92~105 ¿ÀÁÜ½Î°³ ÀÎÇü · 관찰하기 단계에서는 학생들에게 직접...

92 CHEMICAL EDUCATION

어린이를 위한 과학 | 오줌싸개인형을활용한탐구실험

글 | 강훈식(춘천교육대학교 교수, [email protected])

나선희(성원초등학교 교사, [email protected])

오줌싸개인형을활용한

탐구실험

< 짱구인형의비밀>

아래에있는액체가어떻게위로올라갈수있었을까요? 여러분이생각한방법과그이유를적어보세요.

생각열기

도움 : 아래에 있는 액체는 물보다 열에 의해 부피가

많이변한다.

2009 + Spring 93

관찰하기

속이텅비어있고아래쪽에약간튀어나온부분이있으며이부분에작은구멍이나있는짱구인형이있다. 이인형으로아래와

같이실험하면3단계에서인형에어떤일이벌어질까요? 여러분의예상과그렇게생각한까닭을말해보세요.

예상하기

인형을뜨거운물에넣어요. 인형을찬물에넣어요. 인형 머리부분에뜨거운물을부어요.

예상

까닭

▶준비물

주전자 짱구인형 쟁반 투명플라스틱컵 2개 젓가락 찬물


03뜨거운 물을부었을

때의변화관찰

02찬물에서의

변화관찰

▶실험과정

01뜨거운물에서의

변화관찰

2009 + Spring 95

설명하기

인형안의공기와컵의물에는어떤변화가생겼을까요?

그림으로나타내고그렇게생각한까닭을적어보세요.


인형의물줄기를더멀리나가게할수있는방법에는어떤것들이있을까요?

친구들과이야기하고직접실험해보면서알아보세요.

생각넓히기

인형의 물줄기를 더 멀리 나가게 할 수 있는 방법과 원리를 가능한 많이 제시하세요.01

직접 실험할 수 있는 방법들을 선택하여 실험해보고 결과를 정리해 조세요

※실험에서 같게 하거나 다르게 해야 하는 것을 생각하며 실험과정을 세어보세요. 실험을 여러 번 해본 후 결과를 정리하세요.

02

방 법 원 리

실험방법

준비물

실험과정

결과정리

2009 + Spring 97

※ 아래 점들을 생각하며 설계도를 만들어요. •인형의 소재 •인형의 모양(너비, 길이) •구멍의 위치와 크기 •물의 온도

03

설계도 실험과정

여러분이 실험을 하면서 알게 된 사실(01에서 실험하지 못했던 것도 포함)을 이용하여 물줄기를 가장 멀리나가게 할 수 있는 짱구 인형의 설계도를 만들고, 그 실험과정을 적어보세요.

짜잔!! 물줄기멀리나가기대회누가 누가 잘하나?

짱구인형의물줄기를멀리나가게할수있는방법을생각해보았나요?

이제물줄기멀리나가기대회를해보아요.



온도가높아짐에따라고체, 액체, 기체모두부피가팽창하는

데, 고체나액체에비해기체의부피팽창정도가훨씬크다.

그러나기체의부피변화를눈으로직접관찰하기는어려우므

로탁구공, 빈페트병, 풍선과같은구체물을이용하여간접적

으로관찰할수있다.

본수업은과학완구(짱구인형)를활용한탐구활동을통해학

생들에게 온도에 따른 기체의 부피 변화를 직접 관찰하고 그

원리를학습한후, 학습한원리를새로운상황에적용하는과

정을거치도록함으로써, 학생들의과학원리에대한이해뿐

아니라과학적창의성을향상시키고자하였다. 구체적인학습

목표는다음과같다.

본수업은 POE(예상-관찰-설명) 수업모형에기초하여구성

하였다. 생각열기 단계에서는 핸드보일러를 활용하여 학생들

의호기심과학습동기를유발한다. 이때, 학생들이가능한다

양한의견을제시할수있도록하며, 의견의정답여부보다는

학생들이자신의사전개념에기초하여논리적으로설명하도

록하는데초점을두어지도한다.

