연구의 필요성

(1)

“이 보고서는 2015년도 정부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

Ⅰ. 서론

1. 연구의 필요성 ··· 1

2. 연구의 목적 ··· 1

3. 용어의 정의 ··· 2

4. 연구의 범위 ··· 2

Ⅱ. 이론적 배경 1. 관련이론 탐색 ··· 3

2. 실태분석 ··· 5

Ⅲ. 연구의 설계 1. 대상 및 기간 ··· 8

2. 연구계획 ··· 8

3. 연구조직 ··· 9

Ⅳ. 연구의 실제 1. 융합인재교육 연구를 위한 환경 조성 ··· 9

2. 프로그램 제시 ··· 10

3. 프로그램 적용 사례 ··· 35

Ⅴ. 연구 과제의 결과 1. 검증계획 ··· 39

2. 검증방법 ··· 39

3. 검증내용 ··· 39

Ⅵ. 결론 및 제언 1. 결론 ··· 43

2. 제언 ··· 44

Ⅶ. 참고문헌 ··· 44

(2)

Ⅰ. 서 론

1. 연구의 필요성

우리는 새로운 지식이 쏟아지고, 자신의 필요에 따라 언제 어디서나 원 하는 정보를 찾을 수 있는 유비쿼터스 시대에 살고 있다. 예전처럼 지식의 양을 쌓는 것이 개인과 국가의 경쟁력을 뒷받침해주는 시대는 지나갔다.

이에 사회는 여러 분야의 지식을 넘나들고 창의적이며 감성적인 문제해결 능력을 지닌 인재를 요구하고 있다.

시대가 변하고 사회가 요구하는 인간상이 변하므로 교육현장에서도 변화 가 요구되고 있다. 단편적인 지식 습득이나 일방적인 강의로 학문과 기술 을 전수하는 형태의 수업은 지양되고 있다. 과학, 수학, 기술 및 예술적 감 각까지 수업 내용에 녹여 학생들에게 흥미를 유발하고, 우리 주변에서 쉽 게 볼 수 있으며 특별한 관심이 생길 수 있는 현실적인 문제를 해결하는 과정을 통하여 학생들에게 인성, 감성, 창의성을 키워줄 수 있는 새로운 형태의 수업을 요구하고 있다.

2. 연구의 목적

우리나라는 2009년 국제학업성취평가 결과 학업성취도는 세계 3위 기록 하였으나 2006년 국제학업성취평가 과학에 대한 흥미도는 55위, 2011년 수 학·과학 성취도 비교연구에서 수학과목의 자신감과 즐거움 점수가 47위였 다. 이에 2011년 ‘제2차 과학기술 인력 육성지원 기본계획’ 수립에 초중등 수학·과학교육 강화라는 과제가 포함되고, 미국의 STEM 교육목적과는 다른 한국형 융합인재교육( STEAM 교육)이 시작되었다.

2011년 STEAM 교육이 시작된 이래 많은 연구들이 이루어지고 교수-학 습 프로그램이 개발 보급되었다. 하지만 대부분 과학을 중심으로 이루어지 는 5차시 이상의 창의적 체험활동 중심의 프로그램들이다. 이러한 프로그램 은 교사들 간의 협력을 많이 요구하며, 학교 수업시간표 상 운영 시간 확보 의 어려움이 있어 실제 현장에서 적용하기에 쉽지 않다. 기존의 STEAM 교 수-학습 지도안을 볼수록 ‘실제 내 정규수업 시간에 운영하기는 어렵겠다’,

‘방과후 수업이나 중학교 1학년 자유학기제 프로그램처럼 별도의 시간을 확 보할 수 있는 특별한 시간을 위한 수업이 구나’라는 생각이 들었다.

이에 본 연구에서는 하나의 주제에 연결된 여러 과목의 1~2차시 정도의 STEAM 교수-학습 지도안을 계발하여 교사가 창의적 체험활동 시간이나 중학교 1학년 자유학기제 프로그램으로 적용하는 것은 물론, 일반적인 수업 시간에도 학생들에게 STEAM 프로그램을 적용하는 것에 부담감이 없는 프

로그램을 개발하고자 한다. 또한 수학이 중심이 되는 STEAM 프로그램을 개발하고자한다.

3. 용어의 정의

가. 본 연구의 융합인재교육(STEAM)의 프로그램은 한국과학창의재단의 융합인재교육(STEAM) 학습준거 틀에 기준하여 작성되었다.

나. STEAM이란 Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics의 약자로 Arts는 미술이나 음악 과목을 뜻하는 것보다는 언 어, 비언어적 요소, 사회, 역사 등 과학과 기술, 수학이 아닌 매우 광범위한 요소를 포함한다.

다. Engineering은 단순히 기술적 지식을 의미하는 것이 아니라 공학적 사고, 공학의 설계 방식을 의미한다.

라. 탄소발자국이란 개인 또는 단체가 직·간접적으로 발생시키는 온실가 스의 총량을 질량으로 나타내는 것을 의미한다.

마. 스크래치는 아이들에게 프로그래밍을 경험하게 하는 교육용 프로그래 밍 언어이다. 요즘 학생들에게 프로그래밍을 교육하는데 있어 입문적인 언 어로 각광 받고 있다.

4. 연구의 범위

가. 연구의 주요 대상은 중학교 1학년 학생으로 1학년 담당 교사를 중심 으로 연구팀을 구성하여 각 교과목에서 STEAM요소를 추출한다.

나. 중1 교과로 범위를 정하며 환경, 진로, 인성, 다문화교육 등 다양한 교과 학습 요소를 추출하여 교수-학습 방법에 활용한다. 또한 융합인재교 육(STEAM) 수업에 필요한 감성적 체험활동 요소와 창의적 설계 개념 요 소를 추출하여 교과 내용을 융합적으로 재구성한 교수-학습 프로그램을 개 발한다.

