계 방안의 융합 F2. 미래의 창조, 융합시대에서 필요한 시대정신 반영
1. 사회가 요구하는 적정 기술과 관련이 깊음
2. 환경 문제, 사회 문제, 인류 문제를 함께 해결하기 위한 활동 3. 과학기술, 사회, 인류가 공존하여 더불어 사는 인성을 함양
F3. 빠른 과학기술의 변화와 발전을 빠르게 과학교육 현장에 도입하고 적용하 는 적시교육
기존 재료와 과학적 원리를 이용하되 발상의 전환 과정을 통한 융합적 구 상으로 기존 기술을 기반으로 새로운 기술이 개발될 수 있음을 학습
F4. 미래를 예측하고 이에 대비한 과학기술공학인재 양성과 미래직업탐색을 위 한 교육
현대사회가 필요로 하는 시스템 공학의 발전 방향을 이해하고 이를 개발할 수 있는 과학기술공학 인재 양성
F5. STEAM교육의 효율성과 창의성 및 흥미를 유발하기 위한 다양하고 창의적 수업 방법론 도입
창의적인 설계와 제작을 통한 주제의 이해와 학습목표 성취
F6. 환경에 대한 의미와 가치 및 도덕적 기준과 규범을 터득하도록 교육
사회와 인간을 배려하는 과학기술을 개발하기 때문에 인간과 사회, 환경이
서로 공존해야함을 알게 됨
① 지속적인 과정 평가가 되도록 한다.
② 다양한 방법의 동료 평가를 할 수 있도록 한다.
③ 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험 모두 고르게 평가 할 수 있도록 한다.
2. 수업 평가 방법
가. 평가 개요
구분
종류 평가 활동 평가 방법(도구) 평가 내용
평가 1 상황 제시 자기평가 문제의 이해
평가 2 창의적 설계 관찰평가
자기평가 구성력, 아이디어
평가 3 감성적 체험 자기평가
동료평가 기능성, 심미성, 창의성
피드백 계획
평가 1 : 포트폴리오의 평가 기준을 미리 제시하여 학습 몰입도를 증가 시킨다.
평가 2 : 자신이 활동에 성실하게 참여하였는지의 여부에 대한 평가를 실시하되 스스로의 부족한 점과 잘한 점을 찾아보도록 한다.
평가 3 : 부족한 부분은 보완 할 수 있는 기회를 준다.
나. 평가 전략
다. 평가 도구
1) 관찰 평가표
평가 영역 채점 기준
참여도
흥미를 보이며, 프로젝트를 잘 인식하고 스스로 작업한다. □ 프로젝트를 해결하려고 하며 다소 어려움이 있다. □
흥미가 없고, 프로젝트 해결에서 빗나간다. □
학습과 지식
지식과 학습을 관련시키고, 지식의 전달과 표현을 잘한다. □ 정보를 찾을 수 있고, 요구한 지식을 찾아볼 수 있다. □ 무엇을 찾아야 할지 모르고, 지식 전달이 잘 안 된다. □
과정
적합한 전략을 찾아 도전하고 변화와 창의성이 돋보인다. □ 프로젝트 해결 과정이 불확실하지만, 도움을 구한다. □
프로젝트를 잘 잊고, 포기하며, 의욕이 없다. □
평가내용 모둠 상 중 하 점수
프로젝트가 실용적이며 제작 가능하다.
1모둠 2모둠 3모둠
작품의 다양성, 창의성, 적절성이 좋다.
1모둠 2모둠 3모둠 구성원 각자의 역할이 빛났으며 협동하여 문제를 해결하는 모습
을 보였다.
1모둠 2모둠 3모둠
1. 실생활 주제를 해결하는데 능동적이며 문제 해결 방법이 창의적이다.
2. 개별 학습시에는 과제 몰입도가 뛰어나고 팀 학습에서는 시너지 효과를 발휘한다.
3. 도구를 안전하게 사용하려는 태도를 보인다.
4. 융합적 사고를 하는 모습이 자주 보이고 문제해결 상황에 잘 접목시킨다.
5. 선박에 대한 이해도가 충분하며 문제를 해결하려는 태도가 적극적이다.
6. 토의 토론 및 프리젠테이션 과정에서 긍정적 표현을 하며 행복감이 보여 진다.
