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과 제 명 연구책임자

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Academic year: 2022

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(1)

BD20010002 분야 및 학교급

첨단제품 활용형 - 중고*

2019년 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 최종 보고서

과 제 명 연구책임자

더 빼고 더 더해서 자유로운(편안한, 여유로운) 삶

(

Less&More is Free Life) 조갑룡

2019. 12.

(2)

“이 보고서는 2019년도 정부(교육부)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

* 본 연구의 내용은 연구팀의 의견이며, 교육부와 한국과학창의재단의 공식적인 견해와는 다를 수 있습니다.

(3)

제 출 문

한국과학창의재단 이사장 귀 하

본 보고서를 “2019년 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발”의 최종보고서로 제 출합니다.

2019년 12월 2일

○ 주관연구기관명 : 부산광역시영재교육진흥원

○ 연 구 기 간 : 2019. 5. ∼ 12.

○ 주관연구책임자 : 조갑룡

○ 참여연구원

․연구원 : 김연희(부산광역시영재교육진흥원) ․연구원 : 송용준(부산광역시영재교육진흥원) ․연구원 : 김학범(부산광역시영재교육진흥원) ․연구원 : 정용석(김해경원고등학교)

․연구원 : 김진구(대전동아마이스터고등학교) ․연구원 : 류차남(부산컴퓨터과학고등학교) ․연구원 : 김홍락(모전중학교)

․연구원 : 이채영(동신중학교) ․연구원 : 김기황(패버스 로프트)

(4)

보고서 초록

과제번호 2019EAA0006 연구기간 2019.05.01~12.31 연구사업명 2019년 융합인재교육프로그램(STEAM) 프로그램 개발 연구과제명 (한글) 더 빼고 더 더해서 자유로운(편안한, 여유로운) 삶

(영문) Less&More is Free Life 연구책임자

(연구기관명) 조갑룡 참 여

연구원수 총 10 명 연 구

용역비 50,000 천원

요 약 문 보고서 면수

1. 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램(교사용, 학생용) 6종 개발 가. 주제 : Less&More is Free Life1)

나. 내용

구분 학교급(종) 프로그램명

차시 대체형

중학교(1) · Energy 모아(Energy More) 고등학교(3)

· Hands Free 스마트 상점

· Cord Free 첨단 IoT시스템

· Code Free 생체인식시스템 자유

학기제 중학교(2) · API 모아(API More)

· GPS 모아(GPS More) 2. 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램 연수 4회 운영 가. 사전워크숍 : 시범운영학교 프로그램 교사연수

○ 대상 : 시범운영 학교 교원 및 연구진 등 20여명 ○ 내용

- 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램 워크숍 - 시범운영을 위한 세미나

나. 성과확산연수(자체 연구사업 추진)

○ 대상 : 부산시교육청 소속 STEAM 교육에 관심있는 교원 45명 ○ 내용

- 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램 워크숍 3. 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램 시범운영(6개교) 가. 대상

- 중등 STEAM 선도학교, 연구학교 등 6개교(부산, 경남 교육청) 소속 중·고등학생 940여명 나. 방법

- 중·고등학교의 창의체험활동, 자유학기제, 캠프 등을 활용 - 연구진과 교사와의 수업 상호 모니터링 및 피드백

4. 프로그램 만족도에 대한 인식 조사를 통한 효과성 검증 - 시범운영학교 대상 학생, 교사 만족도 조사

색인어 (각5개 이상)

한글 첨단과학, 첨단제품, 과학적 소양, 융합인재교육, 공유가치, 빅데이터, 디자인 싱킹, 상상력, 창의성

영어 High Technology, High-Tech Products, Science Literacy, STEAM, Shared Value, Big Data, Design Thinking, Imagination, Creativity

(5)

요 약 문

Ⅰ. 제 목 :

더 빼고 더 더해서 자유로운(편안한, 여유로운) 삶

Ⅱ. 연구의 목적 및 필요성

○ 4차 산업혁명, 미래교육의 방향은? 지식의 양이 아닌 학습능력이 미래의 경쟁력 - 21세기는 지식기반사회·정보화사회·세계화사회·다원화사회로 정의되며, 새로운 지식의

창출과 그 활용 여부에 따라 개인의 삶의 질 향상은 물론 국가 경쟁력이 좌우되고 있다. 분야별 개별 지식만으로는 복잡하고 다층적인 현안 이슈를 해결하는데 한 계에 봉착하였기 때문에, 새로운 문제에 직면했을 때 다른 분야를 넘나들며 새롭 고 가치 있는 방식으로 문제를 해결할 수 있는 인재 양성이 21세기 4차 산업혁명 시 대에 경쟁력의 핵심으로 부각되고 있다(한인식 외, 2016).

- 최신 과학기술 분야의 이슈 및 전문성에 기반하여 첨단기술을 기존의 교육과정에 자연스럽게 녹여낸 새로운 패러다임으로 전환되고 있다(김영록, 최강소, 2012; 박현 주, 백윤수, 2017). 국가에서는 미래 인재 양성을 위해 초·중등학교 수준에서부터 과학 기술에 대한 흥미와 이해를 높이고 융합적 사고와 문제 해결 능력을 배양할 수 있도록 학습 내용 및 방법 의 재구조화하여 제시하고 있을 뿐 아니라, 과학기술 융합인재 양성으로 국가 교육의 방향을 잡고 있다(교육과학기술부, 2011).

○ 급변하는 융합기술 변화에 빠르게 대처하는 적시교육으로서의 융합인재교육(STEAM) - 창의융합형 인재 양성에 대한 사회적 요구로 인해 국가차원에서도 정책발표와 교육

과정을 개발하는 등의 노력을 하고 있다. 교육과학기술부는 범부처 차원에서 국가 융합기술발전 기본계획(’09∼’13)을 발표하여 창조적 융합기술 전문인력 양성을 강 조하였고, 미래창조과학부에서는 국가융합기술발전전략(2014)으로 창의적 융합인재 양성을 제시하였다. 제3차 영재교육진흥종합계획(’13∼ ’17)에 따르면 국가 성장 동 력에 부합하는 인력 양성을 위하여 융합역량 향상을 위한 교육과정을 강화하여 창 의적 인재양성을 추진하고 있다.

○ 교육과 첨단기술의 만남, 첨단제품을 접목한 STEAM 교육. 디자인, 예술, 협업, 무한하다 - STEAM 교육은 생활 속의 간단한 현상에서부터 첨단과학기술의 산물에 이르기까지

다양한 교육 소재를 교육적으로 활용할 수 있으며, 이때 첨단과학기술의 산물의 이용은 많은 경우 학생의 관심과 호기심을 강하게 자극할 수 있어 효과적이라 볼 수 있다(박혜원, 신영준, 2012; 전수련, 이태욱, 2012).

- 첨단과학기술 기반의 STEAM 교육은 공학의 내용 및 설계를 통해 수학과 과학의 유용성을 경험하고(박현주, 백윤수, 2014; 박현주 외, 2014; 백윤수 외, 2011), 첨 단과학기술을 체험함으로써 학생의 수학 및 과학에 대한 학습동기 및 진로 선택을 높일 수 있다(Doppelt

et al.

, 2009; Sanders, 2009; National Academy of

(6)

Engineering, 2010). 또한 과학, 기술, 공학의 대표적인 응용 및 발달된 분야들을 의미하는 첨단과학기술은 STEAM 교육의 핵심적인 학습 매개로서 공학, 설계, 발명, 혁신, 창의성의 다양한 경험을 제공한다(ITEEA EbD, 2014).

- 요즘 학생들의 놀이와 문화는 디지털 기기를 중심으로 이루어져 있다. 학생들은 잠 금장치를 지문으로 해제하며 목소리로 스피커를 작동시켜 음악을 들을 수 있다.

첨단제품은 이미 일상 깊숙이 들어와 있어 이를 보다 효과적으로 활용하기 위해서는 작동 원리를 이해할 필요가 있다. 이는 첨단제품 활용 능력이 함양될 뿐만 아니라 주변의 사물에 대한 과학, 기술, 공학 등의 관점에서 불러일으킬 수 있다.

