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지구과학 분야의 포트폴리오 주제는 주변에서 찾기 쉽다. 그 중 인류의 현재와 미래에 피해를 주는 지구과학적 현상은 연구하기 좋은 주제다. 주변에서 흔히 접하는 주제로 완성도 높은 포트폴리오를 만드는 과정을 알아보자.
※ 이 코너에서는 실제 영재고, 과학고 합격생들의 포트폴리오 분석을 통해서 수학, 과학 탐구활동을 돕고 포트폴리오를 더욱 충실하게 만들 다양한 방법을 제시합니다.
뉴스에서 과학적인 주제 잡기
요즘은 누구나 언론이나 인터넷 매체 등을 통해서 과학적인 주제를 쉽게 접할 수 있다. 이러한 주제들은 사람들의 관심을 많이 받고 있기 때문에 그만큼 많은 사람이 연구한다. 실제로 영재학교나 과학고에 응시하는 많은 학생들이 시사적인 주제를 영재성 입증자료의 주제로 선택한다. 따라서 비슷한 주제로는 다른 사람과 차별성을 갖기 힘들다. 그렇지만 시사적인 주제는 여전히 매력적이다. 많은 사람들이 연구하기 때문에 자료가 많고 쉽게 얻을 수 있기 때문이다.
지구 온난화와 이상기후
지구 온난화는 지구 표면의 평균 온도가 상승하는 현상이다. 지구의 연평균 기온은 약 400여년을 주기로 1.5℃의 폭으로 상승과 하강을 반복한다. 따라서 현재의 기온 상승이 어쩌면 당연한 것이라 생각할 수 있다. 하지만 산업 혁명 이후 대기 중의 온실가스가 크게 증가했고, 이로 인해 지구의 표면 온도는 지난 100년 동안 약 0.8℃정도 상승했다. 세계기상기구(WMO)와 국제연합환경계획(UNEP)이 지구 온난화의 주된 원인은 이산화탄소라고 공식 인정했다. 기후변화에 관한 정부간협의체(IPCC)는 2007년 제 4차 평가보고서를 통해 21세기 말 지구의 평균 기온이 최대 6.4°C 정도 상승할 것으로 예측했다. 이로 인해 호우의 발생 횟수 증가, 적도 부근의 해수면 온도 상승과 더불어 열대 폭풍의 정도도 강화될 것으로 전망했다.
이번에 소개할 포트폴리오는 지구온난화와 기후변화의 원인과 대책을 직접 실험해서 분석하고, 지역과 학생, 학교 수준의 대책 방안을 제시했다.
1. 탐구 동기
여러 대중매체를 통해 지구온난화와 환경문제가 세계적으로 엄청난 이슈란 것을 알 수 있다. 지구온난화와 날로 심각해지는 이상기후의 원인을 알아보고 이것을 막을 수 있는 방법을 찾아보자.
2. 자료조사
① 지구온난화
지구의 온도가 상승하는 현상으로 온실가스에 의한 온실효과가 원인이다.
② 온실효과
온실효과란 지구대기 중의 수증기나 이산화탄소와 같은 대기성분이 지구에 도달한 태양 에너지가 외부로 복사되는 것을 차단해 지구의 온도가 높아지는 것을 말한다.
③ 온실가스
온실효과를 일으키는 기체. 온실가스는 수증기, 이산화탄소, 오존, 메탄 등이다. 화석연료를 태울 때 발생한 이산화탄소의 증가가 큰 원인이다.
④ 지구 온난화의 원인
• 자연적 요인: 태양활동의 변화, 지축의 변화, 지구 공전궤도의 변화, 화산분출 요인, 해수 순환의 변화 때문이다.
• 인위적 요인: 온실기체의 배출로 인한 온실효과 때문이다. 자연계에 있는 대표적인 온실가스는 수증기와 이산화탄소다. 온실가스는 가시광선은 투과시키지만 적외선은 잘 흡수하는 광학적 성질을 가진 기체다.
⑤ 지구의 기후는 어떻게 변하고 있을까
1860년대부터 1990년 까지 대기온도가 0.3~0.6℃ 상승했고 해수면도 10∼25㎝ 정도 상승했다. 이러한 변화는 1900년 이전보다 그 이후에 급격히 심화되고 있다. IPCC 예측에 따르면 1990년에서 2100년 사이에 대기온도는 평균 2℃ 상승하고, 해수면은 평균 50㎝ 상승한다. 산업혁명 이전 1만 년 동안 대기온도가 1℃ 미만 내에서 변했다는 점을 생각하면 지구온난화로 인한 기후체계 변화의 심각성은 매우 크다.
