- "This work was supported by the Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity(KOFAC) grant funded by the Korea government(MOE)"

(1)

(2)

성과물 번호 DD20010001

※ 모든 성과물(보고서, 교재, 논문, 간행물 또는 행사)에는 한국과학창의재단의 지원을 받아 연구한 결과임을 다음과 같이 명기해야 함

- “이 보고서는 2019년도 교육부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임”

- "This work was supported by the Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity(KOFAC) grant funded by the Korea government(MOE)"

※ 연구성과물에 대한 지적재산권 및 저작권 문제로 법적 분쟁 발생시 모든 책임 소재는 해당 연 구진에게 있음.

- 연구팀에서 연구 개발한 연구결과물에 포함된 타인의 저작물(글, 그림, 사진 등)은 모두 저작권

자에게 사전 이용허락을 받아야 함

(3)

이 프로그램은 어떤 프로그램일까요?

아래의 정보를 확인하시고 즐겁게 도전해보시기 바랍니다.

제목

특허검색 활용, 생활용품의 무한변신

유형 학문분야 주제별 융합형

세부 과학적 지식을 기반으로, 특허검색을 활용하여 선풍기를 바꿔보기 활동 대상학년 중학교 자유학기제 학년(중학교 1학년)

요구환경 교실수업 환경

재료구입비 아두이노 키트 또는 마이크로비트 키트

난이도 과학적 지식을 실생활 연계(중), 문제해결을 위한 코딩 활동(중, 상) 활용 가능성 특허정보를 활용하는 콘텐츠이므로 모든 교과에서 활용 가능성이 높음.

산출물 이미지(Full View) 산출물 이미지(Detail View)

개발자 추천의 말

학교에서 배우는 과학적 원리나 지식이 우리의 일상을 더욱 편리하고 유용하게 바꿀 수 있다는 것을 경험해보는 것은 중학생들의 과학기술적 소양 함양에 중요한 출발점 이 될 수 있다. 따라서 자유학기제 프로그램의 일환으로 학생들이 우리의 삶을 더욱 편리하게 만드는 관심분야의 특허정보를 탐색해보는 활동을 거친 후 협력활동을 통해 해당 아이디어에 자신들의 생각을 추가한 발명을 시도하고 간단한 코딩활동을 수행해 보는 과정에서 창의적 설계를 자연스럽게 촉진할 수 있다는 측면에서 매우 유용하다.

시범적용 교사 평점 평균(00명/10점 만점

기준)

친절한 수업자료 ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ 코멘트 수업내용의 질적 우수성 ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰

수업 적용 용이성 ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ 교수 전문성 강화 ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰ ✰

(4)

STEAM 교육은 우리나라에서는 “융합인재교육”으로 불립니다.

우리나라에서 STEAM 교육의 정의는

“과학 기술에 대한 학생들의 흥미와 이해를 높이고, 과학기술 기반의 융합적 사고력(STEAM Literacy)과 실생활의 문제해결력을 배양하는 교육“을 말합니다.

STEAM 교육을 융합인재교육이라고 칭하는 이유는 우리나라에서 교과 융합은 수단일 뿐이고,

진정한 목적이 “융합인재를 양성”하기 위한 것이기 때문입니다.

STEAM은 다섯 가지 교과의 영어표기 첫 글자를 딴 명칭입니다.

다섯 가지 교과는 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 예술(Art), 수학(Mathematics)입니다.

본 프로그램 차시별 지도안에는 , , , , 으로 표기되어 있습니다.

2. STEAM 교육의 목적

실생활과 연계된 문제 상황이 제시되고, 학생들은 이를 해결하기 위해 창의적으로 다양한 방법을 떠올립니 다. 정리한 아이디어를 바탕으로 산출물을 설계하여 제작합니다. 교과 또는 요소의 융합은 그 과정에서 자연스 럽게 진행됩니다.

STEAM 교육을 하는 목적은 다음과 같습니다.

1) 과학 기술에 대한 흥미를 높이고

2) 학생중심의 활동과 체험을 통해 성공 경험을 함으로써 융합에 대한 긍정적인 인식을 하도록 함

3) 자연스러운 융합을 통해 융합적 사고력 배양(융합형 인재 양성)

3. STEAM 교육의 학습준거

백윤수 외(2012)는 과학을 기반으로 다양한 분야의 융합적 지식을 함양하고, 융합 과정에 대한 흥미와 이해 를 높임으로써 문제를 종합적이면서 동시에 창의적으로 해결할 수 있는 수업 모형을 제시하였습니다. 한국과 학창의재단에서는 이 수업 모형을 국내 STEAM 교육 프로그램 개발의 준거 틀로서 활용하여 보급하고 있습니 다.

본 프로그램에서도 차시별 지도안의 세부 활동에 해당 준거틀이 제시되어 있습니다.

- 상황제시 : 학생이 해결 필요성을 구체적으로 느낄 수 있는 실생활과 연계된 문제 상황을 제시함으로 써 자기 문제로 인식하여 문제 해결 의지가 생길 수 있도록 합니다.

- 창의적 설계 : 학생 스스로 자신이 처한 상황 및 조건에서 제시된 문제 상황을 해결하기 위해 필요한 것을 만들어내게 되는데, 이 때 여러 가지 문제를 창의적으로 해결해가는 과정을 말합니다. 이 과정에서 학생 들은 문제를 해결하기 위해 스스로 문제를 정의하고, 해결하기 위한 아이디어를 발상하고 선정하며, 설계를 계 획하고 제작하는 과정을 거칩니다.

- 감성적 체험 : 학생의 흥미와 동기가 향상되고 문제를 해결하였다는 성공 경험을 함으로써 새로운 문제에 도전하고자 하는 열정이 생기도록 합니다.

(5)

1. 본 프로그램의 특징

□ 본 프로그램은 4차 산업혁명시대의 도래에 따라 미래사회 변화에 부응하는 창의적 융합인재육성 을 위해 2015개정교육과정 및 CCR(Center for Curriculum Redesign) 프레임 워크에 따라 개발하였 습니다.

프로그램에 참여하는 학습자들이 자 신이 아는 지식(Knowledge)을 사용할 수 있는 방법(Skills)과 행동하고 참여 하는 인성(Character)을 기르며, 다양 한 현실의 상황에 맞게 변형하고 적 용하는 메타학습(Meta-Learning)을 하도록 지향하였습니다.

□ 특히 자신이 이미 알고 있는 지식을 효과적으로 사용할 수 있는 방법과 인성, 다양한 현실 상황 에 반영해 적응하는 메타학습 능력을 키우기 위해 KIPRIS 특허정보를 활용해 아이디어를 확장하는 경험을 하도록 “특허정보활용 플러스 솔루션” 프로그램을 구안하였습니다.

특허정보 + 디자인 씽킹 = 플러스 솔루션

과학적 지식의 활용

자신이 경험하는

일상의 문제발견력 실천적 창의역량

- 학습자들은 교과서에 수록된 과학적 지식을 기반으로 한 특허정보를 확인하며 1) 자신이 배운 지식이 지식재산의 창출과 연결됨을 확인하고

2) 디자인 씽킹 원리를 활용해 자신이 경험하는 실생활의 문제를 발견한 후 3) 창의‧융합적 사고를 통해 자신만의 아이디어를 생성하며

4) 특허정보의 기술‧공학적 문제를 확장‧해결해보는 플러스 솔루션의 실천적 창의역량을 강화하도

록 STEAM 프로그램을 설계하였습니다.

(6)

2. 프로그램 활용 안내

- 본 프로그램은 교사용과 학생용으로 나뉘어져 있습니다.

- 교사용은 가능한 학교현장에서 선생님들께서 손쉽게 사용하실 수 있도록 최대한 자세하고 쉽게 안내하였습니다. 각 주제별로 앞쪽에 ‘차시별 활동 흐름’을 한눈에 알아보기 쉽도록 표로 제시하였 습니다. 또, 각 차시의 시작 부분에 ‘수업의 흐름’을 사진 또는 시각 자료로 제시하여 직관적으로 수업 전체의 내용을 이해할 수 있도록 하였습니다.

- 수업지도안 및 수업활동 내용에 을 제시하여 적용 시 주의할 점 등을 상세히 안내하였습니다.

- 학생용은 최대한 학생들의 발달단계를 고려하여 작성하였습니다.

- 현장의 특성 및 요구에 따라 평가방법을 선택적으로 활용할 수 있습니다.

