2021 STEAM 교사연구회 결과보고서

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2021 STEAM 교사연구회 결과보고서

2021. 11.

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“이 보고서는 2021년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

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목 차

1. 요약문··· 01

2. 서론··· 01

3. 연구 수행 내용 및 결과··· 02

가. STEAM 프로그램 개발‧적용 ··· 03

(1) 프로그램 개발 내용 ··· 03

(2) 프로그램 개발‧적용 결과 ··· 03

나. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사 ··· 03

(1) 수혜학생 태도 조사 ··· 03

(2) 교원 만족도 조사 ··· 04

4. 결론 및 제언··· 04

5. 참고문헌··· 05

[부록] ※ 결과보고서에 별첨하여 제출 권장

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지) 부록2. 학생 산출물, 사진, 수업 영상, 성찰일지, 교사의견, 자체평가 결과 등

부록3. 회의록

부록4. STEAM 교사연구회 주최, STEAM 확산 실천 사례(행사 및 연수) 자료 등 부록5. (해당 시) 논문 게재, 특허 또는 실용신안 출원 증빙자료 제출

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1. 요약문

4차 산업 혁명을 맞이한 현대 사회에서 하나의 지식을 아는 것보다 지식과 지식을 연계하여 활용할 수 있는 능력을 가진 인재가 각광받고 있다. 이에 다양한 교과를 묶어 실제 환경에 사 용하는 학습 경험을 통해 범교과적 지식체계를 형성하고 실생활에 활용할 수 있는 능력을 함 양하고자 하였다.

교과와 교과별 내용은 수학의 통계, 정보의 코딩, 기술의 메이킹으로 요약할 수 있다. 우선, 수집한 정보를 수학적 통계를 활용하여 분석하고 해당 정보를 피지컬 컴퓨팅 기술로써 각종 센서 활용 및 IoT시스템을 설계하는 데 사용하였다. 해당 센서 및 시스템은 수경재배가 가능 한 자동화 시스템으로 구현하였다. 덧붙여 본 프로그램은 학습자들이 학습의 부담을 느끼지 않도록 중학교 2015 교육과정 수준 내에서 연구 범위를 조절하였다.

12차시의 강의, 코딩, 메이킹 수업을 실시한 결과, 의도했던 결과물인 IoT를 활용한 자동화 수경재배기를 완성하였고, 교내의 수경재배에 적합한 장소를 선택하여 설치하였다. 내년에 본 프로그램에 참여한 학생들이 다양한 작물을 키우고, 재배한 작물을 통해 생태 교육 및 식 생활 교육도 실시할 계획을 수립하였다.

2. 서론

◦ 다양한 분야의 융합 과정을 통한 지식 공유 및 소통의 기회를 마련하고 상호 교과의 이해 도 및 협력 가능성 제고

- 각 분야의 교과를 연계하여 융합 가능성과 사고의 유연성을 확인하여 협력하고 함께하는 학교 교육의 장을 마련

- 지식과 이론을 바탕으로 실제에 적용해 봄으로 상호 교과를 이해하고 소통의 기회를 통해 지식의 다양성을 적용하는 연구의 자세를 갖춤.

◦ 실생활에서 활용할 수 있는 실제적 자료를 제시하여 학생의 창의력과 응용력을 신장 - 4차 산업 혁명 시대를 대비한 수학적 지식 배양과 정보, 기술 역량을 함양

- 생활 속에서 직면한 문제를 스스로 해결하여 주도적인 삶을 개척하는 도전하는 자세 구축

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3. 연구 수행 내용 및 결과

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 중학교 통계기반 IOT 건축 설계 STEAM 프로그램 선행

프로그램명 해당없음.

학교급 중학교 ^{대상 학년(군)} 1, 2학년

목표 수혜학생 수 50 명

중심과목 수학 _{성취기준 영역}^중심과목

[중학교 2학년] 경우의 수 [중학교 1학년] 도형의 기초 [중학교 1학년] 통계

[중학교 1학년] 대푯값, 산포도

연계과목 정보

기술

연계과목 성취기준 영역

[중학교 3학년] 문제 해결과 프로그래밍 [중학교 3학년] 컴퓨팅 시스템

[중학교 1학년] 건설기술의 세계

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 3 수학(2) + 정보(1) 2 2 수학(1) + 정보(1) 3 3 수학(1) + 정보(1) + 기술(1) 4 4 정보(1) + 기술(3)

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 12차시

수업 적용 기간 2021.07.10. ~ 2021.10.23.

