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 2021 신재생에너지와 지속가능한 발전 전남대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 이름 신재생에너지와 지속가능한 발전 주요 과목 통합과학 관련 과목 물리 STEM 요소 S, T, E, T 관련 Ⅵ. 환경과 에너지 – 2. 발전과 단원 신재생에너지 관련 단원 Ⅲ. 에너지 – 1. 역학적 에너지 지역 개발 차시 6 보조 주 개발자 개발자 - 이 프로그램은 학습자가 전기 에너지를 운동 에너지와 같은 다른 형태 의 에너지를 특별히 고안한 장치나 구조물을 사용하여 전자기 유도를 통해 정성적으로 알고 관련 현상을 체험할 수 있기를 기대하면서 설 계하였다. 주요 수업 개요 - 또한 수력 발전에서 물이 가진 퍼텐셜 에너지가 전기 에너지로 전환되 는 것을 수력 발전 모형을 만들어 실험하면서 체험할 수 있게 하였다. - 학생이 수력 발전 모형을 직접 구성하고, 물의 퍼텐셜 에너지와 모형 을 통해 전환된 전기 에너지를 측정, 계산하게 한다. - 학습자가 수력 발전 모형을 설치해보고(기술공학적 과정), 전자기 유도 현상, 에너지 전환을 탐구, 체험하고(과학적 탐구), 센서를 사용하여 데이터를 수집하고 처리(수학적 사고 활동)할 수 있게 한다. 주제 1차시 수업내 용 주제 차시별 2차시 수업내 용 주요내용 주제 3차시 수업내 용 4차시 주제 전자기 유도 코일, 자석, 검류계, 전자기 유도, 유도 전류의 방향과 세기 간이 발전기 전자기 유도, 간이 발전기 여러 가지 발전 화력발전, 수력발전, 핵발전, 풍력발전 자가 발전기의 에너지 전환 수업내 용 주제 5차시 수업내 용 주제 6차시 수업내 용 자가 발전기, 방전, 충전, 발전된 에너지의 양을 측정 수력 발전 모형의 에너지 전환과 효율Ⅰ 수력 발전 모형 구성 수력 발전 모형의 에너지 전환과 효율Ⅱ 수력 발전 모형, 발전, 전기 에너지 측정, 발전 효율 구하기 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 1. STEM 생각교실 프로그램 개요 교과군 중심교과목 학교급 학년 과학 통합과학 고등학교 1 수업 모형 순환학습 / POE / Jigsaw협동학습 / 갤러리 워크 수업 주제 발전과 에너지 전환 수업 단원 발전과 신재생 에너지 중심 교과목 관련 교육과정 영역 핵심개념 환경과 에너지 발전과 신재생 에너지 일반화된 지식 성취기준 관련탐구활동 내용요소 Ÿ 발전기 Ÿ 전기 에너지 Ÿ 발전기를 이용하여 생산된 전기 에너지가 가정에 공급된다. Ÿ 화석 연료를 대체하기 위하여 다양한 신재생 에너지를 개발하고 있다. Ÿ [10통과09-01] 화석 연료, 핵에너지 등을 가정이나 산업에서 사용하는 전 기 에너지로 전환하는 과정을 분석할 수 있다. Ÿ 자전거, 놀이 기구, 운동 기구 등을 이용한 간이 발전기를 만들고, 이 과 정에서 운동 에너지가 전기로 변환되는 과정 토의하기 Ÿ 이 단원에서 관찰 평가, 프로젝트 평가, 보고서 평가, 수행평가, 동료 평 가 등을 활용하여 학생의 성취 수준 및 학습 과정을 평가할 수 있다. 평가방법 Ÿ 간이 발전기 만들기 탐구 활동에서 변인 통제 등에 대한 실험실기 평가를 실시할 수 있다. 또한 태양광 발전을 이용한 장치를 고안하는 활동에 대 한 수행평가를 실시할 수 있다. - 1 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 2. 교사용 지도안 단원 학습 목표 전자기 유도 차시 1/6, 2/6 Ÿ 전자기 유도 현상에 대해 말할 수 있다. Ÿ 간이 발전기를 만들고 과학 개념을 사용하여 작동 원리를 설명할 수 있 다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 □ 다음과 같은 상황에 전기 에너지를 공급하려고 할 때 어떻게 행동했 는지 생각해보고 발표할 수 있도록 안내하기 도 입 동기유발 장난감 자동차를 가지고 놀다가 새롭게 구입한 텔레비전을 보려 움직이지 않을 때 고 할 때 □ 텔레비전에 전기에너지를 공급하려고 할 때 콘센트와 플러그를 연결 하는 행동이 발전소와 텔레비전을 연결하는 목적이 있는 행동임을 안 내하고 발전소에서 어떻게 전기에너지를 생산하는지 알아보고자 함을 안내하기 코일 주변에서 자석을 움직일 때 무슨 일이 생길까? 전 개 탐색 img. 고등학교 통합과학, 김성진 외, 미래엔, □ 위 그림과 같이 코일에 검류계를 연결하고 자석을 코일 주변에서 움 직이면(코일을 움직이면) 무슨 일이 벌어지는지 예상하도록 안내하기 □ 코일에 검류계를 연결하고 자석을 코일 주변에서 움직이면서(코일을 움직이면서) 무슨 일이 벌어지는지 실험, 관찰, 기록하고 발표하도록 안내하기 - 5 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 학습 목표 수업단계 여러 가지 발전 Ÿ 차시 3/6 화력발전, 수력발전, 핵발전, 풍력발전의 원리와 장단점을 말할 수 있 다. 