개정 교육과정에 따른 2015
고등학교 통합과학의 이해 및 지도방법
역학적 시스템에 대한 성취기준 분석 및 내용 요소
일상생활에서의 충돌과 안전장치에 대한
교수 · 학습 설계 사례 및 탐구 활동 사례
1 역학적 시스템에 대한
성취기준 분석 및 내용 요소
단원 주요 내용 흐름 1)
시스템과 상호 작용 영역의 핵심 질문은 ‘자연은 어떤 시스템으로 구성되어 있고 어떻게 상호작용하는가?’입니다. 이 영역에서는 인류가 자연의 시스템을 어떻게 이해하고 있는지를 다룹니다. 우리가 살고 있는 세상이 일정한 질서를 따라 끊임없이 변화하면서도 지속성을 유지하는 체계인 ‘시스템’으로 구성되어 있음을 파악하고, 이러한 시스템은 작게는 생명체의 기본 단위인 세포로부터 크게는 태양계 혹은 은하계나 우주까지 규모가 다양하다는 것을 다룹니다.
이 중에서 역학적 시스템 단원에서는 시스템을 구성하는 요소들 사이의 힘의 작용인 역학적 시스템을 다루고, 각 시스템을 구성하는 하위 요소는 그 자체가 하나의 시스템으로 작동한다는 것을 다룹니다. 우리가 살고 있는 세상은 시스템으로 구성되어 있으며, 자연에는 여러 가지 힘이 작용하여 시스템을 유지하고 있습니다. 특히 지구 시스템에서 중력은 지구상의 모든 물체들에 지속적으로 작용하는 힘으로, 시스템 유지에 필수적임을 다룹니다. 또한 힘과 운동에 관한 기본적인 이해를 바탕으로 일상에서 안전사고를 예방할 수 있는 방법을 고안하도록 하고 있습니다.
이를 위해 지구 시스템은 역학적 상호 작용에 의해 유지된다는 일반화된 지식을 바탕으로 중력, 자유 낙하, 운동량, 충격량을 내용 요소로 다루고 있습니다.
역학적 시스템 단원의 주요 내용 2)
중력과 역학적 시스템 (1)
통합과학 중력과 역학적 시스템 성취기준
성취 기준 내용 요소
통과
[10 03-01] 자유 낙하와수평으로 던진 물체의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학적 시스템을 설명할 수 있다.
중력 자유 낙하
자유 낙하 운동과 수평 방향으로
<
던진 물체의 운동>
폭포와 물에 의한 지표의 침식
< >
출처 자유 낙하 운동과 수평 방향으로 던진 물체의 운동 통합과학 교과서 심규철 외
[ : : (
인 비상교육 11 ), , p.96.
높은 산에 오를 때 왜 산소통이 필요할까?: 통합과학 교과서 김성진 외( 14), 미래앤, p.94.]
통합과학 성취기준 03-01은 “자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동을 이용하여 중력의 작용에 의한 역학적 시스템을 설명할 수 있다.”로 제시되어 있습니다. 이 성취기준은 중력을 받은 물체는 어떻게 운동할까? 중력은 생명체의 구조나 생활 방식에 어떤 영향을 끼쳤을까? 기상 현상이 일어나는 이유는 무엇일까? 등과 같은 질문에서 출발합니다. 우리가 살고 있는 지구는 다른 행성들과 더불어 태양계를 구성하며, 지권, 기권, 수권, 생물권 등 다양한 요소로 구성되어 있습니다. 이처럼 전체를 구성하는 부분이 서로 상호작용하며 모여 있는 것을 시스템이라고 합니다. 이러한 시스템은 일정한 질서에 따라 끊임없이 변화하면서도 지속성을 유지하고 있으며, 자연에 존재하는 여러 가지 힘이 시스템의 지속성 유지에 관여하고 있습니다.
여러 가지 힘 중에서도 특히 중력은 지구상의 모든 물체와 생명체에 지속적으로 작용하는 힘입니다. 뉴턴에 의해 기본 법칙이 밝혀진 중력은 자연에 존재하는 기본적인 힘 중 하나이며, 지구상의 물체에 지구 중심 방향으로 작용하여 물체의 운동 상태와 모양을 변화시키는 원인이 됩니다. 중력은 힘껏 던져 올린 공을 다시 떨어뜨리고, 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르도록 하며, 달이 지구 주위를 공전할 뿐 아니라 여러 기상 현상을 일으키는 원인으로 작용하기도 합니다. 또 중력은 지구 대기의 구성과 생명체의 탄생 및 진화의 바탕이 되기도 합니다. 이 성취기준에서는 이와 같이 중력이 지구 시스템에서 다양한 변화를 일으키거나 시스템이 지속성을 유지하는 데 매우 중요한 역할을 하고
통합과학 운동량과 충격량의 성취기준
성취 기준 내용 요소
통과 일상생활에서
[10 03-02] 충돌과 관련된 안전사고를 탐색하고안전장치 의 효과성을충격량과 운동량을 이용하여 평가할 수 있다.
