과제개요과제명

2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2018.10.29.

백송고등학교

【 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2015 개정교육과정 과학탐구실험과 연계한 STEAM프로그램 개발

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 고등학교 화학Ⅰ Ⅱ. 개성있는 원소

(Spiro Graph로 표현하는 원자 속 전자의 운동)

학교급 고등학교 대상 학년(군) 2학년

중심과목 화학 중심과목

성취기준 영역 [고등학교] Ⅱ. 개성 있는 원소

연계과목 수학 미술 공학

연계과목 성취기준 영역

[고등학교] 기하 / 평면벡터 [고등학교] 표현 / 표현 매체의 융합 [고등학교] 공학일반 / 공학의 세계

연구기간 2018.4. . ~ 2018.11.23.

연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 8명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 7명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 백송고등학교 화학 교사 배상일

공동연구원 백송고등학교 물리/과탐실험 교사 이난영

공동연구원 백송고등학교 생명과학 교사 김정은

공동연구원 백송고등학교 통합과학 교사 유상권

공동연구원 백송고등학교 체육 교사 권성연

공동연구원 백송고등학교 수학 교사 양제승

공동연구원 고양예술고등학교 미술 교사 안수나

공동연구원 고양예술고등학교 국어 교사 송인욱

2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2018년 10월 29일

연구책임자 : 배상일 (인)

“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 요약문

··· 1

2. 서론

··· 1

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 2

4. 연구 수행 결과

··· 10

5. 결론 및 제언

··· 13

6. 참고문헌

··· 14

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활 동지)

1. 요약문

백송고등학교를 중심으로 한 STEAM교사연구회(지공협공)은 ‘2017 학생 참여형 과학 수업 선도학교 최우수 운영교(교육부 장관 표창)’, ‘2017 대한민국 미래교육박람회 유공 학교(교육부 장관 표창)’로서 새로운 2015개정 교육과정에 적합한 교수학습 프로그램을 개발하고, 지역사회 학교로 전파하는 중책을 맡은 한 해로 STEAM 수업연구를 시작하게 되었습니다. 2018 경기도교육청 STEAM 선도교원 겸 통합과학 직무연수 분과장 강사, 2018 중등 화학 1급 정교사 자격연수 지도강사(책임연구 배상일)을 중심으로 STEAM수 업연구 및 지역사회로 융합인재교육(STEAM)을 확산하기 위한 노력에 매진하였다.

STEAM교육은 2015 개정교육과정의 과학총론에서 강조하고 있는 학생들의 핵심역량 강화와 핵심질문해결에 실질적인 도움이 되는 교육이다. 학생 참여하고 주도하는 STEAM수업 이후 학생들은 학습의 수준을 넘어서 개인 연구자로 성장할 소양을 갖추게 된다. 이러한 학생들의 학 문적 욕구를 충족시켜주기 위해 본교에서는 융합인재 양성을 목표로 2015학년도부터 현재가지 학생이 주도하는 과학수업을 계획하여 운영 및 적용하고 있으며 학생들의 참여도가 높은 수업을 설계하고, 교 사와 전교생 및 지역사회가 함께하는 학습으로 전환하고 있는 상황이다.

학생 참여형 STEAM 수업은 학생들의 다양한 교육적 요구에 부흥해야 한다. 이를 위 해 본교에서는 무학년제 통합 방과 후 프로그램(함께하는 STEAM Maker교실)을 중심으 로 미래인재를 위한 메이커 양성을 위한 교육도 병행하고 있다. 학생 참여형 과학수업은 인문사회학적 상상력과 과학적 창조력을 자연스럽게 체득한 창의인재 STEAM 융합인재 양성을 가능하게 할 것이다.

2. 서론

2017학년도 STEAM교사연구회 연구주제였던 ‘전통과학문화 속에 담긴 창의․융합적 (STEAM) 문제’와 관련한 프로그램을 최종 완성하였다. 더불어 새롭게 도입되는 2015 개 정교육과정 통합과학과 과학탐구실험과 연계할 수 있는 교과 연계형 STEAM 프로그램을 개발을 목표로 한다.

◦ 과학탐구실험과 통합과학을 이수한 학생들이 성장하여 진급하였을 때 교육과정의 자 연스러운 연계가 가능한 교과인 물리학Ⅰ, 화학Ⅰ, 생명과학Ⅰ)교과에서 적합한 STEAM 수업모형을 개발하여 시범․적용하였다.

◦2017년까지 교육과정 외에 방과 후 수업 형태로 운영되었던 ‘함께하는 STEAM Maker교실’의 교육과정을 2015 개정교육과정과 연계하여 운영될 수 있는 방안을 모색하여 운영하였다.

3. 연구 수행 내용

가. STEAM 수업 연구 프로그램 개발 및 수행 내용

2018년 백송고등학교를 중심으로 한 STEAM 교사연구회(知共協工)의 연구 수행의 초 점에는 새로운 2015 개정 과학과 교육과정의 전면적인 도입에 따라 고등학교 1학년 학 생을 대상으로 통합과학 및 과학탐구실험 활동을 통한 학생 참여형 과학수업의 자연스러 운 정착을 도모하고자 하였다. 더불어 2019학년도부터 순차적으로 적용되는 과학교과(물 리학Ⅰ, 화학Ⅰ, 생명과학Ⅰ 등)에 적용될 새로운 교육과정의 취지에 맞도록 수업전개를 위한 학생 참여형 STEAM수업을 개발하고자 하였다.

1) 고등학교 1학년 대상 통합과학, 과학탐구실험 교과의 취지에 맞는 학생 참여형 STEAM 수업모형을 개발하였다. (부록 2, 부록 4 참조)

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 과학탐구실험과 연계한 STEAM프로그램 개발

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년

중심과목 과탐실험 성취기준 영역[고등학교] 3. 첨단과학탐구

연계과목 통합사회 기술가정

연계과목 성취기준 영역

[고등학교] (2) 자연환경과 인간 [고등학교] (2) 가정생활과 안전

개발결과

주제 연번 차시(시수) 과목 연계(안)

1 4 통합과학(2) + 과탐실험(2)

2 3 창의공학(1) + 과탐실험(2)

3 5 과탐실험(3) + 기술가정(2)

4 4 통합과학(1) + 과탐실험(3)

적용결과

16차시 중 14차시 개발 및 11차시까지 적용 완료하였으며, 교육과정 진도계획에 따라 11월과 12월 중에도 순차적으로 개발된 프로그램이 적용될 예정이다.

당초 계획에는 통합사회와의 연계도 추진할 예정이었으나 교사연구회 교사들의 협업이 어려운 관계로 통합과학 교사와 과학탐구실험 교사 의 유기적인 교과협의회를 거쳐 무리없이 프로그램을 운영하였음.

2) 2019년부터 도입될 새로운 교육과정에 맞는 고등학교 2학년 대상 화학Ⅰ, 생명과학 Ⅰ 교과수업형 STEAM 수업프로그램을 개발하였다.

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 Spiro Graph로 만나는 전자의 운동

학교급 고등학교 대상 학년(군) 2학년

중심과목 화학 성취기준 영역[고등학교] Ⅱ. 개성 있는 원소 / Ⅲ. 아름다운 분자세계

연계과목 수학 미술 공학

연계과목 성취기준 영역

[고등학교] 기하 / 평면벡터 [고등학교] 표현 / 표현 매체의 융합 [고등학교] 공학일반 / 공학의 세계

개발결과

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 2 과학사(1) + 화학(1)

2 5 공학(1) + 미술(3) + 화학(1)

3 4 화학(1.5) + 미술(2.5)

4 3 과학사(2) + 사회(1) + 화학(1)

5 2 화학(1) + 사회(1)

적용결과

16차시 중 13차시 개발 및 12차시 적용 완료하였으며, 당초 계획에서 는 Ⅱ 개성 있는 원소 단원으로만 개발할 예정이었으나 단원내용의 연 계성으로 인해 Ⅲ. 아름다운 분자세계 (길버트 뉴턴 루이스의 삶)의 과 학사 영역이 추가되어 적용되었음.

3) STEAM 교육의 대중화를 위해 경기도교육청 2018 STEAM 선도교원(교사 배상일), 2017 STEAM교육 우수교원(교사 이난영)을 중심으로 한 무학년제 방과 후 프로그램 (함께하는 STEAM Maker교실)의 운영을 통해 모든 이를 위한 STEAM교육이 이루어 지도록 하였다.

