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공 맞히기

스포츠를 더 잘 하는 방법 중 하나가 바로 스포츠 뒤에 숨어있는 과학을 이해하는 것이에요. 이제부터 힘과 상호작용에 대한 이해도를 적용하여 공 맞히기 게임을 만들어볼 거예요.

45-90분
고급
6-8학년
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준비

  • 온라인 학생용 자료를 검토하세요. 수업 중에 프로젝터를 사용하여 이 자료를 학생들과 공유하세요. 이 수업은 45분 수업을 최소 2번에 걸쳐 진행되도록 설계되었습니다. 파트 A는 1차시에 해당하고, 파트 B는 2차시에 해당합니다.
  • 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.

파트 A (45분)

착수

(학급 전체, 5분)

  • 학생용 비디오를 여기에서 보거나 온라인 학생용 자료를 통해 액세스하세요.
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  • 공 맞히기 게임에서 하나의 공을 다른 공에 충돌시키는 데 어떤 힘이 필요한지, 그로 인한 힘의 벡터가 어떻게 움직임에 영향을 미치는지, 플레이어가 어떻게 힘, 상호작용, 각도 등에 대한 지식을 활용하여 득점을 할 수 있는지에 대해 간단히 토의를 진행하세요.
  • 이러한 질문을 던져보세요.
    • 비디오에서 본 볼 게임은 다른 데서 보았던 게임과 어떻게 다른가요? (공 하나를 다른 공에 충돌시켜 포켓에 넣으면 점수를 얻어요.)
    • 두 개의 공이 서로 다른 각도에서 충돌하면 어떻게 되며, 왜 그런 현상이 발생하나요? (뉴턴의 세 번째 법칙: 크기가 같고 상반되는 힘)
    • 비디오의 충돌 장면을 보고 무엇을 알 수 있었나요? (공이 서로 부딪치는 것을 “탄성 충돌”이라고 해요. 공이 단단할 경우 공이 운동 에너지/움직임의 [상당한] 손실 없이 서로 튕겨져 나가요.)
  • 학생들에게 여러 각도에서 공 하나를 다른 공에 충돌시켜 포켓에 넣고 득점을 하기 위한 메커니즘을 설계할 것이라고 말해 주세요.

탐구

(소규모 팀, 30분)

  • 학생들이 2명씩 팀이 되어 경기장을 조립하게 하세요.
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  • 과제 설명:
    • 학생들에게 포켓에 공을 넣는 방식의 경기장에서 사용할 공 맞히기 메커니즘을 디자인해야 한다는 것을 말해 주세요.
    • 채점 기준 설명:
      • 포켓 1 (2점)
      • 포켓 2 (4점)
      • 공 “A”로 공 “B”를 맞히고 양쪽 포켓에 모두 공을 하나씩 넣음 (6점)
      • 공이 하나도 포켓(녹색 프레임)에 들어가지 않을 경우 득점 없음
      • 일단 경기장에 놓인 후에는 공에 손을 대는 것이 허용되지 않음
    • 공 맞히기 메커니즘이 파란색 패널에 연결되어야 하고(긴 십자 축을 미니 당구 큐처럼 사용해서는 안 됨), 최소 두 개 이상의 구동 부품이 있어야 함
  • 학생들에게 해결해야 할 문제를 토의한 후, 조립을 시작하기에 앞서 아이디어를 몇 가지 스케치하고 이름을 붙이게 하세요.
  • 연필과 종이를 이용해 아이디어를 스케치해도 좋고, 브릭을 이용해 3-D “스케치”를 해도 좋아요.

설명

(학급 전체, 5분)

  • 학생들을 한데 모은 다음, 아이디어에 대한 검토와 토의를 진행하세요.
  • 이러한 질문을 던져보세요.
    • 모델이 공을 어떻게 밀어낼까요?
    • 조립 가이드북의 어느 모델이 영감을 주었나요?
    • 어떤 부분이 스케치와 동일한가요? 어떤 부분이 다른가요?
    • 무엇을 바꿀 수 있을까요?
  • 학생들에게 다음 수업 중에 다시 사용할 수 있도록 조립된 모델을 상자 안에 보관하게 하세요. 만일 세트를 다른 수업에서 사용할 예정인 경우, 모든 모델의 사진을 찍어 두고 학생들에게 모델을 분해하게 하세요. 다음 수업 중에 다시 조립하고 개선하는 과정에서 모델이 한층 더 나아질 거예요!

