STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 주요 과목 물리 II 주요 단원 관련 과목 물리, 과학 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M 주 개발자명 구분 (신규/수정보 완) 신규 주요 적용 학년 고2 개발차시 4 힘과 운동/ 힘 적용 지역 보조 개발자 물리II 교과에 적합하도록 힘의 합성, 힘의 분해, 알짜힘의 평형, 돌림힘의 주요 수업 평형 개념을 이해하기위한 활동으로 구성되었다. 학습한 개념을 적용하여 개요 공학적 산출물을 제작하고, 구조물의 성능을 개선하고 보완할 수 있는 공 학의 과정을 체험할 수 있도록 프로그램이 구성되었다. 1차시: 힘의 합성과 분해를 학습한다. 차시별 2차시: 물체의 평형 조건을 학습하고 무게 중심을 찾아본다. 주요내용 3차시: 물체의 안정성을 탐구하고 스파게티를 이용한 구조물을 제작한다. (키워드 위주) 4차시: 완성된 구조물이 버틸 수 있는 하중과 변형을 측정하고 공학적 개 선 방안을 고찰한다. (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 힘의 합성과 분해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나는 힘을 벡터 합성으로 구할 수 있다. Ÿ 평형판을 이용하여 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건을 확인한다. Ÿ 한 힘을 벡터를 이용하여 두 힘으로 분해할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 용수철 저울을 사용할 때 과도한 힘으로 저울을 당기지 않는다. § 구조물에 작용하는 힘의 특성을 토의할 때 과도한 행동에 유의 1차시 [개념 도입] 힘의 합성과 분해 ◆ 사장교나 현수교와 같은 다리에 작용하는 여러 가지 힘을 찾고, 각각의 힘이 어떻게 작 용하여 다리를 지탱하고 있는지 토의해보자. ▲ 사장교 ▲ 현수교 - 18 - (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 2차시: 물체의 평형과 무게 중심 탐구 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 [학습 목표] Ÿ 망치와 자를 이용하여 물체의 평형 조건을 찾을 수 있다. Ÿ 망치와 실을 이용하여 물체의 무게 중심을 찾을 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 망치가 바닥에 떨어지지 않도록 주의한다. § 바닥에 충격을 주지 않도록 매트를 설치한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 물체의 평형과 무게 중심 탐구 ◆ 자에 망치를 매달아 그림과 같이 균형을 잡을 수 있을지 논의 하자. ◆ 돌림힘의 평형에 대한 개념을 이해 - 22 - 모둠 (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 3차시: 구조물의 안정성 탐구 및 구조물 제작 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 구조물의 안정성을 힘의 평형과 돌림힘의 평형으로 설명할 수 있다. Ÿ 안정적인 구조물을 설계하고 제작할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. § 칼과 가위사용에 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 구조물의 안정성 탐구 및 구조물 제작 ◆ 물체의 안정성을 높이기 위한 장치를 찾아 원리를 설명해 보자. <선반 받침대> <타워크레인> ◆ 선반의 받침대가 있을 때와 없을 때 안정성을 탐구해 보자. - 24 - (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 4차시: 구조물 제작 및 하중 실험 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 안정적인 구조물을 설계하고 제작할 수 있다. Ÿ 하중 실험 결과로부터 제작한 구조물의 특징을 분석할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 구조물 제작 과정에서 칼과 가위 사용에 주의한다. § 구조물 하중 실험에서 부서지는 구조물 파편에 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 교량 구조물 제작 및 하중 실험 ◆ 제작한 구조물의 특징을 설명해 보자 Ÿ 모둠별로 제작한 구조물의 특징을 설명해 보도록 한다. Ÿ 모둠별 구조물의 특징을 비교하고 평가한다. ◆ 하중 실험을 통해 구조물의 안정성을 파악해 보자 Ÿ 버니어 고 무선 구조 모형 실험장치를 이용하여 구조물이 버틸 수 있는 하중과 변형을 측정한다. Ÿ 구조 모형 실험장치가 없는 경우 구조물에 하중을 부여할 수 있는 받침대를 제작하여 무게 추를 이용하여 하중 실험을 진행한다. - 26 -