2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

(1)

2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

2021. 11.

(2)

과제명 2021년 STEAM 교사연구회 운영

구분

연구회 구성 유형 (택 1) 프로그램 개발유형 (택 1)

① 융합학습공동체형( ○ )

1. 자유학기제형

( )

6. 학생 주도 참여형

(

) 2. 첨단기술 및 ICT 교구 활용형

( )

7. 고교학점제 기반 학습형

(

) 3. 온라인 기반 학습형

( ○ )

8. 예·체능 중심 활동수업형

(

) 4. 지역사회 연계형

( )

9. 유·초등 연계형

(

) 5. 교육소외계층 포용형

( )

^{10. 자율선택형} (학교 자체 개발 프로그램)

(

)

② 글로벌형 ( ) StarT 프로그램 참여를 통한 프로그램 개발

프로그램 정보

프로그램명

블렌디드 러닝을 통한 교과 연계 STEAM 문제해결 프로젝트 수업이 일반고 학생의 창의적 사고와 과학적 태도에 미치는 영향

신규 개발 ○ 기 개발

학교급

고등학교

대상 학년(군)

1, 2학년

중심과목

과학

중심과목 성취기준 영역

[고등학교 1학년] 2. 시스템과 상호작용

연계과목 ^수학

국어 연계과목 성취기준 영역

[고등학교 1학년] 4. 함수 5. 확률과 통계

[고등학교 1학년] 3. 읽기

연구기간

2021.4.29. ~ 2021.11.30.

신청금액

일금사백만원(￦4,000,000)

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

구분 소속(학교명) 직위 성명 담당과목

연구책임자

삼척고등학교 교사 변정호

생명과학

참여연구원

삼척고등학교 교사 공복기

화학

참여연구원

삼척고등학교 교사 김양수

물리

참여연구원

삼척고등학교 교사 장순철

^수학

참여연구원

삼척고등학교 교사 이지은

국어

2021년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 STEAM 교사연구회를 운영한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2021년 11월 19일

주관연구기관장 : 박 무 승 (서명/인)

연구책임자 : 변 정 호 (서명/인)

(3)

“이 보고서는 2021년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

목 차

1. 요약문

··· 1

2. 서론

··· 1

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 4

가. STEAM 프로그램 개발 및 적용 ··· 4

(1) 연구 추진 절차 및 전략 ··· 5

(2) 연구 방법 및 내용 ··· 5

(3) STEAM 프로그램 적용 ··· 6

(4) STEAM 프로그램 적용 내용 ··· 9

(5) STEAM 프로그램 운영 결과 발표 ··· 13

나. 성과 확산 및 실천 ··· 15

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최 ··· 15

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과 ··· 17

다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사 ··· 17

1) STEAM 프로그램의 효과검증 ··· 17

2) STEAM 프로그램 효과성 검증 결과 ··· 18

4. 결론 및 제언

··· 19

5. 참고문헌

··· 19

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 ··· 22

부록2. 회의록 ··· 124

부록3. STEAM 확산 실천 사례(지역 STEAM 협의체 연수 및 컨설팅) ··· 126

(5)

1. 요약문

STEAM 교육은 실질적 주체로서 역할을 수행하는 교사의 역량을 신장 시키고, 학생들을 대상으로 융합인재교육 프로그램에 대한 경험을 제공함으로써 학생들 스스로 진로탐색 및 역량 강화 기반을 마련할 수 있는 기회를 제공한다. 이러한 측면에서 2015 개정 교육과정에 서는 미래 인재 양성을 위한 핵심역량을 제시하고 있으며, 다양한 핵심역량을 개발하고 신 장시키기 위해서는 기존의 단일형 교수-학습 프로그램이 지닌 한계를 극복하기 위한 최적 의 방안은 STEAM 교육이다. 이러한 필요성에 따라 본 교사 연구회에서 개발한 STEAM 교 수-학습 프로그램은 고등학교 학생들이 활동중심 프로젝트 학습이 가능하며, 온오프라인을 활용한 블렌디드 러닝 통합형으로써 학습자의 정의적 성향에 긍정적인 영향을 줄 수 있도 록 하는데 주요한 목적을 두고 있다. 특히 최근 다양한 영역에 적용되고 있는 인공지능 관 련 프로그램과 인공지능 기초 학문에 해당하는 수학 관련 프로그램, 인공지능과 인문학적 융합이 가능한 프로그램을 개발하였다. 해당 프로그램의 적용 결과, 학습동기와 진로선택 성향에 매우 긍정적인 통계적 유의성을 확인할 수 있었으므로, 일반계 고등학교에서 사용 가능한 STEAM 교수학습 프로그램으로써 기능할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구 회에서는 일반계 고등학교 현장의 현실적 제약인 입시위주의 지식 전달식 교육 상황을 극 복하고, 활동중심-학생중심 프로젝트 활동을 통해 학생들에게 융합적 사고력과 실행능력을 제공함으로써 현대의 사회가 요구하는 핵심역량을 제공할 수 있는 프로그램을 개발할 수 있었다. 기존의 학습 방법을 통해 단일 영역의 지식만을 획득할 수 있는 수동적 학습상황에 서 탈피하여 능동적인 지식의 생산자로 학습자를 안내하는 기회를 제공하였다. 나아가 본 연구 활동의 결과물은 해당 지식을 다양한 학문과 융합할 수 있는 능력을 지닌 인재를 길 러내는 초석으로 기능할 수 있을 것이다.

2. 서론

가 . 연구의 필요성

4차 산업혁명의 도래로 급변하는 사회에서 창의적 문제해결 역량을 지닌 인재를 기르기 위한 미래 교육의 패러다임으로 자리잡고 있는 것은 STEAM 교육이라 볼 수 있다. STEAM 교육은 2007년 미국

(6)

교과연계 핵심역량 함양이 가능한 STEAM 프로그램

2015 개정교육과정에서는 6대 핵심역량을 제시함으로써 미래 사회에서 요구하는 인재가 지녀야할 역량을 구체적으로 제시하고 있으며, 각각의 역량을 통합함으로써 지향하고 있는 인재상도 함께 제시 하고 있다. 자기관리 역량, 의사소통 역량, 공동체 역량 통합을 통한 자주적이고 더불어 사는 사람, 지 식정보처리 역량, 창의적 사고 역량, 심미적 감성 역량 통합에 위한 창의적이고 교양있는 사람, 즉, 바 른 인성을 갖춘 창의 융합형 인재를 지향하고 있다. 이러한 맥락에서 STEAM 교육은 2015개정교육과 정에서 제시하고 있는 핵심역량을 함양하기 위한 가장 적절한 교수학습 방법에 해당한다. 그러나 교 과별로 서로 다른 교과역량을 제시함으로 인해 다교과간 STEAM 교육 프로그램들은 교과간 연계라는 측면에서 내용을 구성하는 실정이다. 이로 인해 학생들은 융합인재교육 프로그램은 흥미있으며, 유의 미한 활동이지만 융합의 과정이나 내용의 흐름이 다소 억지스럽다는 반응을 보이기도 한다.

