< 연구 결과요약서 >
소속학교 수지고등학교 책임 지도교사 김O미
참여학생 윤O경, 김O영, 이O연
과 제 명 공사현장 미세먼지가 인근고교 학생들의 학습효과와 뇌세포에 미치는 영향
연구목표 건설현장 미세먼지가 S 고교 학생들에게 건강, 학습능력 및 심리 스트레스에 영향을 주는지 알아본다.
연구개요 및 내용
□ 이론적 배경 및 선행연구
○ 용인시 S 고교 옆에는 담을 경계로 두고 2017년~2020년까지 대규모 아파트 단지 건설 2건이 진행 중임.
○ 최근 미세먼지에 대한 관심이 높아지면서 대한민국 수도권의 경우 중국 등으로부터의 미세먼 지보다 건설현장이나 자동차 매연 등으로 인한 미세먼지의 영향이 더 크다고 보고되었음(한 국환경공단 2015).
○ 지금까지는 공사현장이 근접한 경우, 소음으로 인한 불편이나 교통 및 안전의 위험의 직접적 인 영향에 주로 초점이 맞춰줘 왔으나, 최근 미세먼지로 인한 다양한 연구결과가 대중에게 알려지면서 근접한 공사현장의 비산먼지에서 비롯된 미세먼지가 미치는 영향이 있을 것으로 사료됨.
○ 하지만, 미세먼제 관련 연구는 주로 중년 이후에 주로 나타나는 심혈관 질환이나, 가시적으로 나타나는 알러지(자가면역) 관련 연구였고(Jennifer A et al., 2014), 호흡기, 성장 등에 대한 연구가 활발하지만 집중력이나 학습효과와 관련된 연구는 없었음.
□ 연구 주제 선정(목적 및 필요성)
○ 「S 고교의 학생들의 미세먼지로 인한 건강, 학습능력 및 심리 스트레스 영향」을 살펴보고자 하였고 그 이유는 다음과 같음.
- S 고교 인근에 대규모 아파트 단지 2곳의 공사가 진행 중이며 눈으로 보기에도 먼지가 엄청나서 실내에 공기청정기를 설치 및 가동 중임.
- 아동(아동복지법)에 해당되며, 입시라는 과제를 앞두고 있는 고등학생은 성인과 다른 신체 적, 심리적 영향을 받을 것으로 생각되었음.
- 선행연구 조사 결과, 질병에 관한 연구는 진행이 되어 있었기 때문에 학습효과와 관련된 실험을 설계하였음.
□ 연구 방법
○ S 고교 교실 내에서 공기청정기 4시간 작동/미작동 시, - 미세먼지 및 산소량 측정
- 같은 시간 노출된 한천 배지에 생성된 세균 수 조사 및 분석 - 학생들의 학습뇌파 측정
- 집중력 및 학습효율 설문조사 실시
- 암기력 테스트(학업성취도와 관련 없는 포켓몬스터 카드 이용)
○ 학습/기억을 담당하는 해마신경세포에 직접 포집한 미세먼지를 농도별로 처리하여 세포의 사멸에 미치는 영향을 관찰함.
□ 연구 활동 및 과정
○ S 고교 A 교실에서 공기청정기를 OFF/ON 상태로 4시간 유지시킨 후, 미세먼지 측정기(코아 레스 미세먼지측정기)를 통해 미세먼지의 농도, 산소량 측정기(Lutron 용존산소측정기)를 통해 산소량, 이산화탄소량 측정기(지에스엠통상, 이산화탄소 측정기)를 통해 이산화탄소량을 매일 같은 시간에 1회씩 3일간 측정하여 평균값을 나타냄.
○ 위와 같은 조건에서 한천배지(Luria Broth Agar)가 담긴 용기의 뚜껑을 3시간 동안 열어놓아 공기 중에 노출시켰음. 매일 같은 시간에 1회씩 3일간 측정하여 평균값을 나타내었음. 각 조건에 노출된 배지는 뒤집어서 4°C 냉장고에 보관하여 세균의 성장을 억제시켰다가 다른 조건의 실험이 모두 끝난 후, 37°C 항온항습기에서 16시간 배양하였음. 배양 후 나타난 동그란 세균 군집을 측정하였음
○ 학생들이 호흡하는 먼지와 가장 비슷한 먼지의 포집을 위해, 교실에 비치된 공기청정 기에 누적된 먼지를 물을 이용하여 모은 후 가열하여 물을 모두 증발시킴. 포집된 미세먼 지의 주성분은 알루미늄 등의 금속이라는 참고문헌에 의거하여 유기용매인 Dimethyl Sulfoxide(DMSO)에 녹였음. 해마(hippocampus) 유래의 세포인 Hn33를 녹여 한 조건 당 4개의 35mm 용기에 104개의 세포 수를 준비하였음. 하루 안정화 시킨 후 미세먼지를 농 도별로 처리하여 1일, 3일, 7일에 사진을 찍었음. 7일에 건강하게 살아있는 세포만 염색 하여 세포 수 측정 후 평균 값을 그래프로 나타냄.
