“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로

(1)

2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2019. 11. 15

대동고등학교

(2)

【 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

유형 (유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ ) 프로그램명 빅뱅에서 3D까지, 빛의 세계에 대한 STEAM프로그램 개발

학교급 고등학교 대상 학년(군) 2학년 자연계열 학생

중심과목 물리학 중심과목

성취기준 영역 [고등학교 2학년] Ⅲ. 파동과 정보통신

연계과목

화학, 생명과학, 지구과학,

정보

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 2학년] Ⅱ. 원자의 세계 [고등학교 2학년] Ⅴ. 생태계와 상호작용 [고등학교 2학년] Ⅲ. 별

[고등학교 2학년] Ⅰ. 정보 문화

연구기간 2019.5.16. ~ 2019.11.30.

연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 5명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 4명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 대동고등학교 물리 교사 전창식

공동연구원 대동고등학교 화학 교사 손민주

공동연구원 대동고등학교 생명과학 교사 박규남

공동연구원 대동고등학교 지구과학 교사 신승화

공동연구원 대동고등학교 정보 교사 윤재영

2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

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

2019년 11월 15일

연구책임자 : 전 창 식 (인)

(3)

“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

목 차

1. 요약문··· 1

2. 서론··· 1

가. 연구의 필요성 ··· 1

나. 연구의 목적 ··· 1

3. 연구 수행 내용 ··· 1

가. 연구의 범위 ··· 2

나. 연구 수행 과정 ··· 3

다. STEAM협력 연구강화 및 확산실천 ··· 3

4. 연구 수행 결과 ··· 5

가. STEAM 만족도 조사결과 ··· 5

나. STEAM 만족도 조사결과 분석 ··· 6

다. STEAM 프로그램에 대한 분석 ··· 7

5. 결과 및 제언··· 9

[부록] 부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물 ··· 10

부록2. 학생활동 결과물 ··· 53

부록3. 회의록 ··· 56

(5)

1. 요약문

현재 고등학교 2학년부터 적용되는 2015 개정 교육과정에서 제시하고 있는 학습 내용 중 빛에 대한 소재로 여러 교과에서 표현하고 있는 내용을 효과적이고 유기 적인 연계를 알아볼 수 있는 STEAM프로그램을 개발하고자 한다. 총 14차시로 편 성된 STEAM프로그램은 빅뱅에서 3D까지의 빛의 근원과 이용에 대한 학습주제를 바탕으로 물리교과에서 빛의 굴절과 광전효과, 화학교과에서 물질의 농도와 선스 펙트럼, 생명과학에서 식물의 광합성에 미치는 비생물적 환경요인, 지구과학에서 허블법칙과 별의 온도, 그리고 정보교과에서 3D홀로그램에 대한 핵심과제로 학생 중심활동을 통한 교수학습이 이루어지도록 STEAM프로그램을 만들고 적용하였다.

이렇게 개발된 STEAM프로그램을 고등학교 2학년 자연계열 학생들에게 적용한 후 학생들의 만족도가 높아 졌으며 지속적으로 STEAM프로그램에 참여하고자 하는 학 생들도 많았다. 또한 STEAM프로그램에 참여한 선생님들도 학생들이 수업에 흥미 와 참여도를 높이기 위한 교수학습방법을 개발하려는 의지도 높아졌다. 21세기를 이끌어갈 창의융합인재를 양성하기 위해 선생님의 역할도 중요하므로 효과적인 STEAM프로그램이 지속적으로 개발되어야 할 것이다.

2. 서론

가. 연구의 필요성

1) 2015 개정 교육과정에 제시된 학습 내용을 기반으로 교과 간 유기적 연계가 될 수 있도록 물리, 화학, 생명과학, 지구과학, 정보교과 학습 내용을 재구성하고 추후 지속가능한 교수학습 컨텐츠 개발로 확장할 수 있도록 한다.

2) 빅뱅에서 3D까지의 빛의 근원과 이용에 대하여 학생중심활동을 통한 교수학습을 진행하고 3D영상을 제작함으로써 창의적인 과학 및 정보 활용능력을 배양하고 이 러한 능력을 바탕으로 창의융합적 사고 능력을 신장할 수 있는 프로그램을 개발 하여 적용할 수 있다.

나. 연구의 목적

1) 범교과적으로 빛의 근원과 이용의 관계를 이해 할 수 있다.

2) 간이분광기를 통해 빛의 성분을 알 수 있다.

3) 용액의 농도에 따른 빛의 굴절정도를 파악할 수 있다.

4) 식물의 광합성에 영향을 미치는 요인과 식물을 재배하기 위한 환경을 이해 할 수 있다.

5) 빛의 입자성에 해당하는 광전효과의 원리와 적용에 대해서 이해할 수 있다.

(6)

3. 연구 수행 내용

가. 연구의 범위

1) 고등학교 교육과정에 적용된 교과 및 내용

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 빅뱅에서 3D까지, 빛의 세계에 대한 STEAM프로그램 개발

학교급 고등학교 대상 학년(군) 2학년 자연계열 학생

중심과목 ^물리학 중심과목

성취기준 영역 [고등학교 2학년] Ⅲ. 파동과 정보통신

연계과목

화학, 생명과학, 지구과학,

정보

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 2학년] Ⅱ. 원자의 세계 [고등학교 2학년] Ⅴ. 생태계와 상호작용 [고등학교 2학년] Ⅲ. 별

[고등학교 2학년] Ⅰ. 정보 문화

개발계획

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 1,2,3(3) 지구과학(1) + 화학(2) 2 4,5,6(3) 물리(2) + 화학(1) 3 7,8,9(3) 지구과학(1) + 생명과학(2) 4 10,11,12,

13,14(5) 물리(2) +정보(3) 개발·적용

현황

※ 2019. 10. 25. 기준, 14차시 중 14차시 개발 및 14차시 적용 완료

2) 고등학교 교육과정을 중심으로 한 STEAM 학습프로그램 세부 내용

-교과별 STEAM 학습프로그램에 적용된 단원(물리학: 파동과 정보통신, 화학: 원자의 세계, 생명과학: 생태계와 상호작용, 지구과학: 별, 정보: 정보 문화)

가) 간이분광기를 제작하고 광원의 선스펙트럼을 관찰하기

⑴ 간이분광기를 만드는 과정을 이해하고 활용방법을 익히기

⑵ 간이분광기를 통하여 광원의 선스펙트럼을 분석하기 나) 용액의 농도에 따라 굴절률의 변화를 관찰하기

⑴ 레이저포인터를 이용하여 물의 굴절률을 찾아본다.

⑵ 용액의 농도에 따라 굴절하는 정도를 파악해 본다.

다) 식물을 재배하기 위한 적합한 식물공장을 디자인하기

⑴ 식물의 광합성에 영향을 주는 빛의 양에 대해서 알아보기

⑵ 식물을 재배하기 위한 적합한 환경에 대해서 조사하기 라) 빛의 광전효과를 이용하여 모형태양광자동자만들기

⑴ 빛의 입자성인 광전효과의 원리에 대해서 알아보기

⑵ 광전효과를 이용한 태양광발전을 탐색하고 모형태양광자동차를 제작하기 마) 3D홀로그램의 원리와 나의 홀로그램 만들기

(7)

⑴ 3D홀로그램의 원리에 대해서 알아보기

⑵ 3D홀로그램을 제작하기 위한 영상촬영 및 영상편집에 대해서 확인하고 제작한다.