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 2018 함께하는 STEAM Maker교실 운영

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1,2학년

중심과목 과학 성취기준 영역[고등학교] (2) 첨단과학 탐구 연계과목 기술가정

미술

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 1학년,기술가정](4)기술시스템 [고등학교 1~2학년,미술](1)체험

개발결과

주제 연번 차시(시수) 과목 연계(안)

1 10 기술․가정(6) + 과학(4)

2 4 공학(2) + 미술(1) + 과학(1)

적용결과 ※ 2018.8.24. 기준, 16차시 중 16차시 개발 및 16차시 적용 완료 계획대비

변동사유

강좌수강 희망학생이 증가하여 2개 반으로 편성하였고, 프로그램 내용도 추가 편성됨.

4) 정규 교과수업에서 STEAM교육의 시작 : 서로의 교육과정 함께 공부하기

백송고등학교에서는 STEAM교사연구회 중심으로 2015년부터 교과수업 속에서 STEAM교육을 실천하고 있다. STEAM교육은 여러 교과 간의 학습내용의 융합, 교과 간 융합 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 1년 간의 과학수업 모든 차시에서 STEAM 학 습요소를 도입하기는 어렵습니다. 때문에 교사연구회를 중심으로 서로의 교육과정을 함 께 연구해야 합니다. 정기세미나에서 공동연구원들과 논의를 거쳐 핵심 수업 주제를 선 정한 후 연계가 될 수 있는 교과를 선정합니다. 선정된 교과에서는 내용 요소 제시 순서 를 협의합니다. 이후 실제 수업에서 STEAM모형으로 적용될 교과의 성취기준을 정리합 니다. 특히 과학교과 교육과정 해설서와 더불어 예술교과(음악, 미술, 체육), 기술․가정, 수학, 환경, 사회과 교육과정 해설서를 함께 알아둔다면 STEAM 수업설계에 큰 도움이 될 것입니다.(http://www.edunet.net/- 에듀넷 티클리어)

교과 수업에서 STEAM교육을 적용하는 교사는 수업설계 과정에서 함께 적용 가능한 교과의 성취기준, 교과의 핵심내용을 이해하고 있어야 합니다. 때문에 STEAM수업에 관 련된 교과에서의 교육과정 함께 공부하기 작업은 수업설계에 있어 효율적으로 작용할 수 있기 때문입니다. 다음은 ‘비행’이란 대주제로 서로의 교육과정에 적용 가능한 수업의 형 태, 수업의 방향 과정을 논의하여 교과 수업 속에서 운영 가능한 STEAM 프로그램 개발 을 논의한 내용이다.

교과 수업에서 적용 가능한 수업모델을 개발하기 위해 여러 교과의 담당교사들의 심도 깊은 논의가 이어진 후 새로운 수업모형 ‘FA-G의 에어 바운스 : 과학완구(FA-G)제작을 통한 STEAM’을 개발하였다. 다음은 2019년 STEAM교사연구회(지공협공)이 추진할 과학, 기술・가정, 미술 교과 수업에서 개발 및 적용하였던 STEAM수업의 흐름도를 제시하였다.

교과 성취기준 핵심내용 STEAM요소

과학

과1269. 태양전지, 연료전지, 하이브리드 기술의 기본 적인 원리를 이해하고 이러한 기술의 필요성을 환경적 관점에서 이해한다.

비행체에 가장 효

율적인 연료전지 창의적 설계

물리Ⅰ 물1424. 베르누이 법칙을 이용하여 양력과 마그누스

힘을 항공기와 구기 운동에 적용하여 설명할 수 있다. 비행의 원리 창의적 설계 감성적 체험 생명과학Ⅰ 생과

1506.

생물다양성의 의미와 중요성을 이해하고

생물다양성 보전 방안을 토의할 수 있다

.

^{씨앗의 비행 상황 제시} 지구과학Ⅰ 지12204. 여러 기상 현상을 대기와 해양의 대순환과

연계하여 설명할 수 있다. 대기의 순환 상황 제시

한국지리

12한지0103. 다양한 지리 정보의 수집･분석･표현 방법 을 이해하고, 지역 조사를 위한 구체적인 답사 계획을 수립한다.

공항의 입지선택 의 기준

상황 제시 창의적 설계

기술․가정 12기가1509. 적정기술, 지속가능한 발전과 관련된 문제 를 창의적으로 탐색하고 실현하며 평가한다.

적정기술을 활용 한 비행체 제작

창의적 설계 감성적 체험

본 수업(FA-G의 에어바운스)은 세상에서 가장 멀리까지 날아가며 씨앗을 뿌리는 아 프리카 열대식물은 마크로갈바라(별칭 알소미트라)의 바람을 유영하며 날아가는 씨앗의 비행영상으로 상황이 제시된다. 자연스럽게 공기의 흐름(대기의 대순환)과 연결 지어 수 업열기를 시작하였다. 이 과정에서 학생들은 씨앗의 비행과 관련된 각자의 이야기를 글 쓰기로 표현하였으며, 모둠원들과 자연스럽게 씨앗의 비행과 관련한 스토리를 만들어가 기 시작하였다. 다음은 ‘비행’이란 주제로 실시되었던 STEAM수업의 요소를 나타내었다.

과학, 기술・가정, 미술 교사의 협력수업(Co-Teaching)으로 진행된 STEAM수업은 학 생들에게 큰 호응을 얻었다. 비행의 원리인 양력, 추력, 중력, 항력에 대한 어려운 개념 에서 벗어나 직접 학생들이 모둠원들과 토의를 통해 디자인된 창의비행체(FA-G)의 도안 을 완성하고, 수 차례에 걸친 비행테스트를 실시하는 과정 속에서 자연스럽게 효과적인 비행의 조건을 체득해가는 과정 속에서 수업의 전반을 학생이 주도할 수 있었다. 바람의 저항(항력)을 최소화하고, 공기의 흐름에 자연스럽게 적응하여 양력을 최대한 발휘할 수 있었던 창의비행체(FA-G)의 학생작품이다.

무학년제 통합 방과 후 프로그램 ‘함께하는 STEAM Maker교실’에서 운영한 STEAM FA-G 창의 비행체의 탄생은 학생 중심의 꾸준한 후속연구가 진행될 것이다. 교육과정 내 교과 수업의 형태로 도입된 STEAM 수업은 학생들의 참여를 유도하고, 수업 이후의 후속연구로 이어질 수 있도록 학생들에게 능동적인 변화를 가져올 수 있었다.

5) STEAM 수업 나눔 축제(2018.06.05.) 실시

STEAM 프로그램을 실제 교과수업 적용하기에 앞서 가장 중요한 사항은 평가라고 할 수 있습니다. 학생들의 참여도를 과정평가에 반영하고, 참여도를 어떠한 규준을 통해 평 가할지를 고민해야 할 것입니다. 앞서 언급한 STEAM 프로그램에서는 각 차시별 학생의 참여도 평가를 관찰평가를 기본으로 하고, 산출물 평가와 모둠 내 역할분담 및 협동심을 평가하였습니다.

전투기 형태의 FA-G 우산 모양의 FA-G

페가수스 별자리 형태의 FA-G 갈매기 모양의 FA-G

평가요소 평가 기준 방 법

참여도 모둠 내 STEAM프로그램과 관련된 의견 제시과정에서 모두의 참여가 있었는가?

모둠 내 자기 및 동료 평가 의사소통력 시대적 상황을 반영하여 인포그래픽을 제작하였는가? 모둠 내

산출물 평가 공동체의식 산출물 제작 과정에 적극적인 태도로 임하였으며, 다양한 의견을 제시하였는가? 관찰 평가

창의성 우리의 소중한 문화유산을 현대과학기술을 접목하여 표현하였는가? 산출물 평가

평가기준을 명확하게 설정한 후 수업의 방향성을 결정하는 것이 중요합니다. 아울러 수업 속에서 교사의 역할과 학생의 역할을 분명하게 제시해주어야 합니다. 수업의 방향 성이 결정된 후 STEAM수업을 실시하기 위해서는 수업에서 사용하는 수업재료와 교구, 모둠별 활동에서 필요한 준비물을 구입하는 것입니다. 본 연구회에서는 2018년 6월 1 주차에 ‘학생 참여형 STEAM 수업 축제’를 통한 공개수업 나눔(2018.06.05.)을 실시하 였습니다. 수업일을 기준으로 물품의 준비는 약 3주전인 5월 3주차에 모든 물품이 준 비되었으며, 이후 각 교사별로 수업리허설을 상호간 점검 및 사전코칭을 진행했습니다.

