STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 빛을 알고 느끼자! 대진대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 이름 빛을 알고 느끼자! 파동의 종류, 전자기파, 진폭/진동수/파형, 빛 주요 과목 과학 관련 단원 관련 과목 과학 관련 단원 반사/굴절/간섭/회절 STEM 요소 S. T. E 의 합성, 빛의 삼원색, 빛의 반사 지역 개발자 빛의 성질 등을 이해할 수 있게 하고, 일상생활에서 빛의 존재가 얼마나 중 주요 수업 요한지 알 수 있게 한다. 빛에 대하여 학생들이 관심을 갖고 이해할 수 있 개요 을 때 과학 분야에 대한 우리 학생들의 과학적 창의력이 계발될 수 있으므 로 흥미를 느낄 수 있고 쉽게 이해할 수 있다. ! 1차시 : 빛의 정의를 이해하고 빛을 과학적으로 설명할 수 있다. ! 2차시 : 빛의 성질과 종류에 대한 이해를 통하여 생활 속에 이용되는 차시별 주요내용 (키워드 위주) 과학기술 유용성을 알 수 있다. ! 3차시 : 다양한 파장의 집합체인 빛을 굴절과 회절을 이용하여 분리할 수 있는 분광기를 제작한다. ! 4차시 : 제작된 분광기를 사용하여 빛의 흡수를 이해한다. 4. 학습 활동 주요 내용 4-1. 1차시 학습(45분) 가. 교수학습 과정 빛을 알고 느끼자! 프로그램 명 빛의 종류와 특성(빛의 세계) 주제명 학습 목표 단계 (시간) 도입 1. 빛의 정의를 이해하고 빛을 과학적으로 설명할 수 있다. 2. 빛의 성질과 종류에 대한 이해를 통하여 생활 속에 이용되는 과학기술 유용성을 알게 한다. 교수·학습 활동 교사 ▶ 동기 유발 ▶ 학습목표 ▶ 활동 1 빛의 역사 탐구 활동 수업 방법 수업내용 학생 • 생각열기(문제)를 제시하고, ▶ 활동 2 ▶ 활동 3 빛의 이중성 이해 • 학습목표(문제)를 인지한다.  빛의 역사적 배경 학습  빛에 대한 역사적 이해  전자기파 전자기파  학습, 파장,  학습, 파장, 진동수, 진폭 설명 진동수, 진폭 이해 전자기 복사선과 에너  전자기 복사선과 에너 지 관계 설명 지 관계 이해  파장과 빛의 분류  잔잔한 수면에 돌을 떨  잔잔한 수면에 돌을 떨 어트려 수면파를 만든 어트려 수면파를 만든 다. 다.  ▶ 토론 • 요약/정리하여 설명한다. 파장과 빛의 분류 • 요약/정리된 내용을 이 해한다. 정리 ▶ 평가 (5분) ▶ 차시 예고 지도상의 유의점 PPT 동영상 문제 제시 수업분위기 조성 토론 토론하면서 흥미를 유발한다. • 학습목표를 제시한다. 빛의 학술적 (35분) 이해 • 문제를 인지하고 토론을 유도한다. (5분) 학습 1차시 / 4차시 • 다음시간에 활동할 • 다음시간에 활동할 내용을 예고한다. 내용을 인지한다. - 8 - PPT 시물레이션 인터넷 자료 활동 자료 활용 PPT 인터넷 시물레이션 자료 활용 자료 활동 토론 PPT 시물레이션 인터넷 자료 활용 자료 활동 설명과 토론 설명 기대를 갖도록 한다. 4-2 2차시 학습(45분) 가. 교수학습 과정 빛을 알고 느끼자! 프로그램 명 빛의 굴절과 회절 / 빛의 분리 주제명 학습 목표 단계 (시간) 1. 빛의 간섭에 대해서 이해한다. 2. 빛의 굴절과 회절에 대해서 이해한다. 교수·학습 활동 수업내용 교사 ▶ 동기 유발 ▶ 학습목표 토론을 유도한다. 토론하면서 흥미 유발 • 학습목표(문제)를 • 학습목표를 제시한다.  인지한다. 없어진다.  수업 방법 지도상의 유의점 PPT 동영상 문제 제시 수업분위기 조성 토론 두 개의 수면파는 서로 간섭하여 더 커지거나  파동이 무엇인지 이해 ▶ 활동 1 파동의 이해 학생 • 생각열기(문제)를 제시하고, • 문제를 인지하고 도입 (5분) 2차시 / 4차시 PPT 한다. 시물레이션 인터넷 자료 활동 파동 간섭을 이해한다. 자료 활용 파의 변화; 간섭을 이  해한다. 학습 ▶ 활동 2 활동 백색광과 단색돵  광원의 종류와 단색광  광원 앞에 필터의 종류 와 단색광 비교 (35분)  온 불빛이 멀리서는 넓 빛의 굴절과 고 크게 보인다. 회절  PPT 인터넷 시물레이션 자료 활용 자료 활동 백색광과 단색광 비교 토론 할 수 있다. 을 이해한다.  깜깜한 밤에 깊은 산속 에 오두막에서 새어나 ▶ 활동 3 광원의 종류와 단색광   빛의 회절을 이해한다.  빛의 굴절과 회절을 이 해한다. 빛의 프리즘 굴절과 회 PPT 시물레이션 인터넷 자료 활용 자료 활동 절발 회절을 비교 ▶ 토론 • 요약/정리하여 설명한다. • 요약/정리한 내용을 이 해한다. 정리 ▶ 평가 (5분) ▶ 차시 예고 • 다음시간에 활동할 내용을 예고한다. • 다음시간에 활동할 내용을 확인한다. - 18 - 설명과 토론 설명 기대를 갖도록 한다. 4-3 3차시 학습(45분) 가. 교수학습 과정 빛을 알고 느끼자! 프로그램 명 빛의 분리(분광기 제작) 주제명 학습 목표 3차시 / 4차시 CD-ROM을 이용한 분광기 제작 교수·학습 활동 단계 (시간) 수업 방법 수업내용 교사 ▶ 동기 유발 학생 • 생각열기(문제)를 제시하고, • 문제를 인지하고 토론을 유도한다. 토론하면서 흥미 유발 도입 (5분) ▶ 학습목표 • 학습목표(문제)를 • 학습목표를 제시한다. 학습 PPT 동영상 문제 제시 수업분위기 조성 토론 인지한다. PPT ▶ 활동 1 CD-ROM의 구조  지도상의 유의점 CD-ROM의 원리 설명  CD_ROM의 이해 이해 시물레이션 인터넷 자료 활동 자료 활용 활동 (35분) ▶ 활동 2 분광기 제작  빛의 분리에 대한 설명 ▶ 토론 • 요약/정리하여 설명한다. 정리 (5분) 백색광이 분리되어 단  색광이 됨을 관찰한다. • 요약/정리한 내용을 이 해한다. ▶ 평가 ▶ 차시 예고 • 다음시간에 활동할 내용을 예고한다. • 다음시간에 활동할 내용을 확인한다. - 26 - PPT 실험실습 제작 활동 토론 설명과 토론 설명 기대를 갖도록 한다. 4-4 4차시 학습(45분) 가. 교수학습 과정 빛을 알고 느끼자! 프로그램 명 제작된 분광기 활용한 빛의 흡수 주제명 학습 목표 4차시 / 4차시 분광기를 활용하여 빛의 흡수를 이해한다. 교수·학습 활동 단계 (시간) 수업 방법 수업내용 교사 ▶ 동기 유발 학생 • 생각열기(문제)를 제시하고, • 문제를 인지하고 토론을 유도한다. 토론하면서 흥미 유발 도입 (5분) ▶ 학습목표 ▶ 활동 1 학습 • 학습목표(문제)를 • 학습목표를 제시한다.  PPT 동영상 문제 제시 수업분위기 조성 토론 인지한다. 빛이 분리되어 단색광 이 만들어지는 원리 설 백색광과 단색과 지도상의 유의점  단색광이 무엇인지 이 해한다. 명 PPT 투명 색상필름 인터넷 자료 활용 활용 활동 (35분) ▶ 활동 2 단색광의 흡수  빛이 흡수되는 과학적  빛이 인 설명 이유를 이해한다. ▶ 토론 • 요약/정리하여 설명한다. 정리 (5분) • 요약/정리한 내용을 이 해한다. ▶ 평가 ▶ 학습내용 정리 흡수(차단)되는 • 빛에 대한 고마움을 설 • 자연현상에 대한 흥미 명한다. 를 갖는다. - 30 - PPT 실험실습 실험활동 토론 설명과 토론 설명 꿈과 희망을 갖도록 한다. 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 주는 친구와 받는 친구 대진대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 이름 주는 친구와 받는 친구 2015개정 과학과 교육과정(중학교): 주요 과목 과학 관련 단원 물질의 구성 (원자핵과 전자, 이온, 이온식), 전기와 자기 (전류와 전압), 관련 과목 과학 관련 단원 STEM 요소 S, T, E 지역 차시 4 개발자 ○ 화학반응 중 가장 중요한 유형인 산화-환원 반응을 학습한 주요 수업 개요 다.(S) ○ 산화-환원 반응은 원소로부터 화합물의 생성, 모든 연소 반응, 전지에서 전기를 발생하는 반응 등을 포함한다.(S) ○ 건전지에서 일어나는 산화-환원 반응을 알아본다.(E, T) 1차시 : 세상에서 일어나는 화학변화는 무언가를 주는 것과 받는 것 으로 되어 있다. “자라나는 은’ 실험 수행”. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 대부분의 화학반응들은 전자를 주는 물질과 받는 물질과의 반응이다. “갈바니 전지 만들기 실험 수행”. 3차시 : 힘센 전자는 여러 가지 일을 하면서 힘없는 전자가 된다. “전자 펜 만들기 실험 수행” 4차시 : 도금과 합금을 통해 동전의 색깔을 바꿔 본다. “금화, 은화 만 들기 실험 수행”. 4. 학습 활동 주요 내용 4-1. 1차시 : 주는 친구와 받는 친구 가. 개요 주제 세상에서 일어나는 화학변화는 무언가를 주는 것과 받는 것으로 되어 있다. ○ 화학변화는 무언가를 주는 물질과 받는 물질 간의 거래라는 것을 이해 학습목표 할 수 있다. ○ 전자를 주고받는 물질 간의 화학반응을 실험을 통해 설명할 수 있다. ○ 세상을 이루는 물질(에너지)들의 총합은 일정하다. 따라서 변화란 무언가 주요내용 가 한쪽에서 다른 한쪽으로 이동하는 거래라는 것을 이해한다. ○ 화학 반응에서 전자의 이동을 알아본다. ○ ‘자라나는 은’ 실험을 진행한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 페트리 접시, 질산은, 비커, 한천, 구리테이프, 정제수, 유리막대, 비닐장갑 나. 생각 열기 우리가 느끼는 세상의 법칙 중에는 “에너지보존의 법칙”이 있다. 세상의 “에너지의 총합은 일정하다는 것”으로 물리학의 바탕이 되는 법칙이다. 에너지는 그 형태를 바꾸거나 다른 곳으 로 전달 할 수 있을 뿐 생성되거나 사라질 수 없다. 그렇다면 우리가 변화라고 하는 것은 어때 야 할까? 총합은 일정하니 변화란 무언가가 한쪽에서 다른 쪽으로 이동하는 것임 알 수 있다. 무언가가 에너지일 수도 있고 전자일수도 혹은 수소일 수도 있다. 우리는 상황에 따라 각각을 흡열-발열, 산화-환원, 산-염기 반응으로 구별하여 부른다. 이러한 주고받음은 인문학적인 용어 로 다른 설명으로도 이용된다. - 6 - 4-2. 2차시 : 전자 좀 있니? 가. 개요 주제 대부분의 화학반응들은 전자를 주는 물질과 받는 물질과의 반응이다. ○ 원자로부터 화합물의 생성, 모든 연소 반응, 전지에서 전기를 발생하는 학습목표 반응들이 모두 전자의 이동과 관련된 반응이라는 것을 이해할 수 있다. ○ 전자의 이동으로 전지에서의 반응을 이해할 수 있다. ○ 화학 반응식에서 중성인 원자는 무엇이고 이온은 무엇인지 찾아보자. 주요내용 ○ 갈바니 전지에서 전자를 주는 물질과 받는 물질이 무엇인지 생각해보자. ○ 갈바니 전지 실험을 진행한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝터, 염화칼륨, 황산아연, 염산 수용액, 구리판, 아연판, LED 전구, 비커, 소형막대, 홈판, 비닐장갑, 정제수, 투약병 나. 생각 열기 물질은 전자를 화폐처럼 주고받음으로서 산화-환원 반응을 하는 것을 알 수 있었다. 하지만 여기에 궁금증이 하나 생기지 않는가? 왜 어떤 물질은 전자를 주는 것이 편하고 혹은 받는 것 이 편할까? 단순히 생각하면 전자가 주는 것이 편한 물질은 주고 나면 안정해지는 것이다. 즉, 자연에 존재할 수 있는 상태가 되는 것이다. 우리는 앞서 안정하다는 것은 자연에 존재하기 용 이한 상태라고 언급한 적이 있다. 또 이런 걸 생각해보자. 물질이 전자를 주고받으려면 어디엔 가 전자를 보관할 수 있어야 하지 않을까? 쉽게 말하면 전자를 보관할 수 있는 주머니가 있어 야 하지 않을까? 이제 주머니에 대해 이야기 해보자. 아래 그림을 통해 주머니에 대한 정보를 정리해 보자. 전자의 주머니는 핵의 양성자(+)가 만 들어내는 양의 기운으로 음의 전자를 당기는 힘에 의해 전자를 담을 수 있는 주머니를 만든다. 전자 주머니가 양성자에 가까우면 주머니에 들어있는 전자는 쉽사리 빠지지 않는다. 반대로 주 머니가 양성자에서 먼 곳에 있다면 전자는 쉽게 빠질 수도 들어갈 수도 있다. 그리고 주머니는 그림처럼 아래부터 일정한 수의 전자가 채워지면 위쪽 방향으로 채워 올라간다. 그럼 산화-반 응 반응을 주머니 개념을 이용하여 생각해보자. - 12 - 4-3. 3차시 : 힘센 전자와 힘없는 전자 가. 개요 주제 학습목표 힘센 전자는 여러 가지 일을 하면서 힘없는 전자가 된다. ○ 건전지를 전자를 주는 물질과 받는 물질과의 반응으로 설명할 수 있다. ○ 직렬, 병렬 회로를 통해 전류와 전압을 이해할 수 있다. ○ 전자를 주고 받는 반응으로 전기를 만들 수 있다. ○ 건전지는 자신의 내부에 들어있는 물질의 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 주요내용 ○ 음극의 힘센 전자가 양극으로 가면서 일을 하는데 이것은 마치 높은 곳 에 있는 물이 내려오면서 물레방아를 돌리는 것과 비슷하다. ○ 건전지를 이용한 전자펜 실험으로 그림 그려 본다. ○ 전자펜의 양극과 음극에서 일어나는 반응을 이해한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝터, 비커, 정제수, 요오드화칼륨, 면봉, 건전지, 도선, 녹 말을 포함하는 종이 나. 생각 열기 산화-환원 반응을 이용해 갈바니 전지를 만들어 보았다. 주는 친구로 구성된 전극이 산화되 면서 생성된 전자는 전선을 따라 이동하면서 LED를 환하게 키고 환원이 일어나는 전극에 도달 하여 받는 친구에 다시 구속되는 것을 관찰하였다. 전자가 이동하면 어떻게 LED를 켤 수 있을 까? 아마도 생성된 전자는 힘센 전자로 자신이 가지고 있는 에너지를 사용하여 LED의 불을 밝 히는 것으로 생각할 수 있을 것이다. 불안정한 힘센 전자는 불을 밝히며 자신의 에너지를 소모 하고 보다 안정한 상태로 변화하는 것일 것이다. 이것은 마치 높은 곳에 있는 공이 떨어지면서 위치에너지가 운동에너지로 바뀌고 마침내 바닥에 부딪혀 소리와 열에너지로 일을 하는 것과 같다. 불안정한 상태의 힘센 전자는 안정한 상태의 약한 전자가 되면서 에너지를 소모하게 되 는데, 이러한 에너지를 전기에너지라고 부르고 전기에너지는 LED를 통해 빛에너지로 변환되어 우리가 느낄 수 있는 것이다. 앞에서 언급한 전자 주머니로 힘센 전자와 약한 전자의 개념을 아래 그림으로 간단히 도시해 보았다. - 20 - 4-4. 4차시 : 은화, 금화 만들기 가. 개요 주제 도금과 합금을 통해 동전의 색깔을 바꿔 본다. ○ 도금과 합금의 원리를 이해할 수 있다. 학습목표 ○ 동전의 색을 바꿔보는 실험을 통해 금속에서 전자를 주고 받는 것을 이 해할 수 있다. ○ 도금과 합금에 대해 알아본다. ○ 전자를 주는 금속과 받는 금속에 대해 알아본다. 주요내용 ○ 금속이 보통 전자를 쉽게 주는 친구라는 것을 이해하고 어떤 금속이 전 자를 주기 쉬운 친구인지 찾아본다. ○ 은화, 금화 만들기 실험을 진행한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝터, 비커, 정제수, 수산화나트륨, 아연가루, 가열기구, 10 원짜리 동전 나. 생각 열기 십원짜리 동전의 색깔을 바꿔보자. 동전 전체를 바꾸는 것이 아니라 동전의 표면만 다른 색 을 갖게 만들어 보자. 전자를 잘 주는 아연을 이용해서 동면의 표면을 은색의 얇은 막으로 덮어보자. 이런 현상을 도금이라고 한다. 도금의 원리가 산화- 환원 반응 을 이용하는 것이라고 하니 어떻게 된 건지 알아보자. 도금된 아연을 불로 달구며 금색으로 변 하는데 은색이 어떻게 금색이 될까 상상해 보자. 다. 배경 지식 1) 도금 이란? 금속의 표면이나 비금속표면에 다른 금속을 사용하여 얇게 덮는 것을 도금이라고 한다. 이 런 얇은 막을 만드는 방법으로서는 전기도금, 화학도금, 용융도금. 진공 도금, 이온 도금 등이 있다. 이중 대표적인 전기도금은 전기에너지를 이용하여 금속에 다른 금속의 막을 만들어 주는 방법이다. 장식품, 공업 용품 등 용도가 가장 넓다. 아래 왼쪽 그림은 구리 (Cu)를 다른 금속 (Me)에 도금하는 방식을 그린 것이다. 건전지의 음극에 있는 주는 친구가 힘센 전자를 금속 (Me)에 전달하며, 힘센 전자는 금속을 따라 흘려 용액에 있는 받는 친구 구리이온 (Cu2+)을 만 나게 된다. 받는 친구는 힘센 전자를 받아 구리로 환원이 되고, 중성인 구리는 물에 녹지 않기 때문에 금속 표면에 붙어 남게 된다. 이런 방법을 반복적으로 진행하면서 금속은 구리로 도금 되게 된다. 그럼 건전지 반대쪽인 양극의 받는 친구는 어떤 일을 할까? 건전지의 받는 친구는 - 27 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 날아라 공기 도넛! 꺼져라 팍! 팍!! : 창의적인 공기 소화기 만들기 경북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 프로그램 이름 경북대학교 영재교육원 날아라 공기 도넛! 꺼져라 팍! 팍!!: 창의적인 공기 소화기 만들기 주요 과목 지구과학 관련 단원 기압과 날씨 관련 과목 기술 관련 단원 창의 공학 설계의 이해 STEM 요소 S, T, M 지역 차시 5 개발자 ① 기압, 기압차, 바람 개념, 베르누이 원리 등의 개념 학습 및 탐 구 주요 수업 개요 ② 간이 공기 대포의 만들기를 통해 공기 도넛(볼텍스링) 발생 이 유 탐구 ③ 학습한 개념과 탐구 내용을 토대로 1m 거리에 떨어진 두 줄의 촛불을 끌 수 있는 문제해결활동 실시 : 공학적 설계 기반의 공기 소화기 만들기 차시별 주요내용 (키워드 위주) ∎1차시: 기압, 바람, 베르누이의 원리 ∎2-3차시: 공기 도넛, 간이 공기 소화기 설계·제작, 제주도 돌담, 비 행기의 원리, ∎4-5차시: 공기 소화기 설계·제작, 테스트 및 평가, 3D 디자인 SW(Solid Edge) 차 시 1 압력, 기압 그리고 바람 [학습 목표] 1. 압력의 과학적 개념을 바탕으로 기압의 개념(방향)을 이해하고 적용할 수 있다. 2. 기권을 이루고 있는 대기의 특성에 대해 이해할 수 있다. 3. 바람이 기압 차이에 의해 발생하는 것을 이해할 수 있다. 4. 실생활에서 기압, 바람과 관련된 현상 또는 제품의 작동 원리(예, 소화기)를 이해할 수 있다. [주요 학습 개념] 압력, 공기, 기압, 기압의 크기, 기압이 작용하는 방향, 바람, 기압차, 온도, 소화기 작동 원리 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 압력의 개념 탐구 ①압력의 정의 수직으로작용하는힘   압력     힘을받는면적   압력은 단위 면적당 작용하는 힘을 의미한다. 즉, 일정 한 면적에 수직 방향으로 작용하는 힘의 크기가 클수록 압력이 커지게 된다. 예를 들어 어떤 사람이 운동화를 신 고 발을 밟을 때보다 구두를 신고 밟았을 때가 더 아픈 이유는 구두 바닥의 면적이 더 좁아 일정한 넓이에 작용 하는 힘의 크기가 더 크기 때문이다. ② 압력 탐구하기 압정의 뾰족한 부분 위에 풍선을 두고 눌러보자. 압정의 개수가 적을 때는 풍선이 터지지 만 압정의 개수가 많을 때는 풍선이 잘 터지지 않는다. 이는 압정의 개수가 적을 때는 풍 선에 닿는 면적이 좁아 풍선에 미치는 압력이 크고, 압정의 개수가 많을 때는 풍선에 닿는 면적이 넓어 풍선에 미치는 압력이 작아지기 때문이다. 또한, 풍선을 누르는 힘에 따라 압 력이 강해지거나 약해지기도 한다. - 2 - 차 시 2-3 공기 도넛(Vortex ring)의 탐구 [학습 목표] 1. 베르누이 원리를 모의 탐구 실험을 통해 이해할 수 있다. 2. 베르누이의 원리와 공기 소화기 제작을 위한 핵심 내용에 대해 이해한다. 3. 간이 공기 소화기의 제작을 통해 공기 도넛(Vortex ring)의 생성 과정에 대해 이해한다. 4. 간이 공기 소화기의 탐구를 통해 공기 소화기 제작에 필요한 기초적인 개념을 알아낸다. [주요 학습 개념] 베르누이 원리, 공기 도넛(Vortex ring), 바람, 바람의 세기와 구멍 크기와의 관계 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 베르누이의 원리 탐구하기 ①베르누이의 원리 베르누이(Bernoulli, 1700~1782)는 유체가 흐르 는 속도와 압력, 높이의 관계를 수량적으로 나타 낸 베르누이 원리를 발표했다. 예를 들어 굵기가 변하는 관에 공기를 흐르게 하고 굵기가 다른 부 분의 아래로 가는 유리관을 연결한다. 가는 유리관 속에 서의 물의 높이를 관찰하면 굵은 쪽에 연결된 물기둥은 그 높이가 낮아지고, 가는 쪽에 연결된 물기둥은 높이가 높아진다. 같 은 높이에서 유체가 흐르는 경우 유체의 속력은 좁은 통로를 흐를 때 증가하고 넓은 통로를 흐를 때 감소한다. 압력이 높아지면 유리관 속의 물기둥이 더 세게 누르므로 물기둥의 높이가 낮아지고, 압력이 낮아지면 유리관 속의 물기둥을 약하게 누르므로 물기둥의 높이는 높아진다. - 6 - 차 시 4-5 공기 소화기 설계, 제작, 테스트 및 평가 [학습 목표] 1. 과학적 개념과 원리의 적용을 체험하고 과학과 연계된 다른 교과 영역에 대해 이해할 수 있다. 2. 공학적 설계(또는 3D 디자인 SW)를 적용하여 조건에 적합한 공기 소화기를 설계 및 제작할 수 있다. 3. 공기 소화기의 테스트, 평가, 재설계를 통해 문제해결력과 융합적 소양을 함양할 수 있다. [주요 학습 개념] 공기의 양, 공기의 이동, 공기 도넛, 구멍 크기와의 바람의 세기 관계, 설계, 만들기, 테스트, 개선 하기 [수업 계획 및 활동 과정] 1.공기 소화기가 불을 끄는 원리 불씨에 부채질을 하여 바람을 일으키면, 산소 공급이 더욱 원활하 여 연수가 더 잘 일어난다. 하지만 불씨에 입김을 불거나 부채로 바 람을 일으켜 불을 끌 수도 있다. 이는 강한 바람을 일으키면 불씨와 탈물질을 떨어뜨리기 때문에 연소의 조건 중 “탈물질을 제거”하여 불을 끄는 원리이다. 2.공학적 문제해결과 공학 설계 인간의 삶의 질을 향상하기 위해 공학적 기술 을 바탕으로 해결할 필요성이 있는 문제를 공 학적 문제라 하고, 수요자의 요구를 파악하고 이를 충족하기 위해 문제점 을 개선하는 설계 방법을 공학 설계라고 한다. 공학적 문제를 해 결하기 위해서는 독창적이고 다양한 해결 방안 을 도출하는 능력이 중요하다. 공학적 문제는 각각의 특성에 따라 실행 가능한 해결 방안이 다양하다. 따라서 문제를 효과 적으로 해결하기 위해서는 실행 가능한 방안들을 검토하여 최적의 방 안을 찾고 효과적이고 능률적으로 수행하는 과정을 창의적 문제해결 과정이라고 한다. 창의적 문제해결 과정은 순환과정이다. 즉, 한번의 과정으로 원하는 결과를 얻기 어려우며, 더 욱 충실한 결과를 얻기 위해 지속적인 되먹임이 필요하다. - 9 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 KNP 코끼리 개체군 문제를 해결하라! 경북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 경북대학교 영재교육원 프로그램 KNP 코끼리 개체군 문제를 해결하라! 이름 주요 과목 생명과학 관련 단원 생태계와 상호 작용 관련 과목 수학 관련 단원 미분법, 적분법 STEM 요소 S, E, M 지역 차시 5 개발자 ① 개체군의 생장에 미치는 요소를 찾고 식으로 표현하기 주요 수업 개요 ② GeoGebra, EXCEL 등 프로그램을 이용한 개체군 생장 곡선 시 뮬레이션 ③ KNP 코끼리 개체군 조절 전략 제시하고 시뮬레이션하기 1차시: 생물 다양성(코끼리의 생태와 환경, 개체군, 군집, 생태계) 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: 이론적 배경(지수적 생장과 로지스틱 생장) 3차시: 프로그램 사용 방법 익히기(지오지브라와 엑셀 프로그램 사 용) 4차시: K.N.P 코끼리 개체군 데이터 활용-지수적 생장 5차시: K.N.P 코끼리 개체군 데이터 활용-로지스틱 생장 차 시 1 KNP 코끼리 역사 [학습 목표] KNP 코끼리 개체군 생장이 가진 문제점을 이해하고 이 문제 해결에 흥미와 호기심을 가진다. KNP 코끼리 개체군 조절이 생태계 안전을 위해 필요함을 설명할 수 있다. [주요 학습 개념] KNP코끼리, 개체군, 개체군 조절, 환경 저항, 생태계, 생물다양성 [수업 계획 및 활동 과정] 1. KNP 코끼리 역사에 대해 알아보자. - [읽기 자료] 활용 및 인터넷 검색 2. 1903년~2004년까지의 KNP 코끼리 개체군 변화 그래프를 해석해보고 토의해 보자. KNP 코끼리 개체군 변화: 1903~2004 2004년 11,454 코 끼 리 개 체 수 × 1 , 0 0 0 1994년 도살 금지 최대 수용 8,500 도살 정책(1976~1994) 수용 한계 7,000 최저 수용 6,000 1967년 도살 시작 개체군 추정치 개체군 측정치 개체군 추정 년도 - 1967년까지 개체군은 지속적으로 생장함. - 1976년~1994년 도살 정책을 개체군의 크기를 조절함. - 도살 정책으로 수용 한계로 7,000마리로 설정함. - 1994년 도달 금지 이후 개체군은 다시 지수적 생장이 일어남. - 개체군의 추정치와 개체군의 측정치에는 오차가 있음. - 2 - 차 시 2 이론적 배경 [학습 목표] 개체군의 생장을 설명하는 식을 이해하고 적용할 수 있다. 개체군 생장과 관련된 기본 문제를 해결하고 토의할 수 있다. [주요 학습 개념] 개체군, 개체군 밀도, 개체군 생장곡선, 지수적 생장, 로지스틱 생장 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 개체군이란 무엇인지 알아보자. 가. 일정 지역에 살면서 자유롭게 교배가 일어나는 생물 집단 (동일 시간, 일정한 장소, 특정 한 종, 예: 2020년 지리산 반달가슴곰의 개체군) 나. 개체군 내에서 개체 사이에는 상호 작용이 발생(예: 세력권, 순위제, 리더제, 사회생활, 가족생활 등) 2. 개체군 밀도에 대해 알아보자. 가. 개체군은 일정한 공간에서 생활하는 개체로 밀도의 개념이 생긴다. 개체군 내의 개체수   개체군의 밀도     개체군의 생활 공간의 면적   나. 일반적으로 밀도 변화는 출생, 사망, 이입, 이출에 의해 변화된다. - 밀도를 증가시키는 요인으로는 출생, 이입이 있다. 좀 더 깊게는 출생, 이입에 영향을 줄 수 있는 여러 요인도 포함될 수 있다. - 밀도를 감소시키는 요인으로는 사망, 이출이 있다. 또한 사망, 이출에 영향을 줄 수 있는 여러 요인도 연관된다. 개체군 크기 변화  출생  이입  사망  이출 ∆           (: 출생률,  : 사망률, I: 유입, E: 이출)  ∆ 한정된 공간에서 이입과 이출을 통제할 수 있는 경우(예, 대장균 배양 등) ∆       ( : 출생률,  : 사망률)  ∆ 즉, 개체군의 증가율은 출생과 사망의 차이를 의미한다. - 6 - 차 시 3-4 KNP 코끼리 개체군 변화 [학습 목표] 개체군 생장 자료를 그래프로 전환하고 예측할 수 있다. 개체군 생장 추세선을 만들고 표현할 수 있다. 개체군 생장에 영향을 미칠 수 있는 요소들을 찾을 수 있다. [주요 학습 개념] 개체군, 개체군 밀도, 출생과 이입, 사망과 이출, 추세선, GROWTH 함수 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 1903~1967년 사이 KNP 코끼리의 개체군 변화 가. 다음은 1903년~1967년 사이 코끼리의 관찰 기록이다. 표를 그래프로 변환해 보자. - 16 - 차 시 5 코끼리 개체군 안정화 전략 [학습 목표] 개체군 특성을 설명할 수 있다. 개체군 생장에 영향을 미칠 수 있는 요소들을 찾을 수 있다. [주요 학습 개념] 개체군, 개체군 밀도, 환경 저항, 수용 한계, 로지스틱 생장 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 다음의 표는 과학자들이 현 상황에서 코끼리 개체군이 어떻게 불어날 것인지 예측한 데이터이다. 그래프 로 전환해 보자. - 23 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 금속 착화합물의 성질과 반응성을 이용한 나만의 사진 만들기 경북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 프로그램 이름 주요 과목 경북대학교 영재교육원 금속 착화합물의 성질과 반응성을 이용한 나만의 사진 만들기 화학 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 화학반응, 산화와 환원 반응, 산과 염기 반응 관련 단원 S, T, E 지역 차시 5 개발자 ① 금속 착화합물을 제조 및 반응성을 이해하고 농도를 모바일폰 주요 수업 개요 으로 확인한다. ② 금속 착화합물을 이용한 광반응을 통하여 자신이 원하는 사진 을 만들어 본다. 1차시: 산·염기 반응, 화학 결합, 루이스 구조, 전이 금속, 산화·환원 반응 차시별 2차시: 프러시안 블루, 광반응, 감광제, 분광학, 전자 전이 주요내용 3차시: 철(III) 이온, 옥살산 음이온, 화학 반응, 화학 결합 (키워드 위주) 4차시: 감광 용액과 감광지의 제조, 빛을 이용한 산화·환원 반응 5차시: 사진의 색조, 광반응의 역할, 프러시안 불루의 역할, 반응 메카니즘 의 이해 STEM 생각 교실 차 시 1 [ 수·과학 수업 차시대체용 프로그램(교사용) ] 제목: 산화-환원 반응을 이용한 사진 만들기 학년 고등학교 2학년 ☑ 과학 ☑ 수학 ☑ 기술/공학 □ 기타( ) 관련 교과 수업 유형 ☑ 비대면(동영상) [학습 목표] 화학적 사진 현상의 원리를 파악하기 위한 기초적인 화학적 개념을 설명할 수 있다. [주요 학습 개념] □ 비대면(실시간) □ 대면 본 프로그램에서는 산화-환원 반응을 기반으로 사진이 현상되는 과정을 수행하면서 물질의 구조와 성질, 화학 반응과 화학 결합, 산과 염기, 산화-환원의 개념과 광분해 프로그램 개요 화학적 사진 현상을 이해하기 위한 기본 개념 반응 등에 대해 탐구를 수행한다. 학습한 화학적 개념과 원리를 적용하여 여러 가지 배위 결합 화합물의 구조와 특성을 이해하고 빛에 의해 유발되는 산화-환원 반응을 이용하여 원하는 사진을 만들어 보고 학습한 화학 개념이 어떻게 적용되는지 이해하 고 학생들 간에 서로 공유한다. 산과 염기, 화학 결합, 루이스 구조, 전이 금속, 산화-환원 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 이론적 배경 가. 산과 염기 1) Arrhenius 산과 염기: 산은 물과 반응하여 수소 이온을 형성하는 화합물이고, 염기는 물과 반응 1. 화학적 사진 현상의 원리와 관련된 기초적인 화학 개념과 원리를 설명할 수 있다. 하여 수산화 이온을 생성하는 화합물로 정의한다. 2. 화학적 사진 현상의 원리와 관련된 핵심적인 화학 개념과 원리를 설명할 수 있다. 3. 실험 안전에 유의하며 필요한 감광제를 제조할 수 있다. 학습 목표 4. 실험 안전에 유의하며 광반응 실험을 통해 사진을 제작할 수 있다. 5. 사진의 제작을 통해 과학적 개념과 원리의 적용을 체험하고 과학과 연계된 다른 교과 영역에 대해 이해할 수 있다. 소주제 화학적 사진 현상의 원리를 1차시 파악하기 위한 기초적인 화학 2차시 관련된 핵심적인 화학 개념 암모니아가 물과 반응하여 암모늄 이온과 수산화 이온이 생성된다. 이 때 수산화 이온을 생성하 므로 암모니아는 Arrhenius 염기라고 할 수 있다. 하지만 Arrhenius 산과 염기의 정의는 물이라 는 특정 용매에 한정되어 있어 고체, 비수용액 액체 상태일 때는 설명할 수 없다. 수업 유형 주요 내용 산·염기 반응, 화학 결합, 루 강의식 이스 구조, 전이 금속, 산화· 개념 확인 화학적 사진 현상의 원리와 강의식 확인 프로그램의 개요   NH aq  HO l → NH aq  OH aq 2) Brønsted-Lowry 산과 염기: 산은 양성자를 내어놓는 물질이고, 염기는 양성자를 받아들이는 물 질이다.   HClaq  HO l → H O aq  Cl aq 환원 반응 염화수소는 물에서 수소 이온을 내놓아 Brønsted-Lowry 산으로 작용하고, 물은 수소 이온을 받 프러시안 블루, 광반응, 감광 아서 하이드로늄 이온이 되므로 Brønsted-Lowry 염기로 작용한다. 그리고 염산은 수소 이온을 제, 분광학, 전자 전이 내어 놓았기 때문에 Arrhenius 산으로 간주될 수 있다. 3) Lewis 산과 염기: Lewis는 산은 전자쌍 받개, 염기는 전자쌍 주개로 정의하였다. Lewis 산은 3차시 4차시 감광제로 사용할 배위화합물 의 합성 및 확인 감광 용액과 감광지의 제조 및 나의 사진 만들기 만든 사진을 비교 평가, 문제 5차시 해결과정과 산출물에 대해 분 석 및 발표 실험 실험 강의식 철(III) 이온, 옥살산 음이온, Brønsted-Lowry 산과 염기 정의에서 금속 이온과 전자쌍 받개까지 포함하여 정의가 확장되었 화학 반응, 화학 결합 다. 금속 이온은 대체로 전기음성도가 낮고, 이온화 에너지와 전자 친화도도 낮아 양이온으로 존 감광 용액과 감광지의 제조, 고립 전자쌍이 있는 분자나 음이온이 전자쌍을 제공할 때 Lewis 염기로 간주한다. 빛을 이용한 산화·환원 반응 사진의 색조, 광반응의 역할,    Ag  NH  → AgNH   프러시안 불루의 역할, 반응 메카니즘의 이해 - 1 - 재한다. 양이온은 전자가 부족한 성질을 지니고 있어 전자를 받아서 결합하려는 성질을 가진다. 은 이온은 전자쌍을 받아 결합을 형성하므로 Lewis 산이고, 암모니아는 전자쌍을 제공하므로 Lewis 염기이다. - 2 - 여 결합하는 한자리 리간드, 여러 쌍을 줄 수 있는 킬레이트 리간드로 구분함. 차 시 배위수 모양 2 직선모양 3 정삼각형 화학적 사진 현상을 이해하기 위한 핵심 개념 2 중심 원자에 배위되는 수에 따라 배위수를 결정함. 4 정사면체, 평면사각형 6 정팔면체 8 정육면체 [학습 목표] 배위 화합물이 형성되면 기존에 가지고 있는 금속이나 리간드의 성질이 대체로 달라짐. 화학적 사진 현상의 원리를 파악하기 위한 핵심적인 화학적 개념을 설명할 수 있다. 다. 산화-환원 반응 ○ 산화-환원 반응을 정리해보자. [주요 학습 개념] <모범 답안> 산화(oxidation): 어떤 화학종에서 산소를 얻거나 전자를 잃는 반응 환원(reduction): 어떤 화학종에서 산소를 잃거나 전자를 얻는 반응 프러시안 블루, 감광제, 광반응, 분광학, 전자 전이 *전기음성도가 큰 원소들은 전자를 얻어 환원하는 경향이 크고, 전기음성도가 작은 원소들은 전자를 잃어 산화 하는 경향이 큼 [수업 계획 및 활동 과정] 산화-환원 반응(산화수)의 조건 1. 이론적 배경 1. 산화-환원 반응에서 전자가 이동할 때 전하량 보존의 법칙을 지킴 2. 중성 분자에서 산화수의 합 = 0, 이온인 경우 → 이온의 전하량 = 산화수의 합 가. 프러시안 블루(Prussian blue) 3. 알칼리 금속 = +1, 알칼리 토금속 = +2 4. 플루오린 = -1, 다른 할로젠 원소는 다른 할로젠 원소와 결합하여 다른 산화수를 가질 수 있음 프러시안 블루는 1706년에 발견되어 현재까지 사용되는 청색 염료이다. 화학식은 Fe  Fe CN   5. 수소 = +1, 예외, 금속 수소화물 = -1(3의 규칙이 우선) 로 Fe III 양이온과 배위 화합물인 헥사사이아노철II산 음이온이 결합한 3차원 그물구조를 가진 6. 산소 = -2, 예외, 플루오린과 만나면 양의 산화수, 과산화수소 = +1 배위 결합 화합물이다. 구조는 정육면체 형태로 매우 안정하다. 정육면체 내부는 다공성 구조로 가스  전이 금속의 경우 주족원소에 비해 더욱 여러 종류의 산화수를 가질 수 있으며, 이유는 d-오비탈에 분포하는 흡착 성질을 보여준다. CN 전자들은 내부의 s나 p 오비탈에 있는 전자들에 비해 핵전하량을 잘 가리지 못하여 여러 종류가 나타나지만 동 블루를 형성하여 탄소 원자와 질소 원자가 모두 배위하는 3차원 구조를 형성하면 독성이 없는 물질 리간드는 그 자체로는 매우 독성이 강한 이온성 물질이지만 프러시안 일 주기에서 경향을 보면 일정 수준 이후부터 감소하는 이유는 유효핵전하의 크기가 증가하기 때문 이 된다. 이것은 세슘 등 중금속과 잘 결합해 배출되어 체르노빌 사태 등에서 중증 방사선 오염의 치료제로 사용했다. 전이 금속 이온이 포함되어 있어서 홀전자가 d-궤도함수에 존재하고 이들이 CN 라. 정리하기  리간드를 통하여 강한 자기적 상호작용을 하기 때문에 분자 자성 물질로 이용되고 있다. 1) Brønsted-Lowry 산으로 작용하는지 찾고, 짝염기의 화학식을 나타내시오.  (a) Cl  (b) NH (c) HO Brønsted-Lowry 산 짝염기의 화학식 (b) (c) NH OH  프러시안 블루 2) 다음은 배위 결합인 K Feox ∙3H2O와 옥살산 이온의 구조를 나타낸 것이다. 물음에 답 하시오. 3 O O O O (K+)3 Fe O O O O O O 3H2O O C O O O C O C O O C O O O 프러시안 블루와 유도체 (a) 철(III) 화합물의 배위수는? 6배위 (b) 리간드의 종류는 (두 자리 리간드 또는 킬레이트 리간드) 이다. - 7 - - 8 - 차 시 3-4 라. 전하 이동와 색 감광제의 제조, 감광된 종이 제작 및 사진 현상 ○ 우리 눈에 화합물에 색이 나타나는 이유를 서술하시오. 화합물을 형성하면 리간드와 금속 간의 새로운 MO를 형성하게 된다. [학습 목표] 특정 에너지를 흡수하여 채워진 궤도함수의 전자가 들뜨게 되어 LUMO를 점유하게 될 때 우리 눈에 색이 흡수한 색의 보색이 보이게 된다. 화합물의 색은 용매의 종류에 따라서 달라지기도 하는데 용 매와 화합물의 상호작용의 크기가 클수록 새로운 궤도함수를 형성하게 되고 이에 따라 흡수하는 에 너지의 크기도 달라지게 된다. 감광제를 바르게 제조할 수 있는 방법을 상기하며 실험에 참여할 수 있다. 감광된 종이로 산화-환원 반응을 이용한 화학적 사진 현상 활동을 할 수 있다. [주요 학습 개념] 감광제 원리, 결정, 감압장치, 빛의 종류, 빛을 쪼여준 시간 등에 따른 현상된 사진의 색 변화 확인 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 실험 준비물 가. 