STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 Lab Book Creator 인천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 인천대 과학영재교육원 프로그램명 Lab Book Creator 주요 과목 화학 주요 단원 관련 과목 정보 관련 단원 T, S, A 적용 지역 STEM+I 요소 (신규/수정보 완) 신규 주요 적용 학년 개발차시 고등학교 1학년 4 화학 II (화학반응, 산과 염기의 반응) 정보 (문제해결과 프로그래밍/프로그래밍, 알고리즘) 보조 주 개발자명 개발자 1. 본 프로젝트는 화학의 산 염기 단원에서 산염기의 개념 및 중화 반응 의 개념을 탐구하는 자유실험을 학생 스스로 설계하여 수행하여 보고서를 작성하는 자유탐구 실험 프로그램이다. 학생들은 쉬운 실험이라도 스스로 실험을 설계하여 수행하고 결과를 처리하는 일련의 과정을 통하여 의사소 통역량, 다양성존중역량, 문제해결역량, 협력역량을 함양하는 기회를 갖게 주요 수업 개요 된다. 2. 실험의 결과는 언제나 실험 보고서로 작성한다. 본 프로젝트에서는 한 걸음 더 나아가 실험 보고서를 온라인 도서로 편집하여 출판하여 부가가 치를 창출할 수 있는 경험을 하게 된다. 이는 새로운 메가트랜드의 시대 를 살아가는데 필요한 자료･정보 활용 역량, 비판적･창 의적 사고 역량, 자기 성찰･계발 역량, 문화 향유 역량을 함양하 는데 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다. 1차시: 산과염기 기초학습 - 화학 평형, 혈액의 pH 조절 1.강산과 약산 2.이온화도 3.이온화 상수 4.강산과 약산의 pH 2차시: 1.산과 염기 실험 계획서 작성 가)공통 준비물: MBL 인터페이스, 나)팀별 준비물: 용액 제조, 차시별 주요내용 (키워드 위주) 도구 준비 2. 실험실 안전수칙 조사 가)실험 도구, 나)시약 MSDS 3차시: 1.실험 수행 및 결과 데이터 수집 2.결과 분석 및 토의 4차시: 산출물 제작 및 공유 1. 문제해결 : 다양성자산,혼합산 2. 실험 보고서 온라인 책 제작  기 초 학 습 화학 평형, 혈액의 pH 조절 1. 인간의 혈액은 다음의 평형 반응에 의해서 대략 pH 7.4 정도로 일정하게 유지된다.   CO   HO   HCO    HCO   H  격렬한 운동을 할 때 사람의 혈중 HCO 수치가 mM이고 CO 수치는 mM이 었다고 할 때 평형 상수를 구하시오. ☞ 평형상수는 다음과 같이 나타낼 수 있다. HCO    CO  격렬한 운동을 할 때 화학종들의 농도가 위와 같이 평형을 이루었다고 가정하면 HCO           CO  2. 휴식을 하는 동안에 혈중 HCO 수치가 mM로 감소되었다면 휴식 동안에 혈중 CO 수치는얼마인지 구하시오. HCO   ☞ CO        mM   3. 포유류의 혈액에 산소를 운반하는 헤모글로빈(약자로 Hb )은 단백질이다. 각 Hb 분자는 O 분자와 결합할 수 있는 4개의 철 원자를 함유하고 있다. 산소의 결합은 pH 에 의존 하며 관계된 평형은 아래와 같다.  HbH   O    HbO    H  (1) 폐에서 헤모글로빈은 HbH 과 HbO   중에서 어떤 형태가 우세하게 존재할 까? 세포에서는 어떤 형태가 우세하게 존재할까? ☞ 폐에서는 O 농도가 높으므로 평형은 오른쪽으로 이동하여 HbO  가 우세하며, 세포에서는 O 농도가 낮으므로 평형은 왼쪽으로 이동하여 HbH 이 우세하다. - 6 - 창의디자인캠프 교재  심 화 학 습 6 .1 1 부 심 화 학 습 : 일반적 탐색 활동 1. 그림 (가)와 (나)는 산 HA 와 HB가 물속에서 이온화되는 모습을 나타낸 모형이다.   HA  HO   A   HO    HB  HO   B   HO  (가) (나) (1) 이온화도(degree of ionization)란 전해질이 물에 녹았을 때 용질의 전체 몰수와 이온 화된 몰수의 비를 의미한다. 이온화도를 이용하여 강산과 약산을 설명하시오. ☞ 강산은 이온화도가 높은 산, 약산은 이온화도가 낮은 산이다. (2) 이온화도에 의하면 산 HA 와 HB 중 어느 것이 강산이고, 어느 것이 약산인가? ☞ HA 는 강산, HB는 약산이다. - 8 - 창의디자인캠프 교재 6 .2 2부 심 화 학 습 : 집단 실험 활동 1. 제시된 조건을 만족하는 산과 염기에 관한 자유 실험 주제를 선정하여 실험 계획서를 작성해보자. 