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한국과학창의재단 이사장 귀하

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Academic year: 2022

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(1)

2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2018. 10. 31.

현화초등학교

(2)

【 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 과학핵심역량 함양을 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램

학교급 초등 대상 학년(군) 3-4학년군

중심과목 과학 중심과목

성취기준 영역 [초등학교 3-4학년군] (15) 그림자와 거울

연계과목

미술 수학 사회

연계과목 성취기준 영역

[초등학교 3-4학년군] (1) 체험 / (2) 표현 [초등학교 3-4학년군] (2) 도형

[초등학교 3-4학년군] (2) 우리가 살아가는 모습

연구기간 2018.4.19. ~ 2018.11.23.

연 구 비 일금사백만원(₩4,000,000)

참여연구원 5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 현화초등학교 전과목 교사 채희인

공동연구원 현화초등학교 전과목 교사 김범학

공동연구원 하일초등학교 전과목 교사 정지연

공동연구원 현화초등학교 전과목 교사 김엘림

공동연구원 현화초등학교 전과목 교사 이지원

2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2018년 10월 31일

연구책임자 : 채 희 인 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

(3)

“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

목 차

1. 요약문··· 1

2. 서론··· 1

3. 연구 수행 내용··· 2

가. STEAM 프로그램 연구 및 적용 ··· 2

나. STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 ··· 2

다. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 ··· 3

1) 전문가 자문 활동 ··· 3

2) 융합인재교육(STEAM) 선도교원 및 워크숍 ··· 4

3) 경기남부권역 융합인재교육(STEAM) 워크숍 운영 ··· 5

4) 무한상상실 구축 ··· 6

4. 연구 수행 결과··· 8

5. 결론 및 제언··· 12

6. 참고문헌··· 12

[부록] 부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 ··· 13

부록2. 학술대회 발표자료 ··· 24

(5)

1. 요약문

본 연구는 과학핵심역량을 함양하기 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하 여 학생들을 대상으로 적용하고 그 영향에 대한 분석을 실시하고자 하였다. 또한 대부 분의 프로그램들이 과학적 지식의 함양에만 중점을 두는 것과 다르게 본 프로그램은 학생들의 역량 함양이라는 목표를 바탕으로 탐구 활동을 수행하는 과학탐구역량을 함 양하는 것에 초점을 두었다.

2. 서론

우리나라에서 있었던 인공지능 로봇 알파고와 이세돌 프로의 바둑 경기는 머신러닝, 딥러닝 으로 대표되는 인공지능 세상이 우리들의 생각보다 빠르게 올 수 있음을 전 세계에 각인시켜 주는 결과하고 할 수 있다. 특히 사회의 변화보다 더 느린 개혁을 통해 미래 사회의 핵심역량 을 갖춘 미래 교육으로 전환을 이루지 못한 우리나라의 교육 현장에 주는 충격은 매우 컸다.

우리나라의 교육은 기존의 강의식 수업과 내용 전달 위주의 교실 문화 탈피를 위하여 많 은 노력을 하였지만 학교 현장에서 느끼는 개혁의 효과는 기대에 미치지 못하고 있다. 현장 교사들은 대부분의 교육과정 개선과 교육 개혁의 과정에 교사의 의견이 제대로 반영되지 못하고 있다고 이야기하며, 현장의 상황을 반영하지 못한다고 주장한다. 이러한 결과는 미 래 교육의 방향에 대한 중요한 결정을 하게 될 것으로 예상되는 국가교육회의 구성원에 현 장 교사들이 배제되어 있는 것을 보아도 알 수 있다.

교육과정의 개선이 많이 이루어져왔지만 우리나라의 과학교육은 아직도 물리, 화학, 생물, 지구과학으로 대표되는 과학지식영역 중심에서 탈피하지 못하고 있는 것이 사실이다. 분명 히 이런 단점들을 개선하기 위하여 탐구단원 신설, 융합인재교육 내용 신설, 통합단원 신설 등의 노력이 이루어져왔지만 현실적인 부분에서의 변화는 거의 이루어지지 못하고 있다. 결 국 빠르게 변화하는 사회에 적응하고 학생들의 과학적 소양 함양이라는 과학교육의 목표에 맞게 지식 중심에서 태도와 역량 중심으로 교육과정의 전환을 하였다고 하지만 문서상의 개혁에 불과하다는 것이 현장의 목소리이다.

그렇다면 채희인(2017)의 정의와 같이 “학생들이 미래 사회의 구성원으로서 과학적 문제 상황 및 과제를 해결하기 위해 필수적으로 요구되는 능력”인 과학핵심역량(ScC: Science core Competency)을 함양하기 위해서 우리는 어떻게 해야 하는가에 대한 근본적인 시작점 에서 이 연구는 시작되었다고 할 수 있다.

가장 먼저 자연을 물리, 화학, 생물, 지구과학의 과학 내용 영역으로 분석하고 탐구하는 것이 아니라 하나의 현상 및 주제를 통합적으로 바라보는 것이 필요하다고 할 수 있다. 또 한 탐구 활동을 통해 과학핵심역량을 함양하게 되고 과학핵심역량의 하위 요소인 과학적 지식학습역량이 자연스럽게 길러질 수 있는 단원 신설이 필요하다고 생각한다.

따라서 본 연구는 과학핵심역량의 함양을 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발 하는 것을 목표로 한다.