2015 개정교육과정에서 제시하는 과정 중심 평가에 대한 요구는 미래사회 변화에 대응하기 위한 학 교 교육 변화의 필요성에서 출발한다. 미래사회로 대변되는 지능정보사회는 단편적인 지식이 아닌 기 존의 것들을 융합하여 새로운 것을 창조할 수 있는 역량이 요구되는 사회이다. 융합적 사고는 기존의 과학 지식 뿐만 아니라 분석적인 수학적 지식과의 융합을 통해 새로운 성장의 동력원인 융합지식을 발견하는 사고능력에 해당한다. 따라서 학생들이 융합적 사고가 가능할 수 있도록 구성된 교육 프로 그램을 개발하고 학생들이 직접 경험하도록 하는 것에 주요한 목표를 두었다. 또한 “융합인재 양성”

이라는 새로운 과학교육 패러다임의 정착을 위해서는 저변의 확대와 인식의 전환이 요구되므로, 학습 자 주도 활동을 통해 강의식 학습에서 탈피하여 학생이 주도하는 융합학습 활동에 의한 인식 전환의 기회를 마련하여야 한다. 따라서 배움중심 학습과정의 맥락에서 학습자 주도 문제해결기반 STEAM 교육 교수․학습 프로그램을 개발하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 STEAM 교육 패러다임으로 의 전환을 위해 관련 전문가들과 연계된 프로그램을 구성하고, 국내외에서 진행되고 있는 학습자 주 도 문제해결기반 STEAM 교육 연구 결과를 다각도로 분석하고 반영하고자 한다.

학생이 주도하는 블렌디드 STEAM 프로그램

창의적 사고의 개발을 위해서는 반드시 다학문적 융합이 중요하다고 주장한 Sternberg(1968)와 동일 한 맥락에서 예술, 과학, 수학 등의 학문영역이 융합된 통합적 콘텐츠의 활용은 학생들의 창의적 사고 신장에 필수적이며, 융합적 문제해결의 과정을 경험하는 주요한 틀로 작용할 수 있을 것이다. 국가수 준에서 이루어지고 있는 STEAM 교육 패러다임의 저변확대 및 융합인재 교육을 통한 학교수준에서의 적용 가능성을 탐색함과 동시에 일반계 고등학교 수준에서 가능한 융합과학(STEAM) 진로체험 프로그 램 개발이 매우 필요한 실정이다. 이와 더불어 STEAM 교육의 실질적 주체로서 역할을 수행하는 교 사의 역량을 신장 시키고, 학생들을 대상으로 STEAM 교육에 대한 사고와 인식을 제고함으로써 학생 들의 진로탐색 및 선택 기반을 마련할 수 있어야만 한다.

미래 사회의 발전을 주도해 나아갈 학생들의 꿈과 끼를 개발하기 위해서는 다양한 지식의 습득과

(7)

융합과학 프로그램은 기존의 어떤 프로그램보다도 적합하다고 볼 수 있다. 그러나 융합과학 프로그램 에 대한 일반고등학교 현장의 인식은 여전히 부정적이거나 막연한 것에 지나지 않는다. 이러한 인식 의 전환을 위해서는 학교현장의 주체인 교사와 학생들의 인식 전환뿐만 아니라, STEAM 교육을 통한 융합적 사고의 신장이 절실히 요구된다.

또한 2020년은 전 세계적 감염병 확산으로 인해 최초로 온라인 비대면 수업이 시작됨으로써, 초연 결이라는 4차산업혁명이 교육현장에 적용되었다. 온라인 비대면 학습활동이 자리잡고 다양한 장점들 이 제시되며, 새로운 교육 방법의 개발과 제시와 같은 긍정적인 측면이 나타났다. 반면, 갑작스러운 변화에 대응하기 어려운 교육현장에서는 강의식 수업, 교사 역량과 학교 여건에 따른 교육격차 발생 등 다양한 부작용이 발생하였다. 이러한 맥락에서 현재의 STEAM 교육은 대부분 대면활동으로만 가 능한 활내용으로 구성되어 있다. 따라서, 대면수업과 비대면 수업이 병행되고 있는 현 시점에서 STEAM교육을 위해 절실히 요구되는 것은 두 가지 상황을 자유롭게 혼합할 수 있는 새로운 학습방법 의 적용이며, 이러한 요건을 갖추고 있는 교수방법의 열쇠를 블렌드디 러닝에서 찾을 수 있다.

창의적 사고 및 정의적 역량 함양 STEAM 교육 프로그램

STEAM 교육은 다양하게 해석될 수 있으나 서로 다른 교과영역의 지식들이 하나의 새로운 지식으 로의 융합학습이 이루어짐으로써 학습자는 지식 융합의 능력을 지닐 수 있다. 이와 같이 서로 다른 유형의 지식들로부터 하나의 지식을 도출해 나가는 수렴적 사고과정은 교수자의 안내와 지식의 융합 을 위한 명확한 목표를 필요로 한다. 또한 문제해결과정의 관점에서 학습의 과정을 살펴보면 주어진 목표, 문제를 해결하기 위해 거치는 과정이 제공되는지 여부에 따라 수렴적 사고와 발산적 사고가 유 발될 수 있다. 융합학습을 서로 다른 지식을 하나의 지식으로 수렴해 나가는 과정이라고 본다면 융합 의 과정은 수렴적 문제해결과정에 해당한다. 그러나 창의적 사고를 요구하는 융합학습은 지적능력과 관련되어 있다고 알려진 수렴적 사고뿐만 아니라 발산적 사고가 고르게 유발되어야 한다. 따라서 수 렴적 사고를 포함하는 문제해결과정과 발산적 사고를 포함하는 문제해결과정이 연계성 있게 구성될 때 학생들의 창의적 사고를 개발할 수 있을 것이다.

STEAM 교육의 중심교과에 해당하는 과학교과역량은 과학적 사고력, 과학적 탐구능력, 과학적 문제 해결력, 과학적 의사소통능력, 과학적 참여와 평생학습능력으로 제시되고 있으며, 수학교과역량은 문 제해결, 추론, 창의융합, 의사소통, 정보처리, 태도 및 실천으로 제시되고 있다. 과학과 연계 가능한 다 양한 교과에서 제시하고 달성하고자 제시된 역량을 종합적으로 살펴보면, 공통적으로 제시하고 있는

(8)

나 . 연구 목표

본 연구에서는 STEAM 교육 교수-학습 프로그램을 개발하기 위해 기존에 제시된 융합인재교육 수 업요소인 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험을 바탕으로 학습요소와 학습용 콘텐츠를 탐색 및 도출 하고자 한다. 특히 본 연구에서 설정한 주요 적용 대상은 일반계 고등학교 재학생으로써 초등학교나 중학교에 비해 STEAM 교육 적용 기회가 상대적으로 낮은 편이며, 창의적 프로젝트 활동 및 학생주 도 활동의 경험 역시 전무한 실정이다. 이를 극복하여 일반고에서 STEAM 교육이 정착될 수 있는 기 저를 마련하기 위해 다음과 같은 세부 목표를 제시하고자 한다.

첫째, 창의적인 문제해결 융합 프로젝트 활동을 통해 블렌디드 러닝을 통한 STEAM 교수학습 프로 그램을 개발한다.

둘째, 개발된 학습자 중심 블렌디드 러닝 STEAM 프로그램이 학생들의 창의적 사고와 과학적 태도 에 미치는 효과를 검증한다.

3. 연구 수행 내용 및 결과

STEAM 프로그램

구분

프로그램명

블렌디드 러닝을 통한 교과 연계 STEAM 문제해결 프로젝트 수업이 일반고 학생의 창의적 사고와 과학적 태도에 미치는 영향

선행

프로그램명

“해당없음”

학교급

고등학교

^{대상 학년(군)}

1, 2학년

목표 수혜학생 수

200명

중심과목

과학

^중심과목

성취기준 영역

[고등학교 1학년] 2. 시스템과 상호작용

(핵심개념: 역학적 시스템, 지구시스템, 생명시스템)

연계과목

수학

영어

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 1학년] 4. 함수 (핵심개념: 함수와 그래프) 5. 확률과 통계(핵심개념: 경우의 수)

[고등학교 1학년] 3. 읽기 (핵심개념: 세부정보, 중심내용, 맥락, 함축적 의미)

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 12 통합과학(2) + 수학(5) + 미술(5)

2 12 국어(8) + 정보(4)

3 12 통합과학(2) + 수학(4) + 화학(6) 4 12

인공지능 기초(10) + 생명과학(2)

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 48차시

수업 적용 기간 2021.10. 21. ~ 2021. 11. 03.