- STEAM 프로그램의 주제로 선정한 첨단제품인 다이슨(선풍기, 청소기, 헤어드라이기), 무인스토어, 생체인식시스템, 빅데이터 활용(API), GPS, 무선충전기는 최근 2018년 들어 각광받고 있으며 2019년 이후에도 기대되고 있는 제품들이다. 이미 상용화되어 많은 기업에서도 동일한 방식의 제품으로 경쟁하고 있다. 최근 ‘와이어리스(Wireless), 빅데이터(Big Data) 파워’로 불리며 첨단제품의 자유로움이 우리의 삶을 자유롭게 만들어주고 있다.

- 미래의 경향과 현재 대중화된 첨단제품들에 대한 폭넓고 깊이 있는 지식과 원리를 학생들에게 전달하기 위해 STEAM 프로그램을 개발하여 처음으로 교육현장에 적용 하고자 한다. 각각의 첨단제품 하나만으로도 많은 과학·기술·공학·디자인 등의 내용을 포함하고 있지만 STEAM 프로그램을 통해 어렵게만 느껴지던 첨단과학을 한결 쉽고 재미있게 이해할 수 있을 것이다.

Ⅲ. 연구의 내용 및 방법

1. 추진 전략·방법

가. 프로그램 내용 측면

○ 2015 개정 교육과정의 핵심 역량을 함양할 수 있도록 프로그램 내용 구성

- 2015 개정 교육과정의 자기관리역량, 지식정보 처리 역량, 창의적 사고 역량, 심미적 감성 역량, 공동체 역량, 의사소통 역량을 함양할 수 있는 내용으로 구성 ○ 첨단제품의 개발 및 발달 과정에서 생긴 문제들을 해결한 방식을 이용하여 학생들이

관련 문제를 실제의 문제로 인식하고 해결해 볼 수 있는 프로그램 개발

- 4차 산업혁명에 따른 최신 과학기술 연구 동향, 주요 이슈 및 현안과 관련 있는 주제를 중심으로 진로와 연계하여 프로그램 구성

- 학생들이 실생활에서 자주 접하는 첨단 제품을 주제로 선정하여 동기를 유발 - 첨단 제품의 작동 원리에 대한 복합적인 이해와 과학·기술·공학·디자인의 융합적 사고

함양

- 제품의 개발 및 발달 과정에서 생긴 문제를 협업을 통해 해결할 수 있도록 디자인 싱킹 사고를 활용한 프로젝트 형식으로 구성

(7)

○ 교실수업의 혁신과 현장 적용성을 고려하여 개발

- 학생주도, 프로젝트 수업 등 자기주도형 학습으로 구성

- 활동중심(메이커, 역할극, 토론·토의 등)의 다양한 교수·학습방법 적용 ○ 프로그램의 개발위원 협의회 실시

- 개발위원은 첨단 제품의 과학과 기술·공학 원리, 메이커 활동, 디자인싱킹 등의 STEAM 교육 경험이 풍부한 교사 6인으로 구성하여 프로그램의 현장적용성을 높임 : 선행연구 조사, 프로그램 주제 선정 및 내용구성, 교안 틀 구성, 평가요소 추출 - 자문위원은 첨단 제품의 과학·기술·공학과 STEAM 전문가 10인을 구성하여 프로

그램의 타당도 검증

- 연구진과 교사로 이루어진 모니터링 전문위원은 시범운영 시 현장에서의 적용 성을 분석하고 그 결과를 바탕으로 프로그램을 수정·보완하여 완성도를 높임

2. 연구내용

가. 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램(교사용, 학생용) 6종 개발 1) 주제 : Less&More is Free Life

2) 내용

구분 학교급(종) 프로그램명

차시 대체형

중학교(1) · Energy 모아(Energy More)

고등학교(3)

· Hands Free 스마트 상점

· Cord Free 첨단 IoT시스템

· Code Free 생체인식시스템 자유

학기제 중학교(2) · API 모아(API More)

· GPS 모아(GPS More)

나. 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램 교사연수 운영(5회) 1) 사전워크숍 : 시범운영학교 교사연수(1회)

- 대상 : 시범운영 학교 교원 및 연구진 등 20여명

- 내용 : 특강, 프로그램 개발배경과 구성내용 및 교수법에 대한 안내, 사전현장적용 등을 통해 STEAM 프로그램에 대한 이해도를 높임

2) 성과확산 연수

가) Design Thinking 기반 첨단과학 STEAM 역량강화 직무연수 자체 운영(3회) - 대상 : 부산시교육청 소속 STEAM 관심 있는 교원, 30여명

- 내용 : 특강, 프로그램 개발배경과 구성내용 및 교수법 워크숍, 3개 코스 운영(생체 인식시스템, 스마트 상점, API 모아)

나) STEAM 프로그램 최종성과 확산 워크숍 개최

(8)

- 대상 : STEAM 프로그램 개발진과 관심있는 교사 16명 - 내용 : STEAM 프로그램 최종 결과물 공유,

STEAM 프로그램 적용 캠프 계획 검토(자체 예산으로 2021년 1월중 6회 운영 예정)

다. 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램 시범운영(6개교) 1) 대상

- 중등 STEAM 선도학교, 연구학교 등 6개교(부산, 경남 교육청) 소속 중·고등학생 940여명 : 김해경원고등학교, 부산컴퓨터과학고등학교, 대전동아마이스터고등학교, 동신중학교,

모전중학교, 물금중학교, 총 6개교 2) 방법

- 중·고등학교의 창의체험활동, 자유학기제, 캠프 등을 활용 - 연구진과 교사와의 수업 상호 모니터링 및 피드백

라. 프로그램 만족도에 대한 인식 조사를 통한 효과성 검증 - 시범운영학교 대상 학생, 교사 만족도 조사

Ⅳ. 연구 결과

1. 중등 「STEP TO ART」 프로그램 6종(교사용, 학생용) 개발

연번 프로그램명 유형 차시 학교급 학년

1 Energy 모아(Energy More) 차시대체형 3 중 1

2 API 모아(API More) 자유학기제 4 중 1

3 GPS 모아(GPS More) 자유학기제 4 중 1

4 Hands Free 스마트 상점 차시대체형 3 고 1, 2

5 Cord Free 첨단 IoT시스템 차시대체형 3 고 1, 2

6 Code Free 생체인식시스템 차시대체형 3 고 1, 2

2. 프로그램 시범운영 학교 워크숍 1회 실시 가. 일시 : 2019. 8. 24.(토), 10:00 ∼ 18:00 나. 장소 : 부산컴퓨터과학고등학교 무한상상실 다. 대상 : 시범운영 학교 교원 및 연구진 등 11여명 라. 내용 : 프로그램 워크숍

․ 프로그램 연수 및 상호 보완 사항 피드백

․ 상호 모니터링을 통한 피드백 교환 및 의견 반영하여 프로그램의 완성도 제고

(9)

3. 첨단과학 STEAM 역량강화 직무연수 3회 실시(자체 연구사업) 가. 일시 : 2019. 11. 9.(토) ∼ 11.23.(토), 10:00∼17:00

나. 장소 : 부산컴퓨터과학고등학교 무한상상실

다. 대상 : 부산시교육청 소속 STEAM 교육에 관심있는 교원 30명

라. 내용 : Hands Free 스마트 상점, Code Free 생체인식시스템, 빅데이터 활용 API 모아 STEAM 프로그램 워크숍

4. 시범운영 학교 운영결과

구분 프로그램 명 지역 학교 학년 수혜 학생 수 적용기간

1 Energy More

(중학교 차시대체형 3차시) 경남 물금중 1학년 34명 11.16.

2 GPS More

(중학교 자유학기제 4차시) 부산 동신중 1학년 57명 9.16.∼9.24

3 API More

(중학교 자유학기제 4차시) 부산 모전중 1~3학년 74명 9.05.∼10.04.

4 Hands Free 스마트 상점

(고등학교 차시대체형 3차시) 경남 김해경원고 1학년 220명 9.02.∼9.27.

5 Hands Free 스마트 상점

(고등학교 차시대체형 3차시) 대전 동아마이스터고 1학년 191명 9.09.∼9.10.

