Ⅱ. 이론적 배경 1. 관련 이론 탐색
가. 지속가능 발전 과제 주제Ⅰ: 신재생 에너지의 이해와 학교 환경에의 적용
태양광발전시스템과 풍력발전기를 콘트롤러와 배터리 인버터를 이용하여 AC전원을 발전하는 System을 만들어 신재생에너지에 대한 이해를 증대 시킬 뿐만 아니라 교내의 환경을 아름답게 만들도록 한다.
1) 태양광 발전
태양광 발전은 태양 빛을 받으면 직접 전기를 발생하는 반도체 소자인 태양전지를 이용한 발전 방식으 로 광전 효과(photo- voltaic effect)를 이용. 태양광 발전의 특징으로는 깨끗하고 무한한 에너지원으로서 회전부분이 없어 조용하고 수명이 길 뿐 아니라 보수가 용이하고 자동화, 무인화가 가능한 장점이 있으 나 날씨와 시간에 제약을 받을 뿐만 아니라 발전 효율이 낮다는 단점이 있다.
2) 풍력 발전
풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치로서, 풍력 발전기의 날개를 회전시켜 이 때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산한다. 풍력 발전은 환경오염을 발생시키지 않는 청정에너지에 해 당하지만, 태양광 발전과 마찬가지로 효율이 낮고 바람이 많이 부는 지역에서만 사용할 수 있을 뿐만 아 니라 장시간 사용시 유지 보수비용이 발생한다.
나. 지속가능 발전 과제 주제Ⅱ: 친환경적 방법을 이용한 수중환경의 조성
여과기 설치와 수초의 생장이 수중환경의 pH, 질산염 농도, BOD 등의 수치에 어떤 영향을 끼치는지 비교해보고 이에 따른 수중 물고기의 생장을 관찰하여 원인을 파악한다. 우리나라 수서환경의 산성화 및 여러 오염의 척도에 대한 심각성을 깨닫고 그에 대한 해결방안을 모색해본다.
1) 수중 환경에서의 질소사이클
- 자연 상태의 수중 환경을 수조 속 환경과 적용시켜서 비교해보기 ➀ 물고기의 배설에 의한 질산염 생성
➁ 질산염 생성으로 인한 물의 pH 변화 ➂ 여과기 설치에 의한 물의 pH 조절
2) 수질을 결정 짓는 요소
- pH(Hydrogen ion concentration) : 수소 이온 농도로써 물의 산성도를 나타낸다. 산성에서 염 기성까지의 수치를 나타내는 단위로써, pH가 0~7사이면 산성, pH가 7이면 중성, pH가 낮을 수록 산성이다.
다. 지속가능 발전 과제 주제Ⅲ: 물고기 사료에 대한 수질의 부영양화 측정 1). 부영양화
과다한 질소와 인이 조류의 과다한 생장의 가장 보편적인 원인이다. 부영양화라는 용어는 "영양분이 풍부하 게 공급되었다"라고 하는 그리스어에서 유래한 것으로서 하천이나 호소에 있어 영양염류가 적은 빈영양상 태에서 각종오염물질의 유입으로 영양염류가 많아지게 되어 조류(algae)가 많아지게 되고 투명도가 낮아지 게 되는데 이와 같이 빈영양에서 부영양으로 변화하는 현상을 말한다.
호소에 있어서 영양염류가 적은 곳은 플랑크톤이 적고 투명도가 높은데 이와 같은 수역을 빈영양이라고 하는 반면 영양염류가 많은 곳에서는 조류가 많이 발생하여 투명도가 낮은데 이와 같은 수역을 부영양이라 고 한다. 특히 호소, 해안 등지에서 각종 오염이나 기타의 원인으로 빈영양에서 부영양으로 변화하는 현상 을 부영양화라 한다. 인위적인 영향을 거의 볼 수 없는 호소에서도 극히 오랜 시간 에 걸쳐서 부영양화가 일어나지만 체류시간이 긴 호수나 해역(정체수역)에 유기성공장폐수, 농업배수(질소비료, 인산비료), 가정하수 중의 질산염, 인산염의 유입으로 조류의 영양분인 질소(N), 인(P), 탄소(C) 등의 증가로 일어난다.
장기간에 걸친 저수 결과 유기성 오염물이 분해제거 된다 하더라도 수중 미생물의 번식에 영양소가 될 무기물은 축적될 수도 있기 때문이다. 그 결과 인체에 질병을 일으키거나 수중에 맛과 냄새를 초래하는 각 종 조류가 번식하게 되며 이들 조류가 죽게 되면 저수지의 바닥에 침전되어 다른 미생물에 의해서 분해되 고 그 결과 생기는 물질은 다시 다른 조류의 번식을 초래할 수 있는 영양소가 된다. 이러한 순환을 거듭하 게 되며 저수지의 수질은 점점 악화되어 나중에는 쓸모없는 늪 모양으로 변하게 된다.
호소는 부영양화가 진행됨에 따라 호소의 수질이 물리적·화학적·생물학적 특성이 변하게 된다. 부영양화의 특성으로는 영양염류의 농도가 높아서 질산염이 0.2∼0.3mg/ℓ 인산염이 0.01∼0.02mg/ℓ 이상이다.
2). 부영양화의 과정 [물 속 유기물의 분해과정]
정상적인 상태에서는 물속의 유기물질(잔가지, 잎사귀, 죽은 곤충 등)은 미생물에 의해서 분해됩니다. 이 때, 미생물은 산소를 사용하고 이산화탄소를 방출합니다. 수 중 식물은 탄산가스를 이용하고 산소를 방출합 니다. 작은 물고기는 식물을 먹고, 큰 물고기가 작은 물고기를 잡아먹으면서 생긴 물고기의 배설물은 또 다 시 미생물에 의해서 분해됩니다. 이러한 과정이 반복되면서 물은 청결함을 유지합니다.
1단계 : 도시하수와 공장 폐수에 미생물의 먹이가 되는 오염물질이 풍부하게 있다면, 미생물은 갑자기 늘어 나게 됩니다. 이와 같이 미생물이나 수중식물이 갑자기 증가한다면 물고기는 이것을 다 먹을 수 없게 됩니 다. 그래서 대부분은 강이나 호수 바닥에 쌓이고 썩게 됩니다. 이 때, 썩은 것을 분해시키기 위해 물속의 산 소가 소모되므로 물속에는 산소가 모자라게 됩니다. 비슷한 현상을 집에 있는 어항에서 관찰할 수 있을 것 입니다. 어항에 먹이를 많이 넣어 주었을 때, 얼마 지나지 않아 물이 썩게 되고 산소가 부족한 물고기는 물 위로 떠오르고 고통스러워합니다.
2단계 : 이 때 썩은 찌꺼기가 물위에 뜨게 되면 물속으로 투입되는 햇빛의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 서 광합성작용이 둔화되기 때문에 산소 방출량은 더욱 줄어들게 됩니다.
3단계: 물위에 뜬 찌꺼기가 더욱 많아진다면 공기 중의 산소가 물속으로 들어 갈 수도 없습니다. 결국 강과 호수는 질식 상태로 되고 물고기도 산소가 모자라서 죽게 됩니다.
3). 부영양화가 일으키는 문제
부영양화에 의한 문제는 다음과 같은 결과를 유발한다.
① 수면에 조류피막이나 부패덩이가 생기고 냄새가 발생하거나 퇴색이 일어난다.
② 용존산소의 일주변화폭을 크게 하고 야간에 용존산소를 매우 낮은 농도로 저감시켜 어류의 생존을 위협 한다.
③ 산소 요구량을 증가시키고 따라서 호수나 저수지 또는 수심이 깊은 하구의 심층에 용존산소를 감소시킨 다.
④ 해안지역에서 나타나는 적조현상과 같은 부영양화는 유독성 조류를 발생시켜 마비성 조개 중독을 유발 한다.
4. 수질 오염원의 종류 [생활 하수]
분해성 유기 물질 : 유기 물질은 탄소를 비롯한 여러 가지 원소로 구성된 물질을 말한다. 이런 물질이 물 에 들어가면 미생물에 의해 분해되게 되고 물속의 산소를 소모시키며 나아가 산소가 없어지면 메탄, 황화수소 등의 냄새가 나는 가스가 나오기도 한다. 가정에서 버려지는 음식찌꺼기, 분뇨, 쓰레기와 축사에 서 흘러나오는 폐수가 그 대표적인 예이다.
