KR200402704Y1 - 시뮬레이션 달 관측기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 달의 위상변화를 카메라를 이용하여 지구에서 달을 관찰하는 것과 동일한 방식으로 관찰 및 과정을 통해 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 유도하고, 실제로 관찰하지 못한 학생들도 모니터를 통해 실제로 밤에 달의 모양 변화를 관찰하는 것과 같은 대체 관찰 효과와 더불어 달로 인한 현상 (일식, 월식) 구현과 그 원리를 쉽게 탐구할 수 있는 교수/학습용 시뮬레이션 달 관측기를 제공함에 있다.

이를 위해 본 고안은 케이스(12)를 포함하는 본체(10), 상기 본체(10)의 상면에 설치되어 회전운동이 가능한 회전판(20), 상기 회전판(20)의 중심축(31)상에 조립되는 지구의(30), 상기 지구의(30)에 장착되어 촬영된 이미지를 모니터로 전송하는 카메라(40), 상기 회전판(20)에 고정되는 지지간(52)에 조립되어 회전판(20)과 함께 지구의(30)를 중심으로 회전 운동하는 모형달(50), 상기 본체(10)에 고정되어 모형달(50)에 빛을 조사하는 조명등(60), 상기 카메라(40)로부터 전송된 이미지를 보여줄 수 있도록 프로그램된 PC와 연결된 모니터(70), 여러 가지 달 모양 그림이 인쇄된 달 사진 및 판넬과 같은 보조학습자료(80)를 더 포함한다.

Description

시뮬레이션 달 관측기{Tripartite Planetarium}

본 고안은 달 관측기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 달의 공전운동에 따른 달의 모양 변화 및 일식·월식 등과 관련된 달의 천체 현상을 학습자가 직접 관찰하는 것처럼 카메라와 연계된 모니터를 통해 영상으로 보여줌으로써 학생들에게 시·공간의 제약을 받지 않고 관찰 탐색이 가능하여 천체 현상에 대한 원리와 개념 등을 쉽게 파악할 수 있게 한 시뮬레이션 달 관측기를 제공함에 있는 것이다.

초등학교 학생들은 과학을 매우 좋아한다. 그것은 과학이 실험이나 관찰활동을 통해서 그들의 오감을 자극하기 때문이다. 구체적 조작기에 해당하는 1, 2, 3, 4학년의 아동들에게는 오감을 자극하는 활동은 더욱 중요하며 초등학교 과학 교육과정의 대부분은 오감을 자극하는 실험·관찰 활동으로 이루어져 있다.

하지만, 과학 교육과정의 지구영역 중 천체 부분은 실험이나 관찰을 필요로 하지만, 시·공간의 제약을 받는 부분이 많다. 따라서 실험·관찰보다 설명 위주의 교수·학습 활동이 많아져, 초등학교 학생들이 흥미보다는 어려움을 호소하는 경우가 자주 발생하였다.

특히 3학년 과학교육과정 중에 천체와 관련된 단원(3학년 2학기 3 단원 ‘지구와 달’)에서는 이러한 어려움을 많이 경험하게 된다. 교육과정상 초등학교 3학년 학생들이 하룻밤 동안 또는 여러 날 동안, 달과 별자리의 움직임 및 모양 변화를 직접 관찰하도록 되어 있으나, 초등학교 학생들이 실제로 한밤중에 달을 관찰하기란 쉽지 않고, 달 관찰을 위해 늦은 밤에 등교하게 하는 것은 사실상 어려운 일이다. 그 밖에도 갑작스런 기상 조건의 악화 등 여러 가지로 고려해야할 사항이 너무나 많아 정상적인 교육과정 운영이 어려워질 때가 많다. 사정이 이러함에도 교실에서 천체와 관련된 단원에 활용할 수 있는 교수·학습 자료는 아주 미흡한 실정이다.

이러한 이유로 교사들 대부분이 그림이나 웹 자료만을 통해 ‘달은 동쪽에서 떠서 서쪽으로 진다.’, ‘달은 매일 조금씩 서쪽에서 남쪽을 지나 동쪽으로 초승달-상현달-보름달 모양으로 변한다.’라는 주입식 교육으로 일관되게 학습하고 있는 실정이다.

또 학생들이 관찰을 성실히 수행한 경우라도 관찰한 사실을 확인하는 차원에서 교수·학습이 이루어지는 경우가 많다. 이런 설명 위주의 교수 활동은 재미있어야할 과학 시간을 오히려 흥미와 관심을 잃게 되고, 구체적인 현상은 알지 못한 채 단순히 지식만을 암기하는 수준에 그치고 있어 관찰과 탐구를 강조하는 교육과정의 목표에 벗어난다.

