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신청시 공개
고등/2~3학년/과학 일반/물리학 Ⅰ
충북대학교 과학영재교육원S,T,E,M,I
STEM+I 생각교실 운영 사업
교육 프로그램
2022
AI를 활용한 물리학
발달과정의
재해석-알파입자 산란실험
충북대학교 과학영재교육원
2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램
프로그램 개요
충북대학교
과학영재교육원
기관명
구분
(신규/수정보
완)
신규
ai를 활용한 물리학 발달과정의 재해석
프로그램명
(원자의 형태-알파 입자 산란실험)
주요 과목
물리
관련 과목
지구과학,물
주요 단원
주요
적용
학년
고2/고3
개발차시
4
전기력과 원자
수학, 정보,
관련 단원
리
STEM+I
S, T, E,
요소
M, I
적용 지역
주 개발자명
주요 수업
개요
차시별
주요내용
(키워드 위주)
러더퍼드 알파입자 산란 실험을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석하고 결과
를 바탕으로 알파 입자 산란 실험의 이론과 비교하여 심도 있게 이해한
다.
1차시: BB탄 총알로 과녁 맞추기 활동을 통한 알파입자 산란 실험 이해
2차시: 알파 입자 산란 실험의 발달 과정 및 이론 이해
3차시: 알파 입자 산란 실험 시뮬레이션을 통한 데이터 수집
4차시: 데이터 분석 및 기초 인공지능 기법을 활용한 분석
[물리) AI를 활용한 물리학 발달과정의 재해석-알파입자 산란 실험 분석
(7) 교수-학습 과정의 전개
1차시: BB탄 총알로 과녁 맞추기 활동을 통한
학생용
알파입자 산란실험 이해
활동지
수업일
(
) 학년
(
) 반
이름
모둠
[학습 목표]
Ÿ
알파입자 산란 실험과 bb 탄 과녁 맞추기 활동의 유사성을 설명할 수 있다.
Ÿ
쿨룽 법칙에 대해 설명할 수 있다.
Ÿ
알파입자와 원자핵의 상호작용을 설명할 수 있다.
[실험 안전 유의사항]
§
BB탄 권총을 사용할 때 전방에 사람이 있는지 확인하고 사용한다.
§
과녁이외에 다른 곳에 BB탄을 사용하지 않는다.
§
장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다.
1차시
[개념도입] 알파입자 산란실험에 대해 알아보자
◆ 원자의 구조에 대한 개념 역사적으로 다양한 개념들로 발전해왔다. 개념 전 과정 중 원
자핵의 존재에 대해 알게되며 톰슨(J.J.Thomson,1856-1940) 의 원자모형에서 러더퍼드
(E.Rutherford,1971-1937)의 원자모형으로 발전하게 되는 과정을 자세히 들여다보도록 하자.
◆ BB탄 권총을 이용하여 500원 동전 크기의 쇠구슬 과녁을 향해 BB탄을 발사해보고 운동
에 대해 설명해보자.
- 발산적 사고를 통해 학생들의 다양한 답변을 할 수 있도록 한다.
- BB탄 권총을 사용할 때 안전사고가 나지 않도록 주의한다.
- 흥미 유발을 위해 학생들이 과녁을 맞추면서 다양한 게임을 진행한다.
- 18 -
[물리) AI를 활용한 물리학 발달과정의 재해석-알파입자 산란 실험 분석
2차시: 알파 입자 산란 실험의 발달 과정 및
학생용
이론 이해
활동지
수업일
(
) 학년
(
) 반
이름
모둠
[학습 목표]
Ÿ
원자모형의 개념 발달 과정을 대략적으로 설명할 수 있다.
Ÿ
알파입자 산란실험의 원리에 대해 설명할 수 있다.
Ÿ
산란되는 입자들의 운동에 대해 설명할 수 있다.
Ÿ
각운동량 보존에 대해 설명할 수 있다.
[실험 안전 유의사항]
§
전자기기를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다.
§
장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다.
§
칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다.
2차시
[탐구및개념확장] 알파입자 산란실험의 원리
◆ 자신이 알고 있는 원자의 모형을 설명해보자.
- 발산적 사고를 통해 학생들의 다양한 답변을 할 수 있도록 한다.
- 원자의 모델 개념이 발달하게 된 역사적인 배경을 설명하면서 흥미를 유발한다.
- 원자모형에 대해 잘 이해하고 있는 학생은 1차시에 진행했던 활동과 연관지어 생각할
수 있도록 지도한다.
- 20 -
[물리) AI를 활용한 물리학 발달과정의 재해석-알파입자 산란 실험 분석
3차시: 알파 입자 산란 실험
시뮬레이션을 통한 데이터 수집
학생용
활동지
수업일
(
) 학년
(
) 반
이름
모둠
[학습 목표]
Ÿ
산란 실험 시뮬레이션에서 실험 변인을 찾아낼 수 있다.
Ÿ
실험결과를 변환하여 결론을 도출할 수 있다.
Ÿ
산란각과 입자수 사이의 관계를 결과를 통해 찾아낼 수 있다.
3차시
[과학기술 적용]
시뮬레이션을 통한 실험 결과 도출
◆ 알파입자가 원자와 상호작용하여 운동하는 모습에 대해 설명해보자.
- 발산적 사고를 통해 학생들의 다양한 답변을 할 수 있도록 한다.
- 2차시에 진행했던 두전하 사이의 관계에 대해 잘 알고 있는 학생은 여러 입자와 상호
작용하는 경우를 생각해보도록 지도한다.
- 입자 수가 많아져 통계적으로 판단해야 될 경우를 소개한다.
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[물리) AI를 활용한 물리학 발달과정의 재해석-알파입자 산란 실험 분석
학생용
활동지
4차시: 데이터 분석 및 기초 인공지능 기법을 활용한 분석
수업일
(
) 학년
(
) 반
이름
모둠
[학습 목표]
Ÿ
회귀분석의 원리를 설명할 수 있다.
Ÿ
실험 데이터를 변환하여 새로운 변인을 찾아낼 수 있다.
Ÿ
산란각과와 입자수의 데이터를 바탕으로 핵의 크기를 간접적으로 찾아낼 수 있다.
4차시
[공학적산출물] 핵의 크기를 간접적으로 찾아가는 프로그램 제작
◆ 회귀분석 대해 아는 대로 설명해보자.
※참고자료를 바탕으로 학생들이 회귀분석을 이해할수 있도록 지도한다.
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