STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 기체의 압력과 부피의 관계 전남대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램명 구분 (신규/수정보 완) 신규 기체의 압력과 부피의 관계 주요 적용 학년 개발차 시 중1 4차시 주요 과목 과학 주요 단원 Ⅳ.기체의 성질-기체의 압력과 부피의 관계 관련 과목 화학 관련 단원 Ⅳ.기체의 성질-기체의 압력과 부피의 관계 STEM+I S,T,E,M, 요소 I 보조 주 개발자명 주요 수업 개요 차시별 적용 지역 개발자 기체의 압력과 부피의 관계를 설명하고 실생활과 연관지어 생각하기 1차시 압력에 따른 기체의 부피 변화 측정 2차시 기체의 압력과 부피의 관계 주요내용 (키워드 위주) 3차시 석유 시추 펌프 만들기 4차시 2. 교사용 지도안 단원 학습 목표 수업단계 4단원. 기체의 성질 차시 1차시 압력에 따른 기체의 부피 변화를 측정하여 기체의 압력과 부피 관계를 설 명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 프로그램 도입 ◾ STEM+I의 용어와 의미를 소개한다. ◾ 프로그램 내에서 다루게 될 내용을 안내한다. 유의사항 - 프로그램의 전반적인 흐름을 학생들이 알 수 있도록 소개한다. 도입(5분) ◎ 동기유발 ◾ 꽃씨가 들어 있는 풍선을 날리는 장면을 자료로 제시하고, 꽃씨를 땅에 직접 뿌리지 않고 왜 풍선에 담아서 날려 보내는지 그 까닭을 생각하여 발표하게 한다. 자료 꽃씨가 들어 있는 풍선을 날리는 사진이나 동영상 ◎ 탐구활동 – 과자 봉지의 부피 변화 ◾ 감압 용기 속에 과자 봉지를 넣고 공기를 뽑아내면서 과자 봉지의 부피를 관찰한다. ◾ 가압 용기 속에 과자 봉지를 넣고 공기를 넣으면서 과자 봉지의 부 피를 관찰한다. 전개(35분) ◾ 기체의 압력에 따른 과자 봉지의 부피 관계를 설명하도록 한다. ◎ 탐구활동 – 기체의 압력과 부피 관계 ◾ 주사기에 압력계를 연결한 후 피스톤을 눌러 기체에 작용하는 압력 에 따른 부피를 측정하여 표에 기록한다. ◾ 표에 기록한 내용을 그래프로 그린 후, 압력과 부피 관계를 설명하 도록 한다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 기체의 압력에 따른 부피 관계 정리(5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 기체의 압력에 따른 부피 관계를 입자모형으로 설명하기 - 5 - 단원 학습 목표 수업단계 4단원. 기체의 성질 차시 2차시 기체의 압력과 부피 관계를 입자 모형으로 설명할 수 있다. 기체의 압력과 부피 관계와 관련된 실생활 예를 찾을 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시학습 확인 ◾ 기체의 압력을 크게 하면 기체의 부피는 어떻게 되는가? 도입(5분) ◎ 동기유발 ◾ 비행기 내의 여압 장치 고장으로 승객이 불편했던 사건이 실려 있 는 신문 기사를 제시한다. ◾ 신문 기사를 읽고 승객들이 통증을 호소한 까닭을 설명해 보게 한다. ◎ 가상 실험 프로그램을 통한 탐구활동 ◾ 가상 실험 프로그램 QR 코드를 인식시킨다. ◾ 기체에 가하는 압력을 다르게 하면서 기체 입자의 운동과 부피 변 화를 알아본다. ◎ 기체의 압력과 부피 관계를 입자 모형으로 설명하기 ◾ 기체의 압력과 부피 관계를 입자 모형으로 그려 보도록 한다. ◾ 기체의 압력과 부피 관계를 설명한다. 전개(35분) - 일정한 온도에서 일정한 양의 기체에 작용하는 압력을 높이면 기체의 부피는 줄어든다. 따라서 입자 사이의 거리가 가까워지고 입자들이 용기 벽에 충돌하는 횟수가 증가하여 용기 속 기체의 압력은 커진다. Tip - 입자의 수, 크기, 운동 빠르기의 변하지 않음을 지도한다. ◎ 압력에 따라 기체의 부피가 변하는 실생활의 예를 제시한다. ◾ 각각의 예에서 알 수 있는 원리를 설명해 보도록 한다. ◾ 또 다른 예시를 찾아보게 한다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 기체의 압력과 부피 관계를 정리한다. ◾ 기체의 압력에 따라 기체의 부피가 변하는 실생활의 예를 살펴본다. 