7. 도형의 무게 중심을 잘 이해하고 있으며 이를 선박 설계에 적용하는 능력이 뛰어나다.
8. 빙산의 구조를 탐구하는 모습이 적극적이며 공학적으로 사고하는 모습을 자주 보인다.
9. 북극항로의 장단점에 대해 구체적으로 알고 있으며 이를 바탕으로 융합적인 실험을 설계하려 노력한다.
10. 동료들과 함께 문제를 해결하는 과정에서 융합적 사고력이 드러나며 그것을 구체화 시키려는 노력이 엿보인다.
2) 자기 평가표
항목 평가
우수 보통 미흡
흥미를 갖고 문제 상황에 집중하였다
창의적 아이디어를 가지고 적극적으로 수업과정에 참여하였다.
구성원 모두가 협동하여 북극 항로 및 선박을 설계하였다.
문제 해결을 위한 구체적인 계획을 세웠다.
도구를 안전하고 능숙하게 사용하였다.
아이디어 표현 활동에 적극적으로 참여하였다.
3) 동료 평가표
라. 생활기록부 예시
3. 프로그램 효과 검증
가. 평가 내용과 방법
구분 주제 측정도구
양적평가
이공계 진로 의식 향상 설문지를 통한 운영 전후 비교 (일원변량분석)
자유학기제 교육과정과 연계한 스팀 교육 정도
설문지를 통한 운영 전후 비교 (일원변량분석, 교차분석) 융합적 사고력 및
문제해결력의 변화 정도 문제 상황 해결 능력 평가
질적평가
긍정적 진로 탐색 능력 정도
질문지 소감문 스팀 교육에 대한 가치관
나. 수행 결과
1) 학문분야 주제별 융합형 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 - 개발 분량 : 차시대체형 모듈(14차시) 개발
구분 수행 결과
교수학습지도안 개발 차시 총 14차시 개발, 적용
수혜학생 수 117명(중학교 3학년 전교생)
학생 태도검사 사전검사 5월 27일, 2개 학급(47명) 완료 사후검사 10월 30일, 2개 학급(47명) 완료
학생 및 교사 만족도 조사 10월 26일
교사연구회 STEAM 행사 개최 2018.10.04. 4교시(11:35~12:20) 수업공개 2018.10.04.‘STEAM 교육공동체 행사’개최
논문 또는 학술대회 해당 없음
특허출원(국외, 국내) 국내 특허출원 계획 (학생 아이디어)
다. 자문위원 및 전문가를 통한 자문 및 타당도 검사
1) 전문가의 타당도 검사를 실시
◦ 지속적인 자문과 수정을 통해 프로그램을 개발, 2회(6월, 9월)에 걸친 전 문가 집단을 대상으로 타당도 검사를 실시하여 프로그램의 수정 및 보완
2) 타당도 검사지 예시
응답 예시("매우 그렇다"의 경우) 문항
매우 그렇
다
그렇 다
보통 이다
그렇 지 않다
전혀 그렇
지 않다.
문항에 대한 의견이 있으시면
적어 주십시오.
※ 그림과 표는 학습내용을 이해하는
데 도움이 된다. Ⅴ
1. STEAM 교육 프로그램으로 적합하게 구성되었다.
2. STEAM 요소 구성이 빠지지 않고 잘 되었다.
3. 학습목표의 진술 내용이 적절하게 표현되었다.
4. 각 교과의 관련지식을 통합할 수 있 는 세부 프로그램이 선정되었다.
5. 주제와 관련된 각 교과의 관련지식 이 적절하게 선정되었다.
6. 각 교과의 관련지식은 교육과정의 내용과 일치하고 있다.
7. 문장이나 용어는 학습자 수준에 적 합하다.
8. 학습자의 이해를 돕기 위한 사진이 나 삽화의 내용이 적절하다.
9. 학습자의 흥미를 유발시킬 수 있게 구 성되었다.
10. 전체적인 편집이 조화롭게 잘 되었다.
11. 이외에 프로그램에 대한 의견이 있으시면 자유롭게 작성해주십시오.
