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 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 탄소의 변신은 무죄 전남대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 이름 탄소의 변신은 무죄 주요 과목 과학 관련 단원 [중학교] 3학년 Ⅷ. 과학기술과 인류 문명 2. 과학기술과 인류 문명의 발달 관련 과목 기술가정 · 관련 단원 [중학교] 1권 Ⅳ. 기술의 발달과 생활 STEM 요소 S,T,E,M 지역 차시 5 개발자 과학적 원리의 발견이나 기술의 발달과 같은 과학기술이 우리가 살아가는 사회에 미친 영향은 다양하다. 인류 문명이 발달하는 과정에서 과학의 유용 성은 중요한 역할을 해 왔으며, 기술의 발달로 과학적 원리가 더욱 발전함 에 현대 사회와 미래 사회에 적용할 수 있는 과학기술의 영향은 지대해지고 있다. 이와 관련하여 탄소 동소체를 알아보고자 한다. 주요 수업 개요 동소체란 같은 원소로 이루어져 있지만 모양과 성질이 다른 물질을 일컫 는다. 탄소 동소체에는 흑연, 다이아몬드, 탄소나토튜브(CNT), 풀러렌, 그래 핀이 있다. 흑연과 다이아몬드가 탄소로 이루어져 있다는 사실은 일찍 알려 졌다. 연구가 진행되면서 탄소 동소체인 풀러렌이나 탄소나노튜브(CNT), 그 래핀이 발견되어 이것들의 활용성에 과학자들은 많은 관심을 가지고 있다. 이번 학습에서는 전문가에게서 탄소 동소체에 대한 개념을 배우고, 그것 의 활용성에 대해서도 함께 알아보며, 더불어 진로지도의 기회를 갖고자 한 다. 1차시 : 원자를 찾아서 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 원자의 변신은 무죄 3차시 : 풀러렌, 그래핀, 흑연, 다이아몬드의 원자 구조 4차시 : 흑연 피아노 건반 5차시 : 진로지도 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 Ⅱ. 차시별 지도안 차시 학습 과정 교수-학습 활동 ■ 학습 목표 제시 ▶ 1차시 학습 목표를 인지하게 한다. 도입 (5분) 학습자료 및 유의점 [첨부1] ■ 동기유발 [첨부2] ▶ 선수 학습 확인 ■ 현대 원자론의 형성 과정 설명 전개 1차시 (35분) ■ 활동지(질문지) 정리 ■ 활동지(질문지) 발표 ■ 학습 내용 정리 ▶ 유튜브 동영상 시청 : “A boy and his atom” 정리 (5분) ■ 형성평가 [첨부3] ■ 차시 예고 ▶ 주기율표에서 6번째 원소, C [첨부1] 학습 목표 1. 모든 물질이 원자로 이루어져 있음을 설명할 수 있다. 2. 원자 개념의 역사적 형성 과정을 말할 수 있다. [첨부2] 동기유발 1. 다음은 고대 철학자의 물질을 이루는 기본 성분에 관한 주장이다. 탈레스 (BC 624 ~ BC 546) 아리스토텔레스 (BC 384 ~ BC 322) 모든 물질의 근원은 물이다. 모든 물질은 물, 불, 공기, 흙의 4가지의 조합으로 이루어져 있다. 위의 두 철학자의 주장에 대한 자신의 생각을 자유롭게 써서 발표해 보세요. 2. < O, X 퀴즈 > ① 물질을 이루는 기본 성분을 원소라고 한다. ( O ) ② 산소, 수소, 금, 철은 원소이다. ( O ) ③ 연필심과 다이아몬드는 구성 원소가 같다. ( O ) ④ 물은 수소와 산소로 분해되므로 원소가 아니다. ( O ) ⑤ 한 종류의 원소는 한 가지 물질만 구성할 수 있다. ( X ) [첨부3] 형성평가 1. 1905년 아인슈타인이 원자와 분자의 존재를 증명한 현상은? (브라운 운동) 2. 