과 제 명 연구책임자

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AD21010002 분야 및 학교급

학문분야 주제별 융합형-중학/고교

2020년 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 최종 보고서

과 제 명 연구책임자

4차 산업혁명, 스마트 시티 플랫폼으로 길을 찾다 함 남 우

2020. 12.

기 관 명 : 인천대학교

(2)

(3)

“이 보고서는 2020년도 정부(교육부)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

* 본 연구의 내용은 연구팀의 의견이며, 교육부와

한국과학창의재단의 공식적인 견해와는 다를 수 있습니다 .

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(5)

제 출 문

한국과학창의재단 이사장 귀 하

본 보고서를 “2020년 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발”의 최종보고서로 제출합니다.

2020년 12월 일

○ 주관연구기관명 : 인천대학교

○ 연 구 기 간 : 2020.08.03.~2020.12.18

○ 주관연구책임자 : 함 남 우

○ 참여연구원

․연 구 원 : 윤 덕 한

․연 구 원 : 배 태 영

․연 구 원 : 조 항 설

․연 구 원 : 안 주 영

․연 구 원 : 한 가 연

․연 구 원 : 이 윤 서

․연 구 원 : 황 영 미

․연 구 원 : 박 은 희

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(7)

보고서 초록

과제번호

2020EA004

연구기간 2020.08.03.~12.18.

연구사업명 2020년 융합인재교육프로그램(STEAM) 프로그램 개발 연구과제명

(한글) 4차 산업혁명, 스마트 시티 플랫폼으로 길을 찾다

(영문) Fourth Industrial Revolution, find a way at smart city platform

연구책임자

(연구기관명) 함남우

(인천대학교)

참 여

연구원수 총 9명 연 구

용역비 50,000천원

요 약 문 보고서 면수

105

본 연구는 빅데이터를 테마로 4차 산업혁명, 스마트 시티 플랫폼으로 길을 찾다라 는 주제로 중학교 및 고등학교 학생용 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발에 관한 연구이다. 연구를 위한 프로그램은 학문분야 주제별 융합형으로 개발되었으며 중학 교 학생들의 자유학기제용 및 차시대체 수업용 프로그램과 고등학교 학생들의 차시 대체 수업용 프로그램으로 개발되었다.

Smart City

에 관련된 빅데이터 관련 6가지 주제(Living Lab 스마트 팜(Smart Farm), Living Lab 스마트 물류(Smart Logistics), Living Lab 스마트 그리드(Smart Grid), 나만의 퍼스널 모빌리티(personal mobility) 장치 구상 제안하기, Living Lab 스마트파킹(Smart Parking), Living Lab 시민참여형 Smart City Platform)를 이용하여 학교 급별 학생들의 수준과 수업 적합성을 고려하 여 제작되었다. 4차 산업혁명시대의 핵심 요소인 빅데이터가 우리 사회에서 핵심 화제로 부각된 시점에서 2015 개정 교과 교육과정상의 빅데이터와 관련된 단편적인 내용을 극복하고 학생들에게 빅데이터를 효과적으로 교육시켜 학생 스스로 계획하 고 학습하며 창의력과 문제해결력을 신장시킬 수 있는 프로그램으로 개발하였다.

단순 지식 보다는 상상력, 과정, 감성적 기능이 더 중요시되는 시대로의 교육적 패 러다임 전환이 이루어지고 있는 시점에서 수학, 과학, 기술, 예술을 배우는 것에서 한걸음 더 나아가 이들 지식을 융합하고 통합하는 능력을 기르기 위한 교육이 필요 하다는 것을 개발된 프로그램의 학교 현장 적용 과정을 통하여 확인하였다.

색인어 (각5개 이상)

한글 스마트 시티, 리빙 랩, 스마트 그리드, 스마트 팜, 퍼스널 모빌리티 스 마트 파킹, 스마트 시티 플랫폼, 스마트 안전, 공유경제

영어 Smart City, Living Lab, Smart Grid, Smart Farm, Personal mobility,

Smart Parking, Smart City Platform, Smart Safety, Sharing economy

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요 약 문

Ⅰ. 제 목

4차 산업혁명, 스마트 시티 플랫폼으로 길을 찾다

Ⅱ. 연구의 목적 및 필요성

가. ICT 기술의 발전과 함께 등장한 스마트 기기의 확산, 소셜네트워크서비스(SNS)의 활성화, 사물인터넷(IoT)의 보급 등으로 인해 빅데이터 기반은 더욱 확대되고 있 으며, 이들로부터 생성되는 방대한 양의 데이터들을 저장하고 처리하는 기술 또한 진보 나. 원유를 어떻게 가공하느냐에 따라 만들어낼 수 있는 제품의 종류가 무궁무진하듯이,

21세기의 원유라고 정의되고 있는 빅데이터는 어떻게 활용하느냐에 따라 이전에는 미처 발견하지 못했던 수많은 새로운 가치들을 창조

다. 현대 사회에서는 단지 과학의 요소뿐만 아니라 과학의 요소들을 어떻게 연관시키고 통합시키는가의 여부가 중요한 산업 경쟁력의 조건이므로 과학, 기술 지식의 내용을 배우는 것에서 한걸음 더 나아가 이들 지식을 융합하고 통합하는 능력을 기르기 위한 교육 필요

나. 학생이 주체가 되어 스스로 계획하고 학습하며 미래를 개척할 수 있는 능력을 키울 수 있는 새로운 교육 프로그램의 필요성 대두

다. 단순 지식보다는 상상력, 과정, 감성적 기능이 더 중요시되는 시대로의 교육 패 러다임의 전환이 이루어지고 있어 창의력, 상상력, 문화예술교육이 융합되는 새로운 교 육프로그램 필요

라. 과학이 어려운 과목이라는 인식이 팽배해 있어 역량이 뛰어난 학생이 이공계로의 진학 기피 현상이 여전히 존재하고 있어 우수 과학기술 인재의 육성에 어려움 존재

Ⅲ. 연구의 내용 및 방법

가. 연구내용

1) 학문분야 주제별 융합형 프로그램 개발 : 중학생용

구분 자유학기제용 및 수업 대체용

적용프로그램 Living Lab 스마트 팜 (Smart Farm) (4차시)

Living Lab 스마트 물류 (Smart Logistics) (4차시)

Living Lab 스마트 그리드 (Smart Grid)(3차시)

프로그램

교사용 지도서 1종 학생용 활동지 1종 교사용 수업 PPT 1종

대상 학년 중학교 1~2학년 중학교 1~2학년 중학교 1~2학년

(10)

2) 학문분야 주제별 융합형 프로그램 개발 : 고등학생용

구분 수업 대체용

적용프로그램

나만의 퍼스널 모빌리티 (personal mobility) 장치

구상 제안하기 (3차시)

Living Lab 스마트파킹 (Smart Parking) (3차시)

Living Lab 시민참여형 Smart City Platform

(3차시)

프로그램

교사용 지도서 1종 학생용 활동지 1종 교사용 수업 PPT 1종

대상 학년 고등학교 1~2학년 고등학교 1~2학년 고등학교 1~2학년

나. 연구방법

1) 인문사회, 예술 분야의 소양과 수・과학 분야를 융합할 수 있는 학문분야 주제별 융합형 프로그램을 제작한다.