6 Cord Free 첨단 IoT시스템

(고등학교 차시대체형 3차시) 경남 김해경원고 2학년 58명 10.14.∼10.18.

7 Cord Free 첨단 IoT시스템

(고등학교 차시대체형 3차시) 부산 부산컴퓨터과학고 2학년 86명 9.18.∼10.23.

8 Code Free 생체인식시스템

(고등학교 차시대체형 3차시) 경남 김해경원고 1학년 220명 9.30.∼10.25.

총 수혜 학생 수 940명

5. 프로그램 만족도 조사를 통한 효과성 검증 가. 시범운영학교 대상 학생, 교사 만족도 ○ 검사내용 : STEAM 성과 만족도 검사지 ○ 검사대상 : 학생 650명, 교사 7명

○ 결과 1) 학생

(10)

- STEAM 시범수업 만족도에서 학생의 경우는 재미, 흥미, 내용 수준, 지속성 등에 대하여 모두 ‘만족함’으로 응답함.

- STEAM 수업의 가장 큰 차이점으로는 ‘친구들과 협력해서 수행하는 모둠활동이 많다’는 것을 가장 많이 응답함.

- STEAM 수업에서 좋았던 점의 1 순위로는 중학교는 ‘수학, 과학, 기술 등 여러 과목을 관련지어 배울 수 있다’가 차지하였으며, 고등학교는 ‘친구들과 협력 해서 수행하는 모둠별 활동이 많다’가 차지하였음.

- STEAM 수업 중 가장 어려웠던 점은 ‘조사, 실습, 만들기 등 수업 시간에 할 것이 많아 시간이 부족하다’고 가장 응답을 많이 함.

2) 교사

- 시범운영을 한 교사를 대상으로 STEAM 시범수업의 만족도를 조사한 결과, 교육과정의 연계성, 주제 및 소재의 참신성, 첨단과학과의 연계성, 사례 중심의 실생활 활용 등의 프로그램이 만족도에 있어서 평균 4.2 이상으로 매우 만족 하는 것으로 나타남.

- STEAM 교육의 효과에 대해서도 평균 4.0 이상으로 매우 긍정적으로 인식하고 있으며, 앞으로의 STEAM 교육의 지속성에 대하여 100% 하겠다고 의지를 보였음.

- STEAM 수업을 함에 있어서, 가장 힘든 부분은 수업에 필요한 시간확보가 가장 어렵다고 응답함. 수업준비 과정에서 가장 어려웠던 사항은 수업 주제 선정과 실제 수업에서 감성적 체험활동 부분이라고 함.

나. STEAM 태도 검사 실시

○ 검사내용 : STEAM 성과 태도 검사지 ○ 검사대상 : 학생 533명

○ 결과

- STEAM 태도(배려, 소통, 유용성/가치인식, 자아개념, 자아효능감, 이공 계 진로선택 등) 전체 점수는 모든 학교에서 사전점수 보다 사후 점수가 통계학적으로 유의미하게 향상되었음을 알 수 있음.

- 과학기술에 대한 흥미, 진로 지향, 자기효능감과 창의성 성향, 디자인적 사고 모든 영역에서 사전점수와 사후점수 차이를 비교한 결과 통계적으로 유의미하게 향상되었음을 알 수 있음.

Ⅴ. 기대효과

○ 첨단과학기술에 대한 학생들의 과학적 소양(Science Literacy) 함양 ○ 협력적 문제 해결 학습 능력을 통한 공유의 가치에 대한 인식 제고

○ 학생중심, 프로젝트 중심 교수·학습으로 학교현장의 수업혁신에 기여

(11)

목 차

1. 연구 개요 ··· 1

2. 연구의 필요성 ··· 1

가. 연구의 중요성 및 필요성 ··· 1

나. 국내외 연구현황 ··· 4

1) 국내 ··· 4

2) 국외 ··· 6

3. 연구의 목표 ··· 8

가. 정성적 목표 ··· 8

나. 정량적 목표 ··· 8

4. 연구내용과 연구방법 ··· 9

가. 연구내용 ··· 9

나. 연구방법 ··· 9

다. 연구 추진일정 ··· 13

5. STEAM 프로그램 개발 결과 ··· 14

가. 프로그램 개발 방향 ··· 14

1) 프로그램 내용 측면 ··· 14

2) 프로그램 운영 측면 ··· 15

나. 프로그램 구성 틀 ··· 15

다. 프로그램 총괄표 ··· 19

라. 프로그램 개요 ··· 20

1) API More(중학교, 자유학기제) ··· 20

2) GPS More(중학교, 자유학기제) ··· 25

3) Energy More(중학교, 차시대체형) ··· 29

4) Hands Free 스마트상점(고등학교, 차시대체형) ··· 34

5) Cord Free 첨단 IOT시스템(고등학교, 차시대체형) ··· 38

6) Code Free 생체인식시스템(고등학교, 차시대체형) ··· 44

6. 시범 적용 학교 운영 결과 ··· 51

가. 시범 적용 학교 운영 총괄표 ··· 51

나. 시범 적용 만족도 조사 결과 ··· 51

1) 만족도 조사 대상 ··· 51

2) 만족도 조사 방법 ··· 52

3) 교원 대상 조사결과 ··· 52

4) 학생 대상 조사결과 ··· 57

다. 시범 적용 태도 검사 결과 ··· 64

1) 태도 검사 대상 ··· 64

2) 태도 검사 방법 ··· 64

3) 학생 검사 결과 ··· 64

(12)

라. STEAM 프로그램 운영이 학교 현장에 미친 영향 ··· 83

7. 연구의 의의 및 기대성과 ··· 85

가. 활용방안 ··· 85

나. 기대성과 ··· 85

8. 참고문헌 ··· 86

[시범 적용학교 운영 결과] ··· 88

1. 운영 방법 및 추진 체계 ··· 89

2. 운영 설계 및 실행 ··· 89

3. 운영의 결과 ··· 90

가. Hands Free 스마트 상점 ··· 90

나. Code Free 생체인식시스템 ··· 92

다. Cord Free 첨단 IoT시스템 ··· 95

라. API More ··· 97

마. GPS More ··· 99

바. Energy More ··· 101

4. 개발 STEAM 프로그램 장단점 분석 결과 ··· 103

(13)

1. 연구 개요

과학기술의 발달로 급속도로 변화하는 사회 속에서 과학기술적 창의력을 바탕으로 새로운 공유가치를 창출할 수 있는 창의·융합형 인재 양성이 필수적이다. 이에 본 연 구에서는 과학기술과 인문학적 상상력을 접목한 STEAM 프로그램 6종을 개발하고자 한다.

그 내용은 축적된 첨단기술을 활용하는 Energy·API·GPS 모아(More) 프로그램과 기술을 더 간소화시켜 새로운 가치를 추구한 Hands Free 스마트 상점, Cord Free 첨단 IoT시 스템, Code Free 생체인식시스템 프로그램이다.

2. 연구의 필요성

가. 연구의 중요성 및 필요성

○ 하루가 다르게 발전하는 첨단과학, 그러나 내 생활과는 거리가 멀다?

- 1980년, 미국의 3D 시스템즈에서 플라스틱 액체를 굳혀 물건을 제작하는 프린터가 세계 최초로 개발되었다. 얼마 전까지만 해도 대중에게 익숙하지 않았던 3D 프 린팅 기술은 현재 제조업과 의료, IT 등 다양한 분야에 기술 혁신을 이끌고 있다.

- 최근의 첨단과학 기반의 제품들 모두 단품이 아니라 ‘플랫폼에서 다양하게 연결’

될 때 진정한 가치를 나타내고 있다. 발전된 기술을 필요한 사람이 사용하는 것이 아니라 사람에게 필요한 기술이 발전되는 시대로 변화되고 있다. 손가락으로 (Touch) 가능한 대부분의 첨단제품들은 단순한 기술을 뛰어넘어 이제는 우리 생활의 경험이자 문화이고 철학이다.

