STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 아름다운 세상, 수학으로 꿰뚫기 대진대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 이름 아름다운 세상, 수학으로 꿰뚫기 주요 과목 수학(정보 관련 ) 단원 과학, 관련 과목 STEM 요소 정보, 공학 S, T, E, M 관련 단원 중학교 수학: 기하영역의 평면도형과 입 체도형) 중학교 정보: 문제해결과 프로그래밍 중학교 과학: 물질의 성질, 물질의 구조, 생명과학과 인간생활 중학교 기술: 건축과 생활 지역 차시 4 개발자 생활과 자연에서 찾을 수 있는 아름다움을 수학적으로 이해하기 위하여 여러 가지 도형의 성질을 찾아본다. 피보나치 수와 자연의 아름다움을 찾기 위해 나선 그리기 활동, 수의 나열로 나타낼 수 있는 규칙적인 아름다움을 찾기 위해 여러 반복무늬 그리기 활동을 한다. 주요 수업 개요 자연과 건축 디자인에서 쉽게 볼 수 있는 부서진 아름다움을 찾기 위해 여러 프랙탈 도형 그리기를 하면서 부서진 아름다움을 수학적으로 탐구해 본다. 또한 산업체에서 필수적인 기술공학적 능력을 기르기 위해 스크래치 프로그램을 사용하여 아름다운 반복무늬 그리기와 신기한 프랙탈 도형 그리기 활동을 디자인하면서 기하학적 사고와 기술공학적 기능, 그리고 자연과 생활 속의 아름다움을 수학의 눈으로 발견하는 기회를 가진다. 1차시 : 자연과 생활 속에서 수의 나열이 활용되는 규칙적인 아름다움을 찾아 보고, 한없이 부서지면서 조화로운 아름다움을 보이는 프랙탈 도형의 신기한 성질을 학습한다. 2차시 : 피보나치 수의 나열로 자연 속의 나선을 만들고 반복 무늬를 수의 나 차시별 주요내용 (키워드 위주) 열로 나타내고 그려보는 활동과 조화롭게 부서지는 여러 가지 프랙탈 도형 그 리는 활동을 하면서 아름다운 세상을 수학의 눈으로 이해한다. 마지막으로 프 랙탈 카드 만들기 즐거운 활동을 하면서 자연을 닮아가는 아름다움을 경험한 다. 3차시: Scratch를 이용하여 수의 나열로 반복무늬를 그리는 방법과 재귀적 방 법을 적용하여 프랙탈 도형 그리는 방법 학습하기 4차시: Scratch를 이용하여 학생들이 직접 반복무늬 그리기, 재귀적 방법을 적용한 프랙탈 도형 그리기 라. 학습 활동 1) 1차시. 규칙적인 아름다움을 찾아서 ● 생각열기 1. 다음 무늬에서 규칙을 찾아보자. 무늬를 수로 나타낼 수 있을까? [ 6 3 1 1 2 2 3 3 ] [ 5 4 3 2 1 ] - 14 - 2) 2차시. 부서진 아름다움을 찾아서 ● 생각열기 1. 자연에서 부서진 아름다움을 찾아볼까? 다음 건축물들에서 공통적인 특징을 찾아보자. < 부띠크 모나코 (2009년 건축문화대상 대통령상 수상) > ● 맹거 스폰지 < 참고: 수학사랑 > - 22 - 3) 3차시. 소프트웨어로 그리는 규칙적인 아름다움 컴퓨터 소프트웨어인 스크래치(scratch)를 사용하여 만든 프랙탈 도형이 많이 공개되어 있 다. 스크래치 홈페이지( http://scratch.mit.edu/ )에서 프랙탈 도형의 이름을 검색하면 직접 실행해 볼 수 있다. 스크래치를 사용하여 간단한 도형을 그리기 위해서는 스크래치의 스프라이트(sprite)가 움 직일 때 남기는 흔적을 이용하면 된다. 스크래치(Scratch)는 아이들에게 그래픽 환경을 통해 컴퓨터 코딩에 관한 경험을 쌓게 하 기 위한 목적으로 설계된 교육용 프로그래밍 언어 및 환경이다. 블록을 끌어당겨 탑을 쌓는 것처럼 코딩을 하기 때문에 프로그래밍을 처음 해보는 입문 자들에게 권하는 프로그래밍 언어이며, 오픈 소스라서 누구든지 스크래치를 사용할 수 있 다. 스크래치는 아이들에게 기본적인 컴퓨터 프로그래밍을 소개하는 수단으로 전 세계의 학 교에서 사용된다. 또 학교뿐만 아니라 여러 곳에서 사용된다. 어린이, 심지어는 어른도 스크 래치 프로그래밍의 기본 원리를 이해하고 자주 로 옮겨간다. 스크래치를 사용하는 동안, 사 람들은 스크래치의 프로젝트를 만들고, 리믹스하고, 다른 사람들과 공동으로 작업할 수 있 다. 참고: 위키백과 https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%8A%A4%ED%81%AC%EB%9E%98%EC%B9%98_(%ED%94 %84%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%98%EB%B0%8D_%EC%96%B8%EC%96%B4 https://scratch.mit.edu/search/projects?q=%ED%94%84%EB%9E%99%ED%83%88 - 28 - 4) 4차시. 