한국과학창의재단 이사장 귀하

2017 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2017. 11. 30.

창현고등학교 자연과학부

【 2017년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

프로그램 구분

□ 초 □ 중 ■ 고

학년(군) (1, 2학년)

개선 신규

■ 일반주제 □ 일반주제

□ 우대주제 □ 우대주제

연구제목 지진에서 살아남기

연구기간 2017. 4. 20. ~ 2017. 11. 30.

연구비 금사백만원(4,000,000원)

연구 책임자

소속 창현고등학교

성명 손 수 주

참여 연구원 전은선, 김대현, 김광태, 이신규, 정태준, 이지훈, 이혜림, 김혜진, 부영표, 장종만

상기과제를 수행한 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2017년 11월 30일

연구책임자 : 손 수 주 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

이 보고서는 2017년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임

목 차

1. 요약문··· 1

2. 서론··· 1

3. 연구 추진 내용 및 결과··· 2

가. 추진 내용 ··· 2

나. 추진 결과 ··· 5

1) 검증계획 ··· 5

2) 검증결과 ··· 5

4. 결론 및 제언 ··· 7

5. 참고문헌··· 7

[부록] 부록1. 현장적용 결과 요약 ··· 8

[붙임] 붙임1. 수업지도안 ··· 9

붙임2. 정산보고서 ··· 55

※ 작성요령

① 본문 글자크기 11포인트, 맑은 고딕, 줄 간격 160%

② 표 번호: <표 1>, <표 2>, … ③ 그림 번호: [그림 1], [그림 2], …

④ 목차 주요 내용을 중심으로 개괄식으로 작성 ⑤ 양식 안의 푸른색 글씨는 예시를 나타냄

2017년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

1. 요약문

스팀프로그램의 주제는 ‘지진에서 살아남기’로써 5개의 소주제로 이루어졌으며 (1) 지진이란, (2) 지 진에서 살아남기, (3) 수학으로 풀어본 지진현상, (4) 액체의 화학적 성질을 이용한 내진설계, (5) 물리 적인 역학적 구조를 이용한 내진설계 순으로 설계하였다. 수업을 진행한 결과 사전조사에 비해 사후 조사에서 수학과 과학 선호도, 흥미, 발표에 대한 적극성, 자심감 등이 많이 향상되었다. 그리고 스팀 수업으로 인하여 다른 교과와의 시너지 효과를 보았으며, 무엇보다 주목할 만한 부분은 한가지 주제 를 가지고 다양한 과목에서 같은 주제를 다각적으로 풀어가는 방법과 노하우를 쌓았다는 점이다. 예 전에는 한과목만으로 문제를 해결하려는 경향이 있던 학생들이 수업이 진행되면서 아이디어를 전시 간 수업한 과목과 연계시켜 해결해 가는 모습을 보았다. 이런 계기로 학생들이 여러 과목을 종합적으 로 연결시킬 수 있는 안목을 가지는 계가가 되었다고 생각한다. 스팀 수업이 학생들의 창의적인 사고 와 인성개발에 긍정적인 영향을 주므로 이러한 융합인재교육 프로그램의 개발이 계속 이루어져야 할 것이다.

2. 서론

가. 연구의 필요성

이제 우리나로도 지진 발생국이 되었다. 며칠 전에 발생한 포항지진은 이를 증명해 주고 있다.

이번 지진의 피해로 내진설계가 부실한 건물들의 피해가 컸으며, 특히 필로피 건물의 안정성이 취 약하다는 점과 내진설계를 더욱 강화해야 한다는 여론이 형성되고 있다. 또한 이번 포항지진으로 사상초유의 수능시험연기라는 일이 발생하였다. 이처럼 우리나라도 이제는 지진안전국이 아닌 지 진 위험국의 범주에 들게 되었다. 이를 계기로 지진에 대한 이론, 지진발생시 대피요령, 응급처치, 식수해결 등 생활에 필요한 부분을 이제는 학습이 아닌 기본 생존본능으로 이해하고 몸에서 자연 스럽게 익히고 행동할 만큼 훈련과 교육이 필요하다고 생각한다.

본 연구에서는 지진의 발생과 피해, 피해복구를 위한 대책, 더불어 사는 사람으로서 피해지역을 도울 수 방법을 모색하기 위한 스팀 프로그램을 개발하고자 한다. 이를 통하여 융합적사고력을 향 상시키고, 남을 배려하고 도움의 손길을 줄 수 있는 인성을 배양하고자 한다.

나. 연구의 목적

① 지진에 대하여 알아보고 과학을 실생활에 응용하여 과학에 대한 흥미를 고취시킨다.

② 인명을 구조하기 위한 대책을 마련해봄으로써 창의적 융합적 사고력을 증진시킨다.

③ 피해복구와 이재민 구호를 위한 방법을 모색해봄으로써 인성을 함양한다.

다. 연구의 범위

① 지진의 정의와 진앙을 구하여 지진으로부터 일어나는 여러 가지 피해정도와 진앙의 위치를 파 악하였음.

② 지진이 발생한 지역에서 살아남기 위하여 가장 시급한 식수문제를 해결하기 위하여 간단하게 구할 수 있는 숯, 모래, 자갈 등으로 간이 정수기제작을 하였으며, 다치고 부상당한 사람들을 구조 하기 위하여 응급조치법과 부상자들의 트라우마 치료법에 대하여 알아보고 실습함.

③ 지진피해 중에서 가장 피해가 큰 부분은 건물의 붕괴로 인한 매몰 사고라고 한다. 따라서 건물 이 지진의 흔들림에도 쉽게 무너지지 않도록 하는 내진설계를 액체의 밀도를이용한 방법과 역학 적인 방법으로 알아보고 직접 건축물을 지어 보고 실습해 봄.

3. 연구 추진 내용 및 결과

가. 연구 내용

1. 스팀교육 대상 및 기간

① 적용대상 : 고등학교 1, 2학년 학생 5반 구성(한 반에 20명 희망자 103명 실시) ② 시 기 : 2017. 10. 30 ~ 2017. 11. 03

③ 방 법 : 저녁식사 후 야간 자율학습 시간(오후 7시~9시)

2. 연구 계획

3. 스팀 요소 및 차시별 내용

4. STEAM 단계 요소

1) 상황 제시 : 칠레 화산분화에 이어 세계의 지붕인 네팔에서 리히터규모 7.9의 지진이 일어났다.

이로 인하여 사망자가 8천여명에 이르고 많은 부상자가 생긴 가운데 3차례나 여진이 발생하였다.

그리고 우리나라 경주에서도 지난해 5.8의 지진이 발생하였 인명 및 재물의 손실을 입었다. 이로 인하여 인명을 구조하고 피해지역을 복구하고자 정부 뿐 아니라 각국에서 많은 지원을 하고 있다.

2) 창의적 설계: 피해지역을 돕기 위한 기술을 개발하고 도와줄 수 있는 방법을 설계한다.

3) 감성적 체험

① 협력적 과제 수행 : 협력하여 아이디어 브레인스토밍과 피해복구 설계 제작 ② 성취감 : 친환경 건물과 도시설계에 대한 평가

③ 효능감 : Hands on 기반의 작품 완성으로 효능감 증가 ④ 과학기술(공학) 흥미 : 조작 및 설계 능력 향상

5. 차시별 총괄표 및 활동사진들

1~2 차시

과학

수학 지진의 발생

지진이란?

진앙구하기

－지진동영상을 시청한 후 지진의 피해, 지진의 발생원리, 진 앙의 위치를 구해본다.

－PS파를 이용하여 지도에서 진앙의 위치를 찾아본다.

－지진의 원인과 피해, 자신이 계산하여 찾아낸 진앙의 위치 를 친구들과 의견을 나누어 보도록 한다.

3~4 차시

생물

의학 피해복구1 지진에서 살아남기

－간이 정수기와 지진계를 만들어 보고 실험해 본다.

- 지진상황 및 대처방법을 VR로 체험해 본다.

－응급조치에 대해 알아보고 심폐소생수를 체험한다.

3~4 차시

물리 기계 역학 건축

지진의 예방 과 복구1

내진건물 만들기 (물리적)

-건축 설계시 구조와 재질을 중요성 그리고 이를 통한 내진설 계를 실습함.