가. 산과 염기에 관하여 알아보고 싶은 흥미로운 주제를 선정한다. 나. 공통 준비물로 MBL 인터페이스를 사용하여 실험 결과 데이터를 수집하도록 한다. 다. 실험을 설계할 때 측정이 가능할 수 있는 범위 내에서 실험 폐기물에 의한 환경 오염을 최소화할 수 있는 규모의 양으로 설계한다. 라. 적당한 도구와 재료를 선정한다. 마. 실험에 사용할 시약에 대하여 CAS No.를 적고 MSDS를 조사하여 숙지한다. 바. 실험에 사용할 용액을 제조하는 방법을 계산과정까지 모두 기록한다. 사. 실험의 내용적 배경을 기록한다. [서식] 실험 계획서(실험 결과 보고서) [서식] 학번 1학년 이름 조장체크표시 1반 ✔ 1. 실험 제목 : 2. 실험 목적 : 3. 가설 : 4. 준비물 : 품목, 규격, 수량(단위)를 구체적으로 정확히 계획한다. 5. 이론적 배경 화학식, 화학 반응식, 공식, 수식 등은 수식 기능을 사용하여 정확하게 표기하도록 한다. 6. 물질안전보건자료(MSDS) 산업재해예방안전보건공단 https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdssearchAll.do에서 사용할 시약을 검색하여 기록할 것. 특히 CAS No. 와 위험 요소 및 안전 조치 사항을 숙 지한다. 7. 실험 방법 : 구체적으로 기록 8. 실험 결과 및 분석: 실험 결과는 표와 그래프로 나타내야 하며. 표와 그래프에는 독립 변인과 종속 변인 및 단위를 정확히 표기한다. 실험 결과에 대한 분석 및 해석, 고찰 등의 내용을 기록한다. 9. 결론 - 10 - 창의디자인캠프 교재 6 .3 3부 심 화 학 습 : 개인 및 소집단별 생활 속 과학문제 탐구 활동 산의 종류에 따른 이온화 상수는 표와 같다. 이온화 상수 산의 종류   HCl 매우 크다 - HCN  ×  - HSO 매우 크다  ×  1.  M HSO 수용액의 pH 를 구해보자. (1) HSO 수용액의 이온화 평형 반응식을 써보자. ☞ HSO   HO → HSO  HO   매우 크다 HSO  HO ⇄ SO   HO     ×  (2) HSO 수용액의 H  를 구하고 HSO 의 이온화 백분율(%)을 구해보자. ☞ 1단계 이온화 HSO   HO → HSO  HO  반응에서 HSO 분자는 완전히 이온화하므로 HSO  HO    M이다. 2단계 이온화는 HSO  HO   M를 초기 농도로 하여 약산의 평형으로 다 루어 계산한다. HSO  HO ⇄ SO   HO  처음   반응     평형               ×          HO  M  이온화 백분율(%)   ×    (3) HSO 수용액의 pH 를 구해보자. H 단계  H 단계   M  M  M pH ≈ log   - 11 - 창의디자인캠프 교재 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 색으로 이해하는 과학 대진대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 색으로 이해하는 과학 이름 주요 과목 과학 2 관련 단원 물질의 구조, 물질의 성질, 관련 과목 과학 2 관련 단원 물질의 특성 STEM 요소 S, T, E 지역 개요 4 보조 주 개발자 주요 수업 개발 차시 개발자 인간이 자연에서 누릴 수 있는 기쁨 중에 최고는 눈으로 보고, 풍경을 즐 기는 것이 아닌가 생각된다. 색은 우리의 도처에 있다. 우리가 좋아하든 싫어하든 상관없이 빛 이 사라지지 않는 이상 색은 우리 곁에 언제나 존재한다. 항상 존재하고 자연을 본다. 가끔은 자연의 색을 놓고 움직이는 감정을 경험하기도 한 다. 이 프로그램을 통해 자연의 다양한 색을 알아보고, 색의 주는 감정을 느 끼는 시간을 통해 색체에 대한 호기심을 갖는 기회를 마련한다. 또한 색 을 갖는 물질의 공통점을 알아보고 자연에서 색을 추출하는 체험을 통하 여 기술 공학적 원리를 이해한다. 빛의 성질을 통해 색은 무엇인지 생각해 보고 색을 띠는 물질을 만들어 보는 기회를 통해 과학적 원리를 이해한다. 마지막으로 우리의 감각기관 인 눈을 사용하는 화학, 산-염기 지시약에 대해 알아본다. ○ 우리나라의 사계절을 대표할 만한 장소를 찾아보고, 각 계절을 색채로 표현해 본다. ○ 동굴에서 발견된 색에 대한 역사적 사실을 소개하고 빛을 그린 1차시 모네의 작품을 감상해 보자. ○ 천연염료와 합성염료를 학습해보고, 이를 활용하고 사용하는 실 생활의 예들을 찾아보자. 