2) 학생들의 다학제적, 간학제적으로 관련 학문 분야를 활용하여 자기 자신, 공동체, 사회가 직면한 문제를 해결할 수 있는 융합적 역량을 가진 인재로 성장할 수 있 도록 학문분야 주제별 융합형 프로그램을 제작한다.

3) 학생들이 기존의 학문체계를 토대로 실험정신과 개척정신을 발휘하는 창의적인 사람 으로 성장하는 데 도움이 되는 학문분야 주제별 융합형 프로그램을 제작한다.

4) 자신에 대한 바른 정체성과 타인과 사회에 대한 배려, 사회적 책무의식을 가진 학생으로 성장하는 데 도움이 되는 학문분야 주제별 융합형 프로그램을 제작한다.

5) 고등학생용 프로그램인 경우 빅데이터가 4차 산업혁명 시대의 핵심 이슈가 되는 산업이라는 사실을 프로그램을 통해 경험하고 이를 바탕으로 자신의 진로설계에 이용할 수 있도록 학문분야 주제별 융합형 프로그램을 제작한다.

6) 본 학문분야 주제별 융합형 프로그램 개발 연구의 적절한 진행과 산출 결과의 효 과적인 적용과 보급을 위해는 연구책임자를 중심으로 수학, 물리, 화학, 생명과학, 미술, 건축, 융복합, 공학 분야의 연구자와 교육과정 및 영재교육 전문 연구진이 자신의 분야를 중심으로 학제 간 융합형 STEAM 교육과정 내용을 구성한다.

7) 프로그램 개발에 참여한 연구원들이 상호 유기적 관계를 통해 내용 개발에 다양한 시각의 방안들을 구축할 수 있도록 추진체계를 구성한다.

8) 연구 진행의 신뢰와 타당성을 위해 STEAM 교과 관련 교수, 영재교육 교수를 중심 으로 자문진을 구성하여 운영한다.

(11)

<학문분야 주제별 융합형 프로그램 제작 과정>

프로그램 개발 주제 선정 (4차 산업혁명, 스마트 시티

플랫폼으로 길을 찾다)

주제별 수학․과학적 학습 요소 추출

교과 간・교사 간 협동 시스템 개발 및 구축

4차 산업혁명, 스마트 시티 플랫폼으로 길을 찾다 아이템 개발

교수학습 자료 형태 고안

학문분야 주제별 융합형 프로그램 개발

학문분야 주제별 융합형 프로그램 수업 투입

교사 대상 면담

학생 사전사후 검사 (학문분야 주제별 융합형

프로그램의 적합성 판별)

학교(학문분야 주제별 융합형 프로그램의

효과성 자문)

환류 분석

수정 및 보완

5. STEAM 프로그램 개발 결과 가. 프로그램 개발 방향

1) 중학교 자유학기제와 고등학교에서 시행되는 교육과정을 위한 현장 적용성 높은 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발 및 적용한다.

2) 인문사회, 예술 분야의 소양과 수・과학 분야를 융합할 수 있는 학문분야 주제별 융합형 프로그램을 제작한다.

3) 학생들의 다학제적, 간학제적으로 관련 학문 분야를 활용하여 자기 자신, 공동체, 사회가 직면한 문제를 해결할 수 있는 융합적 역량을 가진 인재로 성장할 수 있 도록 학문분야 주제별 융합형 프로그램을 제작한다.

4) 학생들이 실험정신과 개척정신을 가지고 기존의 학문체계를 토대로 새로운 것을 발명, 개발할 수 있는 창의적인 사람으로 성장하는 데 도움이 되는 학문분야 주 제별 융합형 프로그램을 제작한다.

5) 자신에 대한 바른 정체성과 타인과 사회에 대한 배려, 사회적 책무의식을 가진 학생

(12)

으로 성장하는 데 도움이 되는 학문분야 주제별 융합형 프로그램을 제작한다.

나. 프로그램 구성 틀 1) 교사용 교재

교재구성

목차(안) 구성 내용

프로그램 사용안내 - 프로그램의

특징

▶ 프로그램에 대한 소개

- 학생 참여를 기반으로 하는 협력 중심 학문분야 융합형 탐구 활동 프로그램 으로 실생활 맥락에서 학생들이 마주하는 문제에 대해 과학적으로 탐구하 고 경험하는 기회를 제공함으로써 발견의 즐거움, 탐구의 기쁨 등 과학의 즐 거움과 유용성을 느낄 수 있도록 한다는 취지의 프로그램 특성 소개

▶ 프로그램의 특징 소개

- 빅데이터와 스마트 시티와 관련된 생활 주변의 소재를 도입하여 학생들의 흥미와 관심을 높이고, 직접적인 참여를 이끌어내고자 하였으며 학생 스스로 문제를 인식하고 관련 자료를 수집하며 관찰하고 분석하는 과정을 통해 사회 속에서 과학의 중요성과 역할을 이해하도록 하여, 평생학습 역량을 기를 수 있도록 한다는 취지의 프로그램 특징 소개

프로그램 사용안내 - 프로그램

사용방법 안내

▶ 교사용 프로그램

- 학교현장에서 교사가 손쉽게 사용하실 수 있도록 자세하고 쉽게 안내 - 각 주제별로 앞쪽에 ‘차시별 활동 흐름’을 한눈에 알아보기 쉽도록 표로 제시 - 수업지도안 및 수업활동 내용에 을 제시하여 적용 시 주의할 점 등을

상세히 안내

▶ 학생용 프로그램

- 차시 대체용 교수학습 프로그램 및 자유학기제용 교수학습 프로그램 명시 - 학교 사정에 따라 프로그램을 전체 또는 차시(부분) 등을 선택적으로 활용

교육과정 연계

▶ 2015 개정 교육과정 연계

- 프로그램 적용에 관련된 교과목 내용 요소 및 성취수준 기술

주제 개요 ▶ 프로그램 기획 취지 설명

학습 목표 ▶ 프로그램을 이용해 수업을 진행할 시 STEAM과 관련된 수업 목표 기술 STEAM

과목 요소 ▶ 프로그램에서 STEAM과 관련된 과목 요소 기술 융합인재교육

(STEAM) 학습준거

▶ 상황제시 : 차시별 상황제시 학습 준거 제시

▶ 창의적 설계 : 차시별 창의적 설계 학습 준거 제시

▶ 감성적 체험 : 차시별 감성적 체험 학습 준거 제시

(13)

2) 학생용 교재

교재구성

목차(안) 구성 내용

생각 열기

▶ 도입

- 학습 주제 제목과 주제를 드러낼 수 있는 자료 제시 제목 아래 주제목표 제시

- 학습 전체 상황을 아우를 수 있는 상황 제시

- 학생들이 겪어 보았을 만한, 자기 문제로 느낄 수 있는 상황(일상생활 과 연계)을 이야기로 제시

- 이야기를 듣고 떠오르는 생각, 궁금한 점, 도전해보고 싶은 내용, 공부해 보고 싶은 내용을 정리해 볼 수 있는 학습지 제시(필요한 경우)

→ 창의적 설계 전 단계 융합인재교육

(STEAM) 활동 안내

▶ 차시별 프로그램 운영 시 학생들의 지식과 경험을 확대할 수 있는 활동 안내

차시별

활동 흐름 ▶ 차시별 학습목표 및 주요 내용 소개

평가 계획

▶ 수행․관찰 평가 계획

평가영역 평가항목 평가 척도

상 중 하

창의적 설계 과제 설계

도전 과제 해결 감성적 체험

집중과 끈기 흥미와 참여도

창의성

▶ 수행․관찰 평가 기록지

평가

영역

번호이름

창의적 설계 감성적 체험

창의성에 관련된 과제

수행에서의 창의적 설계

예술에 관련된 과제

수행에서의 창의적 설계

집중과 끈기

흥미와

참여도 창의성

학생 자기/동료 평가 계획

평가방법 평가 영역 평가기준 평가 척도

상 중 하

자기평가 감성적 체험

창의적 설계

동료평가 창의적 설계

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다. 프로그램 총괄표

생각 키우기

▶ 전개

- 학습과 관련된 학습지 제시 - 창의적 설계에 해당하는 내용 생각 다지기 ▶ 정리

- 학습을 정리하는 단계로 서로의 창의적인 생각 나누기

프로그

램명 학년 구분 소요시간 수업 개요

(학생활동 내용) 수업 목표 관련 교과 평가 준비물

Living Lab 스마트 팜(Smart

Farm) 중학

1~2 학년

1차시 준비 5분

공중에서 채소를 키울 수 있을까?

