음 봉 중 학 교

(1)

2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2020. 11. 20.

음 봉 중 학 교

(2)

【 2020년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2020년 STEAM 교사연구회 운영 (음봉중학교)

STEAM 프로그램

구분

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

프로그램명 AI와 함께하는 우리 마을 이야기

학교급 중학교 대상 학년(군) 3학년

중심과목 기술 중심과목 성취기준 영역

[중학교 1~3학년] 기술 (5) 기술시스템/통신 기술 시스템 [중학교 1~3학년] 기술 (6) 기술 활용/발명아이디어 실현

연계과목

과학 정보 수학 사회

연계과목 성취기준 영역

[중학교 1~3학년] 수학 (4) 기하/삼각비, 원의성질 [중학교 1~3학년] 과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지 [중학교 1~3학년] 과학 (3) 열과 에너지/에너지 전환 [중학교 1~3학년] 정보 (4) 컴퓨팅시스템/프로그램구현 [중학교 1~3학년] 사회 (3) 사회․공동체와의 관계/다문화, 공동체, 세계시민 윤리의식 형성

연구기간 2020.7.20. ~ 2020.11.30.

연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 음봉중학교 기술 교사 황주연

공동연구원 음봉중학교 정보 교사 최연옥

공동연구원 음봉중학교 사회 교사 이미진

공동연구원 탕정중학교 과학 교사 안정민

공동연구원 신당고등학교 과학 교사 이현정

2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2020년 11월 20일

주관연구기관장 : 음봉중학교장 (인)

연구책임자 : 교사 황 주 연 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

(3)

“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

목 차

I. 요약문 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1

II. 서론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3

1. 개요 및 목적 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3

2. 추진 목표 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5

3. 세부 추진 과정 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6

4. STEAM 준거 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8

III. 연구 수행 내용 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10

1. 프로그램 적용 내용 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10

2. 프로그램 적용 일정 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11

3. 프로그램 적용 환경 구성 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 12

Ⅳ. 연구 수행 결과 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 13

1. 개발 프로그램 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 13

2. 수업 평가 방법 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 16

3. 프로그램 효과 검증 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 18

Ⅴ. 결론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 21

Ⅵ. 제언 및 시사점 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 22

[부록] 부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 23

부록2. 활동 사진, 학생 연구 결과물, 교사의견 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 45

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I. 요약문

1. 주제 선정 이유

◦ 최근 다양한 분야에서 AI가 사용되고 인공지능 교육에 관한 사회적 관심이 높아짐 ◦ 우리 마을의 문제를 교육과정의 문제 상황으로 가져옴으로써 학습자의 수

업 집중도가 높아지고 문제 상황에 몰입할 수 있게 됨

◦ 과학, 소프트웨어, 수학, 기술 등 다양한 공학적 요소를 발견할 수 있음. 이 를 이용하여 STEAM 교육에 적절히 활용할 수 있음

2. 실천 과제

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3. 수업 과정 평가

구분

종류 평가 활동 평가 방법(도구) 평가 내용

평가 1 상황 제시 관찰평가 문제의 이해, 학습 동기

평가 2 창의적 설계 관찰평가

자기평가 창의성, 협력, 분석력

평가 3 감성적 체험 자기평가

동료평가 기능성, 심미성, 발표

피드백 계획

평가 1 : 상황제시에 평가기준을 녹여내어 평가 뿐 아니라 학습자의 동기도 함께 신장시킨다.

평가 2 : 활동 과정에서 부족한 부분은 보완 할 수 있는 기회를 준다.

평가 3 : 팀의 협력과 종합적으로 정리할 수 있도록 조언해 준다.

4. STEAM으로 변화된 모습 가. 사후 학생 설문 결과

Ÿ 나는 수학, 과학, 기술을 공부 하는 것이 즐겁다.

Ÿ 이공계와 관련된 직업에 관심이 있다.

Ÿ 과학 지식은 일상생활에 도움이 된다.

Ÿ 나는 수학, 과학 관련 정보나 책을 찾아 읽는 것을 즐긴다.

Ÿ 과학은 다른 교과를 공부하는데 도움이 된다.

나. 학생의 변화 모습

Ÿ STEAM 수업은 항상 기다려진다.

Ÿ 인공지능에 대해 막연했는데 실제적인 활동을 해보니 이해가 쉬웠다.

Ÿ 정보 시간에 배운 내용을 가지고 기술 시간에 설계하고 제작하니 너무 즐거웠다.

Ÿ 과학적인 내용을 코딩으로 해결하는 것이 너무 신기하였다.

(7)

Ⅱ. 서 론

1. 개요 및 목적

가. 연구의 개요

융합인재교육(STEAM) 프로그램 중 진로탐색분야 주제별 융합형 프로그램을 기 반으로 4차 산업혁명의 시대의 경쟁력을 키워나가고자 하고, 환경과 과학기술 발 달의 양립을 위한 유기적 공동체 분야의「AI와 함께하는 우리 마을 이야기」융합 인재교육(STEAM) 프로그램을 통해 우리 사회가 나아갈 방향을 짚고 나아가 미래 직업의 선택을 위한 자기주도적 진로 탐색 능력을 양성하고자 한다.

나. 연구의 필요성

1) 지식 창조를 위한 문제 해결 중심 교육 요구에 부흥

◦ 오늘날 지식이 가치창출의 원천이 되면 끊임없이 새로운 지식이 쏟아져 나오고 또한 끊임없이 새로운 지식을 쏟아내어야 살아갈 수 있게 됨

◦ 문제해결과정을 통해 실제로 사용되는 학문의 이해도를 높일 수 있고, 이 를 통해 STEAM 교육의 감성적 체험을 확립할 수 있음

◦ 이에 현재 존재하는 문제 상황을 중심으로 STEAM 프로그램을 개발하고 수업에 활용하여 학습자의 문제 해결 능력을 증진시키는데 그 목적을 둠

　2) 2015 개정교육과정의 STEAM 교육 중요성

◦ 2015개정교육과정은 창의융합형 인재 양성에 대한 국가 ․ 사회적 요구 확 산에 부흥하여 개정된 교육과정으로 핵심역량과 통합교과를 중시함

◦ STEAM 교육은 분권화된 교육과정이 아닌 융합하여 무엇인가 새로운 것 을 창조하는 역동적인 교육과정임

◦ 이에 개정교육과정의 핵심역량을 근간으로 STEAM 프로그램을 개발, 적용

하여 바른 인성을 갖춘 창의융합형 인재로 도약하도록 함

(8)

다. 연구의 목적

이 연구는 STEAM 교육 프로그램을 개발․적용하는데 목적이 있으며, 그 구체 적인 목적은 다음과 같다.

◦ 국내․외 STEAM 교육 관련 프로그램을 고찰하여 시사점을 도출한다.

◦ 과학, 기술, 공학, 예술, 수학이 융합된 STEAM 교육과정을 분석한다.

◦ 교육과정을 토대로 학교 현장에서 수업 가능한 STEAM 프로젝트를 개발 하고 적용한다.

◦ 개발한 STEAM 기반 공학 프로젝트를 토대로 교사와 학생용 교재 및 지 도안, 교구를 개발한다.