소프트웨어로 그리는 부서진 아름다움 ● 생각열기. Scratch로 프랙탈 도형 작품들을 감상해 보자. (동영상) 시에르핀스키삼각형1: https://scratch.mit.edu/projects/25004772 시에르핀스키삼각형2: https://scratch.mit.edu/projects/24546625 시에르핀스키삼각형3(색): https://scratch.mit.edu/projects/25596738 피타고라스나무: https://scratch.mit.edu/projects/24547096 프랙탈나무: https://scratch.mit.edu/projects/23119070 페아노곡선: https://scratch.mit.edu/projects/24592263 다각형프랙탈: https://scratch.mit.edu/projects/41262884 - 39 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 데이터 소비자에서 데이터 생산자로 인천대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 인천대학교 과학영재교육원 프로그램 데이터 소비자에서 데이터 생산자로 이름 주요 과목 관련 과목 STEM 요소 화학 정보 수학 관련 단원 고등학교 화학 모든 주제 (개념 간 통합) 중학교 과학 모든 주제 (개념 간 통합) 관련 단원 S, T, M 데이터 분석 및 처리 통계 지역 개발자 ❍ 물질 현상에 대한 호기심과 흥미를 가지고, 과학적으로 생각하고 판단하는 태 도를 기른다. 주요 수업 개요 ❍ 자연 현상 및 일상생활의 문제를 과학적으로 탐구하는 능력을 기른다. ❍ 자연 현상 및 일상생활을 탐구하여 화학의 핵심 개념을 이해한다. ❍ 과학과 기술 및 사회의 상호 관계를 인식하고, 이를 바탕으로 민주 시민으로서 의 소양을 기른다. ❍ 화학 학습의 즐거움과 화학의 유용성을 인식하여 평생 학습 능력을 기른다. 1차시: 데이터처리 소프트웨어 익히기 - Linear Fitting, Nonlinear Fitting, 다양한 2D, 3D Plotting, Peak Integration 2차시: 1차 계획서 (초안, 양식 사용) - 1) 기존에 이 개념들을 연결해 상관관계를 보여준 시각화 자료가 많이 차시별 있는데(예: 원자 번호와 전기음성도), 기존에 다루던 상관관계에서 벗어 주요내용 나 새로운 조합을 찾아 데이터를 처리하기 위한 아이디어를 낸다. 개념 (키워드 위주) 은 교과서에서 다루는 개념(원자반지름, 산해리 상수, 끓는점)으로 제한 한다. - 2) 인터넷을 통해 아이디어 시각화를 위한 자료 수집을 한다. - 3) 데이터를 모아 시각화 초안 계획서를 완성한다. 3차시: 소프트웨어를 이용한 시각화 자료 제작 4차시: 평가 및 공유 ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2016년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. 인천대학교 과학영재교육원 Incheon Science Elite Program Tel: 032-835-4270~2, Fax: 032-835-4273 [STEM생각교실] 데이터 소비자에서 데이터 생산자료 교재개발자: 교육 대상 : 인천과학예술영재학교 김은경 개발년도: 2021학년도 ( 중등 / 고등 ) 교육과정 (과학, 화학, 진로) 분야 수업 시간 : ( 총 4 시간 ) [지도교사용] 우리는 교과서 또는 여러 매체를 통해 이미 누군가에 의해 의해 처리된 데이터가 시각되 어 제시된 자료를 수없이 만나고 있습니다. 이렇게 제시된 자료는 일반화가 되어 그 자료가 마치 진리인 것처럼 받아들여지고 있고, 그러므로 우리는 수업 시간에 남들이 만들어 놓은 시각화 자료를 다시 한번 재현하는 작업을 할 때가 많습니다. 예를 들어 압력-부피의 관계에 대해 나타내고 있는 보일의 법칙에 대한 실험은, 압력-부피에 대한 그래프를 실험을 통해 데 이터를 얻어 다시 한 번 재현해 내는데에 의미를 둡니다. 하지만 교과서나 매체에서 제공되는 여러 결과물들은 모두 인간에 의해 만들어진 창작물 들로서 언제라도 새로운 개념들 간의 유의미한 연결이 만들어질 수 있고, 그렇게 새로운 의 미를 찾아내 보고 관점을 전환해 보는 것은 큰 의미를 갖습니다. 따라서 이 수업에서는 그동안 당연시되어 연결해오던 개념((예) 압력-부피)이 아닌 새로운 개념 간의 연결 고리를 찾아 관련 데이터를 검색해보고, 이를 시각화한 자료를 만들어 보면 서 관점을 전환하고 과학을 대하는 시각을 넓혀보고자 합니다. 이를 위해 Origin이라는 데이터 분석 프로그램을 사용해보고자 합니다. (물론 다른 재체할 수 있는 프로그램을 사용해도 무방합니다.) 수업은 크게 다음과 같이 구성됩니다. ▢ 관련 분야 및 내용 교과 분야 (고등학교) 화학 (중학교) 과학 정보 내용 고등학교 화학 모든 주제 (개념 간 통합) 중학교 과학 모든 주제 (개념 간 통합) 데이터 분석 및 처리 수학 통계 - 1 - STEAM요소 Science Engineering Art Mathmatics STEM 생각교실 교재 ▢ 융합교과의 개요 및 목적 [고등학교 화학 위주로 작성] 가. 교과의 개요 ‘화학’은 자연 현상 또는 일상의 경험과 관련 있는 상황을 통해 화학 개념과 탐구 방법을 즐 겁게 학습하고 현대 지식 기반 사회의 민주 시민으로서 화학에 대한 기초 소양을 갖추도록 하 기 위한 과목이다. ‘화학’은 인류 문명의 발전에 기여하고 우리 삶과 밀접하게 관련된 화학을 이해함으로써 학생들이 화학에 대한 호기심과 흥미를 갖고, 과학적 탐구 능력과 태도를 함양 하여 개인과 사회의 문제를 과학적이고 창의적으로 해결할 수 있는 바람직한 민주 시민으로 성장할 수 있도록 한다. ‘화학’은 물질의 구성 입자, 화학 결합, 화학 반응, 에너지 출입 등과 같은 화학의 개념을 유 기적으로 다루어 화학의 유용성과 학문의 매력을 경험하도록 구성하고, 다양한 탐구 중심 의 학습이 이루어지도록 한다. 