해외과학봉사 및 ‘P’에 담긴 화학

2019 대한민국과학교사큰모임 발표자료입니다. 다른 곳에 인용하실 때는 반드시 출처를 밝혀 주시기 바랍니다.

인천 인천과학사랑교사모임 박현우

Ⅰ. 해외 과학봉사

1999년 과학교사 실험연수를 마치고 2000년부터 활동을 하게 되었으니 인과사와 함께한지도 벌써 20여년의 시간이 흘렀나 봅니다. 모두들 힘들고 어려운 학교생활을 하면서도 학생들에게 좀 더 알찬 실험실습을 해주고자 연구하고 노력하시는 선생님, 교사 실험연수, 지역 과학축전(전남, 제주, 울산, 강원, 광주) 및 과학교사모임 연구회 발표, 해외과학 봉사 및 탐사(동경과학축전, 히로시마, 도야마, 동티모르, 자카르타, 모리셔스 화학교육자대회, 미국 NSTA, 호주 캔버라 Science Festival, 서호주 학습탐사, 키르기스스탄, 베트남, 태국, 파키스탄, 라오스 등) 등 정말 많은 일들을 그동안 여러 선생님들의 도움과 배려로 함께하게 되었습니다. 인과사 선생님들과 함께했던 해외과학봉사를 잠깐 소개하고자 합니다. 배움, 나눔, 봉사 인과사의 정신, 나는 제대로 하고 있는가? 2008년 아프리카 해외봉사활동시 잠베지강 일몰과 마다가스카르 바오밥나무

Ⅱ. ‘P’에 담긴 화학

이 실험은… 세상의 모든 물질들은 원소로 되어 있고 그 원소들을 규칙적으로 잘 정리한 표가 주기율표이며, 이는 오랜 세월동안 과학자들의 성과가 집대성되어 나타난 결과이기도 하다. 화학에서 주기율표(Periodic table)는 가장 친숙한 수업내용이며 또 수업내용을 이해하는 도구가 되기도 한다. 교육과정이 바뀌면서 배우는 시기가 달라지기도 하고 중요도가 조금씩 달라지기도 하지만 여전히 화학에 있어 주기율표는 끊임없이 다루어야 할 중요한 주제이다. 하지만 그 중요성 때문에 주기율표의 원소를 억지로 외우고 쓰게 하였으며, 그로 인하여 많은 사람들은 ‘화학’하면 원소 기호를 암기하며 지겨워했던 기억을 떠올린다. 또한 학생들은 ‘화학’은 암기 과목이라는 선입견을 갖기도 한다. 우리는 화학으로 이루어진 세상을 살고 있다. 주기율표를 가득 채우고 있는 번호와 알파벳을 비롯한 표기들이 마치 세상을 다양하게 구성하고 있는 사람들의 군상만큼이나 아름답고 다채롭게 보이는 멋진 경험을 학생들과 할 수 있다면 좋겠다는 생각을 한다. 그런 우리의 고민을 나누고 더 나은 방법을 찾아가는 수업, 함께 만들어가는 수업이 되었으면 한다.

교육과정에서 주기율표를 어떻게 가르치고 있나요? 또 학교현장에서 주기율표를 통해 학생들에게 무엇을 가르치고 있나요?

• 초등학교 :
• 중 학 교 :
• 고등학교 :

이번 활동을 통해, 주기율표의 역사를 살펴보면서 원소들 사이에 질서가 있다는 것을 발견하고 분류하는 과정을 겪어 봄으로써 과학의 본성을 생각해 볼 수도 있다. 또한 과거 많은 화학자들이 우리 주변의 원소들을 발견해내고 그 원소들 사이의 규칙성을 찾아 최상의 주기율표를 만들어내고자 끊임없이 노력을 해 왔던 그 노고를 느껴 볼 수도 있을 것이다. 좀 더 나아가서 주기율표의 족과 주기 및 규칙성을 찾고 금속과 비금속, 전자배치에 이르는 화학 내용들을 쉽게 접근해갈 수도 있다. 이번 수업의 목표는 ‘원소 그리고, 주기율표와 친해지기’이다. 다양한 활동을 통해 원소와 또 주기율표와 가까워져 보자.

1. 원소와 친해지기
   1. <활동 1> 원소로 함께하는 퀴즈
      1. 기타(guitar) 코드 속에 숨어있는 원소 기호를 찾아보자.
         

         C

         Cm

         Dm

         Em

         Fm

         Am

         Bm

      2. 그림 속에 숨어 있는 원소기호는 무엇일까?
         
      3. 다음 사람들과 관련이 깊은 원소는 무엇일까?
         