지구 온난화의 원인 중 인위적인 요인에 초점을 맞추고 온실가스가 온실효과에 미치는 영향에 대해 탐구했다. 이런 주제는 자료 조사를 통해서 현상을 설명하고, 원인을 분석하는 수준으로 마무리 될 수 있다. 하지만 이 학생은 사람들이 흔히 아는 수준에서 깊이를 더해 이론적인 현상을 설명하고 앞으로의 기후 변화에 대한 문제로 자연스럽게 넘어갔다.
3. 탐구 내용
(1) 온실 효과 실험
• 실험 주제 : 온실효과에 의해 평균 기온은 얼마나 올라갈 것인지 알아본다.
• 실험 활동
1) 온도계를 모형 비닐하우스 천정에 부착한다. 온도계의 구부가 땅에 닿지 않게 주의 한다.
2) 햇빛이 비치는 곳에 모형 비닐하우스를 두고, 온도가 더 이상 오르지 않을 때까지 기다린다.
3) 비닐하우스 안과 밖의 온도를 30분 간격으로 측정한다.
실험 결과, 비닐하우스 안과 밖의 온도는 평균 3.46℃ 차이가 난다. 비닐하우스 안은 태양으로 부터 에너지를 흡수한 후 이것을 다시 외부로 방출하지 못하므로 비닐하우스 안의 지표면이 뜨거워지는 온실효과가 나타났다.
대기가 지표 복사 에너지를 흡수해 우주공간으로 빠져 나가지 못하게 한다. 이 과정이 반복되면서 대기는 지표면을 덥힌다.
첫 번째 실험 과정에서 실제 온실가스에 해당되는 이산화탄소나 메탄가스가 온도를 얼마나 상승시키는지 확인했으면 더 좋았을 것이다.
(2) 식물이 온실효과에 미치는 영향 실험
• 실험 주제 : 식물의 광합성 작용이 온실효과에 미치는 영향에 대해 알아본다.
• 실험 활동
1) 온도계를 A와 B 모형 비닐하우스 천정에 각각 부착한다. 온도계의 구부가 땅에 닿지 않게 한다.
2) 햇빛이 비치는 곳에 모형비닐하우스를 나란히 두고, 온도가 더 이상 오르지 않을 때까지 기다린다. (이때의 온도를 기록한다.)
3) A비닐하우스는 땅 위에 설치하고, B비닐하우스는 잔디밭 위에 설치한다.
4) A비닐하우스와 B비닐하우스 안과 밖의 온도를 30분 간격으로 관측한다.
A비닐하우스와 B비닐하우스의 온도는 0.2℃~4.2℃의 차이가 있다. B비닐하우스는 잔디밭 위에 있으므로 식물이 광합성을 해 온실효과의 주범인 이산화탄소를 흡수했다.
온난화에 대한 대책으로 식물을 이용해 대기 중의 이산화탄소의 농도를 낮추는 방법을 제시해서 높은 점수를 받을 수 있다. 이산화탄소와 산소의 농도를 확인하는 실험을 추가했다면 더 완성도 높은 포트폴리오가 됐을 것이다.
4. 해결방안
지구의 기온을 낮추는 방법을 지역수준, 학교수준, 학생수준에서 각각 알아봤다. 효과적인 방법은 식물을 심어 이산화탄소량을 줄이는 것이다.
지역수준
에너지 소비절약 및 이용효율을 향상시키기 위해 에너지 절약 및 고효율 에너지설비를 보급하고 대체에너지와 천연가스를 사용한다. 지역의 정책 중 화석에너지 사용 관련법을 개정한다.
학교수준
학교 숲을 조성하고 각 반의 종이 사용량을 한정한다. 종이 및 일회용품을 가장 적게 사용했거나 나무를 가장 많이 심은 반에게 상을 준다.
학생수준
일상생활에서 자원을 아끼고 일회용품을 사용하지 않도록 한다. 학교에서 권장한 방법 이외에도 지구온난화를 막는 방법을 한가지씩 실천한다.
실험을 통해 확인한 지구 온난화에 대한 대책을 지역, 학교, 학생 수준으로 나눠서 제시한 점이 돋보인다. 대책이 막연하게 제시된 것이 아니라 실험 결과를 근거로 실제 적용할 수 있게 상세히 제시됐다.
시사적인 주제로 포트폴리오를 작성할 때는 방대한 자료들 중에서 탐구하는 부분에 대한 신뢰도 높은 자료를 간추려 제시하는 것이 중요하다. 또한 최신 정보를 소개하는 것도 필요하다. 따라서 신문이나 과학동아 같은 과학잡지를 읽고 자료를 정리해 제시하면 포트폴리오의 완성도를 높일 수 있다.