◦ STEAM 프로그램 적용과정에서 다양한 진로 탐색 기회를 부여하여 자기 주도적 진로 탐색에 자신감을 갖도록 한다.

STEAM 프로그램

구분

프로그램명

(중학교) AI와 함께하는 우리 마을 이야기

선행

프로그램명

해당 없음 - 유형(2)로 프로그램 신규 개발

학교급

중학교

대상 학년(군)

2. 3학년

중심과목

기술

^중심과목

성취기준 영역

연계과목

과학 수학 정보 사회

연계과목 성취기준 영역

[중학교 1~3학년] 수학 (4) 기하/삼각비, 원의성질 [중학교 1~3학년] 과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지 [중학교 1~3학년] 과학 (3) 열과 에너지/에너지 전환 [중학교 1~3학년] 정보 (4) 컴퓨팅시스템/센서기반프로그램구현 [중학교 1~3학년] 사회 (3) 사회․공동체와의 관계/다문화, 공동체, 세계시민 윤리의식 형성

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 4 과학 (3) + 수학(1)

2 3 사회 (1) + 기술(2)

3 3 과학 (2) + 기술(1)

4 3 기술 (2) + 정보(1)

5 2 정보 (1) + 사회(1)

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2. 추진 목표

가. 문제 상황 몰입과 창의적 설계 확대를 위한 주제 선정

1) 중학생 수준의 주제

◦ 2015개정교육과정 및 중학생 수준 및 흥미에 적합한 주제를 선정함 ◦ 학습자의 지적, 정신적, 신체적 발달 수준에 적합

2) 화제가 되고 있는 주제

◦ 현재 일상생활에서 이슈가 되고 있는 문제를 기반으로 선정 ◦ 상황에 몰입하도록 하여 수업의 학습 동기를 유발함

나. 다양한 교과가 융합된 프로젝트 개발 <연구 산출물>

1) 실제 수업에 적용 가능한 STEAM 프로젝트 개발

◦선정된 주제의 STEAM으로 구현 가능한 프로젝트 개발

2) 한양대학교 STEAM 수업모델 연구단의 모델 개발 주요 요소 고려(6-Factor)

F1. 창의성에 기반한 STEAM에 대한 통합적이고 융합적 사고를 위한 교육 F2. 융합시대에서 필요한 시대정신 반영

F3. 빠른 과학기술의 변화와 발전을 빠르게 과학교육 현장에 도입하고 적용하는 적시교육 F4. 미래를 예측하고 이에 대비한 과학기술공학인재 양성과 미래직업탐색을 위한 교육

F5. STEAM교육의 효율성과 창의성 및 흥미를 유발하기 위한 다양하고 창의적 수업 방법론 도입 F6. 과학 기술 공학적 행위에 대한 의미와 가치 및 도덕적 기준과 규범을 터득하도록 교육

3) 효과적인 프로그램 운영을 위한 콘텐츠 개발

◦ 차시별 교육 자료, 교사용 지도서, 교사 및 학습자 교재, 교구 개발

다. 메이커 교육에 적용 가능한 STEAM 운영 방안 제시

1) 메이커 프로그램 적용에 가능하도록 구성

◦ 메이커 교육과정을 고려한 STEAM 교육 운영방안을 제시

2) 학교 환경의 실행 가능성 고려

◦ 일반적인 중학교 과학실, 정보실, 기술실 등을 고려한 학교 환경 내의 실 습 활동의 실행 가능성을 고려

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3. 세부 추진 과정

가. 연구 내용 및 범위

연구의 내용 연구의 범위

연구방향 및 내용 설정

ㅇ 문헌연구 및 국내․외 사례 수집

ㅇ 전문가 협의회 : 각 교과별 교사(연구진), 교육학 전문가(자문위원), STEAM 내용 전문가(자문위원)로 구성하여 연구방향 논의

⇩

프로젝트 과제선정

ㅇ 교과별 내용 분석, 예비 주제 선정 ㅇ 주제 선정 준거

(수준 적합성, 현실 세계와의 관련성, 실습활동 실행 가능성, STEAM 관련성)

ㅇ STEAM 기반 프로젝트 과제 선정

⇩

STEAM 프로젝트 개발

ㅇ 교육 목표 설정

ㅇ 프로그램의 활동 분석 및 세부 활동 명료화 ㅇ 교육 프로그램의 학습내용 선정 및 조직 ㅇ 교육 프로그램의 내용 구성

⇩ 프로그램 콘텐츠 개발

ㅇ 교육 프로그램의 내용 작성

ㅇ 교육자료, 교수자 지도안, 학습자용 자료 개발

⇩

프로그램 운영 ㅇ 운영

⇩

프로그램 평가 ㅇ 교육 프로그램의 평가(학생 및 전문가 집단) ㅇ 수정 및 보완

⇩

보고서 작성

ㅇ 개발 프로그램의 평가 및 개선 방안 마련 ㅇ 모듈 개발 및 보고서 작성

ㅇ 특허 출원 (학습자 아이디어)

[그림] 연구내용 및 범위

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나. 연구 내용 및 연구 방법

연구 내용

➡

연구 방법

• 국내․외 통합교육, 교수설계, 교육 자료 탐색

• 프로젝트 학습 중심의 교육 관련 사례 분석

• 융합인재교육(STEAM) 동향 및 사례 분석

• 문헌 탐구

• 워크숍

• 인터뷰

• 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 학습 개발 모형

➡

^{• 문헌 탐구}^{• 모형 연구}

• 워크숍

• 교육 프로그램 개발

∙ 교과별 내용 분석, 주제 선정

∙ 주제 선정 준거

• AI와 함께하는 우리 마을 이야기

∙ 차시별 교육 목표 설정

∙ 교육 프로그램의 학습내용 선정 및 조직

∙ 교육 프로그램의 내용 구성

➡

• 문헌 수집 및 분석

• 모형 개발 연구

• 워크숍

• 교육 프로그램의 내용 작성

• 교육자료, 교수자 지도안, 학습자용 컨텐츠 개발

➡

• 컨텐츠 개발 연구

• 워크샵

• 교육 프로그램의 운영

• 교육 프로그램의 최종안 개발

• 평가 및 수정, 보완

• 자문위원회

• 교육 프로그램의 적용을 위한 방안

• 교육 프로그램의 개선 방안

➡

^{• 방안 연구}

[그림] 연구의 내용 방법

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4. STEAM 준거 가. 상황 제시

◦ 상황 : 우리 마을은 작은 면 단위 시골이었다. 작은 공장들이 드문드문 생 겨나고 아파트가 지어지면서 도시의 모습이 조금씩 보인다. 하지만 그로 인해 여러 문제도 생겨나고 있다. 교통사고가 증가하고 원주민과 이주민 간의 견해 차이도 수면 위로 드러나고 있다. 도시와 농촌이 혼재되어 있는 우리 마을을 조금 더 살기 좋은 마을로 만들어보자. 현재 우리나라에는 도 농이 혼재되어 과도기적 모습을 보이는 도시가 여럿 있다고 한다. 이런 곳 에 인공지능 기술을 이용하여 도움을 줄 수는 없을까? 여러분이 인공지능 공학자가 되어 우리 마을을 살기 좋은 모습으로 변화시켜 보자.

