과목 과학, 미술, 수학 수업
차시 8차시
단원 유전과 진화
학습목표
1. 유전 현상에 대한 과학 이론의 발달 과정에 대하여 설명할 수 있다.
2. 같은 부모에게서 나온 자식의 모습이 다른 이유에 대해 설명할 수 있다.
3. 과학과 기술의 상호 관계에 대하여 설명할 수 있다.
STEAM 단계 요소 상황 제시
∙ 미래의 내 아이의 모습을 어떻게 예측할 수 있을지, 그러한 예측이 어떻게 이루어지는가에 대한 상황을 제시한다.
∙ 2030년 개인 ID가 유전정보의 형태로 사용되는 상황을 제시한다.
창의적 설계 ∙ 같은 부모에게서 나온 자식의 모습이 다른 이유에 대해 생각해 본다.
∙ 미래의 자손 예측이 어떠한 정보를 바탕으로 만들어질지 예상해본다.
감성적 체험
∙ ‘운명의 주사위’를 만들어 미래의 ‘내 아이’의 모습을 그림으로 표현한다.
∙ 과학 발전과 기술 발달의 상호보완적인 관계에 대하여 생각해본다.
∙ 과학자의 올바른 자세와 태도에 대하여 생각해본다.
단계 교수 학습 활동 교수 학습 자료
(￭ 자료 ※유의점) 도입
(5분)
◉ 이 모든 것은 필연적 우연
• 운명의 주사위 만들기
- 주사위를 만들면서, 우성 주사위/우열 주사위의 의미에 대 해서 생각해본다.
- 내 배우자로 어떤 사람을 할지 선택한다.
￭ 사면체 주사위 전개도
※ 6~8차시 전/후로 멘델 의 유전 법칙에 대한 교실 수업 진행
￭ 피피티 자료
학습 과정 (15분)
◉ 이 모든 것은 필연적 우연
• 운명의 주사위를 던져라.
- ‘나’와 ‘배우자’의 표현형과 표현형의 우성/열성 여부를 형 질대조표에 작성한다.
- ‘운명의 주사위’를 던져 미래의 ‘내 아이’의 형질을 표에 표시한다.
- 내 아이 형질표를 바탕으로 미래의 내 아이 얼굴을 그린다.
- 같은 부모에게서 태어난 형제·자매의 얼굴이 각각 다른 이 유에 대하여 이야기한다.
학습 과정 (15분)
◉ 세 과학자의 이야기
• 유전 이론, 염색체설, 유전자설
- ‘세 과학자의 이야기’ 읽기 자료를 읽고, 과학자들의 사고 과정과 자신의 사고 과정을 비교한다.
- 과학 발전과 기술 발달의 상호보완적인 관계에 대하여 생 각해본다.
- 과학자의 올바른 자세와 태도에 대하여 이야기한다.
- 과학 지식의 발전 과정에 대하여 생각해본다.
※ 과학사 자료를 통하여 학생들은 자신들의 사고가 과학자들의 사고와 유사함 을 알 수 있다.
※ 역할극 형태로 운영할 수 있다.
마무리 (10분)
◉ 유전자는 형질을 결정한다. [선택형]
• ‘가타카’ 영상
- 가타카 영상을 보면서 미래에는 피 한방울 속에 들어있는 유전 정보를 이용하여 아이의 삶을 예측하는 것이 현실이 될 수 있음을 알려준다.
• 유전자 카드
- 2030년, 개인의 유전 정보가 상용화되어 있는 가상 상황 에 대한 읽기 자료를 읽는다.
- 수학적 확률을 기반으로 ‘나’와 ‘배우자’로부터 태어날 수 있는 유전 정보가 서로 다른 아이의 경우의 수를 계산한다.
※ 선택형 프로그램로 상황 에 따라서 적용 여부를 결 정할 수 있다.
※ 정확한 숫자를 계산하기 보다 경우의 수가 매우 많 다는 것에 초점을 두어, 유 전적 정보가 같은 아이가 태어날 확률은 매우 낮다는 사실을 알 수 있도록 한다.
유의
사항 ※ 시간 배분을 잘 고려하여 학습 과정에 맞는 프로그램을 이용할 수 있도록 한다.
평가 계획
평가 영역 평가내용 평가방법
창의적 설계 • 같은 부모에게서 나온 자식의 모습이 다른 이유에 대하
여 논리적으로 설명하는가? 구술평가
감성적 체험 • ‘운명의 주사위’ 활동에 적극적으로 참여하는가?
