STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 탄소의 변신은 무죄 전남대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 이름 탄소의 변신은 무죄 주요 과목 과학 관련 단원 [중학교] 3학년 Ⅷ. 과학기술과 인류 문명 2. 과학기술과 인류 문명의 발달 관련 과목 기술가정 · 관련 단원 [중학교] 1권 Ⅳ. 기술의 발달과 생활 STEM 요소 S,T,E,M 지역 차시 5 개발자 과학적 원리의 발견이나 기술의 발달과 같은 과학기술이 우리가 살아가는 사회에 미친 영향은 다양하다. 인류 문명이 발달하는 과정에서 과학의 유용 성은 중요한 역할을 해 왔으며, 기술의 발달로 과학적 원리가 더욱 발전함 에 현대 사회와 미래 사회에 적용할 수 있는 과학기술의 영향은 지대해지고 있다. 이와 관련하여 탄소 동소체를 알아보고자 한다. 주요 수업 개요 동소체란 같은 원소로 이루어져 있지만 모양과 성질이 다른 물질을 일컫 는다. 탄소 동소체에는 흑연, 다이아몬드, 탄소나토튜브(CNT), 풀러렌, 그래 핀이 있다. 흑연과 다이아몬드가 탄소로 이루어져 있다는 사실은 일찍 알려 졌다. 연구가 진행되면서 탄소 동소체인 풀러렌이나 탄소나노튜브(CNT), 그 래핀이 발견되어 이것들의 활용성에 과학자들은 많은 관심을 가지고 있다. 이번 학습에서는 전문가에게서 탄소 동소체에 대한 개념을 배우고, 그것 의 활용성에 대해서도 함께 알아보며, 더불어 진로지도의 기회를 갖고자 한 다. 1차시 : 원자를 찾아서 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 원자의 변신은 무죄 3차시 : 풀러렌, 그래핀, 흑연, 다이아몬드의 원자 구조 4차시 : 흑연 피아노 건반 5차시 : 진로지도 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 Ⅱ. 차시별 지도안 차시 학습 과정 교수-학습 활동 ■ 학습 목표 제시 ▶ 1차시 학습 목표를 인지하게 한다. 도입 (5분) 학습자료 및 유의점 [첨부1] ■ 동기유발 [첨부2] ▶ 선수 학습 확인 ■ 현대 원자론의 형성 과정 설명 전개 1차시 (35분) ■ 활동지(질문지) 정리 ■ 활동지(질문지) 발표 ■ 학습 내용 정리 ▶ 유튜브 동영상 시청 : “A boy and his atom” 정리 (5분) ■ 형성평가 [첨부3] ■ 차시 예고 ▶ 주기율표에서 6번째 원소, C [첨부1] 학습 목표 1. 모든 물질이 원자로 이루어져 있음을 설명할 수 있다. 2. 원자 개념의 역사적 형성 과정을 말할 수 있다. [첨부2] 동기유발 1. 다음은 고대 철학자의 물질을 이루는 기본 성분에 관한 주장이다. 탈레스 (BC 624 ~ BC 546) 아리스토텔레스 (BC 384 ~ BC 322) 모든 물질의 근원은 물이다. 모든 물질은 물, 불, 공기, 흙의 4가지의 조합으로 이루어져 있다. 위의 두 철학자의 주장에 대한 자신의 생각을 자유롭게 써서 발표해 보세요. 2. < O, X 퀴즈 > ① 물질을 이루는 기본 성분을 원소라고 한다. ( O ) ② 산소, 수소, 금, 철은 원소이다. ( O ) ③ 연필심과 다이아몬드는 구성 원소가 같다. ( O ) ④ 물은 수소와 산소로 분해되므로 원소가 아니다. ( O ) ⑤ 한 종류의 원소는 한 가지 물질만 구성할 수 있다. ( X ) [첨부3] 형성평가 1. 1905년 아인슈타인이 원자와 분자의 존재를 증명한 현상은? (브라운 운동) 2. 원자의 존재를 믿지 않았던 오스트리아 물리학자 마흐에 대한 자신의 견해는? - 3 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 ■ 학습 목표 제시 도입 (5분) 학습자료 및 유의점 [첨부1] ▶ 2차시 학습 목표를 인지하게 한다. ■ 동기유발 [첨부2] ▶ 선수 학습 확인 ■ 원자, 분자, 고체 용어 정리 2차시 전개 (35분) ■ 탄소, 탄소 동소체 용어 정리 및 종류, 특성, 적용 ■ 활동지(질문지) 정리 ■ 활동지(질문지) 발표 ■ 학습 내용 정리 정리 ■ 형성평가 (5분) ■ 차시 예고 [첨부3] ▶ 결정 구조 모형 키트, 전자 오르간 키트 [첨부1] 학습 목표 1. 