운동량 충격량
자전거와 자동차 충돌
< > <놀이방 매트> <도로 가드레일>
출처 자전거와 자동차 충돌 통합과학 교과서 신영준 외 인 천재교육
[ : : ( 8 ), , p.103.
놀이방 매트: 통합과학 교과서 정대홍 외( 11인) 금성출판사, p.106.
도로 가드레인: 통합과학 교과서 송진웅 외( 17인), 동아출판, p.103.]
통합과학 성취기준 03-02는 “일상생활에서 충돌과 관련된 안전사고를 탐색하고 안전장치의 효과성을 충격량과 운동량을 이용하여 평가할 수 있다.”로 제시되어 있습니다. 이 성취기준은 동물들은 충돌이 일어났을 때 어떤 동작으로 충격을 완화할까?, 충돌이 일어났을 때 물체가 받는 충격을 완화시키기 위한 안전장치는 어떻게 설계해야 할까?, 지구 시스템에서 충돌로 인해 일어나는 자연 현상에는 어떤 것들이 있을까? 등의 질문에서 출발합니다.
운동하던 물체나 사람은 바로 멈추기 어려운데, 그 이유는 관성 때문입니다. 관성은 물체가 현재의 운동 상태를 그대로 유지하려는 성질로, 질량이 클수록 큽니다. 또 물체의 속도가 크면 멈추는데 더 많은 시간이 필요합니다. 이에 따라 물체의 질량과 속도를 곱한 물리량을 운동량으로 정의하고, 충돌이 일어났을 때 물체가 받는 힘과 힘이 작용한 시간의 곱을 충격량으로 정의하면 충격량은 운동량의 변화량과 같음을 알 수 있습니다. 이 성취기준에서는 이러한 관계가 일상생활에서 발생하는 충돌뿐만 아니라 기체 분자들 사이의 충돌이나 행성과 운석의 충돌 등과 같이 다양한 충돌 현상에 적용된다는 것을 다룹니다.
2 일상생활에서의 충돌과 안전장치에 대한 교수 학습 설계 사례 및 탐구 활동 사례
일상생활에서의 충돌과 안전장치에 대한 교수 학습 설계 사례
1) ·
일상생활에서의 충돌과 안전장치에 대한 교수 · 학습 설계 사례
학습 주제 일상생활에서의 충돌과 안전장치 수업 모형
둘 남고 둘 가기를 활용한 협동학습 모형 학습 목표 충돌과 관련된 안전사고를 조사하고, 안전사고 예방 장치를 고안할 수 있다. 핵심 개념 운동량, 충격량 평가 방법 보고서 평가, 동료 평가
학습 단계 교수·학습 활동 비고
탐색
일상생활에서 충돌과 관련한 안전사고 탐색 안전사고 사례를 관성 충격량으로 분석하기
- ,
안전사고 예방을 위한 안전장치 예시 -
모둠 활동
모둠 토론 (1)
안전사고 예방을 위한 안전장치 고안 관성 운동량 충격량 개념을 활용 - , ,
구체적인 안전장치의 구조와 기능을 토론 -
모둠 활동
둘 가고 둘 남기
둘 가고 둘 남기 활동
명은 다음 모둠으로 가서 우리 모둠의 안전장치를 설명 - 2
명은 남아 다른 모둠의 안전장치 설명을 듣고 평가하기 - 2
차 활동이 끝나면 역할을 바꾸어 한 번 더 활동 - 1
모둠 활동
모둠 토론 (2)
고안한 장치 수정, 보완
다른 모둠의 평가를 바탕으로 수정 보완하기
- ,
전체 발표 준비 그림 설명 등 보고서 작성
- ( , ),
모둠 활동
정리 및 평가
전체 앞에서 우리 모둠이 고안한 안전장치 발표 다른 모둠의 발표 내용 평가
-
교사 전체 강평
발표
성취기준 [10통과03-02]에서 다루는 고안한 안전장치의 효과성을 충격량과 운동량을 이용하여 평가하기 위해 다음과 같이 교수·학습 과정을 설계하였습니다. 학습 주제는
안전장치를 찾아보도록 합니다. 이어서 모둠 토론(1)에서는 모둠에서 토론을 통해 안전사고 예방을 위한 안전장치를 고안하도록 합니다. 이때 앞 차시에서 학습한 관성, 운동량, 충격량 개념을 활용하여 고안한 안전장치의 구조와 기능, 효과성을 검토하도록 합니다. 모둠 토론(1)을 진행하는 시간은 약 10~15분 정도로 합니다. 지난 차시에 미리 본 차시 활동에 대한 간략한 안내를 하고 안전장치에 관한 대략적인 구상을 하여 본 차시에 참여하도록 하면 좀 더 효율적인 모둠 활동을 할 수 있습니다.
