즐거운 과학 ( 콘텐츠의 운영)

<체험과학 속 과학적 방법>

 

즐거운 경험 안에 관찰 가능한 재현성 있는 현상이 포함되어 있다면 정보제공과 실험이라는 과학적 방법으로 경험하게 함으로써 즐거운 과학을 만들어 줄 수 있다.

과학적 방법이 습관화된 참가자들이라면 진행하게 될 실험에 대한 정보제공을 실험 전 한번에 제공하고 자율적으로 진행하도록 하는 것도 가능하다. 그러나 체험과학에 참가하는 참가자들은 대부분 과학적 방법에 익숙하지 않다, 따라서 하나의 콘텐츠를 여러 단계로 세분화해서 각 단계를 정보제공과 실험으로 구분하여 운영하는 것이 효율적이다. 그리고 다음 단계의 진행은 모든 참가자가 하나의 단계를 끝내고 다음 단계에 참가할 준비가 되어 있을 때 진행하는 것이 좋다.

 

<천연염색>

 

천연염색은 인기있는 체험과학 콘텐츠로 재료는 냄새나 형태 등에서 거부감이 적고 다루기 쉬운 치자, 소목 등이 많이 사용된다.

천염염색을 운영하면서 치자와 포도껍질(또는 소목) 등 두 가지 이상의 색을 활용하면 제철 과일을 먹는 즐거움과 테셀레이션이 만들어 주는 일반적이지 않은 모양, 강렬한 색감을 통한 시각적 자극과 기대하지 않은 성과, 소유할 수 있는 산출물을 포함하는 즐거운 과학을 제공해 줄 수 있다. 그리고 락스 같은 표백제를 준비해 주면 자신만의 문양을 만들어 줄 수도 있다.

 

천연염색은 뜨거운 용액을 다루어야 하고 피복 오염 등이 발생할 수 있는 재료를 다루는 까다로운 실험으로 실험실 안전이 매우 중요하다. 따라서 실험실 안전을 위해 비교적 강제적인 참가자의 행동 구속이 필요하다.

또한 염색용액 만들기, 손수건 접기와 묶기, 뜨거운 용액을 이용한 염색 진행, 세척, 건조 등 실험 기술을 자연스럽게 참가자가 숙달하게 만들어 주는 요소가 실험 과정에 포함되어 있어야 하고, 염료 고착제(매염제) 및 재료와 물의 양 조절, 염료 고착제를 사용하는 이유, 손수건 묶는 방법에 따른 모양의 변화 등 참가자가 관찰할 수 있는 현상도 다양한 실험이다.

운영자의 입장에서 관찰 가능한 현상을 변화시킬 수 있는 요인이 많다는 것은 보이는 과학에서 가장 중요한 참가자의 재현성 있는 현상 관찰을 어렵게 할 수 있다는 것을 의미하며, 실험실 안전을 위한 강제적인 구속이 필요하다는 것은 즐거운 과학 운영에 걸림돌이 될 수 있다는 것을 의미한다.

 

재현성 있는 현상을 변화시킬 수 있는 요인(변수)이 많은 경우 일부 변수를 고정시켜 주면 해결 할 수 있다. 염료 고착제(매염제) 및 재료와 물의 양 조절은 운영자가 사전실험을 통하여 재료를 미리 일정양으로 소분하고 필요한 물의 양을 가늠할 수 있는 방법으로 키트화 시킴으로서 고정시킬 수 있다. 또한 보이는 과학을 방해하지 않는 범위에서 염료 고착제를 사용하는 이유를 실험 대신 간단한 정보제공으로 대체하는 것이 실험 과정을 단순화 시킬 수 있는 방법이다.

실험실 안전을 위한 강제적인 행동 구속은 실험 단계를 세분화하고 참가자 모두가 하나의 단계가 마무리 되고 다음 단계 운영을 위한 준비가 되었을 때 진행하는 방식으로 운영하면 행동 구속을 즐거운 과학을 방해하지 않는 범위에서 자연스럽게 포함시킬수 있다.

 

치자와 포도껍질을 이용한 천연염색은 염색용액 만들기, 묶는 모양에 따른 모양의 변화 관찰을 중심으로 진행하는 것이 좋다.

천연염색의 실험 세분화에서 정보는 단계별로 짧게 나누어 제공하고 실험실 안전은 같은 내용이라도 반복적으로 강조해야 한다. 주방용 장갑과 종이컵, 나무젓가락은 실험실 안전을 위해 운영자가 준비해야 되는 도구이며 참가자에게 반드시 사용하도록 해야 한다.

 

과학적 방법에서 실험은 일반적으로 같은 실험을 반복해서 진행한다. 과학자들은 실험을 설계하고 한 번의 실험이 끝나면 문제점을 확인하고 보완한 후 다음번 실험을 진행한다. 그리고 다음 실험이 끝나면 다시 문제점을 확인하고 보완하고 다시 실험하는 과정을 반복한다. 이후 실험이 객관성을 확보하고 있고 문제점이 없다고 판단되면 다시 같은 실험을 반복해서 재현성을 확인하고 법칙을 찾아간다.

