2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
2020. 11.
백운고등학교
【 2020년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
과 제 개 요
과제명 2020년 STEAM 교사연구회 운영(백운고등학교)
STEAM 프로그램
유형
(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( √ ) - 선행 프로그램명:
(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( ) (유형3) StarT 프로그램 수행을 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( )
프로그램명 도전! 에너지 제로 하우스
학교급 고등학교 대상 학년(군) 고등학교 1,2학년 중심과목 과학탐구실험 중심과목
성취기준 영역 [고등학교 1학년][10과탐02-08]∼[10과탐03-02]
연계과목
통합과학 과학탐구실험 기술가정 화학Ⅱ
연계과목 성취기준 영역
[고등학교 1학년][10통과04-02]∼[10통과04-02]
[고등학교 1학년][10과탐02-08]∼[10과탐03-02]
[고등학교 1학년] [10기가04-03]∼[10기가04-04]
[고등학교 2학년][12화학Ⅱ04-01]∼12화학Ⅱ04-03]
연구기간 협약체결일 ~ 2020.11.30.
신청금액 일금사백만원(￦4,000,000)
참여연구원 5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명) 연구 수행자에 관한 사항
구분 소속(학교명) 직위 성명 연락처 E-mail
연구책임자 백운고등학교 교사 정종호
공동연구원 백운고등학교 교사 김채희
공동연구원 백운고등학교 교사 김경란
공동연구원 백운고등학교 교사 최진성
공동연구원 백운고등학교 교사 이남숙
2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2020년 11월 20 일
주관연구기관장 : 김지환 (인) 연구책임자 : 정종호 (인)
한국과학창의재단 이사장 귀하
“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
목 차
1. 요약문··· 5
2. 서론··· 5
3. 연구 수행 내용 ··· 5
4. 연구 수행 결과··· 6
5. 결론 및 제언 ··· 6
[부록]
부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 부록2. 에너지 제로하우스 탐구 학습 부록3. 교사 역량강화 활동
1. 요약문
에너지 교육의 적용이 가능한 2015 개정 교육과정의 STEAM 교육 요소를 과학중점 학교 1학년 과학탐구실험, 통합과학, 기술 교과를 중심으로 발굴하여 과제연구로 진 행한 연구로, 2학년 과학중점학급 학생을 대상으로 학교 자율과정에서 함께 적용함.
2. 서론
◦ 에너지 활동에 참여한 학생들이 흥미와 재미를 느끼면서 학습활동에 몰입하는 학생 중심형 프로젝트 학습을 수행한다.
◦ 2015 개정 교육과정의 STEAM 교육 요소를 발굴하여 에너지 관련 메이커 교육 을 통해 자기주도성을 함양하며, 다른 사람들과의 사회적 관계성을 높힌다.
◦ 에너지 관련 교육을 통하여 4차 산업혁명시대에서 요구하는 사회적 요구와 특징 을 반영한 교육과정을 경험하게 한다.
3. 연구 수행 내용
◦STEAM 프로그램 연구 및 적용
-에너지 교육의 적용이 가능한 2015 개정 교육과정의 STEAM 교육 요소를 과학중점학교 1학년 통합과학, 통합사회 교과를 중심으로 발굴하여 과제연구로 진행
◦STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사
-통합과학의 신재생에너지 관련 과제연구 주제를 STEAM 교육으로 진행하고 메이커 교육 을 통하여 결과물 산출
◦STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천
-2015 개정 교육과정의 STEAM 교육 요소를 교과별 단원분석과 성취기준 비교를 통하여 추출하고 연계성이 있는지 협의하고 공유, 발표회 개최
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 ‘도전! 에너지 제로 하우스’
선행 프로그램명
< 2019년 STEAM 교사연구회 >
고등학교 통합과학 ‘우리학교는 패시브 스쿨’
학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년 목표 수혜학생 수 220명 중심과목 통합과학 중심과목
성취기준 영역
[고등학교 1학년][10통과08-04]
(4) 발전과 신재생에너지
연계과목
통합과학 과학탐구실험 기술가정 화학Ⅱ
연계과목 성취기준 영역
[고등학교 1학년][10통과04-02]∼[10통과04-02]
[고등학교 1학년][10과탐02-08]∼[10과탐03-02]
[고등학교 1학년] [10기가04-03]∼[10기가04-04]
[고등학교 2학년][12화학Ⅱ04-01]∼12화학Ⅱ04-03]
개발결과
주제 연번
차시
(시수) 과목 연계(안)
1 2 통합과학(1)+과학탐구실험(2)
2 2 통합과학(1)+기술(2)
3 6 과학탐구실험(1)+화학Ⅱ(6)
적용 결과 2020.11.20. 기준, 10차시 중 10차시 개발 및 8차시 적용 완료
4. 연구 수행 결과
◦기대성과
- 에너지 관련 교육을 통하여 4차 산업혁명시대에서 요구하는 사회적 요구와 특징을 반영 한 교육과정을 경험하게 한다.
- 에너지 활동에 참여한 학생들이 흥미와 재미를 느끼면서 학습활동에 몰입하는 학생 중 심형 프로젝트 학습을 수행한다.
◦ 연구결과 활용(확산)방안
- 2015 개정 교육과정의 STEAM 교육 요소를 발굴하여 에너지 관련 메이커 교육을 통해 자기주도성을 함양하며, 다른 사람들과의 사회적 관계성을 높힌다.
- 경기도과학교육연구회 동계 세미나를 통하여 자료를 발표하고 개발 내용을 공유하여 고등학교 1학년 통합과학 지도에 활용하도록 권장한다.
구분 수행 결과
교수학습지도안 개발 차시 총 10차시
수업 적용 일정 2020. 9. 1. ~ 2020. 12. 31.
(STEAM 수업)수혜학생 수 백운고등학교 220명(고등학교 1학년, 과중 2학년) 학생 태도검사 사전검사 9월 11일, 8개 학급(100명) 실시 완료
사후검사 11월 13일, 8개 학급(100명) 실시 완료
학생 및 교사 만족도조사 11월 13일 실시 완료
교사연구회 STEAM 행사 개최 2020.10.15. 7교시(16:00~16:50) 수업공개 2020.10.22. 2교시(10:00~10:50) 수업공개
논문 또는 학술대회 해당 없음
특허출원(국외, 국내) 해당 없음
5. 결론 및 제언
◦ STEAM 프로그램 개발·적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점
- 코로나로 인한 비등교 온라인 수업으로 교육과정상의 진도와 학습내용과 연관시켜 진 행하는데 한계점이 있고 평가와 관련된 부분에서는 학생들의 자발적 참여에 저해하는 요 인으로 나타남
◦ STEAM 수업 수혜 학생들의 반응(인터뷰)
- 에너지 교육을 통하여 미세먼지의 원인과 해결 방법까지 관심을 갖게 됨
- 장기적인 프로젝트를 진행할 수 있어 과학중점학교에서 느낄 수 있는 또 하나의 매력 이라고 생각함
◦ STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안
- STEAM 수업의 범위를 교과 교육과정 뿐만 아니라 창의적 체험활동과 동아리 활동까 지 범위를 확대하여 운영의 다양성을 부여했으면 함
- 수업신규 개발보다 새로운 수업방법 적용과 성과에 대한 개선을 유도한다면 현장에서 쉽게 접근할 것이라고 생각함.
[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물
(프로그램명) 고등학교 과학탐구실험 에너지 단원 수업용 STEAM 프로그램
도전 ! 에너지 제로 하우스
1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정
차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취 목표/요소
1 과학 탐구 실험
[10과탐03-01]
첨단 과학기술 속의 과학 원리를 찾아내는 탐구 활동을 통해 과학 지식 이 활용 된 사례를 추론 할 수 있다.
지속가능한 친환경 에너지 도 시에 적용된 첨단 에너지 생산 및 절약 기술의 특징을 설명할 수 있다.
