고등학교 기후 변화
인사말
앞으로 다가오는 여러 가지 글로벌 문제를 해결할 수 있는 역량을 함양시키기 위한 목 적으로 개발한 융합인재교육(STEAM) 자료입 니다. 기후변화라는 글로벌 주제를 이용해 고등학교 융합인재교육 (STEAM) 프로그램을 개발하였으며, 10차시로 이루어진 이 교재는 모든 학교현장에서 학생들뿐만 아니라 선생 님들께도 과학에 대한 흥미와 관심을 줄 수 있는 교수-학습 자료가 되길 희망합니다.
대표저자: 박영신 2013년 1월
✐ 이 책을 읽는 방법
1. 프로젝트의 개요: 전반적인 어떤 내용으로 구성되어 있는지를 기술
2. 프로젝트 목표: 지식개념습득의 Contents-ON, 과학-공학적 실험기능을 포함한 Hands-ON, 증거를 들어 주장이나 설명을 형성하는 사고과정을 목표로 하는 Minds-ON, 그리고 과학의 본성, 공학의 윤리, 그 외에도 과학에 대한 태도 및 과학과 기술과 사회의 관계를 이해하는 여러 가지의 감성적 체험을 표현하는 Hearts-ON으로 학습목표를 제시
3. STEAM 요소: 학습하게 되는 수업내용을 과학, 기술, 공학, 인문(예술포함), 수학의 요소로 분 석하여 제시
4. STEAM 단계: 10차시에 걸친 기후변화 내용을 상황제시, 창의적 설계, 그리고 감성적 체험으 로 분석하여 제시
5. 프로젝트 수업 흐름도: 위의 STEAM 단계에 따라 해당되는 차시와 STEAM 요소를 연계 6. 교육과정 연계: 초등 저학년에 기후변화를 연계할 때 가능한 교육과정 내용 소개 7. 차시별 상세 계획안: 차시개요, 교수학습 과정안, 수업자료 및 활동지 포함
8. 현장적용 결과: 현장 적용 시 고려사항 또는 참고사항, 앱 (App)교사용 매뉴얼이 포함
* 마지막으로 수업 적용한 활동사진과 참고문헌이 마지막에 제시되어 있음 수업에 필요한 ppt를 포함한 자료 소재: http://chosun.myetrayz.net:8080/
아이디: climate_4 비밀번호: custeam4
10차시
교사용
이산화탄소를 줄일 수 있을까요?
01 이산화탄소 플라스틱이 무엇일까요? 12
02 기후가 변하면 어떻게 될까요? 17
03 우리지역의 기후가 변했나요? 22
04 왜 온실 효과라고 부를까요?(1) 27
05 왜 온실 효과라고 부를까요?(2) 27
06 이산화탄소는 온실기체일까요? 34
07 온실기체의 특징은 무엇일까요? 39
08 미세조류란 무엇일까요? 48
09 이산화탄소 감축 장치 만들기 54
제목 : 이산화탄소를 줄일 수 있을까요?
1. 프로젝트 개요
이산화탄소 감축과 관련된 첨단기술로서 이산화탄소 플라스틱의 원리를 이해한다. 이 기술이 필요하게 된 배경을 학생들이 직접 조사하면서 기후 변화의 심각성과 기후변화에 대한 국가적 이해관계를 파악한다.
기후변화의 과학적 과정을 이해하기 위한 창의적 활동으로서 온실효과 재현 키트, 온실효과의 수학적 모 델 구성, 우리나라 기후변화의 실제를 엑셀로 구성하기 등을 체험한다. 또한, 이산화탄소 감축을 통해 기 후변화를 조절하기 위한 방안으로서 녹조류 활용 키트를 제작해 보고, 그 실효성을 토의한다. 이 활동들을 모두 종합하여 기후변화와 관련된 전 세계적 협력과 노력이 필요함을 이해한다.
2. 프로젝트 목표
￭ 지식(Contents-ON) - 온실 효과의 기본 원리를 이해하고, 이산화탄소를 비롯한 온실 기체들이 지구 온난화에 미치는 영향을 파악할 수 있다.
- 미세조류의 광합성 과정, 석유화학 기술의 이산화탄소 활용 등 다양한 방법으 로 대기 중 이산화탄소량을 줄일 수 있음을 이해한다.
￭ 실험기능(Hands-ON) - 기온과 강수량의 장기적 데이터를 수학적으로 변환하여 기후의 변화 경향을 분석할 수 있다.
- 온실 효과를 나타내는 물질의 복사 특성을 비교하기 위한 다양한 가설을 수립 하고, 이를 실험으로 검증할 수 있다.
- 미세조류의 광합성으로 이산화탄소를 줄이는 이산화탄소 감축 장치를 직접 조 립하고 조작할 수 있다.
￭ 사고기능(Minds-ON) - 이산화탄소 감축 기술이 국제적으로 중요한 이슈가 된 배경으로 기후 변화에 대응하기 위한 국가적, 정치경제적, 과학기술적 요구가 반영되어 있음을 이해 한다.
- 온실 효과를 나타내는 물질의 특성을 추리하여 온실 효과에 반영된 에너지 복 사의 원리를 도출해 낼 수 있다.
- 이산화탄소를 비롯한 온실 기체들의 대기 복사적 특징을 수학적으로 유추할 수 있다.
￭ 감성적 체험(Hearts-ON) - 미세조류를 이용한 이산화탄소 감축 장치를 조작하여 이산화탄소를 절감하는 기술을 체험할 수 있다.
- 자신의 일상생활의 행동이 이산화탄소를 얼마나 배출하는지 측정하여 생활 속 의 지구온난화 방지 대책을 마련할 수 있다.
3. STEAM 요소
￭
이산화탄소를 비롯한 온실 기체들의 적외선 에너지 선택 흡수에 의한 온실 효과가 지구온난화 의 주된 요인임을 다양한 과학 탐구의 과정을 수행하여 이해한다.
￭
이산화탄소 플라스틱이라는 첨단 기술을 소재로 기후 변화의 중요성을 이해하게 한다.
필름을 이용한 온실, 기체를 주입한 온실을 직접 제작하여 각각의 기술적 방법이 온실 효과에 미치는 영향을 파악하게 한다.
이산화탄소 감축 장치를 적절히 조립하는 기술적 활동을 수행하여 미세조류의 이산화탄소 감 축 활동을 체험한다.
￭
필름, 종이, 비닐, 기체를 이용하여 온실 효과를 효과적으로 표현할 수 있는 온실을 설계하기.
미세조류의 광합성으로 이산화탄소를 감축시킬 수 있는 이산화탄소 감축 장치를 설계하고 작 동하여 원리를 파악하기.
￭
국산 기술의 경제적, 외교적, 사회적 효과 토의하기.
실험 결과를 예상하고, 결과를 비교하여 가장 설득력 있는 결론을 도출하기 위한 토의 활동.
이산화탄소 감축 장치의 외적인 미관을 고려하여 설계하고 조립하기.
￭
우리 지역의 기후 요소를 엑셀로 변환하여 데이터의 변화 경향을 파악하기.
지구의 복사 평형과 대기의 선택적 에너지 흡수 과정을 수학식으로 표현하여 계산하기.
4. STEAM 단계
- 이산화탄소 플라스틱의 효율적인 생산 기술을 알아낸 것이 왜 우리나라 경제 에 중요한 이슈가 되는가? 이를 계기로 기후 변화에 적절하게 대응하는 것이 어떤 의미가 있는지 인식한다.
- 최근에 발생한 이상 기상 현상을 기후 변화와 연관시켜 설명하고, 우리 지역 과 우리나라의 기후 변화의 실제적인 모습과 지구 온난화의 원인으로 제기되 는 요인들의 작동 과정을 파악해 보려는 문제의식을 갖는다.
- 장기간에 걸친 기상 요소(기온/강수량)의 자료를 분석, 계산하여 기후의 변화 경향을 수학적으로 표현하여 기후 변화를 인식한다.