이처럼 천체 단원은 충분히 재미있는 것임에도 불구하고, 교사들이 지도하기에 가장 까다롭고, 학생들도 흥미 없고 이해하기 힘들어하는 현실이다. 뿐만 아니라 효과적으로 수업에 활용할 수 있는 자료가 미흡하여 교사·학생 모두가 꺼리거나 어려워하고, 그로 인해 초등에서 중등까지 교육과정이 연계되어 있음에도 대부분 학생이 진급을 하여도 달의 위상변화에 대해 명확하게 이해하지 못하고 계속해서 오 개념을 가지고 있는 안타까운 실정이다.

참고로 달의 여러 가지 모양 변화와 그 원인을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 태양, 지구, 달의 위치 변화에 따라 우리가 보는 달의 모양이 변한다. 달은 스스로 빛을 내지 못하기 때문에 우리는 실제로는 달이 반사한 태양의 빛을 보는 것이다. 지구에서 봤을 때 밝은 부분은 달이 태양의 빛을 받아 반사하고 있는 부분, 즉, 달의 낮에 해당하는 부분이고 어두운 부분은 달의 태양 빛을 받지 못하고 있는 부분, 즉, 달의 밤에 해당하는 부분이다.

도 1은 지구의 북극에서 내려다 본 그림을 나타내고 있다.

지구는 시계 반대 방향으로 자전을 하고, 달 역시 시계 반대방향으로 지구 주위를 공전한다. 12시 방향은 반달로써 상현달이며, 9시 방향은 보름달, 6시 방향은 하현달(반달), 4시 30분 방향은 그믐달, 3시 방향은 삭(달이 안 보임), 1시 30분 방향은 초승달이다.

1) 초승달(7시 방향) - 7시 방향에 달이 있으면 대략 오전 9시 경에(관찰자가 4시 30분 방향에 있는 경우) 달이 동쪽 하늘에서 떠오른다. 그 이전에는 지구에 가려서 달을 볼 수가 없다. 대략 오후 9시경에 달이 진다(즉, 달이 지구에 가려져 버린다.). 그런데 해가 떠 있는 동안은 햇살이 너무 강해서 달을 알아보기가 힘들다. 그러니 초승달은 초저녁에 서쪽 하늘에서 홀연히 나타나는 것처럼 보인다. 물론 햇살이 약한 가을이나 겨울에는 대낮에도 흐릿하나마 달을 볼 수는 있다.

2) 상현달(6시 방향) - 상현달에 해당하는 반달은 정오에 동쪽 하늘에서 떠오르고 자정에 서쪽 너머로 진다. 그런데 역시 낮에는 햇살 때문에 달을 보기 힘드므로 해가 질 무렵 남쪽 하늘에서 반달을 볼 수 있게 된다.

3) 보름달(망, 3시 방향) - 이 경우는 관찰자가 12시 방향에 있을 때인 오후 6시경에 동쪽 하늘에서 떠오르는 보름달을 관찰할 수 있게 된다. 보름달은 지구를 사이에 두고 태양과 정 반대 위치에 있기 때문에 해가 질 때 떠오르고 해가 뜰 때 진다.

4) 하현달(12시 방향) - 상현달과 반대다. 하현달에 해당하는 반달은 자정에 떠오르고 정오에 진다. 그러니 실제로는 남쪽 하늘에 있던 반달이 해가 떠오르면서 시야에서 사라져 버린다.

5) 그믐달(11시 방향) - 오전 3시경에 달이 동쪽 하늘에서 떠오르고 오후 3시경에 서쪽으로 지지만 해가 떠오르면 사라져 버린다. 그러므로 그믐달은 해뜨기 직전 동쪽 하늘에서 관찰할 수 있다.

6) 삭(9시 방향) - 해와 같은 위치에 있기 때문에 달은 해와 같은 시간에 같은 자리에서 떠올라 역시 같은 시간에 같은 자리로 진다. 그런데 이 경우는 지구에서 달의 낮에 해당하는 부분을 전혀 볼 수 없고 햇살이 강하기 때문에 달을 관찰할 수 없다. 실제로는 하늘에서 여전히 같은 면을 지구에 보여주고 있다.

7) 지구의 그림자가 달에 비쳐서 일어나는 현상은 월식이며 월식은 보름달의 경우에만 관찰할 수 있다. 달의 일상적인 모양 변화와 지구의 그림자는 아무 상관이 없다.

그리고 달이 태양을 가리는 일식은 삭의 경우에만 나타나는 현상이다. 보름달이나 삭마다 매번 월식이나 일식이 일어나지 않는 이유는 태양의 경로인 황도와 달의 경로인 백도가 5.9°가량 기울어져 있기 때문이다.

