STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 화학적 오염의 측정과 분석 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 화학적오염의 측정과 분석 이름 주요 과목 화학1 관련 단원 화학 결합과 분자의 세계 관련 과목 화학1 관련 단원 역동적인 화학 반응 STEM 요소 S, T, E 지역 보조 주 개발자 주요 수업 개요 차시별 개발자 1차시: 오염된 물을 깨끗하게 하는 여러 방법들을 조사하고, 바닷물을 담 수화하는 방법을 탐구한다. 2차시: COD, BOD, DO의 개념을 탐구하고 COD키트와 DO기기의 원리를 조사한다. 3차시: 이온의 개념을 조사하고, 이온반응과 이온 검출하는 원리를 조사 한다. 4차시: 환경 복원의 중요성을 깨닫고, 물리적 그리고 화학적 정화원리로 간이 정수기를 만들고 오염된 물을 효과적으로 정화하는 방법을 탐구한다. 1차시 수돗물 처리의 원리는 무엇일까? 2차시 pH, DO, 그리고 COD 측정하기 3차시 이온검출 반응실험 4차시 간이 정수기 만들기 주요내용 (키워드 위주) (화학) 화학적오염의 측정과 분석 (7) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 수돗물 정화의 원리는 무엇일까? 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 오염된 물을 깨끗하게 정화할 수 있는 장치를 만들 수 있다. Ÿ 물이 정화되는 원리를 이해할 수 있다. Ÿ 환경복원의 중요성을 깨닫는다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 페트병을 자를 때 손을 다치지 않도록 주의한다. Ÿ 층을 쌓을 때 각 재료들 사이에 헝겊을 넣어 각 층이 서로 섞이지 않게 한다. Ÿ 키트를 사용할 때 사용방법을 충분히 익힌후 사용한다. Ÿ 모든 실험기구는 조교선생님의 시범과 관리에 따라 실행되도록 한다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 일반적인 도시의 수돗물 처리 과정의 그림을 보며 각 단계의 의미와 필요성에 대하여 생각해보자. 물리적 그리고 화학적 과정이 어떻게 이용되는지 조사하고 수돗물 처리의 마 지막 살균단계에서 오존대신 염소를 사용하는 이유를 생각해보자. - 20 - (화학) 화학적오염의 측정과 분석 학생용 2차시: pH, DO 그리고 COD 측정하기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ pH개념 이해하기 Ÿ 환경보호에 대한 이해하기 Ÿ COD, BOD, DO의 개념을 이해하고 수질의 어떠한 상태를 나타내는지 이해한다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 모든 실험은 반드시 조교의 지시를 따른다. Ÿ 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. Ÿ 키트를 사용할 때 사용방법을 충분히 익힌후 사용한다. Ÿ 실험기구 사용 시 깨지지 않도록 주의한다. Ÿ 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] pH, DO, 그리고 COD 측정하기 ◆ pH, 용존산소량 (DO), 생물학적 산소요구량 (BOD), 그리고 화학적 산소요구량 (COD)란 무엇이며 수질의 어떠한 상태를 나타내는 것인가? - 23 - (화학) 화학적오염의 측정과 분석 학생용 3차시: 이온 검출 반응 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 수용액 중 존재하는 이온을 확인하는 방법을 알아본다. Ÿ 이온반응과 이온을 검출하는 원리를 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 실험은 반드시 조교의 지시를 따르도록 한다. Ÿ 실험기구 사용 시 깨지지 않도록 주의한다. Ÿ 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 이온 검출 반응 ◆ 침전반응을 통해 수용액에 어떤 이온이 들어 있는지를 알 수 있다. 앙금의 종 류에는 어떤 것이 있는가? - 25 - (화학) 화학적오염의 측정과 분석 학생용 4차시: 간이정수기 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 오염된 물을 깨끗하게 정화할 수 있는 장치를 만들 수 있다. Ÿ 물이 정화되는 원리를 이해할 수 있다. Ÿ 환경복원의 중요성을 깨닫는다. [실험 안전 유의사항] 5. 페트병을 자를 때 손을 다치지 않도록 주의한다. 6. 층을 쌓을 때 각 재료들 사이에 헝겊을 넣어 각 층이 서로 섞이지 않게 한다. 7. 키트를 사용할 때 사용방법을 충분히 익힌후 사용한다. 8. 모든 실험기구는 조교선생님의 시범과 관리에 따라 실행되도록 합니다. 4차시 [공학적 산출물] 간이 정수기 만들기 ◆ 간이정수기 만들기 [실험 방법] ① 칼로 페트병의 가운데 부분을 자르기 ② 페트병의 주둥이를 얇은 천으로 감싸고 고무줄로 감기 ③ 페트병의 주둥이를 아래로 하여 고운모래, 활성탄, 솜 순서대로 넣기 ④ 각 층 사이에 천을 넣어 섞이지 않게 한다. ⑤ 다양한 오염물을 걸러보자. (흙탕물, 기름물, 비눗물) ◆ 간이 정수기 물 정화 장치로 거른 후 관찰해보고 거른 후 용액은 거르기 전과 어떻게 달라졌는지 조사해보자. - 27 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 AI 데이터가 키운다 가천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 프로그램명 주요 과목 관련 과목 가천대학교 (신규/수정 보완) 신규 AI융합교육_데이터가 인공지능을 키운다! 주요 적용 학년 개발차 고1~3 시 4 주요 자료와 정보 문제해결과 프로그래밍 수학 단원 관련 과학 단원 환경과 생태계/대기와 해양 정보 함수/확률과 통계 Science: 지구 환경, 기후변 화, 신경세포, 자료 표현 Technology: 인공지능, 머신 러닝, 딥러닝, 알고리즘, 인공 STEM+I 요소 지능 인식 적용 Engineering: 파이썬, 프로그 지역 래밍, 자료와 정보 분석, 입력 과 출력, 변수와 연산 Mathematics; 함수, 확률, 통 계, 표, 산점도, 그래프 보조 주 개발자명 개발자 ○ 인공지능(AI)의 다양한 사례로부터 인공지능에 대해 개괄적으로 이해할 수 있 다. ○ 수학의 [함수, 확률과 통계]단원을 통해 함수와 그래프를 통한 데이터 분석을 할 수 있다. 주요 수업 개요 ○ 과학의 [환경과 생태계, 기후]단원의 개념으로부터 날씨, 기후를 예측할 수 있 는 데이터는 무엇인지 알 수 있다. ○ 파이썬 프로그래밍으로 공공데이터를 다운받아 데이터 전처리를 통해 데이터 정보를 파악하고 데이터 시각화를 할 수 있으며, 그 결과를 해석할 수 있다. ○ 데이터과학자/인공지능 기획자로서의 미래 직업 및 진로 탐색과 AI-과학/수 학기반 탐구 기초를 마련한다. ○ 1차시: 인공지능의 성장과 인간생활의 변화(인공지능, 머신러닝, 딥러닝, 기존 프로그램과 인공지능 프로그램의 차이, 인공지능의 발전) 차시별 주요내용 (키워드 위주) ○ 2차시: 공공데이터 추출 (데이터 추출, 공공데이터, 데이터 탐색, 데이터 적절 성 판단) ○ 3차시: 데이터 전처리( 인공지능 오류, 위험성, 구글 코랩 , 파이썬 판다스, 결 측치 처리) ○ 4차시: 데이터로 읽는 우리의 미래(머신러닝 설계, 데이터 분석으로 미래 예측 ) 01 인공지능의 성장과 인간생활의 변화 가천대학교 STEM-I 생각교실 02 데이터는 어디에서 캘 수 있을까? 가천대학교 STEM-I 생각교실 공공데이터 03 똑똑한 인공지능을 위한 데이터 전처리 가천대학교 STEM-I 생각교실 04 데이터로 읽는 우리의 미래는? 가천대학교 STEM-I 생각교실 데이터의 시각화 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 우리 동네 하천의 물은 얼마나 맑은지 확인해 볼까요 인천대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 프로그램 이름 주요 과목 인천대학교 과학영재교육원 우리 동네 하천의 물은 얼마나 맑은지 확인해 볼까요 정보, 수학 • 정보: 마이크로 관련 단원 비트(micro:bit)/자바스크립트/센서 • 수학: 측정/그래프 관련 과목 과학 관련 단원 STEM 요소 S, T, E, M 지역 • 과학: 탁도 측정 • 과학: 하천의 오염도 차시 4 개발자 주요 수업 개요 차시별 주요내용 (키워드 위주) ∙ 실생활 맥락에서 학생들이 접하는 문제에 대해 과학적으로 탐구하고 경험하는 기회를 제공함으로써 발견의 즐거움과 탐구의 기쁨, 과학의 즐거움과 유용성을 느낄 수 있도록 한다. 1차시 (이해) micro:bit의 작동 원리를 이해할 수 있다. 2차시 (센서의 이해) micro:bit에 연결되는 센서를 제어할 수 있다. 3차시 (데이터 측정) micro:bit를 이용하여 하천의 탁도를 측정하여 데이터를 수집할 수 있다. 4차시 (데이터 분석) 수집한 데이터를 분석하고 가공할 수 있다. ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판하거나 유 포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2020년도 정부(과학기술정보통신부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 작성된 성과물입니다. ■ 놀이 중심 프로그램 1. 주의 집중을 위한 도입 동네 근처 하천에는 여러 물고기가 살고 있고 가끔은 백로가 와서 잡아먹곤 하기도 합니다. 언뜻 깨끗한 하 천으로 보이는데 자세히 관찰해보면 가만히 보면 하천 깊숙한 곳은 잘 보이지 않고 먼지처럼 보이는 미세한 입자들이 많이 보입니다. 우리 동네 하천은 정말 깨끗한 걸까요? 2. 수업 목표 ◦micro:bit의 작동 원리를 이해할 수 있다. ◦micro:bit에 연결되는 센서를 제어할 수 있다. ◦micro:bit를 이용하여 하천의 탁도를 측정하고 측정된 자료를 가공할 수 있다. - 3 - ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판하거나 유 포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2020년도 정부(과학기술정보통신부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 작성된 성과물입니다. 3. 기초학습 ▣ 교사 활동 : 과제 수행 및 토론을 위해 모둠을 구성해 봅시다. 