지구의 탄생부터 기후 변화, 신재생 에너지 개발까지
우리를 둘러싼 자연 현상과 현실에서 만나는 다양한 문제들을
통합적 관점으로 살펴보고 미래의 대안을 모색하는 살아 있는 교과서!
2018년 9월부터 다섯 달째 이어지며 생태계를 무너뜨리고 약 4억 8,000만 마리 야생동물의 목숨을 앗아간 호주 산불. 산불을 재앙으로 만든 가장 큰 원인은 기후 변화에 따른 폭염과 가뭄, 돌풍이었다. 이처럼 전 지구적인 위기가 된 기후 변화 문제를 비롯해 생태계 보전, 미래의 에너지 자원 문제 등에 어떻게 대처할 수 있을까?
오늘날 복잡다단하게 얽혀 있는 환경 현상과 사회문제를 다양한 관점에서 파악하고, 여러 학문을 융합해 창의성과 전문성을 발휘할 때 우리는 비로소 문제 해결의 실마리를 찾을 수 있다. 미래 사회에 과학기술 창조력과 인문학적 상상력을 가지고 바른 인성을 겸비한 ‘창의융합형’ 인재가 필요한 이유다.
청소년들을 창의융합형 인재로 성장시키기 위해 신설된 ‘통합과학’ 교과는 물리학, 화학, 생명과학, 지구과학으로 구분되어 있던 과학 과목을 서로 유기적으로 연결하며, 미래 사회를 살아가는 데 필수적인 통합적 시각을 길러주는 중요한 역할을 한다.
이에 경인교육대학교 과학교육과 신영준 교수와 학교 현장에서 학생들을 가르치는 김호성(화학), 박창용(지구과학), 오현선(생명과학), 이세연(물리학) 교사가 통합과학을 친절하게 안내하고 과학 개념을 완벽하게 이해하는 『통합과학 교과서 뛰어넘기 1?2』를 펴냈다. 무엇보다 이 책은 교육 과정을 개발하는 교육 전문가이자 현장 교사들이 실제로 학생들이 어려워하는 점이 무엇인지 파악하고, 통합과학에 좀 더 쉽게 다가갈 수 있도록 했다.
토론과 토의, 탐구활동 등 학생들의 참여가 중요한 통합과학 교과는 많은 배경지식을 요구한다. 이에 교과서에는 실리지 않았던, 학생들의 눈높이에 맞는 다양한 실생활 이야기를 담아 수업 참여와 논술에 유용한 폭넓은 과학 교양을 쌓을 수 있도록 했다.
이 책은 〈해냄 통합교과 시리즈〉의 두 번째 책으로, 변화된 교육 과정에 따른 교과 지식을 쉽고 재미있게 설명하는 것은 물론, 청소년들이 지식과 활동을 융합해 세상을 바라보는 안목을 높일 수 있도록 도와준다.
과학 개념 완벽하게 이해하고 자신의 언어로 설명할 수 있다!
해가 갈수록 수능 국어 ·영어 영역의 지문 길이가 길고 어려워지는 추세인데, 특히 비문학 영역에서 과학적 지식을 요구하는 지문이 등장하고 있다. 2018년에 치러진 수능에서 가장 어려웠던 문항으로 꼽히는 국어 영역 31번 문제는 ‘만유인력’을 다루었으며, 정답률이 약 18퍼센트였다.
2023년까지 정시 비중이 단계적으로 확대될 예정인 가운데, 수능 과목이 아닌 통합과학을 어떻게 공부해야 할지, 무엇을 준비해야 할지 학생들의 고민은 점점 커지고 있다. 통합과학은 기본적인 과학 개념을 명확히 알고 스스로 그려볼 수 있게끔 전체 흐름을 체계적으로 정립하는 것이 중요하다.
이 책은 교과 내용의 흐름을 충실히 따라가며 ‘물질의 규칙성’, ‘시스템과 상호 작용’, ‘변화와 다양성’, ‘환경과 에너지’ 등 4개의 영역을 2권에 걸쳐 담고 있다.
1권에서는 물질의 규칙성, 시스템과 상호 작용을 다뤘다. 물질의 규칙성 영역에서는 세상의 모든 것이 빅뱅으로부터 시작되었고 물리 ·화학적 결합에 의해 다양한 물질의 세계를 이루었음을 밝힌다. 시스템과 상호 작용 영역에서는 우리가 살고 있는 세상을 구성하는 시스템을 이해하며, 작게는 세포 수준에서 크게는 우주 수준까지 시스템의 작동 방식을 담았다.
2권은 변화와 다양성, 환경과 에너지를 설명했다. 변화와 다양성 영역에서는 인간이 자연의 변화를 어떻게 이용하고 있는지 살폈다. 환경과 에너지 영역에서는 인류가 생존을 위해 환경과 에너지 문제에 어떻게 대처하고 있는지 살펴보고 미래를 위한 대안을 모색한다.
