제7차 교육과정에서는 국민 공통 기본 교육 과정인 3학년부터 10학년까지의 내용 간 연계성을 강화하고 학생의 인지적 발달에 맞는 내용으로 구성하는 것을 기본 방침으로 하고 있다

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1 2015 학년도서울특별시교육청 수학 과학과우수교사위탁특별연수 교수 - 학습자료 < 과학 >

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3 < 목차 > 겨울나뭇가지표본을활용한생물분류프로그램 1 생명존엄성인식및합리적의사결정능력지도를위한가치탐구수업 64 양자역학의철학적관점 141 문제중심학습기반중학교 1 학년과학진로프로그램 179

4 겨울나뭇가지표본을 활용한생물분류 프로그램 개발자김경숙 ( 청담중학교 ) 주제 겨울나뭇가지표본을활용한분류프로그램 중학교과학 3 관련단원 6. 유전과진화 2. 생물의진화와다양성 활용대상 중학교 3 학년일반학생수업용 차시 3 차시 학습목표 1. 겨울나뭇가지를관찰과분류, 동정을할수있다. 2. 분류및동정에필요한겨울나뭇가지의분류학적형질을설명할수있다. 3. 주변에서쉽게볼수있는겨울나뭇가지를관찰함으로써생태학적감수성을기를수있다

5 개발자료안내 1. 개요 (1) 개발의도분류학은생물학에있어가장기초적이자기반이되는학문으로, 생물학의여러분야에필요한정보를제공하며생물학의균형있는발전에기여할사고의방법과생물학적문제의단계적접근방법을개발하는데도움을제공한다. 학교교육에서도생물분류는생물과생물학적아이디어에대해의사소통할수있는실제적인방법을제공한다. 하지만그동안교실수업에서의분류교육은분류기준의이해와단편지식암기학습의형태로이루어져왔다. 그동안개발된프로그램역시자연물이갖는복잡하고다양한속성을반영하지못하고그림및사진자료의형태로이루어지거나, 도형을이용한분류능력에만초점을맞추어이루어지거나자연체험활동과교실수업이연계되지않은채분리되어운영되었다. 따라서본프로그램에서는교실수업에서쉽게활용할수있는자연물인겨울나뭇가지표본을활용한탐구기반의분류프로그램을개발하였다. (2) 개발자료소개프로그램은관찰과분류의탐구능력향상과생태학적감수성향상을목적으로관찰과분류활동 2단계로구성하였다. 관찰단계에서는자유관찰, 형태학적형질과용어설명을통해관찰의풍부함과학생들이분류용어에서갖는어려움을돕는스캐폴딩을제공하며, 분류단계에서는학생들이직접분류하고, 형태적형질을이용한검색표작성, 기재문을활용한동정활동을통해실제자연분류연구에서의가장기본적인과정을학습하도록구성하였다. 단계차시학습활동활동형태 관찰 1 자유관찰 ( 오감 단순 조작 정성 정량관찰 ) 및의문생성관찰결과및의문점공유하기 나뭇가지의구조와기능학습 개별활동모둠토의 강의 분류 2 3 관찰대상의공통성발견 분류 (2 모둠 4 모둠으로나누기 ) 분류기준토의 나뭇가지의분류학적형질학습 검색표작성검색표작성기준토의 기재문을이용한나뭇가지동정 모둠토의 모둠토의전체토의 강의 모둠토의전체토의 모둠토의 - 2 -

6 2. 수업모형안내 (1) 과학지식의귀납적생성과정과분류지식과학철학분석연구결과를토대로한과학지식의생성과정에서분류지식은귀납적생성과정에의해형성될수있다. 과학지식의귀납적생성과정은 < 그림 1> 과같이관찰에서시작하여귀납적사고를거치는동안하위과정에서상위과정으로이어지는위계적연속에의해다양한지식들을생성한다. 즉, 관찰을통해관찰사실을생성하고생성된사실들은귀납적사고로넘어가고, 귀납적사고과정으로넘어온사실들은공통점발견과정을통해공통성지식을생성할수있다. 공통성지식은분류과정을통해분류지식을생성하며, 공통관계인식을통해경향성을발견하여경향성지식을생성할수있다. 분류와경향성발견의사고가더진행되어위계지식이생성될수있다. < 그림 1> 과학지식의생성과정과과학지식 (2) 귀납적지식생성학습의과정귀납적지식생성학습의과정은관찰 (observation) 과규칙성발견 (rule discovery) 으로구분된다. 관찰은자연현상을관찰하여과학적사실을발견하는학습이고, 규칙성발견은관찰한사실을귀납적으로추론하여공통성, 분류, 경향성, 위계등을발견하는학습이다. 1 관찰 (observation) 관찰은 < 그림 2> 과같이관찰방법과관찰대상에따라구분할수있다. 관찰방법 에따라서는감각의종류, 조작, 정량화등의하위기준으로포함하고있다

7 < 그림 2> 과학적관찰의유형과구조 2 규칙성발견 (rule discovery) 규칙성발견은대상을관찰하여공통성을발견 (commonness discovery) 하고, 관찰대상들을집단으로구분하는분류 (classification) 와일정한규칙에따라나열할때의경향성발견 (pattern discovery) 의과정, 위의과정을거쳐관찰집단의전체적인체계를발견하는위계발견 (hierarchy discovery) 으로구분된다. 이때분류는집단을구분할수있는기준을찾는과정인기준탐색과정 (searching criteria) 과탐색된기준중가장그럴듯한기준을선택하는기준선택 (selecting criteria) 과정을통해서이루어진다. 예를들면, 학생들이겨울나뭇가지표본을관찰하여 겨울눈이있다. 잎의흔적이있다. 껍질눈이있다. 등의공통성을발견하고, 눈비늘이있는것과없는것을구분했다면이것이분류이다. 본연구에서는개발하는소재와프로그램의목적상공통성발견과분류의학습과정으로구성하였다. 3. 배경지식 (1) 분류학분류학 (taxnomy) 은생물의다양성에관한학문으로자연계에대한이해와정보전달에필수적이며기초이자기반이되는학문이다. 동정의단계인알파분류, 분류단계인베타분류, 종형성과진화의요인을연구하는계통을세우는감마분류의과정을모두포함하는종합적인학문이다. 기존의수업용으로개발된분류탐구프로그램들은동정과연계되지않은분류활동이거나분류와계통에만초점을맞춘프로그램들이어서실제적인분류연구의모습을담지못한아쉬움이있다

8 (2) 생물탐구활동소재로서의겨울나뭇가지탐구활동소재로서사용되는식물은보편성, 친소성, 목표달성, 다양성, 시기성의영역에서검토해보아야한다. 보편성은소재의구입이용이한가에대한것이며, 친소성은그식물이학생들에게낯익은것인가, 목표달성영역은소재를사용함으로써탐구학습목표에제시된결과에잘도달했는지에대한내용이며, 다양성은비슷한결과를얻을수있는여러종의식물을예로들었는가, 시기성은학습소재를구입할수있는시기와학습시기가적절한가에대한항목이다. 본프로그램의학습소재로사용한 겨울나뭇가지 는겨울눈이포함된 1년생어린가지로, 겨울철나무를동정하는데주로사용된다. 겨울나뭇가지는주변에서쉽게구할수있으며, 관찰가능한다양한형태적형질을가지고있고, 다양한종류의나무종을다룰수있으며, 관리가용이하여연중사용이가능하다는장점이있다. (3) 겨울철나무의형태적형질개발한교수학습프로그램에서사용하는어린가지는교목이나관목에서최근에생장한목본성가지이다. 미성숙슈트계인눈은분열조직에서만들어진다. 낙엽성목본식물에서, 잎은생육계절의마지막에떨어지고, 눈의최외곽조각들은잎이변형되어만들어진보호기능성인눈비늘로발달한다. 가지의끝부분에위치한눈을끝눈이라고하며, 잎의겨드랑이에달리는눈을곁눈이라고한다. 겨울눈은눈비늘여부, 눈의형태에따라나눠진다. 껍질눈은가지의껍질이돌출되어발달한부위로기체의교환이이루어지는부위이다. 가지의중심부위를골속이라고하는데골속이비어있는것과차있는것, 가지에있는잎자국과관다발자국, 턱잎자국의형태를통해겨울철나무를구별할수있다. 그외에도나무모양, 나무껍질, 열매, 낙엽등으로겨울철나무를동정할수있다. < 그림 3> 겨울철나뭇가지의형태적형질 - 5 -

9 개정교육과정및중학교 3학년교과서 생물분류 영역분석 (1) 유전과진화이영역에서는부모의형질이자손에게전달되는유전현상과생물의다양성이생물의진화와관련되어있음을다룬다. 멘델의법칙을통해부모의형질이자손에전달되는유전의기본원리를이해하게하며유전현상을연구하는방법과사람의유전현상을알게한다. 현재의생물이과거의살았던생물과는다르다는것을구체적인증거를들어설명하고생물의다양성이진화와관련되어있음을이해하게한다. 다양한생물의공통점과차이점을찾아내어기준에따라분류해보고, 생물을분류하는기준과목적을알게한다. 이영역은중학교 1~3학년군의 생식과발생 과연계된다. 생물분류단계는 5계 수준까지만다룬다. [ 학습내용성취기준 ] 부모의형질이자손에게전달되는현상을멘델의유전법칙을중심으로이해한다. 유전을연구하는방법을알고, 사람의유전현상을이해한다. 생물의진화증거를들수있다. 생물의다양성을진화와관련하여이해한다. 분류의목적과기준을생물의다양성과관련하여이해한다. [ 탐구활동 ] 가계도자료해석하기 최신에연구된진화증거조사하기 분류기준에따라계수준에서생물분류하기 (2) 중학교 3학년교과서 생물분류 영역분석 2009 개정교육과정중학교 3학년의 9종교과서의 분류 단원에제시된활동을분석한결과각교과서에따라활동의질과양적인면에서차이가매우크며, 실물자료를이용한관찰활동은 2건에불과했으며, 생물카드를이용한모의활동은 5건이었다. 그외에는조사활동이 14건인 63% 로대부분을차지했다. 그동안의연구에서분류단원의학습이분류기준의이해와암기중심이었다는비판에도불구하고, 현재교육과정에교과서에제시된탐구활동이크게변화되지않음을알수있다

10 < 표 1> 2009 개정중학교 3 학년과학교과서 분류 단원탐구활동분석 5. 학생의개념및생물분류지도법생물분류학습에서학생들의분류개념형성에지장을주는것은용어의어려움이크며, 공통점찾기 보다는 차이점설명 으로안내하는수업방식에의해식물분류체계위계성의혼동가능성이있다. 또한자연물과같이관찰대상의속성이복잡할수록공통적인속성을찾아내기어려워하여, 학생들에게는명확한속성이제시될수있는형태의분류과제를제시해주는것이학생들이더쉽게기준을세우는데도움이된다. 분류능력은관찰결과의공통점과차이점, 상호관계등을확인하는것으로관찰능력을습득한후활용하는것이타당하며, 관찰에관한과정지식이습득되지않았을시에는분류기능을습득하는데한계가있다. 따라서분류교육에서는단순한개념이나불완전한지식을강조하는암기위주의주입식교수방법보다탐구적인문제해결활동의기회를제공해야하며, 명확한속성이제시될수있는분류과제제시와직접관찰한구체적경험과용어를연결한지도가필요하다. 또한학생들은자연물을직간접적으로경험함으로써자연의변화에대해예민하게반응하며, 자연에대한경이로움을느끼는생태학적감수성을기를수있으므로자연물을이용한분류학습이필요하다

11 학생용 겨울나뭇가지에서무엇이생겨날까? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 겨울나뭇가지를관찰하여식물의구조를설명할수있다. (2) 탐구과정 오감이용, 측정, 조작을하여과학적인관찰을할수있다. (3) 태도 다양한나뭇가지를관찰하고구조와기능을학습함으로써식물에 대해관심을가질수있다. 2. 과정 (1) 자유롭게관찰하기 < 개별활동 > 나뭇가지를관찰하고, 관찰을통해알게된사실을 20 가지이상 적어봅시다. 다양한방법을이용해과학적인관찰을해볼까요? 준비물 겨울나뭇가지표본 8 종 ( 개나리, 단풍나무, 흰말채나무, 가래나무, 신갈나무, 일본목련, 가죽나무, 두릅나무 ), 표본나뭇가지실물크기사진, 자

12 (2) 의문생성하기 < 개별활동 > 관찰을하면서궁금한점도많이생겼죠? 궁금한것에대해 10가지이상적어봅시다. (3) 관찰결과및의문점공유하기 < 모둠토의 > 모둠친구들과관찰결과와의문점을적은활동지를돌려가며생각을나눠봅시다. 친구가자신이발견하지못한관찰사실을발견했다면활동지에밑줄을치고! 표시를해봅시다. 친구가적은의문중에서대답할수있거나추측을적을수있는질문을 1~2개골라대답해봅시다. 참고관찰사실을토대로무엇? 어떻게? 왜? 라는의문사를붙여서질문을만들어도다양한과학적질문이나올수있습니다. (4) 겨울철나뭇가지구조알아보기 참고 겨울눈은겨울에만있나요? 겨울눈은여름부터발달합니다. 겨울눈이따로있는것이아니라가지끝이나잎이겨드랑이에형성되었던눈이겨울철에잎이떨어지면보이는것입니다

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14 학생용 닮은듯, 다른겨울나뭇가지분류하기 ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 슈퍼마켓에서물건을진열할때비슷한물건끼리분류를해둔다면원하는것을 쉽게찾을수있다. 이와같이기준을세워생물을분류한다면생물에대한내용 도쉽게찾을수있을것이다. 겨울나뭇가지를통해분류하는방법을알아보자. 1. 목표 (1) 지식겨울나뭇가지의분류에유용한형태적형질을설명할수있다. 생물을분류하는이유를설명할수있다. (2) 탐구과정겨울철나뭇가지의분류기준에따라분류할수있다. (3) 태도다양한나뭇가지를관찰하고분류함으로써식물에대해관심을가질수있다. 준비물겨울나뭇가지표본 8 종 ( 개나리, 단풍나무, 흰말채나무, 가래나무, 신갈나무, 일본목련, 가죽나무, 두릅나무 ), 표본나뭇가지실물크기사진, 자. 2. 과정 (1) 겨울나뭇가지의공통점을찾아분류해봅시다.< 모둠활동 > 참고 분류 ( 分나눌분, 類무리류 ) classification 어떤물체나자연현 상을관찰한후, 공통 점과차이점을찾아내 고기준을세워무리 짓는활동

15 (2) 모둠에서토의한분류결과를다른모둠과공유해봅시다. 각모둠의분류기준을비교하며정리해봅시다.< 모둠활동 > 분류 1 분류 2 분류나뭇가지나뭇가지분류기준모둠명기준기호기호 주의점 분류기준을세울때는관찰한사실을근거로명확하게제시합니다

16 (3) 겨울나뭇가지는어떤특징으로동정할수있을까? 1 잎차례 2 가시 3 가지두께

17 4 골속 참고 골속 ( 髓뼛골수 ) pith 가지나줄기의중심부, 물관안쪽에있는유조직의흔적. 일반적으로골속이비어있는가지들도봉에막생겨난어린가지는골속이가득차있다가점점비게됩니다. 5 눈비늘

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19 학생용 나뭇가지만으로무슨나무인지알수있을까? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 겨울철나무는꽃과잎이없어도나무모양, 나무껍질, 열매, 낙엽, 나뭇가지등 으로구별할수있다. 그중나뭇가지로겨울철나무를동정해보자. 1. 목표 (1) 지식다양한나무의나뭇가지의형태적형질을설명할수있다. (2) 탐구과정겨울철나뭇가지의형태적형질으로검색표를작성하고동정할수있다. 준비물 겨울나뭇가지표본 8 종 ( 개나리, 단풍나무, 흰말채나무, 가래나무, 신갈나무, 일본목련, 가죽나무, 두릅나무 ), 표본나뭇가지실물크기사진, 자. (3) 태도 다양한나뭇가지를관찰하고동정함으로써식물에대해관심을갖 고, 신비롭고아름답게느낄수있다. 2. 과정 (1) 검색표만들기 < 모둠활동 > 1 5가지형태적형질로나뭇가지관찰하기나뭇가지의다양한형태적특징이있지만분류학적으로동정하기쉬운잎차례, 가시, 가지두께, 골속, 눈비늘 5가지형질을적고각나무들의형질을조사하여표를완성해봅시다. 참고동정 ( 同한가지동, 定정할정 )identification 새로만든생물의표본이나어떤생물을, 각종도감이나검색표등에의하여비교검토하여이미밝혀진분류군중에서의그위치를결정하는일 예시 )

20 형태적 형질. A B C D E F G H 5 개의형질로비교했을때모두같은형질을나타내는나무둘 이있습니다. 이나무들을어떻게구별할수있을까요? 어떤형질 을관찰하면구별이뚜렷하게되나요?

21 2 검색표만들기누가봐도쉽고명확해서검색표를따라가면해당나무를찾을수있도록작성해봅시다. 필요할경우제시한특징외에추가하여작성하세요. 참고검색표는생물을동정하기위해만든표입니다. 식물을동정할때, 식물의형태적특성을잘관찰한뒤검색표의항목에서일치하는것들을따라가다보면식물의이름을알수있습니다. 참고 검색표는일반적으로 2 개의대조가되는특징으로구성하지만, 때로는둘이상으로나누어진경우도있습니다

22 3 토의어떤단계로구성해야쉽고명확하게나무를동정할수있을까? F, G를구분하는검색표단계순서특징모둠명 참고 모든생물을하나의검색표로검색할수있나요? 모든생물을다넣을수는없습니다. 따라서검색표는과검색표, 속검색표, 종검색표와같이분류단계에따라각각나누어만들기도하며, 생물이추가됨에따라새로운검색표를구성할수있습니다. 이미알려진생물을많이포함할수록검색표의유용성은커집니다

23 4 기재문을활용한나뭇가지의동정오랜시간에걸쳐나뭇가지를관찰하고, 분류하면서나뭇가지의여러가지형태적특징에대해서알았습니다. 과연어떤나무일지기재문으로확인해봅시다. 참고검색표만으로명확히동정하기어려울경우종을자세히설명해놓은기재문을통해확인할수있습니다. 활동지에제시한기재문은겨울철나뭇가지에관련된특징만정리한것입니다

24 5 지식채널 e 노인과지렁이 2 줄소감문쓰기

25 교사용 지도안 겨울나뭇가지에서무엇이생겨날까? 1 활동내용분석분류활동의생물학습재료로사용하는 겨울나뭇가지 는겨울눈이포함된 1년생어린가지이며겨울철나무를동정하는데주로사용된다. 학생들은초등학교 4학년에서식물의생활, 5학년식물의구조와기능에대해학습하였으며, 중학교 1학년에서는보다심화된식물의구조와기능, 광합성과정을학습하였다. 이활동은중학교 3학년 유전과진화 단원에서생물의분류를지도하기위한분류탐구활동이다. 1차시는분류탐구활동전, 겨울나뭇가지에있는구조를관찰하는활동으로구성되어있다. 2 진행방법 (1) 자유롭게관찰하기관찰은어떤물체나자연현상의특징을감각기관 ( 오감 ) 과관찰도구를사용하여찾아내고기술하는활동으로과학적탐구과정의가장기본적인요소로써분류, 측정, 예상, 추리, 문제인식등다른탐구과정의바탕이되는필수적인과정이다. 관찰의유형 지도상유의점 관찰할겨울나뭇가지표본이준비되지않은경우, 부록으로제시된실물크기의사진자료를제시한다. 또는실물크기의사진자료를모둠별컴퓨터에깔아두어학생들이확대해서관찰하도록한다. 사진파일은 u.ac.kr/~jaegkim에탑재되어있다. 처음에는자유롭게관찰하도록한후, 20개의관찰사실을적는것을학생들이어려워할경우다양한관찰유형을알려주어심화된활동을할수있도록지도한다

26 감각기관시각, 미각, 후각, 청각, 촉각에의한관찰예 ) 나뭇가지를손으로만져보았더니까칠까칠하다. 조작여부 -단순관찰: 관찰대상에조작활동없이있는그대로관찰하는것예 ) 나뭇가지끝에눈은눈비늘로겹겹이싸여있다. -조작관찰: 관찰대상에어떠한조작을한후에나타나는현상을관찰하는것예 ) 나뭇가지끝에있는눈의눈비늘을벗겨보니연두색과노란색의조직이겹겹이싸여있었다. 지도상유의점 예상이나추리, 주관적느낌, 이미알고있는사실은관찰사실이아니다. 정량화의여부 -정성적관찰 : 관찰대상의특징을정성적으로관찰한것예 ) 나뭇가지끝에눈이붙어있다. -정량적관찰 : 관찰대상의특징을측정도구를사용하여수치화한것예 ) 나뭇가지끝에눈의길이는 3cm이다. 대상의전체성 -전체관찰 : 관찰대상의전체를관찰하는것예 ) 나뭇가지전체모양이지그재그형이다. -부분관찰 : 관찰대상의일부만을관찰하는것예 ) 가지끝의눈에는끈적한물질이묻어있다. 대상의수 -단일대상관찰 : 관찰대상이하나인것예 ) 나뭇가지는붉은색이다. -다수대상관찰 : 관찰대상이다수인것예 ) 나뭇가지의속은가득차있는것과없는것이있다. (2) 의문생성하기나뭇가지의구조와기능에대한학습효과를높이기위한과정으로자유롭게질문을할수있도록지도한다. 의문 ( 문제인식 ) 은과학적탐구의시작에있어서중요한역할을하는것으로, 연구의방향과가치를결정지으며학생들에게알아야할필요성을자극함으로써실제적인과학적탐구로유도하고새로운의문을도출할수있도록도와준다. 지도상유의점 생성된의문점은모둠원내활동지공유, 추후교사의구조와기능에대한설명을통해해결할수있다

27 참고 과학적의문및과학적탐구의전과정에대한자세한내용은 과학지식의생성과평가 ( 권용주외, 학지사 ), 한국교원대학교과학교육연구소 / 서울대학교과학교육연구소 자료참고 (3) 관찰결과및의문점공유하기학생들이관찰한결과와의문점을짝또는모둠내에서공유하는시간을갖는다. 시간이충분할경우친구들의의문에답을해주거나자신과다른관찰결과를표시하도록해도좋다. 시간이충분하지못할경우생략할수있는과정이다. (4) 겨울철나뭇가지구조알아보기미성숙슈트계인눈은분열조직에서만들어진다. 낙엽성목본식물에서, 잎은생육계절의마지막에떨어지고, 눈의최외곽조각들은잎이변형되어만들어진보호기능성인눈비늘 ( 아린 ) 로발달 참고 겨울눈은겨울에만있나요? 겨울눈은여름부터발달한다. 겨울눈이따로있는것이아니라가지끝이나잎이겨드랑이에형성된눈이겨울철에잎이떨어지 면잘보이는것이다. 한다. 가지의끝부분에위치하고줄기와직립한눈을끝눈 ( 정아 ) 이라고하며, 잎의겨드랑이에달리는눈을곁눈 ( 측아 ) 이라고한다. 겨울눈은눈비늘여부, 눈의형태에따라나눠진다. 껍질눈 ( 피목 ) 은가지의껍질이돌출되어발달한부위로기체의교환이이루어지는부위이다. 가지의중심부위를골속 ( 수 ) 이라고하는데골속이비어있는것 ( 가름막이있는것과없는것 ) 과차있는것, 가지에있는잎자국 ( 엽흔 ) 과관다발자국 ( 관속흔 ), 턱잎자국 ( 탁엽흔 ), 열매자국 ( 과흔 ) 의

28 형태를통해겨울철나무를구별할수있다. 그외에도나무모양, 나무껍질, 열매, 낙엽등으로겨울철나무를동정할수있다. 강의자료용슬라이드설명 < 겨울철나뭇가지에서는무엇이생성될까?> 1~15번슬라이드진달래, 자작나무, 개나리, 은행나무, 가래나무, 두릅나무의겨울에서봄, 여름까지의모습을담았다. < 겨울눈의여러가지모습 >16~20 번목련의털이있는겨울눈, 물푸레나무의눈, 가래나무의맨눈, 아까시나무의묻힌눈, 나도밤나무의맨눈을통해다양한형태의겨울눈을소개한다. < 가지는왜이렇게생겼을까?>21번 ~27번일본목련의잎자국, 열매자국, 턱잎자국과양버즘나무의턱잎자국을여름철나무의모습과비교하여제시한다. 잎자국은잎자루가떨어진흔적으로잎자국안의관다발의흔적도확인할수있다. 지도상유의점 동정할나뭇가지가있는슬라이드는나무이름을밝히지않는다. 자세한설명보다는눈에서잎, 꽃이나오는과정을보여주는것에초점을맞춘다. 잎자국안의관다발의흔적을통해줄기의관다발계가어떻게잎으로들어오는지확인할수있다

29 참고 강의자료용슬라이드는설명과함께 u.ac.kr/~jaegkim에탑재되어있다. 3 학생용활동지채점기준관찰능력 : 관찰지식의객관도와다양도관찰지식의객관도관찰사실이고정확하게기술한것관찰지식의다양도기술한관찰지식의개수 참고 보다정교한평가는 과학지식의생성과평가 ( 권용주외, 학지사 ) 생명과학교육론 ( 김영신외, 자유아카데미 ) 참고

30 교사용 지도안 닮은듯, 다른겨울나뭇가지분류하기 1 활동내용분석 1차시관찰활동후에제시되는분류활동으로, 분류탐구능력을향상하는데목적이있다. 실제자연물을관찰하여공통점을찾아분류하는과정이다. 명확한기준을세워단계적으로분류하고, 모둠의분류기준을발표하고공유하는시간을갖는다. 2 진행방법 (1) 겨울나뭇가지의공통점을찾아분류하기생물을분류하여계통수를생성하는것은생물학연구에필요한기초정보를제공하며, 생물교육에있어서도중요하다. 인위적인도형이나사물이아닌자연물의복잡한속성이포함된겨울나뭇가지표본 8종을활용하여공통점을찾아분류하도록지도한다. 지도상유의점 나무들의명칭을미리밝히지않아편견없이관찰하도록하며, 3 차시에검색표작성과기재문을통해동정하도록지도한다. A: 개나리, B: 단풍나무, C: 흰말채나무, D: 가래나무, E: 신갈나무, F: 일본목련나무, G: 가죽나무, H: 두릅나무

31 분류학분류학 (taxnomy) 은생물의다양성에관한학문으로자연계에대한이해와정보전달에필수적이다. 생물학의기초단계로서모든생물을명명하고기재, 분류하며더나아가이론적근거를밝히는학문으로, 동정 (identification) 의단계인알파분류, 분류 (classification) 단계인베타분류, 종형성과진화의요인을연구하는계통 (systematics) 을세우는감마분류의과정을모두포함하는종합적인학문이다. 분류분류는어떤물체나자연현상의공통점과차이점을찾아낸후기준을세워무리짓는활동으로, 많은대상을다루기쉬운크기로묶어줌으로써자료를다루는시간과노력을절약할수있다. 또한분류활동사이의규칙성과경향성을발견함으로써새로운예상을할수있고자료에대한기억을향상시킬수있다. 지도상유의점 생물학에서분류는많은개체를나눈다는개념이아니라많은개체들을비슷한특성을가지는개체들끼리무리짓는다는것이다. 가장비슷한것들끼리작게무리짓고, 작은무리들사이에비슷한무리끼리다시무리짓는과정을반복하여분류체계가완성되는것이다. 따라서차이점보다는공통성을발견하여분류하는것에초점을맞추어지도하도록한다. 분류활동지도유의사항 - 분류의기준은객관적이어야한다. 예쁘다, 유용하다 와같은분류기준은사람마다다르기때문에좋은분류기준이아니다. - 분류의기준은명확하여야한다. 크기가크다 라는분류기준은크기를표현하는데그다지좋은분류기준이아니다. 명확한분류를하기위해서는 길이가 3cm 이상이다 와같이측정단위를기준으로표현하도록한다. - 분류를할때는일관성이있어야한다. 분류기준을 골속이차있다 로하였다면, 골속이차있는것만으로분류하고, 다른쪽에는 골속이비어있는것 ( 가름막의여부를떠나 ) 으로분류가이루어져야한다. - 분류된것은서로중복되어서는안된다. 분류된각각의항목은서로겹치지않도록해야한다. - 분류된것은전체와부합되어야한다. 분류된각각의항목을모두합치면, 분류이전의항목과일치 하여야한다

32 (2) 모둠별분류기준공유하기모둠내에서정한분류기준과관찰사실에근거하였는지를발표를통해반전체가공유할수있도록지도한다. 각모둠의발표내용에서보완해야할점이발견되면반학생들에게질문을하여수정보완을하도록한다. (3) 겨울나뭇가지는어떤특징으로동정할수있을까? 정리를하려면정리할대상의특징을알아야한다. 어떤특징을알아내는가는정리할대상의종류와정리기준에따라달라진다. 앞에서학생들이자유롭게찾은형태적형질을근거로분류했다면, 강의를통해겨울나무를동정하는데의미있는겨울나뭇가지의형태적형질을학습하여다음차시의동정활동에기초를마련해준다. 참고 분류학적형질에대한자세한내용은 분류학개론 ( 김재근, 라이프사이언스 ) 참고

33 생물의형질형질은분류학에서형태, 생리, 행동, 생태, 지리, 분자생물학적특성과같은생물의특징을모두말한다. 형질상태를이용하여생물을동정하고, 비교하고, 계통을세울수있다. 예를들어잎차례는형질이되고, 마주나기와어긋나기는형질상태가된다. 분류학적형질은분류군에따라그종류가다르다. 참고 겨울나뭇가지에대한자세한내용은겨울나무쉽게찾기 ( 윤주복, 진선BOOKS), 겨울눈도감 ( 이광만외, 나무와문화연구소 ) 참고 식물의분류에사용되는형질 형질의범주 형태적형질 식물동정을위해가장먼저관찰하고확인하는형질 해부학적형질 속이나그이상의분류군에서가장유용하게사용 번식방법 기타형질 형질의종류영양구조 ( 뿌리-수염뿌리계, 원뿌리계 ), 줄기 ( 마디, 잎자국, 관다발자국, 껍질눈등 ), 눈 ( 눈비늘, 꽃눈, 잎눈, 끝눈, 곁눈등 ), 잎 ( 잎의형태, 잎맥등 ), 생식구조 ( 포자낭의형태, 꽃과열매의구조 ) 잎의내부구조중표피 ( 세포벽의두께, 크기, 모양등 ), 기공의형태, 엽육조직인울타리조직과해면조직의배치, 분화정도, 엽록체의모양등, 잎맥, 줄기의중심주모양, 관다발- 물관, 체관과형성층의배열, 씨방의구조등포자번식, 종자번식발생학적형질 ( 밑씨와꽃가루 ), 세포학적형질 ( 염색체등 ), 화학적분류형질 ( 대사물질 ), DNA 분석 ( 주로엽록체 DNA 사용 ) 겨울나뭇가지표본 8종의검색표작성시사용할형태학적형질 형태적형질 형질상태 잎차례 마주나기, 어긋나기 가시 가시있음, 가시없음 지도상유의점 1년생어린가지표본이므로가지의두께가 1cm 이상, 1cm 미만이기준이될수있다. 가지두께 골속 눈비늘 1cm 이상, 1cm 미만골속이비어있음 ( 가름막 -격막이있음, 가름막이없음 ) 골속이차있음눈비늘이있음, 눈비늘이없음

34 3 학생용활동지채점기준 분류능력 : 분류기준의정확성과관찰사실에근거여부 분류기준의정확성 관찰사실에근거 객관적, 명확성, 일관성, 중복여부, 전체와 부합하는지여부 분류기준이관찰사실에근거하였는지여부 참고 보다정교한평가는 과학지식의생성과평가 ( 권용주외, 학지사 ) 생명과학교육론 ( 김영신외, 자유아카데미 ) 참고

35 교사용 지도안 나뭇가지만으로무슨나무인지알수있을까? 1 활동내용분석 1,2차시의관찰과분류활동을통해학습한나뭇가지의형태학적형질을이용하여검색표를작성해보고, 기재문을통해동정하는활동으로구성되어있다. 수업의마무리에는학생들이 노인과지렁이 영상을통해다윈의자연에대한태도와탐구정신에대해생각할수있도록구성하였다. 2 진행방법 (1) 검색표작성하기생물의이름과그에대한정보를보다자세하고정확하게알고자할때우리는도감을이용한다. 도감은생물을특정기준에따라분류해놓고, 형질을그림과글로설명해놓은것이다. 검색표는주로도감의앞부분에제시되어생물을동정하기편리하게제시하는표이다. 학생들이작성한검색표를가지고누구라도해당나무를찾을수있는보기쉽고정확한검색표를작성하도록안내한다. 1 5가지형태적특징으로나뭇가지관찰하기검색표작성시도움을주고자형질관찰표를제시한다. 학생활동지에학생의수준에따라생략할수있다. 지도상유의점 검색표는분류의결과를놓고작성하는것으로, 분류과정을거꾸로가는과정이라고할수있다. 이는이름을모르는생물의이름을알기위해하는동정의과정이다. < 모둠활동지예시 > 형태적형질 잎차례가시가지두께골속눈비늘 마주나기어긋나기 있음없음 1 cm 이상 1 미만 cm 비어있음 차있음 있음없음 A B C D E F G H 지도상유의점 예시자료처럼모둠별로형질의순서를다르게하여표를작성하도록안내한다. 모둠별로다양한검색표를작성하여토의가활발하게이루어질수있도록한다

36 형태적형질 골속눈비늘잎차례가시가지두께비어차마주어긋 1 cm 1 cm 있음있음있음없음나기나기있음없음이상미만 A B C D E F G H 2 검색표만들기및토의어떤단계로구성해야쉽고명확하게나무를동정할수있을까? 검색표는분류계급이나위치를고려하여만드는것처럼단계가거듭될수록안으로들여서만드는계단식검색표와들여쓰기를하는대신번호를이용하는병렬식검색표가있다. 이번활동에사용할계단식검색표는한눈에특징의상하단계를알수있고, 다음단계에어떤특징이나오는지쉽게알수있다는장점이있다. 나뭇가지표본의 F, G는 5가지형질로는그특징이모두같다. 따라서학생들이임의적으로형질을정하여검색표를작성하도록하고, 추후토의하는시간을갖는다

37 < 검색표작성예시 > < 학생들이제시한검색표 F,G 기준예시 > 참고 검색표는일반적으로 2 개의대조가되는특징으로구성하지만, 때로는둘이상으로나누어진경우도있다 모든생물을하나의검색표로검색할수있나요? 모든생물을다넣을수는없습니다. 따라서검색표는과검색표, 속검색표, 종검색표와같이분류단계에따라각각나누어만들기도하며, 생물이추가됨에따라새로운검색표를구성할수있습니다. 이미알려진생물을많이포함할수록검색표의유용성은커집니다. (2) 기재문을활용한나뭇가지의동정검색표만으로는생물을명확하게동정하기가쉽지않을경우종을자세히설명해놓은 기재문 을활용한다. 기재문은해당식물에대한모든특징을기술해놓은것으로활동지로제시한기재문은도감을참고하여겨울철나뭇가지에관련된특징만정리한것이다. 검색표만으로동정할경우, 특징을잘못판단한상태에서검색표를따라가다보면때로는엉뚱한종으로귀착될수있기때문이다

38 < 기재문예시 > 출처 : 식물분류학 (Simpson, 2010) 5 지식채널 e 노인과지렁이 시청오늘날가장영향력있는과학이론중의하나인진화론은사소한것에대한다윈의주의깊은관찰과의문에서부터가능했다는내용의영상이다. 진화론에관한체계를정리하는동안에도주변의다양한동식물에대해지속적인관찰과실험을하였으며, 지렁이에대한연구를통해 과학 이일상생활에가까이있음을보여주고있다. 지도상유의점 학생용활동지에제시한나태주의 풀꽃 시를같이읽거나개인별로출력해나눠주면서수업을마무리해도좋다. 3 학생용활동지채점기준 검색표작성 : 검색표형질기준의명확성, 검색표의완성도 형질기준의명확성 부위와명칭의정확성, 대조특징의서술 검색표의완성도 알아보기쉽게작성되었는가? 참여도 모둠내토의참여, 모둠별토의내용작성여부

39 참고자료 1. 식물표본사진자료 ( 실물크기로출력해서사용 )

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47 2. 학생용활동지이름

48 < 겨울나뭇가지구조와기능알아보기 >

49 분류 1 분류 2 모둠명 분류기준 나뭇가지 기호 분류기준 나뭇가지 기호

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51 검색표작성활동지 (1) 모둠구성원 : 잎차례가시가지두께골속눈비늘 마주 나기 어긋 나기 있음 없음 1 cm 이상 1 cm 미만 비어 있음 차 있음 있음 없음 A B C D E F G H

52 검색표작성활동지 (1) 모둠구성원 : 가시가지두께골속눈비늘잎차례 있음 없음 1 cm 이상 1 cm 미만 비어 있음 차 있음 있음 없음 마주 나기 어긋 나기 A B C D E F G H

53 검색표작성활동지 (1) 모둠구성원 : 가지두께골속눈비늘잎차례가시 1 cm 이상 1 cm 미만 비어 있음 차 있음 있음 없음 마주 나기 어긋 나기 있음 없음 A B C D E F G H

54 검색표작성활동지 (1) 모둠구성원 : 골속눈비늘잎차례가시가지두께 비어 있음 차 있음 있음 없음 마주 나기 어긋 나기 있음 없음 1 cm 이상 1 cm 미만 A B C D E F G H

55 검색표작성활동지 (1) 모둠구성원 : 눈비늘잎차례가시가지두께골속 있음 없음 마주 나기 어긋 나기 있음 없음 1 cm 이상 1 cm 미만 비어 있음 차 있음 A B C D E F G H

