주제형 모듈 프로그램 소개

우주과학 실험체험 단원 소개

국립고흥청소년우주체험센터는 국내 최초 우주과학 특성화 청소년체험시설로서 천문우주·항공우주·기초물리 분야의 실험체험 프로그램을 142종 개발·운영하고 있다. 청소년들이 다양한 실험체험 프로그램을 통해 스스로 생각하고 창의력을 키워가는 기회를 갖고 이성과 감성을 키워나가는데 보탬이 되고자 노력하고 있다. 또한 학교, 과학관, 청소년관련 시설에서 근무하는 지도교사에게 실험체험 프로그램을 제공∙교육하여 우주과학에 대한 전반적인 지도역량 강화에 도움을 주고자 노력하고 있다.

  [교육과정 설계]

사전 참여자의 수요조사를 실시하여 학생들 개개인이 신청한 단원으로 교육과정을 설계한다. 참여자는 참가 신청과 함께 아래의 단원 분류표에서 본인이 희망하는 모듈과정을 선택하게 된다. 전일제 체험 및 캠프형은 아래의 체험단원을 통해 참여자가 직접 과정을 구성하여 참여하게 된다. 두가지 형태의 프로그램 일정은 붙임 자료를 통해 확인할 수 있다.

체험단원		구성 단위프로그램	시수
주제형 실험체험단원	빛	빛의 직진성과 바늘구멍 사진기, 빛의 굴절과 렌즈의 역할, 광선 추적법, 회절격자 분광경 제작	10
	별과 망원경	망원경의 광학계, 우리나라 별자리, ‘Stellarium’과 ‘Starry Night’을 이용한 천문현상의 재연 및 관찰, 태양계 행성의 성질, 망원경 구동법, 태양관측, 천체관측 심화	10
	질량중심	질량중심 찾기, 나무 블록 쌓기, 피사의 사탑, 물체의 안정성, 태양계 행성의 운동, 태양계 모빌, 창작물 설계	11
	우주탐사	달기지 건설, 화성지형 만들기, 우주탐사 연대기표, 착륙선 설계, 다빈치 코드	13
	마이크로 중력	시간, 거리, 속도, 가속도, 지구의 표면중력, 마이크로 중력	10
	대기비행	대기비행의 원리, 종이비행기 비행 실습, 비행체 설계, 항공 연대기표 만들기	10
	우주비행	우주비행의 원리, 물 로켓, 에어 로켓, 로켓 비행의 안정성, 로켓 연대기표 만들기	10

체험단원		구성 단위프로그램	시수
공통   체험 단원	우주선 비행모듈	지상통제 임무수행 장비체험(MCC), 우주왕복선 조종환경 체험(SSS), 우주선 귀환 1인승 조종장비 체험, 우주로의 여행:4D 시뮬레이터 체험	1.5
	우주환경 적응모듈	달 적응장비 체험(Moon Walker), 다축회전 적응장비 체험(MAT), 우주정거장 적응장비 체험(5DF), 순간 무중력 적응장비 체험(Air Bounce)	1.5
	우주임무 수행모듈	우주임무 수행장비 체험(MMU), 행성탐사 로봇 미션 체험, 우주복&크로마키 시스템 체험, 위성 블록 게임	1.5
	GPS 위성기술체험	GPS 미션 오리엔티어링 ; 센터 야외에 설치된 과학 미션 포스트를 GPS수신기를 이용해 추적하고 과학 미션을 해결하는 활동	2.5
	천체투영관 체험	별자리와 천구좌표 등 천체투영 입체교육, 돔 영상물(Realm of Light, Two Small Piece of Glass) 관람	1.0
	천체관측	천체관측 기초 : 별, 행성, 위성 관측, 천체관측 심화 : 성단, 성운, 은하 관측	1.0

 

우주과학 체험활동 단원별 개요 설명자료

① 빛

물체가 우리 눈에 보이는 과정을 빛의 진행과 관련지어 알아보는 활동이다. 이 단원은 초등학교 6학년「빛」단원의 내용과 연관되어 있으며, 다양한 활동을 통하여 학생들은 빛의 직진, 굴절, 반사의 원리를 터득하게 된다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
빛	빛의 직진성과 바늘구멍 사진기	바늘구멍 사진기를 직접 설계하고 제작해 본다. 바늘구멍 사진기의 구멍의 크기, 구멍과 스크린 사이의 거리, 피사체와 구멍 사이의 거리, 구멍의 개수, 구멍의 모양 등을 변화시켜가면서 얻어진 영상에 어떤 차이가 생기는지 확인해 본다.	3
	빛의 굴절과 렌즈의 역할	렌즈와 조명장치를 사용하여 빛의 굴절 현상을 관찰하고 굴절의 원리를 터득한다.	2
	광선 추적법	빛의 직진, 반사, 굴절에 의한 결상의 원리를 광선 추적법을 이용한 작도를 통하여 이해한다.	2
	회절격자     분광경 제작	회절격자 분광경을 제작하여 빛의 간섭에 의한 분산 현상의 원리를 알아본다. 수소, 헬륨, 네온, 질소 등의 고온 가스가 내놓는 방출선의 파장을 측정한다.	3

② 질량중심

질량중심 실험체험은 초등학교 4학년 ‘무게’ 단원과 5학년 ‘태양계와 별’ 단원의 내용과 연관이 있으며, 질량중심과 안정성의 관계를 실험을 통해 체험하고 우주과학과의 연계성을 알아보는 활동이다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
질량중심	모양이 일정하지 않은 물체의 질량중심 찾기	여러 가지 모양의 두꺼운 종이 조각들을 나누어 주고 각각의 질량중심을 찾게 한다. 스스로 생각해 낸 방법으로 질량중심을 찾아보고, 그 결과를 발표하고 토론하는 시간을 갖는다.	2
	나무 블록  쌓아 올리기	동일한 나무 블록을 계단 모양으로 차례차례 쌓아 올려서 가장 긴 계단을 만든 조에게 시상한다.	1
	질량 중심과    피사의 사탑	피사의 사탑이 쓰러지지 않는 이유를 질량중심과 연계하여 발표한다. 피사의 사탑이 쓰러지지 않게 하려면 앞으로 어떻게 해야 할지 토론 해 본다.	1
	질량중심과 물체의 안정성	앞서 진행한 실험을 통해 ‘질량 중심’과 ‘물체의 안정성’사이의 관계를 찾아내게 한다. 두꺼운 종이를 이용하여 2개의 트럭 모형을 만든 후 각각 높은 쪽과 낮은 쪽에 무거운 추를 싣고 경사면을 달리게 한다. 어떤 트럭의 운동이 안정적인지 실험해 보고 질랑중심과 안정성과의 관계를 발표한다.	2
	질량중심과      태양계 행성의   운동	태양계 행성들의 운동과 질량중심이 어떤 관계가 있는지 강의와 실험을 통해 알아보고 토론해 본다.	1
	태양계 모빌    만들기	나무막대, 지점토, 실 등을 이용하여 태양계 모빌을 만든다. 지점토로 행성을 만들 때 행성들 사이의 질량차이를 고려한다.	2
	질량중심을     활용한 창작물 만들기	지금까지 실험을 통해 체득한 질량중심의 개념을 활용하여 창작물을 만들어 본다. 각자의 작품을 발표하고 전시한다.	2

③ 우주탐사

인류가 우주를 탐사하는 이유를 생각해 보고, 우주 탐사에 대한 꿈을 키워보는 활동이다. 이 활동은 초등학교 5학년 「태양계와 별」단원의 내용과 연관된다. 우주탐사 단원을 통해 학생들에게 탐구심을 키워주고자 한다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
우주탐사	달기지 건설	학생들이 각각 지질학자, 항해사, 의료 과학자, 선장, 엔지니어의 역할을 선택하여 달기지 건설방법을 토의해 본다.	3
	화성지형 만들기	화성의 대표 지형인 올림푸스 화산의 지형도를 이용하여 모형을 만들어 본다.	3
	우주탐사      연대기표	학생들은 최초의 우주인의 탄생부터 최신 탐사선까지 조사하여, 우주탐사 연대기표를 만들어 본다.	2
	착륙선 설계	제한된 재료를 이용하여 높은 곳에서 떨어져도 안전하게 착지하는 착륙선을 설계하고 제작해 본다.	3
	다빈치코드	트랙 위에서 라인트레이서를 이동시켜 목표 지점까지 도달케 하는 활동이다. 이 활동을 통해 지구에서 우주탐사선을 원격으로 조종하는 원리를 배우게 된다.	2

