2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
2019. 11.
군산제일고등학교
【 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
과 제 개 요
과제명 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영
STEAM 프로그램
구분
유형
(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( ) - 선행 프로그램명:
(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ ) 프로그램명 지구과학-수학-기술가정 연계 STEAM 프로그램 개발
학교급 고등학교 대상 학년(군) 1, 2학년
중심과목 지구과학 중심과목 성취기준 영역
[12지과Ⅱ06-01] [12지과Ⅱ06-02]
[12지과Ⅱ06-03] [12지과Ⅱ06-04]
[12고지03-05]
연계과목 수학 기술가정
연계과목 성취기준 영역
[12심수Ⅱ02-01] [12심수Ⅱ02-02]
[12심수Ⅱ02-03] [12심수Ⅱ02-04]
[12심수Ⅱ03-04] [12심수Ⅱ03-05]
[12심수Ⅱ03-06] [12심수Ⅱ03-07]
[12미적01-05] [12미적01-06]
[12기가04-04] [12기가04-07]
[12기가05-08]
연구기간 2019.5.16. ~ 2019.11.30.
연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000) 참여연구원 3명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 2명)
연구 수행자에 관한 사항
구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명
연구책임자 군산제일고등학교 수학 교사 강석근
공동연구원 군산제일고등학교 과학 교사 노웅현
공동연구원 군산제일고등학교 기술 교사 최지현
2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아
융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 최종 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2019년 10월 21일
연구책임자 : 강 석 근 (인)
“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
목 차
1. 요약문··· 1
2. 서론··· 1
3. 연구 수행 내용 및 결과··· 2
가. 연구 수행 내용 ··· 2
1) 연구 개요 ··· 2
2) 연구의 한계점 ··· 2
나. 연구 수행 결과 ··· 3
1) STEAM 수업의 효용에 대한 학생들의 인식 변화 ··· 4
2) 태도 검사 ··· 4
4. 결론 및 제언 ··· 6
가. 결론 ··· 6
나. 제언 ··· 7
[부록] 부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 ··· 8
(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지) 부록2. 학생 산출물, 사진, 수업 영상, 성찰일지, 교사의견, 자체평가 결과 등 ··· 35
부록3. 회의록 ··· 39
1. 요약문
본 STEAM연구는 과학, 수학, 기술·가정 교과에 대한 이해를 교과적 강의 식으로 제고하지 않고 , 학생들의 활동 중심 수업으로 주체적으로 학습하도 록 하였다 . 여러 교과를 아우르며 통합적 사고를 함양할 수 있도록 수업을 고안하였고 , 학생들의 발산적 사고를 발휘하여 창의 성과물을 산출하도록 하였다 .
수업은 문어발식으로 각 선생님 (과학, 수학, 기술·가정)이 각자 혹은 필요 에 따라 공동 진행하며 , 학생들이 연계내용을 정확히 파악할 수 있도록 조 력하였다 .
2. 서론
오늘날 우리 사회의 변화 속도가 점점 빨라지고 있다 . 세계화로 인해 국 제교류가 가속화되면서 과학 기술 문화 사회 경제 정치 등 전 방위적인 변화가 일어나고 있으며 , 최근의 자원 에너지 문제 및 기후 변화 문제는 지구 반대편에서 일어나는 일들이 우리의 삶에 직접적으로 영향을 미칠 수 있음을 실감하게 해준다 . 향후 활발하고 긴밀한 국제교류 속에서 서로 다른 문화가 충돌하게 될 것이며 , 이러한 미래 사회에서는 다원적인 가치 가 존중받을 것이다 . 미래 사회에 잘 적응하고 선도적인 인물이 되기 위해 서는 탁월한 능력과 훌륭한 인품을 갖추어야 한다 . 정보의 홍수 속에서 올 바르고 유익한 정보를 선별적으로 수용할 수 있는 비판적 사고와 폭넓은 식견을 지녀야 하며 , 이질적인 문화를 존중하고 상대방을 이해할 수 있는 유연한 사고를 가져야 한다 . 또한 리더로서 다양한 부류의 사람들의 입장 을 수렴하여 융화시키고 이들과 함께 높은 가치를 창출해 내기 위해서는 소통능력 (표현능력)과 창의력이 중요한 덕목으로 부각될 것으로 예상된다.
여기서 본 연구자가 말하는 소통능력이란 , 어떤 지식 혹은 자신이 견지한
생각을 다른 사람들에게 명확하고 효율적으로 전달하는 것 내지는 서로
다른 의견을 가진 사람들 속에서 합리적인 합의점과 결론을 이끌어낼 수
있는 토론능력 , 호소력 등을 포괄하는 개념이다. 즉 어떤 것을 자기 혼자
알고 있는 것이 아니라 , 주변사람들과 소통하며 그 가치와 효용을 함께 공
유하고 나아가 보다 생산적이고 공리적인 사회를 만들어 나갈 수 있어야
한다는 것이다 . 이러한 소통능력에는 발표, 토론, 글쓰기(논술), 보조자료 제작과 같은 다양한 수단이 포함된다 . 그리고 창의력이란, 예리한 관찰력 과 남다른 식견으로 현상을 정확하게 파악하고 당면한 문제 상황을 해결 하기 위한 좋은 아이디어를 발상해 낼 수 있는 능력을 의미한다 .
이러한 이유로 본 STEAM 교사연구회에서는 학생들에게 소통능력과 창 의력을 길러주기 위한 교육프로그램을 마련하여 실시해 왔으며 , 그 교육적 효과를 분석해 보고자 한다 .
3. 연구 수행 내용 및 결과 가 . 연구 수행 내용 개요 1) 연구 개요
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 지구과학-수학-기술가정 연계 STEAM 프로그램 개발
학교급 고등학교 대상 학년(군) 1, 2학년
중심과목 지구과학 성취기준 영역 [12지과Ⅱ06-01] [12지과Ⅱ06-02]
[12지과Ⅱ06-03] [12지과Ⅱ06-04]
[12고지03-05]
연계과목 수학
기술
연계과목 성취기준 영역
[12심수Ⅱ02-01][12심수Ⅱ02-02]
[12심수Ⅱ02-03][12심수Ⅱ02-04]
[12심수Ⅱ03-04][12심수Ⅱ03-05]
[12심수Ⅱ03-06][12심수Ⅱ03-07]
[12미적01-05] [12미적01-06]
[12기가04-04] [12기가04-07]
[12기가05-08]
개발결과
주제 연번
차시
(시수) 과목 연계(안)
1 3 지구과학(1) + 수학(2)
2 3 지구과학(1) + 기술가정(2)
3 3 지구과학(1) + 수학(2)
4 3 지구과학(1) + 기술가정(2)
5 3 지구과학(2) + 수학(1)
6 3 지구과학(1) + 수학(2)
7 3 지구과학(1) + 기술가정(2)
적용결과 ※ 21차시 개발 및 6차시 적용 완료
2) 연구의 한계점
본 연구의 진행 및 결과해석 /적용 있어서 다음과 같은 제한점을 지닌다.
첫째 , 본교의 특정 학급에 대하여 연구가 수행되었기 때문에 본 연구의
결과를 모든 학생에 일반화시킬 수 없다 . 즉 연구대상 학급의 특수성( ex.
