STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 유전공학 기초 – DNA클로닝, 전기영동 아주대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 프로그램 이름 아주대학교 과학영재교육원 유전공학 기초 – DNA클로닝, 전기영동 주요 과목 생명과학Ⅱ 관련 과목 생명과학Ⅰ STEM 요소 S, E 관련 단원 유전자의 발현과 조절 관련 유전 단원 지역 차시 4 개발자 주요 수업 개요 유전공학의 근간을 이루는 DNA 클로닝의 의미를 알고, 제한효소지 도(map)를 그려본다. 실험으로는 세균 플라스미드 DNA를 제한효소 반응으로 분리하고, 전기영동을 통해 DNA 확인하여 본다. 1. 수업 사전 협의회 → 2. 전문가 수업실시(A반) → 3. 교사 수업실 시(B, C반) → 4. 간담회(전문가+교사+코디네이터 참석) → (2~4 차 시별로 반복) → 최종 간담회(전문가+교사+코디네이터 참석) 수업 사전 협의회 프로그램 운영 방법 (절차) 전문가 교사 수업 수업 실시 실시 (B, C반) 간담회 수업 내용 및 방법 최종 간담회 조정 (A반) ※ 각 수업에는 교사 및 코디네이터가 참관하고, 매 수업이 끝날 때 마다 간담회 진행하였음. ◎ 유전 공학 기초(1차시) 교수·학습 지도안 수업일시 단원명 생명공학 기술과 인간생활 수업주제 수업대상 수업교사 수업장소 수업차시 유전 공학 학습목표 수업형태 1/4 강의, 실습 모의 실험을 통해 DNA 클로닝의 의미와 목적을 알아본다 수업단계 수업자료 및 교수·학습 활동 유의점 ▶ 수업 목표 확인 - 이번 수업을 통해서 탐구해야 할 최종적인 목표를 인식한다. 배움열기 (5분) ▶ 동기유발 - 프로젝트 수업의 - 유전공학 기술의 기초인 유전자 클로닝이 어떻게 진행되는지 전체적인 목표에 알아본다. 대해 설명한다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. - 먼저 ppt 자료를 이용하여 강의한 ▶ 학습활동 1: 유전공학의 목적을 학습한다. 유전공학의 근간 을 이루는 DNA 클로닝의 의미를 학습한다. 이를 위해 기초가 되는 DNA, 유전자 발현을 학습한다. 다. - 활동지의 간단한 재료와 통해 배움활동 조작을 제한효소 작용을 이해시킨 (40분) 다. 학생 스스로 ▶ 학습활동 2: 제한효소의 작용을 학습한다. 제한효소를 이용 추론하여 가상의 한 DNA 클로닝 과정을 간단한 모의 실험으로 간접적으로 체험 재조합 한다. 만들 수 있는지 관찰한다. 배움정리 (5분) DNA를 ▶ 모의 실험 내용 확인 및 후속 차시 소개 - 학생들의 결과를 확인하고 다음 차시의 내용을 소개한다. •9• - ◎ 유전 공학 기초(2차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 단원명 수업주제 생명공학 기술과 인간생활 수업대상 수업교사 수업장소 수업차시 유전 공학 학습목표 수업형태 2/4 강의, 실습 플라스미드 DNA 분리의 원리를 학습하고 분리해본다. 수업단계 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 수업 목표 확인 - 이번 수업을 통해서 탐구해야 할 최종적인 목표를 인식한다. 배움열기 (5분) ▶ 동기유발 - 플라스미드를 세균으로부터 직접 분리하는 과정을 체험한다. - ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 플라스미드의 종류와 의미를 파악한다. 플라스미드 DNA를 분리하기 위해 필요한 것들을 생각해본다. 컬럼을 이용한 물질 분리의 원리에 대해 학습한다. - 먼저 ppt자료를 이용한 강의한다. - 이후 실험 시 학 생들의 집중력이 흐트러지지 배움활동 않도 록 주의시킨다. (40분) - 전체 과정을 먼저 파악하도록 한 후 ▶ 학습활동 2: 세균 세포로부터 플라스미드 DNA를 분리한다. 이 실험에 임하게 한 과정에서 다양한 실험 도구와 원리를 접해본다. 배움정리 (5분) ▶ 학습 내용 복습 및 후속 차시 소개 - 실험도구를 정리하고 다음 시간에 할 실험 내용을 소개한다. • 29 • 다. - ◎ 유전 공학 기초(3차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 단원명 생명공학 기술과 인간생활 수업대상 수업교사 수업장소 수업차시 수업주제 유전 공학 학습목표 제한효소 반응을 익히고 전기영동을 통한 DNA 분리를 이해한다. 