원자의 존재를 믿지 않았던 오스트리아 물리학자 마흐에 대한 자신의 견해는? - 3 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 ■ 학습 목표 제시 도입 (5분) 학습자료 및 유의점 [첨부1] ▶ 2차시 학습 목표를 인지하게 한다. ■ 동기유발 [첨부2] ▶ 선수 학습 확인 ■ 원자, 분자, 고체 용어 정리 2차시 전개 (35분) ■ 탄소, 탄소 동소체 용어 정리 및 종류, 특성, 적용 ■ 활동지(질문지) 정리 ■ 활동지(질문지) 발표 ■ 학습 내용 정리 정리 ■ 형성평가 (5분) ■ 차시 예고 [첨부3] ▶ 결정 구조 모형 키트, 전자 오르간 키트 [첨부1] 학습 목표 1. 물질을 이루는 입자로서 원자와 분자를 구별할 수 있다. 2. 탄소 동소체의 예와 특성을 말할 수 있다. [첨부2] 동기유발 1. 원소와 원자를 구분해 보자. 예를 들어, 과일 바구니 속에 사과 3개, 오렌지 4개, 감 5개가 있다고 할 때, 원소와 원자를 과일과 대응하여 비교해 보시오. (과일 종류 vs. 원소 / 과일 낱개 vs. 원자) 2. 머리카락의 두께가 약 0.1mm라고 한다. 머리카락 두께의 길이에 수소 원자를 나란히 놓는다면 몇 개 의 수소 원자가 필요할까? (자유롭게 발표하게 한다 / 대략 100만 개) [첨부3] 형성평가 1. 탄소 동소체에는 어떤 물질이 있는가? (흑연, 다이아몬드, 풀러렌, 탄소나노튜브, 그래핀) 2. 흑연과 다이아몬드의 전기적 특성의 차이는? (전기가 통한다 vs. 전기가 통하지 않는다) 3. 다이아몬드, 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌의 강도를 강철과 비교하면? (같은 두께의 강철보다 단단하다) - 5 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 ■ 학습 목표 제시 도입 (5분) 학습자료 및 유의점 [첨부1] ▶ 3,4차시 학습 목표를 인지하게 한다. ■ 동기유발 [첨부2] ▶ 선수 학습 확인 ■ 활동1 ▶ 결정 구조 모형으로 한 가지 또는 두 가지 원소로 이루어진 분 자 조립 ▶ 모둠별 발표(준비물을 이용하여 조립할 수 있는 분자들에는 어떤 3,4차시 전개 (80분) 것들이 있나) ■ 활동2 ▶ 결정 구조 모형으로 탄소 동소체 조립(각 모둠별 1~2개) ▶ 모둠별 발표(구조적 특징을 말해보기) ■ 활동3 ▶ 전자 오르간 키트 조립 ▶ 모둠별 발표(전자 오르간 연주) ■ 활동 내용 정리 정리 (5분) ■ 차시 예고 ▶ 진로지도 [첨부1] 학습 목표 1. 물질의 기본 단위인 원자들이 또 다른 원자와 결합하여 분자를 이룰 수 있음을 이해하고, 다양한 분자 모형을 만들 수 있다. 2. 동일한 탄소 원자라도 다양한 구조적 형태로 결합할 수 있으며, 그에 따라 서로 다른 특성을 가지는 물 질이 된다는 것을 말할 수 있다. 3. 탄소로 이루어진 흑연을 이용하여 길이에 따라 서로 다른 음을 내는 피아노 건반을 만들 수 있다. 4. 흑연 건반의 길이에 따라 전류의 흐름이 달라지는 특성을 말할 수 있다. [첨부2] 동기유발 1. 자신이 알고 있는 간단한 물질의 화학식을 발표해 보자. (H2O, H2, CO2, NH3 등) 2. 자신이 알고 있는 간단한 분자의 형태는 어떨지 상상해서 발표해 보자. (자유롭게 발표하게 한다.) 3,4차시 학습자료 3,4차시 학생 활동지 활용 - 7 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 ■ 학습 목표 제시 도입 (5분) 학습자료 및 유의점 [첨부1] ▶ 5차시 학습 목표를 인지하게 한다. ■ 동기유발 [첨부2] ▶ ‘나’에 대한 질문 ■ 영화 및 드라마 속 다양한 직업의 세계 ■ 전남대학교 학과 소개 5차시 ■ 이공계 전공을 선택했을 때 가능한 진로 소개 전개 (38분) ■ 물리의 다양한 전공 분야들 소개 ■ 생각해 보기 ▶ 나에 대하여 떠오르는 생각들을 마인드맵으로 나타내기 ▶ 발표하기 정리 ■ 활동 내용 정리 (2분) [첨부1] 학습 목표 1. 