2 과학 탐구 실험
[10과탐03-02]
첨단 과학기술 및 원리가 적용된 과학 탐구 활동의 산출물을 공유하고 확산하기 위해 발표 및 홍보할 수 있다.
, 첨단 과학 기술 및 과학 원리가 적용된 지속가능한 친환 경 에너지 도시를 설계하고 그림 등의 발표 자료를 만들어 발표 및 홍보한다.
차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취 목표/요소
1 기 술 · 가정
[12기가04-03]
첨단 건설 기술의 핵심 기술과 동향을 파악하며, 건 설 기술에서 활용되고 있는 재난 예방과 관련된 예 를 조사하여 발표한다.
, 패시브 하우스에 적용된 첨단 건설 기술의 특징을 조사하 여 발표할 수 있다.
2 기 술 · 가정
[12기가04-03]
첨단 건설 기술의 핵심 기술과 동향을 파악하며, 건 설 기술에서 활용되고 있는 재난 예방과 관련된 예 를 조사하여 발표한다.
, 조건에 맞는 패시브 하우 스를 설계하여 구상도로 표현하 고 설계 의도를 발표한다.
2. STEAM 프로그램 총괄표(총 10차시)
차시 학습 내용
1차시
소주제 지속가능한 친환경 에너지 도시에 적용된 첨단 과학 기술 조사하기
Co 지속가능한 친환경 에너지 도시란 무엇일까?
- 독일의 ‘보봉’을 간략하게 소개하는 동영상 자료를 시청 한다.
CD 독일의 ‘보봉’에서 소개된 에너지 제로 및 에너지 플러스 하우스의 의미가 무엇일까?
- 에너지 생산 및 절약 기술에 대해 자유 토론을 한다.
CD 지속가능한 친환경 에너지 도시에 적용된 첨단 과학 기술을 조사하여 친환경 에너지 기술에 대해 이해하기.
- 첨단 과학 기술, 신재생 에너지 관련 동영상 시청한다.
- 관심 있는 첨단 과학 기술을 기준으로 4인 모둠을 편성한다.
- 모둠별로 대표적인 친환경 에너지 도시 ‘베드제드’, ‘보봉’, ‘빅토리아’, ‘소매곡리’에 적용된 첨단 과학 기술에 대해 분야별로 역할을 나누어 조사한다.
CD 조사한 내용을 바탕으로 지속가능한 친환경 에너지 도시의 에너지 생산 및 절약 기술의 특 징을 정리하고 모둠별로 관심 있는 도시 사례를 하나씩 발표한다.
2차시
소주제 지속 가능한 친환경 에너지 도시 설계하기
Co 지속 가능한 친환경 에너지 도시를 설계하는 데 첨단 과학 기술을 어떻게 적용할 수 있을 까?
- 모둠별로 자유토론 후 지속가능한 친환경 에너지 도시에 필요한 과학 기술을 선정한다.
CD 선정된 첨단 과학기술을 토대로 지속가능한 친환경 에너지 도시를 설계하기에 적합한 자연 적·사회적 입지 조건을 설정한다.
차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취 목표/요소
1 화학
Ⅱ
[12화학Ⅱ04-01]
화학 전지의 작동 원리를 산화･환원 반응으로 설명할 수 있다.
수소 연료 전지의 작동 원리를 설명할 수 있다.
2 화학
Ⅱ
[12화학Ⅱ04-03]
수소 연료 전지가 활용되는 예를 조사하여 설명할 수 있다.
, 연료 전지 기술을 적용한 친환경 도시를 설계하고 그림으 로 표현하여 발표한다.
- 모둠별로 자유토론 후 지속가능한 친환경 에너지 도시 설계를 위한 입지 조건을 설정한다.
CD 모둠별로 논의된 첨단과학기술 및 입지조건을 적용하여 지속가능한 친환경 에너지 도시를 구상하 고 도시의 설계도를 그린다.
CD 지속 가능한 친환경 에너지 도시의 특징이 잘 드러나는 이름을 짓고, 설계도를 발표하여 설 계한 도시의 특징을 홍보한다.
- 다른 모둠에서 설계한 지속 가능한 친환경 에너지 도시의 특징을 정리한다.
CD 각 모둠이 발표한 설계도의 에너지 효율성, 첨단 기술의 실현 가능성 등을 고려하여 최고의 친환경 도시를 선정하고, 그 도시의 기대 효과에 대해 의견을 나누어 본다.
- 가장 우수한 지속 가능한 친환경 에너지 도시의 기대 효과를 정리한다.
- 지속 가능한 친환경 에너지 도시 건설의 필요성 정리하기
차시 학습 내용
1차시
소주제 패시브 하우스에 적용된 첨단 건설 기술 조사하고 발표하기
Co 패시브 하우스는 무엇이며 왜 필요할까?
- 지속가능한 발전 및 패시브 하우스와 관련된 뉴스 및 동영상을 시청한다.
- 패시브 하우스가 왜 필요한지에 대해 모둠별로 이야기를 나눈다.
CD 패시브 하우스에 적용된 첨단 건설 기술에는 어떤 것들이 있을까?
- 모둠별로 패시브 하우스 건설 사례을 찾아 그 곳에 적용된 첨단 건설 기술을 모둠내에서 영역을 나누어 스마트폰으로 조사하고 자신이 조사한 내용을 각 모둠원에게 구체적으로 설명하고 질의 응답하는 시간을 갖는다.
ET 모둠별로 발표지를 작성하고 발표지 내용을 발표하고 평가한다.
2차시
소주제 주어진 조건에 맞는 패시브 하우스 설계하기
Co 패시브 하우스 설계를 위한 조건을 안내한다.
- 짝수 모둠과 홀수 모둠의 조건을 달리한다.
CD 파악된 조건을 적용하여 모둠원들 각자의 패시브 하우스 구조를 스케치한다.
- 모둠별로 각각 4개의 스케치가 작성되도록 한다.
CD 모둠원들끼리 협의를 통해 PMI기법을 적용하여 우수한 스케치를 선정한다.
- 각각의 스케치에 대핸 PMI기법을 적용한다.
CD 최종 선정된 스케치를 모둠원들이 아이디어를 모아 수정 보완한다.
CD 완성된 스케치를 이용하여 구상도를 그리고 설계 의도를 작성한다.
ET 모둠내에서 선정된 구상도를 모둠별로 발표하고 칠판에 부착한다. 모둠 발표가 모두 끝난 후 배부된 스티커를 활용하여 평가한다.
차시 학습 내용
1차시
소주제 금속의 이온화 경향의 차이에 따른 산화 환원 반응을 예측할 수 있다.
Co 화학 전지란?
금속의 산화 환원 반응에서 발생하는 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 장치
CD 모둠별로 금속(아연, 구리, 은)이 산화되는 정도 비교하기 실험 설계하기
- 금속의 이온화 경향과 산화 환원 반응의 관계를 조사하여 발표한다.
2차시
소주제 화학 전지의 작동 원리를 산화 환원 반응으로 설명할 수 있다.
Co 볼타전지와 다니엘 전지의 작동원리는 무엇일까?
CD 모둠별로 볼타전지와 다니엘 전지를 설계하고 만들어 본다.
- 볼타 전지와 다니엘 전지의 양쪽 전극에서 일어나는 반응을 화학 반응식으로 써본다.
3차시
소주제 여러 가지 실용 전지의 종류를 알고 일상생활에서 활용되는 예를 설명할 수 있다.
Co 실용 전지의 종류에는 어떤 것들이 있을까?
CD 주위에 전지가 들어 있는 제품을 찾아보게 하고 해당 제품에 어떤 전지가 사용되며 그 특징은 무엇인지 모둠별로 찾아 발표한다.
- 모둠별로 각 전지의 원리와 특징을 조사한다.
- 모둠별로 각 전지의 원리와 특징을 정리하여 발표한다.
4차시
소주제 수소 연료 전지의 작동 원리를 설명할 수 있다.
