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교재 디자인 설명

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융합인재교육(STEAM)이란 과학을 공학, 기술, 예술, 인문사 회, 수학 등과 함께 융합하여 학습자가 흥미를 갖고 능동적으로 학습 활동에 참여하도록 하여 문제해결력을 기르고 창의력과 상상력을 지닌 인재로 성장 하도록 돕는 교육의 방식을 말합니다.

STEAM과 기존 교육의 가장 큰 차이점은 ‘융합’이며 과학(Science), 공학(Technology), 기술(Engineering), 예술(Arts) 및 인문사회, 수학 (Mathematics) 등의 융합을 시도하고 있습니다.

STEAM 수업의 첫 번째 구성 원리인 ‘상황제시’는 학습자가 일상에서 직면하는 문제 상황이나 해결해야 할 문제를 제시하고 이를 통해 학습으로 초대합니다. 제시된 문제를 자신의 경험과 관련지어 스스로 해결해야 할 문 제로 인식합니다.

두 번째 구성 원리는 ‘창의적 설계’입니다. 과학적 창의성과 기술 및 공학적 설계 요소 및 수학적 원리 등을 활용하여 문제 상황에서 대한 다 양한 해결을 창의적인 방법으로 구안합니다.

STEAM 수업의 마지막 원리는 ‘감성적 체험’입니다. 학습자가 문제 를 해결하였다는 성공의 기쁨을 경험하는 단계이면서 동시에 실패의 요인을 탐색하여 극복하고 새로운 문제에 도전하도록 하는 단계입니다. 따라서 자신 들의 활동을 성찰해 보고 활동에 대한 평가가 이루어집니다.

학습 내용에 대한 구체적인 활동방식을 소개합니다. 주제와 내용 에 따라 스스로 생각하고 의견을 소통하기도 하며 때로는 창의적인 표현을 이끌어내도록 다양하게 구성되어 있습니다.

주제와 관련된 내용에 대해 깊이 있는 학습을 돕는 자료입니다. 책 과 기사, 인터넷 주소를 제시하여 관심 있는 학생들에게 유익한 정보를 제공 합니다.

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차 례 Contents

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1. 비처럼 음악처럼

1

2. 생명을 위한 물

11

3. 우리가 만든 빗물도시

21

비는 어떻게 생기는 것일까?

따뜻한 물로 샤워를 하고 나면 욕실 거울이 뿌옇게 흐려지는 것을 볼 수 있습니 다. 그리고 일교차가 큰 날, 이른 새벽에는 풀잎에 맺힌 이슬을 관찰할 수 있지 요. 왜 이런 현상이 나타날까요?

두 사진의 공통점은 무엇일까요? 일상생활이나 야외에서 관찰할 수 있는 이와 비슷한 현상에는 어떤 것들이 있나요?

호수와 바다에서 증발한 물은 구름이나 비가 되어 땅으로 돌아옵니다. 비와 구름 의 공통점과 차이점은 무엇일까요? 그리고 구름과 달리 비는 왜 하늘에서 떨어 지는 걸까요?

구름 방울의 지름을 1이라 고 할 때, 안개입자의 크기 는 10, 빗방울은 100으로 표현할 수 있어요.

빗방울이 되기 위해서는 백 만 개의 구름방울이 모여야 합니다.

아하! 이렇게 만들어지는구나!

다음과 같이 실험을 설계했을 때, 어떤 변화가 나타날지 예상해 보고 관찰결과와 비교해 봅시다.

◎ 실험방법

① 비커에 따뜻한 물 가득 담기

② 비커의 물을 1/3 정도만 남기고 버리기

③ 은박접시를 비커 위에 올려놓고 그 위에 얼음 올려놓기

④ 은박접시 아래 부분의 변화 관찰하기

• 예상하기

비커 안에서 예상되는 변화는 무엇입니까?

• 관찰하기

관찰한 내용

변화의 이유

자연현상

비 노래(rain song) 만들기

앞에서 살펴본 날씨 생성 원리를 ‘비 노래’로 만들어 봅시다. 빗방울이 생기는 원 리(증발과 응결)와 비가 내리는 과정이 잘 드러나도록 가사를 바꾸어 보고, 완성 된 곡을 모둠 친구들과 함께 불러봅시다.

아래 제시된 곡은 우리에게 친숙한 노래입니다. 개사할 곡의 길이를 고려하여 두 곡 중 한 곡을 고른 뒤, 음정과 박자를 생각하며 가사를 바꿔 보세요.

• 산토끼

산-토끼 토끼야 어-디를 가느냐

깡 총 깡 총 뛰면서 어-디를 가느냐

• 옹달샘

깊은 산-속 옹달샘 누가와서 먹나요--

새 벽 에 토-끼가 눈 비비고 일어나

세수 하-러 왔다가 물만먹고 가지요-

우리 모둠의 노래 자랑

모둠별로 개사한 곡을 부르며 반 친구들에게 발표해 봅시다.

다른 모둠의 발표를 잘 듣고 우리 모둠과 어떤 부분에서 차이가 있는지를 살펴 보세요.

예시로 제시된 곡 외에 모 둠 친구들이 알고 있는 친 숙한 동요를 선택해 가사를 바꿀 수 있습니다.

