첨단과학기술과의만남Encounting

AD21010004

첨단과학기술과의 만남

Encounting with the frontier science and technology

2020. 12.

“이 보고서는 2020년도 정부(교육부)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

* 본 연구의 내용은 연구팀의 의견이며, 교육부와

한국과학창의재단의 공식적인 견해와는 다를 수 있습니다 .

제 출 문

한국과학창의재단 이사장 귀 하

본 보고서를 “2020년 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발”의 최종보고서로 제출합니다 .

2020년 12월 일

○ 주관연구기관명 : 충북대학교 산학협력단

○ 연 구 기 간 : 2020.08.03. ~ 2020.12.18

○ 주관연구책임자 : 김 용 기

○ 공동연구원

․연 구 원 : 김 형 범(충북대학교)

○ 참여연구원

․연 구 원 : 유 상 미 (한성대학교)

․연 구 원 : 한 신 (고려대학교)

․연 구 원 : 한 도 윤 (무안 현경초)

․연 구 원 : 김 정 화 (경기 서해초)

․연 구 원 : 유 완 석 (경기 해솔초)

․연 구 원 : 이 지 선 (대전 둔산중)

․연 구 원 : 정 은 배 (세종 아름중)

․연 구 원 : 류 현 아 (대전 두리중)

․연 구 원 : 조 재 완 (경기 매현중)

․연 구 원 : 김 상 훈 (전남 보성고)

․연 구 원 : 허 윤 정 (충북대학교)

․연 구 원 : 황 예 지 (충북대학교)

보고서 초록

과제번호 연구기간 2020.08.03.~12.18.

연구사업명 2020년 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 연구과제명 (한글)

(영문)

연구책임자

(연구기관명) 김용기

(충북대) 참 여

연구원수 총 16명 연 구

용역비 50,000 천원

요 약 문 보고서 면수

교사와 학생들이 첨단과학기술을 접하면서 이해하고 활용해보면서 함께 지능정보화 사회가 요구하는 핵심역량을 키워나갈 수 있도록 학습자 주도의 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하고자 하였다. 초등학교 차시대체형 프로그램 3종, 중학교 자유학기제 프로그램 1종 그리고 고등학교 차시대체형 프로그램 2종을 최종 개발하여 시범적용학교 적용을 해보았다. 초등학교 10개교, 중학교 2개교와 고등학교 2개교에서 수업을

진행하였으며, 초등학생 286명, 중학생 124명과 고등학생 75명의 총 485명이 이 프로그램에 참여하여 설문에 응답하였다. 또한 프로그램의 효과성을 알아보기 위해 수업직전과 직후에 STEAM 태도와 수업직후 STEAM 만족도 설문조사를 실시하였다. 이 설문의 분석결과 초등학생의 경우

유용성과 이공계 진로선택 요인에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았으나, 흥미, 배려, 소통, 자아개념, 자아 효능감 요인에서 유의수준 95%에서 유의확률 .05 이하로 유의미한 통계적 검정 결과를 나타내었다(p<.05). 줗학생의 경우 전체적으로 STEAM에 대한 태도 분석 결과 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(p<.05). 고등학생의 경우도 유의수준 .05에서 모든 요인에서 STEAM 프로그램 수업이 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히 모든 요인에서 본 프로그램이 실험집단의 STEAM에 대한 태도를 향상시키는데 유의미함을 나타내고 있다. 만족도 조사의 경우 초등학생들은 STEAM 수업에 대한 만족도의 하위 구인 중 수업에 대한 ‘흥미’ 평균은 리커트 척도 5점 중 4.07로 나타났다. 이는 STEAM 프로그램이 다른 친구들과의 협력 함으로써 여러 가지 문제를 해결하는데 있어 긍정적인 영향을 보였을 것으로 판단된다. 그리고 STEAM 수업 전반에 대한 만족도는 4.04으로 나타났는데, 이는 산출물을 만드는 과정을 통해 학생들은 교사 주도의 수업이 아니라 학생 중심의 수업이 이루어져 수업 전반에 대한 만족도가 높게 나타난 것으로 해석된다. 그리고 STEAM 수업에 대한 만족도는 4.11로 나타나 3가지 구인 중에서는 가장 점수가 높게 나타났다. 중고등학생들의 STEAM 프로그램의 흥미 요인 평균은 리커트 척도 5점 중 4.30점으로 나타났다. 학생들은 새로운 학습 방법에 적극 참여하였고, ‘만족도’

요인의 질문 중 지속적으로 계속 교육 받고 싶다는 응답을 많이 하였다. 이러한 결과는 STEAM 프로그램이 학생들의 흥미를 유발하였고, 이 수업에 학생들이 많은 관심을 갖고 있음을 알 수 있다.

색인어 (각5개 이상)

한글 지능정보화기술 , 빅데이터, 드론, 레이져커팅기, STEAM교육, 융합적 사고 , 창의적 사고

영어

Intelegence information technique, Big data, Drone, Laser cuttidng machine, STEAM education, Convergence thinking,

Creative thinking

요 약 문

Ⅰ. 제 목

첨단과학기술과의 만남

Ⅱ. 연구의 목적 및 필요성

¡ COVID 19로 인한 세계적인 팬대믹 상황에서도 ICT 기술을 이용한 우리나라의 방 역 및 확진자 진단기기의 활용기술이 국제적으로 큰 관심과 칭찬을 받고 있는 상황 에서 첨단과학 기술을 학생들에게 소개하고 접하게 해주는 노력이 더욱 필요한 실 정임

¡ 최근 과학기술이 급속히 발전함에 따라 학문간 융합화, 지식의 세계화, 기술의 복잡 화, 미래의 불예측성이 증가되고 있으며, 우리 사회의 다양한 분야에서 활용되고 있 는 지능정보화 기술은 최근 급속한 발전을 이루며 학교 현장 전반에 걸친 대변혁을 예고하고 있음.

¡ 과학교육의 대상이 되고 있는 식물과 동물, 흙, 암석, 구름과 별등의 대상사물들은 모두 실내가 아닌 자연에 존재하고 있음.

- 디지털 기술을 이용하여 전개되고 있는 첨단과학의 예들을 자연속에서 찾아 STEAM 프로그램으로 개발한다면 자연결핍 극복을 위해 중요한 역할을 할 것 으로 사료됨.

¡ 지능정보사회의 학교 환경은 교사 및 학생에게 새로운 역할을 요구할 것이기에, 다 양한 교수학습 방법과 융합되면서 발생하는 교수학습 과정의 변화에 능동적으로 대 처할 프로그램 개발이 중요하다고 판단됨.

¡ 지능정보화 기술은 교육에 대한 방향성과 기술에 대한 이해를 바탕으로 학습자 요 구와 수업 맥락 등 학습 환경에 맞게 재구성하여 활용할 때 의미가 있음.

¡ 지능정보사회에서 지능정보화 기술은 구조적인 대 변혁을 촉발할 것으로 전망되기 에 지능정보기술의 선제적인 도입 및 확산을 통해 국가경쟁력확보가 필요.

- Fast Follower전략보다는 First Mover전략 채택이 바람직하다고 판단되는바, 지능 정보기술을 접하게 해주는 교육프로그램이 절실히 필요한 실정.

- 각종 지능정보기술은 그 자체로 의미가 있는 것이 아니라, 교육에 대한 방향성과 기술에 대한 이해를 바탕으로 학습자 요구와 수업 맥락 등 학습 환경에 맞게 재구성하여 활용할 때 의미가 있는 것이기에 첨단과학기술 기기들을 접하며 기 능을 익혀보면서 미래의 변화에 적응역량을 함양하는 프로그램이 필요

Ⅲ. 연구의 내용 및 범위

¡ 지능정보사회에 필요한 지능정보화 기술을 포함한 첨단과학을 중심으로 STEAM 프로그램을 개발하는 것으로 연구의 내용은 다음과 같다:

- 지능정보화 기술에 대한 실생활의 문제와 수업을 연결, 과학기술 분야의 최신 이슈를 교실로 가져와 학생들이 수업시간에 바로 배울 수 있도록 함.

- 융합인재교육(STEAM)의 개념에 맞게 현장 적용 프로그램 즉 체험·탐 구·실험 등을 통해 학생의 흥미와 이해를 높이고, 과학기술 기반의 융합적 사고력과 문제해결력을 배양하는 프로그램을 개발 함.

- 흥미, 동기, 성공의 기쁨 등을 통해 새로운 문제에 도전하고자 하는 열정 이 생기게 하는 감성적 프로그램으로 구성함.

