2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서
2021. 11. 18.
과제명 2021년 STEAM 교사연구회 운영
구분
연구회 구성 유형 (택 1) 프로그램 개발유형 (택 1)
① 융합학습공동체형( ○ )
1. 자유학기제형
( )
6. 학생 주도 참여형( )
2. 첨단기술 및 ICT 교구 활용형( )
7. 고교학점제 기반 학습형( )
3. 온라인 기반 학습형( )
8. 예·체능 중심 활동수업형( )
4. 지역사회 연계형( )
9. 유·초등 연계형( )
5. 교육소외계층 포용형( )
10. 자율선택형 (학교 자체 개발 프로그램)(○ )
② 글로벌형 ( ) StarT 프로그램 참여를 통한 프로그램 개발
프로그램 정보
프로그램명
지속가능 ESG 연구소
신규 개발 ○ 기 개발
학교급
초
대상 학년(군)저학년/고학년
중심과목
과학
중심과목 성취기준 영역(과학) 환경과 생태계
연계과목국어, 사회, 음악, 미술 연계과목 성취기준 영역 (사회) 자연환경과 인간생활
연구기간2021.4.29. ~ 2021.11.30.
신청금액
일금사백만원(￦4,000,000)
참여연구원 총 5명
(연구책임자: 1명, 참여연구원 : 4명)
연구 수행자에 관한 사항구분 소속(학교명) 직위 성명 담당과목
연구책임자 산북초등학교 교사 김나예 기타
참여연구원 법전중앙초등학교 교사 이상근 과학
참여연구원 평산초등학교 교사 전우진 과학
참여연구원 구미문성초등학교 교사 박병철 기타
참여연구원 경산초등학교 교사 하주성 기타
2021년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 STEAM 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2021년 11월 18일
주관연구기관장 : 권 도 (직인)
연구책임자 : 김나예 (서명 또는 인)
한국과학창의재단 이사장 귀하
1. 서론
◦ 교사연구회 목표
- 학생 참여형 융합인재교육(STEAM)을 실행하기 위한 연수 활동 및 환경을 조성한다.
- 학교 현장에서 학생 참여형 융합인재교육(STEAM)을 실행하기 위해 교육과정을 재구성하 고, 활동 프로그램 등을 개발한다.
- 개발한 학생 참여형 융합인재교육(STEAM)프로그램을 교과 및 창의적 체험활동에 적용함 으로써 수업 만족도 신장을 평가한다.
◦ 연구의 필요성
과학에서 배우는 지식들이 유용하기 위해서는 무엇보다 그것을 배워서 어디에 쓰이고 이
용되는가를 깨닫는데 있다. 과학교과의 내용을 공부하다 보면 다양한 교과와 그 내용이 연 결되어 새로운 의문들이 샘솟게 된다. 이를 논리적으로 심화하고 탐구하는 과정을 통해 저 절로 창의 융합적 사고가 신장되고 과학적 문제해결력이 배양되는 것이다. 교과서에서 머무 는 지식이 실용화되어 일상생활 속에 녹아들 수 있도록 하며 4차 산업혁명 시대를 주도할 창의적인 융합인재 육성교육(STEAM)을 위해 학창 시절부터 과학에 대한 창의력 계발과 과 학의 생활화를 유도 활동이 꼭 필요하다고 할 수 있다.
이에 따라 학생들이 관심과 흥미를 가지고 자발적으로 즐겁게 참여할 수 있는 학생 참여 형 융합인재교육(STEAM) 프로그램 운영한다. 이와 함께 여러 가지 다양한 학생 참여형 융 합인재교육(STEAM) 프로그램 활동을 통해 과학기술에 대한 학생들의 흥미와 이해를 높여 학생들의 과학적 탐구 능력과 창의력을 신장시키고 과학기술 기반의 융합적 사고와 문제해 결력을 배양하는 학생 참여형 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 운영한다. 이를 통해 학생 들이 개인과 사회의 문제를 과학적이고 창의적으로 해결하기 위한 과학적 소양과 평생 학 습 능력을 기른다.
◦ 연구의 목적
연구의 목적은 다음과 같다.
첫째, 학교 현장에서 학생 참여형 융합인재교육(STEAM)을 실행하기 위해 교육과정을 재 구성하고, 학생 참여형 STEAM 프로그램 등을 개발한다.
둘째, 융합인재교육(STEAM) 교사연구회에서 개발한 학생 참여형 융합인재교육(STEAM) 프 로그램을 교과 및 창의적 체험활동에 적용한다.
셋째, 적용 결과 일반화할 수 있는 자료를 추출하여 융합인재교육(STEAM)에 활용할 수 있는 STEAM 교육 자료를 제공함으로써 STEAM 학생 참여형 수업 활성화에 노력한다.
넷째, 융합인재교육(STEAM) 교육 프로그램을 통해 자기 관리 역량, 지식 정보 처리 역량, 창의적 사고 역량, 심미적 감성 역량, 의사소통 역량, 공동체 역량 등 2015 개정 교육과정의 핵심역량을 달성할 수 있도록 한다.
다섯째, 2015 개정 교육과정의 방향에 따라 인문학적 상상력과 과학 기술 창조력을 갖춘
균형 잡힌 창의 융합형 인재를 양성하는데 기여한다.
2. 연구 수행 내용
STEAM 프로그램
구분
프로그램명
지속가능 ESG 연구소
선행
프로그램명
해당 없음
학교급
초등학교
대상 학년(군)1-6학년
목표 수혜학생 수
240명
중심과목과학
중심과목성취기준 영역
생명 과학과 인간의 생활
연계과목실과 국어 미술
연계과목 성취기준 영역
자기이해와 직업탐색
쓰기(목적에 따른 글의 유형 쓰기와매체) 체험(연결)
개발계획
주제 연번 차시
(시수) 과목 연계
1 8 미술, 슬기로운 생활
2 9 국어, 미술, 실과
3 4 미술
4 4 미술
1) STEAM 프로그램 개발‧적용
◦ 프로그램 개발 중점 사항
- 본 프로그램은 환경을 주제로 하였다. 환경오염으로 인한 지구 환경 변화를 막기 위한 친환경 산업을 살펴봄으로써 환경보호 실천의 필요성을 깨닫고 융합적으로 문제를 해결하 기 위한 방법을 찾아 실천해보고, 지속적으로 참여할 의지를 기르는 STEAM프로그램을 개 발하고자 한다.
- 학생 참여형 융합인재교육(STEAM)에 대한 학생의 흥미를 높이고 학습의 지속성을 갖게 하기 위해 STEAM 학습 1차시에 STEAM학습의 목적, 방법 등을 소개하여 이해도를 향상시 키고, STEAM 학습장을 제작하여 아침활동, 교과수업, 창의적 체험활동 등에 활용한다.
2) 성과 확산 및 실천
◦ 교사연구회 STEAM 행사 개최
회차 일시 장소 참석대상 주요내용
1차 ‘21.7.7. 산북초등학교
한두리관 연구회 회원
- 프로그램 개발목적에 따른 연구회 운영 방향 설정
- STEAM, maker 연수 참여 2차 ‘21.11.3. 산북초등학교
한두리관 관내 희망교사 - 산출물 발표회 및 결과 공유, 수정 보완
3차 ‘21.11.19~20 경상북도교육청 메이커교육관
경상북도 내 초~중학생
- Maker 체험활동 부스 운영
(라탄공예, 업사이클링)
◦ STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 참여
회차 일시 장소 참석자 상호 컨설팅 결과
1차 ’21.5.31.(화)
16:30~18:00 온라인 김나예(연구책임자)
- 프로젝트형 STEAM 프로그램 개발 필요성이 있음.