- 열 흡수 필름을 이용하여 만든 온실과 투명한 필름으로 만든 온실의 차이점을 비교하여 온실 효과가 무엇인지, 왜 온실 효과라고 하는지 이해한다. 또한, 온 실에서 온실 효과가 나타나는 원인을 추리하여 온실 효과를 내는 물질은 어떤 특성을 가져야 하는지 탐색할 수 있다.
- 기체에 의한 온실 효과를 재현해 보고, 이산화탄소가 중요한 온실 기체임을 이해한다.
- 지구 대기의 복사 평형 과정을 수학적으로 해석하여 온실 기체들이 공통적으 로 나타내는 선택적 에너지 흡수 현상을 이해할 수 있다.
- 이산화탄소 포집 및 저장 기술에 대한 예로써 미생물을 이용한 이산화탄소 소 비 기술의 원리를 이해한다.
- 이산화탄소 감축 장치를 조립하고 작동시켜 보고, 녹조류의 광합성을 이용하 여 이산화탄소를 줄일 수 있음을 이해한다.
- 생활 속에서 이산화탄소 발생량을 줄이기 위한 실천 방안을 모색해 본다.
이슈: 기후변화
주제: 이산화탄소를 줄일 수 있을까요?
상황 제시
1차시
이산화탄소 플라스틱이 무 엇일까요?
- 이산화탄소 플라스틱 생 산 기술이 중요한 이유 토의
- 기후변화와 이산화탄소 감축에 대해 알고 싶은 내용 선정하기
2차시
기후가 변하면 어떻게 될까 요?
- 기온/강수량의 변화로 발 생하는 기상 현상에 대한 마인드 맵 그리기
- 최근의 이상 기상현상 검 색하기
- 이상 기후 및 기후 변화 의 원인에 대해 탐색하기
3차시
우리 지역의 기후가 변했 나요?
- 기상청에서 기온/강수 량의 실측 데이터 검색 하기
- 기온/강수량 데이터를 엑셀로 변환하여 수학 적으로 계산하기 - 자료를 변환하여 기온/
강수량 변화의 양상을 설명하기
<STEAM 요소> <STEAM 요소> <STEAM 요소>
온실 효과의 의미
기상과 기후 지구 온난화
플라스틱 제조 기술 우리 지역의 기후 요소
마인드 맵 그리기 국산 기술의 경제적 효과
이해
데이터를 차트로 변환하 기
창의적 설계
4차시
왜 온실효과라고 부를까요(1)?
- 열흡수 필름으 로 만든 온실과 투 명 필 름 으 로 만든 온실의 기 온 변화 실험 - 두 온실의 에너
지 복사 현상의 차이점 토의
5차시
왜 온실효과라고 부를까요(2)?
- 열흡수 필름 온 실의 에너지 복 사에 대한 가설 세우기
- 가설 검증하기 위한 실험 설계 하기
- 여러 가지 재료 를 이용한 실험 수행
- 가설 검증하기
6차시
이산화탄소는 온실기체일까요?
- 이산화탄소, 수 증기, 건조공기, 에어로졸 등 실 제 기체를 이용 하여 온실 효과 실험하기
- 이산화탄소가 중요한 온실 기 체임을 알아낸 다.
7차시
온실기체의 특징은 무엇일까요?
- 지구의 복사 평형 과정을 수학적으로 분 석하기
- 현재와 같은 지 구 온 난 화 를 유발하는 온실 기체의 선택흡 수를 수학적으 로 검증하기
<STEAM 요소> <STEAM 요소> <STEAM 요소> <STEAM 요소>
온실효과 실험 예상 및 결과 추리
가설 설정 및 검 증
온실 효과의 원 리 실험
온실 효과와대 기의 선택 흡수 이해
온실기체의 특성
5. 프로젝트 수업 흐름도
온실의 구조 설 계하기
온실 효과 발생 물질의 특성을 알아보기 위한 실험 수행
온실기체의 온실 효과 실험 설계 하기
지구 복사 평형 과정을 수학식 으로 정리하기 필름의 특성 토
의하기
다양한 재료를 사용하여 협력 적인 온실 만들 기
실험결과 예상, 검 증을 위한 토의 활동 수행
온실 내 온도 변 화 자료 변환하 기
온실 내 온도 변 화 자료 변환하 기
온실 내 온도 변 화 자료 변환하 기
창의적 설계
8차시
미세조류란 무엇일까요?
- 미세조류 조사 발표
- 미세조류(녹조류)의 특징 이해하기
- 미세조류를 이용한 바이오 디젤 생산 과정 이 이산화탄소를 소비할 수 있음을 인식
9차시
이산화탄소 감축 장치 만들기
- 녹조류의 광합성을 이용한 이산화탄소 감 축 장치 조립하기
- 이산화탄소 감축 장치를 적절히 작동시키 기
- 녹조류로 이산화탄소를 소비하고 기후변화 를 완화시키는 과정을 체험
<STEAM 요소> <STEAM 요소>
미세조류의 특징 이해 미세조류의 광합성 및 산염기 지시약의 원리
이산화탄소 감축 장치 조립하기 바이오디젤 생산 기술 이해
이산화탄소 감축을 위한 장치 설계 미세조류 검색 및 토의활동 효과적인 실험 결과 확인 방안 토의
감성적 체험
10차시
생활 속의 이산화탄소 줄이기
- 실생활에서 이산화탄소를 배출 활동 찾아보기
- 일주일 동안 이산화탄소 배출량 측정하는 스마트폰 앱 구동하기 - 생활 속의 이산화탄소 감축 방안 탐색하기
<STEAM 요소>
스마트폰 앱 기술 활용
생활 속의 실천 방안 탐색하기
이산화탄소 배출량 계산하기
6. 교육과정 연계
고등학교
2007개정 2009개정
과학 과학 (1) 지구계
(9) 자연계에서의 에너지 지구과학1
- (3) 변화하는 지구 환경
(1) 과학
- 과학과 문명 - 에너지와 환경 (2) 지구과학1
- 위기의 지구 (3) 지구과학2
- 대기와 해양의 운동과 상호작용 1-(1)-(나) 지표의 변화와 날씨의 변화를 각 권의 상호
작용을 통한 에너지 평형 과정과 관련지어 이해한다.
1-(1)-(사) 기후변화, 환경오염 자원부족 소행성 충돌 등 지구의 미래에 영향을 끼칠 수 있는 요인을 탐색하 고, 이에 대처하기 위한 인간의 노력에 대해서 이해한 다.
1-(9)-(마) 다양한 신•재생 에너지의 활용과 관련된 기 술 발전 현황과 장단점을 안다.
2-(3)-(바) 지구 온난화를 지구 열 수지와 관련지어 이 해하고, 엘니뇨, 해수면 상승, 오존 홀, 사막화, 황사 등과 같은 현상이 지구 환경에 미치는 영향을 설명할 수 있다.
1) 탄소 순환과 기후변화
- 온실 효과와 기후변화, 탄소 순환, 광합성과 이산화 탄소의 환원
(1) 에너지 문제와 미래
- 신재생 에너지, 지속가능 발전과 에너지
(2) 기후변화 - 지구 역사 속 기후의 변화, 기후 변화 의 원인, 엘니뇨, 온실효과, 지구 온난화, 사막화, 오존 홀 등, 지구 환경 변화 해결을 위한 방안.
(3) 대기의 운동과 순환 - 단열변화, 대기의 안정도, 안개와 구름, 정역학 평형
기술/
공학
기술*가정
기술의 세계_직업과 진로 설계 - 일과 직업의 세계
- 진로계획과 직업윤리
기술*가정_기술의 세계 (3) 기술혁신과 설계 (4) 미래기술과 사회
기술의 발달에 따른 일과 직업 세계의 변화를 이해하 고, 직업 세계에 대한 정보를 수집한다.
자신의 적성에 맞는 진로를 합리적으로 설계하고 바 람직한 직업관과 건전한 직업윤리 의식을 갖는다.
(가) 혁신을 통해 인류사회를 개선해온 기술의 개념을 이해하고 기술의 관점에서 문제를 해결할 수 있으며, 기술연구개발과정에서특허와 표준화를 설명할 수 있 다.
