우주, 상상이 현실로

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초등3-4 우주탐사

우주, 상상이 현실로

I. 주제 개관 ···

3

Ⅱ. 주제 학습 목표 ···

6

Ⅲ. 관련 교육 과정 ···

6

Ⅳ. 주요 학습 개념 ···

10

Ⅴ. 차시별 교수 학습 과정안 ···

11

Ⅵ. 참고 활동 및 정보 ···

33

Ⅶ. 참고 문헌 및 사이트 ···

35

(4)

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우주, 상상이 현실로

I. 주제 개관

1. 주제개관

가. “천국에 다녀온 기분이었다.” 첫 우주여행자 데니스 티토의 말

출처 : 경향신문 http://ttalgi21.khan.kr

일반인들의 우주여행은 2001년 4월 28일 시작됐다. 2001년 4월 28일 미국의 억만장자 기업가 데니스 티토가 인류 역사상 첫 ‘우주관광’길에 올랐다. 일반인으로는 처음 우주여행을 한 미국의 금융거부 데니스 티토 는 소유즈 TM-32에 탑승해 국제우주정거장(ISS)을 방문하는 여행 비 용으로 2000만 달러(약 190억 원)를 지불했다. 그리고 러시아의 소유스 우주선을 타고 당시 갓 출범한 국제우주정거장(ISS)를 방문, 7일 22시간 4분 동안 우주에 머물며 지구를 128바퀴 돈 뒤 귀환하였다.

여행상품 가격을 200만 달러 선으로 낮춘 ‘간이 우주관광’ 상품들도 등 장하였다. 이는 우주정거장에 체류하는 대신 우주선을 타고 대기권 밖으 로 나가 무중력 상태를 경험해보는 ‘저가 상품’들이다.

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나. ‘XCOR 에어로스페이스’가 만든 여객 우주선 ‘제러스(Xerus)’

출처 : 중앙일보

우주여행은 인간이 오랫동안 갈망해 온 꿈이다. 역사는 인간의 꿈을 실 현해온 기록이다. 이제 인간은 ‘우주여행 현실화’라고 역사책에 적기 위 해 끊임없이 노력하고 있다. 요원한 꿈 우주여행. 그 꿈이 이뤄져 가고 있다. 일반인들의 우주여행이 현실로 다가오고 있는 것이다.

미국의 민간 로켓회사 ‘XCOR 에어로스페이스’가 만든 여객 우주선 ‘제 러스(Xerus)’의 입체사진이 2일 공개됐다. 이는 지상 100km 상공에서 하부궤도(Sub-orbital)를 비행하는 우주선이다. 하부궤도 비행이란 대기 권은 벗어나지만 지구궤도를 돌 수 있을 만큼의 충분한 속도비행을 하지 않는 관광을 위한 우주비행을 말한다. 지상 100㎞는 우주가 시작되는 높 이다. 기존 항공기 비행 고도는 20㎞. 인공위성 고도는 지상 200㎞다.

XCOR 에어로스페이스는 1999년부터 비행기처럼 이착륙할 수 있는 우 주선을 연구해왔다. XCOR 에어로스페이스가 개발 중인 ‘제러스’는 반복 사용이 가능한 1인용 우주선이다. 탑승자는 지구에서 100㎞ 떨어진 상공 에서 약 3분간 무중력을 경험할 수 있도록 설계되고 있다. 3∼5분간의 짧은 우주여행은 이륙에서부터 대략 2시간이 지난 다음부터 시작 될 것 으로 예상하고 있다. 한마디로 2시간짜리 우주여행 상품인 것이다.

다. 2012년 상용화를 목표로 우주 관광선 EADS

유럽 합작 우주항공기업 EADS 또한 2012년 상용화를 목표로 우주 관 광선을 개발하고 있다. EADS는 6월 18∼24일 프랑스 파리 북부 르부르 제 공항에서 열린 파리 에어쇼에서 현재 개발 중인 우주관광선을 공개했 다. EADS의 우주관광선은 기존의 항공기 모양과 비슷하다. 제트 엔진을 달고 일반 공항에서 이륙한다. 탑승객은 4명. 무중력 체험 시간은 대략 3분 가량이 될 것으로 전망된다. EADS 우주관광선엔 15개의 창문이 설

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치돼 지구를 마음껏 감상할 수 있도록 설계되고 있다.

EADS 우주관광선엔 15개의 창문이 설치돼 지구를 마음껏 감상할 수 있도록 설계되고 있다. 총 여행시간은 1시간 30분. 요금은 1인당 20만∼

26만 5000달러(2억여 원)가 될 전망이다. 이들 우주항공업체들은 2020 년에는 우주관광객이 연간 2만 명, 10억 달러 시장규모가 될 것으로 전 망하고 있다.

우주선 개발과 더불어 우주선을 띄울 우주공항 건설 경쟁도 치열하다.

버진 갤럭틱은 미국 로스웰에 공항을 건립 중이다. 스페이스 어드벤처도 아랍에미리트와 싱가포르에 우주공항을 세울 계획이다. 우주선 개발이든 우주공항 개발이든 경쟁이 치열해진다는 것은 그만큼 일반인 우주여행이 현실로 다가오고 있다는 증거다.

다. EADS의 우주관광선

EADS의 우주관광선 EADS의 우주관광선 내부의 모습 출처 : 중앙일보

EADS의 우주관광선은 기존의 항공기 모양과 비슷하다. 제트 엔진을 달고 일반 공항에서 이륙한다. 탑승객은 4명. 무중력 체험 시간은 대략 3분 가량이 될 것으로 전망된다.

EADS 우주관광선엔 15개의 창문이 설치돼 지구를 마음껏 감상할 수 있도록 설계되고 있다. 총 여행시간은 1시간 30분. 요금은 1인당

20만∼26만 5000달러(2억여 원)가 될 전망이다. 이들 우주항공업체들은 2020년에는 우주관광객이 연간 2만 명, 10억 달러 시장규모가 될 것으로 전망하고 있다.

