STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 연필심을 이용한 바이오 센서 제작 인천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 주요 적용 학년 구분 인천대 과학영재교육원 프로그램명 (신규/수정보 완) 신규 고등학교 1학년 개발차시 연필심을 이용한 바이오 센서 제작 4 주요 과목 화학 주요 단원 화학II (전기화학, 산화와 환원 반응) 관련 과목 생명과학 관련 단원 생물I (생명 과학과 인간의 생활) S 적용 지역 STEM+I 요소 보조 주 개발자명 개발자 ‘화학’은 물질의 구성 입자, 화학 결합, 화학 반응, 에너지 출입 등과 같 은 화학의 개념을 유기적으로 다루어 화학의 유용성과 학문의 매력을 경 험하도록 구성하고, 다양한 탐구 중심의 학습이 이루어지도록 한다. 또한 주요 수업 개요 기본 개념의 통합적인 이해 및 과학의 탐구 경험을 통하여 과학적 사고 력, 과학적 탐구 능력, 과학적 문제 해결력, 과학적 의사소통 능력, 과학 적 참여와 평생 학습 능력 등의 과학과 핵심역량을 함양하도록 한다. 물질 및 자연 현상에 대한 호기심과 흥미를 가지고, 화학의 핵심 개념에 대한 이해와 탐구 능력의 함양을 통하여, 개인과 사회의 문제를 과학적이 고 창의적으로 해결하기 위한 과학적 소양을 기른다. 1차시: 바이오 센서 활용과 관련된 동영상 시청 2차시: 전기화학 이론 학습 - Electron Energy, Electrode Potential, 3전극계, Voltammetry, Square Wave Voltammetry, Amperometry 차시별 주요내용 (키워드 위주) 3차시: 계획서 초안 1) 연필심에 그래핀 캐스팅 후, 건조 2) 건조되는 동안 분석물질 용액 만들기 3) Cyclic Voltammetry, Square Wave Voltammetry 실험하기 4차시: 1) 실험에서 얻은 데이터를 오리진으로 재현한다. 2) 오리진 그래프를 분석하며 전기화학적 성능을 알아낸다. Cyclic 3 . 유 의 /안 전 사 항 • 용액이 오염되는 경우 원하는 결과를 얻을 수 없으므로, 오염되지 않도록 주 의한다. • 용액을 제조할 때, 칭량하고 남은 시약을 다시 시약통 안에 넣거나 오랜 시간 시약 뚜껑을 열어두지 않도록 한다. • 시약을 맨손으로 만지거나 시약이 묻은 손으로 눈, 입, 얼굴을 만지지 않도록 한다. • 소니케이터가 작동하는 동안 손을 넣지 않는다. • Ag/AgCl 기준전극은 건조한 상태로 두지 않는다. • 마이크로 파이펫 사용 시 팁에 용액이 있는 상태에서 마이크로 파이펫을 뒤 집지 않는다. • 연필심을 사포에 마모할 때, 손을 보호할 수 있도록 장갑을 착용한다. • 학습내용은 학생과 교사의 상황을 잘 고려하여 내용의 수준을 조절하여 운영 하도록 한다. 4. 학 습 내 용 4 - 1 이 론 :실험을 위 한 전기 화 학 이 론 학습 전기화학이란? ∙ 전기화학은 ‘개념’을 제대로 알면 쉬운 학문 - Electro potential - Ionics (전해질) - Thermodynamics (열역학) - Kinetics (속도론) ∙ 전기화학의 주체: e 전기화학 반응 ∙ (Anode) Electrochemical Oxidation ∙ (Cathode) Electrochemical Reduction ex) Fe →Fe   e ex) Cu   e→ Cu - 3 - 창의디자인캠프 교재 2) 순환 전압전류법 (Cyclic votalmmetry) 4-2 선 행 연 구 탐 색 : 전기 화 학 논 문 읽기 함께 읽어볼 논문 Gold Electrodes Modified with Self-Assembled Monolayers for measuring L-Ascorbic acid * 함께 읽어본 뒤, 여건이 되면 학습지를 활용해서 각자 읽어볼 논문을 제공하고, 주 요 정보만 잘 찾아내도록 안내한다. * 논문은 한글로 된 전기화학 논문을 검색하여 Cyclic Voltammetry 부분의 SWV, CV 관련 부분만 분석해도 의미 있음 (학생과 교사의 상황을 잘 고려하여 내용의 수준 을 조절하여 운영하도록 한다.) * 한글 논문 예시 - 전기화학적인 방법을 이용한 탄소나노튜브 전극상의 오스뮴 착물의 고정화 및 혈 당센서에 관한 응용 - 니켈(II)-거대고리 착물과 폴리 우레탄으로 변성한 이중 전극에서 에피네피린의 전 기화학적 정량 - 6 - 창의디자인캠프 교재 학번 4-3 실 험 : 이름 바 이오 센 서 제 작 및 실 험 실험 안내 1. 실험의 개요: Grapehen으로 개질한 연필심을 이용해 Hydroquinone 검출하기 2. 센서의 제작 방법 안내 3. 기기(Potentiostat) 를 이용한 전기화학 분석(Cyclic voltammetry) 실험 설명 ppt – Part 1 - 9 - 창의디자인캠프 교재 학번 4-4 미 니 논 문 작 성 : 이름 실험 결 과에 대 한 보 고 서 작 성 미니논문 작성 안내 1. 제시된 틀에 맞게 간단한 보고서를 작성 2. Origin이 없는 경우, Excel을 사용 또는 기기 분석 결과를 그림파일로 그대로 붙여 써도 무방 제목: 연구자: 1. 설계 전극 개질(Modification)에 사용된 물질 이 물질로 전극을 개질한 이유 (2가지 쓸 것) 분석 물질 2. 센서를 만드는 방법 - 15 - 창의디자인캠프 교재