모둠은 5명 내외를 구성원으로 하여 발표 시간을 고려하여 총 6모둠을 넘지 않도록 구성한다. ▣ 교사 활동 : micro:bit(micro:bit)에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다. ◦ micro:bit는 단일 보드 마이크로 컨트롤러로 영국의 BBC 방송국을 중심으로 만든 작은 컴퓨터입 니다. ◦ micro:bit는 작은 부피에도 불구하고 기본 센서와 핀, LED, 푸시 버튼 등으로 구성되어 있습니 다. ◦ micro:bit는 마이크로소프트에서 개발한 자바스크립트 블록 에디터를 이용해 프로그래밍하여 사용 할 수 있습니다. ◦ 자바스크립트 블록 에디터는 micro:bit에 프로그램을 작성하거나 편집할 수 있게 도와주는 도구 - 4 - ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판하거나 유 포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2020년도 정부(과학기술정보통신부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 작성된 성과물입니다. 이며, 작성한 프로그램을 micro:bit 보드에 Upload 하는 작업을 도와주는 프로그램입니다. ◦ micro:bit를 이용하여 하드웨어를 제어할 수도 있습니다. YOUTUBE 등에 올라와 있는 micro:bit에 대한 사용 방법을 사전학습을 통하여 학습하는 시간을 갖도록 한 후 교사 수업을 진행한다. ▣ 교사 활동 : 탁도 센서를 micro:bit에 연결해 물의 탁한 정도를 측정해 보겠습니다. - 5 - ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판하거나 유 포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2020년도 정부(과학기술정보통신부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 작성된 성과물입니다. ◦ 탁도 센서를 준비합니다. ◦ 탁도 센터를 micro:bit와 연결합니다. 　① micro:bit의 입출력 포트를 입출력 확장보드(EF03405) 슬롯에 꽂아 연결합니다. ② VCC Switch를 5V에 맞춰줍니다. ③ 탁도 센서의 점퍼 케이블을 8번 입력단자에 연결합니다. micro:bit 입출력 확장보드 탁도 센서 [탁도 센서(Turbidity Sensor)와 연결] ◦ 탁도 센터로 탁도 자료를 수집하기 위한 코딩을 합니다. - 6 - ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판하거나 유 포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2020년도 정부(과학기술정보통신부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 작성된 성과물입니다. ◦ 탁도 센서를 커피, 주스, 물에 각각 넣어 액체의 탁도를 측정합니다. ◦ 측정된 커피, 주스, 물의 탁도 값을 비교합니다. 탁할수록 측정 센서에 전압이 적게 흐릅니다. YOUTUBE 등에 올라와 있는 마이크로소프트 자바스크립트 블록 에디터에 대한 사용 방법을 사전에 학습하는 시간을 갖도록 한 후 교사 수업을 진행한다. ▣ 교사 활동 : micro:bit를 이용해 측정된 커피, 주스, 물의 탁도에 대한 그래프를 그리고 발표하는 시 간을 갖도록 하겠습니다. - 7 - 

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 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 온도와 습도, 응결의 이해 충북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 온도와 습도, 응결의 이해 이름 주요 과목 지구과학 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 대기와 해양/ 대기의 운동과 순환 관련 단원 S T E M 지역 차시 4 개발자 실생활에서 일어나는 이슬 맺힘 현상이 발생함을 토대로 차가운 주요 수업 표면에 맺히는 응결에 대해 이해, 건습구 온도계와 상대습도의 개요 관계와 단열 팽창에 의한 온도 변화에 대해 탐구, 나아가 압력과 온도의 관계와 응결 현상을 실험하여 이를 정량적으로 설명 1차시: 개념도입, 기상청 홈페이지를 보며 기상요소(기온,습도,구름, 안개)에 대하여 토론을 진행, 실생활에서 안개와 구름의 생성 예시 를 보여주며 이에 대한 원리를 탐구 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: 탐구 및 개념 확장, 습도를 측정하고 제어하는 도구에 대하 여 생각해보게 함, 습도에 대한 개념을 차가운 표면에 맺히는 응 결, 건습구 온도계와 상대습도의 관계, 단열팽창에 의한 온도 변화 를 통하여 탐구 3차시: 과학기술 적용, 이슬점 온도, 습구 온도의 측정결과를 다른 학생들과 공유하여 차이나는 이유에 대하여 토론을 진행 4차시: 공학적 산출물, 결빙 또는 이슬이 맺히는 원리를 이해하고 이를 통하여 제습기를 고안하는 방법을 다른 학생들과 토론 (지구과학) 온도와 습도, 응결의 이해 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 공기의 상태를 나타내는 온도와 습도를 생각해보자. 변수 측정 방법과 정의 건구온도 이슬점온도 습구온도 포화온도 상대습도 . 상황 제시 - 상황 제시 단계에서는 기상청 날씨누리 홈페이지에서 강수가 발생하는 상황을 각자 찾아서 제시하도록 하고, 일기도를 이용하여 시간에 따라 강수가 발생하는 상황을 설명하도록 한다. - 날씨 영상자료의 제시를 통하여 학생들의 강수와 연관된 날씨에 대한 이해도를 높인다. . 주제 탐색 - 주제 탐색 단계에서는 다양한 매체(기상청 홈페이지, 유투브, 등)를 이용하여 구름 생성이 강수와 연관되어 있음을 제안하도록 한다. - 설정한 주제를 구현하기 위한 구체적인 방법을 정리하고 수행하도록 한다. . 구름생성과정 이해를 위한 브레인스토밍 - 탐구 활동을 통해 얻은 결과를 분석하고 설명하기 위한 자료를 찾아보고 토론하게 한다. - 타인의 이해도를 높이는 방법에 대해 토론하게 한다. . 자료의 조사 - 앞선 과정인 상황 제시 단계에서 학생들에 의해 제시된 상황 중 일부를 선정하여 모둠별로 인터넷을 통하여 상황에 대한 이해와 설명을 하기 위한 자료를 수집하고 정리하도록 한다. - 조사한 자료들을 모둠별로 비교하며 토론하게 하여 응결현상에 의한 구름생성에 대한 이해의 폭을 확장 시킨다. - 23 - (지구과학) 온도와 습도, 응결의 이해 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 온도와 습도, 응결의 탐구 [탐구1] 차가운 표면에 맻히는 물방울 응결(이슬) * 대기의 온도와 이슬이 맺히기 시작하는 온도를 비교하여보자. - 준비물: 스테인레스 컵과 미지근한 물, 얼음 몇 덩어리, 온도계 - 온도계로 대기의 온도를 측정하고, 미지근한 물이 담긴 스테인레스 컵에 온도계를 넣 고 얼음을 넣어 스테인레스 컵의 표면에 미세한 물방울(이슬)이 생기기 시작하는 바로 직전의 온도를 측정해보자(3차례 이상 같은 실험을 반복하자). - 이슬이 맺히기 시작하는 온도를 무엇이라 하는가? - (15분 이내로 시간제한) [탐구 2] 건습구 온도계와 상대습도의 관계 탐구 * 건구온도와 습구온도가 무엇인지 조사하고, 알콜 온도계로 습구온도계를 제작한다. * 습구온도계에 물이 공급되도록 한 후, 건구온도와 습구온도를 측정하자(건구온도와 습 구온도의 변화를 시간(10초 간격)에 따라 표나 그래프로 그려보자.) - 준비물: 건구온도계, 습구온도계(건구온도계를 이용하여 제작할 것), 두 온도계를 매달 아놓을 스탠드, 부채 *주의사항: 습구온도계에 사용할 물은 상온(주변 공기의 온도) 상태로 맞춰줄 것 - 건구온도와 습구온도를 비교(각각의 온도가 변화가 없는 상태에서 큰 쪽과 작은 쪽, 두 온도가 왜 차이가 나타나게 되었는지 토의해보자. - 예> 습구온도와 건구온도의 크기 비교, 두 온도의 차이가 의미하는 바는 무엇일까? - (20분으로 시간제한) ==> 20분 후 결과 발표 [탐구 3] 단열팽창에 의한 온도 변화의 탐구 * 단단하고 투명한 PET 병에 온도계를 넣은 후 뚜껑을 닫고, PET 병의 옆의 손으로 눌 러 압축한 후 손을 떼보자. 온도계의 온도가 압축 전후 어떻게 변화하였는가? * PET 병의 내부에 약간의 물을 넣은 후 뚜껑을 닫고, 손으로 눌러 압축한 후 손을 떼보 자. PET 병 내부에 눈에 보이는 변화가 있는가? * PET 병의 내부에 약간의 물을 넣고 향연기도 약간 넣은 후 뚜껑을 닫고, 손으로 눌러 압축한 후 손을 떼보자. PET 병 내부에 눈에 보이는 변화가 있는가? 향연기가 있는 경우 와 없는 경우의 차이점도 토의하자. - 24 - (지구과학) 온도와 습도, 응결의 이해 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 [탐구1] 차가운 표면에 맻히는 물방울 응결(이슬) - 설명하기: “새벽 안개가 짙으면 낮에 맑다”는 속담의 진위를 과학적으로 설명해보자 - 예측하기: 풀잎에 물방울이 맺히는 경우는 어느 계절이 좋을지 예측해보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 다양한 기온 상태에서, 기온과 이슬이 맺히는 온도의 차이의 크기와 그 대기의 습도와의 연관성에 대해 확인해 보자. 예> 기온이 25°C일 때, 이슬점온도가 22°C인 경우와 16°C인 경우, 이슬점 온도가 차이가 나는 이유를 토론해보자. [탐구 2] 건습구 온도계와 상대습도의 관계 탐구 - 설명하기: 습구온도의 의미를 설명하고, 이슬점 온도와의 차이점을 설명해 보자. - 예측하기: 가습기를 틀었을 때, 실내 공기 내부의 습구온도와 이슬점 온도, 건구온도는 어떻게 변화할 지 예측해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 건구온도, 습구온도, 이슬점온도, 상대습도 사이의 관계를 나타내기 위해 사용하는 방법이 존재한다. 이를 그래프를 이용하여 표현해 보자. [탐구 3] 단열팽창에 의한 온도 변화의 탐구 - 설명하기: 단열팽창 과정이 무엇인지 설명해보자. - 예측하기: 단열팽창으로 발생한 온도 변화는 어떤 현상을 발생시킬 수 있는 지 앞에서 수행한 실험 결과를 바탕으로 예측해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: PET병에 물만 살짝 넣고 압축시켰을 때와 물과 향연기가 함께 주입하였을 때 보이는 차이는 실제 어떤 현상의 발생과 연관되어 있을까? 예> 어떤 날 안개가 잘 발생하게 될 지 토론해보자. 온도와 함께, 안개가 잘 생성되는 조건을 먼지가 많은 공기와 맑은 공기와의 연관성도 토의해보자. - 26 - (지구과학) 온도와 습도, 응결의 이해 4) 공학적 적용 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 응결 발생 원리 이해 1) 차가운 표면에 발생하는 응결의 원리: 기온과 차가운 표면 사이에 존재하는 수증기 분자의 특성 이해 2) 공기 중에 발생하는 응결의 원리: 기압과 기온, 먼지 사이의 관계를 분석 ◆ 응결 발생 원리를 기반으로 한 공학적 산출물 고안 제목: 유리창 성애 발생을 억제하라 실험방법: 4. 얼음물이 든 스테인레스 컵을 준비한다 5. 스테인레스 컵의 표면에 이슬이 맺히도록 기다린다. 6. 