남학생 , 지방 소재, 평준화 지역 등)이 연구 결과에 영향을 미칠 수 있다.
둘째 , 단기간에 한정된 내용의 투입만으로 그 효과가 충분히 발휘된다고 가정하는데 무리가 있다 . 교육의 효과가 한시적으로 나타날 수 있으며 혹 은 효과가 천천히 나타나 연구결과에 반영되지 않을 수도 있을 것이다 . 본 연구에서는 설계된 STEAM 수업을 7월부터 10월까지 4개월간 적용되었으 며 , 학급별로 수행시간과 횟수 그리고 집중도에 다소 결과의 차이가 있을 것으로 예상된다 .
셋째 , 학생들의 수업 참여도와 적극성, 개인의 흥미 성향 학습능력에 따 른 영향이 나타날 수 있으나 , 이러한 다양한 변인들에 대한 통제가 이루어 지지 않았다 . 개발된 STEAM 수업에 학생들이 적극적으로 참여하여 설정 된 학습목표를 성취할 수 있도록 노력하였다 .
넷째 , 학생들의 인식과 사고능력에 영향을 미치는 요인에는 본 연구에서 는 설계된 STEAM 수업 이외에도 다른 수업, 개인의 노력, 학원 과외 등 이 있을 수 있으나 . 이러한 외부 요인들을 모두 무시하였다. 본 연구에서 는 외부 요인이 실험결과에 영향을 미치지 않는다고 가정하였다 .
다섯째 , 교육의 효과를 검증하기 위해 두 집단의 학생들에 대한 대조실험 이 이루어진 것이 아니라 , 연구대상 학생들의 변화추이에 초점을 맞추어 연구를 수행했다는 점에서 과학적 신뢰성을 얻기에 다소 미진한 부분이 있을 수 있다 .
나 . 연구 수행 결과
구분 수행 결과
교수학습지도안 개발 차시 총 21차시 (7개 수업 ; 각 3차시) 수업 적용 일정 2019. 7. 1. ~ 2019. 10. 24.
(STEAM 수업)수혜학생 수 군산제일고등학교 156명
1학년 127명 (5개반), 2학년 29명 (1개반) 학생 태도검사 사전검사 06월 24일 (2개 학급 ; 55명) 실시 완료 사후검사 10월 16일 (2개 학급 ; 55명) 실시 완료
학생 및 교사 만족도조사 10월 25일 실시 완료
교사연구회 STEAM 행사 개최
2019. 07. 17. ‘황도 12궁, 24절기 탐구’ 부스 운영 2019. 10. 11~12 천체관측활동
2019. 10. 17. 1교시(08:40~09:30) 수업 공개
논문 또는 학술대회 해당 없음
특허출원(국외, 국내) 해당 없음
1) STEAM 수업의 효용에 대한 학생들의 인식 변화
질의 1. STEAM 수업 과정에서 창의적 사고를 발휘하는데 스스럼이 없다.
사전 검사(PS) 사후 검사(LS)
LS-PS
M SD M SD
2.962 0.337 4.200 0.894 1.238
질의 2. STEAM 수업 과정에서 나의 의견을 드러내거나 발표하는데 부담이 없다.
사전 검사(PS) 사후 검사(LS)
LS-PS
M SD M SD
3.000 0.555 4.240 0.814 1.240 질의 3. STEAM 수업 과정에서 인문·사회학적 소양을 발휘하는 것이 흥미롭다.
사전 검사(PS) 사후 검사(LS)
LS-PS
M SD M SD
3.000 0.392 3.960 0.445 0.960 질의 4. STEAM 수업 과정에서 예술적 소양을 발휘하는 것이 흥미롭다.
사전 검사(PS) 사후 검사(LS)
LS-PS
M SD M SD
3.038 0.437 4.200 0.693 1.162
질의 5. STEAM 수업은 어떤 현상을 다양한 시각으로 통찰력 있고 종합적으로 사고 할 수 있게 한다.
사전 검사(PS) 사후 검사(LS)
LS-PS
M SD M SD
2.961 0.192 4.080 0.744 1.119
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
점 수
질의1 질의2 질의3 질의4 질의5
질의
4.2 4.24 3.96 4.2 4.08
2.962 3 3 3.058 2.961
사전 검사 사후 검사
STEAM 수업의 효용에 대한 학생들의 인식 변화
사전/사후 검사
2) 태도 검사
1. 과학에 대한 긍정적 태도
사전 검사(PS) 사후 검사(LS) 독립표본 t-검정
M SD M SD LS-PS t P
2.857 0.691 4.080 0.711 1.223 1.437 0.042 2. 과학에 대한 흥미
사전 검사(PS) 사후 검사(LS) 독립표본 t-검정
M SD M SD LS-PS t P
2.869 0.684 4.072 0.850 1.203 1.381 0.043 3. 과학 관련 직업군에 대한 관심
사전 검사(PS) 사후 검사(LS) 독립표본 t-검정
M SD M SD LS-PS t P
2.885 0.628 4.192 0.712 1.307 1.57 0.032 4. 창의력
사전 검사(PS) 사후 검사(LS) 독립표본 t-검정
M SD M SD LS-PS t P
2.869 0.625 4.168 0.767 1.299 1.499 0.038 5. 탐구능력
사전 검사(PS) 사후 검사(LS) 독립표본 t-검정
M SD M SD LS-PS t P
2.923 0.549 4.120 0.796 1.197 1.322 0.045
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
점 수
과학 긍정성 과학 흥미 과학직업 관심도 창의력 탐구능력
검사 항목
4.08 4.072 4.192 4.168 4.12
2.857 2.869 2.885 2.869 2.923
사전 검사 사후 검사
학생 태도 변화
사전/사후 검사
4. 결론 및 제언 가 . 결론
첫째 , 본 연구를 통해 STEAM 수업이 학생들의 학습 태도와 흥미, 탐구 능력 등에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다 . 학생들의 수업 만족도가 소폭 상승한 것으로 보아 , 향후 학생들의 학습의욕을 고취시킬 수 있는 수단을 마련하는데 하나의 방향점을 제시할 수 있을 것으로 기대 된다 .
둘째 , STEAM 수업이 종합적 사고와 통합적 접근의 선상에서 학생들에게 보다 의미 있는 학습 경험을 제공하기 위해 노력하고 의사소통을 늘리기 위해 노력하게 되는 계기가 되었기 때문에 STEAM 수업이 교육적으로 의 미 있는 시도라고 볼 수 있다 . 학생들이 학습한 이론 지식을 실생활 및 사 회적인 문제 상황에 적용할 수 있도록 구성되었는데 , 이는 다양한 자료 제 시와 발문을 통해 자기 주도적으로 현상을 분석 /해석하고 스스로의 생각 을 외부로 나타낼 수 있는 기회들을 제공함으로써 학생들의 성취감을 높 일 수 있었을 것으로 생각된다 . 따라서 STEAM 수업은 기존의 지식에 새 로 배운 내용을 융합하고 , 당면한 문제 상황에 적용하여 문제를 해결하는 기회를 제공함으로써 사고의 폭을 넓히는데 영향을 주었을 것으로 사료된 다 .
