STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 엑셀 속 지구와 달의 공전 부산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 주요 적용 학년 중2 개발차시 6 구분 부산대학교 프로그램명 (신규/수정보 완) 신규 엑셀 속 지구와 달의 공전 주요 과목 과학 주요 단원 태양계 관련 과목 수학 관련 단원 삼각비 S, T, M 적용 지역 STEM+I 요소 주 개발자명 보조 개발자 주요 수업 엑셀 프로그램으로 지구와 달의 공전을 나타내고, 달의 위상 변화를 개요 이해하기 m 1~2차시: 달의 위상 변화 알아보기 차시별 주요내용 (키워드 위주) m 3차시: 삼각함수로 달의 위상 변화 나타내기 m 4차시: 엑셀 프로그램 익히기 m 5~6차시: 엑셀을 사용하여 지구와 달의 공전 나타내기 지구과학 지구과학 엑셀 속 지구와 달의 공전 탐구활동지 관련단원 Ⅲ. 태양계 1. 지구와 달 학 번 학습주제 달의 위상 변화 이 름 1 차시 생각해보기 다음은 민수의 일기 중 일부이다. 밑줄 친 부분이 실현 가능한지 토의해보자. [민수의 일기] 202○년 ○○월 ○○일 매일 같은 장소에서 같은 시간에 달의 모습을 관찰하고 기록하는 과학 숙제를 받았다. 수학 숙제를 먼저 하던 중 부채꼴 중심각 크기와 호의 길이에 관한 문제를 푸는데 문득 일정한 각도만큼 지구를 중심으로 공전하는 달이 떠올랐다. 달의 위치를 수학적으로 계산할 수 있을 것 같다는 엉뚱한 생각이 들었다. 달의 위치를 수학적으로 계산할 수 있다면 달을 관찰하지 않고도 달의 모습을 예상해서 과학 숙제를 할 수 있지 않을까? ㅋㅋ... 이번 시간 해결 문제 민수의 생각을 실현하기 위한 첫 번째 단계로, 달의 모습에서 규칙성을 찾아보자. 부산대학교 과학영재교육원 131 엑셀 속 지구와 달의 공전 탐구활동지 관련단원 Ⅳ. 삼각비 1. 삼각비 학 번 학습주제 삼각비의 정의 이 름 2 차시 이번 시간 해결 문제 지구와 달의 공전 궤도가 정확한 원이라면 달의 공전 경로를 수학적으로 나타낼 수 있을까? 민수의 생각을 실현하기 위해 달의 공전 경로를 수학적으로 나타낼 방법을 알아보자. 생각해보기 지구를 원점으로 하고, 반지름이 1인 달의 공전 경로를 2차원 함수 상에 그려보자. 햇 빛 삭, 하현의 위치를 표시해 보자. 이때 각각의 좌푯값은 얼마인가? 초승달의 위치를 표시해 보자. 이때 좌푯값은 얼마인가? 초승달의 경우 좌푯값을 정확하게 읽을 수 없는 이유는 무엇인가? 원주에 있는 임의의 점을 수학적으로 나타내려면 어떻게 해야 할까? 짝과 토의해보자. 136 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 엑셀 속 지구와 달의 공전 탐구활동지 관련단원 Ⅲ. 태양계 1. 지구와 달 학 번 학습주제 엑셀 기능 익히기 이 름 3 차시 이번 시간 해결 문제 활동에 필요한 엑셀 기능을 익혀보자. 엑셀 화면 구성 데이터 범위 반복 채우기 실 습 셀 오른쪽 끝에 마우스를 갖다 대면 + (십자 모양) 핸들로 바뀐다. 셀을 아래로 드래그하면 서식과 함께 데이터가 반복해서 채워진다. 138 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 엑셀 속 지구와 달의 공전 탐구활동지 관련단원 Ⅲ. 태양계 1. 지구와 달 학 번 학습주제 엑셀 프로그램으로 지구와 달의 공전 궤도 그리기 이 름 4 차시 이번 시간 해결 문제 엑셀 프로그램을 이용하면 수학적 계산을 정확하고, 빠르게 할 수 있다는 장점이 있다. 