Contents
STEAM 교육의 개요 4
프로그램의 개요 9
지도안 총괄표 14
평가계획 19
학습내용 22
부록_생체모방기술 카드 키트 활용 가이드 55
진로 탐색 64
지도상의 유의점 66
□ STEAM 교육이란?
Ÿ STEAM 교육은 STEM 교육에 Arts가 추가되면서 발전된 개념임: ‘A’ 의 영역은 fine art뿐 아니라 liberal arts의 인문교양, language arts의 언어예술까지 포함하는 광의의 개념임[표Ⅰ-1]
Ÿ STEAM 교육은 일부분의 교육적 관점을 다루기보다 전문교육부터 평생교육까지 광의의 교육의 패러다 임이며, 기존의 STEM 교육에 실생활과 관련된 주제로 예술을 추가하여 과학, 기술, 공학, 수학, 예술이 통합된 교육을 의미함
Ÿ STEAM 교육은 과학 기술 분야의 인재 양성을 위해 실시하고 있는 STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)에 예술(Arts)을 추가한 진보된 통합적 교육 방법임
Ÿ 우리나라에서도 교육과학기술부의 세계적 과학기술인재 양성을 위한 교육정책으로 초·중·고등학교에 제 시되었으며 STEAM 교육을 융합인재교육으로 명명함(교육과학기술부, 2010)
Ÿ 교육적 관점을 다루기보다 전문교육부터 평생교육까지 광의의 교육의 패러다임이며, 기존의 STEM 교 육에 실생활과 관련된 주제로 예술을 추가하여 과학, 기술, 공학, 수학, 예술이 통합된 교육을 의미함
Ÿ STEAM 교육은 과학 기술 분야의 인재 양성을 위해 실시하고 있는 STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)에 예술(Arts)을 추가한 진보된 통합적 교육 방법임
Ÿ 우리나라에서도 교육과학기술부의 세계적 과학기술인재 양성을 위한 교육정책으로 초·중·고등학교에 제 시되었으며 STEAM 교육을 융합인재교육으로 명명함(교육과학기술부, 2010)
영역 의미 하위 영역
과학(S) 실세계에 존재하는 것과 그것이 어떻게 영향을 받고 있는지를 탐구하는 것(Rutherford & Ahlgren, 1989)
생물학, 생화학, 화학, 지구과학, 물리학 및 우주과학, 생명공학 &
생체의학 등
기술(T)
인간이 필요하다고 느낀 것을 충족시키기 위해 자연 환경을 변용한다든가 기술을 혁신하는 것 또는 인간이 만든 것(ITEA, 2000)
농업, 건축(물), 통신(수단), 정보, 제조업, 의학, 힘&에너지, 생산과 수송
공학(E) 연구, 발전, 디자인·발명 또는 일정 제한 하에 이루어 지는 디자인(Wulf, 2989)
한국우주공학, 농업, 건축공학, 화 학공학, 토목공학, 컴퓨터공학, 전 자공학, 환경공학, 유체공학 등
예 술 (A)
언어 예술 (Language
Arts)
모든 종류의 의사소통이 사용되고 해석되는 방식에 관 한 것(Paterson, 2007)
교육, 역사, 철학, 정치학, 심리학, 사회학, 신학 등을 포함하는 미술, 언어 예술 & 교양, 체육
체육
(Physical) 인체공학적인 움직임을 포함한 규범 및 행위 예술 교양과 사회과목
(Liberal and Social)
교육, 역사, 철학, 정치학, 심리학, 사회학, 기술학, 과 학기술사회(STS) 등을 포함하는 것(Featherstone, 1986)
미술 (Fine Arts)
미학 그리고 문명 초기 기록의 가르침에서 유래하는 가장 오래되고 지속가능한 문화적인 편린(Mishook, J.J., & Kornhaber, 2006)
수학(M) 수, 상징적 관계, 정형화된 양식, 모양, 불확실한 것과 추론에 관한 연구(AAAS, 1993 & NCTM, 1989)
대수, 해석학, 자료 분석 & 확률, 기하하학, 수와 연산, 문제해결, 추 론 & 증명 등
[표Ⅰ-1] STEAM 영역의 내용(출처: 한국과학창의재단, 2011)
□ 교차적 융합 교육 프로그램 개발
Ÿ 공학과 기술 및 예술교육과의 융합을 통한 체험 중심의 교육 실시
Ÿ 논리적 이성적 문제해결능력과 직관적 감성적 문제 해결능력 배양을 위한 예술교육 실시
□ STEAM 프로그램 설계
§ 새로운 문제에 도전하고자 하는 열정이 생기게 자발적 참여, 행동변화를 유도하 는 재미이론(Fun Theory), 디자인 리서치 툴(Design research tool)을 이용한 동 기부여
Ÿ 학생이 문제해결 필요성을 구체적으로 느낄 수 있는 상황 제시 - ‘재미이론(Fun Theory)’
Ÿ 학생 스스로 문제해결을 찾아가는 창의적 설계 - ‘Heartstoming + Brainstoming(하트스토밍 + 브레인 스토밍)'을 통한 감성적 체험 활동을 거친 후, 창의적 아이디어 발현
Ÿ 학생이 문제를 해결하였다는 성공의 경험 - '레벨 업(Level up)' 단계 아이디어 시뮬레이션, 자기 평가, 능동적 실천
[그림Ⅱ-1] STEAM 프로그램 적용 이론
1. 상황제시 - 재미 이론(fun theory)
Ÿ 사람들의 행동변화를 효과적이고 긍정적으로 유도하기 위해 게임의 주요 원리인 유희적 상호작용을 실 생활의 다양한 제품과 기기, 기구, 환경에 적용시키는 이론을 의미
Ÿ 독일의 폭스바겐(Wolkswagen)사가 이러한 재미이론을 통해 사람들에게 쓰레기 재활용이라는 다소 귀 찮고 사고한 일과에 대해 전향적인 태도로 이를 바꾸는데 커다란 일조를 하기도 함. 본 STEAM 융합교 육 과정은 학생들로 하여금 융합 교과의 주제를 대하는 초기 상태에서부터 바로 이러한 유희적 상호작 용인 재미이론을 적극 활용하여 학생들이 보다 더 흥미를 가지고 자발적으로 본 융합교과과정에 참여할 수 있도록 자발적 동기부여
Ÿ 재미 이론 적용할 주요 이슈들은 행위와 결과에 대한 주관적 관심, 오감에 의한 상호 작용, 행위 간의 지속적 연계성, 결과에 대한 예측 난해성 등을 들 수 있음
Ÿ 이러한 요소들을 적극 활용하여 융합 수업을 마치 게임처럼 수행할 수 있다면 학생들은 지속해서 학문 간의 연계성에 대한 지적 호기심과 이에 대한 탐구를 계속해 나갈 수 있을 것임
2. 창의적설계-브레인스토밍(Brainstorming)+허트스토밍(Heartstorming)
Ÿ 세계적 미래학자인 롤프 엔젠(Rolf Jeansen)에 의해 주창된 문제 해결의 방법임
Ÿ 과거에는 인간의 가치 판단이 주로 좌뇌에 의해 결정되어져 합리적, 이성적 판단에 근거했지만 이러한 패러다임이 서서히 변화하여 보다 더 감성적인 가치가 균형을 이루어 대상을 판단하는 시기가 도래함 Ÿ 허트스토밍이란 이미 잘 알려져 있는 브레인스토밍(brainstorming)과 대별되는 이론으로서, 브레엔스토 밍이 주로 좌뇌를 이용하여 논리적이고 이성적으로 창의적 해결안을 도출하는 방법이라면 허트스토밍은 우뇌를 이용하여 보다 감성적이고 인간적인 창의적 문제 해결에 접근하는 방법으로 요약될 수 있음 Ÿ 향후에는 이같이 브레인스토밍과 허트스토밍을 교차하여 활용함으로서 따뜻한 과학, 이성적인 예술을
구축하는 토대가 마련될 것으로 전망됨
3. 성공의 경험 - 레벨 업(Level up)
Ÿ 학생들 스스로가 점차적으로 유희적 호기심으로 다양한 융합적 문제들을 대하고 합리적, 객관적 문제해 결 뿐만 아니라 감성적이고 사회적인 문제해결의 내용까지 직접적으로 경험하게 되면 그 다음 단계로의 문제 해결에 대한 강한 도전의식을 가지게 됨
Ÿ 역설적으로 학생들이 게임에 몰두하는 원리와 동일한데, 난이도가 유사하거나 그 결과가 충분히 예측 가능하면 게임에 더 이상 흥미를 두지 않는 것과도 유사한 원리임
