고등학교 통합과학1 · 시스템과 상호작용 · 2022 개정 교육과정
[10통과1-03-04] 성취기준 해설과 수업·평가 예시
성취기준 원문
[10통과1-03-04] 상호작용이 없을 때 물체가 가속되지 않음을 알고, 충격량과 운동량의 관계를 충돌 관련 안전장치와 스포츠에 적용할 수 있다.
성취기준 해설
일상생활의 역학 시스템에서 물체의 관성 및 충돌에 의한 안전사고 예방을 위한 대비책 및 장치를 고안할 때 관성 법칙과 충격량을 활용하게 한다.
쉽게 풀어 보면
알짜힘이 0이면 물체가 속도를 유지한다는 관성 법칙과, 충격량이 운동량의 변화량과 같다는 관계를 충돌 안전장치와 스포츠에 적용하는 성취기준이에요. 같은 운동량 변화라도 충돌 시간을 늘리면 받는 평균 힘이 줄어든다는 원리로 안전장치를 고안해 보는 것이 핵심이에요.
학습지 문항 예시 예시
운동량과 충격량으로 안전 지키기
- 버스가 갑자기 출발할 때 승객의 몸이 뒤로 쏠리는 현상을 관성으로 설명해 보세요.
- 질량 0.15 kg인 공이 40 m/s로 날아오다 글러브에 잡혀 멈췄을 때 공의 운동량 변화량의 크기를 구하세요.
- 위 문항에서 공이 멈추는 데 걸린 시간이 0.1초일 때와 0.01초일 때 글러브가 받는 평균 힘의 크기를 각각 구하세요.
- 자동차의 에어백이 탑승자를 보호하는 원리를 충돌 시간과 힘의 관계로 설명해 보세요.
수업 흐름 예시 예시
- 도입: 높은 곳에서 뛰어내릴 때 무릎을 굽히는 까닭을 물으며 학생들의 경험을 모아요.
- 전개 1: 마찰이 작은 수레로 알짜힘이 0일 때 물체의 속도가 변하지 않는다는 점을 확인하고 관성 법칙을 정리해요.
- 전개 2: 달걀 떨어뜨리기 활동에서 바닥 재료를 바꿔 가며 충돌 시간과 달걀이 받는 힘의 관계를 탐구해요.
- 정리: 모둠별로 자전거 헬멧, 놀이터 바닥 등 충돌 안전장치를 고안하고 충격량 개념으로 설명하는 발표를 해요.
서술형 평가 문항과 채점 기준 예시
질량 60 kg인 사람이 탄 자동차가 10 m/s로 달리다 충돌하여 멈추었다. 에어백이 있을 때 사람이 멈추는 데 0.2초, 없을 때 0.05초가 걸렸다면 각 경우 사람이 받는 평균 힘의 크기를 구하고, 에어백의 역할을 충격량과 운동량의 관계로 서술하시오.
| 수준 | 채점 기준 |
|---|---|
| 상 | 운동량 변화량 600 kg·m/s를 구해 평균 힘 3000 N과 12000 N을 바르게 계산하고, 충격량은 같지만 충돌 시간이 늘어나 평균 힘이 줄어든다고 설명함 |
| 중 | 평균 힘 계산 중 하나에 오류가 있거나, 에어백의 역할을 충돌 시간과 연결하지 못하고 푹신하다는 수준으로 설명함 |
| 하 | 운동량과 충격량의 관계를 쓰지 못하고 에어백이 충격량 자체를 줄인다고 서술함 |
세특 기재 예시 예시
충격량과 안전 탐구에서 달걀 떨어뜨리기 실험을 설계하여 바닥 재료에 따라 충돌 시간이 달라지면 달걀이 받는 평균 힘이 달라짐을 확인함. 에어백이 있을 때와 없을 때의 평균 힘을 운동량 변화량과 충돌 시간으로 계산하여 비교함. 충돌 시간을 늘리는 원리를 적용한 자전거 거치대 완충 장치를 고안하고 그 효과를 충격량 개념으로 설명함.
세특에는 학생이 실제로 한 활동과 교사가 관찰한 내용만 써요. 대회명·기관명처럼 쓰면 안 되는 내용은 생기부 기재 금지 사전에서 확인할 수 있어요.
학생들이 자주 헷갈리는 점
에어백이 충격량을 줄여 준다고 생각하는 학생이 많아요. 멈출 때까지의 운동량 변화량, 곧 충격량은 같고 충돌 시간이 길어져 평균 힘이 작아진다는 점을 짚어 주세요. 운동하는 물체에는 반드시 운동 방향으로 힘이 작용한다는 생각도 관성 법칙으로 바로잡아 주세요.
이 영역의 적용 시 고려 사항 (고시 원문)
- 중학교 1~3학년군의 ‘힘의 작용’, ‘운동과 에너지’, ‘생물의 구성과 다양성’ 및 ‘생식과 유전’, 고등학교 ‘지구시스템과학’의 지구 탄생과 생동하는 지구, ‘물리학’의 힘과 에너지, ‘역학과 에너지’의 시공간과 운동, ‘생명과학’의 생명 시스템의 구성, 생명의 연속성과 다양성, ‘세포와 물질대사’의 세포, 물질대사와 에너지, 세포호흡과 광합성 및 ‘생물의 유전’의 유전자와 유전물질, 유전자의 발현과 연계된다.
- 지구시스템의 균형이 깨짐으로써 인간세계에 주는 영향에 대해 조사·토론할 때, 주제와 관련된 과학이론이나 보도, 영상물, 전 지구 규모의 빅데이터와 시뮬레이션을 통해 지구시스템 차원의 연계성을 확인하고 디지털·인공지능 소양을 함양한다.
- 지구시스템을 구성하는 권역들 간의 상호작용이 지구 생명체의 존속에 기여하고 있으며, 미래세대를 위해 지구시스템을 최적의 상태로 보전해야 할 인류의 생태적 책임감을 인식시킨다.
- 자유 낙하와 수평으로 던진 물체의 운동을 시각화하여 비교하기
- 교통수단과 스포츠 등에서 충격을 줄이는 방법 탐색하기
- 막을 통한 물질의 이동을 실험하고 생명 활동 유지에서 세포막의 역할 탐구하기
- 효소 작용의 원리에 관한 실험하기
- 안전사고 예방 대비책 및 장치에 대한 고안은 과제 연구나 프로젝트 학습을 통해 창의적 산출물을 고안하도록 지도할 수 있다.
- 스마트 기기의 앱을 활용한 다중섬광사진, 가상현실 기기로 달에서의 중력 체험하기 등과 같이 디지털 탐구 도구를 적극 활용하여 디지털 소양을 함양함과 더불어 학생의 능동적 탐구를 유발한다.