이와 같이 달과 같은 천체 활동은 시·공간의 규모의 방대함으로 인하여 초등학생들에겐 단순 관찰 활동을 통해서 그 개념 형성이 어렵고 그 원리의 이해 또한 불가능하다. 따라서 현재의 관찰 위주의 교수·학습 방법으로는 과학적이고 창의적인 사고력신장을 기대할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 교실에서도 천체단원을 학생들 자신이 관찰한 것을 바탕으로 구체적 조작을 통하여 달의 위상변화에 대한 개념을 정확히 파악하여 그 원리를 쉽고 재미있게 이해하고, 부득이하게 관찰하지 못한 학생에게도 달의 위상변화를 관찰할 수 있는 기회를 제공하고, 학생들이 달을 비롯한 천체 현상에 대해 흥미와 호기심을 가질 수 있도록 적극 유도할 필요가 있는 것이다.

이에 본 고안은 지구와 달 그리고 태양과의 위치와 그에 따른 달의 모양 변화 및 그 현상 및 원리에 대한 정확한 개념을 구체적인 조작물을 통하여 관찰자가 자연스럽게 이해할 수 있도록 유도하는데 크게 기여할 수 있는 교수/학습 자료를 제공함을 그 목적으로 하고 있는 것이다.

또한, 본 고안은 천체와 관련된 기존의 웹 자료가 주는 획일성과 식상함이 아닌 직접 자신의 조작을 통하여 본 단원의 흥미 및 학습효과를 극대화하고, 달을 비롯한 천체에 대하여 관심과 호기심 및 과학에 대한 자신감을 가지게 하여 과학 교과에 대하여 자기주도적인 학습을 할 수 있는 계기를 제공하고, 여러 날 동안 달의 모양 변화를 불가피하게 관찰하지 못한 학생에게는 수업시간에 대체 관찰할 수 있는 기회를 제공하여 수업의 방관자가 되는 것을 예방하는데 또 다른 목적으로 하고 있는 것이다.

또한, 본 고안은 교실에서 시·공간적인 제약 및 자료의 부족으로 지도하기에 어려웠던 내용을 구체적인 조작물을 통해 쉽고 간편하게 지도할 수 있도록 하여 수업에 대한 자신감을 갖게 되고, 달의 모양 변화뿐만 아니라 여러 가지 천체 현상에도 두루 활용하고자 하는 것을 또 다른 목적으로 하고 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적 달성을 위해 고안된 시뮬레이션 달 관측기는, 케이스(12)를 포함하는 본체(10), 상기 본체(10)의 상면에 회전운동이 가능하도록 설치되는 회전판(20), 상기 회전판(20)의 중심축(31)에 조립되는 지구의(30), 상기 지구의(30)에 장착되어 촬영된 이미지를 모니터로 전송하는 카메라(40), 상기 회전판(20)에 고정되는 지지간(52)에 지지되어 회전판(20)과 함께 지구의(30)를 중심으로 회전 운동하도록 된 모형달(50), 상기 본체(10)에 고정되어 모형달(50)에 조명 빛을 조사하도록 된 조명등(60), 상기 카메라(40)로부터 전송된 이미지를 보여줄 수 있도록 프로그램된 PC와 연결된 모니터(70), 여러 가지 달 모양 그림이 인쇄된 달 사진(82)과 상기 달 사진을 부착할 수 있는 판넬(81)이 구비된 보조학습자료(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 본 고안의 구체적인 실시 예에 따른 시뮬레이션 달 관측기의 구성 및 작용 효과를 첨부 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면에 있어 도 2는 본 고안의 일 실시 예에 따른 시뮬레이션 달 관측기의 예시도 이고, 도 3은 본 고안에 따른 시뮬레이션 달 관측기를 구성을 나타내는 단면도를 도시하고 있다.

이에 도시된 바와 같이 본 고안의 시뮬레이션 달 관측기는 탈, 부착이 가능한 케이스(12)가 구비되는 본체(10)의 내측면에 중앙부를 기점으로 제자리에서 회전 운동하도록 된 회전판(20)이 설치되고, 상기 회전판(20)의 중심축(31)에는 지구의(30)가 자립되게 세워지도록 조립된다.

상기 지구의(30)에는 촬영된 이미지(영상)를 모니터(70)로 전송하는 카메라(40)가 일체로 내장되어 지구의(30)와 함께 카메라(40)도 동일하게 움직이도록 되고, 상기 회전판(20)의 한쪽 가장자리에는 모형달(50)을 고정하는 지지간(52)이 고정 설치된다.

상기 지지간(52)에는 소정의 높이로 모형달(50)이 조립되어 회전판(20)에 의해 상기 모형달(50)이 지구의(30) 주변을 선회하듯이 회전 운동하도록 되어 있다.

지구의(30) 일측에는 태양을 대신하여 모형달(50)에 불빛을 비추기 위한 조명등(60)이 설치되고, 상기 조명등(60)과 지구의(30), 모형달(50)은 서로 높이를 달리한 채 동일 선상에 위치하도록 나란하게 배치되어 조명등(60)에 비치는 모형달(50)을 카메라(40)가 촬영할 수 있도록 구성하였다.