Co 수소 연료 전지의 작동 원리 알아보기
- 수소 연료 전지 자동차에 관한 기사나 영상 자료 보여주기
CD 물의 전기분해 시 발생하는 기체를 이용한 연료 전지에 전동기나, 멜로디 키트를 연결하여 전기 에너지를 확인한다.
- 4인 모둠을 편성하여 실험을 수행한다.
CD 전동기와 멜로디 키트를 연결하였을 때 각 전극에서 일어나는 반응식을 조사하여 써 본다.
- 전동기와 멜로디 키트 작동시키는 에너지가 어디에서 공급되는지 토의한다.
5차시
소주제 수소 연료 전지 및 연료 전지가 활용되는 예를 조사하여 설명할 수 있다.
Co 수소 연료 전지 및 연료 전지가 활용되는 사례는?
CD 수소 연료 전지 및 연료 전지가 활용되고 있는 사례에는 어떤 것들이 있을까?
- 모둠별로 조사한다.
- 조사한 내용을 바탕으로 정리하여 발표한다.
6차시
소주제 연료 전지 기술을 적용한 친환경 에너지 도시를 설계하고 그림으로 표현하여 발표할 수 있다.
Co 친환경 에너지 도시에 연료 전지는 어떻게 활용되어야 할까?
- 친환경 도시에 연료 전지를 어떻게 활용할지를 모둠별로 자유토론 한다.
CD 5차시에 조사한 연료 전지 기술을 적용하여 친환경 에너지 도시의 설계도를 그린다.
- 모둠별로 설계도를 발표하고, 각 모둠이 발표한 연료 전지의 효율성 및 실현 가능성 등을 고려하여 다른 모둠에서 설계한 도시를 서로 평가한다.
3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안
소주제 지속가능한 친환경 에너지 도시에 적용된 첨단 과학 기술 조사하기 차시 1/2차시 과목
(단원)
고등학교 1학년 과학탐구실험
(지속 가능한 친환경 에너지 도시 설계하기) 교육
과정
[10과탐03-01]
첨단 과학기술 속의 과학 원리를 찾아내는 탐구 활동을 통해 과학 지식이 활용된 사례를 추론 할 수 있다.
학습 목표
• 지속가능한 친환경 에너지 도시에 적용된 첨단 과학 기술을 조사하고 특징을 설명할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
지속가능한 친환경 에너지 도시 사례 제시하기
Co 지속가능한 친환경 에너지 도시란 무엇일까?
- 독일의 ‘보봉’을 간략하게 소개하는 동영상 자료를 시청 한다.
CD 독일의 ‘보봉’에서 소개된 에너지 생산 및 절약 기술에 대해 자유 토론을 하 고 에너지 제로 하우스와 에너지 플러스 하우스의 의미를 자유롭게 발표한 다.
동영상
전개 (30분)
Co 지속가능한 친환경 에너지 도시에 적용된 첨단 과학 기술을 조사하여 친환경 에너지 기술에 대해 이해하기.
Co ‘신재생에너지’, ‘친환경 에너지 첨단 과학 기술’ 관련 동영상을 시청한다.
CD 관심 있는 첨단 과학 기술을 기준으로 4인 모둠을 편성한다.
모둠 내에서 친환경 에너지 기술의 분야를 분담하여 조사하기
CD 대표적인 친환경 에너지 도시 ‘베드제드’, ‘보봉’, ‘빅토리아’, ‘소매곡리’에 적용된 첨단 과학 기술에 대해 4개의 분야를 제시하고 모둠에서 4개의 분야 별로 역할을 나누어 조사하고 활동지를 작성한다. *인터넷이 연결된 태블릿 을 사용하여 검색하도록 지도한다.
- 4개의 분야 : (친환경 에너지 도시 ‘베드제드’, ‘보봉’, ‘빅토리아’, ‘소매곡리’의)
①에너지 생산 기술, ②에너지 절약 기술, ③교통 시스템에 적용된 첨단 과학 기술, ④하수와 폐기물 재활용 기술
CD 검색 후 학생활동지에 자신의 분야에 해당하는 내용을 정리하여 기록한다.
활동지의 표 작성이 완료되면 모둠원이 돌아가며 해당 분야에 대해 설명한 다.
인터넷이 연결된 컴퓨터 또는 태블릿, 학생활동지
정리 (10분)
CD 조사한 내용을 바탕으로 지속가능한 친환경 에너지 도시의 에너지 생산 및 절약 기술의 특징을 정리하고 모둠별로 관심 있는 도시 사례를 하나씩 발표 한다..
지도상 유의점
정보 검색에 어려움을 겪는 학생이 있을 경우, 관련 키워드를 검색하는 방법을 제시하여 스스로 해당 정보를 얻을 수 있도록 도와준다.
소주제 지속 가능한 친환경 에너지 도시 설계하기 차시 2/2차시 과목
(단원)
고등학교 1학년 과학탐구실험
(지속 가능한 친환경 에너지 도시 설계하기)
교육 과정
[10과탐03-02]
첨단 과학기술 및 원리가 적용된 과학 탐구 활동의 산출물을 공유하고 확산하기 위해 발표 및 홍 보할 수 있다.
학습 목표
• 친환경 에너지 기술을 적용하여 지속 가능한 친환경 에너지 도시를 설계할 수 있다.
• 첨단 과학 기술 및 과학 원리가 적용된 지속가능한 친환경 에너지 도시 설계도를 공유하고 확산하기 위해 발표 및 홍보할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
CD 전 시간에 조사했던 지속가능한 친환경 에너지 도시에 적용된 첨단 과학 기술에는 무엇이 있는지 생각하게 한다.
CD 발표했던 도시 사례를 토대로 조사한 기술을 적용하여 모둠별로 자신들이 살고 싶은 지속 가능한 친환경 에너지 도시 설계 계획하기 (적용 과학 기술 및 도시 컨셉 잡기)
전개 (40분)
, 지속가능한 친환경 에너지 도시 설계도 그리기 활동
CD 선정된 첨단 과학기술을 토대로 지속가능한 친환경 에너지 도시를 설계하기에 적합한 자연적·사회적 입지 조건을 설정한다.
- 모둠별로 자유토론 후 지속가능한 친환경 에너지 도시 설계를 위한 입지 조 건을 설정한다.
CD, ET 모둠별 지속 가능한 친환경 에너지 도시의 설계도 그리기(30분) - 논의 내용을 토대로 산, 평야, 해안 등 도시를 건설하기에 적합한 자연 지형
을 설정한다.
- 도시의 입지 조건을 고려하여 도로, 교량, 학교, 주택, 상점 등의 시설을 배 치한다.
- 도시에 추가로 필요한 시설을 배치한다.
- 각 시설에 친환경 에너지를 설비하고, 어떤 기술이 적용되었는지 간략히 쓴다.
- 친환경 에너지 설비에 적용된 최첨단 과학 기술의 특징이 잘 드러나는지 점검하 여 설계도를 완성한다.
- 도시의 특징을 잘 나타낼 수 있도록 이름을 짓는다.
ET 모둠별로 작성한 설계도 발표 및 홍보하기(10분)
학생활동지, A1 용지, 연필/지우개
유성매직, 싸인펜, 색연필
정리 (5분)
ET 최우수 도시 선정하기
- 투표를 통해 자신이 생각하는 가장 기대되는 도시를 선정하도록 한다.
- 선정된 도시설계도는 일정기간 게시하여 다른 학급 학생들과 공유하도록 한다.
CD 지속 가능한 친환경 에너지 도시의 기대효과 및 필요성 정리하기 - 투표로 선정된 지속 가능한 친환경 에너지 도시의 기대 효과를 정리한다.
- 지속 가능한 친환경 에너지 도시 건설의 필요성 정리하기
학생활동지
지도상 유의점
발표할 때에는 단순히 설계도면을 설명하기보다는 적용된 첨단 과학 기술의 특 징과 효과를 중심으로 발표하여 얼마나 효율적인 친환경 에너지 도시를 설계한 것인지 홍보하도록 한다.