시간 관계상 모둠별 레인송 발표가 어려울 경우에는 다 음 차시에서 만든 악기를 연주하며 노래를 발표할 수 있습니다.

교육과정 살펴보기

과학

◈ 구름과 비

• 수증기가 증발하여 위로 상승하면 주변의 온도가 낮아져서 공기 속의 수증기는 작은 물방울로 응결하여 구름이 됩니 다.

• 구름 속의 작은 물방울들이 뭉치면서, 커지고 무거워져 땅 으로 떨어지는 것이 비입니다.

핵심 주제 확인하기

◎ 날씨란 무엇일까요?

• 날씨란 맑거나 흐린 정도, 덥거나 추운 정도 등 공기 중에서 일어나는 현상 을 가리키는 말로 일기라고도 합니다. 정리하면 날씨 또는 일기란 바람과 비, 구름과 눈 등 공기 중에서 일어나는 다양한 현상입니다.

◎ 이슬, 구름, 안개와 비 만들어 보기

관찰한

부분 관찰 결과 변화가 나타난 까닭 관련된

자연현상

플라스크 겉면

아주 작은 물방울이 생김

공기 중의 수증기가 차가운 플라스 크 겉면에 닿아 작은 물방울을 형 성하기 때문

이슬

플라스크 아랫면

작은 물방울이 맺힘

비커 속 따뜻한 공기가 위로 올라 가 차가운 플라스크의 아랫면에 붙 어 물방울을 형성하기 때문

비

비커 안 뿌옇게 흐려짐 비커 속 따뜻한 공기가 비커 위 찬 공기를 만나 작은 물방울을 형성함

안개, 구름

안개와 구름은 생성원리는 같지만 생성되는 높이와 발 생장소에 차이가 있어요.

안개는 주로 호수와 저수지 부근에서, 구름은 산 중턱 이상의 높이에서 많이 관찰 할 수 있답니다.

나는 학예회 음악감독

우영이네 모둠은 방학 전에 열리는 학예회에서 비노래(rain song)을 발표하기로 했습니다. 평소에 만들기를 잘하는 우영이는 빗소리를 표현하는 악기를 만들어 연주하기로 했는데요. 집으로 돌아오는 길에 빗소리를 어떻게 표현해야 할지, 어 떤 재료로 악기를 만들면 좋을지 생각에 잠겼습니다.

• 다음 소리를 듣고 무슨 소리인지 발표해 봅시다.

• 선생님께서 들려주시는 소리를 다시 듣고 입말(또는 글, 몸동작)로 표현해 봅시다.

빗소리를 표현하는 악기 탐색하기

칠레의 전통악기인 레인스틱에 대한 설명을 듣고 악기의 소리를 감상해 봅시다.

속성열거법에 따라 레인스틱의 재료와 용도, 성질들을 정리해 봅시다. 우리나라 의 상황에 맞는 한국적인 레인 스틱을 만들기 위해서는 어떤 재료가 필요할까 요?

• 분석대상 : 주전자

속성의 종류 내용 개선점

전체와 부분

손잡이, 뚜껑, 바닥, 김나오는 바닥 등

▪무겁다

→ 재료를 바꿔 가볍게 만들 수 할 수 있을까?

→ 크기를 줄여 작게 만들 수 있 을까?

성질 노란색, 무겁다, 크다 등 기능 물을 데운다. 물을 나른다.

• 분석대상 : 레인스틱

속성의 종류 내용 개선점

전체와

부분 ▪한국의 재료

-

- 성질

기능 빗소리를 표현하는 악기가

있을까요? 칠레에서는 기우 제를 지낼 때 빗소리를 내 는 악기인 레인스틱을 연주 합니다. 죽은 선인장과 작 은 조약돌을 이용해서 마치 비가 내리는 듯한 효과를 만들어 내지요.

우리는 어떤 재료를 사용해 한국형 레인스틱을 만들 수 있을까요?

<레인스틱>

한국형 레인스틱이란 이런 것!

한국형 레인스틱을 만들기 위한 아이디어를 나눠 봅시다. 다양한 생각을 할 수 있도록 도와주는 만다라트를 이용해 악기의 속성-색, 모양, 크기, 재료, 도구, 제 작방법, 발표 방법-에 대해 친구들과 토의해 보세요.

악기의 속성을 나타내는 8개의 항목 중 두 개를 골라 개인별로 작성합니다. 그 런 다음, 흩어져있는 조각들을 연결해 레인스틱의 종합 이미지를 만듭니다. 맡은 항목에 대해 생각한 아이디어를 모둠친구들에게 발표하고 항목별로 가장 적합한 아이디어를 한 가지씩 선택합니다.

색상 모양 크기

레인스틱 (Rain Stick) 발표

방법 길이

제작

방법 도구 재료

활동지 크기가 너무 작을 경우에는 전지의 반을 잘라 서 이용할 수 있어요.

빗소리가 나는 레인스틱 구상하고 만들기

칠레의 전통악기인 레인스틱의 빗소리는 어떻게 나는 것일까요? 선인장 안으로 밀어 넣은 가시들이 엇갈려 박혀있고, 그 안에 넣은 조약돌들이 가시를 통과하면 서 발생하는 마찰에 의해 독특한 소리가 만들어집니다.

