태양에 플러그 꽂기

프로젝트 요약 / Unit Summary

이와 같이 학생들이 직접 만들어 보는 프로젝트는 학생들이 태양에너지 단원을 공부하는 동안 요리를 직접 해볼 수 있는 기회를 제공한다. 학급 수업은 그림자가 어떻게 생기는지를 보기 위해 태양주위를 도는 지구의 자전을 몸으로 나타내봄으로써 시작한다. 학생들은 나침반과 온도계 측정과 관찰을 토대로 지구의 위치와 그림자에 대해 여러 가지 조사를 하게 된다. 학생들은 또한 화석 연료 사용의 딜레마에 대해 연구하고 화석 연료의 한계를 태양에너지를 사용하여 어떻게 극복할 수 있는지 학습하게 된다. 학생들은 활동을 하면서 엔지니어로서 활동하게 되며, 학생들은 달걀을 성공적으로 요리할 태양에너지를 활용한 요리기구를 만드는 과제를 수행하게 된다. 만약 요리사들이 일을 한다면, 화석연료의 대체 에너지로서 태양에너지를 사용하는 좀더 개척적인 일의 초석이 될 것이다. 학생들은 그들이 학습한 내용을 프레젠테이션이나 뉴스레터로 나타내고 전시한다.

교육과정 구성 질문 / Curriculum Framing Questions

• Essential Question: 본질적 질문
  무엇 때문에 사람들은 문제를 해결하기 위한 새로운 대안을 고심하게 되는가?
• Unit Questions: 프로젝트 질문
  왜 태양에너지가 화석 연료를 대신할 대체 에너지가 되어야 하는가?
  태양에너지를 유용한 목적으로 전환할 수 있는 장치를 어떻게 고안할 것인가?
• Content Questions: 내용질문
  태양 열의 전도를 막는 요인은 무엇인가?
  태양 에너지는 다른 자원에 어떠한 영향을 주는가? 또 우리는 이러한 영향들을 어떻게 활용할 수 있는가?
  열은 어떻게 전도되는가?
  지구 자전과 태양의 위치가 지구의 열과 온도에 어떻게 영향을 주는가?

평가 과정 / Assessment Processes

태양에 플러그 꽂기 프로젝트에서는 다양한 학생 중심의 평가가 이루어진다. 이 평가들은 학생들과 교사들이 목표를 세우도록 도와주며 학생들의 진보를 모니터하고 피드백하는 데 도움을 준다. 학생들의 사고, 과정, 실행, 결과물을 평가하며 학습 활동 내내 학습에 대해 다시 되돌아보게 한다.

수업 진행 절차 / Instructional Procedures

선수 지식 및 기능:

• 배경 지식 (doc) 문서를 보고 용어와 기본 개념을 검토한다.
• 학생들이 나침반과 온도계를 활용할 수 있는지 점검한다.
• 학생들이 과학에서 수학적 기술을 활용한 경험이 있는지, 수학적 기술을 활용할 수 있는지 확인한다.
• 학생들이 인터넷을 활용하여 문서 정보를 검색하고 학습할 수 있는지 확인한다.
• 7-9차시 학습을 위한 학생 지원자를 선발한다. (프로젝트 설계서 후반부에 설명된 것과 같이)

1차시
학생들에게 본질적 질문을 물음으로써 시작한다. “무엇 때문에 사람들(과학자들)은 문제를 해결하기 위한 새로운 대안을 고심하게 되는가?“ 학생들은 그룹별로 브레인스토밍을 하고 무엇 때문에 과학자들이 새로운 발명품을 고안하게 되고, 대체 용품을 찾게 되는지 그룹별로 이야기할 수 있다. 학생들에게 “만약 우리가 항상 해왔던 대로 모든 일을 똑같이만 하고 산다면 세상이 어떻게 될 것인지?”를 물어본다. 학생들은 이 질문에 대해 프로젝트 말미에 다시 한번 되돌아보게 된다.

