STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 빅 데이터로 무엇을 할 수 있을까? 인천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 구분 인천대 과학영재교육원 빅 데이터로 무엇을 할 수 있을까? 주요 과목 수학 주요 단원 관련 과목 정보 관련 단원 M, S, E 적용 지역 STEM+I 요소 신규 (신규/수정 보완) 주요 적용 학년 개발차시 초등학교 5~6학년 12 수학 (여러 가지 그래프) 정보 (문제해결과 프로그래밍/프로그래밍, 알고리즘) 보조 주 개발자명 개발자 학생들은 대부분 수학에 대하여 어려워하고 흥미를 갖고 있지 않은 경 우가 많아서, 학생들에게 공기를 부여하기 어렵다. 4차산업 혁명시대로 설명되는 현대 사회에서 빅 데이터는 매우 중요한 요소이고, 빅 데이터 는 수학을 기초로 하여 발전하고 있다. 따라서 본 교재를 통해서 빅 데 주요 수업 이터를 학생들의 수준에서 이해할 수 있게 설명하고, 빅 데이터를 경험 개요 하게 하여 흥미를 갖게 하는 것 뿐만 아니라 빅 데이터에 수학이 어 게 사용되고 있는지를 알게 하여 수학의 중요성을 느낄 수 있게 해 주 고자 한다 이러한 과정을 통하여 학생들의 융합적 사고를 개발하고 잠재력을 발현 할 수 있는 토대를 제공해 주고자 한다. 1~4차시: 빅 데이터와 통계 이 모듈에서는 빅 데이터의 유래, 빅 데이터가 사용되는 사례를 소개한 다. 그리고 빅 데이터와 관련된 수학 영역이 통계 영역에 대한 기초적 인 사항을 알아보고, 통계와 빅 데이터와의 관계를 이해할 수 있는 내 용으로 구성한다. 기본적으로 수학의 개념 중 평균과 분산을 다루며 이 개념이 실제로 어떻게 사용되는지와 어떤 위험성을 갖고 있는지를 알게 한다. 이 모듈은 수업에 참여하는 학생들이 수학에 관심을 갖고 있을 때 사용하면 개념을 확실하게 전달하는데 도움을 줄 수 있다. 5~8차시: 빅 데이터는 어디에 쓸까? 5~8차시와 9~12차시의 프로그램은 수학 계산 없이 빅 데이터를 경험하 차시별 주요내용 (키워드 위주) 게 하는 것을 목표로 구성한다. 5~8차시에서는 빅 데이터가 사용된 역 사적 사례를 통하여 빅 데이터가 어떻게 발전되어 왔는가를 확인한다. 그리고 우리 주변에서 빅 데이터를 사용하면 좋을 사례를 알아보고, 여 러 사례 중에서 1~2개의 사례를 선정하여 팀을 구성하여 빅 데이터 문 제를 해결하는 과정으로 구성한다. 9~12차시: 데이터 마이닝이 될까? 이 모듈에서는 빅 데이터의 핵심이라고 할 수 있는 데이터 마이닝에 대 하여 다룬다. 데이터 마이닝은 엄청나게 많은 자료들 중에서 어게 필 요한 정보를 뽑아낼 수 있는지를 경험하게 하는 것을 주된 목표로 한 다, 학생들은 데이터 마이닝을 할 수 있는 사이트에 접속하여 원하는 정보를 얻는 경험을 하고, 이 과정에서 수학의 논리가 필요함을 이해할 수 있도록 내용을 구상한다. 서울시 올빼미 버스의 데이터 마이닝 사례 를 실습하면서 주어진 자료를 모두 활용하는 것이 아니라 주어진 자료 에서 어떻게 핵심인 요소를 주출하는지에 대한 경험을 제공한다. 5. 내 용 5 .1 일 반 적 탐 색 활 동 무엇을 빅 데이터라고 할까요? 빅 데이터는 일반적으로 사용되는 데이터 수집, 관리 및 처리 소프트웨어의 수용 한계를 넘어서는 크기의 데이터를 말합니다. 그리고 빅 데이터를 말할 때 3가지 요소를 언급하게 되는데, 첫 번째 요소는 양, 두 번째 요소는 속도, 세 번 째 요소는 다양성입니다. 위의 사진은 2021년 10월 25일에 인터넷에 올라온 2022년 봄과 여름에 유행할 패션쇼의 통계사이트 ‘월드미터’에 의하면, 요즘 사람들은 하루에 약 2100억 개 정도의 이메일을 한 장면을 보여주고 있습니다. 이 사진과 빅 데이터의 속도성은 어떤 관련이 있을지 생각 주고받는다고 합니다. 그리고 아래의 그림은 전세계 데이터 생산량에 매년 얼마나 많이 을 정리해서 발표해 봅시다. 