상기 카메라(40)는 촬영된 이미지를 실행시키는 프로그램이 수록된 PC와 연결되는 모니터(70)에 접속되어 카메라(40)에서 전송된 이미지가 모니터(70)를 통해 보여질 수 있도록 되어 있다.

그리고 본체(10)에는 모터(M)에 축착되는 기어와 서로 맞물리는 또 다른 기어군 또는 벨트 등을 이용한 회전판구동수단(25)이 설치되고, 상기 회전판구동수단(25)은 회전판(20)에 접속되게 연결하여 모터(M)에 의해 회전판(20)이 지구의(30)를 중심으로 회전운동을 자동 제어가 가능하도록 하였다.

그리고 지구의(30)가 결합된 중심축(31)에도 회전판구동수단(25)과 서로 연동하도록 된 지구의구동수단(35)을 접속되게 연결하여 상기 지구의구동수단(35)에 의해 지구의(30)의 회전 운동을 자동 제어가 가능하도록 하였다.

상기 지구의구동수단(35)과 회전판구동수단(25) 사이에는 그 회전속도를 제어하기 위해 일정한 속도비를 갖는 감속기(도시하지 않음)가 취부되어 상기 감속기에 의해 회전판(20)과 지구의(30)가 서로 다른 속도로 회전하도록 되고, 지구의구동수단(35)과 회전판구동수단(25)은 모터(M)의 동력을 일시적으로 차단/제어하는 클러치와 같은 별도의 제어수단이 구비되어 상기 제어수단을 이용하여 지구의구동수단(35)과 회전판구동수단(25)을 임의로 제어 가능하도록 되어 있다.

또한, 본 고안은 도 4에서와 같이 중심축(31)에 각도조절을 위한 가이드가 구비된 각도조절장치(33)를 설치하여 상기 각도조절장치(33)에 의해 지구의(30)가 임의의 기울기 즉, 지구기울기와 동일한 각도기울기만큼 기울어진 상태로 회전 운동하도록 구성되어 있다.

그리고 지구의(30)에 취부되는 카메라(40)는 달의 위상 변화를 학습하고자 하는 학습자 또는 관측자의 관측 위치(학습자가 거주하는 해당지역이나 국가 위치)에 위치하도록 고정 배치하여 카메라(40)가 지구에서 달을 바라보는 관측자의 눈과 같은 역활을 수행할 수 있도록 하였다.

모형달(50)은 조명등으로 빛을 반사하지 않는 소재로 구성하여 빛이 비추어지는 부분과 빛이 비추어지지 않는 부분(가려지는 그림자부위)의 명암이 상호 뚜렷하게 구별될 수 있는 공과 같은 형태와 모양으로 형성되며, 상기 모형달(50)은 소정의 길이로 되는 지지간(52)을 따라 상·하 이동할 수 있게 하여 학습자가 지지간(52)에 지지가 되는 모형달(50)의 높, 낮이를 임의로 조절하는 방법으로 일식과 월식현상 등도 구현하는 실험도 가능하도록 한다.

조명등(60)은 모형달(30)에 지속적으로 빛을 비추는 태양 역할을 수행하도록 직선으로 빛을 조사하도록 된 무대용 특수 조명기구가 이용된다. 도 5a에 나타낸 바와 같이 조명등(60)이 본체(10)의 특정 위치에 고정되는 고정형으로 구성되는 경우 회전판(20)과 함께 일정한 궤적으로 선회하게 되는 모형달(50)에 균일한 빛을 비추기 위해서는 이들 선회 반경 내를 모두 비추도록 부챗살 모양으로 넓게 펼쳐진 형태로 조명 빛을 비추어야 하므로 카메라(40)는 다소 불안정한 형태의 달 모양의 이미지를 보여주는 문제점이 있다.

이를 해소하고자 본 고안은 도 5b에 나타낸 바와 같이 모형달(30)에 불빛을 비추도록 된 조명등(60)의 하부측에 안내가이드(62)가 구비된 안내레일(61)을 설치하고, 조명등(60)에는 소정의 길이로 되는 별도의 손잡이(63)를 케이스(12) 외부로 인출시켜 조명등(60)이 상기 안내레일(61)을 따라 좌·우로 왕복 운동시킬 수 있도록 하였다. 그리하면 회전판(20)과 함께 모형달(50)이 지구의(30)를 중심으로 선회하는 경우 사용자는 손잡이(63)를 이용하여 모형달(50)을 비추었던 초기 위치에서 모형달(50')이 이동한 폭 방향으로 조명등(60')을 이동시키면서 위치가 변화된 모형달(50')에 조명 불빛을 비추면 카메라(40)는 완전한 형태의 달 모양의 이미지를 보여줄 수 있는 것이다.