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과목 현 교육과정 2009개정교육과정

과학

3학년, 물체와 물질 3학년, 액체와 기체 4학년, 무게

학년 군 : 3~4학년 (2) 물체의 무게

(가) 여러 가지 물체 중에서 가벼운 것과 무거운 것을 구

Ⅱ. 주제 학습 목표

영역 학습 목표

융합 지식 활용 (문제이해)

문제와 관련된 융합적 지식을 활용할 수 있다.

우주 탐사 로켓과 관련된 기술을 이해할 수 있다.

창의적 사고력 (해결방안탐색)

풍선 로켓을 이용하여 창의적으로 아이디어를 탐색할 수 있다.

문제해결능력 (과정 지식)

문제 해결 방법을 제시할 수 있다.

시각화(설계도), 재료의 특성을 고려하여 활용할 수 있다.

수행능력 (기능)

도구나 공구의 안전사항을 지키며 제작할 수 있다.

로켓의 원리를 이용한 풍선 로켓을 구상하고 제작할 수 있다..

감성적 태도 (몰입)

동기를 가지고 과제를 실패해도 계속 도전할 수 있 다.

Ⅲ. 관련 교육과정

1.

교육과정 연계표

이 수업의 경우 우주탐사라는 주제의 한계 때문에 3, 4학년과 관련 되어 있는 교육과정이 부족하다. 또한 3, 4학년의 경우 기술, 공학과 관련된 직접적인 단원이 부족하기 때문에 과학, 예술, 수학이 주로 연 계되고 내용에 따라 사회과와 연계되는 내용이 존재한다.

(9)

과목 현 교육과정 2009개정교육과정 분하며, 무게를 정확히 제기 위해 저울이 필요함을 안다.

(4) 물체와 물질

(가) 우리 주위의 물체를 찾 아보고 어떠한 재료로 만들 어졌는지 조사한다.

(나) 물체의 기능과 물질의 성질 사이의 관계를 설명할 수 있다.

(라) 여러 가지 물질의 성질 을 비교하여 어떤 성질 때문 에 일상생활에 활용되었는지 설명할 수 있다.

(7)액체와 기체

(라)기체는 공간을 차지하고 있으며 다른 용기에 옮겨 담 을 수 있음을 안다.

(마)기체가 무게가 있음을 증 거를 들어 설명할 수 있다.

예술

3,4학년 표현방법

3,4학년 조형 요소와 원리 3,4 학년 표현 과정

학년 군 : 3~4학년

<표현>

② 표현 방법

㉮ 기본적인 재료와 용구의 사용 방법을 익히기

㉯ 재료와 용구에 따른 표현 방법을 탐색하여 표현하기

③ 조형 요소와 원리

㉯ 조형 요소와 원리를 활용 하여 자유롭게 표현하기

<감상>

(10)

과목 현 교육과정 2009개정교육과정

② 미술 비평

㉯ 미술 작품에 대한 자신의 느낌과 생각을 설명하기

수학

3학년, 1000까지의 수

3학년, 네 자리 수의 덧셈과 뺄셈

3학년, 평면도형의 이동 3학년, 길이

4학년, 자연수의 사칙계산 4학년. 각과 여러 가지 삼각 형

4학년, 어림하기

학년 군 : 3~4학년 (가) 수와 연산

 다섯 자리 이상의 큰 수

 세 자리 수의 덧셈과 뺄 셈

(나) 도형

 도형의 기초

 평면 도형의 이동

 여러 가지 삼각형

 여러 가지 사각형 (다) 측정

 길이

 들이

 무게

 어림하기 (라) 규칙성

 규칙과 대응

사회

3학년, (5)이동과 의사소통 4학년, (6)사회의 변화와 우 리 생활

학년 군 : 3~4학년 (2) 이동과 소통하기 (4) 달라지는 생활모습 (12) 사회 변화와 우리 생활

(11)

2. STEAM 과목 요소

과목 학습활동 및 수업 내용

S 과학 사회

기체의 무게, 물질, 작용 반작용 우주로의 이동 방법, 사회의 변화 A 예술 및

인문사회

생활에서 찾을 수 있는 정보, 토론, 다양한 용구와 재료 를 활용한 표현

M 수학 구조물의 전개도, 받아 올림과 받아 내림이 있는 덧셈과 뺄셈, 측정, 규칙성

3. STEAM 단계 요소

 문제 상황 : 로켓은 어떻게 우주로 날아갈지 생각해보기

 창의적 설계 : 로켓의 원리를 알아보고 우리 주변에서 유사한 원리를 가진 방법을 가진 것들을 찾기. 풍선 로켓을 설계하고 평가하기

 감성적 체험 : 로켓의 원리를 이용한 풍선 로켓 만들기를 통한 도전 요소로 외적 동기 부여하고 직접 제작해 봄으로써 내적 동기로 성취감을 느낄 수 있다.

협력적 과제 수행 : 협력하여 아이디어 브레인스토밍과 설계 제작 성취감 : 풍선 로켓 성능 평가

효능감 : Hands on 기반의 작품 완성으로 효능감 증가 과학기술(공학) 흥미 : 작용 반작용의 원리 탐색

과학기술(공학) 탐구 동기 강화: 우주인에 대한 이해

(12)

Ⅳ. 주요 학습 개념

(13)

단계 차 시 주 제 및 주 요 활 동 내 용 관 련 교 과

문제로의

초대 1차시

로켓과 풍선

- 로켓의 원리와 풍선의 원리가 같음 을 이해하기.

- 우주에서의 풍선 모습 상상하기

과학(액체와 기체의 부피) 수학(측정)

문제 해결을 위한 활동

2차시

풍선 로켓의 원리는 무엇일까?

- 풍선 로켓의 원리를 안다.

- 풍선 로켓의 원리와 유사한 사례를 찾을 수 있다.

과학(작용 반작 용)

문제해결

3차시

풍선 로켓의 문제 해결 계획을 세 워 봅시다.

- 문제를 해결하기 위한 계획을 세울 수 있다.

- 풍선 로켓 예상 그림을 그릴 수 있 다.

