※ 중간보고서 작성 시 파란색 글자는 수정, 빨간색 글자는 삭제 부탁드립니다.

(1)

2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2020.11.

서전주중학교

(2)

※ 중간보고서 작성 시 파란색 글자는 수정, 빨간색 글자는 삭제 부탁드립니다.

과 제 개 요

과제명

2020년 STEAM 교사연구회 운영(과학창의학교

(주관연구기관 기재)

)

STEAM 프로그램

유형

(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( ) - 선행 프로그램명:

(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ ) (유형3) StarT 프로그램 수행을 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( ) 프로그램명 중학교 음악 (1)표현 수업용 STEAM 프로그램

학교급 중학교 대상 학년(군) 3학년

중심과목 과학 중심과목

성취기준 영역 [중학교 1~3학년] (19) 운동과 에너지

연계과목 수학 체육

연계과목 성취기준 영역

[중학교 1~3학년] (5) 확률과 통계 [중학교 1~3학년] (1) 건강

연구기간

2020.7.20. ~ 2020.11.30.

신청금액

일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 5명

(연구책임자: 1명, 공동연구원

: 4명

)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속(학교명) 담당과목 직위 성명

연구책임자

서전주중학교 과학 교사 황수진

공동연구원

서전주중학교 수학 교사 이경연

공동연구원

만경여자고등학교 지구과학 교사 전병기

공동연구원

안천초등학교 체육 교사 성지만

공동연구원

영생고등학교 물리 교사 유종수

2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

융합인재교육 (STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2020년 9월 일

주관연구기관장 : 서전주중학교장 (인) 연구책임자 : 황 수 진 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

(3)

“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

1. 서론

2. 연구 수행 내용

훌륭한 인재는 사회에 나가서 훌륭한 일을 하는 사람이다 . 그러면 학생들이 사회에 나가서 일을 하게 될 미래는 어떤 미래일가 ? 「21세기 스킬(Skills)」에서는 “현재에 없는 일을 하고 , 현재에 존재하지 않는 직업에 종사하게 되고, 현재에 존재하지 않는 물건들로 이루어진 경제를 살아가야 할 학생들에게 STEAM 교육을 해야한다.”고 소 개하고 있다 . 또한 오늘날 학생들은 18세와 42세 사이에 11개 이상의 직업을 가질 것이라고 예측한다 .

사람이 가지는 직업의 수가 점점 늘어나는 추세이므로 , 단순한 지식 전달보다는 핵심 스킬 위주로 교육이 변화해야 한다 . 이에 따라 우리 교육은 빠르게 변화하는 세상에서 학생들이 적응할 수 있도록 대비해야 한다 .

이에 본 교사연구회는 ‘놀이’라는 주제로 전주동물원과 덕진공원 등 지역사회의 놀 이테마파크 체험 및 놀이기구의 원리를 탐구하고 실생활에 적용해 보는 활동을 함으 로써 학생들이 STEAM 원리에 쉽게 이해하고 친숙하고 재미있는 프로그램을 개발하 고자 한다

◦

연구 수행

1) 국내외 문헌조사 및 각종 연수를 통한 전문적인 지식 습득 - 영재 전문연수, STEAM 입문연수 등

2) STEAM 프로그램 개발 - 놀이에 관련된 차시 개발 중

3) 프로그램의 효율적인 적용 방안 연구 - 협의회 2회 실시

4) 프로그램 적용 - 공개 수업 실시 5) 피드백

- 협의회, 태도, 만족도 조사지

◦ 연구 주요 내용 - 대주제: 놀이

· 소주제➀: 무기

(5)

3. 향후 계획

· 소주제➁: 로켓

· 소주제➂: 롤러코스타

· 소주제➃: 에그드랍

- 여러 가지 과학현상에는 어떤 원리들이 숨어있는지를 알아보고, 놀이에 적용하는 활동 을 통해 학생들의 호기심 유발을 통하여 학생들이 실생활 속에서 호기심을 가지고 STEAM 수업에 참여하도록 함.

STEAM 프로그램

구분

프로그램명

2020년 STEAM 교사연구회 운영

선행

프로그램명 해당없음

학교급 중학교 대상 학년(군) 1학년

중심과목 과학 중심과목 성취기준 영역

[중학교 1~3학년] (19) 운동과 에너지 [중학교 1~3학년] (2) 여러 가지 힘 연계과목 수학

체육

연계과목 성취기준 영역

[중학교 1~3학년] (5) 확률과 통계 [중학교 1~3학년] (1) 건강

개발계획

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 4 과학(3.5) + 체육(0.5)

2 4 과학(3) + 수학(0.5) + 체육(0.5) 3 4 과학(3) + 수학(0.5) + 체육(0.5)

4 4

개발·적용

현황 ※ 2020. 9. 23. 기준, 16차시 중 16차시 개발 및 4차시 적용 완료

◦과제 수행 향후 계획

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시

총 16차시 예정

수업 적용 일정

2020. 9 . 15 . ~ 2020. 11 . .

(STEAM 수업)수혜학생 수

서전주중학교 150명(중학교 1학년 전교생) 예정 만경여고 1학년 재학생 16명

영생고 1학년 재학생 30명

학생 태도검사 사전검사

9월 15일, 1개 학급(30명) 실시 완료

사후검사

10월 27일, 6개 학급(46명) 예정

학생 및 교사 만족도조사

10월 27일 예정

교사연구회 STEAM 행사 개최

2020. 9. 15. 5교시(12:20~13:00) 수업공개 예정 2020. 10. 27. ‘STEAM 세미나’ 개최 예정 등

논문 또는 학술대회

해당 없음

특허출원(국외, 국내)

해당 없음

(6)

4. 기타 사항 및 시사점

◦ 기대성과

- 놀이와 STEAM 요소간의 결합을 통해 자연스럽게 실생활과 연결지어 호기심 을 유발시킴

- 과학, 수학에 대해 어려움을 느끼고 있는 학생들이 체육, 미술 등과 연결지어 생각해 볼 수 있는 계기가 됨 .

- 감성적 체험을 통해 학생들 스스로 과학적 성취의욕을 갖고 과학학습의 동기 부여의 기회 제공

◦ 연구결과 활용(확산)방안 - STEAM 교수 설계 적용 방안

· 1차 적용대상: 회원 소속 학교 학생

· 2차 적용대상: 비회원 소속 학교 학생

- STEAM 프로그램 효과 검증 및 시사점

· 1차 검증계획: 회원 소속 학교 학생들의 설문지를 통한 검증

· 2차 검증계획: 사회 통합 대상 가족의 설문지를 통한 검증

· 피드백: 설문지 검토 후 시사점 보고

◦ 시사점

- 학생들이 적극적으로 참여하였고 재미 있어 함.

- 공개수업을 통해 학생들이 학교에 대한 자부심과 자신감을 갖게 함.

- 한 성취기준을 가지고 장시간 수업시간을 할애해야 하는 어려움이 있음.

(7)

붙임 STEAM 프로그램

(프로그램명) 놀이와 STEAM 수업 적용에 대한 연구

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1~4/16 [9과02-02] 일상생활에서 물체의 탄성을 이용하는 예를 조사하고, 그 예

를 통하여 탄성력의 특징을 설명할 수 있다.

(체육) [중학교 1~3학년]

(1) 건강 2 5~8/16 [9과02-01] 무게가 중력의 크기임을 알고, 질량과 무게를 구별할 수 있

다.

