충남과학고등학교

2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2018. 10. 31

충남과학고등학교

【 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 고등학교 통합과학 (1) 물질의 규칙성과 결합 수업용 STEAM 프로그램

학교급 고등학교 대상 학년 (군) 1학년

중심과목 통합과학 중심과목

성취기준 영역 [고등학교 1학년]

[10 통과 01-01] 물질의 규칙성과 결합

연계과목

수학 화학Ⅰ 생명과학Ⅰ

국어

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 1학년] (2) 원자의 세계 [고등학교 1학년] (2) 사람의 물질대사 [고등학교 1학년] (3) 쓰기, (5) 문학 [고등학교 1학년] (2) 삼각함수 [고등학교 2학년] (1) 경우의 수

연구기간 2018.4.협약일 ~ 2018.11.23.

연 구 비 일금사백만원 (￦4,000,000)

참여연구원 6명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 5명) 연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 충남과학고등학교 수학 교사 구효선

공동연구원 충남과학고등학교 물리 교사 김동호

공동연구원 충남과학고등학교 국어 수석교사 김미정

공동연구원 충남과학고등학교 생물 교사 유선아

공동연구원 충남과학고등학교 화학 교사 김강훈

공동연구원 충남과학고등학교 생물 교사 이근택

2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2018년 10월 31일

한국과학창의재단 이사장 귀하

연구책임자 : 구 효 선

“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 요약문

2. 서론

가. 연구의 필요성 ··· 1

나. 연구의 목적 ··· 1

다. 연구의 범위 ··· 2

나. 이론적 배경 ··· 2

1) STEAM 교육이란? ··· 2

2) STEAM 교육 학습 준거틀 및 평가항목 ··· 2

3. 연구 수행 내용 및 결과

가. 연구 수행 내용 ··· 4

1) 융합수업(STEAM) 프로그램 수업 단계 설정 ··· 4

2) 융합수업(STEAM) 프로그램 주제 설정 및 차시별 융합수업 설계 ··· 4

3) 교사연구회 주요활동 내용 ··· 5

4) 교사연구회 활동 모습 ··· 6

5) STEAM 태도와 만족도 조사 방법 ··· 8

나. 연구 수행 결과 ··· 9

4. 결론 및 제언

5. 참고문헌

[부록]

부록2. 회의록 ··· 72

1. 요약문

본 결과보고서는 충남과학고등학교 교사 6명이 융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 조직하고, 통합과학을 중심과목으로 하여, 국어, 수학, 화학, 생명과학 교과목으로 유기적 으로 연계해나가는 과정을 연구한 프로그램에 관한 것이다.

2. 서론

가 . 연구의 필요성

미래의 통섭 역량을 기르는 감성이 살아있는 융합수업!

2015 개정 교육과정의 추진방향 ‘만들어가는 학교 교육과정’이라는 토대 위에 4차 산 업혁명 시대가 요구하는 핵심역량의 요소를 반영한 교과 교육과정의 재구성은 필수 요소 이다. 자주적인 삶, 더불어 사는 삶, 문화적인 삶을 영위하기 위하여 자기관리 능력, 문 제해결 능력, 생태적 감수성은 과학도가 지녀야할 필수요건이다. 이러한 요건은 [통섭]이 라는 단어로 함축될 수 있다. 단순히 다양한 지식의 통합만이 아닌 여러 지식과 다양한 학문을 결합하는 허브와 그 끌어들이는 흡인력의 원천을 인간의 감성과 인간다움을 담아 내는 방법의 결합 즉 [미래의 통섭

]의 교육이 학교에서 일어나야 할 것이다. 이에 이질 적인 학문들을 수평적인 관점에서 바라보고, 성취기준 교과별 내용을 융합하여 감성이 살아 있는 수업으로 발전시켜 나가는 방안을 모색해야 한다.

나 . 연구의 목적

21세기 지식기반 사회에서 필요한 창의융합 인재를 기르기 위하여 2015개정교육과정 에서 도입된 통합과학과 책 안의 지식을 삶과 연계하여 사유하는 인문학적 지식을 융합 하고자 한다. 그 구체적 목적은 고등학교 1학년의 실제 수업 안에서 적용할 수 있는 프 로그램 개발이라는 테두리 안에서 다음과 같이 설정하였다.

가. [빅뱅 우주론과 인문학과의 만남] 융합수업(STEAM)프로그램 개발 나. [원자로 이루어진 세상에서의 생활] 융합수업(STEAM)프로그램 개발

다. [생명 & 자연의 규칙성 그 신비로움과 아름다움] 융합수업(STEAM)프로그램 개발

1) 용어출처: 향후의 통섭(창조경제와 융합, 2014. 4. 15, 커뮤니케이션북스)

다 . 연구의 범위

: 고등학교 1학년 [통합과학_(1) 물질의 규칙성과 결합]의 융합수업을(STEAM) 설계 하고 이를 본교 1학년 학생 72명에게 적용한다.

라 . 이론적 배경

1) STEAM 교육이란?

▶ STEAM은 Science, Technology, Engineering, Arts & Mathematics의 약칭으 로 과학, 기술, 공학, 인문, 예술, 수학 등 교과 간의 융합적인 교육 방식을 의미 ▶ 융합인재교육(STEAM)은 과학기술에 대한 학생들의 흥미와 이해를 높이고,

과학기술 기반의 융합적 사고력(STEAM Literacy)과 실생활의 문제해결력을 함양하는 교육(교육과학기술부, 2011)

2) STEAM 교육 학습 준거틀 및 평가항목

(내용출처: 한국과학창의재단(2016)융합인재교육 교사연구회 운영매뉴얼)

구분 요소 세부설명 STEAM

목적 융합인재양성 융합형 인재 양성 목적에 부합하는가?

STEAM 개념

학생 흥미 증진 학생의 과학기술에 대한 흥미를 높이도록 설계되었는가?

실생활 연계 실생활 속의 과학기술과 연관된 주제인가?

융합적 사고력

배양 학생의 융합적 사고력을 배양하도록 프로그램이 설계되었는가?

S T E A M 학 습 준 거 틀

상 황 제 시

실생활 연계 학생들이 실생활에서 해결해야 할 문제 상황으로 제시하고 있는가?

흥미와 몰입 학생이 흥미를 느낄 수 있는, 학생의 눈높이에 맞는 구체적인 상황인가?

창 의 적 설 계

창의성 문제 해결을 위해 학생들이 해결방법을 고안하는 창의적 설계과정이 명확히 드러나 있는가?

학습자 중심 놀이 및 경험 중심의 활동으로 구성하고, 학생들이 직접 구상하고 고민하는 과정이 있는가?

산출물

[아이디어] 창의적 설계의 결과 학생마다[모둠마다] 다양한 산출물[혹은 아이디어]이 나오도록 구성되어 있는가?

도구 활용 일상생활에서 사용하는 기기를 활용하여 문제를 해결도록 설계하였는가?

감 성 적 체 험

문제해결 상황제시에 제시한 문제를 학생들이 해결하여 성공의 기쁨을 경험할 수 있는 내용이 제시 되어 있는가?

협력학습 협력을 통해 문제를 해결하고 결과를 도출할 수 있도록 설계되어 있는가?

도전의식 문제해결과정을 통해 새로운 과제를 도전할 수 있도록 안내 되어 있는가?

STEAM

평가 세부관점

학습자가 문제를 해결하였다는 성공의 경험을 평가할 수 있도록 하였는가?

학생 평가에서 다양한 산출물(아이디어)을 평가하였는가?

결과 중심평가가 아닌 과정 중심의 평가가 이루어지도록 하였는가?