정리(5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 석유 시추 펌프를 만들어 보고, 작동 원리를 기체의 압력과 부피 관계로 설명하기 - 6 - 단원 학습 목표 수업단계 4단원. 기체의 성질 차시 3~4차시 석유 시추 펌프를 만들어 보고, 작동 원리를 기체의 압력과 부피 관계로 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시학습 확인 ◾ 기체의 압력과 부피 관계와 관련된 실생활 예를 이야기해 봅시다. 도입(10분) ◎ 동기유발 ◾ 석유가 사용되는 다양한 예를 보여 주고, 우리 주변에서 석유가 많 이 사용되고 있음을 느끼게 한다. 석유와 석유의 개발 과정에 대해 생각해 보게 한다. ◎ 탐구활동 – 석유 시추 펌프 만들기 ◾ 제작 과정 동영상과 설명서를 바탕으로 석유 시추 펌프를 만든다. 유의사항 ◾ 부품이 분실되지 않도록 유의한다. 자료 https://www.youtube.com/watch?v=f8Z_xXiCY2s 전개(70분) Tip ◾ 석유 시추 펌프의 작동 원리를 설명해 본다. ◎ 탐구활동 – 석유에 대해 알아보기 ◾ 시추 과정과 자료 용도 등에 대해 알아본다. 한국석유공사 사이트를 소개하고 다양한 자료가 있음을 알려준다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 석유 시추 펌프의 작동 원리를 정리한다. 정리(10분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 기체의 온도에 따른 부피 관계를 알아보기 - 7 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 정비례와 반비례로 살펴보는 보일-샤를의 법칙 인천대학교 과학영재교육원 2020년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 인천대학교 과학영재교육원 프로그램 정비례와 반비례로 살펴보는 보일-샤를의 법칙 이름 주요 과목 중등1 수학 관련 단원 관련 과목 중등1 과학 관련 단원 STEM 요소 S, M 지역 개요 차시별 기체의 성질 개발자 실생활의 자연적 현상에 대한 예로부터 기체의 부피, 온도, 압력 등의 측정값을 구한다. 이 측정값으로부터의 보일의 법칙과 샤를의 법칙 속에 반비례 및 일차함수의 개념을 이해할 수 있으며 수학적-과학적 사고의 통합을 목표로 한다. ▪ 보일-샤를의 법칙 관련 문제 제시 ▪ 정비례, 반비례 관계를 이해하고, 그 관계를 표, 식, 그래프로 나타내기 ▪ 기체의 압력과 부피 관계 탐구하기 ▪ 기체의 온도와 부피 관계 탐구하기 ▪ 기체의 압력과 부피 관계 문제해결 ▪ 기체의 온도와 부피 관계 문제해결 1차시 주의 집중을 위한 도입 2차시 수업의 목표 설정 3차시 기초 학습 4차시 심화 학습 주요내용 (키워드 위주) 여러 가지 힘 보조 주 개발자 주요 수업 좌표평면과 그래프 7. 정비례와 반비례로 살펴보는 보일-샤를의 법칙 교재명 관련 교과 (단원) 정비례와 반비례로 살펴보는 보일-샤를의 법칙 중학교 1학년 수학 (Ⅲ 좌표평면과 그래프) 중학교 1학년 과학 (Ⅱ 여러 가지 힘) 중학교 1학년 과학 (Ⅳ 기체의 성질) 교과간의 연결성을 바탕으로 통합 및 융합 교육에 대한 필요성이 꾸준히 대두되고 있음에 따라 본 교재 개발은 중학교1, 2학년의 수학과 중학교 1학년 과학의 간학문적 통합 및 융합 교육이 가능 한 수학(중학교 1학년의 일차방정식, 좌표평면과 그래프, 정비례 교육 목적 와 반비례 영역 및 중학교 2학년의 일차함수와 그 그래프 영역) 과 과학(중학교 1학년의 기체의 성질 중 기체의 압력, 기체의 압 력과 부피의 관계, 기체의 온도와 부피 영역)을 선택하여 통합적 교수모형을 설계하고 상호 교과의 공통 학습 요소를 학습하는데 시너지효과를 주며 긍정적인 변화를 가져오도록 하는 것을 목적 으로 한다. 