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시뮬레이션의 활용 분야
학습 목표
- 예측·실험·게임 등 활용 분야를 탐색하고 활용 방안을 구상할 수 있다.
관련 성취기준
- [12소생04-02]
다양한 시뮬레이션 프로그램의 활용 분야를 탐색하고 활용 방안을 구상한다.
생각 열기 — 오늘 만난 시뮬레이션
두 숫자 모두 시뮬레이션의 출력이다. 일기 예보는 지금 관측한 기온·바람·습도를 넣어 대기의 움직임을 컴퓨터로 앞당겨 계산한 결과이고, 도착 예정 시각은 지금의 도로 상황과 과거 기록을 넣어 앞으로의 이동을 계산한 결과다.
목적으로 나누어 보기
교육과정은 시뮬레이션이 쓰이는 분야로 예측 · 실험 · 게임을 든다. 여기에 교육·훈련과 설계를 더해 보자.
| 목적 | 예 | 무엇을 넣나 (입력) | 무엇을 알려 주나 (출력) |
|---|---|---|---|
| 예측 — 앞날을 미리 본다 | 일기 예보, 길 찾기의 도착 예정 시각, 인구 변화 | 지금의 관측값, 과거 기록 | 내일의 강수 확률, 도착 시각 |
| 실험 — 원리를 탐구한다 | 물체의 낙하, 행성의 움직임, 감염병 확산 모델 | 물리 법칙·규칙과 처음 값 | 시간에 따른 변화, 변수에 따른 차이 |
| 교육·훈련 — 안전하게 연습한다 | 비행·운전 시뮬레이터, 가상 현실 소방 훈련, 수술 연습 | 조작하는 사람의 행동 | 그 행동에 따른 결과와 피드백 |
| 게임 — 즐기며 겪는다 | 도시를 짓는 게임, 스포츠 게임, 생태계 게임 | 플레이어의 선택 | 도시·팀·생태계의 변화 |
| 설계 — 만들기 전에 시험한다 | 건물의 지진 안전성, 자동차 충돌, 공장 배치, 도시의 디지털 쌍둥이 | 설계도와 조건 | 버티는 힘, 막히는 곳, 고칠 곳 |
디지털 트윈(digital twin) — 실제 건물·공장·도시를 컴퓨터 안에 쌍둥이처럼 똑같이 만들어, 실제 센서 값을 받아 움직이게 하고 미리 실험해 보는 기술은 실제 대상을 컴퓨터 안에 쌍둥이처럼 만들어 두고 센서 값을 받아 함께 움직이게 하는 기술이다. 공장이나 도시의 쌍둥이에서 먼저 바꿔 보고, 좋으면 실제에 적용한다.
카드를 누른 뒤, 넣을 통을 누른다. 통 안의 카드를 누르면 다시 나온다.
예측
실험
교육·훈련
게임
설계
- 태풍이 지나갈 길과 도착 시각을 계산한다 — 앞으로 일어날 일을 미리 알려 준다
- 공을 던지는 각도에 따라 날아가는 거리를 알아본다 — 변수를 바꿔 가며 원리를 탐구한다
- 운전면허 학원에서 화면을 보며 운전을 연습한다 — 실제 도로에 나가기 전에 안전하게 익힌다
- 플레이어가 세금과 도로를 정하면 가상 도시가 커지거나 줄어든다 — 즐기며 도시의 변화를 겪는다
- 새로 지을 다리가 강한 바람에 얼마나 흔들리는지 계산한다 — 짓기 전에 약한 곳을 찾아 고친다
- 의대생이 가상 환자에게 수술을 연습한다 — 실제 환자에게 하기 전에 익힌다
- 앞으로 30년 동안 우리 지역 학생 수가 어떻게 변할지 계산한다 — 학교를 더 지을지 줄일지 정하는 데 쓴다
- 공장 기계 배치를 바꾸면 하루 생산량이 어떻게 변하는지 쌍둥이 공장에서 먼저 본다 — 실제 기계를 옮기기 전에 시험한다
사례를 «변수 · 규칙 · 출력»으로 읽기
어떤 시뮬레이션이든 1차시의 부품으로 읽어 낼 수 있다. 길 찾기 앱의 도착 예정 시각을 읽어 보자.
- 변수
출발지·도착지·출발 시각
사용자가 정한다. 「지금 출발」 대신 「30분 뒤 출발」을 고르면 결과가 바뀐다.
- 상태
도로마다 지금 속도
다른 차들의 실제 속도와 사고·공사 소식으로 계속 바뀐다.
- 규칙
구간마다 걸리는 시간 계산
「이 길은 이 시각에 보통 이 속도」라는 과거 기록과 지금 속도를 함께 써서 구간 시간을 더한다.
- 출력
도착 예정 시각과 경로
가장 빨리 도착할 길과 그 시각. 가는 동안 다시 계산해 바꾼다.
활용 사례 지도
약 30분서로 다른 목적의 시뮬레이션 사례를 세 가지 찾아 아래 활동지를 채운다. 하나는 우리 생활에서, 하나는 과학·공학에서, 하나는 게임이나 훈련에서 고르면 좋다. 마지막 칸에는 우리 학교나 동네에 쓸 시뮬레이션 아이디어를 적는다.
시뮬레이션 활용 사례 지도
급식 줄, 하굣길 횡단보도, 체육 대회 계주 순서, 화재 대피로 …
- 사례 셋을 적었다
- 목적을 밝혔다
- 아이디어를 냈다
글자 규칙으로 살펴보는 점검표다. 다 켜졌다고 좋은 답이 되는 것은 아니다 — 마지막 판단은 내가 한다.
적은 내용은 이 브라우저에만 저장된다. 다른 컴퓨터로 옮기거나 제출하려면 내려받는다.
확인 문제
개념 확인 문제
보기를 누르면 바로 채점된다. 틀려도 해설을 읽으면 된다.
일기 예보의 「내일 오후 강수 확률」은 시뮬레이션의 어떤 목적에 해당하는가?12소생04-02
실제 공장을 컴퓨터 안에 쌍둥이처럼 만들어 센서 값을 받아 함께 움직이게 하는 기술은?12소생04-02
길 찾기 앱의 시뮬레이션에서 사용자가 정하는 변수로 알맞은 것은?12소생04-02
새 다리를 짓기 전에 강한 바람에 얼마나 흔들리는지 컴퓨터로 계산하는 것은 어떤 목적인가?12소생04-02
교과서에서 찾기
이 차시에 대응하는 교과서 위치가 아직 정리되지 않았다. [확인필요]