프로젝트 소개 프레젠테이션 (ppt) 을 보여주고 다음 질문에 대해 토론을 하면서 프레젠테이션을 살펴본다.

• 유용한 목적을 위해서 태양 에너지를 전이할 물건을 어떻게 디자인할 수 있는가?
• 전통적인 오븐은 어떻게 요리를 하도록 작동하는가? (오븐 요리를 하려면 열 에너지와 열을 보존할 절연 기구가 필요하다. 이 두 가지에 대한 아이디어를 내어 보고 증명한다. 온도 측정 기준은 유용한 추가적 특징이다.)

다음 질문을 생각해보면서 태양에너지로 요리하는 것에 대한 아이디어를 얻는다.

• 누군가 더운 날 달걀을 길가에 깨뜨리면 익는다고 했다. 이것이 사실일까?
• 누군가 그것을 시도해보았을까?
• 얼마나 뜨거워야 계란을 요리할 수 있을까?

학생들에게 시범을 보이면서, 미리 화씨350도로 달궈진 토스터 오븐 안에 작은 카스타드 컵을 넣고 그 안에서 달걀 요리를 해본다. 계란 안에 온도를 재는 것을 장치하고 계란 내부의 온도를 측정한다. 요리가 되어가면서, 복사열(공간을 통해 이동되는 열), 전도열(열 자원과의 직접적인 접촉으로 인해 생기는 열의 이동), 대류(움직임, 데워진 공기를 통해 이동하는 열)중 어느 것이 계란을 익히는지 토의한다. 계란이 익었다고 생각되면, 온도계를 읽는다(주의: 내부 온도가 화씨 160도에 이를 때 계란은 익는다. 오븐의 온도는 측정하지 않는다.).

다음의 도전거리를 소개한다. 학생들은 엔지니어로 일하는데, 그들이 할 일은 달걀을 성공적으로 요리하는 태양열 요리 기구를 만드는 일이다. 만일 요리 기구가 작동한다면 이것은 화석연료의 대체 에너지로서 태양에너지 사용에 대한 더 많은 탐구의 기반이 될 것이다. 학생들에게 연구에 기반하여 태양에너지 사용에 관한 이론을 정립해야 한다고 말하고, 질문을 제시한다. “왜 태양 에너지가 화석연료의 대체 에너지가 되어야 하는가?

2-3차시
학생들은 그룹별로 만나서 도전 과제를 해결하기 위해 그들이 생각하는 태양에너지 활용 요리기구는 어떤 특징이 있어야 할지 결정한다.

학생들을 다시 모이게 하여 태양 광선들의 반사와 흡수에 관해 가르친다. 달걀이 길 바닥에서 익을 수 없는 까닭에 대해 이야기하도록 하고, 학생들이 태양에너지를 활용한 요리 기구들을 만드는데 필요한 특성들을 간추리게 한다. 또 다음 질문에 대한 답을 생각해보도록 한다. “태양 에너지가 다른 물질들에 어떠한 영향을 끼는가? 또 우리는 이러한 영향들을 어떻게 활용할 수 있겠는가?

다음으로, 학생들이 세운 기준, 교사가 제공한 전자공학 자원과 인쇄물을 이용하여, 학생들이 다양한 종류의 태양에너지로 만든 요리 기구들을 평가하도록 지도한다. 그룹별로 작업을 할 때 교실을 순회하면서 어떻게 하고 있는지 상세히 기록한다.

마지막 10분 동안, 학생들이 이해도 질문지 (doc) 의 질문 1,2번에 대한 답을 과학 일지에 쓰게 한다. 일지를 다시 한번 살펴보고 필요하면 좀 더 지도를 한다.