 

과학적 방법의 자연스러운 습관화를 위하여 단계별로 세분화된 실험에서 다음 단계 운영은 참가자 모두가 현재 진행하고 있는 단계가 마무리 되었을때 넘어 가야 한다. 세장의 손수건을 염색하는 실험이라면 참가자에게 한 번에 3장의 손수건을 나누어 주기 말고 염색 1, 염색 2, 염색 3으로 단계를 구분하고 각 단계에 손수건 1장씩을 나누어 주어야 한다. 그리고 다음 단계를 진행하기 전 산출물을 참가자가 공유할 수 있도록 하는 운영해야 한다.

 

이러한 실험의 반복을 통한 문제해결과 재현성의 관찰을 위해서 천연염색은 3번 이상의 염색을 반복할 수 있도록 준비하는 것이 좋다.

염색 1에서는 염색 기술의 습득과 실험실 안전의 정확한 전달을 위해서 참가자 모두 같은 방법으로 손수건을 접고 같은 위치를 묶어주게 한 후 한가지 염색용액으로 염색하도록 운영하고 건조 과정이나 참가자 모두 염색 1이 마무리 되면 서로의 산출물을 공유할 수 있는 시간을 만들어 주어야 한다.

염색 2에서는 참가자들 스스로 손수건 접는법과 묶는 위치를 정하게 하고 한가지 염색용액으로 염색하도록 운영하고 마찬가지로 건조 과정이나 참가자 모두 염색 2가 마무리 되면 서로의 산출물을 공유할 수 있는 시간을 만들어 준다.

염색 3은 참가자 스스로 손수건 접는 법과 묶는 위치를 정하게 하고 두 가지 염색 용액을 사용하도록 지도한다. 천연염색 준비 과정과 염색 1과 2를 진행하면서 자연스럽게 축적된 지식 및 기술과 동료와의 정보교환을 통하여 얻은 정보는 자연스럽게 참가자에게 흡수되고 확장되어 염색 3에서 참가자에게 기대하지 않은 성과를 만들어 준다.

 

< 천연염색 실험 세분화 >
단계	정보제공	실험
STEP 1. 재료모으기	포도껍질과 치자를 이용한 염색 진행 순서	포도 먹고 껍질 모으기 치자 반으로 잘라 준비하기
STEP 2. 염료 고착 용액 만들기	매염제 역할 실험실 안전 :  뜨거운 용액 취급 주의사항, 주방용 장갑 및 나무젓가락 사용	용액에 명반 넣고 끓여 녹이기
STEP 3. 염색 용액 만들기	염료(포도껍질, 소목, 치자 등)에 대한 식물종 등 정보제공 염료 색에 대한 정보제공은 지양 실험실 안전 : 돌비현상 발생 위험 안내 및 조치 요령, 주방용 장갑 및 나무젓가락 사용	명반이 녹은 용액에 염료(포도껍질, 치자, 소목 등) 넣고 끓이기 염료가 충분히 우러나면 불 줄이기 또는 불끄기
STEP 4. 염색 1	손수건 접는 방법 고무줄 묶는 방법	손수건 접고 고무줄 묶기
	염색 방법 실험실 안전 : 뜨거운 용액 취급 주의사항, 용액 분취 사용, 나무젓가락 및 종이컵 사용	용액 재가열 후 한가지 색을 이용한 손수건 염색 손수건 세척 본인 및 동료 산출물 관찰
STEP 5. 염색 2	실험실 안전 : 뜨거운 용액 취급 주의사항, 용액 분취 사용, 나무젓가락 및 종이컵 사용	원하는 방법으로 손수건 접고 고무줄 묶기 용액 재가열 후 한가지 색을 이용한 염색 및 세척 본인 및 동료 산출물 관찰
STEP 6. 염색 3	실험실 안전 : 뜨거운 용액 취급 주의사항, 용액 분취 사용, 나무젓가락 및 종이컵 사용	원하는 방법으로 손수건 접고 고무줄 묶기 용액 재가열 후 두가지 색을 이용한 염색 및 세척 본인 및 동료 산출물 관찰
STEP 7. 정리	실험실 안전 : 폐기물 처리 방법 안내	폐기물 처리 및 정리

 

STEP 1. 재료모으기

포도껍질을 이용한 염색을 진행하려면 껍질의 색이 진한 캠벨 얼리 포도가 가장 효과적이다. 포도가 준비되어 있다면 포도를 먹고 껍질 모으는 과정을 진행한다.

치자는 가위를 이용하여 치자를 반으로 자르는 과정이 필요하다. 재료 모으기 과정을 진행하는 동안 원료와 명반 등 재료와 염색과정에 대한 정보를 제공할 때 색에 대한 정보 제공은 지양하고 염색이 진행되는 동안 참가자 스스로 관찰을 통하여 찾아 가도록 운영한다.