⑶ 홀로그램거치대를 제작하고 휴대폰을 이용하여 3D홀로그램 영상을 재생한다.

나. 연구 수행 과정

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시 총 14차시 예정

수업 적용 일정 2019. 8. 19. ~ 2019. 10. 31.

(STEAM 수업)수혜학생 수 126명(고등학교 자연계열 2학년 학생) 학생 태도검사 사전검사 7월 11일, 2개 학급(40명) 실시완료

사후검사 10월 17일, 2개 학급(40명) 실시완료

학생 및 교사 만족도조사 10월 17일 실시완료

교사연구회 STEAM 행사 개최 2019. 9. 21. ‘대동STEAM교사연구회 학생체험행사’ 개최 및 2019. 10. 16. 6교시(15:00~15:50) 수업공개(손민주)

논문 또는 학술대회 해당 없음

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

다. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

1) 대동STEAM교사연구회 학생체험코너 운영(대동축제-전창식, 손민주, 박규남, 신승 화, 윤재영), 대동고 체육관

(8)

2) STEAM 교사연구회 수업공개

가) 일시 및 장소: 2019.10.16.(수) 6교시 2학년 9반, 화학실 나) 수업 교사: 손민주

다) 수업 주제: 간이 분광기를 제작하고 빛의 성분을 관찰하자.

라) 수업 참관교사: 전창식, 박규남. 신승화, 윤재영

3) STEAM 교육 성과발표회 참석 예정(전창식): 2019.11.26.(화).르메르디앙 서울 호 텔

(9)

4. 연구 수행 결과

가. STEAM 만족도 조사 결과

40명의 고2 자연계열 학생들을 대상으로 사전, 사후 STEAM태도조사 및 만족도조 사를 실시하였다. STEAM태도조사는 온라인으로 실시하였고, 만족도조사는 온라인 과 오프라인으로 2회 실시하였다.

(10)

나. STEAM 만족도 조사 결과 분석

STEAM 프로그램을 진행한 후 95%이상의 학생이 매우 또는 대체로 만족함으로 응 답하였다. 또한 STEAM 수업의 흥미도도 ‘매우 또는 대체로 재미있다’라고 응답

(11)

한 학생이 96%로 달하는 것으로 나타났다. 이것은 기존의 강의식 수업방식으로 교육을 받아왔던 학생들에게 새로운 형태의 STEAM수업은 학생활동중심의 교수학 습방법으로 수업에 대한 흥미도가 증가되었음을 나타낸 결과일 것이다. 또한 STEAM 수업에 대한 참여도에 ‘매우 또는 대체로 적극적으로 참여하겠다’라고 모든 학생이 답을 했다. 사실 학급내에 지적수준이 다르므로 일괄 수업진행으로 는 모든 학생들이 수업에 참여하기란 쉽지 않다. 그런 면에서 STEAM수업은 학생 들의 흥미를 유발하고 학생들의 적극적인 참여를 이끌어 낼 수 있는 것이다.

기존의 수업과 STEAM수업의 차이점에 대한 학생들의 반응은 여러 교과간 연계하 여 이루어지는 것과 학생 중심의 활동 그리고 학생 스스로 생각하고 학습이 이루 어 진다라고 응답한 학생들이 다수였다. 그러나 STEAM수업에도 어려운 점이 있는 데 학생들이 생각하고 답을 찾는 과정에서 예상했던 수업시간보다 더 소요된다는 것이다. 또한 친구들과 의견 충돌 등으로 갈등이 발생할 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위해서는 학생상호간의 존중과 배려 등의 인성을 키울 필요가 있다.

앞으로도 STEAM수업을 계속 받고 싶어 하는지에 대한 질문에서 학생의 81%가

‘매우 또는 대체로 그렇다’라고 답한 것으로 나타났는데 이것은 교과간의 유기 적인 연계를 통한 학생활동중심 수업으로 학생의 지적호기심을 증진시켜 학생들 의 적극적인 참여를 유도할 수 있기 때문이다.

다. STEAM 프로그램에 대한 분석

주제명: 빛, 너는 어디에서 왔니?

장점 ＊빛의 시작인 빅뱅의 원리를 알고 허블법칙으로 우주의 팽창과 빛의 선스펙트럼 으로 원소를 확인할 수 있음.

단점 ＊선스펙트럼의 종류와 발생원리에 대한 내용이 부족함.

보안점 ＊선스펙트럼의 종류와 발생원리에 대한 부분을 추가하여 구성함.

주제명: 빛, 너는 어디로 휘어지는 거니?

장점 ＊Laser point를 활용하여 빛의 진행경로를 확인하고 용액의 %농도에 따라 빛의 휘어지는 정도를 확인할 수 있음.

단점 ＊포도당으로 %농도를 달리하여 실험을 실시하였는데 다른 용질의 용액에 대한 빛의 휘어지는 정도를 알아보는 실험이 부족함.

보안점 ＊다양한 용질의 용액에 대한 빛의 굴절현상을 추가하여 구성함.

(12)

주제명: 식물을 재배하기 위한 적합한 식물공장 디자인하기

장점 ＊별의 색깔에 따른 온도의 관계를 확인하고 식물의 광합성에 영향을 미치는 환 경적인 요인을 확인할 수 있음.

단점 ＊식물의 광합성에 영향을 미치는 다양한 요인에 대한 내용이 부족함.

보안점 ＊식물생장을 위한 식물의 광합성에 영향을 미치는 다양한 요인에 대한 내용을 첨부하여 구성함.

주제명: 빛의 광전효과를 이용한 모형 태양광자동차 만들기

장점 ＊빛의 입자성을 이해하고, 빛의 광전효과를 이용하여 태양광발전의 원리를 알고 모형자동차를 제작함으로써 빛의 응용분야에 대해서 학습함.

단점 ＊빛의 이중성인 입자성과 파동성 중에서 빛의 입자성만 학습이 이루어짐.

보안점 ＊빛의 파동성에 대한 내용을 추가하여 구성함.

주제명: 나의 3D홀로그램 아바타 만들기

장점 ＊자신의 모습을 영상으로 촬영하고 영상을 편집하여 3D홀로그램으로 제작함으 로써 빛의 응용분야를 확인함.

단점 ＊영상편집에 필요한 MS파워포인트에 대한 학생들의 이해정도가 다르므로 많은 시간이 소요됨.

보안점 ＊3D홀로그램 영상을 제작하기 전 영상편집과 관련된 내용을 먼저 실습하여 본 수업에 들어감.

(13)

5. 결론 및 제언

빅뱅에서 3D까지의 빛의 근원과 이용에 대한 STEAM 프로그램을 개발하여 적용함 으로써 빛에 대한 흐름을 이해하고 일상생활에 적용되는 과정을 학습할 수 있다.

이렇게 개발된 수업방법은 기존의 주입식 수업방식에서 새로운 패러다임인 STEAM 프로그램을 적용함으로써 학생들의 적극적인 참여와 지적호기심을 증진시킬 수 있다. STEAM 프로그램에 대한 막연한 두려움과 거부감을 지닌 교사들에게 부담없 이 적용 가능한 프로그램을 제공함으로써 STEAM 프로그램의 확산하고 보급을 위 한 기반 조성할 수 있었다.

