2016년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
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중학교 자유학기제 및 과학영재반 탐구과제에 적용 가능한 STEAM 프로그램 일반화 자료 개발-
2016. 11.
영림중학교
【 2016년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
프로그램 구분
□ 초 ■ 중 □ 고 □ 일반주제
□ 신규 개발
■ 일반화 자료 개발
■ 우대주제
(메이커 운동)
연구제목 중학교 자유학기제 및 과학영재반 탐구과제에 적용 가능한 STEAM 프로그램 일반화 자료 개발
연구기간 2016. 5. 19. ~ 2016. 11. 30.
연구비 금 사백만원정 (4,000,000원정)
연구 책임자
소속 영림중학교
성명 전경아
참여 연구원 이은정, 윤미정, 홍명수, 방은정, 조중현, 김창민
상기과제를 수행한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2016년 11월 30일
연구책임자 : 전 경 아 (인)
한국과학창의재단 이사장 귀하
이 보고서는 2016년도 정부의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임
목 차
1. 요약문(Abstract)
··· 12. 서론
··· 2가. 연구의 필요성 및 목적 ··· 2
나. 연구의 범위 ··· 2
3. 연구의 실제 및 결과
··· 3가. 연구의 실제 ··· 3
1) 서울 남부교육청 과학 영재반 탐구프로그램 분석 ··· 3
2) 서울 남부교육청 과학영재반 탐구활동용 STEAM 프로그램 개발방향 ··· 3
3) 서울 남부교육청 과학영재반 탐구활동용 STEAM 프로그램 개발 및 적용 ··· 4
4) 서울 영림중학교, 시흥중학교 자유학기제 프로그램 분석 ··· 5
5) 중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램 개발방향 ··· 5
6) 중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램 개발 및 적용··· 5
나. 연구 결과 ··· 7
1) 서울 남부교육청 과학영재반 탐구활동용 STEAM 프로그램 만족도 조사결과 ··· 7
2) 중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램 만족도 결과 ··· 9
4. 결론 및 제언
··· 115. 참고문헌
··· 12[부록]
부록1. 현장적용 결과 요약 ··· 12[붙임]
붙임1. 수업지도안 및 활동 사진 ··· 13붙임2. 정산보고서 ··· 100
2016년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
1. 요약문(Abstract)
1) 서울 남부교육청 과학영재반 탐구활동용 STEAM 프로그램 개발
2014년 한국과학창의재단과 한국기술교육대학교에서 개발한 ‘이웃을 위한 기술 나눔, 적정 기술’ 프로그램에 자유설계 실험 및 포스터 제작, 탐구 발표대회를 추가하여 총 16차시의 활 동으로 재구성함. 1학년 - 물의 이동을 위한 적정기술, 2학년 – 간단한 보온∙보냉을 위한 적 정기술, 3학년- 스스로 시력을 교정할 수 있는 적정기술 개발 및 보완을 주제로 프로그램을 진행하였음. 연구 결과 본 프로그램은 과학에 대한 학생들의 흥미도를 높이고, 다양한 과목이 유기적으로 통합된 협력활동 중심의 프로그램임을 확인 할 수 있었음.
2) 중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램
2013년 한국과학창의재단과 이화여자대학교에서 개발한 ‘빛을 디자인하다’ 프로그램을 중학교 1학년 16차시 자유학기제 주제선택 프로그램으로 운영할 수 있도록 재구성하고, 중 학교 1학년 교육과정과 유기적으로 연계되도록 일부 내용을 다른 활동으로 대체하였음. 본 프로그램은 총 5회의 조명제작 활동 및 3회에 걸친 컬러 그림자극 만들기 활동으로 구성되 었음. 연구 결과 본 프로그램에 대한 학생 만족도가 높았으며, 특히 자신의 아이디어를 작품 을 통해 표현하는 과정에 중심을 둔 프로그램임을 알 수 었음.
2. 서론
가. 연구의 필요성 및 목적
◦ 기존 STEAM 프로그램의 교육과정 연계성 개선
STEAM 프로그램이 학교 교육과정과 유기적으로 구성되도록 필수 학습 요소, 핵심 내용 지식, 핵심 개념, 성취 기준, 학습 순서 등의 요소들을 고려하여 STEAM 프로그램의 적용 방 법, 내용, 시기 등을 개선하고자 함.
◦ 자유학기제 및 과학영재반 수업 등 다양한 수업에서의 적용가능성 모색
수업을 받는 학생의 특성을 고려한 수업 방법 개발이 필요함. 과학영재들의 경우 창의적 문제해결과정의 모색이 적절할 수 있음. 본 연구에서는 과학영재반 및 자유학기제 수업에서 활용할 수 있는 STEAM 수업자료를 개발하고자 함.
◦ 메이커 운동(Maker Movement)의 가치 구현
본 연구에서는 메이커로서의 능력들을 함양하기에 적절한 STEAM 프로그램을 선별하여 현장에 적용해보고 발전 가능성을 탐색해보고자 함.
나. 연구의 범위
○ 과학영재반 탐구활동용 STEAM 프로그램 - 과학영재반 학생 특성 및 탐구프로그램 분석 - 기존에 개발된 STEAM 적정기술 프로그램 분석
- STEAM 적정기술 프로그램과 중학교 과학 교육과정 비교 분석
- 과학영재반 탐구 프로그램에 적용가능한 STEAM 프로그램 개발 및 적용 - 만족도 조사
○ 자유학기제용 STEAM 프로그램
- 자유학기제 분석 : 시수 및 교육과정 분석
- 기존에 개발된 STEAM 프로그램 중 과학 및 예술 중심 프로그램 분석 - STEAM 과학 및 예술중심 프로그램과 중학교 과학 교육과정 비교 분석 - 중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램 개발 및 적용
- 만족도 조사
3. 연구의 실제 및 결과 가. 연구의 실제
1) 서울 남부교육청 과학 영재반 탐구프로그램 분석
○ 수요자 분석
- 서울 남부교육청 과학영재반은 1,2,3학년 각 20명씩, 총 60명의 학생들로 구성되어 있음.
- 2015년 12월에 지원서, 필기 및 면접 시험을 통과한 학생들로 구성되어 있기 때문에 일반 학생들에 비해 과학적 소양 및 기초 지식의 수준이 높음.
- 탐구의 기초(관찰과 추론, 가설설정, 변인과 변인통제)에 대한 사전 지식이 풍부하며 개인 적으로 탐구활동을 진행하여 탐구발표대회에 출전해본 학생들이 상당수 포함되어 있음.
○ 과학영재반 탐구 프로그램 분석
- 평균적으로 2주에 1회, 토요일 오전 4차시 프로그램이 블록 타임제로 진행됨
- 연중 물리, 과학, 생물, 지구과학 프로그램이 각각 4과목×4차시×4회, 탐구활동 프로그램이 16차시(4차시×4회)로 구성되어있음.
- 탐구프로그램은 탐구 기초 8시간, 조별자유 탐구 시간 4시간, 자유탐구 발표대회 4시간을 포함하여 총 16차시로 계획되어 있음.
2) 서울 남부교육청 과학영재반 탐구활동용 STEAM 프로그램 개발방향
- 기존 한국과학창의재단 STEAM 분석 및 선별
- 과학의 사회적 책임과 활동을 강조하는 적정기술 프로그램으로 구성함.
- 한국과학창의 재단에서 개발한 STEAM 프로그램 중 탐구 과정을 동일하면서 1,2,3학년 학 생들에게 다른 주제 진행하도록 프로그램 재구성
- 기존 STEAM 프로그램에 학생들이 변인을 자유롭게 설정하고 실험을 통해 결과를 확인할 수 있는 자유탐구 시간을 4차시 추가하고 탐구 과정을 발표하기 위한 포스터 제작 및 발 표회 준비를 위해 4차시 활동 추가함.
- 모둠간, 학년간 탐구결과를 발표하는 시간을 포함시켜 총 16차시 프로그램으로 재구성함.
3) 서울 남부교육청 과학영재반 탐구활동용 STEAM 프로그램 개발 및 적용
○ 기존 STEAM 프로그램 분석
중학생을 위한 <이웃을 위한 기술 나눔> 프로그램은 물, 생명, 에너지를 중심으로 학생들 이 생활에서 겪는 문제점을 적정기술과 수학, 과학, 미술, 기술 등의 교과목 융합을 통해 해 결해 볼 수 있도록 구성된 프로그램이다. 총 10차시 분량으로 개발된 본 프로그램은 물(굴러 라! 흘러라! 물!), 에너지(따뜻한 방에서 시원한 과일을!), 생명(밝은 세상으로 삶의 질을 높여 라!)의 세 가지 소주제로 나뉘어져 있다.