영화나 드라마 속에 등장하는 다양한 직업을 말할 수 있다. 2. 지역 사회에 있는 대학교 학과와 이공계를 선택했을 때의 진로에 대해 말할 수 있다. 3. 자기 자신에 대한 이미지나 기대, 자신의 특징 등을 구체화함으로써 앞으로 어떠한 진로를 택하는 것이 좋을지 말할 수 있다. [첨부2] 동기유발 1. 나는 어떤 사람인가? (예: 혼자 있기를 좋아한다) 2. 나는 무엇을 할 때 즐거운가? (예: 글을 쓰는 것이 재미있다) 3. 나는 어떤 삶을 살고자 하는가? (예: 정시 출퇴근을 할 수 있는 직업인의 삶, 일반적인 기준에서 벗어 나더라도 몸과 마음이 자유로운 삶) - 8 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 해치지 않아 천문학 전남대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 해치지 않아 천문학 이름 주요 과목 과학(중학교 3학년 과학) 관련 과목 지구과학 Ⅰ STEM 요소 S, T, E, T 관련 단원 Ⅶ. 별과 우주 – 3. 은하와 우주 관련 Ⅲ. 우주 – 1. 별의 특성과 진화, 단원 2. 우주의 구조와 진화 지역 개발 차시 6 보조 주 개발자 개발자 - 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체에 대해 알아보고, 우주 탐사에 관련된 직업을 탐구함으로써 우주에 대한 호기심을 키우고 천문학 및 관련 직업 을 친숙하게 느끼도록 한다. - 성운, 성단, 은하 등의 이미지를 보며 나름의 기준을 세워 분류해보고, 주요 수업 개요 실제 과학자들이 분류한 것과 비교하여 공통점 및 차이점을 분석한다(과 학적 탐구). - 대형망원경인 천체망원경 관측시 적응광학기술을 사용하여 잡음을 제거 한 정확한 자료를 얻는 원리, 중력파 관측소의 관측원리를 알게 한다(기 술-공학적 과정). - 빛의 속력으로 이동하는 거리 개념을 계산하여 간접적으로나마 우주, 은 하, 성운, 성단, 태양계 등의 크기를 확인한다(수학적 사고 활동). 1차시 지구, 방향 알아보기 2차시 거리, 크기, 시간 감각 기르기, pc(파섹), 광년, AU 차시별 3차시 은하의 종류 분류하기, 은하의 진화 과정 추측 주요내용 4차시 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체(성운, 성단) 분류 5차시 블랙홀, 우주 팽창(빅뱅 이론), 천문학 6차시 과거, 현재 그리고 미래의 우주개발 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 1. STEM 생각교실 프로그램 개요 교과군 중심교과목 학교급 학년 과학 지구과학 중학교 3학년 수업 모형 발견학습 수업 주제 해치지않아 천문학 수업 단원 VII. 별과 우주 중심 교과목 관련 교육과정 영역 핵심개념 내용요소 우리은하의 모양과 구성 천체 우주 일반화된 지식 성취기준 관련탐구활동 우주의 구조와 진화 우주팽창 우주 탐사 성과와 의의 우리은하는 별, 성간물질 등으로 구성된다. 우주는 다양한 은하로 구성되며 팽창되고 있다. 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체를 설명할 수 있다. 우주가 팽창하고 있음을 모형으로 설명할 수 있다. 우주 탐사의 의의와 인류에게 미치는 영향을 조사하여 발표할 수 있다. 우리은하 구성 천체 분류하기 은하의 진화과정 분류하기 평가방법 관찰평가 STEM 요소 과학적 탐구 1“(초) = 1 pc(파섹) = 3.26 광년 = 206,265 AU (S) 천체의 분류, 우주팽창, 우주개발 기술·공학적 과정 주파수 측정기 사용 (T/E) 스텔라리움 프로그램 사용 우주의 크기를 pc(파섹), 광년, AU 등 다양한 단위 이용하여 비교 수학적 사고 활동 1“(초) = 1 pc(파섹) = 3.26 광년 = 206,265 AU (M) 같은 거리를 다양한 속력으로 갈 때 시간 비교 은하와 블랙홀 질량 관계 그래프 분석 - 1 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 2. 