한민고등학교

2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2019.11.15

한민고등학교

【 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명

2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

유형

유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( √ ) - 선행 프로그램명: 3가지 기 개발된 모델(본 연구회에서 개발한)

1) 글로벌 창의 인재 육성을 위한 “온고지신 STEAM” 프로그램 개발 2) 카혼 메이킹!(예술(음악)활동을 통한 실천 협동적 융합탐구 프로젝트 연구) 3) 뮤직박스 메이킹(인성, 지성, 감성 역량계발을 위한 악기메이킹 프로젝트)

프로그램명

예술중심 창의성 연계 융합 과학 메이킹 프로그램

학교급 고 대상 학년(군) 1,2학년

중심과목 음악 중심과목

성취기준 영역

[고등학교] (1) 표현

연계과목 ^과학(물 리)

연계과목 성취기준 영역

[고등학교1~3학년] <물리학Ⅰ영역> (3)파동과 정보통신 [고등학교1~3학년]<물리학Ⅱ 영약> (3) 파동과 물질의 성질 [고등학교 1~3학년] <지식재산일반> (1) 지식재산이해 [고등학교 1학년] <음악> (1)표현활동

연구기간

2019.5.16. ~ 2019.11.30.

연 구 비

일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원

5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 한민고등학교 음악,지식재산일반 교사 홍정선

공동연구원 한민고등학교 물리(과학) 교사 김현주

공동연구원 한민고등학교 음악 교사 송인호

공동연구원 한민고등학교 물리(과학) 교사 오용택

공동연구원 한민고등학교 체육 교사 이승현

2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2019년 11월 15일

연구책임자 : 홍 정 선 (인)

“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 요약문

··· 1

2. 서론

··· 2~3

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 5 가. 연구 수행 내용

1) 프로그램 연구 및 적용(총괄 교육과정 재구성) ··· 5 2) 프로그램 연구 적용 기간 ··· 5 나. 연구 수행 결과 ··· 5

4. 결론 및 제언

··· 6

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

부록2. 학생 산출물, 사진, 교사 교내외 융합교육 연수 사진 부록3. 교사 융합교육 교사연구회 전문적 학습 공동체 회의록

1. 요약문

2014년 전통과학에서의 악기제작, 2017년 카혼(외국 민속 타악기)악기제작 프로젝트 교수학습 프로그 램, 2018년 뮤직 박스 메이킹(오르골)을 기 개발하였다. 악기제작을 통하여 수학, 물리, 인문학, 발명, 체육 등 다양한 영역에서의 역량을 계발하였고 이러한 교수학습 프로그램 개발 경험을 토대로 보다 체 계적인 융합교육을 연구하고 있다. 연구기간 동안 학생 특허출원, 소논문 발표 등 다양한 창의적 산출 물을 배출한 바 있으며, 연구한 악기제작 교수학습 프로그램을 토대로 창의폭발적인 산출물을 학생 스 스로 구현하는 프로그램 연구를 진행하였다.

예술 중심 융합교육 수업모델을 개발하면서 제일 연관된 과학적 지식 및 원리를 탐색하고, 이에 관련된 고등학교 교육과정 속 성취기준 및 교육 내용을 추출하여 융합의 기틀을 마련 하였다. 각 차시별로 음악,물리학,체육 교과의 자연스럽고 고등학교 급별에 적합한 내용으로 발전하여 학생이 성장할 수 있는 과정 중심의 교수학습 프로그램을 개발하는데 중점을 두었 다. 당초 계획하였던 대로 내용의 범위는 크게 달라지지 않았지만, 각 교과별 성취기준의 차 시별 순서, 1.전통 과학속 융합 2. 카혼 악기 속 융합 3. 오르골 감성 융합 등 주제를 교과 협의를 통해 내용 및 교수방법을 정하였다.

기존 연구된 교수학습 프로그램 중 2015 개정 교육과정에서 학생이 길러야 할 역량과 연계되어 필요 한 내용 및 기존 교육과정 속에서 존재하는 중요한 융합교육적 요소를 추출하여 교육과정을 재구성 하 였고, 보다 교과 간 학문적 체계의 융합교수학습 프로그램을 개발, 적용 하였다. 그 결과, 다른 학교에 서 일반화 하기 쉬워졌으며, 학생들의 반응 및 수업에 대한 만족도가 예년에 비해 상승하였다. 무엇보 다 교과를 넘나드는 범교과적인 융합 교수학습 과정에서 학생들이 집중하기 힘들어하는 부분을 개선하 였다.

2. 서론

창의와 융합을 근간으로 하는 창조 경제 시대에 상상력과 창의력, 도전정신을 갖춘 융합형 인재 양성의 중요성이 강조되고 있다. 2015년 개정교육과정의 핵심역량인 자기관리 역량, 지 식정보 처리 역량, 창의적 사고 역량, 심미적 감성 역량, 의사소통 역량, 공동체 역량 모두 융합적 실천 학습을 통하여 얻을 수 있는 역량이며 역량을 기를 수 있는 융합 교수학습 프 로그램을 개발하는 것이 본 연구회의 목적이다.

또한 창의적인 발상을 이끌어내기 위하여 다양한 요소의 융합적인 교수학습(STEAM)이야말 로 한국형 미래교육의 해결의 열쇠라고 생각한다.

한민고등학교 스팀교사연구회는 2014년 전통과학에서의 악기제작, 2017년 카혼(외국 민속 타악기)

3. 연구 수행 내용

악기제작 프로젝트 교수학습 프로그램, 2018년 뮤직 박스 메이킹(오르골)을 기 개발하였다. 악기제 작을 통하여 수학, 물리, 인문학, 발명, 체육 등 다양한 영역에서의 역량을 계발하였고 이러한 교수 학습 프로그램 개발 경험을 토대로 보다 체계적인 융합교육을 연구하고 있다. 연구기간 동안 학생 특허출원, 소논문 발표 등 다양한 창의적 산출물을 배출한 바 있으며, 연구한 악기제작 교수학습 프 로그램을 토대로 창의폭발적인 산출물을 학생 스스로 구현하는 프로그램 연구를 기대할 수 있다.

본 연구에서는 음악활동을 중점으로 과학교과의 응용분야 학습요소를 추출하는 과정 속 에서 자연스럽게 융합적인 탐구활동을‘실제적으로’이끌어낸다. 학생들의 탐구 결과를 바탕으로 새로운 창의적인 문제를 제기하고, 해결하는 과정 속에서 2015년 개정교육과정 의 핵심역량을 향상시키는 프로젝트를 진행할 계획이다.

◦ 2019년 연구 목표로서 기 개발된 3가지의 악기 제작 프로젝트 교수학습 프로그램의 문 제점 및 한계점을 진단, 분석하여 보다 일반화 될 수 있는 교수학습 과정안 및 프로젝트 진행을 위한 교재를 제작, 연구하는 것을 중점으로 운영 하였다.

◦ 지난 3년간 진행된 프로젝트는 산출물에 집중한 나머지 교육과정과 연계되어 학습 결 과물이 제대로 산출되지 않았다는 점, 융합하는 과정 속에서 자칫 과한 교과의 융합, 교 육과정의 연계성이 떨어진다는 점이 문제점으로 대두되었다. 학생의 참여율과 흥미를 높 일 수 있는 예술 중심 융합 교육과정을 정리할 필요성이 제기 되었고, 학생이 방법을 찾 아가며 연속적으로 연계되고 융합되는 예술중심 융합인재교육을 개발하는 것을 목표로 설정 하였다.

당초 작성한 계획대로 정기적인 전문적 공동 학습체를 조직, 수업 모델 개발에 관한 협의회를 진 행하며, 기 개발된 수업 모형의 장,단점을 분석한 후 일반화 될수 있는 수업 모델을 정리하였다. 1 학기에는 융합수업을 위한 준비단계로, 융합교육 전문적학습공동체를 조직하여 매월 1~2회 정기모 임을 거쳐 수업 개발을 진행하였다. 방학 기간을 이용하여 기개발된 수업의 세부 교수학습 지도안 개발 및 수업 자료를 조사, 제작한 후 2학기에 수업을 실제적으로 적용해보았다.

