중력

(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 수업에서는 학생들이 주어진 이미지를 참조하여 스스로 균형을 잡는 새를 만들어볼 것입니다. 각자 자신의 아이디어에 따라 새를 디자인하고 조립하게 하세요.

• 과학적 배경 - 중력:
  • 물체의 무게중심이란 무게가 균형을 이루는 지점을 의미합니다. 무게중심이 낮으면 물체의 안정성을 유지하는데 도움이 됩니다.
  • 학생들이 모델을 기울이면 새의 무게중심이 높아지고 따라서 덜 안정적이게 됩니다.
  • 아래로 끌어당기는 중력의 힘은 항상 새를 원 위치로 되돌려 무게중심이 최대한 낮아지게 합니다.
  • 새를 어떻게 기울이든 관계없이 새에 작용하는 중력의 힘은 언제나 새를 지구의 중심을 향해 끌어당깁니다.
• 사전 지식 쌓기 - 중력: 기초 과학 자료와 주어진 배경 정보를 사용하여 정보, 이미지 및 용어 정의를 공유하세요.
  • 힘이란 특정 방향으로 밀거나 당기는 힘을 의미합니다.
  • 중력은 지구가 일으키는 힘으로, 모든 물체를 행성의 중심을 향해 끌어 당깁니다.
  • 자연에서 일어나는 현상에 관한 모든 주장이나 진술은 논거를 통해 뒷받침되어야 하며(예: 지구가 물체에 가하는 중력은 아래쪽을 향함), 증거(추론 등), 데이터(사실 확인) 및/또는 모델(관찰 결과의 입증)이 논거에 포함되어야 합니다.
  • 주요 어휘: 힘, 중력
• 조립 및 프로그래밍 체험: 학습단원 계획의 제안 사항을 읽어보세요. 아울러 필요하다면, 이번 수업과 관련하여…
  • 스파이크 앱 시작 메뉴의 자이로 센서 튜토리얼을 이용해 내용을 보완하세요.
  • 스파이크 앱의 도움말>단어 블록 메뉴의 이벤트 및 사운드 블록 섹션에서 추가로 도움이 될만한 부분을 찾아보세요. 아울러 센서 블록>기울어짐? 섹션에서 이 센서에 관한 지침을 찾아보세요(기본 모델을 움직이지 않게 한 상태에서 허브가 수평을 이루어야 함).
  • 이벤트 블록에 관한 체험이 필요할 경우 하이테크 놀이터 수업을 이용해보세요.

파트 A (45분)

• 이야기의 주인공 소개 및 첫 번째 과제의 제시: 다니엘과 함께 스스로 균형을 잡는 새를 조립하세요.

• 생각—이야기 그림을 사용하여 수업의 주제에 대해 간략히 토의를 진행하세요.

  • 물체를 공중으로 들어 올렸다가 놓으면 어떻게 될까요? 왜 그런 거죠? (물체가 땅에 떨어지는 이유는 중력이 물체를 아래로 당기기 때문입니다.)
  • 그네나 진자를 당겼다가 놓으면 어떻게 될까요? 왜 그런 거죠? (그네가 가장 낮은 위치로 되돌아오는 것도 중력이 그네를 아래로 당기기 때문입니다.)

• 스파이크 에센셜 세트와 장치를 그룹별로 하나씩 나눠주세요.

• 조립과 프로그래밍에 도움이 되도록 아래의 예를 학생들과 공유하는 방안을 고려해보세요. 단, 이미지는 하나의 본보기일 뿐이며, 학생들이 각자의 아이디어에 따라 스스로 균형을 잡는 새를 디자인하고 조립해야 합니다.

• 학생 과제:

  • 기본 모델을 사용하여 다니엘의 새를 조립하세요. 중력이 새를 아래로 끌어당기기 때문에 기울어졌던 새가 원래의 위치로 되돌아온다는 것을 보여줄 수 있어야 하겠죠.
  • 기본 내장된 자이로 센서와 이벤트 및 사운드 블록을 사용하여 모델을 프로그래밍하세요. 새가 왼쪽 또는 오른쪽으로 기울어지거나 똑바로 선 상태에서 각기 다른 소리를 내도록 해보자는 것이죠.