Ÿ 초보적 단계에서부터 성공적으로 문제 해결을 경험하게 되면 그 다음 단계에 대한 강한 도전의식이 촉 발될 것이며 스스로 문제해결의 과정에 주체자로서 자기의 문제 해결 활동을 평가하게 되며 궁극적으로 문제해결의 과정을 통해 다양한 융합 학문과의 교차적 학습(cross disciplinary)을 자연스럽게 경험할 것 으로 기대
□ STEAM교육 프로그램 수업모형 1. 주제중심 통합학습 모형
Ÿ 주제중심통합학습은 교과별로 내용을 분할하여 가르치는 방식이 지닌 한계의 대안적 접근으로 각 교과 영역의 경계를 무너뜨려 문제나 쟁점, 사고기능, 개념, 범주 등을 중심으로 여러 교과의 학습 내용을 통합적으로 재조직하여 가르치거나 학습하도록 하는 방식이라고 정의(심미경, 1997) Ÿ 권낙원(1999)은 주제중심통합학습은 어떤 한 주제를 중심으로 다양한 학습경험들을 교과의 요구,
학생의 흥미, 사회의 요구를 반영하여 선정·조직하고, 학생 주도의 활동을 통한 학습을 유도함으로써 전인적인 발달을 도모하는 학습이라고 말함
Ÿ 주제중심통합학습은 인식론적 측면, 심리사회적 측면 등에서 그 필요성을 찾을 수 있음
Ÿ 인식론적 측면에서 Ingram(1995)은 다양하게 구분된 지식영역을 거대한 이해의 맥락 속에서 결합 하고, 지식의 급격한 변화에 능동적으로 대처하는 능력을 배양하기 위해 필요하며, 다양한 지식 영 역간의 상호 관련성 증대를 위해 주제중심통합학습이 필요하다고 강조. 사회적 측면에서는 현대 사회에서 개 인이나 사회가 공동으로 당면하는 문제를 해결하기 위해서 필요로 하는 지식은 여러 분야의 내용을 종합하여 통 합된 지식이며, 학습자의 통합적 사고력의 성숙은 종래의 분과적인 교과 교육으로는 적절하지 않음을 제시함
2. 문제해결중심 학습 모형
Ÿ 문제중심학습은 1970년에 캐나다의 McMaster대학교 의과대학에서 처음으로 시작됨
Ÿ 1960년 캐나다 McMaster대학의 의과대학 교수였던 Barrows는 구성주의라는 이론에 관계없이 기 존 교육의 부실성과 비현실성에 대한 대안으로 문제중심학습을 개발하여 문제중심학습의 이론적 정 립에 큰 공헌을 함
Ÿ 문제중심학습은 많은 의대 및 수의과 대학에서 실시하게 되었고 최근에는 유치원에서 대학, 성인 교육에까지 다양한 학문 분야에서 교육과정, 교수전략, 수업모형, 교육방법 등의 다양한 모습으로 적 용되고 있음
Ÿ 문제중심학습의 목적을 종합하여 보면, 문제중심학습의 목표는 크게 ‘지식의 습득과 전이’, ‘문제해결 력 향상’, ‘학습에의 본질적인 흥미 부여’, ‘자기주도적 학습 능력 신장’, ‘협동능력 신장’으로 요약할 수 있음
3. 프로젝트 학습 모형
Ÿ 프로젝트 학습이란 프로젝트에 의한, 또는 프로젝트를 통한 학습을 의미하며, 학습자가 학습의 전 과정에 주도성을 가지고 주제, 제제, 문제, 쟁점 등에 관한 탐구활동과 그 결과에 대한 표현활동을 하며 그 결과 만들어 가는 교육과정의 성격이 나타나는 학습임(김대현 외, 1999)
Ÿ 한국교육개발원에서는 프로젝트학습을 교사와 학생 주도로 초등학교 학생의 관심과 흥미, 주제 중
Ÿ 유승희 외(2001)는 프로젝트 학습을 아동들이 학습할 가치가 있는 특정 주제에 대하여 서로 협력하 면서 심층적으로 연구하는 목적 지향적 학습활동이라고 정의함
Ÿ 프로젝트 학습은 특정한 주제에 대하여 깊이 있게 연구하는 활동으로서 학생이 직접 계획, 활동하고 교사는 안내, 보조 역할을 하는 것이 특징이다. 연구과제 학습, 주제학습, 문제해결학습 등으로 부르 기도 하는 데 과제 조사ㆍ발표하는 것보다는 규모가 크고 체계적인 학습임
Ÿ 교과목을 통해 체계적으로 학습하는 교수 학습이 아동들에게 지식과 여러 가지 기능을 획득하게 하 는 것이라면 프로젝트 학습은 이 기능과 지식을 의미 있는 상황에 적용하게 하므로 일반 교과목 학 습을 의미 있고 심도 있게 해 줄 수 있음(김대현 외 1997)
Ÿ 프로젝트 학습을 통해 학습자가 스스로 문제를 찾아내고 해결에 이르는 모든 과정에서 능동적으로 활동하게 되며, 프로젝트 수행의 전 과정 동안 학습자와 교수자 그리고 학습자와 학습자 간의 활발 한 상호작용을 토대로 수행되어 학습의 주체자로서의 역량을 확장시켜갈 수 있음(조영순, 2005)
1. 주제 개요
2013년 여름, 우리나라의 강력한 절전 정책으로 학교 현장에서 학생들은 찜통 교실에서 수업을 하게 되었 다. 그런 환경 속에서 생활을 하다 보니 자연스럽게 에너지에 대한 중요성을 체험하게 되었고. 학생 스스로 교실 온도를 낮출 수 있는 방법을 찾아보자는 점에서 학습 동기가 유발되었다. 그 과정에서 생체모방 기술 에 대한 호기심과 그 기술을 응용할 수 있는지에 대한 관심을 가지게 되었다.
그에 따른 학습 욕구와 흥미를 고려하여 자연스럽게 융합인재교육(STEAM) 프로그램이 필요하게 되었다. 우 선, 생체모방 기술을 탐구할 수 있는 관련 교과와 교육 과정, 학습 방법을 살펴볼 필요가 있었다. 먼저 온도 에 대한 동·식물의 환경 적응에 대하여 조사하고, 온도가 생물에 미치는 영향을 이해하며, 생체 모방 기술과 관련지어 교실 온도를 낮춰보자는 학습 목표를 설정하였다. 그랬더니 현재 교육 과정에서 적용 가능한 교 과는 생명과학 교과가 있었다. 다음에는 그린에너지의 필요성이 대두되고 자연스럽게 물리교과와 팀플레이 가 되었으며, 스마트 교실 디자인의 대 주제를 설정하게 되면서 미술 교과의 조형 감각과 정보·컴퓨터 교과 및 기술 교과의 공학적 요소의 이해가 필요하게 되었다. 결국 융합인재교육(STEAM)을 하게 된다. 프로그 램 구성은 생명과학과 미술 교과에 비중을 두고 범교과 학습을 통하여 교실 온도 2도 낮출 수 있는 과학적 방법을 탐구하면서 개념화된 지식을 실현 가능한 생체모방 기술로의 적용을 위해 동료들과 충분한 탐구 학 습, 토론·토의 학습, 협동을 통한 프로젝트 학습, 전문가와 인터뷰 학습 활동을 통하여 자기 주도적으로 학 습하고 체험한 지식을 실생활에 활용할 수 있는 유용한 지식으로 적용해 가는 과정에서 자신의 진로에 대
한 구체적 가능성을 탐색할 기회를 만들었다. 수업 중 습득한 지식을 실생활에 활용할 수 있는 유용한 지 식으로 적용해가는 과정을 체험하면서 민주 시민으로서의 실천적 지식인으로 행동하는 자세를 확립하도록 하며 그럼으로써 관련 분야의 대학을 탐색하고 미래 진로를 설계할 수 있도록 유도하였다. 디자인을 이끌 어내는 과정에서는 하트스토밍과 브레인스토밍 등 창의적 사고기법을 사용하여 스마트 교실을 디자인하도 록 하였으며, 생태학적·윤리적·미학적 철학을 녹여내는 디자인에 그 가치를 부여하도록 하였다. 미술 수업에 서는 미학적·창의적 아이디어 도출에 주력하였으며, 기본적인 조형 능력을 개발하고 심화 시킬 수 있도록 실습 위주의 수업을 하였다. 전체적인 수업 구성 방법으로는 교과교실제 도입으로 블록수업을 실시하고 있 는 교육과정에 적합하도록 1~2차시를 100분 수업 실시의 1블록으로 고안하였다. 또한 진로 탐색 과정에서 장차 관련 직업인으로서 겸비해야할 기초적 지식과 인성 및 창의성을 습득할 수 있도록 탐구학습, 토론·토 의학습, 협동학습, 프로젝트학습 방법을 적용하여 자기주도적 학습 활동으로 학습의 즐거움을 터득하게 하 는데 프로그램의 주안점을 두었다. 프로그램 구성 내용은 아래의 표와 같다.