감광제 합성: 삼각 플라스크, 비이커, 메스실린더, 감압 플라스크, 부흐너 깔때기, 거름종이, 유산지, 약숟가락, 저울, 가열교반기, 유리막대, 바이알, 양푼이, K  C  O  ∙ H  O (K  ox ∙ H  O , C2O4 = ox, C2O42- = ox2-), FeCl ∙ H  O , 증류수, 아세톤, 얼음 나. 감광용액이 발린 감광지: 부피 플라스크, 비이커, 스포이드, 저울, 메스실린더, 바이알, 수채화 종이, 붓, H2SO4, 증류수, K  Fe ox  ∙ H  O , K  Fe CN  , K  Co CN   다. 사진 만들기: 사진건판 이미지, 자외선 램프(없을 시 태양광을 이용), 증류수, 과산화수소수, 넓은 양 푼이, 핀셋, 유리판 2. 실험 수행 가. 감광제(K  Fe ox  ∙ H  O )의 합성 1) 100 mL 삼각플라스크에 2.76 g의 K  C  O  ∙ H  O 의 무게를 재어서 7 mL의 증류수에 녹이고 가 열한다. 이때, 용액이 끓을 정도로 가열하지 않는다. 2) 50 mL 비커에 1.49 g의 FeCl ∙ H  O 의 무게를 재어서 넣고 3 mL의 찬 증류수에 넣어서 녹인 다. 3) 1)에서 제조한 옥살산 칼륨 수용액에 2)에서 만든 철(III) 수용액을 천천히 가하면서 잘 섞어준 다. 4) 강한 햇빛을 차단하고 위의 혼합 용액을 얼음물에서 결정이 생길 때까지 기다린다. 5) 결정화된 생성물을 감압장치를 이용하여 거르고, 침전물을 약 10 mL의 아세톤으로 씻어서 말린 후, 무게를 재어 수득률을 구한다. 6) 얻어진 철(III) 배위화합물을 햇빛이 차단된 곳에서 보관한다. - 13 - - 14 - 차 시 5 감광이 쉽게 일어나는 것은 감광 용액과 K3[Fe(CN)6] 또는 K3[Co(CN)6]이 함께 있기 때문에 빛에 의해 감광되는 효 화학적 사진 현상의 원리 확인 및 반성 과를 강화시킨 것이 된다. 즉, K  Fe ox  ∙ H  O 이 감광될 때, 감광되고 나면 프러시안 블루 혹은 그 유도체 가 쉽게 형성될 수 있기 때문에 정반응이 잘 일어나는 것이다. 이것은 르샤틀리에 원리에도 부합되는 그런 반응이 라고 할 수 있다. 이 단계의 반응은 반드시 이해하고 설명할 수 있어야 한다. [학습 목표] 실험을 수행한 후 사진의 현상된 결과를 토대로 반응에 대한 고찰을 하고 수행 과정 중의 문제점을 발견하여 토론해 보도록 하는 것이 필요하다. 예를 들면, 산출물(사진)의 색깔의 대비가 좋은지를 확인할 수 있다. 즉, 진 사진의 제작을 통해 과학적 개념과 원리의 적용을 체험하고 과학과 연계된 다른 교과 영역에 대해 이해할 수 있다. 하기가 적당한지를 조사한다. 그리고 실제 사진과의 차이점이 무엇인지 알아본다. 사진이 흐려보이게 되었을 때 무엇이 문제인지 생각해 본다. 그리고 사진의 색깔 종류를 바꿀 수 있는지 토론해 본다. 마지막으로 어떻게 하면 좋은 사진을 얻을 수 있는지 고찰해보도록 한다. [주요 학습 개념] 본 프로그램을 통하여 배위 화합물의 화학 결합과 화학 반응을 실제 응용할 수 있는 기술적인 측면을 알게 됨 으로써 과학의 내용이 새로운 기술 발전에 사용되거나 기여하게 됨을 인식할 수 있게 된다. 이로써 우리가 과학을 프러시안 블루, 감광제, 산화-환원 반응, 전자 전이 배우는 목적을 깨닫게 될 것으로 생각된다. [수업 계획 및 활동 과정] 사진술은 인물이나 풍경 등을 종이 위에 옮겨 놓는 것으로 그 과정이나 기술이 여러 가지가 포함되어 복잡하 다. 이런 과정 중에서 화학물질과 관련된 감광제의 제조와 감광을 통한 사진의 현상을 하는 것이 본 프로그램의 내용이다. ■ 관련 자료 (읽기 자료 포함) 프로그램과 관련된 자료 포함 프러시안 블루와 그 유도체는 전이 금속 이온(철을 포함)들이 CN- 리간드로 연결되어 3차원 다공성 그물 구조 를 이룬다. 3차원의 강한 결합으로 연결되어 있는 프러시안 블루와 그 유도체는 고체 상태에서 매우 안정하다, 그 리하여 사진으로 현상된 후 사진 내용이 오랫동안 보존될 수 있게 된다. 또한 사진 색깔도 변화되지 않을 것으로 예측된다. 본 프로그램에서 철(III) 배위 화합물이 감광제로 이용되었고 감광된 후 방출된 철(II) 이온이 프러시 안 블루가 형성됨에 기여함으로써 열역학적으로 구조적으로 안정하고 특정 색을 띠는 물질로 바뀜으로써 사진술에 ① 프러시안 블루(Prussian Blue, ca 1706, 화학식은 Fe4[Fe(CN)6]3)는 짙은 파란색 물감(유화용 물감) 또는 그 색을 말한다. 주로 염료로 사용되었다. 독일(프로이센) 염색 업자인 디스바하(Johann Jacob Diesbach)는 1706년쯤에 딱정벌레를 갈아서 얻은 코치닐(cochineal)로부터 빨간색의 염료를 만들려고 시도하였는데, 놀랍게도 파란색의 물질을 얻었다. 그 후 2년 이내에 합성 블루 페인트가 프러시안 블루 로 시장에 판매되었다. 디스바하에 의해서 발견된 후 디펠(Dippel), 드 피에르(De Pierre)들의 연구· 유용한 방법임을 알 수 있다. 감광제는 빛에 의해 반응이 일어나 다른 물질로 변화되는 물질이다. 즉, 빛의 양이나 강도에 의해 감광제가 변화되는 정도가 차이가 난다. 이것은 사진 건판의 음영에 따라서 빛의 투과가 다르다는 것을 의미하며 그리하여 감광 후 변화된 물질의 양도 차이가 나게 되는 것이다. 그 결과 포함되어 있는 K3[Fe(CN)6] 또는 K3[Co(CN)6]과의 프러시안 블루 또는 그 유도체의 형성되는 양에 차이가 있어서 색깔의 강도가 달라짐으로 현상된 사진에서 색조의 차이가 나고 사진 건판의 그림이 나타나게 되는 것이다. 본 프로그램에서 가장 중요한 내용이라고 할 수 있다. 본 프로그램을 수행함으로써 유기물, 금속이온으로 구성된 배위 화합물의 화학 결합에 대하여 이해할 수 있고 또한 화학 반응(광반응, 라디칼 반응, 산화-환원 반응) 등을 이해할 수 있게 된다. 이러한 화학 반응은 전자 전이 와 밀접하게 관련되어 있음을 확인하게 된다. 즉 배위 화합물이 화학 반응을 거치면서 사진을 현상하는 사진술을 학습하게 됨으로써 화학 물질, 화학 결합, 화학 반응 등이 사진술이라는 것에 적용되는 원리와 응용성에 대하여 개량에 의해서 1750년 경까지 널리 사용되게 되었다. 성분은 페로시안화 철의 수화물이며, 페로시안화 칼륨 용액에 염화 철(III)을 가하여 만든다. ② 카메라는 두 가지 필수적인 구성으로 이루어진다. 하나는 빛을 모아 초점을 맞추는 렌즈이며, 다른 하나는 렌즈를 통해 보인 이미지를 만들어 내는 것으로 빛을 이용하여 감광지의 화학물질을 감광시킴으 로써 이미지를 구현하는 것이다. 현재에는 디지털 이미지 센서를 가진 카메라가 사용되고 있다. 카메라 의 기원은 camera obscura (Latin for “dark room”)로 벽에 작은 구멍이 있는 창이 없는 방을 의미하 였다. 구멍으로 들어가는 빛은 벽 밖에 있는 모습을 거꾸로 된 이미지를 만든다. 예술가들은 이미지를 추적하는데 도와주는 것으로 이 장치를 사용하였다. 후에 큰 빛 배제하는 상자의 형태로 들고 다니는 용도가 되었다. 본 프로그램과 관련이 깊은 것은 렌즈가 아니고 감광 화학물질에 대한 것이다. 감광 화 알 수 있게 된다. 광반응과 산화-환원 반응이 화합물에서 일어날 수 있음을 알 수 있다. 사실 광반응은 빛에 의하여 화합물이 변화되는 반응인데 이것 역시 산화-환원 반응의 일종이라고 할 수 있다. 광반응은 화학 반응이 일어나는 에너지원 이 열이 아니고 광(빛)이라는 것이다. 대표적으로 잘 알려진 광반응이 식물에서 일어나는 광합성이다. 광합성은 식물 또는 다른 생명체가 빛에너지를 화학 에너지로 바꾸기 위해 사용하는 과정이다. 변환된 화학 에너지는 후에 생명체의 활동에 필요로 되는 에너지를 제공하기 위해서 사용될 수 있다. 광합성의 경우는 화학 에너지는 이산화 탄소와 물로부터 합성된 당과 같은 탄수화물 분자에 저장된다. 이처럼 광에 의한 반응은 매우 요긴하게 실생활에 이용된다는 것을 인식할 수 있다. 마찬가지로 본 프로그램에서 사용한 K  Fe ox  ∙ H  O 의 광반응은 사진현 상에 유용하게 이용되었다. 이 반응 중에는 이산화탄소 라디칼 생성 반응이 일어나며, 철(III)에서 철(II)로 환원 되는 산화-환원 반응이 일어난다. 주지해야 할 점이 있다. K  Fe ox  ∙ H  O 은 고체나 수용액에서 빛에 대하 여 민감성을 가지고 있다. 하지만 일정 시간 이상을 보관할 수 있을 정도는 안정하다. 그러나 빛을 짧게 주어도 - 17 - 학물질과 관련된 최초의 예는 1725년 독일 의사 Johann Schulze(1684-1744)가 발견한 것으로 어떤 은 염이 빛을 받았을 때 검게 변한다는 것이었다. 약 50년 후, 스웨덴 화학자 Karl Scheele(1742-1786)는 어두워지는 효과는 금속 은의 알갱이의 존재에 기인함을 알게되었다. 결과적으로 은(Ag)염은 필름, 종 이, 가죽에 대해 사진 에멀젼(광 민감 코팅)에 있어서 표준 성분이 되었다. 영국인 Thomas Wedgwood(1771-1805)에 의해 1790년대까지 시도되었다. 그러나 Scheele의 방법이 일반적으로 채택되기 전까지 수많은 과정이 반복해서 조사되었었다. 이로 인하여 1826년에 Joseph Niépce(1765-1833)가 최초 의 사진을 찍었다. 1839년에 다게레오타이프(Daguerreotypes) 개발되었으며, 1841년에 Calotypes 개발 되었다. 1851년에 Wet-collodion 과정이 개발되었고, 1871년 Dry gelatin plates 개발되었으며, 1888년 최초의 Kodak 카메라가 발명되었다. 이 중에서 최초의 사진술에 소개하면 다음과 같다. 루이 자크 망데 다게르(Louis-Jacques-Mandé Daguerre, 1787년~1851년)는 사진의 아버지로 불리는 프랑스의 미술가, 사 진가이다. 그는 촬영 시간을 크게 단축한 사진술인 다게레오타이프를 1839년에 발명하였다. 다게레오타 - 18 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 파이썬 프로그래밍을 통한 2차원 포물선 운동의 분석 경북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 프로그램 이름 경북대학교 영재교육원 Python(파이썬) 프로그래밍을 통한 2차원 포물선 운동의 분석 주요 과목 물리학 관련 단원 역학적 상호작용_운동의 법칙_포물선 운동 관련 과목 정보 관련 단원 문제 해결과 프로그래밍 STEM 요소 S, E, M 지역 차시 5 개발자 ① 파이썬(python)에서의 터틀(turtle) 모듈과 수학(Math) 모듈을 활 주요 수업 개요 용하여 2차원 포물선 운동을 프로그래밍 할 수 있다. ② 프로그래밍을 통해 포물선 운동의 초기 각도를 조절하여 수평 도달거리가 최대가 되는 발사 각도를 구하고, 이론적 결과와 비교 하여 발표한다. 1. 1차시: 중력장에서 비스듬하게 던져진 물체의 운동을 분석할 수 있다. (#물체의 운동 #등속도 운동 #등가속도 운동 #포물선 운 차시별 주요내용 (키워드 위주) 동) 1. 2~3차시: 파이썬에서 터틀 모듈과 수학 모듈을 활용하여 2차원 에서 물체의 운동을 프로그래밍 할 수 있다. (#파이썬 #프로그래밍 #모듈) 1. 4~5차시: 파이썬 프로그래밍을 통해 비스듬하게 발사된 물체의 수평도달거리가 최대인 발사각도를 구하고, 이론적 결과와 비교 한다. (#물리학 #이론 #증명) 차 시 1 비스듬하게 던져진 물체의 운동 탐구 [학습 목표] 1. 등속도 운동과 등가속도 운동을 이해할 수 있다. 2. 중력장에서 비스듬하게 던져진 물체의 운동을 분석할 수 있다. [주요 학습 개념] 등속도 운동, 등가속도 운동, 중력가속도, 자유낙하, 연직 상방 운동, 포물선 운동 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 프로그램의 소개: 알파고를 활용한 인공지능과 인공지능 학습에 필요한 프로그래밍의 필요성 소개. 본 STEM 프로그램의 제목을 소개하고 1차시 학습내용(포물선 운동의 이해)을 소개한다. 2. 이론적 배경(기초 원리): 등속도 운동과 등가속도 운동의 개념을 소개한다. 속도-시간 이동 거리-시간 그 래프를 해석하는 방법을 학습하고, 3가지 중요한 등가속도 운동식에 대해 학습한다. - 2 - 차 시 2-3 파이썬 프로그래밍의 이해와 활용 [학습 목표] 1. 파이썬 프로그래밍의 기본 문법을 익히고 활용할 수 있다. 2. 파이썬 프로그래밍에서 거북이 그래픽스와 수학 모듈을 활용하여 포물선 운동을 나타낼 수 있다. [주요 학습 개념] 2차원 포물선 운동, 파이썬 프로그래밍, 2차함수, 삼각함수 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 파이썬(Python) 언어 소개와 통합개발환경(IDE, Integrated development environment)의 설치 파이썬 프로그램 언어는 간결한 문법으로 입문자가 이해하기 쉽고, 다양한 분야에 활용할 수 있 어 머신러닝, 그래픽, 웹 개발 등 여러 업계에서 선호하는 언어로 꾸준히 성장하고 있다. https://www.tiobe.com/tiobe-index 에 접속하면 프로그래밍 언어 가운데 파이썬 언어가 차지하 는 순위를 비교할 수 있다. 참고 자료 • 프로그램: 어떤 기능을 수행하는 완성된 코드 • 코드: 컴퓨터가 동작하는 기호 체계로 작성한 문장, 프로그래밍 언어로 작성한 글 • 프로그래밍 언어: 컴퓨터에서 특정 목적을 위해 실행하는 인공적인 언어 통합개발환경은 해당 언어를 이용한 프로그램의 개발, 번역, 수정 등 전 과정에 걸쳐 도움을 주 는 텍스트 편집기, 컴파일, 디버그 등의 도구를 모두 포함하고 있는 프로그램 개발 환경을 말한 다. 가. 통합개발환경의 도구 설명 1) 텍스트 편집기(프로그램 코드를 입력하는 곳): 사람이 이해하기 쉬운 고급 언로 프로그램을 작성하는 도구 2) 컴파일: 고급 언어로 작성된 프로그램을 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 번역하는 도구 3) 디버그: 컴파일 과정에서 문법 오류를 파악하고 수정해주는 도구 나. 통합개발환경의 설치 방법 1) 크롬 브라우저를 열어서 파이썬 공식홈페이지(https://www.python.org/) 에 접속한다. 상단 의 메뉴 중 [Downloads]에 마우스 커서를 가져간 후 아래 그림에 표시된 것처럼 [Python 3.X.X] 라는 버튼을 클릭하면 다운로드가 시작된다. 2) 다운로드한 파일 [python-3.X.X.exe]를 실행하여 컴퓨터에 설치한다. 3) 파이썬이 정상적으로 설치되었다면 Windows 시작 메뉴에서 확인 할 수 있다. 4) 윈도우 시작 메뉴를 클릭한 후 [Python]을 찾는다. 그리고 그 안에 있는 [IDLE(Python 3.X.X)]을 실행하면 파이썬 명령을 입력하는 쉘(shell)이 나타난다. 참고 자료 • 2021.2월 기준으로 파이썬의 버전은 3.9.1이다. 현재 쓰고 있는 파이썬 언어가 Python3이고 비교적 많은 업데이트가 이루어질 때 두 번째 소수점 숫자(‘9’에 해당)가 올라가고, 비교적 작은 업데이트가 이루어질 때 세 번째 수소점 숫자(‘1’ 에 해당)가 한 단계 올라간다. - 4 - 차 시 가장 멀리 날아가는 포물선 운동의 발사각도 구하기 4-5 [학습 목표] 1. 조별로 문제 상황으로 제시된 가장 멀리 날아가는 포물선 운동의 발사각도를 구하고 이를 파이썬 프로그 래밍을 통해 시각적으로 증명할 수 있다. 2. 포물선 운동에 대한 물리적 지식과 파이썬 프로그래밍의 증명과정을 발표할 수 있다. [주요 학습 개념] 2차원 포물선 운동, 파이썬 프로그래밍, 2차함수, 삼각함수 [수업 계획 및 활동 과정] 파이썬에서 거북이그래픽 모듈과 수학 모듈을 이용하여 포물선 운동을 나타내고 파이썬의 다양한 함수를 활용하여 초기 발사각에 따른 물체의 궤적을 나타내어 증명과정에서 시각적으로 입증한다. <초기속력은 일정하고 발사각도가  씩 증가하는 포물선 운동을 그리기 위한 코드 예시> import turtle as t import math scr = turtle.Screen() scr.setup(1500,1000) t.speed(300) t.forward(750) t.goto(0,0) t.left(180) t.forward(750) t.goto(0,0) t.left(90) t.forward(500) t.goto(0,0) t.left(180) t.forward(500) t.goto(0,0) t.speed(10) v=80 for A in range(10,90,5): t.pendown() for T in range(0,20,1): x=v*math.cos(math.pi*(A/180))*T y=v*math.sin(math.pi*(A/180))*T-1/2*10*T*T t.goto(x,y) - 11 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 백두산 화산 분화에 따른 안전 대책 결정 강원대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 강원대학교 과학영재교육원 프로그램 백두산 화산 분화에 따른 안전 대책 결정 이름 주요 과목 지구과학Ⅰ 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 Ⅰ. 고체 지구 / 1. 지권의 변동 / 04. 판구조 운동과 마그마 활동 관련 단원 S, T 지역 개발자 이 프로그램은 학생들의 증거 기반(evidence-based) 의사 결정 능력을 향상시킬 목적으로 제작되었으며, 다음과 같은 2개의 주제로 구성된다. • 주제 1. 백두산 화산 분화 가능성 진단하기 • 주제 2. 백두산 화산 재해 등급 작성하고 안전 대책 결정하기 주요 수업 주제 1에서 학생들은 화산의 전조 현상을 사례를 통해 이해하고, 백두산의 화산 개요 분화 전조 현상을 조사함으로써 이를 토대로 백두산 화산의 분화 가능성을 자체 적으로 진단해보는 1단계 의사 결정 과정을 거친다. 주제 2에서는 화산 분화를 발생할 수 있는 재해를 이해하고, 백두산 분화 시 발생할 수 있는 재해의 등급을 작성한다. 또한, 작성한 등급을 토대로 피해를 최소화할 수 있는 등급별 안전 대책 을 결정해 보는 2단계 의사 결정 과정을 거친다. 1차시 : 화산에 대한 기초 지식 습득 2차시 : 화산 분화 전조 현상에 대한 이해, 백두산의 화산 분화 전조 현상 차시별 주요내용 (키워드 위주) 조사 3차시 : 조사한 전조 현상을 토대로 백두산의 분화 가능성 진단 4차시 : 화산 재해와 종류에 대한 지식 습득, 백두산 분화 시 발생 가능한 재해 추정 5차시 : 백두산 분화에 의한 화산 재해 등급 설정 및 이에 대한 안전 대책 결정 Ⅲ 교사용 지도서 수업 안내 • 1차시는 활동 주제인 화산에 대하여 알아보는 내용으로 구성된다. 활동의 배경지식이 될 수 있도록 화산의 분출 형태와 화산 분출물의 종류에 대해 안내한다. [1차시] 생각열기 화산 알아보기 우리나라에서도 화산 활동이 일어날 수 있을까? 수업 TIP • 수업 초반에 최근 발생한 화산 관련 자료를 소개하면서 시작할 수 있다. - 우리나라의 대표적인 화성암 지형 현재 우리나라에는 활동 중인 활화산은 없지만, 여러 화성암 지형은 과거 우리나라에서도 화산활동과 마그마 활동이 있었음을 알 수 있다. [2차시] 백두산 화산 분화 전조 현상 조사하기 수업 안내 • 2차시는 대표적인 화산 분화 자료를 바탕으로 분화하기 전에 화산에서 관측되는 전조 현상에 대해 알아보고 과학 기사를 통해 백두산에서 나타나고 있는 전조 현상을 조사해보는 수업이다. 수업 TIP • 최근에 분화한 화산 활동을 중심으로 관련 기사와 자료를 활용한다. 알아보기 기존 화산에서는 분화 전 어떤 전조 현상들이 나타났을까? 화산이 분출하기 전의 전조 현상 지진이나 화산 분출이 있기 전에 그 징조를 보이는데, 이를 전조 현상이라고 한다. 특히 화산은 지진과 달리 분화가 일어나는 장소가 정해져 있고 전조 현상 연구를 통해 어느 정도는 예견할 수 있기 때문에 화산재해의 위험성을 피할 수 있다. 화산성 지진의 빈도와 강도가 증가한다. 지대가 부풀어 오른다. 소규모의 낙석이나 산사태 눈사태가 일어난다. 화산체 주변 암석의 자기장의 변화가 나타난다. 지표면 온도가 상승한다. 따뜻한 지표면의 면적이 확장된다. 온천수의 온도가 상승한다. 수증기와 화산 가스의 분출량이 증가한다. 화산 가스 성분 변화가 나타난다. 식물들이 노랗게 메말라 죽는다. 동물들의 시체가 많이 발견된다. [3차시] 백두산의 화산 분화 가능성 진단하기 수업 안내 • 3차시는 이전 차시에서 조사한 백두산에서 관측되고 있는 전조 현상을 바탕으로 백두산의 분화 가능성에 대해 진단하고 함께 토론하는 수업이다. 수업 TIP • 기존의 분화한 화산에서 관측되는 전조 현상과 학생이 조사한 백두산의 전조 현상을 비교하여 분화 가능성에 대해 자유롭게 발표할 수 있도록 안내한다. 1~3차시에서 정리한 분화된 화산들과 백두산에서 나타나는 전조 현상을 비교하여 백 두산의 분화 가능성에 대해 토론해 보자. ∙ 백두산의 분화 가능성에 대한 나의 의견 <학생 활동 결과 예시> 백두산은 충분히 분화할 수 있다고 생각한다. 백두산의 경우 2000년대 초반에서부터 지속적으로 지진이 발생하였고, 그 횟수가 정할 수 없을 정도로 많다. 이전까지의 분화된 화산의 전조 현상을 선행적으로 분석해보면 화산 폭발 이전 지진이 소규모로 수 천회 이상씩 발생한다는 점을 확인할 수 있다. 이에 더하여 2002년에서 2005년 동안 백두산 천지 칼데라가 7cm 융기되었다는 점에서 화산의 사면이 부풀어 올랐던 이전의 상황과 상당히 유사한 현상이 나타나고 있음을 파악할 수 있다. <학생 활동 결과 예시> 수차례의 지진, 지표면의 변형, 암벽의 균열, 천지에서의 이산화탄소 기포가 발생했다는 점에서 이전에 분화했던 화산들의 전조 현상과 유사한 특징을 나타내고 있다고 볼 수 있다. 고로 만약 이와 같은 현상들이 현 상황에서도 발생하고 있다고 생각해본다면 백두산의 분화 가능성은 상당히 높은 수준이라고 볼 수 있을 것이다. [4차시] 백두산 분화로 인한 화산재해 및 영향 수업 안내 • 4차시는 화산 분화가 일어나면 발생할 수 있는 화산재해에 대하여 알아보고, 백두산이 분화할 경우 우리나라에 끼칠 영향에 대해 생각해 보는 수업이다. 수업 TIP • 인공위성으로 촬영한 화산재 확산 영상을 활용하여 화산 분화 지역뿐만 아니라 주변 지역에도 영향을 끼칠 수 있음을 안내한다. 화산재는 화산 분화의 규모에 따라 대류권 내지 성층권까지 도달하기 때문에 지표면에서 화산재의 규모와 확산 양상을 정확히 관찰하기 어렵다. 또한 화산재와 화산가스(특히 아황산가스)의 위험성으로 인해 지상에서 항공을 이용하여 관찰하는데에는 한계가 있다. 따라서 인공위성을 이용한 화산재 확산 양상 및 피해 지역을 예측하는 방법이 많이 사용되고 있다. 분출된 화산재와 아황산가스는 특히 항공기에 피해를 주어 인명과 재산에 큰 사고를 야기한다. 하지만, 조종사 의 육안과 레이더로는 화산재와 구름의 구별이 쉽지 않고, 더군다나 아황산가스는 확인이 되지 않는다. 따라서 인공위성을 이용하여 화산재와 아황산가스의 규모와 고도 등을 감지하고 이를 3D로 구현하여 실시간으로 항공사에 알려 대형 사고를 예방할 수 있다. 대표적인 인공위성으로는 다음과 같다. 1. Terra : 화산재의 규모와 확산 방향 등을 관측 1) 운용 : 미항공우주국(NASA) 2) MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 탑재 3) 관측 이미지 -. 아이슬란드의 Eyjafjallajokull 화산의 화산재 이미지(2010년 5월 촬영) -. https://www.nasa.gov/topics/earth/features/iceland-volcano-plume-archive1.html -. 화산 분화구 위치: 빨간 점 -. 화산재의 확산 방향 확인 [5차시] 화산재해 등급 작성 및 안전 대책 결정 수업 안내 • 5차시는 이전 차시에서 알아본 화산재해를 바탕으로 화산재해 등급을 작성해 보고, 재해 등급별 안전 대책을 만들어 보는 수업이다. 수업 TIP • 지진의 피해 정도를 나타내는 진도 계급을 참고하여 화산의 피해 정도를 나타낼 수 있는 나만의 화산재해 등급을 만들어 볼 수 있도록 안내한다. 의사결정 OUR MISSION!! 백두산 화산재해 등급 작성 및 안전 대책 결정하기 

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 탄성파를 활용한 지하 지질구조 탐색과 자원탐사 전남대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 탄성파를 활용한 지하 지질구조 탐색과 자원탐사 이름 주요 과목 과학 관련 단원 관련 과목 지구과학 Ⅰ, 지구과학Ⅱ 관련 단원 STEM 요소 S, T, E, T 지역 주 개발자 Ⅰ. 지권의 변화 - 지구계와 지권의 구조 Ⅰ. 고체지구 보조 개발자 - 탄성파가 반사되는 성질을 활용하여 지질구조를 알아내는 원리를 설명할 수 있다. - 탄성파를 활용한 지질구조 탐사가 산업 분야에 적용되는 사례를 말할 수 있다. 주요 수업 개요 - 자원 탐사에 관련된 직업을 탐구하고, 관련 직업을 갖기 위해 노력해야 할 점을 말할 수 있다. - 교육 과정에 소개된 지진, 지구의 층상 구조와 같은 익숙한 개념을 먼저 제시하여 학생들이 자원 탐사 분야를 어렵게 인식하지 않도록 한다. - 석유 개발 분야에 흥미를 가질 수 있도록 실질적인 업무를 소개해 줄 수 있는 전문가와 함께 프로그램을 구성한다. 1차시 • 지진의 발생원인 • 지진파의 종류와 특성 • 탄성파의 활용 2차시 - 해저면 탐사 (음향 측심법) - 지하의 석유, 천연가스 및 광물 자원 탐사 • 초음파 센서와 이두이노를 이용한 거리 측정기의 작동 원리 차시별 주요내용 - 지진파를 이용한 지구 내부 탐사 3-4차시 • 거리 측정기를 이용하여 지형 모형의 탐사 • 탐사 결과로 작성한 지형 모형의 모양 예측하기 • 실제 자원 탐사 과정에서의 지질구조 탐사 소개 • 석유와 천연가스가 저장되기 위한 암석과 지하 구조의 특징 5차시 • 석유와 천연가스 탐사에서 탄성파의 활용 • 자원 탐사 과정 소개 6차시 • 지하자원을 탐사하는 전문가 인터뷰 • 자원 탐사 전문가가 되기 위해 노력할 점 생각해보기 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 1. STEM 생각교실 프로그램 개요 교과군 중심교과목 학교급 학년 과학 지구과학 중학교 1학년 수업 모형 탐구학습 모형 수업 주제 탄성파를 활용한 지하 지질구조 탐색과 자원 탐사 수업 단원 Ⅰ. 지권의 변화 / 1. 지구계와 지권의 구조 중심 교과목 관련 교육과정 영역 핵심개념 내용요소 지구과학 지진파, 탄성파, 자원개발 지진파의 종류, 자원 개발 ◾ 지진파의 속도 변화를 기준으로 지구를 4개의 층으로 구분한다. 일반화된 지식 ◾ 반사되어 온 파동의 왕복 시간을 이용하여 거리를 계산할 수 있다. ◾ 파동의 성질은 해저측심법, 어군탐지기 등에 이용된다. ◾ 석유는 물보다 밀도가 낮아서 습곡의 배사, 단층의 상부에 분포한다. 성취기준 [9과01-01] 지구계의 구성 요소를 알고, 지권의 층상 구조와 그 특징을 설 명할 수 있다. ◾ 지진의 발생 원인과 지진파의 종류 관련탐구활동 ◾ 탄성파의 활용 ◾ 초음파 센서와 아두이노를 이용한 지형 모형 모양 찾기 평가방법 ◾ 과정 평가 : 탐구 과정에서 활동 참여도를 평가한다. ◾ 보고서 평가 : 활동시 작성한 보고서를 평가한다. STEM 요소 ◾ 지진의 발생 원인과 지진파의 종류 과학적 탐구 (S) ◾ 탄성파의 성질 – 파동의 반사, 파동의 속도 ◾ 지진파를 이용한 지구의 층상 구조 구분 ◾ 탄성파의 이용 – 해저 측심법, 어군 탐지기 등 ◾ 지하자원이 저장될 수 있는 암석과 지질구조 기술·공학적 과정 (T/E) 수학적 사고 활동 (M) ◾ 탄성파를 이용한 지질 구조 탐사 ◾ 초음파 센서와 아두이노를 이용한 거리 측정 장치 개발 ◾ 자원(석유, 천연가스) 탐사 개발 과정 알기 ◾ 탄성파 분석을 통한 거리 계산을 위한 수식 ◾ 그래프 작성법 및 분석하기 - 1 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 2. 교사용 지도안 단원 수업주제 Ⅰ. 지권의 변화 / 1. 지구계와 지권의 구조 차시 1/6 지진파의 종류와 특성 (1) 지진의 발생 원인과 지진파의 종류와 특성을 설명할 수 있다. 학습 목표 (2) 지진파 또는 탄성파를 이용하여 지각 및 지하의 구조를 알아내는 원리를 알 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 프로그램 도입 ◾ STEM의 용어와 의미를 소개한다. ◾ 프로그램 내에서 다루게 될 내용을 안내한다. 유의사항 도입 • 프로그램의 전반적인 흐름을 학생들이 알 수 있도록 소개한다. (10분) ◎ 동기 유발 (프로그램 동기 유발) ◾ 학생들이 상자를 열지 않고 상자 안에 들어 있는 물건을 알 수 있 는 방법을 자유롭게 발표하게 한다. ◾ 지구 내부의 모습을 보기 위해 어떤 방법을 사용할 수 있는지 연관 하여 생각해 본다. ◎ 탐색 활동 / 지진이란? ◾ 지진 발생 사진을 제시하고, 지진의 정의, 발생 원인을 생각해보고 1차시 활동지를 완성하도록 한다. ◾ 주어진 신문 기사를 보며 밑줄 그러진 지진과 관련된 용어의 뜻을 인터넷에서 찾아 활동지를 완성하도록 한다. 전개 (30분) ◾ 경주 지진 뉴스를 보며 지진 관련 용어가 어떻게 사용되는지 확인하 고, 단층 운동과 지진의 발생을 연관시켜 생각해보게 한다. ◎ 탐구 활동 / 지진파의 종류와 특성 ◾ 용수철을 이용하여 횡파와 종파의 특성을 비교해 본다. (* 용수철에 리본을 달아 실험하면 매질의 움직임이 더 잘 보인다.) ◾ P파와 S파의 특성을 비교해 본다. - P파와 S파의 속도와 통과할 수 있는 물질의 상태를 강조한다. ◎ 학습 내용 정리 정리 (5분) ◾ 지진의 발생 원인과 지진파의 종류 ◎ 다음 차시 예고 ◾ 탄성파의 활용 - 3 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 수업 주제 학습 목표 수업단계 Ⅰ. 지권의 변화 / 1. 지구계와 지권의 구조 차시 2/6 탄성파의 활용 1. 파동의 특성 (반사, 굴절 등)을 알고 활용 분야에 대해 설명할 수 있다. 2. 파동의 왕복 시간으로부터 거리를 측정하는 방법을 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시학습 내용을 확인한다. 도입 (7분) ◎ 동기 유발 ◾ 자동차의 후방센서, 어군 탐지기 등에 이용되는 파동의 원리가 무엇 인지 생각해 본다. ◎ 개념 도입 ◾ 지진파의 종류와 특성을 설명한다. ◎ 탐구 활동 1 / 지진파를 이용한 지구의 층상 구조 구분 ◾ 지구 내부를 통과하는 지진파의 속도 변화 그래프를 제시하고, 지진 파의 속도가 특징적으로 변화하는 곳을 찾고, 지구 내부를 4개의 층 으로 구분해 보도록 한다. ◎ 탐구 활동 2 / 음파를 이용한 해저면 탐사 2차시 전개 (30분) ◾ 음파를 이용하여 해저 지형을 탐사하는 방법을 설명한다. ◾ 해저면 탐사에서 음파의 왕복 시간을 측정하여 거리를 알아내는 식 을 생각해 보도록 한다. ◾ 해저면 탐사를 위한 음파의 왕복 시간 그래프를 제시하고 수심을 계 산하는 활동을 통해 탄성파를 이용해 거리를 측정하는 방법을 충분히 익히도록 한다. ◎ 탐구 활동 3 / 탄성파를 이용한 지하자원 탐사 ◾ 강한 음파(탄성파)를 이용하면 탄성파가 지하의 지각을 투과했다가 반 사되어 돌아온다. 이 반사파를 분석하면 눈으로 볼 수 없는 지하 구조를 알아낼 수 있고, 이를 이용해 지하 자원을 탐사 할 수 있다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 지진파와 탄성파의 활용 분야 정리 (8분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 초음파 센서와 아두이노를 이용한 거리 측정기 제작 원리 ◾ 거리 측정기를 이용하여 지형 모형의 모양 찾기 - 4 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 수업 주제 Ⅰ. 지권의 변화 / 1. 지구계와 지권의 구조 차시 3-4차시 초음파 센서를 이용한 지하구조 탐사 1. 초음파 거리 측정기의 작동 원리를 설명할 수 있다. 학습 목표 2. 실험 장비를 이용하여 지형 구조의 모양을 알아낼 수 있다. 3. 탄성파를 이용한 해저면 또는 지하 구조의 탐사 방법을 실험과 연관지어 설명 할 수 있다. 준비물 수업단계 • 아두이노 거리 측정 장치, 태블릿(또는 휴대폰), 지형 모형, 자 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시학습 내용을 확인한다. 도입 (10분) - 탄성파의 활용 : 지구 내부의 층상 구조, 해저면 탐사, 자원탐사 ◎ 동기 유발 ◾ 해상 시추 장치로 원유를 얻는 영상을 보고, 넓은 바다 중 시추 지점을 결정하는 방법은 무엇인지 생각하여 발표해 보게 한다. ◎ 탐구 활동 1 / 거리 센서를 이용한 모형 지질 구조 탐사 Tip • 실험 전 거리 측정기와 태블릿에 앱을 설치하여 준비한다. • 학생들이 충분히 연습한 후 측정하도록 하고, 조작, 측정, 기록 역 할을 분담하여 실험할 수 있게 한다. ◾ 초음파 센서와 아두이노를 이용한 거리 측정기의 작동 원리와 특 징을 설명한다. ◾ 태블릿PC 또는 휴대폰에 ‘아두이노 드로이드’ 어플을 설치하고, 3-4차시 아두이노를 이용해 거리를 측정해 보도록 한다. 전개 (70분) - 거리 측정은 100회 측정 후 평균값이 구해지기 때문에 한 지점에 서 4초 이상 멈춰서 측정해야한다는 점을 유의하도록 한다. ◾ <지형 1>의 위를 지나가며 아두이노 거리 센서를 이용해 거리를 측정하고, 그래프를 그려 지형의 모양을 예측해 보도록 한다. ◾ <지형 2>에서 같은 방법으로 활동한다. ◾ 모둠 별 측정값을 공유하며 결과를 비교한다. ◾ 석유와 천연 가스와 같은 지하 자원 탐사에서의 탄성파가 어떻게 활용되는지 연관지어 생각해 보도록 한다. 유의사항 • 시추에 소요되는 비용, 시간, 노동력 등의 이유로 사전 조사가 이루어진 후 시추가 이루어진다. ◎ 학습 내용 정리 정리 (10분) ◾ 탄성파를 이용한 지질 구조 탐사 과정 ◎ 다음 차시 예고 • 자원 탐사 과정 - 5 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 수업 주제 학습 목표 수업단계 Ⅰ. 지권의 변화 / 1. 지구계와 지권의 구조 차시 5/6 지질 구조와 자원 탐사 (1) 석유와 천연 가스가 저장되기 위한 암석과 지하 구조의 특징을 설명할 수 있다. (2) 석유와 천연가스 탐사에 탄성파가 활용되는 과정을 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시학습 내용을 확인한다. 도입 (7분) - 초음파 센서를 이용한 지형 모형의 탐사 원리 ◎ 동기 유발 ◾ 석유가 자연 상태에서 존재할 때 어떤 곳에 위치하게 되는지 물과 기름의 밀도와 연관지어 생각해 보고 발표하게 한다. ◎ 탐색 활동 1 / 석유가 저장되는 장소 찾기 ◾ 암석들의 공극을 나타낸 그림을 제시하고, 석유와 천연가스가 저장 될 수 있는 암석을 생각해 보도록 한다. ◾ 지하 자원이 저장될 수 있는 암석들의 배치를 설명한다. - 근원암, 저류암, 덮개암의 용어와 역할을 설명한다. - 석유가 생성 후 이동하는 과정을 함께 설명하여 이해를 돕는다. ◾ 석유와 천연가스가 저장될 수 있는 지하 구조의 특징을 설명한다. - 실험을 통해 다루었던 탄성파 탐사를 통해 지하 구조를 탐사한다 는 것을 강조한다. ◾ 밀도가 낮은 석유의 특성과 자원이 저장되는 구조의 특징을 연관지 5-6차시 전개 (30분) 어 설명해 보도록 한다. ◎ 탐색 활동 2 / 지하 지질 구조 탐사 방법의 활용 ◾ 지하 자원 탐사 과정에서의 탄성파 활용 과정을 설명하는 영상을 통해 정리해 보도록 한다. Tip 한국석유공사에서 제작한 탐사 영상을 활용한다. - https://youtu.be/FTR4vVh76Gw ◾ 탄성파 탐사를 통해 지하 구조를 알아내는 것이 지하 자원 탐사에 서 중요한 이유를 생각해 보도록 한다. ※ 학생들의 이해도에 따라 ‘석유/ 천연 가스 탐사부터 개발까지’의 단 계를 소개하며 자원 탐사 과정의 다른 전문가도 언급해 준다. ◎ 학습 내용 정리 정리 (8분) ◾ 지하자원이 존재할 수 있는 지하 지질 구조의 특징 ◎ 다음 차시 예고 ◾ 자원탐사 전문가의 인터뷰 - 6 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 수업 주제 학습 목표 수업단계 Ⅰ. 지권의 변화 / 1. 지구계와 지권의 구조 차시 6/6 자원 탐사 전문가를 만나다! 지하 자원을 탐사하는 직업에 대해 탐구해 보고, 관련 직업을 갖기 위해 노력해야 할 점을 말할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시학습 내용을 확인한다. - 석유와 천연 가스가 저장될 수 있는 암석은 무엇인가? 도입 (7분) - 석유와 천연 가스가 저장될 수 있는 지하 구조는 무엇인가? ◎ 동기 유발 ◾ 석유와 같은 지하 자원을 탐사하는 과정에서 전문가들의 역할은 어떻게 나뉘어지는지 생각해보고 탄성파 탐사를 수행하는 전문가는 어떤 공부를 해야하는지 생각해보고 발표하도록 한다. ◎ 탐색 활동 / 자원 탐사 전문가를 만나다! ◾ 한국 석유 공사의 한반도의 지하 자원 탐사에 대한 영상을 통해 자원 탐사의 과정을 정리해 보도록 한다. < 인터뷰 영상을 준비한 경우 > • 학생들의 질문을 먼저 수합하여 질문에 맞는 답변을 전문가 전개 1차시 (30분) 가 촬영하여 제시한다. • 인터뷰 영상을 활용할 경우 학생들이 제출한 질문에 해당하 는 답변 영상을 학생들과 확인하고 설명을 덧붙인다. • 학생들이 제출한 질문에 대한 답변이 없는 경우 < 실제 전문가가 수업을 하는 경우 > • 학생들의 질문에 대해 전문가가 바로 답변을 하도록 한다. ◾ 자원 탐사 전문가의 답변을 정리하여 마무리한다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 자원 탐사 전문가가 되기 위해 노력할 점과 자원 탐사 전문가가 수 행하는 일과 의의를 정리한다. ◾ 직업에 관련된 질문을 하며 학생들이 관심을 갖고 탐색해 보도록 정리 (8분) 안내한다. ◎ 프로그램 마무리 ◾ 6차시 동안의 STEM 생각교실 프로그램의 내용을 정리한다. ◾ STEM 생각교실을 통해 지구과학 관련 주제를 다양한 관점으로 탐구해 보고, 관련 직업에 대한 탐색한 내용을 정리한다. ◾ 관련 분야에 대한 질문이 있는지 확인한다. - 7 - 

