중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년
중심과목 성취기준
영역
1. 물질과 규칙성 중심과목
성취기준
[10통과09-05] 물질에서 방출되는 빛을 이용하여 다양한 정보를 얻을 수 있음 을 설명할 수 있다.
주제(단원)명 무선통신에 사용하는 신호의 이해 차시 1~2(100 분)/8
학습목표
• 주변에서 통신에 상용되는 파의 특성과 종류에 대해서 설명할 수 있다.
• 소리와 빛의 차이점을 파장으로 설명할 수 있다.
• 전자기파의 종류를 파장에 따라 구분할 수 있다.
• GPS 수신장치와 적외선 센서의 원리를 전자기파를 이용하여 설명할 수 있다.
연계과목 기술 연계과목
성취기준 영역 [기가.0312-1] 기술의 융합
STEAM 요소
S 빛의 성질과 이용
T 무선통신 방법과 적용사례
E 무선통신 장치의 종류와 센서에 대한 이해 A 통신장치에 적용된 디자인의 분석
M 가시광선의 굴절 공식 도입
개발 의도
Ÿ 과학교과학습활동을 통한 무선통신에 사용되는 전자기파의 종류에 대한 이해의 필요성 Ÿ 소리와 빛의 전달 조건이 다름에 대한 이해와 전달 매질에 대한 학습의 필요성
Ÿ 일상에서 사용되는 무선 통신장치에 대한 과학적인 접근에 대한 자신감 부여
파동의 전달에 대해서 간단한 실험을 통해서 이해하고 이를 응용하여 무선통신이 발달했음을 알게 하기 위해서 본 차시를 준비하였다.
안테나에서 전파는 어떻게 퍼져나가는 지 물결파 실험을 통해 알아본다. 먼저 물결파를 발생시켜 전파하는 모양을 관찰하기 위하여 수조에 물을 가득 담고 작은 돌멩이를 실에 매달아 수조 한가운데에 놓는다. 돌멩이를 수면 위아래로 움직이며 물결파를 만들고 물결파가 퍼지는 모양을 관찰한다.
전파가 발생하는 안테나에서도 이와 비슷한 일이 일어난다. 눈에 보이지는 않지만, 안테나 안에 들어 있는 전자가 물결처럼 파동치면 안테나 주위의 전기장과 자기장의 변화를 가져온다. 이것이 전파이며 진동수가 낮은 빛에 속한다. 안테나 속에 있는 전자가 수조에 물결파를 일으키는 돌멩이 역할을 하는 셈이다. 무선통신에서 사용하는 안테나 길이는 전자기파 파장의 1/2 길이일 때 가장 효율이 좋다고 알려져 있다. 이런 과정을 학생들이 이해할 수 있을 정도의 학습활동으로 재구성하였다.
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (20분)
1. 외계에서 오는 전파신호를 포착하여 외계와 교신을 한다는 내용의 영화
‘Contaact’의 외계신호 포착장면이 포함된 부분을 시청한다.
1) 전파는 먼 거리를 이동해도 신호의 크기가 감소하지 않는가? Co
Ÿ 영화에서처럼 실제로 외계신호를 탐색하는데 전파망원경을 사용하는지 인터넷 검색결과를 바탕으로 토한다.
Ÿ 영화에서 전파신호를 소리로 변환하는 과정은 전파의 파장을 소리의 진동수로 바꾸는데 문제는 없는 것일까?
[그림 1. 영화 ‘Contact’와 포항 지진보도 뉴스화면]
2) 포항 지진의 크기를 알아보는 지진파의 세기는 어떻게 측정하는가? Co
Ÿ 지진이 발생할 때 발생하는 지진파와 영화 ‘Contact’에서 사용된 전파의 차이 점은 무엇일까?
Ÿ 지진파도 전파와 같이 먼거리까지 도달할 수 있는지 또는 진공에서도 전달이 되는지를 조별로 토의하여 그 결과를 발표한다.