(6)

3. 연구 수행 내용

가. STEAM 프로그램 연구 및 적용

◦4차 산업혁명의 도래에 따라 기존의 과학적 지식의 함양을 목표로 하는 학습방 법에서 벗어나 학생들의 과학핵심능력을 함양시켜줄 수 있는 과학핵심역량교육 으로의 전환이 필요함

- 채희인(2017)의 ‘과학핵심역량중심 수업전략’을 기반으로 한 융합인재교육 프로 그램 개발

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 과학핵심역량 함양을 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램

학교급 초등 대상 학년(군) 3-4학년군

중심과목 과학 성취기준 영역 [초등학교 3-4학년군] (15) 그림자와 거울 연계과목

미술 수학 사회

연계과목 성취기준 영역

[초등학교 3-4학년군] (1) 체험 / (2) 표현 [초등학교 3-4학년군] (2) 도형

[초등학교 3-4학년군] (2) 우리가 살아가는 모습

개발결과

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 3 과학(2) + 사회(1)

2 3 과학(2) + 수학(1)

3 3 과학(1) + 수학(1) + 미술(1)

4 3 과학(1) + 미술(2)

5 3 과학(1) + 수학(1) + 사회(1)

적용결과 학생들의 흥미와 호기심을 바탕으로 시작하는 탐구 활동 프로그램을 개발함

나. STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사

◦STEAM 수업 평가 방법 개발

-STEAM 수업 적용 학생 성취도(지식·기능·태도->과학핵심역량의 재구조화 모형 에 의한 영역 구분) 평가 방법 개발

-학생생활기록부 기재 방법 제시: 경기도교육청 학생생활기록부 기재 치침 참고

◦적용 성과 조사

-STEAM 수업 전·후 학생 태도 검사

-수업 적용 학생(3-4학년군, 147명)을 실험집단으로 하는 준실험연구 방법을 통 해 학생들의 사전 및 사후 태도 검사 실시

-태도 검사도구는 신뢰도와 타당도의 확보를 위해 표준화된 검사도구를 활용

(7)

다. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 1) 전문가 자문 활동

◦전문가 자문 활동을 통해 융합인재교육(STEAM)에 대한 참여 교사들의 인식 제 고 기회 제공 및 확산

- 1학기 전문가 자문회의 개최

연 번 장 소 일 시 참 석 자 비 고

1 경인교육대학교 2018. 5. 20. 교수 *** 등 2 경인교육대학교 2018. 5. 26. 교수 *** 등 미래사회에 필요한 융합역량을 함양한 인재 육성이 필요함

· 학교 차원에서의 교사 연구회가 가장 적합한 방식임

· 교사들의 인신을 개선하는 것이 필요함

· 학교 현장에서 STEAM 과의 연계를 확대

· 많은 학생들에게 활동의 기회 부여 융합인재교육 확산방안 마련

· 다년간에 걸친 융합인재교육의 전국적 확산 방안 마련

· 현장에 가장 적합한 방식으로 진행해야함

· 교사의 관심 증진 및 연수 기회 부여

초등학생들의 특성에 맞는 프로그램의 개발이 중요함

· 너무 많은 예산이 필요한 프로그램의 개발은 현장에 적합하지 못함

· 학급운영비 및 학습준비물 예산의 범위 내에서 할 수 있는 프로그램의 개발이 중요함 현장 교사가 중심이 되는 연구회 운영이 중요함

· 이론, 행정적인 부분은 전문성이 떨어질 수 있으나, 교육적인 부분에 있어서는 가장 적합한 방식이라 생각함

· 추후 이론가와 행정가의 참여로 확대될 수 있는 방안도 마련할 필요가 있음

- 2학기 전문가 자문회의 개최

연 번 장 소 일 시 참 석 자 비 고

3 경인교육대학교 2018. 10. 03. 교수 *** 등 4 경인교육대학교 2018. 10. 20. 교수 *** 등 STEAM 교사 연구회 연구 결과 및 통계 처리 관련 자문

· 사전-사후 실험-비교집단 연구 설계

· t-test

· 연구 결과 분석

연구회 최종 보고서 관련 자문 및 연구 결과 활용방안 자문

· 보고서 초안 자문

· 연구 성과에 대한 해석 및 보완 방안

· 후속 연구로의 발전 방안 모색

(8)

2) 융합인재교육(STEAM) 선도교원 및 워크숍

◦ 경기도 융합인재교육(STEAM) 선도교원 및 워크숍

- 경기도 융합인재교육(STEAM) 선도교원 위촉(2015년~현재)

· 기간: 2018학년도

· 교사: ***

· 내용: 경기도 융합인재교육(STEAM) 선도교원

· 활동: 2017년 성과공유 및 2018년 STEAM 교육 활성화 지원

- 2018 STEAM 교육 선도교원 협의회

· 일시: 2018. 5. 14.(월)

· 장소: 용인 언남초등학교 창의융합형과학실

· 내용: 2017년 성과공유 및 2018년 STEAM 교육 활성화 지원 방안 협의

- 초등 STEAM 교육 워크숍

· 일시: 2018. 6. 26.(화)

· 장소: 용인 언남초등학교 창의융합형과학실

· 내용: 선도교원 역할 소개, STEAM 교육관련 특강, 지역별 네트워크 구성 등

- STEAM 교육협의체 열매공유 워크숍

· 일시: 2018. 10. 30.(화)

· 장소: 성남 국립국제교육원 다목적홀

· 내용: 융합인재교육 특강, 사례발표/나눔, 전국발표 및 2019 운영방안 협의 등

◦융합인재교육(STEAM) 워크숍 참석 - 미술과 연계 융합인재교육 협의회

· 일시: 2018. 10. 27.(토)

· 장소: 경인교육대학교

· 내용: 미술과 연계 융합인재교육(STEAM)에 관한 주제발표 및 전문가 협의

구분 참여자 비 고

자문위원 교수 ***, 교수 ***

교사 *** 미술교육 박사

교사 *** 과학교육 박사

교사 *** 수학교육 박사

교사 *** 과학교육 박사

교사 *** 과학교육 박사

◦2018년 한국과학창의재단 융합인재교육(STEAM) 착수 워크숍 - 융합인재교육(STEAM) 교사 연구회 및 무한상상실 운영

· 일시: 2018. 4. 27.(금)

· 장소: 코엑스

· 내용: 융합인재교육(STEAM) 교사 연구회, 무한상상실 등

(9)

