야탑중학교

(1)

2020 융합인재교육(STEAM)교사연구회 결과보고서

2020. 11.

야탑중학교

【 2020년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2020년 STEAM 교사연구회 운영(야탑중학교)

STEAM 프로그램

유형

(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( ) - 선행 프로그램명:

(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ ) (유형3) StarT 프로그램 수행을 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( ) 프로그램명 생각을 현실로 바꾸는 코딩 수업

학교급 중학교 대상 학년(군) 중학교 1,2,3학년

중심과목 정보 중심과목

성취기준 영역 문제해결과 프로그래밍

연계과목 과학 기술 미술 국어

연계과목 성취기준 영역

[중학교 2학년] 전기와 자기 [중학교 1~3학년] 제조 기술의 세계 [중학교 1~3학년] 디자인, 공간속의 입체 [중학교 국어] 쓰기

연구기간 2020.7.20. ~ 2020.11.30.

신청금액 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 4명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 3명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 담당과목 직위 성명

연구책임자 야탑중학교 과학 교사 함미현

공동연구원 운중중학교 기술가정 교사 박세정

공동연구원 광명회계경영고 과학 교사 김선영

공동연구원 매향여자정보고 과학 교사 지사원

2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2020년 11월 20일

주관연구기관장 : 정희자 (인) 연구책임자 : 함미현 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

(2)

“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 교사 연구회 목표··· 1

2. 연구 수행 계획 및 주요 내용··· 1

가. 연구 내용 ··· 1

(1) 중점 운영 방향 ··· 1

(2) 주요 활동 내용 및 학생 중심 교육 방법 ··· 1

나. 개발 프로그램 ··· 2

다. 차시별 주요 활동 내용 ··· 3

라. 수업 프로그램 평가 계획 ··· 3

3. 기대성과 및 연구결과 활용방안 ··· 5

[붙임] 붙임1. 프로그램 개발 적용 교육과정 ··· 6

붙임2. 프로그램 총괄표 ··· 6

붙임3. 프로그램 차시별 수업지도안 ··· 7

붙임4. 교사자료 ··· 14

붙임4. 활동사진 ··· 19

(3)

1. 교사연구회 목표

◦ 소프트웨어 교육이 의무화되고 있는 요즘, 기술이나 단순 지식 전달 중심의 교육이 아닌, 학생들의 자발적이고 즐거운 탐구 활동을 통해 꿈과 연계될 수 있는 소프트웨어 융합 교 육이 필요함.

◦ 4차 산업혁명 시대를 살아갈 학생들에게 필요한 디지털 기술들을 찾고, 활용할 수 있는 능 력을 갖춰 줄 수 있는 교육이 필요함.

2. 연구 수행 계획 및 주요 내용 가. 연구의 내용

(1) 중점 운영 방향

◦ 일상생활 속에 적용되고 있는 과학과 센서, 엑추에이터 등 디지털 기술들을 알아보고 직접 구현해 보는 소프트웨어 융합 교육을 진행한다.

◦ 학생들의 자율적인 활동을 위해, 학생들의 관심사와 일상 생활에 밀접한 주제를 선정하여, 단편적인 지식이 아닌, 생활 속에서 지속적으로 적용, 발전 가능한 활용 능력을 함양한다.

◦ 자신의 아이디어를 구체화하고 기술들을 활용하여 실현시키는 과정을 자율적으로 실행하고, 만들어진 결과물을 통해 공감하고 소통할 수 있는 기회를 제공한다.

(2) 주요 활동 내용 및 학생 중심 교육 방법

◦언플러그드 활동, 블록코딩, 기초 회로이론 실습, 아두이노 실험 등 다양한 탐구 활동을 진행한다.

◦학생들의 관심사와 일상 생활에 밀접한 주제를 선정한다.

◦공통의 관심사와 각자 역량을 중심으로 모둠을 조직하여 스스로 기획, 설계, 구현하는 프로젝트를 수행한다.

