STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 기후변화와 기상재해 대응에 관한 과학적 의사결정 강원대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 기후변화와 기상재해 대응에 관한 과학적 의사결정 이름 주요 과목 지구과학I 관련 단원 지구과학Ⅰ- Ⅱ.대기와 해양: 대기의 운동과 순 환, 대기와 해양의 상호작용 과학- 물질의 변화: 화학반응 관련 과목 통합과학, 수학 - 대기와 해양: 대기의 운동과 순환 관련 단원 통합과학- Ⅳ. 환경과 에너지: 생태계와 환경, 발전과 신재생 에너지 수학 – Ⅳ.함수: 함수와 그래프, 통계 STEM 요소 S, T, M 지역 개발자 전지구적 규모의 기후 변화 문제를 과학적으로 인식하고, 일상생활에서 관련 지식 을 활용하여 문제를 해결하려는 과학적 태도를 갖도록 한다. 주요 수업 개요 지구 기온 변화 자료 분석, 혹은 일기도나 위성 영상을 해석하는 모둠별 협력 활동 을 할 수 있다. 이러한 활동들을 통하여 지구 온난화 경향을 조사하고, 앞으로의 기 후 변화에 대하여 예측할 수 있으며, 한반도의 기후 변화 경향성을 파악할 수 있다. 또한 기후 변화 협약과 같은 사회적인 이슈들과 함께 기후 변화로 초래된 다양한 문제를 해결하거나, 적응할 수 있는 다양한 과학적 방법을 토의하는 과정 속에서 올바른 과학적 의사결정을 할 수 있도록 한다. 1차시 : 기후자료 이용하여 기후분포도 해석 및 작성. 기초통계(평균, 최저, 최고) 내용 학습. 2차시 : 화석에너지 사용량과 온실기체 배출 관계 해석. 온실효과 학습. 화석연료 사용의 결과 학습. 시계열 분석 학습. 차시별 3차시 : 과거 기온자료 이용하여 미래 기온 예측. 대륙/해양의 열에너지, 태양복사 주요내용 에너지, 에너지 순환 학습. 함수 그래프 그리기 내용 학습. 선형회귀분석(추세, 기울 (키워드 위주) 기) 학습. 4차시 : 폭염과 홍수의 발생 빈도 및 지역 구분 내용 학습. 대기대순환 및 강수과 정 학습. (계급별) 도수분포표 내용 학습. 5차시: 기후변화 저감과 기상재해 방지 노력 내용 학습. 과학적 의사결정 트리 내용 학습. 빅테이너와 머신러닝 내용 학습. 1. Ⅲ 2. 교사용 지도서 [1차시] 기후와 기후 변화 바로 알기 수업 안내 • 1차시는 과학적 의사결정이 필요한 이유를 알아보는 것으로 시작하여, 기후와 기후변화의 정의를 내려본다. Google Earth 프로그램을 통해 전지구적 기후대를 알아보며 해석하는 내용으로 구성되어 있다. 수학과 관련된 내용으로는 자료와 그래프에 대한 해석이 있다. 수업 TIP • 본 수업의 목표인 과학적 의사결정의 중요성을 학생들이 깨달을 수 있도록 수업을 전개하며, 수업 참여에 대한 동기를 부여한다. 근거가 명확하지 않은 상태에서 이루어지는 작은 결정이 초래하는 경제적 손실을 예상해 보게 하며, 범지구적인 문제의 경우 경제적, 사회적, 국가적 손실 규모가 막대할 것임을 언급한다. 특히, 트럼프의 주장을 사례로 들어 환경 문제의 경우에는 되돌릴 수 없는 재난 상황을 이끌 수 있음을 주지시킨다. • 기후의 개념은 간단하게 설명하고, 쾨펜 기후 분류 기호에 대한 숙지와 암기가 이루어질 필요는 없다. 다만, 날씨와 기후의 개념 차이에 대해서는 강조하여 설명한다. • 전 세계적으로 다양한 기후가 존재하고, 가까운 국가 간에도 기후가 다르게 나타남을 인식시킨다. 