3) 경기남부권역 융합인재교육(STEAM) 워크숍 운영

· 행사명: 2018 융합인재교육(STEAM) 교사 워크숍(경기남부권역)

· 장 소: 현화초등학교 4층 무한상상실

· 일 시: 2018년 10월 10일(수) 14:00-17:00

· 융합인재교육(STEAM) 교사 워크숍 운영 개요

구 분 워크숍 주제 시 간 장 소 강 사

1 창작공간(무한상상실 등)을 활용한 STEAM 교육 -IDEA형 과학교사 연구회 성과공유-

14:00- 15:30

현화초 4층

무한상상실 교사 ***

2 과학핵심역량중심 수업전략을 활용한

융합인재교육(STEAM)

15:30- 17:00

현화초 4층

무한상상실 교사 ***

· 신청방법: 통합메신저로 신청

(수신: 경기남부권역 워크숍 운영담당 현화초 교사 ***)

- 운영내용

· 과학핵심역량을 함양하기 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하고 실제 적용한 사례를 발표하여 성과를 공유한다.

· 운영상의 문제점 및 보완사항을 교사공동체에 공유하여 융합인재교육(STEAM) 이 확산될 수 있는 기회를 마련한다.

· 운영상에 필요한 다양한 재료 및 기기들을 소개하고 체험해보는 시간을 갖는다.

· 참석한 선생님들의 질문을 받아 궁금증을 해소하고, 참석자들에게 컨설팅 및 성과를 공유할 수 있는 시간을 갖는다.

- 운영성과

· 실제 적용 사례를 바탕으로 워크숍을 진행하여, 참석자들이 그 흐름을 그대 로 적용하면 될 수 있어서 좋았다.

· 학교에서 접하기 힘들 재료나 기기들을 접할 수 있는 기회가 되어서 좋았다.

· 질문시간과 간단한 컨설팅 시간이 있어서 의견을 들을 수 있는 시간이 되어 서 좋았다.

(10)

4) 무한상상실 구축

- 과학핵심역량 함양을 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램의 효과적인 실현을 위하여 현화초등학교 무한상상실 구축(2018년)

- 운영 목표

· 다양한 유형으로 운영이 가능한 ‘무한상상실’ 공간 조성 및 시설 구축을 한다.

· 창의융합인재에 대한 학생·학부모의 인식 개선 및 교원의 관련 역량을 강화 한다.

· 지역 거점 학교로써 성과 확산 및 공유를 위한 지역사회 네트워크를 구축한다.

- 운영 내용

· 과학핵심역량 함양을 위한 융합인재교육(STEAM) 실현 공간으로 활용

· 성과 공유를 위한 교사 연수 및 워크숍 운영 공간으로 활용

- 기기 구축

① 3D 프린터

② 3D 스캐너

③ 3D 펜

④ 레이저 커팅기

⑤ 스마트패드

⑥ 드론

⑦ 기타

(11)

◦현화초등학교 무한상상실과 연계한 교육공동체 워크숍 및 캠프 운영

2018년 여름방학 메이커 캠프 운영 계획

현화초등학교

1. 개요 : 학교내 무한상상실을 기반으로 STEAM, Maker, SW교육 컨텐츠를 활 용한 메이커 캠프를 운영함.

2. 운영 대상 : 현화초등학교 3~6학년 재학생 중 희망학생 3. 운영 계획

시 간 8월 13일(월) 8월 14일(화)

09:30~10:50 (3, 4학년)

3D펜으로 만드는 나만의 창작품 미니로봇으로 배우는 알고리즘 3D펜의 구조와 원리, 3D펜으로

모델링하기

오조봇 2.0의 기능 이해, 작동원리, 명령어조합 익히기,

활동(레이싱)하기 준비물: 3D펜(완충) 15자루,

여분의 필라멘트 등

준비물: 오조봇(완충) 8개, 전용마카펜, 전지, 명령어

스티커, 활동지 등

10:50~11:00 준비 및 휴식 시간

11:00~12:20 (5, 6학년)

3D프린팅를 활용한 작품 만들기 코딩으로 드론 날리기 3D프린팅 모델링 체험,

3D프린터를 활용한 열쇠고리(도장) 만들기

스크레치를 활용하여 드론 코딩하기

준비물: 3D프린터, 필라멘트 등 준비물: 드론(완충 6대), PC 6대 3. 참여 학생 선정 방법

구 분 기 간 방 법

온라인 홍보 2018. 7. 18.(수)~20.(금) 학교 클래스팅, 학교 홈페이지 팝업창 접수 개시일 2018. 7. 21.(토) 09:00 ~

22.(일) 18:00 구글 플랫폼 활용 접수(선착순) 4. 프로그램 참여 신청 및 ‘학교내 무한상상실’ 카페 가입

5. 프로그램 참여 후 만족도 설문조사 실시 → 피드백 및 활용

6. 안전 관리 : 경기도교육청 학교안전 업무 매뉴얼(2018) 내 ‘과학실험실 안전 관리’ 사전 교육 및 이행

(12)

4. 연구 수행 결과

◦연구 설계 및 절차

- 본 연구는 과학핵심역량 함양을 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발 하여 학생 중심의 과학 탐구 활동을 통해 과학핵심역량의 한 요소인 태도에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.

- 태도 검사지는 박현주 외(2014)가 개발하여 수정·보완하여 한국과학창의재단에 서 배표한 융합인재교육(STEAM) 태도 검사지를 활용하였으며, 본 검사지는 Likert 4 Scale(전혀 동의하지 않음, 동의하지 않음, 동의함, 매우 동의함) 문항 으로 구성되어 있었다. 또한 총 문항수는 40문항 이었으며, 흥미, 배려와 소통, 자기주도적학습, 이공계진로선택의 4가지 평가구인으로 구성되어 있다.

- 흥미의 경우 수학과 과학의 하위 영역 문항으로 이루어져 있으며, 배려와 소 통의 경우 배려, 소통, 자기주도적학습의 경우 유용성/가치인식, 자기효능감, 자아개념의 하위 영역으로 구성되어 있다.