56 모둠원

57 모둠명 1 검색표단계순서 F, G 를구분하는특징

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60 < 노인과지렁이 > 를보고느낀점을적어봅시다. 자세히보아야예쁘다오래보아야사랑스럽다너도그렇다 - 나태주, 풀꽃

61 3. 수업용슬라이드 (2,3 차시 ) 슬라이드내용 ( 1 번 ~20 번겨울나뭇가지분류학적형태적형질, 21 번 ~24 번검색표작성, 25 번 ~26 번기재문 )

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63 4. 읽을거리 지난해여름부터꽃눈준비 ' 봄길잡이 ' 목련의준비성 - 강원대명예교수권오길 " 오내사랑목련화야 / 그대내사랑목련화야 / 희고순결한그대모습 / 봄에온가인과같고 / 추운겨울헤치고온 / 봄길잡이목련화는 / 새시대의선구자요 / 배달의얼이로다." ' 목련화 ( 木蓮花 )' 노래를부를날도멀지않았다. 봄길라잡이목련꽃이피기까지, 겨울이얼마나시렸는가. 그냉기를머금고견뎠기에목련은더욱아리땁다. 내글방앞목련나무를살펴봤다. 수천개의겨울꽃눈이가지마다다닥다닥매달려있다. 작년초여름부터꽃눈을만들어놓아저리매달아놓은것도모르고있었다니. 겨울눈은한눈에봐도꽃눈과잎눈이뚜렷이구분된다. 봄꽃을품은꽃눈은새끼손가락끝마디만큼이나큰것이몽실몽실통통하지만움싹이틔울잎눈은코딱지만하다. 또꽃눈은보드라운솜털이빽빽이감쌌으나잎눈은솜털과함께밋밋한몇겹의비늘조각이뒤덮고있어서고된겨울나기를도왔다. 지금얼른목련의꽃눈하나를따서면도날로반을잘라보자. 솜털묻은비늘잎을벗기고나니 얄팍하고보드랍고노릇한꽃잎이켜켜이포개져돌돌말려있고, 향기그윽한꽃술들도이미 한가득들었다. 그렇다. 지난해부터이해를대비한만반의준비성에탄복을금치못한다. 고 ( 故 ) 최인호씨의 ' 나의딸의딸 ' 이란책에서읽은구절이다. " 목련꽃은아름답긴하지만왠지귀기 ( 鬼氣 ) 가어려있다. 한밤중에목련꽃을보면섬뜩해진다. 무슨상복입은여인같기도하고, 종이로만든조화같기도하고, 승무를추는영인 ( 伶人 ) 의머리에씐고깔같기도하고, 잘빨아널어말린버선짝같이느껴지기도한다." 남보다먼저꽃피우는봄앞잡이꽃은목련말고도더있다. 매화 산수유 진달래 철쭉 개나리들도꽃눈을매단채겨울을넘기고있다. 자연엔질서와순서가있는지라여기꽃나무들도써놓은순서대로꽃망울을터뜨릴것이다. 이들은꽃을먼저피우고나중에날이포근해지면잎이난다. 식물들이나름대로정해진시기에개화하는까닭은일조시간 ( 光周期 광주기 ) 과온도에반응하여생기는개화호르몬인 ' 플로리겐 (florigen)' 때문이다. 식물에따라일조시간이긴봄에개화하는개나리 진달래가있고, 낮이짧은가을에꽃피우는코스모스 국화, 일조시간의영향을별로받지않는민들레 옥수수가있다

64 온도도개화에영향을미친다. 지금진달래가지하나를꽃병에꽂아방안에들여놔보라. 며칠 후면화사한진달래꽃을피우니이런것을고온처리 ( 高溫處理 ) 라한다. 꽃샘추위가기승을부릴즈음활짝핀꽃봉오리들이하나같이북쪽으로고개숙인다. 보통식물은햇빛을받는남쪽으로굽는데, 괴이하게도목련은북으로머리를둔다. 그러기에예부터목련꽃을북향화 ( 北向花 ) 라불렀다. 그래서예로부터임금에대한충절을나타내는꽃으로목련을꼽았다. 서양에서는목련을부활을상징하는꽃으로봤다. 죽음의계절인겨울의끝을맺고생명의계절봄의도래를알리는전령사로목련을본것이다. 지난해 4월세월호참사로많은학생을잃은안산단원고에오바마미국대통령이 ' 잭슨목련 ' 을보냈다. 미국의제7대대통령앤드루잭슨이먼저세상을떠난부인레이철여사를기리며 1800년대중반백악관에심었던그목련이다. 오바마미국대통령은 " 봄마다새로피는목련은부활을나타낸다 " 며어린나이에목숨을잃은학생들을기렸다. 겨울의시련을이겨내고봄을알리는목련의꽃말은 ' 고귀함 ' 이다. 출처 : 조선일보

65 겨울눈, 생김새제각각인이유는 ' 생존전략 ' 때문 연둣빛아기속살에담긴겨울눈생존전략 김인성 ( 우포생태교육원원장 ) 찬바람이옷깃을여미게한다. 숲에도추위가닥쳐오고, 얼어붙은땅위로의연하게찬바람을맞으며겨울눈을내는나무들이대견하다. 떡갈나무와같이참나무류에속하는나무들처럼비늘이겹겹이덮인겨울눈이있는가하면, 목련의겨울눈과같이털이무성하게나와있는것도있다. 이렇게나무들의놀랍고다양한적응력과경이로운자연현상을겨울눈을통해바라보면 ' 모든생명이살아있으며, 아름답다 ' 는것을느낄수있다. 이를우리는자연에동화된다고했던가. 나뭇가지의시스템은나무의눈위치에따라결정된다. 모든가지의시작부분에겨울눈이계란모양으로, 때로는타원형으로, 때로는빼족한모양으로, 나뭇가지의맨윗부분과가지의옆부분에앉아있다. 맨위에앉아있는것을정아 ( 頂芽 ), 가지의옆에있는것을측아 ( 側芽 ) 라한다. 이들은가지의높이생장이끝나는 8월과 9월께에이미추운겨울을위해준비되어털이무수히많은모양을한눈 ( 목련, 갯버들 ), 가죽모양을한눈 ( 오리나무 ) 또는가죽모양을하고있으며끈적끈적한점액질로덮여있는눈 ( 칠엽수 ) 과비늘모양을한눈 ( 참나무류 ) 등의모양을하고있다. 또겨울눈을덮고있는비늘같은부분을아린 ( 芽鱗 ) 이라하는데, 모든나무의눈이아린으로덮여있는것은아니다. 나도밤나무나검양옻나무와같은나무는겨울눈을보호해주는아린이없는경우도있다. 어떤나무가어떤모양의겨울눈을가지고있는지에대해서는마치사람의얼굴이저마다각각인경우와다를바없다. 이러한다양한모양들은추위나건조현상을피하기위한나무들나름대로의생존전략이다. 온도가상승하는이른봄이오면이윽고겨울눈에서잎들이돋아날것이다. 겨울눈을조심스럽게열어보면그안에아기속살같이부드러운연둣빛부분들을볼수있는데, 가장위쪽의뾰족한부분이생장점이된다. 이생장점은계속적으로나무의가지가높이자랄수있는부분이된다. 겨울눈은완전히생장한나뭇가지와전혀다르지않다. 다만미생장단계일뿐이다. 자라나는아기처럼. 나무는잎을떨어뜨리지않는것도있고가을이오기전에미리잎이지는종도있지만, 대부분넓은잎나무는겨울이되기전에잎을떨군다. 잎이지는것은나무들이살아남기위해선택한최선의방법이다. 겨울에는땅이얼어수분을제대로섭취할수없기때문에물이필요한잎을계속자신의몸에매달아두었다가는공연히에너지손실만생기고생명까지도위험할수있다. 그래서나무는겨울이되기전, 바쁘게겨울눈을만들고는잎을모두떨어뜨려한겨울동안긴숨을쉰다. 여름내자신에게꼭필요한잎이었지만겨울눈속에하얀속살같은생명줄을남겨두고는모두떨어뜨려버리는버림의철학을나무로부터배워야할것이다. < 출처 : 경남도민일보, >

66 5. 인터넷사이트소개 서울대학교과학교육연구소 한국교원대학교과학교육연구소 서울대학교사범대학식물습지생태연구실 참고문헌 w 과학지식의생성과평가, 권용주외, 학지사 (2011) w 겨울나무쉽게찾기, 윤주복, 진선BOOKS(2012) w 겨울눈도감, 이광만외, 나무와문화연구소 (2015) w 린네가들려주는분류이야기, 황신영, 자음과모음 (2010) w 생명과학교육론, 김영신외, 자유아카데미 (2012) w 식물분류학 2판, 이상태외, 신일상사 (2005) w 식물계통학 2판, Simpson, 월드사이언스 (2011) w 한국동식물도감제43권식물편 ( 수목 ), 교육과학기술부 (2011)

67 생명존엄성인식및 합리적의사결정능력 지도를위한가치탐구수업 개발자유민희 ( 영서중학교 ) 주제 생명존엄성인식및합리적의사결정능력지도를위한 가치탐구수업 중학교과학 3 학년 관련단원활용대상차시학습목표 (18) 생식과발생, (22) 과학과인류문명 (2009 개정교육과정 ) (17) 재해재난과안전 (2015 개정교육과정 ) 생명의연속성, 수정과발생, 미래생활에영향을줄과학기술 (2009 개정교육과정 ) 감염성질병확산 (2015 개정교육과정 ) 중학교 3 학년일반학생또는중학교영재학생 수업용 8 차시 1. 동물복제과정에대해서설명할수있다. 2. 인간복제에서생기는윤리적인문제를표현할수있다. 3. 생명복제와관련된가치문제에대해합리적인가치판단 을할수있다. 4. 인간배아줄기세포연구에대한가치탐구활동을통해, 현명한의사결정을할수있다. 5. 질병의전파를막기위한가장합리적인대안을탐색하고 실천할수있다

68 개발자료안내 1. 개요 (1) 개발의도 1 교육과정에서강조하는 과학적소양 의함양 2009 개정교육과정에서추구하는인간상가. 전인적성장의기반위에개성의발달과진로를개척하는사람나. 기초능력의바탕위에새로운발상과도전으로창의성을발휘하는사람다. 문화적소양과다원적가치에대한이해를바탕으로품격있는삶을영위하는사람라. 세계와소통하는시민으로서배려와나눔의정신으로공동체발전에참여하는사람 2009 과학과교육과정공통교육과정의 과학 을과학의기본개념을이해하고과학탐구능력과과학적태도를함양하여창의적이고합리적으로문제를해결하는데필요한과학적소양을기르기위한교과로정의하였다. 또한창의적인인재양성, 과학적소양강화, 과학의통합교과적성격강조, 탐구수업의내실화, 교육과정내용의적정화와구체화 를개정방향으로설정하였다. 이논의를바탕으로 과학 의목표를다음과같이명시하였다. 가. 자연현상을탐구하여과학의기본개념을이해한다. 나. 자연현상을과학적으로탐구하는능력을기른다. 다. 자연현상에대한흥미와호기심을갖고, 문제를과학적으로해결하려는태도를기른다. 라. 과학, 기술, 사회의관계를인식한다

69 2015 개정교육과정에서추구하는인간상 창의융합형인재 인문학적상상력과과학기술창조력을갖추고바른인성을겸비하여새로운지식을창조하고다양한지식을융합하여새로운가치를창출할수있는사람 2015 과학과교육과정 2015 과학과목표에서 자연현상과사물에대하여흥미와호기심을가지고, 과학의핵심개념에대한이해와탐구능력의함양을통하여, 개인과사회의문제를과학적이고창의적으로해결하기위한과학적소양을기른다. 를총괄목표로제시하였다. 또한과학적소양과관련된목표로 과학과기술및사회의상호관계를인식하고, 이를바탕으로민주시민으로서의소양을기른다. 를세부목표로제시하였다. 이상에서살펴본바와같이교육과정에서 과학적소양 의함양이계속강조되고있다. 과학적소양 의중요성은과학기술이급속히발달하면서제기되는사회적이슈 ( 사회속과학쟁점 ) 에대해합리적의사결정을내리는능력과밀접한관련이있다. 2 현대과학의특성과과학윤리오늘날에는과학을객관적증거와보편적절차를따르는합리적학문으로만보지않는다. 과학은사회속에서일어나기때문에가치와집단이익이관련되어있다고보며, 그런과학을과학-기술 -사회(Science-Technology-Society; STS) 의관계로표현한다. 특히생명공학또는유전공학이발달함에따라사회는물론이고과학사회에도윤리적갈등이빈번하게생겨나고있다. 배아줄기세포를이용한생물의복제를허용하는것이그렇지않은것보다더바람직할까? 는최근우리나라사회에도던져진윤리적갈등에관한질문이다. 이러한질문에답하기위해서는발생학 유전학 생명공학 유전공학뿐만아니라윤리학지식과윤리적연구방법도잘알아야한다. 조희형 (2008). 과학윤리교육의이론과방법

70 3 과학과관련된사회 윤리적주제교수에서고려할부분과학과관련된사회 윤리적주제에대한효과적인교수를위해서는가치판단및의사결정과같은사고기술, 그리고윤리의식이나공감적태도와같은가치태도부분도고려되어야한다 ( 유정숙 최성연 이현주, 2011). 4 생물교육에서의가치탐구 (Value Inquiry in Biology Education) 앞서살펴본 2015 개정교육과정에서추구하는인재는새로운 가치 를창출할수있는사람이다. 여기서 가치 의사전적의미를살펴보면다음과같다. 가치 ( 價値 ) 1 사물이지니고있는쓸모. 2 철학 대상이인간과의관계에의하여지니게되는중요성. 3 철학 인간의욕구나관심의대상또는목표가되는진, 선, 미따위를통틀어이르는말. 국립국어원표준국어대사전새교육과정에서가치를강조하고있는데, 교과별로다양하게가치의의미를해석하여가지창출을위한교육을할수있을것이다. 일찍이생물교육에서가치탐구모형이개발된바있다 ( 정은영 김영수, 2000). 이가치탐구모형을통해, 학생들은합리적의사결정방법을체계적으로학습할수있을것이다. 오늘날과학교육의중요한목적으로과학적소양의함양이강조되고있고, 과학과기술에관련된사회적쟁점에대한의사결정능력을갖춘교양있는시민의육성이과학적소양과관련지어과학교육의목표로주목을받고있다. 특히, 최근생물학과의학의발달로인해많은생물윤리 1) 적쟁점들이야기되고있는데, 이에대해학생들이단편적인지식을아는것에그치지않고그러한쟁점들에대해합리적인가치판단과현명한의사결정을하는경험을할필요가있다. 이러한과정을통해가치탐구능력을함양하고더나아가과학적소양을함양하게될것이다. 그런데, 가치탐구능력을함양하기위해서는생물학적지식뿐만아니라가치의문제를해결하기위한체계적인과정을학습해야할필요가있다. 정은영, 김영수 (2000). 생물교육에서의가치탐구모형개발

71 5 교육과정속생명존엄성과생명윤리 2009 개정과학과교육과정중생명과학과관련된단원및교과에서생명의소중함을인식하는것을목표로하고있다 ( 교육과학기술부, 2011). 과학 < 중학교 1~3학년군 > (18) 생식과발생생식세포가만나형성된수정란이발생과정을거쳐개체가되는과정을사람의발생과정을통해이해함으로써생명이연속되는현상이신비하고소중하다는것을알게한다. 생명과학Ⅰ 생명현상을세포이상의거시적수준에서다루며, 질병이나건강등일상생활과관련된내용을다루어건강한생활을영위하고, 생명현상의탐구를통하여생명의소중함과생태계보전의중요성을인식하도록구성한다. 생명과학Ⅱ 생명현상을폭넓게종합적으로이해함으로써생명의소중함을인식하고생명과학과인간의미래를올바르게전망하도록한다. 그러나 2009 개정중학교과학교육과정의 생식과발생 단원의탐구활동으로 효모의출아, 체세포분열, 생식세포분열 과같은관찰위주의활동만제시되고있어, 이탐구활동만으로는학생들이생명의존엄성과생명윤리에대한쟁점을접하기어렵다. 반면에 2009 개정중학교실과 ( 기술 가정 ) 교육과정의기술의세계 생명기술과미래기술 단원에서 생명기술과관련된윤리적쟁점을이해하고, 이와관련된직업세계를설명할수있다. 와같은학습내용별성취기준이제시되고있다. 이는생명윤리주제가실과 ( 기술 가정 ) 교육과정에까지도입되고있음을의미한다. 이렇게생명과학에서의윤리적문제와의사결정에관한생명윤리를여러교과에서도다루게될경우, 교육과정에서그내용과주제가중복되지않도록체계적으로제시되어야한다. 또한김재춘 (2012) 은실천적인성교육이반영된교육과정개발방향연구에서인성에해당하는여러가지덕목을개인의내적인부분과외적인부분으로나누고, 생명존중 을개인의외적인인성덕목으로제시하였다

72 문용린, 최인수 (2010) 는창의 인성교육활성화방안연구에서창의 인성교육의교과별적용방식에대한현장교사의견을조사하여, 여러교과교사들의의견을수렴하였다. 이중과학교사들의인성교육과생명존중에관한의견은다음과같다. 생명존중, 인간존엄. 환경등의내용과관련하여창의 인성교육이토론의형식으로가능. 인간존엄성과같은문제에대해학생들간토론을통해다양한의견을교환하 고새로운생각을창출할수있을것같음. 탐구중심수업이나실험을통하여창의성을기를수있고생명현상의경이로움을부각시킴으로서생명을존중하고사랑하는마음을키움으로서인성을도야할수있음. 이를통해인성덕목의한영역인생명존중이과학수업의중요한주제가됨을알수있다. 또한앞으로도입되는 2015 개정중학교과학과교육과정에서발표된통합단원 재해재난과안전 에서생명존엄성과관련된시사점을찾을수있다 개정교육과정에서새롭게적용되는이단원의핵심개념내용중생명을위협하는위기상황과관련된 감염성질병확산 주제가있다. 이를중심으로가치탐구수업을전개해나가면, 이과정에서도학생들은생명의존엄성을인식하고합리적의사결정능력을함양할수있을것이다

73 6 교과서분석 생식과발생 단원속생명존엄성과생명윤리내용 교과서종류 주제 학습소재제시방식 활동유형 생명의소중함 미술작품 ( 엄마읽고, 생각하기와아기들 ) 사진 A 생명은소중해삽화, 표, 설명해보기, 만들기생명탄생사진, 설명글쓰기 줄기세포를이용한치료 삽화, 설명 설명하기, 글쓰기, 토론하기 복제동물 사진, 설명 읽고, 생각하기 B 난임부부가아기를가질수있는방법은? 삽화, 설명 글쓰기 C 모체가태아에미치는영향 삽화, 설명 토의, 조사 희망을주는줄기세포 사진, 설명 읽기 소중한생명태아상상하기 설명 그리기 D 수정란이아기가되기까지 사진 그리기후속활동 줄기세포로무엇을할수있을설명하기, 가상삽화, 설명까? 인터뷰 E 누구를위해태어났을까? 영화 마이시스터즈키퍼 사진, 설명 글쓰기 F 모체의행동이태아에미치는영향 사진, 신문기사 설명하기, 글쓰기 G 냉동배아의임신을찬성하는가? 삽화, 설명 역할극 ( 재판 ) H 생명의소중함 사진, 설명 읽기 교과서를분석한결과, 8종의교과서에서생명존엄성과생명윤리에관해대단원 도입부의읽기자료또는소단원본문의설명또는대단원마무리활동을제시하고있 었다. 활동유형으로는교과서에따라이주제에대하여만들기, 글쓰기, 토론하기, 토 의, 조사, 그리기, 가상인터뷰, 역할극등다양한형태의활동이제시되었다. 그러나 생명의존엄성에관련된주제들을유기적으로연결하여심도있게학습할수있도록 구성된교과서가많지않았다

74 과학과인류문명 단원속생명복제및줄기세포내용 교과서학습소재활동주제종류제시방식유형 ㄱ 줄기세포 사진, 설명 읽기 복제양 돌리 ( 핵이식 ) 삽화, 설명 읽기 줄기세포ㄴ ( 배아줄기세포, 성체줄기세포, 유도만능줄기세포 ) 삽화, 설명 읽기 복제무균미니돼지의생산 삽화, 설명 글쓰기 배아줄기세포의이로운점과문제점 삽화, 설명 글쓰기 ㄷ 줄기세포 설명 읽기 ㄹ 첨단과학이사회, 문화예술, 환경에미치는영향문제제시조사, ( 예 : 생명복제기술 ) 토의 ㅁ 줄기세포 ( 제대혈관련 ) 보충설명읽기생명의마술, 생명공학자스팀 ( 융합 ) 읽기 본교수 학습자료에서생명존엄성과관련하여생명복제, 줄기세포를주제를선택 하였다 개정과학과교육과정에서새롭게도입된 과학과인류문명 단원을 분석한결과생명복제, 줄기세포내용을 5 종의교과서에서제시하고있었다. 미래생 활에영향을줄과학기술로최신생명과학기술을자세하게소개하고, 과학기술의긍 정적인측면과부정적인측면을모두생각해보고토의하도록제시한교과서도있었 다. 그러나다른교과서에서는생명복제, 줄기세포에대해간단히용어만언급하거나 아예소개하지않은교과서도많았다. 가치탐구능력의한요소로서, 과학과관련된특정사회문제에대해긍정적인측면 과부정적인측면을함께인식하는태도, 즉, 양면가치태도 를들수있다 ( 정은영 ㆍ김영수, 2001). 그런데일부교과서에서는생명과학기술을단편적으로소개하거나 과학에는긍정과부정의양면성이있다고일방적으로진술하고있으므로, 가치탐구 능력의한요소인양면가치태도의함양을기대하기어려울것으로보인다. 7 교수 학습자료의필요성과학교육자와교사는학생들이과학적지식에대한학습을바탕으로지혜로운판단을내릴수있도록안내해야할의무와책임이있다 ( 송진웅역, 1994). 그러므로중학교학생들에게도생명의존엄성을인식하고, 쟁점이되는문제에대해합리적인의사결정을내릴수있도록안내할필요가있다. 정은영 (1999) 은생물수업시간에이루어지는가치탐구교육의실태를조사하기위

75 하여, 생물윤리교육에대한교사의인식을조사하였다. 그결과생물과관련된사회적 윤리적쟁점에대해서교사가수업시간에관련된내용을설명하고학생들은수동적인입장으로교사의설명을경청하는식의수업이주로이루어지고있으며, 교사가직접만든자료나사회적 윤리적쟁점에대한사례모음집이필요하다고응답한것으로보아, 교사들은수업에의실제적인도움을필요로함을주장하였다. 홍승희 (2009) 는생명윤리쟁점수업을위한기존수업자료를검토한결과, 현장과학교사들이개발한자료로서울대학교과학교육연구소의 < 과학탐구지도자료 > 와유네스코한국위원회 (2001) 의 < 가치를꿈꾸는과학 > 을소개하였다. 대부분의자료가풍부한내용과생각해볼문제들을포함하고있어서수업에활용할수있는여지가많으나, 학생들의의사결정능력의향상이라는목표에적합하게특별히구조화된가치탐구단계에따라제시되고있지않음을지적하였다. 그러므로구조화된가치탐구단계에따라학생들이생명의소중함을인식하고합리적인의사결정을할수있는효과적인교수 학습자료가필요하다. (2) 개발자료소개이내용은 2009 개정교육과정의중학교 3학년과정으로일반학생을대상으로수업을진행할수있으며, 교사의재량으로 협력학습으로인성교육을강화하는자유학기제프로그램, 과학동아리, 과학영재반 수업등으로중학교 1~2학년학생을대상으로도활용이가능하다. 이수업에서는모둠을구성하고각모둠별토론, 협력학습을통하여학생들이생명존엄성에대해인식하고, 합리적의사결정능력을함양하며, 더나아가바른인성을키우는것을목표로한다. 2. 수업모형안내본교수 학습자료는생물교육에서의가치탐구모형 ( 정은영ㆍ김영수, 2000) 을토대로수업을설계하였다. 정은영, 김영수 (2000) 는생물교육에서의가치탐구를 생물학과관련된가치문제에대한합리적인가치판단및현명한의사결정에이르는과정 으로정의하고, 그모형을개발하였다. 이모형은가치탐구의심리적측면과논리적측면을고려하여상호보완적입장에서분석적인사고절차와가치의내면화를함께강조하면서의사결정에이르는단계를제시하고있고, 갈등상황에관련된생물학적지식파악단계를포함하여명료화된가치를지식과관련지을수있도록하고, 갈등상황에관련된사람들의

76 입장을고려하는단계를포함하여갈등을명료하게인식하고여러입장에서문제를조 망할수있도록한다는점에서그특징을찾아볼수있다. 그림 1. 생물교육에서가치탐구모형

77 3. 배경지식 (1) 복제 동물의 출현 복제 동물은 핵을 제거한 난자에 체세포의 핵을 이식하는 생명 공학 기술을 이용하 여 탄생한 것이다. 1) 복제 양 '돌리' 1996년 자료출처 Encyclopædia Britannica Online. Web 2) 복제 고양이 CC(copy cat) 2002년 자료출처 중학교 과학 3. 서울: 미래엔

78 3) 복제개 ' 스너피 ' 2005 년 자료출처연합뉴스

79 4) 복제늑대 ' 스널피와스눌프 ' 2007 년 자료출처동아사이언스 (2) 복제된개체 ( 클론 ) 1) 클론 (Clone) 한조상으로부터나온유전적으로동일한후손의집합 2) 생식적클로닝핵치환 (nuclear transplantation) 에의해유전적으로동일한개체를얻음 < 과정 > 1 미수정란 ( 반수체세포 ) 의핵을제거한후정상의배수체 ( 성인의조직에서얻음 ) 세포의핵을도입 2 세포배양상태에서발생 3 대리모의자궁에이식 ( 배아를대리모로옮김 ) 미토콘드리아의유전정보를제외하고는유전적으로동일 3) 치료용클로닝개인용배아줄기세포 (embryonic stem cell, ES) 를얻는기술 1 조직의상해회복에이용될수있는여러다른종류의세포를얻을목적으로 ES 세포확립 2 초기배아로부터배양용기로세포를옮김

80 (3) 배아줄기세포란? 정자와난자가만나수정란이되면처음 2주동안을배아라고한다. 초기배아 ( 수정후 4~6일 ) 에는인간의모든장기를만들수있는배아줄기세포가있다. 즉, 배아줄기세포는인간의몸을구성하는 210여종의장기세포로자랄수있는만능세포이다. 자료출처가치를꿈꾸는과학 5 ( 인간배아연구교수학습자료 ) (4) 질병을일으키는병원체의종류와특징 1) 병원성세균세균은단세포원핵생물이다. 우리는흔히세균을병원체로만생각하지만, 많은종류의세균은생물의생존과환경에절대적으로필요한존재이다. 세균성질환의대부분은세균의숫자가증가하는것만이문제가아니다. 질환의증상은세균이분비하는독소분자때문에생기는것이며, 독소분자를세포를죽일수있다. 질환성세균들의예 : 탄저균, 보틀리누스균, 대장균, 파상풍균, 황색포도상구균 2) 바이러스바이러스는단백질껍질에싸인핵산에불과하며, 세포로구성되어있지않기때문에생물체로보지않는다. 바이러스는숙주의도움없이는스스로복제할수도, 대사과정을수행할수도, 단백질을합성할수도없다. 바이러스의증식 1 바이러스의막이숙주세포와융합하고캡시드 ( 바이러스의유전물질을둘러싸고있는단백질껍질 ) 가제거된다음유전물질이안으로들어간다. 2 유전물질은복제된다. 3 숙주세포네에서유전물질에의해많은수의바이러스단백질이합성된다. 4 일단조립이되면새로운바이러스가숙주세포로부터떨어져나와다른세포를감염한다. 질환성바이러스들의예 : 감기바이러스, 간염바이러스, 독감 ( 인플루엔자 ) 바이러스자료출처고등학교과학. 서울 : 금성출판사 최근에수많은생명을위협한에볼라, 메르스모두바이러스에의해전파되는감염성 질병이다. 이러한감염성질병이확산되면, 여러사람의생명을앗아가는위기상황이 될수있다. 이런취지에서감염성질병확산을마지막수업주제로택하였다

81 본교수 학습자료에서는복제동물의출현, 복제된개체 ( 클론 ), 배아줄기세포, 질 병을일으키는병원체에대한배경지식을토대로가치탐구활동을구성하였다. 4. 학생의개념김미영 이신영 (2014) 은선행연구들을바탕으로세포생물학을학습하는과정에서나타나는일반적인문제들을다음과같이정리하였다. 학생들이세포, 세포벽, 세포막, 유전자, 염색체, 상동염색체, 대립인자등의용어와개념을혼동하고있는점 생물을구성하는서로다른수준 ( 염색체, 핵, 세포, 개체 ) 에있는개념에대한시스템적이해가어려운점 체세포분열과정과세포주기중 DNA 복제과정과염색체의변화에대해정확히이해하고있지못하는점이와같이생식과발생단원에속하는 세포분열 의개념과과정이해에학생들이많은어려움을갖고있음이선행연구를통해제시되었다. 세포분열은생명의연속성을이해하는데필수적이고기초가되는개념이므로, 학생들의이해를촉진시키는수업전략을적용할필요가있다. 또한생식과발생단원의성취수준중생명의존엄성과생명윤리에대한내용이다음과같이제시되어있다. 생명현상의소중함을인식하고, 부모의건강, 흡연, 음주, 약물복용을예로들어여러가지요인이태아에미치는영향을설명할수있다. 올바른성의역할과생명윤리에대한자신의의견을발표하고토론할수있다. 그러므로생식과발생단원의핵심개념인세포분열과관련되어사회적으로쟁점이되는동물복제, 인간복제, 인간배아줄기세포연구등을수업소재로활용하여학생들의능동적인참여를유도하고자한다

82 학생용 1. 동물복제 - 웹서비스 (padlet) 와영화를활용한가치탐구수업 ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 동물복제과정에대해서설명할수있다. (2) 탐구과정 생명복제기술을적용할때생기는윤리적인문제를기술할수 있다. (3) 태도 생명복제와관련된가치문제에대해합리적인가치판단을할수있다. 쟁점에대한비판적사고를통해, 현명한의사결정을할수있다. 준비물 학습지, ppt 2. 과정 가치문제의인식과명료화, 갈등상황에관련된사람들의입장고려 영화 (6번째날 ) 에서동물복제, 인간복제에대해생각해본다. 영화의주요장면 ( 생명복제관련장면과시간대 ) 장면 1 0:40-01:55 복제양돌리성공, 인간 DNA 지도게놈완성, 로마에서복제반대시위발생, 인간복제실험좌절, 법원복제금지명령, 실제사건에서가까운미래에일어날일에대한상상의장면이순서대로나온다. 장면 2 18:37-21:21 인간복제는불법이나, 애완동물복제가보편화된미래의모습이나온다. 회사 리펫 에서는죽음을앞둔또는죽은애완동물을두뇌부터발끝까지복제시킬수있다고한다. 장면 3) 31:38-33:53 위어박사 ( 과학자 ), 드러커 ( 기업가 ) 의기자회견장면에서, 드러커는인간복제의필요성을간접적으로표현한다. 반면에 오늘은동물내일은인간 이라는구호로일부시민들은반대를하고있다. 지도상의유의점 시간이부족한경우, 주요장면을편집해서제시 영화를볼수없는수업환경에서는줄거리와주요장면에대한설명제시 암암리에인간복제도하고있음이암시된다

83 영화 ( 쥬라기월드 ) 에서멸종동물의 복원 에대해생각해본다. padlet 에컴퓨터또는스마트폰으로접속하여, 문제를인식한다. ( 복제동물의출현 복제동물의출현 : 복제양돌리, 복제고양이 CC, 복제개스너피, 복제늑대스널피와스눌프 과학기술이발전한결과동물복제기술이발달하여, 점점다양한동물의복제가가능해졌다. 이현상에대한자신의생각과그렇게생각한이유도같이쓰고, 발표해보자. 동물복제를비롯한생명복제기술의유용성외에우리는무엇을더고려해야할까? 생명복제기술의빛뿐만아니라어둠에대해서도생각해보자. 지도상의유의점 쥬라기공원 1, 2, 3 에서주요장면을제시하거나, 쥬라기월드 (2015 년 6 월개봉 ) 의공식예고편제시 유튜브 의공식예고편 Bw5js padlet( 온라인실시간담 벼락 ) 교사가미리작성해둔 padlet 주소는길어서불 편하다. google url shortener 를 통해단축된주소를알려 주거나, 아래처럼 QR 코드 를제시한다. 복제동물의출현 padlet 갈등상황에관련된생물학적지식파악 동물복제과정에서공통적으로사용하고있는기술에대해서 설명하시오. 동물복제기술을활용하여, 멸종한매머드를복원하려는프로젝트가 2013년부터진행되고있다. 이프로젝트와관련된이미지 ( 또는영상 ) 를찾아, 설명하는글을같이 padlet ( 복제동물의출현 ) 에작성한다. 생명복제에대해배경지식과함께사고과정을인식한다. 학생들의이해를돕기위해, PISA 공개문항을같이해결해본다.( 교사용지도안 ppt 참고 ) 바이오저널 _ 동물복제 padlet 동물복제에대한바이오저널작성 - 대안탐색, 예측, 선택, 평가, 최종적가치판단및선택의공언 padlet 에컴퓨터또는스마트폰으로접속한다. ( 바이오저널 _ 동물복제 모둠에서동물복제기술의긍정적인면과부정적인면을모두논의하여각모둠의결론을 padlet 에기록하시오. 결론 ( 예시 ) 유용성 : 동물복제기술로장기를선택적으로복제할수있다면, 장기이식을기다리는환자들에게희망이될수있다. 문제점 : 인간의이익을위해다른생물을희생시키는것이옳지않다. 결론이나지않고, 계속대립되는경우하나의입장으로합의하기를강요하지말고, 다른입장의학생들이논의한과정을자연스럽게모두기록하게한다

84 학생용 2. 인간복제 - brain writing(pin card method) 과영화를활용한가치탐구수업 ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 복제된개체 ( 클론 ) 의특징에대해설명할수있다. (2) 탐구과정 인간복제에서생기는윤리적인문제를표현할수있다. (3) 태도 가치문제에대해합리적인가치판단을할수있다. 지도상의유의점 만화제시 : 전시학습을확인하고, 본학습내용과의연계를위해, 만화 (21세기키워드-클론 ) 자료를제시한다.( 읽을거리 1) 영화제시 : 시간이부족한경우, 주요장면을편집해서제시 (20~30분정도 ) 영화를볼수없는수업환경에서는줄거리와주요장면에대한설명제시 2. 과정가치문제의인식과명료화만화 < 읽을거리1> 를통해클론에대해생각해보자. 동물복제기술이나날이발전하던 2005년복제개 스너피 가탄생하였다. 점점여러종의동물복제가성공하자, 인간을포함한모든포유류종의복제가가능해질것이라는우려의비판의목소리도높아지는가운데, 같은해 (2005년) 인간복제 를주제로다룬영화아일랜드가개봉되었다. 영화아일랜드에서 SSI 찾기 활동방법 : brain writing - pin card method 영화아일랜드영상을보고, 생명복제기술로발생할수있는문제를생각해보자. 영화아일랜드를통해논의하고싶은주제 (SSI, 사회속과학쟁점 ) 를카드에적기 - 제출및분류 자유발표 카드작성을위해, < 읽을거리 1~5> 를참고한다. 준비물학습지, ppt, 게시판 ( 칠판 ), 포스트잇, 네임펜 ( 참가자수만큼 ) 포스트잇대신종이카드, 딱풀사용가능 pin card method : 브레인라이팅 (brainwri ting) 방법의하나로교사가문제해결 (problem solving) 을위한아이디어 (idea) 나질문에대한의견을제시하면, 학습자들이카드에직접작성하여제출하고교사가수집된카드를게시판등에부착 정리하는의견발표또는아이디어수집방법이다. 이는 pin card 를이용한 게시판세미나 라고도불린다

85 갈등상황에관련된생물학적지식파악 복제된개체 ( 클론 :clone) 는어떤특징을갖는가? 갈등상황에관련된사람들의입장고려영화에서과학자가인간을복제한이유는? 대안탐색, 각대안의결과예측영화의마지막장면에서클론들이지하의연구소에서빠져나와모두대지위로걸어나온다. 이클론들이이세상에나와살경우어떤일들이벌어질것인지상상하여아일랜드후속편의간단한줄거리를써보자. 지도상의유의점 영화에서복제기술상업화의필요성을설명하는사업설명회장면이나온다. 이를보고, 학생이투자자로서참석했다면어떤입장을취할지질문해보는것도가능하다. 대안의선택, 대안에대한평가영화처럼생명연장을위해인간복제를통하여장기를얻을수있다면, 여러분은기꺼이이식받을것인가? 아니면어떤선택을할것인가? 이선택에대해여러분은어떻게생각하는가? 최종적가치판단및선택의공언영화아일랜드에대한다음기사를읽고, 인간의생명 의가치에대한자신의생각을쓰시오. 아일랜드 는복제인간을소재로하는공상과학영화로인간복제의부작용에대한경고의메시지를담고있다. 영화는인간복제가실현된가상현실을보여줌으로써생명복제를통해얻고자하는비인간적욕망의본질을꿰뚫는다. [ 영화속논술 2] 아일랜드 기사출처 동아일보매거진, 신동아 통권 555 호 (p468 ~ 480) 지도상의유의점 학생들이자신의생각을표현 하기어려워할경우, 학생상 황 ( 수준 ) 에따라자유롭게영 화감상문을작성하게하는방 법도가능하다. 또는앞의 barin writing (pin card method) 을통해제 시된아이디어중에서하나를 선택하여자신의입장을글로 쓰는방법도가능하다