2. 학습 목표
▎내용 목표
- 온도에 대한 동·식물의 적응을 통해 생물에 미치는 영향을 이해하고 생체모방 기술의 가능성을 설명할 수 있다.
- 열의 이동 방법을 탐구하고 생체모방 기술에의 접목 방법을 발표할 수 있다.
- 물질의 변화와 잠열에 대한 개념을 이해하고, 실험을 통해 물질의 상태 변화와 잠열을 탐구하여 발표할 수 있다.
▎과정 목표
- 개념화된 지식을 생체모방 기술로의 실현 가능한 지식으로 활용하기 위해 사고의 수렴 을 통한 문제해결을 할 수 있다.
- 프로젝트 진행 과정에서 결과물 작성을 위해 모둠 내에서 협력적으로 역할을 수행할 수 있다.
- 다양한 생체모방 기술을 이용하여 교실 온도 2도를 낮출 수 있는 창의적 스마트 교실 공간을 설계할 수 있다.
- 토론·토의를 통한 문제 해결 과정을 합의 하면서 직업인으로서의 실천적 지식인으로서의 행동하 는 자세를 확립할 수 있다.
- 생태학적 · 윤리적 · 미학적 철학을 녹여 내는 디자인 과정을 통해 흥미와 몰입의 기쁨을 느낄 수 있다.
▎창의적 사고기능 및 태도 목표
- 온도에 대한 동물 및 식물의 적응에 대하여 조사하고 생체 모방 기술과 관련지어 우리 교실 2 도를 낮출 수 있는 과학적 적용 방법을 탐구해봄으로서 사고의 수렴과 확장을 꾀하였다
- 온도에 대한 생체모방 기술의 직접적 체험으로 학습에 대한 동기를 부여하고 몰입과 흥미를 유 도할 수 있다.
3. STEAM 과목 요소
▎S _ 생명과학 : 온도에 대한 동·식물의 적응과 생체모방 기술 접목 물 리 : 열의 이동 방법과 교실 온도 변화 적용
물질의 상태 변화와 잠열(온도 변환)
▎ T/E : 생체모방 기술의 이해 및 설계
▎ A：스마트 교실 공간 설계하기, 환경 디자인 설계하기, 스토리텔링하기
▎ M：교실을 축소하여 설계하기 위한 축도 계산
- 학생들이 직접 설계하여 제작해 볼 수 있도록 현행 교실 크기를 1/12 축소
4. STEAM 단계 요소
▎상황제시
2013년 여름, 우리나라의 강력한 절전 정책으로 학교 현장에서 아이들은 찜통 교실에서 수업을 하게 되었 다. 그런 환경 속에서 생활을 하다 보니 자연스럽게 에너지에 대한 중요성을 체험하게 되었고, 스스로 교실 온도를 낮출 수 있는 방법을 찾아보자는 학습 동기가 유발되었다. 그 과정에서 생체모방 기술이 다양한 분 야에 적용된다는 것을 알게 되었고, 온도 변화에 대한 호기심과 생체모방 기술을 응용할 수 있는지에 대한 관심을 가지게 되었다. 우리 주변에서 다양한 형태로 적용되는 생체모방 기술을 우리 교실 2도 낮추는 방 법에 응용할 수 있도록 스마트 교실을 설계해보자.
- 1블록에서 자연을 모방한 신소재에 대해 알 수 있다. 또한 생체모방 기술 및 활용영역에 관해 탐 색해 본다.
- 2블록에서 생명과 환경과의 상호 관계를 알 수 있다. 또한 온도에 대한 동·식물의 적응을 통해 온 도가 생물에 미치는 영향과 생체모방 기술을 관련시켜 탐색해 본다.
▎창의적 설계
창의적 설계 단계에서는 교실 온도의 에너지 사용에 대한 문제점을 파악하고, 그 문제점을 해결하 기 위해 생체모방 기술의 다양한 분야를 탐구하여, 적용 가능한 방법으로 구체화 시키고 공학적 탐구 로써 물질 변화와 잠열을 활용한 스마트 교실을 제작하게 되는데, 이때 제작된 장치를 개선할 수 있는 방법을 평가하고 설계, 모색하는 과정을 경험하게 된다.
- 3블록에서 효과적인 스마트 교실을 구성하기 위한 방안을 모색해 보고, 설계, 제작, 실험해 본다.
▎감성적 체험
감성적 체험 단계에서는 학습한 내용을 바탕으로 다양한 생체모방 기술을 응용하여 교실 온도를 2도 낮추기 위한 창의적 아이디어를 표현하게 된다. 또한 다양한 사고 기법으로 작품을 평가하고, 비판을 받아들여 수정 보완한 다음 특허 가능성을 타진해본다. 자신의 진로와 연계하여 소질과 적성에 맞는지 생각해 보고 필요한 지식을 체크해본다.
- 4블록에서 생체모방 기술을 활용하여 우리 교실 2도 낮추기 위한 방법을 구체적으로 시각화 한다.
- 5블록에서 다양한 사고 기법으로 작품을 평가하고, 비판을 받아들여 수정 보완한 다음 특허 가능 성을 타진해본다. 진로와 연계하여 자신의 소질과 적성에 맞는지 생각해보고 필요한 지식을 체크 해본다
5. 지도안 총괄표
과목 과학, 미술, 생명과학 총
차시 10
단원
과학 : 자연을 모방한 신소재
생명과학 : 생명과 환경과의 상호 관계, 생태계의 구성과 기능 물리 : 에너지의 변환과 기능
미술 : 친환경 디자인
교육과정
2007개정교육과정_고1학년 과학_자연을 모방한 신소재
자연을 모방한 신소재를 생체모방 기술의 예를 들어 설명할 수 있다.
2007개정교육과정_고1학년 생명과학_생명과 환경과의 상호 관계
온도에 대한 동·식물의 적응을 통해 생물에 미치는 영향을 이해하고 생체모방 기술의 가능성을 설명할 수 있다.
2007개정교육과정_고1학년 과학_에너지의 변환과 기능
물질의 변화와 잠열에 대한 개념을 이해하고, 실험을 통해 물질의 상태 변화와 잠열을 탐구하여 발표할 수 있다.
2007개정교육과정_고1학년 미술_친환경 디자인
조형의 원리를 적용하여 심미적이고 창의적인 친환경 디자인을 할 수 있다.
학습목표
1. 온도에 대한 동·식물의 적응을 통해 생물에 미치는 영향을 이해하고 생체모방 기술의 가능성을 설명할 수 있다.
2. 열의 이동 방법을 탐구하고 생체모방 기술에의 접목 방법을 발표할 수 있다.
3. 물질의 변화와 잠열에 대한 개념을 이해하고, 실험을 통해 물질의 상태 변화와 잠열을 탐구하여 발표할 수 있다.
흐름 문제제시 & 제작활동 학습자료(‣) 및 유의점(※)
< 상황 제시 >
찜통 교실 이야기 (100분)
(1-2/10 차시)
1. 선풍기를 틀어도 더욱 무덥기만 한 여름날, 에너지 절약 운 동으로 에어컨을 켜지 못하는 찜통교실에서의 경험을 이야기 해보 도록 한다.
2. 동·식물이 자연 환경 속에서 온도에 대한 적응 반응을 탐구해보 도록 한다.
3. 생체모방 기술에 대한 탐구 및 발표한다.
1. 온도와 관련된 뉴스나 시사물을 찾아보고, 생체 모방기술을 활 용할 방법을 토론해 본다.
2. 전문가의 강의 동영상을 시청 후 토론해 본다.
3. 커리어 넷에 들어가서 적성 검사를 한 다음 본 학습에서 지속적 으로 흥미를 느끼는 부분을 인식한다.
Tip! 다양한 탐구 자료를 활용하여 스스로 어떤 물질이나 구조를 통 하여 외부 환경이나 온도의 변화에 적응하는 동·식물을 찾아보고, 현재 생체모방 기술에 적용하고 있는 근거를 찾아서 우리 교실 온 도 2도 낮출 수 있는 모든 방안을 탐색하고 글로 써보도록 한다.