■ 지도 시 유의사항

- 짧은 차시 내에서 모두 수행하기 어려운 시간적 제약을 감안해 직접적으로 활동에 포함시키지는 않았으나, 이 프로그램을 지도하면서 학생들이 단순히 창의적인 아이디어를 만드는 활동으로 끝나 는 것이 아니라, ‘지식 재산권의 소중함’과 ‘권리 침해’에 대한 이해가 생길 수 있도록 지도해주시 면 더욱 좋을 것 같습니다.

- 아이디어 창출과정에서 학생들이 친구들과 협업하고 다양한 관점에서 아이디어를 결합하여 창의 적인 산출물을 제작해보는 경험이 이루어지도록 독려할 필요가 있습니다. 학생 수준에서 발휘하는 창의성은 전문가들의 창의성과 큰 차이가 있을 수 있습니다. 따라서 무엇보다도 학생들이 고유한 상상과 도전을 통해 독창적 아이디어를 산출하고 문제를 해결해보는 성공적 경험의 축적에 초점 을 맞추어 지도하는 것이 매우 중요합니다.

- 본 프로그램을 실행한 후 도출된 학생 활동 자료 결과물은 다양한 교내, 교외의 대회나 전시 등으

로 연계해 활용해도 좋습니다(예: 발명대회 참가, 특허 출원 지도 등). 단순히 교실에서 아이디어를

내는 것으로 끝나는 것이 아니라 발명대회에 직접 출품하거나 특허 출원으로 이어진다면 훨씬 더

능동적이고 주도적인 창의성 계발을 촉진할 수 있기 때문입니다.

(7)

3. 전체 교육 프로그램 로드맵

1) 초등학교 1-2학년

(1) 프로그램명 : 마스크를 부탁해

(2) 교육 목표 : 마스크 보관함 발명품을 관찰하고 특징을 설명할 수 있으며, 발명적 사고를 통해 위생적인 나만의 마스크 보관함 설계 및 제작 할 수 있다.

(3) 컨텐츠 키워드 : 미세먼지, 마스크, 마스크 보관함, 발명

(4) 기대 효과 : 즐겁게 협력하며 배려와 소통하며 내가 자주 사용하는 마스크에 대한 문제를 공감하고, 이 문제를 해결하기 위한 방법으로 발명특허 받는 발명품들을 탐색한다. 발명적 사고(PMI 기법)을 통한 창의적 설계로 기술‧공학적 문제를 해결할 수 있다.

(1) 프로그램명 : 자석에 아이디어를 더하면

(2) 교육 목표 : 특허, 실용신안 등을 검색하여 발명 아이디어를 찾아, 모둠이 함께 나와 타인의 불편함을 해 소하고 도움을 줄 수 있도록 아이디어를 발전시켜 TED Talk 발표하며 서로의 생각을 공유할 수 있다.

(3) 컨텐츠 키워드 : 특허, 실용신안, 발명, Kipris, 자석, TED Talk

(4) 기대 효과 : Kipris 검색을 통해 보다 구체적인 발명, 특허, 실용신안에 대해 알고, 발명이 생활의 작은 불 편함을 개선하는 과정임을 이해할 수 있기를 기대한다. 더불어, 나와 타인의 불편함을 개선해주고자 하는 의 도를 통해 나와 타인에 대한 ‘도움’을 주고, 아이디어를 공유하며 서로 발전할 수 있는 계기를 마련해 주고 자 하였다.

(1) 프로그램명 : 화분의 품격

(2) 교육 목표 : 다양한 식물에 대해 조사하고, 식물이 자랄 수 있는 창의적인 화분을 제작·홍보할 수 있다.

(3) 컨텐츠 키워드 : 식물, 화분, 특허정보검색서비스

(4) 기대 효과 : 다양한 식물에 대해 관심을 가지고 특허정보를 활용하여 자신의 아이디어를 구체화할 수 있 다.

4) 중학교 차시대체형

(1) 프로그램명 : 특허, 과학을 GET하다

(2) 교육 목표 : 특허 검색을 통해서 찾은 아이디어를 과학적 지식을 활용하여 개선할 수 있다.

(3) 컨텐츠 키워드 : 중학교 과학교과서, 특허, 특허검색, 키프리스, 크라우드 펀딩, 저작권,

(4) 기대 효과 : 특허 검색을 통하여 생활 속의 문제를 찾아서 과학적 방법으로 그 문제점을 개선하고 모의 크라우드 펀딩을 통해 개선된 지적 재산권의 경제적 가치를 생각해본다.

5) 중학교 자유학기제

(1) 프로그램명 : 특허검색 활용 생활용품의 무한변신

(2) 교육 목표 : 과학원리가 적용된 생활용품을 탐색하고 Plus아이디어를 추가하는 과정에서 알고 있는 지식 의 실제 생활 속 문제해결에 어떻게 적용하는지를 배울 수 있다.

(3) 컨텐츠 키워드 : 선풍기, 기화열, 상태변화, 냉방시스템, 적정기술

(4) 기대 효과 : 가용한 자원 내에서 적정한 기술과 과학의 원리를 적용하여 문제를 효과적으로 해결해 보는 활동과 경험을 배워, 협력적 문제해결력을 함양할 수 있다.

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■ 주제 개요

- 본 프로그램은 학생들이 학교에서 배운 과학적 지식을 실제 생활 속에서 응용하여 생활 속 문제를 능 동적으로 해결할 수 있는 능력을 함양할 수 있도록 고안된 프로그램이다. 학생들이 흔히 사용하는 생 활용품은 과학적 원리나 지식에 기반하여 제작되는 경우가 많으므로, 이 생활용품을 자세히 들여다 본 후, 과학적 지식이나 원리를 탐색하는 활동을 통해서 수업시간에 배웠던 지식은 더욱 더 이해하기 쉬 워질 수 있다. 그리고 그 이해를 바탕으로 개선할 수 있는 창의적인 생각이 추가되어 발전된 시제품을 만들 수 있다.

- 최근 들어 범지구적인 폭염과 혹한의 기후변화로 인해 인류는 위협을 받고 있고, 기후변화와 더불어 에너지 사용도 기하급수적으로 늘고 있다. 하지만, 에너지 사용에 제한을 받는 수많은 사람들에게 급격 한 기후변화는 고통일 수밖에 없다. 이것은 인류가 해결해 나가야 할 당면한 문제이며, 우리나라에서도 빈곤층의 주거환경과 직결되는 문제이다. 학생들은 열에너지와 관련된 과학적 지식을 바탕으로 특허정 보를 이용해서 열에너지와 관련된 생활용품을 탐색하게 된다. 그리고, 생활용품에 적용된 과학적 원리 를 이해한 후, 기존의 생활용품의 기능에 새로운 기능을 더해서 창의적인 산출물을 구상하고, SW(소프 트웨어)기술을 접목하여 무한 변신한 생활용품을 제작하는 과정을 경험하게 된다.

- 디자인 씽킹 원리를 적용하여 생활 속에서 경험하게 되는 다양한 문제를 타인(사용자)과 공감을 통해 발견하고, 문제를 해결하기 위한 방법으로 특허검색을 활용한다. 창의적 사고 기법으로는 SCAMPER와 확장된 브레인스토밍 기법을 활용하여 아이디어를 구안하고 창의적 설계로 기술‧공학적 문제를 해결해 보도록 구성하였다.

■ 학습목표

• 물질의 상태변화에 따른 열에너지의 출입을 이해하고 설명할 수 있다.

• 열에너지와 관련된 생활용품 속에서 발견한 과학적 원리를 설명할 수 있다.

• 물질의 상태변화를 이용하여 열에너지 관련 생활용품 하나를 선정하여 기능, 디자인, 활용방법 등을 변형하고 플러스 아이디어를 도출 할 수 있다.

• SW(소트프웨어) 도구를 활용하여 창의적으로 설계하고, 플러스 생활용품을 제작할 수 있다.

• 최종 산출물을 발표하고 공유한 후, 수정 보완할 수 있다.

