STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 온도와 습도, 응결의 이해 충북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 온도와 습도, 응결의 이해 이름 주요 과목 지구과학 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 대기와 해양/ 대기의 운동과 순환 관련 단원 S T E M 지역 차시 4 개발자 실생활에서 일어나는 이슬 맺힘 현상이 발생함을 토대로 차가운 주요 수업 표면에 맺히는 응결에 대해 이해, 건습구 온도계와 상대습도의 개요 관계와 단열 팽창에 의한 온도 변화에 대해 탐구, 나아가 압력과 온도의 관계와 응결 현상을 실험하여 이를 정량적으로 설명 1차시: 개념도입, 기상청 홈페이지를 보며 기상요소(기온,습도,구름, 안개)에 대하여 토론을 진행, 실생활에서 안개와 구름의 생성 예시 를 보여주며 이에 대한 원리를 탐구 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: 탐구 및 개념 확장, 습도를 측정하고 제어하는 도구에 대하 여 생각해보게 함, 습도에 대한 개념을 차가운 표면에 맺히는 응 결, 건습구 온도계와 상대습도의 관계, 단열팽창에 의한 온도 변화 를 통하여 탐구 3차시: 과학기술 적용, 이슬점 온도, 습구 온도의 측정결과를 다른 학생들과 공유하여 차이나는 이유에 대하여 토론을 진행 4차시: 공학적 산출물, 결빙 또는 이슬이 맺히는 원리를 이해하고 이를 통하여 제습기를 고안하는 방법을 다른 학생들과 토론 (지구과학) 온도와 습도, 응결의 이해 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 공기의 상태를 나타내는 온도와 습도를 생각해보자. 변수 측정 방법과 정의 건구온도 이슬점온도 습구온도 포화온도 상대습도 . 상황 제시 - 상황 제시 단계에서는 기상청 날씨누리 홈페이지에서 강수가 발생하는 상황을 각자 찾아서 제시하도록 하고, 일기도를 이용하여 시간에 따라 강수가 발생하는 상황을 설명하도록 한다. - 날씨 영상자료의 제시를 통하여 학생들의 강수와 연관된 날씨에 대한 이해도를 높인다. . 주제 탐색 - 주제 탐색 단계에서는 다양한 매체(기상청 홈페이지, 유투브, 등)를 이용하여 구름 생성이 강수와 연관되어 있음을 제안하도록 한다. - 설정한 주제를 구현하기 위한 구체적인 방법을 정리하고 수행하도록 한다. . 구름생성과정 이해를 위한 브레인스토밍 - 탐구 활동을 통해 얻은 결과를 분석하고 설명하기 위한 자료를 찾아보고 토론하게 한다. - 타인의 이해도를 높이는 방법에 대해 토론하게 한다. . 자료의 조사 - 앞선 과정인 상황 제시 단계에서 학생들에 의해 제시된 상황 중 일부를 선정하여 모둠별로 인터넷을 통하여 상황에 대한 이해와 설명을 하기 위한 자료를 수집하고 정리하도록 한다. - 조사한 자료들을 모둠별로 비교하며 토론하게 하여 응결현상에 의한 구름생성에 대한 이해의 폭을 확장 시킨다. - 23 - (지구과학) 온도와 습도, 응결의 이해 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 온도와 습도, 응결의 탐구 [탐구1] 차가운 표면에 맻히는 물방울 응결(이슬) * 대기의 온도와 이슬이 맺히기 시작하는 온도를 비교하여보자. - 준비물: 스테인레스 컵과 미지근한 물, 얼음 몇 덩어리, 온도계 - 온도계로 대기의 온도를 측정하고, 미지근한 물이 담긴 스테인레스 컵에 온도계를 넣 고 얼음을 넣어 스테인레스 컵의 표면에 미세한 물방울(이슬)이 생기기 시작하는 바로 직전의 온도를 측정해보자(3차례 이상 같은 실험을 반복하자). - 이슬이 맺히기 시작하는 온도를 무엇이라 하는가? - (15분 이내로 시간제한) [탐구 2] 건습구 온도계와 상대습도의 관계 탐구 * 건구온도와 습구온도가 무엇인지 조사하고, 알콜 온도계로 습구온도계를 제작한다. * 습구온도계에 물이 공급되도록 한 후, 건구온도와 습구온도를 측정하자(건구온도와 습 구온도의 변화를 시간(10초 간격)에 따라 표나 그래프로 그려보자.) - 준비물: 건구온도계, 습구온도계(건구온도계를 이용하여 제작할 것), 두 온도계를 매달 아놓을 스탠드, 부채 *주의사항: 습구온도계에 사용할 물은 상온(주변 공기의 온도) 상태로 맞춰줄 것 - 건구온도와 습구온도를 비교(각각의 온도가 변화가 없는 상태에서 큰 쪽과 작은 쪽, 두 온도가 왜 차이가 나타나게 되었는지 토의해보자. - 예> 습구온도와 건구온도의 크기 비교, 두 온도의 차이가 의미하는 바는 무엇일까? - (20분으로 시간제한) ==> 20분 후 결과 발표 [탐구 3] 단열팽창에 의한 온도 변화의 탐구 * 단단하고 투명한 PET 병에 온도계를 넣은 후 뚜껑을 닫고, PET 병의 옆의 손으로 눌 러 압축한 후 손을 떼보자. 