충북과학고등학교

(1)

2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 최종보고서

2018. 10.

충북과학고등학교

(2)

【2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서】

과 제 개 요

과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 ‘Light Bridge’를 활용한 고등학교 과학․수학 STEAM 프로그램

학교급 고등학교 대상 학년(군) 2학년

중심과목 지구과학 중심과목

성취기준 영역 [고등학교 2학년] 우주 / 별의 특성과 진화

연계과목

수학 물리 화학 생명과학

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 2,3학년] 기하 / 공간도형과 공간좌표 [고등학교 2학년] 전기와 자기 / 전기

[고등학교 2학년] 물질의 구조 / 전자

[고등학교 2학년] 항성성과 몸의 조절 / 자극과 반응 연구기간 2018.3.협약체결일 ~ 2018.11.23.(약 8개월)

연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 8명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 7명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 충북과학고 지구과학 교사 김진욱

공동연구원 충북과학고 수학 교사 정재균

공동연구원 충북과학고 물리 교사 이명규

공동연구원 충북과학고 물리 교사 강남수

공동연구원 충북과학고 화학 교사 임종일

공동연구원 충북과학고 생명과학 교사 차현정

공동연구원 충북과학고 생명과학 교사 이봉형

공동연구원 충북과학고 지구과학 교사 황경하

2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2018년 10월 30일

연구책임자 : 김 진 욱 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

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“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

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목 차

1. 요약문

··· 1

2. 서론

··· 1

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 1

가. 연구 수행 내용 ··· 1

1) STEAM 프로그램 개발 및 적용 ··· 1

2) 학생 태도검사 대상의 선정 이유 ··· 2

나. 연구 수행 결과 ··· 2

1) STEAM 프로그램 개발 및 적용 ··· 2

2) STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 ··· 4

3) STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 ··· 5

4) 예산 변경 ··· 6

4. 결론 및 제언

··· 7

[부록]

··· 14 부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

부록2. 학생 산출물, 평가

(5)

1. 요약문

‘Light Bridge’는 빛과 전기회로를 주제로 과학, 기술, 공학, 예술, 수학적 내용을 바 탕으로 한 STEAM 프로그램이다. 레고 블록과 유사한 교구를 개발하여 이들의 연 결을 통해 빛을 낼 수 있도록 하였으며 수학의 정사영, 공간벡터, 과학의 별자리, 시각 등 다양한 학문의 융합을 이끌었다. 적용 대상은 본교 2학년 학생으로 주로 동아리 시간을 활용하여 수업을 실시했으며, 다양한 작품의 설계와 제작으로 많은 시간이 소요되었으나 대체적으로 STEAM 수업에 만족할 만한 결과를 이끌어냈다.

2. 서론

◦ 과학, 기술, 공학, 예술, 수학을 융합할 수 있는 STEAM 프로그램을 개발하여 융합 인재를 양성할 수 있다.

◦ 교육과정 중 학생들이 시험의 부담에서 벗어나 꿈과 끼를 찾을 수 있도록 수업을 계획하고, 실험과 토론 위주의 수업 방식으로 창의적인 사고를 최대한 이끌어 낼 수 있도록 프로그램을 개발한다.

3. 연구 수행 내용 및 결과 가 . 연구 수행 내용

1) STEAM 프로그램 개발 및 적용

- 별자리 이해, 별의 특성 중 별까지의 거리 / 별까지의 거리 공식 유도하기 - 공간도형 및 공간벡터 개념 이해하기

- STEAM 프로그램 개발 및 적용 교육과정

연번 차시 (중심과목) 2015 개정 교육과정 성취기준 (연계과목) 성취기준 영역 1 1~5/15 [12 지과Ⅰ 05-01] 별의 스펙트럼과 광도로부터 별의

온도와 크기를 결정하는 방법을 설명할 수 있다.

[고등학교 2학년] 수학

기하 (3) 공간도형과 공간좌표

2 6~11/15 [12 지과Ⅰ 05-01] 별의 스펙트럼과 광도로부터 별의 온도와 크기를 결정하는 방법을 설명할 수 있다.

[고등학교 2학년] 물리 (2) 전기와 자기 [고등학교 2학년] 화학 (1) 물질의 구조

[고등학교 2학년] 생명과학 (3)항성성과 몸의 조절

3 12~15/15 [12 지과Ⅰ 05-02] H-R 도 상에서의 위치에 따른 별의 특징을 물리량과 관련지어 설명할 수 있다.

기하 (3) 공간도형과 공간좌표 [고등학교 2학년] 물리

(2) 전기와 자기 [고등학교 2학년] 화학 (1) 물질의 구조

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- STEAM 프로그램 총괄표 (총15차시)

2) 학생 태도검사 대상의 선정 이유

- 과학고등학교의 경우 2학년 때 인문계 고등학교에서 배우는 3학년 과정을 속진 학습으로 진행되기 때문에 ‘Light Bridge’가 학습도구로 사용되는데 있어 무리 가 없음

- STEAM 프로그램을 적용한 학급은 3반으로 적용하지 않은 1반과 성적 분포가 유사하고 남녀비율이 비슷함. 학습 분위기에 미묘한 차이는 있으나 두 학급 모 두 수업에 성실히 임하는 자세가 엿보여 1, 3반 총34명을 대상 집단으로 선정

나 . 연구 수행 결과

1) SETAM 프로그램 개발 및 적용

- 지구과학 교과 중 우리가 흔히 ‘별자리’라 불리우는 별들이 어떻게 구성 되었는

차시 주요내용

1~5 /15

주제(단원)명 정사영과 별자리

별자리와 수학의 정사영 개념을 융합하여 설명

Co 백조자리 별자리를 구성하고 있는 별들 중 가장 멀리 있는 별은 무엇일까? 또 그렇게 생 각한 이유는 무엇인가?

CD 밤하늘에서 볼 수 있는 다양한 별자리들을 입체 별자리판으로 제작해 보고, 별자리를 바 라보는 방향이 달라진다면 다른 모양으로 바뀔지 확인해 본다.

ET 별자리의 모양을 보며 사물이나 사람에 비유해 본다. 입체 별자리판을 만들며 별들의 공 간 분포에 대해 깨달을 수 있다.

6~11 /15

주제(단원)명 ‘Light Bridge’ 모둠별 제작

Light Bridge 를 직접 제작해 보고, 그 과정에서 정류회로와 원뿔세포의 개념을 함께 이해

Co ‘Light Bridge’는 1) 어떤 모양이 가장 좋을까? 2) 모든 연령대에서 사용할 수 있을까? 3) 어떤 소재로 만드는 것이 가장 좋을까?

CD ‘Light Bridge’의 모양과 크기, 소재를 모둠별로 정하고, 각자 왜 그렇게 생각했는지 다른 모둠과 토의할 수 있다.

ET ‘Light Bridge’를 만드는 과정에서 다양한 공작(노작)활동을 통해 함께 만드는 모둠원 과의 협력심을 기르고 상대방을 배려하는 자세를 함양한다.

12~15 /15

주제(단원)명 제작한 ‘Light Bridge’를 이용한 다양한 활용방법 찾기

직접 제작한 Light Bridge 를 이용해 수학, 과학에서의 다양한 활용방법을 찾는다.

Co ‘Light Bridge’로 활용할 수 있는 수학, 과학 개념에는 무엇이 있을까? 초등학생부터 고등 학생까지 즐길 수 있는 다양한 방법을 생각해 보자.