• 다른 친구들의 발표를 주의 깊게 경청하는가?
산출물평가 관찰평가
8 . 유전자는 형질을 결정한다.
1] 이 모든 것은 필연적 우연
<운명의 주사위를 던져라 - Mendelian Dice>
내 얼굴은 둥글둥글하고, 코는 길쭉하며, 눈꼬리는 살짝 올라가 있고…
지금의 내 모습은 유전물질을 통해서 엄마와 아빠에게 반반씩 물려받았지요.
그런데 지금의 내 모습은 과연 어떻게 결정된 것일까요?
앞으로 낳게 될 내 아이의 모습은 또 어떻게 결정되는 것일까요?
이것은 우연일까요? 아니면 필연일까요?
운명의 주사위를 던져 봅시다!
<형질 대조표>
우성 열성 우성 열성
머 리
M 자형 머리 보통 머리
곱슬머리 생머리
얼 굴
둥근 얼굴 긴 얼굴
사각 턱 브이라인 턱
눈
긴 눈썹 짧은 눈썹 쌍꺼풀 외꺼풀
눈
일자 눈 사선 눈 큰 눈 얇은 눈
코
좁은 코 넓은 코
큰 콧구멍 작은 콧구멍
귀
분리형 귓불 부착형 귓불 긴 귀 짧은 귀
입
두꺼운 입술 얇은 입술
보조개 있음 보조개 없음
1) 두 종류의 사면체 주사위를 만듭니다.
- 우성 주사위(분홍색) : 우성 형질 세 칸, 열성 형질 한 칸 - 우열 주사위(빨간색) : 우성 형질 두 칸, 열성 형질 두 칸
우성 주사위의 의미 보통 우성 형질은 동형으로 존재하기 보다는 이형으로 존 재한다. 따라서 우성의 유전자형을 이형으로 간주하고 자손에서 3:1의 비율로 나타남을 표현한 것이다.
우열 주사위의 의미 우성은 이형 열성은 동형을 가정하여 자손에서 1:1의 비 율로 형질이 나타나게 된다.
2) 형질대조표를 보며 배우자의 얼굴과 내 얼굴을 살펴봅시다.
① 두 사람의 표현형을 살펴보고, 우성인지 열성인지 확인하며 다음 표를 채워 봅시다.
나 배우자
운명의 주사위를
던져라!
자식
표현형 표현형 표현형
머리 (우,열) (우,열) (우,열)
(우,열) (우,열) (우,열)
얼굴 (우,열) (우,열) (우,열)
(우,열) (우,열) (우,열)
눈
(우,열) (우,열) (우,열)
(우,열) (우,열) (우,열)
(우,열) (우,열) (우,열)
(우,열) (우,열) (우,열)
코 (우,열) (우,열) (우,열)
(우,열) (우,열) (우,열)
귀 (우,열) (우,열) (우,열)
(우,열) (우,열) (우,열)
입 (우,열) (우,열) (우,열)
(우,열) (우,열) (우,열)
② 운명의 주사위를 굴려 내 아이의 모습에 표시해 봅시다.
▸ 나와 내 배우자가 가지고 있는 형질이 모두 우성이라면 우성 주사위를 던집니다.
▸ 한 명은 우성이고 한명이 열성이라면 우열 주사위를 던집니다.
▸ 둘 다 열성형질인 경우에는 주사위를 던지지 않고 그 형질을 그대로 사용합니다.
3) 나와 배우자 ________사이 아이의 모습은
4) 모든 것은 필연적 우연의 의미가 무엇일까요?
나와 내 배우자의 유전자들은 우연적 확률로 조합되어 내 아이의 형질을 결정한다. 하지 만 결국은 모든 것이 나와 내 배우자의 유전자에 의해서 결정되는 것이다. 내 아이의 모 습이 나와 닮은 듯, 닮지 않은 듯, 닮아 보이는 것은 “필연”인 것이다.
5) 같은 부모에게서 태어난 형제자매의 얼굴, 심지어 쌍둥이의 얼굴도 각각 다른 이 유에 대해 생각해봅시다.
형질을 결정하는 것은 유전자의 영향이 큰 편이긴 하지만 환경적인 영향도 있다. 또 형 질이 이분법적으로 결정되기보단 여러 가지 유전 인자의 상호작용에 의해서 결정된다.
피피티 자료를 활용한다.
