오염 순찰

빌드 재료(팀별)

필수 자료

• 건축 용지
• 판지
• 플라스틱 랩
• 납지
• 구조
• 끈 또는 실
• 펠트
• 커피 필터
• 색인 카드
• 종이 접시
• 종이컵
• 양면 테이프
• 석유 젤리
• 카로시럽
• 행거

시험 재료

• 핸드 렌즈
• 모눈 종이
• 끈
• 옵션: 현미경 또는 디지털 카메라

소스

• 핸드 렌즈
• 모눈 종이
• 끈
• 옵션: 현미경 또는 디지털 카메라

방법

각 팀은 학교 주변의 다른 위치에 대기 오염 감지기를 배치하여 테스트합니다. 72시간 후에 테스터가 입자를 수집했는지 확인해야 합니다. 그들은 수집된 입자를 조사하기 위해 손 렌즈, 현미경 또는 디지털 카메라를 사용해야 합니다.

팀은 크기, 색상, 모양 및 질감뿐만 아니라 그들이 보는 다양한 유형의 입자(예: 먼지, 꽃가루, 흙 등)를 문서화해야 합니다. 그런 다음 끈을 사용하여 장치의 수집 영역 위에 1cm 정사각형의 격자를 만들고 테이프로 고정해야 합니다.

다음으로 학생들에게 XNUMX개의 임의의 정사각형에 있는 입자의 수를 세도록 지시합니다. 셀 수 없을 정도로 많으면 추정하십시오. 제곱당 평균 입자 수를 계산합니다. 수업에서 테스트한 여러 위치에 대한 결과를 비교하고 그래프로 표시합니다. 학교 주변에서 테스트한 장소에서 대기 질/대기 오염을 평가하는 척도를 개발하십시오.

디자인 도전

당신은 학교 외부의 미립자 오염 물질의 존재를 감지할 수 있는 장치를 설계해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀입니다. 장치에는 최소 5cm x 5cm의 평평한 수집 영역이 있어야 합니다. 장치는 요소로부터 상대적인 보호를 받아야 하며 고정될 수 있어야 합니다(그래서 날아가지 않도록).

기준

• 최소 5cm x 5cm의 평평한 수거 공간이 있어야 합니다.
• 확보할 수 있어야 합니다.

제약

• 제공된 재료만 사용하십시오.
• 팀은 무제한 재료를 거래할 수 있습니다.

1. 수업을 2-3명의 팀으로 나눕니다.
2. Pollution Patrol 워크시트와 스케치 디자인을 위한 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
3. 배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다. 학생들에게 대기 오염의 원인, 측정 방법 및 사회에 미치는 영향을 공유하게 합니다. 엔지니어가 공기 중 다양한 유형의 오염 물질의 존재를 감지할 수 있는 기기를 설계하는 방법에 대해 논의합니다.
4. 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다.
5. 각 팀에 자료를 제공합니다.
6. 학생들은 미립자 대기 오염 감지 장치를 설계해야 한다고 설명합니다. 최소 5cm x 5cm 크기의 평평한 수거 공간이 있어야 합니다. 장치는 요소로부터 상대적인 보호를 받아야 하며 고정 방법이 있어야 합니다.
7. 설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(1시간 권장).
8. 타이머나 온라인 스톱워치(카운트다운 기능)를 사용하여 시간을 잘 지키십시오. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). 학생들에게 정기적인 "시간 확인"을 하여 과제를 계속 수행하도록 합니다. 그들이 어려움을 겪고 있다면 더 빨리 해결책을 찾을 수 있는 질문을 하십시오.
9. 학생들은 만나서 대기 오염 감지 장치에 대한 계획을 수립합니다. 그들은 필요한 자료에 동의하고, 계획을 작성/그리며, 계획을 학급에 발표합니다. 팀은 이상적인 부품 목록을 개발하기 위해 다른 팀과 무제한 재료를 교환할 수 있습니다.
10. 팀은 자신의 디자인을 만듭니다.
11. 각 팀은 학교 주변의 다른 위치에 대기 오염 감지기를 배치하여 테스트합니다. 72시간 후에 테스터가 입자를 수집했는지 확인해야 합니다. 그들은 수집된 입자를 조사하기 위해 손 렌즈, 현미경 또는 디지털 카메라를 사용해야 합니다.