라. 학생 만족도 및 태도, 사고 변화 검사
1) 학생 만족도 및 태도 사고 변화 조사 설문지
◦ 프로그램 참여 후 만족도 및 사고 변화에 대한 검사 실시
◦ 문항 영역 : 적용과 시기, 환경조성, 교수 방법, 활동 시간, 이해도, 분량, 교재나 학습 자료의 편집상태, 학습자료, 흥미도, 관심도, 태 도 변화, 진로분야, 창의적 사고, 융합적 사고 변화 등 등 2) 설문지 예시
순
번 분류 평가항목 매우
그렇다 그렇다 보통이 다
그렇지 않다
전혀 그렇지
않다.
1
만 족 도
참여했던 수업에 전반적으로 만족했다.
2 참여했던 수업이 흥미로웠다.
3 참여했던 수업이 유용하다.
5 수업이 나에게 도움이 되었다.
6 수업 내용들은 평소 나의 관심거리와 관련된 것이다.
7 수업을 통해 진로 선택에 도움을 받았다.
8
수 업 관 련
참여했던 수업은 간결하여 이해하기 쉬 웠다.
9 수업의 내용을 전반적으로 이해하였다.
10 주어진 시간 동안 배워야 할 학습 내용 분량이 적당했다.
11 교재나 학습 자료의 글꼴 및 글자 크기 가 적당하였다.
12 수업에서 어려운 낱말이나 용어가 있었 다.
14 다양한 학습자료(사진, 동영상)는 학습하 는 데 도움이 되었다.
15 이론 수업을 제외한 활동 수업 시간은 충분했다.
17
특 징
하나의 프로젝트로 각 과목의 내용을 배우는 수업 방식은 기존의 수업 방식 에 비하여 이해하기 쉬웠다.
18
오늘 배웠던 수업 내용을 바탕으로 다 른 새로운 지식을 창출할 수 있다는 생 각이 든다.
19
기존의 수업 방식에서 벗어나서 우리 주변의 실생활에서의 소재를 배움으로 써 수업이 흥미로웠다.
20
오늘 수업을 통해 배운 내용은 일상생 활에 경험하거나 평소 생각해 본 것과 관련시킬 수 있었다.
합계
Ⅴ. 결 론
가. 사전 학생 설문 결과
Ÿ 나는 과학 공부 하는 것이 즐겁다.
Ÿ 과학과 관련된 직업에 관심이 있다.
Ÿ 과학 지식은 일상생활에 도움이 된다.
Ÿ 나는 과학 관련 정보나 책을 찾아 읽는 것을 즐긴다.
Ÿ 과학은 다른 교과를 공부하는데 도움이 된다.
나. 사후 학생 설문 결과
Ÿ 나는 과학 공부 하는 것이 즐겁다.
Ÿ 과학과 관련된 직업에 관심이 있다.
Ÿ 과학 지식은 일상생활에 도움이 된다.
Ÿ 나는 과학 관련 정보나 책을 찾아 읽는 것을 즐긴다.
Ÿ 과학은 다른 교과를 공부하는데 도움이 된다.
다. 학생의 변화 모습
Ÿ 수학, 과학 교과시간에 학습한 내용을 기술시간에 활용하는 것이 재미있었다.
Ÿ 많은 학생들이 성공할 수 있다는 자신감을 갖게 되었다.
Ÿ 풀리지 않는 문제를 해결하고자 하는 의욕이 생겼다.
Ÿ 다양한 방법으로 실험하고 응용하는 자세가 생겼다.
Ÿ 스스로 미래를 설계하고 실천해 나가기 시작하였다.
