[국내논문]중등학교에서 사용 가능한 미세먼지 포집 장치 제작을 통한 대기 중 중금속 및 미생물 분석 Analysis of Heavy Metal Element and Microorganism by Manufacture of Particulate Matter Sampler for Science Project of Secondary School원문보기
이 연구에서는 중등학교에서 사용할 수 있는 미세먼지 포집 장치를 직접 설계 및 제작하고 이를 통해 미세먼지에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하는 활동이 가능한지 여부를 탐색하고자 한다. 중등학교 현장의 과학 탐구활동을 위해 청주지역에서 미세먼지를 포집하는 방법과 그 속에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하였다. 미세먼지의 포집장소는 청주지역 대학교의 4층 건물 옥상에서 포집하였다. 모터 펌프, 인넷, 지름 $1.0{\mu}m$ 테프론필터, 필터 홀더 등을 이용하여 포집장치를 제작하였다. 이 포집장치를 이용한 미세먼지 포집은 2013년 12월-2014년 6월까지 진행하였다. 포집한 미세먼지의 중금속 성분과 미생물 포함 여부를 분석하였다. 중국에서 날아온 미세먼지 속에는 Cu, Zn, Cd, Ni, Pb 등인위적인 오염물질로 판단되는 중금속 성분이 국내 기원 미세먼지 보다 많았다. 더 나아가, 미세먼지 속에는 중금속 뿐만 아니라, 곰팡이나 세균같은 미생물도 다량 포함하고 있었다. 이 연구는 미세먼지가 중금속 뿐만아니라 미생물도 포함하고 있으므로, 이에 대한 체계적인 연구와 모니터링이 필요함을 시사한다고 할 수 있다. 또한, 이 연구는 중등학교 과학실험의 사례로 제공될 수 있다.
이 연구에서는 중등학교에서 사용할 수 있는 미세먼지 포집 장치를 직접 설계 및 제작하고 이를 통해 미세먼지에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하는 활동이 가능한지 여부를 탐색하고자 한다. 중등학교 현장의 과학 탐구활동을 위해 청주지역에서 미세먼지를 포집하는 방법과 그 속에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하였다. 미세먼지의 포집장소는 청주지역 대학교의 4층 건물 옥상에서 포집하였다. 모터 펌프, 인넷, 지름 $1.0{\mu}m$ 테프론필터, 필터 홀더 등을 이용하여 포집장치를 제작하였다. 이 포집장치를 이용한 미세먼지 포집은 2013년 12월-2014년 6월까지 진행하였다. 포집한 미세먼지의 중금속 성분과 미생물 포함 여부를 분석하였다. 중국에서 날아온 미세먼지 속에는 Cu, Zn, Cd, Ni, Pb 등인위적인 오염물질로 판단되는 중금속 성분이 국내 기원 미세먼지 보다 많았다. 더 나아가, 미세먼지 속에는 중금속 뿐만 아니라, 곰팡이나 세균같은 미생물도 다량 포함하고 있었다. 이 연구는 미세먼지가 중금속 뿐만아니라 미생물도 포함하고 있으므로, 이에 대한 체계적인 연구와 모니터링이 필요함을 시사한다고 할 수 있다. 또한, 이 연구는 중등학교 과학실험의 사례로 제공될 수 있다.
The purpose of this study were to sample particulate matter and analyze its elements and microorganisms for secondary school science project. The particulate matter was sampled on the rooftop a four-store building at a university in Chungju province. A simplified capturing system was developed with ...
The purpose of this study were to sample particulate matter and analyze its elements and microorganisms for secondary school science project. The particulate matter was sampled on the rooftop a four-store building at a university in Chungju province. A simplified capturing system was developed with the parts, motor-pump, innet, $1.0{\mu}m$ teflon filter, filter-holder, etc. Using the system, this study had sampled particulate matter during Dec., 2013-Jun., 2014. Then, this study analyzed the elements and microorganisms of the sampled particulate matter. Results have been shown that the particulate matter derived China urban area is mainly consisted of the artificial pollutant, such as Cu, Zn, Cd, Ni, Pb. In addition, this study has been shown that microorganisms, such as bacteria and fungi, are included in the particulate matter. Therefore, this study suggests a new systemic investigation and monitoring about the particulate matter, specially originated from China. Also, this study provides a sample for secondary school science experiment.
