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신기한 물리학

Phabulous Physics

신기한 물리학

프로젝트 요약 / Unit Summary

이 프로젝트에서 학생들은 선 운동에 관해 충분히 조사한다. 본질적인 수학 개념을 재검토한 후, 학생들은 선생님이 준비한 슬라이드 쇼를 통해 운동법칙, 속도와 가속도, 벡터, 그리고 뉴튼의 법칙을 접하게 된다. 학생들이 이 기본 개념들을 완벽히 이해한 후에, 운동과 관련된 실제 사회문제를 설명하는 팜플릿을 준비한다. 학생들은 문제를 설명하고, 물리학 원리를 이용하여 문제해결방법을 보여준다. 그리고 데이터를 넣고 해결책의 몇몇 양상을 사실적으로 보여주기 위해 스프레드시트를 사용한다. 이 원리들에 대한 완벽한 이해를 바탕으로, 학생그룹은 지역사회에서 고속 도로 위험에 대한 정보를 수집하기 위해 조사서를 만든다. 지역사회 데이터는 도시계획가들에게 보여줄 프레젠테이션을 준비하는데 사용된다. 프레젠테이션의 목적은 도로 또는 교차점의 위험한 부분을 수정하는 지도자들을 설득하는 것이다.

교육과정 구성 질문 / Curriculum-Framing Questions

  • Essential Question: 본질적 질문
    우리들 주위에서 일어나는 모든 사건은 예측되고 설명될 수 있을까?
  • Unit Questions: 프로젝트 질문
    어떤 물체의 운동도 예측할 수 있을까?
    자연의 법칙이 우리들의 삶을 더 나아지게 하거나 안전하게 한다는 것을 어떻게 이해할 수 있을까?
    운동의 법칙은 일상생활의 사건을 어떻게 설명할까?
  • Content Questions: 내용 질문
    속력과 속도는 어떤 관계가 있을까?
    뉴턴의 운동 법칙은 무엇인가?

평가 과정 / Assessment Processes

신기한 물리학 프로젝트에서는 다양한 학생 중심의 평가가 이루어진다. 이런 평가들은 프로젝트 전체 기간 내내 교사와 학생들이 목표 수립, 학생의 진보 관찰, 피드백 제공, 사고력과 사고과정, 수행 과정, 산출물 평가, 학습에 대한 반성을 하는 데 도움이 된다.

프로젝트 진행 절차 / Instructional Procedures

프로젝트 준비
이 프로젝트는 학생들의 수학실력이 탄탄하다고 가정한다. 학생들은 물리학 과제 (dc) 를 통해 각자의 실력을 점검해보아야 한다. 물리학 과제 답안 (doc) 은 수업 반성을 위해 제공된다. 숙제는 전환기술 재검토의 이원적인 목적을 제공하고 학생과 선생님에게 물리학 프로젝트를 수행할 학생 준비도에 대한 피드백을 제공한다. 필요하다면 추가적인 연습을 제공한다.

선 운동 소개
다음의 슬라이드 쇼를 보여주며 선 운동 물리학을 소개한다.: 속력과 속도의 관계 (ppt), 벡터 (ppt),  뉴튼의 법칙 (ppt) 이 슬라이드 쇼는 ‘운동법칙은 일상생활의 사건을 어떻게 설명할까? 그리고 어떤 물체의 운동도 예측할 수 있을까?’ 라는 프로젝트 질문을 포함하고 있다. 프레젠테이션은 또한 ‘속력과 속도는 어떤 관계가 있는가? 그리고, 뉴턴의 운동법칙은 무엇입니까?‘라는 내용 질문도 다룬다.

슬라이드 쇼를 진행하는 동안 학생들이 이해하고 있는지 질문한다. 필요하다면, 이 기본적인 개념에 대한 이해를 보충할 수 있도록 학생들에게 교과서나 인터넷의 추가적인 예를 제공한다.

이 때, 짧은 변환 방법, 벡터 분석, 그리고 힘을 평가하는 퀴즈 (doc) 를 제공한다. 퀴즈 답안 (doc) 을 제공한다. 퀴즈는 물리학 원칙 복습의 이원적인 목적과 함께 학생들과 선생님에게 다음 과제(팜플릿 만들기)완성을 위하여 학생 준비도에 대한 피드백을 제공한다. 필요하다면 추가적인 연습을 제공한다.