- 이처럼 첨단과학은 하루가 다르게 발전하고 있으며, 이제는 우리 생활에 깊숙이 들어와 우리 삶을 변화시키고 있다. 하지만 이러한 첨단과학의 무궁무진한 혜택을 누리며 살면서도 대다수의 사람들은 정작 무엇이 첨단과학인지 느끼지 못하고 지 나치고 있다.

○ 첨단과학기술의 발달로 인한 연결성의 강화

- Web 3.0시대의 정착: 기존의 웹 1.02) 및 2.03) 시대에서 구축된 엄청난 양의 데이터 자원을 지능형 웹(시멘틱 웹4)) 시스템을 통해 개인에게 맞춤화, 최적화된 형태의 정보로 제공할 수 있게 되었으며, 이는 갬성(개인의 감성)을 중시하는 지금의 사회트렌드와 맞물려 엄청난 시너지를 발휘하고 있다.

2) 인터넷 홈페이지를 중심으로 웹 사이트 개발자에 의해 정보의 생산과 관리, 배급이 전적으로 주도되며, 다수의 이용자들이 일 방향적으로 정보에 접근하는 형태의 웹

3) 정보의 개방·공유·참여를 통해 이용자가 다양한 플랫폼을 통해 정보공급자와 동등한 위치에서 다른 이용자들과 상호작용하면서 새로운 정보를 만들어내고 공유하는 참여 중심형 웹

4) 컴퓨터가 인간처럼 단어, 문장의 뜻을 이해하고 논리적인 추론까지 할 수 있어, 스스로 다양한 데이터를 처리하 고 개인에게 맞춤화된 정보 등을 제공할 수 있는 기술이 구현된 형태의 웹

(14)

- 딥러닝 알고리즘에 기반 한 제어시스템 확대: 컴퓨터가 수많은 데이터를 바탕으로 그 속에서 패턴을 분석하여 사물을 구분하는 인간의 사고과정을, 컴퓨터에도 적용한 것을 일컫는다. 이로 인해 컴퓨터는 자신이 미리 학습한 정보를 통해 사물을 식별하던 차원에서 벗어나, 기준을 정해 다양한 정보를 직접 분류함으로써 사물을 식별하는 방법을 스스로 터득하는 형태로 까지 진화하게 되었다.

- 5G 시대의 개막: 4세대 이동통신(LTE)에 비해 20배가량 빠른 속도와 100배 이상의 처리 용량으로 인해 강점인 초저지연성과 초연결성을 바탕으로 4차 산업 혁명의 핵심 기술인 가상현실, 자율주행, 사물인터넷 기술 등의 더욱 정교화 된 구현이 가능해졌다.

- 문제 해결에 있어 컴퓨터의 능력은 점점 인간의 사고과정과 동일한 수준까지 발 달되고 있으며, 이는 정보통신기술의 발달로 인해 더욱 가속화되고 있다. 이로 인해 인간의 자리가 점점 더 위협받게 될 것이라는 우려도 존재하지만 역으로 인간만이 할 수 있는 일에 대한 가치는 점점 더 높아질 것이라는 전망도 존재한다.

○ 4차 산업혁명, 미래교육의 방향은? 지식의 양이 아닌 학습능력이 미래의 경쟁력 - 21세기는 지식기반사회·정보화사회·세계화사회·다원화사회로 정의되며, 새로운

지식의 창출과 그 활용 여부에 따라 개인의 삶의 질 향상은 물론 국가 경쟁력이 좌우되고 있다. 분야별 개별 지식만으로는 복잡하고 다층적인 현안 이슈를 해결 하는데 한계에 봉착하였기 때문에, 새로운 문제에 직면했을 때 다른 분야를 넘나 들며 새롭고 가치 있는 방식으로 문제를 해결할 수 있는 인재 양성이 21세기 4차 산업혁명 시대에 경쟁력의 핵심으로 부각되고 있다(한인식 외, 2016).

- 미래는 기존 산업화 사회와는 다른 형태의 지식과 정보가 사회의 기반이 될 것이다.

정보화 사회는 지식의 생성과 소멸 주기가 짧아지므로, 이에 따른 학교 교육 시스템 전반의 변화는 필수적으로 이루어져야 한다. 우리나라와 같이 인적자원에 대한 의존도가 높은 나라의 경우, 첨단과학기술 분야의 지식과 기술력을 가진 인적 자원 육성은 곧바로 국가 경쟁력과 연결된다.

- 최신 과학기술 분야의 이슈 및 전문성에 기반하여 첨단기술을 기존의 교육과정에 자연스럽게 녹여낸 새로운 패러다임으로 전환되고 있다(김영록, 최강소, 2012; 박 현주, 백윤수, 2017). 국가에서는 미래 인재 양성을 위해 초·중등학교 수준에서부터 과학 기술에 대한 흥미와 이해를 높이고 융합적 사고와 문제 해결 능력을 배양할 수 있도록 학습 내용 및 방법 의 재구조화하여 제시하고 있을 뿐 아니라, 과학기술 융합인재 양성으로 국가 교육의 방향을 잡고 있다(교육과학기술부, 2011).

○ 급변하는 융합기술 변화에 빠르게 대처하는 적시교육으로서의 융합인재교육(STEAM) - 창의융합형 인재 양성에 대한 사회적 요구로 인해 국가차원에서도 정책발표와

교육과정을 개발하는 등의 노력을 하고 있다. 교육과학기술부는 범부처 차원에서

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국가융합기술발전 기본계획(’09∼’13)을 발표하여 창조적 융합기술 전문인력 양성 을 강조하였고, 미래창조과학부에서는 국가융합기술발전전략(2014)으로 창의적 융합인재양성을 제시하였다. 제3차 영재교육진흥종합계획(’13∼ ’17)에 따르면 국 가 성장 동력에 부합하는 인력 양성을 위하여 융합역량 향상을 위한 교육과정을 강화하여 창의적 인재양성을 추진하고 있다.

- 2010년 12월 교육과학기술부는 미국 정부에서 수행중인 STEM 교육에 예술 (Arts)을 융합한 STEAM(Science, Technology, Education, Arts, Math) 교육 정책을 발표하였다(권난주, 안재홍, 2012; 김성원 외, 2012; 박현주 외, 2012, 이승우 외, 2013). STEAM 교육 정책은 스토리텔링형 접근을 통해 기초과학 원 리에서 첨단 과학·기술·공학까지의 내용을 체계적으로 표현함으로써 첨단기술과 생활 밀착형 기술을 중심으로 교육과정을 개편하도록 하는 정책이라 할 수 있다 (최정훈, 2012; 교육과학기술부, 2011).

- 2009 개정 과학과 교육과정에서는 미래 과학기술사회가 요구하는 높은 수준의 창의성과 인성을 갖춘 합리적인 인재 양성을 위한 방법으로 STEAM 교육을 강조하기 시작하였다(교육과학기술부, 2011). 또한 2015 개정 교육과정에서는 2009 개정 교육과정과 그 맥락을 같이 하면서 과학적 사고력, 과학적 탐구 능력, 과학적 문제 해결력, 과학적 의사소통 능력, 과학적 참여와 평생 학습 능력 등의 과학과 핵심역량 함양을 통한 창의융합 인재 양성을 강조하고 있다(교육부, 2015).

○ 교육과 첨단기술의 만남, 첨단제품을 접목한 STEAM 교육. 디자인, 예술, 협업, 무한하다 - STEAM 교육은 생활 속의 간단한 현상에서부터 첨단과학기술의 산물에 이르기까지

다양한 교육 소재를 교육적으로 활용할 수 있으며, 이때 첨단과학기술의 산물의 이용은 많은 경우 학생의 관심과 호기심을 강하게 자극할 수 있어 효과적이라 볼 수 있다(박혜원, 신영준, 2012; 전수련, 이태욱, 2012).

- 첨단과학기술 기반의 STEAM 교육은 공학의 내용 및 설계를 통해 수학과 과학의 유용성을 경험하고(박현주, 백윤수, 2014; 박현주 외, 2014; 백윤수 외, 2011), 첨단과학기술을 체험함으로써 학생의 수학 및 과학에 대한 학습동기 및 진로 선택을 높일 수 있다(Doppelt

et al.

