MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

- MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 -

2017. 11. 30.

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

【 2017년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

프로그램 구분

□ 초 □ 중 ■ 고

학년(군) (1학년)

개선 신규

■ 일반주제 □ 일반주제

□ 우대주제

(3D프린터를 활용한 에펠탑 만들기)

■ 우대주제 (놀이동산 속

과학 찾기)

연구제목 MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

연구기간 2017. 4. 20. ~ 2017. 11. 30.

연구비 금사백만원(4,000,000원)

연구 책임자

소속 대전동신과학고등학교

성명 전철홍

참여 연구원 전태환, 조명연, 전민아, 김영후, 오유주

상기과제를 수행한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2017년 11월 30일

연구책임자 : 전 철 홍 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

이 보고서는 2017년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

목 차

1. 요약문

··· 1

2. 서론

··· 2

가. 필요성 및 목적 ··· 2

1) 연구의 필요성 ··· 2

2) 연구의 목적 ··· 4

나. 연구 범위 ··· 5

3. 연구 추진 내용 및 결과

··· 6

가. 융합인재교육(STEAM) 연구를 위한 환경 조성 ··· 6

나. STEAM 프로그램 개선&개발 ··· 8

다. 연구 결과 ··· 11

1) STEAM 교육만족도 조사 ··· 11

2) STEAM 교육만족도 조사 결과 ··· 15

라. 시사점 ··· 16

1) 융합교육 중요도 인식 확산 ··· 16

2) MAKER 기반 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 ··· 16

2) STEAM 소양 함양을 통한 창의적 융합 인재 양성 ··· 16

4. 참고문헌

··· 17

[부록]

부록1. 현장적용 결과 요약 ··· 18

부록2. 학생 산출물, 사진, 수업 영상 등 ··· 19

부록3. 회의록 ··· 21

[붙임]

붙임1. 수업지도안 ··· 23

붙임2. 정산보고서 ··· 73

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

2017년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

1. 요약문

놀이동산 속 과학 찾기’는 학습자의 참여와 활동이 중심이 되도록 설계하 였고, 수업의 진행 역시 ‘융합’과 ‘MAKER’의 중요 요소인 자발성과 창 의성을 최대한 발휘할 수 있도록 구성하였다. 그리고 2015 개정 과학과 교육 과정이 중심이 되도록 구성하였고, 구체적으로는 ‘힘과 운동’에서 ‘힘’,

‘전기와 자기’에서 ‘자기’, ‘지구계와 역장’, ‘시스템과 상호작용’

에서 ‘역학적 시스템’등과 연계되도록 구성함.

프로그램은 소통, 배려, 창의. 융합이라는 융합인재교육(STEAM)의 핵심역

량 강화를 위해 각 단원의 주제가 된 “놀이기구”의 과학적 요소는 물론 주

변 환경과 사회문화 등을 이해할 수 있는 내용의 융

·

통합을 고려하였고 학

생활동에 있어서는 창의적 설계와 감성적 체험을 고려하였다

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

2. 서론

가 .

필요성 및 목적

1) 연구의 필요성

가) 융합과 과학기술개혁운동

◦ 과학기술의 급속한 발전, 특히 융·복합화 현상은 과학자나 공학자뿐 아 니라 모든 분야의 전문가를 양성하던 전통적인 체계가 한계에 도달했음을 보여준다. 즉, 한 기술 분야에서 우수한 전문가 육성을 지향하는 체계가 더는 유용하지 못할 수도 있음을 시사한다(한국산업기술진흥원 KIAT, 2010).

◦ 과학기술 사회의 국가 경쟁력은 급변하는 과학, 기술, 공학 영역의 혁신에 얼마나 빠르게 적응하느냐에 영향을 받는다. 따라서 현재 우리에게 주어 진 과제는 새롭게 변화하는 기술 및 산업 환경에서도 능히 스스로 학습하 고, 적응해 나갈 수 있는 융합적 인재를 양성하는 것이다. 이에 과학기술 공학교육계에서는 미래 사회의 변화 및 요구에 부응하기 위하여 다양한 학제간 융합 및 통합으로의 실제적 변화를 위해 노력하고 있다(권난주, 안재홍, 2012; 백윤수 외, 2012; 조재주 외, 2011; 최정훈, 2011; Platz, 2007; Robelen, 2011; Tarnoff, 2010; Yakman, 2011).

　나)　행함으로써의 학습(learning by doing)의 제안

◦ 과학 교육의 지향점은 교사가 객관적인 지식을 ‘가르쳐 버리는’ 것에 있기 보다는, 학생이 능동 적인 지식의 구성을 통해 학습하는 것에 있다 (Driver, 1983).

◦ 하지만 교육기관들은 실제 활동과 구체적인 재료들을 기반으로 교육하는 것을 어려워하거나 기피한다. 이런 맥락에서 정규 교육 실패의 주된 원인 은 현실감 있는 실제 활동을 학생들에게 먼저 소개하고 가르치는 것이 아 니라, 추상적인 언어로 기술된 내용들을 먼저 학습하게 하는 그릇된 방법 에서 찾을 수 있다.

◦ 본질적인 학습은 학습자 자신의 경험과 관련된 물건을 만들거나, 사회적

문제를 해결할 때 극대화 된다고 하였다(박주용, 2016).

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

다）2015 개정교육과정과 연계한 융합교육프로그램 개발과 적용이 필요

◦ 2015 개정교육과정에서 과학교과는 모든 학생이 과학의 개념을 이해하고, 과학적 탐구 능력과 태도를 함양하여 개인과 사회의 문제를 과학적이고 창의적으로 해결할 수 있는 과학적 소양을 기르데 목적을 두고 있음.

◦ 과학적 소양을 기르기 위해서는 단순한 강의식 수업보다는 일상생활에 관 련된 문제를 제시하고 이를 해결하기 위해 문제와 관련 있는 과학적 사 실, 원리, 개념 등의 지식을 제공하고, 이를 활용하는 능력을 필요로 하는 상황을 설계하는 것이 필요하다.

◦ 따라서 학교 상황을 고려하여 최신 기술을 반영한 융합인재교육 프로그램

을 개발할 필요가 있음

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

2) 연구의 목적

이 연구는 메이커 교육에 기반한 STEAM 교육 프로그램을 개발하는데 목적이 있으며, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.

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

◦ 과학, 기술, 공학, 예술, 수학이 융합된 메이커 기반 STEAM 프로그램 STEAM 프로그램을 개발하고 적용한다.

◦ 개발한 메이커 기반 STEAM 프로그램 STEAM 프로그램을 실제 수업에 적

용하여 전문가의 검토를 통해 수정·보완한다.

