STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 저항의 연결과 주택 조명 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 주요 과목 구분 (신규/수정보 완) 주택의 조명과 전기 회로 과학 관련 과목 주요 단원 신규 주요 적용 학년 중2 개발차시 4 전기와자기/ 전기 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 직렬 회로와 병렬 회로의 특징을 비교해보며 그 원리를 탐구하고 나아가 3로 스위치의 원리를 이해한다. 이해한 원리를 바탕으로 실생활에서 어떻 주요 수업 게 쓰이는지 조사하고 최종적으로 직접 회로를 설계해봄으로써 전기회로 개요 에 대한 심층적 이해를 목표로 한다. 활동을 통해 과학적 원리가 실생활 과 유리되어있지 않음을 몸소 체험하고 과학에 대한 긍정적 태도와 흥미 를 유발할 수 있을 것이다. 1차시: 직렬 연결과 병렬 연결을 관찰하고 전류와 전압을 측정해 본다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: 직력과 병렬 연결 회로에 스위치를 추가하여 스위치의 역할을 이 해한다. 3차시: 3로 스위치의 개념을 추가하여 직접 회로를 구성하여 작동해본다. 4차시: 집 모형을 구성하여 집에 전기 회로를 구성해본다. (물리) 저항의 연결과 주택조명 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 꼬마전구의 연결 방법과 밝기의 관계 비교 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 전기 회로의 의미를 이해한다. Ÿ 전기 저항의 의미 [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] 꼬마전구의 연결 방법과 밝기의 관계 비교 ◆ 조명은 집 안에서 생활하는데 필수적인 도구이다. 실내에서 책을 읽거나 다른 활동을 위해서 여러 가지 종류의 조명을 이용한다. 특히, 현대에는 조명을 단순히 밝게 보기 위한 도구로 사용할 뿐만 아니라 인테리어에 활용하여 집 안을 아름답게 보일 수 있도록 이용하고 있다. 집 안에서 사용하는 조명의 종류와 그 활용 방법 에 대해 생각해보자. 조명기구 종류 활용 방법 - 18 - (물리) 저항의 연결과 주택조명 학생용 2차시: 스위치의 연결 방법 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회로에서 스위치의 역할을 이해한다. Ÿ 회로의 연결 방법에 따른 스위치의 연결 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. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 스위치의 연결 방법 ◆ 꼬마전구 회로에서 스위치 1개를 전구와 전지 사이에 직렬로 연결하고, 스위치의 작동 을 조사해보자. ◆ 꼬마전구 회로에서 스위치 1개를 전구와 전지 사이에 병렬로 연결하고, 스위치의 작동 을 조사해보자. - 21 - (물리) 저항의 연결과 주택조명 학생용 3차시: 3로 스위치의 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 여러 종류의 스위치의 활용을 이해한다. Ÿ 3극 스위치의 활용 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. 