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 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 해치지 않아 천문학 전남대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 해치지 않아 천문학 이름 주요 과목 과학(중학교 3학년 과학) 관련 과목 지구과학 Ⅰ STEM 요소 S, T, E, T 관련 단원 Ⅶ. 별과 우주 – 3. 은하와 우주 관련 Ⅲ. 우주 – 1. 별의 특성과 진화, 단원 2. 우주의 구조와 진화 지역 개발 차시 6 보조 주 개발자 개발자 - 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체에 대해 알아보고, 우주 탐사에 관련된 직업을 탐구함으로써 우주에 대한 호기심을 키우고 천문학 및 관련 직업 을 친숙하게 느끼도록 한다. - 성운, 성단, 은하 등의 이미지를 보며 나름의 기준을 세워 분류해보고, 주요 수업 개요 실제 과학자들이 분류한 것과 비교하여 공통점 및 차이점을 분석한다(과 학적 탐구). - 대형망원경인 천체망원경 관측시 적응광학기술을 사용하여 잡음을 제거 한 정확한 자료를 얻는 원리, 중력파 관측소의 관측원리를 알게 한다(기 술-공학적 과정). - 빛의 속력으로 이동하는 거리 개념을 계산하여 간접적으로나마 우주, 은 하, 성운, 성단, 태양계 등의 크기를 확인한다(수학적 사고 활동). 1차시 지구, 방향 알아보기 2차시 거리, 크기, 시간 감각 기르기, pc(파섹), 광년, AU 차시별 3차시 은하의 종류 분류하기, 은하의 진화 과정 추측 주요내용 4차시 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체(성운, 성단) 분류 5차시 블랙홀, 우주 팽창(빅뱅 이론), 천문학 6차시 과거, 현재 그리고 미래의 우주개발 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 1. STEM 생각교실 프로그램 개요 교과군 중심교과목 학교급 학년 과학 지구과학 중학교 3학년 수업 모형 발견학습 수업 주제 해치지않아 천문학 수업 단원 VII. 별과 우주 중심 교과목 관련 교육과정 영역 핵심개념 내용요소 우리은하의 모양과 구성 천체 우주 일반화된 지식 성취기준 관련탐구활동 우주의 구조와 진화 우주팽창 우주 탐사 성과와 의의 우리은하는 별, 성간물질 등으로 구성된다. 우주는 다양한 은하로 구성되며 팽창되고 있다. 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체를 설명할 수 있다. 우주가 팽창하고 있음을 모형으로 설명할 수 있다. 우주 탐사의 의의와 인류에게 미치는 영향을 조사하여 발표할 수 있다. 우리은하 구성 천체 분류하기 은하의 진화과정 분류하기 평가방법 관찰평가 STEM 요소 과학적 탐구 1“(초) = 1 pc(파섹) = 3.26 광년 = 206,265 AU (S) 천체의 분류, 우주팽창, 우주개발 기술·공학적 과정 주파수 측정기 사용 (T/E) 스텔라리움 프로그램 사용 우주의 크기를 pc(파섹), 광년, AU 등 다양한 단위 이용하여 비교 수학적 사고 활동 1“(초) = 1 pc(파섹) = 3.26 광년 = 206,265 AU (M) 같은 거리를 다양한 속력으로 갈 때 시간 비교 은하와 블랙홀 질량 관계 그래프 분석 - 1 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 2. 교사용 지도안 단원 VII. 별과 우주 1/6차시 우주는 상상하면 할수록 더 신기하고 재미있는 곳! 학습 목표 수업단계 차시 생각해보고 질문해보기! 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 프로그램 도입 ◾ STEM의 용어와 의미를 소개한다. ◾ 프로그램 내에서 다루게 될 내용을 안내한다. (1차시) 친해지기: ‘생각’과 / 작은 지구와 - (2차시) 친해지기: 큰 지구와 / 우주와 - (3차시) 은하, 네 이름은? - (4차시) 우 리은하와 아이들 - (5차시) 넘의 은하와 아이들 - (6차시) 우 주 고 투 더 우주 도입 (20분) ◎ 동기 유발 (아이스브레이킹) ◾ 최근에 언제 생각해봤는지, 어떤 생각을 했는지 질문한다. ◾ 궁금해하고 질문을 만들어내는 사람이 성장할 수 있는 것이라고 설명하며 질문하고 생각할 수 있는 분위기를 조성한다. ◾ 선생님을 당황할 만한 질문을 만들어 포스트잇에 적고, 질문을 살펴보며 답한다. 1차시 ◾ 과학에 대한 학생들의 생각 알아보고, 과학적 사고에 대해 설명 한다. ◎ 