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“이 보고서는 2013년도 정부(교육부)의 재원으로

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“이 보고서는 2013년도 정부(교육부)의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임”

(2)
(3)

I. 서론

1 필요성 및 목적

가. 연구의 필요성

1) 지식기반사회에서의 지식 창조를 위한 사고력 중심 교육 요구

◦ 오늘날 지식이 가치창출의 원천이 되면 끊임없이 새로운 지식이 쏟아져 나 오고 또한 끊임없이 새로운 지식을 쏟아내어야 살아갈 수 있게 됨

c 이러한 시점에서 통합적으로 지식을 연계하고 종합적으로 사고할 수 있는 교 육을 요구함

◦ 빠르게 변화하고 있는 사회에서 적응할 수 있는 사고력 육성

 2) STEAM 교육으로의 패러다임 전환

◦ 최근 사회에서 일어나는 현상은 하나의 학문으로는 해결하기 힘든 경우가 많다. 이로 인해 국가에서도 STEAM 교육으로의 패러다임을 전환하려는 노 력이 엿보인다.

◦ STEAM 교육은 분권화된 교육과정이 아닌 융합하여 무엇인가 새로운 것을 창조하여 창조적이고 역동적인 교육과정이다.

3) 학교 상황을 고려한 융합교육프로그램 개발과 적용이 필요

◦ 현재 중학교 교육과정은 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 교과가 상호 엄격하게 분리되어 있어 현실세계의 복합적인 상황과 상호 연관성이 결여되어 있는 실정

◦ 프로젝트 학습은 학생들이 배운 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 이론과 내 용의 통합적 이해를 바탕으로 프로젝트를 계획하고 조사와 탐구 활동을 통해 흥미롭고 자기주도적인 학습 과정을 진행

◦ 이를 통행 수학, 과학, 기술, 공학의 흥미를 이끌어 이공계 분야의 진로 선택 을 확대할 수 있음

◦ 따라서 학교 상황을 고려하여 최신 기술을 반영한 융합인재교육 기반의

공학 프로젝트를 개발할 필요가 있음

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2. 연구의 목적

이 연구는 STEAM 교육 프로그램을 개발하는데 목적이 있으며, 그 구체적인 목 적은 다음과 같다.

◦ 새로운 해부기를 발명하여 발명 경진대회에 출품한다.

◦ 국내․외 STEAM 교육 관련 프로그램을 고찰하여 시사점을 도출한다.

◦ 과학, 기술, 공학, 예술이 융합된 STEAM 교육과정을 분석한다.

◦ 분석한 교육과정을 토대로 학교 현장에서 수업 가능한 STEAM 기반 공학 프로젝트를 개발하고 적용한다.

◦ 개발한 STEAM 기반 공학 프로젝트를 토대로 교사와 학생용 교재 및 교수 학습 과정안, 교구를 개발한다.

3. 연구의 목표

가. STEAM과 함께 하는 공학 프로젝트 주제 2가지 선정 1) 학생 스스로 선정한 주제

◦ 교육과정 및 중학생 수준 및 흥미에 따라 주제 2가지를 선정함 ◦ 학습자의 지적, 정신적, 신체적 발달 수준에 적합

2) 실용성이 높은 주제

◦ 실제로 이용되고 있고, 해당 분야에서 이슈가 되고 있는 기술을 기반으로 선 정

나. STEAM과 함께 하는 공학 프로젝트 개발 <연구 산출물>

1) 융합교육실현을 위한 STEAM 기반 공학 프로젝트

◦ 선정된 주제의 STEAM으로 구현 가능한 프로젝트 개발

2)

한양대학교 STEAM 수업모델 연구단의 모델 개발 주요 요소 고려(6-Factor)

F1. 창의성에 기반한 STEAM에 대한 통합적이고 융합적 사고를 위한 교육 F2. 융합시대에서 필요한 시대정신 반영

F3. 빠른 과학기술의 변화와 발전을 빠르게 과학교육 현장에 도입하고 적용하는 적시교육 F4. 미래를 예측하고 이에 대비한 과학기술공학인재 양성과 미래직업탐색을 위한 교육

F5. STEAM교육의 효율성과 창의성 및 흥미를 유발하기 위한 다양하고 창의적 수업 방법론 도입 F6. 과학기술공학적 행위에 대한 의미와 가치 및 도덕적 기준과 규범을 터득하도록 교육

3) 효과적인 프로그램 운영을 위한 콘텐츠 개발

◦ 차시별 교육 자료, 교사용 지도서, 교사 및 학습자 교재, 교구 개발

- “ 해부기 제작” 모형과 발명대회 출품, “항공모함 활주로” 모형

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다. 학교 상황에 적합한 STEAM 공학 프로젝트 운영 방안 제시 1) 학교운영계획에 실행 가능하도록 구성

◦ 본교 및 일반적인 중학교 교육과정을 고려한 STEAM 교육 운영방안을 제시 2) 학교 환경의 실행 가능성 고려

◦ 일반적인 중학교 과학실, 기술실 등을 고려한 학교 환경 내의 실습 활동의 실행 가능성을 고려

3) 우수작을 충청남도 과학발명품 경진대회에 출품하여 학습자의 동기부여와

프로젝트의 저변 확대를 기대

(6)

2 용어의 정의

가. 의료 공학(보건 의료 기술,保健醫療技術)

치료 및 진단 기술, 의료기기, 의료 관리체계, 제약 등을 포함하여 인간의 건강 증진과 질병예방, 치료, 재활 및 요양 등 건강에 관련된 기술을 통칭한다.

1) 영국국립보건연구원(NIHR)의 정의

' 건강증진, 예방, 치료, 재활, 요양 등 인간의 건강에 관련된 모든 방법적 기 술을 가리키며, 제약과 의료기구, 치료기술, 진단기술, 의료관리체계 등을 포괄' 하는 개념이다. 또 미국국립보건원(NIH)은 '건강관리에 건강과 관련된 지식들 을 실질적으로 적용하는 모든 기술'이라고 정의한다. 인간의 건강과 관련된 기 술을 광범위하게 지칭하는 용어로서 이와 관련된 산업을 보건의료산업이라 지 칭한다.

2) 한국의 정의(보건의료기술진흥법 2조 1항)

◦ 의과학·치과학·한의학·의료공학 및 의료정보학 등에 관련되는 기술

◦ 의약품·의료기기·식품·화장품·한약 등의 개발 및 성능 향상에 관련되는 기술 ◦ 그밖에 인체의 건강과 생명의 유지·증진에 필요한 상품 및 서비스와 관련되

는 보건·의료 관련 기술

◦ 법률로 보건의료기술의 발전을 뒷받침함.

국내에서 최초로 이루어진 기술개발의 성과나 기존 기술의 개량에 따른 새로운

보건의료기술은 보건복지부 장관이 '보건신기술'로 인증하고 지원한다. 보건복지

부 장관 직속의 보건의료기술 정책심의위원회를 두고, 연구개발사업 전문기관을

지정하며, 연구중심병원을 육성한다. 보건의료기술과 이를 이용하여 생산한 제

품(식품 및 화장품에 관한 기술과 제품은 제외)에 대한 경제성과 성과를 분석

하는 업무를 수행하기 위하여 한국보건의료연구원을 설립하였으며, 별도의 법률

을 제정하여 한국보건산업진흥원을 설립하였다.

(7)

나. 토목 공학

인류 문명 발달의 가장 기본이 되는 자연 및 사회의 각종 재해와 공해로부터 인류를 보전하며, 국토 환경을 물리적으로 개조하여 인간의 생활에 더 쾌적하고 유용하게 쓸 수 있도록 연구하고, 인간과 자연의 공존을 생각하고 기술과 인간 의 조화를 현실화하여 인간생활의 기반을 구축하고, 인류의 문명을 실현하여 사 회를 유지하는 가장 기본적인 학문이다.

토목공학은 수리, 물리, 화학 등 자연화학을 이용한 모든 공학의 근간을 이루는 분야로, 도로, 교량, 고층구조물, 터널, 철도 및 지하철, 공항, 항만 및 해양시설, 댐, 운하, 수력발전소, 조력발전소, 원자력발전소 및 플랜트 설비 등 각종 사회 기반시설물의 계획, 설계, 해석, 시공, 유지관리, 운용 및 철거, 그리고 인간생명 의 근원인 상하수도, 수로, 하천 등의 수자원 및 교통, 도시계획 등 국토건설, 산업입지조성 등 인류 생활환경 관리에 관한 이치와 방법 등을 연구하는 학문 이며, 또한 지형 공간 정보, 우주정거장 및 기지와 같은 인류 미래를 위한 지구 환경의 유지, 개발 및 관리와도 연계되는 응용과학 기술분야로서 기술 집약적인 최첨단 학문으로 발달해왔다.