CD ‘Light Bridge’의 활용방안을 고민하고 적용할 때 수학, 과학(물리, 화학, 생명과학, 지구 과학) 전반에 걸친 이해를 바탕으로 창의적인 아이디어를 고안한다.

ET 추가적으로 ‘Light Bridge’를 다양한 재료로 만들어보고 활용방안을 모색한다. 이 과정에서 모둠원과의 협력심을 기르고 상대방을 배려하는 자세를 함양한다.

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지를 설명하고, 한 낮에 별 사진을 촬영 할 수 있는 도구로 사용하기 위해

‘Light Bridge’를 제작함. 또한 별의 스펙트럼 분석을 통해 특정 파장 대의 영역 에서 높은 복사 세기(가시광선 영역)를 보일 때 달라질 수 있는 별의 색을 표현 하였고, 이를 H-R도에 나타냄으로써 별의 진화 과정과 스펙트럼형 간의 상관관 계를 쉽게 이해하도록 함.

- 수학 교과 중 기하 과목의 ‘공간도형과 공간좌표’ 단원은 학생들에게 고난이도 공 간지각능력을 요해, 학습하는데 있어 초기 흥미를 끌어올리는 것이 중요. ‘Light Bridge’를 활용하면 공간을 입체적으로 볼 수 있는 능력이 배양되고, 이를 통해 공간도형에 대한 거부감을 낮춰 즐겁게 학습에 임할 수 있는 계기를 제공함.

- 물리 교과 중 ‘전기와 자기’ 단원은 ‘Light Bridge’의 제작에 가장 큰 연관이 있 는 단원으로 학생들이 주어진 재료(아크릴, 폼보드, LED, 구리테이프 등)를 갖고 Light block을 제작함. 제작 과정에서 공학적 설계와 가공 기술 능력을 함양할 수 있으며, 특히 전기의 발생 원리를 이해함으로써 ‘전기와 자기’단원에 대한 지 식을 습득할 수 있음.

STEAM 프로그램 구분

프로그램명 ‘Light Bridge’를 활용한 고등학교 과학․수학 STEAM 프로그램

학교급 고등학교 대상 학년(군) 2학년

중심과목 지구과학 성취기준 영역 [고등학교 2학년] 우주 / 별의 특성과 진화

연계과목

수학 물리 화학 생명과학

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 2,3학년] 기하 / 공간도형과 공간좌표 [고등학교 2학년] 전기와 자기 / 전기

[고등학교 2학년] 물질의 구조 / 전자

[고등학교 2학년] 항성성과 몸의 조절 / 자극과 반응

개발계획

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 5 지구과학(2) + 수학(3)

2 6 물리(4) + 화학(1) + 생명과학(1)

3 4

지구과학(1) 수학(1)

물리(1) + 화학(0.5) + 생명과학(0.5)

적용결과 지구과학을 중심으로 수학, 물리, 화학, 생명과학 내용이 융합된 15차시 분량의 프로그램 개발 완료

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2) STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

- 도교육청 주관 STEAM 연구 보고회에 참석하여 도내 STEAM 연구회 및 교사연 구회와 간담회 형식으로 서로의 프로그램을 비교․공유함

도교육청 주관 2018. 창의융합교육(STEAM) 지원을 위한 컨설팅 참가

컨설턴트와 간담회 후 보완 발전 방법에 대한 협의 실시

- 2018.9.21. 공개수업의 날에 강OO 선생님(물리교과)에 의한 STEAM 수업 실시

- 매주 수요일 6~7교시 동아리 시간을 활용한 STEAM 프로그램 확산

- 본 프로그램과 관련된 교사들 모두가 ‘Light Bridge’를 제작하였고, 이를 수업에 활용하기 위해 공강 시간을 활용하여 협의회를 실시

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3) STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사

- 2학년 33명을 대상으로 5월에 사전 검사를 실시하고, 학생들의 공간도형과 공간 좌표, 별의 특성 등에 대한 개념 이해 정도 파악

- 물리, 화학, 생명과학, 지구과학, 수학 시간을 이용하여 ‘Light Bridge’를 제작해 보고 이들을 각 교과에 해당하는 영역에 적용([부록] 참고)

- 10.15.에 태도 검사를 실시하여 Light Bridge를 이용하였을 때, 각 교과에 해당하는 영역 에 대한 학습이 잘 이루어졌는지 확인해 보고, 프로그램을 수정․보완 할 수 있도록 함

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시 총 15차시

수업 적용 일정 2018. 7. 9. ~ 2018. 7. 20. / 2018. 8. 13. ~ 2018. 10. 초 (STEAM 수업)수혜학생 수 충북과학고등학교 34명(고등학교 2학년 2개 학급)

학생 태도검사 사전검사 5월 24일, 2개 학급(34명)

사후검사 10월 15일, 2개 학급(34명)

학생 및 교사 만족도조사 10월 15일

교사연구회 STEAM 행사 개최 2018. 9. 21. 수업공개

2018.10. 도교육청 주관 STEAM 행사 개최 예정 - 학교생활기록부 기재 방법 제시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(지구과학)STEAM 수업의 일환으로 별의 H-R 도를 학습하는 과정 에서 ‘Light Bridge’라는 학습교구를 개발하여 별의 온도와 등급을 LED 전구로 표현함. 팀원들과 함께 아크릴, 구리전선, ND 자석 등 을 이용하여 제작했으며 다양한 내용을 융합적으로 학습할 수 있었 던 것을 매우 만족해 함.

(물리)정류회로를 이해하는 과정에서 ‘Light Bridge’라는 교구를 제작해보면서 전류의 흐름에 대한 이해도가 높아짐. 평소 구리전 선을 이용해 다양한 실험을 했지만, 전선, 전구 이외의 재료들을 활용하여 수업을 진행한 것에 흥미를 느낌.

(수학)‘Light Bridge’라는 학습교구를 개발하면서 정사영, 공간도형에 대한 심화개념을 적용함. 교과서 보다는 낮은 수준의 내용이었으나 간단한 과학완구로 어려운 내용을 표현해 볼 수 있었다는 것에 유익 한 시간이었다고 함.

행동특성 및 종합의견

2 학년 1 학기 말부터 2 학기 초까지 수학, 과학을 융합하여 공부 할 수 있는 시간을 가짐. 매주 수요일 동아리 시간(14:20~16:10) 을 활용하여 모둠원들과 함께 ‘Light Bridge’를 만들어 보면서 수 학, 물리, 화학, 생명과학, 지구과학을 융합하여 공부함. 노작활동 이 많았지만 친구들과 함께 하면서 매사에 즐겁게 임했고, 실험이 실패한 원인을 협의하는 과정에서 서로의 의견을 존중하며 경청하 는 태도를 기름.

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- STEAM 수업 적용 후 학생 및 교사 만족도 조사 결과 대부분 수업이 새롭고 유 익했다는 평이 많았음. 그동안 생각하지 못했던 ‘Light Bridge’라는 주제로 친구 들과 다양한 재료로 교구를 만들고 이를 바탕으로 협의를 통해 수업을 주체적으 로 이끈 경험은 앞으로 고교교육과정이 나가야할 방향을 알려준 점에서 큰 의미 가 있었음. 만족도가 전체적으로 긍정의 평가가 된 점을 비춰볼 때 앞으로 STEAM 수업을 더 활성화 하고 교과 간 연계를 통해 유익한 수업을 만드는 것 이 필요할 것으로 생각됨. 모든 교육과정, 단원을 STEAM 수업으로 구성하기에 는 무리가 있겠으나 STEAM 수업이 가능한 단원은 적극적으로 교사 간 협의를 통해 수업을 이루어져야 할 것으로 판단됨.

