목 차
1. 가늘지만 힘센 머리카락
1차시. 머리카락의 특징을 알아보아요 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5
2차시. 머리카락으로 만들어 볼까요? · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7
2. 두근두근 내 심장은 펌프 1차시. 두근두근 내 심장은 펌프 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 13
2차시. 간이펌프 분수 만들기 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 19
3차시. 인공심장과 인공장기에 대해 알아보기 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 23
4차시. 인공장기를 디자인 해보자 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 23
<학생용>
가늘지만 힘 센 머리카락
초등학교 5-6 학년용
- 3 -
머리카락의 힘
머리카락의 힘
머리카락 하면 어떤 이야기가 떠오르시나요?
탑에 갇혀 살던 라푼젤이
자신의 머리카락에 마녀와 왕자를 싣고 나르는 이야기?
아니면 힘 센 삼손 이야기?
머리카락이 뱀이었다는 그리스 로마 신화의 메두사?
세 이야기 모두 현실속의 이야기는 아니지만
머리카락이 굉장한 힘을 발휘했다는 공통점이 있습니다.
정말 우리의 머리카락은 이처럼 대단한 힘을 갖고 있는 걸까요?
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01. 머리카락의 특징을 알아볼까요?
<활동지> 짝꿍의 머리카락 가닥을 관찰하고, 그 기능 및 특징에 대해 알아봅시다.
☼ 활동 준비물
줄자, 루페, 머리카락, 구슬
머리카락 모양 (루페 관찰 후
그림 그리기) ○머리카락 100배 확대 그림 기능
특징
실험 전 실험 후
구슬 꿰기
머리카락 길이 (mm)
구슬 개수 (개)
<활동지> 짝꿍과 나의 머리카락 가운데 가장 긴 머리카락을 뽑 아 구슬을 꿰어 봅시다.
☼ 활동 준비물
줄자, 루페, 10cm 내외 길이의 머리카락 한 가닥, 30cm 내외 길이의
머리카락 한 가닥, 일정한 질량과 크기의 구슬 30개(2인 1조 당 필요 수량)
- 7 - 머 리 카 락 을
활용한 첨단 기술 사례를 보고 느낀점
머리카락을 활용한 태 양 전지판
머리카락의 특징을 활 용한 범인 검거
02. 머리카락으로 만들어볼까요?
머리카락을 활용한 첨단 과학 기술
머리카락은 범죄 현장의 중요한 단서이기 때문에 FBI에서는 1년에 2500여개의 머리카 락을 조사한다고 합니다. 173년 만에 밝혀진 베토벤의 사망 원인은 납 중독으로 일반 인의 100배 이상의 납성분이 머리카락에서 검출됐다고 하죠. 과학자들은 머리카락의 어떠한 정보를 이용해 이러한 사실을 밝혀내는 걸까요? 다 같이 한번 알아봅시다.
▪ 머리카락을 활용한 첨단 기술을 알아보고, 느낀 점을 적어 봅시다.
머리카락을 활용한 발명품을 만들어봅시다.(학생작품 예시)
머리카락을 활용한 자신만의 작품을 만들고 그에 대한 설명을 써보자.
머리카락의 강도와 탄성을 활용한 부채 머리카락을 수염으로 만든 놀이용 가면
겨울에 따뜻한 휴대전화 케이스 머리카락으로 만든 인형 소품
휴대전화 고리(머리카락 공)와 팔찌 머리카락으로 만든 붓
※ 활동 예시 자료
<학생용>
두근두근 내 심장은 펌프
초등학교 5-6 학년용
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우리 몸 속에 엄청난 보물이?
우리 몸 속에 엄청난 보물이?
우리 몸 속에 엄청난 보물이 숨겨져 있데요.
그 보물은 하루 종일 살아 움직이는데요. 그냥 움직이는 것이 아니라 우리를 위해서 굉장히 중요한 일을 열심히 해요. 그런데 그렇게 쉬지 않고 일하는 데도 너무 튼튼해서 고장도 나지 않고 몇십년이 지나도 끄덕없데요.
만약 그 보물이 잠깐이라도 멈춘다면 우리는 더 이상 살아있을 수 없게 될 거에요. 그래서 잠시도 쉬지 않고 몇십년 동안 셀 수 없을 만큼 많이 움직이며 우리를 위해 끊임없이 일을 해낸답니다.