- 사전 검사는 5월 28일에 147명(4개 학급)을 대상으로 실행하였으며, 사후검사 의 경우 10월 16일에 147명(4개 학급)을 대상으로 실행되었다.

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 15차시

수업 적용 일정 2018. 6. 4. ~ 2018. 10. 12.

(STEAM 수업)수혜학생 수 현화초등학교 147명(3-4학년군 4개반) 학생 태도검사 사전검사 5월 28일, 4개 학급(147명) 실시 완료 사후검사 10월 16일, 4개 학급(147명) 실시 완료

학생 및 교사 만족도조사 10월 19일 실시 완료

교사연구회 STEAM 행사 개최

1. 2018.10.10. 경기남부권역 융합인재교육(STEAM) 워크숍 개최

2. 2018.10.27. 미술과 연계 융합인재교육(STEAM) 협의회 개최

3. 2018.08.13.-2-18.-8.14. 여름방학 메이커 캠프 운영 논문 또는 학술대회 2018.08.04. 한국초등과학교육학회

하계학술대회 포스터 발표

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

(13)

◦1 단계 수업 결과

- 첫 단계는 학생들이 탐구를 실행하기 위한 기초적인 단계로서 학생들이 일상 생활에서 갖게 되는 과학적 흥미와 호기심을 누적 기록하여 탐구의 기본 소재 로 활용하기 위함이다.

- 이 때, 호기심 기록 활동지를 활용하여 우리 주변에서 갖게 되는 과학적 궁금 증을 기록하고 그 결과를 모아서 학생이 궁금해 하는 한 두 가지의 궁금증을 명확히 하는 활동을 하게 된다. 이와 같은 활동을 하는 이유는 학생들이 궁금 해 하는 과학적 현상이 무엇인지에 대하여 명확하게 알고 있을 때 장기간에 걸친 탐구 활동을 진행할 수 있기 때문이다.

- 마지막으로 탐구 활동을 위한 모둠 조직을 통해 팀명 정하기 등의 활동을 하 여 학생들의 탐구 활동이 모둠 간의 협동을 통해 이루어질 수 있도록 한다.

(14)

◦2 단계 수업 결과

- 두 번째 단계는 탐구 계획을 세우기 위한 과정으로 이루어져 있다. 이전 단계 에서 과학적 현상에 대한 궁금증과 호기심을 느꼈다면 준비하기 단계에서는 간단한 계획을 세워보고 검색을 통해 내가 알고 있는 것과 새롭게 알게 된 것 을 정리하며, 최종적인 계획을 세우게 된다.

- 이 때, 학교의 컴퓨터실과 학생들이 가지고 있는 스마트폰을 활용하면 많은 도움이 된다. 학생들은 스마트폰을 게임과 SNS의 도구 정도로만 활용하고 있 기 때문에 다양한 문제점들이 생기고 있다. 하지만 단순히 스마트폰을 멀리하 거나 사용하지 못하게 하는 것만으로는 올바른 교육이라고 말하기 힘들며 실 제 스마트폰이 학습에 어떤 방식으로 활용될 수 있는가에 대한 지도가 필요하 다. 따라서 이 단계에서 스마트폰을 학습에 활용해보는 다양한 경험을 쌓는 것이 중요하며 인터넷 검색, 앱 활용 등의 방식으로 진행될 수 있다.

- 실제로 학생들은 활동 초기에 인터넷 검색과 앱 활용에 많은 어려움이 있었지 만 한 번의 경험만으로도 많은 학생들이 이전보다 훨씬 발전된 활용능력을 보 였으며 단순히 게임의 도구로만 생각하지 않는 계기가 되었다.

(15)

◦3 단계 수업 결과

- 세 번째 단계는 학생의 계획을 바탕으로 탐구 활동을 하는 단계이다.

- 이 때, 학생들의 원활한 탐구 활동을 위해서 학교에 구비된 다양한 자원을 활 용할 필요가 있다. 특히 과학준비실의 자료들을 우선 적으로 활용하고, 없을 경우 학습 준비물 구입비 등을 활용하는 것도 좋은 방법이라고 할 수 있다. 특히 우험하거나 가정에서 사전 준비가 필요한 경우 학부모님의 협조를 구하 는 것도 중요하므로, 학생-교사-학부모와 같은 다양한 교육 주체들이 협력할 필요가 있다.

- 탐구를 실행 할 때에는 개별로 실시하기에는 교육과정의 시간이 부족하기 때 문에 모둠 또는 학급 단위의 계획을 최종적으로 작성하여 함께 탐구하는 것이 중요하다.

(16)

◦4 단계 수업 결과

- 마지막 단계는 탐구를 통해 학생들이 발견한 결과와 과학적 지식 그리고 성취 감을 느끼는 단계이다.

- 이 때, 학생들이 탐구의 과정에서 느꼈던 다양한 감정을 표현하게 하는 활동은 과학적 태도의 중요성을 강조하는 2015 개정 과학과 교육과정의 목표에 부합하 는 활동이라고 판단된다.

- 마지막으로 학생들이 했던 탐구를 통해 새로운 탐구의 씨앗으로 삼는 것이 중 요하였다. 학생들은 하나의 탐구활동을 마치면 호기심이 그것으로 끝나는 것이 아니라 더 확장되는 것을 볼 수 있었다. 이 때 확산적 발문을 적절히 활용하면 학생들이 더 확장된 탐구 문제를 발견하는 것을 확인할 수 있었다.

5. 결론 및 제언

과학은 기존의 주지교과 중에서도 과학적 지식으로 내표되는 내용영역에 대한 중요성이 매우 강조되어왔기 때문에 상대적으로 과학적 태도나 과학탐구능력과 같은 영역들은 중요시되지 못 하였다.

