중등

지속가능발전과 에너지 (태양열 발전 탐구)

한눈에 살펴보는 활동

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주제	1. 교과 기반형		지속가능발전과 에너지-태양열 발전 탐구
기획 의도	∙ 중학교 과학기술과 인류 문명, 에너지의 전환과 보존 단원을 ‘지속가능발전’이라는 주제와 연결하여 프로젝트 수업을 기획함 ∙ 과학적 탐구 과정을 따라 가설 설정부터 실험 설계, 결론 도출 등 전 과정을 직접 경험함 ∙ UN 지속가능발전목표 달성에 프로젝트 수업이 어떻게 연결되는지, 나와 학급의 지속적 실천 방향은 무엇일지 고민하게 함 ∙ 과학의 날 교내 대회가 프로젝트 수업과 연계하여 유의미하게 이루어질 수 있도록 기획함
활동 구성	활동명			활동 설명
	1차시 과학기술과 에너지 전환 이해하기			발전소를 통해 여러 가지 에너지원이 전기 에너지로 전환되는 원리를 비교하고 과학기술이 인류 문명에 미친 영향을 생각해보기
	2차시 태양열 집열판 및 실험 설계 보고서 작성하기			모둠원과 태양열 발전소의 태양열 집열판 모형을 설계하기. 효과적인 집열을 위해 가설을 설정하고 실험을 설계하여 보고서를 작성하기
	3차시 태양열 집열판 제작 및 실험하기			모둠별로 과학의날 교내 대회에 참여하여 태양열 집열판을 제작하고 설계한 실험 방법을 따라 실험을 실시하기
	4차시 실험 결과 분석 및 평가 보고서 작성하기			실험 결과를 분석하여 결론을 제시하고, 가설 설정부터 실험 수행 전 과정에 대해 자기 평가를 통해 성찰하는 보고서 작성하기
	5차시 지속가능발전목표와 연결하기			지속가능발전목표를 달성하기 위한 실천 방향을 나와 학급, 가정 단위로 계획하여 실시하기
성취기준	[9과24-01]과학기술과 인류 문명의 관계를 이해하고 과학의 유용성에 대해 설명할 수 있다. [9과24-02]과학을 활용하여 우리 생활을 보다 편리하게 만드는 방안을 고안하고 그 유용성에 대해 토론할 수 있다. [9과22-02]자석의 운동에 의해 전류가 발생하는 현상을 관찰하고, 역학적 에너지가 전기 에너지로 전환됨 을 설명할 수 있다. [9과22-03]가정에서 전기 에너지가 다양한 형태의 에너지로 전환되는 예를 들고, 이를 소비 전력과 관련지어 설명할 수 있다.
<참고> 관련 개념 알아보기	개념	설명			출처
	태양열 발전과 태양열 집열판	태양열 시스템은 집열부, 축열부, 이용부로 구성되어 있으며 다른 신재생에너지 설비에 비해 설치가 간단하고 저가에 공급되어 현재 큰 보급률을 나타내고 있는데 그중에서 가정용 온수 및 난방을 위한 시스템의 보급률이 압도적인 비율을 차지하고 있습니다.			한국에너지공단 신·재생에너지센터 - 신재생에너지원별 소개 – 태양열 https://www.knrec.or.kr/biz/korea/intro/kor_heat.do
		태양열 시스템을 이루고 있는 집열부는 태양열 집열이 이루어지는 부분으로, 집열 온도는 집열기의 열 손실율과 집광 장치의 유무에 따라 결정됩니다. 집열판 또는 집열기라고 부르는 집열 장치에는 평판형, 진공관형, Dish형 등이 있습니다.
	UN 지속가능발전목표와 국가 지속가능발전목표	국제사회는 지속가능한 발전을 달성하기 위해 빈곤, 기아 퇴치, 불평등 감소, 기후변화 대응, 육상, 해상오염 저감, 혁신적 기술개발과 경제성장 등을 포함한 17개 지속가능발전목표(SDGs:Sustainable Development Goals)를 채택하였으며, 2030년까지 전세계가 함께 추구하는 인류 공동의 목표라고 할 수 있습니다. 세계 모든 나라는 각국의 상황에 맞게 SDGs를 달성하기 위해 노력을 기울이는 중이며, 기업들도 SDGs 달성에 기여하기 위해 노력 중입니다.			국가 지속가능발전포털 – 국가지속가능발전목표K-SDGs – K-SDGs 소개 https://ncsd.go.kr/ksdgs
		우리나라도 국제사회의 책임있는 일원으로서 국제사회의 공동의 목표 달성에 기여하고 한국사회에 처한 여러 문제들을 해결하기 위해 한국형 지속가능발전목표 즉 K-SDGs를 수립하였습니다. 정부기관은 물론 지자체와 시민단체, 전문가, 이해관계자그룹 등 다양한 집단에서 노력하고 있답니다.