- 학생 간 교류가 가능한 온라인 STEAM 프로그램으로 개선
3) STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사
◦ 수혜학생 태도 조사
구분 조사 시기 내용
1차(사전)검사 ’21.8.1. ~ ’21.8.13. 7월, 8개 학급(150명)
2차(사후)검사 ’21.10.11. ~ ’21.10.22. 10월, 8개 학급(150명)
3. STEAM 프로그램 총괄표(총 25차시)
차시 주요내용
1~4 /8
주제(단원)명
지구를 살리는 업사이클링
-나의 환경 인식 점수는?
수학 5. 분류하기
창의적 체험활동의 환경 교육을 소재로 플라스틱으로 인한 환경 오염의 심각성을 깨닫고 업사이클링의 필요성을 알아본다.
Co 해양산업, 무분별한 플라스틱 쓰레기 배출로 인한 환경 오염의 심각성 알기, 집에서 실천할 수 있는 환경보호
CD 집안일 돕기(분리배출 실천표 만들기)
ET 글로벌 업사이클링 활동 살펴보고 재활용품 분리수거 실천하기
5~8 /8
주제(단원)명
지구를 살리는 업사이클링
-집에서 나온 플라스틱으로 생활용품 제작하기 여름 2. 초록이의 여름여행
재활용이 되지 않은 HDPE 재질의 플라스틱을 모아 생활용품을 만들고, 사용하고 나누어 주 며, 다른 사람들에게 알리는 활동을 함으로써 지속적으로 환경보호를 실천할 수 있는 힘을 기르고자 한다.
차시 주요내용
Co 재활용되지 않는 HDPE 플라스틱으로 환경보호에 동참하도록 알릴 방법 찾기
CD 플라스팅 생활용품 만들기(키링, 귀걸이, 냄비받침)
ET 업사이클링 물건 직접 사용하기)
1~2 /9
주제(단원)명
슬기로운 생체모방 알아보기
-연잎은 비밀이 있다.
과학 4. 식물의 구조와 기능(6학년)
수질오염의 친환경적 해결 방법으로 수생식물을 이용한 정화 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 이는 땅에서 자라는 식물과 다른 서식지에 적응하기 위해
수생식물이 갖고 있는 특별한 구조를 활용한 것이다. 서식지의 환경에 적응하기 위한 수생식물의 다양한 능력을 발견하고 탐구를 촉진하기 위해 수생식물의 잎의 특징을 살펴보는 활동을 통해 생체 모방에 대해 알아본다.
Co
물방울이 맺히는 모양이 다른 까닭 알아보기
CD
연잎, 토란잎, 봉숭아잎에 물방물이 맺히는 모양 관찰하기
ET
연잎 효과의 뜻과 이용 알아보기)
3~4 /9
주제(단원)명
슬기로운 생체모방 알아보기
-생체모방 집중포커스 과학 4. 식물의 구조와 기능(6학년)
생체모방의 의미를 알아보고 생체모방 기술이 적용된 다양한 사례 조사탐구활동을 한다.
자연의 특별한 능력을 요소별(형태, 물질, 화학반응 등)로 분류하고
Co
생체모방의 뜻과 생체모방 사례 공유하기
CD
생물의 생체모방 정보 클라우드 생성하기
ET
생체모방 연구자의 연구경험 살피며 진로 탐구하기
5~6 /9
주제(단원)명
슬기로운 생체모방 알아보기
-생활의 발견, 생체모방
과학 4. 식물의 구조와 기능(6학년)/
국어 7. 우리말을 가꾸어요(6학년)식물의 잎이 하는 일에서 깊이 있게 탐구하여 생활 속 문제를 해결하기 위해 생체 모방 기술을 어떻게 적용할 수 있을지 아이디어를 떠올리고, 생체 모방 작품을 설계 한다. 아이디어를 공유하고 PMI 기법을 활용해 장단점을 찾고 개선할 방법을 공유하 는 활동을 실시한다.
Co
생활 속의 문제를 해결할 수 있는 생체모방 아이디어 떠올리기
CD
생활 속에서 나타나는 다양한 문제를 생체의 특징과 연계하여 탐구하기
CD
생체모방 작품 설계하기
ET
자신이 설계한 생태 모방 작품을 친구들과 공유하고 보완하기
차시 주요내용
7~9 /9
주제(단원)명
슬기로운 생체모방 알아보기
-생체모방 펀딩 해보기
실과 6. 내 꿈을 찾아서 신나는 진로탐색 / 과학
창업자가 되어 설계한 생체 모방 작품을 투자자에게 공개하고 투자를 받기 위한 패 들렛을 이용한 펀딩활동에 참여한다. 생체 모방작품 홍보를 위한 본인의 생체모방작 품의 장점, 단점, 개선점을 도식화한다. 디자인 플랫폼을 활용해 홍보자료를 제작하 고 자신의 생체모방 기술을 다른 사람에게 소개한다. 다른 사람들은 투자자로서 생 체모방 작품의 실현 가능성, 필요성을 평가하여 펀딩활동에 참여한다.
Co
생활 속의 문제를 해결할 수 있는 생체모방 아이디어 떠올리기
CD
생체모방 작품 설계에 대한 홍보내용 정하고 홍보자료 제작하기
ET
창업자와 투자자로서 생체모방기술 아이디어 펀딩 참여하기
1~4 /9
주제(단원)명
친환경 스마트 그린도시 만들기
미래 생활의 변화
환경오염의 종류, 원인, 생물에 미치는 영향을 찾아보고, 환경오염을 막거나 줄일 수 있는 방안에 대해 브레인 스토밍을 통해 아이디어를 발산하고 모둠 친구들과 토 의・토론활동 등으로 과학적 의사소통능력 및 문제해결력을 향상시키는데 목적이 있다.
Co
환경오염의 종류, 원인, 생물에 미치는 영향을 알아보기
Co
환경오염을 막거나 줄이는 방법 생각해보기
CD
비주얼씽킹으로 지속가능발전(ESG) 친환경 스마트 그린도시 만들기
ET
비주얼씽킹으로 한 눈에 알아보기 쉽도록 친환경 스마트 그린도시 나타내기
5~8 /9
주제(단원)명
친환경 라탄공예
내 맘대로 귤바구니 만들기
플라스틱 사용을 줄이기 위한 등나무 줄기를 사용한 라탄공예로 귤바구니를 만들어 플라스틱 바구니 사용을 줄이고 친구들과 함께 환경에 대한 이야기를 하면서 귤바 구니를 만드는 과정 속에서 심미적 감성역량과 공동체 역량을 향상시키는데 목적이 있다.
Co
일상생활에서 많이 사용하는 플라스틱의 유해성과 위험성 알아보기
CD
플라스틱 사용을 줄이기 위해 친환경 라탄공예 귤바구니 만들기
ET
만든 귤바구니 사용해보기
2. 1주제 STEAM 프로그램 차시별 수업지도안
중심과목 수학 학교급/학년(군) 초등학교/1~2 학년
중심과목 성취기준
영역
규칙찾기 중심과목
성취기준
[2수05-01] 교실 및 생활 주변에 있는 사물들을 정해진 기준 또는 자신이 정 한 기준으로 분류하여 개수를 세어보 고, 기준에 따른 결과를 말할 수 있 다.