지난 시간에 익힌 엑셀의 기능을 바탕으로 태양을 중심으로 한 지구와 달의 공전 궤도를 그려보자. 생각해보기 2차원 함수 상에 태양을 중심으로 한 지구와 달의 공전 궤도를 그려보자. 이때, 지구의 공전 반지름은 1, 달의 공전 반지름은 0.1로 한다. 140 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 탈 탐사 프로젝트, 어떻게 진행해야 할까? 서울교육대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 서울교육대학교 프로그램명 과학적 사고력 – 달에 가는 길 주요 과목 과학 주요 단원 관련 과목 국어, 정보 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 주 개발자명 수정보완 (신규/수정보 완) 주요 적용 학년 고1 개발차시 5차시 (공통과학) Ⅱ.생활 속의 과학 탐구 (과학 3) 7. 과학과 나의 미래 주장하는 글쓰기 데이터 사이언스(포괄적임) 적용 지역 서울, 세종, 전북(남원) 전영석 보조 심재권 (서울교대) 개발자 (고려대) 5차시 분량의 4개의 모듈로 구성 주요 수업 개요 1. 백신의무화 논쟁 2. 수소차와 전기차 개발 3. 태양광 발전의 전망 4. 국가 주도의 우주 개발 방향 1차시: 문제 인식 – 뉴스 기사나 영화, 서적 등을 통해 논점을 분명히 하 고 학생들끼리 서로의 기존 생각을 나누도록 구성 2차시: 핵심 개념 학습 – hands-on activity 등 구체적인 활동을 통해 관련 개념을 익힘. 단지 지식의 전달이 아닌 주장-증거-추론(CER) 에 바탕을 둔 활동 차시별 주요내용 (키워드 위주) 3차시: 주제에 관해 다양한 관점으로 접근한 글을 분석. 글은 논문이나 서적 등을 재구성(학생들이 읽기 쉽도록) 할 것. 분석은 툴민의 논 증 분석틀을 활용 4차시: 데이터로서의 접근 – 3차시가 글을 통해 주제에 접근하는 것이라 면 4차시는 데이터의 수집, 분석, 처리 등의 과정을 통해 주제를 좀 더 명확히 이해하도록 하는 것임 5차시: 종합 정리 – 먼저 자신의 생각을 분명히 하고, 다른 학생들과 서 로의 생각을 나눈 다음, 최종 자신의 생각을 정리하여 글로 표현하 도록 하는 활동 [1차시] 문제 인식 우리가 달에 가는 이유 l 차시 개요 영상을 시청하고, 영상 자료를 정리 및 요약하는 과정에서 달 탐사의 필요성에 대해 알아보고, 해결 되 어야 할 과제 및 문제를 인식한다. 스스로 알고 있는 개념과 잘 모르는 개념을 글로 정리하고, 자신의 생 각을 친구들과 나누는 시간을 갖는다. l 활동 목표 뉴스 기사나 영상 등 자료를 통해 달 탐사에 대하여 쟁점이 되는 문제의 본질을 파악한다. 향후 최종 판다을 위해 문제와 관련하여 자신이 잘 알고 있는 개념과 모르는 개념을 명확히 한다. l 배경 지식 1) 50년 전까진 ‘국력 과시’... 이제는 ‘헬륨3’등 광물자원 개발이 주목적 (경향신문, 2022.11.16.) 과거와 현재의 달 탐사는 목표가 다르다. 국위 선양보다는 달에 묻힌 광물자원을 개발하는 데 목적이 있 다. 달에는 마그네슘과 실리콘, 티타늄 등이 풍부하게 매장돼 있다. 특히 주목되는 건 ‘헬륨3’다. 헬륨3는 핵융합 발전의 원료다. 달에 100만t이 묻혀 있을 것으로 추정된다. 헬륨3 1g은 석탄 40t과 비슷한 에너지 를 뿜는다. 