STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 부산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 프로그램명 구분 부산대학교 (신규/수정보 완) 신규 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 주요 적용 학년 고3 개발차시 4 주요 과목 생명과학Ⅱ 주요 단원 Ⅴ. 생물의 진화와 다양성 관련 과목 통합과학 관련 단원 Ⅶ. 생물 다양성과 유지 S, M, I 적용 지역 STEM+I 요소 주 개발자명 보조 개발자 하디-바인베르크 법칙을 배운 뒤, Excel을 이용한 가상실험을 진행한다. 주요 수업 가상실험에서 돌연변이, 자연선택이 없을 때 유전자 빈도가 세대가 거듭 개요 되어도 변하지 않는 것을 확인하고, 돌연변이와 자연선택이 나타났을 때 유전자 빈도가 변하는 것을 알아본다. 1차시: 하디-바인베르크 법칙, 유전자 빈도 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시: 하디-바인베르크 법칙 가상 실험(멘델 집단 조건) 3차시: 하디-바인베르크 법칙 가상 실험(돌연변이와 자연선택이 있을 때) 4차시: 논리적 글쓰기 생명과학 ② 생명과학 2 2022학년도 고등학교 생명과학 STEM + I 수업 학번 ( ) 이름 ( ) 활동지 1 주 제 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 다음은 항생제의 발견과 슈퍼 박테리아의 등장을 시간 순서대로 나타낸 것이다. 1928년 9월, 영국의 미생물학자 알렉산더 플레밍이 곰팡이 페니실리움 노타툼에서 페니실린을 발견 1940년 5월, 플레밍의 논문을 본 영국 옥스퍼드대학의 생화학자 에른스트 체인 박사와 병리학자 하워드 프롤리 박사가 페니실린을 약품으로 만드는데 성공 1942년, 제2차 세계대전 동안 수많은 부상자가 발생하자 약 20개 제약 회사가 페니실린을 대규모 로 생산 1940년대 후반, 2차 세계대전 동안 페니실린이 남용되며 페니실린 내성균 등장 1960년, 페니실린에 내성을 가진 포도상구균을 잡는 메티실린 개발 1961년, 메티실린 내성 포도상구균(MRSA)이 가진 내성 유전자 mecA는 1960년대 초 처음 발견된 뒤 20년 만에 전세계로 퍼짐 1966년, 반코마이신을 개발하여 MRSA 치료 1996년, MRSA가 반코마이신 내성 유전자를 전달받아 슈퍼 박테리아로 진화 슈퍼 박테리아가 생긴 이유를 생각해보자. 슈퍼 박테리아가 생긴 이유에 대해 자신의 의견을 서술하시오. ‘1’에서 서술한 자신의 의견을 지지할 수 있는 과학적 방법을 설계하시오. ‘2’에서 조작변인, 통제변인, 종속변인은 각각 무엇인가? 부산대학교 과학영재교육원 119 2022학년도 고등학교 생명과학 STEM + I 수업 학번 ( ) 이름 ( ) 활동지 2 주 제 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 멘델집단의 조건은 무엇인가? 표는 집단 Ⅰ~Ⅲ의 유전자형별 개체 수를 나타낸 것이다. 각 집단의 대립 유전자 빈도를 구하시오. (단, 대립 유전자 A의 빈도는  , 대립 유전자 a의 빈도가  이고,  +  = 1이다.) 유전자형 AA Aa aa Ⅰ 200 200 300 Ⅱ 100 150 250 Ⅲ 350 450 200 집단 1. 집단 Ⅰ의 대립 유전자 빈도 계산 과정 2. 집단 Ⅱ의 대립 유전자 빈도 계산 과정 3. 집단 Ⅲ의 대립 유전자 빈도 계산 과정 120 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 2022학년도 고등학교 생명과학 STEM + I 수업 학번 ( ) 이름 ( ) 활동지 3 주 제 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 멘델집단 대립 유전자 빈도 변화 관찰 ① Excel 파일의 ‘임의 교배’ 시트에서 C1 셀에 개체 수를 500을 입력한다. ② C3 셀에 대립 유전자 A의 개수를 입력한다. (200 ~ 800의 임의의 값, K2 셀 값은 0으로 설정한다.) ③ ‘지우기’ 버튼을 눌러 A9부터 입력된 값을 삭제한다. (오류 내용 제거) ④ 커서를 움직여 난수를 생성한다. (난수 생성 = 무작위 교배) - 시행 횟수는 G1 셀에서 확인 가능함 생성된 난수 ‘G1’셀에 나타나는 시행 횟수 ⑤ 시행 횟수가 1000이 되면 멈춘다. - 1000을 넘긴 경우 넘는 부분은 수동으로 삭제 ⑥ ‘자손 유전자형’ 시트( 을 확인한다. 122 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 )로 넘어가서 무작위 교배한 자손의 유전자형 2022학년도 고등학교 생명과학 STEM + I 수업 학번 ( ) 이름 ( ) 활동지 4 주 제 Excel을 이용하여 알아보는 진화의 원리 가상 실험을 수행하고 아래 물음에 답하시오. ‘활동지 1’에서 썼던 자신의 생각에 대해 옳고 그름을 판단하고, 그 이유를 증거를 대서 설명하시오. 