팀은 크기, 색상, 모양 및 질감뿐만 아니라 그들이 보는 다양한 유형의 입자(예: 먼지, 꽃가루, 흙 등)를 문서화해야 합니다. 그런 다음 끈을 사용하여 장치의 수집 영역 위에 1cm 정사각형의 격자를 만들고 테이프로 고정해야 합니다.

다음으로 학생들에게 XNUMX개의 임의의 정사각형에 있는 입자의 수를 세도록 지시합니다. 셀 수 없을 정도로 많으면 추정하십시오. 제곱당 평균 입자 수를 계산합니다. 수업에서 테스트한 여러 위치에 대한 결과를 비교하고 그래프로 표시합니다. 학교 주변에서 테스트한 장소에서 대기 질/대기 오염을 평가하는 척도를 개발하십시오.

12. 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
13. 주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

1. 공기 중 입자의 존재를 감지할 수 있는 대기 오염 감지기를 만드는 데 성공했습니까? 그렇지 않다면 왜 실패했습니까?
2. 시공 단계에서 원래 디자인을 수정하거나 추가 자재를 요청하기로 결정하셨습니까? 왜요?
3. 다른 팀과 물질적 거래를 협상했습니까? 그 과정이 당신에게 어떤 도움이 되었나요?
4. 제공된 것과 다른 자료에 액세스할 수 있었다면 팀에서 무엇을 요청했을까요? 왜요?
5. 엔지니어가 시스템이나 제품을 구축하는 동안 원래 계획을 수정해야 한다고 생각하십니까? 왜 그럴까요?
6. 모든 것을 다시 해야 한다면 계획한 디자인이 어떻게 변할까요? 왜요?
7. 다른 팀에서 어떤 디자인/방법이 효과가 있다고 생각하는 것을 보았습니까?
8. 혼자 작업했다면 이 프로젝트를 더 쉽게 완료할 수 있었을 것 같습니까? 설명…
9. 어떤 종류의 미세먼지가 가장 많이 발견되었습니까? 왜 그렇다고 생각하세요?
10. 학교 주변의 미세먼지를 줄이기 위해 무엇을 할 수 있다고 생각합니까?

수업은 고학년 학생의 경우 1회 수업 시간에 완료할 수 있습니다. 그러나 학생들이 서두르지 않도록 하고 학생의 성공을 보장하기 위해(특히 어린 학생의 경우) 수업을 두 기간으로 나누어 학생들에게 브레인스토밍, 아이디어 테스트 및 디자인을 완성할 더 많은 시간을 제공합니다. 다음 수업 시간에 테스트 및 보고를 수행합니다.

• 에어로졸 입자 계수기: 공기 중의 입자 수를 세고 크기를 측정합니다.
• 공기질: 공기가 얼마나 깨끗하거나 오염되어 있는지 측정합니다.
• 제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제한
• 기준: 전체 크기 등 디자인이 충족해야 하는 조건
• 엔지니어: 세계의 발명가이자 문제 해결사. XNUMX개의 주요 전문 분야가 엔지니어링에서 인정됩니다(인포그래픽 참조).
• 엔지니어링 설계 프로세스: 프로세스 엔지니어가 문제를 해결하는 데 사용합니다. 
• EHM(Engineering Habits of Mind): 엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 고유한 방식.
• 반복: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
• 빛 차단 입자 계수기: 공기 샘플을 통해 빛을 통과시키고 입자에 의해 차단되는 빛의 양을 측정하여 공기 중 입자의 양을 감지합니다.
• 광 산란 방법: 공기 샘플의 입자에 의해 얼마나 많은 빛이 산란되는지 측정합니다.
• 입자 계수기: 공기 중의 입자 수를 감지하고 계산합니다.
• 입자상 물질 샘플러: 입자상 물질을 수집하여 공기 중에 얼마나 존재하는지 확인하고 나중에 실험실에서 입자를 검사할 수 있습니다.
• 오염: 오염된 환경 또는 폐기물, 화학 물질 및 기타 유해 물질에 의해 더러워진. 오염에는 세 가지 주요 형태가 있습니다: 공기, 물, 토지.
• 프로토타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델.

