과학적재난안전관리

(1)

(2)

“이 교재는 2015년도 정부(교육부)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임”

* 본 연구의 내용은 연구팀의 의견이며, 교육부와 한국과학창의재단의 공식적인 견해와는 다를 수 있습니다.

교제 기획 및 개발팀

한혜숙 단국대학교

이승기 단국대학교

김태정 단국대학교

송인국 단국대학교

이재영 단국대학교

옥승현 봉담고등학교

황혜현 문경여자고등학교

김서영 부곡고등학교

유영리 봉담고등학교

삽화 및 편집팀

김성열 단국대학교

김보현 서울과학기술대학교

김영집 호서대학교

김정아 호서대학교

적용 및 자문협력진

이윤희 봉담고등학교

구서웅 봉담고등학교

박은성 문경여자고등학교

이주형 문경여자고등학교

조송이 문경여자고등학교

윤보람 부곡고등학교

조윤이 부곡고등학교

최계현 풍무고등학교

오우상 영생고등학교

최정태 단국대학교 사범대학부속고등학교

송인수 단원고등학교

(3)

(4)

과학적

재난안전관리

교사용

학문분야 주제별 융합형 프로그램 개발

단국대학교 산학협력단 2016. 02. 29.

고등학교 차시대체형② 6차시

(5)

(6)

Contents _

세균으로부터 살아남기! (융합적 지식 활용으로 분석부터 예방까지)

세균으로부터 살아남기!

(데이터 활용으로 예측부터 대비까지)

(7)

(8)

세균으로부터 살아남기!

융합적 지식 활용으로 분석부터 예방까지

1~3(4) 차시

고등학교 차시대체형②

[ 교사용 ]

(9)

세균으로부터 살아남기!(융합적 지식 활용으로 분석부터 예방까지)

고등학교 차시대체형 STEAM

1. 주제 개요

가 . STEAM 열기

본 차시는 과학적 안전재난관리로서 과학실험이나 빅 데이터 등의 통계 자료 이용 방법을 소개하고 있다. 특히, 학 생들은 Flipped Learning을 통해 탐구하고 산출물을 제작하는데 더욱 몰입할 수 있으며, 빅 데이터 프로그램을 활용하 여 전염병 확산 속도 예상, 통계적 추정 이론을 통해 모비율의 추정 원리를 탐구하게 될 것이다. 또한 이를 바탕으로 하여 자신만의 통계적 추정 문제를 만들거나 손 씻기 콘테스트 참가를 위한 영상물 제작 등을 최종적으로 경험하도록 학습내용을 구성하였다. 따라서 학생들은 전염병 예방에 대한 과학ㆍ공학ㆍ예술분야의 융합적인 사고력을 기를 수 있으며, 다양한 탐구활동과 산출물을 통해 융합적 문제해결력을 향상시키는 동시에 창의성을 발현시켜 나갈 것이다.

나 . 본시 STEAM 수업의 주요 구성 및 준비물

상황 제시 내용 융합 평가 / 보상

우리나라에서 여러 전염 병 발생 빈도가 늘어나 고 있는 상황 속에서 단 순 감기를 앓고 있던 한 학생이 조퇴를 하면서 우 리 학교도 전염병에 안전 하지 않다는 여론이 형성 됨. ‘적을 알고 나를 알면 백전백승!’ 질병의 원인 에 대해 탐구하고 예방하 기 위한 방안을 마련하기 위해 ‘고등 질병관리대책 본부’를 만들어 활동하는 상황.

창의적 설계 감성적 체험

문제 상황 분석하기 형광파우더 검출 실험을 통해 최초 보균자 알아내 기

무한등비수열을 활용하 여 질병 전파 예측하기 핸드플레이트를 이용하 여 세균 박멸 손 씻기 콘 테스트 개최하기

전염병의 원인에 대해 직접 찾아 보는 과정을 통해 문제 상황을 스 스로 해결하고자 하는 동기부여를 받음

최초 보균자 추리하기, 세균 박멸 대회 참여를 통해 도전의식을 함 양하고, 창의적 문제 해결의 실제 를 경험함

자신이 재난 안전 대책 본부의 일 원이 되어보는 상황을 통해 학습 에 대한 흥미가 향상됨

평가

보상 체크리스트 평가

모둠 및 개인별 누적 보상

새로운 문제에 도전

(10)

2. 학습 목표

3. STEAM 과목 요소

4. STEAM 단계 요소

활동순서 1 2 3 4 5

활동명 준비물

문제 상황 분석하기

세균과 바이러스에 대해 조사하여 발표하기 최초 보균자 찾기(질병의 확산과정 탐구)

수학적 모델링과 등비수열의 극한을 이용하여 전염병의 확산에 대해 예측하기 핸드플레이트를 이용하여 세균 박멸 손 씻기 콘테스트 참가하기

활동지 전지, 매직

형광파우더,밀가루, UV램프

핸드플레이트 스마트폰

- 병원체로 작용하는 박테리아와 바이러스의 특징을 이해한다.

- 등비수열의 극한값을 구할 수 있다.

- 형광파우더 검출 실험과 핸드플레이트 실험의 원리를 이를 통한 전염병 원인에 대해서 설명할 수 있다.

- 병원체로 작용하는 박테리아와 바이러스의 확산방지를 위한 방안을 알고, 이를 실천 할 수 있다.

2015년 우리나라에 유행한 ‘신종감염병’으로 인해서 국민적 불안감이 확산된 사례가 있다. 학교에서는 손 세 정제나 마스크를 보건실에서 받아가도록 홍보하면서 감염병을 예방한다. 이 때, 학교 내에서 단순한 감기를 앓 고 있는 학생이 조퇴를 하면서 우리학교에도 감염병 환자가 생겼다는 유언비어가 퍼지게 되고 이에 우리학교에 학생들을 중심으로 한 질병관리본부동아리가 생기게 된다. 질병을 막기 위해서는 질병을 먼저 알아내야 한다는 결론을 내린 우리는 질병을 일으키는 병원체, 질병 확산과정 및 예방방법에 대해서 알아보기로 하였다.

S 세균과 바이러스에 대해 조사하여 발표하기 / 질병의 확산과정에 대해 탐구하기 / 핸드플레이트 만들기 T/E 형광파우더와 uv램프를 이용한 보균자 찾기

M 수학적 모델링과 등비수열의 극한을 이용하여 전염병의 확산에 대해 예측하기 A 효과적인 손 씻기 동영상 만들기

내용목표 과정목표

상황제시

세균으로부터 살아남기! _ 4

(11)

창의적 설계

감성적 체험

몰입 문제발견

및 정의

Hands-on 아이디어 발현

성취의 경험 학습 방법

배려 활동 중심과정,

새로운 도전 자기 평가 다양한 산출물

협력 학습

생물학적 재난에 흥미를 가지고 여러 모의 실험에 대해 학생 스스로 탐구하고, 수학적 모델링을 활용하여 수학과 실세 계를 연결하는 과정을 자기주도적으로 구상하도록 유도함

문제 상황에 대해서 스스로가 해결하고자 하는 동기를 부여받고, 자료조사와 탐구, 분석의 과정을 통해 해결과정을 찾아가면서 몰입하게 됨

질병이 전염되는 과정에 대해 의문을 갖고 질병의 원인을 탐구하고 그 특성을 정리해나감

상황제시에 대한 문제를 자기문제화하고 이를 해결하기 위해 전염병 예방을 위한 알고리즘을 스스로 구상해 봄

전염병 감염경로 예측과 그 예방방법을 탐구하면서 최초 보균자를 찾기 위한 실험 방법을 정리하고 이 를 활용하여 자료를 효율적으로 활용하는 할 수 있는 방안에 대해 탐구함.

