창의고등학교

(1)

2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 최종 보고서

2020. 11. 20

창의고등학교

(2)

【 2020년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2020년 STEAM 교사연구회 운영(창의고등학교)

STEAM 프로그램

유형 (유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ )

프로그램명 화성 우주인으로 살아가기 프로젝트

학교급

고

대상 학년(군)

고등학교 1학년~3학년

중심과목

과학

중심과목

성취기준 영역

[과학과 교육과정] 통합과학 고1학년 (9)발전과 신재생 에너지

연계과목

생명과학 기술 수학 영어

연계과목 성취기준 영역

[과학과 교육과정] 생명과학 고2학년 (5)-3 에너지 흐름과 물질 순환 [실과(기술‧ 가정)/정보과 교육과정] 기술‧ 가정 고1학년 (4)기술시스템 [공학일반 교육과정] 공학일반 고3학년 (2)공학의 세계 [수학과 교육과정] 수학Ⅰ 고 1학년 (3)-2,3 직선, 원의 방정식 [영어과 교육과정] 영어권 문화 고3학년 Humans on Mars?

연구기간 협약체결일 ~ 2020.11.30.

신청금액 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 담당과목 직위 성명

연구책임자 창의고등학교 과학 교사 구길서

공동연구원 창의고등학교 과학 교사 안소라

공동연구원 창의고등학교 기술 교사 김종명

공동연구원 창의고등학교 수학 교사 김채윤

공동연구원 창의고등학교 영어 교사 김광민

2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2020년 11월 20일

주관연구기관장 : 김 신 영 (인) 연구책임자 : 구 길 서 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

(3)

“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

목 차

1. 요약문

··· 1

2. 서론

··· 1

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 2

가. 연구 수행 내용 ··· 2

1) STEAM 프로그램 개발 및 적용 ··· 3

2) STEAM 프로그램 적용 성과 연구 검증 및 내용 ··· 3

3) STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 ··· 3

나. 프로그램 개발 중점 사항 ··· 3

다. 학생 태도 검사 대상의 선정 이유 ··· 3

4. 연구 수행 결과

··· 4

5. 결론 및 제언

··· 5

6. 참고문헌

··· 7

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 부록2. 학교생활기록부 기록

부록3. 회의록

(5)

1. 요약문

영화 마션을 보고 학생들이 화성에서 살아가기 위해 필요한 에너지, 식량, 거주지 등을 찾기 위해 다음과 같은 주제로 수업 내용을 구조화하여 수업에 적용한다.

o 태양광을 이용한 전기 에너지의 생산과정을 알아보고 효율적인 태양광 생산 장치를 설계하고 제작한다.

o 탄소순환과 질소순환에 대해 알아보고 생물체가 살 수 있는 환경 요소를 알아본다.

o 연결봉과 연결대의 수, 연결대의 각도에 따라 다양한 도형 표현이 가능함을 이용하여 다양한 구조물을 구현해 본다.

o 3D프린터 활용방법도 함께 생각해본 후 도면을 설계한다.

o 결과물에 대한 홍보전단지를 영어로 제작한다.

2. 서론

가. 목표 : 학생진로선택중심 STEAM 수업 프로그램 개발 및 적용을 통한 문 제해결능력 신장

나. 세부내용

1) 진로 연계 STEAM 수업 프로그램 개발

2) 다양한 지식을 융합하고 새로운 지식 및 가치를 창출할 수 있는 인재 양성을 위한 STEAM 수업 실시 가) STEAM의 수업을 위한 교과별 접근 개념 모형

◦ 개념 : 자연 세계의 산물을 인간에게 유용하게 변환시키기 위하여 과학적 원리 와 기술적 방법을 응용하여 제품과 공정 을 설계하고 개발하는 학문

◦ 탐구방법

- 요구조사, 설계, 모델링, 시제품 - 테스트와 피드백

◦ 지식구조와 영역

- 기계․자동차․조선․항공우주 공학 - 금속․재료,산업 공학

- 전기․전자,정보통신 공학 - 컴퓨터 공학, 환경․자원에너지학

◦ 개념 : 숫자와 기호를 사용하여 수량, 도형과 구조, 공간, 변화 및 그것들의 관 계를 다루는 학문

◦ 탐구 방법

- 계산, 측정, 추론, 논리와 이론화 - 문제해결

◦ 지식구조와 영역 - 수와 연산 - 문자와 식 - 기하와 도형 - 측정

- 함수, 확률과 통계

◦ 개념 : 인간의 추상적 감성적인 면을 표현하고 승화시키는 학문

◦ 탐구 방법

- 연주, 소묘, 조각, 화음 - 문제해결

◦ 지식구조와 영역 - 음의 높낮이와 연주 - 음의 조화와 합주 - 물체와 조각 - 색의 조화와 표현 - 공간과 시각조 효과와 기능

◦ 개념 : 자연 세계의 특성과 원리 를 발견하고 탐구하는 학문

◦ 탐구방법 - 기초 탐구

(관창, 분류, 측정, 예상, 추리) - 통합 탐구(문제인식, 가설설정, 변

인통제, 자료해석, 결론도출, 일반 화)

◦ 지식구조와 영역 - 물리학(운동과 에너지) - 생물학(생명)

◦ 개념 : 자연 세계의 산물을 인간에게 유용하게 변환하여 만드는데 필요한 수단 과 방법 및 시스템과 과정을 다루는 학문

◦ 탐구방법

- 원리와 과정의 탐구

- 시스템의 개선 - 방법과 수단의 개선 - 기술적 문제해결 - 제작과 평가

◦ 지식구조와 영역

- 제조, 건설, 수송, 정보통신, 생물기술

(3) STEAM 수업 교수학습 모델 적용을 통한 문제해결능력 신장

(6)

3. 연구 수행 내용

가. 과제 수행 현황 및 내용

1) STEAM 프로그램 개발 및 적용

가) 1단계: STEAM 관련 조사와 프로그램 내용 선정

시기 주제 개발 목표 개발 전략

4월 학생 주요 관심사항 조사

·진로와 연계한 교과 융합 프로 그램 조사 및 관련 교과 선정

·구글 클래스룸을 통한 설문 조사

6월 화성우주인으로 살아가기

·각 교과와 연계한 융합 프로그 램을 차시별로 개발

·프로젝트 주제와 연계된 교과 를 모집하고 각 차시별 학생 이 주도하여 진행하도록 구성 나) 2단계: 프로그램 차시별 과목연계 방안

프로그램명 화성 우주인으로 살아가기 프로젝트

주제 연번 차시(시수) 과목 연계(안)

1 4 통합과학(2) + 기술(2)

2 3 통합과학(1) + 생명과학(2)

3 2 통합과학(1) + 기술(0.5) + 수학(0.5)

4 4 통합과학(1) + 기술(3)

5 2 기술(0.5) + 영어(1) + 과학(0.5)

합계 15차시

다) 3단계: 프로그램 적용

순서 프로그램명 차시 학습 목표 학습 내용

1 에너지 생산과

이용 4

태양에너지를 활용한 에너지 저장 장치 및 변환장치를 알아보고 이 를 제작한다.

o 태양광을 이용한 전기 에너지의 생산과 정을 알아보고 효율적인 태양광 생산 장 치를 설계하고 제작한다.