예상하기단계에서는학생들에게실험과정에대해설명하고

실험결과가어떻게될것이며왜그렇게생각하는지를활동지

에작성하도록한다. 이때, 학생들이인형의소재와구조, 물의

온도등과같이문제상황을이해하는데필요한사항들을충분

히이해할수있도록이와관련된질문들을모두허락해야한

다. 또한, 반드시개별로활동지에기록한후자신의예측에대

한근거를제시하도록해야하며, 근거의옳고그름보다는그

타당성에초점을두어지도한다. 그후학생들의예측과그근

거들을발표하도록하여학생들의사전개념을파악한다.

관찰하기단계에서는학생들에게직접실험해보고실험과정

별로관찰한결과를활동지에작성하도록한다. 이때, 오감을

활용하여가능한많은정보를얻도록지도하고관찰한것은가

능한세세하고빠짐없이기록하도록한다. 또한, 관찰결과를

기억에의존하여적지않도록하기위해가능한관찰하면서기

록하도록 하며, 관찰 결과는 글과 그림으로 모두 표현하도록

한다. 그후실험과정별로관찰한결과를발표하도록하며, 관

찰결과의발생원리에대해질문한다.

설명하기단계에서는학생들에게개별로관찰결과의원리에

대한자신의생각을글과그림으로표현한후, 모둠별로토의

하도록한다. 이때, 그림으로표현할때는인형속공기와물의

상태에대해자세히표현하도록한다. 그후, 조별로토의한결

과를발표하도록한후, 교사가그원리를설명해준다.

짱구인형의비밀

학습목표 학습개요

관련교육과정

차시 학습목표

1/2 •온도에따른기체의부피변화를짱구인형을활용한탐구활

동을통해관찰할수있다.

•짱구인형의원리를탐구하고이를설명할수있다.

2/2 •짱구 인형의 원리를 적용 및 확장하는 실험을 창의적으로 계

획하고이를검증할수있다.

•온도에따른기체의부피변화와관련된여러가지현상에대

해 과학적으로 사고하려는 태도를 기르고, 이런 현상이 어떻

게응용되는지에대해관심을가진다.

교육과정 학교급 학년 단원명

3물체와물질

초등 액체와기체

개정 6 여러가지기체

중등 1 분자의운동

고등 2, 3 샤를의법칙

3소중한공기

초등 온도재기

7차 4 열에의한물체의부피변화

중등 1 분자의운동

고등 2, 3 샤를의법칙

2009 + Summer 99

생각넓히기단계에서는학생들에게학습한내용을토대로인

형의물줄기를멀리나가게할수있는방법과그원리들을가

능한많이제시하도록한다. 그리고제시한방법들중직접실

험할수있는방법들에한해직접실험을설계및실행하도록

한다. 이를토대로자신만의인형설계도를작성하도록한후,

개별또는모둠별로물줄기멀리나가기대회를진행한다.

각단계를진행하는수준을학생들의특성에맞추는것이필요

하다. 예를들어, 생각넓히기단계를진행할경우, 사고력이나

인지수준, 성취수준등과같은능력이상대적으로부족한학

생들의경우에는간단하게조작할수있는변인(온도등)과정

성적측면에초점을두고진행하고, 그런능력이우수한학생

들의경우에는다양한변인을고려하게할뿐만아니라, 정성

적측면과함께정량적측면을함께고려하여진행할수있다.

그리고생각넓히기단계의‘물줄기를멀리나가게할수있는

방법고안하기’를예습과제로부여하면실험계획과수행과

정에더많은시간을할애할수있으므로, 보다의미있는탐구

활동을진행할수있을것이다. 또한, ‘나만의짱구인형설계

하기’를미술수업(도자기나지점토공예)이나현장체험학습

(도자기만들기체험)과연계하여진행한다면보다효율적으로

진행할수있을것이다.

