“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로

2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2020. 11.

옥포초등학교

“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 요약문 ··· 1

2. 서론 ··· 1

3. 연구 수행 내용 ··· 2

4. 연구 수행 결과 ··· 7

5. 결론 및 제언 ··· 7

6. 부록 ··· 9

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 ··· 9

STEAM 프로그램 1 ··· 9

STEAM 프로그램 2 ··· 18

STEAM 프로그램 3-① ··· 43

STEAM 프로그램 3-② ··· 51

부록2. STEAM 프로그램 수업 장면 및 산출물 사진 ··· 61

STEAM 프로그램 1 ··· 61

STEAM 프로그램 2 ··· 63

STEAM 프로그램 3-① ··· 64

STEAM 프로그램 3-② ··· 67

부록3. 회의록 ··· 68

1. 요약문

본 연구회는 ‘첨단 과학기술 활용형 초등학교 STEAM 프로그램’을 주제로 하여 ‘에너 지’ 와 ‘미래교통’ 분야에서 초등 1 ~ 6학년 대상으로 하는 총 3종의 프로그램을 개발 하였고, 각 연구원이 소속된 초등학교의 학생 및 도내 영재학급 학생에게 해당 프로그 램을 적용하였다.

연구원들은 교육 프로그램 개발과정에서 프로그램의 적절성과 교육과정과의 적합성 을 확보하기 위해 협의회를 지속적으로 실시하였고, 신규 STEAM프로그램 개발의 전략 수립과 프로그램 주제 선정의 용이성을 위해 연구원들의 STEAM 심화연수 이수를 추 진하였다. 개발된 프로그램은 초등 과학과 교육 전문가(초등교사 1인 및 과학교육과 교 수 2인)의 자문을 받았으며, 도내 4개 학교 및 충청북도교육청 영재학급에 참여하는 학 생을 대상으로 적용하였다. 또한 프로그램 적용 전후에 사전,사후 태도 검사 및 만족도 조사를 실시하여 연구의 신뢰도와 타당도를 높이고자 하였으며, 교사연구회 연구원들 과 협력하며 연구결과를 정교화하고 일반화 방안을 모색하고자 노력하였다.

2. 서론

올해 코로나 19로 인해 등교 개학이 어려운 상황에서 전국의 학교는 온라인 플랫폼 을 이용한 원격 수업 형태의 수업을 진행하였다. 처음의 우려와는 달리 각 학교현장에 서는 기존의 수업방식을 탈피한 다양한 교육방법들이 등장하였고, 교사들은 자신의 새 로운 교육방법과 노하우 등을 온라인에 공유하였다. 교사들은 이전 보다 동료교사와 수업방법과 내용에 대해 더 많이 소통하며 수업의 고민을 나누었고, 이러한 과정에서 실질적으로 수업을 재구성하고 교사로의 수업역량을 신장시키는 생산적이고 발전적인 경험을 하게 되었다.

본 연구회의 연구원은 다양한 교육환경(도농지역, 소•대규모 학교급)에 소속되어 있 어 각 학교에 적용 가능한 프로그램을 개발하기 위해 오프라인과 온라인에서 소통하 며 학생들이 학교라는 물리적인 공간이 주는 한계를 넘어 등교수업과 온라인수업에서 병행가능하고 자기 주도적 학습을 경험을 할 수 있는 STEAM 프로그램을 개발하는 데 초점을 두고 연구회의 방향과 활동 계획을 수립하여 실행하였다.

가. 연구의 필요성

◦초등 교사의 과학교육 학습 공동체 형성을 통한 과학교육 전문성 확보

◦STEAM 교수 학습 프로그램 개발 및 적용을 위한 전문가(자문위원)와의 현장 중심 의 협력 체계 구축

◦연구회를 중심으로 한 전문 학습 공동체 운영 및 유기적 소통 창구의 마련

나. 연구의 목적

초등학교 현장에서 융합인재교육을 활성화하기 위한 우수 콘텐츠를 선별하여 STEAM교육을 처음 접하는 교사들도 쉽게 활용 가능한 STEAM프로그램을 개발 및 보급하고자 함.

◦융합인재교육(STEAM) 프로그램의 개발(신규 3종) ◦개발 STEAM 프로그램의 타당성 검증 및 확산

◦STEAM 교육 프로그램의 적용을 통한 초등학생 학습자들의 학습 과정 분석·연구

3. 연구 수행 내용

가. STEAM 프로그램 개발 과정

◦STEAM 협의회 및 연구원 역할 분배

구분 소속기관 직급 역할

자료 개발 및 수업 실행

청원초등학교 교사 - 2015교육과정 성취기준 분석 및 STEAM 기 개발프로그램 검토 - 관련 자료 수집 및 STEAM 프로그램의 수업 적용방향

방안 연구

- STEAM 개발 프로그램의 수업안 정교화 및 수업 적용

옥포초등학교 교사

동광초등학교 교사

- STEAM 관련 교사연수 참가 및 STEAM 수업 프로그램 개발 : 2020 융합형 과학기술 교사연수센터 교원연수(심화과정) 참가 - STEAM 개발 프로그램의 수업안 정교화 및 수업 적용

옥동초등학교 교사

옥포초등학교 교사

나. 개발 프로그램 수

◦3개 → 4개로 변경(학년 교육과정에 맞는 내용으로 활동을 변경하여 수업 진행)

다. 개발 프로그램 주제 및 제목 ◦주제: 에너지, 미래교통

- 에너지 분야: LED로 빛나는 밤에(6차시), 에너지가 샘솟는 교실(7차시)

- 미래교통 분야: 두근두근 추석여행(4차시_저학년용), 우리 고장의 교통수단을 만 들어요! (6차시_중학년용)

1. LED로 빛나는 밤에 (6차시) 2. 에너지가 샘솟는 교실 (7차시) 1차시: 반짝 반짝 전류 탐지계

2~4차시: 길 따라 빛 따라 5~6차시: LED로 빛나는 명화

1~2차시: 얼마나 사용하고 있나요?

3~4차시: 건전지 없이 에너지가 생긴다구요?

5~7차시:　에너지가 샘솟는 교실 3-①. 두근두근 추석여행

(4차시_저학년용)

3-②. 우리 고장의 교통수단을 만들어요!

(6차시_중학년용) 1~2차시:　미래 교통수단 디자인하기

3~4차시: 미래 교통수단 제안하기

1~2차시:　미래에는 어떤 교통수단이?