2 화성에서의

식량문제 해결 3

탄소순환과 질소순환에 대해 알아 보고 이를 이용한 식량문제 해결 방안을 제시할 수 있다.

o 탄소순환과 질소순환에 대해 알아보고 생물체가 살 수 있는 환경 요소를 알아 본다.

o 식량문제를 해결할 방안을 모색하여 토 의한다.

3

4D프레임을 이용한 구조물의 수학적 계산

2

구조물을 이루는 도형에 대해 학 습한 후 4D프레임을 이용하여 구 현할 수 있다.

o 4D프레임을 이용하여 기본적인 도형의 원리와 입체표현 등 기하학적 성질을 이 해한다.

o 연결봉과 연결대의 수, 연결대의 각도에 따라 다양한 도형 표현이 가능함을 이용 하여 다양한 구조물을 구현해 본다.

4

건축구조물 설계하기 및

제작

4

화성의 환경에 맞춰 인간이 거주 할 수 있는 구조물의 형태를 설계 할 수 있다.

o 공간활용 방안에 대해 조사한 후 동선을 최소화할 수 있는 방안을 찾는다.

o 3D프린터 활용방법도 함께 생각해본 후 도면을 설계한다.

5

제안서와 홍보물을 통한

커뮤니케이션 2

Video-filming for the whole process of formation Email or Twitting to Elon R. Musk

o 결과물에 대한 홍보전단지를 영어로 제 작한다.

o 프로젝트 관련 내용을 담은 제안서를 제 작한 후 이를 관련 단체에 전달한다.

합계 15

(7)

2) STEAM 프로그램 적용 성과 연구 검증 및 내용

일정 성과 검증 방법 성과 검증 내용 비고

10월

전문가 그룹 검증 프로그램 전체계획 검증 및 수정

기 운영 학교 전문가 상담 (인천과학예술고등학교)

10월

교과연구회 검증 화성오산 기술교과연구회

10월

계획 프로그램의 적용 및 문제점 도출

수정 프로그램 진행 및 적용

(1차) 고1학년

10월

계획 프로그램의 적용 및 문제점 도출

수정 프로그램 진행 및 적용 (2차)

고1학년, 고3학년(공학일 반)

11월

전무가 그룹 및 교과연구회 검증 최종 프로그램 검증 및 수정 교과연구회 및 기 운영 학교 전문가 상담

3) STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

가) 교과연구회와 연계하여 프로그램 수행 결과를 공유

나) 차기년도 교과별 교육계획에 반영하여 융합교육이 이루어지도록 함.

나 . 프로그램 개발 중점사항

연번 차시 중점 사항

1 1~4/15 태양 전지를 이용해 인류가 당면한 에너지 문제를 해결하려 노력하고 다양한 장소와 다양한 방식으로 활용할 수 있는 태양 전지의 활용 가능성을 파악함.

2 5~7/15 생태계의 에너지 흐름을 물질 순환과 비교하여 설명할 수 있도록 하며, 환경 과 식량문제 해결 방안을 모색하고 토의할 수 있도록 함.

3 8~9/15

4 10~13/15

건축구조물 표현을 위해 제도의 방법으로 설계도를 작성할 수 있도록 구성 함. 또한 3D프린터라는 도구를 이용하여 자신의 생각을 물리적으로 표현할 수 있도록 활동을 구성함.

5 14~15/15 물리, 수학, 지구과학, 예술 등의 각 과목의 견해를 공유하며 거주 가능한 공 간 설계에 대한 아이디어를 나눔.

다. 학생 태도검사 대상의 선정 이유

1) 여러 교과의 융합 교육 프로그램을 통해 자신의 진로와 직업에 대한 인식 변화를 알아보고자 함

2) 자기주도적 학습 태도의 함양과 방법에 대해 변화된 모습을 보고자 함

(8)

4. 연구 수행 결과

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 화성 우주인으로 살아가기 프로젝트

선행

프로그램명 해당없음

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년

중심과목 과학 중심과목

성취기준 영역

[과학과 교육과정] 통합과학 고1학년 (9)발전과 신재생 에너지

연계과목

생명과학 기술 수학 영어

연계과목 성취기준 영역

[과학과 교육과정] 생명과학 고2학년 (5)-3 에너지 흐름과 물질 순환 [실과(기술‧ 가정)/정보과 교육과정] 기술‧ 가정 고1학년 (4)기술시스템

[공학일반 교육과정] 공학일반 고3학년 (2)공학의 세계 [수학과 교육과정] 수학Ⅰ 고 1학년 (3)-2,3 직선, 원의 방정식 [영어과 교육과정] 고3 심화영어 고3학년 Humans on Mars?

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 4 통합과학(2) + 기술(2)

2 3 통합과학(1) + 생명과학(2)

3 2 통합과학(1) + 기술(0.5) + 수학(0.5)

4 4 통합과학(1) + 기술(3)

5 2 기술(0.5) + 영어(1) + 과학(0.5) 개발·적용

현황 ※ 2020. 9. 23. 기준, 9차시 중 6차시 개발 및 2차시 적용 완료

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시 총 15차시

수업 적용 일정 2020. 9. 23. ~ 2020. 11. 20.

(STEAM 수업)수혜학생 수 창의고등학교 365명(고등학교 1학년 전교생) 예정 학생 태도검사 사전검사 9월 3일, 3개 학급(98명) 실시

사후검사 11월 4일, 3개 학급(98명) 실시

학생 및 교사 만족도조사 11월 19일 예정

교사연구회 STEAM 행사 개최 2020. 10. 29. 5교시(13:20~14:00) 수업공개 2020. 11. 11. ‘창의 STEAM 나눔의 날 행사’ 개최

논문 또는 학술대회 해당 없음

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

(9)

5. 결론 및 제언

가. 교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점 좋았던 점

(1) 여러교과 교사들이 학생들의 학습을 위해 협력하는 교육활동이 좋았습니다.

(2) 지구와 다른 환경에서 살아가기 위해 필요한 것을 학생들이 생각해 볼 수 있는 기회를 학생들 에게 제공한 것이 좋았다고 생각합니다.

아쉬운 점

(1) 코로나 19로 인해 연구회 활동이 늦게 시작되어 학생들에게 투입할 수 있는 시간이 부족했습니 다.

(2) 학생들이 직접 수행해야 되는 시기에 온라인 수업이 실시되어 아쉬웠습니다..

(3) 학생들을 적극적 참여를 이끌어내기가 어려웠던 시간이 있었습니다.

나. STEAM 수업 수혜 학생들의 반응

김** : 프로그램을 진행하면서 3D프린터 기계를 사용하는 방법을 알게 되었으며, 나의 생각을 설 계한대로 출력되는 것이 신기했다. 그리고 친구들과 회의하면서 나에게는 별로 중요하지 않게 생 각했던 부분들의 아이디어들이 서로 합쳐지면서 새로운 아이디어로 바뀌는 것이 새로웠다.