특히, 우리나라의 경우에는 작은 영토 안에 매우 다양한 기후가 존재하고 있음을 파악하도록 조별 토의 시간을 제공한다. 기후변화가 기후가 다양한 우리나라에는 어떠한 영향을 줄지도 함께 탐구해보도록 하며, 개념설명 보다는 학생 활동 중심의 수업을 구성한다. • 기후는 식생대와 매우 밀접한 요소이다. 기후변화가 나타났을 때 어떠한 영향을 미칠지에 대해 예상해 보도록 한 뒤 실제 관측되고 있는 변화 자료를 제시한다. 생각열기 기후 위기와 과학적 의사결정이란? 아래 기사를 보고 트럼프 전 대통령은 왜 잘못된 판단을 했는지, 바이든 대통령의 백악 관은 왜 상반된 의견을 주장하는지 이야기해 보자. 과학적 의사결정이란 무엇이고, 왜 중요한지 토의해보자. [2차시] 화석에너지 사용과 온실가스 배출 수업 안내 • 2차시는 화석에너지 연소과정의 특징을 알아보고, 우리나라와 여러국가의 온실기체 배출 추이를 분석해보며, 이러한 경향성이 기후변화와 어떠한 관련이 있는지 알아본다. 또한 기술적으로는 엑셀을 활용하여 그래프 그리는 법을 익히며 프로그램을 활용하였을 때의 유용성을 인식한다. 수업 TIP • 이번 차시는 온실가스가 배출되는 원인과 증가 추이에 대해 분석해본다. 증가 추이를 분석할 때 엑셀 프로그램 을 활용하여 간단한 사용 방법(그래프 그리기, 추세선 나타내기)을 익히고, 이에 대한 편의성을 인식할 수 있도록 수업을 전개한다. • 화석연료를 사용하기까지 인류의 에너지 사용 역사에 대해 함께 살펴보며, 화석연료가 산업 발달에 있어 크게 기여하였지만 화석연료의 무분별한 사용이 온실기체 배출량을 급격하게 증가시켰음을 설명한다. 화석연 료의 연소과정을 화학반응식으로 표현하여 화석에너지를 얻을 때 온실기체가 발생하고, 에너지원 별 탄소 배출계수가 다름을 함께 다룬다. • 각 국가별 온실가스 배출량 증가 추이를 분석하고, 엑셀을 활용하여 주어진 통계 자료에 대한 그래프를 그릴 수 있도록 지도한다. 도입에서 엑셀을 활용하지 않고 1인당 온실가스 배출량 증가율을 조별 토의 활동을 통해 직접 계산해 보도록 하고 발표의 기회를 제공한다. 추후 엑셀 활용을 활용하여 그래프를 그렸을 때 정확성과 편의성이 높음을 인식할 수 있도록 수업을 진행하여 프로그램 활용에 대한 가치를 부여한다. 이번 차시 수업 또한 학생들의 토의와 엑셀 프로그램 활용이 주가 되는 학생 활동 중심의 수업을 구성한다. • 차시 마지막에 제시된 ‘생각해보기’ 활동은 교사의 재량에 따라 “화석 에너지를 대신할 수 있는 재생 에너지 생각해보기”라는 활동으로 대체할 수 있다. [3차시] 지구온난화: 온실가스가 만들어내는 온실효과 수업 안내 • 온실가스가 어떤 원리로 온실효과를 만들어내는지 알아보고 이것이 지구온난화 현상으로 이어지는 과학적 원리를 이해한다. • 기후변화를 주제로 한 영화의 줄거리 영상을 시청하며 학습에 대한 흥미와 더불어 기후변화의 심각성에 대해 생각해봄으로써 지구온난화 현상이 심화될 경우 어떤 일이 발생할지 과학적으로 예측해본다. 수업 TIP • 이번 차시에는 온실가스 배출량 급증이 가져오는 나비효과에 대해 인식할 수 있도록 수업을 전개한다. • 온실가스 배출이 가져오는 세계의 기후변화와 기상재해 그로 인한 피해를 제시하며 인과관계에 대해 설명한다. 빙하 시추를 통해 과거 이산화 탄소 농도 변화를 예측함을 설명하고, 40만년 간 일정 수준을 넘은 적이 없었던 이산화 탄소 농도가 현재 매우 높은 수치를 나타내고 있음을 보여준다. • 온실가스가 온실효과를 일으키는 과정에 대해 설명하며 온실효과는 생명체에게 꼭 필요한 과정이나 과할 경우 심각한 부작용을 일으킴을 설명한다. 