빅 데이터 분석을 통해 전염병 확산 경로를 찾아보고, 전염병 예방을 위한 자신만의 홍보 영상물, 홍보 미술 작품을 전시해보면서 성취감을 느낌

자료조사, 실험, 분석, 토의를 통해 전염병 예측 방법과 예방 방안을 정리하고, 최종적으로 전염병 예방 에 관한 지식을 산출할 수 있는 기회를 제공함

병원체 조사, 질병의 확산과정 탐구, 수학적 모델링 구현 등 모둠 활동을 통해서 모둠원 간 서로를 배려 하고 의견을 존중하는 자세를 배움

상황제시를 통해 문제를 발견하고, 전염병 예방 방법을 탐구하는 과정에서 “최초 보균자 추적, 핸드플레 이트 실험 등”의 활동을 통해 창의적인 아이디어를 발현시켜 해결방안을 모색해 봄

수학적 모델링을 활용하여 실세계와 수학을 연관시킴

체크리스트를 통해 각 활동에 대한 결과와 논리성, 독창성을 평가해보는 기회를 제공함 전염병 예방 홍보를 위한 미술작품 제작과 손 씻기 영상 제작

역할 분담과 토의를 통한 의사소통과 협력학습 제고 자기주도적

학습

(12)

5. 지도안 총괄표

과목 차시적용방법

교육과정

학습목표

상황 제시

질병을 일으키는 병

원체는 무엇일까?

(5분)(과학)

창의적 설계

(5분)(과학)문제인식

문제제시 & 제작활동 감성적 체험 학습자료( ) 및 유의점(※)

(소요시간/적용할 과목)

흐 름 단원

학년 총 차시

과학, 미적분Ⅰ

1차시 : 과학/ 2차시 : 과학/ 3차시 : 미적분Ⅰ/ 4차시 : 과학 과학: 인류의 건강과 과학 기술, 미적분Ⅰ: 수열의 극한 2009 개정 교육과정 과학 / 인류의 건강과 과학 기술

- 병원체로 작용하는 세균과 바이러스의 특징과 질병의 확산 방지에 관련된 면역 과 정을 설명할 수 있다.

2009 개정 교육과정 미적분Ⅰ / 수열의 극한

- 등비수열의 극한값을 구할 수 있다.

내용 목표

- 병원체로 작용하는 세균과 바이러스의 특징과 질병 확산 과정에 대해 알 수 있다.

- 표본 비율의 분포로부터 모비율이 속해 있는 범위의 확률을 구할 수 있다.

과정 목표

- 공학 기술과 관련된 문제를 창의적으로 해결하는 과정과 방법을 알고, 이를 실천할 수 있다.

- 과학 기술의 발달과 정보화에 따라 발생하는 과학 기술 윤리, 환경 윤리, 정보 윤리와 관련 된 윤리적 쟁 점을 파악하고, 바람직한 가치관과 윤리적 평가의 기준을 확립할 수 있다.

4

상황제시에서 가장 중요한 것 은 내면화를 통한 공감이다.

상황이 실제 자기에게 일어날 수도 있다는 생각을 가지고 적 극적인 자세로 문제해결에 도 전할 수 있도록 유도한다.

실제 유행했던 감염병과 관련 된 경험을 도입으로 사용하되 질병에 대한 공포심을 유도하 기보다 이러한 질병의 감염과 공포로부터 벗어나기 위해 과 학적인 접근이 필요하다는 것 을 인식하도록 지도한다.

-학교 내에서 단순한 감기를 앓고 있 는 학생이 조퇴를 하면서 우리학교에 도 감염병 환자가 생겼다는 유언비어 가 퍼지게 되고 이에 우리학교에 학생 들을 중심으로 한 질병관리본부동아리 가 생기게 된다. 질병을 막기 위해서는 질병을 먼저 알아내야 한다는 결론을 내린 우리는 질병을 일으키는 병원체 에 대해서 알아보기로 하였다.

- 상황제시를 통해 선생님 또는 학생 들이 서로 이야기해보면서 상황을 분 석하고 감성적 공감대를 형성한다.

1) 문제 상황 한 줄 정리하기 2) 세균, 바이러스 질병에 관한 역사적 사건 또는 이를 대비하는 방법에 대해 자유롭게 기술해보기

감성적체험

몰입,자기문제화 : 학생들이 상황분석을 하며 학습에 몰입 하고 이를 해결하고자 하는 도 전의식(자기문제화)과 성취감 을 얻고자 하는 감성적 체험을 할 수 있다.

감성적체험

몰입, 자기문제화,소통과 배려 : 문제를 인식하고 이를 해결 하기 위해 적극적으로 참여하 면서 자기문제화와 몰입감을 느낄 수 있도록 유도한다. 또 한 음성 분석의 방법을 자유롭 게 상상하고 발표해보면서 다 른 사람과의 소통과 배려의 경 험을 할 수 있다.

※

활동 1: 문제 상황 분석하기 ※

상황제시

T

s

E A

2

(13)

교사는 한 조의 학생수 만큼 종이컵을 준비하여 1개의 컵 에 형광파우더를, 나머지 컵 에 밀가루 등의 백색 가루를 넣어서 어떤 컵에 형광파우더 가 들었는지 학생들이 모르게 한다.

한 조는 6명~8명으로 구성하 고 조별로 활동지를 나누어 주어 활동결과를 표에 기입하 도록 한다.

최초에 형광파우더를 바른 학 생을 찾게 하고, 학생들의 질 서를 유지하기 위해 교사의 신호에 따라 학생들이 서로 악수를 하게 한다.

감성적체험

협동, 배려 : 세균과 바이러스 의 차이점을 조사하고 역할을 나누어 정리하고 표현하는 과 정을 통해 팀원 간의 협동심을 기르고 서로를 배려할 수 있는 마음을 갖는다.

감성적체험

몰입 : 활동 전 학습에 대한 동 기부여를 얻고, 기대감을 고취 시킬 수 있도록 돕는다.

감성적체험

협동, 배력 : 준비된 파우더를 손에 도포하고 악수를 하여 형 광파우더를 확산시키고 최초 형광파우더를 도포한 학생을 찾는 과정을 통해 팀원 간의 협동심을 기르고 서로를 배려 할 수 있는 마음을 갖는다.

※

※ 활동 2: (개인) 우리 주변에 얼마나

많은 세균과 바이러스가 존재할까?

활동 2: (모둠) 세균과 바이러스를 조사하여 발표하기

활동 3: (모둠) 최초 보균자 X를 찾아라.

창의적 설계

해결방안 계획

(5분)(과학)및 실행

창의적 설계

해결방안 계획 (35분)(과학)및 실행

창의적 설계

실험 개요와 목표 소개 (5분) (과학)

창의적 설계

해결방안 계획 (45분) (과학)및 실행

s

T

T E

A

영상을 통해 확인하고 발표하기

스마트폰, 노트북, 교과서를 활용 하여 조사하고 그 특징을 정리하 고 발표하기

1) 질병확산 모의실험을 통해 최 초 보균자 찾기

2) 질병확산 모의실험을 결과를 다양한 방법(그림, 도식 등)으로 나타내고 질병확산 과정에 대해 발표하기

- 실험의 목표와 실험 과정을 듣기

- 유의사항 숙지하기 1

차 시

2 차 시

(14)

창의적 설계

해결방안 계획 (40분) (3/4차시)및 실행

(미적분I)

창의적 설계

지식산출 (40분) (4/4차시)

(정보)

기초감염재생산수의 의미에 대해 학 생들에게 충분히 설명하고 함께 구해 본다.

수학적 모델링을 위한 충분한 예를 소 개한다.

뉴스기사, 동영상을 활용하여 실생활 에서 접할 수 있는 다양한 질병 사례를 활용할 수 있도록 유도한다.

실험 전 배지 사용 방법과 유 의사항에 대해 충분히 설명한 다.

배지 사용 시 유의사항 :

① 미생물 배양시 유해균으로 인한 안전을 위해 뚜껑을 닫 고 관찰한다.

② 실험을 마친 후 미생물은 살균 폐기 해야 한다.

실험 결과를 바로 확인 할 수 없기 때문에 배양 후 다음 활 동으로 넘어간다.

평가와 보상을 통해 학생들이 자신의 결과물에 대해 피드백 하고 자아효능감을 얻을 수 있도록 유도한다. 평가에서는 특히 학생, 교사간의 존중과 배려, 소통의 경험이 중요하 다. 학생들의 결과물에 대해 서 격려와 칭찬을 아끼지 않 는다.

감성적체험

성취감, 소통 : 나만의 알고리 즘을 찾고 이를 설명하는 영상 콘티를 제작해보면서 스스로 를 평가하고 성취감을 경험한 다. 또한 자신의 지식을 정리 하고 발표하는 활동을 통해 다 양한 의견을 수렴하고 소통하 는 자세를 기른다.

감성적체험

성취감 : 수학적 모델링을 활 용하여 실생활 상황과 수학을 연결시키는 과정을 통해 성취 감을 경험한다.