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 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 해치지 않아 천문학 전남대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 해치지 않아 천문학 이름 주요 과목 과학(중학교 3학년 과학) 관련 과목 지구과학 Ⅰ STEM 요소 S, T, E, T 관련 단원 Ⅶ. 별과 우주 – 3. 은하와 우주 관련 Ⅲ. 우주 – 1. 별의 특성과 진화, 단원 2. 우주의 구조와 진화 지역 개발 차시 6 보조 주 개발자 개발자 - 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체에 대해 알아보고, 우주 탐사에 관련된 직업을 탐구함으로써 우주에 대한 호기심을 키우고 천문학 및 관련 직업 을 친숙하게 느끼도록 한다. - 성운, 성단, 은하 등의 이미지를 보며 나름의 기준을 세워 분류해보고, 주요 수업 개요 실제 과학자들이 분류한 것과 비교하여 공통점 및 차이점을 분석한다(과 학적 탐구). - 대형망원경인 천체망원경 관측시 적응광학기술을 사용하여 잡음을 제거 한 정확한 자료를 얻는 원리, 중력파 관측소의 관측원리를 알게 한다(기 술-공학적 과정). - 빛의 속력으로 이동하는 거리 개념을 계산하여 간접적으로나마 우주, 은 하, 성운, 성단, 태양계 등의 크기를 확인한다(수학적 사고 활동). 1차시 지구, 방향 알아보기 2차시 거리, 크기, 시간 감각 기르기, pc(파섹), 광년, AU 차시별 3차시 은하의 종류 분류하기, 은하의 진화 과정 추측 주요내용 4차시 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체(성운, 성단) 분류 5차시 블랙홀, 우주 팽창(빅뱅 이론), 천문학 6차시 과거, 현재 그리고 미래의 우주개발 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 1. STEM 생각교실 프로그램 개요 교과군 중심교과목 학교급 학년 과학 지구과학 중학교 3학년 수업 모형 발견학습 수업 주제 해치지않아 천문학 수업 단원 VII. 별과 우주 중심 교과목 관련 교육과정 영역 핵심개념 내용요소 우리은하의 모양과 구성 천체 우주 일반화된 지식 성취기준 관련탐구활동 우주의 구조와 진화 우주팽창 우주 탐사 성과와 의의 우리은하는 별, 성간물질 등으로 구성된다. 우주는 다양한 은하로 구성되며 팽창되고 있다. 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체를 설명할 수 있다. 우주가 팽창하고 있음을 모형으로 설명할 수 있다. 우주 탐사의 의의와 인류에게 미치는 영향을 조사하여 발표할 수 있다. 우리은하 구성 천체 분류하기 은하의 진화과정 분류하기 평가방법 관찰평가 STEM 요소 과학적 탐구 1“(초) = 1 pc(파섹) = 3.26 광년 = 206,265 AU (S) 천체의 분류, 우주팽창, 우주개발 기술·공학적 과정 주파수 측정기 사용 (T/E) 스텔라리움 프로그램 사용 우주의 크기를 pc(파섹), 광년, AU 등 다양한 단위 이용하여 비교 수학적 사고 활동 1“(초) = 1 pc(파섹) = 3.26 광년 = 206,265 AU (M) 같은 거리를 다양한 속력으로 갈 때 시간 비교 은하와 블랙홀 질량 관계 그래프 분석 - 1 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 2. 교사용 지도안 단원 VII. 별과 우주 1/6차시 우주는 상상하면 할수록 더 신기하고 재미있는 곳! 학습 목표 수업단계 차시 생각해보고 질문해보기! 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 프로그램 도입 ◾ STEM의 용어와 의미를 소개한다. ◾ 프로그램 내에서 다루게 될 내용을 안내한다. (1차시) 친해지기: ‘생각’과 / 작은 지구와 - (2차시) 친해지기: 큰 지구와 / 우주와 - (3차시) 은하, 네 이름은? - (4차시) 우 리은하와 아이들 - (5차시) 넘의 은하와 아이들 - (6차시) 우 주 고 투 더 우주 도입 (20분) ◎ 동기 유발 (아이스브레이킹) ◾ 최근에 언제 생각해봤는지, 어떤 생각을 했는지 질문한다. ◾ 궁금해하고 질문을 만들어내는 사람이 성장할 수 있는 것이라고 설명하며 질문하고 생각할 수 있는 분위기를 조성한다. ◾ 선생님을 당황할 만한 질문을 만들어 포스트잇에 적고, 질문을 살펴보며 답한다. 1차시 ◾ 과학에 대한 학생들의 생각 알아보고, 과학적 사고에 대해 설명 한다. ◎ 탐색 활동 / 방향과 생각해보기 ◾ 교실에서 동서남북 방향을 찾아본다. (해 뜨고 지는 방향 생각) 전개 (20분) ◾ 학교는 어느 쪽을 바라보고 지었을지 물어보고 지도로 확인한 다. ◾ 지도로 건물들이 남향임을 확인하고, 왜 남향일지 생각해본다. ◾ 기차나 버스 좌석 선택, 일출, 일몰, 비행기 항로에 따라 보고 싶은 풍경 등 방향 감각이 실생활에 활용됨을 확인한다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 질문 받고, 생각하는 연습을 통해 ‘할 수 있음’과 ‘재미있음’을 정리 깨닫게 한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 큰 지구, 우주와 친해지기에 대해 학습할 것을 예고한다. - 3 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 학습 목표 수업단계 차시 2/6차시 우주를 느끼기 위해 거리, 크기, 시간에 대한 감각을 기른다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 동서남북 도입 (10분) ◎ 동기 유발 ◾ 차원에 대해 질문하고, 0~4차원을 설명한다. ◾ 우리가 살고 있는 세상은 몇 차원인지, 자동차는 몇 차원에서 움직인다고 할 수 있는지 생각해본다. ◾ 2차원 지도에서 3차원으로 생각해본다. ◎ 탐구 활동 / 북반구와 남반구 일주권과 계절 변화 ◾ 북반구와 남반구는 해가 어떻게 이동하는지 생각해본다. (지구본 활용) ◾ 스텔라리움으로 북반구와 남반구의 일주권을 확인한다. ◾ 태양과 지구의 위치를 보고 계절의 변화를 생각해본다. 2차시 전개 (30분) ◎ 탐구 활동 / 크기 감각 ◾ 여러 가지 속력을 설명하고 빛의 속도가 어느 정도 일지 가늠해 본다. ◾ 같은 거리를 다양한 속력으로 갔을 때 걸리는 시간을 비교해본 다. ◾ 우리 나라, 지구, 달, 태양계의 거리를 느껴본다. 빛의 속도로 갔을 때 얼마나 오래 걸리는지 상상해본다. ◾ 연주시차 1 “(초)인 1 pc(파섹)의 거리가 얼마나 먼 거리인지 상 상해보고 느껴본다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 우주의 엄청난 크기를 가늠해보고 1 pc 이 얼마나 먼 거리인지 정리 (5분) 확인한다. ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. ◎ 다음 차시 예고 ◾은하에 대해 학습할 것을 예고한다. - 4 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 학습 목표 수업단계 차시 3/6차시 천체 사진을 분류하고 은하의 진화 과정을 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 차원, 빛의 속도, 태 도입 (10분) 양계 거리, 1 pc ◎ 동기 유발 ◾ 우주에서 가장 다양한 모습을 가지고 있는 아름다운 예쁜 천체 를 살펴보자. ◎ 탐구 활동 / 은하 분류 후 진화 과정 추측하기 ◾ 천체 사진을 살펴보고 구분 기준을 비슷한 천체끼리 모아서 특 징을 정해본다. ◾ 진화 과정을 젊은 별(푸른색)과 늙은 별(붉은색)을 색깔을 이용 해서 추측해본다. 3차시 전개 (30분) ◾ 조별로 구분 기준, 진화 과정, 그렇게 생각한 이유에 대해 발표 한다. ◎ 개념 도입 / 은하의 종류와 진화 과정 ◾ 나선 은하, 막대나선 은하, 타원 은하, 합병 은하, 불규칙 은하 사진을 보고 특징을 이야기해본다. ◾ 모양과 색깔 등 은하의 특징을 가지고 진화 순서를 추측해본다. (불규칙 은하 → 막대/나선은하 → 타원은하) ◎ 학습 내용 정리 ◾ 은하의 진화 과정을 간단히 설명한다. 정리 ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 우리 은하에 대해 학습할 것을 예고한다. - 5 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 학습 목표 수업단계 차시 4/6차시 우리은하의 모양, 크기, 구성 천체를 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 은하의 진화 과정 ◎ 동기 유발 도입 (10분) ◾ 생각하기 스트레칭 퀴즈 – 3차원에서 생각해보기 곰 한 마리가 집에서 나와 남쪽으로 5km 갔다가 서쪽으로 5km 갔다 가 다시 북쪽으로 5km 갔더니 집에 도착했다. 이 곰의 색깔은? (북 극곰) ◾우리가 밤에 볼 수 있는 하늘의 방향을 생각해보며 계절마다 볼 수 있는 별자리가 다름을 확인한다. ◎ 탐색 활동 / 우리가 밤에 볼 수 있는 하늘의 방향은? ◾ 천체 사진을 살펴보고 구분 기준을 비슷한 천체끼리 모아서 특 징을 정해본다. ◾ 진화 과정을 젊은 별(푸른색)과 늙은 별(붉은색)을 색깔을 이용 해서 추측해본다. 4차시 전개 (30분) ◾ 조별로 구분 기준, 진화 과정, 그렇게 생각한 이유에 대해 발표 한다. ◎ 개념 도입 / 은하의 종류와 진화 과정 ◾ 나선 은하, 막대나선 은하, 타원 은하, 합병 은하, 불규칙 은하 사진을 보고 특징을 이야기해본다. ◾ 모양과 색깔 등 은하의 특징을 가지고 진화 순서를 추측해본다. (불규칙 은하 → 막대/나선은하 → 타원은하) ◎ 학습 내용 정리 ◾ 은하의 진화 과정을 간단히 설명한다. 정리 ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 우리 은하에 대해 학습할 것을 예고한다. - 6 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 VII. 별과 우주 5/6차시 우리은하의 바깥 천체에 대해 설명할 수 있다. 학습 목표 수업단계 차시 우주가 팽창하고 있음을 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 ◾ 질문을 통해 전시 학습 내용을 확인한다. - 우리은하 속 천체 도입 (10분) ◎ 동기 유발 ◾ 여러 천체 사진들에서 블랙홀 사진을 찾아본다. 모든 은하 중심 에는 블랙홀이 있다. 블랙홀이란? ◎ 탐색 활동 / 블랙홀 ◾ 사건의 지평선 망원경으로 관측한 블랙홀의 특징, 질량, 크기를 알아본다. ◾ 블랙홀-은하 공동진화이론 그래프를 보고 알 수 있는 내용을 찾 아본다. ◾ 중력파, 중력렌즈 효과를 간단히 알아본다. 5차시 전개 (30분) ◎ 탐구 활동 / 우주의 팽창 ◾ 우주배경복사를 알아본다. ◾ 구급차가 다가올 때와 멀어질 때의 주파수를 주파수 측정기를 통해 비교해보고, 적색편이가 일어났을 때 관측자와 물체의 거리가 멀어짐을 알 수 있다. ◾ 우주배경복사가 전체적으로 전방향으로 멀어지고 있음이 관측되 고 이것이 빅뱅 이론을 뒷받침함을 알 수 있다. ◎ 프로 천문학과 아마추어 천문학에 대한 설명과 관련 진로 안내 ◎ 학습 내용 정리 ◾ 블랙홀과 우주팽창을 간단히 설명한다. 정리 ◾ 학습 내용 관련 질문을 하며 학생들의 이해도를 확인한다. (5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 우주 개발에 대해 학습할 것을 예고한다. - 7 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 CHECK MY HEALTH! 인천대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 인천대학교 과학영재교육원 프로그램 CHECK MY HEALTH! 이름 주요 과목 과학 (생명과학) 기술 관련 과목 정보 S,E,T STEM 요소 관련 단원 관련 단원 ❍ 순환과 호흡 ❍ 혈액 순환 키트 제작 ❍ 아두이노, 바이오 센서 지역 개발자 주요 수업 ❍ 순환과 호흡에 대한 다양한 체험 활동을 통해 자연스럽게 터득하고, 아 두이노와 바이오센서를 활용해 산소포화도와 맥박 측정기를 제작하고 개요 측정하여 자신의 건강을 체크할 수 있다. 1차시: 순환 호흡에 대한 체계적 학습 2차시: LED를 이용하여 순환 모형 키트 제작 활동하며 학생의 이해력 증 차시별 주요내용 (키워드 위주) 진 3차시: 산소포화도와 맥박에 대하여 정리 아두이노와 바이오센서에 대하여 자세히 알아보고 측정기 제작에 필요한 배경 지식 쌓기 4차시: 산소포화도와 맥박 측정기 제작활동을 통해 실생활에서 과학적 원 리 적용 ※ 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] { Check My Health } 교재개발자: 표민희, 이신혜 교육 대상 : 개발년도: ( 중등 / 고등 ) 교육과정 ( 수업 시간 : ( 2021학년도 ) 분야 총 4 시간 ) [지도교사용] < 교재 요약 > 순환과 호흡에 대한 다양한 체험 활동을 통해 자연스럽게 터득하고, 아두이노와 바이오센서 를 활용해 산소포화도와 맥박 측정기를 제작하고 측정하여 자신의 건강을 체크할 수 있다. ▢ 관련 분야 및 내용 교과 분야 내용 STEAM요소 과학(생명과학) 순환과 호흡 S 기술 혈액 순환 키트 제작 E 정보 아두이노, 바이오 센서 T * STEAM: Science, Technology, Engineering, Art, Mathmatics 약자 ▢ 융합교과의 개요 및 목적 코로나-19 상황과 더불어 4차 산업혁명 시대가 성큼 다가오며 과학적 탐구능력, 과학적 문제해결력 및 을 함양하도록 하였다. 단순히 과학적 지식을 배우는데 그치지 않고 새로운 지식과 정보, 기술을 창의적으로 생성하고 융합하여 사고할 수 있는 인재를 육성해야 한 다. 정보 교과의 아두이노와 바이오 센서를 활용해 컴퓨터 과학적 지식과 기술의 탐구와 더불어 이를 실생활에 활용할 수 있는 통합적 사고 능력과 컴퓨팅 사고력을 함양한다. - 1 - STEM 생각교실 교재 2) 1차 시 수 업 자 료 - 3 - STEM 생각교실 교재 2) 3차 시 수 업 자 료 - 12 - STEM 생각교실 교재 2) 4차 시 수 업 자 료 - 15 - STEM 생각교실 교재 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 놀면서 배우는 Light!! 인천대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 인천대학교 과학영재교육원 프로그램 놀면서 배우는 Light!! 이름 주요 과목 관련 과목 STEM 요소 과학(물리) 수학 기술 정보 S,T,E,M 관련 단원 관련 단원 ❍ 빛의 성질 ❍ 16진수, 보로노이 다이어그램 ❍ 무대조명 장치 제작 ❍ 스마트폰 앱(Rgb color pickrer) 활용 지역 개발자 ❍ 빛의 반사와 빛의 합성에 대한 다양한 체험 활동을 통해 개념을 자연스 주요 수업 개요 럽게 터득하고, 거울 퍼즐을 통해 어려운 내용에 쉽게 다가가고 무대 조명을 만드는 과정에서 빛의 합성에 의한 다양한 색을 확인할 수 있 다. 1차시: 반사된 빛이 나아가는 원리를 알고 빛의 반사 법칙을 이용하여 거 울 퍼즐을 풀 수 있다. 2차시: 평면 거울에 의한 상의 특징을 이해하고 거울이 이루는 각이 작아 차시별 주요내용 (키워드 위주) 질수록 물체의 상의 개수가 달라짐을 이해한다. 3차시: 빛의 삼원색을 알고 빛의 합성을 실험도구를 활용하여 눈으로 확인 하고 스마트폰 앱(Rgb color pickrer)을 이용하여 빛의 합성에 의 한 다양한 색을 확인한다. 4차시: 본인이 상황을 설정하고 그 상황에 알맞은 무대 조명을 만들어 공 연을 보여준다. [ 활동지 – 교사용(1차시) ] 1학년 ( 평면 거울에서의 빛의 반사 활동목표 1 )반 ( 이름 ( )번 ) v 반사된 빛이 나아가는 원리를 알 수 있다. ※ 법선: 거울면에 수직인 선 ※ 입사각: 입사 광선과 법선 사이의 각 ※ 반사각: 반사 광선과 법선 사이의 각 그림출처: 천재교과서 과학1 [ 실험 과정 ] 1. 각도기가 그려진 종이에 평면거울을 수직으로 세운다.(거울 양쪽 아래에 집게를 이용하면 수 직으로 세우기 쉽다.) 2. 각도기의 중심에서 거울 면에 수직인 선을 긋는다.(이것을 법선이라고 한다.) 3. 입사각이 20°가 되도록 거울에 레이저를 비추고 반사각을 측정한다. 4. 입사각을 다양한 각도(30°, 40°, 그 외 원하는 각도)로 바꾸면서 과정 3을 반복한다. [ 실험 결과 ] 입사각 20° 30° 40° 반사각 20° 30° 40° 거울면 법선 [ 실험 결과 해석 ] 1. 입사각이 30°의 경우, 입사광선과 반사광선을 위 각도기 그림에 각각 다른 색으로 표시해보자. 2. 입사각과 반사각은 서로 어떤 관계가 있는가? - 7 - 입사각과 반사각은 항상 같다 STEM 생각교실 교재 [ 활동지 – 교사용(2차시) ] 평면 거울에 의한 상의 특징 활동목표 1 1학년 ( )반 ( 이름 ( )번 ) v 평면 거울에 의한 상의 특징을 관찰할 수 있다. ※ 평면거울에 비친 모습을 보는 원리 물체에서 사방으로 빛이 퍼져 나간다 ⇒ 반사 법칙에 의해 거울면에서 반사된다 ⇒ 반사된 빛 이 우리 눈에 들어온다 ⇒ 눈에 들어온 빛을 거꾸로 따라가면 거울 뒤에서 모이고 이곳에 상이 생긴다 ⇒ 우리 눈은 빛이 반사한 것을 느끼지 못하고 상에서 빛이 나온 것처럼 느낀다 [ 실험 과정 1 ] 1. 모눈이 그려진 종이의 거울 위치에 평면거울을 수직으로 세운다.(거울 양쪽 아래에 집게를 이용하면 수직으로 세우기 쉽다.) 2. 점이 찍힌 위치에 네임펜 한 자루를 세운다. 3. 다른 색의 네임펜을 거울의 뒤쪽에 세운다. 단, 왼쪽, 오른쪽에서 각각 관찰하며 두 자루의 네임펜이 완전히 겹치도록 뒤쪽 네임펜의 위치를 잡는다. 4. 거울면에서 두 네임펜까지의 위치와 거리는 어떠한지 비교한다. 네임펜 길이가 같음 [ 실험 결과 해석 ] 거울면에서 두 네임펜까지의 위치와 거리는 어떠한지 비교하여 설명하시오. 거울면에서 두 네임펜까지의 위치와 거리는 같다. (물체와 거울, 거울과 상까지의 거리가 같다.) - 10 - STEM 생각교실 교재 [ 활동지 – 교사용(3차시) ] 1학년 ( 빛의 합성 활동목표 1 )반 ( )번 이름 ( ) v 빛의 합성의 원리를 설명할 수 있다. <생각열기> 인터넷 쇼핑을 통해 구입한 옷의 색깔이 실제 봤을 때와 다르게 보이는 이유는? 화면에서 본 옷의 색은 화면의 수많은 화소에서 나온 빛이 합성된 색이지만, 실제 옷의 색은 옷이 반사한 빛의 색이기 때문이다! ※ 하얀 종이에 손전등과 셀로판지를 이용하여 빛을 비춰보자! - 빨간색 셀로판지를 이용하여 빛을 비추면, ( 빨간색 )으로 보인다. - 초록색 셀로판지를 이용하여 빛을 비추면, ( 초록색 )으로 보인다. - 파란색 셀로판지를 이용하여 빛을 비추면, ( 파란색 )으로 보인다. ☞ 그 이유는 투명한 물체의 색은 다른 색깔의 빛은 모두 흡수하고 투명한 물체의 색의 빛 만 통과시키기 때문이다. ※ 빛의 삼원색 : 빨간색, 초록색, 파란색 ※ 빛의 합성 : 두 가지 색 이상의 빛을 합하여 다른 색의 빛을 만드는 것 ※ 빛을 합성해 보고 다음 그림의 비어 있는 칸을 채어보시오! 그림출처 : 천재교과서 과학1 - 13 - STEM 생각교실 교재 [ 활동지 – 교사용(4차시) ] 1학년 ( 멋진 조명을 이용하여 나만의 무대를 만들자! 활동목표 1 )반 ( )번 이름 ( ) v 어둠상자를 활용하여 여러 가지 조명 만들기 [실험 과정] 셀로판지와 손전등을 이용하여 어둠상자에 조명을 비추어 본다. [실험 결과] 여러 가지 조명을 사진으로 찍은 후 해당 사진을 활동지에 넣으세요! 초록색 조명 파란색 조명 빨간색 조명 자홍색 조명 청록색 조명 노란색 조명 무대에 쓸 조명1 무대에 쓸 조명2 무대에 쓸 조명3 ※ 조명에 따른 물체의 색 - 물체의 색은 물체를 비추는 조명의 색에 따라 다르게 보임 조명 그림 빨간색 초록색 파란색 빨간색 초록색 파란색 +초록색 +파란색 +빨간색 빨간색+초록 색 +파란색 빨간 사과 빨간색 검은색 검은색 빨간색 검은색 빨간색 빨간색 초록 잎 검은색 초록색 검은색 초록색 초록색 검은색 초록색 빨간색 초록색 검은색 노란색 초록색 빨간색 노란색 노란 바나나 출처 : 천재교과서 과학1 - 16 - STEM 생각교실 교재 

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 우리 주변에는 어떤 천연 항생물질이 있을까? 아주대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 아주대학교 과학영재교육원 프로그램 우리 주변에는 어떤 천연 항생물질이 있을까 이름 주요 과목 과학탐구실 험 관련 단원 관련 과목 생물 관련 단원 STEM 요소 S, T, M 지역 II. 생활 속의 과학 탐구, 05. 우리 주변에는 어떤 천연 항생 물질이 있 을까? 개발자 주요 수업 항생제의 기본 개념을 이해하고 천연물질의 항생작용을 확인하는 과정을 개요 체험하며 이를 통해 연구윤리, 결과 분석법, 과학적 사고력을 배양한다. 1차시 : 항생제의 기본 개념, 세균의 특징과 배양법, 항생제 내성 기작에 대한 기본 개념을 익힌다. 2차시: 현미경 사용법을 익히고 실제 세균과 기타 진핵생물을 자세히 관찰 차시별 주요내용 (키워드 위주) 하고 비교하는 능력을 기른다. 3차시: 세균을 배양하기 위한 한천고체 배지 제조의 원리를 이해하고, 안전 사항을 준수하여 직접 제조해본다. 4차시: 천연물질의 항생 작용을 검증법인 페이퍼 디스크법을 이해하고 실 행한다. 5차시: 실험결과를 해석하고 분석하며, 생물정보학의 개념을 이해하고 온라 인 프로그램과 염기서열을 이용한 세균동정법을 직접 체험한다.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 알콜의 농도 측정 <손소독제의 알콜농도는 얼마일까?> 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 알콜의 농도 측정<손소독제의 알콜농도는 얼마일까?> 이름 주요 과목 화학실험 관련 단원 크로마토그래피 관련 과목 과학 관련 단원 물질의 특성 STEM 요소 S, T, E, M 지역 개발자 코로나로 인해 소독제의 사용이 많은 상황에서 우리가 사용하는 알콜함유 주요 수업 용품들을 크로마토그래피의 방법과 아두이노라는 공학적 도구를 이용하여 개요 알콜의 농도를 측정할 수 있는 탐구 과정을 학생 스스로 설계하고 수행하여 가설을 검증해 가는 프로젝트 수행 1~2차시: 알콜 농도에 대한 주제 제시, 크로마토그래피의 원리 및 방법 학 습 3~4차시: 크로마토그래피를 이용하여 알콜 농도 측정 방법 설계 및 탐구 차시별 주요내용 (키워드 위주) 과정 구조화, 실험 변인 탐색 및 통제 방법 토의 5~6차시: 알콜 표준용액의 측정값 데이터베이스화, 알콜함유 생활용품의 알콜 농도 측정 7~8차시: 아두이노의 구조 및 기초 원리 학습 9~10차시: 아두이노와 알콜 센서를 이용한 알콜 농도 측정 장치의 제작 11~12차시: 알콜 표준용액과 알콜 농도 측정 장치를 이용한 알콜 농도 데 이터베이스 제작, 알콜함유 생활용품의 알콜 농도 측정 3. 화 학 화 1 학 1. 상황제시 / 2. 문제정의와 제한조건 확인 1 2 3 4 준비물 영상, 학생 활동지 D C B A 학습 목표 공학적 문제를 정의하고 제한 조건을 확인한다. 유의사항 상황제시 ∙ 영상 출처 https://www.youtube.com/w atch?v=gCPOro-tdaw https://www.youtube.com/w atch?v=T3KyzqNDu4E&t=3s ∙ 2020년 1월부터 코로나가 전 세계에 확산되었던 시기에 전세계적으로 소독제가 품귀현상을 보였다. 그 당시 유튜브를 통해 손소독제를 간단하게 만들 수 있는 방법을 의사나 보건관련 종사자들이 동영상으로 제작하여 배포하였다. 단순히 알콜이 들어 있으면 ∙ <상황제시>의 요건 소독이 된다고 생각하였지만 알콜농도가 소독효과에 영향을 ① 알콜 농도를 측정하기 위한 장치를 설계하고 고안하고, 필요한 재료를 적어도 중고 등학교 실험실에서 구할 수 있는 재료를 활용한다. 미친다는 것을 보여주는 동영상이었다. 우리가 소독제로 사용할 수 ② 알콜 농도를 측정하기 위해 크로마토그래피의 원리를 이용하도록 하고 이 방법을 통해 알콜의 농도를 측정할 수 있는 방법을 고안하도록 제한한다. ③ 고안된 방법으로 우리 주변 의 알콜 제품의 농도를 측정 할 수 있는지 확인한다. 있는 알콜 소독제를 제조하기 위해서는 재료가 되는 알콜의 농도를 알고 있어야 하므로 알콜의 농도를 우리 주변의 재료를 이용하여 측정할 수 있는 방법을 고안해 보는 미션을 제시한다. ∙ 코로나 초기에 마스크와 소독제를 구하기 힘든 상황에서 고등학교를 다니는 미나와 엄마의 대화로 상황을 제시한다. 엄마 : 코로나로 마스크도 구하기 힘들지만 소독제나 손소독제를 구하기가 힘들 구나. 겨우 약국에서 파는 에탄올은 구했지만 소독제는 알콜의 농도가 60~80%가 가장 소독효과가 좋다고 하는구나. 약국에서 파는 알콜은 이 농도보다 훨씬 진해서 묽혀서 적당한 농도를 맞추어 주어야 하는데 알콜 농도를 알 수 있는 방법이 없을까? 미나 : 알콜 농도를 쉽게 측정할 수 있는 장치가 가정에는 없어서 알콜 농도를 측정하는 방법을 고민해 봐야겠어요. 마침, 내일 화학실험 수업이 있는데 화학선생님께 알콜 농도를 측정할 수 있는 방법을 여쭈어 보도록 할게요. 28 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 3. 화 학 2 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1 2 3 4 D 준비물 (모둠별) 증류수, 100% 에탄올, TLC판(7cm×1.5cm) 2개, 바이알병(70ml) 2개, 다양한 색의 수성싸인펜, 연필(또는 샤프펜), 유리판 2개, 일회용 스포이드 다수 ② 크로마토그래피에 의해 알 콜의 농도에 따라 이동상이 TLC판을 이동해서 올라가 는 속도가 다름을 이용하여 알콜의 농도를 측정하는 방 법을 고안할 수 있다. ③ 수성사인펜을 TLC에 찍어 수성사인펜의 색소가 농도 에 따라 TLC판을 따라 올라 가는 속도를 비교하여 알콜 의 농도를 측정하는 방법을 고안할 수 있다. 단, 수성사 인펜을 사용할 경우 전개된 뒤의 수성사인펜의 모양이 매우 길게 늘어져서 어디를 기준으로 잡을 지에 대한 논 란이 있을 수 있어 가능하면 수성사인펜을 기준으로 잡 기보다 전개용매를 기준으 로 잡을 것을 권장한다. ④ 탐구활동을 위한 가설을 학 생들이 발표하게 한다. 발표 한 내용을 종합하여 공통의 가설을 제시하고 학생들이 탐구목표를 확실하게 알 수 있게 한다. B A 학습 목표 크로마토그래피의 기본원리를 이해하고 알콜의 농도를 확인할 수 있는 시스템에 적용시킬 수 있는 방법을 고안한다. 정보 수집 재료 탐색 유의사항 ① 특히, 고정상과 이동상에 대 해 정확하게 이해하고 같은 고정상이라도 이동상의 종 류에 따라 이동하는 속도가 다름을 이해하도록 한다. C 1. 크로마토그래피 탐구 하기 ① 초등학교에서 많이 해 본 수성사인펜을 이용한 크로마토그래피에 대한 동영상을 보고 비슷한 크로마토그래피 활동을 한다. https://www.youtube.com/watch?v=O7MS8NgFSYs ② TLC를 이용한 크로마토그래피에 대한 동영상을 보고 거름종이뿐만 아니라 TLC를 이용하여 크로마토그래피를 할 수 있는 방법을 이해하고 알콜의 농도를 측정할 수 있는 방법에 대해 토의한다. https://www.youtube.com/watch?v=OYMdp_sS864 ③ 5ml의 물과 알콜이 들어 있는 바이알병에 TLC판을 넣어 이동상인 물과 알콜이 올라가는 속도를 비교해 본다. ∙ 이동상의 종류에 따라 물과 알콜이 올라가는 속도가 다르다는 것을 이해한다. ④ 수성사인펜으로 TLC판에 점을 찍고 ③의 과정을 반복하고 점의 색소가 전개되는 속도를 비교해 본다. ∙ 색소의 이동 속도가 알콜의 농도에 따라 올라가는 속도가 다르다는 것을 이해한다. 단, 단순히 전개용매의 속도, 또는 수성사인펜의 속도 중 어느 것을 사용할지 신중하게 고민하고 탐구방법을 설계하도록 한다. 2. 탐구활동을 위한 가설 설정 ① 탐구활동을 위한 가설을 설정한다. 가설 크로마토그래피*를 이용하여 알콜의 농도를 결정할 수 있다. * 크로마토그래피 : 분별 흡착 현상을 이용해 혼합물을 분리․정제 및 정성･정량 분석을 할 수 있는 방법 30 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 알콜의 농도 측정 - 손소독제의 알콜농도는 얼마일까? 3~4 해결책 설계 1 2 3 4 D C B A 학습 목표 준비물 1. 크로마토그래피의 원리를 이용하여 농도에 따른 이동상의 전개속도를 측정할 수 있는 방법을 설계할 수 있다. (모둠별) 증류수, 100% 에탄올, TLC판(20cm × 20cm) 1개, 저울, 바이알병(70ml) 22개, 다양한 색의 수성싸인펜, 연필(또는 샤프펜), 유리판 4개, 자, 타이머(스마트폰 활용), 커터칼, 일회용 스포이드 다수 2. 가설을 검증하기 위한 변인들을 예측하고 변인들을 조작하고 통제할 방법을 고안할 수 있다. 3. 설계된 방법을 구현하기 위한 크로마토그래피 재료를 준비할 수 있다. 유의사항 해결책 설계 1. 전 시간에 조별로 작성한 최종 탐구 방법을 발표하게 한다. 2. 알콜의 농도에 따른 전개용액의 전개속도를 측정할 방법 설계(농도별 전개 속도에 대한 데이터 베이스 제작 방법 설계) ① 조작변인, 종속변인, 통제변인을 설정하도록 한다. ∙ 조작변인 : 알콜의 농도 ∙ 종속변인: 전개용매의 전개속도 ∙ 통제변인: TLC판 크기 등... ② 통제변인을 다시 한번 확인하고 통제해야 할 변인이 더 있는지 확인한다. ③ 설정된 통제변인에 따라 통제할 방법을 구상하고 활동지에 정리한다. ④ 각 변인에 따라 재료를 준비할 방법을 설계한다. ∙ 조작변인인 다양한 알콜의 농도를 어떻게 제조할지 설계한다. - 농도간격을 적절히 정하고 농도별 알콜을 제조할 방법과 보관 방법을 설계 ∙ 종속변인인 전개용매의 전개속도의 측정 방법을 설계한다. - 일정한 시간동안 전개된 거리를 이용하여 속도를 측정하는 방법과 일정한 거리을 정하고 농도별로 도달하는 시간을 측정하는 방법 등을 설계 ∙ 실험재료(전개병, TLC판 등)를 확인하여 다양한 통제변인들을 통제할 방법이 탐구활동에 적절한지 토의한다. ① 조별 활동을 통해 지난 시간 최 종 탐구 방법을 결정하였지만 탐구 방법에 많은 오류가 있을 수 있으므로 교사가 구체적으 로 잘못된 점에 대해 스스로 생 각하여 수정 보완할 수 있도록 유도한다. ② 조작변인과 종속변인을 발표 를 통해 이끌어내고 통제변인 은 탐구활동중에 통제해야 할 변인이 무엇인지 조별로 토의 를 하여 다양한 변인을 생각할 수 있도록 하고 통제할 방법을 구상하도록 한다. 단, TLC판의 크기와 같이 하나의 예시를 사 용하여 학생들이 통제해야 할 조건에 대한 생각의 실마리를 제공하도록 한다. ③ 농도간격은 10%정도간격으로 하여 너무 좁은 간격으로 인해 데이터를 얻는데 걸리는 시간 이 너무 많이 소모되지 않도록 한다. 너무 넓은 간격으로 하여 데이터로서의 가치가 없을 수 도 있다는 것을 상기시킨다. ④ 적절한 크기의 TLC판은 전개 병의 크기를 고려하여 제작할 수 있도록 하며 크기가 매우 중 요한 통제변인임을 이해하도 록 한다. ⑤ 준비해야 할 재료가 많으므로 팀원들이 협력하여 적절하게 재료준비를 나눌 수 있도록 지 도한다. 부산대학교 과학영재교육원 31 3. 화 학 3. 탐구활동을 위한 재료 준비 ① 각 변인을 조작하고 통제할 탐구 재료를 준비한다. ∙ 일정한 간격의 다양한 농도의 알콜 용액을 제조하고 바이알 병에 보관한다. ∙ TLC판(20cm×20cm)을 잘라서 사용하기에 적절한 크기로 다량 제작하여 바이알병에 보관하도록 한다. ∙ 준비된 재료를 이용하여 탐구방법을 토의하고 팀원들과 함께 시물레이션을 하여 추가로 필요한 재료가 있는지 확인한다. 5~6 최적화 1 2 3 4 D 준비물 (모둠별) 증류수, 100% 에탄올, TLC판(20cm×20cm) 1개, 저울, 바이알병(70ml) 22개, 다양한 색의 수성싸인펜, 연필(또는 샤프펜), 유리판 4개, 자, 타이머(스마트폰 활용), 커터칼, 일회용 스포이드 다수 ② 전개속도는 70:30에서 가장 속도가 느리며 물100과 에탄 올100쪽으로 갈수록 점점 빨 라지는 경향을 보인다. 32 B A 학습 목표 1. 크로마토그래피의 원리를 이용하여 농도에 따른 이동상의 전개속도를 측정하고 농도별 전개속도에 대한 데이터시트를 완성하여 데이터 베이스를 만들 수 있다. 2. 약국에서 판매하는 알콜소독제와 소주, 고량주의 알콜 농도를 결정하기 위해 TLC판을 이용하여 전개속도를 측정하고 데이터 베이스와 비교하여 알콜 농도를 결정할 수 있다. 3. 알콜 농도를 측정하기 위한 적절한 방법인지 토의하고 정확한 알콜 농도를 측정하기 위한 다른 방법을 설계할 수 있다. 유의사항 ① 농도별로 전개액을 전개시킬 때 다양한 변인을 잘 고려하여 야 한다. 용액의 부피나 TLC 판의 기울인 정도, 전개병위 를 덮을 유리판 등을 모두 고 려하여 모든 조건이 같아질 수 있도록 세심하게 전개속도를 측정한다. C 최적화 1. 농도별 전개 속도 측정(농도별 전개속도에 대한 데이터 베이스 작성) ∙ 다양하게 제조된 농도별로 탐구계획에 따라 전개속도를 측정한다. ① 농도별로 이동상이나 용질의 전개속도를 측정하고 농도별 전개속도에 대한 데이터 시트를 작성한다. 농도(물:에탄올) 전개속도(1/s) 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 물100 90:10 … 20:80 10:90 에탄올100 알콜의 농도 측정 - 손소독제의 알콜농도는 얼마일까? 7~8 1 공학적 설계를 위한 사전 학습 2 3 4 D C 학습 목표 1. 아두이노의 기초 원리를 이해하고 설명할 수 있다. 2. 아두이노에 센서 및 표시장치를 부착하여 전자회로를 구성할 수 있다. 3. 설계된 공학적 도구를 구동하기 위한 코딩의 기본적인 구조와 간단한 명령어를 사용할 수 있다. 공학적 도구 제작을 위한 기초 학습 1. 아두이노의 기초 학습 ∙ 아두이노와 각종 센서 및 표시장치로 아두이노의 기초 이론을 스스로 학습할 수 있도록 한다. ① 아두이노의 기초 학습을 위한 학습 키트를 이용하여 아두이노의 기초 학습을 할 수 있도록 한다. ② 학습지를 이용하여 먼저 간단한 아두이노의 구조와 작동원리를 설명하고 간단한 전자회로를 구성하여 작동하는 원리를 학습하도록 한다. 기초이론을 학습할 수 있는 교재를 활용하여 학생들이 간단한 전자회로를 구성하고 코딩을 하는 과정을 학습할 수 있도록 한다. ③ 교사의 지도하에서 간단하게 작동하는 전자회로를 구성한 후, 전자회로가 작동할 경우에는 교재를 활용하여 학생들이 다양한 전자회로를 구성하여 공학적 도구를 제작하게 하고 아두이노를 팀별로 자유롭게 학습할 수 있도록 한다. 2. 알콜센서(MQ-3)를 이용한 알콜농도측정 장치 설계 ① 기초적인 아두이노 작동 원리을 학습하고 센서와 표시장치의 작동 원리를 이해한 후, 인터넷에서 음주측정장치 또는 알콜농도측정장치와 관련된 유튜브 또는 블로그를 검색하여 정보를 수집할 수 있도록 한다. ② 인터넷에서 소개하는 다양한 음주측정장치중에 실험목적에 가장 B A 준비물 (모둠별) 노트북, 아두이노, 알콜센서(MQ-3), 브레드보드, LED, LCD(1602 I2C모듈), 초음파센서, 동작감지 센서, 푸시버튼, 수동부저, 조도센서, 점퍼와이어, 전원케이블 유의사항 ① 기초적인 아두이노 원리를 학습지나 인터넷을 통해 학 습하도록 한다. 기초적인 아 두이노 학습교재와 키트를 함께 구매할 수 있는 사이트 에서 아두이노 키트를 구매 하여 기초학습을 할 수 있다. ∙ 구매 사이트 : 메카솔루션 https://mechasolution.com/s hop/goods/goods_view.php ?goodsno=576226&categor y= ② 음주측정장치를 기반으로 알콜 농도 측정 장치를 설계 하고 제작하도록 한다. 자료 는 인터넷을 통해 다양한 블 로그와 유튜브를 통해 자료 를 수집한다. https://www.youtube.com/w atch?v=trv6980m5sQ ③ 음주측정 장치는 입김으로 불어진 기체속의 알콜 농도 를 감지하여 혈액속의 알콜 농도를 계산하는 장치이므 로 우리가 측정하고자 하는 용액속의 알콜 농도 측정 장 치와는 설계가 달라야 함을 이해시킨다. 부합하는 장치를 찾아 구성회로와 코딩을 학습하도록 지도한다. ③ 음주측정장치를 제작하여 작동하는지 확인하고 실험에 필요한 알콜농도측정장치로 변형한 전자회로를 설계하도록 지도한다. ④ 음주측정장치를 작동시키기 위한 소스코드를 조별로 작성하게 한다. 부산대학교 과학영재교육원 35 3. 화 학 9 ~ 10 해결책 설계 및 공학적 도구 제작 1 2 3 4 준비물 (모둠별) 증류수, 100% 에탄올, 농도별 알콜 용액, 일회용 스포이드 다수, 알콜센서(MQ-3), 아두이노용 LCD1602(I2C), 브레드보드, 점퍼선, 삼색LED, 부저, 우드락, 칼, 글루건, 우드락본드, 가위, 하드보드지 ② 용액 상태의 알콜의 농도에 따라 제작한 공학적 도구의 값이 일정하게 변하지 않을 경우 농도 측정 장치의 구조 를 다양하게 변형하여 일정 하게 센서가 알콜을 감지할 수 있도록 하여야 한다. C B A 학습 목표 1. 아두이노와 알콜 센서를 연결하여 적절한 회로를 구성할 수 있다. 2. 아두이노와 알콜 농도 측정 장치를 작동시킬 수 있는 소스 코드를 코딩할 수 있다. 3. 알콜 용액속의 알콜 농도를 측정할 수 있는 측정 장치를 공학적으로 설계하고 제작할 수 있다. 유의사항 ① 설계된 알콜 농도 측정 장치 에 따라 제작한 공학적 도구 가 알콜의 농도에 따라 다른 수치를 나타내는지를 확인 하도록 하고 농도가 증가하 는 정도에 따라 값이 일정하 게 증가하는지를 확인하도 록 한다. D 해결책 설계 및 공학적 도구 제작 1. 아두이노와 알콜센서를 이용한 알콜 농도 측정 장치 제작 ∙ 알콜 센서를 통해 기화된 알콜의 농도를 상대적으로 측정하여 LCD에 값을 나타낼 수 있는 장치를 설계하고 제작한다. ① 전 시간에 설계한 알콜 농도 측정 장치를 아두이노와 알콜센서 및 부품을 이용하여 제작하도록 한다. ② 작성한 소스코드를 업로딩하여 제작한 알콜 농도 측정 장치가 제대로 작동하는지 알콜을 묻힌 솜을 이용하여 테스트한다. ③ 알콜 측정 장치가 알콜의 농도에 따라 작동하는지 확인하기 위해 알콜을 담은 비이커를 센서 근처에 가까이 가져가서 성능테스트를 해 본다. 다양한 농도의 알콜을 사용하여 알콜의 농도가 높아지면 수치가 증가하는지 보기 위해 농도별로 담긴 바이알병에 센서를 가까이 하여 농도별로 센서의 값이 다른지 확인한다. 2. 용액상태의 알콜 농도를 측정하기 위한 장치 설계 및 제작 ① 알콜 농도 측정 장치는 공기중의 알콜의 농도를 상대적으로 측정하는 장치이므로 용액속의 알콜 농도를 측정하는 도구를 설계하고 우드락이나 주위에서 쉽게 구할 수 있는 재료로 제작하도록 한다. ② 제작된 용액 알콜 농도 측정 장치를 이용하여 농도별로 알콜 농도를 측정하여 일정한 패턴의 농도측정치가 나타나는지 확인한다. ③ 일정한 패턴을 보이지 않는다면 측정 장치에서 잘못된 점을 토의를 통해 분석하고 잘못된 점을 개선하여 장치를 보완한다. ④ 용액 알콜 농도 측정 장치를 이용하여 일정한 비율의 농도의 알콜 용액의 농도에 대한 데이터 베이스를 작성하도록 한다. 36 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 알콜의 농도 측정 - 손소독제의 알콜농도는 얼마일까? 11 ~ 12 일반화 1 2 3 4 D C 학습 목표 1. 용액 알콜 농도 측정 장치를 이용하여 알콜 표준용액의 농도에 따른 측정값의 데이터 베이스를 만들 수 있다. 2. 알콜 소독제와 같은 시료의 알콜 농도를 측정하여 데이터 베이스와 비교하고 시료의 농도를 확인할 수 있다. 3. 실험 과정에서 토의와 협력을 통해 문제를 해결할 수 있으며 탐구과정을 정리하여 발표할 수 있다. 최적화 1. 알콜 표준용액을 사용한 농도별 알콜 측정값에 대한 데이터 베이스화 ① 조별로 제조되어 있는 다양한 알콜 표준용액과 제작된 알콜 농도 측정 장치를 이용하여 농도별로 알콜 농도 측정 장치가 나타내는 값을 표와 그래프로 나타내도록 한다. ② 농도의 증가에 따라 측정값의 일정한 증가를 보여 줄 수 있는지 확인하고 농도의 증가에 따라 측정값이 일정하게 증가하는 패턴을 보이지 않을 경우 원인을 파악하여 측정 장치를 변형하여 다시 측정하도록 한다. 2. 용액 알콜 농도 측정 장치를 이용한 시료의 알콜 농도 측정 ① 시중에서 구할 수 있는 다양한 알콜 함유 제품을 시료로 사용하여 용액 알콜 농도 측정 장치를 이용하여 알콜 농도를 측정하고 측정된 B A 준비물 (모둠별) 증류수, 100% 에탄올, 농도별 알콜 용액, 제작된 용액 알콜 농도 측정 장치, 시료(약국용 소독제, 손소독제, 알콜 농도별 술 등), 모눈종이 유의사항 ① 용액 알콜 농도 측정장치를 제작하였더라도 측정 장치 가 용액속 알콜의 농도를 정 확한 농도의 수치로 나타내 기 힘들기 때문에 크로마토 그래피와 같이 측정장치를 이용한 알콜농도 데이터 베 이스를 만들고 시료의 농도 를 데이터 베이스와 비교분 석하여 측정하는 것이 적절 하다. ② 학생들이 결과가 거의 유사 하다면 발표보다는 손소독 제 만들기 실습을 통해 학교 에서 함께 사용할 수 있는 손 소독제 만들기 활동으로 마 무리한다. https://www.youtube.com/w atch?v=eRg7oX6NJzE&t=45 0s 수치가 위에서 측정한 데이터 베이스와 비교 분석하여 시료의 농도를 예측한다. ② 예측된 자료가 상품설명에 제시된 알콜의 농도와 일치하는지 확인한다. ③ 일치하지 않을 경우 그 이유에 대해서 토의한다. 3. 팀별 알콜 농도 측정 방법 결정 및 발표 ① 팀별로 알콜의 농도를 측정하는 방법을 결정하고 자신들이 고안한 부산대학교 과학영재교육원 37 

