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♧ 피어라 종이꽃 (모세관 현상)
[발견학습 모형을 적용한 과학실험]
■ 학습주제
물이 식물의 몸 속으로 이동하는 현상 알아보기
★ 중학생 식물의 뿌리 (4) 물방울의 식물여행 ★
■ 학습목표
실험을 통하여 식물이 물을 흡수하는 윈리에 대해 알 수 있다.
■ 발견학습 모형을 선택한 근거
- 발견학습은 자연의 사물과 현상을 관찰하고 그 결과를 일반화하는 귀납적인 과학 활동을 토대로 개발된 모형이다. 이 학습주제에서는 접혀졌던 종이가 물과 만나 퍼지는 모습을 관찰하고 이 관찰로부터 물이 식물의 뿌리에서부터 꼭대기까지 흡수되는 원동력이 되는 모세관 현상이라는 일반화를 이끌어내고자 하는 것이다.
- 발견학습 모형은 삐아제 발달이론의 구체적 조작기 학생들에게 적합한 학습모형이다. 이 학습주제는 초등학교 4학년을 위한 것이며, 이 학생들은 대부분 구체적 조작기에 해당되므로 발견 학습모형이 적합하다.
■ 실험 첨가 이유
4학년1학기 6단원 식물의 뿌리 중 4차시 ‘물방울의 식물 여행’은 물방울이 식물의 몸 속을 여행하면서 어떤 일을 겪게 되는지 상상해 본 후 여러 가지 방법으로 표현하도록 짜여져 있다.
학생들이 상상해서 그림이나 글로 표현해보는 것도 유익한 활동이나 물이 어떻게 해서 식물의 꼭대기까지 이동하는가에 관한 과학적 사고를 기르기에는 다소 부족해 보인다. 이에 구체적인 실험을 통해 아동들의 흥미를 유발시키고 식물의 모세관 현상에 관한 이해를 돕고자 이 실험을 첨가하게 되었다.
■ 자료
여러 종류의 종이 (신문지, 거름종이, 복사용지) 물, 수조, 양초, 싸인펜
■ 과정
(1) 탐색 및 문제파악
- 학습자료 탐색 및 문제를 파악하는 단계이다.
- 주어진 학습자료를 통하여 학생들이 문제를 파악하도록 도와준다.
- 세상에서 가장 큰 나무의 높이를 학생들에게 물어본 후 무엇을 통해서 물이 식물의 뿌리에서 몇 십 미터나 되는 커다란 나무의 꼭대기까지 흡수되는지에 관해 생각해 보도록 한다.
(2) 자료 제시…(생략)
및 관찰 탐색 (모둠별 실험)
- 가능한 다양하고 많은 관찰을 하도록 유도한다.
[자료] 여러 가지 종이, 물 수조, 양초
① 종이꽃을 만들어 오리고 점선대로 접는다. 수조에 물을 떠놓고 물에 종이꽃을 띄운다.
(종이꽃을 물 속에 띄울 때 접힌 부분의 끝 부분이 먼저 물에 닿지 않도록 주의한다.)
② 종이꽃이 활짝 피는데 걸린 시간을 재 본다.
③ 종이꽃이 꽃잎을 두 번 접은 후 활짝 피는데 걸린 시간을 재 본다.
④ 종이 재질을 다른 것으로 바꿔 같은 방법으로 종이꽃을 만들어 물에 띄우고 관찰해 본 다.
⑤ 종이꽃 위에 양초를 칠한 후 물에 띄워 관찰해 본다.
- 교사는 얼마 후에 학생들의 관찰 결과를 발표하게 한다.
(3) 자료 추가 제시 및 관찰 탐색
-귀납적인 추론을 자극하는 단계로 학생이 자료에 드러나 있는 규칙성을 연결한다. 앞에서 행한 학생의 관찰 개념을 형성하거나 일반화하는데 부족하다고 생각될 때 보충 자료를 제시하여 관찰 탐색하게 하는 단계이다.
[자료] 종이, 수조, 물, 싸인펜
- 종이꽃의 가장자리에 싸인펜으로 선을 그어 물에 띄운 후 관찰시킨다.
- 싸인펜은 어느 방향으로 번질까요?
중앙에서부터 바깥쪽으로 퍼진다.
- 싸인펜의 이동으로 물이 어느 쪽에서 어느 쪽으로 흐른다고 생각되나요?
중앙에서 바깥쪽
- 싸인펜은 왜 번질까요?
이것을 모세관현상이라고 하는데, 모세관현상은 자연스럽게 물이 전달되는 현상
(4) 규칙성 및 개념정리
- 접은 종이꽃이 펴진 이유는 무엇일까요?