(STEAM 수업) 수혜학생 수 양정중학교 50명(중학교 1,2학년) 학생 태도검사 1차(사전) 검사 7월 10일, (50명) 실시완료

2차(사후) 검사 10월 23일, (50명) 실시완료 학생 및 교사 만족도조사 10월 23일 실시완료

논문 게재

* 해당하는 경우만 기입

학회명 게재여부 학술대회 참가

* 해당하는 경우만 기입

행사명 일자/장소 특허출원(국외, 국내)

* 해당하는 경우만 기입 출원명

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가. STEAM 프로그램 개발‧적용

(1) 프로그램 개발 내용

◦ IoT 적용된 주택의 실태조사 및 선호도, 만족도, 문제점 조사 - 수학의 확률을 이용하여 수치화한 자료를 제작하고 이를 분석한다.

- 분석된 자료를 바탕으로 문제점을 도출하고 새로운 아이디어를 결합하여 해결점을 제시한 다.

◦ IoT 스마트 홈을 구축하기 위한 컴파일러 언어로 구현

- Mblock 프로그램을 활용하는 방법을 배우고 이를 코딩하여 수학에서 나온 해결점을 실제 에 적용하여 구현한다.

- 아두이노의 기본 지식을 배양하고 코딩 값을 메인보드에 적용한다.

◦ 공학적 사고능력과 기본능력을 배양하며 모델링 시뮬레이션을 통해 실제 구조물을 축조 - 이두이노에 센서를 연결하여 정보에서 갖춘 능력을 바탕으로 문제점을 해결한다.

- 건축 CAD 프로그램을 배우고 이를 활용하여 평면도를 설계하고 아두이노와 온실을 결합 하여 스마트 온실을 제작한다.

(2) 프로그램 개발‧적용 결과

교수학습 지도안 개발

차시(시수)

프로그램명 프로그램 주제 운영

대상(학년)

완료 여부

개발 수업적용 학생수

1~4 통계 자료의 정리와 해석 1,2학년 완료 완료 85

5~8 코딩 ^{피지컬 컴퓨팅} 1,2학년 완료 완료 85

9~12 제작 구조체 제작 활동 1,2학년 완료 완료 85

합계 255

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나. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사

1. 적용성과 가. 수혜 학생 수

프로그램명 통계 기반 IOT 스마트 온실 설계 STEAM 프로그램

대상 학년(군) 1학년 2학년

신청 학생 수 50명 35명

나. 학생 사전·사후 검사 시기

내용 사전검사 사후검사 비고

검사 시기 2021년 07월 21일 (온라인 실시)

2021년 10월 23일 (온라인 실시)

코로나로 인한 일정 변경

다. 대상 선정 이유

- 코로나로 학년별 등교로 인한 1,2학년 위주의 신청자 지원 선발

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4. 결론 및 제언

STEAM 연구를 통해 얻게 된 가장 큰 이점은 학생들에게 하나의 교과 지식에 국한된 수업에 서 탈피하여 하나의 교과 지식을 다른 교과 내용에 적용하는 융합 수업이 가능했다는 점과 함께 지식을 실제 생활과 밀접하게 연결하는 학습 활동을 통해 학생들이 학교에서 배우는 공 부를 교과서 밖에서도 실제로 사용할 수 있다는 유능감을 경험하게 하여 다른 학습에도 유의 미한 내적 동기 부여로 작용하였다는 것이었다. 교사 연구회는 이 사실을 사전에 기대하여

‘창의 융합 교육’과 ‘실생활 활용 교육’에 적합한 교과별 학습 내용을 선별하기 위해 다 수의 회의를 거쳐 수학적 통계와 정보 기술을 활용한 ‘IoT 센서 활용 수경재배’ 프로젝트 수업을 계획·진행하였다. 이번 연구회에 참여한 회원들 대다수가 STEAM 수업을 경험해보지 못한 상태였으나, 본 프로젝트를 통해 교과간 연계 팀티칭을 시도한 점에서 교육 역량 증가에 큰 도움을 받을 수 있었다.