교사용 지도안 단원 VII. 별과 우주 1/6차시 우주는 상상하면 할수록 더 신기하고 재미있는 곳! 학습 목표 수업단계 차시 생각해보고 질문해보기! 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 프로그램 도입 ◾ STEM의 용어와 의미를 소개한다. ◾ 프로그램 내에서 다루게 될 내용을 안내한다. (1차시) 친해지기: ‘생각’과 / 작은 지구와 - (2차시) 친해지기: 큰 지구와 / 우주와 - (3차시) 은하, 네 이름은? - (4차시) 우 리은하와 아이들 - (5차시) 넘의 은하와 아이들 - (6차시) 우 주 고 투 더 우주 도입 (20분) ◎ 동기 유발 (아이스브레이킹) ◾ 최근에 언제 생각해봤는지, 어떤 생각을 했는지 질문한다. ◾ 궁금해하고 질문을 만들어내는 사람이 성장할 수 있는 것이라고 설명하며 질문하고 생각할 수 있는 분위기를 조성한다. ◾ 선생님을 당황할 만한 질문을 만들어 포스트잇에 적고, 질문을 살펴보며 답한다. 1차시 ◾ 과학에 대한 학생들의 생각 알아보고, 과학적 사고에 대해 설명 한다. ◎ 탐색 활동 / 방향과 생각해보기 ◾ 교실에서 동서남북 방향을 찾아본다. (해 뜨고 지는 방향 생각) 전개 (20분) ◾ 학교는 어느 쪽을 바라보고 지었을지 물어보고 지도로 확인한 다. ◾ 지도로 건물들이 남향임을 확인하고, 왜 남향일지 생각해본다. ◾ 기차나 버스 좌석 선택, 일출, 일몰, 비행기 항로에 따라 보고 싶은 풍경 등 방향 감각이 실생활에 활용됨을 확인한다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 질문 받고, 생각하는 연습을 통해 ‘할 수 있음’과 ‘재미있음’을 정리 깨닫게 한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 큰 지구, 우주와 친해지기에 대해 학습할 것을 예고한다. - 3 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 학습 목표 수업단계 차시 2/6차시 우주를 느끼기 위해 거리, 크기, 시간에 대한 감각을 기른다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 동서남북 도입 (10분) ◎ 동기 유발 ◾ 차원에 대해 질문하고, 0~4차원을 설명한다. ◾ 우리가 살고 있는 세상은 몇 차원인지, 자동차는 몇 차원에서 움직인다고 할 수 있는지 생각해본다. ◾ 2차원 지도에서 3차원으로 생각해본다. ◎ 탐구 활동 / 북반구와 남반구 일주권과 계절 변화 ◾ 북반구와 남반구는 해가 어떻게 이동하는지 생각해본다. (지구본 활용) ◾ 스텔라리움으로 북반구와 남반구의 일주권을 확인한다. ◾ 태양과 지구의 위치를 보고 계절의 변화를 생각해본다. 2차시 전개 (30분) ◎ 탐구 활동 / 크기 감각 ◾ 여러 가지 속력을 설명하고 빛의 속도가 어느 정도 일지 가늠해 본다. ◾ 같은 거리를 다양한 속력으로 갔을 때 걸리는 시간을 비교해본 다. ◾ 우리 나라, 지구, 달, 태양계의 거리를 느껴본다. 빛의 속도로 갔을 때 얼마나 오래 걸리는지 상상해본다. ◾ 연주시차 1 “(초)인 1 pc(파섹)의 거리가 얼마나 먼 거리인지 상 상해보고 느껴본다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 우주의 엄청난 크기를 가늠해보고 1 pc 이 얼마나 먼 거리인지 정리 (5분) 확인한다. ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. ◎ 다음 차시 예고 ◾은하에 대해 학습할 것을 예고한다. - 4 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 학습 목표 수업단계 차시 3/6차시 천체 사진을 분류하고 은하의 진화 과정을 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 차원, 빛의 속도, 태 도입 (10분) 양계 거리, 1 pc ◎ 동기 유발 ◾ 우주에서 가장 다양한 모습을 가지고 있는 아름다운 예쁜 천체 를 살펴보자. ◎ 탐구 활동 / 은하 분류 후 진화 과정 추측하기 ◾ 천체 사진을 살펴보고 구분 기준을 비슷한 천체끼리 모아서 특 징을 정해본다. ◾ 진화 과정을 젊은 별(푸른색)과 늙은 별(붉은색)을 색깔을 이용 해서 추측해본다. 3차시 전개 (30분) ◾ 조별로 구분 기준, 진화 과정, 그렇게 생각한 이유에 대해 발표 한다. ◎ 개념 도입 / 은하의 종류와 진화 과정 ◾ 나선 은하, 막대나선 은하, 타원 은하, 합병 은하, 불규칙 은하 사진을 보고 특징을 이야기해본다. ◾ 모양과 색깔 등 은하의 특징을 가지고 진화 순서를 추측해본다. (불규칙 은하 → 막대/나선은하 → 타원은하) ◎ 학습 내용 정리 ◾ 은하의 진화 과정을 간단히 설명한다. 정리 ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 우리 은하에 대해 학습할 것을 예고한다. - 5 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 학습 목표 수업단계 차시 4/6차시 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체를 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 은하의 진화 과정 ◎ 동기 유발 도입 (10분) ◾ 생각하기 스트레칭 퀴즈 – 3차원에서 생각해보기 곰 한 마리가 집에서 나와 남쪽으로 5km 갔다가 서쪽으로 5km 갔다 가 다시 북쪽으로 5km 갔더니 집에 도착했다. 이 곰의 색깔은? (북 극곰) ◾우리가 밤에 볼 수 있는 하늘의 방향을 생각해보며 계절마다 볼 수 있는 별자리가 다름을 확인한다. ◎ 탐색 활동 / 우리가 밤에 볼 수 있는 하늘의 방향은? ◾ 천체 사진을 살펴보고 구분 기준을 비슷한 천체끼리 모아서 특 징을 정해본다. ◾ 진화 과정을 젊은 별(푸른색)과 늙은 별(붉은색)을 색깔을 이용 해서 추측해본다. 4차시 전개 (30분) ◾ 조별로 구분 기준, 진화 과정, 그렇게 생각한 이유에 대해 발표 한다. ◎ 개념 도입 / 은하의 종류와 진화 과정 ◾ 나선 은하, 막대나선 은하, 타원 은하, 합병 은하, 불규칙 은하 사진을 보고 특징을 이야기해본다. ◾ 모양과 색깔 등 은하의 특징을 가지고 진화 순서를 추측해본다. (불규칙 은하 → 막대/나선은하 → 타원은하) ◎ 학습 내용 정리 ◾ 은하의 진화 과정을 간단히 설명한다. 정리 ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 우리 은하에 대해 학습할 것을 예고한다. - 6 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 5/6차시 우리은하의 바깥 천체에 대해 설명할 수 있다. 학습 목표 수업단계 차시 우주가 팽창하고 있음을 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 우리은하 속 천체 도입 (10분) ◎ 동기 유발 ◾ 여러 천체 사진들에서 블랙홀 사진을 찾아본다. 모든 은하 중심 에는 블랙홀이 있다. 