STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동분석 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 주요 과목 관련 과목 충북대학교 과학영재교육원 (행성의 운동분석) 수학, 정보, 지구과학 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 고1 개발차시 4 신규 ai를 활용한 물리학 발달과정의 재해석 지구과학 주요 적용 학년 구분 (신규/수정보 완) 주요 단원 천체의 운동 관련 단원 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 관측결과를 바탕으로 데이터 변환 및 다양한 변인 고려를 통해 행성의 겉 보기 운동을 그래프로 나타내고 분석한다. 주요 수업 개요 그래프를 분석하여 관측이 가능한 회합주기의 개념을 바탕으로 행성의 공 전주기를 계산하여 가능한 많은 자료를 만든다. 해석된 다양한 자료들을 바탕으로 회합주기와 장반경을 비교하여 관계를 찾아내고 AI(지도학습: 회귀분석)을 통해 케플러 3법칙 (조화의 법칙)을 찾아낸다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 1차시: 움직이는 관찰자가 관측하는 운동 2차시: 여러 행성의 운동 관측자료 변환 3차시: 케플러 법칙과 회합주기 4차시: 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계 [지구과학] AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동 분석 (7) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 움직이는 관찰자가 관측하는 운동 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 등속원운동을 설명할 수 있다. Ÿ 원운동하고 있는 관측자의 관측 결과를 설명할 수 있다. Ÿ 주기와 반지름의 개념을 설명 할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. § 헨드폰을 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 휘어짐 을 관찰 할 수 있다. 현대에는 이미 밝혀진 다양한 자연법칙들로 우주의 천체들의 운동을 자세히 분석할 수 있다. 그렇다면 과거 에 과학자들은 어떠한 방법으로 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 살펴보자. ◆ 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 차이점에 대해 생각해볼 수 있도록 유도 한다. - 정지한 물체의 관찰결과와 운동하는 물체의 관찰결과를 비교하여 운동하는 물체의 운 동에 대해 얻을 수 있는 정보에 대해 생각해 볼수 있도록 한다. - 18 - [지구과학] AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동 분석 학생용 2차시: 여러 행성의 운동 관측자료 변환 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 데이터를 변환하여 시각적 자료로 나타낼 수 있다. Ÿ 그래프에서 행성의 운동의 특징에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 천체의 특이한 운동의 원인에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 데이터의 특성에 대해 이해하고 다양한 데이터 활용 프로그램을 활용할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. § 헨드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [개념 도입] 데이터 변환하여 시각적 자료 만들기 ◆ 같은 시각 같은 위치에서 행성의 위치를 적경과 적위로 나타낸 데이터를 보고 어떻게 변환하여 시각적으로 나타낼지 설명해보자. 데이터 및 데이터 변환 예시 - 적경과 적위의 단위(시각, 분각)에 대해 설명하고, 단위의 특징을 살려 시각화 시킬 수 있는 방법을 찾을 수 있도록 지도한다. - 20 - [지구과학] AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동 분석 학생용 3차시: 케플러 법칙과 회합주기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회합주기와 행성주기의 연관성에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 케플러 법칙을 설명 할 수 있다. Ÿ 외행성과 내행성의 장반경을 설명할 수 있다. Ÿ 회합주기를 통해 행성의 주기를 계산할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. § 헨드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [개념 도입] 변환한 데이터에 과학적 개념 도입 ◆ 케플러법칙과 회합주기에 대해 아는 대로 설명해보자. - ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회합주기의 내용에 대해 이해할수 있도록 지도한다. - 회합주기를 이용할 수 있는 이유에 대해 행성의 공전주기보다 직관적임을 설명 한다. - 학생들이 알고있는 역사적 사실 바탕 사실이 모두 답변으로 나올수 있게 자유롭게 작성하도록 지 도한다. - 22 - [지구과학] AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동 분석 학생용 4차시: 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계 활동지 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] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. § 헨드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 행성의 주기와 장반경 사이의 관계를 찾아가는 프 로그램 제작 ◆ 회귀분석과 로그함수에 대해 아는대로 설명해보자. ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회귀분석과 로그함수의 개념을 이해할수 있도록 지도 하고 이를 정리하여 설명할 수 있도록 지도한다. - 24 -