STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 엑셀 속 지구와 달의 공전 부산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 주요 적용 학년 중2 개발차시 6 구분 부산대학교 프로그램명 (신규/수정보 완) 신규 엑셀 속 지구와 달의 공전 주요 과목 과학 주요 단원 태양계 관련 과목 수학 관련 단원 삼각비 S, T, M 적용 지역 STEM+I 요소 주 개발자명 보조 개발자 주요 수업 엑셀 프로그램으로 지구와 달의 공전을 나타내고, 달의 위상 변화를 개요 이해하기 m 1~2차시: 달의 위상 변화 알아보기 차시별 주요내용 (키워드 위주) m 3차시: 삼각함수로 달의 위상 변화 나타내기 m 4차시: 엑셀 프로그램 익히기 m 5~6차시: 엑셀을 사용하여 지구와 달의 공전 나타내기 지구과학 지구과학 엑셀 속 지구와 달의 공전 탐구활동지 관련단원 Ⅲ. 태양계 1. 지구와 달 학 번 학습주제 달의 위상 변화 이 름 1 차시 생각해보기 다음은 민수의 일기 중 일부이다. 밑줄 친 부분이 실현 가능한지 토의해보자. [민수의 일기] 202○년 ○○월 ○○일 매일 같은 장소에서 같은 시간에 달의 모습을 관찰하고 기록하는 과학 숙제를 받았다. 수학 숙제를 먼저 하던 중 부채꼴 중심각 크기와 호의 길이에 관한 문제를 푸는데 문득 일정한 각도만큼 지구를 중심으로 공전하는 달이 떠올랐다. 달의 위치를 수학적으로 계산할 수 있을 것 같다는 엉뚱한 생각이 들었다. 달의 위치를 수학적으로 계산할 수 있다면 달을 관찰하지 않고도 달의 모습을 예상해서 과학 숙제를 할 수 있지 않을까? ㅋㅋ... 이번 시간 해결 문제 민수의 생각을 실현하기 위한 첫 번째 단계로, 달의 모습에서 규칙성을 찾아보자. 부산대학교 과학영재교육원 131 엑셀 속 지구와 달의 공전 탐구활동지 관련단원 Ⅳ. 삼각비 1. 삼각비 학 번 학습주제 삼각비의 정의 이 름 2 차시 이번 시간 해결 문제 지구와 달의 공전 궤도가 정확한 원이라면 달의 공전 경로를 수학적으로 나타낼 수 있을까? 민수의 생각을 실현하기 위해 달의 공전 경로를 수학적으로 나타낼 방법을 알아보자. 생각해보기 지구를 원점으로 하고, 반지름이 1인 달의 공전 경로를 2차원 함수 상에 그려보자. 햇 빛 삭, 하현의 위치를 표시해 보자. 이때 각각의 좌푯값은 얼마인가? 초승달의 위치를 표시해 보자. 이때 좌푯값은 얼마인가? 초승달의 경우 좌푯값을 정확하게 읽을 수 없는 이유는 무엇인가? 원주에 있는 임의의 점을 수학적으로 나타내려면 어떻게 해야 할까? 짝과 토의해보자. 136 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 엑셀 속 지구와 달의 공전 탐구활동지 관련단원 Ⅲ. 태양계 1. 지구와 달 학 번 학습주제 엑셀 기능 익히기 이 름 3 차시 이번 시간 해결 문제 활동에 필요한 엑셀 기능을 익혀보자. 엑셀 화면 구성 데이터 범위 반복 채우기 실 습 셀 오른쪽 끝에 마우스를 갖다 대면 + (십자 모양) 핸들로 바뀐다. 셀을 아래로 드래그하면 서식과 함께 데이터가 반복해서 채워진다. 138 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 엑셀 속 지구와 달의 공전 탐구활동지 관련단원 Ⅲ. 태양계 1. 지구와 달 학 번 학습주제 엑셀 프로그램으로 지구와 달의 공전 궤도 그리기 이 름 4 차시 이번 시간 해결 문제 엑셀 프로그램을 이용하면 수학적 계산을 정확하고, 빠르게 할 수 있다는 장점이 있다. 지난 시간에 익힌 엑셀의 기능을 바탕으로 태양을 중심으로 한 지구와 달의 공전 궤도를 그려보자. 생각해보기 2차원 함수 상에 태양을 중심으로 한 지구와 달의 공전 궤도를 그려보자. 이때, 지구의 공전 반지름은 1, 달의 공전 반지름은 0.1로 한다. 140 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 부산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 구분 부산대학교 (신규/수정보 완) 신규 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 주요 적용 학년 고3 개발차시 4 주요 과목 생명과학Ⅱ 주요 단원 Ⅴ. 생물의 진화와 다양성 관련 과목 통합과학 관련 단원 Ⅶ. 생물 다양성과 유지 S, M, I 적용 지역 STEM+I 요소 주 개발자명 보조 개발자 하디-바인베르크 법칙을 배운 뒤, Excel을 이용한 가상실험을 진행한다. 주요 수업 가상실험에서 돌연변이, 자연선택이 없을 때 유전자 빈도가 세대가 거듭 개요 되어도 변하지 않는 것을 확인하고, 돌연변이와 자연선택이 나타났을 때 유전자 빈도가 변하는 것을 알아본다. 1차시: 하디-바인베르크 법칙, 유전자 빈도 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: 하디-바인베르크 법칙 가상 실험(멘델 집단 조건) 3차시: 하디-바인베르크 법칙 가상 실험(돌연변이와 자연선택이 있을 때) 4차시: 논리적 글쓰기 생명과학 ② 생명과학 2 2022학년도 고등학교 생명과학 STEM + I 수업 학번 ( ) 이름 ( ) 활동지 1 주 제 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 다음은 항생제의 발견과 슈퍼 박테리아의 등장을 시간 순서대로 나타낸 것이다. 1928년 9월, 영국의 미생물학자 알렉산더 플레밍이 곰팡이 페니실리움 노타툼에서 페니실린을 발견 1940년 5월, 플레밍의 논문을 본 영국 옥스퍼드대학의 생화학자 에른스트 체인 박사와 병리학자 하워드 프롤리 박사가 페니실린을 약품으로 만드는데 성공 1942년, 제2차 세계대전 동안 수많은 부상자가 발생하자 약 20개 제약 회사가 페니실린을 대규모 로 생산 1940년대 후반, 2차 세계대전 동안 페니실린이 남용되며 페니실린 내성균 등장 1960년, 페니실린에 내성을 가진 포도상구균을 잡는 메티실린 개발 1961년, 메티실린 내성 포도상구균(MRSA)이 가진 내성 유전자 mecA는 1960년대 초 처음 발견된 뒤 20년 만에 전세계로 퍼짐 1966년, 반코마이신을 개발하여 MRSA 치료 1996년, MRSA가 반코마이신 내성 유전자를 전달받아 슈퍼 박테리아로 진화 슈퍼 박테리아가 생긴 이유를 생각해보자. 슈퍼 박테리아가 생긴 이유에 대해 자신의 의견을 서술하시오. ‘1’에서 서술한 자신의 의견을 지지할 수 있는 과학적 방법을 설계하시오. ‘2’에서 조작변인, 통제변인, 종속변인은 각각 무엇인가? 부산대학교 과학영재교육원 119 2022학년도 고등학교 생명과학 STEM + I 수업 학번 ( ) 이름 ( ) 활동지 2 주 제 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 멘델집단의 조건은 무엇인가? 표는 집단 Ⅰ~Ⅲ의 유전자형별 개체 수를 나타낸 것이다. 각 집단의 대립 유전자 빈도를 구하시오. (단, 대립 유전자 A의 빈도는  , 대립 유전자 a의 빈도가  이고,  +  = 1이다.) 유전자형 AA Aa aa Ⅰ 200 200 300 Ⅱ 100 150 250 Ⅲ 350 450 200 집단 1. 집단 Ⅰ의 대립 유전자 빈도 계산 과정 2. 집단 Ⅱ의 대립 유전자 빈도 계산 과정 3. 집단 Ⅲ의 대립 유전자 빈도 계산 과정 120 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 2022학년도 고등학교 생명과학 STEM + I 수업 학번 ( ) 이름 ( ) 활동지 3 주 제 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 멘델집단 대립 유전자 빈도 변화 관찰 ① Excel 파일의 ‘임의 교배’ 시트에서 C1 셀에 개체 수를 500을 입력한다. ② C3 셀에 대립 유전자 A의 개수를 입력한다. (200 ~ 800의 임의의 값, K2 셀 값은 0으로 설정한다.) ③ ‘지우기’ 버튼을 눌러 A9부터 입력된 값을 삭제한다. (오류 내용 제거) ④ 커서를 움직여 난수를 생성한다. (난수 생성 = 무작위 교배) - 시행 횟수는 G1 셀에서 확인 가능함 생성된 난수 ‘G1’셀에 나타나는 시행 횟수 ⑤ 시행 횟수가 1000이 되면 멈춘다. - 1000을 넘긴 경우 넘는 부분은 수동으로 삭제 ⑥ ‘자손 유전자형’ 시트( 을 확인한다. 122 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 )로 넘어가서 무작위 교배한 자손의 유전자형 2022학년도 고등학교 생명과학 STEM + I 수업 학번 ( ) 이름 ( ) 활동지 4 주 제 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 가상 실험을 수행하고 아래 물음에 답하시오. ‘활동지 1’에서 썼던 자신의 생각에 대해 옳고 그름을 판단하고, 그 이유를 증거를 대서 설명하시오. 가상 실험을 통해 내린 ‘슈퍼 박테리아가 생기는 이유’에 대한 결론은 무엇인지 쓰시오. 가상 실험을 수행하면서 본인 또는 모둠원이 생각한 한계점은 어떤 것이 있을지 쓰시오. ‘3’에서 작성한 한계점을 보완할 수 있는 방안을 작성하시오. 128 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 인공지능(AI) 프로그램을 활용하여 깜징어를 분류해 보자! 부산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 프로그램명 주요 과목 관련 과목 STEM+I 요소 부산대학교 인공지능(AI) 프로그램을 활용하여 깜징어를 분류해 보자! 생명과학Ⅱ 융합과학탐 구 STEI 개요 주요 단원 관련 단원 주요 적용 학년 고3 개발차시 4 (5) 생물의 진화와 다양성 공학의 세계 적용 지역 보조 주 개발자명 주요 수업 신규 (신규/수정보 완) 개발자 ‣ 프로그램 활용하여 실험을 수행하고, 실험 결과를 설명할 수 있다. ‣ 특징을 조사하고 분석하는 과정을 통해 유연관계를 예측할 수 있다. ‣ 생물의 특징을 탐색하고, 유연관계를 설명할 수 있다. [1차시] ‣ 상황 관련 문제 정의를 정의한다. ‣ 우리 모둠원을 분류기준을 정해서 분류해본다. ‣ 계통수란 무엇인지와 계통수의 작성 조건에 대해 설명한다. ‣ 계통수를 공부할 수 있는 앱을 활용하여 게임 해본다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) [2차시] ‣ 깜징어를 이용한 계통수 각자 작성해본다. ‣ 깜징어를 이용한 계통수를 모둠별로 작성해본다. ‣ 모둠에서 작성한 계통수 공유를 통해 깜징어 계통수를 수정한다. [3~4차시] ‣ 인공지능의 활용 사례에 대해 간단하게 설명한다. ‣ 선택활동으로 구글 트렌드와 티처블 머신 활동을 해본다. ‣ 오렌지3 프로그램 설치하고 기능 익힌다. ‣ 오렌지 프로그램을 이용한 깜징어 계통을 분류해본다. ‣ 사람과 인공지능이 작성한 계통수를 비교해본다. ‣ 인공지능을 이용한 분류 실험을 설계하고 수행해본다. ‣ 인공지능의 활용 방안에 대해 조사해 본다. 생명과학 ① 생명과학 1 2022학년도 고등학교 생명과학 제3학년 STEM + I 수업 학번 ( ) 이름 ( 주 제 ) 생체 인식 방법에는 어떤 것들이 있을까? 생체 인식 방법 특징 지문 인식 편리하고 안전, 위조가 어렵지만 땀 등에 의한 인식률 저하의 단점이 있다. 홍채 인식 낮은 오인식률, 고도의 보안성, 위조가 어렵지만 인식시킬 때 불편하다. 정맥 인식 편리하지만 설치 비용이 많이 든다. ⁝ 생물은 어떻게 분류할 수 있는지, 분류 체계의 변화 과정에 대해 발표해 보시오. 과학자 년도 분류체계 분류군 린네 1735 2계 식물, 동물 헤켈 1866 3계 원생생물, 식물, 동물 채튼 1937 2계 원핵생물, 진핵생물 코플랜드 1956 4계 모네라, 원생생물, 식물, 동물 휘태커 1969 5계 모네라, 원생생물, 균류, 식물, 동물 워즈 1977 6계 세균, 고세균, 원생생물, 균류, 식물, 동물 워즈 1990 3역 세균, 고세균, 진핵생물 캐빌리어 스미스 2004 6계 진정세균, 원생동물, 크로미스타, 균류, 식물, 동물 출처 : https://m.blog.naver.com/howkang/220447702334 부산대학교 과학영재교육원 97 ③ 첫 번째 게임을 시작한다. ④ 왼쪽 상단에 있는 그림을 계통수의 드래그앤 드롭으로 네모 칸에 옮겨 정답을 맞춘다. ⑤ 5가지 단계 학습을 확인한다. - 1단계 : 계통 발생이란? - 2단계 : 특성 획득 - 3단계 : 특성 상실 - 4단계 : 수렴 진화 - 5단계 : 계통수 [2차시_활동1] 제공된 [수업용 깜징어]의 특징을 찾아 분류해보고, 계통수를 그려봅시다. 100 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 [2차시 활동 2] 각자 작성한 계통수를 통해 모둠의 계통수를 그려봅시다. [2차시 활동 3] 다른 모둠에서 작성한 깜찡어 계통수를 보고 우리 모둠에서 작성한 것과 비교해서 수정된 깜징어 계통수를 그려봅시다. [3차시_선택활동1] 구글 트렌드를 이용한 실시간 데이터 처리 과정 살펴보기 가. 치킨과 피자 검색 결과를 비교해 봅시다. 102 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 [3~4차시_활동2] 직접 작성했던 계통수와 인공지능이 작성한 계통수에 차이가 있는지 비교해 봅시다. 차이가 있다면 왜 그런 차이가 생겼는지 이야기해 봅시다. ☞ 오렌지가 작성한 계통수 ☞ 사람이 직접 작성한 계통수 ☞ 오렌지 프로그램은 그림에서 색칠된 부분을 좌표로 인식해서 유연관계를 찾고, 인공지능을 이용하지 않은 계통수는 특징의 개수를 파악해서 계통수를 작성하기 때문 [3~4차시_활동3] 지금까지 배웠던 내용을 바탕으로 구분이 어려운 나비나 나방, 혹은 철쭉이나 연산홍 등 평소 구분해보고 싶었던 분류 활동을 설계해서 활동해보시오. 1. 활동명 : 2. 분류해보고 싶은 종 혹은 개체군 3. 활동 과정 설계 가. 나. 다. 116 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안<집에서 간단하게 물을 전기분해할 수 없을까?> 부산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 중3, 고2 개발차시 6차시 신규 장치 고안 과학 주요 단원 관련 과목 화학 관련 단원 S,T,E,M 적용 지역 요소 (신규/수정보 완) 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 주요 과목 STEM+I 주요 적용 학년 구분 부산대학교 영재교육원 중3 과학 Ⅰ 화학반응의 규칙과 에너지 변화 2. 화학반응의 규칙 3. 기체반응법칙 고등학교 화학Ⅰ: Ⅲ 화학 결합과 분자의 세계 1. 화학결합 1. 화학 결합의 전기적 성질 보조 주 개발자명 개발자 팬데믹이후 1회용품의 사용 증가로 환경 오염이 심각해졌다. 버려지는 1 회용품을 재활용하여 학생들의 학습과 실험실습에 도움이 되는 공학적 도 주요 수업 구를 설계하고 제작하도록 하여 학습내용의 기본 원리를 이해하고 이해한 개요 내용을 실습할 수 있는 공학적 도구를 재활용품을 이용하여 제작함으로써 환경에 대한 경각심과 작은 실천 방안을 고민하고 공학적 도구의 제작과 정에서 창의성을 함양하도록 한다. 1차시: 환경오염으로 인한 기후변화의 심각성을 인식하고 팬데믹이후 증 가한 1회용품으로 인한 환경 변화를 이해하고 1회용품을 재활용한 학습도 구의 제작 필요성을 인식한다. 2차시: 물의 전기분해장치를 재활용품으로 제작할 것을 제안하고 판매되 차시별 주요내용 (키워드 위주) 는 전기분해장치로 실습해 보고 전기분해 장치의 기본 원리를 이해하도록 한다. 3차시: 전기분해장치를 재활용품으로 제작하기 위한 설계 작업을 진행한 다. 4~5차시: 모둠별로 설계된 전기분해장치를 제작한다. 6차시: 모둠별로 제작된 전기분해장치를 전시하고 각각의 전기분해장치를 발표를 통해 소개한다. 화학 화 학 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 탐구목표 공학적 문제를 정의하고 제한 조건을 확인한다. 준 비 물 영상, 학생 활동지 1 차시 상황제시 코로나 시대를 지나면서 우리 생활에 많은 변화가 생겼다. 그중 사람들간의 접촉을 최대한 피하기 위해 음식을 배달 주문하여 먹는 사례가 매우 증가하였다. 이로 인해 편리한 배달 문화가 생겼지만 더불어 1회용품을 사용량이 급증하였다. 예전에 비해 배달을 통해 받을 수 있는 음식의 종류도 증가하였지만 거의 모든 배달 음식에는 1회용품이 사용된다는 것을 우리 모두 경험해 볼 수 있다. 그리고 이렇게 사용한 1회용품을 버리면서 자원의 무분별한 사용과 버려지는 쓰레기의 양에 대해 한번쯤 고민해 보았을 것이다. 이러한 쓰레기가 바다로 흘러가 태평양에 크다란 쓰레기 섬을 이루게 되었으며 썩지 않는 플라스틱으로 인해 바다 뿐만 아니라 육지에서도 쓰레기를 처리하지 못해 쓰레기 매립지에는 주민과 공공기관의 갈 등을 보도하는 뉴스를 접할 수 있다. 우리는 계속해서 이렇게 1회용품을 사용해도 될까? 이러한 문제에 우리가 할 수 있는 작지만 지속가능한 발전을 위한 실천 사항은 무엇이 있을까? ☞ 유튜브 동영상 : 우리가 무심코 쓴 플라스틱이 모여 아주 큰 나라가 됐다는 사실 1. https://www.youtube.com/watch?v=6vSE2eBh-Do 2. https://www.youtube.com/watch?v=J4qVljJrOIU 부산대학교 과학영재교육원 81 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 탐구목표 준 비 물 2 차시 1. 시중에 판매되는 전기분해 장치를 이용하여 전기분해를 실험해 보고 전기분해의 원리를 설명할 수 있다. 2. 각 부품별 역할과 조건을 이해하고 기본적으로 필요한 재료가 무엇인지 설명할 수 있다. (모둠별) 물의 전기분해 장치, 학습지, 스마트폰, 전해질 용액(황산나트륨 용액) 1단계 – 물의 전기분해 장치 탐구하기 판매되는 물의 전기분해 장치에 대한 동영상과 간단하게 제작할 수 있는 물의 전기분해 장치에 대한 동영상을 확인하고 물의 전기분해에 필요한 기본적인 장치와 재료에 대해 조별로 토론하고 물이 전기분해 될 때, 전기를 가해서 분 해하는 이유에 대해 토의해 보자. (유튜브 URL : https://www.youtube.com/watch?v=CGnMizwUHEQ&t=2s) 1. 물의 전기분해에 대해 자세하게 설명하는 동영상이므로 필요에 따라 전기분해가 되는 부분만 보여 줄 수도 있고 고등학생이거나 심화학습이 가능한 학생들은 전체 동영상을 통해 물이 전기분해되는 과정과 원리를 이해하도록 지도한다. 2. 특히, 물이 전기분해되는 동안 전기를 사용하여 에너지를 가하여 분해하는 과정에 대해 발문하고 에너지의 출입과 관련된 질문과 토의를 유도하여 물이 전기분해되는 동안 에너지를 흡수하여 분해 된다는 것을 이해하도록 한다. 1회용 스포이드와 침핀을 이용한 간단한 물의 전기분해 장치에 대한 동영상을 보고 물을 전기분해 하는 장치가 복잡할 필요가 없으며 기본적인 기능을 가진 간단한 부품으로 제작이 가능함을 이해하고 전기분해를 위한 가장 기본적인 장치와 원리를 토의해 보자. (유튜브 URL : https://www.youtube.com/watch?v=DHyX-fK57N8) 84 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 화학 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 3 차시 탐구목표 전기분해 장치를 이용하여 전기분해 해 본 경험을 이용하여 재활용품을 이용한 물의 전기분해 장치를 설계할 수 있다. 준 비 물 (모둠별) 물의 전기분해 장치, 학습지, 스마트폰 재활용품을 이용한 물의 전기분해 장치 설계 판매되는 물의 전기분해 장치의 각 부품을 재활용품으로 교체하여 새로운 전 기분해 장치를 제작하는 과정에서 각 부품의 역할과 특성을 서술하고 이러한 특성을 고려하여 적절한 재활용품을 대체하여 정리하여 보자. 출처 : 비상교육 화학Ⅰ교과서 판매 전기분해 장치 개발 전기분해 장치 부품명 역할 특징 대체 부품 전극(예시) 물에 전기 공급 도체 전기가 통하는 못 등 금속 전기분해 장치 프레임 전해질 용액을 수용 하고 물을 전기분해 할 수 있도록 하는 구 조적 역할 용액과 기체를 수용할 수 있도록 밀폐된 프 레임 유리나 플라스틱 또는 금속 캔 등의 1회용품 활용 3 전해질 용액 물에 전기가 통하도 록 하여 물이 전기분 해될 수 있도록 하는 역할 Na2SO4 용액 사용 전해질 용액은 그대로 사용 4 고무풍선 생성된 기체를 포집 기체를 수용할 수 있 도록 밀폐된 재료 고무풍선 또는 플라스틱 병 등 5 전원 공급 장치 전기분해를 할 수 있 도록 전류 공급 직류 전원 장치 또는 건전지 다양한 건전지 또는 직류 공급 장치 1 2 부산대학교 과학영재교육원 87 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 4~5 차시 탐구목표 모둠별 또는 개별로 설계한 물의 전기분해 장치를 재활용품을 활용하여 제작할 수 있다. 준 비 물 (모둠별 또는 개별) 전해질 용액(황산 나트륨 용액), 재활용품, 본드, 가위, 칼, 인두, 글루건, 송곳, 토치, 드릴 등 공구, 6V 이상의 전원장치 재활용품을 이용한 물의 전기분해 장치 제작 모둠별 또는 개별적으로 설계한 물의 전기분해 장치를 제작하기 위해 설계한 설계 안에 따라 준비한 재료를 이용하여 제작해 보자. 미리 제작된 모형이 있 다면 참고하여 장치의 각 부품이 하는 역할을 생각하며 장치를 제작하여 보자. ※ 장치 제작에 필요한 각종 도구의 사용에 특히 주의하자. 자르거나 구멍을 뚫기 위한 도구들을 활용할 경우 주의하여 사용하고 사용한 도구는 제자리에 정리하여 다른 학생이 사용하는데 불편함이 없도록 한다.) (사용한 재료들) 90 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 (제작한 모형) 화학 재활용품을 이용한 물의 전기분해와 수소발생 장치 고안 6 차시 1. 조별로 완성한 재활용품 물의 전기분해장치를 작동 원리를 설명할 수 있다. 탐구목표 2. 프로젝트를 진행하며 1회용품의 무분별한 사용에 대해 반성하고 1회용품을 줄이기 위한 실천 방법을 계획하고 실천할 수 있다. 준 비 물 (모둠별 또는 개별) 학습지, 제작한 물의 전기분해 장치 제작된 전기분해 장치의 공유 체험 모둠별로 제작한 작품을 발표를 통해 소개하자. 모둠별 전기분해 장치의 설계 특징, 작동 시 좋았던 점과 문제점에 대해 발표하고 이 과정을 통해 배우고 느낀점을 정리해 보자. 또한 다른 모둠의 작품과 비교하여 공통점과 차이점을 서술해 보자. (물의 전기분해 장치의 원리는 비슷하겠지만 사용한 부품에 따라 다양한 독창성을 관찰하며 자신의 작품과 비교를 통해 작품별 창의적 요소를 이해하도록 한다.) 자신의 작품과의 공통점 자신의 작품과의 차이점 부산대학교 과학영재교육원 93 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 수집한 데이터를 이용하여 AI 예측 모델을 만들어보자. 에너지제로하우스 & 스마트팜 데이터 수집 및 모델링 부산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 부산대학교 영재교육원 프로그램명 주요 과목 신규 (신규/수정보 완) Zero 에너지 하우스 및 스마트팜 과학탐구실 험 관련 과목 정보 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 주요 적용 학년 고1 개발차시 4 주요 단원 Ⅱ 생활 속의 과학 탐구 관련 단원 Ⅳ 인공지능 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 에너지 제로의 개념은 사용하는 에너지와 생산하는 에너지가 같은 상태임 사용하는 전력량을 예측하기 위한 인공지능 모델을 개발해 보면서 학습에 주요 수업 개요 필요한 데이터의 중요성과 인공지능 모델 개발 기술을 습득함 스마트팜의 식물생장을 예측하기 위한 인공지능을 개발을 위해 아두이노 를 이용하여 데이터를 수집하고 Orange를 이용하여 인공지능 모델을 개 발함 1. 각자의 집에서 매일매일 수집한 사용 전력량 데이터를 모으고, 데이터 를 학습에 활용하여 사용 전력량을 예측하는 인공지능 모델을 Orange 로 만들어 봄 차시별 주요내용 (키워드 위주) (전력량, 데이터, 학습, 인공지능) 2. 팀별로 상추를 재배하면서 기온, 습도, 흙의 수분량, 잎의 생장 정도를 수집하고, 전체 학년의 데이터를 하나로 모아, 생장을 예측하는 인공 지능 모델을 개발함. 인 공지능 모델의 정확도를 회귀분석으로 파악하 여 가장 적합한 모델을 확정함 (식물의 생장, 데이터, 인공지능, 회귀분석) 물리학 ② 부산대학교 과학영재교육원 57 72 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 친환경+Zero에너 지 주택 만들기 부산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 구분 부산대학교 (신규/수정보 완) 신규 친환경+Zero에너지 주택 만들기 주요 적용 학년 개발차 시 주요 과목 통합과학 주요 단원 Ⅱ. 생활 속의 과학 탐구 관련 과목 과학교양 관련 단원 융합과학 STEM 적용 지역 STEM+I 요소 고1 6 보조 주 개발자명 개발자 신재생에너지의 종류를 탐색하고 에너지를 효율적으로 사용하면서도 주요 수업 아두이노 기반의 스마트팜기술을 접목한 친환경 미래의 에너지 주택 개요 을 설계하고 제작함으로써 공학기반의 융합과학 탐구 능력을 함양하 고자 한다. [1차시] 친환경+에너지 주택 설계하기 1) 친환경적이면서도 에너지를 효율적으로 사용하는 주택을 제작할 때 중심이 되는 친환경 요소, 신재생 에너지 요소들을 조사해보자 2) 친환경적이면서도 에너지를 효율적으로 사용하는 내가 갖고 싶은 STEM 기반의 미래에너지 주택을 설계해보자. [2차시] 아두이노회로 구성, 코딩 연습하기 (TinkerCad 활용) 차시별 주요내용 (키워드 위주) 1) 태양전지가 만들어 내는 전기에너지를 정량적으로 측정할 수 있다. 2) 집안에 가스가 누출되거나 화재가 발생시 알람이 발생하여 안전을 지 켜주는 가스 감지기를 제작할 수 있다. [3차시] 친환경 주택에 필요한 스마트화분 제작하기 1) 교실이나 집안에서 간단히 키울 수 있는 식물을 선정하여 일반화분을 사용하여 기르도록 한다.(사람이 관리) 2) 교실이나 집안에서 간단히 키울 수 있는 식물을 선정하여 스마트 화 분을 제작하여 기르도록 한다.(아두이노 관리) [4차시] 효율적인 에너지사용 태양전지 충전회로 제작하기 1) 태양전지에너지를 충전하다가 필요시 수동으로 에너지를 사용 할 수 있는 에너지 사용 효율적인 회로를 구성할 수 있다.( 사람이 스위치 ON/OFF) 2)태양전지에너지를 충전하다가 필요시 자동으로 에너지를 사용 할수 있 는 에너지 사용 효율적인 회로를 구성할 수 있다.(아두이노가 자동 ON/OFF) [5~6차시] 친환경+에너지 주택 제작 및 발표(공유) (5차시) 지금까지 제작한 소품들을 활용하여 친환경적이면서도 에너지를 효율적으로 사용하는 STEAM+I 주택을 친구들과 협력하여 제작해보자. (6차시)제작한 친환경+에너지 주택의 특징과 기능을 3가지(친환경, 에너 지,아두이노) 영역을 중심으로 발표하고 공유할 수 있다. ※ 작품 제작 시간이 충분히 필요하기 때문에 5,6차시는 통합해서 수업 활동을 전개하는 것이 효율적이다. 물리학 ① 물리학 1 친환경 & Zero에너지 주택 탐구활동지 1 차시 탐구주제 친환경+Zero에너지 주택 (1차)설계하기 탐구목표 친환경 요소, 신재생 에너지 요소를 조사해보고 친환경적이면서도 에너지를 효율적으로 사용하는 STEAM+I 주택을 설계해보자. 내가 갖고 싶은 미래에너지 주택을 설계해보자. 준 비 물 태블릿PC(노트북), 스케치북(설계활동지) 탐구활동 1 (자료 조사) 친환경 + 에너지 주택을 설계하기 전에 다음 3가지 부분을 포함하여 토의하고 조사해보자. ① 친환경적인 요소 ② 효율적인 에너지사용 ③ 코딩 + 아두이노 적용할 부분 학습보조자료(영상) 에너지 제로 하우스 관련 영상 (3분 59초) https://youtu.be/xiVNcopxApo 스마트팜 관련 영상 (5분 6초) https://youtu.be/StwDmsco3jg Tinkercad 아두이노 배우기 (8분31초) https://www.youtube.com/watc h?v=kiujn8TtALw&t=182s 부산대학교 과학영재교육원 13 친환경 & Zero에너지 주택 탐구활동지 탐구주제 2 차시 아두이노 배우기 (태양전지전력측정하기, 가스-화재 감지기) 1. 태양전지가 만들어 내는 전기에너지를 정량적으로 측정 할 수 있다. 탐구목표 2. 집안에 가스가 누출되거나 화재가 발생시 알람이 발생하여 안전을 지켜주는 가스 감지기를 제작 할 수 있다. 준 비 물 태블릿PC(노트북), 태양전지 충전 부품세트, 아두이노박스(부품세트), TinkerCad 탐구활동 1 (태양전지 전력 측정하기) 태양전지 전력 측정하기 신재생에너지로 가장 널리 쓰이는 태양전지가 만들어 내는 전기에너지를 정량적 으로 측정 하여 LCD에 전압, 전류, 전력(전압×전류)값을 나타내도록 한다. [준비물] 태양전지판, I2C LCD, 저항(100Ω) 2개 16 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 친환경 & Zero에너지 주택 탐구활동지 탐구주제 탐구목표 준 비 물 3 차시 식물 화분 기르기 (2가지) 1. 교실이나 집안에서 간단히 키울 수 있는 식물을 선정하여 미니 화분을 사용하여 기르도록 한다.(사람이 관리) 2. 교실이나 집안에서 간단히 키울 수 있는 식물을 선정하여 스마트 화분을 제작하여 기르도록 한다.(아두이노 도입) 태블릿PC(노트북), 식물화분 , 아두이노박스(부품세트), TinkerCad 탐구활동 1 (일반화분) 일반화분 식물기르기 교실이나 집안에서 간단히 키울 수 있는 식물을 선정하여 미니 화분을 사용하여 기르도록 한다.(사람의 손길이 필요함) 탐구하기 실내에서 기르는 식물을 선정 할 때 다음 3가지 부분을 포함하여 토의하고 조사해보자 1. 햇빛을 많이 필요한 식물인가? 2. 물을 많이 필요로 하는 식물인가? 3. 성장이 빠르게 일어나는 식물인가? 20 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 물리학 ① 친환경 & Zero에너지 주택 탐구활동지 탐구주제 탐구목표 준 비 물 4 차시 태양전지 충전회로 만들기 (2가지) 1. 태양전지에너지를 충전하다가 필요시 수동으로 에너지를 사용 할 수 있는 에너지 사용 효율적인 회로를 구성 할 수 있다. (스위치 사용) 2. 태양전지에너지를 충전하다가 필요시 자동으로 에너지를 사용 할수 있는 에너지 사용 효율적인 회로를 구성 할 수 있다. (아두이노 사용) 태블릿PC(노트북), 태양전지 충전 부품세트, 아두이노박스(부품세트), TinkerCad 탐구활동 1 (스위치사용) 수동 태양전지 충전회로 만들기 태양전지에너지를 충전하다가 필요시 수동으로 에너지를 사용 할수 있는 에너 지 사용 효율적인 회로를 구성 하도록 한다. [준비물(세부항목)] 태양전지판, 충전지(콘덴서), LED, 직류모터(날개포함), 스위치(버튼) 탐구하기 다음 3가지 부분을 포함하여 토의하고 조사해보자. 1. 전기에너지를 생산하는 부품을 명시하고 작동원리를 조사해보자. 2. 전기에너지를 충전하는 부품을 명시하고 작동원리를 조사해보자. 3. 전기에너지를 소비하는 부품을 명시하고 작동원리를 조사해보자. 4. 스위치가 on, off 일 때 전기회로의 기능이 어떻게 달라지는지 알아보자. 부산대학교 과학영재교육원 23 친환경 & Zero에너지 주택 탐구활동지 탐구주제 탐구목표 준 비 물 5 차시 친환경& 에너지 주택 (2차) 설계하기 1. 1차 설계도를 중심으로 친환경적이면서도 에너지를 효율적으로 사용하는 STEAM+I 주택을 개선하여 2차 설계를 완성할 수 있다. 2. 2차 설계를 바탕으로 친환경적이면서도 에너지를 효율적으로 사용하는 STEAM+I 주택을 친구들과 협력하여 제작해보자. 태블릿PC(노트북), 스케치북(활동지), 아두이노박스(태양전지, 부품세트), 제작박스(글 루건, 공구, 소품), 하드보드지, 골판지, 재활용품 탐구활동 1 (설계활동지) 1차 설계 개선하기 1차 설계한 친환경+에너지 주택을 다음 3가지 부분을 고려하여 2차(최종) 설계를 수정해서 완성 해보자 1. 친환경적인 요소 2. 효율적인 에너지사용 3. 코딩+아두이노 적용할 부분 1차 설계의 문제점 26 2차 설계 개선내용 ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 전지의 과학 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 전지의 과학 탐구 이름 주요 과목 화학2 관련 과목 STEM 요소 개요 차시별 전기 화학과 이용 관련 단원 S, T, E 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 화학 전지의 개념 및 작동 원리에 대해 알아보고, 실생활에서 어디에 쓰 이고 있는지 확인한다. 화학 전지로 잘 작동하기 위한 기본적인 특성을 분석한다. 볼타 전지의 원리를 이해하고 아연과 구리로 구성된 볼타 전 지가 잘 작동되는지 살펴보고, 볼타 전지의 문제점을 분석한다. 다니엘 전지에 대해 이해하고, 다양한 금속으로 구성된 다니엘 전지를 제작한다. 어떤 다니엘 전지가 가장 효율적이고 높은 전압을 나타내는지 확인해보 고, 예측에 부합하는지 분석한다. 1차시 화학 전지란? 2차시 볼타 전지를 만들어 보자 3차시 다니엘 전지의 원리를 탐구해보자 4차시 다양한 다니엘 전지로부터 측정된 결과 분석하기 주요내용 (키워드 위주) (화학) 전지의 과학 탐구 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 1차시: 화학 전지란? 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ 화학 전지에 대해 알아본다. 화학 전지의 구동 원리에 대해 알아본다. 산화-환원 반응의 개념에 대해 이해해 본다. 금속의 이온화 경향에 대해 알아본다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ 시약 사용 시 피부나 옷에 묻지 않게 조심하며, 만약 묻었을 경우에는 즉시 흐르는 물로 깨끗 이 씻도록 한다. 학생들이 실험 준비물 및 시약을 다루기 전에 실험 방법 및 실험기구 사용법을 충분히 숙지한 후 활동을 진행한다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 화학 반응을 통하여 화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 전류가 흐르도록 만든 장치를 화학 전지라고 한다. ◆ 전류가 흐른다는 것은 전자가 이동하는 현상으로 화학 전지는 전자의 이동이 있는 산화-환원 반응이 자발적으로 일어나고 그에 따른 전자의 이동을 우리가 이용할 수 있도록 만든 장치이다. ◆ 화학 전지의 기본적인 특성과 원리를 이해하고, 화학 전지는 실생활에서 어디에 사용되고 있는지 조사해보자. 건전지, 수은 전지, 노트북 배터리, 휴대폰 배터리, 각종 충전용 배터리 등 - 20 - (화학) 전지의 과학 탐구 2) 탐구 및 개념 확장 학생용 2차시: 볼타 전지를 만들어 보자. 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 볼타 전지의 원리를 이해해 보자. § 아연(Zn)과 구리(Cu)로 이루어진 볼타 전지를 제작해 보자. § 전류계와 전압계를 이용하여 제작한 볼타 전지가 작동하는지 알아보자. § 볼타 전지가 가진 단점에 대해 알아보자. [실험 안전 유의사항] § 시약 또는 묽은 황산이 신체에 묻지 않게 조심하며, 만약 묻었을 경우에는 즉시 흐르는 물 로 깨끗이 씻도록 한다. § 학생들이 실험 준비물 및 시약을 다루기 전에 실험 방법 및 실험기구 사용법을 충분히 숙지 한 후 활동을 진행한다. § 실험 진행 시에는 반드시 실험복을 입은 상태에서 장갑을 끼고, 보안경을 쓰고 실험을 진행 한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 볼타 전지를 만들어보자 [탐구1] 볼타 전지 제작 및 탐구 * 볼타 전지의 원리를 이해하고 탐구하기 * 어떤 종류의 볼타 전지가 있는지 알아보고, 어떻게 제작할 수 있는지 조사 * 볼타 전지를 구성하는 요소(금속판, 전해질)가 어떤 것들이 있는지 설명하기 * 아연판과 구리판으로 이루어진 볼타 전지를 제작하기 * 위 두 가지의 금속판을 선택한 이유에 대해 생각하기 * 전해질이 필요한 이유를 생각해보고, 볼타 전지의 문제점을 탐구하기 * 볼타 전지의 문제점을 해결하기 위해 필요한 사항은 무엇인지 탐구하기 - 22 - (화학) 전지의 과학 탐구 3) 과학기술 적용 학생용 3차시: 다니엘 전지의 원리를 탐구해 보자. 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 다니엘 전지에 대해 이해하고, 다양한 금속으로 구성된 다니엘 전지를 제작해 본다. Ÿ 실험 설계, 제작, 테스트 과정에서 성공의 경험과 학습에 대한 자신감을 가진다. Ÿ 볼타 전지의 단점을 보완한 다니엘 전지 구성 요소 중 염다리의 역할을 알아본다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 시약 또는 묽은 황산이 신체에 묻지 않게 조심하며, 만약 묻었을 경우에는 즉시 흐르는 물로 깨끗이 씻도록 한다. 학생들이 실험 준비물 및 시약을 다루기 전에 실험 방법 및 실험기구 사용법을 충분히 숙지한 후 활동을 진행한다. 실험 진행 시에는 반드시 실험복을 입은 상태에서 장갑을 끼고, 보안경을 쓰고 실험을 진행 한다. 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 [탐구1] 다양한 금속으로 구성된 다니엘 전지를 구성하여 탐구해보자. - 설명하기: 다니엘 전지의 구성 요소 및 원리를 설명해 보자. 염다리는 어떻게 이루어져 있고, 다니엘 전지에서의 역할은 무엇인지 설명해 보자. - 예측하기: 어떤 금속으로 전극을 구성했을 때, 가장 높은 전압과 전류가 흐를지 예측해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 다니엘 전지를 구성한 금속의 종류에 따라 전압 또는 전압의 세기가 바뀌는가? 만약 바뀐다면 왜 그런지 탐구해보자. - 준비물 및 시약: 전압계, 전류계, 금속판(Zn, Cu, Mg, Fe), 비커 (50 mL) 10개, LED 전구, 집게 전선, 염다리, 0.5 M ZnSO4 수용액, 0.5 M CuSO4 수용액, 0.5 M Mg(NO3)2 수용액, 0.5 M Fe(NO3)2 수용액 - 26 - (화학) 전지의 과학 탐구 4) 공학적 적용 학생용 활동지 4차시: 다양한 다니엘 전지로부터 측정된 결과 분석하기 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 다양한 금속으로 제작한 다니엘 전지에서 일어나는 화학 반응과 원리를 이해하고, 결과값을 비교·분석해 본다. Ÿ 화학 전지 반응을 하는 공학적 산출물을 고안해보고 적용해 본다. Ÿ 탐구 활동의 이론적 배경을 공학적으로 적용해 본다. [실험 안전 유의사항] Ÿ Ÿ Ÿ 시약 또는 묽은 황산이 신체에 묻지 않게 조심하며, 만약 묻었을 경우에는 즉시 흐르는 물로 깨끗이 씻도록 한다. 학생들이 실험 준비물 및 시약을 다루기 전에 실험 방법 및 실험기구 사용법을 충분히 숙지한 후 활동을 진행한다. 실험 진행 시에는 반드시 실험복을 입은 상태에서 장갑을 끼고, 보안경을 쓰고 실험을 진행 한다. 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 각 다니엘 전지의 전압 및 전류 측정값 비교/분석하기 ◆ 가장 큰 전압을 나타내는 금속 쌍은 어떤 것인지 쓰고, 이유를 설명해 본다. 마그네슘(Mg)과 구리(Cu)로 이루어진 다니엘 전지, 이 두 금속의 이온화 경향성 또는 반응성이 가장 많이 차이가 나므로 - 28 - 

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

