오 토 마 타

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생물과 함께 하는 오토마타고등학교 고등학교

교사 지도 자료 오토마타로 감성지능 업(UP)고 가기-SEL

생물과 함께 하는

오토마타

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생물과 함께 하는

오토마타

교사 지도 자료 성과물 관리 번호 DD18120009

-“이 보고서는 2018년도 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)”

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차례

▪ 고등학교 수업대체용 프로그램 안내 3

▪ 생물과 함께 하는 오토마타 8

주제 개요 8

STEAM 프로그램 목표 9 STEAM 관련 교과목 10

융합인재교육(STEAM) 학습 준거 12 STEAM 프로그램 구성 계획 13

평가 계획 14

학교생활기록부 기재 예시 16

▪ 1차시: 생태계 상호작용과 나 19

1차시 교수․학습 과정안 20

참고 자료 23

1차시 학생용 활동지 27

▪ 2차시: 생물과 오토마타 35

2차시 교수․학습 과정안 36 2차시 학생용 활동지 38

참고 자료 43

▪ 3차시: 우리 학교 생태계 그리고 SEL 49

참고 자료 56

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차례

▪ 고등학교 수업대체용 프로그램 안내 3

▪ 생물과 함께 하는 오토마타 8

주제 개요 8

STEAM 프로그램 목표 9 STEAM 관련 교과목 10

융합인재교육(STEAM) 학습 준거 12 STEAM 프로그램 구성 계획 13

평가 계획 14

학교생활기록부 기재 예시 16

▪ 1차시: 생태계 상호작용과 나 19

1차시 교수․학습 과정안 20

참고 자료 23

1차시 학생용 활동지 27

▪ 2차시: 생물과 오토마타 35

참고 자료 43

▪ 3차시: 우리 학교 생태계 그리고 SEL 49

참고 자료 56

고등학교용 STEAM

고등학교 수업 대체용 프로그램 안내

프로그램 특징

제안하는 본 프로그램은 오토마타를 활용한 창의적 융합 교육으로 학생들에게 기술과 공학 그리고 예술의 융 합적 상상력을 불어넣을 수 있는 새로운 교육 과정입니다. 이를 통해 자기/타인 관찰능력, 인지능력, 감정조절 능 력, 공감능력, 감정이입능력, 소통능력을 향상시키는 사회정서학습 SEL(Social and Emotional Learning) 프로 그램의 연구 개발을 목표로 합니다.

STEAM은 ‘과학기술에 대한 학생의 흥미와 이해를 높이고 과학기술의 융합적 사고력(STEAM Literacy)과 실생활 문제 해결력을 배양하는 교육’이다. 특히, 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 예술 (Art), 수학(Mathematics) 원리를 기반으로 실생활에서 일어나는 문제를 학생 스스로 흥미를 갖고 해결할 수 있는 방법을 찾는 교육에 중점을 두고 있다. 본 교재는 이러한 STEAM 교육의 목적과 부합하도록 오토마타의 기계적 움직임과 예술적 표현의 폭넓은 이해를 바탕으로 수행되며, 이를 통해 학생 스스로가 공학의 원리를 체득 하게 합니다.

이를 위해 본 프로그램에서는 생태계의 여러 요소들의 연결성을 피상적으로 이해하는 것이 아니라 그러한 상 호 관계들이 우리들이 생활하는 공간 안에도 존재하는 것으로 보다 가깝게 느낄 수 있도록 합니다. 먼저 공통적 인 특성을 찾아 하나의 관념에서 다른 관념을 연상하는 과정을 시와 그림, 노래를 통해서 학습합니다. 그 다음 생 태계의 상호 작용을 비주얼씽킹(더블버블맵)을 통해 표현하여 각 요소들이 어떤 영향을 주고받는지 구체적으로 이미지로 구조화 합니다. 학교의 공동체 안에서 자신을 중심으로 다른 구성원과의 관계를 비주얼씽킹(써클맵)을 통해 표현하여 먼저 그린 생태계 모습에서 자신과 공통적인 특성을 지닌 요소를 연상하여 찾도록 합니다. 또한 공동체에서 자신의 모습을 스스로 돌아보고 친구들이 보는 모습은 어떤지 비교하는 시간을 갖도록 합니다.

제안된 교육과정을 통해 학생들의 감성을 자극하고 새로운 생각을 유도하여 올바른 인성과 따뜻한 인간적 감성 그리고 타인과의 풍부한 교감 능력을 가진 인재로 성장하도록 유도합니다.

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오토마타 업(UP)고 가기 - 생물과 함께 하는 오토마타 -

프로그램 사용 방법

본 프로그램은 교사용과 학생용으로 나뉘어져 있습니다.

교사용은 학교 현장에서 선생님들께서 손쉽게 사용하실 수 있도록 최대한 자세하고 쉽게 안내하였습니다.

각 주제별로 앞쪽에 학교급별로 연계된 과목별 교육과정과 ‘차시별 활동 흐름’을 한눈에 알아보기 쉽도록 표로 제시하였습니다. 그리고 각 차시별로 교수․ 학습 과정안을 제시하여 수업 전체의 내용을 이해할 수 있도록 하 였습니다. 또한 과정안이나 수업 활동 내용에 tip 을 제시하여 수업 적용 시 주의할 점 등을 상세히 안내하 였습니다.

학생용은 고등학생들을 대상으로 하고 수업 대체용 교수․ 학습 자료라는 점을 고려하여 작성하였습니다.

학교의 사정에 따라 프로그램을 전체 또는 차시(부분) 등을 선택하여 활용할 수 있습니다.

본 프로그램은 다음과 같이 다양한 학습 모형을 활용하여 수업 효과를 극대화하였습니다.

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프로그램 사용 방법

본 프로그램은 교사용과 학생용으로 나뉘어져 있습니다.