물이 좋이에 흡수되면서
- 종이 재질을 다른 것으로 바꾸었을 때 같은 현상이 일어난 까닭은 무엇일까요?
모세관 현상이 일어나기 때문
- 왜 양초를 칠한 종이에는 물이 스며들지 않았을까요?
양초의 밀랍이라는 부분이 물을 스며들지않게 코팅역할을 하는 것 같습니다.
- 물이 뿌리 끝에서 줄기 끝까지 이동할 수 있는 이유는 무엇일까요?
물이 종이의 미세한 관을 통해 퍼져 나가기 때문
* 용어 정리
생장점과 뿌리털
땅 속의 뿌리도 점점 커지고 굵어진다. 이처럼 생장은 생장점과 형성층(부름켜)에서 일어난다. 즉 뿌리의 끝쪽에 있는 생장점의 세포가 분열하면서 뿌리는 길어지며, 쌍떡잎식물과 겉씨식물인 경우 형성층의 세포가 분열하면서 굵어지는 것이다. 이 중 뿌리 생장의 핵심이 되는 생장점은 뿌리골무라는 죽은 세포로 싸여 보호받고 있다. 뿌리털은 뿌리의 제일 바깥쪽에 있는 세포가 가늘고 길게 흙 속으로 자란 것인데, 바로 이 뿌리털이 흙 속에 녹아 있는 물과 양분을 흡수하는 작용을 한다.
줄기
줄기는 표피?피층?관다발?속으로 되어 있는데, 물과 양분의 운반을 맡아 하는 관다발이 있다. 관다발은 쌍떡잎식물이냐 외떡잎식물이냐에 따라 구성이 다를 뿐 아니라, 늘어선 모양도 다르다. 나무의 줄기를 옆에서 자르면 여러해 살이 식물인 경우 나이테가 보이며 양분과 물이 지나다니는 길인 체관과 물관을 볼 수 있다.
체관
잎에서 만들어진 양분이 내려가는 통로이다. 세포의 위아래 경계에는 작은 구멍이 많이 뚫려 있다.
헛물관
겉씨식물에는 물관이 없는 대신 생김새가 물관과 조금 다른 헛물관이라는 것이 있다. 식물은 물관부가 단단해지면서 식물체를 지탱하기도 하는데, 특히 나무 줄기인 경우에는 물관부(헛물관)가 목질부의 대부분을 형성하기 때문에, 줄기가 점점 굵어진다.
형성층
겉씨식물과 쌍떡잎식물에서만 볼 수 있는 세포층이다. 물관과 체관 사이에서 끊임없이 세포 분열을 함으로써, 형성층 바깥쪽에서는 새로운 체관이 계속 만들어지고, 또 안쪽에서는 새로운 물관이 계속 만들어진다. 따라서 식물은 점점 굵어진다(부피 생장). 외떡잎식물의 줄기가 많이 굵어지지 않는 것은 바로 이 형성층이 없기 때문이다. 그런데 형성층의 세포 분열은 온도의 영향을 많이 받는다. 기온이 높은 봄에서 여름 사이에는 세포 분열이 왕성하여 세포가 많이 생길 뿐 아니라 세포의 크기도 크다. 그러나 기온이 낮은 가을과 겨울에는 세포의 활동이 약해져서, 세포의 분열도 적어지고 새로 생긴 세포의 크기도 작다. 따라서 봄?여름에 자란 목질부는 연하고 넓으며, 가을?겨울에 자란 목질부는 단단하고 좁다. 결국, 온대 지방의 나무줄기에는 4계절이 지날 때마다 나이테가 하나씩 그려진다.
생장점
식물의 뿌리가 점점 길어지듯 줄기도 점점 길어진다(길이 생장). 줄기의 생장점은 줄기 끝에 있으며, 그 곳에서 세포 분열이 왕성하게 일어난다.
(5) 적용 및 응용
- 위의 실험을 통해 접혀졌던 종이가 물과 만나 펴지는 것은 물이 종이의 미세한 관을 통해 퍼져 나가기 때문입니다. 이 원리는 식물이 살아가는데 아주 중요한 현상입니다. 물은 식물의 뿌리에서 몇 십 미터씩 되는 커다란 나무의 꼭대기까지 흡수되어 미세한 관을 통해 올라갑니다. 이러한 현상이 일어날 수 있는 이유는 물이 다른 물체를 잡아당기는 성질과 서로 뭉치려는 성질을 가지고 있기 때문이지요. 이것은 나무뿐만 아니라 살아있는 모든 식물에 적용되는 현상이라는 것을 알게 되었습니다.
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