다만 학기 전에 계획된 교과 수업 내용과 평가 계획 때문에 실제 교과 시간에 이를 수행하기 어려워 방과후 시간을 이용해 프로그램을 진행하다 보니 교사들과 학생들의 피로도가 누적되 었고, 일정 관리에 다양한 변수를 고려하는 것에 어려움이 있었다. 이에 학기가 시작되기 전 교사들의 합의를 통해 STEAM을 고려한 연계수업을 함께 계획하고 평가도 이에 적합한 형태로 실시할 수 있다면 보다 더 집중력 있는 학습 프로그램 운영이 가능할 것으로 생각하였다.

해당 프로그램을 개발하고 적용하는 것에 있어 좋은 점과 어려웠던 점은 하나로 귀결되는데 예산 문제였다. 보통 학생들에게 다양한 학습 경험을 제공하기 위해 어려운 점이 많은 예산이 든다는 점이었는데 이번 STEAM 프로그램에서는 학생들에게 제공할 수 있는 넉넉한 예산을 확 보해주어 IoT를 체험하기 위한 아두이노 키트와 센서, 수경재배를 위한 파이프 등을 구입하여 자신들이 학습한 내용을 생생하게 확인할 수 있는 여건을 마련할 수 있었다. 한편 아쉬웠던 접 은 예산 사용에 있어 비품 구입은 금지되다 보니, 일회성 학습준비물을 활용한 내용으로 수업 이 제한될 수 밖에 없다는 것이다. 비품 구입이 불가능하다면, 해당 비품을 가진 업체를 섭외 하여 STEAM 체험 학생들이 해당 비품을 사용할 수 있도록 하거나 STEAM팀끼리 학교를 개방, 교류하여 가진 비품을 서로 교환 사용할 수 있는 인프라 구축도 유용하다고 생각한다.

STEAM 교육 프로그램을 시행하면서 학생들의 변화를 지켜본 결과, 학생들이 진정으로 학습 을 즐기고 학습의 성과를 기대하는‘살아있는 공부’를 하고 있다는 것을 여실히 느낄 수 있 었다. 우리의 삶이 다양한 요소가 유기적으로 연결된 다원화 세계이듯, 학생들이 공부하고 성 장하는 방법도 분리되고 단편화된 지식에 근거한 것이 아니라 서로가 서로에게 영향을 주고 받는 학습 생태계의 모습을 가지고 있어야 4차 산업 혁명 시대에서 활약할 수 있는 창의적이 면서도 융합지식 소양을 갖춘 인재로 키울 수 있을 것이라는 시사점을 얻을 수 있었다.

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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.

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램 명: 중학교 통계기반 IOT 건축 설계 STEAM 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1

[9 수 05-04] 경우의 수를 구할 수 있다.

[9 수 05-05] 확률의 개념과 그 기본 성질을 이해하고, 확률을 구할 수 있다.

[중학교 2학년]

경우의 수

2 2

[9 수 04-01] 점, 선, 면, 각을 이해하고, 점, 직선, 평면의 위치 관계를 설명할 수 있다.

[9 수 04-05] 다각형의 성질을 이해한다.

[9 수 04-07] 다면체의 성질을 이해한다.

[9 수 04-08] 회전체의 성질을 이해한다.

[중학교 1학년]

도형의 기초

3 3

[9 수 05-01] 자료를 줄기와 잎 그림, 도수분포표, 히스토그램, 도수분포다 각형으로 나타내고 해석할 수 있다.

[9 수 05-02] 상대도수를 구하며, 이를 그래프로 나타내고, 상대도수의 분 포를 이해한다.

[9 수 05-03] 공학적 도구를 이용하여 실생활과 관련된 자료를 수집하고 표나 그래프로 정리하고 해석할 수 있다.

[중학교 1학년]

통계

4 4 [9 수 05-06] 중앙값, 최빈값, 평균의 의미를 이해하고, 이를 구할 수 있다.

