STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 냉장고의 원리 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 냉장고의 원리 탐구 이름 주요 과목 화학I 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 물질의 변화/에너지 출입/발열 반응, 흡열 반응 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 열과 열의 이동에 대해 이해하고 기화열을 이용하여 온도를 낮추는 방법 에 대해 탐구한다. 이는 냉장고의 원리를 이해하고 환경보호에 대해 탐 구한다. 우선 열과 열의 흐름에 대해 이해하기 위해 단열과 투열에 대해 이해하고 일상에서 효과적인 단열재가 무엇인지 탐구한다.냉장고처럼 온 도를 낮춰 물질의 상태가 달라지는 것을 이해하고 어는점 또는 녹는점을 이해한다. 어는점 측정을 위한 실험을 고안해보고 이에 숨어있는 과학 원리를 이해한다. 측정한 어는점을 위해 그래프를 그려보고 어는점을 탐 구한다. 실제 어는점과 비교하여 탐구한다. 또한 간이 냉장고를 제작하여 냉장고의 원리를 이해한다. 냉매와 냉매의 역사를 이해하여 환경보호를 이해한다. 1차시 냉장고의 원리는 무엇일까? 2차시 열의 이동 이해하기 3차시 어는점 측정하기 4차시 간이 냉장고 만들어보기 주요내용 (키워드 위주) (화학) 냉장고의 원리 탐구 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 냉장고의 원리 탐구 주제 냉장고의 원리 탐구 2015 개정 교육과정 적용 학년 영역: 핵심개념 과학기술 적용 중학교 3학년, 고등학교 1학년 § 물질의 변화: 화학 반응 간이 냉장고 만들어보기 응용 분야 물리, 에너지, 환경 열과 열의 이동에 대해 이해하고 기화열을 이용하여 온도를 낮추는 방법 에 대해 탐구한다. 이는 냉장고의 원리를 이해하고 환경보호에 대해 탐 구한다. 우선 열과 열의 흐름에 대해 이해하기 위해 단열과 투열에 대해 이해하고 일상에서 효과적인 단열재가 무엇인지 탐구한다.냉장고처럼 온 프로그램 개요 도를 낮춰 물질의 상태가 달라지는 것을 이해하고 어는점 또는 녹는점을 이해한다. 어는점 측정을 위한 실험을 고안해보고 이에 숨어있는 과학 원리를 이해한다. 측정한 어는점을 위해 그래프를 그려보고 어는점을 탐 구한다. 실제 어는점과 비교하여 탐구한다. 또한 간이 냉장고를 제작하여 냉장고의 원리를 이해한다. 냉매와 냉매의 역사를 이해하여 환경보호를 이해한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 냉장고의 원리는 무엇일까? 2차시 열의 이동 이해하기 3차시 어는점 측정하기 4차시 간이 냉장고 만들어보기 충북대학교 과학영재교육원 - 12 - (화학) 냉장고의 원리 탐구 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 냉장고가 없던 시절 어떻게 얼음을 사용하였는지 생각해보자. 영화 겨울왕국의 첫 장 면은 겨울에 얼음을 저장하여 북쪽으로 이동하는 장면이 나옵니다. 우리나라에서도 이와 비슷한 석빙고를 사용하였습니다. 경주 석빙고는 보물 제66호로, 얼음을 저장하기 위하여 만든 석조 창고로서 겨울에 얼음을 채취하여 저장하였다가 여름에 사용하였다. 냉장고의 원리는 무엇일지 생각해보자. ◆ 냉장고의 또 다른 특징 중에 하나는 단열이다. 집을 따뜻하게 할 수 있는 단열방법은 무엇일지 그리고 이용할 수 있는 단열재는 무엇일지 생각해보자. - 19 - (화학) 냉장고의 원리 탐구 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 열의 이동 이해하기 ◆ 다양한 단열재를 이용하여 단열 실험을 해보자. [실험 방법] ① 세 개의 플라스틱컵에 물을 100ml를 넣는다 (양이 같아야한다.) ② 단열재를 감싼다.(신문지, 에어캡, 스티로폼) 그리고 비이커에 넣는다. ③ 비이커를 냉동실에 넣고 2분마다 온도를 측정해보자. 경과된 시간 (분) 0 2 4 6 8 10 12 18 20 22 24 26 28 30 14 16 신문지 에어캡 스티로폼 경과된 시간 (분) 신문지 에어캡 스티로폼 ◆ 어느 단열재가 제일 좋은가? 수업지도의 Tip Ÿ 단열과 투열의 의미와 예를 설명한다. Ÿ 여러 단열재를 동일한 환경에서 실험 후 가장 좋은 단열재가 무엇인지 설명한다. 실험/안전 지도의 Tip Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. Ÿ 조교의 지시를 반드시 따르도록 한다. Ÿ 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. - 21 - (화학) 냉장고의 원리 탐구 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 ◆ 스테아르산 (CH3(CH2)16COOH) 의 어는점을 측정하여 보자. (어는점: 69.6℃) [실험 방법] ① 스테아르산 5g을 시험관에 넣은 후, 물중탕 장치를 꾸민다. ② 고체상태의 물질이 다 녹을 때까지 알코올램프로 가열한다. ③ 시험관 안의 고체물질이 모두 녹으면 가열중지 ④ 고체물질이 다 녹으면 시험관을 비커에서 꺼내고 온도계를 매단다. ⑤ 1분 간격으로 온도를 측정하면서 물질의 상태를 관찰한다. 1) 시간에 따른 온도 및 물질의 상태기록 시간 (분) 온도 (℃) 상태 0 1 2 3 4 5 6 7 시간 (분) 온도 (℃) 상태 8 9 10 11 12 13 14 15 시간 (분) 온도 (℃) 상태 16 17 18 19 20 21 22 23 2) 모눈종이를 이용하여 시간과 온도에 따른 어는점 그래프를 그려보자. Ÿ 온도가 일정하게 유지되는 구간은? 수업지도의 ( )℃ Tip Ÿ 스테아르산 외에 다른 물질의 어는점을 소개한다. Ÿ 시간과 온도의 그래프를 그린 후 온도가 일정하게 유지되는 구간이 의미하는 바를 설명한다. Ÿ 실험 세팅을 조교의 시범 후 직접 해보도록 한다. - 22 - (화학) 냉장고의 원리 탐구 4) 공학적 적용 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 역기화열을 이용하여 온도를 낮추어보자. 손목에 스프레이를 이용하여 물을 뿌린 후 바람을 불면 어떤 느낌이 드는가? ◆ 실제로 음료수 캔에 키친타올을 알콜에 적셔 붙인후에 선풍기를 쐬여보자. 시작전의 온도를 재고 1분마다 온도를 측정해보자. 수업지도의 Tip Ÿ 온도가 왜 내려가는지, 기화열을 설명한다. Ÿ 물과 에탄올을 이용하면 에탄올의 온도가 더 내려가는 이유를 설명한다. Ÿ 키친타올이 마르지 않도록 주기적으로 물과 에탄올을 뿌려준다. Ÿ 시간과 온도의 그래프를 그려보도록 한다. 공학적 결과물 구현하기 Ÿ 간이 냉장고를 넘어 효과적인 냉장고를 만들어보도록 한다. 스케치를 그려보도록 하여 환경적으로 공학적으로 유용한 냉장고를 구현해 보도록 한다. - 23 -