The purpose of this study were to sample particulate matter and analyze its elements and microorganisms for secondary school science project. The particulate matter was sampled on the rooftop a four-store building at a university in Chungju province. A simplified capturing system was developed with the parts, motor-pump, innet, $1.0{\mu}m$ teflon filter, filter-holder, etc. Using the system, this study had sampled particulate matter during Dec., 2013-Jun., 2014. Then, this study analyzed the elements and microorganisms of the sampled particulate matter. Results have been shown that the particulate matter derived China urban area is mainly consisted of the artificial pollutant, such as Cu, Zn, Cd, Ni, Pb. In addition, this study has been shown that microorganisms, such as bacteria and fungi, are included in the particulate matter. Therefore, this study suggests a new systemic investigation and monitoring about the particulate matter, specially originated from China. Also, this study provides a sample for secondary school science experiment.
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문제 정의
학생 중심의 자유로운 통합적 탐구활동의 경험을 위해서는 탐구에 사용되는 장치를 중등학교 수준에 적합하게 직접 제작하는 활동이 무엇보다도 필수적이라고 할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 중등학교에서 사용할 수 있는 미세먼지 포집 장치를 직접 설계 및 제작하고 이를 통해 미세먼지에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하는 활동이 가능한지 여부를 탐색함으로써 제작된 장치의 효용성을 확인하고자 한다. 또한 육안으로 관찰하기 어려운 미세먼지 속 세균과 곰팡이 배양을 통해 미세먼지 속에 존재하는 미생물을 부가적으로 확인할 것이다.
뿐만 아니라 제작된 간이포집장치를 통해 미세먼지에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하는 활동이 가능한지 여부를 탐색함으로써 제작된 장치의 효용성을 확인하였다. 이 연구는 학생 스스로 제시한 과학적 아이디어의 구체화와 실물 제작에 초점을 두었으며, 이를 통해 아이디어의 생성과 설계단계에 머무르는 기존의 융합 과학 활동과 달리 공학적 장치 실현이 가능함을 제시하고 있다. 그러므로 이 연구의 결과는 향후 중등학생들의 통합적 과학 활동에서 제시된 아이디어의 구체화와 실물 장치 제작 과정의 기초를 제공할 수 있을 것이다.
이 연구에서는 대기 중의 PM10과 PM2.5 미세먼지를 직접 포집하기 위해서 미세먼지 간이포집장치를 설계하여 제작하였다. 먼저 미세먼지 간이포집 장치의 제작은 ‘진공청소기의 구조’ 등을 참고하여 요구되는 부품들을 정리하고 수치정보가 기입되지 않은 간이 설계도를 작성하였으며, 간이설계도를 기반으로 각 부분의 세밀화 및 수치 정보를 기입한 정밀 설계도를 작성하였다.
이 연구에서는 미세먼지에 세균이나 박테리아 같은 미생물이 들어있는지 알아보고자 한다. 이 연구를 수행하기 위해서 미세먼지를 특정 미생물만 배양하는 패트리필름(3MTM PetrifilmTM Plate, 3M)을 사용하여 미세먼지를 배양하였다.
이 연구에서는 미세먼지에 중금속이 들어있는지 알아보고자 한다. 이를 알아보기 위해 먼저, 포집한 미세먼지를 총 중금속 측정 키트(B50-Meta, Industrial Test System)를 사용하여 총 중금속이 얼마나 들어있는지 알아보았다.
이 연구에서는 중등학교에서 사용할 수 있는 미세먼지 간이포집장치를 설계 및 제작하여 포집된 미세먼지 내의 중금속과 미생물을 분석함으로서 제작한 미세먼지 포집장치의 활용 및 분석활동을 수행하였다. 특히 융합적 과학 활동을 위해 직접 미세먼지 포집장치를 설계 및 제작하여 사용함으로써 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.