협동, 배려 : 실제 상황을 설정 하고 수학적 모델링을 하는 과 정을 통해 팀원 간의 협동심을 기르고 서로를 배려할 수 있는 마음을 갖는다.

감성적체험

자아효능감, 존중, 도전의식 : 서로 간의 평가를 통해 자아 효능감을 느끼고, 다양한 의 견을 수렴하고 서로를 존중하 는 마음과 도전의식을 갖는 다.

※

활동 4: (모둠) 수학적 모델링, 등비수열의 극한을 이용하여 질

병의 확산을 예측하기

활동 5: (모둠) 세균박멸 손 씻기 콘테스트

동료 평가 및 자기 평가 (체크리스트)

평가 보상

평가및 개선점 찾기 (5분)(과학)

문제 상황 분석하기 세균과 바이러스란 무엇인가 최초 보균자 X를 찾아라 수학적 모델링을 통한 질병확 산 예측하기

세균 박멸 손 씻기 콘테스트 바람직한 정의적 태도 기르기 - 질병 확산 실험결과를 바탕 으로 수학적 모델링 구현하기 - 문제만들기를 통해 새로운 상황을 가정하고 수학적 모델 링 구현하기

- 위생적이고 효과적인 손씻 기 방법을 탐구하기 - 핸드플레이트를 이용하여 손의 세균을 배양하기 - 동영상을 촬영하여 우수 손씻기 영상 감상하기

4 차 시 3 차 시

s ^A^M

s ^A

s^{T E A}^M

(15)

평가

자기 평가

보 상

전 과정에 걸친 학생의 활동을 평가하기 위하여 다음의 체크리스트를 활용할 수 있다. 체 크리스트는 교사평가 뿐 아니라 동료평가 및 자기평가의 도구로도 활용할 수 있다.

교사와 학생들의 평가 점수를 합산하여 상위 팀(또는 개인)을 선정 한 후상장 또는 상품이 제공됩니다.

( ) 평가대상

평가대상 평가항목

문제상황 분석하기

몸 속에 질병 을 일으키는 원인, 세균과 바이러스란

무엇인가.

전염병이 퍼 지게 된 우리

반, 최초의 보균자 X를

찾아라!

수학적 모델 링을 활용하 여 전염병의 확산에 대해 예측해보자.

감염 0%에 도전한다. 세 균 박멸 손 씻 기 콘테스트 정의적 태도

문제 상황을 올바르게 파악하여 정리하였는가?

세균과 바이러스에 대하여 이해하였는가?

세균과 바이러스의 차이점을 물질대사와 관련지어 논리적으 로 설명할 수 있는가?

실험 과정을 올바르게 이해하고 실험 과정에 적극적으로 참여 하였는가?

자신의 실험 결과를 논리적으로 정리하였는가?

주어진 상황을 무한등비수열의 극한값과 연결 짓고 결론을 도 출할 수 있는가 ?

새로운 상황을 설정하고 무한등비수열의 극한과 연관 지어 수 학적 모델링을 구현할 수 있는가?

모둠별로 창의적인 손씻기 방법을 고안하고 이를 올바르 게 동영상 촬영하였는가?

모든 활동에서 모둠원들을 배려하며 협업을 잘 진행하는가?

우수3 2

보통 1

미흡

(16)

프롤로그 ①

재난의 정의, 분류, 단계

재난은 국민의 생명, 신체 및 재산과 국가에 피해를 주는 것으로 자연현상이나 사고, 감염병 확산 등을 말하며 재난 및 안전 관리 기본법에서는 재난을 다음과 같이 세 가지로 분류한다고 합니다.

자연 재해 : 태풍, 홍수, 호우, 폭풍, 해일, 폭설, 가뭄, 황사, 적조 등 자연현상으로 인해 발생하는 재해 인적 재난 : 화재, 붕괴, 폭발, 교통사고, 화생방 사고, 환경 오염 사고 등

사회적 재난 : 에너지, 통신, 교통, 금융, 의료 등 국가 기반 체계의 마비와 감염병 확산 등으로 인한 피해 이런 재난들은 미리 예방할 수 있는 것들도 있으나 대부분 갑자기 발생되어 급격한 피해를 가져옵니다. 따라서 재 난이 일어나기 전에 예측, 대비하고, 재난 발생 후에도 신속한 대응으로 피해가 확산되는 것을 막으며 빠른 복구가 될 수 있도록 해야 합니다. 특히, 재난은 공통적으로 예방(mitigation), 대비(preparedness), 대응(response), 그리고 복구 (recovery)의 4단계 과정으로 분류됩니다. 앞의 두 단계는 재난발생 이전의 단계이며 뒤의 두 단계는 재난발생 이후 단 계이죠. 재난관리의 4단계는 상호 단절적인 과정이라기보다 상호 순환적인 성격을 가지고 있습니다.

피테르 브뤼겔, <죽음의 승리>

재앙의 역사, 중세 유렵 전체를 휩쓸었던 흑사병(페스트)

㈜와이비엠(2013). 중학교 보건 내용출처

※학습유의점※

프롤로그는 학생들이 생물학적 재난인 전염병에 대해 경각심을 갖고 병원체의 원인과 확산과정, 예방법 등을 탐구하 기 위해 필요한 지식을 위주로 구성하 였다. 학생들이 글을 읽으며 많은 지식 과 질문을 얻을 수 있도록 지도한다.

(17)

프롤로그 ②

세균과 바이러스

작은 생물을 미생물이라고 하죠. 미생물의 대표 주자는 세균이에요. 이들은 우리 몸에 허락 없이 들어와 세 들어 살면서 그 숫자를 늘려 갈 수 있어요. 집주인 생물을 ‘숙주’

라고 하고, 이렇게 세 들어 사는 것을 ‘기생’이라고 한답니 다.

세균은 매우 빠르게 증식해요. 우리 몸이 세균을 증 식하기에 아주 적당한 환경을 제공을 주기 때문이지 요. 세균은 증식을 할 때 마치 손오공의 분신술처럼 자 신과 똑같은 세균을 또 하나 만들어 내는 이분법(한 세 포 안에서 유전물질인 DNA를 똑같이 복제하여 세포를 둘로 갈라 복제한 DNA를 나누어 갖는 번식 방법)을 쓴 답니다. 이렇게 증식한 세균들은 우리 몸속 혈액이나 조직을 돌아다니면서 우리가 소화하고 흡수한 양분으 로 살아간답니다.

이에 비해, 바이러스는 스스로 증식을 하지 못해요. 다 른 생물들에게 의지하지 않으면 살아남을 수도, 수를 늘릴 수도 없지요. 세균은 생물이지만 바이러스는 생물일까요?

무생물일까요?

생물과 무생물을 나누는 기준을 (1)자손을 만들 수 있는 능력, (2)스스로 양분을 먹고 소화하여 에너지를 만들 수 있는 능력, (3)외부 반응에 적응하고 진화할 수 있는 능력 이라고 한다면 바이러스는 (2), (3)번째 능력만 가지고 있 기 때문에 생물과 무생물의 중간에 있다고 할 수 있데요.

바이러스가 우리 몸에 들어오면 특별히 자기가 좋아하 는 부위에 자리를 잡아요. 일단 세포에 착 달라붙으면 그 세포 속으로 자신들의 유전물질을 집어넣고, 그 유전물질 들(DNA, RNA)은 세포를 이용해서 바이러스를 복제하게 됩니다. 세포 속에서 무수히 수를 늘린 바이러스는 결국 세포를 뚫고 빠져나와서 우리 몸에 질병을 일으키게 되지 요. 바이러스가 빠져나온 세포는 망가져 버린답니다.

참고로 세균은 병을 일으키기도 하지만 인간에게 이로 운 것들이 더 많아요. 우리가 자주 먹는 김치, 요구르트처 럼 발효 음식을 만드는 것도 세균(유산균)이 한답니다. 그 러나 바이러스는 우리에게 해로운 게 더 많다고 알려져 있 어요. 특히 바이러스는 세균의 1000분의 1 정도에 크기로 너무 작아 전자현미경으로 볼 수밖에 없다고 합니다.

천명선(2014) 재미있는 미생물과 감염병 이야기.

내용 및 그림 출처

(18)

기초감염재생산수(basic reproduction number)

모든 인구가 질병에 감염될 수 있는 사람이라고 가정할 때, 감염성이 있는 환자가 감염 가능기간동안 직접 감염시키 는 평균 인원수입니다.