또한 기본 개념의 통합적인 이해 및 과학의 탐구 경험을 통 하여 과학적 사고력, 과학적 탐구 능력, 과학적 문제 해결력, 과학적 의사소통 능력, 과학적 참 여와 평생 학습 능력 등의 과학과 핵심역량을 함양하도록 한다. 과학적 사고력은 과학적 주장과 증거의 관계를 탐색하는 과정에서 필요한 사고이다. 과학적 세계관 및 자연관, 과학의 지식과 방법, 과학적인 증거와 이론을 토대로 합리적이고 논리적으 로 추론하는 능력, 추리 과정과 논증에 대해 비판적으로 고찰하는 능력, 다양하고 독창적인 아 이디어를 산출하는 능력 등을 포함한다. 과학적 탐구 능력은 과학적 문제 해결을 위해 실험, 조사, 토론 등 다양한 방법으로 증거를 수집, 해석, 평가하여 새로운 과학 지식을 얻거나 의미를 구성해 가는 능력을 말한다. 과학적 탐구를 위해서는 과학 탐구 기능과 지식을 통합하여 적용하고 활용하는 능력이 필요하며 과 학적 사고력이 이 과정에 기초가 된다. 과학적 문제 해결력은 과학적 지식과 과학적 사고를 활용하여 개인적 혹은 공적 문제를 해 결하는 능력이다. 일상생활의 문제를 해결하기 위해 문제와 관련 있는 과학적 사실, 원리, 개 념 등의 지식을 생각해 내고 활용하며 다양한 정보와 자료를 수집, 분석, 평가, 선택, 조직하여 가능한 해결 방안을 제시하고 실행하는 능력이 필요하다. 문제 해결력은 문제 해결 과정에 대 한 반성적 사고 능력과 문제 해결 과정에서의 합리적 의사 결정 능력도 포함한다. 과학적 의사소통 능력은 과학적 문제 해결 과정과 결과를 공동체 내에서 공유하고 발전시 키기 위해 자신의 생각을 주장하고 타인의 생각을 이해하며 조정하는 능력을 말한다. 말, 글, 그림, 기호 등 다양한 양식의 의사소통 방법과 컴퓨터, 시청각 기기 등 다양한 매체를 통하여 제시되는 과학기술 정보를 이해하고 표현하는 능력, 증거에 근거하여 논증 활동을 하는 능력 등을 포함한다. 과학적 참여와 평생 학습 능력은 사회에서 공동체의 일원으로 합리적이고 책임 있게 행동 하기 위해 과학기술의 사회적 문제에 대한 관심을 가지고 의사 결정 과정에 참여하며 새로운 과학기술 환경에 적응하기 위해 스스로 지속적으로 학습해 나가는 능력을 가리킨다. - 2 - STEM 생각교실 교재 나. 목적 물질 및 자연 현상에 대한 호기심과 흥미를 가지고, 화학의 핵심 개념에 대한 이해와 탐 구 능력의 함양을 통하여, 개인과 사회의 문제를 과학적이고 창의적으로 해결하기 위한 과학 적 소양을 기른다. ▪ 물질 현상에 대한 호기심과 흥미를 가지고, 과학적으로 생각하고 판단하는 태도 를 기른다. ▪ 자연 현상 및 일상생활의 문제를 과학적으로 탐구하는 능력을 기른다. ▪ 자연 현상 및 일상생활을 탐구하여 화학의 핵심 개념을 이해한다. ▪ 과학과 기술 및 사회의 상호 관계를 인식하고, 이를 바탕으로 민주 시민으로서의 소양을 기른다. ▪ 화학 학습의 즐거움과 화학의 유용성을 인식하여 평생 학습 능력을 기른다. 다. 교과 관련 내용 교재 관련 교과 내용: 고등학교 화학 모든 주제 ⁃고전적 실험에서 결정된 원자의 물리적인 구조를 기술 ▪원자 구조 ▪화학 결합 ⁃궤도함수로 설명되는 원자의 껍질 모형과 원자의 주기적 성질에 대한 실험적 특정의 관계 ⁃공유 결합, 이온 결합, 극성 공유 결합, 전기음성도, LEWIS 전자점식, VSEPR 이론 등 고전적 결합 이론 ⁃화학 결합에 대한 양자적인 접근 ▪전위 금속 ⁃전위 금속 화합물과 배위 착물에서의 결합 ⁃기체 분자 운동론, 이상기체법칙, 실제기체 ▪기체, 고체, 액체 ⁃분자간 힘, 상전이 ▪용액 ⁃용액의 조성, 화학량론, 상평형 ⁃열역학1법칙, 2법칙, 3법칙 ▪열역학 ⁃깁스 자유에너지 ⁃반응에 대한 질량 작용의 법칙 기술 ▪화학평형 ⁃반응지수를 깁스 자유 에너지 변화 및 평형상수와 연결 ⁃전지 전위와 깁스 자유 에너지 ▪전기화학 ⁃전기화학 과정에 대한 분자 수준의 이해 ⁃반응 속도 법칙 및 반응 메커니즘 ▪화학 반응 속도론 ⁃반응 속도의 온도 의존성 - 3 - STEM 생각교실 교재 라. 수업의 주안점 1) 데이터 리터러시(Data Literacy) 데이터 리터러시(Data Literacy)는 데이터를 읽고 숨겨진 의미를 파악하는 데이터 해 독능력을 뜻한다. 데이터로 가득한 세상을 살면서 데이터에 담겨있는 의미를 파악하고, 목적에 맞게 활용하는 능력이 필수 요건으로 부상하고 있다. 데이터 리터러시 능력이 뛰어나면 정보를 능동적으로 분석할 수 있고, 숨은 의미를 찾아내는 생산자적 마인드을 함양한 모습으로 스스로 역량을 강화할 수 있다. 이 시대의 필수 생존 요건이라 할 수 있는 것이다. 환경적으로 온라인 커머스, 소셜 미디어, 스마트폰 등 미디어와 기기가 일상 속에 깊 숙하게 파고 들었고, 이에 따라 우리에게 전달되는 데이터는 어마어마하다. 축복인지 재 앙인지 알 수 없는 이런 데이터 세상 속에서 어떻게 살아남을 수 있을까? 어떻게 데이 터 리터러시를 키울 수 있을까? 수업 중에 우리 주변의 많은 데이터를 함께 보고 선별해 직관적으로 잘 보여주는 데 이터 시각화 자료를 만들면서 데이터 리터러시 역량을 키울 수 있을까? 이런 직접적이 고 단편적인 방법은 데이터 소비자라는 한계를 벗어나지 못했다고 볼 수 있다. 