다. 프로그램의 내용은 수학 중심의 활동 프로그램과 연계하여 과학적 요 소들을 찾아 학생들이 적극적으로 수업에 동참할 수 있는 것으로 개발한다.

(3)

- 3 -

라. 수학과 과학에 대한 흥미와 관심을 향상시키고 학생들의 탐구력 신 장과 과학적 사고를 확산하는데 중점을 둔다.

마. 중1 교과 내용 중에서 제시되고 도출된 주제에 대하여 융합인재교육 (STEAM) 교수-학습 과정안을 적용, 특히 과학, 수학 교과 등 정규 교과시 간 수업에 실제로 적용, 활용한다.

바. STEAM 교수-학습 과정안을 워크북으로 제작한 후, 학교에 배부하 여 STEAM 수업 정착화에 기여한다.

Ⅱ. 이론적 배경

1. 관련 이론 탐색

가. 융합인재 STEAM 학습준거 틀

(1) 융합인재 STEAM 학습준거 틀에 의하면 융합인재 STEAM 프로그램은 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험이라는 구성요소를 포함해야 한다.

(2) 융합인재 STEAM 프로그램은 학생들에게 흥미, 동기, 성공의 기쁨 등을 통해 새로운 문제에 도전하고자 하는 열정이 생기게 하는 감성적 체험을 경험 할 수 있도록 해야 한다.

(3) 융합인재 STEAM 프로그램의 교수-학습과정은 학생이 문제해결 필요 성을 구체적으로 느낄 수 있는 상황제시, 학생이 스스로 문제해결 방법을 찾아 가는 창의적 설계, 학생이 문제를 해결하였다는 성공의 경험을 통해 새로운 문 제에 도전할 수 있도록 구성되어야 한다.

나. STEAM 교육 체크리스트

(1) 기존의 수업 방법 중에서도 STEAM 교육 프로그램과 비슷하다고 생 각되는 경우가 있다. 예를 들어 국어 시간에 교사는 학생에게 시를 읽고 시의 구조와 의미를 가르치는 것에서 끝내는 것이 아니라, 학생들에게 스스로 시를 짓게 한다. 학생이 스스로 문제해결을 하였으나 이러한 학습이 STEAM 교육 이라고 말할 수는 없다. 왜냐하면 STEAM 교육의 목적과 개념에는 맞지 않기 때문이다. 따라서 어떠한 요소를 갖추어야 STEAM 교육 프로그램이라고 할 수 있는지 판단할 수 있는 기준이 필요하다. 다음은 한국과학창의재단의 융합 인재교육 STEAM 홈페이지에 제시된 STEAM 교육 체크리스트이다.

- 4 - (2) STEAM 교육 체크리스트

구분 요소 세부설명

STEAM 교육목적 융합인재 양성 융합형 인재 양성 목적에 부합하는가?

STEAM 교육개념

학생흥미증진 학생의 과학기술에 대한 흥미를 높이도록 설계되었는가?

실생활 연계 실생활 속에 과학기술과 연관된 주제인가?

융합적 사고력 배양

학생의 융합적 사고력을 배양하도록 프로그 램이 설계되었는가?

STEAM 교육 활동 준거

상황제시

상황제시 전체프로그램을 아우르는 상황을 제시하였는 가?

자연스러운 융합

과학, 수학, 기술, 공학, 예술이 자연스럽게 융합되도록 설계되었는가?

창의적 설계

학생중심 교사프로그램에 학생이 자신의 발상과 아이 디어를 반영할 수 있도록 설계되었는가?

아이디어 발현 학생이 자신의 발상과 아이디어를 반영할 수 있도록 설계되었는가?

자기문제화 학습자가 학습주제를 자기문제로 인식하도 록 설계되었는가?

학습방법 개념을 활동을 통해 학생이 스스로 깨우치 도록 설계되었는가?

과정, 활동중 심

결과보다 과정이, 지식보다 활동이 강조되 었는가?

다양한 산출물 결과물이 모둠별 또는 개인별로 다르게 산 출되도록 설계되었는가?

협력 학습 동료, 교사, 다양한 도구와의 협력학습이 이 루어지도록 설계되었는가?

감성적 체험

Hands-on 학생들이 직접적인 체험을 통하여 열정을 가지고 참여할 수 있도록 하는가?

성공의 경험 학습자가 성공을 경험하도록 설계되었는가?

새로운 도전 요소

연계된 활동에 새로운 도전을 하도록 설계 되었는가?

자기평가 학습자가 스스로 활동을 평가할 수 있는 기 회를 제공하는가?

(4)

4D 프레임을 이용하여 자전거 모형 만들기 Air Surfing 비행기 만들기

SNS로 나의 멘토 찾기 간이 후레쉬 만들기 감성을 담은 톨게이트 고층 빌딩 건설의 비밀 공포영화 특수분장사되기 과학과 인류문명 광합성

기계운동의 원리

꿈을 향해 날아라 종이 글라이더 날리기 나로호의 우치 추적 프로젝트

나만의 물레방아 만들기 나만의 번호판 만들기

나만의 창의적인 청진기 만들기 나의 뇌지도 그리기

나의 별자리는 나침반 없이 방향찾기 내가 보고 있는 것은 노래하는 고속도로

다면체의 규칙성을 활용한 수학조형물 만들기 달려라 구슬 계주

달에 가볼까

라인테이프로 벽화 그리기 로봇 손가락으로 피아노 연주를 물의 이용과 재사용

미래형 캡슐 내시경 설계하기 2. 실태 분석

가. 한국과학창의재단의 ‘융합인재교육 STEAM’ 홈페이지

(http://steam.kofac.re.kr)에서 제공하는 중학교 프로그램들을 분석해 보 았다.

나. 중학교 프로그램명은 다음과 같다. 총 81개의 프로그램이 과목별로, 프로그램 내용에 따라 여러 과목에 중복되어 제시되고 있다.

