목 차

(1)

(2)

(3)

○ 스포츠과학 분야 개발 목록 및 관련 교육과정 내용

차시 학년 주제 내용 비고

1

초3-4

화살 속에는 어떤 과학의

원리가 숨어있을까?

무게와 모양에 따른 화살의 비행 나만의 화살 만들기

목표물 맞히기와 투호놀이

초3-4 과학 물체의 무게(2007, 2009) 초5-6 과학 물체의 빠르기(2007, 2009) 초3-4 미술 표현(2007, 2009) 초3-4 수학 측정, 도형(2007,2009) 초 3-4 체육 도전 활동(2007, 2009) 2

3

4

초3-4 비만해결사

비만 이유와 비만 극복 방법 비만 극복을 위한 준비 비만 극복을 위한 실천

초3-4 체육 건강활동(2007, 2009) 초5-6 과학 우리의 몸(2007, 2009) 초3-4 수학 측정, 도형(2007,2009) 5

6 7

초5-6

비행접시는 어떻게 날을까?

비행물체가 하늘을 나는 원리 실험을 통해 과학적 원리 체험 플라잉 디스크 만들기

초5-6 과학 물체의 속력(2007, 2009) 초5-6 체육 도전활동(2007, 2009) 8

9 10

초5-6 셔틀콕을 빠르게

왜 셔틀콕은 다르게 비행할까?

셔틀콕 비행 원리 알아보기 나만의 셔틀콕 만들기

초5-6 체육 도전활동(2007, 2009) 초5-6 미술 표현(2007, 2009) 초5-6 실과 생활과 기술(2007, 2009) 11

12 13

중 우샤인볼트처럼 빠르게 달리려면

달리기 운동해석 멋진 운동 만들기

중1-3 과학 힘과 운동(2007, 2009) 중1-3 체육 기록 도전(2007, 2009) 중1-3 수학 측정, 도형(2007,2009) 14

15

중 도루와

희생플라이

도루와 속력 희생 플라이와 속력

중1-3 과학 힘과 운동(2007, 2009) 중1-3 체육 경쟁 활동(2007, 2009) 중1-3 수학 측정, 도형(2007,2009) 16

17

중 내가 만드는 다트경기

다트의 운동

다트 경기 방법 만들기

중1-3 과학 힘과 운동(2007, 2009) 중1-3 미술 표현(2007, 2009) 중1-3 수학 측정, 도형(2007,2009) 18

19

중 내가 만드는 마라톤 코스

마라톤 코스의 이해 마라톤 코스 시뮬레이션

중1-3 과학 힘과 운동(2007, 2009) 중1-3 체육 기록 도전(2007, 2009) 중1-3 수학 측정, 도형(2007,2009) 20

21

중 나도 손연재가 되어 보자

리본은 어떻게 움직일까?

나만의 리본체조를 만들어보자

중1-3 과학 힘과 운동(2007, 2009) 중1-3 미술 표현(2007, 2009) 22

23

고 평창올림픽에서 과학을 본다.

컬링의 과학

피겨스케이트와 과학 스키점프의 과학

물리Ⅰ 뉴턴의 운동 법칙(2009) 물리Ⅱ 운동량 보존법칙(2009) 체육 영역형 스포츠(2009) 24

25 26

고

과학적 스포츠화를

설계할 수 있을까?

축구 속 과학 찾기 풋살 속 과학 찾기

과학적 스포츠화 디자인하기 내가 만든 스포츠화 홍보하기

물리Ⅰ 뉴턴의 운동 법칙(2009) 물리Ⅱ 운동량 보존법칙(2009) 체육 영역형 스포츠(2009) 미술 표현활동(2009) 27

28 29 30

고

올림픽대표선수 의 트레이너가

되어보자

운동선수의 식단 분석 트레이너가 되어보자.

프로그램 활용한 운동 분석

고1 과학 과학과 문명(2009) 생명과학 1 소화와 순환 31

32

(4)

(5)

목 차

1. 우사인 볼트보다 빨리 달리려면

1차시. 철수는 어떻게 달리고 있을까? · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9 2차시. 그래프를 몸으로 표현해보자 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 19

2. 도루와 희생 플레이, 속력으로 풀어보자.

1차시. 도루! 속력으로 풀어보자 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 39 2차시. 희생플라이! 속력으로 풀어보자 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 47

3. 내가 만드는 다트 경기

1차시. 다트는 어떻게 날아갈까? · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 63 2차시. 나만의 다트 경기 규칙 만들기 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 77

4. 내가 만드는 마라톤 코스

1차시. 마라톤 코스는 어떻게 정해질까? · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 95 2차시. 마라콘 코스 시뮬레이션 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 108

5. 나도 손연재가 되어보자.

1차시. 리본은 어떻게 움직일까? · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 133

2차시. 나만의 리듬체조를 구상해 보자 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 147

(6)

(7)

융합인재교육(STEAM) 주제별 프로그램 개발 - 스포츠

우사인 볼트만큼 빠르게 달리려면?

중학교용

(8)

2007년 개정 교육과정

중학교 1학년 ⑺ 힘과 운동

㈐ 속력이 변하지 않는 운동, 속력이 변하는 운동, 방향이 변 하는 운동 등 여러 가지 운동을 시간과 위치의 변화로 나타 낼 수 있다.

㈑ 힘이 작용할 때와 작용하지 않을 때의 물체의 운동을 예 측할 수 있다.

2009 개정 교육과정

중학교 1~3학년 (3) 힘과 운동

(라) 거리-시간, 속력-시간 그래프를 해석하여 물체의 운동을 설명할 수 있다.

(마) 물체의 운동을 관찰하여 힘의 작용에 대하여 알고, 이를 통하여 힘과 운동의 관계를 안다.

해설

중학교 1학년 힘과 운동에서는 물체의 여러 가지 운동을 해석 하는 것을 목표로 하는 내용이 포함되어 있다. 우리가 주위에 서 볼 수 있는 물체의 운동 중에는 스포츠 종목에서 많이 발견 할 수 있다.

특히 스포츠 중에서 가장 인간의 신체 능력을 극대화하는 것이 100m 달리기로 세상에서 가장 빠른 사람이 되기 위해서 많은 과학적인 방법이 동원되고 있다.

최근에 런던 올림픽에서 우승한 우샤인 볼트는 100m의 전 과 정 중에서 어떤 부분에서 시간을 단축할 수 있을지 과학적인 방법을 이용하여 많은 노력을 하였다.

물체의 운동을 나타내는 것 중 하나는 물체의 속력이다. 시간 에 따른 위치의 변화로 나타내는 속력은 바로 측정하기 어렵기 때문에 시간과 위치의 관계로 구하게 된다. 최근 스마트폰과 태블릿 PC 등의 보급으로 손쉽게 물체의 운동을 해석할 수 있 게 되어 있다. 본 과정에서는 스마트폰(또는 비디오녹화 가능한 기기)을 이용하여 물체의 운동을 디지털로 변환한 자로로 해석 할 수 있는 능력을 익히도록 한다.

◉ 교육과정 관련 안내

(9)

- 3 -

우사인 볼트만큼 빠르게 달리려면

우사인 볼트만큼 빠르게 달리려면?

철수는 다음 체육 시간에 100미터 달리기 시험을 본다는 말을 들었다. 평소 체육은 좋아하지만, 달리기 만큼은 자신이 없는 철수는 친구 유빈이에게 고민을 이야기했다.

“유빈아, 나는 왜 달리기를 못하는 걸까?”

“글세, 평소에 다른 운동을 잘하는 것을 보면 운동신경은 좋은거 같은데.

아무래도 네가 달리는데 무슨 문제가 있는거 같아.”

“그럼 그것을 어떻게 알 수 있을까?”

유빈이는 철수가 가지고 있는 스마트폰을 이용하면 철수의 달리기에 어떤

문제가 있는지 알 수 있을 것 같았다. 과연 유빈이는 어떻게 철수의 고민을

해결해 주었을까?

