2015 개정 교육과정에 따른
고등학교 통합과학의 이해 및 지도방법
생태계와 환경에 대한 성취기준 및 내용 요소 로드킬 관련 문제에 대한
교수·학습 설계 사례 및 탐구 활동 사례
1 생태계와 환경에 대한 성취기준 및 내용 요소
1) 생태계와 환경 단원의 주요 내용 (1) 생물과 환경
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생물과 환경
|성취 기준 내용 요소
[10통과08-01] 인간을 포함한생태계의 구성 요소와 더불어 생물과 환경의 상호 관계를 이해하고, 인류의 생존을 위해생태계를 보전할 필요성이 있음 을 추론할 수 있다.
생태계 구성 요소, 생물과 환경의 상호 관계, 생태계 보전
<생태계 구성요소 및 상호 작용> <환경과 사람이 서로 영향을 미치는 사례>
출처 : 생태계 구성요소 및 상호작용: 통합과학 교과서(김성진 외 14), 미래앤, p.245.
환경과 사람이 서로 영향을 미치는 사례: 통합과학 교과서(김성진 외 14), 미래앤, p.247.
통합과학 성취기준 08-01은 “인간을 포함한 생태계의 구성 요소와 더불어 생물과 환경의 상호 관계를 이해하고, 인류의 생존을 위해 생태계를 보전할 필요성이 있음을 추론할 수 있다.”로 제시되어 있습니다. 이 성취기준은 생태계는 무엇으로 구성되어 있을까?, 생태계를 이루는 생물과 환경은 어떻게 상호 작용할까?, 인류의 생존과 생태계 보존은 어떤 관계가 있을까? 등과 같은 질문에서 출발합니다. 환경과 에너지라는 영역에 속하는 이 단원은 인류의 생존과 생태계 보전이 밀접한 관계를 맺고 있으며 이 과정이 에너지의 흐름과도 연관되어 있음을 이해하는 것을 목표로 합니다. 즉, 생태계의 개념 및 구성 요소를 이해하고 생물적 요인 간 어떠한 방식으로 상호 작용하는지와 비생물적 환경 요인이 생물적 요인과 어떻게 상호 작용하는지를 살펴봅니다. 생태계 구성 요소들의 수많은 상호 작용을 통해 인류는 건강한 생태계 속에서만 생존할 수 있음을 깨달을 수 있게 합니다. 이 성취기준을 통해 건강한 생태계를 유지하기 위하여 인류는 어떤 노력을
하여야 하는가를 알 수 있게 합니다.
(2) 생태계의 평형
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생태계의 평형
|성취 기준 내용 요소
[10통과08-02] 먹이 관계와 생태 피라미드를 중심으로 생태계 평형이 유지 되는 과정을 이해하고, 환경 변화가 생태계에 영향을 미치는 다양한 사례를 조사하고 토의할 수 있다.
먹이 관계, 생태 피라미드, 생태계
평형
<생태계에서의 먹이관계> <생태 피라미드>
<생태계 평형의 회복 과정>
출처 : 생태계에서의 먹이관계: 통합과학 교과서(김성진 외 14), 미래앤, p.250.
생태 피라미드: 통합과학 교과서(김성진 외 14), 미래앤, p.251.
생태계 평형의 회복 과정: 통합과학 교과서(김성진 외 14), 미래앤, p.251.
다음으로 성취기준 08-02은 “먹이 관계와 생태 피라미드를 중심으로 생태계 평형이 유지되는 과정을 이해하고, 환경 변화가 생태계에 영향을 미치는 다양한 사례를 조사하고 토의할 수 있다.”로 제시되어 있습니다. 이 성취기준은 생태계는 어떻게 평형을
유지할까?, 환경 변화가 생태계에 영향을 미친 사례에는 어떤 것이 있을까?, 먹이 관계와 생태 피라미드는 무엇일까? 등과 같은 질문에서 출발합니다. 즉, 생태계 평형 유지가 궁극적으로 생태계 보전 및 인류의 생존과 연결되어 있음을 설명하고 있습니다. 특히, 생태계 속 생산자에서 소비자까지 먹고 먹히는 관계를 먹이 관계라고 하며 먹이 관계는 먹이 사슬과 먹이 그물로 표현됩니다. 먹이 관계에서 각 영양 단계의 개체 수, 생물량, 에너지양을 상대적으로 나타낸 것이 생태 피라미드이며 생태계는 일정 수준까지는 평형을 회복한다라는 사실을 통해 생태계 평형 회복에 생물 다양성이 중요하며 생물 다양성을 높이기 위해 먹이 관계가 복잡할수록 좋다는 것을 이해하는 것이 성취기준의 최종 목표입니다. 또한 환경 변화가 생태계에 미치는 영향에 대한 사례 조사를 통해 인류의 생존과 환경 변화가 밀접하게 관련되어 있다는 점을 깨달을 수 있을 것입니다.
