견고한 구조물

• “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

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

소개 비디오
소개 비디오의 주요 요점:

1. 지구는 처음 형성되었을 때부터 지금까지 그 모양을 끊임없이 바꾸어 왔습니다. 지구의 표면에 위치한 지각판은 마치 꿀 위에 떠 있는 커다란 과자 덩어리처럼 서로 맞닿은 채 미끄러지고 충돌합니다.
2. 이 과정에서 마찰이 일어나고 그것이 우리가 살아가는 지구 표면에 진동을 일으킵니다.
3. 지진이 일어나는 과정에서 진동의 강도와 기타 수많은 요인에 따라 건물과 기타 구조물이 손상되거나 파괴될 수 있습니다.
4. 그간 과학적 발견 덕분에 건물의 설계가 많이 개선되었고 이제 수십년 전에 비해 훨씬 내진성이 높은 건물을 지을 수 있게 되었습니다.

토의를 위한 질문
탐구 단계에서 아래의 질문을 통해 학생들의 생각을 이끌어 내고 기존에 알고 있는 지식을 요약함으로써 이번 프로젝트에 대한 성과 기대 수준을 평가할 수 있습니다.

학생들에게 일단 자신이 현재 알고 있는 바를 문서화하게 하고, 만들기 단계 도중 또는 이후에 같은 질문을 재차 제시하십시오.

1. 무엇이 지진을 일으키며 지진이 일으키는 위험은 무엇입니까? 지진은 지각판의 이동에 의해 일어나는 지구 껍데기의 진동입니다.
2. 과학자들은 지진의 강도 등급을 어떻게 매깁니까? 과학자들은 리히터 스케일이라는 척도를 이용해 지진의 등급을 매깁니다. 등급은 1-10의 수치로 매겨지며, 숫자가 클수록 지표가 더 강하게 흔들립니다.
3. 어떠한 요인이 지진에 대한 건물의 내성에 영향을 미칠 수 있습니까? 이 질문에 대한 답을 학생의 가설로 사용하십시오. 이는 현재 시점에서 학생의 답이 부정확할 수 있다는 것을 의미합니다.

학생들에게 문서화 도구를 이용해 텍스트나 그림의 형태로 답을 기록하게 하십시오.

기타 탐구 질문

1. 건물의 점유 평면, 높이, 그리고 지진의 충격에 견디는 능력 사이의 관계에 대해 어떠한 것을 새로이 알게 되었습니까? 높이가 높거나 날렵한 구조물은 일반적으로 안정성이 떨어지고 측방향 힘이 가해질 때 넘어질 가능성이 높습니다.
2. 테스트가 매번 공정하게 이루어졌는지를 어떻게 확인할 수 있었습니까? 한 번에 하나씩만 변수를 바꾸었습니다.
3. 그 밖에 조사해야 할 중요한 요인으로는 무엇이 있습니까? 건물의 내진성을 테스트할 때 고려해야 할 그 외의 중요한 요인으로는 구조의 디자인과 다양한 소재를 꼽을 수 있습니다.
4. 오늘날의 건물은 지진에 견디기 위해 어떠한 식으로 디자인됩니까? 건축가와 엔지니어들이 구조, 원리 및 시뮬레이션을 이용해 원형의 취약점을 테스트합니다.
5. ”내성”과 “강하다”는 같은 뜻입니까? 이에 대한 답은 여러 가지 요인에 따라 달라집니다. 때로는 유연한 구조나 소재가 단단하고 강한 편에 비해 내성이 높을 수 있습니다.

지진 시뮬레이터와 모델 건물의 조립 및 프로그래밍
학생들에게 조립 설명서에 따라 지진 시뮬레이터를 조립하게 하십시오. 이제 이 장치를 이용해 어느 건물이 지진 테스트를 통과할 것인지를 판단하기 위한 증거를 수집하게 하십시오.

1. 지진 시뮬레이터 조립.
이 프로젝트에 사용되는 진동 모델은 테스트 판을 밀고 당기기 위해 피스톤을 사용합니다. 지진의 진폭은 프로그램을 통해 설정된 모터의 출력 수준에 따라 결정됩니다.

2. 시뮬레이터 프로그래밍.
프로그램을 시작하면 일단 화면에 숫자 0이 표시되고 이어 일련의 동작이 다섯 번 반복되는데, 매번 디스플레이의 숫자가 1씩 커지고(이 숫자가 진동의 강도를 나타냄) 해당 강도로 모터가 2초간 작동하며 1초간의 대기 시간이 이어집니다.

중요
지진의 강도를 더 높이거나 낮추고자 할 경우, 프로그램의 반복 회수를 바꿔 주면 됩니다. 학생들에게 프로그램을 자유로이 다루어도 좋다는 것을 알려 주십시오.