(10)

◉ 우사인 볼트만큼 빠르게 달리려면?

차시 주제 활동 내용 연계

교과/단원

1 달리기 운동 해석

• 물체의 운동을 표현하는 방법 - 속력의 정의와 의미

- 여러 가지 물체의 운동 해석하기

• 스마트폰(비디오카메라)으로 물체의 운동 해석하 기

7학년 과학

‘힘과 운동’

7학년 체육

‘기록 도전’

2

멋진 “시간 -속력 그래 프”를 가진 운동 만들기

• 시간-속력 그래프 해석하기

- 등속운동, 속력이 변하는 운동의 그래프 해석

• 멋진 “시간-속력 그래프”를 가진 운동 만들기 - 시간-속력 그래프 그리기 → 운동 표현하기

7학년 과학

‘힘과 운동’

(11)

1차시

철수는 어떻게 달리고 있을까?

교사용 교재

(12)

◉ 수업 지도안

단 원 과학과 단원(힘과 운동)

연계 단원 체육 1학년 (2) 도전활동

수학 2학년 (다) 함수 – 일차함수와 그래프

수업차시 1차시 지도대상 중학교 1-2학년

활동유형 실험, 그래프 그리기, 토론

교과 학습 목표

1. 속력의 의미를 안다.

2. 여러 가지 운동의 시간에 따른 속력을 설명할 수 있다.

3. 움직이는 물체를 찍은 동영상으로부터 물체의 운동을 설명할 수 있다.

교과 연계 성

초등학교

5학년 과학 물체의 속력 고등학교

물리 Ⅱ 힘과 운동

학습 단계 교수 ․ 학습 활동 시간

(분)

학습 자료 및 유의점

도입

물체의 운동을 표현하는 방법을 알아본다.

물체의 운동을 표현하는 방법으로 가장 일반적인 것은 시간 과 위치를 표현하는 것이다. 이 자료로부터 시간에 따른 위치의 변화인 속력을 구할 수 있다.

흔히 시간과 속력의 그래프를 나타냄으로써 물체의 운동 상태를 설명할 수 있다. 여러 가지 시간-속력 그래프를 제시해주고 이것

10

∙ 여러 가지 운동을 나타내 는 시간-속력 그래프

(13)

- 7 -

(분)

본활동

[탐구] 스마트폰으로 달리는 사람/물체의 모습을 촬영하 고 이를 이용하여 시간에 따른 속력 그래프를 구한다.

(어플의 예: Video Physics)

사람이 달리는 운동, 공이 날아가는 운동 등 여러 가지 운 동을 촬영하여 시간에 따른 속력을 구해보도록 한다. 스마 트폰이 없거나 활용하기 어려운 경우에는 동영상을 촬영하 여 PC에서 분석한다.

스마트폰 앱은 미리 설치하여 사용방법을 익힐 수 있는 시간을 사전에 제시해 줄 필요가 있다. 탐구 전에 사전 준 비로 학생들에게 안내하는 것도 좋다.

25

∙ 동영상 분석 프로그램 설명 자료

정리

탐구내용 발표하기

- 활동을 통해 학습에 대한 즐거움 갖기

- 자기평가 ‧ 상호평가를 통하여 서로의 아이디어를 공유한다.

10

∙ 활동을 통해 학생들이 새로 알게 된 내용을 확인한다.

(14)

(15)

- 9 -

01. 철수는 어떻게 달리고 있을까?

달리기의 모습을 설명하려면?

▪ 달리기를 하는 사람의 모습을 앞을 볼 수 없는 사람에게 말로 설명해주려고 한다.

어떻게 설명해서 앞을 볼 수 없는 사람에게 정확하게 설명해 줄 수 있을까?

- 시간에 따른 위치를 이용하여 설명한다.

- 시간에 따른 속력을 이용하여 설명한다.

철수가 어떻게 달리고 있을까?

실험 여러 가지 운동을 스마트폰을 이용하여 설 명해보자.

☼ 실험목표

스마트폰을 이용하여 움직이고 있는 여러 가지 물체를 촬영하여 시간에 따른 속력 그래 프를 만들어보자.

☼ 실험 시 유의사항

1. 사람이 직접 움직이는 운동을 촬영하는 경우 안전사고에 유의한다.

☼ 지도 시 주의사항

1. 스마트폰을 사용하기 어려운 경우, 어플리케이션을 사용하기 어려운 경우 등은 동영 상을 촬영하여 PC에서 분석한다.

☼ 실험 준비물

스마트폰, 어플(Video Physics), 자

(16)

☼ 실험방법

1. 여러 가지 움직이는 물체의 운동을 동 영상으로 촬영한다. 이때 길이의 기준 이 될 수 있는 물체(자)를 같이 촬영한 다.

2. 스마트폰의 어플리케이션(Video Phydics)를 실행시킨다.

3. 시간에 따라 움직이는 물체의 위치를 스마트폰에 기록(점을 찍음)한다.

4. 시간에 따른 속력 그래프를 보고, 물체 의 운동과 비교한다.

(17)

- 11 -

☼ 실험 결과 및 토론

1. 자신이 촬영한 동영상과 이를 분석한 결과(시간에 따른 속력 그래프)를 설명해보자.

물체의 운동

예: 자유낙하 운동

그래프

예: 시간에 따른 속력 그래프

(18)

참고 자료 스마트폰으로 운동 분석하기

예전에는 1차원 운동이 아닌 복잡한 운동 분석을 위해 컴퓨터와 인터페이스 기기를 이용하는 MBL을 이용해야만 물체의 운동을 분석할 수 있었지만, 최근 스마트폰의 발달로 스마트폰 어플 리케이션으로도 이러한 운동 분석이 가능하게 되었다. 예를 들면 버니어사에서 제공하는 비디오 물리라는 어플리케이션은 휴대폰으로 즉석에서 찍은 동영상의 물체의 운동을 손쉽게 분석할 수 있도록 해준다.

다음 사진은 스마트폰의 화면을 캡쳐한 것이다. 애플리케이션을 깔면 첫 화면처럼 바탕화면에 아이콘이 생긴다. 이를 실행시켜면 두 번째 사진처럼 비디오를 찍거나 불러 올 수 있고, 이 비디 오의 물체를 설정해 주면 운동 그래프까지 프로그램이 작성해 준다.

Video physics 실행 실행되면 동영상 불러오기

(19)

- 13 -

참고 자료 우사인 볼트의 달리기를 과학으로 분석한다.

최근에 개최된 런던 올림픽에서 100m 금메달을 획득한 선수는 자메이카의 우사인 볼트이다.

그가 2009년 베를린 세계 육상 선수권 대회에서 세운 9.58의 기록은 정말로 대단한 기록이다.

그가 어떻게해서 이렇게 빠르게 달릴 수 있을까? 많은 과학자들은 그 이유를 궁금해 했다. 많은 과학자들이 선택한 우사인 볼트의 빠른 이유의 첫째는 큰 키와 다리 길이다. 우사인 볼트는 키가 196cm로 41걸음 만에 100m를 갈 수 있다.

또 중요한 요소로 ‘조율’이라고 말하는 사람들이 많습니다. 100m를 달리면서 조금만이라도 자세가 흐트러지면 좋은 성적을 거둘 수 없기 때문이다.

재미있는 것은 우사인 볼트는 두 발의 성능이 다르다는 것이다. 비디오 판독을 통해서 우사인 볼트의 성적을 향상시키려는 과학적 노력이 이루어지고 있는데, 약간의 장애를 많은 노력과 정 확한 분석을 통하여 극복하는 것을 넘어 장점으로 승화시키는 노력이 그를 지금의 그로 만들었 다.

(20)

◉ 평 가

학생들이 물체의 운동을 표현하는 방법을 알고 있으며, 스마트폰을 이용하여 물체의 운 동을 해석하려는 시도를 하는지 평가하도록 한다.

