Fly와 함께 Fly High!

Fly와 함께 Fly High!

1. 주제 개요

본 고등 STEAM 프로그램은 첨단 과학기술의 주요 분야로 주목받고 있는 생명공학을 기반으로 내용 이 구성되어 있다. 학생들은 ‘두근두근 내 인생’이라는 영화 내용을 시작으로 자신이 생명공학자가 되어 유전질환 환자인 아름이를 돕기 위한 방법을 진로와 연계하여 활동하고, 유전자 이상으로 인한 초파리 돌연변이의 원인을 진단하고 규명하기 위해 필요한 활동을 차시마다 단계적으로 쉽고 재미있게 수행해 가면서 현대 생명공학 기술이 인간과 얼마나 가까이에 존재하고 있으며 우리 생활과 밀접하게 관련되 어 있는지 체험해볼 수 있다.

본 프로그램은 초등과 중등에서 학습하고 체험해 온 유전과 발생 및 공학기술적인 내용을 실제 자신 의 연구 및 진로에 대한 부분으로 확장시키는 역할을 한다. 생명공학 분야의 기술 발전 속도는 날이 갈 수록 증가하고 있으며, 그 결과물들은 우리에게 직접적인 영향을 미치고 있다. 이를 반영하여 현행 2009개정 교육과정에서 생명공학 관련 내용은 융합형 과학 및 생명과학Ⅱ 교과목에 등장하고 있으며, 현대 생명과학의 깊이 있는 지식을 다루고 있다. 따라서 본 프로그램은 이러한 교과내용과 연계하여 교 사와 학생들이 직접 유전질환 환자의 사연을 접하는 상황 속으로 들어가 현상을 이해하고, 생명공학의 가장 기본이 되는 연구 활동을 설계하여 수행하며 그 결과로 직접 유전질환에 대한 원인규명을 해봄으 로써 감성적 체험을 느낄 수 있게 구성하였다. 이를 통해 학생들은 실제 인간사회에 적용되고 있는 생 명공학의 모습을 느끼고, 이에 대한 자신의 의사결정을 할 수 있도록 성장할 것이다.

2. 프로그램 세부 내용

단계 연번 단원명 세부수업활동

아름이 이야기

1 반가워 아름아! Ÿ 유전질환 환자 사례를 통한 유전질환의 이해

2 아름이 돕기 프로젝트 Ÿ 자신의 진로와 연계하여 아름이를 돕기 위한 방법 생각해보기

우리는 Fly High

연구팀

3 초파리와 함께 Fly High!

Ÿ 생명공학자가 되어 아름이를 돕기 위한 방안의 단계

별 탐색과 돌연변이 초파리 관찰

3. 학습 목표 ○ _{내용 목표}

- 생명 과학의 개념을 체계적으로 이해하고, 생명공학 기술을 유전자에 관한 지식과 관련지어 설명할 수 있으며, 생명 현상의 탐구와 문제 해결에 이를 적용한다.

- 재조합 DNA, 단일 클론 항체, PCR, 인간유전체 사업, 줄기세포, 장기이식 등 생명 공학 기술의 원리를 이해하 고, 생명 공학의 발달 과정과 가능성 및 사회적 쟁점을 인식한다.

○ 과정 목표

- 생명 현상을 과학적으로 탐구하는 능력을 기르고, 과학․기술․사회의 상호 관계를 인식하여 생명 과학과 관련된 문제 해결에 이를 활용한다.

- 생명 현상과 생명 과학 학습에 흥미와 호기심을 가지고, 생명 과학과 관련된 문제를 과학적으로 해결하려는 태도를 기른다.

4. STEAM 과목 요소

(과학)

‣유전 현상, 유전 질환, 우성과 열성, 돌연변이, 모델동물, 염색체와 유전자, DNA, 전기적 성질과 전 하의 이동

(기술)

‣DNA 추출, 전기영동 키트 다루기, 일루미네이터 만들기, 실험기구 다루기

(미술, 국어, 진로)

‣마인드맵그리기, 그림엽서 쓰기, 명함 만들기, 과학사, 생각 표현하기, 일루미네이터의 설계와 디자 6 DNA를 분리할 수

있다고?! Ÿ DNA의 특성을 통한 DNA 분리 및 관찰방법 탐색 7 DNA 달리기 Ÿ 자신이 설계한 순서로 DNA 전기영동 수행

8 DNA, 너의 모습을

보여줘(1) Ÿ DNA 전기영동 결과를 눈으로 관찰하기 위한 일루미 네이터의 설계와 디자인 및 제작과 사용

9 DNA, 너의 모습을 보여줘(2) 나의 연구

성과 10 Fly와 함께 Fly High! Ÿ 지금까지의 연구결과를 바탕으로 나의 연구 동영상

제작 및 발표

인, DNA 염색, 광고문구 제작활동, 연구활동 동영상 제작

(수학)

‣집합, 측정과 도식화, 상대빈도, 경우의 수, 확률과 통계, 수의 크기 비교

5. STEAM 단계 요소

STEAM 단계요소 관련 차시 내용

상황 제시 1-10차시

반가워 아름아! ­ 유전질환을 앓고 있는 환자의 상황 이해 아름이 돕기 프로젝트 ­ 나의 꿈을 이룬다면 초파리와 함께 Fly High! - 연구팀의 일원이 되자

돌연변이는 왜?! - 왜 돌연변이가 되었을까?

DNA, 너의 모습을 보여줘 ­ DNA를 눈으로 보려면?

Fly와 함께 Fly High ­ 나의 연구 동영상 발표회

창의적 설계 1-10차시

아름이 돕기 프로젝트 ­ 마인드맵을 통한 생각 표현 초파리와 함께 Fly High! - 초파리와 관찰 돌연변이는 왜?! - 가설검증을 위한 실험 설계

나타나라 DNA ­ DNA의 추출 DNA를 분리할 수 있다고?! - DNA의 특성

DNA 달리기 ­ DNA 전기영동

DNA, 너의 모습을 보여줘 ­ 일루미네이터의 설계와 디자인 Fly와 함께 Fly High ­ 연구 동영상 제작

감성적 체험 1-10차시

반가워 아름아! ­ 유전질환 환자를 돕기 위한 마음 아름이 돕기 프로젝트 ­ 꿈에 대한 상상과 공감

초파리와 함께 Fly High! - 생명공학자 체험 돌연변이는 왜?! - 동료들과의 토론과 공감

DNA, 너의 모습을 보여줘 ­ 직접 만든 실험기구를 이용한 실험

Fly와 함께 Fly High ­ 성공적인 연구 동영상 제작 및 발표와 감상

6. 지도안 총괄 계획표

과목

통계, 국어Ⅰ·Ⅱ, 화법과 작문, 미술문화, 진로와 직업

총차시

단원

생명의 연속성, 첨단 과학과 질병치료, 유전, 유전자와 형질발현, 생명 공학, 기술 혁신과 설계, 미래 기술과 사회, 수의 연상, 집합, 확률, 통계, 화법, 작문, 정보 전달, 설득, 자기 표현과 사회적 상호 작용, 미술과 생활, 미술과 통합, 진로의 탐색, 진로 계획 및 준비

교육과정

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_과학_생명의 연속성, 첨단 과학과 질병치료

1) 염색체, 유전자, DNA의 개념을 이해하고, 지구상의 모든 생명체가 동일한 유전 암호 를 사용하는 것에 근거하여 생명의 연속성을 이해한다.

2) 유전과 진화의 과정을 유전자의 전달과 변화로 설명할 수 있다.

3) 암의 발생을 유전적·환경적 요인과 관련지어 이해하고, DNA 염기 서열과 단백질의 상세 구조에 대한 지식을 바탕으로 개발된 신약이 암의 진단과 치료에 활용되는 사례를 통하여 질병의 발생·진단·치료의 기본 원리를 이해한다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_생명과학Ⅰ_유전 1) DNA, 유전자, 염색체의 관계를 이해한다.

2) 염색체 이상과 유전자 이상으로 인한 현상을 이해한다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_생명과학Ⅱ_유전자와 형질 발현, 생명 공학 1) 핵산의 구성 성분과 DNA의 구조 및 복제 과정을 이해한다.

2) 재조합 DNA, 단일 클론 항체, PCR, 인간유전체 사업, 줄기세포, 장기이식 등 생명 공 학 기술의 원리를 이해한다.

