BricQ Motion Prime

프로펠러 자동차

돛단배나 육상용 요트가 바람을 거슬러 이동하는 것이 쉬운 일은 아니지만, 엔지니어링의 힘으로 얼마든지 가능하게 할 수 있어요. 기계적 힘이 어떻게 물체의 움직임을 바꿀 수 있는 것이며 이러한 힘이 어떻게 원거리에서 작용하는지를 조사하세요.

30-45분
고급
6-8학년
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준비

  • 온라인 학생 자료를 검토하세요. 수업 중에 프로젝터를 사용하여 이 자료를 학생들과 공유하세요.
  • 이전 수업에서 뉴턴의 세 가지 운동 법칙을 다루었는지 확인하세요.
  • 모든 학생의 능력과 배경을 고려하세요. 모두가 수업에 참여할 수 있도록 수업을 차별화하세요. 아래의 차별화 섹션에 제시된 제안 사항을 참조하세요.
  • 바닥에 선풍기를 배치하되 전방으로 최소 2.7미터 이상 거리를 두어 프로펠러 자동차가 움직일 공간을 확보하세요. 테이프를 한 줄 사용하여 각각의 선풍기 앞에 출발점을 표시하세요(선풍기와 직각으로).

착수

(학급 전체, 5분)

  • 학생용 비디오를 여기에서 보거나 온라인 학생용 자료를 통해 액세스하세요.
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  • 어떤 힘이 프로펠러 자동차를 가장 멀리 움직이게 하는지에 대해 간단히 토의를 진행하세요.
  • 이러한 질문을 던져보세요.
    • 무엇이 풍력 터빈을 움직이게 하는 걸까요? (바람에 의해 움직이며, 기압의 차이가 바람을 만들어요.)
    • 어떤 힘이 풍력 터빈을 움직이게 하는 걸까요? (프로펠러 날개의 모양이 바람의 힘 벡터에 영향을 미치고, 이것이 회전 동작을 일으켜요.)
  • 학생들에게 프로펠러 자동차를 만들 것이라고 말해 주고, 바람의 힘이 어떻게 차의 움직임을 바꾸는지 조사하게 하세요.

탐구

(소규모 팀, 30분)

  • 학생들이 2명씩 팀이 되어 프로펠러 자동차 모델을 조립하게 하세요. 한 명이 브릭을 찾는 동안 다른 한 명은 조립을 하게 하고, 매 단계가 완료될 때마다 역할을 바꾸게 하세요.

    아래의 섹션에서 조립에 도움이 될 정보를 찾아볼 수 있어요.

  • 학생용 자료에 실린 세 가지 실험을 보여주고, 학생용 워크시트를 나눠 주세요.

실험 1: 역풍

  • 학생들에게 프로펠러 자동차가 선풍기 쪽을 향하도록 출발선에 세우게 하세요.
  • 선풍기를 켜고, 자동차가 어떻게 움직이는지 관찰하게 하세요.
  • 학생용 워크시트에 관찰한 바를 기록하게 하세요.

실험 2: 순풍

  • 학생들이 프로펠러의 위치를 바꿔 뒤쪽을 향하도록 만들게 하거나, 기어 어셈블리를 위아래로 뒤집어 회색 기어가 위로 가도록 만들게 하세요.
  • 학생들이 선풍기를 켜고, 차가 앞을 향할 때와 뒤를 향할 때 차에 어떤 일이 일어나는지 관찰하게 하세요.
  • 학생용 워크시트에 관찰한 바를 기록하게 하세요.
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실험 3: 더 많은 프로펠러 날개

  • 학생들에게 프로펠러의 날개를 추가로 더 붙이고 다시 실험을 해보게 하세요. 시간이 충분하다면 아래와 같이 변화를 주게 하세요.
    • 프로펠러 기어 모듈이 위로 향함
    • 프로펠러 기어 모듈이 아래로 향함
    • 프로펠러 기어 모듈이 뒤로 향함
    • 날개가 4개인 프로펠러
    • 날개가 6개인 프로펠러(조립 가이드북 3페이지의 힌트 참조)
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설명

(학급 전체, 5분)

  • 학생들을 한데 모은 다음, 실험에 대한 검토와 토의를 진행하세요.
  • 이러한 질문을 던져보세요.
    • 자동차가 바람을 거슬러(역풍) 가던 것을 바람을 따라(순풍) 가도록 하려면 어떻게 해야 할까요? (기어링 또는 프로펠러의 방향)
    • 무엇이 프로펠러 자동차를 역풍 방향으로(선풍기 쪽으로) 가게 만드나요? (차에 작용하는 힘의 벡터 합계가 커져서 차를 역풍 방향으로 밀어요.)
    • 풍력 자동차가 바람의 속도보다 더 빨리 달릴 수 있을까요? (예! 수업 초반에 시청한 비디오에서 몇몇 자동차가 바람의 속도보다 훨씬 빠르게 움직이는 것을 보았어요.)