교사용은 학교 현장에서 선생님들께서 손쉽게 사용하실 수 있도록 최대한 자세하고 쉽게 안내하였습니다.

각 주제별로 앞쪽에 학교급별로 연계된 과목별 교육과정과 ‘차시별 활동 흐름’을 한눈에 알아보기 쉽도록 표로 제시하였습니다. 그리고 각 차시별로 교수․ 학습 과정안을 제시하여 수업 전체의 내용을 이해할 수 있도록 하 였습니다. 또한 과정안이나 수업 활동 내용에 tip 을 제시하여 수업 적용 시 주의할 점 등을 상세히 안내하 였습니다.

학생용은 고등학생들을 대상으로 하고 수업 대체용 교수․ 학습 자료라는 점을 고려하여 작성하였습니다.

학교의 사정에 따라 프로그램을 전체 또는 차시(부분) 등을 선택하여 활용할 수 있습니다.

본 프로그램은 다음과 같이 다양한 학습 모형을 활용하여 수업 효과를 극대화하였습니다.

1 소통과 배려의 협력중심 학습

다른 학생들과의 긍정적 상호작용을 통해서 서로 아이디어를 공유하고 공동의 목표를 향해서 수행하는 등 학생들 간의 소통과 배려를 중시하는 교수․ 학습 방법으로 창의적 문제해결능력과 소통 능력이 향상될 수 있다. 스토리텔링 수업, 하브루타 수업, 과제 분담소집단 협동학습, 찬반논쟁 토의․ 토론 등이 해당된다.

◎ 스토리텔링(storytelling) 수업의 특징과 절차

스토리텔링은 ‘이야기를 들려주는 활동, 이야기가 담화로 변화하는 과정’이라는 의미를 지니는데 학생들에게 학습할 언어 및 문화 자료를 이야기를 통해 제시하는 수업방식으로 이야기를 들려주는 것뿐만 아니라 이야기를 보다 효과적으로 전달하고 학생들이 쉽게 이해할 수 있도록 돕는 제반 활동을 포함한다.

◎ 하브루타 수업의 특징과 절차

하브루타는 보통 2명이 짝을 지어 함께 교육하는 것을 의미하는데 토론을 함께하는 짝이나 친구, 파트너 자체 를 일컫는 말에서 짝을 지어 질문하고 토론하는 교육 방법을 일컫는 말로 확대되었다. 질문 중심의 하브루타는 학생들이 본문을 읽고 질문을 만들어서 먼저 짝과 일대일 토론을 한 후 가정 좋은 질문을 뽑고, 뽑은 질문으로 모둠끼리 토론을 하고, 그 모둠에서 가정 좋은 질문을 뽑는다. 모둠에서 가장 좋은 질문을 하나 뽑아서 그 질문을 가지고 집중 토론을 한 다음에 그 내용을 정리, 발표하고 교사가 정리해 주는 수업이다. 그러나 하브루타 수업을 실제로 수행할 때는 내용의 특성에 따라 부분적으로 변형하여 사용하기도 한다.

2 학생이 체험하는 활동 중심 수업

학생들이 능동적으로 활동을 체험함으로써 즐거움을 느끼고 성취감을 얻을 수 있는 수업으로 실험․ 실습, 역할 놀이 수업, 프로젝트 학습, 견학 수업 등이 해당된다.

◎ 역할놀이 수업의 특징과 절차

학습자의 학습 참여도를 높이기 위해 설계된 교수․ 학습 방법으로 학생들은 특수한 기능, 특수한 직위, 인문의 역할을 실제로 시연하면서 타인의 역할을 경험하게 되고 이를 통해 자신과 타인의 역할과 입장을 이해하는데 도움을 주는 학습 방법이다.

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3 다양한 내용과 방법을 결합한 융 ․ 복합형 수업

융․ 복합적 사고력 신장을 위하여 학습 내용, 학습 매체, 학습 방법 등을 다양한 방식으로 융합하고자 시도하는 교수․ 학습 방법을 의미하며, On-line, Off-line, 인터넷 등 다양한 매체를 활용하는 플립 러닝, 다양한 학습 내 용을 융합하는 스팀 수업, 다양한 교수․ 학습방법을 결합하는 수업 등이 해당된다.

◎ 플립러닝(Flipped Learning)

플립러닝은 기존의 교육 방식을 뒤집어 집에서 교사가 제작한 강의를 듣고 학교에서는 교사 및 학생들과 토론 하면서 퀴즈, 프로젝트 활동 등을 통해 과제를 해결하는 교육 방식이다. 수업 전 활동에서는 교사가 학습자의 수 준을 고려하여 미리 학습할 수업 내용을 다양한 그림이나 동영상 등의 형식으로 제공한다. 학습자는 교사가 제공 한 강의에 대해 선수 학습을 한다. 본 수업에서는 학습자의 학습 주제에 대한 이해를 돕고 학습자 중심의 수업이 진행될 수 있도록 다양한 교수법을 적용한다.

◎ 스팀(STEAM) 수업의 특징과 절차

실생활과 관련 깊은 상황을 중심으로 학습자가 몰입하게 하여 기존에 배운 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 등의 이론과 내용에 대한 통합적 이해를 바탕으로 프로젝트를 계획하고 조사와 탐구활동을 통해 흥미롭고 자기주도적 인 학습 과정을 진행하여 활동하는 창의적 설계 중심의 학습이다.

◎ 다양한 교수․ 학습 방법을 결합하는 수업

수업의 효과를 극대화하기 위하여 다양한 교수․ 학습 방법을 학습목표와 내용을 고려하여 적절하게 결합 하는 방법으로 예를 들면 실천적 문제중심학습과 하브루타 수업의 결합, 역할놀이와 협동학습의 결합, 문제 기반학습과 실험․ 실습 학습의 결합 등이 이에 속한다.