, 2009; Sanders, 2009; National Academy of Engineering, 2010). 또한 과학, 기술, 공학의 대표적인 응용 및 발달된 분야들을 의미하는 첨단과학기술은 STEAM 교육의 핵심적인 학습 매개로서 공학, 설계, 발명, 혁신, 창의성의 다양한 경험을 제공한다(ITEEA EbD, 2014).

- 요즘 학생들의 놀이와 문화는 디지털 기기를 중심으로 이루어져 있다. 학생들은 잠금장치를 지문으로 해제하며 목소리로 스피커를 작동시켜 음악을 들을 수 있다.

첨단제품은 이미 일상 깊숙이 들어와 있어 이를 보다 효과적으로 활용하기 위해 서는 작동 원리를 이해할 필요가 있다. 이는 첨단제품 활용 능력이 함양될 뿐만 아니라 주변의 사물에 대한 과학, 기술, 공학 등의 관점에서 불러일으킬 수 있다.

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- STEAM 프로그램의 주제로 선정한 첨단제품인 다이슨(선풍기, 청소기, 헤어드라이기), 스마트 상점, 생체인식시스템, 빅데이터 활용(API), GPS, 무선충전기는 최근 2018년 들어 각광받고 있으며 2019년 이후에도 기대되고 있는 제품들이다. 이미 상용화 되어 많은 기업에서도 동일한 방식의 제품으로 경쟁하고 있다. 최근 ‘와이어리스 (Wireless), 빅데이터(Big Data) 파워’로 불리며 첨단제품의 자유로움이 우리의 삶을 자유롭게 만들어주고 있다.

- 미래의 경향과 현재 대중화된 첨단제품들에 대한 폭넓고 깊이 있는 지식과 원리를 학생들에게 전달하기 위해 STEAM 프로그램을 개발하여 처음으로 교육현장에 적용하고자 한다. 각각의 첨단제품 하나만으로도 많은 과학·기술·공학·디자인 등의 내용을 포함하고 있지만 STEAM 프로그램을 통해 어렵게만 느껴지던 첨단과학을 한결 쉽고 재미있게 이해할 수 있을 것이다.

나. 국내외 연구현황

1) 국내

○ 2011년부터 추진되고 있는 융합인재교육(STEAM)은 과학기술에 대한 학생들의 흥미와 이해를 높이고, 과학기술 기반의 융합적 사고와 문제해결력을 배양하고자 많이 실시 되어져 왔다(곽혜정, 류희수, 2016; 고영해, 박남제, 2013; 김정연, 박남제, 2014;

김효정, 심효영, 2016; 박효정, 신영준, 2014; 오지현, 이철현, 2015; 임유나 외, 2015; 정선희, 2012; 조향숙 외, 2012; 최예경 외, 2015; 최정훈, 2012).

- 기존의 교육이 각 교과목별 지식을 교과서 중심으로 전달하였다면, 융합인재교육은 관련성을 강조하여 어디에 쓰이고 왜 배우는지를 이해하고, 스스로 설계하고 탐구·실험 하는 과정을 강조하며 실생활 문제해결력을 기르고자 하였다.

- STEAM 교육은 수학·과학 등의 기초 학문에 뿌리를 두고, 현대의 기술·공학의 연계성과 예술적 소양을 강조하여 현대 사회가 필요로 하는 창의적인 융합인재 양성 기반 마련에 목표를 두었다. 즉 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 교과 간 연계를 통해 주입, 암기식 학습량을 대폭 축소하고, 과학기술에 대한 학생들의 흥미와 이해력, 창의적 문제 해결력 및 융합적 사고력을 높이고자 한다. STEAM 교육 정책은 스토 리텔링형 접근을 통해 기초과학 원리에서 첨단 과학·기술·공학까지의 내용을 체계적으로 표현함으로써 첨단 기술과 생활 밀착형 기술을 중심으로 교육과정을 개편하도록 하는 정책이라 할 수 있다.

- 문헌연구, 프로그램 개발, 실험 연구 등 지금까지 융합인재교육 프로그램의 개발·적용 효과에 대한 연구가 많이 이루어졌지만 아직도 현장 교사들은 프로그램 개발·보급이 필요하다고 인식하고 있다. 특히 수업에서 융합인재교육을 적용하는 교사는 극히 드문 것으로 나타났다. 따라서 우수한 융합인재교육 프로그램을 효과적으로 공유하기 위한

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프로그램의 보급과 활용면에서 시스템 구축이 필요하다고 강조하고 있다(곽혜정, 류희수, 2016).

- STEAM 프로그램을 재구성 또는 조직하고 수업을 할 수 있는 교사의 능력 개발, STEAM과 같은 정책이나 프로그램의 효과를 얻기 위해 장기간의 지속적인 지원의 필요성, 교과 내에 통합된 진로교육의 강화 등이 필요한 것으로 나타났다.

○ 과거에는 전문적인 지식과 능력을 갖춘 인재를 선호했다면, 이 시대가 요구하는 인재상은 창의적 문제해결력, 의사결정능력은 물론 타인으로부터 정서적 공감대를 이끌어낼 수 있는 감성을 지닌 창조적인 지식인으로 변하고 있다.

- 2011년부터 STEAM 교육을 교육과정에 반영하여 교육현장에 적용하고 있다.

2015 개정 교육과정에서도 창의융합형 인재양성을 위해 핵심역량을 도입하는 등 융합에 대한 경향이 강화되고 있다(이경진, 이상수, 2017).

- STEAM 교육에서 추구하는, 미래 과학기술 발전을 주도할 창조적이고 융합적인 인재 양성을 위해 Arts는 그 바탕이자 핵심 요소가 될 수 있다. 과학기술 분야에서도 인문·

예술학적 소양은 물론 인문-예술 기반의 창의성이나 감성까지 갖춘 인재가 필요한 세상이 된 것이다(이효녕, 2016).

- 미래사회에서 요구하는 인간에게 좀 더 유용한 창의적이고 혁신적인 원리와 기술들이 발명되기 위해서는 예술적인 창의성, 직관력, 역발상, 은유의 힘 등이 필요한 것이다 (Wilson, 2005).

○ 첨단과학기술을 활용한 STEAM 프로그램은 현재 한국과학창의재단 주도로 2012년부터 매년 디스플레이, 사물인터넷, 3D 프린터, 웨어러블 기기 등 시대의 흐름에 맞는 20여개의 주제로 초·중·고 학생들에게 적용되고 있다.

- 첨단과학기술을 STEAM 교육에 적용한 연구로 김석희와 유헌창(2013)은 Hands-On 센서기반 고도화된 STEAM 프로그램을 학생들에게 적용하여 과학탐구에 대한 태도, 과학적 태도에 대한 수용, 과학에 대한 취미적 관심, 과학자에 대한 직업적 흥미 향상의 유의미한 결과를 얻었다.

- 이상구 등(2015)은 3D 프린터를 이용한 융합인재교육을 실시하여 수학적 지식의 다양한 경험과 인식뿐 아니라 수학의 창의적 아름다움을 느끼고 표현하며 동시에 산업에 적용하는 능력을 크게 향상시킬 수 있는 가능성을 제시하였다. 로봇활용 STEAM 수업에서는 전통적 수업보다 수학 학습태도 및 과학학습 동기 향상에 긍 정적인 결과를 보였다(박정호, 2012).

- 최근 개발된 첨단제품 활용한 STEAM 프로그램은 ‘플렉서블 디스플레이’, ‘자율주 행자동차 알고리즘’, ‘앱(App)’, ‘근거리 무선통신’, ‘NFC’ 등 그 시기의 핫 이슈를 주제로 개발되어 학교 현장에 확산과 보급이 이루어지고 있다.

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2) 국외

○ 미국, 핀란드, 일본, 독일, 싱가포르 등 주요 선진국에서는 4차 산업혁명시대인 지능정 보사회를 대비한 교육혁신정책을 펼치고 있다. 독일의 ‘디지털 어젠다 2014-2017’, ‘디 지털 전략 2025’, 미국의 ‘국가교육의 테크놀로지 계획 2010’, 일본의 ‘일본재흥전략 2016’, ‘Society5.0’, 싱가포르의 ‘싱가포르 i4.0’, ‘Infocomm 2025’ 등이 그 예이다. 이들 교육정책의 주요내용은 ‘변화주도역량교육’과 ‘변화적응교육’이다(정광희 외, 2017).