3. 연구 수행 내용 및 결과 가 . 연구 수행 내용

1) 융합수업(STEAM) 프로그램 수업 단계 설정

2) 융합수업(STEAM) 프로그램 주제 설정 및 차시별 융합수업 설계

3) 교사연구회 주요활동 내용

구분 일정 장소 내용(참여자)

자문위원 연수 및 컨설팅

10.02 대전과학고 ▶ 융합 자유탐구 지도전략 (유선아, 구효선)

10.22 충남과학고

▶ 융합적 사고신장을 위한 자유탐구 지도 전략 및 R통계 (구효선, 김동호, 김강훈, 유선아, 이근택)

10.25 천안오성고 ▶ 2018 STEAM 교사연구회 공개수업 참관 (김동호)

전문성 신장을 위한 연수 참여

2018

융합인재교육(STEAM) 교사연수_기초

한국과학 창의재단

▶ STEAM 융합수업의 사례를 통한 이해 및 설계 실습 (김미정, 구효선)

교실 속!

메이커 교육

티스쿨원격 교육연수원

▶ 수업 계획부터 평가까지 메이커 교육을 적용한 사례 (구효선, 이근택)

인근 지역 교원 대상 워크숍 및 공개수업 개최

(1차) 6.22 충남과학고

▶ 공개수업 및 성과발표회

(2차) 10.26 충남과학고

교내 동료 장학 실시

(1차) 6.18 ~ 6.22 충남과학고

▶ 수업공개를 통한 수업 나눔 및 성찰 실천

(2차) 10.22 ~ 10.26 충남과학고

4) STEAM 교사 연구회 활동 모습

활동 내용 활동 모습

자문위원 연수

▶ 융합적 사고신장을 위한 자유탐구 지도전략 및 R통계

▶ 캐드 프로그래밍

연수 <캐드 프로그래밍 연수> <자유탐구 지도전략 및 R통계 연수>

협의회 모습

▶ 연구회 착수 워크숍 전달연수

▶ 수업고민나누기

▶ STEAM 융합수업 설계하기

▶ 연구회 활동 개선 사항 협의

▶ 연구회 자료집 제작관련 협의

<2018.5.14.> <2018.6.5.> <2018.9.5.>

<교사 연구회 협의록 1> <교사 연구회 협의록 2>

활동 내용 활동 모습

인근지역 교원 대상 워크숍 및

공개수업

<워크숍> <인근지역 교원 대상 성과발표회> 분자요리 발표모습

주제별 수업 적용

▶ 차시별 융합수업 적용

▶ 산출물 전시 및 책자 제작

<주제1: 빅뱅 우주론과 인문학의 만남 수업 >

<주제2: 탄소화학물의 골격 모형 만들기 및 분자요리 만들기 수업>

<주제2: DNA를 3D 디자인으로 표현하기 수업>

활동 내용 활동 모습

수업공개 및 피드백

▶ 수업 공개 및 참관

▶ 수업 참관록 작성

▶ 참관 후 협의회 진행

<수업 참관록 1>

<수업 참관록 2>

5) STEAM 태도와 만족도 조사 방법

검사도구 한국창의재단에서 개발한 태도검사 및 만족도 조사

학생 태도검사

사전 충남과학고 1학년 대상 ( 5월 1주 ~ 5월 2주에 실시)

사후 충남과학고 1학년 대상 ( 10월 1주 ~ 10월 2주에 실시)

학생 만족도 검사 충남과학고 1학년 대상 ( 10월 1주 ~ 10월 2주에 실시)

나 . 연구 수행 결과

- 융합수업(STEAM) 프로그램 개발

프로그램 명

(1) 물질의 규칙성과 결합 수업용 STEAM 프로그램 개발

개발 내용

▶ 교육과정-STEAM 수업-평가-기록의 일체화를 통해 2015 개정 교육과 정에서 추구하는 학생중심교육과정, 배움 중심수업, 학생 성장 발달을 돕는 평가가 이루어지도록 설계함

▶ 4차 산업혁명시대를 이끌어가는 창의융합 인재를 기르기 위하여 도입 된 통합과학교과에 대하여 인문학적 지식을 융합하여 자신의 삶과 연 계하여 사유하고 자연 현상 및 사회 현상이 왜, 어떻게 나타나며, 학생 자신의 삶에 어떤 의미가 있는지 내면화할 수 있도록 학습의 필요성, 가치에 중점을 두고 주제별 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험의 단 계를 거쳐 수업을 개발함

▶ 연구 수행 내용 S

T E A M

프 로 그 램

구 분

프로 그램명

고등학교 통합과학

(1) 물질의 규칙성과 결합 수업용 STEAM 프로그램 학교급 고등학교 대상

학년(군) 1학년 (전교생 72명) 중심

과목 통합과학 성취기준 영역

[고등학교 1학년]

[10 통과 01-01] 물질의 규칙성과 결합 연계

과목

화학I 생명과학I

국어 수학

연계과목 성취기준

영역

[고등학교 1학년] (2) 원자의 세계 [고등학교 1학년] (2) 사람의 물질대사 [고등학교 1학년] (3) 쓰기, (5) 문학 [고등학교 1학년] (2) 기하, (5) 확률과 통계

개발 계획

주제연번 차시(시수) 과목 연계(안)

1 3 통합과학(1)+국어(2)

2 6 통합과학(3)+생명과학I(2)+수학(1) 3 4 통합과학(1)+화학(1)+수학(2)

▶ 통합과학 과목을 중심으로 주제에 따른 차시별 주제 설정・설계 후 수업 적용

프로그램 명

(1) 물질의 규칙성과 결합 수업용 STEAM 프로그램 개발

프로그램 적용 대상

적용시수

적용일정

학생 평가 및 학생부 기재

▶ 학생 평가 계획

평가 형태 평가 항목 평가 내용

관찰평가

내용 학습목표에 따른 개념을 잘 이해하였는가?

흥미 / 태도

참여

자신의 생각을 명확하게 표현하고 다른 학생의 발표를 경청하며 긍정적인 의사소 통 및 상호작용을 하였는가?

과제

집착력 과제에 대하여 집중하여 참여하였는가?

동료 평가 /산출물 평가

충실성, 정확성, 완성도, 이해도

독창성, 논리성, 유기적 조직성, 이해가능성, 완성도

▶ 학생부 기재 방안

: 각 교과학습발달상황의 세부능력 및 특기사항에 주제별 각 교과안에서 학습자의 성장이 일어난 부분을 중심으로 기술

(통합과학) DNA 구조에 담긴 수학•과학적 구조 요소들을 탐구하여 TinkerCad를 이용하여 DNA 3D 디자인 도안을 만들고 이를 3D 프린터로 제작함. DNA 길이, 직경, 회전당 염기쌍 개수 등의 요소들을 찾고 적용하 여 자신과 동료의 구조와 비고•평가함. 각 염기쌍의 수소결합 수 차이를 보고 DNA 이중나선 구조 형성시 각 염기쌍의 비율에 따라 DNA 구조 안 정성에 차이가 있을 것으로 추론하고 탐구함. [7~8차시 수업 기재 예시]

(수학) DNA 염기서열에 따른 생명체의 생김새를 DNA 이중나선이라는 생물학적인 소재로부터 수학적인 성질, 원리들을 찾아 규명함. DNA 수소 결합의 모양을 그리고 곱의 법칙을 이용하여 경우의 수를 구해 봄으로써 생물체 발현의 다양성을 세보는 과정을 체험하고 이를 통해 논리성과 수 학의 활용성이 신장됨. [9차시 수업 기재 예시]

4. 결론 및 제언

이 연구의 결과를 근거로 본 연구의 결론은 다음과 같다.

