오 토 마 타

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과학기술과 함께하는 오토마타고등학교 고등학교

교사 지도 자료 오토마타로 감성지능 업(UP)고 가기-SEL

과학기술과 함께하는

오토마타

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교사 지도 자료

과학기술과 함께하는

오토마타

성과물 관리 번호 DD18120009

-“이 보고서는 2018년도 교육부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임”

-“This work was supported by the Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity(KOFAC) grant funded by the korea government(MOE)”

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차례

▪ 고등학교 수업 대체용 프로그램 안내 3

▪ 과학기술과 함께 하는 오토마타 8

주제 개요 8

STEAM 프로그램 목표 9 STEAM 관련 교과목 10 융합인재교육(STEAM) 학습 준거 12 STEAM 프로그램 구성 계획 13

평가 계획 14

학교생활기록부 기재 예시 17

▪ 1차시: 4차 산업혁명과 과학기술의 만남 19

1차시 교수․학습 과정안 20 1차시 학생용 활동지 23

교사용 자료 28

참고자료 35

▪ 2차시: 오토마타 탐색 및 전략 수립 37

참고 자료 49

▪ 3차시: 과학기술과 함께 가는 오토마타 55

참고 자료 65

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차례

▪ 고등학교 수업 대체용 프로그램 안내 3

▪ 과학기술과 함께 하는 오토마타 8

주제 개요 8

STEAM 프로그램 목표 9 STEAM 관련 교과목 10 융합인재교육(STEAM) 학습 준거 12 STEAM 프로그램 구성 계획 13

평가 계획 14

학교생활기록부 기재 예시 17

▪ 1차시: 4차 산업혁명과 과학기술의 만남 19

교사용 자료 28

참고자료 35

▪ 2차시: 오토마타 탐색 및 전략 수립 37

참고 자료 49

▪ 3차시: 과학기술과 함께 가는 오토마타 55

참고 자료 65

3 고등학교용 STEAM

고등학교 수업 대체용 프로그램 안내

프로그램 특징

제안하는 본 프로그램은 오토마타를 활용한 창의적 융합 교육으로 학생들에게 기술과 공학 그리고 예술의 융 합적 상상력을 불어넣을 수 있는 새로운 교육 과정입니다. 이를 통해 자기/타인 관찰능력, 인지능력, 감정조절 능 력, 공감능력, 감정이입능력, 소통능력을 향상시키는 사회정서학습 SEL(Social and Emotional Learning) 프로 그램의 연구 개발을 목표로 합니다.

STEAM은 ‘과학기술에 대한 학생의 흥미와 이해를 높이고 과학기술의 융합적 사고력(STEAM Literacy)과 실생활 문제 해결력을 배양하는 교육’이다. 특히, 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 예술 (Art), 수학(Mathematics) 원리를 기반으로 실생활에서 일어나는 문제를 학생 스스로 흥미를 갖고 해결할 수 있는 방법을 찾는 교육에 중점을 두고 있다. 본 교재는 이러한 STEAM 교육의 목적과 부합하도록 오토마타의 기계적 움직임과 예술적 표현의 폭넓은 이해를 바탕으로 수행되며, 이를 통해 학생 스스로가 공학의 원리를 체득 하게 합니다.

따라서 본 프로그램에서는 학생들로 하여금 과학 기술 발달에 따른 개인적, 사회적 차원에서 우리에게 미치는 긍정적인 부분과 부정적인 부분에 대해 탐구하고, 토의활동을 통해 학습하도록 하였습니다. 또한, 이러한 과정에 서 오토마타를 활용하게 되는데, 오토마타의 과학적인 움직임을 통해 발표 전략을 세울 수 있도록 하였습니다. 또 한, 발표 내용에 기초하여 미래의 일자리에 대한 고민을 하게 될 것입니다.

제 4차 산업혁명이 우리에게 주는 다양한 변화에 대한 상황을 제시하면서 이러한 변화를 가져온 기술이 우리 의 삶에 크고 작은 영향을 미치고 있음을 제시함으로써 과학 기술이 우리에게 미치는 영향에 대해 학생들이 생각 할 수 있도록 하였습니다. 또한, 긍정적인 영향은 더욱 긍정적으로 우리 삶에 자리잡게 하기 위한 개선 방안과 부 정적인 영향은 문제를 해결하기 위한 방안이 무엇인지도 함께 토의하게 될 것입니다.

제안된 교육과정을 통해 학생들의 감성을 자극하고 새로운 생각을 유도하여 올바른 인성과 따뜻한 인간적 감성, 그리고 타인과의 풍부한 교감 능력을 가진 인재로 성장하도록 유도합니다.