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3 다양한 내용과 방법을 결합한 융 ․ 복합형 수업

융․ 복합적 사고력 신장을 위하여 학습 내용, 학습 매체, 학습 방법 등을 다양한 방식으로 융합하고자 시도하는 교수․ 학습 방법을 의미하며, On-line, Off-line, 인터넷 등 다양한 매체를 활용하는 플립 러닝, 다양한 학습 내 용을 융합하는 스팀 수업, 다양한 교수․ 학습방법을 결합하는 수업 등이 해당된다.

◎ 플립러닝(Flipped Learning)

플립러닝은 기존의 교육 방식을 뒤집어 집에서 교사가 제작한 강의를 듣고 학교에서는 교사 및 학생들과 토론 하면서 퀴즈, 프로젝트 활동 등을 통해 과제를 해결하는 교육 방식이다. 수업 전 활동에서는 교사가 학습자의 수 준을 고려하여 미리 학습할 수업 내용을 다양한 그림이나 동영상 등의 형식으로 제공한다. 학습자는 교사가 제공 한 강의에 대해 선수 학습을 한다. 본 수업에서는 학습자의 학습 주제에 대한 이해를 돕고 학습자 중심의 수업이 진행될 수 있도록 다양한 교수법을 적용한다.

◎ 스팀(STEAM) 수업의 특징과 절차

실생활과 관련 깊은 상황을 중심으로 학습자가 몰입하게 하여 기존에 배운 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 등의 이론과 내용에 대한 통합적 이해를 바탕으로 프로젝트를 계획하고 조사와 탐구활동을 통해 흥미롭고 자기주도적 인 학습 과정을 진행하여 활동하는 창의적 설계 중심의 학습이다.

◎ 다양한 교수․ 학습 방법을 결합하는 수업

수업의 효과를 극대화하기 위하여 다양한 교수․ 학습 방법을 학습목표와 내용을 고려하여 적절하게 결합 하는 방법으로 예를 들면 실천적 문제중심학습과 하브루타 수업의 결합, 역할놀이와 협동학습의 결합, 문제 기반학습과 실험․ 실습 학습의 결합 등이 이에 속한다.

4 자기주도적 탐구 중심 학습

학생들이 자기주도적으로 탐구하는 방법을 배우도록 초점을 두는 학습 방법으로 학생들이 학습하는 탐구 과정을 통해 학습의 최종 결과를 스스로 발견하도록 한다. 문제 해결 학습, 문제 기반 학습 등이 여기에 해당된다.

◎ 문제 해결 학습의 특징과 절차

Dewey의 진보주의 교육철학을 구체화한 방법으로 학습자가 일상생활에서 부딪치는 문제를 스스로 해결해 가는 과정을 생활로 정의하고 이를 해결해 나가는 능력을 기르는 것을 목표로 한다. 학습자의 사고 과정을 중 시하고 문제를 해결할 수 있는 능력을 통합적으로 기르는 방법으로서 문제 상황이 제시되면 원인을 파악한 후 이에 대한 해결책을 학생 스스로 찾아가도록 하는 방법이다.

◎ 문제 기반 학습의 특징과 절차

복합적이고 실제적이며 유의미한 문제를 풀기 위해 학생이 스스로 다양한 해결 방법을 찾는 과정을 통해 구 체적인 교과 내용 지식과 문제 해결 능력을 학습하도록 수업 상황을 구조화한 교육적 접근이다. 학생들이 소그 룹 학습에 능동적으로 참여하여 협력적이며 자기주도적으로 해결책을 탐색, 실현 및 평가하는 활동 과정 중심 의 수업 방법이다.

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생물과 함께하는 오토마타

주제 개요

인간은 오래전부터 인간이 가지고 있는 능력의 한계가 어디까지이며 개인의 능력에는 어떤 차이가 있고 또 어떻게 하 면 개인이 가지고 있는 능력을 최대한으로 발휘할 수 있을까에 대해 탐색해 왔습니다. 최근에 이르러 감성이 이성적인 결정이나 문제 해결 시 주요한 역할을 수행한다는 것이 밝혀짐으로써 이를 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있 습니다. 본 프로그램은 감성지능 중심 교육인 사회정서학습 SEL(Social and Emotional Learning)을 목표로 오토마타 의 설계 및 제작 과정을 통해 자기/타인 관찰능력, 메타인지능력, 감정조절 능력, 공감능력, 감정이입능력, 소통능력을 향 상시키도록 합니다.

고등학교 프로그램인 ‘생물과 함께하는 오토마타’는 창의적 설계를 통해 오토마타의 기계적인 운동을 통해 연상하는 학습 과정이 진행됩니다. 주어진 오토마타를 직접 활용하면서 기계의 원리를 조별로 토의하여 객관적으로 서술하고 기계 적인 움직임으로부터 자신의 감성을 이끌어내는 경험을 하도록 합니다. 학생들 간에 이루어지는 동적인 활동을 통해 정 리되는 이야기를 다른 학생에게 발표하는 과정을 제시함으로써 공감을 이끌어 내고 긍정적인 피드백을 받을 수 있게 됩 니다. 이와 같은 과정을 통해 안정적인 생태계를 만들기 위한 방법에 대해 흥미롭게 토의하고 서로 다른 종의 생물끼리 상호작용을 통해 이해하게 되며, 이를 기반으로 학교, 학생, 교사 등 우리가 속해 있는 공동체의 모습을 연상하여 자신의 모습을 생태계 내의 생물로 빗대거나 학교 공동체 안에서의 자신의 모습을 시나리오로 설계하는 등 나와 가까운 이야기 로 연관하여 나의 생각 스토리 보드를 제작하도록 함으로써 서로 간의 생각과 느낌을 공유하고 공감을 표현하는 사회 정 서 학습을 진행합니다.

