2021 STEAM 교사연구회 결과보고서

(1)

2021 STEAM 교사연구회 결과보고서

2021. 11. 19.

풍문고등학교

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과제명 2021년 STEAM 교사연구회 운영

구분

연구회 구성 유형 (택 1) 프로그램 개발유형 (택 1)

① 융합학습공동체형( ○ )

1. 자유학기제형 ( )6. 학생 주도 참여형 (

)

2. 첨단기술 및 ICT 교구 활용형( ○ )7. 고교학점제 기반 학습형 (

)

3. 온라인 기반 학습형 ( ) 8. 예·체능 중심 활동수업형 (

)

4. 지역사회 연계형 ( )9. 유·초등 연계형 (

)

5. 교육소외계층 포용형 ( )^{10. 자율선택형} (학교 자체 개발 프로그램)(

)

② 글로벌형 ( ) StarT 프로그램 참여를 통한 프로그램 개발

프로그램 정보

프로그램명 SNS(Social Network Service)를 활용한 지구의 반지름 산출

신규 개발 ○ 기 개발

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년

중심과목 통합과학 중심과목 성취기준 영역[1학년 과학] (1) 물질과 규칙성

연계과목

물리 수학 미술

연계과목 성취기준 영역

[2학년 물리] (3) 파동과 정보통신 [1학년 수학] (3) 도형의 방정식 [학년 미술] (2) 디자인과 생활 연구기간 2021.4.29. ~ 2021.11.30.

신청금액 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 총 7명

(연구책임자: 1명, 참여연구원: 6명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 직위 성명 담당과목

연구책임자 풍문고등학교 교사 조용현 과학, 지구과학

참여연구원 풍문고등학교 교사 홍종모 과학, 물리학

참여연구원 풍문고등학교 교사 서희동 미술

참여연구원 풍문고등학교 교사 이강수 수학

참여연구원 풍문고등학교 교사 양미희 음악

참여연구원 세종과학고 교사 강석철 과학, 지구과학

참여연구원 풍문고등학교 교사 최종원 과학, 물리학

2021년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 STEAM 교사연구회를 운영한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2021년 11월 19일

주관연구기관장 : 김길동 (직인) 연구책임자 : 조용현 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

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“이 보고서는 2021년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

목 차

1. 요약문

··· 01

2. 서론

··· 01

가. 연구의 필요성 ··· 02

나. 연구의 목적 ··· 02

3. 연구 수행 내용

··· 02

가. STEAM 프로그램 개발 및 적용 ··· 03

(1) 프로그램 개발 내용 ··· 03

(2) 교과별 교육과정과의 연계성 및 기대효과 ··· 03

나. STEAM 학습 단계에 따른 내용 ··· 04

(1) STEAM 학습 방법에 따른 단계별 학습목표 및 내용··· 04

(2) 학습프로그램의 융합 교과의 구성··· 06

다.

STEAM학습 주제 관련 이론적 배경

··· 07

(1) 에라토스테네스··· 07

(2) 널 아일랜드(Null Island)··· 09

4. 연구수행 결과

··· 10

가. STEAM 프로그램 적용 결과 ··· 10

나. STEAM 학습활동 결과 분석··· 10

(1) STEAM 학습에 따른 학생들의 지적 능력의 발달 정도··· 10

다. 성과 확산 및 실천 ··· 11

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최 ··· 11

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과 ··· 11

라. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사 ··· 11

(1) STEAM 학습프로그램의 적용 및 검증 현황 ··· 11

(2) STEAM학습프로그램 적용 평가표··· 11

4. 결론 및 제언

··· 14

가. 결론 ··· 14

나. 제언 ··· 14

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 ··· 17

[부록2] STEAM 탐구활동 사진 ··· 55

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1. 요약문

올해 계획한 STEAM 학습 프로그램은 교실과 학교를 넘어 전 세계의 학생들과 함께할 수 있는 탐구활동으로 구성하였다.

최근 학생들 뿐 만 아니라 거의 모든 사람들이 SNS라는 도구를 이용하여 국내를 넘어 세계 인들과 소통하고 있는 것이 현실인데 이는 인터넷 통신이 가능한 스마트폰의 보급 때문이라 고 할 수 있다. 학교와 같은 교육기관에서는 학생들이 수업시간에 스마트폰을 사용하는 것이 학습과정을 방해하는 경우가 많기 때문에 교실 내에서의 스마트폰 사용에 대해서는 부정적인 측면이 많은 것이 사실이다.

이런 환경에서 스마트폰을 활용한 SNS의 장점을 학습활동에 적용해보고자 하는 것이 본 STEAM 프로그램의 개발 취지이다 목적에 해당한다.

그동안의 스마트폰을 활용한 교육활동이 없었던 것은 아니지만 주로 자료를 검색하거나 이 미 개발된 어플리케이션을 활용한 활동이 대부분이었다고 할 수 있다.

그러나 이번 STEAM 학습 프로그램에서는 세계 각국에 있는 학생들의 참여로 이루어지는 탐구활동을 기반으로 하여 전 세계의 개별 학생들이 지구의 크기를 구하는 활동을 동시에 수 행하여 이를 수합하여 실제 지구의 크기를 구하게 될 것이다.

SNS상에서 동시간대에 실습을 하여 실습 결과물을 게시하는 것이 본 학습 프로그램의 핵심 이며 가장 중요한 요소는 학습에 참여할 각국의 학생들을 모아서 인력풀을 구성하는 것이다.

이번 STEAM학습 프로그램은 기존의 교실 속의 탐구활동이 아닌 글로벌화 된 학습활동이 될 것이고 둥근 지구에 입사하는 태양 빛의 입사각을 전 세계에서 동시에 측정함으로서 지구 의 반지름을 계산하는 방법을 탐구하는 것이다. 이는 고대 에라토스테네스가 지구의 크기를 구하는 방법을 현대적인 방법으로 재구성한 것이라고 할 수 있다.

2. 서론

가. 연구의 필요성

Ÿ 학생들이 많이 사용하는 SNS(Social Network Service)를 교육적인 목적으로 활용할 수 있는 학습방안 구축

Ÿ SNS를 기반으로 전 세계의 학생들과의 글로벌한 학습활동을 통한 탐구학습목적 달성 Ÿ SNS의 장점으로 에라토스테네스의 지구 크기 측정법 재현을 통한 사고의 확정성 자극 Ÿ 전 세계의 학생들과 교사들이 참여하는 탐구 학습 프로그램 개발을 통한 학생들의 창의

성개발 및 해외의 학생들과의 교류의 장 마련

나. 연구의 목적

Ÿ 2015 통합과학 교육과정 중 우주에 대한 탐구활동과 관련된 STEAM 프로그램을 개발하 고 적용한다.

Ÿ 과학자들이 우주를 구성하는 원소들을 찾아낸 방법에 대해서 이해한다.

Ÿ 간이 천체투영실을 만들어 보는 활동을 통하여 천체투영실의 원리를 이해하고 이를 설명 할 수 있다.