평가

영역 평가기준

평가척도 매우

잘함 잘 함

보 통

미 흡

미완 성

미제 출

5 4 3 2 1 0

통합적 사고

여러 가지 운동하는 물체의 운동을 설명할 수 있는 방법을 알고 있는가?

창의적 설계

스마트폰을 이용하여 물체의 운동을 분석할 때 창의적인 운동상태를 찾아 수행하였는 가?

감성적 터치

스마트폰이 과학 실험에도 활용될 수 있음 을 알고 적극적으로 활동에 참여하였는가?

교사 의견

및 채점 평가

합산

(21)

2차시

그래프를 몸으로 표현해보자.

교사용 교재

(22)

(23)

- 17 -

◉ 수업 지도안

연계 단원 체육, 수학

수업차시 1차시 지도대상 중학교 1학년

활동유형 실험, 그래프 그리기, 토론

1. 시간에 따른 속력 그래프의 의미를 설명할 수 있다.

2. 시간-속력 그래프의 운동을 몸으로 표현할 수 있다.

교과 연계 성

초등학교

(분)

도입

시간-속력 그래프의 의미를 몸으로 표현하는 방법을 알아본다.

시간에 따른 물체의 속력을 사람이 직접 물체가 되어 몸으로 표현해보게 한다.

기본적으로 가장 쉬운 운동은 등속운동, 속력이 점점 증가하는 운 동, 속력이 점점 감소하는 운동이다. 이 세 가지 운동에 대한 시간 -속력 그래프를 제시하여 몸으로 표현해보게 한 후, 두 가지 이상 의 운동이 혼합된 형태를 표현해보게 한다.

10

∙ 여러 가지 운동을 나타내 는 시간-속력 그래프

(24)

학습 단계 교수 ․ 학습 활동 시간 (분)

본활동

[탐구] 조별로 여러 가지 다양한 시간-속력 그래프를 그 리고 이것을 몸으로 표현해보자.

몸으로 표현하는 운동은 등속운동, 속력이 증가하는 운동, 속력이 감소하는 운동 등으로 구성되는데, 1차원 상에서 앞 으로 진행하는 운동과 뒤쪽으로 진행하는 운동을 혼합하면 상당히 복잡한 형태의 시간-속력 그래프를 구성할 수 있다.

학생들이 그래프를 그리는 것이 어려워하는 경우에는 교 사가 몇 개의 예시 그래프를 제시하는 것도 좋다.

20

정리

- 조별로 시간-속력 그래프를 제시하고 이 그래프의 모 습을 운동으로 표현한다.

- 이때, 스마트폰을 이용하여 다른 학생들이 표현한 운 동이 제시한 시간-속력 그래프와 일치하는지 살펴본 15

∙ 활동을 통해 학생들이 새로

(25)

- 19 -

02. 그래프를 몸으로 표현해보자.

다음 그래프는 어떤 운동일까?

▪ 다음의 그래프는 어떤 운동을 나타내는 것인지 몸으로 표현해보자.

시간(초) 속력(m/s)

그래프를 몸으로 표현해 보자

실험 멋진 그래프를 그리고 몸으로 운동을 표현해 보 자

☼ 실험목표

스스로 만든 시간-속력 그래프를 직접 몸으로 움직이면서 운동을 표현해본다.

☼ 실험 시 유의사항

1. 시간-속력 그래프에서 너무 속력을 빠르게 하면 다칠 위험이 있으니 유의한다.

☼ 지도 시 주의사항

1. 학생들이 작성한 시간-속력 그래프가 몸으로 움직이는 것이 가능한 지 살펴보고 너 무 복잡하게 만든 경우나 속력이 너무 빨라서 몸으로 움직이기 어려운 경우, 가능한 상 황으로 변경할 수 있도록 지도한다.

☼ 실험 준비물(조별 탐구)

스마트폰, 어플(Video Physics), 자

(26)

☼ 실험방법

1. 자신이 몸으로 표현할 시간- 속력 그래프를 작성한다.

2. 몸을 움직이면서 그래프의 속력과 일치하도록 한다.

3. 스마트폰을 이용하여 움직임 을 녹화하고 이를 시간-속력 그래프로 만들어 1의 그래프와 비교한다.

(27)

- 21 -

☼ 실험 결과 및 토론

1. 우리 조가 만든 시간-속력 그래프를 나타내시오.

예:

시간 속력

(m/s)

2. 1의 그래프에 해당하는 동작을 스마트폰을 이용하여 분석해보자. 결과 그래프(시간-속력) 를 나타내시오.

3. 두 그래프가 다른 이유는 무엇일까? 어떻게 하면 비슷하게 만들 수 있을지 방법을 논의 해보자.

속력이 변하는 부분에서 많이 다르게 나타날 것이다. 이 부분을 주의하여 여러 번 수행해본다

(28)

참고 자료 스마트폰으로 할 수 있는 여러 가지 과학학습

1. 도입

최근 스마트폰과 태블릿PC의 등장은 첨단과학의 집결체로 과학은 물론 기술, 문화, 예술, 오락, 경제, 정치 등 영향을 끼치지 않은 곳이 없을 정도이다. 이는 과학교육에서도 마찬가지이다. 그러 나 아직까지는 기기의 보급만큼 스마트폰이나 태블릿PC가 과학교육에 활용된 사례가 많이 소개 되지 않았다. 따라서 본 워크숍에서는 iPhone를 중심으로 하는 스마트폰과 iPad를 중심으로 하는 태블릿PC를 이용한 과학교육에의 활용가능성을 논의해보고자 한다. 그간 사용하였던 아이폰과 아이패드의 하드웨어와 다양한 소프트웨어(앱)를 활용하여 과학교육/학습 또는 과학 수업에 활 용할 수 있는 여러 가지 경험을 소개하고 참가하는 사람들과 정보를 공유하고 향후 과학교육에 의 스마트폰과 태블릿PC의 활용 가능성을 논의하고자 한다.

2. iPad & iPhone를 이용한 측정

iPhone이나 iPad에는 기본적으로 여러 가지 센서들이 내장되어 있다. 가장 대표적으로는 대부분 의 휴대폰에 있는 디지털 카메라의 CCD, 중력센서, 가속도센서, GPS, 지자기센서 등은 그 자체로 도 훌륭한 실험 장치이다.

① 수준기 - 수평을 맞추는데 사용하는 앱

중력센서를 이용해서 수평을 맞추는 앱. 수업시간에 학생들이 사용하는 것을 쉽게 볼 수 있다.

(29)

- 23 -

② 각도를 측정하는 앱 - 각도기

③ 물체의 속력, 거리 측정 - SpeedClock

- 물체까지의 거리를 이용해서 움직이는 물체의 속력을 측정 - 알려진 물체의 크기를 이용해서 거리를 측정

3. GPS를 활용한 방법

① GPS의 위치, 시간을 이용한 물체의 운동 해석 - MotionX GPS

(30)

② 천체 관측 프로그램 - Star walk, pUniverse 등

4. 동영상을 이용한 운동 분석 - Vernier Video physics

▼

5. 모의 실험

(31)

- 25 - 6. 과학에 대한 정보 제공

① iTunes U를 이용한 미국 대학 강의

iPhone 또는 iPad의 장점이라고 할 수 있는 것 중 하나는 Podcasts를 이용할 수 있다는 것이다.

온세상의 다양한 리소스를 활용할 수 있는데, 그 중 iTunes U이다. 이곳에서는 외국 대학의 많은 강의를 수강할 수 있다. 특히 과학과 관련된 강의 중 유명한 것도 많다.

② 과학 관련 잡지/사진

National Geographic Science360 for iPad

③ 과학 자료/정보

Moon Globe HD

The Elements: A Visual Exploration

(32)

EnvoAlarm

6. 기타

Space Time

Gems and minerals Dinosaur handbook

(33)

- 27 -

◉ 평 가

학생들이 시간-속력 그래프의 모습을 직접 몸으로 표현할 수 있는지 평가하고, 스마트폰 등의 기기를 활용하려는 노력을 평가한다.