▪그림 ▪재료:

▪제작방법:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

내가 만들고 싶은 레인스틱의 설계도를 그려봅시다. 쉽게 구할 수 있고 환경에 피해가 적은 재료를 선택합니다. 악기를 제작하는 방법을 순서대로 정리하고 완 성될 레인스틱의 모습도 그려 넣어 봅시다.

악기연주법은 모래시계 사 용과 비슷하며 비스듬하게 기울이거나 가볍게 흔들어 소리를 낼 수 있어요.

한국형 레인스틱 만들기

선인장 대신 어떤 재료를 선택했나요?　조약돌과 가시가 부딪히면서 생기는 소리 를 우리나라의 재료를 이용해 표현해 봅시다.

1. 마분지에 호일심 바닥을 2장 본뜬 뒤, 옆으로 접을 수 있도록 가위로 오리고 접는다.

2. 호일심에 표시된 (나선형)무늬를 따라 사인펜을 이용해 4~5cm 간격으로 점을 찍고 송곳으로 점에 구멍을 뚫는다.

3. 호일심 구멍으로 안을 들여다 볼 때, 이쑤시개 가 자전거 휠처럼 교차되도록 구멍에 끼운다. 밖으 로 튀어나온 이쑤시개는 가위로 자른다.

4. 이쑤시개가 고정되도록 목공예 풀로 각각의 구 멍을 메운다.

5. 1번의 둥근 바닥을 호일심에 붙여 바닥을 막는 다.

6. 호일심 안에 쌀을 두 컵 정도 넣어 호일심의



~_



가량을 채운다.

(콩을 섞어 넣을 수 있으며 원통형으로 사용된 재 료의 크기에 따라 쌀의 분량은 조절할 수 있다.)

7. 윗면을 5번과 같이 막은 뒤, 한지와 끈, 색채 도 구 등을 이용해 꾸민다.

*재료의 예시

호일심(또는 타월심), 이쑤 시개 1통, 송곳, 쌀2컵, 사 인펜(또는 한지나 헝겊), 장 식 끈, 목공풀, 가위, 마분 지, 투명 테잎

*참고 작품

이쑤시개를 자를 때, 손을 다치지 않도록 주의한다.

호일심 대신 종이타월 심 또는 구멍을 뚫을 수 있는 재질의 둥근 통을 사용할 수 있다.

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과학

◈ 비가 우리 생활에 미치는 영향

• 가뭄

오랫동안 비가 오지 않아 강수량이 비정상적으로 적어진 상황 을 가뭄이라고 합니다. 또한 강수량에는 차이가 없어도 물의 증발 이 많이 물 공급이 힘든 상황도 가뭄으로 분류되지요. 가뭄이 닥 치면 농작물 피해와 그에 따른 식량난, 식수 부족 등으로 생존이 어려운 상황이 만들어지기도 합니다.

우리나라는 예로부터 농업을 기본으로 삼아왔습니다. 농업에는 물이 필요하며 그것은 곧 비를 의미했습니다. 특히, 주요 작물인 벼농사에는 적절한 강우량이 필요하지만 우리나라에서는 여름철 특히 장마기간에만 비가 집중적으로 내리고 그 전후로 가뭄이 계 속되는 경우가 자주 있었습니다. 비에 대한 관심은 단군 이야기의 우사에 대한 기록에서부터 확인할 수 있는데 조선시대에도 비를 기원하는 기우제는 음력 4월에서 7월 사이에 열리는 연중행사였 습니다. 조선왕조실록을 찾아보면 기우제가 없는 것은 1403년 단 한 해뿐입니다.

핵심 주제 확인하기

◎ 레인스틱

- 레인스틱은 칠레 북부 원주민들이 가뭄이 들었을 때 기우제를 지내며 사용한 전통악기입니다. 선인장의 몸체에 가시를 제거한 후 조그만 조약돌을 넣어서 만드는 것이 전통적인 방법입니다. 콜롬비아 등 중남미에서는 악기 내부에 작 은 구슬이나 모래 등으로 채운 뒤, 악기를 좌우로 기울여 소리를 만들어 냅니 다. 구슬들은 양끝으로 떨어지면서 빗방울이 떨어지는 소리나 파도가 밀려오 는 소리를 내기도 합니다.

◎ 백색소음 (White noise)

- 특정한 소리 패턴을 갖고 있지 않고 전체적인 소음레벨로서 받아들여지는 소 음입니다. 백색소음은 귀에 쉽게 익숙해지기 때문에 작업에 방해되는 일이 거 의 없고 오히려 주변의 거슬리는 소음을 덮어주는 작용을 하기 때문에 주의 력과 집중력 향상에 쓰이기도 합니다. 대표적인 백색소음으로는 빗소리, 파도 소리, 폭포소리와 진공청소기가 있고 사무실 공기정화장치 등도 여기에 포함 됩니다.

당연한 것? 소중한 것!

아리는 오늘 선생님께서 들려주신 이야기가 무척 인상적이었습니다. 아래에 제시 된 아리의 일기를 읽고, 함께 생각해 봅시다.