지구로 운송한다면 지구 전체에 1만년간 에너지를 공급할 수 있다는 계산이 가능하다. https://www.khan.co.kr/science/aerospace/article/202211162114005 2) [SR포커스] 美, 핵융합 '점화' 첫 성공…최민호 세종시장, 1년 전 '핵융합' 특강 주목 (SR타임즈, 2022.12.19.) 핵융합 발전의 어려운 과제 중 하나는 원료를 획득하는 것이다. 중수소와 3중수소 중 3중수소가 지구상 에 얼마 존재하지 않고 리튬으로 생산하는 방식은 고가의 비용이 들어가는 기술이다. 따라서 제 3의 방안 으로 우주에서 자원을 획득하는 방법이 거론되고 있으며 달에는 3중수소보다 훨씬 핵융합이 쉬운 헬륨-3 가 수 없이 존재하고 있다. http://www.srtimes.kr/news/articleView.html?idxno=126010 3) 인류의 오랜 꿈... 핵융합이 달아오른다 (주간조선, 2022.12.31.) 핵융합은 온실가스 배출에 의한 기후위기 극복에 가장 적절한 에너지원이다. 수소의 원자핵을 헬륨의 원 자핵으로 융합시키는 과정에서는 온실가스가 전혀 배출되지 않기 때문이다. http://weekly.chosun.com/news/articleView.html?idxno=23757 l 유의 사항 본 차시의 목표는 문제 인식으로 자신이 무엇을 알고 무엇을 모르고 있는지 확인만 하는 단계로 개념 확인과 논거에 대한 논의는 이후 차시에서 순차적으로 진행된다. 따라서 학생 활동지에는 상황에 따라 배 경지식의 자료 중 추가로 다양하게 제시할 수 있다. STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 131 - [2차시] 핵심 개념 학습 지구에서 달까지 가는 방법은 무엇일까? l 차시 개요 지구에서 직선 거리로 38만 km 떨어진 달에 가는 다양한 방법에 대하여 과학적 개념을 학습한다. 또한 달에 대한 개념학습 후 문제풀이를 통해 달 탐사의 필요성에 대하여 탐구한다. l 활동 목표 달 탐사선을 달의 궤도에 보내기 위해 탐사선이 달에 가는 방법에 대하여 이해한다. l 배경 지식 1. 지구에서 달까지! 달 궤도선 다누리가 가는 길 지구에서 달까지 가는 경로는 지구에서 달로 직진하거나 지구를 몇 바퀴 돌아서 갈 수 있다. 하지만 다 누리호는 왜 이러한 경로를 두고 멀리 돌아가는 것일까? 다누리호는 태양과 중력이 균형을 이루는 라그랑 주점 근처까지 연료를 거의 사용하지 않고 이끌려 간다. https://youtu.be/alfZC3nJOGI 2. 라그랑주 점(Lagrangian point) 케플러 운동을 하는 두 천체가 있을 때, 그 주위에서 중력이 0이 되는 5개의 점으로 라그랑주 특수해라 고도 부른다. 두 천체를 잇는 직선상에 3개, 두 천체와 정삼각형을 이루는 2개의 점이 있다. 그 중에서도 삼각형을 이루는 2점에 제3천체가 있을 경우 매우 안정하여 라그랑주 점이라고 부른다. https://namu.wiki/w/%EB%9D%BC%EA%B7%B8%EB%9E%91%EC%A3%BC%EC%A0%90 3. 지구에서 달까지 가는 방법 지구에서 달까지의 거리는 평균 약 38만 km 이다. 다양한 국가에서 달 탐사선을 보내왔는데 달 탐사선 들이 지구에서 달까지 어떤 방법을 통해 갔을까? 달에 가기 위해 사용된 궤적은 다음의 네 가지 궤적과 같다.(직접 전이 궤적, 위성 전이 궤적, 약 안정 경계 궤적, 나선 전이 궤적) https://youtu.be/MAD43UpryWs 3. 달에 매장된 고효율 미래 에너지는?