○ ‘굴러라! 흘러라! 물!’ 프로그램 : 1학년 과학 영재반 학생들에게 적용
2009 개정교육과정의 ‘해수의 순환’ 단원에 수자원의 이용과 활용이 포함되어 있기 때문에 교육과정에서 제시한 과학 개념과 지식을 실생활에 응용해 보는 내용으로 재구성한다. 또한 식수가 부족한 지역의 수자원 이용을 위한 적정기술을 개발에 대해 논의하면서 수자원의 효 율적인 이용이 학생들의 생활과 밀접하다는 것을 느껴볼 기회를 제공한다.
○ ‘따뜻한 방에서 시원한 과일을!’ 프로그램 : 2학년 과학 영재반 학생들에게 적용
주요 내용이 열의 이동, 단열, 위도에 따른 복사에너지 차이로 인한 기후문제를 다루고 있 으므로 2학년 학생들에게 적용한다.
○ ‘밝은 세상으로 삶의 질을 높여라!’ 프로그램 : 3학년 과학 영재반 학생들에게 적용
기존의 프로그램에는 사람의 눈의 구조에 대한 기본적인 내용이 부족하므로 눈의 구조와 시각의 성립에 대한 내용을 추가한다. 또한 프로그램에서 제시한 문제 상황이 난시, 근시, 원 시, 기타 안질환 등 어떤 이유로 안경이 필요한지 서술되어 있지 않은데, 근시를 제외한 경우 문제 해결을 위한 적정기술이 너무 어렵기 때문에 근시인 경우 시력 교정 방법으로 상황을 보다 구체적으로 서술하도록 한다.
○ 적용 기간 및 수혜 학생
- 적용기간 : 2016년 6월 18일부터 8월 4일까지 4회, 4시간씩 총 16차시에 걸쳐서 개발한 프로그램을 적용함.
- 수혜학생 : 서울 남부 교육청 과학영재반 1, 2, 3학년 학생 60명
4) 서울 영림중학교, 시흥중학교 자유학기제 프로그램 분석
○ 수요자 분석
- 중학교 1학년 학생들은 6개 정도의 주제 선택 프로그램 중 본인이 희망하는 프로그램을 선택하여 이수함. 70-80% 정도의 학생은 1지망으로 본 프로그램을 선택했지만 나머지 학 생들은 2,3 지망으로 본 프로램을 선택한 학생임.
- 주제 선택 프로그램의 내용을 따로 홍보할 시간이 부족했기 때문에 본 프로그램을 선택하 는 학생들 역시 과학이나 예술 분야에 흥미나 열의가 일반 학생보다 뛰어나다고 보기는 어려운 상황임.
○ 자유학기제 분석
- 서울 영림중학교와 시흥중학교는 1학년 2학기에 자유학기제 주제선택 프로그램을 운영함.
- 주제 선택 프로그램은 매주 1회, 2시간식 블록타임으로 운영하며, 1/2학기(총 16차시)에 걸쳐서 진행됨.
- 관련 내용에 대한 평가나 시험이 없고, 학생들이 선택하여 진행되는 프로그램이므로 학생 들은 일반 교과 수업에 비해 자유로운 분위기에서 수업이 진행되기를 희망함.
5) 중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램 개발방향
- 기본의 과학창의 재단 STEAM 프로그램 중 과학과 예술 중심 프로그램 선별
- 기존의 STEAM 프로그램에 포함된 교과 내용과 중학교 과학 교육과정을 비교하여, 중학교 1학년 수준보다 높을 경우 내용을 일부 삭제하거나 수준을 낮춰서 재구성함.
- 총 10차시 프로그램을 재구성하여 2시간씩 블록타임으로 운영할 수 있도록 구성함.
- 개인별 작품 활동과 모둠별 작품 활동을 적절히 배분하여 구성함.
6) 중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램 개발 및 적용
○ 기존 STEAM 프로그램 분석
중학생을 위한 <빛을 디자인 하다!> 프로그램은 거주공간을 위한 디자인 용품 그중에서도 조명기구에 초점을 맞추어 개발되었다. 과학교과에서의 ‘빛과 파동’ 단원과 미술교과의 ‘빛을 매체로’ 한 단원, 기술 교과의 ‘지속 가능한 주거 공간 꾸미기’를 연계하여 ‘빛을 디자인하다’
라는 주제로 조명갓을 직접 디자인하고 전구를 부착하여 조명기구를 완성하는 내용으로 구 성되었다. 이로써 과학과 기술 및 예술이 융합된 수업의 결과물을 실제 생활에 활용할 수 있 도록 하였다.
프로그램의 전반적인 진행과정과 내용이 중학교 교육과정과 유기적으로 잘 연계되어 있 기 때문에 본 프로그램의 흐름과 구성은 부분적으로만 수정할 계획이다. 다만 프로그램의 최 종 산출물이 거주 공간을 위한 전등갓이라는 하나의 상품에 국한되어 10차시 동안 빛에 대 해 학습한 활동의 결과물로는 아쉬운 점이 있다. 이를 보완하기 위하여 최근 미디어 아트 전 시물 등 빛이 작가의 예술 세계와 심상을 표현하는 주요 모티브로 사용되는 현상을 반영하 여 조명 자체가 하나의 작품이 되는 전시회를 구성하거나 빛을 이용한 퍼포먼스, 그림자 극 등의 아이디어를 포함할 수 있도록 과제의 영역을 확장하려고 한다.
○ 본 연구에서 재구성한 프로그램의 내용
1~5주에 걸쳐 빛의 직진, 확산, 반사 등의 기본 내용을 실험이나 간단한 활동을 통해 탐색 한다. 종이 전등 만들기, 우리학교에 어울리는 조명 구상하기, 아트 램프로 메시지 전하기, 플 로팅 홀로그램 만들기, 스테인드 글래스 빛 상자 만들기 등의 활동을 해보면서 빛의 특성을 이용하여 각자의 개성과 아름다움을 조명으로 표현해 본다.
6~8주에는 그림자가 생기는 원리, 그림자 크기와 물체-스크린의 상관관계, 컬러 그림자 만 들기 등의 기본 내용을 실험이나 간단한 활동을 통해 알아보고, 이를 컬러 그림자극으로 구 성하여 표현한다. 컬러 그림자극은 콘티 구성-그림자본 제작- 영상촬영으로 구성하며 결과물 은 동영상이 아니 8~10컷의 사진 만화 형태로 제작한다.
○ 적용 기간 및 수혜 학생
- 적용기간 : 2016년 8월 16일부터 12월 29일까지 8회, 2시간씩 총 16차시에 걸쳐서 개발 한 프로그램을 적용함.
- 수혜학생 : 서울 영림중학교, 시흥중학교 1학년 주제선택 프로그램 선택학생 148명
나. 연구 결과
1) 서울 남부교육청 과학영재반 탐구활동용 STEAM 프로그램 만족도 조사결과
○ 만족도 조사 결과
항 목 평균
1 STEAM 수업에 만족하십니까? 3.84
2 STEAM 수업은 재미있었나요? 3.84
3 STEAM 수업 활동에 적극적으로 참여하였나요? 3.93
4 STEAM 수업의 내용 수준은 어떠하다고 생각합니까? 3.77
9-1 나는 과학 수업이 재미있어졌다 3.90
9-2 나는 과학·수학 학습 내용에 대해 많이 이해하게 되었다 3.81
9-3 나는 과학·수학 학습에 대한 흥미가 생겼다 3.90
9-4 나는 과학기술에 대한 관심이 생겼다 3.90
9-5 나는 과학 관련 책이나 글을 읽는 것이 좋아졌다 3.83 9-6 나는 문제해결을 위해 스스로 생각을 하게 되었다 3.83 9-7 나는 다양한 학습 활동을 끝까지 해내게 되었다 3.90
9-8 나는 한 가지 문제를 다양하게 생각해보았다 3.83
9-9 나는 배운 내용을 실생활과 연관 지으려고 노력하였다 3.76 9-10 나는 문제해결에 여러 과목에서 배운 지식을 동시에 적용하려고 노력하였다 3.81
9-11 나는 적극적이고 활발하게 수업에 참여하였다 3.88
9-12 나는 친구들과 합리적으로 토론하였다. 3.79
9-13 나는 다른 친구들에게 나의 아이디어를 표현하였다 3.79 9-14 나는 다른 친구들의 의견을 경청하고 존중하였다 3.83 9-15 나는 다른 친구들과 협력하는 것의 중요성을 생각하는 마음이 생겼다 3.83
9-16 나는 다른 친구들을 배려하는 마음이 생겼다 3.79
9-17 나는 실패하는 것을 두려워하지 않고, 도전의식이 생겼다 3.83 9-18 나는 과학기술 분야와 관련된 직업에 대한 관심이 생겼다 3.81
과학영재반 탐구활동 STEAM 프로그램의 만족도 조사 결과를 볼 때 본 프로그램에 대한 학생들의 만족도는 대체로 높았다. 특히 문항 ‘9-1. 과학수업이 재미있어 졌다(3.90) / 9-3.나 는 과학·수학 학습에 대한 흥미가 생겼다(3.90)/ 9-4 나는 과학기술에 대한 관심이 생겼다 (3.90)’의 결과를 통해 본 프로그램이 과학에 대한 흥미를 높이는 데 매우 효과적이라고 판단 할 수 있었다.