R0 < 1이면 한명의 감염자가 자신의 감염기간 동안에 평균적으로 한명 미만의 차 감염자를 발생시키기 때문에 시간 에 따라 감염자수가 감소하게 됩니다. 즉 유행이 일어나지 않고 전염병은 소멸하는 것이죠. 반대로 R0 >1이면 한명의 감염자가 자신의 감염기간 동안에 평균적으로 2명이상의 2차 감염자를 발생시키기 때문에 시간에 따라 감염자 수가 증가하게 됩니다.

주요 감염병의 기초감염재생산수

1번이 1명에게 감염시킴(1명),

2번이 2명에게 감염시킴(2명), 3번은 감염시키지 않음(0명),

4번은 1명에게 감염시킴(1), 5번은 3명에게 감염시킴(3)…..

이런 식으로 따져보면,

1+2+0+1+3+2+1+2+1+2/10= 1.5 입니다.

즉, 기초감염재생산수는 1.5라고 할 수 있습니다.

프롤로그 ③

전염병의 기초감염재생산수

(basic reproduction number, R )0

1

2

3

감 염 병 기초감염재상산수

결핵 0.2~0.3

홍역 13~15

SARS 3

인플루엔자 1.5~2.0

메르스 0.6~0.8

메르스 환자 5명 추가돼 30명 (사진: YTN)

중앙일보http://news.joins.com/ article/17944690 집단면역과 예방접종

(http://www.koreahealthlog.com/?p=8929)

출 처

(19)

프롤로그 ④

수학적 모델링

수학적 모델링이란 하나의 수학 이론이라기보다 우리 주변의 실제 문제들을 해결하는 과정에서 나타나는 개 념입니다. 즉, 고려하고 있는 분야에 속하는 어떤 대상들과 그 대상들 사이의 관계와 구조를 선택하여 수학적인 형태로 바꿨을 때 이를 수학적 모델이라고 하는 것입니다. 따라서 이런 수학적 모델을 만들어내는 활동적인 과 정을 수학적 모델링이라고 하는 것이죠.

NCTM(1991)에서 제시한 모델링 과정은 다음과 같은 단계로 구성됩니다.

현상을 관찰하고, 그 현상이 가지고 있는 문제 상황을 서술하고, 문제에 영향을 끼치는 중요한 인자들(변인, 모수)를 찾아낸다.

현상에 대한 모델을 얻기 위해 인자들 사이의 관계를 추측하고, 그 관계들을 수학적으로 해석한다.

모델에 적절한 수학적인 분석을 한다.

결과를 얻고 실제 상황에서 결과들을 해석하고 결론을 끌어낸다.

[NCTM이 제시한 수학적 모델링 과정]

이상구 외 2 (2010) 내용출처

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2 3 4

(20)

2015년 우리나라에 유행한 ‘신종감염병’으로 인해서 국민적 불안감이 확산된 사례가 있습니다. 학교에서는 손 세 정제나 마스크를 보건실에서 받아가도록 홍보하면서 감염병을 예방했습니다. 이 때, 학교 내에서 단순한 감기를 앓 고 있는 학생이 조퇴를 하면서 우리학교에도 감염병 환자가 생겼다는 유언비어가 퍼지게 되고 이에 우리학교에는 학 생들을 중심으로 한 질병관리본부동아리가 생기게 됩니다. 질병을 막기 위해서는 질병을 먼저 알아내야 한다는 결론 을 내린 우리는 질병을 일으키는 병원체, 질병 확산과정 및 예방방법에 대해서 알아보기로 하였습니다.

생각 열기

그림출처 네이버 통합검색 http://search.naver.com/search.

naver?sm=tab_hty.top&where=nexe arch&ie=utf8&query=%EB%A9%9 4%EB%A5%B4%EC%8A%A4+

문제 상황 분석하기 활동 ①

위의 문제 상황을 한 줄로 간단히 정리해보세요.

1

위의 문제 상황을 자신의 문제라고 가정했을 때, 세균, 바이러스 질병에 관한 역사적 사건 또는 이를 대비하는 방법에 대한 자신의 경험 또는 언론매체를 통해 들은 이야기를 바탕으로 자유롭 게 기술해 보세요.

2

실제 유행했던 감염병의 사례 사용하 되 질병에 대한 공포심을 유도하기보다 이러한 질병의 감염과 공포로부터 벗어 나기 위해 과학적인 접근이 필요하다는 것을 인식하도록 지도한다.

(21)

생각 펼치기

몸 속의 질병을 일으키는 원인, 세균과 바이러스란 무엇인가?

활동 ②

우리 주변에 얼마나 많은 세균과 바이러스가 존재하는지 살펴봅시다. 모바일기기를 활용하여 QR코드를 읽고, 영상을 통해 확인해 보세요. 어디에 얼마나 존재하나요?

모둠별로 세균과 바이러스를 조사하여 그 특징을 정리해 보세요. 세균과 바이러스의 차이점을 모바일기기를 활용하여 영상을 통해 확인하고 정리해보세요.

- 세균은 무엇이고, 그 특성을 3가지 이상 써보세요.

- 바이러스는 무엇이고, 그 특성을 3가지 이상 써보세요.

질병은 몸과 마음이 장애를 일으켜 정상적인 기능을 할 수 없는 상태를 말합니다. 질병의 원인은 고혈압이나 당뇨와 같이 인체 내부의 요인도 있지만, 외부에서 침입한 생명체가 원인이 되는 경우 가 많다고 합니다. 외부에서 인체로 침입하여 사람을 감염시켜 병을 일으키는 생명체를 통틀어 병 원체라고 하는데, 병원체에는 세균, 바이러스, 곰팡이 등이 있습니다.

세균과 바이러스는 어떠한 존재이며 어떠한 차이점이 있을까요?

1

2

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세균으로부터 살아남기! _ 16 http://m.site.naver.com/qrcode/view.nhn?v=0eYAN [원본영상]

박테리아-한 컷의 과학

https://www.youtube.com/watch?v=2K7R8DNHPck

http://m.site.naver.com/qrcode/ewnhn?v=0eYAV [원본영상]

박테리아-한 컷의 과학

https://www.youtube.com/ch?v=2K7R8DNHPck

발표를 위해 개요를 작성하고 전지에 나타낸 뒤 조별로 발표해보세요.

3

영상출처

※스마트기기의 앱을 다운받아 세균과 바이러스의 생김새를 3D로 확대 축소해가면 더 자세히 알아볼 수 있다.

개요작성 후 전지에 나타내기.

(23)

생각 다지기

세균과 바이러스의 차이점을 물질대사와 관련지어 설명해 보세요.

세균 (Bacteria)

바이러스 (Virus)

정의

정의 특징

특징 종류

종류

세균에 의한 질병

바이러스에 의한 질병

현미경으로만 관찰할 수 있는 무핵의 단세포성 생물

라틴어로 독을 뜻하는 ‘비루스(virus)’에서 유래되었으며 아주 작은 크기의 감염성 입자

세균의 세포벽은 탄수화물과 아미노산으로 이루어진 매우 얇은 막입니다. 세포핵은 없습니다. 대장균 등 에서는 DNA 사슬이 둥근 고리로 존재하고, 길이는 1/1000mm 정도입니다. 생장이 빠르고 생화학적인 역 할이 다양하며, 환경에도 잘 적응할 수 있습니다. 지구상의 어느 곳에서든지 부생, 기생, 공생 또는 독립생 활을 하며 살아갑니다. 세균의 몸은 일정한 크기로 자라면 둘로 분열되어 각각 독립적으로 성장하게 됩니 다(이분법).

세균의 평균 크기에 비해 1/1000 정도이고, 핵산(DNA, RNA)과 이를 둘러싼 단백질이 전부입니다. 세균 보다 단순하고 원시적인 구조로, 스스로 먹거나 자라지 못하고 살아 있는 세포에 들어가 살아갑니다. 다른 생명체와 마찬가지로 후손을 만들어 번식합니다.