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 시뮬레이션 프로그램을 이용한 생태계 평형 유지 최적 조건 탐색 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 이름 시뮬레이션 프로그램을 이용한 생태계 평형 유지 최적 조건 탐색 주요 과목 생물 관련 단원 생태계와 상호작용 관련 과목 생명과학1 관련 단원 개체군의 특성 STEM 요소 S, E, M 지역 개발자 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 다양한 상황을 설계하여 검증 주요 수업 하고, 왜 이러한 그래프가 나타났는지 추론하여 생태계의 평형에 영향을 개요 미치는 여러 가지 변인들을 탐구한다. 얻은 자료를 종합하여 생태계 평 형을 유지하기 위한 방안에 대해 해결책을 제시한다. 1차시 : 외딴섬에 염소를 들여오는 문제 상황 제시 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 포식-피식 시뮬레이션 프로그램 소개 및 활용, 상황 적용 3차시 : 프로그램을 활용한 상황 설계, 그래프 해석, 이유 추론 4차시 : 생태계에 영향을 줄 수 있는 변인탐색, 프로그램과 실제 생태계 의 차이점 탐색, 생태계의 평형을 오랫동안 유지하기 위한 최적 의 방안 제시 생명과학 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 1 2 1. 상황제시 / 2. 정보수집 1 2 3 4 D C 학습 목표 1. 생태계 평형 유지의 필요성에 대해 공감할 수 있다. 2. 늑대-토끼의 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 활용할 수 있다. 상황제시 1. 외딴섬에 염소를 키우게 하면 어떨까? 라는 문제 상황 제시 ∙ 소득증대를 위해 외딴 섬에 염소를 들여와 키우는 아이디어에 대해 B A 준비물 학생 활동지, 동영상, 모둠별 IT 기기(스마트폰, 테블릿, 노트북) 유의사항 ∙ 허용적 분위기를 조성하여 염소를 외딴섬에 들여오게 하면 어떻게 될까에 대해 흥 미를 느낄 수 있도록 한다. 학생들에게 질문한다. ∙ 교사는 학생들에게 학습지의 ‘소득 증대를 위해 외딴 섬에 염소를 들여와 키우는 방안에 대해 어떻게 생각하나요?’ 라는 질문을 ∙ 영상 출처: https://www.youtube.com/w atch?v=ics9u-4s-1k 개별적으로 작성하게 한다. ∙ 교사는 작성한 내용에 대해 서로 학생들이 생각을 공유할 수 있도록 몇몇 학생들에게 발표를 하게 한다. ∙ 교사는 학생들에게 ‘염소를 잡아라’라는 뉴스를 보여준다. ∙ 실제 상황과 학생들의 발표 내용이 다르다는 것을 지적 함으로서 호기심과 문제의식 을 불러일으키게 한다. 2. 동영상 내용과 학생들의 발표내용의 다름을 지적 - 교사는 동영상의 내용을 정리하면서 학생들의 발표내용과 다르다는 점을 지적한다. 부산대학교 과학영재교육원 49 ５. 생명과학 ② 유의사항 정답이 아닌 자신의 예상을 자 유롭게 쓸 수 있도록 격려해준 다. 문제정의와 제한조건 확인 1. 생태계를 오랫동안 지속시킬 수 있는 조건에 대한 문제제기 ∙ 앞선 상황제시를 통해 외딴섬에 염소가 들여왔을때의 문제점에 대해 학생들에게 질문을 한다. ∙ 교사는 생태계를 오랫동안 유지시킬 수 있는 방안에 대해 문제를 제기하며 외딴섬의 상황을 해결 하기 위해 늑대를 들여오는 방안에 대해 학생들에게 질문을 하고 개별적으로 작성하게 한다. 2. 생태계의 제한 조건 확인 ∙ 교사는 생태계 안에는 생산자, 1차 소비자, 2차 소비자가 있음을 언급해준다. 유의사항 만약 조별로 노트북 또는 테블 릿 기기가 부족하다면 나머지 학생들이 방관자가 아니라 주 체적으로 활동할 수 있도록 역 할을 부여하거나 번갈아 가면 서 사용할 수 있도록 지도한다. 정보수집 ∙ 교사는 학생들에게 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 이용할 수 있는 사이트를 제시해준다. ∙ 학생들은 교사의 설명과 학습지의 내용을 참고하여 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 사용한다. 50 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 2 2. 정보수집 1 2 3 4 D C 학습 목표 1. 개체군의 주기적 변동에 대해 설명할 수 있다. 2. 늑대-토끼의 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 활용하여 그래프의 변동양상을 표현할 수 있다. B A 준비물 학생 활동지, 동영상, 모둠별 IT기기(스마트폰, 테블릿, 노트북) 정보 수집 1. 외딴섬에 염소가 들여온 상황 적용 ∙ 외딴섬에 염소가 들어온다면 시간에 따른 풀-염소의 그래프가 어떻게 달라질지 예상하게 하고, 그렇게 생각한 이유를 학습지에 서술하도록 한다. ∙ 학생들이 직접 시뮬레이션 프로그램의 변인을 조작하여 외딴섬에 염소가 들여온 상황을 적용해 보도록 한다. ∙ 시뮬레이션을 3번 실행하여 학습지에 각각 그래프를 그리고 남아 있는 풀의 수가 몇 개인지 계산한 후 평균을 내보도록 한다. 2. 외딴섬에 염소가 들여온 후 생태계에 일어난 변화에 대한 이유 추론 ∙ 외딴섬에 토끼(염소)가 들여오기 전, 토끼가 들여온 직후, 토끼가 들여온 지 충분한 시간이 지난 후 각각 어떤식으로 변화되었는지 개인별로 학습지에 서술하도록 한다. ∙ 서술한 내용을 바탕으로 모둠별로 왜 이런 현상이 일어났는지 토의하도록 한다. 부산대학교 과학영재교육원 51 ５. 생명과학 ② 3. 외딴섬에 늑대가 들여온 상황 적용 유의사항 처음에 예상했던 상황과 실제 프 로그램을 돌렸을 때 나타난 상황 이 다름을 지적하고 왜 그런지 문제의식을 불러일으킨다. - 외딴섬에 늑대가 들어온다면 시간에 따른 풀-염소-늑대의 그래프가 어떻게 달라질지 예상하게 하고, 그렇게 생각한 이유를 학습지에 서술하도록 한다. - 학생들이 직접 시뮬레이션 프로그램의 변인을 조작하여 외딴섬에 늑대가 들여온 상황을 적용해 보도록 한다. - 시뮬레이션을 3번 실행하여 학습지에 각각 그래프를 그리고 남아 있는 풀의 수가 몇 개인지 계산한 후 평균을 내보도록 한다. 4. 외딴섬에 늑대가 들여온 후 생태계에 일어난 변화에 대한 이유 추론 - 외딴섬에 늑대가 들여오기 전, 늑대가 들여온 직후, 늑대가 들여온 지 충분한 시간이 지난 후 각각 어떤식으로 변화되었는지 개인별로 학습지에 서술하도록 한다. - 서술한 내용을 바탕으로 모둠별로 왜 이런 현상이 일어났는지 토의하도록 한다. 3 2. 정보수집 / 3. 해결책 설계 및 최적화 1 2 3 4 준비물 학생 활동지, 동영상, 모둠별 IT기기(스마트폰, 테블릿, 노트북) C B A 학습 목표 1. 포식-피식 시뮬레이션 프로그램을 상황에 맞게 활용할 수 있다. 2. 생태계 평형에 영향을 주는 요인에 대해 설명할 수 있다. 유의사항 그래프를 그릴 때 가로축과 세 로축의 변인값을 빠트리지 않 고 제대로 기술할 수 있도록 순 회지도 한다. D 정보수집 1. 실제 생태계와 유사한 환경으로 시뮬레이션 적용하기 ∙ 실제 생태계에서는 시간에 따른 풀-토끼-늑대 개체수의 그래프가 어떤식으로 변할지 예상하여 그려보고, 그렇게 생각한 이유를 학습지에 서술하도록 한다. ∙ 실제 생태계와 유사한 환경으로 시뮬레이션 프로그램을 적용시켜본다. 52 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 2. 그래프 해석하기 ∙ 처음에 예상했던 그래프와 실제 시뮬레이션 프로그램으로 나타난 그래프가 같은지 다른지 확인하고, 만약 다르다면 그 이유는 무엇인지 개인별로 서술해 보도록 한다. ∙ 프로그램으로 나타난 그래프를 시간에 따라 왜 이런 모양을 나타내었는지 모둠별로 토의 및 발표해보도록 한다. 해결책 설계 및 최적화 유의사항 PPT 활용 1. 생태계 평형에 대한 탐구 ∙ 교사는 학생들이 시뮬레이션 프로그램을 통해 활동한 내용을 정리하고, 생태계 평형에 대해 언급한다. ∙ 교사는 생산자, 1차 소비자, 2차 소비자가 각각 늘어났을 때의 생태계가 평형을 유지되는 과정을 학생들에게 질문하고 발표할 수 있도록 한다. ∙ 학생들이 시뮬레이션 프로그램을 통해 활동한 풀, 토끼, 늑대를 각각 생산자, 1차 소비자, 2차 소비자로 연결시켜 준다. 유의사항 생태계에는 우연적 요소가 존 재하므로(우연히 늑대와 토끼 가 만나지 않을 수 있다), 자신 이 예상했던것과 다른 결과가 나오더라도 학생들이 당황하 지 않고 그 상황에 맞게 이유를 추론할 수 있도록 지도한다. 부산대학교 과학영재교육원 53 ５. 생명과학 ② 2. 생태계 평형의 조건 탐구 ∙ 인간의 무분별한 계발로 인해 숲의 크기가 줄어든 상황을 가정하여 풀-토끼-늑대로 이루어진 생태계가 어떻게 변할지 예상해보게 한다. ∙ 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 숲의 크기를 변화시켜 적용해본다. ∙ 숲의 크기에 따라 그래프가 이런형식으로 나타난 이유에 대해 모둠별로 토의 및 발표해보게 한다. ∙ 인간의 무분별한 사냥으로 인해 특정 종이 줄어든 상황에 대한 자료를 보여주고 자료에 대해 해석하게 한다. 54 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 4 3. 해결책 설계 및 최적화 1 2 3 4 D C 학습 목표 1. 생태계에 영향을 줄 수 있는 요인에 대해 설명할 수 있다. 2. 생태계 평형을 유지하기 위한 해결책을 제시할 수 있다. 3. 생태계의 종 다양성 유지에 적극적인 태도를 가진다. 해결책 설계 및 최적화 1. 실제 생태계와 시뮬레이션 프로그램의 차이점 탐구 ∙ 포식-피식 프로그램의 한계점과 실제 생태계와의 차이점이 무엇인지 B A 준비물 학생 활동지, 동영상, 모둠별 IT기기(스마트폰, 테블릿, 노트북) 유의사항 차이점을 확인하게 위해 다양 한 조건에서 자유롭게 포식시 뮬레이션 프로그램을 돌려보 게 한다. 모둠별로 토의후 발표해보게 한다. ∙ 교사는 두 가지 종류의 먹이 사슬 그림을 제시해주고 실제 생태계와 포식-피식 시뮬레이션 프로그램은 각각 어디해 해당하는지 질문하고 두 가지 생태계 중 안정된 생태계는 어떤것인지 그 이유를 발표해보도록 하게 한다. 유의사항 그림이 무엇인지 질문하여 학 생들의 흥미를 불러일으킨다. 부산대학교 과학영재교육원 55 ５. 생명과학 ② ∙ 교사는 토끼굴의 그림을 제시해주고 실제 생태계에서는 피식자가 포식자로부터 피할 수 있는 은신처가 존재함을 지적해준다. ∙ 교사는 생태계에 영향을 줄 수 있는 여러 가지 요인이 존재함을 언급하고, 생태계에 영향을 미치 수 있는 요인은 무엇이 있는지 모둠별로 토의 후 발표해보게 한다. 유의사항 2. 문제에 대한 해결책 탐구 및 최적화 ∙ 다른 모둠이 발표한 내용의 문제점을 제시할 수 있도록 허용적인 분위기를 조성해준다. ∙ 처음에 보여주었던 ‘염소를 잡아라’ 동영상과 관련하여 외딴섬이 ∙ 최종 발표 후 교사는 학생들 의 개념이해를 점검해볼 수 있으며 학습한 내용에 대해 개념도를 작성하고 발표해보 는 시간을 가져보면 학습한 내용을 명료화하는데 도움이 될 수 있다. 위해서 어떤 방안을 세워야 할지 모둠별로 토의한 후 발표해보게 다양한 생물이 공존하는 즉 종다양성이 풍부한 생태계를 유지하기 한다. ∙ 각 모둠은 모둠별로 발표한 내용의 한계점이나 개선점을 개별적으로 적어본다. ∙ 다른 모둠이 지적해준 내용을 종합하여 최종적으로 생태계를 오랫동안 유지하기 위한 방안에 대해 모둠별로 토의한 후 발표해보게 한다. 평가하기 1. 학습자의 자기 평가 평가 기준 평가 문항 생태계 평형의 개념에 대해 이해했는가? 인 지 적 영 역 정 의 적 영 역 상 중 하 (상) (중) (하) 생산자, 1차 소비자, 2차소비자가 각각 늘어났을 경우 또는 줄어들었을 (상) (중) (하) 경우 생태계가 어떻게 변화하는지 설명할 수 있는가? 생태계에 영향을 줄 수 있는 요인에 대해 설명할 수 있는가? (상) (중) (하) 시뮬레이션 프로그램을 통한 탐구에 적극적으로 참여하였는가? (상) (중) (하) 모둠별 토론 과정에서 자신의 의견을 적극적으로 제시하였는가? (상) (중) (하) 다른 모둠이 발표할 때 경청하였으며, 다른 모둠의 의견을 비판적으로 (상) (중) (하) 수용하였는가? 56 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 포식-피식 프로그램을 활용하여 생태계의 유지 방안을 찾아보자! 2. 교사 평가 평가 기준 산출과정 해 결 책 제 시 평가 문항 점 수 염소가 들여왔을 경우, 늑대가 들여왔을 경우 생태계 변화에 대해 근거 를 들어 예상하였는가? (1) (2) (3) 실제 생태계에서 시간에 따른 풀-토끼-늑대의 그래프가 왜 이런 모양 으로 나왔는지 적절한 근거를 들어 추론하였는가? (1) (2) (3) 숲의 크기가 줄어들었을 때 그래프가 왜 이런 모양으로 나왔는지 적절한 근거를 들어 추론하였는가? (1) (2) (3) 카이바브 고원에서 늑대 사냥으로 인한 그래프 변화의 이유에 대해 적절 한 근거를 들어 설명하였는가? (1) (2) (3) 생태계에 영향을 줄 수 있는 여러 가지 요인에 대해 다양하게 설명하였 는가? (1) (2) (3) 시뮬레이션 프로그램의 변인을 상황에 맞게 조절하였는가? (1) (2) (3) 그래프를 그릴 때 x축과 y축에 변인을 제대로 기입하였는가? (1) (2) (3) 생태계 평형 유지를 위한 방안으로 다양한 해결책을 근거를 들어 제시하 였는가? (1) (2) (3) 다른 모둠이 지적해준 내용을 적절히 반영하여 최종적인 해결책을 제시 하였는가? (1) (2) (3) 부산대학교 과학영재교육원 57 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 틴커캐드 프로그램을 이용한 생태통로 설계 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 틴커캐드 프로그램을 이용한 생태통로 설계 이름 주요 과목 생물 관련 단원 생태계와 상호작용 관련 과목 생명과학1 관련 단원 생물 다양성 보존 STEM 요소 S, E 지역 개발자 무분별한 개발로 인해 서식지가 단편화 되었을때의 문제점을 탐구하며, 해 주요 수업 결방안으로 생태통로를 설계한다. 생태통로 설계시 다양한 변인들을 고려 개요 하며, 이를 바탕으로 틴커캐드 프로그램을 이용하여 3D 형태로 최적의 생 태통로를 구현한다. 1차시 : 서식지 단편화로 인한 문제점 탐구 및 우리 지역의 생태통로 탐색 및 효용성 확인 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 생태통로에 대한 심화 탐구 및 보조시설 탐구 3차시 : 틴커캐드 프로그램에 대한 이해 4차시 : 틴커캐드 프로그램을 활용하여 3D 모델링을 통한 생태통로 설계 5차시 : 설계한 생태통로에 대한 평가 및 문제점 보안을 통해 최적의 생태 통로 설계 생명과학 생태통로 설계하기 - 생물다양성을 사수하라! 1 1. 서식지 단편화의 개념과 문제점을 인식한다. 1 2. 다양한 생태 통로의 기능과 장단점을 파악한다. 1 2 3 4 D C B A 학습 목표 1. 서식지 단편화의 개념과 문제점을 인식한다. 2. 다양한 생태 통로의 기능과 장단점을 파악한다. 준비물 서식지 파괴 관련 동영상, 서식지 단편화에 대한 개념 학습지, 생태 통로 개념에 대한 설명자료, 생태 통로 조사 결과 정리 자료. 상황제시 1. 모둠구성활동 ∙ 모둠 정하기 활동지에 나온 그림으로 4인 1모둠 정하기 2. 서식지 파괴에 대한 동영상 시청 유의사항 ∙ 모둠 정하기 파일 참고 동영상 출처 ∙ 조별로 다른 동영상 시청, 내용 요약 ∙ 서식지 파괴: ① 서식지 파괴에 따른 야생동물 멸종위기, 그에 대한 대책 동영상 https://youtu.be/QCYiaCIUG fk - 의왕 왕송호수의 두꺼비 로드킬 사례 - 안산 도심의 금개구리 보호 사례 ② 생물 다양성 감소 위기 - 농지 증가를 위한 천연림의 감소 - 그 결과 : 서식지 파괴 ➜ 생물 다양성 감소 ➜ 생물의 대멸종?? ∙ 다양성 감소 위기: https://youtu.be/o3h4DJArG vo ∙ 전염병: https://youtu.be/VYpOMXQ pcyE 인류의 멸종?? ③ 서식지 파괴와 전염병 - 서식지 파괴로 인해 병원체와 인간의 접촉이 잦아짐 - 병원체의 유전적 다양성이 증가함 부산대학교 과학영재교육원 41 4. 생명과학 ① 문제정의와 제한조건 확인 유의사항 ∙ 모둠 정하기 파일 참고 1. 서식지 단편화로 일어나는 문제점 발표 및 토의 ∙ 동영상에 나타난 서식지 단편화의 문제점 발표 - 생존 터전의 파괴, 보존의 중요성 - 서식지 파괴로 인한 생물 다양성의 감소와 멸종 가능성 - 전염병의 발생 빈도 증가 ∙ 이를 해결하는 방법에 대한 토의 - 자연 환경의 보호, 적절한 개발, 생태통로 건설 2. 서식지 단편화에 대한 보완책 - 생태통로 ∙ 생태통로란 무엇인가? (인터넷 검색) - 종류, 특징과 장단점, 위치와 이용하는 생물, 이용률 등 - 생태통로 현황 검색 서비스 이용 ∙ 생태통로 상세정보, 모니터링 결과 부분을 참고 유의사항 ∙ 생태통로 검색 서비스 https://www.nie-ecobank.kr/ wildlifecrossing/index.do 42 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 생태통로 설계하기 - 생물다양성을 사수하라! 2 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1 2 3 4 D C 학습 목표 B A 준비물 생태통로 개념 학습지, 생태통 로 조사 결과지, 생태통로 설계 에 대한 환경부 고시 자료 1. 생태통로 개념을 학습한다. 2. 다양한 변인을 참고로 생태통로 유형을 결정한다. 정보 수집 재료 탐색 1. 생태통로 조사 결과지와 개념 학습지를 토대로 생태통로에 대한 개념을 정리 2. 생태통로 설계 유형을 결정 ∙ 서로 다른 3곳의 지도를 제시, 각 지역에 알맞은 생태통로를 생각 고속도로가 지나가는 곳 댐(또는 하구 둑)이 있는 곳 지방도로가 지나가는 곳 ∙ 자기 모둠이 결정한 생태통로 유형에 대한 이유, 장점, 적합성 등에 대한 토론 ∙ 자기 모둠이 설계할 생태통로를 결정함 ∙ 생태통로 결정시 연꽃기법 활용해서 토론 - 생태통로 결정시 고려할 사항 : 재료, 장소, 모양, 이용 동물, 주변상황, 보조 장치 등 ∙ 생태통로 설계시 제한사항 - 동물 종류 - 자연스럽게 숲 처럼 만드는게 필요 부산대학교 과학영재교육원 43 4. 생명과학 ① 3 4. 해결책 탐색 1 2 3 4 준비물 모델링 프로그램(TinkerCad), D C B 학습 목표 1. TinkerCAD 프로그램의 기초 사용법 배우기 2. TinkerCAD 프로그램을 사용하여 다양한 3D 물체 만들어보기 유의사항 해결책 설계 ∙ TinkerCAD 홈페이지 https://www.tinkercad.com ∙ 실습을 할 때 노트북 또는 테 블릿이 부족한 경우가 생길 수 있으므로 모둠별로 몇몇 학생이 방관자가 되지 않고 산출물 제작에 적극 참여하 도록 역할을 부여하거나 순 서를 정하여 사용할 수 있도 록 지도한다. 1. TinkerCAD 프로그램 배우기 ∙ TinkerCAD 홈페이지 학생회원 가입 ∙ TinkerCAD 프로그램 배우기 ① 동영상 강의를 통해서 배우기 - 기초 사용법 익히기 https://www.youtube.com/watch?v=cxEA4Yq3dE4 https://www.youtube.com/watch?v=FvmEAU0l8aE https://www.youtube.com/watch?v=X5_rp__lZFA ② 유인물 자료를 참조해서 배우기 2. 프로그램을 사용하여 다양한 물체를 3D로 만들어보기 44 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 A 생태통로 설계하기 - 생물다양성을 사수하라! 4 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 / 4. 최적화 1 2 3 4 D C B A 학습 목표 1. TinkerCAD 프로그램으로 생태통로를 설계한다. 2. 설계한 생태통로에 대한 장단점을 검토한다. 준비물 모델링 프로그램(TinkerCAD) 유의사항 해결책 설계 ∙ TinkerCAD 홈페이지 1. 자기 모둠의 생태통로를 설계 ∙ 검토해야 할 변인 : 이동할 동물 설정, 위치, 구조, 크기, 길이, 재료 등 ∙ 변인들을 바탕으로 구체적인 생태 통로 설계 - 환경부 고시와 생태통로 학습 자료를 참고 ∙ 설계 후, TinkerCAD 프로그램을 사용하여 자신들의 설계 모습을 모형으로 제작함 2. 자기 모둠의 생태통로 설계 결과의 장단점을 검토함. https://www.tinkercad.com ∙ 참고자료 - 환경부 고시 자료 참고 - 생태통로 가이드라인 ∙ 패들렛을 이용하여 설계한 생태통로를 단계에 따라 올 리도록 하면 시간에 따른 변 화과정을 확인할 수 있으며 서로 다른 모둠원들끼리 산 출물을 쉽게 공유할 수 있다. ∙ 4색 사고 모자 활용 - 각자 창의적, 중재와 정리, 긍정적, 부정적 역할을 맡아서 자신의 의견을 다양하게 제시해보기 ∙ 패들렛 https://ko.padlet.com/ ∙ 4색 모자 사고 - 파랑 모자 - 창의적 아이디어 : 새로운 의견 제시하는 역할 - 초록 모자 - 긍정적 아이디어 : 장점 제시하는 역할 - 노랑 모자 - 부정적 아이디어 : 단점 제시하는 역할 - 보라 모자 - 중재와 정리 : 각 의견을 수합, 통합하는 역할 부산대학교 과학영재교육원 45 4. 생명과학 ① 5 4. 최적화 1 2 3 4 D 준비물 모델링 프로그램(TinkerCAD) 을 사용한 생태통로 설계 산출물 C B A 학습 목표 1. 설계한 생태통로를 발표한다. 2. 자기 모둠에서 설계한 생태통로에 대해 피드백 결과를 반영하여 최적화시킨다. 유의사항 해결책 설계 ∙ TinkerCAD 홈페이지 https://www.tinkercad.com 1. 자기 모둠의 생태 통로 설계 산출물 발표와 개선 ∙ 평가 기준을 참고하여 발표 준비 ∙ 참고자료 - 환경부 고시 자료 참고 - 생태통로 가이드라인 ∙ 최종 발표 후 교사는 학생들 의 개념이해를 점검해볼 수 있으며 학습한 내용에 대해 개념도를 작성하고 발표해보 는 시간을 가져보면 학습한 내용을 명료화하는데 도움이 될 수 있다. ∙ 생태 통로 설계안 발표 ∙ 다른 모둠의 피드백 수집 및 검토, 개선 공학 설계 과정 문제정의/ 제한조건 평가 기준 A: 해당 지역의 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향을 고려하여 문제점이 무엇인지 명확하게 제시함 B: 해당 지역의 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향이 무엇인지를 명확하게 설명함 C: 해당 지역의 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향이 무엇인지를 막연하게 설명함 D: 해당 지역의 서식지 단편화가 생태계에 미치는 문제를 파악하지 못함 정보수집/ 재료탐색 A: 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향과 그에 따른 문제들과 명확하게 연관된 정보 들을 수집함 B: 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향과 문제에 대한 정보를 수집함 C: 서식지 단편화가 생태계에 미치는 문제에 대한 정보를 수집함 D: 서식지 단편화가 생태계에 미치는 영향이나 문제와 상관없는 정보를 수집함. A: 생태 통로에 대한 서로 다른 해결책들의 장점을 모아서 창의적인 새로운 생태 통로를 설계함 해결책 설계 B: 생태 통로 설계시, 전체 문제를 작게 나누어 각 부분에 대한 해결책을 고려하여 설계함 C: 활용 가능한 여러 생태 통로에 대한 연구와 탐색 결과로 설계함 D: 활용 가능한 생태 통로를 설계함 A: 설계한 생태 통로를 평가하고 그 결과를 반영하여 생태 통로 설계를 변경함 최적화 B: 설계한 생태 통로의 장단점을 평가함. C: 설계한 생태 통로의 장점만을 파악함 D: 생태 통로에 대한 검토가 없음 2. 피드백을 참고하여 최종 생태통로 산출물 완성 46 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 나만의 스마트한 공간 만들기 부산대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 부산대학교 프로그램 나만의 스마트한 공간 만들기 이름 주요 과목 물리 관련 단원 Ⅱ. 생활 속의 과학 탐구 관련 과목 정보 관련 단원 IV. 컴퓨팅 시스템 STEM 요소 S, T, E, M 지역 개발자 주요 수업 아두이노와 액츄에이터, 센서를 조합하여 나만의 공간을 위한 스마트 개요 시스템 설계하기 1차시 : 근거리 무선통신의 종류와 원리, 아두이노와 RFID모듈 연결 (#근거리무선통신 #NFC #RFID #블루투스 #아두이노 #RC522모듈) 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 알고리즘 작성과 땅콩버터 샌드위치 만들기 (#알고리즘) 3~4차시 : 내방경보시스템, 스마트 시스템 1차 설계하기 (#알고리즘 #피지컬컴퓨팅) 5~6차시 : 1차 설계 발표 및 최적화, 최종 설계물 완성하기 (#알고리즘 #피지컬컴퓨팅) 2. 물리학 물리학 1 1. 상황제시 / 2. 문제정의와 제한조건확인 1 2 3 4 준비물 문제상황 제시용 영상, 학생활동지 D C B A 학습 목표 공학적 문제 상황을 정의하고 문제 해결을 위한 제한 조건을 확인한다. 유의사항 상황제시 ∙ 영상 출처 https://www.youtube.com/w atch?v=VNuQY6ad7oE&t=3 51s&ab_channel=%EC%B1% 84%EB%84%90A (12:41) - 문제상황 0:00 ~ 2:02 - 필요부분 5:50 ~ 6:52 1. 공학적 문제를 제시하는 영상의 일부분을 보여준다. : “사춘기 아이를 존중하는 법 5가지” ① 영상에서 ‘사춘기 아이와 부모의 갈등을 빚고 있는 상황’을 문제상황으로 제시 ② 영상에서 제시하는 사춘기 아이를 존중하는 법 5가지를 보여주며 위의 갈등상황을 현명하게 극복하는 법에 대해 생각해 보며 ∙ 상황제시의 요건 1. 엄마와의 갈등을 해결하기 위한 요소로 엄마를 직접적 으로 변화시키는 요소와 정 의적 요소(대화방법개선 등) 로 인한 해결방안은 제외한다. 2. 현재 금쪽이는 고등학교 1학 년으로 가정하고 피지컬 컴 퓨팅을 배우고 있는 중이다. 문제상황을 해결하는 방법에 대한 관심을 유도한다. ③ 영상 속 금쪽이가 엄마와의 갈등을 과학적으로 극복할 수 있는 방법을 공개오디션 방식으로 제안하는 형태로 공학적 문제를 제시한다. ④ 인포그래픽 활용 3. 피지컬 컴퓨팅을 활용한 문 제해결을 위해 융합적 문제 해결력과 융합적 사고력이 필요하다. 4. 제한된 용돈 등의 현실적인 상황에 맞게 문제 해결 방안 을 고민함으로써 공학적 설 계과정을 이해한다. 18 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 나만의 스마트한 공간(Smart Room) 만들기 유의사항 문제정의와 제한조건 확인 1. 해결해야 할 공학적 문제를 정의한다. ∙ 게임을 하는 중에 난입하여 원활한 게임 생활을 방해하는 엄마의 접근을 미리 알려주는 아두이노 ‘내방경보시스템’과 나만의 공간의 편의성을 증진시켜주는 ‘나만의 스마트 시스템’을 제작한다. ∙ ‘내방경보시스템’의 목적은 산출물의 성능을 평가하는 기준이 된다. ∙ 목적과 조건은 교사가 구체적 으로 제시하였으나 학습자의 수준에 따라 학습자가 목적 과 조건을 주도할 수 있다. 2. ‘내방경보시스템’과 ‘나만의 스마트 시스템’의 목적을 제시한다. ∙ ‘내방경보시스템’의 주성능에 대한 평가 기준 정하기 ∙ ‘나만의 스마트 시스템’의 주성능에 대한 평가 기준 정하기 3. ‘내방경보시스템’과 ‘나만의 스마트 시스템’의 제한 조건을 제시한다. ∙ 제한된 용돈으로 인한 예산범위, 집의 대략적인 구조 등 1 3. 정보 수집(배경 연구)과 재료 탐색 1 2 3 4 D C B A 학습 목표 준비물 RFID / NFC / 블루투스 등 근거리 무선통신의 원리를 탐구하고 이를 적용한 실생활의 예를 찾을 수 있다. 노트북(또는 태블릿 PC 등), 학생활동지, 아두이노, RFID/NFC모듈, LED(Red, Green), 그 외 필요물품 정보 수집 유의사항 ∙ 근거리 무선통신 탐구과정 1. 근거리 무선통신 ① RFID (Radio Frequency IDentification) ② NFC (Near Field Communication) ③ 블루투스 (Bluetooth) ④ WiFi (Wireless Fidelity) ⑤ 그 밖의 무선통신 : ZigBee ① 근거리 무선통신의 종류는 미리 제시하여 주어진 예시 에 대한 탐구할 수 있는 시간 을 최대한 확보한다. ② 근거리 무선통신이 적용되 는 실생활의 예를 찾는 과정 은 개방적으로 실시하여 최 대한 다양한 예시를 탐색할 수 있도록 한다. 2. 실생활의 예 : 에어드롭, Nearby Share, 삼성페이/애플페이 등 부산대학교 과학영재교육원 19 2. 물리학 유의사항 RFID/NFC모듈을 동작시키는 아두이노 코딩은 사전에 미리 입력한 스케치 저장파일을 활 용하여 코딩을 입력하면서 발 생하는 시간소요을 줄여 모듈 의 동작을 익히는데 초점을 둔 다. 재료탐색 1. RFID / NFC 모듈을 아두이노에 연결하여 시리얼 모니터를 확인하여 동작을 익힌다. ① 태그되는 카드의 고유번호를 확인한다. ② 지정된 카드번호가 아닌 다른 카드가 인식될 경우 LED의 빨간 LED가 점등하고, 지정된 카드가 인식될 경우에 초록색 LED가 점등하도록 코드를 수정하여 동작을 확인한다. 평가하기 1. 학습자 자기평가 평가 기준 근거리 무선통신 RFID 연결 평가 문항 점 수 근거리 무선통신의 종류와 원리에 대하여 이해하였는가? [1] [3] [5] 근거리 무선통신이 적용되는 예에 대하여 말할 수 있는가? [1] [2] [3] 아두이노에 RFID 모듈을 연결하여 인식시킬 수 있는가? [1] [3] [5] 시리얼 모니터에 나타나는 카드 또는 태그의 고유번호를 확인할 수 있는가? [1] [2] [3] 조별 활동과정에 성실하게 참여하였는가? [1] [2] [3] 개인별 활동과정에 성실하게 참여하였는가? [1] [2] [3] 탐구태도 20 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 나만의 스마트한 공간(Smart Room) 만들기 2 해결책 설계 1 2 3 4 D C B A 학습 목표 1. 목표 동작을 정확히 수행할 수 있는 알고리즘을 설계하고 실행할 수 있다. 2. 모둠원과 협력하여 목표 동작을 수행할 수 있는 알고리즘을 설계하고 실행할 수 있다. 해결책 설계 준비물 식빵, 땅콩버터, 버터나이프, 딸기잼, 학생활동지(모둠별) 유의사항 ∙ 참고영상 1. 땅콩버터 샌드위치 만들기 ∙ 공학적 설계 과정인 ‘공학설계’ 과정에서 활용할 동작 수행을 위한 알고리즘 설계 방법을 익히기 위한 활동 ① 모둠별로 모둠원과 협력하여 땅콩버터 샌드위치를 만드는 알고리즘을 작성한다. ② 작성한 알고리즘을 무작위로 섞은 뒤, 다른 조의 알고리즘으로 직접 땅콩버터 샌드위치를 만들어본다. ③ 정상적으로 땅콩버터 샌드위치를 만들 수 없다면 막히는 부분을 피드백하여 원래의 조로 다시 돌려준다. ④ 돌려받은 알고리즘을 살펴보고, 알고리즘이 막힌 부분을 수정하여 ②의 과정을 다시 한 번 반복한다. https://www.youtube.com/w atch?v=I5cq54MFQCo&ab_c hannel=%EC%95%8C%EA% B3%A0%EB%A6%AC%EC% A6%98 (길이 1:33) - 긴 버전 https://www.youtube.com/w atch?v=ZTxs0Il20lw&t=389s &ab_channel=%EB%B8%8C %EB%9E%9C%EB%93%9C% EA%B1%B4%EC%B6%95%E A%B0%80 (2:35~5:18) ∙ 공학적 설계 과정의 이해를 돕기 위한 알고리즘 설계를 위한 과정 부산대학교 과학영재교육원 21 2. 물리학 3~4 해결책 설계 1 2 3 4 D 준비물 학생활동지(모둠별), 노트북(또는 태블릿PC), RFID/NFC모듈, 아두이노, 기타 액츄에이터, 센서 등 그 밖의 필요물품 B A 학습 목표 1. 문제 상황을 해결하기 위한 산출물을 제한 조건에 맞게 설계한다. 2. 모둠원과 협력하여 1차 산출물을 제작한다. 유의사항 실제 제품을 제작할 수 있는지 에 대한 가능 여부는 제외하고 자유롭게 설계하도록 안내 C 해결책 설계 1. ‘내방경보시스템’ 설계하기 : 제한조건에 맞는 ‘내방경보시스템’ 제작하기 ⅰ. 