이 연구에서는 중등학교에서 사용할 수 있는 미세먼지 간이포집장치를 직접 설계하고 제작함으로써 과학과 공학이 융합된 통합적 탐구활동이 가능함을 확인하였다. 뿐만 아니라 제작된 간이포집장치를 통해 미세먼지에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하는 활동이 가능한지 여부를 탐색함으로써 제작된 장치의 효용성을 확인하였다.
제안 방법
③ 선정된 필터는 ‘한국기초과학지원연구원’에 있는 ‘환경과학연구부’의 질량성분분석팀에 의뢰해서 미세먼지 속에 들어있는 Al, Ca, Fe, Mg, Na, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb을 분석하였다.
⑤ 배양한 패트리필름을 확인하여 미세먼지에 포함된 미생물을 분석한다.
이후 미세먼지 간이포집장치 제작에 소요되는 부품을 구입하였으며, 설계도 작성을 통해 요구되는 부품의 크기나 형태가 상호 호환되지 않는 경우에는 인근 공업사에서 부품을 가공 하였다. 갖추어진 부품들을 순차적으로 조립하여 미세먼지 간이포집장치를 제작하였으며, 실내에서의 구동여부를 먼저 확인하였다. 구동여부 확인과정에서 발생하는 오류의 원인을 찾고 수정함으로써 최종 확인한 후 간이포집장치를 건물 옥상의 포집 장소에 설치하여 미세먼지를 포집하였다.
갖추어진 부품들을 순차적으로 조립하여 미세먼지 간이포집장치를 제작하였으며, 실내에서의 구동여부를 먼저 확인하였다. 구동여부 확인과정에서 발생하는 오류의 원인을 찾고 수정함으로써 최종 확인한 후 간이포집장치를 건물 옥상의 포집 장소에 설치하여 미세먼지를 포집하였다.
그래서 ‘한국기초과학지원연구원’에 미세먼지 속에 어떤 중금속이 들어있는지 알아보기 위하여 미세먼지 속에 들어있는 중금속 성분을 분석하였다.
둘째, 직접 제작한 간이포집장치를 통해 포집된 미세먼지 내의 중금속을 확인하였다. 먼저, 총 중금속량 측정 키트를 사용하여 미세먼지에 포함되어 있는 구리(Cu), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni), 납(Pb), 망간(Mn) 등의 중금속 총량을 측정하였다.
먼저 미세먼지 간이포집 장치의 제작은 ‘진공청소기의 구조’ 등을 참고하여 요구되는 부품들을 정리하고 수치정보가 기입되지 않은 간이 설계도를 작성하였으며, 간이설계도를 기반으로 각 부분의 세밀화 및 수치 정보를 기입한 정밀 설계도를 작성하였다.
둘째, 직접 제작한 간이포집장치를 통해 포집된 미세먼지 내의 중금속을 확인하였다. 먼저, 총 중금속량 측정 키트를 사용하여 미세먼지에 포함되어 있는 구리(Cu), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni), 납(Pb), 망간(Mn) 등의 중금속 총량을 측정하였다. 이러한 측정연수에서 중국에서 날아온 미세먼지나 국내에서 발생한 미세먼지에는 중금속이 포함되어 있음을 알 수 있었다.
미세먼지에 들어있는 총 중금속량을 측정하기 위해서 국내 PM2.5 미세먼지 용액, 국내 PM10 미세먼지 용액, 중국유래 미세먼지 용액, 증류수를 비교하였다. 이들 용액과 증류수에 키트의 스트립을 담가서 총 중금속량을 측정한 다음, 새 스트립과 비교한 결과는 Fig.
이 연구에서는 중등학교에서 사용할 수 있는 미세먼지 간이포집장치를 직접 설계하고 제작함으로써 과학과 공학이 융합된 통합적 탐구활동이 가능함을 확인하였다. 뿐만 아니라 제작된 간이포집장치를 통해 미세먼지에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하는 활동이 가능한지 여부를 탐색함으로써 제작된 장치의 효용성을 확인하였다. 이 연구는 학생 스스로 제시한 과학적 아이디어의 구체화와 실물 제작에 초점을 두었으며, 이를 통해 아이디어의 생성과 설계단계에 머무르는 기존의 융합 과학 활동과 달리 공학적 장치 실현이 가능함을 제시하고 있다.
