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운 암 고 등 학 교

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Academic year: 2022

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(1)

2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2020. 11.

운 암 고 등 학 교

(2)

과제명 2020년 STEAM 교사연구회 운영(운암고등학교)

STEAM 프로그램

유형

(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( ) (유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 (

√ )

(유형3) StarT 프로그램 수행을 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( ) 프로그램명 메이커 스페이스 활용 STEAM-메이커 교육

학교급

대상 학년(군)

고1

중심과목 통합 과학

중심과목 성취기준 영역

[고등학교 1학년] (9) 발전과 신재생에너지 [10통과09-02]~[10통과09-05]

연계과목 기술·가정 미술

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 기술·가정] (5) 기술 활용 [고등학교 미술] (2) 표현/발상, 제작 연구기간 2020.7.20. ~ 2020.11.30.

신청금액 일금사백만원(₩4,000,000)

참여연구원 10 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 9명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 직위 성명 연락처 E-mail

연구책임자 운암고등학교 수석교사 윤은희

공동연구원 운암고등학교 교사 이슬기

공동연구원 운암고등학교 교사 이지은

공동연구원 운암고등학교 교사 김은애

공동연구원 운암고등학교 교사 김영학

공동연구원 운암고등학교 교사 이명숙

공동연구원 운암고등학교 교사 김태욱

공동연구원 운암고등학교 교사 최수연

공동연구원 운암고등학교 교사 양은정

공동연구원 운암고등학교 교사 유재숙

2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2020년 11월 20일

주관연구기관장 : 송 인 화 (인) 연구책임자 : 윤 은 희 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

(3)

목 차

1. 요약문

··· 1

2. 서론

··· 1

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 2

4. 결론 및 제언

··· 3

5. 참고문헌

··· 3

[부록]

STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지, 학생 산출물, 사진)

(4)

“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로

(5)

1. 요약문

우리 교사들은 수업을 변화시키고 , 평가를 변화시키며 학생들이 자신의 진로를 찾아 갈 수 있도록 더 많은 지식과 유의미한 경험을 주기 위해 그동안 부단한 노력을 기울 이며 달려왔다 . 배움중심 수업, 학생중심 수업밀착형 과정평가, 교육과정-수업-평가(기 록 ) 일체화 등 교사 스스로의 역량을 성장시키기 위한 노력도 게을리하지 않았다. 이러 한 노력에도 불구하고 공허함이 생기는 이유는 무엇일까 ? 이제는 잠시 쉬어 우리가 달 리고 있는 길의 방향성을 확인할 때가 온 것 같다 . 열정을 다하여 경주하고 있는데 우 리가 가지고 있는 나침반이 가리키는 방향이 맞는 것인지에 대한 생각을 해봐야 할 시 기가 온 것 같다 . 함께 모여 교육의 본질을 논하고 교과교육과정이 학생들의 진정한 성장을 위한 방향으로 진행되었는지 고민해봐야 할 시기이다 .

21세기 지식정보 사회에 대해 조금 더 깊이 생각해보자. 이제 우리의 교육은 습득한 지식을 통합하여 새로운 지식과 가치를 창출할 수 있는 혁신적 창조성과 인성을 갖춘 인재로 성장시키고 있는지에 대한 고민이 필요하다 . 분과 학문적 지식 습득 중심의 기 존 교육을 혁신하지 않을 경우에는 미래사회 대비 교육의 실패가 자명하고 글로벌 경 쟁에서 뒤처질 수 밖에 없다 . 학교 교육과정과 교과 교육과정을 핵심역량에 적합하게 재구조화하는데 주력해야 할 당위성이 있다 .

이에 교과 간 위계를 넘어 학생들이 간학문적 통합된 학습을 할 수 있도록 교과교육과 정의 통합을 설계해보고 평가와 수업을 구성해보는 백워드 단원 설계를 활용하여 융합 교육과정을 설계해보고자 한다 .

2. 서론

◦ 2015 개정교육과정 통합과학 교육과정 재구성을 통한 STEAM융합 프로그램 적용 을 위해 통합과학 , 물리학, 화학, 지구과학, 생명과학, 미술, 정보교사를 중심으로 연구회를 구성하여 고등학교 1학년 통합과학 단원을 중심으로 교가간 융합수업 프 로그램 개발 및 적용

◦ 메이커 스페이스 활용 STEAM 메이커 교육자료 개발 및 적용

◦ STEAM 프로그램 연구, 개발을 통한 창의융합형 인재 양성을 위한 교사 전문성 신장

3. 연구 수행 내용 및 결과

◦ 2020년 STEAM 교사연구회의 과제 중 ➀ STEAM 프로그램 개발 및 적용에서 현재 STEAM 프로그램 개발.

◦ 프로그램 개발 중점사항 : 프로그램 개발을 현 교육시스템에 적합한 블렌디드 러닝의 온라인 및 대면 수업을 위한 융합프로그램 개발에 주력함 .

◦ 연계과목에서 당 초 계획인 정보 과목을 동학년 교과인 기술·가정으로 변경하여

개발함 .

(6)

4. 결론 및 제언

◦ 연구 / 교사연구회 운영 측면

- 연구회 운영 자료개발을 통해 교사들의 정기적 협의 체제 마련

- 창의융합 수업을 위한 부자재 지원으로 플립러닝 수업 및 스마트 수업 활성화에 기여 - 2015 개정교육과정에 대한 적용방안 마련 및 창의융합형 인재 양성을 위한 기반 구축

◦ 학생 측면

- STEAM교사 연구회를 통한 교사들의 융합수업 협의체제 활성화 및 이를 학생 수업에 적용하여 교육과정의 심화 과정으로 연계하여 학생들의 만족도가 높음 .

- 코티칭(통합과학-미술) 융합수업을 통해 학생들의 협력수업 및 이해력 확장에 기여

5. 참고 문헌

◦ 김진수 저 「STEAM 교육론」양서원

◦ 강현석 「이해중심 교육과정 백원드 단원설계」 학지사

◦ 로버트 마르지노 외 1명 「학생 탐구 중심 수업과 질문 연속체」 사회 평론

◦ 리팅이 외 「스탠포드 대학의 디자인 씽킹 강의 노트」 인시트

◦ 2015 개정교육과정 통합과학 교과서 「비상교육, 「천재교육」

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 메이커 스페이스 활용 STEAM-메이커 교육 선행

프로그램명 해당없음

학교급대상 학년(군) 1학년

중심과목 통합과학 중심과목 성취기준 영역

[고등학교 1학년] (9) 발전과 신재생에너지 [10통과09-02]

연계과목 기술·가정 미술

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 기술·가정] (5) 기술 활용 [고등학교 미술] (2) 표현/발상, 제작

개발계획

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 2 통합과학(1) + 기술·가정(1) 2 2 통합과학(1) + 기술·가정(1) 3 2 통합과학(1) + 미술(1) 4 2 통합과학(1) + 기술·가정(1) 개발·적용

현황 총 8차시 개발 완료

(7)

붙임 STEAM 프로그램

(프로그램명) 메이커 스페이스 활용 STEAM-메이커 교육

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준 (연계과목) 성취기준 영역

1

2 차시 ( 통합과학 1 + 메이커 수업 1)

[10 통과 09-02] 발전소에서 가정 및 사업장 까지의 원거리 전력 수송 과정에 대해 이해 하고 , 전력의 효율적이고 안전한 수송 방안 을 토의할 수 있다 .

기술 · 가정 [12 기가 05-04]

기술 혁신을 위한 창의 공 학 설계를 이해하고 , 제품 을 구상하고 설계한다 .