- ‘변화주도역량교육’

: 과학기술과 결합하여 새로운 가치 창출을 가능케 하는 인간 고유의 역량과 가치를 중시하는 교육

예) 창의융합교육(핀란드의 현상 기반의 융합교육과정, 미국의 STEM 교육, 독일의 MINT 교육 등)

- ‘변화적응교육’

: 첨단과학기술 발달에 적응하기 위한 정보역량(Digital Literacy) 교육 예) 일본, 싱가포르 – 관련 교과 필수화

독일, 중국 – 인공지능교육 도입

○ 이러한 시대적 상황을 반영하여 미국, 영국, 핀란드 등에서는 교육 개혁의 일환으로 창의적 인재 양성을 강조하고 있는데, 특히 창의인재 육성을 위한 핵심 역량을 국가교육 과정에 반영하면서도 그 중심에는 언제나 융합적인 접근이 포함된 교육 정책을 전개하고 있다(서지연 외, 2011).

○ 미국은 2001년 NCLB(No Child Left Behind)법에서 출발하여 STEM 교육이 본격 적으로 시작되었다. 정규 교육과정에 기술과 공학을 통합함으로써 수학, 과학과 같은 교과목의 수업을 혁신시키는 교육에서 접근하였다. 그리고 학문 간의 통합 형태가 아니라 기술 공학적인 맥락의 문제를 연구 계획, 설계, 제작 및 평가하여 해결하는 과정에 과학과 수학적 원리 및 과정을 적용하는 교육을 실시하였다(이춘식, 2012).

○ 1996년부터 핀란드 교육부는 고등학교 교육과정에서 이론과 실험을 실생활에 실제 적으로 연계시키려는 노력으로 3400만유로(약 544억원)를 투입해 수학·과학 교육 강화 프로젝트인 `LUMA`를 운영하고 있다. 헬싱키공대 교수들을 중심으로 LUMA 센터를 설립하여 대학-학교-산업의 연계를 강화하고 STEM/STEAM 교육을 제공하여 창의적 과학기술인재를 제도적으로 양성하고 있다.

○ 국외의 대부분의 프로그램들이 학생들의 체험과 경험을 중요시하여 손으로 조작하고 만들고 신체를 움직이는 활동들로 이루어지며, 우리 주변에서 일어나는 일들을 소재로

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하여 학생들의 실생활을 중심으로 수업을 이끌어 가고 있다. 그리고 대다수의 프로 그램들이 교수학습에 필요한 교구 및 자료, 수업계획서를 제공하고 있다. VAPA, Tinkering Studio, La main á la pâte 프로그램은 수업계획서와 관련 자료를 제공 하며 EIE 프로그램은 교사가이드, 이야기책, 자료키트를 제공하며 STCTM 프로그 램은 수업계획서와 필요한 키트를 제공하고 FOSS 프로그램은 과학수업 모듈을 제공 한다. 이와 같이 국외의 프로그램은 일반 교사들도 수업 진행을 할 수 있도록 수업 자료를 제공하여 많은 학생들이 과학과 예술 융합교육을 받을 수 있도록 노력하고 있다. 뿐만 아니라 국외의 과학과 예술 융합교육 프로그램을 주관하는 기관에서는 학교 현장의 요청이 있을 시 학교 현장에서 프로그램을 운영할 수 있는 자료들을 제공 하거나 학교로 인력을 파견하여 학생들이 과학과 예술 융합교육을 경험할 수 있도록 하고 있다. 이렇게 국외의 과학과 예술 융합교육 프로그램을 주관하는 기관들은 모든 교사와 학생들에게 과학과 예술 융합교육을 지원할 수 있는 네트워크를 형성을 중 요시하며 운영하고 있다(양승지, 권난주, 2014).

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3. 연구의 목표

가. 정성적 목표

○ 융합적 사고력 함양을 통한 첨단과학기술의 이해

○ 학교현장의 보급으로 학생, 교사, 관리자들의 첨단과학기술 소양 함양 ○ 시범운영을 통한 STEAM 프로그램의 효과성 검증

나. 정량적 목표

STEAM 프로그램 총 6종(학생용, 교사용) 개발 - 차시대체용 중학교 프로그램 3차시 1종

- 자유학기제 중학교 프로그램 4차시 2종 - 차시대체용 고등학교 프로그램 4차시 3종 ○ STEAM 프로그램 연수 4회 실시

STEAM 프로그램 시범운영(6개교)

구분 학교급 프로그램 지역 시범학교 대상

학년

인원 학교 (명)

차시 대체 형

중학교 ‧ Energy 모아(Energy More) 경남 물금중학교 1 34

고등학교

‧ Hands Free 스마트 상점

경남 김해경원고등학교 1 220

대전 대전동아마이스터고등학교 1 191

‧ Cord Free 첨단 IoT시스템

부산 부산컴퓨터과학고등학교 1∼2 86

경남 김해경원고등학교 2 58

‧ Code Free 생체인식시스템 경남 김해경원고등학교 1 220

자유 학기 제

중학교

‧ API 모아(API More) 부산 모전중학교 1 74

‧ GPS 모아(GPS More) 부산 동신중학교 1 57

‧ Energy 모아(Energy More) 경남 물금중학교 1 34

계 940

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4. 연구내용과 연구방법

가. 연구내용

○ 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램(교사용, 학생용) 6종 개발 1) 주제 : Less&More is Free Life

2) 내용

구분 학교급(종) 프로그램명

차시 대체형

중학교(1) · Energy 모아(Energy More)

고등학교(3)

· Hands Free 스마트 상점

· Cord Free 첨단 IoT시스템

· Code Free 생체인식시스템 자유

학기제 중학교(2) · API 모아(API More)

· GPS 모아(GPS More)

나. 연구방법

○ 프로그램 개발위원 협의회 5회 실시 ○ 프로그램 주제 선정 및 내용 구성 - 참고문헌 조사

- 프로그램 주제 선정 - 교안 틀 구성

- 평가요소 추출 ○ 내용타당도 검증

- 내용 : 첨단과학기술 분야의 ‘STEAM’ 전문가를 통한 내용 타당도 검증 - 방법

․ 프로그램 1차 완성본 내용타당도 검증(전문가 4인)

․ 시범학교 적용 후 수정 보완 된 내용 프로그램 최종 자문, 전문가 2인 ○ 프로그램 시범운영 학교 워크숍 1회 실시

- 일시 : 2019. 8. 24.(토), 10:00 ∼ 18:00 - 장소 : 부산컴퓨터과학고등학교 무한상상실 - 대상 : 시범운영 학교 교원 및 연구진 등 11여명 - 내용 : 프로그램 워크숍

․ 프로그램 연수 및 상호 보완 사항 피드백

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․ 상호 모니터링을 통한 피드백 교환 및 의견 반영하여 프로그램의 완성도 제고

○ 성과확산 연수 : 첨단과학 STEAM 역량강화 직무연수 3회 실시(자체 연구사업) - 일시 : 2019. 11. 9.(토) ∼ 11.23.(토), 10:00∼17:00

- 장소 : 부산컴퓨터과학고등학교 무한상상실

- 대상 : 부산시교육청 소속 STEAM 교육에 관심있는 교원 30명

- 내용 : Hands Free 스마트 상점, Code Free 생체인식시스템, 빅데이터 활용 API 모아 STEAM 프로그램 워크숍

시간 과목 강사 비고

10:00~10:50 ∙ 워크숍 일정 및 향후 프로그램 개발일정 안내

11:00∼11:50

∙ Less & More is Free life 중학교 프로그램-1

- API More 김홍락

12:00∼13:00 중 식

13:00∼14:50

∙ Less & More is Free life 중학교 프로그램-2 - GPS More

- Energy More

이채영 김기황

15:00∼17:50

∙ Less & More is Free life 고등학교 프로그램 - Hands Free 무인스토어

- Cord Free 첨단제품 - Code Free 생체인식시스템

김진구 류차남 정용석

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일시 시수 과목 강사풀 비고

1일차 2019. 10. 19.(토)