3) 생명 공학의 발달 과정과 가능성 및 사회적 쟁점을 인식한다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_기술·가정_기술 혁신과 설계, 미래 기술과 사회 1) 기술 혁신과 발명, 기술 연구 개발 활동이 인류와 사회에 미친 영향을 이해하고 평가 하며, 제도와 설계의 기초적 이해를 통해 창의 공학 설계의 개념을 습득하여 기술적 문제 를 창의적으로 해결하는 능력과 설계 능력을 기를 수 있다.

2) 정보 통신 기술, 우주 항공 기술, 바이오 기술, 로봇과 자동화 기술 및 환경과 건설 기술의 동향을 이해하고, 미래 사회에서 이러한 기술의 영향을 예측하고 평가하며, 미래 기술 사회의 직업을 탐색할 수 있으며, 융합적 기술 문제를 체험적으로 해결할 수 있다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_기초수학_수의 연산

1) 문자를 사용하여 식으로 나타내고, 다항식의 연산을 할 수 있다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_확률과 통계_확률, 통계 1) 확률의 기본 성질을 이해하고, 조건부확률을 구할 수 있다.

2) 확률분포의 성질을 이해하고, 모평균과 모비율을 추정하여 그 결과를 해석할 수 있다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_국어Ⅰ_화법, 작문

1) 다양한 유형의 담화와 글을 능동적이고 적극적으로 수용·생산함으로써 교양인이 갖 추어야 할 일반적인 국어 능력을 함양한다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_국어Ⅱ_화법, 작문

1) 다양한 유형의 담화와 글을 비판적이고 창의적으로 수용·생산함으로써 교양인이 갖 추어야 할 심화된 국어 능력을 함양한다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_화법과 작문_정보 전달, 설득, 자기표현과 사회적 상호 작용

1) 화법과 작문의 본질과 원리를 체계적으로 이해한다.

2) 원활한 소통으로 바람직한 인간관계를 형성하며 갈등과 문제를 해결한다.

3) 상황과 대상에 적합하게 효과적으로 정보를 전달하고 설득한다.

4) 바람직한 의사소통 문화를 형성하기 위해 진실성 있고 배려하는 태도를 기른다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_미술과 문화_미술과 생활, 미술과 통합 1) 생활을 디자인하는 미술의 기능을 이해하고 적용한다.

2) 미술과 다른 분야와의 통합을 이해하고 적용한다.

◼ 2009 개정 교육과정_고등학교_진로와 직업_진로의 탐색, 진로 계획 및 준비 1) 미래 사회 변화와 그에 따른 직업 세계의 변화를 이해한다.

2) 삶의 의의 및 목적, 그리고 삶에서 진로와 직업이 지니는 의미를 이해한다.

3) 직업의 종류와 특성을 이해하고 직업 세계를 탐색하는 방법을 습득한다.

4) 자신에게 적합한 진로를 몇 가지 선정하고 심층적으로 탐색한다.

5) 자신의 진로 의사 결정과 진로 계획을 토대로 역할 모델을 찾아서 설정한다.

6) 행복한 직업 생활을 위해서는 어떠한 사항을 고려해야 하는지 이해하고, 필요한 가치 관을 형성하고 능력을 기른다.

학습목표

1) 사람의 유전 현상을 염색체 수준에서 설명할 수 있다.

2) 히스토그램, 상대빈도, 경우의 수, 확률의 개념을 이용하여 유전 현상을 설명할 수 있다.

3) 현미경의 원리를 이해하고, 제작할 수 있으며 이를 활용하여 작은 물체를 관찰할 수 있다.

4) 스마트 기기의 활용, 모형의 제작을 통해서 자신이 학습한 내용을 정리하고, 표현 할 수 있다.

5) 과학적 탐구 과정을 이해하고, 과학자들이 하는 일을 경험함으로써 과학과 관련된 진로에 흥미를 가질 수 있다.

흐름 문제제시 & 제작활동 학습자료 및 유의점

STEAM 1 : 반가워 아름아!

반가워 아름아!

(50분) [1/10차시]

1) 영화 ‘두근두근 내 인생’의 요약 영상과 아름이의 일 기를 통해 유전질환을 앓고 있는 아름이의 상황을 이해 하고, 아름이를 돕기 위한 마음을 갖는다.

2) 아름이가 앓고 있는 질병에 대해 분석하여 원인과 결과를 표현한다.

1) 영화 ‘두근두근 내 인생’은 2014년 개봉작으로, 선천성 조로 증에 걸린 17살 환자와 그 가족 및 이웃을 주제로 한 내용이다. 교 사는 DVD를 준비하여 도입부 30 분 가량의 영상을 통해 학생들이 상황을 제대로 이해하고 몰입할 수 있도록 지도한다.[자료: 영상, 활동지]

2) 엽서를 작성할 시간이 부족할 경우, 과제물로 제시할 수 있다.

3) 영화 영상과 아름이의 일기를 통해 유전질환을 앓고 있는 환자와 가족의 마음을 이해하고, 그들을 돕기 위한 마음을 갖는다.

STEAM 2 : 아름이 돕기 프로젝트

아름이 돕기 프로젝트 [2/10차시]

(50분)

1) 아름이의 상황을 도울 수 있는 많은 사람들과 직업 들을 생각해보고 각각 어떤 역할을 하기 때문에 도울 수 있는지 생각해 본다.

2) 여러 가지 진로와 직업에 대한 자신의 창의적인 생 각을 마인드맵을 통해 표현하고, 글과 그림으로 구체화 시킨다.

3) 실제 생명공학자들의 연구 기사들을 분석하여 과학 적 사실을 찾고 이를 이용해 글쓰기 활동을 한다.

4) 아름이의 상황을 도울 수 있는 많은 사람들과 직업 을 생각하고, 자신의 꿈과 그 꿈을 이룸으로써 할 수 있 는 역할에 대해 구체적으로 상상하고 공감하다.

1) 마인드맵은 학생들이 부담스럽 지 않도록 간단하게 그리게 지도 한다.

2) 자신의 장래희망에 따라 도울 수 있는 방안을 구체적으로 표현 하도록 지도한다.

3) 학생들이 자유롭고 창의적으 로 탐색할 수 있도록 허용적인 분위기를 조성하고, 가능한 충분 한 시간적 여유를 제공한다.

STEAM 3 : 초파리와 함께 Fly High!

초파리와 함께 Fly High!

(3/10차시)

(50분) 1) 유전질환 환자들에게 희망을 주기 위한 Fly High 연 구팀의 일원이 되어 자신의 명함을 만든다.

1) 연구팀의 일원으로서 연구활동 에 성실히 참여할 수 있도록 지도 한다.

2) 교실을 순회하며 초파리의 여 러 표현형을 정확히 관찰할 수 있 도록 지도한다.

2) 생명공학 연구원이 된 자신의 명함을 만든다.

3) 야생형과 흰 눈 돌연변이 초파리, 눈 없는 돌연변이 초파리를 직접 관찰하고, 과학적으로 분류하여 기록한 다.

4) 연구팀의 연구원이 되어 동료들과 연구 설계하고, 의 견을 교환하는 생명공학자의 체험을 한다.

5) 주어진 사례를 통해 자신의 생각을 뒷받침하고, 다른 사람의 의견을 경청하며 토론하여 의사를 결정하는 과 정을 경험한다.

STEAM 4 : 돌연변이는 왜?!

돌연변이는 왜?!

[4/10차시]

(50분)

1) 야생형, 흰 눈, 눈 없는 돌연변이 초파리 관찰결과를 통해 돌연변이의 원인을 생각해 본다.

2) 눈 없는 돌연변이 초파리의 원인에 대한 자신의 생 각을 표현하고, 이를 규명하기 위한 가설과 실험을 설계 한다.

3) 진핵세포의 DNA는 어디에 들어있을지 생각해보고, 이를 꺼내기 위한 방법을 생각해 본다.

4) 논의한 내용을 종합하여 자신의 의견을 정리하고 팀 원들과 토론에 참여하여 생각을 구체화시킨다.

5) 자신이 생각한 가설 및 설계를 동료들과 논의하여 수정 및 보완하고 이를 적용하기 위한 방법을 고안하는 과정을 통해 과학자들의 과학을 경험한다.

1) 자신의 발표뿐만 아니라 타인 의 생각도 경청하여 생각을 잘 정리할 수 있도록 지도한다.

2) 과학적인 가설의 형태를 예시 로 들어 학생들의 연구 설계와 가설 설정을 돕는다.