(나) 공학설계를 위한 기초적인 제도방법, 제도통칙, 투 상법 등을 이해하고, 이를 토대로 창의적 제품을 구상 하고 설계할 수 있으며, 간단한 창의 공학 설계 프로젝 트를 수행할 수 있다.
핵심기술의 현재와 미래 동향을 파악하고 다방면에 걸 친 기술의 영향을 평가하며 미래 융합적 기술과 관련 된 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.
(가)정보통신기술(정보), 우주항공기술(수송), 바이오기 술(생명), 로봇과 자동화, 기술(제조), 환경과 건설 기술 (건설)의 기초적 원리, 사례, 그리고 기술의 미래 동향 을 설명할 수 있다.
(나) 미래 기술과 우리 사회와의 관계를 이해하고 미래 기술이 개인적, 사회적, 환경적 측면에 미치는 영향을 평가 및 예측하며 미래 기술의 직업 세계를 탐색할 수 있다.
(다) 융합적 기술과 관련된 문제를 체험 활동을 통해 이해하고 수학, 과학, 공학, 예술 교과와의 연계를 통한 통합적 관점에서 융합적 기술 프로젝트를 창의적으로
예술/
인문사회
2009년 교육과정 경제_경제 주체의 역할과 의사 결정
음악과 생활_(1) 음악적 표현과 소통 세계사 ⑺ 현대 세계의 변화
③ 노동의 사회적 중요성을 인식하고, 사회 변동에 따른 직업의 변화를 예측하여 미래의 직업 생활을 설계 해 본다.
⑤ 기업이 의사결정과정에서 수입, 비용, 이윤, 기술, 생산성, 사회적 인식 등의 요인을 고려하는 현상을 탐 색하고 이를 평가해본다.
③ 스스로 창작하거나 연주하고 자신의 의도를 설명한다.
④ 현대 과학 기술의 발달과 세계화의 진전이 인류 생활에 미친 명암을 구체적 사례를 통해 이해한다.
제 목 이산화탄소 플라스틱이 무엇일까요?
수업차시 1차시/ 10차시 수업대상 고등학생
장소 교실 준비물 활동지, 수업자료
차시목표
1. 이산화탄소 플라스틱의 생산 과정을 알아낸 것이 왜 우리나라 경제에 중요한 이슈가 되는지 이해한다.
2. 기후 변화에 적절하게 대응하는 것이 어떤 의미가 있는지 인식한다.
STEAM 단계 상황 제시 최첨단 이산화탄소 저감 기술을 소개하여 기후변화에 대한 대응이 중요함 을 인식한다.
교과연계
과학 (1) 과학
- 과학과 문명 - 에너지와 환경 - 탄소 순환과 기후변화
- 온실 효과와 기후변화, 탄소 순환, 광합성과 이산화탄소의 환원 - 에너지 문제와 미래 - 신재생 에너지, 지속가능 발전과 에너지 세계사 ⑺ 현대 세계의 변화
④ 현대 과학 기술의 발달과 세계화의 진전이 인류 생활에 미친 명암을 구체적 사례를 통해 이해한다.
7. 차시별 상세 계획안
(1) 이산화탄소 플라스틱이 무엇일까요?
개요
학습과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 교사자료
동기유발 ( 10 분)
1) 과학카페 중 이산화탄소의 두 얼굴 동영상 보여 주기 → 첨단과학 기술 이슈와 관련된 상황 제시
l KBS 과학카페 동영상(2011년 8월 1일 방송분 서브코너) 참고문헌 참고
과학카페 동영상 CD 또는 편집된 파일을 사용한다.
(전체 동영상 중 적절한 부분을 선택하여 상영)
전개 ( 35 분)
2) 학생들에게 동영상을 보고 무엇을 생각하게 되었는지 발표시 킨다.
학생들 답변:
▶이산화탄소가 온실 기체다.
▶이산화탄소가 지구 온난화를 유발한다.
▶이산화탄소를 줄여야 한다.
▶이산화탄소를 이용하여 플라스틱도 만들고 종이도 만들 수 있 다.
3) 이산화탄소 플라스틱이 왜 중요할까? 에 대해 토의한다.
예상되는 토의의 방향:
▶ 이산화탄소를 줄일 수 있는 방법이다.
왜 이산화탄소를 줄여야 하지?
▶ 이산화탄소가 온실효과를 유발한다.
▶ 온실효과를 유발하는 이산화탄소가 많아지면 지구가 더워진 다.
지구 온난화가 인간에게 심각한 피해를 준다. 그래서 이산화탄소 를
줄여야 한다. 이산화탄소를 줄이려면 어떻게 해야 하지?
▶ 대기 중 이산화탄소를 흡수, 저장한다. → 이산화탄소 포집&
저장기술에 대한 설명
▶ 이산화탄소를 재활용한다? → 이산화탄소 활용 기술 설명 4) 토의 결과를 발표한다.
5) 이산화탄소 플라스틱에 대한 읽기 자료를 나누어주고 좀 더 자세히 알아본다.
학생들의 답변이 너무 범위를 넘어설
경우 적절히 안내한다.
이산화탄소 플라스틱의 등장 배경을 이해하고, 그것의 정치적,
경제적 이점을 논의하게 한다.
활동지 1-1
교수학습 과정안
학습정리 ( 5 분)
6) 토의 후 학생들이 좀 더 자세히 알고 싶은 게 무엇인지 발표 하게 한다. → 문제 인식의 과정
예상되는 질문들:
온실효과가 뭔가요? 왜 지구가 더워지나요?
지구가 더워지면 어떤 피해를 주나요? 지구가 더워지면 뭐가 문 제가 되나요?
우리나라도 정말로 더워지나요? 우리나라의 기후도 변하고 있나 요?
이산화탄소 플라스틱은 어떻게 만들어요?
이산화탄소를 포집, 저장하는 방법은 어떤 것이 있나요?
토의 후 발표 과정은 문제 인식의
과정이므로, 학생들이 이후 수업에서 해결하고
싶은 과제를 찾아보는 것이다.
학년 반 모둠명 모둠원
- 학습목표 -
1. 이산화탄소 플라스틱의 생산 기술을 개발한 것이 우리나라 경제와 어떤 관계가 있는지 알 수 있다.
2. 이산화탄소 플라스틱을 이용하여 기후변화에 적절하게 대응하는 법을 알 수 있다.
CO2도 잡고, 플라스틱도 만들고!!
플라스틱이라는 단어가 다소 부정적인 뉘앙스로 다가온 것은 오래 전이다. 인류의 보편적 정서가 ‘개발’을 벗어나 ‘환경’으로 바뀌기 시작한 뒤부터 그랬다. 플라스틱은 인류의 ‘삶의 질’을 획기적으로 높인 소재가 분명하지만 썩지 않는다는 점, 불에 타면 무서운 매연을 내뿜는다는 점, 가열하면 환경호르몬이 나올 수 있다는 점, 일부 종류는 그 자체로도 독성이 있다는 점 등에서 ‘친환경’과는 거리가 있다. 인류의 플라스틱 사용으로 동물들이 죽어갔다. 최근에는 바다로 떠내려간 플라스틱 쓰레기를 물새가 먹고 죽는 일도 벌어 지고 있다. 심지어 갓 태어난 새끼에게도 페트(PET)병 뚜껑 같은 플라스틱 쓰레기를 물어다 먹이는 바람에 아기새와 어미새가 함께 죽는 일도 발생하고 있다. 이산화탄소 배출이 지구온난화를 비롯한 글로벌 환경 문제의 주도적 이슈가 되면서 플라스틱은 더욱 코너로 몰리는 처지가 됐다. 플라스틱 제품을 만드는 데 엄청난 연료가 필요하고, 이 과정에서 대량의 이산화탄소가 발생하기 때문이다. 석유화학 공정에는 어마어 마한 연료가 들고 온실가스도 다량 배출된다. 그래서 석유화학 업종을 대표적인 에너지 다소비, 탄소배출 산업으로 꼽기도 한다. 이 때문에 한국이 온실가스 배출 의무감축국이 될 경우 석유화학 산업이 가장 먼 저 타격을 받게 될 것으로 보인다. 그렇다고 인류가 플라스틱을 안 쓸 수 없는 노릇이다. 이 같은 플라스 틱의 문제들을 일거에 해결할 수 있는 방법으로 ‘이산화탄소 플라스틱’ 기술이 각광받고 있다. 이분열 아 주대 분자과학기술학과 교수가 개발한 기술로 현재 SK에너지와 함께 연구개발과 사업화를 동시에 진행하 고 있다. 이산화탄소로 플라스틱을 만드는 기술의 핵심은 촉매다. 프로필렌옥사이드와 이산화탄소를 56대 44로 섞은 뒤 여기에 ‘슈퍼-액티브 촉매’를 넣어주면 화학반응을 통해 고체물질이 생기는데 이게 바로 이 산화탄소 플라스틱이다.