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

나 _{연구 범위}

연구의 내용 연구의 범위

연구방향 및 내용 설정

ㅇ 문헌연구 및 국내․외 사례 수집

ㅇ 전문가 협의회 : 각 교과별 교사, 교육 공학 전문가 , STEAM 내용 전 문가(자문위원)로 구성하여 연구방향 논의

⇩

프로젝트 과제선정

ㅇ 교과별 내용 분석, 예비 주제 선정 ㅇ 주제 선정 준거

(수준 적합성, 현실 세계와의 관련성, 탐구활동 실행 가능성, STEAM 관련성, MAKER 활동 관련 주제)

ㅇ 메이커 기반 STEAM 프로그램 과제 선정

⇩ 메이커 기반

STEAM 프로그램 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

⇩

운영 ㅇ 운영(방학, 학기 중)

⇩

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 학교 운영방안 제시 및 보고서 작성

[그림1 연구 범위]

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

3. 연구의 추진 내용 및 결과

가 .

융합인재교육(STEAM) 연구를 위한 환경 조성

1) 융합인재교육(STEAM)을 위한 환경 구축

STEAM 교육 실행을 위한 융합인재교육(STEAM) 환경을 구축

◦ 과학실험실, 메이커 스페이스, 정보검색실, 도서실을 통합하여 융합인재교 육실로 재구성 STEAM 프로그램 운영 시, 세 장소를 필요에 따라 적절히 활용하고자함.

◦ 과학실험실을 이용하여 교구, 실험 기자재, 멀티미디어 장비를 활용 ◦ 메이커 스페이스를 이용하여 제도 장치, 공구 및 머신을 활용

◦ 과학카페, 도서관을 이용하여 학생용 컴퓨터, 프린터를 제공하고 학생들이 컴퓨터와 도서를 활용한 정보 및 자료 수집을 할 수 있게 함.

◦ 학생들의 모둠별 토의를 활발하게 할 수 있도록 과학실험실을 개방함.

[과학실험실] [메이커 스페이스]

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2) 융합인재교육(STEAM) 멘티와 멘토 활동

1) KAIST 창업원을 멘토로 지정하여 자문을 구할 수 있도록 함. 교사연구회의 외의 대전지역 과학교사연구회의 발표를 통해 자문 및 컨설팅, 성과 확산 2) 자문위원 교수와 메일을 주고받으며 의문점을 질의하고 도움을 받으며 깊이

있는 탐구가 이루어질 수 있음.

[학생 대상 4차 산업혁명 특강] [KAIST 창업원과 연계된 연구활동]

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

나 STEAM 프로그램 개선&개발

STEAM 프로그램 개선 3D 프린터를 활용한 에펠탑 만들기

■ 프로그램 개요

기존 STEAM 프로그램은 2009 개정 교육과정과 연계되어 있어서 이를 2015 개정 과학과 교육과정의 ‘힘과 운동’에서 ‘힘’, ‘고체 지구’에서

‘지구계와 역장’, ‘시스템과 상호작용’에서 ‘역학적 시스템’등과 연계 되도록 개선함. 또한, 기존 프로그램은 상황제시, 창의적 설계, 감성적 표현으 로 구성되어 있지 않는데 다양한 과학적 원리를 적용한 탑 구조물을 만들 수 있도록 변경하고자 한다. 많은 수의 관광객을 최대한 포함할 수 있는 구조의 탑 구조물 등을 만들어야 하는 상황을 제안하고 이를 해결하도록 수업 내용 을 변경고자 합니다. 시간편성은 기존 프로그램은 4차시로 진행되는데 3D 모 델링과 3D 프린터를 이용한 작품을 제작하는데 시간이 부족할 것으로 예상 되어 6차시로 변경하고자 합니다.

■ 교육과정과의 재구성

◦ 2015 개정교육과정의 통합과학에서 자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동 을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학적 시스템을 롤러코스터의 작동 원리와 연계하여 설명할 수 있다.

◦ 2015 개정교육과정의 중학교 과학에서 일상생활에서 물체의 탄성을 슬링샷의 작동 원리와 연계하여 설명할 수 있다. 2015 개정교육과정의 통합과학에서 자 유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학 적 시스템을 이용하여 슬링샷의 운동을 설명할 수 있다.

◦ 2015 개정교육과정의 중학교 과학에서 전류의 자기 작용을 관찰하고 자기장

안에 놓인 전류가 흐르는 코일이 받는 힘을 이용하여 전동기의 원리를 이용

하여 자이로드롭에서 브레이크가 작동하는 원리를 설명할 수 있다.

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

STEAM 프로그램 개발 놀이동산 속 과학 찾기

■ 주제 개요

본 프로그램은 학생들이 친숙하게 여기는 놀이공원을 중심으로 놀이와 과 학을 연결하는 활동이다. 놀이기구 속에 들어있는 과학적 요소를 이해하거나 과학 원리를 놀이로 연결하는 활동을 통해 놀이 기구의 작동 원리를 파악하 고 자연현상에 대한 흥미를 이끌어 낸다. 이를 기반으로 자연 현상과 인간의 관계, 과학기술의 발달이 인류에 미치는 영향을 이해할 수 있다. 이를 통해 자연 현상과 현대사회의 문제에 대한 통합적 이해를 추구하고 합리적 판단을 할 수 있는 민주 시민으로서의 기초 소양을 기르고자 한다.

‘놀이동산 속 과학 찾기’는 학습자의 참여와 활동이 중심이 되도록 설계 하였고, 수업의 진행 역시 ‘융합’과 ‘MAKER’의 중요 요소인 자발성과 창의성을 최대한 발휘할 수 있도록 구성하였다.

프로그램은 소통, 배려, 창의. 융합이라는 융합인재교육(STEAM)의 핵심역 량 강화를 위해 각 단원의 주제가 된 “놀이기구”의 과학적 요소는 물론 주 변 환경과 사회문화 등을 이해할 수 있는 내용의 융

·

통합을 고려하였고 학 생활동에 있어서는 창의적 설계와 감성적 체험을 고려하였다.

■ 교육과정과의 재구성

◦ 2015 개정교육과정의 통합과학에서 자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동 을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학적 시스템을 롤러코스터의 작동 원리와 연계하여 설명할 수 있다.

◦ 2015 개정교육과정의 중학교 과학에서 일상생활에서 물체의 탄성을 슬링샷의 작동 원리와 연계하여 설명할 수 있다. 2015 개정교육과정의 통합과학에서 자 유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학 적 시스템을 이용하여 슬링샷의 운동을 설명할 수 있다.

◦ 2015 개정교육과정의 중학교 과학에서 전류의 자기 작용을 관찰하고 자기장

안에 놓인 전류가 흐르는 코일이 받는 힘을 이용하여 전동기의 원리를 이용

하여 자이로드롭에서 브레이크가 작동하는 원리를 설명할 수 있다.

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

■ 효과성 검증 방법

검사도구는 창의재단의 STEAM 연구지원단에서 개발하고 배포한

‘STEAM 태도 조사’ 및 ‘만족도 조사’ 검사지를 활용하였다. 수업시간

에 서면 설문을 실시하였다. ‘STEAM 태도 조사’는 프로그램을 진행하기

바로 전 수업시간에 사전 검사를 실시하고, 프로그램 적용이 끝난 다음 수

업시간에 사후 검사를 실시하였다. 적용대상은 대전동신과학고등학교 1학

년 82명이다.