동료교사 간 수업코칭을 통해 수업교사가 발견할 수 없었던 수업에서 발생할 수 있는 문제적 상황과 다양한 의견을 반영할 수 있어서 매우 도움이 되는 시간이었습니다.

‘학생 참여형 STEAM 수업 축제(2018.06.05.)’를 준비하면서 빠뜨릴 수 없는 것이 공개수업에 보다 많은 학교의 교사들을 초청하는 작업이 필수적으로 진행되어야 합니 다. 담당교사의 소속교의 지역교육청과 인근 교육청 교수학습지원과, 중등교육지원과 에 수업공개의 일정과 관련한 외부공문으로 수업을 참관할 교사를 파악하였습니다. 더 불어 중요한 것은 수업공개일 담당교사의 역할분담이 합리적으로 이루어져야 하며, 본 차시 수업 활동지, STEAM수업자료집, 수업나눔 의견지, 공개수업에 사용될 약식지도 안, 수업분석을 위한 촬영장비 점검등이 이루어졌습니다.

가. 수업대상 : 백송고 1-3반(유상권), 1-2(이난영), 2-4(김정은), 2-5(배상일) 나. 공개수업 교사 : 이난영, 배상일, 유상권, 김정은

다. 수업 나눔 진행 : 2018 경기도교육청 STEAM 선도 교원 배상일 다. 운영시기 및 장소

일시 대상

학년반 과목 단원 및 수업주제 수업

장소 수업자

2018.

6.5.(화) 고2

(2-5)

화학Ⅰ

Ⅱ. 개성 있는 원소 1) 원자의 구성 입자

<Spiro graph로 표현하는 원자이야기>

3층

과학실

배 * 일

고1

(1-2)

과학탐구 실험

Ⅰ.역사속의 과학탐구 4) 파스퇴르의 생물 속생설 도출과정

검토하기

<통합과학과 과학탐구실험의 내용 연계>

5층

사이언스홀

이 * 영

고1

(1-3)

통합 과학

Ⅶ. 생물 다양성과 유지 2. 대멸종은 끝일까, 시작일까?

<토론수업으로 중생대 말 공룡 대멸종의 원인을 이해하기>

4층

1-3

유 * 권

고2

(2-4)

생명과학Ⅰ

Ⅱ. 세포와 생명의 연속성 2. 유전

PMI토의토론으로 유전자 치료에 대한 의견 나누기

3층

2-4

김 * 은 참석교사 : 관 내외 42명, 장학사 2명, 총 44명(경기도화학교육연구회 연구위원 포함)

6) STEAM의 확산 - 교사연구회 자체 STEAM교육 세미나(2018.04.24. / 2018.10.18.) 2016, 2017 교육부 장관 표창 STEAM교육 우수 운영학교인 백송고등학교 STEAM교 사연구회(지공협공)에서는 STEAM 교육 확산을 위한 세미나를 2회(2018.04.24.(1차), 2018.10.18.) 개최하였습니다. 메이커교육 및 STEAM 교육 활동에 대한 아이디어 나눔을 갖는 소중한 시간이 되었습니다.

(1) STEAM교육의 이해를 위한 4월 STEAM교육 세미나 가. 일시 : 2018.04.24(화) 18시 ~ 20시

나. 장소 : 고양시 백송고등학교 3층 과학실 (고양시 덕이로172번길 4-39)

다. 대상 : 경기도 STEAM교육에 관심있는 교사 22명 참석(고양시, 남양주시, 의정부 시, 파주시, 김포시 교사)

라. 주제 : 2015 개정 교육과정 속 STEAM 교육 활동(교과, 방과 후 수업, 창의적 체험 활 동 적 용 형 )아 이 디 어 나 눔 ( 강 사 : 2016 STEAM 우 수 교 원 백 송 고 교 사 배 **, 백송고 교사 김**)

마. 세부 운영 내용

시 간 내용

18:00 ~ 18:40 1) STEAM 교육 날개를 달다! (강사 김정은)

18:40 ~ 20:00

2) 학생참여형 과학수업에 적용가능한 STEAM교육(강사 배상일) - 2015 개정교육과정 교과를 중심으로

- ‘한국사 + 과학 + 기술가정’ STEAM 수업모형 20:00 ~ 20:20 질의 및 토의

바. 행사 운영사진

STEAM 교육 날 개를 달 다! ( 강사 김 *은) 학생 참여형 과학수업에 적용 가능한

STEAM 교 육 ( 강 사 배 * 일 )

(2) STEAM교육의 이해를 위한 10월 STEAM교육 세미나 가. 일시 : 2018.10.18(목) 18시 ~ 20시

나. 장소 : 고양시 백송고등학교 3층 과학실 (고양시 덕이로172번길 4-39)

다. 대상 : 경기도 STEAM교육에 관심있는 교사 12명 참석(고양시, 포천시, 의정부 시, 파주시, 양주시 교사)

라. 주제 : 2015 개정교육과정 속 STEAM 교육(주기율표 머그컵 만들기) 마. 세부 운영 내용

시 간 내용

18:00 ~ 20:00

미술교과와 융합한 화학수업사례나눔-주기율 머그컵 만들기 (백송고등학교 미술교사 유지희, 화학교사 배상일)

20:00 ~ 20:20 질의 및 토의

바. 행사 운영사진

도예와 물전사의 이론설명 감성적 체험(주기율표 머그컵 제작)

4. 연구 수행 결과

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시 총 16차시 2종

수업 적용 일정 2018.9.3. ~ 2018.11.19.

(STEAM 수업)수혜학생 수 백송고등학교 400명(고등학교 1,2학년 전체학생) 학생 태도검사 사전검사 5월 3주차, 10개 학급(250명) 실시 완료

사후검사 10월 2주차, 10개 학급(250명) 실시 완료

학생 및 교사 만족도조사 10월 2주차 완료

교사연구회 STEAM 행사 개최

1) STEAM 수업 나눔 축제 실시(2018.6.5.(화) 6교시 4개 교실에서 4명의 교사가 수업 실시함.

2) 지역 사회를 위한 STEAM 교육 세미나 실시 (2018.4.24. / 2018.10.18)

논문 또는 학술대회

1) 경기도교육청 주관 교사의 전문성 신장을 위한 2015 개 정 교육과정 자료개발 연구자료집 게재(2018.11 발간 예정) 2) 현장과학교육학회, 논문 게재 예정

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

5. 결론 및 제언

(1) 교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점 1) 전문적학습공동체와 연계한 정기모임

: 서로의 교육과정 함께 공부하기

백송고등학교 STEAM교사연구회는 전문적학습공동체 시간을 공동학습시간으로 편성(매주 목요 일 5교시)하여 지속적인 STEAM수업연구를 할 수 있었다. 수업계 선생님의 배려로 STEAM교사 연구회 소속 교사들은 매주 목요일 점심시간부터 5교시까지 공강시간으로 편성되어 수업연구를 위한 시간운영이 가능하였다. 정기적인 전문적학습공동체 시간의 운영은 수업연구의 지속성과 연 계가 가능할 수 있었다. 여러 교과 간의 학습내용의 융합, 교과 간 융합 등 다양한 형태로 이루 어질 수 있다. 1년 간의 과학수업 모든 차시에서 STEAM 학습요소를 도입하기는 어렵습니다. 때 문에 교사연구회를 중심으로 서로의 교육과정을 함께 연구해야 합니다. 정기세미나에서 공동연구 원들과 논의를 거쳐 핵심 수업 주제를 선정한 후 연계가 될 수 있는 교과를 선정합니다. 선정된 교과에서는 내용 요소 제시 순서를 협의합니다. 이후 실제 수업에서 STEAM모형으로 적용될 교 과의 성취기준을 정리합니다. 특히 과학교과 교육과정 해설서와 더불어 예술교과(음악, 미술, 체 육), 기술․가정, 수학, 환경, 사회과 교육과정 해설서를 함께 알아둔다면 STEAM 수업설계에 큰 도움이 될 것입니다.(http://www.edunet.net/- 에듀넷 티클리어)

교과 수업에서 STEAM교육을 적용하는 교사는 수업설계 과정에서 함께 적용 가능한 교과의 성취기준, 교과의 핵심내용을 이해하고 있어야 합니다. 때문에 STEAM수업에 관련된 교과에서의 교육과정 함께 공부하기 작업은 수업설계에 있어 효율적으로 작용할 수 있기 때문입니다. 다음은

‘비행’이란 대주제로 서로의 교육과정에 적용 가능한 수업의 형태, 수업의 방향 과정을 논의하여

교과 수업 속에서 운영 가능한 STEAM 프로그램 개발을 논의한 내용이다.