(수학)

[중학교 1~3학년]

(5) 확률과 통계 3 9~12/16 [9과02-01] 무게가 중력의 크기임을 알고, 질량과 무게를 구별할 수 있

다.

(체육) [중학교 1~3학년]

(1) 건강 4 13~16/16 [9과02-01] 무게가 중력의 크기임을 알고, 질량과 무게를 구별할 수 있

다.

수학)

[중학교 1~3학년]

(5) 확률과 통계

1-1. 교육과정 재구성표

(※ 해당할 경우 작성)

(※ 다양한 과목 간 협의를 통해 교육과정 순서 변경 등을 한 경우, 다른 선생님들께 노하우를 표와 글로 전수)

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 16차시)

차시 주요내용

1~3 /16

주제(단원)명 무기

무기에 활용되는 과학적 원리 – 탄성력, 관성 법칙, 포물선 운동, 지레의 원리, 작용반작용 5~8

/16

주제(단원)명 로켓

로켓에 활용되는 과학적 원리 – 작용반작용 법칙, 운동량 보존 법칙 9~12

/16

주제(단원)명 롤러코스터

놀이기구에 활용되는 과학적 원리 – 역학적 에너지 보존 법칙 13~16

/16

주제(단원)명 에그드랍

에그드랍에 활용되는 과학적 원리 – 운동량 보존 법칙 1~3

/16

주제(단원)명 자연을 통해 미래를 여는 아이디어 - 생체모방기술

‘생체모방기술’의 특징을 살린 새로운 미래의 상품 디자인하기 13~16

/16

주제(단원)명 입체도형의 성질

전주동물원 내의 구조물과 관련된 입체도형 13~16

/16

주제(단원)명 테셀레이션

기하학의 예술적 요소ㅡ 테셀레이션 제작 및 재해석

(8)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 과학 학교급/학년(군) 중학교/1 학년

중심과목 성취기준

영역

[중학교] (2) 여러 가지 힘 중심과목 성취기준

[9과02-02] 일상생활에서 물체의 탄성을 이용하는 예를 조사하고, 그 예를 통하여 탄성력의 특징을 설명할 수 있다.

주제(단원)명 여러 가지 힘 차시 1~2/16

학습목표

1. 물체의 탄성력을 이해하고, 물체의 탄성을 이용하는 예를 조사하여 나만의 무기 제작에 활용할 수 있다.

2. 무기에 활용된 과학적 원리가 사용된 놀이 방법을 고안하고, 이를 적용한 놀이 대회 통 하여 과학에 대한 즐거움을 느낄 수 있다.

연계과목 체육 연계과목

성취기준 영역

(1) 건강

STEAM 요소

S ※ 무기에 활용되는 과학적 원리 – 탄성력, 관성 법칙, 포물선 운동, 지레의 원리, 작용반작용

T E A M

개발 의도 ※ 무기에 활용되는 과학적 원리들을 이해하고 이를 활용한 놀이를 개발하여 과학적 호기 심과 즐거움을 느낄 수 있다.

※ 공성전과 관련된 다양한 게임, 전쟁 영화들이 있다. 이를 통해 학생들이 고대부터 현재에 이르기까 지 여러 가지 목적을 가진 전쟁이 있었고, 이 전쟁에서 승리하기 위해 다양한 무기가 개발되어 왔 다. 이러한 무기에는 과학적 원리가 숨어 있으므로 이를 통해 과학적 원리를 깨우치고 다양한 체육 활동 게임, 놀이에 적용하여 과학적 문제해결력과 과학적 의사소통능력을 키울 수 있다.

STEAM 학습 준거

상황 제시 상

황 제 시

공성전 게임 또는 영화 소개

창 의 적 설 계

창의적 설계

놀이 대회 진행 감 성 적 체 험 무기 디자인 하기

무기를 활용한 놀이 방법 고안하기

감성적 체험

(9)

학습 과정

교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점

도입 (5 분)

Co 공성전 관련 시뮬레이션 게임 또는 전쟁 영화를 소개하는 영상을 함께 보고, 인상에 남는 장면에 대해 이야기하도록 한다.

ET 게임이나 영화 속 주인공이 된다면, 어떻게 전쟁을 승리로 이끌 수 있을지 생 각해보고 활동지에 작성하도록 한다. 모둠별로 토의를 진행하여 좋은 방법을 고안하 도록 한다.

동영상 - 스케일 최강의

전쟁영화 https://youtu.be/

2TK477IBmRc

전개 (30 분)

Co CD 활동지에 작성한 내용을 토대로 모둠별로 발표를 하고 토의를 통해 전쟁 을 승리로 이끌기 위해 성을 차지해야 한다고 결론이 났다. 성을 차지하기 위해서는 어떠한 전략과 무기가 필요할까 생각해보게 하고, 성을 차지하기 위한 무기를 개발 할 수 있도록 자신만의 무기를 디자인하도록 한다.

CD 읽기자료를 읽어보고, 내가 디자인한 무기에는 어떤 과학적 원리를 사용하였는 지 모둠별로 토의해보도록 한다. 디자인한 무기를 실제로 제작할 수 있는 방법을 고 안해보도록 한다. 고안한 방법으로 무기를 직접 제작하도록 한다.

ET 제작한 무기로 할 수 있는 놀이를 찾아보도록 한다.

Tip!

- 공성전 등에 필 요한 것이 무엇인지 생각해볼 수 있도록 안내한다.

- 읽기자료를 제시 하여 학생들이 과학 적 원리를 활용할 수 있도록 안내한 다.

- 디자인한 것을 실체화할 때 어려움 을 겪을 수 있으므 로 구체적으로 생각 할 수 있도록 조력 해준다.

정리 (10 분)

ET 디자인한 무기에 사용된 과학적 원리를 체육활동, 게임, 놀이에 활용할 수 있는 창의적인 방법을 고안하여 모둠별로 놀이 대회를 진행하도록 한다.

놀이 대회를 경쟁이 과열되지 않고 즐겁 게 진행할 수 있는 분위기를 조성한다.

(10)

중심과목 과학 학교급/학년(군) 중학교/1 학년 중심과목

성취기준 영역

[9과02-01] 무게가 중력의 크기임을 알 고, 질량과 무게를 구별할 수 있다.

학습목표

1. 물체의 중력을 이해하고, 물체의 중력을 이용하는 예를 조사하여 나만의 로켓 제작에 활용할 수 있다.

2. 로켓에 활용된 과학적 원리가 사용된 놀이 방법을 고안하고, 이를 적용한 놀이 대회 통 하여 과학에 대한 즐거움을 느낄 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

(5) 확률과 통계

STEAM 요소

S ※ 로켓에 활용되는 과학적 원리 – 작용반작용 법칙, 운동량 보존 법칙 T

E A M

개발 의도 ※ 로켓에 활용되는 과학적 원리들을 이해하고 이를 활용한 놀이를 개발하여 과학적 호기 심과 즐거움을 느낄 수 있다.

※ 민간 우주시대가 개막되었다. 유인 우주선 탑승, 우주 여행할 수 있는 기회가 왔다. 우주 여행을 할 수 있는 로켓을 과학적 원리가 숨어 있으므로 이를 통해 과학적 원리를 깨우치고 다양한 체육 활동 게임, 놀이에 적용하여 과학적 문제해결력과 과학적 의사소통능력을 키울 수 있다.