평가

영역 평가기준

평가척도 매우

잘함 잘 함

보 통

미 흡

미완 성

미제 출

5 4 3 2 1 0

통합적 사고

시간-속력 그래프의 모습을 몸으로 직접 표 현할 수 있는가?

창의적 설계

몸으로 표현하기 적절하면서도 단순하지 않 은 시간-속력 그래프를 만들어냈는가?

감성적 터치

스마트폰이 과학 실험에도 활용될 수 있음 을 알고 적극적으로 활동에 참여하였는가?

교사 의견

및 채점 평가

합산

(34)

(35)

융합인재교육(STEAM) 주제별 프로그램 개발 - 스포츠

도루와 희생플라이! 속력으로 풀어보자

중학교용

(36)

(37)

- 31 -

◉ 교육과정 관련 안내

2007년 개정 교육과정

중학교 1학년 ⑺ 힘과 운동

㈐ 속력이 변하지 않는 운동, 속력이 변하는 운동, 방향이 변하 는 운동 등 여러 가지 운동을 시간과 위치의 변화로 나타낼 수 있다.

㈑ 힘이 작용할 때와 작용하지 않을 때의 물체의 운동을 예측할 수 있다.

2009 개정 교육과정

중학교 1~3학년 (3) 힘과 운동

(라) 거리-시간, 속력-시간 그래프를 해석하여 물체의 운동을 설명 할 수 있다.

(마) 물체의 운동을 관찰하여 힘의 작용에 대하여 알고, 이를 통하 여 힘과 운동의 관계를 안다.

해설

중학교 1학년 힘과 운동에서는 물체의 운동을 표현하는 방법으로 속력의 개념을 제시하고 있다. 속력은 시간과 이동거리와의 관계 로 일정한 시간 동안 얼마큼 멀리 가느냐 또는 일정한 거리를 얼 마큼 빨리 가느냐의 두 가지 관점으로 본다.

스포츠 종목에서서는 이렇게 빨리 가는 속력과 관련되어 있는 것 이 많다. 대표적인 것이 육상경기이지만 구기 중목에서도 속력과 많은 관련이 있다.

그 중에서도 야구는 학생들이 많이 행하는 스포츠 종목임과 동시 에 우리나라 전국민이 사랑하는 대중적인 스포츠이다. 따라서 이 축구와 야구에서 과학을 이야기하는 것은 큰 의미가 있을 것이다.

또한 속력을 구하는 과정이나 속력의 개념은 수학적인 능력과 학 습과 관련이 있다. 따라서 이번 과정에서는 STEAM의 S와 M이 강 조된 활동이 이루어질 것이다.

특히 야구에서는 도루와 희생플라이에 대한 이야기를 할 것이다.

주자가 1루에서 2루까지 도달하는데 걸리는 시간과 투수에서 포수 다시 포수에서 2루까지 공이 도달하는데 걸리는 시간과의 싸움이 므로 사람의 속력, 공의 속력 등이 관련되어 있다. 희생플라이도 외야수가 공을 잡음과 동시에 3루에 있는 주자가 홈으로 달려가는 데, 사람이 움직이는 속력과 공이 날아가는 속력, 그리고 거리 등 이 관련되어 있다.

흥미로운 스포츠 속에서 학생들이 즐겁게 학습하기를 바란다.

◉ 스팀 요소

S

속력, 시간에 따른 속력의 변화, 물체의 운동

M

속력 = 위치변화 / 이동 시간

(38)

도루와 희생플라이!

속력으로 풀어보자

도루와 희생 플라이. 속력으로 풀어보자.

원식이는 야구광이다. 어제 경기장에서 관람한 경기에서 자기가 응원하는 팀이 승리한 것에 오늘도 흥분상태였다.

원식 : 어제는 정말 멋졌어. 누가 그런 때에 도루를 할지 예상이나 했겠어?

유빈 : 그런데 왜 도루를 할 때에는 베이스에서 떨어져 있는거야?

원식 : 당연히 베이스에 붙어 있으면 다른 베이스까지 거리가 길어지니까 성공하기 어렵기 때문이지.

유빈 : 조금만 야구장이 더 커도 도루하기는 상당히 쉬워지겠다.

원식이는 유빈이의 말을 들으면서 야구장의 크기나 베이스 사이의 거리가

(39)

- 33 -

◉ 도루와 희생 플라이! 속력으로 풀어보자.

교과/단원

1 도루와 속력

• 투수의 공의 속력의 의미

• 포수의 2루 송구와 속력과의 관계

• 도루 체험하기

7학년 과학

‘힘과 운동’

8학년 체육

‘경쟁활동’

2 희생 플라이 와 속력

• 희생플라이와 거리, 속력과의 관계

• 희생플라이 체험하기

7학년 과학

‘힘과 운동’

8학년 체육

‘경쟁활동’

(40)

(41)

1차시

도루! 속력으로 풀어보자

교사용 교재

(42)

◉ 수업 지도안

연계 단원 체육 (3) 경쟁활동

활동유형 계산하기, 활동하기

1. 속력과 시간, 거리와의 관계를 설명할 수 있다.

2. 속력의 개념을 야구의 도루에 적용하여 설명할 수 있다.

교과 연계 성

초등학교

(분)

도입

야구장의 규격을 알아보자.

속력은 거리와 시간과의 관계이다. 따라서 정확한 속력과 시간을 알기 위해서는 정확한 거리를 아는 것도 필요하다. 이 과제는 야 구에서 1루~2루, 홈~2루, 마운드~홈 등의 거리를 정확히 아는 것 이 매우 중요하다. 여러 가지 자료를 통해서 값을 구해보자.

10 ∙ 야구장 규격

(43)

- 37 -

(분)

본활동

1. 야구의 도루와 관련된 질문에 답하기

Ÿ 투수가 시속 140km/h로 던진다면 포수가 공을 받을 때까지 도 달하는 시간은?

Ÿ 1루에 있는 주자가 2루까지 도달하는데 걸리는 시간은? (이 주 자는 100m를 12초에 달릴 수 있다.)

Ÿ 포수가 시속 120km/h로 공을 던진다면 포수가 공을 던져 2루 에 도달하는 데까지 걸린 시간은?

속력의 정의와 계산과정을 통해 과학과 수학에 대한 관련 성을 익힐 수 있다.

학생들이 야구에 대한 기초정보가 없는 경우에는 과정 전 체에 대한 흥미가 감소할 수 있기 때문에 수업 전에 학생들 에게 야구에 대해서 알아보도록 하는 과제를 제시하는 것도 좋은 방법이 될 수 있다.

2. 도루 가능성 실행해보기

직접 가장 빨리 달릴 수 있는 학생과 가장 빠르게 공을 던 질 수 있는 학생을 선택하여 속력을 측정하여 도루가 가능 한지 예측해보고 직접 수행하여 비교해보기

교실과 운동장을 이동하는 경우 수업에 대한 집중도가 낮 아지거나 다른 수업을 방해할 수 있기 때문에 사전에 조정 할 필요가 있다.

25

정리

* 도루의 가능성 논의하기

도루에서 리드를 해야 하는 이유, 실제 상황에 과학적 개념을 적용해보며 속력의 의미를 정리한다.

10

(44)

(45)

- 39 -

01. 도루! 속력으로 풀어보자

도루와 리드

▪ 야구에서 도루를 많이 하는 선수는 1루에 나가자마자 베이스를 벗어나 2루쪽으로 조 금씩 리드를 한다. 투수와의 견제싸움은 야구의 또 다른 재미이지만, 경기시간을 길게 만드는 문제점도 있다. 리드를 하지 않으면 2루로 도루하는 것이 과연 힘든 것일까?

야구에서 도루를 하는 모습을 설명해보자.

투수가 공을 던지려고 할 때, 1루에 있는 주자는 조금씩 리드를 한다. 투수 가 공을 던지려고 발을 드는 순간 1루에 있는 주자는 2루로 달려간다. 투수 의 손을 떠난 공은 포수에게 도달하고, 포수는 바로 2루로 공을 던진다.