안** : 태양빛이 전기에너지로 전환된다는 것은 인터넷 매체나 TV방송을 통해 알고 있었지만 내가 직접 태양전지 판을 이용해 생산한 전기로 전구를 켰을 때 신기했고 태양광 에너지는 공해 물질을 배출하지 않는다니 더욱 기술이 발전해 미세먼지가 없고 깨끗한 세계가 되었으면 좋겠다.

이** : 처음에는 화성 탐사에 대해서 영어로된 자료를 읽는 것도 부담스럽게 생각됐었는데, 제가 관심있는 분야를 찾아서 자룔를 읽고 친구들과 함께 찾아보면서 하니까 훨씬 쉽게 할 수 있었어 요

홍** : 제가 직접 살 수 있는 거주 공간을 그려보고, 그걸 3D 프린트로 만들어 낼 수 있다는게 너무 신기했고, 직접 저만의 생각으로 색칠까지 하고, 영어로 공간을 설명하는 과정이 쉽지는 않았지만 끝까지 해내서 너무 뿌듯했어요.

김** : 제가 만든 공간을 영어로 설명하는 영상을 찍는게 생각보다 어려웠어요. 친구들 앞에서 발

표할 때도 떨렸지만, 컴퓨터 화면을 보면서 혼자 말하는 것도 괜히 어색하고 긴장됐어요. 하지만,

여러번 다시 찍을 수 있어서 좋았고, 하다보니 제가 생각한대로 완성이 되서 스스로 만족하고 있

어요.

(10)

다. STEAM 교사연구회와 해당 STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안

(1) STEAM 수업과 진로 교육이 연계된 프로그램 개발

학생의 진로와 연계하여 여러 관련 전공분야 및 직업에 대한 탐색이 교과별로 제시 하고 있다. 하지만 여러 교과들이 융합된 형태의 전공분야에 대해서는 아직 자료 및 정보들이 부족한 실정이다. 이에 차후 연구에서는 대학교 및 직업 분야에서의 융합 전 공들에 대한 조사와 더불어 자신의 배움과 연관성을 제시하는 가이드북을 제작하여 활용하고자 한다.

(2) STEAM 수업과 관련된 학교 현장 적용 가이드북 제작

STEAM교육이 현장에서 가장 어려운 점은 교사의 관심 부족과 실제 각 교과의 교육 과정에 어떤 방향으로 적용할 것인지에 대한 것이다. 따라서 교과별 학습주제에 맞도 록 교육과정 재구성 방안을 제시하거나, 차시별 학습지도안 등의 제공을 통해 현장 적 용 능력을 높이고자 한다.

라. 기타 사항 및 시사점

(1) 학교 교육과정내에서의 적용 방안 모색

각 교과 학습목표와 2015개정교육과정 안에서의 STEAM 수업 적용 방안을 모색한다.

(2) 차기년도 활동교사 모집 및 프로그램 구상

주로 3월부터 학교에서는 새로운 학기가 시작된다. 하지만 2월에 교육과정에 대한

구상과 편성이 완료되기 때문에 STEAM 수업을 적용하기 위해서는 차기년도부터 교사

모집 및 프로그램 구상이 선행되는 것이 좋겠다.

(11)

6. 참고 문헌

가. 한국창의과학재단 www.kofac.or.kr/

나. 진로교육개론(2010, 교육과학기술부)

다. 노경란외 공저. (2008), 직업진로지도의 현황과 발전 방향 연구. 한국고용정부원 [편]

라. 최동선 외저. (2008), 진로교육 정책의 성과와 추진방향. 한국직업능력개발원 [편]

마. 창의적 체험활동 종합지원 시스템 : http://www.edupot.go.kr 바. 한국청소년활동진흥원 : http://www.kywa.or.kr

사. 경기도교육청(2020.5). 2015 개정 교육과정 총론 해설서-고등학교

아. 교육부(2020). 초중등학교 교육과정 총론(교육부고시 제2020-225호)

(12)

부록1 STEAM 프로그램: 화성 우주인으로 살아가기 프로젝트

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목) 2015 개정 교육과정 성취기준 (연계과목)

성취기준 영역

1 1~4/15 [10통과09-04] 핵발전, 태양광 발전, 풍력 발전의 장단점과 개선방안을

기후변화로 인한 지구 환경 문제 해결의 관점에서 평가할 수 있다. [10통과09-04]

2 5~7/15

[10통과05-01]

지구 시스템의 생물권에는 인간과 다양한 생물들이 포함되는데, 모든 생 물은 생명 시스템의 기본 단위인 세포로 구성되어 있으며, 이러한 세포 에서는 생명 현상 유지를 위해 세포막을 경계로 한 물질 출입이 일어남 을 설명할 수 있다.

[ 1 2 생 과 Ⅰ 05-05]

3 8~9/15

[10통과03-01]

자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의 한 역학적 시스템을 설명할 수 있다.

[10수학02-03], [10수학02-04]

4 10~13/15

[10통과08-04]

에너지가 사용되는 과정에서 열이 발생하며, 특히 화석 연료의 사용 과정에서 버려지 는 열에너지로 인해 열에너지 이용의 효율이 낮아진다는 것을 알고, 이 효율을 높이 는 것이 사회적으로 어떤 의미가 있는지를 설명할 수 있다.

[12기가04-07]

5 14~15/15

[10통과08-03]

엘니뇨, 사막화 등과 같은 현상이 지구 환경과 인간 생활에 미치는 영향을 분석하고, 이와 관련된 문제를 해결하기 위한 다양한 노력을 찾아 토론할 수 있다.

[12심영Ⅰ03-04]

[12심영Ⅰ02-05]

(13)

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 15차시)

차

시 주요내용

1~4 /15

주제(단원)명 태양광 발전과 태양광을 이용한 장치 고안

• 태양 전지의 연결 방법에 따른 전력 생산량 비교하여 가장 최적화된 태양 전지의 연결 방법 을 고안할 수 있다.

• ^Co 상황 제시 : 주차장과 지붕 옥상에 설치된 태양광 발전 시설이 특정 방향, 특정 각도로 설치된 이유는 무엇일까?

CD 창의적 설계 : 태양 전지에서 만들어지는 전기 에너지의 양을 계산해 보고 태양 전지 연 결 방법과 고도에 따른 전력량을 계산해 보자.

ET 감성적 체험 : 태양 전지를 연결하여 야외에서 사용할 수 있는 태양광 발전을 이용한 장 치를 고안해 보자

5~7 /15

주제(단원)명 탄소순환과 질소순환을 통한 식량문제 해결 방안 제시

• 생물이 살아가는데 생태계에서의 탄소순환과 질소순환이 어떠한 역할을 하는지 이해하고 화성에서 생물이 살아갈 수 있는 환경과 식량문제 해결 방안을 모색하고 토의할 수 있다.