첫째, [빅뱅 우주론과 인문학의 만남]

수업 설계·적용을 통한 학습자의 사고력 및 의사소통능력 신장 도모

지구와 생명체를 비롯한 우주의 구성 원소들이 우주 초기부터의 진화 과정을 거 쳐서 형성됨을 원소에서 방출되는 빛을 활용하여 추론할 수 있도록 회절 필름을 이용하 여 분광기를 제작해보았다. 이를 비롯하여 과학적 사실을 삶과 연계하여 시를 창작해 봄 으로써 창의·융합적 사고로 인간과 세계를 이해하는 경험의 기회를 부여하였다. 이를 통 해 인문과 과학의 만남의 장을 마련하였으며, 수리과학적인 논리성의 표현과 함께 인문 학적인 표현을 이끌어 내어 지식을 내면화 하도록 하였다.

둘째, [원자로 이루어진 세상에서의 생활]

수업 설계·적용을 통한 학습자의 탐구능력 신장 도모

초기 우주에는 수소와 헬륨이 생성되었으며, 별의 진화 과정에서 오늘날 우리 주 변에서 볼 수 있는 모든 원소들이 형성되었다. 원소들이 형성되는 과정을 통해 지구와 생명의 역사가 우주 역사의 일부분이라는 기본 지식아래 수업에 분자요리와 DNA의 3D 디자인을 해보았다. DNA 이중나선을 수학적으로 분석함으로써, 우주의 역사와 우리 몸 의 구성 성분을 수학적으로 해석할 수 있는 탐구능력을 신장하였다.

셋째, [생명 & 자연의 규칙성 그 신비로움과 아름다움]

수업 설계·적용을 통한 의사소통 능력 신장 도모

원소의 규칙성으로부터 주기율표가 등장하였는데, 멘델예프의 주기율표가 아닌 학생 스스로 기준을 정하고 그 기준에 부합하는 주기율표를 만드는 활동을 해보았다. 이 를 통해 과학은 과학자만 하는 것이 아니라 모든 사람이 할 수 있고, 모든 학생이 잠재 적 과학자임을 깨닫게 되는 경험을 하였다. 또한 주기적 규칙성과 도형의 관계를 파악하 고 수학적으로 표현하는 방법을 학생들이 알게 하였다.

여러 가지 행정 업무와 인성지도, 교과지도로 바쁜 일과 중에도 본 연구회 활동으로

주기적 모임을 갖고 수업에 대해 고민을 털어놓으며, 서로 위로받고, 대안을 찾아가는 과

정에서 교사성장, 수업성장 모두 이루어졌다. 집단지성을 발휘할 수 있는 민주적인 절차

나 형식을 마련한 기회가 되었으며, 소통하고 협력하는 문화가 형성된 것에 큰 의미가

있다고 본다. 본 연구회 활동을 통해 연구하고 실천하는 학습공동체 문화를 형성하였으

며, 수업에 대한 성찰을 통한 교실 수업 이야기가 전개되어 학생 성장도 이끌어 졌다고

생각한다.

행복한 학교는 교사, 학생, 학부모가 삼위일체가 되었을 때 구연되는 것이라 생각한다.

그 중 교사의 역할은 학교를 움직이는 가장 핵심적인 동력이 아닐까 한다. 4차 산업혁명 시대에서 요구하는 인재를 육성하기 위해서는 교사가 먼저 그 태동을 느끼고 움직임에 대비해야 한다. 각 전공에 대해 전문성이 있는 교사들이 집단지성의 힘을 모아 수업을 변화하고, 융·복합적인 돌풍의 변화에 대비한다면 더 나은 미래가 만들어 지리라 본다.

이런 측면에서 연구회 회원들은 온몸을 던져 변화의 물결을 헤쳐 나갔음에 보람을 느끼 며, 또 내일 있을 교육의 발전을 위해 준비해 나가고 있다.

5. 참고문헌

▶ 한국교원대학교 융합형 과학기술 교사연수센터(2018), 2018 융합인재교육(STEAM)

교사연수 기초과정 –중등-

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

고등학교 통합과학 (1) 물질의 규칙성과 결합 수업용 STEAM 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1~3/13

[10통과01-01] 지구와 생명체를 비롯한 우주의 구성 원소들이 우주 초기부터의 진화 과정을 거쳐서 형성됨을 물질에서 방출 되는 빛을 활용하여 추론할 수 있다.

○ 국어 [고등학교 1학년]

(3) 쓰기, (5) 문학

2 4~9/13

[10통과01-02] 우주 초기의 원소들로부터 태양계의 재료이면서 생명체를 구성하는 원소들이 형성되는 과정을 통해 지구와 생 명의 역사가 우주 역사의 일부분임을 해석할 수 있다.

○ 생명과학I [고등학교 1학년] (2) 사람의 물질대사

○ 수학 [고등학교 1학년]

(2) 기하 (라) 도형의 이동, (4) 함수

3 10~13/13

[10통과01-03] 세상을 이루는 물질은 원소들로 이루어져 있으 며, 원소들의 성질이 주기성을 나타내는 현상을 통해 자연의 규칙성을 찾아낼 수 있다.

○ 화학I [고등학교 1학년]

(2) 원자의 세계

○ 수학 [고등학교 1학년]

(2) 기하 (라) 도형의 이동, (4) 함수

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 13차시)

차시 주요내용

1~3 /13

주제(단원)명 빅뱅우주론과 인문학의 만남

○ 빅뱅우주론의 키워드인 팽창우주를 이해하기 위해서는 빛의 스펙트럼 분석이 중요하며, 원소에 따라 스펙트럼 흡수선의 위치와 개수가 달라짐을 이해함

○ 과학적 사실을 담고 있는 시(詩)를 작성해봄으로써, 과학적 사실이 문학의 소재가 될 수 있음을 알아봄

4~9 /13

주제(단원)명 원자로 이루어진 세상에서의 생활

○ 우주에 존재하는 원자들은 별의 진화 과정에서 형성되는 것을 학생들에게 설명함

○ 이렇게 형성된 원자들이 결합되어 분자를 이루고 이를 섭취하고 소화하는 과정을 분자요리를 만들어 봄으로써 설명함

○ 지구상의 생명체는 DNA 를 기반으로 하는데, 원자 수준에서 DNA 의 의미를 3D 프린팅으로 파악함

○ 원자로 이루어진 DNA 속 수학적 원리를 알아보고 다양한 생김새를 세는 방법 탐구

10~13 /13

주제(단원)명 생명 & 자연의 규칙성 그 신비로움과 아름다움

○ 달력 속 규칙성을 발견하고, 원소의 성질을 파악하여 나만의 주기율표를 제작함

○ 자연 현상에는 규칙성이 많은데, 이를 수학적으로 표현하는 방법을 알아보고 지오지브라 프로그램을 이용하여 나만의 띠 스티커를 제작함

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교 1 학년]

[10 통과 01-01] 물질의 규칙성과 결합

중심과목 성취기준

[10통과01-01] 지구와 생명체를 비롯한 우주의 구성 원소들이 우주 초기부터의 진화 과정을 거쳐서 형성됨을 물질에서 방출되는 빛을 활용하여 추론할 수 있 다.

주제(단원)명 물질의 규칙성과 결합 차시 1/13 학습목표 회절 필름을 이용하여 분광기를 직접 만들 수 있다.

분광기를 이용하여 여러 원소의 스펙트럼을 관측하고, 흡수선의 의미를 이해할 수 있다.

