물은 산소와 더불어 인간의 생존에 필요한 가장 중요한 요소이다. 인체는 70~80%가 물로 구성 되어 있고, 체내의 물은 1~2%만 잃어도 심한 갈 증과 괴로움을 느끼고, 5% 정도 잃으면 반 혼 수상태에 빠지며, 12%를 잃으면 신진대사가 원 활히 이루어지지 않아 생명이 위험해지게 된다.
우리가 매일 마시는 물은 순환 기능, 영양소를 세 포에 공급하는 기능, 배설 기능, 체온 조절 기능 등을 수행한다. 그러나 물에 들어 있는 세균이나 다른 독소에 의해 위험에 빠질 수 있으므로 모든 물은 끓이거나 화학 정수기를 사용해 반드시 멸
균한 뒤 마셔야 한다. 오염된 물을 마시면, 배앓 이, 설사, 구토, 탈수증이 일어날 수 있고 그 후유 증으로 체력 저하가 따른다. 증세가 악화되면 이 동 자체가 힘들어져서 위기에 빠질 위험이 크다.
이 프로그램에서는 위급한 상황에서 오염된 물 을 정화하는 장치를 만들어 최소한의 물을 확보 하는 과정을 경험해 본다.
생존을 위해서
물 을 확보하라
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내용 목표
과정 목표
• 흙탕물을 여과시키는 장치를 제작할 수 있다.
• 렌즈의 원리를 이해하고 이를 이용해 불을 피울 수 있다.
• 식물의 호흡에서 물이 생성된다는 것을 이용해 물 을 얻는 방법을 고안할 수 있다.
고등학교 1학년 과학 기술과 건강 과목 : 과학, 기술·가정, 수학
학습 목표 주제 및 제작 의도
STEAM 과목 요소
물이 부족한 상황에 처했을 경우 아이디어를 동원해 물을 구할 수 있다.
광합성과 호흡의 개념, 물의 역할, 렌즈의 역할 렌즈를 이용한 빛 모으기
물 여과 장치 만들기
자연에서 물을 끓일 수 있는 소재를 찾아내기
시간당 만들어지는 물의 양을 통해 생존에 필요한 물의 양을 얻는 데 필요한 시간 예측하기(계산)
관련 교과
• 물이 우리 인체에서 하는 역할을 알 수 있다.
• 여과된 물의 안전성을 확보하기 위해서는 물을 끓이는 과정이 필 요함을 알 수 있다.
• 식물의 호흡과 광합성을 알 수 있다.
STEAM 단계 요소
상황 제시
Step1 • 물이 없는 상황에 처했을 경우에는 어떻게 해야 할까?
창의적 설계
Step2 • 식물의 호흡을 이용한 물 확보 방법을 고안한다.
• 바닷물(소변)을 증류하여 물을 확보한다.
감성적 체험
Step3 • 깨끗한 물을 만드는 것이 얼마나 힘든 과정인지 느낀다.
교육 과정
수업 단계 과목 단원 단원 학습 목표 STEAM 성취 목표/STEAM 요소
1 ~ 3차시
과학
과학 기술과 건강
생명을 유지하는 데 있어 물의 역할과 그 특성에 대 해 이해할 수 있다.
생명 현상에서의 물의 역할 알기 물의 화학적 성질 이해하기
흙탕물을 여과시킬 수 있는 장치 설계하기
생명의 진화
식물에서 일어나는 광합 성과 호흡의 특성을 이해 할 수 있다.
식물의 광합성과 호흡 알기
식물에서 일어나는 광합성과 호흡 이해하기 식물의 호흡을 이용해 어떻게 물을 얻을 수 있을 지 물 생성 장치 설계하기
기술·
가정 기술과 발명
물을 끓이기 위해 필요한 불 피우기에 렌즈의 원리 를 이용할 수 있다.
렌즈의 원리를 이용해 불 피우기
불을 피워 물을 끓이는 절차 설계하기 렌즈의 원리 이해하기
수학 방정식과 함수
인간이 하루에 필요로 하 는 물을 얻기 위해 필요한
일차함수의 뜻을 이해하고 적용하기
호흡을 통해 생성되는 물의 양을 계산하고 이를 함
평가 계획
연번 평가 기준 방법
1 우리 몸에서 물의 역할을 이해하는가? 지필 평가
2 각 모둠별로 자신의 아이디어를 통해 깨끗한 물을 확보할 수 있는 장치를 만들 수 있
는가? 수행 평가
3 물 확보 장치의 과학적 원리를 설명할 수 있는가? 수행 평가
4 각 모둠별로 발표 시 서로의 발표를 진지하게 경청하는가? 관찰 평가
차시별 계획 총괄표
과목 과학, 기술·가정, 수학
단원 과학(과학 기술과 건강, 생명의 진화), 기술·가정(기술과 발명), 수학(방정식과 함수)
차시 학습 내용
1차시
소주제 오염된 물의 여과법
배가 난파되어 무인도에 있을 경우 어떻게 물을 구해야 할까?