-내진설계의 원리와 붕괴예방 측정

-발사목과 우드락을 이용하여 내진건물을 건축함.

-발사목의 위치, 접합방법으로 내진설계를 이해함.

7~8 차시

화학 건축 신소재

지진의 예방 과 복구2

내진건물 만들기 (화학적)

-액체 성분의 밀도와 점성을 이용한 내진설계 -물, 오일 같은 점성이 다른 액체를 이용함

-고정 추 위치가 내진에 어떤 영향을 미치는지 실습함

나. 추진 결과 1. 검증계획

　　 수학과 과학의 평균점수가 비슷한 1학년 학생을 대상으로 융합인재교육 수업을 받은 학생들을 대상으로 수업을 받기 전과 후의 과학선호도와 자기주도학습 능력을 분석하였다.

2. 검증결과

103명중 20%인 21명을 대상으로 사전과 사후 검사를 실시하였다. 그리고 1~40번까지 각 항목의 총합을 사전과 사후 각각 구하였으며 이 사후총합에서 사전총합을 뺀 값을 기록하여 사전과 사후 에 어떤 심적인 변화가 있는지를 아래 도표와 같이 살펴보았다.

9~10 차시

수학

지학 피해복구3 지진을 숫자 로 말해봐

－지진의 강도(리히터 규모의 뜻)

－지진해일의 수학적 분석

－지진파로 핵의 거리 및 크기 계산

<도표 1.> 사전 사후 항목별 합계 및 사후-사전 상승률

위 도표에서 볼 수 있듯이 사전보다 스팀 수업 후에 모든 항목에서 골고루 호감도나 흥미 등이 상승함 을 볼 수 있다.

총 40가지 항목중에서 괄목할 만큼 상승한 항목은 7, 16, 17, 24, 27, 28, 35, 37, 38번 항목, 총 9개 항목에서 나타났다. 과학에 대한 흥미와 선호도, 자신감의 상승 항목은 7, 24, 35, 37번 항목에서 두드

러지게 나타났다(평균 상승률 14.1% 상승). 수학과목에 대한 흥미와 선호도, 자신감의 상승 항목은 16, 17, 27, 28, 38번에서 높은 상승률을 나타냈다(평균 상승률 15.1% 상승).

반면에 사전과 사후에 차이가 나지 않는 항목은 2, 4, 13, 15, 22, 30, 36번 항목, 총 7개 항목이 나타났 다. 과학관련 항목은 4, 13, 30, 36번 항목으로 이들 항목의 면면을 살펴보면 앞으로의 진로, 즉 대학교 학과선택이나 자신의 진로에 대한 내용들이다. 이를 분석해보면 이 스팀수업을 들었다고 해도 자신의 진로에 대한 수정은 이루어지지 않았다는 증거이다. 스팀이 학생들에게 과목에 대한 흥미는 증진 시켜 줄 수는 있을지언정 십년 이상 동안 쌓아온 자신의 진로의 방향을 바꾸지는 않는다는 것이다. 이는 스 팀의 수업이 좀 더 연구해 봐야 할 부분이라고 생각된다. 수학과목에서는 2, 15, 22번 항목으로 이들의 공통점은 발표를 하거나 친구들과 의견을 교환하는 협동성에 관련된 항목이다. 수학과목은 직접 연필 을 잡고 문제를 푸는 것이므로 스스로 생각하고 해결해가는 성격이 강하기 때문에 아마 이런 결과가 나오지 않았나 생각된다. 앞으로 일선학교 수학수업에는 이 부분을 좀 더 연구하고 모둠학습을 더욱 활성화시켜야 하지 않을까 생각된다.

4. 결론 및 제언

융합인재교육 수업을 통하여 가장 많이 달라진 점은 수학, 과학에 대한 흥미, 자기주도적 학습능력면 에서 문제해결의지가 가장 많이 향상되었고 스스로 수학 과학에 자신감이 생기는 학생이 많아졌다.

하지만 스팀수업만으로는 이미 오래전부터 설정한 자신의 직업군과 대학교 학과를 변경하는데는 힘 들다는 생각을 하게 된다.

앞으로 스팀수업을 통하여 서로의 의견을 교환하는 학생이 많아지고, 과학적 활동이 사회발전과 국 가 이익에 도움이 되어야 한다는 과학적 책임감이 두드러지게 향상 되었으면 하다. 이러한 스팀교육 을 통하여 창의 적인 사고와 긍정적인 사고향상에 도움이 되는 관계로 이러한 융합인재교육 프로그 램의 개발이 계속 이루어져 제공되어야 할 것이다.

5. 참고문헌

백윤수, 박현주, 김영민, 노석구, 이주연, 정진수, 최유현, 한혜숙, 최종현 (2012). 융합인재교육 (STEAM) 실행 방향 정립을 위한 기초연구. 한국과학창의재단 연구보고 2012-12.

[부록1] 현장적용 결과 요약

<STEAM 프로그램(수업) 현장적용 요약>

※ 기존 STEAM 프로그램 개선 1개, 신규 STEAM 프로그램 개발 1개 반드시 작성

※ 제안된 STEAM 프로그램 개발 개수보다 많이 개발한 경우 칸을 늘여 추가 작성

구분 STEAM

프로그램명 적용 학교명 적용

학년 적용 교과(시수) 적용 기간 수혜 학생 수

개선 지진에서

살아남기

창현고등학교 1,2

물리(2), 화학(2), 생물(2), 지학(2),

수학(2)

10월 30일 ~

11월 3일 103

[붙임1] 수업지도안

1. 프로그램 개요 (※ 1~2쪽 이내 작성 권장)

주제 지진에서 살아남기 관련교과

고등학교 1,2학년

과학, 지구과학, 생명과학, 물리학, 화학, 수학,

학습 목표

내용 목표

• 지진의 발생 원인과 특성을 설명할 수 있다.

• 물이 정수되는 원리, 화학 전지의 원리를 설명할 수 있다.

• 생명체가 살아가기 위한 조건을 이해하고 응급조치를 배워본다.

• 피해 지역을 돕기 위한 방안을 모색하고, 지진 경보 체제를 구상하여 설계할 수 있다.

과정 목표

• 과학적 원리를 이용하여 피해복구 계획을 설계한다.

• 피해지역을 도울 수 있는 방안을 모색하는 과정에서 바른 인성을 함양한다.

STEA M 요소

S 지진의 발생원인, 생존기간, 지진계의 원리 T 지진계를 만드는 기술

E 내진설계를 이용한 건축물의 제작 A 인명구조와 구호활동을 위한 대책 마련 M 지진의 전달 속도와 지진경보의 속도

개발 의도

지진의 발생과 피해, 피해복구를 위한 대책, 더불어 사는 사람으로서 피해지역을 도울 수 방법을 모색하기 위한 스팀 프로그램을 개발하고자 한다. 이를 통하여 융합 적 사고력을 향상시키고, 남을 배려하고 도움의 손길을 줄 수 있는 인성을 배양하고 자 함이다.

해마다 많은 피해를 주고 있는 지진은 수많은 인명피해를 주고 있다. 네팔에서 2015년 발생한 규 모 7.8의 강진으로 8천여 명이 사망한 가운데 이날 또 다시 인근 지역에 7.3의 지진이 발생했다.

여진이 계속되자 주민들은 건물 추가 붕괴에 대한 불안 등으로 노숙 생활을 계속 하고 있다. 미국 지질연구소는 12일 이후 20여 차례의 여진이 계속됐다고 밝혔다.

네팔의 지진 참사를 돕기 위한 각국의 지원이 이어지고 있는 가운데, 네팔 어린이 94만 명이 도 움을 필요로 한다는 발표가 있었다. 유니세프는 "이번 지진으로 최소 94만 명의 네팔 아동에게 인도주의적 도움이 필요하다"고 밝혔다. 국제 아동구호단체 세이브더칠드런은 "네팔의 창고 3곳 에 긴급구호 물품을 두고 있고, 잠자리 같은 기본 구호물품을 2천 가구에 최대한 빨리 지원하겠다

"고 발표했다. 또 유엔은 "질병의 확산을 막는 것이 가장 시급한 일"이라며 백신 부족에 대한 우려 를 표명하기도 하였다.