생각열기 과학완구를통한동기유발 5분관찰

추리

예상하기 실험결과를미리예상해보기 10분예상

1/2추리

관찰하기 직접실험해보고관찰하기 15분관찰

문제인식

설명하기 관찰결과에대한이유적기 10분 추리

생각넓히기1물줄기를멀리나가게할수

있는방법고안하기 10분 가설설정

생각넓히기2고안한방법에근거하여실험

설계하고직접실험하기15분

2/2생각넓히기3 나만의짱구인형설계하기 5분

가설설정

변인통제

게임하기 물줄기멀리나가기대회 10분

차시 학습흐름 학습내용 시간 탐구기능 준비물

•학급별(35명 기준)

- 주전자와가열기구 2세트(또는전기포트 2개)

•모둠별

- 핸드보일러

- 투명플라스틱컵 2개

- 젓가락 2개

- 쟁반(받침용)

- 짱구인형(2인당 1개)

- 면장갑

1차시준비물외에추가할준비물

(모둠별)

- 온도계

- 줄자

- 기타학생들이계획한실험에따른준비물

관찰

측정

변인통제

자료변환

자료해석

결론도출

관찰

측정

가설설정

변인통제

자료해석

결론도출



손으로핸드보일러의아래부분을감싸거나, 뜨거운물에담근다. 그러면아래부분의온도가올라가면서액체가위로올라간다.

학생활동지답안예시및참고자료

생각열기

예상하기

예상

원리

까닭

준비물구입방법

짱구인형

한도움마트(http://handoum.com)

개당 1,000원, 10개 구입시 7,000원

핸드보일러

한도움마트(http://handoum.com)

대형(왼쪽) 개당 10,000원

소형(오른쪽) 개당 2,000원

실험동영상(http://video.naver.com/2008122200005064052)

핸드보일러의아래부분의온도가높아지면내부액체가상승하는이유는다음2가지로설명할수있다.

첫째, 병의내부에있는액체(메탄올)의열팽창계수는물에비해약8배정도되므로, 약간의온도상승에도팽창하는정도

가커서액체가쉽게위로상승한다.

둘째, 온도가올라가면액체윗부분의기체(공기, 메탄올증기등)가팽창하여액체를누르는압력이커지므로액체가위로

상승한다.

여러액체의열팽창계수(㎜/K) 및 끓는점(℃, 1기압)

종류 아세톤 클로로포름 사염화탄소 메탄올 벤젠 브롬수 에탄올 올리브유 글리세린 물

열팽창계수 14.3 12.7 12.2 12.0 11.5 11.2 11.0 7.2 5.1 1.8

끓는점 56.5 61.2 77 64.7 80.1 59 78 일정치않음 290 100

물을붓고잠시후구멍에서물줄기가나오다가어느정도시간이흐른후멈춘다.

인형을뜨거운물에담그면(1단계) 인형속공기가팽창하여구멍을통해인형밖으로빠져나오므로기포가

생기게된다. 기포가더이상생기지않을때인형을다시찬물에담그면(2단계) 인형속공기가수축하므로

찬물이구멍을통해인형속으로밀려들어가게된다. 그후, 인형을평평한곳에올려놓고인형의윗부분에뜨

거운물을부으면인형속공기가다시팽창하여물을밀어내므로물줄기가나오는것이다.

2009 + Summer 101

왼쪽은예시답안이고, 오른쪽은학생응답의예이다.

02. 찬 물에서의변화관찰

01. 뜨거운물에서의변화관찰

관찰하기

•인형이 뜨거워지다가 잠시 후(또는 5

초 후) 인형의 구멍 부분에서 기포가

발생했다.

•계속 기포가 발생하다가 어느 정도

시간이 지난 후(또는 2분 후) 기포가

발생하지않았다.

•인형을 약간 흔들어주었더니 기포가

더많이발생했다.

•기포가 발생할수록 인형이 물 위로

떠오르려는힘이크게느껴졌다.

•찬물이인형의구멍으로 들어갔다.

•인형 밖 수면이 1단계에서보다 약간

낮아졌다.

•인형을흔들었더니인형안에서물이

출렁거리는소리가났다.

•시간이 갈수록 인형이 조금씩 수면

아래로 내려가다가 결국은 가라앉

았다.

03. 뜨거운물을부었을때의변화관찰

•처음에는아무런변화가없다가잠시

후 인형의 구멍 부분에서 찬물보다

약간따뜻한물줄기가나왔다.

•물줄기는포물선운동을했다.

•시간이지나면서물줄기가 약해지다

가 결국은 멈추었으며, 이때‘피식’

하는소리가났다.

•물줄기가 멈춘 후 인형을 흔들었더

니 여전히 물이 출렁거리는 소리가

났다.