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 힘의 평형과 구조물의 내진설계 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 힘의 평형과 구조물의 내진설계 이름 주요 과목 물리학2 관련 단원 역학적 상호작용 관련 과목 중1 관련 단원 여러 가지 힘 STEM 요소 S, T, E 지역 보조 주 개발자 주요 수업 개요 차시별 개발자 1차시에서는 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건을 학습한다. 2차시에는 1 차시에서 학습한 이론을 평형판을 이용하여 실습한다. 3차시에는 한 점 에서 만나지 않는 힘의 평형 이론을 학습하고 실습한다. 4차시에는 지진 을 대비한 구조물의 내진설계에 대하여 학습한다. 1차시 한 점에서 만나는 힘의 평형 2차시 평형판을 이용한 힘의 평형 탐구 3차시 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 4차시 건설 구조물의 내진설계 주요내용 (키워드 위주) (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 활동지 1차시: 한 점에서 만나는 힘의 평형 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [실험 안전 유의사항] Ÿ 구조물에 작용하는 힘의 특성을 토의할 때 과도한 행동에 유의 1차시 [개념 도입] 한 점에서 만나는 힘의 평형 ◆ 여러 가지 교량의 형식 중에서 가늘고 긴 부재를 연결하여 시공한 트러스 교 량이 있다. 부재의 연결점에서 부재력의 평형 조건을 토의해보자. ◆ 크기가 같은 세 개의 힘이 한점에서 만나고 있을 때, 평형 조건에 대해 논의하자. - 13 - (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 2) 탐구 및 개념 확장 학생용 2차시: 평형판을 이용한 힘의 평형 탐구 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건 파악 Ÿ 평형판을 이용하여 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건 확인 [실험 안전 유의사항] Ÿ 용수철 저울을 사용할 때 과도한 힘으로 저울을 당기지 않는다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 평형판을 이용한 힘의 평형 탐구 ◆ 지난 차시에 배운 힘의 평형을 평형판을 사용하여 실습해보자. - 15 - (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 3) 과학기술 적용 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 조건 파악 Ÿ 연필, 자와 지우개를 이용하여 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 조건 확인 [실험 안전 유의사항] Ÿ 연필 위에 놓인 자가 과도하게 움직이지 않도록 유의. Ÿ 자 위에 놓이는 지우개에 큰 힘을 가하지 않도록 조심. 학생용 활동지 수업일 3차시 3차시: 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [과학기술 적용] 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형 ◆ 한 점에서 만나지 않는 힘의 평형에 대한 개념을 이해 - 17 - (물리) 힘의 평형과 구조물의 내진설계 4) 공학적 적용 학생용 4차시: 건설 구조물의 내진설계 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 [학습 목표] Ÿ 지진에 의하여 구조물에 발생하는 진동 특성을 이해 Ÿ 지진에 의한 구조물의 진동을 저감시킬 수 있는 내진설계 개념 이해. [실험 안전 유의사항] § 종이 상자를 칼로 절단할 때 손 조심. § 지진 모형 실험할 때 과도한 흔들림이 발생하지 않도록 유의 4차시 [공학적 산출물] 건설 구조물의 내진설계 ◆ 지진에 의하여 구조물에 발생하는 진동 특성을 이해 - 19 - 모둠 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동분석 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 주요 과목 관련 과목 충북대학교 과학영재교육원 (행성의 운동분석) 수학, 정보, 지구과학 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 고1 개발차시 4 신규 ai를 활용한 물리학 발달과정의 재해석 지구과학 주요 적용 학년 구분 (신규/수정보 완) 주요 단원 천체의 운동 관련 단원 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 관측결과를 바탕으로 데이터 변환 및 다양한 변인 고려를 통해 행성의 겉 보기 운동을 그래프로 나타내고 분석한다. 주요 수업 개요 그래프를 분석하여 관측이 가능한 회합주기의 개념을 바탕으로 행성의 공 전주기를 계산하여 가능한 많은 자료를 만든다. 해석된 다양한 자료들을 바탕으로 회합주기와 장반경을 비교하여 관계를 찾아내고 AI(지도학습: 회귀분석)을 통해 케플러 3법칙 (조화의 법칙)을 찾아낸다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 1차시: 움직이는 관찰자가 관측하는 운동 2차시: 여러 행성의 운동 관측자료 변환 3차시: 케플러 법칙과 회합주기 4차시: 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계 [지구과학] AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동 분석 (7) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 움직이는 관찰자가 관측하는 운동 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 등속원운동을 설명할 수 있다. Ÿ 원운동하고 있는 관측자의 관측 결과를 설명할 수 있다. Ÿ 주기와 반지름의 개념을 설명 할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. § 헨드폰을 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 휘어짐 을 관찰 할 수 있다. 현대에는 이미 밝혀진 다양한 자연법칙들로 우주의 천체들의 운동을 자세히 분석할 수 있다. 그렇다면 과거 에 과학자들은 어떠한 방법으로 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 살펴보자. ◆ 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 차이점에 대해 생각해볼 수 있도록 유도 한다. - 정지한 물체의 관찰결과와 운동하는 물체의 관찰결과를 비교하여 운동하는 물체의 운 동에 대해 얻을 수 있는 정보에 대해 생각해 볼수 있도록 한다. - 18 - [지구과학] AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동 분석 학생용 2차시: 여러 행성의 운동 관측자료 변환 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 데이터를 변환하여 시각적 자료로 나타낼 수 있다. Ÿ 그래프에서 행성의 운동의 특징에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 천체의 특이한 운동의 원인에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 데이터의 특성에 대해 이해하고 다양한 데이터 활용 프로그램을 활용할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. § 헨드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 2차시 [개념 도입] 데이터 변환하여 시각적 자료 만들기 ◆ 같은 시각 같은 위치에서 행성의 위치를 적경과 적위로 나타낸 데이터를 보고 어떻게 변환하여 시각적으로 나타낼지 설명해보자. 데이터 및 데이터 변환 예시 - 적경과 적위의 단위(시각, 분각)에 대해 설명하고, 단위의 특징을 살려 시각화 시킬 수 있는 방법을 찾을 수 있도록 지도한다. - 20 - [지구과학] AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동 분석 학생용 3차시: 케플러 법칙과 회합주기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회합주기와 행성주기의 연관성에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 케플러 법칙을 설명 할 수 있다. Ÿ 외행성과 내행성의 장반경을 설명할 수 있다. Ÿ 회합주기를 통해 행성의 주기를 계산할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. § 헨드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 3차시 [개념 도입] 변환한 데이터에 과학적 개념 도입 ◆ 케플러법칙과 회합주기에 대해 아는 대로 설명해보자. - ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회합주기의 내용에 대해 이해할수 있도록 지도한다. - 회합주기를 이용할 수 있는 이유에 대해 행성의 공전주기보다 직관적임을 설명 한다. - 학생들이 알고있는 역사적 사실 바탕 사실이 모두 답변으로 나올수 있게 자유롭게 작성하도록 지 도한다. - 22 - [지구과학] AI를 활용한 발달과정의 재해석-행성의 운동 분석 학생용 4차시: 회귀분석을 통해 행성의 주기와 장반경의 관계 활동지 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] § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. § 헨드폰을 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 행성의 주기와 장반경 사이의 관계를 찾아가는 프 로그램 제작 ◆ 회귀분석과 로그함수에 대해 아는대로 설명해보자. ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회귀분석과 로그함수의 개념을 이해할수 있도록 지도 하고 이를 정리하여 설명할 수 있도록 지도한다. - 24 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 AI를 이용한 실험데이터 처리의 이해와 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 화학I 주요 단원 관련 과목 화학 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 주요 적용 학년 고1/고2 개발차시 4 물질의 성질:물리적 성질과 화학적 성질 물질의 변화: 화학반응 적용 지역 보조 주 개발자명 개요 수정보완 무기 안료에 대한 이해와 탐구 주요 과목 주요 수업 구분 (신규/수정보 완) 개발자 무기 안료의 특성을 이해하고, 무기 안료를 직접 합성해 유용한 물질을 만들어 보기분광 광도계를 이용해 무기 안료가 빛을 흡수하는 영역과 안 료가 띠는 색과의 관계를 이해하고, 미지 용액의 농도 구하기 1차시: <개념 도입> - 안료와 염료의 차이 이해하기 - 유기 안료와 무기 안료에 대한 특징을 비교, 분석하기 <개념 확장> - 무기 안료가 색을 띠는 원리 이해하기 2차시: 차시별 주요내용 (키워드 위주) <탐구활동> - 무기 안료 합성하기 - 합성한 무기 안료로 그림물감 만들기 3차시: <과학기술 적용> - 분광 광도계를 이용하여 다양한 색을 띠는 무기 안료의 최대 흡수 파장 과 흡광도 측정하기 4차시: <과학기술 적용> - 비어-람베르트 법칙을 이해하고 안료의 농도에 따른 흡수 스펙트럼 분 석을 통해 미지 용액의 농도 구하기 [화학] AI를 이용한 실험데이터 처리의 이해와 탐구 (7) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 카페인 표준 용액을 제조해 보자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 카페인의 구조와 화학식, 성질을 설명할 수 있다. Ÿ 카페인 표준 용액을 만들 수 있다. Ÿ 다양한 용액의 농도 표현을 이해하고 퍼센트농도를 몰농도로 환산할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 실험 진행 시에는 반드시 실험복을 입은 상태에서 장갑을 끼고, 보안경을 쓰고 실험하도록 지도, 폐수는 유기물로 처리, 피펫 팁과 일회용 스포이드는 하나의 용액에만 사용하도록 한다. § 학생들이 실험 준비물 및 화합물 시약을 다루기 전에 각 화합물 및 실험기구 사용법에 대해 충분 히 설명한 후 활동을 진행한다. 1차시 [개념 도입] 카페인의 구조와 화학식, 성질 [들어가기] 커피 계산기 경험하기 ◆ 아래 사이트에 접속하여 가장 인기 있는 130가지 이상의 커피 음료 중에서 선택하고 체 중에 맞는 최적의 안전한 커피양을 찾아보자. 1. 카메라 앱을 연다 2. QR 코드를 화면에 대면 주소가 생성되는데 그 주소를 클릭한다. (사이트 주소: https://www.caffeineinformer.com/coffee-calculator) 3. 커피의 종류, 몸무게, 카페인 민감도를 선택하여 검색한다. 4. 커피의 종류를 변경해가면서 섭취량을 표에 정리한다. 5. 옆 친구와 비교한다. 커피 계산기 바로가기 커피의 종류 카페인 양(mg) 커피 용량 - 29 - 권장 섭취량 권장 카페인 양 [화학] AI를 이용한 실험데이터 처리의 이해와 탐구 학생용 2차시: 분광광도법의 원리를 이해하자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 분광 광도계의 원리 및 사용법을 익힌다. Ÿ 분광 광도계를 이용하여 카페인 표준 용액의 흡수 스텍트럼을 측정하고 분석할 수 있 다. Ÿ 분광 광도계를 이용하여 다양한 음료의 흡수 스텍트럼을 측정하고 분석할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 실험 진행 시에는 반드시 실험복을 입은 상태에서 장갑을 끼고, 보안경을 쓰고 실험하도록 지도, 폐수는 유기물로 처리, 피펫 팁과 일회용 스포이드는 하나의 용액에만 사용하도록 한다. § 학생들이 실험 준비물 및 화합물 시약을 다루기 전에 각 화합물 및 실험기구 사용법에 대해 충분 히 설명한 후 활동을 진행한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 분광광도법의 원리 이해 * 분광 광도계에 대한 설명: 탐구1 끝난 뒤 교사 설명(기초 지식 참고) - 분광 광도계의 구성 요소에 대한 설명 * 비어-람베르트(Beer-Lambert) 법칙 설명: 탐구2 끝난 뒤 교사 설명(기초 지식 참고) [탐구1] 분광 광도계(spectrometer)의 원리 ◆ 분광광도법(spectrophotometry)은 빛을 이용하여 물질 정보를 알아내는 분석법이다. 물질에 빛을 쬐어주면, 물질을 구성하는 입자(분자)들이 빛의 영향을 받는다. 분자가 빛을 흡수하면 분자의 에너지가 높아진다. 쉽게 말해 들뜬상태(excited state)가 된다. 분자가 흡수했던 빛을 방출하면 에너지는 낮아진다. 분자의 가장 낮은 에너지 상태를 바닥상태(ground state)라 한다. 쬐어주는 빛의 파장에 따라 분자에 미치는 영향이 다르다. 분자에 가시광선(visible light)과 자외선(ultraviolet)의 빛을 쬐면 일어나는 현상을 알아보자. - 33 - [화학] AI를 이용한 실험데이터 처리의 이해와 탐구 학생용 3차시: 선형 회귀 모델을 알아보자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 기계학습의 원리와 알고리즘 모델을 설명할 수 있다. Ÿ Orange3를 활용하여 선형 회귀 모델을 설명할 수 있다. 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 [탐구1] 기계학습의 이해 ◆ 기계학습은 인공지능의 한 분야로서 사람의 직접적인 명령이 없어도 데이터를 통한 학 습 경험을 바탕으로 성능을 발전시킨다. 기계가 데이터를 통해 학습한다는 의미에서 ‘기계 학습(Machine Learning)’ 이라고 한다. 기계학습은 학습 방법에 따라 크게 두가지 방법으로 구분한다. 지도 학습과 비지도 학습에 대해서 조사하고, 각각의 알고리즘 모델을 알아보자. 지도 학습(Supervised Learning)은 데이터에 대한 명시적인 정답 즉, 레이블 (Label)이 주어진 상태에서 컴퓨터가 학습하는 방식이다. 비지도 학습(Unsupervised Learning)은 레이블(Label)이 없는 데이터를 제공 받아 새로운 데이터에 대한 결과를 예측하는 방식이다. 지도학습에는 대표적으로 분류(classification)와 회귀(regression)가 있다. 분류 가 전형적인 지도 학습이며, 주어진 데이터를 정해진 카테고리(label)에 따라 분류하는 문제를 말한다. 회귀는 어떤 데이터들의 예측 변수(Predictor variable)라 불리는 특성(feature)를 기준으로, 연속된 값(그래프)을 예측하는 문 제로 주로 어떤 패턴이나 트렌드, 경향을 예측할 때 사용된다. 지도 학습 알고리즘에는 K-최근접 이웃(k-Nearest Neighbors), 선형 회귀 (Linear Regression), 로지스틱 회귀(Logistic Regression), 서포트 벡터 머신 (SVM, Support Vector Machine), 결정 트리(Decision Tree)와 랜덤 포레스트 (Random Forest), 신경망(Neural Network)가 있다. 지도학습에는 대표적으로 비슷한 특징끼리 군집화 하여 새로운 데이터에 대한 결과를 예측하는 군집화(Clustering)가 있다. 군집 알고리즘에는 K-평균 (k-Means), 계층 군집 분석(HCA, Hierarchical Cluster Analysis), 기댓값 최대화 (Expectation Maximization)가 있다. - 37 - [화학] AI를 이용한 실험데이터 처리의 이해와 탐구 학생용 4차시: 카페인 음료 계산기를 만들어보자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 캐글과 같은 플랫폼을 활용하여 문제해결에 필요한 데이터를 찾을 수 있다. Ÿ 엔트리를 활용하여 카페인 음료 계산 프로그램을 만들 수 있다. Ÿ 인공지능 프로젝트 단계를 이해하여 인공지능 프로그램 제작 계획서를 작성할 수 있다. 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 [탐구1] 엔트리를 활용한 카페인 음료 계산기 만들기 제목: 나의 하루 적정 카페인 음료양은? [카페인 데이터 수집] 1. 캐글(https://www.kaggle.com/) 접속 캐글은 2010년 설립된 예측모델 및 분석 대회 플랫폼으로 다양한 데이터셋을 얻을 수 있으며 데이터 분석자료도 공유되어 있다. 2. caffeine 검색하여 음료의 카페인 함량을 살펴본다. 3. 데이터 세트를 확인 후 다운로드 받는다. ※ 식약처는 카페인의 지나친 섭취로 인해 수면장애, 불안감 등 부작용을 일으킬 수 있어서 카페인 최대 일일섭취권고량을 성인의 경우 400mg 이하, 임산부는 300mg 이하, 어린이‧청소년은 체중 1kg당 2.5mg 이하로 설정하여 관리하고 있습니다. - 42 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 센서를 이용한 스마트 화분 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 주요 과목 관련 과목 센서를 이용한 스마트 화분 과학 생명과학, 정보 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 주 개발자명 구분 (신규/수정보 완) 주요 단원 신규 주요 적용 학년 중2 개발차시 8 생물의 구조와 에너지 컴퓨팅 시스템 관련 단원 적용 지역 보조 개발자 아두이노와 다이오드, 저항, 센서 등 다양한 요소를 이용하여 회로를 구 성하고 각각의 요소들을 작동하는 방법에 대해 학습한다. 학습한 내용을 바탕으로 센서와 모터를 활용하여 자동화 시스템을 구축한다. 센서를 이 주요 수업 개요 용해 토양의 습도를 인식하고 이에 따라 다이오드 점등, 모터 작동을 조 절하여 자동으로 작동하는 물주기 화분을 만들어보며, 아두이노 작동 원 리에 대한 이해와 자동화 시스템의 다양한 활용도에 대하여 학습하는 것 을 목표로 한다. 자동화 시스템 구축에 대한 이해로 산업기술 의발달과 변화에 대하여 적응하며 과학과 기술에 대한 긍정적 태도와 흥미를 유발 할 수 있을 것이다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 1~2차시: 아두이노에 대한 기초교육 3~4차시: 아두이노 기초교육을 기반으로 회로를 구성하고 프로그램 실습 5~6차시: 다이오드, 센서, 가변저항을 사용한 회로를 구성하고 동작시킴 7~8차시: 스마트화분 키트를 사용하여 회로를 구성하고 센서를 작동시킴 [생물] 센서를 이용한 스마트 화분 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 1차시: 아두이노 보드의 출력과 입력 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 아두이노 보드의 포트를 이해한다. § 아두이노 보드의 출력과 입력을 이해한다. § 아두이노 보드의 사용법을 익힌다. 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 [실험 안전 유의사항] § 보드 사용 시 모서리에 찔리지 않도록 주의한다. § 작은 부품을 잃어버리지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. ◆ 인간이 오감을 이용하여 주변 상황의 정보를 파악하는 것처럼 센서는 스마트 화분 이 자신의 작동을 결정하기 위하여 상황을 판단하는데 도움을 준다. 센서에는 어떠한 종류가 있고, 센서의 신호를 측정하여 어떻게 활용할 수 있는지 조사해보자. 센서 종류 활용 방법 광센서 빛의 밝기 측정 가변저항 전압 변화, 동작 변화 측정 온도센서 온도의 측정 전압센서 전압, 전기전도도 센서 - 18 - [생물] 센서를 이용한 스마트 화분 학생용 2차시: 센서의 의미와 측정 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] § 센서의 의미를 이해한다. § 직렬 저항의 전압 분할을 이해한다. § 센서의 측정 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] 센서의 의미와 측정 원리 ◆ 전지의 저항을 직렬로 연결하고, 각 저항에 대한 전압을 측정하여 비교해보자. Ÿ 여러 개의 저항을 직렬로 연결하면 양 끝단에 가해진 전압이 각 저항에서 분할된다. Ÿ 저항을 지나는 전류의 양은 회로 전체에서 항상 동일하므로, 각 저항을 통과 하는 전압은 저항의 세기에 비례한다. Ÿ 크기가 같은 고정저항을 여러 개 연결한 후 전압계를 이용하여 각 지점과 음극(또는 접지) 사이의 전압 차이를 측정하여 이론치와 비교한다. - 22 - [생물] 센서를 이용한 스마트 화분 학생용 3차시: 여러가지 센서를 이용한 측정 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 다양한 센서의 종류를 이해한다. Ÿ 센서를 이용한 측정 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. 3차시 [과학기술 적용] 여러가지 센서를 활용한 측정 ◆ 신호를 수신하는 방법을 고안해보자. CdS 광센서의 저항 특성을 조사해보자. Ÿ 자연계에서 발생하는 외부 신호에 대하여 전기적 특성이 달라지는 장치는 모두 일정한 특성에 대한 센서로 사용할 수 있다. Ÿ 센서를 구성하는 기본 회로는 큰 저항값을 가진 고정 저항과 센서를 직렬로 연결 한 후, 센서 양단의 전압을 측정하는 것이다. Ÿ CdS 광센서는 빛의 세기에 따라서 저항값이 변하는 반도체이다. 따라서 광량에 따른 CdS 양단의 전압을 비교하면, 조도 변화를 측정할 수 있다. - 24 - [생물] 센서를 이용한 스마트 화분 학생용 4차시: 자동화분 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 다지털 출력을 이용한 모터 제어의 원리를 이해한다. Ÿ 토양습도센서를 이용하여 자동화분을 제작한다. [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] 자동화분 만들기 ◆ 스마트 화분을 설계하고 제작해보자. 릴레이의 원리를 알아보고 릴레이로 LED를 켜 고 끄는 프로그램을 작성해보자. Ÿ 릴레이는 전동 스위치를 이용하여 회로의 차단을 조절하는 장치이다. Ÿ 화분에 물을 공급하기 위한 워터펌프를 구동하기 위해서는 별도의 모터 전용전원이 필요하다. Ÿ 아두이노에서 릴레이의 전동스위치를 ON, OFF 구동함에 따라서 워터펌프에 전원을 공급하거나 차단할 수 있다. ◆ 릴레이로 물펌프를 작동시키는 회로와 프로그램을 작성해보자. void setup() { pinMode(11, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(11, HIGH); delay(1000); digitalWrite(11, LOW); delay(1000); } - 26 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 생태계 물질 순환의 공학적 접근 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 (신규/수정보 완) 스마트팜 주요 과목 생물 주요 단원 관련 과목 생물, 정보 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 개요 주요 적용 학년 고 개발차시 4 생물의 구조와 에너지 컴퓨팅 시스템 적용 지역 보조 주 개발자명 주요 수업 신규 개발자 물질의 순화 (탄소 순화, 질소 순환) 피지컬 컴퓨팅 (아두이노 활용) 나만의 스마트팜 구성하기 1차시: 생태계에서 물질이 생산되어 순환하는 원리 이해하고 물질 순환에 서 탄소 순환과 질소 순환을 설명할 수 있다. 스마트팜 기술을 활용한 농업이 생태계에 미칠 영향을 객관적인 근거를 차시별 주요내용 (키워드 위주) 제시하여 설명할 수 있다. 2차시: 코딩과 아두이노를 이해하고 기본 프로그램 설치 및 기초 컴퓨팅 언어를 학습 하여 적용할 수 있다. 3차시: 아두이노 키트를 활용한 화분 자동 급수 장치를 만들고 구현과정에 발생하는 문제점을 해결할 수 있다. 4차시: 아두이노를 활용한 친환경 스마트 팜 구축을 위한 모둠별 프로젝트를 기획할 수 있다 (생물) 생태계 물질 순환의 공학적 접근 (7) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 물질의 순환 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 생태계에서 물질이 생산되어 순환하는 원리를 이해하고 물질 순환에서 탄소 순환과 질소 순환을 설명할 수 있다. Ÿ 스마트팜 기술을 활용한 농업이 생태계에 미칠 영향을 객관적인 근거를 제시하여 설 명할 수 있다. 1차시 [개념 도입] 물질의 순환과 지구온난화의 상호 연관성 찾기 ◆ 무분별한 벌목이 온실기체가 대기로 배출되는 원인이 되는 이유를 물질의 순환과정을 이용해서 설명해 보자. 탄소순환과 관련하여 식물의 광합성이 대기 중의 이산화탄소를 유기물로 고정하고 있으며 벌목으로 인한 산림의 훼손은 이러한 이산화탄소의 순환에 문제가 발생할 수 있다는 내용으로 학생들이 작성할 수 있도록 수업 내용을 구성한다. ◆ 무분별한 벌목을 하는 이유를 농업과 관련하여 생각해 보자. 특정 작물을 재배하기 위한 공간을 마련하기 위해 벌목을 자행하는 경우가 많음을 수업자료로 제시 할 필요성이 있음. 예를 들어 아보카도를 재배하기 위한 재배면적 마련 및 단위면적당 전나무 보다 2 배 많은 물이 필요한 내용을 토대로 설명할 수 있도록 한다. ◆ 위의 내용과 관련하여 해결할 수 있는 방안을 생각해 보자. 식량생산은 기존 그대로 또는 단위 면적 당 생산량의 증가 방안을 환경오염 없이 가능한 방안을 생 각 할 수 있도록 한다. 다양한 결과가 나올 수 있도록 한다. - 22 - (생물) 생태계 물질 순환의 공학적 접근 학생용 2차시: 피지컬 컴퓨팅 이해하기(아두이노 기초) 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 코딩과 아두이노를 이해하고 기본 프로그램 설치 및 기초 컴퓨팅 언어를 학습하여 적용할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. § 실습에 사용되는 노트북으로 다른 프로그램을 사용하지 않도록 한다. § 수업 중 질문이 있다면 바로 질문한다. 2차시 [탐구] 피지컬 컴퓨팅 이해하기 ◆ 디지털과 아날로그 신호의 차이를 설명해 보자. 디지털과 아날로그 신호의 차이를 우노 보드의 입력과 출력 단자를 보면서 학습할 수 있도록 모둠별 우노 보드를 미리 지급하여 보면서 학습할 수 있도록 안내한다. ◆ 센서와 액추에이터의 차이를 설명해 보자. ◆ Blink 예제 활용 기본 LED 깜빡이기 실습에서 사용한 코드를 변수와 함수로 구분해 보자. 예제에 사용된 코드를 변수와 함수로 구분하여 작성할 수 있도록 안내한다. 수업에서 간단한 변수와 함수의 개념을 설명한다. - 24 - (생물) 생태계 물질 순환의 공학적 접근 학생용 3차시: 화분 자동 급수 장치 만들기 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 화분 자동 급수 장치를 만들고 구현과정에 발생하는 문제점을 해결할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. § 실습에 사용되는 노트북으로 다른 프로그램을 사용하지 않도록 한다. § 수업 중 질문이 있다면 바로 질문한다. 3차시 [탐구확장] 화분 자동 급수 장치 만들기 ◆ 실습 과정에서 가장 어려웠던 점과 그 이유를 말해 보세요. 키트를 활용하는 수업이지만 실제 아두 이노를 사용하는 과정에서 발생하는 오류가 개인별로 다양하 게 나타난다. 교사가 학생 전부를 도와 줄 수 없기 때문에 모둠별로 또는 모둠 간 상호 협력을 통해 문제를 해결할 수 있도록 안내하는 과정이 필요하다. ◆ 자동 급수 장치 만들기 후 장치 작동의 문제점 및 개선 사항에 대해 작성해 보세요. 수중 모터 펌프가 작동할 때 과량의 전력을 소모하기 때문에 LCD 모니터가 나갈 수 있다. 수업 시 간 안에 전원을 따로 연결하기는 시간이 부족하다. 이러한 점을 학생이 개선사항으로 스스로 보완할 수 있는 방안을 생각해보도록 안내한다. 마찬가지로 오픈소스 코드를 활용하기 때문에 원하는 입력과 출력 값을 수정하는 방안에 대해서도 생각할 수 있도록 수업을 안내해야 한다. 수업지도의 Ÿ Tip 수업 준비에 사용하는 자동급수 장치 키트에 사용되는 센서 들을 따로 여러 개를 구입하는 것이 좋다. 키트에 포함된 센서들이 불량인 경우가 종종 있기 때문에 학생들에게 센서를 교환해 줄 필요성이 있다. 키트를 다량으로 구입하는 경우 구입비가 많이 소모되기 때문에 필요한 센서만 따로 구입하면 재료비를 아낄 수 있다. - 26 - (생물) 생태계 물질 순환의 공학적 접근 학생용 활동지 4차시: 피지컬 컴퓨팅을 활용한 친환경 농업기술 방안 제안 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 [학습 목표] Ÿ 피지컬 컴퓨팅을 활용한 친환경 농업기술 방안을 제안할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 수업시간에는 교사의 지도에 따른다. § 실습에 사용되는 노트북으로 다른 프로그램을 사용하지 않도록 한다. § 수업 중 질문이 있다면 바로 질문한다. 4차시 [적용] 기술을 적용한 해결방안 제안하기 ◆ 브레인스토밍을 통해 아이디어를 제시한다. 1) 8절지를 이용하여 모둠별 마인드 맵을 활용한 아이디어를 수집한다. <예시 자료> 2) 결과를 패들렛에 올려 공유한다. (패들렛 주소 제시) 3) 댓글을 활용한 아이디어 피드백을 받는다. ◆ 아이디어를 바탕으로 공학적 설계를 진행한다. 1) 목표: 친환경 농업기술 개발 2) 업사이클링 및 물질 순환 개념을 이용해서 공학적 설계의 타당성을 확보한다. 3) 기존의 기술을 활용한 설계를 활용하여 친환경의 타당한 이유를 설명한다. 4) 발표 자료를 구성하여 패들렛에 공유한다. 5) 발표 후 모둠별로 피드백 한다. - 27 - 모둠 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 주요 과목 물리 II 주요 단원 관련 과목 물리, 과학 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M 주 개발자명 구분 (신규/수정보 완) 신규 주요 적용 학년 고2 개발차시 4 힘과 운동/ 힘 적용 지역 보조 개발자 물리II 교과에 적합하도록 힘의 합성, 힘의 분해, 알짜힘의 평형, 돌림힘의 주요 수업 평형 개념을 이해하기위한 활동으로 구성되었다. 학습한 개념을 적용하여 개요 공학적 산출물을 제작하고, 구조물의 성능을 개선하고 보완할 수 있는 공 학의 과정을 체험할 수 있도록 프로그램이 구성되었다. 1차시: 힘의 합성과 분해를 학습한다. 차시별 2차시: 물체의 평형 조건을 학습하고 무게 중심을 찾아본다. 주요내용 3차시: 물체의 안정성을 탐구하고 스파게티를 이용한 구조물을 제작한다. (키워드 위주) 4차시: 완성된 구조물이 버틸 수 있는 하중과 변형을 측정하고 공학적 개 선 방안을 고찰한다. (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 힘의 합성과 분해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 한 점에서 만나는 힘을 벡터 합성으로 구할 수 있다. Ÿ 평형판을 이용하여 한 점에서 만나는 힘의 평형 조건을 확인한다. Ÿ 한 힘을 벡터를 이용하여 두 힘으로 분해할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 용수철 저울을 사용할 때 과도한 힘으로 저울을 당기지 않는다. § 구조물에 작용하는 힘의 특성을 토의할 때 과도한 행동에 유의 1차시 [개념 도입] 힘의 합성과 분해 ◆ 사장교나 현수교와 같은 다리에 작용하는 여러 가지 힘을 찾고, 각각의 힘이 어떻게 작 용하여 다리를 지탱하고 있는지 토의해보자. ▲ 사장교 ▲ 현수교 - 18 - (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 2차시: 물체의 평형과 무게 중심 탐구 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 [학습 목표] Ÿ 망치와 자를 이용하여 물체의 평형 조건을 찾을 수 있다. Ÿ 망치와 실을 이용하여 물체의 무게 중심을 찾을 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 망치가 바닥에 떨어지지 않도록 주의한다. § 바닥에 충격을 주지 않도록 매트를 설치한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 물체의 평형과 무게 중심 탐구 ◆ 자에 망치를 매달아 그림과 같이 균형을 잡을 수 있을지 논의 하자. ◆ 돌림힘의 평형에 대한 개념을 이해 - 22 - 모둠 (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 3차시: 구조물의 안정성 탐구 및 구조물 제작 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 구조물의 안정성을 힘의 평형과 돌림힘의 평형으로 설명할 수 있다. Ÿ 안정적인 구조물을 설계하고 제작할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. § 칼과 가위사용에 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 구조물의 안정성 탐구 및 구조물 제작 ◆ 물체의 안정성을 높이기 위한 장치를 찾아 원리를 설명해 보자. <선반 받침대> <타워크레인> ◆ 선반의 받침대가 있을 때와 없을 때 안정성을 탐구해 보자. - 24 - (물리) 물체의 평형과 안정적 구조물 설계 학생용 4차시: 구조물 제작 및 하중 실험 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 안정적인 구조물을 설계하고 제작할 수 있다. Ÿ 하중 실험 결과로부터 제작한 구조물의 특징을 분석할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 구조물 제작 과정에서 칼과 가위 사용에 주의한다. § 구조물 하중 실험에서 부서지는 구조물 파편에 주의한다. 4차시 [공학적 산출물] 교량 구조물 제작 및 하중 실험 ◆ 제작한 구조물의 특징을 설명해 보자 Ÿ 모둠별로 제작한 구조물의 특징을 설명해 보도록 한다. Ÿ 모둠별 구조물의 특징을 비교하고 평가한다. ◆ 하중 실험을 통해 구조물의 안정성을 파악해 보자 Ÿ 버니어 고 무선 구조 모형 실험장치를 이용하여 구조물이 버틸 수 있는 하중과 변형을 측정한다. Ÿ 구조 모형 실험장치가 없는 경우 구조물에 하중을 부여할 수 있는 받침대를 제작하여 무게 추를 이용하여 하중 실험을 진행한다. - 26 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 저항의 연결과 주택 조명 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램명 주요 과목 구분 (신규/수정보 완) 주택의 조명과 전기 회로 과학 관련 과목 주요 단원 신규 주요 적용 학년 중2 개발차시 4 전기와자기/ 전기 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 직렬 회로와 병렬 회로의 특징을 비교해보며 그 원리를 탐구하고 나아가 3로 스위치의 원리를 이해한다. 이해한 원리를 바탕으로 실생활에서 어떻 주요 수업 게 쓰이는지 조사하고 최종적으로 직접 회로를 설계해봄으로써 전기회로 개요 에 대한 심층적 이해를 목표로 한다. 활동을 통해 과학적 원리가 실생활 과 유리되어있지 않음을 몸소 체험하고 과학에 대한 긍정적 태도와 흥미 를 유발할 수 있을 것이다. 1차시: 직렬 연결과 병렬 연결을 관찰하고 전류와 전압을 측정해 본다. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: 직력과 병렬 연결 회로에 스위치를 추가하여 스위치의 역할을 이 해한다. 3차시: 3로 스위치의 개념을 추가하여 직접 회로를 구성하여 작동해본다. 4차시: 집 모형을 구성하여 집에 전기 회로를 구성해본다. (물리) 저항의 연결과 주택조명 (6) 교수-학습 과정의 전개 학생용 1차시: 꼬마전구의 연결 방법과 밝기의 관계 비교 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 전기 회로의 의미를 이해한다. Ÿ 전기 저항의 의미 [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] 꼬마전구의 연결 방법과 밝기의 관계 비교 ◆ 조명은 집 안에서 생활하는데 필수적인 도구이다. 실내에서 책을 읽거나 다른 활동을 위해서 여러 가지 종류의 조명을 이용한다. 특히, 현대에는 조명을 단순히 밝게 보기 위한 도구로 사용할 뿐만 아니라 인테리어에 활용하여 집 안을 아름답게 보일 수 있도록 이용하고 있다. 집 안에서 사용하는 조명의 종류와 그 활용 방법 에 대해 생각해보자. 조명기구 종류 활용 방법 - 18 - (물리) 저항의 연결과 주택조명 학생용 2차시: 스위치의 연결 방법 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회로에서 스위치의 역할을 이해한다. Ÿ 회로의 연결 방법에 따른 스위치의 연결 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. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 스위치의 연결 방법 ◆ 꼬마전구 회로에서 스위치 1개를 전구와 전지 사이에 직렬로 연결하고, 스위치의 작동 을 조사해보자. ◆ 꼬마전구 회로에서 스위치 1개를 전구와 전지 사이에 병렬로 연결하고, 스위치의 작동 을 조사해보자. - 21 - (물리) 저항의 연결과 주택조명 학생용 3차시: 3로 스위치의 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 여러 종류의 스위치의 활용을 이해한다. Ÿ 3극 스위치의 활용 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. 