• 광합성에 필요한 요소에는 무엇이 있는지 설명할 수 있다.

• 실내에서 유기농 채소를 재배할 수 있음을 설명할 수 있다.

과학, 국어, 정보, 미술

수행관찰평가 자기, 동료평가

인터넷, 컴퓨터(노트북), 학생용 활동지, 색연필

세트, 스케치 북, 반려식물(다육이, 틸란드시아, 아이비, 스투키, 스타티필름, 아비스, 수경재배

장치) 수업 40분

2차시 준비 5분

밭에서 잡초만 제거할 수 없을까?

• 얼굴인식 기술을 통해 사물을 확인 하는 과정을 설명할 수 있다.

• 사물 인식을 위해서는 패턴화가 이 루어져야 함을 설명할 수 있다.

과학, 국어, 정보, 수학, 미술

인터넷, 컴퓨터(노트북), 학생용 활동지, 학생 개인 스마트폰, 색연필

세트, 스케치 북, 네임펜, 자, 투명필름 수업 40분

3차시 준비 5분

원격으로 작물을 재배할 수 있을까?

• IOT를 통해 원격으로 작물을 재배 할 수 있음을 설명할 수 있다.

•Smart Farm을 위해 필요한 다양한 sensor에 대해 설명할 수 있다.

인터넷, 컴퓨터(노트북), 학생용 활동지, 색연필

세트, 스케치 북 수업 40분

4차시 준비 5분

간이 Smart Farm을 만들어 보자!

• Arduino의 기본 개념을 이해할 수 있다.

• Arduino를 이용해 간이 Smart Farm 을 만들 수 있다.

인터넷, 컴퓨터(노트북), 학생용 활동지, Arduino

식물 키우기 세트 스마트 팜 수업 40분

Living Lab 스마트

물류 (Smart Logistics)

중학 1~2 학년

1차시

준비 5분 배송 속도와의 전쟁:

데이터분석(1/2)

• 물류산업의 동향을 알고 물류산업 의 주요 이슈를 알 수 있다.

• Tableau 소프트웨어 기본기능을 다 룰 수 있다.

사회, 국어, 정보, 수학. 미술

인터넷, Tableau 프로그램이 설치된

컴퓨터(노트북), 학생용 활동지 수업 40분

2차시 준비 5분

배송 속도와의 전쟁:

데이터분석(2/2)

• Tableau를 이용하여 데이터를 분석 하고 시각적으로 구조화할 수 있다.

• 분석한 데이터를 바탕으로 배송속 도를 높이는 전략을 제시할 수 있다.

사회, 국어, 정보, 수학. 미술

인터넷, Tableau프로그램이

설치된 컴퓨터(노트북),

학생용 활동지 수업 40분

3차시 준비 5분

물류산업의 희망:

드론배송(1/2)

• 드론배송의 현황을 이해하고 드론 배송 기술의 특징을 알 수 있다.

• 드론배송 기술을 적용할 수 있는 새로운 분야를 찾을 수 있다.

인터넷, 컴퓨터(노트북),

4차시 준비 5분

물류산업의 희망:

드론배송(2/2)

• 낙하방법의 드론배송의 장점과 단 점을 이해할 수 있다.

• 안정적인 배송을 위한 과학기술에 대해 알 수 있다.

인터넷, 컴퓨터(노트북), 학생용 활동지, 박스만들기 재료(

골판지, 하드보드지, 비닐, 테이프, 칼, 가위, 풀, A4종이, 수업 40분

(15)

프로그

Living Lab 스마트 그리드 (Smart

Grid) 중학

1~2 학년

1차시 준비 5분

미래에 사용하게 될 신재생

에너지는 무엇일까?

• 전기를 만드는 원리를 설명할 수 있다.

• 다양한 발전 방법과 각각의 발전 방법의 장단점을 말할 수 있다.

• 미래에 사용하게 될 신재생 에너지 를 구상할 수 있다.

• 미래 신재생 에너지 개발의 필요성 을 말할 수 있다.

과학, 기술가정, 국어, 정보, 수학

인터넷, 컴퓨터 (노트북), 간이 발전기, 학생용 활동지 수업 40분

2차시

준비 5분 스마트 그리드 (Smart Grid)

구축은 왜 필요할까?

• Smart Grid, ESS의 개념과 필요성 을 인식할 수 있다.

• 전기 에너지의 효율적인 사용을 위 한 방법을 제안할 수 있다.

과학, 기술가정, 국어, 정보, 수학

3차시

준비 5분 에너지 효율이 높은 스마트 그리드

(Smart Grid) 미래 도시 설계하기

• 에너지 효율이 극대화 되도록 스마 트 그리드(Smart Grid) 도시를 구 상하여 설계도를 그릴 수 있다.

과학, 기술가정, 국어, 정보, 수학,

미술

인터넷, 컴퓨터(노트북), 학생용 활동지, 색연필세트, 스케치 북 수업 40분

Living Lab 퍼스널 모빌리티(

personal mobility)

고등 1~2 학년

1차시 준비 5분

하늘을 나는 나만의 보드를 만들 수

있을까?

• 하늘을 나는 보드에 필요한 요소 에는 무엇이 있는지 설명할 수 있다.

• 하늘을 나는 호버보드를 통해 퍼 스널 모빌리티의 특징을 설명할 수 있다.

• 퍼스널 모빌리티의 종류, 특징과 장단점이 무엇이 있는지 설명할 수 있다.

생활과 과학, 물리, 국어

학생용 활동지, 필기도구, 색연필 세트,

스케치 북 수업 45분

2차시 준비 5분

퍼스널 모빌리티는 무슨 문제가 있나요?

• 퍼스널 모빌리티의 문제점을 알고, 그 해결방안을 제안할 수 있다.

• 퍼스널 모빌리티가 바꿀 미래사회 의 모습을 말할 수 있다.

통합과학, 국어, 기술·가정

학생용 활동지, 필기도구, 색연필 세트,

스케치 북 수업 45분

3차시 준비 5분

나만의 퍼스널 모빌리티, 어떤 모습이면 좋을까?

• 퍼스널 모빌리티 장치의 구조를 알 고 퍼스널 모빌리티 장치에 들어간 과학기술을 말할 수 있다.

• 퍼스널 모빌리티 장치에 적용 가능 한 기술을 적용하여 나만의 퍼스널 모빌리티 장치를 구상, 제안할 수 있다.