[음식물 찌꺼기]
음식물 찌꺼기가 물속에 들어가면, 이것을 분해하는 호기성 미생물이 증가한다. 유기물은 호기성 미생물에 의해 분해되면서 물속에 녹아있던 용존 산소량(DO)을 감소시키므로, 산소를 필요로 하는 생물은 살기 어렵 게 되고, 호기성 미생물도 결과적으로 감소된다. 그러나 산소가 없는 환경에서도 번식할 수 있는 혐기성 미 생물은 증가하게 되고, 이들이 남은 유기물을 분해시킬 때 황화 수소나 메탄가스 등이 방출되어 물에서 악 취가 나게 된다.
[영양 염료]
식물의 생장에 필요한 영양소를 제공해 주는 염류로 암모니아, 질산염, 아질산염, 인산염 등이 있다. 이러 한 영양 염료가 적당히 있어야 하나 집에서 버리는 물이나 논밭에서 비료가 섞인 물이 하천이나 호수에 흘 러 들어오면 플랑크톤이 아주 많이 번식하여 물을 오염시킨다. 이때는 물의 빛깔 이 검붉게 변하고 썩은 냄 새가 나기도 한다. 이런 물을 정수하기 위해서는 처리비용이 많이 들뿐만 아니라 기분 나쁜 냄새가 나는 경 우도 생기게 된다. 물에 영양이 지나치게 많이 생기는 이와 같은 현상을 부영양화 현상이라고 한다.
[가두리 양식장으로부터 나오는 배설물과 사체]
호수나 강에 설치된 가두리 양식장으로부터 버려진 물고기들의 배설물, 사체 및 먹이는 부영양화를 심각하 게 일으키며, 상수원을 직접 오염시키기도 한다.
2. 실태 분석
가. 지속가능 발전 과제 주제Ⅰ: 신재생 에너지의 이해와 학교 환경에의 적용 1) 연도별 신재생에너지 공급 비중
2013년 현재 신재생 에너지는 전체 발전량의 3.86%를 차지하고 있음.
그중 태양광 발전은 0.29% 풍력 발전은 0.21%를 차지하고 있음.
2) 최근 한국에너지공단 신재생에너지 센터의 노력으로 자가용 신재생에너지 발전 비율이 조금씩 증가하 는 추세임.
나. 지속가능 발전 과제 주제Ⅰ: 친환경적 방법을 이용한 수중환경의 조성 - 친환경적인 수중환경 조성 실태
수초를 이용한 친환경적 수중환경 조성 여과기를 이용한 친환경적 수중환경 조성
- 수중 환경에서 물고기가 살기 위한 pH, 질산염 농도, BOD의 적합한 수치를 맞추기 위해 수초를 기르 거나 여과기를 설치하는 친환경적인 방법을 활용하고 있다.
다. 지속가능 발전 과제 주제Ⅰ: 물고기 사료에 대한 수질의 부영양화 측정 수조에서의 부영양화의 원인
- 1. 암모니아의 분해 :
암모니아는 인간에겐 유독성 가스와 같은 것으로, 불과 2~3시간 만에 고기들이 치명상을 당한다고 합니다. 암모니아는 고기들의 변과 오줌에서 발생하는 것으로 유독성의 사례를 알기 쉽게 제시해 보겠 습니다.
미꾸라지 50마리 정도를 20리터 정도의 어항에 넣고 이들에게 먹이로 손톱 크기의 어묵환(어묵을 믹 서로 갈아 만든 것) 3개를 주고 여과기 없이 기포기로 산소만 공급한다면 2~3시간 후부터 미꾸라지들 이 오줌을 배설하기 시작하고 이때부터 2~3시간 안에 암모니아 농도가 급격히 증가해서 몰사를 하게 될 겁니다. 즉 6시간 이내에 치명상을 입게 된다는 뜻입니다.
<수질정화방법>
희석법 : 먹이를 주고 하루동안 3시간마다 한번씩 갈아주어야 할 겁니다.
분해법 : 생물학적 여과 방법인 유독성 암모니아를 덜 유독한 질산염으로 바꾸어주는 “好氣性 박테리 아”를 이용라 하더군요. 그런데 이렇게 생물학적 여과를 해도 질산염이 남아있어 찌꺼기들이 있으니 물갈이를 주기적으로 해주어야 함.
또한 박테리아는 증식력이 약해 제대로 기능을 발휘하려면 고기를 넣은지 3주가 걸림. 그러므로 이들 이 번식할 수 있는 여과기의 스폰지나 섭스트라트 같은 다공질 자갈, 모래등이 수조의 크기와, 발생하 는 변과 오줌의 양에 따라 준비가 되어 있어야 하고, 이들이 분해할 수 있는 시간을 고려해서 먹이도 주어야겠지요.
<생물학적 여과 과정>
호기성 박테리아를 키우려면 금붕어 같은 “변”을 너무 많이 배설하지 않고, 3급수에도 강한 물고기 한, 두 마리를 미리 수조에 넣어,
[“변” 발생-> 공기 중 호기성 박테리아가 여과기의 스폰지나 섭스트라트 같은 다공질 자갈, 모래등에 부착->증식 시작->3주 후 암모니아를 치사량 수준이 되지 않는 수준으로 분해 가능한 정도의 박테리 아 군 생성] “아질산염”과 “질산염” 테스트 시약
1단계(노란색) : 무지 좋은 것으로 정확히 21일째 볼 수 있습니다. 이때는 물색도 투명해져서 정말 보 기가 시원합니다. 어항 물색만 봐도 물 잡이가 된 건지 알 수 있다는 말이 이래서 나온 것 같습니다.
2단계(연초록): 일반적인 상태로 수질이 좋지 않은 경우, 여과 용량이 부족한 경우, 물 잡이 1~2주 사 이 물을 적당히 갈아 주고 있을 때 볼 수 있습니다.
3단계(초록): 그대로 두면 백점병에 걸리거나 24시간 이내에 건져내는 상황으로, 물 잡이 1~2주 사이 물을 적절하게 갈아 주지 않았을 때 나타납니다.
4단계(청색): 1~2시간 이내에 건져내야 하는 상황으로, 여과 용량을 초과하여 먹이를 주거나 고기를 투입하였을 때, 또는 물잡이 1주간 물을 갈아주지 않는 경우 나타난다고 할 수 있음
냄새를 맡을 수도 없고 특별한 징조가 안보이니 시약에 의존하는 것 외엔 방법이 없더군요. 그래서 처음 이틀 걸러 먹이를 주면서(금붕어 경우) 24시간마다 한번씩 테스트해 보면 물갈이 시점을 찾을 수 있을 겁니다. 제 경우는 12시간 마다 1/4 환수를 1주일간 했고, 2주째부터는 하루 1/4환수, 3주째는 3 일에 1/4 환수를 한 것으로 기억합니다. (두자 어항)
3. 수질과 백점병과의 관계 :
수질이 나쁘면 암모니아 독성이 고기의 면역체계나 피부를 약화시키고, 부유 물질들에 백점충 포자가 쉽게 접착하기 백점병에 아주 쉽게 감염
백점충은 포자 형태로 있을 때는 펄펄 끊이지 않는 한 망가지지 않기 때문에 언제든 어항 속에 잠적 해 있다고 보면 될 것 같습니다. 그러다 조건이 맞으면(섭씨 15도 이상) 알에서 깨어 나와 숙주가 있 으면 공격해서 피부를 뚫고 들어간다고 하더군요. 하지만 고기가 건강하면 이를 털어내는 동작으로 감 염이 안 되는 것으로 알고 있습니다. 때문에 고기가 피할 수 있을 정도의 병원균의 농도 유지와 공간 이 마련되어 있어야만 한다
꺽지 여러 마리를 키울 때, 작은 녀석을 보호하기 위해 작은 상자(물은 통함)에 이틀을 가둬 두었다가 바로 백점충에 감염되는 것을 보았고, 모래를 청소하지 않은 채 4주차에 변을 2~3일 치우지 않았을 때 백점병에 걸리는 것을 볼 수 있었읍니다.