한편 문항 ‘9.7 나는 다양한 학습 활동을 끝까지 해내게 되었다(3.90)‘의 결과는 학생들이 탐구 결과를 포스터로 제작하고, 발표하며 서로 피드백을 주고 받는 과정을 통해 탐구의 과 정 뿐만 아니라 결과를 공유하는 활동을 경험하면서 탐구의 완결성을 높이도록 구성한 프로 그램의 효과라고 생각해 볼 수 있었다.
‘문항 5. 일반 수업과 이번에 참여한 STEAM 수업의 가장 큰 차이점이 무엇이라고 생각하 는지 한 개만 고르세요.’ 의 경우 학생들은 ‘수학, 과학, 기술등 여러 과목을 관련지어 배울수 있었다(27%)’ 와 ‘친구들과 협력해서 수행하는 모둠별 활동이 많다(34%)’의 응답률을 보여 본 STEAM 프로그램이 다양한 분야가 적절히 융합된 협력활동 중심의 프로그램임을 확인할 수 있었다.
‘문항 7. STEAM 수업 중 가장 어려웠던 점은 무엇인지 한 개만 고르세요.’의 경우 61%의 학생들이 활동시간의 부족을 선택하였는데, 만족도 조사 전후 학생들에게 질의 응답한 결과 자유탐구 시간을 4차시에서 8차시 정도로 늘여야 선택한 주제에 대한 다양한 접근과 깊이있 는 연구가 가능할 것이라는 결론을 내릴 수 있었다.
2) 중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램 만족도 결과
○ 만족도 조사 결과
항 목 평균
1 STEAM 수업에 만족하십니까? 3.89
2 STEAM 수업은 재미있었나요? 3.96
3 STEAM 수업 활동에 적극적으로 참여하였나요? 3.91
4 STEAM 수업의 내용 수준은 어떠하다고 생각합니까? 3.44
9-1 나는 과학 수업이 재미있어졌다 3.69
9-2 나는 과학·수학 학습 내용에 대해 많이 이해하게 되었다 3.73
9-3 나는 과학·수학 학습에 대한 흥미가 생겼다 3.67
9-4 나는 과학기술에 대한 관심이 생겼다 3.67
9-5 나는 과학 관련 책이나 글을 읽는 것이 좋아졌다 3.33 9-6 나는 문제해결을 위해 스스로 생각을 하게 되었다 3.67 9-7 나는 다양한 학습 활동을 끝까지 해내게 되었다 3.78
9-8 나는 한 가지 문제를 다양하게 생각해보았다 3.62
9-9 나는 배운 내용을 실생활과 연관 지으려고 노력하였다 3.49 9-10 나는 문제해결에 여러 과목에서 배운 지식을 동시에 적용하려고 노력하였다 3.60
9-11 나는 적극적이고 활발하게 수업에 참여하였다 3.76
9-12 나는 친구들과 합리적으로 토론하였다. 3.67
9-13 나는 다른 친구들에게 나의 아이디어를 표현하였다 3.84 9-14 나는 다른 친구들의 의견을 경청하고 존중하였다 3.80 9-15 나는 다른 친구들과 협력하는 것의 중요성을 생각하는 마음이 생겼다 3.84
9-16 나는 다른 친구들을 배려하는 마음이 생겼다 3.82
9-17 나는 실패하는 것을 두려워하지 않고, 도전의식이 생겼다 3.60 9-18 나는 과학기술 분야와 관련된 직업에 대한 관심이 생겼다 3.36
중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램의 만족도 조사 결과를 볼 때 본 프로그램에 대한 학생들의 만족도는 대체로 높았다. 특히 문항 ‘1. STEAM 수업에 만족하십니까(3.89) / 2. STEAM 수업은 재미있었나요?(3.96) /3. STEAM 수업 활동에 적극적으로 참여하였나 요?(3.91).’의 결과로 학생들이 본 프로그램에 대해 흥미도가 높음을 확인 할 수 있었다.
문항 ‘9-13 나는 다른 친구들에게 나의 아이디어를 표현하였다(3.84)’의 결과를 볼 때, 학생 들에게 매 시간 빛의 특성을 각자의 개성이 담긴 작품으로 표현하도록 한 것이 효과적이었 음을 알 수 있었으며, ‘9-15 나는 다른 친구들과 협력하는 것의 중요성을 생각하는 마음이 생겼다(3.84)’는 통해 모둠별로 협동하여 컬러 그림자극을 만드는 과정 및 다양한 실험 활동 을 진행하면서 서로 의사소통을 통해 협력하는 자세를 배울 수 있는 활동이라고 생각할 수 있었다.
한편 ‘문항 5. 일반 수업과 이번에 참여한 STEAM 수업의 가장 큰 차이점이 무엇이라고 생 각하는지 한 개만 고르세요.’ 의 경우 학생들은 ‘수학, 과학, 기술등 여러 과목을 관련지어 배 울 수 있었다(25%)’ 와 ‘친구들과 협력해서 수행하는 모둠별 활동이 많다(29.5%)’의 응답률을 보여 본 STEAM 프로그램이 다양한 분야가 적절히 융합된 협력활동 중심의 프로그램임을 확 인할 수 있었다.
‘문항 7. STEAM 수업 중 가장 어려웠던 점은 무엇인지 한 개만 고르세요.’의 경우 ‘수업 중 문제해결 또는 설계활동(31%), 활동 시간의 부족(40%)’의 응답률을 보여 학생들이 스스로 과 제를 구상하고 제한 시간내에 작품으로 표현하는 활동을 어려워 하는 것으로 생각해 볼 수 있었다. 만약 본 프로그램을 다시 적용하게 된다면 활동의 난이도를 조금 낮추고, 강의 시간 을 줄이는 대신 학생들의 작품 활동에 더 많은 시간을 배정하여 학생들이 충분한 여유를 가 지고 활동에 참여할 수 있도록 배려해야 할 것이다.
4. 결론 및 제언
1) 서울 남부교육청 과학영재반 탐구활동용 STEAM 프로그램
2014년 한국과학창의재단과 한국기술교육대학교에서 개발한 ‘이웃을 위한 기술 나눔, 적정 기술’ 프로그램을 과학 영재반 학생들의 탐구 활동용으로 재구성하기 위해 기존의 프로그램 에 동영상 보기나 자료 읽기 등의 활동 대신 학생들이 스스로 적정기술을 개선하기 위한 자 유 설계 실험을 추가하였다. 활동의 결과물은 모둠별 포스터 형식으로 제작하고 다른 모둠과 다른 학년의 영재반 학생들에게 발표하고 질의 응답하는 과정으로 수정하였으며. 활동 평가 는 교사의 평가 이외에도 학생들의 동료평가 항목을 체크리스트로 작성하여 실험설계, 적정 기술의 개선 정도, 적합성, 포스터, 발표내용 전반을 평가하도록 구성였다.
총 16차시에 걸친 프로그램 적용 결과 과학에 대한 학생들의 흥미도를 높이는 데 큰 기 여를 했음을 알 수 있었고, 만족도 조사지 분석 통해 본 프로그램이 다양한 과목이 유기적으 로 통합된 협력활동 중심의 프로그램임을 확인 할 수 있었다.
