2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
2018. 10. 29
신성여자고등학교
【 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
과 제 개 요
과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 고등학교 통합과학-수학-코딩 연계 수업 STEAM 프로그램 학교급 고등학
교 대상 학년(군) 1학년·2학년 중심과목 통합과
학
중심과목
성취기준 영역 [고등학교] 통합과학 - (10) 시스템과 상호작용
연계과목 수학 과학 정보
연계과목 성취기준 영역
[통합과학 1학년] (10) 시스템과 상호작용 [정보 2학년] (11) 자료의 표현과 관리 [수학 1학년] (10) 도형의 방정식 / 경우의 수
연구기간 2018.4. . ~ 2018.11.23.
연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000) 참여연구원 7명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 6명)
연구 수행자에 관한 사항
구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명
연구책임자 신성여자고등학교 지구과학/정보 교사 백성호
공동연구원 신성여자고등학교 화학 교사 이창옥
공동연구원 신성여자고등학교 화학 교사 김성룡
공동연구원 신성여자고등학교 생물 교사 김승언
공동연구원 신성여자고등학교 물리/환경 교사 강봉헌
공동연구원 신성여자고등학교 물리 교사 은정기
공동연구원 신성여자고등학교 수학 교사 김대건
2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2018년 10 월 29 일
연구책임자 : 백 성 호 (인)
“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
목 차
1. 요약문··· 1
2. 서론···
※ 서론에는 연구(회)의 필요성 및 연구(회) 목표 등의 내용을 작성합니다.
(교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 취지와 목적 등)
3. 연구 수행 내용 및 결과···
※ 연구 추진 내용 및 결과에는 ① STEAM 프로그램 개발 및 적용, ② STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사, ③ STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 등의 내용 을 작성합니다.
➀ STEAM 프로그램 개발 및 적용 : 프로그램 개발 중점 사항(어떤 프로그램을 어떻게 개발하였는지 작성), 교사연구회 운영 및 수업 편성 사례(프로그램 적용시기, 시간표, 대상학년 전체 학생 수, 수혜학생 수 명시)
➁ STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 : STEAM 수업 적용 학생 성취도 평가 방법 개발, 학교생활기록부 기재 방법(예시) 제시, 적용 성과 (수혜 학생 수, 학 생 사전·사후 태도 검사 시기 및 대상 선정 이유 명시, 학생 인터뷰 내용 등), STEAM 수업 적용 후 학생 및 교사 만족도 조사 관련 내용
➂ STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 : STEAM 교사연구회(또는 소속 학교) 주최 행사 자료 등 제출
※ 당초 계획 대비 변경된 사항이 있는 경우 사유와 함께 기입
가. 연구 수행 내용 ···
나. 연구 수행 결과 ···
1) ···
2) ···
4. 결론 및 제언 ···
※ 결론 및 제언에는 기타 사항 및 시사점을 작성합니다.
-교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점 - 교사연구회의 전체 회원 사이의 협력적 활동 내용, 교사연구회를 통해 참여 교사들
의 STEAM 수업 역량이 증가 내용 및 설명 제시
-STEAM 교사연구회와 해당 STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안 -기타 사항 및 시사점
5. 참고문헌···
[부록]
부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지)
부록2. (학생 산출물, 사진, 수업 영상, 성찰일지, 교사의견, 자체평가 결과 등)
부록3. 회의록 부록4.
(해당 시) 논문 게재, 특허 또는 실용신안 출원 증빙자료 제출
1. 요약문
본 교사 스팀연구는 과학 교과에 대한 과정에 대한 이해를 교과서 적으로 제고하지 않고, 학 생들이 과정을 이해하는 자료를 직접 제작 및 활동해 봄으로써 공부하도록 기획하였다. 다양한 방법 중에 코딩을 통해 문제 해결 방법을 고안해 봄으로써 탐구 과정을 이해하도록 하였고, 더 나아가 응용을 통해 창의 산출물들을 만들어 보도록 안내하였다.
코딩을 다뤄보지 않은 학생들이 대다수이기에 스프레드시드를 활용한 알고리즘, 코딩 구현과 실험과 코딩을 연계해보는 시도를 하였다.
그 밖에 데이터베이스의 개념을 과학 탐구와 연계하여 자료 분석 수집에서부터 자료 분석까 지 함께 해보았다.
수업은 문어발식으로 각 선생님들이 각자 진행하며, 중간 중간 회의를 통해 내용 및 진도 조 절을 하였고, 각자 이벤트 형태의 스팀 수업을 준비하고 적용하셨다.
수학·과학·정보 교과 내용이 순차적으로 적용될 수 없어, 필요한 내용들의 수업 내용을 시기 조절해야만 하였고, 내용을 연계하기 위해 따로 수업시간을 할당해야했다.
