WeDo 2.0 코어 세트

당기기

이번 프로젝트에서는 힘의 균형과 불균형이 물체의 움직임에 미치는 영향을 알아보기로 하겠습니다.

120분 이상
중급
3-5학년
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준비

15-30분

• “수업 관리” 장에 설명된 일반 준비 사항을 읽어 보십시오.
• 프로젝트에 관한 정보를 읽고 무엇을 해야 할지를 정확히 파악하십시오.
• 프로젝트의 소개를 위해 WeDo 2.0 소프트웨어의 프로젝트에 포함된 비디오와 자신이 선택한 자료 중에서 어느 것을 사용할지 정하십시오.
• 프로젝트의 최종 결과 결정: 어떠한 기준에 따라 문서를 작성하고 발표해야 할지를 정하십시오.
• 기대 사항을 충족하기에 부족함이 없도록 시간을 계획하십시오.

탐구 단계

30-60분

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프로젝트의 수행을 위해 학생들과 함께 아이디어를 검토하고 논의하기 위한 기본 토대로서 소개 비디오를 활용할 수 있습니다.

소개 비디오
인간은 까마득한 과거로부터 커다란 물체를 옮기기 위해 여러 가지 방법을 사용하였으며, 고대 문명 사회에서 현대 시대에 이르기까지 물체를 밀고 당기기 위한 다양한 도구를 개발하였습니다.

  1. 무언가를 당겼으나 움직이지 않는다는 것은 동일하거나 더 큰 힘이 그 물체를 반대 방향으로 당기고 있다는 것을 의미합니다.
  2. 물체가 움직이기 시작한다는 것은 움직이는 방향으로 작용하는 힘이 더 크다는 것을 의미합니다.
  3. 지구 상에서 마찰은 이러한 원리와 관련하여 중요한 역할을 합니다.
  4. 무게가 같더라도 거친 표면에서보다 마찰이 적은 표면에서 물체를 보다 쉽게 당길 수 있습니다.

힘과 움직임에 관한 주제는 17세기에 아이작 뉴튼에 의해 상세히 탐구되고 설명된 바 있습니다. 뉴튼이 정의한 물리 법칙은 우리의 일상생활 속에서 매일 체험할 수 있습니다.

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토의를 위한 질문

  1. 물체를 움직이려면 어떤 방법이 필요합니까? 물체를 움직이려면 밀거나 당기는 등 힘을 가해야 합니다.
  2. 마찰에 대해 설명해 주시겠습니까? 미끄러운 표면에서보다 보통의 표면에서 무언가를 끌기가 더 쉽습니까? 이 질문은 마찰에 관한 문제를 다루고 있습니다. 거친 표면에서보다는 미끄러운 표면에서 물체를 움직이기가 더 쉽습니다. 또한 물체의 무게에 따라 미끄러운 표면 위에 있는 물체를 이동하기가 더 어려울 수도 있는데, 그 이유는 밀거나 당기기 위한 지지력이 작기 때문입니다.
  3. 한쪽 방향으로 당기는 힘이 다른 쪽 방향의 힘에 비해 더 클 때 어떠한 일이 일어날지 예측해 보십시오. 이 질문에 대한 답은 시작 시점 현재 학생이 알고 있는 바에 따라 달라집니다. 이 말은 지금으로서는 학생의 답이 부정확할 수 있다는 것을 의미하며, 수업이 진행됨에 따라 밀거나 당기는 힘이 더 큰 방향으로 물체가 움직인다는 사실을 논의할 만한 능력이 배양될 것입니다.

학생들에게 문서화 도구를 이용해 텍스트나 그림의 형태로 답을 기록하게 하십시오.

기타 탐구 질문
힘의 균형과 물체의 이동 사이의 관계를 유추할 수 있습니까? 힘의 균형이 맞지 않을 경우 물체의 움직임에 변화가 일어날 수 있습니다(가속, 감속 등).

만들기 단계

45-60분

당기기 로봇 조립하기와 프로그래밍하기
학생들에게 조립 설명서에 따라 당기기 로봇을 만들게 하십시오. 이 로봇은 바구니에 담긴 물체를 당기는 기능을 합니다. 이번 조사 활동은 나무 또는 카펫 등 여러 가지 유형의 표면에서 수행할 수 있습니다. 프로젝트 내내 동일한 표면을 사용하십시오.

1. 당기기 로봇 조립.
이 프로젝트에 사용되는 흔들기 모듈에는 베벨 기어가 들어 있습니다. 베벨 기어는 회전축을 수직 방향에서 수평 방향으로 바꾸는 동시에 모터의 구동력을 바퀴로 전달합니다.