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4. 결론 및 제언

▶ 모둠별 제작한 ‘Light Bridge’와 그에 대한 평가

특징: 고무자석으로 블록 6면을 붙혀 금속테이프끼리 잘 붙게 하였다.

문제점 극성이 생겨 블록이 일정하게 쌓이지 않고 틀어지면서 붙음

특징: 볼(Ball) 자석을 사용해 극성이 생기지 않게 하였다.

문제점 불빛이 백색으로 일정하며 블록을 색이 나무라 딱딱한 느낌이 듦

특징: 색종이와 셀로판지를 이용해 블록의 색과 불빛의 색을 다르게 한다.

문제점 정육면체 블록으로 만들 수 있는 모양이 한정 됨

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특징: 삼각기둥과 막대모양 블록을 만들어 다양한 모양을 만들 수 있게 한다.

문제점 불빛의 밝기가 일정함

특징: 불투명한 코팅지를 이용해 여러 장 겹쳐 불의 밝기를 조절함.

문제점 전선테이프가 겉으로 드러나 블록의 내구성이 떨어짐

특징: 6면에 아크릴을 쌓아 블록의 내구성을 높임.

문제점 접지능력의 강화가 필요

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▶ ‘Light Bridge’ 활용 방안

<초등학생 - 저학년>

블록 쌓기1

블록 쌓기2

블록 쌓기3

위와 같이 블록이 그려진 카드를 보고 10초 동안 블록의 개수를 세서 카드에 그 수만큼 블 록을 가져가 카드에 그려진 모양을 만들고 다 만든 경우 전원공급 장치를 이용해 자신이 만든 블록의 불을 켠다.

<초등학생 - 고학년>

서양 별자리 지도

카시오페이아 별자리 - 위의 서양 별자리 지도에서 카시오페아 별자리를 Light bridge로 구성

- 서양 별자리 중 카시오페이아 별자리를 구성해 본 모습

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- 천상열차분야지도의 팔곡 별자리를 블록으로 구성해 본 모습

- 북두칠성을 블록으로 구성해 본 모습

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<중학생용-Light Right 게임>

1 &

5 단 계 문 제 카 드

☆☆☆☆★

앞에서 본 모양

위에서 본 모양

옆에서 본 모양 1단계 카드

★★★★★

앞에서 본 모양

위에서 본 모양

옆에서 본 모양 2단계 카드

1 : 1

대 결 방 식

1) 블록을 사이에 두고 두 사람이 마주 앉는다.

2) 1단계에서부터 5단계까지인 카드를 단계별로 각각 1장씩 나눠 갖는다.

3) 각자 원하는 카드를 뒤집어서 상대방의 앞에 놓는다.

4) 각자 자신의 앞에 놓여 있는 상대방의 카드를 동시에 뒤집는다.

5) 카드에 그려진 회로를 직접 구성한다.

6) 회로를 먼저 제대로 구성한 사람이 finish를 외치고 전원장치(9V 전지)를 이용해 자신이 구성한 회로의 불을 켠다.

7) 정답에 맞게 블록을 구성하여 불이 들어온다면 먼저 불을 킨 사람은 카드 단계에 맞는 점수를 받게 되고 (n단계카드로 승리했을 경우 : n점) 회로에 불이 들어오 지 않는다면 반대편 상대방에게 기회가 돌아간다.

8) 동시에 finish를 외친 경우 정답에 맞게 블록을 구성하여 불이 들어오는 사람이 승리하고 둘 다 정답이면 높은 단계 카드를 맞춘 사람이 승리한다. 만약 같은 단 계의 카드인 경우에는 둘 다 점수를 받게 된다. 또 둘 다 정답이 아니라면 회로 를 수정하고 다시 finish를 먼저 외친 사람이 승리하게 된다.

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<고등학생용>

고등학생들은 그냥 별자리를 구성하는 것이 아니라 별자리를 구성하는 별들의 특징(ex)적색 거성, 별의 등급차이)에 맞게 별자리를 구성한다. 또한 카드의 앞면에는 별자리의 이름과 사 진이 있고 뒷면에는 각 별자리의 유래 및 별들의 특징이 자세히 나와있어 단순히 블록과 회로를 구성하는 것이 아니라 별자리의 특징과 별자리를 구성하는 별들의 학명과 같이 천 체에 관해 깊이 있는 학습이 가능하다.

카드 앞면

카드 뒷면 오리온자리 카드 앞, 뒷면

오리온 카드에 맞춰 오리온자리를 구성한 모습

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※ 교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점

STEAM 프로그램 개발・적용을 하는 과정에서 8명의 과학・수학교사가 교육내용에 대한 진정 성 있는 협의 과정을 한 자체만으로도 의미가 있었음. ‘Light bridge’라는 주제로 그동안 생각 하지 못한 수학, 물리, 화학, 생명과학, 지구과학 속에서의 학습 요소를 추려내고 그것을 수업 에 적용하는 방법에 대해 구체적으로 협의함. 정규 수업 시간 속에서 수업 시수를 확보하는 것 이 어려웠으나 관리자 분들의 협조로 큰 무리 없이 STEAM수업을 실시할 수 있었음.

※ 교사연구회 전체 회원 사이의 협력적 활동 내용

수업이 이루어지기 전 협의회를 통해 교과 속 STEAM 요소를 찾고, 이를 바탕으로 교과 간 어 떻게 연계를 시킬 것인지 지속적인 토의를 진행함. 특히, 내용적인 측면에서는 물리 교과에서 다룰 수 있는 부분이 많아 물리 선생님들의 도움으로 수업을 구성함. 화학, 생명과학에서

‘Light Bridge’를 어떻게 하면 효과적으로 학생들에게 전달할 수 있을까 고민을 많이 했는데, 빛과 시신경계에 초점을 맞춰 정규수업시간 보다 짧은 약 25분씩 수업을 구성하다 보니 학생 들이 더 흥미롭게 참여함. 프로그램을 개발하면서 수학 교과 선생님과 함께한 것은 신의 한 수 라 생각할 정도로 유익했음. 기하와 벡터 단원에서 소개하는 정사영과 공간도형은 주로 문제풀 이를 통해 학습하는 경우가 많았는데, ‘Light Bridge’를 활용하여 친구들끼리 간단한 문제를 맞 추고 이를 바탕으로 심화개념을 학습하면서 수학에도 실험을 할 수 있구나? 하는 새로운 인식 을 갖게 함.

※ STEAM 수업 수혜 학생들의 반응(인터뷰)

많은 선생님들이 STEAM 수업이라는 것을 주제로 특정 반을 대상으로 수업하는 경우가 거의 처음인 분들이 많았고, 새로운 마음으로 수업 준비를 한 덕에 학생들도 기존에 배웠던 내용들 일 수 있지만 새로운 시각으로 수업에 임함. 융합지식이라는 것이 구체적으로 어떤 것인지 잘 몰랐지만 수업을 하면서 학문을 융합한다는 것이 이런거구나? 하는 생각을 가짐.

※ STEAM 교사연구회와 해당 STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안

미술교과교사가 부재하여 이번 수업을 준비하는데 함께하지 못했으나 예술적 내용이 가미 된 다면 STEAM요소를 완벽히 갖출 수 있는 수업자료가 완성될 것이라 생각함.

