과목 과학, 기술, 예술(국어) 수업
차시 9차시
단원 유전과 진화, 과학과 인류 문명
학습목표 1. 친자확인을 위해 쓸 수 있는 과학적 자료에 대해 말할 수 있다.
2. 여러 가지 과학적 증거를 바탕으로 친자확인을 위한 판결문을 작성할 수 있다.
STEAM 단계 요소
상황 제시 ∙ 친자확인과 관련된 동영상 자료(영화, 드라마)와 오늘날의 친자확인 방법에 대한 읽기 자료를 제시한다.
창의적 설계
∙ ‘멘델과 모건 시대의 솔로몬 왕’이 올바른 판결을 내리기 위해 필요한 과학적 자료에는 어떤 것들이 있는지에 대하여 이야기한다.
∙ ‘오늘날의 솔로몬 왕’이 올바른 판결을 내리기 위해 필요한 과학적 자료에는 어떤 것들이 있는지에 대하여 이야기한다.
감성적 체험 ∙ ‘오늘날의 솔로몬 왕’이 되어 판결문을 작성한다.
단계 교수 학습 활동 교수 학습 자료
(￭ 자료 ※유의점) 도입
(10분)
◉ DNA 분석을 통한 친자확인과 과학수사
• 친자확인
- ‘드라마/영화 속 친자확인’ 동영상 자료를 감상한다.
- 읽기 자료를 읽고, 오늘날의 친자확인 어떠한 방식으로 진행 되고, 전기영동 결과를 어떻게 봐야하는지에 대해서 이해한다.
- 친자확인과 더불어 DNA 분석이 법의학 분야에 적용되는 예에 대하여 이야기한다.
￭ PPT 자료, 동영상
※ 전기영동의 원리에 대한 설명은 간략하게 하되, 결 과를 분석하는 방법에 대해 서는 구체적으로 지도한다.
학습 과정 (30분)
◉ 솔로몬 왕의 판결
• 판결문 작성
- ‘멘델과 모건 시대의 솔로몬 왕’이 올바른 판결을 내리기 위해 필요한 과학적 자료에는 어떤 것들이 있는지에 대하여 이야기한다.
- ‘오늘날의 솔로몬 왕’이 올바른 판결을 내리기 위해 필요한 과학적 자료에는 어떤 것들이 있는지에 대하여 이야기한다.
- 주어진 전기영동 자료를 토대로 ‘오늘날의 솔로몬 왕’이 되 어 직접 판결문을 작성한다.
￭ PPT 자료, 동영상
※ 친자확인 전기영동 사진 을 먼저 보여주고(진짜 엄마 -에스더-가 누구인지 알려 주는) 판결문을 작성하는 데 활용할 수 있도록 한다.
마무리 (5분)
◉ 수업내용 정리
• 판결문 상호평가
- 내가 쓴 판결문과 다른 친구들이 쓴 돌려 읽고, 상호 평가 해본다.
유의 사항
※ 전기영동의 원리는 전하 수준에서 설명하되, 학생들이 결과를 분석할 수 있도록 지도한다.
평가 계획
평가 영역 평가내용 평가방법
창의적 설계 • 친자확인에 필요한 과학적 자료들을 적절하게 제시하는가? 구술평가 감성적 체험 • 지금까지 학습한 내용과 과학적인 증거(전기영동 사진)를 바
탕으로 올바른 판결문을 작성하였는가? 산출물평가
9. 현대판 솔로몬 왕
1] DNA 분석을 통한 친자확인과 과학수사
사람은 부모님께 각각 23개씩 물려받은 46개의 염색체를 가지고 있습니다. 염색체는 유 전물질인 DNA로 구성되어 있지요. 오늘날 우리는 인간게놈프로젝트를 통해서 사람의 DNA 염기서열에 대한 정보를 알 수 있게 되었고, 수많은 연구와 눈부신 기술의 발달을 통해서 이제는 모든 사람의 염기서열을 적은 돈, 짧은 시간 안에 분석할 수 있는 세상에 근접하고 있습니다.
사람마다 염기서열의 99.9%가 일치하는데, 이 0.01%의 차이는 염기서열의 비교를 통해서 사람과 사람을 구분해 주는 열쇠가 됩니다. 범죄현장에서 발견한 범인의 혈흔을 분석하는 것도, 친자확인을 위해 머리카락을 분석하는 것도 이 0.01% 속에 숨겨진 개인의 유전정보 를 분석하기 위한 것이지요. DNA 분석을 통해 친자 확인하는 과정을 살펴봅시다.