(STEAM 수업) 수혜학생 수 삼척고등학교 1, 2학년 100명(1, 2학년 전교생 중 희망자)

(9)

가. STEAM 프로그램 개발‧적용 (1) 연구 추진 절차 및 전략

STEAM 교육 환경 조성 STEAM 교육 프로그램 개발 STEAM 프로그램 적용 및 검증

교사 워크숍 및 연수 이수 교과별 공통 핵심역량 반영 주제 개발 STEAM 프로그램 적용 집단 구성

STEAM 교육 전문 기관 연계 배움중심 수업 전략 및 평가방안 구성 사전 검사

STEAM 학생 동아리 지도 수업 지도안 및 학생 활동지 개발 STEAM 교육 프로그램 적용

STEAM 교육 환경 조성 STEAM 수업 프로그램 개발 사후 검사 및 통계 분석

(2) 연구 방법 및 내용

(가) STEAM 교육 연구를 위한 환경 조성 및 STEAM 선도학교 활동 연계

∘STEAM 교육 전문 기관과 연계하여 교사 연구회 소속 교사 및 연구원들의 교육 능력 함양하며, STEAM 교육 연수 이수 및 컨설팅을 통해 교사 연구회 구성원의 능력 신장

∘STEAM 선도학교 운영과 연계하여 정규교과 시간 및 창의적 체험활동 시간을 통해 교직원 및 학 생을 대상으로 STEAM 교육의 저변확대를 위한 워크숍과 체험활동 운영

∘STEAM 선도학교 운영에 있어 중심적 역할 수행 및 선도적 교수-학습 프로그램 개발 틀 제공을 통해 선도학교 소속 교직원의 참여 유도 및 STEAM 교육 진입 촉진

<2021 STEAM 교육 환경 조성 및 전문기관 연계 교원 역량강화 활동>

(나) STEAM 선도학교 연계 학생 STEAM 동아리활동 지도

∘STEAM 선도학교 운영과 연계한 STEAM 동아리 개설 및 운영함으로써 프로젝트 기반 STAEM

(10)

(다) STEAM 교육 프로그램 개발

∘중심과목 성취기준 영역의 30%, 연계과목 성취기준 영역의 20%이상 반영되도록 프로그램을 개발

① 선행연구 및 분석 ∘관련 자료 탐색을 통해 타당한 콘텐츠 범위와 적용 가능한 원리를 분석

∘관련 선행 연구 분석 및 기 개발된 사례 분석

② 융합요소 및 성취기준 분석

∘교과 영역별 융합적 요소 추출 연구 수행

∘영역별 성취기준 및 성취수준 추출 연구 수행

③ 교과 영역별 핵심역량 도출

∘교과영역별 융합요소들로부터 2015개정 교육과정의 6대 핵심역량 탐색

∘교과영역간 융합요소와 연계된 2015개정 교육과정의 6대 핵심역량 도출

④ 융합요소 및 과정중심 평가 요소 추출

∘교과영역별 도출된 융합요소 및 콘텐츠로부터 과정중심 평가 요소 탐색

∘교과영역별 융합적 요소 및 콘텐츠와 연계된 과정중심 평가 전략 구성

⑤ STEAM 교수-학습 및 평가 전략 개발

∘핵심역량 통합 가능한 STEAM 교육단계 및 팀티칭 교수-학습 전략 개발

∘학습 단계별 과정중심평가가 가능한 평가 전략 개발

⑥ STEAM 프로그램 개발 ∘개발된 STEAM 교수-학습 단계와 전략을 바탕으로 수업지도안 작성

∘STEAM 수업지도안 기반 학생용 활동지 제작을 통해 프로그램 구성

(3) STEAM 프로그램 적용

사전 검사

시기 대상 운영 내용

10.21 1, 2학년 수강학생(100명) STEAM 검사(한국과학창의재단 제공) 정의적 역량 검사(자체 제작) STEAM

프로그램 적용

10.21 ~ 11.3 1, 2학년 수강학생(100명) STEAM 프로젝트 수업

사후검사

11.3 1, 2학년 수강학생(100명) STEAM 검사(한국과학창의재단 제공) 정의적 역량 검사(자체 제작)

(가) 학습자의 정의적 역량에 대한 질적 분석 및 학생부 기재 일체화

∘학생들의 참여 동기 수준 파악 및 진로 성향 분석을 위해서는 질적 분석이 요구되므로, 프로그램 적용 참가 전-후에 걸쳐 참가 학생의 활동을 질적으로 분석하여 학생부 기재에 활용

∘수업 운영 전: 학생의 자기소개서 및 강좌 참여 신청서 작성을 통해 학생 스스로 내적 동기 수립 기회 제공, 강좌 운영교사에게 자기소개서 및 강좌 신청서를 사전 전달함으로써 학생의 내적 동 기수준 및 관심사 파악 및 코딩 리스트 제작

∘학생이 수업 중 생성한 프로토콜에 대한 예상 코딩결과와 실제 코딩결과를 비교하여 학생의 활동 정도 파악 및 학생의 내적 동기 및 외적 활동 내용을 시간 순서로 학생부에 기재

(11)

① 학생의 수업 신청 ∘자기소개서 및 강좌 신청 / 내적 동기 수립 기회 제공

② 참여 학생 정보 탐색 ∘교과교사 확인 / 학생의 내적 동기수준 및 흥미 파악

③ 학생 이해 리스트 활용 ∘학생 이해도 코딩 리스트 개발 및 활용

④ 리스트-관측 결과 비교 분석 ∘수업 중 프로토콜 - 예상 프로토콜 비교 / 학생활동 분석

⑤ 학생부 기재 ∘내적 동기 및 외적활동 내용 시간 순서로 학생부 기재

(나) 팀티칭을 통한 창의적 문제해결 능력 배양 및 과정중심 평가 실시

∘학생중심 체험을 활용한 교사의 팀티칭을 통해 핵심역량 중심의 문제해결 능력 배양 활동 수행

∘지도교사 팀의 통합 티칭과 함께 관찰 및 평가 체크리스트를 활용하여 과정중심 평가 수행

∘지도교사 평가 외에 학생 스스로 동료평가를 통해 정성적 평가를 실시하며, 해당 내용은 학교생 활기록부 기재 시 참고자료로 활용

∘지도교사의 관찰 누가 기록과 분석적 평가틀에 의한 평가 결과를 바탕으로 학생의 활동내용을 학 교생활기록부에 기재

(12)

(다) STEAM 교육 프로그램 적용의 실제 : 「STEAM 캠프」

∘STEAM 융합 능력을 배양하기 위해 과학적 지식을 기반으로 융합 콘텐츠를 활용한 「융합(STEAM) 캠프」 운영

∘STEAM 교육 활동 전 사전테스트를 통해 학생들의 수준을 파악함으로써 학생들의 수준에 적합한 내 용과 활동으로 구성

STEAM 교육 프로젝트 운영 팀

인문-과학 융합 수리-미술 융합 과학-예술 융합 사회-인문 융합

∘대상 : 본교 재학 1, 2학년 학생 중 희망자 100명 ∘운영시간: 8~9교시(주중 6일 간 2시간씩 운영), ∘운영방법

- 1, 2학년 학생 대상 무학년제 운영, 강좌별 12명 선발, 프로젝트형 수업 운영 - 5개 강좌 각 12차시 운영, 3개 강좌는 STEAM선도학교와 통합 운영

교수-학습 전략구성 수업의 적용 수업 성과 발표

<지도안 구성> <블렌디드 STEAM 활동> <발표회 부스 운영>



<온라인 STEAM 활동>



(13)

(

4) STEAM 프로그램 적용 내용

주제 프로그램 내용

나만의 A.I.

