맑은 공기는 맑은 물과 함께 쾌적한 환경 속에서 생명이 살아가는데 필수적인 요소가 된다. 공기질 상태는 지역마다 다르다. 그것은 그 지역의 지형과 산업, 교통상황에 따라 달라지기 때문이다. 예를 들면 서울은 동에서 서로 한강이 흐르고 26개의 산으로 둘러싸인 분지 지형이라 평균풍속이 2.4m/s로 낮다. 그 결과 대기확산능력이 부족해 오염물질의 정체와 누적으로 오염도가 증가하는 경향을 보인다.
그럼에도 불구하고 2007년 말 현재 수도권 지역 내 자동차 등록대수는 758만 대로 지속적으로 증가하고 있다. 아울러 서울지역 자동차 등록차량 293만여 대의 29.6%인 약 87만 대가 경유차이고 이 중 2001년 이전 생산된 노후차가 34%(약 30만대)로 파악되고 있다. 대기질 개선에 들어가는 사회적 비용은 연간 2조 6000억 원 정도이며 이 중 절반인 1조 3000억 원이 미세먼지 제거를 위한 비용이다.
이와 같은 현실에서 학생들에게 오염의 정도를 객관적으로 측정하게 하는 것은 바람직한 저탄소 녹색 성장 교육 프로그램의 모델이 될 수 있다. 그 결과를 통해 지역의 공기 질 개선을 위한 방법을 도출하는 바람직한 행동을 이끌어 낼 수 있다.

대기오염 수치 측정 수업 전개하기

수업 프로그램의 목표
- 대기 측정 장비를 이용해 객관적으로 대기 오염 물질의 양을 지점별로 측정하고 상대적인 오염정도를 설명할 수 있다.
- 우리 동네 대기 오염지도를 제작하고 맑은 공기를 유지하기 위해서 우리가 해야 할 일을 발표할 수 있다.

수업 모형 : 탐구요소에 근거한 학습주기모형
탐구요소에 근거한 학습주기모형(Modified Learnining Cycle: Elements of Inquiry)은 ‘흥미 끌어내기 - 수행하기 - 정리 및 강화하기’의 단계로 구성돼 있다. 이 수업모형에서 교사는 다양한 경험을 학생에게 제공하고 학생들 스스로 자신의 신념이나 지식의 얼개를 터득하도록 하는 조력자의 역할을 수행해야 한다.

- 1단계 : 흥미 끌어들이기(Engage) 이 단계에는 학생들의 사전 지식 및 이해도를 파악하고 학생들에게 과제에 대한 흥미를 제공한다. 이를 통해 새로운 학습도전을 자극하며 학습에 대한 목표를 세운다.

- 2단계 : 수행하기(Explore) 실험수행을 위한 선험적 경험을 제공하고 실험을 설계하며 수행한다. 사고를 신장시키는 질문도 병행하게 된다.

- 3단계 : 정리 및 강화하기(Consolidate) 이 단계에서는 학습과 활동에 따른 결과를 정리하고 정보수집 및 자료검색을 통해 경험을 확장한다. 수행한 과학 활동과 학습에 대한 토의와 토론, 증거제시와 데이터 분석에 대해 논의한다.

수업 프로그램 운영의 유의점
본 프로그램은 비색기와 패시프 샘플러(Passive Sampler)라는 학생들에게는 다소 생소하지만 매우 조작하기 쉬운 기기를 이용해 대기오염물질인 이산화질소(NO2) 농도량을 측정하는 것이다.

이산화질소(NO2)의 특징
이산화질소는 공장과 자동차 운행으로 주로 발생되며 자극적인 냄새가 나고 매우 유독하다. 주로 산성비의 원인이 되고 광화학 스모그의 원인이 된다. 생물의 성장에 지장을 주는 대류권 오존(O3)을 만들어 오존주의보를 발령하게 만들기도 한다.

비색계와 패시브 샘플러를 준비하고 기기에 숨겨진 원리 알기
비색계의 원리 알기
스포이트로 빨아들인 액체시료에 일정한 밝기의 빛을 내는 광원을 비추어 본다. 시료의 진하기 정도에 따라 변하는 빛의 흡수차이를 검출하는 광센서의 전기 신호를 LED로 표시하는 원리이다.
 