드라이기를 이용하여, 바람을 컵의 표면에 보낸다. - 드라이기 바람의 온도를 조절(가열의 정도를 달리)하여 바람의 온도 변수를 조절하며 이슬이 제거되는 정도를 확인하자. - 같은 온도의 바람을 내보내도록 한 상태로, 풍량을 조절하여 이슬이 제거되 는 정도를 확인하자. 4. 스테인레스 컵 안쪽에 단열효과가 있는 단열재(예, 뽁뽁이)를 얇게 덫대고, 얼음물을 채우고 이슬이 맺히는 것을 관찰하고, 실험 3을 수행하고 차이를 비교하자. 5. 스테인레스 컵 바깥 쪽에 화장품, 기름(식용유) 등의 물질을 바른 후 실험 1, 2를 수행하여 컵 표면에 이슬이 맺히는 정도의 차이를 확인해 보자. 응용: 찬물이 담긴 스테인레스 컵에 이슬이 맺히지 않도록 하기 위한 다양한 방법을 고안해보고, 이를 자동차 창문이나 우리 집 창문에 응용해보자. ◆ 탐구 활-동 이론적 배경의 공학적 적용 제목: 습도와 기온에 따른 불쾌지수 2. 불쾌지수와 연관된 기상변수: 기온과 습도, 풍속, 일사에 따라 사람이 느끼는 불쾌감을 지수로 표현(수치화) - 28 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 기후변화와 기상재해 대응에 관한 과학적 의사결정 강원대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 기후변화와 기상재해 대응에 관한 과학적 의사결정 이름 주요 과목 지구과학I 관련 단원 지구과학Ⅰ- Ⅱ.대기와 해양: 대기의 운동과 순 환, 대기와 해양의 상호작용 과학- 물질의 변화: 화학반응 관련 과목 통합과학, 수학 - 대기와 해양: 대기의 운동과 순환 관련 단원 통합과학- Ⅳ. 환경과 에너지: 생태계와 환경, 발전과 신재생 에너지 수학 – Ⅳ.함수: 함수와 그래프, 통계 STEM 요소 S, T, M 지역 개발자 전지구적 규모의 기후 변화 문제를 과학적으로 인식하고, 일상생활에서 관련 지식 을 활용하여 문제를 해결하려는 과학적 태도를 갖도록 한다. 주요 수업 개요 지구 기온 변화 자료 분석, 혹은 일기도나 위성 영상을 해석하는 모둠별 협력 활동 을 할 수 있다. 이러한 활동들을 통하여 지구 온난화 경향을 조사하고, 앞으로의 기 후 변화에 대하여 예측할 수 있으며, 한반도의 기후 변화 경향성을 파악할 수 있다. 또한 기후 변화 협약과 같은 사회적인 이슈들과 함께 기후 변화로 초래된 다양한 문제를 해결하거나, 적응할 수 있는 다양한 과학적 방법을 토의하는 과정 속에서 올바른 과학적 의사결정을 할 수 있도록 한다. 1차시 : 기후자료 이용하여 기후분포도 해석 및 작성. 기초통계(평균, 최저, 최고) 내용 학습. 2차시 : 화석에너지 사용량과 온실기체 배출 관계 해석. 온실효과 학습. 화석연료 사용의 결과 학습. 시계열 분석 학습. 차시별 3차시 : 과거 기온자료 이용하여 미래 기온 예측. 대륙/해양의 열에너지, 태양복사 주요내용 에너지, 에너지 순환 학습. 함수 그래프 그리기 내용 학습. 선형회귀분석(추세, 기울 (키워드 위주) 기) 학습. 4차시 : 폭염과 홍수의 발생 빈도 및 지역 구분 내용 학습. 대기대순환 및 강수과 정 학습. (계급별) 도수분포표 내용 학습. 5차시: 기후변화 저감과 기상재해 방지 노력 내용 학습. 과학적 의사결정 트리 내용 학습. 빅테이너와 머신러닝 내용 학습. 1. Ⅲ 2. 교사용 지도서 [1차시] 기후와 기후 변화 바로 알기 수업 안내 • 1차시는 과학적 의사결정이 필요한 이유를 알아보는 것으로 시작하여, 기후와 기후변화의 정의를 내려본다. Google Earth 프로그램을 통해 전지구적 기후대를 알아보며 해석하는 내용으로 구성되어 있다. 수학과 관련된 내용으로는 자료와 그래프에 대한 해석이 있다. 수업 TIP • 본 수업의 목표인 과학적 의사결정의 중요성을 학생들이 깨달을 수 있도록 수업을 전개하며, 수업 참여에 대한 동기를 부여한다. 근거가 명확하지 않은 상태에서 이루어지는 작은 결정이 초래하는 경제적 손실을 예상해 보게 하며, 범지구적인 문제의 경우 경제적, 사회적, 국가적 손실 규모가 막대할 것임을 언급한다. 특히, 트럼프의 주장을 사례로 들어 환경 문제의 경우에는 되돌릴 수 없는 재난 상황을 이끌 수 있음을 주지시킨다. • 기후의 개념은 간단하게 설명하고, 쾨펜 기후 분류 기호에 대한 숙지와 암기가 이루어질 필요는 없다. 다만, 날씨와 기후의 개념 차이에 대해서는 강조하여 설명한다. • 전 세계적으로 다양한 기후가 존재하고, 가까운 국가 간에도 기후가 다르게 나타남을 인식시킨다. 특히, 우리나라의 경우에는 작은 영토 안에 매우 다양한 기후가 존재하고 있음을 파악하도록 조별 토의 시간을 제공한다. 기후변화가 기후가 다양한 우리나라에는 어떠한 영향을 줄지도 함께 탐구해보도록 하며, 개념설명 보다는 학생 활동 중심의 수업을 구성한다. • 기후는 식생대와 매우 밀접한 요소이다. 기후변화가 나타났을 때 어떠한 영향을 미칠지에 대해 예상해 보도록 한 뒤 실제 관측되고 있는 변화 자료를 제시한다. 생각열기 기후 위기와 과학적 의사결정이란? 아래 기사를 보고 트럼프 전 대통령은 왜 잘못된 판단을 했는지, 바이든 대통령의 백악 관은 왜 상반된 의견을 주장하는지 이야기해 보자. 과학적 의사결정이란 무엇이고, 왜 중요한지 토의해보자. [2차시] 화석에너지 사용과 온실가스 배출 수업 안내 • 2차시는 화석에너지 연소과정의 특징을 알아보고, 우리나라와 여러국가의 온실기체 배출 추이를 분석해보며, 이러한 경향성이 기후변화와 어떠한 관련이 있는지 알아본다. 또한 기술적으로는 엑셀을 활용하여 그래프 그리는 법을 익히며 프로그램을 활용하였을 때의 유용성을 인식한다. 수업 TIP • 이번 차시는 온실가스가 배출되는 원인과 증가 추이에 대해 분석해본다. 증가 추이를 분석할 때 엑셀 프로그램 을 활용하여 간단한 사용 방법(그래프 그리기, 추세선 나타내기)을 익히고, 이에 대한 편의성을 인식할 수 있도록 수업을 전개한다. • 화석연료를 사용하기까지 인류의 에너지 사용 역사에 대해 함께 살펴보며, 화석연료가 산업 발달에 있어 크게 기여하였지만 화석연료의 무분별한 사용이 온실기체 배출량을 급격하게 증가시켰음을 설명한다. 화석연 료의 연소과정을 화학반응식으로 표현하여 화석에너지를 얻을 때 온실기체가 발생하고, 에너지원 별 탄소 배출계수가 다름을 함께 다룬다. • 각 국가별 온실가스 배출량 증가 추이를 분석하고, 엑셀을 활용하여 주어진 통계 자료에 대한 그래프를 그릴 수 있도록 지도한다. 도입에서 엑셀을 활용하지 않고 1인당 온실가스 배출량 증가율을 조별 토의 활동을 통해 직접 계산해 보도록 하고 발표의 기회를 제공한다. 추후 엑셀 활용을 활용하여 그래프를 그렸을 때 정확성과 편의성이 높음을 인식할 수 있도록 수업을 진행하여 프로그램 활용에 대한 가치를 부여한다. 이번 차시 수업 또한 학생들의 토의와 엑셀 프로그램 활용이 주가 되는 학생 활동 중심의 수업을 구성한다. • 차시 마지막에 제시된 ‘생각해보기’ 활동은 교사의 재량에 따라 “화석 에너지를 대신할 수 있는 재생 에너지 생각해보기”라는 활동으로 대체할 수 있다. [3차시] 지구온난화: 온실가스가 만들어내는 온실효과 수업 안내 • 온실가스가 어떤 원리로 온실효과를 만들어내는지 알아보고 이것이 지구온난화 현상으로 이어지는 과학적 원리를 이해한다. • 기후변화를 주제로 한 영화의 줄거리 영상을 시청하며 학습에 대한 흥미와 더불어 기후변화의 심각성에 대해 생각해봄으로써 지구온난화 현상이 심화될 경우 어떤 일이 발생할지 과학적으로 예측해본다. 수업 TIP • 이번 차시에는 온실가스 배출량 급증이 가져오는 나비효과에 대해 인식할 수 있도록 수업을 전개한다. • 온실가스 배출이 가져오는 세계의 기후변화와 기상재해 그로 인한 피해를 제시하며 인과관계에 대해 설명한다. 빙하 시추를 통해 과거 이산화 탄소 농도 변화를 예측함을 설명하고, 40만년 간 일정 수준을 넘은 적이 없었던 이산화 탄소 농도가 현재 매우 높은 수치를 나타내고 있음을 보여준다. • 온실가스가 온실효과를 일으키는 과정에 대해 설명하며 온실효과는 생명체에게 꼭 필요한 과정이나 과할 경우 심각한 부작용을 일으킴을 설명한다. 기후변화의 심각성을 소재로 한 ‘투모로우와 ’ 기후변화에 대한 잘못된 대응을 소재로 한 ‘설국열차를 ’ 보여주며 영화 속 상황에 대해 학생들이 주도적으로 생각해보고 토의할 수 있는 수업을 구성한다. 알아보기 온실가스가 만들어내는 효과 [4차시] 미래 기후 예측: 1.5°C vs 2°C 수업 안내 • 지구의 평균 온도 상승이 초래하는 심각한 전 지구적 변화를 알게되고, 엑셀 프로그램 활용과 데이터 분석을 통해 이산화 탄소 농도 변화, 기후변화 시나리오에 따른 미래 기후변화를 예측할 수 있다. • 하와이 관측소와 기상청의 자료들을 활용하여, 어떠한 추이로 기후변화가 일어나게 되는지 예측해 볼 수 있으며, 기후변화를 막기 위한 인류 노력의 당위성에 대해 인식할 수 있다. 수업 TIP • 1.5℃, 2℃ 기온 상승을 이야기할 때는 반드시 산업화 이전 시기가 기준임을 명확하게 설명해주어야 한다. • 지구 평균 기온이 1.5℃ 또는 2℃로 상승하였을 때 0.5℃라는 차이는 매우 미미하게 느껴질 수 있다. 하지만, 0.5℃ 차이가 지구에 초래하는 생태계의 종 변화, 해수면 상승 정도, 기상재해 발생 규모 등의 변화는 매우 큰 차이가 있음을 비교 설명한다. • 이산화 탄소 농도 측정 데이터를 활용하여 미래의 이산화 탄소 농도를 예측해본다. 이산화 탄소 배출량이 현재와 같을 때, 배출량을 절반 정도로 줄였을 때의 상황을 가정하여 동등한 이산화 탄소 농도 도달 시점을 비교해본다. 이 때 엑셀을 활용하여 계산의 편의성을 높이며 2차시에 학습한 엑셀 활용을 복습할 수 있는 기회를 제공한다. 알아보기 전지구 평균온도 상승 1.5°C vs 2°C, 어떤 차이가 있을까? 현재 온실가스 배출량 상태를 유지할 경우 2100년 전지구 평균 기온 분포 예측 시나리 오 [5차시] 과학적 의사 결정: 대응할 것인가 vs 적응할 것인가 수업 안내 • 학생들이 현재 상황의 자료를 가지고 지구온난화로 인한 기상재해에 대응을 해야할지, 혹은 적응을 해야할지 결정하게 하며 이를 위한 구체적인 실천 방안과 정책을 어떻게 할지 결정하게 한다. 학생 스스로 문제 의식을 갖고 참여하게 하고 교사의 개입은 최소화한다. 수업 TIP • 4차시 학습을 통해 배우고 학습한 지식을 활용하여 의사 결정을 하는 수업을 전개한다. 기후변화에 대해 대응할 것인가, 적응할 것인가 둘 중 하나의 입장을 선택해 그에 대한 생각을 정확한 과학적 지식을 기반으로 논리적으로 말할 수 있도록 안내한다. 조별로 대응과 적응에 대한 개인의 실천 방안과 더불어 국가에서 추진할 수 있는 정책까지 설정해보도록 한다. 이를 통해 사고의 폭을 넓히고 논리적 근거로 말할 수 있도록 하여 과학적 의사 결정력 증진의 기회를 제공한다. 학생들의 토의, 토론이 주가 되는 학생 참여형 수업을 구성한다. OUR MISSION!! 지금까지 학습한 것처럼 지구온난화라는 이 현상은, 여러 가지 기상재해들을 가져온다. 예를 들어, 해빙과 육빙이 감소하여 해수면 상승을 유발시키고, 집중호우가 빈번하게 바뀌고, 강수량의 변화도 일어난다. 이러한 변화가 지역적으로 다 다르게 나타나기 때문에, 원래 있던 그 기후가 아닌 상황이 발생하게 되었을 때, 사람들은 취약할 수 밖에 없다. 이런 기상재해 상황에 우리는 무엇을 해야 할까? 