STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 전지의 과학 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 전지의 과학 탐구 이름 주요 과목 화학2 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 전기 화학과 이용 관련 단원 S, T, E 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 화학 전지의 개념 및 작동 원리에 대해 알아보고, 실생활에서 어디에 쓰 이고 있는지 확인한다. 화학 전지로 잘 작동하기 위한 기본적인 특성을 분석한다. 볼타 전지의 원리를 이해하고 아연과 구리로 구성된 볼타 전 지가 잘 작동되는지 살펴보고, 볼타 전지의 문제점을 분석한다. 다니엘 전지에 대해 이해하고, 다양한 금속으로 구성된 다니엘 전지를 제작한다. 어떤 다니엘 전지가 가장 효율적이고 높은 전압을 나타내는지 확인해보 고, 예측에 부합하는지 분석한다. 1차시 화학 전지란? 2차시 볼타 전지를 만들어 보자 3차시 다니엘 전지의 원리를 탐구해보자 4차시 다양한 다니엘 전지로부터 측정된 결과 분석하기 주요내용 (키워드 위주) (화학) 전지의 과학 탐구 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 1차시: 화학 전지란? 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ 화학 전지에 대해 알아본다. 화학 전지의 구동 원리에 대해 알아본다. 산화-환원 반응의 개념에 대해 이해해 본다. 금속의 이온화 경향에 대해 알아본다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ 시약 사용 시 피부나 옷에 묻지 않게 조심하며, 만약 묻었을 경우에는 즉시 흐르는 물로 깨끗 이 씻도록 한다. 학생들이 실험 준비물 및 시약을 다루기 전에 실험 방법 및 실험기구 사용법을 충분히 숙지한 후 활동을 진행한다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 화학 반응을 통하여 화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 전류가 흐르도록 만든 장치를 화학 전지라고 한다. ◆ 전류가 흐른다는 것은 전자가 이동하는 현상으로 화학 전지는 전자의 이동이 있는 산화-환원 반응이 자발적으로 일어나고 그에 따른 전자의 이동을 우리가 이용할 수 있도록 만든 장치이다. ◆ 화학 전지의 기본적인 특성과 원리를 이해하고, 화학 전지는 실생활에서 어디에 사용되고 있는지 조사해보자. 건전지, 수은 전지, 노트북 배터리, 휴대폰 배터리, 각종 충전용 배터리 등 - 20 - (화학) 전지의 과학 탐구 2) 탐구 및 개념 확장 학생용 2차시: 볼타 전지를 만들어 보자. 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 볼타 전지의 원리를 이해해 보자. § 아연(Zn)과 구리(Cu)로 이루어진 볼타 전지를 제작해 보자. § 전류계와 전압계를 이용하여 제작한 볼타 전지가 작동하는지 알아보자. § 볼타 전지가 가진 단점에 대해 알아보자. [실험 안전 유의사항] § 시약 또는 묽은 황산이 신체에 묻지 않게 조심하며, 만약 묻었을 경우에는 즉시 흐르는 물 로 깨끗이 씻도록 한다. § 학생들이 실험 준비물 및 시약을 다루기 전에 실험 방법 및 실험기구 사용법을 충분히 숙지 한 후 활동을 진행한다. § 실험 진행 시에는 반드시 실험복을 입은 상태에서 장갑을 끼고, 보안경을 쓰고 실험을 진행 한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 볼타 전지를 만들어보자 [탐구1] 볼타 전지 제작 및 탐구 * 볼타 전지의 원리를 이해하고 탐구하기 * 어떤 종류의 볼타 전지가 있는지 알아보고, 어떻게 제작할 수 있는지 조사 * 볼타 전지를 구성하는 요소(금속판, 전해질)가 어떤 것들이 있는지 설명하기 * 아연판과 구리판으로 이루어진 볼타 전지를 제작하기 * 위 두 가지의 금속판을 선택한 이유에 대해 생각하기 * 전해질이 필요한 이유를 생각해보고, 볼타 전지의 문제점을 탐구하기 * 볼타 전지의 문제점을 해결하기 위해 필요한 사항은 무엇인지 탐구하기 - 22 - (화학) 전지의 과학 탐구 3) 과학기술 적용 학생용 3차시: 다니엘 전지의 원리를 탐구해 보자. 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 다니엘 전지에 대해 이해하고, 다양한 금속으로 구성된 다니엘 전지를 제작해 본다. Ÿ 실험 설계, 제작, 테스트 과정에서 성공의 경험과 학습에 대한 자신감을 가진다. Ÿ 볼타 전지의 단점을 보완한 다니엘 전지 구성 요소 중 염다리의 역할을 알아본다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 시약 또는 묽은 황산이 신체에 묻지 않게 조심하며, 만약 묻었을 경우에는 즉시 흐르는 물로 깨끗이 씻도록 한다. 