○ 위와 같은 조건에서 참여를 원하는 학생 30명을 공개모집하여 집중력/암기력 설문지 의 자발적인 참여를 설명하였음. (공기청정기 OFF/ON상태로 4시간 유지 후, 설문을 1회 진행한다. 연구결과에 영향을 줄 가능성이 있으므로 연구에 참여하는 학생에게 공기청정 기 작동여부를 알리지 않음) 주중과 주말, 같은 시간에 1회 설문을 실시하였고 최종 수치 는 평균으로 나타냄.
연구성과
□ 연구 결과
○ S 고교 교실 내에서 공기청정기 4시간 작동/미작동 시,
- 미세먼지: 오전보다 오후가 높고, 공기청정기 없을 때 가장 높음. 학생이 있는 주중과 학생이 없는 주말이 차이가 없었음.
- 산소량(O2/CO2): 주중에는 산소량은 일정하였으나 이산화탄소는 오후가 높았고, 학생들이 없는 주말에는 산소량이 높았고 이산화탄소는 낮았음.
- 한천 배지 세균 수: 세균 수는 공기청정기 작동/미작동과 상관 없이 학생들의 움직임이 많은 오후에 높았음.
○ 집중력 및 학습효율 설문조사 실시: 대부분의 학생들이 호흡과 소음으로 인한 불편과 집중력 저하를 호소하였으나 학습효율 저하를 우려한 가설에 대하여는 유의미한 차이가 없었음.
○ 해마신경세포 사멸에 미세먼지가 미치는 영향: 미세먼지의 농도가 높아질수록 세포가 더 빠르게 죽는 것을 확인함. 또한 미세먼지의 주성분인 알루미늄과 구리 시료에서 세포가 더 빠르게 사멸함.
§ 근처 산 속에서 미세먼지, 산소량 등을 측정하여 깨끗한 값을 기대하였으나, 공사장 인근이어 서인지 학교와 큰 차이가 없는 결과를 얻었음.
□ 결과 해석 및 논의
○ 공사현장 인근에 위치한 S 고교의 미세먼지 수치는 매우 나쁨(평균 농도: 32㎍/㎥)으로 학생들의 신체와 심리에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였음. 미세먼지는 오전보다 오후가 높았 고, 공기청정기가 없을 때 더 높았음. 이는 공기청정기가 미세먼지를 줄이는데 효과가 있음을 나타냄.
산소량과 공기 중의 세균은 미세먼지보다는 학생들의 활동에 영향을 많이 받는 것으로 확인되었 다. 학생들의 활동이 활발할 오후에 증가하였으며, 특히 학생들의 이동이 있을 때 증가하는 것을 알게 됨.
○ 학교 학생들을 대상으로 설문을 한 결과, 소음이나 교통 불편 등의 직접적 피해를 호소하는 학생이 대다수 있었으며, 호흡이나 학습 집중도가 저하되었다고 간접적인 피해를 느끼는 학생도 있었음.
□ 결론 및 제언(시사점 및 향후 계획)
○ 공사장에서 비롯한 미세먼지는 공사장 인근 고교 학생들에게 소음과 불편 등의 직접적 영향을 줄 뿐 아니라, 일부 학생들에게는 심리적 스트레스와 학업 집중도를 떨어뜨림. 이는 기억을 담당하는 해마 신경세포가 미세먼지에 의해 더 빠르게 사멸하는 것을 통해 확인되었음.
○ 공기청정기는 교실과 같은 작은 공간의 미세먼지 수치를 낮추어 학생들의 건강에 도움을 주었으나, 교실과 인근 산속에서의 미세먼지 수치가 비슷하게 높은 수준으로 측정된 것은 충격적이었음.
○ 교실 내의 산소/이산화탄소의 양이나 세균의 숫자는 미세먼지와의 상관관계는 미미하였고 학생들의 호흡이나 움직임에 더 큰 영향을 받는 것을 확인할 수 있었음.
○ 공기청정기가 작은 교실 내 미세먼지량을 줄이는데 도움을 주지만, 대규모로 발생하는 미세 먼지를 해결하기에는 턱없이 부족하다는 생각이 들었음. 물론 자동차나 공장을 줄이는 등의 노력을 통해 발생하는 미세먼지를 줄이기 위한 노력도 우선되어야겠지만, 향후 국가 차원에서 정책을 통해 지역마다 ‘공기청정 공장’을 설치하여 마음 놓고, 야외활동을 할 수 있기를 희망함.