[9 수 05-07] 분산과 표준편차의 의미를 이해하고, 이를 구할 수 있다.

[중학교 1학년]

대푯값, 산포도

5 5~6

[9 정 01-01-01] 정보기술의 발달과 소프트웨어가 개인의 삶과 사회에 미 친 영향과 가치를 분석한다.

[9 정 03-01] 실생활 문제상황에서 문제의 현재 상태, 목표 상태를 이해하 고 목표 상태에 도달하기 위해 수행해야 할 작업을 분석한다.

[9 정 03-04] 문제 해결을 위한 다양한 방법과 절차를 탐색하고 명확하게 표현한다.

[9 정 04-01] 사용할 프로그래밍 언어의 개발 환경 및 특성을 이해한다.

[9 정 04-05] 실생활 문제 해결을 위한 소프트웨어를 협력하여 설계, 개 발, 비교분석한다.

[중학교 3학년]

문제 해결과 프로그래밍

6 7~8 [9 정 05-02] 센서를 이용한 자료 처리 및 동작 제어 프로그램을 구현한 다.

[중학교 3학년]

컴퓨팅 시스템 7 9~12 [9 기가 04-07] 건설 기술과 관련된 문제를 이해하고, 해결책을 창의적으

로 탐색하고 실현하며 평가한다.

[중학교 1학년]

건설기술의 세계

1-1. 교육과정 재구성표

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 12차시)

차시 주요내용

1~4 /12

주제(단원)명 Ⅷ 자료의 정리와 해석

- 확률과 통계의 뜻에 대하여 알아보고, 확률과 통계에 관한 간략한 용어를 살펴본다.

- 중학교 1 학년 과정 중심으로 줄기와 잎 그림과 대푯값에 대하여 프로젝트 활동으로

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3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

차시 주요내용

살펴보도록 한다.

- 사물인터넷(IOT)의 활용사례에 대하여 살펴보고 이번 STEAM 주제와 관련하여 스마트팜에 관하여 살펴보도록 한다.

5~8 /12

주제(단원)명 피지컬 컴퓨팅

- 컴퓨팅 시스템을 구성하는 하드웨어와 소프트웨어의 역할을 살펴본다.

- 온라인 웹사이트(TINKERCAD)를 통해 회로 구성에 대한 기초 지식을 획득한다.

- 실생활 문제 해결을 위해 적합한 센서를 선택하고 센싱 값에 따른 자료 처리 및 동작 제어 프로그램을 작성한다.

9~12 /12

주제(단원)명 건설 기술 문제 해결 활동

- 건설 기술과 관련된 문제의 해결책을 창의적으로 탐색하고 실현할 수 있다.

- 건설 기술과 관련된 문제의 창의적 해결 방안에 대해 모색한다.

중심과목 수학 학교급/학년(군) 중학교/1, 2 학년

중심과목 성취기준

영역

확률과 통계 중심과목

성취기준

[9수05-01]자료를 줄기와 잎 그림, 도수 분포표, 히스토그램, 도수분포다각형으로 나타내고 해석할 수 있다.

[9수05-02]상대도수를 구하며, 이를 그 래프로 나타내고, 상대도수의 분포를 이 해한다.

[9수05-04]공학적 도구를 이용하여 실생 활과 관련된 자료를 수집하고 표나 그래 프로 정리하고 해석할 수 있다.

주제(단원)명 확률과 통계의 뜻과 사물인터넷의

사례 차시 12/12

학습목표

- 확률과 통계의 뜻을 알 수 있다. 실생활과 관련된 자료에서 표나 그래프로 정리하고 해석할 수 있다.

- 자료를 줄기와 잎 그림으로 나타내고 해석할 수 있다.

- 대푯값의 의미를 이해하고, 대푯값을 활용하여 실생활의 자료의 성질을 파악할 수 있다.

- 사물인터넷의 사례를 살펴보고, 자료를 정리하여 효율적으로 표현하는 중요성을 느낄 수 있다.

- 사물인터넷의 적용된 사례에 대한 문제점을 도출하고 이를 직접 제작하여 도전정신과 응용력을 향상 시킬 수 있다.