출판물 만들기
독 자적인 물리학 모델을 전체 학급 활동을 통하여 계획한다. 학생들이 기관차 움직임과 관련된 선 운동 문제를 해결할 때 학급을 리드한다. 학생들이 paper-and-pencil 책을 전개하고 이것을 증명할 때 학생들을 안내한다. 학생들이 기관차 운동 데이타 (xls) 를 스프레드시트에 복사하도록 한다. 만약 학생들이 데이터를 입력하고 그래프를 만드는 스프레드시트 소프트웨어를 사용해본 적이 없다면 프로젝터를 사용하여 전체 학급에 안내 하거나 스프레드시트 도움말 (doc) 을 제공한다.

이 활동을 끝낸 후, 학생들에게 최종 결과물의 예로써 기관차 브로슈어 (doc) 를 보여준다.

두 명씩 짝을 지어 그룹을 만든다. ‘우리들의 주위에 모든 사건은 예측되고 설명될 수 있을까?’라는 더 명백한 본질적 질문뿐만 아니라 ‘운동법칙이 일상생활의 사건을 어떻게 설명하는가?’하는 프로젝트 질문의 답과 운동과 관련된 실제 사회문제를 설명할 팜플릿을 만들기 위해 각 그룹을 가르친다.

학생들이 과제와 평가에 대한 이해를 확실하게 할 수 있도록 브로슈어 채점가이드 (doc) 를 나누어 주고, 프로젝트에 대해 상세하게 토론한다. 파트너들끼리 빨간 펜을 이용하여 기관차 브로슈어 (doc) 를 평가하게 한다. 그 다음 학급 학생들과 순위에 대해 토의하고, 다양한 특성에 매겨진 순위에 대한 합의를 끌어낼 수 있도록 노력한다.

학생들이 운동의 법칙 문제의 예시문제 (doc) 나 물리교과서에서 문제 하나를 선택하도록 한다. 학생들이 paper-and-pencil 해결법을 진행하고, 문제와 수정한 부분을 수학적으로 설명하고 증명하게 한다. 마지막으로, 학생들이 다음 요소를 포함한 팜플릿을 개발하도록 한다. 

  • 문제의 진술과 설명.
  • 문제의 삽화(클립아트나 스캔 된 본래 과제)
  • 문제에 중요한 운동학적인 평형 상태와 수학적인 해결책.
  • 문제의 수학적 표현을 보여주는 그래프
  • 문제에 대한 논평과 식견

학생들이 팜플릿에 나타나 있는 문제와 그 해결에 관한 5분짜리 프레젠테이션을 준비하게 한다. 중요하고, 개인적인 프레젠테이션에서 답해지지 않은 어떠한 부가적인 자료를 포함하는지 확인한다.

학생들이 구두 프레젠테이션 루브릭 (doc) 을 이용하여 프레젠테이션에 관해 동료에게 구두로 피드백을 제공하도록 한다. 피드백을 재검토하고 그것을 다음 프레젠테이션에 반영할 시간을 준다.

프로젝트의 시작
학 생들이 프로젝트 중 획득된 정보를 설명하는 개인적인 일지를 계속 써 나가게 한다. 이해 정도를 점검하고, 피드백을 제공하며, 필요한 교육을 조정하기 위하여 프로젝트를 진행하는 동안 계속해서 일지를 재검토한다. 학생들이 고속도로 안전지지 그룹의 일원역할을 맡을 것임을 말한다. 그들의 과제는 도로 또는 교차점의 위험한 부분에 변화를 제안하는 도시계획가들에게 프레젠테이션을 만들어 전달하며, ‘자연의 법칙이 우리들의 삶을 좀 더 나아지게 하거나 안전하게 만들어 준다는 것을 어떻게 이해할 수 있는가?’하는 프로젝트 질문과 ‘우리 주변의 모든 사건들이 예측되고 설명될 수 있을까?’ 하는 좀 더 본질적인 질문에 답하는 것이다.

위험 순위 매기기
학생들이 다른 위험 지역을 비교하고, 우선순위를 결정하고, 분석하는 것을 돕기 위해서 비주얼 랭킹 툴을 소개한다. 학생들과 비주얼 랭킹 툴을 사용하기 전에 비주얼 랭킹 웹사이트를 검토한다. 그리고 그 도구들에 익숙해지게 한다.

프 로젝트를 완성하고 선생님 작업 공간에 팀을 추가시켜 준다. 그룹에 학생들을 배당하고, 안전한 운전에 관한 토론을 진행하며 학급을 이끌어간다. 운전을 시작한 이래로 개인적으로 몇 번 사고를 당했는지 또는 사고 당한 사람을 얼마나 알고 있는지 학급에 질문한다. 짧은 토론을 한 후에, 학생들이 안전하지 않다고 느꼈던 도로나 교차점의 이름을 발표하게 한다. 브레인스토밍하여 5개에서 7개정도의 위험한 도로를 생각해낸 후, 비주얼랭킹 도구의 교사 작업공간에 그것을 입력한다.

