50분 안에 성공하는 침과 전분 반응 실험의 비결！ — 수업에서 바로 쓰는 Y선생님의 특급 노하우
사이언스 트레이너 구와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
중학교 2학년 소화 단원에서 빠지지 않는 대표 실험이 있습니다. 바로 ‘침이 녹말에 어떤 작용을 하는지’를 확인하는 실험입니다. 직접 진행해 보면 알 수 있지만, 생각보다 정말 바쁩니다. 이것도 해야 하고 저것도 해야 하고, 조원끼리 협력하지 않으면 수업 시간 안에 끝내기 쉽지 않습니다.
그러던 중 선배 교사인 Y선생님께 이 실험을 효율적으로 진행하는 노하우를 자세히 배울 기회가 있었습니다.
그 안에는 오랜 경험에서 나온, 수업 시간 안에 확실한 결과를 얻기 위한 아이디어가 가득 담겨 있었습니다. 실제로 적용해 보니 학생들은 “정말 색이 변했어요!”라며 놀라워했고, 소화 효소의 작용을 생생하게 이해할 수 있었습니다. 이번 글에서는 그 노하우들을 수업 준비 방법과 함께 소개해 보겠습니다.
준비물
・종이컵(학생 수만큼), 시험관(조원 수+2개), 비커, 시험관대, 시험관 집게(1개), 가열 기구, 끓임쪽, 튜브형 풀을 녹여 만든 녹말 용액(실험 직전에 준비, 50mL), 시약(아이오딘 용액, 베네딕트 용액)
튜브형 풀을 물에 녹여 녹말 용액을 만듭니다. 반드시 실험 직전에 준비해야 합니다. 준비 단계에서 100mL 비커에 약 40mL 정도의 녹말 용액을 담아 둡니다(조별로 준비). 또한 작은 종이컵(약 90mL)에 물을 1/4 정도 채워 학생 수만큼 준비해 둡니다.
그럼 실험을 시작해 보겠습니다.
실험 방법
① 학생 각자가 종이컵의 물을 입에 머금고 1분 동안 기다립니다. 이후 침과 섞인 물을 다시 종이컵에 뱉어 넣습니다. 학생들이 “더러워요!”라고 말할 수도 있는데, “사실 입안은 생각보다 아주 깨끗한 곳이란다~” 정도의 분위기로 이야기해 주면 좋습니다. 모두 함께 하면 부끄러워하는 학생도 거의 없습니다.
② 학생별 시험관에 녹말 용액을 약 5mL 넣습니다. 이때는 피펫으로 정확히 재지 말고, 시험관 높이 기준으로 ‘손가락 두 마디 반 정도’라고 안내하면 편리합니다. 설거지거리를 줄이는 작은 팁이기도 합니다.
이어서 ①에서 만든 침 용액을 약 2mL 넣습니다. 여기서도 피펫은 사용하지 않습니다. 침 용액은 ‘손가락 반 마디 정도’에 해당하므로, 녹말 용액과 합쳐서 총 ‘손가락 세 마디 높이’가 되도록 넣으라고 안내합니다. 종이컵 가장자리를 살짝 접으면 그대로 시험관에 붓기 쉽습니다.
그 후 종이컵에 남은 침 용액은 버립니다. 단, 중요한 주의사항이 있습니다! 나중에 종이컵을 다시 사용할 예정이므로 컵 자체는 버리지 않도록 해야 합니다.
색 테이프가 붙은 시험관을 사용하면 조원 수가 4명이라면 4개의 시험관이 완성됩니다. 학생들에게는 자신의 시험관 색을 꼭 기억하라고 알려줍니다.
③ 대조 실험용으로 녹말 용액 5mL가 들어 있는 시험관(색 테이프 없음)에 물 2mL를 넣은 시험관을 조별로 1개 준비합니다. 하나만 있으면 충분합니다. 이렇게 하면 총 5개의 시험관이 됩니다.
④ ②의 침이 들어간 시험관들과 ③의 침이 없는 시험관을 약 40℃의 따뜻한 물에 넣고 10분간 둡니다. 물은 교사가 조 수만큼 준비합니다. 이 온도가 매우 중요하지만, 가스 온수기를 사용하면 쉽게 준비할 수 있습니다.