연계과목 정보, 기술 연계과목

성취기준 영역

[중학교 3학년] 문제 해결과 프로그래밍 [중학교 3학년] 컴퓨팅 시스템

[중학교 1학년] 건설기술의 세계 STEAM

요소 S

T IoT 회로설계 프로그래밍

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E 건설 기술 문제 해결 활동 A 확률과 통계의 역사 둘러보기

M 확률과 통계의 뜻과 내용

개발 의도 통계를 바탕으로 다양한 상황을 제시하고 수치로 산출하여 문제점을 도출한다.

확률 및 통계를 바탕으로 실제 적용된 IoT 에 대한 현 상황에 대한 문제점을 도출하고 이를 직접 해결할 수 있도록 정보, 공학을 통해 직접 이를 구현하는 수업 구조이다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

- 일상생활에서 IoT 가 적용된 분야에 대해 통계 수치화 시킨다.

- IoT 를 적용할 수 있는 다른 분야가 있는지 생각해 본다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

- 직접 자신이 생각한 문제를 해결하여 도전정신을 구축하고 협동을 통해 타인을 존중하고 배려하는 자세를 갖출 수 있다.

감 성 적 체 험 - IoT 센서를 통해 아두이노

센서를 설계한다.

- 설계된 IoT 센서를 기반으로 직접 온실을 제작하여 이를 적용해 본다.

감성적 체험 학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 10 분)

가. 비대면 온라인수업상태를 점검한다.

나. STEAM 에서의 과목과 융합 부분을 설명한다.

다. 첫 시간 내용인 수학 부분에서 학습할 내용을 확인한다.

동영상

Tip!

전개 (30 분)

가. 확률의 종류와 뜻

- 수학적 확률(고전적 확률) :



개의 원소로 구성된 표본공간에서 일어날 가능성이 같을 정도인 개의 원소로 구성된 사건



가 일어날 확률

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- 통계적 확률(경험적확률) : 동일한 확률실험을 무한히 반복할 때 한 사건에 대한 상대도수의 그그한에 의하여 얻은 수치를 확률로 정의

- 주관적 확률 : 관찰자의 마음인 주관에 따라 확률이 결정되는 경우 - 공리적 확률

- 기하적 확률 : 면적을 활용한 확률

※ 위 내용을 화면공유를 하면서 설명하고 우리가 많이 본 확률은 수학적 확률임을 설명한다.

나. 기학적 확률의 경우 GSP 를 활용하여 간단하게 살펴본다.

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수학 - 통계(2/12)

학습

및 유의점

다. 파스칼의 확률

- 파스칼의 확률이야기에 관한 동영상을 시청하고 확률에 대한 성질과 계산을 이 해해 보도록 한다.

라. 몬티홀의 역설

- 영화 [21]에서의 몬티홀의 역설과 관련된 영상을 시청하고 확률의 대하여 재미있 는 계산이 있음을 직관적으로 이해하도록 한다.

- 조건부확률의 설명에 대하여서는 고등학교 과정임을 알린다.

정리 ( 5 분)

가. 정리와 예고

- 수학적 확률, 통계적 확률, 주관적 확률, 공리적 확률, 기하적 확률 - 통계부분을 살펴 볼 것을 예고한다.

학습

및 유의점

도입 ( 5 분)

나. 지난 시간에 확률에 관한 것을 상기시킨다.

다. 이번 시간에는 통계의 뜻과 역사에 대하여 알아볼 것을 소개한다.

전개 (35 분)

가. 통계의 뜻

- 통계학은 관찰 및 조사로 얻을 수 있는 데이터로부터, 응용 수학의 기법을 이용 해 수치상의 성질, 규칙성 또는 불규칙성을 찾아낸다.

나. 수리통계학

- 수리통계학은 수학의 방법을 통계학에 적용한 것이다. 통계학은 원래 국가에 대 한 과학으로 생각되었는데 즉, 국가의 땅, 경제, 군력, 인구 등에 관한 사실을 수집 하고 분석하는 것이엉ㅆ다. 사용되는 수학적 방법은 해석학, 선형 대수학, 확률분석, 미분 방정식과 측도 이론적 확률이론 등을 포함한다.

