2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
2018. 11. 07.
진광고등학교
【 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
과 제 개 요
과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영
STEAM 프로그램
구분
프로그램명 지역 시설 및 자원을 이용한 STEAM 프로그램
학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년
중심과목 통합 과학
중심과목 성취기준 영역
[고등학교]
[10통과01-03][10통과01-04][10통과01-05][10통 과02-01][10통과02-02][10통과02-03]
연계과목 수학
진로
연계과목 성취기준 영역
[고등학교 1] 수학 [10수학05-01] : 경우의 수, 구조 [고등학교] 진로와 [12진로02-01~03] : 직업 및 관심분야에 대한 연구활동
연구기간 2018.4.협약일 ~ 2018.11.23.
연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)
참여연구원 6명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 5명)
연구 수행자에 관한 사항
구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명
연구책임자 진광고등학교 과학 교사 김재기
공동연구원 진광중학교 진로 교사 도호병
공동연구원 상지여자고등학교 수학 교사 조성익
공동연구원 육민관고등학교 과학 교사 김재원
공동연구원 동해광희고등학교 화학 교사 전완식
공동연구원 동해광희고등학교 지구과학 교사 김형래
2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아
융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2018년 11월 7일
연구책임자 : 김재기
한국과학창의재단 이사장 귀하
이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임
목 차
1. 요약문··· 1
2. 서론··· 1
3. 연구 추진 내용 및 결과··· 2
가. 추진 내용 ··· 2
나. 결과 ··· 2
4. 결론 및 제언 ··· 3
5. 참고문헌··· 3
[부록] 부록1. 현장적용 결과 요약 부록2. 활동사진, 성찰일지 [붙임] 붙임1. 수업지도안 ··· 7
1. 요약문
일선 학교에서 새롭게 적용되는 2015 개정교육과정 중 고1 통합과학의 내용을 파악, 분석하 여 STEAM 활동자료로 개발 또는 재가공하여 보급하는 데 목적을 두고 지역 자원을 활용한 2개의 주제(원소의 주기적 성질, 전자의 이동과 산화 환원)를 새롭게 제작 또는 수정보완하여 통합과학이 일선 학교에서 안착이 되는데 기여하고자 함
2. 서론
가. 연구의 필요성 및 목적
○ 연구의 필요성
- 미래의 과학 기술 사회가 요구하는 수준 높은 창의성과 인성을 강조하는 새로운 과학 교육에 맞추어 과학에 대한 흥미와 이해를 증진시키고 단순한 지식 습득을 넘어 창의적이고 융합적 사고와 의사결정능력 등과 같은 다양하고 통합적인 능력을 갖출 수 있도록 STEAM 자료 개 발이 필요
○ 연구의 목적
- 2015 개정 교육과정이 2018년 일선 고등학교에서 현장 적용되는 ‘통합과학’과 관련된 STEAM 프로그램 개발을 통한 지속적인 STEAM의 확산
- 교과와 연계한 창의적 체험활동 확산 - 과학기반 다양한 프로그램의 적용 및 확산 나. 연구의 범위
○ 연구의 범위와 내용
- 일반계 고등학교에서 통합과학에 대한 STEAM 프로그램 개발: 2개의 주제와 관련된 자료를 문제중심 학습, 탐구기반학습으로 구성하여 학습할 수 있도록 연구
3. 연구 추진 내용 및 결과
가. 추진 내용나. 결과
○ 추진 결과
- 현장에서 지속적인 연구와 적용 기대
- 현실적인 어려움이 있지만 학생과 교사 모두 STEAM수업에 대한 열의와 열정이 있음 - 체계적인 준비와 적용, 마무리의 시간적인 준비가 필요하고, 자료개발, 적용, 분석의 효율적
인 관리가 필요함
4. 결론 및 제언
1) STEAM 수업 자료 개발 및 적용 1. 개발 프로그램 제목
가. 1주제 : 원소의 주기적 성질 나. 2주제 : 전자의 이동과 산화·환원
2. 프로그램 구현
가. 적용 : 진광고, 육민관고, 동해광희고 나. 수정 : 적용 후 현장감이 반영되도록 수정
다. 협의회 : 수업 적용 및 자료개발 수정을 위한 협의회 실시
-2015 개정교육과정 ‘통합과학’을 주제로 과학 분야 중심의 STEAM 수업을 진행함.
-비교적 짧은 5차시 수업을 통해 배려의 자세는 큰 차이를 보이지 않았지만 급우들과의 적극적 으로 소통하려는 자세에서 긍정적 변화를 보였으며 수학과 과학의 중요성에 대해 인지하는 비율 이 높아지여 학습에 자신감을 향상시켜 줄 수 있음을 확인할 수 있었음.
-모둠별 활동, 학생중심의 활동이 일반 수업과 차이점으로 가장 크게 느끼는 부분이었으며 이 부분이 가장 좋은 점 으로 나타났다. 하지만 학생들이 문제를 인식하고 창의적으로 설계하고 토 의하기 위해서는 보다 더 많은 수업시간의 확보가 필요할 것으로 보임.
-앞으로 STEAM수업을 진로와 연계한 프로그램 개발 및 적용으로 확장하는 것을 학생들은 원함 -일반계 고등학교 정규 수업시간에 적용을 쉽고 많이 할 수 있도록 주제별 프로그램으로 몇 차시 연속 수업을 하는 것보다는 교육과정 전체 내용 중 교사가 희망하는 수업을 정기적(주기적)으로 꾸준히 할 필요가 있음
-너무 어렵고 비용이 많이 드는 프로그램보다는 가볍게 즐길 수 있는 프로그램이 많이 적용되는 것도 좋다고 생각함
5. 참고문헌
-성태제 (2015) 현대기초통계학 이해와 적용 7판. 학지사, 316-320 -강충인. (2015). STEAM 교육의 이론과 실제. 과학사랑.
-백윤수, 박현주, 김영민, 노석구, 이주연, 정진수, 최유현, 한혜숙, 최종현 (2012). 융합인재교육 (STEAM) 실행 방향 정립을 위한 기초연구. 한국과학창의재단 연구보고 2012-12.
[부록1] 현장적용 결과 요약
<STEAM 프로그램(수업) 현장적용 요약>
구분 STEAM
프로그램명 적용 학교명 적용
학년 적용 교과(시수) 적용 기간 수혜 학생 수
개선 원소의 주기적 성질
육민관고 1 과학(10) 8.16~11.02 90
진광고 1 과학(10) 8.16~11.02 120
동해광희고 1 과학(10) 8.16~11.02 90
개발 전자의 이동과 산화·환원
육민관고 1 과학(10) 8.16~11.02 90
진광고 1 과학(10) 8.16~11.02 120
동해광희고 1 과학(10) 8.16~11.02 90
[부록2]
(활동사진)
(성찰일지 : 소감만 발췌함)
연번 소속 및 이름 내용
1 육민관고 김** 단순한 만들기가 아닌 프로젝트형이라 잘 정리되어 좋았어요 2 육민관고 이** 생기부에도 입력을 잘 해주신다고하셔서 참가한 보람이 있어요
3 진광고 가** 다양한 과학적 원리가 있어 처음에는 어려울줄 알았는데 막상 설명을 듣고 만들다 보니 쉽게 이해가 되고 적용을 잘 할 수 있었다
4 진광고 박** 다른 과목에 적용해서 해석하는 것이 신기했고 공부에는 끝이 없구나 느꼈습니다
5 진광고 이** 내년에 들어가는 과학중점반에 대해 자신감이 생겼어요 6 진광고 이** 과학을 더 열심히해서 대학에서도 공과대에 가고싶어요
7 동해광희고 방** 과학중점반인데 특강을 열심히듣고 잘 정리해서 나중에 많은 도움이 되도록 할께요
8 동해광희고 원** 열심히 가르쳐주셔서 감사드립니다
9 동해광희고 원** 체계적인 것 같고 다양하게 연결되는 STEAM이 배우면 배울수록 더 재 미있어요
10 동해광희고 김** 나중에 학교에서 다른 과목에서의 과제도 이렇게 창의적이고 아이디 어를 잘 정리해서 제출하겠습니다.
