AI개념의 시작: 스쿼트 점프

• 이번 수업의 주제는 위치 에너지입니다. 위치 에너지 방정식은 E_p=mgh이며, “g”의 값은 알려져 있고 “m”은 계산하거나 어림할 수 있습니다. 알려지지 않은 변수 “h”는 학생들이 측정할 점프의 높이입니다. 우선 아래쪽으로 향한 거리 센서를 이용해 점프 중에 지면으로부터의 최대 거리를 측정하는 것부터 수업을 시작하세요(표면이 평평한지 확인). 뒤이어 허브의 가속도 센서를 이용하는 방법을 알아볼 것입니다.

토의 시작

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

• 위치 에너지가 뭔가요?
• 얼마나 높이 점프할 수 있나요?
• (위치) 에너지가 얼마나 될까요?

학생들에게 자신이 생각한 대로 가설을 세우고 글로 적어보게 하세요.

• 학생들에게 점프와 관련된 데이터를 수집하기 위한 케틀벨 모델을 조립하게 하세요. 학생들 스스로 모델을 생각하여 만들어도 좋고, 앱의 조립 설명서에 따라 케틀벨 모델을 조립해도 상관없어요.
• 학생들에게 제안된 프로그램을 이용해 모델을 실험해보게 하세요.
• 엄격하게 제어된 방식으로 점프를 해야 해요. 케틀벨이 평평한 표면(러그나 카펫 사용 금지)을 수직으로 내려다보는 자세를 유지하도록 하세요.

• 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.
  • 질량을 늘린 상태(예: 배낭을 멘 상태)로 점프를 하고, 배낭을 메었을 때와 그렇지 않을 때를 비교하여 위치 에너지를 설명하게 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.
• 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 자신의 생각에 따라 위치 에너지를 설명하고 질량과 높이 사이의 연결 관계를 그림으로 정확하게 표현할 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:

• 학생들에게 허브만을 사용하여 실험을 재현하게 하세요(거리 센서를 추가하는 것도 괜찮아요).
• 학생들이 스파이크 앱에 제시된 프로그램을 모델의 구성에 맞게 조정하는지 확인하세요.
  • 데이터는 허브가 지면과 수직을 이루고 있는 동안 가속도 값을 기록하기에 적합해야 합니다.

수업을 다음 단계로 연결하는 방법:

• 학생들에게 점프의 높이를 판정할 다른 방법을 찾아보게 하세요.
  • 허브의 가속도 센서를 사용하세요.
  • 자신이 점프하는 모습이 녹화된 비디오를 사용하세요.
  • 시간만 사용하세요.

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:

• 학생들에게 케틀벨의 바닥과 지면 사이의 거리를 거리 센서를 이용해 직접 기록하는 대신, 가속도 값을 이용해 점프 높이를 알아내게 하세요.
• 학생들에게 이러한 각각의 방법(거리 측정부터 가속도 값의 계산까지)을 사용하여 위치 에너지를 알아내게 하고, 어떤 방법이 가장 어렵거나 가장 효율적이었으며 그 이유는 무엇이라고 생각하는지 설명하게 하세요.

참고: 이렇게 하려면 추가 시간이 필요합니다.

국어교과 확장

국어교과 기술 계발 요소의 통합:

• 학생들에게 누군가 점프할 때 어떤 일이 일어나는지를 설명하기 위한 문서를 작성하게 하세요. 그 다음, 근육의 힘과 생체역학에 대해 조사를 하고, 인간의 점프 능력을 몇 가지 동물과 비교하게 해보세요.
• 학생들에게 점프 능력을 가진 로봇의 프로토타입을 조사하게 하고, 그것을 만든 엔지니어들이 근육 자극을 모방하기 위해 어떤 시도를 했는지에 대한 설명을 문서로 작성하게 하세요.

참고: 이렇게 하려면 추가 시간이 필요합니다.

진로 연결

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

• 치료 서비스
• 엔지니어링 및 기술