과학적 의사결정을 합의하고 실천해보자. 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 신재생에너지와 지속가능한 발전 전남대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 이름 신재생에너지와 지속가능한 발전 주요 과목 통합과학 관련 과목 물리 STEM 요소 S, T, E, T 관련 Ⅵ. 환경과 에너지 – 2. 발전과 단원 신재생에너지 관련 단원 Ⅲ. 에너지 – 1. 역학적 에너지 지역 개발 차시 6 보조 주 개발자 개발자 - 이 프로그램은 학습자가 전기 에너지를 운동 에너지와 같은 다른 형태 의 에너지를 특별히 고안한 장치나 구조물을 사용하여 전자기 유도를 통해 정성적으로 알고 관련 현상을 체험할 수 있기를 기대하면서 설 계하였다. 주요 수업 개요 - 또한 수력 발전에서 물이 가진 퍼텐셜 에너지가 전기 에너지로 전환되 는 것을 수력 발전 모형을 만들어 실험하면서 체험할 수 있게 하였다. - 학생이 수력 발전 모형을 직접 구성하고, 물의 퍼텐셜 에너지와 모형 을 통해 전환된 전기 에너지를 측정, 계산하게 한다. - 학습자가 수력 발전 모형을 설치해보고(기술공학적 과정), 전자기 유도 현상, 에너지 전환을 탐구, 체험하고(과학적 탐구), 센서를 사용하여 데이터를 수집하고 처리(수학적 사고 활동)할 수 있게 한다. 주제 1차시 수업내 용 주제 차시별 2차시 수업내 용 주요내용 주제 3차시 수업내 용 4차시 주제 전자기 유도 코일, 자석, 검류계, 전자기 유도, 유도 전류의 방향과 세기 간이 발전기 전자기 유도, 간이 발전기 여러 가지 발전 화력발전, 수력발전, 핵발전, 풍력발전 자가 발전기의 에너지 전환 수업내 용 주제 5차시 수업내 용 주제 6차시 수업내 용 자가 발전기, 방전, 충전, 발전된 에너지의 양을 측정 수력 발전 모형의 에너지 전환과 효율Ⅰ 수력 발전 모형 구성 수력 발전 모형의 에너지 전환과 효율Ⅱ 수력 발전 모형, 발전, 전기 에너지 측정, 발전 효율 구하기 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 1. STEM 생각교실 프로그램 개요 교과군 중심교과목 학교급 학년 과학 통합과학 고등학교 1 수업 모형 순환학습 / POE / Jigsaw협동학습 / 갤러리 워크 수업 주제 발전과 에너지 전환 수업 단원 발전과 신재생 에너지 중심 교과목 관련 교육과정 영역 핵심개념 환경과 에너지 발전과 신재생 에너지 일반화된 지식 성취기준 관련탐구활동 내용요소 Ÿ 발전기 Ÿ 전기 에너지 Ÿ 발전기를 이용하여 생산된 전기 에너지가 가정에 공급된다. Ÿ 화석 연료를 대체하기 위하여 다양한 신재생 에너지를 개발하고 있다. Ÿ [10통과09-01] 화석 연료, 핵에너지 등을 가정이나 산업에서 사용하는 전 기 에너지로 전환하는 과정을 분석할 수 있다. Ÿ 자전거, 놀이 기구, 운동 기구 등을 이용한 간이 발전기를 만들고, 이 과 정에서 운동 에너지가 전기로 변환되는 과정 토의하기 Ÿ 이 단원에서 관찰 평가, 프로젝트 평가, 보고서 평가, 수행평가, 동료 평 가 등을 활용하여 학생의 성취 수준 및 학습 과정을 평가할 수 있다. 평가방법 Ÿ 간이 발전기 만들기 탐구 활동에서 변인 통제 등에 대한 실험실기 평가를 실시할 수 있다. 또한 태양광 발전을 이용한 장치를 고안하는 활동에 대 한 수행평가를 실시할 수 있다. - 1 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 2. 교사용 지도안 단원 학습 목표 전자기 유도 차시 1/6, 2/6 Ÿ 전자기 유도 현상에 대해 말할 수 있다. Ÿ 간이 발전기를 만들고 과학 개념을 사용하여 작동 원리를 설명할 수 있 다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 □ 다음과 같은 상황에 전기 에너지를 공급하려고 할 때 어떻게 행동했 는지 생각해보고 발표할 수 있도록 안내하기 도 입 동기유발 장난감 자동차를 가지고 놀다가 새롭게 구입한 텔레비전을 보려 움직이지 않을 때 고 할 때 □ 텔레비전에 전기에너지를 공급하려고 할 때 콘센트와 플러그를 연결 하는 행동이 발전소와 텔레비전을 연결하는 목적이 있는 행동임을 안 내하고 발전소에서 어떻게 전기에너지를 생산하는지 알아보고자 함을 안내하기 코일 주변에서 자석을 움직일 때 무슨 일이 생길까? 전 개 탐색 img. 고등학교 통합과학, 김성진 외, 미래엔, □ 위 그림과 같이 코일에 검류계를 연결하고 자석을 코일 주변에서 움 직이면(코일을 움직이면) 무슨 일이 벌어지는지 예상하도록 안내하기 □ 코일에 검류계를 연결하고 자석을 코일 주변에서 움직이면서(코일을 움직이면서) 무슨 일이 벌어지는지 실험, 관찰, 기록하고 발표하도록 안내하기 - 5 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 학습 목표 수업단계 여러 가지 발전 Ÿ 차시 3/6 화력발전, 수력발전, 핵발전, 풍력발전의 원리와 장단점을 말할 수 있 다. 학습과정 학습활동 및 내용 모집단 도입 모집단 형성 전문가 학습 주제 배부 전문가 집단 전개 전문가 집단 학습 모집단 복귀 후 다른 학습자에게 전달 주제 화력발전 정리 전체 학습 주제 보고서 작성 모집단별 발표 및 교사 피드백 수력발전 핵발전 풍력발전 - 8 - 전문가 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 학습 목표 수업단계 자가 발전기의 에너지 전환 Ÿ 차시 4/6 자가 발전기로 전기 에너지를 얻고 이를 측정할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 □ 자가 발전기와 LED를 제공하고 이를 연결하여 LED에 전류를 흘려 작동시켜 볼 수 있도록 안내한다. 도입 동기유발 □ 자가 발전기의 내부는 어떤 모습을 하고 있을지 그림을 그리고 주석 을 달아 자료를 만든 뒤 발표할 수 있도록 안내한다. 예상하기 □ 자가 발전기(직류)를 사용하여 스마트 폰을 완전 방전 상태에서 2% 충전 상태까지 걸리는 시간을 예상해 볼 수 있도록 안내한다. 전개 img. tinkercad.com 관찰하기 □ 자가 발전기(직류)와 스마트 폰을 연결하고 2%씩 충전하면서 걸리는 시간을 측정한 뒤 기록하여 발표하도록 안내한다. 충전율 2% 충전시간(초) - 9 - 4% 6% 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 학습 목표 수업단계 수력 발전 모형의 에너지 전환과 효율 차시 5/6, 6/6 Ÿ 수력 발전 모형을 구성하고 발전된 전기 에너지를 측정할 수 있다. Ÿ 수력 발전 모형의 발전 효율을 구할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 □ 그림과 같은 아이디어로 수력 발전 모형을 만들었을 때 다음을 예상 하고 그 이유를 말할 수 있도록 안내하기 도입 예상하기 Ÿ 물이 수력 발전 모형을 통과하는 동안 에너지 전환이 일어나는 과정(단계) 예상 Ÿ 「발전된 전기 에너지/물통(댐)에 담긴 물의 퍼텐셜에너지」값 예 상 □ Jigsaw협동학습/도구와 재료를 제공하고 수력 발전 모형을 구성하기 위한 방법을 그림과 글로 표현하고 발표할 수 있도록 안내하기 Ÿ 모집단 형성, 전문가 학습 주제 배부 모집단 관찰하기 전개 Jigsaw 협동학습 - 11 - 전문가 집단 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 탄자니아에 보내는 태양광 전지 인천대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 인천대학교 과학영재교육원 프로그램 탄자니아에 보내는 태양광 전지 이름 주요 과목 과학 기술 ❍ 태양광 전지 알아보기 관련 단원 관련 과목 사회 관련 단원 STEM 요소 S, T 지역 ❍ 전력 계산 ❍ 태양광 전지 제작 더불어 살아갈 탄자니아의 사회, 경제와 적정기 술 개발자 ❍ 탄자니아의 사회 경제 전반에 대해 탐색하고 전력이 부족한 상황을 인 지하여 적정기술로 문제를 해결하기 위한 탐구를 계획한다. 주요 수업 개요 ❍ 태양광 발전의 원리를 알아보고 태양광 전지를 이용한 태양광 전력공급 을 위한 계획을 세운다. ❍ 태양광 전지가 생산하는 전력과 필요한 전력을 알아보고 계산할 수 있 다. ❍ 태양광 전구 및 충전기의 부품과 회로도를 탐구하고 제작한다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 1차시: 더불어 살아갈 탄자니아의 사회와 적정기술 2차시: 태양광 전지 알아보기 3차시: 전력 계산 4차시: 태양광 전지 제작 ※ 이 교재의 내용에 대한 무단 복제 및 전재를 금하며, 인천대학교 과학영재교육원의 허락 없이는 어떠한 방식으로든 2차적 저작물을 출판 하거나 유포할 수 없습니다. ※ 이 교재는 2016년도 정부(미래창조과학부/과학기술진흥기금/복권기금)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다. 인천대학교 과학영재교육원 Incheon Science Elite Program Tel: 032-835-4270~2, Fax: 032-835-4273 [STEM생각교실] { 탄자니아에 보내는 태양광 전지 } 교재개발자: 교육 대상 : 수업 시간 : 개발년도: ( 중등 ) 교육과정 ( ( 2021학년도 ) 분야 총 4 시간 ) [지도교사용] 1. 교과의 개요 및 목적 가. 주제 선정의 이유 국가의 경쟁력을 갖추기 위해서는 융합기술, 융합형 기술인재 그리고 학문간 융합 교 육이 필요하다. 학생들의 문제상황에 대한 창의적인 해결 능력을 이끌어내는 교육은 다 양한 경험과 교육에서 드러날 수 있다. 이에 실제로 아프리카 탄자니아의 문제상황을 제 시하고 이를 해결하기 위한 방안에 대한 탐구활동을 통해 융합적 사고력을 키우고 실생 활에 적용해보고자 한다. 나. 수업 의도 물질적 풍요 속에 살고 있는 학생들에게 전세계적인 관점에서 이웃을 돌아보고 적정기 술을 통해 나눔을 실천하고자 하는 의지를 심어주며 태양광과 관련된 지속 가능한 발전 과학기술에 대한 관심과 실천을 이끌어내고자 한다. 이에 아프리카 탄자니아의 전기자립 상황에 대한 이해와 태양광 전지 기술을 탐구하고자 한다. - 1 - STEM 생각교실 교재 마. 차시별 수업 지도안 학습 주제 과목 단원 학습 목표 수업 의 더불어 살아갈 탄자니아의 사회와 적정기술 차시 1/4 사회 Ⅻ. 더불어 사는 세계 2. 저개발 지역의 발전을 위한 노력 - 저개발 지역의 빈곤 문제를 해결하기 위한 방안을 제시할 수 있다. - 탄자니아 지역의 자연환경과 경제 상황을 이해하고 적정기술을 통해 에너지 부족 문 제를 해결할 수 있는 방안을 찾아 발표할 수 있다. - 빈곤과 빈곤의 해결 내용 정리 - 탄자니아의 자연환경과 경제 상황 조사 발표 - 전력이 부족한 상황을 인지하여 적정기술로 문제를 해결하기 위한 탐구를 계획 진행 [도입] 시간: 5분 1. 코로나 바이러스가 보여준 빈부격차 [세계를보다] 바이러스가 보여준 빈부 격차 민낯 코로나19로 인해 발생한 세계 각국 의 위기 사례와 빈부격차의 심화에 대한 내용으로 구성된 뉴스 - 나이지리아, 남아프리카공화국, 미국 등의 질병, 식량부족, 범죄 등 에 대한 이야기 - 대조적으로 섬으로 피신한 백만장 자들의 이야기 [출처] 채널A 뉴스, 2020. 