설명하기

인형을 뜨거운 물에 담그면 인형 속 공기가 팽창하

여 구멍을 통해 인형 밖으로 빠져 나오므로 기포가

생기게 된다. 이때, 인형이 뜨거워지고 열이 인형 속으로 전달

되는데 걸리는 시간이 있으므로 처음에는 기포가 생기지 않다

가 열이 인형 속으로 전달되어 인형 속 공기의 온도가 올라가

면 공기가 팽창하여 인형 밖으로 빠져나오게 된다. 따라서 인

형을 담그고 나서 잠시 후 기포가 생기는 것이다. 그리고 인형

속 공기가 인형 밖으로 빠져나왔으므로, 인형 자체의 밀도가

작아져인형은위로떠오르려고한다.

기포가 더 이상 생기지 않을 때 인형을 다시 찬물에 담그면 인

형속공기가수축하므로찬물이인형속으로밀려들어가게된

다. 그리고 찬물이 들어갈수록 인형의 밀도가 커져서 인형은

가라앉게된다.

인형의 윗부분에 뜨거운 물을 부으면 인형 속 공기

가 다시 팽창하여 물을 밀어내므로 물줄기가 나오

는 것이다. 이때, 인형이 뜨거워지고 열이 인형 속으로 전달되는

데 걸리는 시간이 있으므로 처음에는 물줄기가 나오지 않다가

열이 인형 속으로 전달되어 인형 속 공기와 물의 온도가 올라가

면 물 위의 공기가 팽창하여 물을 밀어낸다. 따라서 뜨거운 물을

붓고 나서 잠시 후 찬물보다 약간 따뜻한 물줄기가 나오는 것이

다. 그리고 공기는 모든 방향으로 팽창하므로 인형의 구멍 아래

에 있는 물은 인형 밖으로 빠져나오지 못해 물줄기가 멈추어도

인형속에물이약간남아있게된다.

2009 + Summer 103

지도방법

초등학생의경우

위에제시된답안의예시들은모두초등학생들을대상으로적용했을경우를가정한것이다. 즉, 초등학생들을대상으로적용할

경우에는거시적관점(현상위주)에초점을두고지도하는것이바람직하다. 따라서설명하기의그림을표현할경우에도물과공

기의이동, 수면등을선, 화살표, 도형등을활용하여초등학생들이쉽게이해하고표현할수있는수준에서표현하도록지도해

야한다.

중등학생의경우

중학생이나고등학생들을대상으로적용할경우에는거시적관점뿐만아니라미시적관점(분자적관점)에초점을두고지도하는

것이바람직하다. 즉, 온도에따른기체의부피변화를분자수준에서표현하고설명하도록지도해야한다. 예를들어, 각단계의

원리를다음과같이설명할수있다.

설명하기의그림을표현할경우에도원과같은기호를활용하여분자들을표현하고, 화살표와같은기호를활용하여분자의운동

속도와방향, 충돌, 압력등을표현하도록지도할필요가있다. 이때, 다음과같은표현방법들을활용할수있을것이다.

1단계에서 온도가 올라가면 인형 속의 공기를 구성하고 있는 기체 분자들의 운동 속도가 증가하므로 기체 분자들이 인형의 안쪽 벽면과 더

많이그리고더큰힘으로충돌하여기체의압력이증가하게된다. 그 결과 인형 속기체의압력이인형의구멍을통해인형밖에서인형속

기체분자들에가하는물의압력과같아질때까지인형속기체분자들은구멍을통해빠져나오게된다. 2단계에서인형을찬물에담그면인

형속기체분자들의운동속도가감소하므로기체분자들이인형의안쪽벽면과더적게그리고더작은힘으로충돌하여기체의압력이감

소하게된다. 그 결과 인형속기체의압력이인형의구멍을통해인형밖에서인형속기체분자들에가하는물의압력과같아질때까지물

이구멍을통해인형속으로밀려들어가게된다. 3단계에서다시인형의윗부분에뜨거운물을부으면인형속기체의온도가올라가기체의

압력이커져물을다시밀어내므로물줄기가구멍을통해나오게된다.



생각넓히기

01방 법 원 리

1단계에서물의온도를높게한다.