아무리 과학기술이 발전해도 그렇게 열심히 움직이면서 몇십년 동안 고장한번 나지 않는 기계는 만들 수 없을 거에요.
그러니까 그것은 그 무엇과도 바꿀 수 없는 엄청나게 소중한 보물이지요.
그 보물은 무엇일까요?
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01. 두근두근 내 심장은 펌프
심장은 작아졌다 커졌다하면서 피를 온 몸으로 뿜어냅니다.
우리 주변의 기계 중에도 그런 일을 해 내는 것이 있어요. 그것은 바로 펌프입 니다. 펌프는 압력을 이용해서 기체나 액체를 움직이게 만드는 기계에요. 우리 몸에서 심장이 하는 일과 비슷하지요?
펌프가 어떤 기계이고 어떻게 쓰이는지 알아볼까요?
펌프는 우리 주변에서 어떻게 쓰이고 있을까요?
1. 액체와 기체가 움직이거나 나오는 곳을 찾아봅니다.
2. 액체와 기체를 직접 사용해야하는 기계나 시설을 생각해봅니다.
3. 액체와 기체가 사용되는 기계나 시설에 관련된 가게나 장소, 상황 등을 생각해봅시다.
갑자기 이 세상의 모든 펌프가 멈추면 어떤 일이?
1. 하루 일상 중에서 펌프와 관련된 일이 무엇이 있을지 생각해보고 그것을 사용하지 못 하면 어떻게 될지 상상해봅니다.
2. 펌프와 관련된 시설이나 기계, 상황을 생각해보고 그것을 사용하지 못하면 어떻게 될 지 상상해봅니다.
3. 펌프가 멈췄을 때 생겨나는 불편을 사람들이 해결하기 위해 어떤 일을 대신해야하는지 생각해봅니다. (예 : 가스렌지를 쓸 수 없어 밥을 하기위해 나무장작을 해온다.)
다음 활동지에 지금까지 생각해본 내용을 적어봅시다.
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간이자바라펌프의 원리 이해하기
1. 자바라 펌프에는 두가지 문이 있습니다. 하나는 안으로만 열리는 문이고 다른 하나는 밖으로만 열리는 문입니다.
2. 자바라 펌프의 손잡이를 쥐었다가 폈다가 하면 저 문들이 열리고 닫히게 됩니다.
3. 안으로만 열리는 문이 열리면 물이 안쪽으로 들어오면서 손잡이 부위에 들어차게 됩니 다.
4. 들어온 물은 손잡이를 쥘 때 밖으로만 열리는 문에 의해 밖으로 나가게 됩니다. 안으 로만 열리는 문은 압력에 의해 닫히기 때문에 그쪽으로는 물이 나갈 수 없습니다.
5. 이렇게 해서 물은 일정한 방향으로 이동하게 됩니다.
이해, 상상 펌프의 중요성에 대해 알아보자.
모둠 이름
펌프란?
펌프가 필요한 시설과 기계
생각해보기
세상의 모든 펌프가 멈춘다면
어떤 일이 벌어질지 상상해보기
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이해, 상상 펌프의 중요성에 대해 알아보자.
모둠 이름
펌프란?
펌프가 필요한 시설과 기계
생각해보기
세상의 모든 펌프가 멈춘다면
어떤 일이 벌어질지 상상해보기
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02. 간이펌프분수 만들기
간이자바라펌프로 게임하기
심장은 하루에 5리터에서 10리터 정도의 혈액을 움직이게 합니다. 평생 움직이게 만드는 혈액의 양은 큰 강당 3개를 채울만큼이나 된다고 합니다. 정말 심장은 열심히 일하죠? 간 이자바라펌프를 이용해서 이렇게 수고하는 심장이 하루동안 하는 일을 체험해봅시다.
펌프체험 간이 자바라 펌프를 이용한 게임을 해봅시다.
☼ 체험목표
간이자바라 펌프를 이용한 게임을 할 수 있다.
☼ 유의사항
수조가 많다면 모든 학생이 참여해도 좋고 수조가 모자란다면 대표를 뽑아서 게임을 해 도 됩니다. 수조의 배열이나 학생들의 위치는 자유롭게 옮겨도 됩니다. 다만 물을 들이붓 거나 많이 흘려서는 안됩니다.