기존의 사회 정서 학습 프로그램은 이론 위주의 획일적이면서 고전적 교육 방식이 주를 이루고 있습니다. 그리고 접근 하기 어려운 분야로 인식되어 타 과목과의 연계성이 부족한 실정입니다. 따라서 본 프로그램에서는 오토마타의 융합적 지식을 기반으로 스스로 생각하고 몸으로 익히는 교육을 추구합니다. 미래 사회에서 주어진 문제에 대해 함께 생각하고 공감하며 창의적으로 해결해나가는 데 중점을 두고 있습니다.

본 프로그램에서는 오토마타 기반 감성 중심 교육 활용을 통해 사회적이고 충분한 공감 능력을 갖춘 미래지향적 창의 인재 양성에 기여할 것입니다. 이와 같은 오토마타의 융합 과학 이론에 대한 교육을 타 분야로 확장하고 자연스럽게 접 근할 수 있는 방법을 제안함으로써 사회 정서 학습에 기여할 수 있기를 기대합니다.

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생물과 함께하는 오토마타

주제 개요

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생물과 함께하는 오토마타

주제 개요

차시

구분 내용 목표 과정 목표

1차시

∙다양한 생태계 속의 상호작용을 표현할 수 있다.

∙생태계의 구성원들이 각각의 역할을 가지고 기여하고 있음을 이해할 수 있다.

∙공동체의 개념을 생태계로 확장할 수 있다.

∙자신이 다양한 공동체에 속하여 살아가고 있음을 인식 할 수 있다.

∙생태계의 생물들처럼 자신이 공동체에 일부로 살아가고 있음을 인식할 수 있다.

2차시

∙오토마타의 개념과 원리를 이해하고 활용할 수 있다.

∙생물 간의 상호작용과 생태계 내에서의 역할을 이해할 수 있다.

∙오토마타의 움직임을 정의적으로 이해하고 생물의 특징 과 연결할 수 있다.

∙생물의 특징을 오토마타를 활용하여 표현할 수 있다.

∙모둠원과 하나의 목표로 협업하여 소통 능력을 기를 수 있다.

∙모둠별로 서로의 생각과 느낌을 공유하고 공감을 표현 할 수 있다.

3차시

∙안정적인 생태계에 대해 토의하여 생물 다양성의 중요 성을 인식할 수 있다.

∙생물 다양성 유지를 위한 실천 방안에 대해 토의하고 공동의 노력이 필요함을 이해할 수 있다.

∙안정적인 생태계의 모습에 대해 자신의 생각을 말할 수 있다.

∙학교 공동체 안에서의 자신의 모습을 생태계 내의 생물 에 빗대어 표현할 수 있다.

∙학교 공동체 안에서 자신의 모습을 시나리오로 설계할 수 있다.

∙학교 공동체 구성원으로서의 자신의 모습을 인식할 수 있다.

STEAM 프로그램 목표

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과목 주요 학습 내용

과학

∙마찰력에 의해 움직이는 오토마타의 메커니즘 탐구하기

∙오토마타의 메커니즘 박스 내 기계요소들의 운동 원리 탐색하기

∙생물 다양성 보전의 필요성을 이해하여 생활 속 실천 방안에 대해 생각하기

∙오토마타의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학적 시스템을 설명하기

∙환경 변화에 적응하며 오늘날의 생물 다양성이 형성되었음을 추론하기

∙생물 다양성을 유전적 다양성, 종 다양성, 생태계 다양성으로 이해하고, 생물 다양성 보전 방안을 토의하기

∙인간을 포함한 생태계의 구성 요소와 더불어 생물과 환경의 상호 관계를 이해하고, 인류의 생존을 위해 생태계를 보전할 필요성이 있음을 추론하기

∙먹이 관계와 생태 피라미드를 중심으로 생태계 평형이 유지되는 과정을 이해하고, 환경 변화가 생 태계에 영향을 미치는 다양한 사례를 조사하고 토의하기

∙오토마타의 움직임을 통해 실생활에 적용되는 과학 원리를 설명하기

∙과학 원리를 활용한 놀이 체험을 통해 과학의 즐거움을 느끼기

∙흥미와 호기심을 갖고 과학 탐구에 참여하고, 분야 간 협동 연구 등을 통해 협력적 탐구 활동을 수 행하며, 도출한 결과를 증거에 근거하여 해석하고 평가하기