- 적시 교육(just-in-time learning)이 될 수 있도록 학생들의 눈높이에 맞춰 최신 연구 동향, 주요 이슈, 현안을 쉽게 알 수 있도록 구성함.

- 교사와 학생이 추가적인 수업 부담 또는 학습 부담을 느끼지 않도록 2015 개정 교육과정에 구현된 교과서의 차시를 대체할 수 있고, 초등학교와 고등 학교 군의 차시대체형, 그리고 중학교 자유학기제 군에 맞는 융합인재교육 (STEAM) 프로그램을 개발함.

¡ 융합인재교육 연구를 위한 환경 조성: 본 연구를 수행하는 연구 책임자 및 연구원은 이 STEAM 연구회를 운영하기 위해 STEAM교육에 대한 이해와 관심도가 높으며 주기적인 연구원간의 회의를 통해 의사소통 하고, 물리 적인 도움을 많이 주었음.

- 과학교육학 박사들을 이 연구회의 자문위원으로 활용하여 프로그램을 적 용하기 전에 전반적인 내용을 자문함으로써 보완함.

- 연구회원들 중 초등학교, 중학교와 고등학교 과학 교사들을 활용하여 프로 그램을 적용하였으며 연구원들은 프로그램을 적용하는데 필요한 관련 자료 와 수업을 진행하는데 필요한 자문을 담당하면서 이 연구의 STEAM 프로그 램을 수정ㆍ보완함.

¡ 개발한 수업 프로그램

가) 초등학교군 차시대체형

- 픽셀의 비밀을 풀어보자

- 미세먼지를 예방할 수 있을까?

- 내 직업은 지층 VR 크리에이터 나) 중학교 군 자유학기제

- 우리동네 지킴이, 가로등 나) 고등학교군

- 드론으로 군집 아트쇼를 해 볼까?

- 별자리의 비밀을 알아볼까?

Ⅳ. 연구 결과

○ 초등학생들의 STEAM에 대한 태도 분석

교육에 참여한 초등학생들의 STEAM 교육에 대한 태도를 사전, 사후로 나누어 분석하 였다. 이 자료를 t 분석한 결과, 유용성과 이공계 진로선택 요인에서는 유의미한 차이 가 나타나지 않았으나, 흥미, 배려, 소통, 자아개념, 자아 효능감 요인에서 유의수준 95%에서 유의확률 .05 이하로 유의미한 통계적 검정 결과를 나타내었다(p<.05).

이러한 결과로 미루어 볼 때 이 연구에서 개발한 프로그램 수업 처치가 전체적인 STEAM에 대한 태도 함양에 긍정적인 효과가 있는 것으로 볼 수 있으며, 이는 학생들 의 STEAM에 대한 태도 함양에 긍정적인 영향을 미친다고 볼 수 있다. STEAM에 대한 태도의 흥미에 대한 영역은 수학, 과학에 대한 수업을 학생들이 즐겁게 생각하며, 흥미 롭게 받아들이는지에 대한 태도를 측정하는 영역인데, 실험 전에 2.96점이었으나 실험 후에 3.10점으로 나타나 실험 전보다 실험 후에 STEAM 수업에 대한 즐거움이 더 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 수학과 과학 수업과 관련된 STEAM 수업이 학생들의 즐거움 향상에 긍정적인 영향을 미친 것으로 볼 수 있다. 이 결과는 연구 참여자들이 문제 해결에 필요한 여러 가지 창의적 산출과정에서 융합적 사고를 기르고, 서로에 대 한 배려심을 배울 수 있다는 연구 결과들(강창익 등, 2013; 김영홍과 김진수, 2017; 김 용기 등, 2018)의 연구와 일치한다. 또한 학생들의 자아 개념과 자아 효능감도 통계적 으로 효과가 있었는데, 흥미를 느끼고 두려움이 없어지면서 학생들은 문제 상황을 해 결하는데 자신감이 생겨 자아 효능감에도 영향을 준 것으로 판단된다. 이는 정현도와 이효녕(2017)의 연구 결과와도 맥락을 같이하고 있다.

그러나 이번 프로그램을 적용한 결과 소통과 이공계 진로선택 요인에서는 통계적으로 유의미한 결과를 보여주지 못했는데, 이러한 결과는 STEAM 교육 프로그램이 효과가 있다고 하는 다른 연구 결과들(김용기 등, 2018; 정현도와 이효녕, 2017)과는 일치하지 않았다. 이러한 결과는 본 프로그램을 초등학생들에게 적용할 때 코로나19로 인하여 on-line 수업과 대면 수업이 번갈아 이루어짐에 따라, 학생들이 산출물을 제작할 때 충 분한 협의 과정을 거치지 못하였기 때문으로 판단된다. 즉, 교실에서 대면수업을 하게 되면 산출물을 제작하기 전에 어떠한 형태로 어떻게 만들지에 대해 모둠원들과의 토 의, 선생님과 충분한 소통과정을 통해 산출물을 제작하는 과정을 거칠 수 있다. 그러나 on-line과 대면 수업을 번갈아 가면서 실시한 결과 학생들의 소통 및 이 프로그램과 관 련된 진로에 대해 충분한 수업이 이루어지지 않은 것으로 볼 수 있다.

따라서 이러한 결과를 바탕으로 추후에 개발될 프로그램에서는 on-line 수업을 활용하 여 학생과 학생, 교사와 학생 간의 의사소통을 충분히 이루어질 수 있는 수업을 고민 할 필요가 있다.

○ 중학생들의 STEAM에 대한 태도 분석

이 프로그램에 참여한 중학생들의 STEAM 교육에 대한 태도를 사전, 사후로 나누어 분 석해 보았다. 전체적으로 STEAM에 대한 태도 분석 결과 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(p<.05). 즉, 이 연구에서 개발한 프로그램 수업은 학생들의 STEAM에 대한 태도 가 향상되도록 돕는데 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다. 이와같이 향상된 요인은 단순히 내용 위주로 전개하는 수업을 지양하고, 다양한 과목의 융합적 성격에 따라 다 양한 학문과 연계된 교과 학습 내용을 함께 융합하여 실질적으로 탐구과정과 실험과 정, 제작 과정 등의 활동을 통해 실제적인 체험활동이 이루어졌기 때문으로 판단된다.

이러한 활동을 통해 학생들은 STEAM 프로그램이 실생활과 관련성이 높다고 인식하게 되고, 다양한 교과연계 활동을 통해 흥미와 자신감을 갖게 된 것으로 보인다.

그러나 중학생들의 분석 결과도 초등학생들의 결과와 마찮가지로 소통과 이공계 진로 선택 요인에서 통계적으로 유의미한 결과가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 초등학생 들에게서 나타났던 원인과 맥을 같이한다. 즉, on-line 위주의 수업 혹은 대면 위주의 수업으로 프로그램이 구성되지 않고, 코로나19로 인한 시대적인 원인으로 on-line과 대 면수업을 병행했던 결과라고 생각된다. 그러므로 학생들에게 on-line에서도 교사 및 다 른 친구들과 보다 친근하게 소통할 수 있는 방안을 찾고, 학생들이 다양한 사고를 할 수 있는 계기를 마련할 수 있는 STEAM 교육을 제고할 필요가 있다.

○ 고등학생들의 STEAM에 대한 태도 분석

이 연구에서는 STEAM 프로그램을 고등학교에 적용한 후, 고등학생들의 STEAM 교육에 대한 태도에는 어떠한 차이가 나타나는지 알아보았다. 이를 위해 STEAM 프로그램 수 업의 시작 전과 후에 실시한 STEAM 태도 검사의 점수 차에 의한 대응표본 t검정을 해 본 결과, 유의수준 .05에서 모든 요인에서 STEAM 프로그램 수업이 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히 모든 요인에서 본 프로그램이 실험집단의 STEAM에 대한 태도를 향상시키는데 유의미함을 나타내고 있다. 따라서 이 연구에서 개발한 프로그램 적용이 고등학생들의 STEAM 태도 변화에 긍정적인 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

즉, 연구 참여자들은 스스로가 STEAM 수업을 받는 과정 동안 동기유발과 흥미를 가지 고 주어진 문제를 파악한 것으로 해석된다. 또한 최신 과학기술을 활용해 자동화 장치 를 구상하고 제작하는 과정에서 모둠원들의 계속적인 상호과정을 통해 문제해결에 필 요한 여러 가지 아이디어를 산출한 것으로 파악된다. 이는 STEAM 교육에 참여한 연구 참여자들이 문제해결에 필요한 여러 가지 창의적 산출과정에서 융합적 사고를 기르고, 모둠에 의한 상호 작용 속에서 소통과 배려에 대한 융합인재소양을 배울 수 있다는 연 구결과들 (강창익 외, 2013; 김영홍과 김진수, 2017; 백윤수 외, 2012; 이석진 외, 2017;

이영은과 이효녕, 2014)의 연구결과와 일치하는 결과이다. 특히, STEAM 태도 검사의

하위 구인에 해당하는 ‘이공계 진로 선택’의 통계적 검정 결과는 STEAM 프로그램 에 참여했던 연구 참여자들이 과학과 수학에 흥미를 가지고 앞으로의 진로 결정에 있 어 이 분야에 대한 긍정적인 관심을 가졌던 것으로 해석된다. 이러한 연구 결과로 미 루어 볼 때 본 프로그램은 고등학생들의 STEAM에 대한 태도를 함양시키는데 활용될 수 있음을 시사한다.