추후 대학에 진학하여
- (윤**) 미세먼지가 신경세포를 죽이는 경로를 보다 깊이 연구하고, 그 경로의 한 부분을 억제시 키는 연구를 하기를 희망함. 점점 나빠지는 환경 속에서 치매, 파킨슨 병 등 사람들의 신경질환을 조금이라도 막아보기 위한 노력을 하고 싶음.
- (김**) 바이오BT기술을 이용하여 경제적·효율적으로 각 지역의 공기를 정화할 수 있는 ‘공기청 정 공장’을 만들어 보기를 희망함. 이 연구를 심화시켜 이미 들어온 미세먼지를 인체 안에서 필터링하는 생체정화시스템도 연구해보고 싶음.
- (이**) 각 지역의 미세먼지를 분석하여 출퇴근 시간의 수도권, 명절의 고속도로 등 한 지역에 집중된 미세먼지를 빠르게 분산시키는 인공지능 시스템을 개발하고 싶음.
주요어 미세먼지, 비산먼지, 건설현장, 학습뇌파, 학습환경, 학습효과, 공기청정기
< 연구 결과보고서 >
1. 개요
□ 연구목적
○ 용인시 S고에는 담을 경계로 두고 2017년~2020년까지 대규모 아파트 단지 건설 2건이 진행 중임.
- A건설사(2017년 3월~2020년 3월, 980세대), B건설사(2016년 11월~2019년7월, 388세대) 모두 1328세대의 아파트 건설공사현장이 바로 인접해 있음.
○ 공사현장에 인접하다 보면 대형 트럭의 잦은 이동으로 인한 교통사고, 소음 등으로 인해 학생들에게 위험이 있을 수 있는데, 특히 입시를 앞둔 학생들에게는 건설공사 현장의 미세먼지 때문에 학생들의 건강과 학습효율에 영향을 미치지는 않을까에 대한 많은 우려가 있음.
- 물론 대한민국의 수도권에 존재하는 초, 중, 고 학교들은 밀집된 주택가에 존재하기 때문에 산발적으로 일어나는 크고 작은 공사현장을 접할 수밖에 없지만, 바로 공사현장 에 둘러싸인 경우 학교 공사현장에서 발생하는 비산먼지에 심각하게 노출되는 것은 아닌지 의문이 있음.
- 학급당 공기청정기 1대씩 설치했지만 이것이 과연 효과가 있는지에 대해서도 조사해 보고 싶었음.
○ 학교인근 관련 연구들에 대한 조사 결과, 최근 미세먼지가 건강에 미치는 영향에 대한 연구는 활발하지만, 학습효과와 관련된 연구는 전혀 없다는 걸 알게 되었음.
○ 이에 본 연구팀은 공사현장의 미세먼지가 실제로 학생들의 학습효과에 어떤 영향을 미치는지 연구하기로 했음.
○ 본 연구는 공사현장 인근 고교인 S고등학교에서 미세먼지 농도확인 및 위험성 예측, 미세먼지 농도와 학습능력 간 상관관계 검증, 그리고 미세먼지가 학습/기억 관련 신경 세포의 사멸에 미치는 영향 탐구를 목적으로 함.
□ 연구범위
○ 이 연구는 환경공학과 뇌신경학, 사회학이 결합된 융·복합적 조사 연구임.
- 미세먼지, 산소량/이산화탄소량, 세균수 측정은 물론, 급우들의 학습뇌파 측정, 집중력 테스트 등을 진행할 것임.
- 미세먼지 포집 후, 세포에 처리하여 세포의 생존/사멸을 검증함으로써 과학적 검증을 거칠 것임.
○ 만약 학교 주변에서의 아파트 공사로 인한 미세먼지가 학생들에게 심각한 영향을 준다
면, 향후 학교 주변에서의 공사에 대해서는 보다 엄격한 기준에 의한 방지대책을 마련한 후 공사 허가가 내려지도록 해야 할 것임.
○ 미세먼지가 건강에 미치는 영향에 대한 연구는 많이 진행되고 있기 때문에, 미세먼지, 그 중에서도 특히 공사현장의 미세먼지가 학습효율에 미치는 영향으로 범위를 좁혀 연구주제를 정했음.
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ 2015년 한국환경공단의 수도권 미세먼지 배출량 자료에 따르면, 비산먼지가 미세먼지 배출량 중 71.1%를 차지한다고 함.
