STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 식물의 광합성에 필요한 요소들을 고려한 식물공장 설계 충북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 식물의 광합성에 필요한 요소들을 고려한 식물공장 설계 이름 주요 과목 생명과학2 관련 단원 세포 호흡과 광합성 관련 과목 과학 관련 단원 식물과 에너지 STEM 요소 S, T, E 지역 보조 주 개발자 주요 수업 개요 차시별 개발자 1차시에서는 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 나무 등 식물 개체의 높이 에 따른 잎의 크기 차이를 탐구함으로써 최적의 광합성을 위한 식물의 적응기작에 대해 탐구한다. 2차시에는 시금치 잎 조각의 광합성량에 영 향을 미치는 환경 요소들을 확인하는 실험을 설계하고 수행한다. 3차시 에는 빛을 흡수하는 엽록소를 비롯한 잎의 색소를 직접 관찰하고, 엽록 소가 주로 흡수하는 빛의 파장을 파악하기 위하여 직접 간이 분광기를 활용한 관찰을 수행한다. 4차시에는 지난 차시에 배운 내용을 토대로 최 적의 광합성량을 만드는 식물공장을 창의적으로 설계하도록 한다. 1차시 떡갈나무 잎의 크기는 왜 다를까? 2차시 광합성에 필요한 요소의 탐구 3차시 광합성 색소와 빛의 파장 4차시 식물공장 설계하기 주요내용 (키워드 위주) (생물) 식물의 광합성에 필요한 요소들을 고려한 식물공장 설계 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 떡갈나무 숲에 가면 나무들이 층 층이 우거진 ‘캐노피’ 구조를 볼 수 있다. 캐노피를 자세히 관찰하면 나 무 높이에 따라 잎의 면적이 다른 것 을 알 수 있다. 가장 위쪽의 잎은 면 적이 얇고 뾰족하며, 아래쪽으로 잎 면적이 넓다. 이와 같은 잎의 차이가 식물에게 주는 이점은 무엇일까? 이 에 대해 토의해보자. ◆ 우리 주변의 큰 나무의 높이에 따른 잎의 크기를 측정하고 비교해보고, 음지와 양 지에 위치한 각 식물의 잎의 크기를 측정하고 비교해보고 그 결과에 대해 논의하자. - 21 - (생물) 식물의 광합성에 필요한 요소들을 고려한 식물공장 설계 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 시금치 잎 조각의 광합성량 비교하기 ◆ 지난 차시에 배운 광합성에 반드시 필요한 요소들과 광합성으로 인해 생성되 는 산물을 화학식으로 서술해보자. ◆ CO₂ 농도에 따른 광합성량 비교 실험 절차 ① 펀치로 시금치 잎을 뚫어 잎 조각을 20개 정도 만든다. ② 빈 주사기에 시금치 잎 조각 6개와 1%의 탄산수소 나트륨 수용액을 넣는다. ③ 시금치 잎 조각 속에 들어있는 공기가 빠지고 공기가 빠진 빈 공간에 물이 차도록 하여 시 금치 잎 조각이 모두 가라앉을 때까지 주사기의 피스톤을 반복해서 당긴다. ④ 가라앉은 시금치 잎 조각 6개를 1%의 탄산수소 나트륨 수용액 100ml가 담긴 비커에 넣고, 비커 주변에 전등을 켜 빛을 비춘다. ⑤ 시금치 잎 조각 6개가 모두 떠오르는데 걸리는 시간을 측정하여 표에 기록한다. ⑥ 같은 조건에서 탄산수소 나트륨 수용액 농도를 달리하여 2~4회 반복 진행한다. ⑦ 실험 결과를 그래프로 기록하고 해석하여 결론을 내린다. ◆ 실험 결과를 정리하고 이산화탄소의 변화에 따라 변화하는 광합성량에 대한 탐구의 결론을 서술해보자. - 24 - (생물) 식물의 광합성에 필요한 요소들을 고려한 식물공장 설계 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 빛의 파장과 생물의 광합성의 관련성 파악 ◆ 빛은 다양한 스펙트럼을 포함하고 있다. 간이 분광기 키트를 제작하고 빛의 스 펙트럼을 관찰하고 그 결과를 서술하자. 수업지도의 Tip Ÿ 물리 시간에 배운 빛의 회절의 원리를 소개하며 직접 분광기를 제작하도록 한다. Ÿ 제작한 분광기로 실내등의 스펙트럼을 관찰하고, 스마트폰을 활용하여 태양 스펙트 럼을 활용하도록 한다. ◆ 광합성은 어떠한 빛의 파장을 활용할지에 대하여 빛의 특성을 바탕으로 토의해보자. - 27 - (생물) 식물의 광합성에 필요한 요소들을 고려한 식물공장 설계 4) 공학적 적용 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 최근 미세먼지와 기후변화 등 다양한 환경문제로 인해 농산물 가격이 폭등하 고 있습니다. 이에 대한 대안으로 최근 식물공장과 가정용 식물 배양기가 등장하 고 있습니다. 실내에서 효과적으로 식물을 기르기 위해서 필요한 요소는 무엇이 있을지 토의해봅시다. 수업지도의 Ÿ Tip 앞 차시에 배웠던 내용들을 다시한번 정리하며 식물을 효과적으로 기르기 위해 필 요한 요소들을 다양하게 고려하도록 한다. - 30 -