○ 자료분석

○ 초등

이 연구의 STEAM 프로그램을 중학생들에게 적용한 후, 그들의 STEAM 프로그램에 대 한 만족도는 어떠한 차이가 나타나는지를 알아보았다. STEAM 수업에 대한 만족도의 하위 구인 중 수업에 대한 ‘흥미’ 평균은 리커트 척도 5점 중 4.07로 나타났다. 이는 STEAM 프로그램이 다른 친구들과의 협력함으로써 여러 가지 문제를 해결하는데 있어 긍정적인 영향을 보였을 것으로 판단된다. 그리고 STEAM 수업 전반에 대한 만족도는 4.04으로 나타났는데, 이는 산출물을 만드는 과정을 통해 학생들은 교사 주도의 수업이 아니라 학생 중심의 수업이 이루어져 수업 전반에 대한 만족도가 높게 나타난 것으로 해석된다. 그리고 STEAM 수업에 대한 만족도는 4.11로 나타나 3가지 구인 중에서는 가장 점수가 높게 나타났다. 이는 STEAM 프로그램을 단지 3시간만 구성하였기 때문에 더 많은 수업에 대한 요구 및 결과물을 산출하는데 많은 시간이 필요하기 때문에 어려 움을 겪었기 때문으로 판단된다. 이러한 결과로 볼 때 STEAM 프로그램을 편성할 경우 학생들이 충분한 사고를 하고, 결과물을 만드는데 많은 시간을 편성하여 운영할 필요 가 있다.

○ 중·고등

이 연구에서 개발한 STEAM 프로그램을 고등학생들에게도 적용하였으며, 그들의 STEAM 프로그램에 대한 만족도를 조사하였다. STEAM 프로그램의 흥미 요인 평균은 리커트 척도 5점 중 4.30점으로 나타났다. 학생들은 새로운 학습 방법에 적극 참여하였 고, ‘만족도’ 요인의 질문 중 지속적으로 계속 교육 받고 싶다는 응답을 많이 하였 다. 이러한 결과는 STEAM 프로그램이 학생들의 흥미를 유발하였고, 이 수업에 학생들 이 많은 관심을 갖고 있음을 알 수 있다. 만족도 설문지의 하위 구인 중 내용 수준과 다른 수업과의 차이점을 포함하는 수업 전반 요인과 STEAM 프로그램 수업에 대한 전 반적인 만족도 요인의 리커트 척도 평균은 4.16점과 4.29점이었다. 이러한 이유는 학생 들이 새로운 개념을 알게 되고, 친구들과의 상호작용을 통해 새로운 개념을 알게 되어 지식을 확장시키는 것에 만족감을 느낀 것으로 판단된다. 이러한 결과는 이 연구에 참 여했던 연구 참여자들이 본 수업에 긍정적 반응을 보였을 것으로 판단된다.

Ⅴ. 연구 결과의 활용 계획

○ “첨단과학기술과의 만남” STEAM 프로그램 활용방안

- 학교 교육과정 중 차시를 대체 가능한 교과 시간을 통해 활용 - 시간표 조정을 통해 블록수업으로 진행

- 자유학기제를 활용한 STEAM 프로그램 진행

○ 교사용 프로그램 개발 자료 활용 방안 - STEAM 수업 주제 개요 및 제작 의도 숙지

- 교수·학습 지도안을 통한 수업 준비 및 수업 적용

- 읽기 자료, 참고 자료 등을 통한 STEAM 수업 관련 정보 습득

○ 학생용 프로그램 개발 자료 활용 방안 - 전체적인 수업 내용 및 단계 파악

- 교과서를 대체하는 활동지를 통해 STEAM 활동과 연관하여 차시 내용 학습 - 보조 활동지를 통한 STEAM 활동 결과 및 자신의 생각 정리

○ 기대성과:

- 첨단과학기술에 대한 시스템적 사고를 통한 창의적 인재 양성

- 지능정보 기술 관련 새로운 아이디어를 통해 창의적 문제 해결 능력 신장 - 차시대체형 및 자유학기제형 STEAM 프로그램 개발을 통한 현장 적용성을

높임

- 상황제시, 창의적 설계, 성공의 경험 등의 새로운 문제에 도전하는 창의적 아이디어 개발

- 성공의 기쁨 등의 감성적 체험을 통한 새로운 문제에의 도전을 유도

- 프로젝트 학습 및 자기주도적 문제 해결을 통한 협력적 의사소통 능력 신 장

- 첨단과학기술에 의한 과학,인문, 공학등의 조화를 통한 융합적 사고력 신장 - STEAM 프로그램에 내재된 과학적 원리, 공학, 기술 등의 Know-how 공유 - ‘첨단과학기술’에 대한 융합인재교육의 학습 준거에 따른 학교 현장 프

로그램의 효율적 정착을 도모

S U M M A R Y

COVID 19 pandemic is recognizing the importance of digital technology infrastructure in daily life. In this situation, it is highly neede to develop the STEAM program actively so that the cutting-edge science technology in the era of the 4th industrial revolution as well as artificial intelligence technology can be accessible and utilized.

To achive the scienctific literacy of the student, we developed 6 STEAM programs

dealing with cutting-edge science and technology, in which students can gain the

adaptability and change ability in a rapidly changing society. The perspective of an

expert systemhas been adopted in each program and we hope these programs can be

applied in the school immediately as well as in science museums. These programs

will provide a possibility to train the creative STEAM literacy for students who can

lead the future of the digital era after COVID 19.

C O N T E N T S

Chapter 1. Overview

Chapter 2. Research Needs

2) Domestic and overseas Reserach status ···14

Chapter 3. Research Objectives

2) Quantiative goal ···17

Chapter 4. Research Contents and methods

2) Methods ···19

3) Schedule ···20

Chapter 5. Results

2) Program frame ···24

3) Program summary ···26

4) Program overview ···26

Chapter 6. Results of the Pilot Application

2) Results of the satisfaction test survey ···52

3) Results of the attitude test survey ···54

4) Imact to the school ···57

Chapter 7. Significance and Expected Results

2) Expected Results ···59

Chapter 8. References

[Attachment] Results of the Pilot Application ···61

목 차

제 1 장. 연구 개요

제 2 장 연구 필요성

나. 국내외 연구현황 ···14

제 3장 연구의 목표

나. 정량적 목표 ···17

제 4 장 연구 내용 및 방법

나. 연구방법 ···19

다. 연구 추진일정 ···20

제 5 장 STEAM 프로그램 개발 결과

나. 프로그램 구성 틀 ···24

다. 프로그램 총괄표 ···26

라. 프로그램 개요 ···26

제 6 장 시범 적용 학교 운영 결과

나. 시범 적용 만족도 조사 결과 ···52

다. 시범 적용 태도 검사 결과 ···54

라. STEAM 프로그램 운영이 학교 현장에 미친 영향 ···57

제 7 장 연구의 의의 및 기대성과

나. 기대성과 ···59

제 8 장 참고문헌

[별첨] 시범 적용학교 운영 결과 ···61

1. 연구 개요

코로나 사태는 디지털 기술 인프라가 중요성을 인식시켜 주고 있는 바, 인공지능 기술을 비 롯한 4차 산업혁명시대의 첨단과학기술을 접하고 활용해보는 STEAM 프로그램이 활발하게 개발되어야 하는 실정이다. 이에 전문가 시스템 관점에서 첨단과학기술을 다루어보면서 급변 하는 사회에 적응능력과 변화능력을 키우는 STEAM 프로그램을 개발하여 학교현장에 적용해 본다. 이는 코로나 이후 디지털 시대의 미래를 선도하는 창의 융합 인재 훈련의 의의가 있다

2. 연구 필요성

가 . 연구의 중요성 및 필요성

¡ COVID 19로 인한 세계적인 팬대믹 상황에서도 ICT 기술을 이용한 우리나라의 방 역 및 확진자 진단기기의 활용기술이 국제적으로 큰 관심과 칭찬을 받고 있는 상황 에서 첨단과학 기술을 학생들에게 소개하고 접하게 해주는 노력이 더욱 필요한 실 정임

- 코로나 이후 사회는 첨단과학기술에 더 의존되는 구조로 변화할 것이며 그런 미 래사회에 적응능력과 변화능력을 갖춘 인재들을 키워내는 것이 필요함

- 이런 상황에서 IoT, 증강현실, 컴퓨터기반탐구등 새로운 도입된 혁신적 방법들이 교육의 현장에 도입할 것을 적극권장하고 있음(교육부, 2016).