교과 진도에 영향이 적은 1학년의 경우 부담 없이 수업이 진행되었고, 학생들 또한 이전의 고 등학교 과학을 접하지 못한 채 스팀 수업으로 과학 수업을 접하여 즐겁게 수업에 참여하였다.
2. 서론
◦ 미래 사회의 인재는 얼마나 많은 지식과 정보를 알고 있는가 보다는 이를 효과적으로 얼마나 새롭게 융합시킬 인재를 필요로 하고 있다. 이를 해결하기 위하여 미국은 미국 청소년들이 OECD에서 주관하는 학업성취도 평가인 PISA에서 다른 선진국 청소년들에 비해 수학·과학 분야에서 아주 낮은 성적을 기록하였기 때문에 STEM 교육이 필요하였 다. 그러나 우리나라는 우리 학생들이 TIMSS, PISA 등 국제 학업성취도 평가에서 상 위의 성적을 받고 있는 반면, 학생들의 과학 및 수학에 대한 자신감은 50개국 중 과학 27위, 수학 43위이며, 과학 및 수학에 대한 즐거움은 과학 29위, 수학 43위로 매우 낮은 순위였으며 이는 많은 학생들이 과학과 수학에 흥미를 느끼지 못하고 있기에 이를 해 결해야 할 필요가 있었다. 학생들의 수준을 고려하지 않는 획일적인 수업, 문제 풀이와 암기식 수업, 실생활과 관련된 내용 부족으로 학생들이 흥미를 느끼지 못하고 학습 동 기를 부여받지 못하면서 STEM 교육에 Arts를 가미한 STEAM 교육이 필요하였다.
◦융합인재교육(STEAM)은 바로 현재의 과학과 수학 교육이 적극적이고 창의적인 미래 형 융합 인재를 양성하기에 부족하다는 문제의식에서 출발하였다. 학생들이 과학과 수학 을 재미있는 과목으로 느끼고, 스스로 문제를 해결하는 방법을 찾을 수 있도록 교육 방 법을 바꾸는 것이다. 그런데 우리나라는 국가교육과정을 준수하고, 각 교과별로 엄밀한 칸막이가 나눠져 있다. 같은 주제로 교과간에 서로 연결되어 있다 하더라도 서로 연계하 거나 함께 가르치기 보다는 교과별로 교과서대로 가르치는 전통이 있다. 이를 극복하고 학생들의 창의성을 함양하기 위하여 융합이라는 방법론을 도입하였으므로 지식 전달 위 주의 강의식 수업보다 학생이 자유롭게 생각을 도출하고 표현해내는 과정이 필요하다
.
3. 연구 수행 내용
➀ STEAM 프로그램 연구 및 적용
- STEAM 교육 활성화를 위한 교육 환경 조성
1) 과학실(복도 포함) STEAM 코너 조성가) 과학실 : 전공별(물리, 화학, 생물, 지구과학)학급별 융합 주제, 문제 및 프로젝트에 따라 창의․탐구 가능한 환경을 구성하여 프로젝트 학습, 체험 학습 결과물 전시 나) STEAM 코너 : 과학실 복도 게시판은 STEAM 공간으로 활용하여 다양한
STEAM교육 사례와 학습 활동 결과물 및 활동사진으로 구성 2) 학생 STEAM 활동 장려를 위한 다양한 수업활동 및 방과 후 과목 개설
가) STEAM 관련 자료 및 소식지 홈페이지 탑재
나) 야외 체험 활동 (지질답사, 생태답사, 탐방활동) 및 데이터 분석 및 코딩 방과 후
➁ STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 가. STEAM 프로그램 개발 및 적용 계획
이 연구에서 지역 자원을 활용한 STEAM 프로그램 개발 및 적용을 위한 기본 연구 체제 는 [그림 1]에 제시하였다.