수업단계 수업형태 3/4 강의, 실습 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 수업 목표 확인 - 이번 수업을 통해서 탐구해야 할 최종적인 목표를 인식한다. 배움열기 (5분) ▶ 동기유발 - 제한효소의 중요성과 이용에 대해 탐구한다. 분리한 DNA와 제 - 한효소로 절단된 DNA를 확인하는 방법을 알아본다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 제한효소에 대해 학습한다. 분리한 DNA에 제한효 소를 처리한다. 마이크로 피펫으로 미세한 양의 샘플을 다루는 법 을 학습한다. - 실험에서는 도구를 정확히 사 용하도록 지도한 다. 배움활동 - 제한효소 반응 시 (40분) 마이크로피펫 ▶ 학습활동 2: 아가로즈 젤을 이용한 DNA 분리법에 대해 학습한 을 다. DNA 전기영동을 위한 아가로즈 젤을 제조한다. 전기영동으로 본다. ▶ 학습 내용 복습 및 후속 차시 소개 (5분) • 41 • - 팁 중복사용하지 않도록 한다. DNA 분리 시에 분리 속도에 미치는 요인들의 영향에 대해 추론해 배움정리 실험 ◎ 유전 공학 기초(4차시) (기하)교수·학습 지도안 수업일시 단원명 생명공학 기술과 인간생활 수업주제 학습목표 유전 공학 수업대상 수업교사 수업장소 수업차시 수업형태 4/4 실습 전기영동 결과를 확인하고, 제한효소지도(map) 그리기를 통해 사고력을 기른다. 수업단계 교수·학습 활동 수업자료 및 유의점 ▶ 수업 목표 확인 - 이번 수업을 통해서 탐구해야 할 최종적인 목표를 인식한다. 배움열기 (5분) ▶ 동기유발 - DNA를 눈으로 확인한다. DNA 클로닝 과정에서 탐구 추론 능 - 력이 어떻게 발휘되는지 체험하도록 한다. ▶ 학습 목표 제시 - 이번 시간에 학습해야 할 목표를 제시한다. ▶ 학습활동 1: 아가로즈 젤 상에 DNA를 주입한다. 아가로즈 젤 상에서 분리된 DNA를 확인하는 법을 익힌다. DNA 분리 속도에 영향을 미치는 요인에 대해 생각해본다. - 전기영동 키트 - 젤을 만지거나 도 배움활동 구 사용 시 조심 (40분) 스럽게 한다. ▶ 학습활동 2: 제한효소지도를 이용한 추론 문제를 풀어본다. 이 를 통해 클로닝 과정에서 제한효소의 중요성을 학습하고 사고력을 배양한다. 배움정리 (5분) ▶ 학습 내용 복습 및 재료와 도구 정리 • 53 • - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 신재생에너지와 지속가능한 발전 전남대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램 이름 신재생에너지와 지속가능한 발전 주요 과목 통합과학 관련 과목 물리 STEM 요소 S, T, E, T 관련 Ⅵ. 환경과 에너지 – 2. 발전과 단원 신재생에너지 관련 단원 Ⅲ. 에너지 – 1. 역학적 에너지 지역 개발 차시 6 보조 주 개발자 개발자 - 이 프로그램은 학습자가 전기 에너지를 운동 에너지와 같은 다른 형태 의 에너지를 특별히 고안한 장치나 구조물을 사용하여 전자기 유도를 통해 정성적으로 알고 관련 현상을 체험할 수 있기를 기대하면서 설 계하였다. 주요 수업 개요 - 또한 수력 발전에서 물이 가진 퍼텐셜 에너지가 전기 에너지로 전환되 는 것을 수력 발전 모형을 만들어 실험하면서 체험할 수 있게 하였다. - 학생이 수력 발전 모형을 직접 구성하고, 물의 퍼텐셜 에너지와 모형 을 통해 전환된 전기 에너지를 측정, 계산하게 한다. - 학습자가 수력 발전 모형을 설치해보고(기술공학적 과정), 전자기 유도 현상, 에너지 전환을 탐구, 체험하고(과학적 탐구), 센서를 사용하여 데이터를 수집하고 처리(수학적 사고 활동)할 수 있게 한다. 