이산화탄소 플라스틱은 기존 합성수지의 특징을 대부분 지닐 뿐 아니라 놀라운 장점도 가지고 있다. 일무 단연 연소성을 가져 태워도 공해가 발생하지 않고, 다 쓰고 난 뒤에는 태워버리면 되기 때문에 쓰레기 문 제가 발생하지 않는다. 인체에 대한 독성이 없는 것도 장점이고, 색상도 투명해 색소를 첨가하면 얼마든지
수업 자료
▶ 동영상에서 본 이산화탄소 플라스틱 기술에 대한 보충 자료로서 아래의 활동지를 활용해 볼 수 있다. 활동지 에 제시된 읽기 자료를 읽고 학생들이 이산화탄소 플라스틱, 지구 온난화, 온실 효과, 기후 변화의 실제 등 추가 적으로 더 알아보고 싶은 내용을 찾아보게 하는데 그 의의가 있다. 즉, 앞 페이지의 지도안에서 학습 정리 단계 에 제시된 문제 인식 과정을 수행하게 하는 것이다.
(1) 활동지 1-1: 이산화탄소 플라스틱이 무엇일까요?
예시답안
각 나라에서 배출하는 탄소의 양 측정방법 탄소배출권 거래제의 장점, 단점
장점 : 환경개선과 경제적 효율성을 동시에 취할 수 있다.
단점 : 탄소배출거래제도의 목적과 맞지 않는다. ‘탄소배출거래제도’ 시행목적은 탄소배출을 감소시키는 데 있다. 하지만 나라와 나라가 탄소배출권을 사고 팔다보면 결국엔 탄소배출량이 현재와 달라질 것이 없다. 상한성이 배출량보다 높은 나라는 지금과 똑같이 쓰지만 상한선이 배출량보다 낮으면 이 나라는 탄소배출량이 현재보다는 더 증가할 것이다. 그러므로 무용지물인 제도가 될 수 있다.
아름다운 색깔을 띨 수 있다. 산소와 수분을 완벽히 차단하는 것은 기본이다. 이 때문에 이산화탄소 플라 스틱이 상용화될 경우 기존 석유화학계 플라스틱 제품을 빠르게 대체해 나갈 것으로 전망된다. 산업 활동 에서 배출되는 이산화탄소를 모아서 자원화 하는 개념이기 때문이다. 현재 인류는 공장에서 나오는 이산 화탄소를 모으는 기술은 확보하고 있으나 이를 처리하는 데는 애를 먹고 있다. 화학 반응을 통해 이산화 탄소를 다른 물질에 고착시켜 땅에 묻는 방법이 그나마 현실적인데, 막대한 비용이 든다. 이산화탄소 플라 스틱은 기존 합성수지 제조 과정의 탄소배출을 줄일 수 있는 최고의 방법이면서 다른 산업이 배출하는 이 산화탄소까지 줄여준다. 또 탄소배출권도 추가로 확보할 수 있어 새로운 비즈니스 아이템으로 평가받는다.
<왼쪽 사진은 이산화탄소를 포집 시킨 것> <이산화탄소를 녹인 후의 모습>
이 글을 읽고 여러분이 좀 더 알고 싶은 것에 대해 적어봅시다.
(2) 기후가 변하면 어떻게 될까요?
개요
제 목 기후가 변하면 어떻게 될까요?
수업차시 2차시/ 10차시 수업대상 고등학교
장소 컴퓨터실 준비물 활동지, 수업자료
차시목표 1. 최근에 발생한 이상 기상 현상을 기후 변화와 연관시켜 설명할 수 있다.
STEAM 단계 상황 제시 최근에 발생했던 이상 기상 현상을 검색해 보고, 그 현상들이 기온/강수량 의 변화로 인한 기후변화와 관련된 것임을 인식할 수 있다.
교과연계
(1) 과학
- 과학과 문명 - 에너지와 환경 (1) 탄소 순환과 기후변화
- 온실 효과와 기후변화, 탄소 순환, 광합성과 이산화탄소의 환원 (2) 지구과학1
- 위기의 지구 - (2) 기후변화
- 지구 역사 속 기후의 변화, 기후 변화의 원인, 엘니뇨, 온실효과, 지구 온난화, 사막화, 오존홀 등, 지구 환경 변화 해결을 위한 방안.
학습과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 교사자료
동기유발 ( 10 분)
1) 최근에 뉴스에 나온 이상 기상 현상 중에서 기후 변화와 관련된 것으로 생각되는 것을 마인드맵으로 그리도록 한 다.
마인드맵을 그릴 때 는 과학적 오류가 있더라도 자유롭게 그릴 수 있게 한다.
전개 ( 35 분)
2) 웹에서 신문 및 방송 기사를 검색하여 이상 기상 현상을 찾아보도록 한다.
▶ 조별로 신문사 웹사이트 지정: 한겨레, 경향, 조선, 동아, 중앙, YTN, SBS, KBS, MBC, 지역 방송국.
예시자료:
▶ 집중호우의 양상, 폭우/폭설의 피해
▶ 농작물 재배 지역의 변화
▶ 연근해에서 잡히는 어종의 변화
▶ 섬 지역의 해수면 변화
▶ 남북극의 빙상 융해
▶ 아프리카 고원 지대의 말라리아 발병
▶ 우리나라의 아열대 기후병?
3) 조별로 찾아본 기상 현상들이 무엇이 있었는지 전체 학급 을 대상으로 발표한다.
▶ 발표할 때는 검색한 현상의 특징 위주로 발표하되, 검색 한 내용에서 그 원인을 무엇이라고 하는지도 함께 발표하 게 한다.
▶ 이러한 현상들이 기후 변화(또는 지구 온난화)와 구체적 으로 어떻게 연관되어 설명할 수 있는지 여부는 그 원리 를 설명하고 이해하기가 어려울 수 있으므로 이 차시에서 는 강조하지 않음. 다만, 이상 기후와 지구 온난화의 대략 적인 연관성을 인식하는 정도를 수업의 목표로 설정함.
▶ 이러한 현상들이 기온 변화(또는 지 구 온난화)와 구체 적으로 어떻게 연관 되어 설명할 수 있 는지 여부는 그 원 리를 설명하고 이해 하기가 어려울 수 있으므로 이 차시에 서는 강조하지 않 음. 다만, 이상 기후 와 지구 온난화의 대략적인 연관성을 인식하는 정도를 수 업의 목표로 설정 함.
활동지 3-1
학습정리 ( 5 분)
4) 이와 같은 이상 기상 현상과 지구의 기온 변화가 나타나 게 된 배경 원인은 무엇일지 생각해 보게 한다.
예상되는 학생들의 응답:
▶ 지구 온난화, 온실 효과, 이산화탄소, 화산 폭발, 환경오 염, 대기 오염, 자동차 배기가스 등.
교수학습 과정안
그리고 그것을 확인해보려면 어떻게 해야 할까? 를 생각해 보게 하고 간단히 발표하게 한다.
6) 다음 차시부터는 우리 지역의 기후 변화의 실제적인 모습 과 지구 온난화의 원인으로 제기되는 요인들의 작동 과정 을 학습함을 알려준다.
▶ 수업의 각 절차는 안내되어 있지만, 각 단계별 학생들의 활동은 자율적으로 수행하게 되어 있다.
▶ 단계 2)와 3)은 조사와 발표이므로 학생들의 자율적인 탐구가 가능할 수 있다.