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

다 _{연구 결과}

1) STEAM 교육만족도 조사

◦ 융합인재교육 적용 대상은 대전동신과학고등학교 1학년 82명이다.

30

35

16 1 ^{매우 그렇다.}

대체로 그렇다.

보통이다.

대체로 그렇지 않다.

전혀 그렇지 않다.

1. STEAM 수업에 만족하십니까?

31

37

13 1 ^{매우 그렇다.}

보통이다.

2. STEAM 수업은 재미있었나요?

36 36

7 3

매우 그렇다.

보통이다.

3. STEAM 수업 활동에 적극적으로 참여하였나요?

7 7

21 20

매우 쉽다.

대체로 쉽다.

보통이다.

대체로 어렵다.

매우 어렵다.

4. STEAM 수업의 내용 수준은 어떠하다고 생각합 니까?

25

20 21

7 7 2

수학 과학 기술 등 여러 과목을 관련지어 배울 수 있다.

학생 중심의 활동이 많고 선생님의 설명은 많지 않다.

친구들과 협력해서 수행하는 모둠별 활동이 많다.

스스로 생각하고 학습해야 한다.

과학 수학 수업시간에서 배운 내용이 실제 생활에서 어떻게 활용되는지 알 수 있다.

과학기술과 관련된 직업 정보를 얻을 수 있다.

5. 기존의 수업과 오늘 참여한 STEAM 수업의 가장 큰 차이점이 무엇이라고 생각하는지 한 개만 고르세요.

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

2 25

36 19

보통이다.

매우 그렇다.

8. 앞으로도 STEAM 수업을 지속적으로 받고 싶습 니까?

2 8

46 27

전혀 동의하지 않음 동의하지 않음 보통 동의함 매우 동의함

9. STEAM 수업 만족도(1) 나는 과학 수업이 재밌어 졌다

1 8

49 24

9. STEAM 수업 만족도(2) 나는 과학·수학 학습 내 용에 대해 많이 이해하게 되었다

2 10

44 26

9. STEAM 수업 만족도(3) 나는 과학·수학 학습에 대한 흥미가 생겼다

5

50 27

9. STEAM 수업 만족도(4) 나는 과학기술에 대한 관 심이 생겼다

1 13

41 27

9. STEAM 수업 만족도(5) 나는 과학 관련 책이나 글을 읽는 것이 좋아졌다

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

1 8

41 33

9. STEAM 수업 만족도(6) 나는 문제해결을 위해 스스로 생각을 하게 되었다

1 11

42 28

9. STEAM 수업 만족도(7) 나는 다양한 학습 활동 을 끝까지 해내게 되었다

10

40 32

9. STEAM 수업 만족도(8) 나는 한 가지 문제를 다 양하게 생각해보았다

2 13

39 28

9. STEAM 수업 만족도(9) 나는 배운 내용을 실생 활과 연관 지으려고 노력하였다

8

46 28

9. STEAM 수업 만족도(10) 나는 문제해결에 여러 과목에서 배운 지식을 동시에 적용하려고 노력하

였다

2 6

42 31

9. STEAM 수업 만족도(11) 나는 적극적이고 활발 하게 수업에 참여하였다

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

2 9

44 27

9. STEAM 수업 만족도(12) 나는 친구들과 논리적 으로 토론하였다.

1 7

43 31

9. STEAM 수업 만족도(13) 나는 다른 친구들에게 나의 아이디어를 표현하였다

1 7

37 37

9. STEAM 수업 만족도(14) 나는 다른 친구들의 의 견을 경청하고 존중하였다.

4

42 36

9. STEAM 수업 만족도(15) 나는 다른 친구들과 협력하는 것의 중요성을 생각하는 마음이 생겼다

2 7

42 31

9. STEAM 수업 만족도(16) 나는 다른 친구들을 배 려하는 마음이 생겼다

2 10

42 28

9. STEAM 수업 만족도(17) 나는 실패하는 것을 두려워하지 않고, 도전의식이 생겼다

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

12

40 30

9. STEAM 수업 만족도(18) 나는 과학기술 분야와 관련된 직업에 대한 관심이 생겼다

2) STEAM 교육만족도 조사 결과

◦ 전체적으로 STEAM 교육만족도가 매우 높아났다. 이는 학생들 입장에서 흥 미롭고 다양한 체험활동을 경험할 수 있기 때문에 나타난 결과라고 생각 한다.

◦ STEAM 수업의 가장 큰 차이점으로 학생 중심의 활동, 협력해서 수행하는 모둠별 활동, 여러 과목을 관련지어 배울 수 있는 점을 선택했다. 이는 상 황제시, 창의적 설계, 감성적 표현으로 구성되는 STEAM 수업의 특징 때문 이라 생각된다.

◦ 수업내용수준에 대해서는 [보통이다]와 [어렵다]를 선택한 학생이 많았다.

이는 과학고 학생들에게 있어서 내용 수준은 어렵지 않지만 창의적 설계에

서 어려움을 느꼈다고 해석된다. 따라서 창의적 설계를 일반고 학생들에게

맞는 수준으로 재구성하면 충분히 일반화 가능하다고 생각한다.

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

라 _시사점

1)　융합교육 중요도 인식 확산

◦ 국내․외 융합교육, 교수설계, 교육 자료의 문헌을 통한 연구 동향과 시사 점 도출

◦ STEAM 교육프로그램을 통한 인문학과 수학, 과학 원리에 기술적 활용과 공학적 문제 해결을 통해 창의성, 문제해결력을 향상

２）MAKER 기반 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발

◦ MAKER 기반 융합인재교육 프로그램을 제시

◦ 다른 주제의 프로그램을 개발하여 STEAM 교육프로그램 적용 가능 ◦ 다양한 수업프로그램의 개발의 토대

3) STEAM 소양 함양을 통한 창의적 융합 인재 양성

◦ 분과적인 교육에서 탈피한 융합교육프로그램을 통해 지식의 성장, 변화하 는 지식 세계를 경험, 미래 사회의 대비

◦ 다른 주제의 STEAM 교육프로그램 모델 적용 가능

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

4. 참고문헌

백윤수, 박현주, 김영민, 노석구, 이주연, 정진수, 최유현, 한혜숙, 최종현 (2012).

융합인재교육(STEAM) 실행 방향 정립을 위한 기초연구. 한국과학창의재단 연 구보고 2012-12.

송은정, 고민정, 박기현, 황혜진, 지미숙, 3D프린터로 만드는 에펠탑. 한국과학창

의재단 교사연구회보고서 2016.