- 그 무인도는 쓰레기 매립지로 사용되던 곳이라 곳곳이 오염된 물로 가득하다. 그리고 앞쪽으로는 바다, 뒤 쪽으로는 수풀이 우거진 곳이다.
우리 몸에서 물의 역할 알아보기
여러 가지 재료를 이용하여 간이 정수기 설계하기
각 모둠별로 이런 상황에서 어떻게 물을 확보할 수 있을 것인지 제시된 재료를 이용해 방법을 고안해 보고 그 방법의 과학적 원리에 대해 찾아본다.
설계한 정수기의 원리와 장단점을 알아본다.
각 모둠별 발표 내용을 듣고 과학적 원리의 타당성에 대해 생각해 본다.
2~3 차시
소주제 식수 확보 장치를 제작하고 보완하기
각 모둠에서 나온 방법을 적용해 깨끗한 물이 확보되는지 살펴본다.
깨끗한 물을 확보하기 위해 가장 적합한 장치 제작하기
실제 만들어지는 물의 양을 측정해 본다. 그리고 자신이 고안한 방법의 장점과 단점에 대해 생각해 본다.
시간당 만들어지는 물의 양을 계산을 통해 하루에 필요한 물을 생산해 내기 위해서는 어느 정도의 시간이 걸 리는지 알아보기
각 모둠별로 자신의 장치로 만들어지는 물의 양을 측정한다.
각 모둠별 장치의 장점과 단점을 찾아본다.
제작한 식수 확보 장치 보완하기
각 모둠이 만든 장치를 조합해서 효율적으로 사용하는 방법을 찾아본다.
개선 전과 개선 후의 정화되는 물의 양을 비교한다.
1L의 양을 만드는 데 얼마나 많은 노력이 드는지에 대해 느껴본다.
차시(단계)별 교수 학습 과정
1차시 오염된 물의 여과법
과목
고등학교 1학년 / 과학, 기술·가정수업 차시
1/3차시단원
과학 기술과 건강, 기술과 발명교육 과정
물의 소독학습 목표
생명을 유지하는 데 있어 물의 역할과 그 특성에 대해 이해하고 물 확보 장치를 고안할 수 있다.학습 과정 교수 · 학습 활동 준비물
도입 (5분)
배를 타고 가다 배가 난파되어 무인도에 도착하게 되었다. 섬 주변을 둘러보 니 과거에 쓰레기 매립장으로 사용되었던 흔적이 곳곳에서 발견되었고 앞쪽 으로는 바다, 뒤쪽으로는 수풀이 우거진 숲이 존재했다. 이런 상황에서 어떻 게 식수를 확보할 수 있을까?
학습 활동 (30분)
물이 몸에서 하는 역할 알아보기 우리 몸에서 물의 역할을 알아본다.
활동 간이 정수기 설계하기
여러 가지 재료를 이용하여 간이 정수기 설계하기 제시한 재료 중에서 사용할 재료 7개를 선택한다.
- 어떤 원리로 물을 정화할지 미리 토의하고, 그에 따라 재료를 선택한다.
고른 재료를 바탕으로 정수기를 설계한다.
- 물속에 있는 어떤 유해 물질을 걸러낼 것인지, 어떤 방법으로 걸러낼지를 고려하여 설계한다.
설계한 정수기의 원리를 과학적으로 설명한다.
- 본인이 설계한 정수기에서 장점과 단점을 찾아본다.
학생활동지 1 참고자료 1
물의 분자 구조 그림, 물의 역할 그림, 여과 장치 재료
(스펀지, 숯, 모래, 자 갈, 천, 페트병, 고무 줄, 흙탕물, 신문지, 투명 비닐봉지, 유리 뚜껑, 오목한 캔, 철사 끈, 페트병, 절연 테이 프, 흙, 신문지, 오염 된 물)
마무리 (10분)
각 모둠별로 자신의 모둠에서 설계한 식수 확보 방법과 그 방법의 과학적 원리 를 발표하고, 다른 모둠이 발표한 정수 방법의 장단점을 찾아본다.