3차시 [과학기술 적용] 3극 스위치의 이해 ◆ 전기회로에 사용되는 여러 종류의 스위치에 대해서 조사해보자. ◆ 꼬마전구 1개가 연결된 회로에서 3극 스위치를 이용하여 전구를 켜고 끄는 연결방법을 조사해보자. - 23 - (물리) 저항의 연결과 주택조명 학생용 4차시: 주택 조명과 전기 회로 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 주택의 조명에서 밝기에 맞추어 여러 전구를 사용하는 방법을 알아보자. Ÿ 주택의 전기를 차단하는 방법에 대하여 알아보자. Ÿ 내부와 외부에서 같이 켜고 끌 수 있는 스위치에 대하여 알아보자. [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] 주택 조명과 전기 회로 ◆ 주택의 내부에서 여러 개의 전등을 사용할 때, 필요한 전등만 사용할 수 있는 조명 배선 방법을 고안하고 제작한 후 토의해보자. ◆ 주택의 전기 안전관리를 위하여 일시에 모든 전기를 차단할 수 있는 배선 방법을 고안 하고 제작한 후 토의해보자. - 25 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 AI를 활용한 물리학 발달과정의 재해석-알파입자 산란실험 충북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 충북대학교 과학영재교육원 기관명 구분 (신규/수정보 완) 신규 ai를 활용한 물리학 발달과정의 재해석 프로그램명 (원자의 형태-알파 입자 산란실험) 주요 과목 물리 관련 과목 지구과학,물 주요 단원 주요 적용 학년 고2/고3 개발차시 4 전기력과 원자 수학, 정보, 관련 단원 리 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 적용 지역 주 개발자명 주요 수업 개요 차시별 주요내용 (키워드 위주) 러더퍼드 알파입자 산란 실험을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석하고 결과 를 바탕으로 알파 입자 산란 실험의 이론과 비교하여 심도 있게 이해한 다. 1차시: BB탄 총알로 과녁 맞추기 활동을 통한 알파입자 산란 실험 이해 2차시: 알파 입자 산란 실험의 발달 과정 및 이론 이해 3차시: 알파 입자 산란 실험 시뮬레이션을 통한 데이터 수집 4차시: 데이터 분석 및 기초 인공지능 기법을 활용한 분석 [물리) AI를 활용한 물리학 발달과정의 재해석-알파입자 산란 실험 분석 (7) 교수-학습 과정의 전개 1차시: BB탄 총알로 과녁 맞추기 활동을 통한 학생용 알파입자 산란실험 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 알파입자 산란 실험과 bb 탄 과녁 맞추기 활동의 유사성을 설명할 수 있다. Ÿ 쿨룽 법칙에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 알파입자와 원자핵의 상호작용을 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § BB탄 권총을 사용할 때 전방에 사람이 있는지 확인하고 사용한다. § 과녁이외에 다른 곳에 BB탄을 사용하지 않는다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. 1차시 [개념도입] 알파입자 산란실험에 대해 알아보자 ◆ 원자의 구조에 대한 개념 역사적으로 다양한 개념들로 발전해왔다. 개념 전 과정 중 원 자핵의 존재에 대해 알게되며 톰슨(J.J.Thomson,1856-1940) 의 원자모형에서 러더퍼드 (E.Rutherford,1971-1937)의 원자모형으로 발전하게 되는 과정을 자세히 들여다보도록 하자. ◆ BB탄 권총을 이용하여 500원 동전 크기의 쇠구슬 과녁을 향해 BB탄을 발사해보고 운동 에 대해 설명해보자. - 발산적 사고를 통해 학생들의 다양한 답변을 할 수 있도록 한다. - BB탄 권총을 사용할 때 안전사고가 나지 않도록 주의한다. - 흥미 유발을 위해 학생들이 과녁을 맞추면서 다양한 게임을 진행한다. - 18 - [물리) AI를 활용한 물리학 발달과정의 재해석-알파입자 산란 실험 분석 2차시: 알파 입자 산란 실험의 발달 과정 및 학생용 이론 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 원자모형의 개념 발달 과정을 대략적으로 설명할 수 있다. Ÿ 알파입자 산란실험의 원리에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 산란되는 입자들의 운동에 대해 설명할 수 있다. Ÿ 각운동량 보존에 대해 설명할 수 있다. [실험 안전 유의사항] § 전자기기를 사용할 때 떨어뜨리지 않도록 주의한다. § 장난 또는 큰 행동을 하지 않도록 주의한다. § 칼이나 가위 또는 다른 날카로운 것에 베이지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구및개념확장] 알파입자 산란실험의 원리 ◆ 자신이 알고 있는 원자의 모형을 설명해보자. - 발산적 사고를 통해 학생들의 다양한 답변을 할 수 있도록 한다. - 원자의 모델 개념이 발달하게 된 역사적인 배경을 설명하면서 흥미를 유발한다. - 원자모형에 대해 잘 이해하고 있는 학생은 1차시에 진행했던 활동과 연관지어 생각할 수 있도록 지도한다. - 20 - [물리) AI를 활용한 물리학 발달과정의 재해석-알파입자 산란 실험 분석 3차시: 알파 입자 산란 실험 시뮬레이션을 통한 데이터 수집 학생용 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산란 실험 시뮬레이션에서 실험 변인을 찾아낼 수 있다. Ÿ 실험결과를 변환하여 결론을 도출할 수 있다. Ÿ 산란각과 입자수 사이의 관계를 결과를 통해 찾아낼 수 있다. 3차시 [과학기술 적용] 시뮬레이션을 통한 실험 결과 도출 ◆ 알파입자가 원자와 상호작용하여 운동하는 모습에 대해 설명해보자. - 발산적 사고를 통해 학생들의 다양한 답변을 할 수 있도록 한다. - 2차시에 진행했던 두전하 사이의 관계에 대해 잘 알고 있는 학생은 여러 입자와 상호 작용하는 경우를 생각해보도록 지도한다. - 입자 수가 많아져 통계적으로 판단해야 될 경우를 소개한다. - 22 - [물리) AI를 활용한 물리학 발달과정의 재해석-알파입자 산란 실험 분석 학생용 활동지 4차시: 데이터 분석 및 기초 인공지능 기법을 활용한 분석 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 회귀분석의 원리를 설명할 수 있다. Ÿ 실험 데이터를 변환하여 새로운 변인을 찾아낼 수 있다. Ÿ 산란각과와 입자수의 데이터를 바탕으로 핵의 크기를 간접적으로 찾아낼 수 있다. 4차시 [공학적산출물] 핵의 크기를 간접적으로 찾아가는 프로그램 제작 ◆ 회귀분석 대해 아는 대로 설명해보자. ※참고자료를 바탕으로 학생들이 회귀분석을 이해할수 있도록 지도한다. - 24 - 

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

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 기체의 압력과 부피의 관계 전남대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램명 구분 (신규/수정보 완) 신규 기체의 압력과 부피의 관계 주요 적용 학년 개발차 시 중1 4차시 주요 과목 과학 주요 단원 Ⅳ.기체의 성질-기체의 압력과 부피의 관계 관련 과목 화학 관련 단원 Ⅳ.기체의 성질-기체의 압력과 부피의 관계 STEM+I S,T,E,M, 요소 I 보조 주 개발자명 주요 수업 개요 차시별 적용 지역 개발자 기체의 압력과 부피의 관계를 설명하고 실생활과 연관지어 생각하기 1차시 압력에 따른 기체의 부피 변화 측정 2차시 기체의 압력과 부피의 관계 주요내용 (키워드 위주) 3차시 석유 시추 펌프 만들기 4차시 2. 교사용 지도안 단원 학습 목표 수업단계 4단원. 기체의 성질 차시 1차시 압력에 따른 기체의 부피 변화를 측정하여 기체의 압력과 부피 관계를 설 명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 프로그램 도입 ◾ STEM+I의 용어와 의미를 소개한다. ◾ 프로그램 내에서 다루게 될 내용을 안내한다. 유의사항 - 프로그램의 전반적인 흐름을 학생들이 알 수 있도록 소개한다. 도입(5분) ◎ 동기유발 ◾ 꽃씨가 들어 있는 풍선을 날리는 장면을 자료로 제시하고, 꽃씨를 땅에 직접 뿌리지 않고 왜 풍선에 담아서 날려 보내는지 그 까닭을 생각하여 발표하게 한다. 자료 꽃씨가 들어 있는 풍선을 날리는 사진이나 동영상 ◎ 탐구활동 – 과자 봉지의 부피 변화 ◾ 감압 용기 속에 과자 봉지를 넣고 공기를 뽑아내면서 과자 봉지의 부피를 관찰한다. ◾ 가압 용기 속에 과자 봉지를 넣고 공기를 넣으면서 과자 봉지의 부 피를 관찰한다. 전개(35분) ◾ 기체의 압력에 따른 과자 봉지의 부피 관계를 설명하도록 한다. ◎ 탐구활동 – 기체의 압력과 부피 관계 ◾ 주사기에 압력계를 연결한 후 피스톤을 눌러 기체에 작용하는 압력 에 따른 부피를 측정하여 표에 기록한다. ◾ 표에 기록한 내용을 그래프로 그린 후, 압력과 부피 관계를 설명하 도록 한다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 기체의 압력에 따른 부피 관계 정리(5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 기체의 압력에 따른 부피 관계를 입자모형으로 설명하기 - 5 - 단원 학습 목표 수업단계 4단원. 기체의 성질 차시 2차시 기체의 압력과 부피 관계를 입자 모형으로 설명할 수 있다. 기체의 압력과 부피 관계와 관련된 실생활 예를 찾을 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시학습 확인 ◾ 기체의 압력을 크게 하면 기체의 부피는 어떻게 되는가? 도입(5분) ◎ 동기유발 ◾ 비행기 내의 여압 장치 고장으로 승객이 불편했던 사건이 실려 있 는 신문 기사를 제시한다. ◾ 신문 기사를 읽고 승객들이 통증을 호소한 까닭을 설명해 보게 한다. ◎ 가상 실험 프로그램을 통한 탐구활동 ◾ 가상 실험 프로그램 QR 코드를 인식시킨다. ◾ 기체에 가하는 압력을 다르게 하면서 기체 입자의 운동과 부피 변 화를 알아본다. ◎ 기체의 압력과 부피 관계를 입자 모형으로 설명하기 ◾ 기체의 압력과 부피 관계를 입자 모형으로 그려 보도록 한다. ◾ 기체의 압력과 부피 관계를 설명한다. 전개(35분) - 일정한 온도에서 일정한 양의 기체에 작용하는 압력을 높이면 기체의 부피는 줄어든다. 따라서 입자 사이의 거리가 가까워지고 입자들이 용기 벽에 충돌하는 횟수가 증가하여 용기 속 기체의 압력은 커진다. Tip - 입자의 수, 크기, 운동 빠르기의 변하지 않음을 지도한다. ◎ 압력에 따라 기체의 부피가 변하는 실생활의 예를 제시한다. ◾ 각각의 예에서 알 수 있는 원리를 설명해 보도록 한다. ◾ 또 다른 예시를 찾아보게 한다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 기체의 압력과 부피 관계를 정리한다. ◾ 기체의 압력에 따라 기체의 부피가 변하는 실생활의 예를 살펴본다. 정리(5분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 석유 시추 펌프를 만들어 보고, 작동 원리를 기체의 압력과 부피 관계로 설명하기 - 6 - 단원 학습 목표 수업단계 4단원. 기체의 성질 차시 3~4차시 석유 시추 펌프를 만들어 보고, 작동 원리를 기체의 압력과 부피 관계로 설명할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 전시학습 확인 ◾ 기체의 압력과 부피 관계와 관련된 실생활 예를 이야기해 봅시다. 도입(10분) ◎ 동기유발 ◾ 석유가 사용되는 다양한 예를 보여 주고, 우리 주변에서 석유가 많 이 사용되고 있음을 느끼게 한다. 석유와 석유의 개발 과정에 대해 생각해 보게 한다. ◎ 탐구활동 – 석유 시추 펌프 만들기 ◾ 제작 과정 동영상과 설명서를 바탕으로 석유 시추 펌프를 만든다. 유의사항 ◾ 부품이 분실되지 않도록 유의한다. 자료 https://www.youtube.com/watch?v=f8Z_xXiCY2s 전개(70분) Tip ◾ 석유 시추 펌프의 작동 원리를 설명해 본다. ◎ 탐구활동 – 석유에 대해 알아보기 ◾ 시추 과정과 자료 용도 등에 대해 알아본다. 한국석유공사 사이트를 소개하고 다양한 자료가 있음을 알려준다. ◎ 학습 내용 정리 ◾ 석유 시추 펌프의 작동 원리를 정리한다. 정리(10분) ◎ 다음 차시 예고 ◾ 기체의 온도에 따른 부피 관계를 알아보기 - 7 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 화학결합과 분자 모형 전남대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 전남대학교 기관명 (신규/수정보 완) 과학영재교육원 프로그램명 신규 화학결합과 분자모형 주요 적용 학년 개발차 시 주요 과목 화학 주요 단원 Ⅲ. 분자의 세계 관련 과목 화학 관련 단원 Ⅲ. 분자의 세계 STEM+I 요소 S,T,E,M,I 적용 지역 고2 4차시 보조 주 개발자명 개발자 Ÿ 머신러닝을 활용한 교육 플랫폼인 티처블 머신을 활용하여 학생들이 몸으로 직접 체험하며 분자 구조를 이해하는 학생중심 수업모형 개발 주요 수업 Ÿ 과학과 정보의 융합을 통한 수업 활동으로 한 가지 과목에만 치우치지 않은 융복합적 사고가 가능한 인재 양성 개요 Ÿ 인공지능과 과학기술 분야의 융합 및 개발 전망에 대한 학습을 통해 미래 직업에 대한 이해와 다양한 진로 탐색의 기회 제공 차시별 1차시 전자쌍 반발 이론과 분자 구조 2차시 분자 모형 만들기 및 학습지 작성을 통한 적용 3차시 터치블 머신을 이용한 분자 구조 예측 4차시 인공지능/빅데이터를 활용한 과학기술 분야 조사 및 발표 주요내용 (키워드 위주) 2. 교사용 지도안 단원 학습 목표 3. 분자의 세계 차시 1/4 Ÿ 전자쌍 반발 이론으로 전자쌍의 배치를 설명할 수 있다. Ÿ 전자쌍 반발 이론에 따라 분자 구조와 결합각을 설명할 수 있다. 수업단계 학습활동 및 내용 ¤ 문제 상황 제시 도입 (10분) § 물질을 구성하는 분자는 어떤 구조를 가지고 있을지 생각해 보게 한다. § 고무풍선 2개, 3개, 4개를 각각 같은 크기로 불어 매듭을 짓고, 매듭을 실로 묶을 때의 모양을 예측하게 한다. ¤ 학습 목표 확인 ¤ 개념 설명 - 전자쌍 반발 이론 § 전자쌍 반발 이론 공유 결합으로 형성된 분자에서 중심 원자를 둘러싸고 있는 전자쌍들의 반발 때문에, 반발력 최소화를 위해 가능한 한 멀리 떨어지려는 방향으로 배치된다. § 전자쌍 반발 이론에 따른 전자쌍의 배치 - 고무풍선 2개, 3개, 4개를 각각 같은 크기로 불어 매듭을 짓고, 매듭을 실로 묶어 각각의 모양을 관찰하게 한다. - 고무풍선을 전자쌍에 비유하여 전자쌍 반발 이론에 따른 전자쌍의 배치 모 형과 분자의 구조를 설명한다. 구분 전개 전자쌍의 (30분) 배치 모형 § 공유 전자쌍이 공유 전자쌍이 공유 전자쌍이 2개인 경우 3개인 경우 4깨인 경우 선형 평면삼각형 사면체 전자쌍 사이의 반발력 크기 비교 비공유 전자쌍 - 비공유 전자쌍  비공유 전자쌍 - 공유 전자쌍 - 5 -  공유 전자쌍 - 공유 전자쌍 단원 학습 목표 3. 분자의 세계 차시 2/4 § 전자쌍 반발 이론에 따라 분자 구조와 결합각을 설명할 수 있다. § 전자쌍 반발 이론에 따라 분자 구조를 모형으로 나타낼 수 있다. 수업단계 학습활동 및 내용 ¤ 문제 상황 제시 § 공기 중에 존재하는 분자들의 구조가 눈에 보이는지 확인해보기 § 눈에 보이는 크기로 확대한 분자 모형을 통해 확인해보기 ¤ 분자 모형 만들기 키트 소개하기 § 분자 모형 만들기 키트를 소개하고 키트를 통해 3가지 분자(CO2, HCN, BF3) 모형을 만드는 것을 보여주기. 유의사항 도입 (10분) ※ 학생들이 구조식을 그리는 것부터 할 수 있도록 지도할 것. ※ 구조식에서는 평면 구조로만 표현되지만 실제로는 입체로 존재하는 경우도 있 다는 것을 확인시켜줄 것. 자료 학생 활동지 Tip “전자쌍 뭉치”라는 표현을 사용. 전자쌍 뭉치 = 비공유 전자쌍(1쌍 = 1뭉치) 다중 결합(2중 결합 = 1뭉치, 3중 결합 = 1뭉치) 단일 결합( = 1뭉치) ¤ 조별 활동 § (4인 1조) 조별로 분자 모형 키트와 노트북 제공 ¤ 분자 모형 키트를 활용하여 활동지에서 제시한 분자 만들기 § 상의를 통해 7개의 분자(CH4, BeH2, C2H2, FNO, COF2, H2O, NH3)에 대한 활 동지의 빈칸을 채우고 분자 모형 키트를 사용해 분자 구조 제작 전개 § (35분) 분자를 만들고 나면 사진을 찍어 사진은 보관하고 분자는 다시 분해한다. 자료 학생 활동지 유의사항 분자 제작 후 사진을 찍어 공유 문서에 업로드하여 조별 비교 ¤ 조별 결과물 비교 및 정답 공유하기 § 공유 문서에 업로드한 결과물 비교 및 수정할 부분 토의 § 분자 모형의 정답을 공유하고 오답의 이유 조별로 상의 ¤ 조별로 독자적인 모양의 분자 개발하기. § 분자 모형 키트를 사용하여 조별로 독자적인 모양의 분자를 만들고, 분자의 사 정리 진과 함께 이름, 특징을 상상하여 구글 공유 문서에 작성하기 (5분) 자료 구글 공유 문서 ¤ 차시 예고 § 관련 분야와 직업군 소개 및 자료 조사 - 7 - 단원 학습 목표 3. 분자의 세계 차시 3/4 § 분자의 입체 구조와 평면 구조를 표현할 수 있다. § 티쳐블 머신을 활용하여 분자 구조를 4개 이상 표현할 수 있다. 수업단계 학습활동 및 내용 ¤ 문제 상황 제시 § 주변에서 발견할 수 있는 ‘머신러닝’기술 생각해보기 § 안면인식, 식물 검색의 원리 생각해보기 도입 자료 구글렌즈 ‘https://lens.goggle’ 사진으로 식물 검색 기능 (10분) ¤ 머신러닝을 활용한 분자 구조 예측 소개하기 § 머신러닝 모델 제작 플랫폼인 티처블 머신 소개 § 티처블 머신을 이용한 분자 구조 예측 방법 안내 ¤ 탐구 활동 (모둠학습) § (4인 1조) 조별 노트북 제공 § 각 조별 조장 선발하기 ¤ 티처블 머신을 활용한 분자구조 설정하기 § 구글 < ‘티처블머신’ 검색 < 포즈 프로젝트 § ‘굽은형’, ‘직선형’, ‘정사면체’, 평면삼각형‘, ’삼각뿔‘ 구조를 조원들과 상의하 여 티처블 머신에 등록하기(클래스 5개&학습시키기) § 전개 (30분) 제대로 재현되는지 확인하는 과정 필요함 ¤ 교사가 제시하는 분자 10개의 구조 티처블 머신으로 표현 §  , , ,  , ,  , , ,  ,  분자 구 조를 구조식으로 표현하기 자료 § 학생 활동지 해당 구조식을 티처블 머신으로 표현하여 구조 맞추기(조별로 노트북을 화면에 연결하여 발표하기) § 티처블 머신이 정확하게 도출해낸 구조의 개수 조별 기록하기 ¤ 미션수행 결과 협의 § 1등조와 다른조와의 차이점을 학생들이 자유롭게 발표 ¤ ‘머신러닝 기술’ 토의하기 § 티처블 머신을 분자구조 예측과 같이 활용할 수 있는 구체적 분야를 조별로 2 개 이상 토의하여 학습지 기록(추후 교과세특에 활용할 수 있다고 안내하여 동 정리 (10분) 기유발하기) § 티처블 머신의 한계점 및 보완책 협의, 발표 ¤ 차시예고 § 2차원으로 접근하는 분자구조를 3차원으로 표현하는 방법으로 무엇이 있을지 고민해보는 시간 제시 - 8 - 단원 학습 목표 3. 분자의 세계 차시 4/4 Ÿ 인공지능이 분자 구조 예측에 활용되는 사례를 설명할 수 있다. Ÿ 인공지능이 과학 기술 분야에 활용되는 사례와 관련된 직업을 조사하고 발표할 수 있다. 수업단계 학습활동 및 내용 ◎ 전시 학습 확인 § 여러 가지 분자의 구조식, 결합각, 입체구조 비교 § 티처블 머신을 이용한 분자 구조 표현 원리 설명 도입 ¤ 인공지능/빅데이터 소개하기 § 인공지능/빅데이터란 무엇인지 생각해보기 § 머신러닝과 인공지능의 관계 생각해보기 ¤ 4차 산업혁명과 미래직업 소개 § 인공지능/빅데이터와 관련된 과학기술 분야의 기사 읽기 § 빅데이터/인공지능과 관련된 직업 과학기술 분야의 직업 생각해보기 자료 학생활동지 및 수업 자료에 관련 기사 첨부(ex. 신약개발, 화학공학 등) ¤ 빅데이터를 이용한 화학 분자구조 예측 과 관련한 의약품 개발 연구 현황 소개 전개 § KAIDD (과학기술정보통신부) § AIDRUG (한국과학기술정보연구원) 자료 kaidd.re.kr에서 제공하는 ‘인공지능 신약개발플랫폼’ 활용 튜토리얼 영상 자료 aidrug.re.kr에서 제공하는 ‘빅데이터/인공지능 기반 신약개발 클라우드 플랫폼 구축 및 서비스’ 활용 튜토리얼 영상 ¤ 화학 분야에서 빅데이터/인공지능과 관련된 직업 조사 및 발표 § 조별로 노트북 1대 제공 § 조별로 관련된 직업과 관련한 기사, 연구 동향, 전망 등을 조사하여 드라이브 (구글 클래스룸, 패들릿 등)에 업로드 § 조장, 기록자를 제외한 사람이 발표 유의사항 자료를 공유 드라이브에 업로드하여 교사를 비롯하여 학생들이 모두 열 람할 수 있도록 함. 조별 업로드 ¤ 소감문 작성 § 정리 과학과 관련된 기술 및 정보 분야와 직업에 대해 배우며 새롭게 알게 된 점, 자신의 관점과 태도의 변화, 수업 중 어려웠던 점과 해결 과정 등을 작성 유의사항 개별 업로드 - 9 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 멸치도 물고기다! 인천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 (신규/수정보 완) 멸치도 물고기다 주요 과목 과학 주요 단원 관련 과목 물리 관련 단원 STEM+I S, T, A, 요소 M 주 개발자명 주요 적용 학년 구분 인천대 과학영재교육원 신규 개발차시 중학교 1학년 4 생물 (생명시스템의 구조, 생명 연속성과 다양성) 물리 (빛과 물질) 적용 지역 보조 개발자 1. 초등학교 5~6학년에 현미경 사용법을 학습하지만 중·고등학교 학생들을 대상으로 관련 수업을 진행해보면 한 번도 현미경을 실제로 조작해보지 못 한 학생들이 있거나 해봤다 하더라도 너무 오래되어 구체적인 방법을 잊은 학생들이 대부분이다. 따라서 이번 프로그램을 통하여 충분한 사용 기회와 시간을 부여하고 학생들로 하여금 스스로 현미경을 올바르게 조작하는 능 력을 기를 수 있도록 한다. 주요 수업 개요 2. 최근, 생물 교과 활동에서 생물을 해부하는 것이 법으로 금지됨에 따라 학생들이 생물들의 실제적인 모습을 관찰할 기회가 매우 적어진 것이 사실 이다. 따라서 마른 멸치를 활용하여 직접 해부를 해봄으로써 해부할 때의 주의점, 어류 기관의 실제적인 모습 등 평소 교과시간에 접해보기 어려운 내용을 체험해보는 것에 의의를 둔다. 3. 중학교 1학년 내용 중 생물의 다양성과 먹이사슬 관계에 대해 학습하는 차시가 있는데, 해당 교과 내용이 사실인지 직접 멸치의 위 속 내용물을 관찰하여 검정하는 시간을 갖는다. 이는 학습한 내용을 확실하게 인지하는 것에 도움이 될 것이라 예상된다. 1차시: [광학현미경의 구조와 기능, 조작법 학습] - 광학현미경의 구조와 기능 학습 - 광학현미경의 올바른 조작법 학습 - 완성 표본을 활용한 조작법 연습 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: [멸치 해부 및 어류의 기관 관찰] - 해부할 때의 주의점 학습 - 멸치 해부 및 각 기관 관찰 - 멸치의 기관과 어류의 기관 비교 3~4차시: [멸치 위장 속 먹이사슬 관계 파악] - 멸치 위장을 활용한 표본 제작 - 멸치 위장 광학현미경 관찰 - 관찰 결과를 통한 먹이 사슬 관계 파악 차시 수업 주제 수업 흐름 광학 현미경의 구조와 기능, 조작법을 광학 현미경의 구조와 기능, 1차시 학습한 후, 완성 표본을 활용하여 현미경 조작법 학습 관찰 해부할 때의 주의점을 학습한 후 2차시 멸치 해부 멸치 해부 및 각 기관을 관찰하며 어류의 기관과 비교 3~4차시 2. 본 시 학습 단계 형태 멸치 기관과 위장을 현미경으로 관찰한 후 및 먹이사슬 관계 파악 먹이사슬 관계 파악 교 수 1) 1차 시 활동 현미경을 이용한 멸치 기관 관찰 학 습 전 개 전 략 (전 개 과 정 ) 과 정 교수-학습 활동 내용 및 주안점 창의 · 인성 • 목차 소개 도입 상황 제시 • 동기유발 유추적 사고 - 국제 현미경 사진전에서 우수작으로 선정된 작품을 보 확산적 사고 여주며 무엇인지 질문하며 동기유발 ⇩ ⇩ • 오늘 할 활동 소개하기 - 현미경 구조와 기능, 조작법 학습하기 - 현미경 관찰 방법 익히기 개념 도입 수렴적 사고 몰입, 협동 ⇩ • 현미경 사용법 - 학습지를 이용한 현미경 구조, 기능, 사용법 익힌 후 전개 및 창의 적 설계 유튜브 영상을 통해 현미경 사용법을 익힌다 수렴적 사고 - 현미경 사용법 퀴즈를 통해 재밌게 복습한다 유추적 사고 • 현미경 관찰하기 확산적 사고 - 완성 표본 프레파라트를 활용하여 현미경을 직접 관찰 상상력, 몰입, 한다 협동, 배려 - 주변 다양한 물질들을 현미경으로 관찰하여 핸드폰으 로 사진을 찍고 예술 사진전을 한다 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 확산적 사고 - 활동내용 정리하기 - 다음 차시 예고하기(멸치 해부하기 예고) - 2 - 유추적 사고 지역STEAM교육활성화 교재 2) 2차 시 활동 학습 단계 형태 도입 상황 제시 전 개 과 정 교수-학습 활동 내용 및 주안점 창의 · 인성 유추적 사고 • 동기유발 - 우리가 자주 접하는 멸치에 대해 질문하며 동기유발 ⇩ 확산적 사고 흥미, 몰입 ⇩ • 멸치의 구조 개념 도입 흥미, 약속 - 멸치 구조에 대해 학습 - 멸치는 어류임을 알기 ⇩ 전개 및 창의 적 설계 수렴적 사고 • 멸치 해부하기 유추적 사고 - 해부할 때 주의 사항 익히기 확산적 사고 - 멸치 해부 직접 해보기 상상력, 몰입, 협동, 배려 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 - 활동 내용 정리하기 확산적 사고 - 다음 차시 예고하기 유추적 사고 (현미경으로 해부한 기관 관찰하기 예고) 3) 3~4차 시 활동 학습 단계 형태 도입 상황 제시 전 개 과 정 교수-학습 활동 내용 및 주안점 창의 · 인성 • 동기유발 유추적 사고 - 해부한 멸치 기관을 확대하면 어떨지 질문한다 확산적 사고 ⇩ ⇩ 개념 도입 • 오늘 할 활동 소개하기 - 현미경으로 멸치 기관 관찰하기 소개 흥미, 약속 ⇩ 전개 및 창의 적 설계 • 해부한 멸치 기관 및 위장 현미경 관찰하기 - 해부한 멸치 기관에 대해 현미경으로 확대 관찰하고 정리 유추적 사고 확산적 사고 이를 학습지에 그려본다 - 멸치 위장 속 물질을 현미경으로 관찰하고 먹이사슬 피라미드를 그려본다 ⇩ 수렴적 사고 상상력, 몰입, 협동, 배려 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 확산적 사고 - 활동내용 정리하기 유추적 사고 - 3 - 지역STEAM교육활성화 교재 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 블링블링, 원소가 보여! 인천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 인천대 과학영재교육원 프로그램명 (신규/수정보 완) 블링블링, 원소가 보여! 신규 주요 적용 학년 중학교 1학년 개발차시 주요 과목 과학 주요 단원 화학 (주기율표, 원자와 분자) 관련 과목 물리 관련 단원 물리 (빛과 물질) STEM+I S, T, A, 요소 M 4 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 과학의 가장 기본 요소인 원소와 주기율표에 대해 다양한 융합 체험을 통해 낯설고 어려운 원소기호를 쉽게 다가갈 수 있도록 설계하였다. 물질의 바탕이 되는 기본 성분인 원소가 무엇이며, 이 원소를 이루는 가장 작은 입자인 분자와 물질의 성질을 나타내는 가장 작은 입자인 분자에 대해 이해하도록 한다. 원소, 분자에 대해 모형과 기호로 주요 수업 개요 표현하고, 실생활에서 접할 수 있는 원소를 다양한 체험활동을 통해 익숙해지도록 한다. 2학년 과학 ‘물질의 구성’ 중 원소 부분을 기술, 예술 교과와 융합하여 학생들의 융합적 사고력과 창의력, 과학적 핵심역량을 키우도록 하고, 이를 실제 학교 현장에 보급하여 STEAM 프로그램을 확산하는 데 일조하고 학생들의 흥미와 융합적 사고 능력을 함양시키는데 그 목적을 둔다. 1차시: [원소 기호 및 주기율표 학습] - 책(원소가 뭐길래)과 주기율송(쇼미더 주기율)을 통해 1번(H)에서 20번 (Ca)까지 원소를 외우고 그 특징을 파악한다. - 우리반 주기율표 만들기 활동을 통해 자신이 맡은 원소에 대해 확실히 학습하고 발표를 통해 공유한다. 2차시: [원소(원자) 모형 만들기] - 계란과자와 초콜릿을 통해 원자 모형을 만들고 원자의 구조에 대해 학 차시별 습한다. 주요내용 - 2번 헬륨(He) 기체를 마시면 목소리가 변하고, 풍선에 넣었을 때 위로 (키워드 위주) 떠오른다는 것을 직접 체험하는 등 주변의 다양한 원소에 대해 재밌게 알 아본다. 3~4차시: [내가 꾸미는 네온사인 만들기] - 18족 10번 원소인 Ne이 실생활에 활용되는 사례에 대해 알아본다. 무 색 기체인 네온이 어떻게 네온 사인처럼 화려한 조명에 이용되는지 그 원 리를 학습한다. - 예술적 감수성을 활용하여 나만의 네온사인을 직접 만들어 보며 과학적 핵심 역량 및 융합적 사고력을 함양한다. 1. 4 차 시 수 업 계 획 차시 수업 주제 수업 흐름 책(원소가 뭐길래)과 주기율송(쇼미더 원소 기호 및 1차시 주기율)을 통해 원소의 정의, 특징 및 주기율표 학습 2차시 주기율표의 개념 학습 계란 과자와 초콜릿을 활용한 원소(원자) 모형 만들기 원소(원자)모형 만들기 및 주변 원소 체험하기 내가 꾸미는 3~4차시 2. 본 시 교 수 1) 1차 시 활동 학습 단계 형태 네온사인의 원리 및 예술 작품 제작 네온사인 만들기 학 습 전 개 전 략 (전 개 과 정 ) 과 정 교수-학습 활동 내용 및 주안점 창의 · 인성 • 목차 소개 도입 상황 제시 • 동기유발 유추적 사고 - 우리 주변을 둘러싸고 있는 원소가 무엇인지 질문하며 확산적 사고 동기유발 ⇩ ⇩ • 오늘 할 활동 소개하기 - 원소 기호와 주기율표에 대해 알아보기 흥미, 약속 - 주기율송을 들으며 주기율표에 대해 외우기 개념 도입 ⇩ • 우리반 주기율표 만들기 전개 및 창의 적 설계 - 책 ‘원소가 뭐길래’ 에 소개된 원소의 특징을 보고, 수렴적 사고 타이포그래피(그림이 포함된 글자)를 만들어 우리반 유추적 사고 주기율표를 제작 확산적 사고 • 원소티콘 만들기 상상력, 몰입, - 자신이 마음에 드는 원소를 선택하여 각 원소의 특징 협동, 배려 쓰임새 등이 반영된 이모티콘을 도안 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 확산적 사고 - 활동내용 정리하기 - 다음 차시 예고하기(원자모형 만들기 예고) - 2 - 유추적 사고 지역STEAM교육활성화 교재 2) 2차 시 활동 학습 단계 형태 도입 상황 제시 전 개 과 정 교수-학습 활동 내용 및 주안점 • 동기유발 - 눈에 보이지 않는 원소(원자)를 어떻게 표현할 수 있는 지 질문하며 동기유발 ⇩ 창의 · 인성 유추적 사고 확산적 사고 ⇩ • 원자의 구조 개념 도입 전개 및 창의 적 설계 - 원자 모형 학습 ⇩ • 원자 모형 만들기 수렴적 사고 - 계란 과자와 초콜렛을 활용한 원자 모형 만들기 유추적 사고 • 다양한 원소 체험 학습 확산적 사고 - 헬륨 가스를 활용한 재밌는 체험 상상력, 몰입, - 주변 다른 원소에 대해 토론하기 협동, 배려 ⇩ 정리 흥미, 약속 - 원자의 구조에 대해 학습 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 - 다음 차시 예고하기(내가 꾸미는 네온사인 만들기 예고) 3) 3~4차 시 활동 학습 단계 형태 도입 상황 제시 확산적 사고 - 활동내용 정리하기 전 개 유추적 사고 과 정 교수-학습 활동 내용 및 주안점 • 동기유발 - 예술 작품으로 소개되는 ‘네온아트’에 대해 질문하며 동 기유발 ⇩ 창의 · 인성 유추적 사고 확산적 사고 ⇩ 개념 도입 • 오늘 할 활동 소개하기 - 내가 꾸미는 네온사인 만들기 소개 흥미, 약속 ⇩ 전개 및 수렴적 사고 • 네온사인의 원리 학습 창의 적 설계 • 창의력을 발휘한 네온 사인 만들기 - 도안을 그리고 이에 맞는 네온사인을 직접 꾸미고 제 작하며 과학 융합 활동 유추적 사고 확산적 사고 상상력, 몰입, 협동, 배려 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 확산적 사고 - 활동내용 정리하기 유추적 사고 - 3 - 지역STEAM교육활성화 교재 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 생태계의 군집 아주대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 아주대학교 프로그램명 (신규/수정보 완) 생태계의 군집 주요 과목 생명과학Ⅰ 주요 단원 관련 과목 생물 관련 단원 S 적용 지역 STEM+I 요소 신규 주요 적용 학년 고2 개발차시 3 5. 생태계와 상호 작용 보조 주 개발자명 개발자 주요 수업 - 세균 접종 개요 - 세균 접종 1차시 – 개체군의 크기 차시별 주요내용 (키워드 위주) Ÿ 개체군 크기 모의 실험과 미생물 다양성 예비 실험 2차시 – 군집과 미생물 경쟁 Ÿ 군집의 이해와 미생물 경쟁 실험 3차시 – 군집과 미생물 경쟁 Ÿ 군집의 이해와 미생물 경쟁 실험 (생태계 군집) 교수·학습 지도안 주제 개체군 크기 측정 수업일시 대단원명 소단원명 2023 년 11월 1일 4교시 V. 생태계와 상호작용 2. 개체군과 군집 수내고 2학년 수업교사 수업방법 주제(단원) 명 수업형태 연계 과목 과학탐구실험, 생명과학, 통합과학 성취기준 수업대상 STEM요 소 이영만 1 수업차시 대면 3 (해당/전체) 강의, 실험 S √ T √ E M [12생과I 05-02] 개체군과 군집의 특성을 이해하고, 개체군과 군집 내의 상호작용을 설명할 수 있다. 학습목표 개체군의 의미를 파악하고 개체군 크기를 측정하는 방법을 이해한다 수업단계 도입 (5분) 교수⋅학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 학습 목표 제시 - 전체 3차시 활동에 대한 소개와 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한 다. ▶ 학습활동 1: 개체군의 의미에 대해 알아본다. 포획-재포획법을 이해한다. 비즈를 이용하여 포획-재포획법으로 개체군 크기를 직접 추정해 본다. 토양샘플 접종시 전개 (40분) 책상을 청결히 하고 잡담을 금지하여 오염 가능성을 줄인다. ▶학습활동 2: 2, 3차시 활동을 위한 세균 배양법을 익힌다. 토양샘플을 희석하여 미생물 배양 배지에 접종한다. 정리 및 평가 (5분) 개체군 크기 확인, 책상 정리 2, 3차시 소개 - 4 - (생태계 군집) 교수·학습 지도안 주제 생태계 군집 상호작용 수업일시 대단원명 소단원명 2023 년 11월 2일 1교시 V. 생태계와 상호작용 2. 개체군과 군집 주제(단원) 명 수내고 2학년 수업방법 대면 수업형태 연계 과목 과학탐구실험, 생명과학I, 통합과학 성취기준 수업대상 STEM요 소 수업교사 수업차시 이영만 2 3 (해당/전체) 강의, 실험 S √ T √ E M [12생과I 05-02] 개체군과 군집의 특성을 이해하고, 개체군과 군집 내의 상호작용을 설명할 수 있다. 학습목표 군집 내 종간 상호작용을 이해하고 토양 세균 간의 상호작용을 알아본다 수업단계 교수⋅학습 활동 수업자료 및 유의점 동기유발 도입 (5분) - 토양 미생물 간의 상호작용 동영상으로 흥미를 유발한다. ▶ 학습 목표 제시 - 2차시 활동에 대한 소개와 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 군집의 개념에 대해 알아본다. 군집 내 상호작용에 대해 학습한다. 우점종의 개념에 대해 학습한다. 전개 (40분) 세균 접종시 오염되지 않도록 주의한다 ▶학습활동 2: 우점종을 결정하기 위한 모의 실험을 한다. 세균 간 경쟁을 확인하기 위해 세균을 접종한다. 정리 및 평가 (5분) 우점종 확인, 실험도구 정리 - 19 - (생태계 군집) 교수·학습 지도안 주제 미생물 다양성 수업일시 대단원명 소단원명 2023 년 11월 4 일 2 교시 수업대상 V. 생태계와 상호작용 6. 생물다양성 수업방법 주제(단원) 명 수업형태 이영만 3 수업차시 대면 3 (해당/전체) 강의, 실험 STEM요 소 연계 과목 생명과학실험, 생명과학, 통합과학 성취기준 수내고 2학년 수업교사 S √ T √ E M [12생실06-02] 생물을 동정하고 분류할 수 있다. 학습목표 염기서열을 이용한 종동정법을 익히고 토양 세균의 다양성에 대해 이해한다 수업단계 교수⋅학습 활동 수업자료 및 유의점 동기유발 도입 (5분) - 토양 미생물의 기능에 대한 영상과 이야기로 흥미를 유발한다. ▶ 학습 목표 제시 - 3차시 활동에 대한 소개와 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 생물 분류에 대해 알아본다. 토양 미생물 다양성을 확인하는 방법에 관해 이해한다. SNS를 이용해서 학생들에게 염기서열 전개 (40분) 제공, 개인별 스마트폰이나 디지털 기기 이용 ▶학습활동 2: 세균 연구 동향과 적용에 대해 알아본다. 블라스트와 DNA 염기서열을 이용하여 종을 동정하는 법을 익히고 실제 토 양샘플로부터 자란 세균 종을 동정한다. 정리 및 평가 (5분) 전체 차시 정리 - 35 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 유전병의 종류와 특징 아주대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 아주대학교 프로그램명 (신규/수정보 완) 신규 유전병의 종류와 특징 주요 적용 학년 고2 개발차시 3 주요 과목 생명과학Ⅰ 주요 단원 4. 유전 관련 과목 생물 관련 단원 유전병의 종류와 특징 S 적용 지역 STEM+I 요소 보조 주 개발자명 주요 수업 개요 개발자 - 돌연변이 종류의 이해 - 혁형 분석 및 유전병 탐색 - 유전병 유전자와 원인 탐색 1차시 – 초파리 관찰 차시별 주요내용 (키워드 위주) Ÿ 유전학 모델 생물로서 초파리 이해와 관찰 2차시 – 핵형 모의 분석, 유전병 검색 핵형의 이해와 유전병 탐색 Ÿ 3차시 – 유전병 분석 Ÿ 유전병 유전자와 원인 탐색 (유전병의 종류와 특징) 교수·학습 지도안 주제 유전병 연구 모델 생물로서 초파리 이해와 관찰 수업일시 2023 년 10월 25일 4교시 수업대상 수내고 2학년 대면 대단원명 소단원명 IV 유전, 4. 유전병의 종류와 특징 수업방법 주제(단원) 명 유전병의 원인 수업형태 연계 과목 생명과학 1, 생명과학 2, 생명과학실험 성취기준 학습목표 STEM요 소 수업교사 이영만 수업차시 1 3 (해당/전체) 강의, 실험 S √ T √ E M [12생실05-07] 초파리의 야생형과 구별되는 다양한 돌연변이 형질을 찾아내고 차이점을 설명할 수 있다. 모델생물을 이해하고, 유전학 모델 생물로서 초파리 특성을 파악하고 야생형과 돌연변이 초파리를 직접 관찰한다 수업단계 교수⋅학습 활동 수업자료 및 유의점 동기유발 - 도입 (5분) 초파리에 관한 퀴즈로 흥미를 유발한다. ▶ 학습 목표 제시 - 전체 3차시 활동에 대한 소개와 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한 다. ▶ 학습활동 1: 모델생물의 정의에 대해 알아본다. 유전학에서 초파리가 기여한 특징을 학습한다. 스마트폰 부착 현미경 사용법을 익힌다. PPT로 진행, 참고 동영상 상영, 초파리 전개 (40분) 관찰, 드라이아이스 사용시 손이 다치지 ▶학습활동 2: 야생형과 돌연변이 초파리 특징들을 알아본다. 초파리 마취방법에 대해 알아본다. 실제 야생형과 돌연변이 초파리를 관찰한다. 생각해볼 문제를 같이 풀이한다. 정리 및 평가 (5분) 정리 및 내용 요약, 다음 차시 소개 - 4 - 않도록 주의 (유전병의 종류와 특징) 교수·학습 지도안 주제 수업일시 핵형 모의 분석 2023 년 10월 26일 1교시 수업대상 수내고 2학년 대단원명 IV 유전, 소단원명 1. DNA와 염색체 수업방법 대면 주제(단원) 명 수업형태 사람의 염색체와 핵형분석 STEM요 소 연계 과목 생명과학 1, 생명과학 2, 통합과학 성취기준 수업교사 이영만 수업차시 2 3 (해당/전체) 강의, 실습 S √ T √ E M [12생실05-02] 사람 염색체 사진 자료를 통해 핵형을 분석하고 결과를 바르게 해석할 수 있다. 학습목표 염색체 구조와 핵형 의미를 파악하고, 염색체 그림을 통해 핵형 분석을 익힌다 수업단계 교수⋅학습 활동 수업자료 및 유의점 동기유발 도입 (5분) - 사람 DNA 길이와 염색체 구조를 소개한다. ▶ 학습 목표 제시 ▶ 학습활동 1: 핵형의 의미에 대해 알아본다. 염색체의 구조와 염색체 구조에 따른 염색체의 종류를 알아본다. 염색체를 하나씩 전개 (40분) 잘랐을 경우 크기가 작으므로 분실되지 않도록 주의시킨다. ▶학습활동 2: 생각해볼 문제를 같이 풀이한다. 염색체 그림으로 핵형을 직접 조사해본다. 정리 및 평가 (5분) 모의 실습 결과 및 정답 확인, 책상 정리 - 22 - (유전병의 종류와 특징) 교수·학습 지도안 주제 수업일시 유전병 자세히 알기 2023 년 10월 28일 2교시 수업대상 수내고 2학년 대면 대단원명 소단원명 IV 유전, 4. 유전병의 종류와 특징 수업방법 주제(단원) 명 유전병의 원인 수업형태 연계 과목 생명과학 1, 생명과학 2, 통합과학 성취기준 수업교사 이영만 수업차시 3 3 (해당/전체) 강의, 실습 STEM요 소 S √ T √ E M [12생과 I 04-04] 염색체 이상과 유전자 이상에 의해 일어나는 유전병의 종류와 특징을 알고, 사례를 조사하여 발표할 수 있다. 