이 연구에서는 미세먼지에 세균이나 박테리아 같은 미생물이 들어있는지 알아보고자 한다. 이 연구를 수행하기 위해서 미세먼지를 특정 미생물만 배양하는 패트리필름(3MTM PetrifilmTM Plate, 3M)을 사용하여 미세먼지를 배양하였다. 미세먼지 속 미생물을 배양하고 분석하는 연구과정은 Fig.
이 연구에서는 먼저 미세먼지를 중고등학교 수준에서 포집할 수 있는 간이포집장치를 제작하여 사용하였다. 간이포집장치 제작이 첫 번째 단계로 Fig.
이 연구에서는 미세먼지에 중금속이 들어있는지 알아보고자 한다. 이를 알아보기 위해 먼저, 포집한 미세먼지를 총 중금속 측정 키트(B50-Meta, Industrial Test System)를 사용하여 총 중금속이 얼마나 들어있는지 알아보았다. 또한 이 중금속 측정 키트로는 어떤 중금속이 들어있는지 알 수 없었다.
첫째, 인터넷의 정보와 주변 공구상가 부품들을 활용하여 비교적 간편하게 미세먼지 간이포집장치를 제작하는 것이 가능하였다. 진공청소기의 원리를 통해 제작한 간이포집장치로 직접 미세먼지를 포집하였고, 포집한 미세먼지는 중금속 분석과 미생물 분석에 활용할 수 있었다. 따라서 중등학교에서 이와 유사한 장치를 설계하고 제작하는 과정은 창의적 사고의 개발과 융합적 탐구 능력 배양에 매우 유용한 활동으로 활용될 수 있을 것이다.
이런 중금속이 미세먼지에 포함되어 있으므로 인해서 미세먼지를 포집한 필터가 시커먼 연필심 같은 모습을 갖는 것도 알 수 있었다. 특히 이 연구에서는 미세먼지의 각 중금속 성분도 분석하였다. 분석 결과, 중국에서 날아온 미세먼지에는 주로 인위적인 오염물질인 Cu, Zn, Cd, Ni, Pb 등이 많이 포함되어 있었다.
대상 데이터
① 먼저, 우리나라에서 발생한 미세먼지를 포집한 필터와 중국에서 날아온 미세먼지를 포집한 필터(PM10, 10-1 µm 크기)를 준비한다.
① 중국에서 날아온 미세먼지 포집필터, 국내 발생 미세먼지 포집필터, 황사 포집필터, 맑은 날 미세먼지 포집필터, 미세먼지를 포집하지 않은 새 필터로 구분하여 준비한다.
1은 한반도 중부지역인 청주에 위치한 포집 지점을 표시한 지도이다. 대기 중의 PM10, PM2.5를 직접 제작한 포집장치를 이용하여 건물 4층 옥상에서 수행하였다. 또한 포집지점 주변은 주로 논을 비롯한 농경지와 대학교 캠퍼스가 위치해 있으며, 주변에서는 미호천이 흐르고 있다.
실험실에서 조립한 미세먼지 간이포집장치는 야외의 4층 건물 옥상에 있는 포집장소에 설치하였다. 전기가 연결되어야만 작동하는 공기유입펌프는 비로부터 보호가 되는 시설을 갖추어서 설치하였고, 외부 공기를 빨아들이는 주입구(inlet)은 외부에 설치하였다.
이 연구는 2013년 12월-2014년 6월까지 충북 청주((36°36'29.9"N 127°21'40.2"E))에 위치한 00대학교 4층 건물 옥상에서 PM10과 PM2.5를 측정했다.
먼저 미세먼지 간이포집 장치의 제작은 ‘진공청소기의 구조’ 등을 참고하여 요구되는 부품들을 정리하고 수치정보가 기입되지 않은 간이 설계도를 작성하였으며, 간이설계도를 기반으로 각 부분의 세밀화 및 수치 정보를 기입한 정밀 설계도를 작성하였다. 이후 미세먼지 간이포집장치 제작에 소요되는 부품을 구입하였으며, 설계도 작성을 통해 요구되는 부품의 크기나 형태가 상호 호환되지 않는 경우에는 인근 공업사에서 부품을 가공 하였다. 갖추어진 부품들을 순차적으로 조립하여 미세먼지 간이포집장치를 제작하였으며, 실내에서의 구동여부를 먼저 확인하였다.