교과 지식을 뛰어넘어 세상을 바라보는 안목을 키우다!
특히 각 꼭지마다 마련한 ‘더 배워봅시다’와 ‘프로젝트 하기’는 핵심 개념에 분절적으로 접근하기보다 각 개념들이 어떻게 연결되어 자연 현상을 이루고 있는지 종합적인 관점에서 바라볼 수 있도록 도와준다. 또한 ‘함께 읽으면 좋은 책’을 통해 교과 공부를 넘어 새로운 지식을 쌓을 수 있는 방법을 제안한다.
내용 이해를 돕는 풍부한 이미지와 실생활의 원리에 밀접하게 연결된 과학 텍스트들을 읽어나가다 보면 자연 환경과 맥락, 문명 속 과학기술이라는 큰 흐름을 하나의 스토리로 이해할 수 있게 될 것이다.
저자들은 ‘과학 공부’란 우리 주변에 일어나는 현상이나 원리를 ‘왜’ ‘어떻게’라는 키워드를 중심으로 탐구해 나가는 과정이라고 말한다. 이를 통해 세상의 다양한 현상에 끊임없이 질문을 던지고 새롭게 인식하는 능력을 기르기를 권한다.
이 책은 창의융합 인재로 나아가는 첫걸음으로서 통합과학 교과 공부에 도움을 얻고 싶은 청소년들은 물론, 아이들에게 과학의 재미를 알려주고 통찰력을 길러주고 싶은 교사와 부모들에게도 친절한 안내서가 될 것이다.
『통합과학 교과서 뛰어넘기』로 새로운 과학 개념 마스터하기
· 쉽고 명쾌한 개념 설명, 다양한 예시로 교과 지식을 빠르게 이해할 수 있습니다.
· 스스로 질문해 보고 다방면에서 식견을 넓힐 수 있는 풍부한 읽을거리를 담았습니다.
· 논리적인 과학 텍스트 읽기를 통해 토론과 논술에 자신감이 생깁니다.
· 각 장마다 수록된 다양한 프로젝트 활동을 통해 직접 체험하고 경험합니다.
들어가며 미래 사회에는 어떤 사람이 필요할까?
1장 화학 변화, 지구의 역사를 쓰다
지구의 현재를 만든 산화 환원 반응
산화 환원 반응의 규칙성 찾기
산과 염기는 어떻게 구별할까?
생활 구석구석에서 일어나는 중화 반응
2장 생물 다양성, 풍요로운 지구의 바탕
지질 시대 대멸종과 생물 다양성
생물은 어떻게 진화했을까?
생물 다양성을 어떻게 보전할 수 있을까?
3장 생태계, 생물과 환경이 이루는 경이로운 관계
생태계는 어떻게 이루어져 있을까?
먹고 먹히는 관계가 틀어지면 어떤 일이 일어날까?
기후 변화가 인류에게 던지는 메시지
미래를 생각하는 에너지 사용법
4장 신재생 에너지, 인류가 쏘아 올린 희망
전기 에너지는 어떻게 만들까?
전기 에너지는 어떤 과정을 거쳐 전달될까?
태양은 어떻게 에너지를 만들까?
화석 연료를 대체할 에너지 자원을 찾아라
신재생 에너지는 미래의 에너지가 될 수 있을까?
함께 읽으면 좋은 책
과학기술을 탐구하고 지속 가능한 미래를 꿈꾸다
반딧불이가 산화 환원 반응을 이용하듯이, 우리도 일상생활 속 여러 분야에서 산화 환원 반응을 이용하고 있습니다. 예를 들어 겨울철에 사용하는 철가루가 들어 있는 손난로, 머리카락을 염색하기 위해 바르는 염색약, 범죄 현장에서 과학 수사관이 범인의 혈흔을 찾기 위해 이용하는 루미놀 반응, 축제 분위기를 화려하게 만들기 위해 밤하늘에 쏘아 올린 불꽃놀이용 폭죽, 바다나 산악 지역에서 조난자를 찾기 위해 쏘는 조명탄 등이 산화 환원 반응을 이용한 사례들입니다.
손난로에 들어 있는 철가루(Fe)가 산소(O2)와 만나 산화 철Ⅲ(Fe2O3)이 되는 과정에서 열이 발생합니다. 과학 수사관들은 루미놀 용액을 이용하여 핏자국을 찾아냅니다. 범죄 수사에 사용되는 루미놀 용액에는 과산화 수소(H2O2)가 혼합되어 있습니다. 혈액의 헤모글로빈 속 철 이온(Fe2+)이 과산화 수소에서 산소를 떼어내고, 이렇게 떨어진 산소가 루미놀 용액을 산화시켜 푸른색 빛을 내지요. 염색약에 들어 있는 과산화 수소는 머리카락의 멜라닌 색소를 산화시켜 머리카락을 탈색시킵니다.