바구니에는 마찰을 줄이기 위해 몇 개의 미끄럼 블록이 붙어 있습니다.

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2. 로봇 프로그래밍.
이 프로그램은 디스플레이에 숫자 3, 2, 1을 표시하고, 이어 모터를 2초간 10의 힘으로 작동합니다.

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권고 사항
학생들이 조사 활동을 시작하기에 앞서 프로그램을 완전하게 이해할 수 있도록 프로그램의 변수를 자유로이 바꿔 보게 하십시오.

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당기기 로봇 테스트
학생들에게 이 모델을 이용해 당기는 힘에 대한 조사를 수행하게 하십시오.

1. 작은 물체를 바구니에 추가하는 방식으로 조사를 수행하고, 이어 장치가 멈출 때까지 큰 물체를 담으십시오.
일반적인 표면에서 당기기 로봇의 움직임을 멈추게 하려면 약 300g의 무게를 올려야 합니다. 어느 물체를 사용해도 관계없으나, 본 활동의 목표가 평형 상태를 조사하는 것이므로 하나하나가 너무 무겁지 않아야 합니다. 움직임이 멈춘 상태에서 학생들에게 힘의 균형을 눈으로 관찰하게 하십시오. 또한 힘의 방향을 나타내는 화살표를 사용할 수도 있습니다.

바구니에 담을 물체로 작은 타이어를 사용하는 것도 하나의 방법이며, 이렇게 하면 바구니의 마찰이 커집니다.

2. 동일한 분량의 블록을 이용하되, 크기가 큰 타이어를 모델에 장착하고 어떠한 결과가 나타나는지 관찰하십시오.
학생들에게 당기기 로봇의 타이어를 바꿔 끼우게 하십시오. 이렇게 하면 당기기 로봇의 바퀴와 표면 사이의 마찰력이 더 커지고, 따라서 로봇이 있는 방향으로 당기는 힘이 더 강해지며, 결과적으로 힘의 균형이 갑자기 무너집니다.

이 실험의 결과는 당기는 힘이 그에 반대되는 힘보다 더 클 때 물체가 움직인다는 개념을 증명합니다.

3. 타이어가 장착된 모델을 이용해 당길 수 있는 가장 무거운 물체를 찾으십시오.
이 단계의 결과는 프로젝트가 수행되는 표면의 마찰 계수에 따라 달라집니다.

학생용 프로젝트의 “추가 조사” 섹션을 선택적 확장 과제로 활용하십시오. 확장 과제는 “조사” 섹션의 심화 과제에 해당하며 연령이 높거나 학습 수준이 앞서가는 학생을 위해 구상되었음을 유념하십시오.

추가 조사
학생들이 과제에 사용하는 당기기 로봇은 베벨 기어 메커니즘을 이용해 모터의 회전 방향을 바꾸도록 만들어 져 있습니다. 이 메커니즘은 힘의 크기를 크게 늘려 주지 않습니다.

1. 다른 당기기 로봇 조립.
학생들에게 당기기 기계에 적용할 새로운 디자인을 탐구하게 하십시오. 각자 모델을 조립하고 원래의 당기기 로봇과 동일한 실험을 하게 한 다음, 두 가지 실험을 통해 결과를 비교하게 하십시오. 아이디어가 필요한 경우 디자인 라이브러리를 참조하십시오.

협력 제안
학급 최고의 장사 로봇 선발 대회.
모든 팀이 테스트를 마치는 대로 줄다리기 시합을 준비하십시오.

  • 두 팀씩 짝을 이루게 하십시오.
  • 레고 ® 체인을 이용해 로봇을 서로 연결하십시오.
  • 시합을 시작하기 전에 바구니에 동일한 무게의 물체를 올려놓습니다.
  • 교사의 신호에 따라 엔진을 작동하고 서로 잡아 당깁니다. 어느 쪽의 힘이 더 셉니까?
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공유 단계

45+분

문서 작성
학생들에게 각자의 프로젝트 내용을 다양한 방식으로 문서화하게 하십시오(아래의 예시 참조).

  • 결과물의 화면 캡처 이미지를 저장하게 하십시오.
  • 캡처한 이미지를 실제 이미지와 비교하게 하십시오.
  • 자신의 팀이 프로젝트 결과를 발표하는 모습을 비디오로 기록하게 하십시오.

권고 사항
차트 형식 또는 스프레드시트의 형태로 데이터를 수집할 수 있습니다. 또한 테스트 결과를 그래프로 표시할 수도 있습니다.

결과 발표
프로젝트가 끝나는 대로 학생들에게 조사된 결과를 발표하게 하십시오.