또한 그동안 지진의 안전지대라고만 생각했던 우리나라 경주에서도 리히터규모 5.8의 지진이 발생

하여 인근의 부산, 울산 창원에서도 진도 5로 감지되었으며 전국적으로 지반의 흔들림을 경험한 사람들이 많았다. 이로 인한 피해로는 지붕기와의 낙석, 건물외벽의 균열 등 경상남북도 전반에 걸쳐 피해 신고가 접수되었으며 이후 400여 차례 여진이 발생하여 주민들의 안정에 대한 공포심 이 상당히 심각한 수준에 도달하였다. 이와 가티 우리나라도 이제는 지진의 발생에 대하여 좀 더 심도 있고 심층적으로 연구할 필요성이 있으며 지진의 발생에 대비한 비상대피훈련 등을 체계화 및 정례화할 필요성이 나타나고 있는 실정이다.

본 연구에서는 지진의 발생과 피해, 피해복구를 위한 대책, 더불어 사는 사람으로서 피해지역을 도울 수 있는 방법을 모색하기 위한 스팀 프로그램을 개발하고자 한다. 이를 통하여 융합적사고력 을 향상시키고, 남을 배려하고 도움의 손길을 줄 수 있는 인성을 배양하고자 한다.

STEA M 준거

상황 제시

칠레 화산분화에 이어 세계의 지붕인 네 팔에서 리히터규모 7.9의 지진이 일어났 다. 이로 인하여 사망자가 8천여명에 이 르고 많은 부상자가 생긴 가운데 3차례 나 여진이 발생하였다. 인명을 구조하고 피해지역을 복구하고자 정부 뿐 아니라 각국에서 많은 지원을 하고 있다.

감성 적 체험

① 협력적 과제 수행 : 협력하여 아이디어 브레인스토밍과 피해복 구 설계 제작

② 성취감 : 친환경 건물과 도시 설계에 대한 평가

③ 효능감 : Hands on 기반의 작 품 완성으로 효능감 증가

　- 과학기술(공학) 흥미 : 조작 및 설계 능력 향상 - 과학기술(공학) 탐구 동기 강 화

: 내진설계를 알아보고 내진 모형을 제작함.

창의 적 설계

• 피해지역을 돕기 위한 기술을 개발하고 도와줄 수 있는 방법을 설계한다.

2. 교육과정 (※ 1~2쪽 이내 작성 권장 / 차시 제한 없음)

차시 과목 교육과정 성취기준 STEAM 프로그램 성취 목표/요소

1~2 과학

[4과11-04] 지진 발생의 원인을 이해하고 지진이 났을 때 안전하게 대처하는 방법을 토의할 수 있다.

[9과01-01] 지구계의 구성 요소를 알고, 지권의 층상 구조와 그 특징을 설명할 수 있다.

 지진이란 무엇인가?

 PS시를 이용하여 진앙의 위치를 찾아낸다.

Co 지진의 정의와 진앙의 위치를 파악할 수 있을까?

Tip! 지진동영상을 시청한후 지진의 피해, 지진의 발생 원리, 진앙의 위치를 구해본다.

CD PS파를 이용하여 지도에서 진앙의 위치를 찾아 본다.

Tip! 지진의 원인과 피해, 자신이 계사하여 찾아낸 진 앙의 위치를 친구들과 의견을 나누어 보도록 한다.

3~4 과학

[6과16-01] 뼈와 근육의 생김새와 기능을 이해하여 몸이 움직이는 원리를 설명할 수 있다.

[9과20-03] 우리 몸의 기능 조절에 호르몬이 관여함을 알고, 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

 간이 정수기 만들어 보기

 식량을 구할 수 있는 방법 모색하기

 부상자 치료해보기

 간이 정수기와 지진계를 만들어 보고 실험해 본 다.

Co 모래, 숯, 자갈로도 콜라나 커피가 정수가 될까?

CD 정수기와 응급치료 외에 생존율을 높일 수 있는 방법을 찾아보기.

5~6 과학

[12물리Ⅱ01-02]

무게중심에 대한 물체이 평형 조건을 정량적으로 계산하여 간단한 구조물의 안정성을 설명할 수 있다.

 건축물을 설계할 때 구조와 재질을 중요성 그리고 이를 통한 내진설계를 실습함.

Co 내진설계의 원리와 붕괴예방 측정

CD 발사목과 우드락을 이용하여 내진건물을 건축함.

ET발사목의 위치, 접합방법으로 내진설계을 이해함.

7~8 과학

[9과05-02] 여러 가지 물질의 상태 변화를 관찰하고, 상태 변화 시 나타나는 현상을 입자 모형으로 설명할 수 있다.

[9과13-04] 밀도 차를 이용하여 고체 혼합물 또는 섞이지 않는 액체 혼합물을 분리하는 방법을 이해하고, 우리 주변에서 사용되는 예를 찾아 설명할 수 있다.

 액체 성분의 밀도와 점성을 이용한 내진설 계

Co 고정추 역할에 어떤 종류의 액체가 효과적인가?

CD 물, 오일 같은 점성이 다른 액체를 이용함

ET액체의 종류가 내진에 어떤 영향을 미치는지 실습 함.

9~10 과학 [9과16-02] 과학적 원리를  Remote controller 프로그래밍

3. 차시별 계획 총괄표 수학

이용하여 재해, 재난에 대한 대체 방안을 세울 수 있다.

[9과01-01] 지구계의 구성 요소를 알고, 지권의 층상 구조와 그 특징을 설명할 수 있다.

 리히터규모란?

 지진의 강도를 구해보자

Co 리히터규모란 무엇인가?

CD 쓰나미의 속도를 수학적으로 계산해보자

CD PS파를 이용하여 핵까지의 거리도 구해보자.

차시 학습 내용

1~2 9~10

소주제 지진의 발생

Co 지진의 정의와 진앙의 위치를 파악할 수 있을까?

CD PS파를 이용하여 지도에서 진앙의 위치를 찾아본다.

CD PS파로 핵까지의 거리를 구해보자.

3~4 차시

소주제 피해 복구

Co 모래, 숯, 자갈로도 콜라나 커피가 정수가 될까?

CD 정수기와 응급치료 외에 생존율을 높일 수 있는 방법을 찾아보기.

5~8

소주제 지진의 예방과 극복

Co 고정추 역할에 어떤 종류의 액체가 효과적인가?

CD 물, 오일 같은 점성이 다른 액체를 이용함

Co 내진설계의 원리와 붕괴예방 측정

CD 발사목과 우드락을 이용하여 내진건물을 건축함.

4. 학생 평가계획 (※ 평가기준은 학습목표와 연계하고 학습목표를 세분화 하여 제시)

5. 학교 생활기록부 기재 방안 (※ 4. 평가계획과 연계하여 형성평가와 총괄평과 결과를 생활기록부에 기 재하는 방안 제시)

구분 번호 평가도구 학생생활기록부 기재 방안

총괄 평가 1

융합과학(STEAM)수업(10 시간)을 수강하여

‘지진에서 살아남기’라는 주제로 지진의 발생과 피해, 복구를 위한 대책 등을 찾아봄.

생존자를 살리고 내진을 설계하는 과정에서 과학이 인류의 생존문제에 이롭게

사용되어야 할 것을 인식하고 책임감을 가지게 됨.

연번 평가 기준 방 법

1 지진의 발생 원인를 이해하고 있는가? 관찰평가

2 지진의 피해 복구를 위한 방법을 잘 설계하는가?

산출물 평가 3 지진의 예방과 극복방법을 설계할 수 있는가?

4 탐구 과정에 흥미를 가지고 참여하였는가? 관찰평가

5 실험 및 탐구 활동 시 서로의 의견을 존중하고 의사소통 과정에 적극적으로 참여하였는가?

관찰평가/동료 평가

6. 차시(단계)별 교수 학습 과정 (※ 3쪽 이내로 명확히 작성 권장)

과목 생명과학 수업차시 3~4

단원 생명과학1- Ⅲ-2 신경계, 호르몬, Ⅳ-2 환경

교육과정

(3) 항상성과 건강

세포가 생명활동을 하는데 필요한 물질 및 에너지의 출입과 관련하여 우리 몸의 각기관의 작용을 통합적으로 이해한다.

(4) 자연 속의 인간

자연속의 한 생물로서 인간이 갖는 환경과의 상호 관계를 생태계 차원에서 이해하고, 생태계 보전의 필요성을 안다.