2

2 차시 ( 지능형 스마트그리드 )

[10 통과 09-02] 발전소에서 가정 및 사업장 까지의 원거리 전력 수송 과정에 대해 이해 하고 , 전력의 효율적이고 안전한 수송 방안 을 토의할 수 있다 .

기술가정 [12 기가 05-08] 사 회적 , 경제적 , 환경적 측면 에서 지속가능한 발전 방 안을 모색하고 적용할 수 있는 기술의 분야를 조사 한다 .

3

2 차시 ( 스마트 그리드 미래도시 설계 )

[10 통과 09-02] 발전소에서 가정 및 사업장 까지의 원거리 전력 수송 과정에 대해 이해 하고 , 전력의 효율적이고 안전한 수송 방안 을 토의할 수 있다 .

미술 [12 미 02-03] 여러 가 지 표현 매체의 조합이나 응용・확장을 통해 새로운 표현 효과를 탐색할 수 있 다 .

4

2 차시

( 스마트 에너지 도시 디바이스 제품

메이커실습 )

[10 통과 09-04] 핵발전 , 태양광 발전 , 풍력 발전의 장단점과 개선 방안을 기후 변화로 인한 지구 환경 문제 해결의 관점에서 평가 할 수 있다

[10 통과 09-05] 인류 문명의 지속 가능한 발 전을 위한 신재생 에너지 기술 개발의 필요 성과 파력 발전 , 조력 발전 , 연료 전지 등을 정성적으로 이해하고 , 에너지 문제를 해결 하기 위한 현대 과학의 노력과 산물을 예시 할 수 있다 .

기술 · 가정 [ 기가 05-04] 기술

혁신을 위한 창의 공학 설

계를 이해하고 , 제품을 구

상하고 설계한다 .

(8)

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 8차시)

차시 주요내용

1~2 /8

주제 ( 단원 ) 메이커 전문가 되기

Co

효율적이고 안전한 전력 수송과 송전의 원리 생각해보기

CD

메이커스페이스 활 용한 미래교육에서 메이커 교육이 무엇인디 메이커교육의 아이디어와 수행단계에 대 해 탐구 다양한 사례를 영상을 통해 체험한다.

ET

안전한 전력 수송을 위해 우리가 생각해봐야 할 것과 메이커교육의 필요성 및 미래 진로와 관련하여 생각해보는 기회 를 가진다.

3~4 /8

주제 ( 단원 ) 빅데이터로 보는 지능형 전력망 스마트그리드

Co

발전소에서는 어떻게 가정 및 사업장까지의 원거리 전력 수송을 할 수 있는 것일 까?

CD

전력수송 과정에 대해 이해하고, 전력의 효율적이고 안전한 수송 방안을 차 아 지능형 전력망 스마트그리드를 탐색하여

ET

나와 너, 지구 전체의 전력망을 이해 해본다

5~6 /8

주제 ( 단원 ) 스마트 그리드 미래도시 설계하기 !

Co

정보 통신 기술을 바탕으로 소비자와 전력 회사가 실시간으로 정보를 주고받아 효 율성을 높이는 전력 공급 기술에 대해 생각해보자.

CD ET

전기 요금이 쌀 때 전기를 쓴다거나, 자동으로 전기 요금이 싼 시간대에 전자 제품을 작동하게 하는 스마트 그 리드 미래 도시를 설계해보자!

7~8 /8

주제 ( 단원 ) 스마트 에너지 도시 디바이스 제품 메이커 활동 !

Co

핵발전, 태양광 발전, 풍력 발전의 장단점과 개선방안을 기후변화로 인한 지구 환

경 문제 해결의 관점에서 평가할 수 있다.

CD

신재생 에너지를 포함한 다양한 발전소

를 기후나 여러 조건에 따라 지능적으로 가동시켜 효율적으로 에너지를 생산하게 할

수 있다.

ET

에너지 자원 상징 및 탄소배출량 감소를 위한 제품 만들기를 해보자.

(9)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 [1차시/8차시]

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교 1 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] (9) 발전과 신재생 에너지 중심과목 성취기준

[10통과09-02] 발전소에서 가정 및 사업 장까지의 원거리 전력 수송 과정에 대해 이해하고, 전력의 효율적이고 안전한 수 송 방안을 토의할 수 있다.

주제(단원)명 닥터 신개념 전력 수송 방식을

찾아라! 차시 1/8

학습목표 Ÿ 효율적이고 안전한 전력 수송 방법을 조사하고 장단점을 토의할 수 있다.

Ÿ 창의적인 전력 수송 방식을 구상하고 설계할 수 있다.

연계과목 기술·가정 연계과목

성취기준 영역 (기술·가정)[고등학교 1학년] (5)

STEAM 요소

S 송전 과정과 전력 손실의 원리 T 혁신 기술에 대한 제언

E 공학적 설계

개발 의도

효율적이고 안전한 전력 수송 방법에 대한 조별 조사 활동을 수행하고 조사 내용을 토대 로 다양한 전력 수송 방법을 비교·분석한다. 이를 통해 새로운 전력 수송 방식을 창의적으 로 구상하고 합리적인 기대 효과에 대해 제시한다.

Co 모둠별로 안전하고 효율적으로 전력을 수송하기 위한 장치와 방법에 대해 조사하고 장단점에 대해 토의하는 활동을 진행한다. 이를 토대로 전력 수송 방식을 안전성과 효율성 측면에서 분석하고 결과를 공유한다. CD 앞서 조사한 전력 수송 방식의 단점을 보완할 수 있는 새로운 전력 수송 방법을 창의적으로 설계하는 활동을 진행한다. ET 개발 모델 역시 안전성과 효율성 측면에서 분석하고 결과를 종합하여 합리적인 기대 효과에 대해 발표한 후 활동을 마무리한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

안전하고 효율적으로 전력을 수송하기 위한 장치와 방법에 대해 모둠별로 조사하고 장단점에 대해 토의하여 전력 수송 방식에 대해 분석적으로 접근할 수 있도록 안내함

창의적 설계

모둠별로 안전하고 효율적인 송전 방식을 창의적으로 설계하고, 이를 구조화된 자료로 표현함.

감 성 적 체 험 새로운 전력 수송 방식을 창의적

으로 설계하고 전력 수송의 합리 성과 안전성 측면에서 개발 모델 을 분석한다. 또한, 분석 결과를 종합하여 합리적인 기대효과에 대해 제시한다.

감성적 체험

(10)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 10 분)

Ÿ

Co

지난 차시에 배운 전력 손실과 전력 손실을 줄이는 방법에 대해 복습 발표를 진행한다.

Ÿ

Co

안전하고 효율적으로 전력을 수송하기 위한 다양한 장치와 방법에 대 해 자유롭게 의견을 나눈다. 발표 내용을 토대로 학습지를 정리한다.

Ÿ

Co

모둠별로 최신 기술을 바탕으로 한 송전 방식에 대해 조사하고, 각 방식의 장단점에 대해 분석적으로 접근해볼 것을 안내한다. 또한, 이를 토대로 단점을 보완한 창의적인 전력 수송 방식을 구상해볼 것을 안내한 다.

전개 ( 28 분)

Ÿ

Co

모둠별로 1)초전도 케이블, 2)초고압 직류 송전에 대해 조사하고 토 의한다. 토의할 때, 각 방식의 장단점을 제시하고 안정성과 효율성 측면 에서 분석할 수 있도록 지도한다.

Ÿ

CD

전력 수송 방식에 대해 충분한 토의가 진행된 후, 새로운 송전 방법 을 구상할 수 있도록 지도한다.