◦ STEAM 프로그램 연구 및 적용

- 중심과목 : 음악

- 중심과목 성취기준 영역 및 영역별 성취기준 (1) 표현

[12음01-01] 악곡의 특징을 이해하며 개성 있게 노래 부르거나 악기로 연주한다.

[12음01-02] 악곡의 종류에 어울리는 신체표현을 한다.

[12음01-03] 음악의 구성을 이해하여 음악 작품을 만든다.

[12음01-04] 다양한 예술에 어울리는 음악 작품을 만든다.

[12음01-05] 바른 자세와 호흡 및 정확한 발음으로 노래 부르거나 악기에 따른 연주법을 익혀 표현한다.

① 도입단계 : 2015교육과정 교과별 성취기준 추출에 따른 프로그램 설계

1) 기 개발된 악기 제작 프로젝트를 차시에 맞는 융합교과의 2015 개정교육과정 성취기준을 추출하였다.

2) 융합교수학습 지도안의 일반화를 위하여 성취기준에 따른 핵심개념을 선정하였다.

차시 (시수)

과목

연계 중심과목의 영역별 성취기준 및 연계과목의 성취기준 추출

1,2

음악

[12음01-01] 악곡의 특징을 이해하며 개성 있게 노래 부르거나 악기로 연주한다.

물리

[12물리Ⅰ03-01] 파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계를 알고 매질에 따라 파동의 속력 이 다른 것을 활용한 예를 설명할 수 있다.

지식 재산 일반

[12지식01-03] 발명의 역사적, 사회적 영향을 사례를 통하여 분석한다.

[12지식01-04] 지식 재산의 가치를 개인적, 기업적, 국가적 가치로 분류하여 평가한다.

3,4

음악

[12음01-03] 음악의 구성을 이해하여 음악 작품을 만든다.

물리

[12물리Ⅰ03-02] 파동의 전반사 원리를 이용한 광통신 과정을 설명할 수 있다.

[12물리Ⅰ03-04] 파동의 간섭이 활용되는 예를 찾아 설명할 수 있다.

5,6

음악

[12음01-03] 음악의 구성을 이해하여 음악 작품을 만든다.

물리

[12물리Ⅱ03-01] 전자기파의 간섭과 회절을 이해하고 이와 관련된 다양한 예를 조사하여 설명할 수 있다.

[12물리Ⅱ03-02] 파원의 속도에 따라 파장이 달라짐을 이해하고, 활용되는 예를 찾아 설명 할 수 있다.

7,8,9,10

음악

[12음01-04] 다양한 예술에 어울리는 음악 작품을 만든다.

지식 재산 일반

[12지식02-01] 발명 문제를 확인하고 분석한다.

물리

[12물리Ⅰ03-01] 파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계를 알고 매질에 따라 파동의 속력 이 다른 것을 활용한 예를 설명할 수 있다.

[12물리Ⅰ03-04] 파동의 간섭이 활용되는 예를 찾아 설명할 수 있다.

[12물리Ⅱ03-01] 전자기파의 간섭과 회절을 이해하고 이와 관련된 다양한 예를 조사하여 설명할 수 있다.

[12물리Ⅱ03-02] 파원의 속도에 따라 파장이 달라짐을 이해하고, 활용되는 예를 찾아 설명 할 수 있다.

11,12,13, 14,15

음악

[12음01-04] 다양한 예술에 어울리는 음악 작품을 만든다.

목공

교육과정 외 예술 활동(칼림바 만들기 등)

② 전개단계 : STEAM 수업 프로그램 개발의 실제적 적용, 개발

1) 2014,2017,2018년도에 본 연구회에서 개발한 교수학습 프로그램에서 음악-물리학적 내용을 추 출하여 2015개정교육과정의 성취수준에 의거한 내용으로 재구성하였다.

2) 학생들로 하여금 체험하고, 지식을 활용할 수 있으며, 문제를 스스로 해결할 수 있는 내용으로 수업을 재구성하였다.

3) 한 가지의 영역에 국한된 악기 메이킹 프로젝트에서 논문, 보고서, 창안품 등 다양한 산출물을 기대할 수 있는 교수학습 과정안을 개발하였다.

차시 (시수)

팀티칭

교과 악 기 제 작 개 발 프 로 그 램 설 명

1,2

음악 전통 악기의 구조탐색 및 소리 원리, 한국 전통음악의 음계 - 2014 기개발된 온고지신 전통악기 메이킹 바탕으로 물리 파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계

지식재산

일반 음악-물리 악기 메이킹 프로젝트에 따른 지식재산 창출의 이해 3,4 음악 악기의 분류(소리 진동의 원리)에 따른 구조 파악

- 2017 기개발된 카혼 메이킹을 바탕으로

물리 소리와 파동

5,6 음악 천공형 오르골 소개 및 악기 원리 탐색, 악기 음향악 물리 (물리학1에서 학습한 내용을 바탕으로) 파동의 간섭 및 회절

7,8,9,10

음악 천공 오르골 실습 및 제작, 오르골과 연계한 오토마타 장치 연구 물리 소리의 물리학적 분석

지식재산

일반 악기제작에 따른 특허법 설명, 아이디어 창안방법

10,11,12,1 3,14,15

예술 키네틱 아트와 오르골 실습 공학

(목공) 오토마타 제작 실습 지식재산

일반 악기제작에 따른 특허법 설명, 아이디어 창안방법

◦ 수업 적용 기간

- 1학기부터 적용해보고자 하였으나, 수업 시수가 교과별로 상이하고, 고교학점제 선도 학교로 블록타임이 많아 수업 교환이 어려웠다. 따라서 수업을 적용해보는 기간을 2학 기로 연기하고, 수업의 세부적 학습자료 및 수업과정을 세밀하게 개발하는데 중점을 두 어 연구하였다. 1학기에는 융합교육에 대한 이해를 돕기위해 전문적학습공동체에서 다 양하게 연구하였다.

- 학생들에게 실제로 적용해보는 수업을 진행하지 못하였지만 1학기에는 본 연구의 실 제 적용 및 융합교육의 전파에 초점을 두어 외부 기관 및 학교급에서 다양한 융합교육 에 관한 연수를 진행하였다. 경기중등음악교육연구회에서 음악과물리, 오르골과 융합교 육이라는 주제로 약 40명의 예술교사 대상으로 연수를 진행하였고, 한국과학창의재단에 서 진행하는 사업을 소개하였다.

◦수업의 삭제 및 추가

4. 연구 수행 결과

◦연구 수행 결과

연구 수행결과는 다음과 같다 .

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 16차시

수업 적용 일정 2019.10.16. ~ 2019.11.8.

(STEAM 수업)수혜학생 수 한민고등학교 127명(고등학교1,2학년 재학생) 학생 태도검사 사전검사 4월 30일, 2개 학급(46명) 실시 완료

사후검사 10월 19일, 2개 학급(46명) 실시 완료 학생 및 교사 만족도조사 10월 19일 실시 완료

교사연구회 STEAM 행사 개최

2019.11.16. 6교시(14:00~14:60) 수업공개 2019.6.22.,6.29 . ‘STEAM 융합연수’ 강연

(경기중등음악교사대상, 300명)

논문 또는 학술대회 해당 없음

특허출원 (국외, 국내) 해당 없음

5. 결론 및 제언

- 기존 프로그램에서 융합 연계성이 떨어지는 교과 내용은 과감히 삭제하였다. 예를 들

어, 채소악기만들기는 일반화를 구현하기에 어려운 주제이며, 기리고차 외에 다른 전통 과학에서의 물리학은 현재 2015 개정교육과정에서 삭제된 내용으로 연계성이 떨어지는 내용은 삭제하여 융합수업을 개발하였다.

- 오르골 외에 칼림바 만들기 등을 개발하여 오르골 수업에서 완벽히 진행한 학생들에 게 추가로 칼림바 만들기를 목공수업에서 진행하였다. 학생들의 만족도 및 물리학과 음 악과의 연계성을 주도적으로 연구하며 산출물을 만들었다.