각 그룹이 비주얼랭킹 학생작업공간 에 로그인하고 가장 위험한 장소부터 가장 덜 위험한 장소까지 순위를 매기게 한다. 학생 그룹들은 논평상자에 선택에 대한 이유를 써야 한다. 학생들이 그룹활동을 하는 동안, 필요하다면 일화를 적은 메모들을 얻고, 이해를 돕기 위한 질문을 하고, 피드백을 주면서 교실을 순회한다. 모든 그룹이 순위 목록을 완성하고 나면, 자기그룹의 순위와 다른 그룹의 순위를 비교하게 한다. 왜 순위가 다른지 토론을 진행한다. 학생들은 각자의 일지에 내용을 기록해야 한다. 가능하다면, 고속도로 대중 안전장치의 책임자가 순위에 참가하도록 권해주고 토론에 이 결과를 포함시킨다.

위험한 고속도로 조사서 만들기
분배하거나 학생 그룹이 전에 만들었던 리스트에서 도로나 교차점의 위험한 지점을 뽑아내도록 한다. 학생 그룹은 공적인 정보를 얻기 위해 지역사회로부터 고속도로 위험에 대한 정보를 모을 때 쓸 조사서를 만들 것이다. 학생들이 서베이 몽키*와 같은 서베이 메이커나 질문을 게시하고 정보를 수집할 수 있는 블로거* 같은 블로그를 이용하여 조사서를 만들도록 한다. 서베이*는 프로젝트에 대한 예시로 만들어진 블로그*이다.

예 상하고 어떤 질문에도 답할 수 있도록 학생들과 함께 사이트를 재검토한다. 가정으로 편지를 보내고 부모의 답변을 요청한다. 가능하다면, 지역신문이 학급 프로젝트에 대한 짧은 기사를 실을 수 있는지, 학급을 위해 조사서나 블로그 사이트 주소를 실을 수 있는지 알아본다. 학생들에게 사이트를 통해 얻어진 피드백은 최종적인 프레젠테이션에 포함될 것이라고 말한다. 피드백을 받으면, 학생들이 그 데이터를 일지에 포함시킨다.

위험한 도로 연구 수행
학생들에게 선택한 위험한 도로에 대해 연구할 시간을 준다. 학급전체가 인터넷 조사뿐만 아니라 지역 신문과 자원을 충분히 조사할 수 있게 한다. 학생들이 개인 일지에 각자 얻은 정보를 기록하게 한다. 학생들이 문제에 답하고 과정을 모니터하며 부가적인 도움을 제공하기 위한 연구를 수행하고 있는 동안 협의회를 잡아놓는다.

원인 지도 만들기
학생들이 원인과 결과 관계를 조사할 수 있도록 추론하기 도구를 소개한다. 학생들과 함께 추론하기 도구를 이용하기 전에, 추론하기 도구 웹 사이트를 검토한다. 그리고 그 도구에 익숙해지도록 노력한다.

교사 작업 공간에서 프로젝트를 만들고, 팀을 배당한다. 학생들이 추론하기 도구에 있는 교통안전 예제 맵에서 교통안전에 영향을 미치는 많은 요소들을 살펴보게 한다. 학생들에게 그 지도가 매우 다르게 보일 것임을 상기시켜준다. 왜냐하면 그 지도는 위험한 도로나 교차점에 포함된 물리학에 초점이 맞추어져 있기 때문이다. 각 팀에게 추론하기 도구 학생 작업공간에 로그인 하고 도로나 교차점을 위험하게 만드는 요소에 대한 약식지도를 만들게 한다. 학생 웹사이트에 올라오는 반응을 보면서 자신들이 만든 약식지도를 수정하고 학생일지에 데이터를 추가하게 한다. 더 많은 연구를 격려한다. 그리고 어떠한 추가적인 정보라도 팀의 약식지도에 포함시켜 준다. 도구의 논평부분을 사용하여 학생들이 프로젝트를 수행할 때 피드백을 준다.

프레젠테이션 만들기
학생들이 고속도로 또는 교차점의 주어진 부분의 개요를 보여주는 10~15분짜리 슬라이드 쇼 프레젠테이션 (ppt) 을 만들고 전달하게 한다. 학생들이 문제와 그들이 제안하는 고속도로의 위험에 대한 해결책을 설명하는데 운동학적 방정식을 사용하게 한다.