[붙임1] 개발자료
(1) 지역 시설과 자원을 이용한 원소의 주기적 성질
영역 Ⅰ. 물질의 규칙성 핵심 개념 물질의 규칙성과 결합 단원 03. 원소의 주기성
성취기준 [10통과01-03] 세상을 이루는 물질은 원소들로 이루어져 있으며, 원소들의 성질 이 주기성을 나타내는 현상을 통해 자연의 규칙성을 찾아낼 수 있다.
학습 요소 동족원소, 주기율, 알칼리금속, 비활성기체, 주기와 족
성취기준 이해 주기율표의 1족과 17족 원소를 통해 동족 원소는 유사한 화학적 성질을 갖는다는 것을 다룬다. 원소의 성질에 따라 주기성이 나타남을 확인하는 수준에서 다룬다.
■
성취기준의 통합적 이해
이 단원에서는 성취기준에서는 생활 속에서의 규칙성이나 카드 배열에서의 규칙성 찾기 등을 통해 원소 의 성질에 따라 주기성이 나타남을 확인하는 수준에서 다룬다. 또한 주기성에 대한 이해를 동족원소인 주기 율표의 1족과 17족 원소의 최외각 전자에 따른 화학적인 공통성을 중심으로 살펴 볼 수 있도록 한다. 지구 에서 살아가는 모든 동물과 식물 그리고 금속을 비롯한 각종 무기물들은 100여 가지의 원소로 이루어져 있 다. 라부아지에로부터 시작된 원소의 체계적 분류 노력이 멘델레예프를 거쳐 모즐리에 와서 완성되었으며 이를 통해 원소에 대한 이해가 쉬워졌다. 원소들을 그룹화한 동족원소들의 성질을 확인하는 탐구 활동을 통 해서 주기성을 확인하고 지구상의 원소 분포, 원소의 성질, 용도 등을 바탕으로 일정한 규칙에 따라 배열한 주기율표를 이해한다. 또한 1족과 17족 원소를 중심으로 실생활에서 어떻게 활용되고 있는지 살펴 볼 수 있 다. 이를 바탕으로 우리 주변에 있는 물질들을 형성하는 화학 결합 및 성질에 대한 기초를 다질 수 있으며, 생명체를 구성하는 기본 원소들에 대한 탐구와 더불어 지구 시스템과 생명 시스템에서의 다양한 물질세계 의 규칙성을 발견할 수도 있을 것이다.
이 성취기준으로 구성한 수업을 예시하면, 1차시에서는 가상원소의 성질을 제시한 카드를 대상으로 분류 및 분석을 통해서 규칙성을 발견하고 규칙성을 드러낼 수 있는 창의적인 주기율표를 만들어 볼 수 있는 활 동으로 구성하고, 2차시에서는 알칼리 금속의 성질 탐구 실험을 통해서 동족원소들이 서로 비슷한 성질을 나타낸다는 사실을 탐구할 수 있도록 한다. 3차시에서는 2차시에서 실시한 1족 원소들의 성질의 유사성을 연결 고리로 하여 17족 원소인 할로젠의유사성을 확인한다. 할로젠은 직접 탐구 실험으로 설계하기보다 관 련된 자료를 제시하고 자료 범위 내에서 유사성을 발견할 수 있도록 구성한다. 동족 원소들의 유사성이 나 타나는 원인으로 최외각 전자수가 동일하다는 공통성으로 이해 할 수 있도록 지도한다. 주기율표에 대한 이 해와 세세한 주기성은 화학Ⅰ과 화학Ⅱ에서 다루게 되므로 본 차시에서는 알칼리금속과 할로젠이 생활 속 에서 활용되는 다양한 사례를 중심으로 다루는 것으로 수업을 구상할 수 있을 것이다.
핵심 질문
• 동족 원소들은 어떤 공통성을 가질까?
• 동족원소들이 비슷한 성질을 나타내는 이유는 무엇인가?
• 원소들은 왜 주기성을 갖을까?
• 알칼리금속과 할로겐원소는 실생활에서 원소는 어떻게 이용되고 있을까?
• 주기율표의 주기와 족은 어떻게 나눌까?
■
교수･학습 활동 및 평가 계획
차시 학습 주제 및 교수･학습 활동 수업 모형 및
학습 방법 평가 방법 교과역량
1
▪ 잃어버린 주기율표를 찾아서
STS 수업모형
◾과정평가 (동료평가)
◾관찰평가 (교사평가)
• 과학적 사고력
• 과학적 문제해결력
• 과학적 의사소통 능 력
원소의 물리적ㆍ화학적 성질을 나타 내는 각각의 자료를 이용하여 주기율 표를 완성하고, 완성된 주기율표를 이 용하여 원소기호를 찾아 교과서에서 사용하고 있는 주기율표를 완성할 수 있다.
2
▪우리학급 주기율표 만들기
발견학습 수업모형
◾과정평가 (동료평가)
◾관찰평가 (교사평가)
• 과학적 사고력
• 과학적 의사소통 능 력
주기율표의 원소 중 원자번호 1~20 번까지의 원소의 특성을 조사하여 나 만의 원소 카드를 만들고, 각각의 카 드를 조합하여 우리 학급만의 주기율 표를 만들어 주기율표를 쉽게 이해 할 수 있다.
3
▪ 3D 입체주기율표 만들기
경험학습 수업모형 (ELM)
◾모둠평가 (학생평가)
◾관찰평가 (교사평가)
• 과학적 사고력
• 과학적 탐구능력
• 과학적 의사소통능력
• 과학적 참여와 평생 학습 능력
일반적으로 학생들이 사용하는 평면 주기율표를 3차원 입체 주기율표로 변형 제작하여 주기적 특성을 입체적 으로 분류하고 이해 할 수 있다.
4
▪ 켐큐브를 이용한 주기율표 이해하기
협동학습모형 (모둠 보조 개별학습
모형)
◾과정평가 (동료평가)
◾관찰평가 (교사평가)
• 과학적 사고력
• 과학적 문제해결력
• 과학적 의사소통 능 력
주기와 족의 개념을 이해하고 원소기 호와 원자번호의 관계를 알고 빠른 판 단력과 통찰력 그리고 주기율표의 공 통성을 찾아 주기율표를 자세히 이해 할 수 있다.
교사용 참고 자료
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주기율
지금까지 약 110여종 이상의 원소가 발견되었으며, 이 원소들의 물리적 화학적으로 독특한 성질을 갖 고 있다. 원소는 물질을 구성하는 가장 기본적인 성분이다. 원소는 세상의 물질을 구성하는 기본이 되는 것 으로 현재까지 자연계에 존재하는 98가지와 인공적으로 합성된 20가지를 합쳐 모두 118가지의 원소가 알려 져 있다. 99번 이후의 원소는 극미량으로 존재하는 방사성 동위원소들로 인공적으로 핵반응을 통해 만들어 진다.