※ 이 코너에서는 실제 영재고, 과학고 합격생들의 포트폴리오 분석을 통해서 수학, 과학 탐구활동을 돕고 포트폴리오를 더욱 충실하게 만들 다양한 방법을 제시합니다.
뉴스에서 과학적인 주제 잡기
요즘은 누구나 언론이나 인터넷 매체 등을 통해서 과학적인 주제를 쉽게 접할 수 있다. 이러한 주제들은 사람들의 관심을 많이 받고 있기 때문에 그만큼 많은 사람이 연구한다. 실제로 영재학교나 과학고에 응시하는 많은 학생들이 시사적인 주제를 영재성 입증자료의 주제로 선택한다. 따라서 비슷한 주제로는 다른 사람과 차별성을 갖기 힘들다. 그렇지만 시사적인 주제는 여전히 매력적이다. 많은 사람들이 연구하기 때문에 자료가 많고 쉽게 얻을 수 있기 때문이다.
지구 온난화와 이상기후
지구 온난화는 지구 표면의 평균 온도가 상승하는 현상이다. 지구의 연평균 기온은 약 400여년을 주기로 1.5℃의 폭으로 상승과 하강을 반복한다. 따라서 현재의 기온 상승이 어쩌면 당연한 것이라 생각할 수 있다. 하지만 산업 혁명 이후 대기 중의 온실가스가 크게 증가했고, 이로 인해 지구의 표면 온도는 지난 100년 동안 약 0.8℃정도 상승했다. 세계기상기구(WMO)와 국제연합환경계획(UNEP)이 지구 온난화의 주된 원인은 이산화탄소라고 공식 인정했다. 기후변화에 관한 정부간협의체(IPCC)는 2007년 제 4차 평가보고서를 통해 21세기 말 지구의 평균 기온이 최대 6.4°C 정도 상승할 것으로 예측했다. 이로 인해 호우의 발생 횟수 증가, 적도 부근의 해수면 온도 상승과 더불어 열대 폭풍의 정도도 강화될 것으로 전망했다.
이번에 소개할 포트폴리오는 지구온난화와 기후변화의 원인과 대책을 직접 실험해서 분석하고, 지역과 학생, 학교 수준의 대책 방안을 제시했다.
1. 탐구 동기
여러 대중매체를 통해 지구온난화와 환경문제가 세계적으로 엄청난 이슈란 것을 알 수 있다. 지구온난화와 날로 심각해지는 이상기후의 원인을 알아보고 이것을 막을 수 있는 방법을 찾아보자.
2. 자료조사
① 지구온난화
지구의 온도가 상승하는 현상으로 온실가스에 의한 온실효과가 원인이다.
② 온실효과
온실효과란 지구대기 중의 수증기나 이산화탄소와 같은 대기성분이 지구에 도달한 태양 에너지가 외부로 복사되는 것을 차단해 지구의 온도가 높아지는 것을 말한다.
③ 온실가스
온실효과를 일으키는 기체. 온실가스는 수증기, 이산화탄소, 오존, 메탄 등이다. 화석연료를 태울 때 발생한 이산화탄소의 증가가 큰 원인이다.
④ 지구 온난화의 원인
• 자연적 요인: 태양활동의 변화, 지축의 변화, 지구 공전궤도의 변화, 화산분출 요인, 해수 순환의 변화 때문이다.
• 인위적 요인: 온실기체의 배출로 인한 온실효과 때문이다. 자연계에 있는 대표적인 온실가스는 수증기와 이산화탄소다. 온실가스는 가시광선은 투과시키지만 적외선은 잘 흡수하는 광학적 성질을 가진 기체다.
⑤ 지구의 기후는 어떻게 변하고 있을까
1860년대부터 1990년 까지 대기온도가 0.3~0.6℃ 상승했고 해수면도 10∼25㎝ 정도 상승했다. 이러한 변화는 1900년 이전보다 그 이후에 급격히 심화되고 있다. IPCC 예측에 따르면 1990년에서 2100년 사이에 대기온도는 평균 2℃ 상승하고, 해수면은 평균 50㎝ 상승한다. 산업혁명 이전 1만 년 동안 대기온도가 1℃ 미만 내에서 변했다는 점을 생각하면 지구온난화로 인한 기후체계 변화의 심각성은 매우 크다.