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

[부록1] 현장적용 결과 요약

※ 기존 STEAM 프로그램 개선 1개, 신규 STEAM 프로그램 개발 1개 반드시 작성

※ 제안된 STEAM 프로그램 개발 개수보다 많이 개발한 경우 칸을 늘여 추가 작성

구분 STEAM

프로그램명 적용 학교명 적용

학년 적용 교과(시수) 적용 기간 수혜

학생 수

개선

3D 프린터를 활용한 에펠탑

만들기

대전동신과학고 1 과학(2) 5.19~11.10 82

개발 놀이동산 속

과학 찾기

대전동신과학고 1 과학(9) 5.19~11.10 82

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

[부록2]

<STEAM 프로그램 활동 사진>

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

<학생들이 설계한 작품>

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

[부록3]

회의록

회의일시 5.28

회의목적 연구 계획 수립

참석자 전철홍, 전태환, 조명연, 전민아, 오유주, 김영후

회의내용 ◦ 연구 운영 계획 수립

◦ 연구회 역할 분담

지출내역 협의회비(식사비) = 67,900

지출금액 67,900

회의록

회의일시 9.16

회의내용 ◦ 프로그램 교육과정 확인

◦ 프로그램 지도안 작성 협의

협의회비(간식비) = 17,700

지출금액 102,600

회의록

회의일시 9.26

회의내용 ◦ 프로그램 지도안 작성 협의

◦ 3D 프린터 사용 매뉴얼 작성 방법 협의

지출금액 40,000

회의록

회의일시 10.16

회의내용 ◦ 프로그램 지도안 분석

◦ 3D 프린터 사용 매뉴얼 작성 방법 협의

협의회비(간식비) = 12,600

지출금액 116,600

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

회의록

회의일시 11.29

회의내용 ◦ 최종 보고서 작성 및 수정 협의

지출금액 120,000

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

[붙임1] 수업지도안 개선

1. 프로그램 개요

주제 3D프린터를 활용한 에펠탑 만들기 관련교과 (학년) 1학년

(과목) 수학, 과학, 기술, 공학, 미술

학습 목표

내용 목표

• 건설 기술의 발달 과정에서 건축 재료의 변화를 알고 미래 건축 재료를 추측할 수 있다.

• 에펠탑 속 구조물의 숨겨진 수학 원리를 찾을 수 있다..

과정 목표

• 3D 모델링 프로그램을 이용하여 돔 구조믈을 도안하고 설계할 수 있다.

• 3D 모델링 프로그램을 이용하여 지오데식 돔 구조물을 G-cord로 변환하고 3D로 출력할 수 있다.

STEAM 과목 요소

S 열팽창의 원리, 상태변화와 에너지

T 건설 기술의 발달, 발명 아이디어 구체화 기법 E 3D 모델링, 3D 프린팅

A 에펠탑의 디자인과 균형감 (선재구성의 원리) M

개발 의도 실제 3D프린터를 직접적으로 접하거나 이용할 기회를 마련하고 3D프린터가 생활소품 외 다양한 분야에 적용되고 있으며 활용하는 계기를 마련한다.

최근 경제적이며 실용적인 건축의 대안으로 컨테이너 하우스가 대두되고 있다. 시대가 변함에 따라 건축기술 과 건축 재료가 변화하듯 의료, 자동차, 항공우주 등 다양한 분야에서 3D프린터를 이용한 재료의 변화가 일어 나고 있다. 본 수업에서는 3D 모델링 프로그램을 이용하여 건축물 또는 입체를 도안하고 G-cord 변환 후 3D 프린터로 출력한 결과물인 제품을 완성하는 과정을 통하여 미래 사회에서 건축 재료에 대한 새로운 인식 변화 의 계기를 갖는다. 나아가 3D 프린터를 활용한 다양한 제품을 제안해 본다.

STEAM 단계 요소

상황 제시

• 건설 기술의 발달 과정에서 건축 재료의 면화 과정을 소개한다.

• EBS MATH 동영상과 입체도형의 성질을 이용하여 에펠탑 건축 구조물에 숨겨진 수학적 원리를 소개한다.

• 3D 프린터를 이용하여 제작한 다양한 건축물을 소개한다.

• 3D 프린터를 이용하여 나만의 에펠탑을 만들 수 있을까?

창의적 설계

• 3D 모델링 프로그램을 이용한 나만의 에펠탑을 설계한다.

• 3D 프린터를 이용하 나만의 에펠탑을 제작한다.

감성적 체험

• EBS MATH 동영상 속 건축 구조물의 원리를 보고 생활 속 다양한 건축물 속에 숨겨진 수학적 원리를 찾아볼 수 있다.

• 다른 친구들의 작품을 감상하고, 장·단점을 찾아본다.

• 생활 속에서 적용할 수 있는 3D프린터 용도를 찾는다.

(28)

- 24 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 2. 교육과정

차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취

목표/요소

1~2 과학

2015 개정 [9과05-01]

물질의 세 가지 상태의 특징을 설명하고 이를 입자 모형 으로 표현할 수 있다.

2015 개정 [9과05-02]

여러 가지 물질의 상태 변화를 관찰하고, 상태 변화 시 나타나는 현상을 입자 모형으로 설명할 수 있다.

2015 개정 [9과05-03]

상태 변화가 일어날 때의 온도 변화에 대한 자료를 해석 하여 녹는점, 어는점, 끓는점을 찾을 수 있다.

,  3D 모델링

프로그램을 이용한 모델링

 3D 프린팅하기

 프린트 산출물 감상

3. 차시별 계획 총괄표

4. 평가계획

연번 평가 기준 방 법

1~2 차시

독창적인 아이디어로 에펠탑을 제작하는가? 산출물 평가 산출물 자신의 작품을 논리적으로 설명할 수 있는가? 모둠 내 평가 학습지 모둠원끼리 협력하여 문제를 해결할 수 있는가? 관찰 평가 관찰 산출물 제작 과정에 적극적인 태도로 임하는가? 관찰 평가 관찰

차시 학습 내용

1~2 차시

소주제 3D 프린터의 종류와 원리, 3D 프린팅

Co 3D 프린터로 제작된 주택

Tip! 3D모델링 프로그램 이용을 염두해 두고 단순하게 도안하기

CD 3D모델링 프로그램을 이용한 모델링

Tip! 발명 아이디어 기법을 이용하여 스케치 후 투상법을 이용한다는 점 지도하기

ET 모델링 결과를 비교하며 감상하기

Co 3D 프린터의 종류와 원리

Tip! FDM 기술을 이용한 고체기반 3D 프린팅 방식 설명

Co 모델링 결과를 변환하여 프린트 하기

Tip! G-cord 변환후 프린트하기

ET 프린트 되어진 에펠탑 비교하여 감상하기

(29)

- 25 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 5. 학교 생활기록부 기재 방안

구분 번호 평가도구 학생생활기록부 기재 방안

형성 평가

1 관찰 [학교생활기록부 기재 예시]

3D 모델링 프로그램을 이용하여 독창적인 에펠탑 을 설계함.

모둠 활동에서 참여도가 높고, 자신의 의견을 논리 적으로 제시함.

3D 프린터를 이용하여 안정적이고 독창적인 에펠 탑을 완성도 있게 제작함.

2 산출물

3 학습지

(30)

- 26 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 6. 차시(단계)별 교수 학습 과정

소주제 나만의 에펠탑 만들기 차시 2/2차시

과목

(단원) 중학교 1학년 상태변화

교육 과정

2015 개정 [9과05-01]

물질의 세 가지 상태의 특징을 설명하고 이를 입자 모형으로 표현할 수 있다.

