문항 2

(나)

[그림 2]는 사람이 호흡하는 동안 폐의 부피변화를 나타낸다. 사람이 Δ

t

동안 들이마신 공기의 양을 Δ

V

라고 하면, 단위시간당 폐로 들어오는 공기 의 유입량

Q

^{는 Δ}

V

Δ

t

로 표현할 수 있다. 사람이 1회 호흡하는 동안 시간에 따 라 변하는 대기와 폐사이의 기압차 Δ

P

는 [그림 3]과 같이 단순화시켜 생각 할 수 있다. 공기가 폐로 흡입되는 동안 호흡기관의 기하학적 구조 및 공기 의 점성도에 의해 공기의 흐름이 방해를 받는데, 이때의 저항

R

^{은 Δ}

P

Q

로 표현되며, 폐의 부피에 따라 [그림 4]와 같이 변한다.

[그림 2] 사람이 호흡 하는 동안 폐의 부피 변화

[그림 3] 시간에 따른 대기와 폐 사이의 기압차이 [그림 4] 폐 부피에 따른 저항 (_T: 1회 호흡에 걸리는 시간)

논제 1. 공기가 물보다 더 효과적인 호흡 환경일 수 있다. 그 이유를 물과 공기의

출제의도 및 문항설명

생물의 호흡 에너지 소모 측면에서 공기가 물보다 효율적이다. 이를 물리적 일량의 관점에서 접근한 시도는 참신하였다.(<학생 답안 1>과 <학생 답안 4>)

반면, <학생 답안 5>처럼 기본 단위 환산을 하지 못한 경우나, <학생 답안 6>과 같이 논제의 핵심과 동떨어진 지식을 단순히 나열한 경우는 좋은 평가를 받지 못했다.

<학생 답안 1>

<학생 답안 2>

<학생 답안 3>

<학생 답안 4>

<학생 답안 5>

<학생 답안 6>

q 논제 2

<학생 답안 2>

<학생 답안 3>

<학생 답안 4>

q 논제 3

학생들은 고등학교 생물 교과서에서 ‘대기와 폐 사이의 기압 차이는 1mmHg이며 한 번의 들숨 동안 0.5L의 공기를 들이마신다.’ 라고 학습하였다. 논제 2에서는 이렇게 학습된 생명과학 지식을 물리학적 기본 개념에 적용하여 과연 1mmHg압력차가 0.5L 공기 흡입에 충분한 힘일 수 있는지를 논리적으로 설명하도록 요구하였다. 학생들이 전기회로 개념에서 학습한 전위차, 저항, 전류, 전하량 사이의 관계를 유추할 수 있 도록 제시문을 구성하였으며, 특히 적분 개념이 없어도 논의를 전개할 수 있도록 고 려하였다.

다양한 접근 방법으로 문제를 해결한 답안이 많았다. <학생 답안 1>처럼 적분을 이용하여 설명하거나 <학생 답안 2>, <학생 답안 3>와 같이 들숨 시 최대 저항을 구한 다음 근사값으로 삼각형의 면적을 구하여

Q

(

t

)를 설명한 경우 등 논제를 이해 하고 논리적으로 설명을 한 경우는 모두 좋은 평가를 받았다.

반면 <학생 답안 4>, <학생 답안 5>처럼 제시문에 주어진 표에 대한 분석이나 전기 저항회로 개념을 적용하지 않고, ‘압력×시간=삼각형의 면적’이라는 비논리적인 개념 을 적용하여 설명한 학생들도 적지 않았다.

<학생 답안 1>

<학생 답안 2>

<학생 답안 3>

<학생 답안 4>

<학생 답안 5>

q 논제 4

사람의 호흡에 필요한 폐포의 수축-팽창과 관련된 질병과 치료법을 계면활성제의 화 학구조와 결합, 분자 상호작용의 관점에서 논술하도록 하였다. 기본적인 화학적 원리 를 얼마나 잘 이해하고 있고 이를 생명현상에 적용하여 논리적으로 사고할 수 있는지

<학생 답안 1>의 경우 물표면의 표면장력을 물분자의 수소결합 구조식으로 보여주며 이 힘이 폐포의 팽창을 어렵게 하여 유아호흡장애증후군을 유발한다는 논리를 가지 고 비교적 무난하게 설명하였다. <학생 답안 2>는 계면활성제가 물에 용해되었을 때 물 표면에서 물분자와 어떻게 배열되는지를 설명하고, 이로 인한 표면장력 감소가 치료에 유익한 이유를 잘 기술한 점이 돋보인다.

반면, <학생 답안 3>과 같이 계면활성제가 물 분자와 미셀을 형성한다고 답한 경우도 있었다. 그러나 폐포 내의 물 층이 얇고 넓게 펴져 있다고 생각했을 때 작은 구형의 미셀이 표면 물 분자를 안에 넣은 형태로 형성되기가 쉽지 않고, 무엇보다 이런 형태로는 폐포 표면의 표면장력을 미세하게 조절하기 어렵다. 또한 <학생 답안 4>

처럼 폐포 내부 물 층과 유아호흡장애증후군의 연관관계에 대한 설명 없이 계면활성제 에 대한 지식을 단순히 나열한 답안이나, 논제를 그대로 옮겨 적으면서 피상적 지식만 나열할 뿐 자신의 논리적 주장을 펴지 못하는 답안(<학생 답안 4, 5>)은 주어진 논제가 요구를 충족하지 못하고 있다.

<학생 답안 1>

<학생 답안 2>

<학생 답안 3>

<학생 답안 4>

<학생 답안 5>

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