하지만 급격하게 변화하는 사회에서 지식의 중요성보다 지식을 활용하고 융합하여 새로운 것 을 창출해내는 역량이 매우 중요하게 인식되었다. 따라서 단순한 과학적 지식의 학습뿐만 아니 라 일상생활의 과학적 문제 상황에 민감성을 갖고 이를 인식하며, 탐구 계획을 바탕으로 탐구 를 수행하여 과학적 문제를 해결하고, 탐구를 통해 발견한 것을 확장하는 새로운 역량의 중요 성이 강조되었다.

이를 위해 본 연구에서는 과학핵심역량 함양을 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발 하여 학생들에게 적용하고 단순히 지식만을 강조하는 것이 아닌 하나의 과학적 문제를 해결해 가는 상황에서 다양한 교과가 융합된 실제적 지식을 학습하는 것을 목표로 하였다.

본 연구를 통해 개발된 프로그램의 경우 학생들이 분절적인 지식을 학습 것이 아니라 융합적 이고 실제적인 지식을 학습하였다는 점에서 그 의의가 있으며 개정 교육과정이 추구하는 학생 중심수업과 과정중심평가를 학교 현장에 적용할 수 있는 기초적인 프로그램을 마련하였다는 점 에서도 그 의의가 있다고 할 수 있다.

6. 참고문헌

채희인(2017). 과학핵심역량의 재구조화에 기반한 초등과학 수업전략 개발 및 적용.

경인교육대학교 박사학위 논문.

네이버 블로그. https://blog.naver.com/skan_sweko/220365457054 교육부(2018). 4학년 과학 교사용 지도서. 교육부.

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

초등학교 과학 (15)그림자와 거울 수업용 STEAM 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1~3/15 [재미있는 나의 탐구] 우리 주변의 자연 현상에 호기심을 갖고 탐구하는 자세를 가진다.

2 4~6/15 [재미있는 나의 탐구] 스스로 탐구문제를 정하고, 탐구계획에 따라 실행할 수 있다.

3 7~9/15 [4 과 15-01] 여러 가지 물체의 그림자를 관찰하여 그림자가 생기는 원

리를 설명할 수 있다. 수학 (2) 도형

4 10~12/15 [4 과 15-02] 전등과 물체 사이의 거리에 따른 그림자의 크기 변화를 관 찰하여 서술할 수 있다.

수학 (2) 도형

미술 (1) 체험 (2) 표현

5 13~15/15 [4 과 15-04] 일상생활에서 거울을 이용하는 예를 조사하고 거울의 성질 과 관련지어 그 기능을 설명할 수 있다.

사회 (2) 우리가 살아가는 모습

1-1. 교육과정 재구성표

<교육과정 재구성 운영방법>

1. 과학핵심역량중심 수업전략은 2015개정 과학과 교육과정의 목표 개선 이유와 같이 학생들에 게 단편적인 과학지식을 학습하도록 하는 것이 아니라 학생들이 과학에 호기심을 느끼고 과학 탐구에 대한 즐거움과 성취감을 느낄 수 있으며, 과학탐구 활동을 통해 미래 사회의 구성원으 로서 필요한 실제적인 역량의 함양을 이루어낼 수 있는 수업전략이라고 할 수 있다. 따라서 수업이 기존에 제시되어 있는 교육과정의 순서대로만 학습이 이루어지지 않는다.

(18)

2. 학생들의 흥미와 호기심에서부터 시작하는 과학탐구 활동을 진행하기 위해서 선정된 주제와 관련된 단원 또는 성취기준을 확인해보는 것에서부터 시작한다. 가장 먼저 과학 교과에서 탐 구 주제와 관련이 깊은 단원과 그 성취기준을 확인하고 관련 교과들의 단원과 성취기준을 확 인하는 것이 필요하다. 대부분 이런 작업은 교사의 지도 경험을 통한 노하우이지만 현재 교육 부에서는 교사들의 재구성을 수월하게하기 위하여 티클리(http://www.edunet.net/nedu/

main/mainForm.do)에 교과융합을 위한 자료탑재를 개발 중이다.

3. 티클리어에 탑재될 자료는 교과의 성취기준에 있는 키워드를 검색하면 관련된 타 교과의 성취 기준을 제시해주는 방식으로 개발될 예정이며, 교사의 검색만으로도 다양한 교과의 관련 성취 기준을 손쉽게 검색할 수 있기 때문에 융합인재교육(STEAM)에 많은 도움이 될 것이라고 판 단된다.

티클리어 성취기준 검색 알고리즘

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 15차시)

차시 주요내용

1~3 /15

주제(단원)명 도전하기(과학적 지식 및 현상 탐구, 도전의 명료화, 프로젝트 조직화)

※ 과학적 지식 및 현상 탐구

- 과학에 대한 흥미와 호기심 발견하기 Co - 과학 탐구 활동 소개 ET

- 과학적 지식 및 현상 탐구 활동지 소개

※ 도전의 명료화

- 과학적 지식 및 현상 탐구 활동지 확인

※ 프로젝트 조직화 - 프로젝트 그룹 조직

(19)

4~6 /15

주제(단원)명 준비하기(사전계획하기, 재탐색, 계획의 명료화)

※ 사전계획하기 Co

※ 재탐색 - 재탐색 안내

※ 계획의 명료화 CD - 재탐색 내용 발표 - 구체적인 계획 수립

7~9 /15

주제(단원)명 탐구하기 1 (탐구준비, 탐구실행, 탐구 결과 산출 및 검토)

※ 탐구준비 Co - 탐구준비하기 - 탐구 유의사항 점검

※ 탐구실행 CD

※ 탐구 결과 산출 및 검토 ET - 탐구결과 정리

- 보고서 작성

10~12 /15

주제(단원)명 탐구하기 2 (탐구준비, 탐구실행, 탐구 결과 산출 및 검토)

※ 탐구준비 Co - 탐구준비하기 - 탐구 유의사항 점검

※ 탐구실행 CD

※ 탐구 결과 산출 및 검토 ET - 탐구결과 정리

- 보고서 작성

13~15 /15

주제(단원)명 발견하기(프로젝트 전체를 살펴보기, 성취의 내면화, 새로운 도전)

※ 프로젝트 전체를 살펴보기 Co - 활동 점검

- 발표하기

※ 성취의 내면화 ET

※ 새로운 도전 ET

(20)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/3-4 학년군

중심과목 성취기준

영역

[초등학교 3~4 학년군]

(15) 그림자와 거울

중심과목 성취기준

[4 과 15-01] 여러 가지 물체의 그림자 를 관찰하여 그림자가 생기는 원리를 설명할 수 있다.