셋째 , STEAM 수업을 통해 융합적인 사고를 경험함으로써 학문의 실용성 에 대한 이해도가 높아지고 응용력과 관찰력이 향상되는 것을 볼 수 있었 다 . 이는 STEAM 수업이 여러 분야의 지식을 유기적으로 연계하여 사고할 수 있는 경험을 제공하여 학습 내용을 좀 더 의미 있게 학습할 수 있고 , 나아가 학습 내용이 유용한 지식임을 알게 해준다고 해석할 수 있다 .
넷째 , STEAM 수업에 학생들의 실생활에 적용할 수 있는 학습 활동을 도
입함으로써 학생들이 수업 시간에 학습한 이론 지식을 유용한 것으로 인
식하는 경향이 있는 것으로 보인다 . 특히 교육과정에서 제시한 핵심주제를
학습하고 성취기준을 달성하기 위해 기존의 학습된 지식들과 실생활에서
습득한 여러 지식들을 융합하는 과정을 경험하도록 한 결과 , 학습한 지식
에 대해 총체적이고 거시적으로 설명하는 능력이 신장되었다는 것을 알
수 있다 . 즉, 지식을 단편적인 개념으로 받아들이지 않고 여러 지식들을
유기적으로 연결하여 이해하는 능력이 신장되었다는 것이다 . 따라서 STEAM 수업을 진행할 경우 학생들이 새로운 지식을 학습하는 과정에서 융합적인 사고를 경험할 수 있음을 알 수 있다 .
나 . 제언
첫째 , STEAM 수업에 관한 본 연구 내용들은 한정된 연구 결과에 기초한 것이어서 일반성이 부족하겠지만 학교 현장에서 이를 효과적으로 활용할 수 있는 몇 가지 방향성을 제시할 수 있는데 , 예를 들어 개별보다 팀원과 협력하여 작업할 경우 다양한 인지적 및 정의적 측면에서 도움이 될 가능 성을 확인할 수 있었으므로 필요에 따라 학생들이 개별보다는 단체로 과 제를 수행하도록 하는 것이 좋을 수 있다 .
둘째 , 연계성 없이 분절된 지식으로 구성된 교육과정의 한계점을 인식하 여 개선하고 , 학생들에게 기존 배경지식을 활용하여 새로운 지식을 학습하 는 경험을 제공하여 융합적 사고의 효용성을 인식시킬 수 있도록 노력하 면 좋을 것이다 . 또한 교과 간이나 단원 간에 융합할 수 있는 내용을 정확 하게 파악하여 학생들이 많은 지식을 효과적으로 습득하고 학습할 수 있 도록 적절한 교재를 개발해야한다 .
차후의 후속 연구에서는 과학과 다른 분야를 융합한 STEAM 수업이 학 생들의 학업 태도 , 수업에 대한 흥미, 창의성/탐구력에 미치는 영향을 정 확하게 분석하려 한다 . 그 타당도를 높이기 위해 보다 다양하고 많은 활동 을 적용해 보아야 할 것이며 , 또한 장기간에 걸친 지속적 관찰을 통한 사 전 /사후 검사가 이루어져야 하고, 여러 집단에 대한 대조실험을 진행해볼 필요가 있다 .
앞으로도 다양한 분야가 융합된 다양한 자료가 개발 /활용되어 학생들이
STEAM 수업을 좀 더 즐길 수 있도록 하고 그들의 학습 태도, 창의력, 비
판적 사고 , 탐구력, 문제해결력을 향상시키는 방향으로 나아가는데 기여할
수 있기를 바란다 .
[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물
(프로그램명) 지구과학-수학-기술가정 연계 STEAM 프로그램 개발
1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정
연번 차시 (중심과목)
2015 개정 교육과정 성취기준
(연계과목) 성취기준 영역
1 1~3/21 [12지과Ⅱ06-01] 천체의 위치 변화를 지평 좌표와 적도 좌표를 이용하 여 나타낼 수 있다.
(수학) [12심수]
(2) 이차곡선 2 4~6/21 [12고지03-05] 우주탐사 역사와 의미를 알고 우주 공간을 다양한 목적
으로 활용할 수 있음을 설명할 수 있다.
(기술가정) [12기가]
(4) 기술 시스템 3 7~9/21 [12지과Ⅱ06-02] 내행성과 외행성의 겉보기 운동을 비교하고 지구중심
설과 태양중심설로 행성의 겉보기 운동을 설명할 수 있다.
(수학) [12심수]
(2) 이차곡선
4 10~12/21 [12고지03-05] 우주탐사 역사와 의미를 알고 우주 공간을 다양한 목적 으로 활용할 수 있음을 설명할 수 있다.
(기술가정) [12기가]
(4) 기술 시스템
5 13~15/21 [12고지03-05] 우주탐사 역사와 의미를 알고 우주 공간을 다양한 목적 으로 활용할 수 있음을 설명할 수 있다.
(수학) [12심수]
(2) 이차곡선
6 16~18/21 [12지과Ⅱ06-04] 회합 주기를 이용하여 공전 주기를 구하는 원리를 이 해하고, 겉보기 운동 자료로부터 행성의 궤도 반경을 구할 수 있다.
(수학) [12심수]
(2) 이차곡선
7 19~21/21 [12지과Ⅱ06-05] 케플러의 세 가지 법칙을 이용하여 행성의 운동을 이 해하고 쌍성계 등의 다른 천체에 적용할 수 있다.
(기술가정) [12기가]
(4) 기술 시스템
2. STEAM 프로그램 총괄표(총 21차시)
차시 주요내용
1~3 /21
주제(단원)명 지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 천구의 좌표계 심화수학Ⅱ. ⑶ 공간도형과 공간좌표
Co 상황 제시
밤하늘 별들의 위치를 정확히 나타나기 위해 천구에도 좌표가 설정되어 있다. 다양한 천구 좌표계가 있으며 필요에 따라 사용되는 것이 다르다. 천구 좌표계의 종류와 각각의 특징을 파 악하여 적절하고 효율적으로 사용할 수 있어야 하며, 이를 통해 우주에 대한 개념을 한층 확 장시킬 수 있다.
CD 창의적 설계
직교좌표계, 구면좌표계, 원통좌표계, 극좌표계, 경위도좌표계 등 다양한 좌표계의 특징과 용 도를 학습하고 직접 활용해본다.
ET 감성적 체험
좌표계에 점, 선, 도형을 그려보고 좌표값이나 방정식으로 나타내본다.
자연 속 지물들의 위치를 나타내기 위해 적절한 좌표계를 설정하고 그 위치를 표현해본다.
4~6 /21
주제(단원)명 고급 지구과학. ⑶ 우주
기술가정. ⑷ 기술 시스템. ① 첨단 기술의 세계
Co 상황 제시
과학자들은 지구 밖의 천체들을 탐사하면서 그 곳에서 살고 있을 수 있는 생명체를 지속적으 로 찾고 있다. 우주선, (우주)망원경, 우주정거장 등 우주 탐사를 위한 장비들의 발전 동향을 알아봄으로써 첨단과학기술의 수준을 파악할 수 있고, 추후 외계생명체 발견 가능성을 가늠해 볼 수 있다.
CD 창의적 설계
기술의 발달에 따라 첨단 수송 수단이 출현하고 있으며, 미지의 세계를 탐험하고자 하는 인 간의 꿈은 우주 항공 기술의 발전을 가져왔다. 대기, 해양, 심해저 등 다양한 영역에서 활동하 는 수송 수단들을 조사하고 발표해본다.