2) 중학교 1학년 자유학기제용 STEAM 프로그램
2013년 한국과학창의재단과 이화여자대학교에서 개발한 ‘빛을 디자인하다’ 프로그램을 중 학교 1학년 자유학기제 주제선택 프로그램으로 운영할 수 있도록 재구성하였다. 기존의 프 로그램 중 중학교 1학년 교육과정에 벗어나는 내용을 삭제하거나 다른 활동으로 대체하였 으며, 조명 만들기 활동에 컬러 그림자극을 추가하여 빛의 특성을 보다 다양하고 역동적인 매체로 표현하도록 개발하였다.
총 16차시에 걸쳐 개발된 프로그램을 적용한 결과 프로그램에 대한 학생 만족도가 높게 평가되었으며, 학생들은 자신의 아이디어를 작품을 통해 표현하는 과정에 대해 특히 만족스 러워 했다. 또한 만족도 결과 분석을 통해 본 프로그램이 교과 융합적이며, 의사소통과 협력 과정을 촉진시키는 활동임을 알 수 있었다.
5. 참고문헌
2013 융합인재교육(STEAM) 프로그램, 빛을 디자인 하다, 한국과학창의재단, 이화여자대학교 2014 융합인재교육(STEAM) 프로그램, 이웃을 위한 기술 나눔 적정기술, 한국과학창의재단,
한국기술교육대학교
[부록1] 현장적용 결과 요약
<STEAM 프로그램(수업) 현장적용 요약>
구분 STEAM
프로그램명 적용 학교명 적용
학년 적용 교과(시수) 적용 기간 수혜 학생 수
1 이웃을 위한 나눔 적정기술
서울 남부교육청
과학 영재반 1 과학 탐구 (16) 6.18. ~ 8.4 20
서울 남부교육청
과학 영재반 2 과학 탐구 (16) 6.18. ~ 8.4 20
서울 남부교육청
과학 영재반 3 과학 탐구 (16) 6.18. ~ 8.4 20
2 빛을 디자인 하다.
서울 영림중학교 1 자유학기제(16) 8.16 ~ 12.29 98
서울 시흥중학교 1 자유학기제(16) 8.16 ~ 12.29 50
[붙임1] 수업지도안 1 이웃을 위한 기술 나눔‘적정기술’
1. 프로그램 개요
주제 이웃을 위한 기술 나눔- 적정기술 관련교과 (학년) 중학교 1,2,3학년 (과목) 과학 영재반 탐구활동
학습 목표
내용 목표
• (1학년) 물을 효율적으로 이동시키는 방법을 설계하고, 직접 실험을 통해 적정기술 의 가능성을 시험할 수 있다.
• (2학년) 비용이 적게 드는 보냉, 보온 장치를 구상할 수 있다.
• (3학년) 눈의 구조와 조절작용을 알고, 시력교정을 위한 장치를 설계할 수 있다.
과정 목표
• 삶의 질을 향상시킬 수 있는 방법을 알고 실천할 수 있다.
• 협동의 중요성을 이해하고 공감과 소통을 바탕으로 협동하려는 태도를 지닌다.
STEAM 과목 요소
S 물의 중요성, 물의 순환 과정 알기
T/ E 직접 설계한 적정기술의 기능을 확인하기 위해 실험 장치를 구성 창의적으로 새로운 장치를 구상하고 자신의 아이디어를 나타냄 A 아이디어를 사용자 중심에서 수정하되 심미성을 고려하여 디자인 함.
M 자신이 구상한 장치의 적정가격 책정하기
개발 의도 힘과 운동, 열의 이동, 눈의 작용 등 과학 원리를 응용하여 적정기술을 개발, 개선 해 보면서 과학기술이 사회와 인간생활에 도움을 주는 방법을 경험한다.
[ 굴러라 물, 흘러라 물 ] 전 세계 인구가 급격히 증가하면서 식수 및 생활용수에 대한 수요가 급증 한 데 비해 무분별한 개발과 수질 오염으로 인해 실제 사용할 수 있는 수자원은 수요를 따르지 못하고 있다. 지구촌 전체가 물 부족을 심각한 문제로 생각하고 있으며 이에 우리의 생존과 직 접적인 관련을 가지고 개발된 적정기술인 물수집 및 운반장치를 다루었다.
[ 따뜻한 방에서 시원한 과일을 ] 저위도 지방에 해당되는 아프리카나 동남아시아 저개발 지역의 경우 과잉 에너지로 인해 기온이 높으며, 물과 전기가 부족하고 운송수단도 발달하지 못해 먹거 리를 저장하는 것이 생존에 있어 큰 문제이다. 이러한 문제의 해결을 위해 전기를 사용하지 않 는 냉난방 기구의 개발을 다루었다.
[ 밝은 세상으로 삶의 질을 높여라 ] 저개발 국가의 비용 부담을 최소화하면서 시력 향상을 통한 삶의 질 개선을 위해 액체 안경이 개발되었으며 활용 지역도 점차 늘어나고 있다. 이에 액체안 경의 보완과 개선 방법을 다루었다.
STEAM 단계 요소
상황 제시
• 동영상 시청 후 수자원 공급이 어려운 지역의 지리적, 사회적여건 이해하기
• 나빠진 시력을 해결할 수 있는 기술에는 어떤 것이 있을까?
창의적 설계
• 고인 물을 공급받아 이용할 때 발생하는 문제를 해결할 수 있는 방법 고안
• 열의 이동을 고려하면서 경제적인 보온·보냉 장치를 하기
• 눈의 시력조절 과정을 렌즈에 의한 빛의 굴절과 연결 지어 설명해 보기 감성적
체험
• 각자 개발하거나 보완한 적정기술이 필요한 곳과 보급 방법을 생각해보고 이 장치가 보급되었을 때 영향력은 어떠할지 생각해 본다.
2. 교육과정
1) 1학년 - 굴러라 물, 흘러라 물
차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취 목표/요소
1-4
차시 과학
• 과9071-2. 물이 소중한 자원임을 설명 할 수 있다.
• 과9032. 중력, 탄성력, 마찰력, 전기력, 자기력 등 여러 가지 힘의 특징을 알 고 이들이 주변의 현상을 이해하는데 어떻게 활용되는지 이해한다.
• 과9043-4. 증산작용을 광합성과 관련지 어 설명할 수 있다.
• 과9131-1. 일의 정의를 진술할 수 있고 일의 크기를 계산할 수 있다.
• 과9132-2. 간단한 도구(지레, 도르래, 빗 면 등)를 유용하게 사용하는 예를 설명 할 수 있다.
/ 적정기술의 정의와 현재까지 개발된 다양한 적정기술의 종류와 영향 알아보기
물 부족 현실과 수자원 현황 파악
물의 순환 과정을 이해하고 인간이 생활용수로 사용하는 물을 효율적 으로 이동시키는 방법을 고안하기
5-8 차시
과학 • 과9224. 과학이 사회와 문화예술, 환경
등 우리 생활에 미치는 영향을 안다. 물의 순환 과정을 이해하고 인간이 생활용수로 사용하는 물을 효율적 으로 이동시키는 방법을 고안하기
/ 물을 효율적으로 운반하기 위한 장치 설계 및 상호 평가
설계한 장치의 기능적인 면과 심미적인 면을 고려하여 수정하기 기술
가정
• 기9212-2. 새로운 제품을 구상하고 입 체 투상법을 활용하여 자신의 아이디 어를 스케치할 수 있다.
• 기9212-3. 생활 속의 제품의 문제를 확 산적 사고 기법, 수렴적 기법을 활용하 여 창의적으로 해결할 수 있다.
9-16 차시
과학 • 과9224. 과학이 사회와 문화예술, 환경 등 우리 생활에 미치는 영향을 안다.
설계한 장치의 원리와 실행과정을 효과적 전달할 수 있는 포스터 제작 하하고 발표하기
국어
• 듣기와 말하기
(2) 공식적인 상황에서 상대의 말을 정리 하며 듣고, 자신의 의견을 조리 있게 말 한다.
(6) 다양한 논제에 대해 토론하고 토론의 과정과 결과를 평가한다.
• 쓰기
(1) 주제, 목적, 독자를 고려하여 쓰기 과 정을 계획하고, 점검하고 조정한다.