3차시 [과학기술 적용] 3극 스위치의 이해 ◆ 전기회로에 사용되는 여러 종류의 스위치에 대해서 조사해보자. ◆ 꼬마전구 1개가 연결된 회로에서 3극 스위치를 이용하여 전구를 켜고 끄는 연결방법을 조사해보자. - 23 - (물리) 저항의 연결과 주택조명 학생용 4차시: 주택 조명과 전기 회로 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 주택의 조명에서 밝기에 맞추어 여러 전구를 사용하는 방법을 알아보자. Ÿ 주택의 전기를 차단하는 방법에 대하여 알아보자. Ÿ 내부와 외부에서 같이 켜고 끌 수 있는 스위치에 대하여 알아보자. [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] 주택 조명과 전기 회로 ◆ 주택의 내부에서 여러 개의 전등을 사용할 때, 필요한 전등만 사용할 수 있는 조명 배선 방법을 고안하고 제작한 후 토의해보자. ◆ 주택의 전기 안전관리를 위하여 일시에 모든 전기를 차단할 수 있는 배선 방법을 고안 하고 제작한 후 토의해보자. - 25 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 전자기유도 가천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 가천대학교 프로그램명 (신규/수정보완 ) 신규 전자기 유도 주요 과목 과학, 수학 주요 단원 관련 과목 공학 관련 단원 Science: 전기와 주요 적용 학년 중2,3 개발차시 4 1단원 전기와 자기 2단원 전류와 자기장 자기, 전자기 유도 STEM+I 요소 Technology: 전자기기, 신재생 에너지, 무선충전 적용 지역 Engineering: 전기 회로 Mathematics; 변화량, 변화율, 기초 미적분 보조 주 개발자명 개발자 Ÿ 전기와 자기적 현상에 대한 이해를 바탕으로 전자기 유도 현상에 대하 여 알아본다. 주요 수업 개요 Ÿ 전자기 유도 현상을 이해하고 이를 이용한 장치들의 원리를 알아본다. Ÿ 무선 충전 장치를 제작하여 전자기 유도 현상을 체험하고, 발전기의 원 리를 이해한다. Ÿ 도체와 자석의 상대적 운동에서 전자기 유도에 의한 자기저항력과 자 석의 운동 특징을 알아본다. 1차시: 전기와 자기적 현상과 그 특징 이해하기 2차시: 전자기 유도 현상과 이를 이용한 장치 및 발전기의 원리를 알아본 차시별 다. 주요내용 (키워드 위주) 3차시: 무선 충전 장치를 제작하고 그 작동원리를 알아봄으로써 전자기 유 도 현상을 이해한다. 4차시: 전자기 유도에 의한 자기저항력의 원리와 특성에 대하여 알아본다. ◈ 전하와 전기력         _ +       + +   https://phet.colorado.edu/ko/simulations/faradays-law ◈ 전자기 유도 • 고리를 통과하는 자기선속 =(고리의 단면적)ⅹ(고리를 통과하는 자기장 세기) • 고리를 통과하는 자기선속이 변화할 때 고리에 기전력이 유도되어 고리에 전류가 흐른다 • 유도되는 기전력의 세기는 고리를 통과하는 자기선속의 시간에 대한 변화율에 비례한다 유도기전력∝ 유도전류 유도전류 자기선속의 변화량   변화에 걸린 시간 • 유도기전력의 방향은 자기선속 변화를 억제하는 방향 → ‘렌츠의 법칙’ ◈ 무선충전 원리 탐구 https://www.youtube.com/watch?v=u_pCCsN-L8Y ◈ 유도전류 측정 https://phet.colorado.edu/ko/simulations/faradays-law https://phet.colorado.edu/ko/simulations/faradays-law ◈ 맴돌이 전류와 자기 저항력 고리를 통과하는 자속 감소 고리를 통과하는 자속 증가 S N S N S N > > > > S 맴돌이 전류 (Eddy currents) N > > > > 유도전류 도체판 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 인천대학교 과학영재교육원 2020년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 인천대학교 과학영재교육원 프로그램 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 이름 주요 과목 중2 관련 단원 과학 관련 과목 수학2 관련 단원 STEM 요소 S, M 지역 개요 차시별 식의 계산 개발자 LED 회로 아트와 팝업 학습지를 통해 옴의 법칙과 저항의 연결의 과학적 원리를 재밌게 터득할 수 있다. 