기초 조사
ㅇ 문헌연구 및 국내․외 선행 연구 조사
ㅇ 전문가 협의회 : 각 교과별 교사, STEAM 내용 전문가(자문위원)로 구성 하여 연구방향 논의
⇩ STEAM 프로그램 개발틀
설계
ㅇ 교과별 내용 분석, 예비활동 과제 선정
ㅇ 과제 선정 준거(수준 적합성, 현실 세계와의 관련성, 실습활동 실 행 가능성, STEAM관련성 등)
ㅇ STEAM 교육 프로그램의 과제 선정
⇩
STEAM 프로그램 개발
ㅇ 과제별 교육 목표 설정
ㅇ 프로그램의 분석 및 세부 활동 명료화 ㅇ 교육 프로그램의 학습내용 선정 및 조직
ㅇ 교육자료, 교수자 지도안, 학습자용 자료 개발육 프로그램의 내용 구성
⇩
수업 적용 ㅇ 개발자별 대상자 선정 수업 운영 ㅇ 전문 분야 자문위원의 자문활동
⇩
프로그램 평가 ㅇ 교육 프로그램의 평가(학생 및 전문가 집단)
[그림 1] 연구 추진 체계
나. 수업 프로그램 적용 계획
1) 적용 대상: 신성여자고등학교 1학년 전체 학생334명(10학급) 및 방과 후 수업 (2학급) 2) 적용 시기: 2018년 4월 ～11월
3) 적용 방법
가) 적용 연구는 사전-사후검사 통제집단 설계에 따라 진행 (2개 학급 비교) 나) 1학년 10학급을 정규 수업시간을 이용하여 실습 위주로 진행
다. 수업 프로그램 검증 계획
1) 검사 도구: 프로그램 적용에 따른 학생 흥미도와 교사․학생 만족도 조사지
※한국과학창의재단 교사연구회 지원 연구단에서 배포 예정 2) 결과 분석: t-test 분석(SPSS 14.0 version 프로그램 / 엑셀 통계 사용)
➂ STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천
◦ 물리, 화학, 생물, 지구과학 및 정보, 환경, 수학 교과목의 교수 방법 연계 - 메인 스팀 과제 수업 이외에 각 과목에서 이벤트 식 스팀 프로그램 개발 적용
◦메인 스팀 과제 수업 진행
1) 포물선 운동 학습(과학, 수학), 데이터베이스와 스프레드시드 기초 학습 (정보), 통계 학습 (수학), 데이터로 통계하기 (과학, 정보), 포물선 운동 코딩하기 (과학, 정보), 포물 선 운동 – 투석기 만들기 (과학, 예술, 공학)
2) 개별 이벤트 식 연계 steam 프로그램 운용
가) 빅데이터 분석(과학 데이터 분석- 미세먼지), 그래프 표현(공공데이터 이용) 나) 제주 지질 탐방 활동 (데이터 수집), 제주 생태 탐방 활동 (데이터 수집) 다) 실험 기구 원리 이용하여 같은 결과 만들기
라) 파이썬 코딩 프로그램 (온도, 습도에 따른 프로그램 작동 응용) ㅇ 수정 및 보완
⇩
보고서 작성 및 발표
ㅇ 개발 프로그램의 평가 및 개선 방안 마련 ㅇ 시사점 도출, 운영방안 제시 및 보고서 작성
※ 프로그램 개발 중점사항
통합과학의 내용을 수학의 방정식들과 통계로 표현하고 이를 정보 과목의 데이터화하여 시각화 할 수 있도록 노력함.
※ 학생 태도검사 대상의 선정 이유
매 수업 내용 마다 수업 집중도가 차이가 커서 선정하게 됨.
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 고등학교 통합과학-수학-코딩 연계 수업 STEAM 프로그램 학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년, 2학년
중심과목 고등학교 대상 학년(군) 1학년, 2학년
연계과목 과학 중심과목
성취기준 영역 [고등학교] (2) 역학적 시스템
개발결과 수학 과학 정보 환경
연계과목 성취기준
영역
[고등학교 1~3학년] (10) 도형의 방정식 / 경우의 수 [고등학교 1~3학년] (10) 시스템과 상호작용 [고등학교 1학년] <정보> 자료의 표현과 관리 주제
연번
차시
(시수) 과목 연계(안)
1 2 통합과학(1) + 수학(1)
2 2 통합과학(1) + 정보(1) 3 1 수학(0.5) + 정보(0.5) 4 2 통합과학(0.5) +환경(0.5) + 정보(1)
적용결과 7차시
◦ 통합과학의 포물선 운동에 관련하여 수학과 정보의 내용을 스프레드시드에 학생이 직접 계산 과정 및 코딩을 해 봄으로써 과학 탐구 과정을 활동으로 이해
◦통합과학의 상호작용과 관련하여 지구온난화에 제시된 내용을 수학과 빅데이터를 이용하 여 과학적으로 해석 및 접근
4. 연구 수행 결과
◦연구 수행 결과 -
구분 수행 결과
교수학습지도안 개발 차시 총 7차시
수업 적용 일정 2018. 8. 20. ~ 2018. 9. 21.