2015 개정 [9과05-02]

2015 개정 [9과05-03]

상태 변화가 일어날 때의 온도 변화에 대한 자료를 해석하여 녹는점, 어는점, 끓는점을 찾을 수 있다.

학습 목표

∙ 3D 프린터를 이용하여 에펠탑을 모델링 할 수 있다.

∙ 3D프린터의 원리를 알 수 있다.

학습

과정 교수학습 활동 준비물

도입

(10분) ‘3D프린터의 세계’ 동영상 중 일부분 동영상

학습 활동 (30분)

3D 프린터로 제작한 세계 최초의 주택

Co 3D 프린터로 제작한 세계 최초의 주택에 대한 기사 읽기

CD 모둠별 3D 프린터로 제작한 주택의 장점, 3D 프린터를 주택을 제작할 경우 사 용할 수 있는 재료 등을 토의하고 건설 재료의 변화 과정과 연결하기

모델링 프로그램으로 에펠탑 모델링하기

CD 모델링 프로그램을 이용하여 도안한 에펠탑을 모델링 하시오.

Tip! 발명 아이디어 기법을 이용하여 스케치 후 투상법을 이용한다는 점 지도하기

Tip! 자신의 디자인과 친구의 디자인을 비교하며 경청할 수 있도록 지도하고 질의 응답 을 통해 다양한 과학의 원리를 배우도록 한다.

ET 나만의 에펠탑 제작 활동에서 과학, 기술, 공학 등 다양한 교과의 지식을 활용한 융합적사고 활동을 경험함.

ET 모둠별 협동학습을 통해 문제를 해결하는 과정에서 공동체 문화를 체험함으로써 타인에 대한 배려심을 기름.

학생활동지

마무리 (5분)

ET 완성한 도면에서 각 구조의 특징 및 가장 중요시한 부분을 친구들에게 발표한다.

Tip! 자신의 도면와 친구의 도면을 비교하며 경청할 수 있도록 지도하고 질의응답을 통 해 다양한 과학의 원리를 배우도록 한다.

지도상

유의점 ▣ 활동지를 잘 읽고 설계할 수 있도록 한다.

(31)

- 27 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

소주제 나만의 에펠탑 만들기 차시 2/2차시

과목

(단원) 중학교 1학년 상태변화

교육 과정

2015 개정 [9과05-01]

물질의 세 가지 상태의 특징을 설명하고 이를 입자 모형으로 표현할 수 있다.

2015 개정 [9과05-02]

2015 개정 [9과05-03]

상태 변화가 일어날 때의 온도 변화에 대한 자료를 해석하여 녹는점, 어는점, 끓는점을 찾을 수 있다.

학습 목표

∙ 3D프린터의 원리를 알 수 있다.

∙ 3D프린터를 이용하여 에펠탑을 완성할 수 있다.

학습

도입 (10분)

Co 3D 프린터로 에펠탑을 출력해보자.

- 3D 프린터로 에펠탑 출력하기 위한 조건을 찾아보자. 동영상

학습 활동 (30분)

CD 3D 프린터로 에펠탑 제작하기 - 3D 프린터로 에펠탑을 제작한다.

- 모둠별로 완성한 에펠탑을 다른 모둠에게 도면과 비교하여 보여주며 각 구조 의 특징 및 예상되는 장점과 단점을 찾아본다.

- 동료 평가를 할 수 있는 평가지를 나눠주고 의견을 서술하도록 한다.

Tip! 질의응답을 자유롭게 할 수 있도록 유도하여 이를 통해 하나의 문제를 해결하기 위한 방법들이 다양하게 존재할 수 있음을 알게 한다.

ET 나만의 에펠탑 제작 활동에서 과학, 기술, 공학 등 다양한 교과의 지식을 활용한 융합적사고 활동을 경험함.

학생활동지

마무리 (5분)

ET 완성한 에펠탑에서 각 구조의 특징 및 가장 중요시한 부분을 친구들에게 발표한다.

Tip! 자신의 에펠탑과 친구의 에펠탑을 비교하며 경청할 수 있도록 지도하고 질의응답 을 통해 다양한 과학의 원리를 배우도록 한다.

지도상

유의점 ▣ 활동지를 잘 읽고 설계할 수 있도록 한다.

(32)

- 28 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 7. 학생 학습·활동지

차시 1~2차시

학생활동1 나만의 에펠탑 만들기

<상황 제시>

읽

기 자료 : 연합뉴스(2016.06.29.) 기사

중국 관영 차이나데일리 중문판은 영국 신문 미러를 인용, 세계최초로 3D 프린터로 건축한 주택이 약 45일간의 공사 기간을 거쳐 베이징 퉁저우구에 들어섰다고 보도 했다.

이 주택은 2층짜리 별장형 주택으로 약 ^ 규모다. 벽두께만 해도 에 달하여 규모 8 의 지진에도 견딜 수 있도록 튼튼하게 설계되었다.

3D 프린터가 거대한 특수 철근, 콘크리트를 이용해 주택을 만들었다고 신문은 전했다. 건축회사 인 화상텅다는 "근로자들이 많이 참여하지 않았고 기술자들이 관리·감독과 도색, 마감 작업만을 진행했다"고 말했다. 과거에도 3D 프린터로 주택을 짓는 시도는 있었지만, 일부분을 따로 떼어내 지은 뒤 조립하는 방식이 사용됐다. 신문은 "3D 프린터로 조립 방식이 아니라 통째로 주택을 지 은 것은 이번이 처음"이라며 "주택 건축의 혁명을 선도할 것"이란 건축학자들의 평가도 소개했다.

3D 프린터는 일반 프린터의 잉크처럼 여러 형상을 만들 수 있는 소재를 넣어 각종 3차원 구조물을 제작하는 것으로 전 세계적으로 연구와 개발이 매우 활발하게 이뤄지고 있다.

1. 3D프린터의 원리와 종류 1) 3D프린터의 원리의 종류

액체기반(SLA)

분말기반(SLS)

고체기반(FDM)

2) FDM 열가소성 수지의 변화과정에서 상태변화

2. 에펠탑은 프랑스의 대표 건축물인 이 탑은 격자 구조로 이루어져 파리에

서 가장 높은 건축물이며, 매년 수백만 명이 방문할 만큼 세계적인 유료 관람

지이다. 이러한 에펠탑을 3D프린터를 이용하여 나만의 에펠탑을 만들 수 있

을까?

(33)

- 29 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

<창의적 설계>

나만의 에펠탑을 만들 때 격자구조를 기본으로 만들려고 한다. 어떻게 제작해야 할까?

1. 나만의 에펠탑 도면을 만들어보자.

2. fusion 360 학습지를 참고하여 나만의 에펠탑를 디자인 해보자.(그림을 출력하여 붙이

세요.)

(34)

- 30 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

<감성적 체험>

1. 완성한 에펠탑 도면에서 각 구조의 특징에 대해 발표한다.

