STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 오션 클린업! <바다를 지켜라!> 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 오션 클린업! <바다를 지켜라!> 이름 주요 과목 지구과학 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 7. 수권과 해수의 순환- 2. 해수의 특성과 순환 관련 단원 S,E 지역 개발자 주요 수업 해양쓰레기 제거장치 설계제작 활동 개요 1차시 : ➀ 편지글을 통해 공학적 문제를 제시함으로써 구체적으로 문제를 정의하 고 기준과 제한 조건을 파악 ➁ 해결책을 설계하기 위한 정보를 수집(배경 연구:GPGP의 존재와 생성 원인) 2차시 : 전문가 특강(우리나라 주변의 해류와 해수의 순환, 해양 쓰레기) 3차시 : 차시별 주요내용 (키워드 위주) ➀ 오션클린업 장치를 설계(디자인)하고 최적 설계도를 선정 ➁ 재료 선정 후 1차 장치 제작 4차시 : ➀ 1차 제작 완성, 1차 성능 테스트 ➁ 문제점 파악 및 수정 보완 설계(디자인) 5차시 : ➀ 2차 제작, 2차 성능 테스트 ➁ 문제점 파악 및 수정 보완 설계(디자인) ③ 3차 제작 6차시 : 최종 테스트 → 모둠 별 장단점 분석 및 설계(디자인)과정 기록 6. 지구과학 지구과학 1 1. 상황제시 / 2. 문제정의와 제한조건 확인 / 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색(1) 1 2 3 4 D 준비물 영상, 학생 활동지 B A 학습 목표 공학적 문제를 정의하고 제한 조건을 확인한다. 영상 출처 ∙ ‘태평양 쓰레기섬’에 한글 쓰 레기가? 오OO 최초 발견 / KBS뉴스(News) C 상황제시 1. 공학적 문제를 제시하는 뉴스의 일부 장면을 보여준다. https://www.youtube.com/w atch?v=H-4C6BFA6bs ∙ 미국 캘리포니아와 하와이 사이 북태평양 한가운데, 한반도 면적 7배 ∙ '남한 면적 14배' 쓰레기 섬, 치울 수 있을까 / YTN 지대에서, 한글이 선명이 적힌 플라스틱 쓰레기가 처음으로 발견됐다. 너비의 해수면이 쓰레기로 뒤덮여 있다. 바로 그 태평양 쓰레기 https://www.youtube.com/w atch?v=QJAGZkxmlxU <상황제시>의 요건 ① GPGP가 형성된 원인을 이 해한다. ② <오션 클린업>장치를 제작 하기 위해 융합적 문제해결 력과 융합적 사고력이 필요 하다. ③ 예산 책정 등의 현실적 문제 를 반영함으로써 학생들이 공학자로서 정체성 경험할 수 있다. ④ ‘해양공학팀’을 구성하고 그 역할을 중요하게 생각한다. 60 2. <공학자에게 보내는 편지>의 형태로 공학적 문제를 제시한다. to. 부산 그린 해양 공학팀 우리는 환경운동을 하는 NGO 단체 그린피스입니다. GPGP에 대해서 아시 나요? 우리는 최근 GPGP에 분포하는 쓰레기 실태를 조사했는데 한국어가 적힌 플라스틱 쓰레기를 발견했습니다. 한국으로부터 태평양은 만 km 이상 떨어져 있는데 이곳까지 흘러온 쓰레기를 보고 ‘한국쓰레기’라는 카테고리를 만들게 되었답니다. 플라스틱 쓰레기는 바다에 떠 있는 동안 미세 쓰레기로 분해되어 해양 생물을 위협하고 있습니다. 결국 먹이 사슬의 상위에 있는 인 간에게까지 해를 끼치게 되지요. 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 오션 클린업! - 바다를 지켜라! 우리는 바다를 깨끗하게 하는 <오션 클린업> 프로젝트를 시작했는데 여러 나라에서 함께 도전하고 있습니다. 부산에서 유능한 해양 공학자들로 모인 여러분들도 이 프로젝트에 참여하여 해양 플라스틱 쓰레기를 제거하는 좋은 아이디어를 고안해 주세요. 얼마 전 기름 유출 사고가 있어 많은 예산을 방제 작업에 사용했기 때문에 <오션 클린업> 프로젝트에 쓸 수 있는 예산이 부족 하다는 점도 고려해주세요. 