- 풍선 로켓을 만들기 위한 준비물 구 입에 필요한 돈을 계산할 수 있다.

과학

(액체와 기체의 부피)

수학 (전개도, 받아올림, 내림이 있는 덧셈, 뺄셈) 미술 (주제표현, 표현방법) 4차시

풍선 로켓 본체를 만들어 봅시다.

- 전개도를 이해할 수 있다.

- 풍선 로켓 본체를 꾸미고 만들 수 있다.

5차시

풍선 로켓을 만들어 봅시다.

- 풍선 로켓을 만들어 날릴 수 있다.

- 풍선 로켓을 더 멀리 날리기 위해 고쳐야 할 점을 알 수 있다.

평가 및

성찰 6차시

풍선 로켓을 평가해 봅시다.

- 풍선 로켓을 평가할 수 있다.

- 평가 내용을 바탕으로 개선점을 찾 을 수 있다.

미술 (감상)

Ⅴ. 차시별 교수학습 과정안

1. 차시별 총괄 계획

(14)

단계 차 시 주 제 및 주 요 활 동 내 용 관 련 교 과

진로탐색 6차시

우리나라 최초의 우주인 - 우주인에 대해 이해한다.

- 우주인에게 편지를 쓴다.

국어 (편지쓰기)

2. 차시별 교수-학습 과정안

1차시 문제로의 초대 □

^S

□

^TE

학습주제 로켓과 풍선 학습유형 프로젝트형 차 시 1/6

학습목표

로켓과 풍선의 비교를 통하여 로켓 이 우주로 날아가는 원리를 유추할 수 있다.

맥락 주제

□IT ■ 에너지

□환경 □ 디자인

준비물 다양한 모양의 풍선

절차 교수 · 학습 활동 감성체험 STEAM

문제/

관찰 3` 문제 상황 확인하기 흥미 S

예상하기 12`

로켓과 풍선의 원리 생각해보기 바람이 들어있는 풍선의 상태 예상하기

창의적 문제해결

S, T/E,

M

계획하기 5`

사용할 풍선 로켓의 모양과 바람의 양 어림해보기

S, T/E,

M 과제

확인하기

5` 도전 과제 확인하기 모둠

조직 15‘

도전 과제 확인하기

모둠 조직하기 협력, 배려

(15)

1차시 내용 해설 학생용 1-8쪽

1차시 활동 내용의 경우 초등학교 3, 4학년 학생들이 우주 환경에 흥미 를 가지고 로켓에 접근할 수 있도록 구성하였다. 로켓의 원리와 풍선을 날릴 때의 원리는 동일하게 작용 반작용의 원리가 적용된다. 하지만 학 생들이 작용 반작용에 관한 용어를 알지 못하기 때문에 경험적인 활동을 통하여 로켓이 어떻게 발사되는지를 알 수 있게 하도록 한다. 학생들이 그림을 그리거나 글로 쓴 내용이 작용 반작용과 유사한 내용이라면 정확 한 개념을 알려주기 보다는 창의적인 탐구를 하였다는데 초점을 맞추어 강화하도록 한다.

◎ 학생 활동 예시 답안

• 우주에서 풍선에 바람을 불어 손을 놓으면 어떻게 될지 상상해 봅시 다.

로켓처럼 날아갈 것이다. 그대로 터져버릴 것이다. 공기가 가만히 있을 것이다. 등

◎ 1차시 평가계획

평가 목표 평가 기준 증거 수집 전략

로켓과 풍선의 비 교를 통하여 로켓 이 우주로 날아가 는 원리를 유추할 수 있다.

로켓과 풍선의 원리를 비교할 수 있는 가?

관찰평가/지필평 가

창의적인 생각으로 로켓의 원리를 유추 할 수 있는가?

관찰평가/지필평 가

(16)

◎ 참고 내용

1. 우주 호텔 개요

여러분은 이번 여름에 어디로 휴가를 다녀왔나요? 여름휴가 피서지로 택 한 해변가가 직장 사무실보다 더 ‘콩나물시루’ 같아 짜증 났다면? 전 세계 어디에서도 찾을 수 없는 환상적인 조망권에, 다른 관광지와는 달리 몰려 든 관광객이 많지 않은 천혜의 공간이 있다. 해답은 ‘우주 호텔’이라고 영 국 일간지 데일리메일이 2011년 8월 16일 보도했다.

이 신문에 따르면, 러시아 모스크바에 본사를 둔 민간 기업 ‘어비틀 테크 놀러지스(Orbital Technologies)’는 15일 2016년까지 행성 ‘지구’의 모습 을 한눈에 내려다보며 휴가를 즐길 수 있는 ‘우주 호텔’ 계획을 발표했다.

우주호텔 내부 예상도

우주를 관찰하기 위한 망원경과 카메라도 설치되어있는 호텔 2. 우주 호텔에서의 생활

여행자는 러시아에서 훈련을 받은 뒤 우주왕복선 소유즈호를 이용, 우주 호텔로 날아간다. 스튜어디스처럼 우주여행 도우미들과 여행을 떠나는 호 텔 이용객들은 정말 ‘호텔’에서처럼 편한 서비스를 받을 수 있다.

일반 우주인들이 먹는 즉석요리 등 맛없는 음식 대신 여행객들은 우주여 행 도우미들이 지구에서 준비해간 야생 버섯을 곁들인 송아지 요리와 감자 수프 등을 전자레인지로 데워서 제공 받는다. 고급 생수와 과일 주스, 아 이스티도 제공되지만, 주류(酒類) 소비는 금지다. 화장실은 물을 내리는 대 신, 공기로 용변을 씻어내린다.

무중력 공간인 우주 호텔로 여행을 떠나는 여행객들은 사전에 수직으로 선 침대에서 잘지, 수평으로 누워있는 침대에서 잘지 선택할 수 있다.

(17)

어비틀 테크놀로지스의 세르게이 코스텐코 최고경영자(CEO)는 “우리 우 주 호텔은, 여행객들이 우주 공간 호텔에서 지내면서도 우주 공간임을 느 낄 수 없을 정도로 안락한 환경을 만들 것”이라며 “큰 유리창을 통해선 언 제나 행성 ‘지구’의 모습도 볼 수 있게 하겠다”고 말했다고 데일리메일은 전했다.