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3. 연구 수행 내용

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 SNS(Social Network Service)를 활용한 지구의 반지름 산출 학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년 목표 수혜학생 수 230명

중심과목 통합과학 중심과목

성취기준 영역 [고등학교 1학년 과학] (1) 물질과 규칙성

연계과목

물리 수학 미술 기술가정

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 2학년 물리] (3) 파동과 정보통신 [고등학교 1학년 수학] (3) 도형의 방정식 [고등학교 1학년 미술] (2) 디자인과 생활 [고등학교 1학년 기술가정] (3) 창의공학의 설계

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 1/6 과학(1) + 미술(1)

2 2/6 과학(1) + 기술가정(1)

3 3,4/6 과학(1) + 미술(0.5) + 수학(0.5) 4 5/6 과학(1) + 미술(0.5) + 기술가정(0.5)

5 6/6 과학(0.5) + 미술(1) +수학(0.5)

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 8차시

수업 적용 일정 2021 6. 20 . ~ 2021. 11. 30.

(STEAM 수업)수혜학생 수 풍문고등학교 242명(1학년 전체)

학생 태도검사 사전검사 7월 1개 학급(21명) 사후검사 11월 1일, 1개 학급(21명) 학생 및 교사 만족도조사 11월 10일 실시 교사연구회 STEAM 행사 개최 9월, 1회 수업공개 수행

서울과학축전 융합체험마당 서울시에서 취소함 논문 또는 학술대회 현장과학학회 연구자료 게재 예정

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

※ 기존 계획의 변경 사유

① 코로나 19와 관련된 학사일정의 변경으로 학생들이 등교하는 일수가 변경되어 처음 계 획했던 학습 프로그램 개발 및 적용의 횟수를 감소해야만 하는 상황이 발생함.

② 위와 같은 상황의 변화로 학습지도안 개발과 적용을 2차시 분은 묶어 100분으로 편성하 여 연구 활동을 수행함.

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가. STEAM 프로그램 개발‧적용

(1) 프로그램 개발 내용

(가) 고등학교 교과과정을 중심으로 한 STEAM 학습프로그램 세부 내용

① 고대 에라토스테네스의 지구 측정 개념 이해하기(통합과학) Ÿ 막대 그림자를 이용한 태양의 고도 측정하기

Ÿ 지구의 위도와 경도 이해하기

② 그림자 막대 만들기(미술, 기술, 공학)

Ÿ 그림자의 길이를 측정하기 쉬운 구조로 만들기

Ÿ 여러번 사용이 가능하도록 견고하고 정밀한 측정이 가능한 측정도구 만들기

③ 삼각함수를 적용하여 태양의 고도 구하기(수학) Ÿ 변의 길이와 변사이의 각도를 이용한 수식 만들기 Ÿ 인터넷에서 삼각함수 변환공식 찾아 활용하기

(나) 교과교육과정 관련 내용

① 2015교육과정과의 연계성

Ÿ 2015 개정교육과정 통합과학 단원 중 ‘물질의 규칙성과 결합’ 단원의 내용과 연계 Ÿ 2015 개정교육과정 수학 단원 중 ‘기하’ 단원의 내용과 연계

Ÿ 과학, 수학, 미술, 기술·가정 교과의 교육과정 포함 요소의 융합을 연구과정에 포함

(2) 교과별 교육과정과의 연계성 및 기대효과 분석

STEAM 학습프로그램의 내용을 교과영역 내용과 학습효과를 제시하면 <표 1>과 같다.

<표1> 교과 영역별 적용내용 및 학습효과 학습

영역 내 용 학습효과

과학

Ÿ 고대의 지구의 크기 측정법 Ÿ 다양한 방법의 지구 반지름 측정 Ÿ 일식과 월식

Ÿ 실제 지구의 크기 측정에 대한 호기 심 자극

Ÿ 태양의 고도측정법 학습

기술 공학

Ÿ 그림자를 이용한 각도측정기 제작 Ÿ 도구제작을 위한 설계와 제도 및 도

면 작성

Ÿ 필요한 도구를 직접 제작할 수 있다 는 자신감 배양

Ÿ 제도를 통한 도면작성법 능력 배양

미술 Ÿ 인체공학적인 각도 측정기 제작 Ÿ 다양한 크기의 지구 모형 제작

Ÿ 형태에 따른 다양한 제작기법 학습 Ÿ 모형 구조물에 대한 관심 증가

수학

Ÿ 삼각함수를 적용한 계산식 산출 Ÿ 반지름과 지구 둘레를 산출하고 지구

의 크기를 구하는 계산식 유도

Ÿ 교실의 수학을 실제 상황에 적용하는 능력 배양 및 만족감 고취

Ÿ 일상에 적용되는 수학적 개념에 대한 관심 증가

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나. STEAM 학습단계에 따른 내용

1) STEAM 학습 방법에 따른 단계별 학습목표 및 내용

STEAM 학습 방법의 단계로 제시된 상황제시 – 창의적 설계 – 감성적 체험(성공의 경 험) 단계는 기존의 과학교육방법인 동기유발 – 전개 – 평가 및 차시 예고 단계와 유사하 지만 접근하는 방법에 차이가 다소 있다.

학생들에게도 지식과 관련된 학습보다는 학습의 과정과 학습 목표의 중요성을 인식할 수 있도록 하고 학습목표를 달성하기 위한 이유가 무엇인지를 깨달음으로 학습동기를 유 발할 수 있도록 학습과정을 구성하였다. 이에 따른 각 단계별 학습내용과 활동을 그림으 로 제시하였다.

[그림 1] STEAM 학습 단계별 활동내용

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또한 앞에서 그림으로 제시한 단계별 학습목표와 내용을 세부적으로 정리하여 아래의 표에 제시하였다.

◦

STEAM 학습 단계별 학습 목표와 내용

단 계 학습 목표 및 내용

상황 제시

Ÿ 현대문명이 발달하기 전에 지구의 크기를 어떻게 알 수 있었을까?

Ÿ 나 혼자의 힘으로 지구의 크기를 구할 수 있을까?

Ÿ 현대 기술을 적용하여 에라토스테네스의 지구측정법을 수행한다면 쉽게 할 수 있는 방법은 무엇일까?

창의적 설계

Ÿ SNS를 활용하여 동시간대에 태양의 고도를 측정할 방안을 탐색한다.

Ÿ 태양의 고도가 90도가 되지 않는 지역에서 에라토스테네스의 지구 크 기 측정법을 적용할 방안을 탐색한다.

Ÿ 수업시간에 배운 삼각함수를 이용하여 그림자의 길이로 태양의 고도를 산출할 수 있는 방안을 탐색한다.

감성적 체험

Ÿ 자신이 구한 지구의 반지름과 실제 반지름의 차이를 비교한다.

Ÿ 에라토스테네스의 시대를 상상하며 SNS를 탐구 학습에 활용할 수 있 었다는 것에 대한 만족감을 갖는다.

Ÿ 학습의 과정 및 결과가 정규 평가에 반영되어 학생들이 만족감을 느낄 수 있도록 평가를 계획한다.

◦ 교과별 프로그램 개발 중점 사항

연계 교과 학습활동 내용 준비물 조력 교과

과학

Ÿ 고등학교 수준에서의 지구 반지름 산출

Ÿ 에라토스테네스의 지구 크기 산출 방법 따라하기 Ÿ 시간과 장소에 따른 태양의 고도변화

컴퓨터

지구본

수학

물리 Ÿ 빛의 반사와 굴절, 입사각과 굴절각 Ÿ 가시광선과 전자기파의 성질과 특성

거울

레이저 포인터 수학

미술

Ÿ 지구 모형 제작과 그림자 막대 만들기 Ÿ 천체 투영기의 이미지 제작

Ÿ 수학적 자료를 사용한 지구모형 제작

다양한 재질의 보드 표품

문구류

기술가정

수학 Ÿ 삼각함수를 적용한 구 모양 만들기

Ÿ 그림자 길이 측정을 통한 수평면의 기울기 산출

컴퓨터 레이저포인터

거울

과학

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2) 학습프로그램의 융합 교과의 구성

본 STEAM 학습프로그램과 관련된 교과간의 협력 활동 및 핵심 주제를 그림으로 표현하 면 다음과 같다.