인터넷 연결

• 입자상 물질
• WHO 대기질 가이드라인

추천 도서

• 대기 오염. (ISBN: 9780761432203)
• 대기 오염: 측정, 모델링 및 완화(ISBN: 978-0415479325)

쓰기 활동

지역 정치인에게 지역 사회에서 대기 오염을 줄일 수 있는 방법에 대해 편지를 쓰십시오.

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정

참고 : 이 시리즈의 수업 계획은 다음 표준 세트 중 하나 이상에 맞춰져 있습니다.  

• 미국 과학 교육 표준(http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• 미국 차세대 과학 표준(http://www.nextgenscience.org/) 
• 국제 기술 교육 협회의 기술 문해력 기준(http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• 미국 수학 교사 협의회의 학교 수학 원칙 및 표준(http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• 수학에 대한 미국 공통 핵심 주 표준(http://www.corestandards.org/Math)
• 컴퓨터 과학 교사 협회 K-12 컴퓨터 과학 표준(http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

국가 과학 교육 기준 K-4학년(4-9세)

내용 표준 A: 탐구로서의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은

• 과학적 탐구에 필요한 능력 

내용 표준 D: 지구 및 우주 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 땅과 하늘의 변화 

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술

활동의 결과로 모든 학생들은

• 기술 설계 능력
• 과학 기술에 대한 이해

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 개인 건강
• 환경의 변화
• 지역 문제의 과학 기술

국가 과학 교육 기준 5-8학년(10-14세)

내용 표준 A: 탐구로서의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은

• 과학적 탐구에 필요한 능력

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술

활동의 결과로 모든 학생들은

• 기술 설계 능력
• 과학 기술에 대한 이해

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 개인 건강
• 인구, 자원 및 환경
• 사회의 과학 기술

국가 과학 교육 기준 9-12학년(14-18세)

내용 표준 A: 탐구로서의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은

• 과학적 탐구에 필요한 능력 

국가 과학 교육 기준 9-12학년(14-18세)

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술

활동의 결과로 모든 학생들은

• 기술 설계 능력
•  과학 기술에 대한 이해

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 개인 및 지역사회 건강
• 환경 품질
• 자연 및 인간 유발 위험
• 지역, 국가 및 글로벌 과제의 과학 및 기술

차세대 과학 표준 3-5학년(8-11세)

지구와 인간 활동

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• 4-ESS3-2. 자연 지구 과정이 인간에 미치는 영향을 줄이기 위해 여러 솔루션을 생성하고 비교합니다. 

공학 설계 

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• 3-5-ETS1-1. 재료, 시간 또는 비용에 대한 제한과 성공에 대한 특정 기준을 포함하는 필요 또는 욕구를 반영하는 단순한 설계 문제를 정의합니다.
• 3-5-ETS1-2.각각이 문제의 기준 및 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지에 따라 문제에 대한 여러 가능한 솔루션을 생성하고 비교합니다.
• 3-5-ETS1-3.개선할 수 있는 모델 또는 프로토타입의 측면을 식별하기 위해 변수를 제어하고 실패 지점을 고려하는 공정한 테스트를 계획하고 수행합니다.