STEAM교사연구회에서 개발된 프로그램을 학교 교육 현장에 직접 적용하는 과정 을 통해 대부분 많은 차시를 할애하여 진행해야 하는 STEAM 프로그램의 효과적인 적용 방안 등을 모색할 수 있고 학생들의 창의력, 융합적 사고력, 문제해결력 등 은 키울 수 있으며 미래를 이끌어나갈 창의융합의 인재를 양성하는데, 많은 도움 이 될 것으로 기대된다.

아울러, 2015개정교육과정의 실제 수업 적용프로그램으로 활용할 수 있으며 교 과의 흥미와 관심을 증진시킬 수 있고 교과간의 연계성에 대한 부분도 이해할 수 있다.

(14)

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

빅뱅에서 3D까지, 빛의 세계에 대한 STEAM프로그램 개발

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1~3/14 [12화학Ⅰ 02-02]

양자수와 오비탈을 이용하여 원자의 현대적 모형을 설명할 수 있다.

[고2](지구과학1) (2) 원자의 세계

2 4~6/14 [12물리Ⅰ03-01] 파동의 속력 변화로 파동의 굴절을 다루고, 렌즈, 신 기루 등 다양한 현상을 설명하게 한다.

[고2](화학1) (1) 화학의 첫걸음

3 7~9/14 [12생과Ⅰ05-01]

생태계, 군집, 개체군 관계를 이해하고, 예를 들어 설명할 수 있다.

[고2](지구과학1) (3) 우주

4 10~14/14 [12정보01-01] 정보사회에서 정보과학의 지식과 기술이 활용되는 분 야를 탐색하고 영향력을 평가한다.

[고2](물리학1) (3) 파동과 정보통신

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 14차시)

차시 주요내용

1~3 /14

주제(단원)명 빛, 너는 어디에서 왔니?

Co 우리가 다양한 정보를 얻을 수 있는 빛은 어디에서 왔을까?

CD 간이 분광기 제작하기

ET 간이 분광기를 이용한 다양한 광원의 선 스펙트럼 관찰

4~6 /14

주제(단원)명 빛, 너는 어디로 휘어지는 거니??

Co 용액의 농도에 따라 굴절률은 어떻게 변할까?

CD 스넬의 법칙 이해

ET LASER POINT 를 활용하여 농도에 따른 용액의 굴절률을 찾아보기

7~9 /14

주제(단원)명 식물을 재배하기 위한 적합한 식물공장 디자인하기

Co 태양으로부터 오는 빛이 달라진다면 지구에서 살 수 있을까?

CD 식물의 광합성에 영향을 미치는 요인

ET 식물을 재배하기 위한 적합한 식물공장을 디자인하기

10~11 /14

주제(단원)명 빛의 광전효과를 이용한 모형 태양광자동차 만들기

Co 태양광자동차는 어떤 원리로 움직이는 것일까?

CD 빛의 입자성인 광전효과 이해

ET 나만의 모형 태양광자동차를 만들기.

12~14 /14

주제(단원)명 나의 3D 홀로그램 아바타 만들기

Co 3D 홀로그램이 어떻게 만들 수 있을까?

CD 휴대폰카메라를 활용한 영상 촬영 및 MS 파워포인트를 이용한 영상편집 이해

ET 나의 3D 홀로그램 아바타 만들기

(15)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 화학Ⅰ 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교 2 학년]Ⅱ. 원자의 세계 중심과목 성취기준

[12화학Ⅰ 02-02]

양자수와 오비탈을 이용하여 원자의 현대적 모형을 설명할 수 있다.

주제(단원)명 보어의 원자모형 차시 1~3/14

학습목표

1. 허블법칙을 설명할 수 있다.

2. 주어진 재료를 활용하여 간이 분광기를 제작할 수 있다.

3. 제작한 간이 분광기를 활용하여 형광등과 백열등의 선 스펙트럼을 관찰한다.

연계과목 지구과학, 미술 연계과목

성취기준 영역

[12 지과Ⅰ06-02]

우주 배경 복사, 우주 망원경 관측 등의 최신 관측 자료를 바탕으로 급팽창 우주와 가속 팽창 우주를 포함하는 빅뱅(대폭발) 우주론 을 설명할 수 있다.

STEAM 요소

S 보어의 원자모형, 허블 법칙 T

E A

M 비례식의 이용

개발 의도 간이 분광기의 원리를 활용하여 직접 분광계를 제작하고 이를 활용하여 다양한 광원의 선 스펙트럼을 관찰한다.

※허블 법칙을 통해 우주 공간 속에서의 빛의 특징을 학습함으로서 빛에 대한 호기심을 자극시키고 빛 의 성질을 활용하여 보어의 원자모형을 설명할 수 있도록 한다. 또한, 주어진 재료를 활용하여 직접 간이 분광기를 제작하고 이를 이용하여 우리 주변의 다양한 광원의 선 스펙트럼을 간이 분광기를 이용하여 관찰한다. 수소 원자에서의 에너지 준위를 컴퓨터 프로그램을 활용하여 계산함으로서 컴퓨 터 활용 능력을 배양한다. 아울러 수소 기체의 선 스펙트럼 결과를 와 파장 범위, 이온화 에너지 와 관련지어 발표함으로서 과학적 탐구 능력을 신장한다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

허블 법칙의 내용과 이를 통해 알 수 있는 빛의 성질에는 무엇이 있을까?

창 의 적 설 계

창의적 설계

제작한 간이 분광기를 활용하여 다양한 광 원의 선 스펙트럼을 관찰하고 수소 원자 의 선 스펙트럼을 이해한다.

감 성 적 체 험 보어의 원자모형

(16)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (1 차시)

Co 빛은 어떻게 탄생하였을까?

- 우주의 과거는 빛을 통해 알 수 있으며, 그 기원은 무엇일까?

ET 그림을 통하여 내가 생각하는 빛의 기원을 표현하여 보기

Co 풍선에 그려진 그림, 혹은 선은 풍선이 부풀면 어떻게 변화할까?

- 풍선에 그림 혹은 선을 그리고 풍선을 부풀려 본다.

- 풍선의 그림과 선의 변화에 대하여 관찰하기

CD 풍선의 그림과 선의 변화는 빛의 어떤 특징일까?

- 풍선의 그림과 선의 변화를 통해 빛의 무엇의 변화인지 알기 - 빛의 변화를 통해 알 수 있는 물리량은 무엇인지 알아보기 - 빛의 변화와 물리량의 관계성 찾아내기

학생활동지 색연필

풍선

전개 (2 차시)

Co 빛은 어떤 종류의 광선으로 이루어져 있을까?

CD 주어진 재료를 활용하여 간이 분광기를 제작한다.

ET ① 간이 분광기를 활용하여 형광등과 백열등의 선 스펙트럼을 관찰한다.

② 수소 기체의 방전 실험을 진행하고 수소 기체의 선 스펙트럼을 관찰한다.

학습지 공 CD

칼 종이상자

정리 (3 차시)

ET ① 엑셀 프로그램을 이용하여 양자수()에 따른 수소 원자의 에너지 준위를 계산한다.