- 우리교실 온도 2도 낮출 수 있는 방법을 찾았나요?
- 동·식물이 자연 환경 속에서 온도에 대한 적응 방법은?
- 찜통 교실 경험에 대해 공감한다면 스스로 교실 온도를 2도 낮출 수 있는 대체 에너지 사용이나 다른 과학적 방법을 찾아보고 싶다는 생각 이 들 것이다.
‣생각열기1, 2
‣ICT 자료
http://www.ebs.co.kr/repl ay/show?prodId=
561&lectId=3035 638
‣교사용 참고자료 1
‣커리어 넷 사이트 검색 http://www.career.go.kr/c net/front/main/main.do
< 창의적 설계 1 >
생체모방 기술의 필요에 대하여 공감하기 (100분)
(3-4/10 차시)
‘생체모방 기술의 필요에 대하여 공감하기’
1.. 생체모방 기술에 대하여 탐구한 주제를 발표하여 동료들과 서로 조사한 지식을 공유한다.
2. 온도에 대한 동·식물의 적응을 통해 온도가 생물에 미치는 영향을 설명한다._흰개미의 집의 온도 조절, 홍채의 빛의 양 조절, 동물의 땀 배출의 방법을 조사
-변온동물의 겨울잠, 정온동물의 온도 적응 (깃털, 털, 몸집과 말 단의 크기)
- 온도에 대한 식물의 적응, 낙엽수의 온도 적응, 상록수의 온도 적응, 식물의 증산작용
- 식물체 내의 물을 수증기의 형태로 잎의 뒷면에 있는 기공을 통 해 밖으로 방출시키는 과정(수증기 내뿜으면 주변 기온 떨어뜨 림-흡열반응)
- 증산작용의 조절-기공의 개폐(증산작용에 영향을 주는 요인-햇 빛이 강할수록, 온도가 높을수록, 바람이 불수록, 습도가 낮을수 록, 체내 수분량이 많을수록 활발)
- 물 상승의 원동력, 체내의 농도 조절, 체온조절
‘ 한여름 더위를 이기는 본인만의 방법을 자유롭게 발표하 기’
1. 동물의 땀 배출 원리 이용 스프링클러 소개 - 동물의 땀 배출 원리 조사
Tip! 다양한 탐구 자료를 활용하여 조사한 내용은 PPT 자료로 만들거 나 그림으로 그려서 설명을 글로 첨부하여 누구나 보고 쉽게 알 수 있도록 발표 자료를 만든다.
‣생각 열기 2
‣교사용 참고자료 2
< 창의적 설계 2 >
생체모방 기술의 필요에 대하여 조사한 지식 나누고 설계하기 (100분)
1. 열과 온도의 관계 탐구하고 이해하기 - 온도, 온도의 종류, 열에너지, 열의 이동, 열평형 상태 2. 열의 이동 방법(전도, 대류, 복사) 탐구하고 발표하기 3. 열의 이동 방법을 이용한 사례를 실생활에서 찾아보기
- 오븐용 장갑, 에어로젤, 온돌, 이중창, 전기히터, 보온병의 원리 4. 물질의 상태 변화 시 열의 출입에 대해 알고 일상생활에서 잠열 을 이용한 사례를 찾아 설명하기
- 열을 흡수하는 경우 : 융해, 기화, 승화, 열을 방출하는 경우 : 응 고, 액화, 승화,
- 땀이 마를 때 시원해짐, 드라이아이스 주변이 시원함. 이글루 안 에 물을 뿌리면 온도가 상승함
5. 조상들이 더위를 이겨낸 방법을 찾아보고 과학적 원리를 발표한
‣생각열기3
‣교사용 참고자료 2 Thinking map기법
(5-6/10 차시)
-삼베옷, 대나무 부채, 죽부인, 석빙고, 배산임수형 남향 집구조 등 -석빙고의 구조를 그리고 과학적 원리를 찾아낸다.
6. 생체모방을 통해 교실 온도 낮추는 방법을 탐색하고, 교실 디자 인 방향을 논의하기
< 감성적 체험 >
어떤 교실을 디자인할까
? (100분)
(7-8/10 차시)
1. 전시 학습지 발표 및 토론
- 동료들의 thinkmap이나 mindmap의 발표를 보고 들으면서 포스트잇에 적어서 작품에 붙여준다.
< 아이디어의 장점(P), 단점(M), 흥미로운 점(I)을 따져 본 후에 그 아 이디어를 평가하여 작품에 붙여준다. - 발표자는 자신의 아이디어 평 가를 수렴하여 실현 가능한 아이디어로 수정한다.>
2. 1차시에서 선정한 주제에 생체모방 기술을 접목하여 교실을 디자인 하기
- 모둠별 heartstoming과 brainstoming을 통하여 주제 정하기 - 아이디어 스케치를 통해 구상 한 것을 시각적으로 표현하기 - 간단한 러프스케치를 통해 구상한 것을 시각적으로 표현_2~3정 정 도 그려보고 동료들과 의논하여 결정한다.
- 협동제작을 위하여 모둠 안에서 자신의 장점을 발휘할 수 있는 역 할을 분담한다.
‘스케치를 기본으로 모형을 제작한다.’
- 미술실에 있는 재료를 사용하여 제작한다.
Tip! 작품의 크기를 정하지 않으면 제작 시간의 소요가 다르고 재료의 사용이 공평하지가 않다.
모둠별 크기는 보통 40cm × 40cm × 40cm 정도가 알맞다.
P M I
‣생각열기4
‣교사용 참고자료 2
※ 글루건이나 열선커터 기를 사용할 때는 반드 시 사용방법과 주의사 항을 안내한다.
※본 재료는 폼보드 5mm를 사용하는 것이 자르기 쉽고 사용하기 가 용의하다. 본드보다 는 글루건을 사용하고 작은 모양은 스카치테 잎을 사용하면 접착하 는 시간을 절약할 수 있다.
< 감성적 체험 >
완성된 작품을 어떻게 발표하고
‘스케치를 기본으로 모형을 제작한다.’
1. 모형을 제작하고 모둠별 작품을 발표한다.
- 작품에 대한 질문과 답을 하면서 생체모방 기술과 과학적 지식을 함께 공유하고, 응용할 수 있는 자세를 확립한다.
2. 육색사고모자 기법으로 작품 평가
‣생각열기4
‣교사용 참고자료 5
감상할까?
(100분)
(9-10/10 차시)
3. TMI기법에 의한 작품을 평가하면서 합리적, 객관적 사고를 정립하 고, 작품에 대한 공감과 소통의 방법을 알게 된다.
4. 작품 제작 과정에서 성공의 기쁨을 느끼고, 창의력을 인정받으며 자신의 진로와 연결하여 생각해 본다.
- 생체모방 기술 관련 직업군 탐색해보기 - 환경 디자인 관련 직업군 탐색해보기 - 나의 아이디어를 특허 낼 수 있을까?
백색모-사실에 입각한 사고 흑색모-논리적, 부정적 사고 적색모-직관이나 감정에 의존 황색모-낙관적 긍정적 사고 청색모-조절과 통제, 사회자 녹색모- 새로운 아이디어를 생성
‣학생작품
‣특허청 들어가 보기
▢ 수행․관찰 평가 계획 평가
영역
평가
항목 우수(A) 보통(B) 미흡(C)
감성적 체험
집중과 끈기
과제에 대한 집중력이 좋 으며 과제를 끈기 있게 해 결함
과제에 대한 집중력은 있 으나 끈기가 부족함
과제에 대한 집중력과 끈 기가 부족함
호기심 과 자신감
새로운 내용을 배우고 싶 어 하며 융합적 과제를 해 결할 때 어려워하지 않고 적극적으로 참여함
새로운 내용에 대해 약간 의 흥미가 있으며 융합적 과제를 해결할 때 어려워 하지만 참여함
새로운 내용에 대해 흥미 가 거의 없으며 융합적 과 제를 해결할 때 어려워하 고 참여하지 않음
창의성
문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 두드러지게 나타남
문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 가끔씩 나타남
문제를 해결하는 과정에서 유창성, 융통성, 독창성, 정 교성이 거의 나타나지 않음
창의적 설계
해결방 안 및 계획
생체모방 기술을 다양한 방법으로 탐구하여 교실 온도 2도 낮추는 방법을 구체적으로 제시함
생체모방 기술을 다양하게 탐구하였으나 교실 온도 2 도 낮추는 방법 제시가 미 흡함
생체모방 기술 탐구와 교 실 온도 2도 낮추는 방법 제시가 미흡함
문제해 결 과정
교실 온도를 2도 낮추기 위한 구조적 설계가 명확 하고 과학적 원리를 적용 하였으며, 심미적으로 제작 함
구조적 설계와 과학적 원 리 적용, 심미적 제작 중에 서 어느 한 영역이 미흡함
구조적 설계와 과학적 원 리 적용, 심미적 제작 중 두 가지 영역이 미흡하여 제작의 완성도가 떨어짐
산출물 도출
생체학적·과학적·미학적인 산출물을 제작, 자신의 작 품 설명을 명확히 하며, 감 상자들과의 소통이 원할 함 - 3가지 영역을 충족함
생체학적·과학적·미학적인 산출물을 제작, 자신의 작 품 설명을 명확히 하며, 감 상자들과의 소통이 원할 함 - 2가지 영역을 충족함
생체학적·과학적·미학적인 산출물을 제작, 자신의 작 품 설명을 명확히 하며, 감 상자들과의 소통이 원할 함 - 1가지 영역을 충족함
총평
▢ 학생 자기/동료 평가 평가
방법
평가
영역 평가기준
평 가
상 중 하
자기 평가
감성적
체험 ◆ 즐거운 마음으로 활동에 참여하였는가?