토목공학은 유사 이래로 인류의 삶을 질적으로 향상하는 데 큰 역할을 수행해

오고 있으며, 공학의 뿌리로서 건축, 기계, 전기 등 각종 공학분야들이 진보됨

에 따라 전문화하여 분리, 독립하였다.

(8)

3 연구의 범위

가. 연구 방향 및 내용 설정

1) 문헌 연구는 "STEAM과 함께 하는 의료, 건설 공학 프로젝트"를 위해 다음 과 같은 내용을 대상으로 함

◦ 국내․외 통합교육, 교수설계, 교육 자료의 문헌을 통한 연구 동향과 시사점 도출

◦ STEAM 기반 프로젝트의 교육 관련 사례 분석-연세대학교 세브란스 병원을 방문하여 수술도구 관찰, 인터뷰

◦ STEAM 교육 동향 및 사례 분석

 2) STEAM 공학 프로젝트 개발

◦ 의료공학이란 의학기술을 이용하여 인간에게 수명 연장과 삶의 질 향상을 확보하고 건설공학 또한 인간의 삶의 질 향상에 기여함

◦ 이 연구는 STEAM 공학 프로젝트를 개발하여 학교현장에서 활용할 수 있도 록 하며, 토요프로그램 및 방학 중 프로그램을 운영

◦ 중학교 교육과정과 교과서에서 발견할 수 있는 지식과 원리를 중심으로 주 제를 선정

◦ 학생들은 프로젝트 수행 과정을 통해 인문학과 수학, 과학 원리에 기술적 활 용과 공학적 문제 해결 능력, 창의력을 향상시킴

◦ 과학(Science), 기술(Technology), 예술(Arts), 수학(Mathematics) 분야의 교사와 교육공학, STEAM 내용 전문가 집단을 구성하여 이론에 충실하면서 도 창의적인 프로그램 개발

3) STEAM 공학 프로젝트 콘텐츠 개발 - 플래쉬, 동영상

◦ 교과 지식, 원리, 기술적 활용, 공학적 프로세스를 제시해야 하므로 프로그램 의 효과적 운영을 위한 콘텐츠를 개발함

◦ 과학(Science), 기술(Technology), 예술(Arts), 수학(Mathematics) 분야의 교사 간 지속적인 협의와 자문위원의 피드백 과정

◦ 학교 환경에서 실행 가능하도록 개방적이고 실제적 콘텐츠 개발

(9)

나. 연구 내용 및 범위

연구의 내용 연구의 범위

연구방향 및 내용 설정

ㅇ 문헌연구 및 국내․외 사례 수집

ㅇ 전문가 협의회 : 각 교과별 교사, 교육 공학 전문가 , STEAM 내용 전문가(자문위원)로 구성하여 연구방향 논의

프로젝트 과제선정

ㅇ 교과별 내용 분석, 예비 주제 선정 ㅇ 주제 선정 준거

(수준 적합성, 현실 세계와의 관련성, 실습활동 실행 가능성, STEAM관련성)

ㅇ STEAM 기반 프로젝트 프로그램 과제 2가지 선정

⇩ STEAM과

함께 하는 의료, 건설공학

프로젝트 개발

ㅇ 교육 목표 설정

ㅇ 프로그램의 활동 분석 및 세부 활동 명료화 ㅇ 교육 프로그램의 학습내용 선정 및 조직 ㅇ 교육 프로그램의 내용 구성

⇩ 프로그램 콘텐츠 개발

ㅇ 교육 프로그램의 내용 작성

ㅇ 교육자료, 교수자 교수학습 과정안, 학습자용 자료 개발

운영 ㅇ 운영(방학, 학기 중)

프로그램 평가 ㅇ 교육 프로그램의 평가(학생 및 전문가 집단) ㅇ 수정 및 보완

보고서 작성 ㅇ 개발 프로그램의 평가 및 개선 방안 마련 ㅇ 학교 운영방안 제시 및 보고서 작성

<표> 연구내용 및 범위

(10)

다. 연구 개발 과정 개요

이 연구의 목적을 달성하기 위한 STEAM 기반 감성공학 프로젝트 연구와 개발 의 기본 흐름은 다음과 같이 수행된다.

연구의 흐름 연구/개발 참여

교사연구회의 조직과 설계 : 연구계획서 작성

•전문 연구개발/자문팀 조직 (전문가)

•연구 개발을 위한 기본 연구 계획 수립 - 워크샵

연구/개발의 설계 및 구체화 • 연구개발팀

교육 프로그램 개발을 위한 전략 탐색 및 개발 • 연구개발팀

• 제1차 자문위원회

국내외 문헌 수집 및 분석

• 국내 자료 수집 • 국외 자료 수집 • 연구개발팀

교육 프로젝트 프로그램 주제 개발 • 연구개발팀

• 제2차 자문위원회

STEAM과 함께 하는 의료, 건설 공학 프로젝

트 개발 • 연구개발팀

교육 프로그램 초안 • 연구개발팀

교육 프로그램 콘텐츠 개발 전략 구안 및 개발 • 콘텐츠 개발팀

• 제3차 자문위원회

 교육 프로그램의 타당화

• 운영

• 타당성 평가

• 제4차 자문위원회

교육 프로그램 최종안 개발 • 연구개발팀

보고서 제작 • 연구개발팀

<표> 연구개발 과정의 흐름

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라. 연구 내용 및 연구 방법

연구 내용

연구 방법

• 국내․외 통합교육, 교수설계, 교육 자료 탐색

• 프로젝트 학습 중심의 교육 관련 사례 분석

• 융합인재교육(STEAM) 동향 및 사례 분석

• 문헌 고찰

• 워크숍

• 인터뷰

• 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 학습 개발 모형 ➡ • 문헌 고찰• 모형 연구

• 워크숍

• 교육 프로그램 개발

∙ 교과별 내용 분석, 주제 선정

∙ 주제 선정 준거

• STEAM과 함께 하는 의료, 건설 공학 프로젝트 개발

∙ 차시별 교육 목표 설정

∙ 교육 프로그램의 학습내용 선정 및 조직

∙ 교육 프로그램의 내용 구성

➡ • 문헌 수집 및 분석

• 모형 개발 연구

• 워크숍

• 교육 프로그램의 내용 작성

• 교육자료, 교수자 교수학습 과정안, 학습자용 콘텐츠 개발 ➡

• 콘텐츠 개발 연구

• 워크숍

• 교육 프로그램의 운영

• 교육 프로그램의 최종안 개발

• 평가 및 수정, 보완

• 자문위원회

• 교육 프로그램의 적용을 위한 방안

• 교육 프로그램의 개선 방안 ➡ • 방안 연구

<그림> 연구의 방법

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II. 이론적 배경

1 관련 이론 탐색

가. STEAM(융합인재교육) 개요

STEM 통합교육은 최근에 미국의 학교교육에서 시작된 통합교육의 방법이다. 기 존의 통합교육 방법으로는 STS 교육, MST 교육 등이 있었다. 그러나 미국은 2003 년 이후 PISA 성적에서 과학, 수학 등의 점수가 다른 국가에 비하여 하위권 을 차지하게 됨으로써 근본적인 대책을 강구하고자 하였으며, 그 방법으로 등장한 것이 STEM 통합교육이다. 미국에서는 과학기술 경쟁력 향상을 위하여 STEM 통 합교육에 대한 정부의 지원이 적극적이며 2011년 정부 예산이 4조원 정보에 이르 고 있다(Business-Higher Education Forum [BHEF], 2010; 김진수, 2011a).

STEM 통합교육은 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 수학 (Mathematics) 과목 또는 내용을 통합적으로 가르치고자 하는 것이다. 미국에서는 최초로 Virginia Tech에서 처음으로 대학원 기술교육 전공과정에 통합적 STEM 교 육 전공과정(Integrative STEM)을 개설하면서 본격적으로 프로그램 개발에 관련 된 논의가 시작되었다. 마찬가지로 영국에서도 STEM 통합교육에 관련된 국가적인 정책을 세우고 이를 체계적으로 교육하고자 하는 움직임이 있다(한국과학기술부, 2007). STEM 통합교육은 과학, 수학, 공학, 기술 등 과목의 흥미와 학생들의 기 술적 소양을 높이기 위한 대안적 교육이며 나아가 여러 교과에서 활용할 수 있는 맥락적 지식 및 실생활 문제해결력의 증진을 지향하고 있다(김진수, 2011b).