Ⅵ. 제언 및 시사점
가. 문제 해결력 증진을 통한 창의 인재 양성
◦ 여러 종의 실생활 문제 상황 속에서 해결책을 찾아 나감. 이를 통해 고차 원적 사고 능력 신장으로 미래 사회에 대비
◦ STEAM 교육프로그램을 통한 예술과 수학, 과학 원리에 기술적 활용과 공 학적 문제 해결을 통해 창의성, 문제해결력을 향상
나. 기존의 수업 방법과 평가 방법을 개선
◦ 과정 중심 평가 및 학습자 중심 수업 방법을 통한 기존 수업 방법 개선
다. 2015개정교육과정과 STEAM 교육의 연계
◦ 개정교육과정은 학습자의 융합적 사고를 기를 수 있도록 교수․학습과정에 서 교과 내, 교과 간 내용 연계성을 고려하여 지도하도록 강조
◦ 이에 NEW 북극 항로 개발 프로그램을 적용하여 교과 간 내용 연계를 이 루어 학습자의 융합적 사고를 신장시키고 진로와 적성 탐색 기회 제공
라. 학습 전이 효과와 몰입 증대
◦ 사회 문제를 문제 상황으로 인식하여 문제에 대한 집중도가 높고 학습 전 이도가 향상됨
◦ 긍정의 감성적 체험을 통해 차시 수업에 대한 기대와 수업 활동에서 몰입
도가 증대됨
[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 중학교 기술 (5) 기술시스템 수업용 STEAM 프로그램
1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 STEAM으로 여는 NEW 북극 항로 개발 Project
학교급 중학교 대상 학년 (군) 3학년
중심과목 기술 중심과목 성취기준 영역
[중학교 1~3학년] 기술 (5) 기술시스템/수송기술 시스템 [중학교 1~3학년] 기술 (6) 기술 활용/발명아이디어 실현
연계과목
수학 과학 정보 도덕
연계과목 성취기준 영역
[중학교 1~3학년] 수학 (4) 기하/삼각비, 원의성질 [중학교 1~3학년] 과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지 [중학교 1~3학년] 과학 (3) 열과 에너지/에너지 전환 [중학교 1~3학년] 정보 (4) 컴퓨팅시스템/센서기반프로그램구현 [중학교 1~3학년] 도덕 (3) 사회․공동체와의 관계/다문화, 공동체 , 세계시민 윤리의식 형성
연번 차시 (중심과목)
2015 개정 교육과정 성취기준
(연계과목) 성취기준 영역
1 1~2/14 [9 기가 04-10] 수송 기술 시스템의 각 단계별 세부 요소를 이해
하고 수송 기술의 특징과 발달과정을 설명한다 .
[중학교 1~3학년]
정보 (4) 컴퓨팅시 스템
2 3/14 [9기가04-11] 수송 수단의 안전한 이용 방법을 알고, 사고 원인 과 예방 및 대처 방법을 조사하고 실천한다 .
[중학교 1~3학년]
도덕 (3) 사회․공 동체와의 관계 3 4~5/14 [9기가04-13] 신 재생 에너지의 활용을 이해하고 신 재생 에너
지 개발의 중요성을 인식하여 , 효율적인 에너지 이용 방안을 제 안한다 .
[중학교 1~3학년]
과학 (3) 열과 에 너지 /에너지 전환
4 6~7/14 [9기가05-08] 표준화가 되어 있지 않아 불편한 사례를 찾아 해 결 방안을 탐색하고 실현하며 평가한다 .
[중학교 1~3학년]
수학 (4) 기하/삼 각비 , 원의성질
5 8~9/14 [9 기가 04-12] 수송 기술과 관련된 문제를 이해하고, 해결책을 창 의적으로 탐색하고 실현하며 평가한다 .
[중학교 1~3학년]
과학 (1) 힘과 운동 /일과 에너지 [중학교 1~3학년]
수학 (4) 기하/삼 각비 , 원의성질 6 10~12/14 [9기가05-06] 생활 속 문제를 찾아 아이디어를 구상하고 확산
적 수렴적 사고 기법을 활용하여 창의적으로 해결한다 .
[중학교 1~3학년]
과학 (1) 힘과 운동 /일과 에너지 7 13~14/14 [9기가05-09] 적정기술과 지속가능 발전의 의미를 이해하고 적
정기술 체험 활동을 통하여 문제를 창의적으로 탐색하고 실현 하고 평가한다 .
[중학교 1~3학년]
도덕 (3) 세계시민
윤리의식 형성
2. STEAM 프로그램 총괄표 (총 14차시)
단계 주제 차시 학습내용 STEAM
(과목연계) 학습형태
1 북극 항로란? 1-2
(2)
탐색하기
1. 다양한 선박 항로 자료 탐색 2. 선박의 구조와 특성 조사 3. 북극의 현재 환경 조사 분석
S, A 개별 활동
2 프로젝트 만나기 3
(1)
프로젝트 만나기 1. 사전 검사 2. 모둠 구성하기 3. 동기유발
4. 프로젝트 제시 및 과정 안내하기
T, E, A 모둠 활동
3
선박의 이해 4
(1)
선박은 어떻게 만들어질까요?
