STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 끓는점 차이를 활용한 혼합물의 분리 전남대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램명 구분 (신규/수정보 완) 신규 끓는점 차이를 활용한 혼합물의 분리 주요 적용 학년 중2 개발차시 4차시 주요 과목 과학 주요 단원 Ⅵ. 물질의 특성 관련 과목 화학 관련 단원 Ⅵ. 물질의 특성 STEM+I S,T,E,M, 요소 I 보조 주 개발자명 주요 수업 개요 개발자 - 끓는점 차를 활용하여 혼합물을 분리하기 - 간이 정수기 만들기 1차시 차시별 적용 지역 증류의 개념 이해와 끓는점 차를 이용하여 식초에서 물 분리하기 2차시 증류를 이용하는 실생활의 예시 조사하고 설명하기 3차시 증류를 이용하는 실제 사례 경험해보기(간이 정수기 설계) 4차시 증류를 이용하는 실제 사례 경험해보기(간이 정수기 제작) 주요내용 (키워드 위주) 2. 교사용 지도안 단원 Ⅵ. 물질의 특성 1 끓는점 차를 이용한 증류의 방법을 이해하고, 학습 목표 수업단계 차시 끓는점 차를 이용하여 식초에서 물을 분리할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ STEM+I 프로그램 안내 ◾ 1~5차시까지 진행되는 프로그램에 대해 전반적으로 안내한다. ▶프로그램 안내 도입 (6분) ◎ 소단원 학습목표 인지 및 동기유발 ◾ 무인도에 고립되었을 때 식수를 어떻게 구할지 이야기해 보게 하 ▶학습목표 제시 및 동기부여 여 끓는점 차를 이용한 혼합물의 분리에 관심을 가지게 한다. Tip 냄비에 국을 넣고 끓이다 보면 냄비 뚜껑에 액체 방울이 맺히 는 현상을 볼 수 있다. 이때 맺히는 액체방울은 무엇인지 질문하여 혼 합물에서 액체를 분리하는 방법을 생각해 보게 한다. ▶개념정리 ◎ 증류 개념 설명 ◾ 증류의 개념과 방법을 설명한다. ◾ 증류를 이용하여 바닷물에서 식수를 얻어낼 수 있음을 설명한다. ▶실험 ◎ 실험 활동 ◾ 증류 실험을 통해 식초에서 물을 분리한다. ◾ 증류 실험을 하는 동안, 1분마다 온도를 측정하여 시간-온도 그래 프를 작성하게 지도한다. 유의사항 식초에 있는 아세트산의 양이 너무 적어서 물이 모두 분리될 때까지 실험을 진행하면 남아있는 아세트산이 타버리므로 어느 정도의 물이 전개 분리되어 나오면 실험을 중단한다. (30분) 자료 식초는 아세트산과 물 그리고 기타 물질로 구성된 혼합물이다. 아세트 산( CH  COOH ) 또는 초산(醋蒜)은 대표적인 카복실산으로 식초의 주 성분이며 3~5%정도 함유되어 있다. 식초의 신맛을 내기 때문에 초산 이라고 불리며 순수한 것은 어는점이 높아 겨울철에 쉽게 고체 상태 로 되므로 빙초산이라고도 한다. 아세트산의 녹는점은 16.7℃, 끓는점 은 118℃이다. ▶실험 결과 정리 ◎ 실험 결과 정리 ◾ 물질이 분리되어 나온 온도와 물의 끓는점, 아세트산의 끓는점을 비교하여 분리되어 나온 물질이 무엇일지 이야기해 보게 한다. - 5 - 단원 Ⅵ. 물질의 특성 학습 목표 수업단계 차시 2 증류가 우리 주위에서 이용되는 예를 찾아 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 지난차시 복습 도입 (5분) ▶지난 차시 학습 내용 복습 ◾ 지난 차시에 학습한 증류의 개념과 실험을 통해 식초에서 물을 분 리하는 활동을 상기시킨다. Tip 교사의 설명보다는 학생들이 발표를 하도록 유도하는 것이 효 과적이다. ▶개념정리 ◎ 증류 과정을 그래프를 통해 이해한다. ◾ 증류 과정을 식초 분리 실험을 통해 얻은 그래프로 설명할 수 있 도록 한다. ◾ 물과 에탄올 혼합물 그래프를 가져와 직전에 배운 내용을 토대로 에탄올이 먼저 끓어 나오는 이유를 설명하게 한다. Tip 에탄올이 끓는 동안 물도 일부 기화하기 때문에 물이 조금 섞 임을 안내하고, 순수한 물질로 분리하기 위해 증류를 여러번 해야함을 안내한다. ▶찾아보기 ◎ 일상생활에서 이용되는 증류의 예 조사하기 ◾ 증류를 이용하는 다양한 예를 찾아보고 친구들과 이야기해본다. Tip 전개 자료조사에 더딘 학생들이 있다면 자료 조사 방법을 안내하 고, 네이버 지식in에서 정보를 찾는 것은 지양하도록 한다. 백과사전, (30분) 과학연구기관 운영 블로그 및 사이트 등에서 정보를 찾도록 안내한다. ◎ 일상생활에서 이용되는 증류의 예 알아보기 ▶개념정리 ◾ 증류의 예로 원유를 제시하고, 그 원리를 간단히 알아본다. ◾ 원유를 증류하여 얻은 물질도 혼합물임을 설명하고, 각각의 물질이 우리 생활에서 어떻게 이용되는지 설명한다. 