- 일상생활에서 부딪히는 다양한 사건들에 적절히 반응하고 대처하는 적응능력을 키워나가면서 긍정적이든 부정적이든 삶속에서 겪을수 없는 변화에 능동적으로 반응하는 변화능력을 함양하는 것이 미래사회에 필요한 메타역량으로 제안됨 (Morrison & Hall, 2002).

¡ 최근 과학기술이 급속히 발전함에 따라 학문간 융합화, 지식의 세계화, 기술의 복잡 화, 미래의 불예측성이 증가되고 있으며, 우리 사회의 다양한 분야에서 활용되고 있 는 지능정보화 기술은 최근 급속한 발전을 이루며 학교 현장 전반에 걸친 대변혁을 예고하고 있음.

- 이런 상황에서 미래창조과학부(2016)는 ‘지능정보사회 미래교육혁신’에 관한 세 부 정책을 제안한 바 있음.

- 제4차 산업혁명의 변화 동인은 지능정보기술로서 인공지능기술과 데이터 활용기 술을 융합하여 기계에 인간의 고차원적 정보처리 능력 (인지, 학습, 추론)을 구 현하는 기술로 정의하고 있음(미래창조과학부, 2016).

- 이런 기술을 익히고 활용하는 능력을 키우는 것이 필요함.

- 지능정보사회의 학교교육에서 디지털기술을 접해보는 것을 통해 급변하는 사회에

적응능력과 변화능력을 겸비한 융합인재로서 성장하는 디딤돌이 될 것임.

- 청소년들이 살아가야 할 미래는 창의적 아이디어와 과학기술 경쟁력이 곧 국가 경쟁력이므로 적응과 변화능력을 겸비하는 패러다임에 맞는 프로그램 개발이 필요함.

¡ 과학교육의 대상이 되고 있는 식물과 동물, 흙, 암석, 구름과 별등의 대상사물들은 모두 실내가 아닌 자연에 존재하고 있음.

- 자연에 존재하는 사물들과 여기에 관계된 과학적인 현상들을 관찰하려면 야외라 나가야 되는데, 최근 학습은 대부분 교실 안에서 진행되고 있기 때문에 자연결 핍현상이 일어나고 있어 교육의 문제로 대두되고 있음(Louv 2008).

- 자연에서 만나는 학습의 대상들은 다양하고 학습자들이 자연속에서 자연이 어떻 게 변화하고 있는지를 경험하면서 자연에서의 과학학습의 기회를 경험하는 것 이 아주 중요한 실정임.

- 디지털 기술을 이용하여 전개되고 있는 첨단과학의 예들을 자연속에서 찾아 STEAM 프로그램으로 개발한다면 자연결핍 극복을 위해 중요한 역할을 할 것 으로 사료됨.

¡ 지능정보사회의 학교 환경은 교사 및 학생에게 새로운 역할을 요구할 것이기에, 다 양한 교수학습 방법과 융합되면서 발생하는 교수학습 과정의 변화에 능동적으로 대 처할 프로그램 개발이 중요하다고 판단됨.

- 미래창조과학부를 중심으로 하는 관련부처 종합대책인 ‘제4차 산업혁명에 대응한 지능정보사회 중장기 종합대책’에서는 미래 사회에 대한 이해, 다양한 학습 테 크놀로지에 대한 이해와 개발 및 활용, 학습자원 및 학습활동의 탐색 연계 생성 에 관한 역량이 요구될 것으로 전망됨(미래창조과학부, 2016).

¡ 지능정보화 기술은 교육에 대한 방향성과 기술에 대한 이해를 바탕으로 학습자 요 구와 수업 맥락 등 학습 환경에 맞게 재구성하여 활용할 때 의미가 있음.

- 교육부의 ‘지능정보사회에 대응한 중장기 교육정책의 방향과 전략(試案)’(교육부, 2016)에서는 세계 수준의 첨단 미래 학교 육성 프로젝트 추진 등의 세부 정책을 제안함과 동시에 전통적인 학교 교육의 틀을 벗어난 첨단 미래 학교 육성의 필 요성을 강조하면서 미래 학교는 지능형 학습플랫폼 등 첨단기술을 적용하여 학 생 개인별 맞춤형 학습을 지원하고, 융합교육 및 교수학습의 혁신을 이루어 거 꾸로 수업(flipped-learning), 토론, 협력학습, 프로젝트학습 등이 구현되는 학교 로의 전환이 필요하다고 제안함.

- 따라서 교사와 학생들이 지능정보화 기술을 이해하고 활용해보면서 함께 지능정 보화사회가 요구하는 핵심역량을 키워나가는 지능형 STEAM 프로그램 개발이 절실히 필요함.

¡ 지능정보사회에서 지능정보화 기술은 구조적인 대 변혁을 촉발할 것으로 전망되기 에 지능정보기술의 선제적인 도입 및 확산을 통해 국가경쟁력확보가 필요.

- Fast Follower전략보다는 First Mover전략 채택이 바람직하다고 판단되는바, 지능 정보기술을 접하게 해주는 교육프로그램이 절실히 필요한 실정.

- 각종 지능정보기술은 그 자체로 의미가 있는 것이 아니라, 교육에 대한 방향성과 기술에 대한 이해를 바탕으로 학습자 요구와 수업 맥락 등 학습 환경에 맞게 재구성하여 활용할 때 의미가 있는 것으로(홍선주 등, 2017), 지능정보기술은 다 양한 분야에 기계가 진입하여 생산성을 높이고 산업구조의 대대적인 변화를 촉 발하여 경제사회전반의 혁명적 변화를 초래할 전망이기에 3D프린팅이나 지능형 로봇같은 기기 들을 접해보며 기능을 익히는 프로그램이 필요.

나 . 국내·외 연구동향

¡ 2015 개정 교육과정에서는 융·통합적 사고의 필요성에 따라 통합사회, 통합과학을 신설하였고 창의·융합형 인재 양성을 주 목표로 미래사회에 필요한 핵심역량을 설 정하였다. 이는 다양한 지식과 아이디어를 연결할 뿐만 아니라 관련 기능, 태도를 총체적으로 갖추어 새로운 의미와 가치를 생산할 수 있는 학생역량 강화를 제안함.

- 문재인 정부는 4대 복합·혁신과제에서 “4차 산업혁명을 선도하는 창의·융합 인재 교육내용·방식 혁신”을 강조하고, “더불어 잘 사는 경제”를 목표로 “4차 산업혁 명을 주도할 수 있도록 융합 교육 확대 등을 통해 시대에 적합한 창의적 인재 를 육성”하는 전략을 제시하면서(국정기획자문위원회, 2017) 창의성과 문제해결 능력을 키울 수 있는 교육을 강조함.

¡ 교육부는 ‘지능정보사회에 대응한 중장기 교육정책의 방향과 전략’을 통해 초 중등 지능형 학습플랫폼 구축, 민관 합동 교육콘텐츠 오픈 마켓 조성, 세계 수준의 첨단 미래 학교 육성 프로젝트 추진, 초·중·고 및 대학의 창의교육 활성화 등의 세부 정 책을 제안함(교육부, 2016).

- 최적화된 교육을 통해 잠재력을 마음껏 발휘하며 지능정보사회의 새로운 기회를 창출하고 향유할 필요성을 강조함.

- 지식 정보사회에 필요한 핵심인력양성을 통한 글로벌 경쟁력 확보의 중요성을 강 조하고 지원하겠다는 계획을 공포함.