STEAM 5 : 나타나라 DNA

나타나라 DNA [5/10차시]

(50분)

1) 추출한 DNA는 왜 눈으로 보기 쉽지 않을까? 정상과 돌연변이를 자세히 비교하기 위해서는 어떻게 해야할 까? 라는 궁금증을 갖는다.

다.

2) 야생형과 눈 없는 돌연변이 초파리의 DNA를 추출하 고 결과를 분석한다.

3) 추출한 DNA를 관찰하고, 추출한 DNA는 뭉쳐진 상 태이기에 정상과 돌연변이를 비교하기 어려운 상황임을 인지한다.

4) 추출한 야생형과 돌연변이 초파리의 DNA 중에서 돌 연변이 된 부분만을 지정하여 분리해내는 방법이 필요 함을 이해한다.

5) 생물의 유전물질을 찾기 위한 과학자들의 노력을 알 고, 실제 생물인 초파리에서 직접 DNA를 추출해보는 과정을 통해 성취감을 경험한다.

1) 참고자료

- 현미경과 세포의 발견 - 염색체의 관찰

2) 초등학교와 중학교 및 고등학 교 수준에서 배웠던 DNA, 염색 체, 유전자, 세포 등에 관한 내용 을 학생들이 떠올릴 수 있도록 안내한다.

STEAM 6 : DNA를 분리할 수 있다고?!

DNA를 분리할 수 있다고?!

[6/10차시]

(50분)

1) 육상선수에 대한 상황제시를 통해 DNA를 분리해낼 수 있는 방법에 대한 아이디어를 얻는다.

2)　DNA의 전기화학적 특징을 통해 분리해낼 수 있는 방법을 창의적으로 구체화하고, 전기영동의 원리를 이 해한다.

1) 추출한 DNA는 야생형 초파리 와 돌연변이 초파리의 전체 gDNA로, 추출한 덩어리 형태에 서는 구별이 어렵다. 이러한 상황 을 출발선 상에 함께 있는 육상선 수의 모습과 비교하여 학생들이 해결책을 생각해볼 수 있도록 돕 는다.

3) DNA의 특성을 분석하여 분리방법을 유추해내는 활 동을 통해 과학적 탐구심을 기른다.

STEAM 7 : DNA 달리기

DNA 달리기 [7/10차시]

(50분)

1) 튜브에 들어있는 DNA를 분리하여 비교하는 아이디 어를 생각한다.

2) 자신의 생각을 제시된 실험 방법을 이용하여 표현하 여, 전기영동을 수행한다.

3) 생명공학 실험기기를 직접 다루며 과학적 성취감을 느낀다.

1) 과정마다 사용하는 시약의 역 할을 학생들이 알고 사용할 수 있 도록 지도한다.

2) 준비물

- 추출한 DNA시료, 1.5ml 튜 브, 네임펜, 마이크로파이펫(200

), 마이크로파이펫 팁(200), 팁버리기통, 전기영동 키트

3) 실험기구를 다룰 때에는 정확 한 사용방법을 따르도록 하며 항 상 안전에 유의한다.

STEAM 8~9 : DNA, 너의 모습을 보여줘

DNA, 너의 모습을 보여줘(1) [8/10차시]

(50분) 1) 전기영동의 결과 얻은 젤을 관찰하기 위해 일루미네 이터가 필요한 상황을 인지한다.

2) 주어진 재료와 기본 설계도를 바탕으로 일루미네이 터를 디자인하고 제작하여 전기영동 결과를 관찰한다.

1) 전기영동의 결과로 분리된 DNA는 특정 파장의 빛 하에서 색을 내는 염색약으로 염색되어 있는 상태이다. 전기영동을 할 때 사용했던 시약들의 역할을 학생들에게 다시 한 번 주지시 킨다.

2) 준비물

- 검은색 폼보드, 푸른색 LED 기판, 12V직류전원어댑터, 주황빛 투명 아크릴판, 접착제, 칼, 30cm 자, 니퍼, petri dish(150*20mm), 절연테이프

5. 평가 계획

3) 실험에 필요한 일루미네이터를 직접 디자인 및 제작 하고 그것을 통해 실험의 완성단계를 이룸으로써 과학 적 생명공학자로서의 성공을 경험한다.

4) 기구와 전기 등을 다룰 때에는 정확한 사용방법을 따르도록 하며 항상 안전에 유의한다.

STEAM 10 : Fly와 함께 Fly High!

Fly와 함께 Fly High!

[10/10차시]

(50분)

1) 성공적인 연구 결과를 정리하여 사람들에게 동영상 으로 공개한다.

2) 이제까지의 연구 과정을 기록한 사진과 글을 바탕으 로 시나리오를 작성하여 ‘나의 연구 동영상’을 제작한다.

3) 성공적인 연구 결과를 정리하여 사람들에게 발표하 는 경험을 통해 성취감과 새로운 도전감을 느낀다.

1) 동영상은 연구의 전 과정이 포 함되도록 구성하고, stop motion, easy toon, snap movie 등 다양 한 동영상 어플리케이션을 활용하 도록 한다.

2) 동영상의 내용을 구성하고 작 성할 때에는 단순히 사진의 나열 이 아닌 창의적인 각색이 포함되 도록 지도한다.

평가 차시

평가

주제 우수(A) 보통(B) 미흡(C)

1 마인드맵 그리기

다양한 직업과 역할을 제시하 고, 아름이를 돕기 위한 방법 을 창의적으로 설명할 수 있 다.

직업과 그의 역할을 제시하였

다. 활동에 참여하지 않았다.

3 초파리 관찰

실험도구를 올바르게 사용하 여 초파리를 관찰하였으며, 관 찰결과를 자세하게 기록하였 다.

초파리를 관찰하고, 관찰결과 를 그림과 글로 기록하였다.

관찰활동과 결과의 작성이 미 흡하였다.

4 연구

설계하기

가설의 구조가 올바르고, 가설 과 실험설계가 일치하였으며, 실현가능성이 있다.

가설과 실험설계를 제시하였 으나 실현가능성이 부족하다.

가설을 제대로 설정하지 못하 고, 실험설계도 부족하다.

5 DNA추출

주어진 기구와 재료를 올바르 게 사용하여 DNA를 제대로 추출하였다.

실험과정을 수행하였으나 결 과가 미흡하였다.

실험과정과 결과가 모두 미흡 하였다.

6 전기영동

주어진 기구와 재료를 올바르 게 사용하여 전기영동을 제대 로 수행하였다.

실험과정을 수행하였으나 결 과가 미흡하였다.

실험과정과 결과가 모두 미흡 하였다.

7

일루미네 이터 설계

주어진 예시 설계를 참고로 하여 창의적으로 설계 및 디 자인 하였다.

주어진 예시 설계대로 설계하 고 디자인하였다.

제시된 예시대로 기본 설계만 수행하였다.

8

일루미네 이터 제작

제작활동에 성실하게 참여하 였으며 조원들과 협동하여 일 루미네이터를 시간 내에 완성 하였다.

조원들을 도와 일루미네이터 제작활동에 참여하였으나 결 과물의 완성도가 부족하였다.

제작활동에 대한 참여도가 부 족하였으며, 일루미네이터를 완성하지 못하였다.

9

일루미네 이터 결과 확인

디자인한 내용을 구현하여 올 바르게 작동되는 일루미네이 터를 제작하였다.

디자인한 내용의 구현은 부족 하였지만, 작동되는 일루미네 이터를 제작하였다.

디자인한 내용을 구현하지 못 하였으며, 제작한 일루미네이 터가 작동하지 않았다.

10 동영상 제작

주어진 역할에 충실한 시나리 오를 작성하였으며, 이를 창의 적으로 발표하였다.

주어진 역할을 표현하기 위해 노력했으나 자신의 입장을 잘 나타내지 못하였다.

활동에 참여하지 않았다.

1. 반가워 아름아!

과목 과학, 생명과학2, 국어 수업차시 1차시

단원 첨단 과학과 질병 치료, 생명공학, 작문

학습목표 1. 선천성 조로증 관련 영상을 통해 병의 증상과 원인에 대해 설명할 수 있다.

2. 선천성 조로증 환자와 부모가 겪는 어려움을 이해하고, 공감할 수 있다.

단계 교수 학습 활동 시

간

교수 학습 자료 (￭ 자료 ※유의점) [1] 반가워 아름아!