86 다음차시예고합의회의에대한소개급속도로발전하는과학이우리에게항상희망만을주는것이아니라많은두려움과우려를낳고있다. 특히인간의생명을다루는생명공학과관련하여사회적 윤리적 도덕적문제가발생하고있다. 이러한기술들의발전에대한복잡한의사결정들을소수전문가들에게만맡기는것이진정으로타당한일일까? 점점복잡해지고전문화되어가는사회에서참여민주주의는꿈에불과한것일까? 합의회의 는사회적으로쟁점이되는신기술에관해시민들을주축으로하여공공의토론을통해전문가와시민의대화가이루어지고보통시민들의정책참여를촉진하는제도이다. 합의회의에서는일반시민들로구성된패널들이전문가들의다양한의견을듣고전문가들과함께토론하여스스로주제에대한보고서를작성한다. 가치를꿈꾸는과학 5( 인간배아연구교수학습자료 ) 합의회의진행및역할안내 사회자 : 합의회의내용을숙지하고, 회의를잘이끌어갈수있도록준비한다. 전문가 ( 발표자 ) : 자신의주장을뒷받침할수있는자료를수집하고정리하여발표한다. 시민패널의질의에응답할수있도록준비한다. 시민패널 : 인간배아줄기세포연구에대해조사하고, 질의할내용을미리준비한다. 역할정하기 지도상의유의점 사회자, 전문가패널 ( 발표자 ), 시민패널역할을간단히안내한다. 특히, 전문가패널 ( 발표자 ) 의의견을소개한후자신의입장 ( 의견 ) 과가장비슷한학생이그역할을하도록희망에따라선택하게한다. 역할이서로겹치거나, 희망자가없는경우서로합의해서조정하도록지도한다. 장기이식희망환자모임대표 난치병환자모임대표 생명공학자 ( 배아줄기세포연구 ) 의사 ( 배아줄기세포연구 ) 시민패널 일반시민 칠판에역할표를그리거나, 화면으로프리젠테이션해서희망하는학생이각역할아래이름을쓰게한다. 종교지도자 여성회대표 의사 ( 성체줄기세포연구 ) 생명공학자 ( 유도만능줄기세포연구 ) 합의회의좌석배치도를미리설명해서, 다음시간시작전에자리를배치하게한다

87 < 읽을거리 1> 자료출처 이인식, 홍승우 (2004). 21 세기키워드.. 애니북스

88 자료출처 이인식, 홍승우 (2004). 21 세기키워드.. 애니북스

89 자료출처 이인식, 홍승우 (2004). 21 세기키워드.. 애니북스

90 감독 : 마이클베이 출연 : 이완맥그리거, 스칼렛요한슨등 제작 : 미국, 2005 년. 영화 아일랜드 감상하기 < 읽을거리 2> 자료출처김세정, 이규상, 서영식, 이영자, 황인선 ( 공저 ). (2007). 우리의소중한생명그리고윤리, 이화. 그림 ( 이미지 ) 출처 : 영화 ( 아일랜드 ) 장면일부 ( 줄거리 ) 지구상에일어난생태적재앙으로인하여일부만이살아남은 21 세기중반. 자신들은지구종말의생존자라믿고있는링컨 6- 에코와조던 2- 델타는수백명의주민들과함께부족할것이없는유토피아에서빈틈없는통제를받으며살고있다. 잠자리에서일어나면서부터몸상태를점검받고, 먹는음식과인간관계까지격리된환경속에서사는이들은모두지구에서유일하게오염되지않는희망의땅 아일랜드 에추첨이되어뽑혀가기를바라고있다. 그러나이들의실체는인간에게장기를제공하기위한클론이다. 최근들어매일같이똑같은악몽에시달리던링컨은제한되고규격화된이곳생활에의문을품게된다. 그리고곧, 자신이믿고있던모든덧들이거짓이었음을알게된다. 자기를포함한그곳의모든사람들이사실은스폰서 ( 인간 ) 에게장기와신체부위를제공할복제인간이라는것! 결국 아일랜드 로뽑혀간다는것은신체부위를제공하기위해무참히죽음을맞이하게되는것을의미했던것이다. 어느날, 복제된산모가아이를출산한후살해되고장기를추출당하며살고싶다고절규하는동료의모습을목격한링컨은아일랜드로떠날준비를하던조던과탈출을시도한다. 그간감춰졌던비밀, 엄연히존재하고있는외부의모습을보게된이들은자신들을복제하도록주문한원본인간을찾아나서고오직살고싶다는본능으로탈주를계속하게된다. 그리고자신의원본인간과만나는데... 만약내가불치병에걸려있고생존을위해할수있는유일한방법이복제인간을만들어그장기를이식하는것이라면여러분은어떠한선택을하겠나? 그리고나와나의클론은어떤관계로규정할수있는지생각해보자

91 < 읽을거리 3> 영화의주요장면 ( 생명복제관련장면과시간대 ) 장면 1 08:00(08:30)-10:20 완벽하고흠없는복제제품을만들기위해매일의건강이체크되고행 복을세뇌하며식이요법을철저히진행시킨다. 장면 2 23:20-26:00(27:10) 탯줄을자르고출생하는장면과인공자궁속에서복제인간이자라고 있는모습을볼수있다. 장면 3 33:37-35:36(37:10) 아이를원하는부부를위해대리모가된복제인간이출산하는모습과 출산후산모를죽이는장면이나온다. 이후아이가정자와난자를제 공한부부에게인도되는장면이있다. 아이를임신하는과정을싫어해 서대리모를찾은것인지, 의학적인문제가있어서대리모를찾은것 인지는명확하게나와있지않다. 자료출처 가치를꿈꾸는과학교사모임 (2005). 가치를꿈꾸는과학 5( 인간배아연구교수학습자료 ) 자료집중정행남선생님이개발한 영화속생명윤리엿보기 중영화아일랜드의줄거리와주요장면에대한소개가나와있다. 특히, 시간대별로장면에대한설명이잘되어있다. (p.100~104) 개발자가제시한시간대아래에, 관련된장면을편집하여제시할경우를위해, 수정된시간을옆에괄호로제시하였다. 장면4 36:10-38:33 아일랜드로간다던미식축구선수의복제인간이수술대에서필요한장기를추출하는수술을받고있다. 흉부를절개하는순간마취에서깨어난복제인간이배가갈라진채발악적으로탈출하는모습이보인다. 장면5 48:33-51:00(54:00) 복제기술상업화의필요성을설명하는사업설명회가열리고있다. 이복제기술을통해필요한사람의나이에맞게자라는장기이며 12개월이면필요한것을얻을수있다고설명한다. 마치식물과같은상태라아무런고통을느끼지않고아무런느낌이없는제품이라고소개하며, 인간이아니라고강조한다. 따라서 2015유전자법에저촉되지않는다고한다. 생명복제와관련하여 2015유전자법이있고, 또그법에의하면이회사에서진행하고있는것은불법적임에도현실에서는버젓이진행되고있다. 생명복제윤리기본법을이렇게제정해놓아도탈법적인상황이생기는데, 하물며유전자법자체가틈이많다면어떤상황이벌어질까?

92 < 읽을거리 3> 영화의주요장면 ( 생명복제관련장면과시간대 ) 장면 6 59:08(1:01:40)-1:02:52(1:05:37) 돔을탈출한주인공에코 6 호와조던 2 호델타는회사의기술자로일하 는맥을찾아간다. 거기에서자기들이어떤존재인가를설명을듣게 된다. 맥은이들에게진짜인간이아니라고한다. What are we? What we are? 라는고뇌에찬질문을하는두복제인간, 과연복제인간은 무엇이고누구인가? 자료출처 가치를꿈꾸는과학교사모임 (2005). 가치를꿈꾸는과학 5( 인간배아연구교수학습자료 ) 장면7 CD2 20:30-21:20 에코복제인간의복제에실수가발견된다. 뇌의성장분화속도가돌연변한것을발견하고너무나기뻐하는과학자의모습 : 분명자신의과학기술이악용되는것을알면서도기술을개발하는과학자와그개발기술에오류가발생했는데도그것이획기적인발견이라그것에또뛸뜻이기뻐하는매우모순적인과학자의모습을볼수있다. 과학은그자체로완전하거나또는절대적인선이아닌것이다. 현대과학기술문명이고도로발전하더라도언제나실수와이와유사한형태의우연적사건의발생은필연인것이다. 또한이장면에서과학자의모습에대해생각해볼필요가있다. 장면 8 CD2 18:00-21:20 에코 6 호는복제된자신의 DNA 의주인을만난다. 장면 9 CD2 38:25-39:06 복제과정에서감염으로두뇌의성장속도가빨라진복제인간들발견, 모두제거하기로회사이사회에서결정한다. 장면10 CD2 1:44:35(50:06)-:46:29(50:50) 그동안의연구결과 2년후면백혈병을치료할수도있다고자신의정당성주장한다. 토의문제 - 질병과노화의한계에빠진인간에게복제란유일한희망이고대안이될수있다. 인간을구원하는행위이다. 이명제는참인가거짓인가? 장면 11 CD2 46:30-ending 복제회사가파괴되고회사창립자가죽는다. 복제인간들이지하의공 장을빠져나와넓은사막에발을내딛는다

93 < 읽을거리 4> 우선일반인도이해할수있는것으로부터시작하겠습니다. 복제양 돌리 라는온전한존재가태어나기위해서는세명의어머니가필요했습니다. 먼저유전자상의어머니입니다. 이어머니의유선 ( 乳腺 ) 조직세포를떼어내어, 그유전자로하여금완전히새로태어날양 ( 羊 ) 의조직형성을조절하도록만듭니다. 두번째는수정란상의어머니입니다. 거기에서수정란세포를떼어내어그각각의세포에서유전자를빨아냅니다. 그리고전기적충격의도움을받아이제핵이빠져버린수정란세포와유선조직의세포를융합합니다. 그러면유전자상어머니의유전형질만이수정란세포에명령을내릴수있게됩니다. 이제는세번째의대리모 ( 代理母 ) 인양이필요합니다. 자라나는배아를대리모의자궁에이식합니다. 그러면통상적인임신기간이지나고난후에그의유전자상의어머니와동일한우리의 돌리 가태어나는것입니다. 남성에게선아무런성분도받을필요가없는데, 센세이션을일으키는것은바로이점때문입니다. 자료출처귄터그라스, 안삼환, 장희창 [ 공 ] 옮김. 2000, 나의세기, 서울 : 민음사 이것이전부입니다. 그러나제가옳게본것이라면, 선생님은남성의몫에대한포기때문에전전긍긍하시는겁니다. 선생님이두려워하는이유는처음에는양에게서, 다음에는돼지에게서, 그리고마침내원숭이에게서성과를거두게될, 아버지가전혀필요없는유전자조작이조만간인간에게도, 더좁혀서말하자면여성에게적용될것이라는점때문입니다. 사실상그점은배제할수가없습니다. 도처에서사람들은희망과동시에두려움을가지고상상에그치지않을집짓기방식이확장되는것을바라보고있습니다. 말하자면 돌리 의 정신적아버지 라고할수있는빌머트박사는유전자상의어머니, 수정란상의어머니그리고대리모로자신을제공하겠다며벌써부터지대한관심을보이는여성들이있다는것을알려주었습니다. 그렇습니다, 선생님. 이모든것은당분간은사변적인수준에머물러있을것입니다. 하지만노벨상수상자이자공로가큰유전자연구가인제임스왓슨은이미 1970 년대초반에특출한인물, 이를테면아인슈타인이라든지칼라스라든지피카소같은인물을만들어내기위해인간을인공배양할수있다는점을예언했을뿐만아니라공공연하게촉구했던것입니다. 선생님, 우리에게지금필요한것은학문적으로뒷받침된생명윤리학입니다. 생명윤리학이시대에뒤떨어진도덕관념보다도훨씬효과적이려면, 먼저광범위하게퍼진불안감이더는확산되지않도록저지해야합니다. 그리고머지않은날에옛방식대로생겨난인간세대와나란히성장하게될복제인간세대에새로운사회질서를부여할수있는권위를갖추어야할것입니다. - 후베르투스폰데어브뤼게가귄터그라스에게보낸편지, 귄터그라스의 나의세기 중에서

94 < 읽을거리 5> [ 인간복제를둘러싼윤리적문제 ] 임종식 ( 가톨릭대학교가톨릭생명윤리연구소상임연구원 ) 자료출처 구영모 (2004). 생명의 료윤리. 동녘 성장한포유동물의체세포로부터동일한개체를복제하는것은가능하지않다는견해가지배적이던 1997년 2월, 복제양돌리의탄생으로인간복제에대한논란은새로운국면은맞게된다. 교황요한바오로 2 세는생명의존엄성을해치는실험을공개적으로비난하고, 영국정부는돌리를탄생시킨에든버러로슬린연구소에해왔던자금지원을중단하겠다는의사를밝힌다. 세계보건기구 (WHO) 도그해 5월인간복제에대한비난성명을발표하며, 이어클린턴미대통령은인간복제목적의생명복제기술사용을향후 5년간금지할수있는법안채택을의회에요청한다. 41개국으로구성된유럽회의각료회의는같은해 7월 1일, 유전적으로동일한개체를만드는일체의행위를금지한다는내용을골자로한생물의학협약의수정안에합의한다. 이후대다수의국가들은인간복제를금지하고있으며, 국내의경우 2003년 12월 29일국회를통과한 생명윤리및안전에대한법률안 은복제된인간체세포배아를자궁에착상해출산하는행위 ( 인간복제 ) 를전면금지하고있다. < 중략 > 277번의시도끝에성공한돌리의탄생과정에서무수한복제배아가원인불명의이유로죽었으며출산직후사망한기형양들이속출했다는월머트박사의증언도간과할수없다. 뿐만아니라복제동물에게서기형장기가발견되고있다는보고-구멍이뚫린심장또는정상의 3~4배크기의간을지니고태어난복제소, 허파나폐동맥의기형으로출생직후호흡곤란으로숨진복제소, 뇌의일부가없어태어나거나척수신경의일부가없어일어서지못하는복제돼지등-역시문제의심각성을일깨우고있다. < 중략 > 복제관련기술개발의속도가매우빠르기때문에이추세대로라면기술적장애는언젠가극복될지도모른다. 이제인간을복제할수있는수준으로복제기술이발전했으며기형및조기노화문제역시해결되었다고가정하고, 인간복제에대한대표적인반대이유에대하여생각해보자

95 인간복제에대한반대이유 비자연적이다. 유전적으로유일하게될권리를침해한다. 프라이버시를보호받을권리를침해한다. 유일성의가치를상실하게한다. 인류의생존가능성을감소시킬수있다. 복제될인간이태어날환경에적응하지못할수있다. 초기단계에있는인간생명의소중함을저버리는행위이다. 처음복제될인간은세상의관심으로피해를입게될것이다. 옳지않은목적으로사용될수있다. 자료출처 구영모 (2004). 생명의료 윤리. 동녘 인간복제에대한찬성이유 성비율이이상적으로조화를이룬사회를건설하는데도움이된다. 복제될인간에게해가되지않는다. 건강한사람을복제함으로써유전적인결함이있는사람의수를줄일수있다. 불임부부에게희망을줄수있다. 천재등을복제할수있다. 기술이개발되었으므로사용해야한다. 2. 인간복제는비자연적인행위인가? 인간을복제하는것은생물학적으로비자연적이다. 라는기술적인전제로부터 인간을복제하는것은도덕적으로옳지못하다 라는윤리적인결론이도출되지는않는다. 다시말해서위의결론을얻기위해서는윤리적인의미의전제가추가되어야한다. 그러나비자연적이라는것을생물학적으로비자연적이라는의미로해석한다면, 비자연적이라는것을도덕적의미로해석할수없다. 따라서비자연적이라는데존해서는인간복제에대한반대논거를마련할수없다. < 중략 > 4. 복제될인간의권리가침해되는가? 복제될인간의프라이버시를보호받을권리를놓고볼때, 인간을복제하는행위는도덕적평가에서자유로울수없다

96 학생용 3. 인간배아줄기세포연구에대한합의회의 ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 인간배아줄기세포의개념에대해설명할수있다. 준비물 학습지, ppt (2) 탐구과정 인간배아줄기세포연구에서생기는윤리적인문제를표현할수 있다. (3) 태도 생명복제와관련된가치문제에대해합리적인가치판단을할수있다. 쟁점에대한비판적사고를통해, 현명한의사결정을할수있다. 2. 과정가치문제의인식과명료화현재우리나라는인간복제는법에의해금지되어있다. 즉, 인간개체복제를금지하는것에대해사회적으로합의가되었다고볼수있다. 그런데 인간배아줄기세포연구 에대해서는집단마다관점이달라갈등상황에놓여있다. 그러므로사회적합의를이끌어내는방법으로사회자, 전문가 ( 발표자 ), 시민패널역할에따라합의회의를해보도록하자. 갈등상황에관련된생물학적지식파악 인간배아줄기세포 에대한만화, 기사 < 읽을거리 1~6> 를읽고, 자료를추가로더찾아보면서, 인간배아줄기세포에대해이해한다. 국가법령정보센터 ( 우리나라의모든법령정보를제공 ( 예 : 배아줄기세포제공및이용등에대한법 률 ) 생명윤리및안전에관한법률 ( 약칭 : 생명윤리법 ) 2003 년 12 월에제정된이후, 일부법률이최근 ( ) 까지개정되고있다. 제 20 조 ( 인간복제의금지 ) 1 누구든지체세포복제배아및단성생식배아 ( 이하 " 체세포복제배아등 " 이라한다 ) 를인간또는동물의자궁에착상시켜서는아니되며, 착상된상태를유지하거나출산하여서는아니된다. 읽을거리 1 새로운만능줄기세포발견 읽을거리 2 금기깬中인간배아유전자교정 디스토피아의서막인가

97 인간배아줄기세포연구에대한합의회의 - 갈등상황에관련된사람들의입장고려, 대안탐색, 각대안의결과예측, 대안의선택, 대안에대한평가합의회의준비상황 ( 좌석배치 ) 을점검한다. 사회자는합의회의개최를선언하고, 회의를진행한다. 전문가는다음순서 ( 예시 ) 에따라발표한다. 1. 오랜투병생활로장기이식을받아야생존할수있는환자모임대표 2. 생명은수태된순간부터온전한인격체로존중받아야한다고주장하는종교지도자 3. 난치병환자를위한모임대표 4. 여성의난자를무분별하게사용할수없음을주장하는여성회대표 5. 인간배아줄기세포를연구하는생명공학자 6. 성체줄기세포를통해재생의학을연구하는의사 7. 인간배아줄기세포로재생의학을연구하는의사 8. 유도만능줄기세포를연구하는생명공학자 지도상의유의점 생물교육에서가치탐구모형의절차는합의회의의단계와일맥상통하는부분이있다. 합의회의준비 : 가치문제의인식과명료화, 갈등상황에관련된생물학적지식파악 합의회의과정 : 갈등상황에관련된사람들의입장고려, 대안탐색, 각대안의결과예측, 대안의선택, 대안에대한평가 ( 지침표작성 ) 합의회의마무리 : 최종적가치판단및선택의공언 ( 최종합의문작성 ) 발표자의발표순서 : 찬성과반대의견이번갈아발표되도록발표자들의순서를정한다. 이는학생들이찬반의견을비교분석하면서객관적으로생각해볼수있도록하기위해서이다. 모든전문가의발표가끝나면시민패널과전문가들의질의 응답시간을갖는다. 사회자, 전문가를제외한모든학생 ( 시민패널, 일반시민 ) 은 시민을위한지침표 를작성한다. 시민패널은지침표를수거하여, 일반시민의입장을정리한다. 시민패널들은지침표를모아전체적으로우세한의견을조사하고자체토론을거쳐최종합의문을작성하여발표한다. 시민패널은자체토론을거쳐최종합의문을작성하고, 시민 패널의대표가작성된합의문을발표한다. 배아줄기세포연구에대한최종합의문 ( 법안 ) - 최종적가치판단및선택의공언 합의문의주제인간배아줄기세포기술을어디까지허용할것인가?

98 < 시민을위한지침표 > ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 : 매우 반대 약간 반대 보통약간찬성 매우 찬성 이유 장기이식희망환자모임 대표 종교지도자 난치병환자모임대표 여성회대표 생명공학자 ( 배아줄기세포연구 ) 의사 ( 성체줄기세포연구 ) 의사 ( 배아줄기세포연구 ) 생명공학자 ( 유도만능줄기세포연구 ) 결론 ( 합의문 )

99 < 읽을거리 1> 자료출처 이인식, 홍승우 (2004). 21 세기키워드.. 애니북스

100 자료출처 이인식, 홍승우 (2004). 21 세기키워드.. 애니북스

101 자료출처 이인식, 홍승우 (2004). 21 세기키워드.. 애니북스 < 미국의줄기세포정책 > 2001 년부시전대통령 : 이미만들어진줄기세포주를이용하는연구만을지원하겠다는내용을발표했다 년오바마대통령 : 배아줄기세포연구에대한연방지원금제한을완화하는행정명령에서명하고발표했다

102 < 읽을거리 2> 100분토론 을기초로한역할극대본예시 part 1. 배아줄기세포연구에대한토론자들의입장 / 포천중문의대차병원교수배아줄기세포는만능세포라고우리가분류하고있습니다. 모든세포로분화할수있는그런능력을갖고있는대요. 이런세포들이앞으로많은난치병환자의치료제로사용될수있는원재료들입니다. 아무리좋은세포라고하더라도환자의몸하고유전자형이똑같지않으면기본적으로처음부터치료는불가능하게됩니다. 이런문제점들을해결할수있는여러가지대안이있지만이론적으로가장확실했던방법중에하나가치료복제였습니다. 그래서이런치료복제라는하나의가설을확실하게입증한상당히세계과학사에도남을만한그런어떤업적이되지않겠는가, 궁극적으로임상치료용줄기세포가본격적으로만들어질수있는하나의단초를제공하지않았겠느냐, 이렇게저희는판단하고있습니다. 자료출처 가치를꿈꾸는과학 5 ( 인간배아연구교수학습자료 ) < 난치병치료와생명윤리논란 > 분토론 프로그램의사이트에서 2005 년 6 월 2 일에방영된 난치병치료와생명윤리논란 이라는제목의방송분을무료로다시보기할수있다. 단, 회원으로가입해서로그인을해야한다. / 가톨릭대윤리학과교수난치병환자의체세포를가지고줄기세포를만들었다라고한다면그것을어디다쓸수있을지상식적으로생각해봅시다. 예컨대난치병환자의줄기세포면그난치병질병유전자를그대로다가지고있을것인데그것이치료제가된다라고했을때넘어야될난관같은것들은전혀발전된것아니거든요. par 2. 배아는생명체인가? / 샘안양병원원장정자와난자가만나서수정란이되든지, 아니면이번에체세포핵이식처럼어떤핵을난자에다집어넣고전기충격을가하든지간에하여간그런혁명적인변화가일어나는시점이후부터는인간배아가조금씩조금씩변화하는연속선상에있습니다. 그러면서우리가죽을때까지우리몸은서서히변화하기때문에어느순간을두고생명이냐아니냐를나눌수있는혁명적인변화의시점은존재하지않습니다. 그러니까수정의시점이나아니면체세포핵이식의그시점, 그것이생명의시작점이라고얘기할수있습니다. < 중략 > 결국원시선이생기는 14일을인간생명의시작으로보는그런견해는상당히논리적으로또의학적으로틀리다는생각이듭니다

103 < 읽을거리 3> 기사출처 중앙일보 : 줄기세포종류 : 추출방법은네가지가있다. 배아줄기세포는정자와난자를수정해만든수정란을이용하는방식이다. 피부나장기에서다자란세포를떼어내줄기세포를추출하는방식이성체줄기세포이다. 몸에서떼어낸세포의생체시계를거꾸로돌려배아줄기세포와같이만들면역분화줄기세포 (ips) 가된다. 체세포복제줄기세포는몸에서체세포를뽑은뒤핵을제거한난자에이식해줄기세포를만드는방식이다. 세계줄기세포의주류는배아줄기세포와성체줄기세포다

104 < 읽을거리 4> 새로운만능줄기세포발견어떤형태의조직으로도분화, 발달시킬수있는새로운만능줄기세포가발견됐다. 이줄기세포는배양되는배아에서어떤부위에위치해있었느냐에따라향후의특성이달라지게된다. 이는그동안과학연구에사용됐던줄기세포들이시간상어떤발달단계에있었느냐에따라특성이구분됐던것과대조를이룬다. 기사출처 ScienceTimes : 솔크연구소연구팀은 6일자 네이처 (Nature) 지에이줄기세포를이용해실험용쥐의무생육성배아 (nonviable mouse embryos) 에인간줄기세포를통합시키는신뢰성있는방법을처음개발했으며, 이방법으로인간줄기세포가초기단계의조직으로분화하기시작했다고발표했다. 논문의시니어저자인후안카를로스이즈피수아벨몬테 (Juan Carlos Izpisua Belmonte) 로제르기유맹석좌교수는 우리가찾아낸이부위특이적 (region-specific) 줄기세포들은실험실에서발달이나진화, 질병을연구하는데엄청난도움을줄뿐아니라독창적인치료법을개발할수있는새로운길을열어줄것 이라고말했다. 연구진은이번에발견한일련의줄기세포들을 부위선택적만능줄기세포 (region-selective pluripotent stem cells, 약칭 rspscs) 라고명명했다. 이 rspscs는기존의인간만능줄기세포보다실험실에서배양하기가훨씬쉽고, 특히세포치환치료법에필요한대량생산과유전자편집 ( 세포의 DNA 고치기 ) 에도유리한것으로보고됐다. 그림에서녹색으로염색된새만능줄기세포가주위의세포 ( 무생육성쥐의배아 ) 속으로통합되면서발달하고있는모습. 붉은색깔세포들은내배엽계세포들이다. 이새로운줄기세포들은기능성세포나조직들을치환할수있는재생의학에새희망을던져주고있다. c Salk Institute ScienceTimes :

105 < 읽을거리 5> 금기깬中인간배아유전자교정 디스토피아의서막인가 내로라하는전세계생명과학자들이잇따라 인간배아를대상으로한유전자편집연구를잠정중단하자 며 모라토리엄 선언을하고있다. 생식세포의유전자를편집하면체세포와달리그결과를후대로물려주게된다는게가장큰이유다. 권위있는과학잡지인네이처와사이언스는물론일간지에도같은취지의글들이봇물처럼쏟아지고있다. 미국노벨상수상자인데이비드볼티모어와폴버그박사는최근월스트리트저널 (WSJ) 기고에서 과학계가기술과윤리적차원에서우리행동의의미를신중하게생각해야한다 며 지금은유전자를편집하기전에잠시멈춰생각할시간 이라고호소했다. 저명한생화학자이자국제줄기세포연구학회 (ISSCR) 회장인루돌프재니쉬도타임기고를통해이에동참했다. 기사출처 한국일보 : 中인간배아손대다 모라토리엄선언은중국이인간배아를대상으로유전자편집실험을했다는과학계에떠도는소문이발단이됐다. 논란의핵심에는일명크리스퍼유전자가위 (CRISPR-Cas9) 로불리는크리스퍼기술이있다. 크리스퍼기술은특정염기서열을찾아내해당부위유전자를절단하는효소로인간ㆍ동식물세포의유전체교정에사용된다. 현존하는유전자편집기술중가장정확하다고평가되는크리스퍼의등장으로유전자공학은진보를거듭하고있지만동시에남용가능성에대한우려도커지고있다. 우려가현실로나타난경우가중국광둥 ( 廣東 ) 성광저우 ( 廣州 ) 중산대황쥔주박사팀의연구다. 황박사팀은크리스퍼기술을활용해인간배아를대상으로유전자편집실험을한논문을온라인과학잡지프로테인 & 셀에지난달게재했다. 이들은현지불임클리닉에서독자생존이불가능한인간배아를얻은뒤지중해성빈혈을일으킬수있는유전자에대한편집을시도했다. 황박사는 우리의연구결과를세상에알려서이런방식으로는어떤일이생기는지말로만하지말고직접알아보고싶었다 고말했다. 그는이어 정상적인배아에이방법을쓰려면확률이 100% 에가까워야한다 면서 그래서실험을중단했다. 아직은미숙한상태인것같다 고덧붙였다. 지중해빈혈 : 혈색소의합성에장애가있는다양한종류의선천병 ( 헤모글로빈이상에의해빈혈이생기는유전병 ) 실험에서는대부분의배아가죽거나유전자를바꾸지못했으며다수에서변이가생겼다. 생식세포의유전자조작을인간의존엄성과안전문제, 남용에따른부작용등의이유를들어암묵적으로금기시해온학계에선비판이이어졌다. 프랜시스콜린스미국국립보건원 (NIH) 원장은 BBC 와의인터뷰에서윤리적의문을제기하며 미국은절대로배아변형연구를위한자금모금을하지않을것 이라는입장을분명히했다. 미국의비영리조직인유전학과사회센터의마시다노브스키소장은 이실험이유전질환때문이라하더라도배아선별등다른기술이얼마든지있기때문에인간의생식세포를조작할만한의료적필요성과설득력이없다 고꼬집었다. 반면존해리스영국맨체스터대생명윤리학과교수는네이처와의인터뷰에서 독자생존이불가능한배아는어차피체외수정과정에서폐기되기때문에이분야의모라토리엄을선언하자는주장을납득할수없다 고반박했다. 한국일보 :

106 인간배아연구에찬성하는입장 < 읽을거리 6> 자료출처 최경석 (2006). 인간생명의시작은어디인가.. 프로네시스

107 인간배아연구에찬성하는입장 < 읽을거리 6> 자료출처 최경석 (2006). 인간생명의시작은어디인가.. 프로네시스

108 인간배아연구에반대하는입장 < 읽을거리 6> 자료출처 최경석 (2006). 인간생명의시작은어디인가.. 프로네시스

109 인간배아연구에반대하는입장 < 읽을거리 6> 자료출처 최경석 (2006). 인간생명의시작은어디인가. 프로네시스

110 학생용 4. 감염성질병확산 - brain writing(6-3-5 method) 과영화를활용한가치탐구수업 ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 질병을일으키는병원체에대하여설명할수있다. (2) 탐구과정 감염성질병이전파되는과정을모의실험으로수행할수있다. (3) 태도 질병의전파를막기위한가장합리적인대안을탐색하고실천할수있다. 2. 과정가치문제의인식과명료화 2014년 3월기니에서에볼라발병이처음발표된이후로현재까지서아프리카에서 10,236명이상이사망했다. 또한 2015년 5월중동호흡기증후군 ( 메르스 ) 환자 1명이한국으로유입된후, 186 명이메르스확진판정을받고, 36명이사망했다.( 현재 ) 갈등상황에관련된사람들의입장고려수많은생명을위협하는감염성질병은과거부터현재까지인류에게많은고통을주고있다. 이와관련하여 감염성질병의전파 를주제로다룬영화아웃브레이크 (1995년) 를보고, 병원체인바이러스가순식간에여러시민에게전파되는과정과주인공이어떻게치료제를만들어문제를해결하는지살펴보자. 준비물학습지, 묽은 NaOH 용액, 페놀프탈레인용액, 물, 비닐장갑, 작은컵, 스포이트, 라벨지 ( 견출지 ) 자료출처 에볼라관련통계 : 국경없는의사회홈페이지 ( -현장소식-서아프리카에볼라대응현황 (2015년 3월 17일업데이트 ) 의세계보건기구 (WHO) 통계자료인용 메르스관련 : 보건복지부, 질병관리본부의메르스포털홈페이지 ( 영화제시 : 시간이부족한경우, 주요장면을편집해서제시 영화 ( 아웃브레이크 ) 에서의료진이숙주와최초감염자를추적하기위해논의하는장면은다음활동인모의실험의유추과정과유사하다

111 갈등상황에관련된생물학적지식파악질병을일으키는병원체의종류와특징을모둠별로조사한다. 세균 : 바이러스 : 그외질병에관련된영화 1) 오스모시스존스 (2001) 2) 컨테이젼 (2011) 3) 감기 (2013 한국 ) 질환성세균 - 탄저균 : 주로토양에서살며, 동물과의접촉을통해옮는다. 질환성바이러스 - 에볼라 : 에볼라바이러스는환자또는환자의체액으로부터접촉에의하여전파되며, 일부원인바이러스가비말화되어가까운거리 (1m 이내 ) 에서장시간밀접한접촉이있을경우, 전파될수있는것으로알려져있다.( 비말 : 감염된환자의호흡에서나오는작은액체입자 - 메르스 : 메르스코로나바이러스에의한호흡기감염증이다. 명확한감염경로가밝혀지지않았으며, 사람간밀접접촉에의해전파된다.( 대부분의질병이세균과바이러스에의해발생하지만, 일부는진핵생물 ( 단세포생물, 기생충, 곰팡이등 ) 에의해발생하기도한다. 모의실험 ( 질병의확산- How quickly can a disease spread) 1. 학생수만큼작은컵 ( 투명플라스틱컵또는종이컵 ) 을준비하여하나에만묽은 NaOH 용액, 나머지컵에는물을 1/3 정도씩넣는다. 어떤컵에 NaOH 용액이들어있었는지를학생들이알지못하도록미리준비해야하며, NaOH 용액과물에의해종이컵의접착부위가약해져새지않도록실험직전에용액을컵에넣는다. 2. 학생들은종이컵을하나씩받은후자신의이름을쓴다. 3. 각자세사람과컵의용액을섞은후다시반으로나누어담고, 종이컵에자신이용액을섞은사람이누구인지를순서대로쓴다. 4. 각자세명의학생들과용액을나눈다음그중하나에만 NaOH 용액이들어있었음을알려준후페놀프탈레인을떨어뜨려학생들각자가가지고있는컵속의용액의색변화를알아본다. 주의점 실험을할때는반드시손에비닐장갑을낀다. 컵속에들어있는용액을마시거나만지지않도록한다. 자료출처배미정외 19인 (2007), 교과전문성신장국외연수교수 학습자료집 ( 생물 ), 서울특별시교육청. 자료집에는 AIDS와같은질병이얼마나빠르게확산될수있는가? 주제로활동이소개되어있다. 그러나학생들이모의실험활동임에도감염자에대해부정적인반응을보일때가있다. 이런경우, 질병을일으키는바이러스를해피바이러스로정하고, 이바이러스에감염된사람은행복해진다고가정하고실험을하는방법도가능하다

112 5. 칠판에페놀프탈레인시약반응이나타난학생과나타나지않은학생들의이름을적게하고, 누가맨처음 NaOH 용액을가지고있었는지를그룹별또는개인별로유추한다. 필요하다면특정학생이누구와용액을섞었는지를칠판에적도록지도하며, 최초에가지고있었던사람과처음으로용액을섞었던사람두명중누구인지를가리기가쉽지않다는것도학생들이알아낼수있도록시간을준다. 6. 각자세명과의접촉을통해단한명의감염자가얼마나빠른속도로많은사람에게감염시킬수있는지에대해정리한다. 모의실험과는달리실제로감염자가기침, 재채기를할때나오는침이나가래에의해전파되는질병이있다면확산정도가어떻게달라질지모둠에서토의하여발표한다. 주의점 최초의감염자를비교적쉽게찾을수있도록하려면다른사람과용액을섞는것을시간을정해서알려주어동시에실험한다. 즉, 교사가신호할때모든학생이동시에다른사람과용액을섞고나누어담게한후, 그다음두번째도교사의신호에따라학급의학생들이동시에실험하도록하는것이다. 만일학생들의수가적고대상학생의수준이조금높아복잡한상황을연출하려면교사의신호없이자유롭게용액을섞도록한다. brain writing(6-3-5 method) - 대안탐색, 각대안의결과예측, 대안의선택, 대안에대한평가질병의확산을막기위한방법 ( 문제정의 ( 제시 )) 병원체의전파를막으려면어떤생활습관이필요할까? 감염성질병이사회적문제로확대되지않으려면어떤대책이필요할까? method 진행방법 첫라운드 (5분) 에각자 3개의아이디어를활동지의첫줄에적는다. 각라운드종료후, 활동지를자신의오른쪽사람에게전달한다. 앞사람의아이디어를읽고, 그아래에자신의새아이디어를적는다.( 새아이디어는완전히새롭거나, 기존아이디어에추가하여발전시킨것이어도된다.) 활동지가다채워지면 (30분후 ), 합리적이고유용한아이디어를선택하여표시 ( 표) 한다. 최종적가치판단및선택의공언모둠에서가장합리적이고유용한아이디어를논의하여최종판단을한후, 발표한다. 주의점 한모둠에 6장의 method 활동지배부 의미 : 한모둠에 6명 / 한라운드에 3개의아이디어 / 한라운드에 5분 학생들이아이디어를문장형태로쓰게하려면, 활동지를가로방향으로넓게편집한다. 이활동을통해, 유용한아이디어가체계적으로발전될수있다. 브레인라이팅소개 t/beecanvas/brainwriting

113 <6-3-5 method 활동지 > 문제정의 ( 제시 ): 질병의확산을막기위한방법 ( 아이디어 ) 은? 학생 1 학생 2 학생 3 학생 4 학생 5 학생

114 교사용 지도안 생명존엄성인식및합리적의사결정능력함양을위한 가치탐구수업활동개발 1 활동내용분석 본수업은가치탐구모형 ( 정은영ㆍ김영수, 2000) 을토대로중학생대상의생명존엄성인식및합리적의사결정능력함양을위한활동으로구성하였다. 이수업을진행하기위해서는모둠의구성이필요하다. 학급의구성원수에따라 4~6인의모둠을구성하여야한다. 수업의진행순서는다음과같다. 1. 동물복제 - 웹서비스 (padlet) 와영화를활용한가치탐구수업 <1차시 > 1) 가치문제의인식과명료화, 갈등상황에관련된사람들의입장고려영화 (6번째날 ) 에서동물복제, 인간복제에대한문제를인식하고, 영화 ( 쥬라기월드 ) 에서멸종동물의 복원 에대해생각해본다. 그다음 padlet에컴퓨터또는스마트폰으로접속하여, 복제동물의출현에관한문제를인식하고명료화한다. 2) 갈등상황에관련된생물학적지식파악먼저, 모둠별로자료조사를하도록안내한다. 동물복제과정에서공통적으로사용하고있는기술을조사한다. 그다음멸종한매머드를복원하려는프로젝트와관련된이미지 ( 또는영상 ) 를찾아, 설명하는글을같이 padlet ( 복제동물의출현 ) 에작성하고모든결과를발표한다. <2차시 > 3) 동물복제에대한바이오저널작성 - 대안탐색, 예측, 선택, 평가, 최종적가치판단및선택의공언바이오저널작성을위해교사가미리만들어놓은 padlet 에컴퓨터또는스마트폰으로접속한다. 그다음동물복제기술의긍정적인면과부정적인면을모두논의하여각모둠의결론을 padlet 에쓰고발표한다. 활동의성격 지도상유의점 활동의성격 지도상유의점