지도상
유의점
✽ 모둠별로 발표 시 다른 모둠의 의견을 주의 깊게 들을 수 있도록 지도한다.학생활동지 1 간이 정수기 설계하기
❶ 물을 정수하는 방법은 다양합니다. 어떤 원리를 사용하여 물을 정화할지 생각하고, 주어진 재료에서 필
요한 재료를 7가지만 골라 쓰시오.
❸ 설계한 정수기의 과학적 원리와 장단점을 써 봅시다.
● 과학적 원리
● 장단점
재료
스펀지, 숯, 모래, 자갈, 천, 페트병, 고무줄, 흙탕물, 신문지, 투명 비닐봉지, 유리 뚜껑, 오목한 캔, 철사 끈, 페트병, 절연 테이프, 흙, 신문지, 오염된 물
스펀지, 숯, 모래, 자갈, 천, 페트병, 고무줄
흙탕물 속에 들어 있는 다양한 불순물 입자들이 자갈, 모래, 숯, 스펀지 등을 통과하면서 흡착되는 과정을 통해 걸러 낼 수 있다.
배를 타고 여행을 가다가 폭풍우를 만나 배가 난파되었으나 천신만고 끝에 도착한 곳이 무인도였다. 섬 주변을 둘러보니 과거 에 쓰레기 매립장으로 사용되었던 흔적이 곳곳에서 발견되었고 앞쪽으로는 바다가, 뒤쪽으로는 수풀이 우거진 숲이 존재했다.
당장 목이 말라 물을 마시고 싶은데 물을 찾을 수가 없다. 어떻게 식수를 확보할 수 있을까?
❷ 물속에 있는 어떤 유해 물질을 걸러낼 것인지, 어떤 방법으로 걸러낼지를 고려하여 설계해 봅시다.
장점 단점
• 정수되는 과정을 통해 흙탕물의 투명도가 크게 개 선되었고 부유물도 거의 존재하지 않음.
• 정수되는 속도가 상당히 빠름.
• 물 속에 들어 있는 세균과 같은 생물학적 오염에 는 취약함.
참고자료 1
우리 몸에서 물의 역할
✽
물은 신체 기능의 열쇠우리가 매일 마시는 물은 입 → 위 → 장 → 간장 → 심장 → 혈액 → 세포 → 혈액 → 신장
→ 배설 등의 순서로 순환하면서 다음과 같은 역할을 한다.
① 세포의 형태를 유지하고 대사 작용을 높인다.
② 혈액과 조직액의 순환을 원활하게 한다.
③ 영양소를 용해시키며, 이를 흡수하고 운반해서 필요한 세포로 공급해 준다.
④ 체내에 불필요한 노폐물을 체외로 배설시킨다.
⑤ 혈액을 중성 또는 약알카리성으로 유지시킨다.
⑥ 체내의 열을 발산시켜서 체온 조절을 한다.
순환 기능, 동화 기능, 배설 기능, 체온 조절 기능 등을 수행하는데, 한 번 신체에 들어간 물이 오줌이나 땀 등의 형태로 배설되어 나갈 때까지 체내를 순환하면서 얼마나 그 역할을 수행하느냐가 바로 건강의 ‘바로미터’라고 할 수 있다.
✽ 물의 생리적 효과
① 신장의 부담이 덜어지고 젊음과 건강 유지에 도움이 된다.
② 혈액의 끈기를 없애고 뇌졸중을 막아준다.
③ 변비 해소에 대단히 유효하다.
④ 목구멍 점막의 저항력을 길러 감기를 예방한다.
⑤ 술을 마실 때 충분히 마셔두면 간장의 부담이 크게 가벼워진다.
⑥ 과음 후에는 체내에 수분이 부족해지므로 충분히 물을 마셔 예방할 수 있다.
⑦ 방광염과 방광암의 예방에도 탁월한 효과가 있다.
⑧ 위 십이지장 궤양으로 인한 공복시의 통증을 즉시 멎게 한다
⑨ 천식발작시 찬물을 마시면 호흡이 편해진다.
⑩ 감기 따위로 발열했을 때에는 물을 충분히 마시면 열이 빨리 내린다.
⑪ 알레르기 질병은 물을 많이 마시면 원인 물질이 배출되어 쉽게 고쳐진다.
