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창의교육

행복학교 이야기

창의인성교육 실천을 통해 행복학교를 만들어가는 전국의 우수 학교 사례를 소개합니다.    

  • 작성자크레존
  • 등록일2018.10.10
  • 조회수884
콘텐츠 소개

내진설계 구조물 만들기 프로젝트는 스스로 선택한 재료를 사용하여 진동대에서 최대한 오래 견딜 수 있는 구조물을 만드는 프로젝트이다. 2016년 경주에서 발생한 지진 이후 내진설계의 중요성이 강조되는 것을 계기로 내진설계를 활용한 수업을 계획하게 되었다. 기술가정과 2015 개정교육과정 에도 해당 내용이 포함될 예정이므로, 주제 적합성이 매우 높은 활동 과제라 생각된다.

수업 들여다보기

내진설계 구조물 만들기라는 주제를 선정하고, 그동안 학생 활동 중심 수업을 진행하면서 몇 가지 아쉬웠던 점이 있었다. 학생들의 저조한 참여, 학생들의 창의력 부재, 공정한 평가의 어려움이 바로 그것이다. 이를 해결하기 위해 문제 중심 학습법과 프로젝트를 활용한 수업을 경진대회 방식으로 진행하는 PSC(Problem Solving Challenge) 수업을 고안하여 실시하다.

PSC 수업은 NASA에서 제시한 공학 설계 과정(NASA, 2012)과 초중등 공학교육 강화방안 정책연구에서 도출한 초중등 공학설계 과정(한국과학창의재단 2013, 23)을 바탕으로, 경진대회 형식을 접목하여 설계하다. 학생들에게 문제해결 과정에서 겪는 각종 선택에서 최대한의 자유를 보장함으로써, 학생들의 창의력과 문제해결 능력, 융합적 사고력을 이끌어내고자 하였다. 교사는 명확한 목표를 담은 도전과제, 활용할 수 있는 다양한 자료와 재료, 그리고 평가 방법 등을 사전에 제공하고, 이를 해결하는 과정은 전적으로 학생들에게 맡겼다.

수업 따라 하기
PCS 도전과제 제시

• 도전과제: 총 구조물의 비용이 1,100만 원이 넘지 않도록 재료를 사용하여 내진설계 구조물을 제작하라.

평가 기준과 제한 조건 확인

• 제한 조건(구조물 규정)

학생들이 다음과 같은 규정을 준수하여 내진설계 구조물을 제작하도록 안내한다.
1) 작품은 4층(기초판 1개, 바닥판이 3개)으로 제작되어야 한다.
2) 각 층의 높이는 15cm 이상, 총 높이 60cm 이상
3) 기초판은 25cm×25cm, 바닥판(각층) 15cm×15cm
4) 옥상에 지점토(하중블럭)가 떨어지지 않기 위한 구조물 필수
5) 선형부재의 폭은 주어진 견본 막대의 폭(1.3cm)으로 한다.
6) 선형부재를 옆으로 이어서 벽을 만들면 안된다.
※ 단, 각도를 줘서 결합한 삼각기둥, 사각기둥 형태는 가능(선형 부재로 바닥판을 만들면 재료비를 절감할 수 있다. 상황에 따라 허용해도 됨.
7) 기둥은 상부까지 한 번에 이어져도 된다.
8) 바닥은 반드시 면으로 만들 필요는 없으며, 구멍을 뚫어도 된다.(단, 바닥이 없으면 안 된다.)
9) 모든 층은 내부가 50% 이상 보여야 한다.
10) 기초판(25cm×25cm)의 안쪽에만 구조물을 설치하여야 한다.
※ 내부 구조물 가능 : 구조물 내부에 부재 설치 가능(내부에 구멍을 뚫고 기둥을 삽입한 형태도 가능)
※ 외부 구조물 가능 : 구조물 외부(밑판 24cm×24cm)에도 구조물 설치 가능
※ 단, 바닥판의 모서리의 1cm 정도는 진동대 결합을 위해 남겨놓는다.

• 평가 기준

해결방안 탐색

각 모둠은 도전과제 해결을 위한 아이디어를 비주얼 씽킹을 활용하여 토의한다. 교사는 이 과정에서 학생들이 활용할 수 있는 도움자료를 제공한다. 이때 도움자료의 이론적인 내용을 학생들이 해결방안 탐색 및 실습 과정에서 자연스럽게 체득하도록 한다.

