상록고등학교

(1)

2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2019. 11. 15.

상록고등학교

(2)

【 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명

2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영(상록고등학교)

STEAM 프로그램

구분

유형

(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( ) - 선행 프로그램명:

(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ )

프로그램명

미세먼지 해결을 부탁해

학교급

고등학교 대상 학년(군) 2학년

중심과목

지구과 학

중심과목

성취기준 영역

[고등학교 2학년] Ⅲ. 위기의 지구 1. 환경오염

연계과목

물리 화학 생물 수학 윤리

연계과목 성취기준 영역

[12수학Ⅱ02-09] 함수의 그래프의 개형을 그릴 수 있다. [12화학Ⅰ01-01]화학의 유용성

[12생과Ⅰ03-06] 인체의 방어 작용

[12생윤06-03] 국제 사회에 대한 책임과 기여 문제

연구기간

2019.5.16. ~ 2019.11.30.

연 구 비

일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원

6명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 5명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 상록고등학교 생명과학 교사 임선혜

공동연구원 상록고등학교 지구과학 교사 김일

공동연구원 상록고등학교 화학 교사 박양순

공동연구원 상록고등학교 수학 교사 홍수연

공동연구원 상록고등학교 물리 교사 김연주

공동연구원 상록고등학교 윤리 교사 윤은선

2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

융합인재교육 (STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2019년 11 월 15 일

연구책임자 : 임선혜 (인)

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“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

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목 차

1. 요약문

··· 6

2. 서론

··· 6

※ 서론에는 연구(회)의 필요성 및 연구(회) 목표 등의 내용을 작성합니다.

(교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 취지와 목적 등)

3. 연구 수행 내용 및 결과

··· 7

※ 연구 추진 내용 및 결과에는 ① STEAM 프로그램 개발 및 적용, ② STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사, ③ STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 등의 내용 을 작성합니다.

➀ STEAM 프로그램 개발 및 적용 : 프로그램 개발 중점 사항(어떤 프로그램을 어떻게 개발하였는지 작성), 교사연구회 운영 및 수업 편성 사례(프로그램 적용시기, 시간표, 대상학년 전체 학생 수, 수혜학생 수 명시)

➁ STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 : STEAM 수업 적용 학생 성취도 평가 방법 개발, 학교생활기록부 기재 방법(예시) 제시, 적용 성과 (수혜 학생 수, 학 생 사전·사후 태도 검사 시기 및 대상 선정 이유 명시, 학생 인터뷰 내용 등), STEAM 수업 적용 후 학생 및 교사 만족도 조사 관련 내용

➂ STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 : STEAM 교사연구회(또는 소속 학교) 주최 행사 자료 등 제출

※ 당초 계획 대비 변경된 사항이 있는 경우 사유와 함께 기입

가. 연구 수행 내용 ··· 7 나. 연구 수행 결과 ··· 8

4. 결론 및 제언

··· 10

※ 결론 및 제언에는 기타 사항 및 시사점을 작성합니다.

-교사연구회 참여를 통한 STEAM 프로그램 개발·적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점 - 교사연구회의 전체 회원 사이의 협력적 활동 내용, 교사연구회를 통해 참여 교사들

의 STEAM 수업 역량이 증가 내용 및 설명 제시

-STEAM 교사연구회와 해당 STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안 -기타 사항 및 시사점

5. 참고문헌

··· 10

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지)

부록2. (학생 산출물, 사진, 수업 영상, 성찰일지, 교사의견, 자체평가 결과 등) 부록3. 회의록

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1. 요약문

STEAM 교사 연구회를 통해 ‘미세먼지’를 주제로 다양한 수업을 진행하 였으며 미세먼지의 원인 및 해결방안까지 다방면의 관점에서 아이들과 수 업함으로서 아이들의 문제해결능력 및 창의력을 기를 수 있었음 .

2. 서론

◦ 교과 과정에서 배운 수학, 과학, 사회 지식을 활용하고 융합하여 미세먼지 문제 해결을 위한 문제해결 능력을 기름으로써 지식정보처리 역량을 기를 수 있다.

◦ 연도별 미세먼지 농도 분석을 통해 조원들과 토의하면서 의사소통 역량을 기를 수 있다.

3. 연구 수행 내용

➀ STEAM 프로그램 연구 및 적용

-STEAM 프로그램은 미세먼지를 주제로 지구과학, 물리, 수학, 화학, 생명과학, 윤리의 모든 수업지도안 및 수업의 방향성에 대해서는 연구가 끝났으며, 미세먼지와 관련해 추가적인 학습자료를 제작중인 상태임. 수업지도안과 학생 활동지 등을 바탕으로 미세먼지와 관련된 윤리를 STEAM 수업에 적용시켰고, 9월 말- 10월 초까지 남은 화학, 생명과학, 지구과학, 물리, 수학 수업을 진행할 예정임.

➁ STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사

-STEAM 수업 평가 방법은 관찰 평가지는 개발이 끝났으며, 이를 윤리 수업에 적용함.

STEAM 수업에 적용시킬 포트폴리오, 보고서 평가 등을 계획하고 있으며 이는 2학기에 적용시킬 예정임. 자기/동료 평가지를 통해 학생들이 조별 수업에 주도성을 가지고 무임승차하는 학생 없이 수업을 잘 따라와주는 성과가 있을 것으로 예상됨.

➂ STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

-STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천을 위해 본 연구회에서는 STEAM에 대해서 학습을 하려고 노력하고 있음. ‘STEAM의 창의성과 문제해결력 효과에 관한 메타분석’,

‘학습공동체를 통한 STEAM 수업 사례 연구’ 등의 논문 분석을 통해 STEAM 교육을 하고자 했음. 또한 근교에 STEAM 연구회와 협력해서 수업 나눔을 실천하고, 수업 내용에 대해 보완점에 대해서 이야기 해봄.

④ 프로그램 개발 중점사항

-미세먼지의 현황과 미세먼지로 인해 발생할 결과를 학생들에게 보여주며 미세먼지에

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대한 경각심을 갖게 함.

⑤ 학생 태도검사 대상의 선정 이유

-학생 태도검사의 대상은 2학년 자연과학 과정 학생으로 선정하였다. 자연과학 과정 학생들의 경우 지난 교육과정을 통해 과학 및 수학에 대한 기초적인 지식을 학습하였고, 따라서 융합수업을 진행할 때 각 교과의 지식을 비교적 쉽게 연결하여 응용력을 발휘할 것이라 기대하였기 때문이다. 또 STEAM 수업에서 과학과 수학의 지식을 실생활과 접목시키는 활동을 통해 지식들이 교과서 속에만 존재하는 것이 아니라 실제 우리 생활에서도 활용될 수 있다는 것을 직접 경험하여 훗날 사회에 진출하였을 때, 이를 활용할 수 있는 창의적 인재를 배출하기 위함이다.