학습목표

1. 지진발생시 신체적인 변화를 알 수 있다.

2. 생존을 위한 여러 가지 방법을 알아본다.

3. 생존을 연장시키는 간이정수기를 만들어 본다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (5분)

 지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기)

Co 위급한 상활에서 신체적인 변화는 어떻게 일어나는가?

생명연장을 위한 정수기는 어떻게 만들수 있는가?

PPT

학습활동 (40분)

 지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기) 1. 신경계의 종류, 교감신경의 기능에 대하여 설명한다.

교감신경이 작용하면서 나타나는 신체적인 변화를 설명한다.

2. 스트레스호르몬인 코티솔에 대하여 설명한다.

트라우마란 무엇이며 이를 극복하는 방법을 설명한다.

3. 생명유지에 가장 중요한 물을 얻기 위한 정수기만들기 간단히, 숯, 모래, 자갈 등을 이용하여 물을 정수하여 본다.

또한 정수기의 원리를 이해한다

PPT lifestraw 정수기키 트

마무리 (5분)

 지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기) 1. 교감신경과 코티솔로 긴장, 스트레스에 대처한다.

2. 간이정수기키트를 이용하여 흙탕물을 정수해보고 위급한 상 황에서도 직접 만들 수 있는 체험을 한다.

PPT

지도상의 유의점

 지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기)

1. 정수기키트는 재사용 가능하므로 사용 후 반드시 씼어 말린 다음 사용한 다. 말리지 않고 사용하면 세균 등의 오염이 될 수 있다.

2. 정수한 물은 이론적으로는 음용 가능하지만 마시지는 말자.

7. 학생 학습·활동지 (※ 차시별 2쪽 이내 작성 권장 / 개발한 차시만큼 작성 권장)

2017년 2학기 스팀

2017년 2학기 스팀 운영 계획

1. 운영일정 및 세부계획

일시 : 2017. 10. 30(월) - 11. 3(화) 6:50 ~ 8:30 학급 : A반 ~ E반 학급당 20명 내외

세부 일정

A반 B반 C반 D반 E반

10/30(월) 지진이란?

장소: 지학실

지진에서 살아 남기

장소: 생물실

수학과 지진 장소: 2층수업 분석실

내진건물(화) 장소: 화학실

내진설계(물) 장소: 물리실

10/31(화) 내진설계(물) 장소: 물리실

지진이란?

장소: 지학실

지진에서 살아 남기

장소: 생물실

수학과 지진 장소: 2층수업 분석실

내진건물(화) 장소: 화학실

11/1(수) 내진건물(화) 장소: 화학실

내진설계(물) 장소: 물리실

지진이란?

장소: 지학실

지진에서 살아 남기

장소: 생물실

수학과 지진 장소: 2층수업 분석실

11/2(목)

수학과 지진 장소: 2층수 업분석실

내진건물(화) 장소: 화학실

내진설계(물) 장소: 물리실

지진이란?

장소: 지학실

지진에서 살아 남기

장소: 생물실

11/3(금)

지진에서 살 아남기 장소: 생물실

수학과 지진 장소: 2층수업 분석실

내진건물(화) 장소: 화학실

내진설계(물) 장소: 물리실

지진이란?

장소: 지학실

3. 학급 구성

A 반 B 반 C 반 D 반 E 반

10204 김가0 10704 김 0 11207 김수0 20504 김세0 21406 김영0 10206 김두0 10705 김윤0 11215 박소0 20505 김순0 21409 박서0 10214 안진0 10721 이선0 11217 송서0 20508 김현0 21418 여승0 10222 이주0 10725 정우0 11219 윤소0 20516 송승0 21427 이지0 10223 이희0 10804 김권0 11228 정소0 20519 오전0 21433 최정0 10302 김민0 10811 박경0 11313 오유0 20528 이원0 21503 김단0 10303 김성0 10815 소현0 11318 이윤0 20614 김태0 21507 김지0 10314 박지0 10817 오태0 11324 조 0 20621 양원0 21519 이은0 10322 정의0 10830 황선0 11326 최수0 20622 양지0 21520 이정0 10402 권태0 10911 변가0 11329 최정0 20631 이찬0 21524 정유0 10403 김기0 10926 최수0 11402 권 0 20636 최호0 21529 차원0 10405 김재0 10928 허지0 11426 최서0 20734 최미0 21601 강민0 10408 도현0 10930 강민0 11503 고다0 20738 황승0 21607 박예0 10414 엄홍0 11002 권규0 11506 김채0 20801 강원0 21613 신은0 10507 김현0 11008 김하0 11509 노현0 20818 심우0 21617 이서0 10528 조성0 11016 서다0 11511 맹세0 20820 유규0 21623 이한0 10608 김현0 11019 신민0 11528 홍서0 20830 장원0 21712 박보0 10614 서준0 11026 천세0 11601 강주0 20836 최원0 21714 박채0 10619 이기0 11103 김민0 11614 성현0 20837 최태0 21722 이유0 10622 이준0 11114 송가0 11621 임수0 21725 전수0 11623 제환0 21727 조예0 11629 허진0 21731 한수0

1~2차시 지진이란?

지진이란

1. 지진 : 지각 변동에 의해 발생한 탄성 에너지가 파동의 형태로 사방으로 전달되는 현상 발생 원인 단층 작용, 화산 활동, 지하 동굴 붕괴

진원과 진앙 • 진원 : 지진이 발생한 장소

• 진앙 : 진원 수직 위의 지표점 진원의 깊이 • 천발 지진 : 100km 이내

• 심발 지진 : 100km 이상

2. 지진파의 종류와 특징

지진파 전파 속도 파동의 형태 진폭 피해 통과 물질

P파 빠름(5~8km/s) 종파 작다 작다 고체, 액체, 기체

S파 ↕ 횡파 ↕ ↕ 고체

L파 느림(2~3km/s) 표면파 크다 크다 표면

※ 종파 : 진행 방향과 진동 방향이 나란한 파 / 횡파 : 진행 방향과 진동 방향이 수직인 파

3. 지진의 측정과 기록

1) 지진계 : 관성을 이용하여 지진의 도착 시간과 세기를 측정하는 기계 장치

※ 추는 관성에 의해 정지되어 있고, 정지된 추에 달린 펜이 움직이는 회전 원통에 지진을 기록

2) 지진 기록 : 지진 관측소의 지진계에 기록된 지진파의 모습

① 지진파의 도착 : P파가 가장 먼저 도착한 후 S파가 도착하고, L파가 마지막으로 도착 ② PS시 : S파 도착 시간 - P파 도착 시간으로 진원까지의 거리에 비례

③ 주시 곡선 : 지진 관측소에서 진앙까지의 거리와 지진파가 도착하는 데 걸리는 시간과의 관계 를 나타낸 그래프

4. 지진의 세기

① 규모 : 방출된 에너지량으로, 진원 거리에 관계없이 일정함.

② 진도 : 진동과 피해 정도로, 진원에서 멀어질수록 작아짐.(지하 구성물질이 일정할 때)

5. 화산대와 지진대

1) 화산대와 지진대의 분포 : 지구 상의 모든 지역에 고르게 분포하지 않고, 특정 지역을 따라 띠 모양으로 분포하며, 화산대와 지진대의 분포는 거의 일치함.

① 화산대 : 화산 활동이 활발하게 일어나는 지역을 연결한 띠 모양의 지역 예: 환태평양 화산대, 알프스-히말라야 화산대, 해령 화산대

② 지진대 : 지진 활동이 활발하게 일어나는 지역을 연결한 띠 모양의 지역 2) 화산대와 지진대 및 판의 경계 : 화산대와 지진대는 판의 경계와 대체로 일치 ⇒ 판의 경계에서 판의 상대적인 운동에 의한 화산 활동과 지진이 발생하기 때문

화산대와 지진대

판의 경계

6. 우리나라 주변의 지각 변동

특징

태평양 판(해양판)과 필리핀 판(해양판)이 유라시아 판(대륙판) 밑으로 섭입하는 수렴형 경계에 위치함.

지진 일본 해구에서 우리나라 쪽으로 올수록 진원의 깊이가 깊어짐.