블랙홀이란? ◎ 탐색 활동 / 블랙홀 ◾ 사건의 지평선 망원경으로 관측한 블랙홀의 특징, 질량, 크기를 알아본다. ◾ 블랙홀-은하 공동진화이론 그래프를 보고 알 수 있는 내용을 찾 아본다. ◾ 중력파, 중력렌즈 효과를 간단히 알아본다. 5차시 전개 (30분) ◎ 탐구 활동 / 우주의 팽창 ◾ 우주배경복사를 알아본다. ◾ 구급차가 다가올 때와 멀어질 때의 주파수를 주파수 측정기를 통해 비교해보고, 적색편이가 일어났을 때 관측자와 물체의 거리가 멀어짐을 알 수 있다. ◾ 우주배경복사가 전체적으로 전방향으로 멀어지고 있음이 관측되 고 이것이 빅뱅 이론을 뒷받침함을 알 수 있다. ◎ 프로 천문학과 아마추어 천문학에 대한 설명과 관련 진로 안내 ◎ 학습 내용 정리 ◾ 블랙홀과 우주팽창을 간단히 설명한다. 정리 ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 우주 개발에 대해 학습할 것을 예고한다. - 7 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 행성의 운동 분석 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 행성의 운동 분석 이름 주요 과목 물리II 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 힘과 운동/시공간과 운동/천체의 운동 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 관측결과를 바탕으로 행성의 겉보기 운동을 그래프로 나타내고 나타나는 주요 수업 현상에 대해 분석한다. 관측이 가능한 회합주기의 개념을 바탕으로 행성의 개요 공전주기를 계산한다. 회합주기와 장반경을 비교하여 관계를 찾아내고 AI(지도학습: 회귀분석)을 통해 케플러 3법칙(조화의 법칙)을 찾아낸다. 차시별 1차시 움직이는 관찰자가 관측하는 운동에 대해 알아보자 2차시 여러 행성의 운동을 그래프로 나타내보자 3차시 케플러 법칙과 회합주기에 대해 알아보자 4차시 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계를 알아보자 주요내용 (키워드 위주) (물리) 행성의 운동분석 교사용 STEM 생각교실 (고) 행성의 운동 분석 주제 관측 결과를 통해 행성의 운동 분석 2015 개정 교육과정 고등학교 1학년, 2학년, 3학년 적용 학년 영역: 핵심개념 케플러 법칙/회합주기/회귀분석 과학기술 적용 데이터를 활용하는 우주 항공 분야에 적용 응용 분야 우주, 항공, 주기운동 관련 데이터 처리 -요하네스 케플러(1571~1630)가 살아있던 시대로 돌아가 관측 결과로 부 터 얻어낼 수 있는 자료들을 분석하고 자연의 원리를 현대적인 방법으로 찾아낸다. -관측결과를 바탕으로 행성의 겉보기 운동을 그래프로 나타내고 나타나 프로그램 개요 는 현상에 대해 분석한다. -관측이 가능한 회합주기의 개념을 바탕으로 행성의 공전주기를 계산한 다. -회합주기와 장반경을 비교하여 관계를 찾아내고 AI(지도학습 회귀분석) 을 통해 케플러 3법칙(조화의 법칙)을 찾아낸다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 움직이는 관찰자가 관측하는 운동에 대해 알아보자 2차시 여러 행성의 운동을 그래프로 나타내보자 3차시 케플러 법칙과 회합주기에 대해 알아보자 4차시 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계를 찾아 가는 프로그램을 제작하자 충북대학교 과학영재교육원 - 12 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 1차시: 움직이는 관찰자가 관측하는 운동 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ Ÿ Ÿ 등속원운동을 설명할 수 있다. 원운동하고 있는 관측자의 관측 결과를 설명할 수 있다. 