따라서 약으로 병원균을 박멸하기 보다 병원균의 농축 수준은 줄이되, 수질을 좋게 하여 고기가 건강 을 유지하고, 찌꺼기를 주기적으로 걷어내며, 어항의 공간을 충분히 확보해 주어 백점충의 공격을 회 피할 수 있도록 해 주면 건강한 고기의 모습을 항상 볼 수 있다
Ⅲ. 연구의 설계 1. 대상 및 기간
1) 대상 : 혜화여자 고등학교 1,2학년 과학 동아리 학생들과 과학과 선생님 전원 2) 기간 : 2015.6~12
2. 연구 계획 일 정
수행내용
추 진 일 정
비고
5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월
전체 연구과정
실험계획 수립 및 모의실험
실험을 위한 환경 조성
실험 실시 및 데이터 수집 및 신재생에너지관
탐방
데이터를 활용한 기기 설치 및 변화 상태 확인
마무리 및 결과
보고 지구과학
생태연 못 및 생태농 장 조성
풍속측정 풍력발전기 설치
화학 토양과 연못의 pH측정 및 생물의
생장상태 측정
생물/물리
수조관 어류의 먹이종류와 오염정도
측정
오염을 일으키지 않는 먹이 개발 및 오염도 측정
3. 연구 조직
연구책임자 ․연구책임자 1 명
․공동연구원 6 명
․자문위원 1 명 김 현 규
(계 8 명)
공동연구자 자문위원
연 구 원 : 김민수, 하태이, 이동윤, 안수영, 최 경미, 김정민
연 구 원 : 백운보
생물 동아리
화 학 동 아리
지구과학 동아리
Ⅳ. 연구의 실제
1. 융합인재교육(STEAM) 연구를 위한 환경 조성 2. 개발 프로그램 제시
1) 신재생 에너지 및 환경 체험 활동 ① 영덕 신재생 에너지관 방문.
② 울진 친환경 농업엑스포 관람 ③ 경북 민물고기 생태관 체험학습
영덕 신재생에너지 전시관 울진 친환경 농업엑스포 경북 민물고기 생태관
2) 신재생 에너지의 이해와 학교 환경에의 적용 ① 신재생에너지의 종류와 특징 학습 ② 학교환경에 적용할 신재생에너지 찾기 ③ 태양광 & 풍력 발전기 조립 및 설치
풍력 발전기의 조립 태양광 발전기의 조립
④ MBL과 기상청 Data를 이용한 풍속, 일조량과 비교한 발전량 측정 ⑤ 실측된 값을 이용한 태양광과 풍력발전의 장단점에 대한 토의 3. 프로그램 적용 사례
- 적용대상, 시기, 방법, 수혜학생 수 등을 구체적으로 작성
1) 적용 대상 : 과학동아리(화학동아리, 생물동아리, 지구과학동아리) 학생 전원
2) 적용 시기 : 2015.6~12(1학기 중간, 여름방학 2학기 전체의 휴일 및 동아리 활동 시 간)
3) 적용 방법 : 실험과 체험활동 그리고 토의활동
Ⅴ. 연구 과제의 결과
- 현재까지 개발한 프로그램 각각에 대한 결과(있는 경우에 한해서)와 전체 예상되는 결과 작성 - 융합인재교육(STEAM) 시행 전 후의 평가 또는 검사 결과의 비교를 통해 융합인재
교육(STEAM)이 학생에게 끼친 영향을 검증 (현재까지 추진된 현황 제시)
※ 학생의 학습 동기, 열정, 태도, 흥미, 문제해결능력 등 1. 검증 계획
결과 보고서 작성 후 설문조사 2. 검증 방법
결과 보고서 작성 후 설문조사
3. 검증 내용
STEAM 연구회 활동 검증 설문지
※ 아래의 문항을 읽으시고 가장 가까운 의견에 √표 하거나 의견을 써 주십시오.
1. 융합인재교육(STEAM)의 의미를 이해하고 계십니까?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
2. 창의적인 사고력을 요구하는 미래사회를 살아가기 위하여 융합인재교육(STEAM)이 필요하다고 생각 하십니까?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
3. 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 적용한 교육은 실생활과 연계하여 문제를 해결하는데 도움이 된다 고 생각하십니까?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
4. 2015년 동아리에서 진행된 활동이 융합인재교육(STEAM)을 이해하는데 도움이 된다고 생각하십니까?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
5. 같은 주제의 내용은 교과 간에 연계하여 가르치는 것이 흥미있는 수업을 만드는데 효과적이라고 생 각하십니까?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
6. 2015년 동아리에서 진행된 STEAM교육 주제가 흥미롭고 즐거웠나요?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
7. STEAM교육의 일환으로 진행된 체험활동은 유익했나요?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
8. 창의적 체험활동(자율, 동아리, 봉사, 진로) 시간을 활용한 융합인재교육(STEAM) 프로그램의 적용은 학 습 흥미 향상에 도움이 되었나요?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
9. 2015년 STEAM 연구 주제가 진로선택 또는 진로이해에 도움이 되었나요?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
10. 2016년에도 STEAM 연구 활동에 참여하고 싶으신가요?
① 매우 그렇다 ② 그렇다 ③ 보통이다 ④ 그렇지 않다 ⑤ 전혀 그렇지 않다
< 설문에 성실히 답변해 주셔서 감사합니다. >
2015 STEAM 연구회 활동 검증 설문지 결과 취합 2015 STEAM 연구회 활동 검증 설문지 결과 취합
매우
그렇다 그렇다 보통이 다
그렇지 않다
전혀 그렇지
않다.
총합
1. 융합인재교육(STEAM)의 의미를 이해하고 계십니까? 8 24 2 34 2.창의적인사고력을요구하는미래사회를살아가기위하여
융합인재교육(STEAM)이필요하다고생각하십니까? 12 10 6 4 2 34
3. 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 적용한 교육은 실생 활과 연계하여 문제를 해결하는데 도움이 된다고 생각하 십니까?
10 15 3 3 3 34
4. 2015년 동아리에서 진행된 활동이 융합인재교육
(STEAM)을 이해하는데 도움이 된다고 생각하십니까? 28 6 34 5. 같은 주제의 내용은 교과 간에 연계하여 가르치는 것이
흥미있는 수업을 만드는데 효과적이라고 생각하십니까? 32 2 34 6. 2015년 동아리에서 진행된 STEAM교육 주제가 흥미롭
고 즐거웠나요? 30 4 34
7. STEAM교육의 일환으로 진행된 체험활동은 유익했나
요? 33 1 34
8. 창의적 체험활동(자율, 동아리, 봉사, 진로) 시간을 활용 한 융합인재교육(STEAM) 프로그램의 적용은 학습 흥미 향상에 도움이 되었나요?
26 8 34
9. 2015년 STEAM 연구 주제가 진로선택 또는 진로이해에
도움이 되었나요? 16 15 2 1 34
10. 2016년에도 STEAM 연구 활동에 참여하고 싶으신가
요? 28 5 1 34
Ⅵ. 결론 및 제언 1. 결론
1) STEAM 교사 연구회 활동으로 평소 할 수 없었던 다양한 실험을 할 수 있어서 학생 들의 창의력 향상에 도움이 됨.
2) 여러 과목을 통합한 실험과 활동을 하면서 학생들의 사고력과 실험 구성력이 향상 됨.
3) 과학과 공학의 이론적 접근뿐만 아니라 연구 설계부터 연구 진행 그리고 결과 구성 까지 학생들의 협력으로 이루어져 학생들의 지식 증대뿐만 아니라 협동과 협력 그리 고 공동체로서의 사회화에도 큰 영향을 끼쳐 학생들의 유대관계가 좋아지는 인성교 육적 효과.
2. 제언
Ⅶ. 참고 문헌
1. 한국에너지공단 신재생에너지 센터(http://www.knrec.or.kr/knrec/index.asp)
프로그램명
신재생 에너지의 이해와 학교 환경에의 적용적용학년 /시기
고1,2/7월관련과목
과학, 지구과학1관련단원
과학(에너지와 환경), 지구과학1(소중한 지구)붙임1 수업지도안 양식 ○ 수업지도안 1
1. 주제 및 제작의도
풍력발전기를 교내에 설치하여 신재생에너지의 장단점을 알아보고 친환경 생태 연못과 연계하여 지속가능 발전 수업 모델을 제시한다.