¡ 한국과학창의재단은 2015 개정 교육과정에 따른 [수학ㆍ과학 교육과정 및 교과서 개발]의 지원 사업을 통해 실험 탐구 중심의 과학교재를 연구 개발하여 학습자들이 수학·과학에 대한 흥미, 창의성, 탐구심을 기를 수 있도록 지원함.

- 생활 중심의 과학 교수-학습, 과학적 탐구에 기반을 둔 수업, 구성원 간의 상호작 용 강조, 탐구 주제 및 읽기 자료에 미래의 과학 및 과학기술 내용의 적극적 도 입을 통해 미래사회에 적극적이고 능동적으로 대처할 수 있는 역량을 반영하였 음.

¡ 본 연구팀은 2018년 한국과학창의재단 STEAM프로그램 개발에 참여하여 다양한 범위와 수준의 모든 학생들이 융합교육을 받을 수 있고, 이를 통해 올바른 융합과 학에 대한 이해와 문제 해결 중심, 핵심 역량중심의 자유학기제 수업에 활용할 수 있는 HTE(Here, There, Everywhere; HTE) STEAM 프로그램을 개발함

- 재난대비를 위한 미래의 지구관측시스템구축에 관한 초등용 3종, 중등용 1종 그리 고 중등 자유학기제 1종의 HTE-STEAM프로그램을 개발함

- 자유학기제 프로그램의 수업활용을 중심으로 학교현장에서의 효과성을 확인하여 그 결과를 논문으로 발표함 (김용기, 김형범, 조규동, 한신, 2018)

- 다양한 HTE-STEAM프로그램 개발의 가능성 및 필요성 제시함

¡ 본 연구팀은 2019년 한국과학창의재단 STEAM프로그램 개발에 참여하여 다양한 범위와 수준의 모든 학생들이 융합교육을 받을 수 있고, 이를 통해 올바른 융합과 학에 대한 이해와 문제 해결 중심, 핵심 역량중심의 자유학기제 수업에 활용할 수 있는 HTE(Here, There, Everywhere; HTE) STEAM 프로그램을 개발함

- 지능정보화시대를 위한 융합과학 파일럿 클래스에 관한 중등차시대체형 2종, 중등 자유학기제 2종 그리고 고등 차시대체형 2종의 HTE-STEAM프로그램을 개발 - 자유학기제 프로그램의 수업활용을 중심으로 학교현장에서의 효과성을 확인하여

그 결과를 논문으로 발표함 (한신,김용기, 김형범, 2019)

- 개발된 HTE-STEAM프로그램을 2020년 1학기에 청주시 소재 중학교의 자유학 기제 및 동아리 프로그램으로 활용하면서 개발된 프로그램 보급에 힘쓰고 있음.

(2) 국외

¡ 미국의 New Classrooms 기관에서 개발한 ‘Teach to One: Math’은 현재 12개주 37 개의 중 고등학교에서 활용되고 있는 맞춤형 학습 프로그램으로 미국에서 추진하는 창의교육의 혁신 사례임.

- 교사들이 교육과정을 재구성하고, 교실 환경과 같은 물리적 환경을 재구조화하는 등의 창의교육을 통해 다수의 학생들에게 개인별 요구에 부응하는 개별화된 학 습과정을 제공하며, 맞춤형 학습을 실현하고 있음.

- 학교가 프로그램을 도입하여 맞춤형 학습을 정착시키기까지의 교사 연수를 제공하 여 지원하고 있음(Ready, 2014).

¡ 미국 Harvard대학의 Seemless Astronomy 그룹은 점점 방대해지는 우주 관측 자료 들과 그 자료들을 사용하여 지금까지 발표된 엄청난 양의 참고문헌들을 인터넷상에 서 누구나 열람하고 사용할 수 있는 World Wide Telescope라는 플랫홈을 개발하여 교육 및 연구에 사용하고 있음 (Goodman et al., 2011, 2012).

- 연구자들이 자료를 수집하고 직접 생산하는데 시간을 허비하지 않고 과학에 더 많 은 시간을 투자하여 창의성과 상상력을 발휘할 수 있음.

- 빅데이터, 인공지능, 기계학습 등의 기법을 이용하고 python 프로그램 언어를 이용

하여 지능정보사회의 핵심역량에 필요한 연구와 교육을 가능하게 함.

- 자신의 주제로 필요한 영상들을 플랫홈 상에서 찾아 모아서 자신만의 교육프로그램 을 만들어서 활용할 수 있는 기회를 제공함.

¡ 미국 Harvard대학의 찬드라 X-선 위성센터의 Arcand & Watzke (2011, 2014)는 과 학, 수학, 공학 및 기술을 교육하는데 유추(Analogy)와 추론(Reasoning)의 유형을 활용하여 과학의 원리 및 과학의 본성을 효과적으로 교육하는 수업 준거틀을 개발 함.

- 과학관내 지구과학 관련 전시물 또는 탐구 활동에 대한 융합교육 프로그램.

- 현상을 이해한 후(Here), 현상과 관련된 과학적 개념과 원리를 학습하고(There), 학 습한 과학적 개념과 원리가 포함된 주변의 현상들을 찾아보는 추론적 방법을 활용한 융합인재교육에 초점.

- 우리 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 현상에 적용하는 원리(Here)가 지구 위와 주 변에서 일어나는 (There) 현상에서 적용될 수 있고 또 우주공간의 먼 곳까지 어느 곳에서든(Everywhere) 동일하게 적용된다는 것을 은유를 통해 경험하게 하는 프로그램임.

- 유추와 추론은 지능정보사회의 핵심역량중의 하나로 판단 됨.

¡ 핀란드에서는 「2016 국가 교육과정」을 마련하여 미래사회에 필요한 과학지식과 역량 개발을 위해 과학학습에 대한 참여를 향상시킬 수 있는 창의교육을 강조하고 있음(Finnish National Board of Education, 2016).

- LUMA Joint National Action 프로그램을 마련하여, 기업과의 연계를 통한 투자를 통해 현장 교육의 강화와 학생들의 융합적 사고력을 키우기 위해 교육부 중심 의 창의융합 교육을 실현하고 있음(Vihma & Aksela, 2014).

¡ 싱가포르에서는 21세기 학생들이 신장시켜야 하는 중점 역량 즉 ‘프로젝트 과제 (Project Work)’를 제시하여 융합 교육에 대한 필요성을 교육과정에 포함시켜 창의 융합교육을 실현하고 있음(Tan et al., 2017).

¡ Partnership for 21st Century(2010)은 21세기 학습자가 지녀하는 핵심역량으로 비 판적 사고력, 창의성, 의사소통능력 및 정보미디어 테크놀로지 역량을 강조하면서 단순한 지식의 암기가 아니라 미래사회를 살아가는데 필요한 역량을 키워주는 교육 의 필요성을 강조하였음.

- 실험실습, 증거에 기반한 이론이 수정, 빠르게 변화하는 과학기술, 학제간 연구의 증 대등의 특징을 지닌 과학교과에서 맥략에 기반한 적응역량을 교사 및 학습자에 게 요구하고 있음.

¡ Collad et al. (2015)는 학습자를 둘러싼 학습환경에 따라 학습과정이 달라질 수 있 는데 어린시절 자연에서의 경험을 통이 성인들의 학습발달에 어떤 영향을 미치는지 연구하면서, 자연에서 이루어지는 과학학습 생태계의 조성의 필요성을 언급함

¡ 4차 산업혁명시대의 변화, 새로움, 불확실성에 효과적으로 적응하는 능력과 동기로

서 적응역량을 정의하면서 교육분야에서 활발한 연구가 진행되고 있는데, Benight

& Bandura (2004) 등 다양한 연구자들이 개인은 변화에 적응하기 위한 조정에 영 향을 줄 수 있는 인지적, 정서적, 행동적 차원의 개인적 자원을 조절함으로서 사회 적이거나 학업적인 일등 다양한 상황에서 자신을 의도적으로 관리한다는 점에 동의 하고 있음.

- 교사와 학습자들의 적응역량과 변환역량을 함양시키기 위한 프로그램을 개발할 필요 가 있음.

¡ 국제 바칼로레아(The International Baccalaureate, 이하 IB)에서도 초등 수준에서 초학문적 접근을 강조할 뿐만 아니라 유네스코에서도 지속가능한 발전을 위한 교육 차원에서 이러한 초학문적 접근을 권장하고 있는 추세임(McKeown, 2006).