13:00

∼15:00 2 메타인지와 창의성

- 메타인지 개념과 사례 임영익 (인텔리콘연구소) 15:00

∼18:00 3 - 메타인지 실습

2일차 2019. 11. 2.(토)

13:00

∼15:00 2

첨단과학 세상읽기 (생체인식시스템, AI, 빅데이터, 무인스토어 등)

네이버, LG, 삼성주니어 소프트웨어 연구진 15:00

∼17:00 2 첨단과학 실습

3일차 A코스 2019. 11. 9.(토)

Hands Free 무인스토어

10:00

∼12:00 2

[프로젝트 활동]

무인스토어 속 첨단과학 -Amazon Go 따라하기

2019년 한국과학창의재단 STEAM 프로그램 개발 사업 연구진 13:00

∼14:00 1

Desing Thinking 첨단과학 STEAM 프로그램 실습 [Hands Free 무인스토어]

· Step 1. 연구문제 공감, 정의하기

: 공감지도 만들기

14:00

∼17:00 3

∙Step 2. Ideate

: 문제해결 아이디어 도출 Step 3. Prototype : 시제품 제작

3일차 B코스 2019. 11. 16.(토) Code Free 생체 인식시스템

10:00

∼ 12:00 2

[프로젝트 활동]

Code Free 생체인식시스템 실습

2019년 한국과학창의재단 STEAM 프로그램 개발 사업 연구진 13:00

∼ 14:00 1

Desing Thinking 첨단과학 STEAM 프로그램 실습 [Hands Free 무인스토어]

· Step 1. 연구문제 공감, 정의하기

: 공감지도 만들기 14:00

∼ 17:00 3

∙Step 2. Ideate

: 문제해결 아이디어 도출 Step 3. Prototype : 시제품 제작

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○ 중등 「Less&More is Free Life」 프로그램 시범운영(6개교) 1) 대상

- 중등 STEAM 선도학교, 연구학교 등 6개교(부산, 경남 교육청) 소속 중·고등학생 940여명 : 김해경원고등학교, 부산컴퓨터과학고등학교, 대전동아마이스터고등학교, 동신중학교,

모전중학교, 물금중학교, 총 6개교 2) 방법

- 중·고등학교의 창의체험활동, 자유학기제, 캠프 등을 활용 - 연구진과 교사와의 수업 상호 모니터링 및 피드백

○ 프로그램 만족도에 대한 인식 조사를 통한 효과성 검증 - 시범운영학교 대상 학생, 교사 만족도 조사

○ [프로그램 성과 확산]

• STEAM 프로그램 성과확산 워크숍 개최 1) 일시 : 2019. 12.21.(토) 10:30∼18:30 2) 장소 : 부산역 KTX 회의실 202호

3) 대상 : STEAM 프로그램 개발진과 관심있는 교사 16명 4) 내용

일시 시수 과목 강사풀 비고

3일차 C코스 2019. 11. 23.(토)

빅데이터 활용, API

10:00

∼ 12:00 2 [프로젝트 활동]

빅데이터 활용, API 실습

2019년 한국과학창의재단 STEAM 프로그램 개발 사업 연구진 13:00

∼ 14:00 1

Desing Thinking 첨단과학 STEAM 프로그램 실습 [API MORE]

· Step 1. 연구문제 공감, 정의하기

: 공감지도 만들기 14:00

∼ 17:00 3

∙Step 2. Ideate

: 문제해결 아이디어 도출 Step 3. Prototype : 시제품 제작

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시간 내용 비고 10:30~11:30 ∙ 워크숍 준비

11:30~12:00 ∙ 등록 및 워크숍 일정 안내

12:00∼13:00 중 식

13:00∼14:00

∙ [활동1, 2] 디자인씽킹과 블루투스 스피커 만들기 - Cord Free 첨단 IoT시스템(류차남 수석교사) - API More(김홍락 교사)

- Energy More(김기황 기술이사) 14:00~14:50 ∙ [활동1, 2] 관련 내용 협의회 운영

15:00∼17:00

∙ [프로젝트1,2,3] 무인시스템 마을 제작하기 - Hands Free 스마트상점(김진구 교사) - Code Free 생체인식시스템(정용석 교사) - GPS More(이채영 교사)

17:00~17:50 ∙ [프로젝트1, 2, 3] 관련 내용 협의회 운영 18:00~18:30 ∙ 워크숍 정리

5) 활동

○ [프로그램 성과 확산] 부산시교육청 소속 고등학생 프론티어 리더 양성캠프 운영 - 고등학교 47개교, 759명 캠프 6회 운영 예정(2021년 1월중)

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다. 연구 추진일정

순번 연구개발 내용

추진일정

비고 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 1 첨단과학기술 관련 STEAM 프로그램 관련

선행 자료 분석 ▶

2 STEAM 프로그램 개발 연구진 및 전문가

협의회 ▶ ▶ ▶ ▶ ▶

3 STEAM 내용요소 도출 및 검증 ▶ ▶ ▶

4 STEAM 프로그램 개발 ▶ ▶ ▶

5 교재개발 및 감수 ▶ ▶

6 교사연수 ▶

7 프로그램 효과성 설문조사지 개발 ▶ ▶ ▶

8 프로그램 학교현장 시범적용 ▶ ▶ ▶ ▶

9 수업 모니터링 ▶ ▶ ▶ ▶

10 프로그램 효과성 설문조사 ▶ ▶ ▶

11 최종 보고서 작성 및 최종 프로그램 제출 ▶

(27)

5. STEAM 프로그램 개발 결과

가. 프로그램 개발 방향

1) 프로그램 내용 측면

○ 2015 개정 교육과정의 핵심 역량을 함양할 수 있도록 프로그램 내용 구성

- 2015 개정 교육과정의 자기관리역량, 지식정보 처리 역량, 창의적 사고 역량, 심미적 감성 역량, 공동체 역량, 의사소통 역량을 함양할 수 있는 내용으로 구성 ○ 첨단제품의 개발 및 발달 과정에서 생긴 문제들을 해결한 방식을 이용하여 학생들이

관련 문제를 실제의 문제로 인식하고 해결해 볼 수 있는 프로그램 개발

- 4차 산업혁명에 따른 최신 과학기술 연구 동향, 주요 이슈 및 현안과 관련 있는 주제를 중심으로 진로와 연계하여 프로그램 구성

- 학생들이 실생활에서 자주 접하는 첨단 제품을 주제로 선정하여 동기를 유발 - 첨단 제품의 작동 원리에 대한 복합적인 이해와 과학·기술·공학·디자인의 융합적 사고

함양

- 제품의 개발 및 발달 과정에서 생긴 문제를 협업을 통해 해결할 수 있도록 디자인 싱킹 사고를 활용한 프로젝트 형식으로 구성

○ 디자인싱킹 기반 첨단제품 활용형 프로그램 - 디자인싱킹 단계를 통한 문제 해결

- 첨단과학기술 소재를 반영한 생활 속 문제 상황을 제시 ○ 과학적 창의력과 예술적 감성, 인문학적 소양 함양

- 인문학적 상상력 자극

- 과학기술과 인문·예술의 상보적 융합

○ 교실수업의 혁신과 현장 적용성을 고려하여 개발

- 학생주도, 프로젝트 수업 등 자기주도형 학습으로 구성

- 활동중심(메이커, 역할극, 토론·토의 등)의 다양한 교수·학습방법 적용 ○ 프로그램의 질적 제고 노력

- 개발위원은 첨단 제품의 과학과 기술·공학 원리, 메이커 활동, 디자인싱킹 등의 STEAM 교육 경험이 풍부한 교사 6인으로 구성하여 프로그램의 현장적용성을 높임 - 자문위원은 첨단 제품의 과학·기술·공학과 STEAM 전문가 10인을 구성하여 프로

그램의 타당도 검증

- 연구진과 교사로 이루어진 모니터링 전문위원 12인은 시범운영 시 현장에서의 적용성을 분석하고 그 결과를 바탕으로 프로그램을 수정·보완하여 완성도를 높임