완벽해 보이는 ‘우주여행’의 유일한 흠은 여행 가격. 우주호텔에 5일 동 안 머무르는 비용은 10만~50만 파운드(17억6000만~88억1700만원)이다.

2차시 풍선 로켓의 원리는 무엇일까? □

^S

□

^TE

학습주제 풍선 로켓의 원리

알아보기 ^학습유형 ^탐구형

차 시 2/6

학습목표 풍선 로켓의 원리를 알 수 있다. 맥락 주제

■IT ■ 에너지

□환경 □ 디자인 준비물 풍선, 컴퓨터

문제/

관찰 5`

풍선이 날아가는 모습 관찰하기 풍선 로켓을 만들기 위해 알아야 할 것 생각하기

흥미 S,

T/E

예상

5` 작용 반작용의 원리 예상하기 창의적

문제해결 S

정보수집 15`

풍선을 날릴 때와 유사한 사례 찾아보 기

작용 반작용의 원리 알아보기

정보 수집, 소통

S, T/E 정보의

해석 10`

작용 반작용의 원리에 대해 이해한 것 발표하기

협력, 배려, 소통, 융합

A

결론

5` 로켓 발사 시뮬레이션 살펴뵤기 흥미 T/E

(18)

2차시 내용 해설 학생용 9-11쪽 2차시에서는 학생들이 로켓의 기본 원리인 작용, 반작용의 원리를 알아보 아야 한다. 실제 작용, 반작용의 원리는 초등학교 3, 4학년에서 개념화 하 기는 어려우나 유사한 상황을 바탕으로 어떠한 상황이 작용, 반작용에 해 당되는지를 예상할 수 있도록 다양한 사례를 제시하도록 한다.

◎ 학생 활동 예시 답안

• 풍선 로켓을 만들기 위해 알아야 하는 것은 무엇입니까?

로켓의 원리, 풍선의 종류, 재료등

• 작용 반작용의 원리에 대해 알고 있거나 예상해서 써 봅시다.

학생 교재에 작용 반작용에 대한 해설 포함

• 풍선을 불어서 잡고 있던 손을 놓았을 때 풍선은 어떠한 힘으로 날아간 다고 생각합니까?

바람의 힘, 풍선이 줄어드는 힘

• 풍선을 불어서 날릴 때와 비슷한 사례에는 어떤 것들이 있습니까?

카누 노 젖기, 활쏘기, 헬리콥터, 자동차, 볼링등

풍선 로켓의 원리 를 설명할 수 있 다.

작용 반작용의 원리를 이해하는가? 관찰평가/지필평 가

풍선 로켓과 유사한 사례를 생활 속에

서 찾을 수 있는가? 지필평가

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◎ 참고 자료

1. 로켓의 구조

거대한 화염과 굉음을 일으키며 발사된 우리나라 최초의 우주 발사체 나 로호. 나로호를 우주로 비행하도록 만드는 추진 장치는 로켓(Rocket)이다.

로켓이란 자체내에 저장된 물질을 연소하여 고온, 고압가스를 생성하여 노 즐을 통하여 외부로 분사하고 그 반작용에 의한 힘으로 추력을 발생하는 추진 기관을 말한다. 연소를 하기위해서는 산소가 필요한데, 우주에서는 산소가 없으므로 로켓에는 연료통과 산소통이 필요하다.

거대한 화염과 굉음을 일으키며 발사된 우리나라 최초의 우주 발사체 나 로호. 나로호를 우주로 비행하도록 만드는 추진 장치는 로켓(Rocket)이다.

로켓이란 자체내에 저장된 물질을 연소하여 고온, 고압가스를 생성하여 노 즐을 통하여 외부로 분사하고 그 반작용에 의한 힘으로 추력을 발생하는 추진 기관을 말한다.

로켓의 역사는 오래되었다. 1232년 원나라의 오고타이군이 하남성의 개 봉을 공격했을 때 수비군이 로켓추진식 화살을 사용한 기록이 남아 있다.

하지만 이 로켓의 발사원리가 밝혀진 것은 17세기 후반 영국의 과학자 뉴 턴(Isaac Newton)에 의해서이다. 그의 물리학 운동법칙은 로켓이 어떻게 작동하는지 그리고 왜 진공에서 작동할 수 있는 지를 설명해 주며 로켓의 발전에 영향을 주었다.

로켓의 발사 원리를 살펴보기 위해 우주로 가보자. 만약 국제우주정거장 의 바깥에서 우주유영을 하던 우주인의 생명줄이 끊어져 우주정거장에서 멀어지는 사고가 생겼다고 하자. 위기를 극복하기 위해 우주인이 가지고 있던 우주 장비를 우주정거장의 반대방향으로 던지면 어떻게 될까? 우주 장비를 던지자 말자 우주인의 몸은 그 반대 방향으로 움직이게 될 것이다.

우주 장비의 질량이 1kg이고 초당 10m의 속도로 던져졌다면 우주복을 입고 있는 100kg의 우주인은 우주 장비의 운동보다 100분의 1이 적은 초 당 0.10m의 속도로 우주 장비의 반대 방향으로 움직이게 된다(뉴턴의 제 3법칙 작용과 반작용). 우주인이 움직이는 속도는 던져지는 우주장비의 속 도를 빠르게 할 수록 또는 더욱 무거운 장비를 던질수록 커지게 될 것이 다.

(20)

다음은 로켓의 추력을 근사적으로 계산하는 공식이다:

_  ____ 여기서:

 : 배기가스 질량

_ : 배기구 단면의 제트 속도

_ : 배기구 단면의 면적

_ : 배기구 단면의 정압(static pressure)

_ : 대기압

로켓은 제트 엔진과 다르게 공기 흡입구가 없기 때문에 전체 추력을 감소시키는 램 저항이 없다. 따라서 로켓 엔진의 순 추력은 그 로켓의 추력이 된다.