3. 연구의 목표

가 . 정성적 목표

◦ ‘첨단과학기술과의 만남’이란 주제에 맞는 학문분야 주제별 융합형 STEAM 프로그램 개발.

◦ 초등학교, 중학교, 고등학교 학교급 별 ‘첨단과학기술과의 만남’ STEAM 프로그램 학생용, 교사용 교재 개발.

◦ 학교 급별 학생의 인지·발달 수준에 맞는 쉽고 재미있는 눈높이 프로그램 개발.

◦ 4차 산업혁명시대의 지능정보화 기술 관련 과학, 기술, 공학적 내용과 이에 대한 사 회학적 문제와 관련된 풍부한 자료 제시로 학교현장에서 교사들의 수업 진행을 도움.

◦ 학생들이 자율적 역량개발 및 미래준비를 통해 지능정보화시대가 요구하는 핵심역량 을 키워 가는데 밑거름이 되는 지능형 학습 프로그램을 개발.

◦ 개발된 STEAM프로그램을 기반으로 급변하는 사회에서 적응능력과 변화능력 배양 을 위해 지능정보기술 활용에 능통한 창의적인 지능정보인력이 배양되는데 기여함.

◦ 자연 속 이야기들을 주제로한 STEAM프로그램개발로 자연결핍현상에서 벗어나는 교실학습생태계 구축에 기여함.

◦ 인공지능 및 가상현실 등을 활용한 학습을 지원하는 ‘첨단미래학교’모델에 활용 가능 한 STEAM프로그램 개발로 지능정보사회 미래교육혁신에 이바지 함.

나 . 정량적 목표

◦ STEAM 프로그램의 현장 활용을 높이는 R&D 성과물 제작.

◦ 초등학교, 중학교, 고등학교 및 자유학기제 학교급별 STEAM 프로그램을 real-data

에 의한 UCC 프로그램의 제작.

◦ 이 연구에서 개발된 STEAM 프로그램의 효과성 연구논문 게재(KCI, SSCI 저널 등).

◦ 자유학기제 맞춤형 STEAM 프로그램을 학생들이 직접 체험할 수 있는 hands-on 활 동 중심의 시뮬레이션 제작.

◦ 중·고등 및 자유학기제 STEAM 프로그램 참여를 통한 흥미도 및 만족도 검사지의 80%이상의 긍정적인 효과 기대.

◦ 학생의 인지발달 단계에 맞는 일련의 STEAM 프로그램을 구성하여 초등학교 차시 대체형 3종, 고등학교 차시대체용 2종, 중학교 자유학기제 1종 등 총 6종의 학생용, 교 사용 자료 총 12종의 자료 개발.

◦ 개발된 STEAM 프로그램을 초등학교 프로그램 1종당 100명, 고등학교 프로그램 1종 당 50명, 중학교 자유학기제 프로그램 1종당 50명의 총 450명의 학생들에게 프로그램 투입.

4. 연구 내용 및 방법

가 . 연구 내용

코로나 사태를 거치면서 많은 사회학자들은 코로나 이후 미래는 지금보다 더 급변하 는 시대가 도래할 것으로 예측하고 있다. 팬대믹상태에서 첨단과학기술을 이용하여 방 역하고 대처하는 노력은 당연시되고 있으며, 최근 학교의 학습생태계는 교실내 수업중 심으로 진행되며 학생들이 자연결핍현상이 초래되고 있는 실정이다. 이에 다음과 같은 개발목표를 설정하고 주제를 선정하였다: 1. 급변하는 사회에 적응능력과 변화능력 을 키우자. 2. 첨단과학에서 사용하는 지능정보기술을 접해보자. 3. 자연결핍 학습 생태계를 벗어나 자연으로 나가보자.

이러한 목표에 의거하여 개발된 융합인재프로그램을 통해, 이 프로그램에 참여하는 학생 들은 첨단 과학기술을 활용할 수 있는 능력을 기를 수 있다. 그리고 학생들은 자연 속 이 야기로 눈을 돌리고, 그 속으로 들어가고 싶은 마음이 들 것이다. 이에 더하여 학생들은 4차 산업혁명 시대가 요구하는 핵심 역량을 키워나가는데 도움을 줄 수 있는 프로그램이 될 것이다.

초등학교, 중학교 및 고등학교 차시 대체형 프로그램과 중학교 자유학기제 프로그램의 각 주제들은 학생들로 하여금 자연 속으로 들어가 자연친화적인 활동들이 진행됨과 동시 에 최근 대두되고 있는 다양한 첨단과학기술과 지능정보기술을 접할 수 있는 기회를 제 공해 줄 것이다. 이러한 활동을 통해 학생들은 4차 산업혁명 시대를 대비함에 있어 자신 감을 고취시켜 급변하는 미래 사회에 적응능력과 변화능력을 갖추게 될 것이다. 아래의 그림에 선정된 주제들을 요약하여 그림 1에 정리하였다.

그림 1. 개발할 프로그램 주제들의 요약

나 . 연구 방법

○ 4차산업혁명시대의 핵심역량을 함양하기 위한 지능정보화기술 체험에 관한 STEAM 프로그램을 개발하기 위한 탐색적 연구방법을 적용

- 문헌연구, 선행연구, 전문가 집단에 의한 자문연구, 사례연구 및 FGI(focus group interview) 연구 등에 의한 관련 STEAM 요소와 개념을 규명

○ 지능정보화 기술을 활용한 STEAM 프로그램에 맞는 수업전략 또는 수업준거틀을 개발 하여 프로그램에 활용 및 이에 대한 Pilot test 실시

- H(here), T(there), E(everywhere)의 STEM/STEAM 수업전략 개발

- HTE는 과학, 수학, 공학, 기술 등을 가르치는 데 유추(Analogy)라는 추론 (Reasoning)의 유형을 활용하는 실제적인 융합적 교육활동의 STE(A)M의 교육 활 동임(Arcand, 2011).

○ 공동 연구자들과의 정기적 연구 진행 보고, 협의 및 외부 전문가의 의견수렴 결 과 반영

- 워크숍, 세미나 등 연구성과 중간공개 과정에서의 의견 수렴 결과를 최종 연구결과 물에 반영

- 공동 연구진으로 참여하는 교사가 학교현장에 시범 적용하고 그 결과를 연구 개발 과정에 환류·반영

- 연구 범위와 내용에 맞게 참여 연구자들의 역할과 기능을 명확히 구분하여 이들의

전문성과 역량을 최적으로 발휘

○ 시범 적용 학교의 운영을 통하여 평가를 실시하고, 그 내용을 프로그램에 반영하 여 최종 STEAM 프로그램 개발에 활용

- 시범학교 적용시 수업모델은 프로젝트형 등 다양한 학습방법 적용

다 . 연구 추진일정

순번 연구개발 내용 추진일정

8월 9월 10월 11월 12월 비고

1 연구계획 수립

2 교과과정 및 교과서 분석 3 유사사례 조사 및 분석 4 집필 세목 검토 및 작성

5 프로그램 개발

6 1차 자체 평가

7 시범학교 적용 프로그램 및 교재 개발

8 중간 보고서 제출

9 프로그램 수정 및 보완

10 2차 자체 평가

11 학교 현장 시범 적용

12 결과 평가

13 연구 개발에 결과 평가 반영

14 편집 및 디자인, 저작권 확보 15 최종보고서, 평가보고서 제출 16 연구 성과물 제출

17 STEAM 프로그램의 효과성 연구의 논문 투고 및 게재

최종 연구성 과물 제출 후 1년 이내

5. STEAM 프로그램 개발 결과

가 . 프로그램 개발 방향

◯ 초등학교 STEAM 프로그램 1종 “디지털 영상기술과의 만남: 픽셀의 비밀을 풀어보 자”: 첨단 과학 기술의 하나인 ICT (Information and Communications Technologies)는 정보를 가지고 의사소통을 하는 기술을 뜻한다. 디지털 정보화가 가속화되면서 우리가 접하는 모든 정보가 디지털화 되고 있다. 컴퓨터는 현대 사회 의 모든 정보를 스위치가 OFF 상태인 0과 ON 상태인 1로만 이해한다. 학생들에게 다양한 방법으로 0과 1만 이해하는 컴퓨터의 데이터 처리 방법를 이해시킬 수 있 지만 손쉽게 접하고 예술적 감각도 향상시킬 수 있는 ‘디폼블럭’을 이용하여 ICT의 기본적인 알고리즘을 이해하고 체험할 수 있도록 그림 2와 같이 프로그램을 구성하 였다.