유격수나 2루수가 2루 베이스로 들어가서 공을 받아서 달려오는 주자를 터치 하려고 시도한다.

도루! 속력으로 풀어보자.

활동 도루의 상황을 속력을 이용해서 설명해보 자.

☼ 활동 목표

야구장의 규격을 통해 1루, 2루, 투수/포수의 위치를 찾아 사람과 공의 속력을 통하여 도루의 가능성을 과학적으로 설명해보자.

(46)

☼ 활동 방법

1. 야구장의 규격을 통해서 1루~2루 사이의 거리, 마운드~홈의 거리, 홈~2루 사이의 거리를 알아보자.

2. 다음 질문들에 대답해보자.

● 투수가 시속 140km/h로 던진다면 포수가 공을 받을 때까지 도달하는 시간은?

● 1루에 있는 주자가 2루까지 도달하는데 걸리는 시간은? (이 주자는 100m를 12초에 달릴 수 있다.)

● 포수가 시속 120km/h로 공을 던진다면 포수가 공을 던져 2루에 도달하는 데까지 걸린 시간은?

3. 반에서 가장 빨리 달리는 학생(a)과 공을 가장 빨리 던지는 사람 2명(b, c)을 뽑아 보자.

a가 달리는 속력과 b, c가 던지는 공의 속력 등을 구해보자.

이 결과로부터 도루를 성공할 수 있을지 논의해보자.

☼ 실험 결과 및 토론

1. 야구장의 규격에서 1루~2루 사이의 거리, 투수~포수의 거리, 포수~2루 사이의 거리를 알 아보자.

1루 ~ 2루 사이의 거리 : 27.432m 투수 ~ 포수 사이의 거리 : 18.47m 포수 ~ 2루 사이의 거리 : 38.795m

2. 다음의 질문에 대한 답을 찾아보자.

● 투수가 시속 140km/h로 던진다면 포수가 공을 받을 때까지 도달하는 시간은?

(47)

- 41 -

● 1루에 있는 주자가 2루까지 도달하는데 걸리는 시간은? (이 주자는 100m를 12초에 달릴 수 있다.)

(예) _{  }



 

  

● 포수가 시속 120km/h로 공을 던진다면 포수가 공을 던져 2루에 도달하는 데까지 걸린 시간은?

(예) _{  }



  × 



 

3. 반에서 가장 빨리 달리는 학생(a)과 공을 가장 빨리 던지는 사람 2명(b, c)을 뽑아보자.

a가 달리는 속력과 b, c가 던지는 공의 속력 등을 구해보자.

이 결과로부터 도루를 성공할 수 있을지 논의해보자.

(48)

◉ 평 가

평가

영역 평가기준

평가척도 매우

잘함 잘 함

보 통

미 흡

미완 성

미제 출

5 4 3 2 1 0

통합적 사고

스포츠에서 속력의 의미를 발견할 수 있는 가?

창의적 설계

야구에서 도루의 가능성을 여러 가지 측면 으로 설명할 수 있는가?

감성적 터치

스포츠와 과학과의 관련성을 알고 적극적으 로 활동에 참여하였는가?

교사 의견

및 채점 평가

합산

(49)

2차시

희생플라이! 속력으로 풀어보자

교사용 교재

(50)

(51)

- 45 -

◉ 수업 지도안

연계 단원 체육 (3) 경쟁활동

활동유형 계산하기, 활동하기

1. 속력과 시간, 거리와의 관계를 설명할 수 있다.

2. 속력의 개념을 야구의 희생플라이에 적용하여 설명할 수 있다.

교과 연계 성

초등학교

(분)

도입

Q. 희생 플라이에서 어느 정도 거리에 공을 날려야 홈 으로 들어올 수 있을까?

주자가 3루에 있을 때 외야로 공을 날려보내면 공을 잡는 순간 3 루에 있는 주자가 홈으로 달려올 수 있다. 이때 어느 정도까지 공 이 날아갔을 때 홈으로 달려야 할지를 결정하는 것은 매우 어렵 다. 이를 속력의 개념을 이용하여 살펴보도록 하자.

10 ∙ 야구장 규격

(52)

본활동

2. 야구의 희생플라이와 관련된 질문에 답하기

Ÿ 3루에 있는 주자가 홈으로 달려간다고 할 때 홈에 도달하는데 걸리는 시간은 얼마인가? (이 주자는 100m를 13초에 달릴 수 있다고 가정한다.)

Ÿ 외야수가 시속 100km/h로 공을 던진다면 포수가 공을 받을 때 까지 도달하는 시간은 어떻게 구할 수 있을까?

속력의 정의와 계산과정을 통해 과학과 수학에 대한 관련 성을 익힐 수 있다.

2. 희생플라이 가능성 실행해보기

내가 희생플라이에서 성공하려면 외야의 어느 지점까지 공이 날아갈 때 홈으로 뛰어야 할까? 스스로 3루에서 홈까지 달 려보고 자신에게 맞는 외야거리를 확인해보자.

25

정리

* 희생플라이의 가능성 논의하기

희생플라이가 가능하려면 어떠한 조건이 필요한지에 대 해서 이야기해본다.

10

(53)

- 47 -

02. 희생플라이! 속력으로 풀어보자

희생플라이의 성공은?

▪ 희생플라이는 다른 종목에서는 발견할 수 없는 특이한 현상이다. 분명히 아웃이 되 었는데, 그것이 좋은 성과로 나타난다. 그렇지만 항상 성공하는 것은 아니다. 희생플라 이에서 성공하기 위해서는 어떤 조건이 필요한지 이야기해보자.

희생플라이는 외야로 공을 보냈을 때, 외야수가 잡은 직후 주자가 뛰기 시 작해서 다음 루로 진루하는 것이다. 이때 성공을 하기 위해서는 외야수가 공 을 잡은 후 다음 루로 던졌을 때 공이 날아가는 시간보다 주자가 뛰어가는 시간이 더 적어야 한다.

따라서 더 먼 곳으로 공이 날아가야 하고, 주자는 더 빨리 뛸 수 있어야 한 다.

희생플라이! 속력으로 풀어보자.

활동 희생플라이의 상황을 속력을 이용해서 설명

해보자.

☼ 활동 목표

희생플라이가 가능하기 위해서는 어떤 조건이 필요하진 과학적으로 설명해보자.

☼ 활동 방법

1. 야구의 희생 플라이에 관련된 다음의 질문에 답을 해보자.

Ÿ 3루에 있는 주자가 홈으로 달려간다고 할 때 홈에 도달하는데 걸리는 시간은 얼마인가?

(이 주자는 100m를 13초에 달릴 수 있다고 가정한다.)

Ÿ 외야수가 시속 100km/h로 공을 던진다면 포수가 공을 받을 때까지 도달하는 시간은 어떻 게 구할 수 있을까?

Ÿ 나는 얼마나 빠르게 움직일 수 있을까? 3루에서 출발해서 홈까지 도달하는데 걸리는 시 간을 측정해보자.

Ÿ 시속 100km/h로 던졌을 때, 내가 홈에서 살기 위해서는 어느 정도 거리에서 던져야 하는 까?

Ÿ 실제로 그 거리에서 공을 던져서 희생플라이의 가능성이 있는지 살펴보자.

(54)

☼ 실험 결과 및 토론

1. 다음의 질문에 대한 답을 찾아보자.

● 3루에 있는 주자가 홈으로 달려간다고 할 때 홈에 도달하는데 걸리는 시간은 얼마인가?

(이 주자는 100m를 13초에 달릴 수 있다고 가정한다.)

(예) 시간 = 거리 / 속력 = 27.4m / (100m/13s)

● 외야수가 시속 100km/h로 공을 던진다면 포수가 공을 받을 때까지 도달하는 시간은 어 떻게 구할 수 있을까? (외야수는 포수로부터 90m 떨어져 있으며, 편의상 직선으로 공이 날아간다고 가정한다)

(예) 시간 = 거리 / 속력 = 90m / 100km/h (100 km/h = 100 * 1000/3600 m/s)

Ÿ 나는 얼마나 빠르게 움직일 수 있을까? 3루에서 출발해서 홈까지 도달하는데 걸리는 시간을 측정해보 자.