115 2. 인간복제 - brain writing(pin card method) 과영화를활용한가치탐구수업 <3차시 > 1) 가치문제의인식과명료화만화 < 읽을거리 1> 를통해클론에대해생각해보고, 그다음영화아일랜드에서 SSI 찾기 (brain writing) 를한다. 이활동은영화아일랜드영상을보고, 생명복제기술로발생할수있는문제를생각하고글로표현하는것이다. 활동의성격 점 지도상유의 2) 갈등상황에관련된생물학적지식파악 복제된개체 ( 클론 ) 의특징을파악한다. <4차시 > 3) 갈등상황에관련된사람들의입장고려영화에서과학자가인간을복제한이유를과학자의입장에서고려해본다. 4) 대안탐색, 각대안의결과예측영화의마지막장면에이어서클론들이이세상에나와살경우어떤일들이벌어질것인지상상하여아일랜드후속편의간단한줄거리를쓴다. 5) 대안의선택, 대안에대한평가영화처럼생명연장을위해인간복제를통하여장기를얻을수있다면, 어떤선택을할것인지, 이선택에대해각자어떻게생각하는지평가한다. 활동의성격 지도상유의점 6) 최종적가치판단및선택의공언 인간의생명 의가치에대하여최종판단을하고, 자신의생 각을쓴다. 7) 다음차시예고 합의회의에대한안내를하고, 역할을정한다

116 3. 인간배아줄기세포연구에대한합의회의 <5차시 > 1) 가치문제의인식과명료화 인간배아줄기세포연구 에대해서집단마다관점이달라갈등상황에놓여있는문제를인식하고, 사회적합의를이끌어내는합의회의를준비한다. 2) 갈등상황에관련된생물학적지식파악 인간배아줄기세포 에대한자료를읽고, 궁금한내용을더찾아보면서, 인간배아줄기세포에대해이해한다. 활동의성격 점 지도상유의 <6차시 > 3) 인간배아줄기세포연구에대한합의회의 - 갈등상황에관련된사람들의입장고려, 대안탐색, 각대안의결과예측, 대안의선택, 대안에대한평가전문가의발표와질의응답시간을통해갈등상황에관련된사람들의입장을고려해본다. 시민을위한지침표 를작성하면서대안을탐색하고, 각대안의결과를예측해본다. 또한지침표마지막에각자결론 ( 합의문 ) 을작성하면서대안을선택하고, 자체토론을거쳐대안에대한평가를내린다. 4) 배아줄기세포연구에대한최종합의문 ( 법안 ) - 최종적가치판단및선택의공언시민패널은최종합의문을작성하고, 시민패널의대표가작성된합의문을발표한다. 다음은중학생들이실제로합의회의를통해작성한최종합의문이다. 학생들이한쪽입장만을선택하려는경향이있어, 진정한합의를이끌어내기에아직어려움이있었다. 활동의성격 지도상유의점

117 4. 감염성질병확산 - brain writing(6-3-5 method) 과영화를활용한가치탐구수업 <7차시 > 1) 가치문제의인식과명료화특정지역에서발생한전염성질병이짧은시간안에넓은지역으로전염되어여러사람의생명을위협하는위기상황이되는경우로에볼라, 메르스의사례를제시한다. 이를통해문제를인식하고명료화한다. 2) 갈등상황에관련된사람들의입장고려영화에서병원체인바이러스가순식간에여러시민에게전파되고, 주인공이치료제를만들어문제를해결하는과정을보면서, 갈등상황에관련된사람들의입장을고려한다. 활동의성격 점 지도상유의 3) 갈등상황에관련된생물학적지식파악 질병을일으키는병원체의종류와특징을모둠별로조사한다. 4) 모의실험 ( 질병의확산 ) 병원체들이사람들의접촉에의해얼마나빠른속도로확산될 수있는지를모형화하여실험한다. <8차시 > 5) brain writing(6-3-5 method) - 대안탐색, 각대안의결과예측, 대안의선택, 대안에대한평가질병의확산을막기위한방법으로문제정의 ( 제시 ) 를내리고, 이때필요한생활습관과대책에관해 brain writing 을한다. 6) 최종적가치판단및선택의공언모둠에서가장합리적이고유용한아이디어를논의하여최종판단을한후, 발표한다. 활동의성격 지도상유의점

118 2 진행방법 1. 동물복제 - 웹서비스 (padlet) 와영화를활용한가치탐구수업 수업의흐름가치문제의인식과명료화갈등상황에관련된사람들의입장고려갈등상황에관련된생물학적지식파악대안탐색, 예측, 선택, 평가, 최종적가치판단및선택의공언 주요활동영화, padlet의자료를통해문제인식및명료화갈등상황에관련된과학자, 기업가, 시민들의입장고려모둠별자료조사및발표동물복제에대한바이오저널작성 - 모둠토의 - 모둠에서논의후내린결론을 padlet 에쓰고발표 2. 인간복제 - brain writing(pin card method) 과영화를활용한가 치탐구수업 수업의흐름가치문제의인식과명료화갈등상황에관련된생물학적지식파악갈등상황에관련된사람들의입장고려대안탐색, 각대안의결과예측대안의선택, 대안에대한평가최종적가치판단및선택의공언 주요활동만화 < 읽을거리 > 를통해문제인 식 영화아일랜드에서 SSI 찾기 brain writing(pin card method) 복제된개체 ( 클론 ) 의특징을파 악 영화속과학자의입장생각해 보기 아일랜드후속편의간단한줄거 리작성 장기를얻어야할상황이라면, 어떤선택을할것인지, 이선택 에대해각자어떻게생각하는 지평가하기 인간생명 의가치에대하여최 종판단을하고, 자신의생각쓰 기

119 3. 인간배아줄기세포연구에대한합의회의 수업의흐름가치문제의인식과명료화갈등상황에관련된생물학적지식파악갈등상황에관련된사람들의입장고려대안탐색, 각대안의결과예측대안의선택, 대안에대한평가최종적가치판단및선택의공언 주요활동 인간배아줄기세포연구 에대한문제인식및명료화 인간배아줄기세포 에대한읽기자료와자료검색을통해배경지식파악전문가의발표와질의응답시간을통해갈등상황에관련된사람들의입장고려 시민을위한지침표 를작성하면서대안을탐색하고, 각대안의결과를예측결론 ( 합의문 ) 을작성하면서대안을선택하고, 자체토론을거쳐대안에대한평가를내림배아줄기세포연구에대한최종합의문 ( 법안 ) 작성및발표 4. 감염성질병확산 - brain writing(6-3-5 method) 과영화를활용 한가치탐구수업 수업의흐름가치문제의인식과명료화갈등상황에관련된사람들의입장고려갈등상황에관련된생물학적지식파악대안탐색, 각대안의결과예측대안의선택, 대안에대한평가최종적가치판단및선택의공언 주요활동에볼라, 메르스의사례를통해문제인식및명료화영화속갈등상황에관련된의사 ( 과학자 ), 국방부 ( 군인 ), 시민들의입장고려질병을일으키는병원체의종류와특징을모둠별로조사모의실험 ( 질병의확산 ) brain writing(6-3-5 method) 을통해대안탐색및결과예측가장합리적이고유용한아이디어를논의하여최종판단을한후발표

120 3 학생활동평가기준 1. 동물복제 - 웹서비스 (padlet) 와영화를활용한가치탐구수업 지식 동물복제기술에대해서설명할수있는가? 탐구과정 생명복제기술적용에따르는윤리적인문제를가치탐구절차에따라기술할수있는가? 태도 쟁점에대한합리적인의사결정을할수있는가? 2. 인간복제 - brain writing(pin card method) 과영화를활용한가치탐구수업 지식 복제된개체 ( 클론 ) 의특징에대해서설명할수있는가? 탐구과정 인간복제와관련된윤리적인문제를가치탐구절차에따라기술할수있는가? 태도 가치문제에대해합리적인가치판단을할수있는가? 3. 인간배아줄기세포연구에대한합의회의 지식 인간배아줄기세포에대해설명할수있는가? 탐구과정 인간배아줄기세포연구에서생기는윤리적인문제를가치탐구절차에따라기술할수있는가? 태도 쟁점에대한합리적인의사결정을할수있는가? 4. 감염성질병확산 - brain writing(6-3-5 method) 과영화를활용한가치탐구수업 지식 질병을일으키는병원체에대해설명할수있는가? 탐구과정 감염성질병이전파되는과정을모의실험으로수행할수있다. 태도 질병의전파를막기위한가장합리적인대안을탐색하고실천할수있다

121 참고자료 1. 도입및정리프리젠테이션자료

122

123 학생들이작성한 브레인라이팅

124

125

126 학생들이작성한 지침표

127 학생들이작성한 brain writing(6-3-5 method)

128 2. 웹서비스 (padlet) 안내 이자료는한국교육과정평가원 (2014). 중학생을위한과학정의적특성함양프로그램 의 서윤희선생님이집필한 바다의눈물 온라인사진전활동에있는내용을인용하였다. (1) 무료웹서비스 padlet 접속 padlet 은온라인실시간담벼락이다. 온라인에펼쳐진빈종이와같다. 실시간으로포스트잇을붙이듯이다양한게시물을게시할수있고여럿이한번에이용할수있다. 인터넷과모바일에서무료로서비스되고있다. 담벼락을만드는사람도이용하는사람도모두계정없이이용할수있다. 다시말해따로로그인또는가입하지않고도담벼락을만들고각자게시물을추가하고편집할수있다. 아래보이는첫화면에서 [ 담벼락생성 ] 버튼만클릭하면새담벼락이만들어진다. padlet 의간단한사용법은본문중간중간에소개되어있다. (2) padlet 계정만들기 padlet 은계정없이사용할수있다는장점이있지만교사입장에서는계정을만들어두면 좋다. 로그인또는가입없이담벼락을만들면 24 시간이지난후에는편집을할수없다. 반

129 면계정을만든후담벼락을만들면게시물편집을포함한모든권한이부여되어관리가쉽다. 무엇보다담벼락의주소를원하는대로지정할수있어아이들에게주소를알려줄때편리하다. 계정을만들때는ᄀ사용중인 과암호, ᄂ Google 계정, ᄃ Facebook 계정중한가지를선택하여만든다 ( 한국교육과정평가원, 2014). 3. 윤리적쟁점을가르치기위한교수법의범주 이자료는 Frazer, M. J., Kornhauser, N. Ethics and Social Responsibility in Science Education. 송진웅 ( 역 )(1994). 과학교육에서윤리와사회적책임 에있는내용을인용하였다. (1) 제시적교수법 (didactive approach) 이접근법은정보의제시가그특징이며, 다양한매체를통한정보의제시과정에서학생은수동적인수용자가된다. 학생들은제시되는정보를보고듣고기록하고흡수한다. 중요한정보와견해들이이런방식으로제시되며이런형태의교육은대학수준에서많이사용되고있다. 그러나학습형태에대한전문적지식을갖고있는현대의과학교육자들은이접근법에대해아주비판적이다. 그럼에도불구하고, 어떤경우에는이방법이매우유용하다는점을밝혀둘필요가있다. 예를들어, 뛰어난강연자를초빙하여윤리적차원을포함하는특정한주제에대한중요한사실이나개념에대한정보를제공받을수있다. ( 중략 ) 어떤때는 TV에서음식물과관련된윤리적인쟁점에대해유용한정보와견해를제공하기도한다. 예를들면, 식품첨가물이인체에미치는영향이라는특집물에서사육조류의성장을촉진하기위한에스트로겐이나여성호르몬의사용을다루면서호르몬을사용한고기를먹고자란어린이가 2차성징이빠르다는주장과가축의성장을촉진시키는데사용되는항생물질과인간의질병사이의관계에대한주장이제기된다. 이러한특집물을녹화하여과학수업에활용하면매우유용할것이며, 최근들어많은학교에서는 TV 프로그램을이용할수있는자체방송기능을보유하고있다. 제시적접근법이수업에시사하는점은무엇인가? 그것은폭로된사실의윤리적차원이명백하게드러난다는것이다. 즉, 가축의사육량을증가시키는에스트로겐이나항생물질이인류에게심각한질병을초래하는가? 이주장에대한한가지증거를두고식품의첨가물이질병의원인이된다고주장하는연구자의 중립적인 견해와화학약품회사의지원을받아그러한주장을지지하지않는연구자의 중립적인 견해가나타난다. 따라서과학교사는이러한장면을과학적 자료해석 의과정에대해 가르칠만한멋진장면 으로능동적으로활용할수있을것이다. 이와같이일련의 TV특집물을이용하여윤리적차원과과학적, 사회적차원을모두포함하는사회적쟁점에대한견해를제공할수도있다

130 (2) 토론회 (debates) 토론회는윤리적쟁점을탐색하는데있어아주강력한교육수단이될수있다. 토론회는사회과목에서오랫동안사용된교수법인만큼과학수업시간에사용된적은거의없다. 토론회는다음과같은쟁점들을중심으로이루어질수있을것이다. 잠재적이익보다손해가더큰녹색혁명, 날로증대되고있는식량수요는인구증가율의감소와선진국의소비감소로해결해야한다, 기아문제가발생하는것은식량과경작지가모두부족하기때문이다, 보다많은식량을생산하여기아문제를해결해야한다 와같은주제를둘러싸고토론이벌어질수있다. 토론회를계획함에있어서과학교사는식품과영양정책 (nutrition policy) 에대한단원을함께계획하고가르칠다른교과의협조를반드시얻어야한다. 언어과교사는학생들이논의의논리적구조를발달시키고구술표현을연마하는것에도움을줄수있을것이다. 그리고사회과교사는경제적, 정치적, 문화적쟁점에대한거시적견해를제공할수있을것이다. 반면과학교사는영양소, 식량군, 식물유전학, 인구생장곡선, 자연순환, 질병등과같은과학적지식에기여할것이다. 이러한방식으로수업을진행시키기위해서는, 다른과목의교사들이서로의수업을통합하려는협동적인계획을수립해야한다. 그런데토론회로수업을진행하기위해서는몇가지주의해야할점이있다. 왜냐하면, 학생들이쉽게토론회에참가하지않을수있기때문이다. 교사는단원목표를설명하고, 식량문제에대한배경지식에필요한자료를구하고, 각과정에서학생들이해야할일을확인시켜주고, 그래프나도표또는전시물과같은시각적자료의준비와예행연습에필요한시간을주면서학생들과함께해야한다. 즉, 수업에참가하는학생들외에도다양한청중들이토론회에참석할수있도록해야한다. 토론장으로는무대가있는강당이필요하며, 추후에다시학생들이검토하거나다음학기의수업을위해서토론회를녹음하거나녹화하는일이필요하다. 그러나선택된문제에대한의사결정은청중들이투표로결정할수있도록하여보다신중히의사결정이내려지도록해야한다. 요약해서말하면, 토론회는과학수업에자주사용되지않았던보다강력한수업도구이다. 토론회를자주실시할수는없지만, 일년에한두번정도만실시하더라도좋은효과를가져올수있을것이다. 토론회수업시발생할수있는문제점으로는동료교사와의협력문제, 준비와실시에필요한시간과장소문제, 주제별단원에 4~5일정도를투자하기위해서정규교과과정을잠시미루어놓을수있는교사와학교관리자의의지등이있다. 하지만이러한시간의투자는나름대로충분한가치가있는것이며, 정규적인과학, 언어, 사회과목의교수요목내의목표도만족시킬수있을것이다. (3) 사례연구 (case study), 역할극 (role play), 모의경기 (simulation game) 토론회와마찬가지로, 이세가지접근법또한과학시간보다는사회과목시간에더많이사용되었던것이다. 사례연구는미래에부딪히게될상황과관련하여도움이될수있는원리를학습하기위하여어떤한사건을분석하는것이다. 이러한예로는가뭄지역에서의구름

131 씨 (cloud seed) 투여효과, 연어양식장의폐쇄와연어의회귀를위한일련의노력, 화학비료와중장비의사용이토양에미치는영향등을들수있다. 과학교사는학생들에게 사례연구 에사용될수있는하나의상황을정해주어야하며, 그것이제대로실행되게하기위해서는잘짜여진수업계획이마련되어야한다. 이러한사례연구는학생들에게과학- 기술- 인간의상호작용 (science-technology-human interaction) 에대해공부할기회를제공해줄것이다. 그리고사례연구는토론회보다자주사용할수있으며, 준비하는데도그렇게많은노력이필요하지않다. 역할극은중등학교수준에서상당히널리알려져있는수업방법이다. 학생들은실제로존재하지않는상황중의역할을하나씩맡아서자신의가치체계에따른반응을보이게된다. 역할극이가지는수업적의의는역할극이끝난다음그것을분석하는데있다. 분석이끝나면, 이를참고로재공연을하기도하는데, 이때에는처음과다른역할을맡아서수행한다. 그리고특히학생들에게실제적이고중요한사건이역할극을통해그려진다면, 그효과는더욱강력해진다. 예를들어, 아일랜드의감자마름병, 1943 년뱅갈지역의기근, 메뚜기방제, 세계식량은행설립에대한투표등이그러한예라할수있겠다. 역할극을통해교사는학생들에게과학적으로는 이성적인 결정이라도윤리적으로는그렇지못한예가있을수있음을가르칠수있다. 예를들면, 해충구제법으로농약살포와천적을이용하는방법이있다. 기술적으로는두가지방법이모두실현가능하나, 농약을사용하는경우독극물의잔재가남아있을위험이있다. 여기에서농부의역할을맡은학생은어느방법을사용할것인가에대해의사결정을해야한다. 역할극을할때, 역할극실시이전에주어진상황에대한배경을주의깊게연구하는것이대단히중요하다. 교사는학생들이필요한정보를수집, 연구할수있도록도와주어야한다. 이렇게되면학생들은그러한정보를근거로자신의것이라고믿는개인적인윤리체계를반영하는행동을하게된다. 모의경기는어떤실재를가상함으로써시작된다. 모의경기의대상으로는농업정책에대해의사결정을해야하는정부기관이나대규모기업의마케팅그룹과같은것일수있다.( 중략 ) (4) 지역사회봉사 (community service) 학생들에게가장야심적이고바람직한수업활동은학생이스스로긍정적인사회활동을통하여배우는것이다. 이접근법을사용한과학교사의수는상당히적다. 그중가장대표적인것은버몬트의작은교외학교교사인도단 (Caroline Donnan) 과그의학생들이펼친활동이다. 이들은세계여러곳에서많은어린이들이기아로고생한다는사실을배운것과관련지어, 학교식당에서날마다버려지는음식물을점검하고그것을감소시키는활동을보였다. 그들은자신의학교식당에서버려지는음식물로얼마나많은사람들을굶주림에서구할수있는지계산하여그결과를세계에발표하였다. 그결과, 미국및세계각지에서겅금이답지하였으며, 도난과그녀의학생들은기아에개한인식을높인공로로 UNESCO 표창을받았다. 이것은사실에대한주의깊은연구의윤리적행동을통한교육적경험의달성에대한아주뛰어난예로간주되고있다 ( 송진웅역, 1994)

132 4. 과학에서윤리교육에대한선행연구 이자료는신동희, 신하윤 (2012). 과학사활용과학윤리수업모형 에있는내용을 인용하였다. (1) 생명윤리의사결정모델 Johansen 과 Harris(2000) 는 ABCDE(argumentboth sides-costs & benefits-decision-evaluate) 수업모형을개발했다. 이수업에서는먼저쟁점에대한각각의입장을짧게충돌시킨후, 어떤딜레마라도다른이면이있음을주지시킨다. 이후과학적발견의성공이나실패에누가비용을지불하고누가이익을보는지고려하게하여, 자신의가치와타인의도덕가치를고려해사회를반영한의사결정과정을내리게유도한다. 최종적으로이결정이공정했는지평가한다. 이수업은비용과이득이라는측면에서의사결정을하도록유도하는것으로실제적대안을고려하는것이장점이다. ABCDE 모델 (Johansen, Harris, 2000) (2) 과학사활용과학윤리수업모형최근몇년동안국내교육계는 창의인성 을강조해왔다. 과학교육계에서는 창의 와관련하여서는이미오래전부터깊은관심을보여왔지만 인성 과관련한관심은그다지길지도깊지도않았다. 본연구에서는과학교육에서도인성교육에일조할수있는가능성을탐색했다. 과학은개념습득이나과학적과정의계발등인지적측면이가장중요한교과라는사실에이의를제기하기어렵다. 그러나인지적측면만강조하는과학교육으로는진정한의미의과학적소양을갖춘시민을양성하기어렵다. 또한, 과학이인간이하는활동이기때문에가지는장점과한계가모두존재한다는사실을교육에반영할때과학자와과학활동에대한이해가더욱풍부해질수있다. 과학교육에서과학의본성중긍정적측면만을강조하는것은실제과학과과학자의모습을왜곡하는것이될수도있다. 따라서, 중등학생들의입장에서과학활동과과학자한긍정적인식을유지하는범위내에서과학자들사이에발생하는윤리적문제를교육에도입할필요가있다. 이미일부대학에서실시하고있는과학윤리교육을중등과학교육에도입함으로써오히려과학계에서발생하는윤리문제를더욱철저하게예방하는효과가있을것이다. 과학계에서의윤리문제는다른윤리문제와달리우리사회에미치는파급력이매우크다는사실에서과학윤리교육의시작시기를보다앞당길필요성이제기된다 ( 신동희, 신하윤, 2012)

133 과학사활용과학윤리수업모형 ( 신동희, 신하윤, 2012) 5. 질문으로가득한생명윤리의세계 이자료는권복규 (2007). 생명윤리이야기 에있는내용을인용하였다. 저자는생명윤리 연구를통해, 생명의존엄성와인간의보편적인권을지키고, 자연생태계를보호해야함을강조 하고있다. 생명윤리의흐름은크게세가지다. 첫번째인간이대상인실험이나연구에수반되는윤리적문제다. 뉘른베르크선언을필두로 1963 년세계의사회의헬싱키선언, 1979 년미국의벨몬트모고서, 1993 년 CIOMS( 국제의학기구평의회 ) 지침등이이에대해다루고있다. 오늘날인간이대상인연구는의약학뿐아니라심리학, 인류학, 교육학등의사회과학분야에서도널리행해지고있으며이를위한각종윤리지침과기구또한만들어지고있다. 두번째는안락사, 낙태, 장기이식과뇌사등의료시술과관련된문제다. 이는인간생명의시작을어디로보아야할지, 사람에게죽음을선택할권리가있는지등에대한심각한의문을제가한다. 또한여기에는의료기술의발전으로의료비가크게증가한데서기인하는의료자원의정의로운배분문제가포함된다. 첨단의술은비용이많이드는만큼이를누가부담하느냐하는것은사회적인문제인동시에윤리적인문제기도하다. 세번째는생명공학의발전에따르는새로운문제들이다. 병충해에잘견디는유전자조작콩이나옥수수, 뿌리에는감자가달리고줄기에는토마트가열리는포마토, 광우병에걸리지않는한우등은얼핏들으면대단히멋진이야기지만실제로그렇지만은않다. 예컨대유전자조작콩이아무리안전하다고주장해도소비자들은이를완전히믿지못한다. 행여건강에해롭지않을까하는의심을떨칠수없는것이다. 결국오늘날의생명윤리는인간을포함한자연생태계의모든생물을우리가조작하고변화시키고이용할수있게되면서생긴근원적인문제들에어떻게대응할것인지를진지하게

134 고민하려는노력이라하겠다. 삶과죽음의경계는? 세포와인간을구분할수있을까? 인간을어느정도까지연구목적으로활용할수있는가? 인간의몸에대한기계화는어디까지가능할까? 동물을마음대로실험대상으로이용해도좋은가? 동식물의유전자를변형해도되는걸까? 생명윤리에는이처럼쉽게답하기어려운문제들이가득하다. 그러나이것은우리가병원, 시장과대형할인매장, 직장등일상에서항상만나야할문제들이다. 아버지가암으로돌아가셨는데나도위암유전자검사를받아야할까? 유전자변형콩으로만든두부를먹어도괜찮을까? 지금은도저히아기를낳을형편이아닌데그냥지워버릴까? 이런고민은오늘날평범하게살아가는사람이늘하는것아닌가. 기술이발달하고살기편한세상이될수록이런질문의종류는점점다양해지고해답도어려워질것이다. 그러나그가운데서도우리는생명의존엄성과인간의보편적인권을지키고자신과미래의후손들을위해자연생태계를보호해야한다. 그러기위해서는먼저무슨일들이일어나는지를정확하게알아야하며, 합리적인정신과개방적인태도로이문제들과맛서야할것이다 ( 권복규, 2007)

135 6. 반짝이는아이디어를불러내고싶다면 - 브레인라이팅토론 이자료는유동걸 (2012). 토론의전사 2 에있는내용을인용하였다. 이책의저자는국어 교사로서다양한토론을수업에맛깔스럽게적용할수있는방법을자상하게제시하였다. 아래 저자가소개한브레인라이팅토론은 pin card method 와유사한방법이다. (1) 브레인라이팅토론의취지성격이나지식혹은자신감의문제로말을못하는학생들이있을때, 자연스럽게토론에참여시킬수있는좋은방법이바로 브레인라이팅 (brain writing) 입니다. 브레인스토밍 처럼자유롭게자기의견을발표하되, 먼저종이에몇가지를써서다른사람과자연스럽게공유하는토론방법입니다. 다양하고창의적인아이디어를만들어내는방법으로흔히브레인스토밍을많이거론하는데, 브레인스토밍이두뇌에바람을일으키는것이라면브레인라이팅은말그대로두뇌를활성화시키는쓰기입니다. 독일프랑크푸르트의한연구소에서개발된이토론기법은소외된사람없이참가자전원이토론에참여할수있다는게가장큰장점입니다. 물론과정도즐거워서학생들과교사모두좋아하지요. 우리가아이디어를낼때말로하는방법도있지만, 포스트잇이나카드를활용해서기록을하다보면, 두뇌가더욱활성화되어수준높은생각들이많이나옵니다. 브레인라이팅토론참가자들은의무적으로다섯장안팎의종이에글을적어내야하므로독립적인사고를하게됩니다. 그리고이것이자연스럽게발표로이어집니다. 또포스트잇이나카드를활용하므로집중력이높아지고, 그렇게되면자연스럽게참여도도높아지지요. 무엇보다여러사람의생각이짧은시간안에봇물처럼터져나오기때문에다양한아이디어들이생성됩니다. 참가자들은자신이생각하지못했던아이디어를보면서놀라게되지요. 거기에다종이를상위, 하위유사개념으로나누어분류하고범주화하는과정을거치다보면논리적인사고훈련도덤으로따라옵니다. 이와같이한가지활동으로흥미와아이디어, 참여와논리성등대여섯가지이상의효과를낼수있는알차고유익한토론방법이바로브레인라이팅토론입니다. 유동걸 (2012). 토론의전사 2 (2) 브레인라이팅토론의방법 1) 모둠구성하기여섯명안팎의인원으로모둠을편성합니다. 2) 재료나누기포스트잇을활용할때에는다양한색깔의종이와펜을, 백지나색상지를굵고크게자른종이를활용할때에는매직펜나누어줍니다. 이때커다란전지를모둠별로나누어주어, 각자가자

136 기종이에쓴글들을나중에전지에다한꺼번에정리할수있도록합니다. 3) 주제제시하기활동과관련된주제를제시합니다. 예를한두가지들어볼까요? 어린왕자 를읽었습니다. 만약자신이사막에불시착한어린왕자를만나러간다면무엇을가지고가고싶은지다섯가지를적어보라고합니다. 토론주제는학생들과함께공부했던내용에서찾을수도있습니다. 4) 종이에적고발표하기순간순간떠오르는아이디어를각자가종이에바로적습니다. 각자가적은종이들이책상위에다높이면그때부터한사람씩자기가적은종이의내용을바탕으로하나씩설명을합니다. 5) 발표내용범주화하기첫번째사람이말을하면서자기가적은것을차례로늘어높으면그가운데유사한범주의것들을같은구역에모아놓습니다. 한사람이마치면다음사람이돌아가면서마찬가지로자기가적은내용에대한설명을하고자기종이를앞사람이적은종이의분류에맞추어정리합니다. 그러다가새로운범주나누가생각해도이건일반화된범주안에들어가기힘든내용이다싶을때에는따로빼내어기타란을만들수도있습니다. 6) 소제목붙이기전원이자기글에대한설명을마치면범주화된내용을전지에붙일준비를합니다. 이때분류된내용을포괄하는상위제목을만들어서분류해높은종이의가장위에붙입니다. 7) 전체제목붙이기상위범주를총괄하는전체제목을붙입니다. 8) 전시및발표모둠별로완성된전지를벽에붙이면이번에는다른모둠의활동결과를돌아다니면서감상합니다. 참가자들은자기모둠에서나오지못한새로운내용이나표현을보면서고개를끄덕일수도있고, 아무로봐도도저히이해할수없는것들을볼때에는호기심이생길수도있습니다. 이럴때브레인 ( 뇌 ) 에자극이오겠지요. 벽에붙이거나전체가볼수있게하는작업이끝나면모둠을대표하는한사람이나와서자기모둠에서나온내용을설명합니다

137 미덕으로만드는경쟁과협동의토론 학생들의생각을자연스럽게이끌어내는데 버츄카드 (Virtues Cards) 를활용할수도있습니다. 버츄카드 를우리말로 미덕의카드 라고할수있는데, 우리안에있는미덕을개인이나그룹이함께연마하기위한도구로쓰입니다. 버츄카드는정신과의사였던린다캐벌린포포프가행동장애아이들을위한인성교육프로그램을고민하는과정에서태어났는데, 현재한국버츄프로젝트 ( 에서자료를보급하고있습니다. 그리고 마중물가치교육연구소 ( 에서는버츄카드와비슷한 가치성장카드 를보급하고있습니다.( 생명평화마중물 에서연구소이름과홈페이지주소가위와같이변경 ) 토론은그자체가논리적인말하기실력을기르는활동입니다. 그런데여기에 인성 이라는요소하나를더추가함으로써그효과를배가시킬수있습니다. < 버츄카드를활용한토론방법 > (1) 버츄카드를활용한자기소개 1) 버츄카드뽑기 2) 버츄카드를보고자기소개준비하기 3) 자기소개하기 (2) 버츄카드를활용한피라미드토론피라미드토론은 의사결정토론모형 이라고도합니다. 한논제에대한전체성원들의의견을단계적으로줄여나가서최종적으로하나의의견을도출해내는방식이죠. 1단계부터최종토론까지만모두진행할수도있고, 수업중에는간단하게 1단계 짝토론 만, 또는 2단계 팀토론 까지만진행하고발표수업으로마무리할수도있습니다. 1) 협의를통한피라미드토론 2) 경쟁을통한피라미드토론 (3) 버츄카드가없을경우의응용방법버츄카드가없어도 브레인라이팅 을응용한방법이있습니다. 1) 포스트잇을활용하는방법학생들에게포스트잇에아이디어를써내게한뒤, 교사가칠판에포스트잇을붙이면서분류를합니다. 그리고적게는열개, 많게는스물여덟개정도까지우선순위가높은것부터순위를

138 정합니다. 2) A4 용지를활용하는방법 A4 용지에스물여덟칸짜리표를만든다음한칸에한가지씩써놓고, 색지에인쇄한다음잘라서고무줄로묶으면가치카드완성! 조금더멋진카드를만들고싶다면적당한크기의폼텍용지를구입한뒤, 각단어에알맞은그림을같이넣어인쇄해서사용해보세요. 두장씩인쇄해서붙이면근사한양면카드를만들수있습니다 ( 유동걸, 2012). 7. 주제가있는토론수업하기 이자료는 내공팍팍과학수업전문가되기 원격연수중 참여와소통의과학토론수업 2 에있는내용을인용하였다. (1) 브레인라이팅 1) 브레인라이팅이란? 문제해결을위한아이디어를카드에작성하여제출 진행자가카드를게시판에부탁, 정리하는의견발표또는아이디어수집방법 2) 브레인라이팅의장점 학습자의관심이토론과정에집중됨 학습자의다양한견해를모두게시판에집합, 전시가능 문제해결에대한참신한아이디어발굴 발표력부족으로침묵하는다수의의견을이끌어낼수있음 익명성보장으로감추어진의견제시가능 학습결과물이교육자료로활용됨 (2) Pin Card Method와 Method 1) Pin Card Method 준비물 : 게시판, 직사각형종이카드, 원형종이카드, 딱풀, 네임펜 학습집단조직 : 4~6명 진행방법 : 주제또는질문의제시단계-주제에대한의견쓰기단계-카드의수집및분류단계 2) Method 교차질문 6명의사람이 5분동안 3가지씩의아이디어를산출하는토론방법 진행방법 : 주제명기, 진행절차확인-개별적으로아이디어작성, Rotation- 타인의아이디어검토, 의견기입-작성된 Sheet 취합, 게시-아이디어평가 이중 method 방법을좀더자세히살펴보면다음과같다

139 1) 주제명기, 진행절차확인주제를잘보이는곳에제시하고, 진행절차를설명한다. 활동지 (brain writing sheet) 를배부한다. 2) 개별적으로아이디어작성, Rotation 첫번째줄 1, 2, 3( 또는 A, B, C) 칸에 3가지아이디어를기입한다. 5분후활동지를왼쪽사람에게넘긴다. 3) 타인의아이디어검토, 의견기입넘겨받은활동지에서타인의아이디어를검토하고, 두번째줄에자신의아이디어를기입한다. 5분후활동지를왼쪽사람에게넘긴다.( 활동지완성될때까지이과정을반복 ) 4) 작성된활동지취합, 게시활동지를전지에붙여서모둠별로완성된전지를벽이나칠판에게시한다. 앞서소개한브레인라이팅토론의 8) 전시및발표 과정과유사하게진행한다. 5) 아이디어평가게시된활동지의아이디어에대한평가및합의도출다양한의사결정기법, 문제해결기법을통해평가 8. 영화를활용한과학수업 (1) 인간과영화인간은이미지 ( 영상 ) 를바라보는것에관심을갖는유일한동물이다. 이러한이유로인간은그림을감상하고, 영화를보러간다. 이러한관점에서인간의정의는다음과같을수있다. 인간은영화를보러가는동물이다.(Humans are animals that go to the movies.) Giorgio Agamben, philosopher ( 조르조아감벤 : 이탈리아의철학자이자미학자 ) 이자료는김민성 (2002). 영화를활용한중등과학수업자료개발 에있는내용을인용 하였다. (2) 영화를활용한수업의장점 과학과관련된장면을적절히찾아낸다면영화는최고의과학간접체험이된다. 영화장면은극적이고, 화려하므로학습자들의호기심을끌기에충분하다. 2) 그러므로학습 김진우, 하이테크시대의 SF 영화, 서울 : 한나래출판,

140 자들의관심을유발해낼수있는좋은도구가된다. 또한최근의영화들은첨단기법을이용해서실제로연기자가할수없는위험하지만, 과학적인장면까지도연출 3) 해내고있기때문에간접체험에더욱효과적이라고할수있을것이다. 영화의장면은학습자의기억에오래남는다. ( 수업내용을영화속의장면과함께기억 ) (3) 영화를활용한교수 학습자료개발의필요성영화를활용한수업은교사의많은시간과노력투자가요구된다는점과수업에임하는절반이상의학생이과학내용보다는영화자체의재미에만관심이있다는문제점이있는데이를해결하기위한방안으로영화를활용한수업에서는영화와관련되는과학내용의요소를찾아내어교재를개발하는것이필요하다 ( 김민성, 2002). 9. 인터넷사이트소개 _1.html 영화속논술관련기사 ( 검색일자 : ) 정재승, 물리학자는영화에서과학을본다. 서울 : 동아시아출판사,

141 참고문헌 가치를꿈꾸는과학교사모임 (2005). 가치를꿈꾸는과학 5( 인간배아연구교수학습자료 ) 교육과학기술부 (2009). 초 중등학교교육과정총론. 교육과학기술부고시제 호. 교육과학기술부 (2011a) 개정교육과정, 과학과교육과정. 교육과학기술부고시제 호 [ 별책 9]. 교육과학기술부 (2011b) 개정교육과정, 실과 ( 기술 가정 ) 과교육과정. 교육과학기술부고시교육과정. 제 호 [ 별책 10]. 교육부 (2014) 문 이과통합형교육과정의총론주요사항발표. 교육부보도자료 ( ). 권복규 (2007). 생명윤리이야기. 책세상. 김미영, 이신영 (2014). 세포분열에대한교과서의내용과고등학생들의개념이해분석. 한국생물교육학회지, 42(3), 김민성 (2002), 영화를활용한중등과학수업자료개발, 단국대학교석사학위논문. 김범기외 26인 (2011) 개정교육과정에따른과학과교육과정연구. 한국과학창의재단. 김세정, 이규상, 서영식, 이영자, 황인선 (2007). 우리의소중한생명그리고윤리, 이화. 김재춘 (2012). 실천적인성교육이반영된교육과정개발방향연구. 교육과학기술부정책연구보고서. 문용린, 최인수 (2010). 배려와나눔을실천하는창의인재육성을위한창의 인성교육활성화방안연구. 한국과학창의재단정책연구보고서. 박선화 (2014). 중학생을위한과학정의적특성함양프로그램. 한국교육과정평가원. 박희송, 정대영, 신학수, 김재혁, 허성일, 조성이, 유종남, 이흥우, 김진영, 이성작, 최병수, 강석철, 오성환 (2013). 중학교과학 3. 서울 : 교학사. 배미정외 19인 (2007), 교과전문성신장국외연수교수 학습자료집 ( 생물 ), 서울특별시교육청. 신동희, 신하윤 (2012). 과학사활용과학윤리수업모형개발. 한국과학교육학회지, 32(2), 신영준, 진만식, 한문정, 이기영, 정은영, 강진철, 강석진, 손정우, 배영혜, 이종우, 임희연, 하은선 (2013). 중학교과학 3. 서울 : 천재교과서. 안태인, 안정선, 한인섭, 김대준, 이문원, 권석민, 신석주, 채광표, 이세연, 김명하, 하윤