바이오 스페이스를 만들어라 배 만들기

비행기 조정하기 나름이에요 빗물 저장 장치 만들기 빛과 소리로 나의 생각 전하기 빛은 어떻게 분산되고 합성될까 상상 속 생명체의 탄생

상태변화와 열의 출입

색변화를 이용한 비밀편지 쓰기 색팽이 소리팽이

색회전판 만들기 생명빨대 설계하기 생활속의 화합물 세탁의 원리 속력

수학과 예술 문학의 만남 칠교놀이 안전한 다리 만들기

약물의 오남용 에너지 하베스팅 열과 우리생활+AA1:D65 열에너지

영양소와 소화

오줌의 생성과정 휠북 만들기 우리집 창호는 버전 2.0

위로 아래로 좌로 우로 나만의 장난감 음식물과 열량

이온의 이동

일회용컵의 변신은 무죄 자동차 안전

잠수함 오징어 만들기 재미있는 오토마타 만들기 전반사를 이용한 놀이 전해질의 이온화 정육면체 종이접기

(5)

- 7 - 주기율표

지구 온난화

지구사진 촬영 프로젝트 직렬과 병렬연결 청진기 만들기 체세포복제 생명기술 최고의 바퀴만들기 키네틱 아트 움직이는 미술 태양계 행성 모형 제작하기 판의 경계

풍력 발전기 모형 만들기 플라잉디스크 만들기 학교 전경 촬영 프로젝트 한지를 만들어 보자 해수

해양에너지 해양자원

현미경 속 세상을 이야기가 있는 디자인으로 표현하기 호흡

후레쉬 만들기

다. 프로그램 제목을 보면 개발된 프로그램은 과학과 기술, 미술 과목에 편중되어 있다. STEAM에 대한 소양이 없는 사람이 프로그램명을 접하게 된다면 과학적 원리와 기술로 예술적으로 무언가를 만드는 수업이 STEAM 수업이라고 이해되어질 수 있다.

라. 각 프로그램의 수업지도안에 제시되기로는 1~2차시 내용이 많이 있으 나, 학생들과 실제 수업을 한다면 1~2시간의 수업시간 안에 끝내기 어려운 내용을 담고 있다.

마. 이러한 STEAM 프로그램은 교사들에게 STEAM 교육은 특정한 교과 에 한정된 교육방법이고 정규 수업시간에 STEAM 프로그램을 적용하는 것 은 어려운 일이라는 인식을 줄 수 있다고 생각되어진다.

- 8 -

바. 더불어 한국과학창의재단의 ‘융합인재교육 STEAM’ 홈페이지 홍보가 부 족하다는 생각을 해본다.

Ⅲ. 연구의 설계

1. 대상 및 기간

가. 연구대상 : 석관중학교 1학년 1개 학급 31명 (남학생 13명, 여학생 18명)

나. 연구기간 : 2015.07 ~ 2015.12.

2. 연구 계획

가. 연구에 참여하는 교사들이 다양한 STEAM 프로그램을 개발할 수 있 도록 협의회를 활성화한다.

나. 다양한 멀티미디어 도구를 활용한 활동을 통하여 자료를 수집하고 분 석한다.

다. 학생들이 융합인재교육(STEAM) 교수-학습을 통하여 수학과 과학에 대한 관심과 흥미를 느낄 수 있는 내용의 주제 목록을 작성한다.

라. 융합인재교육(STEAM) 교수-학습 지도에 맞는 참고자료와 내용을 참 고 서적이나 인터넷에서 구하고 이를 활용한 융합인재교육(STEAM) 교수- 학습지도안을 개발한다.

마. 프로그램은 차시 순서에 상관없도록 개발하여 교사가 정규 수업시간 에 적용하는데 어려움이 없도록 구상한다.

바. 연구에 참여하는 교사들의 정규 수업시간 중에 프로그램을 적용한 후 내용을 수정 보완한다.

사. 기본교과과정의 학생 참여·활동 중심 수업을 운영하기 위해 STEAM 교육과 더불어 토의·토론, 문제해결, 실험·실습, 체험탐구학습, 프로젝트학 습, 협력학습 등 다양한 학습 모형이 구안·적용될 수 있다.

(6)

아. 참여 · 활동형 수업에서는 학생의 특성을 고려하여 생활 속에서 수 업 소재를 찾는 등 수업 소재의 범위를 다양화하여 탈맥락 수업을 지양할 수 있게 하고, 풍부한 탐구와 표현 활동이 일어나는 주제 선정으로 수업의 몰입도를 높일 수 있다.

자. 융합인재교육(STEAM) 교수-학습 지도안, 교사용 지도자료, 학생활 동 자료 등을 워크북과 CD 등 다양한 형태로 제작 보급한다.

차. 융합인재교육(STEAM) 교수-학습 지도안을 실제 수업에 적용한 후 학생들의 과학

·

수학 등의 교과에 대한 흥미와 학습태도 등을 자기조절 학습검사와 설문조사를 통해 비교 분석한다.

3. 연구 조직

연구책임자 ․연구책임자 1명

․공동연구원 6명

․자문위원 1명 이 영 훈

(계 8명) 연 구 원 : 조 윤 주 연 구 원 : 이 회 정 연 구 원 : 송 공 주 연 구 원 : 김 선 우 연 구 원 : 김 경 근 연 구 원 : 이 지 은

Ⅳ. 연구의 실제

1. 융합인재교육(STEAM) 연구를 위한 환경 조성

가. 연구에 참여하는 교사들이 처음으로 연구회를 구성하였으므로 1박 2 일 워크샵을 통해 연구의 방향과 일정을 협의하였으며 연구회 구성원 간에 친교를 다지는 시간을 가졌다.

나. 연구원 각자는 융합인재교육 STEAM에 대한 이해를 높이기 위해 STEAM 직무연수를 받고, 개발된 수업지도안을 분석하고 문헌과 인터넷을 이용한 참고 자료를 연구하는데 노력하였다.