화산

판이 섭입되는 베니오프 대를 따라 마그마가 생성되어 화산 활동이 활달

⇒ 호상 열도(일본 열도) 생성

실험. 이론적 지진파형으로 PS시와 진앙구하기

[실험목적]

이론적인 지진파형으로부터 P파와 S파의 도달 시간을 측정하고, 이를 이용하여 지진이 발생한 위치 (진앙)을 결정한다.

[관측 방법]

다음은 지진의 발생을 시뮬레이션하여 가상의 관측소 ST2 (129.0E 35.5N), ST3 (126.5E 34.5N), ST4 (127.0E 37.5N) 에서 관측한 지진파형을 나타낸 것이다. R은 시선방향(Radial), T는 접선방향 (Tangential), V는 수직방향(Vertical)을 나타낸다.

위의 지진 파형에서 P파는 Radial(R)과 Vertical(Z) 성분에서 관측이 되고, S파는

Tangential(T) 성분에서만 나타나고 있다. 수직 성분은 단위가 cm로 1만큼 움직이면 1cm 수직으로 진동한 것을 의미한다. 수평 성분은 시간으로 단위는 초(sec)이다.

[실험 결과 및 토의]

1. 각 관측소에서의 PS시는 얼마인가?

관측소 P파 도착 시간 S파 도착 시간 PS시

ST2 ST3 ST4

2. PS시를 이용하여 진앙 거리를 구하시오.

PS시와 진앙거리

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 진앙거리(km)

PS시(s)

관측소 진앙 거리(km) 관측소 진앙 거리(km)

ST2 ST4

ST3

3. 위도 36° 지점에서 자전축으로부터 지표까지의 거리, 지구 둘레, 경도 1°는 몇 km에 해당하는가?

구분 자전축~지표 거리(a) 지구의 둘레(2πa) 경도 1° 거리(둘레/360)

적도 6400Km 40200Km 111Km

위도 36° 6400*cos36=5200 32700 90

4. 각 관측소의 위치정보를 이용하여 관측소의 위치를 지도에 표시하시오.

구분 위도 경도 구분 위도 경도

ST2 35.5°N 129.0°E ST4 37.5°N 127.0°E ST3 34.5°N 126.5°E

5. 각 관측소에서 결정한 진앙거리를 이용하여 진앙의 위치를 결정한다.

구분 진앙 거리(km) 경도 1° 거리(km) 경도 1° 길이(그림) 진앙 거리 변환 ST2

90 2.4cm

ST3 ST4

6. 진앙의 위치는 어디인가?

실험2. 지각의 두께 구하기

[실험목적]

지각과 맨틀에서의 지진파의 속도차이를 이용하여 지각의 두께를 구할 수 있다.

지각을 통해서 관측소까지 전달되는 지진 파를 직접파라고 하며 그 속도를 V1으로 표현한다. 진원에서 맨틀로 이동하여 맨 틀을 통해서 이동하다가 다시 지각으로 이동하여 관측소까지 이동하는 파를 굴절 파라고 하고 그 속도는 V2로 표현한다.

직접파와 굴절파가 동시에 도착하는 지 점은 b이며, 이 지점을 통해서 지각의 두 께를 구할 수 있다.

직접파

굴절파

직접파 경로

굴절파 경로

지각의 두께를 d, 진원으로부터 직접파와 굴절파가 동시에 도착 하는 지점까지의 거리를 l, 직접파의 속도를 V1, 굴절파의 속도를 V2로 가정했을 때

지각의 두께를 구하는 공식은 다음과 같다.

   

 ^{  }

 



 

[관측 방법]

우리나라 지각의 두께 구하기

구분 ps시(초) 진원거리(km) p파의 이동 시간(초) 진앙거리(km)

대구 13.1 101.3 18.3 100.8052

부산 14.2 109.5 19.8 109.0424

인천 33.8 294.0 45.1 293.8299

서울 30.6 262.6 41.5 262.4095

평양 63.5 604.0 83.8 603.9172

★ 각 관측점에서의 P파 도착시간을 세로 축, 진앙 거리를 가로축으로 하여 그래 프를 그려보자.

․ 그래프에서 직선이 꺾이는 점까지의 진앙 거리는 얼마인가?

․ 지각의 두께가 일정하다고 가정할 경우, 그래프에서 지각을 통과하는 P파의 속력(_)과 상부맨 틀을 통과하는 P파의 속력(_)이 각각 얼마인지 구해보자.

․ 위 계산을 바탕으로 한반도 지각의 평균두께를 구해보자.

지각의 두께 구하기 공식 유도

3~4차시 지진에서 살아남기

과목 생명과학 수업차시 3~4

단원 생명과학1- Ⅲ-2 신경계, 호르몬, Ⅳ-2 환경

교육과정

(3) 항상성과 건강

세포가 생명활동을 하는데 필요한 물질 및 에너지의 출입과 관련하여 우리 몸의 각 기관의 작용을 통합적으로 이해한다.

(4) 자연 속의 인간

자연속의 한 생물로서 인간이 갖는 환경과의 상호 관계를 생태계 차원에서 이해하 고, 생태계 보전의 필요성을 안다.

학습목표

4. 지진발생시 신체적인 변화를 알 수 있다.

5. 생존을 위한 여러 가지 방법을 알아본다.

6. 생존을 연장시키는 간이정수기를 만들어 본다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (5분)

 지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기)

Co 위급한 상활에서 신체적인 변화는 어떻게 일어나는가?

생명연장을 위한 정수기는 어떻게 만들수 있는가?

PPT

학습활동 (40분)

 지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기) 1. 신경계의 종류, 교감신경의 기능에 대하여 설명한다.

교감신경이 작용하면서 나타나는 신체적인 변화를 설명한다.

2. 스트레스호르몬인 코티솔에 대하여 설명한다.

트라우마란 무엇이며 이를 극복하는 방법을 설명한다.

3. 생명유지에 가장 중요한 물을 얻기 위한 정수기만들기 간단히, 숯, 모래, 자갈 등을 이용하여 물을 정수하여 본다.

또한 정수기의 원리를 이해한다

PPT lifestraw 정 수 기 키 트

마무리 (5분)

 지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기) 1. 교감신경과 코티솔로 긴장, 스트레스에 대처한다.

2. 간이정수기키트를 이용하여 흙탕물을 정수해보고 위급한 상황에 서도 직접 만들 수 있는 체험을 한다.

PPT

지도상의 유의점

 지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기)

1. 정수기키트는 재사용 가능하므로 사용 후 반드시 씼어 말린 다음 사용한다. 말리 지 않고 사용하면 세균 등의 오염이 될 수 있다.

2. 정수한 물은 이론적으로는 음용 가능하지만 마시지는 말자.



지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기)

간이 정수기 만들기

1. 생각해보기

재난현장에서 물이 필요하면 어떻게 해야 할까?

2. 학습목표

˚ 간이 정수기의 원리를 알아본다.

˚ 실생활에 사용하는 정수기는 어떻게 작동하는가?

3. 실험준비물

활성탄, 모래, 자갈, 페트병(투명), 거즈, 고무줄, 솜, 숯...

4. 실험방법

① 1층의 투명페트병에 여과를 깔고 석영(규소)를 넣는다.

② 2층의 투명페트병에 여과지를 깔고 활성탄을 넣는다.

③ 3층의 투명페트병에 여과지를 깔고 모래를 넣는다.

④ 4층의 투명페트병에 여과지를 깔고 자갈을 넣는다.

⑤ 제일 아래층의 하단부(정수된 물받이통)과 상단부(오염된물 넣은 통)를 연결한다.

⑥ 흙탕물 또는 김빠진 콜라를 부어서 정수하여 본다.

⑦ 여러번 정수하면 깨끗한 물이 정수됨을 볼 수 있다.

5. 정수기의 원리

① 정수기의 원리에 대하여 알아보자

페트병정수기의 원리에서 가장 중요한 것은 숯과 활성탄이다. 숯은 미세한 구멍이 많은 다공성물질로 잘 흡착싴는 성질dl 있다. 따라서 오염된 물이 숯과 활성탄을 지나가게 되면 서 정수가 되도록 하는 거이다 자갈을 나중에 넣은 이유는 물이 작은 입자를 걸러주는 역할 을 하며 자갈의 무게가 모래가 물과 함꼐 빠져나오지 못하도록 하는 일도 해준다. 모래는 물이 너무 빨리 흐리지 못하도록 하는 역할을 하는 역할을 해주며 최종적으로 솜과 거즈에 서 꺠끗한 물이 빠져 나오기 시작한다.