2) STEAM 수업공개의 날 운영(2018.06.02.)

: 공개수업으로 함께 성장하기

STEAM교육의 실천은 수업공개를 통해 신장되고, STEAM수업 교사로서 성장할 수 있기에 백 송고등학교 STEAM 교사연구회는 2015학년도부터 꾸준히 ‘STEAM 수업 공개의 날’을 운영하고 있으며, 2017년부터는 ‘교육부 선정 학생 참여형 과학수업 선도학교 수업공개’의 날과 병행하여 운영하고 있다. 공개수업을 통한 수업 나눔은 교사의 내적 성장과 전문성 향상에 긍정적인 촉매 역할을 한다. 하지만, 공개수업은 교사인 모두의 고민이다. STEAM교사연구회(지공협공)의 공동 연구교사들은 STEAM교육에 대한 공동학습 후 각 교과의 교육과정을 함께 공부하였다. 교육과정 을 함께 연구하면서 단위 학교에서 적용 가능한 형태의 STEAM 수업모델을 재구성하여 개발할 수 있었다. 한 가지 수업 모델을 적용하기 위해서 수업설계의 과정이 약 2개월의 준비기간과 검 토를 거쳐 실제 수업에서 적용될 수 있었다.

교과 성취기준 핵심내용 STEAM요소

과학

과1269. 태양전지, 연료전지, 하이브리드 기술의 기본 적인 원리를 이해하고 이러한 기술의 필요성을 환경적 관점에서 이해한다.

비행체에 가장 효

율적인 연료전지 창의적 설계

물리Ⅰ 물1424. 베르누이 법칙을 이용하여 양력과 마그누스

힘을 항공기와 구기 운동에 적용하여 설명할 수 있다. 비행의 원리 창의적 설계 감성적 체험 생명과학Ⅰ 생과

1506.

생물다양성의 의미와 중요성을 이해하고

생물다양성 보전 방안을 토의할 수 있다

.

^{씨앗의 비행 상황 제시} 지구과학Ⅰ 지12204. 여러 기상 현상을 대기와 해양의 대순환과

연계하여 설명할 수 있다. 대기의 순환 상황 제시

한국지리

12한지0103. 다양한 지리 정보의 수집･분석･표현 방법 을 이해하고, 지역 조사를 위한 구체적인 답사 계획을 수립한다.

공항의 입지선택 의 기준

상황 제시 창의적 설계

기술․가정 12기가1509. 적정기술, 지속가능한 발전과 관련된 문제 를 창의적으로 탐색하고 실현하며 평가한다.

적정기술을 활용 한 비행체 제작

창의적 설계 감성적 체험

3) STEAM 수업 공통 지도안 만들기

교육과정 내 교과 수업에서 STEAM교육을 적용하기까지 많은 사항을 고려해야 했다. STEAM 학습주제 선정에서 가장 많은 시간이 소요되었고, 학습 주제가 선정된 후 교사 간 수업차시 편성 과 STEAM 수업 속에서 적용할 수업의 단계를 구성해야 했다.

실제 과학수업에서 STEAM교육을 적용하기 위해서는 학습의 단계가 결정된 후 수업지도안 작 성 작업과 협력수업을 계획한 교사 간의 심도 깊은 논의의 과정이 필요하다. 공통 양식의 수업지 도안에 각 교과 담당 교사의 수업 속에서 실천하고 싶은 학습활동과 학습내용의 충분한 반영이 이루어져야 학생의 참여를 최대한 이끌어 낼 수 있으며, 이를 통해 학습의 효과도 최대한으로 이 끌어 낼 수 있다. 또한, STEAM교육은 수업 속에서 학생들의 참여가 절대적이기 때문에 학습적 측면과 더불어 즐겁고, 재미있도록 수업을 구성해야 하며, 시대적 요구와 최근 과학 기술을 접목 한다면 학생들의 자발성을 이끌어 내는데 큰 도움이 될 것이라 사료된다.

(2)

STEAM 수업 수혜 학생들의 반응(인터뷰)

- 2학년 송○우 : 토론 수업은 수업 시간 내내 집중력을 발휘해야 하고 모둠원들과 함께 오랜 시 간 동안 조사를 하고 우리의 의견을 보완해야 하는 부분에서 친구들과도 가까워지고 협동해야 해 서 굉장히 보람을 느낀다 . 또한 학생 참여형 수업은 다른 수업보다도 훨씬 오랫동안 기억에 남기 때문에 학생 입장에서도 더 효과적이라고 생각된다 . 나의 의견을 정리하고 이를 발표하는 시간을 통해서 처음 보다 지금이 훨씬 발표에 대한 두려움이 사라진 것도 장점이라고 생각된다 .

- 2학년 남○우 : 모둠별 수업을 하기 위해서 내가 참여하기 위해서는 복습이 이뤄져야 하기 때문 에 어떤 수업보다도 더 기억에 남는 것 같다 . 또한 강의식 수업보다 집중도가 높고 더 즐거운 시간을 가질 수 있는 것 같다 . 모둠별 수업을 하고 나서 다음 시간에 선생님이 다시 한 번 정리 해 주시면 더 정확하게 이해할 수 있어서 좋았다 .

- 2학년 이○정 : 나의 역할이 정해져 있기 때문에 수업에 더 적극적으로 참여하게 된다. 수업 주 제에 대해서 같이 이야기를 나누고 (이젤패드에) 그리며 정리하는 시간을 통해서 이해 안 되는 부분을 다시 한번 볼 수 있어서 훨씬 더 효과적인 것 같다 . 또 강의식 수업보다 훨씬 더 재밌게 수업에 참여할 수 있어서 좋다 .

(3)

STEAM 교사연구회와 해당 STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안(모든 이를 위한 STEAM교육의 실천)

STEAM수업의 확장을 위해 백송고등학교 STEAM교사연구회는 무학년제 방과 후 STEAM수업

‘함께하는 STEAM Maker교실’을 운영하고 있다. 백송고등학교 STEAM 교사연구회(지공협공)의 공동 연구교사 주도로 STEAM수업이 이루어지다 보니 인문사회과정 및 예체능 과정 학생들에게 직접적인 STEAM교육의 수혜가 미치지 못하다보니 상대적으로 소외를 받는 학생들이 발생하였 습니다. 모든 이를 위한 STEAM교육을 위해서 STEAM 교사연구회(지공협공)은 공동연구 교사들 은 깊은 논의과정을 거쳐 방과 후 STEAM수업형태로 STEAM교육을 확장하기로 하였습니다. 이

른바 ‘함께하는 STEAM Maker교실’의 형태로 STEAM교육을 확장하였습니다. 방과 후 수업 적 용형인 ‘함께하는 STEAM Maker교실’의 수업은 여러 명의 수업교사가 각자의 전문 분야를 학생 들과 소통하는 형태로 운영되었습니다. ‘함께하는 STEAM Maker교실’은 무학년제로 계열을 구 분하지 않은 형태로 운영되었으며, 창의공학 및 설계, 저작권교육, 3D프린터를 활용한 3D모델링 의 기초, 공간투사법과 스케치, 아두이노를 활용한 전자기학 기초, 마이루프로 시작하는 코딩, 페 이퍼아트 등 과학, 공학, 수학, 예술이 융합된 프로그램으로 구성되었습니다. 학생들의 내적 경험 은 학교에서 보내는 시간이 절대적으로 많기에 교사와 학생이 함께 경험하는 것이 미래 진로 선 택과정에 있어서도 큰 영향을 끼칠 수 밖에 없다. 때문에 제4차 산업혁명시대를 선도할 우리의 학생들에게는 사물인터넷(IoT), 인공지능, 드론, 3D프린팅 등 다양한 교육적 경험을 제공할 필요 가 있다. STEAM교사연구회 소속 교사들의 지속적인 수업 연구활동을 통해 보다 내실 있는 ‘함 께하는 STEAM Maker교실’이 운영되었습니다.