- 최근 미세먼지가 건강에 미치는 영향에 대한 연구가 활발하지만, 대부분 성장, 알러지, 호흡기, 혈관 질환(Jennifer A, 2014) 관련 연구가 대부분임.
○ 관련 선행연구 조사 결과 미세먼지 성분 분석, 미세먼지와 건강, 질병과의 관계 연구는 많았지만 미세먼지와 학습효과와의 관계에 대한 연구는 없었음.
○ 최근 미세먼지가 건강에 미치는 영향에 대한 연구가 활발하지만, 대부분 성장, 알러지, 호흡기, 혈관질환에 대한 연구가 대부분임.
□ 연구주제의 선정
○ 학교 인근에서 진행 중인 공사현장의 먼지가 학생들에게 영향을 줄 것이라 생각했음.
- 고등학교 학생의 경우 성장보다는 알러지, 면역력 및 학습효과가 중요할 것이라 판단하 였음.
- 선행연구 조사 결과, 질병에 관한 연구는 진행이 되어 있었기 때문에 학습효과와 관련된 실험을 설계하였음.
○ 특히 고등학생들은 대학입시를 앞두고 있기 때문에 학습능력 향상을 위한 환경조성이 매우 중요한데, 비산먼지는 학생들의 학습환경에 악영향을 끼침.
○ 실험을 설계하는 과정에서 필요한 장비들인 미세먼지 측정기, 공기중 O₂/ CO₂측정 기, 미세먼지 포집기, 뇌파측정기는 빌리기로 하고, 미세먼지가 뇌세포에 미치는 영향을 조사하기 위하여 전문가 자문을 구한 결과 아주대학교 의과대학 세포배양실 이용 허가 를 받았음.
○ 실험참여학생 30명은 S고등학교 급우들에게 부탁하기로 했음.
- 친구들을 실험에 참여하게 하기 위해서는 생명윤리 교육을 이수하고 학생들 및 부모님 들께 동의를 받고 실험을 진행해야한다는 전문가 조언을 받았음.
□ 연구 방법
○ 미세먼지 및 산소, 이산화탄소량 측정
- 본격적인 연구의 앞서, 실제 인근에 공사장이 위치해 피해를 받고 있는 본교가 환경적으 로 어느 정도의 영향을 받고 있는지 알아보고자 함. 공사 진행측에서 공사로 인한 학생들의 건강을 고려하여 공기청정기를 설치한 바가 있는데, 실제 공사 현장 근처에서 학생들은 어떤 영향을 받고 있는지 측정을 통해 알아보았음. 이를 위해 본교의 특정 교실에서, 공기청정기가 켜진 경우와 꺼진 경우에서의 미세먼지, 이산화탄소, 산소량을 각각 측정하여 인근 산속에서 측정한 값과 비교함. 교실에서의 측정은 공기청정기를 끄거나 킨 상태에서 4시간 유지 후 각 항목을 측정하였으며, 모든 측정은 동일하게 3일간 측정하여 평균값을 구함.
○ 학생 대상 설문조사
- 본래 공사현장의 미세먼지가 학생들의 학습 효율 등에 영향을 미칠 것이라고 가정하였 기 때문에 학생들을 대상으로 암기력 테스트를 진행하고자 했으나, 이를 미세먼지와 직접적 연관을 짓기에는 근거가 부족하다고 판단하였음. 이를 대체하여, 공사 미세먼지 에 대한 본교 학생들의 인식은 어떠한지 알아보고자 ‘학교 인근 공사현장 미세먼지의 영향’에 관하여 설문조사를 진행함.
○ 세균 수 측정
- 학생 활동과 공기청정기 사용 여부에 따른 미세먼지, 이산화탄소, 산소량을 측정한 후, 같은 조건에서의 공기청정기 사용의 효과도 확인할 수 있었음. 이에 따라, 공기청정 기를 킨 상태와 꺼진 상태에서 세균 수에는 어떠한 차이가 있는지 알아보기로 하였음. 세균을 채집하여 배양한 후 그 수를 확인하기 위해, LB Broth에 Agar을 더해주어 고형 배지를 사용함.
○ 미세먼지 포집 및 세포의 생존/사멸 검증
- 공사 미세먼지가 학생들의 학습효율에 미치는 영향은 암기력 테스트를 통해 진행할 수 없었음. 미세먼지가 학생들의 학습에 직접적으로 주는 영향을 연구하기 위해, 기억 과 학습을 담당하는 해마(hippocampus)유래의 세포인 Hn33 세포에 미세먼지를 처리 하였을 때 시간의 경과에 따른 생존한 세포의 수와 죽은 세포의 수를 측정하고, 현미경 으로 관찰함.