• ^Co 상황 제시 : 화성에서 생물이 살아갈 수 있는 환경과 식량문제 해결 방안을 모색하자.

CD 창의적 설계 : 생물이 살아가는데 생태계에서의 탄소순환과 질소순환이 어떠한 역할을 하는지 이해하고, 비주얼 씽킹으로 문제 해결 방안을 표현하자.

ET 감성적 체험 : 과학적 의사소통 능력을 발휘하여 문제해결방안을 토의하여 발표하자.

8~9 /15

주제(단원)명 건축물에 적용된 도형의 원리와 기하학적 성질

• 4D 프레임을 이용하여 기본적인 도형의 원리와 입체표현 등 기하학적 성질을 이해할 수 있다.

• 연결봉과 연결대의 수, 연결대의 각도에 따라 다양한 도형 표현이 가능함을 이용하여 다양한 구조물을 구현할 수 있다.

10~

13 /15

주제(단원)명 화성의 환경에 맞는 건축 구조물 제작하기

• 화성에서의 환경에 맞는 구조물을 설계하기 위해 여러 자연환경을 조사한 후 건축 구조물의 강도를 높이는 방법을 찾아본다.

• 3D 모형화 과정을 익히고 이를 활용하여 물체를 표현하도록 한다.

14~

15 /15

주제(단원)명 Designing a Permanent Residence on Mars

• Students will be able to design a permanent residence on Mars considering Earth Science, Physics, Arts, and Engineering perspectives

(14)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목

통합과학

학교급/학년(군)

고등학교 1학년

중심과목 성취기준

영역

[10통과09-04] 중심과목

성취기준

핵발전, 태양광 발전, 풍력 발전의 장단 점과 개선방안을 기후변화로 인한 지구 환경 문제 해결의 관점에서 평가할 수 있 다.

주제(단원)명

태양광 발전의 원리를 이해하고 태양광 발전을 이용한 장치 만들 기

차시 1~4/15

학습목표

• 태양 전지의 연결 방법에 따른 전력 생산량 비교하여 가장 최적화된 태양 전지의 연결 방법을 고안할 수 있다.

• 태양 전지를 연결하여 야외에서 사용할 수 있는 태양광 발전을 이용한 장치를 고 안할 수 있다.

연계과목

통합과학, 수학, 공학일반

^연계과목

성취기준 영역 고등학교 1학년 [12기가04-07]

STEAM 요소

S

태양 에너지의 이용

T

태양 전지의 구조 이해

E

태양 전지의 직렬, 병렬 연결할 때 생산되는 전력량

A

태양광 발전 활용 사례 디자인 – 지붕형 태양광 발전소, 태양광 가로등

M

위도별 태양 전지의 설치 각도 계산

개발 의도

태양 전지를 이용해 인류가 당면한 에너지 문제를 해결하려 노력하고 다양한 장소 와 다양한 방식으로 활용할 수 있는 태양 전지의 활용 가능성을 파악함.

*평가 및 개선점

• 수업 차시 구성이 짧게 설정되어 학생들이 태양 전지의 방향과 각도를 계산하는 시간이 오래 걸렸다.

• 1학년까지의 교육과정 내에서 관련 내용을 지속해서 다룰 때 좀 더 많은 차시 확보가 이루어 졌으면 한다.

• 수업 차시 구성이 짧게 설정되어 학생들이 실제 태양광 이용 장치를 설계하고 설계도를 작성 하고 폼보드를 이용해 제작하는 시간이 부족함.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

주차장과 지붕 옥상에 설치된 태양광 발전 시설이 특정 방향, 특 정 각도로 설치된 이 유는 무엇일까?

창 의 적 설 계

창의적 설계

태양 전지를 연결하여 야외에서 사용할 수 있 는 태양광 발전을 이용 한 장치를 고안해 본 다.

감 성 적 체 험 태양 전지에서 만들어지는 전기

에너지의 양을 계산해 보고 태양 전지 연결 방법과 고도에 따른 전력량을 계산해 보자.

감성적 체험

(15)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (10 분)

Co

1. 태양광 이용 기술이란?

2. 태양광 발전원리 3. 광전효과 :

사진

전개 (35 분)

Co

1. 태양광 이용기술

• 태양광 발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전기술

• 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양 전지를 이용한 발전방 식

• 태양광 발전시스템은 태양 전지(solar cell)로 구성된 모듈(module)과 축전 지 및 전력변환장치로 구성됨

2. 태양 전지에 의한 발전원리

가. 태양 전지 (太陽電池 : solar cell, solar battery)

• 태양 에너지를 전기 에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반 도체의 접촉면 또는 반도체의 pn 접합에 빛을 조사(照射)하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것

• 금속과 반도체의 접촉을 이용한 것으로는 셀렌광전지, 아황산구리 광전지가 있고, 반도체 pn 접합을 사용한 것으로는 태양 전지로 이용되고 있는 실리콘

광전지가 있음

ET

3. 실행

가. 태양 전지의 내부에서 전자가 이동하는 것을 그림으로 그려 표현한다.

나. 태양 전지에서 반도체 경계의 P-N 접합에서 전자의 이동을 그림으로 그린다.

학습지

정리 (5 분)

ET

태양 전지 내부의 전자 흐름 그림을 칠판에 붙이고 발표한다.

(16)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Co

1. 태양광 발전 사례 알아보기 – 태양광 가로등, 태양 전지로 작동하는 그늘 막

2. 태양광 발전의 장단점과 특징

가. 장점 - 탄소 배출 감소, 미세먼지 감축

나. 단점 – 날씨의 영향, 효율이 낮고 대규모 발전이 어려움 다. 특징 – 옥상, 주차장 등 공간 활용, 개인 발전

사진

전개 (35 분)

Co

1. 문제확인

가. 프로젝트를 수행하기 위한 문제들을 확인한다.

CD

1. 태양 전지의 전류와 전압을 측정하여 전력을 계산해 보자

가. 태양 전지와 저항기, 전류계를 직렬로 연결하고 전압계를 병렬로 연결 한다.

나. 햇빛이 비치는 실외와 햇빛이 잘 들지 않는 실내에서 전류와 전압을 각각 측정하고 전압과 전류를 곱하여 전력을 계산하도록 한다.

ET

3. 실행

가. 태양 전지 여러 개를 직렬과 병렬로 연결할 때 생산되는 전력이 어떻 게 달라지는지 계산해 본다.

나. 태양 전지와 태양광이 이루는 각을 변화시키면서 전압과 전류를 측정 하고 전력을 계산해 본다.

모델링 방법은 학습지를 참고한다.

정리 (5 분)

ET

전류와 전압을 측정하고 전력을 계산한 것을 발표한다.

(17)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Co

1. 태양광 발전에서 전압, 전류 측정하기 2. 태양광 발전에서 전력 측정하기

3. 태양광 발전을 위한 태양광 패널의 최적 설치 조건 알아보기

사진

전개 (35 분)

Co

1. 문제확인

가. 프로젝트를 수행하기 위한 문제들을 확인한다.