주제(단원)명
지구를 살리는 업사이클링 나의 환경인식 점수는?
5. 분류하기/다양한 가족
차시 1~4/8
학습목표
∙플라스틱으로 인한 환경 오염의 심각성을 깨닫고 업사이클링의 필요성을 말할 수 있다.
∙재활용품 분리배출을 위해서 분류기준을 정하고 생활쓰레기를 분류해보고 실생활에서 실천할 수 있다.
연계과목 슬기로운생활 연계과목
성취기준 영역 가족 구성원의 역할
STEAM 요소
S 해양산업, 무분별한 플라스틱 쓰레기 배출로 인한 환경 오염의 심각성 알기 T
E
A 집에서 실천할 수 있는 환경보호 알아보고 재활용품 분리수거 실천하기 M 재활용품 분리배출을 위해서 분류기준을 정하고 생활쓰레기 분류해보기
개발 의도 창의적 체험활동의 환경 교육을 소재로 플라스틱으로 인한 환경 오염의 심각성을 깨닫고 업사이클링의 필요성을 알아본다.
창의적 체험활동의 환경 교육을 소재로 플라스틱으로 인한 환경 오염의 심각성을 깨닫고 업사이클링 의 필요성을 알아본다. 재활용이 되지 않은 HDPE 재질의 플라스틱을 모아 생활용품을 만들고, 사용하 고 나누어 주며, 다른 사람들에게 알리는 활동을 함으로써 지속적으로 환경보호를 실천할 수 있는 힘 을 기르고자 한다.
쓰레기로 파괴되고 있는 지구의 환경에 관심을 갖고, 플라스틱 사용을 줄이는 근본적인 문제 해결방 법을 실천하고자 하는 태도를 함양하기 위해 프로젝트 수업을 구성하였다. 올바른 재활용품 분리배출 과 플라스틱을 이용한 업사이클링을 주제로 하였으며 본 차시에서는 수학과 분류하기 단원의 기준에 따라 분류하고 결과를 발표하는 주제에서 재활용품을 분류해보고 분류한 결과를 발표하는 활동을 통 해 플라스틱 업사이클링 용품을 만들기 위한 재료를 수집할 수 있는 바탕을 마련하고 올바른 분리수 거를 실천할 힘을 기르고자 한다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
◾해양산업, 무분별한 플라스틱 쓰레기 배출 로 인한 환경 오염의 심각성 알기, 집에서 실천할 수 있는 환경 보호는 없을까?
창 의 적 설 계
창의적 설계
◾글로벌 업사이클링 활동 살펴보기
◾재활용품 분리수거 실천하기
감 성 적 체 험
◾재활용품 분리배출을 위해서 분류기준을 정하고 생활쓰레기 분류해보기
◾집안일 돕기(분리배출 실천표 만들기),
감성적체험
학습 과정
교수-학습 활동
※ STEAM 학습 준거 표시( Co 상황 제시, CD 창의적 설계, ET 감성적 체험)
학습자료 및 유의점
도입 (40)
Co ◾해양산업으로 파괴된 바다 모습 살펴보기
해양산업, 무분별한 플라스틱 쓰레기 배출로 인한 환경 오염의 심각성
◾프로젝트 주제 정하기
- 집에서 실천할 수 있는 환경보호는 없을까?
- 집에서 가장 많이 생기는 생활쓰레기는?
- 플라스틱은 버려져야 할까?
지구를 살리기 위해 플라스틱을 재활용 해보자!
◾ 학습 문제 정의하기
♣ 플라스틱을 재활용하기 위해 바르게 분리배출하는 방법을 알아봅시다.
【활동1】자원이 되는 플라스틱
【활동2】우리 집 쓰레기 분리배출하기
【활동3】우리 집에서 내가 할 수 있는일
【활동4】집안일 실천표 만들기
https://you tu.be/2RET u5OqCWA
Tip! 플라스 틱의 문제 점을 찾아 볼 수 있도 록 테블릿 pc 를 준비 한다.
전개 (120 분)
【활동1】자원이 되는 플라스틱
CD ◾ 재활용한 플라스틱이 어디에 이용되는지 알아보기 - 재활용 과정 조사하기
- 플라스틱이 재활용되지 못하는 이유 알아보기 - 업사이클링을 위한 플라스틱을 찾기
【활동2】 우리 집 쓰레기 분류기준 정하기
◾ 분류하는 까닭 알기 - 분리수거(분류) 기준 정하기
- 기준에 따라 쓰레기 ‘모두’ 분류하기
◾ 쓰레기의 특징 살펴보기
- 우리 집에서 배출되는 쓰레기의 특징 말하기 - 모둠별로 분류기준 정해 분류하기
-분류 결과 발표하기
◾플라스틱 쓰레기의 종류 살펴보기
재활용 쓰 레기 사진
Tip! 내손안 의 분리배 출 어플리 케 이 션 을 이 용 하 면 플라스틱의 종류를 구 분 하 는 데 도움이 된 다.
3. 1주제 교사 참고자료
【활동3】우리 집에서 내가 할 수 있는 일
◾집안일 그래프 그리기
- 모둠별로 집안일의 이름을 포스트잇에 쓰기
- 우리 가족 구성원 쓰기(할머니, 엄마, 아빠, 동생, 나 등등) - 그 집안일을 하는 사람에게 집안일 이름 포스트잇 붙이기
◾가족의 역할을 나누어 해야할 필요성 느끼기 - 집안일을 많이 하는 사람은 누구일까요?
- 그 사람은 어떤 마음이 들까요?
- 그래프에서 내가 할 수 있는 집안일을 고르기
【활동4】집안일 실천표 만들기
◾집안일 실천표에 내가 고른 집안일 쓰기 - 재활용품 분리배출을 꼭 포함하기 - 집안일 실천표 뒤에 자석 붙이기 - 교실 친판에 게시하기
포 스 트 잇 , 4 절지, 사 인펜
Tip! 집안 일 실천표 뒤에 냉장 고 자석을 붙여 지속 적으로 실 천하게 한 다.
정리 (40 분)
ET ◾재활용품 분리배출 방법 발표하기
◾마구 버려지는 플라스틱을 줄이고 플라스틱 분리배출 실천하기 - HDPE 분리해서 모으기 실천다짐하기
◾학교 내 플라스틱 쓰레기 주워 분리배출 해보기
차시 1~4/12
-수학교과의 분류하기 단원을 학습하고 실생활에 분류를 적용 하기 위한 활동으로 실제 생활 에서 나온 쓰레기 사진으로 재 활용품을 분류해 보았다.
-분류 활동을 통해 쓰레기를 바
르게 배출하는 방법을 학습함으
로써 지속적으로 실천할 수 있
는 기반을 마련한다.
2. 1주제 STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 2
중심과목 미술 학교급/학년(군) 초등학교/1~2 학년
중심과목 성취기준
영역
미술과 생활 중심과목
성취기준
[4미01-04] 미술을 자신의 생활과 관련지을 수 있다.
주제(단원)명
지구를 살리는 업사이클링 나의 환경인식 점수는?
5. 분류하기/다양한 가족
차시 1~4/8
학습목표
∙플라스틱으로 인한 환경 오염의 심각성을 깨닫고 업사이클링의 필요성을 말할 수 있다.
∙재활용품 분리배출을 위해서 분류기준을 정하고 생활쓰레기 분류해해보고 실생활에서 실천할 수 있다.