연계과목 중심과목 연계과목

성취기준 영역

중심과목 성취기준

STEAM 요소

S 여러 원소의 스펙트럼의 흡수선 의미 파악 T 회절 필름을 이용하여 분광기 제작

E

A 과학사를 통한 문제 접근 M 흡수선 위치 사이의 관계식 파악 개발 의도

천문학의 의문점 해결하기 분광기를 직접 제작

원소의 종류에 따른 스펙트럼 관찰 실험

적게는 4 만 광년 이상, 아주 멀리 떨어진 천체(항성, 은하)까지 가지 않고도 그 천체의 구성 원소를 알 수 있는 방 법은 없을까? 프라운호퍼가 태양을 관측한 스펙트럼에 나타난 검은 흡수선이 뜻하는 바는 무엇인가? 이 동떨어진 두 물음은 사실 같은 내용으로 귀결된다. 스펙트럼 흡수선의 위치(파장)들이 구성 원소를 알려주기에 천체의 스펙트럼을 통해 천체의 구성 원소를 알 수 있다.

원소마다 스펙트럼의 흡수선의 위치와 개수가 달라지는데, 분광기를 통해 기체의 종류를 달리한 방전관으로부터 그 사실을 알 수 있는 실험을 학생들이 수행하도록 한다. 이때 분광기는 완성된 형태를 사용하지 않고, 학생들이 간단한 분광기를 직접 만들어 본다.

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

○ 멀리 떨어진 천체의 구성 원소를 알 수 있는 방법은?

○ 프라운호퍼선의 의미는?

창 의 적 설 계

창의적 설계

○ 과학사를 통해 문제를 접근하고 문제를

해결함으로써 과학자의 삶과 나의 삶이 동떨어져 있지 않음을 체험

감 성 적 체 험

○ 회절 필름을 이용하여 분광기를 제작

○ 그 분광기로 기체

방전관로부터 나오는 빛의 스펙트럼 분석

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료 및

유의점

도입 (5 분)

Co 적게는 4 만 광년 이상, 아주 멀리 떨어진 천체(항성, 은하)까지 가지 않고도 그 천 체의 구성 원소를 알 수 있는 방법에 대해 토의한다.

• 중학교 과학에서 학 습한 불꽃 반응 실험 과 스펙트럼의 공통점 을 인식시킨다.

전개 (40 분)

Co 무지개의 사진을 보여주며 스펙트럼의 정의와 필요성에 대해 설명할 수 있게 한다.

Co 동영상을 통해 프라운호퍼가 가진 의문점에 대해 알아본다.

[탐구 / 실험] 원소의 스펙트럼 관찰

CD 백열등에서 나오는 빛을 간이 분광기로 관찰하고, 스펙트럼의 모습을 색연필로 그리 게 한다.

ET 창가에 놓은 흰 종이에 반사된 햇빛을 간이 분광기로 관찰하여 스펙트럼의 모습을 색연필로 그리게 한다.

ET 기체 방전관을 고전압 발생 장치에 끼우고 전원을 연결한다. 방전관에서 방출되는 빛을 간이 분광기로 관찰하고, 스펙트럼의 모습을 색연필로 그리게 한다. 이후 다른 기체 의 방전관으로 교체하여 스펙트럼을 관찰한 후 그리게 한다.

CD 광원의 종류에 따라 나타나는 스펙트럼의 모양과 색은 어떤 차이가 있는지 설명하 게 한다.

CD 실험 결과를 바탕으로 스펙트럼의 유형(연속 스펙트럼, 방출에 의한 선 스펙트럼, 흡수에 의한 선 스펙트럼)과 특징을 모둠별로 설명하게 한다. 준비한 흡수선과 방출선 사 진 자료를 이용해 동일한 원소에 의한 방출 선 스펙트럼과 흡수 선 스펙트럼의 파장을 비교시킨다.

CD 스펙트럼을 이용해 우주를 구성하는 물질이 무엇인지 알아낼 수 있으며, 우주에는 수소와 헬륨이 약 3:1의 비율로 존재한다는 것을 이해시킨다.

• 햇빛을 분광기로 관찰할 때, 태양을 직접 보지 않고 흰 종이에 반사된 햇빛 을 관찰시킨다.

• 기체 방전관을 사용 할 때는 감전에 유 의하며, 사용한 유 리 방전관은 뜨거우 므로 장갑을 끼고 만지도록 한다.

• 스펙트럼을 관찰할 때 관찰하는 광원 이외에 다른 광원의 빛이 섞이지 않도록 주의시킨다.

Tip! 최근에는 백열 등이 거의 생산되지 않으므로 백열등 대 신에 LED등을 사용 해도 된다.

정리 (5 분)

￭ [확인하기]를 통해 학습 정도를 확인하다.

￭ 자기 평가를 통하여 오늘의 학습을 성찰한다.

￭ 우주 초기에 수소와 헬륨이 만들어진 과정과 빅뱅 우주론이 확립되는 과정에서의 논쟁 을 알아본다.

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년 중심과목

성취기준 영역

[고등학교 1 학년]

[10 통과 01-01] 물질의 규칙성과 결합

중심과목 성취기준

[10통과01-01] 지구와 생명체를 비롯한 우주의 구성 원소들이 우주 초기부터의 진화 과정을 거쳐서 형성됨을 물질에서 방출되는 빛을 활용하여 추론할 수 있 다.

주제(단원)명 일상적 경험과 수리・과학적 개념 연

계하여 창작시 쓰기 차시 2-3/13

학습목표 수리・과학적 지식을 일상적 삶과 연계하여 표현할 수 있다.

창의 융합적 사고로 인간과 세계를 이해하여 주체적인 관점에서 창작할 수 있다.

연계과목 수학, 과학 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

S

다양한 과학적 이론 및 현상

E A

M

다양한 수학적 이론 및 현상

개발 의도

이 세상에 존재하는 수학적 원리나 과학적 현상들은 모두 삶과 연결되어 있다. 하지만 학 교 현장에서는 인간의 삶이나 감정과 연계하지 않고 모든 것을 객관적 현상이나 이론으로 가르치고 있다. 이러한 현실 속에서 아이들의 창의 융합적 사고를 확장시키기 위한 방안으 로 자신이 표현하고 싶은 삶 속에서의 감정이나 경험을 수학적, 과학적 이론이나 현상과 연 계하여 표현하는 창의융합적 적용을 시도하였다.

• 과학적 체험과 지식을 운율 있는 시로 창작하기

- 과학적 지식과 체험을 일상적 삶과 유추하여 주제의식 추출하기 - 스토리 만들기

- 비유, 대조, 반복 표현기법 적용하기 - 개인 창작 후 자기평가 및 상호 평가하기

아래 학생 예시 작품은 ‘원’과 ‘삼각형’ 등 도형을 분석하고 그 안에 들어있는 철학을 끌어내고, 자신의 학교 생활이나 마음을 들여다보고, 그를 통해 살아가는 힘을 갖기를 소망한 수업이었다. 학생들의 마음 을 이해하고 공감하며 생각을 확산시킬 수 있는 의미있는 수업이었다.

과정 중심 평가로 수업을 진행하고 내용은 활자로 정리하여 책으로 엮어 발간하였다.

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

￭ 수리 과학적 개념이 나 원리를 사용하여 일 상적 삶 속에서 일어난 경험을 표현할 수는 없 을까?

창 의 적 설 계

창의적 설계

￭ 생각의 교환 및 정리

￭ 수정 후 완성된 결과 로 책 만들기

감 성 적 체 험

￭ 자신의 감정을 표현할 수 있는 수리 과학적 개념 및 현상 선택

￭ 문학적 표현기법 활용, 비유적으 로 형상화하기

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (20 분)

- 전시학습 확인

Co

수리 과학적 개념이나 원리를 사용하여 일상적 삶 속에서 일어난 경 험을 표현할 수는 없을까?

Tip!

- ‘화학과 시의 만남’ 동영상 시청: 일상적 경험을 화학적, 과학적 이론이나 현상과 연계하여 시로 표현할 수 있다는 호기심을 갖고 문학적 감수성의 필요성을 이해하게 한다.