창의적 설계
◆ 교실 온도 2도를 낮추 수 있는 방법이 타당하고 심미적인가?
◆ 생체모방 기술을 적절하게 적용하고 아이디어가 창의적인가?
◆ 여러 가지 학습적인 요소를 생각하기 위하여 노력하였는가?
동료 평가
감성적 체험
◆ 모둠별로 역할 분담이 잘 되었으며 협동적으로 활동이 이루어졌는 가?
▢ 모둠원 평가 기록지 : 전 과정 종료 후 실시 평가
영역 이름
감성적 체험 창의적 설계
총평 집중과
끈기
호기심
자신감 창의성 해결방안 및 계획
문제해 결 과정
산출물 도출
> 상황제시
①
[ 동영상 자료 ]
Ÿ 원더플사이언스
Ÿ ‘자연에서 배운다._생체공학’
- EBS 무료방송
Ÿ http://www.ebs.co.kr/replay/show?prodI d=561&lectId=3035638
②
[ 동영상자료 ]
Ÿ 생체모방이란 무엇인가?
Ÿ 서울대학교 생체모방 기술연구소 동영상
③
[ 동영상자료 ]
Ÿ 커리어 넷 탐방하여 직업군 살펴보기 Ÿ 전문가 인터뷰 시청
Ÿ http://www.career.go.kr/cnet/front/main /main.do
> 1~2 차시 학습 내용
활동 내용
▪ 동기유발
“생체모방 기술 전문가가 되어볼래?
“우리의 침통 교실을 시원하게 만들어 보자!”
► 동영상 시청
- ‘자연에서 배운다._생체공학’ EBS 무료방송
http://www.ebs.co.kr/replay/show?prodId=561&lectId=3035638 - 서울대학교 생체모방 기술 연구원 영상 시청
▪ 학습목표 확인하기
▪ 상황 제시하기
▪ brainwriting을 활용한 모둠 정하기-흥미에 따라 4인 1조 모둠 선정
▪ 커리어 넷 탐방하여 직업군 살펴보기(개인별 탐방) -http://www.career.go.kr/cnet/front/main/main.do
▪ 다음 토론을 보고 자신의 의견을 말해보자.
① 생체모방 기술 전문가가
되어볼래? 생체모방 기술 전문가를 찾아가서 진로 탐색에 대한 인
터뷰를 실시하여 미션을 받아온다.
② 동·식물의 온도에 대한 적응을 조사하고 생체모방 기술을 창안해 보자!
동·식물의 온도에 대한 적응을 조사하고 생체모방 기술에 적용한 사례를 탐구하여 나만의 온도 조절 생체모방 아 이디어를 발표해보자
③ 우리의 침통교실을 시원하게 만들어보자!
온도와 관련된 뉴스나 시사를 찾아서 시청하고 생체 모 방 기술을 활용한 문제 해결 방법을 토론한다.
‘찜통교실 어떻게 할 것인가?’ 2013년 8월 13일 국회의원회관 세미나실에서 교육용 전기요금 개선 을 위한 토론회를 열다.
▪ 다음 3가지 주제에 대하여 주제마다 2개의 모둠을 정하고 ICT활용 학습을 전개
▶ 주제 1. 온도에 대한 동·식물의 적응을 조사하고 생체모방 기술과 관련된 사례를 조사·수집한 다.-Thinking maps나 mind map을 사용한 지식 구조화
▶주제 2. 실내 온도를 낮출 수 있는 방법을 조사하여 동·식물과 관련지어 지식을 구조화 한 다.-Thinking Map 사용
▶주제 3. 생체모방 기술 관련 직업과 대학교 관련 학과를 조사하여 교과 지식과 연관 시켜본다.
▪ 조사·수집한 자료를 다음 시간에 발표하기 위하여 PTT로 제작한다.
- 토론의 기본 방법과 지켜야 될 규칙을 주지시킨다.
- 제시된 학습지는 정해진 시간 안에 마무리 하도록 주지시키고 정리가 미진한 모둠은 과제로 제시한다.
생각열기 1 ( )학년 ( )반 이름 ( )
▪ 다음 3가지 주제에 대하여 주제마다 2개의 모둠을 정하고 ICT활용을 통하여 탐색한다.
▶ 주제 1. 온도에 대한 동·식물의 적응을 조사하고 생체모방 기술과 관련된 사례를 조 사·수집한다.- Thinking map이나 mind map을 사용한 지식 구조화
<참고사이트> http://www.ebs.co.kr/replay/show?prodId=561&lectId=3035638
▶주제 2. 실내 온도를 낮출 수 있는 방법을 조사하여 동·식물과 관련지어 지식을 구조 화 한다.- Thinking map 사용
▶주제 3. 생체모방 기술 관련 직업과 대학교 관련 학과를 조사하여 교과 지식과 연 관 시켜본다.
<참고 사이트>
Citing URL :http://bric.postech.ac.kr/myboard/read.php?Board=news&id=61152
<조사 내용>
1. 온도와 생물 : 외부의 온도는 생물의 물질대사나 활동에 영향을 줌.
(1) 동물의 온도 적응
물질대사는 효소에 의해 조절. 효소의 작용은 온도에 민감하므로 생물은 온도의 영향 을 많이 받음.
• 온도가 낮아지면 물질대사 속도가 느려지고,
• 온도가 지나치게 높으면 효소를 구성하는 단백질이 변성되어 생명 활동이 정지되 기 때문.
• 생물이 생활하기에 적당한 온도 범위는 15~25℃이며, 이보다 온도가 낮거나 높으 면 여러가지 적응 현상을 나타냄
① 변온 동물의 겨울잠(동면): 변온 동물은 스스로 체온을 조절할 수 있는 능력이 없 기 때문에 겨울이 되면 온도 변화가 적은 땅속으로 들어가 겨울잠을 잔다.
② 정온 동물의 온도 적응
• 조류(깃털), 포유류(털)로 덮여 있어 체온 유지
• 베르그만의 법칙 : 추운 지방에 서식하는 동물일수록 몸집의 크기가 커짐 • 알렌의 법칙 : 추운 지방에 서식하는 동물일수록 몸의 말단부가 작아짐 ◎기온이 높은 지역으로 갈수록 여우의 몸집이 작아지고 신체 말단부가 커진다.
예) 북극여우, 온대여우, 사막여우
③ 계절형 : 계절에 따라 몸의 색이나 크기가 달라지는 현상
예) 호랑나비: 봄에 태어난 호랑나비는 여름에 태어난 것에 비해 색이 연하고 몸 집이 작다.
(2) 식물의 온도 적응
① 낙엽수 : 온도가 내려가는 겨울이 되면 엽록소가 파괴→ 단풍이 들고, 잎을 통한 열 손실 을 줄이기 위해 떨켜가 형성되어 잎이 떨어짐
② 상록수 : 잎의 큐티클 층이 두껍고, 온도가 내려가도 잎의 삼투압이 높아져 어는 것을 막 기 때문에 잎이 떨어지지 않은 상태에서도 겨울을 날 수 있다.