연계과목 슬기로운생활 연계과목
성취기준 영역 슬기로운생활 가족 구성원의 역할
STEAM 요소
S
T 재활용 되지 않는 HDPE 플라스틱의 재활용 방법 찾기 E 플라스팅 생활용품 만들기(키링, 귀걸이, 냄비받침) A 환경보호에 동참하도록 알릴 수 있는 방법 찾기 M
개발 의도
재활용이 되지 않은 HDPE 재질의 플라스틱을 모아 생활용품을 만들고, 사용하고 나누어 주며, 다른 사람들에게 알리는 활동을 함으로써 지속적으로 환경보호를 실천할 수 있는 힘을 기르고자 한다.
프로젝트 활동의 후반부에는 분리수거한 플라스틱 가운데 HDPE, PP 재질의 플라스틱을 분류하고 업사이클링 메이커 활동을 경험하게 한다. 이를 위해 재활용이 되지 않은 HDPE 재질의 플라스틱을 모아 생활용품을 만들고, 사용하고 나누어 주며, 다른 사람들에게 알리는 활동을 구성하였다. 문제 해 결을 위해 분류하고 필요한 플라스틱을 찾아낼 수 있게 돕는다. 이를 통해 환경보호를 지속적으로 실 천할 수 있는 힘을 기르고자 한다. 또한 플라스틱 쓰레기와 탄소배출을 줄이기 위한 글로벌 기업들의 노력과 창업 회사들을 살펴보며 환경보호를 위한 세계적인 추세를 체감한다.
◾
집안일 실천표
◾포스트잇에 내가 할 수 있는 집안일을 적고 아래에 실천할 때마다 표시할 수 있는 표를 붙인다. 아래쪽 실천표 부분의 표 사이는 가위로 자른다.
자석을 위아래로 붙인다. 매일 실천할 때 마다 동그라미 하고 위로 접어 올린다.
-매일 4 가지 집안일을 실천하면 왼쪽 사
진처럼 ‘미션성공’ 글자가 보인다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
◾재활용되지 않는 HDPE 플라스틱으로 환경보호에 동참하도 록 알릴 수 있는 방 법 찾기
창 의 적 설 계
창의적 설계
◾업사이클링 물건 직 접 사용하기
◾플라스틱 분리배출 을 지지하는 홍보활 동으로 업사이클링 물품 나누어 주기
감 성 적 체 험
◾재활용 되지 않는 HDPE 플라 스틱의 재활용 방법 찾기
◾플라스틱 생활용품 만들기(키 링, 귀걸이, 냄비받침)
감성적체험 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 (20 분)
Co ◾재활용 되지 않는 HDPE 플라스틱으로 환경보호 실천방법 찾기 - 홍보포스터 붙이기
- UCC 만들기
- HDPE 플라스틱 재활용 생활용품 만들기
플라스틱을 재활용해서 생활용품을 만들어 봅시다.
Tip!
전개 (120 분)
CD ◾재활용 되지 않는 HDPE 플라스틱의 재활용 방법 찾기 - 국내 플라스틱 재활용 창업 업체 소개
(플라스틱방앗간의 플라스틱 재활용 사업) - HDPE 을 재활용한 업사이클링 방법 알아보기 - 세계의 플라스틱 재활용 메이커의 작품 살펴보기
(키워드: HDPE, recycle, maker 로 검색하고 알고리즘 활용하기)
CD ◾플라스틱 생활용품 만들기
- 내가 만들고 싶은 생활용품 사진 모으기 - 만드는 과정 정리하기
분쇄 가열 및 편평하게 만들기 모양내기 가공
◾가열하기
- 분쇄기를 사용하지 않는 대신 병뚜껑 중 HDPE 를 모아 프레스기에 넣기 - 만들고 싶은 색상에 따라 병뚜껑 고르기
- 물렁해지면 내열장갑으로 플라스틱 섞어주기
◾나무판 사이에 넣고 더 납작하게 만들기
CD ◾만들고 싶은 모양에 따라 자르거나 찍어내기 - 쿠키틀 이용
- 모양 펀치 이용
- 실리콘 틀에 넣고 굳히기
CD ◾생활용품의 종류에 맞게 가공하기 - 키링 고리 연결하기
- 티코스터 바닥에 미끄럼방지 테이프 붙이기
https://you tu.be/xvdK d9iCLtA
Tip! 학생들 이 자유롭 게 정보를 탐 색 하 고 아이디어를 생성할 시 간을 준다.
Tip! 플라스 틱이 220 도에서 녹 아 위험할 수 있으니 교사가 대 신해준다.
정리 (20 분)
ET ◾활동으로 느낀 점 공유하기 - 업사이클링 물건 직접 사용해보기
- 업사이클링 물건을 만들면서 어려웠던 점 이야기하기
ET ◾다음에 물건을 만든다면 어떤 부분을 다르게 하고 싶은지 이야기하기
4. 1주제 차시별 학생 평가기준 및 방법
차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구
1~4 /8
상
쓰레기 특징에 따라 기준을 정해 모두 분류하며 플라스틱 쓰레기 분리배출 활동에 3주 이상 적극 적으로 참여한다.
자기평가
집안일 돕기 실천표 (분리배출) 중
쓰레기 특징에 따라 기준을 정해 4가지 이상으로 분류하고 플라스틱 분리배출 활동에 2주 이상 적 극적으로 참여한다.
하 쓰레기 특징에 따라 기준을 정해 모두 분류하지 못하고 플라스틱 분리배출 활동에 소극적이다.
5~8 /8
상
플라스틱을 재활용하여 창의적인 생활용품을 만들 어 환경보호의 중요성을 사람들에게 알리는 활동을 실천한다.
자기/동료평가 자기/동료평가지 (학생용) 중
플라스틱을 재활용하여 생활용품을 만들어 환경보 호의 중요성을 사람들에게 알리는 활동을 적극적으 로 실천한다.
하
플라스틱을 재활용하여 생활용품을 만들어 환경보 호의 중요성을 사람들에게 알리는 활동을 소극적으 로 참여한다.
가. 자기/동료평가지(1~8차시)
평가방법 평가기준 평가
상 중 하
자기평가
나의 역할은 무엇이었나요?
적극적으로 활동에 참여하였나요?
문제해결에 창의적인 아이디어를 잘 표현하였나요?
모둠 내 동료평가
모둠 활동에 적극적으로 참여하였나요?
모둠의 구성원 간 의사소통은 잘 되었나요?
2. 2주제 STEAM 프로그램 차시별 수업지도안
중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년
중심과목 성취기준
영역
생물의 구조와 에너지 중심과목 성취기준
[6과12-02] 식물의 전체적인 구조 관찰 과 실험을 통해 뿌리, 줄기, 잎, 꽃의 구조와 기능을 설명할 수 있다.
주제(단원)명
슬기로운 생체 모방 아이디어 펀딩하기 연잎은 비밀이 있다.
4. 식물의 구조와 기능
차시 1~2/8
학습목표
∙여러 가지 잎에 물방물이 맺히는 모양을 관찰하고 관찰 결과를 그림과 글로 나타낼 수 있다.
∙연잎에서 물방울이 굴러다니며 연잎이 젖지 않는 까닭을 가설 설정, 실험 설계를 통해 탐 색하고 검증할 수 있다.
∙실험을 통해 알게 과학적 원리를 실생활에 응용할 수 있다.