그림 2. “픽셀의 비밀을 풀어보자“ 프로그램의 구성

¡ 초등학교 STEAM 프로그램 1종 “공기청정기술과의 만남: 미세먼지를 예방할 수 있을 까?”: 미세먼지 입자는 눈에 보이지 않을 정도로 작으면서도 신체에 미치는 영향이 크다. 실제로 미세먼지 농도를 측정해보며 미세먼지의 심각성을 인식하고, 이를 예방 하기 위한 방법들을 생각해 낼 수 있도록 지도한다. 현재 미세먼지 측정의 문제점을 알고 엔트리 프로그램과 아두이노를 활용하여 미세먼지를 예방할 수 있는 방법에 대 해 충분히 탐구해 볼 수 있는 프로그램을 구성하였다. 또한 나만의 공기청정기를 만 드는 과정을 통해 과학적 사고력과 탐구능력을 기를 수 있도록 그림 3과 같이 프로그 램을 구성하였다.

그림 3. “미세먼지를 예방할 수 있을까?“ 프로그램의 구성

¡ 초등학교 STEAM 프로그램 1종 “VR기술과의 만남: 내 직업은 지층 VR 크리에이 터”: 코로나19로 인한 원격 수업의 장기화는 학교의 ICT 교육환경을 바꿔놓았다.

대부분의 학생이 보유하게 된 스마트 폰, 학교 내 태블릿 PC의 빠른 보급, 무선망 확충은 교실이 막대한 정보의 생산 및 가공, 공유할 수 있는 공간으로 탈바꿈시켰 다. 이번 주제에서는 학생들의 장래희망 선호도가 높은 크리에이터와 새로운 교육 환경을 잘 활용할 수 있는 가상현실(VR) 기술을 활용하여 학생들 스스로 우리 동네 및 지역에서 만날 수 있는 지층 VR 자료를 직접 제작하고, 친구들과 공유할 수 있 도록 했다. 프로그램을 살펴보면 우리 지역에서 쉽게 찾아볼 수 있는 지층과 퇴적 암에 대해 조사하고, 소개 영상을 가상현실 카메라로 촬영한 뒤 유튜브에 업로드함 으로써 기존 학생들이 지식 소비자에서 생산자로 탈바꿈할 수 있도록 그림 4와 같 이 구성하였다.

그림 4. “내 직업은 지층 VR 크리에이터” 프로그램의 구성

¡ 중학교 자유학기제 STEAM 프로그램 1종 “빅데이터 기술과의 만남: 우리동네 지킴 이, 가로등”: 급격한 기술 발전이 일어나는 시대에 살아가고 있는 학생들은 AR 기술, 빅데이터의 활용 등 다양한 첨단기술 그 자체에 익숙해질 필요가 있다. 기존의 교과 서 중심의 수업에서 벗어나서 주제와 관련된 다양한 탐구 활동을 하는 자유 학기 프

로그램의 목적에 맞게 학생들이 접근하기 쉬운 활동이지만 첨단기술을 접해보고 이들 의 유용성을 알 수 있도록 그림 5와 같은 프로그램을 계획하였다.

그림 5. “우리 동네 지킴이, 가로등” 프로그램의 구성

¡ 고등학교 STEAM 프로그램 1종 “드론 및 자율이동기술과 만남: 드론으로 군집 아트 쇼를 해볼까?”: 무인항공이동체(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)란 외부환경을 인식 하고 스스로 상황을 판단하여 이동하고 필요시는 작업을 수행할 수 있는 이동체를 의 미한다. 초지능․초연결이 전 산업과 사회에 혁신을 야기하는 4차 산업혁명(Digital Transformatiom)이 도래함에 따라 자율 주행차, 드론 등 무인 이동체가 급부상하고 있다. UAV의 산업화와 대중화는 드론의 대중적 성공으로부터 성장하기 시작했다. 주 로 4개의 프로펠러로 구동되는 멀티콥터형 드론은 구동원을 엔진에서 전기모터로 바 꿈으로써 안정성이 향상되고, 경량․소형화되면서 대중적인 인기를 얻게 되었다. 최 근 인공지능(AI:Artificial Intelligence) 교육과정의 도입으로 창의적 사고력과 응용력 이 매우 중요시되고 있다. 특히 메이커교육, 무한상상실의 확산으로 다양한 학교에서 도 첨단 장비를 이용할 수 있는 환경이 조성되고 있다. UAV의 대표적인 기술 집약체 인 드론과 자율이동기술을 접목하여 코딩을 통한 드론의 군집 비행 프로그램을 완성 하도록 하였으며, 최종적으로 드론의 공간 아트 퍼포먼스 작품을 팀별, 개인별로 기획 설계하여 구현하는 것을 주제로 선정하였다. 이러한 요구를 반영하여 우리는그림 6과 같이 프로그램을 구성하였다.

그림 6. “드론으로 군집 아트쇼를 해볼까?” 프로그램의 구성

¡ 고등학교 STEAM 프로그램 1종 “레이져커팅기술과의 만남: 별자리의 비밀을 알아볼 까?”: 3D프린터와 함께 디지털공작 기기로 레이저 커팅기가 많이 사용되고 있다. 특 히 메이커교육, 무한상상실의 확산으로 다양한 학교에서도 첨단 장비를 이용할 수 있 는 환경이 조성되고 있다. 다양한 과학적 지식과 첨단 디지털 공작기기가 접목되면 그 동안 제작하기 어려웠던 멋진 교구 및 작품들이 만들어질 수 있으므로 지구과학교과 중 별자리를 구성하는 별들의 상대적 거리를 수학적으로 계산하고 물리교과 중 LED 광원의 원리를 알고 LED 모듈을 제작하여 최종적으로 아름답고 과학적으로 가치가 있는 입체 별자리 교구를 제작으로 주제를 선정하였다. 이러한 요구를 반영하여 우리 는 그림 7과 같이 프로그램을 구성하였다.

그림 7. “별자리의 비밀을 알아볼까?” 프로그램의 구성

나 . 프로그램 구성 틀

○ 교사용 교재

주제를 선택하게 된 이유 및 제작 의도로 구성함.

2. 학습 목표

주제에 따른 학습 목표를 내용 목표, 과정 목표로 나누어 구성함.

3. STEAM 과목 요소

ⓈScience 과학, ⓉTechnology 기술, ⒺEngineering 공학, ⒶArt 예술, ⓂMath 수 학 과목 요소들을 정리하여 구성함.

4. STEAM 단계 요소

융합인재교육(STEAM) 구성틀에 따른 상황제시(Co), 창의적 설계(Cd), 감성적 체 험(ET) 요소를 제시하여 구성함.

5. 지도안 총괄표

차시별로 수업 계획 총괄표를 구성함.

6. 지도안

실제 수업에 활용할 수 있도록 수업의 흐름에 알맞은 지도안으로 구성함.

7. 평가 계획

자기 평가, 동료 평가 등 학습 목표 달성을 위한 평가 기준을 제시하여 구성함..

8. 학습 내용

학생에게 제공되는 자료에 대한 제작 의도 및 활용 방법으로 구성함.

9. 수업 자료

실제 수업을 활용할 수 있는 참고 자료, 프리젠테이션 자료의 흐름, STEAM 과목 내용으로 구성함.

10. 학생용 자료 답안 예시

실제 수업 시 활용할 학생용 자료의 예시 답안을 제시하여 구성함.

○ 교사용 PPT

1. 주제 개요와 목표에 맞게 학생들의 흥미를 이끌 수 있는 동영상 및 주제 관련 자료들을 풍부하게 이용하여 체계적인 수업을 돕는 내용

2. 학생들이 직접 찾아볼 수 있는 관련자료도 제시

○ 학생용 교재

주제와 관련된 학습 자료를 제시하여 구성함.

2. 생각 열기

생각열기의 활동지로 구성함.

3. 생각 펼치기

생각 펼치기의 활동지로 구성함.

4. 생각 다지기

생각 다지기의 활동지로 구성함.

5. 생각 되돌아보기

생각 되돌아보기의 활동지로 구성함.

6. 학생 자기/동료 평가

자기 평가, 동료 평가를 위한 평가지로 구성함.

7. Epilogue

학생에게 제공되는 학습에 관련된 읽기자료로 구성함.

