증강현실과 함께 공부하는 역학적에너지 전환

첨단 ICT 과학 콘텐츠 수업지도안

첨단 ICT 과학 콘텐츠 수업지도안

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수업 개요 및 차시 총괄표

주제 개요

- 증강현실 콘텐츠를 활용하여 운동하는 물체의 위치에너지와 운동에너지가 서로 전환됨을 알아보는 수업임

- ‘파워 물로켓’ 콘텐츠를 통해 물로켓의 처음 운동에너지의 크기가 클수록 위치에너지로 전환되는 양도 크다는 것을 학습함.

- ‘구슬 롤러코스터’ 콘텐츠를 이용하여 운동하는 물체의 운동에너지와 위치에너지가 서로 전환되는 과정을 구체적으로 학습하게 됨.

학습 목표

운동하는 물체의 위치에너지와 운동에너지가 서로 전환됨을 설명할 수 있다.

교육 과정

차시	과목	교육과정	활동 내용
1	과학	<중학교 2학년 과학> Ⅵ. 일과 에너지 전환 3. 에너지 5) 역학적 에너지의 전환 ☆2015개정교육과정 성취수준☆ [9과22-01] 위로 던져 올린 물체와 자유 낙하 물체의 운동에서 위치 에너지와 운동 에너지의 변화를 역학적 에너지 전환과 역학적 에너지 보존으로 예측할 수 있다.	-탐구활동Ⅰ: ‘파워 물로켓’ 콘텐츠를 활용하여 물로켓의 처음 속도와 물로켓의 최고 높이이와 관계 탐구 -탐구활동Ⅱ: ‘구슬 롤러코스터’ 콘텐츠 활용하여 운동하는 물체의 역학적에너지 전환 탐구

차시별 계획 총괄표

차 시	총괄 계획표
1	☞ 동기유발: 롤러코스터 동영상 활용 ☞ 탐구활동Ⅰ: 물로켓의 초기속도와 최대 높이와의 관계 탐구 ☞ 탐구활동Ⅱ: 구슬 롤러코스터의 운동에너지와 위치에너지의 전환 ☞ 정리: 학습내용 정리 및 형성평가

평가 계획

평가영역	평가내용	평가방법
과정평가	학생들의 수업 활동 과정 평가	학생 체크리스트 활용 점검 및 학습커뮤니티 참여도 분석
형성평가	학습내용 이해도 평가	형성평가 문항 풀이

2

차시별 교수학습 과정안 (1/1)

수업주제	증강현실과 함께 공부하는 역학적에너지 전환	대상	중학교 2학년	차시	1/1
수업 주안점	-동기유발 영상을 사전에 학습커뮤니티에 게시하여, 학생들이 역학적에너지의 전환에 대한 관심을 유도함. -파워 물로켓 콘텐츠를 이용하여 물체의 운동에너지의 크기와 전환되는 위치에너지의 크기가 관련이 있다는 것을 학습하도록 함. -구슬 롤러코스터 콘텐츠를 이용하여 역학적 에너지의 전환을 학습하되, 운동에너지와 위치에너지의 크기가 언제 어떻게 변화하는지를 중점적으로 관찰하게 하여야 함. -학생들의 탐구결과를 정리할 수 있도록 학습지와 인터넷 커뮤니티를 병행하여 활용하면 효과적임. -학생들의 생각을 자유롭게 토론할 수 있는 분위기 조성 중요 -수업 말미, 학생들의 성취 정도를 파악할 수 있는 형성평가를 실시하고, 즉각적인 피드백이 이루어지도록 해야함.
준비물	파워 물로켓 마커, 스마트 디바이스, 위두랑(학습커뮤니티), 수업활동지
활용 콘텐츠	파워 물로켓, 구슬 롤러코스터

흐름

수업모형

교수-학생 활동

학습

자료

단계

시간

도입

동기유발 및 학습목표 제시

5분

○ 동기유발: 롤러코스터 동영상 시청하며 발문

※ 영상 출처: https://youtu.be/1Hn7UMzvTl8

- 롤러코스터 동영상 시청하며 발문 ‘왜 롤러코스터는 처음에 높은 곳에 올라갈까?’

- 사전에 해당 영상의 게시글을 학습커뮤니티에 업로드

- 학생들의 생각을 댓글로 자유롭게 게시 및 공유

○ 학습목표 제시

- 운동하는 물체의 위치에너지와 운동에너지가 서로 전환됨을 설명할 수 있다.