Ÿ

CD

설계 내용을 설계도나 표와 같이 구조화된 자료로 표현할 수 있도록 지 도한다.

Ÿ 설계도 표현이 어려운 조는 유의미한 자료를 참고하여 설계도를 완성시 킬 수 있도록 한다.

Ÿ

ET

개발 모델을 안정성과 효율성 측면에서 분석한 후 합리적인 기대효과 에 대해 종합적인 결론을 낼 수 있도록 지도한다.

학 생 들 이 지 적 으 로 유 의 미 한 자료를 검 색 하 도 록 안내한다.

설 계 내 용 이 효과적 으로 드러 날 수 있 도록 지도 한다.

정리 (12 분)

Ÿ

Co ET

각 조별로 구상한 송전 방식을 공유하고, 기대효과에 대해 발표한 다

Ÿ 서로 자유롭게 피드백할 수 있도록 지도한다.

(11)

[1차시/8차시] 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1/8

안전한 전력 수송

:고압선은 매우 위험함 → 안전한 송전을 위해 다양한 장치 및 방법들이 사용됨

① 고압 차단 스위치: 전압이 지나치게 높아지면 내부에 들어있는 ( 퓨즈 )가 끊어짐 → 전류가 차단됨

② 스페이서: ( 송전선 )이 서로 닾지 않고 일정한 간격을 유지하도록 함

③ 애자: ( 송전탑 )과 ( 송전선 )을 연걸하는 장치로 ( 전류 )가 통하지 않는 재질로 만듦

④ 송전선을 ( 지하 )에 묻음

⑤ 고압 송전선 주변에 ( 안전 장치 )를 설치함

효율적인 전력 수송

① 전력 손실을 줄이기 위해 전압을 ( 높여 / 낮춰 ) 송전함

② 전력을 수송하는 거리를 줄여 송전선의 저항을 ( 크게 / 작게 ) 만듦

여러 가지 송전 방식

다음은 최신 기술을 바탕으로 한 새로운 송전 방식이다.

초전도 케이블 초고압 직류 송전

1. 위의 새로운 송전 방식은 기존의 송전 방식과 달리 어떠한 장점이 있는지 전력 수송의 효율성과 안전성 측면에서 비교해보자.

통합 과학

단원 Ⅸ. 발전과 신재생 에너지 No

2-4 효율적이고 안전한 전력 수송

1학년 ( )반 ( )번 ( )

[모둠 이름] [모둠원]

(12)

2. 모둠별로 효율적이고 안전한 송전 방식을 설계하고 합리적인 기대효과를 토의해보자.

[설계도] 모둠별로 구상한 송전 방식을 그림으로 표현해보자.

[전력 수송의 효율성]

[전력 수송의 안전성]

[기대효과]

(13)

[2차시/8차시]

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교 1 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] (10) 발전과 전력 수송 중심과목 성취기준

[10통과09-02] 발전소에서 가정 및 사업 장까지의 원거리 전력 수송 과정에 대해 이해하고, 전력의 효율적이고 안전한 수 송 방안을 토의할 수 있다.

주제(단원)명

메이커의 시대를 열다!

차시 2/8

학습목표 미래 세상의 변화를 파악하여 메이커 교육의 중요성을 이해하고 메이커 스페이를 활용한 제품을 설계할 수 있다.

연계과목 기술가정, 진로 연계과목

성취기준 영역

(기가)[고등학교 1학년] (4) 창의 공학 설계 (진로)[고등학교 1학년] (2) 일과 직업세계 이해

STEAM 요소

S 발명품의 과학 원리 T 창의 공학 설계

A 설계 시 심미적 요소 고려

개발 의도 메이커 교육의 인류의 역사를 찾아보고 앞으로 다가올 미래 세상의 변화를 파악하여 메이커 교육 환경 조성 및 메이커 교육의 의미를 되새긴다.

변화하는 환경과 불확신한 미래에 대비하기 위해 우리의 학생들이 첨단 산업을 주도하기 위해서는 복 잡한 조건이 얽혀 있는 현실 속에서 적절한 답을 찾는 종합적인 문제 해결 능력, 미래를 바꿀 번뜩이는 창의력, 다양한 사람을 설득 시킬 줄 아는 사회적 소통 능력을 키워야 한다. 아울러 제 4차 산업혁명 시대 가 다가오면서 ICT와 개인 맞춤화가 화두가 되고 있다. 이러한 미래 사회에서 메이커 교육은 꼭 필요한 교육으로 언급되고 있으므로 메이커 교육의 중요성을 알아보고 메이커 스페이스를 활용하여 생활 속에 꼭 필요한 물품을 설계할 수 있는 능력을 키우고자 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

다가올 미래 세상의 변화와 관련된 상황을 제시하고 미래사회에서 중요한 핵심 역량은 무엇인지 적어보기

창의적 설계

메이커 스페이스를 교육의 중요성을 이해하고 실제 제작이 가능한 제품은 추후 제작할 수 있도록 지도하기

감 성 적 체 험 4 차 산업혁명 시대와 메이커

교육의 관련성에 대해 토의하기 각 모둠별로 메이커 스페이스의

도구를 이용하여 제작할 수 있는 코로나 시대에 꼭 필요한 제품을 설계하기

감성적 체험

(14)

학습 과정

교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( Co 상황 제시, CD 창의적 설계, ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점

도입 ( 10 분)

Co

Ÿ ‘미래 사회와 메이커 교육’에 대해 알아볼 것임을 안내

Ÿ 알파고와 이세돌의 대국 뉴스를 보고 알파고가 던진 세상의 변화에 대해 고민하고 변화하는 환경에서 미래 사회에 대비하기 위한 핵심 역량은 무엇인지 자신의 생각 을 적고 모둠원과 의견 나누기

동영상 또는 뉴스기사

제시

전개 ( 28 분)

Co

Ÿ 메이커 교육이란?

Ÿ 메이커로서의 인류의 역사 및 메이커 정신이 낳은 주요 발명품 소개

- 전화, 컴퓨터, TV, 자동차 등의 학생들의 호기심을 가질 만한 발명품을 소개 하고 메이커와 어떤 연관이 있는지 찾아보게 한다.

- 메이커 교육의 필요성을 강조한다.

CD

Ÿ 4 차 산업혁명 시대와 메이커 교육의 관련성을 이해하고 우리 학교만의 메이커 스페이스 특색에 대한 의견 교환

Ÿ 각 모둠별로 우리학교 메이커스페이스에 있는 도구(목재/3D 프린터/아두이노/재 봉틀)를 하나씩 선택하고 그 도구를 이용하여 만들 수 있는 코로나 시대에 꼭 필 요한 물품을 선정하여 설계하도록 함

- 무엇을 만들지, 어떤 도구를 이용할지, 어떤 재료를 사용할지 등의 구체적으로 의논하여 설계하도록 지도한다.

ET

Ÿ 우리학교 메이커스페이스의 특색을 살려 작성한 제품 설계도를 모둠별로 발표 Ÿ 모둠 발표를 하고 경청하여 활동내용을 공유하고 소통하기

학 생 들 이 미리 메이커 스페이를 둘 러보도록 한 다.

지적으로 유 의미한 자료 를 검색하도 록 안내한 다.

정리 (12 분)

Co ET 발표한 제품 설계도를 서로 피드백하도록 하고 미래 사회에서의 메이커 교육의 중요성을 확인시킨다.

-실현 가능한 제품은 실제 제품으로 만들 수 있도록 지도함

(15)

[2차시/8차시] 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1/8

메이커의 시대를 열다!