2. 학습 목표
○ 내용 목표
1) 신재생에너지의 장단점을 알고 실생활에 적용시킬 수 있는 방안을 마련한다.
2) 풍력발전의 원리를 알고 풍력발전에 영향을 미치는 풍속과 날씨 그리고 위치와의 관계를 설명할 수 있 다.
○ 과정 목표
1) MBL을 사용하여 정확한 data 수집 방법을 알 수 있다.
2) 풍속 data를 수집하면서 장소와 날씨에 따른 풍속변화를 설명할 수 있다.
3) 풍력발전기를 설치하고 LED조명을 설치하면서 전기회로와 전기 설비에 대하여 이해할 수 있다.
4) 풍력발전기를 교내에 설치하여 생태연못에 LED조명을 설치하면서 과학 기술을 이용하여 미적효과를 극 대화 할 수 있음을 이해한다.
3. STEAM 과목 요소
○ S : 신재생에너지(풍력발전)
○ T : MBL을 활용한 자료 분석
○ E：LED조명 설치등의 전기설비
○ A： 생태연못의 심미적 효과 극대화
○ M：측정한 자료의 수학적 해석
차시 과목 단원 주제 학습내용
1차시 과학
지구과학
Ⅰ
6. 에너지와 환경
Ⅰ. 소중한지구 2. 지구의선물
친환경에너지 (신재생에너지)
화석연료의 장단점 탐구.
신재생에너지의 종류와 각각의 특징의 이해.
Co 현대 사회의 가장 큰 이슈인 환경문제와 에너지 문제를 극복할 수 있는 방안에 대하여 토의한다.
Tip!화석연료, 온실효과, 지구온난화의 연관관계를 이해하고 있어야 한다.
Co CD 가장 저렴한 비용으로 환경을 오염시키지 않고 생태연못을 아름답게 꾸밀 수 있는 방법을 설 계해 본다.
Tip!태양광 전지판의 가격이 높다.
ET 풍력발전기와 LED조명을 설치한 생태연못을 설계 해본다.
2차시 과학
지구과학
Ⅰ
6. 에너지와 환경
Ⅰ. 소중한지구 2. 지구의선물
친환경에너지 (신재생에너지)
풍력발전기 설치를 통한 생태연못 완성
Visual Poem기법을 이용한 신재생에너지 와 생태연못의 감성적 표현
Co 풍력발전기를 설치함에 있어 고려해야 할 사항 은 무엇인가?
4. STEAM 단계 요소
○ 상황제시
화석연료로 인한 환경오염 그리고 고갈 등의 문제점을 극복하기 위해 세계 각국에서 신재생에너지의 개발 그리고 이용이 활발하다. 이런 세계적 추세에 발맞추어 전기요금을 아끼면서 생태연못을 아름답게 꾸밀 수 있는 방법을 생각해본다.
○ 창의적 설계
1) 신재생에너지(친환경에너지)의 종류와 특징에 대하여 알아본다. ▷ 자료조사 및 토의 토론
2) 풍력발전기의 원리와 풍력발전기에 영향을 주는 요인을 알고 교내의 환경에서 효과적인 방법으로 설치하는 방법 을 연구한다. ▷
3) 풍력발전기를 설치하여 교내 생태연못의 LED조명에 전원을 공급한다.
4) 설치한 풍력발전기의 풍속에 따른 효율을 측정한다.
○ 감성적 체험(성공의 경험 등)
1) Visual Poem기법을 이용하여 신재생에너지와 풍력발전에 대한 느낌을 오감을 통하여 표현하는 시간을 가진다.
2) 시, 그림, 노래 등으로 표현한 신재생에너지에 대한 느낌을 발표하고 청취하는 시간을 가져 서로의 느낌을 공유한 다.
3) 풍력발전기와 LED조명으로 완성된 생태연못의 아름다움과 과학적 특성을 친구들에게 알리는 포스터를 제작한다.
5. 차시별 계획 총괄표
Tip! 풍력발전기의 발전효율은 풍속에 의하여 좌우 된다. 풍속에 영향을 미치는 요인은?
CD 풍력발전기의 설치와 LED 조명설치
Tip! 풍력발전기를 설치할 때 충전 밧데리와 병렬연 결을 해야 한다.
ET 신재생에너지와 생태연못을 오감을 통하여 표 현하여 본다.
Tip! 그림, 시, 노래등으로 표현함
6. 교육 과정
수업단계 과목 단원 단원 학습 목표 STEAM 성취 목표/STEAM 요소
1~2차시
과학/지구 과학Ⅰ
과학과 문명_(6) 에너지와 환경/
Ⅰ. 소중한 지구 (2) 지구의 선물
현대사회의 환경문제를 이해하고 화석연료의 단점과 신재생에너지의 종류와 장단점을 설명할
수 있다.
신재생에너지의 특징 이해
신재생에너지의 종류와 원리의 이해
과학/지구 과학Ⅰ
과학과 문명_(6) 에너지와 환경/
Ⅰ. 소중한 지구 (2) 지구의 선물
교내에 신재생 에너지를 이용한 생태연못을 조성할
수 있다.
풍력발전기의 이해
풍력발전기의 설치
풍력 발전을 이용한 아름다운 생태 연못의 조성
풍속등의 측정을 통한 수학적 해석
7. 평가 계획
연번 평가 기준 방법
1 1) 화석연료의 장단점을 정확히 이해하고 있는가?
2) 신재생에너지의 종류와 특징을 알고 있는가? 수행평가
2
1) 풍속발전에 필요한 풍속데이터를 정확히 측정하였는가?
2) 풍속발전에서 얻어지는 전력량을 정확히 측정하였는가?
3) 풍속과 날씨 위치와의 관계를 정량적 데이터로 작성한 보고서를 제출하였는가?
산출평가
3
1) 풍속발전기와 LED조명등의 생태연못을 조성할 때 친구 들과 협력하였는가?
2) Visual Poem과 동영상 제작에 호기심을 가지는가?
관찰평가
4 1) 팀별 활동시 서로의 생각을 공유하는가? 동료평가
8. 차시별 교수학습과정
신재생 에너지의 이해와 학교 환경에의 적용
과목 과학/지구과학Ⅰ 수업차시 1차시
단원 과학과 문명_(6) 에너지와 환경/Ⅰ. 소중한 지구 (2) 지구의 선물
교육과정
2009개정교육과정_제 2부. 과학과 문명_(6) 에너지와 환경
과1268-2. 신재생에너지 자원의 활용을 지속가능한 발전의 관점에서 이해한다.
2009개정교육과정_Ⅰ. 소중한 지구 (2) 지구의 선물
11207. 지열, 바람, 조석, 파도, 태양 등 미래의 친 환경 에너지의 원천을 지구에서 얻을 수 있음을 이해한다.
학습목표 현대사회의 환경문제를 이해하고 화석연료의 단점과 신재생에너지의 종류와 장단점을 설명할 수 있다.
학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물
도입 (10분)
화석연료의 장단점 탐구.
신재생에너지의 종류와 각각의 특징의 이해.
Co 현대 사회는 화석연료의 사용으로 인한 이산화탄소 과다 배출로 인 한 기후변화로 세계 각국이 몸살을 앓고 있다.
Co교내의 생태연못에 사용되는 전기에너지의 양이 많다. 에너지 사용량 을 줄이면서 생태연못을 더욱 아름답게 꾸밀수 있는 방법은 없을까?
컴퓨터, 빔프로젝터
학습활동 (35분)
친환경에너지(신재생에너지)의 교내 환경에의 적용
CD 가장 저렴한 비용으로 환경을 오염시키지 않고 생태연못을 아름답 게 꾸밀 수 있는 방법을 설계해 본다.
1단계 : CD교내 생태연못의 구조와 특징파악
- 사진자료 제시, 생태연못속의 생물들 자료 제시 2단계 : CD신재생에너지 중 교내에 적용할 수 있는 에너지원 찾기 - 경제성, 환경에의 적합성, 기술적 문제를 고려
3단계 : CD팀별 설계도 및 전기 배선도 작성 - 풍력발전기의 기본 배선도, 사진 제시
4단계 : CD ET 설계도의 발표(기능적 효율, 경제성, 미적효과를 고려)
B4용지, 미 완성인 생 태연못 사 진, 30cm 자, 필기구
마무리 (5분)
Co CD ET 오늘 설계한 풍력 발전기를 설치할 수 있도록 2달간 생 태연못 주변의 풍속을 측정하고, 생태연못을 더욱 아름답게 꾸밀 수 있 도록 이번시간에 작성된 설계도와 비교하여 풍력발전기와 조명의 위치 를 생각해 보자.