[ 온실기체 ]
지구의 대기 속에 존재하며, 땅에서 복사되는 에너지를 흡수함으로써 온실효과를 일으 키는 기체. 대표적인 온실기체에는 수증기, 이산화탄소, 메테인 등이 있음.
[증산 작용의 의의]
① 물 상승의 원동력: 물이 나무 꼭대기까지 상승할 수 있게 하는 주된 원동력
② 체내의 농도 조절: 수분량의 조절을 통하여 식물 체내 무기 양분의 농도를 조절
③ 체온 조절: 물이 증발할 때 필요한 기화열을 이용하여 체온을 조절
생각열기 2-1 ( )학년 ( )반 이름 ( )
▪ 생체모방 기술에 대한 탐구(구체적인 그림과 함께 글로 적으시오) 1. 생체모방과 그에 따른 적용 가능한 생체모방 기술을 조사한다.
<생체모방 명품 7선>
1. 풍뎅이 무인 비행기
- 주머니 속에 넣어두었다가 꺼내서 사용할 수 있는 무인 초소형 비행기. 박훈철 교수 는 장수풍뎅이를 모방해서 무게 10g 안팎의 초소형 무인 비행기를 개발 했다. 평소에는 접혀 있다가 날라갈 때 펴지는 날개의 모습을 보고 고안하였다. 이 비행체로 미국 특허 를 받았다.
2. 깃털자동차
- 새처럼 가볍게 공기저항을 줄인다. 자동차의 유동저항을 줄인다면 연료도 크게 줄일 수 있다. 최해천교수팀이 자동차의 뒷면에 새의 깃털모양을 한 장치를 달면 유동 저항 을 줄일 수 있다고 고안 하였다. 이것이 자동차의 수동으로 움직여 주는 PMD장치이다.
실제로 미국과 GM자동차 회사와 함께 연구 중이다.
3. 날치비행기
- 날치는 수면 위를 40초 동안 시속 70km로 400m까지 한 번에 날 수 있다. 2010년 최해천교수팀이 영국과학 학술지에 밝혔다. 날치의 가슴지느러미 아래에 달려 있는 뼛 살이 양력을 약 25% 가량 높인다는 것을 밝히고 항공기가 이착륙하는데 응용하는 것을 고안했다.
생각열기 2-2 ( )학년 ( )반 이름 ( )
▪ 생체모방 기술에 대한 탐구(구체적인 그림과 함께 글로 적으시오) 1. 생체모방과 그에 따른 적용 가능한 생체모방 기술을 조사한다.
4. 딱정벌레의 물주머니
- 땅 속에 인공 오아시스를 만든다. 아프리카 나미브 사막에 사는 딱정벌레는 등에 큐 티클층(각질층)이 있다. 공기에 있는 수분을 등에 물방울로 맺히게 한 뒤 입으로 굴러 마신다. 1년 강수량이 10mm밖에 되지 않는 세계에서 가장 건조한 땅에 살기 위한 사막 딱정벌레만의 비법이다. 이 구조를 이용하면 공기 중 수증기를 이용하여 물을 만들 수 있다. 호주의 디자이너 에드워드 리나커가 제작한 에어드롭(airdrop)은 땅 속에 묻힌 파 이프로 수증기를 모은다. 땅 속의 온도가 낮기 때문에 파이프 속의 수증기만 이슬방울 형태로 맺힌다. 이를 지하에서 땅 속으로 공급하면 농작물의 뿌리가 물을 흡수할 수 있 다.
5. 연잎 반도체
- 연잎 표면은 눈에 보이지 않는 작은 돌기가 무수히 나 있다. 이 덕분에 물방울과 바 닥면의 각도가 150도가 넘는다. 일반적으로 60도가 넘으면 물을 튕겨 내는 성질인 수소 성이 크다고 한다. 이러한 ‘초수소성’ 때문에 물속에서도 젖지 않는 비 휘발성 메모리 소자를 만들었다.
6. 거미줄 방탄조끼
- 거미줄의 비밀은 나노 구조이다. 선과 블록의 나노 구조 배열은 엄청나게 질긴 거 미줄을 만들어 낸다. 거미줄의 배열 구조에 착안하여 거미줄 보다 6배나 질긴 섬유를 개발하는데 성공 하였다. 이 것으로 방탄조끼나 탄소튜브, 인공 뼈 근육 등을 만든다.
7. 딱정벌레 _ 도마뱀 _ 잠자리
- 누구의 접착제가 가장 강할까? 생체모방 공학으로 탄생한 아이디어 중 가장 접하 기 쉬운 ‘ 찍찍이’가 있다. 게코도마뱀의 발바닥에는 50~100마이크로미터 크기의 섬모가 촘촘히 나있다. 게코도마뱀의 발바닥을 모방해서 만든 접착 재료가 딱정벌레로 확대되 었다. 딱정벌레의 날개와 몸통이 붙는 부위를 이용해서 더 강력한 접착제를 발견했다.
출처 : http://microsystems.mju.ac.kr/1875
참고자료 1
생체모방기술 전문가 강의
출처 : 전문가 강의 동영상-생체모방 기술 (생체모방 유동제어)
서울대학교 생체모방 기술 연구소 연구원
생체모방 유동 제어란 무엇인가?
공기나 물의 흐름을 내가 원하는 방향으로 제어하는 것이 유동 제어이다. 예전에는 골프공이 매끈하였는 데, 골프공의 표면을 거칠게 하였더니 공기의 저항을 줄여서 멀리 나갈 수 있었다.이것을 거북이의 등딱지 의 홈을 이용해서 생체모방 유동제어를 이룰 수 있다.
날치가 물 위를 한번에 400m정도를 난다. 날치의 가 슴지느러미에는 가는 뼈대와 얇은 막이 있었다. 날치 의 뛰어난 비행 능력을 조사하였더니 날치의 날개에 붉은색 뼈대가 비행 성능을 향상시켜 주었다.
<그 외 다른 전문가들 인터뷰>
미세한 홈 구조를 가지고 있는 상어의 피부는 수중 유체저항을 10% 가량 줄이는 효과를 가지고 있다. 살아 있는 자연은 견고한 재료와 완벽한 통신시스템, 고감도 센서 생산에도 세계 최고라고 한다. 생체모방 기술은 경제적으로 에너지 소모를 최소화 시키면서도 생태적 폐기물을 완전히 자 연 순환과정에 환원 시킨다. 생명 공학이 생물학과 화학의 경계영역을 기술적으로 이용한 것이라 면 Bionik은 생물학과 물리학의 간극을 기술적으로 좁히고, 두 분야를 융합해 기술혁신에 활용하려 는 것이다. Bionik은 생물 모델을 그대로 1:1 모방하는 또는 복사하는 것이 아니라 간학문적 접근 을 통해 이 새로운 연구 방법론이 제공하는 혁신 잠재력을 이용하는 것이다.
출처: http://bric.postech.ac.kr/myboard/read.php?Board=news&id=61152
생체모방기술의 개념과 활용
출처 : 아카데미 서적 <환경과학 대 사전>
생체모방기술이란 생물체가 갖고 있는 다양한 기능을 인위적으로 모방하여 이용하는 기술을 의미 한다. 인류는 현재까지 생체의 기능을 이용한 여러 가지 기계를 제작한 바 있다. 예를 들면NC기계 나 로봇 등 바로 인간의 기능을 대행한 것이라고 할 수 있다. 그러나 이러한 인간의 개체로서의 외형적 모방기술이 아니고, 최근에는 생체에 있는 보다 미세한 세포 효소단백질, 펩티드의 기능에 서 배운 연구개발이 발달하고 있다. 대표적인 예는 인공효소의 개발이다. 효소는 보통 상온에서 작 용하는데, 이것을 고온고압에서 작용할 수 있지 않겠느냐 하는 연구가 있다. 또 인공적인 화합물로 서 효소와 같은 반응을 촉매하는 물질을 제작하려는 연구도 활발하게 진행되고 있다. 단백질의 경 우 1개가 수 옹스트롬 크기의 아미노산잔기로서 반응기 위치를 조정하지 않으면 안 되는 것에 대 해, 화학합성법에서는 임의의 위치에 반응기가 있게 하는 것이 용이하다. 화학합성법의 발달은 단 백질공학의 경쟁상대가 될 가능성도 있다. 또 제5세대 컴퓨터로서는 인간의 사고과정, 언어체계 등 의 이용을 고려하고 있다. 이 밖에 혈액을 대체하는 인공혈액과 인공신장, 인공심장, 인공골격, 인 공혈관 등의 인공장기도 생체모방기술이라 할 수 있다.
북극곰의 털은 왜 흰색일까?