② 엑셀 프로그램을 이용하여 발머 계열의 각 선 스펙트럼이 어느 에너지 준 위에서 이동할 때 방출되는지, 광자 1 개의 에너지는 얼마인지 구한다.

학습지 컴퓨터

(17)

중심과목 물리학Ⅰ 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년 중심과목

성취기준 영역

[고등학교 2 학년] Ⅲ. 파동과 정보통신 중심과목 성취기준

12물리Ⅰ03-01]

파동의 속력 변화로 파동의 굴절을 다 루고, 렌즈, 신기루 등 다양한 현상을 설명하게 한다.

주제(단원)명 빛, 너는 어디로 휘어지는 거니?? 차시 4~6/14

학습목표

1. 여러 종류의 용액의 %농도를 만들 수 있다. 2. 레이저 포인터를 활용하여 물의 굴절률을 측정한다.

3. 용액의 농도에 따라 빛의 굴절하는 정도를 이해할 수 있다.

연계과목 화학, 수학 연계과목

[12화학Ⅰ01-05]

용액의 농도를 몰 농도로 표현할 수 있다.

[12실수01-01-00]

다양한 현상에서 규칙을 찾고, 이를 식으로 나타낼 수 있다.

STEAM 요소

S 스넬의 법칙, 용액의 %농도 T

E A

M 삼각함수의 이용

개발 의도 레이저포인트를 활용하여 물의 굴절률을 측정하고 용액의 농도에 따른 굴절률의 변화를 창의적으로 설계하여 빛의 진행경로를 이해하는 과학적 탐구능력을 배양하고자 한다.

※포도당의 농도를 변화시켜 빛의 진행경로를 확인하는 실험을 설계한다. 보통 물의 굴절률을 측정하 는데에서 머무러지 않고 용액의 농도에 따라 굴절률의 변화를 알아보는 창의적인 실험을 수행하게 됨으로써 과학적 탐구능력과 창의적 실험설계 능력을 향상시키는데 있다.

상황 제시

상 황 제 시

용액의 농도가 변하면 굴절률도 변할까?

창 의 적 설 계

LASER POINT 를 활용하여 농도에 따른 물질의 굴절률을 찾아보고 굴절률의 변화를 이해한다.

감 성 적 체 험 스넬의 법칙 이해

(18)

학습

및 유의점

도입 (4 차시)

Co 빛은 어떻게 굴절하는 것일까?

ET 일상생활에서 일어나는 빛의 굴절현상을 찾아본다.

Co 용액의 %농도를 어떻게 하면 변화시킬 수 있을까?

CD 용액의 %농도를 변화시키기 위한 용매의 양을 변화시키는 방법을 창의적인 방법으로 설계한다.

ET 여러 가지 %농도가 다른 용액을 만들어 본다.

동영상 https://ww w.youtube.

com/watch

?v=g7Wa3 EKEkm8&li st=PL1xtLm grpJaF2aAL gcytHcKp9 d62loO4e

전개 (5 차시)

Co 우리가 사용하는 물의 굴절률은 얼마일까?

CD 물의 굴절률을 측정하기 위한 창의적인 실험을 설계한다.

ET 레이저포인터를 활용하여 물의 굴절률을 측정한다.

Co %농도에 따른 용액의 굴절률은 어떻게 될까?

CD %농도가 다른 여러 가지 용액은 굴절률이 어떻게 변하는지 창의적이고 과학 학적인 방법으로 실험을 설계한다.

ET 레이저포인터를 활용하여 %농도에 따라 용액의 굴절률을 측정하고 그 결과 를 표와 그래프로 작성한다.

com/watch

?v=ZCRv4ti ZC4M

정리 (6 차시)

ET %농도에 따른 용액의 굴절률의 결과를 바탕으로 용액의 %농도와 굴절률의 관계를 팀원들과 토의 및 토론을 통하여 과학적 결론을 도출한다.

ET 일상생활에서 %농도에 따른 굴절하는 현상을 찾아서 보고서로 작성하여 제출 한다.

(19)

중심과목 생명과학Ⅰ 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년 중심과목

[고등학교] Ⅴ. 생태계와 상호작용 ^중심과목_성취기준

[12생과Ⅰ05-01]

생태계, 군집, 개체군 관계를 이해하고, 예 를 들어 설명할 수 있다.

주제(단원)명 식물 공장 디자인하기 차시 7~9/14

학습목표

1. 별의 온도에 따른 생명가능지대의 변화를 설명할 수 있다.

2. 식물공장의 특징을 설명할 수 있다.

3. 식물을 재배하기에 적합한 식물공장을 디자인 할 수 있다.

연계과목 지구과학 연계과목

[12지과Ⅰ05-06]

외계 생명체가 존재할 가능성이 있는 행성의 일반적인 조건을 파악할 수 있으며 탐사의 의 의를 토의할 수 있다.

STEAM 요소

S 온도에 따른 생명가능 지대 변화, 광합성에 영향을 미치는 요인 T 식물의 생산성 향상을 위한 자동화 시스템

E

A 식물 공장 외관 디자인 M

개발 의도 비생물적 환경 요인이 생물에 미치는 영향을 설명하고, 식물 생장의 필요조건을 갖춘 차세 대 농업 시스템의 식물 공장을 창의적으로 디자인하여 융합적 사고 능력을 배양하고자 한다.

※ 친숙한 불의 색과 온도를 시작으로 별의 온도와 색의 변화를 이해하고 그로 인한 생명이 살 수 있 는 조건을 이해하고 이를 표현하는 것을 통해 생물과 환경요인이 미치는 영향에 대한 호기심을 자 극하여 학습동기를 유발한다.

※식물의 광합성에 미치는 비생물적 환경 요인을 이해하고 극지에서도 식물을 섭취할 수 있도록 식물 을 생산하는 공장을 설계하는 활동을 수행한다. 식물 생장의 필요조건을 갖춘 식물 공장을 창의적으 로 설계하는 활동을 통해 과학의 유용성을 인식하고 일상생활의 문제를 과학적으로 탐구하는 능력 을 기르고자 한다.

상황 제시

상 황 제 시

별의 온도에 따른 생 명가능지대의 변화

남 극 세 종 기 지 대 원 의 식생활을 알아보고 그 문제점은 무엇일까?

창 의 적 설 계

식물 생장의 필요조건 이해하고 식물 공장 외관 ,내부 시설 디자 인한다.

감 성 적 체 험 식물의 광합성에 미치는 비생물

적 환경요인 이해

(20)

학습

및 유의점

도입 (7 차시)

Co 불의 온도가 달라지면 불꽃의 색은 어떻게 달라질까?

CD 별의 온도와 색은 어떻게 바뀌게 될지를 찾아보고 생명이 사는데 필요한 것 들을 찾아본다.

ET 별의 온도의 상승에 따른 생명가능지대와 생명들의 변화를 그림으로 표현하 여 본다.

- 온도가 상승함에 따라 달라지는 생명가능지대 표현하기

- 생명가능지대가 바뀌고 그에 따른 생명체의 변화를 상상하여 표현하기

학생활동지 색연필, 싸 인펜,

전개 (8 차시)

Co 남극세종기지대원의 식생활을 알아보고 그 문제점은 무엇일까?

