Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 측정과 표준 서울교육대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 서울교육대학교 과학영재교육원 기관 명 프로그램 측정과 표준 이름 주요 과목 관련 과목 STEM 요소 과학 기술․가정, 수학 S,T,E,M 관련 단원 관련 단원 3. 역학적 시스템 6. 화학 변화 (기술․가정) 5. 기술 활용 (수학) 함수, 확률과 통계 지역 개발자 기본단위의 표준과 표준의 변화 과정을 알고, 실제 생활에서 측정과 표준 주요 수업 개요 이 어떻게 활용되는지 이해한다. - 단위, 측정, 표준의 종류와 의미를 이해한다. - 측정의 역사를 알고 생활 속 측정 방법과 활용 사례를 이해한다. - 정확한 측정을 위한 요소들을 알고 현대의 정밀한 측정 사례를 찾는다. 1차시 : 길이 표준과 측정, 길이 표준의 필요성 및 현재 길이 표준의 정의 를 이해하고 직접 정밀한 길이 측정 기구의 측정원리 탐구 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 시간 표준과 측정, 시간 표준의 필요성 및 현재 시간 표준의 정의 를 이해하고 직접 시간 측정 기구의 측정원리 탐구 3차시 : 어림과 페르미 추정, 어림의 활동을 통해 측정의 필요성과 중요성 을 이해하고 페르미 추정을 통해 과학적, 논리적 사고 함양 4차시 : 소리의 속력 측정, 학습한 단위와 표준들을 이용하여 직접 소리의 속력을 측정하는 탐구 활동 4. 차시별 교수-학습계획 1 차시 차시목표 길이 측정의 중요성 길이 측정의 중요성과 길이 단위 표준의 필요성을 이해하고 길이를 정밀하게 측정할 수 있다. 관련교과 과학, 물리, 수학 핵심개념 길이, 단위, 미터, 버니어 캘리퍼스 차시 설계의도 주요활동 준비물 가장 기본 단위인 길이 측정의 중요성과 단위 표준의 필요성을 이해하고 정밀한 길이 측정을 하기 위한 원리를 탐구하고 직접 측정해 본다. 길이 측정의 중요성과 필요성 탐구하기, 버니어 캘리퍼스 만들기, 미세 길이 측정하기 가위 또는 칼, 풀, 마분지, 도안, 버니어 캘리퍼스 [1차시] 1999 년 9 월, 1 억 2500 만 달러(약 1432 억 원)를 투입해 미 항공우주국(NASA)이 화성으로 보낸 무인 기후 궤도 탐사선((MCO, Mars Climate Orbiter))가 286 일의 우 주 비행 끝에 화성에 접근했지만 궤도 진입을 코앞에 두고 폭발해 버렸다. 다음 동영상을 통해, 그 이유를 찾아보자. [How Did NASA Lose a Mars Space Probe Because of Maths?] - 4 - 2 차시 시간의 표준 차시목표 시간 표준의 필요성을 이해하고 나만의 시간 표준을 제작할 수 있다. 관련교과 과학, 물리, 수학, 기술 핵심개념 시간, 단위, 표준 차시 설계의도 주요활동 준비물 다른 물리량의 기본은 정지 상태에서 측정하지만, 시간 측정은 계속 변화 하고 있는 상태에서 이루어져야 하기 때문에 중요하지만 어렵다. 시간 표 준의 변천사를 살펴보고 나만의 시간 표준 기기를 직접 제작함으로써 시 간의 중요성을 직접 느낄 수 있도록 한다. 시간의 표준 탐구하기, 나만의 시간 표준 만들기 가위 또는 칼, 양면 테이프, 초시계, 폼보드, 고무줄, 구슬, 방울 또는 종, 침핀, 이쑤시개, 클립, 빨대 우리가 친구와 만나기 위해 약속을 할 때는 반드시 장소와 시간이 필요합니다. 약속에서 시간이 빠지면 만나기 어렵기 때문입니다. 또 매일 아침 학교에 등교하 는 시간도 정해져 있습니다. 만약 개개인 들마다 1 초의 간격이 다르면 세상은 어떻 게 될까요? 우리가 현재 사용하고 있는 시간의 기 준, 즉 1 초는 어떤 기준으로 정해진 것일까요? . 시간의 표Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' 준 1. 