유의사항 문제정의와 제한조건 확인 1. 해결 해야하는 공학적 문제를 정의한다. ∙ 해양 플라스틱 쓰레기를 제거하기 위한 <오션 클린업>장치 만들기 2. 목적을 제시한다. ∙ <오션 클린업>장치의 목적은 산출물의 성능을 평가하는 기준이 된다. ∙ 목적과 조건은 교사가 구체적 으로 제시하였으나 학습자의 수준에 따라 학습자가 목적과 조건을 주도할 수 있다. ∙ <오션 클린업>장치의 성능을 평가하는 기준 세우기 3. <오션 클린업>장치의 제한 조건을 제시한다. ∙ 예산, <오션 클린업>장치 구성에 쓰이는 재료, 재료의 가격 유의사항 정보 수집 재료 탐색 1. <모둠별 조사> GPGP는 무엇일까? ∙ GPGP에 대해 모둠별로 조사 해보고 문제에 대해 이해한다. <참고> http://tvcast.naver.com/v/55 04554 http://tvcast.naver.com/v/29 69357 ∙ 모둠별 조사 결과를 공유하 고 배경지식을 넓힌다. 2. 조사 결과 발표 부산대학교 과학영재교육원 61 6. 지구과학 2 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색(2) 1 2 3 4 전문가 활용 D C B 학습 목표 1. 해류의 종류와 해수의 순환을 알 수 있다. 국가해양환경교육센터 전문가 2. 우리나라 쓰레기가 태평양까지 가는 경로를 설명할 수 있다. 3. 해양 쓰레기가 인간에게 미치는 영향을 설명할 수 있다. 유의사항 정보 수집 재료 탐색 ∙ <전문가 활용 수업>을 통해 ① GPGP의 생성 원인을 이해 하는 기회를 제공한다. 1. 우리나라 주변의 해류 ② <오션 클린업> 프로젝트를 이해하는 기회를 제공한다. ∙ 영상 출처 https://www.youtube.com/w atch?v=KZlyOWhfILM 2. 해수의 순환과 GPGP의 형성 3. 미세플라스틱과 인간에게 미치는 영향 4. <오션클린업> 프로젝트 62 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 A 오션 클린업! - 바다를 지켜라! 3 해결책 설계 1 2 3 4 D C 학습 목표 A 준비물 1. <오션 클린업>장치의를 설계할 수 있다. ∙ 공통 재료 : 아크릴 수조 (40×60×30cm), 작게 자른 플라스틱 조각, 스티로폼 조 각, 셀로판지 조각(: 해양 플 라스틱 쓰레기 역할), 가위, 풀 2. 모둠원들과 의견을 교환하고 최적의 설계도를 선택할 수 있다. 3. 모둠원과 협력하여 1차 산출물을 제작한다. 해결책 설계 ∙ 선택 재료 : 장난감 배, 실, 그 물, 빨대, 철사, 수수깡, 종이 컵, 플라스틱컵 등 1. <오션 클린업>장치 설계하기 ① 문제 상황이 그려진 설계도 개인별 제공 유의사항 ∙ 수조 안에 물이 담겨 있으며 작게 자른 스티로폼 조각, 플라스틱 조각, 비닐 조각이 30g 떠 있다. ② 모둠원 각자 설계도에 해결책 세우기 ① 수조의 크기 - 성능이 가장 우수한 해결책을 찾아보고 순위를 정한다. ② 플라스틱 조각의 양 ∙ 예산 책정 등의 현실적 문제 를 반영함으로써 학생들이 공학자로서 정체성 경험할 수 있다. 2. 예산에 맞는 재료 구입하기: 전체 예산 10만원 개수 또는 길이 ∙ <해결책 설계> 단계에서 순서 는 프로그램에 따라 유연하 게 설계할 수 있다. ∙ 모둠별 조건을 문제 상황이 같도록 유지한다. ∙ 모둠원들과 토의하여 모둠 설계 정하기 재료 B 금액 3. 제작 활동에 필요한 안전 교육 4. 1차 <오션 클린업>장치 제작 ∙ 1순위로 선정된 해결책을 토대로 협력하여 제작한다. 부산대학교 과학영재교육원 63 6. 지구과학 4~6 최적화 1 2 3 4 D 준비물 ∙ 공통 재료 : 아크릴 수조 (30×60×25cm), 미니 선풍 기(: 바람의 영향을 구현), 선 풍기를 고정하는 거치대, 플 라스틱과 스타이로폼 조각 10g (: 해양 플라스틱 쓰레 기 역할), 가위, 풀 ∙ 선택 재료 : 털실, 빨대, 색종 이, 모루, 스티로폼, 스펀지, 줄자, C B A 학습 목표 1. 