수업자료
(1) 활동지 3-1: 기후가 변하면 어떻게 될까요?
학년 반 모둠명 모둠원
기후가 변하면 어떻게 될까요?
- 학습목표 -
1. 최근에 발생한 이상 기상 현상을 기후 변화와 연관시켜 설명할 수 있다.
1. 최근에 뉴스에 나온 이상 기상 현상 중에서 기후 변화와 관련된 것으로 생각되는 것을 나 열해 봅시다. 마인드맵으로 그려봅시다.
예시)
2. 웹에서 신문 및 방송 기사를 검색하여 이상 기상 현상을 적어봅시다.
예시)
올해 70만 455Ton으로 지난해의 82만 9천 4만 Ton 보다 15.5%감소
생산량이 급감한 것은 해안가 등에서 벼가 수정이 이뤄지는 시기에 태풍이 불어 낱알이 여물지 못했기 때문이다.
붉은 바다거북, 범돔, 자리돔 등 주로 제주도에 서식하던 아열대성 어종이 남해안에 잡히고 있다.
전남 무안 공항이 바라다 보이는 서, 남해 어촌마을은 산이 깎여나간 곳에 절벽, 육지였던 곳에 바닷물 이 쉬지 않고 파고들어 거대한 아름드리나무가 쓰러지고, 바닷물이 들이닥쳐 해안림이 파괴되고, 바닷물 수위가 높아져 산과 해변이 훼손 되었다. -MBC참고-
3. 이와 같은 이상 기상 현상과 지구의 기온 변화가 나타나게 된 배경 원인은 무엇일지 50자 내외로 적어봅시다.
이상기온, 해수면의 상승, 꽃의 개화시기의 빨라짐 등의 여러 현상이 나타나는 주요 원인은 인간에게 있 는 것 같다. 무분별한 산림벌채, 화석연료의 사용, 과학기술의 발전으로 인한 새로운 화학물질의 개발로 인해 인간이 만들어낸 인재인 것 같다.
(3) 우리 지역의 기후가 변했나요?
개요
제 목 우리 지역의 기후가 변했나요?
수업차시 3차시/ 10차시 수업대상 고등학생
장소 교실 준비물 활동지, 수업자료
차시목표
1. 기상청 홈페이지를 활용하여 장기간에 걸친 기상 요소의 변화 경향을 파악하기 위한 자료를 검색할 수 있다.
2. 우리 지역의 장기간의 기온, 강수량 자료를 분석, 계산하여 기후의 변화 경향을 수학적으로 표현할 수 있다.
STEAM 단계 창의적 설계
우리 지역의 기후도 변하고 있나? 이에 대해 기후 요소 데이터를 직접 계 산하고 분석하고 변환하여 우리 지역의 기후가 변하고 있음을 파악한다.
교과연계
(2) 지구과학1
- 위기의 지구 - 기후변화
- 지구 역사 속 기후의 변화, 기후 변화의 원인, 엘니뇨, 온실효과, 지구 온난화, 사막화, 오존홀 등, 지구 환경 변화 해결을 위한 방안.
세계사 (7) 현대 세계의 변화
④ 현대 과학 기술의 발달과 세계화의 진전이 인류 생활에 미친 명암을 구체적 사례를 통해 이해한다.
학습과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 교사자료
동기유발 ( 10 분)
1) 기후의 변화를 알아보려면 무엇을 조사해야 할까? 웹 검 색이 필요하다면 어디가 좋을까?
기상청 홈페이지에서 기후와 관련된 자료를 찾아보자.
우리 지역의 구체적인 기후 요소 데이터를 보려면 어떻게 해야 할까?
▶ “기상청 – 날씨 – 관측 자료 – 지상 관측자료 – 과거 자 료 – 요소별 자료“
▶ “지점 선택 – 연도 선택 – 요소(평균기온/강수량) 선택”
제일 아래 줄에 보면 월별 평균기온(또는 평균 강수량) 값이 제시되어 있다.
수업자료 3-1
활동지 3-1 전개
( 35 분)
2) 1992년 – 2011년까지 20년 동안의 월별 평균기온/평균 강수량 값을 엑셀에 입력한다.
▶ 엑셀은 표 형태로 자료를 입력하게 되어 있다. 20년 동안 기온과 강수량의 변화 경향을 알아보기 위해서 데이터를 입력하려면, 표를 어떤 형태로 만드는 것이 좋을지 조별로 의논 후 입력한다.
3) 엑셀의 차트 기능을 이용하여 20년 동안 평균기온/평균 강수량의 변화 경향을 차트로 변환해 보자.
어떤 차트를 사용하는 것이 기온/강수량의 변화 경향을 비교하는데 효과적일까?
l 1월 – 12 월을 조별로 적당히 나눈다.
l 해당 월에 대하여 1992년 – 2011년까지 연도별 월 평균 기온, 월 평균 강수량을 찾아서 엑셀에 표를 만든다.
l 엑셀 파일을 적절하게 변환하고, 삽입 탭에서 적절한 차 트를 선택하여 월별 20년 간 날씨 변화 차트를 만든다.
l 어떤 차트를 선택할 것인가, 그 차트로 표현하려면 엑셀 파일의 값을 어떻게 배열해야 하는가, 차트로 나타낸 데 이터를 어떻게 해석할 것인가 등을 학생들 스스로 생각 하게 한다.
l 해당 월에 대한 연도별 자료 입력은 개인별로 하고, 조에 서는 자기 조에 할당된 월의 데이터를 어떻게 변환하면 좋을지 토의하고 엑셀 활용 방안을 함께 의논한다.
l 각 월의 20년 간 데이터를 봄(3-5월), 여름(6-8월), 가을 (9-11월), 겨울(12-2월)로 합하여 계절별로 기후의 변화 경향을 알아보기 위한 데이터 변환 및 차트를 만들어본 다.
과거 기상 요소별 자료는 지역을 선택 할 수 있으므로 해 당 지역의 자료를 찾아서 조사하도록 한다.
학생들에게 미리 기 본적인 엑셀 사용법 을 익혀두게 한다.
차트에서 추세선 기 능을 이용하면 대체 적인 변화의 경향을 파악할 수 있다.
수업 자료 3-1
교수학습 과정안
4) 기상청에서 기후자료 “기상청 – 날씨 – 기후자료 – 국내 기후자료 연별 변화도”를 검색하여 우리 지역의 연 평균 기온과 연 평균 강수량의 장기적 변화를 파악해 본다.
학습정리 ( 5 분)
5) 앞서 했던 월별, 계절별 날씨 변화 경향과 연별 변화도의 자료를 비교하여 우리 지역의 기후 변화 양상에 대하여 토의해 본다.
6) 우리나라의 기후 자료(평균 기온, 평균 강수량)의 변화 경향을 근거로 지구가 더워졌다고 할 수 있을까?
대체로 여름과 겨울 의 기온/강수량의 변화 경향이 뚜렷할 수 있다.
▶ 단계 1)에서 학생들로 하여금 어떤 자료를 어디에서 어떻게 검색하면 좋을지 검토하고 논의하게 한다.
그 후에 기상청의 자료를 교사가 안내해 주도록 한다.
▶ 단계 2)에서 데이터를 입력할 때 표를 어떻게 만들어야 할지 논의 후에 표의 모양과 서식을 결정하고 입력하게 한다. 이러한 활동을 통해 데이터를 처리하는 방법을 학생들이 익힐 수 있다.
▶ 단계 3)에서 엑셀의 차트 기능 중 어떤 차트를 사용하는 것이 데이터를 비교하는데 적절한 모델링이 될 수 있는지 논의하게 한다. 이것은 단순히 엑셀을 활용하는 것에서 그치는 것이 아니라, 데이터 변환 및 모델링의 체험을 제공하는 중요한 탐구의 과정이다.
▶ 단계 4)를 제시하기 전에 좀 더 장기적인 기상 데이터를 알아보는 것이 필요함을 인식시키는 과정이 필요하 다.
▶ 단계 5)와 단계 6)은 자료 처리 결과를 근거로 결과를 해석하고 결론을 도출하는 탐구 기능을 익힐 수 있다.