우리 선조들은 시간을 어떻게 측정하였을까? ☞ 주기적인 운동을 하는 자연물 들을 이용하였다. 예를 들어 가장 대표적인 것이 매일 해가 뜨고 지는 것. 달, 별자리 등이 있다. - 11 - 질량 측정의 중요성 3 차시 질량 측정의 중요성과 질량 단위 표준의 필요성을 이해하고 질량을 차시목표 정밀하게 측정할 수 있다. 관련교과 과학, 물리, 수학 핵심개념 질량, 단위, 전자 저울, 빨대 저울 차시 설계의도 주요활동 가장 기본 단위인 질량 측정의 중요성과 단위 표준의 필요성을 이해하고 정밀한 질량 측정을 위한 빨대 저울을 제작하고 직접 측정해 본다. 질량 측정의 중요성과 필요성 탐구하기, 빨대 저울 만들기 전자저울(분해능 0.1 g, 분해능 0.01 g) , 과학 교과서, 휴대 전화, 빨대, 준비물 나사(빨대와 같은 굵기), 핀셋, 바늘, 나무도막, 눈금판(두꺼운 종이), 슬라이드 유리 2장, 빨래 집게, 고무 밴드, 모눈 종이, 가위 또는 칼, 쌀알, 머리카락 에어 캐나다 항공편 143에서 몬트리올에서 이륙하여 캐나다 남서부의 에드먼턴 (Edmonton)으로 떠날 예정이었다. 이때 필 요한 최소 연료량은 22,300 kg이었다. 몬트리올에 도착한 비행기에는 연료가 조금 남아있었다. 다음 비행을 위해 보충할 연료의 양을 계산하여 연료를 보충한 후 비행을 시작 하였다. 그러나 1983년 7월 2일, 에어 캐나다 항공 에어 캐나다 항공편 143의 무동력 착륙 모습 편 143 에드먼턴에 가는 도중에 공중에서 연료를 고갈되었다. 몇 분 후, 두 엔진이 꺼지고, 뎅! 소리가 들렸다. 이것은 엔진이 꺼지면서 더이상 비행할 동력이 없음을 나타내는 소리 였다. 조종석의 전자 기기를 작동시키기 위해서도 동력이 필요하기 때문에, 엔진에 붙어있 는 발전기가 정지하면 항공기의 모든 전자 기기는 취소된다. 파일럿이 의지할 수 있는 유일 한 장치는 아날로그식으로 동작하는 기기인 나침반, 수평 검사기, 대기 속도계, 고도계만 제 대로 작동한 것이다. 이러한 사고가 발생한 이유는 연료를 보충하는 지상 근무 직원이나 승무원이 비행기의 연 료를 다른 단위로 계산했기 때문이다. 필요한 연료의 양은 킬로그램 단위로 였지만, 채운 연료의 양은 파운드 단위였던 것이다. 1 파운드 (lb)는 0.45 킬로그램 (kg)에 불과하다. 이처럼 우리 생활과 밀접한 질량의 표준 단위와 측정 방법을 알아보자. - 18 - 4 차시 차시목표 나만의 도량형 도량형을 통해 단위 표준의 필요성을 이해하고 나만의 도량형을 만들 수 있다. 관련교과 과학, 물리, 수학 핵심개념 도량형, SI단위, 표준 차시 설계의도 주요활동 가장 기본 단위인 길이, 부피, 질량을 바탕으로 하는 도량형을 만들어 봄으로써 SI 단위와 표준의 필요성을 이해한다. 나만의 도량형 만들기, SI 기본 단위 준비물 역사를 살펴보면 각 나라들은 자신만의 측정 단위 즉, 도량형이 있었다. 도량형(度 衡)의 의미는 다음과 같다.  도량형(度 衡) : 길이, 부피, 무게(질량)를 측정하는 기구나 단위법 도 [度 : 법도 헤아리다 도] : 길이를 나타내는 자를 말함. 량 [ : 헤아릴 되 양] : 부피를 나타내는 되를 말함. 형 [衡 : 저울대 형] : 무게(질량)를 나타내는 저울을 말함. 질량의 개념은 서양에서 정립된 것으로, 일제강점기 이전에는 질량 이라는 용어 자체가 없었 다. 그로 인해 도량형 역사 관련 부분에서는 부득이하게 무게 로 사용하였음. 다음은 우리 선조들이 조선시대 이후로 사용하던 도량형들 중 일부를 나타낸 모습이다. 부피를 재는 도구 이러한 도량형이 필요한 ??Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' ?닭은 무엇인지 생각해 보자. - 24 - 무게를 재는 도구 5 차시 몰(mol)은 뭘까? 차시목표 몰(mol)의 의미를 알고, 공기의 밀도를 구할 수 있다. 