학습목표 유전병의 구체적인 원인인 염기 서열 변화를 직접 인터넷 프로그램을 통해 찾아본다. 수업단계 도입 (5분) 교수⋅학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 학습 목표 제시 - 3차시 활동에 대한 소개와 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 유전자의 의미에 대해해 알아본다. 염기서열 변화로 일어나는 돌연변이의 종류에 대해 학습한다. 생각해볼 문제를 같이 풀이한다. 개인별 스마트폰 혹은 전개 (40분) 디지털 기기 사용, 유전병 동영상 상영 ▶학습활동 2: 낭포성 섬유증을 일으키는 유전자에 대해 검색해본다. 겸형 적혈구 빈혈증을 일으키는 유전자에 대해 검색해본다. 두 질병의 구체적인 원인을 DNA 서열 수준에서 인터넷 사이트를 통해 자세 히 알아본다, 정리 및 평가 (5분) 각 유전병의 돌연변이 종류를 제대로 파악했는지 확인 - 40 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 탈 탐사 프로젝트, 어떻게 진행해야 할까? 서울교육대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 서울교육대학교 프로그램명 과학적 사고력 – 달에 가는 길 주요 과목 과학 주요 단원 관련 과목 국어, 정보 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 주 개발자명 수정보완 (신규/수정보 완) 주요 적용 학년 고1 개발차시 5차시 (공통과학) Ⅱ.생활 속의 과학 탐구 (과학 3) 7. 과학과 나의 미래 주장하는 글쓰기 데이터 사이언스(포괄적임) 적용 지역 서울, 세종, 전북(남원) 전영석 보조 심재권 (서울교대) 개발자 (고려대) 5차시 분량의 4개의 모듈로 구성 주요 수업 개요 1. 백신의무화 논쟁 2. 수소차와 전기차 개발 3. 태양광 발전의 전망 4. 국가 주도의 우주 개발 방향 1차시: 문제 인식 – 뉴스 기사나 영화, 서적 등을 통해 논점을 분명히 하 고 학생들끼리 서로의 기존 생각을 나누도록 구성 2차시: 핵심 개념 학습 – hands-on activity 등 구체적인 활동을 통해 관련 개념을 익힘. 단지 지식의 전달이 아닌 주장-증거-추론(CER) 에 바탕을 둔 활동 차시별 주요내용 (키워드 위주) 3차시: 주제에 관해 다양한 관점으로 접근한 글을 분석. 글은 논문이나 서적 등을 재구성(학생들이 읽기 쉽도록) 할 것. 분석은 툴민의 논 증 분석틀을 활용 4차시: 데이터로서의 접근 – 3차시가 글을 통해 주제에 접근하는 것이라 면 4차시는 데이터의 수집, 분석, 처리 등의 과정을 통해 주제를 좀 더 명확히 이해하도록 하는 것임 5차시: 종합 정리 – 먼저 자신의 생각을 분명히 하고, 다른 학생들과 서 로의 생각을 나눈 다음, 최종 자신의 생각을 정리하여 글로 표현하 도록 하는 활동 [1차시] 문제 인식 우리가 달에 가는 이유 l 차시 개요 영상을 시청하고, 영상 자료를 정리 및 요약하는 과정에서 달 탐사의 필요성에 대해 알아보고, 해결 되 어야 할 과제 및 문제를 인식한다. 스스로 알고 있는 개념과 잘 모르는 개념을 글로 정리하고, 자신의 생 각을 친구들과 나누는 시간을 갖는다. l 활동 목표 뉴스 기사나 영상 등 자료를 통해 달 탐사에 대하여 쟁점이 되는 문제의 본질을 파악한다. 향후 최종 판다을 위해 문제와 관련하여 자신이 잘 알고 있는 개념과 모르는 개념을 명확히 한다. l 배경 지식 1) 50년 전까진 ‘국력 과시’... 이제는 ‘헬륨3’등 광물자원 개발이 주목적 (경향신문, 2022.11.16.) 과거와 현재의 달 탐사는 목표가 다르다. 국위 선양보다는 달에 묻힌 광물자원을 개발하는 데 목적이 있 다. 달에는 마그네슘과 실리콘, 티타늄 등이 풍부하게 매장돼 있다. 특히 주목되는 건 ‘헬륨3’다. 헬륨3는 핵융합 발전의 원료다. 달에 100만t이 묻혀 있을 것으로 추정된다. 헬륨3 1g은 석탄 40t과 비슷한 에너지 를 뿜는다. 지구로 운송한다면 지구 전체에 1만년간 에너지를 공급할 수 있다는 계산이 가능하다. https://www.khan.co.kr/science/aerospace/article/202211162114005 2) [SR포커스] 美, 핵융합 '점화' 첫 성공…최민호 세종시장, 1년 전 '핵융합' 특강 주목 (SR타임즈, 2022.12.19.) 핵융합 발전의 어려운 과제 중 하나는 원료를 획득하는 것이다. 중수소와 3중수소 중 3중수소가 지구상 에 얼마 존재하지 않고 리튬으로 생산하는 방식은 고가의 비용이 들어가는 기술이다. 따라서 제 3의 방안 으로 우주에서 자원을 획득하는 방법이 거론되고 있으며 달에는 3중수소보다 훨씬 핵융합이 쉬운 헬륨-3 가 수 없이 존재하고 있다. http://www.srtimes.kr/news/articleView.html?idxno=126010 3) 인류의 오랜 꿈... 핵융합이 달아오른다 (주간조선, 2022.12.31.) 핵융합은 온실가스 배출에 의한 기후위기 극복에 가장 적절한 에너지원이다. 수소의 원자핵을 헬륨의 원 자핵으로 융합시키는 과정에서는 온실가스가 전혀 배출되지 않기 때문이다. http://weekly.chosun.com/news/articleView.html?idxno=23757 l 유의 사항 본 차시의 목표는 문제 인식으로 자신이 무엇을 알고 무엇을 모르고 있는지 확인만 하는 단계로 개념 확인과 논거에 대한 논의는 이후 차시에서 순차적으로 진행된다. 따라서 학생 활동지에는 상황에 따라 배 경지식의 자료 중 추가로 다양하게 제시할 수 있다. STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 131 - [2차시] 핵심 개념 학습 지구에서 달까지 가는 방법은 무엇일까? l 차시 개요 지구에서 직선 거리로 38만 km 떨어진 달에 가는 다양한 방법에 대하여 과학적 개념을 학습한다. 또한 달에 대한 개념학습 후 문제풀이를 통해 달 탐사의 필요성에 대하여 탐구한다. l 활동 목표 달 탐사선을 달의 궤도에 보내기 위해 탐사선이 달에 가는 방법에 대하여 이해한다. l 배경 지식 1. 지구에서 달까지! 달 궤도선 다누리가 가는 길 지구에서 달까지 가는 경로는 지구에서 달로 직진하거나 지구를 몇 바퀴 돌아서 갈 수 있다. 하지만 다 누리호는 왜 이러한 경로를 두고 멀리 돌아가는 것일까? 다누리호는 태양과 중력이 균형을 이루는 라그랑 주점 근처까지 연료를 거의 사용하지 않고 이끌려 간다. https://youtu.be/alfZC3nJOGI 2. 라그랑주 점(Lagrangian point) 케플러 운동을 하는 두 천체가 있을 때, 그 주위에서 중력이 0이 되는 5개의 점으로 라그랑주 특수해라 고도 부른다. 두 천체를 잇는 직선상에 3개, 두 천체와 정삼각형을 이루는 2개의 점이 있다. 그 중에서도 삼각형을 이루는 2점에 제3천체가 있을 경우 매우 안정하여 라그랑주 점이라고 부른다. https://namu.wiki/w/%EB%9D%BC%EA%B7%B8%EB%9E%91%EC%A3%BC%EC%A0%90 3. 지구에서 달까지 가는 방법 지구에서 달까지의 거리는 평균 약 38만 km 이다. 다양한 국가에서 달 탐사선을 보내왔는데 달 탐사선 들이 지구에서 달까지 어떤 방법을 통해 갔을까? 달에 가기 위해 사용된 궤적은 다음의 네 가지 궤적과 같다.(직접 전이 궤적, 위성 전이 궤적, 약 안정 경계 궤적, 나선 전이 궤적) https://youtu.be/MAD43UpryWs 3. 달에 매장된 고효율 미래 에너지는?(2021.10.21.) 달에 매장된 헬륨-3는 인공 태양으로 불리는 핵융합에 이용하면 전 세계가 1년동안 사용할 수 있는 에 너지를 찰나에 만들 수 있다. 이 헬륨-3는 태양풍을 타고 우주 공간을 떠도는데 지구엔 대기와의 마찰로 타버리지만, 달에는 대기가 없어 수 m 가 쌓여 있다. https://www.youtube.com/watch?v=osJ10O7_gPw 4. 루나 글로브 만들기 동영상 https://www.youtube.com/watch?v=0ZvyHXlYjac 5. 루나 글로브 구입처 https://print-sphere.jp/SHOP/MN00001.html l 유의 사항 STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 134 - [3차시] Data Science 달은 지구를 어떻게 공전할까? l 차시 개요 지구와 달의 정보를 토대로 태양 중심의 지구와 달 공전을 시뮬레이션하여 개념적으로 이해하는 달의 공전궤도를 수치 데이터를 사용하여 구체적으로 탐구한다. 태양을 중심으로 태양과 달의 거리를 스프레드 시트를 사용하여 일 단위로 계산하고, 계산된 값을 사용하여 그래프로 시각화하여 달이 지구를 공전하는 모습을 직관적으로 파악하는 활동이다. 이를 통해, 기존에 학생이 관념적으로 이해하던 달의 공전 궤도를 데이터를 통해 시각화한 결과를 통해 구체적으로 이해한다. l 활동 목표 태양을 중심으로 지구의 공전에 따른 달의 위치를 계산하는 방법을 이해하고, 지구를 공전하는 달의 이 동을 시각화한다. l 배경 지식 1. 스프레드시트의 기초적인 사용법(함수, 분산형그래프) 스프레드시트의 함수(SIN,COS,PI 등)와 계산된 값을 시각화하기 위한 그래프 기능을 사용하는 방법에 대한 소개영상이다. - https://youtu.be/fTALJb1Nsq0 - https://youtu.be/mPQA2S1wpCM 2. 태양, 지구, 달의 기초적인 데이터(공전주기, 거리, 크기 등) 이해 스프레드시트에서 태양과 지구의 거리(약 1억 5000만km), 지구와 달의 거리(38만km) 등의 데이터를 수 치값으로 입력하기 위해서 탐구하는 영상이다. - https://youtu.be/Io2SI1EcHP4 - https://youtu.be/vRIYaiL2-WU l 유의 사항 1. 스프레드시트에서 데이터를 처리하는 기본적인 개념, 차트를 제작하는 방법, 함수를 사용하는 방법을 소개하도록 한다. 2. 스프레드시트의 사용법 보다는 달의 공전모습을 시각화하는 것에 초점을 두고 수업을 진행한다. 3. 구글 스프레드시트는 2종류(지구와 달)을 비교하여 시각화 할 수 없어, 마이크로소프트사의 스프레드시 트를 권장한다. ※ 본 차시의 스프레드시트 샘플 링크 : https://url.kr/fxkml5 - 144 - [4차시] 논증을 위한 자료 분석 국가 주도의 달 탐사 프로젝트와 관련된 주장을 알아보자 l 차시 개요 국가는 달 탐사 프로젝트를 어떻게 주도해야 하는지에 대해 주장하는 글을 꼼꼼히 읽고 분석하여 근거 와 증거를 찾는다. l 활동 목표 달 탐사를 해왔던 역사적 사례를 통하여 과학적 주장에 대한 타당성을 판단하는 능력을 함양한다. l 배경 지식 1. [2050년의 경고]“달 착륙은커녕…한국형 우주발사체 만들어놓고 놀릴 판” (중앙일보, 19.3.19.) 한국 우주 과학의 가장 큰 장애물은 정치권과 관료 문제, 우주 기술을 알만하면 교체되는 담당자 등 다 양한 문제점이 있다. 이에 국회미래연구원은 지속적인 우주 정책을 위해서는 미국 NASA와 같은 우주청 신설을 통한 과학 기술관료(정책)의 전문성 강화와 국제 프로젝트에 참가, 민간 산업 육성 등이 필요하다 고 제시했다. https://www.joongang.co.kr/article/23415175#home 2. 오락가락 한국 달탐사 사업 "누구도 일정관리 안했다" 관계자 증언 (동아사이언스, 20.9.27.) 한국 달 탐사 사업이 일정 관리자가 없을 정도로 사업관리가 제대로 이뤄지지 않았다는 사업 책임자의 증언이 나왔다. 이로 인하여 정권 교체를 거치며 일정이 앞당겨졌다가 늦춰지는 등 수년째 사업관리에 허 점이 지적되어왔다. https://www.dongascience.com/news.php?idx=40147 3. 한국우주항공연구소, '달 궤도 사업' 수차례 지연... 355억 예산낭비 (뉴스프리존, 20.10.20.) 항공우주연구원 국정감사에서 양의원은 “달 탐사 지연의 주된 요인은 주요 설계 사항에 대한 항공우주 연구원의 연구자간 이견으로 발생한 갈등과 달 탐사 사업단의 역량 부족 등인 것으로 드러났다.”고 밝혔 다. 또한 항공우주연구원의 달 탐사 계획 지연으로 인하여 355억원의 예산과 시간이 낭비되었다. http://www.newsfreezone.co.kr/news/articleView.html?idxno=267879 l 유의 사항 - 학생들의 이해를 돕기 위해 논거와 증거의 실제 예를 하나 정도 <보기>로 미리 제시해줄 수 있다. - 154 - [5차시] 토의와 글쓰기 달 탐사 국가가 어떻게 주도해야 하는가에 대한 내 생각은 무엇일까? l 차시 개요 1~4차시까지의 활동을 통해 알아본 달 탐사에 대한 내용을 바탕으로 국가가 어떻게 주도해야하는가에 대 하여 토의하는 시간이다. 나의 생각을 확정하고 주장하기에 앞서 모둠원들과 토의를 통해 생각을 변경하거 나 확고히 한 뒤, 툴민의 논증 모형에 따라 주장을 논술해 본다. l 활동 목표 달 탐사 국가가 어떻게 주도해야하는가에 대한 나의 생각을 정하고 툴민의 논증 모형에 따라 이유, 설명, 예상 가능한 반대 의견과 반박 등을 갖추어 주장할 수 있다. l 배경 지식 1. 주장은 논증과 같지 않다. 주장에 대한 반대 의견이나 반박 가능한 증거가 제시되어야만 논증이 된다. 즉, 논증에서는 서로 다른 주장과 증거들의 제시와 반박 등을 통해서 서로의 생각을 설득하는 과정이 중요하다. 2. 영국의 철학자이자 작가, 교육자인 스티븐 에델스턴 툴민(Stephen Edelston Toulmin, 1922년 3월 25 일 ~ 2009년 12월 4일)은 실질적으로 적용 가능한 실용 논증 모형을 개발하였다. 툴민의 모형은 다음 과 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 - 논거: 제시된 근거가 주장을 정당화시킬 수 있는 이유. 공통의 배경지식이나 전제가 포함됨 - 지지: 추가 자료 등 논거를 뒷받침하는 상세 증거 - 반론: 주장을 반박하거나 한계를 제시하는 진술 l 유의 사항 1. 모둠 구성 시 서로 반대되는 의견을 가진 학생들이 섞일 수 있도록 한다. 2. 짧은 시간 내에 서로의 생각과 근거를 들을 수 있도록 토의 진행자를 정해서 효과적인 토의가 이루어 지도록 한다. - 159 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 태양광 발전, 화석 에너지의 대안이 될 수 있을까? 서울교육대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 서울교육대학교 프로그램명 과학적 사고력 – 태양광 발전 주요 과목 과학 주요 단원 관련 과목 국어, 정보 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 주 개발자명 수정보완 (신규/수정보 완) 주요 적용 학년 고1 개발차시 5차시 (공통과학) Ⅱ.생활 속의 과학 탐구 (과학 3) 7. 과학과 나의 미래 주장하는 글쓰기 데이터 사이언스(포괄적임) 적용 지역 보조 개발자 5차시 분량의 4개의 모듈로 구성 주요 수업 개요 1. 백신의무화 논쟁 2. 수소차와 전기차 개발 3. 태양광 발전의 전망 4. 국가 주도의 우주 개발 방향 1차시: 문제 인식 – 뉴스 기사나 영화, 서적 등을 통해 논점을 분명히 하 고 학생들끼리 서로의 기존 생각을 나누도록 구성 2차시: 핵심 개념 학습 – hands-on activity 등 구체적인 활동을 통해 관련 개념을 익힘. 단지 지식의 전달이 아닌 주장-증거-추론(CER) 에 바탕을 둔 활동 차시별 주요내용 (키워드 위주) 3차시: 주제에 관해 다양한 관점으로 접근한 글을 분석. 글은 논문이나 서적 등을 재구성(학생들이 읽기 쉽도록) 할 것. 분석은 툴민의 논 증 분석틀을 활용 4차시: 데이터로서의 접근 – 3차시가 글을 통해 주제에 접근하는 것이라 면 4차시는 데이터의 수집, 분석, 처리 등의 과정을 통해 주제를 좀 더 명확히 이해하도록 하는 것임 5차시: 종합 정리 – 먼저 자신의 생각을 분명히 하고, 다른 학생들과 서 로의 생각을 나눈 다음, 최종 자신의 생각을 정리하여 글로 표현하 도록 하는 활동 [1차시] 문제 인식 우리나라의 신재생 에너지 현황은? l 차시 개요 뉴스 영상을 시청하고 요약하는 과정에서 우리나라의 에너지원별 발전 비율과 다른 나라의 신재생 에너 지 비중 및 변화를 통해 우리나라 전력 공급 방식의 문제를 인식한다. 스스로 알고 있는 개념과 잘 모르는 개념을 글로 정리하고 자신의 생각을 친구들과 나누는 시간을 갖는다. l 활동 목표 뉴스 기사나 영상 등을 통해 우리나라의 신재생 에너지 상황을 인식하고 쟁점이 되는 문제의 본질을 파 악한다. 향후 최종 판단을 위해 문제와 관련하여 자신이 잘 알고 있는 개념과 모르는 것을 명확히 한다. l 배경 지식 1) 석탄화력발전 비율 및 변화 우리나라에서는 현재 12개 부지에 총 60기(35,350.7MW)의 석탄화력발전기가 가동 중이다. 총발전량에 서 석탄화력발전이 차지하는 비율은 2020년 현재 44.0%로 발전 에너지원 중 비중이 가장 높다. 우리나라 의 석탄화력발전 비중은 국제적으로 높은 편이다. 주요 석탄 수출국인 호주와 제조업 강국인 독일을 제외 하면 우리나라의 석탄화력발전 비중은 다른 선진국들에 비해 매우 높다. https://www.index.go.kr/unify/idx-info.do?idxCd=4292 2) 석탄화력발전 무엇이 문제인가? (2021.07.07.) https://www.newssc.co.kr/news/articleView.html?idxno=48429 3) 석탄화력발전 문제, 더 이상 미룰 수 없다. 외 (열린충남 76호. 2016.09.01.) https://www.cni.re.kr/main/search/down.do?gcd=AC0000040939&seq=1 4) 신재생 에너지 발전 비율 및 변화 (1차 에너지 대비 재생에너지 비율) 총발전량 대비 신·재생에너지 발전량의 비중은 2001년 0.04%에 불과하였으나 2003년 1.56%로 증가하 였다. 이는 신·재생에너지 발전량이 실질적으로 늘어났다기보다 2003년부터 수력을 신·재생에너지 통계로 집계하였기 때문이다. 신·재생에너지 시설용량은 꾸준한 증가세를 유지하고 있다. 하지만 국제 기준에 따 라 주요 국가들의 1차 에너지 대비 재생에너지 비율을 비교해 보면, 2020년 기준 한국(2.3%)은 이탈리아 (19.4%), 독일(16.4%), 영국(13.9%), 프랑스(11.8%), 미국(8.5%), 호주(8.5%), 일본(6.8%) 등 다른 선진국 들과 현격한 차이를 나타낸다. 국내에서 사용하고 있는 신·재생에너지 기준으로 비교해도 가장 낮은 수준 이다. https://www.index.go.kr/unify/idx-info.do?idxCd=4293 5) 2019년도 국내 신재생 에너지 발전 비중은 몇 %일까? (2020.08.18.) 2019년 국내 신재생 에너지 설비용량은 15,791MW(15.8GW)로, 재생에너지 3020 이행계획이 발표된 2017년 대비 5GW 가까이 증가했다. 이를 에너지원별로 다시 쪼개보면 전체 신재생 에너지의 67%를 태양 STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 85 - [2차시] 핵심 개념 학습 태양전지는 어떻게 작동할까? l 차시 개요 태양광 발전이 화석 에너지의 대안으로 가능성이 있는지를 판단하기 위해서는 태양전지의 구조와 작동 원리를 이해하는 것이 필요하다. 소형 태양전지 모듈의 구조 이해를 바탕으로 태양전지가 만드는 전력은 어떤 특징이 있는지 실험을 통해 알아보자. l 활동 목표 뉴스 기사나 영상 등을 통해 우리나라의 신재생 에너지 상황을 인식하고 쟁점이 되는 문제의 본질을 파 악한다. 향후 최종 판단을 위해 문제와 관련하여 자신이 잘 알고 있는 개념과 모르는 것을 명확히 한다. l 배경 지식 1. 태양전지의 구조와 작동 원리 (1) 태양전지의 구조 및 작동 원리 태양전지는 n형 반도체와 p형 반도체를 접합하여 만든다. ➡ 접합점에 빛을 비추면 n형 반도체의 전자와 p형 반도체의 정공이 반대편으로 이동하여 양쪽에 모이 게 된다. ➡ 양끝을 전선으로 연결하면 전선을 따라 전류가 흐르게 된다. ➡ 이 전선에 전기기구를 연결하면 전기기구가 작동한다. (2) https://ecopower.kr/article/%EC%9E%90%EB%A3%8C%EC%8B%A4/7/18/ 2. 태양전지는 어떻게 작동할까? https://www.youtube.com/watch?v=7WnBDvc5Pl0 3. 태양광 모듈 제작 과정 https://blog.naver.com/ejqmfdbvl/221296282254 4. 실리콘 태양전지의 제조 원리는 무엇인가? STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 89 - [3차시] Data Science 태양광 발전에 가장 많은 영향을 미치는 기상요소는? l 차시 개요 태양광 발전량에 영향을 미치는 요소는 다양하다. 연간 태양광 발전량을 예상하기 위해서 기상 데이터를 수집하여 태양광 발전량과 관련지어보고 태양광 발전량에 영향을 미치는 기상요소를 친구들과 나누는 시 간을 갖는다. 공공데이터를 수집하여 스프레드시트(MS, 구글)로 정리하고, 태양광 발전량과 기상요소(기온, 풍속, 일조량 등)을 스프레드시트(MS, 구글)의 산점도 시각화 기능을 통해 관계를 추론하거나 데이터마이 닝 도구인 웨카(WEKA)를 사용하여 분석한다. l 활동 목표 태양광 발전소를 선정하고 시간 단위 발전량 데이터와 기상 데이터를 관련지어 태양광 발전량에 가장 영향을 많이 미칠 것으로 예상되는 기상요소를 선정하고 이유를 설명할 수 있다. l 배경 지식 1. 공공데이터란 무엇이고 어떻게 활용할까? https://youtu.be/oJ6ELprPa_o - 공공데이터의 의미와 제공되는 공공데이터를 활용하는 방안에 대해서 폭넓게 설명하는 소개영상으로 공공데이터에 대해 처음 접하는 학생을 위한 설명자료이다. 2. 공공데이터포털 OpenAPI 활용방법 https://youtu.be/pe5-RQb-OPI - 공공데이터를 사용하기 위해서 학생이 수집된 데이터를 검색하는 공공데이터포털에 대한 소개영상으로, 공공데이터를 검색하고 공공데이터를 실시간으로 사용하기 위한 방법인 API를 사용하는 방법에 대한 설명 자료이다. 본 차시에서는 실시간 데이터(API)를 사용하지 않고, 과거에 수집된 데이터(cvs)를 사용한다. 3. Data Mining with Weka https://youtu.be/nHm8otvMVTs - 수집된 데이터를 분석하는 도구를 스프레드시트 이외에 데이터마이닝 도구인 웨카(WEKA)를 사용하여 분석하기 위한 기초적인 사용법 설명자료이다. 4. 상관경향성분석 https://m.blog.naver.com/istech7/50153047118 - 수집한 기상데이터를 태양광발전량과 기상요소의 관계를 분석하고 해석하기 위한 설명자료이다. 양(+) 의 상관관계는 한 변수의 값이 증가할 때, 다른 변수의 값이 함께 증가하는 것이고, 음(-)의 상관관계는 한 변수의 값이 증가할 때, 다른 변수의 값이 함께 감소하는 것이다. l 유의 사항 1. 개별 컴퓨터의 인터넷 연결과 스프레드시트(MS, 구글) 프로그램을 준비한다. 2. 실제 태양광 발전소의 전력 생산량 데이터와 발전소가 위치한 지역의 데이터를 수집이 필요하기 때문 에 데이터를 제공하는 발전소를 선정할 수 있도록 안내한다. STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 95 - [4차시] 논증을 위한 자료 분석 태양광 발전이 화석 에너지의 대안이 될 수 있다는 근거는 무엇일까? l 차시 개요 태양광 발전의 화석 에너지 대안 가능 혹은 불가능을 주장하는 글이나 자료를 꼼꼼히 읽고 분석하여 근거 와 증거를 찾는다. l 활동 목표 태양광 발전의 화석 에너지 대안 가능/불가능에 대한 다양한 관점들에서 서로 대립하는 주장을 논리적으 로 분석하여 과학적 주장에 대한 타당성을 판단하는 능력을 함양한다. l 배경 지식 (대안이 될 수 있다는 자료) 1. 태양전지의 블루칩, 페로브스카이트(2021.04.12.) http://www.energycenter.co.kr/news/articleView.html?idxno=1292 기존 태양전지의 단점인 효율을 비약적으로 높인 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지를 소개하면서 태 양전지의 구조와 원리, 종류를 종합적으로 다루고 있다. 특히 2021년 2월 25일, 네이쳐 표지에 실린 우리 나라 연구진의 페로브스카이트 태양전지가 눈이 띤다. 2. 차세대 태양광 ‘페로브스카이트(Perovskite)’ 탠덤 셀 https://www.youtube.com/watch?v=lwPKwlyEz5Y 한화 큐셀의 유튜브 채널. 태양광 모듈의 현재와 미래를 종합적으로 다루고 있다. 태양전지의 다양한 이 용을 소개하고 있으며 페로브스카이트 탠덤 셀의 유래도 자세히 설명하고 있다. 3. 태양광 발전소 1MW의 온실가스 감축 효과는 얼마나 클까? (엔라이튼, 2021.11.19.) https://www.enlighten.kr/insight/policy-issue/7468 태양전지를 이용한 태양광 발전소의 온실가스 감축 효과를 구체적인 수치를 예로 들어 설명하고 있다. 4. 일본의 GENESIS 계획과 지속 가능한 에너지의 활용 (2010.01.) http://magazine.hellot.net/magz/article/articleDetail.do?flag=all&showType=showType1&articleId= ARTI_000000000038555&articleAllListSortType=sort_1&page=1&selectYearMonth=201001&subCtgId= GENESIS란 ‘Global Energy Network Equipped with Solar cells and International Superconductor grids’의 머리글자를 딴 것으로 구약성서의 창세기를 의미하는 말이다. GENESIS 계획 을 제창한 쿠와노 코우토쿠 박사(전 산요전기 사장)는 세계의 에너지 소비 예상과 태양전지의 필요 면적을 효율 10%의 태양전지를 이용한 케이스로 계산한 결과, 약 800km×800km의 정사각형 상당으로 전 인류 가 필요한 에너지를 조달할 수 있다고 나타냈는데, 이것은 현존하는 세계 사막의 불과 4%에 지나지 않는 다고 강조했다. 6. 미래의 전력 공급 방법 - '스마트 그리드'와 '제네시스 계획' (2021.09.03.) https://surpriser.tistory.com/369 태양광 발전소에서 생산된 직류 전력을 소비자에 전달하기까지의 전력망에 필요한 송전, 충전에 대해 간 략히 다루고 있다. 축전기, 스마트 그리드 등 이에 필요한 개념들을 설명하고 있으며 더 거대한 송전망 아 STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 107 - [5차시] 토론과 글쓰기 태양광 발전의 화석 에너지 대안 가능성에 대한 내 생각은 무엇일까? l 차시 개요 1~4차시까지의 활동을 통해 알아본 태양광 발전의 특징, 태양광 발전의 장･단점 등을 바탕으로 태양광 발 전이 화석 에너지의 대안으로 가능성이 있는지를 판단하는 시간이다. 나의 생각을 확정하고 주장하기에 앞 서 모둠원들과 토의를 통해 생각을 변경하거나 확고히 한 뒤, 툴민의 논증 모형에 따라 주장을 논술해 본 다. l 활동 목표 태양광 발전의 화석 에너지의 대안 가능성에 대한 나의 생각을 정하고 툴민의 논증 모형에 따라 이유, 설 명, 예상 가능한 반대 의견과 반박 등을 갖추어 주장할 수 있다. l 배경 지식 1. 주장은 논증과 같지 않다. 주장에 대한 반대 의견이나 반박 가능한 증거가 제시되어야만 논증이 된다. 즉, 논증에서는 서로 다른 주장과 증거들의 제시와 반박 등을 통해서 서로의 생각을 설득하는 과정이 중요하다. 2. 영국의 철학자이자 작가, 교육자인 스티븐 에델스턴 툴민(Stephen Edelston Toulmin, 1922년 3월 25 일 ~ 2009년 12월 4일)은 실질적으로 적용 가능한 실용 논증 모형을 개발하였다. 툴민의 모형은 다음 과 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 - 논거: 제시된 근거가 주장을 정당화시킬 수 있는 이유. 공통의 배경지식이나 전제가 포함됨 - 지지: 추가 자료 등 논거를 뒷받침하는 상세 증거 - 반론: 주장을 반박하거나 한계를 제시하는 진술 l 유의 사항 1. 모둠 구성 시 서로 반대되는 의견을 가진 학생들이 섞일 수 있도록 한다. 2. 짧은 시간 내에 서로의 생각과 근거를 들을 수 있도록 토의 진행자를 정해서 효과적인 토의가 이루어 지도록 한다. 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STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 전기차 개발에 집중할 것인가, 수소차 개발에 투자할 것인가? 서울교육대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 구분 서울교육대학교 수정보완 과학적 사고력 – 전기차와 수소차 주요 과목 과학 주요 단원 관련 과목 국어, 정보 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 주 개발자명 (신규/수정보 완) 주요 적용 학년 고1 개발차시 5차시 (공통과학) Ⅱ.생활 속의 과학 탐구 (과학 3) 7. 과학과 나의 미래 주장하는 글쓰기 데이터 사이언스(포괄적임) 적용 지역 보조 개발자 5차시 분량의 4개의 모듈로 구성 주요 수업 개요 1. 백신의무화 논쟁 2. 수소차와 전기차 개발 3. 태양광 발전의 전망 4. 국가 주도의 우주 개발 방향 1차시: 문제 인식 – 뉴스 기사나 영화, 서적 등을 통해 논점을 분명히 하 고 학생들끼리 서로의 기존 생각을 나누도록 구성 2차시: 핵심 개념 학습 – hands-on activity 등 구체적인 활동을 통해 관련 개념을 익힘. 단지 지식의 전달이 아닌 주장-증거-추론(CER) 에 바탕을 둔 활동 차시별 주요내용 (키워드 위주) 3차시: 주제에 관해 다양한 관점으로 접근한 글을 분석. 글은 논문이나 서적 등을 재구성(학생들이 읽기 쉽도록) 할 것. 분석은 툴민의 논 증 분석틀을 활용 4차시: 데이터로서의 접근 – 3차시가 글을 통해 주제에 접근하는 것이라 면 4차시는 데이터의 수집, 분석, 처리 등의 과정을 통해 주제를 좀 더 명확히 이해하도록 하는 것임 5차시: 종합 정리 – 먼저 자신의 생각을 분명히 하고, 다른 학생들과 서 로의 생각을 나눈 다음, 최종 자신의 생각을 정리하여 글로 표현하 도록 하는 활동 [1차시] 문제 인식 수소차 개발은 장기적으로 이익이 될까? l 차시 개요 전기차 시장이 점차 확대되고 있는 환경에서 수소차 개발의 실효성에 관해 서로 반대의 견해를 갖는 글 을 요약하고, 전기차와 수소차 개발 관련 문제를 인식한다. 스스로 알고 있는 개념과 잘 모르는 개념을 글 로 정리하고 자신의 경험을 친구들과 나누는 시간을 가진다. l 활동 목표 뉴스 기사와 전문가의 글을 통해 전기차와 수소차 개발 관련 논쟁 상황을 인식하고 쟁점이 되는 문제의 본질을 파악한다. 향후 최종 판단을 위해 문제와 관련하여 자신이 잘 알고 있는 개념과 모르는 것을 명확 히 한다. l 배경 지식 1. 전기차 vs 수소차, 승자는? [08:33] https://youtu.be/nawwaBRwXpY - 수소차와 전기차, 어떻게 다를까? - 우리나라의 현대차는 왜 수소차를 택했을까? - 수소차 산업, 전망은 어떨까? 2. 수소차 전망 어둡게 만드는 세 가지 기술적 난제 https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2019/02/22/2019022202118.html - 한계점 1. 한계 봉착한 수소 저장 기술 고압으로 수소를 탱크에 주입하면 초기에는 저장 용량이 늘어나지만 700~800기압부터는 압력만 올라가고 수소 용량은 늘지 않는다. 주입 압력이 높아질수록 수소 분자 사이의 운동에너지가 증가해 추가적인 수소 유입을 막기 때문이다. - 한계점 2. 동력 성능 저하시키는 발열 수소차의 동력원인 연료전지에서는 발열 반응이 일어나 전기와 함께 열이 발생한다.내연기관차의 경우 연 료가 연소한 후 발생한 열의 대부분이 배기가스와 함께 외부로 방출되지만 연료전지에서 발생한 열은 배 출구가 없다. - 한계점 3. 전기차보다 한참 낮은 에너지 효율 수소차 연비는 최대로 봐도 전기차의 절반 수준밖에 안 된다. 수소 생산·운송·저장 등에서 불필요한 비용, 에너지 손실이 발생하는점까지 고려하면 경쟁력은 더 떨어진다. 3. 현대차 수소선언, 환경단체가 비판하는 이유는? https://www.hankookilbo.com/News/Read/A2021090914240004953 - 초록? 회색? 파랑? ... 수소도 수소 나름이다 수소는 생산 방식에 따라 △그린수소 △그레이수소 △블루수소 △브라운수소 4가지로 나뉩니다. 그린수소 는 태양광이나 풍력 등 재생에너지에서 나오는 전력으로 물을 전기분해(수전해)해서 생산합니다. 생산 과 정에서 탄소 배출이 없는, 궁극의 친환경에너지라 불립니다. 하지만 국내에선 아직 상용화되지 않은 기술 STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 38 - [2차시] 핵심 개념 학습 전기차의 2차전지와 수소차의 연료전지는 어떤 차이가 있을까? l 차시 개요 전기차와 수소차의 강점과 약점을 비교하기 위해 각 자동차에 전력을 공급하는 2차전지와 수소연료전지 의 원리를 학습한다. 또한, 비교적 생소한 기체 반응 전지의 작동 원리를 쉽게 이해하기 위해 간단한 실험 을 수행한다. l 활동 목표 수소차가 전기차의 대안이 될 수 있는지 최종 판단을 하기 위해 기본적으로 전기차에 전력을 공급하는 2차전지와 수소차에 전력을 공급하는 수소연료전지의 원리를 이해한다. l 배경 지식 1. 산화와 환원 산화(oxidation)란 어떤 물질이 전자를 잃는 경우를 말하며, 환원(reduction)이란 반대로 전자를 얻는 경우를 말한다. 예를 들어 아연 금속(Zn)과 염산(HCl)이 만나면 아래와 같은 화학반응식이 가능하다. Zn  H   Cl− → Zn   H  Cl− 이때 아연 금속(Zn)은 산화되어 아연 이온(Zn2+)이 되며, 수소 이온(H+)은 환원되어 수소 기체(H2)가 된 다. 이처럼 전자를 잃어 산화되는 물질이 있으면 반드시 전자를 얻어 환원되는 물질도 있으며, 산화되는 물질이 잃는 전자 개수와 환원되는 물질이 얻는 전자 개수는 같다. 2. 화학전지의 작동 원리 화학전지는 산화환원반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치이다. 화학전지는 기본적으 로 양극과 음극 그리고 전해액으로 구성되어 있다. 음극은 이온화경향이 커서 전자를 쉽게 잃는 금속을 사 용하므로 산화반응이 일어나며, 양극은 이온화경향이 작아서 전자를 잘 잃지 않는 금속을 사용하므로 환원 반응이 일어난다. 이처럼 음극과 양극에 서로 다른 두 종류의 금속을 전해액과 접촉할 수 있는 상태에 두 면 화학 반응이 일어난다. 이때 도선을 통해 반응성이 큰 금속에서 반응성이 작은 금속으로 전자가 이동하 여 전류가 흐른다. * 그림 출처: https://100.daum.net/encyclopedia/view/24XXXXX47927 STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 44 - [3차시] Data Science 전기차, 수소차에 대한 언론 보도는 어떤 특징이 있을까? l 차시 개요 뉴스와 기사에서 전기차와 수소차에 대해 보도하는 자료를 검색하고, 텍스트 분석을 제험해본다. l 활동 목표 뉴스빅데이터 분석시스템인 빅카인즈(BIG KINDS)를 사용하여 전기차, 수소차에 대한 뉴스를 검색하고 분석하여 키워드를 도출하여 관계망을 분석한다. l 배경 지식 1. 빅카인즈 빅카인즈는 우리나라 언론사에서 출간하는 뉴스를 모두 수집하고, 기사를 분석(형태소 분석, 개체명 분석, 네트워크 분석)하여 누구나 분석한 결과를 시각화하여 활용할 수 있는 시스템이다. 키워드를 입력하여 검 색하는 간단한 방법으로 키워드와 관련된 다른 키워드의 관계, 최신 뉴스의 트랜드, 특정한 이슈의 시계열 적인 변화 등을 시각적으로 분석할 수 있다는 점에서 의미가 있다. - 빅카인즈 기초사용법 https://youtu.be/rcDHuFYETow - 빅카인즈 응용분석1 https://youtu.be/Of64qdrZuYg - 빅카인즈 응용분석2 https://youtu.be/WJYMf3MVZvk 2. 워드클라우드 워드클라우드는 텍스트로된 데이터에 대한 정성적인 분석은 비용과 시간이 많이 소요되어, 적은 시간과 노력을 통해 작성된 텍스트에서 특정한 단어의 빈도를 정량적으로 우선순위에 따라 시각화하는 방법이다. - 워드클라우드 생성기 사용법 https://youtu.be/hS6C_JZjY7Y l 유의 사항 - 학생의 흥미와 동기를 고려하여 뉴스빅데이터 분석시스템인 빅카인즈를 소개한다. - 빅카인즈에서 학생이 흥미를 가지고 있는 다양한 키워드를 검색하면서 사용법을 익힌다. - 빅카인즈에서 관계도 분석을 위해서는 회원가입(소셜계정)을 한다. - 검색된 뉴스들의 키워드와 관계망을 시각화한 이미지를 기반으로 해석하도록 지도한다. STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 50 - [4차시] 논증 분석 수소차 개발을 위한 투자 확대는 타당한가? l 차시 개요 수소차 개발 투자 확대에 찬성하는 측과 반대하는 측의 자료를 꼼꼼히 읽고 분석하여 각각의 근거와 증 거를 찾는다. l 활동 목표 전기차와 수소차 관련 논쟁 사례에서 대립하는 주장을 논리적으로 분석하여 과학적 주장에 대한 타당성 을 판단하는 능력을 함양한다. l 배경 지식 (수소차 개발을 위한 투자 확대를 지지하는 측 자료) 1. 수소 시대가 온다(1), 수소 연료전지 전기차 https://auto.danawa.com/news/?Tab=F5&Work=detail&no=4862514 본 기사는 전기차의 발전이 정체된 상황에서 수소차가 어떤 과정을 거쳐 새로운 대안으로 부상했는지 와 지금의 상황을 짚어 보는 글이다. 2. 유망시장 Issue Report: 수소차 https://url.kr/thlnxq 본 보고서는 글로벌 유망시장으로 수소차 시장 동향을 정책, 기술, 시장, 산업 측면에서 살펴보았다. 요약하면 수소차는 전기차에 비해 긴 주행거리, 짧은 충전시간 등이 우위에 있으며, 경제적 효과, 에너 지 수급, 친환경 측면에서 많은 장점을 갖고 있다고 소개한다. (수소차 개발을 위한 투자 확대를 반대하는 측 자료) 1. '비효율' 수소차는 수소경제의 필요조건이 아니다 http://www.newstof.com/news/articleView.html?idxno=1365 본 기사는 수소차를 개발하기보다는 수소로 생산한 전기를 기존 인프라를 이용해 전기차에 충전하면 더 효과적이라는 것이다. 2. 수소차의 미래, 과연 장밋빛인가 https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=212967 본 칼럼은 아직 수소차 상용화를 위한 근본 기술이 마련돼 있지 않으므로 전기차에 집중하는 것이 낫 다는 주장을 담은 글이다. l 유의 사항 - 본 차시의 논증은 ‘수소경제’와 같은 거시적인 측면이 아닌 ‘수소차’ 개발의 실효성에 초점을 맞춘다. STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 62 - [5차시] 토론과 글쓰기 수소차 개발에 대한 나의 생각은? l 차시 개요 1~4차시까지의 활동을 통해 알아본 전기차와 수소차의 원리, 특징, 장･단점 등을 바탕으로 수소차 개발 에 대한 투자를 확대하는 것이 타당한지 판단하는 시간이다. 나의 생각을 확정하고 주장하기에 앞서 모둠 원들과 토의를 통해 생각을 변경하거나 확고히 한 뒤, 6단 논법에 따라 주장을 논술해 본다. l 활동 목표 수소차 개발에 대한 나의 생각을 정하고 6단 논법에 따라 이유, 설명, 예상 가능한 반대 의견과 반박 등 을 갖추어 주장할 수 있다. l 배경 지식 개인의 생각은 서로 나누고 비교하는 과정을 통해 더욱 정확하고 정교하게 발전한다. 이 과정에서 생각 의 옳고 그름에 관한 판단 근거가 필요해진다. 특정 문제에 관한 토론이 이루어질 때, 생산적인 논의를 위 해서는 토론 참여자가 단순히 주장만 내세우는 것이 아니라, 주장의 타당성을 판단할 수 있는 근거를 함께 제시해야 한다. 논증(論證)이란 이처럼 일정한 근거를 들어 주장을 펼치는 활동이다. 논증이라는 협력 과정 은 생각의 차이에서 오는 갈등을 극복하여 문제를 해결하고 지식을 발전시키는 데 매우 유용한 도구이다. 영국의 철학자이자 작가, 교육자인 스티븐 에델스턴 툴민(Stephen Edelston Toulmin)은 실질적으로 적 용 가능한 실용 논증 모형을 개발하였다. 