수업 자료
(1) 수업 자료 3-1: 기상청 국내 기후자료 연별 변화도
도입글
▶ 수업 단계 2), 3)에서 수행한 결과를 확장시켜 1940년대 이후로 기상청에서 측정한 자료를 근거로 제공하는 국내 기후의 변화도를 검토해 보는 자료이다.
기상청 연별 변화도
(2) 활동지 3-1: 우리 지역의 기후가 변했나요?
모둠명 모둠원
우리 지역의 기후가 변했나요?
- 학습목표 -
1. 기상청 홈페이지에서 장기간에 걸친 기상 요소의 변화 경향을 파악하기 위한 자료를 검색하여 활용 할 수 있다.
2. 우리 지역의 장기간의 기온 강수량 자료를 분석, 계산 하여 기후의 변화 경향을 수치로 표현 할 수 있 다.
1. 앞서 했던 월별, 계절별 날씨 변화 경향과 연별 변화도의 자료를 비교하여 우리 지역의 기후 변화 양상에 대하여 토의해 봅시다.
1) 우리나라의 기온은 어떻게 변하고 있는지 설명해 봅시다.
- 지난 100년간 기온 평균값을 토대로 매해 연 평균기온을 비교하여 편차를 표기한 그래프를 보았을 때 1987년 이후 연 평균 기온이 상승하고 있다. 대륙의 영향을 많이 받은 지역일수록 연표차는 커진 다. 대륙 내부, 고위도록 갈수록 연교차가 커진다.
2) 기온 변화와 열대야 일수 변화, 농작물 재배 가능 지역의 분포 변화를 지역별로 조사하여 이야기해 봅시다.
- 대관령지방에서 현재는 고랭지 농업 : 낮은 저지대 농업지방과는 달리 7~8월의 평균기온이 약 20℃정 도로서 배추, 감자 출하시기가 다르고 또한 병해충도 잘 자라지 못 한다.
호남 지방 : 쌀을 많이 재배
3) 앞으로 우리나라 계절과 기후는 어떻게 변할지 이야기 해봅시다.
- 2020년대 1℃ 2080년대 2℃ 2100년대 4℃ 상승한다.
세계 평균기온 2100년대 1.8℃~4℃ 상승 2008년 대비 2050년 9.5Cm 해수면 상승
2000년 대비 15% 2100년대 17%의 강수량이 증가한다.
2. 우리나라의 기후 자료(평균 기온, 평균 강수량)의 변화 경향을 근거로 지구가 더워졌다고 할 수 있을까요?
예시 ) 생태계 - 봄꽃 주요수종 개화시기 앞당겨짐
평균 2℃ 상승시 전남, 경남, 충북, 경북, 경기도 일부 난대기후로 전망
제 목 왜 온실 효과라고 부를까요?
수업차시 4차시,5차시/ 10차시 수업대상 고등학생
장소 과학실 준비물 활동지, 수업자료
차시목표
1. 열 흡수 필름을 이용하여 만든 온실과 투명한 필름으로 만든 온실의 차이점을 비교할 수 있다.
2. 온실 효과가 무엇인지 그리고 온실 효과의 원인을 알 수 있다.
STEAM 단계 창의적 설계
실험의 온실에서 온실 효과가 나타나는 원인을 추리하여 온실 효과를 내는 물질은 어떤 특성을 가져야 하는지 탐색할 수 있다.
교과연계
(1) 과학
- 과학과 문명 - 에너지와 환경 - 탄소 순환과 기후변화
온실 효과와 기후변화, 탄소 순환, 광합성과 이산화탄소의 환원 기술*가정_기술의 세계
(3) 기술혁신과 설계
(나) 공학설계를 위한 기초적인 제도방법, 제도통칙, 투상법 등을 이해하고, 이를 토대로 창의적 제품을 구상하고 설계할 수 있으며, 간단한 창의 공학 설계 프로젝트를 수행 할 수 있다.
(4), (5) 왜 온실 효과라고 부를까요?
2차시를 이어서 진행한다.
개요
학습과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 교사자료
동기유발
<1차 실험>
(35 분)
1) 스티로폼 박스로 온실 상자를 만들고 그 위에 (1)투명한 아세테이트 비닐을 덮은 온실과, (2)자동차 썬팅용 열 흡 수 필름을 덮은 온실을 만든다. 두 온실 위에 백열전구를 비춰 10분 동안 온실 내부의 기온 변화를 관찰한다. 온도 계는 디지털 온도계를 사용하고 디지털 온도계의 측정부 위를 스티로폼 박스에 꽂아 박스 내부의 기온을 측정할 수 있게 한다.
▶ 10분 동안 전등 불빛을 비추면 두 온실의 기온이 어떻게 변할지 예상해 보게 한다. 학생들은 자신이 그렇게 예상 한 이유는 무엇인지 발표한다.
▶ 1차 실험의 결과를 비교하여 두 온실의 내부 온도 변화 가 다르게 나온 까닭이 무엇인지, 그리고 두 온실에서 내 부의 온도를 높이는 과정은 어떻게 다른 것인지 조별로 토의하고 발표한다.
(주의: 학생들에게는 열 흡수 필름이라는 것을 미리 알려주지 않는다. 단지 한 쪽 은 검은색의 약간 불투명한 필름이며, 다른 한 쪽은 같은 두께의 투명한 필름 이라는 정도만 알려 준다.)
전개
<2차 실험>
(50 분)
2) 앞의 실험에서 검은 색 필름을 덮은 온실의 온도 변화가 그와 같이 나타난 이유가 무엇일지 질문하고, 조별로 다 양한 의견을 도출하도록 한다.
예시 의견
필름의 색깔이 검정색이어서 빛을 잘 흡수하기 때문이다.
필름이 온실 내부를 바깥 공기와 차단해 주기 때문이다.
필름의 표면이 매끄러워 빛을 잘 반사하기 때문이다.
3) 과정 2)에서 제시한 토의 결과로 제시한 주장이 타당함을 설득하기 위한 2차 실험을 구상하고 실행할 것임을 알려준다.
▶ 실험을 설계하기 전에 먼저 적절한 가설을 기록하게 한 다.
예시의견
필름의 색깔이 검정색이어서 빛을 잘 흡수한다면, 온실 내 부의 온도가 더 많이 올라갈 것이다.
필름이 온실 내부를 바깥 공기와 차단해 주면, 온실 내부의 온도가 더 많이 올라갈 것이다.
▶ 책상에 놓인 주어진 다양한 재료를 이용하여 자기 조의 가설을 증명하기 위한 실험을 구상하고 실행한다.
기존의 투명 온실과 검은색 필름 온실의 차이를 생각해 보게
한다.
다양한 의견을 수용하도록 한다.
가설에 근거하여 실험을 설계하게
한다.
수업자료 4/5-1
활동지 4/5-1
교수학습 과정안
4) 결론 및 토의
▶ 과정 (1)의 실험과 과정 (3)의 실험 결과에서 온실 내부 의 온도변화를 비교하여 보자.
▶ 두 실험 결과에 근거하여, 두 실험에서 사용한 재료가 서로 다른 성질을 가진 물질이라면 과정 (1)의 실험에 사용한 검은색 필름은 어떤 성질을 가지고 있는 것일 까?
학습정리 (15 분)
5) 이 검정색 필름은 자동차의 선팅에 사용하는 필름의 일종 인 열 흡수 필름(Top dyed film)임을 알려준다.
열 흡수 필름은 적외선 복사 에너지를 잘 흡수하며, 또 상 자 내부로 적외선 에너지를 재 방출하게 됨을 알려주어, 온실 효과의 또 다른 의미를 설명해 준다.
6) 실제 지구의 대기에서 나타나는 온실 효과는 필름이 아니 라 공기에 의한 것임을 알려주고, 지구의 대기권에도 이러 한 현상을 내는 대기층이 존재한다면, 그 공기층은 어떤 성질을 가진 것 일까? 에 대해 생각하고 발표하게 한다.
열 흡수 필름의 자외선투과율과 적외선투과율을
알려준다.