(STEAM 수업)수혜학생 수 신성여자학교 320명(1학년 및 2학년 자연반) 학생 태도검사 사전검사 6월 8일, 2개 학급(68명) 실시 완료
사후검사 10월 19일, 2개 학급(68명)
학생 및 교사 만족도조사 10월 19일 완료
교사연구회 STEAM 행사 개최
2018.9. 7. 2교시(10:30~11:20) 수업공개 2018. 9. 7. ~ 9. 8. 소프트웨어 컨퍼런스 참가 2018. 4. ~ 2018. 10. 지질탐사 및 생태탐사 개최
2018.10. 2. ‘STEAM 평가행사’ 개최
논문 또는 학술대회 해당 없음
특허출원(국외, 국내) 해당 없음
5. 결론 및 제언
※ 교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점
- 어려웠던 점 : STEAM 프로그램을 적용함에 있어 정규 수업시간을 사용하여 진행함으로써 많은 차시를 확보하기 어려움 ( 지필평가와 수행평가 – 학기 초기에 공지 되어 있어 이 부분 에 많은 시간을 사용하여 수업하여야 함. )
의도와는 다르게 예상치 못한 부분에서 학생들이 따라오지 못하는 상황이 발생하여 수업 중 간에 수업 내용을 줄여야하는 상황이 발생함.
초기에 목표를 너무 거창하게 잡아서 보다 쉽게 학생들이 접근할 수 있는 기회가 제한됨.
- 좋았던 점 : 자유롭게 교육과정을 엮어서 의욕적으로 가르칠 수 있고, 학생들이 좋아함.
본인이 직접 과정을 수행해서 얻는 결과여서 수업 중에 탄성과 환호가 종종 나옴. 의욕적으 로 수업설계를 할 수 있는 기회를 얻음.
※ 교사연구회의 전체 회원 사이의 협력적 활동 내용
- 교과 간 내용을 융합하여 진도에 맞추어 수업을 과목마다 맞추어 진행 이벤트 식으로 스팀을 적용할 수 있는 수업들을 계획· 수행한 후 결과 공유 서로의 수업에 대한 피드백
※ 교사연구회를 통해 참여 교사들의 STEAM 수업 역량 증가 및 설명 제시
- 전체적으로 코딩에 대한 관심이 높아 코딩 공부를 함께 진행하며, 수업에 적용할 아이디어를 공유함.
- 수업 설계 시 학생 활동을 전제하기 때문에 수업 중 학생 활동 시간이 증가함.
※ STEAM 수업 수혜 학생들의 반응(인터뷰) - 수업시간에 졸리지 않는다. 재미있다. (장점) - 어디에서 시험문제가 나올지 모르겠다. (단점)
※ STEAM 교사연구회와 해당 STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안
- 스팀 수업을 계획할 때 근사해 보이는 학생 활동 보다는 쉽게 따라할 수 있고, 학생들이 주어 진 과제를 변경할 수 있는 과제 선정이 중요함.
※ 기타 사항 및 시사점
[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물
고등학교 통합과학-수학-코딩 연계 수업 STEAM 프로그램
1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정
연번 차시 (중심과목)
2015 개정 교육과정 성취기준
(연계과목) 성취기준 영역
1 1/7 [10 과 02-01] 태양계에서 중력에 의한 운동을 이해하고, 행성의 공전 주기를 예측 수 있다. 포물선 운동을 수식으로 이해할 수 있다.
고1 수학 [도형의방정식]
2 2/7
[10 과 02-01] 태양계에서 중력에 의한 운동을 이해하고, 행성의 공전 주기를 예측 수 있다. 종속변수와 독립변수를 구별하여 데이터베이스화 하는데, 스프레드시드를 활용할 수 있다.
정보[자료의 표현과 관리]
3 3/7
[10 과 02-01] 태양계에서 중력에 의한 운동을 이해하고, 행성의 공전 주기를 예측 수 있다. 간단한 코딩으로 포물선 운동을 구현할 수 있다.
정보[자료의 표현과 관리]
4 4/7 [10 과 02-01] 지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동을
이해하고, 우주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
고1 수학 [도형의방정식]
5 5/7 [10 과 02-01] 지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동을
이해하고, 우주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
정보[자료의 표현과 관리]
6 6/7 [10 과 02-01] 지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동을
이해하고, 우주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
고 1 수학 [경우의 수]
7 7/7 [10 과 02-01] 포물선 운동을 이해하고, 투석기 설계 및 제작에 적용할
수 있다. 기술 · 공학
1-1. 교육과정 재구성표
교육과정을 재구성함에 있어 각 교과에서 해당 개념에 대한 수업이 진행이 되었어도, 주(main) 스팀 수업 시 간에 할 스팀 내용을 다시 수업을 해주어야 원활히 수업이 진행됨.
2. STEAM 프로그램 총괄표(총 7차시)
차시 주요내용
1
/7 주제(단원)명 역학적 시스템
Co 상황 제시
태양계에서 중력에 의한 운동을 이해하고, 행성의 공전 주기를 예측 수 있다.
