목표를 향해

• 이번 수업에서는 운동 에너지와 속도 및 질량 사이에 어떤 연관관계가 있는지 알아볼 것입니다. 학생들이 바퀴의 회전을 입력값으로 이용해 시간의 경과에 따른 이동 거리를 조사하기 위한 실험을 수행할 것입니다. 시간의 경과에 따른 바퀴 회전수를 나타내는 그래프를 이용해 시간과 이동 거리 사이의 관계를 나타내는 그래프를 만들고, 뒤이어 시간과 속도의 관계를 나타내는 그래프를 만들게 하세요. 끝으로 최대 속도 값을 다음 공식에 대입하여 운동 에너지를 계산하세요: E_k = ½mv² m = 305 g
• 다양한 자료를 사용하여 수업의 주제인 운동 에너지에 대한 학생들의 흥미를 북돋워주세요.

토의 시작
수업과 관련된 질문을 제시하면서 토의를 시작하세요. 질문의 예를 몇 가지 들어볼게요.

• 시간의 경과에 따른 이동 거리를 보여주는 그래프는 어떤 모습일까요?
• 시간의 경과에 따른 속도를 보여주는 그래프는 어떤 모습일까요?
• 시간의 경과에 따른 운동 에너지를 보여주는 그래프는 어떤 모습일까요?

학생들에게 자신이 생각한 대로 가설을 세우고 글로 적어보게 하세요.

• 학생들에게 바퀴가 자유롭게 구르고 바퀴의 회전수를 계산할 수 있는 자동차를 조립하게 하세요. 학생들 스스로 모델을 생각하여 만들어도 좋고, 앱의 조립 설명서에 따라 스트리트 컬링스톤 모델을 조립해도 상관없어요.
• 학생들에게 제안된 프로그램을 이용해 모델을 실험해보게 하세요.
• 그 다음, 시간의 경과에 따른 이동 거리를 나타내는 그래프를 만들고, 관찰한 바를 설명하게 하세요.
  • 그래프의 꺾인점이 무엇을 나타내는 것일까요?
  • 시간이 경과함에 따라 꺾인점 사이의 간격이 늘어나는 이유가 뭘까요?

• 학생들에게 다음 지침에 따라 실험을 계속하게 하세요.
  • 초당 회전수를 거리로 변환
  • 시간의 경과에 따른 이동 거리를 속도로 변환
• 학생들에게 약간의 시간을 주고 프로그램을 조정하여 성능을 개선해보게 하세요.
• 실험 중에 최대한 많은 데이터를 기록할 것을 권장하세요.
• 필요에 따라, 학생들에게 다른 소프트웨어에서 조작이 가능하도록 데이터를 CSV 파일로 내보내게 하세요.

• 스파이크 프라임 세트를 계속 사용할 수 있는 경우, 보다 상세한 체험식 학습을 위해 학생들에게 다음과 같은 방식으로 스파이크 앱의 과제를 완료하게 하세요.
  • 학생들에게 서로 게임을 하듯이 실험을 하며 성과를 기록하게 하세요. 스트리트 컬링스톤을 적당한 힘으로 밀어 모델의 앞부분이 표적의 중앙에서 최대한 가까운 곳에 멈추도록 하는 것이 목표예요. 각 학생 또는 팀별로 3번씩 시도를 하되, 매번의 시도 후에 모델의 앞부분과 표적의 중앙 사이의 거리를 측정하게 하세요. 3차례의 시도 후 누적 거리가 가장 적은 학생이나 팀이 승리하는 거예요!
• 학생들이 세트를 이용할 수 없을 경우, 학생용 발명 노트를 작성하게 하거나 아래에 제시된 확장 활동을 과제로 부여하세요. 참고로, 대부분의 확장 활동은 체험식 실습 중에 수집된 데이터를 이용해 수행할 수 있습니다.
• 학생들의 정보 교환을 위한 공유 세션을 진행하세요. 정해진 틀은 없으며, 가장 효율적인 방법/도구(즉, 대면 또는 온라인)를 사용하면 돼요.

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

교사 관찰 체크리스트
아래의 예를 참조하여 교사의 요구 사항에 맞는 척도를 만드세요.

• 부분적으로 달성됨
• 충분히 달성됨
• 초과 달성됨

아래의 성공 기준을 사용해 학생들의 진척도를 평가하세요.

• 학생들이 선 그래프에 데이터를 기록하기 위한 장치를 프로그래밍할 수 있다.
• 학생들이 선 그래프에 나타나는 값을 해석할 수 있다.
• 학생들이 속도와 운동 에너지 사이의 상관관계를 설명할 수 있다.

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

• 파랑: 앱을 통해 제공되는 프로그램을 이용해 데이터를 그래프로 만들 수 있다.
• 노랑: 내 힘으로 선 그래프를 만들고 결과를 설명할 수 있다.
• 보라: 내 힘으로 새로운 실험을 만들어냈다.

동료 평가

다음과 같이 학생들에게 서로 피드백을 제공할 것을 장려하세요.

• 한 학생이 위의 색 브릭 척도를 사용하여 다른 학생의 성과에 대해 점수를 매기게 하세요.
• 후속 수업 중에 성과가 더욱 향상될 수 있도록 서로에게 건설적인 피드백을 제시하게 하세요. 이때를 기회 삼아 혼합형 학습 시나리오에 따라 비디오 회의 도구나 블로그 게시 도구를 사용해보는 것도 좋겠죠.

수업을 단순화하는 방법:

• 시간의 경과에 따른 이동 거리의 변화만을 조사하는 것으로 수업의 범위를 제한하세요.

수업을 다음 단계로 연결하는 방법:

• 학생들에게 자유롭게 구르는 자동차와 컬링스톤을 디자인하고, 조립하고, 실험을 반복하며, 자신의 데이터를 다른 모델의 성능(예: 다른 학생의 데이터)과 비교해보게 하세요.
• 학생들에게 보다 일정한 결과를 얻을 수 있는 밀기 장치를 디자인하여 조립하게 하고, 디자인 과정을 문서화하게 하세요.

조립 팁

코딩 팁

이번 수업은 허브가 USB 또는 블루투스를 통해 연결된 상태에서 실행하도록 설계되었습니다. 이렇게 연결될 경우, 허브를 통해 수집된 데이터가 장치로 직접 스트리밍되고 선 그래프에 실시간으로 표시됩니다.

기본 프로그램

솔루션 프로그램

과학 데이터 팁
이 실험을 통해 얻을 수 있는 데이터의 예가 아래에 제시되어 있습니다.

수학교과 확장

수학 기술 계발 요소의 통합:

• 구성품(예: 모터) 또는 무거운 물체(예: 물병)를 덧붙여 컬링스톤의 질량을 바꿀 경우 어떤 일이 일어나는지 알아보게 하세요. 모델을 업데이트하고, 실험을 다시 해봐야겠죠? 질량이 변할 때 시간의 경과에 따른 속도 변화를 보여주는 그래프가 어떻게 달라지는지 비교해보세요.

참고: 이렇게 하려면 추가 시간이 필요합니다.

국어교과 확장

국어교과 기술 계발 요소의 통합:

• 학생들에게 모델의 주요 기능을 홍보하기 위한 마케팅 캠페인을 구상해보게 하세요. 모델의 기술적 특성이 내용에 포함되어야 하며, 속도와 에너지의 개념에 관한 과학적 사실에 근거하여 모델의 이점을 강조할 수 있어야 해요.

참고: 이렇게 하려면 추가 시간이 필요합니다.

진로 연결

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

• 교육 및 훈련
• 건강 과학