▶ 수업의 각 단계는 절차적으로 안내되어 있지만, 각 단계를 수행하는 동안에 학생들이 자발적으로, 그리고 적극적으로 참여하여 진정한 과학의 탐구를 체험할 수 있도록 각별히 주의해야 한다.
▶ 단계 1)의 1차 실험을 시작하기 전에 온실 효과의 원리를 알아보기 위해 간단한 실험을 준비했음을
알려주고, 이 실험에 대해 안내한다. 중요한 것은 실험을 수행하는 것이 아니라 이 실험의 결과를 예상하고, 그것을 실제 결과와 비교하여 그 원인을 추리하는 것이다. 그러므로 예상, 추리, 관찰의 탐구 기능을 충분히 경험할 수 있게 하는 것이 중요하다.
▶ 단계 2)에서는 각자 추리한 내용에 대하여 조별로 발표하고 논증하는 과정을 체험하는 중요한 탐구의 과정이다.
▶ 단계 3)은 가설을 세우고, 그 가설을 검증하기 위한 실험을 설계하는 과정이므로 이러한 탐구의 기능을 잘 구현할 수 있도록 지도한다.
▶ 단계 4)에서는 2차 실험의 결과를 근거로 검은 색 필름의 물리적 성질을 추리하는 것이 중요하다.
즉, 실험 결과의 해석과 추리가 진행될 수 있게 하는 것이다.
수업 자료
(1) 수업 자료 4, 5-1: 투명 필름 온실과 검은색 필름 온실 비교 실험
온실효과 실험장치
투명 아세테이트
열 흡수 필름
▶ 실험을 시작하기 전에 학생들은 조별로 두 필름이 어떻게 다른지 관찰한다.
▶ 10분 동안 전등 불빛을 비추면 두 온실의 기온이 어떻게 변할지 예상해 보게 한다. 학생들은 자신이 그렇 게 예상한 이유는 무엇인지 발표한다.
▶ 10분 동안 1분 간격으로 온도의 변화를 관찰하고 온실 내부의 기온이 어떻게 변화했는지 기록한다.
시간(분) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
온도(℃) 온도(℃)
과정 3)의 실험 방법
l 이 필름과 색깔이 같은 검정 비닐(예. 물건 담는 비닐)을 이용하여 실험해 본다.
(단지 검정색이기 때문에 기온이 높아진 것이라면, 검정 비닐로 해도 동일한 결과가 나와야 할 것이다. 검정 비닐을 썼을 때 온도가 덜 높아지면 앞의 필름은 검정 비닐과 다른 특성이 있는 것으로 볼 수 있다.)
l 색깔이 다른 두꺼운 종이로 온실을 덮고 동일한 온도 변화가 있는지 확인해 본다.
(단지 내부/외부의 공기 차단 효과만으로 내부의 기온을 높여준 것이라면, 여러 색의 종이를 덮었을 때 앞의 필름을 사용한 경우와 동일한 결과가 나와야 할 것이다. 종이를 덮었을 때
과정 3)의 실험 결과 실험 결과
재료별로 1분 간격으로 10분 동안 온도변화를 관찰하여 온도가 어떻게 변화했는지 기록해보자
시간(분) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
온도(℃) 온도(℃)
- 열 흡수 필름의 특성
이 수업에 사용한 검은 색 필름은 자동차의 썬팅용 필름으로 판매하는 비 반사 상부 염색(top-dyed) 필름 이다. 즉, 필름의 한 쪽 면을 염색하여 태양 광선을 흡수하여 태양 광선을 차단하게 한 것이다. 이 필름의 자외선 차단율은 99%, 적외선 차단율은 5 ~ 10%이다. 즉, 자외선을 차단하여 자동차 탑승자를 자외선으 로부터 보호해 주는 기능을 한다. 반면 적외선 에너지는 90% 정도 흡수하는데, 이를 다시 외부로 방출하 게 되므로 온실 내부를 가열시킬 수 있는 것이다. 열 흡수 필름의 적외선 에너지 흡수 및 재방출 기능은 대기 중의 이산화탄소와 같은 온실 기체가 태양광선 및 지표에서 방출된 의 적외선 에너지를 흡수하여 재방출하는 것과 유사한 효과를 표현할 수 있다.
(2) 활동지 4,5-1: 왜 온실효과라고 부를까요?
학년 반 모둠명 모둠원
온실효과 실험장치
- 학습목표 -
1. 열 흡수 필름을 이용하여 만든 온실과 투명한 필름으로 만든 온실의 차이점을 비교하여 온실 효과 가 무엇인지, 왜 온실 효과라고 하는지 이해한다.
2. 실험의 온실에서 온실 효과가 나타나는 원인을 추리하여 온실 효과를 내는 물질은 어떤 특성을 가 져야 하는지 탐색할 수 있다.
자료 1.
1) 10분 동안 1분 간격으로 온도의 변화를 관찰하고, 온실 내부의 기온이 어떻게 변화 했는지 기록해 봅시다.
시간(분) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(투명아세테이트)
온도(℃) 24.9 26.5 27.7 28.5 28.8 29.1 29.2 29.4 29.6 29.6 29.7 (염색필름)
온도(℃) 24.9 25.0 25.7 26.8 27.4 27.9 28.3 28.5 28.5 28.5 28.7
2) 두 온실의 내부 온도 변화가 다르게 나온 까닭이 무엇인지, 그리고 두 온실에서 내부의 온도 를 높이는 과정은 어떻게 다른 것인지 조별로 토의해 봅시다. (모둠장은 모둠원의 의견을 종 합하여 밑의 칸에 기입하고 발표합니다.)
초기 - 온실효과 : 투명아세테이트 > 검은 필름
결과 - 처음에는 투명아세테이트의 온도가 빨리 올라가서 투명아세테이트로 만든 온실이 더 높을 줄 알았는데 나중에는 염색 필름으로 만든 온실의 온도가 더 빨리 상승함을 알 수 있었다.
일정시간이 지나면 검은 필름이 온실효과를 보여준다.
3) 과정 2)에서 제시한 토의 결과로 제시한 주장이 타당함을 설득하기 위한 2차 실험을 구상하 고 실행할 것임을 알아야 합니다.
▶ 실험을 설계하기 전에 먼저 적절한 가설을 기록합니다.
검은색이 열을 흡수할 것이므로 검은색 필름이 가장 온도가 높을 것이다.
▶ 재료 별로 1분 간격으로 10분 동안 온도변화를 관찰하여 온도가 어떻게 변하는지 기록해 봅시다.
시간(분) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(열흡수필름)
온도(℃) 23.0 23.2 23.8 24.4 24.9 25.3 25.6 25.8 26 26.2 26.3 (비닐봉지)
온도(℃) 22.8 25.1 26.9 25.7 26.2 26.6 27 27.4 27.4 27.6 27.7 (투명한 필름)
온도(℃) 23.7 24.1 25 28 28.7 29.3 29.7 30 33.3 30.4 30.5
4) 만약 지구의 대기권에도 이러한 현상을 내는 대기층이 존재한다면, 그 공기층은 과연 어떤 성질을 가진 것일까요? 적어 봅시다.
적외선을 흡수하게 하는 성질을 가진 공기층일 것이다. - 성층권 이전 실험에서 투명한 필름의 따뜻한 공기를 덜 빼서 오차가 생겼다.
(6) 이산화탄소는 온실 기체일까요?
개요
제 목 이산화탄소는 온실 기체일까요?
수업차시 6차시/10차시 수업대상 고등학생
장소 과학실 준비물 활동지, 수업자료, 실험키트
차시목표 1. 기체에 의한 온실 효과를 재현해 볼 수 있다.
2. 이산화탄소가 중요한 온실 기체임을 실험을 통해 증거를 찾을 수 있다.
STEAM 단계 창의적설계 필름의 온실효과 실험을 기체의 상황에 적용하여 온실효과 실험을 설계한 다. 이를 바탕으로 이산화탄소가 중요한 온실 기체임을 이해한다.