#1. 알파고와 이세돌의 대국 뉴스를 보고 알파고가 던진 세상의 변화에 대해 자신의 생각을 자유롭게 적고, 변화하는 환경 속에서 미래 사회에 대비하기 위해 필요한 핵심 역량이 무엇인지 적고 그 이유를 간단히 서술하시오.

#2. 생활 속 메이커 정신이 낳은 주요 발명품을 찾아보고 메이커 교육이란 무엇인지 모둠별로 상의하여 한 문장으로 표현해보자!

#3. 우리학교 메이커 스페이스를 둘러보고, 모둠이 하나의 기구를 선택하여 코로나 시대에 필요한 제품을 설계해보자!

모둠원

☞ 메이커와 관련된 발명품은 무엇이 있는지 찾아보자.

☞ 메이커 교육을 한 문장으로 표현하면?

(16)

[2차시/8차시] 교사자료

차시 2/8

1. 메이커 교육은 왜 필요한가?

▷ 메이커(Maker) : 디지털 기기와 다양한 도구를 사용한 창의적인 만들기 활동을 통해 자신의 아이 디어를 실현하고, 만든 결과ㅏ물과 지식, 경험을 공유하는 사람

▷ 메이커 운동(Maker movement) : 필요한 물건을 만들며 살아온 인간 본능과 첨단 디지털 제작기 술, 공유문화 등이 만나 새로움을 만들고 확산시키는 운동

▷ 메이커 교육이란?

자율성·공유·협력에 기초하여 제품의 기획·제작 완성까지 모든 과정을 학생이 스스로 판단하며 이 끄는 프로젝트 교육을 의미한다.

▷ 메이커 교육의 필요성

자고 일어나면 새로운 분야가 펼쳐지고 정보와 지식이 넘쳐흐르는 시에서 교과서를 외우고 정해진 답 을 찾는 능력은 중요하지 않다. 무언인가를 ‘아는 것’이 아니라 ‘할 수 있는’ 능력이 중요하게 된 것이 다. 즉, 미래형 인재는 주도적으로 자신의 일을 해나갈 수 있어야 한다. 풀리지 않는 문제는 친구들과 협업하여 해결하도록 이끌고, 자신의 아이디어와 생각을 공유할 줄 아는 사람으로 키우기 위해서는 메 이커 교육을 통해 단순히 디지털 도구를 사용하는 방법만을 가르치는 것이 아니라 무엇이 필요한지를 충분히 생각하고 새로운 방법을 찾게 만들어 아이들이 무언가를 할 수 있는 능력을 길러야 한다.

창의력은 일을 주도해 나가는 실력이라고 볼 수 있고 창의적이기 위해서는 무엇보다 실수를 두려워하 지 않는 도전정신이 필수적인데, 메이커 교육은 이런 능력을 길러주는 훌륭한 방법이다. 작은 물건이라 도 스스로 만들어본 경험을 통해 아이들은 창의적이고 주도적인 인재로 성장해 나갈 수 있다.

2. 생활 속 메이커 정신

인류는 생존을 위해 주변 환경의 소재들을 이용하여 스스로 도구를 만들며 메이커가 되어 새로운 발명품을 만들어 왔다. 그 중 특별히 중요한 발명품(전화, 컴퓨터, TV, 자동차, 조면기, 카메라, 재봉틀 등)들은 인류의 삶에 큰 영향을 주었다. 이 발명품들은 더 나은 제품을 만들고자 하는 열망에서 시작되었고, 치열한 노력 끝에 탄생하게 되었다. 이러한 ‘도전’ 정신이 바로 메이커 정신이다.

3. ‘놀며 따라 하며 배우다!’

-우리나라의 대표적 메이커 스페이스 정보 웹사이트

▷ 메이크올(https://www.makeall.com/) : 한국과학창의재단이 운영하는 사이트로, 전국 공공·민간 메이커 스페이스 정보를 한 눈에 찾아 볼 수 있다.

▷ 무한상상실(https://www.ideaall.net/) : 전국 무한상상실의 정보를 얻을 수 있는 사이트로, 프로그램 일정 및 장비 검색, 교육 신청까지 가능하다.

▷ 창조경제혁신센터(https://ccei.creativekorea.or.kr/) : 창조경제혁신센터의 위치와 센터별 정보를 제공하는 사이트로, 3D 프린터 등의 교육 정보를 확인할 수 있고, 시설 예약도 할 수

(17)

[3차시/8차시]

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교 1 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] (10) 발전과 전력 수송 중심과목 성취기준

[10통과09-02] 발전소에서 가정 및 사업 장까지의 원거리 전력 수송 과정에 대해 이해하고, 전력의 효율적이고 안전한 수 송 방안을 토의할 수 있다.

주제(단원)명 효율적이고 안전한 전력 수송! 차시 3/8

학습목표 스마트 그리드로 그리는 미래의 도시 설계를 위한 발전과 전력 수송에 대해 이해한다.

연계과목 기술가정, 미술, 진로 연계과목

성취기준 영역

(기가)[고등학교 1학년] (7) 첨단 기술의 세계 (미술)[고등학교 1학년] (2) 표현/발상, 제작 (진로)[고등학교 1학년] (2) 일과 직업세계 이해

STEAM 요소

A 미래 진로 탐색 M 데이터 분석

개발 의도 현재 사용되는 전력 수송에 대해 조사하고, 스마트 그리드 원리에 대해 탐구하며, 나아갈 미래 도시의 초안을 그린다.

Co CD 조별로 현재 우리 나라에서 사용하고 있는 전력 수송 방법에 대해 조사해 보고, 안전하고 효율적인 전력 수송 방법에 대한 자료 조사를 유도한다.

CD ET 초전도 케이블 안을 구성하는 층들이 각각 어떤 역할을 하는지 분석해보도록 한다. 스마트 그리드에 대해 탐구하고, 이를 활용한 도시를 설계하도록 한다. CD ET 이를 토대로 조에서 탐구한 주제와 결과를 정리하고 조별 토의를 통해 결론 및 제언을 내린 후 발표로 활동을 마무리한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

우리 나라에서 사용하고 있는 전력 수송 방법에 대해 조사하고, 안전하고 효율적인 전력 수송 방법에 대해 조사하도록 안내함.

창의적 설계

해외 사례에 제시되는 스마트 그리드로 이루어진 도시들을 감상하고, 직접 우리 나라에 적용될 미래

도시들을 표현하고, 초안을 설계하도록 함.

감 성 적 체 험 스마트 그리드에 대한 심층

탐구가 이루어져야 하고, 이를 활용한 도시를 직접 만들어 보도록 함.

감성적 체험

(18)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 10 분)

Ÿ Co 저번 차시에 배운 발전소에서 생성된 전기가 우리 집으로 전기가 오기까지의 과정을 질문한다.

Ÿ Co 저번 차시에 배운 전력 수송 과정에서 전력 손실을 줄이는 방법에 대해 질문 한다.

Ÿ Co 이번 주제가 효율적이고 안전한 전력 수송을 기반으로 한 스마트 그리드 도 시 설계임을 제시한다.

전개 ( 28 분)

Ÿ Co 우리 나라에서 사용하고 있는 전력 수송 방법에 대해 조사한다. (참고할 만한 사이트를 안내한다.) CD 안전하고 효율적인 전력 수송 방법을 조별로 창의력을 발휘하여 개발하도록 안내한다. CD 조별로 생각한 안전하고 효율적인 전력 수 성 방법에 대해 그림으로 그려보도록 한다. 조별로 생각한 내용을 공유하고 토의 한다. Co 스마트 그리드에 대한 조사가 이루어지도록 한다.