ET 생태계 구성 요소 간의 관계를 이해하고 식물의 광합성에 영향을 미치는 요 인을 찾아본다.

Co 식물공장이란?

CD 식물공장 창의적으로 디자인 한다.

- 식물 공장 외관 디자인하기 - 식물공장 내부 시설 디자인하기

ET 식물 성장의 필요조건 생각하기

CD 각 조별 식물공장의 장단점 파악하기

ET 각 조원들이 디자인한 식물공장의 보완점을 찾아 활동지에 작성한다.

Tip! 동영상 https://ww w.youtube.

com/watch

?v=im87tiq rr8o

https://ww w.youtube.

com/watch

?v=gAXRw GSbkAk&lis t=PLQ1InK AqlY1mMP 1mRjYBzId Pg1IavjBHy 실제 남극 식 물 공 장 사진과 기 업 사례 동 영상을 제 공

정리 (9 차시)

CD 실제 사례와 학생작품을 비교하고 학생들이 디자인한 식물공장의 보완점을 찾도록 한다.

ET 식물공장 디자인하기 활동을 통해 느낀 바를 발표한다.

https:// w ww.youtub e.com/wat ch?v=gAX RwGSbkAk

&list=PLQ1 I n K A q l Y 1 mMP1 mRj YBzIdPg1I avjBHy

(21)

중심과목 물리학Ⅰ 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년 중심과목

[고등학교 2 학년] Ⅲ. 파동과 정보통신 중심과목 성취기준

[12물리Ⅰ03-05]

빛의 이중성을 알고, 영상정보가 기록 되는 원리를 설명할 수 있다.

주제(단원)명 빛의 광전효과를 이용한

모형 태양광자동차 만들기 차시 10~11/14

학습목표 1. 빛의 입자성인 광전효과의 원리를 이해하고 설명할 수 있다.

2. 모형 태양광자동차를 디자인하고 설계하여 제작할 수 있다.

연계과목 기술, 공학, 미술 연계과목

[12드03-02]

자신의 목적과 의도에 따라 대상과 심상을 재해석하거나 추상적으로 표현할 수 있다.

STEAM 요소

S 광전효과 T

E 자동차 공학 A 자동차디자인 M

개발 의도

빛의 이중성에서 빛의 입자성인 광전효과를 이해하고, 광전효과로 생성된 전기에너지를 이용하여 모형자동차를 구동할 수 있도록 창의적으로 설계하고 제작한다. 그 과정에서 모둠별 의사소통 능력과 과학적 탐구력 및 과학적 상상력을 배양하는데 있다.

※태양광자동차는 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 움직이는 장치이다. 이렇게 빛에너지를 전기에너 지를 변환하기 위해서는 빛의 입자성에 해당하는 광전효과를 이용하여 생산할 수 있는 것이다. 빛의 광전효과를 이용하여 달릴 수 있는 태양광자동차를 창의적으로 설계하고 제작하여 모형 태양광자동 차 경주를 실시한다.

상황 제시

상 황 제 시

태양광자동차는 어떤 원리로 움직이는 것일까?

창 의 적 설 계

빛의 광전효과를 활용하여 달릴 수 있는 나만의 태양광자동차를 제작한다.

감 성 적 체 험 빛의 광전효과 이해

(22)

학습

및 유의점

도입 (20 분)

Co 거꾸로 수업 과제 확인-빛의 이중성이 무엇일까?

Co 빛에너지를 전기에너지로 변환하기 위해서 어떤 과정이 필요할까?

ET 유튜브 영상에서 빛의 입자성에 대한 내용을 확인하고 광전효과의 원리를 이해한다.

com/watch

?v=y-rcnX2 QN0o

전개 (60 분)

Co 모형 태양광 자동차는 어떤 과정을 통해서 움직이는 것일까?

CD 모형 태양광자동차를 제작하기 위해 창의적으로 디자인하고 과학적 설계한다.

ET 모형 태양광자동차 만들기

제작과정에 서 안전하 게 작업할 수 있도록 지도한다.

정리 (20 분)

ET 직접 제작한 모형 태양광자동차로 자동차경주를 실시한다. 빛의 각도에 따라 모형 태양광자동차의 움직임의 정도를 확인할 수 있다.

Tip! 모형 태양광 자동차가 잘 움직일 수 있도록 햇빛이 강한 정오시간을 이용한 다.

완 성 품 을 시 연 하 고 격려한다.

(23)

중심과목 정보 학교급/학년(군) 고등학교/2 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교 2 학년] Ⅰ 정보와 문화 중심과목 성취기준

[12정보01-01]

정보사회에서 정보과학의 지식과 기술 이 활용되는 분야를 탐색하고 영향력 을 평가한다.

주제(단원)명 나의 3D 홀로그램 아바타 만들기 차시 12~14/14

학습목표 1. 3D 홀로그램의 기본원리에 대해서 설명할 수 있다.

2. 영상편집 기술에 대해서 이해할 수 있다.

연계과목 물리, 예술 연계과목

[12물리Ⅰ03-04]

파동의 간섭이 활용되는 예를 찾아 설 명할 수 있다.

[12영이01-03]

산업적 측면과 대중 예술적 측면에서 영화가 가지는 의미와 특성을 이해한 다.

STEAM 요소

S 빛의 간섭현상 T 3D 홀로그램 E

A 산업적 측면의 영화 M

개발 의도

자신을 소개할 수 있는 나의 3D 홀로그램 아바타를 만들기 위한 동영상을 제작과정에서 창의적 아이디어와 상상력을 배양하는데 도움될 뿐만 아니라 영상편집 기술을 익힘으로써 미래 유사한 진로로 진출할 때 커다란 자신감을 키울 수 있다.

※빛의 간섭 현상을 이용하여 입체 정보를 기록하고 재생하는 기술인 홀로그램을 이해하고, 나의 3D 홀로그램 아바타를 만들기 위해서 휴대폰카메라를 활용하여 자신의 모습을 창의적으로 설정하여 촬 영한다. 자신의 모습을 촬영한 영상을 MS 파워포인트를 이용하여 4 면의 영상으로 편집하고, 이 편집 한 영상을 휴대폰에 저장한 후 휴대폰 위에 홀로그램거치대를 활용하여 3D 홀로그램을 재생함으로 써 창의적 아이디어와 상상력 그리고 학생의 자신감을 향상 시킬 수 있다.

상황 제시

상 황 제 시

3D 홀로그램을 어떻게 만들 수 있을까?

창 의 적 설 계

나의 3D 홀로그램 아바타 만들기

감 성 적 체 험 휴대폰카메라를 활용한 영상촬영

및 MS 파워포인트를 이용한 영상편집 이해

(24)

학습

및 유의점

도입 (12 차시)

Co 3D 홀로그램은 어떤 원리로 재생되는 것일까?

ET 3D 홀로그램의 원리에 대한 내용을 영상을 통해 이해하고 무아래무늬를 만 들어본다.

com/watch

?v=KMq4p XfHEng https://ww w.youtube.

com/watch

?v=nyPLM5 Yhrrg

전개 (13 차시)

Co 나만의 아바타는 어떤 과정으로 만들 수 있을까?

CD 휴대폰카메라를 이용하여 자신의 어떤 모습을 촬영할 것인지를 창의적으로 설계한다.