패시브 샘플러 설치 및 NO2 포집 방법 알기
① 패시브 샘플러를 초록색 마개가 위쪽으로 향하도록 한다.
② 흰색 마개를 열고 마개는 잃어버리지 않도록 보관한다.
③ 측정기 안쪽의 여지가 바닥에 평평하게 놓여 있는지 확인한다.
④ 테이프를 측정번호가 훼손되지 않도록 붙인다.
⑤ 측정기를 벽면에 부착한다.
⑥ 24시간 동안 설치한 후 측정기를 수거한다.
⑦ 측정기 수거 시 측정기 밑 부분을 보관해 두었던 흰색마개로 꼭 막는다.

※ 대기오염측정 장비 구입 및 분석비용에 관한 문의는 (사)대전시민환경기술센터(042-242-6333)로 연락합니다. 본 수업에 관한 동영상은 서울특별시과학전시관 홈페이지(http://ssp.re.kr)에서 볼 수 있습니다.

대기오염 측정 수업 활동 진행하기
1단계 : 흥미 끌어내기(Engage)
같은 지역에서 비온 뒤 2시간 후와 보름이 지난 후에 찍은 대기 사진 자료를 제시하고 비교해 보도록 한다. 비가 내린 후에 발생되는 공기의 변화를 간단히 설명해 보도록 한다.
학생들에게 우리 동네 대기 오염지도를 제작하고 맑은 공기를 유지하기 위해서 우리가 해야 할 일을 발표하는 이번 수업의 학습문제를 제시하도록 한다.
2단계 : 수행하기(Explore)
<활동 1> 이산화질소 농도량 측정을 통해 우리 동네 공기 오염지도 제작하기
○공기 포집하기
이산화질소는 우리에게 어떤 영향을 주는지 발표해 보도록 한다. 이산화질소의 농도량을 측정하기 위해 공기를 모으는 장치인 패시브 샘플러를 부착하는 방법을 설명한다. 패시브 샘플러의 흰색마개를 열어 측정기 안쪽의 여지가 바닥에 평평하게 놓여 있는지 확인하고 벽면에 붙이도록 한다.
이 장치를 어느 곳에 설치하면 좋을지에 대한 의견을 묻도록 한다. 공원이나 8차선 도로, 골목길, 집안 등 공기 오염도의 차이가 있는 곳에 부착하도록 한다.

1. 공기를 모으는 장치에 표시를 한다 - 2. 아래 마개를 뽑는다 - 3. 공기의 오염도를 측정하고 싶은 장소에 고정한다 - 4. 24시간이 지난 후 오염도를 측정한다.

○이산화질소 농도 측정하기
비색계를 이용해 공기 모으는 장치에 포집된 공기에서 이산화질소 농도를 측정해 보도록 한다.
1. 비색계에 전원을 공급하고 영점 조정을 한다 - 2. 회수한 샘플러의 녹색 마개를 열고 샬츠만 시약을 넣는다 - 3. 녹색 마개를 닫고 색을 발색시킨다 - 4. 이산화질소 농도 값을 측정한다. 실험을 통해 알아낸 이산화질소 농도값을 활용해 지도에 색과 수치로 표시하며 대기오염지도를 만들어 본다.

<활동 2> 산성비와 대리석의 반응 실험하기
비가 오면 대기 상태가 깨끗해지는 것을 확인했다. 비가 오는 날 이산화질소는 어디로 사라졌다고 생각하는지 의견을 묻는다. 교사는 이산화질소가 빗물에 녹아 산성비가 내리게 되는 것이라고 설명한다. 산성비로 인해 어떤 문제가 발생하는지 실험을 통해 확인해 본다. 염산을 희석한 산성용액을 대리석 조각에 떨어뜨려 변화를 관찰한다.

3단계 : 정리 및 강화하기(Consolidate)
우리 동네 대기오염지도를 통해 어느 지역에서 이산화질소의 농도가 가장 진한지 묻는다. 이산화질소의 특징에 대해 생각해 보고 발표하도록 한다. 이산화질소의 농도를 줄이기 위해 해야 할 일을 생각해 보도록 한다.