- 〈1장 화학 변화, 지구의 역사를 쓰다〉 중에서
항생제 내성 세균이란 돌연변이로 생겨난 항생제 내성 유전자를 가지고 있는 세균으로서, 항생제가 있는 환경에서 방해를 받지 않고 증식할 수 있습니다. 항생제가 없는 환경이라면 항생제 내성은 생존에 필수적인 형질이 아니기 때문에 거의 없으며, 있더라도 매우 약합니다.
그러나 항생제가 지속적으로 사용되는 환경에서는 항생제 내성 세균이 항생제 내성이 없는 세균보다 생존에 훨씬 유리하겠지요. 그래서 자연 선택되어 더 많은 자손을 남기게 되고, 이것이 반복되면 항생제 내성 세균의 비율이 증가하는 것입니다.
2017년 11월에 판문점 공동경비구역(JSA)으로 북한의 한 병사가 귀순한 일이 있었습니다. 병사는 북쪽에서 남쪽으로 넘어오는 과정에서 총상을 입어 두 차례에 걸쳐 대수술을 했지만
세균성 질병인 폐렴이 심해 회복이 어렵다고 전망했습니다.
그러나 북한에서 항생제 치료를 많이 받지 않은 덕분에 항생제 투약 효과가 무척 좋았고 폐렴 증세가 놀랍도록 빠르게 호전되었습니다. 그는 항생제를 많이 사용하지 않는 환경에서 살았기 때문에 항생제 내성 세균의 비율이 낮아 치료 효과가 높았던 것입니다.
- 〈2장 생물 다양성, 풍요로운 지구의 바탕〉 중에서
먹이 사슬은 왜 무한정 길어지지 않을까?
먹이 그물 안에 있는 먹이 사슬은 몇 단계나 될까? 앞의 먹이 사슬 그림에서 먹이 관계를 따라 세어보면 알 수 있듯이, 다섯 단계 또는 그보다 더 적게 이어져 있다. 먹이 사슬은 왜 이렇게 짧을까?
생물학자들은 두 가지 가설을 내놓았다. 첫째는 에너지 가설이다. 먹이 사슬을 통해 전달되는 에너지는 상위 영양 단계로 약 10% 정도만 전달된다. 100kg 정도의 생산자는 초식 동물 생물량의 10kg를 지탱할 수 있고, 육식 동물 생물량의 1kg만을 지탱할 수 있다. 이런 이유로 먹이 사슬 단계는 무한히 이어질 수 없다. 광합성 생산력이 높은 서식지에는 에너지 양이 많을 테니 더 긴 단계의 먹이 사슬이 가능할 것이다.
둘째로 먹이 사슬의 동물은 상위 단계로 갈수록 몸집이 커지는 경향 때문이라는 가설이다. 물론 기생 생물은 예외이다. 육식 동물은 한입에 넣을 수 있는 먹이의 크기에 한계가 있다. 둥둥 떠다니며 수많은 크릴 새우를 먹는 고래 같은 몇 가지 예외가 있지만, 대체로 몸집이 큰 육식 동물은 매우 작은 먹이들로는 생존할 수 없다. 작은 동물로는 육식 동물들이 필요한 먹이의 양을 주어진 시간에 확보할... 수 없기 때문이다.
- 〈3장 생태계, 생물과 환경이 이루는 경이로운 관계〉 중에서
핵발전의 필요성을 지지하는 사람들은 신재생 에너지가 화석 연료를 대체하여 전기를 공급하기에 충분하지 않으며, 화력 발전소를 실질적으로 대체하기 위해서는 더 많은 핵발전소를 건설해야 한다고 말합니다. 이들은 핵반응이 열을 발생시키는 과정에서 이산화 탄소를 만들어내지 않기 때문에 지구 온난화 완화에 도움이 된다고 주장합니다. (중략)
핵발전에 반대하는 진영이 주장하는 주된 문제는 방사성 폐기물에서 방출되는 방사선입니다. 특히 방사선 중 고에너지 전자기파인 Υ(감마)선은 투과력이 좋아 인체의 세포를 변형시키거나 파괴하여 암 같은 심각한 질병을 일으키는 것은 물론이고 곧바로 죽음에 이르게도 합니다. 그런데 발전 과정에서 생겨나는 방사성 폐기물들은 수천 년 동안 방사선을 방출할 수 있는 방사능을 가지며, 안전하게 폐기하기가 어렵습니다.
또한 핵분열이라는 과정이 이산화 탄소를 만들어내지 않고 핵발전이 무탄소 에너지 생산 방식이기는 하지만, 우라늄을 광산에서 캐낼 때와 반응로 안에서 사용될 연료봉으로 만들어지는 과정에서 많은 이산화 탄소가 발생하기 때문에 이산화 탄소로부터 완전히 벗어날 수는 없다고 주장합니다. 여러분은 어느 쪽의 주장이 더 설득력 있다고 생각하나요?
- 〈4장 신재생 에너지, 인류가 쏘아 올린 희망〉 중에서
신영준 [저]
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