탐구 산출물 발표와 공유
본문점심시간이 지난 5교시, 창문을 닫은 교실에서는 졸음이 쏟아진다. 학생 30명이 숨을 쉬면서 내뱉은 이산화 탄소가 쌓였기 때문일 수 있다. 그런데 '답답하다'는 느낌만으로는 창문을 언제, 얼마나 열어야 하는지 정하기 어렵다. 이산화 탄소 센서로 교실을 재어 그 숫자를 모두가 볼 수 있게 하면 무엇이 달라질까? 그리고 탐구 결과는 어떻게 발표하고 나누어야 할까?
2.2.1쌓이는 이산화 탄소
사람 한 명은 가만히 앉아 있을 때 1분에 약 0.3 L의 이산화 탄소를 내쉰다. 30명이면 한 시간에 약 540 L이다. 교실 공기 180 m³, 곧 18만 L에 이만큼 섞이면 농도가 한 시간에 3000 ppm(백만분의 3000)씩 오른다. 환기를 하면 바깥 공기(약 420 ppm)가 들어와 섞이므로, 쌓이는 양과 빠져나가는 양이 같아지는 농도에서 멈춘다.
한 시간에 교실 공기를 \(n\)번 바꾸는 환기(환기 횟수 \(n\))에서 오래 지나면 이산화 탄소 농도는 \[C = C_{\text{바깥}} + \frac{\text{시간당 늘어나는 농도}}{n}\] 에 가까워진다. 환기 횟수가 두 배이면 바깥보다 높은 몫이 절반이 된다.
그림 1에서 환기 횟수를 바꾸어 보자. 문과 창을 닫으면(0.5회 안팎) 50분 만에 2000 ppm을 넘는다. 1회이면 약 2100 ppm, 창문을 넓게 열어 6회로 하면 약 900 ppm에 머문다. 이산화 탄소가 1000 ppm을 넘으면 졸음과 집중력 저하를 느끼는 사람이 늘어난다.1
2.2.2결과를 나누는 방법
탐구 결과를 발표할 때는 무엇을 왜 궁금해했는지, 어떻게 쟀는지, 무엇을 알아냈는지, 무엇이 아직 불확실한지를 차례로 보여 준다. 그래프에는 축의 이름과 단위, 기준선을 표시하고, 측정기의 오차와 측정 조건도 밝힌다. 센서 값을 실시간으로 교실 화면에 띄워 모두가 볼 수 있게 하면, 숫자가 높아질 때 스스로 창문을 여는 행동의 변화로 이어질 수 있다. 그래서 결과를 공유하는 방식이 탐구의 쓸모를 결정하기도 한다.
2.2.3예제 풀이
학생 30명이 있는 180 m³ 교실에서 이산화 탄소 농도가 한 시간에 3000 ppm씩 오른다. 바깥이 420 ppm일 때, 오래 지난 뒤 농도를 1000 ppm 이하로 유지하려면 환기 횟수가 얼마 이상이어야 하는가? 쉬는 시간마다 창문을 활짝 열어 10분 동안 환기 횟수 6회로 하면 이 조건을 맞출 수 있는가?
평형 농도가 1000 ppm 이하이려면 \(\dfrac{3000}{n} \le 1000 - 420 = 580\), 곧 \(n \ge 5.2\)회이다. 한 시간에 교실 공기를 다섯 번 넘게 바꾸어야 한다.
쉬는 시간 10분만 6회로 환기하고 수업 50분에는 창문을 닫는다면(약 0.5회), 한 시간 평균 환기 횟수는 약 \(\dfrac{6 \times 10 + 0.5 \times 50}{60} \approx 1.4\)회에 불과하다. 쉬는 시간마다 농도가 내려가긴 하지만 수업 중에 다시 2000 ppm 가까이 오른다. 그래서 수업 중에도 창문을 조금씩 열어 두거나 환기 장치를 켜야 한다. 즉 센서의 숫자가 있으면 막연한 '자주 환기하자'가 '수업 중에도 창문을 열어야 한다'는 근거 있는 제안이 된다.
아래 탐구 카드에서 사물인터넷이 무엇을 연결하는지, 교실 공기를 숫자로 보면 무엇이 달라지는지 직접 살펴보자.
- 이산화 탄소 자체는 이 농도에서 해롭지 않다. 다만 사람이 내뱉은 다른 물질과 함께 쌓이므로, 이산화 탄소 농도는 환기가 잘 되는지 보여 주는 지표로 쓰인다.
교실의 이산화 탄소 농도는 사람이 내쉬는 양과 환기로 빠져나가는 양이 같아지는 값에 가까워지며, 환기가 부족하면 수업 한 시간 안에 기준을 크게 넘는다. 탐구 결과는 질문, 방법, 결과와 한계, 근거 있는 제안의 순서로 나누어야 한다. 그래서 처음 질문의 답은 '행동이 달라진다'이다. 답답한 느낌이 숫자로 보이면 언제 얼마나 환기할지 함께 판단하고 실천할 수 있다.