2013년 ○월 ○일

과학시간에 선생님께서는 영국의 침팬지 연구가인 제인 구달 여사의 이야기를 들려주셨다. 제인 구달은 식당에서 무작정 다가와 물 컵에 물을 따르는 종업원들에게 물을 따르지 못하게 한다. 그리고 물이 필 요해서 마시겠다고 요청하는 사람들에게만 따라주라고 한다. 왜냐하면 지구에는 한 컵의 물조차 없어서 고생하는 사람들이 있기 때문이다.

사실 나는 깜짝 놀랐다. 왜냐하면 식당에 가면 물을 따라주는 것이 당 연하다고 생각했기 때문이다. 평소의 작은 생활습관들이 모여서 지구 의 문제가 되고 누군가 고통을 받을 수 있다는 점을 배울 수 있었다.

내가 하루 동안 사용하는 물의 양을 조사해 보고 낭비하는 습관부터 고쳐야겠다.

• 아리가 깜짝 놀란 이유는 무엇 때문인가요?

• 평소에는 당연하게 생각했지만 꼭 필요하지 않은 물 사용에는 어떤 것들이 있습니까?

최고의 물절약 방법은?

2009년 가뭄으로 강원도에서는 88일간 제한급수를 실시했어요. 주민들의 힘든 상황은 방송을 통해 보도되었는데 사람들은 용변을 산 속에서 해결하는 경우도 있었습니다. 일상생활에서 물을 절약할 수 있는 방법에는 어떤 것들이 있을까요?

앞으로 1주일 동안 우리 집에는 제한급수가 될 예정이라고 합니다. 어떤 항목부 터 물 소비량을 줄여야 할까요?　왜 그렇게 생각했나요?

제한급수란 극심한 가뭄이 나 수자원 부족을 이유로 정해진 시간 또는 날짜에만 물을 공급하는 것을 말합니 다.

하루 물사용량은 얼마나 될까?

지진이나 쓰나미 같은 자연재해가 발생하면 인간사회를 지탱해주는 도로나 상하 수도 시스템과 같은 기반시설들이 파괴됩니다. 일본에서 이와 같은 재난이 발생 했을 때, 사람들이 가장 먼저 시급하게 찾았던 것은 바로 물입니다. 인간이 물 없이 생존할 수 있는 시간은 72시간이기 때문이죠. 나는 하루 동안 얼마만큼의 물을 사용하고 있을까요? 사용량을 어림해 봅시다.

• 하루 동안 우리는 대략 몇 L의 물을 사용하고 있을까요?

335L (2011년 기준)

• 가정에서 물이 가장 많이 사용되는 용도는 무엇일까요?

변기(25%) (싱크대21%, 세탁 20%, 목욕 16%, 세면 11%, 기타 7%)

• 물사용 습관의 문제점은 무엇입니까? 어떻게 해결할 수 있을까요?

지구의 담수량 계산하기

지구상에 있는 물 중에서 우리가 사용할 수 있는 물의 양은 어느 정도 일까요?　

놀이를 통해 지구의 담수량을 알아봅시다.

1. 두 팀으로 나누어 한 팀씩 진행합니다. 2~3명은 들통 주변에 떨어진 공을 주 워 원 밖으로 보내는 수거요원으로 한 곳에 대기합니다.

2. 같은 팀의 나머지는 투수요원으로 들통 주변으로 동그랗게 원을 그립니다.

3. 원 밖의 학생들은 공을 들통 안으로 던지고, 수거요원 학생들은 들통 밖으로 떨어진 공을 다시 밖으로 보내줍니다.

(단, 수거요원이 활동하는 동안 공을 던지지 않습니다.)

4. 담수량은 두 번째 크기의 들통입니다. 두 번째 들통을 꺼냅니다.

5. 우리가 사용할 수 있는 담수는 빙설을 제외한 양으로 가장 작은 세 번째 들 통의 양과 같습니다.

6. 세 번째 들통에 들어있는 공의 개수는 몇 개입니까? 전체의 얼마에 해당하는

수돗물 고지서를 이용해 우 리 가족 한 사람이 사용하 는 물의 양을 계산할 수 있 어요. 4인 가족의 한 달 물 사용량이 3만 리터라면 하 루 사용량은 천 리터, 한 사랑이 250리터씩 사용하 는 셈이지요

1초에 한 방울씩 수돗물이 새면 하루 30L의 물이 낭 비되고, 한 달이면 욕조 17 개, 1년이면 1만L에 해당됩 니다.

시공간 상의 제약이 있는 경우, 학생들이 한 웅큼의 공기알을 일정거리 뒤에서 들통에 던지는 방법으로 변 형 가능합니다.

우리가 쓸 수 있는 담수량 계산하기

지구를 둘러싸고 있는 전체 물의 양은 14억km

입니다. 이 물을 모두 모아 한 통 에 가득 담을 때, 5L가 된다고 가정해 봅시다. 이 때 우리가 사용할 수 있는 물 의 양, 즉 호수와 강, 지하수의 부피는 정도 될까요?

5L

?

우리가 사용할 수 있는 물(지하수)은 지구상의 수자원 총량 중 몇 %에 해당합 니까?

0.75% (지구 수자원 총량 14억km³의 1%미만)

수자원 총량을 5L라고 할 때, 지하수의 부피는 얼마입니까?