- 학습목표

일상이 화학이고

곧 문학이다.

화학과 시의 만남 https://w ww.youtu be.com/w atch?v=u0 JREtDFeF

A -동영상

Tip!

전개 (60 분)

Co

자신의 감정을 표현할 수 있는 수리 과학적 개념 및 현상 선택

Tip!

일상적 경험이나 감정, 자신이 표현하고 싶은 상황들을 시로 표현할 수 있는 수학, 과학적 이론 및 원리에 대해 친구들과 자유롭게 토의하도록 한다.

Co

문학적 표현기법 활용, 비유적으로 형상화하기

Tip!

수학, 과학적 현상에 대한 정확한 이해를 바탕으로 실제 상황에 적 용하되 표현 기법 및 운율 등을 적용하여 문학적 형상화가 가능하도록 피 드백

- 과학적 지식과 체험을 일상적 삶과 유추하여 주제의식 추출하기 - 스토리 만들기

- 비유, 대조, 반복 등 표현기법 적용하기

ET

생각의 교환 및 정리

Tip!

친구들의 생각을 듣고 이해하며 자신의 상황에 새롭게 적용할 수 있 도록 하는 과정을 통해 자기평가, 동료평가. -의사소통역량과 공동체 역량 을 신장할 수 있도록 한다.

과정 중심 평가

짝 하브루 타

정리 (20 분)

ET

발표 및 피드백 통해 창작시 완성

Tip!

친구들이 학교 생활에서 느끼는 감정, 고민 등을 함께 공유하고 서 로를 이해하는 시간이 되도록 한다.

- 우리의 삶이 다양한 수학 과학적 이론이나 현상과 어떻게 연계되었는지 이해할 수 있도록 한다.

ET

내용 수정 후 재창작하여 활자화하여, 문집 자료로 완성

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년 중심과목

성취기준 영역

[고등학교 1 학년]

[10 통과 01-01] 물질의 규칙성과 결합

중심과목 성취기준

[10통과01-02] 우주 초기의 원소들로부 터 태양계의 재료이면서 생명체를 구성 하는 원소들이 형성되는 과정을 통해 지구와 생명의 역사가 우주 역사의 일 부분임을 해석할 수 있다.

주제(단원)명 물질의 규칙성과 결합 차시 4/13 학습목표 지구와 생명체를 구성하는 원소를 비교할 수 있다.

별의 진화와 원소의 생성을 연결하여 설명할 수 있다.

연계과목 중심과목 연계과목

성취기준 영역

중심과목 성취기준

STEAM 요소

S 별의 진화와 원소의 생성과의 관계 파악 T

E

A 지구와 생명체의 연관성을 인문학적으로 접근 M

개발 의도 지구라는 무생물체와 사람이라는 생명체 사이의 공통성인 원소가 별의 진화로부터 생성됨을 이해

사람과 지구는 얼핏 보기에 공통성이 없어 보인다. 생명체와 무생물체로 대표되는 두 물체의 관계는 어디에 있을까?

하지만, 사람, 지구, 우주는 비슷한 원소의 구성으로 되어 있다. 그래서 사람은 죽어서 흙으로 되돌아간다고 하는 것일 까?

저 멀리 있는 별이 나와 무슨 연관이 있을까? 아주 오래 전에 존재했던 별이 진화하다가 초신성 폭발하면서 만들어 진 원소가 우리 몸을 이루는 사실을 알게 되면, 우리는 진정한 “별의 자식”임을 깨닫게 된다.

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

○ 지구와 사람의 관계는?

○ 별의 진화와 원소와의 연관은?

창 의 적 설 계

창의적 설계

○ 별의 탄생과 소멸이 내 몸을 이루는 원소임을 자각하여 우리는 진정한

“별의 자식”임을 깨달음

감 성 적 체 험

○ 우주, 지구, 사람을 구성하는 원소 제시

○ 별의 진화와 원소의 생성과의 관계 파악

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료 및

유의점

도입 (10 분)

Co 중세와 근세의 많은 과학자들이 연금술을 연구했지만 실패했다는 사실을 이야기하 며 ‘금’을 만드는 것, 나아가 새로운 원소를 만드는 것이 가능할지 불가능할지 토의하 게 한다.

ET 빅뱅 직후 초기 우주에서 수소와 헬륨이 만들어진 이후 새로운 원소가 만들어지지 않았다면 우주는 수소와 헬륨으로만 이루어졌을 것이지만, 현재 우리 지구에는 다양 한 원소가 존재한다는 사실을 상기시킨다.

Tip! 연금술 관련 동영상 제시

전개 (35 분)

Co 우주와 지구, 사람을 구성하는 원소들의 질량비 자료가 순서 없이 제시된 것을 해 석하여 각각에 해당하는 것을 찾는다.

CD 우주와 지구, 사람을 구성하는 원소들이 어떻게 차이가 나는지 찾아 짝에게 서로 설명하도록 한다.

Co 수소, 헬륨, 탄소 원자핵의 상대적 질량 자료와 헬륨 원자핵과 탄소 원자핵이 만 들어지는 조건을 제시한다.

CD 제시된 자료로부터 가벼운 원소로부터 무거운 원소가 만들어질 수 있는 조건을 갖 춘 곳에 관해 추론하게 한다.

CD 학생들의 답변을 제시된 조건 등에 비추어 타당한 것과 타당하지 않은 것으로 나 누어 토의하도록 한다.

CD 새로운 원소가 만들어질 수 있는 환경으로서 태양과 같은 별의 내부가 타당하다는 결론을 유도하여 도출한다.

Co 태양 정도의 질량의 별 내부에서의 수소 핵융합 반응과 헬륨 핵융합 반응, 에너지 생성을 설명한다.

ET 지구에 철보다 무거운 원소가 많이 존재하고 있다는 사실로부터 철보다 무거운 원 소의 생성 과정에 관해 의문을 갖게 한다.

CD 태양보다 약 10 배 이상 무거운 별들은 진화하여 초신성 폭발을 하게 되며, 이때 의 고온, 고압 상황에서 철보다 무거운 원소가 만들어질 수 있음을 설명한다.

Tip! 핵융합 반응 의 결과로 에너지 가 만들어지는 반 응은 자세히 다루 지 않아도 된다.

정리 (5 분)

ET 별의 진화 과정에서 다양한 원소가 생성되는 동영상을 보여 주며, 이번 차시 학습을 정리하게 한다.

Tip! 동영상 제시

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년 중심과목

성취기준 영역

[고등학교 1 학년] 자연의 구성 물질 중심과목 성취기준

10통과02-01]

지각과 생명체를 구성하는 다양한 광물과 탄소 화 합물은 특정한 규칙에 따라 결합되어 만들어진다 는 것을 논증할 수 있다.

주제(단원)명 2-1-2. 생명체를 구성하는 탄소화합물은

어떤 규칙으로 만들어질까? 차시 5~6/13

학습목표

- 생명체를 구성하는 탄소화합물이 만들어지는 규칙성을 설명할 수 있다.

- 탄소 중심으로 만들어진 단위체가 우리 몸을 이루는 거대한 탄소화합물을 형성함을 설명할 수 있다.

- 생명체를 구성하는 탄소화합물(탄수화물, 단백질, 지질, 핵산)의 구조와 기능에 대해 설명할 수 있다.

- 탄소화합물의 특징을 과학적으로 분석하여 조리과정에서 물리적, 화학적으로 일어나는 변화를 탐구하는 분자요리를 할 수 있다.

연계과목 생명과학Ⅰ, 화학Ⅰ, 기술가정, 미술 연계과목 성취기준 영역

[생명과학 1학년]

물질대사 과정에서 생성된 에너지가 생명 활동에 필요한 ATP로 저장되고 사용됨을 이해하고, 소화, 호흡, 순환 과정과 관련되 어 있음을 설명할 수 있다.