국어, 기술·가정, 수학, 미술

학생용 활동지, 필기도구, 색연필 세트, 스케치 북, 그 외 꾸밀

수 있는 재료들 수업 45분

Living Lab 스마트

파킹 (Smart Parking)

고교 1~2 학년

1차시 준비 5분

지긋지긋한 주차 문제들, 그 해법은

없을까?

• 주차와 관련된 다양한 문제점들을 짚어낼 수 있다.

• 주차공간 부족으로 인해 갈등을 겪 는 아파트 주민들의 입장에서 어떻 게 주차요금을 걷고 어떤 방식으로 주차시스템을 구축할지 말할 수 있다.

• 주차 효율을 높이는 요인들에 대해 설명할 수 있고 이를 적용한 주차 시스템을 설계할 수 있다.

사회문화, 생활과 과학, 국어, 기술·가정, 수학,

미술

수행·

관찰평가, 자기/

동료평가

인터넷 연결, 2인 1 데스크탑(또는 노트북), 학생용

활동지 수업 50분

2~3 차시

준비 10분

RC카 자동 주차 시키기

• 주차의 편의성을 높이는 기술들에 대해 설명할 수 있다.

• 라인트랙킹센서와 초음파거리감지 센서를 코딩을 활용해 통제할 수 있다.

• 코딩에서 오류를 발견하고 수정할 수 있으며 창의적인 코딩을 구현할

기술∙가정, 생활과 과학, 국어, 미술,

물리학Ⅰ

수행·

관찰평가, 자기/

동료평가

인터넷 연결, 2인 1 데스크탑(또는 노트북), 학생용

활동지, 마이크로비트, RC카

마퀸 수업 100

분

(16)

라. 프로그램 개요(예시)

1) Living Lab 스마트 팜(Smart Farm) 가) 주제개요

인류의 가장 오래된 산업인 농업이 첨단 ICT 기술의 발전과 함께 진화하고 있다. 스마트 팜 기술은 기존 농산업에 사물인터넷, 클라우드, 빅데이터, 모바일 및 인공지능 기술 등 첨단 ICT 기술을 융합하여 생산·유통·소비 등 농산업 전 체에 생산성, 효율성, 품질 향상 등과 같은 고부가 가치 창출을 추구하는 기술이 다. 스마트 팜은 최근 4차 산업혁명 기술 적용으로 더욱 진화하고 있다. ICT, IoT, Big data, Cloud, AI 등의 신기술을 농작물이나 가축의 생육·환경에 접목한 다. 자동화, 지능화, 연결화 등의 서비스뿐 아니라 원격 제어도 가능하게 한다.

농장의 현재 상태에 따라 요구되는 환경제어 동작을 비롯해 다양한 작업을 스스 로 수행할 수 있게 되는 것이다. 스마트 팜은 과거 스마트 원예 분야에 집중되 었으나, 최근에는 그 적용 분야가 다양해지고 있다. 대표적인 분야로 ‘스마트 원예, 스마트 축산, 스마트 노지, 스마트 유통’이 있다. 농산물의 생산과정에 ICT기술을 접목해 원예 농산물의 생산성과 부가가치를 향상하기 위한 스마트 팜 기술. 유리온실이나 비닐하우스에 PC나 모바일로 온·습도, CO

2

등을 모니터링

프로그

수 있다.

• 자동차 스마트 주차 시스템 오류와 관련해서 사고발생 시 책임소재를 밝힐 수 있다.

Living Lab 시민참여형

smart city platform

고등 1~2 학년

1차시

준비 10분 내가 꿈꾸던

‘워너비 빌리지’-나의

판타지

• 우리 학교환경의 문제점을 인식, 공유하여 개선방향을 소통하는 기 회를 경험할 수 있다.

•‘IASA도시 디자인 제안전’을 열 어 나의 판타지를 구현할 수 있다.

화학, 국어, 사회

인터넷, 컴퓨터(노트북), 학생용 활동지, 제안서

제작도구(도화지와 채색도구 또는 노트북

일러스트 프로그램) 수업 90분

2차시 준비 20분

도시 연못을 깨끗하게 맑게

자신있게~!

• 광촉매를 이용한 수질개선과정을 화학반응 메커니즘으로 이해할 수 있다.

• T iO_광촉매 코팅 구조물을 디자인 하여 도시연못의 수질을 개선할 수 있다.

화학, 국어, 사회, 수학, 미술

학생용 활동지, solidworks프로그램,

3D프린터 수업 80분

3차시 준비 10분

상상이 현실이 되다!T iO_광촉매 코팅 구조물의 활용

• 제작한‘T iO_광촉매 코팅 구조 물’의 효과를 실험을 통해 확인할 수 있다.

• T iO_광촉매 코팅 구조물을 디자인 하여 도시연못의 수질을 개선할 수 있음을 설명할 수 있다.

화학, 국어, 사회, 수학, 미술

인터넷, 컴퓨터(노트북), 학생용 활동지, 모둠별 실험장치 수업 80분

(17)

하고 창문 개폐, 영양분 공급 등을 원격 자동으로 제어한다. 이를 통해 작물의 최적 생장 환경을 유지 관리하여 생산성을 높여주게 된다. 스마트 팜의 확대는 세계 기후 변화와 인구 증가에 따른 식량난과 연관이 깊다. 세계 인구 증가로 식량 수요는 증가하고 있으나, 농업 인구 감소와 고령화로 농사를 지을 사람은 점점 부족해지고 있다. 즉, 인구는 증가하는데 도시화로 인해 농작물 재배 면적 은 줄어들고, 생산 현장의 농업인은 고령화되고 있기에 스마트 팜의 확대 보급 은 필연적이라고 할 수 있다. 스마트 팜에 ICT 핵심 기술과 드론, 농업용 로봇, 자율주행 트랙터 등과 같은 응용 기술을 적용하여, 앞서 언급한 문제를 해결하 려는 노력은 농산업 선진국을 중심으로 진행되고 있다.

본 프로그램은 스마트 팜이 우리 삶에 어떤 영향이 미치는 지를 학생 스스로 경험

하고 학습하는 융복합 프로그램이다. 학생들은 학습과 서로를 이해하는 과정을 통해

서 과학적, 수학적, 예술적 방식으로 다양한 상황을 해결하기 위한 아이디어를 발산

하고, 설계하는 등의 과정을 거친다. 과제 수행을 위한 개인 활동 및 모둠 활동은 스

스로에 대한 자신감과 타인에 대한 배려를 체험할 수 있다. 이를 통해 생각의 폭을

넓힐 수 있고 자신의 창의적인 아이디어를 실제적인 산출물 제작으로 이어지게 함으

로써 탐구하는 즐거움을 느낄 수 있으며 배움이 단지 자신만을 위한 것이 아니라 타인

에게 도움을 줄 수 있다는 소중한 경험을 할 수 있을 것이다.

(18)

나) STEAM 준거틀

구분 주요 내용

상황제시

• 1차시에서는 화성에서 작물을 재배하는 과정을 동영상으로 제시하고 광합성 에 필요한 요소가 무엇인지에 대해 모둠별로 토의하고 발표하는 시간을 갖도록 하였다.

• 2차시에서는 잡초와 잔디 사진을 제시하고 잡초와 잔디를 어떻게 구분할 수 있는지에 대해 모둠별로 토의하고 발표하는 시간을 갖도록 하였다.