출처 : blog.naver.com/emsibt/140027457654(본문)
북극곰은 얼음덩어리가 둥둥 떠다니는 북극 알래스카 의 최북단에서만 서식한다. 북극곰은 이렇게 혹독한 북극의 추위에서 어떻게 온기를 유지할까?
북극곰의 상징인 하얀 털은 주변 환경과 어우러져 보 호색의 기능을 하는데 그 하얀 털 바로 아래에는 검 정색 피부막이 있다. 검정 피부막은 태양에서 열을 흡 수해서 온기를 유지하도록 해준다.
또한 북극곰은 다른 어떤 동물과도 다른 털가죽을 가 지고 있다. 온기를 유지하기 위해서 몸 가까이에는 두 꺼운 털가죽 층을 가지고 있으며, 항상 꼿꼿하게 서있 는 길고 속이 텅 빈 보호용 체모도 가지고 있다. 이 보호용 체모는 플라스틱 빨대처럼 보이는데 북극곰이 차가운 북극해에서 수영하는 동안 털이 엉키는 것을 막아준다.
◎ 나의 적성과 진로 탐색하기
출처 : http://www.career.go.kr/cnet/front/main/main.do
학생들 미래 직업의 세계, 진로 심리검사, 진로 상담과 함께 다양한 진료 교육 자료 가 있어서 학생들에게 자신의 재능과 흥 미를 바탕으로 미래의 직업을 꿈꿀 수 있 도록 도움을 주는 사이트이다. 학교에서 사용을 권장하는 사이트이다.
> 3~4 차시 학습 내용
내용
▪ 변온 동물은 어떤 특성이 있으며 겨울잠을 자는 이유는 무엇일까?
▪ 가을에 단풍이 드는 이유는 무엇일까?
▪ 숲이나 식물원에서 식물들이 바람에 흔들리는 영상을 보여주며 어떠한 느낌이 드는지, 그러한 이유가 무엇 인지 자유롭게 발표
▪ 그림 자료 활용
▪ 학습 목표 확인하기
▪ 온도에 대한 동물의 적응 이해하기<생각 열기 2>
▶ 변온동물의 겨울잠, 정온동물의 온도 적응 (깃털, 털, 몸집과 말단의 크기)
▪ 온도에 대한 식물의 적응
- 낙엽수의 온도 적응, 상록수의 온도 적응 - 식물의 증산작용
- 식물체 내의 물을 수증기의 형태로 잎의 뒷면에 있는 기공을 통해 밖으로 방출시키는 과정(수증 기 내뿜으면 주변 기온 떨어뜨림-흡열반응)
- 증산작용의 조절-기공의 개폐
- 증산작용에 영향을 주는 요인-햇빛이 강할수록, 온도가 높을수록, 바람이 불수록, 습도가 낮을수 록, 체내 수분량이 많을수록 활발
- 물 상승의 원동력, 체내의 농도 조절, 체온조절
▪ 아프리카 대륙의 사하라 사막 남쪽 지역에 서식하는 아프리카 흰개미집을 본 딴 이스트 하우스 소개
- 흰개미집의 구조와 특징 조사, 흰개미집의 온도조절 방법에 대해서 조사
▪ 홍채의 빛의 양 조절을 이용한 프랑스 파리에 세운 아랍세계 연구소 소개 - 홍채의 빛의 양 조절 원리 조사
▪ 동물의 땀 배출 원리 이용 스프링클러 소개 - 동물의 땀 배출 원리 조사
▪ 온도에 대한 동 ․ 식물의 적응
▪ 차시예고 : 열의 이동 방법의 원리를 알아보자
▪ 모둠별 과제활동 - 생체모방을 통해 창의적 아이디어로 교실의 온도를 낮추는 방법 탐구하기 (전문가의 의 견을 구해 실현가능 여부까지 조사)
생각열기 3 ( )학년 ( )반 이름 ( )
온도 조절 전략을 가진 동식물
◎ 온도 조절 전략을 가진 동식물을 조사하면서 알게 된 과학적 사실이나 생체모방 기술은 무엇인지 적어 보자.
(조사 내용)
(채○○, 황○○)
참고자료 2-1
출처 : 수업 자료(학습지)
1. 생체모방과 그에 따른 적용 가능한 생체모방 기술을 조사한다. (윤○○, 김○○, 이○○)
참고자료 2-2
출처 : 수업 자료(학습지)
1. 생체모방과 그에 따른 적용 가능한 생체모방 기술을 조사한다. (채○○,황○○) (윤○○, 김○○, 이○○)
> 5~6 차시 학습 내용
내용
▪ 한여름 더위를 이기는 자신만의 방법을 자유롭게 이야기 해 본다.
▪ 동영상 “열의 이동송”을 찾아서 시청한다.
▪ 학습목표 확인하기
▪ 열과 온도의 관계 이해하기
- 온도, 온도의 종류, 열에너지, 열의 이동, 열평형 상태
▪ 열의 이동 방법(전도, 대류, 복사) 이해하기
▪ 열의 이동 방법을 이용한 사례를 실생활에서 찾아보기
- 오븐용 장갑, 에어로젤, 온돌, 이중창, 전기히터, 보온병의 원리
▪ 물질의 상태 변화 시 열의 출입에 대해 알고 일상생활에서 잠열을 이용한 사례를 찾아 설명하기 - 열을 흡수하는 경우 : 융해, 기화, 승화, 열을 방출하는 경우 : 응고, 액화, 승화,
- 땀이 마를 때 시원해짐, 드라이아이스 주변이 시원함. 이글루 안에 물을 뿌리면 온도가 상승함 ▪ 조상들이 더위를 이겨낸 방법을 찾아보고 과학적 원리를 발표한다.
-삼베옷, 대나무 부채, 죽부인, 석빙고, 배산임수형 남향 집구조 등 -석빙고의 구조를 그리고 과학적 원리를 찾아낸다.
▪ 생체모방을 통해 교실의 온도를 낮추는 방법에 대해서 자유롭게 탐색하고 토론하여 모둠별 기본 설계도를 그린다.
- thinking map 사용 <생각 펼치기 4>
가능한 모든 아이디어를 제안할 수 있도록 자유로운 분위기를 조성한다. 제한된 시간 내에 기본 설계도를 그릴 수 있도록 미리 시간을 공지한다.
생각 열기 4 ( )학년 ( )반 이름 ( )
▪ 다음 4가지 주제에 대하여 주제마다 모둠을 정하고 ICT활용을 통하여 탐색한다.
▶ 전도, 대류, 복사에 의한 열의 이동 현상을 이용한 사례를 실생활에서 찾아본다.
▶ 물질의 상태 변화 시 열의 출입에 대해 알고 일상생활에서 잠열을 이용한 예를 찾아보자.
▶ 석빙고의 구조를 그리고 과학적 원리를 찾아보자.
▶ 배산임수형 남향 집 구조로 된 전통 가옥인 한옥이 여름철에 시원한 이유를 찾아보자.
(조사 내용)
<상태 변화에 따른 열에너지 이용>
(1) 고체와 액체 사이의 변화
① 융해열로 일어나는 현상
· 얼음 조각상 주변에 가면 시원해진다.
· 아이스크림을 먹으면 입안이 시원해진다.
· 아이스박스 속의 얼음은 녹지만 보관된 과일이 시원해진다.
② 응고열로 일어나는 현상
· 손난로 속의 액체가 굳으면서 손이 따뜻해진다.
· 오렌지 농장에서는 물을 뿌려 냉해를 방지한다.
· 얼음집(이글루)에 사는 사람들은 물을 뿌려서 추위를 이긴다.
(2) 액체와 기체 사이의 상태 변화
① 기화열로 일어나는 현상
· 분수 근처를 지나면 시원함을 느낀다.
· 더운 여름철 개는 혀를 내밀어 체온을 식힌다.
· 스팀 다리미를 옷감에 직접 대고 다려도 옷감이 타지 않는다.
② 액화열로 일어나는 현상
· 냉장고 뒤편이 응축기에서는 열이 발생한다.
· 여름철 소나기가 내리기 전에 기온이 더 올라간다.
· 가열된 수증기가 액화되면서 방출하는 열을 난방에 사용한다.
(3) 고체와 기체 사이의 상태 변화
① 승화열을 흡수하는 경우
· 아이스크림을 포장할 때 드라이아이스를 함께 넣어 포장한다.
② 승화열을 방출하는 경우
· 겨울철 눈이 내릴 때 포근함을 느낀다.