∙과학의 핵심 개념을 적용하여 실생활 문제를 해결하거나, 탐구에 필요한 도구를 창의적으로 설계 하고 제작하기

∙여러 가지 물체의 운동 사례를 찾아 속력의 변화와 운동 방향의 변화에 따라 분류하기

∙무게중심에 대한 물체의 평형 조건을 정량적으로 계산하여 간단한 구조물의 안정성을 설명하기

∙생태계, 군집, 개체군 관계를 이해하고, 예를 들어 설명하기

∙개체군과 군집의 특성을 이해하고, 개체군과 군집 내의 상호 작용을 설명하기

∙생물 다양성의 의미와 중요성을 이해하고 생물 다양성 보전 방안을 토의하기

& 기술 가정

∙캠, 크랭크, 기어, 벨트와 벨트풀리 등 기계요소 이해하기

∙캠, 크랭크, 기어, 벨트와 벨트풀리의 작동 원리를 활용하여 문제 해결하기

윤리

∙생명의 존엄성에 대한 여러 윤리적 관점을 비교･분석하고 자신의 관점을 윤리 이론을 통해 정당화 하기

∙오늘날 환경 문제의 사례와 심각성을 조사하고, 이에 대한 해결 방안을 윤리적 관점에서 제시하기

사회 및 지리

∙인간, 사회, 환경의 탐구에 통합적 관점이 요청되는 이유 파악하기

∙자연환경이 인간의 생활에 미치는 영향에 관한 과거와 현재의 사례를 조사하여 분석하기

∙자연에 대한 인간의 다양한 관점을 사례를 통해 설명하고, 인간과 자연의 바람직한 관계에 대해 제 안하기

∙환경 문제 해결을 위한 정부, 시민사회, 기업 등의 다양한 노력을 조사하고, 개인적 차원의 실천 방 안을 모색하기

∙지구적 차원에서 사용 가능한 자원의 분포와 소비 실태를 파악하고, 지속가능한 발전을 위한 개인 적 노력과 제도적 방안을 탐구하기

∙인간과 자연환경 간의 지속가능한 관계에 대해 토론하기

STEAM 관련 교과목

자신이 속한 공동체를 학교와 세계를 넘어 자연으로 확장하여 사고할 수 있도록 함으로써 2015 개정 교육과정의 핵심 역량 중 공동체 역량을 길러 공동체의 구성원에게 요구되는 가치와 태도를 생각하게 하고 발전과 회복에 적극적으로 참 여하는 마음을 갖도록 하는 데 목적이 있습니다. 본 프로그램은 과학 과목을 중심으로 프로그램을 구성하고 있으나, 각 과목에서 해당 영역만 부분으로 구성하셔도 좋습니다. 이에 S.T.E.A.M 요소에 따라 관련 과목을 모두 제시하였으니 참 고해 주시기 바랍니다.

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생물과 함께하는 오토마타

주제 개요

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과학

∙마찰력에 의해 움직이는 오토마타의 메커니즘 탐구하기

∙오토마타의 메커니즘 박스 내 기계요소들의 운동 원리 탐색하기

∙생물 다양성 보전의 필요성을 이해하여 생활 속 실천 방안에 대해 생각하기

∙오토마타의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학적 시스템을 설명하기

∙환경 변화에 적응하며 오늘날의 생물 다양성이 형성되었음을 추론하기

∙생물 다양성을 유전적 다양성, 종 다양성, 생태계 다양성으로 이해하고, 생물 다양성 보전 방안을 토의하기

∙인간을 포함한 생태계의 구성 요소와 더불어 생물과 환경의 상호 관계를 이해하고, 인류의 생존을 위해 생태계를 보전할 필요성이 있음을 추론하기

∙먹이 관계와 생태 피라미드를 중심으로 생태계 평형이 유지되는 과정을 이해하고, 환경 변화가 생 태계에 영향을 미치는 다양한 사례를 조사하고 토의하기

∙오토마타의 움직임을 통해 실생활에 적용되는 과학 원리를 설명하기

∙과학 원리를 활용한 놀이 체험을 통해 과학의 즐거움을 느끼기

∙흥미와 호기심을 갖고 과학 탐구에 참여하고, 분야 간 협동 연구 등을 통해 협력적 탐구 활동을 수 행하며, 도출한 결과를 증거에 근거하여 해석하고 평가하기

∙과학의 핵심 개념을 적용하여 실생활 문제를 해결하거나, 탐구에 필요한 도구를 창의적으로 설계 하고 제작하기

∙여러 가지 물체의 운동 사례를 찾아 속력의 변화와 운동 방향의 변화에 따라 분류하기

∙무게중심에 대한 물체의 평형 조건을 정량적으로 계산하여 간단한 구조물의 안정성을 설명하기

∙생태계, 군집, 개체군 관계를 이해하고, 예를 들어 설명하기

∙개체군과 군집의 특성을 이해하고, 개체군과 군집 내의 상호 작용을 설명하기

∙생물 다양성의 의미와 중요성을 이해하고 생물 다양성 보전 방안을 토의하기

& 기술 가정

∙캠, 크랭크, 기어, 벨트와 벨트풀리 등 기계요소 이해하기

∙캠, 크랭크, 기어, 벨트와 벨트풀리의 작동 원리를 활용하여 문제 해결하기

윤리

∙생명의 존엄성에 대한 여러 윤리적 관점을 비교･분석하고 자신의 관점을 윤리 이론을 통해 정당화 하기

∙오늘날 환경 문제의 사례와 심각성을 조사하고, 이에 대한 해결 방안을 윤리적 관점에서 제시하기

사회 및 지리

∙인간, 사회, 환경의 탐구에 통합적 관점이 요청되는 이유 파악하기

∙자연환경이 인간의 생활에 미치는 영향에 관한 과거와 현재의 사례를 조사하여 분석하기

∙자연에 대한 인간의 다양한 관점을 사례를 통해 설명하고, 인간과 자연의 바람직한 관계에 대해 제 안하기

∙환경 문제 해결을 위한 정부, 시민사회, 기업 등의 다양한 노력을 조사하고, 개인적 차원의 실천 방 안을 모색하기

∙지구적 차원에서 사용 가능한 자원의 분포와 소비 실태를 파악하고, 지속가능한 발전을 위한 개인 적 노력과 제도적 방안을 탐구하기

∙인간과 자연환경 간의 지속가능한 관계에 대해 토론하기

STEAM 관련 교과목

자신이 속한 공동체를 학교와 세계를 넘어 자연으로 확장하여 사고할 수 있도록 함으로써 2015 개정 교육과정의 핵심 역량 중 공동체 역량을 길러 공동체의 구성원에게 요구되는 가치와 태도를 생각하게 하고 발전과 회복에 적극적으로 참 여하는 마음을 갖도록 하는 데 목적이 있습니다. 본 프로그램은 과학 과목을 중심으로 프로그램을 구성하고 있으나, 각 과목에서 해당 영역만 부분으로 구성하셔도 좋습니다. 이에 S.T.E.A.M 요소에 따라 관련 과목을 모두 제시하였으니 참 고해 주시기 바랍니다.