탐색 활동 / 방향과 생각해보기 ◾ 교실에서 동서남북 방향을 찾아본다. (해 뜨고 지는 방향 생각) 전개 (20분) ◾ 학교는 어느 쪽을 바라보고 지었을지 물어보고 지도로 확인한 다. ◾ 지도로 건물들이 남향임을 확인하고, 왜 남향일지 생각해본다. ◾ 기차나 버스 좌석 선택, 일출, 일몰, 비행기 항로에 따라 보고 싶은 풍경 등 방향 감각이 실생활에 활용됨을 확인한다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 질문 받고, 생각하는 연습을 통해 ‘할 수 있음’과 ‘재미있음’을 정리 깨닫게 한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 큰 지구, 우주와 친해지기에 대해 학습할 것을 예고한다. - 3 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 학습 목표 수업단계 차시 2/6차시 우주를 느끼기 위해 거리, 크기, 시간에 대한 감각을 기른다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 동서남북 도입 (10분) ◎ 동기 유발 ◾ 차원에 대해 질문하고, 0~4차원을 설명한다. ◾ 우리가 살고 있는 세상은 몇 차원인지, 자동차는 몇 차원에서 움직인다고 할 수 있는지 생각해본다. ◾ 2차원 지도에서 3차원으로 생각해본다. ◎ 탐구 활동 / 북반구와 남반구 일주권과 계절 변화 ◾ 북반구와 남반구는 해가 어떻게 이동하는지 생각해본다. (지구본 활용) ◾ 스텔라리움으로 북반구와 남반구의 일주권을 확인한다. ◾ 태양과 지구의 위치를 보고 계절의 변화를 생각해본다. 2차시 전개 (30분) ◎ 탐구 활동 / 크기 감각 ◾ 여러 가지 속력을 설명하고 빛의 속도가 어느 정도 일지 가늠해 본다. ◾ 같은 거리를 다양한 속력으로 갔을 때 걸리는 시간을 비교해본 다. ◾ 우리 나라, 지구, 달, 태양계의 거리를 느껴본다. 빛의 속도로 갔을 때 얼마나 오래 걸리는지 상상해본다. ◾ 연주시차 1 “(초)인 1 pc(파섹)의 거리가 얼마나 먼 거리인지 상 상해보고 느껴본다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 우주의 엄청난 크기를 가늠해보고 1 pc 이 얼마나 먼 거리인지 정리 (5분) 확인한다. ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. ◎ 다음 차시 예고 ◾은하에 대해 학습할 것을 예고한다. - 4 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 학습 목표 수업단계 차시 3/6차시 천체 사진을 분류하고 은하의 진화 과정을 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 차원, 빛의 속도, 태 도입 (10분) 양계 거리, 1 pc ◎ 동기 유발 ◾ 우주에서 가장 다양한 모습을 가지고 있는 아름다운 예쁜 천체 를 살펴보자. ◎ 탐구 활동 / 은하 분류 후 진화 과정 추측하기 ◾ 천체 사진을 살펴보고 구분 기준을 비슷한 천체끼리 모아서 특 징을 정해본다. ◾ 진화 과정을 젊은 별(푸른색)과 늙은 별(붉은색)을 색깔을 이용 해서 추측해본다. 3차시 전개 (30분) ◾ 조별로 구분 기준, 진화 과정, 그렇게 생각한 이유에 대해 발표 한다. ◎ 개념 도입 / 은하의 종류와 진화 과정 ◾ 나선 은하, 막대나선 은하, 타원 은하, 합병 은하, 불규칙 은하 사진을 보고 특징을 이야기해본다. ◾ 모양과 색깔 등 은하의 특징을 가지고 진화 순서를 추측해본다. (불규칙 은하 → 막대/나선은하 → 타원은하) ◎ 학습 내용 정리 ◾ 은하의 진화 과정을 간단히 설명한다. 정리 ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 우리 은하에 대해 학습할 것을 예고한다. - 5 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 학습 목표 수업단계 차시 4/6차시 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체를 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 은하의 진화 과정 ◎ 동기 유발 도입 (10분) ◾ 생각하기 스트레칭 퀴즈 – 3차원에서 생각해보기 곰 한 마리가 집에서 나와 남쪽으로 5km 갔다가 서쪽으로 5km 갔다 가 다시 북쪽으로 5km 갔더니 집에 도착했다. 