❙ 원소 주기율표 (사진출처: 네이버)
주기율표란 이런 원소들을 원자번호 순서대로 열거하되, 화학적 성질이 비슷한 원소가 나오면 줄을 바 꾸어 같은 열의 바로 아래 오도록 배치한 도표를 말한다. 주기율표에서 가로줄을 주기라고 하고 주기율표의 제일 위 첫 번째 가로줄부터 아래로 1주기에서 7주기 까지 존재하고 주기는 한 원소에 배치되어 있는 전자 껍질의 수와 같으며, 같은 주기에 속하는 원소들은 같은 수의 전자껍질을 갖는다. 주기율표의 세로줄을 족 이라 하고 주기율표의 제일 왼쪽부터 오른쪽으로 진행하며 1족에서 18족까지 존재한다. 같은 족에 속한 원 소들을 동족 원소라고 하며, 동족 원소들은 화학적 성질이 비슷하다. 1주기 원소는 원자번호 1과 2인 수소 (H)와 헬륨(He)의 2가지 원소만 있으며, 2주기에는 리튬(Li)부터 네온(Ne)까지 8개의 원소가, 3주기는 나트륨 (Na)부터 아르곤(Ar)까지 8개의 원소가, 4주기와 5주기에는 18개의 원소가 존재하고, 6주기와 7주기에는 32 개의 원소가 존재한다. 7주기 원소중 비활성기체에 속하는 원자번호 118번 오가네손(Og)은 2000년 초반에 핵융합 반응으로 합성하였고, 2016년에 IUPAC의 엄밀한 검토 과정을 거쳐 공식으로 승인되었다. 21세기 시 작과 함께 그동안 미완성주기로 알고 있었던 7주기원소가 모두 발견되었다. 6주기와 7주기의 원소 중 오비 탈에 전자가 부분적으로 채워지는 원소는 가로 길이가 너무 길어지는 것을 방지하기 위해 따로 떼어 내어
분류하는데, 이들을 각각 란타넘족과 악티늄족이라고 한다.
2주기와 3주기는 각각 8가지 원소들로 채워져 있다. 2주기 원소들은 2s와 2p 궤도가 있으며, 3주기 원 소는 3s와 3p 궤도가 채워져 각각의 원소의 특성을 나타내게 된다. 주기율표의 왼쪽 부분과 가운데 부분에 는 대체로 금속 원소가 위치하고, 주기율표의 오른쪽 부분에는 비금속 원소가 위치한다. 같은 주기에 배치 된 원소들은 같은 수의 전자껍질을 가진다. 1주기 원소는 K 껍질 1개, 2주기 원소는 K, L 껍질 2개를 갖는 다. 또한 같은 족에 있는 원소는 최외각 전자수가 같기 때문에 비슷한 물리적, 화학적 성질을 나타낸다.
■
라부아지에의 원소 분류
라부아지에가 활동하던 시대까지 유럽에는 독일의 슈탈
이 제기한 플로지스톤설이 연소 반응의 정설 로 받아들여
지고 있었고, 세상의 모든 물질은 물, 불, 흙, 공기의 4원
소로 이루어졌다는 4원소설을 믿고 있었던 시 대였다. 전통
적인 물질이론의 근본이었던 4원소설에서 벗 어나 새로운
물질이론의 체계를 세웠던 라부아지에의 실험 적 탐구 방
법은 근대과학의 새로운 방향을 제시해 주었 다. 아리스토
텔레스(B.C.384 ~ B.C.322)가 고대 그리스의 자 연철학을 체
계화하여 정리한 4원소설은 세상의 모든 물질 이 불, 공기,
물, 흙의 네 가지 원소로 이루어졌다는 이론으 로, 이후 이
천 년 동안 서양 물질이론의 정설이었고 플로 지 스 톤 설 의
배경이기도 하였다. 그러나 라부아지에는 당시 까지 알려진
33종의 원소를 4가지로 분류하여 제시하였고, 원소들 간의
관계를 탐색한 최초의 시도였다. 즉 라부아지 에는 당시까
지 정설로 믿고 있었던 4원소설의 틀에서 벗어 나려는 생각
을 했던 것이다. 하지만 라부아지에의 분류는 원소들 사이
의 규칙성을 보여주는 결정적 단서를 제공하 ❙ 화학혁명의 중심인물인 프랑스의 실험화학자 지 못하였다.
라부아지에
❙사진출처: 네이버 화학 산책
[ 제 1 그룹 ]
∎ 단순한 물질 : 동ㆍ식물 및 광물계에 포함된 원소 ☞ 빛, 열, 산소, 질소, 수소
[ 제 2 그룹 ]
∎ 단순한 비금속 물질 : 산화되어 산을 만드는 원소 ☞ 황, 인, 탄소, 염소, 프루오르, 붕산
[ 제 3 그룹 ]
∎ 단순한 금속 물질 : 산화되어 염기를 만드는 원소
☞ 안티몬, 은, 비스무트, 코발트, 구리, 주석, 철, 망간, 수은, 몰리브덴 니켈, 금, 백금, 납, 텅스텐, 아연
[ 제 4 그룹 ]
∎ 단순한 물질 : 염을 만드는 원소
☞ 석회(산화칼슘), 마그네시아(산화알루미늄), 바라이트(산화바륨) 알루미나(산화알루미늄), 실리카(이산화규소)
❙ 라부아지에의 원소분류 출처: 네이버 지식백과
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3573535&cid=58949&categoryId=58983
■
되베라이너의 ‘세 쌍원소설 ’
19세기 초에 이르러서는 많은 물질들이 원소임이 확인되고 이 들의 성질과 상대적 원자량이 밝혀지면서, 여러 과학자들이 원소들의 성질과 원자량 사이 의 연관성을 찾으려고 시도하였는데, 이런 시도를 맨 처음 한 사 람이 독일 화학자 되베라이너( Johann Wolfgang Dobereiner, 1780~1849)이다. 그는 1828년 에 화학적 성질이 비슷한 3가지 원소의 묶음들을 찾아내고는 이 들을 ‘3개조 (tride)’라 불렀는데, 이들은 다음과 같다.
∎ 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I) ∎ 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) ∎ 칼슘(Ca), 스크론튬(Sr), 바륨(Ba) ∎ 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb) ∎ 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te)
❙ 되베라이너
❙사진출처: 화학대사전
되베라이너는 각 3개조에서, 가운데 원소의 원자량이 다른 두 원소의 원자량 평균과 거의 정확하게 같음 을 발견하였다. 되베라이너는 당시 알려져 있지 않았던 브롬(Br)의 원자량은 염소(Cl)와 아이오딘(I)의 평균 값인 81정도가 될 것이라고 예측하였는데, 후에 베르첼리우스에 의해 확인되었다.
원소 Ca Sr Ba
원자량 40.1 87.6 137.3
밀도(g/mL) 1.54 2.60 3.66
녹는점(℃) 845 778 710
◆ 의 원자량
원자량 원자량
◆ 의 밀도
밀도 밀도
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뉴랜즈 옥타브 법칙
1864년 영국 화학자 뉴랜즈(1837~1898)는 런던 화학회 모임에서 ‘옥타브 법칙(The Law of Octaves)’이란 제목의 논문에서 뉴랜즈는 원소들을 원자량 순서로 배열하면 8의 간격으로 비슷한 성질의 원소가 반복된다 는 것을 발표하였다. 원소들을 원자량 순서로 배열하면 음악에서 옥타브와 같이, 여덟 번째마다 비슷한 성 질이 나타나는 것을 발견했다.
❙ ‘옥타브 법칙’을 보인 뉴랜즈의 주기율표(1865년), 숫자는 원자량 크기 순서이다.
사진출처: 네이버 지식백과
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멘델레예프의 주기율표
오늘날 우리가 사용하고 있는 주기율표와 유사한 주기율표는 1869년 러시아 화학자인 ‘드미트리 멘델레 예프(Dmitri mendeleev)’가 만든 것이다. 멘델레프는 1869년 3월에 열린 러시아화학회에서 ‘원소의 성질과 원 자량의 상관관계’라는 제목으로 논문을 발표하였다. 멘델레예프는 당시 알려진 63종의 원소들을 원자량이 증가하는 순서대로 나열하면서 비슷한 성질을 가지는 원소들이 주기적으로 나타나는 것을 발견하게 되었 다. 이러한 원소의 규칙적인 성질을 바탕으로 가로줄을 몇 개의 주기로 나누고, 세로줄을 8개의 족으로 분 류한 주기율표를 발표하였다. 멘델레예프는 원소의 물리적ㆍ화학적 성질을 조사하여, 원소의 원자량이 증가 하는 순서로 배열했을 때 원소의 성질이 주기율을 따르지 않는 곳은 빈칸으로 남겨 놓고 주기성에 맞게 원 소를 나열하였다. 멘델레예프가 주기율을 발표하기 이전에도 많은 과학자들은 주기율표를 만들어 발표하였 다. 그러나 멘델레예프를 주기율표를 처음 만든 과학자로 애기하는 것은 멘델레예프의 주기율은 당시 발표 된 주기율과는 두 가지 이유에서 달랐다.