이 수업 설계에서는 기존 데이터를 이용해 보편적으로 시각화해오던 틀을 깨고, 창의적이고 새 로운 데이터의 조합으로 데이터 간의 상관관계에 대한 이해도를 높이고 새로운 관점을 제시한다. 적극적인 데이터 소비자 또는 데이터 생산자로서 기존의 데이터를 의도를 담 아 새로 조합함으로써, 데이터에 접근함에 있어 통찰력 있는 안목을 키워보고자 한다. 2) 우리가 지향해야 할 방향, 의사소통의 도구로서의 과학 현재 우리가 살고 있고 또 앞으로 살아 갈 미래는 과학기술의 시대라고 입을 모으지 만 인류의 삶과 함께 오랜 세월 뿌리를 내린 과학은 일반 대중에게는 무겁고 어려운 것으로 인식되어 왔다. 과학기술이야말로 우리 인간을 어둠과 무지로부터 해방시켜 주 는 나침반과 같고 우리나라 미래의 원동력이 되지만 우리의 현실은 여러 가지 이유로 ‘과학은 어렵다’ 또 ‘과학은 재미없다!’로 치부되고 있는 상황이다. 수집한 데이터를 어떻게 시각화하고 다른 사람에게 전달하느냐에 따라 전달받은 사람 이 데이터를 이해하는데 들이는 노력과 시간이 단축되고, 전달하고자 하는 의미를 명확 하게 전달할 수 있게 된다. 다음은 데이터 수집부터 의사소통까지의 과정이다. 이 과정을 수업 설계에 담아보고자 한다. - 4 - STEM 생각교실 교재 3) 과정중심평가에 대한 고찰 ￭ 평가에 대한 두 가지 믿음 1) 모든 학습자가 평가를 통해 성장할 수 있다는 믿음 2) 학습결과의 평가(변별) 만큼이나 학습을 위한 평가와 학습으로서의 평가(피드백) 도 가능하다는 믿음 ￭ 지향해야 할 방향: 학습을 위한 평가와 학습으로서의 평가(피드백) 유형 목적 기준 주체 피드백 학습결과의 평가 학습을 위한 평가 학습으로서의 평가 배치, 진급, 자격부여 등의 교사의 교수적 판단을 학생의 자기 점검, 자기 판단을 위한 정보 제공 위한 정보 제공 평가를 위한 자료 제공 다른 학생과의 성취기준 상대적 비교 학생개별 목표와 성취기준 교사 교사 학생 지연된 피드백 즉시적 피드백 즉시적 피드백 요약적 판단 진단적 진단적 4) 역동적 평가, 성장 지향 평가로 ‘성장발달 평가’에 대한 관심과 실천이 높아지고 있다. 이는 일제식 지필평가를 치르 지 않는 것을 넘어 평가 자체가 학생의 성장 발달 과정을 확인하고 이를 지원하는 데 에 취지가 있다. 하지만 아직은 성장과 발달을 지원하는 평가에 대한 이해와 적용이 고 등학교에서는 부족한 상황이다. 이해를 위해 비고츠키의 ‘근접발달영역’ 이론을 떠올려보자. 아동의 성장과 발달이 어느 국면에서 비약적으로 이루어지는가를 집중적으로 탐구했던 비고츠키는 ‘학생들이 혼자서 해결할 수 있는 수준(실제적 발달 수준)’과 ‘교사의 지원이나 학생과의 협력을 통해 해결할 수 있는 수준(잠재적 발달 수준)’ 사이의 거리를 ‘근접발달영역’이라 칭하 고, 이러한 근접발달영역을 최대한 창출하는 것이 교수학습에서 중요한 역할이라고 보 았다. 그리고 이 개념은 ‘이질집단에서의 협력수업’의 원리로 우리에게도 널리 알려져 있다. 이 개념은 교수학습 영역뿐만 아니라 평가의 영역에서도 적용할 수 있다. 우리에 게 익숙한 평가 관행은 ‘동일한 시험문제를 정해진 시간 안에 혼자서 한번만 풀도록 하 는 것’이다. 그리고 그 결과로 ‘몇 점을 받고 몇 등을 했는지 확인하는 것’이다. 그러나 ‘혼자 푸는 것이 아니라 서로 도우며 함께 풀도록 하는 것’, ‘한번만 풀도록 하는 것이 아니라 틀리면 다시 도전할 기회를 주는 것’, ‘단순히 점수만 매기는 것이 아니라 예전 에 비해 얼마나 발전하였는지를 확인하는 것’으로 평가방식을 바꿀 수도 있다. 이를 ‘역 동적 평가’라고 부른다. 다른 사람의 도움을 받아 해결할 수 있는 수준(잠재적 발달 수 준)까지 나아가는 과정을 평가하는 것이다. 여기서는 학생들이 문제를 해결하는 때까지 여러 차례 기회를 제공하고, 그 속에서 교사가 적절한 도움을 제공하거나 학생들이 함 께 협력해서 문제를 해결하도록 함으로써 모든 학생들이 학습목표에 도달하도록 지원 - 5 - STEM 생각교실 교재 하는 방식을 취한다. 이러한 평가의 목적은 편재 드러난 능력뿐만 아니라 잠재적 능력 까지를 확인하는 데에 있다. 이를 ‘성장 지향 평가’라고도 할 수 있다. 역동적 평가, 성장 지향 평가의 이해를 위해 다음의 일화를 보자. [일화1] 미국의 어느 학교에 인디언 아이들이 전학을 왔다. 시험 시간에 교사가 시험 치를 준비를 하라고 하자, 백은 아이들은 책상 간격을 벌리고 가림막을 올리며 시 험 치를 준비를 했다. 그런데 인디언 아이들은 책상을 모으고 서로 상의를 하며 문제를 푸는 것이 아닌가? 교사가 이 아이들에게 야단을 치자, 인디언 아이들은 “선생님, 저희는 어려운 문제에 부딪히면 서로 도우면서 해결해야 한다고 배웠어 요.” [일화2] 핀란드 학교의 시험 시간, 아이들은 열심히 시험 문제를 풀고 있다. 그런데 한 학생은 아무리 생각을 해도 그 문제를 어떻게 풀어야 할지 모르는 표정이다. 그러자 그 학생은 교사에게 문제를 어떻게 풀어야 할지 모르겠다고 질문을 하고, 교사는 그 학생에게 다가가 정답을 알려주지는 않지만 문제를 해결하는 요령은 알려 주었다. 그러자 그 학생은 “아, 알겠다.”하면서 물제를 풀기 시작했다. 위와 같은 평가 방식은 우리에게는 매우 낯선 것일 수도 있다. 