ET 감성적 체험
미래에는 어떤 새로운 수송 수단을 쓰게 될지 생각해 보고, 그림으로 표현해본다. 친구들에게 자신이 고안한 수송 수단을 설명함으로써 서로의 상상력/논리력을 공유할 수 있다.
7~9 /21
주제(단원)명 지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 내행성과 외행성, 케플러 법칙 심화수학Ⅱ. ⑵ 이차곡선
Co 상황 제시
17세기 초 당대 최고의 관측 천문학자였던 티코 브라헤는 방대하고 정밀한 행성 관측 자료를 남겼다. 이 자료를 물려받은 케플러는 오랜 연구 끝에 행성의 공전에 관한 세 가지 법칙을 발 견하였다. 케플러 법칙을 학습함으로써 행성의 운동을 이해할 수 있다.
CD 창의적 설계
이차곡선(타원, 쌍곡선, 포물선)의 정의와 성질을 학습하고, 이차곡선으로 표현되는 여러 가지 자연 현상을 조사하고 발표해본다.
ET 감성적 체험
이심률이 다른 타원들을 직접 그려봄으로써 이심률에 따라 타원의 모양이 어떻게 변하는지 이해하고, 지구의 공전궤도 이심률이 현재와 다를 경우를 가정하여 지구 환경과 인간의 삶을 상상해본다. 친구들에게 자신이 상상한 지구 모습을 설명함으로써 서로의 상상력/논리력을 공 유할 수 있다.
10~12 /21
주제(단원)명 지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 우주 쓰레기
기술가정. ⑸ 기술 활용. ① 지속 가능한 발전과 적정 기술
Co 상황 제시
인류가 우주에 진출한 지 50년, 수천 개의 발사체가 쏘아 올려졌고, 또 수천 개의 인공위성 이 지구 주위를 돌고 있다. 이 과정에서 발생한 부산물들은 우주라는 특수한 환경 때문에 반 영구적으로 지구 주위를 정처 없이 방황하고 있다. 인간과 사회를 번영시킨 기술의 발전이 다 시 인간과 환경을 위협하고 있는 상황에서 우리는 인간과 환경이 모두 공존하기 위해 지속 가 능한 발전을 해야 한다.
CD 창의적 설계
우주 쓰레기에 대해 학습하고 우주 쓰레기를 제거할 수 있는 다양한 방법들을 구상해본다.
우리 사회에서 지속 가능한 발전 방안을 적용할 수 있는 사례를 조사하여 발표해본다.
ET 감성적 체험
대체자원/대체에너지를 구상해보고 이를 활용하는 미래 사회의 모습을 그림으로 표현해본다.
혹은 친환경에너지[신재생에너지]를 이용하는 발명품을 그림으로 표현해본다. 친구들에게 자신 의 작품을 설명함으로써 서로의 상상력/논리력을 공유할 수 있다.
13~15 /21
주제(단원)명 지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 망원경 심화수학Ⅱ. ⑵ 이차곡선
Co 상황 제시
갈릴레이가 망원경을 이용하여 천체를 관측한 이래 많은 대형 망원경들이 제작되어 우주의 비밀을 밝히고 있다. 별빛은 지구 대기를 통과하는 과정에서 흔들거리는 공기덩어리에 의해 굴절되기 때문에 천체의 모습이 흐트러지게 된다. 이러한 대기의 영향을 받지 않고 천체를 관 측할 수 있도록 고안된 것이 우주 망원경으로, 허블 우주 망원경이 대표적인 예이다. 망원경의 종류와 기능을 정확히 이해함으로써 천체 관측을 한층 효율적으로 할 수 있을 것이다.
CD 창의적 설계
(카세그레인식) 반사망원경의 반사경, 전파망원경의 안테나 모양이 이차곡선(포물선) 형태를 갖는 까닭을 이해하고, 그 밖의 이차곡선의 성질을 이용한 사물/현상들을 찾아본다.
ET 감성적 체험
세티(SETI) 프로젝트란, 우주로부터 오는 전파를 수신하고 분석하여 외계 지적 생명체를 찾 아내는 탐사 활동이다. 외계인의 우호적인 메시지가 수신되었다고 가정하고, 외계인에게 지구 와 태양계를 소개하는 답장을 작성해본다.
16~18 /21
주제(단원)명 지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 회합주기 미적분. ⑴ 수열의 극한. ㈏ 급수
Co 상황 제시
지구는 다른 행성들과 마찬가지로 태양 주위를 공전하고 있으므로 지구 이외의 행성의 공전 주기는 단순한 관찰에 의해서는 구할 수 없다. 행성의 공전 주기를 구하기 위해서는 회합 주 기를 측정한 후 별도의 계산 과정을 거쳐야 한다.
CD 창의적 설계
천체의 회합주기 구하는 문제를 과학시간에 이용하는 공식 이외에도 무한급수를 활용하여 해 결할 수도 있다. 무한급수의 개념과 성질을 이해하고 이를 이용하여 풀어낼 수 있는 다양한 문제들을 찾아본다.
ET 감성적 체험
관찰자가 지구가 아닌 다른 천체에 있다고 가정한 후, 주변의 다른 천체들의 회합주기를 구 해본다.
19~21 /21
주제(단원)명 지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 공전주기
기술가정. ⑷ 기술 시스템. ② 첨단 기술 문제 해결
Co 상황 제시
회합주기를 이용하여 관측 천체의 공전주기를 구할 수 있고, 구해진 값들을 분석함으로써 케 플러 제3법칙을 이해할 수 있다. 케플러 법칙을 정확히 이해하였다면 보다 복잡한 천체물리 문제들을 해결할 수 있다.
CD 창의적 설계
3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안
태양의 질량이나 행성들의 공전궤도 장반경을 다른 값으로 설정한 후, 회합주기/공전주기가 어떻게 달라지는지 구해본다.
ET 감성적 체험
컴퓨터 프로그램(엑셀)을 이용하여 복잡한 연산과정을 빠르고 신속하게 처리해본다. 도출된 결과값을 그래프, 도식 등의 자료로 표현하고, 유의미한 결론을 도출해본다.
중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교 / 1 학년
중심과목 성취기준
영역
[고등학교] (6) 행성의 운동 중심과목 성취기준
[12지과Ⅱ06-01] 천체의 위치 변화를 지평 좌표와 적도 좌표를 이용하여 나 타낼 수 있다.
주제(단원)명
지구과학Ⅱ.
⑹ 행성의 운동 – 천구의 좌표계 심화수학Ⅱ.
⑶ 공간도형과 공간좌표
차시 1~3 / 21
학습목표
평면좌표와 공간좌표에서 점의 좌표를 구할 수 있다.
좌표공간에서 두 점 사이의 거리를 구할 수 있다.
다양한 좌표계를 활용할 수 있다.
연계과목 수학 연계과목
성취기준 영역 [12심수] (2) 이차곡선
STEAM 요소
S 천체 운동
T 소프트웨어 활용을 통한 문제 해결
E A
M 이차곡선
개발 의도 이차곡선에 대해 이해하고 이를 천체의 운동 등 실생활에 적용해 봄. 이를 통해 학생들이 융합적 사고를 함양할 수 있도록 함.