실생활의 자연적 현상에 대한 예로부터 기체의 부피, 온도, 압력 교육 목표 등의 측정값을 구하였고 이 측정값으로부터의 보일의 법칙과 샤 를의 법칙 속에 반비례 및 일차함수의 개념을 이해할 수 있으며 수학적-과학적 사고의 통합을 목표로 한다. 교수학습 방법 ☑ 강의 o 시각화 o 반복 연습 및 암송 o 역할 놀이 o 직접 교수 o 협동학습 o 책략기반 교육 o 모의 재판 o 내용영역에서 도움을 받는 교수 o 시뮬레이션 o 그래픽 조직체 (Graphic Organizer) ☑ 탐구기반 학습 o 코칭 o 문제해결 및 문제기반 학습 o 개념 달성 o 그림자 경험 (shadowing experience) o 시네틱스 (Synectics) o 사사제 (Mentorship) o 실연/모델링 o 독립 연구 o 소크라테스식 질문 - 1 - ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판하거나 유 포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2020년도 정부(과학기술정보통신부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 작성된 성과물입니다. 2. 교재 양식 인천대학교 과학영재교육원 Incheon Science Elite Program Tel: 032-835-4971~3, Fax: 032-835-4976 [심화] - 교사용 교재 정비례와 반비례로 살펴보는 보일-샤를의 법칙 교재개발자 : 인천마전고등학교 교사 윤정희 개발년도 : 교육 대상 : 중등 공통과정 온라인교재 수업 시간 : ( 총 4 시간 ) 2020 학년도 ▪ 보일-샤를의 법칙 관련 문제 제시 ▪ 정비례, 반비례 관계를 이해하고, 그 관계를 표, 식, 그래프로 나타내기 ▪ 기체의 압력과 부피 관계 탐구하기 ▪ 기체의 온도와 부피 관계 탐구하기 ▪ 기체의 압력과 부피 관계 문제해결 ▪ 기체의 온도와 부피 관계 문제해결 ▢ 관련 분야 및 내용 교과 분야 내용 STEM요소 순서쌍과 좌표를 이해한다. 다양한 상황을 그래프로 나타내고, 주어진 그래프를 해석할 수 수학 있다. M 정비례, 반비례 관계를 이해하고, 그 관계를 표, 식, 그래프로 나타낼 수 있다. 기체의 압력과 부피의 관계를 입자 모형으로 해석하고, 이와 과학 관련된 실생활의 예를 찾을 수 있다. 기체의 온도와 부피의 관계를 입자 모형으로 해석하고, 이와 관련된 실생활의 예를 찾을 수 있다. - 2 - S ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판하거나 유 포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2020년도 정부(과학기술정보통신부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 작성된 성과물입니다. 1. 교 수 -학 습 계 열 배운 내용 이번에 학습할 내용 확장될 내용 [초등학교 수학 1~2학년군] [중학교 수학 1] [중학교 수학 2] - 규칙 찾기 - 순서쌍과 좌표 - 일차함수와 그래프 [초등학교 수학 3~4학년군] - 그래프 - 일차함수와 일차방정식의 - 규칙을 수나 식으로 나타 - 정비례 내기 관계 - 반비례 [초등학교 수학 5~6학년군] [중학교 수학 3] - 규칙과 대응 - 이차함수와 그래프 - 비와 비율 - 비례식과 비례배분 2. 