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1. 과학 교양 및 활동 참여
1.1. 신재생에너지 관련 사례 탐구
신재생에너지는 화석연료를 대체할 수 있는 신기술 및 기존의 화석연료를 효율적으로 전환하여 사용할 수 있는 에너지원이다. 최근 들어 화석연료 사용에 따른 환경오염과 지구온난화의 심각성이 대두되면서 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.
수업 시간에 교과서 '과학과 글로벌 이슈' 단원의 신재생에너지와 관련된 부분을 살펴보며 '신재생에너지의 빛과 그림자'라는 주제를 선정한 학생은 제천 청풍호 수상 태양광 발전 시설 설치 재검토 사례를 조사하였다. 이 사례에서는 태양광 발전 시설에 대한 부정적인 측면에 주목하여 발전 시설 설치에 반대하는 의견을 피력하였다. 교과서 내용과 연관된 실제 사례를 찾아내어 환경적, 경제적인 측면에서의 쟁점을 정리하고 자신의 주장을 펼친 것이다. 이를 통해 학생은 신재생에너지 분야에 대한 열정과 관심을 보였다고 할 수 있다. "
또한 과학 교육 캠프에 참여하여 '과학과 실생활의 연관성'이라는 주제로 과학 마술 강연, 과학 골든벨 대회 등의 다양한 활동에 능동적으로 참여한 학생은 공학 분야에 종사하는 직업인과의 대화를 통해 공학 분야의 진로에 대해 구체적으로 고민하는 모습을 보였다. 이처럼 학생은 신재생에너지를 비롯한 과학 분야에 대한 관심과 열정을 보여주었다고 할 수 있다.
더불어 수업 시간 중 EBS 다큐멘터리 '과학 혁명의 이정표'를 보고 태양계의 형성과 지구의 변화에 대한 지식을 습득한 학생은 이를 과학 시간에 적용하여 우주의 형성과정에 대한 깊이 있는 이해를 보여주었다. 또한 과학 캠프에 참여하여 과학 마술쇼를 통해 과학에 대한 친근감을 느낄 수 있었다고 언급하며, 과학적 원리에 대한 호기심과 관심을 드러냈다.
이처럼 학생들은 신재생에너지를 비롯한 다양한 과학 분야에 관심을 가지고 적극적으로 탐구하며, 실제 사례를 통해 이해의 폭을 넓히고자 하는 모습을 보였다. 또한 과학 교육 캠프에 참여하여 과학적 원리에 대한 호기심을 해결하고자 노력하는 등 과학에 대한 열정을 드러냈다고 볼 수 있다.
1.2. 지방에 대한 이해와 응용
지방은 우리 몸에 매우 중요한 역할을 하는 영양소이다. 지방은 주로 삼차원 구조의 지방산과 알코올성 화합물인 글리세롤이 결합한 형태로 존재한다. 지방은 크게 포화지방산과 불포화지방산으로 나뉜다. 포화지방산은 탄소-수소 결합이 모두 포화된 지방산으로 동물성 지방이나 버터, 쇼트닝에 많이 포함되어 있다. 반면 불포화지방산은 탄소-탄소 이중결합이 포함된 지방산으로 식물성 기름에 많이 포함되어 있다.
포화지방산은 경화된 상태여서 단단하고 고체 상태로 존재하지만, 불포화지방산은 유동성이 좋아 액체 상태로 존재한다. 우리 몸에서 포화지방산은 과도하게 섭취하면 혈중 콜레스테롤 수치를 높여 동맥경화와 심혈관 질환의 위험성을 증가시킨다. 반면 불포화지방산은 혈관을 확장시켜 혈액순환을 원활하게 하고 염증을 줄이는 등 건강에 유익한 효과가 있다.
이러한 지방의 특성은 식생활에 다양하게 활용된다. 요리 시 포화지방산이 많은 버터나 동물성 지방보다는 불포화지방산이 많은 식용유를 사용하면 건강에 더 좋다. 또한 지방의 고유한 물성으로 인해 제과·제빵 제품의 조직감과 풍미에 큰 영향을 준다. 즉, 버터는 포화지방산이 많아 경도가 높고 비스킷이나 쿠키 제조 시 바삭하고 부드러운 조직감을 만들어내지만, 식용유는 불포화지방산이 많아 유동성이 좋아 케이크나 머핀 제조 시 촉촉하고 부드러운 조직감을 만들어낸다.