☼ 준비물
수조 6~7개, 8리터 정도의 물, 간이자바라펌프 인원수만큼
☼ 게임 방법
1. 수조를 늘어놓고 첫 번째 수조에 물을 7~8리터 정도 담습니다.
2. 중간에 수조를 자유롭게 배치합니다.
3. 마지막 수조는 중간 수조 끝부분에 놓습니다.
2. 첫 번째 수조부터 중간수조들을 거쳐 마지막 수조로 펌프로 물을 옮깁니다. 가장 빨리 옮긴 팀이 승리합니다.
간이 펌프 분수 만들기
만들기 및 체험
간이 펌프 분수를 만들고 분수체험을 해봅 시다.
☼ 체험목표
간이펌프분수를 만들고 분수 체험을 할 수 있다.
☼ 유의사항
수조가 많다면 모든 학생이 참여해도 좋고 수조가 모자란다면 대표를 뽑아서 게임을 해 도 됩니다. 수조의 배열이나 학생들의 위치는 자유롭게 옮겨도 됩니다. 다만 물을 들이붓 거나 많이 흘려서는 안됩니다.
☼ 준비물
간이자바라펌프, 철사 1인당 2미터 (모두 인원 수 만큼)
☼ 만드는 방법
1. 자바라 펌프를 주름호스 부분을 철사로 감아 위를 향하게 한다.
2. 직선 호스를 적당한 길이로 자른다.
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간이 펌프 분수 체험하기
☼ 유의사항
수조가 많다면 모든 학생이 참여해도 좋고 수조가 모자란다면 대표를 뽑아서 게임을 해 도 됩니다. 수조의 배열이나 학생들의 위치는 자유롭게 옮겨도 됩니다. 다만 물을 들이붓 거나 많이 흘려서는 안됩니다.
☼ 준비물
큰 고무 다라이(모둠 수만큼), 작은 대야, 간이 자바라 펌프, 색소
☼ 분수 체험 방법
1. 큰 고무 다라이 가운데에 작은 대야를 놓는다.
2. 큰 고무 다라이에 물을 붓고 간이펌프분수로 물을 펌프질 하여 작은 대야에 담기도록한다.
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인공심장에 들어가는 최첨단 펌프
심장이 고장난다면 바로 생명에 큰 위협이 되기 때문에 인공심장에 들어가는 펌 프는 절대 고장나서는 안된다. 고장나지 않는 튼튼한 성질을 내구성이라고 하는데 인 공심장의 중요한 조건은 내구성이다. 또한 펌프가 움직이려면 에너지를 계속해서 공 급해줘야하는데 최소한의 에너지로 효율적으로 움직여야한다. 현재 기술이 계속 발달 하면서 내구성과 효율적인 에너지 사용이 가능한 펌프로 만들어진 인공심장이 개발되 고 있다.
세계 최소형 인공심장펌프 이식 성공, 프라스틱+티타늄 재질 92g무게
세계 최소형 인공 심장펌프 이식이 독일 하이델 베르그대병원서 성공했다. 이 인공심장의 펌프는 특히 소음 없이 효과적으로 작동하며 심장의 기능 을 완벽히 대체할 수 있다. 세계에서 가장 작은 심 장펌프를 처음 이식받은 환자는 50살 여성으로 지 난 7월 플라스틱과 티타늄으로 만든 92g짜리 펌프 를 이식받았으며 현재 퇴원해 거의 정상인과 같은 생활을 하고 있다.
03. 인공심장과 인공장기에 대해 알아보기
인공심장의 중요성
인공 심장은 심장수술시 심장 대신 피를 순환시켜 주거나 또는 제 기능을 못하는 심장을 교체하기위해 서 발명되었다.
미국의 경우 한해에 백만명 이상이 심장과 혈관계 의 질병으로 사망하고 있고 이것은 암에 의한 사망 자보다 두배가 더 많다.(1982년) 그러므로 인공심장 이 완벽하게 만들어져 사람에게 이식된다면 미국뿐 만 아니라 세계에서 수백만명 이상의 사람들이 생명 을 연장할 수 있게 된다.