소주제 패시브 하우스에 적용된 첨단 건설 기술 조사하고 발표하기 차시 1/2차시
과목 (단원)
고등학교 1학년 기술·가정 (첨단 건설 기술)
교육 과정
[12기가04-03]
첨단 건설 기술의 핵심 기술과 동향을 파악하며, 건설 기술에서 활용되고 있는 재난 예방과 관련된 예를 조사하여 발표한다.
학습
목표 • 패시브 하우스에 적용된 첨단 건술 기술을 조사하여 발표할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
, 패시브 하우스의 개념
Co 지속 가능한 발전 및 패시브 하우스 관련 뉴스를 시청한다
CD 다양한 패시브 하우스의 사진을 보여주고 적용된 첨단 건설 기술이 무엇인 지 , 왜 패시브 하우스가 필요한지 모둠원과 이야기하도록 한다.
동영상 PPT
전개 (35분)
, 패시브 하우스에 적용된 첨단 건술 기술 조사하기
Co 패시브 하우스의 사례를 찾아 적용된 첨단 건설 기술을 역할을 나누어 관 련 내용을 조사하고 학습지를 완성한다.
분야1 : 사용된 신·재생에너지의 종류 및 특징 분야2 : 사용된 단열재의 종류 및 특징 분야3 : 적용된 환기 시스템의 종류 및 특징 분야4 : 난방 방식 및 채광을 위한 사용한 설계 구조
CD 검색 후 학생활동지에 자신의 분야에 해당하는 내용을 정리하여 기록한다.
활동지 작성이 완료되면 모둠원이 돌아가며 해당 분야에 대해 설명한다.
CD 패시브 주택에 사용가능한 신재생에너지 및 패시브 하우스에 적용된 첨단 건설 기술을 모둠별로 분야를 나누어 발표하고 발표지를 칠판에 부착한다.
스마트폰 학생활동지
정리 (10분)
ET발표지에 스티커를 부착하여 우수 모둠을 평가한다. 발표지(A1) 스티커
지도상
유의점 Tip! 모둠별로 패시브 하우스의 사례가 동일하지 않도록 안내한다.
소주제 주어진 조건에 맞는 패시브 하우스 설계하기 차시 2/2차시 과목
(단원)
고등학교 1학년 기술·가정 (첨단 건설 기술)
교육 과정
[12기가04-03]
첨단 건설 기술의 핵심 기술과 동향을 파악하며, 건설 기술에서 활용되고 있는 재난 예방과 관련된 예를 조사하여 발표한다.
학습 목표
• 주어진 조건에 맞는 패시브 하우스를 설계할 수 있다.
• 설계시 등각투상법을 활용하여 표현하고 설계 의도를 설명할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
CD 모둠별로 주어진 조건을 확인하고 조건에 맞는 패시브 하우스 설계를 위해 필요한 사항을 이야기를 통해 점검한다.
전개 (40분)
, , 주어진 조건에 맞는 패시브 하우스 설계 도면 그리기
Co 다음 조건을 고려하여 설계해보자.
1. 홀수 모둠과 짝수 모둠은 공급하는 재생에너지를 달리 적용하기 - 홀수 모둠 : 난방에 이용할 에너지를 태양열을 활용
- 짝수 모둠 : 난방에 이용할 에너지를 지열을 활용
2. 우리 나라 주택의 난방 방식인 보일러를 이용한 난방 방식을 적용하기 3. 에너지 낭비를 최소화하기 위한 3가지 이상의 첨단 건설 기술 적용하기
CD 모둠원별로 위 조건에 맞는 각자의 패시브 하우스 아이디어를 창출하여 스케 치
하기(5분)
CD PMI기법을 활용하여 최적의 아이디어 선정하기(5분)
선정된 아이디어를 모둠원이 함께 수정 보완하여 구상도 그리고 발표지에 옮겨 그리기(15분)
CD 완성된 발표지를 모둠별로 발표하고 발표한 발표지는 칠판에 부착한다.(10분)
학생활동지, 발표지(A1), 싸인펜, 색연필, 샤프(연필)
정리 (5분)
ET 최우수 패시브 하우스 선정하기
Tip!자신이 소속된 모둠을 제외하고 가장 우수하다고 생각하는 구상도에 스티커를 부 착하여 우수 모둠을 뽑도록 한다.
발표지(A1) 스티커
지도상 유의점
Tip! 모둠안에서 협력적인 의사소통으로 좋은 아이디어가 적용된 스케치가 완성될 수 있도록 안내한다.
소주제 금속의 이온화 경향의 차이에 따른 산화 환원 반응 차시 1/6차시
과목 (단원)
고등학교 3학년 화학Ⅱ (Ⅳ. 전기 화학과 그 이용)
교육 과정
[12화학Ⅱ04-01]
화학 전지의 작동 원리를 산화･환원 반응으로 설명할 수 있다. 학습
목표 금속의 이온화 경향의 차이에 따른 산화 환원 반응을 예측할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
일상 생활에서 많이 사용되는 전지의 종류 제시
Co 휴대 전화, 노트북, 자동차 등 현대 사회에서 사용되는 많은 기기에서 전지가 사용 되고 있음을 상기시킨다.
- 전지의 작동 원리에 대해 생각해 본다.
ppt
전개 (30분)
금속의 산화되는 정도 비교하기 모둠별 실험
CD 금속이 산화되는 정도 비교하기 실험 설계
- 제시된 금속 염 수용액과 금속을 각각 반응시키고 반응이 일어나는 홈을 찾게 한다.
➜ 반응이 일어나는 경우 수용액에 녹아 있던 금속 이온이 넣어 준 금속 표면에 석출된다.
- 반응에서 산화되는 물질을 써 본다. 가능한 한 화학 반응식으로 나타내게 한다.
- 실험 결과를 통해 아연, 구리, 은의 반응성을 비교한다.
- 실험 후 보고서를 작성한다.
실험 보고서
정리 (10분)
이온화 경향, 화학 전지 핵심 개념 정리 1. 금속의 이온화 경향
K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Ni>Sn>Pb>(H)>Cu>Hg>Pt>Au
➜ 이온화 경향이 큰 금속 원소는 전자를 잃고 산화되기 쉬우며, 반응성이 크다.
2. 화학 전지 : 수용액에서 금속 간의 산화 환원 반응이 일어날 때 전자의 이동이 도선을 통해 일어나도록 하면 회로에 전류가 흘러 전기 에너지를 얻을 수 있다. 이를 이용하여 화학 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치를 화학 전지라고 한다.
교과서 ppt
지도상 유의점
Tip! 실험 결과를 바탕으로 다른 상황에서의 결과를 질문할 수 있다.
(예: 은 이온이 포함된 수용액에 아연 조각을 넣었을 때 반응 여부)
소주제 화학 전지의 작동 원리 차시 2/6차시
과목 (단원)
고등학교 3학년 화학Ⅱ (Ⅳ. 전기 화학과 그 이용)
교육 과정
[12화학Ⅱ04-01]
화학 전지의 작동 원리를 산화･환원 반응으로 설명할 수 있다. 학습
목표 화학 전지의 작동 원리를 산화 환원 반응으로 설명할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
Co 화학 전지는 금속의 산화 환원 반응에서 발생하는 에너지를 전기 에너지로 전환한 것임을 상기시키고, 전지의 작동 원리를 구체적으로 알아볼 것임을 설명한다. 교과서
전개 (40분)
볼타전지, 다니엘전지 내용 설명
CD1. 볼타 전지
① 묽은 황산에 아연판과 구리판을 넣고 두 금속판을 도선으로 연결하여 만든다.
(-)극: Zn(s) → Zn2+(aq)+2e- (산화) (+)극: 2H+(aq)+2e- → H2(g) (환원)
전체 반응: Zn(s)+2H+(aq) → Zn2+(aq)+H2(g)
② 효율이 낮고 분극 현상이 일어나는 한계점이 있다.