롤러코스터

동영상

위두랑앱

전개

탐구활동 수행

30분

○ 탐구활동Ⅰ: 물로켓의 초기속도와 최고 높이와의 관계

- 증강현실 앱 ‘파워 물로켓’ 활용하여 탐구활동 수행

- 2인 1모둠으로 구성하여 실험

- 물로켓의 발사각도, 물의 양, 등은 일정하게 하고, 공기 압력의 크기를 다르게 하여 최고 높이 측정

- 공기압력(물체의 초기속도)과 물체의 최고 높이와의 관계 탐구

- 탐구 과정 및 결과 학습커뮤니티에 공유

☞ 교사의 질문

☞ 학생들의 답변

○ 탐구활동Ⅰ 정리 및 토의

☞ 물로켓의 공기압력의 크기는 물로켓의 초기 속력과 비례함.

☞ 물로켓의 초기 속력이 클수록 물로켓의 처음 운동에너지의 크기가 증가함.

☞ 물로켓이 최고 높이는 물로켓의 위치에너지와 관련이 있음.

☞ 탐구결과 공기압력과 최고 높이가 비례하는 것으로 보아 처음 운동에너지의 크기가 클수록 위치에너지로 전환되는 양이 크다는 것을 알 수 있음.

○ 탐구활동Ⅱ: 운동에너지와 위치에너지의 전환

- 증강현실 앱 ‘구슬 롤러코스터’ 활용하여 탐구활동 수행

- 2인 1모둠으로 구성하여 실험

- 운동하는 구슬의 운동에너지와 위치에너지가 가장 큰 지점 찾는 미션활동 수행

- 운동에너지와 위치에너지의 크기 변화가 어떻게 되는지 관찰

☞ 교사의 질문

☞ 학생들의 답변

○ 탐구활동Ⅱ 정리 및 토의

☞ 구슬의 운동에너지가 가장 큰 위치는 기준면으로부터의 높이가 가장 낮은 곳임.

☞ 구슬의 위치에너지가 가장 큰 위치는 기준면으로부터 가장 높은 곳임.

☞ 구슬 롤러코스터의 운동을 통해 운동하는 물체의 위치에너지와 운동에너지는 서로 전환됨을 알 수 있음.

파워물로켓 콘텐츠 및 마커

학습지

위두랑 앱

구슬 롤러코스터 콘텐츠

위두랑 앱

정리

정리 및 평가

10분

○ 탐구 결과 및 교과 내용 정리(수업 활동지 작성)

○ 형성평가: 종이평가지 및 학습커뮤니티 ‘위두랑’ 앱 설문기능 활용(부족한 부분 피드백)

○ 학습목표 도달 정도 확인

- 학습목표를 제시하고, 학생들이 다른 친구들에게 해당 내용을 설명하는 시간을 갖도록 함

○ 차시예고: 역학적 에너지 보존

수업 활동지

위두랑 앱

3

차시별 수업 활동지

탐 구 명

증강현실과 함께 공부하는 역학적 에너지의 전환

일    시

2018년    월     일    교시

2학년   반    번  성명 : (             )

탐구목표

운동하는 물체의 위치에너지와 운동에너지가 서로 전환됨을 설명 할 수 있다.

준 비 물

스마트디바이스, 파워물로켓 앱, 파워물로켓 마커, 구슬 롤러코스터 앱

탐구과정

[탐구Ⅰ]

1. 오른쪽 QR코드를 스캔하여 사이언스레벨업의‘넥스트up! 가상현실’ 코너에 접속한다.

2. ‘파워 물로켓’ 앱을 검색, 설치한다.

3. 앱을 실행시킨 후 마커를 활용하여 물로켓을 발사 할 수 있도록 준비한다.

4. 물로켓의 발사각도, 물의 양 등은 일정한 값으로 유지하고, 공기압력을 다르게 하여 물로켓을 발사 시킨 후 운동과정을 관찰한다.

[탐구Ⅱ]

1. 오른쪽 QR코드를 스캔하여 사이언스레벨업의‘넥스트up! 가상현실’ 코너에 접속한다.

2. ‘구슬 롤러코스터’ 앱을 검색, 설치한다.

3. 앱을 실행시킨 구슬의 운동에 따라 운동에너지와 위치에너지의 크기가 어떻게 변화하는지를 관찰한다.