3~4차시: 미래를 바꾸는 에너지 5~6차시: 내가 만드는 미래 교통수단

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 첨단과학 활용형 초등학교 STEAM 프로그램 선행

프로그램명 해당 없음

학교급 초등 대상 학년(군) 1~6학년

중심 과목

1 과학

중심과목 성취기준 영역

[6과13-01] 전기의 이용

2 과학 [6과17-02] 에너지와 생활, [6과13-03] 전기의 이용 3-① 슬생 [2슬06-01], [2슬05-03]

3-② 사회 [4사01-04] 역사, [4사01-05] 일반사회 프로

그램 별 연계 과목

1 실과, 수학

연계과목 성취기준 영역

[6실05-03] 기술 활용, [6수05-04] 자료와 가능성 2 국어 [6국01-02] 듣기.말하기

3-① 국어, 즐생 [2국03-02], [2즐06-04]

3-② 과학, 미술 [4과01-01] 물질, [4미02-05] 표현

개발결과

프로그램 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 6 과학(3)+실과(2)+수학(1)

2 7 과학(5) + 국어(2)

3-① 5 슬생(3)+국어(1)+즐생(1)

3-② 6 과학(-3)+사회(2)+미술(1) 적용 결과 ※ 2020. 11. 10. 기준, 24차시 중 24차시 적용완료

라. 연구회 추진 일정

일 정 수행내용

추 진 일 정

6월 7월 8월 9월 10월 11월 비고

연구 착수 ○

프로그램 연구 및 개발 ○ ○ ○ ○ ○

태도검사(사전) ○

STEAM 연수 이수 ○ ○ ○ ○ ○

중간보고서 제출 ○

프로그램 적용 및 보완 ○ ○

태도검사(사후) ○

결과보고서 제출 ○ ^11.20

마. 자료 조사 및 전문가 멘토 자문

◦STEAM 교육관련 선행연구 탐색을 통한 현황 파악

- 연구회 개발 방향(첨단 과학 활용)과 유사한 기 개발된 STEAM 프로그램 탐색 - 초등학교 특성에 적합하고, 창의 융합적 사고를 향상시킬 수 있는 프로그램 주제 발굴 - STEAM 준거의 반영을 통한 내실있는 STEAM 프로그램 개발 및 학습 목표 달성

을 위한 과정 중심 평가 체계 사례 확인

- 현행 교육과정 분석과 교육 프로그램 개발 방향 정립 및 교실 현장에서 최적화된 적용방안 탐구

◦교육 네트워크를 활용한 현장 교사 및 교육 전문가 자문 및 유기적 협력 체계 구축 - 국내 전문가, 현직 초등 교사들과의 협업을 통해 융합되는 각 교과의 교육과정에

적합한 초등 교과의 융합프로그램 구안

- 교사 연구회, 동아리 세미나 발표를 통한 STEAM 교육 효과 공유

- 개발 된 프로그램의 초등학교 현장 적용을 실시하여, 인적 네트워크를 통한 현장 적합성 검토 및 타당화 작업 진행

- 모든 프로그램을 현장에서 바로 실행 가능한 형태로 하기 위한 교사용 자료 작성 - 2020 융합형 과학기술 교사연수센터 교원연수(심화과정) STEAM 관련 전문가 멘

토의 개발 STEAM 프로그램 검토 및 자문 준비 단계 자료 조사 및

전문가 협의회

STEAM 교육 프로그램, 교수학습방법 개선 및 적용 방안 조사 현행 교육과정 분석과 교육 프로그램 개발 방향 정립

STEAM 교육프로그램을 적용한 초등 과학과 교육과정 연계방안 탐색 교과 간 융합 방향 및 방법에 대한 선행 연구, 연구 방향 도출

사전 교사 연수

STEAM 교육 관련 연수 프로그램 이수 교실 현장에서 최적화된 적용방안 탐구

프로그램 개발 단계 STEAM 교육

프로그램 개발

교육과정 분석 및 선정, 교육 프로그램 적용가능 요소 추출 연구원 역할 분배

팀별 프로그램 재구성・개발

개발 프로그램 정교화 및 적용 방법 탐색 현장 적용 및 관찰 현장 적용

연구원 소속 학교 및 학급에 프로그램 투입 수업 관찰 및 적용 관련 교사 세미나 적용 과정 및 결과에 대한 공유 연구과정 기록 및 분석

타당성 검증 단계 피드백

(환류 계획)

연구 결과 발표 및 교사 의견 수렴

적용 프로그램 관련 설문 조사 실시(적용 교사 및 학생) 수렴된 의견을 반영하여 최종 결과 보고서 작성

사업 완료

4. 연구 수행 결과

가. STEAM 프로그램 적용 성과 연구 및 조사 ◦ 프로그램 적용 결과

적용 기관 보은 지역공동

영재학급 옥포초 진천 지역공동

영재학급 청원초 계

대상 학급 2학급 2학급 1학급 1학급 5학급

대상 학생수 34명 10명 14명 30명 총 88명

적용 기간 2020년 10월~11월

- 개발 STEAM 프로그램(24차시) 적용 - 초등 1~6학년 학생 88명 적용완료

◦ 프로그램 타당성 검증 및 확보

- 개발 STEAM 프로그램 적용 사전, 사후 검사 실시

: 예년과 달리 한국과학창의재단 제공 사이트에서 사전사후검사를 진행하는 방 식으로 바뀜에 따라 그로 인해 발생할 수 있는 실행상의 오류 체크

: 1-4학년의 경우 실과 과목에 대한 문항에 제시되어 학생들의 혼선 및 검사문 항의 신뢰도 저하 가능성 있음

- 수업 적용 교원 및 학생 대상 실시 - 질적 연구 및 정량적 연구 실시

․질적 연구 : 수업 영상 촬영 및 인터뷰

․양적 연구 : 재단 제공 양식 및 연구회 자체 선정 검사지 활용

- 초등 과학과 교육 전문가(초등교사 1인 및 과학교육과 교수 2인) 자문

◦ 연구수행결과

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시 총 24차시

수업 적용 일정 2020. 10. 5. ~ 2020. 11. 6.

(STEAM 수업)수혜학생 수 충북 도내 초등학교 88명

학생 태도검사 사전검사 9월 28-30일 실시완료

사후검사 11월 28-31일 실시완료

학생 및 교사 만족도조사 11월 13일 실시완료

나. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 ◦ 다양한 교육적 역량을 갖춘 연구진과의 협력

- 과학과 교육 전문 교사를 포함한 초등 교육 역량을 지닌 연구진 구성 및 소통 : 다양한 교육적 배경의 교육 환경에서 근무(도농 지역)하는 교사들과의 협력이

이루어짐.

: 다양한 배움 및 공유의 내용을 보고서에 작성하여 단순히 프로그램만 개발하 는 연구회에서 벗어나야 함.

: 본질적인 측면은 교사들 간의 상호 교류 및 전문적 학습 공동체의 효과적인 운영에 있음.

◦ 개발 STEAM 교육 프로그램 확산을 위한 노력 - 2020. 10. 10. 옥포초 ‘STEAM DAY행사’ 개최

- 2020. 10. 28. 옥포초 전문적 학습공동체 수업프로그램 세미나

(주제: 스팀선도학교 운영 및 교육과정 재구성에 따른 STEAM공동수업안 구안) - 2020. 11. 7. 융합형 과학기술 교사연수센터 교원연수(심화과정) 프로그램 적용 사례 발표 - 2020. 11. 3. ~ 12. 22. 청원초 1,2학년(10명) 꿈끼행복동아리(STEAM 즐기기) 8주(16차시) 운영 - 2020. 11. 12. 음성 지구별 전문적학습공동체 STEAM 연수 세미나(주제 : 스팀프로그램 개발의 실제)

5. 결론 및 제언

가. STEAM 교사연구회 활동 결론

본 STEAM 교사 연구회의 STEAM 프로그램 개발 연구에서 다음과 같은 성과를 제시할 수 있다.

첫째, 현장교사들이 STEAM프로그램을 직접 개발하는 데는 전문성 부족, 시간적 부담, 자 료개발을 위한 자료 부족 등으로 어려움이 있었다. 또한 기존 개발된 프로그램의 경우, 교육 과정 연계성이 부족하여 실제 수업에 사용하기에는 무리가 있고, 교사용 자료가 친절하지 않 아 전문적인 지식이 있어야만 실행을 할 수 있는 프로그램이라는 부정적인 인식이 있었다.