STEAM 프로그램

구분

프로그램명

미세먼지 해결을 부탁해

선행

프로그램명

해당 없음

학교급

고등학교 대상 학년(군) 2학년

중심과목 지구과학 중심과목

[고등학교 2학년] Ⅲ. 위기의 지구 1. 환경오염

연계과목

물리 화학 생물 수학 윤리

연계과목 성취기준 영역

12수학Ⅱ02-09] 함수의 그래프의 개형을 그릴 수 있다. [12화학Ⅰ01-01]화학의 유용성

[12생과Ⅰ03-06] 인체의 방어 작용

개발계획

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 1 지구과학(0.5) + 윤리(0.5) 2 1 생명과학(0.5) + 화학(0.5) 3 1 물리(0.5) + 수학(0.5)

4 1 수학(0.5)+ 화학(0.5)

5 2 지구과학(1) + 생명과학(0.5) + 화학(0.5)

개발·적용

현황

※ 2019. 11 . 15 . 기준, 5차시 중 6차시 개발 및 6차시 적용 완료

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4. 연구 수행 결과

◦연구 수행 결과

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 6차시

수업 적용 일정 2019. 7. 16. ~ 2019. 11. 8.

(STEAM 수업)수혜학생 수 상록고등학교 60명(상록고등학교 2학년 자연계열학생) 학생 태도검사 사전검사 9월 4일, 2개 학급(46명) 실시 완료

사후검사 11월 1일 - 11월 7일, 2개 학급(46명) 실시 완료

학생 및 교사 만족도조사 11월 10일 실시 완료

교사연구회 STEAM 행사 개최 2019. 11. 8. 6교시(15:00~15:50) 수업나눔 및 수업 공개 2019. 11. 5. ‘STEAM 수업 나눔 행사’ 개최

논문 또는 학술대회 2019 STEAM 열매공유 워크숍 참가

특허출원 (국외, 국내) 해당 없음

5. 결론 및 제언

① STEAM 프로그램 좋았던 점

STEAM 수업을 하면서 타 교과 교사들과 서로 머리를 맞대어 수업연구를 하는 것이 기존 수 업 방식을 벗어나 교사로서 수업 연구에 대한 자극을 불러 일으킴. 혼자가 아닌 여러 명의 교 사가 학습 공동체를 이루어 하나의 목표를 가지고 연구하는 모습이 보기 좋았고 수업 연구뿐 만 아니라 교사간의 소통과 대화가 많이 이루어진 점이 좋음. 학생들 측면에서는 이론 중심이 아닌 실제 자신의 생활에서 일어나고 있는 미세먼지에 대한 정보에 대해 문제 인식을 하고 서로 협력을 통해 문제 해결전략 탐색, 최선의 방안 결정, 창의적 능력 발휘, 감성적 체험을 수업 시간에 경험해 봄으로써 교과에 대한 흥미와 유용성, 가치에 대한 인식이 높아졌고 학생 스스로 경험하고 깨우치고 배움을 일으키는 과정들이 유익했음. 하나의 자연 현상을 여러 과 목의 관점에서 심도 있게 분석함으로써 학생들의 사고를 확장 시킬 수 있는 기회를 제공함.

② STEAM 프로그램 어려웠던 점

교과 간 융합 수업이다 보니 각 교과의 진도 상황을 맞추어 1-6차시까지 연속적으로 수업을

구성하는데 시기를 선택하는 것이 어려웠음. 최대한 연이은 수업으로 학생들에게 STEAM 수

업의 효과성을 높이려고 노력하였다. STEAM 수업 연구에서 성취기준을 바탕으로 학습 목표

를 설정하고 평가기준을 만들려고 노력 했지만 성취기준상으로 미세먼지에 관한 내용을 가지

는 부분이 자세히 나와 있지 않았다. 실제 교과 내용으로 존재하지만 성취기준의 폭이 좁다

보니 혼란스러웠지만 최대한 성취기준에 연결하려고 노력하였다. 5-6차시때 화학과 지구과학

의 융합 연계수업을 진행함에 있어 실제 미세먼지 환경을 만들고, 제작한 환경에서 미세먼지

감소를 할 수 있는 방안을 찾기까지 학생들이 많은 어려움을 겪었다. 하지만 최대한 학생들이

사고하고 해결방안에 대해 스스로 찾아 갈 수 있도록 단계적 질문을 통해 학생들을 이끌어

나갔다. 또한 자동차의 매연가스 수치를 계산하고, 매연가스 수치 변환을 진행함에 있어 수학

을 어려워하는 학생이 개념 접근에 다소 어려워했지만 모둠원을 통해 이해하려고 노력하는 모

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습과 실제 지도에 적용하여 찾아보는 활동을 통해 어려움을 해결할 수 있었다. 미세먼지 농도 를 측정 할 때 측정기가 초기화되는 대기 시간이 필요하였는데, 50분이라는 수업시간 내에 이 를 충실하게 수행하기가 어려웠음. 또한 측정기의 정확성이 떨어져서 수치를 분석하는 것에 어려움이 있었음. 아두이노를 활용한 수업을 진행하려고 하였는데, 학생들이 아두이노에 대한 기본 지식이 없어서 본 수업 전에 따로 시간을 확보하여 사전 수업을 진행하였던 것이 어려 웠음

※ 교사연구회의 전체 회원 사이의 협력적 활동 내용

미세먼지의 원인으로 가장 많이 제기되는 문제가 자동차 매연가스이다. 매연가스 속 다양한 질소산화물, 황산화물로 인해 미세먼지 핵을 구성하고, 이러한 입자들이 빛과 물에 의한 화 학 반응을 통해 초미세먼지 입자로 변하게 된다. 이처럼 미세먼지 원인 파악을 위해 매연가 스의 탄소유기화합물의 수치를 직접 계산하기 위해 물리 시간에 제작한 아두이노 미세먼지 측정기를 제작하고, 제작한 기기를 통해 수학 시간에 미세먼지 수치를 간접적으로 계산해 보았다. 또한 미세먼지를 막기 위해 윤리적으로 할 수 있는 방안을 고민하고, 실제 미세먼지 환경속에서 이를 감소하기 위해 사막화된 모래에 다양한 실험군 실험 및, 미세먼지 정화 식 물을 바탕으로 실험을 진행하는 등 다방면의 교과 선생님들 사이의 융합을 이루었다. 미세 먼지에 대한 이론적인 학습이 이뤄지고 나서 다양한 감성적 체험이 진행될 수 있도록 수업 설계 및 진행 방식에 관한 협의를 함.

※ 교사연구회를 통해 참여 교사들의 STEAM 수업 역량 증가 내용 및 설명 제시

이제는 우리나라에 항상 문제가 되는 미세먼지에 대해 학습함으로서 종합적인 문제해결과 창의적 사고 및 설계 방법을 학습하고 이를 통해 다양한 가치 창출에 기여하게 되고 배려, 의사소통, 개방성, 다양성, 협동심 등과 같은 사회적 감성 및 인성을 기를 수 있었음. 이를 통해 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 분야의 융합적 지식과 개념을 이해하고 실생활 문제 및 문제해결에 활용할 수 있는 역량이 증가함. 학생들에게 전공교과의 내용만을 전달하는 것이 아니라 내용과 관련된 다른 교과의 지식을 활용하여 수업을 진행하는 기술을 경험함으로써 학생들이 융합적인 사고를 할 수 있는 수업을 구상하는 능력을 갖게 됨.

※ STEAM 수업 수혜 학생들의 반응(인터뷰)

학생 중심의 활동으로 자칫 어려울 수도 있는 주제인 미세먼지 해결방안에 대한 흥미를 가 지게 되었고 실제 수업활동 시 여러 가지 감성적 활동을 추가함으로써 주제에 대한 이해도 가 증가함. 미세먼지라는 사회적 이슈를 다양한 교과를 통해 접해봄으로써 그와 관련된 기 본적인 지식을 갖추게 되었고, 미세먼지를 줄이는 방법에 대해 신중하게 생각해 볼 시간을 갖게 됨. 다양한 체험을 통해 수업이 진행되어 지루함을 느낄 새가 없었음.