다. 협의회를 통하지 않더라도 모든 연구원들과 자문위원의 소속 학교가 같으므로 수시로 프로그램 개발에 대한 논의를 할 수 있었다.

라. 연구원의 수업을 공개하고 동영상을 촬영하여 수업 상황을 공유하고 협의회를 통해 수정·보완하였다.

2. 개발 프로그램 제시

프로그램명 적용학년 관련과목 차시 비고

신재생 에너지를 활용한

교량만들기 1학년 과학, 기술 6

2~6차시 내용은 교량

만들기 탄소발자국 줄이기 1학년 수학, 과학,

정보, 국어 5

식품이동거리 줄이기 1학년 가정, 과학,

수학 3

(7)

- 11 -

프로그램명 신재생 에너지를 활용한 교량 만들기 적용학년/시기 1학년 2학기 / 10월

신재생 에너지 모둠별 활동 기록지 (토론)

학년 반 조 일 시

2015년 월 일 요일 교시

교사 평가

모 둠

번

호 기록자

이 름 토론 주제

토론 내용

정리

- 16 -

프로그램명

탄소발자국 줄이기

적용학년/시기

1학년 1학기 / 6월

과학 , 수학, 국어

지구온난화를 유발하는 온실가스 중 가장 많은 부분을 차지하는 것이 이산화탄소 이다. 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 노력을 하자는 취지에서 전세계적으로 제품 에서 발생하는 이산화탄소의 총량을 탄소발자국이라고 칭하여 제품에 표시하고 있 다. 탄소발자국의 뜻을 이해하고 일상생활에서 이를 줄이기 위한 노력을 학생들 스 스로 모색한다. 종이컵의 개수에 따라 일정하게 늘어나는 탄소발자국의 양을 함수 의 그래프로 나타내보는 과정에서 그래프를 이해하고 탄소발자국을 계산하는 프로 그램을 만들어본다.

2. 학습 목표

○내용 목표

- 탄소발자국의 의미를 이해할 수 있다.

- 지구환경의 위기에 대해 생각할 수 있다.

- 지구온난화가 일어나는 원인과 영향을 설명할 수 있다.

- 종이컵과 탄소발자국의 관계식을 세우고 그래프로 나타낼 수 있다.

- 일상 생활 제품에서 발생하는 _의 총량을 계산할 수 있다 - 스크래치를 이용해 탄소발자국 계산기를 스스로 만들 수 있다.

○과정 목표

- 나만의 탄소 발자국을 설계할 수 있다.

- 에너지 절약 실천 방안에 대해 말할 수 있다.

- 일상 생활에서 굉장히 많은 것들에서 이산화탄소가 발생함을 이해하고 이를 줄 일 필요성을 느낀다.

- 스크래치 프로그래밍을 하는 과정에서 수학적 사고(알고리즘적 사고)가 필요함 을 느낀다.

○ S : 과학의 발달로 인한 이산화탄소 발생량 증가로 인한 지구온난화의 심각성 파악 및 탄소발자국 이해

○ T : 탄소발자국을 줄일 수 있는 방법 생각

○ E：컴퓨터 소프트웨어(스크래치)를 이용한 탄소발자국 계산기 제작

(10)

○ A：에너지 절약 캠페인 자료 만들기

○ M：함수 – 함수 식 세우기, 함수의 그래프 그리기, 탄소발자국 총량 계산하기

○ 상황제시

- 매년 더워지고 있는 여름을 보내면서 지구 온난화의 심각성을 깨닫고 세계가 처한 에너지 위기 상황의 해결 방안을 모색해본다.

- 에너지가 없는 세상은 어떤 모습일까? 생각해 봄으로써 에너지 절약의 실천방안 에 대해 고민해 본다.

- 하루 동안 내가 발생 시키는 탄소발자국은 얼마나 되는지 알아 본다.

- 지구 온난화를 유발하는 이산화탄소를 줄이기 위해 우리가 할 수 있는 일은 무엇이 있을까?

- 일상에서 얼마나 많은 탄소발자국을 만드는지 계산해주는 계산기가 있으면 편리하겠 다.

○ 창의적 설계

- 에너지 절약하기 위한 실천 방안에 대해서 생각해 보고 나의 실천 약속들 을 정해 본다.

- 오늘 하루 동안의 나의 탄소발자국을 기록해 본다.

- 탄소발자국 스티커를 좌표평면 위에 붙여보는 과정에서 함수의 그래프 전반적인 개 념을 이해한다.

- 스크래치의 여러 가지 기능(연산, 입출력, 애니메이션 효과 등)을 활용하여 탄소발자 국 계산기를 제작해본다.

○ 감성적 체험

- 침묵 속에서 창의적인 아이디어를 낼 수 있는 방법인 ‘브레인 라이팅’기법을 이용하여 평등하게 사고하고 아이디어를 모아 특정인에게 치우치지 않고 차례대 로 의견을 모아 소극적인 학생들도 적극적으로 참여함으로써 이산화탄소 줄이기 방안을 모색해 본다.

- 나의 탄소발자국을 이해하고 에너지 절약 실천 방안해 대해서 피켓 만들기를 통해서 구체적인 나의 실천 약속을 정해 본다.

- 일상에서 쓰는 많은 것에서 탄소발자국이 발생함을 이해한다.

- 스스로 탄소발자국 계산기 프로그램을 만들었다는 성취감을 느낄 수 있다.

1~2 차시 과학

10.

기권과 우리생활

지구 온난화

 탄소발자국의 의미 이해하기

 지구온난화의 심각성을 알고 에너지 절약 실천방안을 세워보기

Co 지구온난화의 심각성을 깨닫고 나의 탄소발자국은 얼마나 될까 생각해본다.

CD 하루의 나의 탄소발자국을 기록하고 에너지 절약을 위한 나의 실천계획들 세워 본다.

Tip!주위에서 에너지가 낭비되고 있는 사례들을 찾아본다.

