STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 행성의 운동 분석 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 행성의 운동 분석 이름 주요 과목 물리II 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 힘과 운동/시공간과 운동/천체의 운동 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 관측결과를 바탕으로 행성의 겉보기 운동을 그래프로 나타내고 나타나는 주요 수업 현상에 대해 분석한다. 관측이 가능한 회합주기의 개념을 바탕으로 행성의 개요 공전주기를 계산한다. 회합주기와 장반경을 비교하여 관계를 찾아내고 AI(지도학습: 회귀분석)을 통해 케플러 3법칙(조화의 법칙)을 찾아낸다. 차시별 1차시 움직이는 관찰자가 관측하는 운동에 대해 알아보자 2차시 여러 행성의 운동을 그래프로 나타내보자 3차시 케플러 법칙과 회합주기에 대해 알아보자 4차시 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계를 알아보자 주요내용 (키워드 위주) (물리) 행성의 운동분석 교사용 STEM 생각교실 (고) 행성의 운동 분석 주제 관측 결과를 통해 행성의 운동 분석 2015 개정 교육과정 고등학교 1학년, 2학년, 3학년 적용 학년 영역: 핵심개념 케플러 법칙/회합주기/회귀분석 과학기술 적용 데이터를 활용하는 우주 항공 분야에 적용 응용 분야 우주, 항공, 주기운동 관련 데이터 처리 -요하네스 케플러(1571~1630)가 살아있던 시대로 돌아가 관측 결과로 부 터 얻어낼 수 있는 자료들을 분석하고 자연의 원리를 현대적인 방법으로 찾아낸다. -관측결과를 바탕으로 행성의 겉보기 운동을 그래프로 나타내고 나타나 프로그램 개요 는 현상에 대해 분석한다. -관측이 가능한 회합주기의 개념을 바탕으로 행성의 공전주기를 계산한 다. -회합주기와 장반경을 비교하여 관계를 찾아내고 AI(지도학습 회귀분석) 을 통해 케플러 3법칙(조화의 법칙)을 찾아낸다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 움직이는 관찰자가 관측하는 운동에 대해 알아보자 2차시 여러 행성의 운동을 그래프로 나타내보자 3차시 케플러 법칙과 회합주기에 대해 알아보자 4차시 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계를 찾아 가는 프로그램을 제작하자 충북대학교 과학영재교육원 - 12 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 1차시: 움직이는 관찰자가 관측하는 운동 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ Ÿ Ÿ 등속원운동을 설명할 수 있다. 원운동하고 있는 관측자의 관측 결과를 설명할 수 있다. 주기와 반지름의 개념을 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 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 휘어짐을 관찰 할 수 있다. 현대에는 이미 밝혀진 다양 한 자연법칙들로 우주의 천체들의 운동을 자세히 분석 할 수 있다. 그렇다면 과거에 과학자들은 어떠한 방법 으로 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 살펴 보자 ◆ 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 차이 점에 대해 생각해볼 수 있도록 유도 한다. - 정지한 물체의 관찰결과와 운동하는 물체의 관찰결과를 비교하여 운동하는 물체의 운동에 대해 얻을 수 있는 정보에 대해 생각해 볼수 있도록 한다. - 18 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 2차시: 여러 행성의 운동 관측자료 변환 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 데이터를 변환하여 시각적 자료로 나타낼 수 있다. § 그래프에서 행성의 운동의 특징에 대해 설명할 수 있다. § 천체의 특이한 운동의 원인에 대해 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 데이터를 변환하여 시각적 자료 만들기 ◆ 같은 시각 같은 위치에서 행성의 위치를 적경과 적위로 나타낸 데이터를 보고 어떻게 변환하여 시각적으로 나타낼지 설명해보자. - 적경과 적위의 단위(시각, 분각)에 대해 설명하고, 단위의 특징을 살려 시각화 시킬 수 있는 방법을 찾을 수 있도록 지도한다. - 20 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 3차시: 케플러 법칙과 회합주기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회합주기와 행성주기의 연관성에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 케플러 법칙을 설명할 수 있다. Ÿ 외행성과 내행성의 장반경을 설명할 수 있다. Ÿ 회합주기를 통해 행성의 주기를 계산할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 변환한 데이터에 과학적 개념 도입 ◆ 케플러법칙과 회합주기에 대해 아는대로 설명해보자. - ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회합주기의 내용에 대해 이해할수 있도록 지도한다. - 회합주기를 이용할 수 있는 이유에 대해 행성의 공전주기보다 직관적임을 설명 한다. - 22 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 활동지 4차시: 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계 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] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적산출물] 행성의 주기와 장반경 사이의 관계를 찾아가는 프로그램 제작 ◆ 회귀분석과 로그함수에 대해 아는대로 설명해보자. ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회귀분석과 로그함수의 개념을 이해할 수 있도록 지도하고 이를 정리하여 설명할 수 있도록 지도한다. - 24 -