고등학교용 STEAM

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오토마타 업(UP)고 가기 － 과학기술과 함께 하는 오토마타 －

프로그램 사용 방법

교사용은 학교 현장에서 선생님들께서 손쉽게 사용하실 수 있도록 최대한 자세하고 쉽게 안내하였습니다.

각 주제별로 앞쪽에 학교급별로 연계된 과목별 교육과정과 ‘차시별 활동 흐름’을 한눈에 알아보기 쉽도록 표로 제시하였습니다. 그리고 각 차시별로 교수․ 학습 과정안을 제시하여 수업 전체의 내용을 이해할 수 있도록 하 였습니다. 또한 과정안이나 수업 활동 내용에 tip 을 제시하여 수업 적용 시 주의할 점 등을 상세히 안내하 였습니다.

학생용은 고등학생들을 대상으로 하고 수업 대체용 교수․ 학습 자료라는 점을 고려하여 작성하였습니다.

학교의 사정에 따라 프로그램을 전체 또는 차시(부분) 등을 선택하여 활용할 수 있습니다.

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프로그램 사용 방법

교사용은 학교 현장에서 선생님들께서 손쉽게 사용하실 수 있도록 최대한 자세하고 쉽게 안내하였습니다.

각 주제별로 앞쪽에 학교급별로 연계된 과목별 교육과정과 ‘차시별 활동 흐름’을 한눈에 알아보기 쉽도록 표로 제시하였습니다. 그리고 각 차시별로 교수․ 학습 과정안을 제시하여 수업 전체의 내용을 이해할 수 있도록 하 였습니다. 또한 과정안이나 수업 활동 내용에 tip 을 제시하여 수업 적용 시 주의할 점 등을 상세히 안내하 였습니다.

학생용은 고등학생들을 대상으로 하고 수업 대체용 교수․ 학습 자료라는 점을 고려하여 작성하였습니다.

학교의 사정에 따라 프로그램을 전체 또는 차시(부분) 등을 선택하여 활용할 수 있습니다.

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소통과 배려의 협력중심 학습

다른 학생들과의 긍정적 상호작용을 통해서 서로 아이디어를 공유하고 공동의 목표를 향해서 수행하는 등 학생들 간의 소통과 배려를 중시하는 교수· 학습 방법으로 창의적 문제해결능력과 소통 능력이 향상될 수 있다. 스토리텔링 수업, 하브루타 수업, 과제 분담소집단 협동학습, 찬반논쟁 토의․ 토론 등이 해당된다.

◎ 스토리텔링(storytelling) 수업의 특징과 절차

스토리텔링은 ‘이야기를 들려주는 활동, 이야기가 담화로 변화하는 과정’이라는 의미를 지니는데 학생들에게 학습할 언어 및 문화 자료를 이야기를 통해 제시하는 수업방식으로 이야기를 들려주는 것뿐만 아니라 이야기를 보다 효과적으로 전달하고 학생들이 쉽게 이해할 수 있도록 돕는 제반 활동을 포함한다.

◎ 하브루타 수업의 특징과 절차

하브루타는 보통 2명이 짝을 지어 함께 교육하는 것을 의미하는데 토론을 함께하는 짝이나 친구, 파트너 자체 를 일컫는 말에서 짝을 지어 질문하고 토론하는 교육 방법을 일컫는 말로 확대되었다. 질문 중심의 하브루타는 학생들이 본문을 읽고 질문을 만들어서 먼저 짝과 일대일 토론을 한 후 가정 좋은 질문을 뽑고, 뽑은 질문으로 모둠끼리 토론을 하고, 그 모둠에서 가정 좋은 질문을 뽑는다. 모둠에서 가장 좋은 질문을 하나 뽑아서 그 질문을 가지고 집중 토론을 한 다음에 그 내용을 정리, 발표하고 교사가 정리해 주는 수업이다. 그러나 하브루타 수업을 실제로 수행할 때는 내용의 특성에 따라 부분적으로 변형하여 사용하기도 한다.

2

학생이 체험하는 활동 중심 수업

학생들이 능동적으로 활동을 체험함으로써 즐거움을 느끼고 성취감을 얻을 수 있는 수업으로 실험․ 실습, 역할 놀이 수업, 프로젝트 학습, 견학 수업 등이 해당된다.

◎ 역할놀이 수업의 특징과 절차

학습자의 학습 참여도를 높이기 위해 설계된 교수․ 학습 방법으로 학생들은 특수한 기능, 특수한 직위, 인문의 역할을 실제로 시연하면서 타인의 역할을 경험하게 되고 이를 통해 자신과 타인의 역할과 입장을 이해하는데 도움을 주는 학습 방법이다.