하지만 연구회원 간 온라인, 오프라인을 통한 협의회, 2020 융합형 과학기술 교사연수센터 교원연수(심화과정) 참여, 과학교육가 전문가 컨설팅 등을 통해 기본적인 교육과정 내 성취 기준을 토대로 학생들에게 흥미를 유발할 수 있고, 현장 적용이 용이한 다양한 프로그램을 구성할 수 있었다.

둘째, STEAM 프로그램 학습자인 학생들의 긍정적인 인식변화를 가져올 수 있었다. 학생들 은 STEAM 활동을 통해 현실에 실제로 이용되는 과학을 접하게 되어 지식의 습득을 강요받 는 형태의 기존과학수업과는 다르게 수업에 대한 거부감이 적었다고 답하였으며, 학생들은 사후 인터뷰에서 수업시간에 배운 과학개념을 다시 묻는 질문에 대부분의 학생들이 과학개 념을 이해하고 있었고, 실생활과 연관 지어 기억함으로써 지식의 이해와 적용면에서 STEAM 수업이 유용함을 알 수 있었다.

셋째, STEAM 수업의 확산의 적용방안을 확산시키는데 기여할 수 있었다. 연구회과제 - STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 – 를 수행하며 여러 다양한 교육 네트워크를 형성하며 개발 프로그램 뿐 아니라 STEAM 교육 자체의 가치에 대해 이야기할 수 있는 기회를 폭 넓 게 가질 수 있었다. 또한 현장의 초등 교사들에게 STEAM수업에 대한 소개를 하며 다양한 학년, 학급에 적용하는데 적합한 여러 아이디어를 공유하고 개발 STEAM 프로그램을 최종 수정할 수 있었다.

이처럼 STEAM 프로그램의 개발과 적용을 통해 STEAM 프로그램의 교육적 장점과 학생들의 창의적 문제해결능력 신장을 확인하였고, STEAM 교육에 대한 인식이 긍정적으로 전환되었다.

나. STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안 및 제언

◦ STEAM 교육이 학생들의 흥미 향상과 문제해결력, 창의력의 신장에는 매우 효과적이지만, 과학개념을 학습하기에는 부족하며, 교육과정 운영과는 별도로 시간을 확보해야하는 어려 움이 있다. 따라서 교육과정에서 제시하는 핵심성취기준을 도달하도록 프로그램을 구성하 여 교사들이 과학교과 수업 중에 차시대체형으로 적용할 수 있도록 하는데 주안점을 두 어야한다.

◦ 현장교사들은 기존 개발된 STEAM프로그램을 자신의 입장에서 수정, 보완하여 적용해야 한다. 프로그램 적용에 있어, 현장의 환경은 각각 다르므로, 교사들은 STEAM 프로그램의 소재, 주제, 관련 활동 등을 학생의 수준, 재료, 교사의 역량, 시간 등에 따라 프로그램을

평가할 수 있는 안목이 있어야 하며 현장에 맡게 재구성해서 적용해야 한다.

◦ 코로나19로 인해 기존 방식의 대면 수업을 실시하는 데 다양한 현실적 어려움이 발생하 였다. 교육과정 시수의 감축으로 인한 수업 결손을 최소화하고, 유연하고 탄력적인 STEAM 프로그램의 운영을 위해 교사연구회 진행 방향, STEAM 프로그램 적용 방법, 수업 의 물리적 환경, 원격수업을 통한 STEAM수업의 평가방법 등 다방면에 대한 고찰이 필요 하다.

◦ 코로나 19로 인하여 등교수업과 원격수업을 병행하여 운영하는 학교의 비중이 높아졌고, 교육과정 이수 시수의 감축이 이루어져 교과 내, 또는 교과 간의 교육과정 재구성이 불가 피해졌다. STEAM 수업 프로그램 개발 단계에서 협의 과정의 중요성이 더욱 증가하였다.

: STEAM 프로그램 적용 방법에 대한 새로운 시도 → 원격 수업 실시(실시간 쌍방향 수업 시 2인 이상의 교사가 수업을 공동 진행하며 팀티칭 가능, 학년(군)-교과별 교육콘텐츠를 공동 또는 분담 제작 후 수업에 활용)

: 학생별 맞춤형 피드백 제공 및 평가 실시 → 대부분의 학교에서 블렌디드 수업을 진행하 고 있는 현재 상황을 고려하여 대면, 유선, SNS, 실시간 쌍방향 소통을 통한 학생 개별 피 드백 및 과정중심평가 실시

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

STEAM 프로그램 1 (에너지 분야) LED로 빛나는 밤에

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1/6 [6과13-01]전지와 전구 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을

찾아 설명할 수 있다.

(실과)

[6실05-03]기술 활용

2 2~4/6

[6과13-02]전구를 직렬 연결할 때와 병렬 연결할 때 전구의 밝기 차이를 비교할 수 있다.

[6과13-03] 전기를 절약하고 안전하게 사용하는 방법을 토의할 수 있다 (수학)

[6수05-04]자료와 가능성

3 5~6/6 [6미02-01] 표현 주제를 잘 나타낼 수 있는 다양한 소재를 탐색할 수 있다.

(과학)

[6과13-01]전기의 이용

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 6차시)

차시 주요내용

1/6

주제(단원)명 반짝 반짝 전류 탐지계

관련 교과 : 과학 + 실과 + 미술

Co 불이 들어오지 않는 LED

‣ 전기 탐지계

- 도체와 부도체를 구분하는 간이 전기 탐지기 제작 - 여러 가지 물체에 탐지계 갖다 대기

ET 여러 가지 물질의 전도성 비교, 분류하기

2~4/6

주제(단원)명 길 따라 빛 따라

관련 교과 : 과학 + 실과 + 수학

‣ 조명들의 밝기가 다른 이유

Co 밝기가 다른 조명들을 만드는 이유와 만들기 위한 방법 추측하기

‣ 여러 가지 전도성 물질들을 이용한 빛나는 길 만들기

‣ 다양한 조명 연결 방법 알아보기 - 조명(LED)의 직병렬 연결

5~6/6

주제(단원)명 LED로 빛나는 명화

관련 교과 : 과학 + 국어 + 미술

‣ 명화의 밝은 부분을 LED 빛으로 표현하기

CD 전선의 길이와 폭의 조절을 통해 LED 빛의 밝기를 조절 하기

‣ 명화의 원작과 LED 로 꾸민 명화 비교하기

ET 원작의 빛의 밝기를 표현하기 위해 고안한 방법

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교 5~6 학년

중심과목 성취기준

영역

과학[초등학교] (13) 전기의 이용 중심과목 성취기준

[6과13-01] 전지와 전구, 전선을 연결하 여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설 명할 수 있다.

주제(단원)명 반짝 반짝 전류 탐지계 차시 6

학습목표 1. 여러 가지 전기 부품을 사용하여 간이 전기 탐지기 제작을 할 수 있다.

2. 간이 전기 탐지기를 통해 물질들의 전기가 통하는 정도를 알고 분류할 수 있다.

연계과목 실과, 수학 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

S ￭ 도체, 부도체 구분하기 ￭ 전류, 전기회로 이해하기 T ￭ 전선의 종류와 모양에 따른 전류의 세기 측정

E ￭ 빛의 밝기 조절을 위한 회로 재질 선택 및 모양 고안하기

￭ LED로 만드는 명화 - 회로 설계하기 A ￭ (고흐) 명화의 특징 알아보기

￭ 명화 - 작품 속 빛 표현 알아보기

M ￭ 전선의 종류와 모양에 따른 전류의 세기 비교 (막대) 그래프 작성

개발 의도

LED가 개발된 이후에 우리 생활의 여러 부분에서 사용되고 있지만 아이들이 실제로 느끼 는 부분(왜 사용하는가, 어디에 사용되는가 등)은 크지 않다는 것을 알게 되었다. 또한 전 기의 이용 부분에서 아이들이 많이 어려워하는 것을 알고 좀 더 쉬운 접근 방법을 가지고 아이들에게 과학을 배우는 재미를 느끼게 해 주고 싶었다.