_항 은 로켓 엔진의 실제 추력을 나타내는 항으로 항상 일정한 추력을 갖고7

___항 은 실제 운동량으로 나타나는 로켓의 추력이다.

이것은 대기압이 감소할수록 실제 추력은 증가함을 의미한다. 고도가 로켓의 추진 원리도 이와 같다. 로켓의 엔진에서 뿜어져 나가는 연소 가 스의 반대 방향으로 움직이는 로켓의 힘(추력)은 초당 뿜어져 나가는 연소 가스의 양이 많을수록 이 가스의 속도가 빠를수록 커지게 된다. 이를 뉴턴 의 공식처럼 간단히 표현하면 다음과 같다.

여기서 F는 로켓의 추력, m는 단위 시간당 소비되는 추진제의 질량유 량, c는 추진제 가스의 유효배기속도를 말한다.

여기서 로켓의 추력은 지상에서 보다 진공의 우주에서 추진제 가스의 배 기속도가 빨라짐에 따라 커짐을 알 수 있다.

로켓의 추력은 로켓의 중량보다 조금이라도 커야 로켓은 발사대를 벗어 날 수 있다. 보통 우주 발사체의 경우 추력은 자신의 중량보다 1.2-2배 정 도 크기이다.

2. 로켓의 속도

(21)

높아짐에 따라 대기압은 감소하고 로켓 엔진의 실제 추력은 변함이 없음에도 로켓은 더 빠르게 가속하게 된다.

이것은 우주 공간에서 적용하면 다음과 같이 간단히 적용할 수 있다.

_  ___

여기서: _ : 로켓엔진의 실제 배기 속도

3차시 풍선 로켓의 문제 해결 계획을 세워 봅시다. □

^S

□

^TE

□

^A

□

^M

학습주제 문제 해결 계획 세우기 학습유형 프로젝트형 차 시 3/6

학습목표 풍선 로켓을 만들기 위한 계획을 세울 수 있다.

맥락 주제

□IT □ 에너지

□환경 ■ 디자인 준비물 풍선, 컴퓨터

문제/

관찰 3` 프로젝트 문제 및 조건 확인하기 흥미

S, T/E,

A

대안 창출 12`

내가 만들고 싶은 풍선 로켓 모습 그리 기

S, T/E

최적 대안 선정 10`

모둠 친구들의 그림을 평가하고 최적의 대안 선정하기

S, T/E, A, M

상세 설계 15`

상세 제작 계획 세우기 모둠 활동시 주의점 생각하기 준비물 구매를 위한 금액 계산하기

창의적 문제해결, 상호작용

S, T/E,

M

(22)

3차시 내용 해설 학생용 12~14쪽 3차시에서는 학생들이 직접 풍선 로켓을 만들기 위한 계획을 세우는 활 동을 하게 된다. 하지만 모든 활동을 학생들에게 맞길 경우 시간 내에 계 획에 세워지지 못할 수 있기 때문에 교사가 시간을 배분해 주고 시간 안에 모든 활동이 끝날 수 있도록 지도한다.

◎ 학생 활동 예시

• 만들고자 하는 것은 무엇입니까?

풍선 로켓

• 내가 만들고 싶은 풍선 로켓의 모습을 그려봅시다.

사진 참고

• 풍선 로켓을 만들기 위해서는 어떠한 준비물이 필요할지 생각해 봅시다.

풍선, 가위, 스카치 테이프, 풀, 실 또는 낚싯줄, 빨대 등

• 풍선 로켓을 만들 때 어떠한 순서로 만들어야 합니까?

1. 본체 만들기

2. 줄 고정하고 줄에 빨대 연결하기 3. 풍선 불기

4. 풍선에 빨대와 본체 연결하기

• 풍선 로켓을 모둠원들과 함께 만들 때 주의해야 할 점은 무엇입니까?

풍선으로 장난치지 않는다.

모둠원들의 의견을 잘 듣고 협력한다.

(23)

풍선 로켓을 만들 기 위한 계획을 세 울 수 있다.

풍선 로켓 제작 계획을 잘 세웠는가? 지필평가

모둠원들과 협력하여 계획을 세웠는가? 관찰평가

◎ 참고 자료

(24)

4차시 풍선 로켓 본체를 만들어 봅시다. □

^S

□

^TE

□

^A

□

^M

학습주제 풍선 로켓 본체 만들기 _학습유형 _{프로젝트형} ^차 시 4/6

학습목표 전개도를 오려서 풍선 로켓의 본체 를 만들 수 있다.

맥락 주제

□IT □ 에너지

□환경 ■ 디자인 준비물 로켓 전개도, 색연필, 싸인팬, 다양한 색의 종이

문제/

관찰 3` 프로젝트 문제 및 조건 확인하기 흥미

S, T/E,

A 대안

창출 12`

내가 만들고 싶은 풍선 로켓 모습 그리 기

S, T/E 최적

대안 선정 10`

모둠 친구들의 그림을 평가하고 최적의 대안 선정하기

S, T/E, A, M

상세 설계 15`

상세 제작 계획 세우기 모둠 활동시 주의점 생각하기 준비물 구매를 위한 금액 계산하기

창의적 문제해결, 상호작용

S, T/E,

M

(25)

4차시 내용 해설 학생용 15~16쪽 4차시에서는 학생들이 풍선 로켓의 본체를 만드는 활동을 하게 된다. 교 사용 지도서에 학생들이 만들 수 있는 로켓 본체의 전개도가 포함이 되어 있으나 학생들이 다양한 모양으로 로켓의 본체를 만들 수 있도록 형태에 제한을 두지 않도록 한다. 다만 예시자료에서 볼 수 있듯이 로켓의 본체를 꾸미는 미술 활동에 중점을 두고자 한다면 전개도를 모든 학생에게 제시해 줄 수 있다. 종이는 교사가 준비하도록 하고 다양한 색의 종이가 준비 가 능하다면 학생들이 다양하게 선택할 수 있는 기회를 주도록 한다. 쉬어가 기에 등장하는 큐리오시티 설명서 만들기는 학생들이 창의적인 생각을 할 수 있도록 제시하도록 하며 로켓의 본체를 일찍 만든 학생들이 수업 시간 을 허비하지 않도록 추가로 제시할 수 있다.