만들어지는가를 잘 보여주고 있습니다. [풀이] 유튜브, 트위터, 페이스북 등에 사람들이 남겨 좋은 생각이나 의견 등을 모아보면 자료가 엄청나게 많은데 그것을 빠르게 분석하여 6~9개월 후에 어떤 색상과 어떤 디자인의 옷 이 유행할 것인지를 분석하여 패션쇼를 하게 된다. 이 때 모아진 자료가 빠르게 분석되지 않으면 이런 패션쇼를 하기 어렵다. [질문 6] 우리가 만들어 내는 자료는 정말 다양합니다. 어떤 자료들이 있을까요? [풀이] 한글 파일, 사진, 동영상, 음악 파일 등이 있다. 추가로 종류가 다른 이런 자료들을 분석 한다는 것이 얼마나 어려울지를 질문하고 이해시킨다. <읽기 자료> 나이팅게일과 빅 데이터 나이팅게일은 유능한 간호사이자 통계학자였습니다. 크림전쟁에서 수많은 군사의 목숨을 [질문 5] 구할 수 있었던 이유는 그녀의 헌신적인 간호뿐만 아니라 뛰어난 자료 분석 능력 덕분이 하루를 초로 나타내면 86400초입니다. 하루에 2100억 개의 이메일을 주고받는다면 1초에 었습니다. 1854년, 나이팅게일이 크림전쟁에서 간호사로 활동했던 시절은 병원도 매우 열 몇 개의 이메일을 주고받은 것일까요? 약한 환경이었습니다. 전장보다 불결한 막사와 시트 위에서 많은 병사가 죽어가는데 의심 [풀이] 을 품은 나이팅게일은 병사들의 사망원인에 대해 분석하기 시작했습니다. 약 2년간 병원 210000000000/86400=2,430,556개이다. 1초라는 짧은 시간에 엄청나게 많은 이메일이 오 의 입원, 부상, 질병, 사망의 데이터를 수집한 결과, 전투로 인한 부상보다 전염병과 영양 가는 것을 이해하게 한다. 그리고 계산까지는 필요없지만, 위의 그림에 있는 제타바이트 실조 등으로 숨지는 환자가 더 많다는 사실을 알게 됩니다. 이에 나이팅게일은 통계 데이 는 더 엄청난 수라는 것을 이해하도록 설명한다. 터를 기반으로 병원을 청결한 상태로 바꿔야 한다고 주장했지만, 사람들은 많은 숫자로 된 통계를 쉽게 이해하지 못했다고 합니다. 그래서 자신의 통계 데이터를 보다 사람들에 5. 내 용 5 .1 1부 : 일 반 적 존경하는 인천시민 여러분, 사랑하는 교육 가족 여러분 안녕하십니까? 탐 색 지난 6월 지방선거에서 300만 인천시민 여러분께서 보내주신 믿음과 지지 덕분에 저는 오늘 제3 활 동 대 주민직선 인천광역시 교육감으로 취임했습니다. 꿈이 있는 교실, 소통하는 학교, 공정한 인천교육에 대한 학생, 교사, 학부모, 시민 여러분의 기대 와 열망을 다시 한 번 가슴에 새깁니다. 촛불혁명의 시대정신을 기억하며 모든 아이가 존중받는 금광에서 금을 채굴하는 것을 마이닝(mining)이라 합니다. 빅 데이터 분야에서 이 생각을 아이들의 미래를 책임질 교육을 만들어 가겠습니다. 새로운 인천교육을 위한 기대는 ‘안전’ ‘미래’ 가져와서 엄청나게 많은 데이터에서 중요한 것을 발견하려는 작업을 하려고 하는데 이것 ‘평등’ ‘소통’의 가치 위에 펼쳐질 것입니다. 을 데이터 마이닝이라고 합니다. 우리 아이들이 걸어 다니고 머무는 곳에 어떠한 위험도 존재해서는 안 됩니다. 아이들의 생명과 안전보다 더 가치 있는 것은 없기 때문입니다. 안전만큼은 부모의 마음으로 교육감인 제가 직접 보고 챙길 것입니다. 인천 아이들의 몸과 마음이 만일 어떤 유명한 사람이 행사에서 10분 동안 연설을 하였다고 할 때, 그 연설에서 가장 건강하고 안전하게 자라날 수 있도록 교육감으로서 필요한 모든 노력을 기울이겠습니다. 교실은 많이 언급한 단어가 연설의 핵심이 될 것입니다. 물론, 연설문을 가져와서 일일이 단어를 배움이 일어나는 공간이자 삶의 공간이며 꿈을 꾸는 공간입니다. 우리 아이들이 행복한 꿈을 꾸기 분석하면 되겠지만, 그렇게 하기에는 시간이 오래 걸리는 불편함이 있습니다. 이제 인터 위해서는 교실이 희망을 품을 수 있는 곳이어야 합니다. 넷에서 ‘워드 클라우드 생성기’를 찾아서 쉽게 분석해 보도록 하겠습니다. 아이들에게 배움은 지겨운 일이 아니라 날마다 기다려지는 즐거움이어야 합니다. 시민, 학부모, 교 직원, 학생들과 함께 꿈이 있는 교실, 행복한 학교를 만들어 가겠습니다. 