④ 별과 망원경

빛의 기본 성질을 이해한 후 망원경으로 별을 관측하는 활동으로 초등학교 5학년 「태양계와 별」단원의 내용과 직접 연관이 있다. 별과 망원경 단원을 통해 천문관측에 쓰이는 망원경의 작동원리와 그 기능을 이해시키고자 한다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
별과 망원경	망원경의 광학계	굴절 망원경과 반사 망원경 광학계의 작동 원리를 빛의 굴절과 반사의 관점에서 이해한다. 집광력, 초점거리, 배율, 분해능, 색수차, F/D 비 등의 개념을 학습한다.	1
	우리나라 별자리	‘Stellarium’과 ‘Starry Night’을 이용하여 계절별 대표 별자리를 알아본다. 각 별자리에 담겨있는 우리나라의 별자리를 소개하고, 별자리에 숨어있는 성운, 성단, 이중성을 찾아본다.	1
	Stellarium과 Starry Night을이용한 천문현상 재연 및 관찰	‘Stellarium’과 ‘Starry Night’을 이용하여 천구 좌표계를 이해한 후, 별의 일주운동과 일·월식 현상 등을 재연하고 관찰한다. 특히 일식이 음력 초하루에 일어나고 월식이 음력 15일 전후에 일어나는 이유를 스스로 알게 한다.	1
	태양계 행성의 성질	‘Stellarium’과 ‘Starry Night’을 이용하여 태양계 행성의 지형을 살펴본 후, 각 행성의 물리적인 특성을 알아본다. 물리적 특성의 차이를 태양계 기원의 관점에서 해석한다.	1
	망원경 구동법	자신에게 배부된 실습용 망원경으로 경통과 파인더의 광축 정렬, 지구자전축과 가대의 극축 정렬, 망원경의 수평 맞추기 등의 조작법을 익혀본다.	2
	태양관측	백색 필터와 Hα 필터를 이용하여 흑점과 폭발 현상을 관측하고 자신의 카메라로 직접 촬영한다. 그리고 태양 표면에 흑점과 폭발이 생기는 이유를 알아본다.	2
	천체관측	자신에게 배당된 소구경의 망원경을 직접 조작하여 달, 행성, 산개성단, 구상성단, 성운 등을 육안으로 관측한다. 관측을 통해 별들의 색깔이 다르다는 사실을 확인해본다.	2

⑤ 대기비행

대기권 내에서 움직이는 물체의 주변에는 공기의 흐름이 생기게 마련이다. 이때 물체는 공기의 흐름으로 인해 모종의 힘을 받게 된다. 물체의 구조나 무게중심의 변화가 비행체의 운동에 어떠한 영향을 주게 되는지 알아본다. 이를 항공기의 운동과 연결시켜 이해한다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
대기비행	대기비행의 원리	항공기를 뜨게 하는 힘의 발생 기작을 이해하기 위해 베르누이 원리에 관한 몇 가지 실험을 수행한다.	2
	종이비행기   비행 실습	종이비행기를 직접 제작하고 날개를 조작하여 직선 비행 거리와 선회 반경을 어떻게 조종하는지 확인한다. 실제 비행기의 움직임을 분석하여 중력과 양력, 항력과 추진력의 관계를 알아본다.	2
	멀리 날아가는 비행체 설계	비행체 날개의 유무와 부착 위치 그리고 무게중심의 위치를 변경하여 설계, 제작한다. 어느 경우가 가장 멀리 비행할 수 있는지 알아보고 실제 비행체의 구조와 비교해본다.	3
	항공 연대기 표	항공 발달사의 주요 사건들을 재구성하여 연대기표를 만들고 조별로 토의한다. 항공에 관련된 과학기술의 발달과 그것을 응용한 인간의 노력을 알아본다.	2

⑥ 마이크로중력

국제우주정류장 내부에서 우주유영이 가능한 이유를 이해하기 위해 몇 가지 실험과 토의활동을 진행한다. 단계별 활동에 참여하여 ‘마이크로 중력’ 의 실체를 체험하고 이해한 학생은 국제우주정류장 내부가 결코 중력이 존재하지 않는 ‘무중력’의 공간이 아니라 지구 중력에 의하여 자유 낙하하는 하나의 실험실이라는 사실을 터득하게 될 것이다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
마이크로 중력	시간, 거리, 속도, 가속도 실험	MBL을 이용해 물체가 이동한 거리와 시간을 측정하여 이동속도가 거리의 시간에 따른 변화율임을 알아본다. 또한 센서 앞에서 감·가속 운동을 해 보이게 하여 감·가속 운동은 속력이 점점 증가하거나 감소하는 운동임을 알게 한다.	3
	힘, 질량, 가속도 실험	레일이나 평판, 수레 차, 무게 추 등을 이용한 MBL 활동으로 힘, 질량, 가속도 사이에 성립하는 관계를 확인한다.	3
	지구의 중력 가속도 측정	MBL의 가속도 센서를 부착한 물체를 높은 곳에서 자유 낙하 시켜서 중력 가속도를 측정하고 이론값과 다른 이유를 토의한다. 갑자기 떨어지는 놀이기구를 탈 때의 느낌을 기술해보고 그 때의 가속도는 얼마가 될지 토의한다.	2
	마이크로 중력의 상황	두 개의 영상을 통해 우주정류장과 자유 낙하하는 비행기 속의 사람이 어떻게 움직이는지 확인한다. 만약 가속도 센서를 몸에 부착했다면 얼마의 값이 나올 것인지 예측하게 하고 마이크로 중력의 개념과 연관시켜서 설명하게 한다.	2

⑦ 우주비행

대기비행과는 달리 우주비행에는 공기의 흐름이 있을 수 없다. 그렇다면 비행체들은 어떻게 추진력을 얻어서 움직이고 자세를 유지하는지 궁금할 것이다. 이를 이해하기 위해서 운동량보존에 기초한 간단한 실험과 체험실습을 제공한다. 로켓은 지표면에서 발사하기 때문에 대기권을 통과해야 한다. 대기비행에서 비행운동의 안정성을 유지하기 위해 로켓에 어떤 장치가 필요하고, 그 기능이 무엇인지를 이해하기 위하여 모형 로켓을 직접 제작해본다. 그 부속 구조물의 모양과 위치를 변화시킬 때 비행에 나타나는 변화를 조사한다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
우주비행	우주비행의 원리	공기가 거의 없는 우주공간에서 로켓과 우주선이 어떤 방식으로 작동하게 되는지를 이해하기 위해 운동량보존에 관한 실험을 수행한다.	2
	물 로켓, 에어 로켓	로켓 제작과 발사를 통해 물이나 공기가 분사될 때 생기는 힘의 반작용이 로켓을 위로 올릴 수 있음을 확인한다.	3
	로켓 비행의 안정성	질량중심과 압력중심을 고려하여 가장 안정적으로 날아갈 수 있는 로켓의 구조를 설계해보고 그 이유를 토의한다.	3
	로켓 연대기 표	로켓 발달사의 주요 사건들을 재구성하여 연대기표로 만들고 조별로 토의한다. 로켓에 관련된 과학기술의 발달과 그것을 응용한 인간의 노력을 알아본다.	2