교과연계
(1) 과학
- 과학과 문명 - 에너지와 환경 - 탄소 순환과 기후변화 온실 효과와 기후변화, 탄소 순환, 광합성과 이산화탄소의 환원 기술*가정_기술의 세계
(3) 기술혁신과 설계
(나) 공학설계를 위한 기초적인 제도방법, 제도통칙, 투상법 등을 이해하고, 이를 토대로 창의적 제품을 구상하고 설계할 수 있으며, 간단한 창의 공학 설계 프로젝트를 수행 할 수 있다.
핵심기술의 현재와 미래 동향을 파악하고 다방면에 걸친 기술의 영향을 평가하며 미래 융 합적 기술과 관련된 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.
기술 - 정보통신기술(정보), 우주항공기술(수송), 바이오기술(생명), 로봇과 자동화, 기술(제조), 환경과 건설 기술(건설)의 기초적 원리, 사례, 그리고 기술의 미래 동향을 설명할 수 있다.
학습과정 교수-학습 활동 학습자료 및 유의점 교사자료
동기유발 ( 10 분)
1) 열에너지를 흡수하고 전달할 때 아래의 기체들이 어떤 특 성을 갖는지 알아보기 위해 앞 차시의 온실 실험을 진행 하려고 한다.
▶ 드라이아이스를 승화시켜 얻은 이산화탄소
▶ 물을 증발시켜 얻은 수증기
▶ 일반 건조 공기
▶ 향을 연소시킬 때 발생한 연소 기체
이전 차시의 실험을 대기에 의한 온실효 과로 확장한 것임을 인식시킨다.
전개 ( 30 분)
2) 페트리 접시 4개에 각각 이산화탄소, 수증기, 일반 건조공 기, 향 연기를 담고 뚜껑을 덮어서 각각 서로 다른 대기 성분으로 이루어진 지구의 대기층을 표현한다.
실험 과정
▶ 첫 번째 페트리 접시에 작은 드라이아이스 조각을 넣고 뚜껑을 덮고, 옆면을 투명 테이프나 랩으로 싸서 밀폐시 켜서 공기가 새지 않도록 한 뒤 드라이아이스가 모두 승화될 때까지 둔다. 드라이아이스가 모두 승화되고 나 면 통 안은 이산화탄소로 채워진 셈이 된다. 드라이아이 스의 승화로 매우 차가운 상태이므로 이 상태로 하루 정도 두어 이산화탄소의 온도가 바깥 공기와 같아지게 한다.
▶ 동일한 크기의 두 번째 페트리 접시에 분무기로 물을 뿌려두고 뚜껑을 덮은 뒤 역시 밀폐시켜 공기가 새지 않게 한 뒤 햇볕 아래에 두어 물방울이 모두 증발할 때 까지 둔다. 샬레 안은 수증기가 많이 있는 상태가 된다.
▶
동일한 크기의 세 번째 페트리 접시에 뚜껑을 덮어서 역시 햇볕 아래에 둔다. 일반 건조 공기가 들어있는 상태가 된다.
▶ 네 번째 페트리 접시에는 작은 향 조각에 불을 붙여 넣 어 두고 뚜껑을 덮는다. 향이 모두 꺼지면 페트리 접시 안에는 향 연기(연소 기체)로 가득 채워진다.
▶ 페트리 접시보다 지름이 조금 작은 투명한 원통 위에 페 트리 접시를 덮고(원통 안에는 미리 액정 온도계를 넣어 둔다), 페트리 접시와 원통 사이를 테이프나 랩으로 싸서 열의 유출을 방지한다.
3) 백열전등을 켜기 전에 네 장치들이 어떤 순서로 기온이 높아질 것인지 예상하게 한다.
▶ 그렇게 예상하는 이유는 무엇인지 조별로 토의해 본다.
▶ 조별로 토의한 내용을 전체적으로 발표하고, 그 중 가장
수업자료 6-1
활동지 6-1
교수학습 과정안
설득력이 있는 설명을 선정해보자.
4) 네 장치 위에 백열전등을 비추고 15분 동안 온도 변화를 측정하여 기록한다.
5) 실험 결과를 근거로 온도 변화가 크게 나타난 순서대로 정리해 보자.
▶ 앞서 예상한 결과와 비교해 보자.
▶ 예상한 결과와 일치했나? 그렇다면 조별 토의에서 선정 했던 설명 주장이 타당하다고 할 수 있는가?
▶ 예상한 결과와 일치하지 않았다면, 조별 토의에서 선정 했던 설명 주장의 어떤 부분이 오류였다고 할 수 있을 까?
학습정리 ( 10 분)
6) 온도 상승이 가장 큰 장치의 덮개는 어떤 기능을 했는지 조별로 토의하고 발표하게 한다.
7) 이산화탄소(드라이아이스/ 연소기체)가 온실 효과를 내는 주요한 기체임을 학생들이 인식하게 한다.
▶ 이 실험은 앞선 4,5 차시의 온실 효과 실험을 필름이 아닌 실제 기체를 사용하여 재현해 보는 것이다.
따라서 실험의 원리나 방법은 유사하나, 이전 실험에 비하여 실험 도구를 준비하고 사용하는 과정이 좀 복잡하고 위험할 수 있다. 그래서 이 실험의 절차는 교사의 안내에 의해 진행되도록 한다.
▶ 그러나 단계 3)과 단계 5)는 실험 결과를 예상하고, 실험한 결과를 예상한 것과 비교하여 토의하는 과정을 수행하는 것이므로 학생들의 자발적 참여가 이루어질 수 있도록 지도하는 것이 중요하다.
▶ 단계 6)과 단계 7)은 실험 결과를 해석하여 결론을 도출하는 탐구의 기능을 제공하도록 한다.
수업 자료
(1) 수업 자료 6-1: 온실기체를 이용한 실험 설계도
온실기체 실험장치
4) 네 개의 장치 위에 백열전등을 비추고 15분 동안 온도 변화를 측정하여 기록하는 과정
시간(분) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
이산화탄소 수증기 건조 공기
연소 기체
(2) 활동지 6-1: 이산화탄소는 온실기체일까요?
학년 반 모둠명 모둠원
온실기체 실험하기
- 학습목표 -
기체에 의한 온실 효과를 재현해 보고, 이산화탄소가 중요한 온실 기체임을 이해한다.
자료 1.
3) 백열전등을 켜기 전에 네 상자들이 어떤 순서로 기온이 높아질 것인지 예상해 볼까요?
( CO2 ) ⇒ ( H2O ) ⇒ ( 건조공기 ) ⇒ ( 연소기체 ) ▶ 그렇게 예상하는 이유는 무엇인지 조별로 토의해 봅시다.
CO2 의 분자량이 더 큼 CO2 의 비열이 더 높음
▶ 조별로 토의한 내용을 전체적으로 발표하고, 그 중 가장 설득력이 있는 설명을 선정해봅시다.
4) 네 개의 장치 위에 백열전등을 비추고 15분 동안 온도 변화를 측정하여 기록합니다.
시간(분) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
이산화탄소 22.9 23.1 23.8 24.2 24.5 24.8 24.9 25.1 25.2 25.3 25.4 25.5 25.7 25.8 25.9 26.0
수증기 22.6 23.2 23.6 23.9 24.1 24.3 24.4 24.5 24. 29.7 24.8 24.9 25.0 25.1 25.2 25.3
건조공기 22.9 23.0 23.2 23.3 23.5 23.6 23.7 23.8 23.9 2.0 24.1 24.1 24.2 24.3 24.4 24.5
연소 기체
5) 실험 결과를 근거로 온도 변화가 크게 나타난 순서대로 정리해 봅시다.
( CO2 ) ⇒ ( H2O ) ⇒ ( 건조공기 ) ⇒ ( ) ▶ 앞서 예상한 결과와 비교해 봅시다.
▶ 예상한 결과와 일치했나요? 그렇다면 조별 토의에서 선정했던 설명 주장이 타당하다고 할 수 있을까요?
CO2 의 비열이 크므로 처음에 온도 변화가 H2O 보다 작다가 나중에 온도유지가 잘 되었음
▶ 예상한 결과와 일치하지 않았다면, 조별 토의에서 선정했던 설명 주장의 어떤 부분이 오류였다고 할 수 있을까요?