※ 기본용어 : 모집단, 표본, 대푯값(평균, 중앙값, 최빈값), 기댓값, 산포도, 편차, 분 산, 표준편차

※ 위 내용을 화면공유를 하면서 설명하고 기본용어에 대하여서는 중학교 1 학년 과 정에서 배운 부분과 배우지 않은 부분에 대하여 구별하여 설명한다.

※ 교육과정에서 아직 배우지 않은 부분은 간단히 뜻만 설명한다.

다. 강대국을 만드는 통계의 역사

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수학 - 통계(3/12)

- 통계학, 삶의 질지표, 국가통계/통계청 유료광고 동영상을 살펴보면서 통계학의 역사에 관하여 살펴본다.

정리 ( 5 분)

가. 정리와 예고

- 통계학, 대푯값, 통계의 역사

- 중학교 1 학년 과정에서의 통계 실습지를 할 것을 예고한다.

학습

및 유의점

도입 ( 5 분)

나. 통그라미 사이트 접속을 하고 화면공유 상태에 대하여 점검한다.

다. 이번 시간에는 통계부분에서 주제활동(줄기와 잎 그림, 대푯값)을 소개한다.

전개 (35 분)

가. 줄기와 잎 그림

- 통그라미 화면공유 – 함께 알아보기를 하면서 중학교 1 학년 과정에서 배웠던 줄기와 잎 그림을 간략히 설명하고 통그라미에 제시된 자료와 활동지를 작성해 보 도록 한다.

- 함께 해보기 1 을 제시하고 시간을 주어 스스로 해 보도록 하고 통그라미에서의 줄기와 잎 그림을 확인해 보도록 한다.

- 함께 해보기 2 를 제시하고 시간을 주어 스스로 해 보도록 하고 통그라미에서의 줄기와 잎 그림을 확인해 보도록 한다.

나. 대푯값

- 통그라미 화면공유 - 생각나누기를 하면서 중학교 1 학년 과정에서 배웠던 대푯 값을 간단히 설명하고 활동지를 작성해 보도록 한다.

- 함께 해보기 1 을 제시하고 시간을 주어 스스로 해 보도록 하고 통그라미에서의

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수학 - 사물인터넷의 사례(4/12)

히스토그램과 대푯값의 수치를 확인해 보도록 한다.

- 함께 해보기 2 을 제시하고 시간을 주어 스스로 해 보도록 하고 통그라미에서의 히스토그램과 대푯값의 수치를 확인해 보도록 한다.

정리 ( 5 분)

가. 정리와 예고

- 줄기와 잎 그림, 대푯값

- 사물인터넷의 사례와 스마트 팜의 사례를 살펴본다.

학습

및 유의점

도입 ( 5 분)

- 비대면 온라인수업상태를 점검한다.

- 통계라는 학문은 실생활과 밀접한 관계가 있음을 설명한다.

- 실생활의 자료를 알아보기 쉽게 정리하고 이에 사람들의 필요에 의한 사물인터 넷의 활용사례에 대하여 살펴본다.

전개 (30 분)

가. 사물인터넷의 사례

- 동영상을 이용하여 사물인터넷은 사람들의 필요가 축적되어온 데이터를 바탕으로 의료, 생활, 환경 부분에서 사용되는 사례에 대하여 살펴본다.

나. 스마트팜

- 유투브에서 앞으로 정보교과목과 기술교과목에서 실습할 스마트팜의 사례를 살 펴본다.

※사례영상 URL : https://www.youtube.com/watch?v=jKYgT7jHYdU

- 함께 해보기 2 을 제시하고 시간을 주어 스스로 해 보도록 하고 통그라미에서의 히스토그램과 대푯값의 수치를 확인해 보도록 한다.

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정보 – 사물인터넷 및

TINKERCAD

소개 (5/12)

정리 (10 분)

- 사물인터넷, 스마트팜

- 사물인터넷의 사례로 수학은 실생활과 밀접하게 연결되어 있음을 설명한다.

- 수학과목에서의 내용을 통하여 기술과목과 정보과목에서의 융합에 대하여 확인 한다.