제작목표 ∙ 나만의 공간에 누군가 다가오는 소리를 듣지 못하여 사생활을 보호한다. ∙ 나의 공간을 접근하는 존재를 감지하여 알려주는 시스템을 설계 ⅱ. 제한조건 ① 연결되는 액츄에이터와 센서의 총합이 5개 이상이 되도록 회로를 설계할 것. ② 사용 가능한 예산 범위 내 설계 ③ 시스템의 존재는 들켜서는 안 됨. ① 시스템 제작을 위해 필요한 액츄에이터와 센서를 가능한 많이 찾는다. ② ①의 과정에서 찾은 액츄에이터와 센서를 연결하여 동작가능한 아두이노 회로를 설계한다. ③ 설계한 회로가 동작하는 알고리즘을 작성한다. ④ 작성한 알고리즘을 공유하여 다른 조의 알고리즘을 평가하여 순위를 작성한다. 유의사항 ∙ 설계에 필요한 액츄에이터와 센서의 종류와 개수는 자유 롭게 선택하여 설계하도록 안내 ∙ 단, 최소 연결개수는 정하여 평가에 반영토록 한다. 2. ‘나만의 스마트 시스템’ 설계하기 : 제한조건에 맞는 ‘나만의 스마트 시스템’ 제작하기 (※ RFID/NFC 모듈을 활용한 스마트 도어 회로 포함) ① 시스템 제작을 위해 필요한 액츄에이터와 센서를 가능한 많이 찾는다. ② ①의 과정에서 찾은 액츄에이터와 센서를 연결하여 동작가능한 아두이노 회로를 설계한다. ③ 설계한 회로가 동작하는 알고리즘을 작성한다. ④ 작성한 알고리즘을 공유하여 다른 조의 알고리즘을 평가하여 순위를 작성한다. 22 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 나만의 스마트한 공간(Smart Room) 만들기 5~6 1 최적화 2 3 4 D C 학습 목표 1. 공학적 설계 과정을 거쳐 제작한 각 모둠별 1차 결과물을 평가한다. 2. 제작한 1차 결과물의 평가를 듣고 수정하여 최종산출물을 제작한다. 최적화 1. 1차 산출물 평가 ∙ 1차 제작물이 목적에 부합하는지 평가하기 위해 발표를 통해 다른 B A 준비물 학생활동지(모둠별), 노트북(또는 태블릿PC), RFID/NFC모듈, 아두이노, 기타 액츄에이터, 센서 등 그 밖의 필요물품 유의사항 산출물에 대한 평가와 토론을 통해 자유롭게 아이디어를 교 환하고 학습자의 비판적 사고 를 자극한다. 조의 알고리즘에 대한 의견을 듣는다. 2. 최종 산출물 설계 ∙ 1차 제작물 평가를 통해 얻은 피드백을 활용하여 최종 산출물을 설계 3. 최종 평가 ∙ 알고리즘을 가상으로 수행해보고 산출물이 정확히 동작하는지 확인 - 1차 산출물과 최종 산출물의 다른 점을 구체적으로 기록한다. - 최종 발표 이후에 수정하고 싶은 부분을 추가한다. (단, 평가에는 반영하지 않는다.) 부산대학교 과학영재교육원 23 2. 물리학 평가하기 유의사항 습득한 과학적 교과 지식과 융 합적 문제해결력의 성취 정도 를 평가한다. 1. 학습자의 자기 평가 평가 영역 [1] [3] [5] 내방경보시스템에 사용한 액츄에이터와 센서의 작동 방식을 이해하였는가? [1] [3] [5] 스마트시스템이 목표에 맞게 설계되었는가? [1] [3] [5] 스마트시스템에 사용한 액츄에이터와 센서의 작동 방식을 이해하였는가? [1] [3] [5] 알고리즘 수 정 다른 모둠의 발표를 참고하여 자신의 모둠의 알고리즘을 개선하였는가? [1] [3] [5] 알고리즘 완 성 목표에 맞는 동작을 정확히 수행할 수 있는 알고리즘을 설계하였는가? [1] [3] [5] 다른 모둠의 발표를 주의 깊게 들었는가? [1] [2] [3] 모둠원과 협력하여 알고리즘을 성실하게 작성하였는가? [1] [2] [3] 작성한 알고리즘 수정과정에 성실하게 참여하였는가? [1] [2] [3] 탐구태도 동료 평가의 ‘모둠간 평가’는 최 종 평가 과정으로 생략한다. 점 수 내방경보시스템이 목표에 맞게 설계되었는가? 내방경보 시 스 템 스 마 트 시 스 템 유의사항 평가 문항 2. 교사 평가 평가 기준 산 출 물 기 록 평가 문항 점 수 설계한 알고리즘이 목표로 한 동작을 정확히 수행하는가? (2차 시도 모두 통과한 경우 8점) [1] [3] [5] 설계도 : ‘1차∼최종’ 설계도를 과학적으로 그렸는가? [1] [3] [5] 수정과정 : 1차 산출물을 수정하여 최종 산출물이 개선되었는가? [1] [3] [5] 결과 : 최종 산출물이 제한조건을 지키며 정확히 동작하는가? [1] [3] [5] 연결한 액츄에이터와 센서의 종류가 5개 이상인 경우? 가 산 점 ➜ 5개 이상 경우 1점 ➜ 10개 이상 남긴 경우 2점 24 2021 STEM 생각교실 프로그램북 - 교사용 수업지도안 [0] [1] [2] 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 건강한 삶을 위한 탄산음료 속에 포함된 과학적 원리 탐구 강원대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 강원대학교 부설 과학영재교육원 프로그램 건강한 삶을 위한 탄산음료 속에 포함된 과학적 원리 탐구 이름 Ⅱ-1. 사람의 물질대사 주요 과목 생명과학Ⅰ 관련 단원 Ⅱ-2. 물질대사와 건강 Ⅲ-1. 자극의 전달 Ⅲ-3. 항상성 유지 과학2 관련 과목 Ⅳ-2. 물질의 특성 관련 단원 과학3 STEM 요소 S Ⅰ-1. 물질변화와 화학반응식 Ⅳ-1. 감각기관 지역 개발 차시 5 주 개발자 맛을 느끼는 과정과 여러 가지 맛에 대한 과학적 지식과 개념을 습득하고, 주요 수업 개요 탄산음료 속에 단맛의 실체를 비교 분석하는 활동을 토대로 건강한 단맛의 특징을 과학적으로 추론한다. 탐구 활동의 결과를 근거로 탄산이 잘 녹을 수 있는 조건을 도출해 낸다. 이러한 활동을 토대로 탄산음료 속에 단맛을 건강하게 섭취할 수 있는 구체적인 실천 방안을 제안할 수 있다. 1차시 여러 가지 맛, 미각, 미각의 성립 과정 2차시 천연 감미료(천연당)와 인공 감미료(가짜당) 3차시 기체의 용해도, 헨리의 법칙 4차시 탄산음료의 유해성, 원인, 위험, 해결방안에 대한 ‘허니콤 토의’ 5차시 건강한 삶을 위한 탄산음료를 줄일 수 있는 방안 제시, 비쥬얼 싱킹, 실천 차시별 주요내용 (키워드 위주) 건강한 삶을 위한 탄산음료 속에 포함된 과학적 원리 탐구 Ⅱ 교사용 지도서 교사용 지도서 [1차시] 여러 가지 맛을 느끼는 이유는? 수업 안내 • 일상생활에서 쉽게 섭취 가능한 탄산음료의 성분을 예상하게 한다. 그리고, 여러 가지 맛을 느끼지 못하는 상황에 대해서 생각해 본 후, 여러 가지 맛을 느끼게 되는 이유와 과정을 과학적으로 설명하고 이해하도록 한다. • 우리가 느낄 수 있는 다섯 가지 맛(단맛, 쓴맛, 짠맛, 신맛, 감칠맛)의 특징과 인체로 흡수되는 생물학적 기작을 조사한다. 특히, 탄산음료의 단맛을 느끼게 되는 과학적 원리를 구체적으로 설명하도록 한다. 수업 TIP • 학생들에게 친숙한 탄산음료에 대한 섭취 경험에 대해서 질문하면서 탄산음료의 맛 경험과 포함되어 있는 성분에 대해 궁금함을 갖고 예상하고 표현할 수 있도록 자연스럽게 동기부여를 한다. • 여러 가지 맛이 갖는 특징을 조사하는 활동은 모둠별로 진행하도록 하되 맛의 사전적인 특징만을 조사하기 보다는 다양한 맛 성분 물질을 섭취하였을 때 인체에 미치는 영향과 과학적 기작을 중심으로 조사할 수 있도록 안내할 필요가 있다. • 모둠별 조사 활동을 진행할 때에는 휴대폰, 태블릿 등을 활용하여 전문적인 사이트나 자료를 조사할 수 있다. 생각열기 우리는 어떻게 여러 가지 맛을 느낄 수 있을까? 평소에 즐겨 먹거나 좋아하는 탄산음료는 무엇일까요? 23 건강한 삶을 위한 탄산음료 속에 포함된 과학적 원리 탐구 [2차시] 교사용 지도서 건강한 단맛 탐구하기 수업 안내 • 본 수업에서는 건강한 단맛의 과학적 기준과 범위 그리고 타당한 근거를 탐구하는데 목적을 둔다. • 일반적으로 우리 생활에서 쉽게 접할 수 있는 여러 종류의 음료 속에 포함된 당분(설탕)의 양을 조사 분석함으 로써 음료 속의 당분의 실체를 확인하고 건강한 단맛의 과학적 근거를 추론하도록 한다. • 탄산음료 속에 포함된 천연 감미료(당)과 인공 감미료(가짜당) 성분을 구체적으로 분석하고 천연당과 인공당 의 공통점과 차이점을 과학적으로 비교 분석하고 당분의 섭취가 인체에 미치는 긍정적인 영향과 부정적인 영향을 예측하도록 한다. • 여러 가지 탄산음료 속에 포함된 설탕의 질량과 탄산음료의 부피를 토대로 탄산음료의 밀도와 설탕의 양을 비교 분석한 후, 용액의 밀도와 설탕의 양의 관계를 분석하고 그래프로 제시한다. 이를 토대로 탄산음료의 밀도와 설탕의 양과의 양적 관계를 탐구함으로써 탄산음료 속의 과다하게 포함된 당분의 실체와 심각성을 인식한다. 수업 TIP • 음료의 당도는 설탕의 농도에 따른 밀도의 변화를 의미하므로 여러 가지 음료 안에 포함된 설탕의 양을 조사하고 분석하여 건강한 단맛의 과학적 기준을 탐색하도록 안내한다. • ‘엄선’ 이라는 스마트 폰 어플리케이션을 사용하여 여러 가지 탄산음료의 성분표를 분석하여 천연 감미료(천연 당)고 인공감미료(가짜당)의 공통점과 차이점을 과학적으로 분석하고 당분이 인체에 미치는 다양한 측면과 영향을 인식하도록 한다. • 탄산음료 속에 포함된 설탕의 양과 용액의 부피를 측정하고 탄산음료 용액의 밀도에 따른 설탕의 질량과의 관계를 실험결과를 토대로 분석하고 그래프로 제시하도록 한다. • 탄산음료의 성분표를 토대로 천연당과 가짜 당을 분석하거나 탄산음료 속에 포함된 설탕의 양을 탐구하는 활동에서는 모둠별로 다양한 의견과 자료를 근거로 논의 활동을 토대로 과학적인 결론을 도출할 수 있도록 촉진한다. 생각열기 건강한 단맛의 과학적 근거는 무엇일까? 일반적으로 음료의 당도는 자당(설탕) 농도에 따른 밀도의 변화를 굴절계를 이용하여 측정할 수 있다. 우리나라에서는 브릭스(Brix)라는 단위를 사용하고 있다. 우리가 평 소에 즐겨 먹는 음료수 속에는 단맛을 내는 물질(설탕)이 얼마나 들어있을까요? 29 건강한 삶을 위한 탄산음료 속에 포함된 과학적 원리 탐구 [3차시] 교사용 지도서 탄산에 대한 탐구 수업 안내 • 탄산의 과학적 개념과 탄산이 만들어지는 과정을 이해한다. • 기체의 용해도가 압력에 따라서 달라짐을 탐구 활동을 통해서 이해한다. • 탄산이 잘 만들어질 수 있는 온도와 압력의 최적 조건을 과학적으로 분석한다. • 탄산을 만들 수 있는 최적의 조건을 활용하여 나만의 탄산음료를 만든 후, 시중에 판매되고 있는 탄산음료와 비교 분석한다. 수업 TIP • 일상생활에서 쉽게 경험할 수 있는 사례를 활용하여 탄산의 과학적 개념과 원리를 이해할 수 있도록 동기를 제공한다. • 기체의 용해도 실험을 통해서 압력의 변화에 따라서 기체의 용해도가 달라짐을 이해하고 실험결과를 토대로 헨리의 법칙을 도출해 낼 수 있도록 모둠별 탐구와 논의가 활성화 되도록 촉진한다. 이때, 시범 실험을 진행한 후 촉진과 안내 질문을 제공하여 학생들이 기체의 용해도와 헨리의 법칙을 추론하도록 한다. • 제시된 자료를 토대로 기체의 용해도를 증가시킬 수 있는 조건과 이에 대한 과학적 근거를 제시하도록 한다. • 나만의 건강한 음료 만들기 활동을 통해서 건강한 탄산음료를 만들 수 있는 과학적이고 구체적인 조건과 방법을 찾을 수 있도록 안내한다. 특히, 탄산음료 만들기 활동 중에 적합한 용액의 부피, 설탕과 시럽의 질량, 이산화탄소의 기압, 온도 등에 대해 모둠별로 구체적인 논의가 이루어지도록 한다. OUR MISSION!! 일상생활에서 쉽게 먹을 수 있는 다양한 탄산음료가 있습니다. 건강하게 섭취할 수 있는 탄산음료를 만드는 데 필요한 조건은 무엇일까요? 기체의 용해도 실험과 탄산음 료 만들기 활동을 토대로 건강하게 탄산음료를 섭취할 수 있는 과학적 조건을 탐구해 보자! 36 건강한 삶을 위한 탄산음료 속에 포함된 과학적 원리 탐구 [4차시] 교사용 지도서 탄산음료! 정말 위험할까? 수업 안내 • “탄산음료의 섭취를 전면 금지 된다면, 어떤 일들이 발생할까?”와 같은 질문을 통해, 탄산음료의 긍정적 측면과 부정적 측면이 있음을 인지하도록 한다. • ‘허니콤 토의’ 활동을 통해서 탄산음료가 갖는 문제 상황, 원인, 위험, 실천 등의 순서로 다양한 입장과 의견을 나눈 후, 건강한 탄산음료 섭취를 위한 구체적인 실천 방안을 제시한다. 수업 TIP • 탄산음료의 위험성은 “불확실성”을 내포하고 있기 때문에 충분히 논쟁이 가능한 주제이다. 서로 다른 입장에서 다양한 논점을 제시할 수 있기 때문에 충분한 근거를 바탕으로 자신의 생각을 표현해 보는 것이 중요함을 알려준다. • ‘허니콤 토의’ 진행 시 테이블 위에는 편안한 분위기를 만들고, 토의 구성원들이 편안하게 자신의 생각을 말할 수 있도록 격려하여 개방적인 분위기를 조성한다. • 카드는 6각형 모양으로 되어 있기 때문에 카드를 면끼리 붙이면서 해당하는 내용의 키워드를 적어나가면서 의견을 확장해 나갈 수 있도록 안내한다. OUR MISSION!! 탄산음료는 레토르트 음식과 패스트푸드 음식과 함께 즐겨 먹는 대표 음료이다. 반면, 탄산음료 속에 단맛은 우리의 건강에 부정적인 영향을 주는 상황이다. 더 나아가 현 대인의 편안함과 건강의 위험성 사이에서 여전히 논쟁이 되는 실정에 있다. 따라서, 이러한 탄산음료가 우리의 건강에 어떤 영향을 미치는지 다양한 관점에서 생각해보고 건강한 탄산음료를 섭취하기 위한 구체적인 실천 방안을 제안해 보자!! 44 건강한 삶을 위한 탄산음료 속에 포함된 과학적 원리 탐구 [5차시] 교사용 지도서 건강한 탄산음료 섭취하기 수업 안내 • 건강한 탄산음료에 들어있는 성분을 예상하고 그림이나 글로 표현한다. • 평소의 탄산음료 섭취 습관이 건강에 미치는 영향에 대해서 예측한다. • 평소의 탄산 음료 섭취를 위한 좋은 습관과 나쁜 습관에 대해 조사하고 건강한 탄산음료를 만들기 위하 한 레시피(방법)에 대해 모둠별로 논의한다. • 탄산 음료의 유해성을 알리기 위한 ‘비쥬얼 씽킹’ 활동을 진행한다. 수업 TIP • 이전 차시의 활동을 토대로 과학적인 근거를 고려하여 탄산음료 속에 포함된 성분을 표현하도록 안내한다. • 모둠별 구성원들간의 일주일, 한달 간의 탄산음료 섭취 습관을 공유하고 건강에 미치는 영향에 대해서 과학적 이고 의학적인 자료를 조사하도록 안내한다. • 태블릿, 노트북 등을 활용하여 자료 조사 활동을 한 후, 건강한 탄산 음료 섭취를 위한 좋은 습관과 나쁜 습관을 다양하게 분석하고 이를 토대로 건강한 탄산음료 레시피를 작성하도록 한다. 특히, 건강한 탄산음료 레시피를 작성할 때에는 과학적이고 객관적인 근거를 토대로 실제 구현이 가능하도록 논의 활동을 촉진한다. • 비주얼 씽킹의 방법으로 탄산음료의 유해성을 알리기 위한 포스터를 제작하여 소개하는 활동을 할 것을 안내한다. 그리고 탄산음료의 안전한 섭취를 위한 방안들을 글과 이미지를 통해 체계화하여 표현하도록 강조한다. OUR MISSION!! 오늘날 탄산음료는 언제 어디서나 쉽게 섭취할 수 있는 대중적인 음료로 자리 잡았 다. 탄산음료의 달콤함에 현혹되어 탄산음료의 유해성과 건강에 미치는 영향을 간과 하기도 했다. 그러나, 탄산음료는 당뇨, 비만, 통풍 그리고 심지어는 사망에 이르기까 지 우리의 건강에 심각하게 유해한 영향을 미치므로 이를 예방할 수 있는 방안을 마 련하고 실제로 실천하는 것이 중요하다. 이에 따라 탄산음료를 줄일 수 있는 구체적 인 실천 방안을 만들어 보자! 50 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용: 구강 건강 중심으로 강원대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램 이름 주요 과목 관련 과목 STEM 요소 강원대학교 과학영재교육원 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용: 구강 건강 중심으로 생명과학Ⅱ 과학탐구실 험 S, T, E, M 관련 단원 Ⅵ. 생명 공학의 기술 관련 단원 Ⅲ. 첨단과학의 탐구 지역 보조 주 개발자 개발자 최근 우리 사회의 중요한 가치로서 반려동물과 함께하는 삶에 대한 가치 가 그 중요성을 더해가고 있다. 이번 활동을 통하여 반려동물의 질병에 대 주요 수업 개요 한 이론적 지식을 습득하고, 이를 예방하기 위한 진단 도구로서 바이오마 커를 위한 분자진단에 대해 알아보고 직접 분자진단을 이용하는 실습을 한 다. 이러한 생물정보학 기반 의학적 진단 경험을 바탕으로 반려동물의 건 강한 삶을 위한 반려동물 의료보험 정책에 대해 의사 결정 할 수 있는 방 법을 배운다. 1차시 애완동물, 반려동물, 반려동물 질병 2차시 유전자, 염기서열결정법, 생물정보학, 분자진단 3차시 PCR, DNA 전기영동, 프라이머, 바이오마커 4차시 생물정보학, NCBI, 프라이머 5차시 동물보호, 반려동물 질병, 반려동물 의료보험(펫 보험) 차시별 주요내용 (키워드 위주) 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 Ⅲ 교사용 활동지 교사용 지도서 [1차시] 반려 동물의 건강을 위협하는 질병 조사하기 수업 안내 • 1차시는 반려동물의 개념과 반려동물의 질병에 대한 조사 활동으로 구성하였다. 과학적 의사소통에서 가장 기본적인 출발점은 논의하고 있는 개념에 대한 정확한 이해에서 출발한다고 할 수 있다. 일상적으로 많이 사용하고 있는 애완동물과 반려동물이라는 용어에 대해 소개하면서 시작할 수 있다. • 이번 차시 활동에서는 반려동물 관련 이슈를 검색해보고 질병에 대해 조사하는 활동을 한다. 생각열기 우리 집에 있는 개와 고양이 등의 동물을 어떻게 불러야 할까? 애완 동물이라고 부를까, 아니면 반려 동물로 부를까? 애완 동물과 반려 동물의 뜻에 대해 우리가 알고 있는 생각을 정리해봐요. 애완동물 반려동물 Ÿ 햄스터 같은 귀엽고 작은 동물 Ÿ 고양이나 강아지 처럼 크고 오래사는 동물 Ÿ 보다 익숙한 표현 Ÿ 굳이 이런 표현을 써야할까? 수업 TIP • 페들렛 캔버스 기능을 활용하여 실시간으로 공유하거나 구글 설문을 활용하여 의견을 수집한 후 수업 정리활동 으로 공유하고 개념을 정리할 수 있다. • 표준국어대사전으로 보는 애완동물과 반려동물 > 애완-동물(愛玩動物): 좋아하여 가까이 두고 귀여워하며 기르는 동물 > 반려-동물(伴侶動物): 사람이 정서적으로 의지하고자 가까이 두고 기르는 동물 표준국어대사전 바로가기(https://stdict.korean.go.kr) • 동물보호법으로 보는 반려동물 > 제2조(정의) 1항3호. “반려동물”이란 반려(伴侶) 목적으로 기르는 개, 고양이 등 농림축산식품부령으로 정하는 동물을 말한다. 동물보호법 바로가기(https://www.law.go.kr/동물보호법) 17 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 [2차시] 교사용 활동지 생물정보학과 분자 진단 수업 안내 • 2차시에서는 생물정보학과 분자 진단과 관련된 개념 지식에 대해 자료를 조사하고 조사내용을 구글 사이트 도구를 통해 공유하는 활동으로 구성하였다. 난이도가 있는 생물정보학에 대한 스캐폴드를 제공하기 위해 과학기술의 발전과 인간의 미래를 주제로 한 영화를 소개하면서 시작할 수 있다. • 영화와 관련된 유투브 영상은 수업 전 보고 올 수 있도록 한다. 수업에서는 혹시 보고 오지 않은 학생이 있을 수 있으므로 짧은 길이의 동영상을 준비하여 수업 시간에 보여주면 좋다. 생각열기 GATTACA가 보여주는 미래 사회 영화 ‘가타카(GATTACA)’는 1997년 개봉된 영화로 사람의 계급층이 유전자에 의해 결정되며, 임신 중에 유전자 검사를 통해 선별적으로 출산을 결정할 수 있다는 내용이 다. 최근에 개발된 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 유전자 가위라는 기술을 활용한다면 영 화 속 이야기는 현실이 될 수도 있다. • GATTACA 유투브 영상 주소: https://youtu.be/tzG3I7nMEks 출처: 나무위키 • 수업용 짧은 주소: https://youtu.be/W_KruQhfvW4 영화 따라잡기: 주인공 3명의 이름의 의미에 대해 조사해보기 이름 Vincent Anton Freeman Irene Cassini Jerome Eugene Morrow 이름의 의미 찾기 Vincent: ‘to conquer’로 정복자를 의미, 한계를 넘어섬 Anton: ‘Anthony-praise worthy’에서 유래, 형의 이름 Freeman: 자유인으로 의미, 외부의 제약으로부터 자유로움 Irene: ‘peaceful’의 의미 Cassini:‘토성고리를 발견한 천문학자’를 의미. 밝은 지점 사이의 어두운 영역의 의미로 이해됨 Jerome: ‘sacred name’ 신성한 이름의 의미 Eugene: ‘well born’의 의미 Morrow: ‘to-morrow’ 내일 즉, 미래를 의미 수업 TIP • 페들렛을 이용하여 주인공의 이름의 의미를 공유한다. 이름 의미 찾기 활동은 1차시에 적용했던 ‘애완동물과 반려동물 용어의 차이 생각해보기’ 활동과 연계된 활동이다. 과학 분야 뿐만 아니라 의사소통 과정에서 개념의 의미를 공유할 수 있도록 정의하는 것은 중요하지만 놓치기 쉬운 부분이다. 24 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 [3차시] 교사용 활동지 나도 과학자: DNA를 추출해보자. 수업 안내 • 3차시에서는 개념 지식 위주의 수업에서 벗어나 생물정보과 관련된 실험 역량을 키울 수 있는 활동으로 구성하였다. 이를 위해 비교적 쉽게 구할 수 있는 구강 세포로부터 DNA를 추출하고 전기영동을 이용하여 추출한 DNA를 확인하는 활동을 수행한다. 마이크로 피펫과 전기 영동에 대해 경험한 적이 없는 학생의 경우에는 2차시로 구성하여 마이크로 피펫 사용법과 전기 영동 겔만들기 활동을 1차시에 수행하고 2차시에는 제시된 활동을 수행하는 것이 좋다. 활동 구강 세포를 이용하여 DNA를 추출하기 Ⅰ. 활동 목표: Kit를 이용하여 구강 상피세포 DNA를 추출할 수 있다. Ⅱ. 준비물 ▢ DNA 추출 kit ▢ 1% agarose gel ▢ 증류수(Distilled water, DW) ▢ 6× Loading dye ▢ DNA ladder ▢ 1 × TAE Buffer ▢ 마이크로피펫 ▢ 1.5ml 원심분리튜브 ▢ 원심분리기 ▢ Vortex mixer ▢ 히팅 블록(혹은 항온수조) DNA 추출 전 해야 할 일!!! ◉ 히팅 블록(항온 수조)의 온도를 90℃로 예열해 둔다. 마이크로 피펫 사용법 익히기 ◉ 1번 그림과 같이 버튼을 누른 상태에서 시약에 담근다. ◉ 2번 그림과 같이 버튼을 천천히 놓으면서 시약을 채취한다. ◉ 3번 그림과 같이 버튼을 천천히 누르면서 시약을 용기에 주 입한다. ◉ 4번 그림과 같이 버튼을 끝까지 눌러준다. 29 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 교사용 활동지 [4차시] 바이오마커의 꽃: 프라이머 제작해보기 수업 안내 • 4차시에서는 생물정보학과 관련된 지금까지의 활동을 토대로 반려동물의 질병 검사를 위한 분자 진단 도구의 제작 과정 중 일부를 체험해보는 활동으로 구성하였다. 비교적 난이도가 높은 활동으로 활동 내용에 대한 이해에 초점을 맞추기 보다는 과학자들의 연구 활동을 체험해보는 체험 활동에 초점을 맞추어 지도할 필요가 있다. 이를 위해 질병에 대한 정보 검색하기 → 질병에 대한 원인균 찾기 → 원인균을 찾을 수 있는 분자진단 정보 검색하기 → 분자진단용 프라이머 선택하기 활동으로 구성하였다. 활동 구강 세포를 이용하여 DNA를 추출하기 NCBI활용 바이오마커 개발용 프라이머 설계 흐름도 수업 TIP • 난이도가 높은 활동이므로 모둠을 구성하여 활동하는 것이 효과적이다. 교육적 여건이 허락한다면 동료교사와 팀 티칭으로 수업을 운영하는 것을 추천한다. 팀 티칭을 할 수 없는 경우는 학급에서 컴퓨터 사용이 능숙한 학생이나 생명과학에 관심이 있는 학생을 3~4명 정도 선발해서 사전 학습을 수행하여 보조 강사로 참여시키는 것도 가능하다. 수업 모둠은 3명을 한 모둠으로 편성하고 보조 강사가 2개의 모둠을 담당하면 적절할 것으로 보인다. • 이번 차시의 수업은 수업 결과물을 만들기 보다는 각각의 학생들이 분자 진단 키트 제작 과정을 체험해보는 데 초점을 맞추어 수업 속도를 조절하는 것이 중요한 수업 포인트이다. 37 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 [5차시] 교사용 활동지 반려동물 의료보험 정책 결정 수업 안내 • 5차시에서는 첨단과학기술의 발달로 인해 야기되는 사회∙윤리적 쟁점 즉 ‘과학기술관련 사회쟁점(SSI)’에 대해 합리적이고 책임감 있게 의사결정하고 실천할 수 있는 기회를 제공하기 위한 활동으로 구성하였다. • 이번 차시의 활동은 미래세대 과학교육표준(KSES)과 SSI 교육에서 강조하고 있는 ‘미래사회가 요구하는 인재는 단순히 지식을 풍부히 갖춘 인재가 아니라 협력과 소통을 바탕으로 창의적 사고력과 문제해결력 등의 역량을 발휘하여 책임 있는 시민으로서 삶과 사회의 문제를 해결해 갈 수 있는 인재’라는 관점에서 수업 모델을 구안하였다. • 이를 위해 적용한 수업 모형은 SSI 수업 모형 중 의사결정 모형에 해당하는 집단적 합의 수업 모형을 적용하였다. 수업 TIP • 반려동물 의료보험에 대한 쟁점에 대해 학생 스스로 문제 의식을 갖고 접근하고 쟁점 해결을 위한 실천 방안과 정책 결정에 참여할 수 있도록 교사의 개입을 최소로 한다. • SSI 수업 모형 분류 이현주 외 2인(2014) 45 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 질병을 이해하자_백신 가천대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 가천대학교 영재교육원 프로그램 질병을 이해하자_백신 이름 주요 과목 수학, 관련 과목 관련 단원 생물II 학, 미생물, 면역, 분자생물학 의 기술, 관련 단원 공학 STEM 요소 주 개발자 주요 수업 개요 S, T, E, M 지역 보조 개발자 코로나 바이러스와 바이러스 질병에 대해 이해한다. 코로나 바이러스 질병에 대한 감염 여부와 질병 진단법에 대한 지식을 습 득한다. 질병에 대처하는 인체의 면역 시스템을 이해한다. 백신의 원리와 여러 가지 백신의 제조 기술과 제조 방법을 알아본다. 백신의 일반적인 작용 원리와 종류, 그리고 현재 코로나 19 바이 1차시 러스에 대비해 전 세계적으로 사용되고 있는 백신들에 관한 내용 으로 진행된다. 분자 테크닉으로 개발된 백신을 다루는데 항원에 해당하는 단백 2차시 차시별 신에 대해서 알아본다. 바이러스 외피의 단위체 유전자의 mRNA 를 주입하는 RNA 백신에 대해 알아본다. 바이러스 외피의 단위체 유전자가 재조합된 DNA를 직접 주입하 주요내용 (키워드 위주) 질을 유전자 재조합으로 생산하여 백신으로 사용하는 단백질 백 3차시 는 DNA 백신과 재조합 DNA가 함유된 바이러스 벡터를 항원으 로 주입하는 바이러스 벡터 백신에 대해 알아본다. 4차시 5차시 바이러스 외피의 스파이크 단백질 유전자의 mRNA를 주입하는 RNA 백신에 대해 알아본다. . 감염병의 전파와 질병에 대한 집단면역을 간략히 알아보고 여러 가지 바이러스 질병의 치료제에 대해 그 작용 원리와 효과를 공 부한다. 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. 백신의 효과 와 제작 원리 2. 여러 가지 백신의 차이점 - 13 - )학년 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업에서 얻은 결론 1. 유전자 재조합으로 인체 단백질을 제작하는 원리와 과정 2. 단백질 백신의 제작 과정 - 30 - )학년 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. DNA 백신과 RNA 백신의 비교 2. 재조합 DNA를 세포에 주입하는 방법 3.바이러스 벡터 백신의 제작 과정 - 44 - )학년 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. mRNA 백신의 본질과 구조와 제작 과정 2. mRNA 백신의 제작 과정 3. mRNA 백신의 장단점 - 62 - )학년 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. COVID-19의 치료제와 작용 원리 2. 집단 면역 3. 국가적 방역 대책mRNA 백신의 장단점 - 79 - )학년 성명 ( ) 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 세상을 바꾼 바이러스 가천대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 가천대학교 영재교육원 프로그램 세상을 바꾼 바이러스 이름 주요 과목 수학, 관련 과목 관련 단원 생물II 학, 미생물, 면역, 분자생물학 의 기술, 관련 단원 공학 STEM 요소 주 개발자 주요 수업 개요 S, T, E, M 지역 보조 개발자 코로나 바이러스와 바이러스 질병에 대해 이해한다. 코로나 바이러스 질병에 대한 감염 여부와 질병 진단법에 대한 지식을 습 득한다. 질병에 대처하는 인체의 면역 시스템을 이해한다. 백신의 원리와 여러 가지 백신의 제조 기술과 제조 방법을 알아본다. 바이러스에 대한 이해를 위해 일반적인 바이러스의 본질, 구조 1차시 및 형태, 종류와 분류 방법, 그리고 바이러스에 의해 유발되는 대 표적인 질병들을 알아보고, 코로나 19 바이러스의 본질에 대해 공부한다. 바이러스에 의한 질병의 진단과 백신의 제작과 작용 원리에 대한 2차시 차시별 체의 면역 반응을 이해한다. 주요내용 (키워드 위주) 이해를 돕기 위해 기초적인 면역학 및 항원과 항체의 원리 및 인 3차시 유전자 증폭을 위한 PCR 기법, 유전자 변형 및 재조합 기술, 그 리고 인체로의 외부 유전자 도입 등을 학습한다. 바이러스 질병의 진단방법을 공부하는데, 항원과 항체를 이용한 4차시 면역진단법과 PCR을 활용한 분자진단법의 원리와 활용법을 익힌 다. 5차시 전문가의 특강으로 기업 연구소에서 개발한 국내의 분자진단 시 약에 대한 특강으로 진행된다. 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( )학년 성명 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. 코로나 19 바이러스의 정체 2. 코로나 19 바이러스의 구조 규명이 질병의 진단과 백신 개발에 왜 중요한가? - 21 - ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( )학년 ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. 인체 방어는 어떻게 일어나며 면역의 종류는 어떤 것들이 있나? 2. 항체의 다양성은 어떻게 나타나나? - 38 - 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( )학년 성명 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. COVID-19의 진단과 백신 제작에 왜 분자 테크닉이 필요한가? 2. 분자 테크닉은 어떤 것들이 있으며 어떻게 활용되는가에 대해 기술 3. PCR과 RT-PCR의 차이와 활용법 - 54 - ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. 면역진단법의 원리 2. 면역진단법의 장단점 - 67 - )학년 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. 분자진단법의 원리 2. 분자진단법의 장단점 - 73 - )학년 성명 ( ) 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 식물로 고기를 분해할 수 있다고? 대진대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 식물로 고기를 분해할 수 있다고?! 이름 주요 과목 과학2 관련 단원 동물과 에너지(소화와 순환) 관련 과목 수학2 관련 단원 학률/경우의 수 STEM 요소 S, T, M 지역 개발 차시 주 개발자 4 보조 개발자 ○ 소화과정에서 단백질을 분해하는 단백질분해효소의 역할을 이해 한다. 주요 수업 개요 ○ 식물성 단백질분해효소에 의한 동물성 단백질 분해 현상을 이해 한다. ○ 다양한 효소 산업을 학습하여 효소의 경제적 가치를 이해한다. ○ 과학 실험값을 수학적으로 정리하는 이점에 대해 이해한다. 소화제에 의한 동물성 단백질 분해 주제 1차시 학습목 표 주요내 용 우리의 몸에서 일어나는 소화 작용을 이해하고 소화과정의 핵심인 효소의 존재에 대해 학습한다. ○ 소화 작용을 중개하는 소화 효소의 기능을 설명할 수 있다. ○ 효소의 기질 특이성에 대해서 설명할 수 있다. ○ 소화제의 단백질 분해 능력을 실험을 통해 확인할 수 있다. ○ 동물의 소화과정에서 효소의 역할을 이해한다. ○ 효소의 기질특이성에 대해서 학습한다. ○ 아조-카제인을 이용한 단백질분해능력 평가 원리와 절차를 학습 한다. ○ 실험을 통해 소화제에 의한 카제인 단백질의 분해를 확인한다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 식물로부터 단백질분해효소 분리 후 단백질 분해 반응 유도 주제 학습목 표 주요내 용 식물유래 단백질 분해효소가 동물성 단백질을 분해할 수 있는지 확인한다. ○ 다양한 식물로부터 단백질분해효소를 분리하는 실험을 수행할 수 있다. ○ 식물유래 단백질분해효소가 동물성 단백질인 카제인을 분해할 수 있는지를 확인하는 실험을 스스로 진행할 수 있다. ○ 불고기를 양념할 때, 키위나 배를 갈아 넣는 이유를 학습한다. ○ 식물로부터 단백질분해효소를 분리하는 절차에 대해서 이해한 다. ○ 키위와 배, 양파, 소화제(양성대조군)를 이용하여 실험을 진행한 다. ○ 단백질분해 반응을 위한 실험 기구와 조건들을 스스로 구축해본 다. (60도 온도 설정) 식물-단백질분해효소에 의한 카제인 단백질 분해 여부 검증 주제 학습목 표 3차시 주요내 용 효소의 산업적 활용 범위와 경제적 가치 ○ 식물유래 단백질분해효소들에 의해 카제인이 절단되었는지를 확 인하는 실험을 진행할 수 있다. ○ 아조-카제인 분해실험에 사용된 약물과 실험 방법들을 설명할 수 있다. ○ 효소가 가지는 산업적 가치를 설명할 수 있다. ○ 종이조각 맞추기 활동을 통해 효소-기질 특이성을 설명할 수 있 다. ○ 식물 추출액과 카제인을 혼합하여 분해반응을 유도한 용액에 TCA(trichloroacetic acid)를 넣어 단백질의 결정화를 유도한 후에 상등액의 색 변화를 확인한다. ○ 키위, 배, 양파 추출액 중에서 카제인을 절단 효능이 가장 강한 것이 무엇인지를 찾아본다. ○ 효소산업을 이해하고 가치에 대해서 학습한다. 수학을 활용하여 과학 결과물의 신뢰도 강조 주제 4차시 학습목 표 주요내 용 식물-단백질분해효소에 의한 동물성 단백질의 분해 여부를 수학적 으로 정리해보자 ○ 과학 실험 결과를 수학적으로 정리하는 방법에 대해서 설명할 수 있다. ○ 확률로 정리한 과학결과물의 신뢰도가 제고되는 이유를 설명할 수 있다. ○ 식물유래-효소연구의 잠재적인 산업적 가치에 대해서 설명할 수 있다. ○ 실험 결과를 제시된 결과표에 기록한다. ○ 5개 모둠에서 도출된 실험결과들을 모으고 종합한다. ○ 취합된 모든 실험 결과를 고려하여 확률로 나타낸다. 가. 차시별 구성도 1) 1차시 : 소화제에 의한 동물성 단백질 분해 주제 우리의 몸에서 일어나는 소화 작용을 이해하고 소화과정의 핵심인 효소의 존재에 대해 학습한다. ○ 소화 작용을 중개하는 소화 효소의 기능을 설명할 수 있다. 학습목표 ○ 효소의 기질 특이성에 대해서 설명할 수 있다. ○ 소화제의 단백질 분해 능력을 실험을 통해 확인할 수 있다. ○ 동물의 소화과정에서 효소의 역할을 이해한다. ○ 효소의 기질특이성에 대해서 학습한다. 주요내용 ○ 아조-카제인을 이용한 단백질분해능력 평가 원리와 절차를 학습한 다. ○ 실험을 통해 소화제에 의한 카제인 단백질의 분해를 확인한다. 준비물 아조-카제인, 소화제(베아제), 일회용스포이드, e튜브, 증류수, 거름종이, 필기도구, TCA용액, 원심분리기 2) 2차시 : 식물로부터 단백질분해효소 분리 후 단백질 분해 반응 유 도 주제 식물유래 단백질 분해효소가 동물성 단백질을 분해할 수 있는지 확인한다. ○ 다양한 식물로부터 단백질분해효소를 분리하는 실험을 수행할 수 학습목표 있다. ○ 식물유래 단백질분해효소가 동물성 단백질인 카제인을 분해할 수 있는지를 확인하는 실험을 스스로 진행할 수 있다. ○ 불고기를 양념할 때, 키위나 배를 갈아 넣는 이유를 학습한다. ○ 식물로부터 단백질분해효소를 분리하는 절차에 대해서 이해한다. 주요내용 ○ 키위와 배, 양파, 소화제(양성대조군)를 이용하여 실험을 진행한다. ○ 단백질분해 반응을 위한 실험 기구와 조건들을 스스로 구축해본다. (60도 온도 설정) pestle(플라스틱 분쇄기), 소화제(단백질분해효소), 동물성 단백질(아조준비물 카제인), 일회용 스포이드, 거름종이, 온도계, 비이커, e튜브, 원심분리 기 3) 3차시 : 식물-단백질분해효소에 의한 카제인 단백질 분해 여부 검 증 주제 효소의 산업적 활용 범위와 경제적 가치 ○ 식물유래 단백질분해효소들에 의해 카제인이 절단되었는지를 확인 하는 실험을 진행할 수 있다. ○ 아조-카제인 분해실험에 사용된 약물과 실험 방법들을 설명할 수 학습목표 있다. ○ 효소가 가지는 산업적 가치를 설명할 수 있다. ○ 종이조각 맞추기 활동을 통해 효소-기질 특이성을 설명할 수 있 다. ○ 식물 추출액과 카제인을 혼합하여 분해반응을 유도한 용액에 TCA(trichloroacetic acid)를 넣어 단백질의 결정화를 유도한 후에 상등액의 색 변화를 확인한다. ○ 상등액의 색깔 변화가 내포하는 과학적 의미를 파악한다. 