□ 연구 활동 및 과정
○ 미세먼지 및 산소, 이산화탄소량 측정
- 5월, 빈 교실에서의 미세먼지, 이산화탄소, 산소량을 오전과 오후로 나누어서 측정하였 으며, 학생들이 있는 주중과 그렇지 않은 주말로 나누어 측정하였음. 일정한 상태에 있는 교실에서 측정하였을 때, 공기청정기를 켠 주말에 미세먼지와 이산화탄소 농도가 가장 낮고 산소량은 가장 많을 것이라고 추측하였으며, 주중 공기청정기를 끈 상태에 서는 이와 정반대의 결과가 나타날 것이라고 예상함.
- 그러나 실제 측정 결과, 전체적인 측정결과의 차이가 매우 작았으며 공기청정기를 켠 경우의 이산화탄소 농도 수치가 더 높게 나오는 등 오류가 나타났음. 이에 대한 원인을 학생활동이 전혀 없는 빈 교실에서 지속적으로 측정했기 때문이라고 판단함. 학생들이 학교에 있는 주중과 그렇지 않은 주말이라고 하더라도 출입이 없는 교실에서 는 이에 대한 차이가 없는 것이라고 결론 지었음.
- 이에 따라 6월, 주말과 주중으로 나누어 측정하는 방식을 수정하여 학생들이 활동하는 교실과 학생 활동이 전혀 없는 교실 두 곳에서 동시에 측정을 진행하였음. 두 교실에서 학생 활동을 제외한 조건을 최대한 동일하게 하기 위해, 학생활동이 있는 교실에서의 환기나 에어컨 사용 등을 자제함.
- 산속에서의 측정의 경우, 초기에는 공사현장으로부터 멀리 떨어져있는 곳에서 측정하 였음. 그러나, 공사 현장에서의 미세먼지에 따른 영향을 알아보고자 하였기 때문에, 공사현장 인근의 산에서 각 항목을 측정하였음. 공사현장으로부터 학교와 비슷한 거리에 위치하고 있어, 비슷한 환경에서 산속과 학교에서의 영향을 비교할 수 있을 것이라고 판단함.
○ 각 항목별로 3일간 측정한 값의 평균값을 계산하여 비교하였음.
○ 학생 대상 설문조사
- 실제 학생들을 대상으로 한 암기력 테스트의 결과는 단순히 미세먼지만의 영향이라고 평가하기에는 그 외 변인이 많다고 판단하여, 미세먼지의 영향에 대한 학생들의 인식 정도를 알아보는 설문조사로 대체하였음.
- 설문조사는 미세먼지의 영향을 크게 학습, 감정, 면역, 건강 4가지 부문으로 나누어 질문을 작성함. 이 중 직접적으로 알아보고자 하는 항목인 학습을 중점으로, 감정, 면역, 건강 3가지 부문은 학습에 영향을 줄 수 있는 간접적인 요소로 고려하여 포함시 킴. 단순히 오다선지형 설문으로 그치지 않고, 실제 학생들이 경험한 구체적 사례를 알아보고자 미세먼지로 인한 피해 경험, 집중력 저하 경험 사례를 물었음.
학교 인근 공사현장 미세먼지 영향에 대한 설문조사
○다음은 ‘공사현장 미세먼지가 인근 고교 학생들의 학습효과에 미치는 영향’을 알아보는 R&E 연구 를 위한 설문조사입니다. 설문조사 결과는 공사현장 인근 학교의 환경개선을 위한 목적으로 사용될 예정이니 솔직하게 답변해 주시면 감사하겠습니다.. 본 실험은 익명으로 진행되며, 수집된 정보는 연 구가 끝나는 시점에 파기됩니다. 설문조사 참여 학생들에게는 소정의 상품이 제공됩니다.
○우리 학교(수지고)에는 담을 경계로 두고 2017년~2020년까지 대규모 아파트 단지 건설 2건이 진행 중입니다. A건설사(2017년3월~2020년3월, 980세대), B건설사(2016년11월~2019년7월, 388세대) 모두 1328세대의 아파트 건설공사현장이 바로 인접해 있습니다.
○우리 학교(수지고) 인근 공사현장 미세먼지의 영향을 알아보기 위해서 1.학습에 대한 영향, 2.감정
에 대한 영향, 3.면역에 대한 영향, 4.건강에 대한 영향 4가지 항목으로 나눠서 설문조사합니다.
번호 문항 매우
그렇다 그렇다 보통이 다
그렇지 않다
매우 그렇지 않다
1-1
나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다 더 수업시간이나 자습할 때 하품이 나거나 졸음이 오는 때가 늘었다(횟수가 많아졌다).