상황제시

창의적 설계

감성적 체험

◉ 상황제시 및 학습동기 유발

• ‘세상에서 제일 특별한 아이, 아름이!’ 영상 시청하기

- 16살의 꿈 많은 소년인 ‘아름이’를 소개하고, 영상을 통해 ‘아 름이’에게 무슨 사연이 있는지 알아보도록 한다.

- 영상 자료를 집중하여 시청하고 관련된 내용을 활동지에 기록 할 수 있도록 지도한다.

◉ 창의적 설계

• 선천성 조로증의 증상과 원인 찾기

- 아름이의 사연이 담긴 영상 자료를 보고, 아름이가 앓고 있는 질병의 이름과 증상, 원인을 살펴본 후, 정리한 내용을 발표하도 록 한다.

◉ 감성적 체험

• 선천성 조로증 환자와 부모의 마음 이해하기

- 선천성 조로증을 앓고 있는 아름이와 아름이 부모님이 겪고 있는 어려운 점은 무엇일지 생각해 본다.

3′

25′

8′

10′

￭ PPT, 활동지

￭ 영상 자료

￭ PPT, 활동지

￭ PPT, 활동지

※ 엽서를 작성할

- 영상 자료와 아름이의 일기를 살펴보면서 아름이의 마음을 이 해하고 공감하며, 아름이를 격려하고 보듬어 줄 엽서를 작성한다.

- 유전 질환을 앓고 있는 환자와 가족의 마음을 이해하고, 이들 을 돕기 위한 마음을 갖도록 지도한다.

◉ 다음 차시 예고 및 정리

2′

시간이 부족할 경 우, 과제물로 제시 할 수 있다.

지도시 유의사항

※ 영상 시청이 가능하도록 수업 전에 멀티미디어 기기 설치 및 필요한 준비를 한다.

※ 유전질환을 앓는 환자 및 가족에 대해 선입견 및 그릇된 편견을 가지지 않도록 지

도한다.

1. 반가워 아름아!

아름이는 멋진 아빠, 예쁜 엄마와 함께 사는 꿈 많은 친구였습니다. 하지만 어느 날 갑자기 또 래 친구들과는 다른 모습을 갖게 되었습니다. 아름이의 부모님은 이렇게 말씀하십니다.

“우리 아이는 세상에서 가장 특별합니다.”

아름이에게 무슨 일이 일어난 것일까요? 영상을 통해 아름이를 만나 봅시다.

아름이는 남들보다 빨리 늙는 ‘선천성 조로증’이라는 병을 앓고 있습니다. 그래서 아름이는 얼굴과 몸은 80살, 마음은 16살 소년입니다. 일반적으로 조로증을 앓고 있는 어린이들은 합병 증으로 인해 보통 8~21세에 사망하며, 평균적으로는 13세까지 생존하는 것으로 알려져 있습니 다.

지금은 하루하루 늙어가는 것만이 자신의 전부라고 생각하고 있는 아름이를 우리가 도울 수 있는 방법은 없을까요? 아름이가 건강해져서 아름이 가족이 매일 두근두근한 인생을 살아갈 수 있도록 돕기 위해서는 어떻게 해야 할까요?

이제ㅡ세상에서 가장 늙은 아들과 부모, 그리고 그들이 희망과 건강을 되찾도록 돕기 위한 우

리들의 이야기가 시작됩니다!

1) 아름이에 대해 알아봅시다!

J아름이의 사연이 담긴 영상자료를 보고 다음 내용을 생각해 봅시다.

1) 아름이가 걸린 질병의 이름은 무엇인가요?

선천성 조로증

2) 이 질병으로 인한 증상은 무엇인가요?

노화현상이 비정상적으로 빨리 일어나 실제로는 어린 나이임에도 불구하고 피부가 얇고 건조하며 주름이 있고 광택이 나며, 머리카락이　빠지고 노안, 노인성 백내장, 동맥경화, 관절 이상 등의 노인 성 질환이 나타난다.

3) 영상에서 언급된 이 질병의 원인은 무엇인가요?

영상에서는 돌연변이로 인해 발병하는 것으로 언급되고 있으며, 최근까지의 연구 결과를 살펴보면 상염색체 상의 유전자 이상에 의해 발병하는 것으로 알려져 있다.

[교사용 Tip]

영상 자료를 주의 깊게 집중하여 시청하고, 관련 내용을 찾아 활동지에 기록할 수 있도록 지도한다.

4) 이 질병으로 인해 아름이와 가족이 겪고 있는 어려움은 무엇인가요?

선천성 조로증을 앓고 있는 아름이와 아름이의 가족들이 겪고 있을 신체적, 정신적, 경제적 어려움

등을 다양한 측면에서 기록한다.

5) 장래희망이 작가인 아름이는 시간이 날 때마다 일기를 씁니다. 증상이 점점 더 심각해지는 아름이 일기의 일부분을 읽고 아름이에게 보내는 엽서를 작성해 봅시다.

2014년 9월 3일 수요일 날씨 흐림

올해 나는 열일곱이 되었다.

내가 열여덟이 될지, 열아홉이 될지 알 수 있는 방법은 없다.

그런 건 우리가 정하는 게 아니다. 우리가 확신할 수 있는 건 시간이 많지 않다는 것뿐이다.

아이들은 무럭무럭 자란다. 그리고 나는 무럭무럭 늙는다. 내겐 누군가의 한 시간이 하루와 같고, 다 른 이의 한 달이 일 년쯤 된다. 이제 나는 아버지보다 늙어버렸다.

아버지는 자기가 여든 살이 됐을 때의 얼굴을 내게서 본다. 나는 내가 어른이 됐을 때의 얼굴을 아버 지에게서 본다. 오지 않은 미래와 겪지 못한 과거가 마주본다.

아버지가 묻는다.

“다시 태어난다면 무엇이 되고 싶니?”

나는 큰 소리로 답한다.

“아버지, 나는 아버지가 되고 싶어요.”

아버지가 다시 묻는다. 더 나은 것이 많은데, 왜 당신이냐고.

나는 수줍어 조그맣게 말한다.

“아버지, 나는 아버지로 태어나, 다시 나를 낳은 뒤 아버지의 마음을 알고 싶어요.”

아버지가 운다.

아름이의 일기를 통해 아름이의 아픔을 이해하고 공감하며, 자신의 생각을 담아 아름이를 격려하고

보듬어 줄 엽서를 작성한다.

[참고자료]

1. 선천성 조로증의 원인

선천성 조로증은 어린 아이들에게 조기 노화 현상이 나타나는 희귀 유전질환으로, 인체에서 세포분열 시 손상 된 DNA를 수리하는 과정이나 세포분열 과정에 관여하는 유전자의 이상으로 발병하는 것으로 알려져 있다.

2. 선천성 조로증의 증상

선천성 조로증 환자들은 세포 DNA나 신체 조직의 열화가 비정상적으로 빠르게 나타나며, 그로 인해 신체가 보통 사람들보다 훨씬 빠르게 노화하는 증상으로 보인다. 따라서 실제 나이는 어리지만 외관상 노인처럼 보인다.

곧 피부가 얇고 건조하며, 주름이 생기고 광택이 난다. 또한 자외선에 의해 피부에 갈색 반점이 생기기도 하며, 머리카락, 눈썹 등이 빠진다. 손톱, 발톱은 노란색을 띠며, 얇고 부서지기 쉬운 특성을 보이고 손톱이 휘어지거나 손톱, 발톱이 없을 수 있다. 팔과 다리의 긴 뼈들도 비정상적으로 얇고 연약해지며, 전신적으로 골밀도가 저하 되어 작은 손상되어 쉽게 골절되고, 퇴행성 변화로 변형이 생길 수 있다. 대부분 특정 관절 주위(손, 발, 무릎, 팔꿈치, 척추 등)에 비정상적인 섬유성 조직이 점진적으로 형성되어 관절운동에 제한이 생기며, 동맥경화, 노인성 백내장 등 노인성 질환에 노출된다.

3. 선천성 조로증의 종류

선천성 조로증을 일으키는 유전자에는 여러 종류가 있으며, 그에 따라 증상 역시 다양하게 나타난다.