1차시에서는 간이 전기 탐지기를 만들어서 도체와 부도체에 대해 경험하고 배우는 시간을 갖도록 조직하였다.

2~4차시에서는 여러 전도성 매체를 사용하여 직접 회로도를 그려봄으로써 ‘저항’과 ‘직렬연결’, ‘병렬 연결’ 이 조명의 밝기에 영향을 주는 요인라는 것을 자연스럽게 알 수 있도록 하였다.

5~6차시에는 앞 시간에 배운 내용을 명화에 도입해봄으로써 밝기에 영향을 미치는 요인을 스스로 찾 아보고, 친구들과 의견을 공유함으로써 자신의 지식을 견고화할 수 있도록 하였다.

“에너지”를 대주제로 한 본 STEAM 프로그램 활동을 통해 과학적 지식 뿐만 아니라 친구들과 다양한 아이디어를 공유함으로써 의사소통의 경험을 제공하여 나와 타인에 대한 배려와 더불어 과학기술에 대한 성취감을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

￭ 불이 들어오지 않는 LED

￭ 고흐의 편지

창 의 적 설 계

창의적 설계

￭ 여러 가지 물질의 전도성 비교, 분류 하기

￭ 원작의 빛의 밝기를 표현하기 위해 고안 한 방법 나누기

감 성 적 체 험

￭ 여러 조명의 밝기가 다른 이유 탐색

￭ 밝기가 다른 전기 회로 구상하기

￭ 빛나는 길 만들기

￭ 전선의 길이와 폭의 조절을 통해 LED 빛의 밝기를 조절 하기

감성적 체험

학습 과정

1 차시 교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점

도입 (5 분)

불이 깜빡 깜빡

^Co 불이 들어오지 않는 LED

- LED 에 불이 들어오지 않는 이유 알아보기

먼저 사진을 통해 다양한 이유들을 아이들이 말할 수 있도록 한다.

AA 건전지가 아닌 동전 건전지를 사용하면 쉽게 회로를 구성할 수 있다.

LED 의 경우 3V~5V 의 전압의 전류가 필요하다.

LED, 동전건전지 테이프

전개 ( 30 분)

반짝 반짝 전기 탐지계

‣ 전기 탐지계 제작하기

- 여러 전기 부품을 이용하여 전기가 흐르면 불이 반짝이는 간이 전기 탐지기 제작하기

‣ 전기 탐지계를 이용한 물체 분류하기 - 여러 가지 물체에 탐지계 갖다 대기

ET 여러 가지 물질의 전도성 비교, 분류하기

LED 가 불이 켜지는 조건에 대해서 충분히 설명하고 제작을 할 수 있도록 한다.

LED 를 이용하여 탐지게 제작을 어려워 하는 경우 꼬마전구를 이용하여 만들 수 있다.

전지, 전지홀더, 전 선, LED, 컵(종이, 플라스틱), 색도화 지)

여러 가지 물체

정리 ( 5 분)

다양한 물질로 만든 전기 부품

‣ 전기 부품이 다양한 물질로 만들어져 있는 이유 - 여러 가지 전기 부품 살펴보기

전기부품(사진)

학습 과정

2~4 차시 교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점 도입

(10 분)

다양한 조명의 세계

CD 여러 조명의 밝기가 다른 이유

다양한 조명사진

전개 ( 100 분)

길따라 빛따라

CD 아이디어 떠올리기

‣ 브레인스토밍

회로의 재질, 길이, 두께 등 밝기에 영향을 주는 요인들에 대한 아이디어 찾아보 기

‣ 아이디어 공유하기

CD 빛나는 길 만들기

- 아이디어를 바탕으로 직접 다양한 전도성 물질들을 가지고 전기회로 꾸미기 - 회로에 흐르는 전류의 세기 측정 실험 결과 공유하기

- 내가 세운 가설과 이를 바탕으로 꾸민 전기회로 및 결과 발표하기

저항, 직렬연결, 병렬연결 이라는 단어를 교사가 직접 제시하지 않도록 한다.

전기를 다루는 활동이므로 안전하게 실험할 수 있도록 한다.

발표를 할 때 성공사례 만이 아니라 실패사례도 함께 이야기하여 왜 그런 결과가 나왔는지 알 수 있도록 한다.

전도성 물질(펜, 잉크, 테이프, 실 등), 전지, LED 전 구

정리 ( 5 분)

밝기가 다른 LED

‣ LED 의 밝기에 영향을 주는 요인

-아이디어의 실행을 바탕으로 LED의 밝기에 영향을 주는 요인에 대해 정리하기

전기에 대한 이론적인 부분을 강조하기보다는 경험에 바탕을 둔 복습에 의미를 두도록 한다.

학습 과정

5~6 차시 교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점

도입 (10 분)

별이 빛나는 밤에 ^Co 고흐의 편지

‣ 명화 살펴보기

- 고흐를 꿈꾸게 한 별이 반짝이는 밤하늘을 상상해보기 그림 속 빛이 표현된 부분을 살펴볼 수 있도록 지도한다.

PPT

(고흐의 편지, 별이 빛나는 밤에, 밤의 카 페 테라스 사 진)

전개 ( 55 분)

LED로 빛나는 명화 만들기

‣ LED 를 이용한 명화 만들기

- 다양한 채색도구를 사용하여 명화 따라 그리기 - 명화의 빛 부분을 LED 빛으로 표현하기

CD 전선의 길이와 폭의 조절을 통해 LED 빛의 밝기를 조절 하기

LED 명화 제작 전 충분히 전선의 종류와 모양에 대한 설계를 할 수 있도록 지도한다. 스티커lED,전지, 다양한 전도성 물 질, 색칠도구, 명화 자료

정리 ( 15 분)

LED가 반짝이는 밤하늘

‣ 명화의 원작과 LED 로 꾸민 명화 비교하기

ET 원작의 빛의 밝기를 표현하기 위해 고안한 방법

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1 차시

전기회로를 파헤쳐 보자!

1. (가)와 (나)의 두 그림을 보고 다음 물음에 답하시오.

(1) 위 그림에서 전지의 연결 방법은 무엇일까요?

(가) ( ) 연결 (나) ( ) 연결

(2) 어느 전기 회로의 전구가 더 밝을지 말하여 봅시다. ( )

2. 전지 2개를 직렬로 연결한 전기 회로에서, 전구 2개를 직렬로 연결한 경 우와 병렬로 연결한 경우 중 어느 쪽의 전구 불이 더 밝을까요?

( )

3. 다음은 전기 회로를 보고 전기 회로도를 그린 것이다. 두 그림을 비교하여 잘못된 부분을 찾아 보시오. (2가지)

(1)

(2)

차시 2~4 차시

전기 회로도 그리기

6학년 이름 ( )

※다음의 전기회로 그림을 보고, 전기회로도를 그리시오.