37.5.mL

물절약 실천을 약속합니다

지구 표면의 70%는 물로 덮여 있지만 대부분이 바닷물이고 실제로 인간이 사용 할 수 있는 물의 양은 극히 적다는 것을 알 수 있었습니다. 물이 부족한 상황에 처하기 전에, 미리 절약하는 생활습관을 만들어 봅시다.

내가 가장 잘 실천할 수 있는 물절약 방법을 생각해 보고 모둠 친구들에게 공개 적으로 발표해 봅시다.

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과학

◈ 환경오염

• 사람들의 생활과 산업 활동으로 생태계의 비생물 요소인 물과 흙, 공기 등이 손상되는 것을 환경오염이라고 합니다. 생태계는 오염물질을 스스로 정화할 수 있는 능력을 갖고 있지만 오염의 정도가 한계를 넘어가면 자연적인 균형을 잃게 됩니다.

◈ 수질오염

• 현대화되고 산업화되면서 공장의 폐수와 가정의 각종 생활하 수, 축산농가의 분뇨 등이 강으로 흘러들어 강과 호수, 지하수의 수질이 악화되고 있습니다. 오염을 일으키는 주요 물질들에는 가정의 음식찌꺼기와 오물, 샴푸와 세제같은 합성세제, 그리고 산업발전으로 계속 증가되고 있는 중금속과 석유와 같은 기름 등이 있습니다.

핵심 주제 확인하기

물부족을 해결하기 위해서 무엇보다 중요한 것은 물절약이고, 그 다음은 빗물이 용입니다. 우리들의 생활 속에서 실천할 수 있는 물절약과 빗물이용 방법에 대 해 살펴봅시다.

◎ 물절약

• 절수용 수도꼭지 사용하기

• 양치나 세수, 설거지할 때 물 받아서 사용하기 • 화초에 물을 주거나 청소할 때 생활하수 재사용하기 • 세제 사용을 줄이고 천연 세제 사용하기

◎ 빗물이용 • 비상급수

• 청소용수, 화장실 용수 • 조경수

• 빗물정원(rain garden, 레인가든) • 여름철 건물 냉각 등

물이 새는 나라, 물이 부족한 나라

물 공급이 풍부한 선진국에서는 과도한 물 사용이 문제되고 있지만, 아프리카와 같이 물이 부족한 곳에서는 깨끗한 식수마저 구하기 어렵습니다. 아프리카 인구 의 40%는 더럽고 오염된 물을 식수와 생활용수로 사용하고 있어요. 깨끗하지 못 한 물은 콜레라, 설사병 등 수인성 질병을 낳고 이로 인해 생명을 잃는 사례도 많습니다.

나라와 문화에 따라 다양한 화장실의 모습과 구조는 다르지만 중요한 것은 물사 용량입니다. 물이 부족한 나라의 화장실은 어떤 방식으로 운영되면 좋을지 생각 해 봅시다.

친환경 화장실은 어떤 모습일까?

빌게이츠가 아내와 운영하는 빌앤멜린다 재단은 2012년 “화장실 재발명”이라 는 주제로 박람회를 열었어요. 이에 앞서 2011년에는 ‘가난한 국가에 적합한 화 장실 만들기’ 공모전을 열어 많은 과학자와 학생들이 참여했답니다. 내가 생각 하는 미래의 친환경 화장실을 구상해 봅시다.

공모전에 제출해야 할 작품은 무엇입니까? 그리고 현재 우리가 사용하고 있는 것과 어떤 점이 달라야 할까요?

미국의 포틀랜드시는 친환경적인 공중화장실을 만들어 운영하고 있습니다. 우 리나라의 공중 화장실과 비교해 볼 때, 다른 점을 찾아보세요.

화장실 재발명

물이 부족한 나라에 화장실은 우리가 일상적으로 사용하는 것과 달라야 합니다.

오물처리방식이나 화장실 시설 측면에서 바뀌어야 할 점은 무엇일까요?

발명

원리 아이디어 발명원리 아이디어

더하기 확대

(축소)

빼기

크기 (모양) 바꾸기

발명기법 중에는 “더하기, 빼기, 확대(축소), 재료(모양)바꾸기”등의 방법이 있 습니다. 이 방법을 사용해서 물이 부족한 나라에 적합한 화장실의 조건을 생각 해 봅시다.

미국 포틀랜드시의 공중화 장실은 당연히 있어야 한다 고 생각하는 것들을 과감히 없앤 좋은 사례입니다.

생활 속의 문제를 해결하기 위한 아이디어를 떠올릴 때 기능성, 독창성, 제작 가능 성, 아름다움을 고려해야 해요.

아이디어를 구상할 때 고려해야 할 점을 생각하며 우리 모둠이 생각하는 친환 경 화장실을 구상해 봅시다.

발명품 발표하기

현대인들의 생활 중에서 ‘물 사용’을 주제로 친환경 화장실을 구상해 보았습니 다. 우리 모둠이 생각하는 현대식 화장실의 문제점은 무엇인지, 그리고 이를 어 떻게 해결하고자 했는지 발표해 봅시다. 그리고 모둠 친구들의 잘 한 점도 한 가 지씩 이야기 해 주세요.

공모전의 입상결과는?

여러분이 상상한 화장실은 가까운 미래에 실현될 수 있어요. “화장실 재발명”

공모전에서 입상한 작품들을 보며 상상력의 가능성을 확인해 보세요.