■ STEAM 과목 요소

○ S : 물질의 상태변화에 따른 열에너지 출입의 원리 이해하기

○ T/E：물질의 상태에 따라 변화하는 열에너지를 활용할 수 있는 방법 알아보기, 특허정보를 통해 발견 한 생활용품 속 기능 이해하기, SW(소프트웨어)도구를 이용하여 자동화된 시스템 설계하기, ○ A : 창작물의 외관 설계하기, 창작물 상표 정하기, 로고제작하기

○ M：단위면적당 열에너지 계산하기, 생활용품 부착물 설계 시 에너지 효율 계산하기

특허검색 활용, 생활용품의 무한변신

(9)

■ 융합인재교육(STEAM) 학습준거

○ 상황제시

작년과 마찬가지로 한 여름에는 35도 이상이 되는 날이 많을 것이라는 기상청 예보 를 접하니 벌써 부터 땀이 나기 시작한다. 작년 겨울에는 영하 10도 이상씩 기온이 떨 어져서 엄청 추웠었는데, 올 여름은 거의 40도에 가까운 기온으로 엄청 더울 거라 니……. 요즘 들어 날씨는 왜 이럴까? 학교에서도 내 자리는 에어컨 바람이 거의 오지 않는다. 교실에 설치된 선풍기는 처음에는 시원하다가 시간이 지나면 뜨거운 바람이 나온다. 집에서는 에어컨을 켜고 싶어도 전기요금 때문에 마음대로 켤 수가 없다. 엄마 가 하루에 1시간만 틀어야 한다고 하신다. 그러면서 하시는 말씀이, 뉴스에 나오는 쪽 방촌 기사를 보여주면서 선풍기 하나만 가지고 여름을 나거나, 겨울에 전기장판 하나 로 견디는 사람들도 있으니 참으라고 하신다.

‘실내 온도가 40도나 되는 쪽방촌에서 할아버지, 할머니는 어떻게 이 더위를 견디시 는 걸까?’ 뉴스에서는 지구 온난화 현상 때문에 앞으로 이런 무더위와 혹한은 자주 발 생할 것이라고 한다. 에너지 사용을 줄여야 온난화 현상이 줄어든다고 하던데, 덥거나 추워서 전기를 많이 사용하게 되면 결국 지구 환경이 파괴되어 악순환이 되풀이 되는 게 아닐까? 전기를 적게 사용하고 무더위와 혹한을 견딜 수 있는 새로운 무엇인가가 있어야 된다는 생각이 들었다.

선풍기나 전기장판은 거의 모든 집에 하나 정도는 가지고 있는 가전제품인데 이것을 잘 활용해서 더위나 추위를 해결할 수 없을까? 선풍기에 차가운 얼음을 달면 시원해 지지 않을까? 무엇을 추가하고 무엇을 바꾸면 이 문제가 해결될까? 생각이 깊어진다.

○ 창의적 설계

- 상태변화와 열에너지와 관련된 생활용품을 탐색하고 특허검색 해보기

- 특허검색에서 찾아낸 다양한 발명품과 과학적 원리 결합하여 아이디어 구상하기 - 발명 아이디어를 이용하여 나만의 창의적인 생활용품 설계하기

- SW도구를 이용하여 창의적 산출물 구현하고 제작하기

○ 감성적 체험

- 기존의 생활용품과 모둠에서 설계한 생활용품을 비교해 보고 개선된 점 자랑하기(홍보하기)

- 창의적 산출물에 대한 동영상을 제작하여 유튜브에 공유하고 피드백 받기

(10)

■ 융합인재교육(STEAM) 활동 안내

차시 차시명 활동 내용

1-2

가전제품 (생활용품)

들여다 보기

◨ 전기가 없던 시대에는 어떻게 더위를 식혔을까?

◨ 선풍기 모터 부분에 알루미늄 캔을 올리면 온도가 내려간다? 실험하기

◨ 선풍기(미니 선풍기, 휴대용 선풍기)를 분해하고 동작원리 탐색하기

◨ 선풍기에 있는 다양한 기능 알아보기

3-4 상상 Plus

◨ 검색어 ‘선풍기’로 특허검색하고, 검색 결과를 분류하기

◨ 일반적인 사용과는 다른 특이한 기능 찾아보기

◨ 일반적인 모양과는 다른 특이한 모양 찾아보기

◨ 특허검색에서 얻은 아이디어에 상상 더하기

◨ SW도구를 이용하여 선풍기 무한변신을 위한 창의적인 설계하기 (디자인, 기능, 활용방법 등)

5-6 선풍기의 무한변신

◨ SW도구(피지컬 컴퓨팅)를 이용하여 Prototype 제작하기

◨ 다양한 모양, 기능이 추가된 선풍기 제작 및 변형하기

7-8

아이디어 공유 및 발표하기

◨ 최종 산출물 공유를 위한 UCC자료 만들고 YOUTUBE에 공유하기

◨ 상품화된 제품과 비교하여 어떤 점이 나아졌는지 발표하기 - 산출물 발표 및 경매하기 (플리커 경매카드 활용)

◨ 모둠별로 산출물에 대한 아이디어 제안서 제출하기

- 평가한 후 수정, 보완하여 최종 작품에 대한 제안서 제출하기

■ 차시별 활동 흐름

차시 차시명 학습목표 주요 내용

1-2

가전제품 (생활용품)

들여다 보기

1. 물질의 상태변화에 따른 열 에너지의 출입을 이해하고 설 명할 수 있다.

2. 생활용품 속에서 발견한 열 에너지와 관련된 과학적 원 리를 설명할 수 있다.

◨ 생활 속 과학의 원리 이해하기 (전기 없이 냉방하기)

◨ 뜨거워진 선풍기를 식혀라 (미션체험)

◨ 미니 선풍기 분해해 보고 동작원리 설명하기

3-4 상상 +

물질의 상태변화와 열에너 지 관련된 생활용품 하나를 선정하고 기능, 디자인, 사 용방법 등을 변형하여 플러 스 아이디어를 도출 할 수 있다.

◨ 특허 검색 후, 발명품을 종류별로 분류하고 특징 살펴보기

◨ 기존의 제품과 다른 기능, 디자인, 활용법 찾아보기

◨ 5Why? 기법으로 발명의 이유 찾고 토론하기

◨ 특허검색에서 얻은 아이디어에 상상 더하기 (스캠퍼 기법 활용)

◨ SW도구를 이용하여 선풍기 무한변신을 위한 창의적인 설계하기 (디자인, 기능, 활용방법 등)

5-6 선풍기의 무한변신

SW도구를 활용하여 창의적 으로 설계하고, Prototype를 제작 할 수 있다.

◨ SW도구(피지컬 컴퓨팅)를 이용하여 Prototype 제작하기

◨ 다양한 모양, 기능이 추가된 선풍기 제작 및 변형하기

7-8

아이디어 공유 및 발표하기

최종 산출물을 발표하고 다 양한 매체를 통해 공유한 후, 수정 보완할 수 있다.

◨ 최종 산출물 공유를 위한 UCC 자료 만들고 YOUTUBE에 공유하기

◨ 상품화된 제품과 비교하여 어떤 점이 나아졌는지 발표하기 - 산출물 발표 및 경매하기 (플리커 경매카드 활용)

◨ 모둠별로 산출물에 대한 아이디어 제안서 제출하기

- 평가 한 후 수정, 보완한 후 최종 작품에 대한 제안서 제출하기

(11)

차시 준비물 TIP & KnowHow STEAM 핵심역량 관련자료

1~2

미니선풍기, 드라이버 적외선 온도계, 알루미 늄캔, 페트병, 검색용 컴퓨터

전기 없던 시대의 냉방시 스템을 탐색하면서 열과 상태변화에 대한 과학적 원리를 이해하게 돕는다.

미니 선풍기를 분해하면 서 선풍기의 구조와 기능 을 이해한다.

STEA

지식정보 처리 역량 의사소통 역량

3~4

검색용 컴퓨터, 모둠별 아이디어 구상보드, 포 스트잇, 색연필

특허검색 시 ‘검색어’를 적 절히 사용하여 원하는 정 보를 얻을 수 있도록 지도 한다.

아이디어 구상시 구상보 드를 활용하여 다양한 아 이디어가 도출 될 수 있도 록 지도한다.

STEA

공동체 역량 창의적 사고 역량

5~6 마이크로비트 확장키 트, 미니 선풍기

마이크로비트 확장보드를 이용하여 문제해결을 위 한 프로그래밍을 할 때, 코딩에 치우치지 않도록 하고, 역할을 나눠서 주어 진 시간 안에 활동이 이루 어지도록 지도한다.