Ÿ 시속 100km/h로 던졌을 때, 내가 홈에서 살기 위해서는 어느 정도 거리에서 던져야 할까?

Ÿ 실제로 그 거리에서 공을 던져서 희생플라이의 가능성이 있는지 살펴보자. 이 결과로부터 도루를

(55)

- 49 -

참고 자료 야구의 과학

1. 야구공의 구조

야구공에는 예쁜 빨간 실밥이 매여져 있다. 무려 108번이나 꿰맸다고 한다. 이런 것을 솔기 라고 하는데 왜 야구공을 매끈하게 만들지 않고 솔기가 튀어나와 울퉁불퉁하게 만들었을까?

단순히 공을 만들기 위해서 어쩔 수 없이 그런 모양이 만들어진 것이 아니다. 바로 이 솔기 에도 과학이 숨어 있다.

공이 잘 날아가기 위해서는 공기와의 마찰을 줄이는 것이 필수적이다. 그런데 공이 매끈한 것보다는 실밥이 있는 경우에 더 마찰이 적다. 매끈한 야구공은 공의 앞 뒤 표면에 작용하 는 압력의 차이 때문에 생기게 되는 형상 저항에 의해서 공이 멀리 날아가지 못하게 된다.

즉, 공이 나아가는 반대 방향에서 진공이 생겨 공을 뒤쪽으로 미는 힘이 작용하기 때문이 다. 그런데 야구공에 있는 실밥이 난류 유동을 만들어서 공의 형상 저항을 줄일 수 있다.

울퉁불퉁하게 곰보모양으로 되어 있는 골프공도 바로 형상 저항을 줄여서 멀리 날아가게 하 기 위해서이다.

2. 변화구의 원리

야구 중계를 보다보면 해설가가 투수가 던지는 공을 「직구, 슬라이더, 커브, 너클볼, 포크 볼, 스쿠루볼」 등으로 여러 가지로 이야기한다. 직구를 제외한 다른 공은 모두 공이 이리 저리 춤을 추면서 변하는 공으로 변화구라고 한다. 그런데 이렇게 멋지게 휘는 변화구는 어 떻게 던질 수 있는 것일까?

공이 휠 수 있는 것은 바로 회전에서 비롯된다. 야구공에 회전을 걸어주면 우리가 생각하지 못한 전혀 다른 현상이 벌어지게 된다. 시계반대방향으로 회전을 걸어주면 공 뒤쪽의 압력 이 낮아지는 부분이 오른쪽으로 치우치게 돼 결과적으로 공이 왼쪽으로 휘게 된다. 이것은 비행기가 뜨는 원리인 베르누이의 원리에서 비롯된 것인데, 특히 이 현상은 독일의 물리학 자 구스타프 마그누스가 실험을 통해 발견하여 '마그누스 효과'라고 불린다.

투수들은 마그누스효과를 이용해 왼쪽 오른쪽으로 휘어지는 공뿐만 아니라 위아래로 떨어지 게 할 수도 있고 공이 떨어지는 지점도 바꿀 수 있다. 위에서 아래로 회전을 걸어주면 마구 누스 효과가 지면을 향하게 돼 회전이 없을 때보다 더 일찍 공이 떨어지며 반대로 회전을 걸어주면 좀 더 먼 곳에서 떨어진다. 이러한 원리는 축구에서 바나나킥을 차는 원리와 똑같 다.

(56)

[공이 회전을 전혀 하지 않는다면?]

그럼 공이 전혀 회전을 하지 않는다면 어떻게 될까? 그냥 직구처럼 날아갈까? 그렇지 않다.

공이 전혀 회전을 하지 않으면 공은 마찰을 많이 받게 되어 타자 앞에서 심하게 변한다. 이 러한 공을 너클볼이라고 하는데, 손가락 끝으로 공을 쥐고 던져서 아주 느리게 날아가지만 회전이 없기 때문에 당시의 바람의 방향이나 공의 표면상태에 따라서 공이 어디로 휘게 될 지 잘 모르게 되는 괴상한 변화구가 만들어진다. 축구에서 공에 회전이 없으면 갑자기 떨어 지는 드롭샷도 같은 원리이다. 그런데 어떤 투수들은 공에 침이나 다른 미끈거리는 것을 발 라서 일부러 회전을 없애는 반칙투구(스핏볼)를 하기도 한다.

3. 홈런을 치기 위한 방법

[홈런이 나오는 위치가 있다 - 스위트 스폿]

야구 방망이로 공을 치다 보면 어떤 경우에는 친 느낌도 없으면서도 공이 멀리 날아가기도 하고, 또 어떤 경우에는 배트가 울리면서 손에 통증을 느끼는 경우도 있다. 이런 것은 진동 에 의해서 설명할 수 있다.

모든 물체는 부딪히게 되면 진동을 한다. 이렇게 발생한 진동은 물체의 위 아래로 파동을 발생하는데 야구방망이에는 이러한 파동이 상쇄되는 지점이 있다. 바로 이 지점을 ‘스위트 스폿(sweet sopt)’이라고 부른다. 스위트 스폿은 ‘가장 멀리 나가는 방망이의 위치’로서 이 부분으로 공을 치게 되면 손에 아무런 진동을 느끼지 않게 되고 방망이의 에너지가 진동

(57)

- 51 - 만 어떻게 하면 공이 빨리 날아가게 할 수 있을까?

이것은 유명한 물리법칙인 운동량 보존 법칙과 에너지 보존 법칙을 이용하면 방법을 찾을 수 있다. 홈런을 치기에 가장 좋은 방법은 아주 무거운 배트로 빠르게 스윙하는 것이다. 그 런데 무거운 배트를 사용하면 그만큼 빠르게 스윙할 수 없기 때문에 타자들은 야구 방망이 의 질량과 스윙 속도에서 고민을 하게 된다. 물리학자들은 가벼운 방망이를 사용할 것을 추 천하고 있다. 이것은 운동 에너지는 질량보다 속도에 더 많이 의존하고 있기 때문이다. 무 조건 무거운 방망이를 사용하는 것보다는 자신에게 적당한 방망이로 빠르게 스윙하는 것이 바로 홈런을 칠 수 있는 방법이다.

3. 반응 시간

[반응시간 - 0.25초의 싸움]

투수판에서 홈플레이트까지의 거리는 18.44m이기 때문에 투수의 공이 날아오는 데에는 겨 우 0.44초정도 걸린다. 그런데 공이 볼인지 스트라이크인지 파악하기 위해서는 어느 정도의 시간이 필요하다. 공을 치려고 생각하여 반응하는 데까지 걸리는 시간을 반응 시간이라고 하는데 우리나라 선수들의 반응시간은 대략 0.25초라고 한다. 이렇게 짧은 시간에 공을 치 려면 그만큼 빠르게 스윙을 해야 한다.

[도루 가능한가?]

야구에서의 또 하나의 재미는 바로 도루다. 그런데 이론적으로 보면 도루가 얼마나 어려운 것이라는 것을 알 수 있다. 1루에서 2루까지는 27.4미터로 세계에서 가장 빠른 육상선수라 도 2.7초나 걸린다. 대략 계산하여 투수에서 포수까지 공이 날아오는 시간(0.4초), 포수가 공 을 꺼내서 던지기까지의 시간(0.5초), 포수가 2루까지 던지는 공이 날아가는 시간(시속 100km로 하였을 때, 약 1.4초)을 모두 더하면 불과 2.3초밖에 걸리지 않는다. 그렇다면 100%

아웃이 된다. 그래서 도루를 잘하기 위해서는 미리 리드하였다가 투수가 공을 던지기 전에 달리기 시작한다. 결국 빠른 발도 중요하지만 투수와의 눈치싸움에서 어떻게 이기느냐가 도 루의 성공 관건이다.