❙ 멘델레예프와 그가 1869년 처음 발표한 주기율표. 숫자는 해당 원소의 원자량이다. 그는 여러 원소들의 원자량과 성질을 정확하게 예측하여 화학을 예측 가능한 학문으로 발전하 게 하였다
◾사진출처: 네이버 백과사전
그 첫 번째는 원소들의 성질에 근거하여 여러 원소들에 대해 기존의 알려진 원자량이 잘못되었다는 것을 인지하고 원소의 물리적ㆍ화학적 성질의 규칙성을 바탕으로 원소의 원자량을 고쳐 원소들을 정확하게 주 기율표상의 바른 자리에 넣은 것이다. 이렇게 원자량의 고쳐 자리를 바꾼 원소로는 베릴륨(Be), 텔루륨(Te), 금(Au), 백금(Pt), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등이 있다. 이렇게 변경한 원자량과 원소의 배열은 텔루륨(Te)의 원자 량을 제외하고 멘델레예프가 예상했던 것이 모두 옳은 것으로 후에 밝혀졌다.
❙ 멘델레예프의 1871년 주기율표. “-”는 존재할 것으로 예상되지만 아직 발견되지 않 은 원소들의 자리이고, ‘-’다음에 숫자를 넣은 경우는 이 원소의 예상 원자량이다.
◾사진출처: 네이버 백과사전
두 번째 이유는 멘델레예프가 주기율표를 만들면서 당시 발견되지 않은 원소에 대한 예측이었다. 그는 아 직 발견되지 않은 원소들을 빈자리로 두었는데, 이중 4 가지에 대해서는 원자량은 물론 이들 원소와 화합물 의 성질을 정확히 예언하였다. 알려져 있지 않은 원소에 대해 그 존재를 예언하고 그 성질까지 예측을 한 것이었다. 멘델레예프가 예측한 원소들은 에카-붕소(eka-boron), 에카-알루미늄(eka-aluminum), 에카-망가니즈 (eka-manganese), 에카-규소(eka-silicon)인데, 에카(eka)는 산스크리트어로 1을 뜻하며, 원소 에카-A는 주기율 표에서 원소 A의 바로 아래에 들어갈 원소를 뜻한다. 이렇게 예측된 원소들은 실제로 발견되어 각각 스칸 듐(Sc), 갈륨(Ga), 테크네튬(Tc), 저마늄(Ge)으로 명명되었으며, 이들의 성질은 예측된 것과매우 잘 일치하였 다. 멘델레예프의 원소에 대한 이러한 예측은 과학에서 가장 중요시되는 “예측 가능성”을 보여준 것으로, 그의 주기율표로 인해 화학은 비로소 예측 가능한 진정한 과학으로 도약하게 되었다고 볼 수 있다. 다음은 멘델레예프가 예측한 에카-알루미늄(Ea)의 성질과 실제 발견해서 측정한 갈륨(Ga)의 성질을 비교한 자료이 다.
성 질 에카-알루미늄(Ea) 갈륨(Ga)
원자량 68 69.72
밀도(g/㎝3) 6.0 5.904
녹는점(℃) 낮음 29.78
산화물 Ea2O3
(산과 알칼리에 모두 녹음)
Ga2O3
(산과 알칼리에 모두 녹음) 염화물 Ea2Cl6(휘발성) Ga2Cl6(휘발성)
❙ 에카-알루미늄의 예측된 성질과 갈륨의 실제 성질비교 ◾자료출처: 네이버 백과사전
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3578067&cid=58949&categoryId=58982)
■
모즐리의 주기율표
모즐리(Henry Gwn Jeffreys Moseley, 888~1915)는 영국의 물리학자로 1900년대 초반 과학의 발전으로 원 자 구조가 밝혀졌고, 원자의 주기적 성질에 대하여 생각하게 되는 계기가 되었다.
1914년 러더퍼드의 제자인 모즐리(Henry Moseley, 1888~1915)
는 음극선관의 금속에 전자를 충돌시켰을 때 생성되 는 X선의 파
장을 조사하여 분석하는 실험을 하였는데, 금속 원자 의 양성자
수(원자번호)가 증가함에 따라 짧아지는 것을 발견하 였다. 이 실
험에서 파장의 제곱근이 원자번호에 비례한다는 파장 과 원자번호
사이에 간단한 관계가 성립한다는 것을 발견하였다. 이것에 의해
특성 X선의 파장을 측정하면 바로 그 물질의 원자번 호가 결정된
다는 사실을 알게 되었다. 그는 이 실험을 통해 원소 들의 원자
번호를 결정하고, 원소의 주기적 성질이 원자량보다 원자 번호와
더 관계있다는 사실을 발견하였다. 원자 번호에 따라 원소들을 배
열해 보니 주기적 특성이 더 정확하게 나타난 것이다. 이러한 주기
적 성질의 발견으로 멘델레예프의 주기율표에서 나타났던 모순들이 해결된다는 것을 알았다. 오늘날의 주 기율표는 모즐리의 주기율표를 기초로 현재 우리가 사용하는 주기율표의 체계가 되었다.
모즐리는 제1차 세계대전이 일어나자 자진 영국 공병대에 지원하여 전쟁에 참가하였고 갈리폴리 전투에 서 모즐리는 27세의 젊은 나이로 전사하였다. 1차 세계대전으로 영국이 잃은 가장 큰 재산으로 과학에서 모 즐리의 죽음이었다. 그 후 각 나라에서는 젊은 과학자를 군대에 보내지 않기 위해 법을 만드는 계기가 되었 다. 모즐리의 주기율표는 현대 과학발전에 크게 기여하였다.
❙ 1960년에 벤파이가 제안한 나선형 형식의 주기율표 ◾자료출처: 네이버 백과사전
❙사진출처: 화학대사전
■
주기(Period)와 족(Ground)
주기율표에서 가로줄을 주기라 하고 위에서 아래로 1에서 7까지 번호를 매긴다. 1주기 원소는 원자번호 가 각각 1과 2인 H와 He의 2가지이며 1s 전자 궤도가 채워진다. 2주기와 3주기에서는 각각 8가지 원소들이 있는데, 2주기에서는 2s와 2p 궤도가, 그리고 3주기에서는 3s와 3p 궤도가 채워진다. 4주기와 5주기에는 각 각 18가지 원소들이 있는데, 4주기에서는 4s, 3d, 4p전자가 채워지고, 5주기에서는 5s, 4d, 5p 전자가 채워진 다. 6주기와 7주기에는 각각 32가지 원소들이 있는데, 6주기에서는 6s, 4f, 5d, 6p 전자가, 그리고 7주기에서 는 7s, 5f, 6d, 7p 전자가 채워진다. 만약 119번 이후의 원소가 합성되거나 발견된다면, 이 들에는 8s < 5g순 으로 전자가 채워질 것이 예상되며, 주기율표에는 8주기 이후의 주기가 더해져서 주기율표가 더욱 확장될 것이다.
주기율표의 세로줄을 족이라 하고 왼쪽에서 오른쪽으로 1에서 18까지 번호를 매기는데, 이는 IUPAC이 1988년에 채택한 것이다. 이전에는 단주기형 주기율표의 족 번호를 로마자로 적고 A 또는 B를 붙여, 지금 의 1족과 2족은 각각 ⅠA와 ⅡA로, 3~7족은 ⅢB ~ ⅦB로, 8~10족은 합쳐 ⅧB로, 11족과 12족은 각각 ⅠB와
ⅡB로, 13~18족은 각각 ⅢA ~ ⅧA로 나타내었다.