다양한 활동식 수업을 통해 과학적 탐구력뿐만 아니라, 수학적 사고력을 신장시킬 수 있다. 1차시 주의 집중을 위한 도입 2차시 수업의 목표 설정 3차시 기초 학습 4차시 심화 학습 주요내용 (키워드 위주) 유리수와 순환소수 보조 주 개발자 주요 수업 전기와 자기 8. 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 교재명 관련 교과 (단원) 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 중학교 2학년 과학 (Ⅱ. 전기와 자기) 중학교 2학년 수학 (Ⅰ. 수와 식) ⚬ LED 회로 아트를 통해 예술적으로 회로를 직접 설 계하며 어려운 과학 개념의 장벽을 낮출 수 있다. ⚬ 팝업 학습지를 이용하여 옴의 법칙과 저항의 연결 교육 목적 의 어려운 수학적 계산에 대한 학생들의 문제해결력 및 흥미를 유발할 수 있다. ⚬ 전기 관련한 직업을 소개함으로써 자신의 진로에 대해 고민하고, 과학 학습의 필요성을 깨달을 수 있다. ⚬ LED 회로 아트와 팝업 학습지를 통해 옴의 법칙과 저항의 연결의 과학적 원리를 재밌게 터득할 수 있다. 교육 목표 ⚬ 다양한 활동식 수업을 통해 과학적 탐구력뿐만 아 니라, 수학적 사고력을 신장시킬 수 있다. 교수학습 방법 n o n o o o o o o o o 강의 반복 연습 및 암송 직접 교수 책략기반 교육 내용영역에서 도움을 받는 교수 그래픽 조직체 (Graphic Organizer) 코칭 개념 달성 시네틱스 (Synectics) 실연/모델링 소크라테스식 질문 - 1 - n o n o o o n o o o 시각화 역할 놀이 협동학습 모의 재판 시뮬레이션 탐구기반 학습 문제해결 및 문제기반 학습 그림자 경험 (shadowing experience) 사사제 (Mentorship) 독립 연구 2. 교재 양식 인천대학교 과학영재교육원 Incheon Science Elite Program Tel: 032-835-4971~3, Fax: 032-835-4976 [심화] - 교사용 교재 - 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 교재개발자 : 옥련중학교 교사 표민희 개발년도 : 교육 대상 : 중등 공통과정 온라인교재 수업 시간 : ( 총 4 시간 ) 2021 학년도 < 교재 요약 > LED 회로와 팝업 학습지를 통해 옴의 법칙과 저항의 연결에 대한 물리적 원리 및 수학적 계 산 문제를 재밌게 해결할 수 있도록 구성 ▢ 관련 분야 및 내용 교과 분야 과학(물리) 내용 전기(옴의 법칙, 저항의 연결) 회로 연결 요소 S 수학 수와 식 M 미술 LED 회로 아트 A 진로 전기와 관련된 직업 탐색 - 2 - Ⅰ. 수업을 준비하며 1. 수 업 의 도 과학 교과는 동일한 주제의 내용, 핵심 아이디어(정수)를 모든 학년에서 동일하게 다루도록 조 직되는 경우가 많다. 다만, 학년이나 수준이 올라갈수록 더욱더 상세해지고 난이도가 높아지는 계열성을 갖고, 수직적으로 교육과정이 조직되어 있다. 따라서 중등 교육과정에서 과학적 개념 및 원리에 대한 정확한 이해가 이뤄지지 않는다면 상위 교육과정으로 올라갈수록 어렵게만 느 껴져 ‘과학은 어렵고 복잡한 학문’으로 생각하며 포기하는 경우가 발생한다. 중학생을 대상으로 설문조사를 한 결과 중학교 2학년 1단원인 ‘전기와 자기’ 단원을 가장 어 려워함을 알 수 있었다. 특히 옴의 법칙과 저항의 연결부분에서 물리적 원리와 수학적 사고력 을 함께 융합하여 이해해야 하는 부분에서 가장 많은 학생이 좌절하기 시작함을 알 수 있었다. 물리적 원리를 이해했다고 생각한 학생이 막상 관련 문제를 풀면 수학적 사고력 및 계산 능력 이 부족해 어려움을 겪고, 수학적 계산 능력에 자신 있다고 생각한 학생은 물리적 원리를 이해 하지 못해 역시 어려움을 겪고 있었다. 따라서 이 부분에 대한 학생들의 올바른 이해가 필요해 보인다. 또한, 전기 회로는 물리학뿐만 아니라 전기, 전자 등 공학 계열 등에서도 가장 기초가 되는 개 념이다. 