- 한국 전력 공사 사이트

https://home.kepco.co.kr/kepco/KO/C/htmlView/KOCDHP00201.do?menu Cd=FN05030502

- 한국 스마트 그리드 사업단 https://www.smartgrid.or.kr - 한국 스마트 그리드 협회 http://www.ksga.org/main/main.asp - LG CNS https://blog.lgcns.com/781

Ÿ CD ET 이때 모둠별로 스마트 그리드를 활용한 도시를 설계하도록 안내한다. 학 생 들 이 지 적 으 로 유 의 미 한 자료를 검 색 하 도 록 안내한다.

정리 (12 분)

Ÿ Co ET 각 조별로 탐구한 주제별 많이 나온 키워드와 이를 통해 모둠에서 내린 결론 및 제언을 발표시킨다.

(19)

[3차시/8차시] 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1/8

스마트 그리드 에너지 도시를 설계하다!

#1. 안전하고 효율적인 전력 수송 방법을 조별로 설계하자!

#2. 조별로 생각한 안전하고 효율적인 전력 수성 방법에 대해 그림으로 나타내보자!

#3. 스마트 그리드에 대해 조사한 것을 적어보자!

#4. 스마트 그리드를 활용한 미래 도시를 설계해보자!

모둠원

(20)

[3차시/8차시] 교사자료

차시 1/8

1. 우리나라의 현재 전기 수급 방식과 소모하는 전력량

우리 나라의 전력 수급 체계는 한국 전력 공사(KEPCO)에서 전기 수급을 관리한다. 기본적으로 발전소 에서 전기를 생산하고, 송전, 변전, 배전을 통해 각 가정에서 전기를 사용하는 방식인 ‘위에서 아래로 의 위계적 시스템’이다.

이 시스템은 인프라를 구축하기는 쉽지만, 발전소 에서 각 가정으로서의 일방적인 전력 공급만 있기 때문에 쓰고 남은 전기는 버려지게 된다는 단점을 가지고 있다.

또한, 에너지 경제 연구원이 발표한 국제 에너지 기구의 자료에 따르면, 한국의 1 인당 가정용 전 력 소비량은 OECD 34 개국 가운데 26 위(2012 년 기준)이라고 한다.

2. 스마트 그리드란? 기존의 전력망에 정보통신기술을 접목하여 전기 공급자와 소비자가 실시간으로 전력 정보를 교환할 수 있도록 함으로써, 에너지 효율을 최적화하는 ‘차세대 전력망’이다.

(21)

[4차시/8차시]

중심과목 기술가정 학교급/학년(군) 고등학교 1 년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] (1)정보 사회와 정보 과학 중심과목 성취기준

[12 정보 01-01] 정보사회에서 정보과학의 지식과 기술이 활용되는 분야를 탐색하고 영향력을 평가한다.

주제(단원)명 정보 과학의 지식과 기술 활용하기 차시 4/8

학습목표 정보 과학이 다른 학문 영역과 융합되어 발전된 사례를 찾아볼 수 있다.

정보 과학의 영향력을 통해 미래 사회의 발전 방향을 예측할 수 있다.

연계과목 정보, 과학 연계과목

성취기준 영역

(정보)[고등학교 3학년] (1) 정보 사회와 정보과학

STEAM 요소

A 미래 진로 탐색 M 데이터 분석

개발 의도 스마트 그리드 도시 설계에 필요한 정보 과학 기술 직접 선정한 후 기사 및 영상자료 분석를 통해 스스로 정보 과학 기술의 활용 분야를 파악해본다.

사람처럼 의사소통하면서 스스로 학습하고 새로운 사실을 추론하는 능력을 가진 인공 지능이 다양한 분야와 결합하여 미래 정보 사회에 어떤 영향을 미칠지 생각해보고, 스마트 에너지 도시 설계에 필요 한 정보 과학 기술을 모둠별로 하나씩 선정하여 분석한 결과를 토대로 모둠 발표를 하고 활동내용을 공유하여 정보 과학 기술의 활용 분야 파악하고 변화된 미래의 모습 이해해 보고자 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

스마트 에너지 도시 설계에 필요한 정보 과학 기술을 모둠별로 선정하고 탐구하여 스스로 변화된 미래 모습을 이해하도록 안내.

창의적 설계

탐구한 주제와 내용, 동영상 등을 슬라이드로 작성하도록 하고, 정보 과학 기술의 활용 분야 파악하고 변화된 미래의 모습 이해하도록 함.

감 성 적 체 험 슬라이드 작성을 통해 정보 과학

기술에 대해 탐구하고, 분석된 결과의 의미를 이해하여 정보 과학 기술의 활용 분야를 파악하도록 함.

감성적 체험

(22)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 15 분)

Ÿ Co 생각 깨우기를 보고, 정보 기술 발달로 변화된 미래 사회 모습에 대해 친구 들과 이야기를 나누어 보도록 한다.

Ÿ Co 13 쪽 한 컷 만화를 보고, 사람처럼 의사소통하면서 스스로 학습하고 새로운 사실을 추론하는 능력을 가진 인공 지능이 다양한 분야와 결합하여 미래 정보 사회에 어떤 영향을 미칠지 생각해 볼 수 있도록 한다.

Ÿ Co 스마트 에너지 도시 설계에 필요한 정보 과학 기술을 모둠별로 하나씩 선정 하여 탐구해 보도록 한다.

전개 ( 35 분)

Ÿ Co 모둠별로 정한 정보 과학 기술에 맞는 기사, 영상 자료를 5 개 이상 선정하 도록 지도한다.(참고할 만한 사이트를 안내한다)

Ÿ CD 기사 및 영상 자료를 골라 구글 프레젠테이션 파일에 자료를 넣은 후 해당 기술에 대해 분석하도록 지도한다.

Ÿ Co 각 조별로 탐구한 주제와 내용, 동영상 등을 슬라이드로 작성하여 정리하도 록 안내한다.

Ÿ ET 모둠 발표를 하고 경청하여 활동내용을 공유하고 소통하기 - 한국전력공사

https://home.kepco.co.kr/kepco/KO/C/htmlView/KOCDHP00201.do?menu Cd=FN05030502

- 한국스마트그리드사업단 https://www.smartgrid.or.kr/

- 네이버 블로그

https://blog.naver.com/haezoom/221851715221 - 30 년 뒤 우리의 삶은?

https://www.etnews.com/20160426000111 -소프트웨어 중심사회

http://www.software.kr

학 생 들 이 지 적 으 로 유 의 미 한 자료를 검 색 하 도 록 안내한다.

분석된 결 과를 잘 표 현할 수 있 는 내용과 영상을 선 정하여 슬 라이드 작 성 하 도 록 지도한다.

정리

(10 분) Ÿ ET 정보 과학 기술의 활용 분야 파악하고 변화된 미래의 모습 이해하기

(23)

[4차시/8차시] 학생활동지 / 학생참고자료

차시 4/8

스마트그리드 에너지 도시 설계에 활용된 정보과학기술을 찾아라!

#1. 우리 조의 탐구 주제를 찾아보자!

#2. 우리 조에서 찾은 기사 및 영상 자료는?

1) 2) 3) 4) 5)

#3. 스마트그리드 에너지 도시 설계에 활용된 정보과학기술 1) 인공지능

2) 로봇공학

3) IoT(사물인터넷)

4) 무인운송수단

5) 빅데이터 모둠원

(24)

[4차시/8차시] 교사자료

차시 4/8

■ 스마트그리드란?

