STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 화학결합과 분자 모형 전남대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 전남대학교 기관명 (신규/수정보 완) 과학영재교육원 프로그램명 신규 화학결합과 분자모형 주요 적용 학년 개발차 시 주요 과목 화학 주요 단원 Ⅲ. 분자의 세계 관련 과목 화학 관련 단원 Ⅲ. 분자의 세계 STEM+I 요소 S,T,E,M,I 적용 지역 고2 4차시 보조 주 개발자명 개발자 Ÿ 머신러닝을 활용한 교육 플랫폼인 티처블 머신을 활용하여 학생들이 몸으로 직접 체험하며 분자 구조를 이해하는 학생중심 수업모형 개발 주요 수업 Ÿ 과학과 정보의 융합을 통한 수업 활동으로 한 가지 과목에만 치우치지 않은 융복합적 사고가 가능한 인재 양성 개요 Ÿ 인공지능과 과학기술 분야의 융합 및 개발 전망에 대한 학습을 통해 미래 직업에 대한 이해와 다양한 진로 탐색의 기회 제공 차시별 1차시 전자쌍 반발 이론과 분자 구조 2차시 분자 모형 만들기 및 학습지 작성을 통한 적용 3차시 터치블 머신을 이용한 분자 구조 예측 4차시 인공지능/빅데이터를 활용한 과학기술 분야 조사 및 발표 주요내용 (키워드 위주) 2. 교사용 지도안 단원 학습 목표 3. 분자의 세계 차시 1/4 Ÿ 전자쌍 반발 이론으로 전자쌍의 배치를 설명할 수 있다. Ÿ 전자쌍 반발 이론에 따라 분자 구조와 결합각을 설명할 수 있다. 수업단계 학습활동 및 내용 ¤ 문제 상황 제시 도입 (10분) § 물질을 구성하는 분자는 어떤 구조를 가지고 있을지 생각해 보게 한다. § 고무풍선 2개, 3개, 4개를 각각 같은 크기로 불어 매듭을 짓고, 매듭을 실로 묶을 때의 모양을 예측하게 한다. ¤ 학습 목표 확인 ¤ 개념 설명 - 전자쌍 반발 이론 § 전자쌍 반발 이론 공유 결합으로 형성된 분자에서 중심 원자를 둘러싸고 있는 전자쌍들의 반발 때문에, 반발력 최소화를 위해 가능한 한 멀리 떨어지려는 방향으로 배치된다. § 전자쌍 반발 이론에 따른 전자쌍의 배치 - 고무풍선 2개, 3개, 4개를 각각 같은 크기로 불어 매듭을 짓고, 매듭을 실로 묶어 각각의 모양을 관찰하게 한다. - 고무풍선을 전자쌍에 비유하여 전자쌍 반발 이론에 따른 전자쌍의 배치 모 형과 분자의 구조를 설명한다. 구분 전개 전자쌍의 (30분) 배치 모형 § 공유 전자쌍이 공유 전자쌍이 공유 전자쌍이 2개인 경우 3개인 경우 4깨인 경우 선형 평면삼각형 사면체 전자쌍 사이의 반발력 크기 비교 비공유 전자쌍 - 비공유 전자쌍  비공유 전자쌍 - 공유 전자쌍 - 5 -  공유 전자쌍 - 공유 전자쌍 단원 학습 목표 3. 분자의 세계 차시 2/4 § 전자쌍 반발 이론에 따라 분자 구조와 결합각을 설명할 수 있다. § 전자쌍 반발 이론에 따라 분자 구조를 모형으로 나타낼 수 있다. 수업단계 학습활동 및 내용 ¤ 문제 상황 제시 § 공기 중에 존재하는 분자들의 구조가 눈에 보이는지 확인해보기 § 눈에 보이는 크기로 확대한 분자 모형을 통해 확인해보기 ¤ 분자 모형 만들기 키트 소개하기 § 분자 모형 만들기 키트를 소개하고 키트를 통해 3가지 분자(CO2, HCN, BF3) 모형을 만드는 것을 보여주기. 유의사항 도입 (10분) ※ 학생들이 구조식을 그리는 것부터 할 수 있도록 지도할 것. ※ 구조식에서는 평면 구조로만 표현되지만 실제로는 입체로 존재하는 경우도 있 다는 것을 확인시켜줄 것. 자료 학생 활동지 Tip “전자쌍 뭉치”라는 표현을 사용. 전자쌍 뭉치 = 비공유 전자쌍(1쌍 = 1뭉치) 다중 결합(2중 결합 = 1뭉치, 3중 결합 = 1뭉치) 단일 결합( = 1뭉치) ¤ 조별 활동 § (4인 1조) 조별로 분자 모형 키트와 노트북 제공 ¤ 분자 모형 키트를 활용하여 활동지에서 제시한 분자 만들기 § 상의를 통해 7개의 분자(CH4, BeH2, C2H2, FNO, COF2, H2O, NH3)에 대한 활 동지의 빈칸을 채우고 분자 모형 키트를 사용해 분자 구조 제작 전개 § (35분) 분자를 만들고 나면 사진을 찍어 사진은 보관하고 분자는 다시 분해한다. 