지도상의 유의점
일방적인 주입이 되지 않도록 학생들의 발표를 이끌어 내는 수업이 되어야 한다.
다음 수업이 진행되기 위해서는 풍속의 꾸준한 측정이 필요하므로 팀별 풍속 측정 장비 (MBL과 풍속센서)를 미리 지급한다.
설계도를 완성하지 못한 팀은 방과 후 모여서 설계도를 작성하도록 지도한다.
과목 과학/지구과학Ⅰ 수업차시 2차시
단원 과학과 문명_(6) 에너지와 환경/Ⅰ. 소중한 지구 (2) 지구의 선물
교육과정
2009개정교육과정_제 2부. 과학과 문명_(6) 에너지와 환경
과1268-2. 신재생에너지 자원의 활용을 지속가능한 발전의 관점에서 이해한다.
2009개정교육과정_Ⅰ. 소중한 지구 (2) 지구의 선물
11207. 지열, 바람, 조석, 파도, 태양 등 미래의 친 환경 에너지의 원천을 지구에서 얻을 수 있음을 이해한다.
학습목표 교내에 신재생 에너지를 이용한 생태연못을 조성할 수 있다.
학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물
도입 (10분)
Co CD 지난시간에 작성한 설계도에서 추가된 내용을 들어 본다.
Co CD 측정된 풍속자료의 일주일별 평균값을 서로 발표하 게 하여 어려운 점이나 팀별 차이점을 이야기 하게 하여 풍력발전기 설 치에 흥미를 가지게 한다.
학습활동 (100분)
CD ET 발표된 풍속자료를 바탕으로 가장 효율적이고 아름 다운 설계를 토의를 통하여 선정한다.
CD ET지난 수업시간에 나누어 졌던 팀들을 LED설치 팀, 풍력 발전기 설치 팀, 전기 배선 팀으로 나누어 준비물들을 지급하여 생태연 못에 풍력발전기를 설치하여 전기배선작업을 통하여 LED조명과 연결한 다.
CD ET 완성된 풍력발전 생태연못의 사진을 찍은 후 신재 생에너지와 교내 생태연못에 관한 느낌을 Visual Poem 방식을 이용하여 노래, 시, 그림 등으로 표현한 후, 생태연못 사진과 자신이 만든 노래, 시, 그림 등의 작품과 함께 동영상으로 제작한다.
풍 력 발 전 기, 수중 L E D 조 명 , 밧데리, 전 선, 전기 스위치, 전 선, 절연테 이프, 캠코 더, 카메라, 컴퓨터
마무리 (10분)
CD ET Visual Poem방식으로 제작된 동영상을 친구들과 공유해보고 학생들이 만든 신재생에너지를 이용한 생태연못을 잘 가꾸 고 유지할 수 있도록 자긍심을 붇돋운다.
지도상의 유의점
팀별 활동을 할 때 참여하지 않고 쉬는 사람이 없도록 역할을 개인별로 설정한다.
Visual Poem 방식을 이용하여 만들어진 결과물(그림, 노래, 시)과 그것을 이용하여 다시 제작한 동영상을 친구들과 공유 하고 느낌을 서로 이야기 할 수 있도록 유도한다.
프로그램명 친환경적 방법을 이용한 수중환경의 조성 적용학년/시기 2학년 1학기 / 7월
관련과목 과학, 화학, 생물
관련단원 고1 과학 1. 식량자원 / 고2 화학1, 산과 염기 ○ 수업지도안 2
1. 주제 및 제작의도
교내 생태 연못 조성 중에 발생한 여러 가지 문제점을 고찰해보고 친환경적인 수중환경을 조성하기 위한 수업 모델을 제시한다.
2. 학습 목표
○ 내용 목표
1) 수중 환경에서 물고기의 생장에 따른 pH, BOD, 질산염 농도 변화를 측정하여 물고기의 생장에 미치는 영향을 관찰한다.
2) 여과기 설치에 따른 pH, BOD, 질산염 농도 변화를 측정하고 물고기의 생장에 미치는 영향을 관찰한다.
3) 수초를 기르는 수조에서 pH, BOD, 질산염 농도 변화를 측정하고 물고기의 생장에 미치는 영향을 관찰 한다.
○ 과정 목표
1) MBL을 사용하여 정확한 수조 속 data 수집 방법을 알 수 있다.
2) pH data를 수집하면서 수조 속 물의 pH에 따른 물고기의 생장과정을 설명할 수 있다.
3) BOD data를 수집하면서 수조 속 물의 BOD에 따른 물고기의 생장과정을 설명할 수 있다.
4) 질산염 농도 data를 수집하면서 수조 속 물의 질산염 농도에 따른 물고기의 생장과정을 설명할 수 있 다.
5) 여과기와 수초를 이용한 친환경적인 수중 환경을 조성할 수 있음을 이해한다.
3. STEAM 과목 요소
○ S : pH, BOD, 질산염 농도와 산염기 중화반응, 물고기의 생장
○ T : MBL을 이용한 자료 분석, 중화반응을 통해 pH를 조절
○ E：여과기 설치 등 친환경적 수조환경 조성
○ A：생태연못으로 교내 환경을 아름답게 조성
○ M：측정한 자료에 따른 물고기의 생장 Data의 수학적 해석
4. STEAM 단계 요소
○ 상황제시
우리나라의 산업화로 인해 수생 환경이 산성화되고 있다. 학교 생태연못을 조성하는 과정에서 발생하는 물 고기의 생장에 영향을 미치는 요인을 분석해보고 물고기 생장에 도움이 되는 친환경적인 방법이 있는지를 생각해본다.
차시 과목 단원 주제 학습내용
5차시 과학
2부 과학과 문명 (5) 인류의
건강과 과학기술 01.식량자원
수생환경에서의 생물이 생장하는데 필요한 필수 원소
식물생장에 필요한 필수 원소 알기
Co 여러 가지 원소 중 식물생장에 필요한 필수 원소를 분류하고 그 이유를 설명하기
CD 수중환경의 pH에 따라 필수 원소의 흡수가 이루어 지는 과정을 이해한다.
ET 식물에 주는 영양제 성분을 보고 필수 원소를 알아 낼 수 있다.
화학Ⅰ
Ⅳ.닮은꼴 화학 반응 04산과 염기의
정의와 성질
산과 염기, pH에 대한 설명과 pH측정방법에
대한 이해
산의 정의을 알고, 실생활에서의 예 찾기
염기의 정의을 알고, 실생활에서의 예 찾기
수소이온농도의 정의를 알고 실생활에서의 예 찾기
수소이온농도의 측정방법을 알기
Co 주위에 물질들을 산과 염기로 분류하고 그 이유를 설명하기
Tip! 실생활에서 쉽게 접할 수 있는 물질을 이용하여 산 과 염기로 분류한 후 산과 염기의 특징에 대해 이해하도 록 한다.
CD 교내 수생환경에서 수소이온농도 측정할 수 있는 다양한 방법을 생각해낸다.
Tip! 물의 pH를 측정하는 방법을 생각해보고 수소이온 농도를 이해한다.
ET 실생활에서 접하는 물질을 산과 염기로 구분해본 다.
6차시 과학
2부 과학과 문명 (5) 인류의
건강과
pH에 따른 생물의 필수 원소 흡수
식물생장에 필요한 필수 원소 알기
Co 여러 가지 원소 중 식물생장에 필요한 필수 원소를 분류하고 그 이유를 설명하기
○ 창의적 설계
1) 교내 생태 연못 조성에 필요한 물고기의 생장 환경을 알아본다. ▷ 자료 조사 및 토의 토론
2) 물고기가 생장하는데 적합한 수중 환경의 pH, BOD, 질산염 농도에 대해 알고 이를 교내 생태 연못에 적 용하는 방법을 연구한다.