이론/모형
③ 선정된 필터는 ‘한국기초과학지원연구원’에 있는 ‘환경과학연구부’의 질량성분분석팀에 의뢰해서 미세먼지 속에 들어있는 Al, Ca, Fe, Mg, Na, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb을 분석하였다. 이때, 중금속 분석 원소의 선정은 김학성 등(2012)의 연구를 참고하였다.
성능/효과
대조표에 비교해본 결과, 중국에서 날아온 미세먼지에는 약 50-100 µg/L에 해당하는 중금속을 포함하고 있었다.
질병을 일으키는 미생물도 함께 날아온다는 사실을 알고 이에 대한 대비를 해야 할 것이다. 더 나아가, 중국의 미세먼지 뿐만 아니라 우리나라에서 발생한 미세먼지에서도 일부 세균과 곰팡이가 포함되어 있음이 확인되었다. 그러므로 미세먼지가 존재하면 중금속 같은 물질 뿐만 아니라 세균이나 곰팡이도 같은 미생물도 포함되어 있다는 사실을 인지하고 이에 대한 대비책을 강구해야 할 것이다.
미세먼지 속의 각 중금속 성분별 질량 분석 결과는 Table 2와 같이 나타났으며, 여기에서 알 수 있듯이 중국에서 날아온 미세먼지, 국내 미세먼지, 황사는 거의 모든 중금속 성분에서 국내의 맑은 날 포집된 미세먼지에 비해서 많은 양의 중금속을 함유하고 있었다. 그에 비해서 맑은 날 국내에서 포집된 미세먼지에는 상대적으로 매우 적은 중금속량을 보여주고 있다.
미세먼지가 많은 용액(국내 PM2.5 미세먼지, 국내 PM10 미세먼지, 중국유래 미세먼지)의 스트립은 새 키트나 증류수에 비해서 훨씬 진한 주홍색으로 나타났다. 실물에서는 사진으로 보는 것보다 훨씬 뚜렷한 차이를 나타냈다.
셋째, 미세먼지가 더 이상 중금속이나 흙먼지 같은 먼지로만 구성되어 있는 것이 아니라는 것을 확인하였다. 미세먼지에는 세균과 같은 살아있는 미세한 생물들도 함께 있다는 것을 이 연구를 통해서 알 수 있었다. 특히, 중국에서 날아온 미세먼지에는 세균이나 곰팡이 같은 미생물도 함께 날아온다는 것을 알게 되었다.
특히 이 연구에서는 미세먼지의 각 중금속 성분도 분석하였다. 분석 결과, 중국에서 날아온 미세먼지에는 주로 인위적인 오염물질인 Cu, Zn, Cd, Ni, Pb 등이 많이 포함되어 있었다. 이들 중금속은 호흡기를 통해서 우리 몸에 들어오면 배출이 잘 안되고 우리 몸에 축적이 된다.
셋째, 미세먼지가 더 이상 중금속이나 흙먼지 같은 먼지로만 구성되어 있는 것이 아니라는 것을 확인하였다. 미세먼지에는 세균과 같은 살아있는 미세한 생물들도 함께 있다는 것을 이 연구를 통해서 알 수 있었다.
이 연구를 통해서 미세먼지 속에는 중금속과 흙먼지뿐만 아니라, 병을 일으킬 수 있는 미생물들도 같이 포함되어 있는 ‘살아있는 미세먼지’라는 것을 실험으로 밝혀낼 수 있었다.
이는 일반적으로 미세먼지에는 중금속만이 있다는 생각과 황사에는 모래 먼지만이 있다는 생각이 틀렸음을 알 수 있었다. 이 연구에서는 중국 도시지역에서 날아온 미세먼지이든 또 황사 미세먼지이든 모두 세균과 곰팡이를 포함한 미세먼지라는 것이 밝혀졌다. 또한 3월의 중국 미세먼지는 물론이고, 추운 늦겨울 날씨인 2월의 중국 미세먼지 모두 세균과 곰팡이를 포함하고 있었다.