만들기!

① 인공지능의 원리 탐구 및 머신러닝 모델 만들기

② 이미지, 소리를 구분하는 인공지능 모델 만들어 게시하기

③ 생물을 구분해주는 인공지능 챗봇 만들기

 관련분야 생명과학 컴퓨터, 공학

교수-학습 전략구성 수업의 실제 수업 성과 공유

<지도안> <STEAM 활동 교재> <발표회 부스 운영>

 

주제 프로그램 적용 관련분야

나만의 A.I.

만들기!

생명과학 컴퓨터,

공학

(14)

주제 프로그램 내용 詩詩한

인공지능 - 인공지능도

창작할 수 있을까?

① 창작 분야에서의 인공지능 활용 사례 확인하기

② 시 창작하기

③ 인간 작품과 인공지능 작품 조사하기 및 ‘인공지능도 창작할 수 있을까?’ 토의하기

 관련분야 공학, 문학,

예술

 

활동주제 프로그램 적용 관련분야

詩詩한 인공지능 - 인공지능도

창작할 수 있을까?

공학, 문학, 예술

(15)

주제 프로그램 내용 내가 만드는

환경・화학 보드 게임

① 보드게임의 다양한 종류를 알아본다.

② 화학 관련 보드게임을 제작한다.

③ 화학 게임의 매뉴얼을 알아보기 쉽게 표현한다.

 관련분야 화학・수학・

환경

 

내가 만드는 환경・화학

보드 게임

화학・수학

・환경

① 보드게임의 다양한 종류를 알아본다.

② 화학 관련 보드게임을 제작한다.

(16)

주제 프로그램 내용 빛의 신비

- 빛을 알면 수학이 보여!

① 아두이노를 이용하여 빛과 관련된 예술 작품 만들기

② 라이트 드로잉 제작하기(빛의 궤적 촬영)

③ 이차곡선(타원,포물선,쌍곡선)의 광학적 성질 실험 및 탐구

 관련분야 수학, 기하, 물리, 미술

 

빛의 신비 - 빛을 알면 수학이 보여!

수학, 기하, 물리, 미술

② 라이트 드로잉 제작하기(빛의 궤적 촬영)

(17)

(5) STEAM 프로그램 운영 결과 발표

⓵ STEAM 프로젝트 수업 활동 발표회(활동 포스터)

<프로젝트 활동 포스터> <프로젝트 활동 포스터>

(18)

② STEAM 프로젝트 수업 활동 발표회(전시물)

<STEAM 수업 전시> <STEAM 수업 전시>

③ STEAM 프로젝트 수업 활동 발표회(온라인 프리젠테이션)

<STEAM 수업 온라인 발표회> <STEAM 수업 온라인 발표회>

(19)

교수학습 지도안 개발

차시(시수)

프로그램명 프로그램 주제 운영

대상(학년)

완료 여부

개발 수업적용 학생수

12 Teslaw

① 자율자동차 조립 및 작품 만들기

② 자율자동차 상용화와 윤리적 문제점

③ 자율자동차 관련 입법 활동 및 홍보 (국민동의청원 등)

1, 2학년 완료 완료 20

12

나만의 인공지능

만들기

② 이미지, 소리를 구분하는 인공지능 모델 만들어 게시하기

③ 생물 분류 인공지능 챗봇 만들기

12

빛의 신비-키네

틱 아트

② 라이트 드로잉 제작(빛의 궤적 촬영)

③ 이차곡선(타원,포물선,쌍곡선)의 광학적 성질 실험 및 탐구

12 시시한

인공지능

③ 인간 작품과 인공지능 작품 조사하기 및 인공지능 창작 토의하기

12

내가 만든 환경 화학 보드게임

① 보드게임의 다양한 종류 탐색

② 화학 관련 보드게임 제작

③ 화학 게임의 매뉴얼 표현

합계 100

나. 성과 확산 및 실천

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최

회차 일시 장소 참석대상 주요내용

1차 ‘21. 09. 29. 삼척교육지원청

지역 STEAM협의체 및 희망학교

(도계중, 도계여중, 임원중, 장호중, 원덕중, 원덕고)

- 지역 STEAM 협의체 구성 교원 대상 연수 운영

- 관내 STEAM 교육 희망 학교 교원 대상 컨설팅 운영

(20)

⓵ 지역 STEAM 협의체 연수 운영 및 컨설팅

<실시간 온라인 스트리밍 방송실> <실시간 온라인 스트리밍 방송실>

<수업 나눔 스트리밍 영상> <수업 나눔 스트리밍 영상>

② 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 학습 발표회 및 워크숍

∘지역교육지원청 협조를 통해 관내 중고 학교 홍보 및 관내 STEAM협의체와 협력 네트워크 구성

∘운영일자 : 2021년 11월 03일 (수)

∘개최장소 : 삼척고등학교

∘운영주제 : STEAM 프로젝트 프로그램 결과 발표회 및 공유 워크숍

∘참가대상 : 1, 2학년 재학생, 삼척 관내 중고등학교 교사, 학부모, 삼척교육지원청 관계자

<실시간 온라인 스트리밍 방송실> <실시간 온라인 스트리밍 방송실>

(21)

구분 운영시간 운영 내용 비고

1부 13:20~15:20 강좌별 활동 내용 학생 발표 온라인 스트리밍 발표

2부 15:30~16:20 수업 나눔(교사 대상) 온라인 스트리밍 발표

1. 온라인 STEAM 학생 발표회 영상 링크: https://www.youtube.com/watch?v=lcUvrewUq5w

2. 온라인 STEAM 수업 나눔 영상 링크: https://www.youtube.com/watch?v=NFSNarZOJ-c

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과

회차 일시 장소 참석자 상호 컨설팅 결과

1차 ’21.04.29.(월)

16:30~18:00 온라인 변정호 교사(연구 책임자)

- 착수 워크숍을 통한 교사연구회 운영 방향 설정

- STEAM 교육의 의미 인식과 교수학습 프로그램 개발 방향 설정

2차 ’21.05.31.(월)

16:30~18:00 온라인 변정호 교사(연구 책임자)

- 학교별 운영 내용 공유를 통한 삼척고 운영 방안 설정

- STEAM 교육 운영 교원역랑 강화 방안 제고

3차 ’21.08.27.(목)

16:30~18:00 온라인 장순철 교사(참여연구원)

- STEAM 교육 진행 상황 공유에 따른 향후 운영 방향 설정

- STEAM 프로젝트 활동 운영 시기 설정 4차 ’21.10.08.(화)

16:30~18:00 온라인 변정호 교사(연구 책임자) - STEAM 교수학습 프로그램 적용 시기 설정

다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사

(1) STEAM 교육 프로그램의 효과 검증

(22)

⓷ 대상 : 융합인재교육(STEAM) 프로그램 적용 대상 학생 전원 ∘프로그램 실제 적용 학생 집단 : 100명

④ 검사 결과 분석 방법

∘평소 수업과 융합인재교육 캠프에 대한 학생들의 학습동기 수준을 알아보기 위해 STEAM 활동 내 용 동기 검사지를 활용하여 사전-사후 측정한 후 대응표본 t-test를 통해 두 집단 간 프로그램 적 용 결과 차이에 대한 통계적 유의성 분석

(2) STEAM 프로그램 효과성 검증 결과

∘연구회에서 개발한 STEAM 수업에 참여한 학생들의 동기 수준을 알아보기 위해 STEAM 과제동기 수준 검사지 제작하여 사전-사후 측정 및 분석한 결과, 통계적으로 유의한 수준의 변화 관찰

∘STEAM 교수-학습 프로그램을 경험하기 전에 평상시 지니고 있는 STEAM 과제 동기 측정한 후, 12차시 프로그램 이수 후 동일 검사지 활용하여 연구회 개발 수업 경험 후 동기 수준 측정.