학습

및 유의점

도입

( 10 분)가. 피지컬 컴퓨팅에 대해 실제 사례를 분석해 보자. PPT

전개 ( 30 분)

가. 피지컬 컴퓨팅 개념 소개 1. 아두이노 보드 소개

- 물리적인 세계를 감지하고 제어할 수 있는 인터랙티브 객체들과 디지털 장치를 만들기 위한 도구

2. 디지털과 아날로그 3. 하드웨어와 소프트웨어 나. 피지컬 컴퓨팅

- 현실 세계 속 데이터를 모습을 디지털 기기로 내려받아 소프트웨어의 형태로 처 리한 후, 그 결과를 모니터나 LED 또는 여러 가지 장치로 출력하는 것을 말합니다.

- 컴퓨터와 현실 세계가 데이터를 통하여 대화하는 것 ※ TINKERCAD(온라인)

※ 관련 사이트 URL : https://www.tinkercad.com/

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정보 – IoT스마트홈(6/12)

정보 – TINKERCAD를 활용한 회로 설계 (7/12)

- 사용 및 인터페이스 안내

정리 ( 5 분)

- 피지컬 컴퓨팅에 대해 정리한다.

- TINKERCAD 에 대해 정리한다.

학습

및 유의점

도입

( 10 분)가. IoT 스마트홈 문제점 도출에 대한 분별 토의 PPT

전개 ( 30 분)

가. IoT 스마트홈에 이용되는 센서 토의해보기 1. IoT 스마트홈 영상 소개

2. 분별토의 및 발표 - 문제점 도출 - 해결 방안 모색

- 적용가능한 모델링 구축

TINKERCA D(온라인)

정리 ( 5 분)

- 다음 차시 예고

(TINKERCAD 를 이용한 회로 설계 및 블록 코딩)

학습

및 유의점

도입

( 5 분) 가. 지난 차시에서 도출한 문제점에 대해 다시 상기시킨다. PPT

전개 ( 30 분)

가. TINKERCAD 를 이용한 회로 설계 및 블록코딩 – Web 실습

1. RGB LED 동작 원리와 회로 연결 : 출력값 조절 2. 조도센서 동작 원리와 회로 연결 : 입력값 확인 3. 온습도 센서 동작 원리와 회로 연결 : 입력값 확인

(19)

정보, 공학 – IoT 적용 스마트 팜 구상 및 설계 (8~9/12)

4. 토양수분 센서 동작 원리와 회로 연결 : 입력값 확인 5. LCD 사용법과 회로 연결 : 출력값 확인

6. 서보모터 동작 원리와 회로 연결 : 동작 조절

정리

( 5 분) 가. 각종 센서에 대한 입력 값 및 동작 값 조절에 대해 설명한다.

학습

및 유의점

도입

( 15 분)가. IoT 적용 스마트 팜 구상하기 PPT

전개 ( 60 분)

가. IoT 스마트팜 구상하기

1. 분별토의 및 스마트팜 구상도 작성

나. 아두이노를 이용한 센서 설계 및 블록코딩 – 피지컬컴퓨팅 실습

1. RGB LED 회로 연결 및 RGB 값 조절

2. 조도센서(AS00443) 회로 연결 및 입력값 확인 3. 온습도 센서(DHT11) 회로 연결 및 입력값 확인

4. 토양수분 센서(FC28) 동작 원리와 회로 연결 : 입력값 확인 5. LCD(I2C) 회로 연결 및 출력

6. 서보모터(SG90) 회로 연결 및 동작 조절 7. 각종 센서 종합 구성하기

정리

( 5 분) 가. 오류 및 문제상황에 대한 대처 요령에 대해 다시 설명한다.

(20)

- 10 -

공학 – IoT 적용 스마트 팜 구상 및 설계 (10~12/12)

학습

및 유의점

도입 ( 15 분)

가. 스마트 팜 온실 제작 실습

- 스마트 팜에 적용 사례를 알려준다.

- 도시농장에 대한 실제 사례를 보여준다.