툴민의 모형은 다음 그림과 같이 자료/현상, 주장, 논거, 세기, 지지, 반론으로 이루어진다. 자료/현상 주장 세기 논거 주장을 도출하는 데에 기반이 되는 사실이나 예, 자료 논증의 결론으로 자신의 견해를 밝히거나 타인의 지지를 얻기 위해 내세운 진술 주장을 확신하는 정도를 나타내는 표현 (예: 확실히, 십중팔구는, 아마도, 거의, 절대로 등) 제시된 근거가 주장을 정당화시킬 수 있는 이유 → 공통의 배경지식이나 전제가 포함됨 지지 추가 자료 등 논거를 뒷받침하는 상세 증거 반론 주장을 반박하거나 한계를 제시하는 진술 STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 70 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 코로나 19 백신 접종, 강제해야 할까? 서울교육대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 서울교육대학교 프로그램명 수정보완 과학적 사고력 - 백신의무화논란 주요 과목 과학 주요 단원 관련 과목 국어, 정보 관련 단원 STEM+I S, T, E, 요소 M, I 주 개발자명 (신규/수정보 완) 주요 적용 학년 고1 개발차시 5차시 (공통과학) Ⅱ.생활 속의 과학 탐구 (과학 3) 7. 과학과 나의 미래 주장하는 글쓰기 데이터 사이언스(포괄적임) 적용 지역 보조 개발자 5차시 분량의 4개의 모듈로 구성 주요 수업 개요 1. 백신의무화 논쟁 2. 수소차와 전기차 개발 3. 태양광 발전의 전망 4. 국가 주도의 우주 개발 방향 1차시: 문제 인식 – 뉴스 기사나 영화, 서적 등을 통해 논점을 분명히 하 고 학생들끼리 서로의 기존 생각을 나누도록 구성 2차시: 핵심 개념 학습 – hands-on activity 등 구체적인 활동을 통해 관련 개념을 익힘. 단지 지식의 전달이 아닌 주장-증거-추론(CER) 에 바탕을 둔 활동 차시별 주요내용 (키워드 위주) 3차시: 주제에 관해 다양한 관점으로 접근한 글을 분석. 글은 논문이나 서적 등을 재구성(학생들이 읽기 쉽도록) 할 것. 분석은 툴민의 논 증 분석틀을 활용 4차시: 데이터로서의 접근 – 3차시가 글을 통해 주제에 접근하는 것이라 면 4차시는 데이터의 수집, 분석, 처리 등의 과정을 통해 주제를 좀 더 명확히 이해하도록 하는 것임 5차시: 종합 정리 – 먼저 자신의 생각을 분명히 하고, 다른 학생들과 서 로의 생각을 나눈 다음, 최종 자신의 생각을 정리하여 글로 표현하 도록 하는 활동 [1차시] 문제 인식 백신 의무화, 왜 시끄러울까? l 차시 개요 뉴스 영상을 시청하고 요약하는 과정에서 코로나19 백신 접종 의무화와 관련된 문제를 인식한다. 스스로 알고 있는 개념과 잘 모르는 개념을 글로 정리하고 자신의 경험을 친구들과 나누는 시간을 가진다. l 활동 목표 뉴스 기사나 영상 등을 통해 상황을 인식하고 쟁점이 되는 문제의 본질을 파악한다. 향후 최종 판단을 위 해 문제와 관련하여 자신이 잘 알고 있는 개념과 모르는 것을 명확히 한다. l 배경 지식 1) 주요 나라의 백신 의무화 정책 1) - 백신패스(접종증명·음성확인제)는 코로나19 백신 미접종자의 다중이용시설 이용을 제한하는 한시적 조치이다. 코로나19 백신 접종자의 자유로운 해외 왕래를 보장하여, 여행·비즈니스·물류 등의 국제적 이동과 여행·숙박 산업을 활성화하는 것을 목적으로 하는 백신 여권이 있다. - 한국은 2021년 11월 1일부터 백신패스 조치에 해당하는 행정처분인 이른바 ‘방역패스’를 시행했다. 이후 2022년 3월 1일부로 방역패스 적용을 중단했다. - 미국 : 2021년 11월, 바이든 행정부는 민간 사업장의 접종을 의무화하면서, 이를 지키지 않으면 기 업은 과태료를 물도록 했었다. 하지만 2022년 1월 13일, 미국 연방대법원은 이를 과도한 권한 행사라 고 판단하고 무효로 만들었다. 이후 많은 주에서 방역조치를 해제하고 있다. -유럽 연합은 EU Digital COVID Certificate를 도입하여 백신 접종, 음성확인, 6개월 이내 완치자임을 증명하였다. EU 증명서는 모든 회원국에서 유효하다. EU 회원국 일부에선, 음성확인을 제외한 백신 접종/완치자만을 인정하는 '슈퍼 그린 패스'를 도입하였다. 그러자 이에 반대하는 시민들의 대규모 시 위 또한 지속되었고, 이후 대부분 해제되었다. 2) 아래 활동에 포함된 뉴스 영상과 유사한 내용의 뉴스 영상 https://www.youtube.com/watch?v=INvPmOT3uNI 3) 영상 대체 가능한 읽을거리 - 불붙은 백신 찬반 논쟁…“생명 살려”vs“역효과 커” (2021.12.06. ) http://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20211206000243 요약: 영국 BBC방송이 5일(현지시간) 찬성 측과 반대 측의 주요 논리를 정리했다. 백신 의무화 정책에 찬성하는 쪽은 무엇보다 백신이 생명을 살린다는 점을 주목하고 의무화해야 접종 률을 높인다고 주장한다. 반면 반대론자는 백신 의무화에는 반발이 불가피하다는 점을 지적한다. 인간 의 고유한 자유가 훼손될 가능성이 있다는 것이다. 1) https://namu.wiki/w/%EB%B0%B1%EC%8B%A0%ED%8C%A8%EC%8A%A4 STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 2 - [2차시] 핵심 개념 학습 코로나 바이러스에 대한 집단 면역은 어떻게 이루어질까? l 차시 개요 최종적으로 주장의 타당성을 판단하기 위한 과학개념을 학습한다. 코로나19 원인과 인간의 면역체계, 코로나19 백신 종류와 집단면역 원리를 학습과 문제풀이를 통해 이해하고 체험해본다. l 활동 목표 백신 의무화에 관한 최종 판단을 하기 위해 코로나19의 원인, 인간의 면역체계, 코로나19 백신 종류와 집단면역 원리를 이해한다. l 배경 지식 1) 면역에 관해 - 고1 생명과학 I 교과서 (p98~p102, 동아출판사) http://hermes.douclass.com:8080/hermes/resource/store/83/51/ad0abbf353bc12e985952cd07f0ab 6fa852d/hview.html 2) 백신에 관해 - 기초과학연구소 https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000001003/selectBoardArticle.do?nttId=19594&pageI ndex=2&searchCnd=&searchWrd= -한겨레 신문 : 백신 종류와 장단점을 잘 정리해놓았음 (학생 활동지의 출처) https://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/1034453.html 3) 집단면역 그림 원본 출처 : Randolph et al., Herd Immunity: Understanding COVID-19, Immunity, 52, 5, (2020), 737-74 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1074761320301709 4) 기타 참고 영상 -코로나19 백신의 원리 - 코로나19 백신과 치료제 어디까지 왔나 (KBS_744회_2020.09.09) https://www.youtube.com/watch?v=odNh-RPFjZo -NOVA: Vaccines—Calling the Shots https://www.pbslearningmedia.org/resource/nvvs-sci-immunity/immunity-vaccines/ l 유의 사항 - 면역체계(2. 우리 몸은 어떻게 병원체로부터 방어할까?)는 고등학교 학습 수준까지만 소개하도록 한다. - 코로나 19 백신 이해를 위해, 단백질 발현과정(DNA-> RNA->단백질)에 대해 먼저 알아야 한다. - 집단면역 전파(물음 4-2) 과정은 가급적 학생이 직접 그려보도록 한다. - 자료 말미의 [질병 감염 모의 실험]은 활동 시간에 여유가 있는 경우, 따로 (한 차시를) 진행할 수 있다. STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 7 - [3차시] Data Science 바이러스는 어떤 조건에서 확산할까? l 활동 개요 - 전염병 확산 모델인 SIS모델과 SIR모델을 이해하고, 시뮬레이션 도구를 사용하여 전염병의 확산을 예측할 수 있다. ※ 전염병 확산을 예측하는 모델로 SIS모델과 SIR 모델이 있다. 1. SIS 모델 전염병 확산 모델 중 고전적인 방법론은 감염될 수 있는 상태(S, susceptible)와 감염된 상태(I, infected)로 표현하는 SIS(Susceptible-Infected-Susceptible) 모델이다. 감염될 수 있는 상태는 질병에 걸릴 수 있고, 감염된 상태는 질병을 전파할 수 있다. 감염된 사람 은 다른 사람을 만날 때 마다 감염률(infection rate)이라는 특정 확률로 질병에 걸리고, 감염된 사람은 매 시간 단위로 회복률(recovery rate)라는 특정 확률로 다시 감염될 수 있 는 상태로 바뀐다. SIS모델은 매 시간마다 각 노드 i에 대해, ① i가 감염될 수 있는 모든 이웃을 확인한다. ② 감염된 이웃은 i를 확률 β로 감염시킨다. ③ i가 감염되었다면, i는 확률 μ로 감염될 수 있는 상태로 바뀐다. STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 15 - [4차시] 논증을 위한 자료 분석 백신 의무화와 관련된 주장의 근거는 무엇일까? l 차시 개요 백신 의무화 찬성 혹은 반대를 주장하는 글이나 자료를 꼼꼼히 읽고 분석하여 근거와 증거를 찾는다. l 활동 목표 백신 접종 관련 논쟁 사례에서 대립하는 주장을 논리적으로 분석하여 과학적 주장에 대한 타당성을 판단 하는 능력을 함양한다. l 배경 지식 (접종 의무화 반대 자료) 1. 코로나19 백신의 안전성을 우려하는 의료인 연합(가칭)의 성명서(2021.2.15.) https://endpandemic.kr/ 일부 의료인이 백신 의무화 반대 이유를 정리해 놓음 -> 안전성, 효능 평가 부정적, 노령자와 기저질 환자에 대한 데이타 부족, 미국 FDA가 부작용 예측, 강제 접종은 위헌적 등 * 여기서 제시한 참고문헌의 원래 취지보다는 편리한대로 인용한 듯한 느낌이 있다. 2. 성인 10명 중 4명 코로나 백신 부작용 경험...제조사별·차수별로도 '큰 차이' https://m.dongascience.com/news.php?idx=55191 (동아 사이언스 2022.07.04.) 제조사별, 차수별로 국내 성인 대상으로 부작용에 대한 조사 결과에 대한 기사임 -> 국내 성인 10명 중 4명은 부작용을 경험한 것으로 조사됐다. 가장 많이 겪은 부작용은 팔 통증이었고 가장 심각하게 느낀 증상은 오한과 발열이었다. 3. WHY HERD IMMUNITY FOR COVID IS PROBABLY IMPOSSIBLE https://www.nature.com/articles/d41586-021-00728-2 (네이처 591, 520-522 (2021) 코로나 19의 집단면역이 불가능할 수도 있다는 논문 -> 백신이 전염을 막는지 불분명하다. 백신 출시가 나라마다 지역마다 다르고, 동시에 이뤄지는 것이 아니 다(Vaccine roll-out is uneven). 새로운 변이가 집단 면역 방정식을 바꾼다. 면역력은 영원히 지속되 는 것이 아니다. 백신이 인간의 행동을 변화시킬 수 있다.(백신 전에는 최대 한 사람을 만났지만 지금 은 백신으로 10명을 만나면 다시 원점으로 돌아간다.) 4. “백신 안 맞으면 처벌합니다”, 이게 최선인가요? https://www.sisain.co.kr/news/articleView.html?idxno=45451 (김진경(자유기고가) (21.09.06) -> 전직 기자의 유럽의 상황 전달, 유럽 재판소 판결 인용문, 강제 접종에 대한 여러가지 개인적인 의 견이 기술되어 있음 * 기타 최근 기사 코로나19 백신 접종 후 간 기능 이상 실마리 밝혔다- mRNA백신 접종 후 자가면역성 간질환 일으키는 ‘T 세포’ 발현 확인(2022.08.01.) https://m.dongascience.com/news.php?idx=55602 STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 20 - [5차시] 토론과 글쓰기 백신 의무화에 대한 내 생각은 무엇일까? l 차시 개요 코로나 19 백신 접종과 관련된 이론, 시뮬레이션, 주장하는 글을 분석한 결과를 토대로 나의 입장을 세 운 다음, 모둠원들과의 토론을 바탕으로 백신 의무화에 대한 내 생각을 정리하는 글을 작성한다. l 활동 목표 백신 의무화와 관련된 자신의 의견을 주장하는 글을, 적절한 증거 바탕으로 한 논거를 활용하여 설득력 있게 작성할 수 있다. l 배경 지식 개인의 생각은 서로 나누고 비교하는 과정을 통해 더욱 정확하고 정교하게 발전한다. 이 과정에서 생각 의 옳고 그름에 관한 판단 근거가 필요해진다. 특정 문제에 관한 토론이 이루어질 때, 생산적인 논의를 위 해서는 토론 참여자가 단순히 주장만 내세우는 것이 아니라, 주장의 타당성을 판단할 수 있는 근거를 함께 제시해야 한다. 논증(論證)이란 이처럼 일정한 근거를 들어 주장을 펼치는 활동이다. 논증이라는 협력 과정 은 생각의 차이에서 오는 갈등을 극복하여 문제를 해결하고 지식을 발전시키는 데 매우 유용한 도구이다. 영국의 철학자이자 작가, 교육자인 스티븐 에델스턴 툴민(Stephen Edelston Toulmin)은 실질적으로 적 용 가능한 실용 논증 모형을 개발하였다. 툴민의 모형은 다음 그림과 같이 자료/현상, 주장, 논거, 세기, 지지, 반론으로 이루어진다. 자료/현상 주장 세기 논거 주장을 도출하는 데에 기반이 되는 사실이나 예, 자료 논증의 결론으로 자신의 견해를 밝히거나 타인의 지지를 얻기 위해 내세운 진술 주장을 확신하는 정도를 나타내는 표현 (예: 확실히, 십중팔구는, 아마도, 거의, 절대로 등) 제시된 근거가 주장을 정당화시킬 수 있는 이유 → 공통의 배경지식이나 전제가 포함됨 지지 추가 자료 등 논거를 뒷받침하는 상세 증거 반론 주장을 반박하거나 한계를 제시하는 진술 l 유의 사항 - 모둠 구성 시 서로 반대되는 의견을 가진 학생들이 섞일 수 있도록 한다. - 짧은 시간 내에 서로의 생각과 근거를 들을 수 있도록 토의 진행자를 정해서 효과적인 토의가 이루어 지도록 한다. STEM 생각교실 과학적 사고력2 - 29 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 작지만 강한 나노기술 군산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 주요 과목 관련 과목 (신규/수정보 완) 과학영재교육원 프로그램명 화학, 나노기술 STEM+I S, T 요소 고1 개발차시 4차시 신규 작지만 강한 나노기술 통합과학 주요 적용 학년 구분 군산대학교 기관명 주요 단원 Ⅲ. 변화와 다양성 1. 화학변화 관련 단원 02. 산화와 환원으로 일어나는 다양한 변화 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 주요 수업 개요 차시 주요 활동/내용 1. 산화-환원 반응 : 산소와 전자의 이동으로 설명해보 1 기 2. 일상생활에서 다양한 산화 환원 반응 이해하기 3. 산화-환원 반응실험 1. 나노, 나노화학, 나노기술의 뜻을 이해하기 차시별 2 주요내용 2. 영화 속 상상을 현실로 만들어 줄 나노기술 BEST 3 3. 탄소로 이루어진 나노물질 풀러렌 분자 모형 만들기 (키워드 위주) 1. 연잎효과의 정의 알기 3 2. 나노 돌기와 소수성 용어 이해하기 3. 자연 속 나노기술 연잎효과 실험 1. 나노기술의 활용 4 1) 은거울 반응실험 2) 나노 용액 만들기 준비물 금속 반응성 실험재료 풀러렌 분자 모형 만들기 재료 연잎효과 실험재료 은거울 반응 및 나노 용액 실험재료 [화학] 작지만 강한 나노기술 2 교수 ․ 학습 지도안 프로그램 명 작지만 강한 나노기술 교과명 통합과학 대단원명 Ⅲ. 변화와 다양성 수업 차시 차시주제 산화 환원 반응 성취기준 산화와 환원의 정의를 정확히 알고, 거시적세계와 미시적세계를 이해한다. 학습목표 수업단계 1 / 4 1. 산화-환원 반응을 산소의 이동과 전자의 이동으로 설명할 수 있다. 2. 생명현상과 일상생활에서 일어나는 다양한 산화-환원 반응을 설명할 수 있다. 수업자료 및 유의점 교수⋅학습 활동 ▸ 산화-환원 반응이란 무엇일까요? 배움열기 ( 5분) ▸ 오랜 시간이 지나면 종이의 색이 누렇게 변하는데, 이는 종이가 공기 중의 산소와 반응하여 변색되기 때문이다. 산소가 관여하는 반응을 알아봅시다. ▸ 강의주제1: 산화-환원의 정의 및 우리 주변의 산화-환원 반응 1. 산화 : 산소와 결합, 수소의 제거, 전자 잃음. 2. 환원 : 산소의 제거, 수소와 결합, 전자 얻음. 3. 우리 주변의 산화 환원 반응의 예 (광합성, 호흡, 연소 ) 배움활동 ( 35분) ▸ 강의주제2: 산화-환원 반응실험 ( 거시적세계와 미시적세계 연결) 1. 우리 눈에 보이는 금속과 눈에 보이지 않는 금속이온을 통해 화학이 거시적세계와 미시적세계를 연결함을 확인한다. 2. 다양한 금속의 반응을 통해 산화-환원 반응을 이해하고 금속의 상대적인 반응성의 크기를 관찰한다. ▸ 평가 : 금속의 활동도 서열 이해, 거시적세계와 미시적세계 연결 배움정리 ( 10분) ▸ 정리 : 금속의 산화 환원 반응을 과학자처럼 생각해보기 ▸ 차시 예고 : 나노와 나노화학이란 무엇일까? 군산대학교 과학영재교육원 · 3 2022년 STEM+I 생각교실 2 교수 ․ 학습 지도안 프로그램 명 작지만 강한 나노기술 교과명 통합과학 대단원명 Ⅲ. 변화와 다양성 수업 차시 차시주제 나노, 나노화학, 나노기술 성취기준 나노, 나노화학, 나노기술의 정의를 이해하고 나노 수준의 분자 모형을 만들기 학습목표 1. 나노, 나노화학, 나노기술의 뜻을 이해하고, 우리 일상에서 어디에 사용되는지 안다. 2. 영화 속 상상을 현실로 만들어 줄 나노기술 BEST 3을 알아본다. 수업단계 교수⋅학습 활동 ▸ 나노와 나노화학 그리고 나노기술이란 무엇일까? 배움열기 ( 5분) ▸ 접두사는 큰 단위나 작은 단위를 나타낼 때 편리하게 사용할 수 있습니다. 다양한 접두사 중 나노(n)는 10억분의 1을 나타내는 단위로, 난쟁이를 뜻하는 고대 그리스어 나오스에서 유래되었습니다. ▸ 강의주제1: 나노, 나노화학, 나노기술의 정의 및 우리 주변에서 사용되는 것 1. 나노란 10-9 2. 나노화학 : 화학, 재료학, 물리학과 같은 순수과학 및 공학뿐만 아니라, 생물학과 의학까지 다양한 분야에 응용 됨. 3. 나노기술 : 원자, 분자의 결합 구조를 바꿔 새로운 물질로 바꿀 수 있는 기술 배움활동 ( 35분) 4. 일상생활 속 나노기술 : 마스크, 에어컨, 세탁기, 노트북, 자동차 등 ▸ 강의주제2: 나노기술과 관련있는 영화 BEST 3 1. 영화 : 스파이더맨, 아이언맨, 지.아이.조 2. 미국 과학자 레이 커즈와일의 예측 3. 풀러렌 분자 모형 축구공 만들기 ▸ 평가 : 나노화학과 나노기술 이해, 영화 속 나노의 세계를 공감, 분자 모형 만들기 배움정리 ( 10분) 2 / 4 ▸ 정리 : 나노기술을 통한 우리 생활의 편리함과 미래에 접목될 부분들 이해하기 ▸ 차시 예고 : 나노기술 : 연잎효과란 무엇일까? 4 · 군산대학교 과학영재교육원 수업자료 및 유의점 [화학] 작지만 강한 나노기술 2 교수 ․ 학습 지도안 프로그램 명 작지만 강한 나노기술 교과명 통합과학 대단원명 수업 차시 Ⅲ. 변화와 다양성 차시주제 자연 속 나노기술 연잎효과 성취기준 연잎효과의 원리를 이해하고 유리판과 종이를 이용해 연잎효과를 확인해 본다. 3 / 4 1. 연잎효과를 확실히 이해한다. 학습목표 2. 산화아연과 스테아르산을 이용하여 유리판과 종이를 코팅하고, 코팅되지 않은 것과 다른 점을 관찰해 본다. 수업단계 수업자료 및 유의점 교수⋅학습 활동 ▸ 물이 연잎에 떨어진 모습을 본 적이 있나요? 배움열기 ( 5분) ▸ 연잎 위에서 물방울은 동그란 공 모양을 유지하며 굴러다니거나 미끄러져 내린다. 이 과정에서 연잎 표면의 먼지까지 물방울과 함께 떨어져 내려 연잎은 언제나 깨끗한 상태를 유지합니다. ▸ 실험원리 : 연잎효과와 나노 돌기와 소수성의 정의 알기 1. 연잎효과란 : 잎이 물방울에 젖지 않는 현상을 말한다. 연잎의 미세한 나노구조가 연잎에 떨어진 물을 구슬 모양으로 뭉치면 물방울이 수은처럼 굴러가면서 표면의 오염물질을 제거해준다. 배움활동 ( 35분) 2. 나노 돌기와 소수성 : 나노 돌기는 물과 서로 겉도는 성질 물과 표면이 접촉하는 각도가 90도보다 작으면 친수성을, 이보다 크면 소수성을 띤다. 연잎 위에서 동그란 모양을 형성 ▸ 실험주제 : 연잎효과 1. 산화아연 용액과 스테아르산 용액 만들기 2. 실험방법에 맞춰 유리판과 종이에 코팅하기 3. 코팅된 물질과 일반 물질의 변화 관찰하기 ▸ 평가 : 코팅된 유리판과 종이에 물을 뿌려 어떤 결과가 있는지 확인 배움정리 ( 10분) ▸ 정리 : 우리 주변에 있는 연잎효과를 통해 나노기술을 확인 ▸ 차시 예고 : 화학반응 중 은거울 반응과 나노 용액 만들기 군산대학교 과학영재교육원 · 5 2022년 STEM+I 생각교실 2 교수 ․ 학습 지도안 프로그램 명 작지만 강한 나노기술 교과명 대단원명 통합과학 Ⅲ. 변화와 다양성 수업 차시 4 / 4 차시주제 화학반응 ( 은거울 반응, 나노 용액 만들기 ) 성취기준 산화-환원 반응을 이용해 나노입자 크기의 은거울 실험 및 용액의 변화된 특성 확인 학습목표 1. 화학반응에서 일어나는 산화와 환원 반응을 이용해서 은거울을 직접 만들어 본다. 2. 화학반응에서 일어나는 산화와 환원 반응을 이용해서 나노입자를 직접 만들어 본다. 수업단계 교수⋅학습 활동 ▸ 산화-환원 반응의 정의를 기억하고 있나요? 배움열기 ( 5분) ▸ 오늘은 산화 환원 반응 중 은거울 반응과 나노 용액을 만들어 일반 물질과 어떻게 다른지 확인해 보는 시간을 갖도록 합시다. ▸ 실험원리 : 산화와 환원 1. 산화 : 화학 반응에서 산소와 결합, 수소 제거, 전자를 잃음 2. 환원 : 화학 반응에서 산소 제거, 수소와 결합, 전자를 얻음 3. 화학반응 (환원 반응) : Ag+(aq) + e- → Ag (s) 4. 나노입자 만들기 : Ag + 환원제 → Ag↓ + ... 은을 환원시켜 나노입자를 만듦 배움활동 ( 35분) ▸ 실험주제 : 은거울 반응, 나노 용액 만들기 1. 질산은 용액과 붕소수소화소듐 용액 만들기 2. 실험방법에 맞춰 은거울 반응실험과 나노 용액 만들기 3. 일반 물질과 나노 용액에 레이저 포인터를 비췄을 때 변화 관찰 ▸ 평가 : 은거울 반응과 나노 용액 만들기의 실험 결과 확인하기 배움정리 ( 10분) ▸ 정리 : 산화-환원 반응, 나노기술을 확인 ▸ 차시 예고 : 6 · 군산대학교 과학영재교육원 수업자료 및 유의점 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 생활을 편리하게 해주는 플라스틱 과연 안전할까? 군산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 군산대학교 기관명 프로그램명 주요 과목 관련 과목 과학영재교육원 해양과학, 생태학 STEM+I 주요 단원 개요 4차시 Ⅲ 위기의 지구 관련 단원 보조 주 개발자명 주요 수업 개발차시 적용 지역 S, T 요소 고1, 2 신규 생활을 편리하게 해주는 플라스틱 과연 안전할까? 통합과학 주요 적용 학년 구분 (신규/수정보 완) 개발자 플라스틱의 오염과 그 피해영향의 심각성을 이해하고, 지속가능한 생태 계 보전을 위한 창의적 아이디어를 도출할 수 있다. 차시 1 주요 활동/내용 Ÿ 플라스틱의 기원과 발전과정에 대해 이해한다. Ÿ 생활속 플라스틱 종류 파악 및 폐기 및 재활용되는 경로 추적 하기. 차시별 2 Ÿ 플라스틱 쓰레기의 발생과 운명에 대해 알아본다. Ÿ 플라스틱 쓰레기의 이동경로를 파악하고, 그 피해에 대해 이 야기할 수 있다. 주요내용 (키워드 위주) 3 Ÿ 생활환경 속의 플라스틱 오남용 사례를 찾고 토론할 수 있다. Ÿ 미세플라스틱의 생성원리와 그 위해의 심각성에 대해 이해한 다. Ÿ 4 미세플라스틱 오염을 줄이기 위한 순환경제를 실천하기 위한 방안에 대해 토론할 수 있다. Ÿ 미세플라스틱 조사방법을 이해하고 해양생태계에 미세플라 스틱 오염수준을 알 수 있다. 준비물 프로젝 트 필기도 구 프로젝 트 필기도 구 프로젝 트 필기도 구 해산물 해부기 구 2022년 STEM+I 생각교실 2 교수 ․ 학습 지도안 프로그램 명 생활을 편리하게 해주는 플라스틱 과연 안전할까? 교과명 대단원명 지구과학 Ⅲ위기의 지구(환경오염) 수업 차시 1 / 4 차시주제 플라스틱의 기원과 종류 성취기준 생활 속 플라스틱의 종류와 특징을 파악하고 플라스틱 재활용 효율을 높일 수 있는 아이디어를 도출 학습목표 플라스틱의 기원과 종류를 파악하고, 재활용을 위한 아이디어 도출 수업단계 교수⋅학습 활동 ▸ 플라스틱의 정의 배움열기 (5분) - 플라스틱에 대한 정의 ▸ 플라스틱의 기원 - 자연속 플라스틱을 찾아보기 - 경험에 비춰 플라스틱 개발이 필요한 사유에 대해 논의 ▸ 강의주제 1: 플라스틱의 개발 - 천연 플라스틱 물질(예: 송진, 셸락)의 사용에서부터 화학적으로 수정된 천연물질(예: 천연고무, 나이트로셀룰로스, 갈랄리드), 끝으로 완전한 합성 분자(예: 베이클라이트, 에폭시, 폴리염화비닐)로 발전 ▸ 강의주제 2: 최초의 합성수지 플라스틱의 용도는? - 시대적으로 19세기 초에 당구는 미국 상류사회의 오락 활동으로 대유행 배움활동 ( 분) - 1869년 셀룰로이드 개발(John. W. Hyatt, 1837~1920) ▸ 강의주제 3: 플라스틱은 어떻게 만들어질까? - 플라스틱의 원료는 원유 정제를 통해 추출 ▸ 강의주제 4: 플라스틱은 왜 이렇게 종류가 많은가요? - 플라스틱의 분류(열가소성, 열경화성) ▸ 강의주제 5: 친환경 대안 바이오 플라스틱이란 무엇인가? - 바이오 플라스틱(Bio plastic) ▸ 강의주제 6: 플라스틱의 장단점은 무엇인가? ▸ 강의주제 7: 생활제품 속 플라스틱의 번호들은 무엇을 의미하는가? ▸ 평가 : 10. 생각더하기 - 7가지 재활용플라스틱의 공통점은? - 내가 지닌 물건의 플라스틱 종류 맞추기 배움정리 (10분) - 플라스틱 종류별 올바른 재활용 처리 방법 ▸ 정리 : 영상시청(https://www.youtube.com/watch?v=mC9mewYNvxc) [환경부/하루 일상 속 플라스틱: 더 나은 내일을 위한 그린생활습관] ▸ 차시 예고 : 생활 속의 플라스틱 오남용 사례에 대해 논의 수업자료 및 유의점 생활을 편리하게 해주는 플라스틱 과연 안전할까? 프로그램 명 생활을 편리하게 해주는 플라스틱 과연 안전할까? 교과명 대단원명 지구과학 Ⅲ위기의 지구(환경오염) 수업 차시 차시주제 생활속 플라스틱 분류 성취기준 발생된 플라스틱 쓰레기의 처리방법과 이동경로에 대해 설명할 수 있다. 학습목표 플라스틱 쓰레기의 이동경로를 파악하고, 그 피해에 대해 이야기할 수 있다. 수업단계 배움열기 (5분) 교수⋅학습 활동 - 난지도의 과거와 현재에 대한 설명 - 사진은 같은 곳임. - 1950년 1.5백만톤이던 쓰레기는 기하급수적으로 증가하여 2020년 3억6천7백만톤 - 현 추세라면 2050년에는 260억톤 예상(연간 곡물생산량 27억톤, 어업생산량 0.96 톤을 감안하면 엄청난 양) ▸ 강의주제 2: 플라스틱은 왜 위험한가? - 기보고된 문헌에 따른 플라스틱에서 유래되는 독성화학물질로는 약 2,486가지 보 고되고 있고 이는 법적으로 어느 정도 관리가 되고 있지만, 아래 표와 같이 규제 대상이 되지 않는 물질이 1,327종(53.4%)에 달하고, 과학적 조사도 이뤄지지 않 은 물질이 266종(10.7%)에 달함. ▸ 강의주제 3: 플라스틱의 이동 경로 - 플라스틱의 기원은 용도에 따라 크게 개인위생용품, 산업재료 및 축산 폐기물 등 으로 구분 지을 수 있고, 이는 하수관거 또는 분리배출 등으로 하천, 하수처리장 또는 쓰레기 매립장으로 배출된다. 이렇게 배출된 플라스틱 쓰레기는 일차적으로 배출된 토양을 오염시키고, 분해된 플라스틱 조각은 지표수/지하수 등을 오염시 켜 종국에는 해양으로 유입되어 해양생태계를 오염시킨다. ▸ 강의주제 4: 제 7대륙의 정체 - 동영상을 감상하고 해양플라스틱쓰레기의 심각성에 대해 인식하기. (https://youtu.be/ehh2trMyzHA 에서 발췌) - 플라스틱 쓰레기가 생태계에 미치는 영향 (https://youtu.be/aZxQ6tZEHc0)에서 발췌 ▸ 평가 : 플라스틱의 독성에 대해 알아보기 배움정리 (10분) 수업자료 및 유의점 ▸ 플라스틱 쓰레기에 대한 공감대 만들기 ▸ 강의주제 1: 연간 플라스틱 쓰레기 발생량은? 배움활동 (30분) 2 / 4 ▸ 정리 : 플라스틱의 잘못된 사용 사례 찾아보기 및 플라스틱 쓰레기 줄이는 방법에 대한 아이디어 제안! ▸ 차시 예고 : 환경에 노출된 플라스틱 쓰레기가 분해되는 과정은 안전할까? 2 2022년 STEM+I 생각교실 프로그램 명 생활을 편리하게 해주는 플라스틱 과연 안전할까? 교과명 지구과학 대단원명 Ⅲ위기의 지구(환경오염) 차시주제 플라스틱 줄이기 실천 캠페인 성취기준 생활환경 속의 플라스틱 오남용 사례를 찾고 토론할 수 있다. 학습목표 미세플라스틱의 생성원리와 그 위해의 심각성에 대해 이해한다. 수업단계 수업 차시 교수⋅학습 활동 ▸ 미세플라스틱이란? ▸ Primary microplastics란? 배움열기 (5분) ▸ Secondary microplastics란? ▸ Nanoplastics란? ▸ 미세플라스틱의 기여도 ▸ 강의주제 1: 플라스틱 줄이기 실천 캠페인 -4 인 1 조(1 모둠)로 구성하여 플라스틱 줄이기 실천 규약을 만들어보자. -모둠에서 세운 플라스틱 줄이기 실천 규약을 발표하며, 상호 경청과 질문을 한다. 배움활동 ( 40분) ▸ 강의주제 2: 페플라스틱병이 펠렛으로 만들어지는 과정에 대한 조사 결과 발표 - 혼합 플라스틱 페기물을 생활용품으로 만드는 국내외 회사의 제품을 조사한 결과를 서로 나누며 제품화시킬 수 있는 물품에 대한 생각을 나눈다. -최근 급증한 생수병 문제를 해결하기 위한 방안을 구안한 아이디어를 공유한다 ▸ 평가 : 플라스틱 줄이기 실천 캠페인 아이디어의 참신성과 실현가능성. ▸ 정리 : 내 생활주변에서 미세플라스틱 줄이는 방법에 대해 토론한다. 배움정리 (5분) ▸ 차시 예고 : 친환경 플라스틱은 존재하는가? 3 / 4 수업자료 및 유의점 생활을 편리하게 해주는 플라스틱 과연 안전할까? 프로그램 명 생활을 편리하게 해주는 플라스틱 과연 안전할까? 교과명 지구과학 대단원명 Ⅲ위기의 지구(환경오염) 수업 차시 차시주제 친환경 플라스틱 만들기 성취기준 미세플라스틱 오염을 줄이기 위한 순환경제를 실천하기 위한 방안에 대해 토론할 수 있다. 학습목표 친환경 플라스틱 만들어 미세플라스틱의 오염을 줄인다. 수업단계 교수⋅학습 활동 ▸ 미세플라스틱이란 무엇인가? 배움열기 (10분) - 플라스틱으로 인해 환경문제의 심각성을 이해한다. https://www.youtube.com/watch?v=HAt6snY8WTY ▸ 강의주제1 : 전분 플라스틱 만들기 [실험1] 전분 플라스틱 만들기 1. 냄비에 전분 1수저를 넣는다 2. 냄비에 물 4수저(전분의 4배)를 넣는다 3. 글리세린에 0.5수저를 넣는다. 4. 식초 0.5수저를 넣는다. 5. 다 녹을때까지 저어 준다.(약불로 온도 유지) 6. 원하는 색깔의 물감을 넣고 진듯해질 때까지 저어 준다 7. 색깔이 골고루 나타날 때까지 저어 준다 8. 원하는 모양(컵, 접시)에 빈틈없이 잘 발라 준다 배움활동 ( 30분) 9. 약 2일 동안 건조 시켜 준다. (통풍이 잘되는 곳) 10. 친환경 플라스틱 접시 및 그릇을 관찰한 후 장단점을 이야기해 본다. ▸ 강의주제 2: 밀랍 랩 만들기 [실험2] 밀랍 랩 만들기 1. 프라이팬을 달궈준다 2. 달궈진 프라이팬에 면으로된 천을 올려준다. 3. 면으로 된 천 위에 고체 밀랍을 올려준다. 4. 녹은 밀랍(약 60도에서 녹음)이 천에 골고루 스며들도록 젓가락으로 밀랍을 움직여준다.(약불로 온도 유지) 5. 5분 정도 말려준다 6. 친환경 밀랍 랩으로 음식을 포장해 본다 7. 밀랍 랩의 사용 후, 장단점을 이야기한다. ▸ 평가 : 미세플라스틱의 위험성에 대한 과학적 대책 배움정리 ( 5분) ▸ 정리 : 지속가능한 플라스틱 순환경제을 정착시킬 수 있는 아이디어 토론 4 / 4 수업자료 및 유의점 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 트래커, 파이썬을 이용한 물체의 운동 분석 및 역학적 에너지 보존의 이해 경북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 경북대학교 과학영재교육원 구분 (신규/수정 보완) 신규 트래커, 파이썬을 이용한 물체의 운동 분석 및 역학적 에너지 보존의 이해 주요 적용 학년 고2 개발차시 5 I. 역학과 에너지 주요 과목 물리학 주요 단원 2. 에너지와 열 01. 역학적 에너지 보존 관련 과목 STEM+I 요소 주 개발자명 관련 단원 S, M, I 적용 지역 보조 개발자 이 프로그램에서는 고등학교 통합과학 과목의 역학적 시스템, 물리학Ⅰ 과목의 역학과 에너지, 물리학Ⅱ 과목의 역학적 상호작용 단원 중 물체 의 운동에 관한 이해를 바탕으로 학생들이 정보 과목의 파이썬 (Python) 언어 프로그래밍을 활용하여 생활 속 문제 상황을 물리적으로 주요 수업 해석하는 탐구를 수행한다. 물리학, 정보 과목에서 학습한 개념과 원리를 개요 적용하여 다양한 물체의 운동 상황에서 데이터를 추출하고 이를 가공하 여 그래프를 표현하여 과학적 해석을 하게 된다. 물체의 운동 영상에 서 데이터를 얻고 이를 분석하는 과정에서 위치 추적 프로그램인 트래 커(트래커)와 파이썬 프로그램이 사용되고 이 과정에서 논리적이고 효 율적인 방법을 찾고 수행하는 능력이 수반된다. 1차시: 여러 가지 물체 운동의 역학적 에너지 보존 이해, 트래커 활용법 습득 차시별 2차시: 물체의 여러 가지 운동에서 데이터를 수집하여 분석 주요내용 3차시: 데이터 전처리, 파이썬을 이용한 그래프 표현 및 분석 (키워드 위주) 4차시: 물체의 여러 가지 운동에서 물리량의 변화 분석, 역학적 에너지 보존 확인 차 시 1 여러 가지 물체의 운동과 역학적 에너지 보존, 트래커의 사용 방법 ■ 학습 목표 1. 여러 가지 물체의 운동의 역학적 에너지 보존을 식으로 표현할 수 있다. 2. 트래커를 이용하여 간단한 운동의 데이터를 수집할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 운동 에너지, 퍼텐셜 에너지, 역학적 에너지, 역학적 에너지 보존 1. 역학적 에너지란? 가. 역학적 에너지란? 1) 운동 에너지와 퍼텐셜 에너지를 합한 것을 역학적 에너지라고 한다. 2) 운동 에너지 <그림1-1>과 같이 마찰이 없는 수평면에 정지해 있던 질량이 인 물체가 일정한 알짜힘  를 받아 거리  만큼 이동하였을 때 속도가 가 되었다고 하자. <그림1-1> 일의 정의와 운동 제2법칙에 따라 물체에 작용한 힘이 한 일은     이다. 이때 물체는 등가속도 운동을 하므로    인 관계가 있다. 따라서 일은 다음과 같다.          이때   을 질량이 이고 속력이  인 물체의 운동 에너지라고 한다.  3) 퍼텐셜 에너지 지표면 근처에 있는 질량이 인 물체는 항상 지구 중심 방향으로 크기가 인 중력을 받는다. <그림1-2>와 같이 공기 저항을 무시할 때 이 물체를 운동 에너지의 변화 없이 지면으로부터 높이 만큼 들어 올리는 데 필요한 일은 다음과 같다.      이 때 를 질 량 이 인 물 체 가 기 준 면 으 로 부 터 만 큼 높 은 곳 에 있 을 때 의 중력 퍼텐셜 에너지라고 한다. <그림1-2> - 6 - 차 시 2 여러 가지 물체의 운동과 트래커를 이용한 운동 데이터 수집 ■ 학습 목표 1. 여러 가지 물체의 운동을 촬영하여 트래커를 이용하여 운동 데이터를 얻을 수 있다. ■ 주요 학습 개념 위치-시간 그래프, 속도-시간 그래프, 여러 가지 물체의 운동 ■ 활동지 1. 여러가지 물체의 운동 선택하기 다음은 여러 가지 물체의 운동이다. 1) 자유낙하운동 실험 방법 (예시) 실험자가 눈금을 그린 이젤패드 앞에서 공을 떨어뜨린다. 촬영기기로 공과 이젤패드가 나오도록 촬 영한다. 준비물 이젤패드, 자, 매직, 공, 촬영기기(스마트기기), 노트북 등 2) 수직으로 위로 던진 물체의 운동 실험 방법 (예시) 실험자가 눈금을 그린 이젤패드 앞에서 공을 수직 위로 던진다. 촬영기기로 공과 이젤패드가 나오 도록 촬영한다. 준비물 이젤패드, 자, 매직, 공, 촬영기기(스마트기기), 노트북 등 3) 수평으로 던진 물체의 운동 실험 방법 (예시) 실험자가 눈금을 그린 이젤패드 앞에서 책상위 에 공을 올리고 옆으로 쳐서 떨어뜨린다. 촬영기기로 공과 이젤패드가 나오도록 촬영한다. 준비물 이젤패드, 자, 매직, 공, 촬영기기(스마트기기), 노트북 등 4) 용수철에 연결된 물체(수평방향)의 운동 실험 방법 (예시) 실험자가 눈금을 그린 이젤패드 앞에서 미끄러 운 바닥에 용수철이 연결괸 공을 진동시킨다. 촬영기 기로 공과 이젤패드가 나오도록 촬영한다. 준비물 이젤패드, 자, 매직, 공, 촬영기기(스마트기기), 노트북 등 - 12 - 차 시 3 파이썬을 이용한 데이터의 변환과 그래프 나타내기 ■ 학습 목표 1. 파이썬을 이용하여 데이터를 불러오고 원하는 함수를 생성할 수 있다. 2. 함수를 그래프로 나타내고 그래프 서식을 변경할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 파이썬, 데이터 전처리, 함수, 그래프 1. 파이썬으로 데이터 불러오기 예제 실습 가. 구글 Colaboratory의 설치 1) Colaboratory는 Google 리서치팀에서 개발한 제품이다. 보통 줄여서 'Colab'이라고 표현을 많이 하여 이하 Colab 이라 한다. Colab을 사용하면 누구나 브라우저를 통해 임의의 Python 코드를 작성하고 실행할 수 있다. Colab은 특히 머신러닝, 데이터 분석, 교육에 적합하고 더 기술적으로 설명하면 Colab은 호스팅된 Jupyter 노트북 서비스로, 특별히 다른 설정없이 사용 가능하며 GPU를 포함한 컴퓨팅 리소스를 무료로 사용할 수 있다. 2) Colab은 무료로 사용할 수 있다. 3) Colab의 코딩은 메모장(파일 확장자는 .ipynb)으로 Google Drive에 저장되거나 GitHub에서 로드할 수 있 다. 또한 Colab 메모장은 Google Docs 또는 스프레드시트와 마찬가지로 공유할 수 있다. Colab 메모장 오른 쪽 상단에서 공유 버튼을 클릭하거나 Google Drive의 파일 공유와 방법이 동일하다. 4) 구글 Colab의 실행 가) 구글 사이트 (https://google.co.kr/) 접속 및 로그인 나) Google Workspace Marketplace에서 더보기 클릭 - 20 - 차 시 4-5 파이썬을 이용한 2차원 물체의 운동 분석 ■ 학습 목표 물체의 2차원 운동 과정 중 물리량의 변화를 파이썬으로 표현하고 해석할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 파이썬, 물리적 해석 ■ 활동지 1단계 운동 상황 제시하기: 2차시에서 촬영한 물체의 운동 상황을 실생활에서 발생할 수 있는 상황과 연계 시켜 분석할 주제로 설정한다. 분석하고 싶은 운동 (작성 예시) 책상에서 실수로 물체에 부딪혀 물체가 책상 아래로 떨어지는 경우가 있 상황 다. 이 상황을 실제 재현하여 수평으로 날아가면서 떨어지는 운동을 분석하고자 한다. 2단계 역할 분담하기 문제 해결을 위해 필요한 역할을 토의하여 정리하고, 각자 자신의 역할을 선택해보자. 1. 필요한 역할: 예시) 물리학자(Physicist), 프로그래머(Programmer), 편집자(Editor), 최고 창의성 책임자(CCO, chief creative officer) 등 2. 역할 분담 모둠원 이름 역할 김OO 물리학자 박OO 프로그래머 정OO 편집자 이OO CCO 해야 할 일 (작성 예시)물리량을 나타내는 함수의 생성 및 운동 분석 (작성 예시)파이썬 코드 작성 및 수정 (작성 예시)데이터 전처리 및 그래프 정리, 보고서 작성 (작성 예시)실험 개선 및 발전, 창의적 아이디어 제안 및 수렴 3단계 분석 방법 구상하기 분석할 데이터 설정 및 해석 방법 결정 물체의 운동을 분석하기 위해 분석할 데이터와 그에 따른 해석 방법을 결정해보자. (작성 예시) 2차원 물체의 운동을 x축과 y축으로 분리하여 각각의 속도-시간 그래프를 그려 물체의 운동을 분석한다. 또한 각 축의 운동 에너지, 중력 퍼텐셜 에너지, 역학적 에너지 변화를 나타내어 에너지 전환 과정을 분석한다. - 30 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 물의 구조는 어떻게 생겼을까? 경북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램명 주요 과목 관련 과목 STEM+I 요소 구분 (신규/수정보 완) 물의 구조는 어떻게 생겼을까? 