◦전시회를 통해 자신의 프로젝트를 발표할 수 있는 기회를 제공하고 이를 통해 성취감과 자신감이 향상될 것으로 기대한다.

나. 개발 수업프로그램

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 생각을 현실로 바꾸는 창의 코딩수업 선행

프로그램명 해당없음

학교급 중학교 대상 학년(군) 중학교 1,2,3학년 중심과목 정보 중심과목

성취기준 영역문제해결과 프로그래밍

연계과목 과학 기술 미술 국어

연계과목 성취기준 영역

[중학교 2학년] 전기와 자기 [중학교 1~3학년] 제조 기술의 세계 [중학교 1~3학년] 디자인, 공간속의 입체 [중학교 국어] 쓰기

개발계획

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 3 과학(1)+정보(1)+국어(1)

2 2 기술(0.5) + 정보(1) + 과학(0.5)

3 2 미술(1) + 과학(1)

4 2 과학(1)+정보(1)

5 2 진로

.

다. 차시별 주요 활동 내용

(4)

차시 주요 활동 내용 1

• 팀빌딩 활동

• 3D펜으로 작품 만들기

2

• 나도 애니메이션 작가 (블록코딩)

3

• 나도 게임 메이커 (블록코딩)

4

• 전도성펜으로 만드는 전자회로

5

• 아두이노와 친해지기

• 아두이노로 무드등 만들기

6

• 아두이노로 만드는 스마트 휴지통

7

• 아두이노로 만드는 홈 IoT (스마트 홈)

8

• 나만의 RC카 만들기 (조립, 기능구현)

9

• 나만의 RC카 만들기 (블루투스 조종, 레이싱)

10

^{• 프로젝트}

– 주제 선정, 기획, 제작

라. 수업 프로그램 평가 계획

◦ 적용대상: 개발 완료 후 중학교1,3학년 총 5개 학급 160명 대상 ◦ 적용방법: 수업 전 후에 창의재단에서 공급하는 설문조사 ◦ 학생 포트폴리오 개발 후 정성적 평가 실시

연번 평가 기준 방법

1 의 사 소 통 능 력

나의 생각과 느낌, 감정, 의사 등을 말이나 글, 비언어적 표현 등을 통해 명확히 전달하는가?

다른 사람의 생각과 느낌 등에 공감하고 받아들이는가?

의견이 다를 경우 상대방의 의견을 적극적으로 이해하고자 노력하는 가?

교사의 관찰, 포트폴 리오,진단지를 이용한 사전, 사후 검사

2 문 제 해 결 능 력

문제를 인식하고 해결할 문제의 핵심을 확인하는가?

문제를 해결하기 위해 필요한 정보를 수집하는가?

문제를 해결하기 위해 다른 방향에서 생각해보고 타인의 생각과 조언 을 구하는가?

문제를 해결하기 위한 우선순위를 정하고, 계획을 세워 실행하는가?

철저한 준비를 하고, 계획대로 되지 않을 경우에 대한 대비도 하는가?

문제해결과정에서 난관에 봉착했을 때, 포기하지 않고 끝까지 해결하 고자 노력하는가?

3 진로성숙도

자신(꿈, 가치관, 성격, 적성 흥미, 성격 등)을 이해하기 위하여 노력하는 가?

진로에 대하여 관심을 갖고 준비를 하는가?

진로체험에 참여하는가?

자신의 진로에 대하여 생각하고 설계하는가?

4 과학적 지식 관련된 주제에 대하여 충분히 이해하고 있는가? 포트폴리오, 전시기획 서

5

표현(주제표 현, 표현방 법, 조형의 요소와 원리)

창의적 발상으로 주제의 특징과 목적을 표현하는가?

표현 방법과 매체를 창의적으로 활용하고 계획을 세워 표현하는가?

조형 요소와 원리의 시각적 효과를 이해하고 창의적으로 표현하는가?