블록타임으로 2시간 이상 수업을 편성하기 어려워 수업을 교체하는 등의 번거로움이 있었는데 STEAM수업의 경우 교육과정의 제약을 덜 받고 자유롭게 편성되길 희망함.

※ 기타 사항 및 시사점

STEAM 수업을 하기 위해 무언가 새로운 것을 찾기보다 기존에 했던 발명품, 탐구 등에서 STEAM 요소를 찾아 학생들에게 새롭게 각색해 제공하는 것이 좋다고 생각함. 교과서 내용 속 STEAM 주제는 이미 연구가 많이 되어 있고 이들을 그대로 수업할 경우 학생들 역시 흥미가 반감되는 경우가 많으므로, 학교에서 진행했던 다양한 탐구들 속에서 STEAM 수업 주제를 찾 아 여러 학생들과 수업하는 것 또한 의미가 있다고 생각함.

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

고등학교 지구과학 Ⅳ. 우주 1. 별의 특성과 진화 수업용 STEAM 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목) 2015 개정 교육과정 성취기준 (연계과목) 성취기준 영역

[고등학교 2학년] 물리 (2) 전기와 자기 [고등학교 2학년] 화학 (1) 물질의 구조

3 12~15/15 [12 지과Ⅰ 05-02] H-R 도 상에서의 위치에 따른 별의 특징을 물리량과 관련지어 설명할 수 있다.

기하 (3) 공간도형과 공간좌표 [고등학교 2학년] 물리

(2) 전기와 자기 [고등학교 2학년] 화학 (1) 물질의 구조

2. STEAM 프로그램 총괄표 (총15차시)

차시 주요내용

1~5 /15

주제(단원)명 정사영과 별자리

별자리와 수학의 정사영 개념을 융합하여 설명

Co 백조자리 별자리를 구성하고 있는 별들 중 가장 멀리 있는 별은 무엇일까? 또 그렇게 생 각한 이유는 무엇인가?

CD 밤하늘에서 볼 수 있는 다양한 별자리들을 입체 별자리판으로 제작해 보고, 별자리를 바 라보는 방향이 달라진다면 다른 모양으로 바뀔지 확인해 본다.

ET 별자리의 모양을 보며 사물이나 사람에 비유해 본다. 입체 별자리판을 만들며 별들의 공 간 분포에 대해 깨달을 수 있다.

6~11 /15

주제(단원)명 ‘Light Bridge’ 모둠별 제작

Light Bridge 를 직접 제작해 보고, 그 과정에서 정류회로와 원뿔세포의 개념을 함께 이해

Co ‘Light Bridge’는 1) 어떤 모양이 가장 좋을까? 2) 모든 연령대에서 사용할 수 있을까? 3) 어떤 소재로 만드는 것이 가장 좋을까?

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ET ‘Light Bridge’를 만드는 과정에서 다양한 공작(노작)활동을 통해 함께 만드는 모둠원 과의 협력심을 기르고 상대방을 배려하는 자세를 함양한다.

12~15 /15

주제(단원)명 제작한 ‘Light Bridge’를 이용한 다양한 활용방법 찾기

직접 제작한 Light Bridge 를 이용해 수학, 과학에서의 다양한 활용방법을 찾는다.

Co ‘Light Bridge’로 활용할 수 있는 수학, 과학 개념에는 무엇이 있을까? 초등학생부터 고등 학생까지 즐길 수 있는 다양한 방법을 생각해 보자.

ET 추가적으로 ‘Light Bridge’를 다양한 재료로 만들어보고 활용방안을 모색한다. 이 과정에서 모둠원과의 협력심을 기르고 상대방을 배려하는 자세를 함양한다.

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3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

□ 1-5차시

중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] 1. 별의 특성과 진화 중심과목 성취기준

[12 지과Ⅰ 05-01] 별의 스펙트럼과 광도로부터 별의 온도와 크기를 결정하는 방법을 설명할 수 있다.

주제(단원)명 별과 외계 행성계 차시 1~5/15

학습목표

천구의 정의를 이해하고 밤하늘의 별이 각각 서로 다른 거리에 있음을 설명할 수 있다.

항성을 대표하는 물리량이 온도와 광도임을 설명할 수 있다.

입체 별자리를 만들어 보며 시선방향에 따른 별자리의 변화 모습을 확인해 보고, ‘Light bridge’를 제작할 때 어떤 점을 고려하여 설계해야 할지 고안할 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

S 천구, 별의 물리량(거리, 색, 온도, 스펙트럼, 광도) T OHP 필름을 이용한 입체 별자리판 만들기

E

A 별자리 그리기, 별자리 신화 M 정사영, 지오데식돔

개발 의도

천구상에 별을 나타냈던 기존의 평면상의 투영 방식이 과학적 오개념을 유발할 수 있기에 입체적으로 별의 위치를 알아낼 수 있는 간단한 자료를 만들어보고 ‘Light bridge’를 만들 기 위한 설계도를 구상한다.

밤하늘을 살펴보면, 우주는 너무나 넓은 데다가 별들을 비롯한 모든 천체는 우리에게 너무 멀리 떨어져 있어 모든 것이 둥근 하늘에 박혀 있는 것처럼 보인다. 그래서 옛사람들은 하늘에는 거대하고 투명한 구 가 있어서 모든 천체들이 이 투명한 구에 박혀 있다고 생각했다. 하지만 이 구는 실제로 존재하는 것이 아니라 관측자인 우리가 보기에만 그렇게 보이는 것에 불과하다. 그럼에도 불구하고 이처럼 투명한 구가 존재한다고 생각하는 것은 밤하늘에서 별들의 위치를 나타내는 데 매우 편리하기 때문이다. 이러한 점은 서로 다른 거리에 있는 별들이 모두 비슷한 거리에 있는 것처럼 보이는 착시를 일으켰으며, 이 때문에 발생하는 과학적 오개념을 해결하기 위해 별자리들을 입체적으로 재구성해 보고자 ‘Light bridge’를 제 작하게 되었다.

STEAM 학습준거

상황 제시(CO)

상 황 제 시 (CO)

카시오페이아 별자리를 알고 있는가?

백조자리 별자리를 구 성하고 있는 별들의 거 리는 모두 같을까?

백조자리 별자리를 구 성하고 있는 별들 중 가장 멀리있는 별은 무 엇일까? 또 그렇게 생 각한 이유는 무엇인가?

창 의 적 설 계 (CD)

창의적 설계(CD)

별자리의 모양을 보며 사물이나 사람에 비유 해 본다.

입체 별자리판을 만들 며 별들의 공간 분포에 대해 깨달을 수 있다.

또한 ‘Light bridge’제 작을 위한 설계도를 구 상해 본다.

감 성 적 체 험 (ET) 밤하늘에서 볼 수 있는 다양한

별자리들을 입체 별자리판으로 제작해 보고, 별자리를 바라보는 방향이 달라진다면 다른 모양으 로 바뀔지 확인해 본다.

‘Light bridge’를 제작할 때 어떤 방식으로 제작해야 할지 설계도 를 그려본다.

감성적 체험(ET)

(21)

학습

과정 교수-학습 활동(지구과학, 1-2 차시) 학습자료 및

유의점

도입 (20 분)

Co 백조자리 별자리를 알고 있는가?

- 별자리 신화와 관련된 이야기 간략히 들려주기(교사→학생)

ET 백조자리 별자리를 보며 백조의 모습과 비슷하다는 생각이 드는가?

- 규칙성 없는 부분을 사람 또는 사물의 모습에 비유하려는 사람들의 심리에 대한 이야기

Co 백조자리 별자리를 구성하고 있는 별들의 거리는 모두 같을까?