주기와 반지름의 개념을 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 1차시 [개념 도입] 움직이는 관찰자가 관측하는 운동 ◆ 밤하늘에 별들을 보면 시간이 지남에 따라 곡선으로 휘어짐을 관찰 할 수 있다. 현대에는 이미 밝혀진 다양 한 자연법칙들로 우주의 천체들의 운동을 자세히 분석 할 수 있다. 그렇다면 과거에 과학자들은 어떠한 방법 으로 자연법칙들을 찾아갈 수 있었던 걸까? 그 시대의 어려움에 대해 이해하기 위해 요하네스 케플러 (1571~1630)가 살아있던 시대로 돌아가 관측 결과들로 알아낼 수 있는 사실에 대해 살펴 보자 ◆ 움직이는 관찰자의 시점에서 본 물체들의 운동을 설명해 보자. - 발산적 사고를 통해 학생들의 다양한 답변을 할 수 있도록 한다. - 운동하는 물체와 정지한 물체를 움직이는 관찰차가 관찰하였을 때 의 차이 점에 대해 생각해볼 수 있도록 유도 한다. - 정지한 물체의 관찰결과와 운동하는 물체의 관찰결과를 비교하여 운동하는 물체의 운동에 대해 얻을 수 있는 정보에 대해 생각해 볼수 있도록 한다. - 18 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 2차시: 여러 행성의 운동 관측자료 변환 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 데이터를 변환하여 시각적 자료로 나타낼 수 있다. § 그래프에서 행성의 운동의 특징에 대해 설명할 수 있다. § 천체의 특이한 운동의 원인에 대해 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 데이터를 변환하여 시각적 자료 만들기 ◆ 같은 시각 같은 위치에서 행성의 위치를 적경과 적위로 나타낸 데이터를 보고 어떻게 변환하여 시각적으로 나타낼지 설명해보자. - 적경과 적위의 단위(시각, 분각)에 대해 설명하고, 단위의 특징을 살려 시각화 시킬 수 있는 방법을 찾을 수 있도록 지도한다. - 20 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 3차시: 케플러 법칙과 회합주기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회합주기와 행성주기의 연관성에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 케플러 법칙을 설명할 수 있다. Ÿ 외행성과 내행성의 장반경을 설명할 수 있다. Ÿ 회합주기를 통해 행성의 주기를 계산할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 변환한 데이터에 과학적 개념 도입 ◆ 케플러법칙과 회합주기에 대해 아는대로 설명해보자. - ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회합주기의 내용에 대해 이해할수 있도록 지도한다. - 회합주기를 이용할 수 있는 이유에 대해 행성의 공전주기보다 직관적임을 설명 한다. - 22 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 활동지 4차시: 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회귀분석의 원리를 설명할 수 있다. Ÿ 로그함수의 특징을 설명할 수 있다. Ÿ 행성의 주기와 장반경의 데이터를 바탕으로 주기와 장반경 사이의 관계를 찾아낼 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적산출물] 행성의 주기와 장반경 사이의 관계를 찾아가는 프로그램 제작 ◆ 회귀분석과 로그함수에 대해 아는대로 설명해보자. ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회귀분석과 로그함수의 개념을 이해할 수 있도록 지도하고 이를 정리하여 설명할 수 있도록 지도한다. - 24 -