① ② ③ ④ ⑤
1-2 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 수업시간이나 자습할 때 암기가 잘 안 된다. ① ② ③ ④ ⑤
2-1 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 우울한 감정을 느낄 때가 늘었다. ① ② ③ ④ ⑤
2-2 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 불안을 느낄 때가 늘었다. ① ② ③ ④ ⑤
2-3 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 짜증을 내거나 화를 내는 때가 늘었다. ① ② ③ ④ ⑤
2-4 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 밤에 잠이 잘 오지 않는 때가 늘었다. ① ② ③ ④ ⑤
3-1 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 비염이나 천식을 앓은 횟수가 늘었다. ① ② ③ ④ ⑤
3-2
나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다 피부알러지(아토피, 건선, 두드러기 등) 증상이 더 자주 나타나거나 증상이 심해졌다.
① ② ③ ④ ⑤
3-3 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 가벼운 감기나 감기몸살을 앓은 횟수가 늘었다. ① ② ③ ④ ⑤
5-1. 나는 학교 인근 공사현장 미세먼지 때문에 직접적이든 간접적이든 피해를 경험한 일이 있다?
①그렇다 ②아니다
5-2. (바로 앞 질문에서 ①그렇다는 답변을 한 경우만 답변해주세요.) 언제 피해를 경험한 적이 있습 니까? 언제 어디서 어떻게 피해를 경험했는지 구체적으로 모두 써주세요.
6-1. 나는 학교 인근 공사현장 미세먼지 때문에 집중력 저하를 경험한 일이 있다?
①그렇다 ②아니다
6-2. (바로 앞 질문에서 ①그렇다는 답변을 한 경우만 답변해주세요.) 언제 집중력 저하를 경험한 적 이 있습니까? 언제 어디서 어떻게 집중력 저하를 경험했는지 구체적으로 모두 써주세요.
4-1 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 아침에 일어나기 힘들다. ① ② ③ ④ ⑤
4-2 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 운동하러 나가는 횟수가 줄어들었다. ① ② ③ ④ ⑤
4-3 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 시력이 나빠졌다. ① ② ③ ④ ⑤
4-4 나는 인근 공사현장에서 공사를 시작하기 전보다
더 자주 몸이 뻐근하거나 아프다(근육통)고 느낀다. ① ② ③ ④ ⑤
○ 세균 수 측정
- 설문조사를 통해 공사 미세먼지가 직접적인 학습 효율 외 건강, 면역과 같은 환경적으로 받는 간접적 영향을 알아볼 수 있었다. 이에 따라 학생들이 생활하는 교실에서 공기청정 기를 끄거나 켠 상태로 3시간을 유지한 상태에서 LB 배지에 Agar을 첨가한 고형 배지를 공기에 노출시켜 세균을 채집하였다. 이는 오전과 오후로 시간대를 나누어 3일간 반복 하였다. 아직 사용하지 않은 배지는 냉장고에 뒤집어서 보관하였다.
- 이후, 배지를 37℃의 인큐베이터에서 16시간 동안 배양하였다. 단, 이를 동시에 진행하 기 위해 앞서 세균을 모은 배지는 냉장고에 보관하였다. 그 후 배지를 확인하여 각 배지별 세균 수를 세어 기록하였다.
○ 미세먼지 포집 및 세포의 생존/사멸 검증
- 해마 세포인 Hn33세포에 미세먼지를 처리하기 위해 미세먼지를 포집하였다. 실제 공사 현장에서 미세먼지를 포집하기에는 어려웠다. 따라서, 대부분의 미세먼지가 1차 적으로 걸러지는 프리필터의 미세먼지를 포집하기 위해, 교실 내 비치된 공기청정기의 프리필터를 분리하였다. 필터의 망사 아래 비커를 놓고, 먼지가 집중적으로 모인 곳 위에 증류수를 뿌려 먼지를 모았다.
- 비커에 모인 먼지를 침전시키기 위해, 3시간 동안 방치시켰다. 이 때, 외부 이물질의 유입을 방지하기 위해 비커에 파라필름을 씌워 보관하였다. 이 후, 핫플레이트를 이용 하여 비커 내의 물이 모두 증발하고 먼지만 남을 때까지 가열하였다. 가열 과정에서 비커 내 물질이 멸균되어 순수한 미세먼지만 포집할 수 있도록 하였다.
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
<S 고교 교실 내에서 공기청정기 4시간 작동/미작동 시>
○ 미세먼지: 오전보다 오후가 높고, 공기청정기 없을 때 가장 높음. 학생이 있는 주중과 학생이 없는 주말이 차이가 없었음.
- 건설공사현장 인근 산속과 S고교 교실과 미세먼지 수치는 평균농도 32ug/m²와 비교해 볼 때 매우 나쁨.