• 3차시에서는 농사를 하는 사진과 여행 동영상을 자료를 제시하고 여행을 하면 서 동시에 종사를 할 수 있는 방법에 대해 모둠별로 토의하고 발표하는 시간을 갖도 록 하였다.

• 4차시에서는 Arduino가 유용한 소형 컴퓨터라는 자료를 제시하고 Arduino 를 효과적으로 사용할 수 있는 방법에 대해 모둠별로 토의해보는 시간을 갖도 록 하였다.

창의적 설계

• 1차시에서는 토양이 없이도 광합성을 통해 작물을 재배할 수 있는 수직농업 장치를 설계하는 과정을 통하여 Smart City에서 무농약 유기농 작물을 재 배할 수 있는 장치에 개한 시각화 과정을 경험하도록 하였다.

• 2차시에서는 각자 자신의 사진을 가지고 얼굴 인식 과정을 경험하고 이를 바 탕으로 다양한 식물 잎을 그림으로 표현해 봄으로서 빅데이터를 통한 사물 인식의 원리를 체험해보는 활동으로 구성하였다.

• 3차시에서는 Smart Farm을 위해 필요한 시설에는 무엇이 있는지와 Smart Farm을 위해 필요한 요소에는 무엇이 있는지 토의 및 발표해 보고 이를 바탕으로 Smart Farm 구축에 필요한 다양한 장비들이 어떻게 구축되어야 하는 지 모둠별로 논의해보고 그 구성을 그림으로 표현해보는 과정을 경험하는 과정으로 구성되었다.

• 4차시에서는 Arduino를 이용해 간이 Smart Farm 설계 및 제작을 하고 간이 Smart Farm이 작동될 수 있도록 LCD 라이브러리를 설치하고 코팅하는 작업을 통해 창의적 설계 과정을 경험하도록 하였다.

감성적 체험

• 1차시에서는 반력시물에 대한 개인의 의견을 발표하고 논의과정을 통해 학 습 내용을 감성적으로 이해할 수 있도록 하였다.

• 2차시에서는 자주 보기 어려운 꽃을 스마트폰을 이용해서 꽃들이 무슨 꽃들 인지 알아보고 발표해 보는 경험을 통해 학습 내용을 감성적으로 이해할 수 있도록 하였다.

• 3차시에서는 Smart Farm에서 재배되는 작물 중 적게 재배되는 작물 두 가지 를 고르고 그 이유가 무엇인지 모둠별로 토의해 보는 경험을 통해 학습 내용을 감성적으로 이해할 수 있도록 하였다.

• 4차시에서는 학생들이 Smart Farm을 학습하는 과정에서 미래 사회에서 작 물 재배 방식의 혁신이 어떻게 일어나는지에 대한 체험을 통해 학습 내용을 감성 적으로 이해할 수 있도록 하였다.

(19)

다) 차시 구성

프로그램명 Living Lab 스마트 팜(Smart Farm) 학교급 중학교 차시 총 4차시

교육목표

[ 내용 목표 ]

• 식물의 광합성에 필요한 요소에는 무엇이 있는지 설명할 수 있다.

• 수직 농업을 통해 무공해 유기농 작물을 재배할 수 있음을 설명할 수 있다.

• 얼굴인식 기술을 통해 사물을 확인하는 과정을 설명할 수 있다.

• 사물의 인식을 위해서는 패턴화가 이루어져야 함을 설명할 수 있다.

• IOT를 통해 원격으로 식물을 재배할 수 있는 방법을 설명할 수 있다.

• Smart Farm을 위해 필요한 다양한 센서에 대해 설명할 수 있다.

• Arduino의 기본 개념을 이해할 수 있다.

• Arduino를 이용해 간이 Smart Farm을 만들 수 있다.

[ 과정 목표 ]

• 비판적인 자료 분석을 통해 문제를 찾을 수 있게 한다.

• 토의 및 아이디어 협의를 통해 다양한 의사소통이 이루어질 수 있도록 한다.

• 문제를 해결하기 위한 과정에서 창의적인 아이디어가 산출될 수 있도록 한다.

• 문제를 해결하기 위한 올바른 자료 수집 능력과, 과학지식 활용 능력, 융합적인 사고력, 창 의적인 프로젝트 수행능력이 배양될 수 있도록 한다.

관련교과 과학, 국어, 정보, 수학, 미술

2015 개정 교육과정

연계

과학

(내용요소) 지구형 행성과 목성형 행성

(내용요소) 광합성에 필요한 물질, 광합성 산물, 광합성에 영향을 미치는 요인 (내용요소) 생물 다양성의 보전

(내용요소) 전기와 자기

(성취기준) [9과10-01]지구와 달의 크기를 측정하는 방법을 알고 그 크기를 구할 수 있다.

(성취기준) [9과10-04]태양계를 구성하는 행성의 특징을 알고, 목성형 행성과 지구형 행성으로 구분할 수 있다.

(성취기준) [9과11-01] 식물이 생명 활동에 필요한 에너지를 얻기 위해 양분을 만 드는 광합성 과정을 이해하고, 광합성에 영향을 미치는 요인을 설명할 수 있다.

(성취기준) [9과11-04]광합성 산물의 생성, 저장, 사용 과정을 모형으로 표현할 수 있다.

(성취기준) [9과03-03] 생물다양성 보전의 필요성을 이해하고, 생물다양성 유지를 위한 활동 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

(성취기준) [9과09-02] 전기 회로에서 전지의 전압이 전자를 지속적으로 이동하게 하여 전류를 형성함을 모형으로 설명할 수 있다.

국어

(내용요소) 듣기･말하기

(성취기준) [9국01-04] 토의에서 의견을 교환하여 합리적으로 문제를 해결한다.

(성취기준) [9국01-08] 핵심 정보가 잘 드러나도록 내용을 구성하여 발표한다.

정보

(내용요소) 자료와 정보의 표현, 자료와 정보의 분석, 피지컬 컴퓨팅 시스템 (내용요소) 자료와 정보의 분석

(성취기준) [9정02-01] 디지털 정보의 속성과 특징을 이해하고 현실 세계에서 여러 가지 다른 형태로 표현되고 있는 자료와 정보를 디지털 형태로 표현한다.

(성취기준) [9정02-03] 실생활의 정보를 표, 다이어그램 등 다양한 형태로 구조화하

(20)

여 표현한다.

(성취기준) [9정05-02] 센서를 이용한 자료 처리 및 동작 제어 프로그램을 구현한다.

(성취기준) [9정02-03] 실생활의 정보를 표, 다이어그램 등 다양한 형태로 구조화하 여 표현한다.

수학

(내용요소) 좌표평면과 그래프 (내용요소) 자료의 정리와 해석

(성취기준) [9수03-02] 다양한 상황을 그래프로 나타내고, 주어진 그래프를 해석할 수 있다.

(성취기준) [9수05-01] 자료를 줄기와 잎 그림, 도수분포표, 히스토그램, 도수분포 다각형으로 나타내고 해석할 수 있다.

미술

(내용요소) 이미지 전달 방식, 조형 요소와 원리

(성취기준) [9미01-02] 시각 문화 속에서 이미지의 다양한 전달 방식을 이해하고 활용할 수 있다.

(성취기준) [9미02-04] 주제의 특징과 표현 의도에 적합한 조형 요소와 원리를 탐 색하여 효과적으로 표현할 수 있다.