표 1. STEAM 과제 동기 수준 사전-사후 대응표본 검정 결과

영역 대응표본 평균 표준편차 평균차 대응표본 검정

유의확률(붓스트랩) STEAM

과제동기

사전 138.00 14.61

-8.72 .000**

사후 146.72 15.81

**: p < 0.01

∘연구회에서 개발한 STEAM 수업을 경험하기 전 STEAM 과제동기 수준의 평균 점수는 138.00으로 프 로그램 적용에 참가한 학생들의 학습동기 수준은 높은 편이었음. STEAM 캠프에 참여함으로써 연구회 에 의해 개발된 STEAM 교수-학습 프로그램을 경험한 후 학생들의 STEAM 과제동기 수준은 146.72 로 나타났음. 대응표본 검정 결과 STEAM 캠프에 참가한 학생들의 학습동기 수준이 통계적으로 유의 하게 증가(p < 0.01). 따라서 연구회에서 개발된 수업 프로그램의 경험이 STEAM 과제동기 수준 향상 에 긍정적인 영향을 주는 것을 확인.

표 1. STEAM 과제 동기 수준 사전-사후 대응표본 검정 결과

영역 대응표본 평균 표준편차 평균차 대응표본 검정

유의확률(붓스트랩)

주의집중 사전 47.43 5.04

-3.89 .002**

사후 51.32 6.21

4. 결론 및 제언

본 연구회의 활동을 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.

첫째, 일반계 고등학교에 적용할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 앞서 언급한 바와 같이 일반계 고등학 교에서는 정규 교과 이외에 학습과 관련된 활동들이 주를 이루고 있다. 본 연구에서는 집중 이수 프로그램 을 개발하여 적용하였으며, 100명의 학생들이 프로그램을 경험할 수 있었다. 그러므로 일반계 고등학교에 서는 또 다른 대안으로 가능할 것이라는 것을 확인하였다.

둘째, 연구회에서 개발한 융합인재교육 프로그램은 학습동기와 정의적 태도에 있어 긍정적인 영향을 미 치는 것을 확인하였다. 연구회에서 개발한 융합인재교육 프로그램은 과학적, 수학적 사고력 뿐만 아니라, 인문 예술적 사고과정이 포함되어 있다. 이러한 융합인재교육 프로그램을 경험한 학생들의 학습동기 수준 과 과학에 대한 태도를 확인한 결과 연구회에서 개발한 프로그램을 경험하기 전과 후의 수준 변화는 통계 적으로 매우 유의하게 증가하였다. 따라서 본 연구회에서 개발한 융합인재교육 프로그램은 학생들의 학습 동기 수준과 과학에 대한 정의적 태도에 대해 긍정적인 영향을 미친다고 볼 수 있다.

본 연구회의 활동은 교육현장의 현실적 상황을 탈피하고 실질적인 체험 활동을 통해 학생들에게 과학자 적 사고와 예술적 감성 표현능력을 제공함으로써 현대의 사회가 요구하는 창의적 인재를 양성하는데 기여 할 수 있을 것이다. 또한, 기존의 과학탐구 방법을 통해 과학적 지식만을 획득할 수 있는 기회에서 더 나 아가 과학적 지식을 다른 학문과 융합할 수 있는 능력을 지닌 인재를 길러내는 초석으로 기능할 수 있을 것이다.

5. 참고문헌

교육과학기술부(2010). 창의인재와 선진과학기술로 여는 미래 대한민국. 2011년 업무보고, 교육과학기술 부.

교육과학기술부(2011). 2009 개정교육과정에 따른 과학과 교육과정. 교육과학기술부 고시 제2011-361호.

(24)

the new role of the teacher. Materials Science and Engineering, A302, 181-185.

Cropley, A. J. (2006). In praise of convergent thinking. Creativity Research Journal, 18, 391-404.

Guilford, J. P. (1959). Creativity. American Psychologist, 5, 444-454.

Guilford, J. P. (1967). The nature of human intelligence. NY: McGraw-Hill.

Ormrod, J. E. (1999). Human learning (3rd ed.). Prentice-Hall Inc.

Polya, G. (1954). Patterns of plausible inference. Princeton, NJ, USA: Princeton University Press.

Porter, A. L., Roessner, J. D., Oliver, S., & Johson, D.(2006). A system model of innovation process in university STEM education. Journal of Engineering Education. 95(1), 13-24.

Razoumnikova, O. M. (2000). Functional organization of different brain areas during convergent and divergent thinking: an EEG investigation. Cognitive Brain Research, 10, 11-18.

Sanders, M., Kwon, H., Park, K., & Lee, H.(2011). Integrative STEM(Science, Technology, Engineering, and Mathmatics) education: Contemporary trends and issues. SECONDARY EDUCATION RESEARCH, 59(3), 729-762.

Sternberg, R. J., & Lubart, T. I. (1999). The concept of creativity: Prospects and Paradigms. In R. J.

Sternberg, R., & O’Hara, L. A. (2000). Intelligence and creativity. In R. Sternberg(ed.), Handbook of intelligence. Cambridge: Cambridge University Press.

Wang, Y., & Chiew, V. (2010). On the cognitive process of human problem solving. Cognitive Systems research, 11, 81-92.

(25)

주 의 문

1. 본 연구의 주장이나 제언은 연구진의 견해이며, 한국과학창의재단의 공식 입장이 아닙니다.

2. 이 보고서 내용을 대외적으로 공개하거나 발표할 때에는 반드시 한국

과학창의재단과 사전에 상의하여야 합니다.

(26)

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램명 1 : 빛의 신비 -빛을 알면 수학이 보여-

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1~4/12 [12미창02-04] 타 학문과 타 영역과의 융합을 통해 확장되는 표현 매체

의 특징을 알고 활용할 수 있다.

[고등학교 2학년]

(4) 파동

2 5~8/12 [12미창02-04] 타 학문과 타 영역과의 융합을 통해 확장되는 표현 매체 의 특징을 알고 활용할 수 있다.

[고등학교 2학년]

(4) 파동

3 9~12/12 [12기하01-04] 이차곡선과 직선의 위치 관계를 이해하고, 접선의 방정식 을 구할 수 있다.

[고등학교 2학년]

(3)파동과 정보통신

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 12차시)

차시 주요내용

1~4 /12

주제(단원)명 빛의 예술(라이트 아트)①

Co

-빛의 반사와 굴절 현상을 실생활에서 찾고 3D 홀로그램의 원리 논의하기

CD ET

-빛의 반사와 빛의 굴절을 이용하여 3D 홀로그램을 제작하기 -3D 홀로그램의 원리 토의하기

Co

-초등학교, 중학교, 고등학교 때 배운 빛의 합성에 대해 논의하기

CD ET

-아두이노를 이용하여 빛의 합성기를 제작하고 빨강, 초록, 파랑의 진하기 정도를 조절하여 빛이 합성되는 과정을 관찰하기

-빛의 합성기를 제작하여 빛의 합성 과정 이해하기

Co

-영상을 통해 레이저쇼의 원리 논의하기

CD ET

(27)

차시 주요내용

5~8 /12

주제(단원)명 빛의 예술(라이트 아트)②

Co

- 라이트 아트 작품을 감상.