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3

다양한 내용과 방법을 결합한 융 ․ 복합형 수업

융․ 복합적 사고력 신장을 위하여 학습 내용, 학습 매체, 학습 방법 등을 다양한 방식으로 융합하고자 시도하는 교수․ 학습 방법을 의미하며, On-line, Off-line, 인터넷 등 다양한 매체를 활용하는 플립 러닝, 다양한 학습 내 용을 융합하는 스팀 수업, 다양한 교수․ 학습방법을 결합하는 수업 등이 해당된다.

◎ 플립러닝(Flipped Learning)

플립러닝은 기존의 교육 방식을 뒤집어 집에서 교사가 제작한 강의를 듣고 학교에서는 교사 및 학생들과 토론 하면서 퀴즈, 프로젝트 활동 등을 통해 과제를 해결하는 교육 방식이다. 수업 전 활동에서는 교사가 학습자의 수 준을 고려하여 미리 학습할 수업 내용을 다양한 그림이나 동영상 등의 형식으로 제공한다. 학습자는 교사가 제공 한 강의에 대해 선수 학습을 한다. 본 수업에서는 학습자의 학습 주제에 대한 이해를 돕고 학습자 중심의 수업이 진행될 수 있도록 다양한 교수법을 적용한다.

◎ 스팀(STEAM) 수업의 특징과 절차

실생활과 관련 깊은 상황을 중심으로 학습자가 몰입하게 하여 기존에 배운 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 등의 이론과 내용에 대한 통합적 이해를 바탕으로 프로젝트를 계획하고 조사와 탐구활동을 통해 흥미롭고 자기주도적 인 학습 과정을 진행하여 활동하는 창의적 설계 중심의 학습이다.

◎ 다양한 교수․ 학습 방법을 결합하는 수업

수업의 효과를 극대화하기 위하여 다양한 교수․ 학습 방법을 학습목표와 내용을 고려하여 적절하게 결합 하는 방법으로 예를 들면 실천적 문제중심학습과 하브루타 수업의 결합, 역할놀이와 협동학습의 결합, 문제 기반학습과 실험․ 실습 학습의 결합 등이 이에 속한다.

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3

다양한 내용과 방법을 결합한 융 ․ 복합형 수업

융․ 복합적 사고력 신장을 위하여 학습 내용, 학습 매체, 학습 방법 등을 다양한 방식으로 융합하고자 시도하는 교수․ 학습 방법을 의미하며, On-line, Off-line, 인터넷 등 다양한 매체를 활용하는 플립 러닝, 다양한 학습 내 용을 융합하는 스팀 수업, 다양한 교수․ 학습방법을 결합하는 수업 등이 해당된다.

◎ 플립러닝(Flipped Learning)

플립러닝은 기존의 교육 방식을 뒤집어 집에서 교사가 제작한 강의를 듣고 학교에서는 교사 및 학생들과 토론 하면서 퀴즈, 프로젝트 활동 등을 통해 과제를 해결하는 교육 방식이다. 수업 전 활동에서는 교사가 학습자의 수 준을 고려하여 미리 학습할 수업 내용을 다양한 그림이나 동영상 등의 형식으로 제공한다. 학습자는 교사가 제공 한 강의에 대해 선수 학습을 한다. 본 수업에서는 학습자의 학습 주제에 대한 이해를 돕고 학습자 중심의 수업이 진행될 수 있도록 다양한 교수법을 적용한다.

◎ 스팀(STEAM) 수업의 특징과 절차

실생활과 관련 깊은 상황을 중심으로 학습자가 몰입하게 하여 기존에 배운 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 등의 이론과 내용에 대한 통합적 이해를 바탕으로 프로젝트를 계획하고 조사와 탐구활동을 통해 흥미롭고 자기주도적 인 학습 과정을 진행하여 활동하는 창의적 설계 중심의 학습이다.

◎ 다양한 교수․ 학습 방법을 결합하는 수업

수업의 효과를 극대화하기 위하여 다양한 교수․ 학습 방법을 학습목표와 내용을 고려하여 적절하게 결합 하는 방법으로 예를 들면 실천적 문제중심학습과 하브루타 수업의 결합, 역할놀이와 협동학습의 결합, 문제 기반학습과 실험․ 실습 학습의 결합 등이 이에 속한다.

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자기주도적 탐구 중심 학습

학생들이 자기주도적으로 탐구하는 방법을 배우도록 초점을 두는 학습 방법으로 학생들이 학습하는 탐구 과정을 통해 학습의 최종 결과를 스스로 발견하도록 한다. 문제 해결 학습, 문제 기반 학습 등이 여기에 해당된다.