과학 수학,정보, 기술/공학 S, M 신규 주요 적용 학년 1 개발차시 5 주요 단원 중학교 1학년 5. 물질의 상태 변화 관련 단원 기하, 도형 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 이 프로그램에서는 공학적 설계를 기반으로 물의 구조에 대한 문제해결 프로젝트를 수행하기 위해 물질의 상태 변화, 기체의 성질에 대한 탐구를 수행한다. 학습한 개념과 원리를 적용하여 조건에 적합한 물의 구조 대한 아이디어를 협의하고 3D 디자인 소프트웨어를 활용하여 설계를 실시할 수 주요 수업 개요 있다. 모둠별 협의를 통해 최선의 안을 도출하여 협업을 통해 물의 구조 의 특성 관련 실험을 직접 설계한다. 설계한 실험을 수행하고, 실험 결과 를 발표(설계 과정, 산출물의 차이점, 장단점 등)하는 과정을 통해 학습한 개념이 어떻게 적용되어 문제가 해결되는지를 이해하고 학생들 간에 서로 공유한다. 차시별 1차시 얼음과 수증기는 같을까? 2차시 물의 구조 설계하기 3차시 물의 수소 결합으로 인한 현상 탐구하기 4-5차시 물과 에탄올의 차이는 무엇일까? 주요내용 (키워드 위주) [ STEM+I 생각교실 교육 프로그램 ] 차 시 1 얼음과 수증기는 같을까? ■ 학습 목표 1. 고체, 액체, 기체의 특징을 설명할 수 있다. 2. 물질의 세 가지 상태를 입자 모형 시뮬레이션을 이용하여 표현할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 초등학교 때 학습한 내용을 띵커벨을 이용하여 점검해봅시다. <접속코드> 띵커벨-QR코드 ■ 학생 활동지 해설 [ 탐구활동 및 개념학습] 1. 물의 세 가지 상태를 확인해봅시다. - 세 가지 상태는 우리 눈에 어떤 상태로 보일까요? 얼음 물 ▶ 고체 상태임 ▶ 액체 상태임 ▶ 모양이 일정함 ▶ 모양이 일정하지 않고 흐르며 ▶ 손으로 잡을 수 있고 차가우며 담는 그릇에 따라 변함 단단함 ▶ 손으로 잡을 수 없음 수증기 ▶ 기체 상태임 ▶ 모양이 일정하지 않고 눈에 보 이지 않음 - 얼음이 녹기 전과 녹은 후의 부피(물의 높이)와 무게 변화 관찰하기 부피(물의 높이) 녹기 전 무게(g) 녹은 후 녹기 전 녹은 후 13.0 13.0 실험 결과 알 수 있는 점 얼음이 녹으면 부피는 줄어들지만 무게는 변하지 않음 - 7 - 차 시 2 물의 구조 설계하기 ■ 학습 목표 1. 고체와 액체 사이에서 일어나는 상태 변화를 시뮬레이션으로 나타내고, 상태 변화가 일어나도 물질의 성질은 변하지 않음을 설명할 수 있다. 2. 다른 액체와 달리 물의 상태 변화에서만 관찰할 수 있는 특징을 시뮬레이션을 이용하여 관찰하고, 그 이유를 Tinkercad를 활용하여 탐구한다. ■ 주요 학습 개념 물질의 세 가지 상태를 입자 모형으로 표현하기 ■ 학생 활동지 해설 [ 예상해보기 ] 1. 물의 분자 구조를 확인해봅시다. - 물의 분자는 어떻게 생겼을까요? 다음 시뮬레이션을 이용하여 그려봅시다. <접속코드> 자바실험실-QR코드 학생 예시 - 10 - 차 시 물의 수소결합으로 인한 현상 탐구하기 3 ■ 학습 목표 1. Tinkercad를 활용한 공학적 설계를 적용하여 문제를 해결할 수 있다. 2. 주어진 문제를 해결하기 위한 아이디어 협의 및 산출 과정에서 의사소통과 협력적 태도를 함양한다. ■ 주요 학습 개념 수소 결합으로 인한 물의 표면장력 ■ 학생 활동지 해설 [ 예상해보기 ] 1. 물이 든 봉지에 뾰족한 막대를 끼우면 어떤 일이 일어날까요? <참고영상> EBS-과학실험 학생 답안 예시 뾰족한 막대 사이로 물이 샐 것이다. 구멍이 뚫려서 물이 샐 것이다. 막대가 구멍을 막아서 물이 새지 않을 것 같다. [ 탐구 활동 및 개념 학습 ] 1. 다음 실험을 탐구해보고, 이 실험의 결과와 이런 결과가 나온 이유에 대해 작성해봅시다. 물 안의 클립 동전 위에 물방울 쌓기 - 14 - 새지 않는 비닐봉지 차 시 4-5 물과 에탄올의 차이는 무엇일까? ■ 학습 목표 1. 가설을 설정하고 기초 실험 도구를 활용하여 가설을 증명하기 위한 실험을 설계할 수 있다. 2. 물, 에탄올의 가열 곡선을 GeoGebra를 이용하여 작성하고, 끓는 점을 찾을 수 있다. 3. 물, 에탄올의 끓는 점의 온도 차이를 물의 구조를 이용하여 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 상태 변화 할 때 열에너지의 출입과 입자 배열의 변화 ■ 학생 활동지 해설 [ 탐구활동 ] 물과 에탄올의 온도 변화에 따른 입자를 시뮬레이션을 이용하여 관찰하기 <접속코드> 자바실험실-QR코드 ※ 중요! 실제 실험 기구를 이용한 탐구 시 유의 사항을 선생님의 설명을 잘 듣고 적어봅시다! 아래 참고 영상 및 실험 안전 영상 활용 ■ 실험 전 5분 안전 교육 및 실험 조작 디딤 영상 [대구창의융합교육원] 과학실험-기초조작능력 향상 교육자료 https://bit.ly/dge_heat https://bit.ly/dge_flask - 17 - https://bit.ly/dge_cobalt 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 맹꽁이를 보호하라! 경북대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 주요 과목 관련 과목 (신규/수정보 완) 과학영재교육원 프로그램명 맹꽁이를 보호하라! 과학/ 생명과학 수학 기술/정보 STEM+I S, T, M, 요소 I 주요 적용 학년 구분 경북대학교 주요 단원 관련 단원 신규 중3, 고1, 고2 개발차시 6 과학_생물의 다양성_[9과 03] 생명과학Ⅰ_생태계와 상호작용_[12생과Ⅰ05] 수학_확률과 통계_[9수05]/[10수학05] 정보과_자료와 정보_[9정02]/[12정보02] 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 전국적으로 분포하지만 멸종 위기에 처해 있는 맹꽁이에 대해 알아본다. 주요 수업 개요 생물학자가 맹꽁이를 연구하는 방법을 알아보고, 자료를 이용해 수학적 으로 맹꽁이 개체수를 추정하는 활동을 수행한다. 학생들이 모은 정보를 활용하여, 전자책 만들기 프로그램을 이용하여 맹꽁이 보호 E-BOOK을 직접 제작함으로써 맹꽁이를 보호하는 활동을 시작한다. 홍보 차시 차시별 주요내용 키워드 1차시 생물다양성, 맹꽁이, 생태적 특징, 생태적 특징 2차시 개체수, 포획 및 재포획, 비례식, 일차함수, 좌표 3차시 일차함수, 지오지브라, 그래프, 비례 관계, 오차 4차시 e-Book, 맹꽁이 특성 (키워드 위주) 5차시 전자책, 환경 보호 6차시 [ STEM+I 생각교실 교육 프로그램 ] 차 시 1 맹꽁이는 왜 멸종위기 동물이 되었을까? ■ 학습 목표 • 맹꽁이 보호에 관한 관심을 가진다. • 생물다양성의 중요성을 인식할 수 있다. • 생물의 특성을 이해하는 것이 생물을 지키는데 중요하다는 점을 이해할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 생물다양성, 맹꽁이, 형태적 특징, 생태적 특징 ■ 학생 활동지 해설 1. [문제 상황] 맹꽁이에게 무슨 일이 일어나고 있을까? 가. 맹꽁이는 왜 위험에 놓였나? 관련 동영상 자료: [정브르] 참혹한 현장에서 맹꽁이 구출 대작전 - https://youtu.be/pURvVzLmJnU - https://youtu.be/oZLga_7vuZw [뉴스 자료] - https://youtu.be/nfIPH6b35BY - https://youtu.be/8K0pF7El2nY 나. 양서류에는 어떤 멸종위기 야생동물이 있나요? ▸멸종위기 야생동물 1급: 수원청개구리 ▸멸종위기 야생동물 2급: 고리도룡뇽, 맹꽁이, 금개구리 다. 맹꽁이 보호를 위해 나는 무엇을 할 수 있을까? 맹꽁이에 대해 알아야 맹꽁이를 보호할 수 있다. 맹꽁이 보존 홍보 활동이 필요하다. 맹꽁이 번식기간 이동을 도우자. - 맹꽁이에 대해 알아보고 맹꽁이 보호에 어떤 노력을 할 수 있을지 알아보자. - 7 - 차 시 2 맹꽁이를 어떻게 연구하고 있을까? ■ 학습 목표 • 개체군 크기 추정이 필요한 이유를 설명할 수 있다. • 개체군 조사 방법을 설명할 수 있다. • 개체군 크기를 피터슨 법 및 차프만 법으로 구할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 개체수, 포획 및 재포획, 밀도, 비례식, 피터슨 법, 차프만 법 ■ 학생 활동지 해설 1. [조사 활동] 연구원의 연구 활동 알아보기 가. 개체군이란? 개체군은 특정 지역에 특정 시기 서식하는 특정 종의 크기가 된다. 예) 2022. 대구 대명유수지 맹꽁이 개체군 나. 맹꽁이는 어떻게 잡을 수 있을까요? 관련 동영상 자료: [슬기로운 연구생활 양서류편] 생태계에서 개구리의 역할은 무엇일까? ▸ 직접 포획법: 손으로 직접 잡는 방법 - 장마철 야간 조사 - 소리를 듣거나 실제 눈으로 확인하여 포획하는 방법 ▸ 트랩 포획법: 트랩을 사용하는 방법 - 맹꽁이 출현지 및 이동 예상 경로에 트랩을 설치하고 주기적으로 개체를 포획하는 방법 - 땅속에서 주로 생활하는 맹꽁이를 효과적으로 많이 포획하는 방법 다. 맹꽁이는 어떻게 추적 조사할 수 있을까요? ▸ 포획된 맹꽁이는 물감 같은 액체를 발끝에 칠해 표시한다. ▸ 생태 전문가는 표시한 맹꽁이를 찾아 몸무게, 길이 등을 확인할 수 있다. - 13 - 차 시 3 개체군 크기 추정에 주의할 점은 무엇일까? ■ 학습 목표 • 모의실험으로 개체군 크기를 계산할 수 있다. • 개체수를 추정하는데 발생할 수 있는 통계적 오류를 소프트웨어(지오지브라)를 활용하여 설명할 수 있다. • 멸종위기 야생생물인 맹꽁이의 현황을 판정하기 위해 생태 연구가 필요함을 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 확률, 지오지브라, 평균, 표준편차, 정규분포 ■ 학생 활동지 해설 1. [모의실험] 실험하기 가. 준비물: 흰색과 검정색 바둑돌, 천 주머니, 계산기 나. 실험 방법 [실험 전 준비] 1) 속이 보이지 않는 천 주머니에 검은색 바둑돌을 100개 이상 넣어둔다. 2) 흰색 바둑돌을 준비한다. ※ 주의 사항: 깨진 바둑돌에 손을 다치지 않도록 유의한다. ※ 수를 알 수 없도록 다른 조에서 주머니를 만들어 건네주는 방법도 가능하다. [실험하기] 1) 구슬이 든 주머니에서 바둑알을 한 움큼 들어낸다. 2) 바둑알 개수를 센다. 3) 그 바둑알 수만큼 흰색 바둑알을 주머니에 넣는다. 4) 주머니에 손을 넣고 바둑알이 잘 섞이도록 여러 번 휘젓는다. 5) 주머니에서 한 움큼 바둑알을 잡아낸다. 6) 검은색과 흰색의 수를 센다. 7) ‘바’의 구슬을 다시 주머니에 넣고 ‘마’를 4번 더 반복한다. [바둑돌 추정하기]    (피터슨 법) ‐ N: 전체 바둑알 수 ‐ r: 실험하기 3)에서 바꿔 넣은 흰색 바둑알 수 ‐ n: 실험하기 6)에서 꺼낸 바둑알 수 ‐ m: 실험하기 6)에서 꺼낸 흰색 바둑알 수 - 18 - 차 시 4 맹꽁이를 보호하기 위해 우리는 무엇을 할 수 있을까? ■ 학습 목표 • Book Creator의 사용 방법을 알 수 있다. • 맹꽁이 보호 활동 홍보용 전자책의 표지를 만들 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • e-Book ■ 학생 활동지 해설 1. [디자인 활동] 책 표지 디자인하기 • 책 표지를 개성 있게 디자인해 봅시다. - 22 - 차 시 맹꽁이를 보호하라! 5~6 ■ 학습 목표 • 맹꽁이 보호 활동을 주제로 전자책을 만들 수 있다. • 전자책을 동료와 협력하여 제작할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 전자책, 환경 보호, 맹꽁이 ■ 학생 활동지 해설 1. [조별 활동] 역할 결정하기 책 제목 ▸맹꽁이를 지켜라! 조 이름 ▸창의적인 이름을 만들게 지도한다. 이름 역할 분담하기 역할 비고 학생 A ▸그림 작가 ▸1, 3, 5 페이지 학생 C ▸스토리 작가 ▸지문 작성 학생 B ▸컨텐츠 검색 2. [실습하기] 스토리보드 완성하기 ▸1페이지 핵심 내용: 표지/ 제목 ▸2페이지 내용: 목차 ▸세부 내용 설명 ▸세부 내용 설명 - 맹꽁이 모습 - 맹꽁이란? - 흥미를 끌 사진 등 제시 - 맹꽁이 서식지 - 맹꽁이가 멸종위기인 이유 - 25 - ▸관련 사진, 영상 ▸출처 관리 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 지속 가능한 발전과 미래를 위한 신재생 에너지 강원대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 구분 강원대학교 (신규/수정보 완) 신규 프로그램명 지속 가능한 발전과 미래를 위한 신재생 에너지 주요 과목 통합과학 관련 과목 STEM+I 요소 과학 Ⅲ 화학 Ⅱ S/T/E 주요 단원 관련 단원 주요 적용 학년 고 1 개발차시 5 Ⅸ. 발전과 신재생 에너지 Ⅵ. 에너지 전환과 보존 Ⅳ. 전기 화학과 이용 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 이 프로그램은 에너지 소양 신장을 바탕으로 에너지 전환시대에 요구되는 주요 수업 개요 학생들의 실천적 지식을 함양하고 지속가능한 사회를 선도하는 민주시민 교육을 목적으로 개발되었다. 이 프로그램에서 학생들은 지속가능한 사회 를 위한 에너지 이용과 개발에 관한 탐구를 통해, 신재생 에너지 기술에 대해 과학적으로 이해하고 학생들이 자발적인 실천 계획을 수립하게 된다. 1차시 / 강의 / 신재생에너지의 이해- 신재생에너지의 종류와 특징 2차시 / 탐구 / 연료전지 실험을 통해 연료 전지의 원리, 특징과 장점을 차시별 주요내용 (키워드 위주) 탐구하기 3차시 / 강의 / 연료 전지 기술의 활용 – 연료 전지를 둘러싼 수소 기술에 대한 이해 4차시 / 조사 / 대륙별‧국가별 신재생 에너지 활용방안에 대하여 조사 5차시 / 토론 / 대륙별‧국가별 신재생 에너지 활용방안 발표 및 우리나라에 대한 적용 지속 가능한 발전과 미래를 위한 신재생 에너지 Ⅲ. 교사용 지도서 1차시 신재생 에너지의 이해 [수업 안내] 본 수업에서는 화석 연료의 고갈에 대해 학생들이 직접 탐구함으로서 화석 연료의 대안인 신재생 에너지의 필요성과 종류에 대해 직접 탐구하는 것에 목적을 둔다. 학생들이 주어진 자료를 통해 화석 연료를 사용했을 때의 문제점을 직접 인식하도록 한다. 화석 연료의 대안이 될 수 있는 에너지의 조건에는 무엇이 있어야 하는지 화석 연료의 단점과 비교하여 추론할 수 있도록 한다. 화석 연료의 대안이 될 수 있는 신재생 에너지(태양 에너지, 풍력 에너지, 해양 에너지, 바이오 에 너지, 수소 에너지)의 특징과 장·단점이 무엇이 있을지 예상하게 하고 이를 설명한다. [수업 TIP] 에너지 소비량의 변화 그래프와 주요 에너지 자원의 가채연수 그림을 통해 학생들이 에너지 사용량은 증가하 는 것에 반해 주요 에너지 자원은 고갈되고 있음을 인식할 수 있도록 한다. 앞선 활동에서 학생들이 인식한 점을 토대로 미래의 에너지가 가져야할 조건은 무엇이 있을지 예측하여 적어보고, 답을 제시하여 학생들의 생각을 수정 및 보완해준다. 우리 나라의 신재생 설비 현황을 탐구하며 우리 나라의 신재생 에너지 현황을 인식하고 신재생 에너지 에는 무엇이 있는지 인식할 수 있도록 한다. 만약에 화석 연료가 없어진다면? 다음은 전 세계 에너지 소비량의 변화와 주요 에너지 자원인 화석 연료의 가채 연수(2016년 기준)를 나타낸 것이다. | 160 | 지속 가능한 발전과 미래를 위한 신재생 에너지 2차시 수소 연료 전지 탐구 [수업 안내] 탐구 실험을 통해 수소 연료 전지의 작동 원리를 확인한다. 연료 전지의 재료로 사용되는 산소와 수소가 친환경적인 방법으로 생산되며, 에너지를 만든 후에 생성된 물질 또한 친환경적인 물질이라는 것을 확인하도록 한다. 생각열기 동영상 : https://www.youtube.com/watch?v=pUQkBOIt0KM 연료 전지 탐구 실험 동영상 : https://www.youtube.com/watch?v=jheP19dVGvU 태양광 패널을 통해 생산된 전기로 수전해를 일으키고, 이렇게 분해된 수소를 연료로 사용하도록 설계된 연료 전지를 사용하여 재생 에너지 사이의 관계를 이해하도록 한다. 연료 전지의 작동 원리를 과학적으로 설명하고 이해하도록 한다. [수업 TIP] 실험 장치를 설치해 기체를 발생시킬 때 발생되는 기체의 비율을 관찰하기 위해 튜브를 연결할 때 올바른 곳에 연결하여 탐구를 진행할 수 있도록 한다. 태양 전지를 연결한 후와 전기 모터에 연결했을 때의 기체 저장 실린더의 변화를 유의 깊게 관 찰하여 기록할 수 있도록 한다. 태양 전지에서 전선을 분리한 후에 전기 모터에 전선을 연결할 때 연결하자마자 프로펠러가 돌아 가기 때문에 초시계를 준비한 뒤에 프로펠러가 돌아가기 시작했을 때 바로 측정을 시작할 수 있도록 한다. 수소 기체와 산소 기체가 소모되며 프로펠러가 돌아간 것을 언급하며 연료 전지가 어떤 원리로 작동하는 것일지 과학적인 결론을 도출할 수 있도록 촉진한다. | 168 | 교사용 지도서 3차시 연료 전지 기술의 활용 [수업 안내] 생각 열기 동영상 1 : https://www.youtube.com/watch?v=q-VWWD80atc 생각 열기 동영상 2 : https://www.youtube.com/watch?v=rXjfnb9MT_Q 연료 전지의 재료인 수소를 생산하는 여러 가지 방법 중에서 그린 수소 방법으로 수소를 만드는 것의 필요성을 이해하도록 한다. 그린 수소를 만들기 위해서는 다양한 재생 에너지의 개발이 필요함을 설명한다. 연료 전지의 저장과 수송에 있어서 액체 수소 저장 기술 개발의 필요성을 인지할 수 있도록 한 다. [수업 TIP] 현재 연료 전지 사용에서의 문제점이 수소가 부족한 것이며 수소 생산량이 증가해야 함을 학생들 이 인지할 수 있도록 한다. 수소 기체를 만드는데 있어서 그레이 수소와 그린 수소의 차이점을 인식하고 그린 수소로 수소를 만들어야 함을 인식하게 한다. 그린 수소로 수소를 개발함에 있어서 결론적으로 신재생 에너지의 개발 및 확보가 중요하며 신재 생 에너지를 연구해야 하는 필요성을 인지할 수 있게 한다. 수소 사용을 위한 미래의 과제 수소 연료 전지 활용 분야(좌) 및 수소 생산 방법(우) 출처 : 포스코 뉴스룸 | 179 | 교사용 지도서 4/5차시 국가별 신재생 에너지 활용 방안 [수업 안내] 4차시 수업에서는 모둠별로 대륙 또는 나라를 정해 해당 나라의 신재생 에너지 활용 현황에 대 해 조사한다. [생각 열기 영상] https://www.youtube.com/watch?v=eqfneevsKTY http://www.danbinews.com/news/articleView.html?idxno=20945 5차시 수업에서는 국가별 신재생 에너지 개발 현황 및 계획을 모둠별로 발표한다. 활용 현황을 조사하며 국가별 신재생 에너지 개발은 국가의 지리·지형·기후 환경에 영향을 받음 을 알아낼 수 있게 한다. 모둠별 발표를 들으면서 국가별 신재생 에너지 개발의 공통점을 확인할 수 있게 한다. 우리나라의 지형적 특징을 보면서 신재생 에너지를 어떻게 개발할 수 있을지 알아본다. [수업 TIP] 모둠별 조사는 개인 휴대폰이나 태블릿 PC를 가지고 직접 조사할 수 있도록 한다. 모둠 활동을 통해 국가별 신재생 에너지 사용현황 및 개발 계획을 조사하며 신재생 에너지의 활용 및 개발은 지리·지형·기후 환경에 영향을 받음을 관찰할 수 있도록 촉진하는 질문을 제공한다. 모둠 활동에 대한 동료평가를 이용하여 모둠 활동을 촉진할 수 있도록 한다. 그 후에 우리나라의 지형을 생각하며 신재생 에너지 활용 현황과 우리나라의 신재생 에너지 개발의 미 래에 대해 생각해 볼 수 있도록 한다. 친환경 에너지 도시, 베드제드(BedZED) 영상 베드제드 마을에서는 어떠한 방법으로 탄소 중립을 실천하고 있었나요? - 옥상에 태양광과 목재 펠릿 발전을 활용해 자체적으로 전기를 공급하고 있다. 옥상에 잔 디를 설치하여 빗물을 흡수해 저장하고 물을 재활용 한다. 많은 창문을 활용해 채광을 높이고 단열 효과를 얻는다. 우리 나라 혹은 도시에서 탄소 중립을 실천하기 위한 방법에는 무엇이 있을까요? - 우리 나라에서도 옥상에 태양광 발전기를 설치하여 전기를 생산할 수 있고, 대관령의 풍 력 발전이나 갯벌의 조석 간만의 차이를 이용하여 해양에너지를 생산하는 등 다양한 발 전 방법으로 탄소 중립을 실천할 수 있다. | 191 | 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 줄기세포란 무엇일까? 강원대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 관련 과목 STEM+I 요소 주 개발자명 주요 수업 개요 (신규/수정보 완) 과학영재교육원 프로그램명 주요 과목 구분 강원대학교 부설 신규 줄기세포란 무엇일까? 과학3 생명과학 Ⅱ S 주요 적용 학년 개발차 시 주요 단원 Ⅴ. 생식과 유전 관련 단원 Ⅵ. 생명공학 기술과 인간 생활 중3 5차시 적용 지역 보조 개발자 본 프로그램을 통해 습득한 다양한 줄기세포 관련 기초 지식을 활 용하여 줄기세포의 윤리적인 문제, 각 줄기세포 별 장점 및 단점에 따른 사용용도, 그리고 각각의 단점에 대한 극복방안 등 여러 제반 사항에 대한 활발한 토론을 진행하고 다양한 조직유래 줄기세포를 관찰해 봄으로서 줄기세포 기반 재생의료에 대한 이해도를 높임. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 차시 주요내용 1차시 다양한 줄기세포의 종류 및 특성 이해 2차시 플라나리아의 재생능력관찰 (실습) 3차시 플라나리아의 재생능력관찰 (실습) 4차시 줄기세포 연구의 역사 그리고 미래 5차시 다양한 줄기세포의 확립, 배양, 그리고 기능 조절 교사용 지도서 Ⅲ. 교사용 지도서 1차시 다양한 줄기세포의 종류 및 특성 이해 [수업 안내] 일반인들은 줄기세포의 다양한 종류 및 기능에 대한 전문 지식이 부족하여 막연히 모든 난 치성 질환을 줄기세포로 치료할 수 있을 것이라는 환상을 갖기 쉬움. 따라서, 줄기세포의 다양한 종류 및 특성을 올바르게 이해함으로써 본 수업을 통해 막연한 환상이 아닌 줄기세 포 치료제에 대한 바람직한 이해를 갖도록 함. [수업 TIP] 참고자료를 통해 교수자가 알고 있는 여러 줄기세포 기반 난치성 질환의 치료 사례를 소개 함으로써 학습자의 이해를 돕도록 자연스럽게 동기를 부여함. 성체, 배아, 유도만능 줄기세포 각각의 장점 및 단점을 구체적인 예를 들어 설명함으로써 학습자들이 관련 내용을 습득할 수 있음. 휴대폰이나 태블릿을 이용하여 다양한 전문사이트 검색함으로써 활발한 토론이 이루어지게 함. ⦁ 줄기세포란 무엇인지 이해할 수 있다. ⦁ 다양한 줄기세포의 종류 및 특성을 이해할 수 있다. ⦁ 윤리적 측면에서 배아줄기세포 사용에 대한 자신의 의견을 발표할 수 있다. 미래의학기술로 난치성 질환을 치료할 수 있을까? 생생개념영상 (출처: https://www.youtube.com/watch?v=mCRbqfTuU40) 최근 전세계적인 노령화로 인해 여러 난치성 질환이 급격히 증가하고 있다. 여러 미래의학기 술 중 ‘줄기세포 기술’이 치료제로 활용될 수 있을까? 또 그렇게 생각한 이유는 무엇인가? | 33 | 줄기세포란 무엇일까? 2/3차시 플라나리아를 활용한 줄기세포 재생 능력 관찰 실험 [수업 안내] 학교 실험실 환경에서 줄기세포를 활용한 실험을 진행하는 데에 한계가 있음. 따라서 플라 나리아를 활용하여 간접적으로 줄기세포의 재생 능력을 확인하고자 함. 플라나리아의 조직 재생 실험을 통해 손상된 조직의 재생에 있어 줄기세포의 중요성을 실 제 관찰하고 줄기세포에 대한 흥미를 유발함. [수업 TIP] 인간의 체내에 줄기세포는 0.01~0.001% 극미량 존재하므로, 인간 조직 및 장기 손상 시 재 생 능력이 극히 제한적임. 그러나 플라나리아는 체내에 줄기세포의 일종인 네오블라스트 (neoblasts)가 약 30% 존재하므로 극단적인 재생 능력을 보임. 생물을 활용한 실험이므로 생명윤리를 강조하여 실험과정을 안내함. ⦁ 플라나리아를 활용한 실험을 통해 줄기세포의 재생 능력을 관찰할 수 있다. ⦁ 외부 요인(온도, 빛, 오염도)이 플라나리아의 재생 및 성장 능력에 미치는 영향을 관찰할 수 있다. 어디서 ‘플라나리아’를 볼 수 있을까? 생생개념영상 (출처: https://www.youtube.com/watch?v=U3-RglTHKd4) 여름 계곡에서 놀다 바위 밑에서 발견했던 플라나리아를 떠올려보자. 생김새와 움직임을 생각나는 대로 표현해보자! | 40 | 줄기세포란 무엇일까? 4차시 줄기세포 연구의 역사 그리고 미래 [수업 안내] 줄기세포 용어의 기원, 다양한 종류의 줄기세포 연구의 역사 등을 이해하면서 줄기세포 연 구에 흥미를 갖는 동시에 미래에 줄기세포 연구가 나아가야 할 지향점을 제시함. 여러 줄기세포 연구자의 선구자들의 도전적인 실험 정신을 이해함으로써 과학에 대한 흥미 를 고취시키는 것은 물론 학생들에게 과학자의 꿈과 희망을 심어줌. [수업 TIP] 학생들에게 다양한 줄기세포 연구의 역사를 설명하고, 줄기세포 발견에 대한 다양한 비하 인드 스토리를 학생들에게 이야기함으로써 줄기세포 연구에 흥미를 유발시킴. 학생들이 알고 있는 유명한 과학자와 줄기세포 관련 과학자를 ‘고피쉬’와 같은 보드게임 방식으로 활동적인 수업을 진행함. 미래에 줄기세포 연구가 지향해야 할 방향을 제시하고 활발한 토론을 유도함. ⦁ 줄기세포 연구의 역사를 이해할 수 있다. ⦁ 미래에 줄기세포 연구가 나아가야 할 지향점을 제시할 수 있다. 줄기세포 연구는 어떤 방식으로 진행되어 왔을까? 내가 가장 존경하는 과학자는 누구인가? 또 그 이유는 무엇인가? ‘줄기세포’는 어떤 의미일까? 설마 내가 아는 식물의 ‘줄기’?! | 48 | 줄기세포란 무엇일까? 5차시 다양한 줄기세포의 확립, 배양, 그리고 기능 조절 [수업 안내] 핸드폰이나 태블릿을 이용해 전문사이트를 검색함으로써 다양한 종류의 줄기세포 확립 방 안에 대한 정보를 검색하고 이를 비교 분석함으로써 어떤 종류의 줄기세포가 상대적으로 쉽게 확립할 수 있고 특정 치료 목적으로 사용하기도 용이할 것인가에 대한 정보를 습득 함. 각각의 줄기세포들을 어떻게 분리 및 확립되는지에 대한 세부 내용을 학생들에게 숙지시킴 으로써 각 줄기세포의 특징 및 종류의 따른 장점 및 단점을 쉽게 이해하도록 함. 배아줄기세포, 유도만능줄기세포, 성체줄기세포는 각각의 장점 및 단점을 보유하고 있음. 따라서 연구자들은 고유의 장점을 극대화하고 단점을 제어하기 위해 다양한 방식의 줄기세 포 기능 조절 연구를 활발히 진행하고 있음. 따라서 각 다양한 문헌 검색을 통해 줄기세포 종류에 따라 어떤 방식의 기능 조절 연구가 이루어지고 파악함과 동시에 각각의 기능 조절 방식의 장/단점에 대해 활발한 토론을 진행함. [수업 TIP] 각각의 줄기세포를 어떻게 분리하거나 확립시키는지에 대한 전문지식 수준의 정보에 초점 을 두기보다는, 대략적으로 어떠한 과정을 거쳐 만들어진다는 정도의 정보를 제공함으로써 학생들에게 줄기세포 제작의 이해도를 높임. 다양한 줄기세포 기능 조절 연구에 대해 학생들에게 강의하기 앞서 각 줄기세포들이 지니 고 있는 극복해야 할 고유의 단점을 먼저 제시하고 학생들에게 어떠한 방향으로 기능 조절 연구가 이루어지는 것이 바람직한가에 대해 추론을 유도함. ⦁ 특정 줄기세포를 분리하고 확립하는 방법을 이해할 수 있다. ⦁ 줄기세포의 기능 조절 수단을 비교하여 이해할 수 있다. 실제 줄기세포는 어떤 방식으로 분리되어 사용되고 있을까? 지금까지 배운 줄기세포 중 분리가 가장 쉬운 줄기세포는 무엇일까? | 56 | 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 전자기파: 빛과 물질의 상호작용 강원대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 강원대학교 부설 과학영재교육원 프로그램명 물리학1 관련 과목 물리학2 요소 신규 전자기파: 빛과 물질의 상호작용 주요 과목 STEM+I 구분 (신규/수정보 완) S 주요 단원 2 개발차시 5 파동과 정보통신 단원 관련 주요 적용 학년 파동과 물질의 성질 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 전자기파와 물질의 상호작용에 대한 여러 기작을 이해하고, 관련된 광 학특성을 설명할 수 있다. 색을 형성하는 원인들을 살펴보고, 전자기파 주요 수업 개요 와 물질의 상호작용의 중요성을 인식할 수 있다. (1) 빛과 금속, (2) 마 이크로파와 분자, (3) 물체의 크기에 따른 색깔변화의 사례를 바탕으로 사물의 색깔 및 에너지 변환 과정을 종합적으로 이해할 수 있다. 이를 통해 전자기파와 관련된 예술, 안전 및 보건 분야의 여러 쟁점을 추론 할 수 있다. 1차시 색깔, 빛, 전자기파 2차시 금속, 자유전자, 편광 필름 3차시 전자레인지, 물 분자, 마이크로파, 정상파 4차시 금속 나노 입자, 전자기파 흡수 5차시 전자기파 활용의 장, 단점 차시별 주요내용 (키워드 위주) 교사용 지도서 Ⅲ. 교사용 지도서 1차시 전자기파: 빛과 물질의 상호작용 [수업 안내] 주위에서 쉽게 찾아볼 수 있는 물체들의 색깔에 대해 이야기 해보고, 각각의 물체들의 색깔이 어떻게 결정되는지 배운다. 우리가 보는 물체의 색깔은 빛과 물질 사이에서 이루어지는 여러 상호작용의 결과임을 이해한다. 빛의 반사, 흡수 및 방출의 과정을 배우고, 이를 확장시켜 전자기파와 물질의 상호작용에 적용시켜 이해한다. [수업 TIP] 학생들에게 친숙한 사과와 레이저의 색깔에 대해 질문하면서 두 경우 색깔이 결정되는 원리가 다름을 이해하게 한다. 전자기파와 물질의 상호작용의 사례로서 금속의 종류에 따른 색깔의 차이, 물질의 크기에 따른 색깔 변화 등을 소개함으로써 학생들로 하여금 궁금증을 갖게 하고, 동기 부여를 한다. 모둠별 조사 활동을 진행하는 경우에는 스마트폰, 태블릿 등을 활용할 수 있다. 무엇인가를 본다는 것은? 빛과 물질의 상호작용을 통해 물체를 본다는 것에 대해 알 수 있게 한다. 빛의 가산혼합과 물감의 감산혼합에 대해 언급 후 일상생활의 예시를 설명한다. 빛의 반사 및 흡수, 방출에 대해 설명하고 빛의 특징에 대해 언급한다. 빨간색 사과와 초록색 사과의 색깔은 어떻게 결정될까요? | 95 | 전자기파 : 빛과 물질의 상호작용 2차시 빛과 금속: 전자기파와 자유 전자가 만났을 때 (1) [수업 안내] 1차시에 학습한 전자기파와 물질의 상호작용에 대한 첫 번째 사례로서 마이크로파와 자유전자의 상호작용에 대해서 살핀다. 빛과 금속의 상호작용을 통해, 자유전자에 의한 전자기파의 반사 및 흡수 특성을 이해할 수 있다. 전자기파와 자유전자의 상호작용 과정을 이해하고 이를 바탕으로 엘리베이터 안에서 휴대전화가 작동하지 않는 이유를 설명할 수 있다. [수업 TIP] 엘리베이터 안에서 휴대전화가 잘 작동하지 않는 경험을 공유하여, 학생들의 주의를 환기시키고 흥미를 유발한다. 휴대전화와 알루미늄 포일을 이용하여 엘리베이터 안에서 휴대전화가 작동하는 상황을 구현함으로써 학생들로 하여금 궁금증을 갖게 하고, 동기 부여를 한다. 대조 실험으로써 비닐 랩 및 종이를 이용하여 서로 다른 결과가 나타난 이유에 대해 생각할 기회를 제공한다. 모둠별 조사 활동을 진행하는 경우에는 스마트폰, 태블릿 등을 활용할 수 있다. 전자기파와 금속의 상호작용 휴대전화로 통화 중 전화가 안 터지는 상황에 대한 경험이 있었는지 질문하고 학생들의 대답을 듣는다. 휴대전화가 작동하는 과정에 대하여 질문하고, 학생들의 대답을 듣는다. 엘리베이터와 휴대전화 엘리베이터 안에서는 왜 휴대전화가 잘 작동하지 않는지 학생들에게 질문하고, 답을 예상하게 한다. | 102 | 교사용 지도서 3차시 빛과 금속: 전자기파와 자유 전자가 만났을 때 (2) [수업 안내] 2차시에 학습한 전자기파와 자유 전자의 상호작용을 이어서 살핀다. 전자기파의 편광 방향과 금속 틈의 모양에 따라 전자기파의 투과 특성이 달라짐을 이해할 수 있다. 이를 바탕으로 편광자의 원리 및 그 특성을 설명할 수 있다. 전자레인지의 구조를 살펴보고, 전자기파와 금속의 상호작용 양상을 이해할 수 있다. [수업 TIP] 이전 차시에 배운 내용이 반복되므로 복습 시간을 충분히 확보한다. 전자기파와 자유전자의 상호작용의 원리를 정확히 이해해야 편광자의 원리를 알 수 있으므로 학생들의 이해도를 살피며 수업을 진행한다. 편광자 실험을 통해 빛의 밝기 변화를 직접 관찰하며 학생들의 흥미를 유발한다. 전자레인지의 구조를 살펴봄으로써 전자기파와 금속 사이의 상호작용이 적용됨을 안다. 모둠별 조사 활동을 진행하는 경우에는 스마트폰, 태블릿 등을 활용할 수 있다. 빛의 양을 조절할 수 있는 거름망이 있다? 빛의 양을 조절할 수 있는 방법에 대해서 학생들에게 질문하고, 우리 주변에서 찾아볼 수 있는 사례를 떠올리게 한다. 태양을 관찰할 때 사용하는 도구에 대해 질문하여 학생들의 답을 유도한다. [수업 TIP] 편광 특성과 관련된 다양한 영상 자료를 활용하여 학생들의 흥미를 유발한다. 시크릿 모니터 | 109 | 전자기파 : 빛과 물질의 상호작용 4차시 마이크로파와 물 분자: 전자레인지 [수업 안내] 전자레인지에서 찾을 수 있는 전자기파와 물질의 상호작용 특성을 살핀다. 초콜릿 또는 치즈와 같이 비교적 낮은 온도에서 변형이 생기는 재료를 이용하여 전자레인 지 내부에서 형성되는 정상파를 관측한다. 그 결과, 전자레인지에서 사용하는 마이크로파의 파장을 측정하고, 빛의 속도를 계산해 본다. 전자레인지의 작동 원리를 이해하여, 음식을 데우는 과정을 설명할 수 있다. 이와 함께 전 자레인지에서 사용할 수 있는 용기의 재질에 대해 설명할 수 있다. [수업 TIP] 전자레인지는 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 도구이므로 학생들의 관심이 높고, 흥미 유발에 도움이 된다. 전자레인지를 사용한 경험(예, 용기의 종류)을 떠올리게 하여 자연 스럽게 수업 참여를 유도한다. 전자레인지에는 물 분자에 의한 마이크로파의 흡수뿐만 아니라 금속 구조물의 자유전자에 의한 전자기파의 흡수 특성도 존재한다. 다양한 종류의 전자기파-물질 상호작용을 배울 수 있는 좋은 도구인 반면, 학생들이 혼동할 수 있으므로 각각의 개념을 잘 구분하여 설명한다. 전자레인지에서 사용할 수 있는 용기의 종류는? 전자레인지에서 사용할 수 있는 용기의 종류에는 어떤 것들이 있는지 학생들이 조사하도록 한다. 다양한 종류의 용기들의 공통점 및 차이점 등을 떠올리게 하여 적절한 용기가 갖는 특징을 정리하도록 한다. 용기의 특성을 고려하여 전자레인지에서 음식을 데우는 원리를 유추하도록 한다. | 116 | 교사용 지도서 5차시 1. 금속 나노 입자: 빛과 예술의 향연 2. 전자기파와 인간: 안전, 예술, 보건 [수업 안내] 금속의 크기가 전자기파의 파장보다 작을 때, 전자기파와 물질의 상호작용 특성을 이해한다. 국소 표면 플라즈몬에 의한 전자기파의 선택적 흡수 원리를 이해하고, 이를 이용한 예술작품들을 소개한다. 전자기파의 다양한 응용 사례들(안전, 예술, 보건 등)을 모둠별로 조사하고, 인간과 전자기파의 밀접한 관계에 대해 토의한다. [수업 TIP] 파장보다 작은 크기를 갖는 금속과 전자기파의 상호작용을 이해하기 위해서는 국소 표면 플라즈몬이라는 개념이 필요하다. 이는 고등학교 교육과정을 넘어서는 전문 지식이 필요하므로 간단히 소개하는 정도로 수업을 진행한다. 모둠별로 태블릿, 스마트폰 등을 활용하여 전자기파가 사용되는 다양한 응용처를 조사하게하고, 전자기파와 인간의 관계에 대해서 토의하게 한다. ○ 물체의 크기에 따른 색깔 변화를 살펴보고, 그 원리를 이해할 수 있다. ○ 금속 나노입자 활용의 예를 실생활에서 찾고, 그 원리를 설명할 수 있다. ○ 전자기파와 물질의 상호작용을 바탕으로, 사물의 색깔 및 에너지 변환 과정을 종합적으로 이해할 수 있다. ○ 이를 통해 전자기파와 관련된 예술, 환경 및 보건 분야의 여러 쟁점을 추론할 수 있다. 금 나노 입자의 색에 대해 알아보자. 금속의 색깔은 크기에 따라 달라질 수 있다. 대표적인 예로, 나노미터 크기를 갖는 금의 경우 크기에 따른 색깔 변화를 쉽게 관찰할 수 있다. 이러한 크기에 따른 색 변화는 국소 표면 플라즈몬에 의한 전자기파의 선택적 흡수에 기인한다. 그 결과, 우리는 금 나노 입자에 의해 흡수된 색의 보색 계열의 색을 인식하게 된다. | 123 | 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 전자기유도 가천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 가천대학교 프로그램명 (신규/수정보완 ) 신규 전자기 유도 주요 과목 과학, 수학 주요 단원 관련 과목 공학 관련 단원 Science: 전기와 주요 적용 학년 중2,3 개발차시 4 1단원 전기와 자기 2단원 전류와 자기장 자기, 전자기 유도 STEM+I 요소 Technology: 전자기기, 신재생 에너지, 무선충전 적용 지역 Engineering: 전기 회로 Mathematics; 변화량, 변화율, 기초 미적분 보조 주 개발자명 개발자 Ÿ 전기와 자기적 현상에 대한 이해를 바탕으로 전자기 유도 현상에 대하 여 알아본다. 주요 수업 개요 Ÿ 전자기 유도 현상을 이해하고 이를 이용한 장치들의 원리를 알아본다. Ÿ 무선 충전 장치를 제작하여 전자기 유도 현상을 체험하고, 발전기의 원 리를 이해한다. Ÿ 도체와 자석의 상대적 운동에서 전자기 유도에 의한 자기저항력과 자 석의 운동 특징을 알아본다. 1차시: 전기와 자기적 현상과 그 특징 이해하기 2차시: 전자기 유도 현상과 이를 이용한 장치 및 발전기의 원리를 알아본 차시별 다. 주요내용 (키워드 위주) 3차시: 무선 충전 장치를 제작하고 그 작동원리를 알아봄으로써 전자기 유 도 현상을 이해한다. 4차시: 전자기 유도에 의한 자기저항력의 원리와 특성에 대하여 알아본다. ◈ 전하와 전기력         _ +       + +   https://phet.colorado.edu/ko/simulations/faradays-law ◈ 전자기 유도 • 고리를 통과하는 자기선속 =(고리의 단면적)ⅹ(고리를 통과하는 자기장 세기) • 고리를 통과하는 자기선속이 변화할 때 고리에 기전력이 유도되어 고리에 전류가 흐른다 • 유도되는 기전력의 세기는 고리를 통과하는 자기선속의 시간에 대한 변화율에 비례한다 유도기전력∝ 유도전류 유도전류 자기선속의 변화량   변화에 걸린 시간 • 유도기전력의 방향은 자기선속 변화를 억제하는 방향 → ‘렌츠의 법칙’ ◈ 무선충전 원리 탐구 https://www.youtube.com/watch?v=u_pCCsN-L8Y ◈ 유도전류 측정 https://phet.colorado.edu/ko/simulations/faradays-law https://phet.colorado.edu/ko/simulations/faradays-law ◈ 맴돌이 전류와 자기 저항력 고리를 통과하는 자속 감소 고리를 통과하는 자속 증가 S N S N S N > > > > S 맴돌이 전류 (Eddy currents) N > > > > 유도전류 도체판 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 빛이 알려주는 정보-스펙트럼 가천대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 구분 기관명 가천대학교 프로그램명 신규 (신규/수정보 완) 빛이 알려주는 정보-스펙트럼 주요 과목 과학, 수학 관련 과목 공학 주요 적용 학년 개발차 중2 시 주요 1단원 파동 단원 2단원 빛의 스펙트럼 4 관련 단원 Science: 진동과 파동. 빛 의 특성과 스펙트럼 Technology: 빛을 관측 STEM+I 요소 하는 방법 적용 Engineering: 빛이 보내 지역 주는 정보 Mathematics; 빛이 보내 주는 정보 분석과 해석 보조 주 개발자명 개발자 Ÿ 파동 현상에 대한 이해를 바탕으로 우리가 주변에서 인식하는 파동은 어떤 것이 있으며 그 중요성을 이해할 수 있다. 주요 수업 개요 Ÿ 우리가 인식하는 파동은 우리에게 무엇을 알려주는지 알아봄으로써 파동 현상의 인식을 넘어 현상의 의미를 생각할 수 있다. Ÿ 다양한 진동수 영역의 파동이 가지고 있는 정보들을 해석하고 이해함 으로써 과학 분야와 기술, 공학 분야에 대한 진로 방향을 탐색해 볼 수 있다. 1차시: 파동과 빛(전자기파)의 특성 이해하기 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: 빛의 스펙트럼과 스펙트럼이 알려주는 정보 알아보기 3차시: 스펙트럼 분광기 제작 및 다양한 광원의 스펙트럼 관찰하기 4차시: 광원의 종류에 따른 스펙트럼의 특징과 알 수 있는 정보 해석하 기 •빛 → 빛을 보여주는 물체에서 나오는 것 (라부아지에) 화학원론 (1789) 파 동 가시광선 파장 진폭 • 진동수 (????????) : 1초 동안 진동 횟수 • 파장 (????????) : 파동의 길이 • 에너지 (????????) ∝ 진동수 파장(nm) 진동수(Hz) ※ 파동(빛)의 속력 = (파장)ⅹ(진동수) ℎ = 6.63 × 10−34 Js • 전자기파 스펙트럼 1 eV = 1.6 × 10−19 J - 흡수 스펙트럼 - 분광기 제작: 스펙트럼 관측 • 회절격자 필름을 이용하여 분광기 제작 • 여러 광원의 스펙트럼 관찰 → 특징과 차이점 설명 광 원 1 태양 빛 2 LED 등 3 가스방전 관1 4 가스방전 관2 스펙트럼의 특징 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 사이언스 맵 (눈앞에 펼쳐진 생각) 인천대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 인천대학교 과학영재교육원 프로그램 사이언스 맵 (눈앞에 펼쳐진 생각) 이름 주요 과목 과학 관련 단원 • 생활속 과학원리 관련 과목 기술 관련 단원 • 가상현실, 증강현실 STEM 요소 S, E 지역 차시 5 개발자 ∙ 테크놀로지 시대의 필수품인 스마트폰을 활용하여 생각을 표현할 수 있다. 