1. 선박의 구조 알아보기
2. 선박(돌출 부문, 재료)의 종류 조사하기
T, E 모둠 활동
실습 활동
자연과 공학 5
(1)
북극 항로 개발에 따른 효과와 부작용은?
1. 북극 항로 개발에 따른 경제적 효과 2. 북극 항로 개발에 따른 생태 환경 변화
E, A 모둠 활동
실습 활동
구조와 동력에 따른 추진력 실험
6-7 (2)
선박 구조에서 발생하는 추진력의 효과는?
1. 여러 가지 구조의 특성과 추진력의 차이 2. 무게 중심이 달라졌을 때의 속도 차이 조사 3. 선박에 가해지는 바람의 영향 실험
S, M 모둠 활동
실습 활동
도형과 쇄빙선 8
(1)
선박에 사용가능한 도형은 어떠한 것이 있나?
1. 각각의 도형의 특징 분석
2. 도형의 무게 중심에 따른 복원력 차이 탐색
S, M 모둠 활동
실습 활동
4 프로젝트 계획 세우기 9
(1)
프로젝트 계획을 세워본다면?
1. 프로젝트 파악하기 2. 모둠 역할 분담하기 3. 활동 계획 세우기 4. 진행 일정표 작성하기
E, A 모둠 활동
실습 활동
5
프로젝트 탐색, 설계하기
10 (1)
효율적이며 친환경 적인 선박을 설계하면?
1. 자료 수집 및 분석하기 2. 설계하기
S, T, M, E 모둠 활동
실습 활동
중간 발표하기 11
(1)
함께 생각해 본다면?
1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기
3. 모둠 의견 교환
A 모둠 활동
발표
모듈 제작하기 12
(1)
모듈을 제작해 본다면?
1. 제작하기 T, E 모둠 활동
실습 활동
6 효과 검증 13
(0.5)
효과가 얼마나 차단될까?
1. 프로그램을 통한 시뮬레이션 T, M, E 모둠 활동
실습 활동
7 결과 발표하기 13
(0.5)
함께 이야기해 볼까요?
1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기
3. 모둠 의견 교환
A 모둠 활동
발표
8 관련 직업 탐색
(커리어패스)
14 (1)
관련된 직업에는 어떤 것들이 있을까요?
1. 선박해양기술자, 국제연합기구 종사자, 수학자, 과학자, 안전 관리사 등 직업 탐색
2. 커리어 패스 포트폴리오 제작
S, T, A 개별 활동
중심과목
기술
학교급/학년(군)중학교 /3학년
중심과목성취기준
영역
(5) 기술시스템/수송기술 시스템
중심과목 성취기준[9기가04-12] 수송 기술과 관련된 문제를 이해하고 , 해결책을 창의적 으로 탐색하고 실현하며 평가한다 .
주제(단원)명
수송 기술 문제 해결
차시 1-10/14차시학습목표
- 부력 및 복원력 실험을 설계할 수 있다.
- 북극항로에 적용 가능한 모듈을 제작할 수 있다.
- 도형의 무게 중심과 복원력의 관계를 설명할 수 있다.
- 북극항로의 장점을 5가지 이상 말할 수 있다.