CD 2. 다니엘 전지의 구조와 원리 알아보기(실험)
- 제시된 실험 과정에 따라 다니엘 전지를 장치하고, 시간에 따라 수용액의 색, 아연판과 구리판의 변화, 전압을 관찰한다.
- 염다리의 역할을 생각해 본다.
CD 3. 다니엘 전지
① 산화와 환원 반응이 서로 분리된 용액에서 일어나도록 한 전지이다.
(-)극: Zn(s) → Zn2+(aq)+2e- (산화) (+)극: Cu2+(aq)+2e- → Cu(s) (환원)
전체 반응: Zn(s)+Cu2+(aq) → Zn2+(aq)+Cu(s)
② 염다리: 전지에서 산화 반응이 일어나는 전극과 환원 반응이 일어나는 전극이 담겨 있 는 두 용액을 연결하는 장치로, 용액에 이온을 공급하여 전하 균형을 유지함으로써 전 극에서 반응이 계속 일어나도록 한다.
ppt
정리
(5분) 볼타 전지와 다니엘 전지의 양쪽 전극에서 일어나는 반응을 화학 반응식으로 정리한다.
지도상 유의점
Tip! 염다리를 제거했을 때 일어나는 변화를 관찰하고 그러한 현상이 일어난 까닭을 생각 하게 한다.
소주제 여러 가지 실용 전지의 종류 차시 3/6차시
과목 (단원)
고등학교 3학년 화학Ⅱ (Ⅳ. 전기 화학과 그 이용)
교육 과정
[12화학Ⅱ04-01]
화학 전지의 작동 원리를 산화･환원 반응으로 설명할 수 있다. 학습
목표 여러 가지 실용 전지의 종류를 알고 일상생활에서 활용되는 예를 설명할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
일상 생활에서 많이 사용되는 전지의 종류 제시
Co 교과서에 제시된 그림을 보고 전지가 들어 있는 제품을 찾아보게 한다. 또는, 교실 안에서 전지가 들어 있는 제품을 찾아 말해 보게 한다.
CD 전지의 작동 원리에 대해 생각해 본다.
교과서
전개 (30분)
건전지, 납축전지, 리튬 이온 전지
Co 내용 설명
1. 망가니즈 건전지: (+)극인 탄소 막대, (-)극인 아연통과 전해질로 구성되어 있는 1차 전지 이다.
2. 알칼리 건전지: 구조는 망가니즈 건전지와 같으나, 전해질로 산성인 염화 암모늄 대신 염 기성인 수산화 칼륨을 사용하여 아연통의 부식이 잘 일어나지 않게 만든 전지이다. ➜ 실 생활에서 많이 사용한다.
3. 납축전지: (-)극인 납, (+)극인 이산화 납, 전해질인 황산으로 이루어진 전지로 충전이 가능 한 2차 전지이다. 자동차에 주로 사용한다.
4. 리튬 이온 전지, 리튬 고분자 전지: 리튬 이온이 포함된 2차 전지로 단위 질량당 에너지 저장 능력이 매우 커서 휴대폰, 노트북 등의 소형 전자 기기나 전기 자동차에 사용한다.
ppt
정리 (10분)
CD 실용 전지(건전지, 납축전지, 리튬 이온 전지)의 종류와 활용 사례 정리 교과서 ppt
지도상 유의점
Tip! 모둠별로 각 전지의 원리와 특징을 찾고 발표하는 형식으로 진행한다.
소주제 수소 연료 전지의 작동 원리 차시 4/6차시
과목 (단원)
고등학교 3학년 화학Ⅱ (Ⅳ. 전기 화학과 그 이용)
교육 과정
[12화학Ⅱ04-03]
수소 연료 전지가 활용되는 예를 조사하여 설명할 수 있다. 학습
목표 수소 연료 전지의 작동 원리를 설명할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
수소 연료 전지 자동차에 관한 기사나 영상 자료를 보여주기
Co 수소 연료 전지 자동차에 관한 기사나 영상 자료를 보여 주면서 학습 동기를 유발 한다.
CD 수소 연료 전지의 작동 원리에 대해 생각해 본다.
동영상
전개 (30분)
수소 연료 전지
CD 1. 수소 연료 전지의 작동 원리 알아보기 실험 - 유리관과 전극, 전지를 장치하여 물을 전기 분해한다.
- (+)극과 (-)극에 모인 기체가 무엇인지 써 본다.
- 전지를 제거하고 멜로디 키트를 연결하여 소리가 나는지 확인한다.
CD 2. 수소 연료 전지 내용 설명
수소와 산소가 반응할 때 발생하는 에너지를 이용한 전지 (-)극: 2H2(g) → 4H+(aq)+4e-
(+)극: O2(g)+4H+(aq)+4e- → 2H2O(l) 전체 반응: 2H2(g)+O2(g) → 2H2O(l), ΔH=-571.6 kJ
ppt
정리 (10분)
CD 수소 연료 전지의 장점과 한계점 정리 교과서
ppt
지도상
유의점 Tip! 물의 전기 분해와 구분한다.
소주제 수소 연료 전지 및 연료 전지가 활용되는 사례 차시 5/6차시
과목 (단원)
고등학교 3학년 화학Ⅱ (Ⅳ. 전기 화학과 그 이용)
교육 과정
[12화학Ⅱ04-03]
수소 연료 전지가 활용되는 예를 조사하여 설명할 수 있다. 학습
목표 수소 연료 전지 및 연료 전지가 활용되는 예를 조사하여 설명할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
Co 수소 연료 전지의 원리를 복습하고 실제 생활에서 수소 연료 전지의 활용 사례에 대 해 조사할 것임을 안내한다.
전개 (30분)
수소 연료 전지 및 연료전지
CD 【탐구】 연료 전지 활용 사례 조사하기 1. 수소 연료 전지가 우주선에 활용된 사례를 알려 준다.
2. 스마트 기기를 활용하여 수소 연료 전지의 다른 활용 사례를 찾아본다.
➜ 우주선 외에도 자동차, 스쿠터 등의 교통수단, 가정용 전원, 휴대용 전원이나 발전소 등 에 사용될 수 있음을 알도록 지도한다.
3. 활용 사례를 그림으로 정리하고 발표한다.
4. 수소 연료 전지를 실용화하기 위해 극복해야 할 과제를 조사하여 발표한다.
- 기술적 측면의 경우 연료인 수소를 생산, 저장하는 기술이나 전지의 기능과 관련된 기술을 조사하도록 안내한다.
- 사회 경제적 측면의 경우 수소 공급과 관련한 비용 문제, 국가와 사회에서 협조해야 할 문 제, 수소 연료 전지의 활용 과정에서 부가적으로 발생하는 환경 문제 등을 조사하도록 안 내한다.
인터넷 검색 가능한 환경
발표자료 제작 도구
정리 (10분)
CD 수소 연료 전지 외의 다른 연료 전지 정리
ppt
지도상 유의점
Tip! 조사 과정은 과제로 미리 수행하고 수업 시간에는 발표 자료 제작과 발표 위주로 진행 한다.
소주제 연료 전지 기술을 적용한 친환경 에너지 도시 설계 차시 6/6차시
과목 (단원)
고등학교 3학년 화학Ⅱ (Ⅳ. 전기 화학과 그 이용)
교육 과정
[12화학Ⅱ04-03]
수소 연료 전지가 활용되는 예를 조사하여 설명할 수 있다. 학습
목표 연료 전지 기술을 적용한 친환경 에너지 도시를 설계하고 그림으로 표현하여 발표할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (5분)
5차시에서 조사한 연료 전지 기술을 적용하여 모둠별로 친환경 도시 설계 계획 하기
전개 (30분)
, 도시 설계도 그리기 활동
Co 친환경 에너지 도시에 연료 전지는 어떻게 활용되어야 할까?