반면 황사는 Al, Ca, Fe, Na 등에서 중국의 미세먼지보다 뚜렷하게 많은 양을 포함하고 있었다. 이는 중국의 미세먼지는 배기가스 등의 인위적 오염물질이 미세먼지에 많이 포함되어 있다는 것을 의미하고, 황사는 토양에서 기원한 금속 성분을 많이 포함하고 있다는 것을 알 수 있었다.
이러한 결과로 볼 때 중국 내륙에서 날아온 미세먼지에는 인체에 해로우며 인위적 오염물질로 인해서 발생한 Cu, Zn, Cd, Ni, Pb 같은 중금속이 많이 들어있음을 알 수 있다. 이 결과는 Kim et al.
(2011)는 일본지역의 3,000 m 상공에서 채집한 황사먼지에 세균이 포함되어 있음을 연구하였다. 이상의 결과를 종합해보면 중국에서 날아온 미세먼지나 황사로부터 중금속이나 먼지만 경계하는 것으로는 부족하다. 질병을 일으키는 미생물도 함께 날아온다는 사실을 알고 이에 대한 대비를 해야 할 것이다.
한편, 중국에서 날아온 미세먼지와 국내 미세먼지를 비교해보면 특정 중금속 성분에서 차이가 있다. 중국에서 날아온 미세먼지는 국내 미세먼지에 비해서 Cu, Zn, Ni, Pb 등에서 비교적 많은 양을 포함하고 있었고, Al, Ca, Mg 등에서는 국내 미세먼지가 미세하게 많은 양을 나타내었다. 더 나아가, 중국에서 날아온 미세먼지(위성사진으로 판정할 때 중국 내륙의 도시지역에서 기원한 것으로 판단됨)는 황사와 비교했을 때 Cu, Zn, Cd, Ni, Pb 등에서 월등하게 많은 양을 포함하고 있었다.
첫째, 인터넷의 정보와 주변 공구상가 부품들을 활용하여 비교적 간편하게 미세먼지 간이포집장치를 제작하는 것이 가능하였다. 진공청소기의 원리를 통해 제작한 간이포집장치로 직접 미세먼지를 포집하였고, 포집한 미세먼지는 중금속 분석과 미생물 분석에 활용할 수 있었다.
미세먼지에는 세균과 같은 살아있는 미세한 생물들도 함께 있다는 것을 이 연구를 통해서 알 수 있었다. 특히, 중국에서 날아온 미세먼지에는 세균이나 곰팡이 같은 미생물도 함께 날아온다는 것을 알게 되었다. 심지어 대장균은 중국에서 날아온 미세먼지와 황사에만 포함되어 있음을 분석결과 알 수 있었다.
후속연구
이렇게 중등학교 과학탐구에서 미세먼지를 포집할 수 있는 간이포집장치는 직접 제작하여 사용할 수 있다. 간이포집장치를 직접 제작한다면 이런 창의적인 설계 능력도 향상될 뿐만 아니라 설계한 것을 직접 창작할 수 있는 융합적 탐구 능력도 향상될 수 있을 것이다. 아울러, 간이포집장치의 제작을 통해서 미세먼지의 특성에 대해서도 더 잘 이해할 수 있다.
더 나아가, 중국의 미세먼지 뿐만 아니라 우리나라에서 발생한 미세먼지에서도 일부 세균과 곰팡이가 포함되어 있음이 확인되었다. 그러므로 미세먼지가 존재하면 중금속 같은 물질 뿐만 아니라 세균이나 곰팡이도 같은 미생물도 포함되어 있다는 사실을 인지하고 이에 대한 대비책을 강구해야 할 것이다.
이 연구는 학생 스스로 제시한 과학적 아이디어의 구체화와 실물 제작에 초점을 두었으며, 이를 통해 아이디어의 생성과 설계단계에 머무르는 기존의 융합 과학 활동과 달리 공학적 장치 실현이 가능함을 제시하고 있다. 그러므로 이 연구의 결과는 향후 중등학생들의 통합적 과학 활동에서 제시된 아이디어의 구체화와 실물 장치 제작 과정의 기초를 제공할 수 있을 것이다. 또한 과학영재 학생의 창의적 사고 신장과 창의성 발현의 기회를 제공할 수 있는 활동 기초로 사용될 수 있을 것이다.