수 업 의 목 표 설 명 ▪ 중학교1, 2학년의 수학과 중학교 1학년 과학의 간학문적 통합 및 융합 교육이 가능한 수학(중학교 1 학년의 일차방정식, 좌표평면과 그래프, 정비례와 반비례 영역 및 중학교 2학년의 일차함수와 그 그 래프 영역)과 과학(중학교 1학년의 기체의 성질 중 기체의 압력, 기체의 압력과 부피의 관계, 기체의 온도와 부피 영역)을 선택하여 통합적 교수모형을 설계하고 상호 교과의 공통 학습 요소를 학습하는 데 시너지효과를 주며 긍정적인 변화를 가져오도록 하는 것을 목적으로 한다. ▪ 실생활의 자연적 현상에 대한 예로부터 기체의 부피, 온도, 압력 등의 측정값을 구하였고 이 측정값 으로부터의 보일의 법칙과 샤를의 법칙 속에 반비례 및 일차함수의 개념을 이해할 수 있으며 수학적 -과학적 사고의 통합을 목표로 한다. - 3 - ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판하거나 유 포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2020년도 정부(과학기술정보통신부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 작성된 성과물입니다. 3. 기 초 학 습 ▪ 직선 위의 점의 위치는 어떻게 나타낼까? 【활동 01】 그림과 같이 인천도시철도 1호선 노선도와 각 역의 번호가 있다. 각 역의 번호를 역의 위치라 할 때, 다음 물음에 답하시오.                               (1) 다음 역 이름에 해당하는 역의 번호를 써 넣으시오. 역 이름 역의 번호 역 이름 역의 번호 역 이름 계양 계산 부평 인천시청 원인재 인천대입구 역의 번호 [풀이] 역에 해당하는 역의 번호는 다음과 같다. 역 이름 역의 번호 역 이름 역의 번호 역 이름 역의 번호 계양  계산  부평  인천시청  원인재  인천대입구  (2) 다음 역의 번호에 해당하는 역의 이름을 써 넣으시오. - 4 - ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판하거나 유 포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2020년도 정부(과학기술정보통신부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 작성된 성과물입니다. 4. 심 화 학 습 【활동 04】지렛대에서의 비례 관계 다음은 어느 ○○ 신문의 아르키메데스와 관련된 과학 기사의 일부이다.22) 기사의 내용을 읽고 물음에 답하시오. 기원전 212년 아르키메데스, 지레의 원리 및 원주율 발견 모든 시대를 통틀어 가장 위대한 수학자 중의 한 사람인 아르키메데스(Archimedes)는 지렛대의 원리, 부력의 원리, 구의 표면적과 부피, 원주율 등을 발견한 것으로 유명하다. 지레의 원리 아르키메데스는 기하학과 물리학에 관한 책을 쓰는가 하면 ‘지레의 법칙’도 밝혀냈다. “가한 힘에다 받침점에서 작용점까지의 거리를 곱한 것은 짐의 무게에다 받침점에서 짐까지의 거리를 곱한 것과 같다”는 수학적 관계를 최초로 설명했다. 그는 지레, 겹도르래 등 많은 기계를 설계하였는데, 지레로 얼마나 큰 힘을 얻을 수 있는지를 다른 사람들에게 알려주기 위하여 아르키메데스는 이렇게 말한 적이 있었다. “나에게 설 땅과 충분히 긴 지렛대를 주면 이 지구도 움직여 보이겠다.” 아르키메데스는 히에론 왕에게 ‘나에게 충분히 긴 지레와 설 수 있는 장소만 준다면, 지구을 움직여 보이겠습니다”라고 말했다고 한다. 왕이 시범을 보여달라고 청하자, 아르 키메데스는 일련의 지레 장치를 사용하여 짐이 가득 실린 상선을 바다에서 해변으로 끌 어올렸다고 한다. 이 신문 기사 중 “나에게 설 땅과 충분히 긴 지렛대를 주면 이 지구도 움직여 보이겠다.” 라는 것은 다 음과 같이 설명할 수 있다. 막대를 어떤 점에 받쳐서 그 받침점을 중심으로 물체를 움직일 수 있게 만든 것을 지렛대라고 하고, 지렛대를 이용하면 무거운 물체도 쉽게 들어 올릴 수 있다. 22) 인터넷 과학 신문 사이언스타임즈, 204년 8월 16일 기사 https://www.sciencetimes.co.kr/news/%ea%b8%b0%ec%9b%90%ec%a0%84-212%eb%85%84-%ec%95%84%e b%a5%b4%ed%82%a4%eb%a9%94%eb%8d%b0%ec%8a%a4-%ec%a7%80%eb%a0%88%ec%9d%98-%ec%9b%9 0%eb%a6%ac-%eb%b0%8f-%ec%9b%90%ec%a3%bc%ec%9c%a8-%eb%b0%9c%ea%b2%ac/?cat=128 - 46 -