연계과목 미술, 실과, 국어 연계과목
성취기준 영역
[6실04-01] 가꾸기와 기르기의 의미를 이해 하고 동식물 자원의 중요성을 설명한다.
[6미01-05] 미술 활동에 타 교과의 내용, 방 법 등을 활용할 수 있다.
[6국03-04] 적절한 근거와 알맞은 표현을 사 용하여 주장하는 글을 쓴다.
STEAM 요소
S 여러 가지 잎에 물방물이 맺히는 모양을 관찰하고 연잎에서 물방울이 굴러다니며 연잎이 젖 지 않는 까닭 탐색하기
T 연잎 효과를 실생활에 이용하는 방법 탐구하기
E 연잎의 표면을 세재로 씻은 후 물방울의 맺힘 비교하기, 표면을 손으로 문지른 후 비교하기 A 연잎의 구조를 그림으로 나타내고 관찰결과 보고서로 정리하기
M
개발 의도
연잎의 구조와 특징에서 찾아낸 연잎 효과를 바탕으로 생체모방의 개념을 이해하고 자신만 의 생체모방 아이디어를 구안하여 공유하고 발표해 보는 일련의 활동을 거치며 학생들은 과 학적 지식을 실생활에 응용할 수 있는 아이디어를 창출하는 경험을 하게 한다.
식물의 구조와 기능 중 잎의 기능을 탐구하여 식물마다 잎의 형태와 구조가 다름을 관찰을 통해 알아보 고 특별히 연잎의 구조와 특징에서 궁금한 점을 과학적 방법과 절차를 거쳐 해결해 보면서 과학자의 사 고 과정을 체험해 볼 수 있도록 한다. 연잎의 구조와 특징에서 찾아낸 연잎 효과를 바탕으로 생체모방의 개념을 이해하고 자신만의 생체모방 아이디어를 구안하여 공유하고 발표해 보는 일련의 활동을 거치며 학생들은 과학적 지식을 실생활에 응용하고 상대방의 생각을 이해하고 나의 생각을 바르게 전달하는 의 사소통 능력도 함양할 수 있을 것이다. 탐구 과정을 통해 생체 모방의 개념을 막연하게 이해하는 것을 넘어서 생체모방이 우리 생활에 많이 이용되고 있으며 미래 로봇 산업과 공학 및 첨단 기술에도 이미 다 양하게 응용되고 있음을 체득할 수 있다. 앞으로 발전 영역이 매우 넓은 생체모방 관련 직업에 대해 알 아보면서 미래 사회 변화에 대응하고 진로탐색에 도움을 줄 수 있다.
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
◾비오는 날 풍경을 살펴보며 빗방울의 모 습 관찰하기
◾연잎에 물방울이 굴 러다니고, 젖지 않는 현상 파악하기
창 의 적 설 계
창의적 설계
◾탐구 결과를 바탕으 로 생체모방 가능성 을 탐색
감 성 적 체 험
◾연잎, 토란잎, 봉숭아잎 등 여러 가지 식물의 잎에 물방물이 맺히 는 모양 관찰하기
◾연잎표면의 구조와 연관지어 가설을 세우고 실험 계획, 수행을 통해 연잎의 효과 탐구
감성적체험
학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 15 분)
∙비오는 날 풍경 동영상 보기
ET -우산, 우비, 처마 끝의 물방울 등 비오는 날 풍경 보기
Co -빗방울의 모습에서 문제 발견하기
∙학습할 문제 알아보기
연잎에서 물방울이 굴러다니며 연잎이 젖지 않는 까닭은 무엇일까?
https://you tu.be/Z2vsF -DPnYU
전개 ( 50 분)
∙연잎, 토란잎, 봉숭아잎 등 여러 가지 식물의 잎에 물방물이 맺히는 모양 관찰하 기
- 여러 가지 식물의 잎에 물방을 떨어뜨리고 물방울이 맺히는 모양 관찰하여 기 록하기
- 물방울이 맺히는 모양이 비슷한 잎을 묶어 공통점과 차이점 정리하기
Co ∙연잎에서 물방울이 굴러다니며 연잎이 젖지 않는 까닭 알아보기
CD - 실험 가설 설정하기
잎의 표면에 기름층이 있을 것이다.
잎의 표면에 미세한 가시가 있을 것이다.
- 실험 가설의 설정 이유와 나의 가설 발표하기
CD - 가설 검증을 위한 실험 설계하기
연잎의 표면을 세재로 씻은 후 물방울의 맺힘 관찰 비교하기 연잎의 표면에 문지른 후 물방울의 맺힘 관찰 비교하기 여러 가지 잎의 표면 현미경으로 관찰하기 등
- 실험 설계에 따른 실험하기 - 탐구 결과 정리하기
ET ∙ 연잎 효과 알아보기
연잎의 표면과 같이 자연적 자정 및 방수 기능을 하는 작용
CD - 연잎 효과가 나타나는 연잎의 특징 알아보기 연잎의 표면은 미세한 돌기가 무수히 많이 있다.
연잎 표면은 왁스층이 있다.
Tip! 연 잎 , 토란잎, 봉 숭아 잎 모 두 여름철 (5 월~7 월) 부터 흔히 볼 수 있는 식물의 잎 이다)
∙연잎이 물 에 젖지 않 는 까닭을 탐 구 하 는 실험 설계 에서 학생 들 각자의 가설을 반 영한 실험 설계가 될 수 있도록 지도한다.
∙ 여 러 가 지 식물의 일 을 채집하 는 활동 중 안전사고가 발 생 하 지 않도록 주 의한다.
정리 ( 15 분)
ET
∙연잎 효과를 실생활에 이용하는 방법 조사하기 물방울이 맺히지 않는 자동차 유리
비가 와도 먼지가 많아도 깨끗한 창문 얇지만 비에 젖지 않는 비옷
물에 젖지 않는 기능성 옷감 개발 물에 젖지 않는 특수 페인트
- 연잎 효과를 실생활에 이용하는 방법 발표하고 공유하기
∙연잎 효과처럼 주변에서 볼 수 있는 다양한 식물과 동물의 특성을 실생활에 응용 한 사례 생각해보기
3. 2주제 학생활동지 / 학생참고자료
차시 1~2/9
상황제시
1. 여러 가지 식물의 잎에 물방울이 맺히는 모양을 살펴봅시다.
(1) 여러 가지 식물의 잎에 물방울을 떨어뜨려 보고 관찰 결과를 기록해 봅시다.
식물 이름 물방울이 맺히는 모양(그림) 특징
(2) 물방울이 맺히는 모양이 비슷한 잎끼리 분류하여 공통점과 차이점을 기록해 봅시다.
물방울이 맺히는
모양 식물 이름 공통점 차이점
2. 연잎에서 물방울이 굴러다니며 연잎이 젖지 않는 까닭을 생각해 봅시다.
연잎 토란잎 봉숭아잎
◆ 가설 설정 : 잎에 따라 물방물이 맺히는 모양이 다른 까닭은
이다.
창의적 설계
3. 가설에 따른 실험 설계를 해 봅시다.
(1) 준비물
(2) 실험 방법 - 같게 할 조건 : - 다르게 할 조건 : - 실험 방법 :
4. 실험 결과를 정리해 봅시다.
5. 실험 결과를 바탕으로 연잎이 물에 젖지 않는 까닭을 일반화하여 정리해 봅시다.
6. 연잎 효과에 대해 알아봅시다.
(1) 연잎 효과는 무엇입니까?