상황 제시

상 황 제 시

민간 우주시대 소개 창 의 적 설 계

놀이 대회 진행 감 성 적 체 험 로켓 디자인 하기

로켓을 활용한 놀이 방법 고안하기

감성적 체험

(11)

학습 과정

도입 (5 분)

Co 미국 우주탐사기업 스페이스 X 의 유인우주선 발사 영상을 함께 보고, 인상에 남는 장면에 대해 이야기하도록 한다.

ET 민간 우주시대에 유인 우주선 탑승의 주인공이 된다면 어떨지 생각해보도록 한 다. 만약 내가 제작한 로켓으로 우주에 나가면 할 수 있는 일은 무엇일지, 우주에 나가기 위해 준비해야 할 것은 무엇일지 활동지에 작성하도록 한다. 모둠별로 토의 를 진행하여 좋은 방법을 고안하도록 한다.

동영상 - 민간 우주시대

개막 https://youtu.be/

sqPB4WSQu5o

전개 (30 분)

Co CD 활동지에 작성한 내용을 토대로 모둠별로 발표를 하고 토의를 통해 우주 에 나가기 위한 다양한 방법을 생각해보게 하고, 자신만의 로켓을 디자인하도록 한 다.

CD 읽기자료를 읽어보고, 내가 디자인한 로켓에는 어떤 과학적 원리를 사용하였는 지 모둠별로 토의해보도록 한다. 디자인한 로켓을 실제로 제작할 수 있는 방법을 고 안해보도록 한다. 고안한 방법으로 로켓을 직접 제작하도록 한다.

ET 제작한 로켓으로 할 수 있는 놀이를 찾아보도록 한다.

Tip!

- 우주선, 로켓 제 작에 필요한 것이 무엇인지 생각해볼 수 있도록 안내한 다.

정리 (10 분)

ET 디자인한 로켓에 사용된 과학적 원리를 체육활동, 게임, 놀이에 활용할 수 있는 창의적인 방법을 고안하여 모둠별로 놀이 대회를 진행하도록 한다.

놀이 대회를 경쟁이 과열되지 않고 즐겁 게 진행할 수 있는 분위기를 조성한다.

(12)

학습목표

1. 물체의 중력을 이해하고, 물체의 중력을 이용하는 예를 조사하여 나만의 놀이기구 제작 에 활용할 수 있다.

2. 롤러코스터에 활용된 과학적 원리가 사용된 놀이 방법을 고안하고, 이를 적용한 놀이 대회 통하여 과학에 대한 즐거움을 느낄 수 있다.

연계과목 체육 연계과목

(1) 건강

STEAM 요소

S 놀이기구에 활용되는 과학적 원리 – 역학적 에너지 보존 법칙 T

E A M

개발 의도 ※ 롤러코스터 등 놀이기구에 활용되는 과학적 원리들을 이해하고 이를 활용한 놀이 활동 을 개발하여 과학적 호기심과 즐거움을 느낄 수 있다.

※ 놀이 동산은 학생들이 가장 선호하는 체험학습 장소이다. 특히 우리 지역의 놀이 동산인 드림랜드 에서 빌보드 차트에서 1 위를 차지한 BTS 가 예전에 뮤직비디오를 촬영하기도 하였다고 한다. 이러 한 놀이 동산에는 다양한 놀이기구가 있는데, 이 놀이기구가 가진 과학적 원리를 깨우치고 놀이기 구들을 제작하여 봄으로써 과학적 문제해결력과 과학적 의사소통능력을 키울 수 있다.

상황 제시 상

황 제 시

드림랜드 소개 창 의 적 설 계

놀이 동산 전시 감 성 적 체 험 놀이 기구 디자인 하기

감성적 체험

(13)

학습 과정

도입 (5 분)

Co 전주 동물원 드림랜드의 놀이기구 영상을 함께 보고, 인상에 남는 놀이기구에 대해 이야기하도록 한다.

ET 놀이기구를 탈 때 느낌을 떠올리며 활동지에 작성하도록 한다. 모둠별로 토의 를 진행하여 좋은 방법을 고안하도록 한다.

동영상 - 전주동물원(드림랜

드) - BTS(방탄소년단)

Love Yourself MV 촬영지 https://ww w.youtube.com/w atch?v=TGifak42p

7A

전개 (30 분)

Co CD 활동지에 작성한 내용을 토대로 모둠별로 발표를 하고 토의를 통해 나만 의 놀이 동산을 생각해보게 하고, 나만의 놀이 동산을 디자인하도록 한다.

CD 읽기자료를 읽어보고, 내가 디자인한 놀이 동산의 놀이기구들에는 어떤 과학적 원리를 사용하였는지 모둠별로 토의해보도록 한다. 디자인한 놀이기구를 실제로 제 작할 수 있는 방법을 고안해보도록 한다. 고안한 방법으로 놀이기구를 직접 제작하 도록 한다.

ET 제작한 놀이기구로 할 수 있는 놀이를 찾아보도록 한다.

Tip!

- 놀이기구 제작에 필요한 것이 무엇인 지 생각해볼 수 있 도록 안내한다.

정리 (10 분)

ET 디자인한 놀이기구에 사용된 과학적 원리를 체육활동, 게임, 놀이에 활용할 수 있는 창의적인 방법을 고안하고, 제작한 놀이 기구를 원하는 동선대로 움직일 수 있 도록 전시한다.

놀이기구를 원하는 동선대로 배치할 수 있도록 조력한다.

(14)

학습목표

1. 물체의 중력을 이해하고, 물체의 중력을 이용하는 예를 조사하여 에그드랍에 활용할 수 있다.

2. 에그드랍에 활용된 과학적 원리가 사용된 놀이 방법을 고안하고, 이를 적용한 놀이 대 회 통하여 과학에 대한 즐거움을 느낄 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

(5) 확률과 통계

STEAM 요소

S ※ 에그드랍에 활용되는 과학적 원리 – 운동량 보존 법칙 T

E A M

개발 의도 ※ 에그드랍(날달걀 살리기)에 활용되는 과학적 원리들을 이해하고 이를 활용한 놀이 활동 을 개발하여 과학적 호기심과 즐거움을 느낄 수 있다.

※ 에그드랍이라는 음식점이 유행이다. 이와 관련없는 창의성 대회, 과학대회로 많이 열리는 에그드랍 (날달걀 살리기)에 대해 학생들의 흥미를 유도하고 에그드랍에 사용되는 과학적 원리를 깨우치고 다양한 체육활동 게임, 놀이에 적용하여 과학적 문제해결력과 과학적 의사소통능력을 키울 수 있 다.

상황 제시 상

황 제 시

민간 우주시대 소개 창 의 적 설 계

놀이 대회 진행 감 성 적 체 험 로켓 디자인 하기

로켓을 활용한 놀이 방법 고안하기

감성적 체험

(15)

학습 과정

도입 (10 분)

Co 에그드랍 광고, 에그드랍 대회 영상을 함께 보고, 인상에 남는 장면에 대해 이 야기하도록 한다.

ET 에그드랍 대회를 한다면 어떤 방법을 사용할 수 있을까 활동지에 작성하도록 한다. 모둠별로 토의를 진행하여 좋은 방법을 고안하도록 한다.

동영상 에그드랍 EGG

DROP https://www.yout ube.com/watch?v

=zCtdoXt-v5w - 날달걀 구출

작전 https://www.yout ube.com/watch?v

=pqNUE7k3dGg 날달걀 구출 대작전 https://www.yout ube.com/watch?v

=wf_F_dt1Kss

전개 (30 분)

Co CD 활동지에 작성한 내용을 토대로 모둠별로 발표를 하고 토의를 통해 나만 의 날달걀 구출 작전을 생각해보게 하고, 달걀 보호 기구를 디자인하도록 한다.