ET 에너지 절약 실천 약속들의 의견을 나누어 보고 에너 지 절약 피켓을 만들어 본다.

Tip!학교 및 가정에서 실천할 수 있는 에너지 절약들을 생 각해 보기

3

차시 수학 Ⅴ. 함수와 그래프

탄소발자국 줄이기

 이산화탄소 농도, 빛의 세기, 온도에 따른 광합성의 양을 그래프로 나타내기

 종이컵의 개수에 따른 탄소발자국의 크기를 표, 식, 그래프로 나타내기

Co 지구 온도가 6도 높아진다면 무슨 일이 생길까?

탄소발자국을 줄이기 위해 우리가 할 수 있는 일은 무엇 일까?

CD 탄소발자국 스티커를 모눈종이 그래프에 붙이기

ET 일상에서 쓰이는 많은 것에서 탄소발자국이 발생함 을 알고 이를 줄일 필요 느끼기

4~5

차시 수학 Ⅴ.함수와 그래프

탄소발자국 계산기 만들기

 스크래치 조작법 익히기

 모둠별로 스토리보드 만들기

 탄소발자국 계산기 만들기

Co 탄소발자국을 매번 계산하는 것은 불편하므로 계산 기가 있으면 편리하고 좋지 않을까?

CD 모둠별로 탄소발자국 계산기를 만들기 위한 스토리 보드 제작, 탄소발자국 계산기 제작

ET스스로 프로그래밍을 해냈다는 성취감 느끼기 탄소발자국 줄일 필요성 느끼기

(11)

- 19 - 6. 평가 계획

1 탄소발자국의 개념을 이해할 수 있다. 발표 평가 2 나만의 탄소발자국을 계산할 수 있다. 실습 평가 3 에너지 절약 실천사항을 발표할 수 있다. Brain Writing 4 탄소발자국 스티커로 함수의 그래프를 표현할 수 있다. 자기 평가/관찰평가 5 스크래치로 탄소발자국 계산기 프로그램을 만들 수

있다.

포트폴리오/발표 평가 /자기 평가

- 20 - 7. 차시별 교수학습과정

광합성과 탄소발자국

과목 과학 수업차시 1~2/5

단원 10. 기권과 우리생활

교육과정

과9103-3. 지구 온난화가 우리 생활에 미치는 영향을 알아보고 미래의 변화를 예측할 수 있다.

국2911.듣기와 말하기의 소통과정을 이해하고 효율적인 듣기와 말하기 계획을 세운다.

학습목표 지구온난화가 일어나는 원인과 영향을 설명할 수 있다.

탄소발자국을 이해하고 학교와 가정에서 이산화탄소 절약을 실천할 수 있다.

도입 (10분)

Co 1. 탄소발자국 영상을 통해 탄소발자국에 대해 알아본다.

2. 과학카페 영상을 통해 하루의 배출되는 탄소발자국의 양을 알아본다.

1. 동영상 1분30초

2. 동영상 5분10초



CD24시간 동안 내가 배출하는 이산화탄소를 생각해 보고 적어본 다. 예시를 보고 자신의 탄소발자국을 계산해 본다. 오늘 하루 나의 탄소발자국을 발표해 본다.(지구온난화에 자신이 많은 영 향을 미치고 있음을 깨닫는다.)

활동지 전지 싸인펜

그린스타

학습활동 트 소개

(35분)

ET이산화탄소 줄이기 위한 방법을 브레인 라이팅 기법으로 통해 조별로 적어보게 한다.

조별로 발표해 본다.

캠페인 활동 피켓 만들기

마무리 (10분)

ET‘인간이 지구를 파괴하는 과정’영상을 통해 우리가 지구를 얼마나 파괴하였는지 생각해 보게 한다.

이산화탄소 줄이기 실천 방안을 정리한다.

지도상의 유의점

일반적인 상황이 아닌 학생들이 실제 하루를 생활하면서 배출하는 탄소발자 국을 계산해 보도록 한다.

(12)

과목 수학 수업차시 3/5 단원 Ⅴ. 함수와 그래프

교육과정

2009개정교육과정_(다) 함수

① 함수의 개념을 이해하고 함수를 그래프로 나타내며, 여러 가지 문 제를 해결할 수 있다.

학습목표

종이컵과 탄소발자국의 관계식을 세우고 그래프로 나타낼 수 있다.

지구온난화의 심각성을 알고, 탄소발자국을 줄이기 위한 방안을 스스로 찾을 수 있다.

도입 (10분)



과학시간에 배운 광합성에 영향을 주는 요인에 대해 상기한다. 이산화탄소의 농도, 빛의 세기, 온도에 따른 광합성의 양을 그래프로 나타낸다.

Tip! 광합성에 필요한 이산화탄소도 너무 많으면 문제가 됨을 강조하 면서 자연스럽게 지구온난화 이야기를 꺼낼 것.

Co 지구온난화의 위험성을 시청각자료를 통해 알아본다. 탄소발자국이란?

일상생활 및 제품 속에서의 탄소발자국에 대한 동영상을 시청하며 생 각한다.

동영상



종이컵의 생산, 소비의 관계에 따른 이산화탄소의 발생량과 탄소발 자국의 관계에 대해 이해한다.

CD 종이컵의 개수에 따른 탄소발자국의 크기 사이의 관계를 표와 식 으로 나타낸다.

모눈종이 그래프에 탄소발자국 스티커를 붙여서 그래프로 나타낸다. 종이컵 외의 다른 제품에 대해서도 나타내 보고 이전의 그래프와 비교해본다.

일상에서 발생되는 _의 예를 탐구한다.

탄소발자국을 줄이기 위한 노력에 대하여 모둠별로 토론하고 발표 한다.

활동지 스티커

마무리 (5분)

ET 일상에서 쓰는 많은 것에서 탄소발자국이 발생함을 이해한 다.

탄소발자국 계산기를 소개한다.

각자 가정에서의 탄소 발생량을 계산해오는 과제를 제시한다.