⑧ 우주환경 비행․적응․임무수행 장비 체험

교과과정 중 지구과학 1 「우주탐사」와 관련이 있는 활동이다. 우주 비행사가 우주선을 타고 우주환경으로 접근하여 임무를 수행하기 위해서는 지상에서 일정의 훈련과정을 거쳐 우주환경에 대한 적응능력을 키워야 한다. 센터 체험관에는 우주 비행사가 우주환경 적응을 위해 훈련하는 장비와 유사한 3가지 모듈의 우주체험 장비가 준비되어 있다. 체험자는 직접 시승체험을 하게 되며, 각 장비별로 숨어 있는 과학적 사실과 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 관련 영상 시청 및 현장 지도자의 해설을 제공 받는다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
우주체험장비	우주선비행모듈	우주선을 타고 국제우주정류장까지 올라간 후 다시 지구로 귀환하는 미션을 수행한다. 우주 비행사가 각 단계에서 어떤 임무를 수행해야 하며, 어떤 훈련이 필요한 것인지 체험한다.	2
	우주환경적응모듈	달 표면이나 국제우주정류장 내부는 지구와는 환경특성이 매우 다르다. 우주공간과 지표면 환경의 차이를 알아보고 체험 장비를 통해 간접적으로 확인해 볼 수 있다.	2
	우주임무수행모듈	우주공간에서의 우주인 임무수행 방법을 알아보고 시승체험장비로 간접 체험해 본다. 또한 로봇을 이용한 행성탐사 미션을 수행하며 달․화성 탐사선의 구조를 이해한다.	2

⑨ 현대 위성기술 체험

교과과정 중 지구과학 1 「우주탐사」와 관련이 있는 활동이다. 20세기 초 인간은 로켓을 개발하였고, 그 로켓에 위성을 실어 지구 궤도에 올릴 수 있게 되었다. 위성은 과학 연구를 위한 과학위성에서부터 군사위성, 실용위성 까지 다양한 종류가 있다. 이번 단원에서는 나로 우주과학관 견학을 통해 우리나라의 우주개발 노력을 알아보고, GPS 위성의 원리 이해 및 활용을 위한 센터 내 야외 활동공간을 활용한 GPS 미션 오리엔티어링 활동을 체험해 본다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
현대 위성기술 체험	과학문화 탐방 (나로 우주과학관견학)	우리나라는 1992년 우리별 1호 위성을 시작으로 계속적으로 인공위성을 발사하고 있으며, 지금 이 순간에도 우주개발과 탐사를 위한 노력을 계속하고 있다. 우주개발의 현장에 위치한 나로 우주과학관을 견학하면서 우리나라 우주개발의 역사와 도전을 알아본다.	2
	GPS위성기술체험(GPS 미션 오리엔티어링 체험)	GPS는 Global Positioning System의 약자로 지구를 도는 인공위성이 ‘현재의 위치’를 시시각각 알려주어 목적지까지 인도해 주는 시스템이다. GPS의 원리를 이해한 후, GPS 위치 추적기를 이용하여 센터 야외 전역에 설치된 미션 포스트를 찾아가 과학미션을 해결하는 활동을 체험한다.	3

 

⑩ 천체투영관 체험 및 천체관측

천문현상을 입체로 교육할 수 있는 천체투영관에서 계절별 별자리와 천구좌표 등을 학습해 보고, 망원경을 활용하여 실시간으로 천체관측을 체험하는 활동이다. 이 활동은 초등학교 5학년 「태양계와 별」단원의 내용과 연관된다. 이 단원을 통해 계절별로 별자리가 달라지는 이유를 알아보고, 망원경의 구조와 관측방법을 학습한다.

단원활동		체험활동 세부내용	시수
천체투영관 체험 및 천체관측	계절별 대표 별자리	전 하늘을 88개의 구역으로 나눈 별자리의 천구 상 겉보기 운동을 천체투영관에서 재연해 본다. 또한 계절별 대표 별자리와 함께 ‘봄철 대곡선’부터 ‘겨울철 다이아몬드’까지 알아본다.	0.5
	돔 영상물(Realm of Light)	빅뱅으로 열린 시공간에 중원소가 채워지고, 그 일부 중원소들이 결합하여 지구형의 고체 행성으로 만들어지는 우주 진화를 소개하는 돔 영상물이다.	0.5
	돔 영상물 (Two Small Piece of Glass)	별잔치(Star Party)에 참가한 학생들에게 망원경에 대한 궁금증을 해결해 주는 형식으로 관람객을 별과 천문학의 세계로 안내하는 돔 영상물이다.	0.5
	천체관측	자신에게 배당된 소구경의 망원경을 직접 조작하여 달, 행성, 산개성단, 구상성단, 성운 등을 육안으로 관측한다. 관측을 통해 별들의 색깔이 다르다는 사실을 확인해본다.	2

 

[공통 체험 단원; 우주선 비행-우주환경 적응-우주임무 수행 모듈 장비 체험]

▮ 우주선 비행모듈 장비 체험

① 우주선 비행임무 체험 : 지상 임무통제센터(MCC)와 우주왕복선(SSS) 간접 조종 체험

- 임무통제센터와 우주왕복선의 모습을 재연한 장비체험과 관찰 학습을 병행할 수 있는 체험모듈이다. 우주왕복선을 발사시키는 중심역할을 하는 임무통제센터에서는 발사체의 연료공급, 안전통제 정보 확인, 비행경로 및 운용자 준비상황 점검, 각종 기상정보 분석 등의 발사 준비 작업을 수행하는 가상 역할체험을 경험하게 된다. 또한 가상의 우주왕복선 내에서는 우주비행사, 우주과학자 등의 실제 역할을 임무통제센터와 병행하여 체험해 본다.

- 체험자는 지휘소 역할을 하는 감독관의 지시에 따라 각자 콘솔에 부여된 임무를 입출력 스위치인 키보드와 터치스크린을 이용하여 발사 준비 단계별로 해당 임무를 수행한다. 체험자는 수행 완료된 임무를 감독관에게 보고하고, 감독관은 최종 발사 준비를 확인하며 발사 작업을 진행한다. 우주왕복선 발사 작업의 진행 상황은 대형 스크린에 투영되는 영상을 통해 알아볼 수 있다.

  체험장비 연출 이미지

② 우주선 귀환조종 체험

- 체험자는 가상의 1인승 우주선 시뮬레이터를 통해 우주선 조종 체험을 하게 되며, 우주정거장 도킹 해제-임무 브리핑-비행 준비-자유비행-대기권 돌파 비행-착륙-무사 귀환 보고-비행 종료의 체험 시나리오 순서에 따라 임무를 수행해 본다.

- 조종체험은 입출력 조이스틱, 스로틀, 러더를 이용해 수행하며, 운영 감독관의 지시에 따라 완료 보고 후 체험을 종료한다.

- 체험자는 이어폰의 음향을 통해 우주선의 비행원리, 자세제어, 항로결정, 비행사 임무 등을 학습할 수 있으며, 3차원 영상을 보면서 사실감 넘치는 우주선 비행체험을 하게 된다.

  체험장비 연출 이미지 

 

▮ 우주환경 적응모듈 장비 체험

① 다축회전 적응 체험 : MAT, Multi-Axis Trainer

- 우주선이 우주공간에서 마구 회전하게 되는 경우 우주선 안에서 겪게 되는 느낌을 다축회전 체험장비를 통해 경험한다. 다축회전 체험훈련은, 우주 왕복선이 조종 불능 상태가 되었을 때 발생하는 고속회전 상황에서 신체의 평형감각을 키우기 위해 비행사가 받는 훈련의 일종이다.

  체험장비 연출 이미지 

 

② 달 적응 체험 : Moon Walker

- 문워커 장비는 표면 중력의 세기가 지구의 1/6인 달 표면에서의 걸음걸이를 체험할 수 있는 장비이다. 아폴로 우주비행사 훈련에 직접 사용됐던 것과 유사한 장비다.

- 철제 스프링과 와이어를 이용하여 자신이 느끼는 몸무게가 실제 무게의 1/6이 되도록 구현하였다.

- 최초의 달 착륙 우주비행사인 닐 암스트롱은 달 착륙의 소감을 “이것은 한 인간에게는 작은 한 걸음이지만, 인류에게는 위대한 한 걸음이다”라고 말했다. 달 적응 체험이 청소년들에게 우주과학자의 꿈을 키워주는 계기가 될 것이다.

  체험장비 연출 이미지 

 

③ 우주정류장 적응 체험 : 5DF, 5Degrees of Freedom

- 저중력 상황에서 방향 감각을 유지하기 위한 훈련장비로 체험자는 다섯 가지 방향으로의 운동을 체험하게 된다.