건물 디자인 조사
이제 학생들이 지진 시뮬레이터의 작동 원리를 이해하였을 터이므로 한 번에 하나씩 변수를 분리해 가며 여러 가지 요인을 조사하게 하십시오

1. 높이 변경.
바닥면이 좁은 건물 가운데 가장 높이가 낮은 것과 높은 것을 사용해야 합니다(건물 A와 B).

진동판 위에 가장 높은 건물을 올려놓고 건물을 쓰러뜨릴 수 있는 가장 낮은 진동의 강도를 알아내게 하십시오. 이어 같은 프로그램을 이용해 좁거나 키가 작은 건물의 내성이 더 큰지 여부를 테스트하게 하십시오.

바닥면의 면적이 같을 때 낮은 건물이 높은 건물에 비해 지진에 잘 견딘다는 사실을 학생들이 알아낼 수 있어야 합니다.

중요
모든 모터의 반응이 정확히 똑같을 수는 없으므로 조사를 수행하는 팀마다 진동의 강도가 달라질 수 있습니다.

2. 바닥면의 폭 변경.
같은 프로그램을 이용해 테스트를 수행하여 높고 바닥면이 좁은 건물(건물 B)이 높고 바닥면이 넓은 건물(건물 C)에 비해 내성이 큰지 여부를 알아보게 하십시오.

바닥의 면적이 넓을 때 고층건물의 내진성이 나아진다는 사실을 학생들이 알아낼 수 있어야 합니다.

지진 시뮬레이터를 이용한 추가 조사
학생들에게 진동에 대한 건물의 내성에 영향을 미치는 추가적 요소를 탐색하게 하십시오.

1. 강도 변경.
학생들에게 지진의 강도가 증가할 경우(예를 들어 8까지) 건물 A, B, 및 C에 어떤 일이 발생할지 예측하게 하십시오.

각자 예측한 바를 기록하고 테스트하게 하십시오.

2. 건물 변경.
바닥면이 넓을수록 강한 진동에 대한 건물의 내성이 개선된다는 사실에 기초하여 학급 전체 과제로서 8 수준의 지진에 견딜 수 있는 가장 높은 건물을 조립하게 하십시오.

학생들에게 여러 가지 건물 조합을 탐색하게 하십시오.
• 상이한 구조적 형상 탐구.
• 새로운 소재 도입.

협력 제안
팀별로 건물 디자인을 서로 비교하게 하십시오. 하나의 팀을 지정하여 다른 팀의 결과물을 설명하고 테스트하게 하십시오.
• 구조물이 어떠한 강점을 갖고 있습니까?
• 구조물이 어떠한 약점을 안고 있습니까?
• 건물이 지진 테스트를 견딜 수 있을 것으로 보입니까?

문서 작성
학생들에게 각자의 프로젝트를 다양한 방식으로 문서화하게 하십시오.
• 학생들에게 자신의 주장을 입증할 수 있도록 각각의 테스트 장면을 비디오로 촬영하게 하십시오.
• 학생들에게 각자의 결론을 실제 세계의 사례와 비교하게 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:
• 어떠한 요인이 건물의 안정성에 영향을 미치는지를 설명하게 하십시오.
• 자신의 생각을 탐구 결과와 비교하게 하십시오.
• 맥락이 통하도록 설명을 할 것을 요구하십시오.
• 자신의 결론을 재점검하게 하십시오.
• 테스트 결과가 사실을 반영하는지 논의를 통해 점검하십시오.

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

탐구 단계
탐구 단계에서 유념할 점은 학생이 토의에 적극적으로 참여하고 질문과 답변을 하고 지진에 대한 질문에 대해 자신의 판단으로 답을 해야 한다는 것입니다.

1. 학생이 질문에 답을 하거나 토의에 적절히 참여하지 못합니다.
2. 학생이 교사의 격려 하에 질문에 답을 하거나 토의에 적절히 참여하거나 지진에 대한 구조물의 내성에 영향을 미칠 수 있는 요인이 무엇인지를 설명할 수 있습니다.
3. 학생이 질문에 적절히 답을 하고 학급 토의에 참여하며 지진에 대한 구조물의 내성에 영향을 미칠 수 있는 요인이 무엇인지를 설명할 수 있습니다.
4. 학생이 토의 중에 제시된 설명을 확장 보완하고 지진에 대한 구조물의 내성에 영향을 미칠 수 있는 요인이 무엇인지를 상세하게 설명할 수 있습니다.

만들기 단계
만들기 단계에서 유념할 점은 학생이 문서화 기능을 이용해 자신이 예측한 바와 탐구 결과
를 기록하고 한 번에 변수를 하나씩 바꾸며 조사를 수행하는 요령을 알고 있어야 한다는 것입니다.