◦

교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점

- 이번 연구는 기 개발된 프로그램에 대한 재 연구개발이었다. 매번 업무와 수업에 쫓겨 제대로 구성 하지 못하고 끝나버린 수업을 다시 되돌아보며 보다 짜임새 있는 교수학습 지도안을 만드는게 목표 였다. 다시한번 개발하는 프로젝트의 큰 장점은 개발된 수업을 성찰한다는 점이다. 기존 개발한 교 수학습 프로그램의 장,단점을 분석하면서 STEAM교수학습 및 교육과정의 재구조화를 통해 융합적 짜임새를 높였다는 점이 제일 큰 성과였다.

여전히 어려운 점은 수업시간 확보 및 교수학습 자료 만들기였다. 기존 자료가 없는 새로운 수업을 만 들다 보니 일일이 사진을 찍고, 자료를 제작하여야 해서 힘들었고, 시행착오를 겪은 수업에 대해 성 찰할 시간적 여유가 없었다.

◦ 교사연구회의 전체 회원 사이의 협력적 활동 내용

- 주도적인 연구회원 2명이 이루어진 연구회에서 다같이 연구하는 연구회로 운영하도록 노

력하였다. 또한 교사연구회 교사인 5명 외에도 학교 내에 전체 교사에게 융합수업에 대한

안내, 음악-물리, 체육-물리간 융합 수업의 가능성을 전파하고 이해시키는 활동을 꾸준히

하였다. 수업자료 배포를 활발히 하였다. 또한 자료 취합, 회의록 정리, 1단계-2단계-3단계

기 개발 프로그램 단계마다 교수학습 자료를 제작하였는지 확인하는 조직을 구성하여 연 계성있고 일반화 시킬수 있는 교수학습을 제작한는데 주력하였다.

◦ 교사연구회를 통해 참여 교사들의 STEAM 수업 역량 증가 내용 및 설명 제시

- 기존연구위원은 3명이고 신규 교사연구회원은 2명이었다. 기존 교사 연구회원이 멘토가

되어 STEAM수업 역량 강화를 위하여 멘토링을 실시하였고, 월1~2회 전문적학습공동체 시 간을 구성하여 수업 설계의 단계, 수업의 요소, 융합요소에 대해 토론, 연구하였으며, 교과 간(음악/물리/체육(생물)) 연구, 교과 내 연구등을 진행하며 수업에 대한 역량 및 수업 연 구의 즐거움을 증가시켰다. 처음에 신규 교사 회원은 STEAM수업 구성에 대해 매우 어려 움을 느꼈지만, 회의 및 연구를 통해 수업에 즐거움을 느끼는 동시에 학생들의 적극적인 수업 참여를 통해 융합수업에 대한 확신을 가질 수 있었다.

- 외부 기관 및 외부 교사들에게 본 연구회에서 개발한 STEAM 교수학습 프로그램의 내용 을 소개하고, 실습하는 시간을 가졌다. 특히 경기중등음악교육연구회 회원 대상으로 물리 와 음악의 융합을 소개하여 폭발적인 반응을 얻었고, 실제로 수업을 적용해보는 음악교사 들에게 계속 멘토링 활동을 하였다.

- 연구위원들의 역량을 보다 강화하기 위하여 2019 KAIST에서 주최하는 STEAM 심화연수 (현장적용) 60시간, 에 참여하였다. 에너지 분과로 같은 팀원인 연구위원(물리/음악)이 참여 하여 열심히 적용한 결과, 우수 연구사례로 선정되었다. 꾸준한 융합교육교사연구회 활동 으로 이루어낸 쾌거라 할 수 있다.

◦

STEAM 수업 수혜 학생들의 반응(인터뷰)

- 2학기에 진행된 STEAM 수업 수혜 학생들의 반응은 매우 긍정적이고 폭발적이었다. 그동안 이런 수 업을 왜 받지 못했냐는 등 수업의 기간 및 횟수에 대해 아쉬움을 토로하는 학생들이 많았다. 물리학 을 선택한 학급에서만 진행하였는데, 타 과학 교과를 선택한 학급의 학생들의 건의를 받을 정도로 좋은 반응을 얻었다. 다음은 실제 수업을 들은 학생들의 인터뷰이다.

- 고등학교 동아리에 들어왔을 때, 외부대회를 위한 실험이나 제작이 아니라 진짜 이런 실제적인 프로젝트를 진행하고 싶었다.(한민고등학교 2학년 여학생 박○○)

- 평소 전자공학과 진학을 희망하고 있었는데, 이번 융합 수업에 참여한 후, 나의 진로에 대한 확 신이 생겼다.(2학년 여학생 정○○)

- 물리시간에 내가 좋아하는 음악수업과 연계하여 프로젝트를 진행하는 수업을 해보니, 시간가는 줄 몰랐고, 막 내가 더 만들고 싶은 욕구가 생겼다! 다만, 시간이 너무 짧아서 완성을 못한 것 이 아쉽다. (2학년 여학생 변○○)

- 내가 만든 음악을 연주하는데 과학적인 원리로 연주된다는 사실이 놀랍고, 앞으로 과학을 더 좋 아하게 될 것 같다! 침대가 과학이 아니라, 음악이 과학이었다!!!(2학년 여학생 김○○)

◦ STEAM 교사연구회와 해당 STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안

: 일반화의 최우선 조건은 해당 학교의 융합교육을 위한 예산이 확보되어야 하는 점이다. 교

사 연구회에서 개발한 예술중심 융합 교수학습과정을 위한 기본적인 교구 확보, 교육과정

속 수업시간 교환 등 학교 조직 내에서 긍정적인 협조 분위기를 조성하는 것이 중요하다고

생각한다. 또한 수업 적용 횟수를 증가시켜 사전, 사후 검사를 보다 많이 실시하여 해당 수

업의 만족도 및 효과적인 측면의 신뢰도를 높이는 것이야 말로 개선방안이라고 생각한다.

◦ 기타 사항 및 시사점

: 본 연구를 현장에서 적용한 결과 내린 결론 중 제일 중요한 것은 융합교육에 있어서 실제

적인 상황(문제)을 제시하여야 한다는 점이다. 가상 상황을 제시할 때 허무맹랑하거나 학

생들의 삶 속에서 상상되지 못하는 상황은 융합교수학습을 적용하기 어렵다. 이와 더불

어 예술에서의 감성적 체험 등을 중심으로 융합 교육을 스며들게끔 적용한다면 효과는

매우 클 것이다. 따라서 모든 교과에게 과학 중심의 융합교수학습을 개발하고자 할 때,

예술적인 체험 사례를 공유하거나 대표적인 예술 체험 연수를 진행하는것도 좋은 방법이

라고 제언한다.

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

고등학교 예술중심 창의성 연계 융합과학 메이킹 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1~2/16

음악 [12음01-01] 악곡의 특징을 이해하며 개성 있게 노래 부르거나 악 기로 연주한다.

물리

[12물리Ⅰ03-01] 파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계를 알고 매질 에 따라 파동의 속력이 다른 것을 활용한 예를 설 명할 수 있다.

음악(표현)

지식 재산 일반

[12지식01-03] 발명의 역사적, 사회적 영향을 사례를 통하여 분석한 다.

[12지식01-04] 지식 재산의 가치를 개인적, 기업적, 국가적 가치로 분류하여 평가한다.

음악(표현)

2 3~4/16

음악 [12음01-03] 음악의 구성을 이해하여 음악 작품을 만든다.

물리

[12물리Ⅰ03-02] 파동의 전반사 원리를 이용한 광통신 과정을 설명할 수 있다.

[12물리Ⅰ03-04] 파동의 간섭이 활용되는 예를 찾아 설명할 수 있다.

음악(표현)

3 5~6/16

음악 [12음01-03] 음악의 구성을 이해하여 음악 작품을 만든다.