중력 개념을 설명하고, 원과 타원 그 밖의 도형들을 방정식을 이용해 풀이해준다.
CD 창의적 설계
초점을 중심으로 원과 타원 그리고 포물선 등을 이해시키며 직접 작도해보고, 이심률에 따 른 도형들을 직접 그린다.
ET 감성적 체험
도형의 방정식과 본인이 그린 그림을 비교한다.
2 /7
주제(단원)명 역학적 시스템
Co 상황 제시
태양계에서 중력에 의한 운동을 이해하고, 행성의 공전 주기를 예측 수 있다.
CD 창의적 설계
엑셀 스프레드시트를 이용하여 행과 열 그리고, 독립 변인과 종속 변인의 관계로 설명하며 데이터베이스 기본에 대한 설명을 해준다.
간단하게 엑셀 프로그램을 이용하여 계산과정들을 보여주고, 물체의 초기 속도와 방향에 따른 물체의 이동 속도와 방향을 2차원 그래프로 보여준다.
ET 감성적 체험
전 차시의 자유낙하 운동에 대한 물체의 운동을 학생들이 직접 시연해 볼 수 있도록 지도 한다. 성공 경험을 바탕으로 교사가 앞서 보인 물체의 이동을 직접 해보려는 도전 의 식을 키운다.
3 /7
주제(단원)명 역학적 시스템
Co 상황 제시
태양계에서 중력에 의한 운동을 이해하고, 행성의 공전 주기를 예측 수 있다. 엑셀 스프레 드시드로 구현한 포물선 운동을 학생들에게 직접 제작하도록 한다.
CD 창의적 설계
간단하게 엑셀 프로그램을 이용하여 계산과정들을 보여주고, 물체의 초기 속도와 방향에 따른 물체의 이동 속도와 방향을 2차원 그래프로 학생들이 표현해 본다.
간간한 삼각함수에 대한 설명을 하여 점과 점의 연결로 그래프가 표현되는 것임을 인식시 킨다.
ET 감성적 체험
포물선 운동에 대한 물체의 운동을 학생들이 직접 시연해 볼 수 있도록 지도한다. 투사체 를 직접 디자인해보고 컨트롤러를 꾸며 봄으로써 산출물의 완성도를 높인다.
4 /7
주제(단원)명 역학적 시스템
Co 상황 제시
지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동을 이해하고, 우주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
CD 창의적 설계
전 시간에 배운 경우의 수와 데이터 시각화 과정을 엑셀 프로그래밍으로 실습한다. 등가속 도 운동을 행과 열로 수학적으로 기록 · 계산해보고 그래프로 표현한다.
5 /7
주제(단원)명 역학적 시스템
Co 상황 제시
지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동을 이해하고, 우주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
CD 창의적 설계
엑셀 함수의 참조 기능을 익힘으로써 스프레드시드의 계산 알고리즘을 이해하고 응용할 수 있는 기회를 제공한다.
ET 감성적 체험
등속 운동에 대한 물체의 운동을 학생들이 직접 시연해 볼 수 있도록 지도한다. 투사체를 직접 디자인해보고 컨트롤러를 꾸며 봄으로써 산출물의 완성도를 높인다.
6 /7
주제(단원)명 역학적 시스템
Co 상황 제시
지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동을 이해하고, 우주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
CD 창의적 설계
데이터베이스의 기초와 함께 통계함수 및 기술적 통계 내용을 배우고, 과학 데이터(미세먼 지)에 적용하여 데이터 분석을 한다.
ET 감성적 체험
관심 있는 주제를 선택하게 하고, 데이터 분석의 기회를 제공한 후 발표의 기회를 갖는다.
7 /7
주제(단원)명 역학적 시스템
Co 상황 제시
지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동을 이해하고, 우주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
CD 창의적 설계
3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 배운 내용을 바탕으로 투석기 제작을 한다.
ET 감성적 체험
간단한 대회를 개최한다. 공을 멀리 날리기가 보다는 특정한 위치에 공이 떨어지는 것을 목표로 하여 제작한 투석기의 각도 및 힘을 조절할 수 있도록 한다.
중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년
중심과목 성취기준
영역
[고등학교] (2) 시스템과 상호작용 중심과목
성취기준
우리가 살고 있는 세상은 일정한 질 서를 따라 끊임없이 변화하면서도 지속성을 유지하는 체계인 ‘시스템’
으로 구성되어 있으며, 자연에는 여러 가지 힘이 작용하여 시스템을 유지하고 있음을 논증할 수 있다.
주제(단원)명 역학적 시스템 차시 1/7
학습목표
1. 태양계에서 중력에 의한 운동을 이해하고, 행성의 공전 주기를 예측 수 있다.