특징:

2. 3D 프린터를 이용하여 에펠탑을 제작하고, 모둠별로 완성한 에펠탑을 설명하고 각 구조 의 특징 및 장점과 단점에 대해 발표한다.

장점:

단점:

(35)

- 31 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

[붙임1] 수업지도안 개발

1. 프로그램 개요

주제 놀이동산 속

과학 찾기 관련교과

(학년) 고등학교 1학년 (과목) 과학, 기술·가정,

수학

학습 목표

내용목표 놀이기구의 작동 원리를 이해하고 설명할 수 있다.

과정목표 3D 프린터를 이용하여 나만의 놀이기구를 만들 수 있다.

STEAM 과목 요소

S 자유 낙하 운동, 중력, 중력에 의한 위치 에너지, 운동 에너지, 역학적 에너 지 보존

T 첨단 제조기술, 창의공학 설계

E 창의 공학 설계, 정보통신 공학의 세계, 융합과 공학, IT 기반 융합 공학

A

M

개발 의도

이 프로그램은 학생들이 친숙하게 접하는 놀이기구의 작동원리를 이해하 고, 과학 원리와 자신의 개성을 융합시킨 독창적인 놀이기구를 설계하고 제작하는데 목적이 있다.

◦ 본 활동을 통하여 롤러코스터에 숨겨진 과학적 원리를 이해하고, 3D 프린터를 이용하여 놀이기구 를 제작하는 과정에서 기술적 문제해결과 예술적 디자인의 요소를 습득하여 융합인재(STEAM)로써 의 능력을 함양한다.

◦ 본 활동을 통하여 놀이 기구를 제작 및 작동시키기 위한 과학 개념을 이해하고 이를 적용한다.

◦ 본인의 놀이기구와 친구들의 놀이기구를 비교하는 과정에서 반성적 사고를 기를 수 있다.

◦ 놀이기구를 모델링하고 제작하는 과정에서 미적 요소를 이해하고 적용한다.

◦ 놀이기구를 제작하는 과정에서 모둠원과 협력하는 자세를 기른다.

STEAM 준거

상황 제시

• 놀이동산을 가지 못하는 친구를 위해 놀 이동산을 만들 수 있을까?

감성적 체험

• 나만의 놀이기구의 장·단점을 찾아본다.

창의적 설계

• 3D 모델링 프로그램을 이용하여 놀이기 구를 디자인하기

• 3D 프린터를 이용하여 놀이기구를 제작 한다.

(36)

- 32 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 2. 교육과정

차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취

목표/요소

1 기술

가정

2015 개정 [12기가04-02]

첨단 제조 기술이 산업의 발달과 우리 생활에 미치는 영 향과 미래에 활용 가능한 기술의 분야에 대하여 예측하 고 전망한다.

 놀이동산 소개

 3D 모델링 체험하기

2~4

과학

2015 개정 [9과19-02] 물체의 자유 낙하 운동을 분석하여 시간에 따른 속력의 변화가 일정함을 설명할 수 있다.

2015 개정 [9과19-03] 일의 의미를 알고, 자유 낙하하는 물체의 운동에서 중력이 한 일을 위치 에너지와 운동 에 너지로 표현할 수 있다.

2015 개정 [10통과03-01]

자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동을 이용하여 중 력의 작용에 의한 역학적 시스템을 설명할 수 있다.

 롤러코스터의 원리 이해하기

, ,  모델링 프로그램을 이 용하여 롤러코스터 디자인하기

,  3D 프린터를 이용하여 롤러코스터 만들기

수학

2015 개정 [10수학02-07]

좌표평면에서 원과 직선의 위치 관계를 이해한다.

2015 개정 [10수학02-09]

원점, 축, 축, 직선   에 대한 대칭이동의 의미를 이해한다.

5~7

과학

2015 개정 [9과02-02]

일상생활에서 물체의 탄성을 이용하는 예를 조사하고, 그 예를 통하여 탄성력의 특징을 설명할 수 있다.

 슬링샷의 원리 이해하기

, ,  모델링 프로그램을 이 용하여 다양한 구조의 슬링샷 디자인하기

,  3D 프린터를 이용하여 다양한 물체를 고정할 수 있는 슬링샷 만들기

수학

2015 개정 [10수학02-07]

2015 개정 [10수학02-09]

8~10

과학

[9과09-04] 전류의 자기 작용을 관찰하고 자기장 안에 놓인 전류가 흐르는 코일이 받는 힘을 이용하여 전동기 의 원리를 설명할 수 있다.

 자이로드롭의 원리 이해하기

, ,  모델링 프로그램을 이 용하여 다양한 모양의 자이로드 롭 디자인하기

,  3D 프린터를 이용하여 다양한 모양의 자이로드롭 만들 기

수학

2015 개정 [10수학02-07]

2015 개정 [10수학02-09]

(37)

- 33 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 3. 차시별 계획 총괄표

차시 학습 내용

1차시

소주제 3D 모델링 체험하기

Co 놀이동산을 가지 못하는 친구를 위한 놀이동산을 만들기

CD 3D 모델링 체험하기 1. 모델링 프로그램 소개 2. 모델링 프로그램 사용하기

ET 3D 모델링 결과물을 모둠원과 토의하여 발표한다.

2~4 차시

소주제 엔진 없는 열차, 롤러코스터

Co 롤러코스터의 원리 이해하기 1. 롤러코스터 소개

2. 롤러코스터의 과학원리(어떻게 엔진 없이 작동할까?)

CD 나만의 롤러코스터 만들기

1. 모델링 프로그램을 이용하여 다양한 구조의 롤러코스터 디자인하기 2. 3D 프린터를 이용하여 나만의 롤러코스터 만들기

ET 나만의 롤러코스터의 장·단점을 찾아보고, 모둠원과 토의하여 발표한다.

5~7 차시

소주제 수직 상승의 짜릿함, 슬링샷

Co 슬링샷의 원리 이해하기 1. 슬링샷 소개

2. 슬링샷의 과학원리(어떻게 수직으로 올라갈 수 있을까?)

CD 다양한 물체를 고정할 수 있는 슬링샷 만들기

1. 모델링 프로그램을 이용하여 다양한 구조의 슬링샷 디자인하기 2. 3D 프린터를 이용하여 다양한 물체를 고정할 수 있는 슬링샷 만들기

ET 나만의 슬링샷의 장·단점을 찾아보고, 모둠원과 토의하여 발표한다.

9~10 차시

소주제 완벽한 브레이크 장치를 가진 자이로드롭

Co 자이로드롭의 원리 이해하기 1. 자이로드롭 소개

2. 자이로드롭의 과학원리(자이로드롭은 어떠한 브레이크장치를 가지고 있을까?)

CD 다양한 모양의 자이로드롭 만들기

1. 모델링 프로그램을 이용하여 다양한 모양의 자이로드롭 디자인하기 2. 3D 프린터를 이용하여 다양한 모양의 자이로드롭 만들기

ET 나만의 자이로드롭의 장·단점을 찾아보고, 모둠원과 토의하여 발표한다.