자료 학생 활동지 유의사항 분자 제작 후 사진을 찍어 공유 문서에 업로드하여 조별 비교 ¤ 조별 결과물 비교 및 정답 공유하기 § 공유 문서에 업로드한 결과물 비교 및 수정할 부분 토의 § 분자 모형의 정답을 공유하고 오답의 이유 조별로 상의 ¤ 조별로 독자적인 모양의 분자 개발하기. § 분자 모형 키트를 사용하여 조별로 독자적인 모양의 분자를 만들고, 분자의 사 정리 진과 함께 이름, 특징을 상상하여 구글 공유 문서에 작성하기 (5분) 자료 구글 공유 문서 ¤ 차시 예고 § 관련 분야와 직업군 소개 및 자료 조사 - 7 - 단원 학습 목표 3. 분자의 세계 차시 3/4 § 분자의 입체 구조와 평면 구조를 표현할 수 있다. § 티쳐블 머신을 활용하여 분자 구조를 4개 이상 표현할 수 있다. 수업단계 학습활동 및 내용 ¤ 문제 상황 제시 § 주변에서 발견할 수 있는 ‘머신러닝’기술 생각해보기 § 안면인식, 식물 검색의 원리 생각해보기 도입 자료 구글렌즈 ‘https://lens.goggle’ 사진으로 식물 검색 기능 (10분) ¤ 머신러닝을 활용한 분자 구조 예측 소개하기 § 머신러닝 모델 제작 플랫폼인 티처블 머신 소개 § 티처블 머신을 이용한 분자 구조 예측 방법 안내 ¤ 탐구 활동 (모둠학습) § (4인 1조) 조별 노트북 제공 § 각 조별 조장 선발하기 ¤ 티처블 머신을 활용한 분자구조 설정하기 § 구글 < ‘티처블머신’ 검색 < 포즈 프로젝트 § ‘굽은형’, ‘직선형’, ‘정사면체’, 평면삼각형‘, ’삼각뿔‘ 구조를 조원들과 상의하 여 티처블 머신에 등록하기(클래스 5개&학습시키기) § 전개 (30분) 제대로 재현되는지 확인하는 과정 필요함 ¤ 교사가 제시하는 분자 10개의 구조 티처블 머신으로 표현 §  , , ,  , ,  , , ,  ,  분자 구 조를 구조식으로 표현하기 자료 § 학생 활동지 해당 구조식을 티처블 머신으로 표현하여 구조 맞추기(조별로 노트북을 화면에 연결하여 발표하기) § 티처블 머신이 정확하게 도출해낸 구조의 개수 조별 기록하기 ¤ 미션수행 결과 협의 § 1등조와 다른조와의 차이점을 학생들이 자유롭게 발표 ¤ ‘머신러닝 기술’ 토의하기 § 티처블 머신을 분자구조 예측과 같이 활용할 수 있는 구체적 분야를 조별로 2 개 이상 토의하여 학습지 기록(추후 교과세특에 활용할 수 있다고 안내하여 동 정리 (10분) 기유발하기) § 티처블 머신의 한계점 및 보완책 협의, 발표 ¤ 차시예고 § 2차원으로 접근하는 분자구조를 3차원으로 표현하는 방법으로 무엇이 있을지 고민해보는 시간 제시 - 8 - 단원 학습 목표 3. 분자의 세계 차시 4/4 Ÿ 인공지능이 분자 구조 예측에 활용되는 사례를 설명할 수 있다. Ÿ 인공지능이 과학 기술 분야에 활용되는 사례와 관련된 직업을 조사하고 발표할 수 있다. 수업단계 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 § 여러 가지 분자의 구조식, 결합각, 입체구조 비교 § 티처블 머신을 이용한 분자 구조 표현 원리 설명 도입 ¤ 인공지능/빅데이터 소개하기 § 인공지능/빅데이터란 무엇인지 생각해보기 § 머신러닝과 인공지능의 관계 생각해보기 ¤ 4차 산업혁명과 미래직업 소개 § 인공지능/빅데이터와 관련된 과학기술 분야의 기사 읽기 § 빅데이터/인공지능과 관련된 직업 과학기술 분야의 직업 생각해보기 자료 학생활동지 및 수업 자료에 관련 기사 첨부(ex. 신약개발, 화학공학 등) ¤ 빅데이터를 이용한 화학 분자구조 예측 과 관련한 의약품 개발 연구 현황 소개 전개 § KAIDD (과학기술정보통신부) § AIDRUG (한국과학기술정보연구원) 자료 kaidd.re.kr에서 제공하는 ‘인공지능 신약개발플랫폼’ 활용 튜토리얼 영상 자료 aidrug.re.kr에서 제공하는 ‘빅데이터/인공지능 기반 신약개발 클라우드 플랫폼 구축 및 서비스’ 활용 튜토리얼 영상 ¤ 화학 분야에서 빅데이터/인공지능과 관련된 직업 조사 및 발표 § 조별로 노트북 1대 제공 § 조별로 관련된 직업과 관련한 기사, 연구 동향, 전망 등을 조사하여 드라이브 (구글 클래스룸, 패들릿 등)에 업로드 § 조장, 기록자를 제외한 사람이 발표 유의사항 자료를 공유 드라이브에 업로드하여 교사를 비롯하여 학생들이 모두 열 람할 수 있도록 함. 조별 업로드 ¤ 소감문 작성 § 정리 과학과 관련된 기술 및 정보 분야와 직업에 대해 배우며 새롭게 알게 된 점, 자신의 관점과 태도의 변화, 수업 중 어려웠던 점과 해결 과정 등을 작성 유의사항 개별 업로드 - 9 -