신체의 다른 기관 대부분은 기능이 떨어지거나 병 에 걸린 부분을 잘라내도 생명을 유지할 수 있고 다 른 사람으로부터 이식을 받기도 쉬운 경우가 있지만 심장의 경우는 이식을 받기도 힘들고 잘라내면 기능 이 유지되지 않기 때문에 인공심장이 꼭 필요하다.
150g 계속해서 쓸 수 있는 인공심장 개발 성공 일본의 국립순환기 연구센터에서 직경 3센티미터, 길이 7센티미터, 무게 150g 으로 매우 작고 가벼 운 인공심장을 개발했다. 특히 내부의 펌프가 벽과 접촉하지 않고 작동해서 마찰이 없어 안전하고 오 래 쓸 수 있다.
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인공장기에 대해 알아보기
인공근육
탄소나노튜브라는 물질을 이용해 스스로 에너지를 만들어내며 움직이는 인공근육장치가 최근 미국에 서 개발되었다. 이렇게 만들어진 인공근육은 실제 근육에 비해 100배나 수축율이 좋아서 실제로 쓰 여진다면 초인적인 힘을 발휘하는 인공근육이 될 수 있을 것이다.
인공관절
인공관절은 무릎, 엉덩이 관절 등 주요 관절부위에 질환이 일상생활이 힘들 정도로 심해 치료가 효과 가 없는 경우에 쓰인다.
인공관절수술에 쓰이는 인공관절은 인체에 해가 없는 재질인 스테인레스나 코발트, 세라믹 등으로 만들어지게 된다. 기존에 문제가 되는 관절을 일부 제거하고 인공관절 삽입을 통해 통증을 없애고, 정 상적인 관절 운동이 가능하도록 해 일상생활을 할 수 있게 만든다.
인공손
실제 사람 손을 대신하는 ‘인공손’ 기술이 날로 발 전하고 있다. 각 손가락 관절을 마음대로 움직일 수 있고, 작은 물건을 잡거나 주스를 컵에 따르는 등 여러 가지 동작을 자신의 손처럼 사용할 수 있 게 됐다.
스코틀랜드의 터치 바이오닉스가 개발한 아이-림 펄스(i-Limb Pulse)를 사용하는 모습을 소개하며 이같이 보도했다.
아이-림 펄스는 팔 근육의 미미한 전기신호를 인 식해 작동한다.
문제해결 미래의 인공장기 디자인하기
▪ 인간의 몸을 구성하는 모든 부분이 바로 인공장기가 될 수 있습니다. 인공피부, 인공모 발, 인공손톱 등 다양한 인공장기를 떠올려보고 유용한 쓰임새를 지닌 인공장기를 창의적 으로 디자인해봅시다.
※ 인공장기 디자인할 때 함께 생각해볼 것들
1. 자신의 신체기관이나 부위 중에 생활 속에서 불편이 느껴지는 부분 (예 : 오래 걸으면 아파지는 다리, 1시간 이상 공부하면 아파지는 머리 등) 2. 동식물이나 기계의 특성 중에 인간의 신체기관에 적용하면 좋은 것
제품명
주요기능
사용법
형태 디자인
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04. 인공장기를 디자인 해보자.
6백만불의 사나이
20년전에 6백만불의 사나이라는 미국드라마시리즈가 있었습니다. 전직 우주 비행사였다가, 비행 사고로 생명의 위험에까지 이르자 양쪽 다리와 한쪽 팔, 그리고 한쪽 눈을 최첨단 생체 공학으로 다시 태어난 바이오닉 인간의 활약을 그렸었죠. 시속 100킬로키터로 달리는 발과 불도저의 힘을 가진 팔, 망원경 같은 줌렌즈를 가진 눈을 가진 인간으로 각종 사건 사고를 해결하는 재미있는 공상과학 드라마였는데요. 이제는 공상 속의 일이 아니라 실제로 가능한 일이 되어가고 있습니다.
상상 인조인간 만들기
▪ 친구들의 인공장기를 하나씩 모아 6백만불의 사나이 같은 인조인간을 만들어봅시다. 모 든 학생들은 책상 위에 인공장기 디자인을 올려놓고 돌아다니며 자신만의 인조인간에 사 용할 인공장기를 기록한 뒤 인조인간을 설명도를 만들어봅니다.