※ STEAM 교사연구회와 해당 STEAM 수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안

STEAM 수업을 실제 교육과정에 정교하고 본격적으로 적용하기 위해서는 STEAM교육에 대

한 체제적인 교육청 차원의 지원이 있어야 하고 질 높은 STEAM교육을 실시하기 위한 교사

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의 전문성이 신장되어야 함. 또한 학생들이 수업시간에는 STEAM교육을 접하는 것이 아니 라 교외의 여러 가지 STEAM행사를 통해 다양한 기회를 접할 수 있게 하는 노력이 필요함.

이론 중심의 STEAM 연수보다는 수업 기술 및 수업 구상과 관련된 STEAM 연수가 제공되 어야 함.

※ 기타 사항 및 시사점

미세먼지의 문제로 인해 항상 고통 받는 우리나라이다. 현재 미세먼지와 관련된 수업 내용들이 부족한 것으로 느껴진다. 미세먼지에 대한 지식을 학생 스스로 학습하고 깨달으며 체험활동을 통해 미세먼지 의 위험성과 해결방안에 고민하고 생각해볼 수 있는 수업이 많이 개발되기를 바란다. 학생들이 학교에 서 많은 수학적, 과학적, 사회적 지식을 학습하지만 이를 일상생활과 연계해서 어떻게 적용해야하는지 는 잘 모르는 것 같음. 다양한 주제를 바탕으로 융합적인 수업이 함께 이뤄진다면 학생들의 문제 해결 능력 및 고등 사고 능력이 향상 될 것이라고 생각함.

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

(프로그램명) 미세먼지 해결을 부탁해 1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1/6 지13101. 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 해양 오염 등 각종 지구 환경 오염이 발생하는 과정을 과학적으로 설명할 수 있다.

[12생윤06-03] 국 제 사회에 대한 책임과 기여 문제

2 2/6 지13101. 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 해양 오염 등 각종 지구 환경 오염이 발생하는 과정을 과학적으로 설명할 수 있다.

[고등학교 2학년]

[12물리Ⅰ02-04]

3 3/6

지13101. 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 해양 오염 등 각종 지구 환경 오염이 발생하는 과정을 과학적으로 설명할 수 있다.지13101. 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 해양 오염 등 각종 지구 환경 오염이 발생하는 과정을 과학적으로 설명할 수 있다.

고등학교 2학년]

Ⅱ사람의 물질대사 (1) 생명활동과 에너지 4 4/6 지13101. 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 해양 오염 등 각종 지구 환경 오염이

발생하는 과정을 과학적으로 설명할 수 있다.

고등학교 2-3학년 확률과 통계 Ⅲ. 통계 5 5/6 [12화학Ⅰ03-06] 전자쌍 반발 이론에 근거하여 분자의 구조를 모형으로

나타낼 수 있다.

(화학Ⅰ)

[고등학교 2~3학년]

(3) 화학결합 6 6/6 지13101. 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 해양 오염 등 각종 지구 환경 오염이

발생하는 과정을 과학적으로 설명할 수 있다.

(지구과학Ⅰ) [고등학교 2학년]

(3) 대기

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 16차시)

차시 주요내용

1/6

주제(단원)명 미세먼지와 지속 가능한 발전

Co 환경 문제를 방치할 경우 미래 세대에게 어떠한 결과를 가져오게 될지 보여주는 동영샅 제시

CD 미래 세대와 현세대를 모두 만족시킬 수 있는 지속가능한 발전에 대한 탐구

ET 지구를 지킬 수 있는 아이디어를 스마트폰 검색을 활용하여 떠올려보고 표현하기

2/6

주제(단원)명 미세먼지 측정기 제작하기

현재 내가 있는 공간에서의 미세먼지 양을 측정하여 숫자로 표현하는 것의 중요성을 인식하고, 아두이노를 이용하여 미세먼지 측정기를 제작한 후 미세먼지 측정 원리를 학습한다. 물리 기술을 활용하여 미세먼지를 줄일 수 있는 창의적인 장치를 설계해 본다.

Co 최근 미세먼지의 정보를 제시하여 수치의 의미를 분석함

CD 대기 속 미세먼지의 농도를 수치화하는 원리에 대해 토의함

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ET 아두이노를 이용하여 미세먼지 측정기를 제작하고, 미세먼지를 줄일 수 있는 창의적인 장치를 설계하여 과학·기술·사회의 관계를 이해함.

3/6

주제(단원)명 미세먼지와 건강

미세먼지가 우리 신체에 미치는 여러 가지 영향을 조사 토의해 보고, 미세먼지에 대처하는 방법에 대해 숙지하도록 한다. 또한 미세먼지의 위험성을 알리기 위한 포스터를

제작해보도 록 한다. 지구의 모든 생물은 독립적으로 존재하는 것이 아니라 하나의 생태계로 밀접하게 연결되어 있음을 알 수 있도록 하고 생명존중과 환경보호에 대한 생태적 감수성을 키울 수 있도록 지도한다.

4/6

주제(단원)명 우리 학교의 미세먼지 농도 분석

Co 상황 제시 : 우리 지역의 미세먼지 농도 자료를 제공하고, 통계적 지식을 적용할 수 있는 문제 상황을 제시함.

CD 창의적 설계 : 모둠별을 구성하여 휘발유, 경유, LPG 자동차 배기가스 내 미세먼지 농도를 미세먼지 측정기를 이용해 직접 측정함. 그 결과를 통계 지식을 활용하여 분석하고 이를 발표함.

ET 감성적 체험 : 휘발유, 경유, LPG 자동차 배기가스 내 미세먼지 농도를 직접 측정하고 그 이유를 분석함으로써 대기 환경의 중요성을 느끼는 경험을 함.

5/6

주제(단원)명 화학자가 바라보는 미세먼지 해법

Co 미세먼지의 탄소핵 (질소산화물, 황산화물, 암모니아)에 대한 기사 제시

CD 각각의 분자구조를 직접 그려보고, 미세먼지에 분자구조를 표현해 보기

ET 미세먼지 성분을 분석한 결과를 통해 미세먼지를 줄이기 위해 해야할 노력 생각해보기

6/6

주제(단원)명 Ⅱ. 위기의 지구-1. 환경오염, 01. 대기오염

※ 대기 오염 및 이를 발생시키는 오염물질과 그리고 그 발생 과정을 과학적으로 설명할 수 있고 이 오염물질을 실시간으로 추적하는 시스템 사이트를 체험하고 오늘과 최근의 오염물질의 동향을 알 수 있음. 또한 이러한 오염물질이 대기대순환에 의해 동쪽으로 이동함을 알 수 있음.