CD 읽기자료를 읽어보고, 내가 디자인한 달걀 지킴이에는 어떤 과학적 원리를 사 용하였는지 모둠별로 토의해보도록 한다. 디자인한 달걀 지킴이를 실제로 제작할 수 있는 방법을 고안해보도록 한다. 고안한 방법으로 나만의 달걀 지킴이를 직접 제작 하도록 한다.

ET 제작한 달걀 지킴이로 할 수 있는 체육활동을 찾아보도록 한다.

Tip!

- 놀이기구 제작에 필요한 것이 무엇인 지 생각해볼 수 있 도록 안내한다.

정리

(5 분) ^ET 제작한 달걀 보호 기구로 에그드랍 대회를 진행한다.

달걀 보호 기구로 에그드랍 대회를 진 행할 수 있도록 안 내한다.

(16)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (10 분)

Co 전주 덕진공원을 가면 큰 연못에 연꽃이 가득하다. 연꽃을 구경하다가 우연히 연잎을 보게 되었는데 연잎의 물이 다른 잎들과는 다르게 마치 코팅된 것처럼 물방 울이 맺혀있었다. 연잎에 있는 물은 왜 그럴까?

ET 연잎을 비롯하여 주변에서 볼 수 있는 생물들 중에서 특이한 점들에 대해 서로 의견 나누기

준비물 https://m.blog.na ver.com/PostView .nhn?blogId=0323l ena&logNo=22094 3794643&proxyRe ferer=https:%2F%

2Fwww.google.co m%2F

전개 (70 분)

CD 생체모방기술로의 초대

• 다양한 생활용품 사진을 보여주면서 무엇을 모방하여 만든 것인지 의견 나누기 - 수영복: 상어, 지렁이, 고래, 오징어, 해파리

- 공업용 장갑: 해파리, 불가사리, 산호 - 자동차: 거북이, 무당벌레, 카멜레온

• 연잎이나 도꼬마리 관찰 및 실험을 통해 자연에서 배울 수 있는 과학의 원리와 생체모방기술에 대해 알아보기

• 다양한 동영상을 통해 생체모방기술의 의미 이해하기

- 생체모방기술은 생물이 지는 기능을 심층 연구해 인간 생활에 응용하는 학문

ET 생체모방기술 내 멋대로 정의하기

• 단어장에서 뽑은 단어로 생체모방기술 개념 설명하기

- 생체모방과학은 ○○ 이다. 왜냐하면 ○○○이기 때문이다.

준비물

연잎, 도꼬마 리, 벨크로테 이프, 단어장 등

동영상

-https://ww w.youtube.c om/watch?

v=oqRI2iNJa _0

v=zru20y6d Gao

CD 화학물질을 활용한 연잎 나노 돌기 만들기 • 실험방법

- 에탄올 50ml 를 실린더에 준비한다.

- 산화아연 0.07g 을 준비한다.

- 빈 약통에 산화아연과 에탄올을 넣는다.

- 초음파 세척기에 산화아연 용액을 넣고 30 분간 분산시킨다.

- 산화아연 용액을 비커에 담는다.

- 종이와 유리판을 핫플레이트에 반 만 올려놓고 낮은 온도(1~2 사이)로 맞춘다.

※ 핫플레이트로 가열하는 이유? 산화아연 용액에 열을 가하면 에탄올은 증발하 고 표면에 산화아연 나노와이어만 남습니다.

- 산화아연 용액을 종이와 유리판에 묻혀준다.

- 산화아연 나노와이어 입히는 과정을 마를 때까지 기다렸다가 15~20 번 반복한다.

- 에탄올 50ml 를 실린더에 준비한다.

- 스테아르산을 0.07g 준비한다.

- 빈 약통에 에탄올과 스테아르산을 넣는다.

- 초음파 세척기에 스테아르산 용액을 넣고 5 분간 분산시킨다.

- 스테아르산 용액을 비커와 페트리접시에 나누어 채운다.

- 테아르산 용액이 들어 있는 비커와 페트리접시에 산화아연 나노와이어가 자란 종이와 유리판을 넣는다.

- 산화아연 나노와이어에 소수성 물질이 입혀질 수 있도록 15 분 동안 기다린다.

- 스테아르산 용액에 들어 있는 유리판과 종이를 꺼내 실온에서 말린다.

- 유리판에 산화아연 나노와이어가 자란 면과 자라지 않은 면에 물을 뿌려 관찰한다.

준비물

핫 플 레 이 트 , 저울, 스포이 드, 집게, 약 수저, 에탄 올, 산황아 연, 스테아르 산, 초음파 세정기, 약 통, 실린더, 비커, 페트리 접시, 종이, 유리 슬라이 드

동영상

v=jT3jzbR6b Ok

Tip!

종이와 유리 판을 핫플레 이트에 다 올 려놓으면 뜨 거워질 수 있 으니 조심하 기

(17)

전개 (50 분)

CD 산출물 제작 활동

• 모둠별로 산출물 관련 의견 교환하기 • 선택활동 1

- 생체모방기술을 활용한 새로운 미래 상품 아이디어 제작 계획하기 - 계획서에 사용된 생물의 특징은 무엇인가?

- 계획한 상품을 사용했을 때의 장점과 단점은 무엇인가?

• 선택활동 2

- 생체모방기술 관련 자유 탐구 보고서 작성하기

- 평소에 깊일 알아보고 싶은 생체모방기술 관련 내용은 무엇인가?

- 이 연구의 핵심은 무엇인가?

ET 완성된 산출물 전시 및 발표 • 완성된 산출물 전시하기 • 발표하기

• 협의하기

준비물

생체모방기술 새로운 미래 상품 제작 계획서

정리 (5 분)

ET 나눔 활동

• 자기 평가 및 동료 평가지 작성하기 • 소감문 작성하기

• 프로젝트 활동 반성하기

준비물

평가지, 소감 문

(18)

중심과목 수학 학교급/학년(군) 중학교 1 학년

중심과목 성취기준

영역

[중학교 1 학년수학] (4)기하 중심과목 성취기준

[9수04-05] 다각형의 성질을 이해한다. [9수04-06] 부채꼴의 중심각과 호의 관 계를 이해하고, 이를 이용하여 부채꼴의 넓이와 호의 길이를 구할 수 있다. 주제(단원)명 Ⅵ. 평면도형 Ⅶ. 입체도형 차시 1~2/2

학습목표

- 부채꼴의 중심각과 호의 관계를 이용하여 호의 길이와 넓이를 구할 수 있다.

- 전주동물원 내의 다각형, 원, 부채꼴로 둘러싸인 창문이나 구조물을 찾고 관련된 도형의 이름을 말할 수 있다.

- 주변에서 입체도형을 찾아 관련된 도형의 이름을 말하고 이를 설명할 수 있다.

연계과목 기술가정, 미술 연계과목

기술가정 (5)기술활용 미술 (1)체험

STEAM 요소

S

T 선으로 둘러싸인 면을 제도할 수 있다.

E

A 다양한 모양의 도형을 주제별로 채색하여 구별 할 수 있다.

M 주어진 평면도형의 넓이를 구할 수 있고, 다면체와 회전체의 뜻을 알고 주변 사물에서 다양한 입체도형을 찾을 수 있다.