1. 스마트그리드의 정의

스마트그리드란 전기 및 정보통신 기술을 활용하여 전력망을 지능화·고도화함으로써 고품질의 전력서 비스를 제공하고 에너지 이용효율을 극대화하는 전력망입니다. 현재의 전력시스템은 최대 수요량에 맞 춰 예비율을 두고 일반적으로 예상수요보다 15%정도 많이 생산하도록 설계돼 있습니다. 전기를 생산 하기 위해 연료를 확보해야 하고 각종 발전설비가 추가적으로 필요하며, 버리는 전기량이 많아 에너지 효율도 떨어집니다. 또한 석탄, 석유 가스 등을 태우는 과정에서 이산화탄소 배출도 늘어납니다.

스마트그리드는 에너지 효율 향상에 의해 에너지 낭비를 절감하고, 신·재생에너지에 바탕을 둔 분산전 원의 활성화를 통해 에너지 해외 의존도 감소 및 기존의 발전설비에 들어가는 화석연료 사용 절감을 통한 온실가스 감소효과로 지구 온난화도 막을 수 있게 됩니다.

2. 스마트그리드가 주는 변화

(25)

3. 스마트 그리드 미래도시

자료출처 한국전력

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[4차시/8차시] 학생활동지 / 학생참고자료

차시 4/8

나는 빅데이터 전문가! 스마트그리드 에너지 도시를 탐구하다!

#1. 우리 조의 탐구 주제를 찾아보자!

#2. 우리 조에서 찾은 기사 및 논문 자료는?

1) 2) 3) 4) 5)

#3. 엑셀프로그램의 결과를 분석해보자. (다양한 표나 그래프를 활용해도 좋아요~^^)

#4. 우리 조의 기사 및 논문 자료에서 가장 많이 나온 키워드 best5 에 대해 조사해보자.

모둠원

(27)

[5~6차시/8차시]

중심과목 미술 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] 표현 중심과목

성취기준

[12미02-03]여러 가지 표현 매체의 조 합이나 응용·확장을 통해 새로운 표현 효과를 탐색 할 수 있다.

주제(단원)명 미래도시 디자인 차시 5~6/8

학습목표 1. 컴퓨터 디자인 프로그램을 이용하여 스마트그리드미래도시를 디자인 할 수 있다.

2. 조별 활동을 통해 협력적 상호 의사소통 능력을 키울 수 있다.

연계과목 과학, 기술 연계과목

성취기준 영역

[10통과09-02] 발전소에서 가정 및 사업 장까지의 원거리 전력 수송 과정에 대해 이해하고, 전력의 효율적이고 안전한 수 송 방안을 토의할 수 있다.

STEAM 요소

S 안전하고 효율적인 전력 수송을 위한 스마트그리드 이해 T 스마트그리드와 미래 사회

E 우리 주변의 스마트그리드 관련 제품 탐색

A 스마트그리드 미래도시 설계를 위한 창의적 아이디어와 표현 M

개발 의도 스마트그리드미래도시의 전력망 네트워킹에 대한 과학수업 이후 조별 아이디어 구상 및 결과를 정리하여 시각화 작업하고 발표로 활동을 마무리한다.

Co 과학시간에 배운 전력 수송에 대해 이야기 나누며 공감하기를 하고 CD 어떻게 하면 우리에게 안 전하고 효율적인 전기 활용을 위해 도시를 설계할 수 있을지 생각하게 한다. 온라인 상으로 스마트기 기를 활용한 디자인 표현 능력을 키우기 위해 스마트기기 활용법을 안내한다. 과학수업 요소들을 필 수로 적을 수 있도록 하고 모둠별로 아이디어 회의를 통해 주제를 시각화하여 스케치를 개인별로 할 수 있도록 한다. 아이디어스케치 중 효과적으로 표현 될 수 있는 것들을 취합하여 공동 아이디어스케 치를 구체적으로 그린다. 학생들이 제작 시 사용할 컴퓨터 디자인 프로그램(미리캔버스, 캔바) 사용법 을 안내한다. 컴퓨터실에서 줌으로 접속 할 수 있도록 안내하고 학생들을 조별로 소회의실에 분배하 여 소회의장이 프로그램을 가동하여 화면을 공유하고 조원의 의견을 모아 미래도시 디자인 제작한다.

ET 완성된 결과물을 발표하며 알게된 점과 수정 보완할 것에 대해 피드백 활동을 하며 마무리한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

조별 회의를 통해 아이디어를 취합하고 이를 시각화 할 수 있도록 안내함

창의적 설계

조별활동을 통한 배움과 배려를 경험하며 디자인 활동으로 시각적 감수성을 체험

감 성 적 체 험 줌으로 소회의실을 운영하고

학생들은 제시된 컴퓨터 디자인 프로그램을 이용하여 협업을 통한 디자인 제작 활동을 함.

감성적 체험

(28)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 5 분)

Co 과학시간에 배운 전력 수송에 대해 이야기 나누며 공감하기를 하고 전체 활동 및 모둠 구성 안내

Co 시각자료를 이용하여 제작내용을 안내한다.

시각자료

Tip!

전개 ( 75 분)

CD 모둠별로 아이디어 회의를 통해 아이디어 스케치를 할 수 있도록 지도한다.

학생들은 회의를 통해 20 분간 아이디어 스케치를 마무리한다.

Co 컴퓨터 디자인 프로그램(미리캔버스, 캔바) 사용법을 10 분 안내하여 학생들이 수월하게 디자인 작업에 참여할 수 있도록 한다.

CD 줌으로 접속한 학생들을 조별로 소회의실에 분배하여 소회의장이 컴퓨터 프로그램을 가동하여 공유하고 조원의 의견을 모아 미래도시 디자인 제작하는

활동을 45 분간 진행하도록 안내한다. 유 의 미 한

내용이 디 자인 작업 에 반영될 수 있도록 지도한다.

정리 ( 20 분)

ET 완성된 결과물을 발표(20 분)하며 다른 모둠의 작품도 감상하고 활동을 마무리한다.

(29)

[5~6차시/8차시] 학생활동지 / 학생참고자료

차시 5~/8

미래도시 디자인 제작

- 화면 구성 아이디어 스케치 및 활동 내용

미래도시

디자인에 포함할 필수내용

화면 구성 아이디어

스케치

제작 1차시

활동

제작 과정 (실제 활동한 것)

도움 준 내용

도움 받은 내용

제작 2차시

활동

제작 과정 (실제 활동한 것)

도움 준 내용

도움 받은 내용

(30)

[5~6차시/8차시] 교사자료

차시 5~6/8

1. 도입부분 구글에서 ‘스마트그리드 미래도시’를 검색하고 다양한 이미지를 제시하여 참고 할 수 있도록 함.

2. 활동지 활용법

미래도시 디자인 제작

- 화면 구성 아이디어 스케치 및 활동 내용 미래도시

디자인에 포함할 필수내용

-> 통합 과학 시간에 배운 필수 요소들을 적을 수 있도록 안내한다.

화면 구성 아이디어 스케치

1. 개별로 아이디어 스케치 실시

2. 구성된 모둠학생들과 서로의 아이디어 스케치를 공유하고 유의미한 것들을 취합하여 조원 중 1명이 아이디어스케치를 그릴 수 있도록 한다. ( 연필로 전체적인 아웃라인을 표현할 수 있도록 정교하게 하 지 않아도 됨.)