특히 다양한 전기 소자가 전선으로 연결되어 어떻게 상호작용하느냐에 따라 완전히 다 른 결과물을 얻을 수 있다. 전기 회로에서 다루는 전류, 전압, 전기 저항과 이들 사이의 상호 관계인 옴의 법칙은 물리학에서 매우 중요하게 다루는 개념이다. 아래 표에서 볼 수 있듯이 중 학교에서 배운 개념이 고등학교 물리학Ⅰ, Ⅱ에서 심화되어 나온다. 따라서 옴의 법칙에 대한 과학적 원리를 올바르게 이해하고, 수학적 사고력을 바탕으로 계산 적 문제 풀이에도 쉽게 응용할 수 있도록 수업을 구성하는 것에 필요성을 느껴 이 교재를 개 발하게 되었다. 2. 수 업 주 안 점 전기와 자기에 대한 어려운 물리적 개념이 많이 등장하고, 수학적 계산 능력과 사고력도 필요 하므로 일반 설명 및 강의식으로 진행할 경우 학생들의 집중도가 현저히 떨어질 수 있다. 따라 서 전류계, 전압계 같은 큰 기구들 말고 개별적으로 쉽게 만들 수 있는 아기자기한 LED 회로 (아래 추가 설명 참조)와 팝업 학습지를 활용하여 학생들의 흥미를 유발하고 적극적으로 참여 하도록 구성되어 있다. 머릿속으로만 이해하는 것이 아닌 눈으로 보며 손으로 쓰는 ‘오감’을 이 용한 학습이 일어나도록 구성하여 ‘해야만 하는’ 실험이 아닌, ‘하고 싶은’ 활동이 가미된 수업 이 되도록 한다. 또한, 코로나 19 위기 상황에 걸맞게 모둠 활동이 아닌 개별적으로 진행할 수 있도록 수업을 설계하였다. - 3 - Ⅲ . 본 시 교 수 학 습 전 략 (전 개 과 정 ) 1. 1차 시 전 개 과 정 1) 본 시 수 업 의 흐 름 활동 학습 단계 형태 도입 상황 제시 교수-학습 활동 내용 및 주안점 • 동기유발 - 일상생활에서 활용되고 있는 전류, 전압, 저항의 예시에 대해 질문하며 동기유발 ⇩ 창의 · 인성 유추적 사고 확산적 사고 ⇩ • 오늘 할 활동 소개하기 - ‘LED 회로아트’의 다양한 활동 진행함을 소개하 흥미, 약속 며 흥미 유발 ⇩ 개념 도입 전개 및 창의 적 설계 • 전류, 전압, 저항 개념 복습 - ‘LED 회로아트’ 속 활용된 전류, 전압, 저항의 수렴적 사고 개념 복습 • 재밌는 체험식 활동을 통한 과학 개념 학습 유추적 사고 - ‘LED 회로아트’를 통해 전류, 전압, 저항의 관 확산적 사고 계가 어려운 수식이 아닌, 이해를 통해 받아들일 상상력, 몰입, 수 있도록 함 협동, 배려 - 변인을 조작하며 옴의 법칙에 대해 수식 없이 도 터득할 수 있도록 함 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 확산적 사고 - 활동내용 정리하기 - 다음 차시 예고하기 (흑연과 빨대 비유 실험) - 5 - 유추적 사고 2. 2차 시 수 업 1) 본 시 수 업 의 흐 름 활동 학습 단계 형태 교수-학습 활동내용 창의 · 인성 • 전시학습 - ‘띵커벨’을 활용해 전류, 전압, 저항에 대해 확인 도입 상황 제시 하기 흥미, 몰입 • 동기유발 - 일상생활 속 저항의 직렬, 병렬 연결에 대한 예 시 보여주며 동기 유발 ⇩ ⇩ • 본시 학습 목표 제시 - 저항의 직렬 연결과 병렬 연결의 쓰임새를 설 흥미, 몰입 명하고 비교할 수 있다 ⇩ • 저항의 연결 비유 실험 - 전류계, 전압계, 니크롬선 등과 같은 큰 실험기 전개 창의 적 설계 구들을 처음부터 제시할 경우 재미없고 어렵게 만 느껴질 수 있음 - 빨대를 이용하여 전류, 전압, 저항 체험하기 - 빨대를 직렬, 병렬로 연결할 때 어떤 차이가 있 는지 확인하며 저항의 직렬, 병렬 연결일 때 어 논리 · 분석적 사고 유추적 사고 상상력, 몰입, 책임, 약속 떤 관계인지 터득하도록 함 ⇩ 몰입, 흥미, • 관련 문제 풀어보기 - 빨대 비유 실험 정리하기 상상력, 논리 - 저항의 직렬, 병렬 연결일 때의 문제 풀어보기 분석적 사고 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 - 활동 내용 정리하기 - 다음 차시 예고하기 (대탈출 미션) - 8 - 확산적 사고 유추적 사고 3. 