1) 허친슨-길포드 조로증(Hutchinson-Gilford progeria syndrome)

1번 염색체 상의 세포분열 시 핵막 형성에 관여하는 LMNA 유전자의 점돌연변이에 의한 유전 질환으로 우성 으로 작용한다. 비정상적인 세포핵이 형성되므로 세포분열 능력에 문제가 있으며, 생후 18개월 무렵에 이미 성장 저하와 함께 노인의 외모를 보이게 된다. 이후, 주름과 탈모, 관절염, 시각 이상, 심혈관 질환 등 노인성 질환을 보이게 된다. 가장 잘 알려진 조로증의 한 종류로, 보통 ‘조로증’이라고 하면 이를 가리키는 경우가 대부분이다.

이 질병에 걸린 환자들은 보통 10대 초중반을 넘기지 못한다.

2) 베르너 증후군(Werner Syndrome)

지금까지의 연구 결과에 따르면 베르너 증후군 환자의 대부분은 8번 염색체 상의 DNA 헬리케이스(helicase) 생성에 관여하는 WRN 유전자의 이상으로 발병하며, 열성으로 유전된다. WRN 유전자의 이상은 세포 내 DNA의 복제, 복구, 재생에 이상을 초래하며, 그로 인해 손상된 DNA가 제대로 수선되지 못하고 축적되므로 암의 발생 가능성이 높고 정상인에 비해 노화가 빨리 찾아온다. 베르너 증후군 환자들은 소아기 때에는 정상인과 별다른 차이가 없지만 10대에 들어서면서 그 증상이 점차 나타나기 시작한다. 10대의 급속한 성장이 제대로 이루어지지 못하고, 20대부터 흰 머리가 나며, 탈모, 주름, 시력 및 생식기능 저하, 근육, 지방조직, 뼈의 위축 등 노화증세가 빠르게 나타난다. 평균 수명은 40~50세로 조로증 중에서는 그나마 긴 편이다.

2. 아름이 돕기 프로젝트

과목 과학, 생명과학2, 진로와 직업, 국어, 기술 수업 차시 2차시

단원 첨단 과학과 질병 치료, 유전자와 생명공학, 진로의 계획과 준비, 화법, 작문, 미래기술과 사회

학습목표

1. 선천성 조로증 환자를 도울 수 있는 다양한 직업과 역할을 마인드맵으로 그릴 수 있다.

2. 자신의 진로와 연관지어 선천성 조로증 환자를 도울 수 있는 방안을 설명할 수 있다.

3. 유전질환의 연구 사례와 모델동물로서의 초파리에 대해 이해할 수 있다.

단계 교수 학습 활동 시

간

교수 학습 자료 (￭ 자료,

※유의점) [2] 아름이 돕기 프로젝트

상황제시

창의적 설계

◉ 이전 차시 확인

• 아름이의 병명 및 증상은 무엇이었는가?

- 이전 차시의 영상 자료와 활동 내용을 떠올리며 선천성 조로 증을 앓고 있는 아름이의 증상 및 겪고 있는 어려운 점 등을 답 한다.

◉ 상황제시 및 학습동기유발

• 아름이 돕기 프로젝트

- 아름이를 도울 수 있는 사람들과 직업에 대해 생각해 보고, 각각의 사람들이 어떻게 아름이를 도울 수 있을지 탐색한다.

- 제시된 직업 외에 아름이를 도울 수 있는 직업과 역할에 대 해 폭넓게 사고할 수 있도록 지도한다.

◉ 창의적 설계

• 아름이 돕기 프로젝트를 마인드맵으로 나타내기

- 아름이를 도울 수 있는 다양한 직업과 그 역할에 대해 탐색 2′

5′

15′

￭ PPT, 활동지

￭ PPT, 활동지

￭ PPT, 활동지

※ 마인드맵은 학생

감성적 체험

창의적 설계

한 내용을 마인드맵으로 나타낸다.

- 탐색 활동을 지속적으로 수행하면서 제시된 직업 외에도 창 의적으로 새로운 직업과 역할을 추가하여 나타낼 수 있도록 지 도한다.

◉ 감성적 체험

• 자신의 진로와 연관지어 아름이를 도울 수 있는 방안 탐색 - 자신의 진로와 연관지어 아름이를 도울 수 있는 방안을 탐색 하고, 글 또는 그림으로 구체화시켜 표현한다.

◉ 창의적 설계

• 생명과학자(생명공학자)들의 유전병 연구 사례 탐색

- 현재 전 세계에서 불치병 및 유전 질환을 치료하기 위한 연 구자들의 노력이 계속되고 있음을 소개한다.

- 신문기사를 통해 조로증 관련 최근 연구 사례를 살펴보고, 관련된 내용을 탐구하여 활동지에 정리한다.

• 생명공학의 도우미, 초파리

- 신문기사를 통해 생명공학 및 다양한 질병 연구에 널리 활용 되는 초파리의 특징에 대해 살펴본다.

- 모델동물로서 초파리가 가지는 유용성에 대해 이해할 수 있 도록 지도한다.

◉ 다음 차시 예고 및 정리

15′

10′

3′

들이 부담스럽지 않도록 간단하게 그리게 지도한다.

￭ PPT, 활동지

※ 자신의 장래희망 에 따라 도울 수 있 는 방안을 구체적 으로 표현하도록 지도한다.

￭ PPT, 활동지

2. 아름이 돕기 프로젝트

1] 누가, 어떻게?!

1) 아름이와 같은 유전질환 환자를 도울 수 있는 다양한 사람들을 생각해보고, 내가 만약 각 입장의 사람들이라면 아름이를 어떻게 도울 수 있을지 간단하게 마인드맵으로 그려봅시다. 다 양한 직업을 추가하여 자유롭게 그려보세요.(예: 컴퓨터공학자, 기계공학자, 요리사 등)

마인드 맵(Mind Map) 그리기

제시된 직업 외에 아름이를 도울 수 있는 다양한 직업과 역할에 대해 폭넓게 사고할 수 있도록 지도하며, 이를 마인드 맵에

추가하여 나타낼 수 있도록 한다. 마인드맵은 학생들이 부담스럽지 않도록 간단하고 자유롭게 작성하도록 지도한다.

2) 여러분의 장래희망은 무엇인가요? 나의 장래희망을 생각해보고, 그 직업의 입장에서 아름이 를 어떻게 돕고 싶은지 구체적으로 표현해보세요. 그림을 그려도 좋습니다.

자신의 장래희망이 무엇인지 적고, 그 입장에서 아름이를 어떻게 도울 수 있을지 방안을 구체적으로 모색하여 글 또는 그림으로

표현하도록 지도한다.

2] 생명공학자들은, 이렇게?!

J오늘날 전 세계에서는 불치병의 치료를 위해 많은 연구자들이 병에 대한 연구를 진행하고 있 습니다. 특히 아름이의 병처럼 유전질환의 연구에는 여러 가지 생명 과학과 공학적인 지식과 기술이 필요합니다. 다음에 제시된 생명공학 연구 사례들을 살펴보고 자료의 빈 칸을 채워봅시 다.

1) 조로증 관련 유전자의 발견

'조로증' 일으키는 유전자 발견

조로증을 일으키는 유전자가 국내 연구진에 의해 처음 발견됐다.

조로증은 어린이의 성장이 지연되고 피부의 노화현상, 탈모, 골격의 손상 등을 수반하는 치명적인 유전질 환이다. 서울대학교 차세대융합기술연구원 김성훈 교수 연구팀은 1일 "단백질 합성효소와 결합하는 다기 능성단백질 'AIMP3' 유전자의 발현이 증가할 경우에 조로증 증세가 나타나는 것을 쥐 실험을 통해 확인 했다."고 밝혔다.

AIMP3 유전자를 정상 이상으로 증가시킨 실험대상 쥐 70마리 중에 50%가 평균수명(2.5년)을 다하지 못 하고 조로증 증세를 나타내며 1년이 못돼 죽었고, 20%는 1년 6개월 이전에 죽었다.

앞서 김 교수 연구팀은 지난 2005년 AIMP3 유전자의 발현이 감소할 경우 다양한 암 발생이 증가하는 것을 세계 최초로 발견했었다.

김 교수는 "이번 연구로 AIMP3가 암과 노화를 조절하는 기능을 동시에 수행하고 있음을 알게 됐다."며 "

인간에게 치명적인 두 가지 질환의 연구에 매우 중요한 단서를 제공하게 된 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 노화연구 전문 학술지 'Aging Cell' 9월호에 발표됐다.

출처: 2010-10-01 연합뉴스

J누가 연구했을까?

서울대학교 차세대융합기술연구원 김성훈 교수 연구팀

J어떻게 연구했을까?