학생들이 실험 준비물 및 시약을 다루기 전에 실험 방법 및 실험기구 사용법을 충분히 숙지한 후 활동을 진행한다. 실험 진행 시에는 반드시 실험복을 입은 상태에서 장갑을 끼고, 보안경을 쓰고 실험을 진행 한다. 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 [탐구1] 다양한 금속으로 구성된 다니엘 전지를 구성하여 탐구해보자. - 설명하기: 다니엘 전지의 구성 요소 및 원리를 설명해 보자. 염다리는 어떻게 이루어져 있고, 다니엘 전지에서의 역할은 무엇인지 설명해 보자. - 예측하기: 어떤 금속으로 전극을 구성했을 때, 가장 높은 전압과 전류가 흐를지 예측해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 다니엘 전지를 구성한 금속의 종류에 따라 전압 또는 전압의 세기가 바뀌는가? 만약 바뀐다면 왜 그런지 탐구해보자. - 준비물 및 시약: 전압계, 전류계, 금속판(Zn, Cu, Mg, Fe), 비커 (50 mL) 10개, LED 전구, 집게 전선, 염다리, 0.5 M ZnSO4 수용액, 0.5 M CuSO4 수용액, 0.5 M Mg(NO3)2 수용액, 0.5 M Fe(NO3)2 수용액 - 26 - (화학) 전지의 과학 탐구 4) 공학적 적용 학생용 활동지 4차시: 다양한 다니엘 전지로부터 측정된 결과 분석하기 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 다양한 금속으로 제작한 다니엘 전지에서 일어나는 화학 반응과 원리를 이해하고, 결과값을 비교·분석해 본다. Ÿ 화학 전지 반응을 하는 공학적 산출물을 고안해보고 적용해 본다. Ÿ 탐구 활동의 이론적 배경을 공학적으로 적용해 본다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 시약 또는 묽은 황산이 신체에 묻지 않게 조심하며, 만약 묻었을 경우에는 즉시 흐르는 물로 깨끗이 씻도록 한다. 학생들이 실험 준비물 및 시약을 다루기 전에 실험 방법 및 실험기구 사용법을 충분히 숙지한 후 활동을 진행한다. 실험 진행 시에는 반드시 실험복을 입은 상태에서 장갑을 끼고, 보안경을 쓰고 실험을 진행 한다. 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 각 다니엘 전지의 전압 및 전류 측정값 비교/분석하기 ◆ 가장 큰 전압을 나타내는 금속 쌍은 어떤 것인지 쓰고, 이유를 설명해 본다. 마그네슘(Mg)과 구리(Cu)로 이루어진 다니엘 전지, 이 두 금속의 이온화 경향성 또는 반응성이 가장 많이 차이가 나므로 - 28 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 세상을 돌리는 전기와 자기 대진대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 세상을 돌리는 전기와 자기 이름 주요 과목 물리학 Ⅰ,Ⅱ 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 전기와 자기 관련 단원 S, T, E, M 지역 개발 차시 개발자 전기와 자기의 의미와 역사적 배경을 이해하고 상호작용에 의한 만들어지는 전기와 모터의 원리를 실습을 통하여 체험한다. 1차시 전기와 자기에 대한 의미와 역사적 발견에 대한 설명 2차시 구리선과 자석의 회전에 의한 전기 만들기 실습 수행 3차시 전기와 자기에 의한 회전력 발생에 대한 설명 4차시 건전지와 자석을 이용한 회전체 만들기 실습 수행 주요내용 (키워드 위주) 4 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 가. 차시별 구성도 1) 1차시 주제 전기를 이해하고 전기의 종류와 역사적 배경 탐구 학습목표 주요내용 준비물 Ÿ 전기의 과학적 의미 이해 Ÿ 전기의 종류 이해 Ÿ 발전기 원리 이해 Ÿ 전기가 만들어지는 원리 이해 Ÿ 전기에 필요한 자기 컴퓨터, 빔 프로젝트 2) 2차시 주제 학습목표 주요내용 준비물 자기를 이해하고 유도 전기에 대한 탐구 Ÿ 자기의 과학적 의미 이해 Ÿ 자기의 종류 이해 Ÿ 전기를 만들 때 필요한 자기 Ÿ 회전에 필요한 전기와 자기 Ÿ 위치에너지→운동에너지→전기에너지 관계 컴퓨터, 빔 프로젝트 3) 3차시 주제 학습목표 주요내용 준비물 나도 전기를 생산할 수 있다. Ÿ 회전운동에너지가 전기에너지로 만들어지는 원리 이해 Ÿ 회전에 필요한 요소 이해 Ÿ 전기와 자기가 서로에게 미치는 요소 이해 Ÿ 전기는 어떻게 만들어졌는가? Ÿ 전기가 만들어지는 과정에서 자기는 어떤 역할을 했는가? 컴퓨터, 빔 프로젝트, PC팬, 니오디움자석, LED램프, 건전기, 구리선, 30 cm 자, 멀티미터 4) 4차시 주제 학습목표 주요내용 준비물 우리도 돌려 보자! : 단극 모터(전동기) 만들기 Ÿ 회전운동에너지가 전기에너지로 만들어지는 원리 이해 Ÿ 회전운동을 일으키는 에너지에 대한 이해 Ÿ 자기와 전기의 상호작용 이해 Ÿ 회전체에서 전기와 자기는 각각 어떤 역할을 했는가? 컴퓨터, 빔 프로젝트, PC팬, 니오디움자석, LED램프, 건전기, 구리선, 30 cm 자, 멀티미터