경사로 미끄러져 내려가기

1. 준비

• EV3 클래스룸 앱의 학생용 자료를 읽으세요.
• 일반적인 마찰의 유형에 더하여 특별히 정적 마찰에 관한 정보를 수집하세요.
• 각 팀별로, 레고^® 테크닉 빔, 지우개, 작은 종이조각 등 정적 마찰계수가 다른 테스트용 물체를 몇 가지 준비하세요.

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 경사 플랫폼을 조립하게 하세요.
• 모델이 올바르게 조립되었고 예상대로 작동되는지 테스트할 수 있게 약간의 시간을 주세요.

4. 설명(10분)

• 각 팀별로 각각의 물체에 대해 최소 세 번 이상 실험을 실시하고, 결과를 기록하게 하세요.
• 학생들이 자체적으로 테스트표를 만들 수 있는지 확인하세요.

5. 다듬기(10분)

• 학생들에게 실험한 물체들을 구조적 속성에 따라 분류하게 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.

마찰은 어디서나 볼 수 있는 현상이에요. 양손을 맞대고 힘차게 문지르면 열이 느껴질 거예요. 마찰력은 의도적으로 높일 수 있어요. 미끄러운 표면에서 넘어지지 않도록 신발 바닥을 디자인하는 것도 그러한 예에 해당하겠죠. 반대로 아이스 스케이트는 얼음 위에서 잘 미끄러지도록 마찰이 최소화되어 있어요. 성냥갑의 거친 표면 부분을 그렇게 만든 것도 성냥을 마찰시킬 때 성냥이 점화 지점까지 가열되도록 하기 위함이에요.

아래와 같은 질문을 하고, 마찰에 대한 토의를 시작하게 하세요.

• 마찰이라는 용어가 무엇을 지칭하는 것일까요?
• 마찰을 이용하는 기술적 장치에 대해 얼마나 알고 있나요?
• 어떤 상황에서 마찰이 유용할까요? 그리고 어떤 경우에 그렇지 않을까요?
• 어떻게 하면 마찰을 줄일 수 있을까요?

조립 설명서

• 경사 플랫폼

자이로 센서 사용
자이로 센서를 EV3 브릭에 연결하고 EV3 브릭을 시작하는 동안 자이로 센서가 전혀 움직이지 않게 해야 해요. 경사로가 움직이지도 않는데 자이로 센서의 각도 판독값이 바뀔 경우, 센서를 분리했다가 다시 연결하세요.

모델의 사용
모델을 단단하고 평평한 표면 위에 놓으세요. 표면이 평평하지 않을 경우, 각도와 관련 마찰계수가 부정확하게 측정될 거예요. 프로그램을 실행하고, 터치 센서가 디스플레이에 표시될 때까지 기다리세요. 이렇게 하면 경사로가 최초 위치로 초기화되고 프로그램이 올바른 각도와 마찰계수를 판정할 수 있어요. 그 다음, 경사로 중앙의 끝부분에 실험 대상 물체를 올려놓으세요. 1번 포트에 연결된 터치 센서를 눌러 테스트를 시작하세요. 경사로가 서서이 상승할 거예요. 물체가 미끄러지기 시작하는 순간 터치 센서를 다시 누르세요. 센서를 누름과 동시에 테스트가 중지되고, 각도와 마찰계수가 디스플레이에 표시될 거예요.

실험 수행:
실험을 수행하는 중에 다음 사항을 학생들에게 상기시켜주세요.

• 경사로의 각도와 마찰계수가 디스플레이에 표시됩니다.
• 실험 번호, 각도, 마찰계수를 테스트표에 기록하세요. 다른 관측 결과를 기록할 수 있도록 충분한 공간을 남겨두어야 해요.
• 각각의 테스트 물체에 대해 실험을 최소 세 번 이상 수행하고, 가장 신뢰할 만한 결과의 보장을 위해 평균값을 사용하세요.

프로그램

수업을 단순화하는 방법:

• 학생들과 협력하여 구조적 속성에 따라 테스트 물체를 분류하세요.

수업의 수준을 한 단계 높이는 방법:

• 힘의 구성 요소, 다이어그램, 수직 힘 및 삼각함수를 이용해 경사면에서 나타나는 현상을 분석하는 법에 대해 알아보세요.
• 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.

• 학생들은 테스트 물체의 구조적 특성을 이용해 관찰 활동을 체계화하였다.
• 학생들은 구조적 속성(예: 형태, 구성, 표면 특성)이 실험 모델의 기능에 어떻게 영향을 미치는지 또는 미치지 않는지를 찾아냈다.
• 학생들은 실험에 사용된 장비와 절차를 평가하고 장점과 단점을 식별하였다.

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

• 브론즈: 실험을 수행하기는 했으나, 테스트 물체의 구조적 속성을 사용하여 관찰 활동을 체계화하지 못했다.
• 실버: 약간의 도움을 받은 덕에, 테스트 물체의 구조적 속성을 사용하여 관찰 결과를 체계화하였다.
• 골드: 테스트 물체의 구조적 속성을 세 가지 이상 사용하여 나의 관찰 결과를 체계화하였다.
• 플래티넘: 테스트 물체의 구조적 속성을 세 가지 이상 사용하여 나의 관찰 결과를 체계화하였다. 또한 나의 관찰 결과를 설명하기 위해 테스트된 물체에 관한 가설을 제안하였다.

국어교과 기술 계발 요소의 통합:

• 학생들에게 간단한 보고서를 작성하게 하되, 자신이 수행한 실험의 결과 및 그것이 현실 세계에서 어떻게 응용될 수 있을지에 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(기계 기술)
• 과학, 기술, 공학 및 수학(과학 및 수학)