(3) 지구 환경의 변화
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지구 환경의 변화
|성취 기준 내용 요소
[10통과08-03] 엘니뇨, 사막화 등과 같은 현상이 지구 환경과 인간 생활에 미치는 영향을 분석하고, 이와 관련된 문제를 해결하기 위한 다양한 노력을 찾아 토론할 수 있다.
지구 온난화와 지구 환경 변화, 엘니뇨,
대기 대순환
<전 세계의 사막과 사막화 지역 분포> <지구 환경 변화에 대처하기 위한 국가 간 협약>
출처 : 전 세계의 사막과 사막화 지역 분포: 통합과학 교과서(김성진 외 14), 미래앤, p.263.
지구 환경 변화에 대처하기 위한 국가 간 협약: 통합과학 교과서(김성진 외 14), 미래앤, p.265.
통합과학 성취기준 08-03은 “엘니뇨, 사막화 등과 같은 현상이 지구 환경과 인간 생활에 미치는 영향을 분석하고, 이와 관련된 문제를 해결하기 위한 다양한 노력을 찾아 토론할 수 있다.”로 제시됩니다. 이 성취기준은 지구의 기후 변화를 어떻게 알 수 있을까?, 한반도의 기후 변화에는 어떤 경향성이 있는가?, 지구 기후 변화의 원인을 과학자들은 어떻게 설명하는가?, 지구 기후 변화의 증거에는 무엇이 있는가?, 현재의 지구
기후 변화로 미래의 지구 환경 변화를 어떻게 예측할 수 있을까?, 지구 환경 변화를 어떻게 적응하며 극복할 수 있을까? 등과 같은 질문에서 출발합니다. 자연 현상이 지구 환경과 인간 생활에 미치는 영향에 대해 올바르게 파악하기 위해서는 미시적인 현상에 대한 물리적 화학적 이해뿐만 아니라 기후 시스템 및 생태계 변화에 대한 종합적인 접근이 필요합니다. 지구 온난화의 경우 온실 기체의 선택적 흡수를, 엘니뇨의 경우 대기 대순환의 바람이 해류를 일으키며 바람과 해류의 상호 작용 변화가 전 지구적인 기상 이변이 될 수 있음을 알게 하여야 합니다. 또한 사막화의 경우 대기 대순환과 인간 활동에 의한 지표 환경의 변화가 원인이 될 수 있음을 알게 하여야 합니다. 이 단원의 학습을 통해 다양한 관측 자료를 분석하고 해석하는 방법을 깨달을 수 있으며, 더 나아가 지구 환경의 변화를 일으키는 원인과 그에 대한 대책에 대한 이해를 제고할 것으로 예상됩니다.
(4) 에너지의 사용과 환경
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에너지의 사용과 환경
|성취 기준 내용 요소
[10통과08-04] 에너지가 사용되는 과정에서열이 발생하며, 특히 화석 연료 의 사용 과정에서 버려지는열에너지로 인해 열에너지 이용의 효율이 낮아 진다는 것을 알고, 이 효율을 높이는 것이 사회적으로 어떤 의미가 있는지 를 설명할 수 있다.
에너지 전환과 보존, 열효율
<열기관에서의 에너지 흐름> <전등 별 에너지 효율 비교>
출처 : 열기관에서의 에너지 흐름: 통합과학 교과서(김성진 외 14), 미래앤, p.271.