지구 온난화의 원인 중 인위적인 요인에 초점을 맞추고 온실가스가 온실효과에 미치는 영향에 대해 탐구했다. 이런 주제는 자료 조사를 통해서 현상을 설명하고, 원인을 분석하는 수준으로 마무리 될 수 있다. 하지만 이 학생은 사람들이 흔히 아는 수준에서 깊이를 더해 이론적인 현상을 설명하고 앞으로의 기후 변화에 대한 문제로 자연스럽게 넘어갔다.
3. 탐구 내용
(1) 온실 효과 실험
• 실험 주제 : 온실효과에 의해 평균 기온은 얼마나 올라갈 것인지 알아본다.
• 실험 활동
1) 온도계를 모형 비닐하우스 천정에 부착한다. 온도계의 구부가 땅에 닿지 않게 주의 한다.
2) 햇빛이 비치는 곳에 모형 비닐하우스를 두고, 온도가 더 이상 오르지 않을 때까지 기다린다.
3) 비닐하우스 안과 밖의 온도를 30분 간격으로 측정한다.
실험 결과, 비닐하우스 안과 밖의 온도는 평균 3.46℃ 차이가 난다. 비닐하우스 안은 태양으로 부터 에너지를 흡수한 후 이것을 다시 외부로 방출하지 못하므로 비닐하우스 안의 지표면이 뜨거워지는 온실효과가 나타났다.
대기가 지표 복사 에너지를 흡수해 우주공간으로 빠져 나가지 못하게 한다. 이 과정이 반복되면서 대기는 지표면을 덥힌다.
첫 번째 실험 과정에서 실제 온실가스에 해당되는 이산화탄소나 메탄가스가 온도를 얼마나 상승시키는지 확인했으면 더 좋았을 것이다.
(2) 식물이 온실효과에 미치는 영향 실험
• 실험 주제 : 식물의 광합성 작용이 온실효과에 미치는 영향에 대해 알아본다.
• 실험 활동
1) 온도계를 A와 B 모형 비닐하우스 천정에 각각 부착한다. 온도계의 구부가 땅에 닿지 않게 한다.
2) 햇빛이 비치는 곳에 모형비닐하우스를 나란히 두고, 온도가 더 이상 오르지 않을 때까지 기다린다. (이때의 온도를 기록한다.)
3) A비닐하우스는 땅 위에 설치하고, B비닐하우스는 잔디밭 위에 설치한다.
4) A비닐하우스와 B비닐하우스 안과 밖의 온도를 30분 간격으로 관측한다.
A비닐하우스와 B비닐하우스의 온도는 0.2℃~4.2℃의 차이가 있다. B비닐하우스는 잔디밭 위에 있으므로 식물이 광합성을 해 온실효과의 주범인 이산화탄소를 흡수했다.
온난화에 대한 대책으로 식물을 이용해 대기 중의 이산화탄소의 농도를 낮추는 방법을 제시해서 높은 점수를 받을 수 있다. 이산화탄소와 산소의 농도를 확인하는 실험을 추가했다면 더 완성도 높은 포트폴리오가 됐을 것이다.
4. 해결방안
지구의 기온을 낮추는 방법을 지역수준, 학교수준, 학생수준에서 각각 알아봤다. 효과적인 방법은 식물을 심어 이산화탄소량을 줄이는 것이다.
지역수준
에너지 소비절약 및 이용효율을 향상시키기 위해 에너지 절약 및 고효율 에너지설비를 보급하고 대체에너지와 천연가스를 사용한다. 지역의 정책 중 화석에너지 사용 관련법을 개정한다.
학교수준
학교 숲을 조성하고 각 반의 종이 사용량을 한정한다. 종이 및 일회용품을 가장 적게 사용했거나 나무를 가장 많이 심은 반에게 상을 준다.
학생수준
일상생활에서 자원을 아끼고 일회용품을 사용하지 않도록 한다. 학교에서 권장한 방법 이외에도 지구온난화를 막는 방법을 한가지씩 실천한다.
실험을 통해 확인한 지구 온난화에 대한 대책을 지역, 학교, 학생 수준으로 나눠서 제시한 점이 돋보인다. 대책이 막연하게 제시된 것이 아니라 실험 결과를 근거로 실제 적용할 수 있게 상세히 제시됐다.
시사적인 주제로 포트폴리오를 작성할 때는 방대한 자료들 중에서 탐구하는 부분에 대한 신뢰도 높은 자료를 간추려 제시하는 것이 중요하다. 또한 최신 정보를 소개하는 것도 필요하다. 따라서 신문이나 과학동아 같은 과학잡지를 읽고 자료를 정리해 제시하면 포트폴리오의 완성도를 높일 수 있다.