◎ 학생 활동 예시

풍선 로켓의 본체 를 만들 수 있다.

창의적으로 풍선 로켓의 본체를 만들었

는가? 산출물 평가

적극적으로 활동에 참여 하였는가? 관찰평가

(26)

(27)

5차시 풍선 로켓을 만들어 봅시다. □

^S

□

^TE

□

^A

□

^M

학습주제 풍선 로켓 만들기 학습유형 프로젝트형 차 시 4/6

학습목표 풍선 로켓을 만들어 날릴 수 있다. 맥락 주제

□IT ■ 에너지

□환경 ■ 디자인 준비물 로켓 전개도, 색연필, 싸인팬, 다양한 색의 종이

문제 확인 5`

프로젝트 문제 및 조건 확인하기

안전교육하기 흥미

S, T/E,

A

실행

30` 풍선 로켓 제작해서 날려보기

창의적 문제해결, 소통, 융합

S, T/E

평가

5` 풍선 로켓 수정해서 날려보기

창의적 문제해결, 소통, 융합

S, T/E, A, M

5차시 내용 해설 학생용 17~18쪽

풍선로켓을 만드는 활동을 할 때에는 두 명 이상이 짝을 지어서 할 수밖 에 없는 상황이 생기게 된다. 학생 활동 예시 사진에도 제시되어 있듯이 풍선을 불고난 후 빨대와 로켓을 붙여야하기 때문에 필수적으로 협력활동 이 필요하다. 줄의 경우 낚싯줄이나 실을 이용할 수 있는데 가능한 한 먼 거리를 연결하여 풍선이 날아갈 수 있는 거리를 충분히 확보하는 것이 도 전적인 활동을 하는데 더 도움이 된다. 모둠별로 하나씩 줄을 쓸 수 있도 록 모둠 개수만큼의 줄을 마련하여 교실 창문 등을 이용, 줄을 설치하도록 한다. 그리고 학생들이 풍선을 날리면서 어떤 상황에서 더 멀리 날아가는 지, 어떠한 풍선이 더 멀리 날아가는지 탐구할 수 있도록 교사는 개관순시 중 학생들에게 발문을 통하여 탐구할 수 있는 기회를 마련해 줘야 한다.

(28)

◎학생 활동 예시

풍선 로켓을 만 들어 날릴 수 있 다.

순서에 맞게 풍선 로켓을 만들어 날렸

는가? 관찰평가

수정을 통하여 풍선 로켓을 더 멀리 날

리고자 노력하였는가? 산출물 평가

(29)

6차시 풍선 로켓을 평가해 봅시다. □

^S

□

^TE

□

^A

□

^M

학습

주제 풍선 로켓 평가하기 _학습유형 _{프로젝트형} ^차 시 6/6 학습

목표 풍선 로켓을 평가하고 반성할 수 있다. 맥락 주제

□IT ■ 에너지

□환경 ■ 디자인 준비물

절차 교수 학습 활동 감성체험 STEA

M 문제

확인 5`

최고의 풍선 찾아보기 흥미

S, T/E,

A 모둠

평가

10` 자신 모둠의 풍선 로켓 평가하기 협력, 배려, 소통, 소속감

S, T/E,

M 동료

평가 5`

다른 모둠의 풍선 로켓 평가하기 배려, 소통 S,

T/E 정리

10`

개선점 찾기하기 자기평가하기

협력, 배려, 소통, 소속감

S, T/E 진로

10` 진로탐색

6차시 내용 해설 학생용 19~21쪽

6차시는 평가와 진로탐색 활동을 함께 하는 차시로 평가와 관련된 활동 시간은 30분 간 이루어진다.

(30)

풍선 로켓을 평가 하고 반성할 수 있다.

자신이 속한 모둠에서 만든 풍선 로켓 을 평가할 수 있는가?

관찰평가/지필평 가 다른 모둠의 풍선 로켓을 보고 평가할

수 있는가? 지필평가

스스로의 활동 모습을 평가할 수 있는

가? 지필평가

이 차시에서는 평가와 관련된 학생 활동이 주를 이루고 학생용 교재에 학생들의 평가 내용이 모두 기록되기 때문에 수업 중 발표와 교재를 통 해 학생들을 평가하도록 한다. 이때 지필평가의 경우 학생들의 교재에 기록되어있는 내용을 바탕으로 하며 따로 시험을 준비하지 않는다.

◎ 참고자료

우주왕복선 개요와 역사

출처 : 미 항공우주국(NASA)

미국의 우주왕복선(space shuttle)은 재사용 우주선(reusable spacecraft)으 로서 우주왕복선 구상은 우주정거장 서비스를 위해 아폴로 달 프로그램 동안 구상된 것이었다. 1976년부터 엔터프라이즈호를 이용해 대기권내에서 여러차례

(31)

테스트비행을 하였다. 이후 최초 우주발사로서 콜롬비아 호가 1981년 4월 12 일 이륙하였다.

○ 우주왕복선 스페이스셔틀

스페이스셔틀은 크게 궤도기(orbiter)와 외부 대형연료탱크인 ET(external tank), 그리고 고체로켓부스터(SRB, solid rocket booster) 3부분으로 구성되 어있다. 궤도기는 승무원과 화물을 수송하는 비행기형태의 우주선이다. 외부탱 크(ET)는 액체산소와 액체수소를 저장한다. 두개의 고체로켓부스터(SRB)는 이 륙 시 6백만 파운드의 추력을 제공한다.

▣ 임무수행

현재까지 약 4반세기의 기간 동안 5개의 우주왕복선(콜롬비아호, 챌린저 호, 디스커버리호, 애틀란티스호, 그리고 챌린저 교체용으로 엔데버 호) 는 수많은 중요한 임무를 성공적으로 수행하였다.