∙지구적 환경 문제에 대처하기 위한 국제적 노력이나 생태 발자국, 가뭄 지수 등의 지표들을 조사하 고, 우리가 일상에서 실천할 수 있는 방안들을 제안하기

국어

∙글쓰기는 의미를 구성하여 소통하는 사회적 상호 작용임을 이해하기

∙글이 독자와 사회에 끼치는 영향을 고려하여 책임감 있게 글을 쓰는 태도를 지니기

∙상황 대상 목적을 고려한 상호 작용이 활발하게 전개되는 대화하기

∙상황에 맞는 언어적･준언어적･비언어적 표현 전략을 사용하여 말하기

∙대상에 대한 생각이나 느낌을 바탕으로 하여 정서를 진솔하게 표현하는 글쓰기

∙의사소통 맥락에 적합한 어휘를 사용하기

∙국어의 어법에 맞고 의미가 정확한 문장을 사용하기

∙상대를 배려하는 태도로 언어 예절을 갖추어 대화하기

∙상대의 감정을 공감적으로 수용하며 자신의 감정을 적절하게 표현하기

∙자신이 속한 공동체의 의사소통 문화를 이해하기

∙독서와 글쓰기를 통하여 자기를 성찰하고 교양을 함양하기

∙자신의 생각과 느낌을 창의적이고 아름답게 표현하기

∙공동체의 언어문화 발전에 능동적으로 참여하는 태도를 갖기

∙쓰기 윤리의 중요성을 인식하고 책임감 있는 태도로 글쓰기

미술

∙주제와 표현 의도, 재료와 표현 방법, 매체, 표현 과정, 결과 등을 종합적으로 검토하기

∙주변의 대상과 환경을 관찰하고 특징을 파악하여 표현 주제로 발전하기

∙자신의 내면, 사회적 현상에 대한 느낌과 생각을 표현 주제로 구체화하기

∙아이디어를 스케치, 모델링 등으로 시각화하기

수학 ∙사칙계산, 방정식, 부등식 등의 원리를 이해하고 오토마타 기어 비 계산하기

∙안전과 관련된 다양한 그래프, 히스토그램, 도수분표표 등을 해석하기

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융합인재교육(STEAM) 학습 준거

1. 상황 제시

본 프로그램에서는 생태계의 여러 요소들의 연결성을 피상적으로 이해하는 것이 아니라 그러한 상호 관계들이 우리들 이 생활하는 공간 안에도 존재하는 것으로 보다 가깝게 느낄 수 있도록 한다. 먼저 공통적인 특성을 찾아 하나의 관념에 서 다른 관념을 연상하는 과정을 시와 그림, 노래를 통해서 학습한다. 그런 다음 생태계의 상호 작용을 비주얼씽킹(더블 버블맵)을 통해 표현하여 각 요소들이 어떤 영향을 주고받는지 구체적으로 이미지로 구조화시킨다. 또한 학교의 공동체 안에서 자신을 중심으로 다른 구성원과의 관계를 비주얼씽킹(써클맵)을 통해 표현하여 먼저 그린 생태계 모습에서 자신 과 공통적인 특성을 지닌 요소를 연상하여 찾도록 한다. 또한 공동체에서 자신의 모습을 스스로 돌아보고 친구들이 보는 모습은 어떤지 비교하는 시간을 갖는다.

2. 창의적 설계

창의적 설계에서는 오토마타의 기계적인 운동을 통해 연상하는 학습 과정이 우선 진행된다. 학생들은 오토마타에 대한 기본적인 지식을 플립-러닝을 통해 이해한 상태에서 주어진 다양한 오토마타 모듈을 직접 조별로 구성하면서 기계적인 구조에 따라 나타나는 독특한 움직임의 차이를 분석한다. 캠과 크랭크는 직접 분해․ 조립하면서 기계의 원리를 조별로 토 의하고 객관적으로 서술한다. 또한 그 움직임을 통해 연상되는 느낌을 구체적으로 작성하고 서로의 생각을 나누도록 한 다. 각 조에서는 크랭크와 캠을 제외한 다른 오토마타 모듈을 하나씩 소개하고 조별로 나눈 이야기를 발표한다. 이를 통 해 오토마타와 친숙한 느낌을 갖고 기계적인 움직임으로부터 자신의 이야기를 끌어내는 경험을 유도하도록 한다. 오토마 타 모듈과 제시된 생물사진을 하나 선택하여 공통된 특성을 통해 연상하여 연결시킨 후, 선택한 생물의 다른 생물과의 상호작용과 생태계 내에서의 역할을 조사하여 생물적 요소와 비생물적 요소와의 유기적인 관계에 대해 이해하도록 한다.

다른 친구들이 선택한 생물들과의 상호작용을 글로 나타내고 자신의 경험과 연결 지어 생물과 오토마타의 움직임을 연상 하고 비유하여 표현하고 다른 친구들에게 발표함으로써 공감을 이끌어내고 많은 공감을 받은 설명에는 긍정적인 피드백 을 주도록 한다. 이후 안정적인 생태계를 만들기 위한 방법에 대해 토의하고 서로 다른 종의 생물끼리 상호작용 안에서 교내 학생, 교사 등 공동체의 모습을 연상하여 보다 가까운 이야기로 끌어와 스토리 보드를 제작하고 이를 공유함으로써 폭넓은 공감과 정서 공유를 표현하는 사회 정서 학습을 유도한다.

3. 감성적 체험(SEL 포함)

학급의 친구들과 함께 오토마타를 연결하여 각 모듈에 연결된 막대기에 생물의 사진과 연상되는 학교 구성원의 이름 을 쓴다. 제시된 구성원들 사이의 상호작용을 생물 종간 상호작용에서 연상된 이유를 작성한다. 각 구성원들 사이의 상호 작용을 학교생활 중 에피소드와 연결하여 시나리오를 작성한다. 각 시나리오를 발표하고 동료 평가를 실시한다. 공감을 많이 이끌어낸 작품은 영상을 찍거나 전시한다.

