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통합과학2 - Coggle Diagram
통합과학2
과학과 미래사회
3-1 과학 기술의 활용
1) 과학의 유용성과 필요성
감염병이란?
: 바이러스, 세균, 곰팡이 등과 같은 병원체에 감염되어 발생하는 질병
신속항원검사란?
: 체취한 검체에 바이러스가 구성하는 단백질이 존재하는지 확인하는 검사.
유전자 증폭 검사란?
: 체취한 검체에 들어있는 바이러스의 특정 유전자를 증폭한 다음 검체에 바이러스가 존재하는지 확인하는 검사. 즉, 핵산의 양을 증폭시켜 감염 여부를 정밀하게 분석하는 방법.
신속항원 검사는 빠르지만 정확도가 느리고 유전자증폭 검사는 시간은 오래걸리지만 정확도가 높다.
감염병 대처에 쓰이는 과학기술
예) 생명과학 기술, 빅데이터 기술, 인공지능 기술, 무선통신 기술 등.
2) 과학 기술 사회에서 빅데이터 활용
빅데이터란?
: 매우 방대한 양의 데이터
빅데이터가 쓰이는 예시
: 배달어플, 알고리즘, 네비게이션, 날씨예보, 교통사고 확인, 코로나 확진자자 동선 확인, 에너지 소비에 대한 준비 등
빅데이터 사용 유의사항
표본편향 가능성이 높음.
데이터 조작 가능성 높음.
인과와 상황혼돈 가능성 높음.
최신성, 정확성의 문제 존재 가능성 높음.
사물 인터넷 기술의 활동 분야
: 스마트팜, 스마트 홈, 스마트 의료, 스마트 공장, 스마트 물류, 스마트 도시, 스마트 교통 등
인공지능 기술의 기능
생성형 인공지능: 글, 말, 그림을 입력해 영상, 문서, 음악 등을 출력함
예측형 인공지능: 미래 변화를 확인해 일기예보를 예측한다.
로봇의 종류
: 안내로봇, 물류로봇, 청소로봇, 의료로봇 등
앞으로 인공지능 로봇의 발달로 인간의 삶과 사회 전반에 많은 변화가 일어날 것으로 예측된다.
유용성과 한계
: 다양한 문제 상황에 최적의 결과를 산출하는데 유용할 것이다.
그러나 학습한 데이터가 충분하지 않으면 부정확한 결과를 제시할 수 있다.
따라서 과학기술의 한계를 예측하고 협력하며 소통하는 태도를 길러야한다.
과학 관련 사회적 쟁점과 과학윤리
: 과학 기술의 발전에는 양면성이 존재하며 다양한 문제가 발생하고 있으며 그에 따른 사회 구성원의 입장이 다르다.
따라서 자신의 입장을 논리적으로 설명하고 상대방의 입장과 근거 사이의 논리성과 타당성을 검토하며 경청하는 것이 중요하다.
변화와 다양성
1-1 지구 환경 변화와 생물다양성
1) 지구 환경 변화
(1) 화석과 지질시대
화석이란?
:과거에 살았던 생물의 유해나 흔적이 지층에 남아있는 것
예) 생물의 뼈, 껍질, 발자국, 생물이 뚫은 구멍, 알, 배설물 등
화석으로 알 수 있는 사실
:과거에 살았던 생물의 구조와 특징, 생물의 진화과정, 생물이 살았던 당시의 지구 환경 등
지질 시대란?
:지구가 탄생한 후부터 현재까지 지질학적 활동이 일어나고 있는 시대
지질 시대의 구분
: 화석에 나타나는 생물계의 큰 변화를 기준으로 함.
선캄브리아시대/ 고생대/ 중생대/ 신생대
(2) 지질 시대의 지구 환경과 생물의 변화
선캄브리아시대
: 강한 자외선 때문에 생물이 주로 바다에 서식했을 것이라 추측.
35억년 전 남세균이 출현하여 바다에 산소를 방출하기 시작함, 이후 대기에 산소가 축적됨. 말기에는 최초의 다세포 생물 출현.
발견된 화석의 종류
: 스트로마톨라이트, 에디아카라 생물군
고생대
: 오존층이 형성됨. 자외선이 차단되며 생물이 육상으로 진출함.
바다: 삼엽충, 완족류,어류 등 번성
육지: 양서류, 대형 곤충, 양치식물(고사리) 번성
말기에 판게아가 형성되고, 기후가 급격히 변화하여 생물의 종과 개체수가 크게 감소함.
발견된 화석의 종류
: 삼엽충, 완족류 등
중생대
: 활발한 화산활동으로 인해 전반적으로 기후가 온난해짐. 판게아가 분리되며 수륙분포가 변함.
바다: 암모나이트 번성
육지: 공룡, 겉씨식물(은행나무, 야자나무, 소나무 등) 번성
말기에 대멸종 발생
원인: 지구환경의 급격한 변화/ 운석충돌>화산 활동 활발>성층권까지 퍼진 화산재>태양빛을 차단해 식물, 생물이 죽음
※빙하기가 없었음.