나. 감성적 체험

STEAM 프로그램을 구성함에 있어 감성적 체험은 매우 중요한 역할을 한다.

감성적 체험을 통해 학습자는 학습 동기와 긍정적 자아 효능감을 갖는다. 이는 다음 과제에 대한 자신감으로 이어진다.

◦ 모듈 제작 메이커 활동으로 긍정적 자아개념을 형성한다. (성공적 경험)

◦ 학습자가 연합하여 문제를 해결함으로써 친밀감을 갖는다. (사회적 경험) ◦ 실패와 성공을 하는 문제해결과정 속에서 값진 성취를 얻는다. (문제해결

과정의 흥미)

◦ 모듈 및 콘텐츠를 제작하고 실제 상황과 유사한 실험을 통해 효과를 증명 한다. (성공적 경험)

◦ 특허 검색을 통해 아이디어에 대한 자신감을 갖고, 실제적인 특허 출원

활동을 통해 자신감을 극대화 한다.(성공적 경험)

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다. 창의적 설계

21세기는 지식정보화 사회로 정보가 새로운 가치를 창출한다. 이에 적절한 교 육과정이 STEAM 교육과정이다. 문제 상황 해결을 위한 창의적 설계를 함으로써 문제해결력과 창의력을 함양한다.

◦ 적용 가능한 문제 해결 방법을 설계한다.

◦ 문제 상황을 비판적 사고로 분석한 후 발산적 사고로 문제 해결을 한다.

◦ 도형의 원리를 사용하여 효과적인 구조로 설계한다.

◦ 엔트리, 파이썬 프로그램을 활용하여 문제를 개선할 수 있는 창의적 설계 를 한다.

◦ 실제 인공지능, 도로 공학을 분석하고 관찰, 분류하여 문제 해결을 위한 방법을 강구한다.

◦ 우리 주변의 문제를 해결하기 위하여 자기주도적으로 문제해결방법을 설 계한다.

◦ 이 프로젝트는 타인을 배려하는 공동체적 의식과 효율적으로 문제를 해결

하는 공학적 사고를 융합하여 해결함으로써 스스로 문제 해결 과정을

통제한다. 그리고 여러 번의 시행착오를 통해 성공적 경험을 겪는 체험

프로젝트이다.

(14)

Ⅱ. 연구 수행 내용

1. 프로그램 적용 내용

가. 적용 대상

◦ 음봉중학교 학생 중 STEAM 분야와 이공계 진로 탐색 분야에 관심 있는 학생을 선발하여 동아리 구성

◦ 음봉중학교 교과 교육 활동시간을 활용하여 2학년을 대상으로 STEAM 프 로그램 적용

◦ 신당고등학교 과학동아리 학생들에게도 심화 적용

나. 적용 시기

◦ 2020년 6월 ~ 2020년 11월 적용

순 시기 운영 장소

1 6월 2주 사전 홍보 및 STEAM의 이해

음봉중학교 스팀교육실

2 6월 4주 동아리 모집, 수업 내용 공개

3 7월 프로그램를 통한 운영

(1차 프로젝트) - 일반

4 8월 ~ 10월 프로그램를 통한 운영

(1차 프로젝트) - 심화

음봉중 동아리실, 신당고 동아리실

5 9월 ~ 11월 교과 내 프로그램 적용

(2차 프로젝트) -일반

음봉중학교 일반교실

다. 적용 개요

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 AI와 함께하는 우리 마을 이야기

학교급 중학교 대상 학년(군) 2, 3학년

중심과목 기술 중심과목

성취기준 영역

연계과목

과학 수학 정보 사회

연계과목 성취기준 영역

개발·적용

현황 2020. 11. 20. 기준 15차시 중 15차시 개발 및 15차시 적용 완료

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2. 프로그램 적용 일정

일 정 수행내용

추 진 일 정 연구비

(천원) 비고

6월2주 6월 4주 7월

2주 7월

4주 8월 9월 2주 9월

4주 10월 11월 연구 설계

연구팀 조직

800 연구 설계

연구 방향 워크숍 사전 검사 태도 검사(사전)

연구팀 협의회 300

프로젝트 주제 선정

교과별 내용분석

400 과정 선정

주제 선정 준거 주제 선정

협의회 및 자문위원회

프 로 그 램 개 발

차시별 목표설정

550 프로그램 활동 분석

학습 내용 선정 및 조직 프로그램 초안 개발 협의회 및 자문위원회 프로그램 내용 구성

프로그램 콘텐츠 개발

프로그램 내용 작성 교육자료 개발 500 협의회 및 자문위원회

중간 보고서 작성 제출

프로그램의 운영 및 보완

프로그램 운영

980 수정 및 보완

수업 평가

협의회 및 자문위원회 STEAM 행사 개최 최종안 개발

최종 프로그램 개발 태도 검사(사후) 470

결과보고서 작성 제출

성과발표회 참석

연구진도(%) 5 10 25 25 10 10 5 5 5

연구비집행계획(천원) 500 600 630 580 420 400 370 340 160 4,000

※ 주요결과물

모형 ➜ 주제 2가지 ➜

프로그램 초안 ➜ 프로그램 내용 ➜ 프로그램 컨텐츠 ➜

프로그램 운영 결과 ➜ 프로그램 수정 및 보완 ➜

최종 프로그램 ➜ 컨텐츠 (교육자료, 교사용 학습자용 자료) ➜

보고서, 특허청 특허 출원 ➜

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3. 프로그램 적용 환경 조성

가. 융합인재교육(STEAM)실 및 STEAM Info 구성

◦ 과학실, 기술실(메이커 교육실), 정보실을 통합하여 융합인재교육실로 재구성 STEAM 프로그램 운영 시, 세 장소를 필요에 따라 적절히 활용하고자 함.

◦ 과학실을 이용하여 실험, 분석, 측정 장비를 활용

◦ 기술실(메이커)을 이용하여 3D 프린터, 공구 및 머신, 레이저 커팅 활용 ◦ 정보실을 이용하여 학생용 컴퓨터, 프린터를 제공하고 학생들이 컴퓨터와

정보검색을 활용한 정보 및 자료 수집을 할 수 있게 함.