- 친환경 도시에 연료 전지를 어떻게 활용할지를 모둠별로 자유토론 한다.
CD 5차시에 조사한 연료 전지 기술을 적용하여 친환경 에너지 도시의 설계도를 그린다.
CD 모둠별로 설계도를 발표하고, 각 모둠이 발표한 연료 전지의 효율성 및 실현 가능성 등을 고려하여 다른 모둠에서 설계한 도시를 서로 평가한다..
인타넷 검색 가능한 환경 설계도 제작
도구
정리 (10분)
자신이 소속된 모둠을 제외하고 가장 우수하다고 생각하는 도시 설계도를 하나씩 뽑도록 안내한다. 작품은 복도에 일정 기간 동안 게시하여 다른 학급 학생들과 산출물을 공유한다.
지도상 유의점
Tip! 설계도는 설계 도면으로서의 완성도보다는 도시에 적용된 연료 전지 기술이 잘 드러나도록 그림과 글로 표현하도록 지도한다.
4. 학생활동지
1차시 학번 이름
탐구주제 지속 가능한 친환경 에너지 도시를 설계하는 데 필요한 첨단 과학 기술은 어떤 것들이 있 을까?
모둠명
1. 4명이 모둠을 구성한 후 각 모둠원은 다음 4가지 분야 중 하나를 선택하고 그 분야에 대해 조사한다.
분야 1 친환경 에너지 도시의 에너지 생산 기술 은 무엇일까?
분야 2 친환경 에너지 도시의 에너지 절약 기술 은 무엇일까?
분야 3 친환경 에너지 도시의 교통 시스템에 적 용된 첨단 과학 기술은 무 엇일까?
분야 4 친환경 에너지 도시의 하수와 폐기물 재 활용 기술은 무엇일까?
담당자 담당자 담당자 담당자
2. 각 모둠에서 다음 친환경 에너지 도시에 적용된 첨단 과학 기술 중 담당 분야에 해당하는 것을 조사하여 표를 채워보자.
구분
첨단 과학 기술
에너지 생산 기술 에너지 절약 기술 교통 시스템에 적용된 기술
하수와 폐기물 재활용 기술
베드제드
보봉
빅토리아
소매곡리
2차시 학번 이름
탐구주제 지속 가능한 친환경 에너지 도시 설계하기
모둠명 도시명
모둠구성원
맡은역할
1. 지속 가능한 친환경 에너지 도시의 설계도 그리기
산, 평야, 해안 등 도시를 건설하기에 적합한 자연 지형을 설정한다.
도시의 입지 조건을 고려하여 도로, 교량, 학교, 주택, 상점 등 도시에 필수적인 시설을 배치한다.
도시에 추가로 필요한 시설을 배치한다.
각 시설에 친환경 에너지 설비를 적용하고, 어떤 친환경 에너지 기술이 적용되었는지 쓴다.
친환경 에너지 설비에 적용된 첨단 과학 기술의 특징이 잘 드러나는지 점검하여 설계도를 완성한다.
2. 지속 가능한 친환경 에너지 도시 설계에 적용된 첨단 과학기술의 특징 소개하기.
1. 다른 모둠에서 설계한 지속 가능한 친환경 에너지 도시의 적용기술과 특징을 정리해 보자.
2. 가장 우수한 지속 가능한 친환경 에너지 도시를 선정하고, 그 도시의 기대 효과를 써 보자.
- 최우수 도시 : - 기대 효과 :
3. 지속가능한 친환경 에너지 도시의 필요성에 대한 자신의 의견쓰기.
모둠명 도시명 에너지 생산기술 에너지 절약기술 특징
차시 4 학번
학생활동1 패시브 하우스에 적용된 첨단 건설 기술 조사하고 발표하기 이름 1. 패시브 하우스가 필요한 이유에 대해 작성해보고 모둠원들과 의견을 나누어 보자.
2. 모둠별로 패시브 하우스 건설 사례를 찾아 그 곳에 적용된 첨단 건설 기술을 역할을 나누어 조사하고 모둠원에게 설명해보자.
- 조사할 패스브 하우스 사례 :
조사분야 조사 학생 종류 및 특징
사용된 신재생에너지
의 종류 및 특징
단열재의 종류 및 특징
적용된 환기 시스템의 종류
및 원리
난방 방식 및 채광 등 기타
기술
차시 5 학번
학생활동2 주어진 조건에 맞는 패시브 하우스 설계하기1 이름
<조건>
1. 홀수 모둠과 짝수 모둠은 각 각 공급할 재생에너지를 달리 적용하기
- 홀수 모둠 : 난방에 이용할 에너지를 태양열을 활용 - 짝수 모둠 : 난방에 이용할 에너지를 지열을 활용 2. 보일러를 이용한 난방 방식 적용하기
3. 에너지 낭비를 최소화하기 위한 건설 기술 3가지 이상 적용하기
모둠원 개별 스케치 설계 의도 작성
모둠 내 우수 스케치 선정하기 : PMI 기법 활용
구분 P(Plus) M(Minus) I(Interesting)
모둠원( ) 스케치
- -
- -
- -
모둠원( ) 스케치
- -
- -
- -
모둠원( ) 스케치
- -
- -
- -
모둠원( ) 스케치
- -
- -
- -
차시 5 학번
학생활동3 주어진 조건에 맞는 패시브 하우스 설계하기2 이름
구상도 그리기
설계 의도 작성
차시 1
학생활동1 금속의 반응성 비교 실험
1. 금속의 반응성을 토대로 산(H)과 은, 구리, 마그네슘, 아연의 반응성(금속의 이온화 경향성)을 결정 할 수 있는 실험을 설계하시오. (단, 아래 준비물만 이용하여 설계할 것)
준비물 : 6홈판, 핀셋, 일회용 장갑, 금속 조각(구리, 마그네슘, 아연)
묽은 염산(HCl) 수용액, 황산아연(ZnSO4) 수용액, 질산은(AgNO3) 수용액 Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Ag
2. 설계한 실험 과정을 토대로 실험을 실시하고, 그 결과를 정리하시오.
(반응 여부를 ○, ×로 표시할 것) 수용액
금속 HCl(aq) ZnSO4(aq) AgNO3(aq) Cu
Mg
Zn ―
차시 6
학생활동2 연료 전지 기술을 적용한 친환경 도시 설계하기
<연료 전지 기술을 적용한 친환경 에너지 도시 설계도 그리기>
모둠 이름
모둠 구성원 도시
이름
맡은
역할
(A1용지)
1. 가장 우수한 친환경 에너지 도시를 선정하고, 그 도시의 기대 효과를 써 보자.
- 최우수 도시 : - 기대 효과 :
5. 교사자료
[자료1] 에너지 제로하우스를 꿈꾸는 마을
þ 동영상 자료
“탄소제로를 꿈꾼다.” 태양마을 ‘보봉’ (https://www.youtube.com/watch?v=pBAbVwd4XDg)
출처 : youtube þ 에너지제로하우스
화석연료의 사용으로 발생되는 이산화탄소는 온실가스를 생성하고, 이는 지구온난화 및 기후변화로 이어 진다. 이러한 현상을 막기 위해 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이기 위해 노력하고 있으며, 그 일환으로 등장한 것이 에너지 제로 하우스(Energy Zero house)이다.
에너지 제로 하우스는 외부로부터 에너지를 공급받지 않고 자체적으로 에너지를 생산·사용하며, 내부의 에 너지가 외부로 유출되는 것을 차단하여 에너지를 절약하는 친환경 건축물의 일종이다. 즉, 에너지 소비량 을 0으로 함으로써, 에너지 사용으로 인해 발생하는 탄소 배출이 0인 집이다.