(2) 연잎 효과가 나타날 수 있도록 하는 연잎의 특징은 무엇입니까?
감성적 체험
7. 연잎 효과를 실생활에 이용할 수 있는 방법을 생각해 봅시다.
나의 생각
친구들의 생각 1
친구들의 생각 2
친구들의 생각 3
2. 2주제 교사자료
차시 1~2/9
1. 연잎 효과
연잎 효과(lotus effect)는 연꽃속 잎의 초소수성의 결과로 나타나는 자기 청소 특성을 말한다. 먼지 입자는 표면의 미세 및 나노 구조로 인해 물방울에 흡수되어, 연잎 표면에 물방울이 붙는 것을 최소 화한다. 초소수성 및 자가 세정 특성은 한련속, 선인장속, 알케밀라속 식물에서도 발견되며, 나방과 같은 일부 곤충의 날개에서도 발견된다.
출처 : 위키 백과 2. 연잎이 물에 젖지 않는 이유
불교에서는 세상에서 가장 청정한 것을 비유할 때 연꽃을 든다. 진흙층이 쌓인 연못에 뿌리를 내리 고 있지만 결코 그 더러움에 더럽혀지는 일이 없기 때문이다. 연꽃잎을 자세히 관찰해보면 잎에 떨 어진 빗방울이나 아침 이슬은 잎을 적시지 못하고 동그랗게 뭉쳐서 주르륵 미끄러져 떨어지는 것을 볼 수 있다. 이때 표면에 있던 오염물이 물방울과 함께 씻겨나가기 때문에 연잎은 항상 깨끗한 상태 를 유지한다.
어떻게 이런 일이 가능할까? 육안으로 보면 연꽃잎은 다른 잎들보다 훨씬 매끄럽게 보인다. 단순히 표 면이 매끈매끈하기 때문만은 아니다. 현미경으로 나노 크기를 볼 수 있을 만큼 확대해서 들여다보면 육안으로 보이는 것과는 확연하게 다르기 때문이다. 사실 연꽃잎 표면은 3~10㎛ 크기의 수많은 혹 (bump, 융기)들로 덮여 있고, 이 혹들은 나노크기의 발수성(water-repellent) 코팅제로 코팅되어 있다.
이러한 울퉁불퉁한 독특한 구조 덕택에 연잎 위에 떨어진 물방울은 잎 속으로 스며들지 못하고 흘 러내리게 된다. 즉 연꽃잎 위의 물방울은 돌기 위에 떠 있기 때문에 표면에 접촉하는 면적이 크게 줄어들어 표면장력이 떨어진다. 실제로 연꽃잎과 물방울의 접촉 면적은 덮고 있는 표면의 2-3%밖에 되지 않는다. 물방울이 공기 위에 떠있는 모양이라고 보면 된다. 이렇게 불안한 상황이다 보니 물방 울이 모이고 합쳐져서 무거워질 때 땅으로 미끄러져 떨어지게 된다. 이때 잎에 앉은 먼지들도 물에 씻겨서 덩달아 떨어지면서 스스로 깨끗하게 씻어내는 것이다.
이런 특징을 학술적으로 ‘연꽃잎 효과(lotus effect)’라 한다. 이를 처음으로 명쾌하게 설명한 사람은 독일의 본대학교의 식물학자 빌헬름 바르트로트(Wilhelm Barthlott) 교수였다. 그는 현미경을 통해 연 꽃잎을 관찰하고 나노규모에서는 거친 표면이 매끄러운 표면보다 더 강한 초소수성(疏水性 : 물과 친하지 않는 성질)을 나타낸다고 밝혔다. 울퉁불퉁한 표면 덕택에 연꽃잎에서는 물방울이 떨어지면 방울 형태를 그대로 유지할 수 있고, 표면이 조금이라도 기울어져 있으면 미끄러져 내린다는 것이다.
덕분에 아무리 심한 소나기가 내리는 동안에도 연꽃잎이 늘 마른 상태를 유지할 뿐만 아니라 먼지 들은 물방울에 쓸려 내려가도록 해 연의 잎은 자정작용을 하게 된다.
반면 연꽃잎은 물방울의 상태에 따라 친수성 역할을 하기도 한다. 밀리미터 크기의 물방울에 대해서 는 방수 역할을 하는 연꽃잎이지만, 응축된 수증기에 대해서는 전혀 다른 성질을 보인다. 예를 들어 연잎을 수증기가 나오는 위치에 두면, 수 분 후 물은 연잎 상에서 작은 물방울들이 모인다. 아주 가 는 입자가 합쳐져서 물방울로 되는 것이다. 이러한 현상은 수증기의 작은 물방울이 연잎에 존재하는 나노크기 실타래 같은 것 사이에 갇히기 때문에 가능하다.
이런 연꽃잎의 자정 능력은 어디에 사용될 수 있을까? 독일 본대학교 연구팀은 이런 원리를 이용한 꿀 숟가락을 개발하기도 했다. 일반적으로 아무리 표면이 매끈매끈한 숟가락이라도 꿀이 넓게 퍼져 서 잘 떨어지지 않지만, 연꽃잎 효과를 응용하면 달라진다. 연구팀은 꿀 숟가락은 표면에 수μm(마이
크로미터·1μm는 100만분의 1m) 크기의 특수 실리콘 돌기를 붙였다. 이 돌기 덕택에 꿀은 숟가락에 서는 이 표면에 묻은 꿀은 퍼지지 않고 구슬 모양으로 뭉치게 된다.
비만 내리면 저절로 깨끗해지는 유리창, 물만 한번 내리면 깔끔해지는 변기, 비 한번 맞으면 청소가 자동으로 되는 자동차 등의 개발이 가능하다. 실제로 청소를 하지 않아도 깨끗한 상태를 유지하는 유리창, 하얀 면바지에 콜라를 흘려도 손으로 툭툭 털어 내면 깨끗한 원상태를 유지할 수 있는 면 섬유, 가죽·나무·섬유 등에 뿌리면 물과 오염을 방지해주는 스프레이 등이 속속 등장하고 있다. 또한 화학 및 바이오센서 등의 마이크로 소자와 액정표시장치(LCD), 플라스마디스플레이패널(PDP) 등 차 세대 대형 디스플레이의 표면 코팅에서도 연꽃잎 효과를 이용한 코팅 기술이 사용될 것으로 기대되 고 있다.
한편 ‘초친수(超親水)’ 현상에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 표면에 물방울이 묻으면 얇게 펼 쳐지는 초친수 현상은 일본에서 가장 먼저 연구됐다. 도쿄대 연구팀이 이산화티타늄을 이용해, 초친 수성을 구현해 낸 것이다. 이후 미국 벨연구소 톰 크루펜킨 박사팀은 초발수성을 띠게 만든 실리콘 기판에 전기를 걸면 표면이 초친수성으로 바뀐다는 사실을 밝혀냈고 우리나라에서도 포스텍 화학공 학과 조길원 교수팀은 2006년 물질 표면 일부만의 특성을 변화시키는 기술을 개발했다.
초친수 성질과 연꽃잎 효과를 함께 구현할 수 있는 기술이 있다면, 활용범위가 훨씬 넓어진다. 가장 대표적인 것이 잉크젯 프린터다. 잉크를 뿌려주는 노즐에 초소수성질을 응용하면 잉크 노즐에서는 잉크를 방울방울 떨어지게 만들 수 있고, 초친수성을 이용하면 종이에는 잉크를 얇게 퍼지게 뿌려줄 수 있다. 이렇게 노즐의 성질을 원하는 대로 변화시켜 적은 수의 노즐로도 다양한 인쇄가 가능해진 다.