주제 1차시 수업내 용 주제 차시별 2차시 수업내 용 주요내용 주제 3차시 수업내 용 4차시 주제 전자기 유도 코일, 자석, 검류계, 전자기 유도, 유도 전류의 방향과 세기 간이 발전기 전자기 유도, 간이 발전기 여러 가지 발전 화력발전, 수력발전, 핵발전, 풍력발전 자가 발전기의 에너지 전환 수업내 용 주제 5차시 수업내 용 주제 6차시 수업내 용 자가 발전기, 방전, 충전, 발전된 에너지의 양을 측정 수력 발전 모형의 에너지 전환과 효율Ⅰ 수력 발전 모형 구성 수력 발전 모형의 에너지 전환과 효율Ⅱ 수력 발전 모형, 발전, 전기 에너지 측정, 발전 효율 구하기 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 1. STEM 생각교실 프로그램 개요 교과군 중심교과목 학교급 학년 과학 통합과학 고등학교 1 수업 모형 순환학습 / POE / Jigsaw협동학습 / 갤러리 워크 수업 주제 발전과 에너지 전환 수업 단원 발전과 신재생 에너지 중심 교과목 관련 교육과정 영역 핵심개념 환경과 에너지 발전과 신재생 에너지 일반화된 지식 성취기준 관련탐구활동 내용요소 Ÿ 발전기 Ÿ 전기 에너지 Ÿ 발전기를 이용하여 생산된 전기 에너지가 가정에 공급된다. Ÿ 화석 연료를 대체하기 위하여 다양한 신재생 에너지를 개발하고 있다. Ÿ [10통과09-01] 화석 연료, 핵에너지 등을 가정이나 산업에서 사용하는 전 기 에너지로 전환하는 과정을 분석할 수 있다. Ÿ 자전거, 놀이 기구, 운동 기구 등을 이용한 간이 발전기를 만들고, 이 과 정에서 운동 에너지가 전기로 변환되는 과정 토의하기 Ÿ 이 단원에서 관찰 평가, 프로젝트 평가, 보고서 평가, 수행평가, 동료 평 가 등을 활용하여 학생의 성취 수준 및 학습 과정을 평가할 수 있다. 평가방법 Ÿ 간이 발전기 만들기 탐구 활동에서 변인 통제 등에 대한 실험실기 평가를 실시할 수 있다. 또한 태양광 발전을 이용한 장치를 고안하는 활동에 대 한 수행평가를 실시할 수 있다. - 1 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 2. 교사용 지도안 단원 학습 목표 전자기 유도 차시 1/6, 2/6 Ÿ 전자기 유도 현상에 대해 말할 수 있다. Ÿ 간이 발전기를 만들고 과학 개념을 사용하여 작동 원리를 설명할 수 있 다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 □ 다음과 같은 상황에 전기 에너지를 공급하려고 할 때 어떻게 행동했 는지 생각해보고 발표할 수 있도록 안내하기 도 입 동기유발 장난감 자동차를 가지고 놀다가 새롭게 구입한 텔레비전을 보려 움직이지 않을 때 고 할 때 □ 텔레비전에 전기에너지를 공급하려고 할 때 콘센트와 플러그를 연결 하는 행동이 발전소와 텔레비전을 연결하는 목적이 있는 행동임을 안 내하고 발전소에서 어떻게 전기에너지를 생산하는지 알아보고자 함을 안내하기 코일 주변에서 자석을 움직일 때 무슨 일이 생길까? 전 개 탐색 img. 고등학교 통합과학, 김성진 외, 미래엔, □ 위 그림과 같이 코일에 검류계를 연결하고 자석을 코일 주변에서 움 직이면(코일을 움직이면) 무슨 일이 벌어지는지 예상하도록 안내하기 □ 코일에 검류계를 연결하고 자석을 코일 주변에서 움직이면서(코일을 움직이면서) 무슨 일이 벌어지는지 실험, 관찰, 기록하고 발표하도록 안내하기 - 5 - 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 학습 목표 수업단계 여러 가지 발전 Ÿ 차시 3/6 화력발전, 수력발전, 핵발전, 풍력발전의 원리와 장단점을 말할 수 있 다. 학습과정 학습활동 및 내용 모집단 도입 모집단 형성 전문가 학습 주제 배부 전문가 집단 전개 전문가 집단 학습 모집단 복귀 후 다른 학습자에게 전달 주제 화력발전 정리 전체 학습 주제 보고서 작성 모집단별 발표 및 교사 피드백 수력발전 핵발전 풍력발전 - 8 - 전문가 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 학습 목표 수업단계 자가 발전기의 에너지 전환 Ÿ 차시 4/6 자가 발전기로 전기 에너지를 얻고 이를 측정할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 □ 자가 발전기와 LED를 제공하고 이를 연결하여 LED에 전류를 흘려 작동시켜 볼 수 있도록 안내한다. 도입 동기유발 □ 자가 발전기의 내부는 어떤 모습을 하고 있을지 그림을 그리고 주석 을 달아 자료를 만든 뒤 발표할 수 있도록 안내한다. 예상하기 □ 자가 발전기(직류)를 사용하여 스마트 폰을 완전 방전 상태에서 2% 충전 상태까지 걸리는 시간을 예상해 볼 수 있도록 안내한다. 