STEA

공동체 역량 창의적 사고 역량

7~8 플리커 경매카드

산출물 발표시 모둠별로 피드백이 이루어지도록 돕는다.

활동 후 학생들의 산출물 이 실생활 속 문제해결에 적용되도록 자료를 공유 하는 시간을 갖는다.

STEAM

지식정보 처리 역량 창의적 사고 역량

공동체 역량 자기관리 역량

■ 프로그램 핵심역량 요소

차시 관련 핵심역량 요소 요소 내용

1~2

지식정보처리역량 문제를 합리적으로 해결하기 위하여 다양한 영역의 지식과 정보를 처리하고 활용할 수 있는 역량

의사소통역량 다양한 상황에서 자신의 생각과 감정을 효과적으로 표현하고 다른 사람의 의견을 경청하며 존중하는 의사소통 역량

(12)

3~4

창의적 사고 역량 폭넓은 기초지식을 바탕으로 다양한 전문분야의 지식, 기술, 경험을 융합적 으로 활용하여 새로운 것을 창출하는 창의적 사고역량

공동체 역량 공동체의 가치와 공동체 구성원의 다양성을 존중하고 상호 협력하며 관계를 맺고 갈등을 조정하는 능력

5~6

7~8

자기관리 역량 자아정체성과 자신감을 가지고 자신의 삶과 진로에 필요한 기초적 능력과 자 질을 갖추어 자기 주도적으로 살아갈 수 있는 역량

(13)

■ 평가계획

○ 교육과정 성취기준 및 평가 기준

교과 교육과정 성취기준 평가기준

과학

[9과04-03] 기체의 압력과 부피의 관계를 입자 모형으로 해석하고, 이와 관련된 실생활의 예를 찾을 수 있다.

<탐구 활동> 기체의 압력과 부피 관계 탐 구하기

상 기체의 압력과 부피의 관계를 입자 모형을 이용하여 설명하고, 이와 관련된 실생활의 예를 찾을 수 있다.

중 기체의 압력과 부피의 관계를 실생활의 예를 들어 설명할 수 있다.

하 기체에 압력을 가할 때 부피가 감소함을 말할 수 있다.

[9과04-04] 기체의 온도와 부피의 관계를 입자 모형으로 해석하고, 이와 관련된 실생활의 예를 찾을 수 있다.

<탐구 활동> 기체의 온도와 부피 관계 탐 구하기

상 기체의 온도와 부피의 관계를 입자 모형을 이용하여 설명하고, 이를 실생활의 예에 적용할 수 있다.

중 기체의 온도와 부피의 관계를 실생활의 예를 들어 설명할 수 있다.

하 기체의 온도를 높일 때 부피가 증가함을 말할 수 있다.

[9과05-03] 상태 변화가 일어날 때의 온도 변화에 대한 자료를 해석하여 녹는점, 어는점, 끓는점을 찾을 수 있다.

<탐구 활동> 상태 변화가 일어날 때의 온도 변화 측정하기

상

상태 변화가 일어날 때의 온도 변화에 대한 자료를 해석하여 녹는점, 어는점, 끓는점을 찾고, 이때 일어나는 물질의 상태 변화를 설명할 수 있다.

중 상태 변화가 일어날 때의 온도 변화에 대한 자료에서 녹는점, 어는 점, 끓는점을 찾을 수 있다.

하 상태 변화가 일어날 때의 온도 변화를 말할 수 있다.

[9과05-04] 상태 변화와 열에너지의 관계를 이해하고, 상태 변화 과정에서 출입하는 열에너지가 생활에 이용되는 사례를 찾 고 설명할 수 있다.

상 상태 변화와 출입하는 열에너지의 관계를 설명하고, 이를 실생활의 사례에 적용하여 설명할 수 있다.

중 열에너지를 흡수 또는 방출하는 상태 변화에서 열에너지의 출입 여부를 설명할 수 있다.

하 상태 변화 과정에서 열에너지가 출입함을 말할 수 있다.

기술 가정

[9기가04-04]

제조 기술과 관련된 문제를 이해하고, 해 결책을 창의적으로 탐색하고 실현하며 평가한다.

상 제조 기술과 관련된 문제를 종합적으로 분석하며, 해결책을 창의적으로 탐색하고 실현하며 평가할 수 있다.

중 제조 기술과 관련된 문제를 분석하며, 해결책을 탐색하고 실현 할 수 있다.

하 제조 기술과 관련된 문제를 말할 수 있다.

[9기가05-03]

일상생활에서 사용되는 제품들이 기술 적 문제 해결 과정을 통해 개발되고 발 전하고 있음을 이해한다.

상

기술적 문제 해결의 과정을 통해 일상생활에 사용되는 제품 을 개발하여 생산하고 발전하게 되는 사례를 탐색하여 활용 할 수 있다.

중

기술적 문제 해결의 과정을 통해 일상생활에 사용되는 제품 을 개발하여 생산하고 발전하게 되는 사례를 탐색하여 제시 할 수 있다.

하 기술적 문제 해결 과정을 통해 일상생활에 사용되는 제품이 발전하고 있음을 설명할 수 있다.

[9기가05-06]

생활 속 문제를 찾아 아이디어를 구 상하고 확산적․수렴적 사고 기법을 활 용하여 창의적으로 해결한다.

상

생활 속에서 나타나는 문제를 기술적으로 해결하기 위해 다양한 아이디어를 구상하고, 확산적․수렴적 사고 기법을 활용하여 창의적으로 해결할 수 있다.

중 생활 속에서 나타나는 문제를 해결하기 위해 아이디어를 구 상하여 해결할 수 있다.

하 생활 속에서 나타나는 문제를 찾을 수 있다.

[9기가05-09] 상 적정기술의 의미와 중요성을 이해하며, 적정기술 문제를 탐

(14)

적정기술과 지속가능 발전의 의미를 이해 하고, 적정기술 체험 활동을 통하여 문 제를 창의적으로 탐색하고 실현하고 평가 한다.

색하여 그 해결 방안을 체험 활동을 통하여 창의적으로 실현 하고 평가할 수 있다.

중 적정기술의 의미와 중요성을 이해하며, 적정기술 문제를 탐색 하여 체험 활동을 통하여 실현할 수 있다.

하 적정기술의 의미를 이해하고, 적정기술 문제를 체험 활동을 통하여 탐색할 수 있다.

정보

[9정02-02]

인터넷, 응용 소프트웨어 등을 활용하여 문 제 해결을 위한 자료를 수집하고 관리한다.

상

인터넷을 활용하여 문제 해결을 위한 자료를 수집하고, 수집한 자료 를 응용 소프트웨어를 활용하여 체계적으로 분류하고 관리하며 공 유할 수 있다.

중 인터넷을 활용하여 문제 해결에 필요한 자료를 수집하고, 수집한 자 료를 응용 소프트웨어를 활용하여 관리할 수 있다.

하 인터넷을 활용하여 자료를 수집하고, 수집한 자료를 컴퓨터에 저장 할 수 있다.

[9정02-03]

실생활의 정보를 표, 다이어그램 등 다양한 형태로 구조화하여 표현한다.

상 실생활의 정보를 표, 다이어그램 등 다양한 형태의 구조화 방법 중 가장 적절한 형태로 구조화하여 표현할 수 있다.

중 정보를 표나 다이어그램 등의 시각적 형태로 구조화할 수 있다.

하 정보를 표현할 수 있는 구조화 방식과 특징을 설명할 수 있다.

[9정03-01]

실생활 문제 상황에서 문제의 현재 상태, 목 표 상태를 이해하고 목표 상태에 도달하기 위해 수행해야 할 작업을 분석한다.

상 실생활 문제의 현재 상태에서 목표 상태에 도달하기 위해 수행해야 할 작업을 순서대로 제시할 수 있다.

중 문제의 현재 상태에서 목표 상태에 도달하기 위해 수행해야 할 작업 이 무엇인지 설명할 수 있다.

하 문제의 현재 상태와 목표 상태의 차이를 설명할 수 있다.

[9정03-02]

문제 해결에 필요한 요소와 불필요한 요소 를 분류한다.

상 문제 해결에 필요한 요소와 불필요한 요소를 구분하고 이유를 제시 할 수 있다.

중 문제 해결에 필요한 요소와 불필요한 요소를 구분할 수 있다.

하 문제 상황에 제시된 다양한 요소들을 나열할 수 있다.