포트폴리오, 전시기획 서, 전시물

6 감상

(비평) 비평 활동을 통해 작품의 의미를 해석하고 가치를 판단하는가? 포트폴리오

(5)

3. 기대성과 및 연구결과 활용방안

◦ 기대성과

- 기술이나 단순 지식 전달 중심의 교육이 아닌, 학생들의 자발적이고 즐거운 탐구 활동을 통해 꿈과 연계될 수 있는 소프트웨어 융합적 사고 능력 함양.

- 4차 산업혁명 시대를 살아갈 학생들에게 필요한 디지털 기술들을 찾고, 활용할 수 있는 능력 향상.

◦ 연구결과 활용(확산)방안

구분 추정 성과(예상 목표)

교수학습지도안 개발 차시 총 13차시 예정

수혜학생 수 ◦ 중학교 1학년 32명×2반=64명.

중학교 3학년 32명×3반=96명, 총 160명 학생 태도검사 사전검사 8월, 2개 학급(64명)

사후검사 10월, 2개 학급(64명) 교사연구회 STEAM 행사 개최 11월, 1회

논문 또는 학술대회 한국현장과학교육학회(http://www.kosss.org/) 게재 예정

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

붙임 STEAM 프로그램

(프로그램명) 생각을 현실로 바꾸는 코딩 수업 1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1~2/10 [12가05-04]기술 혁신을 위한 창의 공학 설계를 이해하고,제품을 구상하고 설계

한다.

(기술가정) [중학교 1~3학년]

2 3~4/10 [12정보05-04]피지컬 컴퓨팅 장치의 동작을 제어하기 위한 프로그램을 작성한다. ^(정보) [중학교 1~3학년]

3 5~6/10 [9과09-03]저항, 전류, 전압 사이의 관계를 실험을 통해 이해하고, 일상생활에서 저항의 직렬연결과 병렬연결의 쓰임새를 조사하여 비교할 수 있다.

과학)

[중학교 1~3학년]

(20) 자극과 반응 4 7~8/10 [12정보02-03]인터넷,응용 소프트웨어 등 컴퓨팅 도구를 활용하여 문제 해결을

위한 자료를 수집하고 분석한다.

(정보) [중학교 1~3학년]

5 9~10/10 [12정보03-05]다양한 알고리즘의 성능을 수행시간의 관점에서 분석하고 비교한다.^(정보)[중학교 1~3학년]

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 10차시)

차시 주요내용

1~2 /10

주제(단원)명 4 차 혁명과 코딩

4 차 산업혁명이란 무엇인지 알아보고 지금 시대에 필요한 핵심기술과 미래 사회의 변화를 학습한 후 우리에게 필요한 역량을 탐색한다.

3D 프린팅 펜의 사용법을 익히고 3D 펜 작품을 만든다.

3~4 /10

주제(단원)명 블록코딩

엔트리를 이해하고 e-센서보드에 대하여 학습한 후 이를 이용하여 재미있는 프로젝트를 구성한다.

5~6 /10

주제(단원)명 전도성펜으로 만드는 전자회로

전자회로와 전도성 펜을 이해하고 전도성 펜을 이용하여 멜로디 카드 만들기 7~8

/10

주제(단원)명 아두이노

아두이노에 대하여 이해하고 코딩을 통하여 여러 가지 작동하기

9~10 /10

주제(단원)명 나만의 코딩 작품 만들기

자신이 코딩으로 만들어 보고 싶은 것을 설계하여 작품 만들기

(6)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 기술가정 학교급/학년(군) 중학교/3 학년

중심과목 성취기준

영역

[중학교] 중심과목

성취기준

[12가05-04]기술 혁신을 위한 창의 공학 설 계를 이해하고,제품을 구상하고 설계한다.

주제(단원)명 차시 1~2/10

학습목표 4 차 산업혁명에 대해 잘 이해하고 미래사회에 필요한 역량을 잘 파악할 수 있다.