탄소 발자국 계산기

광합성에 대한 언급은 간단히 하고 주로 지구온난화와 탄소발자국을 다루 도록 한다. 1~2차시 내용 후에 수업한다면 지구온난화와 탄소발자국 내용도 간단히 상기만 시킨다.

과목 수학 수업차시 4~5/5

단원 Ⅴ. 함수와 그래프

교육과정

2009개정교육과정_(다) 함수

① 함수의 개념을 이해하고 함수를 그래프로 나타내며, 여러 가지 문 제를 해결할 수 있다.

학습목표 스크래치를 통해 탄소발자국을 계산하는 프로그램을 만들 수 있다.

도입 (5분)



Co 가정에서 발생하는 탄소 발자국을 발표한다.

우리나라의 이산화탄소 발생량을 줄이기 위해서는 지구 온난화의 위험성을 널리 알리고 탄소발자국을 홍보할 필요가 있음을 언급한 다.

매번 일일이 계산하는 것은 불편하다. 탄소발자국을 계산해주는 계 산기가 있으면 편리하지 않을까?



스크래치 조작법을 소개한다.

CD 스크래치 조작법을 익힌다.

- 제어하기, 연산(덧셈, 곱셈), 묻고 기다리기, 대답, 변수(리스트) 저 장

스크래치를 이용하여 모둠별로 스토리보드와 애니메이션을 만든다. - 탄소발자국 계산기 프로그램 제작

조별로 완성한 스크래치 작품을 소개하도록 한다.

컴퓨터, 4절지, 스크래 치

마무리 (5분)

우수 발표모둠을 뽑아 상점을 부여한다.

ET 스크래치를 통해 탄소발자국 계산 프로그램을 만든 소감을 발표해본다.

오늘 한 활동을 정리하고 다음 차시를 안내한다.

상점 카드

컴퓨터실 내에 스크래치를 미리 설치해놓고 작동에 이상이 없는지 미리 점 검한다.

프로그래밍 과정에서 어려움을 겪는 학생들을 교사가 순회하면서 질문에 답해주고 조언해주도록 한다.

(13)

- 23 - 활동지 나의 탄소발자국 알아보자

아래의 예시를 참고하여 하루 내가 배출하는 이산화 탄소량을 계산해 보기 (이산화탄소 배출량을 대략적으로 적기)

나의 탄소발자국 알아보기 예시 나의 탄소발자국 알아보기

시간 장소 생활내용 이산화탄소

배출량 시간 장소 생활내용 이산화탄소

배출량

06: 50~07:10

가정

기상, 머리감기/세수하기

5분

29g

07:00~ 08:00 헤어드라이기 사용

5분 40g

08:00~08:30

아침식사 (곡류 50g) 및

등교준비

28g

08:00～08:30 걸어서 등교하기 -

08:30～14:30 학교

형광등 켜고

수업듣기 6시간 60g

에어컨 2시간

정도 가동 300g

생수 500㎖ 섭취 11g 점심 식사(곡류

100g) 56g

14:30～15:00 걸어서 하교하기 -

간식(과자60g)먹기 100g

15:00～16:00 가정 TV보면서

숙제하기 40g

16:00～18:30 학원

학원 버스타고

등원하기 -

형광등 켜고

수업듣기 2시간 20g

에어컨 2시간

정도 가동 300g

학원 버스 타고

집에 오기 -

18:30～18:40

가정

샤워하기 10분 57g

18:40～19:20 식사하기

(곡류 100g) 56g

19:20～20:20 컴퓨터로 숙제하기 25g

20:20～21:20 형광등 켜고

책보기 10g

21:20～22:20 형광등 켜고

TV 시청 40g

22:20~ 잠자리 -

총 이산화탄소 배출량 1,172g

- 24 - 활동지 나의 탄소발자국 스티커 붙이기 1. 광합성에 영향을 주는 요인

(1) 빛의 세기 : 빛의 세기가 강할수록 광합성량은 증가하지만, 일정 수준 이상이 되면 더 이상 증가하지 않는다.

(2) 온도 : 온도가 높아질수록 광합성량이 증가하지만, 일정 온도 이상으로 높아지면 광합성량은 급격히 감소한다.

(3) 이산화탄소의 농도 : 이산화탄소의 농도가 높아질수록 광합성량은 증가하다가, 일정 수준 이상으로 높아지면 광합성량은 더 이상 증가하지 않고 일정해진다.

(4) 물 : 대부분의 식물체 내에 물은 비교적 풍부하게 있으므로, 광합성에 큰 영향 을 끼치지는 않지만, 가뭄이나 사막 등과 같이 물이 부족한 환경에서는 큰 영향 을 끼친다.

2. 종이컵의 개수와 탄소발자국의 관계를 표로 나타내기 종이컵의 개수

(개) ···

탄소발자국의 크기

( g) ···

3. 다음 빈칸을 채우시오.

(1) 종이컵의 개수를 개, 그에 따른 탄소발자국의 크기를  g 이라고 하면 와

사이에는  = 의 관계가 성립한다.

(2) 평면 위에 있는 점의 위치를 순서쌍을 사용하여 나타내는 방법

두 수직선을 점 O 에서 서로 수직으로 만나도록 그린다. 이 때 가로의 수직선 을 , 세로의 수직선을 이라하고, 이 둘을 통틀어

이라 한다. 두 좌표축의 교점 O를 원점이라 하고, 좌표축이 정해져 있는 평면을 이라 한다.

(14)

4. 표의 값을 탄소발자국 스티커를 이용하여 좌표평면 위에 나타내보자. 프로그램명 식품이동거리 줄이기 적용학년/시기 1, 3학년 2학기 / 11월

1. 환경과 건강을 고려하고 배려하는 녹색 식생활

1학년 ( )반 ( )번 이름( ) 1. 녹색 식생활을 마인드맵으로 나타내기

2. 우리가 먹는 음식의 탄소 발자국은 얼마일까?