전개 img. tinkercad.com 관찰하기 □ 자가 발전기(직류)와 스마트 폰을 연결하고 2%씩 충전하면서 걸리는 시간을 측정한 뒤 기록하여 발표하도록 안내한다. 충전율 2% 충전시간(초) - 9 - 4% 6% 2021학년도 전남대학교 과학영재교육원 단원 학습 목표 수업단계 수력 발전 모형의 에너지 전환과 효율 차시 5/6, 6/6 Ÿ 수력 발전 모형을 구성하고 발전된 전기 에너지를 측정할 수 있다. Ÿ 수력 발전 모형의 발전 효율을 구할 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 □ 그림과 같은 아이디어로 수력 발전 모형을 만들었을 때 다음을 예상 하고 그 이유를 말할 수 있도록 안내하기 도입 예상하기 Ÿ 물이 수력 발전 모형을 통과하는 동안 에너지 전환이 일어나는 과정(단계) 예상 Ÿ 「발전된 전기 에너지/물통(댐)에 담긴 물의 퍼텐셜에너지」값 예 상 □ Jigsaw협동학습/도구와 재료를 제공하고 수력 발전 모형을 구성하기 위한 방법을 그림과 글로 표현하고 발표할 수 있도록 안내하기 Ÿ 모집단 형성, 전문가 학습 주제 배부 모집단 관찰하기 전개 Jigsaw 협동학습 - 11 - 전문가 집단 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 질병을 이해하자_백신 가천대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 가천대학교 영재교육원 프로그램 질병을 이해하자_백신 이름 주요 과목 수학, 관련 과목 관련 단원 생물II 학, 미생물, 면역, 분자생물학 의 기술, 관련 단원 공학 STEM 요소 주 개발자 주요 수업 개요 S, T, E, M 지역 보조 개발자 코로나 바이러스와 바이러스 질병에 대해 이해한다. 코로나 바이러스 질병에 대한 감염 여부와 질병 진단법에 대한 지식을 습 득한다. 질병에 대처하는 인체의 면역 시스템을 이해한다. 백신의 원리와 여러 가지 백신의 제조 기술과 제조 방법을 알아본다. 백신의 일반적인 작용 원리와 종류, 그리고 현재 코로나 19 바이 1차시 러스에 대비해 전 세계적으로 사용되고 있는 백신들에 관한 내용 으로 진행된다. 분자 테크닉으로 개발된 백신을 다루는데 항원에 해당하는 단백 2차시 차시별 신에 대해서 알아본다. 바이러스 외피의 단위체 유전자의 mRNA 를 주입하는 RNA 백신에 대해 알아본다. 바이러스 외피의 단위체 유전자가 재조합된 DNA를 직접 주입하 주요내용 (키워드 위주) 질을 유전자 재조합으로 생산하여 백신으로 사용하는 단백질 백 3차시 는 DNA 백신과 재조합 DNA가 함유된 바이러스 벡터를 항원으 로 주입하는 바이러스 벡터 백신에 대해 알아본다. 4차시 5차시 바이러스 외피의 스파이크 단백질 유전자의 mRNA를 주입하는 RNA 백신에 대해 알아본다. . 감염병의 전파와 질병에 대한 집단면역을 간략히 알아보고 여러 가지 바이러스 질병의 치료제에 대해 그 작용 원리와 효과를 공 부한다. 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. 백신의 효과 와 제작 원리 2. 여러 가지 백신의 차이점 - 13 - )학년 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업에서 얻은 결론 1. 유전자 재조합으로 인체 단백질을 제작하는 원리와 과정 2. 단백질 백신의 제작 과정 - 30 - )학년 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. DNA 백신과 RNA 백신의 비교 2. 재조합 DNA를 세포에 주입하는 방법 3.바이러스 벡터 백신의 제작 과정 - 44 - )학년 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. mRNA 백신의 본질과 구조와 제작 과정 2. mRNA 백신의 제작 과정 3. mRNA 백신의 장단점 - 62 - )학년 성명 ( ) 가천대학교 과학영재교육원 STEM 생각 교실 과정 분야 ( ) 학교 ( ○ 수업내용 요약 ○ 수업에서 얻은 결론 1. COVID-19의 치료제와 작용 원리 2. 집단 면역 3. 국가적 방역 대책mRNA 백신의 장단점 - 79 - )학년 성명 ( )