CD ET

미술과 관련한 빛을 이용한 예술

- 라이트 아트의 개념, 라이트 아트의 특징, - 라이트 아트의 시작

스테인드 글라스(중세미술) - 빛의 반사 인상파와 신인상파 - 빛의 합성

피카소-빛의 드로잉(지온 밀러의 만남) - 오늘날의 라이트 아트

미디어아트, 그림자아트(그림자애니메이션), 샌드아트 - 실생활 속에서 라이트 아트의 예 찾아보기

CD ET

- 아두이노를 이용한 조명등 겉모양이 제작된 후

- 그림자 애니메이션기법을 활용한 조명등 작품 제작하기

CD ET

- 피카소의 빛의 드로잉을 응용한 라이트 드로잉 작품 제작하기

스마트폰의 영상 촬영기법을 활용하여 빛의 궤적을 영상으로 촬영하기

주제(단원)명 이차곡선의 광학적 성질

Co 원뿔을 자른 단면을 통해 원, 타원, 포물선, 쌍곡선이 어떻게 만들어지는지 확인하기

Co

-타원,포물선,쌍곡선 만들기

(28)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 미술창작 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] (2) 표현의 확장 중심과목 성취기준

[12미창02-04] 타 학문과 타 영역과의 융합을 통해 확장되는 표현 매체의 특징 을 알고 활용할 수 있다.

주제(단원)명 빛의 예술(라이트아트) 차시 1~8/12

학습목표 1.아두이노를 활용하여 빛의 반사, 빛의 합성이 어떻게 적용되었는지 설명할 수 있다.

2.그림자 애니메이션을 응용한 조명등, 빛을 이용한 라이트아트 작품을 제작할 수 있다.

연계과목 물리학 1 연계과목

[고등학교 2학년] (4) 파동

STEAM 요소

S 빛의 굴절, 빛의 반사, 빛의 합성

T 아두이노를 활용한 빛의 합성 및 레이저쇼 실험, 3D 홀로그램 구현

E

A 무드등 제작 및 꾸미기, 라이트드로잉 제작

M

개발 의도 물리 분야에서 빛과 관련된 다양한 실험을 통해 빛의 성질을 배우고 이를 미술 분야에서 실생활과 접목하여 예술작품을 제작하고자 한다.

학생들의 흥미를 높이기 위해 아두이노를 활용하여 빛의 성질을 이해하고자 한다. 아두이노를 활용한 빛의 합성 실험을 통해 빛의 합성과정을 직접 확인하고 3D 홀로그램 제작 및 레이저쇼 제작을 통해 빛의 굴절, 빛의 반사를 이해하여 물리분야에서 빛의 성질을 전반적으로 이해한다. 이 후 미술 분야에 서 빛을 이용한 예술 활동을 소개하고 빛을 이용한 조명등 작품을 제작하여 창의성과 독창성을 기르 고자 한다. 또한 라이트 드로잉 활동을 통해 빛의 예술을 경험하도록 하고 실생활에서 빛을 이용한 예 술 활동이 다양하게 활용되고 있음을 확인하여 물리 분야와 미술 분야를 STEAM 으로 이해하고자 한 다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

-가시광선 속의 여러 가지 색 확인 -3D 홀로그램의 원리 -레이저쇼 원리 -오늘날 빛을 이용한 예술

창 의 적 설 계

창의적 설계

-빛의 합성기 제작 -3D 홀로그램 제작 -레이저쇼 제작 -무드등제작

-라이트드로잉 작품 제작

감 성 적 체 험 -빛의 합성기 구상하기

-3D 홀로그램 구상하기 -레이저쇼 구상하기 -아두이노를 활용한 빛을 제작하고 조명등 겉모양 꾸미기 -라이트드로잉 구상하기

(29)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (20 분)

Co 빛의 굴절, 빛의 반사, 빛의 합성에 대한 실생활 예 찾아보기

Co 파장에 따라 빛을 분류해보고 가시광선의 특징 토의해보기

ET 빛의 굴절, 빛의 반사, 빛의 합성에 대한 의미를 파악한다.

교재

전개 (200 분)

Co

-빛의 반사와 굴절 현상을 실생활에서 찾고 3D 홀로그램의 원리 논의하기

CD ET

-빛의 반사와 빛의 굴절을 이용하여 3D 홀로그램을 제작하기 -3D 홀로그램의 원리 토의하기

Co

-초등학교, 중학교, 고등학교 때 배운 빛의 합성에 대해 논의하기

CD ET

-아두이노를 이용하여 빛의 합성기를 제작하고 빨강, 초록, 파랑의 진하기 정도를 조절하여 빛이 합성되는 과정을 관찰

-빛의 합성기를 제작하여 빛의 합성 원리 이해하기

Co

-영상을 통해 레이저쇼의 원리 논의하기

-레이저쇼에서 빛의 반사 성질이 어떻게 적용되는지 논의하기

CD ET

-아두이노를 이용하여 나만의 레이져쇼를 만들고 빛의 반사 원리 이해하기 -모터기의 회전 강도에 따라 레이져쇼를 만들어 보고 영상으로 촬영해보기

(30)

학습

및 유의점

도입 (20 분)

Co

- 라이트 아티스트들의 작품을 감상한다.

- 빛의 예술로의 미디어 아트 작품 소개

사진자료 PPT 자료

전개 (200 분)

Co

미술과 관련한 빛을 이용한 예술

- 라이트 아트의 개념, 라이트 아트의 특징, - 라이트 아트의 시작

스테인드 글라스(중세미술) - 빛의 반사 인상파와 신인상파 - 빛의 합성

피카소-빛의 드로잉(지온 밀러의 만남) - 오늘날의 라이트 아트

미디어아트, 그림자아트(그림자애니메이션), 샌드아트 - 실생활 속에서 라이트 아트의 예 찾아보기

만화경(빛의 반사), 조명등(빛의 투과), 네온사인, 라이트 드로인(라이트페인팅) 불꽃축제, 조명축제

CD ET

- 아두이노를 이용한 조명등 겉모양이 제작된 후

- 그림자 애니메이션기법을 활용한 조명등 작품 제작하기

(빛의 투과를 고려한 다양한 색의 한지를 선택하여 조명등을 구상하기)

CD ET

- 피카소의 빛의 드로잉을 응용한 라이트 드로잉 작품 제작하기

스마트폰의 영상 촬영기법을 활용하여 빛의 궤적을 영상으로 촬영하기 (장노출기법으로 스마트폰 앱이나 스마트폰에 있는 동영상촬영기법을 활용, 어두운 암막장치 후 촬영시 우수한 작품 제작이 가능)

ppt 자료, 활동지, 조명등틀, 한지, 풀, 가위, 스마트폰, led 전구, uv 손전등, 삼각대

정리 (20 분)

ET

- 조명등 제작과 라이트 드로잉 연출을 통해 빛의 현상들을 정리하여 말해보기

(31)

중심과목 기하 학교급/학년(군) 고등학교/2,3 학년 중심과목

성취기준 영역

[고등학교]

(1)이차곡선

중심과목 성취기준

[12기하01-04] 이차곡선과 직선의 위치 관계를 이해하고, 접선의 방정식을 구할 수 있다.