Cantact, 포항지진 뉴스 보도
영상
학습 활동 전개 (65분)
1. 전자기파의 종류와 이용에 대한 학습활동 전개
[그림 2. 가시광선의 영역과 전자기파의 활용 ]
1) 파장에 따른 전자기파의 활용표를 보고 전자기파의 파장에 따른 활용의 상호 연관성에 대해서 토의한다. CD
Ÿ 통신에 이용되는 전자기파의 범위를 찾아보고 파장과의 관계를 표로 정리한다.
Ÿ 일상에서 적외선 센서는 많이 사용되는데 자외선 센서는 거의 사용하지 않는 이유를 정리고 발표한다.
Tip! 인터넷 자료를 활용하되 자신의 의견을 발표하는 경우 칭찬을 하여 학생 들의 생각이 반영되 토의 학습이 이루어질 수 있도록 유도한다.
2) 전자기파를 이용한 통신장치들은 인터넷에서 검색하고 이용하는 파장영역에 대 해서 조사한다.CD
전자기파 설명 판넬
스마트폰용 스피커
수조
동영상카메 라
노트북
적외선 송수신장치
2. 음파에 해당하는 역학파의 종류와 이용에 대한 학습활동 전개
[그림 3. 음파의 발생과 전달 ] 1) 음파를 시각적으로 볼 수 있는 방법에 대해서 토의한다. CD
Ÿ 음파 분석용 프로그램인 Cool Edit를 사용하여 친구들의 목소리와 책상두드리 는 소리, 볼펜 또딱이는 소리 등, 다양한 음원의 파형을 관찰한다.
[그림 4. 파동을 분석하기 위한 수조와 Cool Edit 실행화면 ]
Ÿ 수조에 다양한 크기의 쇠구슬을 떨어뜨린 후 발생하는 파형을 분석한다. CD Ÿ 수조의 물에 종이 조각을 띄우고 파동에 따라 종이의 움직임이 어떻게 나타나
는 지를 분석하고 그림으로 표현한다.
2) 매질의 종류에 따라 음파가 어떻게 전달될 것인지를 예측하고 그 내용을 토의 한다. CD
3. 무선통신에 활용되는 장비와 파에 대한 학습활동 전개
1) 최근에 많이 사용되고 있는 GPS 수신장치에 대해서 조사하고 어떤 분야에서 활 용되는 조사한다. CD
[그림 5. 시중에서 판매중인 GPS수신장치]
Ÿ GPS 수신기의 용도와 디자인과의 관련성을 토의한다.
Ÿ GPS 수신 장치를 사용할 때 공통적으로 적용되는 요소는 무엇인지 조사한다.
2) 적외선 선세에 대한 이해 및 탐구
Ÿ 다음 차시에서 사용하게 될 적외선 센서에 대한 자료를 찾아 그 원리와 구조 레 대해서 이해한다. CD
[그림 6. 무선 자동차용 적외선 송수신장치]
Ÿ 적외선 송수신장치는 적외선을 방출하는 LED와 물체에 맞고 반사되어 돌아오 는 적외선을 수신하는 광센서로 구성된다.
Ÿ 적외선이 방출되는 물체를 인식하고 반응하는 센서임을 알고 사람의 몸에서도 적외선이 방출되기 때문에 이를 이용하여 감시카메라로도 사용된다는 것을 알 게 한다.
4. 전자기파와 역학파를 사용하는 장치와 이용하는 분야에 대한 관계도 포스터를 전지크기의 종이에 그려서 조별로 발표한다. CD
Ÿ 관계도를 그릴 때 가능한 그림을 사용하여 시안성이 좋게 나타나도록 지도한 다.
Ÿ 조별 발표자를 정해서 발표하고 우수한 조를 칭찬하고 보상한다.
마무리 (15분)
1. 조별로 작성한 학습 포스터를 실험실 벽에 붙이고 학생들이 스티커를 붙여서 평 가하는 시간을 제공한다. ET CD
Ÿ 우수한 조로 선정된 학생들에게 적절한 보상을 하고 칭찬한다.
2. 광센서를 이용하여 안전성을 높일 수 있는 분야에 대한 탐구와 조사를 할 수 있도록 과제를 제시한다.
