STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안<집에서 간단하게 물을 전기분해할 수 없을까?> 부산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 중3, 고2 개발차시 6차시 신규 장치 고안 과학 주요 단원 관련 과목 화학 관련 단원 S,T,E,M 적용 지역 요소 (신규/수정보 완) 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 주요 과목 STEM+I 주요 적용 학년 구분 부산대학교 영재교육원 중3 과학 Ⅰ 화학반응의 규칙과 에너지 변화 2. 화학반응의 규칙 3. 기체반응법칙 고등학교 화학Ⅰ: Ⅲ 화학 결합과 분자의 세계 1. 화학결합 1. 화학 결합의 전기적 성질 보조 주 개발자명 개발자 팬데믹이후 1회용품의 사용 증가로 환경 오염이 심각해졌다. 버려지는 1 회용품을 재활용하여 학생들의 학습과 실험실습에 도움이 되는 공학적 도 주요 수업 구를 설계하고 제작하도록 하여 학습내용의 기본 원리를 이해하고 이해한 개요 내용을 실습할 수 있는 공학적 도구를 재활용품을 이용하여 제작함으로써 환경에 대한 경각심과 작은 실천 방안을 고민하고 공학적 도구의 제작과 정에서 창의성을 함양하도록 한다. 1차시: 환경오염으로 인한 기후변화의 심각성을 인식하고 팬데믹이후 증 가한 1회용품으로 인한 환경 변화를 이해하고 1회용품을 재활용한 학습도 구의 제작 필요성을 인식한다. 2차시: 물의 전기분해장치를 재활용품으로 제작할 것을 제안하고 판매되 차시별 주요내용 (키워드 위주) 는 전기분해장치로 실습해 보고 전기분해 장치의 기본 원리를 이해하도록 한다. 3차시: 전기분해장치를 재활용품으로 제작하기 위한 설계 작업을 진행한 다. 4~5차시: 모둠별로 설계된 전기분해장치를 제작한다. 6차시: 모둠별로 제작된 전기분해장치를 전시하고 각각의 전기분해장치를 발표를 통해 소개한다. 화학 화 학 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 탐구목표 공학적 문제를 정의하고 제한 조건을 확인한다. 준 비 물 영상, 학생 활동지 1 차시 상황제시 코로나 시대를 지나면서 우리 생활에 많은 변화가 생겼다. 그중 사람들간의 접촉을 최대한 피하기 위해 음식을 배달 주문하여 먹는 사례가 매우 증가하였다. 이로 인해 편리한 배달 문화가 생겼지만 더불어 1회용품을 사용량이 급증하였다. 예전에 비해 배달을 통해 받을 수 있는 음식의 종류도 증가하였지만 거의 모든 배달 음식에는 1회용품이 사용된다는 것을 우리 모두 경험해 볼 수 있다. 그리고 이렇게 사용한 1회용품을 버리면서 자원의 무분별한 사용과 버려지는 쓰레기의 양에 대해 한번쯤 고민해 보았을 것이다. 이러한 쓰레기가 바다로 흘러가 태평양에 크다란 쓰레기 섬을 이루게 되었으며 썩지 않는 플라스틱으로 인해 바다 뿐만 아니라 육지에서도 쓰레기를 처리하지 못해 쓰레기 매립지에는 주민과 공공기관의 갈 등을 보도하는 뉴스를 접할 수 있다. 우리는 계속해서 이렇게 1회용품을 사용해도 될까? 이러한 문제에 우리가 할 수 있는 작지만 지속가능한 발전을 위한 실천 사항은 무엇이 있을까? ☞ 유튜브 동영상 : 우리가 무심코 쓴 플라스틱이 모여 아주 큰 나라가 됐다는 사실 1. https://www.youtube.com/watch?v=6vSE2eBh-Do 2. https://www.youtube.com/watch?v=J4qVljJrOIU 부산대학교 과학영재교육원 81 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 탐구목표 준 비 물 2 차시 1. 시중에 판매되는 전기분해 장치를 이용하여 전기분해를 실험해 보고 전기분해의 원리를 설명할 수 있다. 2. 각 부품별 역할과 조건을 이해하고 기본적으로 필요한 재료가 무엇인지 설명할 수 있다. (모둠별) 물의 전기분해 장치, 학습지, 스마트폰, 전해질 용액(황산나트륨 용액) 1단계 – 물의 전기분해 장치 탐구하기 판매되는 물의 전기분해 장치에 대한 동영상과 간단하게 제작할 수 있는 물의 전기분해 장치에 대한 동영상을 확인하고 물의 전기분해에 필요한 기본적인 장치와 재료에 대해 조별로 토론하고 물이 전기분해 될 때, 전기를 가해서 분 해하는 이유에 대해 토의해 보자. (유튜브 URL : https://www.youtube.com/watch?v=CGnMizwUHEQ&t=2s) 1. 