물리

[12물리Ⅱ03-01] 전자기파의 간섭과 회절을 이해하고 이와 관련된 다 양한 예를 조사하여 설명할 수 있다.

[12물리Ⅱ03-02] 파원의 속도에 따라 파장이 달라짐을 이해하고, 활 용되는 예를 찾아 설명할 수 있다.

음악(표현)

4 7~10/16

음악 [12음01-04] 다양한 예술에 어울리는 음악 작품을 만든다. [12지식02-01]

지식재산일반 지식

재산 일반

[12지식02-01] 발명 문제를 확인하고 분석한다. 음악(표현)

물리

[12물리Ⅰ03-01] 파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계를 알고 매질 에 따라 파동의 속력이 다른 것을 활용한 예를 설 명할 수 있다.

[12물리Ⅰ03-04] 파동의 간섭이 활용되는 예를 찾아 설명할 수 있다. [12물리Ⅱ03-01] 전자기파의 간섭과 회절을 이해하고 이와 관련된 다

양한 예를 조사하여 설명할 수 있다.

[12물리Ⅱ03-02] 파원의 속도에 따라 파장이 달라짐을 이해하고, 활 용되는 예를 찾아 설명할 수 있다.

[12지식02-01]

지식재산일반

5 11~16/16

^음악 [12음01-04] 다양한 예술에 어울리는 음악 작품을 만든다. 미술(표현)

1-1. 교육과정 재구성표 차시

(시수)

팀티칭

교과 악 기 제 작 개 발 프 로 그 램 설 명

1,2

음악 전통 악기의 구조탐색 및 소리 원리, 한국 전통음악의 음계 - 2014 기개발된 온고지신 전통악기 메이킹 바탕으로 물리 파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계

지식재산

일반 음악-물리 악기 메이킹 프로젝트에 따른 지식재산 창출의 이해

3,4 음악 악기의 분류(소리 진동의 원리)에 따른 구조 파악 - 2017 기개발된 카혼 메이킹을 바탕으로

물리 소리와 파동

5,6 음악 천공형 오르골 소개 및 악기 원리 탐색, 악기 음향악

물리 (물리학1에서 학습한 내용을 바탕으로) 파동의 간섭 및 회절

7,8,9,10

음악 천공 오르골 실습 및 제작, 오르골과 연계한 오토마타 장치 연구 물리 소리의 물리학적 분석

지식재산

일반 악기제작에 따른 특허법 설명, 아이디어 창안방법

10,11,12,1 3,14,15

예술 키네틱 아트와 오르골 실습 공학

(목공) 오토마타 제작 실습 지식재산

일반 악기제작에 따른 특허법 설명, 아이디어 창안방법

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 16차시)

차시 주요내용

1~2/

16

주제(단원)

명

전통에서 찾는 온고지신 창의융합 개관

Co

역사속으로, 전통문화 속 예술과 과학을 찾아보자

CD

전통문화 유산 중 과학적으로 우수한 유산 찾아서 분석하기

ET

전통악기(편종,편경) 탐구를 통하여 물리학 배우기

3~4/

16

주제(단원)

명

카혼 메이킹!

Co

대중음악 카혼을 이용하여 공연할 때, 내가 만든 카혼으로 공연을 해보자!

CD

클라드니 모형을 학습한 후, 악기의 소리를 만드는 파동을 학습하여 악기 구조 및 공명의 원리 알아보기

ET

카혼 연주하기 5~6/

16

주제(단원)

명

뮤직박스 메이킹 1

Co

아름다운 오르골을 제작하여 공연을 하라는 의뢰가 들어왔다.

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 과학탐구실험 학교급/학년(군) 고등학교/1~2 학년

중심과목 성취기준

영역

[과학탐구실험]

1. 역사속의 과학탐구 중심과목 성취기준

[10과탐01-01] 과학사에서 패러다임의 전환을 가져온 결정적 실험을 따라해 보 고, 과학의 발전 과정에 대해 설명할 수 있다.

[10과탐01-04] 가설 설정을 포함한 과학 사의 대표적인 탐구 실험을 수행하고, 연 역적 탐구 방법의 특징을 설명할 수 있 다.

주제(단원)명 과학에서의 온고지신

창의융합 탐색 차시 1/16

학습목표 한국의 전통과학 문화유산의 종류와 과학적 원리를 이해하고 현대 과학적 원리로

설명할 수 있다.

연계과목 과학, 역사, 미술,

과학사 연계과목 성취기준 영역

[12과사01-05] 과학의 역사적 발전을 이해하는 방법으로 내적 접ㅈ근과 외적 접근의 차이와 이들의 상호보완성을 설명할 수 있다.

STEAM 요소

S 과학사, 과학탐구실험 T 기술

E

A 역사, 미술 M

개발 의도

전통 문화 유산 속에 숨겨져 있는 다양한 형태의 과학을 끄집어내어 학생들이 알 수 있도록 다양한 사례 중심으로 제시하고, 이를 통해 학생들이 일상에서 전통과학 문화가 함께 있음을 찾아 볼 수 있도록 하였다.

우리나라 역사기록(삼국유사, 고려사, 조선왕조실록, 성변축후단자)에 남아있는 천문관측 기록(혜성, 초신성, 일식, 월식 등)을 제시하고, 과학적 원리로 접근하여 이해하도록 한다.

우리나라 천문관측기구들의 과학적 가치와 역사적 가치를 정확하게 이해하도록 한다.

STEAM 상황 제시

CD

파동의 원리 및 정상파 탐구하기

ET

오르골을 이용한 심상훈련 : 천공리더형 오르골 연주방법 익히기

7~10 /16

주제(단원)

명

뮤직박스 메이킹 2

Co

아름다운 오르골을 제작하여 공연을 하라는 의뢰가 들어왔다.

CD

파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계 및 파동의 간섭 알아보기

ET

오르골을 이용한 심상훈련 : 천공리더형 오르골 연주방법 익히기, 오토마타와 연계하기

11~1 6/16

주제(단원)

명

움직여라! 오토마타 만들기

Co

나만의 오르골을 만들어 보기

CD

악기와 오토마타의 기계적 연결(링크, 캠) 장치 탐색하기

ET

종이오르골의 오토마타 장치 만들기

학습 준거

상 황 제 시

만원지폐에 있는 우리나라

과학문화유산은 어떤 것이 보이는 지 찾아보도록 한다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

만원지폐에서 찾은 과학문화유산을 공유하고, 다른 나라 지폐에도 과학문화유산이 있는 예가 있는지를 찾아보자.

감 성 적 체 험 서양 중심의 과학지식을

배우고 있는 상황에서 과거 우리나라 역사 기록에 남아있는 과학기록의 예들을 알려주고, 그 시대의 사회에 미치는 영향들을 생각해 보는 시간이 되도록 한다.

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점

도입 ( 15 분)

Co 만원 지폐에서 과학문화유산을 찾아보자.

ET 직접 만원 지폐를 관찰하고 과학문화유산을 활동지에 작성하도록 한다.

만원지폐 인쇄된 프린트 준비 학생들이 가져온 지폐를 잘 간수 하도록 지도

전개 ( 25 분)

Co 성변측후단자에 기록된 천문현상에 대한 기록을 제시하 고, 현대천문학에서 사용하고 있는 어떤 용어들과 연결할 수 있을지 논리적인 근거를 찾아볼 수 있도록 한다.

ET 인터넷 조선왕조실록에서 관련 용어로 기록물을 검색해 본다

ET 관련 문장들을 현대 과학용어로 해석하고 발표한다.

ET 만원지폐에서 찾은 과학문화유산을 발표하고, 그 당시 과학기술의 발전이 사회에 미치는 영향을 함께 생각한다.

CD 다른 나라 지폐에도 과학문화유산이 있는 예는 무엇이 있는지 인터넷을 활용하여 찾아보자.