주요 수업 개요 ∙ 증강현실의 개념을 알고, 생활 속에서 활용되는 다양한 증강현실을 알 아본다. ∙ 증강현실에서의 수학적 원리를 이해한다. ∙ 나의 생각을 증강현실로 나타낼 수 있다. ∙ 증강현실을 활용한 나만의 사이언스 맵을 만들 수 있다. 1차시 (지도와 수학): 지도에 대한 역사와 수학적 활용을 통한 지 도만들기 학습 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 (인천의 과학시설): 인천지역의 과학 시설을 알아보고 이를 통한 과학지도만들기 3차시 (증강현실과 아우라즈마): 증강현실(가상현실)에 대한 학습 및 실습 4차시 (나만의 사이언스 맵 계획서 만들기): 내가 만들고 싶은 과 학에 대한 내용을 정하고 제작 아이디어 계획 5차시 (나만의 사이언스 맵 만들기): 나만의 사이언스 맵 제작 1. 주 의 집 중 을 위 한 도 입 ▢ 핫 플레이스를 가기 위한 준비! map 영화 ‘인디아나 존스(1980-2008)’에서 고고학자인 존스 박사는 미지의 정글에 보물을 찾아다닌다. 보물을 찾기 위해 필요한 것이 무엇일까? 영화 속의 존스 박사는 커다란 지도를 들고 다니면서 보물의 위치를 확인하고 보물 을 찾는다. 출처: https://chlehrb.tistory.com/1034 영화 속의 주인공처럼 보물을 찾는 것은 아니지만, 맛있는 음식점이나 핫 플레이스를 찾아가기 위해 우리도 지도를 사용한다. 우리가 사용하는 지도는 어떤 형태일까? 스마트폰의 보급으로 지도는 종이가 아닌, 디스플레이 형태로 바뀌었다. 스마트폰만 있다면, 별도로 종이를 들고 다닐 필요 없이 언제 어디서나 지도를 볼 수 있고 찾아갈 수 있는 것이다. 출처: http://naver.me/xayraPaJ - 2 - 2. 수 업 의 목 표 설 명 스마트폰 사용의 일상화로 영상 플랫폼 노출이 많은 학생들에게, 시각화 자료는 익숙 하며 학습에 영향을 미친다. 다른 사람에 의해 만들어진 영상을 보기만 하는 학생들에 게, 직접 영상을 만들어 보는 것은 흥미로운 활동으로, 이를 학습에 응용할 수 있는 방 법에 대해 생각해보며 새로운 것에 도전하는 탐구력을 자극하고자 한다. 본 프로그램은 아우라즈마 앱을 활용하여 생각을 시각적으로 표현하는 방법에 대해 경험하는 것으로, 이러한 활동을 통해 학생들에게 매체를 활용하여 과학적으로 탐구하 고 경험하는 기회가 제공되고 과학의 즐거움과 유용성을 느낄 수 있도록 할 수 있다. ° 테크놀로지 시대의 필수품인 스마트폰을 활용하여 생각을 표현 ° 증강현실의 개념을 알고, 생활 속에서 활용되는 다양한 증강현실 정리 ° 증강현실에서의 수학적 원리를 이해 ° 나의 생각을 증강현실로 표현 ° 증강현실을 활용한 나만의 사이언스 맵 제작 - 8 - 3. 기 초 학 습 1차시 : 지도와 수학 ◎인천광역시 기본지도 h t tp s :// ic lo u d .in c h e o n .g o .k r /a r c g is /h o m e /w e b m a p / v ie w e r .h tm l? u s e E x is tin g = 1 ◎인천광역시 지형도 ◎우리나라의 지도제작방법 : 국토리지리정보원 출처 : h t t p s : / / w w w . n g ii. g o . k r / k o r / c o n t e n t . d o ? s q = 2 7 3 - 9 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 인천대학교 과학영재교육원 2020년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 인천대학교 과학영재교육원 프로그램 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 이름 주요 과목 중2 관련 단원 과학 관련 과목 수학2 관련 단원 STEM 요소 S, M 지역 개요 차시별 식의 계산 개발자 LED 회로 아트와 팝업 학습지를 통해 옴의 법칙과 저항의 연결의 과학적 원리를 재밌게 터득할 수 있다. 다양한 활동식 수업을 통해 과학적 탐구력뿐만 아니라, 수학적 사고력을 신장시킬 수 있다. 1차시 주의 집중을 위한 도입 2차시 수업의 목표 설정 3차시 기초 학습 4차시 심화 학습 주요내용 (키워드 위주) 유리수와 순환소수 보조 주 개발자 주요 수업 전기와 자기 8. 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 교재명 관련 교과 (단원) 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 중학교 2학년 과학 (Ⅱ. 전기와 자기) 중학교 2학년 수학 (Ⅰ. 수와 식) ⚬ LED 회로 아트를 통해 예술적으로 회로를 직접 설 계하며 어려운 과학 개념의 장벽을 낮출 수 있다. ⚬ 팝업 학습지를 이용하여 옴의 법칙과 저항의 연결 교육 목적 의 어려운 수학적 계산에 대한 학생들의 문제해결력 및 흥미를 유발할 수 있다. ⚬ 전기 관련한 직업을 소개함으로써 자신의 진로에 대해 고민하고, 과학 학습의 필요성을 깨달을 수 있다. ⚬ LED 회로 아트와 팝업 학습지를 통해 옴의 법칙과 저항의 연결의 과학적 원리를 재밌게 터득할 수 있다. 교육 목표 ⚬ 다양한 활동식 수업을 통해 과학적 탐구력뿐만 아 니라, 수학적 사고력을 신장시킬 수 있다. 교수학습 방법 n o n o o o o o o o o 강의 반복 연습 및 암송 직접 교수 책략기반 교육 내용영역에서 도움을 받는 교수 그래픽 조직체 (Graphic Organizer) 코칭 개념 달성 시네틱스 (Synectics) 실연/모델링 소크라테스식 질문 - 1 - n o n o o o n o o o 시각화 역할 놀이 협동학습 모의 재판 시뮬레이션 탐구기반 학습 문제해결 및 문제기반 학습 그림자 경험 (shadowing experience) 사사제 (Mentorship) 독립 연구 2. 교재 양식 인천대학교 과학영재교육원 Incheon Science Elite Program Tel: 032-835-4971~3, Fax: 032-835-4976 [심화] - 교사용 교재 - 옴의 법칙, 옴총 쉽다! 교재개발자 : 옥련중학교 교사 표민희 개발년도 : 교육 대상 : 중등 공통과정 온라인교재 수업 시간 : ( 총 4 시간 ) 2021 학년도 < 교재 요약 > LED 회로와 팝업 학습지를 통해 옴의 법칙과 저항의 연결에 대한 물리적 원리 및 수학적 계 산 문제를 재밌게 해결할 수 있도록 구성 ▢ 관련 분야 및 내용 교과 분야 과학(물리) 내용 전기(옴의 법칙, 저항의 연결) 회로 연결 요소 S 수학 수와 식 M 미술 LED 회로 아트 A 진로 전기와 관련된 직업 탐색 - 2 - Ⅰ. 수업을 준비하며 1. 수 업 의 도 과학 교과는 동일한 주제의 내용, 핵심 아이디어(정수)를 모든 학년에서 동일하게 다루도록 조 직되는 경우가 많다. 다만, 학년이나 수준이 올라갈수록 더욱더 상세해지고 난이도가 높아지는 계열성을 갖고, 수직적으로 교육과정이 조직되어 있다. 따라서 중등 교육과정에서 과학적 개념 및 원리에 대한 정확한 이해가 이뤄지지 않는다면 상위 교육과정으로 올라갈수록 어렵게만 느 껴져 ‘과학은 어렵고 복잡한 학문’으로 생각하며 포기하는 경우가 발생한다. 중학생을 대상으로 설문조사를 한 결과 중학교 2학년 1단원인 ‘전기와 자기’ 단원을 가장 어 려워함을 알 수 있었다. 특히 옴의 법칙과 저항의 연결부분에서 물리적 원리와 수학적 사고력 을 함께 융합하여 이해해야 하는 부분에서 가장 많은 학생이 좌절하기 시작함을 알 수 있었다. 물리적 원리를 이해했다고 생각한 학생이 막상 관련 문제를 풀면 수학적 사고력 및 계산 능력 이 부족해 어려움을 겪고, 수학적 계산 능력에 자신 있다고 생각한 학생은 물리적 원리를 이해 하지 못해 역시 어려움을 겪고 있었다. 따라서 이 부분에 대한 학생들의 올바른 이해가 필요해 보인다. 또한, 전기 회로는 물리학뿐만 아니라 전기, 전자 등 공학 계열 등에서도 가장 기초가 되는 개 념이다. 특히 다양한 전기 소자가 전선으로 연결되어 어떻게 상호작용하느냐에 따라 완전히 다 른 결과물을 얻을 수 있다. 전기 회로에서 다루는 전류, 전압, 전기 저항과 이들 사이의 상호 관계인 옴의 법칙은 물리학에서 매우 중요하게 다루는 개념이다. 아래 표에서 볼 수 있듯이 중 학교에서 배운 개념이 고등학교 물리학Ⅰ, Ⅱ에서 심화되어 나온다. 따라서 옴의 법칙에 대한 과학적 원리를 올바르게 이해하고, 수학적 사고력을 바탕으로 계산 적 문제 풀이에도 쉽게 응용할 수 있도록 수업을 구성하는 것에 필요성을 느껴 이 교재를 개 발하게 되었다. 2. 수 업 주 안 점 전기와 자기에 대한 어려운 물리적 개념이 많이 등장하고, 수학적 계산 능력과 사고력도 필요 하므로 일반 설명 및 강의식으로 진행할 경우 학생들의 집중도가 현저히 떨어질 수 있다. 따라 서 전류계, 전압계 같은 큰 기구들 말고 개별적으로 쉽게 만들 수 있는 아기자기한 LED 회로 (아래 추가 설명 참조)와 팝업 학습지를 활용하여 학생들의 흥미를 유발하고 적극적으로 참여 하도록 구성되어 있다. 머릿속으로만 이해하는 것이 아닌 눈으로 보며 손으로 쓰는 ‘오감’을 이 용한 학습이 일어나도록 구성하여 ‘해야만 하는’ 실험이 아닌, ‘하고 싶은’ 활동이 가미된 수업 이 되도록 한다. 또한, 코로나 19 위기 상황에 걸맞게 모둠 활동이 아닌 개별적으로 진행할 수 있도록 수업을 설계하였다. - 3 - Ⅲ . 본 시 교 수 학 습 전 략 (전 개 과 정 ) 1. 1차 시 전 개 과 정 1) 본 시 수 업 의 흐 름 활동 학습 단계 형태 도입 상황 제시 교수-학습 활동 내용 및 주안점 • 동기유발 - 일상생활에서 활용되고 있는 전류, 전압, 저항의 예시에 대해 질문하며 동기유발 ⇩ 창의 · 인성 유추적 사고 확산적 사고 ⇩ • 오늘 할 활동 소개하기 - ‘LED 회로아트’의 다양한 활동 진행함을 소개하 흥미, 약속 며 흥미 유발 ⇩ 개념 도입 전개 및 창의 적 설계 • 전류, 전압, 저항 개념 복습 - ‘LED 회로아트’ 속 활용된 전류, 전압, 저항의 수렴적 사고 개념 복습 • 재밌는 체험식 활동을 통한 과학 개념 학습 유추적 사고 - ‘LED 회로아트’를 통해 전류, 전압, 저항의 관 확산적 사고 계가 어려운 수식이 아닌, 이해를 통해 받아들일 상상력, 몰입, 수 있도록 함 협동, 배려 - 변인을 조작하며 옴의 법칙에 대해 수식 없이 도 터득할 수 있도록 함 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 확산적 사고 - 활동내용 정리하기 - 다음 차시 예고하기 (흑연과 빨대 비유 실험) - 5 - 유추적 사고 2. 2차 시 수 업 1) 본 시 수 업 의 흐 름 활동 학습 단계 형태 교수-학습 활동내용 창의 · 인성 • 전시학습 - ‘띵커벨’을 활용해 전류, 전압, 저항에 대해 확인 도입 상황 제시 하기 흥미, 몰입 • 동기유발 - 일상생활 속 저항의 직렬, 병렬 연결에 대한 예 시 보여주며 동기 유발 ⇩ ⇩ • 본시 학습 목표 제시 - 저항의 직렬 연결과 병렬 연결의 쓰임새를 설 흥미, 몰입 명하고 비교할 수 있다 ⇩ • 저항의 연결 비유 실험 - 전류계, 전압계, 니크롬선 등과 같은 큰 실험기 전개 창의 적 설계 구들을 처음부터 제시할 경우 재미없고 어렵게 만 느껴질 수 있음 - 빨대를 이용하여 전류, 전압, 저항 체험하기 - 빨대를 직렬, 병렬로 연결할 때 어떤 차이가 있 는지 확인하며 저항의 직렬, 병렬 연결일 때 어 논리 · 분석적 사고 유추적 사고 상상력, 몰입, 책임, 약속 떤 관계인지 터득하도록 함 ⇩ 몰입, 흥미, • 관련 문제 풀어보기 - 빨대 비유 실험 정리하기 상상력, 논리 - 저항의 직렬, 병렬 연결일 때의 문제 풀어보기 분석적 사고 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 - 활동 내용 정리하기 - 다음 차시 예고하기 (대탈출 미션) - 8 - 확산적 사고 유추적 사고 3. 3∼ 4차 시 수 업 1) 수 업 흐 름 활동 학습 단계 형태 교수-학습 활동내용 창의 · 인성 - ‘띵커벨’을 활용해 옴의 법칙과 저항의 연결에 논리 · • 전시학습 도입 문제 제시 분석적 사고 대해 복습하기 • 동기유발 수렴적 사고 - 동영상을 보며 오늘 배울 내용에 대해 흥미를 유추적 사고 갖도록 유도하기 ⇩ ⇩ • 본시 학습 목표 확인하기 - ‘팝업 만들기’ 활동을 통해 저항의 직렬, 병렬 유추적 사고 연결 수학적 계산 쉽게 이해하기 흥미, 약속, - 모둠별로 해결해야 할 미션 알려주기 협동 ⇩ 논리 · • 모둠별 토론하기 전개 협력 프로 젝트 학습 - 주어진 팝업 학습지를 개별적으로 분석하기 분석적 사고 - 모둠별 역할을 충실히 수행하도록 지도하기 수렴적 사고 (모둠장, 서기, 발표 2명, 활발 참여) - 자신의 생각을 발표하며 모둠원들과 토론하며 의견 조정하기 유추적 사고 확산적 사고 상상력, 몰입, - 서기는 모둠의 결론을 활동지에 정리하여 패들 릿에 게시하기 협동, 배려, 책임, 약속 ⇩ 논리 · • 모둠별 추리 결과 공유하기 - 각 모둠이 만든 팝업 학습지 공유하기 - 실제 시험 문제 과학적 개념 설명 분석적 사고, 의사소통 능력, 협동, 책임, 배려, 경청 ⇩ 정리 ⇩ 발표 및 정리 • 정리하기 - 활동 내용 정리하기 - 전기 관련 직업에 대해 알고 진로와 연계시키기 - 12 - 확산적 사고 유추적 사고 

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

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 무기 안료에 대한 이해와 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 무기 안료에 대한 이해와 탐구 이름 주요 과목 화학 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 물질의 성질/ 물리적 성질과 화학적 성질 물질의 변화/ 화학반응 관련 단원 S T E M 지역 차시 4 개발자 염료와 안료의 차이점에 대해 알아보고 안료에 속하는 유기 주요 수업 안료와 무기 안료의 장단점을 비교, 분광 광도계의 원리를 개요 이해하여 이에 대한 사용법을 익힘, 나아가 분광 광도계를 사용하여 다양한 무기 안료의 흡수 스펙트럼을 측정하고 분석 1차시: 개념도입, 안료의 개념에 대해 이해, 유기 안료와 무기 안료 에 대한 특징을 비교, 분광 광도계의 원리를 이해하고 이를 이용한 흡광 스펙트럼을 분석 2차시: 탐구 및 개념 확장, 유기 안료와 무기 안료의 특성을 비교 하여 각각의 장단점에 대하여 알아봄, 분광 광도계를 이용하여 다 차시별 주요내용 양한 무기 안료의 흡수 스펙트럼을 측정하고 분석 후 질의응답을 진행 (키워드 3차시: 과학기술 적용, 무기 안료의 특성을 이해하고 다양한 무기 위주) 안료를 직접 합성, 분광 광도계를 이용하여 다양한 색을 띠는 물질 에 적용할 수 있음을 확인 4차시: 공학적 산출물, 다양한 색을 띠며 서로 다른 화학식을 가지 는 무기 안료를 합성, 분광 광도계의 측정원리를 이해하여 각 샘플 에서 얻어지는 흡광 스펙트럼을 분석하여 비교, 탐구활동을 배경으 로 공학적으로 적용 (화학) 무기 안료에 대한 이해와 탐구 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 색깔이 짙은 무기 화합물은 페인트나 물감의 색깔을 나타내는 무기 안료(inorganic pigment)로 많이 이용된다. 안료는 액체 또는 고체 결합체와 혼합하여 사용하는데 안료를 사용하는 재질의 색깔을 바꾸어주거나 보호해 주는 역할을 한다. 안료로 사용되는 화합물 이 빛을 흡수하면 보색에 해당되는 색깔이 나타나게 된다. 이러한 안료의 종류는 다양하게 존재하는데 특히 유색 안료의 종류에는 어떤 것들이 있는지 조사해보고, 각각 어떤 색을 나타내는지 알아보자. 색깔 화합물 적색 산화 철(III)(Fe2O3), 사산화 삼납(Pb3O4), 황화 수은(HgS) 황색 크롬산 납(PbCrO4), 크롬산 아연(ZnCrO4), 황화 카드뮴-황화 아연(CdS-ZnS) 녹색 산화 크롬(III)(Cr2O3), 수산화 크롬(III)(Cr2O(OH)4, 염기성 아세트산구리(Cu(C2H3O2)-2Cu(OH)2, 코발트 크롬 그린(Cr2O3-Al2O3-CoO) 청색 감청(Fe4[Fe(CN)6]3, 코발트 블루(CoO-Al2O3), 군청(Na8-10(Al6Si6O24)S2-4) ◆ 안료와 함께 사용되는 결합제는 안료가 재질에 단단히 달라붙도록 해주는 역할 이외 에도 재질의 부식을 막아주는 역할도 한다. 페인트와 같은 경우에는 재질의 표면에 단단 한 필름을 형성하는 고분자 물질을 용매에 녹인 결합제를 사용한다. 최근에는 염색 및 부식 방지 이외에도 다양한 기능을 가진 기능성 페인트도 개발되고 있다. 이러한 기능 성 페인트가 지녀야할 기능이 어떤 것이 있을지 각자의 의견을 자유롭게 적어보도록 하자. 기능 종류 광학적 기능 형광, 광선택 흡수, 자외선 차단, 레이저용, 액정 표시 전기적 기능 절연, 대전 방지, 전파 흡수, IC용 열적 기능 발열, 내열, 방화, 저온 환경 보존과 안전 기능 결빙×착상 방지, 미끄럼 방지, 방사선 차단, 방음, 누출 탐지 생물적 기능 곰팡이 방지, 살충×방충, 선박 오염 방지 - 21 - (화학) 무기 안료에 대한 이해와 탐구 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 무기 안료 특성 이해하기 [탐구1] 무기 안료 탐구 * 염료와 안료의 차이점을 비교해 보고 유기 안료와 무기 안료에 대해 탐구해보기 * 무기 안료의 종류에 대해 조사하고, 어떻게 만들 수 있는지 조사 * 무기 안료가 색을 띠는 이유에 대해 설명 * 몇 가지 서로 다른 색을 띠는 무기 안료 합성해보기 * 각 반응 물질로부터 예상되는 침전물의 화학식 정리하기 * 주의사항: 실험에 사용하는 무기 화합물은 독성이 있으므로 실험 진행 시에는 반드 시 실험복을 입은 상태에서 장갑을 끼고, 보안경을 쓰고 실험하도록 지도 - 준비물 및 시약: 비커(100 mL) 2개 이상, 거름종이, 유리 깔때기, 염화코발트(CoCl2), 염화칼슘(CaCl2), 탄산나트륨(Na2CO3), 헥사사이아노철(II)산 칼륨(K4[Fe(CN)6]), 황산철(III) 산 암모늄-물(NH4Fe(SO4)2ㆍ3H2O), 규산나트륨(Na2SiO3) - 모둠별로 각 물질을 섞어 침전물을 얻은 후, 거름종이로 걸로 각 침전물을 얻기 - 얻은 침전물의 양과 색깔 결과를 아래의 표에 작성하기 ◆ 아래에 나타낸 표와 같이 A와 B를 반응시켜서 침전물을 만들고, 침전물의 색깔을 관찰하 고 적어보도록 하자. 반응 물질 A: B: A: B: A: B: A: B: A: B: A: B: 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 1.0 0.2 0.2 g CaCl2 g Na2CO3 g K4[Fe(CN)6] g CoCl2 g NH4Fe(SO4)2ㆍ3H2O g Na2CO3 g NH4Fe(SO4)2ㆍ3H2O g K4[Fe(CN)6] g CoCl2 mL Na2SiO3 g CoCl2 g Na2CO3 침전물 침전물 색깔 CaCO3 white CoFe(CN)6 ash green Fe(OH)3 brown KFe2(CN)6 blue CoSiO3 purple CoCO3 light purple - 23 - (화학) 무기 안료에 대한 이해와 탐구 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 [탐구1] 무기 안료 탐구 - 설명하기: 염료와 안료의 차이점을 알아보고, 안료에 속하는 유기 안료와 무기 안료의 장단점을 비교해 보자. - 예측하기: 무기 안료가 색을 띠는 이유를 예측해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 각 침전물의 화학식을 쓰고, 수득률을 계산해보자. * 수득률 = 실제로 얻은 양(mol) /이론적 수득량(mol) [탐구 2] 분광 광도계(spectrometer)의 원리 및 사용법 익히기 - 설명하기: 분광 광도계의 구성 요소 및 원리를 설명해 보자. 무기 안료가 가시광선 영역의 빛을 흡수하는 영역과 안료가 띠는 색과의 관계를 설명하고, 비어-람베르트(Beer-Lambert) 법칙에 대해 알아보자. - 예측하기: 무기 안료가 가시광선 영역의 빛을 흡수하는 영역과 안료가 띠는 색과의 관계를 예측해 보고 토론해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 비어-람베르트의 법칙은 빛의 투과도, 농도, 및 큐벳의 길이와의 관계를 나타낸 법칙으로 아래에 나타낸 식으로 표현할 수 있으며, 시료 용액의 흡광도(A)는 단위를 쓰지 않는다. [탐구 3] 분광 광도계(spectrometer)를 이용하여 다양한 무기 안료의 흡수 스펙트럼을 측정하고 분석해 보자. - 설명하기: 시료 용액의 농도 변화에 따라 흡광 스펙트럼이 어떻게 변할지 토의해 보자. - 예측하기: 샘플의 농도 변화에 따른 흡광도의 세기가 어떻게 변하는지 예측해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 시료 용액 색깔의 변화에 따라 흡과 스펙트럼이 나타나는 파장의 변화를 비교 분석하고 토의해 보자. 그리고 시료 용액의 농도와 흡수되는 빛의 양과의 상관관계를 분석해 보자. - 26 - (화학) 무기 안료에 대한 이해와 탐구 4) 공학적 적용 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 분광 광도계의 원리 이해 1) 분광 광도계: 시료 용액에 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 쪼여주어 시료 용액의 흡광도 를 측정하는 장치 2) 분광 광도계의 원리: 광원에서의 빛을 시료 용액에 투과시킨 후에 투과된 빛의 강도 를 전기 신호로 변환하여 시료의 흡광도를 측정 비어-람베르트 법칙과 분광 광도계를 이용한 물질의 고유한 흡광 계수 산출 제목: 무기 안료의 농도에 따른 흡광도 분석 실험방법: 1. RGB 색을 내는 무기 화합물을 합성한다. 2. 다양한 농도의 시료 샘플을 만든다. 3. 각 농도에 따른 시료의 흡광도를 분석하고, 서로 비교한다. 4. 비어-람베르트의 법칙을 이용하여 빛의 농도와 흡광도 사이의 관계를 분석하고, 물질 의 고유한 흡광 계수(ε)를 측정한다. 100% 100% 투 과 50% 도 투 과 50% 도 25% 25% 1C 2C 3C 4C 5C I1 농도 I2 I3 I4 I5 광 경로 길이 5. 시료 샘플 농도에 따른 흡광도의 차이와 파장을 비교한다. 6. 흡광 그래프를 이용하여 미지 시료 샘플의 흡광 스펙트럼을 분석하여 미지 시료 를 추정해본다. - 27 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 현미경과 망원경의 원리 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 현미경과 망원경의 원리 탐구 이름 주요 과목 물리학2 관련 과목 STEM 요소 개요 파동과 물질의 성질 관련 단원 S, T, E 지역 보조 주 개발자 주요 수업 관련 단원 개발자 인간의 눈을 모방한 카메라의 렌즈는 매우 다양하여 시야각, 밝기 조절, 초점 조절 등이 가능하고 인간의 눈이 볼 수 없는 멀리 놓여 있는 물체 이거나 가까이 있는 매우 작은 물체도 관찰할 수 있다. 그러므로 렌즈의 도움이 필요하고 대표적인 것이 망원경과 현미경이며 적어도 각각 2개 이상의 렌즈를 필요로 한다. 관측은 인간의 눈을 사용하거나 CCD등을 사용하기도 한다. 먼저 일상생활에서 흔히 접하는 돋보기의 원리를 이해하고 돋보기의 초 점거리와 물체의 위치를 이용하여 관찰 가능한 최대 허상의 조건과 배 율을 다룬다. 그리고 두 개의 렌즈로 구성된 간단한 망원경과 현미경의 원리를 이해하 고 실제 휴대용 망원경과 현미경을 제작한다. 제작된 망원경과 현미경으 로 관찰한 물체의 최대 배율을 이론 결과와 비교한다. 1차시 볼록렌즈에 의한 실상과 허상을 알아보자 2차시 망원경과 현미경의 기초 원리를 이해한다 3차시 망원경을 트랙위에 구성한다 4차시 현미경을 트랙위에 구성한다 5차시 간이 망원경과 현미경을 직접 제작해보자 차시별 주요내용 (키워드 위주) (물리) 현미경과 망원경의 원리탐구 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 초점거리는 렌즈의 곡면정도와 렌즈의 굴절률에 따라 달라지고, 앞면과 뒷면에서 두 번 굴절되지만 얇은 렌즈로 간주하면 그림처럼 단순화하여 다룰 수 있다. 빛은 여러 가지 파장으로 구성되어 있어 렌즈를 통과하면 분산되어 서로 다른 초점거리를 갖는다. 그러나 가시광선 범위 (파장: 400 nm부터 700 nm)에서는 미세한 차이이므로 무시한다. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chromatic_aberration_(comparison).jpg 볼록렌즈의 초점거리는 태양 빛이나 멀리 떨어진 전등의 빛을 모아서 쉽게 측정할 수 있 으나 오목렌즈는 빛이 굴절되어 퍼져 나가므로 직접 측정하기는 어렵다. 갈릴레이 망원경 에서는 오목렌즈를 사용하고 거대한 천체 망원경에서는 볼록렌즈 대신 오목거울을 사용 하지만 일반적으로는 볼록렌즈를 주로 사용한다. ◆ 볼록렌즈의 초점거리를 측정하는 방법에 대해 생각해보자. 초점거리 측정은 평행광을 렌즈에 쪼여 빛이 한 곳으로 가장 작은 크기로 모이는 위치까지의 거리를 측정하면 된다. 수업지도의 Tip Ÿ 태양을 이용하여 볼록렌즈 초점거리를 측정한다 Ÿ 천장의 조명등을 이용하여 초점거리를 측정한다 Ÿ 물체와 볼록렌즈와 스크린을 사용하고 렌즈의 공식을 이용하여 초점거리를 계산한다. - 27 - (물리) 현미경과 망원경의 원리탐구 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 망원경과 현미경의 기본 원리 [1] 망원경의 원리 Ÿ 두 개의 렌즈로 구성된 망원경의 원리를 탐구한다. Ÿ 망원경 배율을 높이기 위해 2개의 렌즈의 초점거리를 선택하게 한다 Ÿ 망원경의 대물렌즈의 직경이 큰 이유를 이해한다. 수업지도의 Tip Ÿ 망원경으로 어떻게 멀리있는 물체의 확대된 허상을 볼 수 있는지 알아보자 Ÿ 망원경에서는 볼록렌즈 대신 오목거울을 사용하지만 일반적으로는 볼록렌즈만 사용한다. Ÿ 망원경은 큰 물체를 확대하여 볼 수 있도록 하는데, 맨눈으로 볼 때 흐릿하여 잘 안보 이는 부분까지 확대하여 자세히 볼 수 있도록 한다. 망원경을 사용하여 눈으로 물체를 관찰하는 방법과 원리를 생각해보자. Ÿ 그림과 같이 가장 간단한 망원경은 굴절을 이용한 망원경으로 2개의 렌즈를 사용한 다. 첫 번째 렌즈는 대물렌즈라 하고 돋보기와 같은 역할을 하지만 멀리있는 물체를 두 번째 렌즈(접안렌즈)의 초점거리 부근에 실상을 맺히게하는 역할을 한다. 접안렌즈는 렌즈의 초점근처에 실상이 놓이도록 렌즈 사이의 거리를 조절하면 가장 확대 된 허상을 볼 수 있다. 물론 뒤집힌 실상을 확대하므로 역시 뒤집힌 허상을 만든다. 허상 이므로 눈이나 다른 렌즈가 있어야만 관찰 가능하다. 망원경의 배율은 물체가 만든 각과 눈으로 관측한 각의 비이다. 즉 대물렌즈의 물체의 각 과 접안렌즈의 허상의 각의 비를 의미한다. - 31 - (물리) 현미경과 망원경의 원리탐구 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 [1] 실험대에서 2개의 렌즈배열로 망원경 제작과 물체 관찰 Ÿ 망원경 모델을 위해 트랙 위에 2개의 렌즈를 배열하고 칠판에 있는 물체의 확대된 상 을 관찰하게 한다. Ÿ 망원경의 두 번째 렌즈를 이동하면서 최대로 확대된 상을 관찰한다. Ÿ 칠판에 눈금을 그려놓고 물체의 배율을 관측을 통해 알아본다 Ÿ 여분의 렌즈가 있다면 렌즈를 교체하여 실험하고 배율을 최대로 하는 조건을 알아본다 수업지도의 Tip 다른 도구 없이 망원경 배율을 정확히 측정하기는 어렵지만 시각의 비로 대략 알 수 있 다. 이를 위해서는 눈금이 새겨진 자를 멀리 세로로 세워 놓고 망원경으로 보이는 눈금과 실제 육안으로 보이는 눈금을 절반씩 동시에 관찰하여 결정한다. 망원경이 2개로 분리되어 2개의 렌즈의 초점거리를 알 수 있다면 앞의 공식을 배율을 알 수 있다. 그림에서 배율은 약 2.5 이다. - 34 - 이용하여 (물리) 현미경과 망원경의 원리탐구 4차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 [2] 실험대에서 2개의 렌즈배열로 현미경 제작과 물체 관찰 현미경 모델을 위해 트랙 위에 2개의 렌즈를 배열하고 대물렌즈 앞의 작은 글씨가 확 Ÿ 대된 상을 관찰하게 한다. 첫 번째 렌즈와 물체 사이의 거리를 정하고 두 번째 렌즈를 이동하면서 최대로 확대 Ÿ 된 상을 관찰하게한다. 여분의 렌즈가 있다면 렌즈를 교체하여 실험하고 배율을 최대로 하는 조건을 알아본다 Ÿ 수업지도의 (1) Tip 제공된 여러개의 렌즈 중에서 직경이 가장 작은 렌즈와 두 번째 작은 렌즈를 1개씩 선택하고 각각의 렌즈의 초점거리를 측정한다. fo = ( 5 cm), fe = ( 10 cm) (2) 그림과 같이 초점거리가 가장 작은 것을 대물렌즈로 하여 지지대로 설치한다 (3) 접안렌즈는 초점거리가 5 cm 이하의 렌즈를 사용하여 설치한다 (4) 목표물로 작은 글씨가 프린트 된 종이를 설치하고 글씨를 손전등으로 비춘다 - 36 - (물리) 현미경과 망원경의 원리탐구 4) 공학적 적용 5차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 [1] 망원경 제작 (1) 골판지나 4절지 크기의 두꺼운 종이를 아래 그림과 같이 A, B, D 로 잘라낸다. 그림의 수치는 사용할 렌즈의 초점거리와 직경에 따라 달라진다. 여기서는 초점거리 25 cm, 직경 7.5 cm인 대물렌즈와 초점거리 10 cm, 직경 5 cm 인 접안렌즈 경우이다. 수업지도의 Tip 너무 얇은 종이는 렌즈를 둘러싼 경통을 만들 수 없고 너무 두꺼운 종이는 말리지 않으 므로 적당한 두께가 필요하다. (2) A는 대물렌즈 경통, B는 대안렌즈 경통, D는 경통으로 A와 경통 B 사이 공간 메꾸는 데 사용한다. 오른쪽 그림은 A의 골의 방향에 수직으로 대물 렌즈를 세우고 경통을 만드 는 과정이다. (3) 대물렌즈를 안정적으로 세우기 위해 끝에서 약간 안쪽으로 세우고 렌즈가 닿는 곳에 양면 테이프를 사용한다. (4) 대안렌즈 역시 B를 이용하여 마찬가지 방법으로 제작하고 2 개의 경통 직경이 다르 므로 끼우개 역할하도록 D를 말아서 경통 B 둘레에 양면테이프로 붙인다. 수업지도의 Tip 대물렌즈를 선택할 때 배율을 높이려면 초점거리가 긴 것을 사용하게 된다. 그러나 초점거리가 길면 경통의 길이도 커지므로 망원경의 크기를 고려해야 한다. 대물렌 즈의 직경도 빛을 많이 받아들이기 위해 큰 것이 좋으나 너무 크면 접안렌즈의 경통과 결합할 때 제작하기 어려운 점이 발생한다. - 38 - 

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

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 5감의 인식과 감각 센서 이해 충북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 5감의 인식과 감각 센서 이해 이름 주요 과목 생명과학 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 항상성과 몸의 조절/ 자극과 반응 관련 단원 S T E M 지역 차시 4 개발자 5감의 전달과정에 대해 탐구하여 로봇에 적용할 수 있는 방법에 주요 수업 개요 대해 토의한다. 또한 본인과 가족의 가청 영역, 시각과 평형감의 연관성을 비교하며 촉각 지도를 제작하여 사람마다 감각이 다른 이유에 대해 토의한다. 나아가 당도계와 염도계의 측정원리를 이해한다. 1차시: 개념도입, 5감의 전달과정에 대하여 질문과 대답을 통해 개 념을 도입, 로봇이 5감을 인식하기 위하여 사용할 수 있는 장치에 대해 토의 2차시: 탐구 및 개념 확장, 감각을 측정하거나 도움을 줄 수 있는 차시별 주요내용 (키워드 위주) 도구를 생각해 보게 함, 또한 사람마다 감각이 다른 이유에 대해서 도 토론을 진행하며 청각, 시각, 미각, 촉각에 대한 탐구활동을 진 행 3차시: 과학기술 도출, 본인과 가족의 가청 영역를 비교하며 결과 를 다른 학생들과 공유하여 시각과 평형감의 연관성을 비교, 촉각 지도를 제작해 보며 사람마다 민간도가 다른 이유를 토론 4차시: 공학적 산출물, 당도계와 염도계의 측정원리를 이해하고 얻 어지는 결과에 대하여 토의하여 이에 대한 기반을 바탕으로 공학 적 산출물을 고안해 보고 적용 (생물) 5감의 인식과 감각 센서 이해 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 각 감각이 느끼는 방식을 생각해보자. 5감 종류 감각 방식 시각 청각 후각 미각 촉각 . 상황 제시 - 상황 제시 단계에서는 각각의 5감이 가장 민감하게 작동하는 상황을 각자 제시하도록 하고 그 단계에서 각 5감의 인식 과정을 설명하도록 한다. - 영상자료의 제시를 통하여 학생들의 5감에 대한 이해도를 높인다. . 주제 탐색 - 주제 탐색 단계에서는 다양한 매체를 이용하여 창의적 5감 인식 탐구 과정을 제안하도록 한다. - 설정한 주제를 구현하기 위한 구체적인 방법을 정리하고 수행하도록 한다. . 5감 이해를 위한 브레인스토밍 - 탐구 활동을 통해 얻은 결과를 분석하고 설명하기 위한 자료를 찾아보고 토론하게 한다. - 타인의 이해도를 높이는 방법에 대해 토론하게 한다. . 자료의 조사 - 앞선 과정인 상황 제시 단계에서 학생들에 의해 제시된 상황 중 일부를 선정하여 모둠별로 인터넷을 통하여 상황에 대한 이해와 설명을 하기 위한 자료를 수집하고 정리하도록 한다. - 조사한 자료들을 모둠별로 비교하며 토론하게 하여 5감에 대한 지기의 폭을 확장 시킨다. - 19 - (생물) 5감의 인식과 감각 센서 이해 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 미각을 탐구해보자 [탐구 1] 당도와 염도 측정의 차이 비교 준비물 활용 방법 음료수나 김치찌개와 비교하는 실험을 해보기 § 음료수 3종류에 대한 예상 설탕물 만들기 ① 음료수 보여주기 ② 예상 설탕물 만들기 ③ 실제로 학생들에게 음료수 당도 보여주기 ④ 음료수 당도에 해당하는 설탕물 만들기 (교사는 미리 여섯 농도 정도의 설탕물 만들어서 비교할 것) 염도계 당도계 설탕 소금 생수 (1리터 이상) 종이컵 (10개 이상) 티스푼 라면 음료수 § ① ② ③ ④ 섯 김치찌개 또는 라면 국물로 동일한 실험하기 라면국물 보여주기 예상 소금물 만들기 실제로 학생들에게 라면국물 염도 보여주기 라면국물 염도에 해당하는 소금물 만들기 (교사는 미리 여 농도 정도의 소금물 만들어서 비교할 것) § 당도계로 염도를 염도계로 당도를 측정하는 실험을 보여 준다 (교사) -> 학생들은 결과를 확인하고 당도계와 염도 계 원리를 기반으로 본인의 측정 결과를 분석하는 탐구로 진행한다. ◆ 탐구 결과 및 이론 도출을 위한 단계 - 설명하기: 음료수의 당도와 본인이 예측하여 제조한 설탕물의 당도를 비교해 보자. 라면의 염도와 본인이 예측하여 제조한 소금물의 염도를 비교해 보자. - 예측하기: ‘음료수의 당도나 라면의 염도는 우리의 예측값보다 높다.’는 가설을 기반으로 예측해 보자. - 과학 및 공학 (기술/수학)의 관계: 당도계와 염도계의 수치를 기반으로 한 달고 짠 정도가 우리가 먹어서 느끼는 달고 짠 정도에 비해 어느 정도 차이가 나는지 분석해 보자. 예> 당도계로 두 배 차이가 나는 설탕물을 맛보았을 때 우리는 몇 배 달다고 느끼는지 탐구하고 토론해 보자. - 20 - (생물) 5감의 인식과 감각 센서 이해 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 [탐구 2] 촉각 지도 그리기 촉각 지도를 제작하기 위하여 적절한 기구를 제작한다. 장 치 활용 방법 § 피부에는 감각을 지각하는 지각점이 분포되어 있는데 이 지각 점은 부위마다 분포의 조밀도가 다르다. 자, 노트, 모눈종이, 디바이더, § 이쑤시게, 테이프, 눈가리개 두 개의 자극을 일정한 간격을 두고 동시에 자극할 때 두 자극 점을 한 개의 자극 점으로 느끼는 최대 거리를 ‘감지거리 인식 한계치’라고 한다. § 두 점의 거리가 가까울수록 민감한 부위이다. 1단계: 다양한 신체 부위, 감각의 측정 길이를 0.5 cm 간격으로 넓혀보세요. 또는 2단계: 측정 결과 기록 - 22 - (생물) 5감의 인식과 감각 센서 이해 4) 공학적 적용 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 당도계와 염도계의 원리 이해 1) 당도계의 원리: 당분자의 빛에 의한 굴절율 차이 분석 2) 염도계의 원리: 이온의 전기적 전도 차이를 분석 * 당도계와 염도계의 원리를 인터넷으로 검색하여 찾아본다. 수업지도의 Tip Ÿ 당도계 및 염도계의 원리에 해당하는 동영상 자료를 제시하여 이해도를 높인다. Ÿ 당도계로 소금물의 농도를 염도계로 설탕물의 농도를 측정해 보고 결과에 대한 해 석 및 오차에 대해 분석을 해 본다. ◆ 당도계 원리를 기반으로 한 공학적 산출물 고안 제목: 당 분자의 농도에 따른 굴절율 분석 (https://prezi.com/qjpkyobvkvvo/presentation/) 실험방법: 설탕 농도 0% 1. 다양한 농도의 설탕물을 만든다. 설탕 농도 50% 2. 설탕물을 반원통에 담는다. 3. 반원통 중심에 레이저를 쏜다. 입사각: 60° 입사각: 60° 굴절각: 42° 굴절각: 34° 굴절률: 1.294 굴절률: 1.548 4. 스넬의 법칙을 이용하여 입사각과 반사각을 측정하여 굴절율을 계산한다. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3273668 - 25 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 진동과 소리의 탐구 충북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 진동과 소리의 탐구 이름 파동/ 파동의 종류 주요 과목 물리 관련 단원 전기와 자기/ 자기 힘과 운동/ 시공간과 운동 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 S T E M 지역 차시 4 개발자 소리(음파) 현상에 대해 이해하고 소리(음파)를 전기적인 신호로 바꾸는 방법에 대해 탐구한다. 또한 일상에서 쉽게 구할 수 있는 재료와 컴퓨터 프로그램을 이용해 학생들의 소리와 여러 악기의 주요 수업 소리를 그려보고 분석함으로써 소리(음파)를 전기신호로 바꾸는 방 개요 법에 대해 탐구한다. 그리고 에나멜 코일 주변에 일어나나는 자석 의 운동이 에나멜 코일에 만들어 내는 변화를 탐구하여, 그 안에 있는 규칙을 찾고 그 탐구 결과를 이용해 소리(음파)를 전기적인 신호로 바꾸는 마이크를 설계하고 제작한다. 1차시: 개념 도입, 일상 생활에서 보았던 진동 운동을 조사해 보도 록 하며 주기와 진동수, 진폭을 소개, 진동수를 측정할 수 있는 방 법을 탐구 차시별 2차시: 탐구 및 개념 확장, 파동이 무엇인지 소개하며 주변에서 접 주요내용 하는 파동 현상을 조사, 파동 발생기를 이용해 진동수와 파장을 측 (키워드 위주) 정하는 실험을 설계하여 진행 3차시: 과학기술 적용, 파동에 대해 설명하여 SOUND WAVE를 이 용하여 소리와 진동 사이의 관계를 탐구 4차시: 공학적 산출물, 소리를 전기적인 신호로 바꾸는 방법에 대 해 탐구, 소리와 진동 사이의 관계를 다시 한 번 탐구 및 정리 (물리) 진동과 소리의 탐구 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 1차시 [개념 도입] 조사해 보기 ◆ 바람에 살랑거리는 나뭇잎, 자동차의 떨림, 어릴 적 타고 놀았던 그네나 방방 놀이기구, 음악 소리, 이야기 소리 등 우리 주변에는 진동하는 물체와 공기의 진동 으로 생기는 소리들로 가득하다. 옆의 사진은 트럼펫 소리로 유리잔을 깨뜨리는 사진이다. 이처럼 진동 현 상은 아주 중요한 현상 중 하나이다. 진동에 어떤 특 징이 있는지 조사해보자. 진동의 주기와 진동수, 진폭 에 대해 조사해보자. 진동 운동과 소리 사이의 관계를 조사해보자. . 00을 위한 브레인스토밍 - 주변에서 쉽게 볼 수 있는 진동 현상에 대해 생각해보고 조사해보도록 한다. - 소리가 어떻게 만들어지는지 생각하게 하고, 그로부터 파동이 어떻게 만들어지는지 생 각하게 한다. . 자료의 조사 - 상황 제시 단계 후에 학생들은 모둠별로 인터넷을 통하여 ... - 조사한 자료들을 서로 비교하며 토론하게 하여 ...... - 19 - (물리) 진동과 소리의 탐구 2) 탐구 및 개념 확장 2차시 [탐구 및 개념 확장] 현악기의 원리 탐구해보기 ◆ 진동 현상과 소리 사이의 관계를 현악기의 원리를 탐구해보면서 찾아보자. ◆ 양쪽 끝이 고정된 줄에서 일어나는 진동의 특징을 조사해보자. 수업지도의 Ÿ Tip 줄과 스탠드, 글램프, 스탠드용 집게, 도르래, 추, 파동발생기를 이용해 양쪽 끝이 고정된 줄에서 만들어지는 정상파를 만드는 실험장치를 꾸민다. Ÿ 파동발생기를 이용해 양쪽 끝이 고정된 줄을 진동시켰을 때 줄에 만들어지는 정상 파를 보여주고 특징을 조사하도록 한다. ◆ 양쪽 끝이 고정된 줄에서 나타나는 정상파(또는 정지파)의 특징을 탐구하면서 줄의 길이와 진동수 사이의 관계를 찾아보자. - 22 - (물리) 진동과 소리의 탐구 3) 과학기술 적용 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 ◆ 소리는 공기 중에서 전파되는 파동이다. 소리를 눈으로 볼 수 있는 방법에 대 해 생각해보자. 수업지도의 Ÿ Tip 학생들의 소리를 눈으로 볼 수 있는 방법에 대해 생각하도록 한다. ◆ 내 목소리를 여러 기구를 이용해 그리는 방법을 탐구해보자. 1. 거울과 레이저 : 2. 소리 분석 프로그램: - 24 - (물리) 진동과 소리의 탐구 4) 공학적 적용 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 역학적인 진동(소리)을 전기신호로 바꾸는 방법을 다음의 활동을 통해서 생각 해보자. 1. 자석을 고정하고 코일을 고정된 자석 쪽으로 운동시키면서 검류계에서 일어난 일을 정리해 보자. (자석의 극을 바꾸어 다시 해보고 정리해보자.) 2. 코일을 고정하고 자석을 고정된 코일 쪽으로 운동시키면서 검류계에서 일어난 일을 정리해 보자. (자석의 극을 바꾸어 다시 해보고 정리해보자.) 수업지도의 Tip 1. 자석을 고정하고 코일을 고정된 자석 쪽으로 운동시키면서 검류계에서 일어난 일을 정리해보자. (자석의 극을 바꾸어 다시 해보고 정리해보자.) Ÿ 검류계가 움직이는 방향에 대해 +와 -로 약속하고 기록하도록 한다. Ÿ 예를 들어 검류계가 오른쪽으로 움직이면 +로, 왼쪽으로 움직이면 -로 기록하게 한 다. Ÿ 실험 중 검류계의 바늘이 빠르게 움직이므로 정확한 전류를 읽는 것은 어렵다. 2. 코일을 고정하고 자석을 고정된 코일 쪽으로 운동시키면서 검류계에서 일어난 일을 정리해보자. (자석의 극을 바꾸어 다시 해보고 정리해보자.) Ÿ 검류계가 움직이는 방향에 대해 +와 -로 약속하고 기록하도록 한다. Ÿ 예를 들어 검류계가 오른쪽으로 움직이면 +로, 왼쪽으로 움직이면 -로 기록하게 한 다. Ÿ 실험 중 검류계의 바늘이 빠르게 움직이므로 정확한 전류를 읽는 것은 어렵다. ◆ 위의 활동을 바탕으로 간단한 재료로 마이크를 설계하고 만들어보자. - 27 - 