보다 나은 프레젠테이션을 위한 조언:

  • 학생들이 힘의 균형, 힘의 불균형, 밀기, 당기기, 마찰, 무게 등의 용어를 제대로 사용하는지 확인하십시오.
  • 화살표를 이용해 힘의 방향을 나타내게 하십시오.
  • 맥락이 통하도록 설명을 할 것을 요구하십시오.
  • 힘의 균형과 불균형을 보여주는 실제 상황을 학생들이 관찰한 바와 비교하여 각자의 프로젝트를 분석하게 하십시오.
  • 각자의 탐구 결과와 앞서 말한 특정 상황 사이의 연결 관계에 대해 토의를 실시하십시오.

평가

과학과 프로젝트 활동평가표
이 활동평가표는 “WeDo 2.0을 이용한 평가” 장의 관찰평가표와 함께 사용할 수 있습니다.

탐구 단계
탐구 단계에서 유념할 점은 학생이 토의와 질의응답에 적극적으로 참여하는 동시에 밀기, 당기기, 힘, 마찰 등의 용어를 올바르게 사용해야 한다는 것입니다.

  1. 학생이 질문에 답을 하거나 토의에 적절히 참여하거나 밀기와 당기기의 개념을 적절히 설명하지 못하거나 힘이 무엇인지 이해하지 못합니다. 2. 학생이 교사의 격려 하에 질문에 답을 하거나 토의에 적절히 또는 교사의 도움 하에 참여하거나 힘의 본보기로서 밀기와 당기기를 설명할 수 있습니다. 3. 학생이 질문에 대해 적절한 답을 하거나 학급 토의에 참여하거나 힘의 본보기로서 밀기와 당기기를 설명할 수 있습니다. 4. 학생이 토의 중에 제시된 설명을 확장 보완하거나 밀기와 당기기를 통해 힘의 개념을 상세하게 설명할 수 있습니다.

만들기 단계
만들기 단계에서 유념할 점은 학생이 팀의 일원으로 활동하고 어떠한 일이 일어날지를 예측하고 탐구 단계에서 수집된 정보를 활용할 수 있어야 한다는 것입니다.

  1. 학생이 팀 활동을 원활히 수행하거나 어떠한 일이 일어날지를 예측하거나 수집된 정보를 활용하지 못합니다.
  2. 학생이 팀 활동을 수행하고 조사 활동 중에 교사의 도움 하에 무슨 일이 일어날지를 예측할 수 있습니다.
  3. 학생이 교사의 지침 하에 정보를 수집하여 사용하고 팀 활동을 수행하고 팀 토의 활동에 기여하고 예측을 하고 내용의 설명을 위한 프레젠테이션에 사용할 정보를 수집할 수 있습니다.
  4. 학생이 팀 활동을 수행하고 리더의 역할을 하고 정보에 기초하여 미는 힘과 당기는 힘을 설명함에 있어 자신의 예측을 입증할 수 있습니다.

공유 단계
공유 단계에서 유념할 점은 학생이 모델을 이용해 힘의 원리를 설명하고 상이한 조합을 테스트하고 다른 조합의 결과를 예측하고 프로젝트를 통해 수집된 중요한 정보를 이용해 최종 보고서를 작성할 수 있어야 한다는 것입니다.

  1. 학생이 조사에 관한 토의에 참여하거나 힘의 개념을 이용해 모델을 설명하거나 정보를 이용해 최종 프로젝트를 생성할 수 없습니다.
  2. 학생이 교사의 격려 하에 힘에 관한 토의에 참여하고 예측을 위해 필요한 둘 이상의 테스트 시나리오를 완료하고 제한된 정보를 이용해 최종 프로젝트를 생성할 수 있습니다.
  3. 학생이 힘의 연구에 관한 토의에 참여하고 테스트를 통해 수집된 정보를 이용해 최종 프로젝트를 생성할 수 있습니다.
  4. 학생이 관련 주제에 관한 학급 토의에 광범하게 참여하고 수집된 정보를 이용해 추가적으로 요구되는 요소가 포함된 최종 프로젝트를 생성할 수 있습니다.

국어과 프로젝트 활동평가표
이 활동평가표는 “WeDo 2.0을 이용한 평가” 장의 관찰평가표와 함께 사용할 수 있습니다.

탐구 단계
탐구 단계에서 유념할 점은 학생이 해결을 요하는 문제에 관한 자신의 아이디어와 지식을 효과적으로 설명할 수 있어야 한다는 것입니다.