한편, 카메라(40)와 조명등(60), 회전판구동수단(25)과 지구의구동수단(35)에는 이들의 전원을 사용자가 임의로 차단 및 제어할 수 있도록 본체(10)에 다수의 제어스위치(13)를 설치하여 사용자가 이들을 선택적으로 운용 제어가 가능하도록 되어 있다.

그리고 케이스(12)는 내측에 모형달(50)과 지구의(30)를 포함하여 조명등(60)을 충분히 수용할 수 있는 박스 형태를 이루는 암실을 형성하도록 되고, 본체(10) 및 케이스(12)의 내주면은 조명등(60)에서 조사되는 빛을 반사하지 않는 벨벳 천과 같은 내장재(120)로 감싸주어 조명등(60)을 이용하여 모형달(30)에 빛을 비추었을 때 영암 차가 보다 선명하게 드러날 수 있도록 구성하였다.

상기 케이스(12)에는 특정 부분(특히 전면 또는 상면)을 학습자가 내부를 선택적으로 들여다 볼 수 있도록 투명한 관찰창(121)을 설치하여 상기 관찰창(121)을 통해 모형달(50)의 위치 변화 등을 육안으로 직접 확인도 가능하도록 구성되고, 상기 관찰창(121)에는 별도의 차폐판이 구비되어 불필요시 차폐판을 이용하여 관찰창(121)을 차폐시킬 수 있도록 하였다.

또한, 본 고안의 시뮬레이션 달 관측기를 통한 학습효과를 높일 수 있도록 도 6에서와 같이 여러 가지 달 모양이나 그림 등이 인쇄된 달 사진(82)과 상기 달 사진을 부착할 수 있도록 된 판넬(81)을 포함하는 보조학습자료(80)를 추가적으로 구비하여 상기 보조학습자료(80)와 연계하여 단계별 심화학습도 가능하도록 하였다.

이와 같이 구성된 본 고안의 시뮬레이션 달 관측기는 태양을 중심으로 지구가 자전운동 하는 것처럼 지구의(30)가 회전판(20)의 중심부에서 자전운동을 하게 하고, 회전판(20)에 의해 지구의(30)를 중심으로 서서히 회전운동(공전)시킬 때 모형달(50)에 조명등(60) 불빛을 비추면 지구의(30)에 장착된 카메라(40)는 모형달(50)의 이미지(조명등에 의해 모형달(50)이 밝게 비치는 부분과 그림자 부분의 영상)를 실시간으로 촬영하여 모니터(70)로 전송하면 관찰자는 지구의(30)를 중심으로 공전하는 모형달(50)의 위치와 위상 변화(달이 차고 기울어지는 현상)를 모니터(70)를 통해서 실시간으로 관찰할 수 있는 것이다.

따라서 여러 날 동안의 달의 위치와 모양 변화 과정을 교실에서 시·공간적인 제약 없이도 구체적인 조작물을 통해 쉽고 간편하게 지도/학습할 수 있어 수업에 대한 자신감을 갖게 되고, 달의 모양 변화뿐만 아니라 여러 가지 천체 현상에도 두루 활용할 수 있게 된다.

또한, 달 모양을 직접 관찰하지 못한 학생들도 실제로 밤에 달의 모양변화를 관찰하는 것과 같은 대체 관찰 효과를 얻을 수 있어 학습 목표도달에 매우 효과적으로 이용되어 질 수 있는 것이다.

한편, 지지간(52)에 지지되는 모형달(50)의 높이를 사용자가 임의로 조절 즉, 지구의(30)와 모형달(50) 및 조명등(60)을 나란하게 배치하여 이들이 일직선상에 위치시키는 실험을 병행하게 되면 모형달(50)에 조명등이 가려지는 일식현상이나 지구의(30)에 의해 모형달(50)이 사라지는 월식현상 등도 임의로 구현하는 학습도 가능하다.

도 7은 본 고안에 따른 시뮬레이션 달 관측기를 이용한 관측된 달 모습들을 나타낸 참고도로서, 지구의(30)를 중심으로 회전판(20)과 함께 선회하게 될 때 모형달(50)의 음영부분은 조명등(60)에 의해 반사되는 불빛을 부분을 표현한 것으로 상기한 음영부분은 카메라(40)를 통해 보이는 부분 즉, 우리가 지구에서 육안을 통해 확인되는 달의 모습을 나타내었다.

<실험 1>

서산시 서림초등학교 교사와 학생들을 대상으로 본 고안의 시뮬레이션 달 관측기가 기존의 학습 방법에 비해 얼마나 학습 목표 도달에 효과적이고 타당한지 검증하는 실험을 실시하였다.

먼저, A반은 과제로 실제 달을 관찰하고 수업 중 시뮬레이션 달 관측기를 투입하여 학습하고, B반은 아무런 과제 없이 시뮬레이션 달 관측기를 통해 학습하였다. 마지막 C반은 기존의 방법(관측 및 과제위주)으로 학습하여 비교하여 보았다.