2] 세 과학자의 이야기
역할극의 형태로 수업을 진행하도록 한다.
기자 : 안녕하세요. 유전학 산책입니다. 오늘은 멘델, 서튼, 모건 세 분의 과학자님들을 모시고, 유전 이론, 염색체설, 유전자설의 대통합이 어떻게 이루어졌는지 들어보도록 하겠습니다. 안녕하세요. 멘 델 선생님. 먼저 선생님 연구에 대해서 설명 좀 부탁드립니다.
멘델 : 나는 수도원에서 완두콩을 기르며, 콩의 형질을 관찰하였네. 콩들을 잘 살펴보면 노란콩과 초록콩, 쭈글 쭈글한 콩과 매끈한 콩, 키가 큰 완두와 작은 완두처럼 둘 중 하나의 형태로 나타나는 것을 발견할 수 있었지.
우리의 몸의 형질도 이처럼 이분법적으로 결정되고, 따 라서 이를 결정하는 ‘유전물질’이 우리 몸에 한 쌍씩 있 을 것이라고 생각했지.
기자 : 그런데 노란콩과 초록콩의 유전물질이 한 개체 속에 함께 있다면 어떻게 되는 것 인가요? 초록과 노란 색이 섞여 있는 완두콩은 본 적이 없는데요.
멘델 : 그렇지! 그래서 나는 두 유전물질 중 우월한 것이 있지 않을까 생각했었네. 우월한 물질이 둘 중 하나의 형질이 나타나게 하는 것이지. 실험 결과 난 노란 콩이 초록 콩보다 우월하다는 결론 을 얻었다네.
기자 : 그렇다면 그 ‘유전물질’은 어디서 전해오는 것일까요? 실제로 관찰은 하셨나요?
멘델 : 아주 쉽게 상상할 수 있지 않은가? 바로 부모에게서 하나씩 물려받으면 되겠지! 하지만 난 그것이 무엇인지 내 눈으로 직접 확인할 수 없었다네. 내가 살던 시대에는 현미경이 없었거든…
서튼 : 제가 살던 시기는 현미경이 개발되었고, 염색법이 발달하면서 세포 안을 들여다 볼 수 있었 습니다. 기술의 발전은 우리가 상상하기만 했던 것들, 상상조차 하지 못하던 것들을 눈앞에 펼쳐놔 주었지요. 저는 세포 속에 애벌레처럼 염색되어 있는 “염색체”에 관심을 가졌습니다. 그리고 세포 속의 염색체가 쌍을 이루어 결합되었다가 곧 분리되는 것을 관찰하였지요. 멘델 선생님이 볼 수 없 었던 그 실체가 바로 이것이 아닐까요?
모건 : 저는 멘델 선생님의 이론을 받아들일 수 없었습니다. 왜냐하면 사실에 기반하지 않은 상상은 의미가 없다고 생각했었기 때문이죠. 또 실제로 많은 부분들은 이분법적인 형질보다 훨씬 복잡하게 구성되어있기도 했었고요. 이분법적인 형태 로 나타나지도 않았습니다. 그래서 저는 서 튼 선생님께서 말씀하신 염색체설도 믿지 못하였고, 성염색체가 발견되었음에도 불구 하고 저는 이 모든 것을 믿지 못하겠다는 제 주장을 굽힐 수 없었습니다. 왜냐하면 저는 오직 실험에 의해서 발견된 증거만을 추구하였기 때문이지요. 그래서 저는 실험 에 실험을 거듭하였고, 그러던 어느 날 제 가 연구하고 있는 ‘파리방’에서 저는 기적 과 같은 돌연변이를 발견하게 되었습니다.
그것은 바로 흰 눈 초파리였지요.
기자 : 부모가 모두 정상 초파리, 그러니까 붉은 눈 초파리인데 갑자기 흰 눈 초파리가 나왔다는 말씀이신가요?
모건 : 네, 그렇습니다. 저는 사실 이 돌연변이가 진화 현상을 설명해줄 것이라 생각했습니다. 더프 리스라는 선생님은 돌연변이에 의해서 진화가 이루어졌다고 말씀하셨고, 저는 그것을 증명하고 싶 었지요. 하지만 눈 색의 변화는 진화가 이루어졌다고 할 수 있을만큼 큰 변화는 아니었습니다.
기자 : 아 그럼 새로운 돌연변이의 발견의 기쁨보다는 실망이 크셨겠어요.
서튼이 관찰한 염색체