제작 1차시 활동

제작 과정

(실제 활동한 것) -> 개별학생이 수업시간에 실제로 참여한 내용을 적을 수 있도록 안내 도움 준 내용

도움 받은 내용

제작 2차시 활동

제작 과정

(실제 활동한 것) -> 개별학생이 수업시간에 실제로 참여한 내용을 적을 수 있도록 안내 도움 준 내용

도움 받은 내용 2. 제작 시 활용할 컴퓨터 사이트

크롬에서 캔바, 미리캔버스를 검색하여 실시 또는 https://www.canva.com/ko_kr/create/ (캔바)

https://www.miricanvas.com/ (미리캔버스) 사이트 접속하여 이용 둘 다 무료디자인 제작 사이트로 플랫폼이 유사함

기존에 있는 툴을 사용하여 변형, 수정하여 제작할 수 있으며 교사가 유투브에서 사용법을 미리 배 우고 안내하거나 사이트에 들어가서 실행하면 쉽게 사용 가능함.

(31)

[7~8차시/8차시]

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교 1 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] (9) 발전과 신재생 에너지 중심과목 성취기준

[10통과09-04] 핵발전, 태양광 발전, 풍력 발전 의 장단점과 개선 방안을 기후 변화로 인한 지 구 환경 문제 해결의 관점에서 평가할 수 있다 [10통과09-05]인류 문명의 지속 가능한 발전을 위한 신재생 에너지 기술 개발의 필요성과 파력 발전, 조력 발전, 연료 전지 등을 정성적으로 이 해하고, 에너지 문제를 해결하기 위한 현대 과 학의 노력과 산물을 예시할 수 있다.

주제(단원)명 에너지 문제 해결사를 찾아

메이커 운동! 차시 7~8/8

학습목표

- 발전, 태양광 발전, 풍력 발전, 조력 발전, 파력 발전, 연료 전지의 원리를 이해하고, 환경 문제와 관련지어 각각의 장단점을 설명할 수 있다.

- 주변을 활용한 에너지 발전을 이해하고 발전기 제품을 제작할 수 있다.

연계과목 기술·가정 연계과목

성취기준 영역 (기술·가정)[고등학교 1학년] (5)

STEAM 요소

S 발전과 신재생 에너지 원리 T 에너지 문제 해결 기술 탐구 E 공학적 설계

개발 의도

교육과정(성취기준 근거)을 재구성하여 역사 속에 나타난 에너지 활용을 찾아 그 원리를 탐구하고 에너지 문제 해결을 위한 우리 마을에 설치하여 공동으로 사용할 수 있는 신재 생 에너지 발전소를 설계한다.

Co 역사 속의 에너지는 어떤 것이 있을까? 자연의 에너지를 사용한 역사속의 에너지를 탐구하고 현재의 발전 방식과 비교해본다. CD 우리 마을에 자연을 이용한 에너지 발전소를 만든다면 어떻게 설계해야할까? 메이커스페이스 활용 발전기 작품을 창의적 아이디어로 만들어본다. ET 내가 설계한 신재생 에너지는 자연을 그래도 활용한 것일까? 또다른 환경 피해는 없을까? 함께 해결책 모색하기

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

이순신 장군이 빠른 물살을 이용해 왜선을 대파한 명량 대첩의 무 대는 어느 곳일까? 그 에너지는 어떤 에너지 일까? 자연의 에너지를 사용한 역사속의 에너 지를 탐구하고 현재의 발전 방식과 비교해본 다.

창의적 설계

내가 설계한 신재생 에너지는 자연을 그래 도 활용한 것일까? 또 다른 환경 피해는 없을 까? 함께 해결책 모색 하기

감 성 적 체 험 멀리서 에너지 수송의 불편함을

해결하기 위해 효율적인 마을 공 동체 에너지를 설계해보자. 우리 마을에 자연을 이용한 에너지 발 전소를 만든다면 어떻게 설계해 야할까? 창의적 아이디어 활동을 진행한다.

감성적 체험

(32)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 10 분)

Ÿ Co 지난 차시에 배운 전력 손실과 전력 손실을 줄이는 방법에 대해 복습 발표 를 진행한다.

Ÿ Co 안전하고 효율적으로 전력을 수송하기 위한 다양한 장치와 방법에 대해 자 유롭게 의견을 나눈다. 발표 내용을 토대로 학습지를 정리한다.

Ÿ Co 모둠별로 최신 기술을 바탕으로 한 송전 방식에 대해 조사하고, 각 방식의 장단점에 대해 분석적으로 접근해볼 것을 안내한다. 또한, 이를 토대로 단점을 보완한 창의적인 전력 수송 방식을 구상해볼 것을 안내한다.

전개 ( 30 분)

Ÿ Co 모둠별로 1)초전도 케이블, 2)초고압 직류 송전에 대해 조사하고 토의한다.

토의할 때, 각 방식의 장단점을 제시하고 안정성과 효율성 측면에서 분석할 수 있도록 지도한다.

Ÿ CD 전력 수송 방식에 대해 충분한 토의가 진행된 후, 새로운 송전 방법을 구상 할 수 있도록 지도한다.

Ÿ CD 설계 내용을 설계도나 표와 같이 구조화된 자료로 표현할 수 있도록 지도한다.

Ÿ 설계도 표현이 어려운 조는 유의미한 자료를 참고하여 설계도를 완성시킬 수 있 도록 한다.

Ÿ CD 메이커 스페이스를 찾아 내가 만드는 발전기를 제작한다. 주변의 폐자원을 이 용하여 발전기를 제작해본다.

Ÿ 설계도 표현이 어려운 조는 유의미한 자료를 참고하여 설계도를 완성시킬 수 있 도록 한다.

Ÿ ET 개발 모델을 안정성과 효율성 측면에서 분석한 후 합리적인 기대효과에 대 해 종합적인 결론을 낼 수 있도록 지도한다.

학 생 들 이 지 적 으 로 유 의 미 한 자료를 검 색 하 도 록 안내한다.

설계내용이 효과적으로 드러날 수 있도록 지 도한다.

정리 (10 분)

Ÿ Co ET 각 조별로 구상한 송전 방식을 공유하고, 기대효과에 대해 발표한다 Ÿ 서로 자유롭게 피드백할 수 있도록 지도한다.

(33)

[7~8차시/8차시] 학생 활동 자료

차시 7/8

[1] 역사 속에서 나타난 에너지 활용

다음은 모두 자연의 에너지이며 재생 가능하다. 역사 속에서의 다양한 에너지를 이용한 현재의 발전 방 식은 무엇일까?

(가) 진도대교 인근의 울돌목은 정유재란 때 충무공 이순신 장군이 빠른 물살을 이용해 왜선을 대 파한 명량대첩의 무대다. 즉, 조류 에너지를 이용하여 왜군을 물리쳤다. ⇒ 발전

(나) 배는 풍력 에너지를 이용하여 항해하였다. ⇒ 발전 (다) 태양광을 이용하여 물주머니로 불을 피웠다. ⇒ 발전 (라) 지열 에너지는 온천의 형태로 이용되었다. ⇒ 발전 (마) 물의 힘으로 물레방아를 돌려 곡식을 빻았다. ⇒ 발전 (가) 조력 발전, (나) 풍력 발전, (다) 태양광 발전, (라) 지열 발전, (마) 수력 발전

[2] 신재생 에너지 탐구

우리나라에서 신재생 에너지는 기존의 화석 연료를 변환시켜 이용하거나(신에너지), 햇빛·물·지열·강 수·생물 유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지(재생 에너지)로서, 태 양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 연료 전지, 석탄 액화·가스화, 해양, 폐기물, 지열, 수소, 수열 등의 분야를 말한다. 각각의 발전 원리와 장단점을 찾아보자!.

발전 방식

발전 원리

장점

단점

[3] 우리 마을의 에너지 자원 탐구조사!

우리 마을의 에너지 자원 은? 자원이 없다면 마을 공동체에서 에너지를 재 생산 할 수 있는 방법은?