STEAM 요소

S 탄소화합물의 구조와 기능 알기 T 분자요리를 설계하고 만들기 E 설계대로 분자요리하기

A 만든 분자요리를 아름답게 플레이팅 하기 M 탄소화합물의 규칙성 찾기

개발 의도 분자요리를 통해 화학단원의 분자모형과 통합과학 단원의 지각과 생명체를 구성물질의 규 칙성 특히 탄소화합물의 규칙성 및 특징을 이해한다.

2009 개정교육과정의 중학교 1 학년 화학단원인 분자운동과 상태변화, 통합과학 1-3 화학결합과 물 질의 형성, 2-1-2. 지각과 생명체를 구성하는 물질의 규칙성, 생명과학 I Ⅱ-2. 생명활동과 건강 단원 들에 집약된 개념을 습득하면서 학생들이 많은 혼란을 겪는다. 또한 눈에 보이지 않는 분자의 구조와 그 구조에 의해 나타나난 특징들이 눈에 보이지 않기 때문에 개념을 이해하는데 어려움이 있다. 본 차 시는 학생들이 매일 접하는 음식 즉, 음식의 조리 과정인 요리를 이용하여 분자의 구조와 그 구조적 특징에 의해 나타나는 분자의 기능을 이해할 수 있다.

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

￭ 생물체를 구성하는 물 질에는 무엇이 있을 까?

￭ 탄소화합물의 골격 모형 만들기

창 의 적 설 계

창의적 설계

￭ 탄소화합물 모형 발표

￭ 분자요리

감 성 적 체 험

￭ 마시멜로와 이쑤시개를 이용하 여 탄소화합물의 골격 모형 만 들기

￭ 우리 몸을 이루는 주요 탄소화 합물의 종류와 발견되는 규칙성 찾기

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (10 분)

Co 생명체를 구성하는 물질에는 무엇이 있을까 ?

음료나 식품에 표기된 성분표를 통해 생물을 구성하는 영양소와 원소 알아보기 학습 목표 제시

학생들이 미리 식품

성분표를 준비해 올 수 있도록

한다.

전개 (80 분)

Co 활동 1> 탄소화합물의 골격 모형 만들기

CD 마시멜로와 이쑤시개를 이용하여 탄소화합물의 골격 모형 만들기

(탄소화합물의 골격 모형 제작을 통해 탄소 화합물이 다양하게 만들어질 수 있 는 까닭 생각해보기)

ET 탄소화합물 모형 모둠별 발표 및 다른 모둠과 결과 비교해보기

Tip! 마시멜로 2 개, 3 개, 6 개를 연결하여 몇 가지 모형을 만들 수 있는가? 생각해 보기

CD 우리 몸을 이루는 주요 탄소화합물의 종류와 발견되는 규칙성 찾기

ET 외계 생명체가 존재한다면 어떤 물질로 구성되어 있을까?토의하기

Co 탄소화합물의 특징 이해

ET 활동 2> 분자요리

- 탄소화합물의 특징을 이용한 분자요리를 설계해보고 요리해본다.

Tip! 탄소화합물의 특징을 먼저 이해한 후 모둠별로 분자요리를 설계하고, 주어진 재료로 요리해본다.

실험준비물 활동자료

정리 (10 분)

ET 생명체를 이루는 탄소화합물의 종류와 규칙성 정리

Tip! 화학시간에 배운 주기율표에서 원자번호 6 번인 탄소와 14 번 규소의 특징을 비교하여 탄소화합물이 생명체를 구성하는 특징을 지도한다.

중심과목

통합과학

고등학교 /1 학년

성취기준 영역

[고등학교 1학년]

[10 통과 01-01] 물질의 규칙성과 결합

중심과목 성취기준

[10통과01-01] 지구와 생명체를 비롯한 우 주의 구성 원소들이 우주 초기부터의 진화 과정을 거쳐서 형성됨을 물질에서 방출되는 빛을 활용하여 추론할 수 있다.

주제(단원)명

물질의 규칙성과 결합

7~8/13

학습목표

1. DNA의 구성 요소, 구조를 설명할 수 있다.

2. TinkerCad 를 이용하여 DNA 3D 모델링 디자인을 제작할 수 있다.

3. 3D프린터로 출력한 DNA 모형 작품에 과학적 요소 반영 정도를 평가할 수 있다.

연계과목 생명과학Ⅰ 연계과목

성취기준 영역 [12생과Ⅰ04-01]DNA와 유전자

STEAM 요소

S

DNA 구조에 대한 이해

3D 디자인

E

3D 프린팅

디자인

M

DNA 구조에 담긴 수학적 규칙성

지금까지는 DNA 이중나선 구조를 2 차원적으로 학습한 후 3 차원적 구조는 모형 키트 등을 이용해 수업을 진행해 왔다 . STEAM 융합인재를 위한 수업을 위해 3D 프린팅을 이용해 직접 3D 디자인을 모델링하고 이를 3D 프린터로 출력하여 그 입체적 구조에 담긴 여러 요소들을 발견하고 평가하는 활동을 통해 기술 , 공학적, 예술적 학습 기회를 제공하고자 한다.

DNA 는 모든 생명체의 다양함과 신비로운 특징을 결정짓는 기본 분자이며 생명 현상의 경이로움을 보 여주는 물질이다. 하지만 눈으로 직접 보는 것이 어렵기 때문에 2 차원적 그래픽이나, 3 차원적 모형을 통해 대략적인 모양과 구조를 파악할 수 밖에 없다.

본 수업에서는 탐구하면 탐구할수록 수학적, 물리적 원리와 규칙성을 발견할 수 있는, DNA 라는 생명 을 이루는 분자를 살펴보고 더 깊이 탐구하여 발견한 수학적, 물리적 구조와 원리를 친구와 소통하고, 평가하고, 설계하여 3D 프린팅으로 결과를 산출하는 과정으로 구성되었다.

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

￭ DNA 구조는 왜 그렇 게 생겼을까?

￭ DNA 구조에 담긴 수 학적 규칙성은 무엇 이 있을까?

￭ 3D 프린팅을 나도 할 수 있을까?

창 의 적 설 계

창의적 설계

￭ 친구의 창의적 아이 디어 발견하고 나누기

￭ 자신이 설계한 작품 발표하기

감 성 적 체 험

￭ DNA 구조를 보고 수학적 규칙 성을 찾아 체험하기

￭ 찾은 규칙성을 적용하여 3D 모 델링 설계하기

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 10 분)

Co 3D 프린팅 인기 아이템 톱 5 영상을 보여주어 여러 가지 신기한 3D 프린팅 작 품들에 관심을 갖게 한다.(2:52)

CD DNA 를 3D 프린터로 만들 수 있을까?

- 어려울 것으로 생각하는 학생들에게 누구나 쉽고 간단하게 만들 수 있음을 알 려준다.

- TinkerCad 의 갤러리에서 다른 사람들이 디자인한 DNA 3D 작품들 감상

https:// w ww.youtub e.com/wat ch?v=23c4 IPgHpWQ

www.tinke rcad.com

전개 (80 분)

▶ TinkerCad 기본 사용 방법을 지도한다.

- 접속 및 회원가입

- 마우스를 이용한 시점, 오브젝트, 원근 이동 조절 방법 - 오브젝트 생성 및 가로, 세로, 높이 조절 방법

- 오브젝트 복사, 회전, 수직, 수평 이동 방법

▶ DNA 와 유전자 개념 수업 - DNA 의 구성 분자 - DNA 와 유전자의 관계

- DNA 와 유전자, 염색사, 염색체의 관계

Co 학생 활동지에 DNA 를 TinkerCad 로 디자인하기 위해 고려해야할 과학적, 수 학적 요소들을 생각하고 정리하도록 지도한다.