주요내용 ○ 키위, 배, 양파 추출액 중에서 카제인을 절단 효능이 가장 강한 것 이 무엇인지를 찾아본다. ○ 키위, 배, 양파 추출액 중에서 카제인 절단 효능이 전혀 없는 것이 무엇인지 찾아본다. ○ 효소산업을 이해하고 가치에 대해서 학습한다. ○ 기질특이성을 이해하기 위한 종이모양-맞추기 활동 수행 준비물 20% TCA(trichloroacetic acid), 원심분리기, 일회용 스포이드, 거름종 이 4) 4차시 : 수학을 활용하여 과학 결과물의 신뢰도 강조 주제 식물-단백질분해효소에 의한 동물성 단백질의 분해 여부를 수학적으 로 정리해보자 ○ 과학 실험 결과를 수학적으로 정리하는 방법에 대해서 설명할 수 있다. 학습목표 ○ 확률로 정리한 과학결과물의 신뢰도가 제고되는 이유를 설명할 수 있다. ○ 식물유래-효소연구의 잠재적인 산업적 가치에 대해서 설명할 수 있다. ○ 실험 결과를 제시된 결과표에 기록한다. 주요내용 ○ 5개 모둠에서 도출된 실험결과들을 모으고 종합한다. ○ 취합된 모든 실험 결과를 고려하여 확률로 나타낸다. 준비물 필기도구 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 색으로 이해하는 과학 대진대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 색으로 이해하는 과학 이름 주요 과목 과학 2 관련 단원 물질의 구조, 물질의 성질, 관련 과목 과학 2 관련 단원 물질의 특성 STEM 요소 S, T, E 지역 개요 4 보조 주 개발자 주요 수업 개발 차시 개발자 인간이 자연에서 누릴 수 있는 기쁨 중에 최고는 눈으로 보고, 풍경을 즐 기는 것이 아닌가 생각된다. 색은 우리의 도처에 있다. 우리가 좋아하든 싫어하든 상관없이 빛 이 사라지지 않는 이상 색은 우리 곁에 언제나 존재한다. 항상 존재하고 자연을 본다. 가끔은 자연의 색을 놓고 움직이는 감정을 경험하기도 한 다. 이 프로그램을 통해 자연의 다양한 색을 알아보고, 색의 주는 감정을 느 끼는 시간을 통해 색체에 대한 호기심을 갖는 기회를 마련한다. 또한 색 을 갖는 물질의 공통점을 알아보고 자연에서 색을 추출하는 체험을 통하 여 기술 공학적 원리를 이해한다. 빛의 성질을 통해 색은 무엇인지 생각해 보고 색을 띠는 물질을 만들어 보는 기회를 통해 과학적 원리를 이해한다. 마지막으로 우리의 감각기관 인 눈을 사용하는 화학, 산-염기 지시약에 대해 알아본다. ○ 우리나라의 사계절을 대표할 만한 장소를 찾아보고, 각 계절을 색채로 표현해 본다. ○ 동굴에서 발견된 색에 대한 역사적 사실을 소개하고 빛을 그린 1차시 모네의 작품을 감상해 보자. ○ 천연염료와 합성염료를 학습해보고, 이를 활용하고 사용하는 실 생활의 예들을 찾아보자. 차시별 ○ 천연염료를 추출해 보고, 염색작업을 경험해 보자.. ○ 우리 주변의 물체의 형태와 색깔은 빛을 통해 알 수 있다. 프리 주요내용 (키워드 위주) 즘을 통과한 빛의 분광현상을 알아보자. 2차시 ○ 빛과 색채의 상관관계를 이해하고, 빛의 성질을 알아보자. ○ 매염제의 역할을 알아보고, 같은 염료도 매염제에 따라 다른 색 으로 염색되는 이유를 알아보자. 3차시 ○ 빛의 성질인 흡수와 반사로 물체가 다른 색을 갖는 이유를 알 아보자. ○ 금속화합물이 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 금속에 따라 다른 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 그럼 천연염료에는 어떤 물질들이 포함되어 있는지 알아보자. ○ 눈의 구조 및 기능을 학습한다. 4차시 ○ 우리가 색을 인식하는 과정을 알아보자. ○ 산염기 지시약의 용도와 작동원리을 학습한다. 가. 차시별 구성도 1) 1차시 : 나를 둘러싼 모든 것, 색에 물들다. 주제 자연 속 동물과 식물에서 다양한 색을 찾아보자. ○ 자연 경치에서 보이는 화려한 색채들을 감상하고, 자신의 언어로 느낌 을 표현해 보자. 학습목표 ○ 사계절을 표현할 수 있는 색을 찾아보며, 우리가 느끼는 색을 나열 해 보자. ○ 자연에서 추출한 천연물로 염색작업을 해보자. ○ 우리나라의 사계절을 대표할 만한 장소를 찾아보고, 각 계절을 색 채로 표현해 본다. ○ 동굴에서 발견된 색에 대한 역사적 사실을 소개하고 빛을 그린 모 주요내용 네의 작품을 감상해 보자. ○ 천연염료와 합성염료를 학습해보고, 이를 활용하고 사용하는 실생 활의 예들을 찾아보자. ○ 천연염료를 추출해 보고, 염색작업을 경험해 보자. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 페트리 접시, 코치닐, 강황, 청대, 백박, 구연산, 황산구리, 손수건 정제수, 유리막대, 비닐장갑, 고무줄 2) 2차시 : 무슨 색으로 보이니? / 색을 말하다. 주제 색을 과학으로 말해보자. ○ 과학에서 말하는 색을 알아본다. 학습목표 ○ 빛으로 색을 설명해 본자. ○ 매염제의 역할과 염색의 변화를 관찰한다 ○ 우리 주변의 물체의 형태와 색깔은 빛을 통해 알 수 있다. 프리즘 을 통과한 빛의 분광현상을 알아보자. 주요내용 ○ 빛과 색채의 상관관계를 이해하고, 빛의 성질을 알아보자. ○ 매염제의 역할을 알아보고, 같은 염료도 매염제에 따라 다른 색으 로 염색되는 이유를 알아보자. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 코치닐, 백반, 구연산, 황산구리, 손수건, 고무줄 3) 3차시 : 다양한 색의 금속화합물 / 색을 갖는 물질들 주제 생활 속에 보이는 다양한 물체들이 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 물질이 색을 갖는 이유를 과학적 원리로 설명해 보자. 학습목표 ○ 다양한 금속화합물의 색깔을 확인해 보자. ○ 금속에 따라 다른 색을 보이는 이유를 알아보자. ○ 빛의 성질인 흡수와 반사로 물체가 다른 색을 갖는 이유를 알아보 자. 주요내용 ○ 금속화합물이 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 금속에 따라 다른 색을 갖는 이유를 알아보자. ○ 그럼 천연염료에는 어떤 물질들이 포함되어 있는지 알아보자. 준비물 4) 4차시 : 컴퓨터, 빔 프로젝트, 비이커, 금속화합물, 유리막대, 비닐장갑 눈으로 보는 화학 / 산-염기 지시약 주제 우리의 감각기관인 눈을 사용하는 화학으로 산염기 지시약에 대해 알아보자. ○ 눈의 구조를 알아보자. 학습목표 ○ 산성과 염기성에 대해 알아보자. ○ 산염기 지시약를 통해 산성인지 염기성 인지 알아보자. ○ 눈의 구조 및 기능을 학습한다. 주요내용 ○ 우리가 색을 인식하는 과정을 알아보자. ○ 산염기 지시약의 용도와 작동원리을 학습한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 산, 염기, 지시약, 물, 비이커, 유리막대, 스포이 드 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 세상을 돌리는 전기와 자기 대진대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 세상을 돌리는 전기와 자기 이름 주요 과목 물리학 Ⅰ,Ⅱ 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 전기와 자기 관련 단원 S, T, E, M 지역 개발 차시 개발자 전기와 자기의 의미와 역사적 배경을 이해하고 상호작용에 의한 만들어지는 전기와 모터의 원리를 실습을 통하여 체험한다. 1차시 전기와 자기에 대한 의미와 역사적 발견에 대한 설명 2차시 구리선과 자석의 회전에 의한 전기 만들기 실습 수행 3차시 전기와 자기에 의한 회전력 발생에 대한 설명 4차시 건전지와 자석을 이용한 회전체 만들기 실습 수행 주요내용 (키워드 위주) 4 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 가. 차시별 구성도 1) 1차시 주제 전기를 이해하고 전기의 종류와 역사적 배경 탐구 학습목표 주요내용 준비물 Ÿ 전기의 과학적 의미 이해 Ÿ 전기의 종류 이해 Ÿ 발전기 원리 이해 Ÿ 전기가 만들어지는 원리 이해 Ÿ 전기에 필요한 자기 컴퓨터, 빔 프로젝트 2) 2차시 주제 학습목표 주요내용 준비물 자기를 이해하고 유도 전기에 대한 탐구 Ÿ 자기의 과학적 의미 이해 Ÿ 자기의 종류 이해 Ÿ 전기를 만들 때 필요한 자기 Ÿ 회전에 필요한 전기와 자기 Ÿ 위치에너지→운동에너지→전기에너지 관계 컴퓨터, 빔 프로젝트 3) 3차시 주제 학습목표 주요내용 준비물 나도 전기를 생산할 수 있다. Ÿ 회전운동에너지가 전기에너지로 만들어지는 원리 이해 Ÿ 회전에 필요한 요소 이해 Ÿ 전기와 자기가 서로에게 미치는 요소 이해 Ÿ 전기는 어떻게 만들어졌는가? Ÿ 전기가 만들어지는 과정에서 자기는 어떤 역할을 했는가? 컴퓨터, 빔 프로젝트, PC팬, 니오디움자석, LED램프, 건전기, 구리선, 30 cm 자, 멀티미터 4) 4차시 주제 학습목표 주요내용 준비물 우리도 돌려 보자! : 단극 모터(전동기) 만들기 Ÿ 회전운동에너지가 전기에너지로 만들어지는 원리 이해 Ÿ 회전운동을 일으키는 에너지에 대한 이해 Ÿ 자기와 전기의 상호작용 이해 Ÿ 회전체에서 전기와 자기는 각각 어떤 역할을 했는가? 컴퓨터, 빔 프로젝트, PC팬, 니오디움자석, LED램프, 건전기, 구리선, 30 cm 자, 멀티미터 

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 고분자 합성과 성질 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 고분자 합성과 성질 탐구 이름 주요 과목 화학I 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 S, T, E, M 지역 보조 개발자 고분자의 개념을 이해하고, 간단한 고분자 합성을 통해 고분자를 이루는 화학결합의 종류와 이를 이용한 고분자의 성질 조절을 학습한다. 우리 생활 속에서 찾을 수 있는 다양한 고분자에 대하여 인지하는 것을 시작 으로 하여, 대표적인 고분자인 헤어젤, 탱탱볼, 나일론을 직접 합성해보 고, 각 고분자의 성질에 영향을 미치는 요인과 효과적인 합성 방법에 대 하여 고민해본다. 또한, 합성된 세 종류의 고분자를 이용하여, 추가적인 성질 변화를 유도하는 실험을 직접 설계해보는 것을 목표로 한다. 1차시 고분자의 개념과 특징 이해 2차시 고분자의 탄성과 경도의 관계 이해 3차시 나일론을 합성해보자 4차시 고분자를 섞어보자 주요내용 (키워드 위주) 물질의 구조/물질의 구성 입자/화학 반응식 관련 단원 주 개발자 주요 수업 관련 단원 (화학) 고분자 합성과 성질 탐구 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 고분자 합성과 성질 탐구 주제 고분자 합성과 성질 탐구 2015 개정 교육과정 중학교 3학년, 고등학교 1학년/ 2학년 적용 학년 영역: 핵심개념 물질의 변화: 화학 반응 과학기술 적용 고분자를 설계하고 자작하자 응용 분야 물질의 상태 변화 이해, 기초 소재 합성, 물질의 물리적 성질 조절 고분자의 개념을 이해하고, 간단한 고분자 합성을 통해 고분자를 이루는 화학결합의 종류와 이를 이용한 고분자의 성질 조절을 학습한다. 우리 생활 속에서 찾을 수 있는 다양한 고분자에 대하여 인지하는 것을 시작 프로그램 개요 으로 하여, 대표적인 고분자인 헤어젤, 탱탱볼, 나일론을 직접 합성해보 고, 각 고분자의 성질에 영향을 미치는 요인과 효과적인 합성 방법에 대 하여 고민해본다. 또한, 합성된 세 종류의 고분자를 이용하여, 추가적인 성질 변화를 유도하는 실험을 직접 설계해보는 것을 목표로 한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 고분자의 개념과 특징이해 2차시 고분자의 탄성과 경도의 관계 이해 3차시 나일론을 합성해보자 4차시 고분자를 섞어보자 충북대학교 과학영재교육원 - 13 - (화학) 고분자 합성과 성질 탐구 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 헤어젤을 만들어보자 ◆ 우리 생활 주변을 이루고 있는 물질들을 기체-액체-고체로 나눠보고, 액체와 고체로 나누기 어려운 물질들 중에 젤의 형태가 있음을 설명한다. 젤의 형태를 보이기 위한 조건 으로 고분자를 설명하며, 액체와 고체의 성질의 중간을 보이는 것을 학생들이 인지할 수 있도록 설명한다. . 젤의 특성을 위한 브레인스토밍 - 기체-액체-고체를 보이는 대표적 물질들을 생각해보고 상태의 변화에 따른 성질이 변화 를 생각해보도록 하자 - 젤의 형태를 보이는 물질들에는 어떤 것들이 있는지 살펴보고, 이들의 특성이 고체와 액체의 중간 쯤에 존재하는 것을 인지하도록 하자 . 자료의 조사 - 상황 제시 단계 후에 학생들은 모둠별로 토론을 하여 생각해보도록 한다. - 조사한 자료들을 서로 비교하며 토론하여 하여 진행한다. 수업지도의 Tip Ÿ 주변에서 쉽게 볼 수 있는 다양한 물질들을 생각해보고 정리하게 한다. Ÿ 기체가 공통적으로 보이는 특징을 정리하게 한다. Ÿ 액체가 공통적으로 보이는 특징을 정리하게 한다. Ÿ 고체가 공통적으로 보이는 특징을 정리하게 한다. Ÿ 젤이 가지는 특성에 대하여 정리하게 하고, 액체 및 고체와 비교한다. - 20 - (화학) 고분자 합성과 성질 탐구 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 고분자의 탄성과 경도의 관계 이해하기 ◆ 이미 고분자인 PVA (폴리바이닐알코올)에 붕사를 첨가하면 왜 탱탱볼이 만들어지는지 이해하고, 탱탱볼의 성질을 조절하는 추가 실험을 진행해본다. 수업지도의 Ÿ Tip 비교적 간단한 실험이기 때문에, 한 번 탱탱볼 제작에 성공한 이후, 고분자화가 되 는 정도를 조절할 수 있는 방법을 학생들 스스로가 찾아보도록 한다. 물의 양, 농 도, 온도 등을 조절해본다. Ÿ 꼭 탱탱볼의 모양 뿐 아니라, 다양한 원하는 모양으로 변형할 수 있는 경험을 지도 한다. Ÿ 경도와 탄성의 관계를 조별 비교 또는 개인별 비교를 통해 확인해 볼 수 있도록 지 도한다. Ÿ 너무 오랜 시간 뜨거운 물에 노출하거나 너무 묽게 용액을 제조하는 경우, 원하는 형태의 탱탱볼이 만들어지지 않을 수 있다. 실험/안전 지도의 Tip Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. Ÿ 실험에 사용하는 물질들은 절대 먹거나, 직접 만지거나 장난치지 않도록 주의 Ÿ 탱탱볼 실험에 사용하는 PVA나 붕사의 경우에는 단기간에 피부 손상을 주는 물질은 아니지만, 붕사의 경우 장시간 노출되면 피부에 피해를 입힐 수 있으므로, 장갑을 사 용하고, 사용 후 꼭 손을 씻도록 한다. Ÿ 직접 만져서 촉감을 느끼고 싶은 학생이 있는 경우, 잠깐의 노출을 가능하며, 역시 실험 후 꼭 손을 씻어서 남는 붕사가 없도록 한다. Ÿ 뜨거운 물을 사용할 때 화상을 입지 않도록 주의 - 22 - (화학) 고분자 합성과 성질 탐구 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 ◆ 계면 중합을 이용하여 나일론을 합성해보자. 수업지도의 Ÿ Tip 반응성이 있는 두 물질이 조절되지 않은 상태에서 반응이 진행될 경우, 어떤 결과 물이 나올 것인지에 대하여 학생들이 생각해보고, 계면 중합 또는 반응 방법을 설 계할 수 있도록 안내한다. Ÿ 계면 중합의 단점에는 무엇이 있을지 생각해보고, 용매 또는 용액의 밀도를 고려하 여 위층와 아래층에 존재하는 물질이 무엇일지 유추 해보도록 한다. Ÿ 용액의 층이 바뀌면 어떤 결과가 나올지 직접 생각해보도록 한다. Ÿ 왜 빠른 반응을 위하여 NaOH를 사용하는지 생각해보고, 두 반응물인 염화 세바코 일과 다이아민 사이에 발생하는 부산물이 무엇일지 질량보존의 법칙을 기본으로 생 각해보도록 하고, 지도한다. 두 분자의 HCl이 발생하는 실험이므로 NaOH가 르 샤 틀리에의 원리에 의해 반응을 촉진할 수 있다. Ÿ HCl 기체가 반응중 발생할 수 있으므로, 환기가 잘 되는 공간에서 실험 진행이 필 요하다. Ÿ 실험실 규모가 아닌 공장의 규모에서는 어떤 식으로 다량의 나일론을 얻을 수 있을 지 학생들이 직접 고민해보도록 유도한다. Ÿ 만들어진 나일론은 손 쉽게 회수할 수 있는 방법에 대하여 학생들의 직접 생각해보 고, 유리막대 혹은 약수저에 감은 나일론을 손실 없이 회수할 수 있는 수공적 기능 을 지도한다. Ÿ 얻어진 나일론은 염기성이므로 반드시 여러번 세척 후에 만지도록 하고, 장갑을 착 용한 상태로 다루도록 지도한다. - 23 - (화학) 고분자 합성과 성질 탐구 4) 공학적 적용 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 총 세 종류의 고분자 합성 반응을 이해하고, 이들의 특징을 이용하여 섞는 것이 가능 할지 고민 후에 시도해본다. 수업지도의 Ÿ Tip 각 고분자화 반응의 원리를 고려하여, 혼합할 수 있는 고분자 반응을 학생들이 직접 생각해보도록 한다. Ÿ 나일론 합성은 화학적인 공유결합을 통한 연결이고, 헤어젤과 탱탱볼의 합성은 물리적 인 결합을 이용하므로, 헤어젤과 탱탱볼 합성의 융합이 가능하다. Ÿ 이번 실험에서 계면 중합을 통해 얻어지는 나일론의 경우, 어느 정도 두께가 있고 뭉 쳐질 수 있기 때문에, 나일론 뭉치를 코어로 사용하고, 그 위에 탱탱볼을 만드는 코어 -쉘 구조도 가능하다. 특히, 현대의 야구공이나 골프공 등에 층별로 다른 소재가 사용 되는 것을 착안하여 고분자의 종류를 다르게 층을 이루는 실험을 설계하고 진행하는 것을 장려하도록 한다. ◆ 위의 활동을 바탕으로 탄성과 경도가 조절된 탱탱볼을 만들어보자. Ÿ 가장 높은 반발력을 보이는 탱탱볼을 얻어서 모둠간 비교를 해보는 과정을 진행한다. Ÿ 굳힘 정도를 올리기 위하여 헤어젤 소재를 거의 사용하지 않고, 낮은 온도를 만들 수 - 24 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 광통신의 이해 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 광통신의 이해 이름 주요 과목 물리I 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 S, T, E, M 지역 보조 개발자 이진코드를 이해하고 이를 사용하여 직접 메시지를 인코딩, 디코딩 하는 법을 학습한다. 빛의 성질을 이해하고 빛의 경로를 자유롭게 설계하여 내가 원하는 위치로 빛을 전달해본다. 광섬유의 구조와 전반사 원리를 이해하고, 빛으로 인코딩한 메시지를 광섬유를 통해 전달한다. 1차시 이진코드의 이해 2차시 통신의 이해 3차시 빛의 성질 탐구하기 4차시 빛으로 신호 전달하기 주요내용 (키워드 위주) 파동/파동의 성질/파동의 요소 관련 단원 주 개발자 주요 수업 관련 단원 (물리) 광통신의 이해 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 광통신의 이해 주제 광통신의 이해 2015 개정 교육과정 중학교 2~3학년/ 고등학교 1~3학년 적용 학년 영역: 핵심개념 빛의 파동 / 빛의 굴절과 전반사 과학기술 적용 빛으로 신호 전달하기 응용 분야 광통신, 광소자 설계 및 제작, 레이저 광학 1차시: 컴퓨터가 0과 1 두 가지 형태로 신호를 전달하는 방법에 대해 고 민해보고, 이진코드 중 ASCII 코드로 메시지를 전달해보자. 2차시: 신호를 전달하는 다양한 방법에대해 살펴보고, 우리 주변에서 그 예를 찾아보자. 프로그램 개요 3차시: 빛의 성질인 반사를 이해하기 위해 Mirror 마운트를 직접 설계해 서 제작해 본 후 이를 이용하여 반사 성질에 관해 탐구해보자. 4차시: 빛의 성질인 굴절 현상에대해 탐구해봄으로써 빛이 광섬유를 통해 전달되는 원리를 이해한다. 5차시: 빛으로 음성 신호를 광섬유를 통해 전달해보자. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 이진코드의 이해 2차시 통신의 이해 3차시 4차시 5차시 빛의 반사 성질 탐구하기 빛의 굴절 및 전반사 성질 탐구하기 빛으로 신호 전달하기 충북대학교 과학영재교육원 - 14 - (물리) 광통신의 이해 (5) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 이진코드의 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ Ÿ Ÿ 신호를 전달하는 방법에 대해 알아본다. 이진수에 대해 알아본다. 이진코드에 대해 알아본다. [실험 안전 유의사항] Ÿ 종이에 손이 베이지 않게 조심한다. 1차시 [개념 도입] 브레인스토밍 사람이 사용하는 문자를 컴퓨터가 사용하는 숫자로 어떻게 표현할 수 있을까? ధ 컴퓨터의 자료들은 0과 1로 나열되어 전송되고 저장됩니다. 단지 두 개의 기호 를 이용하여 어떻게 단어와 숫자를 표현할 수 있을까요? 컴퓨터 작동에 필요한 전기는 들어오거나 (1로 표현) 들어오지 않거나 (0으로 표현) 두 가 지 상태를 갖는다. 학생들에게 주변에게 1과 0으로 정보를 처리하는 예를 모둠별로 작성하 도록 한다. 작성한 답을 토의하도록 한다. 이진수 개념을 자연스럽게 이해할 수 있도록 유 도한다. 수업지도의 Ÿ Tip 주변에서 1과 0으로 정보를 처리하는 예를 모둠별로 작성하도록 한다. 작성한 답을 발표하고 서로 공유하는 시간을 갖도록 한다. Ÿ 다양한 예시들을 통해 우리의 일상에 과학과 수학이 활용되는 경우를 찾고 흥 미를 갖을 수 있도록 유도한다. (예) dvd, cd에 정보를 저장할 때는 레이저로 금속 막에 홈을 새겨 정보를 기록하 - 18 - (물리) 광통신의 이해 학생용 2차시: 통신의 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 통신에 대해 이해해보자. § 통신의 방법에 대해 알아보자. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 레이저를 가지고 장난하지 않는다. 안전을 위해 보안경을 반드시 쓰고 실험을 진행한다. 깨지기 쉬운 광학기기 취급 시 던지지 않는다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 실험/ 탐구하기 ధ 정보나 소식을 표현하는 수단을 신호라 한다. 신호의 종류를 토의해 보자. 학생들에게 우리 생활에서 사용하는 신호의 종류를 찾게 하고, 신호의 요건에 대해 질 문을 던지고 토의해보게 한다. [탐구1] 모스 부호를 사용해보자. 준비물: 모스부호표, 쇠구슬 (2개) ధ 먼 거리에 있는 친구에게 어떻게 신호를 전달할 수 있을까? 1) 최초의 전기 통신은 모스부호! 자기 이름을 모스 부호로 적어 보자 - 22 - (물리) 광통신의 이해 학생용 3차시: 빛의 반사 성질 탐구하기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 빛의 반사 성질을 이해한다. Ÿ 빛을 반사 시키기 위한 소자를 직접 설계 및 제작해 보자. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 레이저를 가지고 장난하지 않는다. 안전을 위해 보안경을 반드시 쓰고 실험을 진행한다. 깨지기 쉬운 광학기기 취급 시 던지지 않는다. 3차시 [과학기술 적용] 설명하기/ 과학과 공학(기술/수학)의 관계 ధ 주변에서 빛의 반사를 이용한 예를 찾아보자. 일상생활에서 볼 수 있는 빛의 반사를 이용한 예를 모둠별로 찾아볼 수 있도록 돕는다. 실제 물체가 어떻게 보이는지 원리를 토의해 볼 수 있도록 한다. 수업지도의 Tip Ÿ 주변에서 빛의 반사를 이용한 예를 찾아보자 Ÿ 치과에서 사용하는 치경, 자동차 후면경, 길 모둩이의 볼록 거울, 편의점 감시 경,... [탐구1] 빛의 직진성, 반사 성질 탐구하기 준비물: 이쑤시게, 우드락 10T, 안전거울, 가위, 양면테이프, 레이저 포인터, 스텐드, 클램프, 보호안 경 ధ 주어진 준비물로 각도조절 가능, 위/아래 높이 조절 가능, 방향조절 가능한 Mirror Mount를 제작해 보자. - 24 - (물리) 광통신의 이해 학생용 4차시: 빛의 굴절 성질 탐구하기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 빛의 굴절 현상을 이해한다. Ÿ 빛의 전반사 성질을 이해한다. Ÿ 광섬유에서 빛이 진행하는 원리에 대해 이해한다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 레이저를 가지고 장난하지 않는다. 안전을 위해 보안경을 반드시 쓰고 실험을 진행한다. 깨지기 쉬운 광학기기 취급 시 던지지 않는다. 4차시 [과학기술 적용] 설명하기/ 과학과 공학(기술/수학)의 관계 ధ 주변에서 빛의 굴절 현상의 예를 찾아보자. 일상생활에서 볼 수 있는 빛의 굴절 현상에 대해 모둠별로 토의해보자. 굴절각과 입사각의 개념에 대해 토의해 보자 [탐구1] 빛의 굴절 및 전반사 현상 탐구 준비물: 레이저 포인터 (3개), 종이 각도기 (3개), 각도판 부착된 반원물통(3개), 스포이드(1개), 물, 올리고당 ధ 공기, 물, 올리고당을 각각 반원물통에 채운 후 레이저 포인터의 입사 각도를 변화시키며 빛의 경로를 관찰하고 굴절각을 기록하고 그려보자. 공기의 경우 - 27 - (물리) 광통신의 이해 학생용 5차시: 빛으로 신호 전달하기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 광섬유의 구조를 이해하고 빛이 광섬유를 통해 전달되는 원리를 이해한다. Ÿ 빛으로 신호를 보내보자. Ÿ 탐구 활동의 이론적 배경을 공학적으로 적용해 본다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 레이저를 가지고 장난하지 않는다. 안전을 위해 보안경을 반드시 쓰고 실험을 진행한다. 깨지기 쉬운 광학기기 취급 시 던지지 않는다. 5차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ధ 광섬유의 구조를 살펴보고 빛이 광섬유를 통해 전달되는 원리를 설명해보자. 광섬유의 코어와 클래딩의 굴절률 값을 소개하고 빛이 코어로 입사되었을 때 빛이 어떻 게 진행할지 전 시간에 배운 굴절현상과 연관시켜 설명해 보도록 한다. 코어 굴절률: 1.467 ~ 1.474 클래딩 굴절률: 1.445 ~ 1.460 [탐구1] 광섬유를 탐구해보자 준비물: 레이저 포인터 (1개), 광섬유 (1개), 보안경, 조도센서 (1개) ధ 광섬유를 이용하여 레이저 빛을 보내보자. 광섬유의 종류 (실리카 광섬유, 플라스틱 광섬유)에 대해 조사해보고, 사용파장 대역, 파장에 따른 손실을 살펴보자. 플라스틱 광섬유에 레이저 빛 (LED)을 입사시켜 빛이 전반사되는 현상을 관찰하자 - 30 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 지구의 공전 자전과 GPS 원리 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 지구의 공전 자전과 GPS 원리 이름 주요 과목 지구과학II 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 우주/ 태양계의 구성과 운동/ 케플러의 세 가지 법칙 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 시간의 변화에 따른 지구의 자전과 공전 운동을 지면에서 관측할 때, 주요 수업 개요 태양의 위치 변화를 관측하여 지구상의 위치와 태양의 움직임의 관계를 이해한다. 이를 바탕으로 지구상에서 시간을 정하는 방법과, 이를 바탕으로 인공위성을 이용하여 지구상의 각 지역에 대한 위치를 정하는 방법을 이해한다, 차시별 1차시 지구의 공전을 이해하고 위도의 개념을 이해한다. 2차시 지구의 자전을 이해하고 경도의 개념을 이해한다. 3차시 태양시와 표준시의 개념을 이해한다. 4차시 삼각측량과 GPS의 원리를 이해한다. 주요내용 (키워드 위주) (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 주제 지구의 공전 자전과 GPS 원리 2015 개정 교육과정 고등학교 1학년 적용 학년 영역: 핵심개념 지구의 자전/지구의 공전/인공위성과 GPS 원리 과학기술 적용 시간의 측정과 GPS 응용 분야 시간, 지리, 정보, 삼각 측량, 위성 통신 지구의 공전을 이해하고, 이를 바탕으로 연중 태양의 고도 변화와 이를 통한 지구상의 위도 개념을 이해한다. 또한 지구의 자전을 이해하고, 이 를 바탕으로 태양의 이룾 우동을 이해하고 이를 통한 시간의 측정을 이 프로그램 개요 해한다. 이를 바탕으로 국제표준시와 지역 표준시의 차이와 경도의 관계 를 이해하여 지구상의 경도 개념을 이해한다. 인공위성과 표준 시간을 이용하여 지구상에서 물체의 지리 좌표를 정하거나 지구 정보를 이해하 는 방법을 이해한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 지구의 공전을 이해하고 위도의 개념을 이해한다. 2차시 지구의 자전을 이해하고 경도의 개념을 이해한다. 3차시 태양시와 표준시의 개념을 이해한다. 4차시 삼각측량과 GPS의 원리를 이해한다. 충북대학교 과학영재교육원 - 11 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 지구의 공전과 위도의 개념 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ Ÿ Ÿ 지축의 기울기와 지면에서 태양의 고도를 측정하는 방법을 이해한다. 지구 공전에 따른 계절별 태양의 고도변화를 이해한다. 지평선에 대하여 지구의 적도를 찾는 방법을 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 지구는 태양 주위를 1년에 한 번 공전하고, 자전축은 공전궤도면에 대하여 23.5도 기울어져 있다. 매일 지구의 위치가 변함에 따라 지구에서 보는 태양의 위치는 어떻 게 되는지 생각해보자. 계절 태양의 위치 봄 그림의 우측(남반구에 태양이 비춤) 여름 그림의 상부(적도에 태양이 비춤) 가음 그림의 좌측(북반구에 태양이 비춤) 겨울 그림의 하부(적도에 태양이 비춤) - 17 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 학생용 2차시: 지구 자전과 경도의 의미 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 지구의 자전과 태양의 일주 운동을 이해할 수 있다. § 태양시를 이용하여 방향을 찾을 수 있다. § 전통시계인 앙부일구의 원리를 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 지구 자전과 태양의 일주운동 ◆ 지구의 자전과 태양의 위치에 대하여 알아보자. 해시계를 만들어 태양의 위치와 해시계 그림자 사이의 관계를 알아보자. Ÿ 미리 수업 전에 해시계를 만들어 태양의 일주 운동과 그림자 사이의 관계를 비교하게 한다. Ÿ 또는 수업 중에 손전등으로 막대 주위를 비스듬하게 비추면서, 그림자의 크기와 방향 변화를 관찰하게 할 수도 있다. - 20 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 학생용 3차시: 태양시와 표준시의 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 태양시의 의미를 이해한다. Ÿ 경도의 의미와 국제표준시를 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 앙부일구와 시간의 측정 ◆ 지구본을 전등으로 비추면서 태양이 남중하는 시간은 지역에 따라 어떻게 다른지 비교해보자. Ÿ 춘분에 태양이 지구의 적도를 수직으로 비추도록 손전등으로 지구본을 비춘다. Ÿ 지구본을 돌려 자전시키면서 각 경도선을 손전등이 수직으로 비추는 시간이 어떻게 다른지 알아보게 한다. Ÿ 지구가 자전하는 동안 태양이 각 경도 지점에 남중하는 시간은 1시간에 15도씩 달라짐을 알 게 한다. ◆ GMT(그리니치 표준시)에 대하여 알아보고, 우리나라에서 사용하는 시계와의 차이 를 알아보자. Ÿ 현재 경도는 역사적으로 영국의 그리니치 천문대를 지나는 자오선을 기준으로 결정되었음을 알게 한다. Ÿ 이를 바탕으로 지구상의 각 지점은 경도에 따라 15도마다 그리니치와 1시간씩 지역시간의 차 이가 나게 결정되어 있음을 알게 한다. Ÿ 우리나라는 동경 135도를 기준으로 하여 그리니치 표준시와는 9시간 차이가 나게 됨을 알게 한다. - 22 - (지구과학) 지구의 공전 자전과 GPS 원리 학생용 4차시: GPS 원리 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 삼각측량의 원리를 이해한다. Ÿ GPS의 원리를 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 도구 사용시 다치지 않도록 주의한다. § 무거운 물체를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 삼각측량과 GPS장치 ◆ 삼각측량의 원리를 알아보자. Ÿ 세 지점에서 특정 지점에 대하여 각각 거리를 측정한 데이터를 바탕으로 원을 그려보게 한 다. Ÿ 각 지점을 중심으로 해당 거리를 반지름으로 하는 원을 그리면 한 점에서 만나게 됨을 알게 한다. Ÿ 이를 바탕으로 어느 지점에서 사방으로 신호를 발생시켜 관측소까지 걸리를 알게 하면, 그 위치를 파악할 있음을 알게 한다. - 24 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 생활 속의 환경 호르몬 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 생활 속의 환경 호르몬 이름 주요 과목 생명과학I 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 항상성과 몸의 조절/자극과 반응/내분비계와 호르몬의 특성 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 물벼룩의 심장 박동을 이용하여 인체 호르몬의 역할을 이해하고, 환경 호르몬에 의해 변환되는 심장 박동의 특징을 관찰한다. 물벼룩의 심장 박동을 통한 동물의 생리활성 변화를 환경 호르몬 이외에도 우리 생활에서 손쉽게 접할 수 있는 세제, 음료수, 의약품에도 적용해본다. 1차시 환경 호르몬을 조사해 보기 2차시 개념 이해 및 호르몬과 생리활성의 연관성 탐색 3차시 환경 호르몬을 탐구해 보자 4차시 물벼룩을 응용한 실험에 대한 공학적 접근 주요내용 (키워드 위주) (생물) 생활속의 환경 호르몬 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 생활 속의 환경 호르몬 주제 생활 속의 환경 호르몬 2015 개정 교육과정 중학교 3학년, 고등학교 1학년 적용 학년 영역: 핵심개념 항상성과 몸의 조절 : 자극과 반응 : 내분비와 신경계의 작용 과학기술 적용 여러 화학물질이 생명체에 미치는 영향 연구 응용 분야 의생명과학 1차시: 환경 호르몬에 대한 개념도입, 질문과 대답을 통해 궁금증 도출, 일상생활에서 사용하는 도구에 포함된 환경 호르몬에 대하여 토 의 2차시: 탐구 및 개념 확장, 물벼룩의 심장 박동을 이용하여 인체 호르몬 의 역할을 이해하고, 환경 호르몬에 의해 변화되는 심장 박동의 특징을 관찰하는 방법을 토론 프로그램 개요 3차시: 과학기술 도출, 일상생활에 사용되는 물품으로부터 환경 호르몬을 추출하고, 추출된 액체를 물벼룩에 적용함으로써 환경 호르몬에 의한 심장 박동의 변화를 토론 4차시: 공학적 산출물, 물벼룩의 심장 박동을 통한 동물의 생리활성 변화 를 환경 호르몬 이외에도 우리 생활에서 손쉽게 접할 수 있는 세제, 음료수, 의약품에 적용 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 환경 호르몬을 조사해 보기 2차시 개념 이해 및 호르몬과 생리활성의 연관성 탐색 3차시 환경 호르몬을 탐구해 보자 4차시 물벼룩을 응용한 실험에 대한 공학적 접근 충북대학교 과학영재교육원 - 14 - (생물) 생활속의 환경 호르몬 (7) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 1차시: 환경 호르몬에 대한 개념도입 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 일상생활에서 사용하는 도구에 포함된 환경 호르몬에 대하여 알아보자. [실험 안전 유의사항] Ÿ 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. Ÿ 실험에 사용되는 호르몬을 다룰 때 안전장갑을 반드시 착용한다. Ÿ 가위 등 날카로운 도구 사용 시 다치지 않도록 주의한다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 생각해보기 1) 우리 주변에 있는 환경 호르몬을 만드는 제품을 생각해보자. 2) 환경 호르몬이 포함된 제품을 사용할 때 최소한으로 노출될 방법을 생각해보자. - 22 - (생물) 생활속의 환경 호르몬 2) 탐구 및 개념 확장 학생용 2차시: 개념 이해 및 호르몬과 생리활성의 연관성 탐색 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 호르몬에 의해 변화되는 물벼룩의 상태를 관찰하자. [실험 안전 유의사항] Ÿ 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. Ÿ 실험에 사용되는 호르몬을 다룰 때 안전장갑을 반드시 착용한다. Ÿ 가위 등 날카로운 도구 사용 시 다치지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 개념 이해 및 호르몬과 생리활성의 연관성 탐색 [탐구 1] 환경 호르몬 탐구 준비물 활용 방법 1. 실험 과정 (학생들에게 시범을 보여준다) ⓵ 스포이드로 물벼룩 한 마리를 홀 슬라이드 글라스 가운데 넣는다. 현미경, ⓶ 커버글라스로 현미경을 덥고 물벼룩의 상태 및 심장을 관찰한다. 