개발 의도 평면도형과 입체도형의 성질을 수학적 개념으로 이해하고 이를 실생활에 적용함으로써 수 학에 대한 흥미와 관심을 유발할 수 있다.

우리 주변에서 선으로 둘러싸인 평면도형을 많이 찾아볼 수 있으며 면으로 둘러싸인 입체도형을 찾아볼 수 있다. 전주 동물원 내의 선으로 둘러싸인 도형이나 축사의 면적을 평면도형의 넓이를 구하 고 입체도형을 찾아 그 성질을 탐구해보면서 수학에 대한 흥미 유발, 시각화를 통한 문제 해결 능력 향상 등의 가능성을 탐색하고자 한다. 또한 다양한 현상들을 살펴보고 원리를 생각해 봄으로써 이해의 폭을 넓힐 수 있는 계기를 마련하고자 한다.

상황 제시

상 황 제 시

• 선으로 둘러싸인 도형들이 다각형 또는 원으로 구성이

되어있는가?

• 평면도형의 넓이를 구하는 방법으로 전체 면적을 구할 수 있을까?

창 의 적 설 계

•어떤 동물의 축사의 면적이 가장 넓은지 파악해보기

• 우리 교실을

둘러싸고 있는 다양한 도형 찾기

감 성 적 체 험

•

• 지도의 축척을 이용하기

• 컴퓨터 프로그램을 통한 면적 알아보기

감성적 체험

(19)

학습 과정

교수-학습 활동(1/2)

도입 (10 분)

Co 제시된 위성지도에서 곰사와 물새장의 모양을 살펴보고 어떤 평면도형인지 파 악해보자.

ET 주어진 지도에는 곰사와 물새장만 비교가 되어있지만 다른 축사의 모양은 어떻 게 생겼는지 이야기해보고 왜 축사마다 모양이 다른지 유추해보기

PPT

전개 (30 분)

Co 우리 학교의 공간에서 평면도형을 찾아보자.

- 우리반은 어떤 도형으로 둘러 싸여져 있는가?

- 내가 가지고 있는 물건들은 어떤 도형으로 생겼는가?

CD 이미지를 형상화 시켜 직접 도안화해보자.

형태를 간단히 단순화시켜 선으로 표현하여 그려본다.

CD 교실 밖으로 나가서 1 명당 3 가지의 평면도형을 자신의 스마트폰으로 사진을 찍어보자.

- 찍어온 사진을 활동지에 직접 그려본다.

- 그려본 평면도형의 넓이를 직접 구해보자.

- 넓이가 친구들과 어떤 이유로 오차가 생기는지 파악해보자.

ET 우리 학교를 다시 꾸민 다면 어떠한 도형으로 꾸며졌으면 하는 토의해보고 학 습지에 간단히 표현해보자.

Tip! 평면

도형을 정확 하게 그리기 위해 자와 컴 퍼스를 준비 한다.

정리 (5 분)

ET 활동을 정리하며 수학 속 생활, 생활 속 수학에 대하여 생각해보기.

CD 다음 차시를 준비하도록 한다.

(20)

학습 과정

교수-학습 활동(2/2)

도입 (10 분)

Co 평면이 아닌 입체적인 놀이기구 및 건축물의 모습은 어떤 입체도형의 모습인가 요?

ET 여러분이 탑승했던 놀이기구와 관람했던 축사의 모습을 통해 다른 모양의 입체 도형이었다면 어땠을까 생각해보기

PPT, ebsMATH http://ww w.ebsmath .co.kr/url /go/12480

전개 (30 분)

CD 탐색 및 토의

- 어떠한 놀이기구가 있는지 스마트폰으로 검색하여 사진 자료 수집해보기 - 다른 모양의 입체도형 놀이기구를 개인별 3 개씩 찾아보고 활동지에 기록하기

CD Co 수집한 사진자료의 놀이기구 모양을 파악하고 어떤 입체도형인지 써보자.

모둠별 탐색 및 토의 후 학습지의 다면체, 회전체의 내용을 정리하면서 개념 익히 기

ET 입체도형의 모습을 먼저 전개도로 작성해보고 전개도를 접어서 입체도형의 모 습으로 만들어보자. 학생들이 만든 입체도형을 보고 다른 모습의 놀이기구였다면 하 는 의문을 가지고 또 다른 모습의 놀이기구를 디자인해보자.

CD 다면체와 회전체를 파악하고 다면체와 회전체는 모두 입체도형이지만 회전체를 다면체의 한 종류로 볼 수 없는 이유를 설명해보기

다면체 회전체 정리

(5 분)

ET 학습내용 정리 및 학습지 완성

활동을 정리하며 수학 속 생활, 생활 속 수학에 대하여 생각해본다.

CD 다음 차시를 준비하도록 한다.

(21)

중심과목 수학 학교급/학년(군) 중학교 1 학년 중심과목

[중학교] (4)기하 중심과목

성취기준 [9수04-05] 다각형의 성질을 이해한다.

주제(단원)명 Ⅵ. 평면도형 차시 1~2/2

학습목표 -다각형의 내각과 외각의 크기를 이해하고 이를 구할 수 있다.

-자연환경 속의 이미지를 수학 속의 이미지로 전달하여 활용한다.

연계과목 미술 연계과목

성취기준 영역 ^{(2) 표현}

STEAM 요소

S

T 테셀레이션 만들어보기 E

A 테셀레이션을 이용한 미술 작품의 이해

M 다각형의 성질을 이해하고 자연환경과 더불어 활용하는 방법 모색하기

개발 의도

중학교 1 학년 수학에서 평면도형은 기하학적인 개념과 관련이 있고 기하학에서 예술적인 요소가 포함되어 있다. 다각형의 내각과 외각을 학습하고 한 개 이상의 도형을 반복하여 나타내는 테셀레이션을 통해 수학에 대한 흥미 유발, 시각화를 통한 문제 해결능력 향상 등의 가능성을 탐색하고자 하였다.

우리 생활 주면에서 선분으로 둘러싸인 도형을 많이 찾아볼 수 있다. 다각형 뿐만 아니라 같은 이미지 가 반복적으로 평면을 덮고 있는 예 중에서 전주 덕진공원의 모습을 보고 테셀레이션을 생각해보게 함으로써 다각형에 대한 흥미와 동기를 유발시키고 다각형의 내각과 외각 등 여러 가지 성질을 생각 해보도록 지도한다. 또한 테셀레이션 제작의 기본을 배우며 미술에서 테셀레이션을 관찰하고 재해석하 는 기회를 갖도록 한다.

상황 제시

상 황 제 시

• 우리 주변에 테셀레 이션으로 되어있는 것 들이 존재하는가?

• 다각형으로만 테셀 레이션 제작이 가능한 가?

창 의 적 설 계

• 제작한 테셀레이션을 감상하며 서로의 작품 에 대해 알아보기

• 세계적인 건축물에서 의 테셀레이션 찾아보 기

감 성 적 체 험

• 종이에 그리고자 하는 테셀레이션 도형 제작하기

• 색종이를 이용하여 테셀레이션 만들기

감성적 체험

(22)

학습 과정

교수-학습 활동(1/2)

도입 (10 분)

Co 한 가지 도형으로 평면을 빈틈없이 채울 수 있을까?

전주 덕진공원의 모습을 보고 토의해보도록 한다.