- 5DF 체험을 통해 전/후, 좌/우, 3축회전의 5가지 방향에 대한 움직임에서 몸의 균형 감각을 키울 수 있다. 우주정류장 내 저중력 상태에서 몸의 반응을 5DF로 간접 체험하게 된다.

- 저중력 상태의 구현을 위해 에어 베어링과 에어 레귤레이터를 이용하여 체험장비를 바닥에서 1cm정도 띄운다. 이때 안전을 위해 운영자는 장비 뒷부분의 손잡이를 잡고 참여자의 이동을 도와준다.

  체험장비 연출 이미지 

 

▮ 우주임무 수행모듈 장비 체험

① 우주 임무수행 체험: MMU, Manned Maneuvering Unit

- 우주 공간에서 이동·작업하는 상황을 재연하는 체험장비를 이용하여 체험자가 자신의 운동을 3차원의 방향으로 조종하며 우주선 수리 미션을 해결하는 활동이다.

- 배와 항공기의 승무원과 마찬가지로 우주왕복선은 우주비행사에 의해 운영된다.우주왕복선의 비행사들은 크게 선장, 파일럿, 임무전무가 그리고 화물전문가로 나눌 수 있다. 우선, 선장은 우주왕복선에서의 모든 일을 책임지는 리더의 역할을 하고, 파일럿은 선장을 보조하면서 우주왕복선을 조종하며, 임무전문가는 우주왕복선의 동체 고장이나 위성의 수리 그리고 국제 우주정거장의 조립 등을 담당한다. 화물전문가는 우주왕복선의 운영과는 관계없이 우주환경에서 가능한 여러 가지 실험과 연구를 목적으로 탑승하는데, 이들은 주로 각 분야의 전문가들로 구성된다.

- MMU 체험은 우주비행사 중 임무전문가의 역할을 간접적으로 체험하는 활동이다.

  체험장비 연출 이미지 

 

② 화성탐사 임무수행 체험: 가상의 화성탐사 로봇 조종 체험

- 화성의 지형을 가상으로 구현한 표면 위에서 탐사로봇을 세 명이 팀을 이루어 원격 조종하며 주어진 광물채취 미션을 공동으로 수행하는 활동이다.

- 세계 최초의 화성 탐사 로봇 소저너(무게 11.5kg의 전자레인지 크기)는 1997년 7월에 화성에 도착하여 6주간에 걸친 탐사 활동을 하였다. 초속 1㎝로 움직이며 불과 수십 미터를 이동하였지만 화성 탐사에 새로운 장을 열었다. 그 후 2004년 1월 미국 NASA는 보다 대형인 화성 탐사 로봇 스피릿과 쌍둥이 동생 오퍼튜너티를 각각 화성에 착륙시키는 데 성공하였다. 화성탐사선 스피릿은 물에 의해 생긴 퇴적암 층을 발견하였으며, 물속에서만 생성되는 황산염 결정을 찾아내기도 하였다. 스피릿의 흥미로운 탐사 결과 중 하나는, 탐사 지역인 구세브 분화구에 있는 '마자찰(Mazatzal)'이라는 암석을 분석한 것이다. 이 암석을 통해 3개의 분리된 층이 존재한다는 사실을 발견했는데, 이는 구세브 분화구에 자체 물 공급원이 있었음을 알려주는 결정적인 증거였다.

- 화성탐사 로봇의 간접 조종실습과 역사적 사실에 대한 운영자 해설 도움으로 탐사선의 작동원리를 이해하고 미래의 인류 도전에 대해 전망해 보는 활동이다.

체험장비 연출 이미지 

 

  ③ 우주복 체험: Space Suit

- 대기압과 산소가 없는 우주환경에서 임무를 수행하기 위해서는 특수 설계된 우주복이 필요하다. 이번 체험활동은 영상을 통해 우주복의 기능을 이해하고, 모의 우주복을 입어보고 촬영하며 “나도 미래 우주인”의 꿈을 상상해 보는 시간이다.

- 모의 선외 우주복은 헬멧, 장갑, 장화, 생명유지 장치, 상의, 하의로 나뉘어 있다. 체험자는 각각의 장치에 대한 기능을 이해하고 직접 입어보는 체험을 한다.

- 또한 모의 선내 우주복을 입고 함께 참여한 체험자끼리 사진 촬영을 한 후, 현장에서 미디어폴을 이용하여 이메일로 발송하며 추억을 간직한다.

- 우주복은 내부 압력과 온도를 일정하게 유지하고, 산소를 공급해주며 이산화탄소를 제거해 줌은 물론 비행사와 비행선 간의 통신을 이어주는 기능이 있다. 또한 우주먼지, 자외선, 태양복사열 등으로 부터 우주인을 보호 한다.

- 책에서 배웠던 우주복의 이와 같은 기능을 영상과 해설로 이해하며, 모의 우주복 체험을 통해 미래 우주로의 여행을 상상해 본다.

체험장비 연출 이미지 

 

자유학기제, 창의적 체험활동 모듈프로그램 일정 예시

우주과학 특성화 맞춤과정 2박3일: 주제 단원은 개별 결정

일수	시 간	소요 예상	구 분	주 요 내 용
				우주과학 특성화 체험활동 맞춤연수
1 일 차	14:00~15:30	90분	접 수	∙접수 및 숙소배정
	15:30~16:00	30분	개회식	∙개회식 ․과정 개요설명 및 참여자간 인사 ․환영사, 생활안내 등
	16:00～17:30	90분	강 의	∙특강 또는 개론; 체험단원별 주제 강연 및 모둠별 문제설정
	17:30~19:00	90분	석 식	∙휴식 및 석식
	19:00~21:00	120분	강의 및 체험	∙우주과학 체험활동 1 : 공통 체험활동(1) ; 천체투영관 체험 및 천체관측
	21:00~	-	취 침	∙숙소 이동 및 취침
2 일 차	07:30~09:00	90분	조 식	∙조식
	09:00~11:30	150분	실험& 체험	∙우주과학 체험활동 2 : 주제 선택활동(1) ; 별과 망원경/우주탐사/우주비행/마이크로/중력/대기비행/ 질량중심/빛 단원 中 택1
	11:30~13:30	120분	중 식	∙휴식 및 중식
	13:30~15:30	120분	실험& 체험	∙우주과학 체험활동 3 : 주제 선택활동(2) ; 별과 망원경/우주탐사/우주비행/마이크로/중력/대기비행/ 질량중심/빛 단원 中 택1
	15:30~17:30	120분	체험	∙우주과학 체험활동 4 : 공통 체험활동(2) ; 우주선 비행모듈-우주환경 적응모듈-우주임무 수행모듈 체험장비 시승 체험
	17:30~19:00	90분	석 식	∙휴식 및 석식
	19:00~20:00	60분	실험& 체험	∙우주과학 체험활동 5 : 주제 선택활동(3) ; 별과 망원경/우주탐사/우주비행/마이크로/중력/대기비행/ 질량중심/빛 단원 中 택1
	20:00~21:00	60분	토론	∙모둠별 주제 발표; 질문-문제에 대한 답 도출, 2차적 실험 제안
	22:00~	-	취 침	∙숙소 이동 및 취침
3 일 차	07:30~09:00	90분	조 식	∙조식 및 교육장 이동
	09:00~11:20	140분	체 험	∙우주과학 체험활동 6 : 공통 체험활동(3) ; SOS 체험, 나로과학관 견학, 사이언스 쇼(택1)
	11:20~11:40	20분	폐회식	∙폐회식(수료증 수여 등)
	11:40~12:00	20분	평 가	∙활동평가 및 설문지 작성
	12:00~	-	중 식	∙중식 후 귀가

※ 현장사정 및 기상조건에 따라 변동될 수 있음.