구분	수업 중 자료의 활용 방법	기간
A 반	실제 관찰(과제) + 시뮬레이션 달 관측기를 통한 수업	2005년 5월 7일 ～ 5월 30일
B 반	시뮬레이션 달 관측기를 통한 수업
C 반	실제 관찰(과제)을 위주로 한 수업

관찰용 학습지를 나누어 주고 이를 매일 기록하여 과제로 제출(기간: 양력 5월 7일～ 5월 23일, 음력 3월 30일～ 4월 16일)하도록 하고, 교사(본 고안자)는 ‘3. 지구와 달’ 단원 중 4/5차시 ‘매일 달의 모양과 위치의 변화 알아보기’ 주제를 3가지 방법으로 수업함.

1) 달의 모양 변화에 대한 개념 형성 정도

내 용	A 반(관찰+본 고안품)	B 반(본 고안품)	C 반(관찰 위주)
달의 모양 변화 순서, 달의 이름 모두 알고 있음	26 (76.5%)	24 (72.7%)	5 (14.7%)
달의 모양 변화 순서만 알고 있음	6 (17.6%)	4 (12.1%)	9 (26.5%)
달의 이름만 알고 있음	0 (0%)	1 (3%)	12 (35.2%)
전혀 모르고 있음	2 (5.9%)	4 (12.1%)	8 (23.5%)
계	34명 (100%)	33명 (100%)	34명 (100%)

A반과 B반의 경우는 달의 모양 변화 순서와 달의 이름 모두 알고 있는 학생이 전체의 70%를 넘었다. 하지만, C반의 경우는 14.7%에 불과하였다. 그리고 C반의 경우는 달의 순서를 알고 있는 학생보다는(26.5%) 이름을 알고 있는 학생이(35.2%) 더 많았다.

2) 달의 모양 변화 원리의 이해

내 용	A 반(관찰+본 고안품)	B 반(본 고안품)	C 반(관찰 위주)
달의 위상변화의 원리에 대해 정확하게 이해	17 (50%)	15 (45.5%)	4 (11.8%)
달의 위상변화와 달의 공전과의 관계 이해	15 (44.1%)	15 (45.5%)	19 (55.9%)
이해 못 함	2 (5.9%)	3 (9%)	11 (32.4%)
계	34명 (100%)	33명 (100%)	34명 (100%)

A반과 B반의 경우는 달의 위상변화와 공전과의 관계에 대하여 90% 이상이 이해를 하고 있었다. 특히 달의 위상변화에 대하여 빛과 관련지어서 설명하는 학생들도 50% 가까이 되었다. 하지만, C반의 경우는 달의 위상변화의 원인을 단순히 달의 공전이라고 대답하는 경우가 제일 많았고(55.9%) 설명을 하였으나 전혀 알지 못하는 학생도 32.4%나 되었다.

3) 수업 후 달의 모양 변화에 대한 오 개념 정도

내 용	A 반(관찰+본 고안품)	B 반(본 고안품)	C 반(관찰 위주)
달은 스스로 빛을 낸다.	1 (2.9%)	1 (3.3%)	15 (44.1%)
달의 모양 변화는 지구의 그림자에 가려서이다.	1 (2.9%)	2 (6%)	21 (61.8%)
달의 위상변화는 15일이다	3 (8.8%)	2 (6%)	18 (52.9%)

A반과 B반의 경우는 거의 오 개념이 있지 않았으나 C반의 경우는 아직도 많은 오 개념이 있었으며 특히 달의 모양 변화는 지구의 그림자에 가려서라고 생각하는 학생이 61.8%나 되었다.

4) 본 수업의 흥미도

내 용	A 반(관찰+본 고안품)	B 반(본 고안품)	C 반(관찰 위주)
달의 모양 변화는 재미있다.	30 (88.2%)	28 (82.4%)	4 (11.8%)
보통이다.	3 (8.8%)	4 (11.8%)	6 (17.6%)
달의 모양 변화는 재미없다.	1 (2.9%)	1 (3.3%)	24 (70.6%)
계	34명 (100%)	33명 (100%)	34명 (100%)

A반과 B반의 경우는 70% 이상이 달의 모양 변화 수업에 대하여 대단한 흥미를 느끼고 있었으나 C반의 경우는 70%가 넘는 학생들이 어려워하고 재미없어 하였다.

5) 수업 후 달과 천체에 대한 관심도

내 용	A 반(관찰+본 고안품)	B 반(본 고안품)	C 반(관찰 위주)
앞으로 달과 천체에 대해 더 공부하고 싶다.	24 (70.6%)	21 (63.6%)	4 (11.8%)
보통이다.	4 (11.8%)	7 (21.2%)	7 (20.6%)
관심없다.	6 (17.6%)	5 (15.1%)	23 (67.6%)
계	34명 (100%)	33명 (100%)	34명 (100%)

A반과 B반의 경우는 각각 70.6%, 63.6%의 학생들이 달과 천체에 대하여 관심을 가졌으나 C반의 경우는 11.8%만이 관심을 나타냈다.

