자연 재해에 대한 대비

(참고: 이 수업은 파트 A와 파트 B로 구성되어 있으며, 표준에 따른 온전한 학습을 위해 두 가지가 다 중요합니다. 시간이 제한적일 경우, 두 파트를 모두 검토한 후, 필요한 요소들을 골라 사용하세요.)

이번 수업은 지진이 건물과 건물 사용자에게 미치는 영향을 줄이기 위한 여러 가지 방법을 비교하는 과정에서 학습 효과를 얻도록 구상되었으며, 따라서 비교가 가능하도록 학급 전체적으로 여러 가지의 솔루션을 조립하는 것이 필수입니다. 여기 제시된 모델/프로그램은 건물의 디자인과 테스트용 기계의 본보기에 불과하며, 학생들이 예제를 참조하여 아이디어를 구상하되 각자의 생각에 따라 내진 구조를 디자인하고 조립하도록 지도를 해주시기 바랍니다.

• 학생들이 그룹 단위로 하나씩 건물을 디자인한 후, 모든 그룹의 디자인과 결과를 대조하고 비교하는 식으로 수업이 진행됩니다. 학생들이 비교 기준을 정하는 과정을 도와주세요.

• 과학적 배경 - 지진: 지각의 갑작스러운 미끄러짐이나 화산 활동 등의 자연적인 지구과정이 지진을 일으킬 수 있습니다.

• 사전 지식 쌓기 - 자연 재해에 대한 대비: 기초 과학 자료(그리고 재료 섹션의 비디오)를 사용하여 정보, 이미지 및 용어 정의를 공유하세요.

  • 지진은 지구에서 일어나는 자연적 현상(홍수, 쓰나미, 화산 폭발 등)으로 인해 발생하는 위험 중 하나입니다. 지진이 발생하면 지면이 심하게 흔들려서 건물이 손상되거나 파괴되고 사람들의 안전이 위협받을 수 있습니다.
  • 지진의 충격(영향)은 사람의 힘으로 줄일 수 있습니다. 지진에 잘 견디는 건물을 설계하는 등의 여러 가지 방법이 있을 수 있겠죠. 이러한 건물은 형태와 소재 특성을 모두 활용하여 위험을 줄여줍니다. 또한 자신이 파손됨으로써 건물 전체의 붕괴를 막는 부품들이 들어 있습니다. 사고 시 자동차의 펜더가 구겨지면서 충돌 에너지를 흡수하여 탑승자를 보호하는 원리와 동일한 셈이죠.
  • 위험 비상 경보 시스템과 같은 대비책 역시 적시에 경고를 보냄으로써 사람들이 신속하게 안전한 곳으로 대피하는 것을 도와줍니다.
  • 주요 어휘: 지구과정, 자연 재해, 지진

• 조립 및 프로그래밍 체험: 학습단원 계획의 제안 사항을 읽어보세요. 아울러 필요하다면, 이번 수업과 관련하여…

  • 스파이크 앱 시작 메뉴의 모터 튜토리얼을 이용해 내용을 보완하세요.
  • 스파이크 앱의 도움말>단어 블록 메뉴의 이벤트 및 모터 블록 섹션에서 추가로 도움이 될만한 부분을 찾아보세요.

• 재료: 지진 진동 실험 비디오를 찾으세요(검색어: 내진 구조물). 원한다면 배경 지식의 일환으로 공유해도 좋습니다.

파트 A (45분)

• 이야기의 주인공 소개 및 첫 번째 과제의 제시: 레오는 곳에 따라 지진이 일어난다는 것을 알고 있어요. 사람들의 안전을 위해 지진에도 무너지지 않는 건물을 디자인하고 싶은데, 좀 도와주세요.

• 생각—교사의 판단에 따라, 이야기 그림을 사용하여 수업의 주제에 대해 간략히 토의를 진행하세요.

  • 어떤 형태의 건물이 지진에 의해 손상될 가능성이 가장 적을까요? 왜죠? (삼각형과 피라미드 모양이 가장 안정적이고 흔들림이 적습니다.)
  • 지진의 흔들림에 잘 견디는 건축 자재로 어떤 것들이 있을까요? 왜죠? (강철은 강할 뿐 아니라, 부러지기보다는 휘어집니다.)
  • 지진의 영향을 줄이려면 어떻게 건물을 디자인하는 것이 좋을까요? (강철+삼각형의 조합처럼 재료와 형태를 적절히 활용하되, 디자인을 테스트하고 개선하여 최적의 솔루션을 찾아야 합니다.)

• 스파이크 에센셜 세트와 장치를 그룹별로 하나씩 나눠주세요.

• 조립 또는 프로그래밍에 도움이 되도록 아래의 예제를 학생들과 공유하는 방안을 고려해보세요. 단, 여기 제시된 이미지는 내진 구조물의 한 가지 본보기에 불과하며, 학생들이 그룹별로 저마다의 아이디어에 따라 구조물을 디자인하고 조립해야 합니다.

• 학생 과제:

  • 기본 모델을 사용하여 지진의 시뮬레이션을 위한 건물과 기계를 조립하세요. 뒤이어 이 기계를 사용하여 건물의 디자인을 테스트하고 지진에 의해 파괴되는지 여부를 알아볼 것입니다.
  • 모터의 속도를 바꿔가며 건물을 흔들 수 있도록 모델을 프로그래밍하세요. 여러 가지 속도(진동의 힘)에서 건물이 얼마나 오래 서 있는지를 테스트하고 기록하되, 저속에서 시작하여 점차 속도를 높이는 식으로 테스트를 수행해야 합니다(25%, 50%, 75% 및 100%). 어떠한 형태의 건물이 쉽게 무너지나요? 왜 그럴까요?