142 경, 김영호 (2011). 고등학교과학. 서울 : 금성출판사. 유동걸 (2012). 토론의전사 2. 해냄에듀. 유정숙, 최성연, 이현주 (2011). 과학과관련된사회윤리적주제교수에대한과학, 사회, 윤리교사들의인식. 교과교육학연구, 15(2), 이규석, 김성진, 김태일, 안형수, 박가영, 최미화, 김홍석, 김혜경, 권효식, 반헌영, 이재면, 오현선, 조현재, 윤현조, 정흥채, 이진우, 류형근, 최근수, 문무현, 오민재 (2013). 중학교과학 3. 서울 : 미래엔. 이면우, 장병기, 류상호, 조용근, 노석구, 이재호, 장철한, 이병룡, 강희정, 한은경, 이성진, 김연귀, 이유진 (2013). 중학교과학 3. 서울 : 천재교육. 이문원, 권석민, 김광수, 이효녕, 채광표, 곽영직, 강충호, 하윤경, 조은미, 조향숙, 권용주, 이일선, 김대준 (2013). 중학교과학 3. 서울 : 금성출판사. 이미경 (2004). OECD/PISA 2003 평가틀및예시문항 ( 연구자료 ORM ), 한국교육과정평가원. 이상인, 조봉제, 전병희, 남경식, 황성용, 김영호, 어진영, 노동규, 김규태, 백승용, 김찬우, 김영귀, 박래원, 신석주, 권오성 (2013). 중학교과학 3. 서울 : 지학사. 이인식, 홍승우 (2004). 21세기키워드. 애니북스. 이진승, 김상협, 김호련, 김호성, 박권태, 박명숙, 박소영, 박연옥, 배미정, 송성재, 이세연, 임혁, 정대홍, 홍준의 (2013). 중학교과학 3. 서울 : 두산동아. 임태훈, 노석호, 백종민, 이복영, 강대훈, 장효순, 김주성, 이용철, 황인신, 고현덕, 신미영 (2013). 중학교과학 3. 서울 : 비상교육. 정은영, 김영수 (2000). 생물교육에서가치탐구모형개발. 한국과학교육학회지, 20(4), 정은영, 김영수 (2001). 가치탐구를위한생물수업이 생물윤리 에대한양면가치태도에미치는영향. 한국생물교육학회지, 29(3), 정은영 (1999). 생물교육에서가치탐구모형개발및적용, 서울대학교대학원박사학위논문. 조희형 (2008). 과학윤리교육의이론과방법. 집문당. 최경석 (2006). 인간생명의시작은어디인가. 프로네시스. 현종오, 김형석, 윤혜경, 강태욱, 최우석, 한인옥, 박미연, 김경숙, 지재화, 김병인, 김미경, 손연아, 이태원, 조현수, 박창용, 윤명섭, 이정은 (2014). 중학교과학 3. 서울 : 좋은책신사고. 홍승희 (2009). 생명윤리쟁점에대한가치탐구수업자료개발. 서울대학교교육종합연구

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144 양자역학의철학적관점 개발자이기순 ( 상계고등학교 ) 주제 양자역학의철학적관점 고등학교물리 Ⅱ 관련단원 Ⅳ. 미시세계와양자현상 2. 양자물리 활용대상 고등학교 2~3 학년영재학생수업용 차시 6 차시 학습목표 1. 과학이론을메타적으로다룰수있다. 2. 양자역학의정통적해석인코펜하겐해석의의미와생성역사를설명할수있다. 3. 과학이론과자연의본성에대해다양한철학적관점이존재할수있음을사례를들어설명할수있다

145 개발자료안내 1. 개요 학생들은양자역학이해에큰어려움을호소하며, 본인스스로이해했다고여길지라도, 그것이제대로된이해가아닌경우가많다. 정용욱 (2012) 은양자역학을수강하는대학생에게양자역학의기본이되는이중성개념의이해정도를조사한결과, 학생들이이중성과관련된현상들을고전적인입자유추혹은파동유추중하나에대한변칙사례로인식하고, 또한이중성과관련된현상들을설명할때도, 양자론의기본원리들을적용하는대신에고전적입자모형과고전적파동모형이라는유추를통해설명하는경향을보임을보고하였다. 즉, 학생들은양자역학적현상을양자역학고유의관점에서바라보는것이아니라여전히고전적관점에기초하여양자역학적현상을해석하려한다는것이다. 이와같은현상이발생하는이유는양자역학이우리의직관과매우동떨어진철학적관점에기반하고있기때문이다. 사실, 고전물리학도아리스토텔레스물리학으로부터혁명적인인식론적전환에의해도출된것이나, 고전물리학에서제시하는물리량과법칙들은우리의직관과경험에어느정도부합하는부분이많기때문에, 학생들이양자역학학습에서경험하는어려움을보이지는않는다. 그러나양자역학은매우생소한철학적관점을토대로형성된것이므로, 학생들이자신의마음속에굳건히자리잡고있는직관을기반으로학습하는한올바른이해에도달하기란거의불가능하다고볼수있다. 이러한문제를해결하기위해서는학생들이양자역학의철학적관점을접할수있는교수학습이필요하다. 그방법으로는토론과논쟁이적절한데, 그이유는양자역학의철학적관점이워낙비직관적이므로이를접하는학생들은당연히비평하는태도를보이게될것이며, 실제로역사적으로도양자역학해석에많은논쟁이있었기때문이다. 이처럼학생들이 양자이론의생성과정에서등장하는과학철학적논쟁 에참여하는경험을통해양자역학이터하고있는철학적관점을습득하고, 이를통해양자역학을올바로이해하며, 또한과학이론의속성에대한이해를높일수있을것으로기대한다. 2. 배경지식 본교수학습은과학이론을메타적으로접근하는성격을지녔다. 학생들은이러한접근 을상당히생소하게여길수있으므로, 양자이론으로곧장들어가기이전에 19 세기말의

146 원자설에대해먼저다루었다. 원자설은양자역학처럼미시세계를다루는이론이며, 정 착과정에서철학적논쟁이격렬하게발생하였다는공통점을지니고있다. 1) 원자설에대한논쟁원자설은 19세기초, 돌턴이질량보존의법칙과일성성분비의법칙과같은실험법칙을설명해내기위해도출해낸것이다. 이처럼관찰할수있는현상에서출발하여이를가장잘설명해주는가설을도출해내는것을귀추법이라한다. 돌턴의경우, 거시적실험결과들을통해보이지않는미시적세계를추론해낸것이다. 문제는원자를직접적관측이아닌, 미루어짐작해낸것이라는데있다. 과연그것을신뢰할수있을까? 19세기말에는이에대한논쟁이극에달하였다. 원자설을지지하는측보다는반대하는측이훨씬세력이막강하였다. 철학자마흐는원자와같이우리의감각으로경험할수없는존재는과학의대상이될수없다고하며, 물리학은측정가능한것만을토대로이론을발전시켜야한다고주장하였다. 이러한강경한입장에서조금물러난유연한입장에서도원자가관찰가능한대상들의실험결과를예측하고설명하는데도움을준다는측면에서그유용성을인정하나, 단지허구적대상에불과함을강조하였다. 그러나볼츠만과그를따르는일부과학자들은원자가실제로존재한다고주장하였다. 원자의존재로열과압력이라는다양한현상을설명하고, 특히엔트로피증가의법칙은원자가존재하지않다면설명하기어렵다는사실을강조하였다. 눈에보이는실험결과를설명하기위해눈에보이지않는것을도입할수있으며, 그것이근본적인원리가되어여러가지현상을통합적으로이해한다면, 그것이야말로과학의발전이라는것이다. 그당시원자존재에대한신뢰여부는과학적문제라기보다철학적문제였다. 볼츠만이뛰어난과학자이었으나, 실제로관측이불가능한존재의타당성을논리적허점없이주장하기에는어려움이많았다. 그는원자설을반대하는분위기속에서우울한생활을하였고, 자살로생을마감하였다. 그러나그가자살하기 1년전에, 아인슈타인은브라운운동이액체분자의충돌에의한것이라는사실을밝혀냄으로써원자의존재를증명하였다. 볼츠만이그사실을알았더라면정말로기뻐했을것이다. 2) 양자역학의철학적관점 4) 오늘날양자역학은대단히성공적으로관찰현상들을설명하며, 이론으로서도번듯한 구조를지니고있으나, 알듯말듯하면서모호하다는인상을주고있다. 이는양자역학 4) 양자역학의철학적입장에대한내용은주로김유신 (2012) 의 양자역학의역사와철학 ( 이학사 ) 을참고하였다

147 이근거하는철학적입장이우리의상식뿐만아니라, 기존의고전물리학과도어긋나기때문이다. 이러한양자역학적인입장은보어, 하이젠베르그, 보른등에의해형성된것으로, 당연히도출과정이수월하지않았으며, 물리학계에서도이를받아들이는데저항이컸다. 특히슈뢰딩거와아인슈타인은심하게반대하였고, 이에보어와아인슈타인은기나긴논쟁을하게되었다. 현대물리학의두거목의논쟁은매우치열하였으며, 자연의존재양상과물리학이론이추구해야할방향에대해근본적인논의가오갔다. 이와같은보어와아인슈타인의논쟁을자세히살펴본다면양자역학의철학적입장에대하여보다깊은이해에도달할수있을것이다. 다음은이에대한내용이다. 1 양자역학초기의보어와아인슈타인의입장양자역학태동당시, 보어와아인슈타인모두양자역학을옹호하였다. 그것은기존의물리학이더이상지탱할수없는한계에부딪혔고, 이를극복할새로운물리학이필요하다는필요성에공감하였기때문이다. 그러나양자역학의이론적지위에대해서는서로의견이달랐다. 보어는양자역학이완전한이론이라고인정하였으며, 아인슈타인은양자역학이발견적인이론일뿐나중에는완전한다른이론으로대치될것이라고여겼다. 이러한입장의차이는계속이어져, 동일한실험결과에대해서다르게해석하고, 심지어철학적적입장까지서로갈라지게만드는결과를만들어냈다. 이둘의갈등은아인슈타인의광양자설에서시작되었다. 아인슈타인은금속에일정한진동수이상의빛을비추었을때, 물질의표면에서전자가튀어나오는현상광전효과를설명하기위하여 빛은연속적인파동의흐름이아니라광양자라는불연속적인에너지입자 ( 광자 ) 의흐름 이라는해석을제시하였다. 이에보어는광양자설, 즉빛의입자설을매우반대하였다. 보어는아인슈타인이제시한광양자에너지가빛의진동수에비례함 ( ) 을언급하면서, 진동수란파동에속하는물리량이며빛을입자로본다는것은진동수를부인하는행위이므로부적절하다고지적하였다. 그는빛의전자기파이론을옹호하면서광양자설이곧파동이론에의해없어질것이라고예견하였다. 보어가광양자설을반대하는또다른이유는과학이론에대한그의인식론적태도이다. 물리적실재는이론을통해반드시시공간그림으로포착할수있어야한다는것이그의입장이었다. 그러나광양자설은정합적이고수학적인아름다움만지녔을뿐시공간그림으로포착할수없으므로물리적실재가아니라고주장하였다. 이처럼양자역학초기에보어는훗날과사뭇다른태도를보였다. 그러나아인슈타인은빛의입자-파동의이중성은서로다른모순적성질의공존이아니라서로인과적으로연결되어있는관계이며, 맥스웰방정식에서점입자 (point particle) 와같은특이성을가진해 (singular solution) 이나타날것이라고생각하였다

148 더욱이양자역학은불완전한이론이므로빛의입자-파동의이중성을그려낼수없다는사실은그에게문제로다가오지않았다. 그러나훗날완전한이론이등장하면이중성이통합되어그려질것이라고확신하였다. 이처럼보어와아인슈타인이대립하는와중에, 아인슈타인에게유리한실험결과가등장하였다. 바로콤프턴효과인데, 콤프턴은흑연판에 X선을입사하여 X선과전자사이의충돌을발생시키는산란실험을통해아인슈타인의광양자설을지지하는결과를얻었다. 콤프턴의실험가정은빛은입자의흐름이며, 빛과전자는탄성충돌을하므로충돌전후역학적에너지와운동량은보존된다는것이다. 실험결과는가정과일치하였고, 이는빛의입자성을지지하였다. ( 이를좀더자세히설명하면, 실험결과, X선이전자와충돌하여산란된파장이입사된파장보다길게측정된다. X선이파동인상태로전자와충돌했다고가정하면, 입사파와산란파의파장은같아야하므로실험결과와일치하지않는다. 그러므로 X선이전자와충돌할때, X선은입자처럼행동했다고봐야한다는것이다.) 이로써아인슈타인의입장은확실하게견고해졌고, 보어에게는절대절명의위기가닥쳤다. 그리고이를극복하는상황에서양자역학의철학적입장이등장하게되었다. 2 보어에의한양자역학의철학적관점의도출과아인슈타인과의갈등보어는양자역학을완전한이론으로여겼다. 그러므로양자역학을통해물리적대상의실제모습이시공간에서기술가능해야한다. 그러나양자이론으로기술가능하지않은현상, 즉입자와파동의이중성이관측사실로나타났으므로, 이를거부할수없이받아들여야하는상황에부딪혔다. 이에보어는양자역학을포기하지않고, 물리적대상의시공간기술이라는고전적시도를포기하였다. 그리고이는 관측상황에서의인과율의포기 를의미한다. 이것이무슨말인가? 손쉬운이해를위해먼저 물리적실재의시공간기술 에대한고전적관점을살펴보겠다. 우리는관측대상의실제모습을과연알수있을까? 대상을어떻게든파악하기위해서는관측을할수밖에없는데, 관측이란관측대상과관측기구와의상호작용에의해이루어지므로관측대상을교란하지않고서는관측행위가이루어지지않는다. 즉, 관측을통해확인한것은대상의실제모습이라기보다는관측행위에의해교란된모습이다. 그렇다면우리는실제모습을영영알수없는것인가? 여기에고전물리학에서는 가능하다. 는답을한다. 왜냐하면, 세상의모든현상은인과법칙에의해이루어진다는신념때문이다. 따라서관측과정에서도관측행위와대상과의상호작용에인과법칙이적용되므로관측기구가관측대상을얼마나교란시켰는지계산해낼수있으며, 관측결과에서이를제거하면, 관측행위가제거된대상의실제모습을알아낼수있다. 이는관측대상이원래부터관측행위와분리되어명확한형태로존재하고있다는상식적인실재론적

149 관점과, 자연이항상인과율을따른다는가정에의해도출된것이다. 그러나양자역학이라는이론은자연대상이입자-파동의이중성을지니고있다는사실을인과율에근거하여시공간에기술할능력이없다. 즉, 관측행위로부터독립된대상으로서입자-파동의이중성을그려낼수없다는것이다. 이에보어는양자역학이잘못된것이아니라, 관측행위와분리된대상은근본적으로명확히그려질수없다는입장을취하게된다. 관찰대상은관찰장치와의상호작용으로인해이론으로해석할수없는영향을받으며, 이로써관측이라는개입효과를제거하여시공간에기술한다는것은근본적으로불가능하다는관점이다. 양자역학체제안에서는우리의인식과독립된대상의명확한모습을근본적으로알수없으며여러상태가중첩된모호한상태로존재한다. 측정을통해서만이측정행위와의알수없는상호작용, 즉인과율이성립하지않는상호작용에의해그제야자신의모습이결정되어나타난다. 5) 이처럼양자역학에서의 존재 에대한개념은고전물리학과사뭇다르다. 이렇게다소기인한존재론적입장은그당시 거부할수없는실험결과 와 양자역학 을동시에수용하는과정에서등장하였다. 그리고중요한사실은이럼으로써관측과정에서인과율을포기했다는것이다. 인과율이성립되지않는다면, 관측행위가대상에어떠한영향을주었는지알수없으므로관측행위를제거할수없게된다. 따라서관측행위가제거된대상본연의모습을명확히알수없게되고, 단지여러상태가혼재되어있다고설명할수밖에없다. 아인슈타인은보어의이러한입장을이해할수없었다. 양자역학은단지과도기적이론일뿐인데인과율까지포기하면서까지수용할이유가없어보였다. 아인슈타인이보기에물리학에서는양자역학보다는인과율이더욱중요하게수호해야할원칙이었다. 아인슈타인이평생을바쳐양자역학을반대한이유도바로이인과율문제때문이었다. 그에게있어서인과율이란제대로된물리이론이라면반드시지녀야할필수요건이다. 양자역학은관측과정에서인과율이적용되지않으므로, 제대로된이론이라볼수없는것이다. 따라서아인슈타인은양자역학이모순된이론이라고보여줄만한사고실험들을제시하면서끊임없이보어를공격하였다. 그러나보어는그러한공격에매순간대응을하며, 양자역학이모순이없는이론임을보여주었다. 이에아인슈타인은포돌스키와로젠과함께논문 물리적실재에대한양자역학적기술은완전할수있을까? (EPR 논문, 1935) 를발표하면서, 양자역학이라는이론전체가물리적실재를적절히해명하기에는불완전한이론임을보여주고자하였다. 보어와더불어많은물리학자들이이에대한찬반논쟁 5) 코펜하겐해석에의하면, 관측이전에는여러상태가중첩되어있으나, 관측을하는동시에하나의상태로확정된다는것이고, 이를 파동함수붕괴 라한다

150 에참여하였으나, 어떠한합의에도달하지못한채교착상태에빠지게된다. 그러나 1964년, 벨이논문 아인슈타인 -포돌스키 -로젠의역설에관하여 을통해, 양자역학의철학적입장을 실험을통해 검증할수있는벨의부등식을제시하였다. 벨의부등식은양자역학의철학과상반되는가정에의해도출된것으로, 만일실험결과가벨의부등식을위배하게되면, 양자역학적입장이옳게된다. 이에대한실험적검증이비상한관심하에이루어졌으며, 예외없이벨의부등식을위배하는결과가나왔다. 즉, 실험적으로양자역학적입장이옳은것으로증명된것이다 ( 장회익, 1994)

151 학생용 원자의존재를어떻게알아냈을까? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 눈에보이지않는미시세계를탐구하는방법을설명할수있다. (2) 탐구과정 탐정의수사방법과과학자의탐구방법의유사점을찾아내고, 그결과물의신뢰성에대해토론을한다. (3) 태도 과학자들이과학이론을생성하는방법이다른영역에서의활동과비슷한점이있음을인식함으로써과학지식의절대성에대한관점에서벗어나는개방된태도를갖는다. 2. 과정도입 돌턴이원자설을제시한시기는 19세기초반이다. 그는물질이눈에보이지않은작은원자들로이루어졌다고주장하였는데, 눈에보이지도않은원자를어떻게알아내었을까? 물론, 그시대에도현미경이있기는하였지만, 원자가보이지는것을기대할수없었다. 돌턴은어떠한방법으로원자의존재에대한감을잡았을까? 그만의독특한방법이있었을까? 놀랍게도그가사용한방법은탐정이사용한방법과비슷하다. 다음제시된두지문들을통해그들의방법을알아보고, 비평해보자. 제시문읽고토론하기 대사및사진출처 다음은 BBC 드라마셜록 [SHERLOCK], 시즌 1, 1 화분홍색연구 (A Study in Pink) 의일부이다. DVD 셜록 [SHERLOCK] 제작사 : KBS Media 레이블 : BBC

152 홈즈는병원실험실에서왓슨을처음보자마자그에대해많은것을알아내었고, 왓슨은이에놀란다. 그다음날홈즈는왓슨에게어떻게그에대해많은것을파악하게되었는지이야기해준다. 홈즈 : 어제처음만났을때, 내가당신에게아프가니스탄이냐이라크냐물었던거기억해요? 왓슨 : 어떻게안거예요? 홈즈 : 보고안겁니다. 머리모양과태도가군대식이었고, 실험실들어왔을때당신이 많이바뀌었군. 이라고한말로보면바츠병원출신일테니보나마나군의관이겠죠. 얼굴은탔지만, 손목위쪽이희다는건외국에놀러갔던게아니란얘기고, 걸을땐다리를심하게절면서서있을때의자를찾지않았다는건심신증일가능성을암시하죠. 햇볕에그을린피부, 임무수행중부상, 외상후스트레스장애, 이것은아프가니스탄아니면이라크아니겠어요? ( 중략 ) 아, 그리고형에관해서는 ( 당신인나에게빌려준 ) 휴대폰을보고알았어요. 고가품이더군요. 룸메이트를찾는처지에돈을쓰진않았을테니선물이겠죠. 흠집이많은걸보면함부로다룬모양인데그쪽성격상그랬을것같지는않고. 먼저쓰던사람이그랬을거예요. 그다음단서는어려울게없어요. 왓슨 : 새김글이요? [ 핸드폰뒷면에 Harry Watson from Clara 라는새김글이있었다.] 홈즈 : Harry Watson 은쓰던전화를선물로준가족이겠죠. 아버지는아니에요. 이런건젊은사람들의장난감이니까. 전쟁영웅이하숙집을찾는걸로봐서신세질만한친척도없는것같고, 그렇다면남는건형제뿐이죠. 키스표시에고가품인걸고려하면 Clara는애인보다부인일가능성이커요. 신모델이니까최근에선물한건데, 남을줬다는건결혼생활에문제가있단뜻이죠. ( 중략 ) 왓슨 : 다른건다그렇다치고 ( 핸드폰주인이 ) 술마시는건대체어떻게알았어요? 홈즈 : 어림짐작인데맞췄나요? 충전기연결부에긁힌자국이많더라고요. 손이떨려서충전할때마다한번에잘꽂질못한거죠. 보통은그런자국이안남거든요. 지도상의유의점 학생들에게제시문에해당하는영상자료를시청하게함으로써흥미를유발한다. 다음은돌턴의원자설에대한내용이다. 1774년라부아지에는연소반응에서발생하거나소모되는기체를모두모아정확히측정하면반응전후의질량변화가없다는사실을실험으로확인한후 질량보존의법칙 을제시하였다. 또한 1799년프루스트는화합물을구성하는각원소의질량비가일정하게정해져있다는 일정성분비의법칙 을발표하였다

153 그러나사람들은왜이러한실험결과가발생하는지에대한이유는알지못했다. 1808년돌턴은그이유로다음과같은 원자설 을제시하였다. 1. 모든물질은더이상쪼개질수없는작은입자인원자로구성되어있다. 2. 같은원소의원자는크기, 모양, 질량등모든성질이같고, 다른종류의원자는성질이서로다르다. 3. 화학변화가일어날때원자는새로생기거나없어지지않는다. 4. 화합물은두종류이상의원자들이간단한정수비로결합하여만들어진다. 지도상의유의점 원자설로질량보존의법칙과일정성분비의법칙을설명하는것은중학교시절에이미학습한내용이다. 그러므로학생들로하여금다시내용을상기할수있도록 ppt 자료등을활용하여간단히설명한다. 그는원자가직접적으로관측되지는않으나, 자신의원자설로질량보존의법칙과일정성분비의법칙이설명될수있음을보임으로써원자가존재한다고주장하였다. 1 미시세계를탐구하는과학자와법인을잡는탐정의공통점은현재보이지않는것을알아내고자한다는점이다. 이와같은과정에서그들이사용하는방법은? 2 여러분이그당시과학자라고상상해보자. 돌턴의 원자설 을접했을때, 원자가존재한다는주장을받아들일것인가? 받아들이지않을것인가? 이유는무엇인가? 자신의입장을정하고그이유를작성해보자. 3 자신의입장과동일한관점을지니거나다른의견을지닌친구들과진지하게토론을해보자. 지도상의유의점 1. 탐정과과학자가눈에보이지않는것을파악하기위해사용하는방법은보이는현상을통해 미루어짐작 하는것임을강조한다. 또한시간이허락한다면 귀추법 에대해간단히설명한다. 2. 위 1 과같이도출한결론에과연신뢰성을부여해야할지에대해, 일상생활에서의경험이나철학적인엄밀한관점으로토론이이루어질수있도록이끈다. 3. 현재는전자현미경으로일부원자의모습이보이므로그존재를의심하기어렵다. 그러나학생들이현재의관점이아니라 19 세기초의과학자의관점으로생각하고토론할수있도록주의를준다

154 학생용 원자의존재를믿을수있을까? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 과학에서추론을통해도출된대상이실제로존재하는가에대해서로다른관점이존재할수있음을안다. (2) 탐구과정 관측불가능한원자가실제로존재하는지에대한서로다른철학적관점을접하고, 자신의입장을정하여서로토론한다. (3) 태도 과학이론자체를평가하고판단할수있는, 즉메타적으로과학이론에접근하는태도를함양한다. 2. 과정도입 돌턴이원자설을제시한후, 원자가과연실제로존재하는지, 그리고과학에서이를다루는것이과연타당한지에대한논란이많았다. 19세기의많은수의과학자들과마흐를비롯한철학자들은원자의존재를믿지않았으며, 과학에서원자를다루는일은무의미하다고여겼다. 그러나볼츠만과그의지지자들은원자의존재를믿고, 이를통해과학이더욱발전할수있다고생각하였다. 그들은왜서로다른주장을하는걸까? 다음제시문을통해각주장들의근거를파악하고비평해보자. 제시문읽고토론하기 원자는존재한다. 왜냐하면, 원자가존재한다고가정하였을 때, 서로다른여러실험결과들이통합적으로설명이되기 때문이다

155 구체적으로예를든다면, 기체가원자 ( 분자 ) 들로이루어지고개개의원자들이뉴턴의운동법칙을따른다고하면, 기체압력현상을설명할수있다. 또한엔트로피증가, 즉열이높은곳에서낮은곳으로이동하는경향도, 원자들이고루분포하는상태가그렇지않은상태보다훨씬더높은확률로존재한다는사실로써설명이가능하다. 물론, 원자가직접적으로관측되지는않는다. 그러나과학이란서로다른여러가지현상들을설명해주는한가지근본원리를찾아내는것이며, 그것이설사눈에보이지않는것이라할지라도, 이를통해세상이더잘설명된다면, 실제로존재하는것이라신뢰하고이를바탕으로이론을계속발전시켜나가는것이과학의진보에도움이된다고생각한다. 지도상의유의점 기체분자운동에뉴턴역학을적용하는과정과엔트로피증가를통계적방법으로해석하는방법에대해다시한번상기하는시간을갖는다. 세상에는실제로보이지도않는것을정말로존재하는것처럼이야기하는것들이많다. 그러나과학은최소한그러한것들과달라야한다. 과학은확실히관찰가능한것만을기반으로성립되어야하며, 그것이바로우리가과학을신뢰하는이유이다. 열역학의경우도기체의압력, 부피, 온도와같이측정가능한물리량들간의관계 ( ) 가밝혀졌고, 이를여러분야에잘활용하고있다. 그렇다면여기에만족해야하지, 굳이확실치않은원자의존재를도입할이유가없다. 확실히존재하는지도알수없는원자를이용해서자연을설명하는것이과연의미가있는가? 그렇게허술한토대위에서이론을발전시켜봤자모래위에성쌓기가아닌가? 물론, 원자가존재한다고가정하였을때, 여러가지현상이설명된다는사실은인정한다. 그러나그것은단지도구의역할을할뿐, 유용성과진리는구분해야한다. 1 여러분이그당시과학자라면, 어느입장을취했을까? 주위친구들 과간단히토론한후, 자신의입장을정하고그이유를작성해보 자

156 2 자신의입장과동일한관점을지니거나다른의견을지닌친구들과진지하게토론을해보자. 정리하기본인이그당시의과학자의입장이되어마흐또는볼츠만에게편지를써보자. 지도상의유의점 1. 토론과정에서학생들에게 눈에보이지않지만, 실제로존재한다고믿을수밖에없거나혹은믿을수없는 구체적상황의예를드는방향으로공략하자고조언한다. 또한과학의궁극적목표가무엇인지생각해보도록한다. 2. 수업마무리에서 아인슈타인의브라운운동해석 과 전자현미경의원자관찰자료 등을보여준다. 그러나그것은후대의결과이고, 그당시에는다양한의견이있을수밖에없었음을인식시킨다. 특히그것은과학적문제가아니라철학적문제임을강조한다. 그리고그러한철학적문제가양자역학성립과정에서도강하게드러났음을언급한다. 이처럼보이지않는미시세계를다루는이론에대해서는서로다른의견이있을수밖에없으며, 이는예나지금이나마찬가지임을강조한다

157 학생용 실제로존재하는모습을알수있을까? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 동일한관측대상도관측 ( 실험 ) 상황에따라입자성과파동성을달리보임을알고, 관측대상의실제모습을파악하는것이가능하기위해서는인과론이전제되어야함을설명할수있다. (2) 탐구과정 주어진관측상황에서관측결과를분석하여관측대상이입자성과파동성중어떠한성향을보이는지판단한다. 또한인과론이전제된다면관측이전의대상의모습을정확히파악할수있는이유를설명한다. (3) 태도 20세기초반, 기존의설명틀로해석할수없는비직관적인실험결과들이드러나기시작하던시기에과학자들의고뇌가얼마나컸을지에대해공감한다. 2. 과정 도입다음은장자 ( 莊子 ) 의제물론 ( 齊物論 ) 에나오는이야기이다. 옛날에장주 ( 莊周 ) 가꿈에나비가되었다. 그는나비가되어펄펄날아다녔다. 자기자신은유쾌하게느꼈지만자기가장주임을알지못하였다. 갑자기꿈을깨니엄연히자신은장주였다. 그러니장주가꿈에나비가되었던것인지나비가꿈에장주가되어있는것인지알수가없었다. 장주와나비는반드시분별이있을것이다. 이러한것을 만물의조화 라부른다. 출처 장자 ( 장자지음, 김학주옮김, 출판사 : 연암서가 ) 장주와나비중에어떠한것이실제로그의모습일까? 과연알수있을까? 아마이러한고민은빛이나전자도하고있을지도모른다. 무슨말이냐고? 다 음실험결과를접한다면, 고민을이해할수있을것이다

158 실험결과해석하기다음그림 [ 실험 1, 2] 와같이실험장치를설치한후, 반투명거울에광자를하나씩투사한다. 이때광자가광자를투사하는시간간격이충분하여, 보내진광자들끼리서로교란하지않도록한다. 광자는반투명거울을통과하거나반사하는데, 그확률은각각 1/2이다. 반투명거울 A를거친광자는보통거울에서반사된다. [ 실험 1] 에서는광자들이교차하는지점에제2의반투명거울 B가있어이를거친후, 발견장치에서포착된다. 이때, 투사된모든광자들은두발견장치중의하나에집중적으로포착되고다른하나에는전혀포착되지않는다. 그러나광자가반투명거울 B에도달하기이전지점에발견장치를설치한 [ 실험 2] 에서는각발견장치가 50:50 의비율로번갈아광자를포착한다. 실험내용출처 조인래 (1992). 현대양자역학과철학. 철학과현실, 14 호, pp. 138~159. 지도상의유의점 [ 실험 1, 2] 를직접다루기전에입자와파동의특성을간단히설명하고, 특히, 파동에서물결파가이중슬릿통과모습을에니메이션이나실험영상으로보여줌으로써파동은동시에여러경로를지날수있으며, 간섭에의해상쇄혹은소멸될수있음을강조한다. [ 1] B [ 2] B

159 1 [ 실험 1] 과 [ 실험 2] 각각에서광자는입자처럼행동하는가? 파동처럼행동하는가? 그렇게판단한이유는? 힌트 1. 입자는경로가한길로명확하고, 파동은동시에여러경로를지날수있다. 2. 입자는간섭현상을일으키지않고, 파동은간섭작용으로인해보강혹은상쇄될수있다. [ 실험 1] 의경우 : 지도상의유의점 1. 우리가어떠한방식으로대상을관찰하느냐에따라대상이달리행동하며, 이러한일관성의부재는상식적수준의실재론적가정조차만족하지못함을강조한다 에서토론이자유롭게이루어지도록편안한분위기를형성하고, 토론내용을간단히발표하는시간을갖는다. [ 실험 2] 의경우 : 2 위실험결과분석을통해빛이관측상황에따라일관되지않게행동함을알수있었다. 그렇다면우리가위와같이실험도구를통해빛을관측하기이전에는빛이입자일까? 파동일까? 과연알수있을까? 알수있다면, 혹은알수없다면, 그이유는무엇인지친구들과토론을통해생각해보자. 지도상의유의점 사고력심화하기우리는관측행위와무관한대상의실제모습을알고싶으나, 대상을파악하기위해서는관측을할수밖에없고, 관측에의해대상이교란되어변형될수밖에없으므로관측이전의모습은영영알수없는것처럼보인다. 그러나고전적인관점에서는관측행위를한다할지라도관측이전의실제모습을명확히파악할수있다고보고있다. 왜일까? 자연이항상결정론 ( 자연현상이인과관계에따른법칙에의해결정되는관점 ) 을따른다는확신때문이다. 이처럼관측과정에서결정론을전제했을때, 실제의모습을파악할수있는이유는무엇일까? 설명해보자. 1. 물리학에서결정론이특히무엇을의미하는지구체적인사례 ( 예 : 중력장안에서투사체가뉴턴법칙이라는인과관계를따라포물선운동을한다.) 를들어학생들에게간단히설명해준다. 2. 실재론이지탱되기위해서는결정론이전제되어야하는이유를학생들이도출해내지못하는경우, 교사가이를설명하여이해시킨다

160 학생용 전자의정체는무엇일까? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 전자의실제모습을설명하는이론이나실험결과들의설명력에대한장단점을설명할수있다. (2) 탐구과정 전자의물리적특성이나여러실험결과, 그리고원자내부에서전자의전이현상을설명하는이론들을통해전자의실제모습이입지인지파동인지판단하고토론한다. (3) 태도 역사적으로전자의실제모습에대한다양한의견이있었으며, 각의견에는나름의타당성이있음을인식함으로써직접관찰할수없는대상의실제모습을파악하고자하는과정에는여러의견충돌이있을수밖에없음을체험한다. 2. 과정도입 노벨상을받은부자가있었다. 아버지는전자를발견하면서그것이입자임을밝혔고, 아들은전자의파동성을입증한공로로노벨상을수상하였다. 톰슨집안의이야기이다. 아버지톰슨은금속전극이장치된진공유리관안에바람개비를놓은후전기를흐르게하면바람개비가회전하는것을관찰함으로써전자가질량을지닌입자라는사실을확인하였다. 그후, 물리학격변의시대에입자의파동성이드브로이에의해제시되었고, 아들톰슨은금속박막에전자를쬐는실험을통해전자의회절무늬모양이 X선의것과비슷함을보여줌으로써이를증명하였다. 그렇다면전자는입자일까? 파동일까? 아니면제3의존재일까? 지도상의유의점 아버지톰슨의음극선실험및아들톰슨의전자의회절무늬실험사진을학생들에게제시함으로서이해를돕는다

161 관점비교분석하기 드브로이가물질파를제시하자, 슈뢰딩거는그의물질파가만족하는파동방정식을제시하였다. 그리고물질파는실제로존재하는파동이며, 따라서전자의실제모습도파동이라고주장하였다. 그의주장은전자의입자성을유지하려는기존의관점과대립하였다. 그렇다면전자가입자라는관점과파동이라는관점중어느관점이더타당할까? 다음의경우들을고려하여타당성을비교해보자. 1 다음은원자핵주변의전자궤도에서전자의존재및전이양상을 [ 그림 1] 은전자가입자라는관점에서 [ 그림 2] 는전자가파동이라 는관점에서표현한것이다. 그림출처 곽성일외 (2011) 물리 Ⅰ, Ⅱ. 천재교육 Hewitt, P.G.(1994). 수학없는물리 ( 엄정인외옮김 ). 서울 : 에드텍 ( 원서출판 : 1993) [ 1] 지도상의유의점 [ 2] 궤도둘레길이가정상파파장의정수배가아니면소멸된다. 1. [ 그림 1] 과같이전자가입자인경우, 전자가전이할때궤도의중간부분에서는어떠한 2. 궤도둘레길이가정상파파장의정수배가아니면소멸되는모습은, 직접정상파발생장치를이용하여보여준다. 위 [ 그림 1] 과 [ 그림 2] 중전자의전이현상을더잘설명해주는 것은무엇이라고생각하는가? 그이유는?