연계과목 과학 연계과목

성취기준 영역 [중학교 1~3학년] 전기와 자기

STEAM 요소

S 3D 프린팅과 3D 펜 T 4 차 산업혁명의 이해 E

A 3D 펜으로 작품 만들기 M

개발 의도

4 차 산업혁명이란 무엇인지 알아보고 지금 시대에 필요한 핵심기술과 미래 사회의 변화를 학습한 후 우리에게 필요한 역량을 탐색한다.

-4 차 산업혁명이란 첨단 정보통신기술이 경제사회 전반에 융합되어 혁신적인 변화가 나타나는

차세대 산업혁명이라는 것을 이해하고 4 차산업혁명의 핵심기술인 3D 프린팅, 빅데이터, 나노 기술, 인공지능, 사물인터넷등에 대해 탐색한다.

그 중 3D 펜에 대해 살펴보고 3D 펜으로 작품을 만들어 보는 경험을 갖는다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

4 차 산업혁명에 대한 탐색한다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

3D 펜으로 만든 자신의 작품을 소개하고 친구들의 작품을 감상한다.

감 성 적 체 험 4 차 산업혁명의 핵심 기술 중

하나인 3D 프린팅에 대해 배우고 3D 펜으로 작품을 만든다.

감성적 체험 학습

과정

교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 20

분)

Co 4 차 산업혁명이란 무엇인지 탐색한다.

-4 차 산업혁명이란 첨단 정보통신기술이 경제 사회 전반에 융합되어 혁신적인 변화가 나타나는 차세대 산업혁명을 말한다.

- 4 차 산업혁명의 핵심기술인 빅데이터, 나노 기술, 인공지능, 사물인터넷, 무인 운송수단, 3D 프린팅 등에 대해 탐색한다.

^ET 핵심기술이 적용된 사례를 찾아 발표한다.

-3D 프린팅 :3D 프린팅 건물, 3D 프린팅 음식 -빅데이터 : 구글독감예측시스템, 아마존닷컴 -사물인터넷: 스마트시티

PPT

전개

( 50 분)

3D 프린팅 펜을 이용한 나만의 작품 만들기

3D 펜이란?

펜촉에서 액체 플라스틱이 흘러나오면서 원하는 대로 입체 영상을 만들어 내는 도 구

3D 펜 사용법

전원코드 연결- 압출버튼- 온도가 올라갈 때까지 기다림- 필라멘트를 끼우고 압출 버튼을 누르며 작품 만들기

3D 펜 작품 만들기

나만의 작품을 구상하여 3D 펜으로 만든다.

정리 ( 20 분)

ET 자신이 만든 작품을 소개하고 친구들의 작품을 보며 감상한다.

(7)

중심과목 정보 학교급/학년(군) 중학교/3 학년 중심과목

성취기준 영역

[중학교] 정보 중심과목

성취기준

[12정보05-04]피지컬 컴퓨팅 장치의 동작을 제어하기 위한 프로그램을 작성한다.

주제(단원)명 블록코딩 차시 3~4/10

학습목표 엔트리를 이해하고 e-센서보드에 대하여 학습한 후 이를 이용하여 재미있는 프로젝트를 구성할 수 있다.

성취기준 영역 [중학교 1~3학년] 전기와 자기

STEAM 요소

S

T 블록코딩하기 E

A 블록코딩으로 프로젝트 구성하기 M

개발 의도 엔트리를 이해하고 e-센서보드에 대하여 학습한 후 이를 이용하여 재미있는 프로젝트를 구성한다.

-코딩의 개념을 쉽게 알 수 있도록 구성된 블록 코딩‘ 엔트리’를 학습하여 간단한 센서들과 연결하고

이를 블록코딩을 통하여 조종해본다.

-블록코딩으로 재미있는 프로젝트를 시도해보고 자신만의 작품들도 만들어 본다.

상황 제시

상 황 제 시

엔트리를 설치하고 이해한다.

창 의 적 설 계

엔트리를 이용하여 여러 가지 재밌는 프로젝트를 해보고 자신만의 작품도 만든다.