(38)

- 34 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 4. 평가계획

5. 학교 생활기록부 기재 방안

연번 평가 기준 평가방법 평가도구

1차시 결과물 제작 과정에 적극적인 태도로 임하는가? 관찰 평가 관찰

2~4 차시

독창적인 아이디어로 놀이기구를 제작하는가? 산출물 평가 산출물 자신의 작품을 논리적으로 설명할 수 있는가? 모둠 내 평가 학습지 모둠원끼리 협력하여 문제를 해결할 수 있는가? 관찰 평가 관찰 산출물 제작 과정에 적극적인 태도로 임하는가? 관찰 평가 관찰

5~7 차시

8~10 차시

구분 번호 평가도구 학생생활기록부 기재 방안

형성 평가

1 관찰 [학교생활기록부 기재 예시]

롤러코스터가 작동하는 원리를 역학적 에너지 보존을 이용하여 설명할 수 있음.

3D 모델링 프로그램을 이용하여 안정적이고 독창적인 롤러코스터를 설계함.

모둠 활동에서 참여도가 높고, 자신의 의견을 논리적으로 제시함.

3D 프린터를 이용하여 안정적이고 독창적인 롤러코스터를 완성도 있게 제작함.

2 산출물

3 학습지

(39)

- 35 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 6. 차시(단계)별 교수 학습 과정

소주제 엔진 없는 열차, 롤러코스터 차시 2차시

과목 (단원)

고등학교 1학년

통합과학, 수학, 실과(기술･가정), 미술

교육 과정

• 2015 개정 [9과19-02] 물체의 자유 낙하 운동을 분석하여 시간에 따른 속력의 변화가 일정함을 설명할 수 있다.

• 2015 개정 [9과19-03] 일의 의미를 알고, 자유 낙하하는 물체의 운동에서 중력이 한 일을 위치 에너지와 운동 에너지로 표현할 수 있다.

• 2015 개정 [9과22-01] 위로 던져 올린 물체와 자유 낙하 물체의 운동에서 위치 에너지와 운동 에너지의 변화를 역학적 에너지 전환과 역학적 에너지 보존으로 예측할 수 있다.

• 2015 개정 [10통과03-01] 자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학적 시스템을 설명할 수 있다.

• 2015 개정 [10수학02-07] 좌표평면에서 원과 직선의 위치 관계를 이해한다.

• 2015 개정 [10수학02-08] 평행이동의 의미를 이해한다.

• 2015 개정 [10수학02-09] 원점, 축, 축, 직선   에 대한 대칭이동의 의미를 이해한다.

학습 목표

• 롤러코스터의 작동 원리를 역학적 에너지 보존을 이용하여 설명할 수 있다.

• 3D 프린터를 이용하여 나만의 롤러코스터를 만들 수 있다.

학습

도입 (5분)

Co 롤러코스터 영상 시청하기

- 롤러코스터는 높은 곳에 레일을 설치해 그 레일을 오르내리며 달리는 놀이기구.

- 롤러코스터는 처음에 최고 높이로 올라갈 때 까지 모터를 이용하지만, 그 이후에는 외부에서 에너지를 전혀 공급받지 않는다. 어떻게 움직이는 걸까?

동영상

전개 (30분)

CD 나만의 롤러코스터 제작을 통해 롤러코스터의 과학적 원리 이해하기

- 롤러코스터는 처음에 최고 높이로 올라갈 때 까지 모터를 이용하지만, 그 이후에는 외부에서 에너지를 전혀 공급받지 않고 작동한다. 어떻게 설계해야 할까?

- 나만의 롤러코스터 제작을 위한 도면을 제작한다. 그리고 완성한 도면에서 각 구조의 특징 및 장점과 단점을 활동지에 기록한다.

학생활동지

정리 (10분)

ET 완성한 도면에서 각 구조의 특징 및 장점과 단점을 친구들에게 발표한다.

Tip! 자신의 도면와 친구의 도면을 비교하며 경청할 수 있도록 지도하고 질의 응답을 통해 다양한 과학의 원리를 배우도록 한다.

ET 친구들의 도면과 자신의 도면을 비교하고 비슷한 제작방법을 가진 학생들끼리 모 둠을 형성하도록 한다.

지도상 유의점

Tip! 모둠을 형성할 때 인원수가 동일하게 형성되도록 구성하고, 소외되는 학생이 없도 록 주의한다.

(40)

- 36 -

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

소주제 엔진 없는 열차, 롤러코스터 차시 3차시

과목 (단원)

과학(운동과 에너지) 수학(기하)

교육 과정

학습 목표

학습

도입 (5분)

Co 롤러코스터를 어떻게 제작할 수 있을까?

- 앞에서 제작한 롤러코스터 도면을 이용해 나만의 롤러코스터를 만들어 보려고 한다. 어떻게 제작하면 좋을까?

동영상

전개 (30분)

CD 3D 모델링 프로그램을 이용한 롤러코스터 제작하기

- 준비물: 레이저 커팅기로 제작된 롤러코스터 나무 골격, 플라스틱 틀레일 글루 건

- 위 재료에 알맞은 롤러코스터를 3D 모델링 프로그램으로 디자인한다.

- 모둠별로 롤러코스터를 3D 모델링 프로그램으로 디자인한다. 그리고 모둠별로 완성한 디자인을 설명하고 각 구조의 특징 및 장점과 단점에 대해 발표한다.

Tip! 자신의 디자인과 친구의 디자인을 비교하며 경청할 수 있도록 지도하고 질의 응답 을 통해 다양한 과학의 원리를 배우도록 한다.

학생활동지 컴퓨터

정리 (10분)

ET 나만의 롤러코스터 제작 활동에서 과학, 기술, 미술 등 다양한 교과의 지식을 활용 한 융합적사고 활동을 경험함.

지도상 유의점 ^Tip!

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

소주제 엔진 없는 열차, 롤러코스터 차시 4차시

과목 (단원)

과학(운동과 에너지) 수학(기하)

교육 과정

학습 목표

학습

도입 (5분)

Co 3D 프린터로 롤러코스터를 출력해보자.

- 3D 프린터로 롤러코스터를 출력하기 위한 조건을 찾아보자. 동영상

전개 (30분)

CD 3D 프린터로 롤러코스터 제작하기

- 3D 프린터로 롤러코스터를 제작하고, 롤러코스터가 어떻게 작동하는가 모둠별로 토 의한다. 그리고 모둠별로 완성한 롤러코스터를 설명하고 각 구조의 특징 및 장점과 단점에 대해 발표한다.

Tip! 자신의 롤러코스터와 친구의 롤러코스터를 비교하며 경청할 수 있도록 지도하고 질의 응답을 통해 다양한 과학의 원리를 배우도록 한다.

학생활동지 3D 프린터

정리 (10분)

ET 나만의 롤러코스터 제작 활동에서 과학, 기술, 미술 등 다양한 교과의 지식을 활용 한 융합적사고 활동을 경험함.

지도상 유의점 ^Tip!