대룩이 분리되며 대서양 형성
발견된 화석
: 암모나이트, 공룡의 뼈, 배설물, 발자국, 알 등
신생대
: 초기부터 중기까지 대체로 온난하였지만 말기에는 빙하기와 간빙기가 반복됨. 대륙의 이동과 분리가 진행되어 오늘날과 비슷한 수륙 분포를 이루게 됨.
바다: 화폐석 번성
육지: 포유류(매머드 등), 속씨식물(참나무, 밤나무 등) 번성
말기에 인류의 조상 출현
발견된 화석
: 매머드, 화폐석 등
(3) 대멸종과 생물다양성
대멸종이란?
: 지구환경이 갑작스럽게 변화하여 많은 생물이 짧은 기간동안 광범위한 지역에서 멸종하는 것
대멸종의 원인
: 운석충돌, 화산 폭발, 급격한 기후변동, 대륙이동에 따른 수륙분포의 변화및 해수면의 변화 등
환경의 적응하지 못한 생물은 멸종하지만, 새로운 환경에 적응한 생물은 다양한 종으로 진화한다.
2) 진화와 생물다양성
(1) 변이와 자연선택
변이란?
: 같은 종의 개체 사이에서 나타나는 형질의 차이
변이는 주로 개체가 가진 유전자 차이로 나타남. 돌연변이나 유성생식 과정에서 발생함.
자연선택이란?
환경에 적응하기 유리한 형질을 가진 개체는 그렇지 않은 개체에 비해 잘 살아남아 자손을 더 많이 남기는 과정
(2) 생물의 진화
진화란?
: 오랜 시간 동안 여러 세대를 거치면서 생물이 변화하는 현상.
자연선택설의 순서
변이 발생
과잉 생산
생존 경쟁
자연 선택
진화
(3) 생물다양성
생물다양성이란?
: 생물이 지닌 유전자, 일정한 지역에서 관찰되는 생물종, 생물이 서식하는 생태계의 다양성을 모두 포함하는 개념.
생물 다양성의 종류
유전적 다양성: 같은 종 내 개체 간 유전자의 다양성
종 다양성: 한 지역에 존재하는 여러 종의 다양성
생태계 다양성: 서로 다른 생태계가 존재하는 다양성
현재는 남획, 환경오염 등으로 생물다양성의 원인이 빠르게 감소하고 있다.
해결 방안:생태통로 설치, 관련 법 제정하기 등
1-2 화학변화
1) 산화와 환원
산소가 이동하는 산화ㆍ환원 반응
산화: 산소를 얻는 반응
예) 광합성
환원: 산소를 잃는 반응
예) 호흡
전자가 이동하는 산화ㆍ환원 반응
산화: 전자를 잃는 반응
환원: 전자를 얻는 반응
※산화ㆍ환원 반응은 항상 동시에 일어남.
2) 산과 염기
산성이란?
: 산이 공통적으로 나타내는 성질
염기성이란?
: 염기가 공통적으로 나타내는 성질
산성과 염기성 구분 방법
지시약 사용
예) 페놀프탈라인 용액, BTB 용액 등
리트머스 종이 사용
예) 산성은 푸른색 리트머스 종이를 붉게 변화 시킴.
산성이 나타나는 까닭
: 산 수용액에 공통적으로 수소 이온이 들어있기 때문이다.
염기성이 나타나는 까닭
: 염기 수용액에 공통적으로 수산화 이온이 들어있기 때문이다.
중화반응이란?
: 산과 염기가 반응하여 물이 생성되는 반응
중화열이란?
: 중화반응이 일어날때 발생하는 열
중화반응 예시
: 제산제, 생선 음식에 레몬즙 뿌리기, 산성화된 토양에 석회가루 뿌리기 등
3) 물질 변화에서 에너지의 출입
물질 변화가 일어날때 주변으로 에너지를 방출하거나 흡수한다.
에너지 방출 예: 액화, 연소, 중화반응
에너지 흡수 예: 기화, 질산 암모늄과 수산화 바륨의 반응
열에너지를 방출하면 주위 온도가 높아지고
열에너지를 흡수하면 주위 온도가 낮아진다.
환경과 에너지
2-1 생태계와 환경변화
1) 생물과 환경
개체군이란?
: 일정한 지역에 같은 종의 개체들이 무리를 이룬 것
군집이란?
: 여러 개체군이 같은 서식지에 모여 살아가는 것
생태계란?
: 각각의 개체군이 다른 개체군 및 환경과 영향을 주고 받으며 살아가는 체계
생태계는 생물요소와 비생물 요소로 구분됨.
생물요소란?
: 생태계에 존재하는 모든 생물로 생산자, 소비자, 분해자가 있음.
비생물요소란?
: 생물을 둘러싸고 있는 환경요인으로 빛, 온도, 물, 토양, 공기 등이 있음.
생태계는 생물요소와 비생물요소의 상호관계로 유지됨.
생물과 환경의 상호관계
생물은 빛, 온도, 물, 토양, 공기 등
여러 환경요인에 대해 적응하며 살아간다
빛과 생물: 빛의 세기에 따라 빛의 세기가 강한 곳은 잎이 작고 두껍고 색이 진한 반면, 빛의 세기가 약한 곳은 잎이 크고 얇고 색이 연하다.