식단 잡곡밥, 된장국, 배추김치, 콩나물, 시금치나물, 쇠고기 장조림 ① 한 끼 식사를 통해 배출한 온실가스 량은 ( )g co2e - 농산물 생산단계 ( )g co2e

- 농산물 수송단계 ( )g co2e - 농산물 조리단계 ( )g co2e

② 한 끼 식사를 통해 승용차 1대가 ( )㎞ 주행 시 배출하는 이산화탄소량과 같다.

③ 같은 식단으로 1년간 식사했을 경우,

- 온실가스 배출량은 ( )㎏에 달하며

- 이는 20년생 소나무 ( )그루가 1년간 흡수하는 이산화탄소 량과 같다.

3. 녹색 식생활 홍보를 위한 포스터 만들기

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2. 음식의 탄소 발자국을 줄이는 오늘의 식단 계획하기

1학년 ( )반 ( )번 이름( ) 1. 로컬 푸드(local food)의 장점은?

- - -

2. 다섯 가지 식품군의 1일 권장 섭취 횟수와 간식을 지역 농산물로 구성하기

식품군

식품 식품군별 1일 권장 섭취 횟수

아침 점심 간식 저녁 청소년

(12~18세)남자 청소년

(12~18세)여자 곡류

고기․생선․달걀․콩류 채소류 과일류 우유․유제품류

3. 청소년의 식품군별 1일 권장 섭취 횟수에 비추어 나의 하루 식사 구성에서 개선해야 할 점은 무엇인지 분석하고, 개선 방안을 정리해 보자.

- 개선해야 할 점 : - 개선 방안 :

4. 식품군별 권장 섭취 횟수를 세 끼니와 간식으로 배분한 것을 기초로 우리 가족의 하루 식단 작성하기

- 가족 : ( , 세), ( , 세), ( , 세), ( , 세), ( , 세), ( , 세) 식품군

식단 재료 곡류 고기․생선․

달걀․콩류 채소류 과일류 우유․유제품

류

아침

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

점심

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

저녁

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

간식

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1일 권장 섭취 횟수 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

(18)

5. 식단 적는 순서 :

주식(밥)-( )-( )-( )-( )-( )

6. 우리 가족 1일 권장 섭취 횟수 가

족 원 식 품 군

( 세) ( 세) ( 세) ( 세) ( 세) ( 세) ( 세) 합계

1일 섭취 횟수 배분

아 침

점 심

저 녁

곡류

고기․

생선․

달걀․

콩류 채소 류

과일 류 우유․

유제 품류

3. 로컬 푸드를 이용한 온실가스를 최소화하는 자신만의 한 그릇 음식 만들기

1학년 ( )반 ( )번 이름( )

1.음식명 ( )

2.재료 ․분량 (한 그릇 기준)

재료명 분량 재료명 분량

3. 조리 도구

① ② ③ ④

⑤ ⑥ ⑦ ⑧

⑨ ⑩ ⑪ ⑫

4 . 만 드 는 방법

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

⑨

⑩

5.완성된

모습 사진 1 사진 2

6.느낀점

(19)

- 35 -

3. 프로그램 적용 사례

가. 적용대상 : 석관중학교 1학년 1반 학생 31명 (남학생 13명, 여학생 18명)

나. 적용시기 : 2015.10.19. ~ 2015.12.09.

다. 적용방법 : 연구원 본인의 정규 수업시간

라. 적용모습

(1) 신재생 에너지를 활용한 교량 만들기 (가) 활동모습

(나) 결과물

- 36 - (2) 탄소발자국 줄이기

(가) 활동모습

(나) 결과물

(20)

(3) 식품이동거리 줄이기 (가) 활동모습

(나) 결과물

(21)

- 39 -

Ⅴ. 연구 과제의 결과

1. 검증 계획

가. 프로그램 적용 전·후에 한국가이던스의 자기조절학습검사(SLT) 검사 를 통해 학습자의 상태변화를 비교한다.

나. STEAM 수업 후 자기활동 평가지를 작성하게 하여 학생의 변화를 관찰한다.

2. 검증 방법

가. 2015.09.23. 프로그램 적용 대상인 석관중학교 1학년 1개 학급의 학 생 31명에게 한국가이던스의 자기조절학습검사(SLT)를 실시하였다.

나. 프로그램 적용이 끝난 2015.12.09에 자기조절학습검사(SLT)를 다시 실시하여 프로그램 적용 전과 후를 비교 분석하였다.

다. 각 수업 적용 후 학생들에게 자기활동 평가지 작성 시간을 주고 수 업의 흥미, 생각의 변화 등을 설문하게 하여 프로그램의 질적 평가 시간을 가졌다.

3. 검증 내용

가. STEAM 프로그램 적용 전인 2015.09.23.에 실시한 자기조절학습검 사(SLT) 결과는 아래 그림과 같다. T점수는 평균이 50, 표준편차가 10인 분포를 이룬다.

- 40 -

그림1. STEAM 프로그램 적용 전 자기조절학습검사(SLT) 결과

나. 학생들의 검사 항목이 T점수 47.4에서 51.4로 각 항목별 큰 차이는 없으나 메타인지와 시간환경관리에서 낮은 점수를 보이고 있다.

표1. 척도별 학급평균 T점수

다. STEAM 프로그램 적용 후 동기유발, 자신감, 학습흥미, 무기력에 대 한 변화를 비교하여 STEAM 수업의 효과를 검증하고자 한다.

라. STEAM 프로그램 적용 후인 2015.12.09.에 실시한 자기조절학습검 사(SLT) 결과는 아래 그림과 같다. T점수는 평균이 50, 표준편차가 10인 분포를 이룬다.

(22)

그림2. STEAM 프로그램 적용 후 자기조절학습검사(SLT) 결과

마. STEAM 프로그램 적용 후에 동기유발, 자신감, 학습흥미, 탄력성, 중요성 인식 척도 점수가 높아졌으며, 시험불안과 무기력 척도 점수가 낮 아졌다.