그러나 초등학교 평 가에서는 위와 같은 방식을 취한다고 하여 문제가 될 것이 없으며, 중등학교의 경우에 도 수업의 과정과 연계된 수행 평가에서는 위와 같은 방식이 불가능하지 않다. 이 수업 에서는 계획서 작성부터 시각화 자료 제작의 과정까지 역동적 평가 - 과정중심평가를 진행해보고자 한다. - 6 - STEM 생각교실 교재 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 색으로 이해하는 과학 대진대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 색으로 이해하는 과학 이름 주요 과목 과학 2 관련 단원 물질의 구조, 물질의 성질, 관련 과목 과학 2 관련 단원 물질의 특성 STEM 요소 S, T, E 지역 개요 4 보조 주 개발자 주요 수업 개발 차시 개발자 인간이 자연에서 누릴 수 있는 기쁨 중에 최고는 눈으로 보고, 풍경을 즐 기는 것이 아닌가 생각된다. 색은 우리의 도처에 있다. 우리가 좋아하든 싫어하든 상관없이 빛 이 사라지지 않는 이상 색은 우리 곁에 언제나 존재한다. 항상 존재하고 자연을 본다. 가끔은 자연의 색을 놓고 움직이는 감정을 경험하기도 한 다. 이 프로그램을 통해 자연의 다양한 색을 알아보고, 색의 주는 감정을 느 끼는 시간을 통해 색체에 대한 호기심을 갖는 기회를 마련한다. 또한 색 을 갖는 물질의 공통점을 알아보고 자연에서 색을 추출하는 체험을 통하 여 기술 공학적 원리를 이해한다. 빛의 성질을 통해 색은 무엇인지 생각해 보고 색을 띠는 물질을 만들어 보는 기회를 통해 과학적 원리를 이해한다. 마지막으로 우리의 감각기관 인 눈을 사용하는 화학, 산-염기 지시약에 대해 알아본다. ○ 우리나라의 사계절을 대표할 만한 장소를 찾아보고, 각 계절을 색채로 표현해 본다. ○ 동굴에서 발견된 색에 대한 역사적 사실을 소개하고 빛을 그린 1차시 모네의 작품을 감상해 보자. ○ 천연염료와 합성염료를 학습해보고, 이를 활용하고 사용하는 실 생활의 예들을 찾아보자. 차시별 ○ 천연염료를 추출해 보고, 염색작업을 경험해 보자.. ○ 우리 주변의 물체의 형태와 색깔은 빛을 통해 알 수 있다. 프리 주요내용 (키워드 위주) 즘을 통과한 빛의 분광현상을 알아보자. 2차시 ○ 빛과 색채의 상관관계를 이해하고, 빛의 성질을 알아보자. ○ 매염제의 역할을 알아보고, 같은 염료도 매염제에 따라 다른 색 으로 염색되는 이유를 알아보자. 3차시 ○ 빛의 성질인 흡수와 반사로 물체가 다른 색을 갖는 이유를 알 아보자. ○ 금속화합물이 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 금속에 따라 다른 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 그럼 천연염료에는 어떤 물질들이 포함되어 있는지 알아보자. ○ 눈의 구조 및 기능을 학습한다. 4차시 ○ 우리가 색을 인식하는 과정을 알아보자. ○ 산염기 지시약의 용도와 작동원리을 학습한다. 가. 차시별 구성도 1) 1차시 : 나를 둘러싼 모든 것, 색에 물들다. 주제 자연 속 동물과 식물에서 다양한 색을 찾아보자. ○ 자연 경치에서 보이는 화려한 색채들을 감상하고, 자신의 언어로 느낌 을 표현해 보자. 학습목표 ○ 사계절을 표현할 수 있는 색을 찾아보며, 우리가 느끼는 색을 나열 해 보자. ○ 자연에서 추출한 천연물로 염색작업을 해보자. ○ 우리나라의 사계절을 대표할 만한 장소를 찾아보고, 각 계절을 색 채로 표현해 본다. ○ 동굴에서 발견된 색에 대한 역사적 사실을 소개하고 빛을 그린 모 주요내용 네의 작품을 감상해 보자. ○ 천연염료와 합성염료를 학습해보고, 이를 활용하고 사용하는 실생 활의 예들을 찾아보자. ○ 천연염료를 추출해 보고, 염색작업을 경험해 보자. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 페트리 접시, 코치닐, 강황, 청대, 백박, 구연산, 황산구리, 손수건 정제수, 유리막대, 비닐장갑, 고무줄 2) 2차시 : 무슨 색으로 보이니? / 색을 말하다. 주제 색을 과학으로 말해보자. ○ 과학에서 말하는 색을 알아본다. 학습목표 ○ 빛으로 색을 설명해 본자. ○ 매염제의 역할과 염색의 변화를 관찰한다 ○ 우리 주변의 물체의 형태와 색깔은 빛을 통해 알 수 있다. 프리즘 을 통과한 빛의 분광현상을 알아보자. 주요내용 ○ 빛과 색채의 상관관계를 이해하고, 빛의 성질을 알아보자. ○ 매염제의 역할을 알아보고, 같은 염료도 매염제에 따라 다른 색으 로 염색되는 이유를 알아보자. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 코치닐, 백반, 구연산, 황산구리, 손수건, 고무줄 3) 3차시 : 다양한 색의 금속화합물 / 색을 갖는 물질들 주제 생활 속에 보이는 다양한 물체들이 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 물질이 색을 갖는 이유를 과학적 원리로 설명해 보자. 학습목표 ○ 다양한 금속화합물의 색깔을 확인해 보자. ○ 금속에 따라 다른 색을 보이는 이유를 알아보자. ○ 빛의 성질인 흡수와 반사로 물체가 다른 색을 갖는 이유를 알아보 자. 