- DNA 이중나선의 직경, 한 회전당 길이

- 두 염기쌍 사이의 간격, 두 염기쌍 사이의 각도 차이

CD 각자 정리한 요소들을 반영하여 TinkerCad 로 DNA 를 설계하고 그려본다.

예시(교사 작품)

▶ 짝꿍에게 자신이 제작한 설계에 담긴 과학적 요소들을 설명하고 자신이 직접 만 든 평가 항목에 따라 짝꿍의 설계를 평가한다.

컴퓨터실 활용

학생활동지

30 분 소요

정리 ( 10 분)

▶ 각자 설계한 디자인을 stl 파일로 저장하여 교사 이메일로 전송한다.

- 전송받은 파일은 교내 3D 프린터를 이용하여 프린팅한다.(1 작품 1 시간) - 교내에 3D 프린터가 없을 경우 업체에 의뢰할 수 있다.

ET 각자 3D 프린터로 만들고 싶은 것과 이유를 말해보도록 한다.

ET 무엇이든 마음만 먹으면 만들 수 있는 세상에서 꾸준한 연구와 공부하는 자세 로 신기술을 선도하는 인재가 되기를 바라며 마무리한다.

자유롭게 말하기

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1학년 중심과목

성취기준 영역

[10통과 01-02]

물질의 규칙성과 결합

중심과목 성취기준

[10통과01-02] 우주 초기의 원소들로부터 태 양계의 재료이면서 생명체를 구성하는 원소들 이 형성되는 과정을 통해 지구와 생명의 역사 가 우주 역사의 일부분임을 해석할 수 있다.

주제(단원)명 원자로 이루어진 세상 차시 9/13

학습목표

- (고1학년) DNA 이중나선을 수학적으로 분석하여 설명할 수 있다.

DNA 염기 서열의 경우의 수를 구하고, 유전정보의 수를 구할 수 있다.

- (수업 확장_고2학년) DNA 이중나선의 염기서열 경우의 수를 같은 것이 있는 순열을 이용 하여 구할 수 있다.

연계과목 통합과학, 생명과학Ⅰ 연계과목

성취기준 영역

○ 생명과학I [고등학교 1학년] (2) 사람의 물질대사

○ 수학 [고등학교 1학년] (5) 확률과 통계 (가) 경우의 수

*수업확장*

○ 수학 [고등학교 2학년] (1) 경우의 수 (가) 순열과 조합_ 같은 것이 있는 순열

STEAM 요소

S DNA 이중나선의 성질 T

E

A DNA 수소결합 모양그리기

M DNA 이중나선 수학적 분석 및 수소결합 경우의 수 구하기

개발 의도

다양한 원자들로 세상은 구성되어 있고, 그 원자들의 다양한 결합으로 아름다운 세상을 이 루고 있다. 이런 원자의 다양성에 대해 통합과학 수업시간을 통해 학습한 후 그 다양성을 수학적으로 셀 수 있는 방안에 대해 고찰해 보는 수업을 구상하였다.

인간의 몸은 단백질로 구성 되어 있고, 그 단백질의 모양에 따라 사람의 생김새가 달라 지게 된다. 이를 생물학적으로 규명하면 사람의 DNA 이중나선의 구조가 아데닌(A), 사이토신(C), 구아닌(G), 타이민(T)의 네 가지 종류의 염기로 구성되며 이 염기의 배열된 순서(염기서열)에 따라 유전 정보가 결정되어 생김새 가 달라지게 됨을 분석하게 구성하였다. 또한 단백질 서열에 있어 곱의 법칙을 이용하여 다양성을 셀 수 있음을 알게 하였으며, DNA 수소결합 모양을 그려가며 경우의 수를 세는 특징을 알아내도록 구성하었 다. [10통과01-02] 성취기준은 우주 초기의 원소들로부터 태양계의 재료이면서 생명체를 구성하는 원소 들이 형성되는 과정을 통해 지구와 생명의 역사가 우주 역사의 일부분임을 해석하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 차시에서는 DNA 이중나선의 성질을 수학적으로 분석하고, DNA 수소결합 모양을 그리는 활동 을 통해 생명의 신비함을 느끼고, 다양성을 수학적으로 셀 수 있도록 구성하었다.

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

￭ 우리의 생김새는 왜 다른 걸까?

￭ 생김새의 다양함을 셀 수 있을까?

창 의 적 설 계

창의적 설계

￭ 우리의 생김새는 DNA 구성에 따라 달리 표현 됨을 인식

￭ 단백질 원자들의 구성의 다양함을 인식

￭ 실생활 속 합의 법칙, 곱의 법칙이 적용된 예 발표

감 성 적 체 험

￭ DNA 이중나선의 수학적 분석하기

￭ DNA 수소결합 모양그리기 및 경우의 수 구하는 전략 세우기

*수업 확장 설계*

DNA 이중나선 기본단위에서 염 기서열 경우의 수 구하기

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

우리의 생김새는 무엇 때문에 달라 보이는 걸까? 그 다양함을 셀 수 있는 방 법은 무엇일까?

선택: 애들아! 너희들 들었니? 요번 베르베르 영화제에서 배우들 중 그 해에 가 장 잘생긴 배우와 가장 못생긴 배우에게 상을 줬대.

선정: 응 나 그거 봤어. 잘생긴 배우로는 A군이 타고 가장 못생긴 배우로는 B군 이 수상했어.

건호: 와우 내가 B군 뜰 줄 알았다니까. 푸하. 왜 사람들은 생김새가 다른 걸까?

성권: 그거 우리 생물시간에 배웠잖아. DNA가 달라서 생김새가 달리 표현된다고.

효선: 그럼 그 생김새의 다양함을 셀 수 있는 방법이 없을까? 그걸 셀 수 있다면 그리고 분류할 수 있다면 에센스 마스크팩 제작 등 생김새를 바탕으로 한 소 비자에 대한 사전분석의 기초가 되어 기업에서 유용하게 사용되지 않을까?

정현: 와! 그럼 표준데이터가 되는 거네. 그거 좋은 방법이다.

▶그림출처 : 네이버 이미지

▶ 생 명 과 학 시간 DNA 이 중 나 선 구조 제작 후 수업 적 용

전개 (40 분)

DNA 이중나선 수학적으로 분석하기

- 생명과학Ⅰ시간에 배운 DNA 이중나선에 대한 기본개념 상기하기 - 팀원들과 함께 수학적 내용 뽑아내어 분석하기

곱의 법칙이란 무엇일까

- 두 사건 A와 B에 대하여 사건 A가 일어나는 경우의 수가 m이고, 그 각각에 대하여 사건 B가 일어나는 경우의 수가 n일 때, 두 사건 A, B가 잇달아 일 어나는 경우의 수는 m×n

DNA 수소결합 모양그리기 및 경우의 수 구하기

- DNA 이중나선의 수소결합에 대한 이해로부터 수소결합 모양 그리기 - 주어진 조건에 알맞은 방정식 세우기

- 방정식에서의 0이상의 양의정수해 찾기 - 배열의 경우의 수 찾기

정리 (5 분)

실생활 속에서 합의 법칙, 곱의 법칙으로 경우의 수를 구할 수 있는 예를 찾아본다.

- 조별 실생활 속 예시 발표하기 - 자기평가 및 추후학습 계획하기

*수학 확장 수업 지도안_ 확률과 통계 수업_ 같은 것이 있는 순열 학습*

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

우리의 생김새는 무엇 때문에 달라 보이는 걸까? 그 다양함을 셀 수 있는 방 법은 무엇일까?