[9정05-02]

센서를 이용한 자료 처리 및 동작 제어 프로 그램을 구현한다.

상 실생활 문제 해결을 위해 적합한 센서를 선택하고 센싱 값에 따른 자료 처리 및 동작 제어 프로그램을 작성할 수 있다.

중 실생활 문제 해결을 위해 적합한 센서를 선택하고 센싱 값을 처리하 는 프로그램을 작성할 수 있다.

하 문제 해결을 위해 적합한 센서를 선택할 수 있다.

미술

[9미01-04]

미술과 다양한 분야의 융합 방안을 모색할 수 있다.

상 미술과 다양한 분야를 융합하여 적용 가능한 방안을 구체적으로 제 안할 수 있다.

중 미술과 다양한 분야를 융합하여 적용 가능한 방안을 제안할 수 있다.

하 미술과 다양한 분야를 융합할 수 있음을 안다.

[9미02-02]

주제에 적합한 표현 과정을 계획할 수 있다.

상 주제를 나타내는 데 효과적인 재료와 용구, 방법, 표현 절차 등을 탐색하고, 표현 과정을 자기 주도적으로 계획할 수 있다.

중 주제를 나타내는 데 필요한 재료와 용구, 방법, 표현 절차 등을 탐색 하고, 표현 과정을 계획할 수 있다.

하 표현 과정의 일부를 계획할 수 있다.

(15)

○ 교수ㆍ학습 활동 및 평가 계획

학습

단계 교수･학습 활동 평가 계획

1~2 차시

전기가 없던 시대에는 어떻게 더위 를 식혔을까?

‘선풍기를 식혀라‘ 실험하기

선풍기 분해하고 기능 살펴보기

평가 과제 1

∙ 상태변화와 열에너지 출입 ∙

냉방과 관련하여 다양한 실험과 실습을 통해서 상태변화에 따른 열에너지의 출입에 대해서 이해한 것을 발표하기 (보고서, 구술･발표, 관찰)

피드백

전기가 없던 시대의 냉방시스템을 과학적 원리에 따라 이해하도록 지도한다.

3~4 차시

과학적 원리를 탐색 후 특허검색을 위한 검색어 정하기

특허 검색 후 발명품 분류하기

선정된 발명품에서 과학적 원리를 탐색한 후, Plus 아이디어로 창의적 설계하기

평가 과제 2

∙ Plus 아이디어 ∙

Plus 아이디어를 도출하기 위한 아이디어 보드판 공유 및 발표하기

피드백

발명 아이디어 산출 과정 중에 과학적 원리가 어떻게 아이디어에 반영되었는지 나타나도록 아이디어 보드판을 작성하고 공유한다.

5~6 차시

아이디어 실현을 위한 피지컬 컴퓨 팅 도구 활용하기

Prototype 제작하기

평가 과제 3

∙ Prototype 제작 ∙

도출된 아이디어를 설명하기 위한 Prototype이 적절 하게 제작되었는지 평가 (보고서, 산출물)

피드백

Prototype 제작 시 SW도구를 활용하여 아이디어가 잘 표현되도록 한다.

(16)

■ 학생생활기록부 기재 예시자료

과목 학생생활기록부 기재 예시 자료

과학

- 상태변화와 에너지의 출입과정을 이해하고 생활 속에서 발견하는 냉방시스템의 원리를 실험을 통해 경험하고, 특허검색을 통해서 발명품 속에서 과학의 원리를 탐색하여 선풍기의 냉방시스템을 개선하는 활동을 실천하였음.

- 기체의 압력-온도, 기체의 부피-온도와의 관계를 이해하고 창의적인 선풍기를 설 계할 때 이 원리를 적용하여 설계하였음.

정보

선풍기를 창의적으로 설계하는 과정에서 추상화와 알고리즘을 이해하고 문제 해결 을 위한 자동화에 대한 소양을 갖추었으며, 자동화를 위한 프로그래밍 언어를 선택 하고 입력과 출력, 변수와 연산, 제어구조를 사용하여 피지컬 컴퓨팅 도구로 문제 를 해결하였음.

기술가정

기술이 투입-과정-산출-되먹임의 시스템을 통해 이루어지는 것을 이해하고 생활 속 문제를 해결하기 위하여 특허를 검색하여 아이디어를 구상하고 확산적, 수렴적 사 고기법을 활용하여 창의적인 해결방법을 도출하여 산출물을 제작하는 과정을 경험 하고 실천하였음.

미술 선풍기의 외형을 디자인하거나 기능을 개선할 때 적합한 표현방법을 선택하였고, 스톱모션 동영상을 제작할 때, 소품을 적절히 활용하여 표현하였음.

7~8 차시

스톱모션 동영상 제작하기(발표영상)

발표 및 피드백

평가 과제 3

∙ 산출물 영상 발표 및 경매∙

완성된 Prototype에 대한 1분 영상발표하기 (동영상, 산출물)

발표 영상 및 Prototype에 대한 아이디어 경매하기

피드백

산출물에 대한 다른 모둠의 피드백이 반영되어 수정 보완이 될 수 있도록 하고, 세상에 하나 뿐인 창의적 산출물에 대한 공유하기를 통해 창작의 즐거움을 모둠원들과 나눌 수 있도록 한다.

(17)

학년

(주제) 차시 관련교과 2015 개정 교육과정 연계

(◨내용 요소 및 ▣성취기준)

중1

1-2

과학

◨ 상태 변화와 열에너지 출입

▣[9과04-03] 기체의 압력과 부피의 관계를 입자 모형으로 해석하고, 이와 관련된 실생활의 예를 찾을 수 있다.

▣[9과04-04] 기체의 온도와 부피의 관계를 입자 모형으로 해석하고, 이와 관련된 실생활의 예를 찾을 수 있다.

▣[9과05-03] 상태 변화가 일어날 때의 온도 변화에 대한 자료를 해석하여 녹는점, 어는점, 끓는점을 찾을 수 있다.

▣[9과05-04] 상태 변화와 열에너지의 관계를 이해하고, 상태 변화 과정에서 출입하는 열에너지가 생활에 이용되는 사례를 찾고 설명할 수 있다.

기술∙가정

◨ 제조기술 문제해결

▣ [9기가04-04] 제조 기술과 관련된 문제를 이해하고, 해결책을 창의적으 로 탐색하고 실현하며 평가한다.

◨ 발명 아이디어의 실현

▣ [9기가05-03] 일상생활에서 사용되는 제품들이 기술적 문제 해결 과정을 통해 개발되고 발전하고 있음을 이해한다.

정보

◨ 자료의 수집

▣ [9정02-02] 인터넷, 응용 소프트웨어 등을 활용하여 문제 해결을 위한 자료를 수집하고 관리한다.

3-4

기술∙가정

▣ [9기가05-06] 생활 속 문제를 찾아 아이디어를 구상하고 확산적･수렴적 사고기법을 활용하여 창의적으로 해결한다.

과학

◨ 상태변화와 열에너지 출입

▣ [9과05-04] 상태 변화와 열에너지의 관계를 이해하고, 상태 변화 과정에서 출입하는 열에너지가 생활에 이용되는 사례를 찾고 설명할 수 있다.

정보

◨ 정보의 구조화

▣ [9정02-03] 실생활의 정보를 표, 다이어그램 등 다양한 형태로 구조화하 여 표현한다.

◨ 문제 이해

▣ [9정03-01] 실생활 문제 상황에서 문제의 현재 상태, 목표 상태를 이해 하고 목표 상태에 도달하기 위해 수행해야 할 작업을 분석한다.

(18)

학년

(주제) 차시 관련교과 2015 개정 교육과정 연계

(◨내용 요소 및 ▣성취기준)

중1

5-6

정보

◨ 핵심요소 추출/ 센서 기반 프로그램 구현

▣ [9정03-02] 문제 해결에 필요한 요소와 불필요한 요소를 분류한다.

▣ [9정05-02] 센서를 이용한 자료 처리 및 동작 제어 프로그램을 구현한다.

기술∙가정

▣ [9기가05-06] 생활 속 문제를 찾아 아이디어를 구상하고 확산적･수렴적 사고기법을 활용하여 창의적으로 해결한다.

미술 ◨ 미술과 다양한 분야 / 표현 과정과 점검

▣ [9미01-04] 미술과 다양한 분야의 융합 방안을 모색할 수 있다.