연계과목
수학 과학 정보 도덕
연계과목성취기준 영역
수학 (4) 기하/삼각비, 원의성질 과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지 과학 (3) 열과 에너지/에너지 전환 정보 (4) 컴퓨팅시스템/센서기반프로그램구현 도덕 (3) 사회․공동체와의 관계/다문화, 공동 체 , 세계시민 윤리의식 형성
STEAM 요소
S
부력 및 복원력 개념 / 열의 이동
T
북극항로 관련 요소 및 모듈 시스템 제작
E북극항로 모듈 시스템 설계
A
북극항로 개발에 대한 토의 및 프리젠테이션
M도형의 무게 중심
개발 의도
최근 북극 항로 개발 연구가 많이 일어나고 이로 인해 북극 관련 부서가 신설되 는 등 북극에 관한 사회적 관심이 높아지고 다양한 공학적 요소를 발견할 수 있 는 바 이를 이용하여 STEAM 교육에 적절히 활용할 수 있음
◦ 최근 북극 항로 개발 연구가 많이 일어나고 이로 인해 북극 관련 부서가 신설되는 등 북 극에 관한 사회적 관심이 높아지고 다양한 공학적 요소를 발견할 수 있는 바 이를 이용하여 STEAM 교육에 적절히 활용할 수 있음
◦ 실생활의 문제 상황을 교육과정의 문제 상황으로 가져옴으로써 학습자의 수업 집중도가 높아지고 문제 상황에 몰입할 수 있게 됨
◦ TRIZ의 여러 발상을 적용하여 창의적 설계 체험을 하도록 함
◦ 최근 사회적 이슈가 되고 있는 북극 항로와 관련 하여 다각도로 문제점을 분석해보고 관 찰함
◦ 해양 지도 만들기, 항로 예측 기술 탐색 등 다양한 해결 방법을 고려해보고 다각도로 생 각할 수 있는 STEAM 체험을 구축함
STEAM 학습준
거
상황 제시
상 황 제 시
여러분은 아시아와 유럽을 연결하는 최 단 거리의 항로를 알고 있나요 ?
창 의 적 설 계
창의적 설계
◦STEAM 공모전을 통해 긍정적 감성적 체험을 한다 .
◦ 학습자가 연합하 여 문제를 해결함으 로써 친밀감을 갖는 다 . (사회적 경험)
감 성 적 체 험
◦ 북극 항로에 적용 가능한 문제 해결 방법을 설계 한다 .
◦ 복원력을 관찰 할 수 있는 실험을 구상한다 .
◦ 쇄빙선 앞면에 도형의 원 리를 사용하여 효과적인 구조 로 설계 한다 .
감성적 체험
3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안
학습
과정 교수 학습 활동 준비물
도입
☼ ‘빠르고 안전한 북극항로 프로젝트’
인도양과 지중해를 통해 유럽으로 가는 우리의 수출 길은 안전한가? 최근 수에즈 운하와 인도양 사이에 위치한 소말리아 해안에서 해적이 자주 출몰 하고 있다. 무역 강국의 한국도 예의는 아니다. 이를 예방하기 위해서는 해 군의 도움을 받거나 새로운 항로를 이용해야 한다. 이제 새로운 유럽의 수 출길!! 북극항로를 이용할 시기가 도래했다. 안전하고 빠른 우리만의 북극항 로를 이용해보자.
자유롭게 현재 항로에 대해 대화하기
- 현재까지 위험하였던 사례가 있는지 이야기 한다.
- 현재 유럽 수출 항로의 특징에 대해 알아본다.
- 항로에 대해 알고 싶은지 이야기를 나눈다.
- 북극항로를 개발 했을 때의 장단점에 대해 조사해 본다.
- 북극항로 개발 관련 찬반 토의 및 프리젠테이션 한다.
해양과 선박에 대한 내용 조사하기
- 인터넷 자료 검색을 통해 개발된 북극항로를 탐색한다.
- 북극 환경에 적합한 선박 재료에 대해 알아본다.
- 잘못 설정된 항로가 어떤 피해를 주는지 알아본다.y-1
- 선박의 구조를 결정하는 요인이 어떠한 것이 있는지 조사해본다.
▸선박은 어느 환경에서나 구조가 같은가요?
▸기존의 항로들을 효과적으로 활용하는 방법은?
▸안전하고 효율적인 항로에는 어떤 특징이 있나요?
교사 발문 Tip
동영상
PPT
STEAM 활동지
전개
☼ 안전하고 효율적인 북극항로 구상, 설계하기
안전한 북극항로 설계를 위한 방법을 서로 브레인스토밍을 통해 자유롭게 나누고 다양한 과학적 실험을 통해 아이디어를 점검, 자료 검색을 통해 북 극항로의 개념을 더욱 알아가기
학생활동지
북극의 해빙 현상에 대해 알아보기 - 북극의 눈물 영상을 본 소감을 말한다.
- 해빙과 열에너지의 개념에 대해 이해한다.
- 해빙을 막을 방안에 대해 알아본다.
친환경 선박에 대해 알아보기 - 친환경 선박 연료에 대해 조사한다.
- 미래의 선박의 개념에 대해 이해한다.