온도계의 온도가 압축 전후 어떻게 변화하였는가? * PET 병의 내부에 약간의 물을 넣은 후 뚜껑을 닫고, 손으로 눌러 압축한 후 손을 떼보 자. PET 병 내부에 눈에 보이는 변화가 있는가? * PET 병의 내부에 약간의 물을 넣고 향연기도 약간 넣은 후 뚜껑을 닫고, 손으로 눌러 압축한 후 손을 떼보자. PET 병 내부에 눈에 보이는 변화가 있는가? 향연기가 있는 경우 와 없는 경우의 차이점도 토의하자. - 24 - (지구과학) 온도와 습도, 응결의 이해 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 [탐구1] 차가운 표면에 맻히는 물방울 응결(이슬) - 설명하기: “새벽 안개가 짙으면 낮에 맑다”는 속담의 진위를 과학적으로 설명해보자 - 예측하기: 풀잎에 물방울이 맺히는 경우는 어느 계절이 좋을지 예측해보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 다양한 기온 상태에서, 기온과 이슬이 맺히는 온도의 차이의 크기와 그 대기의 습도와의 연관성에 대해 확인해 보자. 예> 기온이 25°C일 때, 이슬점온도가 22°C인 경우와 16°C인 경우, 이슬점 온도가 차이가 나는 이유를 토론해보자. [탐구 2] 건습구 온도계와 상대습도의 관계 탐구 - 설명하기: 습구온도의 의미를 설명하고, 이슬점 온도와의 차이점을 설명해 보자. - 예측하기: 가습기를 틀었을 때, 실내 공기 내부의 습구온도와 이슬점 온도, 건구온도는 어떻게 변화할 지 예측해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 건구온도, 습구온도, 이슬점온도, 상대습도 사이의 관계를 나타내기 위해 사용하는 방법이 존재한다. 이를 그래프를 이용하여 표현해 보자. [탐구 3] 단열팽창에 의한 온도 변화의 탐구 - 설명하기: 단열팽창 과정이 무엇인지 설명해보자. - 예측하기: 단열팽창으로 발생한 온도 변화는 어떤 현상을 발생시킬 수 있는 지 앞에서 수행한 실험 결과를 바탕으로 예측해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: PET병에 물만 살짝 넣고 압축시켰을 때와 물과 향연기가 함께 주입하였을 때 보이는 차이는 실제 어떤 현상의 발생과 연관되어 있을까? 예> 어떤 날 안개가 잘 발생하게 될 지 토론해보자. 온도와 함께, 안개가 잘 생성되는 조건을 먼지가 많은 공기와 맑은 공기와의 연관성도 토의해보자. - 26 - (지구과학) 온도와 습도, 응결의 이해 4) 공학적 적용 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 응결 발생 원리 이해 1) 차가운 표면에 발생하는 응결의 원리: 기온과 차가운 표면 사이에 존재하는 수증기 분자의 특성 이해 2) 공기 중에 발생하는 응결의 원리: 기압과 기온, 먼지 사이의 관계를 분석 ◆ 응결 발생 원리를 기반으로 한 공학적 산출물 고안 제목: 유리창 성애 발생을 억제하라 실험방법: 4. 얼음물이 든 스테인레스 컵을 준비한다 5. 스테인레스 컵의 표면에 이슬이 맺히도록 기다린다. 6. 드라이기를 이용하여, 바람을 컵의 표면에 보낸다. - 드라이기 바람의 온도를 조절(가열의 정도를 달리)하여 바람의 온도 변수를 조절하며 이슬이 제거되는 정도를 확인하자. - 같은 온도의 바람을 내보내도록 한 상태로, 풍량을 조절하여 이슬이 제거되 는 정도를 확인하자. 4. 스테인레스 컵 안쪽에 단열효과가 있는 단열재(예, 뽁뽁이)를 얇게 덫대고, 얼음물을 채우고 이슬이 맺히는 것을 관찰하고, 실험 3을 수행하고 차이를 비교하자. 5. 스테인레스 컵 바깥 쪽에 화장품, 기름(식용유) 등의 물질을 바른 후 실험 1, 2를 수행하여 컵 표면에 이슬이 맺히는 정도의 차이를 확인해 보자. 응용: 찬물이 담긴 스테인레스 컵에 이슬이 맺히지 않도록 하기 위한 다양한 방법을 고안해보고, 이를 자동차 창문이나 우리 집 창문에 응용해보자. ◆ 탐구 활-동 이론적 배경의 공학적 적용 제목: 습도와 기온에 따른 불쾌지수 2. 불쾌지수와 연관된 기상변수: 기온과 습도, 풍속, 일사에 따라 사람이 느끼는 불쾌감을 지수로 표현(수치화) - 28 -