특히 몇 년 전부터 겨울철과 초봄에 중국에서 우리나라로 미세먼지가 많이 유입되고 있다. 그런데, 중국의 미세먼지에는 주로 배기가스 등에서 만들어진 인위적 오염물질로서 해로운 중금속이 많이 포함되어 있으므로 적절한 차단 대책과 추가적인 연구가 필요할 것이다.
진공청소기의 원리를 통해 제작한 간이포집장치로 직접 미세먼지를 포집하였고, 포집한 미세먼지는 중금속 분석과 미생물 분석에 활용할 수 있었다. 따라서 중등학교에서 이와 유사한 장치를 설계하고 제작하는 과정은 창의적 사고의 개발과 융합적 탐구 능력 배양에 매우 유용한 활동으로 활용될 수 있을 것이다.
그러므로 이 연구의 결과는 향후 중등학생들의 통합적 과학 활동에서 제시된 아이디어의 구체화와 실물 장치 제작 과정의 기초를 제공할 수 있을 것이다. 또한 과학영재 학생의 창의적 사고 신장과 창의성 발현의 기회를 제공할 수 있는 활동 기초로 사용될 수 있을 것이다.
따라서 이 연구에서는 중등학교에서 사용할 수 있는 미세먼지 포집 장치를 직접 설계 및 제작하고 이를 통해 미세먼지에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하는 활동이 가능한지 여부를 탐색함으로써 제작된 장치의 효용성을 확인하고자 한다. 또한 육안으로 관찰하기 어려운 미세먼지 속 세균과 곰팡이 배양을 통해 미세먼지 속에 존재하는 미생물을 부가적으로 확인할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서 적용할 수 있는 경험과 중심적 아이디어를 통한 과학학습에는 어떤 게 적합하다고 할 수 있는가?
이러한 관점에서 살펴보면 인접국가와의 기후문제, 지구과학과 다른 과학분야, 공학적 경험 등을 전반적으로 함께 학습할 수 있는 활동으로 우리나라의 미세먼지에 포함된 물질을 분석하는 활동이 적합하다고 볼 수 있을 것이다. 미세먼지(Particulate Matter, PM)란 공기 중에 장기간 떠다니는 입경 10 µm 이하의 미세한 먼지로서(PM10), 자동차나 공장의 매연 등에서 발생하는 이산화황, 질소 산화물, 납, 오존, 일산화탄소, 황산염, 일부 토양성분 등이 만드는 수많은 대기오염물질 가운데 한 가지이다(Kim et al.
미세먼지란?
이러한 관점에서 살펴보면 인접국가와의 기후문제, 지구과학과 다른 과학분야, 공학적 경험 등을 전반적으로 함께 학습할 수 있는 활동으로 우리나라의 미세먼지에 포함된 물질을 분석하는 활동이 적합하다고 볼 수 있을 것이다. 미세먼지(Particulate Matter, PM)란 공기 중에 장기간 떠다니는 입경 10 µm 이하의 미세한 먼지로서(PM10), 자동차나 공장의 매연 등에서 발생하는 이산화황, 질소 산화물, 납, 오존, 일산화탄소, 황산염, 일부 토양성분 등이 만드는 수많은 대기오염물질 가운데 한 가지이다(Kim et al., 2012; Moon et al.
관통개념으로 제시되는 7가지는?
미국의 차세대과학교육표준에서는 관통개념(crosscutting concept)으로 규칙성, 원인과 효과, 규모·비례 그리고 양, 시스템과 시스템의 모형, 에너지와 물질, 구조와 기능, 안정성과 변화라는 7가지를 제시하고 있으며, 이들은 과학과 공학을 하나로 통합하는 개념으로써 융합적 과학학습에 있어 매우 중요한 개념으로 자리하고 있다. 앞서 언급한 관통개념들은 특히 인간과 자연의 상호작용을 매우 중요시 하고 있으며, 과학학습을 위해서는 이에 대한 경험과 중심적 아이디어를 통한 과학학습을 강조하고 있다.
참고문헌 (18)
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