주요내용 ○ 금속화합물이 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 금속에 따라 다른 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 그럼 천연염료에는 어떤 물질들이 포함되어 있는지 알아보자. 준비물 4) 4차시 : 컴퓨터, 빔 프로젝트, 비이커, 금속화합물, 유리막대, 비닐장갑 눈으로 보는 화학 / 산-염기 지시약 주제 우리의 감각기관인 눈을 사용하는 화학으로 산염기 지시약에 대해 알아보자. ○ 눈의 구조를 알아보자. 학습목표 ○ 산성과 염기성에 대해 알아보자. ○ 산염기 지시약를 통해 산성인지 염기성 인지 알아보자. ○ 눈의 구조 및 기능을 학습한다. 주요내용 ○ 우리가 색을 인식하는 과정을 알아보자. ○ 산염기 지시약의 용도와 작동원리을 학습한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 산, 염기, 지시약, 물, 비이커, 유리막대, 스포이 드 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 인간과 자연의 공존을 위한 Energy를 發電(발전)하라. 경북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램 인간과 자연의 공존을 위한 Energy를 發電(발전)하라. 이름 9. 발전과 신재생 에너지 주요 과목 통합과학 관련 단원 9-1. 전기 에너지의 생산과 수송 9-1-1. 발전소에서는 어떻게 전기 에너지가 만들어질까? 관련 과목 기술·가정 관련 단원 STEM 요소 S, T, E 지역 주 개발자 2. 신·재생 에너지 2-2. 신·재생 에너지를 이용한 문제 해결 개발 차시 4 보조 개발자 이 프로그램에서는 공학적 설계를 기반으로 풍력 발전기의 발전량에 대 한 문제해결 프로젝트를 수행하기 위해 발전기의 원리, 전자기 유도 현상 등에 대해 탐구를 수행한다. 학습한 개념과 원리를 적용하여 주어진 조건에 주요 수업 서 풍력 발전기의 발전량을 증대시킬 수 있는 아이디어를 협의하여 설계·제 개요 작하고 여러 차례 성능 개선 테스트를 수행한다. 제작된 풍력 발전의 성능 과 기능 테스트, 발표(설계 과정, 산출물의 차이점, 장단점 등)를 통해 학습 한 개념이 어떻게 적용되어 문제가 해결되는지를 이해하고 학생들 간에 서 로 공유한다. 1차시 차시별 2차시 전자기 유도 현상이 발견된 과학사를 통해 전자기 유도 현상을 이 용한 발전기의 원리 이해 전기 에너지가 생산되는 풍력 발전기를 제작해 보고 전기 에너지 를 더 많이 생산할 수 있는 방안을 모색 주요내용 (키워드 위주) 3차시 4차시 회전 속도를 높일 수 있는 날개를 설계하여 풍력 발전기의 발전량 높이기 산출물의 개선 과정에 대한 발표를 통해 문제해결과정을 공유하고, 관련 직업에 대한 특성과 직업인을 조사·소개하는 진로 탐색 활동 STEM 생각교실 [ 수‧과학 수업 차시대체용 프로그램(지구과학, 교사용) ] 제목: 인간과 자연의 공존을 위한 Energy를 發電(발전)하라. 차 시 1 발전기 원리에 대한 탐구 ■ 학습 목표 1. 전자기 유도 현상을 이해하고 유도 전류의 세기에 영향을 주는 요인을 설명할 수 있다. 2. 발전소에서 전기 에너지가 만들어지는 원리를 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 전자기 유도, 유도 전류의 세기에 영향을 주는 요인, 발전기 ■ 활동 1. 과학사 살펴보기1) (가) 덴마크의 외르스테드(Hans Christian Oersted, 1777~1851)는 전류가 흐르는 도선 근처에서 나침반의 자 침이 움직이는 것을 발견했는데, 전류가 흐르는 도선은 마치 자석이 된 것처럼 자기력을 발휘하는 것 같았 다. 이로부터 1년 후, 외르스테드의 실험을 재검토하며 전류와 자석 사이의 상호작용을 연구하던 영국의 패 러데이(Michael Faraday, 1791~1867)는 도선과 자석을 이용한 간단한 회전 장치, 즉 전동기를 만들어냈다. (나) 한편, 많은 학자들은 외르스테드가 발견한 효과의 정반대 작용도 존재하지 않을까 추측했다. … 그러나 그 기대는 쉽게 이루어지지 않았으며, 그 효과는 10년 뒤 패러데이에 의해 겨우 발견될 수 있었다. … 그는 속이 빈 원통형 철심에 코일을 두텁게 감은 후 그 안에 막대자석을 찔러 넣음으로써 정반대 작용을 성공 했다. … 이렇게 그는 최초의 발전기 발명자가 된 셈이었다. (다) 전지를 연결하지 않은 회로가 있다. 이 회로에 검류계를 연결해보면 당연히 검류계의 바늘은 0을 가리킬 것이다. 그런데 회로 근처에 자석을 가까이 가져가면 검류계의 바늘이 한 쪽 방향으로 기울게 된다. 자석 을 멈추면 검류계의 바늘이 0으로 돌아간다. 이제 자석을 뒤로 빼면 바늘이 반대 방향으로 기운다. 전지도 연결하지 않은 회로에 자석을 가까이 가져갔다 뒤로 뺐다 하는 것만으로 전류가 흐르는 것이다. 이와 같이 ㉠자기장과 움직이는 자석 사이의 상호작용에 의해 회로에 전류가 생겨나는 현상을 관찰할 수 있었다. (1) (나)에서 외르스테드가 발견한 효과의 정반대 작용은 어떤 현상일까요? 