2. 지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동을 이해하고, 우주발사체의 탈출속도 를 예측할 수 있다.
연계과목 수학 연계과목
성취기준 영역 도형의 방정식
STEAM 요소
S 역학적 시스템 ( 중력, 원궤도, 타원궤도 ) T
E A
M 도형의 방정식 ( 원, 타원의 방정식 )
개발 의도 원과 타원의 의미를 이해하고 중력과 원운동 그리고 타원 운동이 일어나는 이유를
연결하는 과정을 수행
※ (개발 의도 및 교수·학습 내용 상세설명)
원과 타원을 초점으로 이해시키고, 이심률의 개념을 갖게 한다.
그림으로 그려진 도형을 보고 이심률과 초점간의 관계를 찾아 낼 수 있도록 한다.
중력과 물체의운동이 만드는 궤도가 차이가 있음을 인지한다.
STEAM 학습준거
상황 제시
상 황 제 시
중력 개념을 설명하 고, 원과 타원 그 밖의 도형들 을 방정식을 이 용해 풀이해준 다.
창 의 적 설 계
창의적 설계
도형의 방정식과 본 인이 그린 그림 을 비교한다.
감 성 적 체 험 초점을 중심으로 원과 타원 그
리고 포물선 등을 이해시 키며 직접 작도해보고, 이 심률에 따른 도형들을 직 접 그린다.
감성적 체험
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (10 분)
Co
태양계에서 중력에 의한 운동을 이해하고, 행성의 공전 주기를 예측 수 있다.
중력 개념을 설명하고, 원과 타원 그 밖의 도형들을 방정식을 이용해 풀이해준다.
PPT
동영상
Tip!
전개 (30 분)
CD
중력, 등가속도 운동에 관한 영상 및 그래프를 보여준다. 이후 원운동과 연결 짓는다.
Co
초점을 중심으로 원과 타원 그리고 포물선 등을 이해시키며 직접 작도해보고, 이 심률에 따른 도형들을 직접 그린다.
ET
도형의 방정식과 본인이 그린 그림을 비교한다.
PPT
동영상
판서
정리 (10 분)
ET
다양한 도형들을 보며 궤도 운동에 있어서 작용해야할 힘의 크기를 가름해본다.
PPT
동영상
4. 학생활동지 / 학생참고자료
1 차시 1/7
* 이심률 변화에 따른 타원의 변화정도를 나타내는 자료
6/7 차시가 끝나면 관심 있는 학생들은 이 그래프를 그릴 수 있을 정도로 지도한다.
5 차시 5/7
데이터 분석 및 설계 의 기본
① 엑셀 검색 함수 사용하기
1) 한 가지 조건에 부합하는 항목(Data)을 찾는 경우 LOOKUP ( VLOOKUP )
LOOKUP 함수의 종류는 세 가지, LOOKUP, HLOOKUP, VLOOKUP이 있습니다. LOOKUP은 검색의 뜻인데… HLOOKUP, VLOOKUP 함수 앞에 붙은 알파벳은 무슨 의미일까요?
– H(Horizontal) LOOKUP: 횡으로, 가로로 검색 – V(Vertical) LOOKUP: 종으로, 세로로 검색
=VLOOKUP(lookup_value, table_array, col_index_num, [range_lookup]) (찾는 값, 테이블 범위, 열 번호, [true(근사값) or false(정확한 값)]
예제 ) ‘수우미양가’ 평가 하기, 도서대출 도서명 자동 입력하기
2) 두 가지 조건에 부합하는 항목(Data)을 찾는 경우 index 와 match 함수 조합
MATCH 데이터 범위 내에서 원하는 데이터의 행과 열 위치를 구해주는 함수
INDEX 데이터 범위 내에서 행과 열 위치를 참조해 특정 위치의 값을 구해주는 함수
=MATCH(lookup_value, lookup_array, [match_type]) (찾는 값, 찾을 행(또는 열), [-1, 0, 1])
행과 열의 주소를 알려준다.
=INDEX(array, row_num, [column_num]) ( 범위, 행 , [열] )
=INDEX(reference, row_num, [column_num], [area_num]) ( 한 개 이상의 참조범위, 행 , 열 , [참조범위 번호])
VLOOKUP은 값으로 찾고자 할 때, index는 행 (열)의 위치로 찾고자 할 때 사용한
다.
6 차시 6/7
* 2017 년 5 월 7 일 전국에서 측정된 시간별 미세먼지(PM10)를 측정한 값이다.
* 위의 표를 보고 미세먼지의 변화에 대하여 간단하게 적어 봅시다.