함께하는 STEAM Maker 교실 운영 프로그램 운영요일 참여인원

(1) 햄코로봇, 마이루프 보드를 기반으로 한 코딩교육

- 엔트리, 스크래치 코딩 일반

- 마이루프 보드를 통한 코딩의 기초(1학년), 심화(2학년) (2) 3D 프린터를 활용한 3D 모델링

- 123Design / Fusion 360을 활용한 3D모델링 - 피젯스피너만들기, 2D사진으로 3D출력물 만들기 (3) 지속가능발전교육(ESD)

- 아두이노/마이루프/햄코를 활용한 미래 친환경 건축물 설계 - 저작권과 창의공학

매주 월요일 15:50~17:20 (90분 연강)

본교 희망 1,2학년 학생

6. 참고문헌

강현석, 이지은 (2016), 백워드 설계의 이론과 실천 : 교실혁명, 학지사

김현정. (2015), 화학과 물리 교육과정의 보어 모형과 수소의 선스펙트럼에 대한 비교 분석 : 현장과학교육, 9(2), 94-100.

James E. Huheey, (2011), 무기화학 제4판 : 자유아카데미 Peter Atkins, (2017), 물리화학 제10판 : 교보문고 박종석 외 7인 (2018), 화학Ⅰ : 비상교육 교과서 김재훈, (2018), 과학자들 1,2,3 : 휴머니스트

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

고등학교 화학Ⅰ (2) 원자의 세계 수업용 STEAM 프로그램 1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1~3/16

[12화학Ⅰ02-01]양성자, 중성자, 전자로 구성된 원자를 원소 기호와 원 자 번호로 나타내고, 동위 원소의 존재 비를 이용하여 평균 원자량을 구할 수 있다.

[고등학교 2학년 물리Ⅰ] (2) 물질 과 전자기장 2 4~6/16 [12화학Ⅰ02-02]양자수와 오비탈을 이용하여 원자의 현대적 모형을 설명

할 수 있다.

[고등학교 공학일 반] 공학의 세계 3 7~8/16 [12화학Ⅰ02-03]전자 배치 규칙에 따라 원자의 전자를 오비탈에 배치할

수 있다.

[고등학교 2 학년 미술] (2) 표현

4 9~12/16 [12화학Ⅰ02-04]현재 사용하고 있는 주기율표가 만들어지기까지의 과정 을 조사하고 발표할 수 있다.

[고등학교 통합 과학] 물질의 규칙성과 결합

5 13~16/16 [12화학Ⅰ02-05]주기율표에서 유효 핵전하, 원자 반지름, 이온화 에너지 의 주기성을 설명할 수 있다.

[고등학교 2학년 물리Ⅰ] (2) 물질 과 전자기장

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 16차시)

차시 주요내용

1~3 /16

주제(단원)명 원자모형의 변천과정(원자 속 구성입자의 발견)

Co ‘세상의 모든 원소’ 동영상 제시

CD ‘돌턴, 톰슨, 러더퍼드는 무엇을 위해 연구하였을까?’라는 주제로 인포그래픽 제작함.

원자 속 구성입자의 발견과정을 과학사의 원자이론 정립과정과 관련하여 하브루타 짝토론으로 해결하고자 함.

4~6 /16

주제(단원)명 원자 속 입자(전자)의 운동

ET원자 속 전자의 발견 후 전자운동에 대한 수많은 논의를 거쳐 탄생한 러더퍼드 원자모형이 과학사적으로 인정받는 의미에 대해 월드카페 토의를 실시함.

CD원자 속 전자의 움직임을 표현할 수 없을까?

7~8 /16

주제(단원)명 전자의 운동을 스피로그래프로 표현해보기

Co 지오지브라를 활용한 스피로그래프의 원리탐구

ET 스피로그래프 모양자를 활용한 원자 속 전자의 운동패턴 표현하기

9~12 /16

주제(단원)명 새로운 원자모형의 등장

ET 스피로그래프로 표현한 원자모형의 패턴을 분류화하기

CD 새로운 원자모형의 등장 필요성을 논의한 후 현대적 원자모형을 학습하기 위한 개념(양자수, 오비탈 등)을 하브루타 짝토론을 통해 학습함.

13~16 주제(단원)명 스피로그래프의 패턴으로 예술작품(스트링아트) 만들기

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

/16 ET 스피로그래프의 패턴의 정규화를 스트링아트로 표현해보기

학 습 주 제

Spriro Graph로 만나는 러더퍼드의 원자모형

(부제 : 러더퍼드와 아인슈타인의 기(氣)싸움) (7~8/16차시)

사전학습

자료 동영상, 읽기자료 성취

기준 [

12

화학Ⅰ

02-02]

양자수와 오비탈을 이용하여 원자의 현대적 모형을 설명할 수 있다

.

학 습

단 계 교수･학습 활동 평가 자료(▶)

사전 학습

Co러더퍼드, 보어, 아인슈타인의 격돌(원자! 너만큼은 내가) : 동기유발 영상으로 상황제시

- 사전학습 영상(물리Ⅰ‘상대성이론’ 정리영상)의 확인 https://band.us/band/69779957/post/40 (영상자료 Qr-1)

CD원자 속 전자의 움직임을 어떻게 시각화할수 있을까? 원자 속 전 자의 에너지는 어디에서 올까?(핵심질문 제시)

(내가 생각하는 원자는?(원자 속 구성입자인 전자와 원자핵을 중 심으로 표현하기)- 패들렛(padlet)에 입력 후 전송하기)

물리수행평가 를 언급

사전학습 후 개별전송

(영상자료Qr - 1)

문제 해결 방안 결정

ET[활동 1] 러더퍼드 원자모형까지 학습한 상황에서 ‘원자’에 대한 짝토론(친친끼리:친한 친구끼리) 활동

CD <수업 도입영상> ‘러더퍼드의 α입자 산란실험’

[https://youtu.be/GnqToHJNSyg (자료 Qr)]

ET 러더퍼드 원자모형까지 학습한 상황에서 ‘러더퍼드 원자모형’ 의 특 징(원자핵/전자)을 하브루타 짝토론 활동지 Ⓐ에 표현하기

- 짝꿍 학생이 이야기하고, 다른 학생은 경청 후 본인의 하 브루타 짝토론 활동지Ⓐ에 친친끼리 활동을 실시한다. (반대학 생의 이야기도 같은 방법으로 진행한다.)

Co 시각화 된 러더퍼드의 원자모형에 대한 제시(교사)

ET[활동 2] 스피로그래프로 러더퍼드 원자모형 표현하기

러더퍼드 α입자산란

<도입영상>

2-5

▶ 하브루타 짝토론 활동 지 Ⓐ

▶ 하브루타 짝토론 활동 지 Ⓑ

Co 스피로그래프(하이포트로코이드)기법 설명하기(교사제시)

① 스피로그래프 모양자 사용법 설명

②러더퍼드의 원자모형을 스피로그래프로 시각화하기 (하브루타 짝토론 활동지 Ⓑ)

③ ②에서 하브루타 짝토론 활동지 Ⓑ에 표현한 러더퍼드 원자모 형을 2학년 5반 패들렛(padlet)에 전송한다.

학생들 스스로 고정화된 전자의 움직임이 아닌 다양한 형 태로 표현될 수 있도록 안내한다.

ET 원자모형과 우주(스피로그래프=하이포트로코이드) ․ 패들렛(padlet)에 전송된 학생들 작품을 공유하는 시간(컨퍼런스) 를 통해 러더퍼드 원자모형의 특징, 모순점을 찾을 수 있도록 안내한다.

․ 러더퍼드 원자모형의 수정이론의 필요성을 학생 모두가 동의하 고, 합의해가는 과정(컨퍼런스)을 통해 과학이론의 정립과정을 체험할 수 있도록 한다.

CD 새로운 원자모형을 시각화 한 사이클로이드(스피로그래프) 를 제시한 후 러더퍼드 원자모형과의 차이점을 논의한다.

패들렛

B. 컨퍼런스에 참여도 평가

정 리

Ÿ 활동 후 자기 평가(배움일지와 성장일지 작성하기) Ÿ 다음 차시(보어의 문제해결 / 현대적인 원자모형이 등장하기

까지 하이젠베르크, 드브로이, 슈뢰딩거 등의 과학자의 노력) 자기평가 : 배움일지와 성장일지 활용

4. 학생활동지 / 학생참고자료

하브루타 짝토론 활동지Ⓐ

학생 읽기자료 (원자모형)

차시 7~8/16

안내

<수업 도입영상> ‘러더퍼드의 α입자 산란실험’ https://youtu.be/GnqToHJNSyg

왼쪽 학생만 설명하고, 오른쪽 학생은 잘 듣고, 내용을 정리합니다.