허블우주망원경을 1990년도에 궤도로 실어 날랐고 2002년까지 여러 차 례 우주망원경 교체 정비 등 업그레이드 서비스를 수행하였다.

1990년에는 유럽우주국 ESA의 율리시즈 태양관측소(Ulysses solar observatory)를 궤도에 올렸고 17톤이나 나가는 NASA의 감마선 관측소 (Gamma Ray Observatory)를 궤도에 올려 우주관측 및 과학연구에 기여 하였다. NASA의 목성 탐사용 갈릴레오 탐사선을 를 싣고 올라가 발사시 킨바도 있다.

어떤 비행임무에서는 특별히 왕복선내의 스페이스랩 모듈에서 순수한 과 학연구로서 진행되었다. 여기에서 마이크로중력 환경연구, 단백질 결정 성 장 연구, 우주에서의 동식물 및 미생물 연구, 미래 우주여행(space travel) 을 위한 인체연구가 진행되었다.

현재는 국제우주정거장 ISS의 궤도상 조립을 위해 사람과 물자를 실어 나르는 임무를 수행하고 있다.

(32)

▣ 2번의 폭발 사고

우주왕복선 역사 중 2번의 대형사고가 있었다. 하나는 1986년 챌린저 호의 이륙직후 폭발사고였고 또 하나는 2003년 콜롬비아 호 사고였다.

챌린저 호 사고 원인은 고체로켓부스터를 봉합하는 역할을 하는 링이 파 손되어 부스터 내부의 제트 화염이 새어나와 외부연료탱크의 액체수소연료 를 점화시킨 것이었다.

콜롬비아호는 발사 후 16일 후 임무를 마치고 지구로 귀환하기 위해 대 기권으로 재진입하는 도중 외부연료탱크로부터 떨어져 나온 고온의 기포 (foam) 가스가 날개 절연체에 타격을 주게 되어 폭발되었다. 이 두 사고로 인해 탑승 승무원 전원이 사망하였다.

▣ 비행재개

2003년 콜롬비아 사고 이후 왕복선 비행은 중단되었고 약 2년 반이 지 난 2005년 7월에 디스커버리 호를 통한 비행 재개가 있었다. 또한 2006년 9월에 애틀란티스 호가 성공적으로 발사되었고 국제우주정거장 조립임무가 재개되었다.

NASA는 현재 2010년까지 우주왕복선을 운영하고 은퇴시킬 예정이다.

그동안은 최소한의 비행을 통해 국제우주정거장(ISS)의 조립을 진행할 계 획이다. 현재 2010년 이후 우주왕복선을 대체하기 위한 개발이 진행 중에 있다.

(33)

6차시 5. 우리나라 최초의 우주인 □

^S

□

^TE

□

^A

학습

주제 우리나라 최초의 우주인 _학습유형 _{프로젝트형} ^차 시 6/6 학습

목표

우주인이 되는 과정을 알고 우주인에게 편지를 쓸 수 있다.

맥락 주제

□IT ■ 에너지

□환경 ■ 디자인 준비물

절차 교수 학습 활동 감성체험 STEA

M 관찰

5` 우주인에 대해 알아보기 삶의 문제

S, T/E,

A, 실행

5` 우주인에게 편지쓰기 정보 수집,

흥미

S, T/E,

A,

6차시 내용 해설 학생용 22~24쪽

6차시 내용은 우주인과 관련된 진로 탐색 활동을 할 수 있도록 구성되어 있다. 학생들이 막연하게 느꼈던 우주인에 대한 구체적인 정보를 제공함으 로써 미래의 꿈을 키워주고자 한다. 하지만 편지를 쓰는데 너무 오랜 시간 을 뺏기지 않도록 학습의 마무리 시간에 제시하여 학생들이 부담없이 쓸 수 있도록 한다.

소주제 평가 기준 증거 수집 전략

우주인이 되는 과정을 알고 우주인에게 편지를

쓸 수 있다.

우주인이 되는 과정을 이해하는가? 관찰평가

우주인에게 쓸 편지를 창의적으로 썼는

가? 포트폴리오

◎ 참고자료

⊙ 한국형 우주인 양성 및 우주실험 기술 개발

(34)

ㆍ한국형 우주인 양성 : 우주실험 전문가 양성, 우주인 선발/훈련/우주비행/관리 등의 기술 개발

ㆍ우주실험 기술 : 분야별 실험장비 개발, 유인급 인증 기술 개발 등

⊙ 한국 우주인의 활동

ㆍ한국 우주인은 단기간의 활용이 아니라 장기적으로 국가 유인 우주개발(우주실험) 및 과학 교육 홍보,

특히 청소년 교육에 기여할 수 있도록 발전시키고 이를 통해 국가위상 제고 및 국민통합의 계기 마련

ㆍ우주인 임무 : ①우주인 선발∙훈련 등 프로그램 개발, ②유인 우주실험 개발의 조언자∙우주실험 수행자, ③과학기술홍보대사

(35)

Ⅵ. 참고 활동 및 정보

◎ 우주기술

○ 알약 체온계 가. 알약 체온계 기능

사람의 소화기관을 통하여 이동하며, 알약 체온계는 무선으로 체온을 전 송한다. 약을 삼키게 된다면, 온도센서는 신체의 온도에 관하여 몸에 무해 한 낮은 주파수 신호를 전달하게 된다. 알약 체온계는 내부에 온도센서, 마이크로 배터리, 원격시스템 등으로 구성되어있으며, 외부는 실리콘으로 코팅되어있다. 사람이 삼킨 약에서 전송된 주파수 신호를 받아서, 사람의 온도를 확인할 수 있다. 예를 들어, 운동 트레이너가 운동장에서 운동하고 있는 선수의 온도를 검색 및 확인할 수 있다.

나. 알약 체온계의 활동

알약 체온계는 미국 항공우주국(NASA)이 존스홉킨스대와 함께 개발한 무선 체온 모니터링 시스템이다. 길이가 2㎝도 채 안 되는 알약에 초소형 온도 센서를 넣어 만든다. 사람이 먹으면 소화기로 흡수되면서 자기(磁氣) 신호가 만들어지고, 이 신호를 몸 밖에서 포착해 체온을 확인하게 된다.