- 천구의 개념에 대한 사전 지식 또는 오개념 확인

Co 백조자리 별자리를 구성하고 있는 별들 중 가장 멀리 있는 별은 무엇일까?

또 그렇게 생각한 이유는 무엇인가?

- 별이 갖고 있는 겉보기 특징(색깔, 광도 등)이 거리와 어떤 상관관계를 갖고 있을지 각자 생각해 봄

읽기자료 PPT

Tip! 백조자리가 아니더라도 수 업을 하는 시점 에서 그날 밤 가장 잘 보이는 별자리를 예로 들어 설명할 것.

전개 (60 분)

CD 백조자리(또는 다른 별자리)를 구성 하고 있는 별들의 거리를 제공하고, 평면이 아닌 공간속에 별들을 나타 낼 수 있는 방법에 대해 생각해 본 다.

CD 생각을 토대로 주어진 재료를 이용 하여 입체 별자리를 제작해 본다.

ET 별자리를 보는 방향에 따라 모양이

달라질 수 있음을 이해하고, 사물 또는 사람과 유사한 모양이 만들어지는 시선 방향을 찾아본다

백조자리

입체 별자리판 만들기 재료

▶ 학 생 활 동 지 참조

Tip! 교사가 먼 저 입체 별자리 판을 만들어보 되 아이들에게 이미 만든 것을 미리 보여주지 말아야 함.

정리 (20 분)

ET 각자 만든 입체 별자리판을 공유하며 입체 별자리판을 통해 배울 수 있는 것들에 대해 서로 의견을 교환한다.

Co 우리는 천구라는 개념을 통해 밤하늘의 별이 공간에 분포하는 것이 아니라 한 평면상에 분포한다고 가정하여 관측 하고 있는데, 이는 수학의 무엇에 비유할 수 있는가?

CD 일상생활 속에서 찾을 수 있는 ‘정사영’에는 무엇이 있을지 생각하여 다음 시간에 발표한다.

Tip! 정 사 영 의 한 예로 천구를 들 수 있다는 답을 유도할 수 있도록 발문한 다.

(22)

학습

과정 교수-학습 활동(수학, 3-5 차시) 학습자료 및

유의점

도입 (25 분)

Co 전 시간 마지막에 질문했던 일상생활 속에서 찾을 수 있는 ‘정사영’에 대해 발표하기

- 그림자 놀이, 남중고도에 따른 계절 변화, 지오데식 돔 등

ET 그림자 놀이를 체험해보고, 정사영의 개념에 대해 이해한다.

Co 지오데식 돔을 알고 있는가? 지오데식 돔과 정사영은 어떤 관계가 있는가?

PPT

Tip! PPT 의 사 진을 보며 교사 자료의 내용을 설명한다.

전개 (100 분)

CD 3 단계 지오데식 돔을 설계해 보자

CD 지오데식 돔의 모든 면을 삼각형으로 만든 이유가 무엇일까?

- 삼각형은 세변의 길이만으로 정해진다. 따라서 세 개의 막대를 연결해 삼각 형 구조물을 만들면 큰 힘이 가해지더라도 철골이 휘거나 부러지지 않는 한 전체적인 변형이 일어나지 않는다. 지오데식 돔은 모든 면이 삼각형이기 때 문에 매우 안정된 구조를 이루며 지오데식 돔을 만들기 위해서는 각 모서리 의 길이만을 계산해 정확한 길이의 뼈대를 계속 이어나가면 되기 때문에 만 들기가 쉽다는 장점이 있다.

ET 지오데식 돔을 설계하는 과정에서 친구들과의 협업, 의사소통 능력을 배양 하고, 직접 제작한 지오데식 돔의 가치를 알아보자.

PPT 준비물: 조노돔

시스템

정리 (25 분)

Co 다음 그림에서 볼 수 있는 지오데식 돔은 몇 단계일까?

- 정답: 4 단계

Tip! 서 울 랜 드 , 국립중앙과학관 에 있는 지오데 식 구의 사진을 보여주고 몇 단

(23)

CD 자연 속 지오데식 구에는 어떤 것들이 있을지 생각해 보고 발표한다.

- 에이즈 바이러스, 신종 플루, C 형 간염, 사스 등 각종 바이러스는 지오데식 구로 이루어져 있다.

Co 바이러스가 지오데식 구로 이루어져 있는 이유는 무엇일까?

- 이러한 모양이 충격에 강하고 가볍고 안정되며 견고한 구조를 제공하기 때문 이다. 또한 구면은 부피를 둘러싸는 겉넓이 또한 가장 작기 때문에 중요한 유전물질을 보호하기에 적합하다.

계 인지 맞춰 보게 한다.

(24)

□ 6-11차시

영역

[12 지과Ⅰ 05-01] 별의 스펙트럼과 광도로부터 별의 온도와 크기를 결정하는 방법을 설명할 수 있다.

학습목표

다양한 소재를 이용해 모둠별로 ‘Light Bridge’를 제작한다.

‘Light Bridge’를 제작하는 과정에서 정류회로에 대해 이해한다.

‘Light Bridge’에 최적화된 소재와 모양을 결정하고 각 모둠별로 다양하게 제작할 수 있다.

연계과목 물리, 화학, 생명과학 연계과목

성취기준 영역

[고등학교 2학년] 물리 (2) 전기와 자기 [고등학교 2학년] 화학 (1) 물질의 구조 [고등학교 2학년] 생명과학 (3)항성성과

몸의 조절

STEAM 요소

S 정류회로, 전파정류회로, 네오디뮴 자석 및 LED 모듈 이해하기, 원소, 원자, 화학결합, 원뿔세포

T ‘Light Bridge’의 최적화 사이즈 계산하기 E 아크릴을 이용한 ‘Light Bridge’ 만들기 A ‘Light Bridge’의 소재 정하기

M ‘Light Bridge’의 모양 결정하기

개발 의도

전 차시에서 모둠별로 설계한 ‘Light Bridge’의 소재와 모양을 최종 결정하고 이들을 구리 테이프를 이용해 각각의 블록을 연결한다. 화학, 생명과학 시간을 통해 물질의 구조와 눈에 서 빛을 인식하는 과정을 이해하고, ‘Light Bridge’를 어떻게 활용해야할지 생각한다.

밤하늘을 살펴보면, 우주는 너무나 넓은 데다가 별들을 비롯한 모든 천체는 우리에게 너무 멀리 떨어져 있어 모든 것이 둥근 하늘에 박혀 있는 것처럼 보인다. 그래서 옛사람들은 하늘에는 거대하고 투명한 구 가 있어서 모든 천체들이 이 투명한 구에 박혀 있다고 생각했다. 하지만 이 구는 실제로 존재하는 것이 아니라 관측자인 우리가 보기에만 그렇게 보이는 것에 불과하다. 그럼에도 불구하고 이처럼 투명한 구가 존재한다고 생각하는 것은 밤하늘에서 별들의 위치를 나타내는 데 매우 편리하기 때문이다. 이러한 점은 서로 다른 거리에 있는 별들이 모두 비슷한 거리에 있는 것처럼 보이는 착시를 일으켰으며, 이 때문에 발생하는 과학적 오개념을 해결하기 위해 별자리들을 입체적으로 재구성해 보고자 ‘Light bridge’를 제 작하게 되었다.

상황 제시(CO)

전 차시에 구상한

‘Light Bridge’는 1) 어떤 모양이 가장

좋을까?