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MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

소주제 수직 상승의 짜릿함, 슬링샷 차시 5차시

과목 (단원)

통합과학, 과학실험, 수학, 실과(기술･가정), 미술

교육 과정

• 2015 개정 [9과22-01] 위로 던져 올린 물체와 자유 낙하 물체의 운동에서 위치 에너지와 운동 에너지의 변화를 역학적 에너지 전환과 역학적 에너지 보존으로 예측할 수 있다.

• 2015 개정 [10과탐02-02] 영화, 건축, 요리, 스포츠, 미디어 등 생활과 관련된 다양한 분야에 적용된 과학 원리를 알아보는 실험을 통해 과학의 유용성을 설명할 수 있다.

• 2015 개정 [10과탐01-03] 직접적인 관찰을 통한 탐구를 수행하고, 귀납적 탐구 방법을 설명할 수 있다.

• 2015 개정 [10과탐02-09] 과학의 핵심 개념을 적용하여 실생활 문제를 해결하거나, 탐구에 필요한 도구를 창의적으로 설계하고 제작할 수 있다.

• 2015 개정 [10과탐02-03] 과학 원리를 활용한 놀이 체험을 통해 과학의 즐거움을 느낄 수 있다.

• 2015 개정 [10수학05-01] 합의 법칙과 곱의 법칙을 이해하고, 이를 이용하여 경우의 수를 구할 수 있다.

학습 목표

• 슬링샷의 작동 원리를 탄성과 중력을 이용하여 설명할 수 있다.

학습

도입 (5분)

Co 새총 vs 가장 짜릿한 놀이기구 슬링샷 vs 영화 '마션'의 비밀 슬링샷 - 슬링샷은 새총의 원리를 이용한 놀이기구이다.

- 새총, 놀이기구 슬링샷, 마션에서의 우주선의 가속 효과. 이 셋은 어떤 공통된 원리로 움직이는 걸까?

동영상

전개 (30분)

CD 나만의 슬링샷 제작을 통해 슬링샷의 과학적 원리 이해하기.

- 슬링샷은 양쪽을 지지하는 지지대와 그 사이를 연결하는 고무줄만 있으면 작동한다.

같은 도구를 가지고 물체가 가장 높게 올라가도록 하려면 어떻게 설계해야 할까?

- 앞서 봤던 새총, 슬링샷, 마션에서의 우주선 가속 효과를 떠올리며 가장 효과적인 슬링샷을 만들기 위한 경우의 수를 생각해보며 설계를 하도록 유도한다.

- 나만의 슬링샷 제작을 위한 도면을 제작한다. 그리고 완성한 도면에서 각 구조의 특징 및 장점과 단점을 활동지에 기록한다.

학생활동지

정리 (10분)

ET 완성한 도면에서 각 구조의 특징 및 가장 중요시한 부분을 친구들에게 발표한다.

Tip! 자신의 도면와 친구의 도면을 비교하며 경청할 수 있도록 지도하고 질의응답을 통 해 다양한 과학의 원리를 배우도록 한다.

ET 친구들의 도면과 자신의 도면을 비교하고 비슷한 제작방법과 생각을 가진 학생 들끼리 모둠을 형성하도록 한다.

학생 활동지

지도상 유의점

Tip! 모둠을 형성할 때 인원수가 동일하게 형성되도록 구성하고, 소외되는 학생이 없도록 주의한다.

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

- MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발 -

2017. 11. 30.

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

【 2017년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

상기과제를 수행한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2017년 11월 30일

연구책임자 : 전 철 홍 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

이 보고서는 2017년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

목 차

1. 요약문

2. 서론

3. 연구 추진 내용 및 결과

4. 참고문헌

[부록]

[붙임]

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

2017년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

1. 요약문

‘전기와 자기’에서 ‘자기’, ‘지구계와 역장’, ‘시스템과 상호작용’

에서 ‘역학적 시스템’등과 연계되도록 구성함.

프로그램은 소통, 배려, 창의. 융합이라는 융합인재교육(STEAM)의 핵심역

량 강화를 위해 각 단원의 주제가 된 “놀이기구”의 과학적 요소는 물론 주

변 환경과 사회문화 등을 이해할 수 있는 내용의 융

통합을 고려하였고 학

생활동에 있어서는 창의적 설계와 감성적 체험을 고려하였다

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

2. 서론

가 .

필요성 및 목적

1) 연구의 필요성

가) 융합과 과학기술개혁운동

나) 행함으로써의 학습(learning by doing)의 제안

◦ 과학 교육의 지향점은 교사가 객관적인 지식을 ‘가르쳐 버리는’ 것에 있기 보다는, 학생이 능동 적인 지식의 구성을 통해 학습하는 것에 있다 (Driver, 1983).

◦ 본질적인 학습은 학습자 자신의 경험과 관련된 물건을 만들거나, 사회적

문제를 해결할 때 극대화 된다고 하였다(박주용, 2016).

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

다）2015 개정교육과정과 연계한 융합교육프로그램 개발과 적용이 필요

◦ 2015 개정교육과정에서 과학교과는 모든 학생이 과학의 개념을 이해하고, 과학적 탐구 능력과 태도를 함양하여 개인과 사회의 문제를 과학적이고 창의적으로 해결할 수 있는 과학적 소양을 기르데 목적을 두고 있음.

◦ 따라서 학교 상황을 고려하여 최신 기술을 반영한 융합인재교육 프로그램

을 개발할 필요가 있음

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

2) 연구의 목적

이 연구는 메이커 교육에 기반한 STEAM 교육 프로그램을 개발하는데 목적이 있으며, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.

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

◦ 과학, 기술, 공학, 예술, 수학이 융합된 메이커 기반 STEAM 프로그램 STEAM 프로그램을 개발하고 적용한다.

◦ 개발한 메이커 기반 STEAM 프로그램 STEAM 프로그램을 실제 수업에 적

용하여 전문가의 검토를 통해 수정·보완한다.

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

나 연구 범위

연구의 내용 연구의 범위

연구방향 및 내용 설정

ㅇ 문헌연구 및 국내․외 사례 수집

ㅇ 전문가 협의회 : 각 교과별 교사, 교육 공학 전문가 , STEAM 내용 전 문가(자문위원)로 구성하여 연구방향 논의

⇩

프로젝트 과제선정

ㅇ 교과별 내용 분석, 예비 주제 선정 ㅇ 주제 선정 준거

(수준 적합성, 현실 세계와의 관련성, 탐구활동 실행 가능성, STEAM 관련성, MAKER 활동 관련 주제)

ㅇ 메이커 기반 STEAM 프로그램 과제 선정

⇩ 메이커 기반

STEAM 프로그램 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

⇩

운영 ㅇ 운영(방학, 학기 중)

⇩

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 학교 운영방안 제시 및 보고서 작성

[그림1 연구 범위]

MAKER 기반 STEAM 프로그램 개발

　나)　행함으로써의 학습(learning by doing)의 제안

나 _{연구 범위}

다 _{연구 결과}

라 _시사점