주제(단원)명 우리들의 과학탐구 차시 7~9/15

학습목표 우리 주변의 과학적 문제 상황을 발견하고, 이를 해결하기 위한 탐구과정을 설계할 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

성취기준 영역 [초등학교] (2) 도형

STEAM 요소

S 물체, 그림자, 과학적 문제 상황, 과학적 탐구

T 과학적 원리를 활용하여 빛이 들어오게 하는 장치 설계 E 빛이 들어오게 하는 장치 제작

A 표현 M 도형

개발 의도 학생들이 일상생활의 과학적 문제를 발견하고, 이를 해결하기 위한 탐구과정을 설계하고 실행하는 과정에서 융합적 역량과 과학핵심역량을 함양할 수 있도록 한다.

본 수업은 채희인(2017)의 ‘과학핵심역량중심 수업전략’을 중심으로 구성하였다. 과학핵심역량중심 수 업전략은 학생 중심 탐구활동을 가장 구체화한 모형으로 학생의 자기주도적 학습능력 향상과 핵심역량 함양이라는 현대 교육적 가치를 가장 잘 실현할 수 있는 모형이라고 할 수 있다. 특히 2015 개정 과학 과 교육과정의 목표 개선과 같이 태도와 역량을 강조하는 프로젝트식 탐구활동을 진행할 때 학교에서는 많은 어려움이 있을 수 있다. 하지만 그 어려움을 해결하기 위한 체계적인 과정과 절차가 제시되어 있는 구체적인 탐구 모형은 없는 것이 현실이었다. 이런 학교 현장의 문제점들을 해결하기 위해 개발된 과학 핵심역량중심 수업전략은 그 시작에서부터 마무리 단계에 이르기까지 구체적인 교수·학습과정을 자세히 제시하였다는 점에서 큰 의미가 있는 모형이다.

따라서 우리 융합인재교육(STEAM) 교사 연구회에서는 이 모형을 기초로 학생들의 흥미와 호기심에서 부터 시작하는 과학 탐구활동을 진행하고 그 과정을 간단히 지도안 형식으로 나타내고자 하였다. 하지만 프로젝트 수업의 특성상 일련의 모든 과정을 문서화하는 것은 매우 어려우며 실제 교수학습과의 차이도 있을 수 있다. 그러므로 구체적인 과정은 채희인(2017)의 박사학위 논문인 ‘과학핵심역량의 재구조화에 기반한 초등과학 수업전략 개발 및 적용’을 참고하는 것이 바람직할 것이다.

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

학생들이 일상생활에서 갖게 되는 과학적 호기심 및 학적으로 해결할 수 있는 문제

상황

창의적 설계

탐구의 과정을 통해 학생들이 친구들과 협력하여 우리 주변의

과학적 문제 상황을 자기주도적으로 해결하였다는 성취감

및 협동심

감 성 적 체 험 일상생활의 과학적 문제 상황을

해결할 수 있는 장치 설계

감성적 체험

(21)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료 및

유의점

도입 (20 분)

학생들이 일상생활에서 발견한 과학적 문제 상황 및 호기심 Co

호기심 기록장 및 학생들이 설계한 탐구 계획을 바탕으로 탐구 준비하기

CD

Tip! 활동 초기 학생들이 주변 현상에 대한 호기심과 궁금증이 없거나 적을 수 있다. 그 이유는 대부분 순간적인 호기심으로 지나쳐버리기 쉬우며, 찾아보거나 주변 어른들에게 물어봐도 잘 검 색되지 않거나 무관심한 경우가 많았다. 따라서 학생들이 주변의 과학적 현상에 대하여 호기심을 갖도록 다양한 확산적 발문을 하는 것이 필요하다. 특히 학생들과 관련이 깊은 현상에 대하여 질 문을 해보는 것도 중요하다고 할 수 있다.

활동지

Tip!

탐구준비의 경우 교사, 학생, 학부모 로 이루어진 과학 학습공동체를 활용 하는 것이 중요함

전개 (80 분)

탐구계획을 바탕으로 탐구 실행하기 CD

Tip! 일반적으로 과학 탐구 실행을 실험실에서 과학기기들을 준비해놓고 하는 실험으로만 간주 하기 쉬우나 사고활동, 검색, 주변 사물 관찰 등 다양한 활동들이 탐구가 될 수 있다. 따라서 학 생들이 탐구를 실행할 때 다양한 방식으로 이루어질 수 있도록 확산적 사고를 촉진하는 것이 중 요하다.

탐구계획을 바탕으로 과학적 문제를 해결할 수 있는 장치를 설계하기 CD

Tip! 장치를 설계하고 제작할 때에는 학생들의 안전을 중요하게 고려하는 것이 필요하다. 이 때 학부모와 협력하여 가정에서 준비해주거나 어른들이 도와주어야 하는 것이 있을 경우 과학학습 공동체의 유기적인 연계를 통해 해결해가는 것이 중요하다.

Tip! 현재 교과서에 제시되어 있는 기 초·통합탐구방법에 대하여 학생들이 자 연스럽게 이해하고 실행할 수 있도록 하는 것이 중요하 다.

정리 (20 분)

탐구결과 산출 및 검토 ET

Tip! 탐구를 통해 얻어진 다양한 결과를 종합하여 보고서 및 결과물을 산출해내는 것이 중요하 다. 이 때 학생들 사이의 원활한 의사소통이 필요하며 협력적인 자세 및 배려와 같은 태도가 요 구된다고 할 수 있다.