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생물과 함께하는 오토마타

주제 개요

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융합인재교육(STEAM) 학습 준거

1. 상황 제시

본 프로그램에서는 생태계의 여러 요소들의 연결성을 피상적으로 이해하는 것이 아니라 그러한 상호 관계들이 우리들 이 생활하는 공간 안에도 존재하는 것으로 보다 가깝게 느낄 수 있도록 한다. 먼저 공통적인 특성을 찾아 하나의 관념에 서 다른 관념을 연상하는 과정을 시와 그림, 노래를 통해서 학습한다. 그런 다음 생태계의 상호 작용을 비주얼씽킹(더블 버블맵)을 통해 표현하여 각 요소들이 어떤 영향을 주고받는지 구체적으로 이미지로 구조화시킨다. 또한 학교의 공동체 안에서 자신을 중심으로 다른 구성원과의 관계를 비주얼씽킹(써클맵)을 통해 표현하여 먼저 그린 생태계 모습에서 자신 과 공통적인 특성을 지닌 요소를 연상하여 찾도록 한다. 또한 공동체에서 자신의 모습을 스스로 돌아보고 친구들이 보는 모습은 어떤지 비교하는 시간을 갖는다.

2. 창의적 설계

창의적 설계에서는 오토마타의 기계적인 운동을 통해 연상하는 학습 과정이 우선 진행된다. 학생들은 오토마타에 대한 기본적인 지식을 플립-러닝을 통해 이해한 상태에서 주어진 다양한 오토마타 모듈을 직접 조별로 구성하면서 기계적인 구조에 따라 나타나는 독특한 움직임의 차이를 분석한다. 캠과 크랭크는 직접 분해․ 조립하면서 기계의 원리를 조별로 토 의하고 객관적으로 서술한다. 또한 그 움직임을 통해 연상되는 느낌을 구체적으로 작성하고 서로의 생각을 나누도록 한 다. 각 조에서는 크랭크와 캠을 제외한 다른 오토마타 모듈을 하나씩 소개하고 조별로 나눈 이야기를 발표한다. 이를 통 해 오토마타와 친숙한 느낌을 갖고 기계적인 움직임으로부터 자신의 이야기를 끌어내는 경험을 유도하도록 한다. 오토마 타 모듈과 제시된 생물사진을 하나 선택하여 공통된 특성을 통해 연상하여 연결시킨 후, 선택한 생물의 다른 생물과의 상호작용과 생태계 내에서의 역할을 조사하여 생물적 요소와 비생물적 요소와의 유기적인 관계에 대해 이해하도록 한다.

다른 친구들이 선택한 생물들과의 상호작용을 글로 나타내고 자신의 경험과 연결 지어 생물과 오토마타의 움직임을 연상 하고 비유하여 표현하고 다른 친구들에게 발표함으로써 공감을 이끌어내고 많은 공감을 받은 설명에는 긍정적인 피드백 을 주도록 한다. 이후 안정적인 생태계를 만들기 위한 방법에 대해 토의하고 서로 다른 종의 생물끼리 상호작용 안에서 교내 학생, 교사 등 공동체의 모습을 연상하여 보다 가까운 이야기로 끌어와 스토리 보드를 제작하고 이를 공유함으로써 폭넓은 공감과 정서 공유를 표현하는 사회 정서 학습을 유도한다.

3. 감성적 체험(SEL 포함)

학급의 친구들과 함께 오토마타를 연결하여 각 모듈에 연결된 막대기에 생물의 사진과 연상되는 학교 구성원의 이름 을 쓴다. 제시된 구성원들 사이의 상호작용을 생물 종간 상호작용에서 연상된 이유를 작성한다. 각 구성원들 사이의 상호 작용을 학교생활 중 에피소드와 연결하여 시나리오를 작성한다. 각 시나리오를 발표하고 동료 평가를 실시한다. 공감을 많이 이끌어낸 작품은 영상을 찍거나 전시한다.

프로그램명 생물과 함께하는 오토마타 학교급 고등학교

차시대체형 차시 총 3차시

2015 개정 교육과정 연계

화법과 작문

(내용요소) 발표(청자 분석, 내용 구성), 표현 전략(상황 분석, 언어적･준언어적･비언어적 표현), 작문의 맥락(주제, 목적, 독자, 매체, 필자의 입장, 글의 유형), 소개하는 글 쓰기정서를 표현하는 글 쓰기(필자의 진정성), 성찰하는 글 쓰기의사소통 윤리의사소통의 진정성대화[자아 인식과 자 기표현, 갈등 조정], 정서 표현의 글[진정성]

(성취기준) [12화작02-06], [12화작02-09], [12화작03-02], [12화작03-08], [12화작03-09], [12화작 04-02], [12화작04-03]

국어

(내용요소) 관점이나 표현 방법의 적절성 평가하기(매체), 문제 해결을 위한 읽기사회적 상호 작 용으로서의 쓰기, 책임감 있게 쓰는 태도 갖기

(성취기준) [10국02-02], [10국02-03], [10국03-01], [10국03-05]

기술· 가정

(내용요소) 제품의 구상과 설계, 지속가능한 발전, 적정기술, 창의공학 설계 (성취기준) [12기가05-04] [12기가05-07] [12기가05-08] [12기가05-09]

통합과학 (내용요소) 중력, 자유낙하, 자연선택, 진화와 생물 다양성, 생태계 구성요소와 환경, 생태계 평형 (성취기준) [10통과03-01] [10통과07-01] [10통과07-03] [10통과08-01][10통과08-02]