Co 상황 제시 – 황사경보발령 시 대기오염정보와 대처상황을 제시함

CD 창의적 설계 – 실시간 대기질을 인터넷이나 다른 자료를 통해 확인

ET 감성적 체험 – 앞으로 대기오염 수준이 어떻게 될 것인지 예측

(12)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

① 생활과 윤리

학습 과정

교수-학습 활동

※ STEAM 학습 준거 표시( ^Co 상황 제시, ^CD 창의적 설계, ^ET 감성적 체험)

학습자료 및 유의점

도입 ( 5 분)

ET ‘내가 생각하는 미세먼지란?’ 활동을 통해 학생들의 미세먼지에 대한 인식 확인

Co ‘거짓말 같은 이야기’ 동영상 시청 : 환경 문제 해결의 필요성 느끼게 하기

Tip! 학생들이 스스로 환경 문제 해결의 필요성을 느끼도록 한다.

ppt 자료 동영상

전개 ( 40 분)

CD 요나스의 책임 윤리 이론 학습하기

ET 성장과 보전의 가치에 대해 토의하며 지속 가능한 발전 탐구하기

Co 지속 가능한 발전을 위해 만들어진 제품 소개하는 영상 시청

ET 지구를 지키는 나만의 아이디어 생각해내기

-모둠원들과 아이디어를 공유하며 아이디어를 보완, 발전시키기 -반 친구들에게 자신의 아이디어 소개하고 피드백 받기

ppt 자료

중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교 2학년] Ⅲ. 위기의 지구 1. 환경오염 중심과목 성취기준

지13101. 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 해양 오염 등 각종 지구 환경 오염이 발생하 는 과정을 과학적으로 설명할 수 있다.

주제(단원)명 미세먼지와 지속 가능한 발전 차시 1/6

학습목표 환경 문제가 미래 세대의 삶을 위한 현세대의 책임과 연관되어 있음을 이해하고 , 지속가능한 발전을 위한 구체적인 방안을 제시할 수 있다.

연계과목 윤리 연계과목

[고등학교 1~3학년] 환경 문제에 대한 윤리적 쟁점

STEAM 요소

S

T 과학기술 전반에 대한 내용 E 환경공학

A 인문학적 상상력, 자유로운 표현 M

개발 의도

미세먼지를 비롯한 환경 문제를 방치할 경우 미래 세대에게 나타날 부정적인 결과를 학생들에게 깨닫게 한 뒤, 미래 세대의 삶을 위해 현세대가 할 수 있는 노력을 과학기술과 공학의 관점에서 스스로 생각해보게 함.

100 년 후 우리가 살게 될 사회의 모습을 보여주는 동영상을 시청함으로써 학생들에게 미세먼지를 비롯한 환경 문제를 방치할 경우 나타나게 될 결과에 대해 생각해보게 함. 자연과 미래세대에 대한 현세대의 책임을 강조하는 요나스의 책임윤리를 다룬 후 성장과 보전의 가치에 대해 생각해보게 함.

성장과 보전을 절충할 수 있는 환경적으로 건전하고 지속 가능한 발전에 대해 탐구하게 하고 지구를 지키기 위한 아이디어를 공학과 과학기술의 관점에서 생각해보게 하며 이를 발표하게 함. 인문학적 상상력과 과학적 사고를 이끌어내어 창의성과 융합적 사고력을 이끌어내도록 유도함.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

환경 문제를 방치할 경우 미래 세대에게 어떠한 결과를 가져오게 될지 보여주는 동영상을 제시하여 환경 문제 해결의 필요성을 이끌어냄

창 의 적 설 계

창의적 설계

지구를 지킬 수 있는 아이디어를 스마트폰 검색을 활용하여 떠올려보고 표현하게 함으로써 환경 문제 해결의지를 다지게 함.

감 성 적 체 험 미래 세대와 현세대를 모두 만족

시킬 수 있는 지속가능한 발전에 대한 탐구

감성적 체험

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② 물리

Tip! 성장과 보전은 양립할 수 있는 것임을 설명한다.

Tip! 지구를 지키는 아이디어를 생각해낼 때 자신의 관심분야를 활용할 수 있도록 한다.

정리 ( 5 분)

ET 지속 가능한 발전을 위해 일상생활에서 실천할 수 있는 일과 수업을 통해 느낀점 쓰기

중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

영역

물리 중심과목

성취기준

지13101. 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 해양 오염 등 각종 지구 환경 오염이 발생 하는 과정을 과학적으로 설명할 수 있다.

주제(단원)명 아두이노를 활용한 미세먼지

측정기 제작 차시 2/6

학습목표

반도체의 작동 원리를 설명할 수 있다.

미세먼지 측정기를 제작할 수 있다.

미세먼지를 줄일 수 있는 장치를 설계하고, 그 원리를 발표할 수 있다.

연계과목 물리 연계과목

[고등학교 2학년]

[12물리Ⅰ02-04]

STEAM 요소

S 물리학 반도체원리 T 아두이노 전자 공학 E

A

M 미세먼지 수치의 의미 분석하기

개발 의도

물리학Ⅰ에서 학습한 반도체 작동원리를 이용하여 현재 사회적으로 문제가 되고 있는 미세먼지를 측정하는 아두이노 장치를 제작해보고 물리적인 방법을 적용하여 미세먼지를 줄일 수 있는 창의적인 장치를 설계해 볼 수 있도록 하여 물리와 기술과 사회의 관계를 이해 할 수 있도록 한다.

- 물리학Ⅰ에서 반도체의 작동원리를 학습하고, 일상생활 속에서의 어떻게 활용되고 있는지 조사하여 과학·기술·사회의 관계를 이해한다.

- 공기 중에 있는 미세먼지의 양을 측정하는 방법을 생각해보고, 아두이노를 활용하여 미세먼지 측정 기를 직접 제작한다.

- 물리 법칙을 이용하여 미세먼지를 줄일 수 있는 자신만의 장치를 설계해보면서 기계 조작에 필요한 물리 법칙의 중요성을 깨닫는다.

상황 제시 상

황 제 시

최근 미세먼지의 농 도를 제시하여 그 의 미를 생각한다. 미세 먼지를 측정하는 물 리적 방법에 대해 생 각한다.

창 의 적 설 계

창의적 설계 일상생활 속에서 사용 하고 있는 기계장치에 물리 법칙이 적용되고 있음을 알고, 과학과 기술과 사회의 관계에 이해한다.

감 성 적 체 험 아두이노를 활용하여 미세먼지

를 측정하는 장치를 제작해보 고, 미세먼지를 줄일 수 있는 창의적인 장치를 설계한다.

감성적 체험

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점 도입

(10 분)

Co 미세 먼지와 관련된 뉴스 영상을 시청한다.

미세 먼지의 농도 수치가 주는 의미를 분석하고, 미세 먼지를 측정하는 물리적 방법에 대해 토의한다.

동영상 전개 ^CD 아두이노 미세 먼지 키트를 조립하여 미세 먼지 측정 장치를 만들어 본다. 미세먼지

(14)

③ 생명과학 (80 분)

장치를 작동시키기 위한 코딩 프로그램을 입력하여 장치를 작동시켜 본다.

화면에 나온 수치의 의미를 분석한다.

ET 다양한 물리적 기술이 집약된 전자기기를 직접 조립해 봄으로써 반도체의 원리를 이해 한다.

Tip! 하나씩 함께 조립하면서 뒤처지는 모둠이 없도록 한다.

조립키트 활동지

정리 (10 분)

CD 자신만의 방법으로 미세 먼지를 줄일 수 있는 방법을 생각해보고 물리적 방 법이 적용된 창의적인 장치를 설계해 본다.

ET 자신이 학습한 물리적 원리를 실생활에 응용해 봄으로써 기초과학의 중요성 을 인식하고 과학과 기술의 관계를 이해한다.

개인 활동지

중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

중심과목

성취기준 영역 [고등학교 2학년] Ⅲ. 위기의 지구 1. 환경오염 ^중심과목_성취기준

주제(단원)명 미세먼지와 건강 차시 3/6

학습목표 미세먼지가 우리 몸에 미치는 영향을 설명할 수 있다.