학습과정 학습활동 및 내용 모집단 도입 모집단 형성 전문가 학습 주제 배부 전문가 집단 전개 전문가 집단 학습 모집단 복귀 후 다른 학습자에게 전달 주제 화력발전 정리 전체 학습 주제 보고서 작성 모집단별 발표 및 교사 피드백 수력발전 핵발전 풍력발전 - 8 - 전문가 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 학습 목표 수업단계 자가 발전기의 에너지 전환 Ÿ 차시 4/6 자가 발전기로 전기 에너지를 얻고 이를 측정할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 □ 자가 발전기와 LED를 제공하고 이를 연결하여 LED에 전류를 흘려 작동시켜 볼 수 있도록 안내한다. 도입 동기유발 □ 자가 발전기의 내부는 어떤 모습을 하고 있을지 그림을 그리고 주석 을 달아 자료를 만든 뒤 발표할 수 있도록 안내한다. 예상하기 □ 자가 발전기(직류)를 사용하여 스마트 폰을 완전 방전 상태에서 2% 충전 상태까지 걸리는 시간을 예상해 볼 수 있도록 안내한다. 전개 img. tinkercad.com 관찰하기 □ 자가 발전기(직류)와 스마트 폰을 연결하고 2%씩 충전하면서 걸리는 시간을 측정한 뒤 기록하여 발표하도록 안내한다. 충전율 2% 충전시간(초) - 9 - 4% 6% 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 학습 목표 수업단계 수력 발전 모형의 에너지 전환과 효율 차시 5/6, 6/6 Ÿ 수력 발전 모형을 구성하고 발전된 전기 에너지를 측정할 수 있다. Ÿ 수력 발전 모형의 발전 효율을 구할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 □ 그림과 같은 아이디어로 수력 발전 모형을 만들었을 때 다음을 예상 하고 그 이유를 말할 수 있도록 안내하기 도입 예상하기 Ÿ 물이 수력 발전 모형을 통과하는 동안 에너지 전환이 일어나는 과정(단계) 예상 Ÿ 「발전된 전기 에너지/물통(댐)에 담긴 물의 퍼텐셜에너지」값 예 상 □ Jigsaw협동학습/도구와 재료를 제공하고 수력 발전 모형을 구성하기 위한 방법을 그림과 글로 표현하고 발표할 수 있도록 안내하기 Ÿ 모집단 형성, 전문가 학습 주제 배부 모집단 관찰하기 전개 Jigsaw 협동학습 - 11 - 전문가 집단 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 전기 조리 기구의 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 전기 조리 기구의 탐구 이름 주요 과목 관련 단원 물리I 관련 과목 STEM 요소 파동/파동의 성질/파동의 요소 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 학생들은 간단한 실험을 통해서 전자기 법칙에 대해서 분석한다. 그리고 전선의 연결 없이 전기 신호를 전달하는 방법에 대해서 실험한다. 그를 주요 수업 바탕으로 학생들은 인덕션 레인지의 기본원리에 대해서 이해할 수 있다. 개요 전자레인지로 초콜릿을 녹여서 전자레인지 안에 있는 마이크로파의 파장을 측정하는 간단한 실험을 통해서 학생들이 전자레인지 안에 마이크로파가 존재함을 경험할 수 있도록 한다. 차시별 1차시 전자기 파동에 대해 이해해보자. 2차시 전자레인지 안에 있는 빛을 찾아보자. 3차시 인덕션 레인지의 원리를 찾아보자. 4차시 떨어져 있는 스피커로 음악을 들어보자. 주요내용 (키워드 위주) (물리) 전기 조리 기구의 탐구 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 전기 조리 기구의 탐구 주제 전기 조리 기구의 탐구 2015 개정 교육과정 중학교 2, 3학년/ 고등학교 1~3학년 적용 학년 전기와 자기/자기/전자기 유도 영역: 핵심개념 전기와 자기/자기/전류에 의한 자기장 파동/파동의 성질/파동의 요소 과학기술 적용 무선으로 스피커 연결하기 응용 분야 공학, 물리 간단한 전자기 유도법칙 실험을 통해서 전자기 법칙에 대해 분석한다. 전 선의 연결 없이 전기 신호를 전달하는 방법에 대해서 실험하고 인덕션 레인지의 기본원리에 대해 이해한다. 전자 레인지로 초콜릿을 녹여 전자 프로그램 개요 레인지 안에 있는 마이크로파의 파장을 측정하는 간단한 실험을 통해 마 이크로파의 존재를 간접적으로 경험할 수 있다. 이러한 실험들을 통해 과학과는 크게 관계가 없어보이는 조리기구에 과학적 원리가 있음을 경 험하게 함으로써 일상에서 과학적 원리를 찾아보려고 하는 동기를 유발 한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 전자기 파동에 대해 이해해보자. 2차시 전자레인지 안에 있는 빛을 찾아보자. 3차시 인덕션 레인지의 원리를 찾아보자. 4차시 떨어져 있는 스피커로 음악을 들어보자. 