■
각 족의 이름
각 족의 원소들은 행당 조긔 첫 번째 원소 이름을 따서 000족 원소라 부르기도 하는데, 예로, 2족은 베 릴륨족이고, 8족은 철족이며, 14족은 탄소족이고 16족은 산소족이다. 다만 1족은 수소족이 아닌 리튜목이라 부르고, 18족은 네온족이라고도 부른다. 그러나 보통은 전이금속 원소를 제외한 여러 족들의 원소들을 통용 명으로 부르는데, 이들은 다음과 같다.
ㆍ알칼리 금속: 수소를 제외한 1족 원소들로, 반응성이 크고 이온 화합물들을 만든다.
ㆍ알칼리 토금속: 2족 원소들로, 알칼리 금속과 성지이 유사하나 지각에 많이 존재하기 때문에 붙여진 이 름이다.
ㆍ화폐 금속: 11족 원소들로 보통 뢴특늄(Rg)을 제외하는데, 구리, 은, 금이 화혜 주조에 널리 사용되었기 때문에 붙여진 이름이다.
ㆍ휘발성 금속: 12족 원소들로, 휘발성이 크기 때문에 붙여진 이름인데, 휘발성이 큰 다른 족 금속 원소들 도 휘발성 금속에 포함시킬 수 있다.
ㆍ닉토겐: 15족(질소족) 원소의 다른 이름이며, 반도체 성질을 갖는 2성분 화합물을 만들기 때문에 붙여진 이름이다.
ㆍ칼코겐: 16족(산소족) 원소의 다르 이름이며, 산소를 함시키지 않기도 한다.
ㆍ할로겐: 17족 원소들로, 금속과 반응하여 식염과 비슷한 화합물을 만들기 때문에 붙여진 이름이다.
ㆍ비활성 기체: 18족 원소들로, 화학 반응성이 없는(현재 일부 화합물이 발견되었음0 기체이기 때문에 붙 여진 이름이다.
이들 외에 13족(붕소족) 원소들을 아이코사겐. 14족(탄소족) 원소들을 크리스탈로겐으로 부르기도 하였다.
부록
다양한 주기율표
◾자료출처: 네이버 백과사전
1/4
차시■
교수･학습 설계
• 학습 주제：잃어버린 주기율표를 찾아서
• 학습 목표：원소의 물리적ㆍ화학적 성질을 나타내는 각각의 자료를 이용하여 주기율표를 완성하고, 완 성된 주기율표를 이용하여 원소기호를 찾아 교과서에서 사용하고 있는 주기율표를 완성할 수 있다.
■
수업모형 안내
학생들이 주어진 자료를 서로 협력하여 문제를 해결해 가는 과정을 협력 및 과제 중심으로 과학적 소양에 기반으로 한 문제 해결을 강조하는 STS 수업 모형을 적용하고자 한다. STS 수업 모형에서 수 업은 ‘ 문제로의 초대 → 탐색 → 설명 및 해결방안 제시 → 실행’의 4단계를 거쳐 이루어지며 세부적 인 교수ㆍ학습 과정안은 다음과 같다.
학습(차시)
주 제 잃어버린 주기율표를 찾아서 수업모형 STS 수업모형
학습 목표
지식 원소의 물리적ㆍ화학적 성질을 주어진 자료를 이용하여 주기 율표의 특성을 종합적으로 이해 할 수 있다.
탐구 원소의 다양한 정보를 통해 단주기형 주기율표를 만들 수 있 다.
태도 주기율표의 규칙성을 이해하고 물질 분류의 편리성을 알 수 있다.
핵심역량
◼ 과학적 사고력
◻ 과학적 탐구능력
◼ 과학적 문제해결력
◼ 과학적 의사소통 능력
◻ 과학적 참여와 평생학습 능력
◻ 기타( )
학습 개념 주기율표 만들기 평가 방법 ▪ 과정평가(동료평가)
▪ 관찰평가(교사평가)
학습 단계 교수ㆍ학습 활동(발견학습 수업모형) 비고
문제로의 초대
학생들에게 지적 호기심을 갖게 하고, 우리가 현재 사용 하고 있는 주기율표의 제작 과정에 대하여 생각하게 한 다.
▪ 주기율표의 발견 동영상 시청
- MBC동영상자료 – 100가지 위대한 발견(화학) “원소 주기율표” 편
탐 색
여러 가지 자료를 종합적 사고와 협력을 통한 원소의 분 류 및 규칙성 결정한다.
▪ 원소 카드를 8개의 족으로 분류한다.
▪ 모둠 협동 작업으로 원소의 물리적ㆍ화학적 성질을 파악 하여 같은족에 속하는 원소의 순서를 결정한다.
▪ 원소 카드와 주어진 원소의 정보를 이용하여 단주기형 주 기율표를 완성한다.
설명 및 해결방안
제시
빈칸 주기율표를 완성하고 모둠별로 자신의 주기율표를 모 둠원들과 함께 비교한다.
▪ 자료 해석 및 분석 : 완성된 빈칸 주기율표를 모둠원들의 빈칸 주기율표와 비교하고 분류방법에 대하여 발표 및 토의한다.
▪ 모둠별로 완성된 주기율표를 다른 모둠과 비교할 수 있도 록 교실에 계시하고 서로 비교하도록 한다.
실행
우리가 사용하는 주기율표 만들기
▪ 빈칸 주기율표의 자료와 현대 주기율표를 참고로 하여 현 재 우리가 사용하는 주기율표를 완성한다.
▪ 주기율표를 완성할 때는 원소 기호, 원자번호, 물질의 상 태가 반드시 표현될 수 있도록 한다.
▪ 완성된 주기율표를 분석하고 원자 반지름과 녹는점이 같 은 족에서 특성을 비교할 수 있도록 한다.
교사용 수업 안내 자료 수업 준비
• 교사는 학생들이 주어진 [자료 Ⅰ]과 [자료Ⅱ]를 각각 이용하는 것이 아니라 함께 사용한다는 것을 학생 들에 미리 알려주도록 한다.
• 수업방법은 개인별로 진행할 수도 있지만 모둠별 수업을 진행한다면 탐구활동이 진행되는 동안 모둠원 들은 자신의 생각과 의견을 제시하고 서로의 지식을 공유할 수 있기 때문에 모둠별 수업을 추천한다.
• 모둠별로 빈칸 주기율표를 완성하면 개인별로 실험결과에서 제시한 주기율표 포맷에 교과서 또는 인터 넷 검색을 통해 실제 원소기호를 기록하게 하며, 이때 [자료Ⅱ]의 각 원소의 비중, 실온에서 상태, 원자 반지름 등을 함께 기록하도록 지도한다.
• [자료 Ⅱ]에서 주어진 원소의 물리적 특성에서 알파벳 A ~ Z는 실제 원소기호가 아니며, 임의의 원소기
호임을 학생들에게 주지시킨다.
본 수업
• 우리가 사용하고 있는 주기율표가 어떻게 만들어 졌는지에 대한 동영상 시청을 통해 주기율표의 제작 동기에 대한 궁금증과 과학자들의 숨은 노력을 알 수 있도록 한다.
100가지 위대한 발견- 원소주기율표 / 자료제공: MBC
• 원소의 물리적 특성이 기록된 [자료 Ⅱ]의 원소카드를 굵은선을 따라 잘라 총 26개의 원소카드를 만들고 임의의 원소기호가 잘 보이도록 테이블 위에 놓는다.