2) 모든 연령대에서 사 용할 수 있을까?

3) 어떤 소재로 만드는 것이 가장 좋을까?

창 의 적 설 계 (CD)

‘Light Bridge’를 만드 는 과정에서 다양한 공 작(노작)활동을 통해 함 께 만드는 모둠원 과의 협력심을 기르고 상대 방을 배려하는 자세를 함양한다.

감 성 적 체 험 (ET)

‘Light Bridge’의 모양과 크기, 소재를 모둠별로 정하고, 각자 왜 그렇게 생각했는지 다른 모둠과 토의할 수 있다.

(25)

학습

과정 교수-학습 활동(물리, 6-9 차시) 학습자료 및

유의점

도입 (20 분)

Co ‘Light Bridge’를 누가 어떤 식으로 사용하면 좋을까?

- 연령대 별로 ‘Light Bridge’의 사용방법에 대해 토의한 후 사용목적에 맞게

‘Light Bridge’를 제작

Co 지난 시간에 구상한 ‘Light Bridge’를 아이들이 쓰기에 적합한가?

- 아이가 블록을 잡을 때 어떤 점을 고려해야 하는지 생각해보기

ET 모둠원 들끼리 서로의 손의 각 부분에 해당하는 크기를 재어보며 어느 부 분을 고려해야 블록을 잡기 용이할지 토의한다.

- 손가락, 손바닥, 손마디 등 다양하게 길이를 재어보고 비율을 계산하여 어떤 크기 로 제작하는 것이 가장 좋을지 토의

Co 어떤 모양이 블록으로 사용했을 때 가장 용이할까?

- 블록으로 만들 수 있는 다양한 모양을 생각해보고, 왜 그 모양이 가장 적합 한지 이유를 설명

Tip! 표준연구원 에서 제공하는 대한민국 어린 이, 청소년, 성 인들의 평균 손 바닥, 손가락 길 이 등을 찾을 수 있도록 한다.

전개 (160 분)

CD 나무도막, 아크릴, 하드보드지, 금속테이프, LED 전구, ND 자석 등의 재료 를 이용하여 모둠별 ‘Light Bridge’를 만들어 본다.

CD 설계를 재현하는 과정에서 잘 안되는 부분이 있으면 지도 교사 또는 주변 친구들과 상의하며 문제점을 해결하고, 창의적으로 ‘Light Bridge’를 완성 할 수 있도록 한다.

ET CD 완성된 ‘Light Bridge’를 연결해보고 문제점에 대해 토의한 후, 수정사 항을 반영하여 개선된 ‘Light Bridge’를 만들어 본다.

‘Light Bridge’

재료는 사전에 모둠별로 필요 한 수량과 종류 를 파악하여 제 할 것.

Tip! 모 둠 에 서 1 개를 만드는 것이 아닌 각자 1 개씩 만들것이 며 그 이상의 개수를 만드는 것을 권장한다.

정리 (20 분)

ET 모둠별로 만든 ‘Light Bridge’를 서로에게 설명하고 각각의 장단점에 대해 의견을 공유한다.

Co ‘Light Bridge’를 만들며 화학, 생명과학의 어떤 개념과 연관될지 각자 생 각해본다.

Tip! 다음 시간 (화학, 생명과 학)에 배울 내용 과 연계하여

‘Light Bridge’

속에 숨어있는 다양한 과학개 념을 발표하게 한다.

(26)

학습

과정 교수-학습 활동(화학, 10 차시) 학습자료 및

유의점

도입 (15 분)

ET 제시되는 사진 속 단순한 구조의 반복이 만들어주는 아름다운 모습을 감상 하고 어떠한 구조가 반복되고 있는지 이야기한다.

Co 전 시간에 완성한 다양한 형태의 ‘Light Bridge’는 어떠한 구조의 반복에 의해서 만들어져 있는 지 발표해보자.

- 정육면체, 정사면체, 사각형, 삼각형 등

PPT

전개 (30 분)

Co ‘Light Bridge’를 만들며 화학과 관련된 개념에는 어떤 것들이 있는지 모둠 별로 토의해보자.

- 원소, 원자, 화합물, 화학결합, 기체, 액체, 고체 등

Co 조별로 토의된 내용과 그렇게 생각하게 된 이유를 발표해보자.

- 조별로 토의된 내용과 개념이 떠오른 이유를 발표한다.

CD 조별로 발표한 개념과 관련한 마인드맵을 그려보고 개념간의 연간 관계를

PPT

Tip! 화학과 관 련된 개념이 물 질의 구조와는 다른 개념을 이 야 기 하 더 라 도 허용적인 분위

(27)

표시해보자.

- 조별로 발표한 개념들 사이의 관계 및 연관을 표시하며 사고를 확장해본다.

기에서 수업한 다.

정리 (5 분)

Co 정육면체의 ‘Light Bridge’를 구성하고 있는 나무토막, 아크릴, 하드보드지, 금속테이프, LED 전구, ND 자석 등에 포함되어있는 원소들은 어떤 원소가 있을지 발표해보자.

- 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 구리(Cu), 철(Fe) 등

PPT

학습

과정 교수-학습 활동(생명과학, 11 차시) 학습자료 및

유의점

도입 (15 분)

Co 눈으로 보는 세상 과정 정확할까?

- 여러 가지 색이 동시에 눈에 들어오면 우리 뇌는 무슨 색으로 인식할까?

ET 조르주-피에르 세라의 점묘화 작품을 감상하고, 작품 속 서로 다른 색이 만 들어지는 원리를 자유롭게 토의해 보자

- 착시 현상으로 본 인식의 오류

Co 그림 속 선은 휘어져 보이는가? 그림 속 삼각형은 실제 존재하는가?

PPT

Tip! PPT 의 사 진을 보며 점묘 화와 착시현상 에 대해 설명한 다.

전개 (30 분)

CD ‘그랑드자트섬의 일요일 오후’ 작품의 점묘화를 직접 그려 보자

핸드폰으로 Google Arts & Culture 에 접속한 후 ‘그랑드자트섬의 일요일 오후’

작품을 확대해서 보자

CD 빨간색, 초록색, 파란색 물감 중 일부를 선택하여 노란색을 만들려고 한다.

실제 노란색과 서로 다른 색이 혼합하여 만들어진 노란색은 눈에서 구별이 가능할까?

- 단일 파장의 순수한 노란색 빛이 눈에 들어오거나, 빨간색과 초록색이 합쳐

PPT 준비물: 점묘화

예시자료 도화지, 색 싸인펜 염화나트퓸 알콜램프

백금이

(28)

져 만들어진 노란색 빛이 눈에 들어올 때, 뇌에서는 두 가지 차이를 인식하 지 못한다. 우리 눈에서 색을 인식 할 때에는 청색, 녹색, 적색의 원뿔세포가 빛에 의해 흥분하는 정도에 따라 색을 인식할 수 있다. 550nm 정도의 노란 색 파장의 빛이 들어오면 녹색 원뿔세포와 적색 원뿔세포가 동시에 흥분하면 서 신호를 만들어 뉴런을 통해 뇌에 전달하면, 노란색으로 인식을 하는 것이 다.

- 서로 다른 색의 인식은 3 개의 원뿔세포의 흥분 정도에 따라 뇌가 흥분하는 정도에 의해 만들어지는 현상이다.

ET 나트륨의 불꽃 반응색을 관찰해 보면서 어떤 원뿔 세포가 흥분하여 색이 인식이 되는지 알아보자

정리 (5 분)

Co ‘Light Bridge’의 여러 가지 색의 빛을 연결했을 때 어떤 색의 빛으로 인식 할지 직접 조작해 보자!