활성탄은 숯보다 표면적이 넓게 하기 위해 600~900℃정도로 다시 가열해서 만들어 정수기 필터나 방독면에 사용하기도 한다.

② 실생활에서 사용하는 정수기의 원리

정수방법에는 여러 가지가 있지만 그중엣 역삼투압원리를 이용하는 것도 있다. 삼투현상은 반투막(물같은 작은 물질은 통과하지만 소금같은 커다란 물질은 통과시키지 못하는 막)사 이에 높은 농도의 물질과 물이 있으면 물이 고농도쪽으로 이동하는 현상이다. 이때 압력을 가하게 되면 오염된 물에서 물순물은 남고 순수한 물만 이동하게 된다.

지진 발생시 신체적 변화와 식수 제조하기(간이정수기) 보고서

가장 효율적인 정수 순서 찾기

Ⅰ. 실험방법

1.자갈, 모래, 숯, 규소를 투명 컵에 넣는다.

2. 물을 위에서 부어 깨끗한지 200ml 비커에 걸러져 나오는 물을 살펴본다.

3. 4개의 컵을 쌓는다.

4. 컵의 위치를 바꾸어서 커피(100ml)가 가장 정수가 잘 되는 순서를 찾아보 자.

● 한번 실험 한 후에 2번처럼 각 투명컵의 물질을 세척후에 사용하시오

1회 2회 3회 4회

1층 자갈(흰색자갈)

2층 모래

3층 숯

4층 규소(작은 자갈)

정수정도(%)

Ⅱ. 실험결과

1. 우리조의 가장 좋은 순서는 ?

2. 왜 그럴까?

3. 기타 여러 가지 생각나는 아이디어?

* 조금 더 알아보기(물부족현상과 라이프 스트로우)

1. 지진 시 발생할 수 있는 부상으로는 어떤 것들이 있을까?

● 외상의 종류

종류 설명

넘어지거나 사물에 부딪쳐서 피부가 벗겨지는 것

사물에 부딪치는 것, 피부 속의 세포 조직이 파괴되어 속으로 출혈이 되어 멍 이 드는 것, 혹은 근육 손상

유리나 칼에 베이는 상처

못이나 나뭇가지처럼 날카로운 것에 찔려 발생하는 상처 뼈가 부러지는 큰 부상

종류 : 단순골절과 복합골절

관절이 심하게 움직여 관절을 지탱하는 인대의 섬유가 늘어나 찢어진 것

● 우리 몸의 구성 (1) 피부

외부를 덮고 있는 기관으로 바깥쪽에서부 터 표피, 진피 및 피하지방층의 독특한 세 개의 층으로 구성

①

②

③

④

(2) 뼈

사람의 골격을 이루는 가장 단단한 조직 중 하나 유기질 성분이 전체의 35%를 차지하고, 칼슘 등의 무기질 성분은 45%, 수분 20%로 구성.

(3) 인대

뼈와 뼈 사이를 연결해주는 강인한 섬유성 결합 조 직

인대는 주로 관절에 위치하여 관절이 안정하게 유지 되도록 한다.

①

②

①

② 2015학년도

STEAM 수업 【지진 시 응급처치법】

수원 창현고등학교 ( )학년 ( )반 이름 ( )

2. 건물들 사이에서 사람을 발견했다면?

① 생사를 확인한다.

② 숨을 쉬고 있지 않다면, ( )을 실시한다.

③ 상황에 따른 응급처치를 한 뒤, 병원으로 이송한다.

● 응급처치법

(1) 손가락 부목 (골절 처치)

준비물 : 단단한 판, 고정할 수 있는 밴드(코반)

(2) 압박붕대 (염좌 처치) 준비물 : 압박붕대, 작은 핀

3. 당신이 만약 구조현장에 가게 된다면, 구급 상자에 어떤 응급 처치 용품을 챙겨가실건가요??

2015학년도

STEAM 수업 【지진 시 응급처치법】

수원 창현고등학교 ( )학년 ( )반 이름 ( )

5~6차시 건축물의 내진 설계: 건물 중심으로

우리는 다양한 건축물 속에서 살아가고 있다. 인류의 역사는 건축의 역사와 함께 했다고 해도 과언 이 아니다. 건축 양식은 그 시대의 문화, 환경, 자연 조건, 민족의 사고방식 등 모든 것이 고려된 훌륭 한 창의적 산출물이라고 할 수 있다. 시대가 변화함에 따라, 그 중에서도 자연재해로부터 보호를 받 기위한 인류의 치열한 노력은 고스란히 건축물의 구조와 건축 방식에 반영되었다. 이번에 다룰 주제 는 네팔 지진으로부터 인류가 지진이라는 자연 재해로부터 조금이라도 더 안전하기 위한 방법을 찾 는 것이다. STEAM이라는 학습방법을 통해 건물의 내진 문제들을 살펴보면서 탐구해보자.

◎ 문제 상황

네팔 수도 카트만두에서 25일 UTC 6시 11분 26초(네팔 표준시 11시 56분 26초)에 모멘트 규모 7.9의 대지진이 발생하였다. 굉음과 함께 발생한 지진으로 도시는 순식간에 폐허로 변했습니다. 에베 레스트 산에서도 눈사태가 발생해 등반객 수십명이 목숨을 잃었다. 사망자 수는 계속 늘어날 것으로 보입니다. 여진도 계속되고 있다. 진앙은 네팔 간다키 구 고르카 현이며, 진원까지의 깊이는 대략 15km로 매우 얕은 편이다. 이 지진은 1934년 네팔-비하르 지진 이후 81년만에 네팔에서 발생한 가 장 강력한 지진이다. 이 지진으로 인해 네팔, 중국, 인도, 파키스탄, 방글라데시 등지에서 8천400명 이상이 사망한 것으로 추정된다. 정확한 사망인의 수는 아직 잘 모르는 것으로 추정된다. 이 지진으 로 인해 카트만두 계곡의 카트만두 더르바르 광장과 같은 여러 유네스코 세계유산이 파괴되었다. 에 베레스트 산에도 눈사태가 발생해 2014년 에베레스트 눈사태 이후 최대 사망자가 발생했다. 4월 26 일 UTC 7:09:08에는 규모 6.7의 여진이 발생했다. 5월 12일 UTC 16:05:19에는 카트만두 동쪽 83km지역에서 규모 7.4의 본진과 가까운 여진이 발생했다.

이런 가운데 네팔 정부는 ‘국가 비상사태’를 선포하고, 생존자를 발견할 가능성이 희박하다며 구조작 업보다는 구호활동과 재건에 더 비중을 두겠다고 밝혔다. 네팔 내무부의 락스미 프라사드 다칼 대변 인은 이날 기자들에게 "생존자 구조와 구호 작업에 최선을 다하고 있지만 무너진 건물 잔해 아래 생 존자가 있을 가능성은 없다고 생각된다."며 이같이 밝혔다.

2000년대 들어 전세계에서 강력한 지진이 자주 발생하고 있다. 2003년 이란에서 규모 6.6의 지진 이 발생해 2만6000명 이상이 목숨을 잃었고, 2004년 인도네시아에서 규모 9.1의 지진과 쓰나미가

일어나 23만명 이상이 숨졌다. 2005년 카슈미르에서 일어난 7.6 규모의 지진은 약 10만명의 목숨을 앗아갔고, 2008년 중국에서는 규모 7.9의 지진으로 9만명이 사망했다. 2010년 아이티에서도 규모 7.0의 지진이 발생해 22만명이 숨졌다.

여러분은 네팔에서 주최하는 건물 재건축 사업 공모전에 참가하고자 합니다. 공모전은 과학적 원 리에 기반하여 내진 설계 건물 건축 제안서를 제출하는 것입니다. 건축 제안서에는 여러분들이 설계 한 건물의 미니 모형을 만들고 실제로 어느 정도의 무게에서 지진을 버틸 수 있는지 예비 실험을 실 시하고 그 실험 결과를 제안서에 첨부하도록 합니다.