• 원소의 물리적ㆍ화학적 정보표 [자료 Ⅱ]의 지시에 따라 원소카드를 크게 8개의 그룹으로 분류하고 각 그룹의 원소들이 빈칸주기율표에서 어느 위치에 있는지를 종합적 사고와 협력수업을 통해 진행되도록 하며 주어진 자료를 이용하여 주기율표를 완성한다. 이 때 모둠원들이 [자료 Ⅰ]의 지시 내용을 토의하 도록 하며, 교사는 순회를 통해 모둠원들이 활동에 적극적으로 참여하여 자신의 역량을 발휘할 수 있도 록 도와준다.
• 완성된 빈칸 주기율표를 모둠별로 발표하도록 하며, 각 모둠별로 [자료 Ⅰ]의 미션을 어떻게 수행하였는 지 분류방법을 각 모둠별로 발표하도록 한다.
• 빈칸 주기율표와 현재 우리가 사용하고 있는 주기율표를 참고로하여 실험결과의 주기율표를 완성하도록 한다. 이때 [자료Ⅱ]의 각 원소의 비중, 실온에서 상태, 원자반지름 등을 함께 넣어 주기율표를 완성한다.
색연필을 이용하여 알칼리금속과 알칼리토금속, 할로겐원소, 비활성 기체를 각각 다른 색으로 칠해 원소 의 주기적 특성을 쉽게 비교할 수 있도록 한다.
[ 자료 Ⅲ ]
빈 칸 주 기 율 표
족
주기 1 2 13 14 15 16 17 18
1
0.00009 기체
F
-259
비중 상태
원소기호
원자반지름(nm) 녹는점(℃)
0.00018 기체
X
0.122 -272
2
0.534 고체
P
0.152 181
1.85 고체
H
0.111 1278
2.34 고체
Z
0.083 2079
2.27 고체
U
0.077 3550
0.0013 기체
M
0.070 -210
0.0014 기체
A
0.065 -218
0.0016 기체
V
0.072 -219
0.0009 기체
B
0.160 -249
3
0.971 고체
S
0.192 98
174 고체
T
649
2.70 고체
R
660
2.33 고체
N
1410
1.82 고체
C
44
2.07 고체
Q
113
0.003 기체
O
0.099 -101
0.0018 기체
E
0.191 -189
4
0.862 고체
I
0.227 64
1.56 고체
L
0.197 839
5.90 고체
D
0.122 298
5.32 고체
G
0.123 937
57 고체
Y
0.125 817
4.79 고체
K
0.114 217
3.12 액체
W
0.111 -7
0.0037 기체
J
0.198 -157
예시
• 관찰 결과 예시
평가
■
과정 평가(동료 평가)
모둠별로 이루어진 자료 조사, 토의 및 발표 활동에 대해 자신을 제외한 다른 모둠원들을 평가한다. 모 둠원의 활동을 평가할 수 있는 채점표는 학생들에게 배부하고, 모둠 활동 수행 시 모둠 내에서 활용할 수 있도록 한다.
모둠원
평가 항목 가 나 다 라
성실성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 의사소통 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 논리성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 적극성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 정확성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 배려 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 평점 결과
평가 항목 평가 내용 / 평가 기준
성실성 모둠활동 및 학습 활동에 성실하게 수행하는가?
의사소통 모둠 구성원의 상호 작용이 활발하고 구성원 모두가 주어진 자료를 이용하여 주기율 표 제작에 참여하였다.
논리성 주어진 자료를 논리적으로 분류하여 주기율표을 만들고 있는가?
적극성 모둠별 활동에 적극적으로 참여하였는가?
정확성 원소의 주기적 특성에 따른 분류가 명확하며 과학적 오류가 없는가?
배려 모둠별 토론 활동에 다른 모둠원의 말을 경청하는가?
학교생활기록부 기재 예시
• 원소의 주기적 특성을 잘 알고 있어, 원소카드를 잘 분류하여 주기율표를 추론하는 능력이 뛰어남(과학적 사고력)
• 실험 실습 과정 전반에 걸쳐 학습에 대한 메타인지 능력이 돋보이며, 원소 정보를 이용하여 다양하게 물질을 분류하고 논리적ㆍ과학적 방법을 이용하여 설명하는 모습이 뛰어남. (과학 적 문제해결력)
■
관찰 평가(교사 평가)
교사가 모둠별 활동 중 다음 항목의 해당 칸에 학생들의 번호를 기록한다. 주어진 지시문에 따라 활동 에 적극적으로 참여하고, 모둠의 이해를 돕는 지, 분류 방법에 오류가 없는지 등을 평가한다. 한 번의 활동 으로 평가하기 보다는 지속적으로 모둠 활동을 관찰하여 학생들의 특성을 파악하면 이를 학교생활기록부에 기록과 연계시킬 수 있다.
평가 항목 평가 내용 / 평가 기준 평정
적극성 활동에 적극적으로 참여하고, 모둠원의 이해를 돕기 위해 적극적
으로 설명하였는가? 1 / 2 / 3
논리성 주어진 지시문을 잘 이해하고 주기적 성질에 따라 원소카드를 분
리하고, 활동 내용을 잘 이해하고 있는가? 1 / 2 / 3
협동 및 배려 자신이 담당한 과제에 대하여 집중하여 참여하였으며, 모둠원에게
협조적이며 배려하는 마음으로 설명하였다. 1 / 2 / 3
합 계
학교생활기록부 기재 예시
• 원소의 특성을 논리적으로 설명하여 모둠이 어려워하는 문제를 이행할 수 있도록 자신이 역 량을 발휘하여 설명하는 모습에서 배려와 협동하는 모습이 뛰어남. (과학적 의시소통능력)
• 다양한 자료를 이용하여 공통적인 원소의 특성을 지닌 원소분류에 자신의 역량을 잘 발휘하 였으며, 완성된 주기율표를 이용하여 원소의 주기적 특성을 잘 설명하고 그래프로 간략하게 표현하는 능력이 뛰어남. (과학적 사고력)
학습지
1학년 ( )반 ( )번 이름( )
잃어버린 주기율표를 찾아서
■
원소의 물리적ㆍ화학적 성질을 나타내는 각각의 자료를 이용하여 주기율표를 완성하고, 완성된 주기율표를 이용하여 원소기호를 찾아 교과에서 사용하고 있는 주기율표를 완성할 수 있다.
탐구
잃어버린 주기율표를 찾아서
준비물 [자료 Ⅰ] 원소의 물리ㆍ화학적 성질, [자료 Ⅱ] 원소의 물리적 특성 자료, [자료 Ⅲ] 빈칸 주기율표, 가위, 풀, 색연필, 사인펜
■
실험 과정
❶ [자료 Ⅱ]에서 주어진 원소의 물리적 특성에서 알파벳 A ~ Z는 실제 원소기호가 아니며, 임의의 원소기호이다.
❷ 원소의 물리적 특성이 기록된 [자료 Ⅱ]를 굵은선을 따라 오려 26개 조각을 만든다.
❸ 자료로 제시한 원소의 물리ㆍ화학적 정보표[자료 Ⅰ]의 1번 지시에 따라 원소의 그룹을 총8개로 분류한다. 이때 분류한 8개의 그룹은 같은 족 원소이다.
❹ [자료 Ⅲ]의 빈칸 주기율표를 자신의 앞에 두고 과정❸에서 분류한 8개의 그룹을 빈칸 주 기율표 주위에 두어 서로 섞이지 않도록 한다.
❺ 8개의 족이 결정되면 [자료 Ⅰ]의 원소의 물리ㆍ화학적 정보표를 이용하여 족과 주기를
결정하여 [자료 Ⅲ]의 빈칸 주기율표에 원소카드를 올려놓으며, 주기율표를 완성한다.
【 원소의 물리ㆍ화학적 정보표 】
[자료 Ⅰ]
ZRD, PSIF, JXBE, LHT, WOV, GUN, YMC는 같은 족에 속한다.
J의 원자량은 T의 약 3배이다.
U에는 6개의 전자가 있다.