18~30시간 뒤 알약은 몸 밖으로 배설된다.

뜨거운 여름 운동복과 장비를 갖추고 연습하는 선수들은 체온이 빠르게 상승한다. 사람은 40도가 넘으면 메스꺼움과 경련, 의식 장애 같은 증상이 나타날 수 있다. 이를 미리 막는 데 쓰이는 알약 체온계는 원래 우주 비행 사를 위해 개발된 것이다.

우주선 밖으로 나가 여러 임무를 수행할 때 우주 비행사의 몸은 극심한 온도 차이를 겪는다. 예를 들어 태양 반대쪽은 영하 150도인 반면, 태양을 마주보는 쪽은 120도가 넘는다. 체온 모니터링은 이런 악조건에서 생존에 필수적인 기술이다.

○ 선글라스

1980년대 제트 추진연구소(JPL)은 미국 캘리포니아공대 제트추진연구소 는 매와 독수리 같은 맹금류의 눈에 자외선은 막고 붉은색과 초록색 가시

(36)

광선은 통과시키는 독특한 기름방울이 들어 있다는 것을 알아냈다. 연구팀 은 이 원리를 바탕으로 염료와 산화아연 입자를 이용해 산, 사막, 스키장, 사무실 등 다양한 빛 환경에 적합한 선글라스를 개발해 관련 기업이 기술 을 이전받았다.

빨강, 오렌지, 노랑, 녹색등의 인체에 무해한 파장색상은 강화되며, 파랑, 보라색 등의 인체에 유해한 자외선 파장의 광선이 차단되기 때문에 일반적 인 선글라스에 비해, 독수리 눈 렌즈가 선명함을 볼 수 있다.

○ 정수기

우주에서 깨끗한 물을 먹기 위해 사용되는 시스템을 집에서 사용한다.

○ 전자레인지

한국형 우주식품 중 하나인 우주비빔밥이다.

우주비빔밥은 우리나라 전통 음식인 전주비빔밥의 조리법을 기초로, 비 빔밥을 수분 6% 이하인 건조된 블록 형태로 만들어진 우주 음식이다.

원자력연이 지난 2010년 개발해 러시아 연방 국립과학센터 산하 생의학 연구소로부터 우주식품 인증을 받은 바 있다.

전주비빔밥생산자연합회는 기술을 이전 받아 우주비빔밥을 기내식으로 만들어 공급할 예정이다.

이주운 박사는 "우주비빔밥 외에도 우주불고기, 곶감초콜릿, 등의 우주 식품 기술 이전도 준비하고 있다"고 말했다.

○ 화재경보기

화재가 발생한 경우에 벨 등의 경보를 울리는 장치. 또 이 화재경보기에 는 어느 온도 이상이 되었을 때 서모스탯이 동작하여 벨을 울리는 이른바 열 센서와, 어느 일정온도 이상의 가스나 연기가 발생했을 때 벨을 울리는 가스 센서 또는 연기 센서를 사용한 것이 있다. 물론 열 센서와 가스 센 서, 혹은 연기 센서를 병용한 화재경보기도 있다.

◎ 큐리오 시티의 임무

(37)

기존의 스피릿 로버가 태양전지판을 동력원으로 사용한 반면에, 큐리오시티는 핵에너지를 동력으로 사용한다. 약 2년 동안 화성 표면 탐사 임무를 수행할 예정이다.

- 장착된 로봇팔로 드릴을 이용하여 암석을 약 5cm 뚫어 성분 분석 - 화성의 기온과 습도, 바람 등 기후에 대한 정보도 수집

- 가장 중요한 임무 : 화성의 생명체 존재 여부를 파악

- 가장 중요한 임무 : 화성의 생명체 존재 가능성에 대한 정보 제공

◎큐리오 시티의 부착 장비

마스트 카메라 Mast Camera (MastCam)

화성 로봇팔 렌즈 영상장비 Mars Hand Lens Imager (MAHLI) 화성 강하 영상장비 Mars Descent Imager (MARDI)

위험 기피 카메라 Hazard avoidance cameras (Hazcams) 운행 카메라 Navigation cameras (Navcams)

화학실험·카메라 복합체 Chemistry and Camera complex (ChemCam) 로버 환경 모니터 장비 Rover Environmental Monitoring Station (REMS)

알파입자 X선 분광기 Alpha-particle X-ray spectrometer (APXS) 화학·광물 분석 장비 Chemistry and Mineralogy (CheMin)

방사선 측정 검출기 Radiation assessment detector (RAD) 중성자 반사도 측정장비 Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) 화성 시료 분석장비 Sample analysis at Mars (SAM)

Ⅶ. 참고 문헌 및 사이트

○ 참고 문헌

교육과학기술부 한국과학창의재단. (2012). 스미소니언과 함께하는 STEAM 교육 연수 안내 발표자료

(38)

NASA. ROCKETS. EG-2008-05-060-KSC.

○ 참고 사이트

동아사이언스 한국항공우주연구원 NASA

http://ttalgi21.khan.kr/2791

http://article.joinsmsn.com/news/article/article.asp?total_id=2779 470&cloc=

http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2011/08/17/20110817 00926.html

http://www.kari.re.kr/bbs/bbs_index.asp?depthno=3&catcode=121 4000000&ptype=view&code=karicartoon&idx=10921

http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=201006030201185765 0002

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http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1185769&mobile&catego ryId=200000699

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(40)

age/22/tistory/2008/09/02/09/45/48bc8ca9e6f3e&imgrefurl=

http://kookjephoto.tistory.com/entry/%25EB%25B6%2581%2 5EA%25B7%25B9%25EA%25B3%25BC-%25EB%2582%25A8%25 EA%25B7%25B9%25EC%259D%2584-%25EC%2598%25A4%25E A%25B0%2580%25EB%258A%2594-%25EC%2583%2588&h=672

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2.JPG

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http://www.scienceall.com/edu/nextgenbook.sca?todo=articleView

&articleid=241977