기어 변속

1. 준비

• EV3 클래스룸 앱의 학생용 자료를 읽으세요.
• 학생들이 가속, 감속 등의 개념을 이해하는 데 도움이 될 만한 기어 변속 장치 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 달린 자동차를 조립하게 하세요.
• 모델이 올바르게 조립되었고 예상대로 작동되는지 테스트할 수 있게 약간의 시간을 주세요.

4. 설명(10분)

• 각 팀별로 각각의 제안된 기어 트레인 당 최소 세 번 이상 실험을 실시하고, 결과를 기록하게 하세요.
• 학생들이 자체적으로 테스트표를 만들 수 있는지 확인하세요.

5. 다듬기(10분)

• 학생들에게 기어비가 자동차의 이동 거리 및 속도와 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.

자전거를 타고 언덕을 오르거나 바람을 거슬러 달리려면 무척 힘들죠. 기어 시스템을 잘 사용하면 계속 움직이는 데 필요한 동력을 조정할 수 있어요. 평평한 지면에서 달릴 때도 저단 기어에서 출발했다가 속도가 붙는 대로 고단 기어로 변속을 하잖아요.

아래와 같은 질문을 하고, 기어 변속에 대한 토의를 시작하게 하세요.

• 변속 장치와 기어 감속이라는 용어가 무엇을 지칭하는 것일까요?
• 기어 장치에 종종 케이스가 씌워져 있는 이유가 무엇일까요?
• 기어비와 이동 거리 사이에 어떤 관계가 있을까요?
• 어떤 상황에서 기어 감속이 바람직할까요? 그리고 어떤 상황에서 그렇지 못할까요?

조립 설명서

• 기어 달린 자동차

모델의 사용
벽과 수직을 이루도록 초음파 센서를 배치하고, 벽에서 최소 10cm 이상 떨어진 곳에 자동차를 놓으세요. 프로그램을 실행하고, EV3 아이콘이 디스플레이에 표시될 때까지 기다리세요. EV3 브릭의 가운데 버튼을 눌러 테스트를 시작하세요. 초음파 센서가 벽까지의 초기 거리를 측정하고, 타이머가 초기화됩니다. 이어 라지 모터가 한 바퀴 회전하고 차량이 벽에서 멀어집니다. 벽까지의 거리가 다시 측정되고, 이동 거리, 속도, 회전 속도의 계산을 위해 경과 시간이 측정됩니다. 계산된 값은 다른 테스트를 준비하기 위해 가운데 버튼을 다시 누를 때까지 디스플레이에 표시된 채로 남아 있습니다.

초음파 센서의 사용
초음파 센서는 음의 펄스를 일으켜서 원뿔 모양의 음향 영역을 만들고, 그 안에 있는 물체를 탐지하는 기능을 해요. 실험을 시작할 때, 자동차의 근처 또는 음향 센서의 감지 영역 안에 서 있지 마세요. 가장 좋은 위치는 초음파 센서의 뒤쪽이에요.

실험 수행:
실험을 수행하는 중에 다음 사항을 학생들에게 상기시켜주세요.

• 이동 거리(cm), 속도(m/s), 회전 속도(초당 회전수)가 디스플레이에 표시됩니다.
• 실험 번호, 기어비, 어떤 일이 벌어질 것인지에 대한 예측, 이동 거리, 그리고 속도를 테스트표에 기록하세요. 다른 관측 결과를 기록할 수 있도록 충분한 공간을 남겨두어야 해요.
• 각각의 기어 트레인에 대해 실험을 최소 세 번 이상 수행하고, 가장 신뢰할 만한 결과의 보장을 위해 평균값을 사용하세요.
• 기어 조합을 바꾸는 방법은 “힌트”의 이미지를 참조하세요.

프로그램

수업을 단순화하는 방법:

• 학생들과 함께 참여하여, 기어비가 자동차의 이동 거리 및 속도와 어떤 관계가 있는지를 분석하는 과정을 도와주세요.
• 학생들이 조사해야 할 기어 조합의 개수를 줄이세요.

수업의 수준을 한 단계 높이는 방법:

• 평균값(예: 산술 평균, 중간값, 이상치에 대한 민감도)의 중요성, 즉 평균값을 이용해 일련의 실험에서 나타나는 측정 오류를 균등화할 수 있다는 점을 설명해주세요.
• 학생들에게 기어비에 기초하여 이동 거리를 예측하기 위한 함수를 정의하게 하세요.
• 학생들에게 실험의 정확도를 개선할 방법을 찾아내게 하세요.

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 실험 결과를 예측하는 과정에서 기어비의 역할을 설명하였다.
• 학생들이 수학 개념 및/또는 프로세스를 적용하여 기어비와 이동 거리 사이의 관계를 판정하였다.
• 학생들이 실험의 절차를 평가하고 독립 변수, 종속 변수 및 통제 변수를 식별하였다.

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

• 브론즈: 실험을 수행하기는 했으나, 실험 결과를 예측하는 과정에서 기어비의 역할을 설명하지 못했다.
• 실버: 약간의 도움을 받은 덕에, 실험의 결과를 예측하는 과정에서 기어비의 역할을 설명하였다.
• 골드: 기어비의 역할에 대한 이해도를 바탕으로 실험 과정에서 무거운 짐을 옮기기에 적합한 자동차에 사용해야 할 기어비를 예측하였다.
• 플래티넘: 기어비의 역할에 대한 이해도를 바탕으로 실험 과정에서 무거운 짐을 옮기기에 적합한 자동차에 사용해야 할 기어비를 예측하였다. 또한 빠른 자동차를 만들기 위해 사용해야 할 기어비를 예측하였다.

국어교과 기술 계발 요소의 통합:

• 학생들에게 간단한 보고서를 작성하게 하되, 자신이 수행한 실험의 결과 및 가속과 감속이 유용하게 사용되는 현실 세계의 사례에 초점을 맞추게 하세요.
• 실험 결과와 학습 요점의 설명을 위한 프레젠테이션을 작성하게 하세요.

참고: 이렇게 할 경우 수업이 더 길어집니다.

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)
• 운송(자동차 기술)