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영어

The purpose of this study is to analyze the limitations of existing models and develop an improved model to resolve the discrepancy between theory and actual observation in the 'wind generation model experiment' of the 5th-grade elementary science curriculum. The study proceeded through the stages of textbook analysis, reproduction and examination of existing experiments, fabrication of the improved model, and verification of its effects. Existing models showed a phenomenon where smoke rose diagonally instead of moving horizontally due to the thermal buoyancy of the smoke itself and flow instability caused by excessive temperature differences between the heat source and the heat sink. This visual discrepancy was identified as a major cause of misconceptions among students, such as wind blows upwards. To address this, a Buoyancy suppression chamber was introduced to physically suppress the initial buoyancy of the smoke, and the temperature difference between the heat source and heat sink was optimized to approximately 20°C. Additionally, the visibility of the smoke was enhanced by increasing the number of incense sticks inside the chamber and installing a transparent cover on the internal water tank. As a result of verifying the physical effects of the improved model, the smoke showed a stable horizontal flow close to laminar flow, and the average rising angle in the corresponding area was approximately 17.4°, indicating high linearity. In terms of educational effects, the class using the improved model had a positive impact on students correctly recognizing the direction of the wind as horizontal movement compared to the existing experiment. These results suggest that the improved model can contribute to teaching the concept of wind more accurately in classroom instruction.

한국어

이 연구의 목적은 초등학교 5학년 과학과 ‘바람 발생 모형 실험’에서 나타나는 이론과 실제 관찰의 불일치 문제를 해결하기 위해, 기존 모형의 한계를 분석하 고 개선된 모형을 개발하여 그 효과를 검증하는 것이다. 연구 절차는 교과서 분석, 교과서 실험 방법 재현 및 문제점 고찰, 개선된 모형 제작, 효과 검증의 단계 로 진행되었다. 기존 모형들은 향 연기 자체의 부력과 열원-냉각원 간 과도한 온도 차에 의한 불안정성으로 인해 향 연기가 수평으로 이동하지 않고 대각선으로 상승하는 현상을 보여주었다. 이러한 시각적 불일치는 학생들에게 바람은 위로 분다는 오개념을 유발하는 주 요 원인으로 지목되었다. 이를 해결하기 위해 향 연기 의 초기 부력을 물리적으로 억제하기 위해 부력 억제 챔버를 도입하고, 열원-냉각원 간의 온도 차를 약 20℃ 로 적정화하였다. 또한, 챔버 내 향의 개수를 늘리고 내부 수조에 투명 덮개를 설치하여 향 연기의 시인성 을 강화하였다. 개선된 모형의 물리적 효과를 검증한 결과, 향 연기는 층류에 가까운 안정적인 수평 흐름을 보였으며, 해당 영역의 평균 상승 각도는 약 17.4°로 높은 선형성을 나타냈다. 교육적 효과를 검증한 결과, 개선된 모형을 활용한 수업은 기존 실험에 비해 학생 들이 바람의 방향을 수평 이동으로 올바르게 인식하는 데 긍정적인 영향을 미쳤다. 이러한 결과는 개선된 모 형이 교실 수업에서 바람의 개념을 보다 정확하게 지 도하는 데 기여할 수 있음을 시사한다.