[ PM10 : 1시간 평균값 ] 2017년 05월 07일
지점 01
시 02 시
03 시
04 시
05 시
06 시
07 시
08 시
09 시
10 시
11 시
12 시
13 시
14 시
15 시
16 시
17 시
18 시
19 시
20 시
21 시
22 시
23 시
24 시 102
백령도 121 118 110 127 141 165 158 154 152 156 153 136 130 98 67 68 80 77 106 108 123 151 137 136 201 강화 107 95 94 77 94 101 86 99 111 113 129 134 131 134 127 105 83 61 59 55 44 41 55 103
116
관악산 78 63 61 76 89 111 118 93 100 107 109 113 97 85 89 83 58 41 40 38 32 39 40 52 108 서울 100 90 91 84 85 91 93 103 116 123 137 143 122 117 109 101 86 61 54 47 39 45 50 62
229
격렬비도 91 87 89 109 106 108 117 132 176 227 181 164 175 177 184 179 169 156 136 135 118 116 126 135 132
안면도 64 72 76 78 75 76 80 75 84 95 124 146 156 149 136 133 125 127 129 126 126 123 125 120 119 수원 82 87 88 87 87 94 96 90 106 126 142 160 138 111 95 82 66 47 59 75 67 72 83 99
094
광덕산 43 53 63 59 55 64 62 63 74 79 89 85 78 68 84 71 66 66 53 53 44 43 36 36 093 춘천 66 58 63 58 61 64 81 68 80 100 103 103 89 88 89 89 87 79 73 65 55 50 46 41 232 천안 76 65 55 49 47 48 58 73 85 122 149 169 173 143 135 96 74 49 59 55 44 32 37 36
135
추풍령 93 91 91 76 85 73 72 86 147 168 165 171 252 186 135 104 92 81 85 83 63 60 55 51 169
흑산도 116 118 123 118 107 103 86 122 163 246 309 352 343 326 306 306 299 281 275 287 280 263 269 281 140 군산 128 112 94 105 96 93 99 95 115 157 241 242 232 229 225 217 193 191 185 190 183 181 179 167 146 전주 93 83 80 75 80 78 76 74 107 171 193 178 187 198 171 135 109 117 143 153 148 150 135 103 156 광주 115 113 108 111 120 115 109 99 121 124 153 208 254 264 224 213 180 131 116 102 122 186 208 213 121 영월 49 42 42 37 38 35 35 35 44 66 73 86 83 69 75 64 52 48 48 42 35 29 27 24 136 안동 135 136 142 119 109 105 94 110 122 156 182 188 162 123 121 121 96 75 70 57 47 44 36 31 143 대구 95 96 90 86 76 70 78 68 75 95 115 192 170 161 161 107 92 89 89 112 120 38 30 37 192 진주 33 30 33 40 34 41 44 50 80 124 172 204 209 196 166 151 110 83 76 60 49 47 44 36
160
구덕산 117 100 95 95 106 107 93 96 128 117 137 163 168 164 171 178 182 129 88 72 61 72 45 47 090 속초 40 41 48 45 58 56 52 66 68 76 76 75 83 83 83 73 109 96 88 87 71 52 37 32
100
대관령 77 60 58 60 61 60 62 65 86 109 109 111 93 96 110 107 103 86 80 71 70 61 61 63 152 울산 104 86 78 81 79 80 70 67 75 111 157 218 228 189 216 143 73 59 45 41 40 39 39 36 130 울진 68 55 55 55 55 61 64 71 73 83 94 85 89 85 90 91 78 76 73 69 71 50 42 38
115
울릉도 61 49 31 19 16 28 37 36 34 50 44 46 49 52 45 50 71 77 64 42 41 49 53 66 185 고산 131 117 116 106 72 70 105 136 80 88 120 127 119 97 97 94 98 98 107 107 92 93 99 104
501
연평도 97 83 92 102 108 108 101 105 116 135 137 161 158 135 129 99 97 85 76 86 85 103 117 122 268 진도 105 96 94 87 81 70 70 77 102 114 169 210 281 335 308 303 290 299 275 249 228 202 182 172 273 문경 109 97 91 84 79 84 77 81 92 141 157 149 125 117 135 91 79 68 57 55 46 51 45 41
399
서청주
6 차시 6/7
* 새벽, 정오, 저녁, 자정의 미세 먼지량을 누적하여 나타낸 그래프이다.
미세 먼지량을 지역별로 가장 잘 나타낼 그래프 2 가지를 그려보세요.
* 위 그래프를 해석해 보세요.
그래프 1. 그래프 2.