STEAM 통합교육은 기존의 과학기술을 강조하는 STEM 교육에 예술(Arts) 내 용을 추가하여 교육하기 위한 한국 정보의 교육 정책이다. 김진수(2011a)는 STEAM 통합교육에 대해 아래와 같이 제시하였다.

과학기술과 예술을 융합한 교육을 함으로써 국가 과학기술 경쟁력 향상에 도 움이 될 것이라 판단하며 STEAM에서의 Art(예술)란 좁은 의미로는 디자인 중심 의 미술 및 음악을 생각할 수 있지만, 넓은 의미에서의 예술이란 fine arts의 미술 외에도 liberal arts의 인문 교양 분야, language arts의 언어 소통 분야까지도 모두 포함할 수 있으며(p.399), STEM 교육에 예술(Arts)을 포함한 STEAM 교육을 함 으로써 실생활과의 관련성을 더욱 높일 수 있고 흥미도 높아지는 수업을 할 수 있 다(Yakman & Jinsoo Kim, 2007; 김진수, 2011a)고 하였다.

김진수(2011a)는 Yakman(2007)이 개발한 STEAM 피라미드 모형을 한글로 번

역하였다. 과학(Science)의 내용 영역은 물리, 화학, 생물, 지구과학, 생화학으로

보았으며, 기술(Technology) 내용 영역은 제조 기술, 생산 기술, 농업, 통신 기술,

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수송 기술, 산업 공예, 동력 및 에너지, 정보 기술로 보았다. 또한 공학 (Engineering) 내용 영역은 전기, 컴퓨터, 화공, 항공, 기계, 산업, 재료, 해양, 환 경, 유체, 토목으로 보았으며, 수학(Mathematics) 내용 영역은 대수학, 기하학, 삼 각법, 미적분학 이론으로 보았으며, 예술(Arts) 내용 영역은 물리적, 미술, 언어, 교양, 철학, 심리학, 역사로 보았다. 이러한 내용의 STEAM 통합교육에 의하여 결 국은 전인 교육(holistic)을 할 수 있다는 것이다(Yakman & Jinsoo Kim, 2007;

김진수, 2011a). 이 연구에서는 [그림]과 같이 번역 일부를 수정하였다. 예술 (Arts) 내용 영역인 물리적, 미술, 언어, 교양, 철학, 심리학, 역사를 체육, 미술/수 공예, 언어, 교양으로 수정하였고 교양에 사회학, 교육학, 철학, 심리학, 역사학이 포함되도록 수정하였다.

Holistic STE@M

STEM A

과학 기술 공학 수학 예술

물리 화학 생물 지구과학 생화학

제조기술 생산기술 농업 통신기술 수송기술 산업공예

동력 및 에너지

정보기술

전기 컴퓨터 화공 기계 항공 재료 산업 환경 해양 토목 유체

대수학 기하학 삼각법 미적분학 이론

체육 미술/수공예 언어 교양

사회학 교육학 철학 심리학 역사학

생애 1차 변천

2차

전문

전체

통합

다학문

학문 영역

내용 영역

<그림> STEAM 교육의 피라미드 모형 출처 : G. Yakman & Jinsoo Kim(2007). 수정

국내외 STEM 통합교육 또는 STEAM 통합교육 연구 사례는 다음과 같다.

Sanders(2006) 는 Technology teacher education conference에서 STEM 교육의 정당성, STEM 교육 프로그램의 구성, STEM 교육의 개발과 보급에 대해 분석하 였고 2007년에는 Wells와 공동으로 STEM 교육의 필요성을 역사적․이론적․경제적․

정치적 배경 측면에서 연구하였다. 2009년에는 The Technology Teacher에

'STEM, STEM Education, STEM mania' 를 발표하여 통합적 STEM 교육을 소개

하였다(배선아, 2009). STEAM 교육에 관한 최초의 논문은 Yakman, 김진수

(2007) 가 2007년 10월에 국제학술대회에서 발표한 논문이다. 이 논문에서는 한국

에서 인기 있는 정신 스포츠 종목 중의 하나인 바둑(Baduk)을 주제로 하여

STEAM 통합교육의 방법을 제시하였다.

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<그림> 문대영의 STEM 통합 접근 모형

출처 : 문대영(2009). STEM 통합 접근의 사전 공학 교육 프로그램 모형 개발.

문대영(2008)은 초․중등 교육과정과 공학 교육 관련 문헌을 토대로 모형을 설계 하고 공학 교육 분야 전문가를 대상으로 타당도를 검증하여 [그림]와 같은 STEM 통합 접근 모형을 설계하였다. 이 모형은 교과의 내용 지식 부분과 탐구 방법을 통 합하여 조망하는 데 시사점이 되었다.

최유현, 문대영, 강경균, 이진우, 이주호(2008)는 'STEM 기반 발명영재교육 프 로그램 개발과 적용 효과'에 대한 연구를 수행하였다. 이 연구는 STEM 기반의 발 명영재교육 프로그램을 개발하고 그 효과를 알아보기 위해 수행되었다. 특히 개발 한 STEM 기반의 발명영재교육 프로그램은 Renzulli의 심화학습 3단계와 문대영 (2008) 의 'STEM 통합 접근의 사전 공학 교육 프로그램 모형 개발' 연구에 의해 소개된 STEM 통합접근 모형을 기반으로 하였다.

배선아(2009)는 '공업계열 전문계 고등학교 전기․전자․통신 분야의 활동 중심

STEM 교육 프로그램 개발'에 대한 연구를 수행하였다. 이 연구는 전문계 고등학

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교 교육 현장에 적용할 수 있는 STEM 교육 프로그램을 개발하였다는데 의의가 있다(송정범, 2010, pp. 21-24).

송정범(2010)은 STEM 통합 교육을 위한 교실 친화적 로봇교육 모형 및 프로그 램 개발에 관한 연구에서 초등학교 수준에서 로봇이라는 주제를 중심으로 STEM 통합 교육을 하였다. STEM 통합 교육을 통해 학생들의 수학과 과학에 대한 태도 가 향상되었다고 제시하였다.

나. STEAM(융합인재교육) 모형

국내에서는 김진수(2008)가 미국의 STEM 교육의 등장 배경과 국내 도입 필요 성을 소개하며, STEM 교육 모형을 설계하여 소개하였다. 특히 STEM 교육 모형 은 기존 학문 통합 유형 분류 모형인 다학문, 간학문, 탈학문 통합교육 모형을 기 본으로 하여 STEM 통합교육 모형을 설계하였다.

김진수(2011a)는 여기에 예술(Arts)을 추가하여 [그림]와 같은 STEAM 통합 모형을 구안하였다. <모형 1>의 기술(T) 과목이 중심에 있는 이유는 STEM 통합 교육을 할 때 활동 중심의 수업을 하기 위해서는 기술 과목 중심의 수업이 유리하 기 때문이며, <모형 1>을 연계형(connection), <모형 2>를 통합형(integration),

< 모형 3>을 융합형(fusion 또는 conergence)으로 명칭을 정하였다.

T

S E

M A

M

A

T

E S

STEAM

<모형 1>다학문, 연계형 <모형 2>간학문, 통합형 <모형 3>탈학문, 융합형

<그림> STEAM 교육을 위한 '김진수의 통합 유형' 출처 : 김진수(2011a). STEAM 교육을 위한 큐빅 모형. p.130

(16)

다. 창의적 STEAM 교육의 큐빅 모형

김진수(2011a)는 초중등학교의 창의적 STEAM 교육을 위한 프로그램을 개발하 기 위해서는, 우선 STEAM 교육의 이론 정립과 이론적 모형이 있어야 하고 STEAM 교육의 표준이 개발된 후, 수업 모형 개발 및 수업용 프로그램 개발이 진 행되어야 한다고 하였다. 이에 통합교육 과정 이론, STEM 교육과 STEAM 교육 및 창의성 교육에 관한 문헌 연구를 바탕으로 STEAM 교육을 위한 '김진수의 큐 빅 모형(Jinsoo Kim's Cubic Model)을 구안하였다. 이 큐빅 모형은 X축은 학문의 통합 방식에 따라 다학문적 통합, 간학문적 통합, 탈학문적 통합으로 분류한 것이 고, Y축은 학교급에 따라 초등학교, 중학교, 고등학교, 대학교로 분류한 것이며, Z 축은 통합의 요소에 따라 활동 중심, 주제 중심, 문제 중심, 탐구 중심, 흥미 중심, 경험 중심, 기능 중심, 개념 중심, 원리 중심으로 분류한 것이다. 그리고 이 모든 STEAM 통합교육은 창의성을 기를 수 있는 환경을 가질 수 있도록 캡슐로 둘러싸 고 있다(p.132).