CD

2. 태양광 패널을 설치하여 최적의 전력을 얻을 수 있는 모형을 설계해 본 다.

가. 태양광 패널을 설치 방향을 설계한다.

나. 태양광 페널의 설치 각도를 설계한다.

ET

3. 실행

가. 태양광 발전 설비를 효율적으로 사용하기 위한 설치 방향과 태양 전지 의 연결 방법을 토의한다.

나. 실험 결과를 토대로 태양광 발전 설비의 최적화된 모델을 설계한다.

다. 태양광 발전 설비의 설계도를 그린다.

모델링 방법은 학습지를 참고한다.

정리 (5 분)

ET

설계도를 칠판에 붙여 놓고 모둠별로 발표한다.

(18)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Co

영상 VOD늘 통해 태양 전지를 이용한 장치의 원리를 파악한다.

- 태양광 충전기, 태양광 트래커, 태양 전지로 작동하는 그늘막 등을 보여 준다.

VOD

전개 (35 분)

Co

1. 문제확인

가. 프로젝트를 수행하기 위한 문제들을 확인한다.

CD

2. 아이디어 창출

가. 태양광 전지를 이용한 구조물에 대해 구상한다.

나. 구상한 구조물이 일상생활에서 사용될 때 장단점을 토의한다.

다. 생각이 정리되면 스케치 방법으로 표현한다.

ET

3. 실행

가. 스케치한 그림을 폼보드로 만들기 위해 제작도를 작성한다.

나. 제작도는 등각 투상법을 활용하며, 세부내용에 대해 추가 기입한다.

다. 제작도를 바탕으로 구상한 구조물을 폼보드로 만들어 본다.

4. 폼보드로 만들 때 주의 사항 가. 학습지 내용 참고

나. 전체 비율을 고려하여 제작한다.

다. 글루건을 사용할 때 안전에 유의한다.

모델링 방법은 학습지를 참고한다.

정리 (5 분)

ET

만들어진 태양전지를 사용한 장치의 모델을 전시하고 설명하는 시간을 갖는

다..

(19)

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교 1학년

영역

[10통과05-01] 중심과목

성취기준

[10통과05-01]

지구 시스템의 생물권에는 인간과 다양한 생 물들이 포함되는데, 모든 생물은 생명 시스 템의 기본 단위인 세포로 구성되어 있으며, 이러한 세포에서는 생명 현상 유지를 위해 세포막을 경계로 한 물질 출입이 일어남을 설명할 수 있다.

주제(단원)명 탄소순환과 질소순환을 통한 식량문

제 해결 방안 제시

차시

5~7/15

학습목표 • 생물이 살아가는데 생태계에서의 탄소순환과 질소순환이 어떠한 역할을 하는지 이해한다.

• 화성에서 생물이 살아갈 수 있는 환경과 식량문제 해결 방안을 모색하고 토의할 수 있다.

연계과목 생명과학 연계과목

성취기준 영역 [12생과Ⅰ05-05]

STEAM 요소

S 탄소순환과 질소순환 이해

T 생물이 살 수 있는 환경요소과 식량문제 해결

E 식물 재배를 위한 환경을 조성하기 위해 필요한 구조물 구상 A 비주얼 씽킹으로의 표현

M 화성인의 수에 따라 필요한 식량 계산하기

개발 의도 • 생태계의 에너지 흐름을 물질 순환과 비교하여 설명할 수 있도록 함.

• 환경과 식량문제 해결 방안을 모색하고 토의할 수 있도록 함.

* 평가 및 개선점

• 화성에서의 환경과 식량문제 해결 방안을 모색하기 위해 생태계에서의 에너지 흐름을 이해하고 물질순 환과 비교하여 적용할 수 있도록 수업 전개가 이루어져야 함.

• 자신의 생각을 비주얼 씽킹으로 표현하기 위해서는 사전에 연습이 필요하고, 시간적 여유가 필요한 작 업이나 이에 준비가 잘 안되어 있어 시간이 부족함.

• 학생들이 생각하고 표현하여 발표하는 하는데 과학적 의사소통 능력을 발휘할 수 있도록 지도가 필요 함.

상황 제시

상 황 제 시

화성에서 생물이 살아 갈 수 있는 환경과 식량 문제 해결 방안을 모색

창 의 적 설 계

과학적 의사소통 능력을 발휘하여 문제해결방안을 토의하여 발표

감 성 적 체 험 생물이 살아가는데 생태계에서의 탄

소순활과 질소순환이 어떠한 역할을 하는 지 이해하고, 비주얼씽킹으로 문제 해결 방안을 표현

감성적 체험

(20)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Co

영상을 통해 생태계에서의 에너지 흐름과 물질순환을 파악한다.

- 생태계에서의 에너지 흐름을 보여준다.

- 탄소순환을 보여준다.

- 질소순환을 보여준다.

전개 (35 분)

Co

1. 문제확인

- 화성은 지구의 환경과 어떻게 다른지 확인한다.

- 생물이 살아가기 위해 필요한 것이 무엇인지 생각해 본다.

- 프로젝트를 수행하기 위한 문제들을 확인한다.

CD

2. 아이디어 창출

- 화성에서 생물이 살아가기 위한 환경요소 및 식량문제 해결 방안 대해 구상한다.

ET

3. 실행

- 각자의 생각을 이야기 한다.

- 서로 토의 한다.

정리 (5 분)

ET

○ 좋은 의견을 반영하여 생각을 정리한다.

(21)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Co

○ 화성에서 생물이 살아가기 위한 환경요소와 식량문제 상기

전개 (35 분)

○ 물질 순환을 그림으로 표현하기 1. 탄소 순환 비주얼 씽킹하기

2. 질소 순환 비주얼 씽킹하기

ET

○ 자신이 표현한 그림 발표하기

정리 (5 분)

ET

○ 각자의 자료를 정리하고 전시한다.

(22)

학습

및 유의점 도입

(10 분)

Co

○ 화성에서 살아가기 위한 여러 가지 방안에 대해 생각해 본다.

전개 (35 분)

○ 화성에서 살아가기에 적용 그림으로 표현하기 1. 환경문제 해결 방안 비주얼 씽킹하기

2. 식량문제 해결 방안 비주얼 씽킹하기

ET

○ 자신이 표현한 그림 발표하기

정리 (5 분)

ET

○ 각자의 자료를 정리하고 전시한다.

(23)

중심과목

통합과학

^{학교급/학}

년(군)

고등학교 1학년

영역

[10통과03-01] 중심과목

성취기준

자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운 동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역 학적 시스템을 설명할 수 있다.

화성의 환경에 맞는 건축 구조물 제작

하기

^차시 ^8~9/15

학습목표

• 4D프레임을 이용하여 기본적인 도형의 원리와 입체표현 등 기하학적 성질을 이해 할 수 있다.

• 연결봉과 연결대의 수, 연결대의 각도에 따라 다양한 도형 표현이 가능함을 이용 하여 다양한 구조물을 구현할 수 있다.