미세먼지의 위험성을 알리는 포스터를 제작할 수 있다.

연계과목 생명과학 연계과목

[고등학교 2학년] Ⅱ사람의 물질대사 (1) 생명활동과 에너지

STEAM 요소

S 미세먼지가 우리 몸에 미치는 영향 T

E

A 미세먼지 예방을 위한 포스터 제작 M

개발 의도 미세먼지가 우리 몸에 미치는 영향을 알아봄으로써 미세먼지의 위험성과 해결방안에 대해 토의하고 미세먼지의 위험성을 알리기 위한 포스터를 제작하여 미세먼지를 줄이기 위한 책임감을 고취시킨다.

최근 3,4 년 사이에 겨울에서 봄에 이르기까지 미세먼지로 인한 대기질 상태가 나빠 체육대회가 연기되거나 취소되고 체육 시간에 운동장에서 수업하지 못하는 경우를 자주 경험하고 있다. 미세먼지는 우리 생활에 엄청난 영향을 미치고 있고 대기가 정체된 날이면 어김없이 미세먼지는 우리의 삶을 위협하고 있다.

본 수업에서는 미세먼지가 우리 신체에 미치는 여러 가지 영향을 조사 토의해 보고, 미세먼지에 대처하는 방법에 대해 숙지하도록 한다. 또한 미세먼지의 위험성에 대해 다룬 동화책을 읽어보고 미세먼지의 위험성을 알리기 위한 포스터를 제작해보도록 한다. 지구의 모든 생물은 독립적으로 존재하는 것이 아니라 하나의 생태계로 밀접하게 연결되어 있음을 알 수 있도록 하고 생명존중과 환경보호에 대한 생태적 감수성을 키울 수 있도록 지도한다.

상황 제시

※ 미세먼지가 우리 몸에 미치는 심각한 상황을 인식한다.

창 의 적 설 계

※ 미세먼지로 인해 아픈 사람에 대해 공감하고 환경 문제로 인해 겪게 되는 문제를 해결하기 위한 노력을 고민하고 생명존중 의식을 갖게 함

감 성 적 체 험 ※ 미세먼지의 위험성을 알리는 포스터

를 제작하고 실천함으로써 다각적인 해 결 방안을 찾아냄으로써 사소한 행동이 환경을 보호할 수 있다는 것을 깨닫게 한다.

(15)

④ 확률과 통계

감성적 체험 학습

과정

학습자료 및 유의점 도입

( 10 분)

Co 황사에 대한 동영상 시청 후 황사경보 발령시 행동요령에 대해 질문함.

ET 대기오염이 심화될 경우를 동영상으로 보여주고 지구의 미래에 대해 질문함.

동영상 인터넷

Tip!

전개 ( 35 분)

CD 각 모둠별로 실기간 대기질을 공개하는 시스템(http://www.airkorea.or.kr) 에 접속하여 현재 대기오염 상태를 파악하여 대기오염 상태에 영향을 주는 물질이 무 엇이 있는지를 토의함.

ET 모둠별로 현재의 대기질 상태와 앞으로의 동향에 대해 토의하고 이를 발표함.

ET 앞으로 대기오염이 어떻게 이동할 것인지와 대기오염과 기상과의 관련성을 글과 그림으로 표현하고 이에 대한 내용을 모둠별로 발표함.

정리 ( 5 분)

ET 대기오염을 막기 위해 우리들이 할 수 있는 일과 국가 수준에서 할 수 있는 일을 탐구지에 정리함.

중심과목 지구과학 학교급/학년(군) 고등학교 / 2 학년

영역

[고등학교 2학년] Ⅲ. 위기의 지구 1. 환경오염 중심과목 성취기준

주제(단원)명 나의 자동차 연료는? 차시 5/6

학습목표

※ 통계 자료의 평균을 구할 수 있다.

※ 휘발유, 경유, LPG 자동차 배기가스 내 미세먼지 수치를 직접 측정해보고 이를 분석해보는 경험을 통해 실제적 상황에 통계 지식을 적용할 수 있다.

※ 분석한 결과를 수학적 용어를 활용하여 설명할 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

[고등학교 2~3학년] 확률과 통계 Ⅲ. 통계

STEAM 요소

S 지구과학 대기 환경

T 아두이노 공학적 도구 활용 E

A M 통계

개발 의도 ※ 학생들이 통계 자료를 분석할 수 있고, 이를 실제 상황에 적용하여 문제를 해결할 수 있으며 그 과정을 논리적으로 설명할 수 있다.

※ 학생들이 사는 지역의 구체적 자료를 통해 흥미와 관심을 높임.

※ 가설을 설정하고 직접 수치를 측정하여 분석하는 경험을 통해 문제해결역량을 기름.

※ 교사와 학생, 학생과 학생 사이의 토론, 발표, 피드백 등을 통해 학생의 의사소통역량을 기름.

※ 자신을 둘러싼 환경을 분석함으로써 민주시민의 역량을 개발함.

상황 제시 상

황 제

※ 우리 지역의 미세먼지 농도 자료를 제공하고,

창 의 적

창의적 설계 ※ 휘발유, 경유, LPG 자동차 배기가스 내 미세먼지 농도를

감 성 적

※ 모둠별을 구성하여 휘발유, 경유, LPG 자동차 배기가스

(16)

⑤ 화학

중심과목 화학 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

영역

[고등학교] (화학 1) 화학결합 중심과목 성취기준

[12화학Ⅰ03-06] 전자쌍 반발 이론에 근거하 여 분자의 구조를 모형으로 나타낼 수 있다. 주제(단원)명 화학자가 바라보는 미세먼지 해법 차시 4/6

학습목표 다양한 화학 물질의 분자구조를 그려보고 미세먼지 해법을 제시할 수 있다.

연계과목 수학 연계과목

[중학교 1~3학년] (4) 기하

STEAM 요소

S 화학 분자의 분자구조

T 화학 분자구조의 특성을 활용해 미세먼지를 제거할 수 있는 기술 E

A 화학 분자구조 직접 그려보기

M 각 화학 분자구조별 미세먼지 수치 계산

개발 의도 화학자의 관점으로 미세먼지를 해결하기 위한 방안을 제시해 보고자 한다. 미세먼지를 시

통계적 지식을 적용할 수 있는 문제 상황을 제시함.

설 계

내 미세먼지 농도를 아두이노 미세먼지 측정기를 이용해 직접 측정함. 그 결과를 통계 지식을 활용하여 분석하고 이를 발표함.

직접 측정하고 그 이유를

분석함으로써 대기 환경의 중요성을 느끼는 경험을 함.

체 험

감성적 체험

학습 과정

도입 (5 분)

ET 실제 환경부 대기 환경 정보 제공하여 실생활 관련 흥미를 유발함.

Co 정형화 된 통계 자료를 제시하여 평균을 구해보고 분석함.

ppt

전개 (35 분)

CD 모둠별로 휘발유, 경유, LPG 차의 배기가스 중 미세먼지 수치가 가장 높을 것 이라고 예상되는 순서를 토의를 통해 정함.

Co 미세먼지 측정기를 활용하여 휘발유, 경유, LPG 자동차 배기가스 내 미세먼지 를 측정하고 평균을 구함

Tip! 측정 방법에 따른 오차가 발생할 수 있으므로 한 장소에서 10 회 이상 측정하 도록 한다.

