STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용: 구강 건강 중심으로 강원대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램 이름 주요 과목 관련 과목 STEM 요소 강원대학교 과학영재교육원 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용: 구강 건강 중심으로 생명과학Ⅱ 과학탐구실 험 S, T, E, M 관련 단원 Ⅵ. 생명 공학의 기술 관련 단원 Ⅲ. 첨단과학의 탐구 지역 보조 주 개발자 개발자 최근 우리 사회의 중요한 가치로서 반려동물과 함께하는 삶에 대한 가치 가 그 중요성을 더해가고 있다. 이번 활동을 통하여 반려동물의 질병에 대 주요 수업 개요 한 이론적 지식을 습득하고, 이를 예방하기 위한 진단 도구로서 바이오마 커를 위한 분자진단에 대해 알아보고 직접 분자진단을 이용하는 실습을 한 다. 이러한 생물정보학 기반 의학적 진단 경험을 바탕으로 반려동물의 건 강한 삶을 위한 반려동물 의료보험 정책에 대해 의사 결정 할 수 있는 방 법을 배운다. 1차시 애완동물, 반려동물, 반려동물 질병 2차시 유전자, 염기서열결정법, 생물정보학, 분자진단 3차시 PCR, DNA 전기영동, 프라이머, 바이오마커 4차시 생물정보학, NCBI, 프라이머 5차시 동물보호, 반려동물 질병, 반려동물 의료보험(펫 보험) 차시별 주요내용 (키워드 위주) 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 Ⅲ 교사용 활동지 교사용 지도서 [1차시] 반려 동물의 건강을 위협하는 질병 조사하기 수업 안내 • 1차시는 반려동물의 개념과 반려동물의 질병에 대한 조사 활동으로 구성하였다. 과학적 의사소통에서 가장 기본적인 출발점은 논의하고 있는 개념에 대한 정확한 이해에서 출발한다고 할 수 있다. 일상적으로 많이 사용하고 있는 애완동물과 반려동물이라는 용어에 대해 소개하면서 시작할 수 있다. • 이번 차시 활동에서는 반려동물 관련 이슈를 검색해보고 질병에 대해 조사하는 활동을 한다. 생각열기 우리 집에 있는 개와 고양이 등의 동물을 어떻게 불러야 할까? 애완 동물이라고 부를까, 아니면 반려 동물로 부를까? 애완 동물과 반려 동물의 뜻에 대해 우리가 알고 있는 생각을 정리해봐요. 애완동물 반려동물 Ÿ 햄스터 같은 귀엽고 작은 동물 Ÿ 고양이나 강아지 처럼 크고 오래사는 동물 Ÿ 보다 익숙한 표현 Ÿ 굳이 이런 표현을 써야할까? 수업 TIP • 페들렛 캔버스 기능을 활용하여 실시간으로 공유하거나 구글 설문을 활용하여 의견을 수집한 후 수업 정리활동 으로 공유하고 개념을 정리할 수 있다. • 표준국어대사전으로 보는 애완동물과 반려동물 > 애완-동물(愛玩動物): 좋아하여 가까이 두고 귀여워하며 기르는 동물 > 반려-동물(伴侶動物): 사람이 정서적으로 의지하고자 가까이 두고 기르는 동물 표준국어대사전 바로가기(https://stdict.korean.go.kr) • 동물보호법으로 보는 반려동물 > 제2조(정의) 1항3호. “반려동물”이란 반려(伴侶) 목적으로 기르는 개, 고양이 등 농림축산식품부령으로 정하는 동물을 말한다. 동물보호법 바로가기(https://www.law.go.kr/동물보호법) 17 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 [2차시] 교사용 활동지 생물정보학과 분자 진단 수업 안내 • 2차시에서는 생물정보학과 분자 진단과 관련된 개념 지식에 대해 자료를 조사하고 조사내용을 구글 사이트 도구를 통해 공유하는 활동으로 구성하였다. 난이도가 있는 생물정보학에 대한 스캐폴드를 제공하기 위해 과학기술의 발전과 인간의 미래를 주제로 한 영화를 소개하면서 시작할 수 있다. • 영화와 관련된 유투브 영상은 수업 전 보고 올 수 있도록 한다. 수업에서는 혹시 보고 오지 않은 학생이 있을 수 있으므로 짧은 길이의 동영상을 준비하여 수업 시간에 보여주면 좋다. 생각열기 GATTACA가 보여주는 미래 사회 영화 ‘가타카(GATTACA)’는 1997년 개봉된 영화로 사람의 계급층이 유전자에 의해 결정되며, 임신 중에 유전자 검사를 통해 선별적으로 출산을 결정할 수 있다는 내용이 다. 최근에 개발된 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 유전자 가위라는 기술을 활용한다면 영 화 속 이야기는 현실이 될 수도 있다. • GATTACA 유투브 영상 주소: https://youtu.be/tzG3I7nMEks 출처: 나무위키 • 수업용 짧은 주소: https://youtu.be/W_KruQhfvW4 영화 따라잡기: 주인공 3명의 이름의 의미에 대해 조사해보기 이름 Vincent Anton Freeman Irene Cassini Jerome Eugene Morrow 이름의 의미 찾기 Vincent: ‘to conquer’로 정복자를 의미, 한계를 넘어섬 Anton: ‘Anthony-praise worthy’에서 유래, 형의 이름 Freeman: 자유인으로 의미, 외부의 제약으로부터 자유로움 Irene: ‘peaceful’의 의미 Cassini:‘토성고리를 발견한 천문학자’를 의미. 