쥐를 실험동물로 이용하여 AIMP3 유전자의 발현을 달리하였을 때 조로증의 발병 여부를 관찰함.

J무엇을 알아냈을까?

AIMP3 유전자의 발현이 정상 이상으로 증가하였을 때 조로증이 발병하며, 이를 통해 AIMP3가 암과 노화를 조절하는 기능을 수행함을 알아냄.

J왜 연구했을까?

조로증을 일으키는 유전자를 찾아내고, 이 질환을 치료할 수 있는 방법을 연구하기 위해서

2) 생명공학의 도우미, 초파리

생쥐에서 초파리로…생물학 실험실의 감초 세대교체

사람의 1년은 초파리의 하루

가정에서 포도나 바나나 등 과일에 생긴 초파리로 인해 성가신 경우가 적지 않다. 이렇게 귀찮고 하찮은 벌레로 생각하는 초파리가 생물학에서는 더없이 소중한 연구도구로 사용되고 있다.

초파리는 성충이 되기까지 10일이 걸린다. 그 이후 2~3개월가량 살다가 생을 마감한다. 사람의 1년이 초 파리에게는 하루인 셈이다. 또한 몸집이 작으면서도 번식력이 뛰어나고, 값싼 먹이로 키울 수 있다는 이 점을 가지고 있기 때문에 초파리는 생명체의 수명이 어떻게 결정되고 어떠한 조작으로 질병을 이겨내고 수명을 늘릴 수 있는지를 연구하는데 있어 큰 활용도를 지니고 있다. 실험동물로 많이 사용되는 생쥐에 비해 실험기간을 3개월로 단축시키고 공간 또한 적게 차지해 더욱 각광받고 있다.

인간의 질병연구 중에서는 파킨슨병 연구에 많이 활용된다. 파킨슨병은 퇴행성 신경질환으로, 뇌에서 운 동신경 조절을 담당하는 도파민이라는 신경신호전달물질을 분비하는 도파민 신경세포가 죽어가면서 운동 능력을 잃게 만든다. 현재 도파민을 보충해주는 치료법이 있지만 도파민 신경세포가 죽어가는 것 자체를 막는 방법은 아직 개발되지 않았다.

이런 가운데 파킨슨병 유전자를 초파리에 조작, 뇌를 조사하자 도파민 신경세포 수가 감소했음을 확인했 다. 또 사람에게 사용하는 파킨슨병 치료제를 초파리에게 먹이자 회복했다. 연구자들은 이 파킨슨병 모델 초파리를 이용, 파킨슨병 유전자인 핑크1(PINK1)과 파킨(parkin)에 돌연변이가 일어나면 미토콘드리아가 손상되면서 파킨슨병이 발병한다는 사실을 밝혀냈다.

동아대 고형종 미토콘드리아 허브제어 연구센터 교수는 "미토콘드리아 기능 이상이 주요 원인인 각종 질 병 모델을 연구하는 과정에서 초파리를 활용하고 있다."고 말했다.

출처: 2014-09-24 국제뉴스

J초파리가 실험동물로 좋은 점은 무엇일까?

성충이 되기까지 걸리는 시간이 짧고, 몸집이 작으면서도 번식력이 뛰어나며 값싼 먹이로 키울 수 있다는 이 점이 있다.

J어떤 연구에 초파리를 활용했을까?

인간의 질병 중 파킨슨병 연구에 많이 활용된다. 파킨슨병은 퇴행성 신경질환으로, 뇌에서 운동신경 조절을 담당하는 도파민이라는 신경신호전달물질을 분비하는 도파민 신경세포가 죽어가면서 운동능력을 잃게 만든다.

J초파리를 이용하여 무엇을 알아냈을까?

파킨슨병 모델 초파리를 이용해서 파킨슨병 유전자인 핑크1(PINK1)과 파킨(parkin)에 돌연변이가 일어나면 미토콘드리아가 손상되면서 파킨슨병이 발병한다는 사실을 밝혀냈다.

3) 초파리에서 찾는 생명연장의 꿈

젊음 유지 비결, 초파리에서 찾았다!

최근 영원한 젊음을 꿈꾸는 사람들에게 희소식이 있다.

UCLA 생명과학자들이 노화를 늦추는 유전자를 초파리에게서 발견했다. 초파리를 연구하는 과학자들이 PGC-1이라는 이름의 유전자를 활성화하자, 미토콘드리아 활동이 증가했다. 미토콘드리아는 아주 작은 세 포의 발전기인데 세포 성장을 조절하고, 세포가 언제 살고 죽는지를 판단한다.

데이비드 워커 UCLA 통합생물학(integrative biology) 조교수는 “우리는 초파리의 소화관에 있는 PGC-1 유전자를 촉진시켰을 때 초파리의 수명이 늘어나는 것을 발견했다. 장(腸)에 있는 조직세포에서 이 유전자 한 개만 활성화시켜도 초파리의 생명은 연장된다.”고 말했다.

연구에 참여한 생물학자들은 초파리 장(腸)의 노화를 지연시키고 그들의 수명을 50% 정도 연장시켰다.

이를 통해 연구진은 PGC-1 유전자의 활동을 증가시키는 것이 세포 수준과 전체 동물 수준 모두에서 노 화를 늦출 수 있다는 결론을 얻었다. 그들은 PGC-1 유전자의 활동을 촉진시키는 것이 노화를 늦추는지 여부를 실험했고 소화관에 초점을 맞춘 실험에서 가설이 증명됐다.

게다가 초파리에 있는 PGC-1 유전자의 증가가 창자에 있는 세포 변화가 시작되는 것을 지연시켰다. 새 로운 연구는 미토콘드리아, 조직세포, 줄기세포와 노화 사이의 연관성을 보여주는 것으로 데이비드 워커 부교수는 이제 PGC-1 유전자가 노화 관련 질병을 퇴치하려는 제약회사들의 잠재적인 표적이 될 것이라 고 예상했다.

이번 연구에는 UCLA 분자생물학 연구소와 솔크 생물학 연구소, UC샌디에이고 생물학부가 함께 참여했 다. 연구 결과는 학술지 ‘세포대사학’(Cell Metabolism) 온라인 판에 게재됐으며 곧 인쇄판에도 실릴 예 정이다.

출처: 2011-11-02 연합뉴스

J누가 연구했을까?

데이비드 워커 UCLA 통합생물학(integrative biology) 조교수 등 UCLA 생명과학자들

J무엇을 알아냈을까?

PGC-1 유전자의 활동을 증가시키는 것이 세포 수준과 전체 동물 수준 모두에서 노화를 늦출 수 있다는 결 론을 얻었다. 그리고 초파리에 있는 PGC-1 유전자의 증가가 창자에 있는 세포 변화가 시작되는 것을 지연시키 는 것으로 보아 미토콘드리아, 조직세포, 줄기세포와 노화 간에는 연관성이 있음을 알게 되었다.

J알아낸 사실을 어디에 이용할 수 있을까?

PGC-1 유전자를 이용하여 노화 관련 질병을 퇴치하기 위한 신약을 만들 수 있다.

1. 초파리의 생활사

초파리과(Drosophilidae) 동물의 총칭으로 전 세계적으로 약 2,000여종, 우리나라에는 95종이 분포하고 있다.

신 맛이 나는 음식을 매우 좋아하여 이름이 붙여졌으며, 몸 길이는 2~4mm로 작다. 초파리는 완전변태(complete metamorphosis)를 하는 곤충으로서 알, 유충, 번데기, 성체의 4단계를 거치며,

특히 유충은 1령, 2령, 3령의 3단계로 나뉜다. 21℃의 온도에서는 약 8일 동안 알과 유충의

상태로 있다가 번데기가 되며, 6일 후에는 성체가 되지만, 최적 온도인 25℃, 습도 70%의 조건에서는 성장이 매우 빨라 10일이면 알에서 성체가 된다. 성체의 수명은 평균적으로 40~50일 정도이다.

초파리 생활사

배아 -> 1령 유충 -> 2령 유충 -> 3령 유충 -> 번데기 -> 성체(왼쪽부터 시계방향으로)

2. 생명공학의 도우미로서 초파리의 이점

초파리는 어느 곳에서나 쉽게 채집할 수 있으며 몸 크기가 작아 사육하기가 편하고, 값싼 먹이로도 키울 수 있다는 장점이 있다. 세대 기간이 약 10~15일 전후로 상대적으로 짧아서 교배 실험에 매우 효율적이며, 초파리 한 쌍의 교배로 많은 수의 자손을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 돌연변이 형질이 많고, 염색체 수가 8개로 적어서

염색체 지도 작성에도 용이한 이점을 가지고 있어 유전학 실험에 널리 이용되는 모델동물이다. 특히 노랑초파리(Drosophila melanogaster)가 유전학 실험에 널리 사용되고 있다.