6 차시 6/7
* excel에서 통계 함수를 사용하기 위한 셋팅
* 통계 개념 학습 ( 분산 )
* 통계 개념 학습 ( 첨도와 왜도 )
* 통계 개념 학습 ( 기술 통계법과 히스토그램 )
5. 교사자료
6 차시 6/7
* 지역별로 따로 표를 만들게 하고, 시간에 따른 미세먼지의 양의 변화를 표현하게 한다.
268 진도의 경우 y 축 간격이 다른 표와는 다름을 인지하도록 하고, y 축 값을 통일하여 표현하도록 한다.
* 표의 행과 열을 그래프로 표현할 때 가공해야할 것들을 생각하게 해보고, 그래프로 효과적으로 표현할 때 얻을 수 있는 장점에 대해 이야기해보도록 하자.
* 데이터를 이용한 그래프 학습 자료는 기상청 자료실, 교육통계 자료실, 공공데이터포탈 등에서 필요한 주제에 따라 자료를 다운로드하여 사용할 수 있다.
자료출처 기상청 미세먼지 자료
6. 차시별 학생 평가기준 및 방법
차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구
1~3 /7
상 태양계에서 중력에 의한 운동을 도형의 방정식으 로 이해하고, 행성의 공전 주기를 예측 수 있다.
모둠별 토론평가 자기/동료평가지
(학생용) 중 태양계에서 중력에 의한 운동을 이해하고, 행성의
공전 주기를 예측 수 있다.
하 태양계에서 중력에 의한 운동함을 안다.
4~6 /7
상
지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운 동을 엑셀 스프레드 시트를 통하여 이해하고, 우 주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
모둠별 토론평가 자기/동료평가지
(학생용) 중
지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동 을 이해하고, 우주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
하 지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동 을 안다.
7 /7
상
지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운 동을 엑셀 스프레드 시트를 통하여 이해하고, 우 주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
관찰평가 관찰평가지
중
지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동 을 이해하고, 우주발사체의 탈출속도를 예측할 수 있다.
하 지구시스템에서 중력가속도에 의한 등가속도 운동 을 안다.
가. 자기/동료평가지(1~4차시)
평가방법 평가기준 평가
상 중 하
자기평가
~ 설명할 수 있다.
~ 에 적극 참여하였다.
~ 엑셀을 이용하여 그래프 또는 데이터화 할 수 있다.
동료평가 ~ 적극적으로 참여하였다.
~을 도와주었다.
※ 평가 노하우 :
매차 시 진행되는 학생 활동을 잘 따라 올 수 있도록 지도하고, 컴퓨터에 익숙한 학
생들이 다른 학생들을 도울 수 있도록 유도
나. 관찰평가지(5차시)
번호 이름
지식 태도
배움과 성장의 기록
~ 수 있다. ~수 있다.
상 중 하 상 중 하
※ 평가 노하우 :
교과서 등에 실리는 표와 그래프등이 어떻게 검증되고 만들어지는지 직접 해보면서 과학 데이터에 대한 해석 능력을 키울 수 있도록 지도하고 평가한다.
7. 학교생활기록부 기재 예시
항목 학생부 기재 예시
교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항
(과학)
교과서에 실리는 표와 그래프등의 출처를 검색하여 원
데이터 자료들을 분석해보며 해석한 내용과 분석하는 등 과학 데이터에 대한 해석 능력이 남다름.
(수학) 도형의 방정식을 중력을 통하여 설명함으로써 이 궤도 운동이 가능하기 위한 변인들을 제시함.
행동특성 및 종합의견 입시 자료 등을 통계 내어 그래프화한 자료를 학급에 계시하는 등
과학데이터를 이용하여 최신 과학내용을 학생들에게 설명함.
[부록2]
[데이터 다루기 자유연습 : 공과대학 데이터 분석 - 학생 산출물01]
[케플러 법칙 : 이심률에 따른 그래프 그리기 - 학생 산출물02]
[수학 : 타원의 방정식 이용 - 학생 산출물03]
[지구과학 아름다운 한반도 : google 주소 이용 – 학생산출물04]
[ 전국대학 주소록 이용 : Power map 이용 – 학생산출물05]
[투석기 수업 – 학생산출물06]
[2018 소프트웨어 컨퍼런스] [K12CS 교사 연구회 강연]
[소프트웨어 부스] [저자와의 만남]
[수업활동 영상]
[창의 투석기 만들기 수업] [제주 지질 데이터 수집 활동]
[제주 생태 조사 자료 수집활동] [창의 유선 건물 제작 수업 활동]
[플랑크 곡선 수업용] [스펙트럼 학생 촬영]
[천체망원경 원리- 학생산출물] [현미경 원리-학생산출물]
[수업 및 활동사진]
[파이썬 코딩 활동 및 창작물 제작 활동]
[부록3]
자체 평가 결과 및 회의록