빌앤멜린다 재단에서 1등을 차지한 작품은 ‘태양열 화 장실’입니다. 태양열을 이 용해 오물을 화학처리하고 오물에서 뽑아낸 물로 화장 실을 청소합니다. 그리고 오물은 비료로 사용할 수 있어요.

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실과

◈ 제품을 만드는 과정

• 구상하기→ 제작하기→ 평가하기

◈ 아이디어 발상에 쓰이는 기법

• 더하기, 빼기, 모양 바꾸기, 폐품 활용하기, 재료 바꾸기, 아이디어 빌리기, 크 게하기, 작게 하기, 자연물 본뜨기, 구멍 뚫기 등이 있으며 주요 기법에 대해 예를 통해 알아보자.

① 더하기

연필 지우개 = 연필 + 지우개

4색 볼펜 = 검정색 + 빨강색 + 파랑색 + 녹색 핸드폰 케이스 = 핸드폰 보호 + 카드지갑

② 빼기

씨 없는 수박 = 수박 - 씨 무선 전화기 = 전화기 - 선 지붕 없는 자동차 = 자동차 -지붕

③ 모양 바꾸기

원기둥 모양 물파스→ 굽은 모양 물파스 직선 빨대→ 곡선 빨대

◈ 아이디어 구상할 때 고려해야 할 점

• 기능성, 독창성, 제작 가능성, 아름다움을 고려해야 한다. 화장실을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

① 기능성: 물 부족 문제점을 해결하고 물 사용에 대한 개선된 점이 포함된 화 장실을 만들 수 있어야 한다.

② 독창성: 현대식 화장실과는 다른 독특한 아이디어가 포함되어 있어야 한다.

③ 제작 가능성: 화려하고 기능이 좋은 아이디어라고 해도 제작할 수 있어야 가치가 있다.

④ 아름다움: 지역의 문화와 분위기와 맞고, 디자인이나 색깔이 아름답도록 아 이디어를 구상한다.

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◎ 물 사용량

현재 우리는 한 사람 당 하루 평균 335L 의 물을 사용하고 있습니다. 하루 동안 사 용되는 물 중에서 80%는 화장실이나 세 탁용 그리고 목욕할 때 쓰이는데 그 중에 서도 약 40%는 화장실에서 소비되고 있 습니다. 즉, 각 가정에서는 화장실 용변수 로 수돗물을 하루 평균 150L를 사용하고 있는 셈이지요. 일반 변기는 1회 사용 시 평균 15~35L의 물이 쓰입니다.

다행히 꾸준한 개발이 이뤄지고 있는 물 절약형 변기의 경우 소변 5L, 대변 9L가 사용됩니다.

6만 명의 태국 주민이 사용 하는 1일 물의 양은 약 643 만L이고, 이것은 한 개의 골프장이 하루 동안 사용하 는 물의 양과 같습니다.

직사각형 지붕의 면적이 4000m²인 건물의 지하에 200t 규모의 빗물 저장 장 치를 설치하였습니다. 이 설비를 이용해 빗물을 모을 때, 저장할 수 있는 최 고 강우량은 몇 mm입니까?

50mm 아래 제시된 부피와 무게를 구하는 방법을 참고하여 문제를 해결해 봅시다.

[직육면체 부피 공식]

￭ 부피 = 밑넓이 × 높이 = 가로 × 세로 × 높이 [부피와 들이의 관계]

￭ 1L (1리터) : 가로, 세로, 높이가 각각 10cm인 그릇의 들이

￭ 1mL (1밀리리터) : 가로, 세로, 높이가 각각 1cm인 그릇의 들이 [물의 부피와 들이, 무게의 관계]

￭ 1L (1리터) = 1000cm³ =1Kg

￭ 1mL (1밀리리터) = 1cm³ =1g

￭ 1000L = 1m³ = 1t

• 빗물의 부피

1094.4m³

• 빗물의 무게

1094.4t

빗물을 모아 도시 홍수 예방

빗물을 모아서 이용하면 물 부족 상황에 대비할 수 있습니다. 그리고 집중호우 시 빗물이 하수도로 한꺼번에 흘러가는 것을 늦출 수 있어서 도시형 홍수를 예방 할 수 있습니다. 닷새간 400mm의 집중호우가 내린다면, 우리 학교 건물(또는 운동장)을 활용해 빗물을 모은다면 대략 몇 t의 빗물을 모을 수 있을까요?

• 학교 옥상 (또는 운동장) 넓이는 약 500m²

200t

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과학

◈ 환경보전

• 환경보전이란 우리를 둘러싸고 있는 자연환경을 오염시키거 나 훼손하지 않고 깨끗하고 아름답게 유지하는 것을 말합니 다. 자연은 스스로 정화할 수 있는 능력을 가지고 있지만 지구의 한계를 넘어서는 오염이 발생할 경우에는 이를 해결 하지 못하고 문제가 발생하게 돼요. 그것이 우리가 알고 있 는 수질오염이나 대기오염, 토양오염이에요. 대표적인 대기 오염의 예는 온실가스로 인한 지구온난화와 기후변화라는 것을 많이 들어 봤을 거예요.