활동의 구성

2

활동명	지속가능발전과 에너지
탐구 질문	∙인류 역사에 영향을 미친 과학기술에는 무엇이 있는가? ∙태양열 집열판의 활용은 지속가능발전을 위한 변화의 모델이 될 수 있는 도구인가? ∙재생에너지의 도입은 국가 경제에 긍정적인 영향을 미칠까?
활동 블럭	각 1~2차시로 이루어진 활동 중심의 수업으로 교실 상황에 맞게 필요한 활동을 조합하여 활용하세요.
(1)		과학기술과 에너지 전환 이해하기
		발전소의 원리 비교 종류가 다른 발전소에서 공통적인 구조 발견하기 종류별 발전소의 동력원과 에너지 전환 방법, 장단점 비교하기			활동 설명			자료
						태양열 집열판을 설계하고 제작하기 전에 종류가 다른 발전소의 원리와 태양열 발전소에서 집열 장치의 역할을 알아본다.
		태양열 발전 태양열 발전의 동력원과 에너지 전환 방법, 장단점 비교하기 집열 장치(집열판)의 역할 알아보기
		집열판 설계 태양열 조리기 구조를 참고하여 간이 태양열집열판을 설계해보기
(3)		태양열 집열판 설계 – 제작 - 평가하기
		태양열 집열판 탐구 및 설계 보고서 작성 태양열 발전과 태양열 집열판의 기능 요약하기 효율적인 태양열 집열을 위한 연구 문제와 가설 진술하기 가설을 바탕으로 변인을 구분하여 제시하고 실험을 설계하기 안전한 실험을 진행하기 위한 실험 안전 수칙 제시하기 보고서를 작성하면서 주요 구조를 소규모로 제작해보며 예행 연습하기			활동 설명			자료
						탐구 및 설계 수업은 1~4차시까지 조절하여 운영할 수 있다. 충분한 시간이 주어질수록 탐구의 깊이가 깊어진다.
		태양열 집열판 제작 사전 설계 내용을 바탕으로 모둠이 함께 태양열 집열판을 제작하기 가설에 따라 제작한 집열판을 이용해 실험 수행하기				과학의 날 연계 교내 대회 종목으로 태양열 집열판을 제작하고 실험을 운영할 수 있다.
		태양열 집열판 처리 및 평가 보고서 작성 실험 결과값을 그래프로 표현하기 결과를 해석하고 결론을 서술하기 실험 방법의 타당성을 평가하고 발전 방향 제안하기				설계 보고서와 평가 보고서는 수행평가와 연계하여 운영할 수 있다.
(1)		지속가능발전목표와 연결하기
		UN SDGs(지속가능발전목표) 탐색 ‘지속가능성’의 의미를 추측해보기 우리 지역에 필요한 목표 뽑아보기			활동 설명			자료
						UN에서 제시한 SDGs를 우리 지역과 과학기술을 연결지어 생각해보고, 지속적인 실천 방안을 고민한다.
		지속가능한 과학기술의 도입 지속가능한 삶에 과학기술이 미친 영향을 이야기해보기
		지속적 실천 방안 제안 지속가능한 삶을 위해 지속적인 실천 과정을 공유하기
활용팁	태양열 집열판을 설계하는 수업 차시를 넉넉히 제공해 주실수록 질 높은 작품이 나오며, 아이들도 흥미롭게 참여합니다. 실제 해당 수업은 과학의 날 교내 대회와 연계하여 진행하였습니다. 태양의 움직임과 구름의 영향을 피하기 위하여 열원은 적외선 등으로 대체하였고 이후 수업에서 해당 작품을 운동장으로 가지고 나가, 태양 아래에서 상승 온도를 직접 측정해 보는 식으로 운영하였습니다. 태양열 집열판을 제작하기 전에 작성한 설계 보고서와, 제작 후 작성한 평가 보고서는 수행평가와 연계하여 운영하실 수 있습니다.
지속적 실천방안
예시 자료: https://ggm.padlet.org/lovelyscience/sustainable_gurigirls (해당 자료를 복제하여 사용 가능)
			연중 지속가능한 삶을 위한 실천 인증 사진과 내용을 패들렛에 공유하여 연말 시상 운영