물의 전기분해에 대해 자세하게 설명하는 동영상이므로 필요에 따라 전기분해가 되는 부분만 보여 줄 수도 있고 고등학생이거나 심화학습이 가능한 학생들은 전체 동영상을 통해 물이 전기분해되는 과정과 원리를 이해하도록 지도한다. 2. 특히, 물이 전기분해되는 동안 전기를 사용하여 에너지를 가하여 분해하는 과정에 대해 발문하고 에너지의 출입과 관련된 질문과 토의를 유도하여 물이 전기분해되는 동안 에너지를 흡수하여 분해 된다는 것을 이해하도록 한다. 1회용 스포이드와 침핀을 이용한 간단한 물의 전기분해 장치에 대한 동영상을 보고 물을 전기분해 하는 장치가 복잡할 필요가 없으며 기본적인 기능을 가진 간단한 부품으로 제작이 가능함을 이해하고 전기분해를 위한 가장 기본적인 장치와 원리를 토의해 보자. (유튜브 URL : https://www.youtube.com/watch?v=DHyX-fK57N8) 84 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 화학 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 3 차시 탐구목표 전기분해 장치를 이용하여 전기분해 해 본 경험을 이용하여 재활용품을 이용한 물의 전기분해 장치를 설계할 수 있다. 준 비 물 (모둠별) 물의 전기분해 장치, 학습지, 스마트폰 재활용품을 이용한 물의 전기분해 장치 설계 판매되는 물의 전기분해 장치의 각 부품을 재활용품으로 교체하여 새로운 전 기분해 장치를 제작하는 과정에서 각 부품의 역할과 특성을 서술하고 이러한 특성을 고려하여 적절한 재활용품을 대체하여 정리하여 보자. 출처 : 비상교육 화학Ⅰ교과서 판매 전기분해 장치 개발 전기분해 장치 부품명 역할 특징 대체 부품 전극(예시) 물에 전기 공급 도체 전기가 통하는 못 등 금속 전기분해 장치 프레임 전해질 용액을 수용 하고 물을 전기분해 할 수 있도록 하는 구 조적 역할 용액과 기체를 수용할 수 있도록 밀폐된 프 레임 유리나 플라스틱 또는 금속 캔 등의 1회용품 활용 3 전해질 용액 물에 전기가 통하도 록 하여 물이 전기분 해될 수 있도록 하는 역할 Na2SO4 용액 사용 전해질 용액은 그대로 사용 4 고무풍선 생성된 기체를 포집 기체를 수용할 수 있 도록 밀폐된 재료 고무풍선 또는 플라스틱 병 등 5 전원 공급 장치 전기분해를 할 수 있 도록 전류 공급 직류 전원 장치 또는 건전지 다양한 건전지 또는 직류 공급 장치 1 2 부산대학교 과학영재교육원 87 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 4~5 차시 탐구목표 모둠별 또는 개별로 설계한 물의 전기분해 장치를 재활용품을 활용하여 제작할 수 있다. 준 비 물 (모둠별 또는 개별) 전해질 용액(황산 나트륨 용액), 재활용품, 본드, 가위, 칼, 인두, 글루건, 송곳, 토치, 드릴 등 공구, 6V 이상의 전원장치 재활용품을 이용한 물의 전기분해 장치 제작 모둠별 또는 개별적으로 설계한 물의 전기분해 장치를 제작하기 위해 설계한 설계 안에 따라 준비한 재료를 이용하여 제작해 보자. 미리 제작된 모형이 있 다면 참고하여 장치의 각 부품이 하는 역할을 생각하며 장치를 제작하여 보자. ※ 장치 제작에 필요한 각종 도구의 사용에 특히 주의하자. 자르거나 구멍을 뚫기 위한 도구들을 활용할 경우 주의하여 사용하고 사용한 도구는 제자리에 정리하여 다른 학생이 사용하는데 불편함이 없도록 한다.) (사용한 재료들) 90 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 (제작한 모형) 화학 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 6 차시 1. 조별로 완성한 재활용품 물의 전기분해장치를 작동 원리를 설명할 수 있다. 탐구목표 2. 프로젝트를 진행하며 1회용품의 무분별한 사용에 대해 반성하고 1회용품을 줄이기 위한 실천 방법을 계획하고 실천할 수 있다. 준 비 물 (모둠별 또는 개별) 학습지, 제작한 물의 전기분해 장치 제작된 전기분해 장치의 공유 체험 모둠별로 제작한 작품을 발표를 통해 소개하자. 모둠별 전기분해 장치의 설계 특징, 작동 시 좋았던 점과 문제점에 대해 발표하고 이 과정을 통해 배우고 느낀점을 정리해 보자. 또한 다른 모둠의 작품과 비교하여 공통점과 차이점을 서술해 보자. (물의 전기분해 장치의 원리는 비슷하겠지만 사용한 부품에 따라 다양한 독창성을 관찰하며 자신의 작품과 비교를 통해 작품별 창의적 요소를 이해하도록 한다.) 자신의 작품과의 공통점 자신의 작품과의 차이점 부산대학교 과학영재교육원 93