◎ 문제 해결 학습의 특징과 절차

Dewey의 진보주의 교육철학을 구체화한 방법으로 학습자가 일상생활에서 부딪치는 문제를 스스로 해결해 가는 과정을 생활로 정의하고 이를 해결해 나가는 능력을 기르는 것을 목표로 한다. 학습자의 사고 과정을 중 시하고 문제를 해결할 수 있는 능력을 통합적으로 기르는 방법으로서 문제 상황이 제시되면 원인을 파악한 후 이에 대한 해결책을 학생 스스로 찾아가도록 하는 방법이다.

◎ 문제 기반 학습의 특징과 절차

복합적이고 실제적이며 유의미한 문제를 풀기 위해 학생이 스스로 다양한 해결 방법을 찾는 과정을 통해 구 체적인 교과 내용 지식과 문제 해결 능력을 학습하도록 수업 상황을 구조화한 교육적 접근이다. 학생들이 소그 룹 학습에 능동적으로 참여하여 협력적이며 자기주도적으로 해결책을 탐색, 실현 및 평가하는 활동 과정 중심 의 수업 방법이다.

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과학기술과 함께 하는 오토마타

주제 개요

인간은 오래전부터 인간이 가지고 있는 능력의 한계가 어디까지이며 개인의 능력에는 어떤 차이가 있고 또 어떻게 하 면 개인이 가지고 있는 능력을 최대한으로 발휘할 수 있을까에 대해 탐색해 왔습니다. 최근에 이르러 감성이 이성적인 결정이나 문제 해결 시 주요한 역할을 수행한다는 것이 밝혀짐으로써 이를 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있 습니다. 이에 본 프로그램은 감성지능 중심 교육인 사회정서학습 SEL(Social and Emotional Learning)을 목표로 오토 마타의 설계 및 제작 과정을 통해 자기/타인 관찰능력, 메타인지능력, 감정조절 능력, 공감능력, 감정이입능력, 소통능력 을 향상시키도록 합니다.

고등학교 프로그램인 ‘과학과 함께 하는 오토마타’에서는 4차 산업혁명 시대의 과학 기술 발전에 대해서 탐구하고, 4 차 산업혁명을 주도하는 기술들의 긍정적인 부분과 부정적인 부분에 대해 토의 활동을 합니다. 토의 결과를 정리하여 발 표 자료를 제작하고 이를 SNS에 공유하고 의견도 공유하는 활동이 이어지게 됩니다. 토의와 발표 자료를 통한 공감 활 동을 통해 제 4차 산업혁명 시대에 나의 일자리에 대해 고민해 보는 시간도 주어지게 될 것입니다. 차시별 활동은 다음 과 같습니다.

1차시에는 제 4차 산업혁명과 과학기술의 발전에 대해 탐구하고 제시된 상황을 바탕으로 프로그램에서 해결해야 하는 문제를 인식하게 됩니다. 모둠별로 토의의 테마가 되는 기술(제 4차 산업혁명을 주도할 핵심 기술)을 선정하고 토의 주 제의 세부 주제를 확인하고 모둠별로 희망순위(1순위 ~ 4순위)를 결정하게 됩니다. 플립러닝 동영상을 제시하고 오토마 타에 대해 거꾸로 학습이 진행될 수 있도록 안내합니다.

2차시에는 플립 러닝을 통해 학습한 오토마타 개념과 작동 원리를 정리합니다. 1차시에 결정한 1순위를 선택하기 위 해 주제 뽑기용 오토마타의 움직임을 관찰합니다. 희망하는 주제를 선정하기 위해 움직임을 관찰한 주제 뽑기용 오토마 타에 추가 기계요소를 장착한 실전 주제 뽑기용 오토마타를 보고 모둠의 토의를 통해 회전 수 설계를 위한 전략을 수립 합니다. 모둠별로 1순위부터 4순위까지의 세부 주제를 분담하여 탐구하도록 합니다.

3차시에는 2차시에 수립한 전략대로 주제 뽑기용 오토마타를 구동하여 토의 주제를 선택합니다. 선택된 주제에 대해 토의하고 내용을 정리하여 발표 자료를 제작합니다. 이 주제에 대해 탐구한 모둠원이 간략하게 내용을 브리핑하고 이후 함께 이에 대해 토의를 합니다. 활동이 마친 후 토의한 내용을 생각하며 4차 산업혁명의 시대에 자신의 일자리에 대해서 도 고민하는 시간을 가지며 활동을 마무리합니다. 발표 자료는 공유하고 수업을 마친 후 SNS상에서 공유된 자료에 대해 함께 의견을 나누며 공감 활동을 이어갑니다.