• 제공되는 도움자료(학생들이 습득해야 할 이론적 지식 포함)

① PSC 문제해결 과정
② 제한 조건 및 재료비용 표
③ 세계의 고층 구조물의 형태 사진 자료
④ 내진설계의 방법과 원리(내진 구조, 제진 구조, 면진 구조)
⑤ 트러스 구조의 개념과 장점
⑥ 내진설계 경진대회 우수작 설계 포트폴리오

• 모둠별 전문가 역할 분담

▲ 비주얼 씽킹 토의
최선의 해결책 선택

학생들은 자신이 맡은 전문가 역할에 따라 보고서 및 계획서를 작성하고, 이를 종합하여 모둠별 설계 포트폴리오를 완성한다. 각 모둠의 홍보 담당자는 해당 내용을 다른 모둠에게 발표할 수 있는 자료를 제작하고, 이를 발표하게 한다. 각 모둠은 다른 조의 발표 내용을 경청함과 동시에, 해당 모둠이 제한 조건을 위반하는지 검토하도록 한다.

▲ 비주얼 씽킹을 활용한 모둠별 발표 자료

▲ 모둠별 설계안 발표
모델 제작

각 모둠은 모둠에서 선정한 해결책과 공정 계획을 바탕으로 구조물을 제작한다. 교사는 학생들이 안전하게 실습을 진행하도록 안내하며, 모델 제작을 하면서 제한 조건을 준수하는지 확인하는 심판의 역할을 수행한다. 단, 구조물의 공학적인 요소에 대한 질문의 경우 제한적으로 조언해주며, 문제 상황을 대신 해결해주지 않도록 한다.

• 내진설계 구조물 제작 실습 시 교사의 역할

① 실습 시 안전사고가 발생하지 않도록 유의한다.
② 사전에 계획한 계획에 맞게 재료를 재단하도록 하고, 교사에게 확인받도록 한다. 여분의 재료는 전부 버리게 한다.
③ 학생들이 제한 조건을 위반하지 않도록 안내한다.
④ 작품 제작 과정에서 어려움을 겪는 모둠에게는 제한적으로 조언해준다.

▲ 모둠별로 수립한 재료 계획에 따른 폼보드 재단

▲ 내진설계 구조물의 제작
시험과 해결책 평가

완성된 내진설계 구조물은 사전에 안내한 평가 기준에 근거하여 다음과 같은 진동 시험을 통해서 평가한다.

▲ 내진설계 구조물 진동 시험
수업 후기

첫째, 내진설계 구조물 만들기 활동을 경진대회 방식으로 운함으로써 학생들의 수업 활동을 공정하게 평가할 수 있었다. 명확한 평가 기준과 제 한 조건, 목표 달성 여부의 정량적인 평가는 공정성을 높임과 동시에 교사가 느끼는 평가 과정의 어려움을 줄일 수 있었다. 평소 평가 시간은 학생과 교사 모두가 긴장하고 힘들어하던 시간이었지만, 경진대회 방식의 진동시험으로 진행하니 모든 차시 중 가장 신나는 시간이 될 수 있었다. 학생들은 교사가 평가 결과를 알려주지 않아도 “아! 나 OO점이다!” 하면서 스스로 자신의 평가 점수를 확인할 수 있었고, 평가에 대한 신뢰도도 크게 높아졌다.

 

둘째, PSC 수업에서 제공하는 비구적이며 실제적인 도전과제를 통해 학생들의 무한한 사고력을 자극할 수 있었다. 이와 더불어 재료별 비용의 고려라는 조건을 추가해 실현 가능성도 함께 검토하도록 하다. 그 결과 학생들의 창의력과 개성이 담긴 다양한 내진설계 구조물이 나왔으며, 자신만만한 모습으로 자신들이 만든 구조물의 구조적 특징을 다른 조에 자랑하다.

 

셋째, 공정한 경쟁을 위한 요소들을 PSC 수업에 도입함으로써 선의의 경쟁에 대한 욕구를 자극하고, 적극적인 수업 참여를 유도할 수 있었다. 학생들은 수업 종이 울려도 “선생님, 먼저 가세요, 저희 조금만 더 하고 알아서 정리할게요.”라며 좀처럼 교실을 떠나려 하지 않았다.

 

앞으로 개선해야 할 부분이 많지만, 학생들의 적극적인 수업 참여, 공정한 평가, 학생들의 창의적 사고 활용 촉진 등 이전보다 전체적으로 만족스러운 수업이었다.

 
 

◈ 참고문헌

  • 박성익 외, ‘교육방법의 교육공학적 이해’, 교육과학사, 2008
  • 최유현, ‘미국 기술과 교육의 현상과 동향’, 2006
  • 한국과학창의재단, ‘초중등 공학교육 강화방안 정책연구’, 2013
  • 김다라니, 이상봉, ‘중학교에서의 기술적 체험활동에 대한 창의적 문제해결 경진대회 프로그램 개 발’, 2011
  • Nick Haddad, Harold McWilliams, Paul Wagoner, ‘NASA Engineering Design Challenges(Spacecraft Structures)’, 2008
나 상 우 (사곡고등학교)

 

 

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