전등 별 에너지 효율 비교: 통합과학 교과서(김성진 외 14), 미래앤, p.273.
통합과학 성취기준 08-04은 “에너지가 사용되는 과정에서 열이 발생하며, 특히 화석 연료의 사용 과정에서 버려지는 열에너지로 인해 열에너지 이용의 효율이 낮아진다는 것을 알고, 이 효율을 높이는 것이 사회적으로 어떤 의미가 있는지를 설명할 수 있다.”로 제시됩니다. 이 성취기준은 화석 연료의 문제점은 무엇인가?, 지구의 환경 변화와 화석 연료의 사용은 어떤 관계가 있는가?, 에너지의 효율적 사용은 개인적 사회적으로 어떤 의미가 있는가?, 에너지의 효율적 사용을 위한 기술에는 어떤 것들이 있는가? 등과 같은
질문에서 출발합니다. 에너지 보존 법칙에 의하여 한 종류의 에너지는 다른 여러 종류의 에너지로 전환될 수 있으며, 전환 전 에너지의 총량은 전환 후 에너지의 총량과 같습니다.
에너지의 총량은 보존되지만 전환을 통해 사용할 수 없는 형태의 열 에너지도 증가합니다.
이때 열효율이 높은 열기관은 연료를 적게 사용하여도 되므로 화석 연료 사용으로 인한 환경 오염 문제를 줄일 수 있습니다. 이 단원의 학습을 통해 에너지 효율의 사회적 의미를 깨달을 수 있으며, 더 나아가 환경과 에너지에 대한 이해를 제고할 것으로 예상됩니다.
2 로드킬 관련 문제에 대한
교수·학습 설계 사례 및 탐구 활동 사례
1) 로드킬 관련 문제에 대한 교수·학습 설계 사례
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로드킬 관련 문제에 대한 교수·학습 설계 사례
|학습 주제 너와 나, 공존의 길 만들기 수업 모형 STEAM 학습 모형 학습 목표
동물들이 로드킬을 당하는 원인을 도로와 생물의 습성적 측면에서 분석할 수 있다.
실제 생태 통로의 이용 현황 및 유형에 따른 효율성을 조사하여 결론을 도출할 수 있 다.
핵심 개념 도로 건설, 로드킬, 생태 통로 평가 방법 토론 과정 평가, 보고서 평가, 동료 평가
학습 단계 교수·학습 활동 비고
상황제시
• 인사, 떠올리기 및 흥미 유발 : 신과 함께(팔팔이를 환생시켜라!)
• 문제 상황 제시 : 사건 접수 사망 생물 : 삵(암컷, 팔팔이) 발견 지점 : 88고속도로 주변 사망 원인 : 교통사고
외형적 특성 : 목에 발신기를 달고 있었음
사건 접수 내용 : 삵이 왜 죽었는지 5 단계에 따라 그녀의 죽음이 억울 함을 증명하여 팔팔이를 부활시켜 주길 바람. 또한 삵 뿐만 아니라 로드 킬 당하는 수많은 생물들도 왜 죽었는지 그 억울함을 밝혀 주길 바람.
모둠 활동
창의적 설계
• 모둠별 변론 설정
1) 1 단계 : 누가 도로를 지나다닐까?
어떻게 확인할까?
로드킬 주요 발생 종(2017) : 1141건(국립생물자원관)
고라니 다람쥐 너구리 족제비 청설모 꿩 멧비둘 기
계곡 산개구
리
무당개 구리
유혈 목이
204 171 128 109 77 55 37 32 30 29
2) 2 단계 : 그 생물은 얼마나 자주 도로들을 지나다닐까?
어떻게 확인할까?
3) 3 단계 : 그 생물은 왜 도로를 지나다닐까?
- 야생생물들(조류, 양서류, 파충류, 포유류)의 습성은 어떠한가?
4) 4 단계 : 그 생물이 지나다니기에 도로는 편리한가?
- 도로는 어떠한 곳에 설치되며 어떻게 구성되어 있나?
- 도로가 생성되면 생태계에 어떤 영향을 미칠까?