9. 20. [주소] https://youtu.be/DU_b4QDP3a4 2. 학습목표 - 저개발 지역의 빈곤 문제를 해결하기 위한 방안을 제시할 수 있다. - 탄자니아 지역의 자연환경과 경제 상황을 이해하고 적정기술을 통해 에너지 부족 문제를 해결할 수 있는 방안을 찾아 발표할 수 있다. - 4 - STEM 생각교실 교재 학습 주제 과목 단원 학습 목표 수업 의 진행 태양광 전지 알아보기 차시 2/4 과학 Ⅷ. 과학기술과 인류 문명 1. 과학기술과 인류 문명 태양광 전지에 대한 탐구로 지속가능한 에너지를 이해하고 적용할 수 있다. - 태양광 발전의 원리 탐구 - 태양광 전지를 이용한 태양광 전력공급을 위한 계획서 작성 - 탄자니아에 태양광등 보내기 프로젝트 - 9 - STEM 생각교실 교재 학습 전력 계산 주제 과목 차시 2/4 과학 Ⅵ. 에너지 전환과 보존 2. 전기 에너지의 발생과 전환 단원 학습 생활 속의 전력에 대해 찾아보고 전력의 개념을 설명할 수 있다. 목표 - 전력이란? 전력 계산 방법 익히기 - 생활 속 전력 찾기 - 전력량 계산하기 수업 의 진행 [도입] 시간: 10분 1. 영상보기 ▶ 태양광 전지 유튜브 영상 함께 보기 [집중취재M] '전력 피크타임' 오후 5시로 늦춘 태양광 발전의 위력 [출처] MBC NEWS, 2021. 7. 21. [주소] https://youtu.be/NDOXyFVyC9E 본격적인 폭염이 시작되면서 이번 주 전력 수요가 올여름 최대치를 기록할 것 으로 전망되고 있습니다. 지난 15년 동안 전력을 가장 많이 쓰는 시간대를 조사해 봤더니, 2005년 낮 12시에서, 2020년에는 오후 5시로 옮겨 간 것으로 확인됐습니 다. 전력 거래소엔 잡히지 않지만 이렇게 집들마다, 또 소규모 공장마다 설치해 놓 은, 태양광 패널이 영향을 미친것으로 보 이는데요. 한여름엔 원전 네 개에 맞먹는 전력을 자체 생산하고 있는 것으로 분석 됐습니다. 금속에 빛을 쪼이면 전자가 튀어나와 전압이나 전류를 만들 수 있는 광전효과 가 생긴다고 한다. 이 원리를 이용해 태양광 발전이 이루 광전효과를 이용한 태양광 발전 [출처] YTN 사이언스, 2019. 9. 16. 어진다고 하는데, 태양광 발전 원리에 대 해 알아본다. [주소] https://youtu.be/HgZaNP_SOaE 2. 학습목표 ▶ 생활 속의 전력에 대해 찾아보고 전력의 개념을 설명할 수 있다. - 15 - STEM 생각교실 교재 학습 주제 과목 단원 학습 목표 수업 의 진행 태양광 전지 제작 차시 4/4 기술․가정 1. 적정 기술의 이해 02 적정 기술과 지속 가능한 발전 전기 부품과 전기회로에 대하여 이해하고 회로를 구성하여 태양광등을 제작할 수 있다. - 태양광 패널 및 전기 부품 이해하기 - 테양광 전구 회로도 익히기 - 태양광 전지와 태양관 전구 만들기 [적정기술] 시간: 10분 1. ( 적정 기술 ): 정치적, 문화적, 환경적 조건을 고려하여 기술의 혜택을 필요로 하는 지역 에 지속적인 개발이 가능하게 하는 활동이나 방법 2. ( 적정 기술 )의 조건 가. 사용 방법이 간단해야 한다. 나. 적은 비용으로 제작이 가능해야 한다. 다. 누구나 쉽게 사용하고 혜택을 받아야 한다. 라. 재생 가능한 에너지 자원을 활용해야 한다. 마. 그 지역의 기술로 제작 및 유지가 가능해야 한다. - 20 - STEM 생각교실 교재 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 오션 클린업! <바다를 지켜라!> 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 오션 클린업! <바다를 지켜라!> 이름 주요 과목 지구과학 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 7. 수권과 해수의 순환- 2. 해수의 특성과 순환 관련 단원 S,E 지역 개발자 주요 수업 해양쓰레기 제거장치 설계제작 활동 개요 1차시 : ➀ 편지글을 통해 공학적 문제를 제시함으로써 구체적으로 문제를 정의하 고 기준과 제한 조건을 파악 ➁ 해결책을 설계하기 위한 정보를 수집(배경 연구:GPGP의 존재와 생성 원인) 2차시 : 전문가 특강(우리나라 주변의 해류와 해수의 순환, 해양 쓰레기) 3차시 : 차시별 주요내용 (키워드 위주) ➀ 오션클린업 장치를 설계(디자인)하고 최적 설계도를 선정 ➁ 재료 선정 후 1차 장치 제작 4차시 : ➀ 1차 제작 완성, 1차 성능 테스트 ➁ 문제점 파악 및 수정 보완 설계(디자인) 5차시 : ➀ 2차 제작, 2차 성능 테스트 ➁ 문제점 파악 및 수정 보완 설계(디자인) ③ 3차 제작 6차시 : 최종 테스트 → 모둠 별 장단점 분석 및 설계(디자인)과정 기록 6. 지구과학 지구과학 1 1. 상황제시 / 2. 문제정의와 제한조건 확인 / 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색(1) 1 2 3 4 D 준비물 영상, 학생 활동지 B A 학습 목표 공학적 문제를 정의하고 제한 조건을 확인한다. 영상 출처 ∙ ‘태평양 쓰레기섬’에 한글 쓰 레기가? 오OO 최초 발견 / KBS뉴스(News) C 상황제시 1. 공학적 문제를 제시하는 뉴스의 일부 장면을 보여준다. https://www.youtube.com/w atch?v=H-4C6BFA6bs ∙ 미국 캘리포니아와 하와이 사이 북태평양 한가운데, 한반도 면적 7배 ∙ '남한 면적 14배' 쓰레기 섬, 치울 수 있을까 / YTN 지대에서, 한글이 선명이 적힌 플라스틱 쓰레기가 처음으로 발견됐다. 너비의 해수면이 쓰레기로 뒤덮여 있다. 바로 그 태평양 쓰레기 https://www.youtube.com/w atch?v=QJAGZkxmlxU <상황제시>의 요건 ① GPGP가 형성된 원인을 이 해한다. ② <오션 클린업>장치를 제작 하기 위해 융합적 문제해결 력과 융합적 사고력이 필요 하다. ③ 예산 책정 등의 현실적 문제 를 반영함으로써 학생들이 공학자로서 정체성 경험할 수 있다. ④ ‘해양공학팀’을 구성하고 그 역할을 중요하게 생각한다. 60 2. <공학자에게 보내는 편지>의 형태로 공학적 문제를 제시한다. to. 부산 그린 해양 공학팀 우리는 환경운동을 하는 NGO 단체 그린피스입니다. GPGP에 대해서 아시 나요? 우리는 최근 GPGP에 분포하는 쓰레기 실태를 조사했는데 한국어가 적힌 플라스틱 쓰레기를 발견했습니다. 한국으로부터 태평양은 만 km 이상 떨어져 있는데 이곳까지 흘러온 쓰레기를 보고 ‘한국쓰레기’라는 카테고리를 만들게 되었답니다. 플라스틱 쓰레기는 바다에 떠 있는 동안 미세 쓰레기로 분해되어 해양 생물을 위협하고 있습니다. 결국 먹이 사슬의 상위에 있는 인 간에게까지 해를 끼치게 되지요. 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 오션 클린업! - 바다를 지켜라! 우리는 바다를 깨끗하게 하는 <오션 클린업> 프로젝트를 시작했는데 여러 나라에서 함께 도전하고 있습니다. 부산에서 유능한 해양 공학자들로 모인 여러분들도 이 프로젝트에 참여하여 해양 플라스틱 쓰레기를 제거하는 좋은 아이디어를 고안해 주세요. 얼마 전 기름 유출 사고가 있어 많은 예산을 방제 작업에 사용했기 때문에 <오션 클린업> 프로젝트에 쓸 수 있는 예산이 부족 하다는 점도 고려해주세요. 유의사항 문제정의와 제한조건 확인 1. 해결 해야하는 공학적 문제를 정의한다. ∙ 해양 플라스틱 쓰레기를 제거하기 위한 <오션 클린업>장치 만들기 2. 목적을 제시한다. ∙ <오션 클린업>장치의 목적은 산출물의 성능을 평가하는 기준이 된다. ∙ 목적과 조건은 교사가 구체적 으로 제시하였으나 학습자의 수준에 따라 학습자가 목적과 조건을 주도할 수 있다. ∙ <오션 클린업>장치의 성능을 평가하는 기준 세우기 3. <오션 클린업>장치의 제한 조건을 제시한다. ∙ 예산, <오션 클린업>장치 구성에 쓰이는 재료, 재료의 가격 유의사항 정보 수집 재료 탐색 1. <모둠별 조사> GPGP는 무엇일까? ∙ GPGP에 대해 모둠별로 조사 해보고 문제에 대해 이해한다. <참고> http://tvcast.naver.com/v/55 04554 http://tvcast.naver.com/v/29 69357 ∙ 모둠별 조사 결과를 공유하 고 배경지식을 넓힌다. 2. 조사 결과 발표 부산대학교 과학영재교육원 61 6. 지구과학 2 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색(2) 1 2 3 4 전문가 활용 D C B 학습 목표 1. 해류의 종류와 해수의 순환을 알 수 있다. 국가해양환경교육센터 전문가 2. 우리나라 쓰레기가 태평양까지 가는 경로를 설명할 수 있다. 3. 해양 쓰레기가 인간에게 미치는 영향을 설명할 수 있다. 유의사항 정보 수집 재료 탐색 ∙ <전문가 활용 수업>을 통해 ① GPGP의 생성 원인을 이해 하는 기회를 제공한다. 1. 우리나라 주변의 해류 ② <오션 클린업> 프로젝트를 이해하는 기회를 제공한다. ∙ 영상 출처 https://www.youtube.com/w atch?v=KZlyOWhfILM 2. 해수의 순환과 GPGP의 형성 3. 미세플라스틱과 인간에게 미치는 영향 4. <오션클린업> 프로젝트 62 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 A 오션 클린업! - 바다를 지켜라! 3 해결책 설계 1 2 3 4 D C 학습 목표 A 준비물 1. <오션 클린업>장치의를 설계할 수 있다. ∙ 공통 재료 : 아크릴 수조 (40×60×30cm), 작게 자른 플라스틱 조각, 스티로폼 조 각, 셀로판지 조각(: 해양 플 라스틱 쓰레기 역할), 가위, 풀 2. 모둠원들과 의견을 교환하고 최적의 설계도를 선택할 수 있다. 3. 모둠원과 협력하여 1차 산출물을 제작한다. 해결책 설계 ∙ 선택 재료 : 장난감 배, 실, 그 물, 빨대, 철사, 수수깡, 종이 컵, 플라스틱컵 등 1. <오션 클린업>장치 설계하기 ① 문제 상황이 그려진 설계도 개인별 제공 유의사항 ∙ 수조 안에 물이 담겨 있으며 작게 자른 스티로폼 조각, 플라스틱 조각, 비닐 조각이 30g 떠 있다. ② 모둠원 각자 설계도에 해결책 세우기 ① 수조의 크기 - 성능이 가장 우수한 해결책을 찾아보고 순위를 정한다. ② 플라스틱 조각의 양 ∙ 예산 책정 등의 현실적 문제 를 반영함으로써 학생들이 공학자로서 정체성 경험할 수 있다. 2. 예산에 맞는 재료 구입하기: 전체 예산 10만원 개수 또는 길이 ∙ <해결책 설계> 단계에서 순서 는 프로그램에 따라 유연하 게 설계할 수 있다. ∙ 모둠별 조건을 문제 상황이 같도록 유지한다. ∙ 모둠원들과 토의하여 모둠 설계 정하기 재료 B 금액 3. 제작 활동에 필요한 안전 교육 4. 1차 <오션 클린업>장치 제작 ∙ 1순위로 선정된 해결책을 토대로 협력하여 제작한다. 부산대학교 과학영재교육원 63 6. 지구과학 4~6 최적화 1 2 3 4 D 준비물 ∙ 공통 재료 : 아크릴 수조 (30×60×25cm), 미니 선풍 기(: 바람의 영향을 구현), 선 풍기를 고정하는 거치대, 플 라스틱과 스타이로폼 조각 10g (: 해양 플라스틱 쓰레 기 역할), 가위, 풀 ∙ 선택 재료 : 털실, 빨대, 색종 이, 모루, 스티로폼, 스펀지, 줄자, C B A 학습 목표 1. 