[그림 3] STEAM 학습프로그램 교과 핵심 개념 구성도

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다. STEAM학습 주제 관련 이론적 배경

1) 에라토스테네스

기원전 274년 ~ 기원전 196년)는 고대 그리스의 수학자이자 천문학자이다. 헬레니즘 시대 이 집트에서 활약했으며, 문헌학 및 지리학을 비롯해 헬레니즘 시대 학문 다방면에 걸쳐 업적을 남겼지만, 특히 수학과 천문학의 분야에서 후세에 남는 큰 업적을 남겼다.

지구의 크기를 처음으로 계산해 냈으며, 또 소수를 걸러내는 에라토스테네스의 체를 고안 한 것으로도 알려져 있다. 이런 업적으로 제2의 플라톤이라고도 불렸다. “베타”(β)란 별명으 로도 알려져 있다. "그를 시기하고 경쟁의 상대로 여겼던 어떤 사람은 그를 '베타'라고 불렀 다고 한다. 베타는 알다시피 그리스 어 알파벳의 두 번째 글자이다. 에라토스테네스는 무슨 일을 하든 그 분야에서 여지없이 세계 둘째가는 사람이기 때문에 베타라는 이름으로 불렀다 는 것이다. 그러나 에라토스테네스가 손을 댄 거의 모든 분야에서 그는 '베타'가 아니라 아주 확실한 '알파'(α)였다.“

① 지구의 크기 측정

그리스인들은 지역에 따라 북극성의 높이가 다른 사실 등을 근거로 지구가 공처럼 둥글다는 것을 알고 있었다. 에라토스테네스는, 시에네(현재의 아스완)에서는 하지날에 태양빛이 우물 의 바닥까지 닿는다는 것을 전해 듣고, 즉 해가 가장 높이 떴을 때의 고도가 90도가 된다는 것을 알아차렸다. 그리고 이로부터 지구의 크기를 계산할 수 있다는 사실을 깨달았다. 알렉산 드리아에서는 하짓날의 남중 고도는 82.8도이며, 이 차이가 시에네와 알렉산드리아의 위도의 차에 따른 것이며, 이를 이용하여 지구의 둘레를 구할 수 있었다.

시에네와 알렉산드리아의 거리는 5000 스타디아(미터법으로 925km)이며, 비율까지 계산하 여 지구의 둘레는 250000 스타디아 차이(46,250km)라고 구했다. 그러나 당시 스타디아의 길 이가 엄밀하게 정해져 있던 것도 아니고, 측정 자체도 걸음수를 이용한 대략적인 것으로, 그 가 실제로 어느 정도의 정확도로 지구의 둘레를 구한 것인지를 말하는 것은 별 의미가 없다.

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측정한 것처럼 언급되는 경우도 있다.

에라토스테네스는 5가지의 가정을 하였다.

Ÿ 알렉산드리아(Alexandria)와 시에네(Syene, 현재의 아스완)의 거리는 5000 스타디아(미 터법으로 925km).

Ÿ 알렉산드리아는 시에네의 정북쪽에 있다.

Ÿ 시에네는 북회귀선에 있다(시에네의 하짓날 정오에 햇빛이 지면에 수직으로 비춘다).

Ÿ 지구는 완전한 구형이다.

Ÿ 지구로 들어오는 태양광선은 평행하다.

에라토스테네스의 지구 크기 측정이 정확하지 않은 이유는 다음과 같다.

Ÿ 지구는 완전한 구형이 아니라 적도 쪽이 조금 더 부푼 타원체이다.

Ÿ 알렉산드리아와 시에네는 동일 경도 상에 위치하지 않는다.

Ÿ 두 지점 사이의 거리를 구한 값에 오차가 있었다.

② 에라토스테네스의 체

　에라토스테네스의 체는 에라토스테네스가 고안했다고 여겨지는 소수 판정 방법으로, 자연수 를 순서대로 늘어놓은 표에서 합성수를 차례로 지워나가면서 소수 목록을 얻는 것을 말한다.

알고리즘의 예제로도 유명하다. 어떤 수가 소수인지 판별하는 방법들 중에서 가장 자주 쓰이 는 방법이 바로 에라토스테네스의 체이다. 고대에 고안한 이 방법이 현재까지 수학자들 사이 에서 활발하게 쓰이고 있다는 것을 생각해　보면 그의 수학 실력이 얼마나 뛰어난지 짐작할 수 있었다고 한다.

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2) 널 아일랜드(Null Island)

본초자오선인 경도 0°와 적도를 표기하는 위도 0°가 겹치는 곳은 어디일까. 아무것도 없는 섬, 널 아일랜드(Null Island)다.

1957년 커널 블리프(Colonel Bleep)라는 만화에서 이 섬을 제로제로섬(Zero Zero Island) 이라 호칭하기도 했다. 위도-경도 모두 0°인 섬이란 뜻이다.하지만 널 아일랜드는 서아프리카 기니만(Gulf of Guinea) 대서양상에 있는 공해 상의 한 지점이다. 널(null)은 ‘아무 것도 없 다’, ‘제로’(zero)라는 뜻으로, 널 아일랜드는 섬은커녕 바다 위의 어느 지점일 뿐이다. 이곳 에서 가장 가까운 육지는 북쪽으로 570km 올라가면 나타나는 가나 해안이다.

널 아일랜드의 위치(왼쪽)와 그곳에 띄워져 있는 부표 사진(위)

널 아일랜드에는 미국 국립해양대기국(NOAA)이 설치한 부표(buoy)가 떠 있다. 이 부표의 번호는 13010이며, 명칭은 소울(,Soul), 즉 영혼이다. 사람의 마음 속에 있는 지점이라는 뜻 이다. 이 부표에는 피라타(PIRATA: Prediction and Research Moored Array in the Atlantic), 즉 기상관측과 연구용 센서가 붙어 있다. 프랑스, 브라질이 미국의 연구에 공동으 로 참여하고 있다.