구안한 모형에 대해 타당성을 확립하기 위해 연구자는 STEAM 분야의 교수진과 교사들을 상대로 워크숍을 통하여 수정하고 한국연구재단의 STEM 교육 국가프로 젝트 연구진들을 대상으로 세미나를 통해 수정하였으며, 교육학 분야의 통합 교육 전문가와 창의성 전문가인 교육학박사들로부터 자문은 받아 모형을 수정하였다. 이 처럼 전문가와 관련자들로부터 의견을 받아 수정하여 [그림]과 같이 최종 모형을 확정하였다.

이 큐빅 모형의 특징은 STEAM 통합 교육이 초중등교육에서 고등교육까지 적용 할 수 있도록 학교급 간을 분류하였고, Z축의 통합 요소도 9가지로 폭넓게 제시함 으로써 모든 과목에서 적용이 용이하도록 하였다. 그리고 큐빅 전체를 창의성의 캡 슐을 씌워 창의성을 기를 수 있는 환경을 구성하도록 제안하였다.

<그림> 창의적 STEAM 교육을 위한 '김진수의 큐빅 모형' 출처 : 김진수(2011). STEAM 교육을 위한 큐빅 모형. p.133

(17)

단계 설계 절차

주요 산출몰/활

Ⅰ.수업의 기초 설계 단계

I

dentification

1. 통합 교육의 목표 설정하기

□ 창의적(창조적) 사고 중심 □ 융합적 지식의 창출 중심

□ 실용적 문제해결력 중심 □ 배려의 협력적 소통 중심 2. 통합 유형 선정하기

□교과기반 유형 __□과학 □공학/기술 □예술 □수학

□교과통합 유형 __□STEAM 통합

□STEAM 통합 + [ ] 교과

□RST(공학기술제품)기반 유형 __□과학 □예술 □수학

□기타 [ ]

3. 적용할 수업 구체화하기

□ 창의적 체험활동 □ 동아리 활동

□ 방과후 교육활동 □ 기관 연계 활동

□ 기타 ( )

4. 학습자 특성 조사하기

학교급 : □초, □중, □고 학년 : [ ]학년

학생 특성 : ( )

지역 특성 : □대도시, □중소도시, □군단위, □읍면단위 5. 가용한 인적/물적 자원 및 공간 확인하기

S T E A M 수업의 목 표, 내용, 범위 설계

Ⅱ.수업 주제 설계 단계

D

esigning

1. STEAM 학습 주제 구상하기

2. 통합 교과의 핵심개념(keywords), 내용과 범위 구체화 하기

3. 잠정적 주제 진술 및 주제 목표 설정하기 4. 주제를 시나리오로 만들기

5. 주제를 구체적으로 진술하기 6. 주제를 학습 문제로 개발하기 7. 문제의 프레임을 구상하기

8. 문제 상황 및 제시할 문제를 설계하기

주제 설계 문제 설계 문제 상황 [학습 문제 미션지]

라. STEAM 수업 전략 모형

최유현(2012)은 STEAM 수업 설계 및 전략을 위한 IDEATE 모형을 제안하였

다. 수업 설계의 기초, 주제, 전략단계와 수업실행, 학습자 보고, 교사의 수업과 성

찰의 단계를 제시하였다. 최유현의 IDEATE 모형의 특징은 체크리스트의 형태로

이루어져 교수자가 쉽게 계획할 수 있다는 점과 STEAM 수업을 위한 수업설계와

문제 설계를 모두 제시한다는 점이다. IDEATE 모형은 아래 표와 같다.

(18)

Ⅲ.수업 전략 설계 단계

E

xploring

1. STEAM 학습 절차 설정하기 : 창의적 설계 절차 [모형 A]

□ 지식 산출 모형 [탐구]

□ 제품 산출 모형 [문제해결]

□ 작품 산출 모형 [예술표현]

□ STEAM 문제해결 모형 - [모형 B]

□ 기타 [ ]

2. 학습 활동 설계하기

□ I 정보수집하기 □ E 실험하기 □ C 토론하기

□ G 설계하기 □ S 문제해결하기 □ C 계산하기

□ R 조사하기 □ F 예측하기 □ P 발표하기

□ A 평가하기 □ 기타[ ]

3. 학습 평가 전략화하기 [평가 설계자료 A, B]

4. 교수-학습 과정안 작성하기 5. 학습자를 위한 학습 자료 만들기 6. 교사를 위한 교수 자료 만들기

수업 전략 설계

교수-학습 과정안 평가 기준 및 자료 교사용 교 수 자료 학생용 학 습 자료

Ⅳ.수업 실행

A

pplying

1. 학습자의 지식 탐구/ 문제 해결

2. 교사의 학습 안내, 교수, 지식 구성 촉진

수업 전략 의 적용

Ⅴ. 학습자 보고 및 발표

T

ouring

1. 학습자의 지식 탐구/ 문제 해결 결과의 발표와 공유 2. 문제해결 결과의 토론 및 피드백

문 제 해 결 결과의 발 표

Ⅵ. 교사의 수업 성찰

E

valuation

1. 수업 설계 및 전략의 평가와 성찰 2. 수업 실행 과정 평가와 성찰 3. 수업 설계 개선점 도출 및 타 적용

설 계 안 과 실행 과정 의 평가

(19)

III. 연구의 설계

1 대상 및 기간

가. 적용 대상

◦ 천안여자중학교, 천안백석중학교 3학년 학생 중 STEAM 분야와 의학, 건설 기술 분야에 관심 있는 학생을 선발하여 동아리 구성 (천안여자중학교와 천 안 백석중학교 학생 비율 1:1)

◦ 충분한 사전 홍보 및 안내로 학생들의 적극적인 참여를 독려하여 구성

나. 적용 기간

◦ 2013 년 5월 ~ 2013년 11월 적용

순 시기 운영 장소

1 5월 사전 홍보 및 STEAM의 이해 천안여자중학교

천안백석중학교

2 6월 동아리 모집 천안여자중학교

천안백석중학교

3 7월 ~ 8월 캠프를 통한 운영

(1차 프로젝트) 천안여자중학교

4 9월 ~ 10월 토요프로그램을 통한 운영

(2차 프로젝트) 천안백석중학교

5 11월 보고서 제작 및 발표 천안여자중학교

천안백석중학교

다. 적용 방법

1) 운영 형태

◦ 방학 중 캠프를 통한 적용(7월 ~ 8월) 6 일 × 4시간 = 24시간

◦ 토요프로그램을 통한 적용(9월 ~ 10월)

6 일 × 4시간 = 24시간 (추가 시간이 필요한 경우 일요일을 활용하여 실시) 2) 운영 장소

◦ 천안여자중학교, 천안 백석중학교의 과학실, 기술실, 정보실, 도서실 3) 수업 모형

◦ 강의법과 프로젝트법

(20)

2 연구 계획

일 정 수행내용

추 진 일 정 연구비

(천원) 비고

4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월

연구 설계

연구팀 조직 2,436

연구 설계

연구 방향 워크숍 80

이론 탐색 문헌연구 및 사례수집 200

연구팀 협의회 50

프로젝트 주제 선정

교과별 내용분석 과정 선정 주제 선정 준거 주제 선정

협의회 및 자문위원회 380

프로그램 개발

차시별 목표설정 프로그램 활동 분석 학습 내용 선정 및 조직 프로그램 초안 개발

협의회 및 자문위원회 200

프로그램 내용 구성 프로그램

콘텐츠 개발

프로그램 내용 작성

교육자료 개발 200

교수자, 학습자 자료 개발

협의회 및 자문위원회 380

프로그램의 검증

수업 운영 계획 74

운영 1,500

평가

협의회 및 자문위원회 240

수정 및 보완

최종안 개발

최종 프로그램 개발

최종 컨텐츠 개발 160

보고서 작성 100

발명 경진대회 출품

연구진도(%) 5 10 25 25 10 10 5 5 5

연구비집행계획(천원) 1230 860 840 480 970 650 370 440 160 6000

※ 주요결과물

모형 ➜ 주제 2가지 ➜

프로그램 초안 ➜ 프로그램 내용 ➜ 프로그램 컨텐츠 ➜

프로그램 운영 결과 ➜ 프로그램 수정 및 보완 ➜

최종 프로그램 ➜ 컨텐츠 (교육자료, 교사용 학습자용 자료) ➜

보고서, 발명 경진대회 출품 ➜

(21)