초시계, 홀 슬라이드 글라스, ⓷ 초시계로 10초간 물벼룩 심장 박동수를 측정하고, 1분당 물벼룩 배양액, 해부장갑 (심장 박동이 매우 ⓸ 슬라이드에 물을 거름종이(휴지)로 제거한 후(물벼룩의 움직임 방지) 아드레날린을 한 방울 떨어뜨린다. 아세틸콜린, 거름종이, 휴지, 환산한다. 빠르므로 정확한 측정을 위한 방법을 설명한다) 커버글라스, 아드레날린, 박동수로 ⓹ 커버글라스를 덮고 60초 후, 심장 박동 수를 확인한다. 3-4회 반복한다. ⓺ 시험을 3회 반복한 후, 1분 당 박동수로 환산한다. ⓻ 슬라이드 글라스를 잘 닦고 아세틸콜린도 동일하게 실험한다. ⓼ 아드레날린과 아세틸콜린에 의한 심장 박동 변화를 - 24 - (생물) 생활속의 환경 호르몬 3) 과학기술 적용 학생용 3차시: 환경 호르몬에 의한 심장 박동 변화 탐구 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 환경 호르몬에 의해 변화되는 물벼룩의 심장 박동 변화를 관찰하자. [실험 안전 유의사항] Ÿ 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. Ÿ 환경 호르몬 추출 시 안전장갑을 반드시 착용한다. Ÿ 가위 등 날카로운 도구 사용 시 다치지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 환경 호르몬에 의한 심장 박동 변화 탐구 [탐구 1] 환경 호르몬 탐구 준비물 활용 방법 1. 실험 과정 1) 포트를 이용하여 물을 끓인다. (안전에 주의) 현미경, 초시계, 홀 슬라이드 글라스, 물벼룩 배양액, 커버글라스, 아드레날린, 아세틸콜린, 거름종이, 휴지, 해부장갑, 다양한 플라스틱 용기 2) 동일한 무게의 음식 용기를 작게 잘라서 비이커에 넣 은 후 끓인 물의 온도가 100도, 80도, 60도가 될 때 동일한 양으로 비이커에 붓고 30분 동안 용기로부터 화학 물질을 추출한다. (온도계 사용) 3) 심장 박동 관찰 방법 ⓵ 스포이드로 물벼룩 한 마리를 홀 슬라이드 글라스 가운데 넣는다. ⓶ 커버글라스로 현미경을 덥고 물벼룩의 상태 및 심장을 관찰한다. ⓷ 초시계로 10초간 물벼룩 심장 박동수를 측정하고, 1분당 박동수로 환산한다. ⓸ 슬라이드에 물을 거름종이(휴지)로 제거한 후 추출물을 한 방울 떨어뜨린다 (추출물의 온도가 - 26 - (생물) 생활속의 환경 호르몬 4) 공학적 적용 학생용 4차시: 물벼룩을 응용한 실험의 공학적 접근 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 우리 생활에서 손쉽게 접할 수 있는 세제, 음료수, 의약품에 적용해 보자. [실험 안전 유의사항] Ÿ 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. Ÿ 시약 및 시료를 사용할 때에는 안전장갑을 반드시 착용한다. Ÿ 탐구에 사용하는 시료를 먹으면 안 된다. Ÿ 가위 등 날카로운 도구 사용 시 다치지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 물벼룩을 응용한 실험의 공학적 접근 ◆ 근골격계의 작동원리 이해 1) 우리 생활에서 손쉽게 접할 수 있는 세제, 음료수, 의약품에 적용 가능함을 이해시킨다. 2) 심장 박동이 영향받는 상황에 관해 설명한다. - 28 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 움직임을 위한 몸의 구조 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 움직임을 위한 몸의 구조 이름 주요 과목 생명과학I 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 생물의 구조와 에너지/동물의 구조와 기능/근수축 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 로봇에게 적용되는 인간의 움직임에 필요한 해부학적 구조인 근육과 뼈의 외형 및 작동원리를 학습해보고 로봇에 적용방법을 탐구한다. 1차시 로봇의 움직임을 조사해 보기 2차시 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 3차시 팔의 움직임을 탐구해 보자 4차시 근육과 뼈의 움직임에 대한 공학적 접근 주요내용 (키워드 위주) (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 움직임을 위한 몸의 구조 주제 움직임을 위한 몸의 구조 2015 개정 교육과정 중학교 3학년, 고등학교 1학년 적용 학년 영역: 핵심개념 항상성과 몸의 조절 : 근육계 과학기술 적용 로봇 팔 만들기 응용 분야 의학공학 1차시: 개념도입, 근골격계에 대하여 질문과 대답을 통해 개념을 도입, 인체가 움직임을 위하여 사용하는 기구에 대하여 토의 2차시: 탐구 및 개념 확장, 나무 인체모형키트를 이용하여 인간의 움직임 을 구현해 보게 함. 또한, 완성된 모형에 대하여 인체 해부학적 특징을 중심으로 토론 프로그램 개요 3차시: 과학기술 도출, 준비된 재료를 이용하여 인간의 팔에 있는 뼈와 근육을 구현해 보고, 작동원리를 관찰하면서 힘과 에너지의 근원 과 뼈의 역할을 토론 4차시: 공학적 산출물, 단순한 수준의 로봇 팔과 로봇 손 키트의 기본 원 리를 이용하여 강한 힘과 섬세한 움직임이 가능한 공학적 산출 물을 고안해 보고 적용 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 로봇의 움직임을 조사해 보기 2차시 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 3차시 팔의 움직임을 탐구해 보자 4차시 근육과 뼈의 움직임에 대한 공학적 접근 충북대학교 과학영재교육원 - 13 - (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 (7) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 움직임을 위한 몸의 구조 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 움직임을 위한 근육과 뼈의 상호작용을 생각해보자 [실험 안전 유의사항] Ÿ 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. Ÿ 모형을 제작을 위해 날카로운 기구 사용 시 안전장갑을 반드시 착용한다. Ÿ 실험실에서는 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 휴머노이드와 안드로이드에 대하여 생각해보자. 질 문 휴머노이드란? 휴머노이드와 안드로이드의 차이점은? . 상황 제시 - 상황 제시 단계에서는 휴머노이드와 안드로이드를 만들 때 사람처럼 움직이려면 무엇이 필요할지 상황을 제시하고, 학생들에게 움직임의 필수 요소를 설명하도록 한다. - 영상자료의 제시를 통하여 학생들의 학습 주제에 대한 이해도를 높인다. . 주제 탐색 - 주제 탐색 단계에서는 다양한 매체를 이용하여 제시된 상황에 대하여 창의적 탐구 과정을 제안하도록 한다. - 설정한 주제를 구현하기 위한 구체적인 방법을 정리하고 수행하도록 한다. - 20 - (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 학생용 2차시: 능동적인 인체 골격 모형 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 우드 골격 모형을 이용하여 인간의 능동적인 움직을 구현해 보자. [실험 안전 유의사항] Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. Ÿ 실험복, 보호 장갑, 보안경을 착용한다. Ÿ 글루건에 화상을 입지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 능동적인 인체 골격 모형 만들기 [탐구 1] 인체 골격 모형 만들기 준비물 활용 방법 ① 그림과 같이 나무판에 있는 인체 모형을 학생들에게 나누 어 주고 조립과정을 설명한다. (각 뼈의 이름을 상기해 본다.) 나무 인체 모형키트 테이프 칼 가위 안전장갑 출처 : https://korearocket.co.kr/product/%EC%9D%B8%EC%B2%B4%EA%B3%A8%EA%B2%A9-%EB%AA %A8%ED%98%95-%EB%A7%8C%EB%93%A4%EA%B8%B0%EB%82%98%EB%AC%B4/2179/ ② 아래와 같이 나무 입체 모형을 안내에 따라 조립한 형태 를 보여주고 창의적 사고를 갖도록 동기를 부여한다. 글루건 - 22 - (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 학생용 3차시: 근육의 작동원리 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 근육과 뼈의 움직임을 재현한 팔 모형을 제작하고 작동원리를 분석해 보자. [실험 안전 유의사항] Ÿ 모든 실험 과정은 교사의 지도에 따라 진행한다. Ÿ 가위나 칼 사용 시 실험복, 보호 장갑, 보안경을 착용한다. Ÿ 장난 또는 몸동작이 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 팔의 움직임을 탐구해 보자 [탐구 1] 팔의 움직임 원리 준비물 활용 방법 1. 뼈대 만들기 우드락 양면테이프 두꺼운 도화지 고무줄 붉은색 사인펜 풍선 호스 가위 칼 ① 우드락을 18×8cm로 2개 준비한 다음, 양면테이프를 T자 형태로 붙인다. 우드락을 뼈대라는 것을 설명한다. ② ①의 반대쪽에 두꺼운 도화지를 그림과 같이 붙여서 두 개의 우드락을 고무줄로 연결한다. 고무줄은 팔 뒷면 근육 또는 인대라는 것을 설명한다. 2. 근육 만들기 ③ 두꺼운 도화지에 그림과 같이 근육 모양을 그린다. 도화 지는 피부임을 설명한다. ④ ③번에서 준비한 그림의 한쪽에 홈을 만들어 주고, 그림 을 뒤집어서 ①번에 미리 붙인 T자 양면테이프에 그림과 같 이 붙여준다. ⑤ 풍선의 부는 부분에 있는 밴드 부분을 오려서 제거하고, 호스를 풍선에 1cm 정도 삽입한 다음, 연결 부분을 테이프로 붙여준다. 호스와 연결된 풍선을 그림에서와같이 우드락에 붙어있는 근육 그림 위에 양면테이프로 붙인다. 풍선이 근육 - 24 - (생물) 움직임을 위한 몸의 구조 학생용 4차시: 근육과 뼈의 움직임에 대한 공학적 접근 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] 인체 근 골격의 공학적 산출물을 탐구해 보자. Ÿ [실험 안전 유의사항] Ÿ 가위나 칼 사용 시 실험복, 보호 장갑, 보안경을 착용한다. Ÿ 실험복을 착용한다. Ÿ 장난 또는 몸동작이 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 근육과 뼈의 움직임에 대한 공학적 접근 ◆ 근골격계의 작동원리 이해 1) 근육과 같이 움직임에 힘 (에너지)를 제공하는 해부학적 구조에 대한 이해시킨다. 2) 뼈대의 역할과 정교한 움직임을 만들어내는 과정에 관해 설명한다. 수업지도의 Ÿ Tip 근육과 같이 움직임에 힘 (에너지)를 제공하는 해부학적 구조에 대한 동영상 자료를 제시하여 이해도를 높인다. Ÿ 정교한 운동과 큰 힘이 필요한 운동의 차이를 이해하고 설명해 본다. ◆ 근육의 운동 원리를 기반으로 한 공학적 산출물 고안 제목: 관절운동의 분석 및 확장 - 준비물: 로봇팔 키트, 다양한 크기 주사기, 우드락, 호스, 너트, 와셔, 빨대, 양면테이프 - 실험방법: ① 그림과 같이 단순한 1 관절 공기압 로봇팔을 조립하는 과정을 설명하고, 작동 원리를 설명한다. - 26 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 산화제 응용 : 표백과 살균 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 산화제 응용: 표백과 살균 이름 주요 과목 화학I 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 물질의 변화/ 화학반응/ 산화, 환원 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 산화와 환원에 애하여 학습하고, 이를 바탕으로 직접 산화제/환원제의 능력을 확인해볼 수 있는 실험을 진행한다. 세탁이나 청소에 사용하는 주요 수업 표백제가 산화제임을 이해하고, 가정에서 흔하게 사용하는 락스계 개요 산화제를 사용하여 오염물질을 제거하는 실험을 직접 수행해보고, 세탁과 표백이 되는 원리에 대하여 이해한다. 또한, 강력한 산화제가 피부 및 세포에도 영향을 주는 과정을 이해하여, 살균 과정에 대해 학습한다. 차시별 1차시 화학전지-산화와 환원에 대한 이해 2차시 표백제를 이용한 산화 실험 3차시 산화제를 이용한 탈색 실험 4차시 다양한 표백 성능 비교 실험 주요내용 (키워드 위주) (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 산화제 응용: 표백과 살균 주제 산화제 응용: 표백과 살균 2015 개정 교육과정 중학교 3학년, 고등학교 1학년/ 2학년 적용 학년 영역: 핵심개념 물질의 변화: 화학 반응 과학기술 적용 표백제와 살균제의 역할을 이해하자 응용 분야 물질의 상태 변화 이해, 유기화학 반응의 이해 산화와 환원에 대하여 학습하고, 이를 바탕으로 직접 산화제/환원제의 능력을 확인해볼 수 있는 실험을 진행한다. 세탁이나 청소에 사용하는 프로그램 개요 표백제가 산화제임을 이해하고, 가정에서 흔하게 사용하는 락스계 산화 제를 사용하여 오염물질을 제거하는 실험을 직접 수행해보고, 세탁과 표 백이 되는 원리에 대하여 이해한다. 또한, 강력한 산화제가 피부 및 세포 에도 영향을 주는 과정을 이해하여, 살균 과정에 대해 학습한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 화학전지-산화와 환원에 대한 이해 2차시 표백제를 이용한 산화 실험 3차시 산화제를 이용한 탈색 실험 4차시 다양한 표백 성능 비교 실험 충북대학교 과학영재교육원 - 13 - (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 1차시: 화학전지-산화와 환원에 대한 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산화와 환원에 대한 이해를 여러 관점에서 진행한다. Ÿ 화학 전지인 볼타 전지와 과일 전지를 만들어서 산화와 환원 반응을 관찰하고 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 볼타 전지의 전해질을 산 용액을 사용하므로 피부에 닿거나 마시지 않도록 주의한다. § 화학 전지 합성에 이용되는 금속판은 날카로울 수 있으므로 취급시 주의한다. § 실험 중 물질이 눈에 튄 경우, 즉시 물로 충분히 씻어주고, 의사의 진찰을 받도록 한다. 1차시 [개념 도입] 화학전지-산화와 환원에 대한 이해 ◆ 쇠가 녹스는 현상을 비롯하여 우리 주위에서 물질이 산화되는 반응과 환원되는 반응 의 종류를 찾아서 정리해보자. 산화 반응과 환원 반응을 산소를 얻고 잃는 관점과 금속이 전자를 얻고 잃는 관점에서 정리해보자. - 20 - (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 2) 탐구 및 개념 확장 학생용 2차시: 표백제를 이용한 산화 실험 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 락스의 주 성분인 NaOCl을 이용한 산화 반응을 이해할 수 있다. Ÿ 산화 반응이 물질의 구조의 변화에 미치는 영향을 이해할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 산화제는 피부 및 세포에도 영향을 줄 수 있으므로, 직접 피부에 닿지 않도록 실험복, 장갑, § 고글 등을 반드시 착용하고 실험하도로 한다. 락스에는 NaOCl 외에도 강한 염기성의 수산화 소듐 등의 포함 되어있기 때문에, 더욱 피부 § 에 직접 닿지 않도록 주의힌다. § 실험 중 물질이 눈에 튄 경우, 즉시 물로 충분히 씻어주고, 의사의 진찰을 받도록 한다. § 뜨거운 물을 사용할 때, 화상을 입지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 표백제를 이용한 산화 실험 ◆ 표백제인 락스는 무엇으로 이뤄져 있고, 어떻게 산화 작용을 촉진할까? 수업지도의 Tip Ÿ 학생들이 직접 락스의 뒤 라벨 정보를 읽고 어떤 물질이 들어있는지 조사한다. Ÿ 하이포염소산 소듐의 경우, 우리가 흔히 알고 있는 소금, 염화 소듐에 산소가 하나 추가된 형태로, 하이포염소산 소듐이 염화 소듐으로 돌아가면서 산소를 내어놓기 때문에, 자신은 환원이 되며, 그 산소를 다른 분자에 전달하여 다른 분자가 산소를 얻게 하는 산화 반응을 일으키는, 즉, 산화제임을 이해하도록 1교시 수업과 연결한 다. - 23 - (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 3) 과학기술 적용 학생용 3차시: 산화제를 이용한 탈색 실험 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 세탁의 원리와 세제의 기능을 이해하고 설명할 수 있다. Ÿ 세탁에서 표백제의 기능을 이해하고, 이를 대체할 수 있는 방법에는 어떤 것이 있을지 고민 해보자. [실험 안전 유의사항] 산화제는 피부 및 세포에도 영향을 줄 수 있으므로, 직접 피부에 닿지 않도록 실험복, 장갑, § 고글 등을 반드시 착용하고 실험하도로 한다. 락스에는 NaOCl 외에도 강한 염기성의 수산화 소듐 등의 포함 되어있기 때문에, 더욱 피부 § 에 직접 닿지 않도록 주의힌다. § 실험 중 물질이 눈에 튄 경우, 즉시 물로 충분히 씻어주고, 의사의 진찰을 받도록 한다. § 뜨거운 물을 사용할 때, 화상을 입지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 ◆ 3종류의 식용색소를 이용하여 흰색 천에 동그란 오염을 만들고, 표백제로 처리했을 때, 탈색되는 시간을 비교한다. 탈색의 효율에 영향을 줄 수 있는 표백제의 농도와 온도에 대 한 조절 실험을 하고, 각 식용색소의 구조를 바탕으로 표백 및 탈색 성능의 차이를 설명 한다. 수업지도의 Ÿ Tip 대표적인 색소의 구조를 바탕으로, 산화 반응 때문에 색을 나타내는 성분의 구조가 변형되거나 깨져서 탈색될 수 있음을 이해시킨다. Ÿ 색소의 종류, 농도, 표백제의 농도, 처리 시간, 온도 등이 탈색에 영향을 미칠 수 있 음을 고려하여, 실험을 진행하며, 탈색을 위한 최적의 조건을 찾아본다. - 25 - (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 4) 공학적 적용 학생용 4차시: 표백제를 비교해보자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산화 반응을 바탕으로 표백 성능을 보이는 산화제들을 비교할 수 있다. Ÿ 산화력이 표백 외에도 살균과 소독에도 사용될 수 있음을 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 산화제는 피부 및 세포에도 영향을 줄 수 있으므로, 직접 피부에 닿지 않도록 실험복, 장갑, 고글 등을 반드시 착용하고 실험하도로 한다. § 락스에는 NaOCl 외에도 강한 염기성의 수산화 소듐 등의 포함 되어있기 때문에, 더욱 피부 에 직접 닿지 않도록 주의힌다. § 실험 중 물질이 눈에 튄 경우, 즉시 물로 충분히 씻어주고, 의사의 진찰을 받도록 한다. 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 우리 생활 속에서 산화력을 발휘할 수 있는 여러 물질을 찾아보고 핵심 성분 에 대해 비교해보자. 수업지도의 Ÿ Tip 락스 외에 산화를 바탕으로 표백 역할을 할 수 있거나, 비슷한 역할을 할 수 있을 것 으로 기대되는 성분들을 준비하여, 비교 실험을 학생들이 직접 설계하고 진행하도록 한다. Ÿ 대표적인 준비물인 락스, 과탄산소다, 구연산, 에탄올, 과산화수소 외에 학생들이 원하 는 재료가 (주로 빨래나 설거지 등에 사용되는 재료) 있다면 함께 비교하는 실험을 진 행하는 것도 좋다. - 26 - 

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 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 행성의 운동 분석 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 행성의 운동 분석 이름 주요 과목 물리II 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 힘과 운동/시공간과 운동/천체의 운동 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 관측결과를 바탕으로 행성의 겉보기 운동을 그래프로 나타내고 나타나는 주요 수업 현상에 대해 분석한다. 관측이 가능한 회합주기의 개념을 바탕으로 행성의 개요 공전주기를 계산한다. 회합주기와 장반경을 비교하여 관계를 찾아내고 AI(지도학습: 회귀분석)을 통해 케플러 3법칙(조화의 법칙)을 찾아낸다. 차시별 1차시 움직이는 관찰자가 관측하는 운동에 대해 알아보자 2차시 여러 행성의 운동을 그래프로 나타내보자 3차시 케플러 법칙과 회합주기에 대해 알아보자 4차시 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계를 알아보자 주요내용 (키워드 위주) (물리) 행성의 운동분석 교사용 STEM 생각교실 (고) 행성의 운동 분석 주제 관측 결과를 통해 행성의 운동 분석 2015 개정 교육과정 고등학교 1학년, 2학년, 3학년 적용 학년 영역: 핵심개념 케플러 법칙/회합주기/회귀분석 과학기술 적용 데이터를 활용하는 우주 항공 분야에 적용 응용 분야 우주, 항공, 주기운동 관련 데이터 처리 -요하네스 케플러(1571~1630)가 살아있던 시대로 돌아가 관측 결과로 부 터 얻어낼 수 있는 자료들을 분석하고 자연의 원리를 현대적인 방법으로 찾아낸다. -관측결과를 바탕으로 행성의 겉보기 운동을 그래프로 나타내고 나타나 프로그램 개요 는 현상에 대해 분석한다. -관측이 가능한 회합주기의 개념을 바탕으로 행성의 공전주기를 계산한 다. -회합주기와 장반경을 비교하여 관계를 찾아내고 AI(지도학습 회귀분석) 을 통해 케플러 3법칙(조화의 법칙)을 찾아낸다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 움직이는 관찰자가 관측하는 운동에 대해 알아보자 2차시 여러 행성의 운동을 그래프로 나타내보자 3차시 케플러 법칙과 회합주기에 대해 알아보자 4차시 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계를 찾아 가는 프로그램을 제작하자 충북대학교 과학영재교육원 - 12 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 1차시: 움직이는 관찰자가 관측하는 운동 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ Ÿ Ÿ 등속원운동을 설명할 수 있다. 원운동하고 있는 관측자의 관측 결과를 설명할 수 있다. 주기와 반지름의 개념을 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 1차시 [개념 도입] 움직이는 관찰자가 관측하는 운동 ◆ 밤하늘에 별들을 보면 시간이 지남에 따라 곡선으로 휘어짐을 관찰 할 수 있다. 현대에는 이미 밝혀진 다양 한 자연법칙들로 우주의 천체들의 운동을 자세히 분석 할 수 있다. 그렇다면 과거에 과학자들은 어떠한 방법 으로 자연법칙들을 찾아갈 수 있었던 걸까? 그 시대의 어려움에 대해 이해하기 위해 요하네스 케플러 (1571~1630)가 살아있던 시대로 돌아가 관측 결과들로 알아낼 수 있는 사실에 대해 살펴 보자 ◆ 움직이는 관찰자의 시점에서 본 물체들의 운동을 설명해 보자. - 발산적 사고를 통해 학생들의 다양한 답변을 할 수 있도록 한다. - 운동하는 물체와 정지한 물체를 움직이는 관찰차가 관찰하였을 때 의 차이 점에 대해 생각해볼 수 있도록 유도 한다. - 정지한 물체의 관찰결과와 운동하는 물체의 관찰결과를 비교하여 운동하는 물체의 운동에 대해 얻을 수 있는 정보에 대해 생각해 볼수 있도록 한다. - 18 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 2차시: 여러 행성의 운동 관측자료 변환 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 데이터를 변환하여 시각적 자료로 나타낼 수 있다. § 그래프에서 행성의 운동의 특징에 대해 설명할 수 있다. § 천체의 특이한 운동의 원인에 대해 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 데이터를 변환하여 시각적 자료 만들기 ◆ 같은 시각 같은 위치에서 행성의 위치를 적경과 적위로 나타낸 데이터를 보고 어떻게 변환하여 시각적으로 나타낼지 설명해보자. - 적경과 적위의 단위(시각, 분각)에 대해 설명하고, 단위의 특징을 살려 시각화 시킬 수 있는 방법을 찾을 수 있도록 지도한다. - 20 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 3차시: 케플러 법칙과 회합주기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회합주기와 행성주기의 연관성에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 케플러 법칙을 설명할 수 있다. Ÿ 외행성과 내행성의 장반경을 설명할 수 있다. Ÿ 회합주기를 통해 행성의 주기를 계산할 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 변환한 데이터에 과학적 개념 도입 ◆ 케플러법칙과 회합주기에 대해 아는대로 설명해보자. - ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회합주기의 내용에 대해 이해할수 있도록 지도한다. - 회합주기를 이용할 수 있는 이유에 대해 행성의 공전주기보다 직관적임을 설명 한다. - 22 - (물리) 행성의 운동분석 학생용 활동지 4차시: 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회귀분석의 원리를 설명할 수 있다. Ÿ 로그함수의 특징을 설명할 수 있다. Ÿ 행성의 주기와 장반경의 데이터를 바탕으로 주기와 장반경 사이의 관계를 찾아낼 수 있다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 핸드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적산출물] 행성의 주기와 장반경 사이의 관계를 찾아가는 프로그램 제작 ◆ 회귀분석과 로그함수에 대해 아는대로 설명해보자. ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회귀분석과 로그함수의 개념을 이해할 수 있도록 지도하고 이를 정리하여 설명할 수 있도록 지도한다. - 24 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 전기 조리 기구의 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 전기 조리 기구의 탐구 이름 주요 과목 관련 단원 물리I 관련 과목 STEM 요소 파동/파동의 성질/파동의 요소 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 학생들은 간단한 실험을 통해서 전자기 법칙에 대해서 분석한다. 그리고 전선의 연결 없이 전기 신호를 전달하는 방법에 대해서 실험한다. 그를 주요 수업 바탕으로 학생들은 인덕션 레인지의 기본원리에 대해서 이해할 수 있다. 개요 전자레인지로 초콜릿을 녹여서 전자레인지 안에 있는 마이크로파의 파장을 측정하는 간단한 실험을 통해서 학생들이 전자레인지 안에 마이크로파가 존재함을 경험할 수 있도록 한다. 차시별 1차시 전자기 파동에 대해 이해해보자. 2차시 전자레인지 안에 있는 빛을 찾아보자. 3차시 인덕션 레인지의 원리를 찾아보자. 4차시 떨어져 있는 스피커로 음악을 들어보자. 주요내용 (키워드 위주) (물리) 전기 조리 기구의 탐구 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 전기 조리 기구의 탐구 주제 전기 조리 기구의 탐구 2015 개정 교육과정 중학교 2, 3학년/ 고등학교 1~3학년 적용 학년 전기와 자기/자기/전자기 유도 영역: 핵심개념 전기와 자기/자기/전류에 의한 자기장 파동/파동의 성질/파동의 요소 과학기술 적용 무선으로 스피커 연결하기 응용 분야 공학, 물리 간단한 전자기 유도법칙 실험을 통해서 전자기 법칙에 대해 분석한다. 전 선의 연결 없이 전기 신호를 전달하는 방법에 대해서 실험하고 인덕션 레인지의 기본원리에 대해 이해한다. 전자 레인지로 초콜릿을 녹여 전자 프로그램 개요 레인지 안에 있는 마이크로파의 파장을 측정하는 간단한 실험을 통해 마 이크로파의 존재를 간접적으로 경험할 수 있다. 이러한 실험들을 통해 과학과는 크게 관계가 없어보이는 조리기구에 과학적 원리가 있음을 경 험하게 함으로써 일상에서 과학적 원리를 찾아보려고 하는 동기를 유발 한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 전자기 파동에 대해 이해해보자. 2차시 전자레인지 안에 있는 빛을 찾아보자. 3차시 인덕션 레인지의 원리를 찾아보자. 4차시 떨어져 있는 스피커로 음악을 들어보자. 충북대학교 과학영재교육원 - 12 - (물리) 전기 조리 기구의 탐구 학생용 1차시: 전자기 파동에 대해 이해해보자. 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 파동에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 파동의 진동수와 파장 그리고 전파속력 사이의 관계를 설명할 수 있다. Ÿ 전자기파(동)에 대해 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 1. 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 2. 슬링키를 사용할 때 다치지 않도록 주의한다. 4. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 전자기 파동에 대해 이해해보자. 1차시 [개념 도입] 조사해보기 전자레인지의 다음 국어사전의 설명은 다음과 같다 : “마이크로파를 이용하여 음식을 가열하는 조리 기구. 고주파 전기장 안에서는 물 분자가 심하게 진동하여 발열하는 현상을 이용한 것이다.” 이 설명에 있는 빛(전자기파)의 한 종류 인 마이크로파에 대해 조사해보자. 그리고 파동에 대해 이해해보자. - 21 - (물리) 전기 조리 기구의 탐구 학생용 2차시: 전자레인지 안에 있는 빛을 찾아보자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 전자레인지에 적용되는 원리를 설명할 수 있다. Ÿ 전자레인지 안에 있는 전자기파를 이용해 빛의 속력을 구할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 1. 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. 2. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 전자레인지 안에 있는 빛을 찾아보자. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 전자레인지의 원리 탐구해보기 전자레인지 안에 있는 빛의 파장과 진동수를 재는 방법에 대해 생각해보자. - 24 - (물리) 전기 조리 기구의 탐구 학생용 3차시: 인덕션 레인지의 원리를 찾아보자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 자석과 회로의 상대운동과 회로에 유도되는 전류 사이의 관계를 설명할 수 있다. Ÿ 패러데이(Faraday)의 전자기 유도 법칙을 설명할 수 있다. Ÿ 인덕션 레인지의 원리를 유추할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 1. 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 2. 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. 3. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 인덕션 레인지의 원리를 찾아보자. 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 옆의 사진은 인덕션 레인지라고 불리는 전기조리 기구이다. 프리이팬 위에 있는 달걀은 익어 보이 는데 반하여 프라이팬 밖에 있는 달걀은 어떠한 가? 어떻게 이런 일이 가능한 것일까? 인덕션 레 인지의 원리를 알아보자. 인덕션 레인지의 원리에 대한 자신의 생각을 적어보자. 수업지도의 Tip Ÿ 인덕션 레인지의 조리 사진을 보여준다. (학생용 활동지에 있는 사진) Ÿ 프라이팬 위의 달걀은 익어 보이는데, 레인지의 바로 위에 있는 달걀은 그렇지 않아 보 - 27 - (물리) 전기 조리 기구의 탐구 학생용 4차시: 떨어져 있는 스피커로 음악을 들어보자. 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 패러데이(Faraday)의 전자기 유도 법칙을 설명할 수 있다. Ÿ 인덕션 레인지의 원리를 설명할 수 있다. Ÿ 나만의 조리기구를 구상할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 1. 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 2. 전기 기구를 다룰 때 감전과 합선 등의 사고가 일어나지 않도록 주의한다. 3. 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 떨어져 있는 스피커로 음악을 들어보자. 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 패러데이의 전자기 유도법칙을 이용해 MP3 플레이어(또는 라디오)의 이어폰 단자 에 이어폰을 직접 연결하지 않고 음악을 듣는 장치를 설계하고 만들어보자. - 30 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 AI 웹툰 프로그램을 활용한 크리에이터 되기! 경북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램 AI 웹툰 프로그램을 활용한 크리에이터 되기! 이름 주요 과목 기술․가정2 관련 단원 관련 과목 과학Ⅰ 관련 단원 STEM 요소 S, T 지역 Ⅴ. 정보 통신 기술의 세계 / 2. 정보 통신 기술 문제 해결 활동 Ⅰ. 지권의 변화/ 1. 지권의 구성 Ⅲ. 생물의 다양성 / 2. 생물 다양성의 보전 개발 차시 5 주 개발자 이 프로그램에서는 주어진 사례 분석을 통해 이야기로 구성하고 웹툰으 로 그려 발표·공유하고 상호 평가한다. 3~4명으로 구성된 모둠이 주어진 주요 수업 개요 사례를 분석하여 원인-결과-대안 찾아 이야기로 구성한다. AI 기술이 적용 된 웹툰 저작 도구에 대해 안내하고 AI 기술에 대한 기초적인 개념에 대해 이해하도록 한다. 웹툰 작성 후 공유를 통해 학생 상호 평가를 진행한다. 마무리 활동으로 AI 기술을 활용한 다양한 창작 서비스를 구상하고, 과학 관련 콘텐츠 창작활동과 관련한 다양한 직업들에 알아본다. 1차시 2차시 주어진 주제를 원인-영향-대안으로 분석한 후 이야기 소재를 선정 하여 구성하기 AI 활용 웹툰 저작 도구 안내 및 활용된 AI 기술 체험 차시별 주요내용 3차시 (키워드 위주) 1차시 작성된 스토리 보드를 기준으로 웹툰 창작하기 4차시 5차시 웹툰 공유, AI 기술 적용 서비스 구상 및 창작 과정에서 알게 된 직업 알아보기 [ STEM 생각교실 교육 프로그램 ] 차 시 1 주어진 사례 분석하고 이야기 구성하기 ■ 학습 목표 1. 주어진 사례를 원인, 영향, 대안으로 분석할 수 있다. 2. 분석한 내용을 바탕으로 이야기를 구성하고 스토리 보드를 작성할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 주어진 사례를 원인-결과-대안으로 분석할 수 있다. • 분석 내용을 바탕으로 이야기 구성하고 스토리 보드 작성하기 ■ 학생 활동지 • 작성 방법 - 모둠원의 이름을 쓰고 개인별 원인, 영향, 대안을 간단하게 작성한다. - 모둠에서 이야기 소재로 삼을 원인, 영향, 대안을 결정하여 작성합니다. 1. 어떤 일이 벌어지고 있고, 어떻게 될까요...? 그럼 우리는 무엇을 해야 할까요? 주어진 주제를 다 보고 든 생각을 한 줄로 정리해 볼까요? - 220 - 차 시 2 웹툰 제작을 위한 준비 운동 ■ 학습 목표 1. AI 웹툰 저작 도구에 대해 학습한다. 2. 저작 도구에 활용된 AI 기술을 체험하며 기초 개념에 대하여 이해한다. ■ 주요 학습 개념 • AI 웹툰 저작 도구에 대하여 학습한다. • 저작 도구에 활용된 AI 기술을 체험하며 AI 기술에 대한 기초 개념을 이해한다. [활동지] 1. 저작 도구에 적용된 인상 깊은 AI 기술은?(https://toonsquare.co/home - TECHNOLOGY) (예시-Text To Toon - 글을 툰(그림)으로 변경해주는 기술 / style Ai Chin – 사람의 턱 유형을 판단 해 주는 AI) 2. AI 기술이 적용된 부분을 체험하고 추가로 캐릭터 구성에 필요할 것 같은 기능은? (예시-배경 자동 삽입 등) 3. 