이 곰의 색깔은? (북 극곰) ◾우리가 밤에 볼 수 있는 하늘의 방향을 생각해보며 계절마다 볼 수 있는 별자리가 다름을 확인한다. ◎ 탐색 활동 / 우리가 밤에 볼 수 있는 하늘의 방향은? ◾ 천체 사진을 살펴보고 구분 기준을 비슷한 천체끼리 모아서 특 징을 정해본다. ◾ 진화 과정을 젊은 별(푸른색)과 늙은 별(붉은색)을 색깔을 이용 해서 추측해본다. 4차시 전개 (30분) ◾ 조별로 구분 기준, 진화 과정, 그렇게 생각한 이유에 대해 발표 한다. ◎ 개념 도입 / 은하의 종류와 진화 과정 ◾ 나선 은하, 막대나선 은하, 타원 은하, 합병 은하, 불규칙 은하 사진을 보고 특징을 이야기해본다. ◾ 모양과 색깔 등 은하의 특징을 가지고 진화 순서를 추측해본다. (불규칙 은하 → 막대/나선은하 → 타원은하) ◎ 학습 내용 정리 ◾ 은하의 진화 과정을 간단히 설명한다. 정리 ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 우리 은하에 대해 학습할 것을 예고한다. - 6 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 5/6차시 우리은하의 바깥 천체에 대해 설명할 수 있다. 학습 목표 수업단계 차시 우주가 팽창하고 있음을 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 우리은하 속 천체 도입 (10분) ◎ 동기 유발 ◾ 여러 천체 사진들에서 블랙홀 사진을 찾아본다. 모든 은하 중심 에는 블랙홀이 있다. 블랙홀이란? ◎ 탐색 활동 / 블랙홀 ◾ 사건의 지평선 망원경으로 관측한 블랙홀의 특징, 질량, 크기를 알아본다. ◾ 블랙홀-은하 공동진화이론 그래프를 보고 알 수 있는 내용을 찾 아본다. ◾ 중력파, 중력렌즈 효과를 간단히 알아본다. 5차시 전개 (30분) ◎ 탐구 활동 / 우주의 팽창 ◾ 우주배경복사를 알아본다. ◾ 구급차가 다가올 때와 멀어질 때의 주파수를 주파수 측정기를 통해 비교해보고, 적색편이가 일어났을 때 관측자와 물체의 거리가 멀어짐을 알 수 있다. ◾ 우주배경복사가 전체적으로 전방향으로 멀어지고 있음이 관측되 고 이것이 빅뱅 이론을 뒷받침함을 알 수 있다. ◎ 프로 천문학과 아마추어 천문학에 대한 설명과 관련 진로 안내 ◎ 학습 내용 정리 ◾ 블랙홀과 우주팽창을 간단히 설명한다. 정리 ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 우주 개발에 대해 학습할 것을 예고한다. - 7 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 지구의 공전 자전과 GPS 원리 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 지구의 공전 자전과 GPS 원리 이름 주요 과목 지구과학II 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 우주/ 태양계의 구성과 운동/ 케플러의 세 가지 법칙 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 시간의 변화에 따른 지구의 자전과 공전 운동을 지면에서 관측할 때, 주요 수업 개요 태양의 위치 변화를 관측하여 지구상의 위치와 태양의 움직임의 관계를 이해한다. 이를 바탕으로 지구상에서 시간을 정하는 방법과, 이를 바탕으로 인공위성을 이용하여 지구상의 각 지역에 대한 위치를 정하는 방법을 이해한다, 차시별 1차시 지구의 공전을 이해하고 위도의 개념을 이해한다. 2차시 지구의 자전을 이해하고 경도의 개념을 이해한다. 3차시 태양시와 표준시의 개념을 이해한다. 4차시 삼각측량과 GPS의 원리를 이해한다. 주요내용 (키워드 위주) (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 주제 지구의 공전 자전과 GPS 원리 2015 개정 교육과정 고등학교 1학년 적용 학년 영역: 핵심개념 지구의 자전/지구의 공전/인공위성과 GPS 원리 과학기술 적용 시간의 측정과 GPS 응용 분야 시간, 지리, 정보, 삼각 측량, 위성 통신 지구의 공전을 이해하고, 이를 바탕으로 연중 태양의 고도 변화와 이를 통한 지구상의 위도 개념을 이해한다. 또한 지구의 자전을 이해하고, 이 를 바탕으로 태양의 이룾 우동을 이해하고 이를 통한 시간의 측정을 이 프로그램 개요 해한다. 이를 바탕으로 국제표준시와 지역 표준시의 차이와 경도의 관계 를 이해하여 지구상의 경도 개념을 이해한다. 인공위성과 표준 시간을 이용하여 지구상에서 물체의 지리 좌표를 정하거나 지구 정보를 이해하 는 방법을 이해한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 지구의 공전을 이해하고 위도의 개념을 이해한다. 2차시 지구의 자전을 이해하고 경도의 개념을 이해한다. 3차시 태양시와 표준시의 개념을 이해한다. 4차시 삼각측량과 GPS의 원리를 이해한다. 