다듬기

(학급 전체, 5분)

  • 시간이 된다면, 힘의 작용(힘의 벡터)을 보다 상세히 설명해주세요.
  • 학생들에게 모델을 분해하고 브릭을 트레이 안에 다시 분류한 다음, 작업 공간을 치우게 하세요.

평가

(수업 내내 진행)

  • 학생 개개인의 성과에 대한 피드백을 제공하세요.
  • 자체 평가를 진행하세요.
  • 제공된 활동평가표를 사용하면 프로세스를 단순화할 수 있습니다.

관찰 체크리스트

  • 여러 가지 힘과 메커니즘이 물체의 움직임을 바꾸는 원리를 학생들이 얼마나 능숙하게 묘사하는지 측정하세요.
  • 교사의 요구 사항에 맞는 척도를 만드세요. 예를 들면...
    1. 추가적인 도움 필요
    2. 독립적으로 수행 가능
    3. 남을 가르쳐도 될 정도

자기 평가

  • 학생 개개인에게 자신의 성과를 가장 잘 나타낸다고 생각되는 브릭을 선택하게 하세요.
    • 녹색: 약간의 도움만 주어진다면 눈에 보이지 않는 힘과 기어 트레인의 결합이 어떻게 물체의 움직임을 바꾸는지를 묘사할 수 있습니다.
    • 파란색: 눈에 보이지 않는 힘과 기어 트레인의 결합이 어떻게 물체의 움직임을 바꾸는지를 묘사할 수 있습니다.
    • 보라색: 눈에 보이지 않는 힘과 기어 트레인의 결합이 어떻게 물체의 움직임을 바꾸는지를 묘사하고 설명할 수 있습니다.

동료 피드백

  • 학생들에게 다음과 같은 방식으로 동료 평가를 하게 하세요.
    • 위의 브릭 척도를 이용해 서로의 성과에 대해 평점을 매김
    • 자신의 아이디어를 발표하고 건설적인 피드백을 제시
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모델 팁

  • 각 팀별로 조립을 마치는 대로 테스트를 시작하게 하세요. 모든 학생에게 모델을 실험해 볼 기회가 돌아가도록 번갈아 조정을 가해보게 하세요.
  • 모든 테스트에 걸쳐 선풍기 속도를 일정하게 하세요. 속도는 임의로 정하면 돼요.
  • 선풍기가 너무 크거나 너무 강할 경우, 출발선에서 더 멀리 떨어지도록 뒤쪽으로 옮기세요. 가구 등을 사용하여 선풍기의 바람을 일부 차단할 수도 있어요.
  • 선풍기가 너무 작을 경우, 모델에 더 근접한 곳으로 옮기거나 모델을 따라가도록 손으로 움직여주세요.

차별화

수업을 단순화하는 방법:

  • 학생들에게 차를 역풍 방향으로 움직이게 하는 기본 모델 변수만을 실험하게 하세요.

수업의 수준을 높이는 방법:

  • 학생들에게 차를 역풍 방향으로 보다 효과적으로 움직이게 할 방법을 알아내게 하세요.
  • 학생들에게 차의 구동을 위한 프로펠러를 플라이휠로 대체할 방법을 알아내게 하세요.

Extensions

(참고: 이렇게 하려면 추가 시간이 필요합니다.)
수학 능력을 발달시키기 위해, 학생들에게 비율의 개념을 조사하고 프로펠러 날개가 회전하는 속도와 바퀴가 회전하는 속도 사이의 기어비 관계를 설명하게 하세요.

2015개정교육과정, 수학
[6수04-04] 비례식을 알고, 그 성질을 이해하며, 이를 활용하여 간단한 비례식을 풀 수 있다.

교사 지원

학생 과제:

  • 힘이 물체의 움직임을 바꾸는 원리를 이해합니다
  • 힘이 원거리에서 작용하는 원리를 이해합니다
  • 에너지와 힘 사이의 관계를 조사합니다
  • 레고® 에듀케이션 스타피쉬 세트(2인 1세트)
  • 마스킹 테이프
  • 중형 탁상용 선풍기(권장 수량: 학생 10명당 1개)

2015개정교육과정
[9과18-03]
기압의 개념을 알고, 바람이 부는 이유를 설명할 수 있다.
[9기가05-06]
생활 속 문제를 찾아 아이디어를 구상하고 확산적・수렴적 사고 기법을 활용하여 창의적으로 해결한다.

학생용 자료

학생용 워크시트

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