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (50 분)
Co 상황 제시
▲ 천구의 좌표계 설명
∙ 지평좌표계, 적도좌표계, 황도좌표계, 은하좌표계
▲ 평면좌표와 공간좌표 설명
∙ 점의 좌표, 두 점 사이의 거리, 내분점, 외분점
전개 (50 분)
CD 창의적 설계
▲ 다양한 좌표계 탐구
∙ 직교좌표계, 구면좌표계, 원통좌표계, 극좌표계 등
▲ 각 좌표계의 특징, 용도, 장단점, 한계 등을 조사 발표
정리 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 좌표계의 활용
∙ 적도좌표계에 별들의 위치를 그려본다.
∙ 천체를 직접 관찰하고 지평좌표를 재어본다.
∙ 각 나라의 경위도를 재어본다.
∙ 실생활 공간에 공간좌표를 설정해본다.
중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교 / 1 학년 중심과목
성취기준 영역
[고등학교] (6) 행성의 운동 중심과목 성취기준
[12고지03-05] 우주탐사 역사와 의미를 알고 우주 공간을 다양한 목적으로 활 용할 수 있음을 설명할 수 있다.
주제(단원)명 고급 지구과학. ⑶ 우주
기술가정. ⑷ 기술 시스템. 차시 4~6 / 21
학습목표 최근의 우주 탐사 동향을 설명할 수 있다.
미래 인류는 어떠한 수송 수단을 쓰게 될지 예측할 수 있다.
연계과목 수학 연계과목
성취기준 영역 [12기가] (4) 기술시스템
STEAM 요소
S 미지 세계 탐사
T 운송 수단
E
A 회화 표현
M
개발 의도 우주, 심해저 등을 탐사할 수 있는 운송 수단을 고안해본다. 이를 통해 학생들이 융합적 사고를 함양할 수 있도록 함.
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (50 분)
Co 상황 제시
▲ 인공위성과 우주 정거장의 원리/역할 설명
▲ 외계 생명체가 존재할 수 있는 조건을 설명
∙ 생명가능지대, 천문학적 요인, 대기조성 등
▲ 외계 행성을 탐사하는 원리를 설명
∙ 중력렌즈, 도플러효과, 식 현상 CD 창의적 설계
▲ 첨단 수송 기술 탐구
∙ 육상, 해양, 대기권, 우주항공, 나노
전개 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 미래의 새로운 운송 수단 상상하여 그리기
∙ 친환경 수송 수단, 지능화 수송 수단
∙ 수채화, 포스터, 공예, 조소 등
∙ 창의성, 과학성, 논리성, 효율성 등
정리 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 고안한 운송 수단 소개
∙ 작품 전시, 발표, 프레젠테이션, 글쓰기 등
∙ 표현력, 전달력, 소통능력, 협업능력 등
중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교 / 1 학년
중심과목 성취기준
영역
[고등학교] (6) 행성의 운동 중심과목 성취기준
[12지과Ⅱ06-02] 내행성과 외행성의 겉 보기 운동을 비교하고 지구중심설과 태양중심설로 행성의 겉보기 운동을 설명할 수 있다.
주제(단원)명 지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동
심화수학Ⅱ. ⑵ 이차곡선 차시 7~9 / 21
학습목표
고기후 연구방법을 설명할 수 있다.
기후 변화의 원인을 설명할 수 있다.
케플러 법칙을 이용하여 행성의 운동을 설명할 수 있다.
연계과목 수학 연계과목
성취기준 영역 [12심수] (2) 이차곡선
STEAM 요소
S 기후변화의 천문학적 요인
T E
A 미래의 지구 상상하기
M 이차곡선
개발 의도 지구의 공전궤도 이심률이 달라질 때 지구환경 어떤 변화가 생길지 상상해본다. 이를 통해 학생들이 융합적 사고를 함양할 수 있도록 함.
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (50 분)
Co 상황 제시
▲ 과거 지구의 기후 변화에 대해 설명
∙ 고기후 연구방법, 지질 시대의 기후
∙ 기후 변화의 내적 요인, 외적 요인[천문학적 요인]
∙ 타원 궤도의 법칙, 면적 속도 일정의 법칙, (조화의 법칙) CD 창의적 설계
▲ 이차곡선에 대해 탐구
∙ 타원, 쌍곡선, 포물선
∙ 자연 속의 이차곡선
전개 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 이심률을 달리하며 타원 그려보기
▲ 지구 공전궤도 이심률의 변화
∙ SW를 활용하여 타원궤도 그려보기
∙ 이심률이 커질 경우, 이심률이 작아질 경우
∙ 기후, 환경, 생물, 인간의 삶에 생기는 변화
∙ 과학성, 논리성, 창의성 등
정리 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 공전궤도 이심률 변화에 따른 지구의 미래 모습을 발표
∙ 프레젠테이션, 글쓰기, 보조자료 등 활용
∙ 표현력, 전달력, 소통능력, 협업능력 등
중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교 / 1 학년 중심과목
성취기준 영역
[고등학교] (6) 행성의 운동 중심과목 성취기준
[12고지03-05] 우주탐사 역사와 의미를 알고 우주 공간을 다양한 목적으로 활 용할 수 있음을 설명할 수 있다.
주제(단원)명
지구과학Ⅱ.
⑹ 행성의 운동 – 우주 쓰레기 기술가정.
⑸ 기술 활용
차시 10~12 / 21
학습목표
우주 쓰레기의 종류와 증가 원인을 파악할 수 있다.
우주 쓰레기가 가져 올 수 있는 위험성을 인식한다.
지구계의 안전을 위협하는 환경 오염원의 종류를 알 수 있다.
사회적·경제적·환경적 측면에서 지속 가능한 발전 방안을 설명할 수 있다.
지속 가능한 발전 방안을 창안할 수 있다.
연계과목 수학 연계과목
성취기준 영역 [12기가] (4) 기술시스템
STEAM 요소
S 우주쓰레기
T 인공위성
E
A 미래 사회, 지속 가능한 발전
M
개발 의도 우주쓰레기를 제거할 수 있는 방안을 고안해본다. 이를 통해 학생들이 융합적 사고를 함양할 수 있도록 함.
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (50 분)
Co 상황 제시
▲ 우주 쓰레기 설명
∙ 종류, 증가 원인, 위험성, 제거 방안 등
▲ 환경 오염 설명
∙ 환경 오염의 발생 과정, 환경 오염으로 인한 피해 CD 창의적 설계
▲ 우주 쓰레기 제거 방안 고안
▲ 지속 가능한 기술 탐구
∙ 지속 가능한 발전의 개념, 지속 가능한 발전 방안
∙ 적정 기술의 개념, 적정 기술의 다양한 사례
전개 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 미래 사회의 지속 가능한 기술 상상하여 그리기
∙ 대체자원, 대체에너지, 친환경에너지[신재생에너지]
∙ 수채화, 포스터, 공예, 조소 등
∙ 창의성, 과학성, 논리성, 효율성 등
정리 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 고안한 지속 가능한 기술 소개
∙ 작품 전시, 발표, 프레젠테이션, 글쓰기 등
∙ 표현력, 전달력, 소통능력, 협업능력 등
중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교 / 1 학년 중심과목
성취기준 영역
[고등학교] (6) 행성의 운동 중심과목 성취기준
[12고지03-05] 우주탐사 역사와 의미를 알고 우주 공간을 다양한 목적으로 활 용할 수 있음을 설명할 수 있다.