자료 분별증류 : 끓는점이 다른 액체 혼합물을 증류를 여러 번 반복하는 원 리로 분리하는 방법이다. 분별 증류장치를 이용하면 한 번의 실험으로 도 증류를 여러 번 일어나게 하므로 효과적으로 혼합물을 분리할 수 있다. - 7 - 단원 물질의 특성 차시 3 끓는점과 증류를 이용하여 물을 정수하는 방법을 설명할 수 있다. 학습 목표 창의적으로 간편하지만 유용한 간이 정수기를 구상하고 설계할 수 있다. 어려운 세계 시민들을 도울 방안을 세우며 세계 시민 의식을 기를 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 소단원 학습목표 인지 및 동기유발 도입 (6분) ▶학습목표 ◾ 식수가 부족한 지역에 사는 사람들의 모습을 보여주고, 우리가 학 제시 및 습한 증류의 원리를 이용한 다양한 간이 정수기가 실제 사용되고 있 동기부여 음을 알리며, 어떤 구조로 증류를 활용하는지 관심을 가지게 한다. Tip 학습 목적의 제작이 아닌 실제로 필요한 사람들이 사용할 수 있는 정수기를 학습한 과학 지식을 통해 고안하는 것이 목표임을 강 조한다. ▶조사 ◎ 정수기의 원리 조사 ◾ 현재 개발된 정수기의 정수 원리를 조사한다. ◾ 증류를 통한 정수 원리를 구체적으로 정리한다. 자료 기존에 고안된 증류를 활용한 간이 정수기로는 솔라볼, 엘리오도메스 티코(태양열 오븐), 워터콘 등이 있다. ▶고찰 ◎ 간이 정수기에 필요한 공학적 사고 ◾ 간이 정수기에 필요한 구조적 요소를 개인별로 찾아낸다. ◾ 워드 클라우드를 통해 학급 전체의 의견을 수합한다. 전개 유의사항 (30분) 아이들이 필수적인 요소를 빠뜨리면 비계를 통해 스스로 찾아낼 수 있도록 돕는다. ▶모둠 토의 ◎ 간이 정수기에 필요한 재료 토의 ◾ 간이 정수기에 필요한 구조에 적절한 재료를 모둠별로 토의한다.◾ 각 재료의 특징과 실현 가능성을 생각하며 의견을 나눈다. ◎ 간이 정수기 설계 ◾ 간이 정수기 설계도(안)을 그린다. ◾ 필요한 준비물을 정리한다. 평가 ▶자기 (7분) 평가 마무리 (2분) ◎ 간이 정수기 설계도 평가하기 ◾ 빠진 구조는 없는지, 재료는 적절한지, 설계도는 실현 가능성이 있 는지 모둠별로 스스로 평가한다. ◎ 다음차시 예고 ▶차시예고 ◾ 다음 시간에는 실제로 간이 정수기를 직접 만들어 오염된 물을 정 수해본다는 것을 안내한다. - 9 - 단원 물질의 특성 차시 4 끓는점과 증류를 이용하여 물을 정수하는 방법을 설명할 수 있다. 학습 목표 창의적으로 간편하지만 유용한 간이 정수기를 제작할 수 있다. 어려운 세계 시민들을 도울 방안을 세우며 세계 시민 의식을 기를 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 소단원 학습 목표 인지 및 동기유발 ◾ 적정기술로 도움받은 나라와 마을의 다양한 사례를 보여주고, 담수 화를 위한 노력이 오래됐음을 언급하며 간이 정수기 제작에 대한 흥 ▶학습목표 도입 (6분) 제시 및 동기부여 미와 욕구를 불러일으킨다. 자료 담수화는 역사가 깊다. 기원전 4세기경 아리 스토텔레스가 ‘기상학’에서 물을 증류하는 방식으로 마실 물을 만드는 법을 기술했다. 서기 200년경에는 바닷물을 구리 통에 담고 이를 끓인 뒤 수증기를 응 축해 스펀지로 짜서 먹는 기록이 있다. 항해 중인 선 원이 물이 부족할 경우 활용한 방법으로 추정된다. ▶실험·실습 ◎ 간이 정수기 제조 및 사용 ◾ 기존에 고안한 설계도를 보고, 만드는 과정을 적는다. ◾ 생각한 과정에 따라 간이 정수기를 직접 제작한다. ◾ 제작한 간이 정수기로 오염된 물을 실제 정수해본다. Tip 정수기에 활용된 증류의 원리를 생각하게 하며, 각 부분에 활 용된 과학적 지식을 설명하게 한다. ▶고찰 ◎ 간이 정수기 평가 전개 ◾ 간이 정수기의 단점을 기록한다. (30분) ◾ 단점을 개선할 수 있는 방법을 찾게 한다. 유의사항 목표가 완벽한 정수가 아닌, 실제로 활용될 수 있는지를 고려하여 개 선점을 찾게 한다. ▶토의 ◎ 적정기술로서 간이 정수기 ◾ 개선점을 반영한 정수기의 재료가 현지에서 수급 가능한지 고려한다. ◾ 증류가 아닌 간이 정수기의 장점과 단점을 생각해보게 한다. 정리 및 ▶학습 내용 평가 정리 및 동료 (7분) 평가 마무리 (2분) ◎ 모둠별로 제작한 간이 정수기의 장단점 비교·정리 ◾ 제작 비용과 편의성을 고려하여 가장 효과적인 간이 정수기를 평 가한다. ◎ 다음차시 예고 ▶차시예고 ◾ 다음 시간에는 증류를 산업에서 활용하는 전문인과의 대화가 진행 됨을 안내한다. - 10 -