인조인간 이름
장착된 인공장기
인조인간 설명도
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상상 자신의 인조인간을 주제로 한 만화 그리기
▪ 자신의 인조인간이 활약을 펼칠 수 있는 다양한 상황을 상상해보고 자유롭게 만화로 나 타내어 봅시다. (예 : 외계인의 지구침공, 환경오염으로 인한 돌연변이들의 습격, 소행성 충돌, 대지진, 화산폭발, 쓰나미, 치명적인 바이러스의 확산 등)
만화 제목
참고 자료 인공세포를 프린트해서 만든다?
컴퓨터로 프린트를 하면 종이에 2차원으로 인쇄가 된다. 그러나 컴퓨터를 통해 인쇄한 종이를 수십, 수백장 쌓아올리면 부피가 생기면서 3차원의 물체를 만들 수 있다. 바로 이 런 원리를 이용해 세포프린팅을 할 수 있고 이것을 통해 사람의 조직이나 장기를 만드는 것이다. 이 과정에서 세포에 필요한 영양분이 컴퓨터 프린트기의 잉크 역할을 한다고 볼 수 있다. 먼저 인공 구조물을 세워놓은 뒤 그 안에다 신체조직을 얇게 단면으로 잘랐을 때 나타나는 모양을 한층씩 쌓아올리면서 신체조직을 만든다.
세포 프린팅에 대한 도전은 기계공학 쪽에서 처음 시작됐다. 한국연구재단의 원광대 이 승재 교수는 "산업용 장비를 활용해 인공장기를 만들어보자는 아이디어에서 세포 프린팅 과 관련된 조직공학이 출발했다. 의학과 생물학, 공과대학의 융합연구로 볼 수 있다"고 말했다.
이 교수는 "연구 초기에는 공대 연구자들과 의사들 사이에 용어가 달라 의사소통이 잘 되지 않기도 헸지만 이제는 국내에서도 초기모델이 나올 정도로 연구가 진행됐다"면서 "
이미 신체조직과 뼈, 연골재생 등에 대한 시술에 세포 프린팅 기술을 적용할 수 있다는 연구결과가 발표됐으며, 이렇게 만든 방광이 미국에서 시술됐다는 보고도 있다. 기관지를 그렇게 만든 예도 있다"고 설명했다.
(출처: 2012년 12월 20일자 국제신문, 김용호 기자 kyh73@kookje.co.kr)
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참고 자료 인공세포를 프린트해서 만든다?
한국과 미국의 과학자들은 플라스틱 칩 위에 사진 같은 인공 허파를 만들어 신약 효과 를 알아보는 실험에 성공했다. 초소형 인공 장기를 이용해서 실험용 생쥐 같은 동물실험 을 대체할 수 있음을 보여주었다.
간이나 신장 또는 허파를 칩 위에 만들어냈던 연구는 이전에도 여러 번 있었지만 실제 질병을 일으키고 새로운 약품의 효과를 확인할 수 있었던 것은 이번이 처음이다. 미국 하버드대의 잉버 교수와 서울대 의대 허동은 교수는 지난 2010년 칩 제조 기술을 이용 해 이른바 '칩 위의 허파'를 만들어냈다. 아주 작은 메모리카드만 한 크기의 칩은 투명한 플라스틱 판에 홈이 나있고 위에는 공기가 지나는 허파 세포가, 아래에는 혈액이 흐르는 모세혈관 세포가 코팅된 형태다. 두 세포 사이는 물질들이 이동할 수 있는 분리막이 있 다.
연구팀은 이 인공 허파에 약물 실험을 했다. 인터루킨이라는 항암제를 환자의 혈관에 주입하면 폐부종이란 치명적인 부작용이 자주 일어나는데 혈관에서 허파로 체액이 스며 들어 호흡을 막기 때문이다. 이런 부작용이 인공 허파에서도 똑같이 일어났다. 여기에 글 락소스미스클라인의 폐부종 치료제를 주입하자 더는 체액이 허파세포 쪽으로 스며들지 않았다. 신약이 치료 효과가 있다는 것을 그 실험을 통해 확인할 수 있었던 것이다.
(출처: 2012년 11월 9일자 조선비즈)
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