충북대학교 과학영재교육원 - 11 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 지구의 공전과 위도의 개념 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ Ÿ Ÿ 지축의 기울기와 지면에서 태양의 고도를 측정하는 방법을 이해한다. 지구 공전에 따른 계절별 태양의 고도변화를 이해한다. 지평선에 대하여 지구의 적도를 찾는 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. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 지구는 태양 주위를 1년에 한 번 공전하고, 자전축은 공전궤도면에 대하여 23.5도 기울어져 있다. 매일 지구의 위치가 변함에 따라 지구에서 보는 태양의 위치는 어떻 게 되는지 생각해보자. 계절 태양의 위치 봄 그림의 우측(남반구에 태양이 비춤) 여름 그림의 상부(적도에 태양이 비춤) 가음 그림의 좌측(북반구에 태양이 비춤) 겨울 그림의 하부(적도에 태양이 비춤) - 17 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 학생용 2차시: 지구 자전과 경도의 의미 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 지구의 자전과 태양의 일주 운동을 이해할 수 있다. § 태양시를 이용하여 방향을 찾을 수 있다. § 전통시계인 앙부일구의 원리를 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] 지구 자전과 태양의 일주운동 ◆ 지구의 자전과 태양의 위치에 대하여 알아보자. 해시계를 만들어 태양의 위치와 해시계 그림자 사이의 관계를 알아보자. Ÿ 미리 수업 전에 해시계를 만들어 태양의 일주 운동과 그림자 사이의 관계를 비교하게 한다. Ÿ 또는 수업 중에 손전등으로 막대 주위를 비스듬하게 비추면서, 그림자의 크기와 방향 변화를 관찰하게 할 수도 있다. - 20 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 학생용 3차시: 태양시와 표준시의 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 태양시의 의미를 이해한다. Ÿ 경도의 의미와 국제표준시를 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] 앙부일구와 시간의 측정 ◆ 지구본을 전등으로 비추면서 태양이 남중하는 시간은 지역에 따라 어떻게 다른지 비교해보자. Ÿ 춘분에 태양이 지구의 적도를 수직으로 비추도록 손전등으로 지구본을 비춘다. Ÿ 지구본을 돌려 자전시키면서 각 경도선을 손전등이 수직으로 비추는 시간이 어떻게 다른지 알아보게 한다. Ÿ 지구가 자전하는 동안 태양이 각 경도 지점에 남중하는 시간은 1시간에 15도씩 달라짐을 알 게 한다. ◆ GMT(그리니치 표준시)에 대하여 알아보고, 우리나라에서 사용하는 시계와의 차이 를 알아보자. Ÿ 현재 경도는 역사적으로 영국의 그리니치 천문대를 지나는 자오선을 기준으로 결정되었음을 알게 한다. Ÿ 이를 바탕으로 지구상의 각 지점은 경도에 따라 15도마다 그리니치와 1시간씩 지역시간의 차 이가 나게 결정되어 있음을 알게 한다. Ÿ 우리나라는 동경 135도를 기준으로 하여 그리니치 표준시와는 9시간 차이가 나게 됨을 알게 한다. - 22 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 학생용 4차시: GPS 원리 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 삼각측량의 원리를 이해한다. Ÿ GPS의 원리를 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. 4차시 [공학적 산출물] 삼각측량과 GPS장치 ◆ 삼각측량의 원리를 알아보자. Ÿ 세 지점에서 특정 지점에 대하여 각각 거리를 측정한 데이터를 바탕으로 원을 그려보게 한 다. Ÿ 각 지점을 중심으로 해당 거리를 반지름으로 하는 원을 그리면 한 점에서 만나게 됨을 알게 한다. Ÿ 이를 바탕으로 어느 지점에서 사방으로 신호를 발생시켜 관측소까지 걸리를 알게 하면, 그 위치를 파악할 있음을 알게 한다. - 24 - 

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 -