◦ 학생들의 프로젝트 토의를 활발하게 할 수 있도록 기술실을 개방함

◦ STEAM 교육실 복도를 활용하여 STEAM 소개 및 안내 자료 게시하는 STEAM Info 공간으로 활용

◦ 학교 진열장을 통하여 학생들의 STEAM 프로젝트 결과물, 포트폴리오 전시

나. 융합인재교육(STEAM)의 날 (7월 28일)

◦ 융합인재교육의 날을 선정하여 프로그램을 소개하며 홍보함

다. 융합인재교육(STEAM) 동아리 운영 및 대회 참여

이공계 진로에 관심 있는 학생을 대상으로 동아리를 구성하여 STEAM 심화 활동, 대회참여

◦ STEAM과 공학에 관심 있는 학생 모집 ◦ 자율동아리 형태로 운영

◦ 창의력 및 융합적 사고를 요하는 대회에 참여하여 감성적 체험 극대화

라. STEAM 연구회와 혁신학교 프로그램 연계

◦ 스팀 연구회를 통해 개발된 프로그램을 혁신학교 전문적 학습공동체에 소 개하여 다양한 프로그램에 접목되도록 함

◦ 자문위원과 대면, 전화, 이메일을 통해 의문점을 질의하고 도움을 받으며

심도 깊은 탐구가 이루어질 수 있도록 함

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Ⅳ. 연구 수행 결과

1. 개발 프로그램

가. AI와 함께하는 우리 마을 이야기

1) 주제 선정 이유

◦ 최근 다양한 분야에서 AI가 사용되고 인공지능 교육에 관한 사회적 관심이 높아짐 ◦ 우리 마을의 문제를 교육과정의 문제 상황으로 가져옴으로써 학습자의 수

업 집중도가 높아지고 문제 상황에 몰입할 수 있게 됨

◦ 과학, 소프트웨어, 수학, 기술 등 다양한 공학적 요소를 발견할 수 있음. 이 를 이용하여 STEAM 교육에 적절히 활용할 수 있음

내가 좋아하는 옷·화장품 AI가 추천…스마트 점포가 뜬다

[매일경제 이윤재 기자]

#2 서울 송파구 잠실동 롯데하이마트 메가스토어 1층에 위치한 메이커스랩. 천장 에 설치된 열감지 카메라가 고객 성별과 연령대를 파악한다.

정보가 쌓이면 `특정 연령대가 관심을 갖는 제품`을 데이터화 할 수 있다. 관심도가 높은 제품은 정식 입점을 검토할 예정이다.

국내 유통업계가 온·오프라인 채널이 총 가동되는 옴니채널(온·오프라인 통합) 쇼핑 시대로 접어들면서 `온라인에서 구현할 수 있는 모든 기술을 오프라인에서도 보여주 자`는 레이스가 본격화하고 있다. 이유는 간단하다. `오프라인이 살아야 온라인이 살 고, 온라인이 살아야 오프라인도 산다`는 기업의 경험적 판단 때문이다. 이 같은 움 직임은 패션, 뷰티, 가전 등 라이프스타일 영역에서 두드러지는 추세다. 쇼핑 과정에 서 `고객 체험` 요소가 중요하게 작용하기 때문이다. 즉 고객은 직접 입고, 바르고, 만져 보는 경험을 여전히 쇼핑의 매력적인 요소로 본다는 의미다.

서울 영등포 타임스퀘어의 이랜드 스파오 RFID 매장에서 고객이 필요한 제품을 검색하는 이랜드 직 원. [사진 제공 = 이랜드]

출처 : [ⓒ 매일경제 & mk.co.kr]

(18)

2) 주제를 AI와 함께하는 우리 마을 이야기로 정함

◦ 최근 사회적 이슈가 되고 있는 인공지능과 관련 하여 다각도로 분석해보 고 관찰함

◦ TRIZ의 여러 발상을 적용하여 창의적 설계 체험을 하도록 함

◦ 메이커 장비로 모듈을 제작하고 엔트리, 파이썬 프로그램으로 다양한 해 결 방법을 고려해보고 생각할 수 있는 STEAM 체험을 구축함

◦ 건축 구조를 다양한 도형으로 해석하여 실시하여 보기도 하고 구조의 문 제점을 찾아내어 해결해 보기도 하며 프로젝트에 접근함

◦ 이를 통해 공학, 과학, 기술, 역학, 수학에 대한 관심과 흥미를 높이고 설 계, 제작, 분석하는 과정을 통해 다양한 진로를 체험함

◦ 사회적 문제에 대한 관심과 흥미를 높이고 세계인과 더불어 살아가는 배 려의 마음을 갖게 함

나. 프로그램의 흐름도

(19)

다. 프로그램 차시 운영 및 과목 연계

단계 주제 차시 학습내용 STEAM

(과목연계) 학습형태

1 C언어란? 1-2

(2)

탐색하기

1. 현재 C 언어 자료 탐색 2. 엔트리 프로그램 특징 조사 3. 기계적 판단의 오류 이해

A, T 탐구

2 프로젝트 만나기 3 (1)

프로젝트 만나기 1. 사전 검사 2. 팀 구성하기 3. 동기유발

4. 프로젝트 제시 및 과정 안내하기

T, A 프로젝트

3

빅데이터의 이해 4 (1)

빅데이터는 어떻게 만들어질까요?

1. 빅데이터 알아보기

2. 우리 마을에 대해 빅데이터 조사하기

T, E 탐구

인공지능 활용의 가치 5 (1)

인공지능 활용에 따른 효과와 부작용은?

1. 인공지능 개발에 따른 경제적 효과 2. 인공지능 개발에 따른 생태계 변화

E, A 문제해결

인공지능 재배에 따른 성장성 실험

6-7 (2)

자동화 재배 프로그램에서의 생산성 효과는?

1. CDS를 활용한 재배 프로그램

2. 빛의 양이 달라졌을 때의 수분 공급 변화 3. 위의 실험에 따른 생장 속도 변화

S, T 실험실습

메이커와 스팀 융합 8 (1)

메이커 장비를 통한 모듈 실험 1. 레이져 커팅기를 통한 설계 실험 2. 3D 스캔을 통한 입체도형 탐색 3. 자동화 시스템에 로봇프로그램 적용

E, M 문제해결

4 프로젝트 계획 세우기 9 (1)

프로젝트 계획을 세워본다면?

1. 프로젝트 파악하기 2. 팀 역할 분담하기 3. 활동 계획 세우기 4. 진행 일정표 작성하기

E, A 프로젝트

5

프로젝트 탐색, 설계하기

10 (1)

효율적이며 지속성 있는 모듈을 설계하면?

1. 자료 수집 및 분석하기 2. 설계하기

M, E 프로젝트

중간 발표하기 11 (1)

함께 생각해 본다면?

1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기

3. 모둠 의견 교환

A 발표

모듈 제작하기 12 (1)

모듈을 제작해 본다면?

1. 제작하기 T, E 프로젝트

6 효과 검증 13

(1)

효과가 얼마나 차단될까?

1. 프로그램을 통한 시뮬레이션 M, E 실험실습

7 결과 발표하기 14 (1)

함께 이야기해 볼까요?

A 발표

8 관련 직업 탐색 (커리어패스)

15 (1)

관련된 직업에는 어떤 것들이 있을까요?

1. 에너지기술자, 인공지능 공학자, 수학자, 과학 자, 도시공학가 등 직업 탐색

2. 커리어 패스 포트폴리오 제작

S, T, A 탐구

(20)

2. 수업 평가 방법 가. 평가 개요

구분

종류 평가 활동 평가 방법(도구) 평가 내용

평가 1 상황 제시 관찰평가 문제의 이해, 학습 동기

평가 2 창의적 설계 관찰평가

자기평가 창의성, 협력, 분석력

평가 3 감성적 체험 자기평가

동료평가 기능성, 심미성, 발표

피드백 계획

평가 1 : 상황제시에 평가기준을 녹여내어 평가 뿐 아니라 학습자의 동기도 함께 신장시킨다.