(34)

발전 방식

발전

설계도

마을 공동체에서

함께 할 일은?

장점은?

단점은?

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차시 7~8/8 차시 1. 자가발전장치 탐구

1) 아래의 주사기 같이 생긴 이 기구는 무엇인지 발표해 보세요.

2) 이 기구는 자가발전장치가 있어서 손잡이를 돌리면 전기가 생산됩니다.

기구를 분해하여 내부의 구조와 작동원리를 살펴 보세요.

2. 나만의 자가발전 손전등 제작하기

3) 관찰한 내부 구조와 작동 원리를 바탕으로 ‘나만의 자가발전 손전등’을 설계해 보세요.

4) 3D 프린터를 이용하여 나만의 손전등을 제작하여 친구들에게 소개해 보세요.

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[7~8차시/8차시] 교사 자료

차시 7~8/8

[1] 역사 속에서 나타난 에너지 활용

다음은 모두 자연의 에너지이며 재생 가능하다. 역사 속에서의 다양한 에너지를 이용한 현재의 발전 방 식은 무엇일까?

(가) 진도대교 인근의 울돌목은 정유재란 때 충무공 이순신 장군이 빠른 물살을 이용해 왜선을 대 파한 명량대첩의 무대다. 즉, 조류 에너지를 이용하여 왜군을 물리쳤다. ⇒ 발전

(나) 배는 풍력 에너지를 이용하여 항해하였다. ⇒ 발전 (다) 태양광을 이용하여 물주머니로 불을 피웠다. ⇒ 발전 (라) 지열 에너지는 온천의 형태로 이용되었다. ⇒ 발전 (마) 물의 힘으로 물레방아를 돌려 곡식을 빻았다. ⇒ 발전 (가) 조력 발전, (나) 풍력 발전, (다) 태양광 발전, (라) 지열 발전, (마) 수력 발전

[2] 신재생 에너지

우리나라에서 신재생 에너지는 기존의 화석 연료를 변환시켜 이용하거나(신에너지), 햇빛·물·지열·강 수·생물 유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지(재생 에너지)로서, 태 양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 연료 전지, 석탄 액화·가스화, 해양, 폐기물, 지열, 수소, 수열 등의 분야를 말한다.

(1) 풍력 발전

⑴ 풍력 발전의 원리

풍력 에너지는 바람의 운동 에너지로, 이 에너지를 회전력으로 전환시켜 전기 에너지를 만드는 것을 풍력 발전이라고 한다. 바람이 발전기와 연결된 날개를 돌리면 유도 기전력이 발생하는데, 풍속이 강하 거나 날개의 길이가 길어져 날개를 통과하는 공기의 양이 많을수록 생산량이 커진다.

⑵ 풍력 발전의 장단점

장점 풍력 발전은 설비가 비교적 간단하고 비용이 저렴하며 환경 오염을 일으키지 않는다 현재 재생 가능 에너지 발전 분야에서 가장 빠르게 성장하고 있다

단점 바람의 세기나 방향이 항상 변하기 때문에 정확한 예측이 어렵고 풍력 발전기의 소음이 사람과 야생 동물에게 좋지 않은 영향을 주기도 한다.

(2) 태양광 발전

① 태양 전지: 태양광을 직접 전기 에너지로 전환하여 사용하는 태양광 발전의 핵심 기술이다.

반도체를 이용하여 만들거나 나노 결정 산화물에 염료를 흡착하여 제작하며 고분자 유기 물질을 이 용하여 만들기도 한다.

② 태양 전지의 원리: 반도체 원료인 실리콘계 태양 전지의 발전 원리는 전기적 성질이 다른 n 형 반도체와 p형 반도체를 접합시킨 구조인 p-n 접합의 원리로 설명한다.

③ 태양광 발전: 태양 전지를 이용하여 태양광을 직접 전기 에너지로 바꾸어 사용하는 발전 방식이다. 태양 광 발전시스템은 태양 전지 여러 개를 모아 만든 모듈을 다시 여러 개 조립한 어레이 형태로 설치된다.

④ 태양광 발전의 장단점

장점 관리 인원이 필요 없어 유지 및 보수가 간편하고 환경 오염을 일으키지 않으며 에너지를 무한히 이용할 수 있다 계절과 일조량 및 구름양의 영향을 받으므로 발전 시간이 제한적이고, 태양 전지판에서 반사하는

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(2) 조력 발전

① 조력 발전의 원리: 조력 발전은 기본적으로 바다의 밀물과 썰물의 차이를 이용해 전기를 생산한다.

☞ 시화호 조력 발전소

시화호 조력 발전소는 단류식이며, 밀물 때 바닷물을 시화호 로 유입하며 터빈 을 작동시켜 발전을 하고, 유입된 바닷물 은 썰물 때 수문으로 배수하는 방식으로 에너지를 얻는다.

☞ 조력 발전소의 입지 조건

조차가 큰 강 하구 나 만 에 방조제를 건설하여 발전한다.

• 평균 조차 3 m이상 • 폐쇄된 만의 형태

• 강고한 해저 지반 • 에너지 수요처와 근거리

② 조력 발전의 장단점

(3) 파력 발전

① 파력 발전의 원리: 파도의 상하 및 좌우 운동을 이용하여 전기를 생산한다. 주기적으로 진동하는 파 동의 운동에 의해 공기의 흐름을 만들어 이로부터 에너지를 얻는다.

☞ 파도가 밀려와서 수면 이 높아지면 발전기 안의 공기 가 압축되면서 터빈 을 돌린다.

☞ 파력 발전소의 입지 조건: 조력 발전과는 달리 모든 해역에서 가능하다

•자원량이 풍부한 연안 •육지에서 거리 30 km 미만

•수심 300 m 미만의 해상 •항해, 항만 기능에 방해되지 않을 것

② 파력 발전의 장단점

(4) 수소 연료 전지

① 수소 연료 전지의 원리: 수소가 산화되어 물이 생성되는 반응의 화학 에너지를 전기 에너지로 전환 하는 장치이다.

▶ (-)극: 수소(H2) 기체를 공급한다. 수소는 전자를 잃고 수소 이온(H+)으로 산화된다 .

▶ (+)극: 수소 이온, 전자, 산소가 반응하여 물을 생성한다.

▶ 전류의 흐름: (-)극에서 생성된 전자가 회로를 따라 (+)극으로 이동하면서 전류가 흐른다.

② 수소 연료 전지의 장단점

장점

① 기존의 연료 연소 방식에 비해 에너지 효율이 매우 높다. ② 물만 배출하므로 친환경적이다

③ 전기를 생산할 때 소음이 거의 발생하지 않는다. ④ 노트북과 같은 휴대용 전자 제품, 자동차 발전 장치 등 넓은 영역에 이용된다.

단점 수소는 폭발 위험이 크기 때문에 생산 및 운송, 저장에 고도의 기술이 필요하다. 따라서 수소의 산 및 운송, 저장에 비용이 많이 든다

장점 자원 고갈의 염려가 없고, 이산화탄소를 배출하지 않는다.

단점 설치 장소가 제한적이다. 초기 건설비용이 많이 들고, 건설 과정에서 갯벌을 파괴시켜 해양 생태계에 지 않은 영향을 줄 수 있다

장점 바다 어디서나 파도가 치므로 파력 에너지의 부존량이 매우 크고, 입지 조건의 제한 이 거의 없다. 자원 고갈의 염려가 없고, 이산화 탄소를 배출하지 않는다.

단점 초기 건설 비용이 많이 든다. 기후 및 조류 조건에 따라 파도가 약해지면 발전량이 적다

참조

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