온도와 생물: 온도가 낮은 북극에 사는 북극여우는 몸집이 크고 말단부가 작지만 온도가 높은 사막에 사는 사막여우는 몸집이 작고 말단부가 크다.
물과 생물: 수분을 보존하기 위해 곤충은 몸 표면이 키틴질로 되어있으며 새의 알은 단단한 껍질로 싸여 있다.
토양과 생물: 지렁이와 두더지는 토양에 공기가 잘 통하게 하여 토양에 서식하는 생물이 살기 좋은 환경을 만든다.
공기와 생물: 고산지대에 사는 사람들은 평지에 사는 사람보다 혈액 속 적혈구의 양이 많아 산소를 효율적으로 운반한다.
2) 생태계평형
먹이사슬이란?
: 생산자부터 최종 소비자까지 먹고 먹히는 관계를 사슬 모양으로 나타낸 것.
먹이 그물이란?
: 먹이 사슬이 그물처럼 얽힌 것.
생태피라미드란?
: 각 영양단계의 에너지양, 개체수, 생체량의 상대적인 양을 하위 영양단계에서 상위 영양단계로 순서대로 쌓아 올리면 위로 갈수록 줄어드는 피라미드 형태
생태계평형이란?
: 생태계에서 생물군집의 구성이나 개체수, 물질의 양, 에너지의 흐름이 균형을 이루며 안정된 상태를 유지하는 것. 먹이 관계가 복잡할수록 생태계 평형이 잘 유지된다.
에너지 흐름
생산자>소비자>분해자
환경 변화는 생물의 서식지를 훼손하고 먹이 관계를 파괴하여 생태계평형을 깨뜨릴 수 있다.
자연재해의 영향: 홍수, 산사태 등
인간의 직접적인 활동의 영향: 인위적 개발, 벌목, 환경 오염 등
생태계 보전을 위한 노력
: 국립 공원, 보호 구역 지정, 국제 협약 맺기 등
3) 지구 환경 변화와 인간생활
복사 평형이란?
: 지구가 태양으로부터 흡수한 에너지와 같은 양의 에너지를 우주로 방출하며 에너지 평형을 이루는 것
지구 열수지란?
: 지구의 복사평형 상태에서 나타나는 지표, 대기, 우주 간의 열출입 관계
지구 온난화란?
: 대기 중 온실기체의 양이 증가함에 따라 온실효과가 강화되어 지구의 평균 온도가 높아지는 현상
지구 온난화의 영향: 생태계 변화, 기후 재난 등
대응 방안: 국제 협력, 지속 가능한 발전, 탄소 중립 등
엘니뇨란?
: 태양 적도 부근에서 무역풍이 평상시보다 약해지며 동태평양의 표층 수온이 평년보다 높은 상태가 지속되는 것
엘니뇨의 영향: 가뭄, 산불, 대홍수, 서식지 변화 등
사막화란?
: 사막이 아닌 지역의 토지가 황폐해지면서 사막으로 변해가는 현상
사막화가 일어나는 이유
: 무분별한 삼림 파괴, 과잉 경작과 과잉 방목, 지속적인 가뭄 등.
2-2 에너지 전환과 활용
1) 태양 에너지의 생성과 전환
태양에너지란?
: 우리가 살아가는데 필요한 에너지 원천
태양 중심부에서 수소 행융합 반응으로 형성됨.
물의 순환과 탄소의 순환을 일으킨다.
에너지의 종류
운동 에너지, 화학 에너지, 전기 에너지 등
2) 발전과 에너지원
전자기 유도란?
: 코일 근처에서 자석을 움직였을때 전류가 유도되어 흐르는 현상
유도전류란?
: 코일에 흐르는 전류
자석을 코일에서 가까이 할 때와 멀리할 때 유도 전류의 방향이 서로 반대가 된다.
또한, 자석의 N극과 S극을 가까이 할 때도 유도전류의 방향이 반대가 된다.
유도전류의 세기를 크게 하는 법
자석을 빠르게 움직인다.
자석의 수를 늘린다
코일을 많이 감는다.
에너지 효율과 신재생 에너지
에너지 보존 법칙이란?
: 에너지가 여러가지 형태로 전환될 수 있지만 새롭게 생겨나거나 소멸되지 않고, 에너지가 전환되는 과정에서 전환 전과 후의 총량은 항상 같다는 것
에너지 효율이란?
: 에너지가 공급될 때 공급된 에너지 중 유용하게 사용된 에너지의 비율
예) LED, 하이브리드 차량 등
신재생 에너지란?
: 기존의 화석 연료를 변환하여 이용하거나 햇빛, 바다, 바람 등의 재생 가능한 에너지를 변환하여 이용하는 에너지
신 에너지 종류: 수소 산소 연료 전지, 석탄의 액화 및 가스화 등
재생 에너지 종류: 태양광, 태양열, 수력, 풍력, 해양, 지열, 바이오 등
장점: 친환경적, 고갈 위험이 낮음
단점: 비용이 많이 듦, 재생 에너지의 경우 전력의 변동이 크다