4 차시
그룹별로 인터넷 검색을 통해 모의 태양 광선을 이용한 요리기구를 선택하도록 한다. 학생들에게 왜 자신들이 그 요리기구를 골랐는지 이유를 말하도록 준비시킨다. (왜 그 요리기구가 좋은지 발표하도록 준비시킨다.)

이해도 질문지 (doc) 의 3번 질문을 이용하여, 각 그룹별로 자신들의 오븐이 각각의 기능과 관련하여 어떻게 디자인되어있는지를 작은 종이에 기록하도록 한다. 이것은 학생 자신들이 선택하지 않은 오븐 디자인과 비교하여 자신들이 선택한 디자인에 대한 지지 내용으로서 활용될 수 있다.

5차시
학생들은 학급 전체 친구들에게 작성한 보고서를 읽어 주고, 토의를 통해 다시 작성하여 마지막 디자인을 선택한다.

디자인을 그리기에 앞서, 학습 일지에 자신들의 디자인을 간단하게 스케치하고, 각 특징과 기능을 적어 제목을 붙인다.

6 차시
학생들에게 복사, 대류, 열전도와 관련한 열의 변형 개념을 좀 더 상세히 알려준다. 학생들이 그들이 원하는 요리 방법(굽기, 삶기, 튀기기: 껍질을 벗겨서 또는 껍질 그대로)을 선택할 때 이러한 정보를 최대한 활용하도록 말해준다.

각 그룹들이 그룹 내에서의 역할과 과제를 할당하고, 자료를 모으도록 한다. 이해도 질문지 (doc) 의 문제 4번을 제시한다. 다시 한번 학습일지를 점검하게 하고, 필요할 때 마다 교수 학습을 수정한다.

7-9차시
학생들이 자신들의 요리기구를 완성할 충분한 시간을 준다.

이 기간 동안에는, 학생들이 shadow plot 만들기 안내지 (doc) 를 이용하여, 지구 자전축을 발견함으로써 지구의 회전(자전, 공전)과 지구에 미치는 열과 온도에 관한 태양의 위치를 조사하게 한다.

학생들에게 이해도 질문지 (doc) 에 있는 문제 5번에 답하게 한다.

10차시
요리기구를 점검하여 단점을 보완하고, 내부 온도를 측정하도록 1차시를 준다. 학생들은 시간과 온도를 대응시키는 차트나 그래프를 만들어야 한다. 이러한 온도들은 학생들의 조사 연구에서 발견된 음식들에 적합한 온도와 비교될 수 있다.

이해도 질문지 (doc) 6번 문제를 활용하여, 학생들에게 태양 광선을 이용한 요리기구 그래프를 해석하도록 한다. 나중에, 데이터 처리는 스프레드시트를 활용하여 그래프로 정리할 수 있다. shadow plot만들기 안내지 (doc) 에 있는 절차를 따라서 이 활동을 함으로써 학생들이 자신들의 오븐의 기능을 조정하고 요리할 시간과 장소를 선택할 수 있게 된다.

학생들이 가진 의문에 대답해 주고 어려워하는 개념의 이해를 알아보기 위해 회의를 한다.

11차시 (또는 다음 햇빛 나는 날씨 좋은 날)
요리 경연 대회! 학생들이 태양에너지 요리기구를 활용하여 계란을 요리하게 하라.

비디오 카메라, 디지털 카메라. 필름 카메라 등을 이용해 사진을 많이 찍는다. 안전에 주의하도록 한다. 달걀을 먹을 수 있으려면 적어도 화씨 160o 에서 요리가 되어야 하고 완성된 후에는 바로 먹어야 한다.

12-14차시
학생들은 이제 프로젝트에서 공부한 내용을 서로 공유할 것이다.

학생들은 그룹별로 또는 짝끼리 프레젠테이션 (ppt) , 브로셔, 뉴스레터 (doc) 등을 만든다.