출처 : 아틀라스뉴스(http://www.atlasnews.co.kr)

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4. 연구 수행 결과

가. STEAM 프로그램 적용 결과

교수학습 지도안 개발 차시(시수)

프로그램명 프로그램 주제 운영

대상(학년)

완료 여부

개발 수업적용 학생수

1(6) 에라토스테네스 따

라하기

수학적 방법으로 지구크기

구하기 1학년 완료 완료 220

2(6) SNS의 교육적 활용 동시간대의 관측자료 구축 1학년 완료 완료 210

3-4(6) 태양의 입사각 산출 입사각 산출기구 만들기 1학년 완료 완료 210

5(6) 과학교실의 세계화 전세계 학생이 참여하는 탐

구활동 1학년 완료 완료 180

6(6) SNS와 탐구활동 SNS를 활용한 탐구활동의

효과성 토의 1학년 완료 완료 180

합계 1,000

나. STEAM 학습활동 결과 분석

(1) STEAM 학습에 따른 학생들의 지적 능력의 발달 정도

① 고등학교 교과 내용에 대한 과심과 이해 능력 증가

Ÿ 거울에 의해서 나타나는 상의 변화와 반사와 굴절에 대한 이해력 증가 Ÿ 공학적인 디자인과 미적인 디자인을 융합할 수 있는 방법에 대한 능력 확장 Ÿ 천체관측에 대한 관심도 증가와 계절별 별자리 선정에 대한 원리 이해 Ÿ 돔 디자인을 통한 건축 공학에 대한 능동적인 접근

② STEAM교육활동을 통한 진로탐색 기회 부여

Ÿ 천체투영실 모형 디자인 학습을 통한 관련 진로에 대한 적성 파악기회 제공

Ÿ 과학적 원리를 적용한 실생활도구 및 학습도구제작에 대한 관심유발을 통한 제조업 에 대한 이해와 적성 정도의 파악

Ÿ 과학과 예술이 융합된 산업 디자인에 대한 관심도 증가와 관련 직업에 대한 탐구기 회 제공

Ÿ 학습활동에 수반된 자신의 능력을 발현할 수 있는 진로에 대한 탐색 기회 제공

③ 학생과 교사들의 STEAM 교육에 대한 관심과 참여의 증가

Ÿ STEAM 교육에 대해서 관심이 없거나 모르는 교사·학생들의 관심도 증가

Ÿ 특정교과의 지식에 해당되지 않는 영역에 대한 관심 증가와 활용할 수 있는 영역에 대한 관심 증가

Ÿ STEAM교육 프로그램을 대학진학에 연계하려는 교사들의 참여 증가

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다. 성과 확산 및 실천

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최

회차 일시 장소 참석대상 주요내용

1차 2021. 7. 9

15:00 ~ 지구과학실 과학교사 STEAM연구회 교사

- STEAM 학습 연구주제 발표 - SNS와 과학교육의 방향 토의 - 상호 STEAM 교육 컨설팅 안내 2차 2021.9.27.

15:00~ 지구과학실 희망교사 - STEAM 중간 활동 안내

- 고등학교 교육과정 속의 STEAM이란?

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과

회차 일시 장소 참석자 상호 컨설팅 결과

1차 2021.7.15.

12:00~13:00 온라인

조용현 교사(연구책임자) 홍종모 교사(참여연구원) 이강수 교사(참여연구원)

- STEAM교육활동의 점검 및 피드백 자료 획득

- 학습자료 활용 방안 및 학생들의 효과적인 참여 유도

2차 2021.9.25.

12:00~13:00 온라인

조용현 교사(연구책임자) 서희동 교사(참여연구원) 최종원 교사(참여연구원)

- STEAM교육활동의 점검 및 피드백 자료 획득

- 학습자료 활용 방안 및 학생들의 효과적인 참여 유도

라. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사

(1) STEAM 학습프로그램의 적용 및 검증 현황

적용대상 (학생수)

적용 시기 /

횟수 적용 방법 비고

풍문고등학교 1학년 11개 반

(약 220명)

7월 ~ 11월 3개반 × 3회 3개반 × 2회 3개반 × 1회 2개반 × 4회

과학 및 타 교과와의 블록타 임 적용 정규수업

정규시간 및 창의적 체험활동시간 활용

(2) STEAM학습프로그램 적용 평가표 Ÿ 자기 평가

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평가항목 평가내용 및 기준 평점

지식 학습개념 아두이노 모듈을 사용한 모형자동차를 스마트폰을 사용

하여 작동시키는 과정을 설명할 수 있다. 1 / 2 / 3

흥미 /태도

창의성 자신이 만든 모형자동차가 기존의 자동차와 다른 구조

와 기능이 있다면 몇 가지가 있는지를 나열하시오 1 / 2 / 3

협력 STEAM학습활동을 통하여 다른 학생들과 협력해서 얻

어낸 탐구활동 결과물이 3개 이상이다. 1 / 2 / 3 만족도 STEAM학습활동을 통하여 교사나 친구들로부터 칭찬을

받은 횟수가 3회 정도는 된다. 1 / 2 / 3

학습태도

STEAM학습활동의 장점을 3가지 정도 나열하고 다음 학습활동도 이런 방식의 수업을 했으면 좋겠다고 생각 한다.

1 / 2 / 3

합 계

Ÿ 모둠별 동료평가(모둠 평가판에 스티커 붙이기) 모둠

평가항목 A B C D E

지식 발표

흥미/태도 참여도 협력 결과물의 완성도

합 계

Ÿ 산출물 평가(교사평가)

평가항목 평가내용 및 기준 평점

산출물

완성도 STEAM활동을 통한 산출물이 견고하며 학습 주제에

대한 표현이 반영되었는가? 1 / 2 / 3 독창성 다른 모둠이나 기존의 산출물을 모방했는가?

자신만의 새로운 요소가 표현되었는가? 1 / 2 / 3 예술성 산출물이 정교하면서도 미적인 요소가 포함되어 아름

답게 보이는가? 1 / 2 / 3

합 계

(17)

Ÿ 관찰 평가(교사평가)

영역 평가 내용 및 기준 평점 의견란

정 의 적 영역

1. 학습대상을 계속 바라보고 집중하는 시간이 3분

을 초과한 횟수 회

2. 학생이 학습 테이블에서 수업과 상관없이 이탈

한 횟수 회

3. 조별활동에 참여하지 적극적으로 참여하지 않는

학생 수 명

4. 3명 이상의 학생들이 머리를 맞대고 학습활동

에 대한 토의를 한 횟수 회

5. 실험 조 전원이 테이블에 앉아 학습활동을 한 시간 및 횟수

분 초 회 6. 학습활동 결과물에 대한 만족감을 표현한 횟수 회

인 지 적 영역

1. 학습활동 주제와 관련된 질문횟수 회 2. 학습활동과 관련된 그림 또는 표를 제시한 횟수 분 3. 교사의 질문에 적합한 답을 한 횟수 회 4. 학습활동 주제관련 발표 시간 및 횟수 분 회

5. 추가 학습자료 요청횟수 회

6. 학습 활동과 관련된 학습자료의 오류를 찾아내

거나 문의한 횟수 회

(18)

5. 결론 및 제언

가. 결론

2020년부터 시작된 코로나19 사태 때문에 올해에도 정상적인 학사일정이 진행되지 않고 온 라인 수업과 오프라인 등교 수업이 병행되었기 때문에 STEAM 활동에도 많은 어려움이 있었 다.

특히 대면 탐구활동과 도구조작, 산추물 제작 등이 포함되었던 본 연구회 활동은 특히 어려 움을 겪어야만 했다. 이런 어려운 상황에서도 연구회 활동을 할 수 있도록 지원을 해준 한국 과학창의재단 측에 감사를 드린다.

올해의 STEAM교육활동 프로그램은 코로나 사태에 적극적으로 대응하는 방안의 하나로 SNS 를 활용하여 외국의 학생들과 협업하여 지구의 크기를 구하는 것으로 구상하였다.

고대 철학자이자 과학자인 에라토스테네스의 지구 크기 측정법을 현대 정보통신 기술의 한 기둥이라 할 수 있는 SNS를 활용하여 먼 거리에서 동시간대에 탐구활동을 수행하는 의미가 있는 학습프로그램이었다고 자평할 수 있었다. 활동과 관련된 이론적인 지식을 STEAM 학습 활동 과정을 통하여 교육과정에 포함된 학습 요소를 추출하여 학습에 적용할 수 있도록 구성 하였다.