산출물을 기준에 따라 평가한다. 2. 개선책을 제시하여 수정 보완하여 더 나은 산출물을 제작한다. 3. 공학설계과정을 기록한다. 최적화 1. 1차 <오션 클린업>장치의 제작 완성 및 평가 ∙ <오션 클린업>장치의 목적에 부합하는지 평가하기 위해 쓰레기 조각이 얼마나 수거되는지 성능을 평가한다. ∙ 일정 시간( 30초) 동안 쓰레기를 수거하고, 수분을 충분히 제거한 다음 질량을 측정해 본다. 유의사항 산출물에 대한 평가와 토론을 통 해 아이디어를 교환하고 학습자 의 비판적 사고를 자극한다. 2. 1차 최적화(수정 및 보완) ∙ 성능에 문제가 있다면 설계도를 수정하여 <오션 클린업>장치를 개선한다. Q. <오션 클린업>장치의 문제점이 무엇인가요? Q. 수정 방법은 무엇인가요? 과학적으로 타당한가요? 3. 수정 계획에 따라 2차 <오션 클린업> 장치 제작 ① 추가로 필요한 재료의 가격을 계산하고 구입한다. ② 추가 구입한 재료를 1차 설계도에 기록한다. 4. 2차 <오션 클린업> 장치 평가 5. 2차 최적화(수정 및 보완) 64 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 오션 클린업! - 바다를 지켜라! 6. 3차(최종) <오션 클린업> 장치 제작 7. 최종 평가하기 유의사항 ① 제한 시간 결정하기(예: 20초~30초) ② 주어진 시간 동안 플라스틱 조각이 얼마나 수거되는지 측정한다. 장치 1차 시도(질량) 2차 시도(질량) 1조 2조 3조 4조 5조 6조 8. 결과 기록하기 ① ‘1차 장치’로 시작하여 ‘2차 장치’를 거쳐 ‘3차 장치’ 결과까지 달라진 점을 구체적으로 기록한다. ② 아쉬운 점 및 성능 향상을 위한 제안할 부분을 토의하고 기록한다. ∙ 산출물의 제작과 수정 보완 과정을 수시로 기록하기 어 려우므로 결과를 기록하는 과정을 활동의 마지막에 거 치도록 한다. ∙ 동료 평가과정이 될 수 있다. 9. 결과 발표 및 과학적 비판하기 ∙ 모둠 별로 개선 내용과 성능 향상을 위한 제안할 부분을 발표하고 과학적으로 비판해본다. ① 학습지의 안내 순서에 따라 결과를 발표한다. ② 모둠 발표를 듣고 장점과 단점, 개선할 점을 기록한다. 부산대학교 과학영재교육원 65 6. 지구과학 유의사항 ∙ 습득한 과학적 교과 지식과 융합적 문제해결력의 성취 정도를 평가한다. ∙ 동료 평가의 ‘모둠간 평가’는 최종 평가 과정으로 생략한다. ∙ 평가 기준의 영역별 점수는 모두 동일하게 줄 수도 있다. 평가하기 1. 학습자의 자기 평가 평가 기준 인 지 적 영 역 ∙ 안전하게 정리하도록 지도한다. ○ 또는 × 해수의 순환을 이해했는가? GPGP의 생성 원인과 심각성을 이해했는가? 배운 내용을 토대로 1차 보안장치를 성실히 제작하였는가? 모든 영역 : (0) (1) (2) 평가 문항 정 의 적 영 역 수정 과정(수정안을 만들고, 보완하는 과정)을 거치면서 끝까지 제작에 참여하였는가? 토의시간에 자신의 의견을 적극적으로 제시하고, 상대방의 의견에 귀 기울여 들었는가? 2. 교사 평가 평가 기준 산 출 물 기 록 평가 문항 점 수 <오션 클린업>장치의 성능이 완벽한가? (제한 시간동안 수거율이 50% 이상인 경우 8점) (1) (5) (8) 설계도 : 1차 설계도를 과학적으로 고안했는가? (1) (2) (3) 수정과정: 문제점과 수정 방안이 과학적으로 타당한가? (0) (1) (2) 결과: ‘개선 내용’을 구체적으로 기술하였는가? (0) (1) (2) 예산의 효율성이 있는가? 가 산 점 ➜ 6만원 이상 남긴 경우 2점 (0) (1) (2) ➜ 3만원 이상 남긴 경우 1점 3. 활동 후 남은 재료 처리 안내 ① 쓰레기 발생이 많으므로 재사용 할 수 있는 재료 구분에 유의한다. ② 수조 속 쓰레기를 물과 함께 버리지 않도록 지도한다. ③ 수조에 물이 담긴 채로 학생이 운반할 경우 위험하므로 물 처리는 교사가 하는 것이 좋다. 66 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 논증과 토론 중심의 과학적 사고력 신장 교육프로그램 개발 서울교육대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 서울교육대학교 프로그램 논증과 토론 중심의 과학적 사고력 신장 교육프로그램 개발 이름 중학교 주요 과목 관련 과목 STEM 요소 과학 고등학교 통합과학 국어, 사회, 수학 관련 단원 관련 단원 S, T, E, M 과학 탐구/ 과학의 본성 의사소통 과정의 점검과 조정(국어), 사회 연구 방법(사회), 자료의 정리와 해석(수학) 지역 보조 주 개발자 개발자 1. 사회과학적 문제에 대하여 문제의 본질을 이해하고, 관련된 다양한 논쟁 을 분석한 다음, 종합하여 자신의 의견을 정리하여 글로 표현하도록 함 2. 논증 구조를 분석할 수 있는 분석틀을 제공하여 논증의 타당도와 건전 주요 수업 개요 성을 판단하는 훈련을 도움 3. 5개의 영역(개인적 의사결정, 사회적 의사결정, 공학적 문제해결, 과학 지식의 구성, 과학인 것과 아닌 것의 구분) 별로 4개의 학습 주제 선정 4. 5개의 역량(논리 기반의 사고, 과학 연구 방법의 이해와 활용, 과학 지 식의 이해와 적용, 데이터(수학) 기반 사고, (세계) 시민 의식)의 함양을 도모함 #00 과학적 사고와 논증 #01 비만과 다이어트 보조식품 #02 코로나19 백신 접종의 득실 #03 고용량 비타민C 요법 #04 아질산나트륨의 안전성 차시별 주요내용 (키워드 위주) #05 원자력발전의 효율성 #06 종이빨대 계속 써야 할까 #07 유전자변형식품(GMO)의 안전 성 #08 핵융합 발전의 실효성 #09 메타버스 #10 인공지능 기술 발전에 대한 기 대와 우려 #11 후쿠시마 원전 오염수 처리 #12 전기자동차 충전요금은 올려야 할까 #13 우리나라는 정말 더워지고 있 을까 #14 과학기사를 읽는 법 #15 기억의 저장소는 존재하는가 #16 정상과 비정상 #17 우리 동네의 미래 기후는? #18 외계인의 존재 #19 초능력의 존재 #20 MBTI 0. 과학적 사고와 논증 1. 논증  과학적 사고의 핵심은 이론과 증거를 조화시키는 데 있다. 과학 이론을 바탕으로 자 연 현상을 설명할 수 있으며, 증거를 바탕으로 과학 이론을 평가한다. 과학자들이 자연 현상과 관련하여 궁금한 문제를 발견했을 때 그 문제에 대한 상황을 분석하여 잠정적으로 가능한 여러 가지 답을 생각하고, 그 답을 뒷받침하거나 반대되는 증거 를 찾아 종합한 다음, 그 답을 받아들일지를 결정한다. 과학 뿐만 아니라 다른 분야 에서도 증거에 바탕을 둔 판단 과정을 거쳐 문제를 해결하는 방법이 활발하게 활용 되고 있다.  개인의 생각은 서로 나누고 비교하는 과정을 통해 더욱 정확하고 정교하게 발전한 다. 이 과정에서 생각의 옳고 그름에 관한 판단이 필요해진다. 이유를 들어 생각의 옳고 그름을 따지는 과정을 논증이라고 하는데, 논증이라는 협력 과정은 생각의 차 이에서 오는 갈등을 극복하여 문제를 해결하고 지식을 발전시키는 데 매우 유용한 도구이다.  주장은 논증과 같지 않다. 주장에 대한 반대 의견이나 반박 가능한 증거가 제시되어 야만 논증이 된다. 즉, 논증에서는 서로 다른 주장과 증거들의 제시와 반박 등을 통 해서 서로의 생각을 설득시키는 과정이 중요하다.  영국의 철학자이자 작가, 교육자인 스티븐 에델스턴 툴민(Stephen Edelston Toulmin, 1922년 3월 25일 – 2009년 12월 4일)은 실질적으로 적용 가능한 실용 논 증 모형을 개발하였다. 툴민의 모형은 다음과 같이 안건, 주장, 논거, 세기, 지지, 및 반론으로 이루어진다. - 안건: 주장의 대상 - 주장: 논증의 결론으로 자신의 견해를 밝히거나 타인의 지지를 얻기 위해 내세운 진술 - 세기: 주장을 확신하는 정도를 나타내는 표현: 확실히, 십중팔구는, 아마도, 거의, 절대로 등 - 7 - 1. 다이어트 보조식품 먹어도 될까?  활동 개요 - 우리는 평소 TV나 인터넷 등 다양한 매체를 통해 다이어트 보조식품 광고를 자주 접하고 있다. 특히 코로나-19로 인한 활동 감소로 인해 집에 있는 시간이 길어져 야외 활동이 줄었기 때문에 다이어트 보조식품에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 러나 다이어트 보조 식품을 이용하는 것이 타당한지에 대한 의사 결정은 일화성의 부족한 정보 혹은 판매자 측에서 제공하는 한쪽에 치우친 정보를 토대로 즉흥적으 로 이루어지고 있다. 이 활동에서는 관련 자료를 꼼꼼하게 분석하여 스스로 다이 어트 식품의 이용과 관련된 의사 결정을 내리며 이 과정에서 건강한 삶을 위한 식 생활에 대한 이해를 높이고, 증거 기반의 논리적 사고를 통해 스스로 의사 결정을 하는 능력을 높인다.  활동 목표 - 다이어트 보조식품의 효과 및 부작용에 대한 자료에 대한 검토 결과를 토대로 결 론을 내리는 과정에서 논리 기반의 사고 역량을 함양한다. - 관련 자료를 분석하고 종합한 결과를 바탕으로 건강한 식생활 방안을 이해하고 실 천한다.  지도 방향 - 다이어트 보조식품을 먹는 사람들이 늘어나고 있고, 주변 사람이나 가족 등의 실 제 사례를 가져와 학생들에게 생활과 밀접한 내용으로 접근이 가능하다. - 비만이나 다이어트 보조식품을 먹고 있는 학생이 있을 수 있으므로 수업에 적용 할 때 사전 조사 등을 병행하는 것이 바람직함. - 크릴오일 외에도 가르시니아 캄보지아, 시서스, L-카르니틴, 오메가3, 프로바이오 틱스 등 다양한 다이어트 보조식품이 존재하므로, 관련 내용을 추가로 조사하여 학생들의 찬반 토론, 먹을 것인가 말 것인가에 대한 토론 등 다양한 추가 활동이 이루어질 수 있다.  권장 차시: 2차시 - 1차시 (개별활동) 크릴오일을 먹어도 될까에 대한 두 기사를 읽고 까치와 찌르레 기의 논증 정리 활동 → (모둠활동) 모둠 구성 후 개인 활동에서 정리한 결 과 및 추가 자료(크릴오일에 대한 두 자료)를 통한 모둠별 토론 활동 실시 - 2차시 (모둠활동) 모둠별 토론 활동 결과 정리 → (개별활동) 크릴오일을 먹어도 될까에 대한 최종 선택 후 논증 정리 및 글쓰기 - 13 - 2. 건강한 청소년도 코로나19 백신을 맞는 것이 더 좋을까?  활동 개요 - 코로나19 바이러스는 2019년 12월 중국에서 발생한 폐렴환자에서 최초 확인된 신종 호흡기바이러스이다. - 코로나19는 강력한 전염성, 빠른 증상 악화 등 기존의 코로나바이러스 유행에 비해 훨씬 심각하다. 그럼에도 특히 젊고 건강한 사람은 아무 증상 없이 그냥 지나가거나 평범한 감기 수준으로 끝나는 경우도 있다. - 코로나19 유행 상황에서 건강한 청소년도 코로나19 백신을 맞는 것이 더 좋을 까? 백신 접종에 관해 서로 대립하는 주장과 근거를 꼼꼼히 살펴보고 스스로 판 단해 보자.  활동 목표 - 건강한 청소년 대상 코로나19 백신 접종 관련 논쟁 사례를 바탕으로 논리 기반 의 사고, 과학 지식을 이해하고 적용하는 역량을 함양한다. - 건강한 청소년 대상 코로나19 백신 접종 관련 논쟁 사례에서 서로 대립하는 주 장을 논리적으로 분석하여 과학적 주장에 대한 타당성을 판단하는 능력을 함양 한다.  