차시별 ○ 천연염료를 추출해 보고, 염색작업을 경험해 보자.. ○ 우리 주변의 물체의 형태와 색깔은 빛을 통해 알 수 있다. 프리 주요내용 (키워드 위주) 즘을 통과한 빛의 분광현상을 알아보자. 2차시 ○ 빛과 색채의 상관관계를 이해하고, 빛의 성질을 알아보자. ○ 매염제의 역할을 알아보고, 같은 염료도 매염제에 따라 다른 색 으로 염색되는 이유를 알아보자. 3차시 ○ 빛의 성질인 흡수와 반사로 물체가 다른 색을 갖는 이유를 알 아보자. ○ 금속화합물이 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 금속에 따라 다른 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 그럼 천연염료에는 어떤 물질들이 포함되어 있는지 알아보자. ○ 눈의 구조 및 기능을 학습한다. 4차시 ○ 우리가 색을 인식하는 과정을 알아보자. ○ 산염기 지시약의 용도와 작동원리을 학습한다. 가. 차시별 구성도 1) 1차시 : 나를 둘러싼 모든 것, 색에 물들다. 주제 자연 속 동물과 식물에서 다양한 색을 찾아보자. ○ 자연 경치에서 보이는 화려한 색채들을 감상하고, 자신의 언어로 느낌 을 표현해 보자. 학습목표 ○ 사계절을 표현할 수 있는 색을 찾아보며, 우리가 느끼는 색을 나열 해 보자. ○ 자연에서 추출한 천연물로 염색작업을 해보자. ○ 우리나라의 사계절을 대표할 만한 장소를 찾아보고, 각 계절을 색 채로 표현해 본다. ○ 동굴에서 발견된 색에 대한 역사적 사실을 소개하고 빛을 그린 모 주요내용 네의 작품을 감상해 보자. ○ 천연염료와 합성염료를 학습해보고, 이를 활용하고 사용하는 실생 활의 예들을 찾아보자. ○ 천연염료를 추출해 보고, 염색작업을 경험해 보자. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 페트리 접시, 코치닐, 강황, 청대, 백박, 구연산, 황산구리, 손수건 정제수, 유리막대, 비닐장갑, 고무줄 2) 2차시 : 무슨 색으로 보이니? / 색을 말하다. 주제 색을 과학으로 말해보자. ○ 과학에서 말하는 색을 알아본다. 학습목표 ○ 빛으로 색을 설명해 본자. ○ 매염제의 역할과 염색의 변화를 관찰한다 ○ 우리 주변의 물체의 형태와 색깔은 빛을 통해 알 수 있다. 프리즘 을 통과한 빛의 분광현상을 알아보자. 주요내용 ○ 빛과 색채의 상관관계를 이해하고, 빛의 성질을 알아보자. ○ 매염제의 역할을 알아보고, 같은 염료도 매염제에 따라 다른 색으 로 염색되는 이유를 알아보자. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 코치닐, 백반, 구연산, 황산구리, 손수건, 고무줄 3) 3차시 : 다양한 색의 금속화합물 / 색을 갖는 물질들 주제 생활 속에 보이는 다양한 물체들이 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 물질이 색을 갖는 이유를 과학적 원리로 설명해 보자. 학습목표 ○ 다양한 금속화합물의 색깔을 확인해 보자. ○ 금속에 따라 다른 색을 보이는 이유를 알아보자. ○ 빛의 성질인 흡수와 반사로 물체가 다른 색을 갖는 이유를 알아보 자. 주요내용 ○ 금속화합물이 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 금속에 따라 다른 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 그럼 천연염료에는 어떤 물질들이 포함되어 있는지 알아보자. 준비물 4) 4차시 : 컴퓨터, 빔 프로젝트, 비이커, 금속화합물, 유리막대, 비닐장갑 눈으로 보는 화학 / 산-염기 지시약 주제 우리의 감각기관인 눈을 사용하는 화학으로 산염기 지시약에 대해 알아보자. ○ 눈의 구조를 알아보자. 학습목표 ○ 산성과 염기성에 대해 알아보자. ○ 산염기 지시약를 통해 산성인지 염기성 인지 알아보자. ○ 눈의 구조 및 기능을 학습한다. 