웹툰 저작 프로그램에서 가장 많이 사용되거나, 편리하다고 느낀 기능은? (예시-다양한 템플릿 제공, 캐릭터 삽입, 수정 등) 4. 웹툰 저작 활동에 있어 가장 어려운 부분으로 예상되는 것은? (예시- 필요한 외부 컨텐츠 활용 등) ※ youtube 채널 “투닝 Tooning”을 참고하면 보다 많은 활용법을 확인할 수 있음. - 224 - 차 시 3~4 웹툰 저작 활동 ■ 학습 목표 1. 모둠에서 구성한 이야기를 저작 도구를 활용하여 웹툰으로 작성한다. ■ 주요 학습 개념 • 모둠 역할 분배에 따른 협동을 통하여 구성된 이야기를 표현하는 웹툰을 완성한다. ■ 활동지 1. 우리 모둠의 역할 분배는? 모둠원의 역할 분담 이름: 역할 그림작가 이름: 역할 스토리작가 이름: 역할 외부컨텐츠 검색 ※ 반드시 포함되어야 하는 역할: 웹툰 작성, 발표, 외부 콘텐츠 조사, 출처 정리, 학습지 정리 ※ 추가로 필요한 역할은 자유롭게 정하여 작성 2. 웹툰 작성에 부여된 시간은 2시간입니다. 웹툰 작성에 있어 작성한 이야기가 충분히 표현될 수 있도록 큰 뼈대 를 먼저 작성하고, 장면별 완성도는 이야기의 흐름이 완성되면 다듬어야 합니다. 3. 차시별 자신이 한일 적기 3차시 이름 자신이 한일 적기 자기 평가 ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ 4차시 이름 자신이 한일 적기 자기 평가 ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ - 226 - 차 시 5 웹툰 공유와 AI 서비스 구상 및 관련 직업 탐색 ■ 학습 목표 1. 모둠별 결과물을 상호 평가하며 자기 생각을 말할 수 있다. 2. AI 기술이 적용된 서비스를 구상할 수 있다. 3. 웹툰 창작 과정에서 알게 된 다양한 직업을 찾을 수 있다. 4. 활동과 관련한 직업을 탐색하여 찾을 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 완성된 모둠별 웹툰을 개인별로 평가하며 상호 피드백 한다. • AI 기술이 적용된 서비스 구상하고 관련 직업을 탐색한다. ■ 활동 결과 발표하기 • 포함되어야 할 것: 모둠의 이름, 소재로 사용된 개념, 이야기 흐름, 웹툰 작성에 있어 부족했거나 강조하고 싶은 점 발표 내용 피드백에 이름: 대한 이름: 자신의 이름: 생각 다른 모둠의 발표 중 가장 인상 깊었던 점과 이유는? [조사하기] 1. AI 웹툰 서비스와 같은 AI가 적용된 서비스를 하나만 구상해 보고 그 이유는 무엇인가요? (예시: AI를 활용한 설계프로그램 – 3D프린터의 간단한 사용을 위해 물건의 외형을 사진으로 찍으면 설계 도면을 그려주는 프로그램) 2. 웹툰 내용이나 AI와 관련된 (활동하며 관심을 두게 된) 직업을 “워크넷”에서 찾아 하나만 작성해주세요. - 227 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 인간과 자연의 공존을 위한 Energy를 發電(발전)하라. 경북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램 인간과 자연의 공존을 위한 Energy를 發電(발전)하라. 이름 9. 발전과 신재생 에너지 주요 과목 통합과학 관련 단원 9-1. 전기 에너지의 생산과 수송 9-1-1. 발전소에서는 어떻게 전기 에너지가 만들어질까? 관련 과목 기술·가정 관련 단원 STEM 요소 S, T, E 지역 주 개발자 2. 신·재생 에너지 2-2. 신·재생 에너지를 이용한 문제 해결 개발 차시 4 보조 개발자 이 프로그램에서는 공학적 설계를 기반으로 풍력 발전기의 발전량에 대 한 문제해결 프로젝트를 수행하기 위해 발전기의 원리, 전자기 유도 현상 등에 대해 탐구를 수행한다. 학습한 개념과 원리를 적용하여 주어진 조건에 주요 수업 서 풍력 발전기의 발전량을 증대시킬 수 있는 아이디어를 협의하여 설계·제 개요 작하고 여러 차례 성능 개선 테스트를 수행한다. 제작된 풍력 발전의 성능 과 기능 테스트, 발표(설계 과정, 산출물의 차이점, 장단점 등)를 통해 학습 한 개념이 어떻게 적용되어 문제가 해결되는지를 이해하고 학생들 간에 서 로 공유한다. 1차시 차시별 2차시 전자기 유도 현상이 발견된 과학사를 통해 전자기 유도 현상을 이 용한 발전기의 원리 이해 전기 에너지가 생산되는 풍력 발전기를 제작해 보고 전기 에너지 를 더 많이 생산할 수 있는 방안을 모색 주요내용 (키워드 위주) 3차시 4차시 회전 속도를 높일 수 있는 날개를 설계하여 풍력 발전기의 발전량 높이기 산출물의 개선 과정에 대한 발표를 통해 문제해결과정을 공유하고, 관련 직업에 대한 특성과 직업인을 조사·소개하는 진로 탐색 활동 STEM 생각교실 [ 수‧과학 수업 차시대체용 프로그램(지구과학, 교사용) ] 제목: 인간과 자연의 공존을 위한 Energy를 發電(발전)하라. 차 시 1 발전기 원리에 대한 탐구 ■ 학습 목표 1. 전자기 유도 현상을 이해하고 유도 전류의 세기에 영향을 주는 요인을 설명할 수 있다. 2. 발전소에서 전기 에너지가 만들어지는 원리를 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 전자기 유도, 유도 전류의 세기에 영향을 주는 요인, 발전기 ■ 활동 1. 과학사 살펴보기1) (가) 덴마크의 외르스테드(Hans Christian Oersted, 1777~1851)는 전류가 흐르는 도선 근처에서 나침반의 자 침이 움직이는 것을 발견했는데, 전류가 흐르는 도선은 마치 자석이 된 것처럼 자기력을 발휘하는 것 같았 다. 이로부터 1년 후, 외르스테드의 실험을 재검토하며 전류와 자석 사이의 상호작용을 연구하던 영국의 패 러데이(Michael Faraday, 1791~1867)는 도선과 자석을 이용한 간단한 회전 장치, 즉 전동기를 만들어냈다. (나) 한편, 많은 학자들은 외르스테드가 발견한 효과의 정반대 작용도 존재하지 않을까 추측했다. … 그러나 그 기대는 쉽게 이루어지지 않았으며, 그 효과는 10년 뒤 패러데이에 의해 겨우 발견될 수 있었다. … 그는 속이 빈 원통형 철심에 코일을 두텁게 감은 후 그 안에 막대자석을 찔러 넣음으로써 정반대 작용을 성공 했다. … 이렇게 그는 최초의 발전기 발명자가 된 셈이었다. (다) 전지를 연결하지 않은 회로가 있다. 이 회로에 검류계를 연결해보면 당연히 검류계의 바늘은 0을 가리킬 것이다. 그런데 회로 근처에 자석을 가까이 가져가면 검류계의 바늘이 한 쪽 방향으로 기울게 된다. 자석 을 멈추면 검류계의 바늘이 0으로 돌아간다. 이제 자석을 뒤로 빼면 바늘이 반대 방향으로 기운다. 전지도 연결하지 않은 회로에 자석을 가까이 가져갔다 뒤로 뺐다 하는 것만으로 전류가 흐르는 것이다. 이와 같이 ㉠자기장과 움직이는 자석 사이의 상호작용에 의해 회로에 전류가 생겨나는 현상을 관찰할 수 있었다. (1) (나)에서 외르스테드가 발견한 효과의 정반대 작용은 어떤 현상일까요? 전류가 흐르는 도선에 의해 자침의 움직임이 발생한 현상(전류가 흐르는 도선에 의해 자기력이 받는 영향)의 정반대 작용이므로, 자석의 움직임에 의해 전류가 발생하는 현상을 의미함. (2) ㉠ 현상을 무엇이라고 하나요? ㉠: 전자기 유도 현상 1) 출처: [물리 산책], 전자기 유도 현상의 발견, https://sites.google.com/site/mira1004nn/jeonjagi-yudo-hyeonsang-ui-balgyeon - 179 - 차 시 2-3 인간과 자연의 공존을 위한 Energy를 發電(발전)하라. ■ 학습 목표 1. 발전기의 원리를 이해할 수 있다. 2. 회전 속도를 빠르게 할 수 있는 발전기 날개를 디자인하고 제작할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 발전기 날개 디자인 및 제작 ■ 활동 안내 에너지 문제를 해결하라! 우리는 전기 에너지를 포함하여 에너지 대부분을 석유, 석탄 등의 화석 연료에서 얻는다. 다음은 연도에 따 른 세계 석유 생산량을 나타낸 것이다. 이렇게 생산량이 증가한다면 매장량은 점차 한계를 드러낼 것이다. 이런 화석 연료의 고갈 문제를 해결하기 위하여 이를 대체할 수 있는 신재생 에너지의 개발이 필요하다. 지 구 온난화 등 기후 변화에 영향을 미치는 화석 연료를 대신해서 사용할 수 있는 다양한 발전 방식 중 환경 오 염 물질을 배출하지 않고, 대기나 수질에도 영향을 주지 않는 친환경 에너지를 생산할 수 있는 풍력 발전은 바 람의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전 방식이다. 국내 연도별 풍력 발전 보급과 풍력 발전량 현황 을 살펴보면 우리나라 풍력 발전 현황을 살펴보면 신규 설치와 발전량이 꾸준히 증가하고 있다. 적당한 속도의 바람이 지속해서 부는 곳에 설치하는 풍력 발전소에서 더 많은 전기 에너지를 생산할 수 있는 방안을 날개의 개선을 통해 모색해보고 적용하여 직접 전기 에너지를 생산하여 보자. - 183 - 차 시 4 평가 및 진로 탐색하기 ■ 학습 목표 1. 평가 및 발표를 통하여 다른 모둠의 아이디어를 공유하고 문제해결능력을 신장시킬 수 있다. 2. 발전 분야의 진로와 직업에 대해 조사하고 그 중요성에 대해 인식할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 문제해결을 위해 필요한 능력 요소, 직업에 대한 이해 ■ 활동 안내 1. 다음 요소들을 포함하여 발표할 자료를 제작해 보자. ※ 활동 결과 발표에 포함할 요소 모둠 이름 (모둠원 이름) (날개 재료를 선택한 이유와 디자인이 날개 회전을 어떻게 빠르게 하는지에 대한 설명 포함) 디자인의 장점 (설계할 때 고려한 사항) 제작 결과 제작한 날개 모양 측정된 전압값 보완해야 할점 활동 중 가장 기억에 남는 것과 이유, 느낀 점 우리 모둠과 다른 모둠과의 차이점은? - 188 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 지오지브라를 활용하여 농장동물을 구하라! 경북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램 지오지브라를 활용하여 농장동물을 구하라! 이름 주요 과목 생명과학Ⅱ 관련 단원 관련 과목 통합과학 관련 단원 STEM 요소 S, E, M 지역 Ⅴ. 생물의 진화와 다양성 03 생물의 진화 Ⅲ.변화와 다양성 2. 생물 다양성과 유지 보조 주 개발자 개발자 ① 변이와 자연선택에 따른 진화의 원리 설명하기 주요 수업 개요 ② 농장동물들을 통해 진화의 의미를 생각하기 ③ GeoGebra를 활용해 추세선을 그리고 개체수를 예측하기 ④ 통계자료를 분석하여 문제상황 인식하기 ⑤ 학대받고 있는 농장동물 문제를 해결할 수 있는 방안 찾기 차시별 1차시 문제상황 발견 전 진화에 대한 고찰1 2차시 문제상황 발견 전 진화에 대한 고찰2 3차시 문제상황 인식, 통계자료 처리, 지오지브라를 활용한 통계자료 분석 4차시 분석자료를 바탕으로 농장동물의 미래 예측, 생활 속 실천 방안 수립 주요내용 (키워드 위주) [ STEM 생각교실 교육 프로그램 ] 차 시 지구에 다양한 생물이 나타난 이유는? 1 ■ 학습 목표 • 과거에 살았던 생물들과 오늘날의 생물이 많이 다른 이유를 설명할 수 있다. • 변이와 자연 선택에 따른 진화의 원리를 설명할 수 있다. • 생물 종 다양성의 의미와 중요성을 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 변이, 자연 선택, 인위 선택, 진화, 생물 다양성 ■ 학생 활동지 해설 [ 활동지 ] 1. 인터넷 검색을 통해 화석으로 보는 생물과 오늘날의 생물의 생김새를 비교해보자. 화석으로 보는 생물과 오늘 날의 생물이 많이 다른 이유는? 출처: 화석, (https://www.pexels.com/) 변화하는 환경조건에 맞춰 서로 다른 모습으로 적응했고, 이 과정에서 환경에 알맞은 변이를 가진 생물이 살아남아 자손을 남기는 과정을 반복하면서 다양한 모습의 생물이 나타났다. -과학기술정보통신부 블로그, ‘화석으로 보는 생물의 진화’, 2019.12.18. (https://blog.naver.com/with_msip/221741137816) -유튜브 문화유산채널, ‘여수 낭도리 공룡발자국 화석산지 및 퇴적층’, 2017.10.27. (https://youtu.be/vtZ2xmUgM2s) -국립생태원 온라인생태원 (https://www.nie.re.kr/cyber/cyberMain.do) (학생 실제 예시) 환경이 변함에 따라 생물들이 환경에 유리한 방향으로 적응.진화하여 다양한 생물들이 멸종하고 생 겨났기 때문이다. - 120 - 차 시 학대 받고 있는 농장동물들 2 ■ 학습 목표 • 진화에 대해 자신의 생각을 말할 수 있다. • 유전적 다양성의 의미와 중요성을 설명할 수 있다. • 공장식 축산의 문제점을 말할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 공장식 축산, 농장동물, 진화, 유전적 다양성 ■ 학생 활동지 해설 [활동지] 1. 지식채널e(공룡 멸종에 관한 101가지 이론)을 시청한 후 소감은? ‘공룡의 멸종은 현재 인간에 의해 진행 중이다’라는 말이 가장 기억에 남는다. 그 많던 공룡들이 멸 종하게 된 진짜 원인이 궁금해졌다. 미래의 인간의 운명도 궁금하다. -유튜브 EBSDocumentary(EBS 다큐), ‘공룡 멸종의 원인 101가지’, 2014.01.10. (https://youtu.be/Ghl8SRfH0L4) (학생자료 예시) 공룡 멸종에 대한 이론이 100여개나 되는 것도 놀랍고, 공룡이 멸종했다는 건 엄청 오래전 일이지 만 현재 새가 공룡이라고 말하는 학자들도 있는 걸 보니 공룡이라는 존재가 여러모로 중요한 것 같다. 그리고 인간에 의해 새가 멸종되고 있다는 게 너무 안타까웠다. 2. 인간이 지구에 살았던 시간보다 훨씬 긴 시간을 살았던 공룡이 그랬던 것처럼 인간도 언젠가는 멸종하지 않을까? 인간도 다양한 원인으로 언젠가는 멸종할 것이다. 어쩌면 당연히 받아들여야하는 운명일지도 모른 다. 그런 운명일지라도 이를 재촉하는 듯한 현재의 우리 모습에서, 스스로 멸종해버린 첫 번째 생명체 가 될지도 모르겠다는 생각이 든다. (학생자료 예시) 멸종할 것 같다. 고생대, 중생대의 기록을 보면 그 시대에서 가장 번성한 종이 멸종했다. 앞선 기록 들처럼 인간도 신생대에서 가장 번성한 종이기 때문에 인간이 막을 수 없는 자연현상이 일어난다면 멸 종할 수 있을 것 같다 - 127 - 차 시 지오지브라를 활용하여 문제상황 인식하기 3 ■ 학습 목표 • 통계자료를 찾아 지오지브라를 활용하여 상관관계를 확인할 수 있다. • 농장동물의 문제 상황을 발견하고 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 상관관계, 상관계수, 산점도, 지오지브라, 회귀분석 ■ 학생 활동지 해설 [활동지] 1. 농장동물이 학대 받으며 사육될 수밖에 없는 이유는? 한꺼번에 빨리 키워서 팔아야 돈이 되기 때문이다. 결국 동물을 하나의 생명체로 보지 않고 돈을 벌 기 위한 수단으로 본다. 고기로 이용되기 위해 사육되는 경우가 대부분이다. 적은 돈으로 빠르게 길러져서 최대의 수익을 얻 는 것이 중요하고 동물이 어떻게 사육되느냐는 뒷전이기 때문이다. (학생 실제 예시) 전세계의 많은 사람들이 먹거나 이용하기 위해서 많은 농장동물이 필요한데, 대량 생산을 하는 과정 에서 동물들의 권리를 모두 지켜주며 생산하면 너무 많은 비용과 시간이 들기 때문이다. 2. 농장동물이 학대 받으며 사육되고 있는 현재 상황을 설명하는 가설을 모둠별로 의논하여 세워보자. 인구가 지속적으로 증가함에 따라 고기 요구량이 증가할 것이다. 대량으로 사육될 때 들어가는 소규모보다 비용이 적을 것이다. 예전보다 소규모 농장보다 대규모 농장이 증가할 것이다. 짧은 시간동안 급격하게 살을 찌워서 판매될 것이다. 1인당 고기 소비량이 증가하여 고기 요구량이 증가할 것이다. 예전보다 전세계적으로 고기를 소비하는 인구가 증가하여 고기 요구량이 증가할 것이다. 사람들은 비슷한 품질이라면 비싼 고기보다 싼 고기를 찾을 것이다. 식습관의 변화로 1인당 고기 소비량이 증가했을 것이다. (학생 실제 예시) 1.수요가 늘어나고 있으므로 적은 비용으로 공급을 최대화하기 위해 학대하는 것이다. 2. 육식 위주의 식단으로 변했다. 3. 소득량이 늘어나면서 육식의 수요가 늘어났다. 4. 인구가 증가해서 동물의 수요가 늘어났다. 5. 가축을 키우는 가구수가 줄어들면서 환경이 협소해졌다. 6. 소비자의 맛 선호도에 따라 가둬놓고 키우는 것을 선호하게 되었다. - 132 - 차 시 농장동물의 미래 예측하기 4 ■ 학습 목표 • 농장동물의 미래를 예측하고 문제해결책을 제시할 수 있다. • 농장동물의 문제를 해결하기 위해 노력하는 사람들이 하고 있는 일에 대해 말할 수 있다. • 구체적인 생활 속 실천 방안을 세울 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 공장식 축산 해결 방안, 동물보호단체 운동가, 동물보호법 정책 입안자 ■ 학생 활동지 해설 [활동지] 1. 지오지브라를 활용하여 전세계 닭의 개체수가 앞으로 어떻게 변할지 예측해보자. [학생자료 – 지오지브라 활용하기] 참조 (학생 실제 예시) (1) 짧은 시간 안에 점점 많이 살찌워지는 닭들 (x축: 일당 증체량, y축: 사육일수) 닭의 일당 증체량과 사육일수는 뚜렷한 증가-감소 관계를 보이고 있으며, 이것은 해가 지날수록 더욱 심화되고 있다. (2) 세계의 GDP 별 고기 소비량 (x축: 나라별 GDP, y축: 고기 소비량 ) r=0.6549 GDP가 높은 국가일 경우 대체로 고기 소비량도 높음을 확인할 수 있다. - 146 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 이차원 벌집구조 물질과 응용성 알아보기 경북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램 이차원 벌집구조 물질과 응용성 알아보기 이름 주요 과목 관련 과목 STEM 요소 화학1 과학2, 과학3 S, T, M 관련 단원 관련 단원 3.화학 결합과 분자의 세계-화학 결합, 분자의 구조와 성질 1.물질의 구성-이온, 1. 화학 반응의 규칙과 에너지 출입-화학 반응 지역 보조 주 개발자 개발자 본 프로그램에서는 거대고리 금속화합물을 기반으로 이차원 구조의 물질 합성과 특성을 통하여 물질을 이루는 구조에 대한 기본 원리와 분자 및 이 온의 결합 특성에 대하여 탐구하고, 이러한 이차원 물질의 구조를 근거로 주요 수업 개요 한 성질을 토대로 하여 금속이온 흡착에 의한 물질의 분리에 대한 개념을 이해하고 화학 반응과 흡광도에 대하여 탐구를 수행한다. 학습한 화학적 개념과 원리를 적용하여 거대고리 금속화합물을 포함한 이차원 구조와 특 성을 이해하고 금속이온을 흡착에 따른 용액의 흡광도를 비교함으로써 화 학적 상호작용을 이해한다. 학습한 화학 개념이 어떻게 적용되는지 이해하 고 학생들 간에 서로 공유한다. 차시별 1차시 물질의 구조, 분자간의 힘, 분자간의 결합 2차시 물질의 분리, 금속이온의 흡착, 흡광도 3차시 화학 결합, 화학 반응, 흡착, 농도변화 4차시 흡착자료의 해석, 진로지도, 직업탐구 주요내용 (키워드 위주) [ STEM 생각교실 교육 프로그램 ] 차 시 1 거대고리 금속화합물이 포함된 이차원 물질을 이해하기 위한 기초적인 화학 개념 ■ 학습 목표 1. 이차원 벌집 구조의 물질을 구성하는 거대고리 금속착물과 배위결합의 원리와 관련된 기초적인 화 학 개념 및 원리를 설명할 수 있다. 2. 육각벌집 구조의 장점을 찾고 거대고리 금속착물이 벌집 구조로 나타나는 이유를 도형을 이용하여 설명할 수 있다. 3. 소프트웨어(SW)를 활용하여 물질의 구조를 입체적으로 나타낼 수 있다. ■ 주요 학습 개념 벌집에서 캐낸 육각구조의 첨단 과학 벌집의 육각형은 최소한의 재료로 최대한의 공간을 확보하는 가장 경제적인 구조이다. 그 이유는 무엇일까? 바로 빈틈을 만들지 않는 경제적인 구조이기 때문이다. 정육각형 모양의 구조물은 평면에 서로 붙여 놓았을 때 변이 맞닿아 있어 빈틈이 없다. 물론 정삼각형, 정 사각형도 틈이 생기지 않기는 마찬가지다. 하 지만 정삼각형은 재료가 많이 필요하고 정사 각형은 외부의 힘이나 충격에 비틀리거나 찌 그러져 변형되기 쉽다. 그러나 속이 빈 정육각 형은 외부의 힘이 쉽게 분산되는 구조여서 견고할 뿐 아니라 안정적이다. 벌집의 완벽한 정육각형 구조물은 아무 리 세찬 바람이 불어도 끄떡하지 않을 듯이 튼튼해 보인다. 단체 생활을 하는 꿀벌의 입장에서 같은 양의 재료로 가장 효율적인 공간을 확보할 수 있는 육각형 구조는 매력적이지 않을 수 없을 것이다. 이런 꿀벌의 지혜를 최첨 단을 달리는 인간이 빌려오고 있다. 우리도 Tinkercad를 활용하여 주어진 도형만으로 안정적인 구조물을 만들어 봅시다. ■ 학생 활동지 해설 [기초 개념 학습] 1. 벌집모형(구조)에 대한 탐구 - 벌집 모양의 구조를 가지고 있는 대표적인 물질인 그래핀의 구조를 확인해봅시다. 예시) 그래핀 - 90 - 차 시 2 거대고리 금속화합물이 포함된 이차원 물질을 응용하기 위한 핵심적인 화학 개념 ■ 학습 목표 1. 이차원 벌집구조 물질을 이용한 금속 흡착의 핵심적인 화학 개념 및 원리를 설명할 수 있다. 2. 거대고리 분자의 흡착 물질이 우리 인체에서 어떤 작용을 하는지 원리를 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 우리 삶을 변화시키는 흡착 - 코로나19 바이러스로 인해 우리 삶은 이전은 기억할 수 없을 만큼 많은 변화가 일어났다. 그 중 가장 큰 변화 는 바로 ‘마스크 착용’ 일 것이다. 마스크는 일반적으로 가장 손쉽게 사용할 수 있으며, 가장 효과적인 감염병 예방 방법 중 하나이다. 이런 마스크의 효율을 높이는 방법은 바로 ‘흡착’이다. - 흡착은 어떤 물질이 다른 물질에 달라붙는 것으로, 다양한 물리적 또는 화학적 상호작용으로 인해 발생한다. 흡 착을 이용하여 물질을 분리하는 예로는 거름종이, 정수기, 에어컨 필터 등이 있다. 우리는 이번 실험을 통하여 거대고리 화합물이 포함된 이차원 물질을 이용하여 물질의 흡착과 분리에 대하여 이해하고 이런 과정이 우리 인체에서 어떤 상관관계가 있는지 알아보고자 한다. - 흡착을 용액 중에서 설명하는 간단한 방법으로 Beer-Lambert 법칙이 있다. 자외선 혹은 가시광선을 용액에 비 추었을 때 용액 속의 물질이 빛의 일부를 흡수하고 나머지는 통과하는 것을 적용한 법칙이다. 즉 용액이 빛을 많이 흡수하면 물질의 농도가 진하다고 할 수 있고, 용액이 빛을 적게 흡수하면 물질의 농도가 작다고 말할 수 있다. • 인체와 흡착의 원리 - 흡착이라고 하면 물건에서만 흡착이 일어날 것 같지만, 지금 우리 몸에서도 흡착이 일어나고 있다. 바로 적혈구 와 산소이다. 적혈구는 붉은색 색소인 헤모글로빈을 포함하고 있다. 그런데 이 헤모글로빈이 산소 친화도가 높은 헴(Heme)을 가지고 있고, 이 헴기(Heme group)의 철 이온(Fe2+)이 산소와 결합하여 적혈구가 산소를 운반하게 된다. 철 이온과 산소와의 상호작용은 강한 흡착이라고 표현할 수 있으며 화학결합(배위결합)이라고 한다. ■ 학생 활동지 해설 [ 기초 개념 학습 ] 1. 흡착이란 무엇일까요? 어떤 물질이 다른 물질에 달라붙는 것이다. 2. 아래 예시에서 흡착의 종류를 구별해봅시다. - 93 - 차 시 3 이차원 벌집구조의 물질을 이용한 금속이온 흡착 실험 ■ 학습 목표 1. 이차원 벌집구조의 물질을 이용하여 금속을 흡착하고, 이를 확인하여 일상생활과 관련된 금속 흡착을 이해한다. 2. 실험 과정 및 결과 산출 과정에서 의사소통과 협력적 태도를 함양한다. 3. 소프트웨어(SW)를 활용하여 실험 결과를 분석하고, 금속 흡착을 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 흡광도는 물질이 빛을 흡수하는 정도를 의미한다. 이 흡광도는 물질을 분석할 때 많이 쓰이는데, 대표적으로 DNA 와 RNA 등 다양한 바이오 실험 정량에서 사용한다. 생명과학 실험을 하는 연구자라면 하루에도 몇 번씩 시료의 흡광도를 측정하고 있다. 그렇다면 흡광도는 어떤 원리로 측정되는 것일까? 흡광도 측정을 이해하기 위해서는 Beer-Lambert 법칙과 모든 물질은 고유의 흡광도가 있다는 사실을 이해해야 한다. ■ 학생 활동지 해설 [실험하기] 스마트폰을 이용한 구리(II) 이온의 정량적 분석 용액의 농도를 알아내는 방법으로 흔히 사용하는 것으로는 자외-가시선 분광광도계이다. 이는 고가의 장치로 대학과 같은 연구기관 외에서는 접하기가 어려운 기기이다. 최근 스마트폰의 광범위한 보급으 로 색에 대한 정보를 알 수 있기에 이를 이용하여 간단하게 농도를 알 수 있다. 따라서 본 실험은 ICT 기반한 금속 이온을 확인하는 실험이다. 준비물: 이차원 물질, 같은 농도 구리(II) 용액 3개(용매: 에탄올 20 mL, CuCl2•3H2O, FW = 188.498 g/mol), 바이알(20 mL, 5개), 매스실린더, 약숟가락, 유산지, 사용 가능한 스마트폰 무료 앱: Color Grab/Android, ColorAssist/iOS, 기타 등등) - 96 - 차 시 4 흡착 실험 결과의 발표 및 진로 탐색 ■ 학습 목표 1. 평가 및 발표를 통하여 다른 모둠의 아이디어를 공유하고 문제해결 능력을 신장시킬 수 있다. 2. 차시별로 경험한 학습들이 화학, 공학 분야의 진로와 어떤 관계가 있는지 토론하고 그 과정을 통해 우리 생활에서 화학 분야의 중요성에 대해 인식할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 물질의 농도와 흡광도 간의 관계, 화학 및 공학과 관련된 진로와 직업 탐구 ■ 학생 활동지 해설 [활동 결과 발표하기] 발표 실험 결과 사진 및 그래프 공유, 실험 결과 해석 발표 내용 평소 학교에서 하던 실험과는 조금 달라서 신기했다. 과학자가 된 것 같은 기분이 들어 좋았다. 실험 소감 다른 장치 없이 휴대폰으로 흡광도를 측정하고, 이 결과를 스스로 계산하여 그래프를 그리고 의미 있는 결과를 도출해냈다는 사실이 뿌듯하다. 처음에는 내용이 복잡하고 어렵게 느껴졌는데, 막상 하고 나니 재미있었다. 또 해보고 싶다. [토론하기] 1. 각 차시별로 활동한 내용과 관련된 직업은 무엇이 있을지 이야기하고 왜 그렇게 생각하는지 발표해보자. 차시 활동 내용 SW를 활용한 1차시 입체 구조 만들기 관련 직업 및 그렇게 생각한 이유 건축설계사 – 안정한 구조물을 만드는 것이 건축설계사 같아서, 조경사 – 아름다운 건축 구조물을 만드는 것도 중요한 것 같아서, 과학자 – 새로운 물질을 만들어 내니까 화학 공학자 – 새로운 물질을 만들어서 공장에서 활용하니까 2차시 흡착의 이해 및 실생활 예시 기업 연구원 – 정수기가 다양한 연구를 통해 흡착이 잘되는 것처럼 여러 기업에서도 연구원들이 정수기같이 새로운 물품을 발명하기 때문에 화학자 – 새로운 물질을 만들어서 연구하니까 실험 및 SW를 3차시 활용한 실험 결과 분석 앱 개발자 – 만들어낸 물질을 분석하기 위해서 다양한 어플리케이션을 개발하니까 환경 연구자 – 화학적인 물질을 이용하여 환경을 정화하는 것이 실험과 비슷하니까 - 100 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 전자 회로 시뮬레이터를 이용한 반도체의 이해와 창의적 활용 경북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램 전자 회로 시뮬레이터를 이용한 반도체의 이해와 창의적 활용 이름 Ⅱ. 물질과 전자기장/ 1. 물질의 전기적 특성/ 주요 과목 물리학Ⅰ 관련 단원 관련 과목 정보 관련 단원 Ⅳ. 컴퓨팅 시스템/ 2. 피지컬 컴퓨팅 STEM 요소 S, T, E 지역 개발 차시 04. 반도체 4 주 개발자 반도체의 물리학적 이해를 바탕으로 생활 속 문제 해결을 위해 전자 회로의 원리 이해, 설계 및 제작, 활용에 대한 탐구를 수행한다. 학습한 개념과 원리를 적용하여 생활 속 문제를 해결할 수 있는 전자 회로 제작에 대한 아이디어를 토의하고 전자 회로 시뮬레이터를 이용하여 회로를 직접 주요 수업 설계 및 성능 개선 과정을 수행한다. 설계를 기반으로 실제 회로를 제작 개요 및 개선 과정을 수행한다. 제작한 전자 회로의 성능과 활용도에 대한 평가 및 발표(문제 해결 과정, 산출물의 작동 원리, 활용 사례 등)를 통해 학습한 개념이 어떻게 적용되어 문제가 해결되는지를 이해한다. 문제 해결 과정에서 역할 분담을 통해 관련 진로/직업에 대해 탐색하고, 제작한 전자 회로를 희망 진로 분야와 관련지어 활용 가능성을 탐색한다. 1차시 차시별 2차시 전자 회로 시뮬레이터(ThinkerCAD Circuit Simulating)를 이용한 반도체의 원리 탐구와 가상 전자 회로 시뮬레이션 학습 전자 회로 시뮬레이터를 이용하여 생활 속 문제상황을 해결할 수 있는 전자 회로 설계 및 개선 주요내용 (키워드 위주) 3차시 4차시 반도체 소자를 이용하여 생활 속 문제를 해결할 수 있는 전자 회로 제작 문제해결 과정과 관련된 직업에서의 활용 방안 탐색과 진로 연계 문제해결 과정과 산출물에 대한 평가 및 발표 차 시 1 전자 회로 시뮬레이터를 이용한 반도체의 이해 ■ 학습 목표 1. 반도체를 활용한 다이오드의 원리를 말할 수 있다. 2. 전자 회로 시뮬레이터(ThinkerCAD Circuit Simulating)를 이용하여 다이오드의 정류작용을 구현할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 반도체, 다이오드, 교류, 정류작용, LED(Light Emitting Diode) 1. 전자 회로 시뮬레이터(ThinkerCAD Circuit Simulating) 예제 실습 가. 전자 회로 시뮬레이터(ThinkerCAD Circuit Simulating)의 설치 1) Tinkercad는 전 세계 사람들이 생각하고, 만들고, 제작할 수 있도록 도와주는 무료 온라인 소프트웨어 도구 집합으로, 3D 디자인, 엔지니어링 및 엔터테인먼트 소프트웨어의 선두 기업인 Autodesk에 대한 이상적 인 입문 도구이다. 2) Thinkercad의 회로 시뮬레이터인 Circuits은 오토데스크(Autodesk)라는 회사에서 제공하는 시뮬레이션 도구입니다. 기본적인 회로 부품(전선, 저항, 콘덴서 등)은 물론 센서보드(아두이노 등)까지 연결하여 작동시켜 볼 수 있다. 3) 실행과정을 프로그래밍하여 제작도 가능한데 텍스트 기반 프로그래밍 언어도 사용할 수 있으며 블록 기 반 프로그래밍 언어(Scratch)도 지원한다. 4) ThinkerCAD Circuit Simulating 실행 가) 사이트 접속(https://www.tinkercad.com/) - 39 - 차 시 2 반도체의 창의적 활용(반도체의 활용 사례 탐색 및 시뮬레이션) ■ 학습 목표 1. 전자 회로 시뮬레이터를 이용하여 생활 속 문제를 해결할 수 있는 전자 회로를 설계할 수 있다. 2. 아이디어 협의 및 산출 과정에서 의사소통과 협력적 태도를 기를 수 있다. ■ 주요 학습 개념 반도체 소자(다이오드, 발광다이오드(LED), 광다이오드) ■ 활동지 1단계 문제 상황 인식하고 선택하기 다음은 일상생활 속에서 경험해 볼 수 있는 문제 상황이다. 상황1. LED를 이용한 장치(크리스마스트리) 민준이는 LED를 깜빡이는 회로에 관해서 공부하고 다가오는 크리스마스를 위해 LED를 사용하여 트리를 만들고 싶다고 생각했다. LED를 이용한 장치를 설계하고 만들어보자. int led = 3; void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } void loop() { ▲ 문제 상황 구성요소 Arduino UNO R3 LED 저항(레지스터) 수량 1 여러개 여러개 digitalWrite(led, HIGH); delay(500); 규격 220Ω digitalWrite(led, LOW); delay(500); } ▲ 구성요소 목록 예시 ▲ 아두이노 코드 예시 상황2. 햇빛에 따라 작동하는 장치(어두울 때 켜지는 조명) 지우는 방에 누워 책을 읽고 있다가 어두워져 불을 켜려고 한다. 일어나기가 귀찮은 지우는 어두울 때 저절로 켜지는 조명을 만들고 싶다고 생각했다. 조도 센서를 이용하여 햇빛에 따라 작동하는 장치를 설계하고 만들어보자. void setup() {Serial.begin(9600); pinMode(6,OUTPUT); pinMode(A0,INPUT);} ▲ 문제 상황 구성요소 Arduino UNO R3 저항(레지스터) 조도 센서 저항(레지스터) LED 수량 1 1 1 1 1 void loop() 규격 10kΩ 220Ω {int light = analogRead(A0); Serial.println(light); if(light<120) {digitalWrite(6,HIGH); } else {digitalWrite(6,LOW);}} ▲ 구성요소 목록 예시 ▲ 아두이노 코드 예시 - 48 - 차 시 3~4 반도체의 창의적 활용(문제 인식과 반도체를 활용한 창의적 전자 회로 설계 및 개선 ) ■ 학습 목표 1. 문제를 인식하고, 문제를 해결할 수 있는 전자 회로를 설계 및 개선할 수 있다. 2. 다양한 진로 분야에서 활용 방안을 발견할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 1. 반도체 소자(다이오드, 발광다이오드(LED), 광다이오드) 2. 전자 회로의 작동 원리(전압, 전류, 저항) ■ 활동지 1단계 문제 인식: 문제 상황을 찾기 자신의 관심 분야 또는 진로 희망 분야에서 전자 회로를 이용하여 해결할 수 있는 문제 상황을 찾아보자. (작성 예시) 농사를 지을 때 흐린 날에는 식물의 생장이 느려질 수 있다. 구름에 의해 흐린 경우도 있지만, 최근에는 대기 오염에 의해 햇빛의 양이 줄어드는 경우도 많이 발생한다. 식물의 생장을 돕기 위해 일정한 밝기를 유지하는 장치를 만들고 싶다고 생각했다. 해결하고 싶은 문제 상황 2단계 역할 분담 문제 해결을 위해 필요한 역할을 토의하여 정리하고, 각자 자신의 역할을 선택해보자. 1. 필요한 역할: 예시) 물리학자, 전자공학자, 컴퓨터공학자(프로그래머), 디자이너, 최고 창의성 책임자(CCO, chief creative officer) 등 2. 역할 분담 모둠원 이름 역할 김OO 물리학자 최OO 전자공학자 박OO 컴퓨터공학자 정OO 디자이너 이OO CCO 해야 할 일 (작성 예시) 전자 회로의 작동 원리 탐구, 반도체 소자의 작동 원리 탐구 (작성 예시) 전자 회로 설계, 전자 회로 제작 (작성 예시) 문제 해결 과정 순서도 작성, 아두이노 코드 작성 및 업로드 (작성 예시) 문제 해결을 위한 디자인, 틴커캐드를 활용한 3D 디자인 (작성 예시) 작품 개선 및 발전, 창의적 아이디어 제안 및 수렴 - 59 - 차 시 반도체의 창의적 활용(반도체를 활용한 창의적 전자 회로 제작) 5 ■ 학습 목표 1. 반도체 소자를 이용하여 문제를 해결할 수 있는 전자 회로를 제작할 수 있다. 2. 제작한 전자 회로의 작동 원리를 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 1. 반도체 소자(다이오드, 발광다이오드(LED), 광다이오드) 2. 전자 회로의 작동 원리(전압, 전류, 저항) ■ 활동지 1단계 제작하기 1. 회로 제작하기 반도체 소자, 아두이노 등을 이용하여 설계한 전자 회로를 만들어보자. 2. 결과 확인 및 문제 해결 실험 및 작동 결과를 확인하고 회로를 제작하는 과정에서 발생한 문제점을 해결해보자. version 문제점 해결 방법 1 (작성 예시) 아두이노 코드가 업로드되지 않음 2 (작성 예시) LED에 불이 꺼지지 않음 3 (작성 예시) 켜지지 않는 LED가 있음 (작성 예시) 코드에 오류가 있는지 확인하고 노트북과 아두이노의 연결 포트를 확인한다. (작성 예시) 실제 환경에서 빛의 밝기에 따른 입력값 을 확인하고 아두이노 코드를 수정한다. (작성 예시) 순방향 전압과 연결 도선을 확인한다. 2단계 결과 정리 및 작동 원리 설명 1. 회로 설계, 회로 제작, 작동 원리, 코드 등을 정리하여 표를 작성해보자. ▲ 회로 설계(예시) ▲ 회로 제작 - 62 - 차 시 결과 발표 및 공유의 장 6 ■ 학습 목표 발표 및 평가를 통하여 다른 모둠의 아이디어를 공유하고 문제 해결 능력을 신장시킬 수 있다. ■ 주요 학습 개념 전자 회로, 전자 공학, 전자 시스템, 사물인터넷(IOT) ■ 활동지 1. [활동 결과 발표하기] 활동지를 바탕으로 모둠에서 제작한 전자 회로에 대해 발표해 봅시다. (발표 내용 예시) -최고 창의성 책임자(CCO, chief creative officer): 모둠의 이름, 어려웠던 점, 보완 해야 할 점, 느낀 점 등 모둠에서 제작한 전자 회로에 대한 설명 -물리학자: 전자 회로의 원리 등 -전자공학자: 전자 회로의 장단점 등 -엔지니어: 제작시 고려한 점, 제작하며 느낀 점 등 -디자이너: 전자 회로 구성의 디자인 장점, 기기의 외관 등 -컴퓨터공학자(프로그래머): 코딩 과정 등 수업 Tip  학생들이 발표를 위해 프레젠테이션 자료나 대본 작성에 시간을 쓰는 경우가 많은데 수업 차시 내에 발표 자료를 제작하는 과정은 포함되어 있지 않다. 시간이 충분하다면 발표 자료를 제작하는 시간을 추가할 수 있으나 시간이 여의찮다면 작성한 활동지를 한글 프로그램에서 [도구]-[프레젠테이션]-[프레젠테이션 실행]을 통해 발표 자료로 활용 할 수 있다. 2. [활동 결과 공유하기] 다른 모둠의 전자 회로 제작에 대한 발표를 듣고 1개를 선택하여 의견을 적어 봅시다. -우수한 점: 다른 모둠에서 제작한 전자 회로의 우수한 점과 궁금한 점 -궁금한 점 : - 64 -