3 연구 조직

가. 연구팀 편성표

(22)

나. 역할 분담

연구와 개발을 위하여 기본적으로 교과별 교사 중심의 연구 개발팀과 콘텐츠 개 발팀 작업을 수행하며 그 과정에서 자문 위원회를 구성하여 운영

연구 책임자

황주연 (천안여자중학교)

연구 개발 자문위원회

연구팀장

황주연 (천안여자중학교)

자문위원장 : 조병철

(연대 의과대학 종양내과 교수) 자문위원 : 전문가 3인

• 프로그램 개발 분과

활동 주제 (과학) 이현정, 안정민 (기술) 김현정, 박성진 (공학) 황주연

(예술) 김대유 (수학) 김경현 프로그램 전략

(과학) 이현정, 안정민 (기술) 김현정, 박성진 (공학) 황주연

(예술) 김대유 (수학) 김경현 • 수업 운영

(과학) 이현정, 안정민 (기술) 김현정, 박성진 (공학) 황주연

(예술) 김대유 (수학) 김경현

• 프로그램 개발 모형 자문 • 교육 프로그램, 콘텐츠 자문

콘텐츠 개발

개발팀장 : 황주연 (천안여자중학교)

• 자료개발 분과 도입 황주연

전개 (과학) 이현정, 안정민 (기술) 김현정, 박성진 (공학) 황주연

(예술) 김대유 (수학) 김경현

정리 황주연

협의 / 조정

<그림> 연구팀의 기본 조직도

연구 개발팀의 역할은 크게 활동과제 개발 분과, 프로그램 전략 분과, 수업운영으로 구분

할 수 있으며, 콘텐츠 개발 분과는 도입, 전개, 정리로 역할을 분담하였다. 그러나 이러한 역

할 분담은 독립적인 작업이 이루지는 것을 의미하지 않으며, 연구팀 전체의 공동의 자료와

아이디어 공유에 바탕을 둘 것이다.

(23)

Ⅳ. 연구의 실제

1 융합인재교육(STEAM) 연구를 위한 환경 조성 가. 융합인재교육(STEAM)을 위한 교육 가족 전문성 강화

1) STEAM 교육의 이해와 전문성 향상을 위한 교사 연수 실시 ◦ 관리자의 이해와 인식 향상을 위한 자료를 제작하여 연초 안내

◦ STEAM 교육에 대한 교사의 인식과 프로그램 개발과 적용에 대한 교사 연 수를 연 3회 실시

순 실시일 연 수 주 제 장소

1 4월 STEAM 교육과정 개론

(교사 전문성 향상을 위한 교육) STEAM실

2 5월 STEAM의 실제와 적용

(학생 안내를 위한 교사 교육) STEAM실

3 5월 STEAM의 실제와 적용

(프로젝트 운영을 위한 교사 교육) STEAM실

4 6월 STEAM의 실제와 적용

(프로젝트 운영을 위한 교과간 협의) STEAM실

5 7월 STEAM의 실제와 적용

(프로젝트 운영을 위한 교과간 협의) STEAM실

7 8월 STEAM의 실제와 적용

(프로젝트 진행 상황 공유 및 운영회의) STEAM실 8 10월 STEAM 수업 결과 보고 및 컨설팅 STEAM실

2) 학생과 학부모 대상 STEAM 이해 연수 및 홍보

◦ 학부모를 대상으로 하는 연수 계획을 수립하여 연수 실시

순 실시일 연 수 주 제 장소

1 3월 30일

학부모 총회 STEAM 이해와 실제 강당

2 5월 중

수업공개의 날 STEAM 수업의 실제 교실

3 9월 중

수업공개의 날 STEAM 수업 운영 실제와 피드백 교실

◦ STEAM 이해 및 프로그램 안내문과 가정통신문 발송

◦ SNS 를 활용한 홍보

(24)

나. 교사연구회의 운영을 위한 계획

1) 매주 수요일(17:00~18:00) 협의회 실시

2) 충청남도 영재교육원, 충남과학교사연구회, 충남기술교사연구회의 발표를 통해 자문 및 컨설팅, 성과 확산

3) 발명 경진대회 출품을 통해 저변 확대

다. 융합인재교육(STEAM)실 및 STEAM Info 구성

1) STEAM 교육 실행을 위한 융합인재교육(STEAM)실을 구성 ◦ 과학실, 기술실, 정보실을 통합하여 융합인재교육실로 재구성

STEAM 프로그램 운영 시, 세 장소를 필요에 따라 적절히 활용하고자 함.

◦ 과학실을 이용하여 교구, 기자재, 멀티미디어 장비를 활용

◦ 기술실을 이용하여 제도 장치, 공구 및 머신, 음향장비, 영상매체를 활용 ◦ 정보실을 이용하여 학생용 컴퓨터, 프린터를 제공하고 학생들이 컴퓨터와 정

보검색을 활용한 정보 및 자료 수집을 할 수 있게 함.

◦ 학생들의 모둠별 프로젝트 토의를 활발하게 할 수 있도록 기술실을 점심시간 과 방과 후 시간에 개방함.

2) STEAM 교육 홍보 및 안내를 위한 STEAM Info 구성

◦ 과학실 앞 복도를 활용하여 STEAM 소개 및 안내 자료 게시하는 STEAM Info 공간으로 활용

◦ 기술실 게시판을 STEAM Info로 구성하여 학생들의 STEAM 프로젝트 결과 보고서를 전시

라. 융합인재교육(STEAM)의 날 (5월 14일)

융합인재교육의 날을 선정하여 프로그램을 소개하며 홍보함

마. 융합인재교육(STEAM) 동아리 운영

천안백석중학교, 천안봉서중학교 학생과 천안여자중학교 학생이 함께 동아리를 구성하여 학교 간 STEAM 소통 및 심화활동

1) STEAM 과 공학에 관심 있는 학생 모집 2) 토요프로그램, 방학을 이용하여 운영

바. 융합인재교육(STEAM) 멘티와 멘토 활동

1) 동아리 모둠 당 3명(과학, 수학, 기술 분야)의 교사를 멘토로 지정하여 자문을 구할 수 있도록 함. 교사연구회의 외의 천안봉서중학교, 천안백석중학교, 천안 여자중학교 교사의 도움을 받음.

2) 자문위원 교수와 메일을 주고받으며 의문점을 질의하고 도움을 받으며 심도

있는 탐구가 이루어질 수 있음.

(25)

2 개발 프로그램 제시

(1) 일체형 해부기 제작 프로젝트 가. 프로그램의 주제

1) 주제 선정이유

◦ 융합 과학교과 내용 중 의료 기기 분야는 중요하지만 많은 학생들이 어려워 함.

◦ 최근 의료기기 산업 분야의 화두가 속도와 융합이 되면서 보다 신속하게 정확한 검사를 하는 것에 대한 관심이 높아짐.

◦ 최근 MRI와 PET(양성자단층촬영)를 하나로 묶은 합체형 기계가 세계 최초 로 선보여졌다는 신문 기사를 보고 중학생들도 의료기기의 기능적 복합과 속 도의 증가가 가져오는 효과를 이해하고 이를 위한 효과적인 의료기기를 구상 해 낼 수 있을 것을 기대하여 시작함. 이와 관련하여 내과학 조병철 교수를 자문위원으로 모셔 자문을 구함.

지멘스 헬스케어 CEO

"의료기기 혁신, 속도와 융합이 화두"

“의료영상 산업 분야의 화두는 속도와 융합입니다. 환자 들에게 엑스레이 피폭량이 적게 가도록 가능한 한 빨리 찍으면서, 두 개의 각기 다른 검사를 일체형 기계로 묶어 한 번에 끝나도록 하는 것이죠.”