주제(단원)명 이차곡선의 광학적 성질 차시 9~12/12

학습목표 1.빛의 성질을 이용하여 이차곡선의 광학적 성질을 이해할 수 있다.

연계과목 물리 연계과목

[고등학교 2학년] (3)파동과 정보통신

STEAM 요소

S 빛의 굴절, 빛의 반사

T 레이저와 거울지를 활용한 빛의 실험

E

A

M 이차곡선(타원, 쌍곡선, 포물선)의 성질

개발 의도 물리 분야에서 빛의 반사와 빛의 굴절을 기하에서 이차곡선의 성질과 연결하여 물리 분야 와 기하 분야를 STEAM 으로 이해하고자 한다.

물리 분야에서 빛의 굴절과 빛의 반사를 기하에서 이차곡선 성질과 연결하여 설명할 수 있다. 이차곡 선의 초점에서 레이저 광선을 접선을 경계로 하여 접점에 비추면 입사각과 반사각이 같음을 수학적으 로 증명하고자 한다. 물리 분야와 기하 분야를 접목하여 실험을 통해 직관적으로 탐구하고 그 원리를 이해하여 이차곡선의 광학적 성질을 학생 스스로 증명할 수 있도록 한다.

상황 제시

(32)

학습

및 유의점

도입 (20 분)

Co

-원뿔을 자른 단면을 확인하여 원뿔곡선(타원, 쌍곡선, 포물선)이 어떻게 만들어질 수 있는지 토의한다.

-볼록,오목렌즈에 레이저를 비추어 빛의 성질을 토의한다.

ET

실험을 통해 빛의 반사에서 입사각과 반사각이 법선을 기준으로 같음을 확인한다.

교재

전개 (200 분)

Co

-원뿔을 이용하여 원뿔곡선(타원, 쌍곡선, 포물선)이 어떻게 만들어지는지 논의하기 -타원,포물선,쌍곡선 만들기

직사각형의 종이를 접어보고, 종이가 접힌 자국에서 타원, 포물선, 쌍곡선 모양이 나타나는 이유를 토의한다.

CD ET

-레이저와 거울지를 이용하여 이차곡선에서 접선이 의미하는 바가 무엇인지 실험을 통해 확인한다.

(이차곡선의 접선에 거울지를 대고 초점에서 레이저를 쏠 때 레이저의 경로 확인) -타원, 쌍곡선, 포물선 각각의 경우 초점과 빛의 방향의 관계를 확인한다.

-기하적 작도를 통해 원리를 확인한다.

-직관적인 탐구로 확인한 사실을 수학적으로 증명한다.

-증명과정의 각 단계를 설계하고 분석적으로 확인한다.

(학생들의 증명과정에서 분석법, 종합법을 경험할 수 있도록 지도한다.)

컴퍼스, 펜, 가위, 거울 지, 레이저

정리 (20 분)

ET

-수학적으로 증명한 사실을 정리하여 결론을 도출한다.

-타원, 쌍곡선, 포물선의 광학적 성질을 정리한다. 교재

(33)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~4/12

<진짜?가짜? 3D 홀로그램 제작>

■실생활에서 빛의 반사와 굴절 현상 찾아보기!

■3D홀로그램을 제작해보자!

■3D홀로그램의 원리를 설명해보자!

(34)

<빛을 섞어보자! 빛의 합성기 제작>

■빛은 파장의 길이에 따라 분류된다. 파장에 따라 빛을 분류해보자.

■[탐구활동]빛을 합성해보자.

아두이노를 이용하여 빛의 합성기를 제작하고 빨강, 초록, 파랑의 빛 진하기 정도를 조절하여 빛이 합성되는 과정을 관찰해보자.

- 빨강, 초록, 파랑의 빛 진하기 정도를 조절하여 가시광선의 모든 색을 나타낼

수 있는가?

(35)

<레이저쇼!!!>

■레이저쇼 영상을 보고 원리를 논의해 보자.

■아두이노를 활용하여 레이저쇼를 제작해보자.

■레이저쇼의 원리를 정리해보자.

(36)

차시 5~8/12

<빛의 예술-라이트 아트>

■읽기자료 참고-PPT 라이트 아트 작품 감상

■그림자 애니메이션기법을 활용하여 조명등 작품을 구상해보자.

① 아두이노를 활용하여 빛을 제작하기(빛의 합성기로 제작가능) ② 그림자 애니메이션기법을 활용하여 조명등 꾸미기

③ 설계도 작성

■라이트 드로잉 작품 제작하기

- 스마트폰의 영상 촬영기법을 활용하여 빛의 궤적을 영상으로 촬영해보자.

- 빛의 궤적 촬영 단계 정리 :

(37)

차시 9~12/12

■원뿔을 이용하여 원뿔곡선(타원, 쌍곡선, 포물선)이 어떻게 만들어지는가?

[활동]

■빛의 반사의 원리

■초점에서 볼록렌즈, 오목렌즈에 레이저를 비추었을 때 빛의 성질 (1)볼록렌즈

(2)오목렌즈

(38)

종이 접기로 이차곡선 만들어보기

■타원

①원의 둘레와 점  ′이 서로 만나도록 종이를 접는다.

-점선을 따라 종이를 접으면 점 와 점  ′이 서로 만난다.

-접은 후에 접혀진 선을 따라 펜으로 직선을 그린다.

②원 둘레 위의 또 다른 점이 점  ′과 만나도록 ①을 반복하여 가능한 선을 많이 찾아 그린다.

Q1)②의 작업을 무수히 많이 했을 때 어떤 그림이 그려지는가?

Q2)각 선들은 무엇을 의미할까?

Q3)타원이 만들어지는 원리는?

(접선에 거울지를 대고 초점에서 레이저를 쏘아보자. 레이저의 궤적은?)

(39)

■쌍곡선

①원의 중심 와 원 밖의 점  ′을 표시한다.

②점  ′이 원의 둘레의 한점에 만나도록 접는다.

③접은 후에 접혀진 선을 따라 펜으로 직선을 그린다.

④점  ′이 원 둘레 위의 또 다른 점과 만나도록 위 작업을 반복하여 가능한 선을 많이 찾아 그린다.

Q1)위 작업을 무수히 많이 했을 때 어떤 그림이 그려지는가?

Q2)각 선들은 무엇을 의미할까?

Q3)쌍곡선이 만들어지는 원리는?

(접선에 거울지를 대고 초점에서 레이저를 쏘아보자. 레이저의 궤적은?)

(40)

■포물선

①종이의 내부에 한 점을 표시한다.

②종이의 한 변이 점을 지나도록 종이를 접었다 편다.

③종이의 한 변이 점과 만나는 위치를 바꾸면서 ②의 과정을 반복한다.

Q1)②의 작업을 무수히 많이 했을 때 어떤 그림이 그려지는가?

Q2)각 선들은 무엇을 의미할까?

Q3)포물선이 만들어지는 원리는?

(접선에 거울지를 대고 초점에서 레이저를 쏘아보자. 레이저의 궤적은?)

(41)

■이차곡선의 광학적 성질

(1)타원 : 한 초점에서 타원으로 빛을 쏘면, 다른 초점으로 간다.

[증명]

(2)쌍곡선 : 한 초점에서 쌍곡선으로 빛을 쏘면, 다른 초점에서 빛이 직진하는 방향 으로 간다 .

[증명]

(42)

(3)포물선 : 포물선의 축에 평행하게 빛을 쏘면, 초점으로 간다.

초점에서 포물선으로 빛을 쏘면 , 축과 평행하게 간다.