- 빈 교실에서 공기청정기 ON/OFF 비교해 볼 때 미세먼지 관련해서 공기청정기의 효과는 있는 것으로 판단됨. 학생들의 활동이 있는 일반교실의 미세먼지는 오전 (공기 청정기OFF) 보다 오후 (공기청정기ON) 가 높았는데, 학생들의 이동과 활동의 영향으 로 판단됨. 오후에는 공기청정기가 작동하고 있었으나 미세먼지 수치가 높아 공기청정 기 1대로는 역부족이라고 판단됨.
- 인근에 대규모 건설공사현장이 3곳이고 평소 눈으로 보기에도 먼지가 많은데, 미세먼
지 수치가 생각보다 낮게 나온 것은 건설공사현장에서 학교 수업 중 공사를 자제하도록 협조해주고 있는 것이 원인이라고 판단됨.
- 공사현장 인근에 위치한 S 고교의 미세먼지 수치는 매우 나쁨(평균 농도: 32㎍/㎥)으로 학생들의 신체와 심리에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였음. 미세먼지는 오전보다 오후가 높았고, 공기청정기가 없을 때 더 높았음. 이는 공기청정기가 미세먼지를 줄이 는데 효과가 있음을 나타냄.
- 산소량과 공기 중의 세균은 미세먼지보다는 학생들의 활동에 영향을 많이 받는 것으로 확인되었다. 학생들의 활동이 활발할 오후에 증가하였으며, 특히 학생들의 이동이 있을 때 증가하는 것을 알게 됨.
- 공사현장 인근에 위치한 S 고교의 미세먼지 수치는 매우 나쁨(평균 농도: 32㎍/㎥)으로 학생들의 신체와 심리에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였음. 미세먼지는 오전보다 오후가 높았고, 공기청정기가 없을 때 더 높았음. 이는 공기청정기가 미세먼지를 줄이 는데 효과가 있음을 나타냄.
○ 산소량(O2/CO2): 주중에는 산소량은 일정하였으나 이산화탄소는 오후가 높았고, 학생 들이 없는 주말에는 산소량이 높았고 이산화탄소는 낮았음.
- 이산화탄소는 산속과 비교해볼 때 학생활동이 많은 일반교실과 빈 교실 모두 지나치게 높음.
- 일반교실과 빈 교실의 수치는「경기도 다중이용시설 실내공기질 자가측정결과 공개」
(2018년1분기)와 비교해볼 때 상당히 나쁜 수치임.
- 주중에는 산소량이 일정하였으나 이산화탄소량은 오후가 높았고, 학생들이 없는 주말 에는 산소량이 높고 이산화탄소량은 낮았음.
- 산소량은 미세먼지 보다는 학생들의 활동에 영향을 많이 받은 것으로 확인됨. 학생들의 활동(이동수업, 점심시간 등)이 활발한 오후에 증가함.
- 근처 산 속에서 미세먼지, 산소량 등을 측정하여 깨끗한 값을 기대하였으나, 공사장 인근이어서인지 학교와 큰 차이가 없는 결과를 얻었음.
○ 한천 배지 세균 수: 세균 수는 공기청정기 작동/미작동과 관계없이 학생들의 움직임이 많은 오후에 높았음.
- 공기청정기 OFF 상태의 오후에 세균 가장 많이 발견. ON 상태에도 오후에 많이 배양됨.
- 학생들이 활동한 후인 오후에 세균 수 증가함.
- 산소량과 더불어 공기 중의 세균은 미세먼지보다는 학생들의 활동에 영향을 많이 받는 것으로 확인되었다. 학생들의 활동이 활발할 오후에 증가하였으며, 특히 학생들의 이동이 있을 때 증가하는 것을 알게 됨.
○ 집중력 및 학습효율 설문조사 결과: 대부분의 학생들이 호흡과 소음으로 인한 불편과 집중력 저하를 호소하였으나 학습효율 저하를 우려한 가설에 대하여는 유의미한 차이 가 없었음.
- 재학생을 대상으로 설문조사 실시 결과, 공사 미세먼지로 인한 심리적, 건강상 악영향을 받은 사례가 많았음.
- 호흡 관련 불편함에 대한 경험이 확연히 드러남.
- 학교 학생들을 대상으로 설문을 한 결과, 소음이나 교통 불편 등의 직접적 피해를 호소하는 학생이 대다수 있었으며, 호흡이나 학습 집중도가 저하되었다고 간접적인 피해를 느끼는 학생도 많았음.