• 레고^® 부품으로 어떻게 건물 모델을 만들어야 테스트 중에 서로 다른 반응을 보이도록 할 수 있을지에 대해 브레인스토밍을 진행하세요(예: 높고 좁거나 위가 무겁고 바닥이 넓은 식으로 크기나 형태를 서로 다르게 디자인하거나, 휘어지지만 부서지지는 않는 연질의 부품을 사용). 아울러 모터의 속도를 이용해 건물에 가해지는 힘의 강약을 나타낼 방법을 찾아보세요.

• 과제 수행 중간에 학생들에게 익숙한 수업 방식에 따라 아이디어를 서로 교환하고 새로 떠오른 영감에 기초하여 모델을 업데이트하게 하세요.

예제 아이디어

• 학생들을 모두 모으고 정보를 공유하세요. 

• 각 그룹별로 직접 만든 모델과 스케치를 이용해 시연과 설명을 해보라고 하세요.

  • 건물의 디자인. (크기, 기본적 형태, 구조 또는 재료의 유연성이 묘사되도록 적절히 이끌어주세요.)
  • 테스트 결과.
  • 건물 디자인 솔루션이 성공/실패한 이유.

• 학생 개개인별로 방금의 설명과 테스트 결과를 사용하여 어떠한 디자인 솔루션이 지진의 영향을 가장 효과적으로 줄여줄 것인지 판단을 해보라고 하세요. 선택의 이유를 설명함에 있어 최소 두 가지 이상의 디자인을 비교해보아야 합니다.

• 학생들에게 모델을 어떻게 바꾸어서 성능을 개선했는지에 대해 설명을 해보라고 하세요.

파트 B의 설명 섹션을 이어서 하고자 할 경우, 학생들에게 모델을 그대로 보관하게 하거나 따로 시간을 주고 다시 조립하게 하세요.

파트 B (45분)

• 다른 그룹이 추가로 배운 내용의 시연과 설명을 할 수 있도록 파트 A의 설명 단계를 반복하세요.

• (5분) 정교화 단계에서 도움이 될 배경 지식을 공유하세요. 대한민국의 경우 기상청의 지진속보 및 지진조기경보 시스템을 통해 지진발생 상황을 사람들에게 알립니다.

• (15분) 학생들에게 모델을 반복 테스트하며 앱의 다음 과제를 완료하게 하세요.

  • 경보를 통해 지진 발생 사실을 사람들에게 알릴 수 있도록 건물 모델을 개선하고 프로그래밍하세요.

• (10분) 학생들에게 아래의 기준에 부합하는 지식, 아이디어 또는 기술을 모두와 공유하게 하세요.

  • 과제를 완료하는 데 도움이 되었다.
  • 조립하는 중에 배움을 얻었다.

• 학생들에게 세트와 수업 공간을 정리정돈하게 하세요.

• 학생들이 아이디어를 구상하고 조립과 프로그래밍을 하는 동안 유도질문을 통해 생각과 결정을 들어보세요.

관찰 체크리스트

• 학습 목표(교사 지원_ 참조)_를 읽어보세요.
• 체크리스트를 사용하여 학생들의 진척도를 관찰하세요.
  • 건물과 지진 시뮬레이터가 모델과 프로그램에 포함되어 있고, 그 둘이 함께 작동하며 진동에 대한 건물의 내성을 테스트한다.
  • 지진이 인간에게 미치는 영향을 줄이는 데 자신의 해법이 얼마나 효과적인지를 일정한 기준을 사용하여 평가한다.
  • 최소 두 개 이상의 건물 모델을 비교하여 어느 쪽이 더 나은지를 판정한다는 사실이 설명을 통해 확인된다.

자기 평가

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

• 파란색 브릭: 프로그램 작성 지침을 따를 수 있다고 생각한다.
• 노란색 브릭: 프로그램 작성 지침에 따라 프로그램을 만들 수 있다.
• 녹색 브릭: 프로그램 작성 지침에 따라 프로그램을 만들 수 있으며, 친구에게 도움을 줄 수도 있다.

동료 피드백

학생들을 소규모 그룹으로 나누고, 협업의 체험에 대해 토의를 하게 하세요.
다음과 같은 문장을 사용할 것을 제안하세요.

• 네가 어땠을 때 좋았냐 하면…
• 내가 너에게서 더 듣고 싶었던 것은…

수업을 단순화하는 방법:

• 첫 번째 과제의 조정: 학생들에게 흔들리는 속도를 하나로 고정하고 건물을 테스트하게 하세요. 아울러 시간 제한을 정하고(예: 5초 또는 10초) 건물의 “즉시” 붕괴 여부를 판정하게 하세요.

수업의 수준을 높이는 방법:

• 정교화 단계의 확장: 학생들에게 정교화 단계의 모델을 수정하고, 자연 재해의 위험을 사람들에게 경고할 추가적인 방법들을 보여달라고 하세요.

• 고대 일본, 중국 또는 로마의 건물 설계자들이 지진의 피해를 줄이기 위해 사용했던 재료들에 관한 학습 자료를 제공하세요. (검색어: 고대 중국/일본/로마 내진 건물) 아울러 학생들에게 사례를 하나 조사하고, 새로이 알게 된 내용에 기초하여 주요 개념과 세부 정보를 발표하게 하세요.

이렇게 할 경우 수업 시간이 45분 이상으로 길어집니다.