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2) 프로그램 운영 측면

○ STEAM 선도학교, STEAM 연구학교, 과학중점학교를 시범학교로 지정하여 현장의 연계성을 높임

○ 교원 및 연구진의 본 STEAM 프로그램에 대한 전문성 확보를 위한 연수 운영 - 특강, 프로그램 개발배경과 구성내용 및 교수법에 대한 안내, 사전현장적용 등을 통해

STEAM 프로그램에 대한 이해도를 높임

나. 프로그램 구성 틀

- 교사용 및 학생용 프로그램 구성틀은 아래 표의 내용에 따라 구성함

- 단, 교사용은 학생용 교재에 지도 시 주의할 점을 추가하고 교사들을 위한 지도 방안과 학생용 교재에 모범 답안을 함께 구성하여 지도 시 참조토록 함

○ 교사용 교재

구분 내용 비고

1. 프로그램 개관 (주제 개요)

-상황제시(스토리텔링)

-차시별 학습주제 및 내용 표

2. 학습 목표 -내용 목표

-과정 목표

3. STEAM 내용 요소 -S, T, E, A, M 과목에 따라 설명

4. STEAM 단계 요소

-상황제시 -창의적 설계 -감성적 체험

각 단계별로 설명

5. 지도안 총괄표 -지도안 개요

6. 평가 계획

-평가 계획

-수행관찰 기준표 -자기평가, 모둠평가 -학생생활기록부 예시자료

7. 학습 내용 -교사용 지도자료

차시별 지도자료 삽입 -차시구성계획

-프로그램 내용

(29)

예시)

(30)

○ 교사용 PPT

○ 학생용 교재

구분 내용 비고

1. 프롤로그 -주제의 정의

-관련 매체 자료

2. 생각 열기

-팀빌딩(모둠 구성) -차시별 목차 -상황제시

3. 생각 펼치기 -주제 관련 이론 및 학생활동

4. 생각 다지기

-방향설정 -문제해결 구상

-내용 결과 및 발표, 평가 5. 생각 되돌아보기 -주제 관련 글

구분 내용 비고

1. 프롤로그 -주제의 정의

-관련 매체 자료 동기부여

2. 생각 열기

-팀빌딩(모둠 구성) -차시별 목차 -상황제시

진로와 연계하여 팀빌 딩 구성함

3. 생각 펼치기 -주제 관련 이론 및 학생활동

4. 생각 다지기

-방향설정 -문제해결 구상

-내용 결과 및 발표, 평가 -되돌아보기

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예시)

(32)

다. 프로그램 총괄표

연번 프로그램명 유형 차시 학교급 학년

1 Energy 모아(Energy More) 차시대체형 3 중 1

2 API 모아(API More) 자유학기제 4 중 1

3 GPS 모아(GPS More) 자유학기제 4 중 1

4 Hands Free 스마트 상점 차시대체형 3 고 1

5 Cord Free 첨단 IoT시스템 차시대체형 3 고 1

6 Code Free 생체인식시스템 차시대체형 3 고 1

(33)

라. 프로그램 개요

1) API More(중학교, 자유학기제) ○ 주제개요

우리나라에서는 2013년 공공데이터법 제정 및 시행되었고 공공데이터를 활용하여 민간 창업을 활성화하기 위해 노력하고 있다. 이를 활용하여 김기사, 직방, 굿닥, 화해 등의 민간 기업이 생겨났으며 2016년 국가 중점 데이터 22대 분야를 전면 개방하였다. 본 연구에 서는 학생들이 OPEN API를 활용하여 문제를 해결해보는 과정을 통해 데이터의 중요성 을 인식하고 첨단제품(APP)에서 어떻게 OPEN API가 사용되는지 알아보고자 한다.

○ STEAM 준거틀 계획

구분 주요 내용

상황제시 오픈 빅데이터를 분석한 나만의 정보 찾아보기

창의적 설계 공공데이터를 활용하여 생활에서 발생하는 문제 해결방안 탐색하기 감성적 체험 START-UP 기업을 가정하여 상품 소개하기

○ 미디어 콘텐츠 개발

콘텐츠 구분 콘텐츠 내용

종류 동영상

미세먼지 API 데이터를 활용하여 원하는 지역의 정보를 출력하 는 기술적 과정을 담은 학습 보조자료

용도 학습 보조자료

단계 창의적 설계

○ 차시 구성 계획

프로그램명 API More 학교급 중 1 차시 총 4차시

교육목표 ◉ 데이터(자료)와 정보를 구분할 수 있다.

◉ 디자인싱킹 기법에 따라 생활 속 문제를 오픈 API 데이터를 적용하여 해결할 수 있다.

관련교과 과학, 국어, 기술, 수학, 정보

2015 개정 교육과정

연계

과학

내용요소 기권과 날씨

성취기준

9과18-04]

기단과 전선의 개념을 이해하고, 일기도를 활용하여 저기압과 고기압의 날씨를 비 교할 수 있다.

내용요소 과학기술과 인류 문명

성취기준

[9과24-02]

과학을 활용하여 우리 생활을 보다 편리하게 만드는 방안을 고안하고 그 유용성에 대해 토론할 수 있다.

국어 내용요소 듣기, 말하기

(34)

성취기준 핵심 정보가 잘 드러나도록 내용을 구성하여 발표한다.

기술

내용요소 기술시스템 성취기준 [9기가04-16]

정보통신기술의 특성, 발달 과정을 이해하고, 현대 정보통신기술의 특징을 설명한다.

수학

내용요소 좌표평면과 그래프

성취기준 [9수03-02] 다양한 상황을 그래프로 나타내고, 주어진 그래프를 해석할 수 있다.

정보

내용요소 자료와 정보

성취기준 [9정02-02] 인터넷, 응용 소프트웨어 등을 활용하여 문제해결을 위한 자료를 수집 하고 관리한다.

차시별 교수·학습 내용 중심교과 STEAM 요소

1차시

◉ 공공데이터가 제공되지 않는 사회의 모습 상상하기 - 데이터가 생활에 미치는 영향에 대해 생각해보기.

◉ 데이터와 정보를 구분하고 예시를 찾아보기 - 데이터, 정보, 지식을 구분하고 그 사례 찾아보기.

◉ 오픈 빅데이터를 분석하여 정보 찾아보기 - 빅데이터를 활용하여 나만의 정보 찾아보기.

◉ 상황제시: 공공데이터 포털에서 제공하는 데이터를 활용 하여 생활에 도움을 줄 수는 없을까?

정보 S, T

2차시

◉ 공공데이터 포털에서 API 가져오기

◉ 미세먼지 API 데이터 가져오기

- 공공데이터 포털의 대기오염 정보를 활용하여 사용하여 내가 원하는 지역의 미세먼지, 초미세먼지 데이터 가져오기.

(심화) 날씨 API 데이터 가져오기

- 공공데이터 포털의 동네예보정보조회서비스를 활용하여 내가 원하는 지역의 기상정보, 온도 등의 데이터 가져오기.

기술 S, T, E, M

(35)

◉ 공공데이터를 활용한 아이디어로 창업한 기업 탐색하기.

- 공공데이터 포털 기업 조사 후 관련 진로에 대해 탐색하기.

3차시

◉ 생활에서 발생하는 문제 탐색하기

- 정보의 공유와 관련하여 발생할 수 있는 문제 탐색하기

◉ 디자인싱킹 과정을 통해 공공데이터를 활용한 문제 해결 아 이디어 구상하기

- 디자인싱킹 과정을 통해 문제를 찾고 창의적인 아이디어를 구상하기.

◉ 모둠별 발표를 통한 아이디어 공유, 보완

4차시

◉ 프로토타입(시제품) 만들기

- 제품의 특성을 살리고 빠르고 싸게 제작한다.

◉ 모둠별 START UP 기업으로 정해 상품 발표하기

- 모둠의 특성에 따라 다양한 형태(연극, UCC 등)로 상품을 소개하기.

◉ 커리어패스 찾기

- 학습한 내용을 진로와 연계해 보고 자신의 진로에 대해 생 각해보기.

국어 E, A

참조

관련 문서

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