구균(알균, 둥근모양), 간균(막대균), 나선균(나선형)

숙주세포에 따라 동물바이러스, 식물바이러스, 세균바이러스로 나눔 콜레라, 충치, 위궤양, 흑사병, 폐렴, 결핵, 장티푸스 등

일본뇌염, 유행성출혈열, 간염, 광견병, 인플루엔자, 홍역 등

생김새

(24)

세균 : iCell 바이러스 : Microcosmos

내용출처

그림출처

- 한국민족문화대백과

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=575952&cid

=46638&categoryId=46638 - 두산백과

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1186021&ci d=40942&categoryId=32332

- 두산백과

http://terms.naver.com/ncrEntry.nhn?ncrDocId=1838 96&dicId=doopedia

- 곰돌이(2008)

바이러스에서 살아남기 1,2.

- 위키백과

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%84%B8%EA%B7%A0

생각 펼치기

전염병이 퍼지게 된 우리반, 최초 보균자 X를 찾아라!

활동 ③

우연히 A라는 병원체에 노출이 되어 질병 보균자가 된 학급의 X!! 병원체 A는 강력한 점염성이 있어 한 번 의 접촉만으로도 감염이 된다고 합니다. 모의실험을 통해 최초 보균자 X를 찾고, 질병의 확산과정에 대해 알 아보세요.

활동을 위해 선생님의 설명을 듣고 질문에 답하세요.

준비물 실험과정

형광 파우더, UV 램프

① 학생들은 순서대로 나와 준비된 밀가루 또는 형광파우더를 바릅니다.

② 조에서 자신의 순서가 되면 자신의 조의 다른 친구와 악수를 합니다.

③ 차례대로 악수를 하고 악수를 한 친구들의 이름을 순서대로 기록해 둡니다.

④ UV램프를 비추어 감염자의 수를 파악합니다.

① 실험의 목적은 무엇인가요?

최초 보균자(형광파우더 바른 학생) 찾기, 질병의 확산과정 알기 형광파우더 : 병원체 / UV램프 : 병원체 검사기구

가루파우더가 날리지 않도록 한다. 자신의 순서에 맞게 앞으로 나와 파우더를 바르고 순서대로 친구와 악수한다.

등

② 형광파우더와 UV램프가 의미하는 것은 무엇일까요?

③ 실험 시 유의사항을 적어보세요.

횟 수 섞은 학생 횟수 섞은 학생

0차시 예 ) 철수 ↔ 영희 5차시

1차시 6차시

2차시 7차시

3차시 8차시

4차시 9차시

활동 전 교사의 설명을 통해 실험의 목 적, 실험 준비물의 의미, 실험 시 유의사 항에 대해 숙지할 수 있도록 한다.

(25)

정리하기

UV램프를 비추었을 때 형광파우더가 검출된 학생은 조에서 모두 몇 명인가요?

결과를 이용하여 처음에 형광 파우더를 바른 사람이 누구인지 찾아보세요.

전염병 확산과정에 대해 다양한 방법으로 표현해보세요. ( 그림, 도식, 말 등 )

1

2

3

☞ 처음 형광파우더를 발랐다고 생각되는 사람은 누구인가요?

☞ 그 이유는 무엇인가요?

※ 한 조는 6명~8명으로 구성하고 교사는 한 조의 학생수 만큼 종이컵을 준비하여 1개의 컵에 형광파우더를, 나머지 컵에 밀가루 등의 백색 가루를 넣어서 어떤 컵에 형광파우더가 들었는지 학생들이 모르게 한다.

※조원에게 순번을 부여하여 순서대로 밀가루 또는 형광파우더를 도포한다.

※조원들은 순서가 돌아오면 원하는 학생 1명과 악수할 수 있도록 지도한다.

※ 실험이 끝난 후 모든 학생들이 깨끗이 손을 씻을 수 있게 지도한다.

※ 조별로 활동지를 나누어 주어 활동결과를 표에 기입하도록 한다.

※최초에 형광파우더를 도포한 학생을 찾기 쉽게 하고, 학생들의 질서를 유지하기 위해 교사의 신호에 따라 학생들이 악수를 할 수 있도록 지도한다.

도식으로 나타내는 과정에 어려움을 느 낄 수 있으므로 예를 들어 설명한다

(26)

생각 펼치기

수학적 모델링을 활용하여 전염병의 확산에 대해 예측해보자.

활동 ④

메르스 관련 뉴스를 시청하세요. 동영상에서 나온 기초감염재생산수(확산계수)란 무엇일까요?

다음 상황에서 기초감염재생산수를 구해보세요.

1

2

영상출처

http://m.site.naver.com/qrcode/view.nhn?v=0eYz2

① 메르스 환자 7명...빠르게 확산되는 이유는? / YTN

https://youtu.be/-HJX50omcMM ②한국, 메르스 환자발생 세계 3위 '오명' / YTN https://youtu.be/RN6QADldzP4

1번이 1명에게 감염시킴(1명), 2번이 2명에게 감염시킴(2명), 3번은 감염 시키지 않음(0명), 4번은 1명에게 감염시킴(1), 5번은 3명에게 감염시킴(3)…..

이런 식으로 따져보면, 1+2+0+1+3+2+1+2+1+2/10= 1.5 이다.

즉, 기초감염재생산수는 1.5라고 할 수 있다.

(27)

활동지 선생님과 함께하기

질병확산에 관한 실험을 통해 수학적 모델링의 실제를 체험해보세요.

※ 활동 3의 결과를 활용하여 교사와 함께 작성한다.

실세계 현상

수학적 모델

수학적 결론

결론의 예언

질병확산 실험을 통해 얻은 결과의 도식을 간략하게 나타내보세요.

우리학급에 A라는 질병이 퍼지게 되어 어려명의 감염학생이 나왔다.

기초감염재생산수를 r이라고 할 때, r>1이면 감염인구는 무한대로 발산하여 유행이 확산되지만, r<1이면 감염인구는 자연스럽게 소멸될 것이다.

※뉴스기사, 동영상을 활용하여 실생활에서 접할 수 있 는 다양한 질병 사례를 활용할 수 있도록 유도한다.

※ 수학적 모델링을 위한 충분한 예를 소개한다.

※ 뉴스기사, 동영상을 활용하여 실생활에서 접할 수 있 는 다양한 질병 사례를 활용할 수 있도록 유도한다.

무한등비수열을 활용하여 다음 문제에 대한 결론을 도출해보세요.

수집한 자료를 바탕으로 기초감염 재생산수와 전염병의 확산에 대한 결과를 도출해보세요.

백신이 개발 되지 않고, 자연 치유가 되지 않는 다고 가정했을 때, n 일 후의 새로 감염되는 환자의 수는 몇 명인지 등비수열의 일반항을 이용하여 나타내보세요.

매일 증가하는 환자의 수는 어떻게 될 것인지 주어진 그래프에 나타내보세요.

수열의 극한을 이용하여 매일 증가하는 환자의 수를 나타내보세요.

0 n

αn

활동3의 결과에서 기초감염재생산수가 1보다 크면 조별 활동 시 기초감염재생 산수가 1이거나 1보다 작게 설정하여 수학적 모델링할 수 있도록 유도한다.

(반대경우도 유사하게 적용한다.)

(28)

(조별과제)

실세계 현상 수학적 모델 수학적 결론 결론의 예언

질병확산 실험을 통해 얻은 결과의 도식을 간략하게 나타내보세요.

우리학급에 A라는 질병이 퍼지게 되어 어려명의 감염학생이 나왔다.

기초감염재생산수를 r이라고 할 때, r>1이면 감염인구는 무한대로 발산하여 유행이 확산되지만, r<1이면 감염인구는 자연스럽게 소멸될 것이다.

활동지 새로운 상황을 설정하여 수학적 모델링을 직접 구현해보세요

[활동예시]

(29)

생각 다지기

활동지 1, 2를 통해 기초감염 재생산수와 등비수열 극한값과의 관계를 수학적으로 정리 해보세요.

등비수열에서 공비 r <0 일 때 등비수열의 극한값은 어떻게 될지 자유롭게 기술해보세요.

생각 뛰어넘기

기초감염재생산수를 r이라고 할 때, 어떤 시점에서 r>1이면 감염인구는 무한대로 발산하여 유행이 확산되 지만, r<1이면 감염인구는 자연스럽게 소멸될 것이다.

수학과 차시예고 :

등비수열 의 수렴과 발산 (2)

(30)

생각 되돌아가기

지금까지 우리는 질병관리본부동아리 되었다는 가정 하에 질병을 일으키는 병원체, 질병 확산과정 대해서 알아보았습니다. 탐구한 결과를 바탕으로 우리가 할 수 있는 질병 확산 예방법에는 무엇이 있을지 자유롭 게 토의하고 정리하여 발표해 보세요.