--- 중략 --- 지멘스는 최근 MRI와 PET(양성자단층촬영)를 하나로 묶 은 합체형 기계를 세계 최초로 선보였다. 암(癌)을 예로 들면, MRI는 암 덩어리의 생김새를 보 여주고, PET는 그것이 진짜 암인지 아니면 염증 덩어리인지를 구별해주는 장비다. 즉 MRI-PET 합체형은 질병이 암 인지도 판별해주고, 모양도 한꺼번에 알려주는 기기다.

【조선비즈】김철중 의학전문 기자

(출처 :http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2012/10/04/2012100402053.html )

2) 주제를 일체형 해부기 제작 프로젝트로 정함

◦ 이는 분리되어 있는 여러 가지 종류의 해부기의 기능을 효과적으로 수행할

수 있는 일체형 해부기의 제작 프로젝트로 여러 가지 해부기의 형태 및 구성

과 원리, 기능 등 STEAM 요소의 종합적인 학습내용을 포함. 또한 의료기기

에 대한 관심과 흥미를 높이고 직접 제작, 체험하여 의학 분야에 있어서 의사

로 단편화 되어있는 직업 인식을 확장하고, 자신이 만든 해부기 효과의 예측

을 통해 인류의 건강을 도모하는 생명 존중의 정신을 갖게 함.

(26)

나. 프로그램의 교육목표

1)  상용되는 의료기기를 대체할 수 있는 복합 의료기기를 제작할 수 있다.

◦ 과학 교과 수업시간에 사용하는 해부기에 담긴 과학적 원리와 활용 기술을 이해하며, 이를 통해 다양한 해부기의 기능을 대체할 수 있는 일체형 의료기 기를 설계 및 제작함.

◦ 목표 달성을 위해 학생은 여러 가지 해부기에 대한 깊은 이해와 학습이 있어 야 하고 또한 이를 설계하기 위해서 제작도를 구상하고, 제작 방법 및 작업 순서를 정한 후 재료와 도구의 선정을 위한 준비 과정을 계획

◦ 주어진 조건하에서 제작을 통해 문제해결력과 공학 설계 능력 향상, 조작력과 표현력 향상

◦ 의료기술이 불법적으로 시행되는 사례를 조사하여 그 심각성을 자각하고, 불 법 의료 시술 반대 캠페인을 실시

2) 최종 목표

◦ 프로젝트 과정을 통해 과학, 기술, 공학, 수학, 예술 영역의 소양을 함양하여 미래사회에 대처할 수 있는 능력과 태도 지님

◦ 인류의 건강을 위하는 생명 존중의 정신을 고취시킴.

다. 프로그램의 흐름도

(27)

라. 프로그램의 개요

단계 주제 차시 학습내용 STEAM 학습형

1 신기한

의료기기의 세계 1 (1)

사전 견학하기

1. 한국 의료기기 산업협회 견학 및 체험

2. 병원 견학 S, T, A 견학

2 프로젝트 만나기 2 (1)

프로젝트 만나기 1. 사전 검사 2. 모둠 구성하기 3. 동기유발

4. 프로젝트 제시 및 과정 안내하기

A 모둠

활동

3

의료기기의 이해 3 (1)

의료기기는 어떻게 만들어질까요?

1. 의료기기의 역사 이해하기 2. 의료기기의 종류 조사하기 3. 의료기기의 원리와 활용

S, T, M 개별 활동

해부기의 사용 4-7 (4)

해부기는 어떻게 사용할까요?

1. 여러 가지 해부기 사용법 2. 해부기 사용 시 주의사항

3. 해부기 사용하기(돼지 해부 실험, 절삭실험)

S, M, T, A

모둠활동 실습활동

4 프로젝트 계획

세우기 8

(1)

프로젝트 계획을 세워볼까요?

1. 프로젝트 파악하기 2. 모둠 역할 분담하기 3. 활동 계획 세우기 4. 진행 일정표 작성하기

A

모둠활동 실습활동

5

해부기 설계하기 9-12 (3)

해부기를 설계해 볼까요?

1. 자료 수집 및 분석하기 2. 설계하기

3. 특허자료 검색하기

S, T, M, E

모둠활동 실습활동

해부기 제작하기 13-14

(2) 해부기를 제작해 볼까요?

제작하기 T, E

모둠활동 실습활동

6 해부기 사용하기 15

(1) 해부기를 직접 사용해 볼까요?

1. 사용방법 및 주의사항 매뉴얼 작성하기 T, M, E, A

모둠활동 실습활동

7 결과 발표하기 16 (1)

함께 이야기해 볼까요?

1. 모둠 프레젠테이션 준비 2. 발표하기

3. 모둠 의견 교환

A 모둠

활동발표

8 불법 의료 방지

캠페인 17 (1)

불법 의료를 막기 위해 어떻게 해야

불법 의료 방지 캠페인할까요? A 모둠

활동발표

<표> 프로그램 개요

(28)

마. 프로그램의 구성요소 – 6전략 (6-Factor)

F1. 창의성에 기반한 STEAM에 대한 통합적이고 융합적 사고를 위한 교육 1. 의료기기의 이해에서 제작에 이르기까지 체계적인 Story-telling에 기반 2. S, T, E, A, M 분야의 융합 및 내용의 체계적인 연계

3. 의료기기, 각종 해부기의 구조 및 원리, 사용법 등 전체적인 면을 고려 4. 의학 기술에 대한 전반적인 지식을 아우름

5. 의료 기기 제작 기술, 기구 디자인의 예술 분야, 의학 분야의 상호작용 6. 체계적인 일체형 해부기 설계

7. 여러 가지 해부기를 적절하게 융합하는 방법을 생각하는 발산적인 사고 F2. 융합시대에서 필요한 시대정신 반영

1. 사회가 요구하는 효과적이고 안전한 의료기술에 관하여

2. 전 세계적으로 문제가 되고 있는 불법 의료 활동 문제를 함께 해결하기 위 한 활동

3. 의료 기기의 제작을 통해 인류의 건강을 도모하는 생명 존중 의식 함양

F3. 빠른 과학기술의 변화와 발전을 빠르게 과학교육 현장에 도입하고 적용하는 적시교육

최신 의료 기기가 기존 기기간의 융합으로 개발됨을 이용하여 기존 기술을 통해 새로운 기술이 개발될 수 있음을 학습

F4. 미래를 예측하고 이에 대비한 과학기술공학인재 양성과 미래직업탐색을 위한 교육

현대사회가 필요로 하는 의료기기 기술의 발전 방향을 이해하고 이를 개발할 수 있는 과학기술공학 인재 양성

F5. STEAM교육의 효율성과 창의성 및 흥미를 유발하기 위한 다양하고 창의적 수 업 방법론 도입

창의적인 설계와 제작을 통한 주제의 이해와 학습목표 성취

F6. 과학기술공학적 행위에 대한 의미와 가치 및 도덕적 기준과 규범을 터득하도 록 교육

직접 만든 일체형 해부기의 활용 사례를 구상하고 불법 의료 방지 캠페인 활

동으로 생명 존중 의식을 갖도록 함.

(29)

바. 교육과정과의 연계성

프로젝트 수행을 위한 학습 요소들을 나열한 후, 과학, 기술, 수학, 공학, 예술 영역으로 나눔.

1) 과학 영역

◦ 해부기는 9학년 자극과 반응 소 눈 해부 실험에서 사용하고, 기기의 효과적인 사용은 7학년의 힘 및 9학년의 일과 에너지와 관련 있음

2) 기술 영역

◦ 의료 기기의 역사, 해부기의 이해는 8학년 전자 기계 기술과 관련이 있음 3) 수학 영역

◦ 여러 가지 기기의 조합은 8학년 도형의 닮음과 관련이 있음 4) 예술 영역

◦ 일체형 해부기의 형태는 미술의 미적체험과 표현과 관련 있고, 보고서 및 프 레젠테이션은 의사표현하기와 관련 있음

주제 영역 내용 2009 개정교육과정

해부기의 사용법

과학

해부기 사용 실습 자극과 반응

해부기 사용 시 주의사항 해부기 사용 실습 자극과 반응

해부기의 구조에 담긴 원리 도구와 일의 원리, 힘 일의 원리 의료기기의 역사

기술

도구의 이해 전자 기계 기술

의료기기의 원리 도구의 이해 전자 기계 기술

의료기기의 종류와 활용 도구의 이해 전자 기계 기술

해부기 설계 도구의 이해 기술과 발명

해부기 설계, 제작 공학 해부기 구조 설계, 제작 기술과 발명, 제조 기술 해부기의 구조 이해

수학 구조에 담긴 원리 이해 도형의 이해

해부기 설계 구조 조합하기 도형의 닮음

해부기 설계

예술 일체형 해부기의 형태 구상 미적 체험, 표현

중간/결과 발표하기 보고서/프레젠테이션 의사표현하기

<표> 2009년 개정교육과정과 관련 내용

(30)

(2) 항공모함 활주로 설계 프로젝트 가. 프로그램의 주제

1) 주제 선정이유

◦ 학습자의 자기주도적 학습 능력과 실제적인 문제해결능력을 신장시켜주기 위 하여 실생활과 밀접한 소재를 선정하여 동기 부여함.