CD 자신의 모습을 촬영한 영상을 MS 파워포인트를 활용하여 4 면의 영상으로 편집하여 설계한다.

com/watch

?v=OEZxEK F3B08

정리 (14 차시)

ET 휴대폰 위에 홀로그램 거치대를 올려놓고 3D 홀로그램 영상을 재생하여 자 신의 아바타를 확인하고 3D 홀로그램의 발전 가능성에 대해서 보고서를 작 하여 제출한다.

com/watch

?v=OGhN4 s8cF9w

(25)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~3/14

[1]차시

^모둠(명)

이 름

1. 다양한 정보를 주는 빛은 어디에서 왔을까?

무엇을 알아볼까 빛의 탄생과 우주의 정보를 주는 빛의 특징

어떻게 할까 빛의 기원에 대해 생각하여 보고 다양한 우주의 정보를 주는 빛의 특징에 대하여 알아보자.

빛의 탄생 생각하여 보기.

0

태초의 빛은 어떻게 탄생하였고 어디서 왔을까? 본인의 생각을 자유롭게 표현하여 보자.

2. 먼 은하에서 오는 빛은 어떤 특징을 가질까?

무엇을 알아볼까 공간 팽창에 따른 빛의 특징

어떻게 할까 공간의 팽창에 따른 변화를 알고, 그 변화를 통해 알 수 있는 사실은 무엇 인지 찾아보자.

1 풍선에 본인들만의 표시를 여러 개 그리고 2지점을 택하여 그 사이에 존재하는 빛을 표현하여 보자.

2 풍선을 부풀려 본 뒤 변화를 관찰하고, 표현한 빛은 어떻게 변화하였는가?

(26)

3 이러한 변화는 현실에서 어떤 변화들에 해당될까?

3. 팽창하는 공간 속 빛의 특징으로부터 알 수 있는 것

1 [탐구2]에서 알게 된 특징들 중 빛의 길이(파장)과 관련하여 알 수 있는 물리적 표현 은?

2 실제 관측한 자료들을 통해 위1번의 물리적 표현을 구해보자.

빛의 특징과 물리적 표현에 대하여 먼저 비례식을 만들어 보자.

주어진 자료를 이용하여 물리적 표현을 계산하고 표로 정리하여 보자.

어떠한 관계성이 보이는가? 보인다면 어떠한 관계성이 있는지 이야기하여 보자.

(27)

[2~3]차시

^{학 번} ^모둠

이 름

보어 원자 모형에서 전자의 에너지 준위에 대해 알아보자

무엇을 알아볼까 전자의 에너지 준위

어떻게 할까 간이 분광기를 제작하고 여러 광원의 선 스펙트럼을 관찰한다.

원리 이해하기 0

원자, 이온 또는 분자가 높은 에너지 상태에서 특정한 파장의 빛(광자)를 방출하는 원리는 아래 와 같다.

기체 방전(gas discharge)은 아주 낮은 압력의 기체 원자 또는 분자가 들어 있는 유리관에 높은 직류 전압을 걸어주어 (-)극에서 큰 에너지를 가진 전자가 튀어나와 기체 원자 또는 분자와 충돌하며 에너지를 전달한다. 그러면 높은 에너지 상태의 분자는 원자로 해리되거나 이온화 되고, 다시 낮은 에너지 상태로 되면서 독특한 색의 빛(광자)을 방출하는 현상을 말한다.

기체 방전의 색깔로 원소의 종류를 확인할 수 있지만, 비슷한 색깔의 경우는 분광기(spectroscope)를 이용하여 관찰하면, 몇 개의 밝은 선이 특정 파장들에 나타나는데 이 것을 선 스펙트럼(line spectrum)이라고 한다. 이러한 선 스펙트럼은 서로 다른 에너지 준위(energy level)를 이동하는 전자의 전이(transition)에 의해 방출되는 광자(photon)에 의해 나타난다. 특히, 전자가 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 전이할 때 관찰되는 선 스펙트럼을 방출 스펙트럼(emission spectrum)이라고 한다.

수소의 선 스펙트럼 (출처: Rice University, openstax cnx)

(28)

간이 분광기 제작 및 선 스펙트럼 관찰 1

아래 순서에 따라 간이 분광기를 만들고 선 스펙트럼을 관찰해 봅시다.

1) 칼로 흠집을 내고 테이프로 표면을 뜯어낸다.

2) 주어진 전개도를 자신이 원하는 대로 꾸민다.

3) 전개도를 접어 한쪽에는 슬릿구멍을 뚫고, 다른 한쪽에는 관찰구멍을 뚫는다.

4) 관찰구멍에 CD의 투명한 부분을 붙인다.

5) 곽을 접어 간이 분광기를 완성한다.

6) 수소 기체 방전관과 전원 장치를 연결한다.

7) 기체 방전관에서 충분히 밝은 빛이 방출되면 분광기를 이용하여 선 스펙트럼을 관찰한다. 이때 분광기의 슬릿은 가능한 가는 상태로 만들어 관찰한다.

2 수소 원자의 에너지 준위 계산

수소 기체 방전 실험에서 관찰한 발머 계열의 선 스펙트럼 데이터를 이용하여 수소 원자의 에너지 준위를 계산해보자

다음 식에   에서   까지 대입하여 수소 원자의 몰당 에너지 준위(_)를 kJ·mol^-1 단 위로 계산하여 기록한다. 그리고 몰당 에너지 준위 값을 아보가드로수(_ = 6.022×10²³ 개·mol⁻¹)로 나누어 전자 1개당 에너지 준위()를 J·electron^-1 단위로 계산하여 기록한다.

이 때 전자 1개당 에너지(J·electron^-1)는 소숫점 아래 둘째 자리까지 나타낸다.

__{  }

^

 kJ·mol^-1,

 

1, 2, 3, …,∞,



_(J·electron^-1) = 

 × ^electronmol

_kJmol × ^J

 1, 2, 3, …,∞

양자수(



)



_(kJ·mol^-1)



_(J·electron^-1) 1 2 3 4 5 6

∞

(29)

3 수소 기체의 선 스펙트럼 결과 설명하기

실험 결과를 토대로 하여 모둠원들과 의견을 모아 아래 물음에 답해보세요.

1) 수소 기체는 분자 형태로 존재하는데 수소 기체 방전관(gas discharge tube)으로 어떻게 원자의 선 스펙트럼을 관찰할 수 있는지 설명하시오

2) 수소 원자의 전자는 상온에서 가장 낮은 에너지 준위(바닥 상태)에 존재한다. 이 전자가 핵으로부터 무한히 멀리 떨어지게 되면 수소 원자는 이온화되어 H⁺으로 된다.

바닥상태의 수소 원자가 이온화될 때 수소 원자에 가해 주어야 하는 에너지는 몇 kJ·mol^-1인가 구하시오

(30)

차시 4~6/14

[4]차시

^{학 번} ^모둠

이 름

특정 농도의 용액 만들기

무엇을 알아볼까 용액의 농도

어떻게 할까 농도의 종류에 대해 알아보고 특정 농도의 용액을 직접 만들어보자

농도의 종류 알아보기 0

농도의 종류와 성질을 마인드맵 형식으로 정리해 봅시다

1 특정 농도의 용액을 만들기 위한 준비물

용액을 제조하기 위한 모든 실험 도구와 시약을 기록해 봅시다.