ET 우리 주변 환경에서의 테셀레이션의 활용 사례는 어떠한 것이 있는지 알아보기

- 동 영 상 및 사진 자료

전개 (30 분)

CD 모둠별로 사각형, 오각형, 육각형 모양의 색종이를 몇 개의 삼각형으로 분할해 보는 활동을 통해 다각형의 내각의 크기의 합을 삼각형의 내각의 크기의 합을 이용 하여 구할 수 있음을 인지하도록 한다.

Co 삼각형의 내각의 크기의 합이 180 도임을 이용하여 다각형의 내각의 크기의 합 을 구할 수 있을까?

CD 탐색 및 토의 후 학습지를 작성하고 결과를 모둠별로 발표한다.

- 각형의 한 꼭짓점에서 그으면 각형은   개의 삼각형으로 나누어지고, 이 삼각형들의 내각의 크기를 모두 더하며녀 각형의 내각의 크기의 합이 된다.

즉, 각형의 내각의 크기의 합은  ×(분할된 삼각형의 개수)

(준비물) 색종이

정리 (5 분)

ET 학습 내용정리 및 학습지 완성

활동을 정리하며 수학 속 생활, 생활 속 수학에 대하여 생각해본다. 다음 차시에 할 테셀레이션의 이미지를 떠올려본다.

(23)

학습 과정

교수-학습 활동(2/2)

도입 (10 분)

Co 테셀레이션이란 무엇인가?

ET 실생활에서 테셀레이션을 활용한 것들은 무엇이 있을까?

동영상 ebsMATH http://www.e bsmath.co.kr /url/go/1293 7

전개 (30 분)

CD 주변에서 볼 수 있는 보도블럭 무늬, 천장, 스테인드글라스 등의 특징을 모둠별 로 토의해보도록 한다.

ET 테셀레이션의 규칙에 대한 이해하기

- 정규 테셀레이션 : 한 가지 정다각형으로 이루어진 테셀레이션

- 준정규 테셀레이션 : 두 가지 이상의 정다각형으로 이루어진 테셀레이션, 한 점에 모이는 규칙이 일정

- 비정규 테셀레이션: 두 가지 이상의 정다각형으로 이루어진 테셀레이션, 한점에 모이는 규칙이 없음

ET Tess 프로그램을 활용하여 정다각형 작도하는 작업 시연하기 -Tess 프로그램 소개

➊ 정사각형 모양의 색종이를 여러 장 준비한 후 그림과

같이 모서리를 자른다.

➋ ➊에서 자른 색종이 조 각을 그림과 같이 다른 모서리에 이어 붙인다.

➌ ➋에서 만든 색 종이 조각을 그 림과 같이 빈틈 없이 이어 붙여 테셀레이션을 만

든다.

➍ ➌에서 만든 테 셀레이션에 눈 동자와 지느러 미를 그려 넣어 작품을 완성한 다.

CD 모둠별로 반복할 무늬를 구상해보고 색종이를 통해 직접 도안하고 디자인하도 록 한다.

정규 테셀레이션 준정규 테셀레이션 비정규 테셀레이션

정리 (5 분)

ET 활동을 정리하며 테셀레이션의 원리를 이해하고 예술작품 속에서 수학을 찾을 수 있음을 생각해보도록 한다.

(24)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~4/16

[읽기자료] 무기에 숨은 과학 원리

월 일 교시 학년 반 번 성명 :

무기에 숨은 과학 원리 1. 탄성력

고무줄을 잡아당기면 늘어나고, 잡아당기던 손을 놓으면 고무줄은 원래 모양으로 돌아간다. 변형 된 물체가 원래 모양으로 돌아가려는 성질을 탄성이라 하고, 탄성이 있는 물체를 탄성체라 한다.

변형된 물체가 원래 모양으로 돌아가려는 힘을 탄성력이라 하고, 탄성력의 방향은 변형된 탄성체 가 원래 모양으로 돌아가려는 방향이다.

탄성력은 원래의 상태로 되돌아가려는 힘이므로, 탄성력의 방향은 물체를 변형시킨 힘과 반대 방 향으로 작용한다. 같은 용수철에 같은 크기의 힘을 작용한다 하더라도 용수철이 압축된 상태라면 탄성력은 다시 늘어나는 방향으로 작용하고, 용수철이 늘어난 상태라면 다시 줄어드는 방향으로 탄성력이 작용한다.

고무줄을 원래 길이보다 1cm 더 늘인 경우와 2cm 더 늘인 경우 어느 쪽의 탄성력이 더 클까?

2cm 늘어난 경우가 1cm 늘어난 경우보다 탄성력이 2배 더 크다. 즉 외부에서 힘을 받은 물체 의 모양이 많이 변할수록 원래 모양으로 되돌아가려는 탄성력도 크다. 외부에서 작용한 힘과 탄 성력의 크기는 항상 같다.

무기에 숨은 과학 원리 2. 관성 법칙

정지하고 있는 물체는 외부에서 힘이 작용하지 않으면 그대로 정지해 있다. 또 운동하던 물체는 물체에 작용하는 알짜힘이 0이면 원래의 운동 방향과 속력으로 계속 운동하려고 한다. 이와 같이 물체가 현재의 운동 상태를 그대로 유지하려는 성질을 관성이라고 한다.

정지해 있는 자전거보다 자동차를 움직이는 데 더 큰 힘이 필요하다. 이것은 자전거보다 질량이 큰 자동차가 정지 상태를 유지하려는 성질이 상대적으로 더 크다는 것을 뜻한다. 즉 물체의 관성 은 질량이 클수록 크다.물체에 작용하는 알짜힘이 0이면 운동하던 물체는 계속 등속 직선 운동을 하고, 정지해 있던 물체는 계속 정지 상태를 유지한다. 이것을 관성 법칙 또는 뉴턴 운동 제1법 칙이라고 한다.

관성에는 정지관성과 운동관성 2가지가 있다.

(25)

정지 관성은 정지한 물체는 계속 정지 상태 유지하려는 성질로 버스가 급출발하면 뒤로 넘어지 려고 하는 현상이 그것이다.

운동 관성은 운동하는 물체는 계속 운동 상태 유지하려는 성질로 버스가 급정지하면 몸이 앞으 로 쏠리는 현상을 말한다.

무기에 숨은 과학 원리 3. 포물선 운동

수평으로 던진 물체나 비스듬히 던진 물체는 포물선 운동을 한다. 포물선 운동은 일정한 크기와 방향을 가지는 힘이 작용하는 공간에서 물체가 힘의 방향과 일정 각도를 이루어 던져졌을 때 그 이동 경로가 포물선을 그리는 운동이다.

지표면에서 지면과 일정한 각도를 이루어 던져진 물체는 지면에 수직인 방향으로만 일정한 크기 를 가지는 중력의 영향을 받는다.

위의 그림에서 보듯이 물체가 던져질 때 지면과 이루는 각도에 따라, 다시 지면에 떨어졌을 때 물체의 이동 거리가 달라짐을 확인할 수가 있다.

그러므로 골프공이나 포탄이 낙하하는 지점은, 대포의 포신이 지면과 이루는 각도나 공을 타격할 때 공이 날아가는 초기 각도를 조절해서 제어할 수 있다.

공기와의 마찰 등 중력 외의 외력을 고려하지 않을 때 지면과 45도의 각도를 이루도록 물체를 던지면 가장 멀리 날아간다는 사실이 수학적으로 증명되었다.