[증명]

(43)

5. 교사자료

차시 1~4/12

■3D 홀로그램

홀로그램은 사진투영 기법에 의해 만들어지는 3 차원 이미지이다. “완전하다”라는 의미를 가지는 그리스어 holos 와 “그림”이라는 의미를 가지는 gramma 가 합쳐서 만들어졌다. 홀로그램은 2 차원 컴퓨터 화면상에서 나타나는 3D 나 가상현실과는 달리, 사람에게 실사와 같은 입체감을 제공한다. 3D 홀로그램 기술의 가장 큰 특징은 이용자들이 전용 안경을 쓰지 않고도 실제 공간에서 자연스러운 입체영상을 즐길 수 있다는 것으로, 기존의 스테레오스코픽 방식에서 야기되는 눈의 피로감과 어지럼증 등의 문제를 근원적으로 해결할 수 있다.

홀로그램은 홀로그래피의 원리를 이용하여 3 차원으로 만들어진 입체적 시각 정보를 일컫는다.

일반적으로 홀로그램을 만들려면 2 개의 레이저 광선의 간섭효과를 이용하며, 간섭무늬가 저장된 필름을 홀로그램이라고 한다. 영국의 물리학자 데니스 가버(Dennis Gabor)가 발견한 원리인데, 가버는 이 원리로 1971 년에 노벨상까지 수상했다.

홀로그램을 만들려면 간섭효과를 이용하여 필름에 0.2~0.3μm(1μm 는 100 만분의 1m)의 깊이로 홈을 새겨야 한다. 이 미세한 홈 때문에 빛의 굴절이 달라져 보는 각도에 따라 반사되는 빛의 색깔, 형태가 달라진다. 따라서 마치 3 차원의 영상이 있는 듯한 착각이 일어난다. 입체 사진이나, 입체 영화를 만드는 기초기술로도 쓰인다. 그 외에 제작 과정이 복잡해서 복제가 불가능하다고 알려졌기 때문에 신용카드 위조 방지 등 제품 보호용으로도 쓰인다

■전자기파

전자기파(electromagnetic waves)는 전기장과 자기장의 진동 양상이 공간에서 진행하는 파동이다(그림 1). 빛(light)은 전자기파이다. 인간이 오래 전부터 알고 있던 볼 수 있는 빛, 곧

가시광은 전자기파이다. 뿐만 아니라, 눈에 보이지 않는 빛인 자외선과 적외선도 전자기파이고, 통신에 사용되는 전파, 방사선으로 알려진 엑스선, 감마선도 모두 전자기파이다. 물질이 없는 공간에서 모든 전자기파는 동일한 속도, 곧 광속으로 진행한다. 따라서 전자기파는 파장 또는 주파수에 따라 구분할 수 있다. 파장이 짧은 전자기파는 주파수가 높다. 전자기파는 광자들의 집합으로 볼 수 있다. 광자 한 개는 일정한 에너지를 갖는다. 그 에너지는 광자의 주파수에 비례한다. 주파수가 높은 광자는 에너지가 높고, 주파수가 낮은 광자는 에너지가 낮다. 전자기파는 종종 전자기 복사(electromagnetic radiation) 또는 복사(radiation)라고도 한다.

■빛의 합성

두 가지 이상의 빛이 합쳐져 다른 색의 빛을 얻는 것을 빛의 합성이라고 한다.

빛의 삼원색인 빨강, 초록, 파랑의 빛을 적절한 비율로 합성할 경우 모든 색의 빛을 만들어낼 수 있다.

이 삼원색을 각각 합성할 경우 그림 1 과 같은 결과를 얻는다. 빛은 합성할수록 밝아진다.

- 빨강색 + 초록색 = 노랑색 - 초록색 + 파랑색 = 청록색 - 빨강색 + 파랑색 = 자홍색

- 빨강색 + 초록색 + 파랑색 = 흰색

이와는 달리, 물감의 삼원색은 빨강, 파랑, 노랑이다. 이 삼원색을 이용하면 마찬가지로 모든 색을

(44)

점묘화에서 따로 찍혀 있는 두 점의 색을 보면, 빛의 간섭 현상으로 인해 망막에서 두 빛이 섞이게 된다. 따라서 빛들이 합성되어 다양한 색으로 보인다.

■레이저쇼(레이저 아트)

레이저의 응집력이 강한 빛의 직전성을 이용하여 다양한 표현을 추구하는 조형 활동 또는 그 작품을 말한다. 1960 년대 후반 이후 레이저 광선을 거울로 반사시키거나 빛의 운동을 자유롭게 조작하는 방법이 개발됨에 따라 보다 적극적인 의미에서 조형예술의 한 분야로 활성화되기 시작했다.

자료출처

[네이버 지식백과] Hologram - 홀로그램 (지형 공간정보체계 용어사전, 2016. 1. 3., 이강원, 손호웅)

[네이버 지식백과] 전자기파 [electromagnetic waves] (천문학백과) [네이버 지식백과] 빛의 합성 [Light addition] (물리학백과)

(45)

차시 5~8/12

■빛의 예술(라이트 아트)

◎라이트 아트란?

빛을 활용해서 새로운 시각적인 이미지를 구현하는 예술.

전광을 써서 전광에 의한 패턴과 빛의 변화를 의도한 예술의 분야인데 1960년대 중반경에 등장해서 주목을 받음.

◎라이트 아트의 특징

기술을 활용한 예술로 테크놀로지컬 아트의 영역에 속함.

넓은 의미로 보면 움직임 때문에 모빌과 같은 키네틱 아트의 한 부분으로 평가되기도 함.

라이트 아트는 전구, 형광등, 네온등, 레이저 등을 이용, 예술과 과학 기술을 결합하여 만듦.

기존의 미술 작품들이 물감을 이용해 그림을 그렸다면 이제는 빛을 이용해 그림을 그리게 된 것.

라이트 아트는 다양한 조명 기구가 발명되면서 나타나기 시작했고, 최근에는 많은 작가가 라이트 아 트 작품을 만들고 있음

◎라이트 아트의 시작

1. 중세미술- 스테인드 글라스

-여러 가지 색유리 조각으로 그림이나 무늬를 짜 맞춘 유리판을 말함.

-색판 유리조각을 접합시키는 방법으로 주로 유리창에 쓰임.

-스테인드 글라스의 색채는 어둠과 밝음의 공간에 빛의 시간적 변화, 강약, 방향에 따라 변화를 보여 주며 색유리의 면적과 두께에 따라 투영되는 빛의 모양이 여러 가지.

-이슬람 건축-대리석 판에 구멍을 뚫어서 유리 조각을 끼워 채광과 장식을 겸함.

-프랑스를 중심으로 한 로마네스크 양식의 창에 색유리를 장식함으로써 시작.

-11세기경 교회의 고딕 양식의 건축에 많이 사용.

문맹자에게도 알기 쉬운 그림풀이 성서로서 천국으로 이어지는 창이라는 의미에서 교회의 창문을 장식.

-가장 오래 된 것은 독일의 아우크스부르크 성당의 창.

-20세기에 접어들어 현대 건축에서도 활용.

2. 인상파- 신인상파(빛의 합성)

-19세기 후반에 활약한 인상파 화가들은 실내에서 그림을 그리는 것에서 벗어나 자연에서 연속적으 로 변하는 빛을 담고자 함.

-그들은 물체가 고유한 색깔을 가지고 있는 것이 아니라 빛에 따라 색이 변한다는 것을 앎.

-인상파 화가들은 이런 빛의 변화를 표현하려고 기존과 다른 방식으로 물감을 사용함.