LEGO® MINDSTORMS® EV3 코어 세트

자유낙하

중력상수를 실험적으로 계산하기 위한 드롭 타워를 조립하세요.

90-120분
중급
6-8학년
교사 지원

학생 과제:

  • 중력상수를 결정하는 방법을 알아보세요.
  • 모든 물체에 적용되는 중력의 법칙에 대해 알아보세요.
이번 수업은 다음 운영 체제에서 실행됩니다.
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2015 개정교육과정
제곱근과 실수[9수 01-07]
제곱근의 뜻을 알고, 그 성질을 이해한다.
여러 가지 힘[9과02-01]
무게가 중력의 크기임을 알고, 질량과 무게를 구별할 수 있다.
운동과 에너지[9과 19-02]
물체의 자유 낙하 운동을 분석하여 시간에 따른 속력의 변화가 일정함을 설명할 수 있다.
역학적시스템 [10통과03-01]
자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학적 시스템을 설명할 수 있다.
컴퓨팅 시스템[12정과04-03]
문제 해결을 위한 피지컬 컴퓨팅 시스템을 설계하고 구성한다.

Lesson Plan

수업 계획

1. 준비

  • EV3 클래스룸 앱의 학생용 자료를 읽으세요.
  • 낙하물의 법칙에 관한 정보를 수집하세요.
  • 더블 블록 수업 시간을 갖기 어려울 경우, 이 수업을 여러 번에 걸쳐 진행하도록 계획을 세우세요.

파트 A

2. 착수(10분)

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

3. 탐구(35분)

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

파트 B

4. 설명(10분)

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

5. 다듬기(35분)

  • 학생들에게 기록된 데이터를 이용해 낙하물의 법칙에 기초하여 평균 속도와 중력상수를 계산하게 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

자유낙하란 오직 중력에만 기인한 물체의 가속을 의미해요. 비행기에서 뛰어내리는 사람은 낙하하는 과정에서 공기의 저항으로 인해 속도가 느려져요. 진정한 자유낙하는 오직 중력 외에는 달리 작용하는 힘이 없는 진공 속에서만 가능해요. 이러한 유형의 실험 환경이 갖춰져 있는 곳으로는 오하이오주 클리블랜드에 있는 NASA의 글렌 연구 센터(Glenn Research Center)를 꼽을 수 있어요.

아래와 같은 질문을 하고, 자유낙하에 관한 토의를 시작하게 하세요.

  • 자유낙하라는 용어가 무엇을 지칭하는 것일까요?
  • 가속도와 속도 사이에는 어떤 관계가 있을까요?
  • 진공 상태에서 하마와 지렁이가 정확히 똑같은 속도로 떨어진다는 것이 사실일까요?
  • 자유낙하의 개념에 대한 지식이 어떤 경우에 유용할까요?

조립 요령

조립 설명서

모델의 사용
모델을 단단하고 평평한 표면 위에 놓으세요. 프로그램을 실행하고, 터치 센서가 디스플레이에 표시될 때까지 기다리세요. 공을 공받이에 올려놓고, 드롭 타워 뒤편의 터치 센서를 눌러 낙하 실험을 시작하세요. 실험이 성공하면 환한 미소가 표시되고 낙하 시간이 디스플레이에 표시될 거예요. 그렇지 못할 경우 슬픈 얼굴이 표시될 것이고요. 공받이는 다음 실험을 위해 자동으로 닫힙니다.

실험 수행:
실험을 수행하는 중에 다음 사항을 학생들에게 상기시켜주세요.

  • 실험이 성공하면 낙하 시간이 디스플레이에 표시됩니다.
  • 실험 번호와 낙하 시간을 테스트표에 기록하세요. 추가적인 계산 결과를 위해 여분의 열에 충분한 공간을 남겨두어야 해요.
  • 실험을 최소 세 번 이상 수행하고, 가장 신뢰할 만한 결과의 보장을 위해 평균값을 사용하세요.

코딩 요령

프로그램

차별화

수업을 단순화하는 방법:

  • 학생들과 협력하여 몇 가지 계산을 수행하세요.

수업의 수준을 한 단계 높이는 방법:

  • 학생들에게 측정된 값을 이용해 추가 계산을 수행하게 하세요.
  • 평균값(예: 산술 평균, 중간값, 이상치에 대한 민감도)의 중요성, 즉 평균값을 이용해 일련의 실험에서 나타나는 측정 오류를 균등화할 수 있다는 점을 설명해주세요.
  • 학생들에게 실험의 정확도를 개선할 방법을 찾아내게 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 수학 개념 및/또는 프로세스를 이용해 중력상수를 결정하였다.
  • 학생들이 공이 일정 비율로 가속된다는 사실을 설명하였다.
  • 학생들이 자신이 수행한 실험의 독립 변수와 통제 변수를 식별하였다.

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

  • 브론즈: 실험을 수행하기는 했으나, 평균 속도 또는 중력상수를 계산하지 못했다.
  • 실버: 약간의 도움을 받은 덕에, 평균 속도와 중력상수를 계산하였다.
  • 골드: 평균 속도와 중력상수를 계산하였다.
  • 플래티넘: 평균 속도와 중력상수를 계산했을 뿐 아니라, 측정된 값을 사용하여 추가 계산을 수행하였다.

국어교과 확장

국어교과 기술 계발 요소의 통합:

  • 학생들에게 간단한 보고서를 작성하게 하되, 자신이 수행한 실험의 결과 및 그것이 지구 표면 근처의 중력 가속도 g 값과 어떻게 비교되는지에 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:

  • 중력상수를 결정하는 방법을 알아보세요.
  • 모든 물체에 적용되는 중력의 법칙에 대해 알아보세요.
이번 수업은 다음 운영 체제에서 실행됩니다.
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2015 개정교육과정
제곱근과 실수[9수 01-07]
제곱근의 뜻을 알고, 그 성질을 이해한다.
여러 가지 힘[9과02-01]
무게가 중력의 크기임을 알고, 질량과 무게를 구별할 수 있다.
운동과 에너지[9과 19-02]
물체의 자유 낙하 운동을 분석하여 시간에 따른 속력의 변화가 일정함을 설명할 수 있다.
역학적시스템 [10통과03-01]
자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학적 시스템을 설명할 수 있다.
컴퓨팅 시스템[12정과04-03]
문제 해결을 위한 피지컬 컴퓨팅 시스템을 설계하고 구성한다.