7-8

정보 ◨ 센서 기반 프로그램 구현

▣ [9정05-02] 센서를 이용한 자료 처리 및 동작 제어 프로그램을 구현한다.

기술가정

◨ 기술 활용

▣ [9기가05-09] 적정기술과 지속가능 발전의 의미를 이해하고 적정기 술 체험 활동을 통하여 문제를 창의적으로 탐색하고 실현하고 평 가한다.

미술 ◨ 미술과 다양한 분야 / 표현 과정과 점검

▣ [9미02-02] 주제에 적합한 표현 과정을 계획할 수 있다.

(19)

1~2차시. 가전제품 들여다 보기

(20)

■ 수업의 흐름

순 활동명 활동 요약

1 ^{고대에는 어떻게} 더위를 식혔을까?

야크찰(증발식 냉방장치) 바드기르 석빙고

고대의 냉방장치

2 ^{선풍기를 식혀라}

➜ ➜

선풍기 모터 부분에 알루미늄 캔을 올리면 시원한 바람이 나오는 이유는?

3 ^{선풍기 분해하고} 기능 살펴보기

선풍기 분해

➜

부품별 기능탐색

➜

선풍기 속에 과학원리 찾기

가전제품 들여다 보기

(21)

■ 교수․학습 과정안

학습주제 가전제품(생활용품) 들여다 보기 차시 1~2차시/8차시

과목 자유학기제 중학교 1학년 | 과학 단원 상태변화와 열에너지 출입

교육 과정

• 2015개정교육과정 / 과학 / 중학교 1학년 / 상태변화와 열에너지 출입

• 2015개정교육과정 / 기술∙가정 / 중학교 1학년 / 제조기술과 문제해결

• 2015개정교육과정 / 정보 / 중학교 1학년 / 자료의 수집 학습

목표

• 물질의 상태변화에 따른 열에너지의 출입을 이해하고 설명할 수 있다.

• 열에너지와 관련된 생활용품 속에서 발견한 과학적 원리를 설명할 수 있다.

융합 준거

상황제시 선풍기만으로는 더위를 식힐 수 없을까? 뜨거워진 선풍기를 식혀라!

창의적 설계 선풍기 분해/조립하는 과정에서 동작원리 이해하고 창의적 설계 감성적 체험

준비물

교사 휴대용 미니 선풍기(1대/3인당), 알루미늄 캔, 페트병, 드라이버, 적외선 온도계, 검색용 컴퓨터

학생 학습

단계 교수·학습 활동 시간

(분) 자료 및 유의점

도입

▣ 여름철 무더위에 대한 이야기를 통해 일상생활의 문제를 살펴보기 작년과 마찬가지로 한 여름에는 35도 이상이 되는 날이 많을 것이라는 기상청 예보를 접하니 벌써 부터 땀이 나기 시작한다.

작년 겨울에는 영하 10도 이상씩 기온이 떨어져서 엄청 추웠었는 데, 올 여름은 거의 40도에 가까운 기온으로 엄청 더울 거라 니……. 요즘 들어 날씨는 왜 이럴까? 학교에서도 내 자리는 에어 컨 바람이 거의 오지 않는다. 교실에 설치된 선풍기는 처음에는 시원하다가 시간이 지나면 뜨거운 바람이 나온다. 집에서는 에어 컨을 켜고 싶어도 전기요금 때문에 마음대로 켤 수가 없다. 엄마 가 하루에 1시간만 틀어야 한다고 하신다. 그러면서 하시는 말씀 이, 뉴스에 나오는 쪽방촌 기사를 보여주면서 선풍기 하나만 가 지고 여름을 나거나, 겨울에 전기장판 하나로 견디는 사람들도 있으니 참으라고 하신다.

‘실내 온도가 40도나 되는 쪽방촌에서 할아버지, 할머니는 어떻 게 이 더위를 견디시는 걸까?’ 뉴스에서는 지구 온난화 현상 때문 에 앞으로 이런 무더위와 혹한은 자주 발생할 것이라고 한다. 에 너지 사용을 줄여야 온난화 현상이 줄어든다고 하던데, 덥거나 추워서 전기를 많이 사용하게 되면 결국 지구 환경이 파괴되어 악순환이 되풀이 되는 게 아닐까? 전기를 적게 사용하고 무더위 와 혹한을 견딜 수 있는 새로운 무엇인가가 있어야 된다는 생각 이 들었다.

선풍기나 전기장판은 거의 모든 집에 하나 정도는 가지고 있는 가전제품인데, 이것을 잘 활용해서 더위나 추위를 해결할 수없을 까? 선풍기에 차가운 얼음을 달면 시원해 지지 않을까? 무엇을 추가하고 무엇을 바꾸면 이 문제가 해결될까? 생각이 깊어진다.

10‘

Ÿ 폭염과 혹한이 가져온 생활의 변화 사진

Ÿ PPT

(22)

▣ 위성으로 본 올 여름 폭염 기사 보면서 열이 우리 생활에 미치는 영향 알아보기

출처 : YTN뉴스 https://tv.kakao.com/v/401469282

- 폭염이나 혹한으로 인해 우리의 생활이 어떻게 달라졌나요?

- 더운 여름과 추운 겨울에 학교에서는 어떻게 견디나요?

최근 들어 지구촌 곳곳에서 더운 여름과 추운 겨울로 인한 기후변화에 대한 기사들이 많이 나오고 있다. 열에너지가 우리생활을 어떻게 변화시 켜 가고 어떤 영향을 미치는지를 토의해 보도록 지도한다. 특히 무더운 여름의 날씨 속에서 어떻게 하면 시원한 여름을 보낼 수 있을까를 생각 하게 하면, 자연스럽게 열에너지와 관련된 교과활동에 집중하게 할 수 있 다.

전개

▣ 전기가 없던 시대에는 어떻게 더위를 식혔을까?

- 고대 건축물의 냉방원리 이해하기

야크찰(증발식

냉방장치) 바드기르 석빙고

- 물질의 상태변화와 관련하여 각각의 건축물의 냉방원리를 설명하기 - 어떻게 더운 외부 기온이 안쪽에 영향을 미치지 않았을까요?

- 3개의 건축물 모두 위쪽에 구멍을 뚫어 놓은 이유가 뭘까요?

- 건축물의 공기흐름을 모둠별로 토의 후 발표한다.

냉방의 원리를 간단히 설명하고, 전기가 없던 시대에도 시원하게 보낼 수 있었 던 것은 과학의 원리를 잘 활용했기 때문이라는 사실을 알려주고, 향후 과학의 원리를 이용한 발명품을 고안해 보는 것이 왜 중요한지를 알게 한다.

▣ 선풍기 모터 부분에 알루미늄 캔을 올리면 온도가 내려간다? 실험 을 통해 확인하기

< 실험방법 >

1. PET병에 40~45도 정도의 물을 담은 후 적외선 온도계로 온도를 측정한다.

20‘

25’

[ 학생 활동지 1]

Ÿ 고대건축물의 냉방원리 이해 Ÿ 선풍기 실험 Ÿ 선풍기 분해 및 기능탐색하기

Ÿ 휴대용 선풍기 Ÿ PET병

(23)

- 알루미늄캔을 선풍기 모터 부분에 올리면 온도가 정말 내려가나요?

- 온도가 변화하는 원리에 대해서 발표해 보세요.

- 어떻게 하면 더 빨리, 그리고 더 온도를 낮출 수 있을까요?

- 알루미늄 캔 외에 다른 재료를 사용하면 어떻게 될까요?

➜ ➜

오랫동안 선풍기를 가동하면 모터에서 열이 발생하여 더운 바람이 나오는데, 어떻게 하면 뜨거워진 선풍기를 시원하게 할 수 있을까? 라는 생활 속 문제를 간단한 아이디어 하나로 해결해 보는 실험을 통해서, 발명은 복잡한 것이 아니라는 것을 깨닫 게 지도한다.

▣ 휴대용 선풍기 분해하고 동작원리 설명하기

- 휴대용 미니 선풍기를 분해해서 부품별 기능과 동작원리를 탐색한다.

- 각각의 부품이 가진 기능의 핵심을 모둠원들과 토의한다.

- 선풍기의 날개가 3개, 4개, 5개인 이유는?

- 날개의 수가 많아지면 바람이 부드러운 이유는?

- 선풍기의 날개는 왜 일정한 각도로 비틀려 있을까?