5) 5 단계 : 도로의 단점을 어떻게 보완하고 있는가?
생태 통로 설치 현황 및 이용현황은 어떠한가?
http://wildlifecrossing.nie.re.kr/stats/InstallSidoStats.do
모둠 활동
성취기준 [10통과08-02]에서 다루는 로드킬 관련 문제를 학습하기 위해 다음과 같이 교수·학습 과정을 설계하였습니다. 학습 주제는 너와 나, 공존의 길 만들기로 총 7차시의 활동 중 3번째 차시에 해당하며 과학 교과에서 널리 사용하는 STEAM 학습 모형을 적용하였습니다. 상황 제시 단계에서는 영화 신과 함께의 흐름을 도입하여 로드킬을 당한 팔팔이가 억울한 죽음임을 밝혀야 환생할 수 있다는 문제 상황을 제시합니다. 다음으로 창의적 설계 단계에서는 팔팔이가 5단계의 재판 과정에서 논리적 증거를 가지고 변론할 수 있게 그 증거들을 모으는 모둠 활동을 수행합니다. 수행 및 감성적 체험 단계에서는 모둠별 변론의 타당성을 검증하여 팔팔이가 억울한 죽음임을 토론을 통해 밝힙니다. 정리 및 평가에서는 모둠별 뒷정리 및 되짚기 노트에 자가 평가 및 동료 평가를 실시합니다.
2) 로드킬 관련 문제에 대한 융합활동 소개
(1) 지리 및 일반사회 수업과의 연계(로드킬 관련 법령 및 참여 제안)
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지리 및 일반사회 수업과의 연계(로드킬 관련 법령 및 참여 제안)
| 수행 및감성적 체험
• 모둠별 야생 생물 선정 및 억울한 죽음 밝히기 - 변론 설정, 변론 검증(설계 및 수행)
• 모둠별 변론 나누기
변론 검증의 논리성 및 궁금한 점 토론 동료 평가, 환생의 적합성 판정
모둠 활동
정리 및 평가
• 정리하기
- 국립생태원 최태영 박사님의 연구 과정 소개(어느 날 그 길에서)
• 자기 평가 및 동료 평가 하기
- 수업 되짚기에 스스로 평가하도록 한다.
모둠 및 개별 활동
연계 주요 특징
[10통사03-02] 교통･통신의 발달과 정보화로 인해 나타 난 생활공간과 생활양식의 변화 양상을 조사하고, 이에 따른 문제점을 해결하기 위 한 방안을 제안한다.
• 고속도로, 국도나 지방도에서의 로드킬 발생 현황 분석
• 로드킬 발생 지역과 산맥과의 상관 관계 분석
• 환경 영향 평가법, 도로 건설 사업 환경 영향 평가 주요 검토 항목 및 유의 사항 및 로드킬 조사 및 관리 지침에 대한 법과 제도적 측 면 분석
• 로드킬 사고 예방을 위한 행동 요령 제시
• 88올림픽 고속도로의 장점과 단점에 대한 비교 분석
• 환경부 생태 통로 조성에 대한 건의
http://wildlifecrossing.nie.re.kr/complaint/ComplaintList.do
출처 : 자체 융합 프로그램 개발(지리)
앞의 사례는 통합 사회와 STEAM 융합 활동을 수행한 사례입니다. 로드킬이라는 주제는 통합과학의 “[10통과08-02] 먹이 관계와 생태 피라미드를 중심으로 생태계 평형이 유지되는 과정을 이해하고, 환경 변화가 생태계에 영향을 미치는 다양한 사례를 조사하고 토의할 수 있다.”와 통합사회의 “[10통사03-02] 교통･통신의 발달과 정보화로 인해 나타난 생활공간과 생활양식의 변화 양상을 조사하고, 이에 따른 문제점을 해결하기 위한 방안을 제안한다.”와 연계되어 있으므로 활용성이 높은 융합 주제라 볼 수 있습니다. 또한 로드킬을 바라보는 다양한 측면을 함께 배울 수 있다는 장점이 있습니다.