주제(단원)명
지구과학Ⅱ.
⑹ 행성의 운동 – 망원경 심화수학Ⅱ.
⑵ 이차곡선
차시 13~15 / 21
학습목표 천체 관측에 다양한 파장대의 망원경이 필요함을 설명할 수 있다.
SETI 프로젝트의 개념과 원리를 설명할 수 있다.
연계과목 수학 연계과목
성취기준 영역 [12심수] (2) 이차곡선
STEAM 요소
S 전파
T 망원경, STEI 프로젝트
E 편지 쓰기
A 인간과 예술
M
개발 의도 SETI 프로젝트를 이해하고 외계인에게 지구를 소개하는 편지를 작성해본다. 이를 통해 학생들이 융합적 사고를 함양할 수 있도록 함.
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (50 분)
Co 상황 제시
▲ 천체망원경 설명
∙ 다양한 파장대의 망원경
∙ 광학망원경의 종류, 구조, 원리, 사용법
▲ 망원경의 성능 설명
∙ 집광력, 배율, 분해능
▲ 전파망원경 설명
∙ 간섭계, 관톈쥐옌, 아레시보 전파망원경 등
▲ 우주망원경 설명
∙ 허블 우주망원경, 제임스 웹 우주망원경 등 CD 창의적 설계
▲ 이차곡선에 대해 탐구
∙ 포물선의 활용 : 반사망원경 반사경, 전파망원경 안테나
∙ 쌍곡선의 활용, 타원의 활용
전개 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 세티(SETI) 프로젝트 이해
▲ 외계인에게 지구/태양계 소개하는 글쓰기(편지 형식)
∙ 지구의 자연, 생물, 인간의 문명, 문화, 예술, 태양계 행성
∙ 창의성, 과학성, 논리성 등
정리 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 작성한 글 발표
∙ 전시, 프레젠테이션 등
∙ 표현력, 전달력, 소통능력 등
중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교 / 1 학년
중심과목 성취기준
영역
[고등학교] (6) 행성의 운동 중심과목 성취기준
[12지과Ⅱ06-04] 회합 주기를 이용하여 공전 주기를 구하는 원리를 이해하고, 겉보기 운동 자료로부터 행성의 궤도 반경을 구할 수 있다.
주제(단원)명
지구과학Ⅱ.
⑹ 행성의 운동 – 회합주기 미적분.
⑴ 수열의 극한. ㈏ 급수
차시 16~18 / 21
학습목표 태양계 모형에 따른 행성의 시운동을 설명하고 행성의 회합 주기를 구할 수 있다.
등비급수를 활용하여 여러 가지 문제를 해결할 수 있다.
연계과목 수학 연계과목
성취기준 영역 [12심수] (2) 이차곡선
STEAM 요소
S 행성의 시운동, 회합주기
T 소프트웨어 활용을 통한 문제해결
E A
M 수열, 급수
개발 의도 무한등비급수를 이용하여 천체의 회합주기를 구해본다. 이를 통해 학생들이 융합적 사고를 함양할 수 있도록 함.
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (50 분)
Co 상황 제시
▲ 태양계 모형 설명
∙ 천동설, 지동설
▲ 행성의 시운동 설명
∙ 내행성의 경우, 외행성의 경우
▲ 회합 주기 설명
∙ 개념, 측정방법 등. 내행성의 경우, 외행성의 경우 CD 창의적 설계
▲ 등비급수 설명
∙ 등비급수의 개념, 등비급수의 합, 무한등비급수
∙ 등비급수를 이용하여 회합 주기 구하기
전개 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 등비급수 활용 문제 개발
∙ 프랙탈, 복리계산 등
▲ 지구가 아닌 다른 천체에서 관찰하는 천문 현상
∙ 목성의 위성(유로파), 토성의 위성(타이탄)에서 보는 주변 천체들의 회합주기
∙ 회합주기를 활용하여 해결 가능한 다른 문제들
정리 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 개발한 등비급수 문제 발표
∙ 전시, 프레젠테이션, 보조자료 등 활용. 창의력, 표현력, 전달력, 문제해결력 등
▲ 유로파, 타이탄 등에서 관찰하는 회합주기 발표
∙ 전시, 프레젠테이션, 보조자료 등 활용. 창의력, 표현력, 전달력, 문제해결력 등
중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교 / 1 학년
중심과목 성취기준
영역
[고등학교] (6) 행성의 운동 중심과목 성취기준
[12지과Ⅱ06-05] 케플러의 세 가지 법 칙을 이용하여 행성의 운동을 이해하 고 쌍성계 등의 다른 천체에 적용할 수 있다.
주제(단원)명
지구과학Ⅱ.
⑹ 행성의 운동 – 공전주기 기술가정.
⑷ 기술 시스템
차시 19~21 / 21
학습목표 케플러 법칙을 이용하여 행성의 운동을 설명할 수 있다.
행성의 공전 주기를 구할 수 있고, 나아가 다양한 천체물리 문제를 해결할 수 있다.
연계과목 수학 연계과목
성취기준 영역 [12심수] (2) 이차곡선
STEAM 요소
S 케플러 법칙
T 소프트웨어 활용을 통한 문제해결
E A
M 수학적 사고를 통한 문제해결
개발 의도 케플러법칙과 뉴턴법칙을 학습하고 복잡한 천체물리문제를 해결해 본다. 이를 통해 학생들이 융합적 사고를 함양할 수 있도록 함.
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (50 분)
Co 상황 제시
▲ 케플러 제3 법칙(조화의 법칙) 설명
∙ 케플러 회전, 강체 회전
∙ 케플러 법칙의 증명
▲ 공전 주기 구하기 설명
∙ 회합 주기와 공전 주기 사이의 관계식 유도
∙ 내행성의 경우, 외행성의 경우 CD 창의적 설계
▲SW를 활용한 창의적 문제해결방법 탐구
∙ 엑셀을 이용하여 복잡한 연산과정 해결
∙ 결과값을 그래프, 그림, 도식 등 다양한 형태로 표현
∙ 합리적이고 유의미한 결론 도출
전개 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 다양한 천체물리 문제 해결
∙ 태양 질량을 달리 설정할 경우에 나타나는 천체운동 변화
∙ SW를 활용하여 ‘공전궤도 장반경 - 공전 주기’ 계산
∙ 문제해결력, 정확성, 효율성, 창의성 등
정리 (50 분)
ET 감성적 체험
▲ 문제 해결을 위해 SW를 활용한 방법 소개
∙ ‘공전주기 – 회합주기’ 계산 등 다른 사례에 적용해보기
∙ 문제해결 시연, 전시, 프레젠테이션, 보조자료 등 활용
∙ 창의력, 표현력, 전달력, 소통능력 등
4. 학생활동지 / 학생참고자료
학번 성명
주제 다양한 좌표계에 대해 이해하고 활용할 수 있다.
과목 (단원)
지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 천구의 좌표계 심화수학Ⅱ. ⑶ 공간도형과 공간좌표
학습 목표
평면좌표와 공간좌표에서 점의 좌표를 구할 수 있다.
좌표공간에서 두 점 사이의 거리를 구할 수 있다.
다양한 좌표계를 활용할 수 있다.