CD 만들어진 색이 어떤 과정을 거쳐 뇌에서 색을 인식되는지 설명해 보자

Tip! 이전 활동 을 통해 만든

‘Light Bridge’

를 통해 빛을 혼합하면 활동 을 정리한다.

(29)

□ 12-15차시

영역

[12 지과Ⅰ 05-02] H-R 도 상에서의 위 치에 따른 별의 특징을 물리량과 관련 지어 설명할 수 있다.

학습목표

제작한 ‘Light Bridge’를 활용할 수 있는 방법에 대해 토의한다.

‘Light Bridge’를 다른 소재로 만들어 볼 수 있는 추가 기회를 제공하고, 이를 통해 다양한 활용 방법을 구상해 본다.

연계과목 수학, 물리, 화학, 생명과학 연계과목 성취기준 영역

[고등학교 2학년] 수학 (3) 공간도형과 공간좌표

[고등학교 2학년] 물리 (2) 전기와 자기 [고등학교 2학년] 화학 (1) 물질의 구조 [고등학교 2학년] 생명과학 (3)항성성과

몸의 조절

STEAM 요소

S 정류회로, 전파정류회로, 시신경, 물질, 별의 물리량 T

E

A ‘Light Bridge’를 활용한 디자인 M 공간도형과 공간좌표

개발 의도 전 차시에서 모둠별로 설계한 ‘Light Bridge’를 활용할 수 있는 방법에 대해 토의함으로써 교구의 사용 범위를 확장하고 교과 간 연계를 학생이 주체적으로 이뤄낼 수 있도록 한다.

밤하늘을 살펴보면, 우주는 너무나 넓은 데다가 별들을 비롯한 모든 천체는 우리에게 너무 멀리 떨어져 있 어 모든 것이 둥근 하늘에 박혀 있는 것처럼 보인다. 그래서 옛사람들은 하늘에는 거대하고 투명한 구가 있 어서 모든 천체들이 이 투명한 구에 박혀 있다고 생각했다. 하지만 이 구는 실제로 존재하는 것이 아니라 관측자인 우리가 보기에만 그렇게 보이는 것에 불과하다. 그럼에도 불구하고 이처럼 투명한 구가 존재한다 고 생각하는 것은 밤하늘에서 별들의 위치를 나타내는 데 매우 편리하기 때문이다. 이러한 점은 서로 다른 거리에 있는 별들이 모두 비슷한 거리에 있는 것처럼 보이는 착시를 일으켰으며, 이 때문에 발생하는 과학 적 오개념을 해결하기 위해 별자리들을 입체적으로 재구성해 보고자 ‘Light bridge’를 제작하게 되었다.

상황 제시(CO)

‘Light Bridge’를 이용하여 1) 초등학생들에게 어떤 내 용을 설명할 수 있을까?

2) 중고등학생들에게 어떤 내용을 설명할 수 있을까?

3) 이를 과학완구로 활용한 다면 어떤 가치가 있을까?

창 의 적 설 계 (CD)

‘Light Bridge’의 다양 한 활용 분야에 대해 친구들과 토의하며 서 로의 의견에 공감하고 비판적 사고를 할 수 있도록 한다.

감 성 적 체 험 (ET)

‘Light Bridge’를 초,중,고에서 배운 다양한 개념에 어떻게 적용 시킬 수 있는지 토의한다.

(30)

학습

과정 교수-학습 활동(지구과학, 수학 12-13 차시) 학습자료 및

유의점

도입 (20 분)

Co ‘Light Bridge’를 초,중,고등학생들이 배우는 내용 중 무엇과 연관시켜 설 명할 수 있을까?

- 연령대 별 Light Bridge 를 활용하는 방법에 대해 토의

- ex. Light Bridge 로 게임을 만들어 공간도형에 대해 익힐 수 있도록 함

Tip! 초, 중, 고 과학, 수학 교과 서의 단원을 제 시하여 어떻게 연관시킬 수 있 을지 고민하게 한다.

전개 (50 분)

ET CD 모둠별로 제작한 ‘Light Bridge’를 소개하고, 각자 구상한 활용방안을 서로 설명하며 장단점에 대해 의견을 공유한다. 포스트 잇으로 모둠별 의견을 정리해 서로 공유한다.

CD 초등학교, 중학교, 고등학교에서 각각 어떻게 활용하면 좋을지 학습, 오락, 완구 등 다양한 분야로 접근하여 의견을 제시하고 활용할 수 있는 방법에 대해 고민한다.

Tip! 스 티 커 를 활용해 모둠별 로 가장 인기 있는 ‘Light Bridge’를 선정 한다.

정리 (30 분)

ET 모둠별로 만든 ‘Light Bridge’의 활용방안을 서로에게 설명하고 직접 적용 해 볼 수 있도록 한다. 그 과정에서 드러나는 문제점 및 장점에 대해 의견 을 공유한다.

Co ‘Light Bridge’를 만들며 화학, 생명과학의 어떤 개념과 연관될지 각자 생 각해본다.

Tip! 의견 공유 시 단점을 지적 하는 것에 치중 하지 않고 제작 과정 및 의도에 대해 집중하여 토의가 원활히 이루어질 수 있 도록 한다.

(31)

학습

과정 교수-학습 활동(물리, 화학, 생명과학 14-15 차시) 학습자료 및 유의점

도입 (15 분)

Co EBS 다큐프라임 ‘빛의 물리학’ 요약본 5 분 시청

- 빛이란 무엇인가?

- 첫 시간에 배웠던 별자리 관련 내용을 언급하며 STEAM 수업 정리를 시작

Tip! ‘빛의 물리 학’ 동영상은 교 사의 주관대로 편집하여 사용하 거나, Youtube 영상을 보여줄 수 있도록 한다.

전개 (50 분)

Co ‘Light Bridge’와 같이 빛을 주제로 물리, 화학, 생명과학 주제에 대해 토 의해 보자.

- 빛이 발생하는 원리를 루미놀을 이용한 화학발광을 관측하면서 이해한다.

- 암실에서 사진 인화하기, 인화지에서 일어나는 화학반응

- 유체 속 입자에 빛을 쏘면 입자는 빛의 힘, 즉 광력(光力)을 받아 이동 방향이 휜다.

- 혈관 속을 흐르는 여러 종류의 세포(입자)에 빛을 쏴 짧은 시간 안에 세포를 종류별로 분류하고 제어하는 연구도 존재

Tip! 빛을 주제 로 한 최신 연 구에 대해 각자 조 사 해 오 거 나 컴퓨터를 사용 하는 환경에서 조사할 수 있도 록 한다.

정리 (35 분)

Co ET 지난시간까지 ‘Light Bridge’의 활용방안에 대해 토의하고 서로를 평가 해봄. ‘Light Bridge’를 가장 잘 활용한 모둠의 발표를 듣고 15 시간의 STEAM 수업을 마무리하고자 함.

ET 빛과 연계된 모든 것들에 관심을 갖고 우리 주변에서 벌어지는 사소한 일 하나도 과학, 수학 등 다양한 교과에서 배운 내용과 관련지어 보려는 마음 가짐을 갖는 것이 중요함.