(4) 관찰, 조사, 실험한 내용을 절차와 결 과가 드러나게 보고하는 글을 쓴다.
1) 2학년 - 따뜻한 방에서 시원한 과일을!
차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취 목표/요소
1-4
차시 과학
• 과9052. 접촉한 두 물체의 온도가 다르 면, 두 물체사이에서 열이 이동하여 열 평형에 이르는 과정을 설명할 수 있다.
• 과9053. 열의 이동 방법인 전도, 대류, 복사를 구별하고 각각의 특징을 알며, 각각의 예를 설명할 수 있다.
• 과9054-1. 물질에 따라 비열이 다르고, 이에 의해 나타나는 현상을 설명할 수 있다.
• 과9102-2. 위도에 따른 태양 복사 에너 지와 지구 복사 에너지의 평형을 설명 할 수 있다.
• 과9171-5. 지구의 공전으로 인해 나타 나는 현상을 설명할 수 있다.있다.
몽골과 아프리카 지역의 생활에 대한 자료 읽기
위도에 따른 태양복사에너지와 열의 이동에 대해 알아보기
경제적인 보냉·보온 장치를 필요로 하는 곳에 대해 조사하기
열의 이동 방법 알아보기
열의 이동, 열용량 등의 개념으로 보온·보냉 장치에 대하여 토의하기
보온·보냉을 위한 장치 설계하기
5-8 차시
과학 • 과9224. 과학이 사회와 문화예술, 환경
등 우리 생활에 미치는 영향을 안다. 자신이 구상한 안경을 사용자 중심에서 편리하되 심미성을 고려 하여 디자인 하기
설계한 장치의 기능적인 면과 심미적인 면을 고려하여 수정하기 기술
가정
• 기9212-2. 새로운 제품을 구상하고 입 체 투상법을 활용하여 자신의 아이디 어를 스케치할 수 있다.
• 기9212-3. 생활 속의 제품의 문제를 확 산적 사고 기법, 수렴적 기법을 활용하 여 창의적으로 해결할 수 있다.
9-16 차시
과학 • 과9224. 과학이 사회와 문화예술, 환경 등 우리 생활에 미치는 영향을 안다.
설계한 장치의 원리와 실행과정을 효과적 전달할 수 있는 포스터 제작 하하고 발표하기
국어
• 듣기와 말하기
(2) 공식적인 상황에서 상대의 말을 정리 하며 듣고, 자신의 의견을 조리 있게 말 한다.
(6) 다양한 논제에 대해 토론하고 토론의 과정과 결과를 평가한다.
• 쓰기
(1) 주제, 목적, 독자를 고려하여 쓰기 과 정을 계획하고, 점검하고 조정한다.
(4) 관찰, 조사, 실험한 내용을 절차와 결 과가 드러나게 보고하는 글을 쓴다.
3) 3학년 - 밝은 세상으로 삶의 질을 높여라!
차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취 목표/요소
1-4
차시 과학
• 과9091. 물체를 보는 원리를 설명할 수 있다.
• 과9141-1. 눈의 구조와 기능을 설명할 수 있다.
• 과9093-1. 여러 가지 거울과 렌즈를 통 해 나타나는 상을 관찰한다.
• 과9093-3. 볼록 렌즈에 의한 상의 생성 원리를 이해하고 설명할 수 있다.
빛의 성질과 렌즈에 의한 상, 눈의 구조와 눈의 이상 교정 방법 알기
안경을 맞추는 과정 생각하기
창의적으로 새로운 제품을 구상하 고 입체 투상법을 활용하여 자신의 아 이디어 나타내기
설계한 장치의 영향력 생각해 보기
적정기술로써의 안경 사례 확 인하기
5-8 차시
과학 • 과9224. 과학이 사회와 문화예술, 환경 등 우리 생활에 미치는 영향을 안다.
자신이 구상한 안경을 사용자 중심 에서 편리하되 심미성을 고려하여 디 자인하기
설계한 장치의 기능적인 면과 심미 적인 면을 고려하여 수정하기
기술 가정
• 기9212-2. 새로운 제품을 구상하고 입 체 투상법을 활용하여 자신의 아이디 어를 스케치할 수 있다.
• 기9212-3. 생활 속의 제품의 문제를 확 산적 사고 기법, 수렴적 기법을 활용하 여 창의적으로 해결할 수 있다.
9-16 차시
과학 • 과9224. 과학이 사회와 문화예술, 환경 등 우리 생활에 미치는 영향을 안다.
설계한 장치의 원리와 실행과정을 효과적 전달할 수 있는 포스터 제작 하하고 발표하기
국어
• 듣기와 말하기
(2) 공식적인 상황에서 상대의 말을 정리 하며 듣고, 자신의 의견을 조리 있게 말 한다.
(6) 다양한 논제에 대해 토론하고 토론의 과정과 결과를 평가한다.
• 쓰기
(1) 주제, 목적, 독자를 고려하여 쓰기 과 정을 계획하고, 점검하고 조정한다.
(4) 관찰, 조사, 실험한 내용을 절차와 결 과가 드러나게 보고하는 글을 쓴다.
3. 차시별 계획 총괄표
1) 1학년 - 굴러라 물, 흘러라 물
차시 학습 내용
1-4 차시
소주제 물 부족 지역을 위한 적정기술 장치 설계하기
• 물이 부족한 지역에서 물을 얻기 위해 어려움을 겪는 어린이의 이야기를 플래시 자료를 보고 문제 인식하기
• 지구상의 물에 대해 알아보기
• 마찰력과 일의 양 관련 내용 정리식물의 수분흡수, 증산작용을 통해 알 수 있는 물의 특성 이해하기
• 마찰력과 증산작용의 특성을 응용하여 물이 부족한 지역에서 사용할 수 있는 적정기술 개발하기
• 개발한 장치를 적용할 수 있는 나라, 환경 알아보기
• ‘Q 드럼’, ‘히포 롤러’, ‘Balde a Balde’ 장치의 원리 알아보기
5-8 차시
소주제 모둠별 자유설계 실험을 통해 개발한 적정기술 실험해 보기
• 모둠별로 1-4차시에 설계한 적정기술 장치의 모형을 제작하여 실험해 보면서 개발한 장 치의 성능과 특성을 알아보기
• 적정기술 장치의 단점을 줄이기 위한 방안 모색하기
• 자유롭게 실험과정을 설계하고 수행해 보면서 탐구 과정 익히기
9-12 차시
소주제 개발한 적정기술을 홍보하기 위한 포스터 제작하기
• 1-8차시에서 설계하고 실험한 적정 기술 장치를 홍보하기 위한 포스터 제작하기
• 13-16차시의 의 포스터 발표 대회를 위한 발표 원고를 작성하고 예상 질문과 답변 목 록 작성하기
13-16 차시
소주제 학년 간, 모둠 간 포스터 발표를 통해 피드백 주고받기
• 포스터 발표대회 방법과 진행과정 익히기
• 각 학년 당 5개로 편성된 모둠은 5회에 걸쳐 다른 학년 학생들에게 포스터와 발표 자 료를 이용하여 각 모둠에서 개발한 적정기술 장치를 소개하고 질의 응답하기
• 발표를 듣는 학생들은 동료 평가지를 이용하여 상호평가하기
• 한 학년에 1시간씩, 총 3시간 동안 교차 발표하고 피드백 주고받기
2) 2학년 - 따뜻한 방에서 시원한 과일을!