 

우주과학 특성화 맞춤과정 4박5일: 주제 단원은 개별 결정

일수	시 간	소요 예상	구 분	주 요 내 용
				우주과학 특성화 체험활동 맞춤연수
1 일 차	14:00~15:30	90분	접 수	∙접수 및 숙소배정
	15:30~16:00	30분	개회식	∙개회식 ․과정 개요설명 및 참여자간 인사 ․환영사, 생활안내 등
	16:00～17:30	90분	강 의	∙특강 ; 국립고흥청소년우주체험센터 홍승수 원장
	17:30~19:00	90분	석 식	∙휴식 및 석식
	19:00~21:00	120분	강의 및 체험	∙우주과학 공통 체험활동(1) ; 천체투영관 체험 및 천체관측
	21:00~	-	취 침	∙숙소 이동 및 취침
2,3,4 일차	07:30~09:00	90분	조 식	∙조식
	09:00~12:00	180분	실험& 체험	∙우주과학 주제 선택활동(1),(4),(7) ; 별과 망원경/우주탐사/우주비행/마이크로/중력/대기비행/ 질량중심/빛 단원 中 택1
	12:00~13:30	90분	중 식	∙휴식 및 중식
	13:30~15:30	120분	실험& 체험	∙우주과학 주제 선택활동(2),(5),(8) ; 별과 망원경/우주탐사/우주비행/마이크로/중력/대기비행/ 질량중심/빛 단원 中 택1
	15:30~17:30	120분	체험	∙우주과학 공통 체험활동(2),(3),(4) (2일차) 우주선 비행모듈-우주환경 적응모듈-우주임무 수행모듈 체험장비 시승 체험 (3일차) GPS 미션오리엔티어링 (4일차) 과정 우주비행사 훈련-챌린지 로프코스
	17:30~19:00	90분	석 식	∙휴식 및 석식
	19:00~20:00	60분	실험& 체험	∙우주과학 주제 선택활동(3),(6),(9) ; 별과 망원경/우주탐사/우주비행/마이크로/중력/대기비행/ 질량중심/빛 단원 中 택1
	20:00~21:00	60분	토론	∙모둠별 자유토론 ; 과학체험활동 현장 적용 컨설팅 및 종합 토론
	22:00~	-	취 침	∙숙소 이동 및 취침
5 일 차	07:30~09:00	90분	조 식	∙조식 및 교육장 이동
	09:00~11:20	140분	체 험	∙우주과학 공통 체험활동(5) ; “한국 우주개발 현장을 가다”-나로과학관 전시물 체험
	11:20~11:40	20분	폐회식	∙폐회식(수료증 수여 등)
	11:40~12:00	20분	평 가	∙연수평가 및 설문지 작성
	12:00~	-	중 식	∙중식 후 귀가

※ 현장사정 및 기상조건에 따라 변동될 수 있음.

우주과학 특성화 맞춤과정 전일제 체험

시 간	일 정 (전일제 체험)
07:00~08:00	이 동
08:00~09:00
09:00~10:00	‣ 센터 도착 및 오리엔테이션
10:00~11:00	‣ 프로그램 운영 1) 우주정류장 생활 I [30분] 2) 갑자기 자라는 청소년의 키 [60분]
11:00~12:00
12:00~13:00	‣ 점심식사
13:00~14:00	‣ 프로그램 운영 3) 엘리베이터 다이어트 [60분] 4) ‘아래위’와 ‘안팎’ [30분] 5) 달에서 잃어버린 몸무게 [45분] 6) 엘리베이터에서 우주정류장으로 [50분] 7) 우주정류장 생활 II [45분]
14:00~15:00
15:00~16:00
16:00~17:00
17:00~18:00
18:00~19:00	‣ 설문지 작성 및 정리
19:00~20:00	귀 가

붙임 1

전일제체험 예시1 : 키와 몸무게 변화로 미리 타보는 우주정류장

 

 

1. 프로그램 소개

센터를 방문하는 청소년들에게 여기서 가장 해보고 싶은 우주체험이 무엇이냐고 물어보면 많은 학생들이 ‘무중력 상태에서의 우주유영’이라고 대답합니다. TV나 YouTube를 통해 만나게 되는 『국제우주정류장, ISS』에서의 우주인들의 생활상이 그만큼 매력적인가봅니다. 지구 중력에서의 해방은 인류의 영원한 소망일 수밖에 없습니다.

 

육중한 제트여객기가 굉음과 함께 지면을 박차고 하늘로 오를 때 저는 조용히 눈을 감고 베르누이의 원리를 기억해냅니다. 유체 흐름에 관한 에너지 보존칙을 그 안에 담아 궁리를 거듭합니다. 한 걸음 더 나아가 압력과 속도의 내면적 변화 과정을 느껴보고자 얼굴을 찡그리기도 합니다. 그럼에도 내 가슴에는, 양력의 발동을 베르누이 원리로 이해했다는 희열은 일지 않습니다. 우리는 흔히 종잇장에 한두 줄의 수식을 써놓고 비행체에 작용하는 양력이 어디에서 비롯했다고 설명하며 또 그 설명을 이해했다고들 합니다. 고백하건대 그 두어 줄의 수식은 ‘이해’라는 표현으로 자신을 ‘오도’하는 단순히 기억된 지식이었습니다. 입가에 절로 미소가 떠오르게 되는 느낌에서 오는 그런 이해는 아니었습니다. 이해의 순간이라면 가슴이 울렁여야 할 것입니다.

 

우리는 세상의 작동 원리를 기억하거나 이해하기보다 느끼게 하고 싶습니다. 『청소년우주체험센터』는 우리 청소년의 가슴에 느낌으로 펄떡이는 살아 있는 지식을 심어주고자 노력해오고 있습니다. 이번 ‘우주과학창의체험스쿨’도 그런 맥락에서 구상됐습니다.

 

학생들에게 ‘무중력’에 대해 몇 가지 질문을 던져봅니다. 어떻게 해서 국제우주정류장이 ‘무중력’의 상황에 놓이게 됐는지 물으면, 대기권 바깥에 있기 때문이란 답을 자주 듣습니다. 지구에서 워낙 멀리 떨어져 있기 때문에 지구 중력의 세기가 거의 영으로 된다는 답을 듣기도 합니다. 중력과 원심력이란 열쇠 말이 튀어나옵니다. 때론 관성계와 비관성계를 얘기하는 학생도 있습니다. 하지만 거개의 경우 저들의 답은 기억된 어휘, 개념어, 열쇠 말들의 단순 제시에 그칠 뿐입니다. 예를 들어 태양을 공전하는 지구에서 태양의 중력을 느낄 수 없다는 사실을 우주정류장에서의 ‘무중력’ 상황에 연계하는 학생은 만나보기 어렵습니다.

 

금번에 개설하는 총 6시간 과정의 「우주과학창의체험스쿨 : III 키와 몸무게 변화로 미리 타보는 우주정류장」에서는, 학생들은 우리가 특별히 고안하고 선정한 몇 가지 실험의 수행, 우주체험 장비의 시승, 몇 편의 동영상물 관람 등을 통하여 스스로 ‘마이크로 중력'의 실상을 체험하고 터득하게 될 것입니다.

 

오늘날 우리 과학교육에서 창의적 체험 활동의 중요성이 그 어느 때보다 강조되고 있습니다. 급변하는 지식기반 사회에서 누구에게나 꼭 필요한 지적 자산이, 문제를 스스로 발굴·정의하고 해결하려는 성향과 또 그렇게 할 수 있는 능력, 즉 창의성과 창의력입니다. 그렇다면 우리나라 청소년들을 창의적 인재로 키워갈 수 있는 방안이 무엇인지 고민해야 할 것입니다. 저희 센터는 창의성에 이르는 확실하고 효율적인 방편이 실험활동이라고 주장합니다. 당면한 문제를 해결하기 위해 실험을 하다보면 창의적 인재의 속성인 종합력, 분석력, 실행력이 함께 키워지기 때문입니다.

