고등학교 전자기와 양자 · 양자와 미시세계 · 2022 개정 교육과정
[12전자03-03] 성취기준 해설과 수업·평가 예시
성취기준 원문
[12전자03-03] 터널 효과를 설명하고, 관련된 현상과 기술을 조사하여 발표할 수 있다.
성취기준 해설
터널 효과가 고전적으로 불가능하지만 전자소자 소형화에 따른 터널 효과 발생 문제와 주사 터널링 현미경(STM) 등 다양한 현상과 기술에서 나타나는 확률적 현상임을 정성적으로 설명하여 지도한다.
쉽게 풀어 보면
고전 역학으로는 넘을 수 없는 에너지 장벽을 입자가 일정한 확률로 통과하는 터널 효과를 설명하고, 관련된 현상과 기술을 조사해 발표하는 성취기준이에요. 장벽이 얇고 낮을수록 통과 확률이 커진다는 점을 정성적으로 다루고, 주사 터널링 현미경(STM)과 전자 소자 소형화에서 생기는 누설 전류 문제를 사례로 삼는 것이 핵심이에요.
학습지 문항 예시 예시
벽을 통과하는 전자, 터널 효과
- 언덕 아래 공이 언덕 꼭대기까지 오를 에너지가 없을 때 고전 역학과 양자 역학이 예측하는 결과를 각각 쓰세요.
- 에너지 장벽의 두께가 얇아지거나 높이가 낮아질 때 터널 효과가 일어날 확률이 어떻게 변하는지 쓰세요.
- 주사 터널링 현미경이 원자의 배열을 볼 수 있는 이유를 탐침과 시료 사이의 거리와 터널 전류의 관계로 설명해 보세요.
- 반도체 소자가 계속 작아질 때 얇은 절연층을 전자가 통과해 생기는 문제를 쓰세요.
- 터널 효과가 일상의 큰 물체에서는 관찰되지 않는 이유를 쓰세요.
수업 흐름 예시 예시
- 도입: 언덕을 넘지 못하는 공의 운동을 떠올리며 '벽을 통과하는 입자'가 가능한지 예상해요.
- 전개 1: 확률 파동이 장벽 안에서 점점 작아지지만 장벽이 얇으면 반대편에도 남는다는 그림으로 터널 효과를 정성적으로 정리해요.
- 전개 2: 모둠별로 주사 터널링 현미경, 소자 소형화의 누설 전류, 플래시 메모리 가운데 하나를 맡아 터널 효과가 쓰이거나 문제가 되는 방식을 조사해요.
- 정리: 모둠별로 2분씩 발표하고, 터널 효과가 기술에 도움이 되는 경우와 걸림돌이 되는 경우를 표로 정리해요.
서술형 평가 문항과 채점 기준 예시
터널 효과가 고전적으로는 불가능한 확률적 현상임을 에너지 장벽 그림으로 설명하고, 주사 터널링 현미경과 반도체 소자 소형화 사례를 들어 터널 효과가 기술에서 활용되는 경우와 문제가 되는 경우를 비교하여 서술하시오.
| 수준 | 채점 기준 |
|---|---|
| 상 | 고전 역학과 양자 역학의 예측 차이를 장벽 그림으로 정확히 설명하고, 두 사례에서 터널 효과가 활용과 문제로 작용하는 방식을 거리·두께와 연결해 비교함 |
| 중 | 터널 효과의 의미는 설명했으나 사례 비교에서 한 가지가 피상적이거나 거리·두께와의 연결이 빠짐 |
| 하 | 입자가 장벽에 구멍을 뚫고 지나간다는 식으로 설명하여 확률적 현상임을 드러내지 못함 |
세특 기재 예시 예시
터널 효과를 탐구하는 수업에서 고전 역학으로는 넘을 수 없는 장벽을 전자가 확률적으로 통과하는 현상을 확률 파동 그림으로 정성적으로 설명함. 모둠 조사에서 주사 터널링 현미경을 맡아 탐침과 시료 사이 거리가 조금만 변해도 터널 전류가 크게 달라지는 성질이 원자 수준 영상을 가능하게 함을 발표함. 소자 소형화에서 터널 효과가 누설 전류를 일으키는 문제와 비교하여 정리함.
이 예시는 207자, 나이스 기준 513Byte예요. 과목별 세특은 1,500Byte(500자)까지 써요. 내 문장은 나이스 글자수·바이트 계산기로 세어 볼 수 있어요.
세특에는 학생이 실제로 한 활동과 교사가 관찰한 내용만 써요. 대회명·기관명처럼 쓰면 안 되는 내용은 생기부 기재 금지 사전에서 확인할 수 있어요.
학생들이 자주 헷갈리는 점
터널 효과를 입자가 장벽에 구멍을 내고 지나가거나, 에너지를 잠시 얻어 장벽을 넘어가는 것으로 생각하는 학생이 있어요. 장벽은 그대로이고 입자의 확률 파동이 장벽 너머에도 조금 남아 있어 그쪽에서 발견될 확률이 생긴다는 점을 그림으로 정성적으로 정리해 주세요.
이 영역의 적용 시 고려 사항 (고시 원문)
- 고등학교 ‘물리학’의 빛과 물질과 연계된다.
- 양자물리 개념에 대한 엄밀한 설명보다는 양자물리의 기묘함을 학생들이 인식하게 하고, 학생들의 상상력을 북돋우는 데 초점을 맞추어 지도한다.
- 양자현상에 대한 직접 관찰과 실험 대신 컴퓨터 모의실험을 활용하여 지도한다.
같은 영역의 다른 성취기준
왓퀴즈는 이런 AI예요
왓퀴즈는 한국 학교의 수업과 기록 업무에 맞춘 교사용 AI예요. 이 사전과 같은 2022 개정 교육과정 성취기준 데이터로 학습지, 수업 PPT, 평가계획서 초안을 만들고, 2026학년도 학교생활기록부 기재요령 원문을 바탕으로 세특 초안을 쓰고 기재 금지 표현을 검사해요.