다른 나라 지폐에 있는 과학문화유산의 역사적 의의와 과학 적 의미를 찾아보자

과학기록물들을 학생들이 직접 인터넷을 활용하여 찾을 수 있도 록 지도

다양한 기록물들을 미리 찾아서 자료로 준비해 놓았다가 자료를 인터넷에서 잘 찾지 못한 학생들 이 참고 자료로 활용할 수 있도 록 제시

정리 ( 10 분)

ET 만원권 지폐에 있는 혼천의 사진은 실재로는 송이영의 혼천시계로 우리나라 과학문화유산으로서의 국보 230 호이다.

과학문화유산 국보는 227 호 천상열차분야지도, 229 호 자격 루, 230 호 혼천시계 3 가지만이 있다. 첨성대는 과학문화유 산이 아닌 건축물로 분류되어 있어서 이에 대한 고민을 해봐 야 한다.

각자 찾은 내용들을 학생들이 서 로 공유할 수 있도록 지도

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1/16

1. 만원 지폐에 있는 우리나라 과학문화유산은 어떤 것이 있는지 찾아보자.

2. 과학기록물들을 찾아 내용을 분석하고, 기록된 내용을 현대 과학용어로 설명해 보자.

3. 위 기록된 내용을 토대로 그 당시 과학이 사회에 미치는 영향에 대한 자신의 생각을 논리적으로 서 술하시오.

과학문화유산 목록 용도와 사용방법 또는 과학사적 의의

기록내용 현대 과학용어로 풀이

사회에 미치는 영향

4. 다음은 우리나라 과학 유산과 그 용도를 나타낸 것이다. 과학 유산과 용도를 옳게 연결하시오.

5. 다음은 과거에 쓰였던 표현을 나열한 것이다.

<보 기 >

㉠ 시진, ㉡ 척, ㉢ 촌, ㉣ 각, ㉤ 리

이 중 시간에 대한 용어와 공간을 나타낸 용어를 옳게 구분한 것은?

① 시간 - ㉠, ㉢, ㉤

②

시간 - ㉠, ㉡

③ 시간 - ㉠, ㉢, ㉣

④ 공간 - ㉡, ㉢

⑤ 공간 - ㉣, ㉤

㉠혼천의 ㉡천상열차

분야지도

㉢ 앙부일구

㉣ 측우기 ㉤ 자격루

· · · · ·

· · · · ·

① 강우량 측정

②

별의 위치 표기

③ 물방울을 통한 시간 확인

④ 천체의 운행, 위치 확인

⑤ 그림자를 통한 시간 확인

5. 교사자료

차시 1/16

1. 성변측후단자에 기록된 천문현상에 대한 기록을 제시하고, 현대천문학에서 사용하고 있는 어떤 용 어들과 연결할 수 있을지 논리적인 근거를 찾아볼 수 있도록 한다.

인터넷 조선왕조실록에서 관련 용어로 기록물을 검색해본다 관련 문장들을 현대 과학용어로 해석하고 발표한다.

[자료]

성변(星變)의 건륭 24 년(1759) 성변측후단자 기록

3 월 11 일 밤 5 경 파루(5 경 3 점) 후에 혜성이 허수아래 이유성 위쪽에 나타났다. 북극성과는 116 도 로 별의 크기와 색깔은 어제와 비교해서 차이가 없으며, 꼬리의 길이는 1.5 척(약 30cm)정도 되었다.

전직장 신 김종부, 전 정 신 이 담, 겸교수 신 박재소, 전 첨사 신 김태서, 측후관부사과 신 정상순.

3 월 12 일(壬辰) 밤 5 경 이후에 검은 구름이 흩어져 가리더니 동방하늘까지 이르렀다. 혜성이 보이 는 곳이 더욱 어두워져 관찰 할 수 가 없었다.

출처- 성변측후단자 - 과학문화재 (과학문화재, 한국문화재재단, 남문현)

2. 과학문화유산 중 우리나라 국보

제 228 호 천상열차분야지도 제 229 호 자격루 제 230 호 송이영의 혼천시계

3.. 만원 지폐에 있는 우리나라 과학문화유산은 어떤 것이 있는지 찾아보도록 지도한다.

일월오봉도, 혼천시계의 일부 부품, 천상열차분야지도, 보현산 천문대에 있는 광학망원경 자료출처

중심과목 음악 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] 생활화 중심과목

성취기준

[12음02-03] 다양한 시대의 음악을 듣고 역사･문화적 배경과 관련지어 음악의 특징을 비교하여 설명 할 수 있다.

[12음03-03] 국악을 계승하고 발전시킬 수 있는 방안에 대해 발표할 수 있다.

주제(단원)명 음악에서의 온고지신 창의융합 탐색 차시 2/16

학습목표

1. 우리나라 제례악에 사용된 편경의 제작과정을 설명할 수 있다. 2. 편경에 담겨있는 과학적 원리를 이해하고 이를 설명할 수 있다.

3. 재료의 성질을 이용한 나만의 악기제작 계획서를 작성 및 발표할 수 있다.

연계과목 과학 연계과목

성취기준 영역

[고등학교 1학년] 음악

STEAM 요소

S 악기를 구성하는 재료를 선택함에 있어 영향을 미칠 과학적 요인 T 자신이 고안한 악기를 제작하는 기술

E 전통악기인 ‘편경’과 자신이 고안한 악기가 연주되는데 사용되는 공학적 원리 A 우리나라 고유의 율명과 음정

M

개발 의도 우리나라 전통음악 속에 담겨 있는 과학적 원리를 학습함과 동시에 이를 본받아 새로운 악기를 제작할 수 있다.

Co 우리나라 전통음악 중 중요무형문화재 1호이자, 유네스코 세계무형유산으로 지정된 종묘제례악에 사용되는 악기 중 하나인 ‘편경’이 다른 악기들에 비해 높은 가치를 인정받는 이유를 찾아내고 그 과 정속에서 우리 민족 및 문화의 위대함과 소중함을 다시금 깨닫게 되는 계기를 갖는다.

또한, 이를 본받아 오늘날 우리의 지식과 아이디어를 기반으로 새로운 것을 창출해내는 창의·융합 활동을 진행하고자 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

※ STEAM 학습 준거는

단계(절차)가 아님

※ 상황 제시는 수업 (전 과정)에서 학생들이 스스로 문제 해결의 필요성과 도전정신을

가지는데 조력할 수 있도록 개발

창 의 적 설 계

창의적 설계

※ 감성적 체험은 수업 (전 과정)에서 학생들이 자연스럽게

경험하고 깨달을 수 있도록 개발

감 성 적 체 험

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점

도입 ( 7 분)

Co 우리가 연주하고 있는 우리나라 고유의 전통악기는 어떻게 만들어지고 있을까?

- 전통악기를 제작하는 과정을 담은 영상 2 개를 감상한다.

ET 전통악기 제작과정에서 느낄 수 있는 우리 악기장의 장인정 신과 이러한 전통제작방식을 이어 나아가는 이유에 대해 자유롭 게 이야기할 수 있도록 한다.   

동영상

(출처 1. 연합뉴스 TV ‘눈 앞 에서 펼쳐지는 전통악기 장 인들의 솜씨’ - 네이버 출처 2. 리얼다큐 숨 ‘16 개 의 옥돌악기 편경 제작과정’

- 네이버)

Tip! 학생들에게 생소한 악 기인 편경에 대해 관심을 갖 도록 간단한 소개를 한다.

전개 ( 38 분)

CD 우리나라 전통음악인 종묘제례악 영상을 감상을 통해 편경 의 특징에 대해 관찰한다. 

Co 음악에 적용된 다양한 원리 중 과학적 원리가 적용된 사례 에는 무엇이 있을까?

- 편경을 구성하고 있는 옥돌판의 전반적인 내용(편경의 연주 방법 및 소리(율명: 우리나라 전통 음계), 악기 구조, 등)에 대해 조사한다.    

ET 편경의 구조 및 구성품의 주재료로 경석(輕石)이 선택된 이 유, 제작 과정 등 전반적인 활동 속에서 조상들의 지혜를 깨닫고, 이러한 문화를 보존 및 발전시킬 수 있는 방법에 대해 토의한다.