ET 자신들이 예상한 결과가 맞는지 확인하고, 맞다면 그 원인이 무엇일지 틀리다 면 그 이유가 무엇인지 모둠별로 토의하고, 그 결과를 발표함

ET 모둠별 발표를 바탕으로 휘발유, 경유, LPG 자동차 배기가스 내 미세먼지 농도 가 높은 곳을 합의를 통해 선정함.

활동지, 미세먼지 측정기

정리

(10 분) ^ET 모둠별로 수업 내용 정리, 발표 및 소감문 작성 활동지

(17)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 ( 5 분)

Co ^ET

미세먼지에 관련된 뉴스 영상을 시청한다. 미세먼지가 우리 일상생활에 미치는 영향에 대해 생각해보고 발표해 본다.

동영상

전개 (40 분)

Co 우리나라와 WHO 의 미세먼지 기준에 대해 비교해 본다.

Co  미세먼지가 우리 생활에 미치는 영향에 대해 조별 토의한 후 발표한다.

Co  미세먼지가 건강에 미치는 영향에 대해 조별 토의한 후 발표한다.

Co ET CD 미세먼지 감소 캠페인을 위한 포스터를 제작한다.

동영상 모둠판.

개인활동지 조별활동지 도화지 색연필

정리 ( 5 분)

CD 제작한 포스터를 갤러리 워크를 통해 감상하며 동료평가한다.

스티커 줄이기 위해 일방적으로 경유차 감소, 화력발전소 수치 감소 등의 방법 이외에 구체적으로 어떻게 미세먼지를 제거할 수 있는지 미세먼지 탄소핵을 중점으로 분석하여 각각의 성분 분석을 통해 근본적인 해결책을 찾아 본다.

※ (개발 의도 및 교수·학습 내용 상세설명)

상황 제시

상 황 제 시

미세먼지의 문제성 제시. 원인으로 손꼽히는 질소산화물, 황산화물 등이 차량, 화력 발전을 통해 나오지만, 이를 근본적으로 해결할 수 있는 방법이 있다?

창 의 적 설 계

오염물질을 줄일 수 있도록 화학자로서 할 수 있는 방안에 대해 제시한다.

암모니아 화합물의 수치를 감소시키기 위한 노력에 대해 학생들이 생각해 본다.

감 성 적 체 험 미세먼지 탄소입자를 구성하는

대기 오염물질을 막음으로서 미세먼지를 근본적으로 해결할 수 있는 방안을 제시.

각각의 오염물질의

분자구조를 직접 그려보고 분자구조의 특성으로 인해 미세먼지가 어떻게

흡착되는지 살펴보게 한다.

감성적 체험

(18)

⑥ 지구과학 학습 과정

도입 ( 10 분)

Co 미세먼지의 문제점 제시하고 이를 해결하기 위한 다양한 노력들과 관련된 동 영상을 시청한다.

ET 화학자가 바라본 미세먼지 해결책 이라는 기사를 유인물로 배부하고

원인으로 손꼽히는 질소산화물, 황산화물 등이 차량, 화력 발전을 통해 나오지만, 이를 근본적으로 해결할 수 있는 방법이 있다는 사실을 알려준다.

동영상

Tip!

전개 ( 30 분)

CD 미세먼지 핵을 구성하는 질소산화물, 황산화물, 암모니아를 화학 분자 구조로 표현한다. 공유전자쌍, 비공유전자쌍, 결합각도의 개념을 통해 각각의 구조의 분자 구조에 대해 나타낸다.

Co 미세먼지 핵에 오염물질이 어떻게 부착할 수 있는지 상황을 제시한다.

ET 미세먼지 핵에 오염물질을 부착해 봄으로서 어떤 오염물질이 미세먼지를 가장 많이 구성하는지 찾아본다.

CD 오염물질 중 가장 %가 높은 물질을 줄일 수 있는 방안을 생각해 본다.

ET 공장, 자동차, 일상 생활 속에서 오염물질을 줄일 수 있는 방안을 생각해 보고 이를 줄일 수 있는 방안에 대해 그림을 통해 표현한다.

Co 암모니아가 미세먼지에 차지하는 비율이 높다는 자료 제시

CD 암모니아를 줄이기 위한 방안 고민해 보기

정리 (10 분)

ET 화학자의 관점으로 미세먼지를 줄일 수 있는 구체적인 방안을 그림을 통해 제 시하고

중심과목 지구과학 1 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

영역

[고등학교] 1. 환경오염 중심과목

성취기준

주제(단원)명 01. 대기오염 차시 6/6

학습목표 미세먼지를 측정하고 미세먼지에 영향을 주는 요인이 무엇이 있는지를 알 수 있다.

연계과목 화학 연계과목

[고등학교 2학년] 몰수

STEAM 요소

S 지구과학(대기와 환경), 화학(오염물질) T 정보검색

E

A 정보의 표현 M

개발 의도 요즘 이슈에 맞는 주제인 미세먼지와 황사를 지구과학 중에서 대기의 대순환과 관련지어

(19)

이러한 미세먼지와 황사가 어떻게 이동하는지를 과학적으로 이해하게 하고 미세먼지를 직접 측정해 보고 미세먼지에 영향을 주는 요인이 무엇이 있는지를 알 수 있다.

※ 요즘 이슈에 맞는 주제인 미세먼지와 황사를 지구과학 중에서 대기의 대순환과 관련지어 동기유발함.

※ 미세먼지와 황사가 어떻게 이동하는지를 과학적으로 이해하게 하고 오염물질의 움직임과 영향을 주는 요인을 수치 상으로 파악이 가능하다.

상황 제시

상 황 제 시

※ 현재 대기오염 수치를 기상청 홈페이지를 통해 보여줌

※ 황사경보 발령시 행동요령에 대해 질문함.

창 의 적 설 계

창의적 설계 ※ 앞으로 대기오염이 어떻게 이동할 것인지와 대기오염과

기상과의 관련성을 글과 그림으로 표현

※ 앞으로 대기오염 수준이 어떻게 변할 것인지를 예측함.

감 성 적 체 험 대기오염 수치를 직접 측정하고

대기오염에 영향을 주는 물질에 대해 생각해보고 그 요인이 되는 물질을 넣어보고 미세먼지 수치를 측정함.

감성적 체험 학습

과정

도입 ( 10 분)

Co 황사에 대한 동영상 시청 후 황사경보 발령시 행동요령에 대해 질문함.

ET 대기오염이 심화될 경우를 동영상으로 보여주고 지구의 미래에 대해 질문함.

동영상 인터넷

Tip!

전개 ( 35 분)

CD 각 모둠별로 실기간 대기질을 공개하는 시스템(http://www.airkorea.or.kr) 에 접속하여 현재 대기오염 상태를 파악하여 대기오염 상태에 영향을 주는 물질이 무 엇이 있는지를 토의함.

ET 모둠별로 대기오염 실험 장치를 고안함. 사막모래를 아크릴 상자에 넣고 미세 먼지의 측정기의 전원을 켜고 가운데 모드 버튼을 길게 누르고 3 분을 기다린 후 숫 자가 0 이 되면 아크릴상자의 구멍이 뚫려있는 반대편(사막모래의 반대편)에 놓는다.

ET 아크릴상자의 구멍이 뚫려있는 쪽에 송풍기를 이용해 바람을 불어 미세먼지를 측정한다.