과학탐구 실험

(내용요소) 놀이 속 과학, 문화예술 속 과학, 흥미와 호기심, 공학적․창의적 설계 및 도구 제작 (성취기준) [10과탐02-01] [10과탐02-02] [10과탐02-03] [10과탐02-04] [10과탐02-09]

생명과학

Ⅰ

(내용요소) 생물의 특성, 생물 다양성의 의미와 중요성, 생태계의 구성, 생태계 평형

(성취기준) [12생과Ⅰ01-01] [12생과Ⅰ01-02] [12생과Ⅰ05-01] [12생과Ⅰ05-02] [12생과Ⅰ05-03]

[12생과Ⅰ05-04] [12생과Ⅰ05-05] [12생과Ⅰ05-06]

생명과학

Ⅱ

(내용요소) 동물과 식물의 분류 체계, 생물 계통수, 진화의 증거와 원리 (성취기준) [12생과Ⅱ05-04] [12생과Ⅱ05-05] [12생과Ⅱ05-06]

물리학Ⅰ (내용요소) 가속도, 뉴턴 운동 법칙

(성취기준) [12물리Ⅰ01-01] [12물리Ⅰ01-02][12물리Ⅰ01-03][12물리Ⅰ01-04] [12물리Ⅰ01-05]

물리학Ⅱ (내용요소) 힘의 합성과 분해, 알짜힘, 물체의 평형, 등가속도 운동, 포물선 운동, 구심력, 등속 원 운동

STEAM 프로그램 구성 계획

1. STEAM 단계별 학습 내용

단계 주요 학습 내용

상황제시

∙다양한 생태계 내의 상호작용을 나타내기

∙나와 공동체의 상호작용에 대해 표현하기

∙공동체 내의 자신의 역할에 대해 친구들과 의견나누기

창의적 설계

∙오토마타의 개념과 원리를 이해하고 정의적으로 분석하기

∙오토마타의 움직임으로 표현할 생물 선정하기

∙모둠원들이 선정한 생물들로 구성된 생태계를 설계하기

성공의 경험

∙설계한 생태계의 모습을 학교 공동체 안의 에피소드에 빗대어 시나리오로 작성하기

∙안정된 생태계 설계를 위한 생물 다양성의 중요성에 대해 토의하기

∙에피소드를 연결된 오토마타를 이용하여 영상제작 후 발표하기

∙생물 다양성을 위한 실천 방안을 공유하여 서로 의견 나누기

2. STEAM 차시별 학습 내용

(15)

14

(성취기준) [12물리Ⅱ01-01] [12물리Ⅱ01-02] [12물리Ⅱ01-03]

미술 (내용요소) 자아 정체성, 새로운 주제, 창의적 표현, 표현 매체의 확장, 성찰, 작품 수정 및 반영 (성취기준) [12미01-01] [12미02-01] [12미02-02] [12미02-04]

미술 창작

(내용요소) 주제 구체화, 아이디어 스케치, 모델링, 제작 의도, 제작 과정

(성취기준) [12미창01-01] [12미창01-02] [12미창01-03] [12미창01-05] [12미창01-06] [12미창01-07]

미술 감상과

비평

(내용요소) 미적 반응, 반응의 명료화, 비평 방법, 비평 관점, 작품 분석, 작품 해석, 비평의 확장 (성취기준) [12미감02-02] [12미감02-03] [12미감02-04] [12미감02-05] [12미감02-07]

차시 주요 학습 내용 STEAM 요소

1차시

1. 모둠별로 서로 다른 생태계 그림을 보고 생태계 구성 요소를 찾아 정리한다.

2. 생태계에서 나타난 상호작용을 더블버블맵으로 나타낸다.

3. 각 생태계 구성원들이 역할을 지니고 있음을 이해한다.

3. 자신이 속한 공동체와의 상호작용을 서클맵으로 표현한다.

4. 공동체 속의 자신의 역할에 대해 친구들과 토의한다.

(1차시와 2차시 사이) 오토마타 플립러닝 영상을 통해 자기주도 학습을 한다.

2차시

1. 플립러닝으로 학습한 오토마타 내용을 정리하고 움직임을 정의적으로 분석한다.

2. 오토마타의 움직임으로 생물의 특성을 표현한다.

3. 모둠원들이 선정한 생물들로 구성된 생태계를 설계한다.

3차시

1. 안정된 생태계 설계를 위한 생물 다양성의 중요성에 대해 정리하고 토의한다.

2. 설계한 생태계의 모습을 학교 공동체 내의 에피소드에 빗대어 시나리오로 작성한다.

3. 에피소드를 연결한 오토마타를 이용하여 영상을 제작한 후 발표한다

4. 친구들의 영상에 대한 감상을 서로 나누고 생물 다양성을 위한 실천 방안을 공유하 여 모둠별 의견을 정리한다.

평가 계획

∙평가는 교사에 의한 평가와 학생에 의한 평가로 나눠진다.

∙관찰 평가는 1차시(상황 제시), 2차시(창의적 설계), 3차시(감성 적체험) 수업 중의 수행 활동을 담당교과 선생님께서 지속적으 로 관찰하시며, 포트폴리오 평가는 이번 프로그램의 학생 활동 지가 곧 포트폴리오를 대신할 수 있으므로 작성한 학생 활동지 를 제출하면 된다. 또한, 학생은 시나리오와 함께 작품 구동 영 상이 공유된 URL을 제출한다.

∙자기 평가와 동료 평가는 주어진 평가표를 통해 평가를 하게 되는데, 평가를 할 때는 객관적인 평가가 이루어져야 한다.

평가를 위한 제출물은 다음과 같다. 1. 학생 활동지

2. 학생 작품(동영상 URL)

교사에 의한 평가 학생에 의한 평가

관찰 평가 학생 작품 평가

포트폴리오

평가 자기 평가 동료 평가

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