평가 2 : 활동 과정에서 부족한 부분은 보완 할 수 있는 기회를 준다.

평가 3 : 팀의 협력과 종합적으로 정리할 수 있도록 조언해 준다.

나. 평가 전략

① 지속적인 과정 평가가 되도록 한다.

② 다양한 방법의 동료 평가를 할 수 있도록 한다.

③ 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험 모두 고르게 평가 할 수 있도록 한다.

연번 평가 기준 방 법

1 실현 가능한 모듈을 제작하였는가? 동료평가

2 다른 팀과 구별되는 아이디어를 가지고 문제를 해결하였는가? 관찰평가

3 적극적으로 수업 과정에 참여하였는가? 관찰평가

4 흥미를 가지고 문제 해결 과정에 임하였는가? 관찰평가

5 엔트리 프로그램에서 오류는 없는가? 산출물평가

6 AI의 특징을 5가지 이상 제시하였는가? 관찰평가

7 과학적 원리를 적절하게 적용하여 문제를 해결하였는가? 산출물평가

8 제작과정에서 안전 수칙은 잘 지켰는가? 관찰평가

(21)

다. 평가 도구

▢ 관찰 평가 기록지 (평가 도구 예시(안))

기준 번호 평가항목 평정 척도

결과물

1 결과물에 있어 적합성, 기술 완성도, 심미성이 뛰어나다. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 2 결과물이 매우 창의적이다. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 3 개발된 아이템이 다른 곳에도 응용될 가능성이 있다. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 5. 매우 그렇다. - 4. 그렇다. - 3. 보통이다. - 2. 그렇지 않다. - 1. 전형 그렇지 않다.

제작 과정

1 정해진 시간에 제작을 하였다. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 2 팀이 잘 화합하여 제작을 하였다. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 3 안전사고 없이 제작을 하였다 5 – 4 – 3 – 2 – 1 5. 매우 그렇다. - 4. 그렇다. - 3. 보통이다. - 2. 그렇지 않다. - 1. 전형 그렇지 않다.

설계 과정

1 설계 개요 및 디자인이 우수하다. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 2 설계 과정이 공학적이고 융합적이다. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 3 코딩이 문제 해결에 적합하게 사용되었다. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 5. 매우 그렇다. - 4. 그렇다. - 3. 보통이다. - 2. 그렇지 않다. - 1. 전형 그렇지 않다.

▢ 자기 평가 기록지 (평가 도구 예시(안))

평가영역 평가기준

평가척도 (3점)상 중

(2점) 하 (1점) 학습요소 1. AI에 대해 이해하고 있다.

2. 이 프로젝트의 목적을 알고 있다.

창 의

• 인 성 요 소

책임 3. 나의 역할을 책임감 있게 수행하였다.

스토리텔링 4. 독창적 아이디어를 적극적으로 표현하였다.

조화 5. 친구의 의견을 경청하였으며, 나에 대한 친구 의 의견을 성의 있게 들었다.

문제해결 6. 프로젝트 도중 어려움에 직면했을 때, 포기하 지 않고 끝까지 해결하려 노력하였다.

합계(점수) 점

(22)

3. 프로그램 효과 검증 가. 과제 수행 결과

1) 진로탐색분야 주제별 융합형 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 - 개발 분량 : 차시대체형 모듈(15차시) 개발

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 15차시 개발, 적용

수업 적용 2020. 7. 6. ~ 2020. 11. 30.

(STEAM 수업)수혜학생 수

음봉중학교 149명(중학교 2학년 전교생) 음봉중학교 44명(중학교 1, 3학년) 신당고 동아리 학생(고등학교 1학년 12명) 학생 태도검사 사전검사 9월, 2학년 2개 학급(48명) 실시 완료

사후검사 11월, 2학년 2개 학급(48명) 실시 완료

학생 및 교사 만족도조사 11월 13일

교사연구회 STEAM 행사 개최

2020. 10. 28. 3교시(10:40~11:25) 수업공개(지역네트워크) 2020. 10. 28. ‘STEAM 교육공동체’ 개최

이외 비주기적 소모임 (분기당 1회) 실시

논문 또는 학술대회 해당 없음

특허출원(국외, 국내) 국내 특허출원 계획 (학생 아이디어)

나. 검증 내용과 방법

1) 내용과 방법

구분 주제 측정도구

양적평가

이공계 진로 의식 향상 설문지를 통한 운영 전후 비교 (일원변량분석)

2015개정교육과정과 연계한 STEAM 교육 정도

설문지를 통한 운영 전후 비교 (일원변량분석, 교차분석) 융합적 사고력 및

문제해결력의 변화 정도 문제 상황 해결 능력 평가

질적평가

긍정적 진로 탐색 능력 정도

질문지 소감문

STEAM 교육에 대한 가치관

(23)

2) 타당도 검사지 예시

응답 예시("매우 그렇다"의 경우) 문항

매우 그렇

다

그렇 다

보통 이다

그렇 지 않다

전혀 그렇

지 않다.

문항에 대한 의견이 있으시면

적어 주십시오.

※ 그림과 표는 학습내용을 이해하는

데 도움이 된다. Ⅴ

1. STEAM 교육 프로그램으로 적합하게 구성되었다.

2. STEAM 요소 구성이 빠지지 않고 잘 되었다.

3. 학습목표의 진술 내용이 적절하게 표현되었다.

4. 각 교과의 관련지식을 통합할 수 있 는 세부 프로그램이 선정되었다.

5. 주제와 관련된 각 교과의 관련지식 이 적절하게 선정되었다.

6. 각 교과의 관련지식은 교육과정의 내용과 일치하고 있다.

7. 문장이나 용어는 학습자 수준에 적 합하다.

8. 학습자의 이해를 돕기 위한 사진이 나 삽화의 내용이 적절하다.

9. 학습자의 흥미를 유발시킬 수 있게 구 성되었다.

10. 전체적인 편집이 조화롭게 잘 되었다.

11. 이외에 프로그램에 대한 의견이 있으시면 자유롭게 작성해주십시오.

(24)

다. 학생 만족도 및 태도, 사고 변화 검사

1) 학생 만족도 및 태도 사고 변화 조사 설문지

◦ 프로그램 참여 후 만족도 및 사고 변화에 대한 검사 실시

◦ 문항 영역 : 적용과 시기, 환경조성, 교수 방법, 활동 시간, 이해도, 분량, 교재나 학습 자료의 편집상태, 학습자료, 흥미도, 관심도, 태 도 변화, 진로분야, 창의적 사고, 융합적 사고 변화 등 등 2) 설문지 예시

순

번 분류 평가항목 매우

그렇다 그렇다 보통이 다

그렇지 않다

전혀 그렇지

않다.

1

만 족 도

참여했던 수업에 전반적으로 만족했다.

2 참여했던 수업이 흥미로웠다.

3 참여했던 수업이 유용하다.

5 수업이 나에게 도움이 되었다.

6 수업 내용들은 평소 나의 관심거리와 관련된 것이다.

7 수업을 통해 진로 선택에 도움을 받았다.