• 지구가 자신의 능력을 지켜나갈 수 있도록 돕는 인간들의 지혜로운 소비생활이 무엇보다 필요해요. 우리가 실천할 수 있는 일들에는 어떤 것들이 있을까요? 물과 전기를 절약하 고 종이나 생활자원을 아껴써야겠죠. 쓰레기는 반드시 분리 해서 버리고 꼭 필요한 물건을 사야할 경우에는 환경마크가 있는 것을 구입하는 똑똑한 지구인이 되길 바랄게요.

◈ 환경복원

• 환경복원은 이미 오염되었거나 훼손되어 변해버린 환경을 원래의 모습대로 되살리는 것을 말합니다. 황새복원과 같이 멸종위기에 처한 동식물들이 사라지지 않고 번식하며 살아 갈 수 있도록 노력하는 일들도 포함되지요. 한 번 오염되었 거나 파괴된 환경을 그대로 방치해 두면 환경이 더욱 심각 하게 훼손되어 생태계의 평형이 완전히 깨지고 말아요. 그 렇기 때문에 자연이 스스로 회복할 수 있는 능력을 갖도록 돕는 환경보전과 함께 환경복원에도 힘써야 합니다.

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◎ 도시의 홍수의 원인

• “도시홍수는 물 순환체계의 붕괴에서 비롯된다”

예전에는 빗물이 개천과 강으로 빠져나가고 땅으로 스며들어 지하수로 빠져나 갔습니다. 그런데 계속되는 개발로 도시의 땅은 건물과 도로, 보도로 뒤덮이게 되었고 빗물이 빠져나갈 길은 하수도 단 한 곳밖에 남지 않았습니다. 비가와도 물이 땅으로 스며들지 않는 곳을 ‘불투수층’이라고 하는데 1962년 7.8%였던 것 이 2010년에 이르러 47.7%로 늘었습니다. 그래서 여름철 집중호우가 내리면 도 시는 홍수를 걱정해야 할 지경에 이르게 되었습니다.

-한겨레, “빗방울 모으고 다시 쓰고”, 2013.07.14

• 도시 홍수 문제를 해결하기 위해서는 잘못된 하수관을 재정비하고 빗물이 땅 으로 스며들 수 있도록 해야 합니다. 녹지와 투수 블럭 등의 면적을 넓히고 넘 치는 물은 여러 곳에 나누어 담아 다시 이용할 수 있도록 해야 합니다.

환경복원 어렵지 않아요!

이제부터 빗물을 모아쓰고 물을 절약한다면, 그리고 빗물이 땅속으로 침투해서 물 순환이 정상적으로 이뤄 질 수 있도록 노력하는 자 세가 환경복원을 실천하는 첫 걸음입니다.

빗물모으기 대작전

우량이는 투수 포장과 빗물이용으로 도시 홍수를 예방하고 물 부족을 대비할 수 있다는 것을 알게 되어 무척 기분이 좋았습니다. 집에 돌아온 우량이는 가정에서 빗물을 모아 쓸 수 있는 방법을 궁리해 보았지만 뾰족한 방법이 떠오르지 않았습 니다. 가정이나 일반 건물, 공공기관에서는 어떻게 빗물을 활용할 수 있을까요?

우산은 하늘에서 떨어지는 비를 막기 위해 사용하지만 뒤집으면 빗물을 모을 수 있습니다. 집에서 우산을 이용해 빗물을 모으려고 합니다. 빗물 수집 장치를 어 디에 설치하면 좋을까요? 왜 그렇게 생각했나요?

가정에서 모은 빗물은 어떤 용도로 이용할 수 있을까요?

우리가 만드는 빗물도시

비를 모아쓰는 빗물 도시를 만들려고 합니다. 우선, 도시를 구성하는 건물과 시 설들에는 어떠한 것들이 있는지 알아보고 이들이 빗물을 어떻게 재활용할 수 있 을지 생각해 봅시다.

모둠 친구들과 도시를 구성하고 있는 것들을 이야기하고 떠오르는 대로 적어봅 시다.

가로수

빗물도시 도시에서 사람들이 살아가

기 위해서는 집과 학교뿐만 아니라 다양한 기반시설들 이 필요해요. 예를 들자면 도로와 하천, 철도, 공항 등 이 있지요. 싱가폴 공항은 활주로에 내린 빗물을 재이 용하고 있답니다.

우리가 완성할 빗물 도시의 이름을 만들어 봅시다. 어떤 이름이 도시의 특징 을 쉽게 알릴 수 있을까요? 재미와 의미가 담긴 독특한 도시의 이름을 지어 주세요.

예) 우수(雨水)도시 수원

빗방울로 도시를 두드림(Do Dream)

빗물을 이용하는 건물과 시설물을 설계해 봅시다. 고려해야 할 항목들을 차례대 로 적어보고 구체적인 그림은 왼쪽 칸에 그립니다. 설계를 마친 친구는 준비물을 이용하여 건물을 만들어 보세요.