STEAM 학습활동을 정리하면서 느낄 수 있었던 것은 학생들이 새로운 학습 환경에 어렵지 않게 적응하고 능동적으로 참여한다는 것이었다. 코로나 사태로 위축될 수 있는 교육 여건을 열린 사고로 다양화하고 창의적인 활동을 첨가한다면 기존의 틀에 박힌 교육활동보다 색다른 교육활동 방안을 모색할 수 있다는 자신감을 가지게 되는 기회가 되었다.

지구의 크기를 구하는 과정보다는 학습활동의 범위와 대상을 넓게 확대할 수 있다는 가능성 을 학습활동 도중에 느꼈던 것이 좋은 경험이 되었다.

나. 제언

2021년 STEAM 교수･학습프로그램의 개발 및 적용 과정에서 느낀 점들을 항목별로 정리하 면 다음과 같다.

가. 2022년 대비 STEAM 교수･학습프로그램 개발의 확장성 필요

코로나 사태가 현재와 같이 진행된다면 2021년에도 학교 수업이 변칙적으로 이루어질 것으로 생각된다. 따라서 이에 대비한 STEAM 학습 프로그램 개발 계획이 필요할 것이며 비대면 학 습활동에서의 적절한 STEAM 학습활동 방안을 강구해야 할 것으로 판단된다.

또한 프로그램 참여 교사의 협업 활동도 다양하게 구성해야만 할 필요성이 느껴진다.

나. STEAM 교수･학습프로그램의 교과와의 연계성

수능 해당 교과에서 STEAM 학습 프로그램을 개발하고 적용할 경우 학생들의 참여도가 떨 어지는 경향을 보였다. 이를 극복하기 위해서 가능하며 교과의 핵심 주제를 STEAM 학습 프 로그램에 포함시키고 이를 활용할 수 있도록 진행했지만 시험 문제 풀이 식의 학습활동이 필 요하다고 느끼는 학생들도 적지 않았다.

고등학생의 경우 입시나 내신 성적에 민감하기 때문에 교과와의 연관성이 확실한 것을 요구 하였다. 따라서 수행평가의 형태로서 참여를 유도할 수 는 있었으나 학생들의 반응은 적극적

(19)

이지는 않은 현상이 나타났다. 교과영역이 적절하게 반영될 수 있도록 STEAM 교수･학습프 로그램을 구성하는 것이 필요하다고 생각되었다.

다. STEAM 교수･학습프로그램 준비 및 운영시간 확보

STEAM 교수･학습프로그램을 효과적으로 적용하기 위해서는 준비해야 될 요소들이 너무 많았다. 기존의 수업형태는 교과서와 동영상자료 또는 간단한 실험기구가 활용되는 정도였 으나 STEAM 프로그램을 위해서는 많은 장비와 도구, 자료 등의 준비해야할 것들이 많았으 며 교과 영역 별로 준비물이 다르기 때문에 이를 통합하는 과정이 필요했다.

그리고 학습활동 시간이 강의식 수업시간 보다 더 많이 필요하고 수업 필요시간을 예측할 수 없는 경우가 많아 정해진 학습 시간에 맞춰 종료하기 어려운 점도 많았다.

따라서 창의적 체험활동 시간 등을 활용해서 주된 학습활동을 해야 하는 경우가 발생하였 고 이 과정에서 여러 가지 이유로 학습활동에 참여하지 못하는 학생들도 발생하였다.

이런 문제들도 STEAM 학습활동에서 해결해야 할 문제로 제시한다.

(20)

주 의 문

1. 본 연구의 주장이나 제언은 연구진의 견해이며, 한국과학창의재단의 공식 입장이 아닙니다.

2. 이 보고서 내용을 대외적으로 공개하거나 발표할 때에는 반드시 한국

과학창의재단과 사전에 상의하여야 합니다.

(21)

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램 명 : SNS(Social Network Service)를 활용한 지구의 반지름 산출

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연

번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준 연계과목

1 1/6

[10통과04-01] 지구 시스템은 태양계라는 시스템의 구성요소이면서 그 자체로 수많은 생명체를 포함하는 시스템임을 추론하고, 지구 시스템을 구성하는 하위 요소를 분석할 수 있다.

수학

2 2/6 [12기가04-06] 정보 통신 기술 분야의 첨단 기술에 대하여 조사하여 보

고, 정보 통신 산업의 발전 방안을 토의하고 발표한다. 과학,, 미술

3 3-4/6

[10

수학

02-04]

두 직선의 평행 조건과 수직 조건을 이해한다

.

기술·가정

4 5/6

[10통과01-02] 우주 초기의 원소들로부터 태양계의 재료이면서 생명체를 구성하는 원소들이 형성되는 과정을 통해 지구와 생명의 역사가 우주 역 사의 일부분임을 해석할 수 있다.

수학

5 6/6

.

수학

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 6차시)

차시 주요내용

1/6

주제(단원)

명 에라토스테네스 따라 하기 Ÿ 중심과목 성취기준(과학)

Ÿ 연계과목 및 STEAM 학습준거

- 과학 : 과학기술의 힘을 사용하지 않고 지구의 크기를 구할 수 있을까? ^Co - 수학 : 기본적인 계산만으로 지구의 반지름을 구하는 방법에 대한 탐구 ^CD - 미술 : 내가 만든 자료를 활용하여 멋진 행성 지구를 그려보자 ^ET

2/6

주제(단원)

명 SNS 를 통한 과학탐구활동영역 학습프로그램 개발 Ÿ 중심과목 성취기준(기술·가정)

(22)

차시 주요내용 발전 방안을 토의하고 발표한다.

- 기술·가정 : SNS 를 통하여 같은 경도에 사는 친구를 찾을 수 있을까? ^Co - 과학 : 전 세계 학생들과 같이하는 ‘태양의 입사각 구하기’ 학습활동을

성공적으로 수행하기 위한 방안들에 대한 브레인스토밍 ^CD - 미술 : 내가 만든 멋진 선물로 세계의 친구들에게 즐거움을 주자 ^ET

3-4/6

주제(단원)

명 태양빛의 입사각 측정 도구 제작 및 입사각 결정 Ÿ 중심과목 성취기준(수학)

[10

수학

02-04]

.

- 수학 : 빛의 직진성을 이용한 지구 크기를 구하는 수식을 만들어 볼까? ^Co - 과학 : 지구의 크기를 구하는 다양한 방법들을 찾아보자 ^CD

- 기술·가정 : 학습활동 결과를 통하여 구의 반지름을 구하는 장치를 제작한다.

ET

5/6

주제(단원)

명 과학탐구활동을 통한 전 세계 학생들과의 교류 Ÿ 중심과목 성취기준(과학)

[10통과01-02] 우주 초기의 원소들로부터 태양계의 재료이면서 생명체를 구성하는 원소들이 형 성되는 과정을 통해 지구와 생명의 역사가 우주 역사의 일부분임을 해석할 수 있다.