(22)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~3/15

날 짜 궁 금 한 내 용 기 타

(23)

5. 교사자료

차시 4~6/15

자료출처 네이버 블로그, https://blog.naver.com/skan_sweko/220365457054

(24)

차시 4~6/15

1. 빛의 직진

빛의 직진은 빛이 진공 중이나 균일한 매질 내에 서 곧게 나아가는 성질을 말한다. 및은 파장이 짧 기 때문에 직진성이 강하다.

2. 그림자

점광원에 의한 빛은 사방으로 곧게 퍼져 나간다.

빛이 진행하는 곳에 물체가 놓인다면 빛은 물체에 막혀 더 이상 진행하지 못하게 되고 물체 뒤에는 빛이 도달하지 못하는 부분이 생기게 된다. 이 부 분을 그림자라고 한다.

점광원인 경우에는 그림자가 선명하가ㅔ 생긴다.

그러나 점광원이 아닌 경우에는 안쪽은 진하고 가 장자리 부분은 조금 흐린 그림자가 생긴다. 빛의 일부는 차단되고 일부는 도달해 그림자가 희미하 게 생기는 부분을 반그림자라고 한다.

벽과 가까운 곳에 물체를 놓으면 반그림자가 거 의 없고 본그림자만 있기 때문에 그림자가 뚜렷하 다. 이 물체를 벽에서 멀리 가져가면 반그림자가 점점 커져 그림자 윤곽이 흐릿해지고 본그림자가 줄어든다. 물체가 벽에서 매우 멀리 떨어지면 벽에 빛이 닿는 부분이 많아지므로 그림자를 거의 볼 수 없게 된다.

3. 빛의 반사

빛이 직진하다가 물체를 만나면 물체의 표면에 튕겨 나가는 현상을 빛의 반사라고 한다. 매끄러운 표면에서는 정반사가 일어나며 거친 면에서는 난 반사가 일어난다.

대부분의 표면에서는 여러 방향으로 빛을 반사하 는 난반사를 한다. 이 대문에 물체를 그 주변의 사 물과 구별하고 색깔도 알아낼 수 있다.

물체의 면에서 빛이 반사될 때는 일정한 규칙, 즉 반사 법칙을 따른다. 빛이 평면에서 반사될 때에는 평면에 수직인 법선, 입사광선, 반사 광선 같은 평 면 위에 있고, 두 광선이 각각 법선과 이루는 각이 같다.

4. 태양 빛과 그림자의 크기

물체의 그림자를 관찰할 때 광원, 물체, 스크린이 일렬로 놓여 있는 상태에서 광원과 스크린 사이의 거리가 고정됐을 때는 물체가 광원에 가까워지면 그림자의 크기가 커지고, 스크린에 가까워지면 그 림자의 크기가 작아진다. 그러나 태양 빛은 물체의 위치에 따라 그림자의 크기가 거의 변하지 않는다.

이것은 태양과 물체 사이의 거리가 매우 멀기 때 문에 물체와 스크린 사이의 거리 변화가 그림자에 영향을 끼치지 않기 때문이다. 즉, 태양이 너무 멀 리 떨어져 있어 지구로 들어오는 태양 빛은 거의 평행하기 때문이다. 태양의 각 지점에서는 빛이 퍼 져 나아가지만 지구는 태양보다 작고 거리도 멀어 지구로 들어오는 태양 빛은 거의 평행하게 들어온 다.

5. 버스 운전기사가 보는 거울

물체의 버스 운전기사는 뒤르 ㄹ돌아보지 않고도 승객이 안전하게 버스를 타고 내리도록 도움을 준 다. 이를 위해 버스 운전기사는 버스 앞부분에 설 치되어 있는 버스 뒷거울을 이용해 버스 안에 있 는 사람들의 모습이나 버스 하차문에 있는 승객의 행동을 자주 관찰하나다. 버스 뒷거울을 좌우 방향 으로 돌리면 보고 싶은 방향의 모습을 더 잘 볼 수 있다.

실험관찰 이미지 자료

자료출처 4학년 과학 교사용지도서(2018)

(25)

6. 차시별 학생 평가기준 및 방법

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1~3 /15

상 과학적 현상에 대한 궁금증을 바르게 기록하고 탐구문제를 명료하게 정하였는가?

포트폴리오 평가 포트폴리오 중 과학적 현상에 대한 궁금증을 기록하고 탐구문제를 평가지

정하였는가?

하 과학적 현상에 대한 궁금증을 기록하고 탐구문제를 정하는 것을 어려워하는가?

4~6 /15

상 탐구 문제, 탐구 방법, 탐구 순서, 준비물, 예상되는 결과가 잘 드러나도록 탐구계획을 세웠는가?

보고서 평가 탐구 계획 보고서 중 탐구 문제, 탐구 방법, 탐구 순서, 준비물, 예상되는

결과를 일부 포함하여 탐구계획을 세웠는가?

탐구 문제, 탐구 방법, 탐구 순서, 준비물, 예상되는 결과와 같은 요소들을 고려하여 탐구계획을 세우는

것을 어려워하는가?

7~9 /15

상 탐구계획에 따라 알맞게 탐구를 준비하고 탐구를 실행하였는가?

관찰평가 관찰평가지

중 탐구계획에 따라 탐구를 준비하고 탐구를 실행하였는가?

하 탐구계획에 따라 탐구를 준비하고 실행하는 것을 어려워하는가?

10~12 /15

상 탐구계획에 따라 알맞게 탐구를 준비하고 탐구를 실행하였는가?

관찰평가 관찰평가지

중 탐구계획에 따라 탐구를 준비하고 탐구를 실행하였는가?

하 탐구계획에 따라 탐구를 준비하고 실행하는 것을 어려워하는가?