SCAMPER기법을 이용해 다양한 생각을 표현해 보세요. 예를 들면, 도로를 투수 성 재질로 바꾸거나(S) 비를 모으기 위한 집수장치를 옥상에 결합하거나(C), 저 수장치를 건물 지하에 적용해 볼 수 있어요(A). 또한 보도블록의 형태를 투수가 가능하도록 고칠(M) 수 있고 학교운동장이나 공원을 빗물을 모아 저장하는 다른 용도(P)로 사용할 수 있어요. 그밖에 불필요한 것은 제거하고(E) 거꾸로 생각(R) 해 볼 수 있습니다.

설계도 고려 항목

￭건물(시설): 예) 도로

￭빗물 모으는 장소와 방법:

예) 투수성 도로포장

￭저수장치 위치:

예) 도로 밑 지하 저수조

￭빗물의 용도:

예) 공중화장실, 지하수 보충 등

￭예상 용량:

예) 500t

창의적 사고를 돕는 스캠퍼 (SCAMPER)에 대한 보충 설명은 ‘프로그램 정리’

를 참조하세요.

(빗물 세탁소) (빗물 세차장과 공중화장실)

<학생작품>

빗물 이용 기술을 나누어요

2033년 나는 빗물 과학자가 되어 노벨상을 받게 되었습니다. 나라의 지원을 받 아 세계의 한 나라에 기술을 전수할 수 있게 되었습니다. 어느 나라에 빗물 이 용 기술과 시설을 전해주고 싶나요? 그 이유는 무엇인지 소감문을 작성해 봅시 다.

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미술

◈ 창의적 사고 기법 SCAMPER

• 스캠퍼(scamper)는 아이디어를 만들고자 할 때 사용하는 체크리스트로 각 영 어글자의 앞 글자를 모아 만들어진 단어입니다. 한 가지씩 알아볼까요?

• 대체(Substitute, S): 기존의 것을 다른 무엇으로, 다른 누가, 다른 재료와 같이 바꿔 생각하는 것입니다. 유리컵은 컵의 재질을 새롭게 하여 만든 것이지요.

• 결합(Combine, C): 새로운 무엇과 결합시키거나 여러 가지 목적들을 결합한 것 입니다. 요즘 프린터에는 복사와 팩스의 기능이 결합되어 있죠.

• 응용, 적용(Adapt, A): 비슷하거나 다른 어떤 것에 적용해 보는 것으로 벨크로 (찍찍이)는 식물의 씨앗이 옷에 달라붙는 원리를 응용해 만들어진 것입니다.

• 변형(Modify, M): 특성이나 모양을 변형하거나 축소, 확대하여 새로운 것을 만 들 수 있습니다. 노트북은 컴퓨터를 축소해 들고 다닐 수 있도록 만든 것이지 요.

• 다른 용도(Put to the other uses, P): 다른 용도로 사용할 수 있는 가능성을 생각해 보는 것입니다. 버스를 이용해 음식점을 만들어 사용할 수 있어요.

• 제거(Eliminate, E): 일부분을 제거하는 것으로 자동차의 덮개를 제거한 오픈카.

• 뒤집기(Reverse, R); 거꾸로 하거나 다른 순서로 해 보는 것으로 마요네즈의 바 닥과 뚜껑을 뒤집어 마요네즈의 양이 적어도 잘 나오도록 할 수 있지요.

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◎ 빗물도시 만들기

비가 내린다고 상상해 봅시다. 댐 위에 내리는 비는 우리에게 다양한 생활용수를 공 급해주는 ‘반가운 비’이지만 도시에 내리는 비는 바깥 활동을 불편하게 하기 때문에

‘얄미운 비’라고 생각되나요?

조상들이 빗물을 모아 농업용수나 생활용수로 사용했던 것처럼 관점을 달리하면 빗 물은 소중한 자원이랍니다. 모아진 빗물은 화장실과 수영장, 연못과 텃밭에 이용되고 가로수와 옥상정원의 조경용수로 사용될 수 있어요. 이렇게 가정과 건물에서 빗물을 모은다면 집중호우가 찾아와도 한꺼번에 빗물이 하수구로 모이지 않아 홍수를 예방할 수 있어요.

아참! 잊지 말아야 할 중요 한 한 가지가 있어요. 투수 성 도로와 보도블록을 설치 해서 물이 흙으로 스며들게 되면 물 순환체계가 정상적 이 되어 생태계가 살아날 수 있답니다. 우리의 힘으 로 환경이 복원될 수 있어 요!

사진 및 삽화 출처: 물 부족 초등 5~6학년

- 광주시청 - 이미지 투데이 - 이헌승의원실

- blog.naver.com/siroking88 - http://youtube/fdwvuTrycYU

- http://mikevogel.com/2010/09/review-the-portland-loo/

- http://mikevogel.com/2010/11/the-portland-loo-on-world-toilet-day/

- www.afp.com - spmi.co.kr -

www.thegatesnotes.com/topics/development/reinvent-the-toilet-challenge

※ 본 교재에 사용한 사진, 삽화는 원 저작자의 동의를 구하였거나 직접 제작한 것임. 일부 해외 저작물 중 원 저작자와 연락이 되지 않는 경우 우선 저작물을 사용하였고, 저작자와 지속적으로 연 락을 취할 예정임.

2013 융합인재교육(STEAM) 프로그램

물을 지키는 STEAM

물부족 초등 5-6학년 학생용 교재

저 자 김찬국, 송현주, 황세영, 이두곤

발행일 2014년 1월 10일