차세대 과학 표준 6-8학년(11-14세)

지구와 인간 활동

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• 과학적 원리를 적용하여 환경에 대한 인간의 영향을 모니터링하고 최소화하는 방법을 설계합니다.

공학 설계 

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• MS-ETS1-1 가능한 솔루션을 제한할 수 있는 관련 과학적 원칙과 사람과 자연 환경에 대한 잠재적 영향을 고려하여 성공적인 솔루션을 보장하기에 충분한 정밀도로 설계 문제의 기준과 제약 조건을 정의합니다.
• MS-ETS1-2 시스템 프로세스를 사용하여 경쟁 설계 솔루션을 평가하여 문제의 기준 및 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지 확인합니다.

차세대 과학 표준 – 9-12학년(14-18세)

공학 설계 

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• HS-ETS1-2. 엔지니어링을 통해 해결할 수 있는 더 작고 관리하기 쉬운 문제로 세분화하여 복잡한 실제 문제에 대한 솔루션을 설계합니다.

학교 수학의 원리와 기준

수 및 운영 표준

• 유아원부터 12학년까지의 교육 프로그램은 모든 학생이 다음을 수행할 수 있도록 해야 합니다.
• 유창하게 계산 합리적인 추정을 하고

측정 기준

• 유아원부터 12학년까지의 교육 프로그램은 모든 학생이 다음을 수행할 수 있도록 해야 합니다.
• 적절한 기술 적용, 도구 및 공식을 사용하여 측정을 결정합니다.

데이터 분석 및 확률 표준

• 유아원부터 12학년까지의 교육 프로그램은 모든 학생이 다음을 수행할 수 있도록 해야 합니다.
• 질문 공식화  데이터로 처리할 수 있고 이에 대한 답변을 위해 관련 데이터를 수집, 구성 및 표시할 수 있습니다.
• 선택하여 사용 데이터를 분석하기 위한 적절한 통계적 방법
• 개발 및 평가 데이터를 기반으로 한 추론 및 예측

프로세스 표준(대표)

• 유아원부터 12학년까지의 교육 프로그램은 모든 학생이 다음을 수행할 수 있도록 해야 합니다.
• 표현을 만들고 사용하여 수학적 아이디어를 구성, 기록 및 전달합니다.
• 표현을 사용하여 물리적, 사회적, 수학적 현상을 모델링하고 해석합니다.  

학교 수학 2-8학년 공통 핵심 주 표준(7-14세)

측정 및 데이터

• 표준 단위로 길이를 측정하고 추정합니다.
• CCSS.Math.Content.2.MD.A.1 눈금자, 척도, 미터 막대 및 측정 테이프와 같은 적절한 도구를 선택하고 사용하여 물체의 길이를 측정하십시오.
• CCSS.Math.Content.2.MD.A.3 인치, 피트, 센티미터 및 미터 단위를 사용하여 길이를 추정하십시오.

학교 수학에 대한 공통 핵심 주 표준: 내용(7-10세)

통계 및 확률

• 무작위 샘플링을 사용하여 모집단에 대한 추론을 도출합니다.
• CCSS.Math.Content.7.SP.A.2 무작위 표본의 데이터를 사용하여 관심 특성을 알 수 없는 모집단에 대한 추론을 도출합니다. 동일한 크기의 여러 샘플(또는 시뮬레이션된 샘플)을 생성하여 추정치 또는 예측의 변동을 측정합니다. 

기술 문해력 표준 – 모든 연령대

디자인

• 표준 8: 학생들은 디자인의 속성에 대한 이해를 발전시킬 것입니다.
• 표준 9: 학생들은 엔지니어링 설계에 대한 이해를 발전시킵니다.
• 표준 10: 학생들은 문제 해결에서 문제 해결, 연구 및 개발, 발명과 혁신, 실험의 역할에 대한 이해를 개발합니다.

• 아랍어
• 중국어
• 프랑스어
• 독일 사람
• 일본제
• 포르투갈어
• 러시아인
• 스페인어