표2. STEAM 프로그램 적용 후 척도별 학급평균 T점수

바. 우리나라 STEAM교육의 도입 배경과 목적을 상기해볼 때 학습흥미, 동기유발, 자신감 척도 점수가 프로그램 적용 후 높아졌다는 것은 프로그 램이 유의미했음을 보여준다고 하겠다.

그림3. STEAM 프로그램 적용 전·후 자기조절학습검사(SLT) 결과 척도별 변화

사. 학생들의 자기 활동 평가지 내용은 대체로 흥미를 갖고 능동적으로 참여하여 학습 목표에 잘 도달하였다고 자신을 평가하고 있다. 수업을 통 해 탄소발자국에 대한 개념을 인지했으며 탄소발자국 줄이기를 실천하기 위한 다른 방법을 생각해보고 실천하겠다고 이야기하고 있다.

(23)

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Ⅵ. 결론 및 제언

1. 결론

가. ‘탄소발자국’이라는 주제를 과학, 가정, 기술 과목에서 수학적으로 이 해하는 프로그램을 개발하였다.

나. 학생들은 수학이 다른 과목을 이해하는 도구가 될 수 있으며, 수학이 어려운 계산만 하는 독립된 학문이 아니라는 것을 알게 되는 계기가 되었다.

다. 학생들의 자기조절학습 검사 결과로 융합수업이 학생들에게 학습흥미 와 동기유발을 일으키고, 적극적인 참여 수업의 결과로 학생들의 무기력이 낮 아지고 산출물을 만들어냄으로써 자신감이 높아졌다고 결론지을 수 있다.

라. 모둠별 활동과 스스로 결과물을 만들어내는 수업 과정 중에 학생들은 스스로 중요성을 인식하는 능력과 탄력성을 기르고, 자원을 활용하고 이해하면 서 긍정적인 정서가 높아지는 결과를 보여주었다.

마. 교사는 융합수업이라는 새로운 시도를 학생들과 함께 하면서 긍정적인 변화를 경험하였다. 앞으로 자신의 과목에 맞는 방법으로 융합수업을 시도해나 갈 수 있는 기회가 되었다.

바. 교사 설문조사 결과 STEAM 수업이 기존의 전통적인 수업보다 학생 의 탐구능력과 개념이해에 효과적인 방식이라는 것에 동의하지만 STEAM에 포함된 개념을 이해하지 못할 때 학생을 어떻게 도와야 하는지 잘 모르고, 또 다른 STEAM 교육 프로그램을 운영한다 해도 잘 가르칠 수 있다는 자신감은 없다고 답한다.

사. 교사 연구회를 통해 STEAM에 대한 이해와 견해의 폭이 넓어져 STEAM 교육에 대한 필요성과 효과는 알았으나 여전히 자신의 수업에 STEAM 수업을 적극적으로 도입하는 것에는 두려움과 주저함이 있다. 협의회 결과 ‘직접 수업을 진행해보니 교과 진도를 나가는 것과 별도의 시간을 확보해 야한다’는 생각으로 시수 문제를 가장 큰 걸림돌로 보고 있다.

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2. 제언

가. 정규 수업 시간에 적용할 수 있는 프로그램을 개발하는 것이 목표였 고 실제로 정규 수업 시간에 프로그램을 적용하였다. 그렇게 연구를 진행하다 보니 주1회 수업을 하는 가정 과목의 경우 프로그램 적용 시간을 확보하는데 어려움이 있었고 그로인해 프로그램 적용 기간이 길어지는 문제점이 있었다.

현장에서 융합 수업을 적용하기 어려운 이유 중 하나는 시수 확보의 어려움이 다. STEAM 주간을 마련하거나 수업 시간을 블록타임으로 묶어서 시도할 수 있다는 대안이 제시되고 있으나 학교 현장의 여건 상 중학교에서 블록타임 시 간표 작성은 불가능하다. 이러한 이유로 융합 수업은 정규 수업시간에 적용하 기 어려워 현장 확산이 잘 이루어지지 않는 것으로 생각된다.

나. 융합 프로그램의 특성상 작품이나 제품이 만들어져야하는데 학생들에 게 재료를 나눠줄 필요가 있다. 과학 과목이나 미술의 경우 학교 예산으로 실 험실습비와 어느 정도의 학습 준비물 예산을 확보하고 있지만 타 과목의 경우 융합수업을 위한 예산은 물론이고 학습 준비물 예산조차 확보되지 않은 경우 가 대부분이라고 생각된다. 연구비를 받아서 프로그램을 개발하는 경우 문제될 것이 없으나 연구비 없이 융합 프로그램을 적용하는데 예산 문제는 큰 걸림돌 이 될 것으로 예상된다.

다. 따라서 한국과학창의재단에서는 새로운 융합인재교육 프로그램을 개발 하는 교사연구회의 지원도 필요하겠지만 2011년부터 축적된 프로그램을 현장 에 적용할 수 있는(예를 들어 지금 지원하고 있는 ‘STEAM 리더 스쿨’) 학교 수를 늘려 융합인재교육을 확산하고 정착시키는 것이 좋다고 생각한다.

Ⅶ. 참고 문헌

STEAM 교육성과 및 교수·학습 평가 모형, 김성원, 서울특별시교육청, 2013 STEAM 융합인재교육의 이론과 실제, 데이비드 A. 소사, 다빈치books, 2014

거의 모든 것의 탄소발자국, 마이크 버너스리, 도요새, 2011 나의 탄소발자국은 몇 KG일까, 폴 메이슨, 다림, 2011 생각하는 십대를 위한 토론콘서트 환경, 김강석, 꿈결, 2015

지구를 살리고 내 몸을 바꾸는 로컬푸드 조례, 야마시타 소이치, 이매진, 2011

로컬푸드, 브라이언 핼웨일, 이후, 2006