3∼ 4차 시 수 업 1) 수 업 흐 름 활동 학습 단계 형태 교수-학습 활동내용 창의 · 인성 - ‘띵커벨’을 활용해 옴의 법칙과 저항의 연결에 논리 · • 전시학습 도입 문제 제시 분석적 사고 대해 복습하기 • 동기유발 수렴적 사고 - 동영상을 보며 오늘 배울 내용에 대해 흥미를 유추적 사고 갖도록 유도하기 ⇩ ⇩ • 본시 학습 목표 확인하기 - ‘팝업 만들기’ 활동을 통해 저항의 직렬, 병렬 유추적 사고 연결 수학적 계산 쉽게 이해하기 흥미, 약속, - 모둠별로 해결해야 할 미션 알려주기 협동 ⇩ 논리 · • 모둠별 토론하기 전개 협력 프로 젝트 학습 - 주어진 팝업 학습지를 개별적으로 분석하기 분석적 사고 - 모둠별 역할을 충실히 수행하도록 지도하기 수렴적 사고 (모둠장, 서기, 발표 2명, 활발 참여) - 자신의 생각을 발표하며 모둠원들과 토론하며 의견 조정하기 유추적 사고 확산적 사고 상상력, 몰입, - 서기는 모둠의 결론을 활동지에 정리하여 패들 릿에 게시하기 협동, 배려, 책임, 약속 ⇩ 논리 · • 모둠별 추리 결과 공유하기 - 각 모둠이 만든 팝업 학습지 공유하기 - 실제 시험 문제 과학적 개념 설명 분석적 사고, 의사소통 능력, 협동, 책임, 배려, 경청 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 - 활동 내용 정리하기 - 전기 관련 직업에 대해 알고 진로와 연계시키기 - 12 - 확산적 사고 유추적 사고 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 세상을 돌리는 전기와 자기 대진대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 세상을 돌리는 전기와 자기 이름 주요 과목 물리학 Ⅰ,Ⅱ 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 전기와 자기 관련 단원 S, T, E, M 지역 개발 차시 개발자 전기와 자기의 의미와 역사적 배경을 이해하고 상호작용에 의한 만들어지는 전기와 모터의 원리를 실습을 통하여 체험한다. 1차시 전기와 자기에 대한 의미와 역사적 발견에 대한 설명 2차시 구리선과 자석의 회전에 의한 전기 만들기 실습 수행 3차시 전기와 자기에 의한 회전력 발생에 대한 설명 4차시 건전지와 자석을 이용한 회전체 만들기 실습 수행 주요내용 (키워드 위주) 4 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 가. 차시별 구성도 1) 1차시 주제 전기를 이해하고 전기의 종류와 역사적 배경 탐구 학습목표 주요내용 준비물 Ÿ 전기의 과학적 의미 이해 Ÿ 전기의 종류 이해 Ÿ 발전기 원리 이해 Ÿ 전기가 만들어지는 원리 이해 Ÿ 전기에 필요한 자기 컴퓨터, 빔 프로젝트 2) 2차시 주제 학습목표 주요내용 준비물 자기를 이해하고 유도 전기에 대한 탐구 Ÿ 자기의 과학적 의미 이해 Ÿ 자기의 종류 이해 Ÿ 전기를 만들 때 필요한 자기 Ÿ 회전에 필요한 전기와 자기 Ÿ 위치에너지→운동에너지→전기에너지 관계 컴퓨터, 빔 프로젝트 3) 3차시 주제 학습목표 주요내용 준비물 나도 전기를 생산할 수 있다. Ÿ 회전운동에너지가 전기에너지로 만들어지는 원리 이해 Ÿ 회전에 필요한 요소 이해 Ÿ 전기와 자기가 서로에게 미치는 요소 이해 Ÿ 전기는 어떻게 만들어졌는가? Ÿ 전기가 만들어지는 과정에서 자기는 어떤 역할을 했는가? 컴퓨터, 빔 프로젝트, PC팬, 니오디움자석, LED램프, 건전기, 구리선, 30 cm 자, 멀티미터 4) 4차시 주제 학습목표 주요내용 준비물 우리도 돌려 보자! : 단극 모터(전동기) 만들기 Ÿ 회전운동에너지가 전기에너지로 만들어지는 원리 이해 Ÿ 회전운동을 일으키는 에너지에 대한 이해 Ÿ 자기와 전기의 상호작용 이해 Ÿ 회전체에서 전기와 자기는 각각 어떤 역할을 했는가? 컴퓨터, 빔 프로젝트, PC팬, 니오디움자석, LED램프, 건전기, 구리선, 30 cm 자, 멀티미터