기후변화의 심각성을 소재로 한 ‘투모로우와 ’ 기후변화에 대한 잘못된 대응을 소재로 한 ‘설국열차를 ’ 보여주며 영화 속 상황에 대해 학생들이 주도적으로 생각해보고 토의할 수 있는 수업을 구성한다. 알아보기 온실가스가 만들어내는 효과 [4차시] 미래 기후 예측: 1.5°C vs 2°C 수업 안내 • 지구의 평균 온도 상승이 초래하는 심각한 전 지구적 변화를 알게되고, 엑셀 프로그램 활용과 데이터 분석을 통해 이산화 탄소 농도 변화, 기후변화 시나리오에 따른 미래 기후변화를 예측할 수 있다. • 하와이 관측소와 기상청의 자료들을 활용하여, 어떠한 추이로 기후변화가 일어나게 되는지 예측해 볼 수 있으며, 기후변화를 막기 위한 인류 노력의 당위성에 대해 인식할 수 있다. 수업 TIP • 1.5℃, 2℃ 기온 상승을 이야기할 때는 반드시 산업화 이전 시기가 기준임을 명확하게 설명해주어야 한다. • 지구 평균 기온이 1.5℃ 또는 2℃로 상승하였을 때 0.5℃라는 차이는 매우 미미하게 느껴질 수 있다. 하지만, 0.5℃ 차이가 지구에 초래하는 생태계의 종 변화, 해수면 상승 정도, 기상재해 발생 규모 등의 변화는 매우 큰 차이가 있음을 비교 설명한다. • 이산화 탄소 농도 측정 데이터를 활용하여 미래의 이산화 탄소 농도를 예측해본다. 이산화 탄소 배출량이 현재와 같을 때, 배출량을 절반 정도로 줄였을 때의 상황을 가정하여 동등한 이산화 탄소 농도 도달 시점을 비교해본다. 이 때 엑셀을 활용하여 계산의 편의성을 높이며 2차시에 학습한 엑셀 활용을 복습할 수 있는 기회를 제공한다. 알아보기 전지구 평균온도 상승 1.5°C vs 2°C, 어떤 차이가 있을까? 현재 온실가스 배출량 상태를 유지할 경우 2100년 전지구 평균 기온 분포 예측 시나리 오 [5차시] 과학적 의사 결정: 대응할 것인가 vs 적응할 것인가 수업 안내 • 학생들이 현재 상황의 자료를 가지고 지구온난화로 인한 기상재해에 대응을 해야할지, 혹은 적응을 해야할지 결정하게 하며 이를 위한 구체적인 실천 방안과 정책을 어떻게 할지 결정하게 한다. 학생 스스로 문제 의식을 갖고 참여하게 하고 교사의 개입은 최소화한다. 수업 TIP • 4차시 학습을 통해 배우고 학습한 지식을 활용하여 의사 결정을 하는 수업을 전개한다. 기후변화에 대해 대응할 것인가, 적응할 것인가 둘 중 하나의 입장을 선택해 그에 대한 생각을 정확한 과학적 지식을 기반으로 논리적으로 말할 수 있도록 안내한다. 조별로 대응과 적응에 대한 개인의 실천 방안과 더불어 국가에서 추진할 수 있는 정책까지 설정해보도록 한다. 이를 통해 사고의 폭을 넓히고 논리적 근거로 말할 수 있도록 하여 과학적 의사 결정력 증진의 기회를 제공한다. 학생들의 토의, 토론이 주가 되는 학생 참여형 수업을 구성한다. OUR MISSION!! 지금까지 학습한 것처럼 지구온난화라는 이 현상은, 여러 가지 기상재해들을 가져온다. 예를 들어, 해빙과 육빙이 감소하여 해수면 상승을 유발시키고, 집중호우가 빈번하게 바뀌고, 강수량의 변화도 일어난다. 이러한 변화가 지역적으로 다 다르게 나타나기 때문에, 원래 있던 그 기후가 아닌 상황이 발생하게 되었을 때, 사람들은 취약할 수 밖에 없다. 이런 기상재해 상황에 우리는 무엇을 해야 할까? 과학적 의사결정을 합의하고 실천해보자.