관련교과 과학, 화학 핵심개념 몰, 부피, 압력, 온도 차시 설계의도 주요활동 준비물 아주 작은 물질의 질량을 나타내는 기본 단위인 몰(mol)의 의미와 중요성을 알고 다양한 기본 단위의 중요성에 대해 생각해 보는 계기를 갖게 한다. 공기의 무게 측정하기, 공기의 밀도 측정 및 계산 책받침, 압착판, 용수철저울, 진공 용기, 기압계, 전자저울 고체(물체)의 질량은 저울을 이용하여 g (그램) 또는 kg (킬로그램) 단위로 측 정할 수 있다. 그렇다면 기체와 액체의 질량은 어떻게 알 수 있을까? 기체와 액체는 물질을 구성하는 구성요 소의 개수를 통해서 물질량으로 나타내는 데, 물질량의 단위가 바로 몰(mol)이다. 계 란 30개를 한 판이라고 하듯이, 특정 입 자가 아보가드로수인 6.02214076 10-23 개로 구성된 어떤 물질량을 1 몰이라고 정의하 여 사용하고 있다. . 공기는 얼마나 무거울까? [준비물] 책받침, 압착판, 용수철저울, 진공 용기, 기압계, 전자저울 1. 매끈한 책상 위에 책받침을 올려놓고 압착판을 붙 인 다음, 용수철저울을 연결한 채로 위로 당겨서 떼 어 보자. 책받침이 떨어지는 순간, 용수철저울의 눈 금을 기록하여 정리하자. 실험은 3번 이상 수행한다. 횟수 1회 2회 3회 4회 눈금 - 29 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 지구의 공전 자전과 GPS 원리 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 지구의 공전 자전과 GPS 원리 이름 주요 과목 지구과학II 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 우주/ 태양계의 구성과 운동/ 케플러의 세 가지 법칙 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 시간의 변화에 따른 지구의 자전과 공전 운동을 지면에서 관측할 때, 주요 수업 개요 태양의 위치 변화를 관측하여 지구상의 위치와 태양의 움직임의 관계를 이해한다. 이를 바탕으로 지구상에서 시간을 정하는 방법과, 이를 바탕으로 인공위성을 이용하여 지구상의 각 지역에 대한 위치를 정하는 방법을 이해한다, 차시별 1차시 지구의 공전을 이해하고 위도의 개념을 이해한다. 2차시 지구의 자전을 이해하고 경도의 개념을 이해한다. 3차시 태양시와 표준시의 개념을 이해한다. 4차시 삼각측량과 GPS의 원리를 이해한다. 주요내용 (키워드 위주) (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 주제 지구의 공전 자전과 GPS 원리 2015 개정 교육과정 고등학교 1학년 적용 학년 영역: 핵심개념 지구의 자전/지구의 공전/인공위성과 GPS 원리 과학기술 적용 시간의 측정과 GPS 응용 분야 시간, 지리, 정보, 삼각 측량, 위성 통신 지구의 공전을 이해하고, 이를 바탕으로 연중 태양의 고도 변화와 이를 통한 지구상의 위도 개념을 이해한다. 또한 지구의 자전을 이해하고, 이 를 바탕으로 태양의 이룾 우동을 이해하고 이를 통한 시간의 측정을 이 프로그램 개요 해한다. 이를 바탕으로 국제표준시와 지역 표준시의 차이와 경도의 관계 를 이해하여 지구상의 경도 개념을 이해한다. 인공위성과 표준 시간을 이용하여 지구상에서 물체의 지리 좌표를 정하거나 지구 정보를 이해하 는 방법을 이해한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 지구의 공전을 이해하고 위도의 개념을 이해한다. 2차시 지구의 자전을 이해하고 경도의 개념을 이해한다. 3차시 태양시와 표준시의 개념을 이해한다. 4차시 삼각측량과 GPS의 원리를 이해한다. 충북대학교 과학영재교육원 - 11 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 지구의 공전과 위도의 개념 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ Ÿ Ÿ 지축의 기울기와 지면에서 태양의 고도를 측정하는 방법을 이해한다. 