차시별 교수·학습 내용 중심교과 STEAM 요소

1차시

• 화성에서 작물을 재배하는 과정을 동영상으로 제시하고 광합성 에 필요한 요소가 무엇인지에 대해 모둠별로 토의하고 발표하는 시간을 갖도록 하였다.

• 토양이 없이도 광합성을 통해 작물을 재배할 수 있는 수직농 업 장치를 설계하는 과정을 통하여 Smart City에서 무농약 유기농 작물을 재배할 수 있는 장치에 개한 시각화 과정을 경 험하도록 하였다.

• 반려시물에 대한 개인의 의견을 발표하고 논의과정을 통해 학 습 내용을 감성적으로 이해할 수 있도록 하였다.

과학 S, T, E

2차시

• 잡초와 잔디 사진을 제시하고 잡초와 잔디를 어떻게 구분할 수 있는지에 대해 모둠별로 토의하고 발표하는 시간을 갖도록 하였다.

• 각자 자신의 사진을 가지고 얼굴 인식 과정을 경험하고 이를 바탕으로 다양한 식물 잎을 그림으로 표현해 봄으로서 빅데이 터를 통한 사물 인식의 원리를 체험해보는 활동으로 구성하였 다.

• 자주 보기 어려운 꽃을 스마트폰을 이용해서 꽃들이 무슨 꽃 들인지 알아보고 발표해 보는 경험을 통해 학습 내용을 감성 적으로 이해할 수 있도록 하였다.

과학 S, T, A, M

3차시

• 농사를 짓는 사진과 여행 동영상을 자료를 제시하고 여행을 하면서 동시에 종사를 할 수 있는 방법에 대해 모둠별로 토의하고 발표하는 시 간을 갖도록 하였다.

• Smart Farm을 위해 필요한 시설에는 무엇이 있는지와 Smart Farm을 위해 필요한 요소에는 무엇이 있는지 토의 및 발표해 보고 이를 바탕으로 Smart Farm 구축에 필요한 다양한 장비들이

과학 S, T

(21)

라) 평가 계획

○ 수행⋅관찰 평가 계획

(2) 평가기록지

평가 영역

이름

창의적 설계 감성적 체험

Smart Farm 총평 과제 수행에서의

창의적 설계

Smart Farm 시각화에 관련된 과제

수행에서의 창의적 설계

집중과 끈기 흥미와

참여도 창의성

어떻게 구축되어야 하는지 모둠별로 논의해보고 그 구성을 그림 으로 표현해보는 과정을 경험하는 과정으로 구성되었다.

• Smart Farm에서 재배되는 작물 중 적게 재배되는 작물 두 가지 를 고르고 그 이유가 무엇인지 모둠별로 토의해 보는 경험을 통해 학습 내용을 감성적으로 이해할 수 있도록 하였다.

평가영역 평가

항목

평가 척도

상 중 하

상황 제시

창의적 설계

Smart Farm

설계

Smart Farm 설계를 효과적으로 수행하여

문제를 발견하고 해결함

Smart Farm 설계를 효과적으로 수행하여

문제를 발견하였으나 문제를 해결하지 못함

Smart Farm 설계를 수행하였으나 문제를

발견하지 못함 Smart

Farm 시각화

Smart Farm 시각화를 주제에 맞게

효과적으로 수행함

Smart Farm 시각화를 주제에 맞게 설계하였으나 의미전달이

효과적이지 못함

Smart Farm 시각화를 주제에 맞게

설계하지 못함

감성적 체험

집중과 끈기

과제에 대한 집중력이 좋으 며 과제를 끈기 있게 해결 함

과제에 대한 집중력은 있으 나 끈기가 부족함

과제에 대한 집중력과 끈 기가 부족함

흥미와 참여도

새로운 내용을 배우고 싶어 하며 도전 과제 해결을 위 해 적극적으로 참여함

새로운 내용에 대해 약간의 흥미가 있으며 도전 과제 해결 과정에 어려워하지만 참여함

새로운 내용에 대해 흥미 가 거의 없으며 도전 과제 해결 과정에 거의 참여하 지 않음

창의성

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 두드러지게 나타남

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 가끔씩 나타남

문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 거의 나타나지 않음

(22)

(3) 학생 자기/동료 평가 계획

Ⅳ. 연구 결과

본 프로그램을 학교 수업에 적용하기 이전에 실시한 설문을 통해 수학 과학 과목에 대한 학생들의 인식은 어려운 과목이라는 것을 확인하였다. 수학 과학 과목에 대한 이러한 인식은 그동안 뛰어난 역량을 갖춘 학생들의 이공계로의 진학 기피 현상을 초 래하는 한 요인으로 작용하기도 하였다. 그동안 수학, 과학 성적이 OECD 상위권에 위치하고 있으나 수학, 과학에 대한 흥미도나 학습 동기가 하위권에 머물러 있어 이 를 개선하기 위해 창의·인성, 감성·예술이 과학, 수학과 융합되는 새로운 형태의 교 육 프로그램의 중요성이 대두되어 왔다. 현대 사회에서는 단지 과학의 요소뿐만 아니 라 과학의 요소들을 어떻게 연관시키고 통합시키는가의 여부가 중요한 산업 경쟁력의 조건이므로 과학, 기술 지식의 내용을 배우는 것에서 한걸음 더 나아가 이들 지식을 융합하고 통합하는 능력을 기르기 위한 교육이 필요하다는 것을 개발된 프로그램의 학교 현장 적용 과정을 통하여 확인하였다. 4차 산업혁명시대의 핵심 요소인 빅데이

평가

방법 평가영역 평가기준 평 가

상 중 하

자기 평가

상황 제시 즐거운 마음으로 적극적으로 활동에 참여하였는가? (흥미, 참여도)

창의적 설계

모둠별 도전 과제 해결을 위해 스스로 기여했다고 생각하는가?

(성취감, 보람)

Smart Farm 설계와 제작을 통해 얻어 데이터에 담긴 정보를 잘 이해하여 창의적으로 설계하였는가?

다양한 재료를 활용하여 여러 번의 시도를 통해 정밀한 Smart Farm 제작 탐구 활동을 수행하였는가?

모둠별로 역할 분담이 잘 되었으며 협동적으로 활동이 이루어졌는가?

동료 평가

상황 제시 즐거운 마음으로 적극적으로 활동에 참여하였는가? (흥미, 참여도)

창의적 설계 모둠별 도전 과제 해결을 위해 스스로 기여했다고 생각하는가?

(성취감, 보람)

Smart Farm 설계와 제작을 통해 얻어 데이터에 담긴 정보를 잘 이해하여 창의적으로 설계하였는가?

다양한 재료를 활용하여 여러 번의 시도를 통해 정밀한 Smart Farm 제작 탐구 활동을 수행하였는가?