2 특정 농도의 용액 제조 과정

용액을 만드는 과정을 순서대로 기록해 봅시다.(단, 3개의 서로 다른 농도의 용액을 만들 것)

3 용액 제조하기

2에서 제시한 순서대로 용액을 직접 만들어 봅시다.

농도(%) 용매 질량(g) 용질 질량(g)

(31)

[5~6]차시

^모둠(명)

이 름

1. LASER POINT를 활용하여 물의 굴절률을 찾을 수 있을까?

무엇을 알아볼까 물의 굴절률

어떻게 할까 스넬의 법칙을 이해하고, LASER POINT를 활용하여 물의 굴절률을 찾아내 자.

탐구과정 0

(그림1)

15 45

75

(그림2)

(1) 그림1과 같이 각도테이블을 바닥에 스카치테이프로 붙인 후 중앙에 반원형 물통을 놓 고, 그 안에 물을 흘러넘치지 않을 정도로 비커를 이용하여 채운다.

(2) 수직선(법선)에 대한 각도가 15도, 30도, 45도, 60도, 75도가 되게 선을 그린다.(그림 -2)

(3) 이 선을 따라 레이저를 비춰 굴절각을 측정하여 굴절률을 구한다.

(4) 입사각에 따른 굴절률을 그래프로 그린다.

입사각(i) 굴절각(r) sini sinr sini/sinr(굴절률) 15

조별기록지에 기록하기 30

45 60 75

굴절률 평균값 ^입사각

sini sinr

0 90

1

<표> <그래프>

(32)

1 탐구결과

1. 각도에 따른 굴절률

입사각(i) 굴절각(r) sin i sin r sini/sinr(굴절률) 15

30 45 60 75

굴절률 평균값

☞sin(i), sin(r), sini/sinr(굴절률)은 소수 둘째자리에서 반올림하여 소수 첫째자리까지 구한다.

2. 각도에 따른 굴절률 그래프

가장 적당한 값이라고 판단되는 값은 얼마인가?

sin

sin

0 15 30 45 60 75

3. 굴절률을 이용한 40°일 때( ^sin40°_n = sinr ⇒ r= ( ) 측정을 통한 40°일 때 굴절각 ⇒ r'= ( )

4. 측정값과 계산값의 차이발생원인은 무엇인지 적어보세요.

n=

(33)

2. LASER POINT를 활용하여 농도가 다른 물질의 굴절률을 찾을 수 있을까?

무엇을 알아볼까 농도가 다른 물질의 굴절률

어떻게 할까 스넬의 법칙을 이해하고, LASER POINT를 활용하여 농도가 다른 물질의 굴절률을 찾아내자.

1 [ ]%의 포도당 수용액의 굴절률을 찾아보자

☞각도에 따른 굴절률

30 45 60 75

굴절률 평균값 n=

☞sin(i), sin(r), sini/sinr(굴절률)은 소수 둘째자리에서 반올림하여 소수 첫째자리까지 구한다.

☞

각도에 따른 굴절률

30 45 60 75

(34)

☞

각도에 따른 굴절률

30 45 60 75

4 포도당의 농도와 굴절률과의 관계는 어떻게 될까? 그 이유는?

(35)

탐구활동지 첨부

각도 테이블(www.pasco.com)

(36)

차시 7~9/14

[7]차시

^모둠(명)

[개별활동] 이 름

1. 불의 온도가 높아지면 달라지는 것은?

무엇을 알아볼까 불의 온도와 색

어떻게 할까 불의 온도가 달라지면 색이 어떻게 달라지는지 알아보자.

불의 온도에 따른 색의 변화 0

불의 온도에 따라 색은 어떻게 변화할까? 그 이유를 적어보자.

1500℃

950℃ 1300℃

700℃

☞ 그 이유는?

(37)

2. 태양의 온도에 따라 생명은 어떻게 될까?

무엇을 알아볼까 별의 온도와 색, 생명가능지대

어떻게 할까 별의 온도에 따른 색의 변화와 온도가 변함에 따라 생명가능지대는 어떻게 바뀌게 될지 알아보자.

1 태양의 온도가 바뀜에 따라 태양의 색은 어떻게 변화할까?

6000℃ 10000℃ 25000℃ 50000℃

2 태양의 온도가 상승함에 따라 생명이 살 수 있는 구역은 어떻게 변화 할까?

3 온도가 상승함에 따라 변화한 생명가능지대에 사는 생물은 어떤 특징이 있을까?

(38)

[8]차시

^모둠(명)

이 름

최적의 식물공장 창의적으로 디자인하기

무엇을 알아볼까 식물공장

어떻게 할까 남극세종기지의 식생활의 현실을 이해하고, 모둠별 식물공장을 통해 최적의 식물공장을 찾아내자.

극지에서의 식생활 엿보기 0

다음 상황에서 식생활의 문제점을 생각해봅시다.

남극세종기지, 미래를 여는 도전자들

1 식물 성장 조건 생각하기

1. 식물이 살아가기 위해 필요한 조건을 생각해보자.

2 식물공장이란?

(39)

3 모둠별 식물공장 & 실제 식물공장

- 모둠별로 공장의 특징을 간단히 아래 그림의 동그라미 안과 주위에 적어보세요.

- 식물공장의 공통점을 가운데 원에 적어보세요.

우리 반 식물공장의 특징

실제 운영 중인 식물공장의 특징

(40)

4 식물공장에 꼭 있어야 할 시설은?

1)

2)

3)

형성평가

문제 1 극지에서 식물공장이 필요한 이유와 도시에서 식물공장이 필요한 이유를 비교하 여 생각해보고, 식물공장의 장점에 대해 설명하여라.

문제 2 모둠별 식물공장의 디자인의 공통점은 무엇인지 설명하여라.

(41)

[9]차시

^모둠(명)

이 름

1 식물 공장 외관 디자인하기

1. 공장 외관은 어떤 모습이 좋을까? 왜 그렇게 선정했나요?

2 식물 공장 내부 시설 디자인하기

1. 식물공장에 필요한 시설은 무엇일까? 그 이유는?

2. 1번의 시설을 포함시켜, 식물공장 내부를 디자인해보자.

3. 영상을 시청한 후 보완해야 할 점을 적어보자.

이 외관의 특징은

왜냐하면

(42)

차시 10~14/14

[10~11]차시

^모둠(명)

이 름

1. 눈에 보이는 빛은 입자의 성질이 있을까?

무엇을 알아볼까 빛의 입자성

어떻게 할까 빛의 이중성을 이해하고, 빛의 광전효과를 이용하여 빛의 입자성을 찾아내 자.

빛의 입자성(광전효과) 알아보기 0

광전효과는 금속 등의 물질에 특정 진동수(문특진동수) 이상의 빛을 비추었을 때, 금속의 표면에서 전자(광전자)가 튀어 나오는 현상이다. 아래 그림에서 빛의 진동수에 따라 광전자의 움직임을 그림으로 작성하고 이유를 적어 보 세요.(금속의 문특진동수는 2_임)

진동수_인 빛

☞그 이유를 적어 보자.

(43)

진동수가3_인 빛

☞이유를 적어 보자.