<석빙고의 원리>
석빙고 하나에도 공기대류의 원리와 열전달율, 단열효과, 경사빗면의 원리, 태양열복사 등 아주 다양한 과학적 비밀이 숨어있다. 자세히 알아보면 석빙고의 얼음 저장은 두 단계로 나뉜다. 얼음 저장에 앞서 겨울 내내 내부를 냉각시키는 단계와 얼음을 넣은 뒤 7,8개월 동안 차갑게 유지하는 단계. 석빙고 내부를 미리 차갑게 만들어놓는 것은 얼음 저장에 있어 가장 기본적인 작업이다. 경 주 석빙고의 겨울철 내부 온도는 평균 영하 0.5도~영상 2도이다. 보통 지하실 내부가 15도 안팎 이라는 사실과 비교해보면 석빙고 내부가 얼마나 차가운지를 쉽게 알 수 있습니다. 왜 이렇게 냉 각이 잘 되었을까. 석빙고 출입문 옆에 세로로 붙어 있는 날개벽 덕분이다. 겨울 찬바람은 이 날 개벽에 부딪히면서 소용돌이로 변하고 그로 인해 더욱 빠르고 힘차게 내부 깊은 곳까지 밀려들어 간다. 다음은 얼음 저장 이후. 봄이 지나고 여름이 되어도 얼음은 정말 녹지 않았을까. 물론 녹기 는 했지만 미미한 정도였다. 어떻게 찬 기운을 유지할 수 있었을까. 절묘한 천장 구조를 살펴보 면. 화강암 천장은 1～2m의 간격을 두고 4,5개의 아치형으로 만들어져 있다. 각각의 아치형 천장 사이는 움푹 들어간 빈 공간으로 되어있는데 이것이 바로 비밀의 핵심이다. 내부의 더운 공기를 가두어 밖으로 빼내는 일종의 에어포켓인 셈이다. 얼음을 저장하고 나면 내부 공기는 미세하지만 조금씩 더워진다. 여름에 얼음을 꺼내기 위해 수시로 문을 열어야 하니 더욱 그러하다. 더운 공기 는 위로 뜨고. 이 더운 공기는 뜨는 순간 에어포켓에 갇혀 꼼짝할 수 없게 된다. 그리고 에어포켓 위쪽의 환기구를 통해 밖으로 빠져나가도록 했다. 또한 얼음에 치명적인 습기와 물을 제거하기 위한 바닥 배수로, 빗물 침수를 막기 위한 석회와 진흙 방수층, 얼음과 벽 천장 사이에 채워 넣는 밀짚 왕겨 톱밥 등의 단열재, 햇빛을 흐트러뜨려 열전달을 방해하는 외부의 잔디 등등. 그러나 이 완벽함도 겨울 날씨가 추워야만 한다. 얼음이 제대로 얼지 않으면 석빙고는 무용지물에 불과하기 때문이다. 옛사람들은 그래서 겨울 날씨가 포근할 때면 추위를 기원하는 기한제(祈寒祭)를 올리곤 했다. 이것을 다시 정리하면 다음과 같다.
1. 바람닫이 출입구 돌 벽(날개벽) : 출입구 옆의 돌 벽은 바람받이 역할을 해서 겨울철에 찬 공 기가 유입되도록 설계가 되어져 있다.
2. 천장 구조 : 화강암의 천장은 1-2 미터의 간격을 두고 4.5개의 아치형 모양으로 만들어져 그 사이에는 움푹 들어간 빈 공간이 있는데. 이곳이 바로 내부의 더운 공기를 빼내는 일종의 에어포 켓입니다. 열이 교환되는 걸 방해해서 더운 공기를 가두어 주는 역할을 한다.
3. 환기구 : 위쪽에 설치된 환기구는 에어포켓에 갇힌 더운 공기를 밖으로 빼내는데. 이것은 바로 더운 공기는 위로 뜬다는 사실을 이용한 것이다.
4. 배수로 : 경사지게 만들어 물의 배수가 용이하게 만들었다.
5. 방수층 : 빗물을 막기 위하여 석빙고 외부에 석회와 진흙으로 방수층을 만들었다.
6.단열재 : 얼음과 벽 및 천장 틈 사이에는 밀집, 왕겨, 톱밥 등을 단열재로 채워 넣어 외부열기를 차단하였다.
7.외부의 잔디 : 외부의 잔디는 햇빛을 흐트러뜨려 열전달을 방해하는 효과가 있어 석빙고의 얼음 은 한여름에도 거의 녹지 않고 견딜 수 있었다.
8. 재질 : 내부는 화강암으로 열전달율이 높고 반대로 외부는 진흙 등을 이용해 열전달율이 낮습 니다. 외부의 더운 공기가 전달되는 건 막 구 내부의 찬 공기는 계속 유지되도록 하였다. 얼음이 녹을때 기화열이 필요로 한다. 상대적으로 주변온도는 더 낮아진다. 그럼 차가워진 공기는 빠르게 내부에 전달되어 계속 시원할 수 있다.
참고자료 4_1
출처 Thinking Maps : Path to proficiency for English Language Learners, Training Manual in 3-ring binder format
◉ Thinking map기법
미국의 알버트 업튼 박사가 개발하고, 1988년 하이엘에 의해 고안된 시각 언어이다. 통합적 사고 기능과 다양한 사고 과정을 도표화 하는 기술이다, 인간의 뇌는 패턴을 좋아하고 사물들이 의미 없 이 나열되었을 때 인간의 뇌는 빠른 속도로 규칙성을 찾게 되며 뇌가 발견한 규칙성이 일반화 되 면 학습자는 다양한 상황에서 이를 적용할 수 있다. 8가지 생각하는 지도로 구성되어 있으며 모든 교과에서 적용할 수 있는 사고력 증진 프로그램이다.
정의하기 Circle Map
분류, 구분하기 Tree Map
표현하기 Bubble Map
비교, 대비하기 Double Bubble
Map
사건의 순서 Flow Map
원인과 결과 알기 Multi-Flow Map
전체에서 부분으로 세분화하기 Brace Map
Bridge Map 관계 표현하기
출처 : 학생 작품
생각 펼치기 5. ( )학년 ( )반 이름 ( ) 모둠 이름( )
◉ 우리 교실 온도 2도 낮추기를 위한 생체모방 기술 T
hinking map
◉ 생체모방을 통해 교실의 온도를 낮추는 방법에 대해서 자유롭게 탐색하고 토론하여 모둠별 기본 설계도를 그린다.
➀ 생체모방 기술 탐구 (구조도) ➁ 설계하기
> 7~8 차시 학습 내용
활동 내용
▪ 동기유발
► 생체모방 건축 및 작품을 감상하고 느낀 점을 이야기한다.
▪ 전시학습 확인
- 동료들의 thinkmap이나 mindmap을 벽에 붙여 놓고 4분정도 살펴보면서 감상한다. 자신의 아이 디어와 비교해본다. <생각 다지기5>
▪ 학습목표 확인하기
▪ 전시 학습지 발표 및 토론
- 동료들의 thinkmap이나 mindmap의 발표를 보고 들으면서 포스트잇에 적 어서 작품에 붙여준다.
< 아이디어의 장점(P), 단점(M), 흥미로운 점(I)을 따져 본 후에 그 아이디어를 평가하여 작품에 붙 여준다. - 발표자는 자신의 아이디어 평가를 수렴하여 실현 가능한 아이디어로 수정한다.>
▪ 디자인 발상하기(heartstoming과 brainstoming, mindmap기법 사용) <우리교실 온도 2도 낮추기>
P M I
▪ 모둠별 heartstoming과 brainstoming을 통하여 주제 정하기
▪ 아이디어 스케치를 통해 구상한 것을 시각적으로 표현 - 간단한 러프스케치를 2~3장정도 그려본다.
- 모둠별로 가장 잘된 아이디어를 선택하여 역할을 분담한다.
- 미술실에 있는 재료를 사용하여 제작한다.
▪ 미완성 작품은 역할별로 책임을 지고 어느 정도 마무리해 오도록 한다.
- 발표하는 자세를 설명하고 평가 시에는 근거를 제시하여 객관적으로 평가하며, 감정적 평가를 하여 마음의 상처를 주지 않도록 주의를 준다.
- 자신이 분담한 작품은 정해진 시간 안에 마무리 하도록 주지시키고 정리가 미진한 모둠은 과제로 제시한다.
- 도구의 사용 시에 열선 커터기는 화상을 입지 않도록 주지시키고, 칼 사용과 글루건 사용 시에도 유의 사 항을 안내한다.
