LEGO® MINDSTORMS® EV3 코어 세트

첫 번째 기어

기어 모델을 조립하고, 기어의 기초 원리를 배워보아요.

45-90분
초급
6-8학년
교사 지원

학생 과제:

  • 기어비를 계산하는 방법을 학습하세요.
  • 간단한 기어 구성을 사용하는 방법을 습득하세요.
이번 수업은 다음 운영 체제에서 실행됩니다.
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2015 개정교육과정
추상화와 알고리즘[9정03-04]
문제 해결을 위한 다양한 방법과 절차를 탐색하고 명확하게 표현한다.
함수[10 수학 04-01]
함수의 개념을 이해하고, 그 그래프를 이해한다.
프로그래밍[12정보04-09]
다양한 학문 분야의 문제 해결을 위한 알고리즘을 협력하여 설계한다.
컴퓨팅 시스템[12정과04-03]
문제 해결을 위한 피지컬 컴퓨팅 시스템을 설계하고 구성한다.

Lesson Plan

수업 계획

1. 준비

  • EV3 클래스룸 앱의 학생용 자료를 읽으세요.
  • 학생들이 기어비, 구동 기어와 피동 기어, 아이들러 기어 등의 개념을 이해하는 데 도움이 될 만한 기어 관련 정보를 수집하세요.

2. 착수(5분)

  • 학생들에게 아래 토의 시작 섹션에 제시된 아이디어를 이용해 이 수업과 관련된 토의를 시작하게 하세요.
  • 학생들이 두 명씩 팀을 이루게 하세요.

3. 탐구(20분)

  • 학생들에게 2인 1조로 기어 모델을 조립하게 하세요.
  • 모델이 올바르게 조립되었고 예상대로 작동되는지 테스트할 수 있게 약간의 시간을 주세요.

4. 설명(10분)

  • 각 팀별로 제안된 기어 조합을 사용하여 실험을 실시하고, 결과를 기록하게 하세요.
  • 학생들이 자체적으로 테스트표를 만들 수 있는지 확인하세요.

5. 다듬기(35분)

  • 학생들에게 여러 가지 기어 조합이 회전수 및 회전 방향과 어떤 관계가 있는지를 분석하게 하세요.
  • 각 팀별로 실험 결과를 간략히 요약하게 하세요.
  • 뒷정리를 위한 약간의 시간을 남겨두는 것을 잊지 마세요.

6. 평가

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

토의 시작

기어는 우리 주변의 어디에서나 볼 수 있어요! 간단히 설명하자면 기어는 톱니바퀴예요. 두 개 이상의 기어를 맞물리게 하면 힘을 전달하고 속도를 늘리거나 줄이고 회전 운동의 방향을 바꾸는 등의 효과를 일으킬 수 있어요.

아래와 같은 질문을 하고, 기어에 대해 토의를 시작하게 하세요.

  • 기어가 무엇인가요?
  • 기어를 사용하는 기계에 대해 얼마나 잘 알고 있나요?
  • 두 개의 기어가 맞물릴 때 회전 방향에 어떤 변화가 일어나나요?
  • 기어비는 기어의 톱니 개수와 어떤 관계가 있나요?

조립 요령

조립 설명서

모델의 사용
모델을 단단하고 평평한 표면 위에 놓으세요. 기어의 포인터와 기준 모터의 포인터가 모두 위를 향하도록 해야 해요. 프로그램을 실행하고, 기어 포인터를 추적하여 회전수를 계산하세요. 두 개의 모터가 모두 정확히 한 바퀴 회전해야 해요. 학생들에게 오른쪽 모터의 기어비를 바꾸고 왼쪽 모터를 기준점으로 사용하게 하세요.

실험 수행:
실험을 수행하는 중에 다음 사항을 학생들에게 상기시켜주세요.