연계과목

수학, 공학일반

연계과목 성취기준

영역

[10수학02-03], [10수학02-04]

[12기하01-01], [12기하01-02], [12기하 01-03][12기가04-07]

STEAM 요소

S

화성의 자연환경과 지하자원의 종류

T

창의공학설계 및 제도통칙

E

제품 생산 과정의 이해 및 관련 기계의 이용

A 예술적 요소를 가미한 설계도 그리기

M 수학적 원리를 이용한 4D 프레임 제작

개발 의도

• 수학적 원리를 이해하고, 이를 이용하여 4D프레임을 사용한 구조물을 만들어 보 도록 구성함.

• 4D프레임을 활용한 다양한 구조물을 만들어봄으로써 단순하면서도 견고한 구조물 을 만들어보도록 유도함.(텐세그리티의 원리를 적용해보도록 함.)

*평가 및 개선점

• 수업 차시 구성이 짧게 설정되어 학생들이 실제 설계도를 작성하고 4D프레임으로 다양한 구 조물을 만들어 볼 시간이 다소 부족했다.

• 3학년까지의 교육과정 내에서 관련 내용을 지속적으로 다룰 경우 좀 더 많은 차시 확보가 이 루어졌으면 한다.

상황 제시

상 황 제 시

-화성에서 건축물을 건 설할 수 있는 적당한 지 형은 무엇이 있는지 찾 아본다.

-화성에서 구할 수 있 는 재료들은 무엇이 있 는지 알아본다.

창 의 적 설 계

-수학적 원리를 이용하여 다양한 건축 구조물을 설계해 봄으로써 수학의 실용성을 인지하고, 4D 프레임을 활용하여 직접 구현해본다.

감 성 적 체 험 -건축 구조물을 스케치하고 4D프레

임으로 구현해본다.

-텐세그리티 원리를 적용하여 4D프 레임으로 건축물을 구현해본다.

-어떤 형태의 건축물이 가장 단순하 면서 견고한지 생각해보고 다양하게 구성해본다.

감성적 체험

(24)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

・텐세그리티 속의 수학적 원리와 3차원 텐세그리티 구조물을 만들어 보고, 세계 곳 곳의 텐세그리티를 이용한 건축물과 텐세그리티를 활용한 다양한 제품을 소개한 다.

・신기전에서 쏘아 올린 화살의 속도는 지면과 평행한 방향의 벡터와 지면과 수직 인 방향의 벡터의 합으로 나타낼 수 있음을 알게 하여 학생들의 흥미를 유발한다.

・차시 학습 목표를 확인한다.

전개 (35 분)

Ÿ 개념 열기

- 주어진 세 벡터를 시점이 원점이 되도록 평행이동하여 나타내면 서로 같은 벡터임을 알게 한다.

Ÿ 개념 설명

* 위치벡터

- 위치벡터에 대하여 설명한다.

- 벡터를 위치벡터로 나타내는 방법에 대하여 설명한다.

Ÿ 스스로 확인하기

- 빈칸에 알맞은 것을 써넣어 봄으로써 학습한 개념을 학생 스스로 정리하고 확인하게 한다.

- 학생에게 답을 말하게 하고 교사는 보충 설명을 한다.

Ÿ 문제

- [문제 1]을 풀어서 위치벡터를 확인한다.

Ÿ 예제

- [예제 1]에서 내분하는 점의 위치벡터를 나타내는 방법을 지도한다.

Ÿ 문제

- [문제 2]를 풀어서 외분하는 점의 위치벡터를 확인한다.

- [문제 3], [문제 4]를 풀어서 내분하는 점의 위치벡터와 외분하는 점의 위치벡 터를 확인한다.

Ÿ 예제

- [예제 2]에서 삼각형의 무게중심의 위치벡터를 나타내는 방법을 지도한다.

Ÿ 문제

- [문제 3]을 풀어서 주어진 등식이 성립함을 확인한다.

<지도 Tip>

평면에서 시점 을 한 점으로 고정하면 종점 만으로도 하나 의 벡터가 정

해짐을 알게

한다.

・ 위 치 벡 터 는

보통 원점을

시점으로 하는 벡터임을 알게

하고, 평면벡

터와 좌표의

대응을 이해하 게 한다.

정리 (5 분)

Ÿ 내용 정리

- 이번 차시 학습 내용 정리 Ÿ 차시 예고

- 평면벡터의 성분

(25)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Ÿ 차시 학습 목표 - 두 평면벡터의 내적의 뜻을 알고, 이를 구할 수 있다.

- 두 평면벡터의 내적을 성분을 이용하여 나타낼 수 있다.

・원점을 시점으로 하는 벡터의 종점의 좌표를 구하고, 종점이 주어진 위치벡터를 그려봄으로써 벡터와 좌표의 관계를 이해한다.

・물리학에서 정의한 일의 양을 구해 보고, 이를 통하여 두 벡터의 내적의 기하학적 의미를 이해한다.

전개 (35 분)

Ÿ 개념 열기

- 주어진 일의 양을 힘의 크기와 이동 거리를 이용한 식으로 나타내 보게 하 고, 이를 통해 평면벡터의 내적을 직관적으로 알 수 있도록 한다.

* 내적, ∙ 

- 평면벡터의 내적에 대하여 설명하고, 그 내용을 정리한다.

- 학습한 개념을 학생 스스로 정리하고 확인하게 한다.

Ÿ 문제

- [문제 1]을 풀어서 평면벡터의 내적을 확인한다.

Ÿ 예제

- [예제 1]에서 도형을 이용하여 평면벡터의 내적을 구하는 방법을 지도한다.

Ÿ 문제

- [문제 2]를 풀어서 평면벡터의 내적을 확인한다.

* 평면벡터의 내적과 성분

- 평면벡터의 내적과 성분에 대하여 설명하고, 그 내용을 정리한다.

- 학습한 개념을 학생 스스로 정리하고 확인하게 한다.

Ÿ 문제

- [문제 3]을 풀어서 평면벡터의 내적을 확인한다.

<지도상의 유의점>

‘기하’는 ‘수

학’을 학습한

후 선택할 수 있는 과목이므 로 ‘수학Ⅰ’엥 서 배우는 삼 각함수의 개념

을 사용하지

않도록 유의하 여 지도한다.

・두 평면벡터 의 내적의 뜻 을 알고, 두 벡터가 이루는

각의 크기에

따라 내적을

구할 수 있게 한다.

정리 (5 분)

Ÿ 내용 정리

- 이번 차시 학습 내용 정리 Ÿ 차시 예고

- 평면벡터의 내적의 성질

(26)

중심과목

통합과학

고등학교 1학년

중심과목

성취기준 영역

[10통과08-04] 중심과목

성취기준

[10통과08-04]

에너지가 사용되는 과정에서 열이 발생하며, 특히 화석 연료의 사용 과정에서 버려지는 열에너지로 인 해 열에너지 이용의 효율이 낮아진다는 것을 알고, 이 효율을 높이는 것이 사회적으로 어떤 의미가 있 는지를 설명할 수 있다.