- 과학 : 외국 친구들은 지구의 크기를 구하는 방법을 어떻게 알고 있을까? ^Co - 기술·가정 : 외국 친구들과 탐구활동을 효과적으로 할 수 있는 SNS 도구에 대한

탐구 ^CD

- 미술 : 외국 친구들과의 지적인 교류를 통해서 다양한 지식을 획득한다. ^ET

6/6

주제(단원)

명 SNS 활용 지구의 크기 산출 Ÿ 중심과목 성취기준(과학)

- 미술 : 탐구활동을 같이한 외국 친구들에게 어떤 선물을 하면 좋을까? ^Co - 과학 : 외국 친구들을 이용하여 다양한 탐구활동을 구상한다. ^CD

- 기술·가정 : SNS 를 교육적으로 활용할 수 있는 방안을 유튜브에 공개한다. ^ET

(23)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

1-1)

STEAM 프로그램 1~2차시 수업지도안

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년

중심과목 성취기준

영역

통합과학 4. 지구 시스템 ^중심과목 성취기준

[10통과04-01] 지구 시스템은 태양계라 는 시스템의 구성요소이면서 그 자체로 수많은 생명체를 포함하는 시스템임을 추 론하고, 지구 시스템을 구성하는 하위 요 소를 분석할 수 있다.

주제(단원)명 에라토스테네스 따라 하기 차시 1~2(100 분) / 6

학습목표

• 지구로 입사하는 평행광인 태양 빛을 이용한 수학적인 방정식을 구상할 수 있다.

• 구를 이용한 기하학적인 내용을 지구에 적용하고 설명할 수 있다.

• 지구의 위도와 경도가 만들어진 원리를 설명할 수 있다.

• 에라토스테네스의 지구 크기 측정법을 다른 사람에게 설명할 수 있다.

연계과목 수학 ^연계과목

성취기준 영역 [고등학교 1학년 (2) 기하

STEAM 요소

S 에라토스테네스의 지구 크기 측정방법 탐구 T 빛의 입사각을 측정할 수 있는 도구 디자인 E 빛의 입사각을 측정할 수 있는 도구 제작 A 측정도구 제작에 독창성 가미하기

M 도형의 기하학을 적용한 방정식 적용

개발 의도

Ÿ 코로나19 사태에 따른 대면교육의 어려움을 극복할 만한 탐구활동 방안탐색 Ÿ 고대 과학자들의 업적과 창의성에 대한 이해와 학습

Ÿ 고등학생 수준에서 지구의 크기를 구할 수 있는 여러 가지 방법에 대한 탐구기회 제공

최근 학생들 뿐 만 아니라 거의 모든 사람들이 SNS라는 도구를 이용하여 국내를 넘어 세계인들과 소통하고 있는 것이 현실인데 이는 인터넷 통신이 가능한 스마트폰의 보급 때문이라고 할 수 있다. 학교와 같은 교육기관에서는 학생들이 수업시간에 스마트폰을 사용하는 것이 학습과정을 방해하는 경우가 많기 때문에 교실 내에서의 스마튼폰 사용에 대해서는 부정적인 측면이 많은 것이 사실이다.

이런 환경에서 스마트폰을 활용한 SNS의 장점을 학습활동에 적용해보고자 하는 것이 본 STEAM 프로그램의 개발 취지이다 목적에 해당한다.

그동안의 스마트폰을 활용한 교육활동이 없었던 것은 아니지만 주로 자료를 검색하거나 이 미 개발된 어플리케이션을 활용한 활동이 대부분이었다고 할 수 있다.

그러나 이번 STEAM 학습 프로그램에서는 세계 각국에 있는 학생들의 참여로 이루어지는 탐구활동을 기반으로 하여 전 세계의 개별 학생들이 지구의 크기를 구하는 활동을 동시에 수 행하여 이를 수합하여 실제 지구의 크기를 구하게 될 것이다.

(24)

될 것이고 둥근 지구에 입사하는 태양 빛의 입사각을 전 세계에서 동시에 측정함으로서 지구 의 반지름을 계산하는 방법을 탐구하는 것이다. 이는 고대 에라토스테네스가 지구의 크기를 구하는 방법을 현대적인 방법으로 재구성한 것이라고 할 수 있다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

Ÿ 과학기술이 미미 했던 과거에는 어떻게 지구와 달의 크기를 측 정했을까?

Ÿ 외국에 있는 학 생들과 같이 탐 구활동을 할 수 있을까?

창 의 적 설 계

창의적 설계 Ÿ SNS 를 탐구활동

에 활용하여 과 학활동을 같이하 는 친구를 만들 어 보자.

Ÿ 외국의 친구들과 작업한 결과를 유튜브에 공개하 여 만족감을 얻 는다.

감 성 적 체 험 Ÿ 에라토스테네스의 지구크

기 측정법에 오류는 없는 지 찾아보자.

Ÿ 다양한 방법으로 같은 경 도에 있는 친구들과 지구 의 크기를 구해보자

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (25 분)

1. 우주에서 본 지구의 모습에 관련된 동영상을 시청한다. ^Co

Ÿ ‘우주정거장에서 본 지구의 모습을 보고 지구의 크기를 구할 수 있 는지에 대한 지적 호기심을 자극한다.

Ÿ 에라토스테네스에 관한 내용이 담긴 만화를 보여주고 학생들이 오늘 학습과정을 만화로 표현할 수 있도록 지도한다.

Ÿ 첨단 과학기술을 적용하지 않고 지구의 크기를 구할 수 있는 방안에 대한 질물을 한다.

[그림1. 우주정거장에서 본 지구의 모습 동영상의 한 장면]

2. 아폴로 달 탐사계획에 관한 동영상을 시청한다. ^Co

Ÿ 달 탐사가 조작되었다는 주장에 대한 동영상도 같이 보여준다.

Ÿ 달 탐사가 조작되었다는 주장에 대한 과학적인 토의를 하도록 안내한 다.

Ÿ 달에서 본 지구의 모습을 통하여 지구의 크기를 산출할 수 있을지를 안내한다.

동영상

Tip!

(25)

[그림2. 아폴로 탐사선이 달에서 찍은 지구의 모습]

전개 (65 분)

1. 앞으로 전개될 5차시의 학습내용을 설명하고 본 차시의 학습활동에 대 한 안내를 한다.

[그림3. STEAM 탐구학습활동 안내도]

2. 에라토스테네스의 지구 크기 측정법에 대한 탐구활동 전개 ^CD 1) 에라토스테네스의 지구 크기 측정법 적용을 위한 전제 조건 토의

Ÿ 지구의 형태에 대한 정의 – 완전한 구 또는 타원체

Ÿ 태양빛의 경로에 대한 정의 – 평행하게 직진하는지에 대한 결정

노트북 영상자료

계산기

(26)

[그림4. 에라토스테네스의 지구 크기 측정법 도안]

2) 에라토스테네스의 측정법에 따른 같은 경도지역 설정 문제 탐구 ^CD Ÿ 지도를 이용하여 서울과 같은 경도에 해당하는 도시 검색

[그림5. 같은 경도상의 두 도시 선정]

Ÿ 지도상의 두 도시를 선정하여 지구의 둘레 구하기

Ÿ 지역과 시간에 해당하는 태양의 고도와 방위각을 구할 수 있는 미국 의 NOAA에서 운영하는 Global Monitoring Laboratory 사이트를 이용 한다.

거리

종류 1 2 3

도시 A 도시 B 지구 둘레

(27)

3. 현대 첨단과학 자료를 이용한 지구 크기 산출 탐구활동 전개 ^CD 1) 태양계 탐사선의 자료를 이용한 지구 크기 측정

[그림6. 목성탐사선 주노(왼쪽)와 아폴로17호가 촬영한 지구사진]

Ÿ 아폴로 17호가 촬영한 사진의 크기와 지구와 달사이의 거리를 적용하 여 지구의 크기를 구할 수 있을까?