1. 주어진 자료를 이용하여 화성의 궤도를 직접 작도해 보자.
2. 작도한 화성의 궤도를 지구의 궤도와 비교해보자.
3. 여러 나라의 경위도를 조사해보고, 경위도 좌표계에 각 나라의 위치를 찍어보자.
4. 평면도면에 경위도 좌표계를 그리고 여러 도시들의 위치를 찍어보자.
도시 경도 위도 도시 경도 위도
대구 128E35 35N52 원주 127E58 37N22 대전 127E26 36N20 광양 127E34 34N59 마산 128E32 35N11 고령 129E14 35N51 목포 126E22 34N48 김제 128E52 35N38 예천 128E26 36N40 김천 128E05 36N07 옥천 127E34 36N20 김해 128E52 35N14 울산 129E19 35N34 군산 126E41 35N58 완도 126E47 34N18 삼척 129E10 37N27 원산 127E25 39N09 상주 128E09 36N26
학번 성명
주제 다양한 수송수단을 이해하고, 우주/심해저 탐사 기술 동향을 파악해본다.
과목 (단원)
고급 지구과학. ⑶ 우주
기술가정. ⑷ 기술 시스템. ① 첨단 기술의 세계 학습
목표
최근의 우주 탐사 동향을 설명할 수 있다.
미래 인류는 어떠한 수송 수단을 쓰게 될지 예측할 수 있다.
1. 유로파(목성의 위성) 탐사를 위한 로봇을 설계해보자.
※ 조원의 역할 분담
∙ 프로젝트 매니저 : 설계 과정을 정리하고 결과를 발표한다.
∙ 시설 엔지니어 : 우주탐사로봇 관련 자료를 수집/분석하고, 구조/장비를 구상한다.
∙ 개발 엔지니어 : 토의한 내용을 바탕으로 설계도를 그린다.
∙ 시험 엔지니어 : 설계 내용에 대한 기술성 타당성, 효율성 등을 기록/정리한다.
- 설계 조건 -
❶ 유로파 표면 위에서 이동할 수 있어야 한다.
❷ 유로파 표면 물질을 채취/보존/분석할 수 있어야 한다.
❸ 수집된 물질을 수납하여 운반할 수 있어야 한다.
❹ 얼음층 아래 바다로 잠수, 탐사할 수 있어야 한다.
설계도 (외형) 설계 조건 부연 설명
설계도 (부속 장비 / 임무수행) 부연 설명
학번 성명
주제 기후 변화의 천문학적 요인을 이해하고, 갖가지 조건이 변했을 때 지구 환경이 어떻게 달라질지 예상해본다.
과목 (단원)
지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 내행성과 외행성, 케플러 법칙 심화수학Ⅱ. ⑵ 이차곡선
학습 목표
고기후 연구방법을 설명할 수 있다.
기후 변화의 원인을 설명할 수 있다.
케플러 법칙을 이용하여 행성의 운동을 설명할 수 있다.
1. 지구의 공전궤도가 생명가능지대 내에 있기 위한 공전궤도 이심률 범위는?
(태양계의 생명가능지대는 0.95(AU) ~ 1.15(AU) 사이이다.) ※ 문제 해결을 위해 컴퓨터 SW를 적절히 활용한다.
2. 지구의 공전궤도 이심률이 현재보다 커지면 지구 환경이 어떻게 변하게 될까?
3. 지구의 공전궤도 이심률이 현재보다 작아지면 지구 환경이 어떻게 변하게 될까?
SW 활용 사례 예시 1 SW 활용 사례 예시 2
∙ 북반구의 경우 / 남반구의 경우
∙ 생태, 기후, 인간의 삶 등 서술
∙ 북반구의 경우 / 남반구의 경우
∙ 생태, 기후, 인간의 삶 등 서술
학번 성명
주제 지속 가능한 발전의 중요성을 이해하고, 에너지/자원의 효율적 관리 방 안을 강구해본다.
과목 (단원)
지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 우주 쓰레기
기술가정. ⑸ 기술 활용. ① 지속 가능한 발전과 적정 기술
학습 목표
우주 쓰레기의 종류와 증가 원인을 파악할 수 있다.
우주 쓰레기가 가져 올 수 있는 위험성을 인식한다.
지구계의 안전을 위협하는 환경 오염원의 종류를 알 수 있다.
사회적·경제적·환경적 측면에서 지속 가능한 발전 방안을 설명할 수 있다.
지속 가능한 발전 방안을 창안할 수 있다.
1. 우주 쓰레기를 제거하는 여러 방법들의 장단점에 대해 토의해보자.
2. 위의 방법들 중 가장 적합하다고 생각되는 것을 선택하고 그 이유를 발표해보자.
3. 위의 방법들 이외의 우주 쓰레기 제거방법을 고안해보자.
순번 방법 개요 장점 단점
1 우주선 2대가 그물로 쓰레 기를 수거한다.
2
위성이 그물을 갖고 있다 가 수명이 다하면 우주쓰레 기를 모아서 낙하한다.
3
냉동시킬 수 있는 안개를 뿌리고 쓰레기가 얼어붙어 궤도를 벗어나게 한다.
4 접착성 있는 공에 쓰레기 가 달라붙게 한다.
4. 지속 가능한 발전을 위한 기술 사례들을 사회적·경제적·환경적·에너지/자원적 측면으로 접근하여 조사해 보자.
사회적 측면
경제적 측면
환경적 측면
에너지/자원적 측면
읽을 거리 이스터섬의 교훈
남태평양 폴리네시아의 남동쪽에 있는 이스터섬은 세계에서 가장 외딴 곳에 있는 섬 가 운데 하나다. 칠레 본토에서 무려 3500km를 가야 닿을 수 있다. 가장 가까운 섬조차 2000km나 떨어져 있다. 주민들은 섬을 ‘라파누’(Rapa Nui=커다란 땅)라고 부르지만, 유 럽 탐험가가 처음으로 도착한 날이 부활절(4월 5일)이라 해서 이스터섬이란 이름으로 지 칭된다.
절해고도의 거대한 석상을 구경하려는 관광객들이 먼 거리를 마다 않고 줄지어 찾아오 고 있지만, 사실 이 석상엔 이스터섬의 어두운 과거사가 담겨 있다. 이 섬에 사람이 살기 시작한 것은 서기 400~700년께로 추정된다. 고립된 곳에 있던 탓에 사람의 접근이 쉽지 않았다. 초기 주민은 기껏해야 150명 정도였을 것으로 추정된다. 그러나 온난다습한 기 후가 만들어낸 풍부한 자연자원 덕분에 문화가 번성하면서 1200~1500년엔 인구가 1만 명 이상으로 늘어났다. 그 사이 이곳 주민들은 ‘모아이’로 불리는 그 유명한 거석문화를 일궜다. 높이가 최대 20m나 되는 거대한 사람 모양의 거석상 1천여 개가 이 시기에 만 들어졌다.
그러나 1722년 네덜란드 탐험가 야코프 로헤벤(Jacob Roggeveen) 선장이 이곳에 도착 한 때의 인구는 2000~3000명 선으로 급감한 상태였다. 이방인의 눈에 비친 이스터섬의 모습은 괴상스럽기 짝이 없었다. 해안가에는 거대한 석상들이 죽 늘어서 있었고, 벌판은 황량했다. 더 경악스러운 것은 동굴이나 오두막에서 살고 있는 원주민들은 하루가 멀다 하고 전투를 벌이며 서로를 향한 적개심에 불타 있었다. 심지어 계속된 전쟁으로 식량이 부족하자 인육을 먹기도 하였다.