파트 B (45분)

착수

(학급 전체, 5분)

  • 파트 A에서 학생들이 작업한 스케치, 사진 및/또는 모델을 나누어 주세요.
  • 학생들에게 모델을 다듬고, 개선하고, 완성하기 위해 오늘 계획하고 있는 것을 공유하게 하세요.
  • 원활히 진행이 되지 않고 막힐 경우, 다른 팀에게 조언을 구해볼 것을 권장하세요. 현실 세계에서도 엔지니어와 디자이너가 서로의 아이디어를 바탕으로 살을 덧붙이곤 하거든요. 조립 가이드에서 영감을 얻는 것도 괜찮은 방법입니다.
  • 학생들에게 세트에 들어 있는 브릭만 사용할 수 있으며 다른 팀의 것을 빌려와서는 안 된다는 점을 안내해 주세요.

탐구

(소규모 팀, 30분)

  • 각 팀별로 공을 맞히기 위한 프로토타입 메커니즘의 조립과 테스트를 시작하게 하세요.
  • 아래의 섹션에서 조립에 도움이 될 정보를 찾아볼 수 있어요.

설명

(학급 전체, 5분)

  • 학생들에게 모델을 공유하고 설명하게 하세요.
  • 이러한 질문을 던져보세요.
    • 모델이 얼마나 잘 작동했나요?
    • 어떤 각도에서 어떻게 득점을 할 수 있었나요?

다듬기

(학급 전체, 5분)

  • 학생들에게 다른 어느 친구의 모델에서 가장 큰 영감을 얻었는지 말해보게 하세요.
  • 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

  • 특정 방향으로 물체에 작용하는 힘이 물체의 동작을 어떻게 바꾸는지를 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 힘과 질량이 어떻게 물체의 움직임을 바꾸는지를 묘사할 수 있습니다.
    • 파란색: 힘과 질량이 어떻게 물체의 움직임을 바꾸는지를 묘사할 수 있습니다.
    • 보라색: 힘과 질량이 물체의 움직임을 어떻게 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

  • 아이디어를 구상하는 단계에서 막혀버린 학생이 있을 경우, 다음과 같이 지도를 해주세요.
    • 공을 움직이기 위한 모델을 이미 조립했는지 여부를 물어보세요.
    • 조립 가이드북 1페이지의 아이디어 이미지를 보여주고 출발점으로 삼게 하세요.
    • 학생에 따라 시간 내에 조립하기에는 너무 거창한 아이디어를 갖고 있을 수도 있어요. 그러한 경우, 다음 수업 시작 전까지 아이디어를 단순화할 방법을 생각해보게 하세요. 많은 디자이너들이 계획을 재고하고 수정하기 위해 프로젝트에서 잠시 벗어나는 시간을 갖는다는 점을 설명하면서, 학생들의 창의력을 키워주세요.
    • 이 사진은 조립 가이드북 1페이지에서 가져온 샘플 솔루션 입니다. 단, 학생이 아이디어를 구상하는 데 어려움을 겪지 않는다면 굳이 이것을 공유할 필요는 없습니다. 오히려 창의력을 제한할 뿐이니까요.
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차별화

수업을 단순화하는 방법:

  • 학생들에게 조립 가이드북 1페이지의 랙과 피니언 메커니즘에 대한 조사를 시작하게 하세요.

수업의 수준을 높이는 방법:

  • 학생들에게 포켓에 골이 들어가는 순간을 자동으로 알려줄 장치를 디자인하라는 과제를 부여하세요.
  • 학생들에게 세트의 다른 부품을 이용해 모델을 장식하게 하세요.

확장

(참고: 이렇게 하려면 추가 시간이 필요합니다.)
수학 능력을 발달시키기 위해, 학생들에게 세트에 들어 있는 인쇄본 각도 측정 구성 요소를 이용해 공이 어느 각도에서 타격을 받는지 측정하게 하세요. 또한 매번의 각도와 득점 여부를 기록하라고 말해 주세요. 그 다음, 이 데이터를 분석하여 어느 각도에서 효과가 가장 좋았는지 판정하게 하세요.

2015개정교육과정, 수학 [9수03-02] 다양한 상황을 그래프로 나타내고, 주어진 그래프를 해석할 수 있다.

교사 지원

학생 과제:

  • 힘과 상호작용에 대해 이미 배운 내용을 적용합니다
  • 게임에서 이기게 해줄 기계적 솔루션을 설계하기 위해 브레인스토밍, 스케치, 디자인, 프로토타입 제작, 조립, 테스트, 반복, 재조립, 실험을 수행합니다
  • 레고® 에듀케이션 스타피쉬 세트(2인 1세트)

2015개정교육과정
[9과02-01]
무게가 중력의 크기임을 알고, 질량과 무게를 구별할 수 있다.
[9과19-03]
일의 의미를 알고, 자유 낙하하는 물체의 운동에서 중력이 한 일을 위치 에너지와 운동 에너지로 표현할 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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