창현 건물 재건축 제안서

◉ 제안명 : 제 안 자

소 속

소 속 장 (인)

년 월 일 요일

◉ 현재의 문제점 :

◉ 개선의 구체적 내용 : ◉ 기대할 수 있는 효과 :

◉ 실시에 있어서의 문제점 :

◉ 관련 부서에 대한 의뢰사항 :

▣ 건물의 내진 실험

 준비물과 비용

재료 규격 비용 비고

발사목 90cm, 1개

글루건스틱(접착용) 1개

고무찰흙 1개

실 1m

하드버드지 8절 1장

우드락 8절 1장

우드락 (접착용) 85g, 1개

투명테이프 1롤

도 구 칼, 가위, 자, 각도기, 컴퍼스, 그 외 필요한 것, 저울, 추(5g, 10g, 20g, 50g, 100g, 250, 500g)

 활동 내용

1. 각 조별로 내진에 대한 조사와 토의를 기반으로 건축 방법을 선택하여 다양한 재료를 선택하여 건물을 만들어보고 그 위해 추를 올려놓고 내진 효과를 측정해본다.

2. 조별로 건물을 분석하고 발표한다.

⊙ 주의사항

1. 건물의 크기는 가로 20cm, 세로 20cm, 높이 30cm 내외를 기준으로 자유롭게 만들어보세요. 단, 주 거 공간을 고려한 내진 설계를 구상해야 합니다.

2. 만들어진 건물이 하드버드지(지진 지표면) 위에 고정되게 설계해주세요.

 건물의 내진 테스트 결과

팀별로 만든 건물(그림 또는 사진) 건물이 견딘 시간과 파손 정도

⊙ 건물의 내진 테스트 분석 결과

⊙ 최종적으로 건물의 구조를 선택한 이유

(사람 중심적 측면, 구조적 측면, 비용적 측면, 과학적 근거, 디자인의 이점 등)

7~8차시 내진 건물 만들기

1. 지진에 견딜 수 있는 건물을 구상해보고 조별 발표해보자

내부 구조를 세부적으로 생각해보고 장단점을 고려하여 최상의 건물을 생각해 보자.

[조별토의]

토의 내용:

2. [조별 발표 내용 기록]

각 조별 발표 내용을 기록하고 문제점과 장단점을 생각해보자.

각 조 문제점 장,단점

1

2

3

4

5

6 활동자료 1

활동1] 지진에 견딜 수 있는 건물은 어떻게?

[제작과정]

1. 종이 박스를 활용하여 아래층과 윗 층을 만들고 그 사이를 막대기로 연결하여 고정 하자.

2. 고정한 막대에 노끈을 잘라서 흔들림을 나타낼 수 있도록 붙인다.

3. 윗 층에 U자관을 고정시키고(스티로폼 속에 넣어 고정) 물을 넣는다.

4. 대조군으로 윗 층에 액체를 넣지 않고 U자관만 넣고 고정시킨다.

5. 액체의 종류(오일)를 다르게 하여 같은 실험을 한다.

[내진 효과 확인실험]

1. 펴진 종이 박스 위에 대조군과 실험군을 올려놓고 수평으로 흔들어 진동을 관찰한다.

2. 막대기에 붙여진 노끈의 움직임을 비교하면서 내진 정도를 비교한다.

노끈의 흔들림 정도

액체를 사용한 경우 액체를 사용하지 않은 경우

3. 액체의 종류를 다르게 하여 같은 방법으로 실험을 한다.

노끈의 흔들림 정도

오일을 사용한 경우 오일을 사용하지 않은 경우

4. 액체가 내진에 영향을 미치는 정도를 비교해 보자.

[고찰]

1. 액체를 넣은 관을 건물의 가운데와 바닥에 두고 실험했을 때 결과를 생각해보자

건물 가운데:

건물 바닥:

2. 실험 후 느낀 점은?

노끈의 흔들림 정도

오일을 사용한 경우 물을 사용한 경우

활동자료 2

활동2] 액체를 이용한 내진 건물을 만들고 내진 정도 비교하기

9~10차시 지진을 숫자로 말해봐!

* 지진이란?

지진(Earthquake)이란 지하에 강한 충격이 가해지거나, 단층이 미끌리면서 그 에너지가 방출되어 땅이 흔들리는 현상을 말한다. 다시 말해, 지진은 지구내부 어딘가에서 급격한 변동이 생겨 그 힘으 로 생긴 파동, 즉 지진파(Seismic wave)가 지표면까지 전해져 지반을 진동시키는 것이다. 약한 지진 은 진동조차 느끼기 힘들지만, 아주 강력한 지진은 자전축까지 뒤흔들어 버릴 수 있다고 한다.

(1) 지진의 강도

- 읽을 거리

2008년 5월 12일, 중국 쓰촨(四川)성 일대를 강타한 지진은 피해 면적이 약 10만㎢로 한반도 절반 크기이며, 사망자와 실종자 수는 약 10만 명에 이른다고 한다. 그 위력은 원자 폭탄의 200배를 넘었다.

19일은 멕시코 최악의 재해로 기록된 1985년 대지진이 발생한 지 정확히 32년째 되는 날이다. 엔리케 페나 니에토 대통령 은 이른 아침에 32년 전 희생당한 6천여명을 위한 추도식에 참석했다가 지난 7일 규모 8.1의 강진 피해를 입은 오악사 카주를 방문하려 비행기에 올랐다. 그때 악몽이 되풀이됐다. 멕시코 중부 푸에블라주에서 또다시 대형 지진이 발생했다.

니에토 대통령은 수도 멕시코시티로 급히 방향을 틀었다.

CNN 방송은 이날 오후 1시14분께(현지시각) 멕시코시티에서 남동쪽으로 120㎞ 떨어진 푸에블라주에서 규모 7.1의 지 진이 발생해 최소 217명이 사망했다고 밝혔다. 진원 깊이는 51㎞다. 멕시코시티가 속한 멕시코주와 남부 모렐로스 주, 푸에블라주, 게레로주에서 사상자가 대거 발생했다. 니에토 대통령은 멕시코시티 인근 엔리케 레브사멘 초등학교를 방 문해 실종자들 가족을 위로했다. 무너진 학교 건물 잔해 속에서 최소 22명의 어린이 주검이 발견됐고 30명은 여전히 실종 상태다.

[ 출처 : 2017년 9월 20일 한겨레 신문 보도 발췌 ]

지진 에너지()와 지진의 규모 – 리히터 규모()의 관계식 : log   

(※ 참고 - 리히터 규모 : 1935년 미국의 지진학자 찰스 리히터가 개발한 지진의 에너지를 추정하는 방법으로 지진의 강도를 나타내는 단위)

◆ 탐구활동

- 리히터 규모가 만큼 차이나게 될 때, 지진 에너지는 얼마만큼 차이나게 되는지 계산해보자.(단,

^ 으로 계산한다.) - 규모와 진도의 차이?

1. 지진의 예방

(1) 지진, 미리 알아볼 수 있을까?

- 읽을 거리

지진의 발생을 미리 예측해 경고를 했더라면 피해를 상당히 줄일 수 있을 것이다. 그런데 왜 지진에 대한 경계령은 없는 걸까? 결론부터 말하면, 지진 발생은 예측불가능하기 때문이다.

지진의 발생은 예측불가능 하더라도 그 메커니즘은 태풍이나 날씨처럼 과학적으로 꽤 자세히 알려져 있다. 지구의 외부 지각은 내부에 있는 '맨틀'이라는 뜨거운 물질 위에 떠 있다. 지구 지각은 높은 온도의 맨틀이 위로 떠오르고 낮은 온도의 맨틀이 아래로 가라앉는 흐름에 의해 움직이고 있다. 다만, 지각은 고체이고 조각으로 나뉘어 있기 때문에 그 아래에 있는 맨틀의 흐름과 똑같이 움직이지는 않는다. 10개의 '지각판(地殼板, lithospheric plate)'으로 구성된 지각은 맨틀의 흐름에 따라 움직이다 서로 충돌하기도 하고 멀어지기도 한다. 이때 지각이 받는 '응력(stress)' 또는 '에너지'가 문턱 값을 넘어서게 되면 지진이 일어난다.