ET 사막모래 위에 물, EM 용액, 코코넛오일 세제를 뿌리고 반대쪽에서 송풍기를 사용하여 바람을 불어 미세먼지를 측정하고 이에 대한 내용을 모둠별로 발표함.

정리 ( 5 분)

ET 대기오염을 막기 위해 우리들이 할 수 있는 일과 국가 수준에서 할 수 있는 일 을 탐구지에 정리함.

(20)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시

1/6

☆지구를 지키는 새로운 아이디어☆

지속적인 환경 파괴로 지구가 오염되고 있습니다. 그러나 지구를 사랑하는 사람들의 멋진 아이디어가 지구를 돕고 있다 는 사실! 지구를 지킬 수 있는 나만의 아이디어를 자유롭게 소개해주세요.

(현재 사용되고 있는 것도 좋고, 내가 상상해낸 것도 좋습니다. 그림도 그리면서 자유롭게 표현해보세요~)

◎ 오늘 수업을 통해 느낀점 써보기

(21)

차시

2/6

1. 우리를 위협하는 미세 먼지

① 미세먼지 농도 수치가 의미하는 것이 무엇인지 생각해보자.

② 이러한 농도 수치를 측정하는 물리적 원리는 무엇일지 생각해보자.

2, 아두이노 미세 먼지 측정 센서 제작하기 < 별도 조립도 제공 >

3. 나만의 창의적인 미세 먼지 측정 장치 설계하기

<설계도>

<물리적 접근의 측정 원리 설명>

(22)

아두이노 미세 먼지 측정 센서 제작하기 (조립도)

`

(23)

차시

3/6

<활동1> 미세먼지가 우리몸에 미치는 역할 알아보기 (조별 토의내용을 정리해 봅시다.)

<활동2> 미세먼지 해결을 위한 방법 나누기

<활동3> 미세먼지 포스터 제작

<미세먼지와 호흡기 질환> <미세먼지와 심혈관 질환>

<미세먼지가 임신, 출산, 태아에 미치는 영향> <미세먼지가 농작물, 생태계에 미치는 영향>

(24)

차시

4/6

나의 자동차 연료는?

조

본인 조원

조원 조원

조장(촬영) 1명, 발표자 1명, 서기 1명, 측정자 1-2명 1. 미세먼지 기준치

2. 우리 동네의 미세먼지와 초미세먼지 측정 자료이다. 다음을 구하여라.

(1) 우리 동네 미세먼지의 평균을 구하고, 24 시간 평균치를 기준으로 분석하시오.

(2) 우리 동네 초미세먼지의 평균을 구하고, 24 시간 평균치를 기준으로 분석하시오.

일시 미세먼지 초미세먼지

2018-10-23 01 88 72 2018-10-23 02 83 72 2018-10-23 03 71 73 2018-10-23 04 67 69 2018-10-23 05 74 67 2018-10-23 06 73 67 2018-10-23 07 68 61 2018-10-23 08 70 60 2018-10-23 09 66 61 2018-10-23 10 69 62 2018-10-23 11 59 55 2018-10-23 12 47 33 2018-10-23 13 12 8

2018-10-23 14 7 2

2018-10-23 15 16 1 2018-10-23 16 19 4 2018-10-23 17 38 17 2018-10-23 18 50 18 2018-10-23 19 48 20 2018-10-23 20 63 25

(25)

차시

5/6

3. 휘발유 차, 경유 차, LPG 차 중 미세먼지가 가장 많이 발생할 것이라고 생각하는 차를 선택하고, 그 이유를 모둠별로 토의하시오.

1) 미세먼지가 가장 많이 발생할 것이라고 생각하는 차:

2) 그 이유 :

4. 실제 측정값 (조별로 공유하기) 1) 휘발유 차

2) 경유 차

3) LPG 차

5. 측정 결과 분석하여 미세먼지가 가장 많이 발생할 것이라고 생각하는 차를 선택하고, 그 원인을 모둠별로 토의하시오.

1) 미세먼지가 가장 많이 발생할 것이라고 생각하는 차 :

2) 그 원인 :

6. 미래의 자신이 살 자동차의 연료는?

2018-10-23 21 66 28 2018-10-23 22 70 29 2018-10-23 23 63 26 2018-10-23 24 53 24

조 1조 2조 3조 4조 5조 6조 평균

포름알데히드 0.052 0.791

초미세먼지 38 677 275 423

휘발성

유기화합물 0.298 0.547

포름알데히드 0.01

초미세먼지 27 37 25 20

휘발성

유기화합물 0.07

포름알데히드 0.006

초미세먼지 999 38 57 870 999

휘발성

유기화합물 0.029

(26)

차시

6/6

1. 기사를 통해 미세먼지 핵을 이루는 화학 물질은 무엇인가?

2. 오염 물질의 분자구조를 나타내 보자. (황산염, 질산염, 암모늄)

3. 각 오염 물질의 분자량을 활용하여, 같은 질량일 때 미세먼지 핵을 구성하는 오염물질의 양이 가장 많은 물질을 계산해 보라.

4. 자료를 활용하여 미세먼지를 줄일 수 있는 근본적인 방법은?

[왜냐면] 화학자가 보는 미세먼지 해법 / 김영독

김영독 성균관대 화학과 교수 미세먼지 저감을 위해서는 먼저 미세먼지가 어떻게 형성되는지를 과학적으로 규명해야 한다. 이를 바탕으로 미세먼지의 원인 물질을 제거하려는 노력을 해야 한다. 실제로 많은 국내외 학자가 초미 세먼지의 형성과정과 구조를 연구하고 있고 초미세먼지의 화학 성분 분석도 상당히 진행했다. 그러 나 이렇게 과학적으로 규명된 결과들이 얼마나 미세먼지 저감 정책에 반영되고 있는지 의구심이 든 다.

미세먼지의 형성과정, 구조, 성분을 연구하는 것은 대부분 대기환경공학자들이다. 화학은 눈에 보이 는 현상들을 머리카락 굵기의 수십만분의 일 크기를 가지는 분자들 사이의 반응으로 이해하는 학문 이다. 미세먼지는 화학반응으로 형성되기 때문에 화학자의 관점에서 미세먼지의 형성을 이해하고 해결책을 제시하는 노력이 필요하다.

미세먼지 입자 가운데에는 머리카락 굵기의 수십 내지 수백분의 일 크기의 탄소입자가 자리 잡고 있다고 환경학자들은 보고하고 있다. 탄소입자는 자동차, 석탄화력발전소 등에서 직접 배출되기도 하는데 이를 1 차 미세먼지라고 한다. 다른 한편으로는 이러한 1 차 탄소입자 크기의 수천분의 일 정도밖에 안 되는 매우 작은 휘발성유기화합물, 질소산화물 분자들이 가스 상태로 배출된 뒤 이들 이 대기 중에서 햇빛에 의한 화학반응을 일으키며 2 차적으로 탄소입자가 형성되기도 한다. 휘발성 유기화합물은 나무 등에서 자연적으로 배출되기도 하지만, 산업단지, 자동차 등에서도 배출되며 질 소산화물의 경우는 석탄화력발전소, 경유차, 산업단지 등에서 많이 배출된다. 탄소입자의 2 차적인 형성을 억제하기 위한 가장 좋은 방법은 휘발성유기화합물의 대기 중 농도를 감소시키는 것이다.