◦ 항공모함 내 짧은 활주 거리는 안정적이 이착륙을 방해하는 가장 큰 문제점 으로 작용함.

◦ 단거리의 문제점을 해결할 구조로 활주로를 설계함으로써 안전하고 효율적인 이착륙을 기대할 수 있으며 항공모함의 크기 감소로 인한 경제성을 도모할 수 있다고 가정함.

◦ STEAM 교과 프로그램에 적용하기 적합함.

2) 주제를 항공모함 활주로 설계로 정함

◦ 이 프로젝트는 기본 물리학적인 내용과 공학에서의 역학적인 내용을 학습한 후 실제 사회적 현상의 문제를 해결할 수 있음. 이는 과학, 공학의 이론적 요 소, 설계 하는 기술적 요소, 디자인 하는 예술적 요소를 가미하여 STEAM화 할 수 있음.

나. 프로그램의 교육목표

1) 항공모함 활주로를 통해 물리학적 법칙을 설명할 수 있다.

◦ 기본적인 전투기의 브레이킹과 관성의 법칙을 이해한다.

◦ 활주로 도면의 형태와 구조에 따른 마찰력의 크기와 빗면의 원리를 이해한다.

2) 공학에서 추구하는 효율성과 적합성을 통해 설계할 수 있다.

◦ 공학에서의 효율적인 측면을 이해한다.

◦ 활주로의 경사각에 의해 결정되는 이착륙 거리를 수학을 통하여 이해하고 공 학적으로 설계한다.

◦ 감성 공학적 요소를 반영하여 활주로 디자인 및 제작 3) 최종 목표

◦ 프로젝트 과정을 통해 과학, 기술, 공학, 수학, 예술 영역의 기본적 내용을 응 용하는 실제적 자기주도적 학습자를 양성한다.

◦ 지식정보화 사회에 적합한 문제해결적 인재를 만든다.

(31)

다. 프로그램의 흐름도

(32)

라. 프로그램의 구성요소 – 6전략 (6-Factor)

F1. 창의성에 기반한 STEAM에 대한 통합적이고 융합적 사고를 위한 교육

1. 빗면의 원리에서 활주로의 설계에 이르기까지 체계적인 Story-telling에 기반

2. S, T, E, A, M 분야의 융합 및 내용의 체계적인 연계

3. 항공모함 내 활주로의 정지거리에 따른 항공모함의 외형 변경 4. 활주로와 도로 설계에 전반적인 지식을 아우름

5. 해양 선박 기술 분야와 경제, 사회 분야와의 상호작용 6. 체계적인 활주로 설계

7. 새로운 방법으로 효과적으로 이착륙 거리를 감소시킬 수 있는 방안에 대해 생각하는 발산적인 사고

F2. 융합시대에서 필요한 시대정신 반영

1. 효과적인 항공모함 제작에 관하여 융합 학문으로 해결하기 위한 노력 2. 전 세계적으로 문제가 되고 있는 해양 수송 문제를 함께 해결하기 위한 활동 F3. 빠른 과학기술의 변화와 발전을 빠르게 과학교육 현장에 도입하고 적용하는

적시교육

앞으로의 해상 환경 변화에 적응하기 위한 방안의 고안과 관련 학문의 학습 F4. 미래를 예측하고 이에 대비한 과학기술공학인재 양성과 미래직업탐색을 위한

교육

항공모함 내 활주로와 관련된 기술 및 장치를 개발하고 단거리 활주로의 문 제를 해결할 수 있는 미래 과학기술공학 인재 양성

F5. STEAM교육의 효율성과 창의성 및 흥미를 유발하기 위한 다양하고 창의적 수 업 방법론 도입

창의적인 설계와 제작, 문제해결을 통한 주제의 이해와 학습목표 성취

F6. 과학기술공학적 행위에 대한 의미와 가치 및 도덕적 기준과 규범을 터득하도 록 교육

활주로 거리에 따른 항공모함 제작 및 항해과정에서의 효과 이해.

(33)

마교육과정과의 연계성

프로젝트 수행을 위한 학습 요소들을 나열한 후, 과학, 기술, 수학, 공학, 예술 영역으로 나눔.

1) 과학 영역

◦ 마찰력, 빗면의 원리는 힘과 운동, 일의 원리와 관련 있음 2) 기술 영역

◦ 항공모함과 활주로의 이해 및 소재는 수송 기술의 이해와 관련 있음 3) 수학 영역

◦ 이착륙 거리 계산을 통한 통계적 데이터 분석은 집합, 통계 및 이차 방정식 과 관련 있음

4) 예술 영역

◦ 활주로의 설계와 제작은 미술의 미적체험과 표현, 보고서와 프레젠테이션은 의사표현과 관련 있음.

주제 영역 내용 2007 개정교육과정

빗면의 원리

과학 일의 원리 일과 에너지

마찰력의 이용 힘과 압력 힘과 운동

구조물의 이해

기술

활주로의 구조 건설 기술의 이해

구조물의 재료 소재 건설 기술의 이해

항공모함의 이해 항공모함 내 활주로의 문제 해결 제품의 구상과 설계 아이디어의 구상 활주로 설계

공학 활주로 설계 및 제작 항공모함 모형 만들기

활주로와 역학 구조물의 안정적 설계 건설구조물의 이용

이착륙 거리 계산 수학 데이터의 차트화 및 계산 값과

실험값의 비교 이차방정식의 이해

활주로 설계

예술 활주로 설계 및 제작 미적체험, 표현

발표 보고서/프레젠테이션 의사 표현하기

<표> 2007년 개정교육과정과 관련 내용

(34)

3 프로그램 적용 사례 가. 적용 대상

◦ 천안여자중학교, 천안 백석중학교 3학년 학생 중 STEAM 분야와 의학, 건설 기술 분야에 관심 있는 학생을 선발하여 동아리 구성 (천안여자중학교와 천 안 백석중학교 학생 비율 1:1)

◦ 충분한 사전 홍보 및 안내로 학생들의 적극적인 참여를 독려하여 구성

나. 적용 시기

◦ 2013 년 7월 ~ 2013년 11월 적용 1) 사전 홍보 및 STEAM의 이해 - 일시 : 5월

- 장소 : 천안여자중학교, 천안백석중학교 - 대상 : 천안여중 및 천안백석중학교 학생 2) 동아리 모집

- 일시 : 5월

- 장소 : 천안여자중학교, 천안백석중학교 - 대상 : 천안여중 및 백석중학교 학생 3) 캠프를 통한 운영 (1차 프로젝트) - 일시 : 7~8월

- 장소 : 천안여자중학교

- 대상 : 천안여자중학교 동아리 학생 - 지도교사 : 황주연

4) 토요프로그램을 통한 운영 (2차 프로젝트) - 일시 : 9~10월

- 장소 : 천안백석중학교

- 대상 : 천안백석중학교 동아리 학생 - 지도교사 : 이현정

5) 보고서 제작 및 발표 - 일시 : 11월

- 장소 : 천안여자중학교

(35)

다. 적용 실재

◦ 일체형 해부기 제작 프로젝트 - 종합 해부기 관찰 및 사용

- 다양한 도구 사용 실험

- 실험 결과 자료 변환 및 자료 해석

(36)

- 실험 결과 자료 변환 및 자료 해석

- 일체형 해부기 디자인하기

- 일체형 해부기 제작하기

(37)

Ⅴ. 연구 과제의 결과

1 검증 계획

가. 자문위원 및 전문가를 통한 자문 및 타당도 검사

1) 전문가의 타당도 검사를 실시

◦ 지속적인 자문과 수정을 통해 프로그램을 개발, 2회(5월, 11월)에 걸친 전 문가 집단을 대상으로 타당도 검사를 실시하여 프로그램의 수정 및 보완 ◦ 대상 : 자문위원 3인, 연구위원 7인

<표> 5월/11월 검사 결과 변화

1. STEAM 교육 프로그램으로 적합하게 구성되었다.

2. STEAM 요소 구성이 빠지지 않고 잘되었다.

3. 학습목표의 진술 내용이 적절하게 표현되었다.