활동 자료

3

지속가능발전과 에너지	Ⅵ.에너지 전환과 보존	학번/이름
	□ 다양한 발전소에서 나타나는 에너지 전환 과정을 비교합니다. □ 태양열 발전의 원리와 집열 장치의 역할을 이해합니다.

※ 저작권법(제25조 2항)에 따라 학교 수업을 위한 저작물(사진,글,그림,영상 등)은 본교에서만 이용 가능하며, 이 외 공간에서 저작물을 공유 또는 게시하는 행위는 저작권법 위반에 해당할 수 있습니다.

구리여자중학교 3학년 과학 /

배려와 존중으로 꿈과 끼를 키우는 우리                                           감수성을 키우는 과학 수업

보충자료에서 종류가 다른 발전소의 구조를 보고 공통적인 구조 두 가지를 찾아보세요.

터빈, 발전기

2. 발전소 원리 비교

모든 발전기의 핵심 원리는 같지만, 에너지원(동력원)과 환경에 차이가 있습니다. 다음은 경기도와 그 밖의 지역에 전기를 공급하는 발전소의 종류를 나타낸 것입니다. 각 모둠에서 1개의 발전소를 정하여 에너지의 전환 과정을 간단히 알아보고, 해당 발전소가 있는 지역을 중심으로 장단점을 찾아 공유해봅시다.

발전소 종류	에너지원 (동력원)	에너지원을 전기 에너지로 전환하는 방법	장점과 단점
화력 발전 (기력, 복합화력, 내연력)
수력 발전
태양광 발전
원자력 발전
풍력 발전
지열 발전

3. 태양열 발전

태양열 발전의 원리를 함께 알아봅시다.

발전소 종류	에너지원 (동력원)	에너지원을 전기 에너지로 전환하는 방법	장점과 단점
태양열 발전

3-1) 태양열 발전에서 집열 장치의 역할은 무엇인가요? https://youtu.be/bCwOmHGaCsc?feature=shared

3-2) 집열 효율을 높이기 위해 반사판의 모양이나 각도를 어떻게 설계하면 좋을까요?

※ 평면 반사판과 곡면 반사판의 구조를 검색하여 비교해보세요.

3-3) 태양에너지를 가장 잘 흡수할 수 있는 형태의 집열판을 설계하여 스케치해봅시다.

지속가능발전과 에너지	Ⅵ.에너지 전환과 보존
	□ 다양한 발전소에서 나타나는 에너지 전환 과정을 비교합니다. □ 태양열 발전의 원리와 집광 장치의 역할을 이해합니다.

※ 저작권법(제25조 2항)에 따라 학교 수업을 위한 저작물(사진,글,그림,영상 등)은 본교에서만 이용 가능하며, 이 외 공간에서 저작물을 공유 또는 게시하는 행위는 저작권법 위반에 해당할 수 있습니다.