         EXO  보아  소녀시대  샤이니  레드벨벳

      4. 황과 칼륨을 따뜻한 차(tea)에 더하면 멋진 식사가 된다. 이 식사는 어떤 메뉴일까?
      5. 만나면 말을 참 잘 듣는 두 기체는?
      6. ‘HIJKLMNO’를 간단하게 표현할 때 생기는 물질은?
   2. 원소로 함께하는 퀴즈 – 주기율표 spell it! 주기율표 속 원소기호를 사용하여 영어 단어를 만들 수 있다. 예시를 보고 다양한 영어 단어를 만들어 보자.
2. 주기율표와 친해지기
   1. <활동 1> 입체 주기율표 만들기
      

      이렇게 하세요. 1) 주기율표에서 굵은 선을 살리면서 7개의 조각(s, p, d, f)을 오려낸다.(2 세트) 2) 두 군데의 점선 부분을 자른다.(s판의 20번과 31번 사이, d판의 71번과 103번 앞) 3) 원소 기호가 보이도록 f판과 f판을 서로 붙인다. 4) f판의 ①에 풀칠을 한 다음 d판의 자른 점선 사이에 끼우고 붙인다. 5) 원소 기호가 보이도록 d판과 d판을 서로 붙인다. 6) d판의 ②에 풀칠을 한 다음 sp판의 자른 점선 사이에 끼우고 붙인다. 7) 원소 기호가 보이도록 p판과 p판을 서로 붙인다. 8) p판의 ③에 풀칠을 한 다음, s판의 뒤에 붙인다. 9) 원소 기호가 보이도록 s판과 s판을 서로 붙인다. 10) 사진처럼 s, p, d, f판들이 서로 수직이 되도록 만든다.

      

   2. <활동 2> 규칙성 카드 오랫동안 과학자들은 원소를 정리할 방안을 찾고 있었다. 원소들이 계속 더 많이 발견되자 이는 더욱 중요하게 되었다. 1868년에 러시아의 화학자 멘델레예프(Mendeleev)는 원소를 정리하는 기발한 방법을 발견하였다. 멘델레예프의 원소 정리 방법은 후에 일부 수정이 되었으나 오늘날까지도 사용되는 원소 정리 방법의 기초가 되었다. 멘델레예프는 각 줄의 왼쪽에서 오른쪽으로 원자질량이 증가하는 순서로 원소를 배치하였다. 멘델레예프는 각 가로줄에 8개씩의 원소를 배치하자 각 열(세로줄)에 있는 원소들끼리 성질이 비슷하다는 것을 발견하였다. 그는 이 열을 족(族,groups)이라 불렀다. 이들은 가족(families)이라 불리기도 하는데 이는 한 족의 원소들이 동일하지는 않지만 가족들처럼 서로 비슷하기 때문이다. 멘델레예프 표에서 중요한 특징 중 하나가 빈칸이다. 이는 그 당시까지는 발견되지 않아 멘델레예프가 빈칸으로 남겨둔 곳이다. 그는 이 빠져 있는 원소들이 언젠가는 발견될 것이며, 표의 위치를 바탕으로 이 원소들의 성질까지도 예상하였다. 예를 들어 그는 5주기 Ⅲ족의 미발견 원소가 원자질량이 68이고 이 족의 다른 원소들처럼 비교적 부드러운 금속일 것이라고 예상하였다. 과학자들이 이 미발견 원소를 찾기 위해 노력하였으며 불과 몇 년 후에 이를 찾게 되었다. 그들은 이 새로운 원소의 이름을 갈륨이라고 하였다. 과학자들은 멘델레예프 표의 빈칸의 원소들을 찾는 연구를 통해 결국 이들 모두를 발견하였다. 모형의 우수성을 측정하는 한 방법은 그 모형의 정확한 예상 능력이다. 이는 과학자들이 새로운 원소를 발견하는데 도움을 주었고 이미 알려진 원소들을 의미 있게 정리해주었다. 다음의 카드를 활용한 분류 및 규칙성을 찾는 활동을 통해 우리도 미지의 카드를 예상해 보며 주기율표가 구성되어 가는 과학사적 과정을 경험할 수 있다.
   3. <활동 3> 알록달록 달걀 카드
      1. 필요한 것은? 달걀카드 16장
         

         이렇게 하세요.1) 배부된 16장의 카드를 규칙성이 나타날 수 있도록 가로세로로 나열한다. 2) 어떤 규칙성이 나타나는지 생각해보자.

   4. <활동 4> 알록달록 숫자 카드
      1. 필요한 것은? 숫자 카드 23장 + 1장
         

         이렇게 하세요1) 배부된 23장의 카드들 사이에서 규칙성을 찾도록 한다. (카드 1장은 숨기고 시작) 2) 규칙성을 찾으며 카드를 가로세로로 나열한다. 3) 숨긴 숫자 카드에 그려져 있을 모습이 어떠할지 예측한다.

      2. 규칙성을 찾아보고 빠진 카드의 문양을 그려 보자.
         

         규칙성	카드의 문양

   5. <활동 5> 인형 주기율표 주기성과 규칙성을 찾는 새로운 모습의 카드놀이를 통해 다시 한 번 주기율표에의 새로운 접근을 시도해 보도록 하자.
      1. 필요한 것은? 인형 카드 17장 + 1장
         

         이렇게 하세요.1) 배부된 17장의 카드들 사이에서 규칙성을 찾도록 한다. (카드 1장은 숨기고 시작) 2) 규칙성을 찾으며 카드를 나열한다. 3) 숨긴 숫자 카드에 그려져 있을 모습이 어떠할지 예측한다.

      2. 규칙성을 찾아보고 빠진 카드의 문양을 그려 보자.
         

         규칙성	카드의 문양

         1. 손(팔)은 무엇을 의미할까? 또한 손(팔)의 개수의 의미는?
         2. 손가락은 무엇을 의미할까? 또한 손가락 개수의 의미는?
         3. 머리카락은 무엇을 의미할까? 또한 머리카락의 개수의 의미는?
         4. 체중(몸통 크기)은 무엇을 의미할까?
         5. 몇 가지 표정이 있는가? 또 표정은 무엇을 의미할까?