선풍기 분해

➜

부품별 기능탐색

휴대용 선풍기를 분해해서 구성품을 살펴보고 각각의 부품이 가진 기 능을 이해하는 것은 선풍기를 개선하기 위한 지식을 습득할 수 있는 경 험을 제공한다. 각각의 부품을 직접 관찰하고 모둠별 토의를 하면서 어떤 원리로 선풍기가 작동하는지 체험하게 지도한다.

2. PET병위에 알루미늄캔을 올린 후 온도 변화를 관찰한다.

25‘

25’

정리 ▣ 흔히 보는 선풍기이지만 모둠별별로 선풍기 속에 숨은 과학의 원 10‘

(24)

리가 있다는 것을 발견하고 공유함으로써 과학원리가 실제 생활용품으로 적용된다는 것을 학생들이 체험할 수 있게 지도한다.

▣ 알루미늄 캔을 붙인 선풍기의 모터 온도의 변화를 관찰한 후, 각자의 집에 있는 선풍기에 알루미늄 캔을 부착해 보고 그 결과를 차시에 모둠별 로 공유해 보는 시간을 갖도록 한다.

- 과학의 원리를 실제 생활 속에서 적용해 보고 그 결과를 공유하기

(25)

『더위를 피하는 방법』

열에너지와 물질의 상태변화를 이해할 수 있어요

활동지, 휴대용 선풍기, 공구, PET병, 알루미늄 캔, 포스트잇, 모둠 보드판 모둠활동으로 선풍기의 원리와 다양한 기능을 경험해 봅니다.

1. 전기가 없던 시대에는 어떻게 더위를 식혔을까요? 다음 건축물의 냉방원리를 찾아보고 설명해 봅시다. (모둠별로 하나씩 선택 후 설명하기)

냉방 원리 설명 하기

야크찰(증발식 냉방장치) 바드기르 석빙고

야크찰 주위에 수로를 파 놓 고 그 수로 위를 지나면서 차 가워진 공기를 야크찰 내부로 유입시키면, 내부의 데워진 공기는 야크찰 꼭대기에 뚫린 구멍을 통해 빠져나가고 얼음 을 보관하는 보관소 쪽으로는 차가운 공기가 머물게 된다.

대류현상을 이용한 냉방장치 로 높게 설치한 탑은 시원 바 람을 잡아서 아래로 보내고 집안의 따뜻한 공기는 밀려서 탑의 반대편 환기구로 빠진 다. 유입되는 공기를 더 차갑 게 하기 위해 실내에 물독을 놓아 두기도 한다.

기화열과 대류현상을 모두 이 용하는 얼음저장고이다. 석빙고 의 지붕에는 잔디를 심어서 잔 디가 가진 수분이 증발하면서 주변의 온도를 낮추고, 실내에 유입된 공기는 더운 공기를 바 깥으로 밀어낸다. 통로는 저수 지 쪽으로 나 있어서 차가워진 공기가 잘 유입된다.

2. 다음의 실험을 진행해 보세요.

➜ ➜

(26)

실험방법

1. PET병 2개에 따뜻한 물(40~45도)을 담아서 적외선 온도계로 측정합니다.

2. PET병 1개는 알루미늄캔을 올려서 고정해 줍니다.

3. 5분이 지난 다음 2개의 PET병 온도를 다시 측정하여 비교합니다.

실험결과

3. 휴대용 선풍기를 분해해서 동작원리와 부품별 기능 탐색하기

1모둠 2모둠 3모둠 4모둠 5모둠 6모둠 7모둠 8모둠

전 후 전 후 전 후 전 후 전 후 전 후 전 후 전 후

(실혐 결과 알게 된 사실)

알루미늄캔을 여러 개 붙인 페트병 속의 물의 온도가 더 빨리 내려갔는데, 알루미늄 캔의 열전도성이 좋아서 페트병과 열교환이 쉽게 일어나서 온도가 낮아짐.

부품명 모터와 팬 전원회로 배터리

모양

역할

일정한 각도를 유지하면서 휘 어진 팬은 바람을 만들어서 앞 으로 내보낸다. 모터는 빠른 속 도로 회전하면서 팬을 회전시 킨다. 이때 소음이 발생한다.

전원회로는 배터리에 충전을 하기도 하고 직접 모터에 전원 을 공급하기 위한 회로로 5V내 외의 전원이 일정하게 공급되 도록 하는 부품이다.

배터리는 충전회로에 의해 일 정한 전기를 충전할 수 있는 부품으로 배터리의 과충전, 과 방전을 방지하기 위한 보호회 로가 내장되어 있다.

(27)

무전원 냉방시스템

○ 야크찰 (증발식 냉방장치) : 2400년된 페르시아(이란)의 냉장고

- 관련 사이트 : https://geowiki.tistory.com/1362 // https://youtu.be/ZNLPeb3qIhc - 설명

○ 바드기르 - 관련 사이트 :

https://geowiki.tistory.com/1362 - 설명

바드기르는 대류현상을 이용한 장치이다. 높게 설치된 탑은 시원한 바람을 잡아서 아래로 보내고, 이 공기는 집안의 따뜻한 공기를 밀어내 역시 이 탑의 반대쪽 환기구를 통해 밖으로 빠져 나가게 한다. 바람이 없을 때 는 창문만 열어 놓으면 되고 따뜻한 공기는 상승해서 탑을 통해 빠져나가고 대신 바깥의 시원한 공기가 창문 을 통해 쉽게 들어온다. 굴뚝위의 구멍이 뻥뻥 뚫렸는데 이 구멍으로 바람을 낚아챈다. 그렇게 들어온 바람은 굴뚝 밑에 물독을 돌아 나오면서 냉각되어 집안을 시원하게 만든다. 증발에 의한 냉각을 돕기 위해 탑 안에 물항아리들을 놓아 두기도 한다.

○ 석빙고

- 관련 사이트 :

http://www.edunet.net/nedu/contsvc/viewWkstCont.do?menu_id=82&contents_id=b655565a-97f6-45cb-9ce7- aba4a515aeed&clss_id=CLSS0000000363&svc_clss_id=CLSS0000072449&in_div=mainmore

- 설명 :

석빙고의 외부 지붕은 두꺼운 흙으로 덮여 있어서 태양열을 차 단하도록 하였고, 흙 위에는 잔디를 심어서 잔디가 머금은 수분 이 기화될 때 주변의 열을 흡수하여 주변 온도를 낮추도록 하 였다. 또한, 석빙고의 북쪽 문은 하천이나 강가 쪽으로 나 있어 서 냉각된 공기가 석빙고 안으로 들어올 수 있도록 하였다. 또 한 내부의 공기가 대류 하여 데워진 공기가 위쪽으로 올라가면 바깥으로 빠져나갈 수 있도록 위쪽에 환기구를 만들었다.

1. 수로를 따라 흐르는 물이 공기를 차갑게 하고, 차가워진 공 기는 통로를 따라 돔 구조의 구조물 안으로 들어온다.

2. 돔 구조물의 아래에는 얼음덩어리들이 단열재와 함께 저장되 어 있다.

3. 그 아래에는 녹은 얼음물이 빠져나가 모이는 장소가 있다.

4. 높은 돔 구조물의 위쪽에는 작은 구멍이 뚫려 있는데 이 구 명을 통해 데워진 공기는 밀려서 빠져 나간다.

(28)

휴대용 선풍기 분해하기

1. 휴대용 선풍기 분해하고 구성품 살펴보기

2. 구성품

- 모터와 팬 : 모터는 자석 속에 코일이 감겨있는 형태로 구성되어 있고, 모터와 팬이 연결되어 있다.

팬은 플라스틱으로 구성되어 있고, 회전 시 다칠 위험을 방지하기 위해 케이스 속에 보관된다.

- 충전회로 및 승압회로 : 배터리는 3.7V의 리튬이온 배터리를 사용하는데 이것을 충전하기 위한 충전 회로이다. 외부로 연결되는 충전단자에서 공급된 5V의 전압을 일정한 전압으로(4.2V) 낮추어 배터리에 충전할 수 있도록 해 준다. 팬의 회전속도를 조절하기 위해서 스위치를 변경하면 저항값이 달라지면서 모터로 공급되는 전압이 높아지면서 회전속도가 증가한다.

- 18650리튬이온 배터리 : 3.7V 배터리는 KC인증을 받은 정품을 사용해야 한다. 값싼 배터리를 사용하게 되면 폭발의 위험이 발생하게 된다.