차시 학습 내용
1-4 차시
소주제 경제적인 보온, 보냉 장치 고안하기
• 여름에는 겨울이 그립고 겨울에는 여름이 그리운 상황에 대한 내용을 읽고, 몽골과 에 티오피아의 현실 분석하기
• 위도에 따른 태양 복사에너지 알아보기
• 한대지방과 열대지방에서 필요한 보온·보냉 장치에 대하여 알아보기
• 난로나 냉장고가 부족하거나 없는 지역 사람들의 생활에서의 문제점에 대해 생각해보기
• 경제적인 보온·보냉 장치를 설계하기
• 설계한 보온·보냉 장치를 필요로 하는 곳과 보급 방법 생각해보기
• 실제 사용되는 장치 확인하기, 영향력 생각해보기
5-8 차시
소주제 모둠별 자유설계 실험을 통해 개발한 적정기술 실험해 보기
• 모둠별로 1-4차시에 설계한 적정기술 장치의 모형을 제작하여 실험해 보면서 개발한 장치의 성능과 특성을 알아보기
• 적정기술 장치의 단점을 줄이기 위한 방안 모색하기
• 자유롭게 실험과정을 설계하고 수행해 보면서 탐구 과정 익히기
9-12 차시
소주제 개발한 적정기술을 홍보하기 위한 포스터 제작하기
• 1-8차시에서 설계하고 실험한 적정 기술 장치를 홍보하기 위한 포스터 제작하기
• 13-16차시의 의 포스터 발표 대회를 위한 발표 원고를 작성하고 예상 질문과 답변 목록 작성하기
13-16 차시
소주제 학년간, 모둠간 포스터 발표를 통해 피드백 주고받기
• 포스터 발표대회 방법과 진행과정 익히기
• 각 학년당 5개로 편성된 모둠은 5회에 걸쳐 다른 학년 학생들에게 포스터와 발표 자료 를 이용하여 각 모둠에서 개발한 적정기술 장치를 소개하고 질의 응답하기
• 발표를 듣는 학생들은 동료 평가지를 이용하여 상호평가하기
• 한 학년에 1시간씩, 총 3시간 동안 교차 발표하고 피드백 주고받기
3) 3학년 - 밝은 세상으로 삶의 질을 높여라!
차시 학습 내용
1-4 차시
소주제 스스로 시력을 교정할 수 있는 안경 구상하기
• 시력이 나빠졌을 경우 해결 방법 알아보기
• 눈의 구조와 시력 교정 방법, 시력 이상이 올 수 있는 생활 습관에 대해 알아보기
• 병원과 안경원이 부족하거나 없는 지역 사람들의 시력 교정 문제에 대해 생각해보기
• 시력 교정과 렌즈에 의한 빛의 굴절간의 관계를 이용하여 시력 교정 장치 설계하기
• 설계한 안경을 필요로 하는 곳과 보급 방법 생각해보기
5-8 차시
소주제 모둠별 자유설계 실험을 통해 개발한 적정기술 실험해 보기
• 모둠별로 1-4차시에 설계한 적정기술 장치의 모형을 제작하여 실험해 보면서 개발한 장 치의 성능과 특성을 알아보기
• 적정기술 장치의 단점을 줄이기 위한 방안 모색하기
• 자유롭게 실험과정을 설계하고 수행해 보면서 탐구 과정 익히기
9-12 차시
소주제 개발한 적정기술을 홍보하기 위한 포스터 제작하기
• 1-8차시에서 설계하고 실험한 적정 기술 장치를 홍보하기 위한 포스터 제작하기
• 13-16차시의 의 포스터 발표 대회를 위한 발표 원고를 작성하고 예상 질문과 답변 목 록 작성하기
13-16 차시
소주제 학년간, 모둠간 포스터 발표를 통해 피드백 주고받기
• 포스터 발표대회 방법과 진행과정 익히기
• 각 학년 당 5개로 편성된 모둠은 5회에 걸쳐 다른 학년 학생들에게 포스터와 발표 자 료를 이용하여 각 모둠에서 개발한 적정기술 장치를 소개하고 질의 응답하기
• 발표를 듣는 학생들은 동료 평가지를 이용하여 상호평가하기
• 한 학년에 1시간씩, 총 3시간 동안 교차 발표하고 피드백 주고받기
4. 평가계획
연번 평가 기준 방 법
1 장치를 필요로 하는 곳에서 현지 사정과 사용의 편리성을 고려하여 설계
할 수 있는가? 수행 평가
2 장치의 설계도를 과학적 원리를 적용하여 알맞은 방법으로 나타낼 수 있
는가? 산출물 평가
3 산출물 제작 과정에 적극적인 태도로 임하는가? 관찰평가
4 다양한 방법으로 실제 장치를 사용하는 곳의 상황을 비교 분석하고 보급
에 필요한 경제적 가치를 책정할 수 있는가? 산출물 평가
[ 1학년 ] 굴러라 물, 흘러라 물 !
1-4차시 교수학습 지도안
수업주제 음보마와 리나를 돕는 물 이동장치 고안하기 차시 1-4 / 16차시
관련 과목 및 교육과정
• 과학
과9071-2. 물이 소중한 자원임을 설명할 수 있다.
과9032. 중력, 탄성력, 마찰력, 전기력, 자기력 등 여러 가지 힘의 특징을 알고 이들이 주변의 현상을 이해하는데 어떻게 활용되는지 이해한다.
• 기술∙가정 : 9212-3. 생활 속의 제품의 문제를 확산적 사고 기법, 수렴
• 미술 : 미9211. 새롭고 다양한 관점에서 주제를 설정하기
학습 목표 • 마찰력의 특성과 증산작용 원리를 이용하여 물을 효과적으로 이동시킬 수 있는 장치 를 고안해 보자.
학습과정 교수 – 학습 활동 준비물
도입 (1차시)
[들어가기] 수도꼭지가 없다고?
- 물이 부족한 지역에서 물을 얻기 위해 어려움을 겪는 어린이의 이 야기를 플래시 자료로 보기
동영상 PPT
학습 활동 (2~3차시)
[생각열기] 지구의 물에 대해 알아볼까?
- 지구상의 물의 양과 수자원 현황에 대해 알아보기 - 우리나라의 수자원 현황 파악하기
[생각 펼치기] 음보마와 리나를 도와요.
- 마찰력과 일의 양 관련 내용 정리
- 식물의 수분흡수, 증산작용을 통해 알 수 있는 물의 특성 이해하기 - 마찰력과 일의 양 관련 내용을 이용하여 물 운반 과정에서 힘
을 적게 들이면서 큰 일을 할 수 있는 방안 생각해보기
- 물의 특성을 이용하여 일상생활에서 물이 흐르게 할 수 있는 방법 생각해보기
학생활동지 실험기구
설계도
마무리 (4차시)
[실제사례 알아보기] Q 드럼, 히포 룰러, Blade a blade
- ‘Q 드럼’, ‘히포 롤러’, ‘Balde a Balde’ 장치의 원리 알아보기 - 실제 개발된 사례를 통해 개발한 장치의 영향력을 생각해 보기
보고서 채색도구
지도상의 유의점
토요일 오전 1~4교시까지 블록타임제로 운영하는 남부교육청 과학 영재반 수업이므로 일반적인 45분 수업과 차별화하여 운영함.
굴러라 물, 흘러라 물
1. 지구상에서 물이 부족한 지역은 어디일까?
2. 물이 부족한 지역에 사는 사람들은 어떻게 살아가고 있을까?
3. 상수도 시설이 없는 지역은 어떤 어려움이 있을까?
▶ 들어가기
수도꼭지가 없다고?
우리나라에서는 수도꼭지만 틀면 나오는 것이 물이 나오기 때문에 평소에 물이 귀하다는 생각을 자주 하지 않는다. 그러나 아프리카, 동남아시아의 일부 지역은 강수량 부족, 난개발, 수도 시설 미 흡 등으로 인해 생존에 필요한 최소한의 물을 얻는데 큰 어려움을 겪고 있다.
Episode1. < 음보마 이야기 >
오른쪽 QR 코드에 링크된 플래시 자료를 보자.
아프리카에 사는 음보마는 매일매일 먼 거리에 있는 물을 길으 러 새벽부터 길을 나선다. 한 번 다녀오는데 오랜 시간이 걸리기 때문에 물을 길어오기 위해 일찍부터 서두르지만 한 번에 길어오 는 물은 고작 6L 정도이다. 물이 없으면 생활을 하는 것이 불가능 하기 때문에 음보마는 학교 가는 것을 포기하고, 어머니는 집안일 을 미뤄두고 물을 길으러 다닌다. 음보마는 물을 길어오는 길에 야생동물의 습격을 받아 큰 일이 날 뻔한 적도 있고 험한 길을 맨발로 다녀 발을 다친 적도 있었다.
물이 부족한 곳에 사는 음보마에게 물을 쉽게 구할 방법만 있다 면 학교에 갈 수도 있을 것이고 위험한 상황에 덜 놓일 수도 있 을 것이다.
그렇다면 보다 쉽게 물을 받아오는 방법은 없을까? 물론 수도관
시설을 설치하면 해결이 되겠지만, 너무 많은 비용이 들며, 기본적으로 많은 양의 물이 공급될 수 있어야하지만 현실적으로 너무 제약이 많다. 경제적으로 어려운 지역에서 보다 쉽게 물을 받을 수 있는 방법은 무엇일까?