무기에 숨은 과학 원리 4. 지레의 원리

몸무게 차이가 많은 엄마와 아기가 시소를 함께 탈 수 있는 이유는 무엇일까? 시소를 탈 때 엄 마와 아이가 앉는 위치를 잘 생각해 보면 그 답을 구할 수 있다. 이 속에는 바로 지레의 원리가

(26)

숨어 있다.

지레는 막대의 한 점을 물체로 받쳐 고정시켜 놓고, 한쪽에는 물체를, 다른 한쪽에는 힘을 가하 여 작은 힘으로도 큰 힘의 효과를 보는 도구이다. 막대를 고정시켜 놓는 점을 받침점, 손으로 힘 을 가하는 부분을 힘점, 힘이 물체에 작용하는 부분을 작용점이라고 한다.

지레의 원리 : 물체의 무게(W)×작용점까지의 거리(r) = 힘(F)×힘점까지의 거리(R)

지레의 원리를 이용하면 받침점으로부터 멀리 떨어진 힘점에서 작은 힘(F)을 사용해서 받침점에 서 가까운 위치인 작용점의 무거운 물체(W)를 들어올릴 수 있다. 지레의 원리를 이용하면 작은 힘으로 무거운 물체를 들어올릴 수 있다. 이러한 지레의 원리를 이용해 그리스의 아르키메데스는 자신에게 긴 막대와 받침대만 준다면 지구도 들어올릴 수 있다고 장담하기도 했다.

지레는 힘점, 작용점, 받침점의 배열 순서에 따라 1종 지레, 2종 지레, 3종 지레로 나눌 수 있습 니다. 이 배열 순서와 각 점 사이의 거리 차이 때문에 힘이 덜 들게 해주는 지레가 있는가 하면 힘은 조금 더 들지만 조금만 움직여도 일을 할 수 있게 해 주는 지레도 있다.

1종 지레는 위 그림처럼 힘점-받침점-작용점 또는 작용점-받침점-힘점 순으로 구성되어 있다.

즉, 힘점과 작용점 사이에 받침점이 있는 것이다. 그래서 힘의 방향과 힘이 작용하는 방향이 반 대랍니다. 우리가 사용하는 가위, 시소, 양팔 저울 등이 바로 1종 지레의 원리를 이용한 것이다.

1종 지레의 경우 힘점과 받침점 사이의 거리가 멀고, 받침점과 작용점 사이의 거리가 가까우면 사람이 가하는 힘은 적어도 물체에는 더 큰 힘이 가해지게 된다.

2종 지레는 받침점-작용점-힘점의 순서로 되어 있는 지레로 힘의 방향과 작용 방향이 같다. 병 따개, 손톱깎이, 절단기 등이 바로 2종 지레이다. 힘점과 받침점 사이의 거리가 멀고, 작용점과 받침점 사이의 거리가 가깝기 때문에 적은 힘을 주어도 작용점에는 더 큰 힘이 가해지게 된다.

(27)

3종 지레는 받침점-힘점-작용점 순으로 되어 있다. 힘점-받침점 사이의 거리가 작용점-받침점 사이의 거리보다 짧기 때문에 실제로 우리가 주어야 하는 힘은 더 크지만 작용점과 받침점과의 거리가 멀기 때문에 세밀하고 정교한 작업을 할 수 있게 해 주는 지레이다. 핀셋, 집게, 스테플 러 등이 바로 3종 지레의 원리를 응용한 물건이다.

무기에 숨은 과학 원리 5. 작용반작용

손으로 벽을 밀면 벽이 손을 미는 느낌이 든다. 벽과 손 사이에는 어떤 힘이 작용한 것일까?물체 A가 물체 B에 힘을 가하면 동시에 물체 B도 물체 A에 같은 크기의 힘을 반대 방향으로 가한다.

이때 한 힘을 작용이라 하고, 다른 힘을 반작용이라고 한다.

마주 걸어 잡아당긴 용수철저울의 눈금이 같은 값을 가리키는 것처럼, 손으로 벽을 밀면 동시에 벽도 손에 같은 크기의 힘을 가한다. 그 결과 벽이 손을 미는 느낌이 드는 것이다. 이러한 힘의 상호 작용에 대한 법칙을 작용 반작용 법칙 또는 뉴턴 운동 제3법칙이라 고 한다.

작용과 반작용에 해당하는 두 힘을 알아내기 위해서는 물체들의 상호 작용을 파악해야 한다. 공 을 발로 찰 때 발이 공에 가하는 힘을 작용이라고 하면 반작용은 공이 발에 가하는 힘이다. 그리 고 가스를 분출하며 로켓이 날아갈 때 로켓이 가스를 분출하는 힘을 작용이라고 하면 반작용은 가스가 로켓을 미는 힘이다.

작용 반작용 법칙은 태양과 지구, 지구와 사과 사이에 작용하는 중력과 같이 서로 떨어져 접촉이 없는 경우에도 성립한다.

사람이 걸을 때에는 발로 땅을 미는 힘의 반작용에 의해 앞으로 나아갈 수 있다. 이때발과 땅 사 이에 마찰력이 작용한다. 100 m 육상 경기에서는 스타팅 블록을 사용하는데, 스타팅 블록을 뒤 로 힘껏 밀면 그 반작용에 의해 선수는 앞쪽으로 빠르게 나아갈 수 있다. 수영 선수가 손과 발로 물을 뒤로 밀면 물이 손과 발을 앞으로 미는 반작용에 의해 몸이 앞으로 나아간다. 이때 손과 발 이 물을 뒤로 밀 수 있는 것은 물의 저항 때문이다.

(28)

[활동지] 공성전에서 이기기 위한 나만의 아이디어

1. 공성전 관련 시뮬레이션 게임 또는 전쟁 영화 속 주인공이 된다면, 어떻게 전 쟁을 승리로 이끌 수 있을까? 모둠별로 토의를 진행하여 좋은 방법을 고안해보 자.

2. 어떠한 전략과 무기가 필요할까?

[자신만의 전략 세우기]

[자신만의 무기 디자인하기]

[수정‧보완할 점 찾아보기]

(29)

3. 디자인한 무기에 어떤 과학적 원리를 사용하였나? [읽기자료]를 읽고 생각을 키워보자.

4. 실제로 구현하기 위해 제작하려면 어떤 재료가 필요할까?

5. 나만의 무기는 어떤 순서로 제작해야 할까?

6. 제작한 무기로 할 수 있는 놀이를 찾아보자.

(30)

차시 5~8/16

[읽기자료] 로켓 발사의 과학 원리

1. 로켓 발사 원리, 어렵지 않아요!

“나로호, 아리랑 5호, 액체엔진, 고체엔진, 하이브리드 발사체, 과학기술위성 2호, 나로과학위성, 관측위성, 검증위성… 그리고 최근에 은하 3호, 광명성 3호!”

엇~ 이게 다 무슨 말이지?

이것뿐이 아니다. 최근 며칠 동안 포털 검색어 상위권에 ‘로켓 발사 원리’ 말도 있었다. ‘로켓’은 어렴풋하게나마 그림이 그려지는데, ‘로켓 발사 원리’는 뭐지? 어려운 내용일 것 같지만, 한 번 찾아볼까?

Ten (…) Three, Two, One, Zero~ 카운트다운을 외치고, 발사! 쿠아앙, 쾅, 쾅! 엄청나게 큰 폭발음과 거대한 화염을 내뿜으며 육중한 로켓이 발사대를 박차고 하늘로 솟아오른다. 바로 이 순간, 로켓과 함께 발사된 뉴턴의 운동 법칙이 있다. ‘작용과 반작용의 법칙(Action and Reaction Law)’이 그것이다.