8

수 업 관 련

참여했던 수업은 간결하여 이해하기 쉬 웠다.

9 수업의 내용을 전반적으로 이해하였다.

10 주어진 시간 동안 배워야 할 학습 내용 분량이 적당했다.

11 교재나 학습 자료의 글꼴 및 글자 크기 가 적당하였다.

12 수업에서 어려운 낱말이나 용어가 있었 다.

14 다양한 학습자료(사진, 동영상)는 학습하 는 데 도움이 되었다.

15 이론 수업을 제외한 활동 수업 시간은 충분했다.

17

특 징

하나의 프로젝트로 각 과목의 내용을 배우는 수업 방식은 기존의 수업 방식 에 비하여 이해하기 쉬웠다.

18

오늘 배웠던 수업 내용을 바탕으로 다 른 새로운 지식을 창출할 수 있다는 생 각이 든다.

19

기존의 수업 방식에서 벗어나서 우리 주변의 실생활에서의 소재를 배움으로 써 수업이 흥미로웠다.

20

오늘 수업을 통해 배운 내용은 일상생 활에 경험하거나 평소 생각해 본 것과 관련시킬 수 있었다.

합계

(25)

Ⅴ. 결 론

가. 사전 학생 설문 결과

Ÿ 나는 수학, 과학, 기술 공부하는 것이 즐겁다.

Ÿ 이공계와 관련된 직업에 관심이 있다.

Ÿ 과학 지식은 일상생활에 도움이 된다.

Ÿ 나는 수학, 과학 관련 정보나 책을 찾아 읽는 것을 즐긴다.

Ÿ 과학은 다른 교과를 공부하는데 도움이 된다.

나. 사후 학생 설문 결과

Ÿ 나는 수학, 과학, 기술 공부하는 것이 즐겁다.

Ÿ 이공계와 관련된 직업에 관심이 있다.

Ÿ 과학 지식은 일상생활에 도움이 된다.

Ÿ 나는 수학, 과학 관련 정보나 책을 찾아 읽는 것을 즐긴다.

Ÿ 과학은 다른 교과를 공부하는데 도움이 된다.

다. 학생의 변화 모습

Ÿ STEAM 수업은 항상 기다려진다.

Ÿ 인공지능에 대해 막연했는데 실제적인 활동을 해보니 이해가 쉬웠다.

Ÿ 정보 시간에 배운 내용을 가지고 기술 시간에 설계하고 제작하니 너무 즐거웠다.

Ÿ 과학적인 내용을 코딩으로 해결하는 것이 너무 신기하였다.

(26)

Ⅳ. 제언 및 시사점

가. 주제 통합 교육을 통한 창의적 인재 양성

◦ 분과적인 교육에서 탈피한 융합교육프로그램을 통해 지식의 활용도 증가, 통합적 교육을 통한 사회적응도 향상. 이를 통해 고차원적 사고 능력 신 장으로 미래 사회에 대비

◦ STEAM 교육프로그램을 통한 예술과 수학, 과학 원리에 기술적 활용과 공 학적 문제 해결을 통해 창의성, 문제해결력을 향상

나. 인공지능 교육과 STEAM 교육의 연계

◦ 학습자의 인공지능적 사고를 기를 수 있도록 교수․학습과정에서 교과 내, 교과 간 내용 연계성을 고려하여 지도하도록 강조

◦ 이에 상기 프로그램을 적용하여 교과 간 내용 연계를 이루어 학습자의 융 합적 사고를 신장시키고 진로와 적성 탐색 기회 제공

다. 2015개정교육과정과 STEAM 교육의 연계

◦ 개정교육과정은 학습자의 융합적 사고를 기를 수 있도록 교수․학습과정에 서 교과 내, 교과 간 내용 연계성을 고려하여 지도하도록 강조

◦ 이에 프로그램을 적용하여 교과 간 내용 연계를 이루어 학습자의 융합적 사고를 신장시키고 진로와 적성 탐색 기회 제공

라. 학습 전이 효과와 몰입 증대

◦ 사회 문제를 문제 상황으로 인식하여 문제에 대한 집중도가 높고 학습 전 이도가 향상됨

◦ 긍정적 감성적 체험을 통해 차시 수업에 대한 기대와 수업 활동에서 몰입

도가 증대됨

(27)

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 중학교 기술 (5) 기술시스템 수업용 STEAM 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 AI와 함께하는 우리 마을 이야기

학교급 중학교 대상 학년(군) 2, 3학년

중심과목 기술 중심과목

성취기준 영역

연계과목

과학 수학 정보 사회

연계과목 성취기준 영역

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1~2/15 [9기가04-15] 정보 기술 시스템의 각 단게별 세부요소를 이해하

고 정보의 통신 과정을 구체적으로 설명한다.

[중학교 1~3학년]

사회 (3) 사회․공 동체와의 관계 2 3~4/15 [9기가04-17] 다양한 통신 매체의 종류와 특징을 이해하고 활용

한다.

과학 (3) 열과 에 너지/에너지 전환

3 5~6/15 [9기가04-18] 정보통신기술과 관련된 문제를 이해하고, 해결책을 창의적으로 탐색하고 실현하며 평가한다.

정보 (4) 컴퓨팅시 스템

수학 (4) 기하/삼 각비, 원의성질 4 7~8/15 [9기가05-06] 생활 속 문제를 찾아 아이디어를 구상하고 확산

적･수렴적 사고 기법을 활용하여 창의적으로 해결한다.

과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지

5 9~10/15 [9기가05-03] 일상생활에서 사용되는 제품들이 기술적 문제 해 결 과정을 통해 개발되고 발전하고 있음을 이해한다.

수학 (4) 기하/삼 각비, 원의성질 [중학교 1~3학년]

정보 (4) 컴퓨팅시 스템

6 11~12/15 [9기가04-16] 정보통신기술의 특징과 발달 과정을 이해하고 최 신 현대 정보통신기술의 특징을 설명한다.

과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지 7 13~14/15 [9기가05-09] 적정기술과 지속가능 발전의 의미를 이해하고 적

정기술 체험 활동을 통하여 문제를 창의적으로 탐색하고 실현 하고 평가한다.

사회 (3) 세계시민 윤리의식 형성 8 15/15 [9기가05-08] 표준화가 되어 있지 않아 불편한 사례를 찾아 해

결 방안을 탐색하고 실현하며 평가한다.

과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지

(28)

2. STEAM 프로그램 총괄표 (총 15차시)

단계 주제 차시 학습내용 STEAM

(과목연계) 학습형태

1 C언어란? 1-2

(2)

탐색하기

1. 현재 C 언어 자료 탐색 2. 파이썬 프로그램 특징 조사 3. 기계적 판단의 오류 이해

A, T 탐구

2 프로젝트 만나기 3 (1)

프로젝트 만나기 1. 사전 검사 2. 팀 구성하기 3. 동기유발

4. 프로젝트 제시 및 과정 안내하기

T, A 프로젝트

3

빅데이터의 이해 4 (1)

빅데이터는 어떻게 만들어질까요?