 

이러한 배경에서 우리는 「우주과학창의체험스쿨 : III. 키와 몸무게 변화로 미리 타보는 우주정류장」을 일방적 강의 일변도가 아니라 대화와 실험과 활동 위주로 운영할 계획입니다. 물리량을 측정하고 측정한 값을 정량적으로 분석하는 활동은 하지 않겠습니다. 정량적 이해에 정성적 느낌이 우선해야 할 것입니다. 학술적으로 잘 정의된 개념어의 사용은 저어할 것입니다. 예를 들어, ‘가속도’ 대신 ‘속도의 변화’란 표현을 쓰겠습니다. 원심력이란 용어의 사용도 삼가겠습니다. 위로 던져 올린 물체의 운동이 ‘자유낙하 운동’임을 받아들이게 하겠습니다. 실험 활동의 대상으로 자신의 키와 몸무게와 자신이 매일 타고 오르내리는 엘리베이터를 택하여, 과학의 기본 원리를 이해하는 데 교사의 설명보다 자신의 느낌이 우선해야 함을 알려 주겠습니다.

 

금번 ‘우주과학창의체험스쿨’에 참가하는 학생들은 대화를 통한 브레인스토밍과 일련의 실험활동에 참여하면서 국제우주정류장의 내부가 결코 중력이 존재하지 않는 무중력의 공간이 아니라 지구 중력에 의하여 자유낙하 운동을 하는 하나의 실험실이라는 사실을 터득하게 될 것입니다. 이것이 학생들이 이번 ‘우주과학창의체험스쿨’에서 경험하게 될 ‘무중력 체험’의 핵심입니다.

 

2. 프로그램 내용

본 ‘우주과학창의체험스쿨’은, 토요일 오전 HD 영상 시스템이 구비된 천체 관측소 세미나실에서 시작하여 정오경에 구룡캠퍼스로 이동해서 다양한 실험체험 활동을 센터 본관에서 수행한 후 오후 5시경에 마무리하는 총 6시간의 과정으로 진행됩니다.

 

우선 매일 다양한 천문 이미지로 감동과 함께 천문 지식을 전달해주고 있는 “Astronomical Picture of the Day”에 소개된 국제우주정류장 안에서 제작된 영상물을 시청합니다. 국제우주정류장은 지구에서는 체험하기 어려운 마이크로 중력 상황에 놓여 있으므로 여러 가지 이상한 현상들을 영상에서 만나게 될 것입니다. 지구에서는 너무 익숙해서 그 진실을 파헤칠 기회조차 놓치고 있는 일상적인 현상들의 배후에 엄청난 진실이 숨어 있음을 깨우치게 하기 위한 일종의 충격 요법을 APOD 자료가 제공해 줄 것입니다. 기존 지식의 틀에서 해석이 불가능하다고 느껴지는 현상을 접하게 되면, 자연스레 그 속에서 문제를 제기하게 되고 그 문제를 해결하려면 긴 호흡의 사고 과정이 필요함을 알게 될 것입니다. 이것이 우리 센터가 추구하는 실험체험의 핵심입니다.

 

이번 ‘우주과학창의체험스쿨’ 실험체험 활동에서 학생들은 스스로 질문을 던지고 그 질문을 스스로 해결하도록 유도될 것입니다. 금번 ‘우주과학창의체험스쿨’은, 학생들이 일상생활에서 키 재기와 같은 단순한 경험을 바탕으로 현실에서 체험하기 매우 어려운 마이크로 중력 현상의 핵심까지 파고들 수 있도록 도움을 줄 것입니다.

 

1) 우주정류장 생활 I [30분]

지도교사 및 지도자 : 홍 승수 원장 ; 강 원석, 강 신철, 하 지성, 김 다운

준비물 : 프로젝터, 영상물, 활동지

감상 방법 및 절차 안내 5분; 영상물 감상 10분; 이상한 점 발표하기 15분;

 

올바른 질문던지기는 답을 설명하기보다 더 중요한 과정입니다. 어떤 현상을 자세히 관찰하고 그 관찰 속에서 의문점을 ‘느끼는’ 것은, 책을 통해 얻어내는 단순히 기억된 지식이 해줄 수 있는 게 아닙니다. 평소 우리는 정해진 답을 요구하는 질문에 답하고 설명하는 것에만 익숙해져 있습니다. 그 때문에 시험 문제는 기가 막히게 잘 푸는 학생들이 정작 자신만의 질문을 던지는 것에 힘들어합니다.

 

마이크로 중력이라는 경험하지 못했고, 앞으로도 경험하기 힘든 상황에서 벌어지는 여러 가지 사건들에 평소 많은 관심을 가졌을 것입니다. 그러나 우리는 신기한 것을 관찰하는 과정에서 단순한 놀라움으로 스쳐지나가지 않고 의문을 품는 과정까지 이어지도록 도와줄 것입니다. 그리고 이러한 의문의 밑바닥에는 학생들이 가지고 있는 기본 지식과 경험들이 도사리고 있습니다. 기존 지식과 경험을 머릿속에서 종합적으로 버무릴 수 있어야 올바른 질문이 나올 수 있습니다. 즉, ‘이렇게 한다면 이러이러할 것’이라고 미리 예상하는 과정을 거치지 않은 학생들은, 평소에 익숙하지 않던 현상을 보고도 당혹감을 느끼지 않을 수 있습니다.

 

영상물의 첫 번째 관람에서는 토의 과정을 갖지 않습니다. 여기서 가지게 된 당혹감과 의문들이 이후의 과정을 진행하는 데 중요한 원동력이 될 것이기 때문이다. 그리고 실험체험을 수행하고 난 후에 같은 영상을 다시 감상함으로써 현상을 대하는 자신의 모습이 달라졌음을 깨닫고 동시에 그 긍정적 변화에서 비롯한 질문을 통해 토의를 이끌어 나갈 계획입니다.

 

2) 갑자기 자라는 청소년의 키 [60분]

지도교사 및 지도자 : 홍 승수 원장 ; 강 원석, 강 신철, 하 지성, 김 다운

준비물 : 키 측정용 장비, 줄자, 활동지, 프로젝터, 랩탑

키재기 10분; 평균 및 편차 계산 30분; 줄자-키측정기의 결과 비교 증명 5분; 누워서 측정한 키에 대한 토의 및 누워서 키재기 5분; 키와 키차이의 그래프 그리기 10분;

 

초등학생에서 중학생이 될 때까지는 매우 자주 키를 쟀던 기억이 납니다. 이 실험체험에서는 일상에서 쉽게 접하는 키 재기라는 단순한 측정과정을 통해서 과학 실험의 핵심 요소인 ‘측정’과 ‘오차’에 대한 기본 개념을 이해시키겠습니다. 또한 누워있을 때 커지는 자신의 키를 직접 측정함으로써 기본 지식을 근거로 예측했던 결과와 달리 실험을 설계 · 수행하여 그 결과를 직접 눈으로 확인했을 때 느끼게 되는 충격이 이 실험이 겨냥하는 과녁입니다.

 

실험체험 과정은 다음과 같습니다. 우선 간단한 키 측정용 장비를 사용하여 모두의 키를 잽니다. 그리고 이렇게 측정된 키가 여러 가지 요인으로 인해서 실제 자신의 키와 다를 수 있다는 사실을 토의합니다. 그런 요인들을 정량적으로 파악하기 위한 가장 간단한 방안으로 여러 번 측정하는 것을 제안할 수 있을 것입니다. 참가 학생을 세 그룹으로 나누어 그 그룹의 대표를 선정하고 대표를 그 그룹의 학생들이 모두 한 번씩 다시 측정해 봅니다. 그러면 측정할 당시 대상의 상태나 측정자의 방법이 서로 다르기 때문에 나타나는 측정오차를 ‘편차’라는 단순화된 개념으로 정의할 수 있습니다. 이 과정을 통해 한 사람의 키를 대략 어느 정도의 오차 범위에서 확인할 수 있는지 알게 됩니다. 즉 측정 결과의 신뢰도를 가늠할 수 있을 것입니다.

 

이렇게 측정된 자신의 키가 꽤 큰 오차가 있다는 사실을 알 수 있을 것입니다. 그 한 가지 오차 요인으로 서서 측정하기 때문에 나타날 수 있다는 의문을 제시하여 자연스럽게 누워서 자신의 키를 측정할 수 있도록 합니다. 이 과정에 앞서 누워서 측정할 때 사용되는 줄자와 서서 측정한 장비의 눈금이 어느 정도로 잘 일치하는지 검증해 보일 필요가 있습니다. 그리고 누워서 측정된 자신의 키를 서서 잰 값과 비교해 보면서 그 차이가 어떤 요인에 의한 것인지 서로 이야기해보는 시간을 가집니다. 지도자는 누워서 측정된 키와 서서 측정된 키의 차이를 이용하여 간단한 그래프를 그리고 그 결과를 보여줍니다.