① ⇒

② ⇒

③ ⇒

④ ⇒

차시 2~4 차시

전기회로도 꾸미기

전기회로 1

전기회로 2

5. 차시별 학생 평가기준 및 방법

가. 관찰평가지(1차시)

번호 이름 상 중 하 배움과 성장의 기록

1 박○휘 ○ 도체와 부도체의 성질을 잘 알고 있음.

2 엄○원 ○ 간이 전기 탐지기를 창의적으로 잘 제작함.

3 오○조 ○ 간이 전기 탐지기로 전도도 측정을 할 수 있음.

4 정○윤 ○ 창의적인 아이디어로 간이 전기 탐지기를 만듦.

5 허○영 ○ 도체와 부도체의 성질을 잘 이해함.

6 현○명 ○ 간이 전기 탐지기의 원리를 설명할 수 있음.

나. 관찰평가지(2~4차시)

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1/6 상

여러 가지 전기 부품을 사용하여 간이 전기 탐지기 를 창의적으로 제작을 할 수 있으며 간이 전기 탐 지기를 통해 물질들의 전기가 통하는 정도를 알고 분류할 수 있다.

관찰평가 관찰평가지

중

여러 가지 전기 부품을 사용하여 간이 전기 탐지기 제작은 다소 어려워하였으나 간이 전기 탐지기를 통해 물질들의 전기가 통하는 정도를 알고 분류할 수 있다.

하

간이 전기 탐지기 제작 및 원리의 이해가 부족하여 전기 탐지기를 통해 물질들의 전기가 통하는 정도 를 알고 분류에 어려움을 겪는다.

2~4/6 상

여러 가지 전도성 물품을 사용하여 전기회로를 잘 꾸밀 수 있으며 전구를 직렬 연결할 때와 병렬 연 결할 때 전구의 밝기 차이도 명확히 비교하여 설 명할 수 있다.

관찰 및

산출물평가 관찰평가지

중

여러 가지 전도성 물품을 사용하여 전기회로를 꾸밀 수 있으며 전구를 직렬 연결할 때와 병렬 연결할 때 전구의 밝기 차이를 비교할 수 있다.

하

전기 회로의 이해가 낮아 전기회로 꾸미기를 어려워 하며 전구를 직렬 연결할 때와 병렬 연결할 때 전 구의 밝기 차이를 설명하지 못한다.

5~6/6 상

전기 회로의 다양한 구성을 통해 LED 의 빛의 밝기 를 다양하게 조절하여 명화의 특징과 명화 속 빛을 잘 표현할 수 있다.

관찰 및

산출물평가 관찰평가지

중

명화의 특징 또는 명화 속 빛을 전기 회로의 구성 을 달리하여 LED 의 빛의 밝기를 조절하여 표현할 수 있다.

하 LED 를 이용하여 명화 속 빛을 표현할 수 있다.

번호 이름 상 중 하 배움과 성장의 기록

1 박○휘 ○ 여러 가지 전도성 물품으로 회로를 구성할 수 있음.

2 엄○원 ○ 직렬연결과 병렬연결을 구분할 수 있음.

3 오○조 ○ 창의적으로 전기회로를 설계할 수 있음.

4 정○윤 ○ 직렬연결과 병렬연결의 차이를 설명할 수 있음.

5 허○영 ○ 전도성 실을 활용한 회로 작품을 잘 만듦.

6 현○명 ○ 다양한 조명의 연결방법을 이해하고 있음.

다. 관찰평가지(5~6차시)

번호 이름 상 중 하 배움과 성장의 기록

1 박○휘 ○ 명화의 특징을 잘 살려 LED회로를 구성함.

2 엄○원 ○ 전기회로를 다양하게 구성하여 작품을 완성함.

3 오○조 ○ 전선의 폭과 길이에 따른 LED빛의 변화를 이해함.

4 정○윤 ○ 창의적으로 회로를 설계하여 작품을 잘 만듦.

5 허○영 ○ 여러 가지 전도성 물품으로 회로를 설계함.

6 현○명 ○ 전기회로의 원리를 이해하여 작품을 구성함.

STEAM 프로그램 2 (에너지 분야) 에너지가 샘솟는 교실

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1~2/8 [6 수 05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하여 목적에 맞는 그래프로

나타내고, 그래프를 해석할 수 있다.

(과학) [6과17-02]

에너지와 생활

2 3~5/8

[6 과 13-01]

전지와 전구, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설명

할 수 있다. ^(국어)[6국01-02]

듣기.말하기 [6 과 13-02]

전구를 직렬연결 할 때와 병렬연결 할 때 전구의 밝기 차이를 비교 할 수 있다.

3 6~8/8

[6 미 02-03] 다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현 내

용을 구체화할 수 있다. ^(과학)[6과13-03]

전기의 이용 [6 실 05-04] 다양한 재료를 활용하여 창의적인 제품을 구상하고

제작한다.

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 7차시)

차시 주요내용

1~2/8

주제(단원)명 얼마나 사용하고 있나요?

관련 교과 : 수학 + 과학 + 사회

Co 블랙아웃 현상에 대한 영상 시청→우리 교실이 불랙아웃 된다면 어떤 일이 생길지 토의

CD 나라별 일일 에너지 사용량을 그래프로 산출 및 비교(지식산출)

CD 우리 교실 일일 에너지 사용량을 그래프로 산출(지식산출)

CD 나라별로 1인당 에너지 사용량 비교 및 의견 토론(아이디어 산출)

ET 에너지 절약에 대한 필요성 느끼기

3~5/8

주제(단원)명 건전지 없이 에너지가 생긴다구요?

관련 교과 : 미술 + 과학 + 국어 + 실과 + 사회

Co 휴대폰배터리가 없던 경험 공유→실생활에서의 압전소자의 활용 영상 시청

CD 모둠별 창의적 Squish Circuits-칼라점토회로 만들기 (아이디어 산출)

CD 압전소자에 대해 알아보고 Squish Circuits-칼라점토 회로에 압전소자 연결해 관찰하기

CD 모둠별 점토회로를 비교하면서 특징과 구조 이야기 나누기

ET 점토회로의 창의적 구성의 어려움과 보람, 심미적 가치에 대해 느끼기

6~8/8

주제(단원)명 에너지가 샘솟는 교실

관련 교과 : 실과 + 미술 + 과학 + 사회 + 국어 + 도덕

Co 고흐의 편지를 읽고 작품 감상하기

CD 압전소자와 칼라 점토를 활용하여 모둠별 고흐의 ‘별이 빛나는 밤에’ 만들기(제품산출)

ET 명화의 가치와 아름다움에 대해 느끼기

ET 활동 중간 중간 토의와 피드백을 반영하는 일련의 과정을 통해 제품 창출의 어려움과 보람 느끼기

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

학습 과정

교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점

중심과목 수학 학교급/학년(군) 초등학교 6 학년

중심과목 성취기준

영역

과학 [초등학교] (5) 자료와 가능성 중심과목 성취기준

[6수05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하여 목적에 맞는 그래프로 나타 내고, 그래프를 해석할 수 있다.

주제(단원)명 얼마나 사용하고 있나요? 차시 1~2/8

학습목표 에너지의 정의와 종류를 알 수 있다.

우리 교실에서 하루 동안 사용하는 에너지 사용량을 계산할 수 있다.

연계과목 과학, 사회 연계과목

성취기준 영역 ^(과학) [6과17-02]에너지와 생활

STEAM 요소

S 에너지의 개념, 에너지의 전환 T 에너지의 발생과정

E 블랙아웃 현상 A

M 큰 수에 대한 사칙연산, 주어진 자료를 그래프로 도식화

개발 의도

세계 여러 나라의 에너지 사용량을 그래프로 나타내어 비교해보고 내가 사용하는 교실의 에너지 사용 량을 직접 구해보는 활동을 통해 에너지 절약을 마음으로 느낄 수 있도록 하는데 수업 구성의 중점을 두 었다.