3. 초파리와 함께 Fly High!

과목 과학, 생명과학1, 생명과학2, 미술 수업 차시 3차시 단원 첨단 과학과 질병 치료, 유전, 유전자와 생명공학, 미술과 생활 학습목표 1. 측정도구를 활용하여 초파리의 표현형을 정확하게 관찰할 수 있다.

2. 야생형 초파리와 돌연변이 초파리의 표현형을 비교하여 설명할 수 있다.

단계 교수 학습 활동 시

간

교수 학습 자료 (￭ 자료,

※유의점) [3] 초파리와 함께 Fly High!

상황제시

감성적 체험

창의적 설계

◉ 이전 차시 확인

• 생명공학의 도우미로 유용하게 활용되는 모델동물은?

- 이전 차시의 활동 내용을 떠올리며 생명공학 및 질병 연구에 유용하게 활용되는 초파리의 특징을 설명한다.

◉ 상황제시 및 학습동기유발 • 우리는 Fly High 연구팀

- 유전질환 환자들에게 희망을 주기 위한 Fly High 연구팀의 일 원이 되었음을 안내한다.

- Fly High 연구팀은 초파리 관련 연구를 진행하고 있음을 소개 하고, 앞으로 동료들과 함께 연구에 동참하게 될 것임을 알린다.

◉ 감성적 체험

• Fly High 연구팀 명함 제작하기

- Fly High 연구팀의 일원으로서 자신을 소개하는 명함을 제작 한다.

- 자신의 전공 및 관련 정보를 포함하여 창의적이고 자유롭게 자신만의 명함을 제작할 수 있도록 지도한다.

◉ 창의적 설계 • 연구과제 제시

- Fly High 연구팀에 도착한 편지를 소개하고, 앞으로 수행해야 할 연구 과제를 제시한다.

2′

3′

10′

30′

￭ PPT, 활동지

￭ PPT, 활동지

※ 연구팀의 일원 으로서 연구활동 에 성실히 참여 할 수 있도록 지 도한다.

￭ PPT, 활동지

• 야생형 초파리와 돌연변이 초파리 관찰

- 실체현미경을 이용하여 야생형 초파리 암컷과 수컷의 표현형 을 관찰하고, 그 특징을 기록한다.

- 실체현미경을 이용하여 의뢰받은 초파리들의 표현형을 관찰하 고, 같은 것들끼리 분류하여 특징을 기록한다.

- 야생형 초파리와 비교하여 의뢰받은 초파리 중 돌연변이 초파 리를 찾고, 표현형 상에 어떠한 차이가 있는지 살펴본다.

◉ 다음 차시 예고 및 정리

5′

￭ 실체현미경, 야생형 초파 리, 돌연변이 초파리

※ 교실을 순회하 며 초파리의 여 러 표현형을 정 확히 관찰할 수 있도록 지도한 다.

지도시 유의사항

※ 실체현미경을 이용하여 초파리의 다양한 표현형을 자세하고 정확하게 관찰할 수 있 도록 지도하며, 특히 날개 형태, 눈 색, 눈의 모양 등 주요 표현형에 초점을 맞추도록 한다.

※ 실체현미경이 부족할 경우에는 돋보기, 루페, 스마트폰용 현미경 어플 등으로 대체

할 수 있다.

3. 초파리와 함께 Fly High!

1] 우리는 Fly High 연구팀

이제 여러분은 아름이와 같은 유전질환 환자들에게 희망을 안겨 주기 위한 Fly High 연구팀 의 연구원이 되었습니다. Fly High 연구팀에서는 초파리(Fly)를 이용한 연구들을 진행하고 있 어요. 우리도 함께 연구에 참여해 봅시다. 이제부터 여러분이 진행하는 모든 연구 활동은 틈틈 이 사진과 기록으로 남겨서 모든 연구 끝난 뒤 사람들에게 공개해 주세요!J

1) 아래에 있는 명함에 자신에 대한 정보를 채워서 나의 명함을 만들어 봅시다.

2) 우리 연구팀에게 한 무리의 초파리들과 함께 주현이의 사연이 도착했습니다. 무슨 사연인지 함께 읽어봅시다.

안녕하세요? Fly High 연구팀 여러분~

저는 지난 여름에 포도껍질에서 처음 발견한 초파리를 키 우며 살아가고 있습니다. 초파리들도 제가 좋았는지 무럭무 럭 자라서 알도 낳고 유충과 번데기로 성장하더니 벌써 여 러 세대의 초파리들이 저와 함께 생활하고 있습니다.

그런데 요즘 갑자기 특이한 표현형을 가진 초파리들이 생 겨났습니다. 아무래도 어딘가 아프거나 이상해진 것 같은데 그 이유를 모르겠어서 이렇게 사연과 초파리들을 보냅니다.

이상한 초파리들이 생겨난 이유를 알려주세요!

3) 의뢰받은 문제를 해결하려면 우선 초파리에 대해 알아야겠네요. 초파리는 어떻게 생겼을까 요? 야생형 초파리(WT)를 관찰해 보고, 암컷과 수컷을 찾아 특징을 기록해 봅시다.

종 류 그 림 특 징

WT 암컷

* 붉은 눈, 노란색 몸을 가지고 있으며, 수컷에 비해 몸의 크기가 크다.

* 배가 볼록한 편이며 배 체절 전체가 같은 색과 무늬로 이루어져 있다.

* 외부 생식기관은 보이지 않으며 배 끝이 뾰족하다.

WT 수컷

* 붉은 눈, 노란색 몸을 가지고 있으며, 암컷에 비해 몸의 크기가 작다.

* 배의 끝 쪽이 둥글고 검은색이며, 외부 생식기관을 가지고 있다.

* 첫 번째 한 쌍의 다리에 검고 굵은 털인 성즐(sexcomb)을 가지고 있다.

실체 현미경을 이용하여 야생형 초파리의 표현형을 정확하고 자세하게 관찰하도록 지도하며, 특히 초파리의 대표적 특징 및 암수의 구별되는 특징을 탐구할 수 있도록 몸 색 및 형태, 눈 색, 날개

및다리, 배 끝의 모양, 배의 등쪽면 무늬, 외부 생식기관 및 성즐의 유무 등에 초점을 맞추어 관찰하도록 한다.

4) 의뢰받은 초파리들을 관찰하고 같은 것끼리 분류하여 특징을 간단히 기록해 봅시다.

종 류 그 림 특 징

1 * 붉은 눈, 노란색 몸을 가지고 있다.

* 야생형 초파리의 특징을 가지고 있다.

2 * 눈이 하얀색이다.

* 다른 특징은 야생형 초파리와 동일하다.

3 ^{*　눈이 없다.}

＊다른 특징은 야생형 초파리와 동일하다.

실체 현미경을 이용하여 야생형 초파리의 표현형을 정확하고 자세하게 관찰하도록 지도하며, 특히 초파리의 대표적 특징 및 암수의 구별되는 특징을 탐구할 수 있도록 몸 색 및 형태, 눈 색, 날개 및 다리, 배 끝의 모양, 배의 등쪽면 무늬, 외부 생식기관 및 성즐의 유무 등에 초점을 맞추어 관찰하도록 한다.

[참고자료]

1. 야생형 노랑초파리(Drosophila melanogaser) 성체의 형태

실험에 이용한 초파리는 노랑 초파리(Drosophila melanogaser)로 미국의 생물학자 모건(Thomas Hunt Morgan, 1866~1945) 이후 유전학 실험에서 널리 이용되는 다세포 생물이다. 야생형 노랑 초파리의 성체는 몸 길이가 2~2.5mm로 소형이며, 몸 색은 노란색이다. 크게 머리, 가슴, 배로 구성되며, 머리는 가슴 폭과 같거나 조금 넓으며, 머리에는 안테나와 눈, 입 등이 존재한다. 초파리는 붉은 색을 띠는 1쌍의 겹눈을 가지며 겹눈 사 이에 3개의 홑눈이 존재한다. 가슴에는 1쌍의 날개와 날개가 퇴화되어 변한 평행곤, 3쌍의 다리가 있는데 평행 곤은 비행 시 평행을 잡아주는 역할을 담당한다. 다리 끝에는 갈고리 모양의 발톱이 있어서 물체를 꽉 잡을 수 있으며, 미끄러운 표면에서도 잘 달라붙을 수 있다. 앞발에는 감각털이 있어 만지면서 맛을 느낄 수 있다. 배는 8개의 체절로 이루어지며, 항문과 생식기관이 존재한다.