기존의 사회정서학습 프로그램은 이론 위주의 획일적이면서 고전적 교육 방식이 주를 이루고 있습니다. 그리고 접근하 기 어려운 분야로 인식되어 타 과목과의 연계성이 부족한 실정입니다. 따라서 본 프로그램에서는 오토마타의 융합적 지 식을 기반으로 스스로 생각하고 몸으로 익히는 교육을 추구합니다. 미래 사회에서 주어진 문제에 대해 함께 생각하고 공 감하며 창의적으로 해결해나가는 데 중점을 두고 있습니다.

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과학기술과 함께 하는 오토마타

주제 개요

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과학기술과 함께 하는 오토마타

주제 개요

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과학기술과 함께 하는 오토마타

주제 개요

차시

구분 내용 목표 과정 목표

1차시

∙제 4차 산업혁명에 따른 과학기술의 발전에 대해 이해 할 수 있다

∙오토마타를 활용한 토의 활동을 설명할 수 있다.

∙제 4차 산업혁명을 주도할 기술에 대해 나열할 수 있다.

∙4차 산업혁명을 선도하는 미래 과학기술을 이해할 수 있다.

∙과학기술의 발전에 따른 우리 삶의 변화 과정을 이해할 수 있다.

∙토의 주제가 되는 과학기술을 선정할 수 있다.

∙모둠원과의 토의를 통해 과학기술과 관련된 서로의 생 각과 느낌을 공감할 수 있다.

2차시

∙오토마타의 개념과 원리를 이해하고 활용할 수 있다.

∙주제 선정을 위해 오토마타에 장착된 기계요소의 메커 니즘을 이해할 수 있다.

∙토의 주제 선정을 위해 오토마타의 움직임을 설계할 수 있다.

∙문제 상황을 정확하게 이해하여 해결해야 할 문제가 무 엇인지 정확하게 인식할 수 있다.

∙문제 해결을 위해 오모타마의 움직임을 이해하고 활용 할 수 있다.

∙토의 주제 선정을 위한 오토마타를 구조화하여 제작할 수 있다.

∙오토마타의 회전 움직임에 따른 토의 주제판의 좌표값 을 예측하고 선정할 수 있다.

∙주어진 문제에 대한 창의적 해결을 통해 문제 해결능력 을 기를 수 있다.

∙모둠원과 하나의 목표로 협업하여 소통 능력을 기를 수 있다.

3차시

∙과학기술이 인간에게 미치는 영항에 대해 토의할 수 있 다.

∙과학기술이 인간에게 미치는 영항에 대해 서로 공감할 수 있다.

∙과학기술이 인간에게 미치는 영향과 관련된 영상을 보 며 활동을 확인하고 새로운 과학기술에 대한 이해 필요 성을 공감할 수 있다.

∙오토마타 동작을 통해 선정된 주제에 대해 토의하고 발 표 자료를 제작할 수 있다.

∙온라인 공유 URL로 토의된 결과 발표 자료를 업로드하 여 공유할 수 있다.

∙서로가 느낀 점을 자유롭게 이야기하는 공감 활동에 참 여할 수 있다.