감 성 적 체 험 컴퓨터에 연결하고 여러 가지

코딩을 통하여 조종해본다

감성적 체험

학습 과정

및 유의점

도입 ( 20

분)

엔트리 사용하기

- http://playentry.org 회원가입하여 온라인에서 사용,프로그램 다운로드하여, 오 프라인에서 사용

엔트리 이해하기

- E-센서보드 관찰하기, 조립하기,연결하기, 값 확인하기 - 디지털과 아날로그에 대해 학습하기

PPT

전개 ( 50

E-센서보드 프로젝트 - 풍선 터트리기 블록코딩하기

분) -생일케이크 촛불끄기 코딩하기

정리 ( 20

분)

ET 로켓 조종하는 게임 만들어 보기 -좌표 알기

- 로켓 조종하는 게임 만들기 -친구와 만든 작품 바꿔서 게임해 보기

중심과목 과학 학교급/학년(군) 중학교/3 학년

영역

[중학교] 과학 중심과목

성취기준

[9과09-03]저항, 전류, 전압 사이의 관계를 실험을 통해 이해하고,일상생 활에서 저항의 직렬연결과 병 렬연결의 쓰임새를 조사하여 비교할 수 있다.

주제(단원)명 전도성 펜으로 만드는 전자회로 차시 5~6/10

학습목표 전자회로와 전도성 펜을 이해하고 전도성 펜을 이용하여 멜로디 카드 만들기

연계과목 미술 연계과목

성취기준 영역 [중학교 1~3학년] 미술

STEAM 요소

S 전류 흐름 알기 T 전자회로 구성하기 E 전도성 펜 사용하기 A 멜로디 카드 만들기 M

개발 의도 전자회로와 전도성 펜을 이해하고 전도성 펜을 이용하여 멜로디 카드 만들기

전도성 펜 알기

- 전류의 흐름 : 전기는 높은 전압에서 낮은 전압으로 흐름.

- 전도성 펜 알기 LED 회로 구성 :

- 회로도를 전도성펜으로 칠함.- 펜이 마를 때까지 기다림- 전지 소켓에 전지 넣기-회로도 뒤집기- 동그란 부분에 실리콘 고정대를 꽂고 회로도 뒤집기- 전지소켓 끼우기-실리콘 고정대의 캡 끼우기-전지소켓의 반대쪽도 같은 방법으로 끼우기-회로도 뒤집기-LED 연결하기

멜로디카드 만들기

-멜로디 IC+스피커+전도성펜으로 멜로디 카드 구성하기

상황 제시

상 황 제 시

창 의 적 설 계

멜로디

IC+스피커+전도성 펜으로 멜로디 카드 구성하기

감 성 적 체 험 LED 회로 구성하기

(8)

감성적 체험

학습 과정

및 유의점

도입 ( 20 분)

- 전류의 흐름 : 전기는 높은 전압에서 낮은 전압으로 흐름.

- 전도성 펜 알기

PPT

전개 ( 40

분)

LED 회로 구성 :

- 회로도를 전도성펜으로 칠함.- 펜이 마를 때까지 기다림- 전지 소켓에 전지 넣기-회로도 뒤집기- 동그란 부분에 실리콘 고정대를 꽂고 회로도 뒤집기- 전지소켓 끼우기-실리콘 고정대의 캡 끼우기-전지소켓의 반대쪽도 같은 방법으로 끼우기-회로도 뒤집기-LED 연결하기

정리 ( 30 분)

ET 멜로디카드 만들기 제작하기

-멜로디 IC+스피커+전도성펜으로 멜로디 카드 구성하기

- 카드를 만들 종이를 반으로 접어서, 회로를 한쪽에 붙여주기-스위치 부분에‘눌 러주세요’라고 표시하기‘-카드꾸며주기-메시지를 쓸 종이를 반으로 접어, 회로카드 겹쳐서 붙이기-앞면을 꾸며주고, 메시지 작성하기.