러더퍼드 원자모형 중 원자핵의 특징 러더퍼드 원자모형 중 전자의 특징

오늘의 핵심활동

1. 러더퍼드의 원자 속 전자가 어떻게 운동하고 있을까?

전자의 거동을 스피로그래프로 시각화할 수 있을까?

■ 여러 과학자들의 원자 사랑

5. 차시별 학생 평가기준 및 방법

■ 용어의 정리

하이포코트로이드 (hypotrochoid)

< 기계공학용어사전 >

정원(定圓)의 원주 위를 이에 내접하는 또 하나의 원이 미끄러지지 않 고 구를 때 그 원에 고정된 한점이 그리는 궤적(軌跡)을 가리킨다.

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1~3 /16

상

원자모형의 변천과정(원자 속 입자)의 발견과정에 대 한 합리적인 근거(돌턴, 톰슨, 러더퍼드의 실험결과 의 해석)를 인포그래픽에 모두 제시하였다.

하브루타 짝토론 후 인포그래픽 산출물 평가

자기/동료평가지 (학생용) 중

원자모형의 변천과정(원자 속 입자)의 발견과정에 대 한 합리적인 근거(돌턴, 톰슨, 러더퍼드의 실험결과 의 해석)를 인포그래픽에 제시하였다.

하

원자모형의 변천과정(원자 속 입자)의 발견과정에 대 한 합리적인 근거(돌턴, 톰슨, 러더퍼드의 실험결과 의 해석)를 인포그래픽에 미흡하게 제시하였다.

4~6 /16

상 원자 속 입자 발견과정에서 사회적인 합의로 인해 이론이 정립됨을 논리적으로 설명하였다.

월드카페

토론활동지 평가 관찰평가지 중 원자 속 입자 발견과정에서 사회적인 합의로 인해

이론이 정립됨을 설명하였다.

하 원자 속 입자 발견과정에서 사회적인 합의로 인해 이론이 정립됨을 증거제시 없이 설명하였다.

7~8 /16

상

지오지브라를 통한 스피로그래프의 개념을 정확히 이해하고, 스피로그래프 모양자로 원자 속 전자의

다양한 운동을 표현할 수 있다. 패들렛에 업로드된 학생산출물 평가

자기/동료평가지 (학생용) 중 스피로그래프 모양자로 원자 속 전자의 다양한 운동

을 표현할 수 있다.

하 스피로그래프 모양자로 원자모형을 표현할 수 있다.

9~12 /16

상

스피로그래프로 표현한 전자의 운동을 설명하고, 새 로운 원자모형의 패턴으로 분류화할 합리적인 근거 를 제시할 수 있다.

관찰 평가 관찰평가지

중 스피로그래프로 표현한 전자의 운동을 설명하고, 새 로운 원자모형의 패턴으로 분류화할 수 있다.

하 스피로그래프로 표현한 전자의 운동을 설명한다.

13~16 /16

상 스피로그래프의 패턴화를 이해하고, 스트링아트 작 품을 창의적으로 표현할 수 있다.

산출물 평가 체크리스트 평가지 중 스피로그래프의 패턴화를 이해하고, 스트링아트 작

품을 표현할 수 있다.

하 스트링아트 작품을 표현할 수 있다.

가. 평가기준

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1~3

톰슨, 러더퍼드, 보어의 원자모형에 대한 모순점과 유의미성을 탐구해가는 과정을 수행하고, 귀납적 탐구방법으로 설명할 수 있 다.

컨퍼런스 참여도 평가 짝토론 활동지 평가

포트폴리오(활동 지) 평가 (성장중심형평가)

나. 컨퍼런스 참여도 평가

평가방법 평가기준 평가

상 중 하

이해 귀납적 탐구과정에서 설정해야 할 변인을 이해하였는가?

참여 새로운 원자모형 정립을 위한 컨퍼런스 에 적극적으로 참여하였는가?

역량 귀납적 탐구 과정을 이용해 다른 탐구(원자모형)의 특징을 설명할 수 있는 가?

실험태도 사전학습 동영상을 성실히 수행하고, 피드백(padlet)과정을 수행하였는가?

협동성 짝토론 학생과 서로 협력하고 배려하면서 토론활동을 수행하였는가?

다. 짝토론 활동지 평가

평가항목 평가기준 평가

상 중 하

1 러더퍼드 원자모형의 특징을 스피로그래프를 통해 잘 표현하고 있는가?

2 전자의 운동인 스피로그래프로 표현되지 않는 공간을 어떻게 설명하고 있 는가?

3 스피로그래프 표현 후 러더퍼드 원자모형의 특징을 귀납적으로 잘 표현하 였는가?

6. 학교생활기록부 기재 예시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(화학)작품 제작을 단순히 제출만 한 경우

(화학)작품 제작 후 합리적인 근거에 의해 전자운동을 설명한 경우

 스피로그래프로 전자의 운동을 정밀하게 표현하였으며, 전자의 운동 을 통해 새로운 입자(원자핵)의 위치와 특징을 합리적인 근거에 맞춰 설명하였음.

 톰슨의 원자모형의 모순점으로 인하여 정립된 러더퍼드모형을 스피로 그래프로 잘 표현하였으며, 귀납적 탐구방법을 통해 새로운 이론형성 의 과정에 적극적으로 참여함.

 공학, 수학적 원리인 스피로그래프를 활용하여 표현하기 어려운 미시 적 세계인 원자 속 구성입자를 창의적으로 표현하였으며, 과학, 예술, 공학 등의 학문을 융합한 사이언스 아트 작품 속에서 물질의 패턴을 조리있게 잘 설명함.

고등학교 과학탐구실험 (3) 첨단 과학 탐구 수업용 STEAM 프로그램 1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1~6/12 [10과탐03-01] 첨단 과학기술 속의 과학 원리를 찾아내는 탐구 활동을 통해 과학 지식이 활용된 사례를 추론할 수 있다.

[고등학교1학년]

독서

(3) 독서의 분야 기술․가정 (4) 기술 시스템 미술과창작 (2) 표현과 확장 2 7~12/12 [10과탐03-02] 첨단 과학기술 및 과학 원리가 적용된 과학 탐구 활동

의 산출물을 공유하고 확산하기 위해 발표 및 홍보할 수 있다.

1-1. 교육과정 재구성표

문.이과 칸막이를 없애고 창의융합형 인재양성을 위한 가시적 효과를 위해 국어과 [독서] (3) 독서의 분야 단 원을 통해 시대별로 다양한 글을 소개한다. 실제로 수능 언어 영역 독서 비문학 분야에서는 4~5문단으로 구성 하여 한 페이지정도 분량의 글에 최근 이슈가 되는 다양한 과학, 기술 분야의 내용을 함축하여 담고 정보 통 신 기술의 발달과 함께 새롭고 다양한 매체들이 독서 자료를 유통･제공하는 현실을 고려하여, 다양한 유형 의 매체 자료를 주체적이고 비판적으로 읽는 능력을 기르도록 하고 있다.

국어수업을 시작으로 한 과학수업은 과학이 일상생활에서 얼마나 밀접하게 활용이 되고 있는지 실감하고 동기부여 자료로 활용할 수 있을 것이라고 본다.

독서로 동기부여를 시작하고 과학, 기술, 미술 분야의 교육과정과 연계하여 과목의 성격에 맞는 탐구활동, 제작활동, 발표활동으로 정리한다.

과학탐구실험시간에 제작된 태양광 발전을 이용한 장치, 정적기술을 이용한 장치는 기술•가정교과에서의 발 표활동, 미술과 창작시간 마을 형성 활동에 개선하여 반영한다.

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 12차시)

차시 주요내용

1~3 /12

주제(단원)명 태양광 발전을 이용한 장치 고안하기

Co 수능특강 독서 비문학영역에서 태양광 발전 10 분 독서

CD 태양전지의 효율성 탐구실험 활동을 통한 첨단과학 탐구

ET 태양광 발전을 이용한 장치 고안 및 제작하고 최신 기술 분야 발전 방향 발표

- 과학탐구실험시간에 제작한 태양광 발전장치를 미술과 창작시간 마을형성에 구성요소로 넣음.

- 기술•가정 시간 첨단과학기술시스템 발표활동에 반영함.