재료 모으기 단계가 마무리되면 뜨거운 기구 및 용액을 다루기 위해 준비한 주방용 장갑, 나무 젓가락, 종이컵의 용도에 대해 설명하고 실험실 안전을 고려하여 실험이 진행되는 동안 행동의 제한이 있을 수 있음을 설명하고 이해를 구한다.

실험이 진행되는 동안 행동의 제한이 어려운 경우 염색용액을 만드는 과정은 운영자가 통제 가능한 위치에서 별로도 진행하는 것이 필요하다.

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STEP 2. 염료 고착용액 만들기

명반의 염료 고착효과는 참가자들이 실험에서 스스로 발견할 수 있는 법칙이 아니다. 따라서 정보제공이 필요하다.

매염제의 정의, 화학적 반응 등 일반화된 지식의 전달보다는 참가자의 눈높이에 맞게 법칙으로 설명하고 염색을 위해서는 명반 같은 매염제가 들어가야 하는 것을 시각적으로 보여주기 위해 단계를 분리해서 운영한다.

명반에 대한 정보 제공 후 물에 명반을 넣고 녹을 때 까지 열을 가하면서 나무젓가락으로 저어 준다.

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정보제공 예시:

색을 만들어 주는 물질을 염료라고 합니다. 염료는 다양한 색을 만들어 주지만 필요로 하는 곳에 강하게 붙어 있는 성질은 약합니다. 그래서 물로 세척하거나 비누 등을 사용하면 색이 쉽게 빠집니다.

우리 조상들은 색깔을 가지고 있는 섬유를 만들기 위해 염색을 할때 염료와 명반을 같이 사용해 주면 염색 후 색이 쉽게 빠지지 않는 것을 발견했습니다.

우리는 오늘 조상들이 발견한 염색에서의 명반 효과를 이용하여 염색을 진행할 것입니다.

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STEP 3. 염색 용액 만들기

염료 재료를 넣고 열을 가해 우려낸다. 뜨거운 용액 주위, 주방용 장갑, 나무 젓가락, 종이컵 사용 등 실험실 안전에 대한 정보를 다시 제공하고 특희 돌비현상에 대한 주의 및 조치요령에 대한 정보를 제공한다.

돌비현상은 용액이 갑자기 끊어 오르는 현상으로 점도가 있는 용액에서 잘 발생한다. 소목의 경우 돌비 현상이 잘 일어나지 않지만 포도껍질과 치자 용액의 경우 돌비현상이 발생하기 쉽다. 돌비현상이 발생하면 바로 불을 끄고 거품이 가라 않으면 저어주면서 서서히 가열하거나 물을 추가하여 점도를 낮추어 주면 된다.

염료가 충분하게 우러나면 불을 끄고 다음 단계로 넘어간다.

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STEP 4. 염색 1

가열된 염색 용액을 테이블 가운데 등 안전한 곳으로 잠시 이동시키거나 다른 테이블에서 손수건 접기 및 묶기를 진행한다.

첫번째 염색을 위해 모두 같은 방법으로 손수건을 접고 같은 위치에 고무줄등을 이용하여 묶어준다.

​손수건 접기 및 묶기가 모두 완료되면 뜨거운 용액 사용할때 주의사항 , 나무 젓가락, 종이컵 사용 등 실험실 안전에 대한 정보를 다시 제공하고 염색용액을 재가열하여 염색을 진행한다. 염색은 손수건을 용액에 충분하게 담그어 준 후 나무젓가락을 이용해 종이컵에 옮겨 담는다.

염색 후 세척은 제한된 공간보다는 외부의 화장실이나 넓은 수돗가 등을 이용하는 것이 좋다.

염색 후 세척까지 완료되면 참가자들이 서로의 산출물을 자연스럽게 비교 및 관찰 할 수 있는 시간을 준 후 적당한 곳에 널어 물기를 말리게 한다.

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STEP 5~6. 염색

두번째와 세번째 염색을 진행 하기전 용액을 재가열 후 사용하는 것이 좋으며, 두 번째 염색에서는 손수건 접는법과 묶는 위치를 참가자 스스로 정하게 하고 한가지 용액으로 염색하도록 지도하고, 세 번째 염색에서는 손수건 접는법과 묶는 위치를 참가자가 스스로 정하게 하고 손수건의 앞뒤를 다른 용액에 담구어 두가지 색으로 염색하도록 지도한다.

첫 번째 염색과 마찬가지로 두번째와 세번째 염색에서도 참가자들이 서로의 산출물을 자연스럽게 비교 및 관찰 할 수 있는 시간을 만들어 주는 것이 중요하다.

손수건은 STEP 4~6을 진행할때 한 번에 두장을 주지 말고 단계별로 각각 한장씩 주어야 한다.

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STEP 7. 정리

실험에서 폐기물 처리는 실험실 안전의 가장 중요한 항목 중 하나이다. 남은 용액은 다량의 물로 희석하여 버리고, 찌꺼기는 물로 세척 후 음식물 쓰레기 등으로 처리한다.

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