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

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 요리조리 발효과학 전남대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 요리조리 발효과학 이름 주요 과목 기술가정 관련 단원 관련 과목 가정과학 관련 단원 STEM 요소 S,T,E,M 지역 [고등학교] 1학년 한식과 건강한 식생활 [고등학교] [12가정-02-04], [12가정-02-07] 차시 5 개발자 주요 수업 개요 차시별 주요내용 (키워드 위주) 한식의 우수성과 다른 나라의 식생활 문화를 이해하고 현대의 식 생활과 접목한 음식을 만들어 건강한 식생활을 실천한다. 1차시 : 김치의 역사와 종류 2차시 : 깍두기 만들기 3차시 : 발효의 과학적 원리와 조건 4차시 : 김치 속 과학의 원리 탐구 5차시 : 발효와 관련된 직업 세계 탐색 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 Ⅱ. 차시별 지도안 차시 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 학습 과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 ■ 김치의 종류 4. 김치의 종류 ■ 동기유발 영상 제공 영상 제목 : 김치맛은 숙성 온도가 결정짓는다? 김치 맛을 결정짓는 젖산균이며 맛을 좋게하는 젖산균은 숙성온도에 도입 (6분) 따라 형성되므로 숙성온도의 중요성을 생각해봄으로 흥미를 유발한다. https://you 계절 봄 tu.be/bvj5D (3~5월) 여름 cfV-10 ■ 학습목표 제시 (6~8월) 1. 김치의 역사와 종류를 설명할 수 있다. 2. 깍두기와 관련된 실험 실습 계획을 수립할 수 있다. 가을 ppt (9~11월) 겨울 (12~2월) (35분) 1. 김치 CODEX 국제 식품 규격 안내 김치의 정의 필수 원료 1차시 선택 원료 김치의 종류 돌나물김치, 햇배추김치, 파김치, 시금치김치, 봄갓김치, 얼 김치 CODEX 국제 식품 규격 배추김치에 대한 국제 통용 명칭을 영문으로 KIMCHI로 규 열무김치, 열무물김치, 부추김치, 오이소박이, 양배추김치, 가지김치, 박김치, 오이지 등 고들빼기김치, 가지김치, 총각김치, 파김치, 고춧잎김치, 가 을갓김치, 콩잎김치, 깻잎김치, 통배추김치, 동아김치, 풋고 추김치 등 섞박지, 통배추김치, 보쌈김치, 깍두기, 통무김치, 백김치, 동치미, 총각김치, 호박지 등 ppt 5. 김치의 역사와 종류에 대한 퀴즈 게임 실시 가. 답을 알고 있는 학생이 ppt ppt 갈이김치, 미나리김치 등 전개 ■ 김치의 역사 김치의 명칭 소개 손을 들면 교사는 말하도록 기회를 주고 정답을 맞추면 소정의 상품을 준다. 정 주원료인 절임 배추에 고춧가루, 마늘, 생강, 파, 무 등으로 (퀴즈1) 혼합된 양념으로 버무려 용기에 담아 저온에서 젖산을 생성 1. 김치의 최초 한자어 어원은? 시킨 발효식품 배추(Brassica pekinensis Rupr.), 고춧가루(Capsicum annuum L.), 마늘, 생강, 파, 무, 소금 과실류, 채소류, 참깨류, 견과류, 당류(탄수화물계 감미료), 2. 고추가 등장한 시기는? (조선 후기) (침채) 1차시 나. 김치 이름 밎추기 퀴즈2 영상을 제시하면서 아는 학생 손들고 큰 젓갈류, 찹쌀풀, 밀가루풀 소리로 말하게 하고 가장 손을 많이 든 분단은 상품을 준다. https://you tu.be/PLmb EHNhZ5o ppt 전개 (35분) 2. 김치 어원의 유래 - 김치는 침채(沈菜)라는 한자어에서 유래 - 침채 → 딤채 → 짐채 → 김채 → 김치 순으로 발달 ppt 3. 김치의 역사 삼국시대 고려시대 조선시대 전기 조선시대 후기 근대시대 · 고사리, 고비 죽순, 더덕, 가지, 오이, 무 이용 ■ 생각 넓히기 https://you · 소금, 쌀밥, 쌀죽, 식초, 술지게미, 장을 이용하여 절임 김치의 표준과 관련된 영상을 틀어주면서 우리 김치를 널리 알리는 tu.be/XMhi · 沈菜形(침채형) 김치 발달 방안을 이야기 해본다. YoFG1lg ■ 차시예고 https://you 깍두기 송을 틀어주면서 다음 시간에 깍두기 만들기 실습한다는 것을 tu.be/x5XU 예고하며 관찰일지 작성법을 안내한다. CXXVfLY · 동치미, 죽순김치, 미나리김치, 부추김치 ·나박김치 동치미형, 신건지 짠지형, 섞박지 소박이형, 장 아찌형 · 김치의 가지 수가 증가하고 배추저가 등장하며 고추, 무, 배추는 주재료로 미나리, 갓, 파는 부재료로 분류 · 향토김치 교류 – 김치의 종류 다양화 - 3 - 정리 (9분) - 4 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 학습자료 및 유의점 교수-학습 활동 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 학습자료 및 유의점 교수-학습 활동 3. 깍두기 만들기 실습 ■ 광주김치타운 교육체험실에서 교사가 직접 깍두기 만드는 전 과정 ppt 을 사전에 촬영한다. 수업 전에 영상을 볼 수 있도록 미리 안내한다. ① 무는 잔뿌리를 제거하고 깨끗하게 씻는다. 도입단계에서는 영상을 본 소감을 물어 보고 주요 단계를 영상과 함 ② 무를 2cm 크기로 자르고, 소금을 무에 골고루 뿌려 섞은 후 물을 끼 께 설명해준다. 얹는다. ③ 불린 찹쌀에 물을 붓고 찹쌀죽을 쑨다. 도입 동영상 (8분) mp4 ④ 찹쌀죽, 새우젓, 마늘, 생강, 배를 믹서에 곱게 간다. ⑤ 쪽파는 2~3cm 로 자른다. ⑥ 무에 고춧가루의 ½을 먼저 버무려 색을 들인 후, ④의 재료에 고춧가 ■ 학습목표 제시 루를 넣고 골고루 잘 섞어 양념을 만든다. ⑦ ⑥의 양념에 쪽파를 넣고 물기를 제거한 무에 양념을 버무린다. 1. 조리 시범을 보고 깍두기를 만들 수 있다. 2. 저장 온도와 기간을 변수로 관찰일지를 작성할 수 있다. 도입 (6분) 활동지 1 4. 관찰일지 작성 방법 소개하고 학생들은 작성해본다. 숙성 온도에 따른 깍두기의 특성 숙성 숙성 온도 기간 (℃) (일) 0 2 4 6 0 2 4 6 ppt 1. 김치 담금의 원리 4 · 소금에 절이기 : 풋내 제거, 유해균 발육 저해 · 세포벽 : 투과성막, 당, 소금, 조미료 통과 2차시 · 세포벽 내의 원형질막 : 반투과성막 – 물 통과 2차시 20 · 소금의 침투 : 확산 - 세포 내외 액즙의 농도차가 클수록, 채소 온도가 높을수록, 절 전체 pH 색 짠맛 신맛 질감 적인 평가 단면이 넓을수록 빠름 · 봄, 여름 : 소금 농도 11~12%, 8~9시간 전개 1. 일상생활속에서 볼 수 있는 삼투압의 원리를 영상(앞부분 30초만) · 겨울 : 소금 농도 13%, 13시간 을 보면서 정리한다. (35분) https://you tu.be/X5-Q 2. 깍두기 만들기 실습 재료 소개 재료 절임 절임 무 1kg 굵은소금 20g 쪽파 10g 물 100cc -ZQJLio ppt 양념 생강 3g 정리 새우젓 25g 찹쌀죽 30g (7분) 마늘 15g 배 30g 고춧가루 20g - 5 - 2, 생각 넓히기 https://you 깍두기와 정육면체 만들기 영상을 소개하면서 집에서 만들어 보도록 tu.be/Gr_U 안내한다. 학급 톡방에 주소를 전달하도록 한다. rXz8Gl8 - 6 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 도입 (6분) 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 학습 과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 ■ 동기 유발 영상 제공 – 김치 이야기 영상을 제시하면서 김치의 효 https://you 능, 우수성 등에 대해 흥미를 갖게 한다. tu.be/vy4X · 비타민 C : 숙성 중 포도당, 갈락투론산으로 합성 4INi2zg · 티아민, 리보플라빈, 나이아신 : 숙성 적기에 2배로 많아짐 차시 학습자료 및 유의점 교수-학습 활동 ppt 2. 김치 숙성 중 영양 성분 변화 · 비타민 B12 : 숙성 중 합성 ■ 학습 목표 제시 · 단백질, 아미노산 : 젓갈 ppt 1. 발효의 과학적 원리를 설명할 수 있다. ■ 김치가 건강에 좋은 점을 친구들과 이야기 해보면서 기록하고, 2. 발효가 일어날 수 있는 조건을 설명할 수 있다 유 산균에 대해 스마트폰을 활용하여 조사하여 활동지에 기록한다. 1. 김치와 건강 ■ 학생들과 상호작용하면서 발효를 정의하면서 기록한다. 활동지 2 발효와 부패의 차이를 설명하면서 발효를 정의한다. 1. 발효 : 유기물이 미생물의 작용에 의해 분해 및 변화하는 현상으 로 사람에게 유용하다. 2. 부패 : 발효와 과학적 원리는 같으나 사람에게 해롭다. 3차시 3차시 ① 항균작용 ② 다이어트 효과 ③ 아토피 피부염 완화 효과 ④ 섬유소의 장염 예방 기능 ⑤ 젖산균의 정장작용 ⑥ 산 중독증 예방 ⑦ 성인병 예방 ⑧ 항동맥경화, 항산화 기능 ⑨ 항암 효과 ⑩ 생리대사 활성화 효과 전개 (39분) 2. 김치 속 유산균을 스마트폰을 활용하여 조사하고 활동지에 기록 ■ 활동지에 발효 식품을 기록해 보고 발표한다. 전개 활동지 2 장류, 주류, 요구르트, 빵, 식초, 젓갈, 치즈 등 (40분) ■ 김치 숙성의 조건과 숙성 중 영양 성분 변화 과정을 스마트 폰을 활용, 탐색하여 활동지에 기록하고 발표한다. 1. 김치 숙성의 조건 이름 활동지 3 모양 ppt · 온도 : 미생물 생육 영향 – 낮으면 억제, 높으면 촉진 - 겨울 : 5℃에서 3주 스마트 폰 - 여름 : 20℃에서 2~3일, 30℃에서 24시간 이내 기능 · 소금 농도 : 1% - 숙성 촉진, 2% 바람직 · 양념 : 마늘, 고추, 멸치젓은 발효 촉진, 생강은 발효 억제 - 7 - 스마트 폰 활동지 4 한다. - 8 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 ■ 주의력 집중 단계 ■ 김치의 발효 현상과 관련된 실험 영상을 보면서 스마트 폰을 활용, 기술가정 구글 클래스룸 싸이트 과제방을 공유하면서 사진을 소개하고 탐색하여 활동지에 기록한다. 해당 학생은 소감을 발표한다. ■ 효모를 이용한 발효 ■ 준비물 : 분말이스트(20g), 설탕(30g), 물(30℃, 250ml), 고무풍성, 깔 때기, 페트병 (1000ml), 컵(500ml 이상), 온도계, 나무막대, 계량스푼 전개 (39분) https://you ■ 실험과정 tu.be/S-Kz ① 컵에 미지근한 물을 넣고 분말이스트를 녹인다. MxJZI8c ② ①의 용액을 페트병에 붓는다. ③ 고무풍선을 불어 새는 구멍이 있는지 확인한다. 도입 활동지 5 (6분) ④ 고무풍선에 깔때기를 이용해 설탕을 넣는다. ⑤ 설탕이 새어 나오지 않게 고무풍선 주둥이로 페트병 입구를 막는다. 3차시 ⑥ 페트병 입구가 새지 않는지 확인한다. ⑦ 고무풍선을 세워 설탕이 페트병 안으로 들어가게 한다. ⑧ 가라앉은 설탕이 잘 녹을 수 있도록 페트병을 살짝 흔들어준다. ⑨ 페트병과 풍선을 관찰한다. ■ 학습 목표 제시 4차시 1. 김치 속 과학의 원리를 설명할 수 있다. ■ 형성평가 2. 1. 발효와 부패의 차이는? 정리 (5분) STEM 생각교실 수업 후의 소감을 발표 할 수 있다. 2. 김치 숙성의 조건은? ■ 차시예고 ■ 김치 과학 탐구활동1(선대칭) 깍두기 만들기 소감과 발효와 관련 실험 소개 1. 집게팔 만드는 실험 영상을 소개한다. 전개 https://you (35분) tu.be/EnXR SBb4VDA - 9 - - 10 - 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 교수-학습 활동 2. 배추 절단면을 제시하고 선대칭 특징을 설명하고, 학생들은 활동지 학습자료 및 유의점 2020학년도 전남대학교 과학영재교육원 차시 학습 과정 ■ 김치 과학 탐구활동3 (대류 현상) 활동지 6 1. 대류 현상을 관찰할 수 있는 실험 영상을 소개하고, 학생들은 영상을 에 있는 선대칭 도형을 완성한다. 배추 단면에서 대칭축과 대칭점을 찾아 아래 그림의 오른쪽에 선대칭 도형을 완 표시해 봅시다. 성해 봅시다. 교수-학습 활동 보면서 활동지를 작성한다. 학습자료 및 유의점 https://you tu.be/KML1 LQa9z-8 2. 김치 냉장고의 문이 위로 열리게 만드는 이유가 무엇인지 발문하고 학생들은 김치 냉장고의 문 모양을 관찰하고 활동지를 작성한다. 김치의 맛을 좋게 하기 위해서는 온도를 일정하게 유지하는 것이 중요하 다. 일반 냉장고처럼 문을 앞으로 열게 되면 냉장고 안의 차가운 공기가 3.선대칭의 원리를 설명한다. 쉽게 빠져나가서 냉장고 안의 온도는 문을 열 때마다 온도가 많이 올라가 주변에서 선대칭 도형인 사물을 찾고, 그 이유를 적어보면서 원리 게 된다. 하지만 김치 냉장고처럼 문을 위로 열게 되면 위에 있는 따뜻한 를 이해한다 공기만 빠져나가고 냉기는 잘 보존된다. ■ 김치 과학 탐구활동2 (물질의 확산) 1. 스프레이형 방향제 만드는 실험 영상을 소개하고, 학생들은 활동지 를 완성한다. ■ 스프레이형 방향제 만들기 ■ 준비물 : 아로마 오일(5ml), 알코올(3ml), 종이컵, 증류수(50ml), 스프레이 용기, https://you 전개 tu.be/d_qy (40분) CuiJD2Y 활동지 8, 9 3. 대류의 원리를 활동지를 작성하면서 이해한다. 원리 깨닫기 실험에서 향의 연기는 따뜻하기 때문에 위로 올라가 지만 드라이아이스의 연기는 아래로 향하게 된다. 따 라서 따뜻한 향이 아래에 있고 차가운 드라이아이스 활동지 7 가 위에 있을 때 페트병 안의 공기가 대류 현상에 스포이드 의해 고루 섞이게 된다. ■ 실험과정 4차시 전개 (40분) ① 종이컵에 아로마 오일과 알코올을 넣고 섞는다. ② 증류수를 스프레이 용기에 절반만 붓는다. 김치의 맛을 좋게 하기 위해서는 온도를 일정하게 4차시 유지하는 것이 중요하다. 일반 냉장고처럼 문을 앞으 ③ ①의 용액을 ②의 스프레이 용기에 붓는다. 로 열게 되면 냉장고 안의 차가운 공기가 쉽게 빠져 ④ 나머지 증류수를 스프레이 용기에 붓는다. 나가서 냉장고 안의 온도는 문을 열때마다 온도가 ⑤ 뚜껑을 닫고 잘 섞어 준다. 많이 올라가게 된다. 하지만 김치 냉장고처럼 문을 ⑥ 완성된 방향제를 뿌린 후 냄새가 어디까지 가는지 확인해 본다. 위로 열게 되면 위에 있는 따뜻한 공기만 빠져나가 - 알코올은 오일과 증류수를 섞어주는 유화제 역할 뿐만 아니라 향이 잘 날아갈 수 있게 해 고 냉기는 잘 보존된다. 준다. - 알코올과 물은 손등에 조금 떨어뜨린 후 어느것이 먼저 증발되는지 관찰해보고 그 이유를 생각해 본다. 2. 교사는 김치 냄새를 맡을 수 있는 원리 설명하고 학생은 활동지에 기록하면서 깨닫는다. ■ 형성평가 3. 확산의 원리를 활동지를 기록하면서 이해한다. 배추 절단면에는 ( 선대칭 )원리가, 물질을 이루고 있는 입자들은 끊임없이 움직인다. 이런 입자들은 농도가 다른 환경 김치 냄새에는 (확산 )원리가 을 만났을 때 고루 퍼져서 농도가 같아지려는 성질이 있다. 김치 뚜껑을 열면 김치 속의 냄새 입자들이 농도가 낮은 공기 중으로 확산되어 멀 정리 리서도 김치 냄새를 맡을 수 있다. (4분) 뚜껑식 김치 냉장고 문에는 ( 대류 )원리가 들어 있다 확산은 입자의 질량이 작을수록, 입자들 주변의 온도가 높을수록, 밀도가 낮을수록 빨라진다. ■ 차시 예고 발효 연구 전문가 초정 수업이 있음을 안내한다. - 11 - - 12 - ppt 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 유전공학 기초 – DNA클로닝, 전기영동 아주대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 프로그램 이름 아주대학교 과학영재교육원 유전공학 기초 – DNA클로닝, 전기영동 주요 과목 생명과학Ⅱ 관련 과목 생명과학Ⅰ STEM 요소 S, E 관련 단원 유전자의 발현과 조절 관련 유전 단원 지역 차시 4 개발자 주요 수업 개요 유전공학의 근간을 이루는 DNA 클로닝의 의미를 알고, 제한효소지 도(map)를 그려본다. 실험으로는 세균 플라스미드 DNA를 제한효소 반응으로 분리하고, 전기영동을 통해 DNA 확인하여 본다. 1. 수업 사전 협의회 → 2. 전문가 수업실시(A반) → 3. 교사 수업실 시(B, C반) → 4. 간담회(전문가+교사+코디네이터 참석) → (2~4 차 시별로 반복) → 최종 간담회(전문가+교사+코디네이터 참석) 수업 사전 협의회 프로그램 운영 방법 (절차) 전문가 교사 수업 수업 실시 실시 (B, C반) 간담회 수업 내용 및 방법 최종 간담회 조정 (A반) ※ 각 수업에는 교사 및 코디네이터가 참관하고, 매 수업이 끝날 때 마다 간담회 진행하였음. ◎ 유전 공학 기초(1차시) 교수·학습 지도안 수업일시 단원명 생명공학 기술과 인간생활 수업주제 수업대상 수업교사 수업장소 수업차시 유전 공학 학습목표 수업형태 1/4 강의, 실습 모의 실험을 통해 DNA 클로닝의 의미와 목적을 알아본다 수업단계 수업자료 및 교수·학습 활동 유의점 ▶ 수업 목표 확인 - 이번 수업을 통해서 탐구해야 할 최종적인 목표를 인식한다. 배움열기 (5분) ▶ 동기유발 - 프로젝트 수업의 - 유전공학 기술의 기초인 유전자 클로닝이 어떻게 진행되는지 전체적인 목표에 알아본다. 대해 설명한다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. - 먼저 ppt 자료를 이용하여 강의한 ▶ 학습활동 1: 유전공학의 목적을 학습한다. 유전공학의 근간 을 이루는 DNA 클로닝의 의미를 학습한다. 이를 위해 기초가 되는 DNA, 유전자 발현을 학습한다. 다. - 활동지의 간단한 재료와 통해 배움활동 조작을 제한효소 작용을 이해시킨 (40분) 다. 학생 스스로 ▶ 학습활동 2: 제한효소의 작용을 학습한다. 제한효소를 이용 추론하여 가상의 한 DNA 클로닝 과정을 간단한 모의 실험으로 간접적으로 체험 재조합 한다. 만들 수 있는지 관찰한다. 배움정리 (5분) DNA를 ▶ 모의 실험 내용 확인 및 후속 차시 소개 - 학생들의 결과를 확인하고 다음 차시의 내용을 소개한다. •9• - ◎ 유전 공학 기초(2차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 단원명 수업주제 생명공학 기술과 인간생활 수업대상 수업교사 수업장소 수업차시 유전 공학 학습목표 수업형태 2/4 강의, 실습 플라스미드 DNA 분리의 원리를 학습하고 분리해본다. 수업단계 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 수업 목표 확인 - 이번 수업을 통해서 탐구해야 할 최종적인 목표를 인식한다. 배움열기 (5분) ▶ 동기유발 - 플라스미드를 세균으로부터 직접 분리하는 과정을 체험한다. - ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 플라스미드의 종류와 의미를 파악한다. 플라스미드 DNA를 분리하기 위해 필요한 것들을 생각해본다. 컬럼을 이용한 물질 분리의 원리에 대해 학습한다. - 먼저 ppt자료를 이용한 강의한다. - 이후 실험 시 학 생들의 집중력이 흐트러지지 배움활동 않도 록 주의시킨다. (40분) - 전체 과정을 먼저 파악하도록 한 후 ▶ 학습활동 2: 세균 세포로부터 플라스미드 DNA를 분리한다. 이 실험에 임하게 한 과정에서 다양한 실험 도구와 원리를 접해본다. 배움정리 (5분) ▶ 학습 내용 복습 및 후속 차시 소개 - 실험도구를 정리하고 다음 시간에 할 실험 내용을 소개한다. • 29 • 다. - ◎ 유전 공학 기초(3차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 단원명 생명공학 기술과 인간생활 수업대상 수업교사 수업장소 수업차시 수업주제 유전 공학 학습목표 제한효소 반응을 익히고 전기영동을 통한 DNA 분리를 이해한다. 수업단계 수업형태 3/4 강의, 실습 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 수업 목표 확인 - 이번 수업을 통해서 탐구해야 할 최종적인 목표를 인식한다. 배움열기 (5분) ▶ 동기유발 - 제한효소의 중요성과 이용에 대해 탐구한다. 분리한 DNA와 제 - 한효소로 절단된 DNA를 확인하는 방법을 알아본다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 제한효소에 대해 학습한다. 분리한 DNA에 제한효 소를 처리한다. 마이크로 피펫으로 미세한 양의 샘플을 다루는 법 을 학습한다. - 실험에서는 도구를 정확히 사 용하도록 지도한 다. 배움활동 - 제한효소 반응 시 (40분) 마이크로피펫 ▶ 학습활동 2: 아가로즈 젤을 이용한 DNA 분리법에 대해 학습한 을 다. DNA 전기영동을 위한 아가로즈 젤을 제조한다. 전기영동으로 본다. ▶ 학습 내용 복습 및 후속 차시 소개 (5분) • 41 • - 팁 중복사용하지 않도록 한다. DNA 분리 시에 분리 속도에 미치는 요인들의 영향에 대해 추론해 배움정리 실험 ◎ 유전 공학 기초(4차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 단원명 생명공학 기술과 인간생활 수업주제 학습목표 유전 공학 수업대상 수업교사 수업장소 수업차시 수업형태 4/4 실습 전기영동 결과를 확인하고, 제한효소지도(map) 그리기를 통해 사고력을 기른다. 수업단계 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 수업 목표 확인 - 이번 수업을 통해서 탐구해야 할 최종적인 목표를 인식한다. 배움열기 (5분) ▶ 동기유발 - DNA를 눈으로 확인한다. DNA 클로닝 과정에서 탐구 추론 능 - 력이 어떻게 발휘되는지 체험하도록 한다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 아가로즈 젤 상에 DNA를 주입한다. 아가로즈 젤 상에서 분리된 DNA를 확인하는 법을 익힌다. DNA 분리 속도에 영향을 미치는 요인에 대해 생각해본다. - 전기영동 키트 - 젤을 만지거나 도 배움활동 구 사용 시 조심 (40분) 스럽게 한다. ▶ 학습활동 2: 제한효소지도를 이용한 추론 문제를 풀어본다. 이 를 통해 클로닝 과정에서 제한효소의 중요성을 학습하고 사고력을 배양한다. 배움정리 (5분) ▶ 학습 내용 복습 및 재료와 도구 정리 • 53 • - 

Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 측정과 표준 서울교육대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 서울교육대학교 과학영재교육원 기관 명 프로그램 측정과 표준 이름 주요 과목 관련 과목 STEM 요소 과학 기술․가정, 수학 S,T,E,M 관련 단원 관련 단원 3. 역학적 시스템 6. 화학 변화 (기술․가정) 5. 기술 활용 (수학) 함수, 확률과 통계 지역 개발자 기본단위의 표준과 표준의 변화 과정을 알고, 실제 생활에서 측정과 표준 주요 수업 개요 이 어떻게 활용되는지 이해한다. - 단위, 측정, 표준의 종류와 의미를 이해한다. - 측정의 역사를 알고 생활 속 측정 방법과 활용 사례를 이해한다. - 정확한 측정을 위한 요소들을 알고 현대의 정밀한 측정 사례를 찾는다. 1차시 : 길이 표준과 측정, 길이 표준의 필요성 및 현재 길이 표준의 정의 를 이해하고 직접 정밀한 길이 측정 기구의 측정원리 탐구 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 시간 표준과 측정, 시간 표준의 필요성 및 현재 시간 표준의 정의 를 이해하고 직접 시간 측정 기구의 측정원리 탐구 3차시 : 어림과 페르미 추정, 어림의 활동을 통해 측정의 필요성과 중요성 을 이해하고 페르미 추정을 통해 과학적, 논리적 사고 함양 4차시 : 소리의 속력 측정, 학습한 단위와 표준들을 이용하여 직접 소리의 속력을 측정하는 탐구 활동 4. 차시별 교수-학습계획 1 차시 차시목표 길이 측정의 중요성 길이 측정의 중요성과 길이 단위 표준의 필요성을 이해하고 길이를 정밀하게 측정할 수 있다. 관련교과 과학, 물리, 수학 핵심개념 길이, 단위, 미터, 버니어 캘리퍼스 차시 설계의도 주요활동 준비물 가장 기본 단위인 길이 측정의 중요성과 단위 표준의 필요성을 이해하고 정밀한 길이 측정을 하기 위한 원리를 탐구하고 직접 측정해 본다. 길이 측정의 중요성과 필요성 탐구하기, 버니어 캘리퍼스 만들기, 미세 길이 측정하기 가위 또는 칼, 풀, 마분지, 도안, 버니어 캘리퍼스 [1차시] 1999 년 9 월, 1 억 2500 만 달러(약 1432 억 원)를 투입해 미 항공우주국(NASA)이 화성으로 보낸 무인 기후 궤도 탐사선((MCO, Mars Climate Orbiter))가 286 일의 우 주 비행 끝에 화성에 접근했지만 궤도 진입을 코앞에 두고 폭발해 버렸다. 다음 동영상을 통해, 그 이유를 찾아보자. [How Did NASA Lose a Mars Space Probe Because of Maths?] - 4 - 2 차시 시간의 표준 차시목표 시간 표준의 필요성을 이해하고 나만의 시간 표준을 제작할 수 있다. 관련교과 과학, 물리, 수학, 기술 핵심개념 시간, 단위, 표준 차시 설계의도 주요활동 준비물 다른 물리량의 기본은 정지 상태에서 측정하지만, 시간 측정은 계속 변화 하고 있는 상태에서 이루어져야 하기 때문에 중요하지만 어렵다. 시간 표 준의 변천사를 살펴보고 나만의 시간 표준 기기를 직접 제작함으로써 시 간의 중요성을 직접 느낄 수 있도록 한다. 시간의 표준 탐구하기, 나만의 시간 표준 만들기 가위 또는 칼, 양면 테이프, 초시계, 폼보드, 고무줄, 구슬, 방울 또는 종, 침핀, 이쑤시개, 클립, 빨대 우리가 친구와 만나기 위해 약속을 할 때는 반드시 장소와 시간이 필요합니다. 약속에서 시간이 빠지면 만나기 어렵기 때문입니다. 또 매일 아침 학교에 등교하 는 시간도 정해져 있습니다. 만약 개개인 들마다 1 초의 간격이 다르면 세상은 어떻 게 될까요? 우리가 현재 사용하고 있는 시간의 기 준, 즉 1 초는 어떤 기준으로 정해진 것일까요? . 시간의 표Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' 준 1. 우리 선조들은 시간을 어떻게 측정하였을까? ☞ 주기적인 운동을 하는 자연물 들을 이용하였다. 예를 들어 가장 대표적인 것이 매일 해가 뜨고 지는 것. 달, 별자리 등이 있다. - 11 - 질량 측정의 중요성 3 차시 질량 측정의 중요성과 질량 단위 표준의 필요성을 이해하고 질량을 차시목표 정밀하게 측정할 수 있다. 관련교과 과학, 물리, 수학 핵심개념 질량, 단위, 전자 저울, 빨대 저울 차시 설계의도 주요활동 가장 기본 단위인 질량 측정의 중요성과 단위 표준의 필요성을 이해하고 정밀한 질량 측정을 위한 빨대 저울을 제작하고 직접 측정해 본다. 질량 측정의 중요성과 필요성 탐구하기, 빨대 저울 만들기 전자저울(분해능 0.1 g, 분해능 0.01 g) , 과학 교과서, 휴대 전화, 빨대, 준비물 나사(빨대와 같은 굵기), 핀셋, 바늘, 나무도막, 눈금판(두꺼운 종이), 슬라이드 유리 2장, 빨래 집게, 고무 밴드, 모눈 종이, 가위 또는 칼, 쌀알, 머리카락 에어 캐나다 항공편 143에서 몬트리올에서 이륙하여 캐나다 남서부의 에드먼턴 (Edmonton)으로 떠날 예정이었다. 이때 필 요한 최소 연료량은 22,300 kg이었다. 몬트리올에 도착한 비행기에는 연료가 조금 남아있었다. 다음 비행을 위해 보충할 연료의 양을 계산하여 연료를 보충한 후 비행을 시작 하였다. 그러나 1983년 7월 2일, 에어 캐나다 항공 에어 캐나다 항공편 143의 무동력 착륙 모습 편 143 에드먼턴에 가는 도중에 공중에서 연료를 고갈되었다. 몇 분 후, 두 엔진이 꺼지고, 뎅! 소리가 들렸다. 이것은 엔진이 꺼지면서 더이상 비행할 동력이 없음을 나타내는 소리 였다. 조종석의 전자 기기를 작동시키기 위해서도 동력이 필요하기 때문에, 엔진에 붙어있 는 발전기가 정지하면 항공기의 모든 전자 기기는 취소된다. 파일럿이 의지할 수 있는 유일 한 장치는 아날로그식으로 동작하는 기기인 나침반, 수평 검사기, 대기 속도계, 고도계만 제 대로 작동한 것이다. 이러한 사고가 발생한 이유는 연료를 보충하는 지상 근무 직원이나 승무원이 비행기의 연 료를 다른 단위로 계산했기 때문이다. 필요한 연료의 양은 킬로그램 단위로 였지만, 채운 연료의 양은 파운드 단위였던 것이다. 1 파운드 (lb)는 0.45 킬로그램 (kg)에 불과하다. 이처럼 우리 생활과 밀접한 질량의 표준 단위와 측정 방법을 알아보자. - 18 - 4 차시 차시목표 나만의 도량형 도량형을 통해 단위 표준의 필요성을 이해하고 나만의 도량형을 만들 수 있다. 관련교과 과학, 물리, 수학 핵심개념 도량형, SI단위, 표준 차시 설계의도 주요활동 가장 기본 단위인 길이, 부피, 질량을 바탕으로 하는 도량형을 만들어 봄으로써 SI 단위와 표준의 필요성을 이해한다. 나만의 도량형 만들기, SI 기본 단위 준비물 역사를 살펴보면 각 나라들은 자신만의 측정 단위 즉, 도량형이 있었다. 도량형(度 衡)의 의미는 다음과 같다.  도량형(度 衡) : 길이, 부피, 무게(질량)를 측정하는 기구나 단위법 도 [度 : 법도 헤아리다 도] : 길이를 나타내는 자를 말함. 량 [ : 헤아릴 되 양] : 부피를 나타내는 되를 말함. 형 [衡 : 저울대 형] : 무게(질량)를 나타내는 저울을 말함. 질량의 개념은 서양에서 정립된 것으로, 일제강점기 이전에는 질량 이라는 용어 자체가 없었 다. 그로 인해 도량형 역사 관련 부분에서는 부득이하게 무게 로 사용하였음. 다음은 우리 선조들이 조선시대 이후로 사용하던 도량형들 중 일부를 나타낸 모습이다. 부피를 재는 도구 이러한 도량형이 필요한 ??Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' ?닭은 무엇인지 생각해 보자. - 24 - 무게를 재는 도구 5 차시 몰(mol)은 뭘까? 차시목표 몰(mol)의 의미를 알고, 공기의 밀도를 구할 수 있다. 관련교과 과학, 화학 핵심개념 몰, 부피, 압력, 온도 차시 설계의도 주요활동 준비물 아주 작은 물질의 질량을 나타내는 기본 단위인 몰(mol)의 의미와 중요성을 알고 다양한 기본 단위의 중요성에 대해 생각해 보는 계기를 갖게 한다. 공기의 무게 측정하기, 공기의 밀도 측정 및 계산 책받침, 압착판, 용수철저울, 진공 용기, 기압계, 전자저울 고체(물체)의 질량은 저울을 이용하여 g (그램) 또는 kg (킬로그램) 단위로 측 정할 수 있다. 그렇다면 기체와 액체의 질량은 어떻게 알 수 있을까? 기체와 액체는 물질을 구성하는 구성요 소의 개수를 통해서 물질량으로 나타내는 데, 물질량의 단위가 바로 몰(mol)이다. 계 란 30개를 한 판이라고 하듯이, 특정 입 자가 아보가드로수인 6.02214076 10-23 개로 구성된 어떤 물질량을 1 몰이라고 정의하 여 사용하고 있다. . 공기는 얼마나 무거울까? [준비물] 책받침, 압착판, 용수철저울, 진공 용기, 기압계, 전자저울 1. 매끈한 책상 위에 책받침을 올려놓고 압착판을 붙 인 다음, 용수철저울을 연결한 채로 위로 당겨서 떼 어 보자. 책받침이 떨어지는 순간, 용수철저울의 눈 금을 기록하여 정리하자. 실험은 3번 이상 수행한다. 횟수 1회 2회 3회 4회 눈금 - 29 - 

Syntax Error: Unknown character collection 'Adobe-WinCharSetFFFF' STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 기상 위성 영상으로 읽는 날씨 서울교대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 서울교육대학교 프로그램 기상 위성 영상으로 읽는 날씨 이름 주요 과목 지구과학 Ⅰ 관련 단원 기압과 날씨 변화 관련 과목 물리 관련 단원 파동의 종류와 성질 STEM 요소 S, T 지역 차시 6 개발자 기상 위성과 기상 위성 영상에 대한 이해를 바탕으로, 사례별 기상 주요 수업 위성 영상을 조사하고 해석하여 날씨의 변화를 추론하고 예측할 수 개요 있다. 더 나아가 국가기상위성센터에서 실시간으로 제공되는 위성 영상을 분석하여 각 지역의 날씨를 설명할 수 있는 능력을 기른다. 1차시: 기상 예보와 기상 위성 영상 차시별 2차시: 기상 위성 영상 분석 기초 활동 주요내용 3차시: 전문가와 함께하는 기상 위성 영상 분석 (키워드 4차시: 어떤 기상의 위성 영상일까? (시작하기) 위주) 5차시: 어떤 기상의 위성 영상일까? (활동하기) 6차시: 어떤 기상의 위성 영상일까? (발표하기) 1 [1차시] 기상 예보와 기상 위성 영상 • 기상 예보의 과정을 설명할 수 있다. 학습 목표 • 기상 정보의 수집과 분석의 방법을 이해할 수 있다. • 기상 위성과 기상 위성 영상에 대해 설명할 수 있다. 관련 교과 지구과학, 물리학 기상 예보가 어떻게 만들어져 우리에게 전달되는지 알아보고, 기상 위성 영상을 분석하는 방법을 이해한다. 1. 기상 예보가 만들어지는 과정 (1) 기상 관측 자료 및 기상 정보 수집 예보 협의 (2) 슈퍼컴퓨터 분석 (3) (4) 예보 및 통보 2. 위성의 종류와 유형 (1) 위성 궤도에 따른 위성 종류 차시 개요 극궤도, 저궤도, 정지궤도, 태양동기궤도 (2) 사용 목적에 따른 위성 유형 실용위성, 과학기술위성, 군사첩보위성 3. 천리안위성 (1) 천리안위성 1호 (2) 천리안위성 2A호 (3) 기상 위성 영상의 채널별 특성 4. 기상 위성 영상 가시 영상, 적외 영상, 합성 영상, 수증기 영상, 레이더 영상별 분석 방법 준비물 활동지, 기상 위성 영상 사진 - 3 - 2 ［2차시] 기상 위성 영상 분석 기초 활동 학습 목표 관련 교과 • 기상 위성의 영상을 이용하여 구름의 특징을 설명할 수 있다. • 기상 위성에서 관측한 영상을 분석하여 지상의 날씨를 예측할 수 있다. 지구과학, 물리학 [활동1] 일기도와 기상 위성 영상 비교 해석 1. 일기도와 기상 위성 구름 사진 비교 2. 일기도와 기사 위성 사진 비교(황사, 온대저기압, 고기압) [활동2] 기상 위성 사진 속 구름의 특징 차시 개요 대표적인 구름의 가시 영상과 적외 영상 특징 서술하기 (권운, 고적운, 적란운, 적운, 층운) [활동3] 오늘의 기상 위성 영상 분석 기상청 홈페이지에서 오늘의 가시 영상과 적외 영상 찾아보기 오늘의 가시 영상과 적외 영상 분석으로 오늘의 날씨 예측하기 준비물 활동지, 인터넷 접속 가능한 컴퓨터 또는 프린터, 풀 또는 접착제, 가위 - 23 - 3 [3차시] 전문가와 함께하는 기상 위성 영상 분석 학습 목표 관련 교과 • 전문가의 기상 위성 영상 자료 활용 방법을 이해할 수 있다. • 전문가의 기상 위성 영상 활용 방법을 실제 사례로 설명할 수 있다. 지구과학, 물리학 기상 위성 자료 활용 방법 - 권태순 박사 (前 국가기상위성센터장, 한국기상전문인협회 부회장) 1. 기상 위성의 분류 2. 천리안위성 2A호 3. 기상 위성 영상의 이해 차시 개요 - 가시 영상, 적외 영상, 수증기 영상, 합성 영상 - 구름의 발생 - 계절별 영상 - 봄(황사) - 여름(장마) - 여름(태풍) - 가을(이동성 고기압) - 겨울(한기) 준비물 활동지, 수업 ppt - 30 - 4 [4차시] 어떤 기상의 위성 영상일까? - 시작하기 • 프로젝트 수업 전체 과정을 알고 기상 위성 영상을 분석하기 위한 팀을 학습 목표 꾸릴 수 있다. • 프로젝트를 함께 하는 활동을 통해 소통과 협력을 할 수 있다. 관련 교과 지구과학, 물리학 3가지 사례의 기상 위성 영상 사진 분석 프로젝트 시작 1. 프로젝트 수업 과정 안내 각 단계별 소개 2. 패들렛(padlet) 이용한 포트폴리오 작성 및 공유 방법 패들렛 접속 방법, 이용 방법 소개 차시 개요 패들렛을 활용 아이디어 기록과 공유, 과제 제출 방법 안내 3. 구글클래스를 이용한 포트폴리오 작성 및 과제 제출 방법 구글클래스 접속 방법, 이용 방법 소개 4. 팀 빌딩 - 프로젝트팀 구성 및 역할 정하기 - 우리 팀 행동 약속 정하기 - 팀별로 분석할 기상 위성 영상 사례 선택 후 해당 내용 적기 기상 위성 영상 사진 세트 3종 준비물 학생 개인용 기기(노트북 또는 태블릿 PC, 스마트폰 등) 학생 개인 구글 계정 준비 교사 패들렛 계정 준비 - 37 - 5 [5차시] 어떤 기상의 위성 영상일까? - 활동하기 학습 목표 관련 교과 • 여러 장의 실제 기상 위성 영상을 분석하여 기상을 알 수 있다. • 분석한 기상 자료를 이용하여 일기예보 시나리오를 작성할 수 있다. 지구과학, 물리학 기상 위성 영상(사진) 분석 1. 기상 위성 영상으로 알 수 있는 날씨는? - 기상 위성 영상에서 알 수 있는 사실들 모두 찾기 - 찾은 사실을 분석하여 날씨 해석하기 - 팀원의 생각을 모아 팀의 공통 의견 만들기 차시 개요 - 패들렛, 구글클래스 등을 이용한 포트폴리오 작성 및 공유하기 2. 나도 기상분석예보관 - 기상 위성 영상을 분석한 날씨에 관한 일기예보 시나리오 작성 <참고자료> 기상 위성 영상 분석 및 일기예보 시나리오 제작 체크리스트 준비물 기상 위성 영상 사례 세트 3종, 활동지, 학생 개인용 기기 - 47 - 6 [6차시] 어떤 기상의 위성 영상일까? - 발표하기 • 분석한 기상 위성 영상 자료를 이용한 일기예보 시나리오를 발표할 수 학습 목표 있다. • 발표에 대한 피드백을 반영하여 최종 시나리오를 완성할 수 있다. 관련 교과 지구과학, 물리학 사례별 일기예보 발표하기 1. 발표 자료 준비하기 - ‘기상 위성 영상 분석 및 일기예보 시나리오 제작 체크리스트’ 활용 최종 점검 - 발표자 사전 발표, 피드백 차시 개요 - 발표 시간, 발표 순서 확인 2. 발표 평가하기 - 팀 내에서 담당한 역할과 활동 평가 - 발표 동료 평가 체크리스트 작성 - 동료나 교사 피드백 및 평가 - 피드백 반영하여 최종 발표 자료 제출 준비물 발표용 자료(ppt 또는 동영상), 활동지 - 53 -