(23)

터가 우리 사회에서 핵심 화제로 부각된 것은 최근의 일이다. 따라서 교과 교육과정 을 통해 빅데이터가 사회에 미치는 중요성을 학생들에게 교육하는 프로그램은 거의 없었다고 해도 과언이 아니다. 2018학년도부터 중, 고등학교 학생들에게 적용되는 2015 개정 교육과정상에서도 이에 대한 내용은 많이 부족한 상태이다. 2015 개정 교 육과정상의 빅데이터와 관련된 단편적인 내용을 극복하고 학생들에게 빅데이터를 효 과적으로 교육시켜 학생이 주체가 되어 스스로 계획하고 학습하며 미래를 개척할 수 있는 능력을 키울 수 있는 새로운 교육 프로그램의 필요성 대두되고 있다. 본 연구에 서는 이를 바탕으로 빅데이터와 스마트 시티에 관련된 중학교 자유학기제용 및 수업 대체용과 고등학생 수업대체용 프로그램을 개발하게 되었다. 이는 단순 지식 보다는 상상력, 과정, 감성적 기능이 더 중요시되는 시대로의 교육 패러다임의 전환이 이루어 지고 있는 상황에서 창의력, 상상력, 문화예술교육이 융합되는 새로운 교육프로그램으 로 적용될 수 있을 것이다.

Ⅴ. 기대효과

1. 학생 측면

빅데이터와 스마트 시티와 관련된 학문분야 주제별 융합형 STEAM 프로그램을 통해 학생들에게 다음과 같은 변화를 유발시킬 수 있을 것이라고 판단된다.

가. 창의력과 문제해결력을 향상시킬 수 있다.

나. 우리 주변에서 쉽게 접하는 문제를 해결할 때 융합적 사고를 촉진할 수 있다.

다. 협동 정신을 함양하고 서로를 존중하고 배려하는 인성을 기를 수 있으며, 더불 어 생각하고 행동하는 일의 가치를 촉진할 수 있다.

라. 사회 속에서 접하는 문제를 자연스럽게 융합적 사고를 통해 능동적으로 해결 할 수 있는 역량을 배양할 수 있다.

마. 학생들의 융합적 사고 능력이 향상되고, 협력 학습을 통해 더불어 생각하는 인 성을 기를 수 있다.

바, 과학적 탐구과정과 의사소통의 과정을 촉진할 수 있다.

사. 전문가와의 소통을 통한 활동으로 자신의 진로와 연계된 구체적 방향을 선택 할 수 있다.

2. 교사 측면

빅데이터와 관련된 학문분야 주제별 융합형 STEAM 프로그램을 통해 교사에게 다음 과 같은 역량을 향상시키는데 도움이 될 것이라고 기대한다.

가. 수학과 과학에 대한 STEAM 교육을 정확히 이해하고, 이를 수행할 수 있는 마 인드를 가지게 될 수 있다.

나. 기존의 단순하게 조립된 혼합물로서의 교수학습 자료가 아닌, 진정한 의미로 용

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해된 화합물로서의 교수학습 자료를 개발함으로써 교수-학습 자료 개발 능력을 기를 수 있다.

다. 적극적인 교과 간 학문적, 활동적 교류를 통해 공교육의 발전을 위한 교류 관계 를 가지고, 이를 통한 양성적 이점을 인정하여 더욱 활발한 교사 활동을 기대해 볼 수 있다.

라. 교사 자원을 하나로 묶을 수 있는 여건과 방법 제시를 통해 시너지 효과를 만 들 수 있으며 공교육을 더욱 내실 있게 다질 수 있는 환경을 조성시킬 것으로 기대할 수 있다.

(25)

목 차

제 1 장 연구 개요

··· 1

제 2 장 연구 개요

가. 연구의 중요성 및 필요성 ··· 1 나. 국내외 연구현황 ··· 2

제 3 장 연구의 목표

가. 정성적 목표 ··· 5 나. 정량적 목표 ··· 6

제 4 장 연구 내용 및 방법

가. 연구내용 ··· 6 나. 연구방법 ··· 7 다. 연구 추진일정 ··· 9

제 5 장 STEAM 프로그램 개발 결과

가. 프로그램 개발 방향 ··· 10 나. 프로그램 구성 틀 ··· 10 다. 프로그램 총괄표 ··· 12 라. 프로그램 개요 ··· 15

제 6 장 시범 적용 학교 운영 결과

가. 시범 적용 학교 운영 총괄표 ··· 49 나. 시범 적용 만족도 조사 결과 ··· 50 다. 시범 적용 태도 검사 결과 ··· 50 라. STEAM 프로그램 운영이 학교 현장에 미친 영향 ··· 51

제 7 장 연구의 의의 및 기대성과

가. 연구의 의의 ··· 52 나. 기대성과 ··· 53

제 8 장 참고문헌

··· 54

[붙임] 최종 결과물 시범학교 운영 (결과) ··· 57 [별첨] 최종 결과물 (프로그램별 교사용 지도서, 학생용 활동지, 교사용 PPT 및 첨부자료)

(26)

1. 연구 개요

본 프로그램은 빅데이터와 스타트 시티에 관련된 중학교 자유학기제 및 고등학교 차시대체형 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 및 적용에 관한 연구이다. 프로 그램 개발은 학생들이 인문사회, 예술 분야와 수・과학 분야를 융합할 수 있도록 하고 간학제적으로 여러 학문 분야를 활용하여 자기 자신, 공동체, 사회가 직면 한 문제를 해결할 수 있는 융합적 역량을 가진 인재로 성장할 수 있도록 학문분 야 주제별 융합형 프로그램을 제작한다.

2. 연구의 필요성

가. 연구의 중요성 및 필요성

1) ICT 기술의 발전과 함께 등장한 스마트 기기의 확산, 소셜네트워크서비스 (SNS)의 활성화, 사물인터넷(IoT)의 보급 등으로 인해 빅데이터 기반은 더욱 확대되고 있으며, 이들로부터 생성되는 방대한 양의 데이터들을 저장하고 처리 하는 기술 또한 진보

2) 원유를 어떻게 가공하느냐에 따라 만들어낼 수 있는 제품의 종류가 무궁무진 하듯이, 21세기의 원유라고 정의되고 있는 빅데이터는 어떻게 활용하느냐에 따라 이전에는 미처 발견하지 못했던 수많은 새로운 가치들을 창조

3) 현대 사회에서는 단지 과학의 요소뿐만 아니라 과학의 요소들을 어떻게 연관 시키고 통합시키는가의 여부가 중요한 산업 경쟁력의 조건이므로 과학, 기술 지식의 내용을 배우는 것에서 한걸음 더 나아가 이들 지식을 융합하고 통합 하는 능력을 기르기 위한 교육 필요

4) 학생이 주체가 되어 스스로 계획하고 학습하며 미래를 개척할 수 있는 능력을 키울 수 있는 새로운 교육 프로그램의 필요성 대두

5) 단순 지식 보다는 상상력, 과정, 감성적 기능이 더 중요시되는 시대로의 교육 패러다임의 전환이 이루어지고 있어 창의력, 상상력, 문화예술교육이 융 합되는 새로운 교육프로그램 필요

6) 과학이 어려운 과목이라는 인식이 팽배해 있어 역량이 뛰어난 학생이 이공계

로의 진학 기피 현상이 여전히 존재하고 있어 우수 과학기술 인재의 육성에

어려움 존재

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나. 국내외 연구현황

1) 국내

가) 창의적 융합인재를 양성하기 위해 STEAM 교육 강화

(1) 과학기술에 대한 흥미와 이해를 높이고 통합적 사고와 문제해결 능력을 배양할 수 있도록 학습내용을 핵심역량 위주로 재구조화

(2) 체험․탐구활동 및 과목 간 연계를 강화하고 예술적 기법을 접목할 것과 수학・과학 교과별 교육과정 개정 시 반영

나) 융합적 소양(STEAM Literacy)을 갖춘 인재를 양성하는 교육의 필요성의 대두 STEAM 교육 총론 연구에서 창의적 설계(Creative Design)와 감성적 체험