Ÿ 목성 탐사선 쥬노가 지구로부터 9,660,000km 떨어진 곳에서 촬영한 지구의 사진으로 지구의 크기를 구할 수 있을까?

Ÿ 위의 두 가지 방법으로 구한 지구의 크기는 어떤 것이 더 정확할까?

2) 개기월식 자료를 이용한 지구 크기 측정

개기월식 자료 지구크기 측정방법 서술하기

Ÿ 개기월식으로 지구의 크기를 구한 과거의 사례를 찾아 정리한다.

Ÿ 개기월식으로 나타난 지구 그림자를 이용하여 지구의 크기를 구하할 때 필요한 자료에 대해서 토의하고 찾아본다.

Ÿ 이 자료를 사용하여 구한 지구의 크기와 에라토스테네스의 방법을 비

(28)

정리 (10 분)

1. 학생들이 완성한 학습 결과물을 학생들이 스티커를 붙여서 평가하는 시 간을 제공한다. ^ET

Ÿ 우수한 조로 선정된 학생들에게 적절한 보상을 하고 칭찬한다.

2. 학습활동의 내용을 만화로 표현한 학생들에게 칭찬하고 적절한 보상을 한다.

3. 다음 차시의 학습 내용을 제시하고 필요한 선행학습 과제를 부여한다.

(29)

1-2) 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1/5

1. 아래에 제시한 사이트를 활용하여 두 도시의 태양의 고도 각을 산출하고 이를 이용하여 지구의 둘레를 구하시오.

Global Monitoring Laboratory https://gml.noaa.gov/grad/solcalc/

2. 3 개의 자료 중 실제 지구의 크기와 가장 근접한 것은 어떤 것인지 또 그 이유는 무엇인지를 서술하시오.

거리

종류 1 2 3

도시 A 도시 B 지구 둘레 이유 :

(30)

차시 1/5

3. 개기 월식 사진자료를 이용하여 지구의 크기를 구하는 과정을 토의하고 아래의 표를 완성하시오.

사례 발표자료 요약하기

(31)

1-3) 교사자료

차시 1/5

1. 원하는 지역의 태양의 정보를 실시간으로 조회할 수 있는 사이트

Ÿ 학습 활용 방안 : 같은 경도에 해당하는 도시의 동시간대의 태양의 고도 산출 Ÿ 학생대상 사용안내 : UTC 기준 9 시간 더해줌.

자료출처

Global Monitoring Laboratory

https://gml.noaa.gov/grad/solcalc/

(32)

차시 1/5

Solar Position Calculator의 업그레이드 사이트

자료출처

Global Monitoring Laboratory

https://gml.noaa.gov/grad/solcalc/

(33)

차시 1/5

[심화학습자료]

우주정거장에서 본 지구의 모습

지구 사진의 크기와 우주정거장까지의 거리로서 지구의 크기를 구하기 위한자료

자료출처 https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/stemonstrations_orbits.pdf

(34)

2-1) STEAM 프로그램 3~4차시 수업지도안

영역

기술·가정 : 3. 기술 혁신과 설계 중심과목 성취기준

[12기가04-06] 정보 통신 기술 분야의 첨 단 기술에 대하여 조사하여 보고, 정보 통신 산업의 발전 방안을 토의하고 발표 한다.

주제(단원)명 SNS 를 통한 과학탐구활동영역

학습프로그램 개발 ^차시 3~4(100 분)/6

학습목표

• 정보통신 기술을 학습활동에 적용할 수 있다.

• SNS를 통한 학습활동을 위한 여러 나라의 친구들을 사귈 수 있다.

• 인터넷을 이용하여 같은 경도대에 해당하는 도시를 찾을 수 있다.

연계과목 통합과학 ^연계과목

성취기준 영역 고등학교 1학년 4. 환경과 에너지

STEAM 요소

S 지구의 위도와 경도 관련 과학 기반의 자료 활용 T 최신 정보통신 기술의 활용

E 학습 목표에 적절한 SNS의 활용 A 측정도구 제작에 독창성 가미하기

M 분초로 된 위도와 경도의 소수점 아래 부분 10진수화 하기 개발 의도

Ÿ SNS를 활용한 탐구학습 방법 확산

Ÿ 코로나19 사태에 따른 대면교육의 어려움을 극복할 만한 탐구활동 방안탐색 Ÿ 다른 나라 학생들의 학습 경험의 비교 및 이해

최근 정보통신 기술의 발달로 인하여 교실 밖의 많은 정보를 쉽게 접할 수 있고 이를 이용 한 학습활동이 가능한 것이 세태의 흐름이다.

그러나 많은 학생들이 정보통신 기술을 오락적인 영역에 활용하는 경우가 많고 이에 따른 부작용도 적지 않은 편이다. 이러 현상에 대해 긍정적인 방향으로의 전환이 필요하고 이를 실천할 수 있는 것이 학교의 교육을 통해서 가능하리라는 생각이 들었다.

학생들에게 자신이 사용하는 SNS 도구를 활용하여 다양한 나라의 학생들과 만나고 이들이 어떤 교육과정을 거치고 있는 지를 확인하고 소통하는 기회를 통해서 학습에 대한 관심을 증 폭시키려는 의도가 본 학습과정에 포함되어 있다.

상황 제시

상 황 제 시

Ÿ 다른 나라의 학 생들은 학습수준 이 나와 얼마나 다를까?

Ÿ SNS 를 통한 탐구 학습이 정말고 가능할까?

창 의 적 설 계

창의적 설계 Ÿ 나의 학습결과와 다른 나라 친구 들의 학습결과를 비교해보자

감 성 적 체 험 Ÿ SNS 로 원하는 지역의 친

구를 찾아보는 최선의 방 법을 찾아보자

감성적 체험

(35)

학습

및 유의점

도입 (25 분)

1. 이전 차시에서 학습한 내용을 되돌아본다. ^Co Ÿ 학습의 단계에 해당하는 내용을 상기한다.

Ÿ SNS를 활용한 다양한 활동에 대해서 조사하고 학생들에게 도움이 되 는 경우와 그렇지 않은 경우에 대해서 토의한다.

Ÿ 지구의 크기를 산출하는데 사용되는 다양한 방법에 대해서 브레인스 토밍을 실시한다.

[그림1. 탐구 학습의 단계를 확인하기 위한 자료]

2. SNS활용 수업의 준비 상태를 확인한다. ^Co

[그림2. 다양한 종류의 SNS]

Ÿ 자신이 사용하고 있는 SNS의 장점을 정리하여 발표한다.

Ÿ SNS를 활용하는데 스마트폰을 사용하는 경우와 PC를 사용할 경우에 차이점을 토의한다.

Ÿ 학습과정에 적절한 SNS를 선정하고 같은 SNS를 사용하는 학생들로

동영상

Tip!

(36)

전개 (65 분)

1. 지구의 크기를 구하기 위한 조건에 적합한 도시를 탐색한다. ^CD Ÿ 서울과 경도가 같은 도시를 인터넷을 이용하여 찾아본다.

Ÿ 태양 빛이 수직으로 입사하는 곳에 대한 정보를 파악한다.

Ÿ 에라토스테네스가 사용한 두 도시의 적절성을 탐구한다.

