STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 힘의 평형과 구조물의 내진설계 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 힘의 평형과 구조물의 내진설계 이름 주요 과목 물리학2 관련 단원 역학적 상호작용 관련 과목 중1 관련 단원 여러 가지 힘 STEM 요소 S, T, E 지역 보조 주 개발자 주요 수업 개요 차시별 개발자 1차시에서는 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건을 학습한다. 2차시에는 1 차시에서 학습한 이론을 평형판을 이용하여 실습한다. 3차시에는 한 점 에서 만나지 않는 힘의 평형 이론을 학습하고 실습한다. 4차시에는 지진 을 대비한 구조물의 내진설계에 대하여 학습한다. 1차시 한 점에서 만나는 힘의 평형 2차시 평형판을 이용한 힘의 평형 탐구 3차시 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 4차시 건설 구조물의 내진설계 주요내용 (키워드 위주) (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 활동지 1차시: 한 점에서 만나는 힘의 평형 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [실험 안전 유의사항] Ÿ 구조물에 작용하는 힘의 특성을 토의할 때 과도한 행동에 유의 1차시 [개념 도입] 한 점에서 만나는 힘의 평형 ◆ 여러 가지 교량의 형식 중에서 가늘고 긴 부재를 연결하여 시공한 트러스 교 량이 있다. 부재의 연결점에서 부재력의 평형 조건을 토의해보자. ◆ 크기가 같은 세 개의 힘이 한점에서 만나고 있을 때, 평형 조건에 대해 논의하자. - 13 - (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 2) 탐구 및 개념 확장 학생용 2차시: 평형판을 이용한 힘의 평형 탐구 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건 파악 Ÿ 평형판을 이용하여 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건 확인 [실험 안전 유의사항] Ÿ 용수철 저울을 사용할 때 과도한 힘으로 저울을 당기지 않는다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 평형판을 이용한 힘의 평형 탐구 ◆ 지난 차시에 배운 힘의 평형을 평형판을 사용하여 실습해보자. - 15 - (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 3) 과학기술 적용 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 조건 파악 Ÿ 연필, 자와 지우개를 이용하여 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 조건 확인 [실험 안전 유의사항] Ÿ 연필 위에 놓인 자가 과도하게 움직이지 않도록 유의. Ÿ 자 위에 놓이는 지우개에 큰 힘을 가하지 않도록 조심. 학생용 활동지 수업일 3차시 3차시: 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [과학기술 적용] 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 ◆ 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형에 대한 개념을 이해 - 17 - (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 4) 공학적 적용 학생용 4차시: 건설 구조물의 내진설계 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 [학습 목표] Ÿ 지진에 의하여 구조물에 발생하는 진동 특성을 이해 Ÿ 지진에 의한 구조물의 진동을 저감시킬 수 있는 내진설계 개념 이해. [실험 안전 유의사항] § 종이 상자를 칼로 절단할 때 손 조심. § 지진 모형 실험할 때 과도한 흔들림이 발생하지 않도록 유의 4차시 [공학적 산출물] 건설 구조물의 내진설계 ◆ 지진에 의하여 구조물에 발생하는 진동 특성을 이해 - 19 - 모둠 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 주요 과목 물리 II 주요 단원 관련 과목 물리, 과학 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M 주 개발자명 구분 (신규/수정보 완) 신규 주요 적용 학년 고2 개발차시 4 힘과 운동/ 힘 적용 지역 보조 개발자 물리II 교과에 적합하도록 힘의 합성, 힘의 분해, 알짜힘의 평형, 돌림힘의 주요 수업 평형 개념을 이해하기위한 활동으로 구성되었다. 학습한 개념을 적용하여 개요 공학적 산출물을 제작하고, 구조물의 성능을 개선하고 보완할 수 있는 공 학의 과정을 체험할 수 있도록 프로그램이 구성되었다. 1차시: 힘의 합성과 분해를 학습한다. 차시별 2차시: 물체의 평형 조건을 학습하고 무게 중심을 찾아본다. 주요내용 3차시: 물체의 안정성을 탐구하고 스파게티를 이용한 구조물을 제작한다. (키워드 위주) 4차시: 완성된 구조물이 버틸 수 있는 하중과 변형을 측정하고 공학적 개 선 방안을 고찰한다. (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 힘의 합성과 분해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나는 힘을 벡터 합성으로 구할 수 있다. Ÿ 평형판을 이용하여 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건을 확인한다. Ÿ 한 힘을 벡터를 이용하여 두 힘으로 분해할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 용수철 저울을 사용할 때 과도한 힘으로 저울을 당기지 않는다. § 구조물에 작용하는 힘의 특성을 토의할 때 과도한 행동에 유의 1차시 [개념 도입] 힘의 합성과 분해 ◆ 사장교나 현수교와 같은 다리에 작용하는 여러 가지 힘을 찾고, 각각의 힘이 어떻게 작 용하여 다리를 지탱하고 있는지 토의해보자. ▲ 사장교 ▲ 현수교 - 18 - (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 2차시: 물체의 평형과 무게 중심 탐구 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 [학습 목표] Ÿ 망치와 자를 이용하여 물체의 평형 조건을 찾을 수 있다. Ÿ 망치와 실을 이용하여 물체의 무게 중심을 찾을 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 망치가 바닥에 떨어지지 않도록 주의한다. § 바닥에 충격을 주지 않도록 매트를 설치한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 물체의 평형과 무게 중심 탐구 ◆ 자에 망치를 매달아 그림과 같이 균형을 잡을 수 있을지 논의 하자. ◆ 돌림힘의 평형에 대한 개념을 이해 - 22 - 모둠 (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 3차시: 구조물의 안정성 탐구 및 구조물 제작 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 구조물의 안정성을 힘의 평형과 돌림힘의 평형으로 설명할 수 있다. Ÿ 안정적인 구조물을 설계하고 제작할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. § 칼과 가위사용에 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 구조물의 안정성 탐구 및 구조물 제작 ◆ 물체의 안정성을 높이기 위한 장치를 찾아 원리를 설명해 보자. <선반 받침대> <타워크레인> ◆ 선반의 받침대가 있을 때와 없을 때 안정성을 탐구해 보자. - 24 - (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 4차시: 구조물 제작 및 하중 실험 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 안정적인 구조물을 설계하고 제작할 수 있다. Ÿ 하중 실험 결과로부터 제작한 구조물의 특징을 분석할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 구조물 제작 과정에서 칼과 가위 사용에 주의한다. § 구조물 하중 실험에서 부서지는 구조물 파편에 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 교량 구조물 제작 및 하중 실험 ◆ 제작한 구조물의 특징을 설명해 보자 Ÿ 모둠별로 제작한 구조물의 특징을 설명해 보도록 한다. Ÿ 모둠별 구조물의 특징을 비교하고 평가한다. ◆ 하중 실험을 통해 구조물의 안정성을 파악해 보자 Ÿ 버니어 고 무선 구조 모형 실험장치를 이용하여 구조물이 버틸 수 있는 하중과 변형을 측정한다. Ÿ 구조 모형 실험장치가 없는 경우 구조물에 하중을 부여할 수 있는 받침대를 제작하여 무게 추를 이용하여 하중 실험을 진행한다. - 26 -