○ 미세먼지 포집 후, 해마신경세포에 처리하여 세포의 생존/사멸 검증 결과: 미세먼지의 농도가 높아질수록 세포가 더 빠르게 죽는 것을 확인함.
- 미세먼지 시료를 기억과 학습을 담당하는 해마 유래의 신경세포인 Hn33에 처리했을 때, 미세먼지의 농도가 높아질수록 세포가 더 빠르게 죽는 것을 확인함.
- 알루미늄과 구리 시료를 동일 세포에 처리하였을 때 세포가 빠르게 죽는 현상을 발견함.
- 알루미늄과 구리가 미세먼지의 주성분임을 미루어 보았을 때, 미세먼지가 기억과 학습 관련 해마신경세포에게 영향을 미친다는 것을 알 수 있음.
- 세포사멸실험결과, 해마신경세포 사멸에 미세먼지가 미치는 영향은 미세먼지의 농도 가 높아질수록 세포가 더 빠르게 죽는 것을 확인함.
□ 시사점
○ 공사장에서 비롯한 미세먼지는 공사장 인근 고교 학생들에게 소음과 불편 등의 직접적 영향을 줄 뿐 아니라, 일부 학생들에게는 심리적 스트레스와 학업 집중도를 떨어뜨림.
이는 기억을 담당하는 해마 신경세포가 미세먼지에 의해 더 빠르게 사멸하는 것을 통해 확인되었음.
○ 공기청정기는 교실과 같은 작은 공간의 미세먼지 수치를 낮추어 학생들의 건강에 도움 을 주었으나, 교실과 인근 산속에서의 미세먼지 수치가 비슷하게 높은 수준으로 측정된 것은 충격적이었음.
○ 교실 내의 산소/이산화탄소의 양이나 세균의 숫자는 미세먼지와의 상관관계는 미미하 였고 학생들의 호흡이나 움직임에 더 큰 영향을 받는 것을 확인할 수 있었음.
○ 공기청정기가 작은 교실 내 미세먼지량을 줄이는데 도움을 주지만, 대규모로 발생하는 미세먼지를 해결하기에는 턱없이 부족하다는 생각이 들었음. 물론 자동차나 공장을 줄이는 등의 노력을 통해 발생하는 미세먼지를 줄이기 위한 노력도 우선되어야겠지만, 향후 국가 차원에서 정책을 통해 지역마다 ‘공기청정 공장’을 설치하여 마음 놓고, 야외활동을 할 수 있기를 희망함.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 기대효과
○ 본 연구결과를 통해, 건설현장 인근의 학교 학생들에게 미세먼지가 학습효율과 건강에 미치는 영향을 자각하게 할 수 있음.
○ 본 연구결과의 홍보를 통해 학생들에게는 개인적으로 위험자각 및 미세먼지 차단 노력 을 하게하고, 학교, 시, 국가 차원의 정책을 마련하는데 도움이 됨.
○ 시와 국가에서 도시계획이나 건축허가를 할 때 학교의 교육환경 (학생들의 건강과
학습효율)을 더 고려하도록 만드는 데 도움이 됨.
□ 사후 활용 계획
○ 논문으로 정리하여 수지고등학교 교지, 한국환경과학회지에 실릴 수 있도록 노력함.
○ 공사현장 미세먼지를 포함하여 미세먼지의 영향에 대한 정보를 제공하고 학교의 교육환 경(학생들의 건강과 학습효율)에 대한 주의와 대책 마련을 위한 캠페인에 활용할 수 있도록 노력함.
○ 시청에 학교 인근의 공사 허가에 대해 주의를 환기하고, 국토부의 도시계획에도 학교의 교육환경(학생들의 건강과 학습효율)을 고려사항으로 반영하도록 노력함.
□ 본 연구자들의 향후 계획 추후 대학에 진학하여,
○ (윤**) 미세먼지가 신경세포를 죽이는 경로를 보다 깊이 연구하고, 그 경로의 한 부분을 억제시키는 연구를 하기를 희망함. 점점 나빠지는 환경 속에서 치매, 파킨슨 병 등 사람들의 신경질환을 조금이라도 막아보기 위한 노력을 하고 싶음.
○ (김**) 바이오BT기술을 이용하여 경제적·효율적으로 각 지역의 공기를 정화할 수 있는
‘공기청정 공장’을 만들어 보기를 희망함. 이 연구를 심화시켜 이미 들어온 미세먼지를 인체 안에서 필터링하는 생체정화시스템도 연구해보고 싶음.
○ (이**) 각 지역의 미세먼지를 분석하여 출퇴근 시간의 수도권, 명절의 고속도로 등 한 지역에 집중된 미세먼지를 빠르게 분산시키는 인공지능 시스템을 개발하고 싶음.
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