2] 솔로몬 왕의 판결
지금까지 배운 내용을 토대로 “오늘날의 솔로몬 왕”이 되어 현명하고 과학적인 판결 을 내려 봅시다.
1) 멘델과 모건의 시대의 솔로몬 왕, 오늘날의 솔로몬 왕이 판결을 위해 확인해야 할 것들을 이야기해봅시다.
[멘델과 모건의 시대]
두 아이의 엄마뿐만 아니라, 아빠, 할머니, 할아버지의 모습도 필요하다.
다양한 유전 형질에 대한 자료가 필요하며, 이를 기반으로 종합적인 검토가 필 요하다.
[오늘날의 솔로몬왕]
두 엄마와 아이의 DNA 염기서열을 전기 영동한 결과가 필요하다.
2) 선생님께서 보여주시는 과학적 근거를 토대로 판결문을 작성해보자.
[참고자료]
전기영동으로 DNA확인하기
전기영동 실험은 DNA가 음전하를 띠고 있고, 길이에 따라서 agarose gel 속에서 이동속도가 차이가 난다는 물리적 성질을 이용하여, DNA의 길이를 대략적으로 판별하기 위한 목적으로 진행된다.
<LED illuminator> <LED illuminator를 이용한 DNA 밴드 관찰>
① 전기영동을 통하여 DNA 관찰 실험 방법
1) 1%의 agarose gel을 만들기 위해, 200mg(0.2g)의 Agarose에 20ml의 TAE 용액을 넣어준 후 전자 레인지를 이용하여 agarose를 TAE 용액에 완전히 녹인다.
2) 완전히 녹은 1% agarose 용액을 조금 식힌 후 safe shine green(바이오세상, 10000x)을 2ul 넣어주 고, 가볍게 흔들어 준 뒤 comb을 끼운 gel 판에 부어준다.
3) agarose 용액이 굳어 gel이 되면, comb을 빼준 후 TAE 용액이 차있는 DNA 전기영동 탱크로 옮겨 서 자리를 잡아준다. 이때 전압의 방향을 잘 살펴봐야 한다.
4) DNA와 loading dye(6x)를 잘 혼합해준다(DNA : loading dye = 1 : 5의 비율).
5) DNA-loading dye 혼합용액을 gel의 홈에 넣어준 후에 100V의 전압을 걸고, 20-25분간 기다려 준 다. 이러한 과정을 gel running 이라고 한다. 하나의 홈에 넣어줄 수 있는 DNA는 20ml 기준 25-30μl 정도이다.
6) gel running이 종료되면 LED illuminator 기계를 이용하여 gel 속의 DNA를 관찰한다.
▶ 형광염료 safe shine green
safe shine green(바이오 세상)은 EtBr의 대체제로 DNA를 염색하는데 사용되는 형광 염료이다. EtBr 은 발암물질로 유해한 반면, safe shine green는 막을 통과하지 못하기 때문에 인체에 무해하다. 따라 서 학생들을 대상으로 하는 실험에는 safe shine green를 사용하는 것이 좋다.
▶ 전기영동 GEL 만들기 Tip
comb은 넓은 면을 사용하고, agarose gel의 두께도 되도록 두껍게 만들어주는 것이 좋다. 16개짜리 comb을 사용할 경우 40~50ml 정도의 TAE(0.8% agarose)로 만들어 주는 것이 권장된다.
한편, 학교에서 Gel을 직접 만들기 어려운 경우 시중에서 구입할 수도 있다(바이오세상). 이 경우 Gel 에 Safe shine green도 함께 있는 상태로 오기 때문에 Loading 후 관찰하기만 하면 된다.
▶ loading dye
loading dye에는 glycerol이 포함되어 있어 DNA가 TAE 용액 속에서 뜨지 않고 가라앉도록 해주는 역할을 하며, 전기영동기기에 전압을 걸어 주면 시간에 따라서 서로 이동속도가 다른 색소 (bromophenol blue, xylene cyanol, Orange G 등)도 포함되어 있어서 전기영동의 진행 상황을 확인 할 수 있다.
▶ LED illuminator
led illuminator는 시중에서 구입하기에는 가격이 꽤 비싼 편이다. 하지만 그 원리는 간단하여 직접 제작하여 만들 경우 시중 가격의 1/10 수준으로 만들 수 있다(제작 방법은 고등 STEAM 프로그램 참 조).