프로젝트 체크리스트 (doc) 를 나눠주고 학생들이 자신들의 과정 진도를 계획하고 진도를 조정하게 한다. 학생들에게 모든 프로젝트는 다음과 같은 내용을 포함해야 한다는 것을 알려준다.

• 사람들이 왜 화석 연료를 대체할 태양 에너지를 사용하기를 원하는지 그 이유와 디자인 선택에 관한 이론적 근거가 있어야 한다.
• 가급적 요리기구 각 개발 단계에서 1개 이상의 디지털 사진
• 그래프 해석하는 삽화와 시간에 따라 온도 변화를 보여주는 그래프
• 실험 과정과 결과의 토론(과정, 문제해결, 도전 과제 결과, 결론 포함하기)
• 요리 기구 디자인을 위한 인용문과 다른 정보들

프로젝트 루브릭 (doc) 을 나누어 주고 프로젝트 작업을 시작하기 전에 학생들이 평가 기준을 이해하고 있는지 확인한다.

15차시
본질적 질문에 대한 토론의 결론을 지어라. “무엇 때문에 사람들(과학자들)이 문제를 해결하는 대안을 생각하는가?” 학생들은 과학자들이 문제를 해결하는 새로운 대안을 탐색하는 원인에 대해 좀더 통찰하고 이해하고 있어야 한다.

학생들은 이해도 질문지 (doc) 의 문제 7번부터 9번까지의 응답을 쓰도록 한다.

사전 지식 및 기능 / Prerequisite skills

• 지구 위의 물체를 특정 방위에 맞추는 나침반 사용 경험
• 다양한 종류의 물질에서 온도의 변화를 관찰하기 위한 온도계 다루는 능숙함
• 과학 상황에 수학적 힘을 적용하는 기술
• 기본적인 키보드 조작 기술과 컴퓨터 다루는 기능(문서 열고 저장하기, 프로그램 시작하기, 문서 검색, 인터넷으로 정보 검색)

차별화 교수 방안 / Differentiated Instruction
이 프로젝트의 대부분은 다양한 학문적 학습 수준에서 다루어 질 수 있다. 필요하다면, 학생들에게 기능적으로 좋은 학생들과 컴퓨터 기술이 좋은 학생을 파트너로 묶어 줄 수 있다.

부진 학생

• 책을 잘 읽는 학생과 팀을 구성해준다.
• 학생에게 기록일지 서문을 받아 적도록 하거나 평가 답안을 받아 적는 것을 허용한다.
• 범위를 좁혀서 가장 중요한 특징들에 관해서만 과제를 부여한다.
• 학생들이 여러 개의 답 중에서 선택하게 하거나 에세이를 작성하는 것보다는 구어로 대답해도 되도록 허용한다.
• 개인적으로 보조하고 도와줄 것이 있는지 물어본다.
• 조직화와 작업의 마무리를 돕기 위한 과제의 일정표를 제공한다.

영재 학생

• 복잡한 포물선 모양의 요리 기구 만들기, 태양 에너지와 관련된 원자핵 융합, 음식을 데우기 위해 전자레인지와 분자를 얼마나 흔드는지와 같은 심화과정을 할 기회를 제공한다.
• 태양에너지를 저장하는 문제를 제시하고 학생이 해결책을 찾게 한다.

비 영어권 학생

• 가능할 때 시각적 모형을 보여준다.
• 좀 더 능숙한 이중 언어 사용 학생들에게 번역을 부탁한다.
• ELL 지원 인사들에게 어휘 진보를 돕기 위한 두 가지 언어 용어 소책자를 만들어달라고 요청한다.
• 학생들이 모국어로 글을 써서 나중에 번역본으로 만드는 것을 허용한다.

저작권 / Credits

Marge Stembel of Garrett Park, Maryland가 the Intel® Teach Program에 참여하여 학급 프로젝트를 위한 이 아이디어를 만들었다. 교사들로 이루어진 팀은 여러분이 여기에서 보듯이 계획을 확장시켰다.