- 미래 선박의 형태와 구조, 기능에 대해 알아본다.
▸영상을 보니 어떤 생각이나 느낌이 드나요?
▸친환경 선박이 무엇인가요?
▸친환경 선박의 특징은 무엇인가요?
교사 발문 Tip
빙산 형태 차이에 따른 파괴 실험 설계 - 다양한 형태의 얼음 파괴 실험을 설계한다.
- 북극의 해양 구조와 북극 생태계를 탐색한다.
- 빙산의 구조를 분석하고 빙산 형태에 대해 알아본다.
안전하고 효율적인 북극항로와 선박 구상하기 - 효과적인 북극 항로를 어떻게 구성할지 생각한다.
- 어떻게 하면 안전하고 효과적인 선박 구조를 설계할 지 모둠별로 브레인스 토밍을 통해 알아본다.
- PMI기법을 이용하여 의견을 수렴하고 모둠별로 만들고 싶은 선박 모듈을 구상한다.
▸해빙 현상을 막으면서 북극항로를 이용하려면 어떻게 해야 할까요?
▸최적화 된 선박 항로를 프리스케치 하고 프리젠테이션 해봅시다.
교사 발문 Tip
북극의 눈물(VOD)
2편
학생활동지
PPT
문제 해결 프로젝트 (설계)
- 이전 시간에 프리핸드 한 스케치를 바탕으로 가장 효율적인 디자인과 재료 를 결정한다.
- 정해진 디자인과 재료를 바탕으로 구체적인 제작도로 표현한다.
- 제작을 위한 준비를 한다.
☼ 최적화된 북극항로와 선박 만들기
주어진 재료를 이용하여 구상한 아이디어를 실현시켜보자.
자유선택 재료를 이용한 북극항로 선박 만들기 - 기본 틀을 우드락으로 만든다.
- 모둠별로 생각한 모형재료를 이용하여 우드락 위에 안정적인 안전장치를 만든다.
- 순간접착제를 사용하여 빠른 시간에 효과적인 공간이 나오도록 제작한다.
▸주어진 재료를 어떻게 이용하면 좋을까요?
▸부력과 복원력을 갖으려면 어떻게 제작하면 좋을까요?
교사 발문 Tip
안전지도
학생활동지
정리
☼ 느낌 나누기
모둠별로 만든 북극 항로 모듈을 발표해 보며 서로 잘된 점과 보완할 점을 이야기해 주는 활동을 통해 아이디어를 공유하고 지금까지의 활용내용이 정 리되도록 지도한다.
모둠별로 만든 모듈을 발표하고 전시하기 - 만드는 과정에서 어려웠던 점을 이야기한다.
- 자기 평가를 통해 반성하고 피드백 한다.
- 친구들의 장점을 칭찬하고, 단점은 서로 토론하여 공유한다.
- 일정 기간 동안 모둠 이름을 붙여 전시한다.
▸누가 가장 효과적으로 모듈을 만들었나요?
▸미래에는 어떤 항로 아이디어가 등장할까요?
교사 발문 Tip
평가활동지
중학교 STEAM 학습 자료 (도덕부문)
학습지 음봉중학교 학번: 이름:
4. 학생활동지 / 학생 / 교사 참고자료
활동 1 새로운 실크로드 북극항로 개발
[자료 1] 쇄빙선을 이용한 새로운 항로 개발
출처 해양수산부
북극항로는 북극해의 북동항로(NSR, Northern Sea Route)와 북극해의 북서항로 (Notrhwest passage)를 총칭하는 말로 북극해를 통해 유럽과 아시아 및 아메리카를 아 우르는 광대한 해상 항로입니다. 위 그림은 북극항로와 현재항로를 도식화한 것입니다.
그림에서 알 수 있듯이 부산항과 로테르담을 각각 출발지와 목적지로 설정해 보면 현재 항로와 북동항로의 거리차이는 약 7000Km가 나는 것을 알 수 있습니다. 날짜로 환산할 경우 약 10일의 운항일수를 절감 할 수 있는 수치이며, 거리 단축은 연료비를 포함한 전반적인 물류비를 절감 할 수 있는 긍정적인 요인으로 작용하게 됩니다.
∙ 새로운 북극항로 개발에 대한 나의 생각 그리고 이유는?