ET 모둠별 소감발표를 통한 STEAM 수업 마무리

Tip! 이번 수업 으로 STEAM 수업이 끝나는 것이 아니라 교 육과정에서 드 러나는 다양한 주제를 가지고 앞으로도 꾸준 히 STEAM 수 업을 해나갈 것 이라는 약속을 할 것

(32)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

□ 1-5차시

차시 1~5/15

1 차시 [입체 별자리 만들기] - 백조자리

1800광년 1600광년 1400광년 1200광년 1000광년 800광년 600광년 400광년 200광년 지구

주요별 αCyg βCyg γCyg εCyg 61Cyg

거리(광년) 1600 410 750 74 11

(33)

□ 6-9차시

차시 6-9/15

6-9 차시 [모둠별 Light Bridge 만들기]

<‘Light Bridge’ 구상도>

정면 측면 후면 전체

<제작과정>

①

②

③

④

⑤

<내가 만든 ‘Light Bridge’의 장점과 단점>

장점 단점

•

<‘Light Bridge’ 개선 방안>

•

(34)

□ 10차시

차시 10/15

10 차시 [Light Bridge 속 숨겨진 화학 ]

<‘Light Bridge’와 화학개념>

①

②

③

④

⑤

< Mind Map>

(35)

□ 11차시

차시 6-9/15

11 차시 [ 개인별 점묘화 그려 보기 ]

- 대표적인 점묘화를 감상해 보고, 서로 다른 색깔이 만들어지는 원리는 무엇인지 설명해 보자!

조르주-피에르 세라의 그랑드자트섬의 일요일 오후

- 핸드폰으로 Google Arts & Culture에 접속한 후 ‘그랑드자트섬의 일요일 오후’ 작품을 확대 해서 보자. 어떤 특징이 있는가?

①

②

- 빨간색 빛과 초록색 빛이 우리 눈에 들어오면 뇌에서는 어떤 색으로 인식할까? 또한 순수 한 노란색 빛이 눈에 들어오면, 빨간색과 초록색 빛이 합쳐져 만들어진 노란색과 인식과정에 차이가 있을까?

- 여러 가지 시료의 불꽃 반응색을 관찰해 보고, 서로 다른 색을 뇌에서 인식할 때 어떤 원뿔세포가 작용할지 생각해 보자

(36)

5. 교사자료 (※ 학생활동지 해설, 교사참고자료 등)

□ 1-5차시

차시 1~5/15

2 차시 [입체 별자리 만들기]

하나의 별자리를 이루는 별들이 각기 다른 거리에 있다는 사실을 이해하고 거리가 다른 별들 이 어떻게 한 평면 위에 있는 것처럼 보이는지 알아보자.

1. 준비물

(활동지가 인쇄된)두꺼운 종이, 펜, 자, 칼, 별모양 스티커, OHP 필름

2. 과정

가. 별자리를 이루는 각각의 별들의 위치에서 오른쪽 눈금에 거리 그래프를 참고하여 각 해 당 거리에 따른 세로선을 그어 만나는 점을 표시한다.

나. 수직선을 0.5cm 정도 두께로 그린 후 잘라낸다.

다. 잘라낸 부위를 세운 후 별을 표시하는 스티커를 붙여 마무리한다.

▶ ▶

(37)

3 차시 [그림자 놀이 따라하기]

4-5 차시 [지오데식 돔 만들기]

지오데식 돔은 정삼각형에서 출발한다. 커다란 정삼각형을 합동인 작은 정삼각형으로 잘게 쪼갠다. 그 다음 이것을 구에 내접시키고, 잘게 쪼갠 정삼각형의 각 꼭짓점을 구 표면에 정사영 시킨다. 즉, 표면을 최대한 구에 가깝게 합동인 삼각형으로 채우는 것이다.

정 20 면체는 삼각형 20 개로 이루어진 다면체이고 꼭지점을 12 개 갖고 있다. 이 꼭지점 마다 정삼각형이 5 개씩 모여 있어 꼭지점을 깍으면 정삼각형이 5 개인 5 각형이 새로 생긴다. 이렇게 하여 얻어 진 것이 지오데식 구이다. 이것을 반으로 나눈 것이 지오데식 돔이

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다. 지오데식 돔은 삼각형으로 이루어진 돔 이란 뜻이다.

<지오데식 돔 구조의 특징>

구의 형태에 가장 가까운 정십이면체를 분할해서 만든 돔을 특별히 지오데식 돔(geodesic dome)이라 고 하는데, 지오데식 돔은 큰 힘에도 변형이 거의 없는 삼각형을 이용해 지어졌기 때문에 돔 중에서도 가장 튼튼하다.

튼튼하고 큰 돔을 만들려면 철골을 이용하여 뼈대를 만들어야 하는데, 이를 삼각형 모양으로 만들면 적은 재료로 매우 가볍고 견고한 구조의 돔을 만들 수 있다.

1. 1 차 구조

정 20 면체 구조이다. 따라서 모서리의 길이는 모두 같다.

2. 2 차 구조

정 20 면체의 모서리를 2 등분하여 쪼갰다. 정 20 면체 3 각형이 4 개의 3 각형으로 나누어진다.

평면이 아니고 구면이어야 하므로 중앙의 모서리는 커져서 길이는 2 가지가 된다.

3. 3 차 구조

정 20 면체의 모서리를 3 등분 하였다. 정 20 면체 3 각형이 9 개의 3 각형으로 나누어진다.

평면이 아니고 구면이어야 하므로 중앙의 모서리는 최대로 커져서 길이는 3 가지가 된다.

축구공 구조(5 각형 12 개, 6 각형 20 개)와 유사한 속성이 있다.

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□ 6-9차시 4. 6 차 구조

정 20 면체의 모서리를 6 등분 하였다. 정 20 면체 3 각형이 36 개의 3 각형으로 나누어진다.

평면이 아니고 구면이어야 하므로 중앙의 모서리는 최대로 커져서 길이는 9 가지가 된다.

축구공 구조(5 각형 12 개, 6 각형 20 개)와 유사한 속성이 있다 5 각형도 소형, 대형의 2 중 크기로 동 심을 갖고, 6 각형도 2 중 크기로 동심을 갖는다.

자료출처

http://dl.dongascience.com/magazine/view/M201509N011

http://www.goodmorningcc.com/news/articleView.html?idxno=9513 https://m.blog.naver.com/boram253/220592136450

차시 6-9/15

6-9 차시 [모둠별 Light Bridge 제작하기]

예시 1) 2 학년 3 반 ○○○모둠

<제작과정 및 결과>

가) 나무를 가로 세로 높이를 3cm로 자른다.

나) 나무에 1.2x2.6x0.7cm인 홈을 판 뒤 1구 LED모듈을 붙인다.

다) 금속테이프로 LED를 연결하여 두 나무가 붙었을 때 전류가 흐르게 한다.

나무 블록 제작 후 전지 연결 모둠원들이 각자 만든 블록 연결모습

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예시 2) 2 학년 3 반 ◇◇◇모둠

- ○○○모둠에서 보완

퍼즐모양 블록 설계도

퍼즐모양 블록 제작 퍼즐 블록 3×3 연결모습 예시 3) 2 학년 3 반 △△△모둠

가) 나무를 가로 세로 높이를 3cm로 자른다.

나) 나무에 1.2x2.6x0.7cm인 홈을 판 뒤 1구 LED모듈을 붙인다.

다) 금속테이프로 LED를 연결하여 두 나무가 붙었을 때 전류가 흐르게 한다.

라) 위로도 쌓을 수 있게 하기 위해 체크 모양으로 금속테이프를 붙인다.

퍼즐모양 블록 제작 퍼즐 블록 3×3 연결모습

자료출처