(2021.10.21.) 달에 매장된 헬륨-3는 인공 태양으로 불리는 핵융합에 이용하면 전 세계가 1년동안 사용할 수 있는 에 너지를 찰나에 만들 수 있다. 이 헬륨-3는 태양풍을 타고 우주 공간을 떠도는데 지구엔 대기와의 마찰로 타버리지만, 달에는 대기가 없어 수 m 가 쌓여 있다. https://www.youtube.com/watch?v=osJ10O7_gPw 4. 루나 글로브 만들기 동영상 https://www.youtube.com/watch?v=0ZvyHXlYjac 5. 루나 글로브 구입처 https://print-sphere.jp/SHOP/MN00001.html l 유의 사항 STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 134 - [3차시] Data Science 달은 지구를 어떻게 공전할까? l 차시 개요 지구와 달의 정보를 토대로 태양 중심의 지구와 달 공전을 시뮬레이션하여 개념적으로 이해하는 달의 공전궤도를 수치 데이터를 사용하여 구체적으로 탐구한다. 태양을 중심으로 태양과 달의 거리를 스프레드 시트를 사용하여 일 단위로 계산하고, 계산된 값을 사용하여 그래프로 시각화하여 달이 지구를 공전하는 모습을 직관적으로 파악하는 활동이다. 이를 통해, 기존에 학생이 관념적으로 이해하던 달의 공전 궤도를 데이터를 통해 시각화한 결과를 통해 구체적으로 이해한다. l 활동 목표 태양을 중심으로 지구의 공전에 따른 달의 위치를 계산하는 방법을 이해하고, 지구를 공전하는 달의 이 동을 시각화한다. l 배경 지식 1. 스프레드시트의 기초적인 사용법(함수, 분산형그래프) 스프레드시트의 함수(SIN,COS,PI 등)와 계산된 값을 시각화하기 위한 그래프 기능을 사용하는 방법에 대한 소개영상이다. - https://youtu.be/fTALJb1Nsq0 - https://youtu.be/mPQA2S1wpCM 2. 태양, 지구, 달의 기초적인 데이터(공전주기, 거리, 크기 등) 이해 스프레드시트에서 태양과 지구의 거리(약 1억 5000만km), 지구와 달의 거리(38만km) 등의 데이터를 수 치값으로 입력하기 위해서 탐구하는 영상이다. - https://youtu.be/Io2SI1EcHP4 - https://youtu.be/vRIYaiL2-WU l 유의 사항 1. 스프레드시트에서 데이터를 처리하는 기본적인 개념, 차트를 제작하는 방법, 함수를 사용하는 방법을 소개하도록 한다. 2. 스프레드시트의 사용법 보다는 달의 공전모습을 시각화하는 것에 초점을 두고 수업을 진행한다. 3. 구글 스프레드시트는 2종류(지구와 달)을 비교하여 시각화 할 수 없어, 마이크로소프트사의 스프레드시 트를 권장한다. ※ 본 차시의 스프레드시트 샘플 링크 : https://url.kr/fxkml5 - 144 - [4차시] 논증을 위한 자료 분석 국가 주도의 달 탐사 프로젝트와 관련된 주장을 알아보자 l 차시 개요 국가는 달 탐사 프로젝트를 어떻게 주도해야 하는지에 대해 주장하는 글을 꼼꼼히 읽고 분석하여 근거 와 증거를 찾는다. l 활동 목표 달 탐사를 해왔던 역사적 사례를 통하여 과학적 주장에 대한 타당성을 판단하는 능력을 함양한다. l 배경 지식 1. [2050년의 경고]“달 착륙은커녕…한국형 우주발사체 만들어놓고 놀릴 판” (중앙일보, 19.3.19.) 한국 우주 과학의 가장 큰 장애물은 정치권과 관료 문제, 우주 기술을 알만하면 교체되는 담당자 등 다 양한 문제점이 있다. 