구리여자중학교 3학년 과학 / 보충자료

(보충 자료) 발전소에 따른 발전기의 구조

풍력 발전

지열 발전

원자력 발전

태양광 발전

태양열 발전

출처: 비상교육, 한국에너지서비스

지속가능발전과 에너지	태양열 집열판 탐구 및 설계 보고서	학번/이름
	□ 태양열 집열판 제작을 위한 사전 탐구와 설계 과정을 보고서로 나타냅니다.

※ 저작권법(제25조 2항)에 따라 학교 수업을 위한 저작물(사진,글,그림,영상 등)은 본교에서만 이용 가능하며, 이 외 공간에서 저작물을 공유 또는 게시하는 행위는 저작권법 위반에 해당할 수 있습니다.

구리여자중학교 3학년 과학 /

배려와 존중으로 꿈과 끼를 키우는 우리                                           감수성을 키우는 과학 수업

1. 이론적 배경

태양열 발전에 대한 조사 내용(발전의 원리, 장단점 등)과 태양열 발전에서 집열판의 기능을 요약하여 서술해봅시다.

2. 연구 문제와 가설 설정하기

2-1) 효율적인 태양열 집열을 위해, 실험으로 답을 찾을 수 있는 연구 문제인 과학적 질문을 제시해봅시다.

2-2) 과학적 질문을 바탕으로 과학의 날에 검증할 수 있는 논리적인 가설을 서술해봅시다.

3. 변인 설정 및 실험 설계

3-1) 가설을 검증하기 위한 실험 조건(변인, variable)을 구분하여 서술해봅시다.

조작 변인
종속 변인
통제 변인

3-2) 실험 방법

직접 제작한 태양열 집열판을 이용하여 실험을 수행하는 방법을 순서대로 설명해봅시다. (①,②,.. 항목 번호를 붙일 것)

4. 실험 도구 및 안전성

4-1) 효율적인 태양열 집열판을 만들기 위해 필요한 도구와 재료를 나열해봅시다.

4-2) 태양열 집열판 제작 및 실험 과정에서 지켜야 할 안전 수칙을 서술해봅시다.

5. 설계

태양열 집열판을 설계한 뒤, 그림으로 표현하시오.(단, 구조와 재료를 둘 이상의 각도에서 표시하고 설명해봅시다.)

“태양열 집열판을 설계할 때 고려해야 할 요소는 무엇인가?”

참고) 과학적 탐구 과정의 개념(용어) 소개

개념(용어)	의미	예시
연구 문제	실험이나 관찰을 통해 답을 찾을 수 있는 과학적인 질문	차가운 물과 따뜻한 물에 설탕이 얼마나 빨리 녹는지 비교할 수 있을까?
가설	연구 문제에 대한 자신의 생각이나 예측으로 실험을 통해 맞는지 확인할 수 있으며, ‘~할 것이다’로 서술함.	따뜻한 물에서는 차가운 물보다 설탕이 더 빨리 녹을 것이다.
변인	실험에서 변화시키거나 측정하거나 일정하게 유지하는 조건
ㄴ조작 변인	가설을 검증하기 위해 변화시키는 1개 조건	물의 온도
ㄴ종속 변인	측정할 실험의 결과 값	설탕이 녹는 데 걸리는 시간
ㄴ통제 변인	실험 조건을 일정하게 유지하는 조건	설탕의 양, 물의 양, 컵의 재질 등

지속가능발전과 에너지	태양열 집열판 처리 및 평가 보고서	학번/이름
	□ 태양열 집열판을 이용한 실험 결과를 처리하고 평가하는 보고서를 작성합니다.

실험 결과

실험에서 측정한 온도 변화 값을 표로 정리하고 그래프(선 그래프 등)로 나타내세요.