13~15 /15

탐구 결과를 바르게 발표하고, 탐구 결과를 확장하여 새로운 탐구에 대한 흥미와 호기심을

갖는가?

관찰평가 관찰평가지

중 탐구 결과를 발표하고, 새로운 탐구에 대한 흥미와 호기심을 갖는가?

하 탐구 결과를 발표하는 것을 어려워하는가?

(26)

가. 포트폴리오 평가지(1~3차시)

평가 목표 과학적 현상에 대한 궁금증을 바르게 기록하고 탐구문제를 명료하게 정할 수 있다.

평가 방법 포트폴리오 평 가 자 ☐ 교사 ☑ 자기 ☐ 동료

※ 나의 활동에 대해 스스로 평가하여 봅시다.

평가 항목 네 아니오

평 가 항 목

호기심 나는 우리 주변의 과학적 현상에 대한 궁금증을 호기심 기록장에 바르게 기록하였다.

탐구문제 명료화

나는 호기심 기록장에 적어 놓은 궁금증을 바탕으로 탐구문제를 명확하게 기록하였다.

※ 평가 노하우 : 학생들의 경우 일상생활에서 과학적 현상에 대한 궁금증을 느낄 경우가 많이 있다. 하지만 보통의 경우 그 궁금증은 순간적이며 휘발성을 갖고 있다. 즉 그 때에 궁금했던 내용을 기록하지 않으면 금방 잊어버리는 경우가 매우 많다. 따라서 학생들이 흥미와 호기심을 갖는 내용을 지속적으로 기록할 수 있도록 격려하고 호기심 기록장의 내용들을 간단하게 확산 적 질문으로 피드백 해주는 것이 필요하다. 그럴 경우 학생들의 흥미와 호기심의 그 폭과 깊이 가 확장된다. 또한 포트폴리오 평가를 실시하는 것은 자기 스스로 점검하는 측면이며 현 상태 에 대한 인식을 가능하게 해준다. 그러므로 자기 점검의 과정을 통해 과학적 흥미와 호기심을 심화할 수 있도록 지도한다.

나. 보고서 평가(4~6차시)

모둠명

평가 영역

평가

(매우우수 5, 우수 4, 보통 3, 미흡 2, 매우미흡 1)

5 4 3 2 1

모둠별 평가 (25)

탐구문제 탐구방법 탐구순서 준비물 예상되는 결과

합계

※ 평가 노하우 : 탐구 계획을 수립할 경우에는 탐구문제, 탐구방법, 탐구순서, 준비물, 예상되는 결과와 같은 다양한 요소들이 포함되고 충실하게 작성되어 있는지 점검할 필요가 있다. 이들 중 한 부분이라도 부족할 경우 탐구 계획을 실행할 때 일관성 있는 탐구 활동이 이루어지지 않 을 수 있다. 그러므로 해당 요소들을 충실하게 잘 포함하고 있는지를 사전 점검하고 부족한 부 분을 보충하여 올바른 탐구 활동으로 발전될 수 있도록 피드백을 제공하는 것이 필요하다.

(27)

다. 관찰평가지(7~9차시/10~12차시)

번호 이름 탐구준비 탐구실행

배움과 성장의 기록

상 중 하 상 중 하

라. 관찰평가지(13~15차시)

번호 이름 탐구결과 발표 새로운 탐구

배움과 성장의 기록

상 중 하 상 중 하

7. 학교생활기록부 기재 예시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(과학) 주변 현상에 대한 흥미와 호기심을 바탕으로 탐구 활동 계획을 올바르게 세움. 자기주도적 학습능력을 바탕으로 탐구 활동을 스스로 준비하고 탐구 계획에 알맞게 실행함. 탐구 결과를 바탕으로 새로운 탐구 문제로 확장할 수 있는 확산적 사고활동을 함.

(수학) 교실 및 생활 주변에서 여러 가지 물체를 활용하여 직육면체 모양을 만들 수 있음. 여러 거지 입체도형의 모양을 만들고, 그 모양에 대해 위치나 방향을 이용하여 말할 수 있음. 입체도형의 모양과 평면도형의 모양을 이용한 입체도형 만들기와 꾸미기를 할 수 있음.

행동특성 및 종합의견

일상생활의 과학적 문제를 인식하고 탐구 계획을 세워 바르게 해결함. 하나의 주제를 바탕으로 다양한 영역의 지식을 융합하여 탐구 활동을 수행함. 활발한 의사소통과 경청 그리고 배려의 자세를 바탕으로 협력적인 모둠 활동을 함.

(28)

[부록2] 학술대회 발표 자료

◦2018년 한국초등과학교육학회 하계학술대회 포스터 발표(201.08.04.) 1. 제목

- 초등 과학핵심역량 함양 중심의 융합인재교육을 위한 무한상상실 운영 방안 탐색

2. 필요성

- 2015 개정 과학과 교육과정의 도입으로 인해 학생의 과학핵심역량 함양 중심 의 융합인재교육에 대한 필요성이 제기되었다.

- 한국과학창의재단에서는 학생들의 융합적사고를 촉진하고 실현하기 위한 무한 상상실을 보급하고 있다.

- 학교 단위 또는 지역 거점으로 운영될 무한상상실에 대한 구축 및 운영 방안이 구체적으로 마련되어 있지 않아 무한상상실 구축의 어려움, 관련 교육 주체들 의 인식 및 의견 반영의 어려움, 운영 및 활용 방안 마련의 어려움이 있다.

- 초등학생들의 과학핵심역량 함양 중심의 융합인재교육을 실현할 수 있는 무한 상상실 운영 방안에 대한 탐색이 필요하다.

<학술대회 발표용 포스터 및 학술대회 자료집>

3. 학술대회 결과

<학술대회 발표>

4. 발표성과 및 시사점

- 융합인재교육(STEAM)의 효율적이고 효과적인 실현을 위한 공간 구축 및 실제 적의미의 융합인재교육 구현에 대한 연구자들 간의 의견 나눔 및 정보교환

참조

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