선택: 애들아! 너희들 들었니? 요번 베르베르 영화제에서 배우들 중 그 해에 가 장 잘생긴 배우와 가장 못생긴 배우에게 상을 줬대.

선정: 응 나 그거 봤어. 잘생긴 배우로는 A군이 타고 가장 못생긴 배우로는 B군 이 수상했어.

건호: 와우 내가 B군 뜰 줄 알았다니까. 푸하. 왜 사람들은 생김새가 다른 걸까?

성권: 그거 우리 생물시간에 배웠잖아. DNA가 달라서 생김새가 달리 표현된다고.

효선: 그럼 그 생김새의 다양함을 셀 수 있는 방법이 없을까? 그걸 셀 수 있다면 그리고 분류할 수 있다면 에센스 마스크팩 제작 등 생김새를 바탕으로 한 소 비자에 대한 사전분석의 기초가 되어 기업에서 유용하게 사용되지 않을까?

정현: 와! 그럼 표준데이터가 되는 거네. 그거 좋은 방법이다.

▶그림출처 : 네이버 이미지

▶ 생 명 과 학 시간 DNA 이 중 나 선 구조 제작 후 수업 적 용

전개 (40 분)

같은 것이 있는 순열의 수

- 서로 다른 n개를 일렬로 나열하는 순열의 수 n!

- 문자를 일렬로 나열하는 방법의 수를 구할 때, 같은 문자가 있는 경우에는 주어진 문자가 모두 다르다고 생각하고 일렬로 나열하는 방법의 수를 구한 후 같은 것의 개수에 대한 계승으로 나눔 지도

- 같은 것이 있는 순열의 수를 이용하여 숫자, 문자를 일렬로 나열하는 방법의 수 구하기 지도

DNA 이중나선 기본단위에서 생김새 정보인 염기서열 경우의 수는 얼마나 될까?

- 실제 DNA 이중나선의 수소결합의 총 개수가 주어질 때 염기서열의 총 수를 같은 것이 있는 순열을 이용하여 구할 수 있도록 지도

- 34,300가지임을 실제 구하면서 인체의 신비로움을 수리적으로 규명하는 경험 을 갖게 함

n개 중에서 같은 것이 각각 p개, q개,

⋯

  ⋯ 



  ⋯   

▶ 우 리 의 인체는 많 은 DNA로 부터 최종 결 정 된 다 . 이 수업에 서는 DNA 의 기본단 위만을 다 루며 이가 인체의 생 김새를 모 두 결정 짓 지는 않음 에 유의.

정리 (5 분)

실생활 속 같은 것이 있는 순열로 경우의 수를 구할 수 있는 예를 찾아본다.

- 조별 실생활 속 예시 발표하기 - 자기평가 및 추후학습계획하기

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교]Ⅰ.물질과 규칙성 중심과목 성취기준

[10통과01-03] 세상을 이루는 물질은 원소들 로 이루어져 있으며, 원소들의 성질이 주기성 을 나타내는 현상을 통해 자연의 규칙성을 찾 아낼 수 있다.

주제(단원)명 원소와 주기율표 차시 10/13

학습목표 - 달력에서 규칙성을 찾는 활동을 통해 규칙성의 의미를 설명할 수 있다.

- 생활 주변의 규칙성에 대한 생각을 공유하며 긍정적인 의사소통을 할 수 있다.

연계과목 수학Ⅰ, 미술 연계과목

성취기준 영역 [12수학Ⅰ03-01] 수열의 뜻을 안다.

STEAM 요소

S 원소들의 주기성 발견 T

E

A 창의적이고 아름답게 원자들의 전자배치 꾸미기 M 자연에서 규칙성 찾기

개발 의도

달력에 숨겨진 많은 규칙성 자유롭게 찾아보는 활동을 통해 우리가 생활 주변에서 접하는 다양한 정보에서도 규칙성을 찾을 수 있다는 것을 깨닫고 자연의 규칙성을 인식하도록 수업 을 구상하였다.

규칙성이란 특정 분류에 따라 어떠한 기본 단위가 일정한 순서로 반복되는 것을 의미한다. 봄, 여름, 가 을, 겨울의 계절 순환 및 월, 화, 수, 목, 금, 토, 일의 일주일의 반복 등 우리가 생활하는 주변에서 접하 는 다양한 정보에서도 규칙성을 발견할 수 있다. [10통과01-03] 성취기준은 원소들의 성질이 나타내는 주기성을 통해 자연의 규칙성에 대한 이해를 목적으로 하고 있다. 본 차시에서는 원소들의 성질에서 주 기성을 찾는 활동을 통해 자연의 규칙성에 대해 인식하고 자신이 발견한 규칙성을 공유하며 의사소통 할 수 있도록 구성되었다.

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

￭ 달력에는 어떤 비밀 의 규칙이 있을까?

￭ 원소들은 어떤 규칙 성을 갖고 있을까?

￭ 우리 생활 주변에는 어떤 규칙성을 발견 할 수 있을까?

창 의 적 설 계

창의적 설계

￭ 생활 주변 다양한 정 보의 규칙성 인식

￭ 원소들에서 발견되는 다양한 규칙성

￭ 자신이 찾은 자연의 규칙성 발표

감 성 적 체 험

￭ 독창적인 달력에 숨어 있는 규 칙성을 찾아 정리하기

￭ 창의적인 물건으로 원자의 핵과 전자를 통해 전자배치 표현하기

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

- 전시학습 확인) 규칙성

Co 달력의 비밀

Tip! ‘달력에 숨어 있는 규칙성’ 동영상을 시청하며 활동지 내용 정리할 수 있도록 한다.

- 학습목표 제시

동영상

전개 (40 분)

Co 활동1> 달력에 숨어 있는 규칙성 찾기

CD 달력에서 찾은 규칙성 정리하기

Tip! 생활 속에서 접하기 쉬운 달력의 규칙성을 살펴보고 그냥 지나치기 쉬운 달력 에도 많은 규칙성이 숨어 있음을 인식할 수 있도록 하는 것이 가장 중요하다.

또한 제시된 규칙 이외에도 자신만의 다양한 규칙을 자유롭게 찾아볼 수 있도 록 하고 활동지에 영상을 통해서 얻을 수 있는 핵심적인 내용들을 스스로 정리 할 수 있도록 한다.

ET 생각의 교환 및 정리

Tip! 동영상 속 달력의 규칙성을 정리하고 스스로 찾은 규칙성에 대해 발표하며 아 이디어를 교환하고 자신의 생각과 비교하며 사고 할 수 있도록 한다.

Co 활동2> 원소의 주기성

CD 원자의 전자배치 꾸미기

Tip! 사전에 학생별로 핵과 전자로 사용할 창의적인 물건을 가져오도록 하거나 다양 한 색의 초콜릿을 준비하여 제공한다. 이를 가지고 원자번호 1번 수소(H)부터 18번 아르곤(Ar)까지 핵과 전자배치를 꾸며 사진을 찍어 기록하도록 한다.

ET 원소들의 규칙성 찾기

Tip! 자신이 꾸민 1~18번까지의 원소들의 전자배치를 관찰하며 원소들이 나타내는 규칙성을 원자가 전자에서 찾을 수 있도록 유도한다. 나아가 현대 주기율표를 제시하여 원소들이 나타내는 다양한 정보에서 규칙성을 찾아보도록 지도한다.

초콜릿 조별 토론

발표

정리 (5 분)

ET 나의 주변의 규칙성 찾아보기

Tip! 생활 주변의 다양한 정보에도 다양한 규칙성을 찾을 수 있다는 것을 인지하고 각자 자신의 주변에서 독특하고 창의적인 규칙성을 찾아보도록 한다.