다음 단계로 둘 가고 둘 남기 활동을 진행합니다. 둘 가고 둘 남기 활동은 모둠 내 토론 결과를 다른 모둠과 공유하는 방법 중 하나입니다. 4명 중 2명은 다른 모둠을 찾아가 우리 모둠에서 고안한 안전장치를 설명하고, 나머지 2명은 찾아온 다른 모둠의 안전장치에 대한 설명을 듣고 평가합니다. 1회 활동은 5분 정도로 하고, 1회 활동이 끝나면 다른 모둠으로 가는 사람과 남는 사람의 역할을 바꾸어 처음과는 다른 모둠을 찾아가 소개하도록 하여 둘 가고 둘 남기 활동이 총 2회 이루어지도록 합니다. 이렇게 하면 4명 모두가 우리 모둠의 안전장치를 더 깊이 이해하고 다른 모둠의 의견을 통해 개선 방향을 고민할 수 있습니다.
다음 단계에서는 다른 모둠의 평가를 바탕으로 우리 모둠의 안전장치를 수정, 보완하여 개선하도록 합니다. 또 그림이나 설명글을 준비하여 전체 앞에서 발표 준비를 합니다. 정리 및 평가에서는 전체 앞에서 발표하고 서로 동료평가를 하도록 합니다. 이때 동료평가지를 활용하여 평가항목에 따라 다른 모둠의 발표 내용을 평가합니다.
일상생활에서의 충돌과 안전장치에 대한 탐구활동 소개 2)
둘 가고 둘 남기 활동 (1)
둘 가고 둘 남기 활동
준비물 주요 특징
활동지, 펜, 전지
모둠 내 토론 결과를 다른 모둠과 공유
다른 모둠으로부터 받은 피드백을 반영하여 모둠 산출물을 개선 하기
학생 활동 사진 촬영
※
명의 학생이 명씩
-4 2
마주 앉아 토론하는 장면
둘 가고 둘 남기 활동은 모둠 내 활동 결과를 다른 모둠과 공유하고 피드백 받는데 유용한 협동학습 활동 중 하나입니다. 둘 남고 둘 가기 활동의 기본은 하나의 주제로 모둠 내 토론이 이루어진 후 2명이 계속 다른 모둠을 돌아다니며 설명하고, 남은 2명은 찾아오는 다른 모둠의 토론 내용을 들으며 정리하는 역할을 수행합니다. 이번 차시에서는 기본적인 둘 가고 둘 남기 활동을 조금 변형하여 둘 가고 둘 남기 활동을 총 2회 수행하도록 하고, 다시 한 번 모둠 토론을 통해 우리 모둠의 산출물을 개선하도록 하였습니다. 이는 다른 모둠에 가서 우리 모둠의 안전장치를 설명하는 것으로 끝내지 않고, 다른 모둠의 평가와 피드백을 반영하여 다시 한 번 수정할 수 있는 기회를 줌으로써 비형식적 동료평가를 통한 과정중심 평가가 이루어지도록 하려는 의도입니다.
시간적인 여유가 있다면 탐색과 모둠 활동(1)을 1차시로 구성하고 이어서 둘 가고 둘 남기 활동과 모둠 활동(2), 정리 단계를 2차시로 구성하면 더 깊이 있는 토론과 산출물을 기대할 수 있습니다. 또 다른 변형으로 안전장치를 고안하는 모둠 활동(1)을 수업 전에 과제로 부과하고 본 차시에서는 둘 가고 둘 남기 활동을 3~4회 이루어지도록 하면 더 많은 피드백을 받아 개선이 이루어지도록 할 수 있습니다.
둘 가고 둘 남기 활동
< > <학생 이동> <학생 활동 결과지>