지도 방향 - 청소년 대상 코로나19 백신 접종 논쟁 사례에서 찬반 주장을 균형 있게 다룬다. - ‘치명률’(확진자 수 대비 사망자 수 비율)과 ‘사망률’(인구수 대비 사망자 수 비율) 등 헷갈릴 수 있는 용어와 개념을 정확하게 설명한다. - ‘사회적 거리두기’나 ‘청소년 방역 패스’와 같은 제도적 문제와 연결하기보다는 백신 자체의 효용성에 초점을 맞추어 활동을 진행한다. - 활동 시간에 여유가 있는 경우, 자료 말미의 ‘Ⅱ. 홍역완전퇴치국가에서 홍역이 다시 유행하게 된 이유’를 읽고 추가적인 논의를 진행한다.  권장 차시: 2차시 - 1차시(개별활동): I-1, 2 활동을 통해 대립하는 각 주장에 대한 논거와 증거 찾기 - 2차시(모둠활동): I-3 활동을 통해 조별 토의를 거쳐 최종적으로 개인 의견 정리  참고도서 - 김대중, 허중연, 김현수(2021). 코로나19 백신: 현직 의사들이 친절하게 알려드립 니다. 덴스토리. - 27 - 3. 비타민C는 하루 권장섭취량보다 훨씬 많이 먹어야 좋다?  활동 개요 - 비타민C는 비타민의 한 종류로서 콜라겐의 합성 효소를 활성화하는 등 인체에 필수적인 성분 중 하나이다. - 2020 한국인 영양소 섭취기준에 따르면 19세 이상 성인의 하루 비타민C 권장섭 취량은 100 mg이며 상한섭취량은 2,000 mg이다. 하지만 일부 의사 또는 학자 중에는 비타민C를 권장섭취량의 5배에서 많게는 100배 이상 섭취하는 것이 건 강에 좋다는 ‘고용량 비타민C 요법’을 주장하기도 한다. - 비타민C를 권장섭취량보다 훨씬 많이 먹는 행위가 과연 건강에 도움이 될까? 고 용량 비타민C 요법에 관해 서로 대립하는 주장과 근거를 꼼꼼히 살펴보고 스스 로 판단해 보자.  활동 목표 - 고용량 비타민C 요법에 관한 논쟁 사례를 통해 논리 기반의 사고, 과학의 본성 을 이해하고 활용하는 역량을 함양한다. - 고용량 비타민C 요법에 관한 논쟁 사례에서 서로 대립하는 주장을 논리적으로 분석하여 과학적 주장에 대한 타당성을 판단하는 능력을 함양한다.  지도 방향 - 고용량 비타민C 요법에 관한 논쟁 사례에서 찬반 주장을 균형 있게 다룬다. - 학생들이 자주 섭취하는 비타민C 관련 제품을 예로 들며 학생들이 좀 더 자신의 문제로 여길 수 있게 한다. - 활동 시간에 여유가 있는 경우, 자료 말미의 ‘Ⅱ. 개 구충제는 암 치료제로 효과 가 있을까?’를 읽고 추가적인 논의를 진행한다. - 수업 여건에 맞게 본 자료를 적절히 수정·보완하여 활용하는 것을 권장한다.  권장 차시: 2차시 - 1차시(개별활동): I-1, 2 활동을 통해 대립하는 각 주장에 대한 논거와 증거 찾기 - 2차시(모둠활동): I-3 활동을 통해 조별 토의를 거쳐 최종적으로 개인 의견 정리 - 41 - 4. 햄, 소시지에 일부러 발암물질을 넣는다고?  활동 개요 - 아질산나트륨(NaNO2)은 햄이나 소세지와 같은 대부분의 육가공 식품에 첨가되 어 일반 식생활에서 흔히 섭취하고 있는 성분이지만, 2015년에 세계보건기구 (WHO)가 지정한 ‘발암 가능성 있는 물질’이기도 하다. 하지만 정부 당국과 일부 학계는 각 식품 내 아질산나트륨의 잔존량이 기준치 이하일 경우 유해성이 없다 고 주장하며 소비자들의 혼란이 가중되고 있다. - 과연 햄이나 소세지를 안심하고 먹어도 될까? 아질산나트륨의 유해성에 관해 서 로 대립하는 주장과 근거를 꼼꼼히 살펴보고 스스로 아질산나트륨의 유해성을 판단해 보자.  활동 목표 - 아질산나트륨의 유해성 논쟁 사례를 통해 논리 기반의 사고, 과학적 연구 방법을 이해하고 활용하는 역량을 함양한다. - 아질산나트륨의 유해성 논쟁 사례에서 서로 대립하는 주장을 논리적으로 분석하 여 특정 물질의 인체 유해성을 판단하는 능력을 함양한다.  지도 방향 - 아질산나트륨의 유해성 논쟁 사례에서 찬반 주장을 균형 있게 다룬다. - Ⅰ-3의 자료와 자료 해석은 각 주장의 근거를 정량적으로 검토해보는 과정이다. 정량분석 과정에서 익숙하지 않은 개념으로 인해 학생들이 어려움을 겪을 수 있 으므로 상황에 따라 각 자료의 ‘결론’에 중점을 두어 비교 해석하는 활동으로 대 체할 수 있다. - 활동 시간에 여유가 있는 경우, 자료 말미의 ‘Ⅱ. 다른 식품첨가물은 안전할까?’ 를 읽고 추가적인 논의를 진행한다. - 수업 여건에 맞게 본 자료를 적절히 수정·보완하여 활용하는 것을 권장한다.  권장 차시: 2차시 - 1차시(개별활동): I-1, 2 활동을 통해 대립하는 각 주장에 대한 논거와 증거 찾기 - 2차시(모둠활동): I-3 활동을 통해 조별 토의를 거쳐 최종적으로 개인 의견 정리 - 54 - 5. 원자력 발전, 좋은 거야 나쁜 거야?  활동 개요 - 최근 전 세계는 온실가스와 기후변화 등 지구의 환경 문제를 해결해 나가려는 노력의 일환으로 대대적인 에너지 전환을 추진하고 있다. 즉 전통 에너지원인 석탄, 석유 등의 화력 발전의 비중을 줄이고 친환경 에너지원의 비중을 늘리는 추세다. - 이 과정에서 원자력 발전은 안전하고 깨끗한 에너지 생산 방식인지에 대해 전문 가들 사이에서도 논쟁이 계속되고 있다. 과연 우리나라도 원자력 발전을 지속하 는 것이 좋을까? 원자력 발전에 관해 서로 대립하는 주장과 근거를 꼼꼼히 살펴 보고 스스로 원자력 발전에 관한 생각을 정리해보자.  활동 목표 - 원자력 발전 관련 논쟁 사례를 바탕으로 논리 기반의 사고, 과학 지식을 이해하 고 적용하는 역량을 함양한다. - 원자력 발전 관련 논쟁 사례에서 서로 대립하는 주장을 논리적으로 분석하여 과 학적 주장에 대한 타당성을 판단하는 능력을 함양한다.  지도 방향 - 원자력 발전 관련 논쟁 사례에서 찬반 주장을 균형 있게 다룬다. - 자료 중 정량적 근거를 검토할 때 학생들이 SI 접두어(k, M, G 등)를 생소하게 느낄 수 있으므로 필요한 경우 간단하게 개념을 소개한다. - 활동 시간에 여유가 있는 경우, 자료 말미의 ‘Ⅱ. 핀란드는 원자력 발전소 논쟁을 어떻게 해결했을까?’를 읽고 추가적인 논의를 진행한다. - 수업 여건에 맞게 본 자료를 적절히 수정·보완하여 활용하는 것을 권장한다.  권장 차시: 2차시 - 1차시(개별활동): I-1, 2 활동을 통해 대립하는 각 주장에 대한 논거와 증거 찾기 - 2차시(모둠활동): I-3 활동을 통해 조별 토의를 거쳐 최종적으로 개인 의견 정리  참고도서 - 본 프로그램을 수업에 활용할 때 더욱 풍성한 논의를 위해 아래의 도서를 참고 할 수 있습니다. - 서울대학교 사회발전연구소(2017). 원자력 논쟁: 원자력 전문가가 직접 알려준 찬 반의 논거. 한울아카데미. - 68 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 냉장고의 원리 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 냉장고의 원리 탐구 이름 주요 과목 화학I 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 물질의 변화/에너지 출입/발열 반응, 흡열 반응 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 열과 열의 이동에 대해 이해하고 기화열을 이용하여 온도를 낮추는 방법 에 대해 탐구한다. 이는 냉장고의 원리를 이해하고 환경보호에 대해 탐 구한다. 우선 열과 열의 흐름에 대해 이해하기 위해 단열과 투열에 대해 이해하고 일상에서 효과적인 단열재가 무엇인지 탐구한다.냉장고처럼 온 도를 낮춰 물질의 상태가 달라지는 것을 이해하고 어는점 또는 녹는점을 이해한다. 어는점 측정을 위한 실험을 고안해보고 이에 숨어있는 과학 원리를 이해한다. 측정한 어는점을 위해 그래프를 그려보고 어는점을 탐 구한다. 실제 어는점과 비교하여 탐구한다. 또한 간이 냉장고를 제작하여 냉장고의 원리를 이해한다. 냉매와 냉매의 역사를 이해하여 환경보호를 이해한다. 1차시 냉장고의 원리는 무엇일까? 2차시 열의 이동 이해하기 3차시 어는점 측정하기 4차시 간이 냉장고 만들어보기 주요내용 (키워드 위주) (화학) 냉장고의 원리 탐구 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 냉장고의 원리 탐구 주제 냉장고의 원리 탐구 2015 개정 교육과정 적용 학년 영역: 핵심개념 과학기술 적용 중학교 3학년, 고등학교 1학년 § 물질의 변화: 화학 반응 간이 냉장고 만들어보기 응용 분야 물리, 에너지, 환경 열과 열의 이동에 대해 이해하고 기화열을 이용하여 온도를 낮추는 방법 에 대해 탐구한다. 이는 냉장고의 원리를 이해하고 환경보호에 대해 탐 구한다. 우선 열과 열의 흐름에 대해 이해하기 위해 단열과 투열에 대해 이해하고 일상에서 효과적인 단열재가 무엇인지 탐구한다.냉장고처럼 온 프로그램 개요 도를 낮춰 물질의 상태가 달라지는 것을 이해하고 어는점 또는 녹는점을 이해한다. 어는점 측정을 위한 실험을 고안해보고 이에 숨어있는 과학 원리를 이해한다. 측정한 어는점을 위해 그래프를 그려보고 어는점을 탐 구한다. 실제 어는점과 비교하여 탐구한다. 또한 간이 냉장고를 제작하여 냉장고의 원리를 이해한다. 냉매와 냉매의 역사를 이해하여 환경보호를 이해한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 냉장고의 원리는 무엇일까? 2차시 열의 이동 이해하기 3차시 어는점 측정하기 4차시 간이 냉장고 만들어보기 충북대학교 과학영재교육원 - 12 - (화학) 냉장고의 원리 탐구 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 냉장고가 없던 시절 어떻게 얼음을 사용하였는지 생각해보자. 영화 겨울왕국의 첫 장 면은 겨울에 얼음을 저장하여 북쪽으로 이동하는 장면이 나옵니다. 우리나라에서도 이와 비슷한 석빙고를 사용하였습니다. 경주 석빙고는 보물 제66호로, 얼음을 저장하기 위하여 만든 석조 창고로서 겨울에 얼음을 채취하여 저장하였다가 여름에 사용하였다. 냉장고의 원리는 무엇일지 생각해보자. ◆ 냉장고의 또 다른 특징 중에 하나는 단열이다. 집을 따뜻하게 할 수 있는 단열방법은 무엇일지 그리고 이용할 수 있는 단열재는 무엇일지 생각해보자. - 19 - (화학) 냉장고의 원리 탐구 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 열의 이동 이해하기 ◆ 다양한 단열재를 이용하여 단열 실험을 해보자. [실험 방법] ① 세 개의 플라스틱컵에 물을 100ml를 넣는다 (양이 같아야한다.) ② 단열재를 감싼다.(신문지, 에어캡, 스티로폼) 그리고 비이커에 넣는다. ③ 비이커를 냉동실에 넣고 2분마다 온도를 측정해보자. 경과된 시간 (분) 0 2 4 6 8 10 12 18 20 22 24 26 28 30 14 16 신문지 에어캡 스티로폼 경과된 시간 (분) 신문지 에어캡 스티로폼 ◆ 어느 단열재가 제일 좋은가? 수업지도의 Tip Ÿ 단열과 투열의 의미와 예를 설명한다. Ÿ 여러 단열재를 동일한 환경에서 실험 후 가장 좋은 단열재가 무엇인지 설명한다. 