얼핏 생각해 보면, 이런 물리적 현상을 관찰하고 있다가 거대한 지진이 일어날 것 같은 전조현상을 발견하게 되면 즉시 경계령을 내릴 수도 있을 것 같다. 그런데 문제는 지진의 물리적 메커니즘이 '카오스적'이라는 데 있다. 각각의 판들은 각기 다른 성질을 가진 바위들로 구성돼 있으며, 어떤 것은 고지대의 산악에, 어떤 것은 평원이나 구릉지에 있으며, 또 어떤 것은 대양의 바닥에 위치해 있다. 더 나아가 각 단층의 깊이도 서로 다르며 이 단층들은 서로 간에 영향을 주고받기 때문에 지각 이 맨틀에 의해 아주 조금 움직이는 사건도 경우에 따라서는 커다란 지진 발생의 원인이 될 수 있다. 지진이 발생하는 물리 적 상황이 각기 다른 연결 관계를 가지고 있기 때문에 지진이 발생하는 물리적 원인 또한 전부 다르다.

이런 이유로, 각각의 지각에 누적된 응력을 측정해 이 지각이 얼마나 위험한 지진을 발생시킬지를 관찰했다가 미리 예측하 는 방법은 효과가 없다. 일반적으로 지진 예측이 가치가 있으려면 지진이 일어날 시간과 장소, 규모를 맞춰야 하는데, 전문 가들은 "유용한 지진 예보는 맞출 확률이 50%를 넘어야 하고, 하루 정도의 정확도를 가져야 하며, 발생 장소는 50㎞ 이내로 들어맞아야 한다"고 지적하고 있다.

그렇다고 해서 지진을 예측하려는 과학적 시도가 없었던 것은 아니다. 예를 들어, 1990년 11월 말 아이벤 부라우닝이라는 사람이 미국 세인트루이스에 지진이 발생할 거라고 예측을 했다. 이 보도가 있은 후에 세인트루이스의 사람들은 공항 상태 에 빠져 도시를 서둘러 벗어났지만 지진은 발생하지 않았다. 이뿐만이 아니다. 1979년에는 미국 광산 관리소의 브라이언 브래디가 규모 9.8과 8.8의 엄청난 지진이 1981년 10월과 1982년 5월에 페루 해안을 강타할 것이라고 예측해 페루 국민은 지진의 공포에 떨어야만 했다. 그런데 이 예측 또한 빗나갔다. 이렇게 역사적으로 지진에 대한 예측들이 모두 맞지 않았기 때문에 과학자들은 지진 발생에 대한 예측을 더 이상 하지 않는다. 그렇지만 지금도 과학자들은 지진을 일으키는 공통적인 전조현상을 찾기 위해 열심히 노력하고 있다.

현재의 기술로는 지진 발생을 예측하지 못하지만 미래에는 어떨지 아무도 모르는 일이다. 그리고 과학은 다른 방식으로 지진에 대한 연구를 계속하고 있다. 대표적인 성과가 1950년대에 베노 구텐베르크와 찰스 리히터가 만든 '구텐베르크-리히 터 법칙'이다. 이 둘은 수백 권의 책과 논문을 참조하며 당시까지 일어난 모든 지진에 의 공통적인 특징을 찾는 과정에서 '지진의 횟수는 에너지의 제곱에 반비례한다(지진의 횟수=에너지(E)-2)'는 멱함수 법칙을 발견했다. 이 멱함수 법칙이 의미 하는 바는, 규모에 관계없이 모든 크기의 지진이 발생하며 규모가 큰 지진이나 작은 지진의 발생원인은 질적으로 다르지 않고(아주 큰 지진이라고 해서 특별한 원인에 의해 발생되지 않는다는 뜻), 지진의 횟수는 에너지의 제곱에 반비례한다는 (지진 A가 지진 B에 비해 두 배의 에너지를 가지고 있으면 네 배 드물게 일어난다) 것이다.

[ 출처 : 나정민 저서 – '과학교과서 속에 숨어있는 논술' 발췌 ]

- 지진을 예측하기 위한 노력과 활동으로는 어떤 것들이 있을까?

1) 맨틀까지 뚫는다.

일본의 해양시추선 ‘지큐호’는 해저에 구멍을 뚫고 지진파를 측정하는 장치를 설치하고 있으며 최 대 7km 깊이까지 뚫을 수 있다. 땅속 모습이 밝혀지면 지진에 대해 더 많은 것을 알게 될 것이다.

2) 라돈 농도로 지진을 예측한다.

땅속의 천연 방사성 물질인 라돈은 지진이 발생할 때가 되면 지하의 암석을 파괴되어 라돈이 공기 중으로 방출하게 된다. 따라서 라돈의 농도가 이상하게 높아지면 지진이 일어날 가능성이 있다.

3) 지진을 감시하는 인공위성

인공위성을 이용한 GPS장비로 판의 움직임을 mm단위까지 측정할 수 있는데 이를 통해 판이 움 직이는 방향과 속도를 파악하면 지진이 일어날 가능성을 예측할 수 있을 것이다.

◆ 탐구활동

- 위에 제시된 활동 이외에 지진을 예측하기 위해 시도되었던 혹은 시도중인 활동을 조사해보자.

(2) 내진설계

- 읽을 거리

지진과 바람 등의 흔들림에서 빌딩의 중심을 잡아주는 600톤의 원형추 바로 ‘댐퍼보이’입니다. 타이베이101 빌딩에서 꼭 보고 가야 할 부분인데요. 지난 2004년 타이베이101 완공 당시에는 세계 최고층 빌딩이었으나, 2010년 830m 높이의 아랍 에미리트 부르즈 할리파에 높이 1위 자리를 뺐긴 이후 높이 순위는 계속 밀려나고 있습니다.

그럼에도 불구하고 타이베이101빌딩의 명성이 이어지고 있는 이유는 댐퍼보이 때문이라고 할 수 있습니다. 댐퍼보이는 타이베이101의 87층에 있는 대형 추로 지진이 발생해 건물이 흔들리면 반대쪽으로 기울어 건물의 진폭을 줄여주는 내진설 계(제진) 장치로, 지름 5.5m, 무게는 660톤, 제작비는 400만달러(약 43억원)에 달합니다. 타이베이101 빌딩에 또 다른 볼 거리죠.

[ 출처 : 2017년 8월 5일 시선뉴스 SN여행 - 대만편 발췌 ]

1) 내진설계란?

: 내진(耐震)은 건축에서 지진에 견디는 특성을 의미하며, 내진설계는 지진에 건물이 무너지는 것을 막기 위해 지진에 견딜 수 있도록 건축물을 설계하는 것을 말한다. 현대에 들어서는 지어지는 모든 건축물에 적용되다시피 하는 설계 방법이다.

2) 종류

➀ 내진 구조 : 건물 구조를 지진에 버틸 수 있을 만큼 튼튼하게 건설하는 것으로, 지진이 발생했을 때 내구성으로 버틸 수 있게 만든 구조이다.

➁ 제진 구조 : 건물에 따로 설치된 장치로 건물의 흔들림을 제어하는 방식이다. 건물의 옥상 등에 추를 설치해서, 지진이 발생 시 이 추를 컴퓨터로 제어하여 건물의 진동 방향과 반대 로 진동시켜 흔들림을 일정량 상쇄시키는 방식이다.

➂ 면진 구조 : 면진 구조는 땅에서 전달되는 지진력 자체를 줄여버리는데 중점을 둔 설계이다. 보통 의 건물이 지면에 바로 기초공사를 진행하는 것과 달리 특수한 바닥재를 깔고, 그 위에 기초공사를 진행하는 것이다.

◆ 탐구활동

- 내진설계의 방법을 조사하고 장단점을 비교해보자.

2. 지진시 대처

(1) 지진해일

- 읽을 거리

후쿠시마 원전사고

: 후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고 또는 후쿠시마 원전 사고는 2011년 3월 11일 도호쿠 지방 태평양 해역 지진으로 인해 JMA진도 7, 규모 9.0 의 지진과 지진 해일로 도쿄전력이 운영하는 후쿠시마 제1 원자력 발전소의 원자로 1-4호기에서 발생한 방사능 누출 사고이다. 체르노빌 원자력 발전소 사고와 함께 국제 원자력 사고 등급의 최고 단계인 7단계를 기록하 였다

1) 지진해일이란?

: 지진으로 인한 해저(海底)의 지각 변동으로 말미암아 생긴 해일. 해안 근처의 얕은 곳에서 급격히 파고(波高)가 증가하고 특히 좁은 만(灣) 깊숙이 큰 피해를 줌.