또한 약이 몸속에서 효과적으로 작용하는데도 이 기술을 활용할 수 있다. 즉 당뇨병 환자가 정기적 으로 맞아야 할 인슐린의 경우, 환자의 몸속에 뭉쳐진 형태의 약을 주입한 다음, 필요할 때 얇게 퍼 지게 한다면 약효를 오랫동안 지속하게 할 수 있는 것이다.
이처럼 나노단위에서는 표면에 따라 다양한 성질을 나타내기 때문에, 이를 구현하기 위한 연구가 국 내외에서 활발하게 진행되고 있다. 진흙 속에서도 결코 자신을 아름답게 지키는 연꽃잎에 대한 연구 는 나노기술의 발전과 함께 이제 우리의 삶을 보다 편리하게 바꿔 놓을 것이다.
출처 : 한겨레 뉴스, 유상연 과학칼럼니스트, 과학향기( KISTI의 과학향기)
3. 나노 연잎: 나노 기술의 미학
새벽안개가 걷힐 무렵 연못 위에 떠있는 연잎을 보면 마음이 청아해진다. 연잎 위에 작은 물방울들 이 투명하게 빛나며 동글동글 맺혀 있다. 실바람이라도 불면 이들이 조금씩 굴러다니며 이내 큰 물 방울을 만든다. 연잎 위에 묻어있는 미세한 먼지를 닦아내며 물방울이 연못으로 떨어진다.
과학자들은 연잎 표면에 어떤 비밀이 숨어있는지 알아내고, 그 결과를 실생활에 응용하기 시작했다.
흔히 물과 친하게 잘 섞이는 성질을 친수성, 반대로 물과 친하지 않은 성질을 소수성이라고 부른다.
연잎 표면은 자연계 어떤 물질보다 소수성이 강하기 때문에 ‘초소수성’을 지닌다. 전자현미경을 이용 해 표면을 나노미터(nm, 1nm=10억분의 1m) 수준으로 관찰한 결과 그 초소수성의 비밀이 드러났다.
나노 수준 ‘이중 거칠기’가 연잎의 초소수성의 비결
보통 바닥면 위에 물방울이 놓여 있을 때 물방울의 측면과 바닥면이 접촉하는 각도가 60도보다 크 면 소수성, 30도 이하이면 친수성을 띤다고 말한다. 그런데 연잎 바닥면이 물방울과 접촉하는 각도 는 150도 이상이다. 그냥 소수성이 아닌 ‘초소수성’을 갖는다는 뜻이다.
바닥면이 초소수성을 띄면 물방울은 거의 공모양을 형성한다. 인공소재의 표면(좌), 자연의 연잎(우)의 비교
그 이유는 무엇일까. 연잎 표면에 있는 무수한 미세 돌기 덕분이다. 먼저 바닥면의 미세 돌기는 물방 울이 연잎 표면과 접촉하는 각도를 커지게 만든다. 또한 바닥면 위에 형성돼 있는 봉오리들에도 무 수한 돌기가 있어 비슷한 효과를 일으킨다. 연잎 표면은 이와 같은 이중적인 소수성 덕분에 ‘초소수 성’을 띠는 것이다.
연잎 표면에는 무수히 많은 미세돌기가 퍼져 있고, 중간 중간에 역시 미세 돌기로 이뤄진
봉오리들이 분산돼 있다. 우측 사진은 봉오리를 확대한 모습이다.
4. 실험실에서 연잎을 모방하다
나노 세계에서는 이처럼 표면이 거칠수록 소수성이 강해지는 특이한 현상이 벌어진다. 이른바 ‘연잎 효과’라고 부르는 특성이다. 우리가 접하는 일상에서 표면이 아무리 거칠어도 물에 잘 젖지 않는 대 상을 찾기는 쉽지 않다. 그러나 실험실에서는 실리콘 같은 고체의 표면을 미세 가공하여 이중 돌기 를 갖는 나노구조 표면을 만들 수 있다. 각 돌기의 길이와 폭은 대략 50nm 내외이다. 옆이나 위에 서 보면 마치 꽃이 피어나는 모습 같다.
실리콘 표면을 가공해 연잎 표면 같은 이중 돌기를 갖추게 했다.
옆(왼쪽 사진)과 위(오른쪽 사진)에서 보면 마치 꽃이 피어나는 모습 같다.
원리를 알았으면 다음은 모방 단계. 과학자들은 ‘연잎 효과’를 모방한 다양한 제품을 제작하고 있다.
비를 맞거나 물을 뿌리면 먼지가 깨끗하게 떨어지는 페인트, 콜라나 커피가 쏟아져도 툭툭 털어내면 깨끗해지는 기능성 의류 등 다양한 제품이 이미 판매되고 있다.
5. 표면적 늘어나도록 다양한 주름 유도
나노 세계의 물질 표면에 대한 또 하나의 흥미로운 주제는 ‘주름’이다. 분자들을 뭉쳐 만든 폴리머 (polymer)에 적절한 처리를 가하면 다양한 형태의 주름이 만들어진다.
폴리머 표면을 적절하게 처리하면 나노 수준에서 다양한 형태의 주름이 만들어진다.
주름이 많아졌다는 말은 동일한 공간 안에서 다른 물질과 화학적으로 반응할 수 있는 표면적이 넓 어졌음을 의미한다. 예를 들어 차세대 청정에너지로 꼽히는 수소를 저장하는 그릇을 만들 때 그 표 면적의 주름을 대폭 늘리면 수소의 저장용량은 훨씬 커진다. 또 화학반응을 촉진하는 매개물질인 촉 매를 이런 식으로 처리하면 표면적이 늘어나 그 활성도가 훨씬 높아질 수 있다. 만일 폴리머에서 주 름이 만들어지는 메커니즘을 밝히면 인간 피부의 주름을 없애는 방법도 알 수 있지 않을까.
세포의 생존환경을 규명하기 위해 나노 수준에서 만든 주름과 돌기위에 세포를 올려놓고 그
움직임을 관찰한 장면
한국과학기술연구원(KIST) 계산과학센터 연구팀은 최근 특별한 시도를 하고 있다. 주름이 만들어진 바닥층 위에 역시 주름이 접힌 돌기를 일정한 방향으로 배열한 후 그 위에 생물의 세포를 올려놓았 다. 표면적이 넓어진 환경에서 세포가 어떻게 자라는지 연구하기 위해서이다. 과학자들이 세포를 시 험관에서 원하는 시간 동안 배양하는 일은 쉽지 않은 작업이다. 이 연구를 통해 세포가 시험관에서 좀더 오랫동안 효율적으로 생존할 수 있는 환경에 대한 단서를 얻을 수 있다.
출처 : [네이버 지식백과]나노 연잎 - 나노 기술의 미학 (이미지 사이언스, 김훈기)
6. 파라핀으로 코팅한 유리, 물·먼지도 튕겨낸다
파라핀으로 코팅한 유리, 물·먼지도 튕겨낸다 기계연구원, 고체윤활제 이용한 자기세정 유리개발
국내 연구진이 기존 연잎을 닮은 초발수 표면 대신 미세한 구멍 구조의 유리에 고체 윤활 제를 이용해 세정효과가 뛰어난 유리를 개발했다. 이 유리는 물이나 먼지 등 오염물질을 튕 겨내 깨끗한 상태를 오래 유지할 수 있다고 연구진은 설명했다.