I2A는 산화물이다.
Z의 원자가 전자는 3개이다.
S는 알칼리 금속이다.
E는 비활성 기체이다.
W는 액체이다.
Z는 족에서 원자량이 가장 작다.
■ B는 양성자가 10개이다.
■ O는 V보다 원자 번호가 크다.
■ D는 족에서 원자량이 가장 크다.
■ C는 원자가 전자가 5개이다.
■ F는 기체이다.
■ X는 F보다 원자번호가 1개 많다.
■ L은 원자량이 40.08 인 알칼리 토금속이다.
■ Y는 C보다 원자량이 많다.
■ O는 할로겐이다.
■ T는 H보다 원자량이 크다.
■ O의 원자량은 A의 약 2배이다.
■ I는 S보다 원자 반지름이 크다.
■ M은 A보다 원자 번호가 하나 작다.
■ N의 전자는 3개의 에너지 궤도에 들어 있다.
■ K의 원자 반지름은 족에서 가장 크다.
원소의 물리적 특성
[ 자료 Ⅱ ]
0.0014 기체
A
0.065 -218
0.0009 기체
B
0.160 -249
1.82 고체
C
44
5.90 고체
D
0.122 298
0.0018 기체
E
0.191 -189
0.00009 기체
F
-259
5.32 고체
G
0.123 937
1.85 고체
H
0.111 1278
0.862 고체
I
0.227 64
0.0037 기체
J
0.198 -157
4.79 고체
K
0.114 217
1.56 고체
L
0.197 839
0.0013 기체
M
0.070 -210
2.33 고체
N
1410
0.003 기체
O
0.099 -101
0.534 고체
P
0.152 181
2.07 고체
Q
113
2.70 고체
R
660
0.971 고체
S
0.192 98
174 고체
T
649
2.27 고체
U
0.077 3550
0.0016 기체
V
0.072 -219
3.12 액체
W
0.111 -7
0.00018 기체
X
0.122 -272
57 고체
Y
0.125 817
2.34 고체
Z
0.083 2079
비중 상태
원소기호
원자반지름(nm) 녹는점(℃)
[ 자료 Ⅲ ]
빈 칸 주 기 율 표
족
주기 1 2 13 14 15 16 17 18
1
2
3
4
■
실험 결과
❶ 빈칸 주기율표가 완성하고 주기율표의 알파벳 A ~ Z를 주기율표를 참고로 하여 실제 원 소기호를 아래 칸에 적고 각 원소의 물리적 특성도 함께 정리하여 주기율표를 완성하시오.
(아래 주기율표의 수소(H)와 같이 물리적 특성은 빈칸주기율표의 완성된 자료를 참고로 하며, 실제 원소 기호와 원소명 그리고 원자 번호를 함께 기록한다.)
주 기 율 표
족
주기 1 2 13 14 15 16 17 18
1
0.00009 기체
1
H
수소-259
비중 상태
원소기호
원자반지름(nm) 녹는점(℃)
2
3
4
❷ 알칼리금속과 할로겐 원소의 원자반지름을 참고하여 다음 그래프를 완성하시오.
반지름(nm)
원소기호
【 알칼리금속원소의 원자반지름 비교】
반지름(nm)
원소기호
【 할로겐족원소의 원자반지름 비교】
❸ 알칼리금속과 할로겐 원소의 녹는점을 다음 그래프에 나타내고 각각의 특성에 대하여 토론하
고 정리하시오.
녹는점(℃)
원소기호
【 알칼리금속족 원소의 녹는점 비교】
녹는점(℃)
원소기호
【 할로겐족원소의 녹는점 비교】
❹ 실험결과❷의 그래프를 해석하고 알칼리금속과 할로겐원소의 원자반지름의 주기적 성향에
대하여 나타내고, 그 이유를 설명하시오.
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차시■
교수･학습 설계
• 학습 주제：우리 학급 주기율표 만들기
• 학습 목표：주기율표의 원소 중 원자번호 1 ~ 20번까지의 원소의 특성을 조사하여 나만의 원소 카드를 만들고 각각의 카드를 조합하여 우리 학급만의 주기율표를 만들어 주기율표를 쉽게 이해 할 수 있다.
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수업 모형 안내
학생들의 창의적 사고와 과학적 탐구력을 기르고 인성을 키우기 위하여 학생들의 참여와 협력이 매우 중요하다. ‘학급주기율표 만들기’를 주제로 한 수업에서 학생들 스스로 규칙성을 찾아가도록 발견학습 모형 을 활용하여 교수ㆍ학습 과정 안을 구성하였다. 발견학습 모형에 맞춰 각 원소의 성질을 비교하면서 원소들 을 분류하고 주기율표에서 각 원소의 위치를 배치할 수 있도록 하였다. 이러한 과정을 거치는 동안 “과학적 사고력, 과학적 의사소통 능력, 과학적 탐구능력”을 기를 수 있을 것이다. 발견학습 모형은 ‘탐색 및 문제 파악 → 자료 제시 및 관찰 탐색 → 추가 자료 제시 및 관찰 탐색 → 규칙성 발견 및 개념 정리 → 적용 및 응용’ 단계로 구성할 수 있으며 세부적인 교수ㆍ학습 과정 안은 다음과 같다.
학습(차시)
주 제 학급 주기율표 만들기 수업모형 발견학습 수업모형
학습 목표
태도 원소 카드 꾸미기 활동과 토의에 적극적으로 참여할 수 있다.
탐구 주기율표로부터 원소들의 성질을 비교하면서 규칙성에 대해 토의할 수 있다.
지식 원소들을 주기율표에 배치할 수 있다.
핵심역량
◼ 과학적 사고력
◻ 과학적 탐구능력
◻ 과학적 문제해결력
◼ 과학적 의사소통 능력
◻ 과학적 참여와 평생학습 능력
◻ 기타( )
학습 개념 주기율표 평가 방법 ▪ 과정평가(동료평가)
▪ 관찰평가(교사평가)
학습 단계 교수ㆍ학습 활동(발견학습 수업모형) 비고
탐색 및 문제 파악
주기율표에서 가로줄과 세로줄이 의미하는 내용을 조사 하고, 다양한 주기율표를 조사한다.
▪ 주기율표의 주기와 족에 관한 자료 학습
▪ 각 모둠별로 조사한 주기율표가 어떤 기준에서 만들었는 지 정리하여 발표한다.
자료 제시 및 관찰 탐색
원소 카드를 스케치한다.
▪ 교사는 원소 카드 샘플을 소개하며 본 차시에 이루어지는 학생들의 활동에 대해 안내한다.
▪ 학생들은 원소의 성질을 포함하여 원소 카드에 기록 할 원소와 관련된 내용을 정한다.
▪ 학생들은 원소 카드의 포맷에 대하여 논의하여 결정한 후 원소 카드를 스케치한다. 교사는 원소 기호, 원소 이름, 원자 번호를 반드시 포함하도록 강조한다.
자료 추가 제시 및 관찰 탐색
원소 카드를 만들고 특징을 파악한다.
▪ 학생들은 스케치를 바탕으로 실제 원소 카드를 만든다.
▪ 교사는 학생들이 선택한 원소의 성질이 잘 드러나도록 창 의적으로 표현하도록 지도한다.
▪ 학생들은 모둠별 원소 카드를 모아 각 원소의 특징을 찾는 다.
규칙성 발견과 개념 정리
학급 주기율표 만들기
▪ 학생들은 원소 카드를 칠판에 붙인다.
▪ 학생들은 각 족별로 나타나는 원소들의 특성을 정리한다.
▪ 학생들은 각 주기별로 나타나는 원소들의 특성을 정리한다.
▪ 교사는 전반적인 내용을 묻고, 해당 모둠에서 응답하게 한 다.
▪ 학생들은 모둠별 동료 평가를 실시한다.