가상 실험을 통해 내린 ‘슈퍼 박테리아가 생기는 이유’에 대한 결론은 무엇인지 쓰시오. 가상 실험을 수행하면서 본인 또는 모둠원이 생각한 한계점은 어떤 것이 있을지 쓰시오. ‘3’에서 작성한 한계점을 보완할 수 있는 방안을 작성하시오. 128 2022 STEM+I 생각교실 프로그램북 - 교사용 활동지 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 지오지브라를 활용하여 농장동물을 구하라! 경북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 경북대학교 과학영재교육원 프로그램 지오지브라를 활용하여 농장동물을 구하라! 이름 주요 과목 생명과학Ⅱ 관련 단원 관련 과목 통합과학 관련 단원 STEM 요소 S, E, M 지역 Ⅴ. 생물의 진화와 다양성 03 생물의 진화 Ⅲ.변화와 다양성 2. 생물 다양성과 유지 보조 주 개발자 개발자 ① 변이와 자연선택에 따른 진화의 원리 설명하기 주요 수업 개요 ② 농장동물들을 통해 진화의 의미를 생각하기 ③ GeoGebra를 활용해 추세선을 그리고 개체수를 예측하기 ④ 통계자료를 분석하여 문제상황 인식하기 ⑤ 학대받고 있는 농장동물 문제를 해결할 수 있는 방안 찾기 차시별 1차시 문제상황 발견 전 진화에 대한 고찰1 2차시 문제상황 발견 전 진화에 대한 고찰2 3차시 문제상황 인식, 통계자료 처리, 지오지브라를 활용한 통계자료 분석 4차시 분석자료를 바탕으로 농장동물의 미래 예측, 생활 속 실천 방안 수립 주요내용 (키워드 위주) [ STEM 생각교실 교육 프로그램 ] 차 시 지구에 다양한 생물이 나타난 이유는? 1 ■ 학습 목표 • 과거에 살았던 생물들과 오늘날의 생물이 많이 다른 이유를 설명할 수 있다. • 변이와 자연 선택에 따른 진화의 원리를 설명할 수 있다. • 생물 종 다양성의 의미와 중요성을 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 변이, 자연 선택, 인위 선택, 진화, 생물 다양성 ■ 학생 활동지 해설 [ 활동지 ] 1. 인터넷 검색을 통해 화석으로 보는 생물과 오늘날의 생물의 생김새를 비교해보자. 화석으로 보는 생물과 오늘 날의 생물이 많이 다른 이유는? 출처: 화석, (https://www.pexels.com/) 변화하는 환경조건에 맞춰 서로 다른 모습으로 적응했고, 이 과정에서 환경에 알맞은 변이를 가진 생물이 살아남아 자손을 남기는 과정을 반복하면서 다양한 모습의 생물이 나타났다. -과학기술정보통신부 블로그, ‘화석으로 보는 생물의 진화’, 2019.12.18. (https://blog.naver.com/with_msip/221741137816) -유튜브 문화유산채널, ‘여수 낭도리 공룡발자국 화석산지 및 퇴적층’, 2017.10.27. (https://youtu.be/vtZ2xmUgM2s) -국립생태원 온라인생태원 (https://www.nie.re.kr/cyber/cyberMain.do) (학생 실제 예시) 환경이 변함에 따라 생물들이 환경에 유리한 방향으로 적응.진화하여 다양한 생물들이 멸종하고 생 겨났기 때문이다. - 120 - 차 시 학대 받고 있는 농장동물들 2 ■ 학습 목표 • 진화에 대해 자신의 생각을 말할 수 있다. • 유전적 다양성의 의미와 중요성을 설명할 수 있다. • 공장식 축산의 문제점을 말할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 공장식 축산, 농장동물, 진화, 유전적 다양성 ■ 학생 활동지 해설 [활동지] 1. 지식채널e(공룡 멸종에 관한 101가지 이론)을 시청한 후 소감은? ‘공룡의 멸종은 현재 인간에 의해 진행 중이다’라는 말이 가장 기억에 남는다. 그 많던 공룡들이 멸 종하게 된 진짜 원인이 궁금해졌다. 