3) 실험 수조를 제작하여 pH, BOD, 질산염 농도에 따른 물고기의 생장을 비교 분석한다.
4) 물고기가 효과적으로 생장할 수 있는 pH, BOD, 질산염 농도를 찾고 물고기가 생장하기 좋은 친환경적인 수중환경 조성을 이해한다.
○ 감성적 체험(성공의 경험 등)
1) 물고기의 생장을 그림, 노래 등으로 표현한 느낌을 발표하고 서로의 생각을 공유한다.
2) 친환경적 방법을 수행하여 완성된 교내 생태 연못에 대한 과학적 특성을 UCC로 제작하여 홍보한다.
5. 차시별 계획 총괄표
과학기술 01.식량자원
CD 수중환경의 pH에 따라 필수 원소의 흡수가 이루어 지는 과정을 이해한다.
ET 식물에 주는 영양제 성분을 보고 필수 원소를 알아 낼 수 있다.
화학Ⅰ
Ⅳ.닮은꼴 화학 반응 05산-염기의
중화반응
중화반응을 이용한 pH조절
중화반응의 정의를 알고 실생활에서의 예 찾기
친환경적 산, 염기 물질을 알고 이를 중화반응에 이 용한 수 있다.
Co 실제 어업에서 이용되고 있는 pH조절 사례를 알아보고 그 원리를 이해한다.
CD 친환경적인 pH조절 방법을 창의적으로 개발해 본다.
ET 친환경적인 pH 조절법을 직접 적용하여 환경 의 산성화를 극복할 수 있다는 의식을 가진다.
6. 교육 과정
수업단계 과목 단원 단원 학습 목표 STEAM 성취 목표/STEAM 요소
5~6차시
과학 (5)인류의 건강과 과학기술
식물의 생장에 필요한 필수 원소를 설명할 수
있다.
pH에 따른 식물의 필수 원소 흡 수 정도를 이해할 수 있다.
화학Ⅰ 04산과 염기의 정의와 성질
산과 염기의 정의를 이해하고, 주변의 산과 염기를 구분하여 설명할
수 있다.
수중환경의 pH측정을 수행할 수 있다.
화학Ⅰ 05 산과 염기의 중화반응
산과 염기의 중화 반응을 이해할 수 있다.
친환경적인 중화반응을 설 계할 수 있다.
과목 융합과학
화학Ⅰ 수업차시 5차시
단원 제2부 과학과 문명_(5)인류의 건강과 과학기술_01식량자원
Ⅳ.닮은꼴 화학 반응_04산과 염기의 정의와 성질
교육과정
2009개정교육과정_과학1_제2부 과학과 문명_(5)인류의 건강과 과학기술_01식량자원 2009개정교육과정_화학1_Ⅳ.닮은꼴 화학 반응_04산과 염기의 정의와 성질 2009개정교육과정_화학1_Ⅳ.닮은꼴 화학 반응_05산-염기의 중화반응
화1404-2. 생활 속에서 산과 염기의 예를 찾을 수 있다.
화1405. 산과 염기의 중화 반응을 설명할 수 있다.
학습목표 · 식물의 생장에 필요한 필수 원소를 설명할 수 있다.
· 산과 염기의 정의를 설명할 수 있다.
7. 평가 계획
연번 평가 기준 방법
1 환경오염에 의한 수중환경의 산성화를 인지하고 있는가? 수행평가
2 pH에 대한 정의를 이해하고 있는가? 수행평가
3 산성화에 따른 생물 생장의 피해를 알고 있는가? 수행평가 4 MBL의 사용법을 정확히 숙지하여 올바른 데이터를 얻었는
가? 산출물평가
5 생물의 생장 측정시 변인통제가 정확히 이루어졌는가? 산출물평가 6 조별 활동시 서로의 생각을 자유롭게 공유하는가? 관찰평가,
동료평가 7 실험 Data해석에서 서로 다른 의견을 토론을 통해 평균적인
수치를 계산해내는가?
관찰평가, 동료평가 8 pH조절에 필요한 중화반응의 정의를 이해하고 있는가? 수행평가
9 친환경적 pH조절에 대한 자료를 알고 있는가? 수행평가
10 pH가 생물의 생장에 끼치는 영향을 인지하고 있는가? 수행평가 11 pH에 따른 식물의 생장 Data를 정확하게 측정하였는가? 산출물평가 12 친환경적 pH조절로 인한 pH값의 측정을 정확하게 측정하였
는가? 산출물평가
13 수중환경의 산성화가 생물의 생장에 끼치는 영향을 인식하고
친환경적 pH조절로 이를 극복하려는 의지를 보이는가? 관찰평가 14 조별 활동시 서로의 생각을 자유롭게 공유하는가? 관찰평가, 동료평가 15 생물 생장에 적합한 Data에 대한 해석을 의견 조율을 통해
평균적인 수치로 계산해내었는가?
관찰평가, 동료평가
8. 차시별 교수학습과정
친환경적 방법을 이용한 수중환경의 조성
· pH 정의를 알고 직접 측정할 수 있다.
학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물
도입 (10분)
Co토양의 pH에 따라 수국이 다른 색의 꽃을 피는 상황을 제시하며 흥 미를 유발한다.
CD우리나라의 산업화로 인한 수중 환경이 산성화되고 있다. 그에 따른 생물의 생장에 어떠한 영향을 끼치는지 알아보고 산성화를 방지 할 수 있는 방안를 탐구해보고 자신의 진로와 관련지어 생각해본다.
컴퓨터, 빔프로젝터
학습활동 (35분)
CD학생이 자신의 아이디어와 발상을 프로그램에 반영하도록 설 계, 학생 스스로 문제의 해결 방법을 제시하도록 설계한다.
CD학생 스스로 교내 수생환경의 pH를 측정하고 pH가 생물에 어떠한 영향을 끼치는지 연구할 수 있도록 실험을 직접 설계하도록 한다.
1. 실험 계획
교내 생태연못의 pH를 측정하는 방법을 토의하고 pH에 따른 생물의 생 장을 관찰하는 방법을 알아본다.
2. 실험 진행
A팀 : 생태연못의 pH를 측정하고 물고기의 생장 관찰
B팀 : 생태연못의 질산염 농도, BOD를 측정하고 물고기의 생장 관찰 3. 실험 방법
<A팀>
① 교내 생태 연못에서 측정 구역을 선정한 다음 일조량, 강수량이 같은 조건인지 확인한다.
② pH를 측정해 보고 pH에 따른 물고기의 생장 속도를 비교해본다.
<B팀>
① 교내 생태 연못에서 측정 구역을 선정한 다음 일조량, 강수량이 같은 조건인지 확인한다.
② 질산염 농도와, BOD를 측정해 보고 이에 따른 물고기의 생장 속도를 비교해본다.
4. 실험 결과
① 물고기의 생장에 pH가 미치는 영향을 알아본다.
② 물고기의 생장에 질산염 농도와 BOD가 미치는 영향을 알아본다.
CD협력을 통해 문제를 해결하고 결과를 도출하도록 설계한다.
MBL, pH 측정기, 질 산염 농도 측 정 기 , BOD측정기 금 붕 어 , 기 록지, 필기 구
마무리 (5분)
ET 학습자가 문제의 원인을 파악하였다는 성공의 경험을 준다.
CD수중환경의 pH, 질산염 농도, BOD를 친환경적으로 변화시키 는 방법을 찾아 물고기 생장에 적합한 환경의 조성을 도전할 수 있도록 한다.
ET 교사, 학습자가 스스로 동료 학습자간의 평가, 칭찬을 한다.
지도상의 유의점
학습 목표에 적합한 실험을 설계할 수 있게 안내한다.
실험 결과의 토의를 통한 결론 도출을 이끌어 낸다.
과목 융합과학 화학Ⅰ 수업차시 6차시
단원 제2부 과학과 문명_(5)인류의 건강과 과학기술_01식량자원
Ⅳ.닮은꼴 화학 반응_05산-염기의 중화반응
교육과정
2009개정교육과정_과학1_제2부 과학과 문명_(5)인류의 건강과 과학기술_01식량자원 2009개정교육과정_화학1_Ⅳ.닮은꼴 화학 반응_04산과 염기의 정의와 성질 2009개정교육과정_화학1_Ⅳ.닮은꼴 화학 반응_05산-염기의 중화반응
화1404-2. 생활 속에서 산과 염기의 예를 찾을 수 있다.