작용과 반작용은 ‘두 물체가 서로에게 미치는 힘은 항상 크기가 같으나, 방향이 반대’라는 운동 법칙이다. 물체 A가 물체 B에게 힘을 주면 물체 B도 물체 A에게 똑같은 힘을 주게 되는데, 서로 에게 가하는 힘의 방향은 힘을 가한 방향의 반대라는 것.

우리의 일상생활에서도 쉽게 작용 반작용의 사례를 찾아볼 수 있다. 손으로 벽을 쳤을 때이다.

손으로 벽을 치면 내 몸이 뒤로 밀린다. 분명히 내가 벽을 밀었는데 내 몸이 뒤로 밀려난다. 벽 또한 나를 밀었기 때문이다. 벽의 입장에서는 손이 다가와 힘을 가한 것이지만 손의 입장에서도 벽이 손에 힘을 가한 셈이다.

그렇다면 똑같은 힘을 주고받았는데 왜 내 몸만 크게 움직일까? 이는 뉴턴의 운동 제2법칙인 가 속도의 법칙(F=ma)으로 설명할 수 있다. 여기서 F는 힘 force이고, m과 a는 각각 질량 mass와 가속도 acceleration이다. 같은 힘을 가했을 때(F가 일정할 때)는 질량이 작을수록 가속도, 즉 움직이는 정도가 크다. 같은 힘을 주고받았지만 내 몸이 벽보다 훨씬 가볍기 때문에 벽은 움직이 지 않고 내 몸만 밀려난 것이다.

이 원리로 로켓도 발사한다.

로켓이 뒤로 가스를 분출하면, 로켓은 앞으로 나아간다. 앞서 예로 든 손으로 벽치기 사례에 빗 대어보면 발사대(지면)가 벽이고 손(몸)이 로켓이라 할 수 있다. 다시 말해 로켓 내부에 고체나 액체 연료를 연소해 고온·고압가스가 노즐을 통해 외부로 분사되면서 뿜는 힘이 작용(Action), 그 반대 방향으로 박차고 올라가는 로켓의 추력이 반작용(Reaction)이다. 마치 부풀어 오른 풍선 이 바람을 뿜어내며 날아가는 것과 같다. 만약 풍선도 끝없이 바람을 내보낼 수만 있다면 계속 날아갈 수 있을 것이다.

추력은 연소실과 노즐에서 생기는 압력으로 발생한다.

여기서 로켓을 발사시키는 힘, 추력은 몇 가지 특징이 있다. 첫째, 공기저항이 많은 지상보다 아 무런 방해가 없는 진공의 우주에서 커진다는 것, 둘째, 발사 시 연소 가스의 양과 가스가 내뿜어 져 나가는 속도가 클수록 추력도 커진다는 것, 셋째, 기본적으로 로켓의 중량보다 커야 발사될

(31)

수 있다는 것이다. 대표적인 우주 발사체 추력을 살펴보아도 발사체 중량의 1.2~2배 정도가 됨을 알 수 있다.

정리하면, 로켓이 1) 작용과 반작용의 법칙에 의해 2) 로켓 무게의 1.2~2배의 추력으로 날아올라 3) 목표 지점까지 안착했다면, 이 로켓 발사는 성공이다. 로켓 발사의 원리, 생각보다 어렵지 않 다.

과학 기술이 신기를 넘어 신비롭다는 생각이 들 때가 있는데 로켓이 하늘로 날아가는 원리도 그 렇다. 거대하고 무거운 로켓이 대기권을 넘어 우주까지 날아가는 것을 그저 신기하게 바라보는 것으로 끝냈더라면 무척 아쉬울 뻔했다.

>> Note!

#note 1 – 위성과 로켓의 구분

위성 : 아리랑 5호, 과학기술위성 3호, 나로과학위성, 광명성 3호

– 이들 위성은 행성의 인력에 의해서 그 주변을 도는 천체이다. 이중 북한의 광명성을 제외한 나머지 3개는 우리나라 위성이다. 위성은 크게 임무 수행 내용에 따라 ‘관측위성’과 ‘검증위성’으 로 구분할 수 있다.

로켓 : 나로호, 은하 3호

– 인공위성을 우주까지 운반해 주는 우주 발사체이다. 나로호는 우리나라 최초의 우주 발사체이 기도 하다.

엔진의 종류 : 엑체엔진, 고체엔진

– 로켓의 추력 발생과 완급 조절을 위해 필요한 연료이다. 간단히 액체 형태와 고체 형태의 연 료라 말할 수 있고, 이 두 형태의 연료가 산화제(산소)를 만나면 로켓이 발사된다.

#note 2 – 몇 가지 용어의 뜻 하이브리드 발사체

– ‘소형위성발사체’라고도 하며 액체엔진과 고체엔진을 함께 사용하는 우주 발사체를 말한다. 우 리나라 최초의 우주 발사체인 나로호도 하이브리드 발사체이며 1단에 액체엔진을, 2단에 고체엔 진을 싣는다.

관측위성

– ‘관측위성’과 ‘검증위성’은 위성의 미션 수행 내용에 따라 구분할 수 있다. 관측위성은 대기와 구름의 수분량을 측정하는 등 지구 환경 관측 임무를 수행한다. 과학기술위성 2호는 관측용으로 사용된다.

검증위성

– 검증위성은 우주 발사체가 정상적으로 궤도 진입을 했는지 확인하는 작업을 주로 수행한다. 나

(32)

로과학위성은 검증용으로 사용된다.

김지영 사이언스올 기자

2. 운동량 보존 법칙

질량이 큰 버스와 질량이 작은 승용차가 같은 속도로 운동할 때에는 질량이 큰 버스가 승용차보 다 멈추기 어렵다. 또 같은 승용차라도 속도가 빠를 때가 느릴 때보다 멈추는 데 더 오랜 시간이 걸린다. 이와 같이 물체의 운동 상태를 변화시키기 위한 조건을 알기 위해서는 물체의 질량과 속 도를 고려해야 한다. 물체의 질량과 속도를 곱한 물리량을 운동량이라고 하는데 질량이 m인 물 체가 속도 v로 운동할 때 물체의 운동량 p는 p=mv이다. 운동량은 크기와 방향을 모두 포함한 물리량으로, 방향은 속도의 방향과 같다.

일반적으로 외부에서 힘이 작용하지 않으면 물체들의 운동량의 총합은 항상 일정하게 보존된다.

이것을 운동량 보존 법칙이라고 한다. 또한 운동량 보존 법칙은 상호 작용 하는 힘의 종류나 물 체의 크기에 관계없이 성립한다. 운동량 보존 법칙은 한 개의 물체가 여러 개로 분리되는 경우에 도 성립된다. 또한 두 물체가 충돌 후 함께 붙어서 운동하는 경우에도 성립된다.

(33)

[활동지] 민간 우주시대, 나만의 로켓 아이디어

1. 민간 우주시대에 유인 우주선 탑승의 주인공이 된다면, 어떨까? 내가 제작한 로켓으로 우주에 나가면 할 수 있는 일은 무엇일까? 우주에 나가기 위해 준비해 야 할 것은 무엇일까? 모둠별로 토의를 진행하여 좋은 방법을 고안해보자.

2. 나만의 로켓을 만들어보자.

[자신만의 로켓 디자인하기]

[수정‧보완할 점 찾아보기]

(34)