에너지를 절약을 마음으로 느끼게 하기 위해 블랙아웃(정전)에 대한 아이들의 사전 지식을 점검하고 우리 교실에 블랙아웃 현상이 벌어진다면 어떻게 될지 이야기 한다. 다음으로 우리가 교실에서 쓰고 있는 전기 에너지 이외에 다양한 에너지가 있음을 소개하고 에너지란 무엇인지, 어떻게 만들어져 우리 가 교실에서 사용하는 것인지 학습한다. 다음으로 세계 여러 나라의 에너지 사용량을 그래프로 나타내 어 비교하고 우리 교실의 하루 에너지 사용량을 계산해보는 활동을 통해 에너지 절약을 위해 실제 우 리가 사용하고 있는 에너지의 양을 정확하게 이해하도록 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

￭ ‘블랙아웃 현상’

￭ 우리 교실에 ‘블랙아 웃 현상’이 일어난다 면?

창 의 적 설 계

창의적 설계

￭ 에너지 절약에 대한 사례 알아보기

￭ 내가 직접 실천할 수 있는 방안 생각 해보기

감 성 적 체 험

￭ 에너지를 우리나라 말로 바꿔 보기

￭ 나라별 하루 에너지 사용량 그 래프로 나타내기

￭ 우리 교실의 하루 에너지 사용 량 계산해보기

감성적 체험

도입 ( 10 분)

Co 도입 : ‘블랙아웃현상’에 대해 들어보셨나요? 우리 교실이 블랙아웃(정전) 이 된다면 어떻게 될까요? (사회)

- ‘블랙아웃’에 대한 선개념 알아보기

- 우리 교실이라는 구체적 상황 속에서 ‘블랙아웃’ 현싱 적용해보기

동영상

전개 ( 60 분)

CD 전개

활동1 : 에너지란 무엇일까? (과학,수학)

① 에너지의 개념&종류 이해하기

- 사전에서 에너지 뜻을 찾고, 우리나라 말로 바꿔보기

② 에너지는 어디에서 올까?

활동2 : 세계 나라별 에너지 사용량 확인 (과학,사회,수학)

① 나라별 하루 에너지 사용량을 확인하여 그래프로 나타내기

② 나라별 1인 에너지 사용량 비교하고, 불균형 이유 예상해보기 -나라별 하루 에너지 사용량÷인구수 계산

활동3 : 얼마나 사용하고 있나요? (과학, 수학)

① 우리 교실 하루 에너지 사용량 계산해보기

-우리 학교 한 달 에너지 사용량 ÷ 등교일수 ÷ 교실 수 계산

활동4: 거꾸로 활동 안내 – 3차시 수업 전 미리 저항의 직렬과 병렬 연결과 관련된 영상 시청 및 온라인 실험(자바실험실 활용)하기

계산기

Tip! 큰 수에 대한 계산은 계산기를 활용한다

Tip! 행정실에 문 의하여 한 달 에 너지 사용량을 조 사한다.

Tip! 스마트 기기 를활용하여 자바 실험실 등을 통해 저항의 직렬과 병 렬연결을 추가로 학습할 수 있다.

https://javalab.org/?s=%EC%A 7%81%EB%A0%AC&searchsub mit=U

정리 ( 10

분)

ET정리 :에너지에 절약에 대한 사례 안내하고 내가 실천할 수 있는 방안 생각해보기 (과학,사회,수학)

- 에너지 절약에 대한 사례를 바탕으로 내가 직접 실천할 수 있는 방안 생각해보기

Tip! 직접 실철할 수 있는 에너지 절 약 방안을 실제 실 천 한 뒤 마지막 차시에서 발표해 볼 수 있도록 한다.

중심과목 미술 학교급/학년(군) 초등학교 6 학년

중심과목 성취기준

영역

과학 [초등학교] (13) 전기와 에너지 중심과목 성취기준

[6과13-01]

전지와 전구, 전선을 연결하여 전구에 불이 켜지는 조건을 찾아 설명할 수 있다.

[6과13-02]

전구를 직렬연결 할 때와 병렬연결 할 때 전구의 밝기 차이를 비교할 수 있다.

주제(단원)명 건전지 없이 에너지가 생긴다구요? 차시 3~5/8

학습목표

압전소자를 활용하여 칼라 점토 회로를 만들어 전구에 불을 켤 수 있다.

도체와 부도체의 성질을 이용하여 창의적인 컬러 점토 회로를 만들고 창의적 구성의 어려움과 보람을 느낄 수 있다.

연계과목 과학, 국어, 실과, 사회 연계과목

성취기준 영역 ^{(국어) [}6 국 01-02] 듣기.말하기

STEAM 요소

S 압전소자의 원리

T 에너지 수확, 에너지 수확기술 E 압전소자의 활용

A 창의적인 Squish Circuits-칼라점토회로 만들기

M

개발 의도

화석연료와 같은 에너지원을 사용하지 않고 에너지를 만들어낼 수 있는 방법을 안내하기 위해 버려지 는 에너지를 모아 재사용하는 ‘에너지수확’의 개념과 ‘에너지수확기술’에 대해 소개한다. 이중 압전효과를 이용한 방식을 통해 우리 주변에서 버려지는 에너지를 재사용 할 수 있음을 학습하고 이를 바탕으로 창 의적인 칼라점토회로를 만들도록 구성하였다.

‘에너지수확’의 의미와 ‘에너지수확기술’에 대해 알아보고 그 중 압전소자에 대해 구체적으로 탐구한 다. 이를 바탕으로 압전소자를 활용하여 우리 주변에서 버려지는 에너지를 재사용할 수 있음을 학습하 고 압전소자 및 도체와 부도체의 성질을 활용하여 창의적인 Squish Circuits-칼라점토회로를 만들어 창 의적인 구성의 어려움과 보람을 느낄 수 있도록 한다. 이때, 지난 시간에 제시한 거꾸로 활동내용을 통해 저항의 직렬과 병렬연결과 관련된 내용을 직접 확인 할 수 있도록 한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

￭ 휴대폰 배터리가 없 던 경험 공유

￭ 실생활에서의 압전소자 의 활용 영상 시청

창 의 적 설 계

창의적 설계

￭ Squish Circuits-칼라 점토회로의 창의적 구성의 어려움과 보 람 느끼기

￭ Squish Circuits-칼라 점토회로의 심미적 가 치 느끼기

감 성 적 체 험

￭ 에너지 수확과 에너지 수확기술 알아보기

￭ 압전소자의 활용 사례, 원리 알아 보기

￭ 컬러 점토 회로를 통해 도체(칼라 점토)와 부도체(고무찰흙)의 성질 알아보기

￭ 압전소자 및 도체와 부도체의 성 질을 활용하여 창의적인 Squish Circuits-칼라점토회로 만들기

￭ Squish Circuits-칼라점토회로의 특징과 구조 이야기하기

감성적 체험 학습

과정

교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점 도입

( 10 분)

Co 도입 : 휴대폰 배터리가 없어!! (사회)

- 휴대폰 배터리가 없었던 경험을 공유하고 압전소자를 활용한 휴대폰 배터리 충전 영상 및 실생활에서 압전소자가 활용되는 다양한 예를 살펴본다.