화성의 환경에 맞는 건축 구조물

제작하기

^차시 ^10~13/15

학습목표

• 건축 구조물의 강도를 높이는 방법을 조사한 후 스케치와 설계도를 작성할 수 있다.

• 3D모델링 과정을 익히고 이를 활용하여 물체를 표현할 수 있다.

• 3D프린터의 동작원리를 이해하고 이를 활용하여 출력할 수 있다.

• 출력된 모형을 이용하여 화성탐사기지를 구성할 수 있다.

연계과목

기술·가정

^연계과목

성취기준 영역

[고등학교 1학년]

[12기가04-07]

STEAM 요소

S

화성의 자연환경과 지하자원의 종류

T

창의공학설계 및 제도통칙

E

제품 생산 과정의 이해 및 관련 기계의 이용

A 모델링 과정에서 예술적 요소 고려하기

M 구와 육면체를 이용한 구조물 모델링

개발 의도

• 건축구조물 표현을 위해 제도의 방법으로 설계도를 작성할 수 있도록 구성함.

• 3D프린터라는 도구를 이용하여 자신의 생각을 물리적으로 표현할 수 있도록 활동을 구성함.

*평가 및 개선점

• 수업 차시 구성이 짧게 설정되어 학생들이 실제 설계도를 작성하고 3D모델링하는 시간이 오 래 걸렸다.

• 3학년까지의 교육과정내에서 관련 내용을 지속적으로 다룰 경우 좀 더 많은 차시 확보가 이 루어졌으면 한다.

• 수업 차시 구성이 짧게 설정되어 학생들이 실제 설계도를 작성하고 3D프린팅하는 시간이 오 래 걸렸다. 3D프린터로 출력은 공강시간을 이용하여 계속 진행하며, 학생들의 수업은 다음차 시에 이어가도록 하는 것이 좋을 것 같다.

상황 제시

상 황 제 시

-화성에서 건축물을 건 설할 수 있는 적당한 지 형은 무엇이 있는지 찾 아본다.

-화성에서 구할 수 있 는 재료들은 무엇이 있 는지 알아본다.

창 의 적 설 계

-건축 구조물에 대해 구상 한 것을 직접 3D모델링 과정을 통해 구현하는 방 법을 익히고, 이를 통해 생각을 물리적으로 표현 하는 방법을 경험해본다.

감 성 적 체 험 -건축 구조물을 스케치하고 3D모델

링으로 구현해본다.

-3D모델링을 통해 생성된 파일을 3D 프린터로 출력한다.

-출력된 모형은 화성의 지형에 맞춰 배치해보고 문제점을 파악한다.

감성적 체험

(27)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Co

영상VOD를 통해 오래된 구조물들의 구조적 특징을 파악한다.

- 피라미드, 지구라트, 로마시대 수로 등을 보여준다.

- 최근 건설되고 있는 초고층 빌딩의 예시를 보여준다.

VOD

전개 (35 분)

Co

1. 문제확인

가. 화성의 자연환경에 대해서 생각해보자.

나. 인간이 살아가기 위해 필요한 시설과 주거 형태는 어떤 것인지 생각해보자.

CD

2. 아이디어 창출

가. 화성의 자연환경을 고려하여 생존에 필요한 요소 찾아보기 - 호흡유지를 위한 장치 및 비상시 대피 공간

- 물을 생산하기 위한 시설 및 저장 공간 - 식재료 보관 시설 또는 생산을 위한 공간 - 에너지 생산 시설 및 저장 공간

- 기타 등등

나. 생존에 필요한 건설 구조물에 대해 구상한다.

- 만일의 사태에 대비하여 구조물마다 분리 운용이 가능하도록 구 상하기

- 모듈화된 장치와 격벽 구상하기

다. 생각이 정리되면 스케치 방법으로 표현한다.

- 제도통칙 이해하기 : 선의 종류와 사용법, 제도용구의 사용법 - 스케치하기

- 설계하기 : 건축도면 설계를 위해 전체 모양에 대한 모델링작업 (등각투상법)과 평면도 작성하기

모델링 방법은 학습지를 참고한다.

정리

(5 분)

건축 설계 도면의 개선방안에 대해 알아본다.

(28)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Co

건설구조물의 제작과정과 텐센그리티 구조물의 종류에 대한 VOD를 보면서 생각을 열어간다.

VOD

전개 (35 분)

ET

1. 모형 제작하기

가. 설계한 평면도에 맞게 모형을 제작한다.

(1) 우드락을 이용하여 바닥과 벽을 세운다.

(2) 벽에 출입구와 창문을 표시한 후 우드락을 잘라낸다.

(3) 쓰임에 맞는 공간별로 간단한 미니가구 및 필요물품을 표현한다.

(4) 마무리 및 완성한다.

나. 설계한 등각투상도에 맞게 전체 모양이 나오도록 모형을 제작한다.

(1) 4D프레임을 이용하여 전체 윤곽이 나오도록 조립한다.

(2) 특징적인 부분은 테이프 및 종이를 이용하여 표시한다.

(3) 마무리 및 완성한다.

2. 모형 개선하기

가. 3D프린팅을 위해 불필요한 부분들을 파악한다.

나. 모형을 수정한 후 모델링을 위한 치수를 조정한다.

다. 3D모델링을 하기 위한 프로그램을 조사한다.

라. 개선사항을 마무리하여 완성한다.

모델링 방법은 학습지를 참고한다.

정리 (5 분)

ET

구조물 건설 과정에서 모형제작이 필요한 이유와 주의사항을 설명한다.

(29)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Co

3D프린터의 종류와 특징을 알아본다.

- SLA방식, DLP방식, SLS방식, FDM방식

VOD

전개 (35 분)

ET

1. Tinkercad 사용법 가. 학습지 내용 참고

나. 설계 파일은 [STL] 파일로 작성한다.

※ STL 파일 추출 방법

① Design에서 해당 도면 선택 ⇒ Download ⇒ .STL ⇒ 파일명 변경 ② 해당 도면 편집 상황 ⇒ 내보내기 ⇒ 3dFormats [stl] ⇒ 파일명 변경

2. 3D프린터의 종류 가. FDM 방식

(1) 고체 기방 방식으로 플라스틱 재료를 녹여 한 층씩 쌓아 올린다.

(2) 롤러(압출기)를 통해 선형 플라스틱(필라멘트)을 집어 넣는다.

(3)노즐(익스투러더)은 섭씨200~230°의 고온으로 필라멘트를 녹인다.

(4) 출력판(베드)에 녹은 플라스틱이 쌓이게 되면서 형태를 갖추게 된다.

나. 3D프린팅의 순서

(1) 모델링: 컴퓨터프로그램으로 설계하기

(2) 슬라이싱: 슬라이서 프로그램으로 여러 개의 얇은 층으로 나누 어진 데이터로 변환한다.

(3) 프린팅: 슬라이싱 프로그램으로 만들어진 G-code 파일을 3D프 린터로 출력한다.