전류가 흐르는 도선에 의해 자침의 움직임이 발생한 현상(전류가 흐르는 도선에 의해 자기력이 받는 영향)의 정반대 작용이므로, 자석의 움직임에 의해 전류가 발생하는 현상을 의미함. (2) ㉠ 현상을 무엇이라고 하나요? ㉠: 전자기 유도 현상 1) 출처: [물리 산책], 전자기 유도 현상의 발견, https://sites.google.com/site/mira1004nn/jeonjagi-yudo-hyeonsang-ui-balgyeon - 179 - 차 시 2-3 인간과 자연의 공존을 위한 Energy를 發電(발전)하라. ■ 학습 목표 1. 발전기의 원리를 이해할 수 있다. 2. 회전 속도를 빠르게 할 수 있는 발전기 날개를 디자인하고 제작할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 발전기 날개 디자인 및 제작 ■ 활동 안내 에너지 문제를 해결하라! 우리는 전기 에너지를 포함하여 에너지 대부분을 석유, 석탄 등의 화석 연료에서 얻는다. 다음은 연도에 따 른 세계 석유 생산량을 나타낸 것이다. 이렇게 생산량이 증가한다면 매장량은 점차 한계를 드러낼 것이다. 이런 화석 연료의 고갈 문제를 해결하기 위하여 이를 대체할 수 있는 신재생 에너지의 개발이 필요하다. 지 구 온난화 등 기후 변화에 영향을 미치는 화석 연료를 대신해서 사용할 수 있는 다양한 발전 방식 중 환경 오 염 물질을 배출하지 않고, 대기나 수질에도 영향을 주지 않는 친환경 에너지를 생산할 수 있는 풍력 발전은 바 람의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전 방식이다. 국내 연도별 풍력 발전 보급과 풍력 발전량 현황 을 살펴보면 우리나라 풍력 발전 현황을 살펴보면 신규 설치와 발전량이 꾸준히 증가하고 있다. 적당한 속도의 바람이 지속해서 부는 곳에 설치하는 풍력 발전소에서 더 많은 전기 에너지를 생산할 수 있는 방안을 날개의 개선을 통해 모색해보고 적용하여 직접 전기 에너지를 생산하여 보자. - 183 - 차 시 4 평가 및 진로 탐색하기 ■ 학습 목표 1. 평가 및 발표를 통하여 다른 모둠의 아이디어를 공유하고 문제해결능력을 신장시킬 수 있다. 2. 발전 분야의 진로와 직업에 대해 조사하고 그 중요성에 대해 인식할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 문제해결을 위해 필요한 능력 요소, 직업에 대한 이해 ■ 활동 안내 1. 다음 요소들을 포함하여 발표할 자료를 제작해 보자. ※ 활동 결과 발표에 포함할 요소 모둠 이름 (모둠원 이름) (날개 재료를 선택한 이유와 디자인이 날개 회전을 어떻게 빠르게 하는지에 대한 설명 포함) 디자인의 장점 (설계할 때 고려한 사항) 제작 결과 제작한 날개 모양 측정된 전압값 보완해야 할점 활동 중 가장 기억에 남는 것과 이유, 느낀 점 우리 모둠과 다른 모둠과의 차이점은? - 188 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 지오지브라를 활용하여 농장동물을 구하라! 경북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램 지오지브라를 활용하여 농장동물을 구하라! 이름 주요 과목 생명과학Ⅱ 관련 단원 관련 과목 통합과학 관련 단원 STEM 요소 S, E, M 지역 Ⅴ. 생물의 진화와 다양성 03 생물의 진화 Ⅲ.변화와 다양성 2. 생물 다양성과 유지 보조 주 개발자 개발자 ① 변이와 자연선택에 따른 진화의 원리 설명하기 주요 수업 개요 ② 농장동물들을 통해 진화의 의미를 생각하기 ③ GeoGebra를 활용해 추세선을 그리고 개체수를 예측하기 ④ 통계자료를 분석하여 문제상황 인식하기 ⑤ 학대받고 있는 농장동물 문제를 해결할 수 있는 방안 찾기 차시별 1차시 문제상황 발견 전 진화에 대한 고찰1 2차시 문제상황 발견 전 진화에 대한 고찰2 3차시 문제상황 인식, 통계자료 처리, 지오지브라를 활용한 통계자료 분석 4차시 분석자료를 바탕으로 농장동물의 미래 예측, 생활 속 실천 방안 수립 주요내용 (키워드 위주) [ STEM 생각교실 교육 프로그램 ] 차 시 지구에 다양한 생물이 나타난 이유는? 1 ■ 학습 목표 • 과거에 살았던 생물들과 오늘날의 생물이 많이 다른 이유를 설명할 수 있다. • 변이와 자연 선택에 따른 진화의 원리를 설명할 수 있다. • 생물 종 다양성의 의미와 중요성을 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 변이, 자연 선택, 인위 선택, 진화, 생물 다양성 ■ 학생 활동지 해설 [ 활동지 ] 1. 인터넷 검색을 통해 화석으로 보는 생물과 오늘날의 생물의 생김새를 비교해보자. 화석으로 보는 생물과 오늘 날의 생물이 많이 다른 이유는? 출처: 화석, (https://www.pexels.com/) 변화하는 환경조건에 맞춰 서로 다른 모습으로 적응했고, 이 과정에서 환경에 알맞은 변이를 가진 생물이 살아남아 자손을 남기는 과정을 반복하면서 다양한 모습의 생물이 나타났다. -과학기술정보통신부 블로그, ‘화석으로 보는 생물의 진화’, 2019.12.18. (https://blog.naver.com/with_msip/221741137816) -유튜브 문화유산채널, ‘여수 낭도리 공룡발자국 화석산지 및 퇴적층’, 2017.10.27. (https://youtu.be/vtZ2xmUgM2s) -국립생태원 온라인생태원 (https://www.nie.re.kr/cyber/cyberMain.do) (학생 실제 예시) 환경이 변함에 따라 생물들이 환경에 유리한 방향으로 적응.