(58)

◉ 평 가

평가

영역 평가기준

평가척도 매우

잘함 잘 함

보 통

미 흡

미완 성

미제 출

5 4 3 2 1 0

통합적 사고

스포츠에서 속력의 의미를 발견할 수 있는 가?

창의적 설계

야구에서 희생플라이의 가능성을 여러 가지 측면으로 설명할 수 있는가?

감성적 터치

스포츠와 과학과의 관련성을 알고 적극적으 로 활동에 참여하였는가?

교사 의견

및 채점 평가

합산

(59)

융합인재교육(STEAM) 주제별 프로그램 개발 - 스포츠

내가 만드는 다트 경기

중학교용

(60)

(61)

- 55 -

◉ 교육과정 관련 안내

2007 개정 교육과정

중학교 1학년 (7) 힘과 운동

㈎ 중력, 전기력, 자기력, 마찰력, 탄성력, 부력 등 여러 가지 힘 을 설명할 수 있다.

㈐ 속력이 변하지 않는 운동, 속력이 변하는 운동, 방향이 변하 는 운동 등 여러 가지 운동을 시간과 위치의 변화로 나타낼 수 있다.

㈑ 힘이 작용할 때와 작용하지 않을 때의 물체의 운동을 예측할 수 있다.

2009 개정 교육과정

중학교 1~3학년 (3) 힘과 운동

(가) 힘은 두 물체 사이의 상호작용임을 이해하고, 접촉에 의한 상호작용뿐 아니라 멀리 떨어져 있는 물체 사이의 상호작용이 있음을 안다.

(나) 중력, 탄성력, 마찰력, 전기력, 자기력 등 여러 가지 힘의 특 징을 알고 이들이 주변의 현상을 이해하는 데 어떻게 활용되는 지 이해한다.

(다) 한 물체에 작용하는 두 힘의 합력을 구할 수 있고 알짜 힘 을 안다.

(라) 거리-시간, 속력-시간 그래프를 해석하여 물체의 운동을 설 명할 수 있다.

(마) 물체의 운동을 관찰하여 힘의 작용에 대하여 알고, 이를 통 하여 힘과 운동의 관계를 안다.

해설

중학교 1학년 힘과 운동에서는 물체의 여러 가지 운동을 해석하 는 것을 목표로 하는 내용이 포함되어 있다. 우리가 주위에서 볼 수 있는 물체의 운동 중에는 스포츠 종목에서 많이 발견할 수 있다.

특히 과녁을 향해 화살, 총알 등을 발사하는 스포츠 종목 중 생

활 속에서 쉽게 할 수 있는 스포츠가 바로 다트이다. 모든 과녁

맞추는 스포츠가 포물선 운동을 포함하고 있다. 현재 교육과정

에서는 포물선 운동을 직접적으로 다루지는 않고 있지만, 대부

분의 교과서에서 포물선 운동이 포함된 예를 제시하여 속력의

변화, 운동 방향의 변화를 이해하도록 하고 있다. 이번 활동에서

는 다트 경기에 포함된 운동을 이해하고, 다양한 경기를 경험한

다. 그리고 공정한 경기가 될 수 있는 경기 규칙을 개발하고, 이

를 통해 과학적 사고 과정에 바탕을 둔 사회적 합의 과정을 경

험하도록 한다.

(62)

◉ 스팀 요소

S

^{다트의 운동}

T/E

다트 기구의 제작 원리

A

공정한 경기 규칙 정하기

M

^{다트 보드의 확률}

(63)

- 57 -

내가 만드는 다트 경기

[출처: 네덜란드 다트 협의회 http://nzdarts.com/world_cup_2007.htm]

내가 만드는 다트 경기

철수와 영희는 장난감 가게에서 자석으로 된 다트 경기 기구들을 보았다.

영희가 관심을 보이며 철수에게 말하였다.

“철수야, 다트 경기는 양궁처럼 한 가운데 맞추는 경기이지? 그런데 이 복잡한 숫자들은 다 뭐야? 그리고 잘 맞추려면 어떻게 하지?”

“글쎄, 다트 경기를 실제로 하는 것을 본 적이 없어서 말이야. 과녁에 적힌 숫자가 복잡한 걸로 봐서 뭔가 다른 경기 방법이 있는 게 아닐까?”

“그럼 그것을 어떻게 알 수 있을까?”

철수는 고민 끝에 인터넷을 찾아보고, 경기 방법을 알아보기로 하였다. 과연

철수는 어떻게 영희의 고민을 해결해 주었을까?

(64)

◉ 내가 만드는 다트 경기

교과/단원

1 다트의 운동

• 다트 이해하기 - 다트의 구조 - 다트보드의 점수

• 다트 경기의 수학과 과학 - 다트보드의 확률

- 다트의 운동

7학년 과학

‘힘과 운동’

7학년 체육

‘표적 도전’

2 다트 경기 방법 만들기

• 다양한 다트 경기 소개

- 501경기, 301경기, 크리켓 경기, 야구 경기 등

• 나만의 다트 경기 방법 만들기 - 창의적 기법으로 경기 방법 개발하기

• 공정한 다트 경기 선택하기

- 조별 토론을 통한 다트 경기 규칙 정하기

7학년 과학

‘힘과 운동’

7학년 체육

‘표적 도전’

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1차시

다트는 어떻게 날아갈까?

교사용 교재

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◉ 수업 지도안

단 원 중학교 1~3학년 과학 (3) 힘과 운동

연계 단원 중학교 1~3학년 체육 도전활동 (나) 표적/투기 도전 중학교 1~3학년 수학 (다) 함수

수업차시 1차시 지도대상 중학교 1∼3학년

활동유형 실험, 토론

1. 다트의 구조로부터 다트의 운동을 설명할 수 있다.

2. 다트보드의 점수로부터 다양한 점수를 계산해 낼 수 있다.

교과 연계 성

초등학교

(분)

도입

다트 경기 장면을 보고, 다트 경기에 사용되는 장비들 을 알아본다.

다트 경기 장면은 유튜브(www.youtube.com)를 통해 찾아 볼 수 있다. 다트 경기에 사용되는 장비는 기본적으로 던지는 다트, 과녁인 다트보드가 있다. 실제 경기에 사용되는 다트는 하드다트 로 뾰족한 쇠로 되어 있어 위험하므로, 청소년들은 이들 대신에 자석다트나 소프트다트를 이용하여 경기한다.

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∙ 유투브 동영 상을 미리 찾 아 다운로드한 다.

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본활동

[탐구] 다트의 구조와 다트보드의 점수 읽기

다트의 모양, 무게중심의 위치가 운동에 미치는 영향을 알 아보기 위해 막대 풍선을 이용하여 그 특성을 알아본다. 다 트 보드에 적힌 점수와 둥근 띠들의 의미를 알려주고, 점수 계산을 해보도록 한다.

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∙ 다트보드와 다트 (하드다트 또는 자석다트)

정리

- 자기평가 ‧ 상호평가를 통하여 서로의 아이디어를 공유한다.

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01. 다트는 어떻게 날아갈까?

다트 경기는 무엇인가?

▪ 세계 다트 경기 장면을 보고, 다트 경기에 필요한 장비들이 무엇인지 찾아보자.

(Youtube에서 ‘darts’로 검색하면 다양한 경기 장면이 나온다.)

(힌트) 다트, 다트보드 등

▪ 다트의 날아가는 장면을 보면, 다트의 속력과 운동방향의 변화는 어떠한가?

(힌트) 포물선 운동을 하기 때문에 속력과 운동방향이 계속 변한다.

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다트 경기는 어떻게 할까?

▪ 다트는 배럴, 샤프트, 플라이트의 세 부분으로 구성되어 있는데 보통 배럴 부분을 잡고 던지게 된다. 각각의 역할은 무엇인 지 생각해 보자.