3. 다음 차시의 학습 내용을 제시하고 필요한 선행학습 과제를 부여한다.
학습결과물 포스터
지도상 유의점
1. 인터넷을 활용한 비중이 큰 학습과정이기 때문에 학생들의 주의가 분산되지 않 도록 세심한 지도가 필요하다.
2.학습내용이 교과서의 내용과 다소 거리감이 있을 수 있기 때문에 학생들의 흥이 를 자극할 수 있도록 수업을 진행한다.
3. 다음차세에 사용할 준비물을 미리 보여주는 경우가 많기 때문에 준비물이 파손 되거나 분실하지 않도록 지도한다.
1_2) 학생활동자료
차시 1~2차시 : 전자기파의 특성과 이해
참고자료 실습활동보고서
제목 : 파동의 발생과 간섭현상 관찰하기 1. 실험 목적
Ÿ 파의 발생 원인을 수조 실험을 통하여 설명할 수 있다.
Ÿ 파동의 전달과 파의 운동을 비교하여 설명할 수 있다.
Ÿ 파가 충돌할 때 나타나는 현상을 그림으로 설명할 수 있다.
2. 준비물
물이 담긴 수조, 소형 스피커 2쌍, 동영상 카메라, 삼각대 3. 실험과정
① 아래 그림과 같이 실험 준비물을 설치한다.
② 소형스피커를 작동시켜 수면에 파동을 발생시킨다.
③ 동영상 카메라를 이용하여 수면의 파동을 촬영한다.
④ 촬영된 영상을 보고 파의 간섭에 대해서 토의하고 결과를 그림으로 완성한다.
4. 실험 결과 및 정리
① 제공된 A4용지에 파의 모양을 그리고 간섭현상이 나타나는 곳을 표시하시오.
② 파동이 전달되는 과정과 파의 움직임을 비교하여 설명하시오.
자료출처
차시 1~2차시 : 광센서 키트를 이용한 센서 반응 실습 학생활동 무선 자동차 장애물 감지를 위한 센서 작동 원리 이해
가시광선 감지센서와 적외선 감지센서
▣ 준비물
CdS광센서, 멜로디IC, 9V짜리 전구, 만능기판, 레이저 포인터, 적외선센서 (수광부와 발광 부), 분광기, 캠코더, 디지털 카메라, 리모콘
▣ 실험방법
1. CdS광센서를 이용해 빛을 감지하여 그 빛의 양에 따라 도전율이 증감해 소리를 내는 키 트를 만들어 레이저 포인터(광원)로 빛을 CdS에 맞춰 쏴 보내주면 전류가 흘러 멜로디 IC 에서 소리가 난다.
2. 스펙트럼을 통해 가시광선이 분해 되어 7가지 무지개 빛이 보이는 것을 확인 시킨 후 그 눈에 보이는 빛이 바로 CdS에서 감지하는 가시광선의 영역이라는 것을 확인시킨다.
3. 적외선 센서를 이용해 적외선이 나옴에 따라 그것을 감지하여 소리를 내는 키트를 만든다.
단 레이저 포인터 대신 적외선 다이오드를 사용한다.(광원을 교체)
4. 적외선을 이용한 생활용품 중에서 가장 흔한 리모콘의 앞부분(적외선 발광부분)을 캠코더 로 찍어 적외선의 발광부를 보여준다.
▣ 실험결과
1. Cds로 들어오는 가시광선 (광원: 레이저 포인터)의 빛을 막으니 음악이 흘러나왔다.
2. 스펙트럼으로 분광되어 보이는 7가지 색의 빛을 확인 할 수 있으며 그 빛 중 붉은 빛만 갖고 있는 것이 레이저 포인터에서 나오는 빛과 같은 것이라는 것을 알 수 있다.
3. 적외선이 나오는 발광다이오드 쪽의 전원을 켜니 수광부 쪽에서 적외선을 감지해 음악이 흘러 나왔다.
4. 캠코더를 이용해 리모콘의 적외선 광원부를 찍으니 적외선(근적외선)빛이 나오는 것이 보 였다.