미래의 인간의 운명도 궁금하다. -유튜브 EBSDocumentary(EBS 다큐), ‘공룡 멸종의 원인 101가지’, 2014.01.10. (https://youtu.be/Ghl8SRfH0L4) (학생자료 예시) 공룡 멸종에 대한 이론이 100여개나 되는 것도 놀랍고, 공룡이 멸종했다는 건 엄청 오래전 일이지 만 현재 새가 공룡이라고 말하는 학자들도 있는 걸 보니 공룡이라는 존재가 여러모로 중요한 것 같다. 그리고 인간에 의해 새가 멸종되고 있다는 게 너무 안타까웠다. 2. 인간이 지구에 살았던 시간보다 훨씬 긴 시간을 살았던 공룡이 그랬던 것처럼 인간도 언젠가는 멸종하지 않을까? 인간도 다양한 원인으로 언젠가는 멸종할 것이다. 어쩌면 당연히 받아들여야하는 운명일지도 모른 다. 그런 운명일지라도 이를 재촉하는 듯한 현재의 우리 모습에서, 스스로 멸종해버린 첫 번째 생명체 가 될지도 모르겠다는 생각이 든다. (학생자료 예시) 멸종할 것 같다. 고생대, 중생대의 기록을 보면 그 시대에서 가장 번성한 종이 멸종했다. 앞선 기록 들처럼 인간도 신생대에서 가장 번성한 종이기 때문에 인간이 막을 수 없는 자연현상이 일어난다면 멸 종할 수 있을 것 같다 - 127 - 차 시 지오지브라를 활용하여 문제상황 인식하기 3 ■ 학습 목표 • 통계자료를 찾아 지오지브라를 활용하여 상관관계를 확인할 수 있다. • 농장동물의 문제 상황을 발견하고 설명할 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 상관관계, 상관계수, 산점도, 지오지브라, 회귀분석 ■ 학생 활동지 해설 [활동지] 1. 농장동물이 학대 받으며 사육될 수밖에 없는 이유는? 한꺼번에 빨리 키워서 팔아야 돈이 되기 때문이다. 결국 동물을 하나의 생명체로 보지 않고 돈을 벌 기 위한 수단으로 본다. 고기로 이용되기 위해 사육되는 경우가 대부분이다. 적은 돈으로 빠르게 길러져서 최대의 수익을 얻 는 것이 중요하고 동물이 어떻게 사육되느냐는 뒷전이기 때문이다. (학생 실제 예시) 전세계의 많은 사람들이 먹거나 이용하기 위해서 많은 농장동물이 필요한데, 대량 생산을 하는 과정 에서 동물들의 권리를 모두 지켜주며 생산하면 너무 많은 비용과 시간이 들기 때문이다. 2. 농장동물이 학대 받으며 사육되고 있는 현재 상황을 설명하는 가설을 모둠별로 의논하여 세워보자. 인구가 지속적으로 증가함에 따라 고기 요구량이 증가할 것이다. 대량으로 사육될 때 들어가는 소규모보다 비용이 적을 것이다. 예전보다 소규모 농장보다 대규모 농장이 증가할 것이다. 짧은 시간동안 급격하게 살을 찌워서 판매될 것이다. 1인당 고기 소비량이 증가하여 고기 요구량이 증가할 것이다. 예전보다 전세계적으로 고기를 소비하는 인구가 증가하여 고기 요구량이 증가할 것이다. 사람들은 비슷한 품질이라면 비싼 고기보다 싼 고기를 찾을 것이다. 식습관의 변화로 1인당 고기 소비량이 증가했을 것이다. (학생 실제 예시) 1.수요가 늘어나고 있으므로 적은 비용으로 공급을 최대화하기 위해 학대하는 것이다. 2. 육식 위주의 식단으로 변했다. 3. 소득량이 늘어나면서 육식의 수요가 늘어났다. 4. 인구가 증가해서 동물의 수요가 늘어났다. 5. 가축을 키우는 가구수가 줄어들면서 환경이 협소해졌다. 6. 소비자의 맛 선호도에 따라 가둬놓고 키우는 것을 선호하게 되었다. - 132 - 차 시 농장동물의 미래 예측하기 4 ■ 학습 목표 • 농장동물의 미래를 예측하고 문제해결책을 제시할 수 있다. • 농장동물의 문제를 해결하기 위해 노력하는 사람들이 하고 있는 일에 대해 말할 수 있다. • 구체적인 생활 속 실천 방안을 세울 수 있다. ■ 주요 학습 개념 • 공장식 축산 해결 방안, 동물보호단체 운동가, 동물보호법 정책 입안자 ■ 학생 활동지 해설 [활동지] 1. 지오지브라를 활용하여 전세계 닭의 개체수가 앞으로 어떻게 변할지 예측해보자. [학생자료 – 지오지브라 활용하기] 참조 (학생 실제 예시) (1) 짧은 시간 안에 점점 많이 살찌워지는 닭들 (x축: 일당 증체량, y축: 사육일수) 닭의 일당 증체량과 사육일수는 뚜렷한 증가-감소 관계를 보이고 있으며, 이것은 해가 지날수록 더욱 심화되고 있다. (2) 세계의 GDP 별 고기 소비량 (x축: 나라별 GDP, y축: 고기 소비량 ) r=0.6549 GDP가 높은 국가일 경우 대체로 고기 소비량도 높음을 확인할 수 있다. - 146 -