1. 빅데이터 알아보기

2. 우리 마을에 대해 빅데이터 조사하기

T, E 탐구

인공지능 활용의 가치 5 (1)

인공지능 활용에 따른 효과와 부작용은?

1. 인공지능 개발에 따른 경제적 효과 2. 인공지능 개발에 따른 생태계 변화

E, A 문제해결

인공지능 재배에 따른 성장성 실험

6-7 (2)

자동화 재배 프로그램에서의 생산성 효과는?

1. CDS를 활용한 재배 프로그램

2. 빛의 양이 달라졌을 때의 수분 공급 변화 3. 위의 실험에 따른 생장 속도 변화

S, T 실험실습

메이커와 스팀 융합 8 (1)

메이커 장비를 통한 모듈 실험 1. 레이져 커팅기를 통한 설계 실험 2. 3D 스캔을 통한 입체도형 탐색 3. 자동화 시스템에 로봇프로그램 적용

E, M 문제해결

4 프로젝트 계획 세우기 9 (1)

프로젝트 계획을 세워본다면?

1. 프로젝트 파악하기 2. 팀 역할 분담하기 3. 활동 계획 세우기 4. 진행 일정표 작성하기

E, A 프로젝트

5

프로젝트 탐색, 설계하기

10 (1)

효율적이며 지속성 있는 모듈을 설계하면?

1. 자료 수집 및 분석하기 2. 설계하기

M, E 프로젝트

중간 발표하기 11 (1)

함께 생각해 본다면?

A 발표

모듈 제작하기 12 (1)

모듈을 제작해 본다면?

1. 제작하기 T, E 프로젝트

6 효과 검증 13

(1)

효과가 얼마나 차단될까?

1. 프로그램을 통한 시뮬레이션 M, E 실험실습

7 결과 발표하기 14 (1)

함께 이야기해 볼까요?

A 발표

8 관련 직업 탐색 (커리어패스)

15 (1)

관련된 직업에는 어떤 것들이 있을까요?

1. 에너지기술자, 인공지능 공학자, 수학자, 과학 자, 도시공학가 등 직업 탐색

2. 커리어 패스 포트폴리오 제작

S, T, A 탐구

(29)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 기술 학교급/학년(군) 중학교/2학년

중심과목 성취기준

영역 (5) 기술시스템 / 창조 ^중심과목_성취기준

통신 기술과 관련된 문제를 이해하 고, 해결책을 창의적으로 탐색하고 실현하며 평가한다.

주제(단원)명 우리 마을 교통 안전 지킴이 ^차시 1~10차시/15차시

학습목표

- 아두이노를 활용한 자동화 시스템을 설계할 수 있다.

- SW를 기반으로 한 AI 프로그램을 구현할 수 있다.

- 안전한 우리 마을 도로 모듈을 제작할 수 있다.

- 기존 마을에 인공지능 적용의 장단점에 대해 설명할 수 있다.

연계과목 수학 과학 정보 사회 ^연계과목

성취기준 영역

수학 (4) 기하/삼각비, 원의성질 과학 (1) 힘과 운동/일과 에너지 과학 (3) 열과 에너지/에너지 전환 정보 (4) 컴퓨팅시스템/센서기반프로그램구현 사회 (3) 사회․공동체와의 관계/다문화, 공동 체, 세계시민 윤리의식 형성

STEAM 요소

S 여러 가지의 힘/ 힘의 합성 / 뉴턴의 운동 법칙 T 모듈 시스템 제작

E 자동화 모듈 시스템/코딩 프로그램 설계 A 마을에 인공지능 도입에 대한 토의 M 도형의 무게 중심/ 입체도형의 특징

개발 의도

다양한 분야에서 AI가 사용되고 인공지능 교육에 대한 사회적 관심이 높아짐.

우리 마을의 문제를 교육과정의 문제 상황으로 가져옴으로써 학습자의 수업 집중 도를 높이고 문제 상황에 몰입할 수 있게 함. 또한, 다양한 공학적 요소를 발견할 수 있는 바 이를 이용하여 융합인재교육 수업 및 평가에 활용할 수 있음

◦ 최근 사회적 이슈가 되고 있는 인공지능과 관련 하여 다각도로 분석해보고 관찰함

◦ 메이커 장비로 모듈을 제작하고 코딩 프로그램으로 다양한 해결 방법을 고려해보고 생각 할 수 있는 STEAM 체험을 구축함

◦ 마을의 구조를 다양한 도형으로 해석하여 실시하여 보기도 하고 구조의 문제점을 찾아내 어 해결해 보기도 하며 프로젝트에 접근함

◦ 사회적 문제에 대한 관심과 흥미를 높이고 세계인과 더불어 살아가는 배려의 마음을 갖게 함

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

우리 마을은 작은 면 단위 시골이었다. 작은 공장들이 드문 드문 생겨나고 아파 트가 지어지면서 도 시의 모습이 조금씩 보인다. 이런 우리 마을을 위해 필요한 인공지능 기술을 적 용해보자.

창 의 적 설 계

창의적 설계

◦우리 마을 공모전 을 통해 긍정적 감 성적 체험을 한다.

◦ 학습자가 연합하 여 문제를 해결함으 로써 친밀감을 갖는 다. (사회적 경험)

감 성 적 체 험

◦ 구글 빅데이터를 활용하여 우리 마을의 교통량을 분석한 다.

◦ 코딩 프로그램을 활용하여 문제를 개선할 수 있는 창의 적 설계를 한다.

◦ 각종 힘을 분석하여 합리 적인 마을 구조 모듈을 설계 한다.

감성적 체험

(30)

학습

과정 교수 학습 활동 준비물

도입

☼ ‘ 우리 마을 안전 지킴이, 음봉 AI ’

도시와 농촌이 혼재되어 있는 우리 마을을 조금 더 살기 좋은 마을로 만들 어보자. 현재 우리나라에는 도농이 혼재되어 과도기적 모습을 보이는 도시 가 여럿 있다고 한다. 이런 곳에 인공지능 기술을 이용하여 도움을 줄 수는 없을까? 여러분이 인공지능 공학자가 되어 우리 마을을 살기 좋은 모습으 로 변화시켜 보자.

우리 마을에 대해 대화하기

- 구글 빅데이터를 활용하여 우리 마을에 대해 알아본다.

- 현재 우리 마을의 특징에 대해 알아본다.

- 우리 마을에 필요한 자동화 기술에 대해 공유한다.

- 5년 간 마을에서 발생한 안전사고에 대해 조사한다.

- 우리 마을에 인공지능 도입과 관련 찬반 토의 및 프레젠테이션 한다.

인공지능 기술에 대한 내용 조사하기

- 인터넷 자료 검색을 통해 개발된 인공지능을 탐색한다.

- 인공지능 운영의 문제점에 대해 알아본다.

- 인공지능 구현을 위한 코딩 프로그램은 무엇이 있는지 조사한다.-1 - 파이썬, 엔트리 등의 자동화 프로그램에 대해 알아본다.

▸우리 마을에 필요한 인공지능 기술은 어떠한 것이 있나요?

▸우리 마을의 안전 사고를 줄이기 위한 방법은?