밝은 지점 사이의 어두운 영역의 의미로 이해됨 Jerome: ‘sacred name’ 신성한 이름의 의미 Eugene: ‘well born’의 의미 Morrow: ‘to-morrow’ 내일 즉, 미래를 의미 수업 TIP • 페들렛을 이용하여 주인공의 이름의 의미를 공유한다. 이름 의미 찾기 활동은 1차시에 적용했던 ‘애완동물과 반려동물 용어의 차이 생각해보기’ 활동과 연계된 활동이다. 과학 분야 뿐만 아니라 의사소통 과정에서 개념의 의미를 공유할 수 있도록 정의하는 것은 중요하지만 놓치기 쉬운 부분이다. 24 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 [3차시] 교사용 활동지 나도 과학자: DNA를 추출해보자. 수업 안내 • 3차시에서는 개념 지식 위주의 수업에서 벗어나 생물정보과 관련된 실험 역량을 키울 수 있는 활동으로 구성하였다. 이를 위해 비교적 쉽게 구할 수 있는 구강 세포로부터 DNA를 추출하고 전기영동을 이용하여 추출한 DNA를 확인하는 활동을 수행한다. 마이크로 피펫과 전기 영동에 대해 경험한 적이 없는 학생의 경우에는 2차시로 구성하여 마이크로 피펫 사용법과 전기 영동 겔만들기 활동을 1차시에 수행하고 2차시에는 제시된 활동을 수행하는 것이 좋다. 활동 구강 세포를 이용하여 DNA를 추출하기 Ⅰ. 활동 목표: Kit를 이용하여 구강 상피세포 DNA를 추출할 수 있다. Ⅱ. 준비물 ▢ DNA 추출 kit ▢ 1% agarose gel ▢ 증류수(Distilled water, DW) ▢ 6× Loading dye ▢ DNA ladder ▢ 1 × TAE Buffer ▢ 마이크로피펫 ▢ 1.5ml 원심분리튜브 ▢ 원심분리기 ▢ Vortex mixer ▢ 히팅 블록(혹은 항온수조) DNA 추출 전 해야 할 일!!! ◉ 히팅 블록(항온 수조)의 온도를 90℃로 예열해 둔다. 마이크로 피펫 사용법 익히기 ◉ 1번 그림과 같이 버튼을 누른 상태에서 시약에 담근다. ◉ 2번 그림과 같이 버튼을 천천히 놓으면서 시약을 채취한다. ◉ 3번 그림과 같이 버튼을 천천히 누르면서 시약을 용기에 주 입한다. ◉ 4번 그림과 같이 버튼을 끝까지 눌러준다. 29 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 교사용 활동지 [4차시] 바이오마커의 꽃: 프라이머 제작해보기 수업 안내 • 4차시에서는 생물정보학과 관련된 지금까지의 활동을 토대로 반려동물의 질병 검사를 위한 분자 진단 도구의 제작 과정 중 일부를 체험해보는 활동으로 구성하였다. 비교적 난이도가 높은 활동으로 활동 내용에 대한 이해에 초점을 맞추기 보다는 과학자들의 연구 활동을 체험해보는 체험 활동에 초점을 맞추어 지도할 필요가 있다. 이를 위해 질병에 대한 정보 검색하기 → 질병에 대한 원인균 찾기 → 원인균을 찾을 수 있는 분자진단 정보 검색하기 → 분자진단용 프라이머 선택하기 활동으로 구성하였다. 활동 구강 세포를 이용하여 DNA를 추출하기 NCBI활용 바이오마커 개발용 프라이머 설계 흐름도 수업 TIP • 난이도가 높은 활동이므로 모둠을 구성하여 활동하는 것이 효과적이다. 교육적 여건이 허락한다면 동료교사와 팀 티칭으로 수업을 운영하는 것을 추천한다. 팀 티칭을 할 수 없는 경우는 학급에서 컴퓨터 사용이 능숙한 학생이나 생명과학에 관심이 있는 학생을 3~4명 정도 선발해서 사전 학습을 수행하여 보조 강사로 참여시키는 것도 가능하다. 수업 모둠은 3명을 한 모둠으로 편성하고 보조 강사가 2개의 모둠을 담당하면 적절할 것으로 보인다. • 이번 차시의 수업은 수업 결과물을 만들기 보다는 각각의 학생들이 분자 진단 키트 제작 과정을 체험해보는 데 초점을 맞추어 수업 속도를 조절하는 것이 중요한 수업 포인트이다. 37 반려동물의 건강한 삶을 위한 분자 진단의 활용 [5차시] 교사용 활동지 반려동물 의료보험 정책 결정 수업 안내 • 5차시에서는 첨단과학기술의 발달로 인해 야기되는 사회∙윤리적 쟁점 즉 ‘과학기술관련 사회쟁점(SSI)’에 대해 합리적이고 책임감 있게 의사결정하고 실천할 수 있는 기회를 제공하기 위한 활동으로 구성하였다. • 이번 차시의 활동은 미래세대 과학교육표준(KSES)과 SSI 교육에서 강조하고 있는 ‘미래사회가 요구하는 인재는 단순히 지식을 풍부히 갖춘 인재가 아니라 협력과 소통을 바탕으로 창의적 사고력과 문제해결력 등의 역량을 발휘하여 책임 있는 시민으로서 삶과 사회의 문제를 해결해 갈 수 있는 인재’라는 관점에서 수업 모델을 구안하였다. • 이를 위해 적용한 수업 모형은 SSI 수업 모형 중 의사결정 모형에 해당하는 집단적 합의 수업 모형을 적용하였다. 수업 TIP • 반려동물 의료보험에 대한 쟁점에 대해 학생 스스로 문제 의식을 갖고 접근하고 쟁점 해결을 위한 실천 방안과 정책 결정에 참여할 수 있도록 교사의 개입을 최소로 한다. • SSI 수업 모형 분류 이현주 외 2인(2014) 45