동영상

전개 ( 100 분)

CD 전개

활동1 : 에너지수확이란 무엇일까? (과학,국어) ① 에너지 수확의 의미와 필요성 생각해보기 ➁ 여러 가지 에너지 수확기술 대해 알아보기

활동2 : 압전소자란 무엇일까? (과학)

① 압전소자 활용 사례 안내하기

② 압전소자 원리, 구현방식 이해하기

활동3 : 저항의 직렬과 병렬 연결 및 압전소자를 활용하여 도체와 부도체 알아보기

? (과학)

압전소자, 발 광 다 이 오 드 (LED), 전선, 칼라점토, 고 무찰흙

① 칼라점토를 이용하여 저항의 직력과 병렬연결의 특성 알아보기(거꾸로 활동 활용)

① 활동지에 제시된 것과 같은 점토 회로 만들고 LED전구에 불켜기 - LED 전구에 불이 켜지는 이유 생각해보기

② 칼라 점토 사이에 칼라 점토를 붙여보고 LED전구 관찰하기 - LED 전구에 불이 켜지지 않는 이유는 무엇인지 생각해보기 - 도체(전류가 잘 흐르는 물질)를 연결하면 어떻게 될지 생각해보기 ③ 칼라 점토 사이에 고무찰흙을 붙이고

- LED 전구에 불이 켜지는 이유 생각해보기

- 부도체(전류가 잘 흐르지 않는 물질)를 연결하면 어떻게 될지 생각해보기

활동4 : 압전소자 및 도체와 부도체의 성질을 활용하여 창의적인 Squish Circuits-칼라점토회로 만들고 특징과 구조 이야기

하기 (과학,미술,국어)

① Squish Circuits-칼라점토회로를 어떤 모양과 형태로 만들지 디자인하기

② Squish Circuits-칼라점토회로에 압전소자 연결하기

③ Squish Circuits-칼라점토회로를 비교하며 그 특징과 구조에 대해 이야기 하기

Tip! 다 양 한 점토 작품을 제시하여 상 상력을 자극 하며, 칼라점 토회로의 디 자인 요소에 대해 고민한 뒤, 완성하도 록 한다.

정리 ( 10 분)

ET정리 : 점토회로의 창의적 구성의 어려움과 보람, 심미적 가치에 대해 이야기 하기(

(과학,,미술,국어)

- Squish Circuits-칼라점토회로의 특징과 구조 아름다움에 대해 이야기 나누기

중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등학교 6 학년

중심과목 성취기준

영역

실과 [초등학교] (5) 기술활용 중심과목 성취기준

[6실05-04] 다양한 재료를 활용 하여 창의적인 제품을 구상하고 제작 한다.

주제(단원)명 에너지가 샘솟는 교실 차시 6~8/8

학습목표 압전소자를 활용한 픽토그램을 제작하여 전시회를 열 수 있다.

압전소자로 직접 에너지를 만들어 에너지의 소중함을 느끼고 발표할 수 있다.

연계과목 미술, 과학, 사회, 국어, 도덕 연계과목

성취기준 영역 ^(과학) [6 과 13-03] 전기의 이용

STEAM 요소

S 압전소자 연결하기

T 압전소자로 LED 전구 불 켜기 E 압전소자를 활용한 명화 재구성하기

A 누름판 디자인, ‘찐! 별이 빛나는 밤에’ 전시회 M

개발 의도

압전소자를 활용한 에너지 발생장치를 직접 만들어 명화를 재구성하는 과정을 통해 과학·기술적 분야의 기본적 소양을 기르고 창의적인 설계능력 함양할 수 있도록 구성하였다. 또한 에너지 발생 장치와 명화를 결합하는 과정을 통해 에너지 절약의 필요성과 명화의 아름다움을 느낄 수 있도록 하였다.

고흐의 편지를 읽고 고흐의 작품 중 ‘별이 빛나는 밤에’를 실제로 빛을 내는 작품으로 재구성 하도록 문제 상황을 제시하였다. 이를 위해 에너지를 절약하여 빛을 발생시킬 수 있는 방법으로 압전소자를 활용한 에너지 발생 장치를 만들도록 하였다. 이를 바탕으로 고흐의 작품에 에너지 발생장치를 접목시 켜 실제로 별이 반짝이는 작품을 만들고 ‘찐! 별이 빛나는 밤에’와 같은 전시회 활동을 통해 작품을 감 상하고 에너지 절약의 필요성과 명화의 아름다움을 느낄 수 있도록 하였다. 나아가 첫 차시에서 활동 한 에너지 소비와 관련하여 에너지 절약을 다짐하고 이를 문구로 제작하여 발표하도록 구성하였다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

￭ 고흐가 보낸 편지 읽기

￭ 에너지를 절약하여 실제로 별이 빛나는 작품을 만들기 위한 다양한 방법 생각해 보기

창 의 적 설 계

창의적 설계

￭ 실제 에너지를 만들 며 에너지의 소중 함 느끼기

￭ 에너지 절약 문구 만들고 실천의지 다 지기

감 성 적 체 험

￭ 누름판 설계하고 에너지 발생 장치 만들기

￭ 고흐의 작품 칼라 점토로 만들 고 실제로 빛이 나도록 에너지 발생장치 연결하기

￭ 작품 전시회 하기(찐! 별이 빛 나는 밤에)

감성적 체험

학습 과정

교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점

도입 ( 5 분)

Co 도입 : 고흐가 보낸 편지 (사회,미술,과학) - 고흐가 보낸 편지를 읽고 고흐의 작품을 감상한다.

- 에너지를 절약하여 실제로 별이 빛나는 작품을 만들기 위한 다양한 방법을 생각해보 고 발표한다.

고흐의 편지 PPT

전개 ( 100 분)

CD 전개

활동1 : 누름판 설계하고 에너지 발생장치 제작하기 (사회,미술,과학,국 어)

① 누름판 디자인하기

- 효과적으로 작동하기 위한 누름판 생각해보기

② 누름판과 압전소자 연결하기

- 전구에 불이 들어오기 위한 회로도 생각하기 - 누름판과 연결하여 에너지 발생장치 완성하기 활동2 : 실제로 빛나는 ‘별이 빛나는 밤에’ 작품 만들기

① 컬러 점토와 고무 찰흙을 활용하여 별이 빛나는 밤에 작품 만들기

② 에너지 발생장치와 결합하여 실제로 별이 빛나는 밤에 작품 만들기 활동3 : 에너지가 샘솟는 교실 전시회 열기(찐! 별이 빛나는

밤에) (사회,미술,과학,국어)

① 개인별 제품을 발표하고, 누름판 디자인과 회로 구성 등을 발표하기.

② 다른 사람의 작품을 감상하고 피드백 해주기

활동4 : 에너지 절약 문구 만들기 (과학,미술,국어,도덕)

① 이제까지의 활동을 뒤돌아 보며 에너지 절약을 위해 내가 할 수 있는 일 생각해보기

② 에너지 절약을 다짐하는 문구 만들기

압전소다, 발광 다이오드(LED), 전선, 누름판 및 각종 만들기 재료

Tip! 칼라 점토 로 미술 작품을 만들 때 점토 사이에 고무 찰 흙을 넣어 불이 켜질 수 있는 회로도를 만든 다.

Tip! 다양한

색깔의 LED 를 활용하고 고흐 의 작품 외 다 른 미술 작품을 활용해도 좋다.