(나) 로드킬 발생 지역 (다) 산맥도
로드킬 조사 및 관리 지침 환경영향평가법
(가) 연도별 로드킬 발생 현황 (환경부) 2014 2015 2016 고속도로(건) 2,039 2,545 2,247 국도나 지방도(건) 1,179 1,249 1,251
로드킬 현황은 조사 방법에 따른 차이로 발 표 기관에 따라 다소 상이하지만 매년 수천 건이 발생하고 있다. 한국도로공사가 발표한 자료에 따르면 2018년 5월 기준으로 최근 5 년간 연평균 2,180건 발생하였으며 ㉠ 1년 중 5~6월, ㉡하루 중 0~8시 사이에 가장 많이 발 생하였다.
<지리 수업과 연계한 활동지 내용의 일부>
(2) 기술 수업과의 연계(로드킬을 줄이기 위한 도로 설계 및 생태 통로 만들기)
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기술 수업과의 연계(로드킬을 줄이기 위한 도로 설계 및 생태 통로 만들기)
|연계 주요 특징
[12기가05-04] 기술 혁신을 위 한 창의 공학 설계를 이해하고, 제품을 구상하고 설계한다.
[12기가05-03] 자동차에 의한 사고의 원인과 사례를 알고, 사 고 예방을 위한 올바른 이용 방 법을 이해한다.
[12기가04-03] 첨단 건설 기술 의 핵심 기술과 동향을 파악하 며, 건설 기술에서 활용되고 있 는 재난 예방과 관련된 예를 조 사하여 발표한다.
• 팔팔이의 무죄를 입증하여 환생하게 하였으나 여전히 삵으로 환생할 경우 또 로드킬을 당할 확률이 높으므로 환생 해피타운을 구상하게 함
• 구상한 환생 해피타운에서 기존의 도로의 문제점을 개선하여 표현하게 함
• 생태통로의 문제점을 파악한 후 이를 개선하여 표현하게 함
• 모둠에서 선택한 동물에 대한 환생 해피타운을 건설하게 하여 모둠별로 특화된 산출물이 나올 수 있게 함
• 구체적으로 설계(중앙분리대의 총 높이, 중앙 분리대의 아래쪽 여백 공간 높이, 재질, 폭, 설치 위치, 연결성 유무 등)한 후 설명 할 수 있게 함
환생 해피 타운 공존의 길 건설 입찰 공고 환생 공고 제4-4호
다음과 같이 입찰에 부치고자 공고합니 다.
입찰에 부치는 사항
공 사 명: 환생 해피 타운 일원 도로개 선공사
공사개요: 연장 2km, 폭24m(4차로)
예산금액: 금 100억원
공사기간: 49일(기한 엄수)
2. 입찰 유의사항
환생 동물의 습성을 도로 설계를 반영
습성을 무시한 기존 도로의 문제점과 개선점을 비교할 것
환생 동물 대상 설명회에 사용할 공존 의 길 모형 제출
<기술 수업과 연계한 활동지 내용의 일부>
출처: 자체 융합 프로그램 개발(기술)
다음 사례는 기술과 STEAM 융합 활동을 수행한 사례입니다. 로드킬이라는 주제는 통합과학의 “[10통과08-02] 먹이 관계와 생태 피라미드를 중심으로 생태계 평형이 유지되는 과정을 이해하고, 환경 변화가 생태계에 영향을 미치는 다양한 사례를 조사하고 토의할 수 있다.”와 기술 가정의 “[12기가05-04] 기술 혁신을 위한 창의 공학 설계를 이해하고, 제품을 구상하고 설계한다. [12기가05-03] 자동차에 의한 사고의 원인과 사례를 알고, 사고 예방을 위한 올바른 이용 방법을 이해한다. [12기가04-03] 첨단 건설 기술의 핵심 기술과 동향을 파악하며, 건설 기술에서 활용되고 있는 재난 예방과 관련된 예를 조사하여 발표한다.”와 연계되어 있으므로 활용성이 높은 융합 주제라 볼 수 있습니다.
또한 로드킬을 줄이기 위해 실질적으로 도로를 설계하고 생태 통로의 유형과 밀도를 정하는 등 실현의 측면에서 진지하게 몰입할 수 있다는 장점이 있습니다.