   

CD 악기의 주재료로 사용될 수 있는 다양한 물질과 그의 성질 에 대해 조사하고, 이를 이용해 제작할 수 있는 악기를 구상하여 모둠원들과 함께 직접 설계해본다.   

ET 모둠별로 제작하고자 하는 악기 연주 시 발성의 원리, 제작 시 적용되는 공학적 원리, 이를 효과적으로 소리낼 수 있는 연주 법을 연구한 후, 해당 내용을 정리하여 설계도 및 설명서를 제작 한다.

다른 모둠원들에게 설명할 수 있도록 학습하여 설계한 악기에 대해 학우들 앞에서 발표한다.    

동영상

(출처 1. 맑고 청아한 소리를 내는 돌로 만든 악기, 편경)

학습지 노트북

정리 ( 5 분)

ET 편경에 담겨있는 다양한 의미를 전달하는 내용의 동영상 감 상을 통해 편경과 연관있는 역사적 사실과 그 의미에 대해 이해 할 수 있도록 한다. 그리고 앞으로 우리 전통을 어떻게 이어나가 야할 지에 대한 방향성에 대해 간단하게 이야기해본다.  



동영상

(출처 ‘역사채널 e - The history channel e_불변의 악 기 편경_#001’ - 유튜브)

학습지

3. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 2/16

스스로 까보자!

◎ 첫 번째 껍질

우리 아악(궁중의식음악)연주에 사용되는 악기 중 편경의 구조를 그림으로 그려보자.

◎ 두 번째 껍질

편경을 이루는 16 개의 ‘경’을 제작하는데 사용되는 재료에 대해 분석하시오. 그리고 제작과정 속에 담겨져 있는 과학적 원리를 탐구하시오.

◎ 세 번째 껍질

편경이 아악 연주 시 맡았던 역할과 중요시되었던 이유에 대하여 조사해보자. 그리고 이러한 전통 을 계속 유지하는데 있어 오늘날 노력해야하는 부분에 대해 생각해보자.

◎ 네 번째 껍질

편경에 사용되는 주재료를 이용하여 만들 수 있는 악기를 직접 구상하여 설계도를 작성하고 간단하 게 설명하시오.

4. 교사자료

(※ 학생활동지 해설, 교사참고자료 등)

차시 2/16

1. 편경의 구조

-편경

: 아악의 팔음(八音)악기 중 석부(石部)에 드는 유율 타악기로써, 고대 중국에서 만들어진 것을 고려 예종 11 년(1116)에 우리나라에 들여 처음 소개됨. 이를 우리나라 음악에서 사용되는 16 개의 율(律)에 맞도록 고안 및 제작을 함.

1425 년(세종 7 년) 경기도 남양(南陽)에서 난 옥돌(안산암, 경석)이 가장 소리가 좋다는 것을 알고 음률가 박연 등에게 옥돌을 사용한 편경 제작을 명하여 1427 년 조선만의 첫 편경이 제작됨

2. 악기 속 과학적 원리를 찾아서

1. ‘ㄱ’자 형태로 동일한 크기에 오직 두께만 달리하여 제작 → 두께가 두꺼울수록 진동수가 높아 높은 음을 낼 수 있음

(최저음 ‘황종(서양음계의 기본 ’도‘에 해당)’의 경 두께: 약 2.5cm, 최고음 ‘청협종(한 옥타브 위의 ’레‘에 해당)’의 경 두께: 약 6cm)

2. ‘ㄱ’자 기울기 속 비밀

→ 현존하는 ‘ㄱ’자 기울기에서 가장 맑은소리를 내는 115°를 사용함

3. 돌의 특성상 온도와 습도의 영향을 받지 않는 음정 및 음색 불변의 악기임

→ 모든 국악기를 조율하는 기준이 됨. 때문에 전란으로 인한 악기 파괴의 우려로 인해 반드시 지켜야 할 국보급 악기로 여기어짐

∴ 편경은 600 여 년이 지난 지금까지도 모든 아악의 표준음이 되고 있음

자료출처 ‘역사채널 e - The history channel e_불변의 악기 편경_#001’ - 유튜브 리얼다큐 숨 ‘16 개의 옥돌악기 편경 제작과정’ - 네이버

중심과목 음악 학교급/학년(군) 고등학교/1~2 학년 중심과목

성취기준 영역

[고등학교] 음악 (1)표현

[12 음 01-01] 악곡의 특징을 이해하며 개성 있게 노래 부르거나 악기로 연주한다.

중심과목 성취기준

[12 음 01-01] 악곡의 특징을 이해하며 개성 있게 노래 부르거나 악기로 연주한다.

주제(단원)명 카혼 메이킹 차시 5~6/16

학습목표 카혼의 구조를 알고 카혼 악곡의 특징을 이해하여 올바른 주법으로 연주할 수 있다.

연계과목 물리학 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

S 물리학 T

E 기술(공학) A 음악 M 수학

개발 의도 악기의 소리 발생 원리를 과학적인 시각으로 이해

악기의 구조를 이해하여 카혼 악기로 공연할수 있다는 상황을 제시한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시 상

황 제 시

카혼 공연을 의뢰하는 상황을 제시한다.(연말 학교 공연)

창 의 적 설 계

창의적 설계

위치와 구조에 따른 울림을 느껴보며, 느낀점을 토론한다.

감 성 적 체 험 카혼의 구조를 살펴보며 기본

타법을 배운 후 좋은 울림을 물리학적 관점과 연계하여 학습한다.

감성적 체험 학습

과정 교수-학습 활동 – 카혼 메이킹! 카혼의 구조를 알아보자 학습자료

및 유의점 도입

(15)

Co 연말 학급공연을 카혼 앙상블로 진행할 상황을 알려준다 .공연의뢰서를 작성하

며 카혼 악기를 탐구한다.것을 알려준다. 동영상

전개 (70 분)

Co [이론수업]

Co 악기의 구조와 음향학적 측면에 대해 다양한 공연을 감상한다.

- 현악기, 타악기, 관악기의 구조와 음향에 대해 토론한다.

Co 타악기의 구조에 대해 설명한다.

CD 종이카혼을 조립하면서 악기의 구조를 살펴본다. 위치별 타법에 대해 익힌다.

위치별 타법 및 부착물을 탐구하며 재질에 따른 소리의 음색에 대해 학습한다.

ET 4비트 8비트의 간단한 악곡(동요-교과서 제재곡-대중음악 uptown funk) 을 카혼으로 연주한다.

기본 연주방법 : 센박-여린박-고스트(쿵치따치 스르르)

연주방법을 개인-모둠별로 연주하며 소리의 셈여림을 탐구한다.

종 이 카 혼 훼 손 되 지 않도록 유 의한다.

정리 (15 분)

ET 카혼 연주를 다같이 발표한다..

악기정리

중심과목 물리학Ⅰ 학교급/학년(군) 고등학교/1~2 학년 중심과목

성취기준 영역

[고등학교] 물리학Ⅰ (3) 파동과 정보통신

중심과목 성취기준

[12물리Ⅰ03-04]파동의 간섭이 활용되는 예를 찾아 설명할 수 있다.

주제(단원)명 소리를 볼 수 있다니!(클라드니패턴) 차시 5~6/16

학습목표 소리의 패턴을 찾아볼 수 있는 토너스코프 장치를 만들어 소리를 시각화 할 수 있다.

연계과목 수학, 음악 연계과목

성취기준 영역

(1)표현

STEAM 요소

S 물리학 T

E

A 음악, 미술 M 수학

개발 의도 악기의 소리 발생 원리를 과학적인 시각으로 이해

소리를 듣는 것 뿐만 아니라 시각화 하여 나타나게 하는 방밥으로 토너스코프 장치를 직접 재작하고 그 원리를 이해하도록 지도한다. 또한, 자신의 목소리의 높낮이에 따라 클라드니 패턴이 어떻게 다르게 나타나는지 확인해 본다.

STEAM 학습 준거

상황 제시 상

황 제 시

클라드니 패턴을 동영상으로 보여주고 이와 관련있는 현상들을 찾아본다.