4. 구슬의 운동에너지와 위치에너지의 크기가 가장 큰 지점을 지나가는 순간을 캡처한 후 커뮤니티에 공유한다.

5. ‘마찰력 적용’ 버튼을 누른 후 구슬의 운동에 따른 역학적 에너지의 변화를 관찰한다.

탐구결과

및

분석

[탐구Ⅰ]

1. 공기압력에 따른 물로켓의 최고 높이 및 최대 거리

회차	발사각도	물의양	공기압력	최고높이(m)	최대거리(m)
1
2
3
4
5

2. 공기압력과 물로켓의 최고 높이와는 어떠한 관계가 있는가?

3. 공기압력에 따라 물로켓의 최고 높이가 달라지는 이유는 무엇인가?

탐구결과

및

분석

[탐구Ⅱ]

1. 구슬의 운동에 따라 운동에너지와 위치에너지는 어떻게 변화하는가?

2. 구슬의 운동에너지가 가장 큰 지점은 어느 부분이며, 왜 그러한 현상이 나타났다고 생각하는가?

3. 구슬의 위치에너지가 가장 큰 지점은 어느 부분이며, 왜 그러한 현상이 나타났다고 생각하는가?

4. 구슬이 지나가는 레일에 마찰력이 있는 경우와 없는 경우에 관찰할 수 있는 가장 큰 변화는 무엇인가?

5. 운동하는 구슬의 위치에너지와 운동에너지의 변화는 어떠한 관계가 있는가?

형성평가

[1~2] 오른쪽 그림은 놀이공원 롤러코스터의 이동 경로를 나타낸 것이다.

1. 롤러코스터의 운동에너지가 가장 큰 지점은 어느 곳인가? (          )

2. 롤러코스터가 A에서 B로 이동할 때, 운동에너지와 위치에너지의 변화는 어떻게 되겠는가?

(                                )

3. 질량 0.2kg인 공을 10m/s의 속력으로 지면과 수직 방향으로 발사하였다. 이 공이 최고 높이 5m에 도달하였을 때 운동에너지는 얼마 이겠는가? (단, 공기의 저항은 무시한다.)

(정답)

(풀이)

고    찰

-새로 알게 된 점

-느낀 점

-탐구 개선사항

4

기타 후기 및 피드백 결과

- 교사용 후기

★ 본시 학습 내용은 다소 복잡한 실험 도구를 이용하여 탐구활동을 수행하곤 하였는데, 증강현실 콘텐츠를 이용하게 되어서 수업준비가 수월하였다.

★ 실질적인 실험이 아니기에 학생들의 현실감이 떨어질 수도 있다는 걱정을 했으나 콘텐츠가 잘 만들어져 있어서 수업의 진행에는 무리가 없었다.

★ 학생들의 흥미도, 수업 집중도, 만족도 등이 매우 긍정적이었다.

★‘파워 물로켓’앱은 물로켓의 처음 운동에너지가 많을수록 물로켓의 최고 높이가 높아지고, 따라서 전환되는 위치에너지의 크기도 많아진다는 것을 학습하는데 효과적이었다.

★ ‘구슬 롤러코스터’앱은 구슬이 운동하는 동안에 운동에너지와 위치에너지의 크기의 변화를 실시간으로 표현해 주어서 교과서에서의 단편적인 내용에 비해 역학적에너지의 전환을 이해하는데 효과적이었다.

★ 정리단계에서 실시한 형성평가에서 학생들이 통과율이 약 80%로 높게 나타난 것으로 보아 학습목표에 잘 도달하였다고 판단되었다.

- 학생후기

★ 학생들은 전반적으로 증강현실을 통해 수행하는 탐구실험에 많은 흥미를 보였다.

★ 역학적에너지의 전환을 보다 구체적으로 이해할 수 있다는 의견이 다수 있었다.

★ 일부의 경우 스마트폰의 컨디션이나 기종에 따라 앱이 정상적으로 가동되지 않아 아쉬웠다는 의견이 있었다.

★‘파워 물로켓’ 앱의 경우 물로켓의 발사 각도를 숫자로 입력하면 더 효과적일 것 이라는 의견도 있었다.

★‘파워 물로켓’과 ‘구슬 롤러코스터’앱을 활용하는 동시에, 교사가 내준 미션을 수행하는 과정에 다소 어려움이 따르긴 했지만, 그러한 활동을 통해 역학적에너지의 전환에 대해 한층 더 이해할 수 있었다는 의견이 많았다.