Episode2. < 고인 물로 살아가기 >
페루에 사는 리나는 수돗물이 공급되지 않는 지역에 살고 있다.
리나의 가족은 큰 트럭이 물을 싣고 마을로 들어서면 큰 양동이에 물을 옮겨 닮아 집까지 나른다.
집에 가져온 물은 손을 씻거나 마시거나 음식을 하기 위해 여러 가지 용기로 옮겨 다닌다. 음식물
<음보마 이야기>
[플래시 자료 출처 : 한국 물의 날 공식 홈페이지(http://www.ilo vewater.or.kr/homepage/sub/sub _animation_v.jsp?p_rowid=31&p_
pageno=1)]
이 남아 있던 그릇으로 양동이의 물을 뜨려다가 깨끗한 물이 더러워진 적도 있고 바가지를 놓쳐 아까운 물을 쏟은 적도 한 두 번이 아니다. 리나의 가족은 더러워진 물을 먹고 배탈이 나거나 병에 걸린 적도 있다. 그래도 물이 귀하기 때문에 더러워진 물은 다음 트럭이 올 때까지 사용해야 한다.
수돗물이 없는 리나가 좀 더 깨끗하게 물을 이용할 수 있는 방법은 없을까?
1. 아프리카의 음보마나 리나처럼 오염된 물을 식수로 사용할 때 어떤 문제가 생길 수 있을까?
2. 아이들이나 여자들이 음보마처럼 매일 수 시간에 걸쳐서 무거운 물을 운반해야 식수를 구할 수 있다면, 어떤 문제가 생길 수 있을까?
▶ 생각열기
지구의 물에 대해 알아볼까?
지구의 물은 얼마나 될까? 강물은 흘러서 어디로 갈까?
지구의 물이 어떤 여행을 하는지 알아보고 지구 전체의 물의 양과 우리가 사용할 수 있는 물의 양에 대해 알아보자.
1. 물의 순환
지구의 물은 상태변화를 하며 지표와 대기 사이를 이동한다. 지표의 물이 증발하면 수증기가 되고, 수증기는 대기와 함께 이동하며 일부는 응결하여 구름이 되고 구름은 비, 눈, 우박 등이 되어 지표 로 되돌아온다. 지표로 돌아온 물은 다시 증발하며 대기 중으로 이동하며 순환을 계속하게 된다.
지표와 대기 사이에서 끊임없이 일어나는 물의 이동 과정을 물의 순환이라 하며 태양 복사 에너 지에 의해 일어난다.
물의 순환 자료 더 보기
물의 순환 설명 더보기 물의 순환송
2. 물의 분포
지구상의 물은 대부분이 바다에 있다. 지구상의 물 중 해수가 차지하는 비율은 97.2%이며, 육지의 물은 2.8% 밖에 되지 않는다. 해수는 인간이 직접 마실 수 없으며 2.8%에 해당하는 육지의 물도 대부분이 극지방의 빙하나 고산지대의 눈과 얼음, 지하수 형태로 존재한다. 지구 전체의 물 중 빙하 나 고산지대의 눈과 얼음이 2.15%, 지하수가 0.62%이며 인간이 손쉽게 이용할 수 있는 강이나 호 수의 물은 0.03%에 불과하다.
☞ 지구상의 물을 원그래프의 형태로 나타내어보자.
3. 우리나라의 물
우리나라의 경우 세계 평균과 비교하여 연평균 강수량은 많지만 인구 밀도가 높아 1인당 강수량 은 적다. 여기에 생활수준이 향상되고 물 보급을 위한 시설도 충분한 편이기 때문에 앞으로 물 부 족 현상이 심화될 것으로 예상된다.
우리나라의 연평균 강수량은 세계 평균과 비교하여 부족한 편이 아니지만 대부분의 강수가 여름 에 집중되어 있다. 또 우리나라는 국토 면적의 70% 이상이 산지로 되어 있어 하천의 길이가 짧고 경사가 급해 여름에 내린 강수를 저장하기에 불리한 지형을 갖고 있다. 이런 이유로 인해 계절에 따라 물부족 현상을 겪기도 한다.
이러한 상황을 알리고 물을 아껴 쓰기 위해 환경부에서는 다양한 홍보활동을 하고 있다.
- 환경부 자료 물사랑 노래 듣기
http://www2.me.go.kr/web/411/inform/common/board/detail.do?idx=151380&decorat or=inform&boardId=inform_01_01¤tPage=15
4. 지구상의 물 현황과 물의 이용
지구상의 물 중 바닷물이 가장 많은데도 불구하고 인간이 활용하기에 적합하지 않은 이유를 설명 해보자.
▶ 생각 펼치기
음보마와 리나를 도와요
1. 마찰력과 일의 양
두 물체의 접촉면에서 물체의 운동을 방해하는 힘을 마찰력이라 한다. 정지해 있는 경우 마찰력은 작용한 힘의 방향과 반대이며, 운동하는 경우 운동방향과 반대 방향이다.
마찰력은 물체가 무거울수록 크고, 접촉면이 거칠수록 크다. 그러나 두 물체의 접촉면의 넓이는 마 찰력의 크기에 영향을 주지 않는다. 바퀴나 구, 원기둥 형태 등을 이용하면 힘을 줄일 수 있다.
2. 식물체에서 물의 이동
식물은 토양으로부터 물을 흡수하고 물관을 통해 뿌리에서 줄기를 지나 잎까지 이동시킨다. 물관 을 통해 물이 이동할 때 가장 큰 원동력이 되는 것은 증산작용이다. 기공을 통해 수증기를 내보내 면 물관에서는 물이 잎으로 올라오게 된다.
식물은 증산작용에 의해 뿌리에서 흡수한 물과 무기 양분을 위로 이동시키며, 물이 증발하면 세포 질의 농도가 높아져 삼투로 인해 뿌리 주변의 물이 흡수될 수 있다. 또한 증산작용을 하게 되면 증 발 과정에서 기화열을 갖고 나가기 때문에 식물체의 온도가 상승하는 것을 방지해주고 식물체 내 의 수분량을 조절하는 효과도 얻을 수 있다.
3. 음보마와 리나를 돕는 방법은?
마찰력과 일의 관계, 물관에서 물의 이동 과정의 원리를 이용하여 물 운반 과정에서 힘을 적게 들 이면서 큰 일을 할 수 있는 방안에 대해 생각해보자.
먼저 음보마와 리나 중 누구를 도울 것인지 정하고 이들을 돕기 위한 장치를 만들어보자. 물을 효율적으로 운반하기 위한 장치나 흐르는 물을 얻기 위한 장치를 설계해보자.
창의적 장치 설계하기
<그림>
<설명>
각자 디자인한 장치를 살펴보고 자신이 설계한 장치가 필요한 곳과 이 장치를 사용했을 때 음보 마나 리나의 생활이 어떻게 바뀔지 정리해보자.
내 장치가 필요한 곳은...
내 장치의 가격과 보급 방법은...
설계한 장치 사용법에 대한 안내서를 제작한다.
내 장치를 사용하면 음보마나 리마의 생활이 이렇게 달라질 거예요.
▶ 실제 사례 알아보 기
‘Q 드럼’, ‘히포 롤러’, ‘Balde a Balde’
현재 물 부족 국가에서 유용하게 적용되고 있는 적정기술 중에는 ‘Q 드럼’, ‘히포 롤러’, ‘Balde a Balde’ 등이 있다. ‘Q 드럼’과 ‘히포 롤러’는 마찰력을 줄여 어린 아이나 여성들도 한번에 50L 이상 의 물을 운반할 수 있는 장치이다.
‘Balde a Balde’는 간단한 원리로 어디서나 흐르는 물을 얻을 수 있는 장치이다.
[관련 동영상]
< 큐드럼 > < 히포드럼 > < Balde a balde >
현재 사용되고 있는 Balde a Balde의 개발자는 Art Center design college의 Kim chow 이다.
Balde a Balde는 페루 리마 지역을 시작으로 보급되고 있다. 초기 개발 이후 3 달러 이하에 판매할 예정이었다.