교사용 수업 안내 자료 수업 준비
• 수업을 진행하는 교실을 사전에 확인하여 인터넷 연결이 불가능한 경우 원소와 관련된 참고 도서를 충 분히 준비한다. 학생들이 원소이 성질을 조사하고 원소 카드를 작성하는 데 무리가 없도록 한다.
• 원자 번호 1 ~ 20번까지의 원소를 대상으로 하는 것이 좋으며, 1족, 2족, 13~18족으로 작성하게 할 것인 지, 아니면 몇 개의 원소를 임의의 추첨하여 작성할 것인지를 사전에 생각하여, 모둠을 구성한다.
• 사전에 모둠별로 원소를 배정하여 원소의 특성을 조사하게 하여 본 수업에서 조사해온 자료를 토대로 모둠활동을 하여 카드를 완성하는 것이 좀 더 원활한 진행을 할 수 있다.
• 사전에 주기율표와 관련된 어플리케이션을 기기에 설치하여 수업을 진행할 수 있도록 한다.
• 원소를 나타내는 그림이나 문구ㆍ광고를 나타낼 때는 원소 기호와 이름은 문구로 나타내고 그 원소의 내용을 잘 드러나도록 그림을 표현할 수 있도록 지도한다.
• 완성된 주기율표는 교실게시판 또는 칠판에 게시하여 모든 학생이 주기율표에 대하여 친숙감을 가질 수 있는 기회가 되도록 한다.
본 수업
• 주기율표가 어떤 기준에 의하여 만들게 되었는지를 조사하고 발표하도록 한다.
• 모둠별로 같은 족 원소 또는 임의의 원소를 3 ~ 4개 배정하고, 원소수 만큼 원소카드를 나누어 준다.
• 각 원소마다 다음 항목을 인터넷기기 또는 참고문헌을 통해 검색하게 하고 원소카드의 정해진 부분에 간략하게 정리할 수 있도록 지도한다.
원소 이름, 원소 기호, 원자 번호, 지구의 원소 분포, 원소의 성질, 원소의 용도
• 완성된 원소 카드를 칠판에 붙이면서 우리학급만의 주기율표를 만들도록 한다.
예시
• 관찰 결과 예시
평가
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과정 평가(동료 평가)
모둠별로 이루어진 자료 조사, 토의 및 발표 활동에 대해 자신을 제외한 다른 모둠원들을 평가한다. 모 둠원의 활동을 평가할 수 있는 채점표는 학생들에게 배부하고, 모둠 활동 수행 시 모둠 내에서 활용할 수 있도록 한다.
모둠원
평가 항목 가 나 다 라
성실성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 의사소통 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 논리성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 적극성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 정확성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 배려 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 평점 결과
평가 항목 평가 내용 / 평가 기준
성실성 자신의 선택한 원소에 대해 성실하고 차분하게 원소 카드를 작성하는가?
의사소통 자신의 의견을 이해하기 쉽게 잘 설명하고, 다른 모둠원의 의견을 잘 들어주고 이야 기하는가?
논리성 원소에 대해 조사한 자료의 타당성 검토 시 객관적 사실에 근거하여 자신의 주장을 펄치는가?
적극성 모둠별 활동에 적극적으로 참여하였는가?
정확성 원소에 대해 조사한 내용에 과학적 오류는 없는가?
배려 모둠별 토론 활동에 다른 모둠원의 말을 경청하는가?
학교생활기록부 기재 예시
• 주기율표의 같은 족에 속하는 원소들의 공통점을 찾기 위하여 다양한 검색앤진을 활용하였으 며, 조사항목을 잘 정리하여 그림으로 나타냄. (과학적 사고력)
• 인터넷 검색을 잘 활용하여 원소의 성질 및 활용에 대한 자료를 잘 검색하고 정리하는 능력 이 탁월함. (과학적 의사소통능력)
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관찰 평가(교사 평가)
교사가 모둠 활동 중 다음 항목의 해당 칸에 학생들의 번호를 기록한다. 교사는 모둠별 활동 중에 순회 하면서 학생들의 활동 과정을 관찰하므로 관찰 평가가 적합하다. 활동에서 적극적으로 설명하고, 모둠원의 이해를 돕기 위해 자신의 역량을 잘 발휘하는지, 설명 과정에 오류가 없는지 등을 평가한다. 한 번의 활동 으로 평가하기보다는 지속적으로 모둠 활동을 관찰하여 학생들의 특성을 파악하면 이를 학교생활기록부 기 록과 연계시킬 수 있다.
평가 항목 평가 내용 / 평가 기준 평정
적극성 활동에 적극적으로 참여하고, 모둠원의 이해를 돕기 위해 적극적으
로 설명하였는가? 1 / 2 / 3
논리성 자신의 선택한 원소에 대하여 바르게 설명하고, 자신의 개성이 있는
원소카드를 만들었다. 1 / 2 / 3
협동 및 배려
자신이 담당한 과제에 대하여 집중하여 참여하였으며, 학급 주기율 표 만들기에 다른 원소카드를 적절히 이용하여 주기율표 완성에 도 움을 주었는가?
1 / 2 / 3
합 계
학교생활기록부 기재 예시
• 원소의 주기적 성질을 잘 이해하고 각 원소의 특성을 파악하여 글과 그림으로 잘 표현하며, 다양한 정보를 이용하여 각 원소의 특성을 찾아 자료화하는 능력이 뛰어남.(과학적 문제해결 력)
◾자료출처: 고등학교 통합과학 / 미래앤 교과서
학습지
1학년 ( )반 ( )번 이름( )
우리학급 주기율표 만들기
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주기율표의 원소 중 원자 번호 1~20번까지의 원소를 조사하고 각 원소의 특성을 조사하 여 나만의 원소 카드를 만들어 우리 학급만의 주기율표를 만들어 보자.
탐구
다양한 형태의 주기율표 관찰하고 원소카드 작성하기
준비물 B4용지, 색연필, 유성싸인펜 12색, 자석, 가위 칼, 참고도서
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실험 과정
❶ 다양한 형태의 주기율표를 관찰하고 각 주기율표의 모양과 규칙성을 나타내는 형태의 장 ㆍ단점을 모둠별로 비교ㆍ토의하고 그 내용을 정리하여 보자.
❷ 2인 1모둠으로 운영하여 원자번호 1~20번까지 번호를 뽑아 자신의 원소를 결정한다.
❸ 자신의 원자번호가 결정되었다면 스마트폰 또는 컴퓨터등 스마트 기기를 이용하여 원소의 성질과 이용 사례 등을 조사하여 B4용지에 모둠별로 창의적인 방법으로 표현하여 원소 카 드를 만든다.
❹ 원소 카드에는 원소이름, 원소 기호, 원자 번호, 지구의 원소 분포, 원소의 성질, 원소의 용도, 원소의 평균 원자량이 반드시 포함되어야 한다.
❺ 끓는점, 녹는점, 상온 상압에서의 상태, 밀도, 발견자, 발견 연도, 지구와 우리 몸의 구성 비율, 동위 원소, 생활 속 이용 사례 등은 모둠별로 자유롭게 선택하여 원소 카드에 작성 한다.
❻ 원자카드의 포맷은 B4용지를 이용하여 모둠원의 특성에 맞게 자유롭게 구성할 수 있다.
❼ 원소 카드에 기록할 원소의 성질과 이용 사례들의 범위에 대하여 토의하고 원소 카드의
포맷에 대하여 모둠별로 토의하고 정리하자.(실험과정 ❸, ❹참조)
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실험 결과
❶ 실험과정❼에서 토의한 포맷을 바탕으로 모둠에서 정한 원자 번호를 갖는 원소의 성질에 대해 조사하여 정리해 보자.
❷ 각 모둠별 원소 카드를 작성하고 같은 족 원소끼리 모여 모둠별로 만든 원소카드를 발표 하고 각 원소의 특성을 정리한다.
모둠원 원소 원소카드의 내용