2. 야생형 노랑 초파리(Drosophila melanogaser) 성체의 암•수 구별법

1) 크기

야생형 노랑 초파리는 암컷이 수컷에 비해 크다.

2) 배 끝쪽의 형태

수컷은 배 끝쪽의 형태가 둥근데 반해, 암컷은 배 끝쪽이 뾰족하다. 또한 수컷은 배 끝에 뚜렷한 생식기관을 가지고 있어 암컷과 구별된다.

3) 배의 등쪽면 무늬

암컷은 배 체절의 각 끝부분에만 검은 줄이 나타나 등쪽면에서 5~6개의 검은 줄무늬를 관찰할 수 있지만, 수컷은 배 체절의 등쪽면 끝부분(5~6번째 체절)의 전체 표면이 검은 색을 띠고 있다. 그러나 갓 태어난 수컷의 경우는 등쪽면의 색이 엷어 이 시기에는 암수의 구별이 쉽지 않다.

4) 성즐(sex comb)의 유무

수컷의 첫 번째 다리의 마지막 관절에는 굵은 털들이 뭉쳐 있는 성즐(sex comb)이 검게 보이나, 암컷은 성즐 (sex comb)을 가지지 않는다. 성즐(sex comb)은 교미 시 수컷이 암컷을 단단히 붙잡을 수 있도록 도움을 준다.

4. 돌연변이는 왜?!

과목 과학, 생명과학1, 생명과학2 수업 차시 4차시

단원 첨단 과학과 질병 치료, 유전, 유전자와 형질발현, 생명공학

학습목표

1. 돌연변이 초파리의 발생 원인에 대한 가설과 이를 검증하기 위한 실험을 설계할 수 있다.

2. 유전물질인 염색체, DNA, 유전자의 관계를 이해하고, 진핵세포 상에 그 위치를 나타 낼 수 있다.

단계 교수 학습 활동 시

간

교수 학습 자료 (￭ 자료,

※유의점) [4] 돌연변이 초파리의 원인은?

상황제시

창의적 설계

감성적 체험

◉ 이전 차시 확인

• 의뢰받은 초파리는 어떠한 표현형을 가지고 있었는가?

- 이전 차시의 관찰 결과를 떠올리며, 의뢰받은 초파리 중에는 야생형 초파리, 흰 눈 초파리, 눈이 없는 초파리가 있었음을 답 변한다.

◉ 상황제시

• 눈 없는 돌연변이 초파리의 발생원인 탐구

- 의뢰받은 초파리 중에서 눈 없는 돌연변이 초파리의 발생 원 인이 무엇일지 생각해 본다.

◉ 창의적 설계

• 눈 없는 돌연변이 초파리의 발생 원인에 대한 가설과 검증실험 설계

- 앞서 생각한 내용을 바탕으로 눈 없는 돌연변이 초파리 발생 원인에 대한 가설을 설정한다.

- 가설을 검증하기 위한 실험을 설계한다.

3′

5′

10′

￭ PPT, 활동지

￭ PPT, 활동지

※ 필요한 경우, 가

창의적 설계

◉ 감성적 체험

• 가설 설정 및 검증실험 설계에 대한 조별 토의

- 조원들과의 토의를 통해 눈 없는 돌연변이 초파리 발생 원인 에 대한 가장 적합한 가설을 설정하고, 검증실험을 설계한다.

- 동료들과의 토의 및 협력을 통해 자신의 생각을 수정, 보완 하고 문제 해결방안을 탐구하면서 실제 과학자들의 연구 과정을 경험한다.

- 조별로 토의한 결과를 발표하고, 눈 없는 돌연변이 초파리의 발생 원인에 대한 가장 적합한 가설과 검증실험은 무엇일지 탐 구한다.

◉ 창의적 설계

• 유전물질은 어디에 있을까?

- 활동지에 제시된 로버트 훅의 자료를 읽고, 유전물질의 진핵 세포 상의 위치를 파악하여 그림으로 나타낸다.

- 유전물질을 표현할 때 사용하는 염색체, DNA, 유전자의 관 계를 살펴본다.

- 진핵세포 상의 유전물질의 위치를 고려했을 때, DNA를 추출 하기 위해서는 어떻게 해야 할지 생각해 본다.

◉ 다음 차시 예고 및 준비 • 초파리 DNA 추출 실험 준비

- 활동지에 제시된 방법에 따라 실험에 이용할 초파리를 준비 한다.

15′

10′

7′

설 및 실험 설계의 예시를 제시하여 학생들의 이해를 돕는다.

※ 실험 설계는 학 생들이 부담스럽지 않도록 간단한 수 준의 아이디어나 방법을 제시하게 한다.

￭ PPT, 활동지

※ 진핵세포 상에 유전물질의 위치를 간단한 그림으로 나타내도록 하며, 세포소기관 등의 다른 요소는 생략 해도 무방하다.

※ 실험 준비 과정 을 진행할 시간이 부족할 경우에는 교사가 준비한다.

지도시 유의 사항

※ 돌연변이 초파리 발생 원인에 대한 탐구 및 조별 토의가 활발히 이루어질 수 있도 록 참여 유도 및 지도를 실시한다.

※ 교사는 학생들의 탐구 내용 및 발표 내용을 점검하고, 필요할 경우에 정리할 수

있는 시간을 마련하여 학생들이 올바른 방향으로 탐구를 진행할 수 있도록 지도한다.

4. 돌연변이는 왜?!

1] 왜 그럴까?

1) 눈이 없는 돌연변이 초파리가 야생형 초파리와 다른 형질을 갖게 된 원인은 무엇인지에 대 한 자신의 생각을 다음 빈 칸에 표현해 봅시다.

눈이 없는 돌연변이 초파리의 발생 원인에 대한 자신의 생각을 표현한다.

눈 없는 돌연변이 초파리의 발생 원인에 대해 자유롭게 생각할 수 있도록 지도하되, 우연한 사고 및 물리적 상해에

의해 눈이 없어진 것은 아님을 설명한다.

2) 1)의 생각을 바탕으로 눈이 없는 돌연변이 초파리가 야생형 초파리와 다른 형질을 갖게 된 원인에 대한 가설을 조별 토의를 통해 완성하여 봅시다!

눈이 없는 돌연변이 초파리는 ( 유전물질 )의 이상으로 야생형 초파리와 다른 형질을 갖게 된다.

눈 없는 돌연변이 초파리의 발생 원인에 대해 조별 토의가 활발히 이루어질 수 있도록 참여 유도 및 지도를 실시하고, 동료들과의 토의 및 협력을 통해 문제 해결방안을 탐구하는 과정이 실제 과학자들의 연구 과정에서도 이루어짐을 설명한다. 유전물질을 염색체, DNA, 유전자 등으로 구체적으로 기술한 경우는 별도로 설명하지 않고, 이후의 관련 내용을 학습한 이후에 스스로 수정할 수 있도록 한다.

3) 다음은 2)의 가설을 검증할 수 있는 실험 설계에 대한 토의 과정 일부를 나타낸 것이다. 조 별 토의를 통해 2)에서 세운 가설을 검증할 수 있는 실험 설계를 완성하여 봅시다!

“생명체의 형질을 결정하는 것은 ( 유전물질 )이고, 우리는 ( 유전물질 )의 이상으로 눈이 없는 돌연변이 초파리가 생겨났다고 가설을 세웠으니까, 정말 ( 유전물질 )의 이상이 있는 지 직접 확인하면 되지 않을까?”

“그거 좋은 생각이다! 그러기 위해서는

( 야생형 초파리와 눈 없는 돌연변이 초파리의 유전물질을 추출하여 비교 )하면 되겠는걸!”

이전에 세운 눈 없는 돌연변이 초파리의 발생 원인에 대한 가설을 바탕으로 이를 검증하기 위한 실험에 대해 조별 토의가 활발히 이루어질 수 있도록 참여 유도 및 지도를 실시하고, 검증실험 설계는 학생들이 부담스러워 하지

않도록 간단한 수준의 아이디어나 방법을 제시하도록 한다.