⑫ 몸을 움직인 후에는 물을 많이 마셔두면 피로가 빨리 풀린다.
⑬ 노인의 몸은 수분 부족이 되기 쉬우므로 물을 충분히 섭취해야 한다.
2~3차시 식수 확보 장치를 제작하고 개선하기
과목
고등학교 1학년 / 과학, 수학수업 차시
2~3/3차시단원
생명의 진화, 방정식과 함수교육 과정
•식물에서 일어나는 광합성과 호흡의 특성을 이해할 수 있다.•일차함수를 만들 수 있다.
학습 목표
물을 확보하기 위한 방법을 이해한다.학습 과정 교수 · 학습 활동 준비물
도입 (10분)
구상한 디자인이 실제로 구현 가능한가?
- 내가 디자인한 정수기로 정수한 물을 마실 수 있는지에 대해 생각한다.
- 부족한 점은 어떻게 보완할 것인지 토론한다.
학습 활동 (70분)
활동 1 식수 확보 장치 제작하기 간이 정수기 제작하기
각 모둠에서 고안한 정수기를 실제로 제작한다.
- 문제점은 없는가? 필요할 경우 1~2가지의 재료 교환을 한다.
확보할 수 있는 물의 양 측정하기
정수 장치에서 5분 동안 얻을 수 있는 깨끗한 물의 양을 측정한다.
- 눈금실린더를 사용하여 5분 동안 정수한 물의 양을 측정한다.
1L의 물을 얻기 위해서는 어느 정도의 시간이 필요한지 계산한다.
각 모둠별로 자신이 만든 정수 장치에서 얻어진 식수의 양과 예상되는 깨끗 한 정도에 대해 발표한다.
활동 2 식수 확보 장치 개선하기 제작한 정수기 개선하기
내가 만든 장치를 개선한다면 어떻게 개선할 수 있을지 찾아본다.
- 다른 모둠의 발표를 참고로 하여, 본인의 정수 장치를 개선할 수 있는 방 법을 찾아본다.
장치 수정 후 5분 동안 얻은 물의 양을 측정한다.
각 모둠이 만든 장치를 조합해서 효율적으로 사용하는 방법을 찾아본다.
개선 전과 개선 후의 정화되는 물의 양을 비교한다.
학생활동지 2-1 학생활동지 2-2 참고자료 2 정수기 제작 재료 (우유팩, 페트병, 가 위, 칼, 라면봉지, 라 면용기, 신문지, 비닐 봉지, 유리 냄비뚜껑, 알루미늄 캔, 나뭇가 지, 모래, 자갈, 숯, 천, 고무줄, 끈, 눈금 실린더)
마무리 (10분)
자신들이 만든 간이 정수기로 1시간에 얻을 수 있는 깨끗한 물의 양을 발표 한다.
식수 확보가 어려운 이유를 발표한다.
지도상 유의점
✽ 학생들이 다양한 정수 장치에 대한 의견을 낼 수 있도록 분위기를 만든다.
✽ 페트병은 물이 들어 있는 부분만 녹지 않는 것이기 때문에 물을 너무 적게 넣 거나 강한 불로 가열을 하게 되면 물이 있지 않은 부분에 불이 먼저 닿아 녹을 수 있다는 점에 유의한다.
✽ 물은 2
3 이상 채우고 중간 불에 가열하도록 한다.
✽ 나무를 이용하는 모둠의 경우 높은 나무에 올라가지 않도록 지도하고, 뾰족한 나뭇가지에 찔리지 않도록 각별히 주의한다.
학생활동지 2-1 식수 확보 장치 제작하기
❶ 정수기를 제작해 봅시다. 교환해야 하는 재료를 쓰고, 그 이유를 써 봅시다.
장점 •빠른 시간에 많은 양의 물을 얻을 수 있다.
•날씨에 상관없이 사용할 수 있다.
단점 •세균 오염과 같은 생물학적 오염에 대처할 수 없다.
교환 재료 이유
자갈 → 비닐봉지 자갈 사이의 공간이 크므로 미세한 입자가 걸러지지 않는다. 따라서 비닐봉지에 미세한 구멍 을 뚫는 것이 좀 더 깨끗한 물을 얻을 수 있을 것이라 생각된다.
천 → 철사끈 철사끈을 이용해 나뭇가지를 이용, 거치시키면 좀 더 안정적으로 여과 과정이 진행되리라 생 각된다.
❺ 이 방법의 장점과 단점을 써 봅시다.