PPT

전개 (100 분)

가. IoT 스마트팜 센서 적용 모델링 구상

1. 정보 시간에 분별 토의를 거쳐 완성된 센서와 코딩 값을 실제 온실 구조체에 적 용하기 위한 베이스 구상

2. 플로어 플래너를 활용하여 온실 평면도 구조 설계 (사이트 주소 : https://floorplanner.com/)

3. PVC 파이프를 이용하여 온실 구조체 제작

- 수경재배기 제작(펌프, 각종 호스, 연결조인트, 수조, 배양액, 배양스펀지 등) - 온실 구조체 제작(∅ 25 파이프, 각종 연결 소켓, 절단기 등)

4. 정보 시간에 코딩한 값을 온실 구조체에 적용

※정보 아두이노를 이용한 센서 설계 및 블록 코딩 참조 값 가져오기.

1. RGB LED 회로 연결 및 RGB 값 조절

2. 조도센서(AS00443) 회로 연결 및 입력값 확인 3. 온습도 센서(DHT11) 회로 연결 및 입력값 확인

4. 토양수분 센서(FC28) 동작 원리와 회로 연결 : 입력값 확인 5. LCD(I2C) 회로 연결 및 출력

6. 서보모터(SG90) 회로 연결 및 동작 조절 7. 각종 센서 종합 구성하기

플로어 플래너

정리

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1~4 /12

상 실생활 속의 현상에서 자료를 찾고 정리하여 표현할 수 있다.

자기/동료평가지(학 생용)

자기/동료평가지 (학생용) 중 실생활 속의 현상에서 자료를 찾고 정리할 수

있다.

하 실생활 속의 현상에서 자료를 찾을 수 있다.

5~8 /12

상

실생활 문제 해결을 위해 적합한 센서를 선택하고 센싱 값에 따른 자료 처리 및 동작 제어

프로그램을 작성할 수 있다.

과정/산출물 평가 관찰평가지 중 실생활 문제 해결을 위해 적합한 센서를 선택하고

센싱 값을 처리하는 프로그램을 작성할 수 있다.

하 문제 해결을 위해 적합한 센서를 선택할 수 있다.

9~12 /12

상 구조체가 안정적이며 각종 센서가 정확하게 입력값에 의해 동작한다.

산출물평가 중 구조체가 안정적이나 센서가 2 개 이상이 입력값에

동작하지 않는다.

하 구조체가 불안정적이며 센서 3 개 이상이 입력값에 동작하지 않는다.

가. 자기/동료평가지(1~4차시)

평가방법 평가기준 평가

상 중 하

자기평가

나의 역할은 무엇이었나요?

적극적으로 활동에 참여하였나요?

주제와 알맞은 자료를 찾았나요?

모둠 내 동료평가

모둠 활동에 적극적으로 참여하였나요?

모둠의 구성원 간 의사소통은 잘 되었나요?

나의 생각과 구성원 간 자료가 조화를 잘 이루었나요?

나. 관찰평가지(5~8차시)

번호 이름

지식 태도

배움과 성장의 기록 센싱 값에 따른 자료

처리 및 동작 제어 문제해결력 및 도전정신

상 중 하 상 중 하

1 2 3

(40)

- 30 -

7. 학교생활기록부 기재 예시

※ 6과 연계하여 학생부 기재 예시 작성

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(정보) 코딩 및 다양한 센싱 값에 따른 자료 처리 능력과 동작 제어에 대한 능력을 향상시킴.

(수학) 다양한 자료구조를 통계학적 원리로 분석하고 이를 실제에 적용하는 방법을 배움.

(41)

[부록2]

※ 학생 산출물, 사진, 수업 영상, 성찰일지, 교사의견, 자체평가 결과 등

※ 학생 초상권, 개인정보 노출에 유의(학생 얼굴이 나온 사진의 경우 모자이크 필수)

(42)

- 32 -

(43)

[부록3]

※ 회의록 (교사 개인정보 노출 및 초상권에 유의)

회의록

일시 장소

주제 연구 결과보고서 작성 및 성과 분석 협의 참석자 설동경, 박기태, 정 호, 이태완

협의 내용

1. 결과보고서 초안 작성

- 교과별 수업자료 및 수업 사진 선정

- 운영과정 결과 자료 수합

2. 교사연구회 성과 분석

- 엠블럭 및 팅커캐드 관련 프로그램에 대한 교육적 자료 제시

- 수경재배기를 활용한 실제 식물재배에 대한 논의