이에 국회미래연구원은 지속적인 우주 정책을 위해서는 미국 NASA와 같은 우주청 신설을 통한 과학 기술관료(정책)의 전문성 강화와 국제 프로젝트에 참가, 민간 산업 육성 등이 필요하다 고 제시했다. https://www.joongang.co.kr/article/23415175#home 2. 오락가락 한국 달탐사 사업 "누구도 일정관리 안했다" 관계자 증언 (동아사이언스, 20.9.27.) 한국 달 탐사 사업이 일정 관리자가 없을 정도로 사업관리가 제대로 이뤄지지 않았다는 사업 책임자의 증언이 나왔다. 이로 인하여 정권 교체를 거치며 일정이 앞당겨졌다가 늦춰지는 등 수년째 사업관리에 허 점이 지적되어왔다. https://www.dongascience.com/news.php?idx=40147 3. 한국우주항공연구소, '달 궤도 사업' 수차례 지연... 355억 예산낭비 (뉴스프리존, 20.10.20.) 항공우주연구원 국정감사에서 양의원은 “달 탐사 지연의 주된 요인은 주요 설계 사항에 대한 항공우주 연구원의 연구자간 이견으로 발생한 갈등과 달 탐사 사업단의 역량 부족 등인 것으로 드러났다.”고 밝혔 다. 또한 항공우주연구원의 달 탐사 계획 지연으로 인하여 355억원의 예산과 시간이 낭비되었다. http://www.newsfreezone.co.kr/news/articleView.html?idxno=267879 l 유의 사항 - 학생들의 이해를 돕기 위해 논거와 증거의 실제 예를 하나 정도 <보기>로 미리 제시해줄 수 있다. - 154 - [5차시] 토의와 글쓰기 달 탐사 국가가 어떻게 주도해야 하는가에 대한 내 생각은 무엇일까? l 차시 개요 1~4차시까지의 활동을 통해 알아본 달 탐사에 대한 내용을 바탕으로 국가가 어떻게 주도해야하는가에 대 하여 토의하는 시간이다. 나의 생각을 확정하고 주장하기에 앞서 모둠원들과 토의를 통해 생각을 변경하거 나 확고히 한 뒤, 툴민의 논증 모형에 따라 주장을 논술해 본다. l 활동 목표 달 탐사 국가가 어떻게 주도해야하는가에 대한 나의 생각을 정하고 툴민의 논증 모형에 따라 이유, 설명, 예상 가능한 반대 의견과 반박 등을 갖추어 주장할 수 있다. l 배경 지식 1. 주장은 논증과 같지 않다. 주장에 대한 반대 의견이나 반박 가능한 증거가 제시되어야만 논증이 된다. 즉, 논증에서는 서로 다른 주장과 증거들의 제시와 반박 등을 통해서 서로의 생각을 설득하는 과정이 중요하다. 2. 영국의 철학자이자 작가, 교육자인 스티븐 에델스턴 툴민(Stephen Edelston Toulmin, 1922년 3월 25 일 ~ 2009년 12월 4일)은 실질적으로 적용 가능한 실용 논증 모형을 개발하였다. 툴민의 모형은 다음 과 같이 안건, 주장, 논거, 세기, 지지, 및 반론으로 이루어진다. - 안건: 주장의 대상 - 주장: 논증의 결론으로 자신의 견해를 밝히거나 타인의 지지를 얻기 위해 내세운 진술 - 세기: 주장을 확신하는 정도를 나타내는 표현: 확실히, 십중팔구는, 아마도, 거의, 절대로 등 - 논거: 제시된 근거가 주장을 정당화시킬 수 있는 이유. 공통의 배경지식이나 전제가 포함됨 - 지지: 추가 자료 등 논거를 뒷받침하는 상세 증거 - 반론: 주장을 반박하거나 한계를 제시하는 진술 l 유의 사항 1. 모둠 구성 시 서로 반대되는 의견을 가진 학생들이 섞일 수 있도록 한다. 2. 짧은 시간 내에 서로의 생각과 근거를 들을 수 있도록 토의 진행자를 정해서 효과적인 토의가 이루어 지도록 한다. - 159 -