다 . 프로그램 총괄표

연번 프로그램명 유형 차시 학교급 학년

1 픽셀의 비밀을 풀어보자 차시대체형 6 초등학교 5-6학년

2 미세먼지를 예방할 수 있을까? 차시대체형 6 초등학교 5-6학년

3 내 직업은 지름 VR크리에이터 차시대체형 5 초등학교 4-6학년

4 우리동네 지킴이, 가로등 자유학기형 6 중학교 2학년

5 드론으로 군집아트쇼를 해볼까? 차시대체형 6 고등학교 통합

6 별자리의 비밀을 알아볼까? 차시대체형 3 고등학교 2

라 . 프로그램 개요

1) 초등학교 차시대체형 프로그램 “픽셀의 비밀을 풀어보자”

○ 주제 개요

첨단과학기술의 하나인 ICT(Information and Communications Technologies)는 정보를 가지고 의사소통을 하는 기술을 뜻한다. 디지털 정보화가 가속화되면서 우리가 접하는 모든 정보가 디지털화 되고 있다. 컴퓨터는 현대 사회의 모든 정보를 스위치가 OFF 상태인 0과 ON 상태인 1로만 이해한다. 학생들에게 다양한 방법으로 0과 1만 이해하는 컴퓨터의 데이터 처리 방법를 이해시킬 수 있지만 손쉽게 접하고 예술적 감 각도 향상시킬 수 있는 ‘디폼블럭’을 이용하여 ICT의 기본적인 알고리즘을 이해하고 체험할 수 있도록 프로그램을 구성하였다.

○ STEAM 준거틀

구분 주요 내용

상황제시

- 지구에서 멀리 떨어져 있는 우주에서 전송된 사진을 살펴보기 - stellarium(천문 프로그램)을 활용하여 우주를 관측하고, 조사하기 - 우주에서 지구로 어떻게 사진이 전송되었을지 생각해 보기

창의적 설계

- 색으로 표현된 도안을 나만의 색 코드로 제작하기 - 전하고 싶은 색 정보를 색 코드로 암호화하기 - 제작한 색 코드 암호와 도안을 연결하기

- 색 코드 암호 도안으로 픽셀 아트 작품을 만들기

감성적 체험

- 컴퓨터의 정보처리 방식을 이해하고, 표현해 보기 - 우주 사진을 확대해서 사진 속의 픽셀을 찾아보기 - 미니 현미경으로 스마트폰 액정(RGB)을 관찰하기 - 산출된 결과물을 발표하고 수정, 보완할 점을 피드백하기

○ 차시 구성

프로그램명 픽셀의 비밀을 풀어보자 ^{학교급 초등 차시 총 6차시}

교육목표 디지털 숫자로 전달되는 무선 통신의 원리를 경험하고, 디지털 숫자를 통해 자신이 만든 픽셀 아트 작품에 대한 정보를 나누고 서로 협력하고 소통할 수 있다.

관련교과 초등학교 과학, 수학, 실과, 미술

2015 개정 교육과정

연계

과학

내용요소 stellarium(천문 프로그램)을 활용하여 우주와 천체 관측하기

성취기준

[6과02-01] 태양이 지구의 에너지원임을 이해하고 태양계를 구성하는 태양과 행성을 조사할 수 있다.

[6과02-02] 별의 의미를 알고 대표적인 별자리를 조사할 수 있다.

내용요소 미니 현미경으로 스마트폰 액정 관찰하기

성취기준 [6과04-03] 우리 생활에 첨단 생명 과학이 이용된 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

수학

내용요소 나만의 색 코드 암호 도안 만들기

성취기준

[6수05-06] 자료를 수집, 분류, 정리하여 목적에 맞는 그래프를 나타내고, 그 래프를 해석할 수 있다.

[6수05-07] 사건이 일어날 가능성을 수로 표현할 수 있다.

실과

내용요소 모스암호와 해독원리 알아보기

성취기준

[6실04-07] 소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.

[6실04-08] 절차적 사고에 의한 문제 해결의 순서를 생각하고 적용한다.

내용요소 어플리케이션으로 픽셀아트 체험하기

성취기준

[6실02-05] 바느질의 기초를 익혀 간단한 수선에 활용한다.

[6실04-09] 프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그래밍 과정을 체험한 다.

[6실05-04] 다양한 재료를 활용하여 창의적인 제품을 구상하고 제작한다.

미술

내용요소 나만의 색 코드 암호 도안으로 픽셀 아트 작품 만들기

성취기준

[6미01-04] 이미지를 활용하여 자신의 느낌과 생각을 전달할 수 있다.

[6미01-05] 미술 활동에 타 교과의 내용, 방법 등을 활용할 수 있다.

[6미02-03] 다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현 내용을 구체화할 수 있다.

내용요소 작품 발표하고 평가하기

성취기준 [6미02-06] 작품 제작의 전체 과정에서 느낀 점, 알게 된 점 등을 서로 이야 기할 수 있다.

차시별 교수·학습 내용 중심교과 STEAM 요소

1차시

지구에서 멀리 떨어져 있는 우주에서 전송된 사진을 살펴본다.

stellarium(천문 프로그램)을 활용하여 우주를 관측하고, 조사한다.

우주에서 지구로 어떻게 사진이 전송되었을지 생각해 본다.

과학

실과 S,T

2차시

컴퓨터의 정보처리 방식을 이해하고, 표현해 본다.

우주 사진을 확대해서 사진 속의 픽셀을 찾아본다.

미니 현미경으로 스마트폰 액정(RGB)을 관찰한다.

과학

미술 S,A

3차시

암호해독 게임으로 모스암호와 해독원리를 이해한다.

암호화(code)와 복호화(decode) 과정을 이해하고 체험해 본다.

미션)암호를 사용하여 우주로 보내는 메시지를 써 본다.

과학,

실과, 미술 S,T,A

4차시

픽셀 아트 도안 디자인하기

색으로 표현된 도안을 나만의 색 코드로 제작하기 전하고 싶은 색 정보를 색 코드로 암호화하기

과학,

실과, 미술 S,T,A

○ 미디어 콘텐츠

콘텐츠 구분 콘텐츠 내용

종류 PPT 암호 해독 원리 설명

용도 수업안내 스마트폰 화면을 현미경으로 살펴보는 과정 단계 감성적 체험 수업과정의 흐름 안내

○ 평가 계획

(1) 수행·관찰 평가 계획

5차시 제작한 색 코드 암호와 도안을 연결한다.

색 코드 암호 도안으로 픽셀 아트 작품을 만든다.

과학, 수학

실과, 미술 S,M,T,A

6차시 산출된 결과물을 발표하고 상호 평가한다.

수정, 보완할 점을 피드백 한다.

과학,

실과, 미술 S,T,A

평가영역 평가

항목

평가 척도

상 중 하

상황 제시

우주와 천체 관측하기

우주와 천체 관측에 적극적 으로 관심을 갖고, 디지털 정 보 전송에 대한 과학적 호기 심과 탐구심이 있음.

우주와 천체 관측에 관심이 있고, 지구로 디지털 정보 전 송에 대한 호기심이 있음.

우주와 천체 관측에 미흡하 고, 디지털 정보 전송에 대 한 호기심이 부족함.

창의적 설계

도안 디자인하기

나만의 도안을 창의적으로 디자인하고, 색 코드를 정해 도안을 제작할 수 있음.

나만의 도안을 디자인 할 수 있고, 색 코드를 정해 도안을 제작할 수 있음.

도안 디자인에 미흡하나 색 코드를 정해 도안을 제작할 수 있음.

픽셀 아트 제작하기

재료를 활용하여 창의적인 제품을 제작하고, 이를 평가 할 수 있음.

재료를 활용하여 제품을 제 작할 수 있음.

재료를 활용하여 제품을 구 상할 수 있음.

감성적 체험

모스부호 해독 게임

체험

모스부호 해독 게임을 수행 하면서, 제시된 문제에 대해 적극적으로 참여하여 답을 얻음

모스부호 해독 게임을 하였 으나 제시된 문제에 대한 답 을 얻지 못함.

모스부호 해독 게임을 이해 하지 못하여 참여하지 못함.

미니 현미경 원리 체험

현미경을 바르게 활용하였으 며, 스마트폰 액정을 확대 관 찰하여 화면의 색이 변할 때 픽셀의 모습을 관찰함.

현미경을 사용하여 스마트폰 액정을 확대하여 관찰하였으 며, 화면의 색이 변할 때 픽 셀 모습을 관찰하지 못함.

현미경 사용이 미숙하여 스 마트폰 액정을 확대하여 관 찰하지 못하였으며, 화면의 색이 변할 때 픽셀 모습을 관찰하지 못함.