중심과목 정보 학교급/학년(군) 중학교/3 학년

영역

성취기준

[12정보02-03]인터넷, 응용 소프트웨어 등 컴퓨팅 도구를 활용하여 문제 해결을 위한 자료를 수집하고 분석한다.

주제(단원)명 아두이노 차시 7~8/10

학습목표 아두이노에 대하여 이해하고 코딩을 통하여 여러 가지 작동하기

성취기준 영역 [중학교 1~3학년] 과학

STEAM 요소

S 전자회로 구성하기 T 아두이노 코딩하기 E 아두이노 보드 다루기 A

M

개발 의도 아두이노에 대하여 이해하고 코딩을 통하여 여러 가지 작동하기

아두이노 개념알기 아두이노 제어하기 RGB LED 사용하기

아두이노 스마트 모터 사용하기

상황 제시

상 황 제 시

아두이노 개념알기 창 의 적 설 계

아두이노 스마트 모터 사용하기

감 성 적 체 험 아두이노 RGB LED 사용하기

감성적 체험

학습 과정

및 유의점

도입 ( 20 분)

아두이노 개념알기

- 마시모 반지라는 교수가 기초 기술로 값싸게 기능을 구현할 수 있는 보드를 고민하다가 직접 개발하여 탄생한 ‘비전공자들을 위해 개발된 보드’

아두이노 살펴보기 아두이노 제어하기

-mblock 을 사용하여 아두이노 제어하기

PPT

전개 ( 40 분)

RGB LED 사용하기 -3 색 LED 사용하기 -기본 LED 깜빡이기 -브레드보드 사용하기

정리 ( 30 분)

ET 서보모터 사용하기 - 서보모터 이해하기 - 서보모터 연결하기 - 서보모터 작동하기

서보모터로 스마트 휴지통 제작하여 작동시키기

(9)

중심과목 정보 학교급/학년(군) 중학교/3 학년 중심과목

성취기준 영역

성취기준

[12정보03-05]다양한 알고리즘의 성능을 수 행시간의 관점에서 분석하고 비교한다.

주제(단원)명 나만의 코딩작품 만들기 차시 9~10/10 학습목표 자신이 코딩으로 만들어 보고 싶은 것을 설계하여 작품 만들기

성취기준 영역 [중학교 1~3학년] 과학

STEAM 요소

S 전자회로 구성하기 T 아두이노 코딩하기 E 아두이노 보드 다루기 A 작품 설계하기 M

개발 의도 자신이 코딩으로 만들어 보고 싶은 것을 창의적으로 설계하여 직접 작품을 만드는 시간을 가져 성취감을 느끼도록 한다.

코딩으로 만들어 보고 싶은 것을 구상하기

구상한 아이디어를 구체화하고 이를 실현시킬 수 있는 코딩 프로그램 짜기 코딩으로 움직이는 자신만의 작품 만들기

작품 발표하기

상황 제시

상 황 제 시

코딩으로 만들어 보고 싶은 것을 구상하기

창 의 적 설 계

나만의 작품 발표하기

감 성 적 체 험 코딩으로 움직이는 자신만의

작품 만들기

감성적 체험

학습 과정

및 유의점

도입 ( 20 분)

▪ 코딩프로그램으로 실현될 수 있는 여러 가지 사물인터넷 시스템 살펴보기

▪ 대상과 용도를 고려하여 나만의 코딩 작품 설계 하기 - 활동지에 디자인한 코딩 작품 그려보기

동영상

4. 교사자료

1~2 차시

4차 혁명과 코딩 전개

( 40 분)

▪ 나만의 코딩 작품 설계 하기 - 작품 직접 만들기

- 작품을 완성하는 코딩 프로그램 짜기 활동지

정리 ( 30 분)

ET 나만의 작품 발표하기 - 나만의 작품 원리 발표하기 - 친구들의 작품 감상하기

야탑중학교

2020 융합인재교육(STEAM)교사연구회 결과보고서

2020. 11.