에너지 제로 하우스는 크게 두가지로 나누어지는데, 먼저 패시브 하우스(Passive house)는 내부와 외부 간 열의 이동을 차단하는 단열공법과 외부 공기가 내부로 들어오거나 내부 공기가 외부로 나가는 것을 막 는 기밀공법 등을 적용하여 건물 외부로 열이 빠져나가는 것을 방지하는 형태로, 에너지 효율을 높이는 것 에 주안점을 둔다. 액티브 하우스(Active house)는 태양광이나 지열 등 신재생 에너지를 생산하여 에너지 를 얻는 형태인데, 최근에는 패시브 하우스와 액티브 하우스를 결합하여 에너지 효율을 높이면서 필요한 에너지를 자체적으로 생산해내는 구조로 발전하고 있다.
출처 : 두산백과 þ 패시브 하우스와 에너지 자급 주택
'수동적(passive)인 집'이라는 뜻으로, 능동적으로 에너지를 끌어 쓰는 액티브 하우스(active house)에 대 응하는 개념이다. 액티브 하우스는 태양열 흡수 장치 등을 이용하여 외부로부터 에너지를 끌어 쓰는 데 비 하여 패시브 하우스는 집안의 열이 밖으로 새나가지 않도록 최대한 차단함으로써 화석연료를 사용하지 않 고도 실내온도를 따뜻하게 유지한다.
제로 에너지 빌딩(zero-energy building) 또는 에너지 제로 하우스는 인간이 살고 있는 집 중 소비성 에 너지나 오염 물질이 나오지 않는 집을 이야기한다. 태양열 에너지나 풍력 에너지, 지열 에너지 등을 사용 한 집을 예로 들수 있으며, 채광, 환기, 단열이 잘 되어 있는 집을 말하기도 한다.
출처 : 두산백과 þ 열역학 제2법칙
한편, 물체의 상태만으로 결정되는 엔트로피라는 양을 정의하고, 이것으로 제2법칙에 대해, '열의 출입이 차단된 고립계에서는 엔트로피가 감소하는 변화가 일어나지 않고, 항상 엔트로피가 증가하는 방향으로 변 하며, 결국에는 엔트로피가 극대값을 가지는 평형상태에 도달한다'고 할 수 있다. 즉, 에너지는 자유로이
형태를 변환시킬 수 있지만 그 때마다 반드시 에너지가 갖고 있었던 능력인 포텐셜(potential)이 사라진다.
일반적으로 에너지를 변환시킬 때마다 엔트로피가 발생한다. 그 결과 엔트로피의 총량은 증가하게 되며 에 너지의 가치(potential)는 점점 줄어들게 된다.
출처 : 두산백과 þ 신에너지와 재생 에너지
신에너지는 기존에 쓰이던 석유, 석탄, 원자력, 천연 가스가 아닌 새로운 에너지를 의미하며, 수소 에너지, 연료 전지, 석탄을 액화·가스화한 에너지가 포함한다.
정확한 명칭은 재생가능 에너지이다. 태양에너지, 풍력, 수력, 바이오 에너지, 지열, 조력, 파력 등 다양한 종류가 있다. 땅속 마그마와 방사능에 의해 생기는 지열과 달의 중력에 의해서 발생하는 조력을 제외하면 태양에너지를 이용하는 것이다. 바람, 물의 흐름, 생물체 등은 태양에너지의 변형이나 축적으로 생겨나기 때문이다. 기후변화와 에너지고갈의 위기로 1990년대 이래 크게 주목받고 있다.
출처 : 한국민족문화대백과, 한국학중앙연구원 þ 태양광 발전
태양광발전은 태양전지와 축전지, 전력변환장치로 구성되어 있다. 태양빛이 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 쪼여지면 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(hole)과
전자(electron)가 발생한다. 이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 것이다.
태양광발전의 장점은 공해가 없고, 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이하다는 것이다. 반면에 전력생산량이 일조량에 의존하고, 설치 장소가 한정적이며, 초기 투자비와 발전단가가 높은 단점이 있다. 경남 합천군 합천댐에 수상 태양광 발전소가 완공되어 세계 최대 수상 태양광 발전소로 기록되었다
출처 : 두산백과 þ 베딩턴 제로 에너지 단지
영국 런던 남쪽의 서턴 지역은 본래 가동이 중단된 오수처리 시설이 있던 곳으로, 서턴 자치구 소유였던 이 땅을 주택조합인 피버디 트러스트(Peabody Trust)가 싼 값에 매입하여 친환경, 에너지 제로 단지로 만 들고자 계획했다. 피버디 트러스트는 런던에서 가장 오래된 주택조합으로 저소득층에 양질의 주택을 공급 하여 영국 국민의 신뢰가 두터웠다. 단지의 설계는 친환경 생태 건축가 빌 던스터(Bill Dunster)가 맡았고, 친환경 컨설팅회사 바이오 리저널(BioRegional)과 구조설계회사 에이럽(Arup) 등이 공조하여 프로젝트를 진행했다.
2002년 82가구의 주거 공간과 일부 사무 공간 등을 갖춘 베딩톤 제로 에너지 단지가 완성되었다. 일명 베 드제드(BedZED)라고 불리는 이곳은 말 그대로 석유나 석탄과 같은 화석연료 소비를 제로로 한다는 의지 를 표방하고, 영국 최초의 친환경 주거단지로 전 세계의 이목을 집중시켰다.
출처 : 두산백과
[자료2] 에너지 제로하우스 설계
þ PMI 기법
에드워드 드 보노(Edward de Bono)가 고안한 창의적사고 기법이다. 제안된 아이디어의 장점(Plus), 단점 (Minus), 흥미로운 점(Interesting)을 다각적으로 살펴봄으로써 여러 가지 아이디어 중에 가장 최선의 아 이디어를 결정하는 데 도움을 준다. 아이디어의 장단점을 측정할 수 있어서 아이디어 평가에 많이 사용된 다.
첫째, PMI 기법으로 다룰 아이디어를 선정하고 해당 주제에 대해 PMI를 실시하고자 하는 목적 및 배경 등을 정리한다. 둘째, 선정된 아이디어의 장점이나 좋아하는 이유(Plus)를 가능한 한 모두 열거한다. 그리 고 P(Plus)에 해당하는 장점을 더욱 살릴 수 있도록 보완한다. 셋째, 선정된 아이디어의 단점이나 싫어하 는 이유(Minus)를 가능한 한 모두 열거한다. 그리고 M(Minus)에 해당하는 점에 대한 원인과 대책을 제시 한다. 넷째, 선정된 아이디어의 흥미로운 점(Interesting)을 가능한 한 모두 열거한다. 그리고 I(Interesting)에 해당하는 흥미로운 점을 새로운 대안 도출의 원천으로 삼는다. 다섯째, 각 단계에서 산출 된 생각을 바탕으로 종합적인 평가를 내린다.
출처 : 네이버 지식백과
þ 등각투상법
각이 서로 120°를 이루는 세 개의 기본 축 위에 물체의 높이, 너비, 안쪽 길이를 옮겨서 물체의 모양을 나타내는 방법이다. 물체의 세 면을 동시에 볼 수 있고, 각 길이를 비교하기 쉬운 것이 특징이다.
수직선을 긋고, 좌우 로 수평선에 대하여 30° 각도의 빗금을 그린다.
세 개의 기본 축 위 에 물체의 높이, 너 비, 안쪽 길이를 나 타낸다.
불필요한 선을 제거 하고, 물체의 세부적 인 부분을 그려 등 각 투상도를 완성한 다.
출처 : 천재교육 기술·가정 교과서(2009개정)
þ 신·재생 에너지
신·재생에너지란 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 바람, 지열, 강수, 생물 유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 말한다. 신·재생에너지는 고갈되어 가는 화석연료를 대체할 자원으로 주목받고 있으며, 앞으로의 에너지 흐름은 석유 시대에서 천연가스 시대를 거쳐 청정에너지를 기반으로 한 신·재생에너지 시대로 전환될 전망이다.