물질을 이루는 입자로서 원자와 분자를 구별할 수 있다. 2. 탄소 동소체의 예와 특성을 말할 수 있다. [첨부2] 동기유발 1. 원소와 원자를 구분해 보자. 예를 들어, 과일 바구니 속에 사과 3개, 오렌지 4개, 감 5개가 있다고 할 때, 원소와 원자를 과일과 대응하여 비교해 보시오. (과일 종류 vs. 원소 / 과일 낱개 vs. 원자) 2. 머리카락의 두께가 약 0.1mm라고 한다. 머리카락 두께의 길이에 수소 원자를 나란히 놓는다면 몇 개 의 수소 원자가 필요할까? (자유롭게 발표하게 한다 / 대략 100만 개) [첨부3] 형성평가 1. 탄소 동소체에는 어떤 물질이 있는가? (흑연, 다이아몬드, 풀러렌, 탄소나노튜브, 그래핀) 2. 흑연과 다이아몬드의 전기적 특성의 차이는? (전기가 통한다 vs. 전기가 통하지 않는다) 3. 다이아몬드, 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌의 강도를 강철과 비교하면? (같은 두께의 강철보다 단단하다) - 5 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 ■ 학습 목표 제시 도입 (5분) 학습자료 및 유의점 [첨부1] ▶ 3,4차시 학습 목표를 인지하게 한다. ■ 동기유발 [첨부2] ▶ 선수 학습 확인 ■ 활동1 ▶ 결정 구조 모형으로 한 가지 또는 두 가지 원소로 이루어진 분 자 조립 ▶ 모둠별 발표(준비물을 이용하여 조립할 수 있는 분자들에는 어떤 3,4차시 전개 (80분) 것들이 있나) ■ 활동2 ▶ 결정 구조 모형으로 탄소 동소체 조립(각 모둠별 1~2개) ▶ 모둠별 발표(구조적 특징을 말해보기) ■ 활동3 ▶ 전자 오르간 키트 조립 ▶ 모둠별 발표(전자 오르간 연주) ■ 활동 내용 정리 정리 (5분) ■ 차시 예고 ▶ 진로지도 [첨부1] 학습 목표 1. 물질의 기본 단위인 원자들이 또 다른 원자와 결합하여 분자를 이룰 수 있음을 이해하고, 다양한 분자 모형을 만들 수 있다. 2. 동일한 탄소 원자라도 다양한 구조적 형태로 결합할 수 있으며, 그에 따라 서로 다른 특성을 가지는 물 질이 된다는 것을 말할 수 있다. 3. 탄소로 이루어진 흑연을 이용하여 길이에 따라 서로 다른 음을 내는 피아노 건반을 만들 수 있다. 4. 흑연 건반의 길이에 따라 전류의 흐름이 달라지는 특성을 말할 수 있다. [첨부2] 동기유발 1. 자신이 알고 있는 간단한 물질의 화학식을 발표해 보자. (H2O, H2, CO2, NH3 등) 2. 자신이 알고 있는 간단한 분자의 형태는 어떨지 상상해서 발표해 보자. (자유롭게 발표하게 한다.) 3,4차시 학습자료 3,4차시 학생 활동지 활용 - 7 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 ■ 학습 목표 제시 도입 (5분) 학습자료 및 유의점 [첨부1] ▶ 5차시 학습 목표를 인지하게 한다. ■ 동기유발 [첨부2] ▶ ‘나’에 대한 질문 ■ 영화 및 드라마 속 다양한 직업의 세계 ■ 전남대학교 학과 소개 5차시 ■ 이공계 전공을 선택했을 때 가능한 진로 소개 전개 (38분) ■ 물리의 다양한 전공 분야들 소개 ■ 생각해 보기 ▶ 나에 대하여 떠오르는 생각들을 마인드맵으로 나타내기 ▶ 발표하기 정리 ■ 활동 내용 정리 (2분) [첨부1] 학습 목표 1. 영화나 드라마 속에 등장하는 다양한 직업을 말할 수 있다. 2. 지역 사회에 있는 대학교 학과와 이공계를 선택했을 때의 진로에 대해 말할 수 있다. 3. 자기 자신에 대한 이미지나 기대, 자신의 특징 등을 구체화함으로써 앞으로 어떠한 진로를 택하는 것이 좋을지 말할 수 있다. [첨부2] 동기유발 1. 나는 어떤 사람인가? (예: 혼자 있기를 좋아한다) 2. 나는 무엇을 할 때 즐거운가? (예: 글을 쓰는 것이 재미있다) 3. 나는 어떤 삶을 살고자 하는가? (예: 정시 출퇴근을 할 수 있는 직업인의 삶, 일반적인 기준에서 벗어 나더라도 몸과 마음이 자유로운 삶) - 8 -