2. 빛을 이용한 모형태양광자동차 만들기

무엇을 알아볼까 광전효과에 의한 전기에너지

어떻게 할까 광전효과를 이해하고, 광전효과에 의한 전기에너지를 활용하여 모형태양광 자동차 경주를 해 보자.

1 태양광 자동차의 모형을 창의적으로 디자인하여 설계하세요.

(44)

2 모형 태양광자동차의 구조적 특징과 기능적 특징을 설명해 보자.

3 모형 태양광자동차 경주에서 잘 달리기 위한 나만의 전술방법을 적어보세요.

4 실제 제작한 태양광자동차의 모습을 촬영하여 사진을 찍어서 붙어보자.

(45)

[12~13]차시

^모둠(명)

이 름

1. 3D 홀로그램으로 나만의 아바타를 만들 수 있을까?

무엇을 알아볼까 3D 홀로그램

어떻게 할까 3D 홀로그램을 이해하고, 3D 홀로그램으로 나만의 아바타를 만들어 보자.

3D 홀로그램 알아보기 0

홀로그램은 두 개의 레이저광이 서로 만나 일으키는 빛의 간섭 현상을 이용하여 입체 정보를 기록하고 재생하는 기술로써 촬영한 영상이나 사진을 말한다. 이런 간섭현상을 활용하여 일정한 간격의 줄무 니의 두 쌍이 서로 겹쳐지게 되면 새로운 무늬인 무아레 무늬로 나타낼 수 있다. 아래의 빈칸에 원 통으로 보이는 무아레 무늬를 눈으로 직접 관찰하고 간단히 그림으로 작성하세요.

탐구 과정

1) PVC 파이프에 풀칠한 후 일정한 무늬가 있는 A4 용지를 감싼다.

2) 종이를 감싼 PVC 관에 일정한 무늬가 복사된 OHP 필름을 감싸고 고무 밴드로 고정시킨다.

3) OHP 필름을 조금씩 움직이면서 무늬의 변화 과정을 살펴본다.

어떤 모양의 무아레 무늬가

보일까요?

1 나의 아바타가 자신을 소개할 내용을 간단히 기록해 보세요.

2 나의 모습을 어떻게 하면 3D 홀로그램 아바타로 만들 수 있는지 설명해 보자.

(46)

[14]차시

^모둠(명)

이 름

2. 3D 홀로그램을 재생하기 위해서 무엇이 필요할까?

무엇을 알아볼까 3D 홀로그램 거치대

어떻게 할까 3D 홀로그램 거치대를 활용하여 나만의 3D 홀로그램 아바타를 재생 해 보 자.

1 3D 홀로그램 거치대를 창의적으로 디자인하여 설계하세요.

2 3D 홀로그램으로 나타난 나만의 아바타의 모습에 대하여 간략하게 설명하세요.

3 3D 홀로그램을 활용 가능한 산업분야에는 어떤 곳이 있을까? 그 이유는?

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5. 교사자료

차시 1~3/14

1. 적색편이(도플러-피조 효과)

천체가 내는 빛의 파장이 원래의 파장보다 늘어나 보이는 현상으로 물체의 스펙트럼이 붉은색 쪽으로 치우친다는 의미에서 적색편이라고 한다.

2. 도플러 효과에 의한 적색편이

-천체가 관측자로부터 멀어지면서 파장이 길어지는 도플러 효과에 의해서 파장에서 빛의 중심이 긴 쪽인 붉은 쪽으로 이동하는 효과를 도플러 효과에 의한 적색편이라고 한다

-파장의 성질을 갖고 있는 빛이 소리에 의한 도플러 효과와 같은 모습을 보인다.

또한 이 효과는 지구의 공전의 증거가 되기도 한다.

3. 우주론적 적색편이

-빛이 전파되고 있는 공간 자체가 팽창하여 파장이 늘어나는 현상을 우주론적 적색편이라고 한다.

-관측자와 광원 사이의 상대적인 움직임 때문에 생기는 것이 아니기 때문에 도플러 효과에 의한 적색편이와는 구분이 된다. 또한 공간의 팽창 속도는 관측자와 광원의 거리가 멀수록 커지므로 지구로부터 먼 은하일수록 우주론적 적색편이 현상이 더 일어난다. 허블의 발견은 우주론적 적색편이에 의한 것이다.

4. 에너지의 양자화 (1) 전자의 궤도

① 전자는 원자핵 주위의 특정한 에너지를 가진 궤도에만 돌고 있다.

② 전자가 돌 수 있는 궤도와 가질 수 있는 에너지는 양자수(n=1, 2, 3, ……)에 따라 결정되며, 불연속적(띄엄띄엄)이 다. → 에너지가 양자화 되었다.

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▲원자 내의 전자 궤도

③ 전자의 전이 : 바닥 상태

에너지 방출 에너지 흡수



  들뜬 상태

▲에너지의 흡수 ▲에너지의 방출

④ 수소 원자의 전자 궤도 에너지 분포 :

전 자껍질은 원자핵으로부터 K, L, M 등의 기호와 n=1, 2, 3 등의 숫자로 나타내며 핵에서 멀어질수록 에너지 준위 증가하며 각 전자껍질의 에너지 준위는 다음과 같다.

__{  }

^

 kJ·mol^-1,

 

1, 2, 3, …,∞,

• 자외선 영역(라이먼 계열) :   ,   ,   ,   , …에 있는 들뜬 상태의 전자가   인 궤도로 전이할 때 방출

• 가시광선 영역(발머 계열) :   ,   ,   , …에 있는 들뜬 상태의 전자가   인 궤도로 전이할 때 방출

• 적외선 영역(파셴 계열) :   ,   , …에 있는 들뜬 상태의 전자가   인 궤도로 전이할 때 방출

(2) 기체의 스펙트럼

① 기체 방전관에서는 선스펙트럼이 나온다.

② 광 자      이면 흡수    이면 방출 

③ 기체의 종류가 다르면 선스펙트럼의 선의 위치가 다르다.

④ 선스펙트럼을 분석하여 기체의 종류를 알 수 있다.

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▲여러 가지 기체의 선스펙트럼

5. 스펙트럼의 종류

(1) 흡수 스펙트럼(Absorption spectrum) : 모든 파장을 갖는 백색광을 특정 기체에 비추었을 때, 기체 원자의 전자가 높은 에너지 준위로 전이하는 데 필요한 에너지에 해당하는 파장을 흡수하여 그 파장에 해당하는 부분은 어두운 선으로 나타난다. 이러한 스펙트럼을 흡수 스펙트럼이라고 한다.

(2) 방출 스펙트럼(Emission spectrum) : 원자 내의 전자가 열이나 빛 등에 의해 에너지를 얻어 들뜬 상태가 되었다가 다시 바닥 상태로 되면서 두 궤도의 에너지 준위 차에 해당하는 파장의 빛을 방출하여 밝은 선으로 나타난다. 이러 한 스펙트럼을 방출 스펙트럼이라고 한다.

자료출처 화학 1. 비상출판사 박종석 외 7 명

사진출처-zum 학습백과( http://study.zum.com/book/12408 )

차시 4~6/14

1. 퍼센트 농도

용액 100g에 녹아 있는 용질의 질량(g)을 백분율로 나타낸 것으로, 단위는 %이다.

퍼센트농도    용액의 질량   용질의 질량  

× 