162 2 다음은전자의물리적특성및실험현상을나타낸내용이다. 1. 전자는전하와질량을가진다. 2. 전자는빛과충돌하여빛을산란시키고, 자신도튀어나간다. ( 광전효과, 컴프턴산란 ). 위에서제시한전자의물리적특성및실험현상은전자가입자라는주장을지지하는가? 파동이라는주장을지지하는가? 3 위 1, 2의경우를모두고려해보았을때, 전자가입자라고보는관점과파동이라고보는관점중어느관점이더타당하다고생각하는가? 친구들과간단히의견을나눈후, 자신의입장을정하여그이유를서술하자. 4 자신과의견이서로다른친구들과서로토론해보자. 지도상의유의점 1. 2 에서광전효과와컴프턴효과를그림으로간략히설명한다. 2. 토론에서는입장이동일한학생들끼리팀을형성하게한후, 팀별대항으로토론하는시간을갖도록한다. 3. 토론시, 1 의 [ 그림 1] 에서는전자가궤도를사이를이동할때, 이동과정을설명해주는원리가존재하지않으나 ( 전자는홍길동인가?), 이에반해 [ 그림 2] 에서는전자가궤도를이동하는과정을정상파의생성과소멸의조건으로설명한다는강점을지녔음을학생들이인식할수있도록사고방향을유도한다. 그러나 [ 그림 2] 에서도궁극적으로무엇이진동하는지, 진동하는것의실체가무엇인지에대해서구체적인설명이필요하며, 전자가과연공간전역에퍼져있다는설명을과연쉽게받아들일수있는지에대해서도고민하게한다

163 학생용 원인없는결과가있을수있을까? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 코펜하겐해석에의하면물질파의의미가확률이며, 관측행위가 수행되는순간비결정론적으로대상의물리량이결정되어진다는 사실을설명할수있다. (2) 탐구과정 전자가실제로는입자가아니라파동이라는슈뢰딩거의주장에반 (3) 태도 대하여 파동함수에확률의의미를부여한보른의주장 과 관측 과정에서결정론이성립하지않는다는보어의주장 을전자의이 중슬릿실험결과해석에적용한다. 새로운물리학이형성되는시기에는기존의신념과철학에반대 되는새로운관점이도출될수있음을인식한다. 2. 과정 도입가끔씩도술을부리고싶을때가있다. 곧시험이다가오는데많은과목을공부하기가힘들면, 나자신이여러명이되어각과목을공부하면좋을것같다. 이러한도술은고전소설전우치전의전우치가즐겨쓰는것으로, 전우치를소재로한드라마나영화에서는반드시나온다. 어느드라마 (2012 년 KBS 전우치 ) 에서도남이안보는방에서여러명의전우치가각각다른책상에앉아글을쓰다가밖에서누가목격하자다시한명의전우치가되었다. 그렇다면상상속의인물전우치만그러한도술을쓸까? 오묘한미시세계의존재들도그러하지않을까? 지도상의유의점 KBS 2TV 수목드라마 ' 전우치 ' 3 회분 (2012 년 11 월 28 일방영 ) 의전우치분신술영상을보여주면서흥미 를유발한다

164 코펜하겐해석으로실험결과해석하기 이전수업에서우리는전자가입자인지파동인지그실제모습을 파악하기가용이하지않음을경험하였다. 슈뢰딩거는전자의실제모 습이물질파인파동이라고주장하였으나, 보른은전자의입자성을포 기할수없었다. 이에보른은전자의물질파의본질을고민하다가파 격적인해석을내놓는데, 그것은실제로존재하는파동이아니라확 률을의미한다는것이다. 다음은이에대한자세한내용이다. 지도상의유의점 보른이물질파를실제로존재하는파동이아니라확률이라고해석하는주장에슈뢰딩거는매우반대하였음을언급한다. 지도상의유의점 관측이전에대상의상태를명확히알수없는이유는인간의무지나인식론적한계가아닌, 사물의본성자체가명확히존재하지않기때문이라고설명하는것이코펜하겐해석임을강조한다. 이러한관점은결정론에크나큰도전이되었다. 특히보어는관측 과정에서결정론이전혀적용되지않음을강조하면서다음과같은견 해를주장하였다. 위의관점을코펜하겐해석이라하며, 보어, 하이젠베르그, 보른등 에의해형성되었다. 오늘날양자역학은이를기반으로발전하였다. 이러한관점을이용하여다음실험결과를설명해보자. 다음 [ 그림 1] 과같이총알을넓은각도로난사하면일부총알들은철판벽 (a) 의구멍 1, 혹은구멍 2를통과하여 ( 이때총알이슬릿의모서리에튀어서경로가바뀌기도한다.) 나무판에도달한다. 구멍 1을통과하는총알들이 만큼떨어진곳에도달할확률을각각, 구멍 2를통과하는총알들의경우는라하며 (b) 와같은분포를지니고있다. 따라서실제총알들이나무판에박힌수를세

165 어보면 (c) 의와같은분포를나타낸다. 그림및실헙출처 1. Feynman, R. P., Leighton, R. B., & Sands, M. (2009). 파인만의물리학강의 ( 김충구, 정무광, 정재승옮김 ) 서울 : 도서출판승산 ( 원서출판 : 2006) 2. 위키백과 ( 파동 - 입자이중성 ) [ 1] 그러나총알이아니라물결파를이중슬릿에통과시켰을때의실험 결과는 [ 그림 2] 와같다. 파원에서발생한물결파는파동이므로구멍 1 과 2 를모두통과하고, 각구멍을통과한파동끼리서로간섭하여 흡수벽에서 (c) 의와같은세기분포를나타낸다. [ 2] 1 자, 그럼 [ 그림 3] 과같이전자를이중슬릿에통과시켰을때의실험을살펴보자. 텅스턴전선에전류를흘려서열을가하면전자가튀어나오고이중슬릿을통과하여벽에도달한다. 전자의여정은관측하지않고, 최종적으로벽에도달했을때의위치만감지기가측정한다. 전자가도달한분포는 (c) 와같으며, 실제실험에서전자의개수를달리하여벽에도달한전자의분포를관측하였더니 (d) 와같은결과가나왔다. 이와같은실험결과를위의코펜하겐해석으로설명해보자

166 지도상의유의점 1. 전자는기본입자로서쪼개지지않음을상기시킨다. 2. 물질파가확률이기는하나, 실제행동은파동처럼여러곳에동시에존재할수있으며 ( 물론확률이존재하는것이지만 ), 서로간섭하여보강혹은상쇄될수있음을학생들에게강조한다. [ 3] 다음물음을중심으로설명해보자. 1. 전자가전자총을출발하여벽의감지기에도달하기까지실제로존재 하는위치가있는가? 2. 간섭무늬는무엇이서로간섭하여형성된것인가? 3. (d) 에서전자의개수가많아도벽에전자가도달하지않은곳은왜도 달하지않은것일까? 4. 벽에전자의모습이점으로찍힌이유는무엇일까? 2 위실험을조금변경하여 [ 그림 4] 와같이슬릿뒷부분에광원을설 치하였더니전자가어느구멍을통과하였는지명확히관측할수있 었다. 또한벽면에도달한분포는총알과같이 (C) 의 포를보였다. 이를코펜하겐해석으로설명해보자. 와같은분 3. 다음사이트를이용하면, 전자의이중슬릿실험결과를손쉽게설명할수있다. m/watch?v=xmq_fjd1o UQ&feature=youtu.be 4. 3 차시에다루었던실험상황에도적용하여해석하는시간을갖는다. 5. 학생들로하여금실험결과해석을위해서로토의하도록하고, 서로발표하는시간을갖는다. 지도상의유의점 코펜하겐해석에서광원이얼마나전자를교란시켰는지는근본적으로알수없음을강조한다. [ 4]

167 사고력심화하기 양자역학을적용한현대의원자모형에서는전자의존재를 [ 그림 5] 와같이구름처럼나타낸다. [ 그림 6] 과같이전자의궤도를명확히나타내지않는이유는무엇일까? 구름은무엇을표현하기위한이미지일까? [ 5] [ 6] 보른은전자의파동함수를확률로해석함으로써, 관측이전의전자는입자도파동도아닌, 즉전자의실제모습이본질적으로존재하지않는다고보고있다. 여기에보어는관측이일어나는순간, 여러가능성중에하나가결정되며, 이러한과정은관측대상과관측행위와의해석할수없는상호작용에의해이루어진다고주장한다. 즉, 관측이전에는대상의실제의모습이존재하지도않고, 관측과정에서의인과관계도성립하지않는다는것이다. 이러한그들의주장을모든물리학자들이찬성하였을까? 이를반대하는과학자들은어떠한이유에서반대하였을까? 지도상의유의점 관측과정에서인과관계가성립하지않는다면, 관측이전의실제의모습을파악할수없다는사실은이미 3 차시에서다루었음을상기시킨다

168 학생용 신은정말주사위놀이를할까? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 1. 목표 (1) 지식 양자역학이기반하고있는코펜하겐해석을중심으로자연과물리 학에대한아인슈타인과보어의관점을비교설명할수있다. (2) 탐구과정 아인슈타인과보어의서로다른관점을비교하고자신의입장을 (3) 태도 정리한후, 서로의의견을토론한다. 물리학이론의역할이나자연의본성에대해다양한견해가있을 수있다는개방적인태도를지닌다. 2. 과정 도입상자안에고양이가있다. 고양이의처지가불쌍하다. 그의목숨을앗아갈수도있는장치가함께설치되어있기때문이다. 상자안의방사성물질은한시간내붕괴할확률이 50% 이다. 이방사성물질이붕괴된다면, 방사선검출기가이를감지하고 [ 1] 전기충격을발생시켜독이든유리병위로망치가떨어질것이다. 이는곧고양이의죽음을의미한다. 그러나희망을잃지말아야한다. 방사성물질이붕괴할확률은 50% 이기때문이다. 그상자는내부를들여다볼수도없고밖으로소리가새어나오지도않는다. 또한방사성물질이붕괴했는지정확히점치기란불가능하다. 그렇다면한시간후에상자를열어보기전, 고양이는죽어있는상태일까살아있는상태일까? 코펜하겐해석을따른다면, 상자를열어보기전, 고양이가살아있는상태와죽어있는상태가함께중첩되어있다. 그러나상자를열고내부를들여다보는관측이이루어지는순간, 두상태중한상태가확정되는것이다. 내용및그림출처 1. 내용 : 도서 슈뢰딩거의고양이 : 양자물리학입문 ( 브리기테뢰틀라인지음, 이상희옮김 ) 서울 : 자음과 모음, 그림 : 위키백과 ( 슈뢰딩거의고양이 )

169 슈뢰딩거는이러한코펜하겐해석을비웃었다. 상자를열어보기전에도고양 이는살아있든죽어있든한가지상태여야한다. 두상태가함께중첩되어있 다니, 말이되는가? 관점비교하기 위도입에서언급한슈뢰딩거와함께아인슈타인도코펜하겐해석을인정하지않았다. 특히아인슈타인은보어에게코펜하겐해석이틀렸음을끊임없이입증해보이려하였고, 보어는이를방어하느라애를먹었다. 다음은아인슈타인과보어의대화나편지내용을통해자연과물리학에대한그들의관점을나타낸것이다. " 아무도안볼때달이존재하지않는다고믿나요?" 신은주사위놀이를하지않는다. 당신은신이주사위놀이를하고있다고믿지만, 나는자연의모든대상들이관찰과무관하게실제로명확한모습을지니고존재하며, 그것들이완벽한법칙들속에서작동함을믿는다. ( 아인슈타인이보른에게보낸편지 ) " 그럼아무도안볼때달이존재한다고증명할수있나요?" 신에게이래라저래라상관하지마시오. 물리학의임무가관찰너머의자연이어떻게존재하는지를알아내는것이라고생각하면잘못이다. 물리학이론은관측결과를설명하고새로운관측결과를예측하면그것으로써충분하다. 관측이전의대상의속성은의미를지니지않는다. 1 위에서제시된아인슈타인과보어의관점중에어느관점을지지하는가? 그리고그이유는무엇인가? 자신의입장을서술해보자. 2 자신의입장과동일한관점을지니거나다른의견을지닌친구들과진지하게토론을해보자. 지도상의유의점 관측되는실험결과를설명하는이상의것은과학에서다루는것이아니라는보어의관점은 19 세기말의마흐의관점과유사함을학생들에게인식시킴으로써사고의폭을넓힌다

170 사고력심화하기 코펜하겐해석은그비직관적인측면에도불구하고, 양자역학의정통적해석으로서많은물리학자들의지지를받고있다. 그이유중하나는경험적성공, 즉실험결과를잘설명해주었기때문이다. 실험결과를잘예측하고설명해준다는사실이올바른이론의조건을완벽히만족시킬까? 물리학이론이추구해야할방향이나자연의본질에대한문제를고민하고것은비효율적인행동일까?

171 교사용 지도안 1. 원자의존재를어떻게알아냈을까? 1 활동내용분석 1. 탐정의수사방법과과학자의탐구방법에대한영상및읽기자료등을통해유사점을파악해낸다. 2. 탐정이나과학자가추론을통해도출해낸사실을과연신뢰할수있는지에대해토론한다. 활동의성격 2 진행방법 수업의흐름도입 Ÿ 주요활동 19세기초반에보이지도않는원자의존재를어떻게알아내었는지, 그방법에대한호기심을갖는다. 지도상유의점 개인탐구활동 Ÿ 탐정이관찰되는현상을통해사실을미루어짐작해내는방법을보여주는사례, 그리고돌턴이거시적실험결과를통해보이지않는원자의존재를유추해낸사례에대한영상자료와읽기자 료등을통해그들방법의유사점을찾아낸다. Ÿ 탐정이나과학자가추론을통해도출해낸사실 을과연신뢰할수있는지각자의입장을정한 집단토론 다. Ÿ 입장이동일한학생들끼리모둠을이루어반대되는 입장을지닌모둠과집단토론을한다. 전체공유및 Ÿ 토론을통해도출된다양한의견을정리한다. 정리 Ÿ 토론태도에대해평가한다. 3 학생용활동지답 1 미시세계를탐구하는과학자와법인을잡는탐정의공통점은현재 보이지않는것을알아내고자한다는점이다. 이와같은과정에서 그들이사용하는방법은? 모르는것을알고자할때자료나사실에 서출발하여추론과정을통해얻어낸다. 참고

172 교사용 지도안 2. 원자의존재를믿을수있을까? 1 활동내용분석 1. 원자의존재를신뢰하는입장과신뢰하지않는입장의주장들을접하고어느쪽이더타당한지자신의입장을정한다. 2. 자신의입장을바탕으로토론한다. 활동의성격 2 진행방법수업의흐름주요활동 Ÿ 현재우리는원자의존재를기정사실화하지만 19세기의많은과학자들과철학자들은이에의심도입을품었으며, 볼츠만을비롯한일부과학자들만신뢰하였다는사실을인식하고, 왜그런입장차이가생겼는지호기심을갖는다. 지도상유의점 개인활동 Ÿ Ÿ 원자의존재를신뢰하는입장의주장과신뢰하지않는입장의주장이담긴제시문을읽는다. 어느주장이더타당한지추위친구들과의간단한토론을통해자신의입장을정하고, 그이유를서술한다. 참고 집단토론 Ÿ 입장이동일한학생들끼리모둠을이루어반대되는입장을지닌모둠과집단토론을한다. 전체공유및 정리 Ÿ 토론을통해도출된다양한의견을정리한다. Ÿ 본인이그당시의과학자의입장이되어마하또는볼츠만에게편지를쓴다

173 교사용 지도안 3. 실제로존재하는모습을알수있을까? 1 활동내용분석 1. 광자에대한두가지서로다른관측상황에서, 광자가각각어떠한방식으로행동하는지분석한다. 2. 대상을관측하기이전에실제로어떠한모습인지과연알수있는지고민및토론을하고, 이를위해서는결정론 ( 인과율 ) 을만족해야함을교사설명을통해이해한다. 활동의성격 2 진행방법 수업의흐름도입개인활동소집단토론 Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ 주요활동실제로존재하는모습이무엇인지에대한고민을다룬장자의호접지몽 ( 胡蝶之夢 ) 을통해호기심을갖는다. 두가지서로다른실험장치에서광자에대한측정결과를분석함으로써, 각실험장치에서광자가입자로행동하였는지, 파동으로행동하였는지판단하고그이유를서술한다. 광자가관측상황에따라입자혹은파동으로도행동하는일관되지않은모습을보인다는사실을공유한다. 그렇다면, 관측행위가배제된상황에서광자가실제로입자로존재하는지파동으로존재하는지과연알수있을지, 만일, 알수있다면어떠한원리로가능할지짧게토론한다. 사고력 심화하기 Ÿ 관측행위가배제된대상의실제모습을파악하기위해서전제되어야할원리가무엇인지발표하는시간을짧게갖고, 그것은바로결정론 ( 인과율 ) 이라는사실을교사의설명을통해이해한다

174 3 학생용활동지답 1 [ 실험 1] 과 [ 실험 2] 각각에서광자는입자처럼행동하는가? 파동처럼행동하는가? 그렇게판단한이유는? [ 실험 1] 의경우 : 광자는파동처럼행동한다. 만일광자가입자처럼행동했다면반투명거울A 에서 50% 의확률로통과하거나반사하여하나의경로로이동하고, 반투명거울B 에도달하면마찬가지로 50% 의확률로통과하거나반사하여발견장치에서검출될것이다. 따라서두개의발견장치에서광자가 50:50의비율로번갈아검출될것이다. 그러나발견장치두개중하나의발견장치에서만측정되므로광자가입자가아니라파동처럼행동한것이다. 광자가파동이어서반투명거울 A를거치면서반사와투과가동시에발생하고각파동이두개의경로를경유하여동시에반투명거울 B에도착한다. 이때거울의한면에는보강간섭이, 반대면에서는상쇄간섭이발생함으로써보강간섭이발생한면을행하는발견장치에서만광자가검출된다고상쇄간섭이발생하는면을향하는발견장치에서는검출되지않는것이다. [ 실험 2] 의경우 : 광자는입자처럼행동한다. 만일파동이라면반투명거울 A에서일부는반사하고일부는투과하여두파동이동시에발견장치에도달하게된다. 그러나발견장치에서광자를번갈아검출된다는결과로보아광자가두개의경로가아닌, 하나의명확한경로로이동하는입자처럼행동함을알수있다. 사고력심화하기 이처럼관측과정에서결정론을전제했을때, 실제의모습을파악할수있는이유는무엇일까? 설명해보자. 관측행위가배제된대상의실제모습을파악한다는것은원론적으로불가능하다. 왜냐하면관측을하지않고서는대상의존재조차인식할수도없기때문이다. 대상을파악하려면어쩔수없이관측을해야하고, 그러면관측행위가대상을교란하여 ( 예를들어단순히 본다 라는관측행위를한다해도대상이광자에부딪힌다.) 본래모습에서변형된것을관측하게된다. 그러나고전물리학에서는이러한관측에의해서도대상의실제모습을파악할수있다고보고있다. 그이유는결정론이적용된다는신념때문이다. 관측행위가물론대상을교란시키기는하나, 그교란하는과정이정확한물리법칙에의한인과관계에의해이루어지기때문에어느정도교란시켰는지계산이가능하다고본다. 따라서교란시킨정도를관측결과에서제거하면대상의본래모습을알수있다는것이고전물리학에서의관점이다

175 교사용 지도안 4. 전자의정체는무엇일까? 1 활동내용분석 1. 전자의물리적특성이나여러실험결과들, 그리고원자내부에서전자의전이현상을설명하는각이론들이전자가입자라는사실을지지하는지, 파동이라는사실을지지하는지판단한다. 2. 위판단을기반으로전자가실제입자일지파동일지혹은제3 의존재일지자신의입장을정하고토론한다. 활동의성격 2 진행방법 수업의흐름 도입 개인활동 주요활동 Ÿ 톰슨이전자를발견하고입자임을확인하였으며, 그에반해아들은전자의파동성을증명하여노벨상을받은두부자의이야기를통해, 전자의정체에대해호기심을갖는다. Ÿ 원자내부에서전자의전이현상은전자가입자라는관점과파동이라는관점중어느것이더타당하게설명해주는지판단한다. Ÿ 전자의물리적특성과여러실험현상 ( 광전효과, 컴프턴효과등 ) 은전자가입자라는관점과파동이라는관점중어느것이더타당하게설명해주는지판단한다. 소집단토론 Ÿ 위활동을통해전자가입자인지파동인지친구들과간단히의견을나누면서자신의관점을정하고이유를서술한다. Ÿ 서로다른관점을지닌친구들과토론한다. 정리하기 Ÿ 토론을통해도출된다양한의견을정리한다

176 3 학생용활동지답 관점비교분석하기 1 [ 그림 1] 과 [ 그림 2] 중전자의전이현상을더잘설명해주는것은무엇이라고생각하는가? 그이유는? [ 그림 2] 라고생각한다. [ 그림 1] 처럼전자가입자라면전자의전이과정이불연속적으로이루어진다. 각궤도의중간부분에전자가존재하지않는다면, 전자가다른궤도로이동하는동안전자는어디에있단말인가? 어느궤도에있던전자가느닷없이다른궤도에존재하게된다는설명인데, 전자가도술을쓰는홍길동이라도된단말인가? 그러나 [ 그림 2] 처럼전자를파동으로보고각궤도에서전자가정상파를형성하면서존재한다는관점은전이과정을연속적으로잘설명해준다. 한궤도에있던전자가다른궤도로이동하는과정에서정상파의소멸로궤도중간부분에는당연히존재할수없는것이다. 따라서 [ 그림 2] 의관점이전자의전이를더타당하게설명해준다고생각한다. 2 전자의물리적특성및실험현상은전자가입자라는주장을지지하는가? 파동이라는주장을지지하는가? 전자가입자라는사실을더지지한다. 파동이어떻게질량이나전하는가질수있을까? 그리고전자가파동이라면광전효과나컴프턴산란은발생하지않을것이다. 광전효과와컴프턴산란의실험결과는빛과전자가모두입자라는가정에서설명이가능하기때문이다

177 교사용 지도안 5. 원인없는결과가있을수있을까? 1 활동내용분석 1. 전자의파동함수에부여한확률해석및관측과정에서의비결정성을주장하는코펜하겐해석을이해한다. 2. 코펜하겐해석을기반으로전자의이중슬릿실험결과를설명한다. 또한원자모형에서전자의분포를구름처럼표현하는것이무엇을의미하는지도파악한다. 3. 코펜하겐해석에모든물리학자들이찬성하였을지생각해보고, 만일반대하였다면어떠한이유에서반대하였을지토론한다. 활동의성격 2 진행방법 수업의흐름 도입 Ÿ 주요활동전자의정체에대한비유로고전소설전우치전의도술분신술에대한영상을접함으로써호기심을갖는다. 개인활동 Ÿ 교사의설명을통해코펜하겐해석을이해한다. Ÿ 입자와파동의이중슬릿실험결과를먼저이해하고, 전자의이중슬릿실험결과를코펜하겐해석을기반으로설명한다. 집단토론 정리하기 Ÿ Ÿ Ÿ 개인이도출한이중슬릿실험결과해석을발표하고피드백을받도록한다. 원자구조에서전자의존재를구름의이미지로표현한것이무엇을의미하는지함께파악하는시간을갖는다. 코펜하겐해석을그당시모든과학자들이동의하였을지, 만일반대하는과학자가있었다면왜반대하였을까를생각해본다

178 3 학생용활동지답 코펜하겐해석으로실험결과해석하기 1 이와같은실험결과를위의코펜하겐해석으로설명해보자. 관측이전의전자는입자나파동이아니다. 우리는단지전자의파동함수를통해어느위치에존재하는지에대한확률만파악할수있다. 이때확률이파동과같은형태를지녔음을유의해야한다. 따라서전자가전자총을출발하여슬릿에도달하였을때, 마치물결파가두개의구멍모두를통과하듯이, 전자의존재확률또한두개의구멍모두에서값을갖는다. 즉, 구멍 1을통과할확률과구멍 2을통과할확률모두가함께존재한다. 이와같은확률적해석은우리의무지에의한것이아니다. 전자가본질적으로구멍 1을통과하는상태와구멍 2를통과하는상태가동일한확률로함께존재하는것이다. 전자가벽에거의도달하였을때도당연히여러위치에서존재할확률이있다. 그러나감지기에감지되는순간, 전자와감지기와의해석할수없는상호작용으로하나의위치만결정되고, 다른위치에서발견될가능성은제거된다. 그래서 [ 그림 3] 의 (d) 처럼점의모습으로관측되는것이다. 그런데, 왜특정영역에서는전자가발견되지않을까? 전자의파동함수가실제로존재하는파동이아니기는하지만, 여타의파동처럼간섭작용을일으킨다는사실을명심해야한다. 구멍 1을통과한파동함수와구멍 2를통과한파동함수두개가벽면에서서로만나간섭현상이발생하고, 이때상쇄간섭이발생하여진폭이 0이되면, 이는그위치에존재할확률이 0이됨을의미하므로전자가도달하지못하는구간이되는것이다. 2 이를코펜하겐해석으로설명해보자. 슬릿뒷면에광원을설치하여전자의위치를관찰할때, 전자와빛의해석할수없는상호작용으로전자가어느구멍을통과하는지결정되고 -이때, 다른구멍을통과할가능성은붕괴된다.-, 이처럼전자의경로가입자처럼명확해진다면, 총알의경우와같이 (c) 와같은도달분포를보이게된다

179 사고력심화하기 구름은무엇을표현하기위한이미지일까? 코펜하겐해석에의하면본질적으로원자내부의전자의위치가 [ 그림 6] 과같이명확히존재하지않으며각위치별존재확률만파악할수있다. 따라서전자가존재할확률이높은부분은진하게, 낮은부분은흐리게나타낼수있으며, 이러한모습이구름과같은이미지를갖게된것이다. 이를반대하는과학자들은어떠한이유에서반대하였을까? 양자역학의코펜하겐해석이등장하기이전에는대부분의과학자들이자연의대상들이명확한모습으로존재하며 ( 예 : 입자, 혹은파동 ), 관측이전에정확한물리량 ( 예 : 위치, 운동량등 ) 을갖고있다고생각하였다. 또한자연의모든현상과상호작용은인과율을따른다는확신이있었다. 그러나코펜하겐해석은이에반대되는관점을제시하였으므로당연히반대하는물리학자들이있었으며, 가장대표적으로아인슈타인이있다

180 교사용 지도안 6. 신은정말주사위놀이를할까? 1 활동내용분석 1. 양자역학의철학적관점에대한아인슈타인의반대입장과이를방어하고자하는보어의대응내용을파악한다. 2. 두견해중어떤견해가타당한지본인의입장을정하고, 서로반대되는입장을가진그룹간에토론을한다. 활동의성격 2 진행방법 수업의흐름 도입 Ÿ 주요활동코펜하겐해석을반대하던슈뢰딩거가제시한 슈뢰딩거고양이 실험을코펜하겐해석으로설명하고이에대한타당성을생각해봄으로써코펜하겐해석의타당성논쟁에대해흥미를가진다. 개인활동 Ÿ Ÿ 코펜하겐해석을반대한아인슈타인의입장과이를방어하고자했던보어의입장을제시문을통해파악한다. 아인슈타인과보어의관점중어느관점을지지하는지정하고이에대한이유를서술한다. 집단토론 Ÿ 같은관점을지닌학생들끼리그룹을이루어다른 관점을지닌그룹과집단토론을한다. 정리하기 Ÿ 토론내용, 특히각관점의장단점을정리한다. Ÿ 물리학이론이추구해야할바람직한방향에대해함께생각해보는시간을짧게갖는다

181 참고문헌 김유신 (2012). 양자역학의역사와철학. 이학사만지트쿠마르 (2014). 양자혁명 : 양자물리학 100년사. 까치 ( 원서출판 : 2008) 브리기테뢰틀라인 (2010). 슈뢰딩거의고양이 : 양자물리학입문 ( 이상희옮김 ). 자음과모음 ( 원서출판 : 1999). 이강영 (2012). 보이지않는세계. 휴먼사이언스장하석 (2014). 장하석의과학, 철학을만나다. 지식채널. 장회익 (1994). 양자역학과실재성의문제. 과학사상, 9, 93~112 정용욱 (2012). 입자파동이중성의의미에대한분석과이중성에대한대학생의이해. 서울대학교대학원박사학위논문조인래 (1992). 현대양자역학과철학. 철학과현실, 14호, pp. 138~159. Feynman, R. P., Leighton, R. B., & Sands, M. (2009). 파인만의물리학강의 ( 김충구, 정무광, 정재승옮김 ). 도서출판승산 ( 원서출판 : 2006)

182 문제중심학습기반중학교 1 학년과학진로프로그램 개발자 한혜영 ( 상원중학교 ) 주제 문제중심학습기반중학교 1학년과학진로프로그램 중학교과학 1 관련단원 Ⅴ. 열과우리생활 Ⅵ. 분자운동과상태변화 Ⅶ. 수권의구성과순환 활용대상 중학교 1 학년일반학생수업용 차시 11 차시 학습목표 1. 문제상황해결을위해적합한과학지식을선택하여활용할수있다. 2. 다양한문제상황을주도적으로해결함으로써문제해결력을신장시킬수있다. 3. 다양한과학진로를탐색하고간접적으로체험할수있다

183 개발자료안내 1. 개요 (1) 개발의도 2009 개정교육과정은 전인적성장의기반위에개성의발달과진로를개척하는사람 을추구하는인간상으로제시하고있으며, 중학교교육목표로 심신의건강하고조화로운발달을추구하며, 다양한분야의경험과지식을익혀적극적으로진로를탐색한다. 를삼고있다.( 교육과학기술부, 2011) 이처럼진로교육이우리나라교육의중요한과제가되었지만실제학교현장에서이루어지는진로교육은일회성에그치는활동으로진행되는경우가많다. ( 이재창외, 2014) 또한학교교육에서이루어지는과학관련진로교육은양적으로나질적으로부족하며, 진로교육이과학교육과정의내용과관련지어지는경우또한드문편이다. 과학관련진로교육을정규교과수업시간이외의시간에하는것보다는학생스스로과학의가치를느낄수있도록과학수업내에서이루어지는것이더중요하다. ( 양미경외, 2005) 실제과학교사들이과학관련진로수업에대한필요성을느끼고있으며, 과학관련진로수업이과학의가치를잘이해하고있는과학교사에의해과학수업시간에이루어져야한다고생각하는비율이높지만 ( 윤진외, 2003) 실제로정규과학수업에서이루어지는진로교육은적은편이며이에대한연구또한적은편이다. 최근의 TIMSS와 PISA의결과를보면우리나라학생의과학학업성취도는다른나라에비해매우높지만우리나라학생의과학에대한흥미, 자신감, 과학의가치판단등정의적측면은매우낮은실정이다.( 김미영외, 2013) 또한, 학생스스로과학의가치를인정하면서도자기자신과는과학진로는관계가없는것으로인식하거나 ( 곽영순외, 2006) 과학에대한흥미를가지고있고교사, 학부모가학업성취도가높은편이라고판단하는학생이더라도다른진로에비해과학관련진로를선택하기위해서는학업성취도가매우높은수준이어야한다고생각하는등진로선택기준을학생스스로높게설정하여과학진로의선택을주저하는경우가많다. ( 강은희외, 2014) 이는학업성취도, 과학에대한흥미도, 과학가치인정등과같은진로선택과상관관계를가지는요인들이단순하게진로선택에영향을주기보다는요인간에복잡한관계를지니고있음을의미한다. 일회성행사의진로교육이나학생들에게단순히과학직업을제시하는기존의진로수업방식, 교과서에진로자료제시방법은학생들의과학진로지향에긍정적영

184 향을끼치지는못한다는것을의미한다. 과학수업내에서학생이과학관련진로종사자입장이되어문제해결의기회를갖도록하여학생들에게과학관련진로가선택하기에어려운수준의것이아니고도전할만하다고느끼도록해야한다. 또한, 일상생활에과학적가치판단이필요한상황이많고우리주변에다양한종류의과학관련진로가있기때문에과학이학생에게가치롭다는사실을깨달을수있는기회를제공해야한다. 2016년부터자유학기제전면실시로전국의중학교 1학년대상으로한과학진로교육프로그램이필요한상황이며전국적인진로실태조사결과초, 중, 고등학생들중중학생의과학관련진로를희망비율이가장낮아 ( 윤진외, 2003) 중학교에서의과학관련진로교육이매우중요하다는것을여러연구자가지적해왔다.( 이숙희외, 2014, 윤혜경외, 2006) 과학진로교육이과학전문가양성을위한교육일뿐만아니라과학의소양을갖춘시민을양성하는교육을모두포함한다고할때학생스스로디양한문제상황을해결하기위해과학적지식을필요로하는주인공이되어계획을세워정보를수집, 선택하고문제를해결함으로써과학이실생활에필요하며다양한과학관련진로가존재함을깨달을수있는경험이필요하다. 이를위해문제중심학습 (PBL) 을기반으로한과학진로프로그램을개발하였다. (2) 개발자료소개자유학기제로운영되는중학교 1학년 2학기학습내용을바탕으로 11개의문제를제작하여문제중심학습 (Problem Based Learning, PBL) 기반으로한진로프로그램을제작하였다. 학생들은 11문제의주인공과같은문제상황에놓였을때학습한과학적개념을바탕으로문제를해결하도록프로그램을제작하였다. 문제프로그램관련주제 PBL : 따뜻한교실만들기 1 2 주인공 : 교실난방환경을조성하는학교운영위원회문제상황 : 교실난방의방법의여러가지를고려하여교실환경에맞는난방방법을선택한다. PBL : 기차의탈선을막아라! 주인공 : 기차선로설계자문제상황 : 한낮기온이높은초여름날기차선로가휘어져기차가탈선하였다. 기차선로가휘어진이유를찾고한여름에도기차가탈선하지않는기차선로를설계한다. 전도, 대류, 복사 열에의한부피 팽창

185 PBL : 에너지걱정뚝! 나만의집설계하기주인공 : 집을건축하려는집주인문제상황 : 여름, 겨울에상관없이에너지효율이높고에너지생산이가능하여냉방, 난방비의걱정이없는나만의집을설계한다. PBL : 지구의온난화를막아라! 주인공 : 지구온난화방지대책입법자문제상황 : 갈수록지구의온난화가심화되고있다. UN기후변화협약에서결의한온실가스감축계획을지키기위해우리나라온실가스감축계획을산업별로제시한다. PBL : 바다깊이깊이! 주인공 : 잠수부교육담당자문제상황 : 잠수부가되고자하는사람들에게잠수에관련된과학이론을설명하고자한다. 일반인대상으로이해가쉽게과학적원리가포함된강의계획서를작성하고강의를한다. PBL : 열기구높이! 높이! 주인공 : 열기구제작자, 열기구대회참가자문제상황 : 열기구국제대회에참가하기위해열기구를제작하고열기구를운행시킬수있도록계획을세운다. PBL : 물로바위쪼개기 단열지구온난화보일의법칙샤를의법칙, 밀도, 부력 7 주인공 : 역사학자물의상태변화와문제상황 : 일반인을대상으로바위틈에있는구멍을통해바위부피변화를자르는방법을과학적으로설명하고자한다. PBL : 에너지를어떻게쓸까? 8 주인공 : 전철역설계자상태변화와, 문제상황 : 지상에설치된전철역은바깥으로노출되어여름이열에너지의이동, 되면매우더워진다. 냉방기구를사용하지않고시원하게역사이용를만들방법을고안한다. 9 PBL : 물을아껴써요. 주인공 : 물절약캠페인광고제작자문제상황 : 3월 22일세계물의날을맞이하여물절약공익광고를제작한다. 우리나라의물자원의사용현황과물자원의중요성을인식하고다양한형태의광고를제작한다. 물의순환, 지구상의물

186 10 11 PBL : 남극기지연구체험단모집주인공 : 남극기지연구체험단지원청소년문제상황 : 남극세종기지, 장보고기지및주변지역에서극지과학자들과함께현장조사를펼칠청소년연구체험단에지원하려고한다. 남극에서실시할연구의연구계획서와지원서를작성하고프리젠테이션한다. PBL : 장난감오리는어디로? 주인공 : 해양학자문제상황 : 홍콩에서출발한선박의사고로장난감오리가바다로유출되었다. 얼마후전세계곳곳에서장난감오리가발견된다. 오리를이용하여해류의방향을예측해본다. 빙하 표층해류 학습지는되도록이면간단하게제작하려고하였다. 1면은문제해결에방향을잡아줄수있는내용 ( 기사, 실험, 동영상, 확인문제등 ) 을제시하였다. 2면은 PBL 문제를제시하였다. 문제에는문제해결에필요한정보가충분히나와있지않으므로학생들스스로문제해결을위해알고있는사실과더알아야할사실을구분해서 PBL 활동지 (Know/Need to Know 표 ) 를작성해야한다. 이를바탕으로모둠원끼리역할을나누고정보수집을하여결과물을작성해야한다. 또한모든활동은발표를전제로하고있으며발표후자기평가와모둠내평가, 모둠간평가를하게된다. 수업주제당 3차시 ( 문제도입, 문제해결모둠활동, 발표평가 ) 를기본으로하고있으며주제에따라 4차시를운영하기도한다. 학생들이문제해결을위한모둠활동은수업이외의시간에진행되어야문제해결를할수있기때문에온라인에서의활동을권장한다

187 2. 수업모형안내캐나다 McMaster 의과대학의 Barrows 교수에의해시작된 PBL(Problem-Based Learing: 문제중심학습 ) 은의과대학수업이교과서위주의암기식, 강의식으로진행되었던문제점을극복하기위하여개발되었으며, 현실적인문제와연계된실질적이고도맥락적학습내용, 수행을중요시하는교육과협동학습의중시, 팀활동, 토론활동, 발표등다양한활동을추구한다. ( 이혜숙, 2008) 의과대학에서먼저시행되었던 PBL은여러분야에도입되었으며교육학에적용되면서 PBL은구성주의적인식론에기초한학습모형으로알려지게되었다. PBL의바탕은 자기주도적학습 과 협동학습 이다. 과제 ( 문제 ) 가주어지면모둠으로나누어각모둠안에서그과제를통해학생들이스스로학습하게될 학습목표 를결정하도록한다. PBL의핵심은문제에있다고해도과언이아니다. PBL 문제는현실세계를반영하여실제적이고, 맥락적이며, 비구조적이다. 문제는학생들로하여금도전의식을느끼게하며깊이생각하고, 여러자료를참고해야해결할수있고다양한형태나내용으로재생산할수있도록제작되어야한다. 문제중심학습의대표적인모형은 Barrow와 Myers의모형과 Illinois Mathematics & Science Academy(IMSA) 의문제중심학습센터에서제시한모형이있다. 이자료는 IMSA 모형 ( 그림2) 을바탕으로제작되었다. 그림 2 IMSA 모형 (Illinois Mathematics & Science Academy, 1996)