주요내용 ○ 우리가 색을 인식하는 과정을 알아보자. ○ 산염기 지시약의 용도와 작동원리을 학습한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 산, 염기, 지시약, 물, 비이커, 유리막대, 스포이 드 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 일상 생활 속 산과 염기 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 일상 생활 속 산과 염기 이름 주요 과목 화학I 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 물질의 변화/화학반응/pH 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 1차시에서는 산과 염기의 물리적 특성에 대한 차이점에 대해 알아보고 화학적 정의를 통해 산과 염기의 정확한 개념에 대해 알아본다. 2차시에 는 일상생활 속에서 쉽게 찾을 수 있는 산과 염기의 pH를 측정해 자신 만의 pH 도표를 만들어 본다. 3차시에는 산-염기 중화 반응에 대해 알아 보고 적정을 통해 정량 분석을 해본다. 4차시에는 지난 수업을 토대로 산과 염기를 이용한 일상생활 속 예시 중 하나인 비누를 직접 만들어 본 다. 1차시 산과 염기는 무엇인가? 2차시 산-염기의 생활 속 예시: pH Scale 만들기 3차시 중화 반응: 산-염기 적정 4차시 산/염기를 활용한 실생활 용품 개발 주요내용 (키워드 위주) (화학) 생활 속 산과 염기 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 생활 속 산과 염기 주제 생활 속 산과 염기 2015 개정 교육과정 중학교 2~3학년 적용 학년 영역: 핵심개념 산과 염기, pH 과학기술 적용 pH 측정과 적정 응용 분야 식품, 환경, 생활과학, 화학공학 1차시에서는 산과 염기의 물리적 특성에 대한 차이점에 대해 알아보고 화학적 정의를 통해 산과 염기의 정확한 개념에 대해 알아본다. 2차시에 는 일상생활 속에서 쉽게 찾을 수 있는 산과 염기의 pH를 측정해 자신 프로그램 개요 만의 pH 도표를 만들어 본다. 3차시에는 산-염기 중화 반응에 대해 알아 보고 적정을 통해 정량 분석을 해본다. 4차시에는 지난 수업을 토대로 산과 염기를 이용한 일상생활 속 예시 중 하나인 비누를 직접 만들어 본 다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 산과 염기는 무엇인가? 2차시 산-염기의 생활 속 예시: pH Scale 만들기 3차시 중화 반응: 산-염기 적정 4차시 산/염기를 활용한 실생활 용품 개발 충북대학교 과학영재교육원 - 12 - (화학) 생활 속 산과 염기 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 산과 염기는 무엇인가? 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산과 염기의 정의를 설명할 수 있다. Ÿ 실생활 속에서 산성과 염기성을 가지는 예시들을 찾을 수 있다. Ÿ 산성과 염기성의 세기를 측정하는 방법과 단위를 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 예시용으로 사용하는 과일과 비누를 가지고 장난하지 않는다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 우리가 먹는 과일들은 공통적 으로 신맛을 내는 것들이 많고, 씻을 때 쓰는 비누는 대표적으로 미끄러운 특징을 가지고 있다. 이 러한 특징들을 가지게 되는 이유 는 무엇일까? 이에 대해 토의해보 자. 학생들이 스스로 산, 염기에 대해 접근할 수 있도록 도와준다. 산, 염기 의 성질에는 어떤 것들이 있는지 토의해 보도록 유도한다. - 18 - (화학) 생활 속 산과 염기 학생용 활동지 2차시: 일상생활 속 산-염기 pH 측정과 도표 만들기 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ pH 값을 여러 가지 도구를 이용하여 측정할 수 있다. Ÿ 실생활 속에서 쉽게 찾을 수 있는 산성/염기성 물질들의 pH를 측정하고, 측정값을 토대로 자신만의 pH 도표를 만들 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 실험복과 보안경, 라텍스 장갑을 착용하고 산/염기 시약을 다루도록 한다. Ÿ 산/염기 시약이 옷이나 피부에 닿지 않도록 조심한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 일상생활 속 산-염기의 세기 측정 ◆ 지난 차시에 배운 산과 염기의 물리적 특징들에 대해 구분하여 서술해보자. 