한국기계연구원은 나노융합장비연구부 임현의 부장 연구팀이 성균관대학교 이진기 교수 연 구팀과 함께 '자기회복 가능한 자기세정 유리'를 개발했다고 13일 밝혔다.
임현의 부장은 "지금까지 자기세정 유리 기술 연구가 계속 이뤄졌지만, 그 기능을 오래 유지 하는 안정성 확보가 관건이었다"고 말했다.
이 유리는 나방눈의 구조와 벌레잡이통풀에서 아이디어를 얻어 오염물은 튕겨내면서 상처가 생겨도 태양열에 의해 스스로 회복된다. 나노유리 표면에 파라핀을 코팅해 오염물질을 튕겨 내고, 빛 반사를 줄이며 열전달을 더디게 하는 태양전지용 커버 유리를 만들었다.
이 유리는 세정과정에서 발수 코팅된 파라핀이 훼손되더라도 태양에 5분 정도만 노출되면 표면 온도가 올라가 파라핀이 녹았다가 다시 굳으면서 상처 난 부분까지 다시 함께 코팅되 는 자기회복 기능도 가졌다.
뿐만 아니라 나노 구조물 사이의 공기층과 열전도율이 낮은 파라핀층 때문에 열전달이 어려 워 추운 겨울철에도 유리 위에 얼음이 잘 생기지 않고, 얼음이 생기더라도 살짝 붙어있어 쉽 게 제거할 수 있다.
자기회복 자기세정 유리에 스크래치가 나면 왼쪽과 같이 물방울이 퍼지고 발수효과가 떨어져 제거가 잘 안되지만, 태양광을 쬐면 파라핀이 녹았다가 다시 굳으면서 스크래치 가 복원되어 발수 성능이 회복되며 물방울이 다시 동그랗게 맺히고 구르는 것을 보여준 다. 한국기계연구원 제공
태양전지 커버유리 표면에 나방눈모사 반사방지 나노구조물을 만들고 자기세정이 가능하도록 고체윤활제를 코팅하는 실험 개략도와 제작된 자기회복 자기세정유리 단면의 전자현미경 사진. 한국기계연구원 제공
중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년 중심과목
성취기준 영역
생물의 구조와 에너지 중심과목 성취기준
[6과12-02] 식물의 전체적인 구조 관찰과 실험을 통해 뿌리, 줄기, 잎, 꽃의 구조와 기능을 설명할 수 있다.
주제(단원)명
슬기로운 생체 모방 아이디어 펀딩하기 연잎은 비밀이 있다
(4. 식물의 구조와 기능)
차시 3~4/9
학습목표
∙생체모방의 뜻과 사례를 알 수 있다.
∙자연의 다양한 능력에 대해 탐색하고 다른 사람과 공유할 수 있다.
∙자연의 다양한 능력을 요소별(형태, 물질, 화학반응 등)로 분류할 수 있다.
연계과목 수학 연계과목
성취기준 영역
[6수05-04] 자료를 수집, 분류, 정리하 여 목적에 맞는 그래프로 나타내고, 그 래프를 해석할 수 있다.
STEAM 요소
S 생체모방의 뜻을 알고 사례 검색하기 T
E
A 조사 내용 온라인 협업공간에 공유하기
M 생체모방의 다양한 사례를 과학적 기준에 따라 2차 분류하기
STEAM 학습 준거
상황 제시
상 황 제 시
◾생체모방의 뜻과 생 체모방 사례에서 실생 활에 적용된 생체 모 방 알아보기
창 의 적 설 계
창의적 설계
◾생체모방 연구자의 연구경험 살피며 진 로 탐구하기
감 성 적 체 험
◾생물의 생체모방 정보 클라우 드 생성하기
감성적체험 학습
과정 교수-학습 활동 학습자료
및 유의점
도입 ( 20 분)
Co 생체모방이란 무엇인지 알아보기
⦁생체모방의 뜻과 다양한 사례에 대해 알아보기
- 앞 차시에서 학습한 식물의 잎에 물방울이 맺히는 모양을 관찰했던 내용을 떠올리고 실생활 적용 분야 생각해보기
- 영상을 통해 생체모방의 뜻을 이해하고 다양한 사례가 있음을 알기
자연이 가진 기능을 모방한 생체모방 너 살아있니? 생체모방로봇
⦁문제 상황에 따른 활동 내용 정의하기
생체 모방의 뜻을 알고 다양한 사례를 찾아 분류해 봅시다.
https://www .youtube.co m/watch?v=
xezzeDYUAs k
https://www .youtube.co m/watch?v=
AF7m9hp3tE
E
전개 ( 40 분)
CD ET 다양한 생체모방의 사례 공유하기 ⦁온라인 협업공간(패들렛) 사용 방법 익히기 - 카테고리별 주제 정하기
- 사진, 영상 공유 방법 알아보기 - 자료 검색 방법 익히기
⦁다양한 생체모방의 사례를 검색하여 온라인 협업공간(패들렛)에 공유하기 ⦁공유된 내용을 살펴보며 추가적으로 자료를 검색
⦁공유된 내용을 발표하기
Tip! 검색하 고 조사한 내용은 온라 인협업공간 에 게시하도 록 하여 구 성원 모두가 실시간으로 확인할 수 있도록 지도 한다.
정리 ( 20 분)
CD 다양한 생체모방의 사례 분류하기
⦁생체모방의 다양한 사례를 분류하기 - 형태에 따른 분류(대표 예시 제시)
(물총새의 머리모양) - 물질에 따른 분류
(해파리 형광물질) - 화학반응에 따른 분류
(홍합의 접착단백질을 활용한 의료용 접착제)
⦁분류한 내용 온라인 협업공간에 공유하고 함께 수정 및 보완하기
https://padlet.com/gyangsun/7tap11cb4rnkfe5u
ET ⦁생체모방 연구자의 연구경험 살피며 진로 탐구하기
- 생체모방 활용 사례를 살펴보며 생활 속 문제에 활용할 수 있는 방법 조사 과 제 제시
3. 2주제 학생활동지 / 학생참고자료 2
차시 3~4/9
상황제시
1. 영상을 보고 생체모방의 뜻을 적어보세요.
2. 첫 번째 영상에 나왔던 생체모방은 무엇이 있었는지 세 가지 이상 적어봅시다.
3. 내가 좋아하는 동물이나 식물을 이야기하고, 그들의 특징(생김새, 혹은 독특한 행동, 뿜어 내는 분비물 등)을 적어 봅시다.
4. 3번에서 생각한 특징들을 활용할 수 있는 분야는 어떤 것이 있을지 생각해 봅시다.
창의적 설계
2. 다음 제시된 동물들의 특징을 찾아, 생체모방기술을 자유롭게 구상해 봅시다.
(각 동물에 관한 정보는 태블릿으로 추가적으로 검색해도 됨)
3. 주어진 예시를 참고해서 다양한 생체모방의 사례를 분류해 봅시다.
1. 형태에 따른 분류
사례)
비행기나 기차의 앞부분을 물총 새의 머리 모양을 본 따 제작 2. 물질에 따른 분류
사례)
해파리의 형광물질
3. 화학반응에 따른 분류
사례)
홍합의 접착 단백질을 이용하여
의료용접착제를 개발
4. 2주제 교사용 자료 2
차시 3~4/9