188 문제중심학습의핵심은 문제 이기때문에수업을설계할때는문제를제작하는단계가첫단계이다. 문제는학생들의관심주제, 교육과정에서학습해야할주제등을고려하며학생들이일상적으로경험할수있는문제를연결시켜우리주변에서얻을수있는기사, 뉴스, 인터넷자료등을바탕으로개발한다. 문제는답이다양하게나올수있는비구조화되어야하며다양한방법으로문제해결할수있을정도로복잡해야한다. 문제가학습자들이해결하는데어려움을느끼는수준이라고판단될경우, 그문제를풀어가기위한혹은문제를풀경우참조할만한몇가지세부적질문은첨가할수있다. PBL에서학습자는주도적인역할을하게되며교사는촉진자, 동료학습자의역할을하게된다. PBL 프로그램설계시문제개발뿐만아니라교수학습과정설계, 평가도구선정, 학습환경설계를모두거치며수업진행시에는문제를제시한후학생중심으로과제수행, 발표, 평가를거치게된다. 참고문헌강인애, 정준환, 정득년. (2007). PBL의실천적이해. 문음사. 윤회정, 김경원, 우애자 (20011). 문제중심학습에대한학생들의인식탐색 ; 중학교 1학년과학자유탐구수업사례를중심으로. 한국과학교육학회, 31(5), 이솔희, 정영란 (2014). 문제중심학습에참여한중학생의과학적자기효능감형성과정분석. 한국과학교육학회, 34(2), 이화영 (2001). 진로관련학습내용을적용한과학수업이학생들의학업성취와직업인식과과학학습태도에미치는영향. 석사학위논문, 이화여자대학교교육대학원. 윤회정 (2009. 문제중심학습 (PBL) 전략의개발과적용및그효과. 박사학위논문, 이화여자대학교대학원. 이솔희 (2013). 중학생의과학적자기효능감발달에영향을미치는문제중심학습의학

189 습특성분석. 석사학위논문, 이화여자대학교대학원. 이혜숙 (2008). PBL기반진로교육프로그램의개발및효과검증. 석사학위논문, 서울교육대학교. 오희진, 김상달, 이용섭 (2005). 중학교과학수업에서문제중심학습이창의력에미치는효과. 한국지구과학회지 (26(1)1-8 박수경 (2009). 과학수업에서문제중심학습의적용및효과분석. 과학교육연구지 33(2) 윤회정, 우애자 (2010). 중고등학교교사들의문제중심학습에대한인식과수업진행방식에대한탐색. 한국과학교육학회지 30(5)

190 학생용 따뜻한교실만들기 ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 열의이동을현상을통해전도, 대류, 복사로구분할수있으며환경에 적합한난방방식을선택할수있다. [ 도입 ] 다음글은열의이동방식인전도, 대류, 복사에대한설명이다. 전도, 대류, 복사를정의하고예를들어보시오. 열이이동하는방식은크게세가지전도, 대류, 복사로나뉜다. 전도는가열된금속에서흔히볼수있다. 뜨거운국에차가운숟가락을담그면숟가락손잡이까지뜨거워지는것이전도현상의예이다. 하지만전도자체는곧바로난방에이용하기에적합하지않다. 대류는주로기체나액체에서열이이동하는방식이다. 기체와액체가열을받으면이전보다분자운동이활발해져서부피가팽창한다. 질량은일정하고부피가증가하면단위부피당질량 (= 밀도 ) 이줄어들면서상대적으로주변보다가벼워진다. 가벼워진기체나액체는위로올라가상승하다가열원으로부터멀어지면서뜨는힘을상실하고아래로떨어진다. 이과정에서얻은열을주변에전달하는현상이대류이다. 대류는전통적인난방방법이다. 한복판에놓고방전체를데우는난로나, 금속관에뜨거운물또는증기를통과시켜서대류열을만드는스팀이대류현상을이용하고있다. 대류현상은실내전체의온도를높이는효과가있는반면효과를얻기까지오랜시간이걸린다는단점이있다. 히터는열전달의면에서볼때태양에서지구로열이전달되는현상과유사하다. 즉복사현상을이용한다. 절대영도보다온도가높은모든물체는외부로전자기파를발산한다. 이전자기파를받은물체는그에너지의일부를얻는다. 이것이복사이다. 난로도대류현상만을이용하는것은아니다. 난로가까이에손을대보면아직실내가추워도열을느낄수있는데이것역시열복사의결과이다. 히터는열복사의효율을최대한높이기위해특별히고안된난방장치이다. 준비물 PBL 학습지 PBL 평가지실험동영상참고열이동관련실험동영상 (EBS 클립뱅크 ) 전도 : ( 예 ) 대류 : ( 예 ) 복사 : ( 예 )

191 [ 문제 ] 따뜻한교실만들기교실난방사례를통해중학교상담실에적합한난방설비를선택하려고한다. 각난방기구의장단점을파악하고상담실환경에적합한난방기구를정해서학교운영위원회에서위원으로서제안한다. ( 단, 열이동에대한과학적원리를포함해야한다.) < 교실 A> 천장형냉난방기우리교실은천장형냉난방기를사용한다. 여름에에어콘을켰을때시간이흐르면교실전체가시원해지는것같았다. 그런데겨울에난방기를켰을때는얼굴에는따뜻한바람이불어따뜻했지만발과다리는여전히추웠다. 치마를입는여학생들은치마위에담요를두르기도하였다. 교실의크기에따라냉난방효과가다르게나타난다. 교실이작으면금방시원해지고따뜻해진다. 지도상의유의점 1. 회의를통해난방방법의선택과정을거치는것을고려하여제안할때타당한이유를제시해야한다. 2. 마지막차시에는제안한자료를바탕으로의견을발표하고의견을수렴하는과정을거치게된다. < 교실 B> 라디에이터우리학교는창가아래라디에이터를설치하였다. 난방이되는데시간이꽤걸리는데공기를직접가열하는방식이아니기때문에공기가쾌적한편이고난로보다는안전한것같다. 하지만라디에이터가노출되어있을때는학생들이손을대어화상을입지않을지고민이된다. < 교실 C> 바닥난방우리학교는초등학교로학생수가적으며저학년은교실바닥에앉아서하는활동이많은편이다. 시간을들여바닥공사를실시하여집과같은난방방식이라편안히교실바닥에앉아서활동을한다. 대신교실에들어올때실내화착용보다는양말을신고들어온다. < 상담실환경 > 10명정도의학생들이집단상담활동을하는장소로상담실을사용하려고합니다. 집단상담활동시가족적인분위기가중요할것같습니다. 상담실은일반교실의절반보다작은크기입니다. 상담실은대부분점심시간과방과후에만사용하고수업시간에는거의사용하지않습니다

192 학생용 기차의탈선을막아라! ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 입자모형을통해열에의한팽창현상이일어나는원인을설명할수있 으며실제현상에적용할수있다. [ 도입 ] < 그림 1>, < 그림 2> 와같이철사에금속추를달고가열하면서 철사를관찰하였다. 준비물열팽창실험기구알콜램프, 점화기 PBL 활동지 PBL 평가지 A4용지 실험결과를참고하여여름철과겨울철의전신주전선의모양의변화 의원인을설명하시오

193 [ 문제 ] 다음신문기사를읽고기차의탈선을일으킨선로휘어짐이 일어난이유를과학적으로설명하고기차의탈선이다시일어나지않 도록기차선로의설계계획서를작성하시오. 초여름더위에휘어진엿가락레일 한여름탈선 빨 간불 주의점기상청자료를참고하여선로휘어짐의이유를찾으시오. 사진출처연합뉴스 ( ) 날짜 25일 26일 27일 28일 29일 30일 31일 평균기온 ( ) 최고기온 ( ) 최저기온 ( ) 일강수량 (mm) 기차선로계획서에포함되여야하는내용 1. 기차선로가휘는이유 2. 기차선로의모양 ( 그림첨부 ) 3. 기차선로의재질 4. 기차선로길이두께

194 학생용 에너지걱정뚝! 나만의집설계 ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 열의이동을이해하여에너지손실을최소화하는방법을실생활에적용 할수있다. [ 도입 ] 다음은현재진행되고있는서울의어느지역의에너지제로하우스건설에대한기사입니다. 구는국토부와함께 25일화석연료사용하지않는제로에너지주택실증단지착공하였다. 구가제로에너지주택단지를유치하게된것은탈핵-에너지전환도시로서기후변화로인한지구의위기를구하기위해서다. 제로에너지주택실증단지는패시브 (Passive) 공법과액티브 (Active) 기술을사용해냉난방, 온수, 조명, 환기등필수에너지를화석연료의사용없이제공한다. 에너지실증단지가준공되면영국런던의베드제드, 독일프라이부르크주거단지와같은세계적인환경도시로 구가거듭날것으로예상된다. 구청장은 " 화석연료에기반해이윤극대화만을추구하는방식으로는지구는더이상버틸수없다 며 인간과자연이공존하고지속가능한삶의방식을체험할수있는대한민국최고의에코빌리지를만들겠다 고말했다. 준비물 PBL 학습지 PBL 평가지 A4 용지자, 네임펜스마트폰사진출처제로에너지 참고 넷제로에너지하우스 제로에너지주택실증단지홍보영상 (1) 에너지제로하우스를설립하게된이유는무엇인가? (2) 에너지제로하우스를만들수있는기술은무엇이있는가?

195 [ 문제 ] 시우네가족은집을짓기로하고가족들이원하는것을가족회의를통해의견을수렴하였다. 새집지을때바라는점 1. 집이 2층이면좋겠다. 2. 정원에나무와꽃이많았으면좋겠다. 3. 전기세, 가스비를줄이고싶다. 4. 도시에서멀지않은곳에집을지으면좋겠다. 5. 햇빛이많이들어오는큰창이있었으면좋겠다. 6. 환기가잘되도록창문이많이설치되면좋겠다. 7. 겨울에는난방비가여름에는냉방비가너무많이나온다. 냉난방비를줄이고싶다. 8. 정원에서사용되는물, 청소할때사용되는물은수돗물을사용하지않으면좋겠다. 9. 전에살던집에는결로현상때문에벽과천장에곰팡이가생겼다. 결로현상이안생기면좋겠다. 10. 예산이많지는않으므로토지의크기가크지는않지만집이좁지는않았으면좋겠다. 주의점 1. 가족의희망사항을적용할때발생하는문제점과해결책이반영되도록한다. 2. 건축자재의특성을파악하여집설계에적합한것을선택한다. 위조건을만족하도록집을설계하여보자. 설계계획 1. 희망사항적용방법 2. 문제점 3. 해결방법 참고 평면도 4. 건축자재종류 < 설계도 > 투시도

196 학생용 지구의온난화를막아라! ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 지구온난화의원인을이해하고지구온난화로인한기후변화의심각성 을이해하여지구온난화를해결할수있는방안을제시할수있다. [ 도입 ] 다음은뉴스에나온내용입니다. 50년후의우리나라의기후를예측하고우리나라에나타날변화를정리하시오. 앵커 : 한반도가갈수록뜨거워지면서우리내륙에서재배된경북안동산파파야, 전남곡성산파파야가시장에나오고있습니다. 농가소득을증가시키고있지만급격한기후변화에따른문제점들도같이대두되고있습니다. 기자 : 제주도북쪽바다입니다. 그물을건져올리자거북복, 독가시치, 호박돔같은이름이생소한물고기가올라옵니다. 주로적도부근에사는아열대어종입니다. 준비물 PBL 학습지 PBL 평가지우리나라어종, 작물변화도스마트폰또는테블릿 PC 참고 뉴스동영상 (MBC) - 우리나라기후변화관련 제주도어민 : 제가물고기를잡은지 40년이넘는데, 이런종류의물고기를잡은지는얼마안되었어요. ( 중간생략 ) 기자 : 바람이통하는창문하나없는쪽방, 숨을내쉬는것조차고역입니다. 아직본격적인더위가찾아오기전이지만방안온도는 34도입니다. 바깥보다 9도나높습니다. 지난 1997년이후우리나라에서는해마다평균 20여명이폭염으로숨졌는데, 절반이상이 60세이상노인층이었습니다. 기후변화학회연구원 : 한반도의기온은지난백년간 1.8도올랐습니다. 폭염도증가해최근 5년간평균 13일었던폭염발생일이오는 2050년이면 25일에달할것으로보입니다. 뎅기열과같은열병을옮길수있는모기가발견되고있고앞으로아열대질병에노출될가능성이높아질것으로예상됩니다

197 [ 문제 ] 다음은 UN 기후변화협약 (COP21) 에대해실은 2015 년 6월의신문기사의일부입니다. 지난해 IPCC 보고서승인과당사국총회이후형성된 2020년이후의신기후체제 에따라각국의온실가스감축계획 (INDC) 이하나둘구체화되고있다. 가장놀라운변화는교토의정서에불참했던미국의태도다. 미국은기후변화협약에서한발물러서있던과거와다르게온실가스감축에적극적으로나서고있으며, 지난 3월 31일, 러시아와함께온실가스감축계획을발표했다. 이로써유럽연합의 28개국과스위스, 노르웨이, 멕시코, 미국, 러시아가온실가스감축에적극적인동참을표명했으며, 이들국가가글로벌 GDP의 52% 를차지하고있어향후관련산업계가새로운국면으로접어들것으로보인다. 우리나라정부는 2030년의온실가스배출전망치 (BAU) 보다 37% 감축하는것을핵심으로하는온실가스감축목표를지난 6 월 30일국무회의에서확정했다. 이는기존에정부가제시했던 2020년온실가스감축안과비교했을때목표치가더높아진것이다. 우리나라에서기후변화협약내용을지키기위해서산업분야에서일어나야하는변화를예측하고이산화탄소배출양을감축할수있는구체적인방안을제출하시오. ( 단, 산업분야중하나만선택 ) (1) 자동차업계 (2) 에너지업계 (3) 건축업계 주의점 년 6 월에열인 UN 기후변화협약 (COP21) 의내용을인 터넷으로검색하여확 인한다. 2. 우리나라정부의 2015 년 6 월이후의환경대 책을어떻게세웠는지 확인한다. 참고 기후변화홍보포털 기후변화정보센터 /index.html 기후변화바로알기 bmodule/editorimage/sedi tor/upload/hcms/climate_2 015.pdf (4) 자원개발

198 학생용 바다깊이! 깊이! ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 기체의부피와압력과의관계를설명할수있으며이를실제잠수부들이물에들 어갔을때의상황에연결시킬수있다. [ 도입 ] EBS 클립뱅크에서 수압의힘, 보일의법칙 동영상을시청 하고다음글의빈칸을채우시오. 수면 (0m) 에서기압은 1 기압이다. 수면에서풍선의부피는 300mL 준비물 A4 용지스마트폰또는테블릿 PC PBL 학습지 PBL 평가지 이다. 바다속으로들어가면들어갈수록물이누르는힘, 수압이점점커진다. 10m 내려갈때마다수압이약 1기압씩커진다. 수심이 10m이되면풍선을누르는압력의크기는 ( 1 ) 기압이된다. 풍선을외부에서누르는힘이세어지므로풍선의크기는 ( 2 ) 진다. 온도가일정하면기체의압력과부피는 ( 3 풍선이내려가면풍선에가해지는압력이 ( 4 풍선의부피는 (5 )ml가된다. ) 하므로 20m 까지 ) 기압이므로 참고 수압의힘 (EBS 클립뱅크 ) 반대로풍선이하늘높이올라가면공기의양이점점줄어들기때 문에풍선의외부에서누르는공기의압력이 ( 6 ). 압력이 보일의법칙 (EBS 클립뱅크 ) 작아지므로풍선의크기는 ( 7 ) 풍선이물속깊이내려가면크기가 ( 8 크기가 ( 9 ) 한다. ) 하고높이올라가면

199 [ 문제 ] 잠수부를위한과학이론수업스킨스쿠버, 스쿠버다이빙과같은수중활동이대중화되면서잠수와관련된과학이론의중요성이대두되고있다. 바다속의환경이지상의환경과다르기때문에잠수부들은몇가지과학원리를이해해야한다. 과학원리를이해하지않고바다속에들어갔을때감압병 ( 흔히, 잠수병 ) 에걸릴위험에높아진다. 감압병은관절염, 두통등의증상에서부터심할경우사망에이르게하는위험한병이다. 잠수할때유의해야할점을찾아보고산업잠수사가되기위한일반인들을위한이론수업자료 (A4용지 2장분량 ) 를준비하고 5분간의핵심강의를준비하시오. 강의자료제작시고려해야할점 1. 대상자 과학용어가매우낯설고어렵게느껴지는일반인 산업잠수사자격증을취득해야하는사람 2. 꼭포함되어야하는내용 수압 대기의조성와압축공기 보일의법칙 기체의용해도 잠수병 부력 참고 잠수병관련동영상및영화 EBS 명의 잠수병 그랑블루 (Le Grand Bleu, 1988) 맨오브오너 (Men Of Honor, 2000) 주의점 1. 발표시간이 5분을넘기지않도록한다. 2. 수업자료는강의를듣는사람에게배부되는자료임을유념한다. 3. 이해를돕기위한간단한그림과그래프자료 < 참고 > 산업잠수사란? 산업잠수사는바다속에서산업적가치가있는것들을발견하고개발하는잠수사로해난구조 ( 침몰된선체인양및좌초된선박의이초 ), 수중교각설치, 선박접안시설, 기초부두및방파제축조, 화력및원자력발전소냉각시설, 유조선터미널시설, 항만준설및암파쇄등의다양한종류의일을하고있습니다. 또한, 배의하부와프로펠러를촬영하고조사해서파손이나손상된부위가있으면수중용접이나절단, 표면연마의방법으로수리하고, 선박의노후된부품교체등의일을합니다. 이런일을해내기위해서는수중촬영, 수중용접및절단, 수중발파, 수중토목, 유압사용기술등의전문지식이반드시필요합니다

200 학생용 열기구높이! 높이! ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 기체의온도와부피의관계를통해열기구의작동원리를이해하고열기구의이 동을설명할수있다. [ 도입 ] 그림같이공기를넣어부풀린작은크기의풍선을물에약간 잠기도록작은볼트를매달아비커에넣는다. 가열하면서풍선에일어 나는변화를관찰한다. 준비물작은풍선, 비커, 알코올램프, 삼발이볼트, 실 PBL 학습지 PBL 평가지 A4 용지색연필, 싸인펜 1. 풍선의변화 참고 샤를의법칙실험 (EBS 클립뱅크 ) 번과같은변화가생기는이유를풍선안의공기를이루고 있는입자의운동과관련지어설명하시오

201 [ 문제 ] 국제열기구대회참가 국제열기구대회에참가하려고합니다. 열기구대회경기의규칙은 다음과같습니다. 주의점 1. 열기구에는동력장치를설치하지않으므로수평이동을할때이용할수있는것이무엇인지고려한다. 2. 열기구의구조를고려 하여열기구의모양과재 질을선택한다. 3. 열기구가이동하고있을때모래주머니를떨어뜨릴때운동을고려한다. 국제열기구대회경기규칙 1. 공기이외의다른기체를열기구내부에채우면안된다. 2. 부력은연료를연소시켜얻는다. 3. 연료는경기도중의임무를끝낼때까지부족하지않게한다. 4. 자동비행장치를기구에장착해서는안된다. 5. 경기도중손상된부분은교환하거나수리할수있다. 6. 경기는같은열기구로 2번이상참가해야한다. 7. 지정된장소에서이륙착륙해야한다. 8. 주최자가지정한장소 2~3개중에한군데에모래주머니를떨어뜨려가장가까운곳에떨어뜨린선수가우승합니다. 경기규칙을지켜열기구를만들고지정된장소에서출발하여목표지점에서모래주머니를정확히떨어뜨린후도착지점에열기구가내려올수있도록열기구제작계획서와운행을과학적원리를포함시켜발표하시오. 열기구제작계획서 1. 열기구의모양, 재질 2. 열기구상승, 하강운동 ( 수직운동 ) 계획 3. 열기구수평운동계획 4. 열기구에서모래주머니정확히떨어지게하려면?

202 학생용 물로바위쪼개기 ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 물질이상태변화할때일어나는변화를설명하고이를실생활에이용할 수있다. [ 탐색 ] 다음신문기사를읽고낙석사고의원인을물의상태변화와부피변화와관련지어설명하시오. 최근산에서얼음이녹기시작하면서주요등산로에서낙석과낙상사고의위험이커지고있다. 낙석사고가사망사고로이어진사례도있어등산객들의각별한주의가요구되고있다. 지난해 3월 16일, 북한산인수봉에서낙석파편이떨어져암벽등반을하던등산객 1명이사망하고 1명이부상당하는사고가일어났다. 이날떨어진낙석은 500kg에달했고, 이낙석이떨어지며부서진파편에등산객들이변을당했다. 이같은낙석사고는주로얼음이녹는봄철에자주발생한다. 겨우내바위틈사이에있던물이얼면서틈이팽창했다가, 얼음이녹으면바위사이의지지력이낮아져돌이떨어질가능성이커지기때문이다. 지난 5년동안해빙기에발생한낙석사고는모두 15건으로, 앞서북한산인수봉사고처럼심하면사망사고로이어지기도한다. 특히봄철낙석사고는좋은날씨에전혀예측하지못한지점에서발생하기때문에사고위험이더높다. 국립공원관리공단은 " 해빙기에는절벽이나암릉구간, 급경사지등낙석위험이있는탐방로는통제가된다 " 며 " 통제중인탐방로는이용하지않아야한다 " 고강조했다. 준비물 PBL 학습지 PBL 평가지 A4 용지, 색지유성매직

203 [ 문제 ] 역사속과학이야기다음글을읽고유적지탐방안내시나리오를작성하고유적지앞에설치할안내판을제작하시오. 나는가족단위탐방객을대상으로경주일대신라시대문화재속과학을주제로유적지안내를의뢰받은역사학자입니다. 경주남산에올라가면 칠불암 ( 七佛岩 ) 유적지부근에바위에사진과같은모양의많은구멍들이있습니다. 주의점 1. 가족단위의일반인을대상으로한것이므로전문적인용어는사용하되설명이필요하다. 2. 유적지안내에과학적인원리를꼭포함하고있어야한다. 3. 그림을이용하여설명하여이해를돕도록한다. 경주남산에는질좋은화강암이많아이를이용하여불상이나탑을만들었습니다. 화강암은단단한편이기때문에돌을쪼개기가수월하지는않았습니다. 화강암에있는구멍은큰크기의화강암을적당한크기로쪼개기위해만든것입니다. 이구멍을이용하여겨울에는더효과적이죠. 경주는가족단위관광객이많기이구멍이있는이유를나이에상관없이모든사람들이이해하기쉽게설명하려고합니다. 현재는안내판이없는데과학적원리를포함하여바위를쪼개는과정을설명한안내판을제작하여유적지앞에설치하려고합니다

204 학생용 에너지를어떻게쓸까? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 물질이상태변화할때열에너지의출입과주변의온도변화를설명할수 있다. [ 탐색 ] 다음은물의상태변화가일어날때열에너지의이동을이용한 현상이다. 물의상태변화와이때열에너지의이동 ( 흡수, 방출 ), 주변 온도의변화를설명하시오. 준비물 PBL 학습지 PBL 평가지 A4 용지 (1) (2) (3) 현상고대이집트인들은더울때시원한물을얻기위해굽지않은흙그릇을이용했다. 흙그릇에는작은구멍들이많이나있고구멍을통해물이증발한다. 오렌지의냉해로인한피해를막기위해오렌지나무에물을뿌려오렌지주변에얼음이얼게한다. 에스키모인들은추운날에얼음집인이글루에물을뿌려서이글루내부를따뜻하게만든다. 물의상태 변화종류 열에너지의 이동 주변온도 변화 참고 (4) 수영을한후에추위를느낀다. (5) 땀이날때선풍기에땀을말리면시원해진다. (6) 더울때마당에물을뿌리면시원해진다

205 [ 문제 ] 시원한전철역만들기다음과같은민원이지하철공사에접수되었습니다. 에너지, 자원낭비없이전철역을시원하게만드는방법을고안하시오. 주의점 1, 상태변화와열에너지의출입과관련지을수있도록한다. 2. 열린공간임을유념하여에너지효율을높이고낭비가없게해야한다. 우리동네에있는 역은여름이되면매우덥습니다. 역이외부로노출된역이라냉방장치가없기때문이겠죠. 전철을기다리는동안한낮에는뜨거운햇빛때문에역의지붕이매우뜨거워져서역사안은찜통이됩니다. 스크린도어가생긴후바람도잘안들어오는것같습니다. 역을시원하게만들수있는방법이없습니까? [ 역의구조 ] (1) 역의문제점 (2) 문제점해결방안

206 학생용 물을아껴써요. ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 우리나라수자원의이용현황을파악하고수자원의부족을막기위해수 자원관리방법을제안할수있다. [ 탐색 ] 다음은 2015년우리나라에서발생한가뭄에대한신문기사이다. 우리나라에가뭄이봄철에집중되는이유를찾고이를해결할수있는방법을제안하시오. 한반도중부, 북부지역에극심한가뭄으로인한피해속출 16일기상청은 2015년 1월 1일부터 6월 14일까지서울, 경기와강원도의강수량이평년같은기간의절반수준밖에안된다고발표하였다. 기상청관계자는우리나라의지역특성상원래겨울과봄에는강수량이적고건조하지만특히 2015년에는눈과비의양이매우적어가뭄이더욱심한것이라고설명하였다. 또한학계에서는이와같은극심한가뭄이지구온난화로인한기후변화로인해발생한다고주장하고있다. OO교수는 우리나라의환절기인봄과가을은짧아지고기존봄과여름철의기후가아열대성기후로변화하면서가뭄을포함한극단적인현상이자주발생한다 는분석을하기도하였다. 한국기후변화학회장 OO은 우리나라주변의고기압이정체해있어저기압이한반도로올라오지못해비가적은상태가오래돼가뭄이심해졌다. 고하였다. 또한 건조하고고온인상태에서비가오지않으면태양에너지가땅에도달했을때수증기가더빨리증발해가뭄이심화된다 고설명했다. 기상청은장마가시작되는 7월에는가뭄이해갈될것이라고예측하고있다. 하지만장마로올해가뭄은해결되더라도한반도는점점가뭄이심해질것이라는우려의소리가나온다. OO교수는 최근의한반도기후변화를볼때고온현상이지속되어서가뭄과집중호우가계속될것이다 라고예측하였다. 그러므로단기적인대책보다는장기적인대책이필요하다고하였다. OO회장은 온난화로온도가계속해서상승하면가뭄을더심하게느낄수있으므로온도변화에따른농작물종류를바꾸는것을장기적으로검토해야한다 고말했다. 준비물 A4용지, 광고스토리보드전지, 네임펜 PBL 학습지 PBL 평가지스마트폰또는태블릿PC 참고 Kwater( 물정보관 ) r/info/sub01/sub01/con tpage.do?s_mid=

207 [ 문제 ] 공익광고만들기- 물을아껴써요. 3월 22일세계물의날을맞이하여물의소중함을되새기기위한공익광고를만들려고합니다. 2015년한국에는최악의가뭄으로농업분야에는큰문제가발생했으며일부지역에서는생활용수, 식수로사용할물이부족한현상이발생했습니다. 이와같은문제는전세계적으로발생하고있습니다. 우리나라는현재 물부족국가 로분류되어있으며 2025년에는 물기근국가 로전락할것으로전망되고있습니다. 참고 한국방송광고진흥공사 ( 공익광고협의회 ) : 공익광고자료실 주의점 1. 스토리보드작성시한국방송광고진흥공사공익광고자료실에서스토리보드수상작을참고하여작성하시오. 2. 인쇄광고물의경우사이즈는 A4크기이지만접히는형태나다양한모양으로들어갈수있다. 우리나라의현재물자원의사용현황과물이자원으로서중요한이유가잘부각될수있도록인쇄광고, 옥외광고, 영상광고 (15초) 중하나를선택하여제작하여봅시다. 인쇄광고 : A4 사이즈크기로인쇄또는채색하여제출. 과학잡지안에들어가는지면광고임. 옥외광고 : 지하철역사안의광고또는버스정류장광고에사용됨. 전지에광고를제작하거나컴퓨터그림파일로제작하여제출. 영상광고 : 무료동영상재생전에 15초간들어가는광고영상임. 동영상제작전에스토리보드작성. 5초동안은 skip이안되는영상임. 재생가능한파일형태로제출. 사진출처 K water( 수자원공사 ) 참고 스토리보드 : 영상의 흐름을설명하기위한장 면별로간단히스케치하 여제작시필요한정보를 미리기록한일종의문서

208 학생용 남극기지연구체험단모집 ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 남극의기후와지형적특징을통해남극기지설치이유를이해하고남극기지연구활동을계획할수있다. [ 탐색 ] 다음은남극기지에대한기사이다. 기사를읽고우리나라에서 2번째기지인장보고기지건설을추진하는이유에대해정리해보자. 남극의제2기지장보고기지건설추진한국은 1988년건설한세종기지에이어남극대륙에위치한테라노바만연안에 2014년까지연면적 4458m2, 15개동규모의장보고기지건설을추진하고있다. 장보고기지는위치상중요한의미를지니고있다. 세종기지의경우남위 62도에위치한킹조지섬에있어심도있는남극연구에는한계가있다. 하지만장보고기지는남극점과 1700km떨어진남위 74도지점남극대륙에지어진다. 장보고기지에서는기후변화과정을이해하고예측하기위한대기구성물질관측활동을하고, 빙하연구를통해과거수십만년동안의기후변화과정연구도한다. 또테라노바만주변부와심해지역의퇴적물에나타난기록을통해과거해수면, 해양순환, 심층수형성등의변화를규명하는연구도한다. 이는전지구적인규모의해수면변동에남극빙하가어떤영향을미치는지를밝히는데중요한자료가될것이다. 46억년전지구탄생의비밀을풀어가는운석탐사연구도빼놓을수없다. 남극의운석은빙하속낮은온도에서보존돼있다빙하가움직이면서산맥과부딪치는지역에서집중적으로발견된다. 그런점에서장보고기지예정지는운석을발견할수있는최적의지형을갖춘것으로평가받고있다. 남극연구의본질적가치는인류공동의미래를위한것이지만, 경제적인기대효과도빼놓을수없다. 1998년남극조약당사국들이 2048년까지남극자원개발을금지하기로합의했지만그전에언제든 영토분쟁 이일어날수있다. ( 일보 ) 준비물 PBL 모둠활동지 A4 용지, 색연필, 네임펜참고 극지연구소 s/app/intro/index.do 21C 다산주니어의북극일기 home/contents/m_ /userBbs/bbsList.d o?bbs_cd_n=78 남극지리포털서비스 s/app/intro/index.do

209 [ 문제 ] 남극기지청소년연구체험단참가 극지연구소에다음과같은공고문이게재되었습니다. 체험단모집에 참가하기위해남극기지연구계획서와지원서를작성하여봅시다. 남극기지청소년연구체험단모집 주의점 1. 모둠활동후다양한방식으로발표하도록합니다. 2. 청소년이스스로할수있는연구계획을세워야합니다. 3. 발표시간은 5~10분이내로한다. (1) 연구계획서에포함되어야할내용 : 지원자가남극현장에서수 행하고싶은연구내용을작성하되, 연구추진배경, 연구목적, 연구 내용, 기대효과, 성과를활용할방안이포함되어있어야합니다. (2) 지원서에포함될내용 : 지원동기, 활동기간중과활동이후의남 극기지홍보계획이포함되어있어야합니다. (3) 모둠별로지원동기와연구계획서를발표해야합니다

210 학생용 장난감오리는어디로? ( ) 년 ( ) 월 ( ) 일 ( ) 학년 ( ) 반 ( ) 번이름 ( ) 해류가생기는원인을이해하고실제현상을통해해류의흐름을설명하 고예측할수있다. [ 도입 ] 다음신문기사를읽고태평양에쓰레기섬이생긴이유와쓰레기섬의크기가더이상커지지않게하는방법을서술하시오. 1997년로스앤젤레스에서하와이까지태평양을횡단하는항해경기에참가한미국의찰스무어는하와이호놀룰루근처에서섬을발견하였다. 그섬은플라스틱컵, 병뚜껑, 그물등온갖쓰레기더미로이루어져있었다. 무어는자신이발견한쓰레기더미로이루어진섬을해양학자들에게알렸다. 해양학자들은쓰레기는육지에서해류에의해유입되었으며맴돌이해류에쓰레기가휩쓸리면바람에밀려무풍지대인중심부로모여든것으로보고있다. 쓰레기섬은플라스틱조각으로대부분이루어져있으며그크기가점점커지고있다. 또한이쓰레기섬은태평양뿐만아니라대서양과인도양와같은큰바다에서도발견되었다. 쓰레기섬의쓰레기는바다생물들에게해로운영향을끼치고있어서쓰레기섬의확대를막아야한다는여론이생기고있다. 준비물표층해류순환도 PBL 학습지 PBL 평가지사진출처조선일보 ( ) 참고플라스틱아일랜드 (EBS 클립뱅크 )

211 [ 문제 ] 다음글을읽고이후장난감오리가이동하여전세계각지에서발견되는이유를쓰고장난감오리가발견될가능성이있는지역이어디가될지예측하여지도에표시하고그이유를설명하시오. 1992년홍콩에서미국으로가던화물선이북위 44 동경 178 에서폭풍우를만나욕조용장난감오리를실은컨테이너가바다로떨어졌다. 이컨테이너안에있던장난감 2만 8000여개가바다로유출되었다. 이렇게바다에유출된오리는세계각지에서발견되었다. 10개월뒤에는알래스카에서 3년뒤에는일본과하와이에서 8년뒤에는북극근처얼음에서 2007년에는영국에서발견되었다. 이장난감오리의이동경로를확인함으로써해양학자들은해류의흐름에대한연구자료를수집할수있었다. 주의점표층해류순환도를통해장난감오리가이동해가능할가능성이있는지역을모두찾고발견시기도예측해본다

212 PBL 문제명가설 / 해결안 (ideas) 어떤방법으로문제를해결할것인가요? 이미알고있는사실들 (facts) 문제를통해알게된사실은무엇인가요? 더알아야할사항들 (learning issues) 문제해결을위해더알아야할것은무엇인가요? 모둠원 역할분담 해야할일

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214 문제명 모둠이름 따뜻한교실만들기 이름 1. 문제해결학습에서해결해야문제 ( 주제 ) 를구체적으로서술하시오. 2. 모둠에서내가한역할은무엇인지구체적으로쓰시오. ( 준비과정에서찾은자료, 아이디어, 결과발표에서역할 ) 자기평가모둠원평가팀간평가교사평가총점 수업참여과정에대한평가 점수 문제해결의아이디어를제시하는데적극참여하였다 조별활동시내가맡은역할에최선을다하였다 개별과제해결을위해스스로관련자료를찾고적극적으로공부하였다 문제해결을위한과정에서조원들과잘협동하였다 학습내용에대한평가 ( 문제에따라수정 ) 점수 각난방기구의장단점을파악하고있다 상담실의환경에적합한난방기구선택이유를제시하였다 열이동에대한과학적원리를제시하였다 평가내용 1. 문제해결을위해가장다양한아이디어를제시한사람은? 2. 모둠활동시가장적극적으로참여하여활동한사람은? 3. 자기가맡은역할을가장성실하게수행한사람은? 4. 흥미를가지고학습에가장적극적으로참여한사람은? 5. 다른사람의의견을존중하며의견조율에큰역할을한 모둠원이름 사람은? 모둠 적절성 창의성 발표준비도 발표태도 모둠점수 문제해결과정에서성실성, 협동최종결과물 개인점수 문제파악능력문제해결과정의성실성

215 교사용 지도안 1. 따뜻한교실만들기 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 열의이동현상을전도, 대류, 복사로구별할수있다. (2) 우리일상에서열에너지의활용의예를찾을수있다. (3) 열의이동, 열의손실, 열에너지이용의지식을활용하여교실환경에적합한난방방식을선택의의사결정에참여할수있다. 활동의성격 우리주변의문제를해결해나가기위한학습자스스로의계획을세우고, 정보를수집, 해결방법선택의단계를거침으로써과학이의사결정에필요함을깨닫게한다. 2. PBL 문제다양한난방의방법을탐색하고정보를바탕으로경제적이고효율적인열에너지사용을위한상담실에적합한난방법을학교운영위원회원으로서제시하고결정한다. 2 진행방법 1. PBL 실행전체계획 ( 모든 PBL 문제에서동일하게실시 ) 기간학습과정교실온라인및방과후활동 1 일차 동기유발, 문제파악 PBL 활동지작성 과제수행계획 1 차시모둠역할분담 2 일차문제해결활동역할에따라자료수집 3 일차 결과정리 학습결과물제작 2 차시결과물제작시부족한자료수집 4 일차학습결과물완성발표준비 5 일차발표및평가 3 차시 지도상유의점 1. 모든활동은학생이중심이되어활동함. 2. 방향을잡지못하는모둠은교사가약간의힌트를주어방향을잡을수있도록한다. 3. 학생들의발표상황에따라차시를늘릴수도있다. 2. 모둠활동계획 ( 모든 PBL문제에서동일하게실시 ) 32명의학급을 4명씩 8모둠으로구성한다. 문제중심학습의문제를파악한후각모둠에서문제해결을위해필요한정보와해결방법을파악하여결과물을제작하는과정에서각자맡아야하는역할을분담한다. 수업시간뿐만아니라방과후나온라인상에서토론이가능하도록한다