이처럼 지방은 우리 몸에 필수적인 영양소이자 식품 가공 시 중요한 역할을 하는 성분이다. 따라서 지방의 종류와 특성을 이해하고 이를 식생활에 적절히 활용하는 것이 중요하다.
1.3. 석유 정제와 정유 기술
석유 정제와 정유 기술은 원유에서 다양한 석유제품을 생산하는 과정이다. 원유는 지하에서 채굴된 후 정제공장에서 증류와 분리 과정을 거치면서 휘발유, 등유, 경유, 중유, 윤활유 등의 유종으로 구분된다.
먼저 원유는 정유공장에 운송되어 비등점에 따라 순차적으로 증류된다. 원유의 비등점에 따라 여러 가지 유분으로 나뉘는데, 이 과정에서 경질유분(LPG, 휘발유), 중질유분(등유, 경유), 중질유분(중유, 윤활유)으로 분리된다. 이렇게 분리된 유분들은 각각의 용도에 맞게 추가적인 정제 및 처리 과정을 거치게 된다.
휘발유의 경우 옥탄가를 높이기 위해 촉매 개질 공정을 거치며, 경유는 황 성분을 제거하는 수소화 공정을 거친다. 윤활유는 기화점을 높이고 점도를 조절하는 등 제품의 용도에 맞게 추가적으로 정제된다. 이처럼 각각의 석유제품은 용도에 맞게 다양한 공정을 거쳐 생산된다.
이러한 석유 정제 및 정유 기술의 발달로 인해 보다 다양하고 품질 높은 석유제품들이 생산되고 있다. 또한 환경 규제가 강화되면서 저유황 경유, 무연 휘발유 등 환경친화적인 제품들도 개발되고 있다. 나아가 폐플라스틱, 폐타이어 등을 이용한 열분해나 접촉분해 기술 등을 통해 새로운 유종을 생산하는 기술도 꾸준히 연구되고 있다. 이처럼 석유 정제 및 정유 기술은 시대의 요구에 맞춰 지속적으로 발전해 나가고 있다.
1.4. 자동차 엔진의 발전과 수학
수레에서 시작하여 지금의 자동차 엔진에 이르기까지, 자동차 엔진의 발전은 수학과 깊은 연관이 있다. 수레는 차축과 바퀴로 이루어진 단순한 구조의 원시적 수송 수단이었지만, 시간이 지남에 따라 과학 기술이 발전하면서 자동차 엔진 설계에 수학적 원리가 적용되며 점차 복잡해졌다.
과거에는 주로 피스톤 방식의 4행정 사이클을 통해 동력을 생성하는 휘발유 엔진이 주를 이루었다. 피스톤이 실린더 내부를 왕복하며 밸브의 개폐 타이밍에 따라 순차적으로 연소, 배기, 흡입, 압축 과정을 거치면서 동력을 발생시킨다. 이때 피스톤과 실린더, 크랭크축 등의 기하학적 형태와 크기, 밸브의 개폐 시점 등에 수학적 원리가 적용된다.
한편 디젤 엔진은 등압 사이클을 이용해 피스톤의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환시킨다. 이때 실린더 내부의 공기를 압축해 고온고압 상태로 만든 뒤 분사된 연료가 자연발화되어 폭발하는 방식으로 동력을 생성한다. 디젤 엔진에서는 연소실의 형상, 노즐 분사 압력, 피스톤 운동 등에 수학적 계산이 필요하다.
최근에는 왕복 운동 방식의 엔진에서 벗어나 회전 운동 방식의 로터리 엔진이 개발되었다. 로터리 엔진은 피스톤 대신 삼각형 모양의 로터가 타원형 연소실 내부를 회전하며 압축, 폭발, 배기의 과정을 거치는데, 이 과정에서 기하학적 모델링과 동역학 분석이 필요하다.
이처럼 자동차 엔진의 발전은 수학적 원리에 기반하고 있다. 각 엔진 부품의 설계와 시스템 통합에는 수학적 모델링과 시뮬레이션이 필수적이며, 이를 통해 엔진의 효율과 성능을 극대화할 수 있다. 따라서 자동차 엔진 분야에서 수학은 핵심적인 역할을 하며, 앞으로도 자동차 기술 발전을 위한 필수 도구로 자리매김할 것이다.
1.5. C언어의 역사와 활용
C언어는 1972년 벨 연구소의 데니스 리치에 의해 개발된 프로그래밍 언어이다. C언어는 처음에는 유닉스 운영 체제에서 사용되었지만, 이후 다양한 분야에서 활용되면서 널리 사용되는 언어가...