(4) 후처리: 색을 칠하거나 표면을 연마한다.

모델링 방법은 학습지를 참고한다.

정리 (5 분)

ET

3D모델링 과정에 대해 정리 및 G-code파일을 생성한다.

(30)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

Co

VOD를 활용하여 3D프린터의 간단한 출력 영상을 보여준다. ^VOD

전개 (35 분)

ET

1. 3D프린터 출력하기

가. FDM방식의 프린터 구조 이해하기

나. 설계한 G-code 파일을 이용하여 출력하기

2. 화성탐사기지 구성하기

가. 출력이 완료되면 화성탐사기지를 구성한다.

나. 화성의 지형과 프로젝트의 목적에 맞는 구조물들을 배치하여 완성 한다.

다. 각 구조물별로 특징을 기록하고 개선 방안을 모둠별로 직소의 방법 으로 토의한다.

(1) 전문가그룹(A)- 화성 환경을 고려한 구조물의 내구성 관련 토의 (2) 전문가그룹(B)- 공기순환과 위급상황에 대비한 공간 관련 토의 (3) 전문가그룹(B)- 에너지 생산 및 저장 공간 관련 토의

(4) 전문가그룹(B)- 식재료 생산 및 보관 공간 관련 토의 라. 모둠별 토의가 끝나면 개선 방안에 대해 토의한다.

PC

및

3D프린터

정리 (5 분)

ET

모둠별로 구현한 구조물에 대해 특징을 설명한다.

(31)

중심과목

통합과학

고등학교 1학년

중심과목

성취기준 영역

[10통과08-03] 중심과목

성취기준

엘니뇨, 사막화 등과 같은 현상이 지구 환경과 인간 생활에 미치는 영향을 분석하고, 이와 관련된 문제 를 해결하기 위한 다양한 노력을 찾아 토론할 수 있 다.

Designing a Permanent

Residence on Mars

^차시 ^14-15/15

학습목표

• Students will be able to design a permanent residence on Mars considering Earth Science, Physics, Arts, and Engineering perspectives

연계과목

영어

^연계과목

성취기준 영역 [12심영Ⅰ03-04] [12심영Ⅰ02-05]

STEAM 요소

S

Research About Sustainability On Earth and Analyzing Possibility of Building a Permanent Residence on Mars

T

Analyzing Martian Environment in Earth Science and Physics

E

Vegetable Production System, In Situ Resource Utilization System

A Design a permanent residence on Mars

M

Analyzing distance and orbiting patterns of Mars from spacecraft

개발 의도

• 물리, 수학, 지구과학, 예술 등의 각 과목의 견해를 공유하며 거주 가능한 공간 설계에 대한 아이디어를 나눔.

*평가 및 개선점

- 코로나19로 조별 학습 빈도수를 낮출 수 밖에 없는 상황이 되어, 짧은 시간과 소그룹으로 진 행해야 하는 점.

- 온라인 수업 방식에 익숙해진 학생들로 영상 방식의 홍보물 제작이 쉽게 가능함.

상황 제시

상 황 제 시

-지구 환경의 지속가능 성 여부를 파악해보기 - 인간생활이 지속 가능 한 새로운 행성으로 화성 탐사의 가능성 알아보기

창 의 적 설 계

-물리, 수학, 지구과학, 예술 등의 각 과목의 견 해를 공유하며 거주 가 능한 공간 설계에 대한 아이디어를 나눔.

-프로젝트 결과물의 전시 와 설명회를 통한 재능 나눔

감 성 적 체 험 -지구과학, 물리: 대기 특성, 지질학

적 분석, 궤도 진입, 중력, 주변 소 행성과의 관계 분석

-화학: 화성에서 지속가능한 건축물 에 필요한 화학 물질 파악

-기술: 화성 행성에서 거주 가능한 최적의 조형물의 공학적 특징 고안 -미술: 거주 공간의 예술적 설계 -영어: 세계 공용어인 영어를 활용하

여 과학적, 공학적, 예술적 공간 설 계

감성적 체험

(32)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

▣ Watch a short video clip of “Martian”

▣ Brainstorming/Introduce today’s goal

- Why do we need to establish “special space” to survive on Mars?

Whole Class

전개 (35 분)

▣ Making Groups and decisions of sub topics for research 1. Research about sustainability on Earth

Analyzing possibilities of building a permanent residence on Mars

2. Analyzing Martian Environment in Earth Science and Physics

3. Vegetable Production System, In Situ Resource Utilization System

4.

Design a permanent residence on Mars

5.

Analyzing distance and orbiting patterns of Mars from spacecraft 6. Making a video to introduce one’s own residence on Mars and uploading it on YouTube

Individual /Peer Group Work

정리

(5 분)

Sharing each group’s video Whole

Class

(33)

학습과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점

도입 (10분)

▣ Brainstrom & Introduce research steps Whole Class

전개 (35분)

▣ Research Steps

Step 1: Identify and develop your topic. Selecting a topic can be the most challenging part of a research assignment.

Step 2: Do a preliminary search for information.

Step 3: Locate materials and Evaluate your sources.

Step 4: Make notes and Write your paper.

Step 5: Cite your sources properly and Proofread.

▣ Present Research Paper Topics & Share Feedback - 화성탐사와 거주 가능한 공간 구현의 연구 결과 탐색 - 2개의 달의 이용가치(phobos and deimos)

- 주변 소행성과의 관계 분석, 궤도 진입, 중력의 영향 알아보기 - 화성탐사연구에서 드론의 효율적 이용방안 탐구

- 인간 생활이 지속가능한 새로운 행성으로 화성 탐사의 가능성 - 화성의 대기 특성(방사선), 지질하적 분석(토양의 독성)

Individual/P eer Group

Work

정리

(5분) Present Research Paper & Share Feedback Whole

Class

(34)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~2/15

활동지)

태양 전지의 원리

학번: 이름:

1. 태양 전지의 원리

2. 태양 전지의 연결 방법에 따른 전력 생산량 비교하기 가. 태양 전지에서 만들어지는 전기 에너지는 얼마나 될까?

전압(V) 전류(mA) 전력(mW)

햇빛이 비추는 실외

햇빛이 잘 들지 않는 실내

나. 태양 전지 연결 방법에 따른 전력량 비교하기

직렬 연결

2개 직렬 3개 직렬

병렬 연결

2개 병렬 3개 병렬

다. 태양의 고도에 따른 전력 생산량 비교

90°

60°

30°

.

3. 태양 전지 최적화 설비의 설계 .

가. 태양 전지는 어떤 방향으로 설해야 할까?

나. 여러 개의 태양 전지는 어떤 방법으로 연결해야 할까?

(35)

차시 3~4/15 활동지)

태양 전지를 이용한 장치 만들기

학번: 이름:

1. 태양광 충전기, 태양광 트래커, 태양광 햇빛 가리개의 원리를 말해 보자.

태양광 충전기 태양광 트래커 태양광으로 작동하는 그물막

2. 태양 전지를 이용한 장치 설계하기

설계도 설명서