 

누워서 측정된 키가 서서 측정한 값보다 항상 더 크게 나온 것을 확인합니다. 지도교사는 마이크로 중력 상태에서는 사람의 키가 서있을 때보다 많이 증가할 것이라는 점을 학생들이 예견할 수 있도록 유도합니다. 우리가 생각하고 있는 것보다 우리 몸에 작용하는 중력이 하는 일이 훨씬 크다는 것을 이 체험을 통해 보여줄 수 있습니다. 그리고 항상 중력의 영향 아래에서 생활하기 때문에 잘 인식하지 못하였던 체중감의 실체에 대한 설명과 그 근원인 중력의 방향을 고민하게 할 단초를 제공합니다.

 

3) 엘리베이터 다이어트 [60분]

지도교사 및 지도자 : 홍 승수 원장 ; 강 원석, 강 신철, 하 지성, 김 다운

준비물 : 엘리베이터, 체중계, 스톱워치, 활동지

실험 소개 및 방법 설계 10분; 실험 및 자료 기록 20분; 자료 분석 30분;

 

키 측정에서 느꼈던 체중감을 정량적으로 경험할 수 있는 훌륭한 도구가 있습니다. 바로 체중계입니다. 시중에서 쉽게 구할 수 있는 체중계와 어디서든 타볼 수 있는 엘리베이터를 같이 활용하면 엘리베이터 안에서 느꼈던 체중감의 변화를 정량적으로 확인할 수 있습니다. 그룹을 나누어 엘리베이터를 탑승하게 하고 평소 알고 있던 자신의 체중과 움직이는 엘리베이터 안에서 측정한 체중이 얼마나 서로 다른지 알게 합니다. 그리고 어느 순간에 체중계의 눈금이 크게 변화하는지 시간을 기록하도록 합니다. 즉, 이 실험체험을 통해 우리는 6가지의 정보를 얻을 수 있습니다. 평소 체중, 최대 체중, 최소 체중, 최대 체중 시간, 최소 체중 시간, 평소 체중을 유지하는 시간 간격 등입니다.

 

지도자는 시간에 따른 엘리베이터의 운동 속도를 표현한 그래프를 미리 준비합니다. 측정을 마치고 들어온 학생들은 6가지 정보를 바탕으로 그 그래프에 자신의 체중 변화를 맞춰 보도록 합니다. 평소 우리는 엘리베이터 안에서 자신이 느끼는 체중이 변화한다고 알고 있습니다. 예상했던 체중의 변화량과 실제 측정된 변화량을 비교해보고, 그런 변화가 가장 크게 나타나는 시점이 속도 그래프에서 어느 위치에 오는지 설명하게 합니다. 구체적으로 엘리베이터의 운동과 체중변화를 연관 짖기 위해서는 꽤 많은 고민이 필요할 것입니다.

 

운동하는 엘리베이터 안에서 우리의 체중에 나타나는 변화를 설명하기 위해서는 그동안 배워왔던 여러 가지 지식과 개념어 들이 튀어나올 수 있습니다. 그러면 그 개념들을 하나씩 짚어가고 다시 설명하도록 유도하는 과정을 통해서, 학생들은 우주정류장에서 나타나는 마이크로 중력의 상황에서 체중이 어떻게 변할지 예상할 수 있을 것입니다.

 

4) ‘아래위’와 ‘안팎’ [30분]

지도교사 및 지도자 : 홍 승수 원장 ; 강 원석, 강 신철, 하 지성, 김 다운

준비물 : 활동지

앞서 엘리베이터 안에서의 체중 변화가 무엇 때문인지 고민해보았습니다. 그리고 첫 번째 실험체험에서 서서 잰 키와 누워서 측정한 키가 다르다는 사실도 확인했습니다. 엘리베이터 안에서의 체중 변화와 재는 방향에 따른 키의 차이는 모두 중력이 ‘위’에서 ‘아래’ 방향으로 작용하기 때문입니다. 이 단계에서는 조금 더 큰 규모에서의 중력의 방향에 대해서 살펴보겠습니다.

 

지구는 둥글기 때문에 지표면과 수평인 방향으로 열심히 뛰어나가면 어느 순간 땅에서 멀리 달아나게 될 것입니다. 그런 상황에서 중력이 작용하는 방향에 대해 토의합니다. 이와 같은 큰 규모에서 중력의 방향을 고민하는 것은 앞서 수행한 두 실험체험의 결과와 이어질 수 있습니다. 즉, 누워있게 되면 머리와 발끝 중에 어느 쪽이 지구 중심을 향한 안쪽이고 어느 쪽이 지구의 바깥을 향한 것인지 정의할 수 없게 됩니다. 그렇기 때문에 누워서 잰 키는 중력의 영향에서 벗어난 키라는 사실을 알 수 있습니다. 마찬가지로 엘리베이터는 전 지구적인 관점에서 ‘위아래’가 아닌 ‘안팎’으로 이동하는 물체라고 생각할 수 있습니다.

 

이러한 큰 규모에서 지구 중력의 방향에 대한 이해는 마이크로 중력의 상황을 가늠케 하는가장 중요한 정보입니다. 그러나 지구와 같은 중력을 지닌, 그러나 실험에 동원할 수 있을 정도로 작은 구형 물건을 가지고 실험 활동에 임할 수는 없습니다. 그래서 간단한 설명과 가상 실험, 그리고 질문을 통해 지구 중력의 방향에 대해 깊이 논의할 계획입니다. 이 시간에는 강의보다는 활발한 토의가 진행되어야 합니다. 지도교사는 단계별 상황을 제시하여 작은 규모에서는 항상 일정한 방향의 중력이라고 가정할 수 있지만 큰 규모에서 볼 때 어떻게 바뀌는지 구체적으로 설명할 충분한 시간을 주어야 합니다.

 

5) 달에서 잃어버린 몸무게 [45분]

지도교사 및 지도자 : 홍 승수 원장 ; 강 원석, 강 신철, 하 지성, 김 다운

준비물 : 문워킹 영상, 문워커

영상 감상 및 이동 15분; 문워커 탑승 30분;

 

중력에 대해서 이야기할 때 빼놓을 수 없는 것이 달에서의 중력 체험입니다. 앞서 진행되는 강의 및 토의 과정을 무사히 마친 학생들에게 ‘문워크’라는 활동을 할 수 있는 장비를 타게 합니다. 중력이 약한 상황에서 다리에 작용하는 힘이 어떻게 변화하는지 체험할 수 있을 것입니다.

 

달에서 몸무게가 감소한다는 사실은 간혹 질량에 대한 오해로 이어집니다. 우리가 평소에 사용하는 체중의 단위를 질량 단위와 혼동해서 사용하기 때문입니다. 이번 체험에서는 질량과 혼동할 수 있는 무게의 개념에서 벗어나 다리에서 느껴지는 힘의 차이로 중력의 변화를 이해할 수 있도록 하겠습니다. 아폴로 탐사선이 달에 착륙하여 달 위를 걷는 우주인의 모습을 보고 그와 유사한 경험을 갖도록 하겠습니다. 중력이 약한 상황에 오래 노출되면 다리에 가해지는 힘이 줄어들기 때문에 ‘운동부족’이라는 부작용이 나타날 수 있습니다. 이는 우주정류장에 있는 선원들이 매일 2시간의 격렬한 운동을 해야 된다는 규칙을 지키는 것을 보면 알 수 있습니다.