  • 실험 번호, 가속 기어인지 감속 기어인지, 기어비, 어떤 일이 일어날 것인지에 대한 예측, 관찰된 회전수, 그리고 회전 방향을 테스트표에 기록하세요. 다른 관측 결과를 기록할 수 있도록 충분한 공간을 남겨두어야 해요.
  • 각각의 기어 조합을 사용하여 실험을 수행하세요.

코딩 요령

프로그램

차별화

수업을 단순화하는 방법:

  • 학생들과 함께 참여하여, 기어의 조합이 기어 포인터의 회전수 및 회전 방향과 어떤 관계가 있는지를 분석하는 과정을 도와주세요.
  • 학생들이 조사해야 할 기어 조합의 개수를 줄이세요.

수업의 수준을 한 단계 높이는 방법:

  • 학생들에게 기어비에 기초하여 회전수를 예측하는 함수를 정의하게 하세요.
  • 학생들에게 기어 포인터가 정확히 한 바퀴를 회전해야 한다는 점을 미리 알려주고 각각의 기어비 옵션에 맞춰 프로그램을 수정하게 하세요.

평가 기회

교사 관찰 체크리스트
교사의 요구 사항에 맞는 척도를 만드세요(예시 참조).

  1. 부분적으로 달성됨
  2. 완전하게 달성됨
  3. 초과 달성됨.

아래의 성공 기준을 이용해 학생들의 진척도를 평가하세요.

  • 학생들이 기어가 피동 기어의 회전 방향에 어떻게 영향을 미치는지를 이해하였다.
  • 학생들이 기어비가 피동 기어의 회전수와 어떤 관계가 있는지를 설명하였다.
  • 학생들이 기어에 달린 톱니의 수에 기초하여 기어비를 계산하는 방법을 알게 되었다.

자기 평가
학생 개개인에게 자신의 성과를 가장 잘 나타낸다고 생각되는 레벨을 선택하게 하세요.

  • 브론즈: 실험을 수행하기는 했으나, 기어 조합에 따른 결과를 예측하지 못했다.
  • 실버: 약간의 도움을 받은 덕에, 실험에 사용된 기어 조합의 모양을 보고 회전 방향을 예측하였다.
  • 골드: 기어 조합에 대한 이해도를 바탕으로 실험 과정에서 회전 방향과 회전수를 정확히 예측하였다.
  • 플래티넘: 기어 조합에 대한 이해도를 바탕으로 실험 과정에서 회전 방향과 회전수를 정확히 예측하였다. 또한 피동 기어의 속도와 토크에 미치는 영향을 예측하였다.

국어교과 확장

국어교과 기술 계발 요소의 통합:

  • 학생들에게 간단한 보고서를 작성하게 하되, 자신이 수행한 실험의 결과 및 기어를 사용하는 기계에 관한 현실 세계의 사례에 초점을 맞추게 하세요.
  • 실험 결과와 학습 요점의 설명을 위한 프레젠테이션을 작성하게 하세요.

참고: 이렇게 할 경우 수업이 더 길어집니다.

진로 연결

이 수업이 즐거웠던 학생이라면 아마 다음과 같은 진로 개발 영역에 대해서도 관심이 있을 것입니다.

  • 제조 및 엔지니어링(예비 엔지니어링)
  • 과학, 기술, 공학 및 수학(과학 및 수학)
교사 지원

학생 과제:

  • 기어비를 계산하는 방법을 학습하세요.
  • 간단한 기어 구성을 사용하는 방법을 습득하세요.
이번 수업은 다음 운영 체제에서 실행됩니다.
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2015 개정교육과정
추상화와 알고리즘[9정03-04]
문제 해결을 위한 다양한 방법과 절차를 탐색하고 명확하게 표현한다.
함수[10 수학 04-01]
함수의 개념을 이해하고, 그 그래프를 이해한다.
프로그래밍[12정보04-09]
다양한 학문 분야의 문제 해결을 위한 알고리즘을 협력하여 설계한다.
컴퓨팅 시스템[12정과04-03]
문제 해결을 위한 피지컬 컴퓨팅 시스템을 설계하고 구성한다.