4. 각 교과의 관련지식을 통합할 수 있는 세부 프로그램이 선정되었다.

5. 주제와 관련된 각 교과의 관련지식이 적절하게 선정되었다.

6. 각 교과의 관련지식은 교육과정의 내용과 일치하고 있다.

7. 문장이나 용어는 학습자 수준에 적합하다.

8. 학습자의 이해를 돕기 위한 사진이나 삽화의 내용이 적절하다.

9. 학습자의 흥미를 유발시킬 수 있게 구성되었다.

10. 전체적인 편집이 조화롭게 잘 되었다.

2) 결과 분석 : 5월 검사 결과를 반영하여 수정한 결과 전반적으로 긍정적인 답

변이 나왔으나 각 교과의 관련지식 측면에서 융합 주제이다 보니 교과 지식과

무관한 내용을 다루게 되는 경우가 있었음. 해당 주제를 통한 정의적인 학습

목표의 차원에서는 모든 교과와 일치한다는 코멘트가 있었음.

(38)

나. 학생 만족도 및 태도, 사고 변화 검사

◦ 프로그램 참여 후 만족도 및 사고 변화에 대한 검사 실시

◦ 문항 영역 : 적용과 시기, 환경조성, 교수 방법, 활동 시간, 이해도, 분량, 교 재나 학습 자료의 편집상태, 학습자료, 흥미도, 관심도, 태도 변 화, 진로분야, 창의적 사고, 융합적 사고 변화 등

◦ 대상 : 천안여자 중학교 동아리 학생 15명, 천안백석중학교 동아리 학생 5명

만 족 도

참여했던 수업에 전반적으로 만족했다.

참여했던 수업이 흥미로웠다.

참여했던 수업이 유용하다.

수업이 나에게 도움이 되었다.

수업 내용들은 평소 나의 관심거리와 관련된 것이다.

수업을 통해 진로 선택에 도움을 받았다.

수 업 관 련

참여했던 수업은 간결하여 이해하기 쉬웠다.

수업의 내용을 전반적으로 이해하였다.

주어진 시간 동안 배워야 할 학습 내용 분량이 적당 했다.

교재나 학습 자료의 글꼴 및 글자 크기가 적당하였 다.

수업에서 어려운 낱말이나 용어가 있었다.

다양한 학습자료(사진, 동영상)는 학습하는 데 도움 이 되었다.

이론 수업을 제외한 활동 수업 시간은 충분했다.

특 징

하나의 프로젝트로 각 과목의 내용을 배우는 수업 방식은 기존의 수업 방식에 비하여 이해하기 쉬웠다.

오늘 배웠던 수업 내용을 바탕으로 다른 새로운 지 식을 창출할 수 있다는 생각이 든다.

기존의 수업 방식에서 벗어나서 우리 주변의 실생활 에서의 소재를 배움으로써 수업이 흥미로웠다.

오늘 수업을 통해 배운 내용은 일상생활에 경험하거 나 평소 생각해 본 것과 관련시킬 수 있었다.

<표> 학생 만족도 및 태도, 사고 변화 검사 결과

◦ 결과 분석 : 대부분의 학생들이 프로젝트 자체에 상당한 흥미를 가지고 있었

으며 적극적으로 참여하여 활동에 임하였으나 프로젝트 구성상 세부 주제의

난이도가 높게 느껴진 부분이 있었음.

(39)

2 검증 방법

가. 자문위원 및 전문가를 통한 자문 및 타당도 검사지 예시

응답 예시("매우 그렇다"의 경우) 문항

매우

그렇다 그렇다 보통이 다

그렇지 않다

전혀 그렇지

않다.

문항에 대한 의견이 있으시면

적어 주십시오.

※ 그림과 표는 학습내용을 이해하는

데 도움이 된다. Ⅴ

1. STEAM 교육 프로그램으로 적합하게 구성되었다.

2. STEAM 요소 구성이 빠지지 않고 잘 되었다.

3. 학습목표의 진술 내용이 적절하게 표현되었다.

4. 각 교과의 관련지식을 통합할 수 있 는 세부 프로그램이 선정되었다.

5. 주제와 관련된 각 교과의 관련지식 이 적절하게 선정되었다.

6. 각 교과의 관련지식은 교육과정의 내용과 일치하고 있다.

7. 문장이나 용어는 학습자 수준에 적 합하다.

8. 학습자의 이해를 돕기 위한 사진이 나 삽화의 내용이 적절하다.

9. 학습자의 흥미를 유발시킬 수 있게 구 성되었다.

10. 전체적인 편집이 조화롭게 잘 되었다.

11. 이외에 프로그램에 대한 의견이 있으시면 자유롭게 작성해주십시오.

(40)

나. 학생 만족도 및 태도, 사고 변화 검사 설문지 예시

번 분류 평가항목 매우

그렇다 그렇다 보통이다 그렇지 않다

전혀 그렇지

않다.

1

만 족 도

참여했던 수업에 전반적으로 만족했다.

2 참여했던 수업이 흥미로웠다.

3 참여했던 수업이 유용하다.

5 수업이 나에게 도움이 되었다.

6 수업 내용들은 평소 나의 관심거리와 관련된 것이다.

7 수업을 통해 진로 선택에 도움을 받았다.

8

수 업 관 련

참여했던 수업은 간결하여 이해하기 쉬 웠다.

9 수업의 내용을 전반적으로 이해하였다.

10 주어진 시간 동안 배워야 할 학습 내용 분량이 적당했다.

11 교재나 학습 자료의 글꼴 및 글자 크기 가 적당하였다.

12 수업에서 어려운 낱말이나 용어가 있었 다.

14 다양한 학습자료(사진, 동영상)는 학습하 는 데 도움이 되었다.

15 이론 수업을 제외한 활동 수업 시간은 충분했다.

17

특 징

하나의 프로젝트로 각 과목의 내용을 배우는 수업 방식은 기존의 수업 방식 에 비하여 이해하기 쉬웠다.

18

오늘 배웠던 수업 내용을 바탕으로 다 른 새로운 지식을 창출할 수 있다는 생 각이 든다.

19

기존의 수업 방식에서 벗어나서 우리 주변의 실생활에서의 소재를 배움으로 써 수업이 흥미로웠다.

20

오늘 수업을 통해 배운 내용은 일상생 활에 경험하거나 평소 생각해 본 것과 관련시킬 수 있었다.

합계

(41)

프로그램명 적시적인 해부기 설계 적용학년/시기 3학년 1학기 / 5월

관련과목 과학, 기술, 정보, 국어, 미술

Ⅵ. 수업지도안 양식

○ 교수학습 과정안

1. 주제 및 제작의도

본 프로그램은 우리 일상생활에서 쉽게 관찰할 수 있는 문제를 기반으로 하여 스팀수업으로 전개하기 위해 개발한 프로그램이다. 여러 가지 종류의 해부기의 기 능을 효과적으로 수행할 수 있는 일체형 해부기의 제작 프로젝트로 여러 가지 해 부기의 형태 및 구성과 원리, 기능 등 STEAM 요소의 종합적인 학습내용을 포함 하고 있다. 또한 의료기기에 대한 관심과 흥미를 높이고 직접 제작, 체험하여 의학 분야에 있어서 의사로 단편화 되어있는 직업 인식을 확장하고, 자신이 만든 해부기 효과의 예측을 통해 인류의 건강을 도모하는 생명 존중의 정신을 갖게 한다. 프로 그램은 학습자에게 동기를 부여하고 실생활 문제를 해결할 기회를 제공함으로써 문제해결력과 통합적 지식 활용능력, 성취감을 제공할 것이라 사료된다.

2. 학습 목표

내용 목표

∙ 여러 가지 해부기의 특징을 설명할 수 있다.

∙ 해부기의 구조에 따라 절삭양을 계산할 수 있다.

∙ 감성적인 스토리를 작성할 수 있다.

과정 목표

∙ 스토리를 이용하여 효율적인 해부기를 설계할 수 있다.

∙ 나의 해부기를 위한 실험을 설계하고 올바르게 피드백 할 수 있다.

3. STEAM 과목 요소

S

: 여러 가지 힘과 원리

○ T/E: 발명과 기술, 설계

○ A: 시나리오 제작, 팀별 발표

M:

함수, 통계

참조

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