산-염기 세기 측정에 앞서 지난 시간에 배웠던 내용에 대해 모둠별로 학생들 스스 로 개념에 대해 다시 한번 상기시킬 수 있도록 유도한다. 물리적 특성과 함께 정의 를 되새겨 본다면 pH 측정 실험에 대한 이해도를 높일 수 있다. ◆ pH 미터/pH 종이를 이용한 pH 값 측정 실험 절차 ① pH 미터는 사용하기 전 증류수를 이용해 씻어 준다. ② 알려진 버퍼 용액을 이용하여 pH 미터 보정(calibration)을 실시한다. (pH 전극을 버퍼 용액 에 넣고 pH를 측정/조정한 뒤 다시 증류수로 pH 전극을 씻는다.) ③ 50ml의 수돗물을 삼각플라스크에 받은 뒤 pH 전극을 수돗물에 담근 후 pH를 측정한다.(주 의:pH 전극이 물에 충분히 잠겨 있어야 정확한 측정이 된다.) ④ 측정 값을 기록한 뒤 pH 전극을 증류수에 씻어 주고 두 번 더 반복하여 pH 값을 측정한 뒤 평균 값을 구한다. ⑤ 위의 과정을 아세트산 수용액(아세트산 5ml+증류수 50ml)과 수산화 나트륨 수용액(수산화 나트륨 1g+증류수 50ml)을 이용하여 각각의 평균 pH 값을 측정한다. ⑥ 측정 값을 토대로 각 물질이 산성/중성/염기성인지 확인한다. ⑦ pH 종이를 이용하여 각 물질의 pH 값을 측정하고 pH 미터 값과 비교해본다. - 20 - (화학) 생활 속 산과 염기 학생용 3차시: 산-염기 중화 반응과 적정 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산과 염기의 중화 반응을 예측하고 설명할 수 있다. Ÿ 산과 염기의 반응에서 당량점과 종말점, 적정에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 산-염기 적정 곡선을 통해 올바른 지시약을 고를 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 산-염기 적정 실험에 쓰이는 수산화 나트륨(NaOH)는 강염기로서 부식성이 강하기 때문에 반드시 장갑을 착용하고 실험한다. Ÿ 화학 물질이 옷에 튀는 것을 방지하기 위해 실험복을 착용하고, 보안경을 착용하여 눈을 보 호한다. Ÿ 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 산-염기 중화반응을 이해하고 적정을 이용하 여 미지의 산/염기의 정량적 분석을 수행 ◆ 중화 반응이란 무엇인가? 대표적인 산인 염산(HCl)과 염기인 수산화 나트륨(NaOH) 의 반응을 화학 반응식을 써서 나타내고 반응 생성물이 어떤 것들이 생성되는지 살펴 보자. 중화 반응은 발열 반응이라는 것을 강조하며 실험을 할 때 주의할 수 있도 록 한다. ◆ 산-염기 적정 실험을 통해 수용액에 녹아있는 산이나 염기의 농도를 알아낼 수 있는 데, 이때 사용되는 당량점과 종말점은 어떤 의미이며 어떻게 구할 수 있을까? 중화 반응을 이용한 적정을 이용해 정량 분석이 가능하며 간단한 예시를 들어 적 정의 의미를 설명한다. 종말점과 당량점은 이론적으로는 같아야 하지만, 여러 가지 불확실도 때문 에 실제 종말점은 당량점과 정확하게 일치하지는 않을 수 있음을 명시 한 다. - 23 - (화학) 생활 속 산과 염기 학생용 4차시: 생활 속 산-염기 물질 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산-염기에 대한 이해를 토대로 대표적인 염기 물질인 비누를 만들 수 있다. Ÿ 비누가 왜 염기성인지를 이해하고, 어떤 작용을 하는지 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 수산화 나트륨(NaOH)은 강염기이며 부식성이 강하므로 반드시 장갑을 착용한다. § 에탄올은 불이 붙기 쉬운 물질이므로 과열되지 않도록 hot plate로부터 멀리 두고, 불꽃에 노출되지 않도록 주의한다. § 뜨거운 hot plate에 데이지 않도록 주의하며, 실험복과 보안경을 착용한다. 4차시 [공학적 산출물] 적용하기/염기성 비누 만들기 ◆ 실생활 속에서 사용하고 있는 비누는 염기성인데, 비누의 화학적 구조는 어떻게 되 며, 왜 염기성을 띠는지 생각해보자. 학생들에게 비누의 기원에 대해 설명해 주면서 비누의 구조와 특징에 대해 설명해 하도록 한다. 비누의 화학 구조에 대한 설명을 통해 친수성 부분과 친유성 부분에 대해 설명하고, 어떻게 먼지나 때를 깨끗이 씻어낼 수 있는지에 대해 생각해 보고 서로 토의해 보도록 한다. - 26 -