• 기울여 놓아도 다시 원래의 바른 위치로 되돌아오는 새 모델을 만들려면 레고^® 부품을 어떻게 사용해야 할지에 대해 브레인스토밍을 진행하세요. 그리고 필요에 따라 시연을 통해 보여주세요. 새를 기울였다가 놓았을 때 다시 원래의 바른 위치로 되돌아오게 하려면 기본 모델의 허브가 회전축(예: 커넥터 또는 축)에 어떻게 매달려야 할까요? 학생들이 기본 모델을 개조하는 것은 얼마든지 가능합니다. 허브가 단일 회전축에 매달려 있기만 하다면요.

• 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 모델을 이용해 시연과 설명을 해보라고 하세요.

  • 새에 가해지는 중력의 방향(“지면을 향함”)
  • 기울어진 모델을 중력이 어떻게 원래의 위치로 되돌려 놓는가.
  • 프로그램이 사운드를 어떻게 사용하여 새의 위치 변화를 알려주는가.

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

파트 B (45분)

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

• (5분) 정교화 단계에서 도움이 될 배경 지식을 공유하세요.
• 학생들에게 새를 160도(거의 거꾸로) 회전시켰다가 놓아보라고 하세요.
• 필요에 따라, 어떤 결과를 보게 될지를 재차 말해주세요.
  • 허브를 새 모델의 회전축보다 높이 올려야 합니다. 그래야만 모델이 스스로 가장 안정적인 위치(회전축 아래에 매달린 위치)를 찾아 되돌아갈 테니까요. 무게중심이 회전축 위에 있으면 중력이 허브를 아래로 끌어당기기 때문에 안정성이 떨어집니다.
• (10분) 학생들에게 모델을 반복 테스트하며 앱의 다음 과제를 완료하게 하세요.
  • 아무리 기울어뜨려도 다시 바른 위치로 돌아오는 새 모델을 조립하되, 이번에는 허브를 사용하지 마세요. (팁: 모델의 회전축 아래쪽 부분이 위쪽 부분보다 더 무거워야 합니다.)
  • 새의 아래쪽 부분이 위쪽 부분보다 무겁다는 것을 보여주고, 중력의 관점에서 이렇게 되어야 하는 이유를 설명하세요. (만일 새의 위쪽 부분이 아래쪽 부분보다 무겁다면 중력이 무거운 위쪽 부분을 아래로 끌어당겨 새를 뒤집어버릴 것입니다.)
• (15분) 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.
• 지구가 물체에 가하는 중력이 아래쪽을 향한다는 논거를 학생들이 입증할 수 있나요?
• 체크리스트를 사용하여 학생들의 진척도를 관찰하세요.
  • 스스로 균형을 잡는 새가 모델에 포함되어 있다.
  • 파트 A: 모델에 가해지는 중력이 아래쪽으로 작용한다는 사실이 설명을 통해 입증된다. 무거운 허브가 중력에 의해 아래로 당겨지므로 상대적으로 가벼운 새는 항상 위쪽에 위치하게 된다.
  • 파트 B: 두 번째로 만든 새의 아래쪽 절반이 위쪽 절반보다 무거워야만 똑바로 선 자세가 유지된다는 사실이 설명을 통해 입증된다. 정교화 단계의 새가 설명 단계의 새와 상당히 다르다. 즉, 회전축 아래쪽에 무거운 허브가 없음에도 똑바로 선 자세를 유지한다.

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 과제 수행 후 일단 진행을 멈추고, 아래쪽 부분에 허브를 부착하는 방식으로 균형잡는 새 모델을 조립한 후, 예/아니오 질문을 통해 학생들의 설명을 이끌어내세요.

수업의 수준을 높이는 방법:

• 파트 A—탐구 단계의 과제 확장: 학생들에게 파트 A에서 사용했던 허브가 포함되도록 다른 동물(새가 아님)을 조립하고 프로그래밍하되, 역시 기울이더라도 다시 서게 만들어보라고 하세요. 예를 들어, 다람쥐라든지 원숭이라든지…

• 경주용 자동차나 아기용 물컵과 같은 여러 가지 물체를 전복되지 않게 디자인하는 방법에 관한 학습 자료를 제공하세요. 뒤이어 학생들이 한 가지 예제에 대해 학습을 마치는 대로 배운 내용을 글로 써서 공유하게 하세요. 예를 들어, 제품 비디오 광고 대본을 써보는 것도 괜찮겠죠.

이렇게 할 경우 수업 시간이 45분 이상으로 길어집니다.