216 3. PBL 교수 - 학습세부과정안 문제명따뜻한교실만들기단원 학습단계 ( 학습형태 ) 1 차시 ( 개별학습, 협동학습 ) 2 차시 ( 협동학습 ) 3 차시 ( 토론학습 ) 교수 - 학습활동 [ 도입 ] 글읽고학생개개인이 문제해결을위한정보수집. 시간 ( 분 ) 10 Ⅴ. 열과 우리생활자료 / 유의점 정리 PBL에대한소개 5 각자문제파악 10 PBL문제 PBL 활동지 (Know/Need to Know 표 ) 작성 모둠별로과제수행계획 각자역할분담모둠별로자료를취합후문 제해결을위한자료선별, 필 요한정보수집계획, 자료정 리, 결과물제작 진행방법소개학교운영위 원회개회식 각모둠별로 3 분이내로각모 둠의의견을발표 의문사항질의응답모둠대표발표후 모둠별로의견수합 및투표 20 PBL 활동지 A4 용지 네임펜준비 교사운영 위원장 역할회의 형식으로 진행 자기평가및모둠평가 5 PBL 평가지 참고 1. 처음 PBL 학습을접하는학생일경우미리 PBL 수업이무엇인지안내할수있다. 2. 참고동영상 EBS 최고의교사 : 논리키우고지식쌓고 PBL 덕소초정준환선생님 3 학생용활동지채점기준 1. PBL활동평가계획 ( 모든 PBL문제에서동일하게실시 ) (1) 과정평가 : 도입단계개별학습, 수업시간의모둠활동, 온라인상의활동을평가함 (2) 결과평가 : 결과물완성도, 발표내용, 태도평가 (3) 자기평가, 모둠내평가, 모둠간평가 : PBL 활동지평가

217 2. [ 도입 ] 활동답안 전도 : 고온에서저온으로물체를따라열이전달되는열의이동방식. 분자사이의충돌에의해열이이동하는현상. 주로고체에서관찰되는열이동현상 ( 예 ) 뜨거운국에넣은숟가락의손잡이가뜨거워지는현상 대류 : 물질이직접이동하며열을전달하는현상. 주로액체와기체물질에서열이이동하는 현상 ( 예 ) 난로를통해방전체를따뜻하게하는현상 복사 : 열이직접이동하는현상. 절대영도보다온도가높은물체에서에너지가전자기파와 같은형태로방출되는현상 ( 예 ) 태양에서지구로열이전달되는현상, 난로가까이에손을대면따뜻해지는현상 3. PBL 활동지 (Know/Need to Know 표 ) 의예시 PBL 문제명가설 / 해결안 (ideas) 어떤방법으로문제를해결할것인가요? 금방따뜻해지고에너지효율이좋으며시설설치비가적은상담실의환경에가장적합한난방방법을제안한다. 모둠원김철민나진아박효민이현우 따뜻한교실만들기이미알고있는사실들더알아야할사항들 (facts) (learning issues) 문제를통해알게된사실은문제해결을위해더알아야무엇인가요? 할것은무엇인가요? 1. 열이동방식은전도, 대류, 복사가있다. 1. 각난방시설 ( 천장형냉난방, 라디에이터, 바닥난방 ) 의 2. 대류나복사의형태로난자세한장단점방이이루어진다. 2. 각난방시설의에너지효 3. 상담실은작은크기의교율, 설치비, 적용되는과학적실이며일부시간에만운영된원리다. 역할분담해야할일천장형냉난방기의장단점, 시공방법, 열전달방식라디에이터의장단점, 시공방법, 열전달방식바닥난방의장단점, 시공방법, 열전달방식학생들이느끼는교실에서난방의문제점, 선호난방방법에너지효율이높은난방법

218 교사용 지도안 2. 기차의탈선을막아라! 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 실험을통해열팽창현상을관찰하고모형을통해설명할수있다. (2) 실제사고현장의원인을과학적개념을이용하여설명할수있다. (3) 사고의문제점을파악하여새로운레일을설계할수있다. 2. PBL 문제 2014 년 5 월 31 일에실제로의성군에서일어난기차탈선사건을바 탕으로문제를구성하였다. 실제로이지역기차레일은열팽창을고 려하여레일사이에는틈을만들어두었다고한다. 5 월 31 일쯤온도 가많이상승하여문제가발생한것으로보는의견도있지만다른문 제도있지않나의문을제기하기도하였다. 학생들이열팽창에서힌트 를얻어문제를해결할수도있고다른문제해결방법을제안할수도 있다. 과학적으로타당하다면모두인정해줄수있다고본다. 2 진행방법 1. PBL 교수-학습세부과정안 문제명 기차의탈선을막아라. 단원 Ⅴ. 열과우리생활 학습단계 ( 학습형태 ) 교수-학습활동 시간 ( 분 ) 자료 / 유의점 [ 도입 ] 열팽창실험 ( 모둠별 ) 및결과정리 15 1차시 각자문제파악 10 PBL문제 ( 실험활동, PBL 활동지 (Know/Need to 모둠학습 ) Know 표 ) 작성모둠별로과제수행계획 20 PBL 활동지 2 차시 3 차시 ( 발표 ) 각자역할분담 모둠별로자료를취합후문 제해결을위한자료선별, 필 A4용지 45 요한정보수집계획, 자료정네임펜준비 리, 결과물제작 모둠별레일설계계획발표 40 자기평가및모둠평가 5 PBL 평가지 활동의성격 실제일어났던사고의원인을열팽창의개념으로설명하고이를바탕으로선로설계방법을고안한다. 지도상유의점 [ 도입 ] 단계의실험과실제현상을바탕으로문제를해결할수있도록안내한다. 실험시유의점 1. 화상을입지않도록유의한다. 2. 철사의재질을바꾸어실험함으로써레일의재질에따라열팽창정도가다름을안내할수도있다

219 3 학생용활동지채점기준 1. [ 도입 ] 활동답안가열하면철사를이루고있는입자들이열에너지를얻어입자의진동운동이활발해지고입자사이의거리가멀어져길이가길어진다. 이와같은원리로여름에는전선을이루고있는입자들의진동운동이활발해져입자사이의거리가멀어진다. 전선이길어져늘어지게되고겨울에는진동운동이느려서입자사이의거리가가까워져서짧아지게된다.( 열에너지, 입자의운동과관련지어설명 ) 참고 학생들이어려워할경우 2014 년 5 월 31 일자신문기사를검색해보도록한다. 2. PBL 활동평가지학습내용에대한평가항목 (5점척도 ) 학습내용에대한평가기차선로가휜이유를과학적으로설명하였다. 기차선로가휜원인을파악하여새로운기차선로의모양을제안하였다. 기차선로의재질에따라열팽창율이다름을알고적합한선로재질을선택하고경제적인요인도고려하였다. 기차선로의길이와두께를과학적이유를바탕으로선택하였다. 참고자료 1. 열팽창이란? 물질이온도의상승에따라팽창을하는것을열팽창이라고한다. 이때물질의종류에따라열팽창의정도차이가발생하는데이값을 열팽창계수 라고한다. 열팽창의단위로주로 20 를기준으로하여 1 증가시기준으로 ppm(part Per Million) 미터로정의한다. 열팽창계수 10ppm/ 인금속은 1 가증가할때마다 1m당 10μm가팽창한다. 참고 물질의열팽창계수

220 2. KTX에서다른기차에서나는 덜컹덜컹 소리가거의없는이유는? 기차에서나는 덜컹덜컹 소리는레일이온도가높을때열팽창으로늘어나탈선을막기위해 25m 길이의레일을만들어사이에틈을띄어놓아그지점을기차가지나갈때나는소음이다. 하지만 KTX 는속도를빠르게하기위해레일의직선화를추진하여 25m 길이의표준레일 12개를용접해서만든장대레일을사용한다. 장대레일은밀도를높인무거운소재로만들어수축과팽창률을최대한줄였으며, 콘크리트로만든침목에레일을강하게고정시켜신축이일어나지않게하였다. 또한기온의변화에따른신축을최소화하기위해장대레일을깔때에도최저온도인영하 2 0 와최고온도인 60 의중간값인 20 의온도상태에서부설한다. 차륜과틈새가충돌할때충격이발생하지않으므로레일이수명이오래가며수리의횟수가감소하며 덜컹 거리는소음도줄게된것이다. 장대레일의기술은현재일반철도구간에도적용하고있다. 100m 길이의장대레일을사용하는일반철도구간은 2008 년 1월기준으로전체구간의 58% 를차지하고있다. 하지만, 기술적발전에도불구하고폭염으로레일온도가 50 이상이되면 KTX 도주의운전에돌입하고 55~60 면 230 km /h 이하, 레일온도가 60~63 면 70km /h 이하의속도로운행해야하며, 64 를초과하면운행을중지하게된다. 이런문제로장대레일도일부구간에서틈을띄어설치하기도한다. 참고문헌김달우 (2012). 내가깨달은사물의이치랑현상들. 전파과학사한국철도기술 (2014.1~2. vol. 53 pp9) &idx=179144&onPage=

221 교사용 지도안 3. 에너지걱정뚝! 나만의집설계 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 열의이동과열에너지의이용을설명할수있다. (2) 주택에서사용되는열에너지의효율적인사용을위해단열의개념을적용할수있다. (3) 이산화탄소배출을줄이기위해에너지제로하우스의개념을이해하고건축목적과방법을설명할수있다. 활동의성격 에너지의효율적사용을위한방법을주택에도도입함으로써에너지, 환경등의현대사회의문제점을실생활에서느낄수있도록한다. 2. PBL 문제우리나라는겨울에는난방비, 여름에는냉방비로주택에서의에너지소비량이높다. 실제겨울과여름에는연료비, 전기세로고생하는경우가많다. 이를해결하기위해서는에너지를효율적으로사용하고낭비가없고에너지를생산해낼수있는주택이필요하다. 자기만의집을새롭게짓는다고가정하고인테리어나외관도중요하지만단열과에너지생산할수있는미래형주택을설계해본다. 지도상유의점 학생들은주택거주시생기는문제 ( 냉난방비문제, 단열문제등 ) 에대해서심각하게고민해본적이없기때문에기사를제시하거나부모님이느끼시는문제점이무엇인지미리조사해보게유도한다. 3. 같은주제의다른 PBL문제우리나라의최초의우주왕복선설계하기우주왕복선이대기권을진입하면대기와의마찰로인해 1400 이상의온도로상승하게된다. 높은온도로인해우주선이손상될수있다. 반면우주의평균온도는 이기때문에큰온도변화로인하여우주선에문제가발생할수도있다. 우주에는공기가없으며중력도존재하지않는다. 그러나행성마다중력, 대기, 온도등물리적특징이매우다르다. 우주선이이동하기위해서는많은양의연료가필요하지만우주선의무게가가벼워야연료소모가적다. 우주선을설계할때는이러한우주의특성을모두고려해야한다. 우리나라의최초의우주왕복선설계자가되어우주왕복선의모양, 재질, 기능등을결정해보자

222 2 진행방법 1. PBL 교수 - 학습세부과정안 문제명 학습단계 ( 학습형태 ) 1 차시 ( 개별학습, 모둠학습 ) 2 차시 3 차시 에너지걱정뚝! Ⅴ. 열과단원나만의집설계우리생활 교수-학습활동 시간자료 ( 분 ) / 유의점 [ 도입 ] 제로에너지하우스관련기사읽고문제해결 10 기사제시 집을지을때고려해야할점에대한토의 10 모둠별토의결과발표 10 토론내용을바탕으로 PBL 문 PBL문제 15 제모둠별로해결과정계획 PBL활동지 모둠별수집자료정리 10 설계계획서완성 20 1차평면도, 투시도작성 15 모눈종이 평면도, 투시도게시후설계계획을발표 30 설계계획서평가및최상의설계계획선정 15 평가지 3 학생용활동지채점기준 1. [ 도입 ] 활동답안 (1) 에너지제로하우스설립이유화석연료의사용을줄임으로온실가스의배출을줄여기후변화를늦추도록도움을주는주택을건설하기위해서 (2) 에너지제로하우스를만들때사용하는기술 참고 실제서울노원구에서제로에너지주택단지유치로착공이시작되었다. 에방문하여제로에너지주택에대한자료를참고할수있다. 에너지제로하우스는에너지의손실을줄이려는패시브공법과 에너지를생산하고자하는방법인액티브기술이있다. 2. PBL 활동평가지학습내용에대한평가항목 (5 점척도 ) 학습내용에대한평가 주택을설계시고려해야할점을파악하고있다. 에너지의효율적사용를고려하여집을설계하였다. 집설계시거주자의요구사항을고려하고해결하기위한계획을 세웠다. 건축자재의특징을고려하여집을설계하고자하였다

223 참고자료제로에너지하우스 (Zero-Energy House) 란? 주택의연간에너지사용및그에따른탄소배출효과가 0이되는 100% 에너지자립형주택을말한다. 제로에너지하우스는패시브 (Passive) 기술과액티브 (Active) 기술을이용한다. (1) 패시브 (Passive) 하우스 : 1988년독일에서도입된에너지효율을그대화한주택으로적극적인냉난방설비없이도햇빛을최대한받아에너지손실을최소화함에따라기존주택대비난방에너지를최대 90% 까지절감할수있는주택. 단열을성능을최대한을높여에너지절감효과를높일수있기때문에탄소배출을줄일수있는새로운주택으로각광받고있다. (2) 액티브 (Active) 하우스 : 열흡수장치, 풍력발전, 조력발전, 태양력발전등의기계장 치를집또는건축물에활용하여생산하여소비하는주택의형태로주로태양열과풍력 을이용하여에너지를얻는액티브하우스가많다

224 교사용 지도안 4. 지구의온난화를막아라! 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 지구온난화의원인과결과에대해설명할수있다. (2) 지구온난화를해결하기위한기후협약의필요성과최근의기후협약의결정사항에대해설명할수있다. (3) 지구온난화를막기위한방안에대해제안할수있다. 활동의성격 지구온난화의심각성에대해많이들어보았기때문에좀더구체화하여행정실무자로서의계획을세우도록한다. 2. PBL 문제교토의정서체제에서는선진국만온실가스감축의무가있었으나, COP21( 제21차유엔기후변화협약당사국총회 ) 에서는모든나라가감축의무를지어야한다 년현재 UN은온실가스배출의 60% 이상을차지하는 40여개국에대해 포스트 기후변화목표 를세워두고있다. 대한민국은 2015 년 6월 30일에배출전망 (BAU) 대비 37% 를감축하겠다고결정하였다. 그러나이에대해산업계는기준이너무높아산업에악영향을끼칠것이라고불만을가지고있다. 환경단체는국제적위상에맞추지않았고한국산업현실을고려하지않았다는이유로불만을표시하였다 년 10월 1일까지각국가로부터감축목표 ( 공약 ) 을받으면이를취합하여 11월 1일에종합보고서가발간된다. 이후 11월말부터 12월까지프랑스파리에서열리는본회의에서다루어지고파리에서의결되는대로구체적실천방안을수립하고난뒤 COP21 체제가시행될예정이다. 학생들은지금까지의기후협약의변화에대해생각해보고우리나라가협약을지키기위해서산업계대표자가되어각산업이어떠한방향으로변화해나가야하는지고민해보도록한다. 지도상유의점 전세계에서기후변화를심각한문제로인식하고있으며온실가스배출을줄이는것에는모두동의하는추세이다. 이제는각산업계에서어떠한방식으로해결해야할지를구체적고민해보아야할시기이다. 학생들이우리나라의공약을살펴봄으로써산업계의변화를예측해보는기회를갖도록한다. 참고 COP21 공식사이트

225 2 진행방법 1. PBL 교수-학습세부과정안 문제명 지구의온난화를막아라! 단원 Ⅴ. 열과우리생활 학습단계시간자료교수-학습활동 ( 학습형태 ) ( 분 ) / 유의점 [ 도입 ] 기후변화관련뉴스시 1차시 청, 기후변화예측정리토의 15 뉴스 ( 개별학습 PBL 문제제시 10 신문기사 모둠학습 ) 기후협약내용확인산업선택하여문제해결계획 20 PBL활동지 2차시정보교환선택 ( 모둠학습 ) 모둠토의, 결과물제작 45 같은산업별로결과물발표, 3차시토의 35 개별평가, 모둠평가 10 PBL평가지 참고 신문자료에많이이용되는기후변화에관련된다양한인포그래픽을이용할수있다. 3 학생용활동지채점기준 1. [ 도입 ] 활동답안우리나라의연평균온도가상승하여아열대작물의재배가가능해지고현재재배하고있는작물의재배북방한계선이상승하고일부식물은멸종될수있다. 바다에사는어류의종류가아열대종류로변화할수있다. 태풍과가뭄등의자연재해증가할수있으며여름의길이가길어지고봄, 가을, 겨울의길이가짧아질수있다. ( 참고자료2를참조 ) 2. PBL 활동평가지학습내용에대한평가항목 (5 점척도 ) 학습내용에대한평가 지구온난화의문제점을이해하고기후변화협약의필요성을 이해하였다. COP21 과우리나라의 COP21 협약내용을이해하였다. 선택한사업에이산화탄소배출양감축에대한방안을구체화 시켰다

226 참고자료 1. 우리나라작물, 주요어종변화 ( 출처 : 중앙일보 10 월 16 일 ) 2. 전문가진단으로구성한 2050 년이후한반도모습 ( 출처 : 서울신문 2008 년 8 월 4 일 )

227 교사용 지도안 5. 바다깊이! 깊이! 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 기체의부피와압력과의관계를설명할수있다. (2) 수심이깊어질때공기의부피변화를설명할수있다. (3) 잠수병 ( 감압병 ) 이생기는이유를설명하고예방법을설명할수있다. 2. PBL 문제잠수병은잠수부들에게는잠수할때가장문제로제기되고있다. 잠수부들은잠수하기이전에잠수와관련된과학이론강의를수강해야한다. 그내용은압력, 밀도, 보일의법칙, 부력, 빛, 소리, 수중에서의열손실, 공기의구성, 돌턴의부분압, 샤를의법칙, 헨리의법칙과잠수병 ( 감압병 ) 등이다. 1학년수준에서이해할수있는내용과잠수병에관련된보일의법칙을잠수부가되고자하는일반인을상대로하는강사가되어수업자료를제작하고강의를하도록한다. 활동의성격 잠수함에서실행되는보일의법칙을내용을바탕으로잠수병이생기는원인을이해하고실제잠수부들의교육과정에서보일의법칙과잠수에필요한과학내용을쉽게설명하는강사가되어지식을내면화시킬수있다. 지도상유의점 진공용기에넣고보일의법칙을설명할수있으나일부학생들은압력이커질때부피가감소하는것과연결시키기힘들어할수있으므로잠수함에서실행되는보일의법칙실험동영상을시청하는것이좋다. 3. 같은주제의다른 PBL문제우주에서우주복을입어야하는이유는? 영화 토탈리콜 화성에서우주복과헬멧을착용한사람들이언덕을구르다가바위에의해헬멧이파괴되어고통스러워하는장면이나온다. 화성의대기의성분과양은지구와다르기때문에이런현상이나타난다. 우주를안전하게탐사할수있도록우주복을설계하고설계한이유를과학적으로설명하시오. < 고려할사항 > 화성과달을탐사할계획이있음 우주선이고장났을때우주인이우주선외부를고칠수있도록해야함 참고 영화토탈리콜 (1990)

228 2 진행방법 1. PBL 교수 - 학습세부과정안 문제명바다깊이! 깊이! 단원 학습단계 ( 학습형태 ) 1 차시 ( 개별학습, 모둠학습 ) 2 차시 3 차시 시간교수-학습활동 ( 분 ) [ 도입 ] 동영상을통해실험과정을관찰한후보일법칙정리 15 PBL문제제시 ( 동영상제시 ) PBL 활동지작성 모둠별로강의록시안작성 PBL 문제해결계획자료선별작업 수업자료제작 Ⅵ. 분자 운동과 상태변화자료 / 유의점 동영상 ( 명 의또는영 화 부 ) 장면일 강의시나리오제작 모둠별수업자료배부, 강의 35 개별평가, 모둠평가 10 PBL평가지 참고 2014 년세월호사고로잠수부와잠수병에관련기사가많이실려있으므로자료로제시할수있다. 3 학생용활동지채점기준 1. [ 도입 ] 활동답안 작아 3 반비례 작아진다. 7 커진다. 8 작아 9 커 2. PBL 활동평가지학습내용에대한평가항목 (5점척도 ) 참고 산업잠수사의역할 (EBS 클립뱅크 ) 학습내용에대한평가수압, 대기의조성, 압축공기, 보일의법칙, 기체의용해도, 잠수병, 부력등의개념을설명할수있다. 보일의법칙을그래프자료로변환하여설명할수있다. 보일의법칙과잠수병을연관시켜설명할수있다

229 교사용 지도안 6. 열기구높이! 높이! 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 기체의부피와온도와의관계를설명할수있다. (2) 열기구의운동원리를샤를의법칙, 밀도차이를이용하여설명할수있다. (3) 과학적원리를고려하여열기구제작계획을세울수있다. 활동의성격 열기구를제작하여대회에참가한다는가정아래대회규칙에맞는열기구를제작하고대회에우승할수있도록과학적원리를적용한다. 2. PBL 문제열기구는샤를의법칙을설명할때많이나오는예이다. 열기구의수직운동은샤를의법칙과밀도개념을이용하여설명할수있다. 수평운동은대류와밀도개념을통해설명할수있다. 학생들이열기구대회에참가한다는가정아래과학적원리를적용하여열기구를어떻게움직일수있을지를고민해보도록한다. 지도상유의점 실험을통해원리를이해하여열기구제작에적용하도록하게한다. 3. 같은주제의다른 PBL 문제 뜨거운차에서왜폭발이? 뜨거운여름철차에넣어놓은탄산음료수병이나라이터, 가스형스프레이등에의해폭발이종종일어나게된다. 햇빛이잘드는곳에차를세워두면심할경우내부온도는 70 까지도상승하곤한다. 이와같은사고에대한원인과해결방안에대한신문기사를작성하시오. 실험시유의점 크기가큰비커를사용하고풍선은비커안에들어가도여유가있을정도로불어놓는다. 풍선이약간떠있을수있도록볼트를연결한다. < 신문기사작성시주의사항 > 제목은간결하고주의를끌수있도록 과학적원리를쉽게이해할수있도록 실제일어난사고상황을포함시킬것

230 2 진행방법 1. PBL 교수 - 학습세부과정안 문제명열기구높이! 높이! 단원 학습단계 ( 학습형태 ) 1 차시 ( 개별학습 모둠학습 ) 2 차시 ( 모둠학습 ) 3 차시 교수 - 학습활동 시간 ( 분 ) [ 도입 ] 샤를의법칙실험또는동영상자료로대체학습 15 PBL 문제제시 모둠별 PBL 활동지작성 문제해결계획작성 30 제작계획서, 운행계획서작성 45 제작계획, 운행계획발표 개별, 모둠평가 Ⅵ. 분자 운동과 상태변화자료 / 유의점실험동영 상 실험장치 열기구관 련동영상 45 PBL 평가지 참고 열기구에숨겨진과학 (EBS 클립뱅크 ) 참고 국제열기구대회규칙 html/na_task.htm 3 학생용활동지채점기준 1. [ 도입 ] 활동답안 (1) 풍선의변화 참고 열기구의구조 풍선의크기가점점커지면서풍선이위로뜬다. (2) (1) 과같은변화가생기는이유풍선안의공기를이루고있는입자의운동이활발해지면서입자사이의공간이넓어져서부피가커지게된다. 질량은변하지않지만부피가커졌기때문에밀도가작아져서위로뜨게된다. 2. PBL 활동평가지학습내용에대한평가항목 (5점척도 ) 학습내용에대한평가열기구의수직운동과샤를의법칙을관련지어설명하였다열기구의수평운동과대류현상을관련지어설명하였다. 열기구의운동상태와모래주머니의낙하운동을관련지어모래주머니가정확히떨어질수있는위치를예측하였다

231 참고자료열기구는어떻게움직일까? (1) 수직이동 : 열기구안의공기를가열하면분자운동이활발해져서풍선의부피가커진다. 상대적인밀도가감소하므로상승하고반대로가열을멈추면분자운동이둔해져서풍선의부피는감소하여밀도가증가한다. 열기구의수직운동은공기의가열유무로조절한다. (2) 수평운동 : 열기구는추진장치가없기때문에수평운동을마음대로하기는어렵다. 그래서높이에따른바람방향의차이를이용하여수평운동한다. 예를들어아래그림과같이남에서북으로이동하려고할때는고도를높이고북에서남으로이동하고자할때는고도를낮추어이동하게된다. 앨버커키대류의상자현상 ( 수평이동의설명 ) 출처 : 위키피아

232 교사용 지도안 7. 물로바위쪼개기 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 물질의상태변화로일어나는부피변화를설명할수있다. (2) 상태변화로생기는변화를입자모형으로설명할수있다. (3) 상태변화로인한실제현상을설명할수있다. 활동의성격 신문기사의낙석사고를통해돌이부서지는이유를생각해보고실제돌을쪼개는방법과연결할수있도록한다. 2. PBL 문제우리나라에는석기시대부터만든석조문화재가많이존재한다. 고인돌은세계에서가장많은지역인데 3000 여년전에지어졌다는것을생각해보면엄청난크기의바위를자르고옮긴것은참으로놀라운것이다. 학자들은고인돌을만들기위해나무와물을이용하여바위를잘랐던것으로추정한다. 산을지나다보면 PBL 문제에제시된사진과같이구멍이많은바위를볼수있다. 과거우리조상들이돌을잘라석조건축물을많이지었다는것과무관하지않다. 이를일반인을대상으로설명하고안내판을제작하는것이문제의내용이다. 3. 같은주제의다른 PBL문제고인돌속의과학찾기우리나라에서고인돌은전지역에펼쳐져있으며많은수가발견되어고인돌의나라로불리울정도이다. 고인돌은대략 3000여년전에세워진것으로보이는데지금과같은장치가없음에도거대한돌을잘라사용했다는것은놀라울뿐이다. 또한엄청난무게의돌을이동하여돌위에얹었다고하니조상들의지혜가대단해보인다. 과거조상들이사용한방법을조사하여과학적원리가포함된안내판을제작하여보자. 지도상유의점 풍화작용의원인을연결지어설명할수있도록안내한다. 자료를수집하기쉬운문제이므로 2 차시로구성했으므로시간내에진행할수있도록안내한다. 참고 고인돌제작과정 (EBS 클립뱅크 ) -

233 2 진행방법 1. PBL 교수 - 학습세부과정안 문제명물로바위쪼개기단원 학습단계 ( 학습형태 ) 1 차시 ( 개별학습, 모둠학습 ) 2 차시 ( 발표, 평가 ) Ⅵ. 분자 운동과상태 변화 교수-학습활동 시간자료 ( 분 ) / 유의점 [ 도입 ] 물의상태변화부피변화설명 10 신문기사 PBL 문제제시계획수립, 정보수집 35 PBL활동지 안내판이용하여발표 35 평가지 개별, 모둠평가 10 PBL평가지 참고 돌을나무로쪼개는현상을간단히나무대신콩을이용하여돌을자르는실험을통해설명할수있다. 3 학생용활동지채점기준 1. [ 도입 ] 활동답안물이응고되어얼음이되면부피가증가한다. 바위틈새에들어갔던물이겨울에얼면서부피가증가하여틈을늘리게된다. 이것이반복되면바위는쪼개져서아래로떨어지게된다. 2. PBL 활동평가지학습내용에대한평가항목 (5점척도 ) 학습내용에대한평가조상들이바위를자르는과정을과학적으로설명할수있다. 겨울에바위를쪼개는데효율적인이유를설명할수있다. 전문적인용어를알아듣기쉽게풀어서설명할수있다. 3. 안내판채점기준 1. 바위를쪼개는과정이그림을이용하여설명되어있는가? 2. 전문적용어는풀어서설명하였는가? 3. 과학적원리가설명되었는가? 4. 안내판을쉽게알아볼수있도록구성되어있는가? 4. 발표채점기준 1. 일반인을대상으로설명하였는가? 2. 문화재의설명을포함하고있는가? 3. 과학적원리를포함하고있는가? 4. 알아듣기적당한성량과빠르기인가?

234 참고자료 1. 조상들의나무와물을이용하여돌을쪼개는과정 옛날사람들도고인돌을제작하거나석탑, 석상을제작하기위해엄청난크기의바위를원하는크기로쪼개어사용하였다. 바위쪼갤때필요한것은나무쐐기와물이었다. 1 바위틈이나암석의결을찾는다. 2 바위에인위적인구멍을뚫는다. 3 바위틈에나무쐐기를박는다. 4 물을부어쐐기목을불린다. 5 팽창력으로돌을쪼갠다. 6 형태를다듬는다. 겨울에는물이얼면서부피가증가하여바위쪼개는것이훨씬쉬어진다. 현재는돌을아 주높은수압으로자르거나과거의방법과비슷하지만금속쐐기를이용하여쪼개기도한다. 2. 물의상태와분자모형, 부피, 질량비교 얼음 (1g, 1.1 cm3 ) 물 (1g, 1 cm3 ) 수증기 (1g, 1700 cm3 ) 참고문헌 김달우 (2012). 내가깨달은사물의이치랑현상들. 전파과학사

235 교사용 지도안 8. 에너지를어떻게쓸까? 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 물질의상태변화가일어날때열에너지의출입을설명할수있다. (2) 물질의상태변화가일어날때주변의온도변화를설명할수있다. (3) 물질의상태변화로인한열에너지출입을우리생활에이용할수있다. 활동의성격 물질의상태변화로인한열에너지출입을우리의실제생활에적용하여에너지효율을높일수있도록한다. 2. PBL 문제우리가사용하는냉난방기기, 일부전자제품은상태변화를이용한경우가많다. 에어콘, 냉장고는액화, 기화를이용한장치이다. 에너지손실이커서전기를사용하여냉난방을할수없는역사를시원하게할수있는방법을상태변화에너지, 단열등을이용하여창의적인방법을제안한다. 지도상유의점 상태변화와열에너지의출 입을주제로문제를제작하였으나학생들이다양한답안을제시할수있도록안내한다. 2 진행방법 1. PBL 교수 - 학습세부과정안 문제명에너지를어떻게쓸까? 단원학습단계시간교수-학습활동 ( 학습형태 ) ( 분 ) Ⅵ. 분자운동과상태변화자료 / 유의점 1 차시 [ 도입 ] 물질의상태변화와열에너지출입, 주변온도변화 15 ( 개별학습 모둠학습 ) PBL 문제제시 PBL 활동지작성 30 상태변화와 연관시킬수 있도록유도 2 차시 PBL 문제해결결과물작성 45 3 차시발표및평가 45 PBL 평가지

236 3 학생용활동지채점기준 1. [ 도입 ] 활동답안 물의상태변화종류 열에너지의이동 주변온도변화 (1) 기화 흡수 내려감 (2) 응고 방출 올라감 (3) 응고 방출 올라감 (4) 기화 흡수 내려감 (5) 기화 흡수 내려감 (6) 기화 흡수 내려감 2. PBL 활동평가지학습내용에대한평가항목 (5점척도 ) 학습내용에대한평가상태변화의종류를설명할수있다. 상태변화가일어날때열에너지의출입이있음을설명할수있다. 상태변화현상의예를들어설명할수있다. 3. 시원한전철역만들기의예시 (1) 지붕의재질변경 : 알루미늄과같은낮은방사율과높은반사율의특성을가진금속재료를사용하여열복사에의한열전달을차단및반사하여지붕을제작한다. 참고 옥상의녹지화 : 건물옥상에녹화시스템을적용하면도시열섬을완화하고, 도시홍수를예방할수있으며, 대기정화등의환경효과뿐만아니라냉난방에너지절약, 건물의내구성향상이라는경 제적이득까지볼수있다. (2) 옥상, 지붕의녹지화를통해온도를낮춘다. (3) 더운시간지붕에빗물을모았다가흘려보내열기를낮춘다. (4) 환기가잘되도록바람이잘통하도록창문의크기조정

237 교사용 지도안 9. 물을아껴써요. 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 지구에서물의역할을설명할수있다. (2) 물이자원으로서중요한이유를설명할수있다. (3) 물의절약이유를이해하고실천할수있다. 2. PBL 문제 2015 년한국은최대의가뭄을겪었다. 가뭄으로인해물부족현 상은심각해졌으며봄에모내기를제때에할수없어농촌지역에 서는큰어려움을겪었으며일부지역에서는생활용수부족현상까 지나타났다. 대부분대도시에거주하는학생들은물부족현상을 이해하지못하는경향이있다. 실제우리나라의물사용현황과물 자원부족에대해고민하고이를홍보하여물절약으로이어질수 있도록광고를제작한다. 2 진행방법 1. PBL 교수 - 학습세부과정안 문제명물을아껴써요. 단원 학습단계 ( 학습형태 ) 1 차시 ( 개별학습, 모둠학습 ) 2 차시 3 차시 시간교수-학습활동 ( 분 ) [ 도입 ] 가뭄의이유, 해결책제안 10 PBL 문제제시광고제작유의점간단히안내 10 PBL 활동지작성 PBL 문제해결계획세우기 Ⅶ. 수권의 구성과 순환자료 / 유의점 25 PBL 활동지 ( 광고종류결정 ) 광고시안제작하기 10 광고예시 광고제작 35 광고발표 35 평가 10 PBL평가지 활동의성격 환경문제를과학으로원인으로찾고해결책을제안할수있으나모든사람의마음을움직이려면인문사회적시각도필요하다. 다양한방향으로문제를해결할수있는시각을길러주고자한다. 지도상유의점 새롬게광고를만들어야하는상황이기때문에예시를보여줄경우학생들이비슷하게만들려는경향이있다. 학생들이광고를만들어본경우가있다면예시를안보여주는것이좋다. 한번도해본적이없는학생이라면다른주제의광고를보여주는것도방법이될수있다

238 3 학생용활동지채점기준 1. [ 도입 ] 활동답안우리나라의겨울, 봄의강수량이적고건조한기후이기때문에봄철에가뭄이집중된다. 강수량을조절하기는힘들기때문에강수량이많은여름철에물을모아놓을수있도록댐을건설하거나저수지를건설한다. 지구온난화로인한기후변화로인한가뭄도늘어나기때문에지구온난화를막기위한온실기체의배출을감소시킨다. 2. PBL 활동평가지학습내용에대한평가항목 (5점척도 ) 참고 물절약공익광고 (2009) - 대신할수없는것 해외물절약광고 watch?v=nmnk3_7lsts 학습내용에대한평가우리나라의물자원사용현황을이해하고있다. 물자원이중요한이유를설명할수있다. 광고제작과정을이해하고광고의특성에맞게광고제작계획을세울수있다. 참고자료 (1) 인쇄광고의예 : 물절약공익광고포스터 (

239 (2) 옥외광고의예 : 버스정류장광고의예 ( 온난화경고 ) (3) 영상광고의예 : 스토리보드작성의예 (

240 교사용 지도안 10. 남극기지연구체험단모집 1 활동내용분석 1. 학습목표 (1) 빙하의생성과정을통해빙하의특징을설명할수있다. (2) 남극기지에서역할과필요성을설명할수있다. (3) 연구문제를제안하고연구계획을작성할수있다. 활동의성격 우리나라의극지방에서이루어지는연구내용을이해하고연구문제를제안하고계획할수있는능력을키워보도록한다. 2. PBL 문제우리나라는쇄빙연구선아라온, 남극세종과학기지, 남극장보고과학기지, 북극다산과학기지를운영하면서극지방연구를하고있다. 21C 다산주니어 라는명칭으로북극청소년연구단을해마다모집하고있으며과거에는남극청소년연구단을운영한적도있다. 학생들이극지연구단에지원한다는가정아래연구목표를세워본다면극지연구가왜필요한지를좀더경험적으로알수있을것이다. 지도상유의점 연구계획서, 지원서를작성한후실제프리젠테이션을학생들에게하도록한다. 다른모둠은심사위원의입장이되어채점해보는과정을가질수있도록학생들과미리채점기준을세우거나미리교사가채점기준을배부할수있다. 2 진행방법 1. PBL 교수-학습세부과정안 문제명 남극기지연구체험단 단원 Ⅶ. 수권의구성과순환 학습단계시간자료교수-학습활동 ( 학습형태 ) ( 분 ) / 유의점 [ 도입 ] 신문기사내용정리 10 신문기사 1차시 PBL문제제시 ( 개별활동, 극지연구소 PBL 활동지모둠별작성 35 모둠활동 ) 홈페이지모둠활동계획 자료취합, 정리 2차시지원서, 연구계획서작성, 프리 ( 모둠활동 ) 젠테이션준비 45 연구계획발표 35 3차시평가 - 남극탐원대에적합한 ( 발표 ) 10 평가지모둠선정

241 3 학생용활동지채점기준 1. [ 도입 ] 활동답안세종기지는남극의중심과멀리위치하여있지만장보고기지는남극점과보다가깝기때문에남극연구에더적합하다. 남극에서는빙하를통해기후변화과정을연구할수있다. 또한남극은다른지역에비해운석을발견하기쉬운데장보고기지는운석발견의최적의지형에설치되므로운석탐사연구가활발히이루어져질수있다. 운석의연구를통해우주에대한더자세히정보를얻을수있다. 남극기지설치를통해미래남극자원개발에기반을마련할수있기때문에남극의연구는필요하다. 참고 극지연구소홈페이지에서 21C다산주니어 ( 북극청소년연구단 ) 의북극일기를수업시간에소개하여학생들의흥미를이끌어낼수도있다. 2. PBL 활동평가지학습내용에대한평가항목 (5 점척도 ) 학습내용에대한평가 참고 우리나라첫쇄빙연구선아라온호 (EBS 클립뱅크 ) 남극기지의설치목적을이해하고연구계획서에이를반영하여연구계획을세웠다. 실제남극기지에서이루어지는연구내용을인지하고있으며이를반영하여남극기지홍보계획을세웠다. 3. 발표평가모둠별로심사위원의입장에서체험단이될가능성이있는모둠을선정하고선정이유를분석해보도록한다. ( 평가기준의예 ) (1) 발표자료 1 지원서 : 지원동기, 남극기지홍보계획포함 2 연구계획서 : 연구계획의실현가능성, 연구계획의구체화, 연구결과의유용성포함 (2) 준비도, 태도 1 자료준비도 : 발표를위한자료의독창성, 자료의다양성 2 발표태도

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