질소산화물의 경우에는 그 감소가 2 차 탄소입자 형성에 미치는 영향이 명확하지 않은데 이는 2 차 탄소입자를 형성하는 화학반응이 매우 복잡하기 때문이다. 결국 미세먼지의 핵물질을 없애기 위해 서는 1 차적인 탄소입자의 배출을 억제하고, 휘발성유기화합물의 농도를 저감해야 한다.

미세먼지의 탄소핵은 질소산화물, 황산화물이 암모니아와 화학적으로 반응하여 생성시킨 화학물질 로 둘러싸여 있다. 탄소핵을 둘러싸고 있는 껍질은 밀도가 낮아서 미세먼지가 공기 중에 떠다니기 쉽게 만들 수 있다. 미세먼지 성분을 분석한 결과를 보면 질소산화물, 황산화물의 상대적 비중이 암모니아보다는 높은 것으로 나타나는데, 이런 결과를 분자 수로 바꿔 계산해보면 사실은 암모니아 가 미세먼지에서 차지하는 비율이 질소산화물, 황산화물보다 크다는 것을 알 수 있다. 질소산화물, 황산화물이 암모니아와 반응하지 않는다면 미세먼지의 껍질물질은 형성되지 않을 것으로 본다. 미 세먼지의 껍질 형성을 억제하기 위해 질소산화물이나 황산화물을 줄이는 것이 좋을지, 암모니아를 줄이는 것이 더 효과적일지에 대해서는 과학적 검증이 더 필요하다. 질소산화물과 황산화물을 감소 시킨다고 미세먼지의 형성이 억제될 것이라는 것은 섣부른 결론이다. 오히려 대기 중 농도가 훨씬 낮은 암모니아를 억제하는 편이 미세먼지 저감에 더 효과적일 것이라고 기대할 수도 있겠다. 물론 질소산화물, 황산화물은 산성비의 원인이 되기도 하여 그 배출을 저감하는 노력이 필요하다. 그러나 이것이 미세먼지의 원인 물질이라는 판단에는 선뜻 동의하기 어렵다.

결론적으로 미세먼지를 저감하기 위해서는 탄소입자, 휘발성유기화합물의 배출을 억제하는 정책을 펴야 한다. 이를 통해 미세먼지의 핵을 없애버리면 미세먼지의 껍질이 형성될 일도 없다. 질소산화 물, 황산화물, 암모니아의 대기 중 농도를 감소시키는 정책도 미세먼지 해결에 도움이 될 것이다.

다만 일부 언론이 보도하는 것처럼, 질소산화물이 가장 중요한 원인 물질이며 이것만 제거하면 미 세먼지가 없어질 것인지에 대한 과학적 근거는 아직 부족하다.

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5. 교사자료

실험 목표 미세먼지를 측정하고 미세먼지에 영향을 주는 요인이 무엇이 있는지를 알 수 있다.

준비물 아크릴상자, 송풍기, 사막모래, 미세먼지측정기, 물, EM용액, 코코넛오일 샴푸

실험 과정

1. 미세먼지의 측정기의 전원을 켜고 가운데 모드 버튼을 길게 누르고 3분을 기다린 후 숫자가 0이 되면 아크릴상자의 구멍이 뚫려있는 반대편에 놓는다.

2. 아크릴상자의 구멍이 뚫려있는 면 쪽에 사막모래를 넣는다.

3. 구멍이 뚫려있는 면에 송풍기를 불어 미세먼지(PM2.5)를 측정한다.

4. 사막모래 위에 물을 뿌린 후 미세먼지를 측정한다.

5. 사막모래 위에 EM용액을 넣은 후 미세먼지를 측정한다.

6. 사막모래 위에 코코넛오일 샴푸을 넣은 후 미세먼지를 측정한다.

실험결과

미세먼지(PM2.5)

사막모래만 넣었을 때

사막모래 위에 물을 뿌렸을 때 사막모래 위에 EM용액을 넣었을 때

사막모래 위에 코코넛오일 샴푸을 넣었을 때

분석하기

1. 사막모래 위에 물, EM용액, 코코넛오일 샴푸를 넣었을 때 미세먼지의 수치가 어떻게 변했 는가?

2. 사막모래 위에 물, EM용액, 코코넛오일 샴푸를 넣었을 때 미세먼지의 수치가 변한 이유에 대해 알아보자.

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차시

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자료출처 에어코리아 환경부 대기환경정보

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차시

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<대기 오염 물질의 종류>

1. 아황산가스

아황산가스는 석탄 등의 화석 연료에 포함된 유황 성분이 연소하며 발생하는데요, 호흡기 세포를 파괴하거나 호흡 기능을 약화시킵니다. 우리 나라에서는 대부분 가정용 무연탄과 대형 건물의 난방용 석유에서 발생합니다.

2. 질소산화물

질소산화물은 높은 온도에서 연료가 연소할 때 공기 중의 질소가 산화하며 발생하며, 우리 나라에서는 자동차, 발전소, 그리고 대규모 공장의 연소 시설 등에서 대부분 발생합니다. 질소산화물은 피 속의 헤모글로빈과 만나 메테모글로빈을 만들어 산소결핍증을 일으키며, 다른 피해들은 이황산가스와 비슷합니다.

3. 일산화탄소

일산화탄소는 연료의 불완전연소로 인하여 발생하는데요, 대부분 가정에서 쓰는 연탄 등의 효율이 낮은 소규모의 연소 장치에서 발생합니다. 일산화탄소가 주는 피해로는 혈액 속의 헤모글로빈과 결합하여 생성되는

카복시헤모글로빈으로 인한 산소 결핍증 중독이 있습니다.

4. 탄화수소

탄화수소도 연료의 불완전연소 발생하는데요, 대부분의 탄화수소는 자동차 배기가스와 무연탄에서 발생합니다.

탄화수소는 햇빛과 만나면 광화학 스모그를 만들고, 광분해로 만들어진 물질들은 다른 물질들과 활발한 화학 반응을 일으켜, 결국 광화학산화제라는 산화력이 강한 화합물들이 만들어 진다고 합니다. 광화학산화제의 대표적인 예시에는 오존, 알데히드 등이 있습니다.

<미세 먼지>

‘눈에 보이지 않을 정도로 입자가 작은 먼지.’

덧붙이자면, 미세 먼지는 지름이 10 ㎛(마이크로미터, 1 ㎛=1000 분의 1 ㎜)이하의 먼지로, PM(Particulate Matter)10 이라고도 합니다. 미세 먼지는 주로 자동차 배출 가스나 공장 굴뚝 등을 통해 발생하며, 중국의 황사나 심한 스모그 때도 종종 날라옵니다.

<초미세먼지>

‘지름이 2.5 마이크로미터(㎛) 이하인 먼지.’

초미세먼지는 대부분 자동차 배출 가스 등을 통해 배출된다고 합니다.

<미세먼지가 왜 위험할까요?>

미세먼지가 위험한 이유는 그 크기가 매우 작은 탓에 걸러지지 않고 그대로 신체 내부로 침투하기 때문입니다.

<미세먼지로 인한 피해 예방법>

1. 미세먼지가 심할 때는 외출을 되도록 자제하시고, 외출 후에는 손 씻기, 세안, 양치를 함.

2. 미세먼지가 심한 날에는 가급적 창문을 열지 않음

3. 외출할 때는 모자와 안경, 그리고 미세먼지를 차단할 수 있는 마스크를 착용함.

4. 물을 수시로 마심..

5. 미역, 과일, 채소 등을 먹음.

자료출처 https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=10477160&memberNo=39419445&

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