프레젠테이션은 ‘우리 주변의 모든 사건들이 예측되고 설명될 수 있는가?’하는 좀 더 본질적인 질문뿐만 아니라 ‘운동의 법칙은 일상생활의 사건들을 설명할 수 있는가? 그리고 어떤 사물의 운동도 예측할 수 있는가?’하는 프로젝트 질문에 답한다. 학생들이 과제와 평가에 대한 이해를 확실하게 할 수 있도록 프로젝트 채점 가이드 (doc) 와 프레젠테이션 가이드 (doc) 를 나누어준다. 학생들과 함께 프로젝트 기준에 대해 자세하게 토의한다. 학생들에게 그들이 고속도로 안전지지 그룹의 일원임을 상기시켜 준다. 그들의 일은 도로 또는 교차점의 위험한 부분에 변화를 제안하는 도시계획가들에게 전달할 프레젠테이션을 만드는 것이다. 프로젝트에 관한 어떠한 문제도 명백하게 한다. 그리고 학생들이 마지막 프레젠테이션을 계획하고 연습할 때, 이전 프레젠테이션에서 동료들이 준 피드백을 통합하여 하도록 상기시켜 준다.

최종 프레젠테이션 완성하기
프 레젠테이션을 발표하는 날, 프레젠테이션과 각 팀의 고속도로 위험과 그 연구에 관한 질문을 학생들이 번갈아 가며 할 것이라고 말해준다. 청중들이 질문할 때, 학생들은 도로나 교차점의 위험한 부분을 변화시키는데 쓰이는 제한된 양의 고속도로 자금을 가장 적절하게 사용하기 위해 노력하는 도시 계획가의 역할을 맡는다. 질문에 대답할 때, 발표자는 고속도로 안전지지 그룹의 구성원 역할을 맡는다. 참여를 위한 이 수업에 행정가와 교사들을 초대한다.

모든 프레젠테이션을 마친 후, 활동에 대한 보고를 듣고 제안들을 요약한다. 마무리를 위해 프로젝트 질문 ‘자연의 법칙이 우리의 삶을 더 나아지게 하거나 안전하게 만들어준다는 것을 어떻게 이해할 수 있는가?’와 좀 더 본질적인 질문, ‘우리 주변의 모든 사건을 예측하고 설명할 수 있는가?’를 한다. 도로와 교차점 연구에 관한 학급토론이 활발히 이루어지도록 한다. 그리고 실제 세계에서 선 운동 연구에 대한 최종적인 결론을 도출한다.

마지막 반성으로써, 학생들에게 그룹 활동 기여도 자기평가서 (doc) 를 완성하도록 하여 후에 프로젝트를 계획하는데 도움이 되도록 한다.

선수 학습 요소 / Prerequisite Skills

  • 충실한 프로젝트 전환과 수학적 능력
  • 능통한 편집(팜플릿과 최종 프레젠테이션을 위한)

개별화 학습 / Differentiated Instruction

부진 학생

  • 학생연구를 안내하고 정기적으로 그 과정을 모니터하는 것을 돕는 프로젝트 스토리보드와 지침을 나누어준다.
  • 학생들에게 프로젝트 성공을 위한 추가적인 발판을 제공한다.
  • 학생의 성취를 도울 협조적인 그룹에 학생들을 배치시킨다.
  • 필요한 경우, 추가적인 시간을 허용한다.

우수 학생

  • 실용적인 모델의 개발과 일상생활 속 운동현상에 대한 설명을 위한 연구에 지원한 학생에게 도전시킨다.
  • 프로젝트의 각 프로젝트의 향상된 구성요소를 대신하거나 이것에 참여하는 옵션을 학생들에게 제공한다.

비 영어권 학생

  • 먼저 기본어휘와 정의 목록을 학생에게 제공한다.
  • contents area material을 가르치기 위해 추가적인 시각그래프 자료를 제공한다.
  • 학생들이 모델, 도면, 도형 등 이론적인 개념의 이해를 증명하기 위한 선택을 하도록 허용한다.
  • 학생들에게 프로젝트 성공을 위한 추가적인 발판을 제공한다.

저작권 / Credits

Steve Owens 선생님이 인텔® 미래로 가는 교육에 참석하여, 학급 프로젝트에 대한 아이디어를 주셨다. 교사 팀에서 프로젝트설계를 여기에 보이는 예들로 보완하였다. 

신기한 물리학

프로젝트 개요

(At a Glance)

학년:11 - 12학년

교과:과학 (물리학)

주제:선 운동

고차원적 사고력:
종합, 분석, 문제해결

학습요점:
뉴튼의 법칙, 가속도, 힘, Projectile Motion, 벡터, 속도, 운동량

필요시간:
4주 동안 매일 90분 수업을 진행

배경:
미국 콜로라도의 교실