STEAM 프로그램 목표

8

과학기술과 함께 하는 오토마타

주제 개요

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과목 주요 학습 내용

과학

∙마찰력에 의해 움직이는 오토마타의 메커니즘 탐구하기

∙오토마타의 메커니즘 박스 내 기계요소들의 운동 원리 탐색하기

∙오토마타 움직임에 대한 과학적 원리 탐색하기

∙중력의 작용에 의한 역학적 시스템으로 오토마타 설명하기

∙신재생 에너지 발달에 따른 에너지 문제 해결 방안 탐색하기

생활과 과학

∙과학기술이 건강한 생활에 미치는 긍정적, 부정적 영향 조사하고 토론하기

∙과학기술이 아름다운 생활에 미치는 영향을 조사하고 발표하기

∙과학기술이 편리한 생활에 미치는 영향을 조사하고 발표하기

∙과학기술이 문화생활에 미치는 영향을 조사하고 발표하기

∙과학기술이 사고, 직업의 지평을 창출, 확대한 사례 조사하고 토의하기 융합

과학

∙과학기술이 인간의 건강에 미치는 영향을 조사하고 발표하기

∙과학기술이 환경 및 에너지 문제에 미친 영향을 분석하고 해결 방안에 대해 토론

&

기술 가정

∙캠, 크랭크, 기어, 벨트와 벨트풀리 등 기계요소 이해하기

∙캠, 크랭크, 기어, 벨트와 벨트풀리의 작동원리를 활용하여 문제 해결하기

∙자아존중감을 향상시키고 긍정적인 자아 정체감 형성하기

∙첨단 기술(제조 기술, 건설 기술, 수송 기술, 생명 기술, 정보 통신 기술)의 발달과 사회 변화 예측 하고 대처하기

∙기술 개발에 따른 삶의 변화를 예측하고 지속 가능한 발전을 추구하기

∙첨단 기술(제조 기술, 건설 기술, 수송 기술, 생명 기술, 정보 통신 기술)과 관련된 문제 이해하고 해결 하기

농업 생명 과학

∙농업이 녹색 환경 보전에 미치는 영향 분석하기

∙녹색 환경 및 생태계 보전을 위한 방안 탐구하기

∙농업의 발전이 사회에 미치는 영향을 사회과학영역별로 분석하고 설명하기

∙농산물 안전 관련 문제를 분석하고 중요성 이해하기

∙농산물 가공 및 유통 산업의 문제점을 제시하고 개선 방안을 마련하기 공학

일반

∙공학과 관련된 문제 상황에 대해 문제 해결을 위한 공학적 사고 개발하기

∙공학 문제의 다양한 해결책을 설계하기 해양문화

와 기술 ∙해양 오염이 생태계와 인간에게 미치는 영향과 피해 조사하고 해결 방안 모색하기 지식재산

일반

∙발명의 사회적 영향을 사례를 통해 분석하기

∙발명 문제를 확인하고 분석하기

정보 ∙정보사회에서 정보과학의 지식과 기술이 활용되는 분야의 영향력을 평가하기

생활과 윤리

∙과학기술과 윤리(과학기술 가치 중립성 논쟁, 과학기술의 사회적 책임)

∙정보사회와 윤리(정보기술 발달과 정보 윤리, 정보 사회에서의 매체 윤리)

∙자연과 윤리(환경 문제에 대한 윤리적 쟁점)

∙생명과학 기술과 윤리(생명 복제와 유전자 치료 문제, 동물 실험과 동물 권리의 문제) 교양

(논리학) ∙논증의 분석과 유형, 연역 논증, 귀납 논증, 오류, 논증의 활용 교양

(환경)

∙환경 윤리(동물 복지, 생명 윤리, 생태 윤리)