지구 공전에 따른 계절별 태양의 고도변화를 이해한다. 지평선에 대하여 지구의 적도를 찾는 방법을 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 지구는 태양 주위를 1년에 한 번 공전하고, 자전축은 공전궤도면에 대하여 23.5도 기울어져 있다. 매일 지구의 위치가 변함에 따라 지구에서 보는 태양의 위치는 어떻 게 되는지 생각해보자. 계절 태양의 위치 봄 그림의 우측(남반구에 태양이 비춤) 여름 그림의 상부(적도에 태양이 비춤) 가음 그림의 좌측(북반구에 태양이 비춤) 겨울 그림의 하부(적도에 태양이 비춤) - 17 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 학생용 2차시: 지구 자전과 경도의 의미 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 지구의 자전과 태양의 일주 운동을 이해할 수 있다. § 태양시를 이용하여 방향을 찾을 수 있다. § 전통시계인 앙부일구의 원리를 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 지구 자전과 태양의 일주운동 ◆ 지구의 자전과 태양의 위치에 대하여 알아보자. 해시계를 만들어 태양의 위치와 해시계 그림자 사이의 관계를 알아보자. Ÿ 미리 수업 전에 해시계를 만들어 태양의 일주 운동과 그림자 사이의 관계를 비교하게 한다. Ÿ 또는 수업 중에 손전등으로 막대 주위를 비스듬하게 비추면서, 그림자의 크기와 방향 변화를 관찰하게 할 수도 있다. - 20 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 학생용 3차시: 태양시와 표준시의 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 태양시의 의미를 이해한다. Ÿ 경도의 의미와 국제표준시를 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 앙부일구와 시간의 측정 ◆ 지구본을 전등으로 비추면서 태양이 남중하는 시간은 지역에 따라 어떻게 다른지 비교해보자. Ÿ 춘분에 태양이 지구의 적도를 수직으로 비추도록 손전등으로 지구본을 비춘다. Ÿ 지구본을 돌려 자전시키면서 각 경도선을 손전등이 수직으로 비추는 시간이 어떻게 다른지 알아보게 한다. Ÿ 지구가 자전하는 동안 태양이 각 경도 지점에 남중하는 시간은 1시간에 15도씩 달라짐을 알 게 한다. ◆ GMT(그리니치 표준시)에 대하여 알아보고, 우리나라에서 사용하는 시계와의 차이 를 알아보자. Ÿ 현재 경도는 역사적으로 영국의 그리니치 천문대를 지나는 자오선을 기준으로 결정되었음을 알게 한다. Ÿ 이를 바탕으로 지구상의 각 지점은 경도에 따라 15도마다 그리니치와 1시간씩 지역시간의 차 이가 나게 결정되어 있음을 알게 한다. Ÿ 우리나라는 동경 135도를 기준으로 하여 그리니치 표준시와는 9시간 차이가 나게 됨을 알게 한다. - 22 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 학생용 4차시: GPS 원리 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 삼각측량의 원리를 이해한다. Ÿ GPS의 원리를 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 삼각측량과 GPS장치 ◆ 삼각측량의 원리를 알아보자. Ÿ 세 지점에서 특정 지점에 대하여 각각 거리를 측정한 데이터를 바탕으로 원을 그려보게 한 다. Ÿ 각 지점을 중심으로 해당 거리를 반지름으로 하는 원을 그리면 한 점에서 만나게 됨을 알게 한다. Ÿ 이를 바탕으로 어느 지점에서 사방으로 신호를 발생시켜 관측소까지 걸리를 알게 하면, 그 위치를 파악할 있음을 알게 한다. - 24 -