3. 분해/조립 시 주의사항

- 휴대용 선풍기를 분해/조립할 때는 배터리의 전극이 서로 만나지 않도록 주의한다. 대부분의 경우 (+) 극과 (-)극이 분리되어 있지만, 충전회로나 기타 피복이 벗겨진 경우에 전극 두개가 만나게 되면 배터리가 급격히 방전되거나 보호회로가 끊어져 사용할 수 없게 된다.

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▸ 산출물명 : 적외선 온도계로 온도 측정

▸ 설명 : 뜨거운 물을 넣은 페트병에 알루미늄캔을 붙인 후, 5분 후 온도측정하여 비교하기

▸ 산출물명 : 적외선 온도계로 온도 측정

▸ 설명 : 뜨거운 물을 넣은 페트병에 알루미늄캔을 붙인 후, 5분 후 온도측정하여 비교하기

▸ 산출물명 : 미니 선풍기 분해하기

▸ 설명 : 선풍기의 원리를 이해하기 위해서 분해해보기

▸ 산출물명 : 미니 선풍기 분해하기

▸ 설명 : 선풍기의 원리를 이해하기 위해서 분해해보기

▸ 산출물명 : 선풍기 분해하기

▸ 설명 : 선풍기의 원리와 구조를 이해하기 위해서 선풍기를 분해하는 모습

▸ 산출물명 : 선풍기 분해하기

▸ 설명 : 선풍기의 원리와 구조를 이해하기 위해서 선풍기를 분해하는 모습

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3~4차시. 상상 Plus

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■ 수업의 흐름

순 활동명 활동 요약

1

특허검색 후 발명품 분류하기 (기능, 디자인,

활용방법)

발명품 특허 검색 후 발명품 분류하기

2

발명품으로 부터 과학 원리

탐색 및 아이디어 발상하기

- 발명품 분류보드판에서 하나의 발명품을 선정한다.

- 선정된 발명품을 아이디어 보드판에 포스트잇으로 붙인다.

- 적용된 과학의 지식, 원리를 발견하고 작성해 본다.

- 스캠퍼의 7가지 질문중 하나를 선택하여 질문하고 더 나아진 아이디어를 포스트 잇에 작성하여 스캠퍼 적용하기 공간에 붙인다.

- 같은 방법으로 여러 번 반복하여 기존 발명품에 적용된 과학적 원리를 이해하고 새로운 아이디어를 발상 하여 창의적 설계를 준비한다.

3 새로운 발명품 설계하기

상상 Plus

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■ 교수․학습 과정안

학습주제 상상 Plus 차시 3~4/8

과목 자유학기제 중학교 1학년 | 기술∙가정 단원 발명 아이디어의 실현

교육 과정

• 2015개정교육과정 / 기술∙가정 / 중학교 1학년 / 발명 아이디어의 실현

• 2015개정교육과정 / 과학 / 중학교 1학년 / 상태변화와 열에너지 출입

• 2015개정교육과정 / 정보 / 중학교 1학년 / 문제 이해 학습

목표

•

물질의 상태변화와 열에너지 관련 생활용품 하나를 선정하여 기능, 디자인, 활용방법 등을 변형하여 플러스 아이디어를 도출 할 수 있다.

• SW(소프트웨어)도구를 사용하여 플러스 아이디어를 창의적으로 설계할 수 있다.

융합 준거

상황제시 스캠퍼를 적용한 다양한 선풍기 발명품 알아보기

창의적 설계 스캠퍼를 이용하여 상상 Plus, SW(소프트웨어)도구 활용 설계하기 감성적 체험 선풍기의 변신은 사용자의 요구사항, 나도 선풍기에게 요구해 보기

준비물

교사 아이디어 구상보드, 포스트잇, 색연필, 검색용 컴퓨터

학생 필기구

학습

단계 교수·학습 활동 시간

(분) 자료 및 유의점

도입

▣ 특별한 기능을 가진 선풍기 소개하기

접히는 선풍기 동그란 선풍기 넥밴드 선풍기 셔쿨레이터 - 특별한 기능을 가진 선풍기를 보여주고 어떤 부분이 추가되었는지 질문 한다.

- 이 기능이 추가되면서 어떤 부분의 불편함이 개선되었나요?

- 개선된 기능으로 인해 또 다른 불편함이 생기지는 않았나요?

- 여러가지 발명품을 찾을 수 있는 웹사이트는 어떤 것이 있나요?

- 특허검색 사이트 ‘Kipris’ 가 있습니다.

학생들의 호기심을 자극할 수 있는 창의적 아이디어가 반영된 발명 품을 찾아보고, 발명품의 시작은 작은 관심에서부터 시작되는 것은 안 내한다.

5‘

Ÿ 신기한 발명품 사진

Ÿ PPT

전개

` ▣ 과학원리 탐구하면서 검색어 찾기

- 학생활동지에 제공된 자료를 참고하여 검색어를 정한다.

- 모둠별로 검색어 1개나 2개정도를 가지고 특허검색을 한다.

15‘ 학생 활동지

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▣ 특허 검색하면서 발명품 분류하기

- 선풍기 관련 특허 검색 후 분류해서 특징 살펴보기

- 모둠별로 개인당 2개씩의 다양한 선풍기 관련 특허 정리하기 - 특허 분류판에 포스트잇을 이용하여 모둠별로 3가지로 분류한 후, 해당되는 특허 정리하기

선풍기에 관련된 특허를 검색하고, 검색된 특허 중 모둠별로 개인 당 2개씩을 선정한 후, 해당되는 특허의 핵심원리에 따라 3가지로 분 류해 보고, 분류한 특허에 대해서 의견을 교환하도록 한다. 모둠별로 정리한 분류판을 게시한 후, 다른 모둠의 결과를 확인하는 시간을 갖 도록 지도한다.

▣ 상상 PLUS하여 아이디어 발상하기

▣ 스캠퍼 기법을 활용하여 선풍기 무한 변신 아이디어 생각하기 - 발명품 분류보드판에서 하나의 발명품을 선정한다.

- 선정된 발명품을 아이디어 보드판에 포스트잇으로 붙인다.

- 적용된 과학의 지식, 원리를 발견하고 작성해 본다.

- 스캠퍼의 7가지 질문 중 하나를 선택하여 질문하고 더 나아진 아이디어를 포스트 잇에 작성하여 스캠퍼 적용하기 공간에 붙인다.

- 같은 방법으로 여러 번 반복하여 기존 발명품에 적용된 과학적 원리를 이해하고 새로운 아이디어를 발상하여 창의적 설계를 준비한다.

학생들이 알고 있는 지식을 기반으로 실제 발명된 발명품의 적용사례를 탐색하고 스캠퍼 발상 기법을 응용하여 새로운 아아디어를 추가할 수 있도록 지 도한다. 학생들이 이미 발명된 제품속에서 과학의 원리를 탐구하고 아이디어 연 상기법은 스캠퍼의 핵심 질문들을 통해서 새로운 아이디어를 떠올릴 수 있다.

< 특허검색 방법 >

1. 특허검색 사이트로 이동하기

http://beginner.kipris.or.kr/beginner/search/headerSearch.do?#page1 www.kipris.or.kr ➜ 초보자 검색

2. 적절한 검색어 및 검색식 사용하기 * (AND), +(OR), !(NOT)

3. 모둠별로 검색어와 검색식을 사용하여 선풍기 관련 특허 검색하기

25’

25‘

발명품 분류판 아이디어 보드판 포스트 잇 학생 활동지

(38)

▣ 창의적 설계를 위한 SW(소프트웨어)활용하기 - 모둠별로 개선된 선풍기 제작을 위해 창의적 설계하기.

- SW(소프트웨어)도구를 활용한 창의적 산출물 제작 계획하기

기존 발명품에 아이디어를 더한 시제품을 제작할 때 SW(소프트웨어)도구 를 활용할 수 있도록 계획단계에서 설계가 이루어지도록 지도한다.

15’

정리

▣ 흔히 사용하는 선풍기에 아이디어를 더하여 무한변신 선풍기 를 제작할 수 있도록 모둠별로 역할을 정하고 제작을 위한 준비물을 모둠별로 준비해 오도록 한다.

- 준비물을 확인하기

- 꼭 들어가야 하는 정보 확인하기

- 무한변신 선풍기 제작을 위한 역할 확인하기

5‘