1단계에서 물의온도가 높을수록인형 속 공기의압력이커져더많은공기가 빠져나간

다. 그 결과 2단계에서 물이 더 많이 밀려들어와 인형의 구멍 위치에서 받는 수압이 더

커지게 되고, 이로 인해 3단계에서 물을 더 강하게 밀어내므로 물줄기가 더 멀리 나갈

수있다.

2단계에서물의온도를낮게한다.

2단계에서물의온도가낮을수록인형속공기가더수축하여물이더많이밀려들어간

다. 그 결과 인형의 구멍 위치에서 받는 수압이 더 커져 3단계에서 물을 더 강하게 밀

어내므로물줄기가더멀리나갈수있다.

3단계에서물의온도를높게한다. 3단계에서 물의 온도가 높을수록 인형 속 공기가 더 많이 팽창하여 물을 더 강하게 밀

어내므로물줄기가더멀리나갈수있다.

인형의구멍위치를아래로한다. 3단계에서수압이더커져물을더강하게밀어내므로물줄기가더멀리나갈수있다.

인형의구멍크기를더작게한다. 3단계에서 같은 압력을 받은 물이 더 작은 구멍을 통해 나가게 되므로 물줄기가 더 멀

리나갈수있다.

인형의 폭을 줄이고 높이를

높게한다.

2단계에서 같은 양의 물이 더 높은 곳까지 올라가 인형의 구멍 위치에서 받는 수압이

더커져 3단계에서물을더강하게밀어내므로물줄기가더멀리나갈수있다.

인형의 모양을 역삼각형으로

만든다.

인형의구멍위치에서받는수압이더커져 3단계에서물을더강하게밀어내므로물줄

기가더멀리나갈수있다.

2단계에서 물보다 열팽창 계수가

더큰액체를사용한다.

2단계에서 물보다 열팽창 계수가 더 큰 액체를 사용하면 같은 온도 변화에서도 액체가

팽창하는정도가더크므로 3단계에서물줄기가더멀리나갈수있다.

구멍의각도를 40-45도로한다. 물줄기는포물선운동을하므로 40-45도 각도에서가장멀리나갈수있다.

3단계에서 더 높은 곳(책상 위 등)

에 인형을놓는다.

인형을 더 놓은곳에놓고실험하면바닥에닿는데까지더많은시간이걸리므로물줄

기가더멀리나갈수있다.

인형의 물줄기를 더 멀리 나가게 할 수 있는 방법과 원리를 가능한 많이 제시하세요.

2009 + Summer 105

3단계에서물의온도를달리하면서물줄기가

나가는거리를측정한다.

짱구인형, 투명 플라스틱컵 2개, 젓가락, 쟁반,

면장갑, 온도계, 줄자

1. 온도가다른물을준비한다. 단, 물의 온도는

10℃ 차이로한다.

2. 3단계의물의온도에따라물줄기가나간

거리를줄자로잰다. 단, 다른 과정은이전

실험과정과모두동일하다.

02

실험방법

준비물

실험과정

결과정리

직접 실험할 수 있는 방법들을 선택하여 실험해보고 결과를 정리해 보세요.

1. 끓는물이 담긴 컵에 오줌싸개 인형을 완

전히담근다.

2. 더 이상 공기방울이 나오지 않으면 인형

을 꺼내 찬물(또는 에탄올)이 담긴 컵에

완전히잠기도록담근다.

3. 인형이 무거워지면 인형을 꺼내 책상 위

의 평평한 곳에 올려놓고 끓는물을 인형

의머리부분에부어준다.

03

설계도 실험과정

여러분이 실험을 하면서 알게 된 사실(01에서 실험하지 못했던 것도 포함)을 이용하여 물줄기를 가장 멀리나가게 할 수 있는 짱구 인형의 설계도를 만들고, 그 실험과정을 적어보세요.

설계도 예시

구멍을아래로 구멍을작게 폭을줄이고높이를높게

92~105 ¿ÀÁÜ½Î°³ ÀÎÇü · 관찰하기 단계에서는 학생들에게 직접...

Documents

Transcript of 92~105 ¿ÀÁÜ½Î°³ ÀÎÇü · 관찰하기 단계에서는 학생들에게 직접...