4~6 /12

주제(단원)명 적정 기술을 적용한 장치 고안하기

Co 적정 기술 동영상 시청 후 ‘적정기술과 소외계층’ 주제글쓰기활동

CD 적정 기술 탐구활동(페트병 전구 또는 종이현미경 및 성공, 비성공 사례 살펴보기 )

ET 적정 기술을 이용한 제품 고안하기 (보드판 활용 지식나눔)

※ (참고)상황 제시는 수업 (전 과정)에서 학생들이 스스로 문제해결의 필요성과 도전정신을

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 과학탐구실험 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년

중심과목 성취기준 영역

[과학탐구실험] (3) 첨단과학탐구 중심과목 성취기준

[10과탐03-01] 첨단 과학기술 속의 과 학 원리를 찾아내는 탐구 활동을 통해 과학 지식이 활용된 사례를 추론할 수 있다.

주제(단원)명 태양광 발전을 이용한 장치 고안하기 차시 1~3/12

학습목표

[과학탐구실험] 태양광 발전을 이용한 장치를 고안하고, 첨단 과학 기술을 활용하는 방안을 파악할 수 있다.

[기술가정] 기술의 발달에 따라 개량되거나 만들어진 제품을 통해, 최신 기술의 활용과 발전 방향을 예측하여 발표할 수 있다.

[미술과창작] 타 학문과 타 영역과의 융합을 통해 확장되는 표현 매체의 특징을 알고 활용 할 수 있다.

[독서] 과학･기술 분야의 글을 읽으며 제재에 담긴 지식과 정보의 객관성, 논거의 입증 과정 과 타당성, 과학적 원리의 응용과 한계 등을 비판적으로 이해할 수 있다.

연계과목 독서, 기술•가정, 미술과 창작 연계과목

성취기준 영역 [중학교 1~3학년] (4) 기하

STEAM 요소

S 반도체 및 태양전지

T 거리, 고도, 태양전지 연결에 따른 효율적 기술 E 태양광을 활용한 프로토타입 모델 제작

A 과학. 기술분야의 글을 통한 비판적 이해 및 마을 설계 M 단위면적에 태양광전지의 효율적 배치

개발 의도

과학탐구실험 교과에서 (3)첨단과학탐구단원은 최근 사회적 이슈가 되는 과학기술, 논쟁 등 을 모두 담고 있기 때문에 다른 교과목의 첨단과학 활용 성취기준을 알고 접목시키는 것 만 으로도 STEAM 교육을 담게 된다. 역량 중심의 융합인재양성을 위해 타 교과와 성취기준을 공유하고 수업에 활용 및 평가하는 것에 주안점을 둔다.

2015 개정교육과정은 창의융합형 인재양성을 위한 교육과정이며 학생 한명 한명이 자신의 역량을 발휘하 는 것이 중심이 되는 교육과정이다. 1학년 공통교과인 과학탐구실험은 문.이과 칸막이를 없애고 다양한 분야 를 다룰 수 있도록 다양한 소재를 다루고 있으며 타교과의 성취기준과 공유되는 것이 많다. 따라서 타 교과 에서 과학탐구실험의 성취기준을 찾아 제시하고 실천하는 수업설계로 융합교육을 실천하고자 하였다.

과학탐구실험의 단원 시작은 독서활동으로 시작하고 글쓰기 활동으로 정리하고자 한다. 더불어 기술•가정 가지는데 조력할 수 있도록 개발

※ (참고)감성적 체험은 수업 (전 과정)에서 학생들이 자연스럽게 경험하고 깨달을 수 있도록 개발 7~8

/12

주제(단원)명 신소재 개발 사례 조사하기

Co 생체모방 신소재 동영상 시청, 형상기억 합금 탐구

CD 신소재 개발 사례탐구 및 홍보활동하기

9~12 /12

주제(단원)명 지속 가능한 친환경 에너지 도시 설계하기

Co 우수사례 동영상을 통해 친환경 에너지 도시 알아보기(도시특징정리)

CD 우리가 사는 도시에 적용하고 싶은 사례 찾기

ET 모둠별 친환경 에너지 도시 계획 설계하여 발표 및 홍보하기

에서 다루는 기술시스템, 미술과 창작교과에서 과학탐구실험의 성취기준을 공유하고 교과간융합을 실천하는 데 주안점을 둔다.

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

최첨단과학기술분야 비문학 10 분 독서 활동(수능연계교재

활용) 태양전지 효율성

탐구활동 창 의 적 설 계

창의적 설계

실험실 내 주어진 재료를 이용한 태양광

발전을 이용한 장치 고안하여 프로토타입

제작하기 제작의도 발표하기

감 성 적 체 험 제작 아이디어 회의하기

- 제작아이디어 과정에서 새로운 것을 만들지 않아도 사용장소를 옮기거나 활용방법을 바꾸는 것도 발명이며 적정기술도 논의함.

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료 및

유의점

상황 제시

Co 최첨단과학기술분야 비문학 10 분 독서하기

^Tip! 비문학지문읽고 모둠별 문제풀이함 / 수능연계활동

Co CD 태양전지 효율성 탐구활동하기

- 태양전지와 광원까지의 거리, 각도 및 태양전지 연결방법에 대한 효율측정

태양광전 지 및 최첨단 과학기술 분야 비문학 지 문

창의적

설계 ^CD 태양전지 효율정리 및 태양전지를 이용한 장치 아이디어 회의하기 ^Tip!

예시자료 제공

감성적 체험

ET 태양광 발전을 이용한 장치 고안하여 프로토타입 제작하기 모둠별 장치 홍보하기

태양전지 및 제 작 재료 준비

Tip! 미술과 창 작에 활용함을 안내함.

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~3/12

1) 태양전지 효율성 탐구하기

① 광원으로부터 거리에 따른 태양 전지 효율(전압) 변화

거리(cm) 전압(Volt)

② 광원-태양 전지의 면이 이루는 각도에 따른 태양 전지 효율(전압) 변화

거리 각도(° ) 전압(Volt)

20cm일 때

90 60 30 40cm일 때

90 60 30 ③ 직렬과 병렬연결 결과

전압(Volt)

2개 직렬연결

전압(Volt) 2개 병렬연결

④ 그래프로 결과 나타내기

2) 태양광 발전을 이용한 장치를 고안 및 프로토타입 제작.

가) 준비물

태양 전지, LED(적, 녹, 청), 스탠드(태양 역할), 저전압 모터, 접착제, 발사 나무, 바퀴, 전선 등

나) <디자인 및 설계하기>

다) <발표 및 홍보하기> - 추후 미술과 창작 시간 마을 만들기에 활용하여 함.

태양 전지 핸드 선풍기 태양 전지 풍력 자동차

5. 교사자료

(※ 학생활동지 해설, 교사참고자료 등)

차시 1~3/12

1) 독서 비문학(태양광 발전) 읽기 자료

신재생 에너지는 화석 연료를 대체하기 위해서 물, 햇빛, 바람, 지열 등을 이용하여 친환경적이고 재생 가능한 에너지로 변환하는 에너지를 지칭하는 말이다. 신재생 에너지는 재생에너지와 신에너지로 나눠진 다. 현재 신재생 에너지에 대한 국제적인 기준이 없어서 어떤 에너지를 신재생 에너지로 규명하느냐는 국 가에 따라 조금씩 차이가 있다.

한국에서는 재생에너지 8개 분야와 신에너지 3개 분야를 신재생 에너지로 지정하여 총 11개의 에너지들 이 신재생 에너지로 지정되어 있다.

일본에서는 온도차열, 설빙열 등 미이용 에너지도 신재생 에너지에 포함시켰고 유럽 국가는 공기 열과 수열을 신재생에 포함시키고 있다. 국내에서도 폐열 관련 에너지를 신재생 에너지로 포함시키 는 것에 대해 많은 논의가 이루어지고 있다.

미국은 최근 전 국토에 걸쳐 태양광(Photovoltaic, PV) 에너지 활용을 적극 유도하는 정부 지원 정책을 발표했다. 2020년까지 연방정부 보조금으로 건설하는 저소득층용 주택에서 태양광 발전 목 표량을 1기가와트(GW)로 세웠다. 이 목표는 오바마 대통령이 ‘기후행동 계획(The Climate Action Plan)’에서 목표로 세웠던 100메가와트(MW) 건설 계획을 10배나 확장시킨 조치이다. 미 정부가 태 양광 발전 시설을 적극 확산시키는 이유는 저소득층의 에너지 비용을 줄이고 일자리도 늘리는 효과 가 높기 때문이다.