1. 학생이 조사 활동 중에 요구되는 문서를 모두 완성하지 못하며, 조사 중에 변수를 한 번에 하나씩만 바꾸어야 한다는 원칙을 정확하게 따르는 적이 거의 없습니다.
2. 학생이 문서화 기능을 이용하기는 하나 일부 중요한 요소를 빠뜨리고, 조사 중에 변수를 한 번에 하나씩만 바꾸어야 한다는 원칙을 일관되게 따르지 않습니다.
3. 학생이 적절한 문서화 기능을 이용해 자신이 예측한 바와 탐구 결과를 기록하거나 조사 중에 변수를 한 번에 하나씩만 바꾸어야 한다는 원칙을 대체로 정확하게 따릅니다.
4. 학생이 자신이 예측한 바와 탐구 결과의 기록을 위해 문서를 훌륭하게 활용하거나 조사 중에 변수를 한 번에 하나씩만 바꾸어야 한다는 원칙을 언제나 정확하게 따릅니다.

공유 단계
공유 단계에서 유념할 점은 학생이 지진 시뮬레이터의 작동 원리와 테스트 결과로부터 유추할 수 있는 결론을 설명함에 있어 문서와 구두 의사소통 수단을 효과적으로 활용할 수 있어야 한다는 것입니다.

1. 학생이 자신의 문서를 통해서든 구두 의사소통을 통해서든 설명을 제대로 하지 못합니다. 2. 학생이 테스트 진행 과정과 그로 인한 결론을 설명함에 있어 문서와 구두 의사소통 방식을 효과적으로 활용하지 못합니다. 또한 설명이 불완전하거나 부정확한 부분이 눈에 띕니다. 3. 학생이 테스트 진행 과정과 그로 인한 결론을 설명함에 있어 문서와 구두 의사소통 방식을 효과적으로 활용합니다. 4. 학생이 테스트 진행 과정과 그로부터 유추되는 결론을 정교하고 정확하게 설명하기 위한 수단으로서 문서와 구두 의사소통 방식을 효과적으로 활용합니다.

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.
3. 학생이 탐구 단계에서 제시된 질문과 관련된 자신의 아이디어를 적절히 표현합니다.
4. 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 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 자신의 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 자신이 기록한 텍스트 및 비디오에 담긴 증거를 활용하여 개념을 설명할 수 있어야 한다는 것입니다(무슨 일이 왜 일어났는지 등).

1. 학생이 프레젠테이션 중에 발표된 아이디어(무슨 일이 왜 일어났는지 포함)를 뒷받침할 증거로 자신의 문서, 텍스트 및 비디오를 활용하지 않습니다.
2. 학생이 자신이 기록한 텍스트 및 비디오에 담긴 일부 증거를 활용하기는 하나, 아이디어 (무슨 일이 왜 일어났는지 등)를 완전하게 설명하지는 못합니다.
3. 학생이 자신이 기록한 텍스트 및 비디오에 담긴 증거를 활용하여 아이디어(무슨 일이 왜 일어났는지 등)를 설명합니다.
4. 학생이 자신이 기록한 텍스트 및 비디오에 담긴 다양한 증거를 활용하여 아이디어 (무슨 일이 왜 일어났는지 등)를 완전하게 설명합니다.

성공적인 진행을 위해 다음과 같이 조립과 프로그래밍에 관한 추가 지침을 제공하십시오.
• 조사 수행 방법을 설명하십시오.
• 증거를 이용해 설명을 뒷받침하십시오.
• 격리된 변수를 이용해 가설을 테스트해볼 수 있는 추가적 기회를 제공하십시오.

아울러 탐구 결과의 발표 및 문서화에 관하여 학생들에게 기대하는 바를 명확하게 전달하십시오.

권고 사항
학생의 경험 수준이 높을 경우 조립과 프로그래밍을 위한 여분의 시간을 배정하고 학생 자신의 질의 사항을 이용해 스스로 조사 과정을 디자인하게 하십시오. 학생들에게 지진 시뮬레이터의 수준, 건물 시공에 사용되는 소재, 건물의 테스트에 사용되는 표면 등 변수를 자유로이 바꾸어 보게 하십시오.

추가 조사
학생들에게 진도 8의 지진에 견딜 수 있는 가장 높은 건물을 설계하게 하십시오. 이전의 조사를 통해 배운 지식을 적용하는 것이 중요합니다.

학생들의 흔한 오해
지진이 지구 전역에서 무작위적으로 일어나는 것으로 잘못 생각할 수 있으나, 전 세계의 지진 활동 중 대다수는 지각판의 경계 부분에서 발생합니다. 참고로 지진에 따른 산사태나 지표 함몰로 인해 얕은 지표 갈라짐이 발생할 수는 있으나, 단층을 따라 땅이 “열리는” 경우는 없습니다.