창 의 적 설 계

창의적 설계 음의 높낮이에 따라

클라드니 패턴이 다름을 이해하고 자신만의 아름다운 패턴 무늬를 찾아낸다.

감 성 적 체 험 토너스코프 장치를 만들어서

자신의 목소리로 클라드니 패턴을 만들어 본다.

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 – 5~6 차시 소리를 볼 수 있다니!(클라드니 패턴) 학습자료

및 유의점

도입 (15)

Co 자신의 목소리를 볼 수 있는 방법이 무엇이 있는지 생각해 보도록 한다.

ET 클라드니 패턴의 다양한 모양들을 보여주고 소리를 시각화 할 수 있다는 것을 알려준다. 동영상

전개 (70 분)

Co [이론수업] 1. 소리의 3요소에 대해 이해하고 이를 구별할 수 있도록 지도 한다.

(높낮이, 크기, 맵시)

Co 2. 파동의 간섭 현상을 이론적으로 설명한다.

(중첩과 독립성)

Co 3. 파동의 중첩과 독립성 원리에 의한 보강과 상쇄 간섭을 이해하도록 지도한다.

[실험과정 및 방법 참고]

CD 토너스코프 클라드니 패턴장치를 제작한다.

ET 자신이 만든 장치를 활용하여 다양한 패턴들을 만들어 본다. 만들어 낸 패턴들을 직접 종이 에 그려보고 진동수와 패턴들 사이의 관계를 학생 스스로 이해하고 설명할 수 있도록 지도한다.

Co 높은음과 낮은음에 따라 패턴의 공통점과 다른 점을 탐구하도록 지도한다.

파동의 물리 적 원리를 이 론 적 으 로 정확하게 이 해하도록 지 도해야 클라 드니 패턴이 나오는 원리 를 이해할 수 있다.

클라드니 장 치 만들기

정리 (15 분)

CD 무늬가 대칭이 나오지 않은 경우 왜 그럴까 원인을 생각해 보자. 토너스코프 장치 를 다양하게 변형하여 그럴 때마다 어떤 무늬가 나오는지 탐구해 보자.

실험실 정 리

3. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 5~6/16

1. 소리의 3 요소

가장 좋은 소리는?

가장 큰 소리는?

같은 목소리로 추정되는 것은?

2. 파동의 간섭 (중첩, 독립성)

3. 보강 간섭 상쇄 간섭

파동 1 과 파동 2 의 합성파형은?

파동 1 과 파동 2 의 합성파형은?

4.

5. 클라드니 패턴 실험 과정 토너스코프 클라드니 패턴 장치 만들기 [실험 목표]

- 소리는 듣는 것뿐만이 아니라 눈으로도 볼 수 있다는 것을 알 수 있다.

- 모래의 움직임을 통해 자신의 목소리 패턴을 찾아볼 수 있는 토너스코프 장치를 만들 수 있다.

- 정상파의 원리를 이해하고, 클라드니 패턴에 대해 탐구 할 수 있다.

[준비물]

- 투명용기, 지관, 색모래, 풍선, 종이판, 숟가락, 투명테이프, 가위, 칼 [과정 및 방법]

- 투명용기 바닥에서 약 1.3cm 높이에 옆에서 지관을 대고 펜으로 테두리를 따라 원형으로 선을 그 린다.

- 지관을 넣을 구멍이므로 너무 커서 헐겁지 않게 만든다.

- 잘 든 칼로 원 가운데를 반으로 나우고 가위로 잘게 나눈다.

- 종이판에 테두리와 가운데 구명을 가위와 칼로 오려내어, 통 안에 넣고 테이프로 고정한다.

- 지관 두 조각을 V자 식으로 연결한다. (테이프 사용)

- 지관을 구명으로 밀어 넣는다. (고정하지 않아도 됨, 흔들거리지 않으며 길이 조절 가능)

- 고무풍선을 풍선펌프 등으로 크게 부풀렸다. 놓기를 2~3차례 반복해주고, 풍선의 둥근 부분 바깥쪽 을 잘라낸다.

- 풍선을 넓게 벌려서 투명 용기에 덮어 면이 팽팽해지게 당긴다.

- 풍선 가운데에 색 모래를 숟가락으로 약 10g 부어놓고 다른 용기를 덮어 투명 테이프로 둘레를 빙 둘러 붙여 고정시킨다.

6. 토너 스코프 클라드니 패턴 장치를 직접 제작하여 자신의 목소리가 만들어 내는 패턴들을 확인하고 그림으로 그려보자.

6, 고음과 저음에 따라 클라드니 패턴이 어떻게 다른지 비교해 보자.

4.. 교사자료

차시 5~6/16

7. 1. 소리의 3 요소 가장 좋은 소리는?

가장 큰 소리는?

같은 목소리로 추정되는 것은?

2. 클라드니 패턴관련 동영상을 활용하여 다양하게 적용되는 사례 (1) 카이스트 공학스쿨 대형원판 클라드니 도형

http://blog.naver.com/newedu72/220193393187 (2) 무늬를 만드는 소리:

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2447876&cid=51638&categoryId=51638 (3) 유튜브 클라드니 패턴 모음

https://www.youtube.com/watch?v=1zw0uWCNsyw

3. 클라드니 패턴 실험 과정 토너스코프 클라드니 패턴 장치 (내 목소리가 보여!) [실험 목표]

- 소리는 듣는 것뿐만이 아니라 눈으로도 볼 수 있다는 것을 알 수 있다.

- 모래의 움직임을 통해 자신의 목소리 패턴을 찾아볼 수 있는 토너스코프 장치를 만들 수 있다.

- 정상파의 원리를 이해하고, 클라드니 패턴에 대해 탐구 할 수 있다.

[준비물]

- 투명용기, 지관, 색모래, 풍선, 종이판, 숟가락, 투명테이프, 가위, 칼 [과정 및 방법]

- 투명용기 바닥에서 약 1.3cm 높이에 옆에서 지관을 대고 펜으로 테두리를 따라 원형으로 선을 그 린다.

- 지관을 넣을 구멍이므로 너무 커서 헐겁지 않게 만든다.

- 잘 든 칼로 원 가운데를 반으로 나우고 가위로 잘게 나눈다.

- 종이판에 테두리와 가운데 구명을 가위와 칼로 오려내어, 통 안에 넣고 테이프로 고정한다.

- 지관 두 조각을 V자 식으로 연결한다. (테이프 사용)

- 지관을 구명으로 밀어 넣는다. (고정하지 않아도 됨, 흔들거리지 않으며 길이 조절 가능)

- 고무풍선을 풍선펌프 등으로 크게 부풀렸다. 놓기를 2~3차례 반복해주고, 풍선의 둥근 부분 바깥쪽 을 잘라낸다.

- 풍선을 넓게 벌려서 투명 용기에 덮어 면이 팽팽해지게 당긴다.

- 풍선 가운데에 색 모래를 숟가락으로 약 10g 부어놓고 다른 용기를 덮어 투명 테이프로 둘레를 빙 둘러 붙여 고정시킨다.

8. 4. 토너 스코프 클라드니 패턴 장치를 직접 제작하여 자신의 목소리가 만들어 내는 패턴들을 확인하도록 지도한다.

5. 자신의 목소리를 다양한 높이로 발성하면서 실험을 하며 다양한 무늬를 관찰하고, 다양한 무늬를 그 리고 높이와 무늬의 관계를 학생들이 이해하고 설명할 수 있도록 지도한다.

자료출처

1. 참사이언스몰 (참키트 자료)

https://www.youtube.com/watch?v=FKNhSR88krA www.charmscience.co.kr

2. 기타와 나무

https://cafe.naver.com/myacoustic/3592 3. 카이스트 공학스쿨 대형원판 클라드니 도형 http://blog.naver.com/newedu72/220193393187 4. 무늬를 만드는 소리

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2447876&cid=51638&categoryId=51638

5. 유튜브 클라드니 패턴 모음

https://www.youtube.com/watch?v=1zw0uWCNsyw

중심과목 체육 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] 체육과 과학 중심과목 성취기준

[12체02-04] 스포츠 활동을 역학적으로 이해하고, 다양한 스포츠 활동을 역학적 원리에 따라 분석하고 적용한다.