산출물을 기준에 따라 평가한다. 2. 개선책을 제시하여 수정 보완하여 더 나은 산출물을 제작한다. 3. 공학설계과정을 기록한다. 최적화 1. 1차 <오션 클린업>장치의 제작 완성 및 평가 ∙ <오션 클린업>장치의 목적에 부합하는지 평가하기 위해 쓰레기 조각이 얼마나 수거되는지 성능을 평가한다. ∙ 일정 시간( 30초) 동안 쓰레기를 수거하고, 수분을 충분히 제거한 다음 질량을 측정해 본다. 유의사항 산출물에 대한 평가와 토론을 통 해 아이디어를 교환하고 학습자 의 비판적 사고를 자극한다. 2. 1차 최적화(수정 및 보완) ∙ 성능에 문제가 있다면 설계도를 수정하여 <오션 클린업>장치를 개선한다. Q. <오션 클린업>장치의 문제점이 무엇인가요? Q. 수정 방법은 무엇인가요? 과학적으로 타당한가요? 3. 수정 계획에 따라 2차 <오션 클린업> 장치 제작 ① 추가로 필요한 재료의 가격을 계산하고 구입한다. ② 추가 구입한 재료를 1차 설계도에 기록한다. 4. 2차 <오션 클린업> 장치 평가 5. 2차 최적화(수정 및 보완) 64 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 오션 클린업! - 바다를 지켜라! 6. 3차(최종) <오션 클린업> 장치 제작 7. 최종 평가하기 유의사항 ① 제한 시간 결정하기(예: 20초~30초) ② 주어진 시간 동안 플라스틱 조각이 얼마나 수거되는지 측정한다. 장치 1차 시도(질량) 2차 시도(질량) 1조 2조 3조 4조 5조 6조 8. 결과 기록하기 ① ‘1차 장치’로 시작하여 ‘2차 장치’를 거쳐 ‘3차 장치’ 결과까지 달라진 점을 구체적으로 기록한다. ② 아쉬운 점 및 성능 향상을 위한 제안할 부분을 토의하고 기록한다. ∙ 산출물의 제작과 수정 보완 과정을 수시로 기록하기 어 려우므로 결과를 기록하는 과정을 활동의 마지막에 거 치도록 한다. ∙ 동료 평가과정이 될 수 있다. 9. 결과 발표 및 과학적 비판하기 ∙ 모둠 별로 개선 내용과 성능 향상을 위한 제안할 부분을 발표하고 과학적으로 비판해본다. ① 학습지의 안내 순서에 따라 결과를 발표한다. ② 모둠 발표를 듣고 장점과 단점, 개선할 점을 기록한다. 부산대학교 과학영재교육원 65 6. 지구과학 유의사항 ∙ 습득한 과학적 교과 지식과 융합적 문제해결력의 성취 정도를 평가한다. ∙ 동료 평가의 ‘모둠간 평가’는 최종 평가 과정으로 생략한다. ∙ 평가 기준의 영역별 점수는 모두 동일하게 줄 수도 있다. 평가하기 1. 학습자의 자기 평가 평가 기준 인 지 적 영 역 ∙ 안전하게 정리하도록 지도한다. ○ 또는 × 해수의 순환을 이해했는가? GPGP의 생성 원인과 심각성을 이해했는가? 배운 내용을 토대로 1차 보안장치를 성실히 제작하였는가? 모든 영역 : (0) (1) (2) 평가 문항 정 의 적 영 역 수정 과정(수정안을 만들고, 보완하는 과정)을 거치면서 끝까지 제작에 참여하였는가? 토의시간에 자신의 의견을 적극적으로 제시하고, 상대방의 의견에 귀 기울여 들었는가? 2. 교사 평가 평가 기준 산 출 물 기 록 평가 문항 점 수 <오션 클린업>장치의 성능이 완벽한가? (제한 시간동안 수거율이 50% 이상인 경우 8점) (1) (5) (8) 설계도 : 1차 설계도를 과학적으로 고안했는가? (1) (2) (3) 수정과정: 문제점과 수정 방안이 과학적으로 타당한가? (0) (1) (2) 결과: ‘개선 내용’을 구체적으로 기술하였는가? (0) (1) (2) 예산의 효율성이 있는가? 가 산 점 ➜ 6만원 이상 남긴 경우 2점 (0) (1) (2) ➜ 3만원 이상 남긴 경우 1점 3. 활동 후 남은 재료 처리 안내 ① 쓰레기 발생이 많으므로 재사용 할 수 있는 재료 구분에 유의한다. ② 수조 속 쓰레기를 물과 함께 버리지 않도록 지도한다. ③ 수조에 물이 담긴 채로 학생이 운반할 경우 위험하므로 물 처리는 교사가 하는 것이 좋다. 66 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안