사진출처 질병관리본부

(31)

생각 다지기

감염 0%에 도전한다. 세균 박멸 손 씻기 콘테스트 활동 ⑤

슈퍼박테리아와 슈퍼바이러스로부터 내 몸을 보호하는 가장 효과적인 방 법 중 하나는 ‘손씻기’입니다. 세균배양과 세균 수 측정을 통해 모둠별로 감염 0%의 세균 박멸 손씻기 방법을 찾아보세요. 다음은 최고의 손씻기 방법을 선 정하는 평가방법입니다.

모둠별로 세균 박멸을 위한 창의적인 손씻기 방법을 고안합니다.

정해진 시간(30초) 내에 정해진 손세정제를 이용하여 모둠별로 고안한 방법대 로 손 씻는 과정을 모바일기기로 동영상 촬영합니다.

손 씻기가 끝난 후 핸드플레이트 뚜껑을 열고 세정한 손바닥을 약 10초간 가볍 게 찍는다.

핸드플레이트 뚜껑을 닫고, 모둠명을 기입한 후 세균배양기에 넣고 30~37℃로 24시간 배양합니다. (세균배양기가 없는 경우에는 따듯한 실내에서 48시간 배 양할 수 있습니다.)

측정된 세균의 수가 가장 적은 모둠을 선정합니다.

※ 최고의 세균 박멸 손씻기 방법으로 선정된 모둠의 손씻기 동영상을 공개하고 모든 학생들이 실천할 수 있도록 홍보합니다.

핸드플레이트

세균 배양기 1 2 3 4

5 평가 방법

평가 결과

조 세균의 수 순위

실험 전 배지 사용 방법과 유의사항에 대해 충분히 설명한다.

※ 배지 사용 시 유의사항 :

① 미생물 배양시 유해균으로 인한 안 전을 위해 뚜껑을 닫고 관찰한다.

② 실험을 마친 후 미생물은 살균 폐기 해야 한다.

(32)

세균으로부터 살아남기!

( 데이터 활용으로 예측부터 대비까지 )

1~3 차시

고등학교 차시대체형②

[ 교사용 ]

(33)

세균으로부터 살아남기! ( 데이터 활용으로 예측부터 대비까지 )

고등학교 차시대체형 STEAM

1. 주제 개요

가 . STEAM 열기

본 차시는 과학적 안전재난관리로서 과학실험이나 빅 데이터 등의 통계 자료 이용 방법을 소개하고 있다. 특히, 학 생들은 Flipped Learning을 통해 탐구하고 산출물을 제작하는데 더욱 몰입할 수 있으며, 빅 데이터 프로그램을 활용하 여 전염병 확산 속도 예상, 통계적 추정 이론을 통해 모비율의 추정 원리를 탐구하게 될 것이다. 또한 이를 바탕으로 하여 자신만의 통계적 추정 문제를 만들거나 손 씻기 콘테스트 참가를 위한 영상물 제작 등을 최종적으로 경험하도록 학습내용을 구성하였다. 따라서 학생들은 전염병 예방에 대한 과학ㆍ공학ㆍ예술분야의 융합적인 사고력을 기를 수 있으며, 다양한 탐구활동과 산출물을 통해 융합적 문제해결력을 향상시키는 동시에 창의성을 발현시켜 나갈 것이다.

나 . 본시 STEAM 수업의 주요 구성 및 준비물

상황 제시 내용 융합 평가 / 보상

만약에 우리 학교에 감기 바이러스가 퍼질 거라는 걸 미리 예측할 수 있다 면 어떻게 될지 생각해보 고, 빅 데이터나 통계적 추정을 통해 우리가 직접 실천할 수 있는 예방 방 안에 대해서 탐구해보고 자 하는 상황.

창의적 설계 감성적 체험

문제 상황 분석하기 전염병 예측 방법 ① (빅 데이터의 활용- 구글 트 렌드 활용하기) 전염병 예측 방법 ② ( 통 계적 추정 활용) 건강한 우리학급 만들기 (미술홍보작품 제작하 기)

통계적 추정, 스마트 빅보드 기술 활용을 통해 공학 기술을 직접 이 용하면서 도전의식을 함양하고, 창의적 문제 해결의 실제를 경험 함

자신이 재난 안전 대책 본부의 일 원이 되어보는 상황을 통해 학습 에 대한 흥미가 향상됨 자신만의 미술 작품을 전시함으로 써 성취감을 얻음

평가

보상 체크리스트 평가

모둠 및 개인별 누적 보상

새로운 문제에 도전

(34)

2. 학습 목표

3. STEAM 과목 요소

4. STEAM 단계 요소

활동순서 1 2 3 4 5 6

활동명 준비물

문제 상황 분석하기

스마트 빅보드 – 빅 데이터를 활용한 질병 예측사례탐구하기 스마트 빅보드 – 빅 데이터를 활용하여 질병 예측해보기 통계적 추정 – 통계를 이용한 질병 확산 속도 예측하기 통계적 추정 – 문제 만들기 & 다양한 사례에 적용하기 건강한 우리학교 만들기 홍보 대작전

활동지 필기구

노트북 또는 디바이스 미술 작품 도구

- 공학기술과 관련된 문제를 창의적으로 해결하는 과정과 방법을 알고 이를 실천할 수 있다.

- 자신만의 독창적인 미술 작품을 만들어 홍보할 수 있다.

- 개인정보보안의 문제를 해결하면서 창의성을 기를 수 있다.

- 과학 실험, 빅 데이터, 통계적 분석 이론을 활용한 전염병 예방과 대처, 미술 작품을 통한 홍보에 관해 논의하면서 융합적 문제해결력을 기를 수 있다.

학교에서 감기바이러스가 유행하면서 손 세정제나 마스크를 보건실에서 받아가도록 홍보하면서 메르스를 예방한다. 우리학교에 학생들을 중심으로 한 질병관리본부동아리가 생기게 된다.

만약에 우리 학교에 감기바이러스가 퍼질 거라는 걸 미리 예측할 수 있다면 어떻게 될까? 여러 궁금증이 생겨 났다. 선생님의 말씀에 따르면 빅 데이터나 통계적 추정을 이용하면 앞으로 일어날 일을 어느 정도 예측하는 것 이 가능하다고 하다. 그리고 그 예방 방안을 우리가 직접 실천할 수 있다면 어떻게 될까? 그 방안들에는 무엇 이 있는지 차근차근 친구들과 찾아봐야겠다.

T/E 구글 트렌드나 네이버 트렌드와 같은 빅 데이터 분석 사이트를 통해 빅 데이터를 통해 전염병의 확산 경로를 예측함 M 통계적 추정 이론을 통해 우리 반 감기 환자 수 비율을 이용하여 우리 학교 감기 환자 수 비율을 추정하기 A 감기 예방을 위한 손 씻기 홍보 미술 작품을 제작하여 전시하기

내용목표

과정목표

상황제시

(35)

창의적 설계

감성적 체험

몰입 문제발견

및 정의

Hands-on 아이디어 발현

성취의 경험 학습 방법

배려 활동 중심과정,

새로운 도전 자기 평가 다양한 산출물

협력 학습

독감과 같은 재난을 막기 위해 통계 기술을 학생 스스로 탐구하고, 빅 데이터 활용을 위한 구글 트렌드를 자기 주도적 으로 활용하도록 유도함

문제 상황에 대해서 스스로가 해결하고자 하는 동기를 부여받고, 자료조사와 탐구, 분석의 과정을 통해 해결과정을 찾아가면서 몰입하게 됨

전염병 예측과 대처의 방법으로 융합적 기술을 활용하고 이를 위해 빅 데이터 소프트웨어를 탐구하고 그 특성을 정의해나감

상황제시에 대한 문제를 자기문제화하고 이를 해결하기 위해 전염병 예방을 위한 알고리즘을 스스로 구상해 봄

전염병 확산의 경로를 예측하는 방법에 대해서 탐구하고 이를 학교에서 홍보하기 위한 미술 작품 제작 을 위해 아이디어를 발휘함

빅 데이터 분석을 통해 전염병 확산 경로를 찾아보고, 전염병 예방을 위한 자신만의 홍보 영상물, 홍보 미술 작품을 전시해보면서 성취감을 느낌

자료조사, 실험, 분석, 토의를 통해 전염병 예측 방법과 예방 방안을 정리하고, 최종적으로 전염병 예방 에 관한 지식을 산출할 수 있는 기회를 제공함