활동 2 지구온난화로 인한 북극 해빙 감소
[자료 1] 지속적으로 줄어드는 북극의 해빙
출처 내셔널 지오그래픽
최근 지구온난화가 가속화 되면서 지구의 평균온도가 20년 사이에 약 2도가량 상승했 다고 합니다. 사람들이 체감할 정도로 여름이 빨리 오기 시작했고 상승된 기온으로 인 해 지구 환경에도 다양한 변화가 생겨나고 있습니다. 그 대표적인 사례로 우리가 알고 있는 것이 바로 북극의 빙하가 녹고 있다는 것입니다. 빙하가 녹아서 북극곰이 갈 곳 을 잃고 허둥지둥 대는 모습을 TV에서 영상으로 본 기억이 있을 겁니다. 북극 해빙의 감소는 생태계의 혼란을 야기하고 해수면 상승으로 인한 지구의 위험 요소로 여겨지기 도 합니다.
∙ 북극의 환경 변화에 대한 나의 생각 그리고 이유는?
중학교 STEAM 학습 자료 (수학부문)
학습지 음봉중학교 학번: 이름:
활동 1 도형의 무게중심과 선박의 복원력
[자료 1] 선박의 단면의 무게 중심과 복원력
[출처] 선박의 복원성 1. 복원성 : 선박이 물 위에 떠 있는 상태에서 외부로부터 힘을 받아서 경사하려고 할 때의 저항
이나 또는 경사한 상태에서 그 외력을 제거하였을 때 원래의 상태로 돌아오려고 하는 성질. 도형 의 형태와 선박 무게 중심에 따라 복원력이 달라짐.
2. 복원력 : 복원성을 나타내는 물리적인 양, 물에 직립으로 떠있는 선박이 바람이나 파도 등에 의 하여 횡 경사 했을 때 다시 원래로 일어서는 힘.
[출처] 선박의 복원성
삼각형의 무게중심
❶ 삼각형의 세 중선은 한 점(무게중심)에서 만난다.
❷ 삼각형의 무게중심은 세 중선의 길이를 각 꼭짓점으로부터 각각 로 나눈다.
즉 오른쪽 삼각형 ABC 에서
AG G L BG G M CG G N
활동 2 안정적인 선박 단면 설계
[자료 1] 적재 물질의 형태 변화에 따른 안정도 차이
[출처] 선박의 복원성
∙ A, B, C 중 가장 안정적인 선박은? 그렇게 생각한 이유는?
∙ 삼각형의 무게 중심을 고려하여 안정한 선박을 디자인 하여 보자.
중학교 STEAM 학습 자료 (기술부문)
학습지 음봉중학교 학번: 이름:
차시 7
학생활동1 문제 이해하기
가. 문제를 확인하기: 문제 상황을 보고 해결하는데 알아야 할 것이 무엇인지 적어보자.
문제의 목적이 무엇인가?
주어진 조건의 이용 방법
조건
재료
나. 문제를 명료하게 진술하기: 문제 상황을 한 문장으로 써 보자.
다. 다양한 아이디어 창출하기 위해 모둠원과 상의해서 적어봅시다.
문제를 해결하기 위해 필요한 것
알고 있는 것 알아야 할 것 알아내는 방법
..
차시 8
학생활동2 브레인 스토밍 기록지
날짜
리더/사회자 기록자
주제 북극항로에서 안전한 수송을 위한 아이디어 협의
아이디어
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
최적의 아이디어
..
차시 9
학생활동3 아이디어 수렴 활동지
탐색 활동 평가 행렬법을 이용한 아이디어 수렴 예)
평가 지표
1 2 3 4 5
전혀 좋지 않다 좋지 않다 보통이다 좋다 아주 좋다
해결방안
평가영역 방안 ① 방안 ② 방안 ③ 방안 ④ 방안 ⑤
기능
모양
크기와 구조
재료
가공방법
안전성 계
해결방안
평가영역 방안 ① 방안 ② 방안 ③ 방안 ④ 방안 ⑤
계 ..
차시 10
학생활동4 설계 개요 작성
작품 제목
기능
모양
크기와 구조
재료
가공방법
안전성
..
차시 10
학생활동5 아이디어 표현하기
..