▶ 출처
1. 물의 순환 설명 더보기
http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AC%BC%EC%9D%98_%EC%88%9C%ED%99%98 2. 물의 순환송
http://lg-sl.net/product/sciencesong/sncsong/readSncsong.mvc?sncsongId=SONG2007010001 3. 큐드럼
https://www.youtube.com/watch?v=XQ_n5y3-Xnk 4. 히포드럼
https://www.youtube.com/watch?v=2S8XekSrSuE 5. Balde a balde
http://www.youtube.com/watch?v=YdXaL9DlEqs
[ 2학년 ] 따뜻한 방에서 시원한 과일을!
1-4차시 교수학습 지도안
수업주제 경제적인 보온, 보냉장치 고안하기 차시 1-4 / 16차시
관련 과목 및 교육과정
• 과학
과9052. 접촉한 두 물체의 온도가 다르면, 두 물체사이에서 열이 이동하여 열평형에 이 르는 과정을 설명할 수 있다.
과9053. 열의 이동 방법인 전도, 대류, 복사를 구별하고 각각의 특징을 알며, 각각의 예 를 설명할 수 있다.
과9054-1. 물질에 따라 비열이 다르고, 이에 의한 현상을 설명할 수 있다.
• 기술가정
기9212-3. 생활 속의 제품의 문제를 확산적 사고 기법, 수렴적 기법을 활용하여 창의적 으로 해결할 수 있다.
학습 목표 • 비용이 적게 드는 보냉, 보온 장치를 구상할 수 있다.
학습과정 교수 – 학습 활동 준비물
도입 (1차시)
[들어가기] 몽골의 바투와 에티오피아의 칼다 이야기
- 겨울을 혹한 속에 보내는 몽골 사람들의 생활에 대한 자료 읽기 - 더위로 인해 식재료의 저장에 어려움이 있어 건강을 위협 받는 에
티오피아 사람들에 대한 자료 읽기
학습지,
학습 활동 (2~3차시)
[생각열기] 바투와 칼다를 어떻게 도울까?
- 위도에 따른 태양 복사에너지 알아보기 - 열의 이동 방법 알아보기
- 열용량을 통해 단열과 폐열 알아보기
[생각펼치기] 간단한 보온•보냉장치 만들어보기
- 전기 없이 음료수를 시원하게 유지할 수 있는 장치 설계하기 - 전기 없이 음료수를 따뜻하게 유지할 수 있는 장치 설계하기
학습지 PPT 자료 설계도
마무리 (4차시)
[실제사례 알아보기] G-saver과 팟인 팟
- 적정기술로써의 보온·보냉 기술 사례 확인하기
G-saver 동영상
지도상의 유의점
토요일 오전 1~4교시까지 블록타임제로 운영하는 남부교육청 과학 영재반 수업이므로 일반적인 45분 수업과 차별화하여 운영함.
따뜻한 방에서 시원한 과일을!
1. 추운 지역에서 추위를 어떻게 이겨냈을까? 더운 지역에서서 더위를 어떻게 이겨냈을까?
2. 연료를 매우 적게 쓰는 난로를 설계하고 제작 할 수 있을까?
3. 전기를 사용하지 않고도 농산물을 시원하게 보관할 수 있을까?
▶ 들어가기
몽골의 바투와 에디오피아 칼다 이야기
< 영하 30℃에서 살아남기 > - 몽골 이야기
몽골과 같은 고위도 지방은 열에너지가 부족하여 온도가 매우 낮다. 낮은 온도로 인하여 농사를 짓기가 어려워, 주로 가축을 방목하며 유목생활을 한다. 집안 형편이 매우 어려운 바투는 몽골의 변두리 지역에 살고 있는 10살 소년이다. 어린 바투는 어려운 가정 형편으로 인하여 엄마와 함께 몽 골 전통가옥 게르에 살며 폐휴지를 주워 생활비를 벌어야 한다.
어려운 생활을 더욱 힘들게 하는 것은 바로 겨울이다. 겨울에 몽골의 기 온은 영하 30이하로 내려간다. 추운 겨울에 휴지를 주우며 다니다 보면 살 이 떨어져 나갈 것 같은 고통이 찾아온다. 3일 이상 열심히 일을 해도 하 루 밤 난로를 뗄 수 있는 연료 밖에 사지 못한다. 그 만큼 연료 값이 비싸
다. 비싼 연료 때문에 대부분의 날을 춥게 지내고, 먹을 것, 입을 것을 제대로 구할 수도 없다. 이들 에게 당장 필요한 것은 무엇일까? 경제적으로 어려운 이들에게 적은 비용으로도 따뜻하게 겨울을 보낼 방법이 있을까?
< 냉장고 없이 살아남기 > - 에티오피아 이야기
아프리카나 동남아시아의 일부 나라는 경제적으로 상당히 어려워서 물과 전 기가 매우 부족하다. 이들 나라는 산업이 발달하지 않아 주로 농수산물을 수확 하여 생계를 이어간다.
에티오피아에 사는 칼다는 며칠 전 과일을 먹고 크게 배탈을 앓았다. 칼다가 먹은 과일이 더운 곳에서 보관하다가 상한 것이었기 때문이다. 이 지역은 온도 와 습도가 높아 음식물이 쉽게 상하게 된다. 칼다가 사는 지역은 전기가 들어 가지 않아 냉장고를 사용할 수 가 없다. 칼다의 가족들은 농작물을 따서 시장 에 내다 팔면서 가정을 꾸려나가고 있다. 그런데 매번 시장까지 농작물을 가져
가면 더운 날씨 때문에 많은 농작물들이 상해서 팔 수 없게 된다. 칼다의 가족들에게 가장 필요한 것은 무엇일까? 전기 없이 농작물을 상하지 않게 보관할 수 있는 방법이 있을까?
< 몽골 기온 관련 자료 >
< 에티오피아 기온 관련 자료 >
▶ 생각열기
바투와 칼다를 어떻게 도울까?
1. 우리의 생활과 비교해보기
☞ 칼다와 같이 전기를 사용하기 어려운 지역에서 농작물을 보관하는 방법은 무엇이 있을까? 자신 의 생각을 글이나 그림으로 자유롭게 표현해보자.
2. 자신의 집에서 겨울에 어떻게 따뜻하게 보내는지 몽골의 사람들과 비교하여 생각해보자. 또, 여 름에는 어떻게 시원하게 음식물을 보관하는지 에티오피아 사람들의 생활과 비교하여 생각해보자.
☞ 겨울에 어떻게 따뜻하게 보내고, 여름에 어떻게 시원하게 음식을 보관하는가?
3. 관련된 과학 지식
1) 더운 여름에 냉장고에 있던 시원한 음료수를 꺼내어 두면 온도가 어떻게 될까? 거꾸로 추운 겨 울에 온장고에 있던 따뜻한 음료수를 꺼내어 두면 온도가 어떻게 될까? 정수기의 온수와 냉수를 섞 은 후에 온도 변화를 관찰해보자.
☞ 냉수와 온수를 섞으면 온도가 어떻게 변하는가?
2) 태양에너지
지구의 모양은 둥근 원형이다. 이로 인하여 태양으로부터 받은 에너지의 양이 지구의 각 지역마다 다르다.
극지방에 가까울수록 동일한 면적에서 받는 태양에너지가 적고, 적도지방에 가 까울수록 동일한 면적에서 받는 태양에너지가 많다. 이러한 차이로 인하여 적도 지방에 가까운 지역은 기온이 높고, 극지방에 가까운 지역은 기온이 낮다.
☞ 우리나라는 북위 33°~43°에 위치하고 있다. 몽골은 북위 42°~50°, 에티오피아 는 북위 3°~14° 에 위치하고 있다. 몽골과 에티오피아의 기온을 태양에너지를 이 용하여 설명해보자.
3) 열의 이동 1. 열의 이동
열은 이동은 전도, 대류, 복사의 세 가지 방법으로 이루어진다.
전도는 물체를 이루는 분자들의 충돌을 통해 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 전달되는 현상이다.
대류는 기체나 액체 상태의 분자가 직접 이동하면서 열이 전달되는 현상이고, 복사는 열이 물질의 도움 없이 직접 전달되는 현상을 의미한다.
2. 비열
비열이란 어떤 물질 1 kg의 온도를 1 ℃ 변화시키는 데 필요한 열량을 의미한다. 여름철 해수욕장 에 가면 바닷물의 온도는 차가운데, 해변의 모래 온도는 매우 따뜻하다.
☞ 같은 시간 동안 같은 양의 햇빛을 받아도 모래의 온도가 바닷물의 온도보다 더 높은 것은 무엇 때문일까?
< 고도와 태양복사에너지>
