AI개념의 시작: 여기는 오르막길

• 이번 수업의 주제는 에너지 전환입니다. 자전거를 타는 사람이 언덕을 올라갈 때(즉, 위치 에너지를 얻음) 추가로 에너지를 투입해야만 속도(즉, 일정한 운동 에너지)를 유지할 수 있는 이유를 학생들과 함께 알아볼 것입니다. 이번 수업에서 사용할 모델은 전기 자전거 입니다. 전기 자전거는 모터의 전력 소비량을 늘리는 방식으로 에너지를 일으킵니다. 실제 상황에서라면 자전거 타는 사람이 힘을 더 써야 필요한 만큼의 에너지를 얻을 수 있겠죠.
• 다양한 자료를 사용하여 수업의 주제인 에너지 전환에 대한 학생들의 흥미를 북돋워주세요.

토의 시작

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

• 언덕을 올라갈 때 속도가 어떻게 변하나요?
• 언덕을 올라가는 동안 어떤 종류의 에너지를 얻게 되나요?
• 자전거(계)의 에너지 수준을 일정하게 유지하려면 무엇이 필요할까요?
• 왜 그렇게 생각하나요?

학생들에게 자신이 생각한 대로 가설을 세우고 글로 적어보게 하세요.

• 학생들에게 모터의 전력 소비량과 경사의 각도를 기록하기 위한 스마트 바이크를 조립하게 하세요. 학생들 스스로 모델을 생각하여 만들어도 좋고, 앱의 조립 설명서에 따라 스마트 바이크 모델을 조립해도 상관없어요.
• 학생들에게 스파이크 앱에 제시된 프로그램을 이용해 평평한 표면에서 모델을 시험해보게 하세요.
• 학생들에게 그래프를 살펴보고 관찰 결과를 기록하게 하세요.
  • 두 개의 선은 왜 그런 모양일까요?

• 학생들에게 경사로를 이용해 실험을 반복하게 하세요. 경사로는 스파이크 프라임 상자와 판자를 이용하여 만들면 돼요.
• 스마트 바이크의 모터가 에너지를 더 많이 만들어내야만 일정한 속도가 유지되는 원리를 학생들에게 설명하게 하세요.
• 학생들에게 모터의 전력 소비량과 경사각 사이의 관계를 설명하게 하세요.
• 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 각자 경로를 만들어보라는 과제를 부여하세요. 평평한 표면, 오르막길, 내리막길이 모두 포함되도록 경로를 만들어야 해요.
  • 학생들에게 모터의 출력 소비량 그래프가 어떤 모습으로 나타날지 생각해보고, 경로를 따라 자전거를 움직이면서 예측이 맞았는지 확인해보게 하세요.
• 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.
• 학생들이 각자의 생각과 실험 결과를 서로 교환할 수 있도록 일종의 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 적절한 용어를 사용하여 에너지 전환의 원리를 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 권장하세요.

• 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:

• 시간을 내어 정비례의 개념을 학생들에게 설명해주세요.
• 학생들에게 일상 생활 속에서 정비례의 예를 찾아보라고 하세요.

수업을 다음 단계로 연결하는 방법:

• 학생들에게 각자 스마트 바이크를 조립하게 하세요.
• 학생들에게 각자 자신만의 과학적 절차를 세우고, 어느 값을 어떻게 추적할 것인지를 결정하게 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

과학 데이터 팁

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

수학교과 확장

수학 기술 계발 요소의 통합:

• 학생들에게 수업 중에 그래프에 표시된 두 개의 값이 시간의 경과에 따라 기록되었다는 것을 상기시켜주세요(즉, 시간의 경과에 따른 각도와 시간의 경과에 따른 모터의 출력).
• 학생들에게 그래프의 값을 추적하여 경사 각도에 따른 모터의 출력을 조사하기 위한 데이터 조작을 수행하게 하되, 수작업 방식과 온라인 도구를 모두 사용해보게 하세요.

참고: 이렇게 하려면 추가 시간이 필요합니다.

국어교과 확장

국어교과 기술 계발 요소의 통합:

• 학생들에게 각자 과학탐구일지를 쓰고 진짜 과학자처럼 자신의 가설과 결론을 문서화하게 하세요.
• 학생들에게 각자 새롭고 중대한 과학적 발견을 보도하기 위한 신문기사를 쓰게 하세요. 실제 기자처럼 자신이 사용한 과학적 절차를 문서화해야 해요.
• 신문의 과학 관련 기사와 과학탐구일지의 예를 보여주고, 학생들에게 두 가지를 비교한 후 자신이 관찰한 바를 기록하게 하세요.

참고: 이렇게 하려면 추가 시간이 필요합니다.

진로 연결

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

• 건강 과학
• 교육 및 훈련
• 과학, 기술, 공학 및 수학
• 운송, 유통 및 물류