충북대학교 과학영재교육원 - 12 - (물리) 전기 조리 기구의 탐구 학생용 1차시: 전자기 파동에 대해 이해해보자. 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 파동에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 파동의 진동수와 파장 그리고 전파속력 사이의 관계를 설명할 수 있다. Ÿ 전자기파(동)에 대해 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 1. 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 2. 슬링키를 사용할 때 다치지 않도록 주의한다. 4. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 전자기 파동에 대해 이해해보자. 1차시 [개념 도입] 조사해보기 전자레인지의 다음 국어사전의 설명은 다음과 같다 : “마이크로파를 이용하여 음식을 가열하는 조리 기구. 고주파 전기장 안에서는 물 분자가 심하게 진동하여 발열하는 현상을 이용한 것이다.” 이 설명에 있는 빛(전자기파)의 한 종류 인 마이크로파에 대해 조사해보자. 그리고 파동에 대해 이해해보자. - 21 - (물리) 전기 조리 기구의 탐구 학생용 2차시: 전자레인지 안에 있는 빛을 찾아보자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 전자레인지에 적용되는 원리를 설명할 수 있다. Ÿ 전자레인지 안에 있는 전자기파를 이용해 빛의 속력을 구할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 1. 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. 2. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 전자레인지 안에 있는 빛을 찾아보자. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 전자레인지의 원리 탐구해보기 전자레인지 안에 있는 빛의 파장과 진동수를 재는 방법에 대해 생각해보자. - 24 - (물리) 전기 조리 기구의 탐구 학생용 3차시: 인덕션 레인지의 원리를 찾아보자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 자석과 회로의 상대운동과 회로에 유도되는 전류 사이의 관계를 설명할 수 있다. Ÿ 패러데이(Faraday)의 전자기 유도 법칙을 설명할 수 있다. Ÿ 인덕션 레인지의 원리를 유추할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 1. 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 2. 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. 3. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 인덕션 레인지의 원리를 찾아보자. 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 옆의 사진은 인덕션 레인지라고 불리는 전기조리 기구이다. 프리이팬 위에 있는 달걀은 익어 보이 는데 반하여 프라이팬 밖에 있는 달걀은 어떠한 가? 어떻게 이런 일이 가능한 것일까? 인덕션 레 인지의 원리를 알아보자. 인덕션 레인지의 원리에 대한 자신의 생각을 적어보자. 수업지도의 Tip Ÿ 인덕션 레인지의 조리 사진을 보여준다. (학생용 활동지에 있는 사진) Ÿ 프라이팬 위의 달걀은 익어 보이는데, 레인지의 바로 위에 있는 달걀은 그렇지 않아 보 - 27 - (물리) 전기 조리 기구의 탐구 학생용 4차시: 떨어져 있는 스피커로 음악을 들어보자. 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 패러데이(Faraday)의 전자기 유도 법칙을 설명할 수 있다. Ÿ 인덕션 레인지의 원리를 설명할 수 있다. Ÿ 나만의 조리기구를 구상할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 1. 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 2. 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. 3. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 떨어져 있는 스피커로 음악을 들어보자. 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 패러데이의 전자기 유도법칙을 이용해 MP3 플레이어(또는 라디오)의 이어폰 단자 에 이어폰을 직접 연결하지 않고 음악을 듣는 장치를 설계하고 만들어보자. - 30 -