화1405. 산과 염기의 중화 반응을 설명할 수 있다.
학습목표 . 산과 염기의 중화반응을 이용해 pH를 조절할 수 있다.
· 실생활에서의 중화반응의 예를 설명할 수 있다.
학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물
도입 (10분)
Co 여과기가 설치된 연못에 물고기가 생장하는 장면을 보여준다.
CD 산성화된 수중환경을 pH 조절을 통해 물고기가 생장하기 적 합한 조건을 만들어 어류 양식에 이용하는 것을 알아보고 친환경적인 pH 조절 방법을 탐구해 본다.
컴퓨터, 빔프로젝터
학습활동 (35분)
CD 학생이 직접 실험을 계획하여 수행한 뒤 결과를 도출하는 프 로그램을 스스로 설계하여 해결방안을 모색하게 한다. 학생이 자신의 아이디어와 발상을 프로그램에 반영하도록 설계, 학생 스스로 문제 의 해결 방법을 제시하도록 설계한다.
CD 1차시에서 학생이 교내 생태 연못의 pH, 질산염 농도, BOD 에 따른 물고기의 생장을 관찰해보고 살기 적합한 pH, 질산염 농도, BOD를 스스로 찾아 이를 직접 조절하여 친환경적 생태환경을 연구 할 수 있도록 실험을 직접 설계하도록 한다.
1. 실험 계획
교내 생태 연못의 pH, 질산염 농도, BOD에 따른 물고기의 생장 결과를 토의하고 생물이 살기 적합한 친환경적 pH조절 방법을 알아본다.
2. 실험 진행
A팀 : 수중환경의 pH를 친환경적으로 조절하는 방법을 탐구 B팀 : 수중환경의 질산염 농도, BOD를 친환경적으로 조절하는 방법
을 탐구
3. 실험 방법 <A팀>
① 물고기가 자라기 적합한 pH를 정확히 알아본다.
② 수중환경의 pH를 친환경적으로 조절하는 방법을 탐구하여 적용시켜 본다.
MBL, 수조, pH 측정기, 질산염 농 도 측정기, BOD측정기 산 소 발 생 기, 여과기, LED등 금 붕 어 , 수 초 , 기 록 지 , 필기구
친환경적 방법을 이용한 수중환경의 조성
<B팀>
① 물고기가 자라기 적합한 질산염 농도와 BOD를 알아본다.
② 수중환경의 질산염 농도와 BOD를 친환경적으로 조절하는 방법을 탐 구하여 적용시켜본다.
CD
① 친환경적인 수중 환경의 pH조절을 통해 물고기가 자라기 적합한 환 경을 만든다.
② 친환경적인 수중 환경의 질산염 농도, BOD조절을 통해 물고기가 자 라기 적합한 환경을 만든다.
CD협력을 통해 문제를 해결하고 결과를 도출하도록 설계한다.
마무리 (5분)
ET학습자가 문제의 원인을 파악하였다는 성공의 경험을 준다.
CD환경 오염으로 인한 수중환경의 산성화를 친환경적인 pH, 질 산염 농도, BOD조절 방법을 적용하여 해결할 수 있다는 도전의식을 심 어준다.
ET 교사, 학습자가 스스로 동료 학습자간의 평가, 칭찬을 한 다.
지도상의 유의점
학습 목표에 적합한 실험을 설계할 수 있게 안내한다.
실험 결과의 토의를 통한 결론 도출을 이끌어 낸다.
프로그램명 물고기 사료에 대한 수질의 부영양화 측정 적용학년/시기 고1,2/ 7월부터
관련과목 과학, 생명과학, 지구과학
관련단원 과학(인류의 건강과 과학기술), 생명과학(생태계), 지구과학(환경오염)
○ 수업지도안 3
Ⅰ. 지속가능 발전 과제 주제Ⅰ : 물고기 사료에 대한 수질의 부영양화 측정
1. 주제 및 제작의도
현재 사회적으로 나타나고 있는 환경오염 중 수질오염에 대해 알아보고 어떻게 하면 수질오염을 방지할 수 있으며, 개선할 수 있는 방안이 무엇인지 알아보는 과정에서 자신의 진로에 대해 생각 할 수 있도록 한다.
2. 학습 목표
○ 내용 목표
- 부영양화의 원리를 이해한다.
- 수조에서의 부영양화 원인을 분석한다.
○ 과정 목표
- 물고기의 자작사료에 대한 물의 질산염을 측정할 수 있다.
- 질산염에 대한 동 · 식물의 영향을 알아본다.
3. STEAM 과목 요소
○ S : 부영양화 원리
○ T/E：물고기 자작사료 만들기, MBL을 활용한 자료 분석
○ A：생태연못의 심미적 효과 극대화
○ M：측정한 자료의 수학적 해석
4. STEAM 단계 요소
○ 상황제시 : 생태연못에서의 물고기 떼죽음의 원인이 무엇일까?
○ 창의적 설계 : 생태연못 안의 질산염을 줄일 수 있는 방법
○ 감성적 체험 :
1) Visual Poem기법을 이용하여 물고기의 느낌을 오감을 통해 표현하는 시간을 가진다.
2) 자신을 물고기와 동일시하였을 때 느낌 감정을 발표하고 청취하는 시간을 가져 서로의 느낌을 공유 한다.
차시 과목 단원 소주제 학습내용
1차시 지구과학
Ⅰ Ⅲ.위기의 지구 2.수질오염
수질 오염 알아보기
부영양화의 특징을 알고, 원인 찾기
Co 생태 연못에서 왜 물고기가 떼죽음을 하였을까?
Tip! 물이 흐르지 않는 연못에서의 환경을 이해하게함.
ET 학생들이 물고기 떼죽음의 원인에 대해 발표하게 한다.
Tip! 수질 오염인 부영양화 현상 동영상을 먼저 시청한 후 의견을 발표시킨다.
2차시 과학
생명과학
Ⅰ
Ⅱ. 인류의 건강 과 과학 기술
Ⅳ. 자연 속의 인간
물의 소독과 살균, 세제 사용을 왜 할까?
생물 다양성과 생물 다양성의
보존
물고기 자작사료 제작
생태 연못 조성
자작 사료의 구성 성분 중 질산과 인을 줄이는 이 유 설명하기
Co 자작 사료를 어떻게 만드는 것이 좋을까?
CD 생태 연못 조성 디자인
Tip! 질산염과 pH를 낮출 수 있는 방법에 대해 설명 5. 차시별 계획 총괄표
6. 교육 과정
수업단계 과목 단원 단원 학습 목표 STEAM 성취 목표/STEAM 요소
1~2차시
지구과 학
Ⅰ Ⅲ.위기의 지구
수질 오염 사례를 통해 수질 오염의 과정을
이해하고 수자원의 중요성을 이해한다.
수질 오염 이해
부영양화의 원인 및 현상
과학/생명 과학Ⅰ
Ⅱ. 인류의 건강 과 과학 기술
Ⅳ. 자연 속의 인간
교내 생태연못을 조성할 수 있다.
생태 연못의 환경 이해
물고기 자작 사료 제작
아름다운 생태연못의 조성
질산염 측정을 통한 수학적 해석
7. 평가 계획
연번 평가 기준 방법
1 • 수질 오염에 대해 이해하고 있는가?
• 부영양화의 원인과 현상을 이해하고 있는가? 수행평가
2 • 물고기 자작 사료가 기존의 사료보다 수질 오염에 효율적인가?
• 생태 연못에 맞는 환경을 조성할 수 있는가? 산출물평가 3 • Visual Poem과 동영상 제작에 호기심을 가지는가?
•팀 별 활동시 서로의 생각을 공유하는가? 관찰평가
8. 차시별 교수학습과정
물고기 사료에 대한 수질의 부영양화 측정
과목 지구과학Ⅰ 수업차시 1차시
단원 Ⅲ.위기의 지구(2)수질오염
교육과정
2009개정교육과정 Ⅲ.위기의 지구(2)수질오염
지13101. 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 해양 오염 등 각종 지구 환경 오염이 발 생하는 과정을 과학적으로 설명할 수 있다.
학습목표
·수질 오염에 대해 이해한다.
·부영양화의 원인과 현상을 이해한다.