[그림3. 에라토스테네스가 이용한 두 도시와 관련 그림]

2. 인터넷으로 찾은 도시의 위치를 지구본에 적용한다. ^CD Ÿ 경도가 같은 도시를 찾아 지구본에 위치를 표시한다.

Ÿ 태양의 입사각이 90도에 해당하는 지역과 시기를 인터넷 프로그램에 서 찾아 학습에 활용이 가능한지를 탐색한다.

[그림4. 스마트폰을 사용하여 해당 도시를 검색하는 학생들]

Ÿ 검색하여 찾은 두 도시에 그림자 막대를 설치하고 형광등 빛에 의한 그림자 막대의 길이를 파악한다.

Ÿ 지구본의 둘레(X)를 측정하여 지구본의 반지름(R)을 산출한다.

X = 2πR R= X / 2π

노트북 영상자료

지구본 계산기

(37)

[그림4. 같은 경도의 도시에 설치한 그림자 막대]

3. 경도가 같은 두 도시의 위도 경도의 자료를 정리한다 ^Co

Ÿ GPS-Cordenate.net 사이트를 이용하여 경도가 같은 도시를 검색한다.

Ÿ 두 도시의 간의 거리를 산출한다.

[그림5. 위도와 경도에 따른 정보를 추출할 수 있는 사이트]

Ÿ 지도의 거리를 구할 수 있는 프로그램을 이용하여 같은 경도에 해당 하는 도 도시간의 거리를 산출한다.

[그림.6 두 도시간의 거리를 산출할 수 있는 사이트]

(38)

정보

종류 위도 경도 거리

도시 A 도시 B 도시 C 도시 D 도시 E 도시 F 기타

4. 학습 중에 선택한 두 도시에 거주하는 학생들과 SNS를 통한 연결을 시 도하고 탐구학습의 의미를 전달한다. ^Co

[그림.7 SNS로 탐구활동 친구 구하기 캡처화면]

Ÿ 외국의 학습친구를 구하기 위한 적절한 방법에 대해서 토의한다.

Ÿ 이미 구한 학습친구를 활용하여 많은 인력 풀을 구축한다.

Ÿ 외국의 친구들에게 에라토스테네스의 지구 크기 측정법에 대한 설명 을 쉽게 할 수 있는 방법과 영어문장을 만든다.

정리

(10 분) 1. 학생들이 완성한 학습 결과물을 학생들이 스티커를 붙여서 평가하는 시 간을 제공한다. ^ET

(39)

Ÿ 우수한 조로 선정된 학생들에게 적절한 보상을 하고 칭찬한다.

2. 학습활동의 내용을 만화로 표현한 학생들에게 칭찬하고 적절한 보상을 한다.

3. 다음 차시의 학습 목표를 제시하고 관련 PPT자료를 시청한다.

[그림.8 STEAM 학습프로그램 소개 PPT 자료 초기화면]

(40)

2-2) 학생활동학습지

차시 3~4/5

주제 : 지구크기 측정에 적합한 도시 결정하기

학번 이름

1. 학습에 적합한 위도, 경도에 맞는 도시를 찾아서 빈칸을 채우시오.

다음에 제시된 인터넷 사이트를 활용하는 것을 권장합니다.

① GPS Coordinates

https://www.gps-coordinates.net/

② GPS Distance

https://www.maps.ie/

(41)

2. 위의 사이트를 이용하여 검색한 도시 이름과 정보로 아래 표를 완성하시오.

정보

종류 도시명 위도 경도 거리

도시 A 도시 B 도시 C 도시 D 도시 E 도시 F 기타

3. 탐구학습에 필용한 도시를 검색하는데 필요한 전제 조건을 3 가지만 서술하시오.

① ② ③

4. 모둠에서 선택한 두 곳의 도시를 지도위에 표시하시오.

(42)

2-3) 학생 활동 자료

차시 3~4/5

SNS 를 이용하여 해외 학생과 소통한 활동 자료 캡처 사진 자료

(43)

3-1) STEAM 프로그램 5차시 수업지도안

영역

수학 2. 기하 ^중심과목

성취기준

[10

수학

02-04]

.

주제(단원)명 태양빛의 입사각 측정 도구 제작

및 입사각 결정 ^차시 5/6

학습목표

• 지구로 입사하는 평행광인 태양 빛을 이용한 수학적인 방정식을 구상할 수 있다.

• 구를 이용한 기하학적인 내용을 지구에 적용하고 설명할 수 있다.

• 지구의 위도와 경도가 만들어진 원리를 설명할 수 있다.

• 에라토스테네스의 지구 크기 측정법을 다른 사람에게 설명할 수 있다.

연계과목 수학 ^연계과목

성취기준 영역 [10통과04-01] 지구 시스템

STEAM 요소

S 에라토스테네스의 지구 크기 측정방법 탐구 T 빛의 입사각을 측정할 수 있는 도구 디자인 E 빛의 입사각을 측정할 수 있는 도구 제작 A 측정도구 제작에 독창성 가미하기

M 도형의 기하학을 적용한 방정식 적용

개발 의도

Ÿ 코로나19 사태에 따른 대면교육의 어려움을 극복할 만한 탐구활동 방안탐색 Ÿ 고대 과학자들의 업적과 창의성에 대한 이해와 학습

Ÿ 고등학생 수준에서 지구의 크기를 구할 수 있는 여러 가지 방법에 대한 탐구기회 제공

이번 STEAM학습 프로그램은 기존의 교실 속의 탐구활동이 아닌 글로벌화 된 학습활동이 될 것이고 둥근 지구에 입사하는 태양 빛의 입사각을 전 세계에서 동시에 측정함으로서 지구 의 반지름을 계산하는 방법을 탐구하는 것이다. 이는 고대 에라토스테네스가 지구의 크기를 구하는 방법을 현대적인 방법으로 재구성한 것이라고 할 수 있다.

상황 제시

상 황 제 시

Ÿ 과학기술이 미미 했던 과거에는 어떻게 지구와 달의 크기를 측 정했을까?

Ÿ 외국에 있는 학 생들과 같이 탐 구활동을 할 수 있을까?

창 의 적 설 계

창의적 설계 Ÿ SNS 를 탐구활동

에 활용하여 과 학활동을 같이하 는 친구를 만들 어 보자.

감 성 적 체 험 Ÿ 에라토스테네스의 지구크

기 측정법에 오류는 없는 지 찾아보자.

감성적 체험

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학습

및 유의점

도입 (25 분)

1. 북극권에서 나타나는 백야 현상에 관한 동영상을 시청한다. ^Co

Ÿ 태양이 지평선 아래로 지지 않는 조건에 대해서 토의하고 발표한다.

Ÿ 태양이 지지 않는 북극권에 사는 동물들은 잠을 얼마나 자는지를 인 터넷에서 조사하고 북극권 가까이 사는 사람들의 생활 패턴을 조사하 고 발표한다.

[그림1. 북극권에서 나타나는 백야현상]

2. 지구에 입사하는 태양 빛의 고도를 분석하고 이들이 지구에 어떤 영향 을 미치는지에 대한 호기심을 자극한다. ^Co

Ÿ 북회귀선과 남회귀선의 정의와 위도 대에 대해서 조사한다.

Ÿ 태양의 입사각과 위도와의 관계를 식으로 나타낼 수 있는지를 탐구한 다.

[그림2. 태양의 입사각에 따른 지구의 구분영역]