교사 발문 Tip

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PPT

STEAM 활동지

전개

☼ 우리 마을 안전사고를 줄이기 위한 인공지능 도로 설계하기

마을 안전 사고를 줄일 수 있는 방법을 브레인 라이팅 방법을 통해 구안하 고 각각의 장단점을 PMI를 통해 분석함. 빅데이터와 코딩 프로그램을 활용 하여 인공지능 도로를 설계하기

인공지능 프로그램에 대해 알아보기

- 아두이노를 활용하여 자동화 운영 방안을 강구한다.

- 자동 프로그램을 위한 알고리즘, 코딩의 개념에 대해 이해한다.

- 프로그램 오류를 줄일 수 있는 방안에 대해 알아본다.

STEAM 활동지

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안전한 도로 구조에 대해 알아보기 - 교통 사고가 적은 도로에 대해 조사한다.

- 미래의 도로 개념에 대해 이해한다.

- 인공지능 도로의 형태와 구조, 기능에 대해 알아본다.

▸현재 우리 마을을 살펴보니 어떤 생각이나 느낌이 드나요?

▸교통사고가 적은 도로의 특징은?

▸인공지능을 위한 코딩 프로그램은 무엇인가요?

아두이노 회로판 설계

- 필요한 아두이노 센서와 부품에 대해 이해한다.

- 인공지능 프로그램을 구현하는 회로판을 설계한다.

- 아두이노 구조를 분석하고 모듈 형태에 대해 알아본다.

안전한 우리 마을 인공지능 도로 구상하기 - 안전한 도로 구조를 구상한다.

- 아두이노 회로판과 연계하여 적절한 도로 구조에 대해 의견을 나눈다.

- PMI기법을 이용하여 의견을 수렴하고 모둠별로 만들고 싶은 아두이노 도로 모듈을 구상한다.

▸안전하고 효과적인 도로의 형태는?

▸인공지능 기술을 구현할 수 있는 아두이노 모듈을 설계하면?

문제 해결 프로젝트 (설계)

- 이전 시간에 구상한 프리핸드 스케치를 바탕으로 가장 효율적인 디자인과 재료를 결정한다.

- 정해진 디자인과 재료를 바탕으로 구체적인 제작도로 표현한다.

- 제작을 위한 준비를 한다.

STEAM 활동지

PPT

태블릿

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☼ 우리 마을 안전 도로 만들기

주어진 재료를 이용하여 구상한 아이디어를 실현시켜보자.

3D 프린터를 활용한 우리 마을 안전 도로 모듈 만들기 - 기본 틀을 MDF, PLA, 우드락 등으로 만든다.

- 3D 설계를 바탕으로 필요한 부분을 3D 프린터로 제작한다.

- 순간접착제를 사용하여 빠른 시간에 효과적인 공간이 나오도록 제작한다.

- 슬라브, 지붕 등 무게가 작게 나가는 재료가 필요한 곳은 랩과 PLA를 병 행하여 정교하게 제작한다.

▸도로를 만들 때 폭과 너비를 고려하세요

▸안정적인 도로의 단면은 어떻게 만들면 좋을까요?

안전지도

3D프린터 레이져 커팅

STEAM 활동지

정리

☼ 느낌 나누기

모둠별로 만든 우리 마을 도로 모듈을 발표해 보며 서로 잘된 점과 보완할 점을 이야기해 주는 활동을 통해 아이디어를 공유하고 지금까지의 활용내용 이 정리되도록 지도한다.

모둠별로 만든 모듈을 발표하고 전시하기 - 만드는 과정에서 어려웠던 점을 이야기한다.

- 자기 평가를 통해 반성하고 피드백 한다.

- 친구들의 장점을 칭찬하고, 단점은 서로 토론하여 공유한다.

- 일정 기간 동안 모둠 이름을 붙여 전시한다.

▸누가 가장 효과적으로 모듈을 만들었나요?

▸인공지능은 우리 마을을 안전하게 지켜줄까요?

평가활동지

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4. 학생활동지 / 학생 / 교사 참고자료

우리 마을 친환경 AI 발전기(STEAM)

활동 1 태양 전지의 효율을 높이는 방법

탐구 문제 태양광 발전의 원리를 일상생활에 어떻게 적용할 수 있을까?

준비물 전등, 태양 전지 2개, 전류계, 전압계, 집게 달린 전선, 소형 전동기, 각도기

1. 태양 전지 1개에 전동기, 전류계, 전압계를 연결하고, 태양 전지에 전등을 수직으로 설치한다.

2. 태양 전지와 수평면 사이의 각도가 0°, 30°, 60°일 때 태양 전지에 발생하는 전압과 전류를 각각 측정하여 전 력을 구한다.

3. 태양 전지 2개를 직렬로 연결하고, 과정 2를 수행한다.

4. 태양 전지 2개를 병렬로 연결하고, 과정 2를 수행한다.

결과

1. 태양 전지와 수평면 사이의 각도에 따라 태양 전지에서 발생하는 전력은 어떻게 달라지는가?

2. 태양 전지의 연결 방법에 따라 태양 전지에서 발생하는 전력은 어떻게 달라지는가?

3. 태양 전지의 효율을 높이는 방법을 모둠별로 토의해 보자.

태양 전지 개수 1개 2개 직렬연결 2개 병렬연결

태양 전지와 수평면 사이의 각도(°) 0 30 60 0 30 60 0 30 60

전압(V) 　　　

전류(A) 　　　

전력(W) 　　　

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활동 2 효율적인 태양 전지 활용을 위한 AI 알고리즘 구상하기

활동 3 효율적인 태양 전지 활용을 위한 하드웨어 구상하기

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Ⅳ. 환경과 에너지 (STEAM)

② 발전과 신재생 에너지

문항

우리학교 주변의 문제점을 발견하고 이 문제를 해결하기 위한

전기 시스템

을 구상해 봅시다.

(전기 원리가 구현된 시스템이면 됨)

문제 인식 :

우리 학교 주변에서 발견할 수 있는 문제 찾기

문제 선택 :

전기 시스템으로 해결 가능한 문제를 골라 보자.

전기 시스템을 이용한 문제 해결 방법

Ÿ 평가기준 : 과학적 관찰력, 과학적 문제해결 태도, 전자기학 이해도, 논리적 사고력, 창의성

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토론학습

AI 시대의 미래는 긍정적인가?

____반 ____번 이 름_______________

인공지능 기술의 영향력은 어디까지일까

1 선택한 인공지능 기술을 소개해볼까요?

2 인공지능 기술에 어떤 사람이 관심을 보이며 영향을 가장 많이 받는 사람은 누구일까요?

3 인공지능 기술이 어떻게 악용될 수 있을까요?

4 인공지능 기술을 다른 사람을 돕는 데 사용한다면 누구를 도울 수 있을까요?

5 인공지능 기술로 인해 앞으로 생길 수 있는 긍정적인 일은 무엇이 있을까요?

1.

2.

3.

6 인공지능 기술로 인해 앞으로 생길 수 있는 부정적인 일은 무엇이 있을까요?

1.

2.

3.

7 인공지능과 인간의 공존을 위해 우리 모두가 지켜야 하는 가치로 무엇이 있을까요?

1.

2.

3.