진화하여 다양한 생물들이 멸종하고 생 겨났기 때문이다. - 120 - 차 시 학대 받고 있는 농장동물들 2 ■ 학습 목표 • 진화에 대해 자신의 생각을 말할 수 있다. • 유전적 다양성의 의미와 중요성을 설명할 수 있다. • 공장식 축산의 문제점을 말할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 공장식 축산, 농장동물, 진화, 유전적 다양성 ■ 학생 활동지 해설 [활동지] 1. 지식채널e(공룡 멸종에 관한 101가지 이론)을 시청한 후 소감은? ‘공룡의 멸종은 현재 인간에 의해 진행 중이다’라는 말이 가장 기억에 남는다. 그 많던 공룡들이 멸 종하게 된 진짜 원인이 궁금해졌다. 미래의 인간의 운명도 궁금하다. -유튜브 EBSDocumentary(EBS 다큐), ‘공룡 멸종의 원인 101가지’, 2014.01.10. (https://youtu.be/Ghl8SRfH0L4) (학생자료 예시) 공룡 멸종에 대한 이론이 100여개나 되는 것도 놀랍고, 공룡이 멸종했다는 건 엄청 오래전 일이지 만 현재 새가 공룡이라고 말하는 학자들도 있는 걸 보니 공룡이라는 존재가 여러모로 중요한 것 같다. 그리고 인간에 의해 새가 멸종되고 있다는 게 너무 안타까웠다. 2. 인간이 지구에 살았던 시간보다 훨씬 긴 시간을 살았던 공룡이 그랬던 것처럼 인간도 언젠가는 멸종하지 않을까? 인간도 다양한 원인으로 언젠가는 멸종할 것이다. 어쩌면 당연히 받아들여야하는 운명일지도 모른 다. 그런 운명일지라도 이를 재촉하는 듯한 현재의 우리 모습에서, 스스로 멸종해버린 첫 번째 생명체 가 될지도 모르겠다는 생각이 든다. (학생자료 예시) 멸종할 것 같다. 고생대, 중생대의 기록을 보면 그 시대에서 가장 번성한 종이 멸종했다. 앞선 기록 들처럼 인간도 신생대에서 가장 번성한 종이기 때문에 인간이 막을 수 없는 자연현상이 일어난다면 멸 종할 수 있을 것 같다 - 127 - 차 시 지오지브라를 활용하여 문제상황 인식하기 3 ■ 학습 목표 • 통계자료를 찾아 지오지브라를 활용하여 상관관계를 확인할 수 있다. • 농장동물의 문제 상황을 발견하고 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 상관관계, 상관계수, 산점도, 지오지브라, 회귀분석 ■ 학생 활동지 해설 [활동지] 1. 농장동물이 학대 받으며 사육될 수밖에 없는 이유는? 한꺼번에 빨리 키워서 팔아야 돈이 되기 때문이다. 결국 동물을 하나의 생명체로 보지 않고 돈을 벌 기 위한 수단으로 본다. 고기로 이용되기 위해 사육되는 경우가 대부분이다. 적은 돈으로 빠르게 길러져서 최대의 수익을 얻 는 것이 중요하고 동물이 어떻게 사육되느냐는 뒷전이기 때문이다. (학생 실제 예시) 전세계의 많은 사람들이 먹거나 이용하기 위해서 많은 농장동물이 필요한데, 대량 생산을 하는 과정 에서 동물들의 권리를 모두 지켜주며 생산하면 너무 많은 비용과 시간이 들기 때문이다. 2. 농장동물이 학대 받으며 사육되고 있는 현재 상황을 설명하는 가설을 모둠별로 의논하여 세워보자. 인구가 지속적으로 증가함에 따라 고기 요구량이 증가할 것이다. 대량으로 사육될 때 들어가는 소규모보다 비용이 적을 것이다. 예전보다 소규모 농장보다 대규모 농장이 증가할 것이다. 짧은 시간동안 급격하게 살을 찌워서 판매될 것이다. 1인당 고기 소비량이 증가하여 고기 요구량이 증가할 것이다. 예전보다 전세계적으로 고기를 소비하는 인구가 증가하여 고기 요구량이 증가할 것이다. 사람들은 비슷한 품질이라면 비싼 고기보다 싼 고기를 찾을 것이다. 식습관의 변화로 1인당 고기 소비량이 증가했을 것이다. (학생 실제 예시) 1.수요가 늘어나고 있으므로 적은 비용으로 공급을 최대화하기 위해 학대하는 것이다. 2. 육식 위주의 식단으로 변했다. 3. 소득량이 늘어나면서 육식의 수요가 늘어났다. 4. 인구가 증가해서 동물의 수요가 늘어났다. 5. 가축을 키우는 가구수가 줄어들면서 환경이 협소해졌다. 6. 소비자의 맛 선호도에 따라 가둬놓고 키우는 것을 선호하게 되었다. - 132 - 차 시 농장동물의 미래 예측하기 4 ■ 학습 목표 • 농장동물의 미래를 예측하고 문제해결책을 제시할 수 있다. • 농장동물의 문제를 해결하기 위해 노력하는 사람들이 하고 있는 일에 대해 말할 수 있다. • 구체적인 생활 속 실천 방안을 세울 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 공장식 축산 해결 방안, 동물보호단체 운동가, 동물보호법 정책 입안자 ■ 학생 활동지 해설 [활동지] 1. 지오지브라를 활용하여 전세계 닭의 개체수가 앞으로 어떻게 변할지 예측해보자. [학생자료 – 지오지브라 활용하기] 참조 (학생 실제 예시) (1) 짧은 시간 안에 점점 많이 살찌워지는 닭들 (x축: 일당 증체량, y축: 사육일수) 닭의 일당 증체량과 사육일수는 뚜렷한 증가-감소 관계를 보이고 있으며, 이것은 해가 지날수록 더욱 심화되고 있다. (2) 세계의 GDP 별 고기 소비량 (x축: 나라별 GDP, y축: 고기 소비량 ) r=0.6549 GDP가 높은 국가일 경우 대체로 고기 소비량도 높음을 확인할 수 있다. - 146 -