  1. 학생이 탐구 단계에서 제시된 질문에 관한 자신의 아이디어를 공유하지 못합니다. 2. 학생이 탐구 단계에서 제시된 질문에 관한 자신의 아이디어를 교사의 격려 하에 공유할 수 있습니다.
  2. 학생이 탐구 단계에서 제시된 질문과 관련된 자신의 아이디어를 적절히 표현합니다.
  3. 학생이 탐구 단계에서 제시된 질문과 관련된 자신의 아이디어에 대한 설명을 세부 정보를 이용해 확장 보완합니다.

만들기 단계
만들기 단계에서 유념할 점은 학생이 적절한 선택을 하고(즉, 화면 캡처, 이미지, 비디오, 텍스트 등) 탐구 결과의 문서화에 대한 소정의 기대 사항을 충족해야 한다는 것입니다.

  1. 학생이 조사 활동 중에 자신의 탐구 결과를 문서화하지 못합니다.
  2. 학생이 자신의 탐구 결과에 관한 문서를 수집하기는 하나, 문서가 불완전하거나 소정의 기대 사항을 모두 충족하지는 못합니다.
  3. 학생이 조사 활동의 각 요소별로 탐구 결과를 적절히 문서화하고, 선택을 함에 있어 적절한 결정을 내립니다.
  4. 학생이 문서화를 위해 다양하고 적절한 방법을 사용하고, 소정의 기대 사항을 초과 충족합니다.

*공유 단계 *
공유 단계에서 유념할 점은 학생이 조사 활동 중에 자신의 탐구 결과를 증거로 활용하여 자신의 추론을 뒷받침하고 과제 수행 결과를 발표함에 있어 지정된 지침을 준수해야 한다는 것입니다.

  1. 학생이 프레젠테이션 중에 발표된 아이디어를 뒷받침할 증거로 자신의 탐구 결과를 활용하거나 지정된 지침을 따르지 않습니다.
  2. 학생이 자신이 탐구한 결과의 일부를 증거로 활용하기는 하나, 근거 제시가 제한적입니다. 또한 지정된 지침을 대체로 따르기는 하나, 한두 영역에서 부족한 부분이 눈에 띕니다.
  3. 학생이 증거를 적절히 제시하여 자신의 탐구 결과를 뒷받침하고 발표와 관련하여 지정된 지침을 준수합니다.
  4. 학생이 자신의 탐구 결과를 완전하게 논의하고 적절한 증거를 십분 활용하여 자신의 추론을 뒷받침하고 지정된 지침을 모두 준수합니다.

차별화

이 프로젝트를 가장 먼저 시작할 것을 권장합니다.

성공적인 진행을 위해 다음과 같이 조립과 프로그래밍에 관한 추가 지침을 제공하십시오.

  • 모터 사용 방법을 설명하십시오.
  • 간단한 프로그램 문자열을 예로 들어 설명하십시오.
  • 조사 수행 방법을 설명하십시오.
  • 당기는 힘과 마찰력 등 반드시 알아 두어야 할 요인을 정의하십시오.

아울러 어떠한 방식으로 탐구 결과를 발표하고 문서화해야 하는지를 구체적으로 설명하십시오(예: 다른 팀과의 공유 등)

추가 조사
과제의 난이도 상향을 위해 학생들이 디자인, 조립 및 프로그래밍한 모델을 실험할 수 있도록 여분의 시간을 배정하십시오. 이렇게 하면 당기기와 밀기의 법칙을 좀더 심도 있게 탐구할 수 있습니다.

아울러 추가적인 조사를 위해 학생들에게 줄다리기 대회를 열고 로봇의 힘을 서로 비교하게 하십시오. 재미있게 진행하십시오!

학생들의 흔한 오해
많은 학생이 물체의 움직임이 없으면 아무런 힘이 작용하지 않는 것으로 생각하는 경향이 있습니다. 수동 브레이크를 건 상태에서 차를 움직이려 하는 상황을 예로 들어 보여주십시오. 차가 움직이지 않기 때문에 아무런 힘이 작용하지 않는 듯이 보일 수 있으나, 실상은 그렇지를 않습니다. 과학적인 시각에서 힘의 균형이 작용하고 있다는 것을 이해할 수 있어야 합니다.

교사 지원

지진에 견디는 힘을 높여 주는 다른 요인은 무엇인가요?
이번 프로젝트의 과제:
• 지진의 근원지와 특성을 조사하세요.
• 건물의 디자인을 테스트할 수 있는 장치를 만들고 프로그래밍하세요.
• 어느 구조 디자인이 지진에 가장 잘 견디는지에 관하여 자신이 찾아낸 해결 방법을 문서에 기록하고 발표하세요

LEGO® Education WeDo 2.0 코어 세트
WeDo 2.0 소프트웨어 또는 Programming App

학생용 자료

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