신에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하는 것으로, 화석연료의 공해 물질 배출량을 줄이고 경제성을 높인 에너지이다. 신에너지는 수소 에너지, 연료 전지, 석탄 액화 및 가스화가 있다.
재생에너지는 고갈되지 않고 지속적으로 재생하여 사용할 수 있는 에너지로, 태양광, 태양열, 지열, 바이오, 폐기물, 해양, 수력, 풍력 에너지가 있다.
출처 : 천재교육, 공학 기술(2009개정)
þ 옥상정원
산업화를 통해 도시가 건설됨에 따라 인간이 거주하는 지역에서의 녹지 비중이 줄어들고 있는데, 기존 공 간에서는 녹지를 조성하는 데 한계가 있어 건물 옥상에 정원을 조성하는 사례가 늘고 있다. 주로 조경용 나무나 화초를 옥상에 흙을 깔고 심어 정원을 꾸미는데, 최근 도시농업의 영향을 받아 채소 등을 기르는 텃밭으로 활용하는 경우도 많다.
이러한 옥상정원은 건물 옥상의 단열성을 높여주고 경관을 개선시킬 뿐 아니라, 도시 녹지를 늘려서 공기 정화와 열섬 현상 완화 등의 환경 개선 효과를 가져온다. 다만 옥상정원의 경우 기존 건축물에 건물 안전 진단, 방수 및 흙깔기 등 추가적인 작업이 들어가서 상당한 추가 비용이 소요되고, 옥상에 까는 흙의 두께 가 일반 농지보다 얇아 물을 자주 주어야 하는 등 관리가 까다로운 면이 있어 개인이 쉽게 조성하기에는 어려움이 있다.
우리나라의 옥상정원은 고층빌딩, 백화점, 호텔, 공동주택, 학교 등 공공기관을 중심으로 주로 조성이 되고 있는데, 세종으로 이전한 중앙정부부처 청사 건물 옥상에 조성된 정원은 길이가 3.6km로 이는 축구장 11 개 규모에 이른다. 한편 지방자치단체들도 옥상정원 조성에 적극적이며 서울시는 2002년부터 옥상녹화사 업을 통해 옥상정원 조성을 촉진하고 있다.
출처 : 두산백과
[자료3] 수소 연료 전지
* 수소 연료 전지 작동 원리
수소와 산소가 반응하여 물이 되는 전체 반응 (2H2 + O2 → H2O)을 통해 전자는 산화전극(anode)에서 외부 도선을 통해 환원전극(cathode)으로 이동하면서 전기 에너지를 발생시킨다.
수소 연료 전지의 작동원리.(출처)
산성 또는 염기성 전해질 조건에서 산화 및 환원전극의 반응은 아래와 같다.
산화전극에서 연료인 수소의 산화 반응이 일어난다.
2H2 → 4H+ + 4e- (산성 조건) 2H2 + 4OH- → 4H2O+ 4e- (염기성 조건)
환원전극에서는 산소의 환원 반응이 일어난다.
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (산성 조건) O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (염기성 조건)
산성 조건에서 수소 이온이 이동할 수 있는 고분자 막을 전해질로 사용하는 경우를 고분자 전해질 연료 전지라고 하며, 30-40% 농도의 수산화 포타슘(KOH) 용액을 전해질로 사용하는 경우를 알칼리 연료 전지 라고 부른다.
* 수소 연료 전지의 활용
수소 연료 전지는 1960년대 아폴로 우주선에서 최초로 활용되었다. 수소 연료 전지는 수소와 산소가 반 응하여 물이 생성되기 때문에 다른 메탄올이나 개미산 등의 산화전극에서 수소 이외의 다른 연료를 사 용하는 연료 전지에 비해 가장 친환경적임에도 불구하고 수소의 저장에 따르는 문제 때문에 폭 넓은 상 용화가 제한되어 왔다. 최근 수소 저장에 따르는 안정성 문제를 해결하는 기술이 확보됨에 따라 수소 연료 전지를 자동차의 동력원으로 하는 수소 자동차가 상용화되고 있다. 일반적으로 수소는 천연 가스 의 수증기 개질 반응으로 대량 생산하고 있는데, 수소 저장 문제와 함께 경제적인 수소의 생산 문제가 해결된다면 수소 연료 전지는 앞으로 친환경 에너지원으로서 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
2018년 현대자동차에서는 수소 연료 전지를 탑재한 수소전기차 넥쏘를 개발하여 시판하였다.
[네이버 지식백과] 수소 연료 전지 [hydrogen fuel cell] (화학백과)
6. 차시별 학생 평가기준 및 방법
차시 연번 구분 평가 기준 평가방법 평가도구
1
1 총괄평가
친환경 에너지 도시에 적용된 에너지 생산 및 절약기술에 대한 의견을 제시하였는가?
(자기관리 역량 평가)
관찰평가 체크리스트
2 형성평가
자신이 맡은 분야의 첨단 과학 기술에 대해 조 사하여 정리하였는가?
(지식정보처리 역량 평가)
산출물
평가 포트폴리오
3 총괄평가
자신이 조사한 내용을 바탕으로 도시 사례 발표 활동에서 맡은 분야에 대한 정보 전달을 잘 수 행하였는가?
(의사소통 역량 평가)
모둠평가 일화기록법
2
1 총괄평가
지속 가능한 친환경 에너지 도시 설계를 위한 자신의 의견 또는 아이디어를 제시하였는가?
(창의적사고 역량 평가)
관찰평가 체크리스트
2 총괄평가
다른 친구들의 의견을 경청 및 수용하며, 모둠 구성원들과 협력하여 공동의 결과물을 제작하였 는가?
(의사소통 역량 및 공동체 역량 평가)
모둠평가 일화기록법
3 형성평가
설계도에 첨단 과학 기술이 적용된 지속가능한 친 환경 에너지 도시의 특징을 잘 표현하고 설명하였는 가?
(창의적사고 역량 평가)
산출물
평가 포트폴리오
차시 연번 구분 평가 기준 평가방법 평가도구
1
1 총괄평가
패시브 하우스의 필요성, 액티브 하우스와의 차이점에 대한 모둠 토론 과정에 적극적으로 참여하였는가?
(의사소통 역량 평가)
동료평가 체크리스트
2 형성평가
자신이 맡은 신재생에너지 및 첨단 건설 기술에 분야에 대한 조사를 적극적으로 실천하였는가?
(지식정보처리 역량 평가)
산출물
평가 포트폴리오
3 총괄평가
다른 모둠의 발표 내용을 경청하고 모둠별 발표 내용에 대한 평가과정에 적극적으로 참여하였는 가?
(지식정보처리 역량 평가)
관찰평가 체크리스트
2
1 총괄평가
패시브 하우스 스케치 과정에 창의적인 아이디 어를 적용하였는가?
(창의적사고 역량)
산출물
평가 포트폴리오
2 총괄평가
PMI기법으로 선정된 스케치 보완시 충분한 의 사소통을 통해 결과를 반영하였는가?
(의사소통 역량 및 공동체 역량 평가)
모둠평가 일화기록법
3 형성평가
주어진 조건에 맞는 패시브하우스를 창의적으로 설계하였는가?
(창의적사고 역량 및 심미적감성 역량 평가)
산출물
평가 포트폴리오
차시 연번 구분 평가 기준 평가방법 평가도구
1
1 형성평가
금속의 이온화 경향을 바탕으로 금속과 금속 이온의 반응, 금속과 산의 반응에서 산화되는 물질과 환원되는 물질을 찾을 수 있는가?
(자기관리 역량 평가)
산출물평가 포트폴리오
2 총괄평가
자신이 조사한 내용을 바탕으로 모둠 구성원에 게 맡은 분야에 대한 지식 정보 전달 역할을 잘 수행하였는가?
(의사소통 역량 평가)
모둠평가 일화기록법
2 1 형성평가 볼타 전지와 다니엘 전지의 양쪽 전극에서 일어나는
반응을 설명할 수 있는가? 산출물평가 포트폴리오