정리 ( 15 분)

ET정리 : 에너지 절약 문구를 발표하며, 에너지의 절약 실천 의지 다지기 (과학,미술,국어,,도덕)

- 활동을 통해 에너지 사용에 대한 나의 생각을 발표하고 에너지 절약을 위한 문구를 만들어 발표한다.

- 1,2차시 수업 정리 단계에서 활동한 ‘내가 실천한 에너지 절약 방법’을 실제 실천한 사례 중심으로 발표한다.

4. 학생활동지 및 학생참고자료

차시 1~2/8

상황제시 – ‘블랙아웃현상’에 대해 들어보셨나요? 우리 교실이 블랙아웃(정전)이 된다면 어떻게 될까 요?

- 블랙 아웃 관련 기사 읽기

- 우리 교실에 블랙아웃(정전)이 발생한다면 어떻게 될까요?

1-1. 에너지란?

1) 에너지란 무엇일까? 사전에서 에너지의 뜻을 찾아보고 우리나라 말로 바꿔봅시다.

2) 스마트 기기를 활용하여 에너지가 우리에게 오기까지의 과정 조사하기 출처 에너지 설비관리 (http://www.energycenter.co.kr/news/articleView.html?idxno=617)

2-1. 세계 나라별 에너지 사용량 확인하기

- 선생님이 제시해주는 자료를 바탕으로 나라별 하루 에너지 사용량을 확인하여 그래프로 나타내기 (스마트 기기 활용)

- 나라별 1인당 하루 에너지 사용량 계산하기

3-1. 얼마나 사용하고 있나요? - 우리 교실의 하루 에너지 사용량 계산해보기 - 우리 교실의 하루 에너지 사용 방법

4-1. 거꾸로 활동 - 3차시 수업 전 미리 저항의 직렬과 병렬 연결과 관련된 영상 시청 및 온라인 실험(자바실험실 활용)하기

1) 전류, 전압, 저항 - https://youtu.be/MVbQH_fZ5M4 2) 직렬연결, 병렬연결 - https://youtu.be/rQ0iJzJUbHk

3) 자바 실험실 - https://javalab.org/?s=%EC%A7%81%EB%A0%AC&searchsubmit=U

5-1. 내가 실천할 수 있는 에너지 절약 방안 생각해보기 나라별 전체 사용량 ÷ 총 인구수

우리 학교 한 달 에너지 사용량(선생님 제시) ÷ 등교일수 ÷ 교실 수

차시 3~5/8

상황제시 – 휴대폰 배터리가 없었던 경험 이야기 해보기, 실생활에서 압전소자를 활용한 예 1) 영국 런던의 사례 https://youtu.be/opD1jg8MbQU

2) 부산 건강 기부 계단 https://youtu.be/zQkOWM0hnqk

3) 부산 서면 지하철의 예

1-1. 지난 시간에 배운 에너지의 의미를 떠올려 봅시다.

1-2. Energy harvesting(에너지 수확)

1) Energy harvesting(에너지 수확)이란 무엇일까? 이미 알고 있거나 단어에서 느껴지는 생각을 기록 해 봅시다.

2) 자신이 알고 있는 신재생에너지의 의미와 종류를 기록해 봅시다.

3) 신재생 에너지란?

신재생 에너지란, 석탄, 석유, 원자력 및 천연가스 등 화석연료가 아닌 태양에너지, 바이오매스, 풍 력, 소수력, 연료전지, 석탄의 액화, 가스화, 해양에너지, 폐기물에너지 및 기타로 구분되고 있고 이외 에도 지열, 수소, 석탄에 의한 물질을 혼합한 유동성 연료를 의미한다. 그러나 실질적인 신재생에너 지란, 넓은 의미로는 석유를 대체하는 에너지원으로 좁은 의미로는 신·재생에너지원을 나타낸다.

4) Energy Harvesting(에너지 수확) 기술이란?

에너지 수확기술은 태양광 발전처럼 개별 장치들이 태양광, 진동, 열, 바람 등과 같이 자연적인 에 너지원으로부터 발생하는 에너지를 모아서 유용한 전기에너지로 바꾸어 사용할 수 있도록 하는 기술

을 말합니다. 이 기술은 현재 신재생에너지 원천 기술로 주목받고 있으며,현재 압전방식, 광전효과, 열전효과 이렇게 세 가지 방식으로 개발이 되고 있습니다.

① 광전효과

광전효과는 금속 등의 물질이 고유의 특정 파장보다 짧은 파장을 가진 전자기파를 흡수했을 때 전 자를 내보내는 현상입니다. 높은 에너지를 갖는 파장이 짧은 에너지를 받게 되면 그 물질 내의 전자 가 방출되며 에너지를 생성하게 되는 구조입니다.

② 열전효과

열전효과는 물체의 온도 차를 전압으로 혹은 전압을 온도 차로 직접 전환되는 현상을 말합니다.

온도가 높은 물체의 전자들은 온도가 낮은 물체의 전자들보다 더 높은 운동에너지를 갖게 되고, 두 물체가 연결되는 경우 고온부의 전자들이 저온부로 퍼지며 전위차가 발생하는 현상을 이용하여 전기 를 발생시키게 됩니다. 이 열전효과를 이용하면 우리 몸의 체온을 이용해서 전기를 생산하는 것도 가능합니다.

③ 압전방식

압전 방식이란, 압전 특성이 있는 물질에 압력이나 진동을 가하면 전기가 생기고, 반대로 전기를 가하면 진동이 생기는 현상을 이용해 압전 소재를 매개로 기계적 에 너지와 전기적 에너지가 상호 변환되는 방식을 말합니다. 압전 소재로 많이 사용되는

것은 납, 질콘, 티탄입니다. 최근 환경문제로 규제가 늘어나서 납을 사용하지 않고 폴리머 계열 소자에 대한 개발이 진행되고 있습니다. (대표적인 폴리머 소재로는 염화비닐, 나일론이 있습니다.) 이러한 원리를 이용해서 전기를 발생 시키는 것을 압전효과에 의한 에너지 수확기술이라고 합니다.

2-1. 압전소자(壓電素子 , piezoelectric effect element)

기계적 힘을 가해주면 이에 비례하는 전기를 발생하고, 역으로 전기를 가해주면 이에 비례하는 변 형이 생기는 에너지 변환 소자입니다. 1880년 프랑스의 자크 퀴리(Jacque Curie)와 피에르 퀴리 (Pierre Curie) 형제가 처음으로 발견한 것으로, 기계적인 외력이 가해지면 전압이 발생하거나 반대로 전압이 걸리면 기계적인 변형(일그러짐)이 발생하는 소자를 말합니다.

2-2. 압전소자 알아보기 1). 압전소자 관찰

압전소자에 LED를 연결한 후 조작적 관찰을 해보자.

관찰 결과

압전소자(압전 에너지)의 장점

3-1. 도체와 부도체

본인이 알고 있는 도체와 부도체의 의미를 적어봅시다.

우리 주변의 도체 우리 주변의 부도체

4-1. 창의적 설계 - Squishy Circuits

컬러 점토를 이용하여 회로도를 만들어 봅시다.

https://youtu.be/PT0f9pKrGRM

감성적 체험 - 점토회로의 창의적 구성의 어려움과 보람, 심미적 가치에 대해 이야기해 봅시다.

기본회로에서 컬러점토와 고무찰흙은 각각 어떤 역할을 할까?

기본 회로도에서 컬러 점토의 굵기가 굵어지면 어떻게 될까?

기본 회로도에서 컬러 점토의 길이가 길어지면 어떻게 될까?