이와 같이 본 고안의 시뮬레이션 달 관측기를 활용한 여러 날 동안의 달의 위상 변화를 학습 결과, 학생들은 달의 위상변화 과정을 낮이라는 공간을 두지 않고 계속적이고 연속적으로 관찰할 수 있어 학생들이 매우 흥미 있어 하고, 그 모양 변화에 대한 개념 형성을 빠르고 정확하게 이해하는 것을 알 수 있다.

또한, 달의 위치와 위상변화를 동시에 관찰하여 둘 사이의 관계를 쉽고 자연스럽게 파악하게 되고, 특히 계속적·연속적인 관찰은 원리탐구에 큰 도움을 주었다. 무엇보다도 학생들이 본 활동으로 인해 기존의 오 개념을 쉽게 극복하는 결과를 보였다.

또한, 관찰을 수행한 학생의 경우는 관찰한 것에 대하여 정확한 개념 형성의 자료가 되었고, 관찰하지 못한 학생의 경우는 실제 관찰의 대체 효과로 수업의 방관자가 되는 것을 예방함은 물론 흥미와 관심을 갖게 되는 계기가 되어 수업이 끝난 후 달을 관찰하게 되는 긍정적인 결과를 가져왔다.

그리고 구체물의 조작을 통하여 관찰 및 학습하므로 학생들에겐 어려웠던 공부가 아닌 재미있고 신기한 볼거리 및 게임으로 여겨서 자연스럽게 학습을 할 수 있었고, 또 달 및 천체에 관한 관심과 호기심을 신장시켰다.

달의 위상변화에 대한 수업이 끝난 후 달 모양 변화 판넬 및 사진이 구비된 보조학습자료를 이용한 카드놀이를 통하여 제시된 일식, 월식 등의 그림만을 보고 달과 지구, 태양과의 위치를 많은 학생이 구현하였으며 여러 가지 다른 상황에 대하여도 창의적으로 문제를 해결하는 것을 알 수 있어 학생들이 시·공간의 제약을 받지 않고 자신에 맞는 학습을 스스로 할 수 있어 수분별 보충심화학습, 개별화 학습에 매우 효과적이었다.

또한, 본 고안의 시뮬레이션 달 관측기는 시·공간적인 제약으로 지도하기에 어려웠던 내용을 본 자료의 투입으로 수업을 쉽고, 편리하게 지도할 수 있었고, 암기 및 설명 위주의 수업이 아닌 조작을 통한 탐구 수업으로 인해 학생들의 적극적인 반응과 흥미를 가짐으로써 교사의 교수·학습 활동에 대한 자신감을 가지게 되었고, 조작이 편리하고 활용 범위가 넓어, 여러 과정 및 주제의 수업에 활용할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안의 시뮬레이션 달 관측기에 의하면, 달의 위상변화에 대한 조건을 최대한 비슷하게 구현하여 카메라를 통해 지구에서 달을 관찰하는 것과 동일한 방식으로 관찰 및 과정을 통해 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 유도하고, 실제로 관찰하지 못한 학생들에게도 모니터의 화면을 통해 실제로 밤에 달의 모양 변화를 관찰하는 것과 같은 대체 관찰 효과와 더불어 달로 인한 현상(일식, 월식) 구현과 그 원리를 쉽게 탐구할 수 있는 교수/학습 자료로 유용하게 활용되는 장점이 있다.

또한, 본 고안은 달과의 움직임에 따른 달의 모양변화 과정을 정확하고 재미있게 관찰할 수 있어 개념 형성에 매우 효과적이고, 달의 모양 변화의 원인에 대해 정확하게 이해할 수 있음은 물론 여러 날 동안의 달의 관찰을 대체할 수 있으며, 구체적인 조작물의 직접적인 조작을 통하여 관찰·학습하기 때문에 학생들의 흥미와 관심, 호기심을 극대화할 수 있었고, 간단한 조작을 통하여 여러 가지 상황을 구현할 수 있어 창의력 및 문제 해결력이 크게 신장되는 이점이 있다.

또한, 학습자를 지도하는 교사는 교실에서 시·공간적인 제약으로 지도하기에 어려웠던 내용을 본 고안의 시뮬레이션 달 관측기를 통해 수업을 쉽고, 편리하게 지도할 수 있었으며, 암기 및 설명 위주의 수업이 아닌 조작을 통한 탐구 수업으로 인해 학생들의 적극적인 반응과 흥미를 유발은 교사의 교수·학습 활동에 대한 자신감을 가지게 되었고, 조작이 편리하고 활용 범위가 넓어, 여러 과정 및 주제의 수업에 아주 유용한 교수/학습 자료로 이용되는 장점이 있다.