6) 엘리베이터에서 우주정류장으로 [50분]

지도교사 및 지도자 : 홍 승수 원장 ; 강 원석, 강 신철, 하 지성, 김 다운

준비물 : PET 물병, 낙하산, 송곳, 활동지

실험 소개 및 예상 결과 토의 10분; 물병 던지기 실험 25분; 지도자 토의 15분;

 

키 측정 실험이 중력에 의해 우리가 받게 되는 신체적 변화와 중력의 방향성을 알려주었다면, 엘리베이터 실험은 미세한 체중의 변화를 통해 마이크로 중력 상황의 과학적 원리에 다가갈 수 있도록 도와주었습니다. 이 단계가 앞으로 진행될 일련의 실험체험의 전환점이 됩니다. 이번 실험에서는 실제 우주정류장의 상황에 매우 가까운 마이크로 중력을 ‘바라볼’ 수 있게 할 예정입니다.

 

본 센터 ‘우주과학창의체험스쿨’의 정신은, 복잡하거나 접하기 어려운 ‘신기한’ 실험도구들로 학생을 현혹하지 않겠다는 다짐에서 구현됩니다. 학생들은 일상에서 쉽게 접할 수 있는 그리고 아주 간단한 원리로 작동하는 도구를 사용함으로써 직관적으로 어떤 사실을 바로 인지할 수 있을 것입니다. 그래서 이번 실험 또한 쉽게 구할 수 있는 PET 병을 사용합니다.

 

물이 담긴 PET 병에 구멍을 뚫으면 키 측정 실험에서 체험한 것과 마찬가지로 위쪽의 물이 아래쪽의 물을 누르기 때문에 물이 새어나오게 됩니다. 이런 PET 병을 매우 빠르게 아래쪽으로 가속되는 엘리베이터에 태우면 무게의 감소량이 커져서 결국 무게가 0가 되는 상황을 구현할 수 있습니다. 그러나 물병을 태울 엘리베이터를 굳이 만들 필요는 없습니다. 바로 물병을 그냥 떨어뜨리면 되기 때문입니다. 이번 실험체험에서는 구멍이 뚫린 물병을 이용하여 중력이 우리 몸을 짓누르는 힘이 어떻게 변화하는지 실험할 것입니다.

 

지도자는 학생들과 실험설계를 도와 물병에게 어떤 체험을 시킬지 토의합니다. 기본적으로 떨어뜨리기, 위로 던져 올리기, 옆으로 던지기 등의 방법을 시도할 수 있습니다. 각각의 상황에 대해서 실험하기에 앞서 각자 물병을 가지고 하고 싶은 실험 방법과 그 결과에 대한 자신의 예상 결과를 발표 할 수 있는 시간을 줍니다. 그리고 그 방법에 따라 지도자가 실험을 수행하고 학생들은 그 결과를 관찰합니다. 물병에서 새어나오는 물줄기의 변화를 관찰함으로써 물병 안의 물이 받는 힘을 추정해 볼 수 있습니다. 물병에서 물이 새어나오지 않는 다는 것은 물병 안의 물이 더 이상 위에서 짓누르는 힘을 받고 있지 않다는 것을 의미합니다. 이는 우주정류장에서 사람이 위에서 아래로 짓누르는 힘을 받지 않는 것과 매우 유사한 상황이 될 것입니다.

 

물병이 어떤 운동을 할 때, 물이 새어나오지 않는지 확인함으로써 마이크로 중력 상황에 있는 우주정류장의 운동 상태를 토의할 수 있을 것입니다. 이와 같은 실험 결과를 토대로 물병의 가속도와 지구 중력 가속도가 어떤 관계를 만족할 때, 마이크로 중력의 상황이 발생하는 것으로 사고의 지평을 확장할 수 있습니다. 실제 우주정류장은 실험을 수행한 지표면과는 매우 다른 굉장히 높은 곳에서 움직이고 있습니다. 그렇기 때문에 우주정류장의 가속도와 지구 중력가속도의 관계만 가지고 우주정류장의 마이크로 중력을 설명하긴 어려울 것입니다. 이와 함께 앞서 토의한 지구 중력 방향에 대한 이해가 필요할 것입니다.

 

7) 우주정류장 생활 II [45분]

지도교사 및 지도자 : 홍 승수 원장 ; 강 원석, 강 신철, 하 지성, 김 다운

준비물 : 국제우주정류장 영상, 이소연 실험 영상, 활동지

영상물 재상영 및 설명하기 10분; 실험 영상 감상 및 설명하기 25분; 지도자 토의 10분;

 

끝으로 앞서 보았던 우주정류장의 실험 영상을 다시 살펴보겠습니다. 이제 우리는 우주정류장 안에서 일어나는 흥미로운 현상들 뿐 아니라 이런 현상을 보여주기 위해서 필요한 우주정류장의 운동을 묘사할 수 있을 것입니다.

 

마이크로 중력이라는 것은 체험하기는 어렵지만 여러 실험 영상을 통해 쉽게 관찰할 수 있습니다. 마지막으로 이소연 박사가 수행한 실험 영상을 본 후, 마이크로 중력 상황에서 일어나는 여러 가지 현상을 설명하는 시간을 가지겠습니다. 중력이 0라는 상황은 상상하기 힘듭니다. 그러나 지구 중력에 의해 자유낙하 하는 물체의 상황은 쉽게 이해할 수 있을 것입니다. 마이크로 중력 상황에서 자주 등장하는 동글동글한 물 덩어리의 모습은 우리는 일 년에 수 십 번 떨어져 내리는 빗방울을 통해 관찰할 수 있습니다. 물수건을 짜면서 아래로 가속시켜보면 떨어지지 않고 물이 붙어있는 것도 관찰할 수 있습니다. 그냥 자리에 바로 누워보면 마이크로 중력 상황과 마찬가지로 키가 커진다는 사실도 확인할 수 있습니다.

 

마이크로 중력의 유사 상황을 체험하고 실험하는 과정을 통해, 처음에는 놀랍게만 보였던 마이크로 중력 상황에서의 이상한 현상들이 이 마지막 과정을 통해 정상적인 현상으로 탈바꿈 할 수 있길 기대합니다.

 

3. 프로그램 일정

시 간	일 정 (전일제 체험)
07:00~08:00	이 동
08:00~09:00
09:00~10:00	‣ 센터 도착 및 오리엔테이션
10:00~11:00	‣ 프로그램 운영 1) 우주정류장 생활 I [30분] 2) 갑자기 자라는 청소년의 키 [60분]
11:00~12:00
12:00~13:00	‣ 점심식사
13:00~14:00	‣ 프로그램 운영 3) 엘리베이터 다이어트 [60분] 4) ‘아래위’와 ‘안팎’ [30분] 5) 달에서 잃어버린 몸무게 [45분] 6) 엘리베이터에서 우주정류장으로 [50분] 7) 우주정류장 생활 II [45분]
14:00~15:00
15:00~16:00
16:00~17:00
17:00~18:00
18:00~19:00	‣ 설문지 작성 및 정리
19:00~20:00	귀 가
20:00~21:00
21:00~23:00

붙임 2

사진으로 보는 청소년 우주체험활동 운영 사례

 

① 초급, 중급 우주과학 실험체험 프로그램 개발 및 시범운영 : 학습지, 학습교재 개발 배포

→ 교급에 따라 학생들의 사전 지식수준이 다름을 고려하여 실험의 주제와 단계를 차별화하여 실험체험 프로그램 개발․제공

<그림 1> 수준별 실험체험 프로그램 및 학습지 개발 사례 

 

<그림 2> 참여자 학습교재 개발 및 제공 사례

 

② 학교교과와 우주과학 체험활동을 연계한 사례

 

<그림 3> 학교 교과와 연계된 창의체험활동 사례(* 2009 개정 교육과정 기준)

③ 실험, 체험, 강연, 토론 등의 다양한 학습방식을 통해 과학의 기본원리를 체득하게 하고, 지식의 응용과 확장의 기회 제공

<그림 4> 실험, 체험, 강연, 토론 등 다양한 학습방식의 프로그램 운영

 

④ 지도자용 매뉴얼과 과학키트 개발․운영으로 창의력 기반 우주과학활동 운영 활성화

<그림 5> 지도자용 매뉴얼 개발 사례

 

<그림 6> 과학키트 개발․운영 사례

 

⑤ 기타 우주체험 활동 및 센터 전경 사진 자료