(힌트) 다트의 무게 중심은 배럴 쪽에 위치하여 날아가면서 뒤집혀지지 않게 하고, 플라이트의 날개깃은 직선 경로를 유지하게 해 준다. 그리고 샤프트는 전체적인 균 형을 유지하게 해 준다.

▪ 다트보드에는 1부터 20까지의 숫자가 배열되어 각 영역(area)의 득점을 표시하고 있다.

점수가 순서대로 나열되지 않은 이유는 무엇일까?

(힌트) 큰 숫자와 작은 숫자가 이웃하도록 배열하여 고득점을 노릴수록 리스크(risk) 가 높도록 만들어져 있다.

탐구 다트의 구조와 다트보드의 점수 읽기

☼ 탐구목표

다트의 구조로부터 다트의 운동을 이해하고, 다트보드의 점수로부터 다양한 점수를 계산해 낼 수 있다.

☼ 유의사항

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☼ 탐구방법

1. 다트를 보여주고, 특징적인 구조에 대해 학생들이 찾아보도록 한다.

2. 무게중심, 깃 등의 대답을 유도한다.

3. 만약 다트의 무게 중심이 뒤쪽에 있고, 다트의 모양이 길쭉하지 않고, 깃이 없다면 어떻게 될지 생각해 보게 하고, 막대 풍선 을 가지고 실험을 시작한다.

4. 둥근 풍선과 막대 풍선에 각각 공기를 넣은 다음, 던져보게 한다. 어느 것이 더 멀 리 가는 지 확인시킨다.

(힌트)

5. 막대 풍선의 앞부분을 종이로 감싼 다음 던져 보고, 뒤쪽 부분을 종이로 감싼 다음 던져 보게 하여, 두 상황의 차이점이 무엇 인지 알게 한다.

(힌트)

6. 막대 풍선에 깃을 붙인 경우와 붙이지 않은 경우에 어떻게 날아가는 지 확인한다.

(힌트) 풍선 뒷부분에 깃을 달지 않으면 직 선이 아닌 휘어진 경로로 날아가게 된다.

☼ 탐구 준비물

다트, 다트보드, 기록지, 막대 풍선, 종이, 가위, 테이프

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7. 각 숫자영역에 다트를 던져 맞을 가능성 이 다음과 같다고 하면, 어떤 숫자를 향해 서 던져야 가장 높은 점수를 획득하게 될지 계산해 보도록 한다.

●겨눈 숫자의 싱글에 맞을 가능성 : 30%

●겨눈 숫자의 더블에 맞을 가능성 : 10%

●겨눈 숫자의 트리플에 맞을 가능성 : 10%

●그 양 옆의 숫자가 맞을 가능성 : 각각 25%

☼ 탐구 결과 및 토론

1. 자신이 만든 막대 풍선으로 알아 본 다트의 운동에 대해서 정리해 보자.

(힌트) 다트를 던져 과녁에 날아가는 운동은 중력이 계속 작용하고 있기 때문에 운동 방향이 계속 바뀌는 운동이며, 그 경로는 곡선을 그리게 된다. 다트를 중력과 수직인 방향으로 직선으로 던지면, 원운동이 되어 과녁에 도달하지 못하고 떨어지게 된다.

그래서 적당한 경사를 유지한 채 적절한 힘으로 던져야 원하는 지점에 꽂을 수 있 다.

2. 다트 경기에서 가장 높은 점수는 어디이며, 어디를 향해 던져야 가장 유리할지 토의해 보자.

(힌트) 전문적인 선수들은 주로 20의 트리플 지역을 향해서 던지지만, 초보자들은 주 변에 상대적으로 점수분포가 균일한 19의 트리플 지역을 향해서 던진다.

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참고 자료 포물선 운동에 대하여

1. 물체의 운동 방향에 나란하지 않은 방향으로 힘이 작용하면 어떻게 될까?

동전 2개와 플라스틱 자 2개를 이용하여 그림과 같이 책상 모서리에 장치하고, 동전을 떨어 뜨리는 실험을 상상해 보자.

두 동전을 떨어뜨리면 자 위에 있던 동전 (나)는 관성에 의해 곧장 아래로 낙하하면서 점점 속력이 빨라진다. 그러나 모서리에 있던 동전 (가)는 앞으로 나아가다 점점 운동방향이 바뀌 면서 곡선으로 떨어진다. 그런데 이 두 동전의 낙하 과정을 다중 섬광 사진으로 보면, 수직 으로 동일한 위치에 공이 위치함을 알 수 있다. 또 수평으로 나아간 동전의 간격은 일정하 다는 것을 알 수 있다. 이는 수평방향으로 등속운동을 하고 있는데 수직 방향으로 중력이 작용하여 운동 방향만 바뀔 뿐 수평 방향 속력에는 아무런 영향을 미치지 않는 것을 의미한 다. 즉 운동방향과 수직한 방향으로 힘이 작용하면 운동방향만을 변화시킨다.

일반적으로 물체의 운동 방향과 나란한 방향으로 힘이 작용할 때는 물체의 속력만 변하지 만, 물체의 운동 방향과 나란하지 않은 방향으로 힘이 작용할 때에는 물체의 속력과 운동 방향이 함께 변한다. 이러한 운동의 대표적인 예가 물체를 비스듬히 던져 올린 포물선 운동 이다. 야구장에서의 홈런도 포물선 운동의 한 예이다.

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참고 자료 다트에 대하여

1. 다트의 역사

영국은 백년전쟁(1339~1453)이 끝나고 튜더 왕조시대가 되면서 영국에서는 무기였던 화살을 짧게 자르고, 활 대신에 맨손으로 던지는 현재의 다트형태가 등장하게 되었다. 그 당시에는 현재의 다트보드 대신에 비워져 있는 와인 통나무를 사용했다고 한다. 그리고 점차 이 와인 통나무도 두껍게 둥글게 잘라 사용하게 되면서 자연적으로 통나무가 마르면서 표면에 방사 형의 균열이 생기고 이것이 자연적인 나이테와 어우러져 현재의 다트보드와 비슷한 영역 (area)을 가진 다트보드가 된 것이다. 이때부터 득점(score)방식이 더욱 다트의 재미를 더 해 주었다. 그러나 그 당시만 하더라도 다트보드는 방사 균열과 나이테로 이루어진 천연목재를 사용하여 나라마다 다른 득점 방식을 가지고 있었다. 이것을 1896년 브라이언 검린이란 영 국인이 다트보드에 득점 구분을 할 수 있는 숫자를 표시하면서 규칙(rule)도 만들기 시작하 여 현재의 다트보드의 원형이 완성되었다.

2. 다트 경기장의 크기

다트를 할 수 있는 공간을 스페이스라고 한다. 넓은 공간은 필요로 하지 않지만, 오른쪽 그림과 같이 다트 보드의 높이와 던지는 위치만큼의 공간이 필요하다.

기준은 모두 다트보드 표면의 중심으로부터 이고, 벽 면으로부터의 위치가 아님을 유의해야 한다. 규정에서 는 ±1.5 cm의 오차가 허용되고 있지만, 다트는 밀리 단위의 컨트롤이 요구되는 것이기 때문에, 보드의 설 치는 정확하게 하는 것이 좋다.

그런데 초보자의 경우 던진 다트가 다트보드를 벗어

나는 경우가 많기 때문에 백보드(backboad)나 다트 케이스, 코르크 보드, 혹은 베니어등과 같이 부드러운 판으로 보드 주변을 안전하게 할 필요가 있다. 또한

직접 벽에 보드를 설치하면, 벽면이 잘 못 던져진 다트로 구멍투성이가 될 뿐만 아니라 위 험성이 높다. 특히 너무 단단한 판을 사용하거나 아무것도 커버하지 않는다면, 다트의 포인 트(뾰족한 끝)가 손상될 뿐만이 아니라, 다트가 튕겨져 나와 다치는 일이 있으므로 충분히 주의해야 한다. 또한 다트를 손상하지 않게 다트보드 아래의 바닥(floor)에는 모포나 카펫을