통계적 추정 문제 풀이를 짝꿍에게 설명하거나 문제 만들기 과정에서 자신의 문제를 친구들에게 소개 하는 등 모둠 활동을 통해서 모둠 원 간 서로를 배려하고 의견을 존중하는 자세를 배움

상황제시를 통해 문제를 발견하고, 전염병 확산 예상 방법을 탐구하는 과정에서 “빅 데이터 활용, 통계 적 추정의 활용 등”의 활동을 통해 창의적인 아이디어를 발현시켜 해결방안을 모색해 봄

빅 데이터 활용 기술 ‘구글 트렌드’와 빅 데이터 분석 전문가 등 통계적 자료 탐색 및 분석과 관련한 새로 움 직업을 탐색해보고, 자신의 진로를 모색하는 기회를 가짐

체크리스트를 통해 각 활동에 대한 결과와 논리성, 독창성을 평가해보는 기회를 제공함 전염병 예방 홍보를 위한 미술작품 제작과 손 씻기 영상 제작

역할 분담과 토의를 통한 의사소통과 협력학습 제고 자기주도적

학습

(36)

5. 지도안 총괄표

과목 차시적용방법

교육과정

학습목표

상황 제시

감기바이러스 감염 비율을 예측할 수 있

는 방법이 없을까?

(5분)(공학기술)

창의적 설계

(5분)(1차시)문제인식

(공학기술)

문제제시 & 제작활동 감성적 체험 학습자료( ) 및 유의점(※)

(소요시간/적용할 과목)

흐 름 단원

학년 총 차시

창의공학, 확률과 통계, 미술

1차시 : 공학기술 / 2차시 : 확률과 통계 / 3차시 : 미술

공학기술: 창의 공학설계 체험하기, 확률과 통계: 통계적 추정,미술: 발상과 표현

2009 개정 교육과정 공학기술 / 창의 공학설계 체험하기

- 창의 공학 기술 관련 문제를 다양한 문제해결 방법을 적용하여 해결하는 체험 활동을 제공하고, 이 를 통하여 문제해결에 대한 종합적 평가를 할 수 있는 능력과 창의적인 문제해결 능력을 기른다.

2009 개정 교육과정 확률과 통계/ 통계적 추정

- 표본비율과 모비율의 관계를 이해하여 모비율을 추정하고, 그 결과를 해석할 수 있다.

2009 개정 교육과정 미술/ 발상과 표현

- 다양한 발상 방법을 활용하여 표현한다.

내용 목표

- 공학기술과 관련된 문제를 창의적으로 해결하는 과정과 방법을 알고 이를 실천할 수 있다.

- 자신만의 독창적인 미술 작품을 만들어 홍보할 수 있다.

과정 목표

- 개인정보보안의 문제를 해결하면서 창의성을 기를 수 있다.

- 과학 실험, 빅 데이터, 통계적 분석 이론을 활용한 전염병 예방과 대처, 미술 작품을 통한 홍보에 관해 논 의하면서 융합적 문제해결력을 기를 수 있다.

3

상황제시에서 가장 중요한 것 은 내면화를 통한 공감이다.

상황이 실제 자기에게 일어날 수도 있다는 생각을 가지고 적 극적인 자세로 문제해결에 도 전할 수 있도록 유도한다.

감기바이러스의 전염에 의한 환자 수 급증을 예측, 예방, 대 비하기 위한 방안으로 통계적 추정과 빅 데이터의 필요성을 학생들이 느낄 수 있도록 유도 해야하며, 이를 바탕으로 문제 를 발견하고 해결방안을 자유 롭게 생각해볼 수 있는 시간을 충분을 준다. 학생들이 서로 논의하거나 토론을 유도하는 것도 좋은 방법이 된다.

-감기바이러스가 유행하고 있는 요즘 상황을 걱정하던 학생들이 우리학교 질병 관리본부 동아리를 만듦. 전염병 을 예측하기 위한 방안을 고민하던 중 빅데이터와 통계적 추정에 그 해답이 있음을 직감하게 되는 상황 - 상황제시를 통해 선생님 또는 학생 들이 서로 이야기해보면서 상황을 분 석하고 감성적 공감대를 형성한다

1) 문제 상황 한 줄 정리하기 2) 나만의 전염병 예방 방법을 자유롭 게 기술해보기

감성적체험

몰입,자기문제화 : 학생들이 상황분석을 하며 학습에 몰입 하고 이를 해결하고자 하는 도 전의식(자기문제화)과 성취감 을 얻고자 하는 감성적 체험을 할 수 있다. 할 수 있다.

감성적체험

몰입, 자기문제화,소통과 배려 : 문제를 인식하고 이를 해결 하기 위해 적극적으로 참여하 면서 자기문제화와 몰입감을 느낄 수 있도록 유도한다. 또 한 음성 분석의 방법을 자유롭 게 상상하고 발표해보면서 다 른 사람과의 소통과 배려의 경 험을 할 수 있다.

※

활동 1: 문제 상황 분석하기 상황제시

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2

(37)

Flipped Learnig전략을 활용하 는 이유는 자기주도 및 활동 중심의 수업을 효과적으로 이 끌어내기 위해서이다. 따라서 학생들이 반드시 사전 학습을 실시했는지 확인하고 간단한 정리활동을 통해 학습내용을 되새겨볼 수 있게 한다.

통계적 추정을 활용하여 문제 를 풀어보고 그 풀이를 서로 설명해주면서 의견수렴 및 소 통의 기회를 가질 수 있다.

빅 데이터 활용 사례를 조사 하고 정리해보면서 아이디어 를 발현시키게 하고, 친구들 에 발표하고 질의응답을 해보 면서 의견수렴 및 소통의 기 회를 가질 수 있다.

활동3은 빅 데이터 활용 대표 사이트인 구글 트렌드와 네이 버 트렌드를 활용하여 학생들 이 직접 체험을 하게 하는 것 이다.

감성적체험

협동, 배려 : 빅 데이터를 직접 활용해보며 스마트 빅보드에 대해 탐구하는 과정을 통해 팀 원 간의 협동심을 기르고 서로 를 배려할 수 있는 마음을 갖 는다.

감성적체험

몰입 : Flipped Learning을 활 용하여 수업 전 학습에 대한 동기부여를 얻고, 기대감을 고 취시킬 수 있도록 돕는다.

감성적체험

협동, 배려 :빅 데이터를 직접 활용해보며 스마트 빅보드에 대해 탐구하는 과정을 통해 팀 원 간의 협동심을 기르고 서로 를 배려할 수 있는 마음을 갖 는다.

※

※ 활동 2: 빅 데이터를 활용한 질병

예측사례보기

활동 3: (모둠)빅 데이터를 활용하여 질병 예측해보기

활동 4: (모둠) 통계적 추정 이론을 이용하여 교가 제시한 문제 풀어보기

활동 5: 직접 통계적 추정을 이용한 문제를 만들어보고 다양한 사례에

적용해보기

창의적 설계

스마트 빅보드를 활 용한 전염병 확산의 예측 및 대비 계획 (40분)(1차시)및 실행

(공학기술)

창의적 설계

통계적 추정을 활용 한 전염병 확산의 예 측 및 대비 계획 (35분)(2차시)및 실행

(수학)

(2차시 수업 전)

s

T

T E

E

실제 구글에서 독감예보 프로그 램으로 사용되고 있는 스마트 빅 보드 홍보 영상을 보면서 어떻게 빅 데이터가 유용하게 활용될 수 있는지 생각해 보는 활동하기

조별로 직접 빅 데이터를 활용하 여 다양한 사례를 예측하고 발표 해보기

짝꿍활동을 통해 통계적 추정 문 제를 풀어보고 서로 설명해보기

조별로 직접 빅 데이터를 활용하 여 다양한 사례를 예측하고 발표 해보기

수업 전 동영상을 통해 미리 학습한 내용을 표로 정리한 다.

1 차 시

2 차 시

(38)

창의적 설계

미술작품전시 (45분) (3차시)

(미술)

건강한 학교 만들기 홍보를 위한 미술작품을 평가할 때 그 과정(절 차)에만 초점을 두고 그 결과를 평 가할 수 있도록 한다.