미국뿐만이 아니다. 전 세계적으로는 2015년에 신재생 에너지 발전량을 147GW 만큼 증가시키는 신기록을 세웠다. 173개국이 신재생 에너지 도입 목표를 설정하였고 146개국은 신재생 에너지 지 원정책을 시행 중이다. 신재생 에너지는 이젠 화석 연료와 경쟁할 만큼 경제성을 갖추고 있고 독일 같은 경우엔 2050년까지 전체 전력 생산량의 50% 이상을 신재생 에너지로 충당하는 목표를 세웠 다. 태양광 설비능력을 200GW 까지 높이려고 매년 노후설비 교체 분까지 포함하여 태양광 발전설 비를 6~7GW 씩 늘려갈 계획이다. 독일은 위도가 높아서 일조량이 우리나라보다 적은데도 불구하 고 태양이 화창한 평일엔 태양광 발전량이 순간 전력의 35%를 점유하고 주말에는 50%를 점유하기 도 한다. 2015년 말 기준으로 독일의 총 태양광 발전설비는 40GW이며 전국에 150만 개의 태양광 발전설비가 분산되어 있는 태양광발전 모범국가다.

하지만 여러 선진국에 비해 한국의 전체 에너지 중 신재생 에너지의 비중은 낮은 편에 속해있다.

신재생 에너지에 대한 수요는 세계적으로 계속 증가하고 있지만 우리나라의 신재생 에너지 생산현 황은 1.4%로 OECD 전체 회원국 중 최하위인 34위로 나타났다. 1위를 차지한 아이슬란드는 무려 신재생 에너지의 생산량이 89.8%로 매우 높은 생산량을 보여주고 있다.

태양 전지는 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이며, 보통 p형 반도체와 n형 반도 체의 접합으로 된 반도체를 이용한 장치이다.

p형 반도체와 n형 반도체는 각각 순수한 반도체에 13족 또는 15족 원소를 도핑해서 만들어지는 데, 이러한 p형 반도체와 n형 반도체를 접합하면 다이오드와 트랜지스터 등을 만들 수 있다.

태양 전지에서는 원자 속의 전자가 전도띠로 갈 수 있는 에너지를 흡수하면 p형 반도체와 n형 반도체 속에 양공(+)과 전자(-)가 생성된다. p-n 접합에서 만들어진 전기장에 의해 전자(-)는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 양공(+)은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 이때 p형 반도체와 n형 반도체 표 면에 전극을 형성하여 전자를 외부 회로로 흐르게 하면 전기 에너지를 얻게 된다.

태양 전지의 기본 단위를 셀이라고 하며, 이 셀들을 연결하 여 필요한 전력을 얻기 위한 모듈을 형성한다. 모듈들을 연결 하여 설치하면 태양 발전 어레이가 된다. 태양 전지로 전력을 확보하기 위해서는 큰 어레이와 넓은 설치 면적이 필요하다.

소규모 태양 발전 어레이의 경우에도 보통 건물의 옥상을 이용 하며 창문이나 벽에 설치하는 방법도 등장하고 있으며, 최근에 는 농촌의 축사 건물의 지붕이나 학교 옥상 등의 설치가 점차 증가하는 추세이다.

자료출처 경기도융합과학교육원 통합과학 연계자료

6. 차시별 학생 평가기준 및 방법

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1~3 /12

상 태양광 발전을 이용한 장치를 고안하고 첨단과학기술 을 활용하는 방안에 대에 논리적으로 발표하였다.

모둠별 산출물 발표 평가

자기/동료평가지 (학생용) 중 태양광 발전을 이용한 장치를 고안하고 첨단과학기술

을 활용하는 방안에 대에 발표하였다.

하 태양광 발전을 이용한 장치를 고안하고 첨단과학기술 을 활용하는 방안에 대에 미흡하게 발표하였다.

4~6 /12

상 적정기술을 이해하고 과학기술이 사회에 공헌할 수 있 는 방안을 합리적으로 제시하였다.

개인별 활동지

평가 관찰평가지

중 적정기술을 이해하고 과학기술이 사회에 공헌할 수 있 는 방안을 제시하였다.

하 적정기술을 이해하고 과학기술이 사회에 공헌할 수 있 는 방안을 미흡하게 제시하였다.

7~8 /12

상 신소재 개발 사례를 확인하고 이를 공유하는 방법을 찾아 합리적으로 발표하였다.

개인별 활동지

평가 관찰평가지

중 신소재 개발 사례를 확인하고 이를 공유하는 방법을 찾아 발표하였다.

하 신소재 개발 사례를 확인하고 이를 공유하는 방법을 찾아 미흡하게 발표하였다.

9~12 /12

상

과학기술을 통한 지속가능발전방안을 찾아 우리나라에 적용 가능한 친환경 에너지 도시 설계를 합리적으로 제안할 수 있다.

모둠별 산출물 발표 평가

자기/

동료평가지 관찰평가지 중

과학기술을 통한 지속가능발전방안을 찾아 우리나라에 적용 가능한 친환경 에너지 도시 설계를 제안할 수 있 다.

하

과학기술을 통한 지속가능발전방안을 찾아 우리나라에 적용 가능한 친환경 에너지 도시 설계를 미흡하게 제 안할 수 있다.

7. 학교생활기록부 기재 예시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

• 태양전지와 광원과의 거리, 각도, 연결방법 등을 이용한 효율성을 탐구하였 음. 태양전지를 이용하여 횡단보도 앞 그늘막내에 선풍기를 설치하자는 아이디 어를 내고 프로토타입으로 제작한 후 과학기술 발전이 인류에 기여해야 함을 발표함.

• 소외계층이 스스로 해결할 수 없는 부분에 대해 공동체 사회에서의 책임을 강조하고 모둠원이 함께 설계한 태양광 조명등을 우리지역의 소외된 곳을 찾아 설치하도록 조명등 설치 장소를 제안함.

고등학교 생명과학Ⅰ STEAM 프로그램 1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1-2 12생과Ⅰ04-03. 사람의 유전 현상을 가계도를 통해 이해하고, 상염색체

유전과 성 염색체 유전을 구분하여 설명할 수 있다.

2 3-5 12생과Ⅰ04-04. 염색체 이상과 유전자 이상에 의해 일어나는 유전병의 종류와 특징을 알고, 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

[12화작02-03]

상대측 입론과 반 론의 논리적 타당 성에 대해 반대 신 문하며 토론한다.

1-1. 교육과정 재구성표

(※ 해당할 경우 작성)

(※ 다양한 과목 간 협의를 통해 교육과정 순서 변경 등을 한 경우, 다른 선생님들께 노하우를 표와 글로 전수)

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 16차시)

차시 주요내용

1~2 /5

주제(단원)명 사람의 유전병

12생과Ⅰ04-03. 사람의 유전 현상을 가계도를 통해 이해하고, 상염색체 유전과 성 염색체 유전을 구분하여 설명할 수 있다.

Co 사람의 유전 연구 방법에 대해서 이해한다.

CD 단일인자 유전과 다인자 유전에 대해서 이해하고 다양한 예시에 대해서 조사하고 발표한다. 토론에 임하는 기본적인 태도를 함께 학습함으로서 원활한 토론활동이 진행될 수 있도록 독려한다.

ET 모둠별 인포그래픽 형식으로 발표 자료를 만들어 활용한다. 인포그래픽을 활용하고 이에 따른 미적, 감성적 체험이 함께 이뤄지도록 한다.

3~5 /5

주제(단원)명 사람의 유전병

12생과Ⅰ04-04. 염색체 이상과 유전자 이상에 의해 일어나는 유전병의 종류와 특 징을 알고, 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

Co 돌연변이의 개념에 대해서 이해한다. (영상자료를 활용하여 상황제시)

CD 염색체 돌연변이와 유전자 돌연변이에 대해서 이해하고 관련 유전병에 대해서 조사하고 발표한다.

ET 모둠의 대표 의견에 대해서 발표자료를 직접 제작하여 활용한다.

CD 유전자 치료에 대해서 이해하고 다양한 방법에 대해 조사한다.

CD 유전자 치료의 혜택과 문제점에 대해서 이해하고 자신의 의견을 발표한다. 토론에 임하는 기본적인 태도를 함께 학습함으로서 원활한 토론활동이 진행될 수 있도록 독려한다.