❷ 오염된 물을 여과시켜 오염된 처음의 물과 비교해 봅시다.(색깔, 냄새, 부유물 등)
오염된 물 여과된 물
여러 가지 이물질로 인해 색깔이 매우 검고 부유물도 많이 존재한다. 냄새는 심하지 않다.
여과되면서 입자들이 확연하게 줄어들어 색깔이 거의 투명에 가까운(약간 회색빛) 상태였고, 부유물은 불빛 에 비춰보았을 때 실 같은 굵기의 입자들이 약간 떠다 니는 상태이다.
❹ 1L의 물을 얻기 위해서 필요한 시간을 계산해 봅시다.
5분 동안 정수된 물 1L의 물을 얻기 위해서 필요한 시간
약 15mL 약 1시간 30분
❸ 5분 동안 얻을 수 있는 물의 양을 눈금실린더로 측정해 봅시다.
5분 동안 약 15mL 정도
학생활동지 2-2 식수 확보 장치 개선하기
❶ 모둠별로 결과물을 발표합니다. 각 모둠에서는 발표를 주의 깊게 듣고 결과물을 평가해 봅시다.
모둠 장점 단점 얻어지는 식수량
1 빠른 시간에 정수 가능
날씨에 상관없다. 생물학적 오염에 대처 불가 5분에 15mL 2 바로 먹을 수 있는 깨끗한 물 •햇빛이 강할 때만 사용 가능
•만들어지는 물의 양이 너무 적다. 5분에 1mL 3 바로 먹을 수 있는 깨끗한 물 •햇빛이 강할 때만 사용가능
•만들어지는 물의 양이 너무 적다. 5분에 0.5mL 4 바로 먹을 수 있는 깨끗한 물 •햇빛이 강할 때만 사용 가능
•만들어지는 물의 양이 너무 적다. 5분에 0.4mL 5 바로 먹을 수 있는 깨끗한 물 •새벽에만 사용 가능
•만들어지는 물의 양이 너무 적다. 5분에 0.4mL 6 빠른 시간에 정수 가능
날씨에 상관없다. 생물학적 오염에 대처 불가 5분에 15mL
모둠 개선점 최적의 조합
1 자외선 소독 + 여과 장치
불 사용 + 여과 장치 + 식물의 호흡 이용 2 불 사용 + 바닷물 증류
3 불 사용 + 여과 장치
4 식물의 호흡 장치를 여러 개 설치
5 불 사용 + 흙탕물 증류
6 불 사용 + 여과 장치
❷ 사람이 하루에 필요로 하는 최소한의 물의 양 0.25L를 확보하기 위해서 각 모둠의 장치를 어떻게 조
합하면 최선의 결과를 얻을 수 있을 것인가에 대해 모둠별로 생각해 보고 모둠별로 결과를 써 봅시다.
모둠 개선 전 개선 후
1 자외선 소독하는 데 시간이 너무 오래 걸린다.
여과 장치에서 많은 양의 물이 생산되고 불을 피 워 물을 끓이면 식수로서 거의 적합한 물이 만들 어진다.
2 만들어지는 물의 양이 너무 적다.
여과 장치에서 많은 양의 물이 생산되고 불을 피 워 물을 끓이면 식수로서 거의 적합한 물이 만들 어진다.
3 만들어지는 물의 양이 너무 적다.
여과 장치에서 많은 양의 물이 생산되고 불을 피 워 물을 끓이면 식수로서 거의 적합한 물이 만들 어진다.
4 만들어지는 물의 양이 너무 적다.
여과 장치에서 많은 양의 물이 생산되고 불을 피 워 물을 끓이면 식수로서 거의 적합한 물이 만들 어진다.
5 만들어지는 물의 양이 너무 적다.
여과 장치에서 많은 양의 물이 생산되고 불을 피 워 물을 끓이면 식수로서 거의 적합한 물이 만들 어진다.
6 생물학적 오염에 대처 불가
여과 장치에서 많은 양의 물이 생산되고 불을 피 워 물을 끓이면 식수로서 거의 적합한 물이 만들 어진다.
❸ 모둠별로 발표한 결과 중에 가장 학생들의 호응을 많이 받은 의견을 채택하여 만든 장치를 개선하여 봅
시다. 그리고 이를 통해 실제로 이전보다 양과 질에서 더 나은 식수가 확보되는지 비교해 봅시다.
❹ 식수를 확보하는 것의 어려움을 같이 이야기해 보는 시간을 모둠별로 가져 봅시다.