학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물
도입 (5분)
Co
왜 교내 생태연못의 물고기가 죽었을까?
CD
자신들의 생각을 이야기 하게 한다.
학습활동 (40분)
Co
수질오염에 대해 알아본다.
- 수질오염의 예를 설명한다.
- 부영양화에 대해 설명한다.
- 질산염에 의한 물의 오염도와 생물에 미치는 영향을 알아본다.
CD
- 교내 생태 연못에서의 환경 구조와 특징을 파악한다.
- 연못에서의 부영양화가 일어날 수 있는 요인을 분석한다.
-수질 오염 동영상 -교내 생태 연못 사진
마무리 (5분)
ET
- 학생들이 생태 연못의 부영양화의 원인에 대해 발표한다.
지도상의 유의점
일방적인 주입이 되지 않도록 학생들의 발표를 이끌어 내는 수업이 되 어야 한다.
다음 수업이 진행되기 위해서는 부영양화의 원인을 찾을 수 있도록 지 도한다.
미완성 생태연못의 사진을 보면서 수질오염의 원인을 찾을 수 있도록 지도한다.
과목 과학/생명과학Ⅰ 수업차시 2차시
단원 Ⅱ. 인류의 건강과 과학 기술/Ⅳ. 자연 속의 인간
교육과정
2009개정교육과정_제 2부. 과학과 문명 Ⅱ. 인류의 건강과 과학 기술 05. 물의 소 독과 살균, 세제 사용을 왜 할까? 에서 물이 인간의 건강에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 인식하고 물속에는 질병의 원인이 되는 미생물이 살고 있음을 인식하기, 깨끗한 물을 공급하기 위한 과정을 이해하기
생물 다양성과 생물 다양성의 보존에 대해 이해하기
학습목표 ·물고기의 자작사료에 대한 물의 질산염을 측정할 수 있다.
·질산염에 대한 동 · 식물의 영향을 알아본다.
학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물
도입 (5분)
Co
물고기 자작 사료의 성분을 다르게 하여 부영양화를 최대한 억제할 수 있을까?
CD
- 기존의 사료와 다른 자작 사료 제작을 계획한다.
- 기존의 사료와 자작 사료에 따른 수질 오염과 동식물에 미치는 영향을 알 아볼 수 있도록 실험 계획한다.
- 생태 연못 조성을 설계한다.
자작 사료 원료
학습활동 (100분)
CD 자작 사료 원료를 이용하여 질산, 인이 들어있는 성분을 다르게 하여 제작한다.
CD
-기존의 사료와 자작 사료를 사용하였을 때의 질산염 농도와 pH, 탁도를 측 정한다.
-물고기의 상태와 수초의 상태를 관찰한다.
CD ET 완성된 생태연못의 사진을 찍은 후 교내 생태연못 의 물고기로서의 느낌을 Visual Poem 방식을 이용하여 노래, 시, 그림 등으로 표현한 후, 생태연못 사진과 자신이 만든 노래, 시, 그림 등의 작 품과 함께 동영상으로 제작한다.
MBL기기, 캠코더, 카 메라, 컴퓨 터
마무리 (10분)
CD ET Visual Poem방식으로 제작된 동영상을 친구들과 공유해보고 학생들이 한 생태연못을 잘 가꾸고 유지할 수 있도록 자긍 심을 가질 수 있도록 한다.
지도상의 유의점
팀별 활동을 할 때 참여하지 않고 쉬는 사람이 없도록 역할을 개인별로 설정한다.
Visual Poem 방식을 이용하여 만들어진 결과물(그림, 노래, 시)과 그것을 이용하여 다시 제작한 동영상을 친구들과 공유 하고 느낌을 서로 이야기 할 수 있도록 유도한다.
학생 탐구 보고서 학생 탐구 보고서
주제
태양전지를 이용한 전기생산과 실제 운용 가능성제출자
(지구과학 동아리 STEP 1팀) 1528 한지혜, 1825 정지윤, 2522 정지원, 2723 정재경 2812 박진경
과제 연구 요약
신재생에너지 중 우리가 흔히 접하고 있는 태양광에너지를 주제로 하여 어떻게 전기를 발전시키는지 와 그의 효율성과 활용방법에 대해 알아보려 하였다. 실제로 학교 내에 태양전지판을 설치해봄으로서 설치방법을 알고 어떻게 활용할 수 있을 것인지에 대해 생각해보는 기회를 가져보았다. 또한 그 날의 발생된 전기량과 날씨 일출과 일몰을 비교하여 년 간발전율이 얼마가 되는지를 알아보며 태양전지의 효율성과 더욱 더 실생활에 밀접하게 쓸 수 있도록 노력해보았다.
주요어(Key word)
⇨신재생 에너지 ⇨태양광에너지
⇨태양광발전 ⇨태양전지
⇨광전효과 ⇨전력량
I. 서론
요즘 TV나 기사 등을 보면 지구온난화가 심각하다는 것을 알 수 있다. 사람들은 ‘환경을 보존하자, 석탄에너지 줄이자’ 말하지만 실제로는 환경은 보존되지 않고 석탄에너지는 조금 밖에 남지 않은 상황이다. 그래서 우리는 석탄에너지가 없으면 어떤 에너지가 대체되어서 더 효율적일까 라는 의 문을 가지게 되었다. 그러한 의문을 풀기 위해 관심 있게 찾아본 결과, 신재생에너지라는 분야를 알게 되었고 그 중에서도 태양에너지에 더 조사해보고 우리가 설치한 태양전지로 얻은 에너지를 어디에 얼마만큼 효율적으로 사용할 수 있는지를 알아보고 싶었다. 더 나아가 태양전지를 전 지구 적으로 대중화 시킬 수 있는 방법을 연구해보기로 하였다.
II. 본론
1. 태양광 에너지 선택이유
태양을 이용한 에너지발전에는 두 가지의 종류가 있다.
먼저, 태양광에너지는 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 태양전지를 이용한다.
태양열에너지는 태양으로부터 복사되어 지구상에 도달하는 열을 이용한다.
이 에너지는 집열판으로 얻은 고열로 물을 끓여 발생시킨 고압수증기가 터빈을 돌리는 힘으로 전 기를 생산 한다. 하지만 태양광에너지는 터빈을 돌리는 태양열 발전에 비해 더 발전된 기술이다.
태양전지를 이용한 태양광 발전은 태양열보다 전기를 쉽게 얻을 수 있고, 유지 보수비용이 적게 든다. 교류 전기를 생산할 수 있어서 가전제품에 직접 사용할 수 있다.
여러 가지 측면에서 살펴봤을 때 태양열 발전보다 태양광 발전이 편리하여 이 연구 주제로 선정 하게 되었다.
2. 태양 전지판의 발전원리 1) 광전효과
태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 전하들은 각각 P극과 N극으로 이동하는데, 이 작용에 의해 P극과 N극 사이에 전위차가 발생하며, 이때 태양전지에 부하를 연결 하면 전류가 흐르게 된다. 이를 광전효과라고 한다.
[그림 1 광전효과의 원리]
2) 태양전지
p-n접합을 한 반도체와 아인슈타인의 광전효과를 이용하여 태양빛을 직접 전기로 바꿔주는 도구 이다.
태양 전지에 태양광이 들어오게 되면 n-형 반도체, p-형 반도체에서 전자와 홀이 생성이 되고 이 생성된 전자와 홀이 전극으로 이동하게 된다. 이때 전극을 서로 연결해 주면 전자가 이동하여 전 기가 흐르게 되는 것이다.
[그림 2 태양전지의 원리]
3. 탐구과정 1) 가설설정
처음 태양광발전을 접했을 때 ‘이 태양전지가 얼마나 효율적으로 사용될 수 있는 가’ 라는 의문이 들었다. 그래서 이 연구를 설계할 때 세운 가설은 ‘실제 학교 전체 건물에서 학교 전력 소비의 절약에 도움이 될 만큼 효율이 높다.’ 이다.
2) 조립 및 설치 과정
①태양 전지과 전광판의 설치 장소에 맞게 배선도를 그린다.
[그림 3 초기 배선도]
②태양빛을 가장 많이 받을 수 있는 각도 35도를 맞춘다.
[그림 4 태양 전지판의 각도 설정 이유]