∙미래 세대에 대한 책무

∙지속 가능한 사회 체계 및 양식(과학기술의 양면성, 적정 기술, 환경 재난과 안전 등) 통합

사회

∙산업화, 도시화, 정보화 등으로 인한 생활공간 및 생활양식의 변화와 문제점 이해하고 분석하기

∙사용 가능한 자원 분포 및 소비실태, 지속 가능한 발전을 위한 탐구, 미래의 삶의 방향 설정하기

STEAM 관련 교과목

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과학기술과 함께 하는 오토마타

주제 개요

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과학

∙마찰력에 의해 움직이는 오토마타의 메커니즘 탐구하기

∙오토마타의 메커니즘 박스 내 기계요소들의 운동 원리 탐색하기

∙오토마타 움직임에 대한 과학적 원리 탐색하기

∙중력의 작용에 의한 역학적 시스템으로 오토마타 설명하기

∙신재생 에너지 발달에 따른 에너지 문제 해결 방안 탐색하기

생활과 과학

∙과학기술이 건강한 생활에 미치는 긍정적, 부정적 영향 조사하고 토론하기

∙과학기술이 아름다운 생활에 미치는 영향을 조사하고 발표하기

∙과학기술이 편리한 생활에 미치는 영향을 조사하고 발표하기

∙과학기술이 문화생활에 미치는 영향을 조사하고 발표하기

∙과학기술이 사고, 직업의 지평을 창출, 확대한 사례 조사하고 토의하기 융합

과학

∙과학기술이 인간의 건강에 미치는 영향을 조사하고 발표하기

∙과학기술이 환경 및 에너지 문제에 미친 영향을 분석하고 해결 방안에 대해 토론

&

기술 가정

∙캠, 크랭크, 기어, 벨트와 벨트풀리 등 기계요소 이해하기

∙캠, 크랭크, 기어, 벨트와 벨트풀리의 작동원리를 활용하여 문제 해결하기

∙자아존중감을 향상시키고 긍정적인 자아 정체감 형성하기

∙첨단 기술(제조 기술, 건설 기술, 수송 기술, 생명 기술, 정보 통신 기술)의 발달과 사회 변화 예측 하고 대처하기

∙기술 개발에 따른 삶의 변화를 예측하고 지속 가능한 발전을 추구하기

∙첨단 기술(제조 기술, 건설 기술, 수송 기술, 생명 기술, 정보 통신 기술)과 관련된 문제 이해하고 해결 하기

농업 생명 과학

∙농업이 녹색 환경 보전에 미치는 영향 분석하기

∙녹색 환경 및 생태계 보전을 위한 방안 탐구하기

∙농업의 발전이 사회에 미치는 영향을 사회과학영역별로 분석하고 설명하기

∙농산물 안전 관련 문제를 분석하고 중요성 이해하기

∙농산물 가공 및 유통 산업의 문제점을 제시하고 개선 방안을 마련하기 공학

일반

∙공학과 관련된 문제 상황에 대해 문제 해결을 위한 공학적 사고 개발하기

∙공학 문제의 다양한 해결책을 설계하기 해양문화

와 기술 ∙해양 오염이 생태계와 인간에게 미치는 영향과 피해 조사하고 해결 방안 모색하기 지식재산

일반

∙발명의 사회적 영향을 사례를 통해 분석하기

∙발명 문제를 확인하고 분석하기

정보 ∙정보사회에서 정보과학의 지식과 기술이 활용되는 분야의 영향력을 평가하기

생활과 윤리

∙과학기술과 윤리(과학기술 가치 중립성 논쟁, 과학기술의 사회적 책임)

∙정보사회와 윤리(정보기술 발달과 정보 윤리, 정보 사회에서의 매체 윤리)

∙자연과 윤리(환경 문제에 대한 윤리적 쟁점)

∙생명과학 기술과 윤리(생명 복제와 유전자 치료 문제, 동물 실험과 동물 권리의 문제) 교양

(논리학) ∙논증의 분석과 유형, 연역 논증, 귀납 논증, 오류, 논증의 활용 교양

(환경)

∙환경 윤리(동물 복지, 생명 윤리, 생태 윤리)

∙미래 세대에 대한 책무

∙지속 가능한 사회 체계 및 양식(과학기술의 양면성, 적정 기술, 환경 재난과 안전 등) 통합

사회

∙산업화, 도시화, 정보화 등으로 인한 생활공간 및 생활양식의 변화와 문제점 이해하고 분석하기

∙사용 가능한 자원 분포 및 소비실태, 지속 가능한 발전을 위한 탐구, 미래의 삶의 방향 설정하기

STEAM 관련 교과목

국어

∙듣기 말하기의 본질(사회, 문화성)을 이해하고 적용하기

∙의사소통의 목적, 상황, 매체등에 따라 다양한 담화 유형(대화, 토론, 협상)이 있음을 이해하기

∙담화 유형(대화, 토론, 협상)에 따른 다양한 듣기와 말하기의 방법을 이해하기

∙의사소통의 목적, 상황, 매체에 따라 적절한 전략과 방법 적용하기

∙듣기, 말하기 과정에서의 문제를 해결하며 소통하기

∙듣기 말하기의 가치를 인식하고 공감, 협력하여 효과적으로 의사소통하기

∙쓰기의 본질(사회적 상호작용)을 이해하고 적용하기

∙의사소통의 목적, 상황, 매체에 따라 다양한 글 유형이 있음을 이해하기

∙설득하는 글에 적합한 초점과 방법을 적용하여 글을 쓰기

화법 과 작문

∙화법과 작문의 본질(자아 인식, 대인 관계, 사회적 상호작용)을 이해하고 적용하기

∙담화의 유형(대화, 토론, 협상, 발표, 연설 등)에 따라 적절한 전략, 표현과 전달 방법을 사용하기

∙글의 유형(정보를 전달하는 글, 설득하는 글, 비평하는 글 등)에 따라 적절한 전략(인지적, 사위 인 지적 전략) 이해하기

∙적절한 전략을 바탕으로 다양한 표현과 전달 방법을 사용하기

∙화법과 작문의 올바른 태도(배려, 공감, 진정성, 책임감)을 기르기 진로와

직업

∙미래 직업 세계의 변화에 따른 새로운 직업과 인재상 탐색하기

∙직업 세계의 변화에 맞춰 학과, 전공 및 자격의 변화를 예측하고 탐색

∙상황(사적 대화, 발표, 회의 등)에 맞는 의사소통 방법을 알고 활용하기 수학 ∙사칙계산, 방정식, 부등식 등의 원리를 이해하고 오토마타 기어 비 계산하기