도 1은 본 고안에 관련된 달의 위상 변화를 설명하기 위한 참고도,

도 2는 본 고안의 일 실시 예에 따른 시뮬레이션 달 관측기의 예시도,

도 3은 본 고안에 따른 시뮬레이션 달 관측기를 구성을 나타내는 단면도,

도 4는 본 고안의 시뮬레이션 달 관측기 구성에 있어 지구의가 일측으로 편심되는 기울기로 고정되는 것을 나타낸 예시도,

도 5는 본 고안에 따른 시뮬레이션 달 관측기의 모형달에 조명을 비추는 조명등의 구성을 나타낸 것으로,

5a는 조면등이 본체에 고정되는 고정형으로 되는 것을 나타낸 예시도,

5b는 조명등이 좌·우 이동 가능한 가동형으로 되는 것을 나타낸 예시도,

도 6은 본 고안에 따른 시뮬레이션 달 관측기 보조학습자료의 예시도,

도 7은 본 고안에 따른 시뮬레이션 달 관측기를 통해 관측되는 달 모습들을 나타낸 참고도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 본체 12: 케이스

20: 회전판 25: 회전판구동수단

30: 지구의 31: 중심축

35: 지구의구동수단 40: 카메라

50: 모형달 52: 지지간

60: 조명등 70: 모니터

80: 보조학습자료

Claims (6)

1. 케이스(12)를 포함하는 본체(10), 상기 본체(10)의 상면에 회전운동이 가능하도록 설치되는 회전판(20), 상기 회전판(20)의 중심축(31)에 조립되는 지구의(30), 상기 지구의(30)에 장착되어 촬영된 이미지를 모니터로 전송하는 카메라(40), 상기 회전판(20)의 한쪽 가장자리에 고정되는 지지간(52)에 지지가 되어 회전판(20)과 함께 지구의(30)를 중심으로 회전 운동이 가능한 모형달(50), 상기 모형달(50)에 빛을 조사하는 조명등(60), 상기 카메라(40)로부터 전송된 이미지를 보여줄 수 있도록 프로그램된 PC와 연결된 모니터(70)가 구비되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 달 관측기.
2. 제1항에 있어서, 상기 본체(10)에는 모터(M)의 동력을 전달하는 회전판구동수단(25)이 설치되어 상기 회전판구동수단(25)에 의해 회전판(20)과 함께 모형달(50)이 지구의(30)를 중심으로 회전 가능하도록 되고, 상기 중심축(31)에는 회전판구동수단(25)과 서로 연동하는 지구의구동수단(35)이 결합되어 상기 지구의구동수단(35)에 의해 지구의(30)가 회전 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 달 관측기.
3. 제1항에 있어서, 상기 조명등(60)의 하부측에 안내가이드(62)가 구비된 안내레일(61)을 설치하고, 조명등(60)에 연결되는 손잡이(63)는 케이스(12) 외부로 인출시켜 상기 조명등(60)이 안내레일(61)을 따라 좌·우로 왕복운동 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 달 관측기.
4. 제1항에 있어서, 상기 모형달(50)은 지지간(52)을 따라 상·하로 이동 가능하도록 조립되어 학습자가 지지간(52)에 지지되는 모형달(50)의 높, 낮이를 임의로 조절하면서 일식과 월식현상 등도 구현 가능하도록 구성된 시뮬레이션 달 관측기.
5. 케이스(12)를 포함하는 본체(10), 상기 본체(10)의 상면에 회전운동이 가능하도록 설치되는 회전판(20), 상기 회전판(20)의 중심축(31)에 조립되는 지구의(30), 상기 지구의(30)에 장착되어 촬영된 이미지를 모니터로 전송하는 카메라(40), 상기 회전판(20)의 한쪽 가장자리에 고정되는 지지간(52)에 지지가 되어 회전판(20)과 함께 지구의(30)를 중심으로 회전 운동하는 모형달(50), 상기 모형달(50)에 빛을 조사하는 조명등(60), 상기 카메라(40)로부터 전송된 이미지를 보여줄 수 있도록 프로그램된 PC와 연결된 모니터(70), 여러 가지 달 모양 그림이 인쇄된 달 사진(82)과 상기 달 사진을 부착할 수 있도록 된 판넬(81)이 구비된 보조학습자료(80)를 더 포함하는 시뮬레이션 달 관측기.
6. 제5항에 있어서, 상기 본체(10)에는 모터(M)의 동력을 전달하는 회전판구동수단(25)이 설치되어 상기 회전판구동수단(25)에 의해 회전판(20)과 함께 모형달(50)이 지구의(30)를 중심으로 회전 가능하도록 되고, 상기 중심축(31)에 회전판구동수단(25)과 서로 연동하는 지구의구동수단(35)이 결합되어 상기 지구의구동수단(35)에 의해 지구의(30)가 회전 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 달 관측기.