여기서 10분 정도 기다리는 시간이 생깁니다. 실험을 시작하기 전에 여기까지 설명해 두고, 이 대기 시간 동안 다음 단계인 ⑤ 이후의 작업을 설명하면 좋습니다. 이 실험은 정말 시간과의 싸움입니다.
⑤ 학생들은 자신의 시험관 속 용액 절반을 다시 종이컵으로 옮깁니다. 이제 종이컵이 다시 등장합니다.
⑥ 대조 실험용 시험관의 용액도 절반을 다른 시험관(무색)으로 옮깁니다. 그러면 아래와 같은 상태가 됩니다.
학생들의 침이 들어간 녹말 용액 시험관이 4개, 그것을 종이컵에 옮긴 것이 4개, 그리고 대조 실험용 녹말 용액을 나눈 무표시 시험관 2개가 준비된 상태입니다.
⑦ 종이컵에 들어 있는 침+녹말 용액과 대조 실험용 녹말 용액에 아이오딘 용액을 떨어뜨려 봅니다.
침이 들어간 쪽은 반응하지 않았고, 침이 없는 쪽은 반응했습니다. 즉, 침이 녹말을 분해하여 더 이상 녹말이 검출되지 않게 되었음을 알 수 있습니다.
⑧ 이번에는 침+녹말 용액이 들어 있는 시험관과 녹말 용액만 들어 있는 시험관에 베네딕트 용액을 3~4방울 정도 넣고, 끓임쪽 2~3개를 넣습니다. 시험관 표면은 반드시 닦아 두어야 합니다. 그렇지 않으면 가열 중 깨질 수 있습니다.
시험관 집게를 사용해 가열하며 색 변화를 관찰합니다.
베네딕트 용액은 환원당에 반응합니다. 환원당이란 가열했을 때 베네딕트 용액 속 구리 이온(푸른색의 원인)을 환원시킬 수 있는 당을 말합니다.
대표적인 환원당은 다음과 같습니다.
・포도당(글루코스)
・과당(프럭토스)
・맥아당(말토스)
・유당(락토스)
반면,
・설탕(자당)
・녹말
에는 일반적으로 반응하지 않습니다.
베네딕트 용액은 반드시 가열해야 반응이 나타납니다. 과연 어떤 색으로 변할까요?
※ 가열 시 주의사항
돌비 현상(갑작스러운 끓음)이 발생하여 뜨거운 액체가 튈 수 있으므로, 시험관 입구를 사람이 없는 방향으로 향하게 하고 가열해야 합니다.
아래 영상은 끓임쪽을 넣지 않고 가열했을 때 어떤 일이 일어나는지 촬영한 것입니다.
참고로 끓임쪽을 넣더라도 뜨거운 액체가 튈 가능성은 있으므로 충분히 주의해야 합니다.
가열을 계속하면
이처럼 색이 변합니다. 왼쪽은 녹말+물의 경우로, 구리 이온이 환원되지 않아 그대로 파란색을 유지합니다. 오른쪽은 녹말+침의 경우로, 구리 이온이 환원되어 갈색 계열로 변했습니다.
한 조의 결과를 촬영한 사진입니다. 왼쪽부터 네 개가 학생들의 침이 들어간 시험관이고, 맨 오른쪽이 대조 실험용 시험관입니다. 색은 조금씩 다르지만, 모두 파란색에서 변화했다는 점은 분명합니다.
베네딕트 용액이 반응했다는 것은 환원당이 생성되었다는 뜻입니다. 즉, 원래 있던 녹말이 사라졌고, 대신 더 작은 당으로 분해되었다고 해석할 수 있습니다.
이 실험은 “소화 효소란 눈에 보이지 않지만 분명한 변화를 만들어 내는 존재”라는 사실을 학생들이 직접 체감할 수 있게 해 주는 훌륭한 수업 소재입니다. 다만 진행 순서와 준비 방법에 따라 성공률과 수업 만족도가 크게 달라집니다. Y선생님에게 배운 여러 노하우는 학생들의 이해를 높이는 데 매우 효과적이었으며, 앞으로도 계속 활용하고 싶다고 느꼈습니다.
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