미술 작품 제작은 특별한 방법을 요구하기 보다는 학생들이 자유롭 게 제작 할 수 있도록 유도한다.

학교마다 실시하고 있는 미술 프 로그램에 맞춰 재료를 준비하는 것이 좋다.

평가와 보상을 통해 학생들이 자신의 결과물에 대해 피드백 하고 자아효능감을 얻을 수 있도록 유도한다. 평가에서는 특히 학생, 교사간의 존중과 배려, 소통의 경험이 중요하 다. 학생들의 결과물에 대해 서 격려와 칭찬을 아끼지 않 는다.

감성적체험

성취감, 소통 : 자신만의 미술 작품을 제작해보면서 스스로 를 평가하고 성취감을 경험한 다. 또한 자신의 지식을 정리 하고 발표하는 활동을 통해 다 양한 의견을 수렴하고 소통하 는 자세를 기른다.

감성적체험

자아효능감, 존중, 도전의식 : 서로 간의 평가를 통해 자아 효능감을 느끼고, 다양한 의 견을 수렴하고 서로를 존중하 는 마음과 도전의식을 갖는 다.

※

활동 6: 건강한 우리 학교 만들기 홍보 대작전

동료 평가 및 자기 평가 (체크리스트)

평가 보상

평가및 개선점 찾기 (5분)(미술)

s

T

T E

E

1) 전염병 예방을 위해 자신 이 가장 중요하다 생각되는 방안 자유롭게 표현하기 2) 자신만의 홍보 미술 작품 제작해보기

(Flipped Learning) 동영상을 통한 사전 학습

문제 상황 분석하기 빅 데이터 활용하기 통계적 추정 활용하기 우리 조 미술작품 홍보하기 바른 정의적 태도 기르기 3

차 시

A

(39)

평가

교사 평가

자기 평가

보 상

교사와 학생들의 평가 점수를 합산하여 상위 팀(또는 개인)을 선정 한 후 상장 또는 상품이 제공됩니다.

평가 대상 ( ) (매우좋음)5 4

(좋음) 3

(보통) 2 (나쁨) 1

(매우나쁨) 문제 상황 분석하기 문제 상황을 올바르게 파악하여 정리하였는가?

빅 데이터 활용하기 빅 데이터의 사용법을 이해하고, 직접 자신의 사용 결 과를 논리적으로 설명할 수 있는가?

통계적 추정 활용하기

통계적 추정을 이용하여 표본 비율을 통해 모비율을 추정할 수 있는가?

자신이 가지고 있는 자료를 통해서 통계적 추정 문제 를 만들 수 있는가?

건강한 우리학교 만들기

홍보 대작전! 창의적인 재료와 디자인을 활용하여 감기 예방 홍보 미술 작품을 완성하였는가?

정의적 태도

모든 활동에서 모둠원들을 배려하며 협업을 잘 진행하는가?

모든 활동에서 다른 학생에 대한 발표를 경청하 고, 질문을 하면서 적극적으로 수업에 임하였는

가?

평가 대상 ( ) (매우좋음)5 4

(좋음) 3

(보통) 2 (나쁨) 1

(매우나쁨) 문제 상황 분석하기 문제 상황을 올바르게 파악하여 정리하였는가?

빅 데이터 활용하기 빅 데이터의 사용법을 이해하고, 직접 자신의 사용 결 과를 논리적으로 설명할 수 있는가?

통계적 추정 활용하기

통계적 추정을 이용하여 표본 비율을 통해 모비율을 추정할 수 있는가?

자신이 가지고 있는 자료를 통해서 통계적 추정 문제 를 만들 수 있는가?

건강한 우리학교 만들기

홍보 대작전! 창의적인 재료와 디자인을 활용하여 감기 예방 홍보 미술 작품을 완성하였는가?

정의적 태도

모든 활동에서 모둠원들을 배려하며 협업을 잘 진행하는가?

모든 활동에서 다른 학생에 대한 발표를 경청하 고, 질문을 하면서 적극적으로 수업에 임하였는

가?

평가대상

전 과정에 걸친 학생의 활동을 평가하기 위하여 다음의 체크리스트를 활용할 수 있다. 체크리스트는 교사평가 뿐 아니라 동료평가 및 자기평 가의 도구로도 활용할 수 있다.

교사는 모둠별로(또는 개별 학생의) 학습 활동 전반에 대한 평가를 실시한다.

학생 스스로 자신의 학습 활동 전반에 대한 평가를 실시하도록 한 후, 평가 결과를 기록하도록 한다.

평가항목

(40)

프롤로그 ①

통계 이용 사례 (출처 : 통계청 , KOSIS 국가통계포털)

현대의 정보화 사회에서 우리는 매일 다양한 매체를 통해 경제ㆍ사회 현상 등에 관한 많은 통계를 접하면서 살고 있 습니다.

통계는 의사결정의 기준이 되는 여러 정보를 내포하고 있으므로, 일반 국민들은 이러한 통계 속에서 유익한 정보를 많이 획득할 수 있습니다. 하지만, 일반적으로 통계의 주요 부분이 전문용어나 표 등으로 이루어져 있어 일반인들이 이해하기에는 어려운 점이 많은 것이 사실입니다. 기본 통계지식을 숙지한다면, 향후 각종 통계표나 국가에서 공표하 는 여러 보도자료 및 이를 인용한 뉴스 등을 이해할 수 있는 토대가 조금이나마 마련될 수 있을 것입니다.

- KOSIS국가통계포털

- 통계청 (statistics korea ) 통계이해 - http://blog.naver.com/sanny0314

내용 및 그림 출처

http://kostat.go.kr/portal/korea/kor_ki/1/1/index.action 통계청 통계 활동 사례 광공업, 농림어업, 인구 가구, 교통, 경기, 교육, 한경 보건 사회복지 등

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프롤로그 ②

스마트 빅보드의 활용 (출처 : 안전행정부, 빅 데이터 책 참조)

빅 데이터의 핵심은 예측에 있습니다. 혹자는 빅 데이터를 인공지능이라는 컴퓨터 과학의 분과로 설명하거나 기계 학습이라는 분야의 일부로 설명하지만 이런 식의 설명은 핵심을 오도하는 측면이 있습니다. 빅 데이터의 핵심은 컴퓨 터가 인간처럼 생각하도록 가르치려는 데 있지 않습니다. 빅 데이터는 엄청난 양의 데이터에 수학을 적용해 확률을 추 론하려는 노력입니다. 무단횡단 중인 사람의 궤도와 속도로 보아 그 사람이 제때 길을 건널 가능성, 무인 자동차가 속 도를 살짝 늦춰야 할 가능성 같은 것들 말이죠. 이런 시스템이 잘 작동하는 것은 예측에 필요한 많은 데이터를 공급받 기 때문입니다. 그리고 시스템이 스스로 개선되어나갈 수 있도록, 더 많은 데이터가 들어오면 어느 것이 최상의 신호 이고 패턴인지 기록해나가게끔 설계되어 있기 때문입니다.

똑같은 기술이 질병 진단과 치료법 추천에도 적용될 것입니다. 어쩌면 정말로 실제 범죄가 일어나기도 전에 ‘범죄자’

를 찾아내게 될지도 모릅니다. 인터넷이 컴퓨터에 통신 기능을 부가하여 세상을 완전히 바꿔놓았듯이 빅 데이터도 컴 퓨터에 지금까지와는 차원이 다른 양적 측면을 부가해 우리 생활의 기본 양상을 바꿔놓을 것입니다. IBM이 최근 발 표한 보고서에 따르면 2018년까지 인간보다 더 뛰어난 오감을 가진 PC가 현실화돼 다방면에서 인간의 삶을 바꿔놓을 것으로 예측했습니다. 오감을 인지하는 컴퓨팅 시대에는 스마트폰을 통해서 만질 수 있고, 픽셀 하나하나가 단어의 역 할을 하고, 컴퓨터에서 소리를 수신하고, 컴퓨터가 냄새를 맡을 수 있게 된다고 합니다. 이처럼 ‘사람 두뇌를 모방한 컴 퓨팅 시대’의 도래는 빅데이터가 있어 가능할 것입니다.

[출처] 빅데이터의 핵심은 예측|작성자 테크노 인문학 멘토

빅 데이터 적용이 답이다 - 이상옥 스마트빅보드 – 안전행정부 국립재난안전연구원

https://www.r-project.org/ R프로그래밍 다운 사이트