(Emotional Touch)을 통해 과학기술과 관련된 다양한 분야의 융합적 지식, 과정, 본성에 대한 흥미와 이해를 높여 창의적이고 종합적으로 문제를 해결할 수 있는 방안 제시

다) 2011년 STEAM 교육 정책의 도입과 한국과학창의재단의 사업 관리・수행 2011년에 전국의 초․중등학교를 대상으로 16개의 연구(시범)학교와 47개의

교사연구회에서 시범적으로 운영

라) 2012년 국가과학기술심의위원회 심의를 거쳐서 ‘제2차 과학기술 인재 육성․지원 기본계획(2011~2015)’을 위한 2012년도 실행계획 확정

(1) 초․중등 분야에서는 ‘STEAM 리더 스쿨’ 80개 학교를 지정하여 운영 함으로써 2012년부터는 STEAM 교육의 확대를 위한 기반을 마련

(2) 융합형 과학교과서와 STEAM 콘텐츠를 개발․ 보급하고, 30개교에 미래형 과학 교실인 스마트 교실을 구축

(3) STEAM 사업의 2차년도인 2012년에 STEAM 교사 연구회를 대폭 확대하여 15 개를 선정함으로써 초․중등학교의 STEAM 교육을 2011년보다 3배 규모로 확대 마) 2012년 한국과학창의재단 STEAM 교육의 정책 사업 발표

(1) 전국에서 초등학교 42개, 중학교 25개, 고등학교 13개로 총 80개교의 STEAM 리더스쿨 운영(STEAM 리더스쿨은 S, T, E, A, M에 관련된 교과 시간의 20% 이내에서 STEAM 교육과정을 편성하여 운영하고, 월 1회의 STEAM 창의적 체험활동을 운영한 다음 일반화의 시사점을 모색) (2) STEAM 교사연구회 150개 지원(STEAM 교사연구회는 교사와 과학기술 및

예술 전문가로 구성하여 현장 적용성이 높은 수업 모델을 개발하며 전 문가의 협력 및 자문을 받는 구조로 설계)

(3) STEAM R&E 지원(STEAM R&E는 과학중점학교, 과학고, 과학영재학교를

대상으로 학생들이 실생활에서 스스로 문제를 찾아 연구를 하는 과제로

(28)

설계되었고, 과제당 1,000 만원 이내로 지원)

(4) 교사들을 대상으로 한 다양한 STEAM 연수 프로그램 운영(STEAM 개념 전파를 위한 원격연수, 시·도 교육청에서 실시하는 STEAM 수업역량 배양을 위한 기초연수, 첨단과학교사연수센터와 연계되어 운영하는 심화 연수 진행

2) 국외 가) 미국

(1) 미연방교육부 2010 교육기술계획(National Education Technology Plan) 수립 및 대통령 과학기술자문위원회의 미국 초중고생들의 과학, 기술, 공학, 수학 (STEM) 교육 향상을 위한 계획 공표

(2) “Educate to Innovate” 노력의 한 부분으로 아이들과 학생들에게 발 명과 발견의 놀라움에 대한 메시지를 주거나 교사 지원 커뮤니티를 만 들고, 과학적 탐구와 도전을 위한 게임을 설계하는 등 미디어, 인터렉 티브 게임, hands-on 러닝, 커뮤니티 자원봉사 등의 분야에서 공공기업과 사기업의 역량을 충분히 이끌어낸 다양한 시범사업을 계획

(3) STEM 교사 10만 명을 육성하고 IT 활용을 통한 교육환경 혁신, STEM 중점 학교 1,000개 조성 등이 추진 및 연방정부의 전폭적인 재정 지원 (4) 국립과학재단(NSF)에서 운영하는 대학교 STEM 프로그램(TUES, Transf

orming Undergraduate Education in STEM)을 통해 대학교 STEM 교육을 개선하려 하고 있으며 새로운 문제 해결 방식을 이용하여 대학교 교육의 변화를 위해 노력

(5) 대학교 STEM 교육에 관련하여 ‘Making a Case for Case Studies’의 프로젝트가 Mississippi 대학에서 진행되었으며, 교수 기술에 관련하여

‘Community Building in the Geosciences’, ‘ Innovative Approaches to Chemistry’, ‘Supporting Leadership Development’ 등의 프로젝 트가 TUES의 지원을 받아 진행

(6) K-12 STEM 교육 개혁 제안에서 유능한 STEM 교사들의 특성으로 학 생들의 지적 호기심을 충족시켜줄 수 있는 전공 분야 및 STEM 분야에 대한 전문적 지식이 필수이며, 단순한 문제해결 또는 단답형 답변보다는 원리를 꿰뚫는 통찰력(insight)을 제공할 수 있는 능력이 필요하다고 강조 (7) NSTA(National Science Teacher Association)의 STEM 및 STEAM 관련

워크숍과 프로그램 개발에 대한 발표 활성화

(가) Mentoring STEM middle School Teachers(중학교 교사들에게 STEM

교육을 지도함으로써 교사들이 직접 학생들을 가르칠 수 있는 모델을

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(나) A New Model in STEM Preparation for Elementary Education(초등학교 에서 STEM을 지도할 때 도움이 되는 교수모형을 개발하여 제시) (다) Engineering the Future: A Practical Approach to STEM for High Sc

hool Students(초, 중, 고등학교 학생 교육 프로그램, 교사 연수 프로 그램 등을 다양하게 제시)

나) 영국

(1) 2002년부터 공교육과 접목하여, ‘크리에이티브 파트너십(CP)’ 프로그램을 추진, 과학과 혁신에 대한 틀 계획을 수립하여 STEM 교육에만 3억 5000만 파운드 지원

(2) 과학기술정책 및 과학교육개혁 정책 추진

(가)‘과학과 혁신을 위한 기본틀 2004-2014’을 통해 영국이 세계 수준의 선도자 역할을 수행하기 위해서는 STEM 교육 정책이 필요함을 표명 (나) 과학 영역 초·중등학교 및 대학교육 교원의 질 향상, 과학 영역 고등 학교 졸업자격(GCSE)의 질적 향상 및 양적 증가, 대학교육에서 과학, 공학, 기술을 전공으로 선택하는 학생 수 확대, 연구개발 직종을 추 구하는 우수학생들의 비율 확보, 대학 교육에서 과학, 공학, 기술을 전공하는 소외 계층의 비율 확보 등을 제안

(3) 영국 교육기술부(DfES)의 STEM 정책 강화 (가) 우수한 인재들을 STEM 영역으로 유입

(나) 대중의 STEM 소양을 증진(학습자와 학습을 제공하는 학교, 대학, 직장 등에 가장 강력한 영향을 주는 방향에 중점을 두며, 핵심 자료를 효 과적으로 전달할 수 있는 교육네트워크를 통해 구현

(4) The National HE STEM Programme 프로그램

대학교 학부과정에서 STEM관련 과목의 활성화를 위해 2009년에 시작 되었으며, 특히 물리학, 화학, 공학 및 수학과목을 집중 육성하기 위해 영국 잉글랜드 고등교육재정심의회(HEFCE, Higher Education Funding Council for England)와 영국 웨일즈 고등교육재정심의회(HEFCW, Higher Education Funding Council for Wales)가 공동으로 3년간 약 2,100만 파운드의 예산 출자