∙안전과 관련된 다양한 그래프, 히스토그램, 도수분표표 등을 해석하기

확률과 통계

∙모든 경우를 분류하고 조직하는 수학적 사고를 경험함으로써 사건을 예측하는 능력 기르기

∙사건이 일어날 가능성을 수치화하는 경험을 통해 문제를 해결하고 합리적인 판단하는 능력 기르기

∙모평균의 추정을 통해 합리적으로 의사결정하는 통계적 소양 기르기

∙자료를 수집하고 정리하여 결과를 분석하여 과학기술에 대한 영향을 예측하기 기하 ∙공간 도형의 성질을 탐구하여 오토마타의 움직임을 탐색하기

실용 수학

∙오토마타의 관찰을 통해 움직임에서의 규칙을 발견하기

∙오토마타의 움직임 속에서 입체와 관련된 수학적 원리 발견하기

∙과학기술과 관련된 자료를 수집하고 정리하는 절차와 방법 이해하기

∙과학기술과 관련된 자료를 그림, 표, 그래프 등을 이용하여 정리하기

∙과학기술과 관련된 다양한 수학적 자료를 해석하여 올바른 판단하기

∙목적에 맞게 자료를 수집, 정리, 분석, 해석하여 산출물 만들기

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과학기술과 함께 하는 오토마타

주제 개요

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융합인재교육(STEAM) 학습 준거

1. 상황 제시

본 프로그램에서는 4차 산업혁명 시대의 과학 기술 발전에 대해서 탐구하고, 4차 산업혁명을 주도하는 기술들의 긍정 적인 부분과 부정적인 부분에 대해 토의 활동을 한다. 토의 결과를 정리하여 발표 자료를 제작하고 이를 SNS에 공유하 고 의견도 공유하는 활동이 이어지게 된다. 토의와 발표 자료를 통한 공감활동을 통해 제 4차 산업혁명시대에 나의 일자 리에 대해 고민해 보는 시간도 주어지게 될 것이다. 미래 사회에서는 다양한 첨단 기술(제조, 건설, 수송, 정보 통신, 생 명 기술)의 발달로 인해 일자리가 점차 줄어들고 있다. 학생들로 하여금 과학 기술 발달에 따른 개인적, 사회적 차원에서 우리에게 미치는 긍정적인 부분과 부정적인 부분에 대해 탐구하여 토의활동을 통해 학습하도록 하였다. 또한, 이러한 과 정에서 오토마타를 활용하게 되는데 오토마타의 과학적인 움직임을 통해 발표 전략을 세울 수 있도록 하였다. 또한, 발 표 내용에 기초하여 미래의 일자리에 대한 고민을 하게 될 것이다. 제 4차 산업혁명이 우리에게 주는 다양한 변화에 대 한 상황을 제시하면서 이러한 변화를 가져온 기술이 우리의 삶에 크고 작은 영향을 미치고 있음을 제시함으로써 과학기 술이 우리에게 미치는 영향에 대해 학생들이 생각할 수 있도록 하였다. 또한, 긍정적인 영향은 더욱 긍정적으로 우리 삶 에 자리잡기 위한 개선방안, 부정적인 영향은 문제를 해결하는 방안이 무엇인지도 함께 토의하게 될 것이다.

2. 창의적 설계

창의적 설계 부분에서는 모둠별로 발표할 주제를 선택하기 위해 오토마타의 움직임을 분석하고 예측하는 활동을 할 것이다. 우선 오토마타의 기본 모듈인 캠, 핀휠, 그리고 기어의 움직임을 폭넓게 분석하고 동작의 원리를 탐색하도록 한 다. 이후 모둠별 토의를 통해 발표를 희망하는 우선순위 주제를 선정하고 이 주제를 얻기 위한 전략(회전수와 속도)을 세운다. 오토마타 캠의 상하 운동, 핀 휠의 회전 운동을 이용한 회전판을 통해 모둠별 희망 토의 주제를 선정하게 된다.

좌표의 개념을 도입하여 희망 주제를 선정하게 되며 이 때, 전략을 세우는 것이 가장 중요하다. 전략 수립을 위해 오토마 타의 움직임을 정확하게 분석해야 하고 여러 차례 수정․ 보완하여 모둠만의 독특한 전략을 정리한다.

3. 감성적 체험(SEL 포함)

3차시에서는 모둠별로 수립한 전략을 바탕으로 모둠별로 캠, 핀휠, 기어의 움직임을 통해 토의 주제를 선정한다. 희망 하는 주제를 선정하게 되는 모둠도 있고 그렇지 않은 모둠도 있지만 사전에 탐구한 내용을 중심으로 함께 토의하고 결론 에 도달한다. 토의한 결과에 대한 발표 자료를 제작한다. 또한, 토의를 통해 느낀 점을 적으면서 자기 성찰의 시간을 갖 는다. 특히 공유된 SNS에서 학생들 간 더욱 활발한 의사소통이 이루어지게 될 것이며 이를 통해 과학 기술이 우리 삶에 미치는 긍정적, 부정적 영향에 대해 폭넓은 이해도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 과학기술로 인한 변화에 유연하게 대응할 수 있는 적응력을 가질 수 있게 될 것이다.

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