실험/안전 지도의 Tip Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. Ÿ 조교의 지시를 반드시 따르도록 한다. Ÿ 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. - 21 - (화학) 냉장고의 원리 탐구 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 ◆ 스테아르산 (CH3(CH2)16COOH) 의 어는점을 측정하여 보자. (어는점: 69.6℃) [실험 방법] ① 스테아르산 5g을 시험관에 넣은 후, 물중탕 장치를 꾸민다. ② 고체상태의 물질이 다 녹을 때까지 알코올램프로 가열한다. ③ 시험관 안의 고체물질이 모두 녹으면 가열중지 ④ 고체물질이 다 녹으면 시험관을 비커에서 꺼내고 온도계를 매단다. ⑤ 1분 간격으로 온도를 측정하면서 물질의 상태를 관찰한다. 1) 시간에 따른 온도 및 물질의 상태기록 시간 (분) 온도 (℃) 상태 0 1 2 3 4 5 6 7 시간 (분) 온도 (℃) 상태 8 9 10 11 12 13 14 15 시간 (분) 온도 (℃) 상태 16 17 18 19 20 21 22 23 2) 모눈종이를 이용하여 시간과 온도에 따른 어는점 그래프를 그려보자. Ÿ 온도가 일정하게 유지되는 구간은? 수업지도의 ( )℃ Tip Ÿ 스테아르산 외에 다른 물질의 어는점을 소개한다. Ÿ 시간과 온도의 그래프를 그린 후 온도가 일정하게 유지되는 구간이 의미하는 바를 설명한다. Ÿ 실험 세팅을 조교의 시범 후 직접 해보도록 한다. - 22 - (화학) 냉장고의 원리 탐구 4) 공학적 적용 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 역기화열을 이용하여 온도를 낮추어보자. 손목에 스프레이를 이용하여 물을 뿌린 후 바람을 불면 어떤 느낌이 드는가? ◆ 실제로 음료수 캔에 키친타올을 알콜에 적셔 붙인후에 선풍기를 쐬여보자. 시작전의 온도를 재고 1분마다 온도를 측정해보자. 수업지도의 Tip Ÿ 온도가 왜 내려가는지, 기화열을 설명한다. Ÿ 물과 에탄올을 이용하면 에탄올의 온도가 더 내려가는 이유를 설명한다. Ÿ 키친타올이 마르지 않도록 주기적으로 물과 에탄올을 뿌려준다. Ÿ 시간과 온도의 그래프를 그려보도록 한다. 공학적 결과물 구현하기 Ÿ 간이 냉장고를 넘어 효과적인 냉장고를 만들어보도록 한다. 스케치를 그려보도록 하여 환경적으로 공학적으로 유용한 냉장고를 구현해 보도록 한다. - 23 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 일상 생활 속 산과 염기 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 일상 생활 속 산과 염기 이름 주요 과목 화학I 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 물질의 변화/화학반응/pH 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 1차시에서는 산과 염기의 물리적 특성에 대한 차이점에 대해 알아보고 화학적 정의를 통해 산과 염기의 정확한 개념에 대해 알아본다. 2차시에 는 일상생활 속에서 쉽게 찾을 수 있는 산과 염기의 pH를 측정해 자신 만의 pH 도표를 만들어 본다. 3차시에는 산-염기 중화 반응에 대해 알아 보고 적정을 통해 정량 분석을 해본다. 4차시에는 지난 수업을 토대로 산과 염기를 이용한 일상생활 속 예시 중 하나인 비누를 직접 만들어 본 다. 1차시 산과 염기는 무엇인가? 2차시 산-염기의 생활 속 예시: pH Scale 만들기 3차시 중화 반응: 산-염기 적정 4차시 산/염기를 활용한 실생활 용품 개발 주요내용 (키워드 위주) (화학) 생활 속 산과 염기 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 생활 속 산과 염기 주제 생활 속 산과 염기 2015 개정 교육과정 중학교 2~3학년 적용 학년 영역: 핵심개념 산과 염기, pH 과학기술 적용 pH 측정과 적정 응용 분야 식품, 환경, 생활과학, 화학공학 1차시에서는 산과 염기의 물리적 특성에 대한 차이점에 대해 알아보고 화학적 정의를 통해 산과 염기의 정확한 개념에 대해 알아본다. 2차시에 는 일상생활 속에서 쉽게 찾을 수 있는 산과 염기의 pH를 측정해 자신 프로그램 개요 만의 pH 도표를 만들어 본다. 3차시에는 산-염기 중화 반응에 대해 알아 보고 적정을 통해 정량 분석을 해본다. 4차시에는 지난 수업을 토대로 산과 염기를 이용한 일상생활 속 예시 중 하나인 비누를 직접 만들어 본 다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 산과 염기는 무엇인가? 2차시 산-염기의 생활 속 예시: pH Scale 만들기 3차시 중화 반응: 산-염기 적정 4차시 산/염기를 활용한 실생활 용품 개발 충북대학교 과학영재교육원 - 12 - (화학) 생활 속 산과 염기 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 산과 염기는 무엇인가? 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산과 염기의 정의를 설명할 수 있다. Ÿ 실생활 속에서 산성과 염기성을 가지는 예시들을 찾을 수 있다. Ÿ 산성과 염기성의 세기를 측정하는 방법과 단위를 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 예시용으로 사용하는 과일과 비누를 가지고 장난하지 않는다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 우리가 먹는 과일들은 공통적 으로 신맛을 내는 것들이 많고, 씻을 때 쓰는 비누는 대표적으로 미끄러운 특징을 가지고 있다. 이 러한 특징들을 가지게 되는 이유 는 무엇일까? 이에 대해 토의해보 자. 학생들이 스스로 산, 염기에 대해 접근할 수 있도록 도와준다. 산, 염기 의 성질에는 어떤 것들이 있는지 토의해 보도록 유도한다. - 18 - (화학) 생활 속 산과 염기 학생용 활동지 2차시: 일상생활 속 산-염기 pH 측정과 도표 만들기 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ pH 값을 여러 가지 도구를 이용하여 측정할 수 있다. Ÿ 실생활 속에서 쉽게 찾을 수 있는 산성/염기성 물질들의 pH를 측정하고, 측정값을 토대로 자신만의 pH 도표를 만들 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 실험복과 보안경, 라텍스 장갑을 착용하고 산/염기 시약을 다루도록 한다. Ÿ 산/염기 시약이 옷이나 피부에 닿지 않도록 조심한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 일상생활 속 산-염기의 세기 측정 ◆ 지난 차시에 배운 산과 염기의 물리적 특징들에 대해 구분하여 서술해보자. 산-염기 세기 측정에 앞서 지난 시간에 배웠던 내용에 대해 모둠별로 학생들 스스 로 개념에 대해 다시 한번 상기시킬 수 있도록 유도한다. 물리적 특성과 함께 정의 를 되새겨 본다면 pH 측정 실험에 대한 이해도를 높일 수 있다. ◆ pH 미터/pH 종이를 이용한 pH 값 측정 실험 절차 ① pH 미터는 사용하기 전 증류수를 이용해 씻어 준다. ② 알려진 버퍼 용액을 이용하여 pH 미터 보정(calibration)을 실시한다. (pH 전극을 버퍼 용액 에 넣고 pH를 측정/조정한 뒤 다시 증류수로 pH 전극을 씻는다.) ③ 50ml의 수돗물을 삼각플라스크에 받은 뒤 pH 전극을 수돗물에 담근 후 pH를 측정한다.(주 의:pH 전극이 물에 충분히 잠겨 있어야 정확한 측정이 된다.) ④ 측정 값을 기록한 뒤 pH 전극을 증류수에 씻어 주고 두 번 더 반복하여 pH 값을 측정한 뒤 평균 값을 구한다. ⑤ 위의 과정을 아세트산 수용액(아세트산 5ml+증류수 50ml)과 수산화 나트륨 수용액(수산화 나트륨 1g+증류수 50ml)을 이용하여 각각의 평균 pH 값을 측정한다. ⑥ 측정 값을 토대로 각 물질이 산성/중성/염기성인지 확인한다. ⑦ pH 종이를 이용하여 각 물질의 pH 값을 측정하고 pH 미터 값과 비교해본다. - 20 - (화학) 생활 속 산과 염기 학생용 3차시: 산-염기 중화 반응과 적정 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산과 염기의 중화 반응을 예측하고 설명할 수 있다. Ÿ 산과 염기의 반응에서 당량점과 종말점, 적정에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 산-염기 적정 곡선을 통해 올바른 지시약을 고를 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 산-염기 적정 실험에 쓰이는 수산화 나트륨(NaOH)는 강염기로서 부식성이 강하기 때문에 반드시 장갑을 착용하고 실험한다. Ÿ 화학 물질이 옷에 튀는 것을 방지하기 위해 실험복을 착용하고, 보안경을 착용하여 눈을 보 호한다. Ÿ 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 산-염기 중화반응을 이해하고 적정을 이용하 여 미지의 산/염기의 정량적 분석을 수행 ◆ 중화 반응이란 무엇인가? 대표적인 산인 염산(HCl)과 염기인 수산화 나트륨(NaOH) 의 반응을 화학 반응식을 써서 나타내고 반응 생성물이 어떤 것들이 생성되는지 살펴 보자. 중화 반응은 발열 반응이라는 것을 강조하며 실험을 할 때 주의할 수 있도 록 한다. ◆ 산-염기 적정 실험을 통해 수용액에 녹아있는 산이나 염기의 농도를 알아낼 수 있는 데, 이때 사용되는 당량점과 종말점은 어떤 의미이며 어떻게 구할 수 있을까? 중화 반응을 이용한 적정을 이용해 정량 분석이 가능하며 간단한 예시를 들어 적 정의 의미를 설명한다. 종말점과 당량점은 이론적으로는 같아야 하지만, 여러 가지 불확실도 때문 에 실제 종말점은 당량점과 정확하게 일치하지는 않을 수 있음을 명시 한 다. - 23 - (화학) 생활 속 산과 염기 학생용 4차시: 생활 속 산-염기 물질 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산-염기에 대한 이해를 토대로 대표적인 염기 물질인 비누를 만들 수 있다. Ÿ 비누가 왜 염기성인지를 이해하고, 어떤 작용을 하는지 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 수산화 나트륨(NaOH)은 강염기이며 부식성이 강하므로 반드시 장갑을 착용한다. § 에탄올은 불이 붙기 쉬운 물질이므로 과열되지 않도록 hot plate로부터 멀리 두고, 불꽃에 노출되지 않도록 주의한다. § 뜨거운 hot plate에 데이지 않도록 주의하며, 실험복과 보안경을 착용한다. 4차시 [공학적 산출물] 적용하기/염기성 비누 만들기 ◆ 실생활 속에서 사용하고 있는 비누는 염기성인데, 비누의 화학적 구조는 어떻게 되 며, 왜 염기성을 띠는지 생각해보자. 학생들에게 비누의 기원에 대해 설명해 주면서 비누의 구조와 특징에 대해 설명해 하도록 한다. 비누의 화학 구조에 대한 설명을 통해 친수성 부분과 친유성 부분에 대해 설명하고, 어떻게 먼지나 때를 깨끗이 씻어낼 수 있는지에 대해 생각해 보고 서로 토의해 보도록 한다. - 26 -