주제(단원)명 해부학 바이오메카닉스 차시 7~10/16

학습목표

1. 인체의 해부학적 구조와 근육의 움직임, 관절의 움직임을 이해할 수 있다.

2. 악기를 연주하는 인간의 신체 구조와 움직임을 이해할 수 있다.

3. 카혼 악기의 포지션과 근육의 수축 형태를 이해할 수 있다.

연계과목 음악

기술가정

연계과목 성취기준 영역

[12음연01-03] 다양한 연주 형태의 특성 을 이해하고 표현한다.

[12공학01-06] 공학 설계 과정을 통해 공학에서 다루어지는 융합 문제 해결 방 안을 체험한다.

STEAM 요소

S 인체 해부학 구조 이해하기

T 인체 해부학 지식이 활용된 사례 알아보기

E 장시간 연주에 물리적 부담이 덜한 카혼 악기 만들어보기

A 인체공학적 카혼 컨셉을 설명하는 제한서 작성해보기. 직접 제작한 프로토타입의 카혼 악기를 디자인 출원해보기

M 신체 움직임을 측정하는 정량적 방법을 알아보기

개발 의도

해부학을 이해하며 이를 활용한 다양한 제품계발 사례(바이오메카닉스, 유니버설디자인) 를 학습한다. 이런 기초 학습을 통해 인체 포지션(관절움직임형태, 근육수축형태)을 이해하 고 카혼이라는 타악기의 본질을 훼손 하지 않은 범위에서 편안한 연주가 가능한 카혼을 학습자들이 직접 개발해 본다. 모둠별 활동을 통해 기존 카혼이 가지고 있는 연주상의 신체피로, 물리적 압박 등의 문제점을 탐구해보고 이를 보완할 아이디어를 도출해본다. 새 로운 카혼 악기의 컨셉을 확정하고 이를 모형으로 만들어 본다. 프로토 타입의 모형을 만 들고 개발의도를 모둠별로 발표하며 서로의 아이디어를 공유 하고 보완 학습한다. 모둠별 만들어진 카혼 형태를 디자인 특허 출원을 실습해봄으로 서 지식 재산에 대한 개념과 과 정을 직접 학습해 본다.

차시의 흐름

1. 음악과 체육학문의 융합적 요소 찾기(상황제시)-1 차시

음악에 맞춰 춤을 추거나 동작을 창조해 내는 융합의 모습은 일상적이고 일반적입니다. 또 다른 음악 요소와 체육요소의 만남이 다양하게 존재 합니다. 이를 학생들 스스로 찾고 발표해보는 시간을 갖는 것 또한 의미있다고 생각합니다. 이에 다양한 음악 체육의 융합모습을 1,2 사례 정도 찾아 함께 보고 공유하는 시간을 갖는 것이 본 수업에서 해야 할 첫 번째 작업입니다.

2. 악기 연주라는 분야에서 체육 적 요소 찾기(창의적 설계)-1 차시

1 차 시 본시에서 다룰 악기 연주 부문 에서 체육에서 보여지는 스포츠 동작 분석에 기초하여 악기 연 주 모습을 분석하는 분야가 있으며 이런 분석 데이터를 통해 새로운 악기, 또는 계량된 악기가 제 탄 생하곤 합니다. 학습자들에게 이런 사례와 모습을 찾아 함께 공유하는 것이 본 수업의 두 번째 목표 입니다,.

3. 인체 해부학이라는 학문으로 파생되는 산업(제품계발, 유니버셜 디자인, 바이오메카닉스)의 사례를 찾아보고 이를 학습하기.(상황제시)- 1 차시

4. 타악기인 카혼 연주 시 보여지는 인체해부학적 자세를 분석하기(창의적 설계)-2 차시

5. 인체 해부학적 자세 분석을 통해 장시간 카혼연주의 어려움을 발견하고 공감하기(감성적 체험)-2 차 시

6. 카혼연주의 문제점을 보완할 악기의 본질을 훼손하지 않는 카혼 계발하기(창의적 설계)-2 차시 7. 모둠별 계발 방향과 컨셉을 발표하고 공유하기(감성적 체험)-2 차시

8. 모둠별 수렴한 아이디어를 디자인 특허 출연을 하고자 하며 이를 위한 특허출연 방법을학습하고 실 습해본다(감성적 체험)-3 차시

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

인체 움직임의 원리와 관절의 구조 형태에 대하여 학습한다.

인간 신체의 움직임을 분석한 다양한 제품의 사례를 찾아본다.

장시간 카혼 악기 연주에서 보여지는 근 골격계 물리적 스트레스에 대하여 고민해본다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

모둠별 수렴된 아이디어로 직접 만든 프로토 타입의 카혼 모형을

활용하여 발표의 시간을 갖는다.

기존 카혼의 문제점과 이를 해결하기 위한 모둠별 제안의 내용과 설계의 과정을 경청하며 공유한다.

감 성 적 체 험 모둠별 활동에서 구성원들 간

신체 관절 부위의 움직임 분석에 대한 역할을 정하여 카혼 악기 연주시 발생하는 물리적 문제점을 분석한다.

모둠 간 취합 수렴된 문제점을 바탕으로 아이디어 회의를 통해 기존 카혼 악기와 다른 창의적 카혼 형태를 수렴 도출해 낸다.

프로토 타입의 카혼 모형을 직접 제작한다.

감성적 체험 학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 5 분)

Co -음악과 체육으로 보여지는 융합적 사례에는 무엇이 있을까?

-‘STOMP makes rhythm with the Harlem Globetrotters’ 동영상을 감상한다.(from 유튜브- 농구공으로 보여주는 리듬)

동영상

Tip!

Co (동영상 시청 후)음악과 결합하여 보여 지는 공연 요소에 스포츠가 융합 할 수 있음을 알수있다. 단순한 표현 적 활동의 융합이 아닌 다른 형태의 융합적 탐구는 없을까?   

전개 ( 40 분)

CD 음악과 스포츠 활동의 융합사례를 찾아보고 자유롭게 토론한다.

- PLAY라는 단어를 제시하며 ‘놀다, 운동하다, 연주하다’ 등의 의미를 이야기한다.

연주라는 의미와 신체의 움직임이라는 의미를 들어 연주 자세를 분석하고 이를 정량화하는 공학의 분야를 소개한다.(강의)

- 물리학에서 다루고 있는 분야중 인간의 움직임에 관련된 분야를 소개한다.

(정역학, 동역학, 유체역학, 공기역학 등)

- 바이오메카닉이라는 분야가 활동되어지는 다양한 분야를 설명한다.(강의)  ※스포츠과학, 인체공학, Universal Design, 대체의족 및 의수, 웨어러블 로봇, 모션켑처등

- 이런 인간의 신체 움직임에 대한 정량적 측정 방법과 그 원리를 설명한다.  (근전도계 EMG, 3D모션켑처 카메라, 포스플레이트)등(강의)

- 인간의 기본움직임의 단위와 그 형태를 설명하며 근육의 수축과 이완의 원리를 강의한다. 또한, 관절과 근육간의 물리적 역학적 원리와 관절의 형태를 설명한다.(강의)

- 인간의 자세와 관련된 뼈와 근육의 해부학적 형태를 시청각 자료를 통해 감상한다.(해부학 동영상 시청)

- 악기 연주시 우리 몸의 다양한 관절과 근육 형태 및 특징을 해부학적으로 알아본다.(어깨, 팔, 손, 자세를 잡는 허리 및 고관절) (강의)

CD 카혼연주에서 보여 지는 기본자세에서 경추, 요추, 어깨, 관절의 압력과 악기가 가지고 있는 디자인의 형태에 대한 관련성을 생각해보며 이런 것을 완화 활수 있는 악기의 디자인 형태를 학생들이 대략적으로 그려보고 발표한다.