공정한 사회는 학교 교육 에서 비롯됩니다. 우리 아이들이 공정한 사회를 만들어 갈 시민으로 성장하기 위해서는 가정환경 이나 교과 성적으로 차별받지 않거나 소외되지 않도록 균등한 교육 기회가 조성돼야 합니다. 공정 한 사회로 가는 디딤돌을 학교에 놓겠습니다. 존경하는 시민 여러분, 사랑하는 교육 가족 여러분 저와 함께 하는 새로운 인천교육은 소통과 협력, 균형과 참여의 행정 속에서 이뤄질 것입니다. 교 육청이 먼저, 벽을 허물 것입니다. 그동안 허울뿐이었던 협치, 관리대상으로만 여겨졌던 학생, 학부 모, 비정규직은 더는 존재하지 않을 것입니다. 모두가 교육 가족이자 동반자로 인천교육의 희망을 함께 만들어 갈 것입니다. 구시대의 잘못된 관행과 과감히 결별하겠습니다. 저부터 새로워지겠습니 다. 지시하거나 통제하지 않고 경청하며 소통하겠습니다. 선거기간 내내 추진해 왔던 ‘소통 공감 대장정’을 4년 임기 내내 이어가겠습니다. 소통하는 교육감이 되어 여러분과 함께 인천의 학교 민주주의를 완성해 가겠습니다. 촛불 시민의 명령과 인천 300만 시민의 기대를 가슴에 새겨 오로지 우리 아이들만 보고 가겠습니다. 그 길에 동행해 주십시오. 다시 한 번 머리 숙여 감사드립니다. [질문 8] 다음은 2014년 인천시 교육감의 취임사입니다. 2014년 취임사에서 강조한 단어가 2018 년의 단어와 비슷한지 다른지를 알고 싶다면 ‘워드 클라우드 생성기’를 사용하여 취임사 를 분석해 보아야 합니다. 분석한 결과를 발표해 봅시다. [풀이] [질문 7] 학생들과 함께 생성기를 사용하여 결과를 확인하고 답변에 대하여 자문을 해 준다. 다음은 2018년 인천시 교육감의 취임사입니다. 읽어보면 잘 알겠지만, 컴퓨터를 사용하지 않고 취임사에서 가장 많이 나온 단어 3개 또는 5개를 알아내기는 쉽지 않을 겁니다. ‘워 드 클라우드 생성기’를 사용하여 강조한 단어를 찾아봅시다. [풀이] 학생들과 함께 생성기를 사용하여 결과를 확인하고 답변에 대하여 자문을 해 준다. - 33 - 모듈형 영재교육 프로그램 교재 - 34 - 모듈형 영재교육 프로그램 교재 5. 내 용 [질문 4] 빅 데이터는 앞에서 설명한 것처럼 여러 가지 좋은 역할을 합니다. 하지만 빅 데이터를 사용할 때 조심하지 않으면 나쁜 역할을 할 수 있습니다. 어떤 경우에 빅 데이터가 나쁜 5 .1 일 반 적 탐 색 활 동 역할을 하게 될지 발표해 봅시다. 무엇을 빅 데이터라고 할까요? 빅 데이터는 일반적으로 사용되는 데이터 수집, 관리 및 [풀이] 처리 소프트웨어의 수용 한계를 넘어서는 크기의 데이터를 말합니다. 그리고 빅 데이터를 말할 때 3가지 요소를 언급하게 되는데, 첫 번째 요소는 양, 두 번째 요소는 속도, 세 번 째 요소는 다양성입니다. 통계사이트 ‘월드미터’에 의하면, 요즘 사람들은 하루에 약 2100억 개 정도의 이메일을 주고받는다고 합니다. 그리고 아래의 그림은 전세계 데이터 생산량에 매년 얼마나 많이 만들어지는가를 잘 보여주고 있습니다. 2. 수 업 의 목 표 설 명 빅 데이터가 21세기 4차 산업혁명을 이끌어갈 중요한 주제이기 때문에 초등학생들에게 빅 데이터가 무엇인지를 이해하게 하는 것은 매우 중요하다. 일반 정규과정에서는 빅 데 이터를 다루지 않기 때문에 본 교재에서는 빅 데이터의 활용 사례를 제시하여 학생들의 흥미를 유도한다. 또한, 본 교재에서는 빅 데이터의 유래와 빅 데이터의 필요성을 이해하 도록 구성하였다. 또한, 수학의 확률과 통계가 빅 데이터의 기초가 된다는 점을 강조하고, 평균과 자료의 흩어진 정도를 어떻게 수학으로 설명하는지를 학습하도록 구성하였다. 3. 준 비 물 [질문 5] - 포스트잇, PC 또는 태블릿 하루를 초로 나타내면 86400초입니다. 하루에 2100억 개의 이메일을 주고받는다면 1초에 몇 개의 이메일을 주고받은 것일까요? [풀이] 4 . 유 의 /안 전 사 항 위험한 실험이 없으므로 특별한 유의사항 없음. - 43 - - 44 -