실험 조건:	시간(분)	0	1	2	3	4	5
	온도(℃)
실험 조건:	시간(분)	0	1	2	3	4	5
	온도(℃)

	시간에 따른 컵 속의 온도 변화 그래프
	※ 그래프에는 단위를 포함하여 가로축과 세로축이 무엇을 나타내는지 표기할 것 ※ 서로 다른 조건의 측정값은 색깔을 다르게 나타낼 것

결과 해석

2-1) 시간에 따라 온도가 어떻게 변했는지 온도 변화의 추이를 설명해봅시다.

2-2) 위와 같은 온도 변화가 나타난 이유를 과학적 원리와 관련지어 추측해봅시다.

결론

실험 결과는 가설을 지지했는지 가설의 검증 여부를 설명해봅시다.

(예: 실험 결과 검은색 집열판이 흰색 집열판보다 온도가 ~하므로, ~라는 가설을 지지함)

실험 방법의 타당성 평가

실험 설계, 측정 방법, 장비 등이 적절했는지 평가해봅시다. (예상되는 오차의 원인이 있다면 자세히 서술하시오.)

방법 개선 및 확장

5-1) 다음에 실험을 다시 한다면 어떤 점을 보완하거나 바꾸고 싶은지 제안해봅시다.

5-2) 실험을 확장하여 더 알아볼 수 있는 주제나 아이디어를 적어보세요.

(예: 집열판의 색뿐만 아니라 재질에 따른 온도 차이를 비교해본다면..)

지속가능발전과 에너지	지속가능발전	학번/이름
	□ 지속가능발전에서 과학기술의 유용성과 에너지의 역할을 설명할 수 있다.

1. (들어가기) 한 국가의 힘만이 아닌 전 세계가 같이 힘을 합쳐야 하는 공동의 목표에는 어떤 것들이 있을까요?

2. (모둠활동) 지속가능발전 목표 살펴보기 https://youtu.be/pNv7QHxAt5Q?feature=shared

[참고] SDGs 17개 목표
목표 1) 모든 형태의 빈곤 종식	목표 2) 기아 종식, 식량 안보 달성	목표 3) 건강 및 웰빙
목표 4) 공평한 양질의 교육 보장	목표 5) 성 평등과 여성 역량 강화	목표 6) 식수 위생과 지속가능한 물관리
목표 7) 지속가능한 에너지 접근성	목표 8) 지속가능한 경제 성장과 일자리 창출	목표 9) 혁신과 인프라
목표 10) 국내 및 국가 간 불평등 감소 등을 위한 개선 목표 설정		목표 11) 지속 가능 도시
목표 12) 지속 가능한 소비와 생산	목표 13) 기후변화 대비 대응	목표 14) 해양 생태계
목표 15) 육상 생태계	목표 16) 평화, 정의를 위한 효과적인 제도 구축	목표 17) 국제적 협력과 파트너십

2-1) 지속가능성이란 무엇일까요? 모둠원과 함께 단어의 의미를 추측해봅시다.

2-2) 우리가 지금까지 공부한 내용이 17가지 지속가능발전 목표 중 어떤 목표를 이루는데 도움이 될까요? 다른 과목 수업도 떠올려 골라보고 그 이유도 말해봅시다.

2-3) ‘지속가능발전 목표’를 소개한 패들렛에서 세부 목표와 주요 정책을 돌아가며 읽어봅시다. 그중 우리 지역에 시급히 필요한 목표를 3가지만 뽑아보고 그 이유를 설명해봅시다.

https://ggm.padlet.org/lovelyscience/k-sdgs-ac0fizsyvp82j74e

①

②

③

3. 우리 삶은 지속 가능할까?

3-1) 과학기술은 지속가능한 삶에 어떤 영향을 미쳤을까? 구체적인 기술 1가지를 예로 들어 설명해보자.

3-2) 지속할 수 있는 삶을 위해 지금 할 수 있는 행동에는 무엇이 있을까? 한 가지 목표를 정하고 당장 오늘부터 내가 할 수 있는 행동과, 우리 반이 함께 할 수 있는 행동, 우리 가족 또는 우리 마을이 함께할 수 있는 행동을 관련지어 설명해 보자. https://ggm.padlet.org/lovelyscience/sustainable_gurigirls