섬의 몰락 원인에 대해선 자원 고갈, 노예 약탈 등 여러 가설이 있다. 최근엔 백인들에 게 묻어온 전염병과 학살이 주원인이라는 주장도 나왔지만, 전통적인 유력 가설 가운데 하나는 자원 고갈론이다. 자원 소비량이 늘어 먹을 것이 부족해지자 주민 갈등과 대립이 심해지면서 몰락의 길로 들어섰다는 것이다. 인구가 늘면서 소비가 자연의 수용력을 넘어 선 것이다. 특히 거석 문화가 몰락의 도화선이 된 것으로 과학자들은 추정한다. 거대한 모아이 석상을 해안가로 옮기기 위해 커다란 나무를 마구 잘라내면서 자연 생태계가 크 게 망가졌다. 이 나무들은 석상을 옮기는 지렛대와 굴림대로 쓰였다. 번영을 위해 만든 문명이 도리어 번영의 기반을 뒤흔드는 부메랑으로 돌아온 셈이다.
학번 성명
주제 망원경의 종류와 원리를 이해하고, 외계 생명체 탐사 동향을 파악해본다.
과목 (단원)
지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 망원경 심화수학Ⅱ. ⑵ 이차곡선
학습 목표
천체 관측에 다양한 파장대의 망원경이 필요함을 설명할 수 있다.
SETI 프로젝트의 개념과 원리를 설명할 수 있다.
1. 광학망원경과 전파망원경의 차이점을 설명해보자.
2. 다양한 파장으로 우주/천체를 관찰하면 어떤 점이 좋은지 설명해보자.
3. SETI(Search for Extra-Terrestrial Intelligence) 프로젝트는 먼 우주에서 오는 전파신호를 추적하여 외계의 지적 생명체를 찾으려는 프로젝트이다.
놀랍게도 어느 날, 안드로메다은하의 어느 행성에 살고 있는 외계인 ‘리루 메텔’
로부터 편지가 왔다.
그럼 이제 여러분들이 외계인 친구 ‘리루 메텔’에게 지구와 태양계를 소개하는 답장을 작성해 보자. (지구의 자연, 생물, 문명, 문화, 예술, 역사, 태양계 등)
학번 성명
주제 수학적 원리를 이용하여 실생활 문제를 해결하고 복잡한 자연 현상을 이 해할 수 있다.
과목 (단원)
지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 회합주기 미적분. ⑴ 수열의 극한. ㈏ 급수
학습 목표
태양계 모형에 따른 행성의 시운동을 설명할 수 있다.
행성의 회합 주기를 구할 수 있다.
등비급수를 활용하여 여러 가지 문제를 해결할 수 있다.
1. 바늘 시계의 시침과 분침이 12시 정각에 같은 곳에 있다가 시간이 지나면서 점 점 멀어진다. 12시가 지난 후 시침과 분침이 다시 만나기까지는 얼마의 시간이 필요한가? (등비급수를 활용하여 해결해보자.)
2. 관측자가 유로파(목성의 위성)에 위치한다고 가정할 때, 아래 목성 위성들의 회 합주기를 구하여라. (등비급수를 활용하여 해결해보자.)
※ 계산의 편의를 위해 컴퓨터 SW를 적절히 사용한다.
3. 관측자가 타이탄(토성의 위성)에 위치한다고 가정할 때, 아래 토성 위성들의 회 합주기를 구하여라. (등비급수를 활용하여 해결해보자.)
※ 계산의 편의를 위해 컴퓨터 SW를 적절히 사용한다.
위성 공전 주기(일) 위성 공전 주기(일) 메티스 0.2988 칼리스토 16.689
아드라스테아 0.3023 테미스토 129.87
아말테아 0.5012 레다 240.82 테베 0.6678 히말리아 250.23 이오 1.7691 엘라라 259.64
*유로파 3.5512 디아 287.93 가니메데 7.1546 카르포 458.62
위성 공전 주기(일) 위성 공전 주기(일) 판 0.57505 테티스 1.887802 다프니스 0.59408 디오네 2.736915 아틀라스 0.60169 레아 4.518212
프로메테우스 0.61299 *타이탄 15.94542
판도라 0.62850 히페리온 21.27661 야누스 0.69466 이아페투스 79.3215 미마스 0.942422 키비우크 448.16
엔셀라두스 1.370218 시아르나크 884.88
학번 성명
주제 복잡한 연산과정을 풀어내기 위해 컴퓨터 프로그램을 적절히 활용할 수 있다.
과목 (단원)
지구과학Ⅱ. ⑹ 행성의 운동 – 공전주기
기술가정. ⑷ 기술 시스템. ② 첨단 기술 문제 해결 학습
목표
케플러 법칙을 이용하여 행성의 운동을 설명할 수 있다.
다양한 천체물리 문제를 해결할 수 있다.
행성의 공전 주기를 구할 수 있다.
다음 내용은 만유인력의 법칙을 이용하여 케플러 제3법칙(조화의 법칙)을 유도한 것이나, 실제 과학사의 발달 단계 상으로는 천체 관측 자료를 바탕으로 케플러의 법 칙이 먼저 제기되었고, 이후 뉴턴이 이를 활용하여 만유인력의 법칙을 발견하였다.
아래 그림과 같이 질량이 과 인 두 천체가 서로의 인력에 의해 공통 질량 중심을 축으로 하여 공전하고 있다.
질량이 인 안쪽 천체는 공통 질량 중심으로부터 만큼 떨어져 있으며, 의 속도로 돌고 있다.
그리고 질량이 인 바깥쪽 천체는 공통 질량 중심으로부터 만큼 떨어져 있으며, 의 속도로 돌 고 있다.
두 천체의 공전 주기를 라고 하면 와 는 다음과 같이 표현된다.
안쪽 천체에 작용하는 구심력
이고,
바깥쪽 천체에 작용하는 구심력
이다.
여기서 구심력 과 는 만유인력
과 같으므로 아래와 같은 공식이 유도된다.
위 내용을 바탕으로 다음 문제들을 해결하시오.
1. 목성의 공전주기 [년]를 구하여라.
⇒
⇒
⋯⋯ ①
⇒
⇒
⋯⋯ ②
① ② ⇒
⇒
이므로
⇒
⇒
에서 은 에 비해 무시할 수 있을 정도로 작은 값이다. 즉, ≈ 이
다.
따라서
⇒
여기서
은 상수이므로,
로 표현된다.
그러므로 ∝
2. 어느 별 주변에 행성이 공전하고 있는데 이 행성의 공전궤도 장반경이
이 며 공전주기는 5년이다. 이때 중심별의 질량은 태양의 몇 배인가?2. 아래 그림과 같이 공전 주기가 20년이고 두 별 사이의 거리가
를 유지하며 공통 질량 중심에 대해 공전하는 쌍성계가 있다.가 의 3배일 때, 두 별의 질량비
는 얼마인가?4. 회합주기와 공전주기 사이의 관계식을 유도해보자.
