교사용 지도서

2014년 융합인재교육(STEAM) 5~6 학년 아웃리치 프로그램

교사용 지도서

(DNA 탐구여행)

교사용 지도서

초등학교

5-6학년

DNA 탐구여행

1. 주제 개요

5학년 2학기 과학 1단원 ‘우리 몸’에서는 우리 몸의 여러 기관의 특징과 역할을 알아보고 마지막 시간에 인체의 골격을 만들어보는 활동으로 구성되어 있다. 여기에서는 내 몸을 구성 하는 DNA를 소개하여 첨단 과학기술정보나 관련시설이 부족한 도서 산간벽지 학생들에게 스 크래치 프로그램을 체험해보고 창의컴퓨팅이 실생활에서 어떻게 사용되고 있는지 알아보는 시 간을 갖도록 구성하였다.

본 프로그램의 세부적인 구성은 다음과 같다. 상황제시에서는 최근에 발표된 내용인 우 리나라 신석기 시대의 유골에서 독일사람 DNA가 검출된 사례를 통해 DNA 측정방법에 대한 동기유 발과 문제제기를 한다. 창의적 설계에서는 ‘염기순서 맞히기 프로그래밍’ 활동에서 스크래치 프로그램 을 통해 염기순서를 맞추는 프로그램을 직접 만들어보는 경험을 한다. 마지막 감성적 체험에서는 ‘생 활 속의 창의컴퓨팅’ 활동을 통해 우리 생활에서 활용되고 있는 자동화된 소프트웨어를 찾아보고 창 의컴퓨팅이 어떻게 활용되고 있는지 생각해 보는 시간을 갖는다. 나아가 생체정보를 이용한 프로그램 에 대한 구상을 해보는 시간을 통해 자신의 아이디어를 확장하는 활동을 해본다.

본 수업은 DNA라는 다소 어려운 주제를 다루지만, 어려운 과학내용을 다루기보다는 염기쌍으로 DNA 기본구조를 이해하고 스크래치로 DNA를 판별하는 프로그램을 체험해보도록 구성하였다.

상황제시 창의적 설계 감성적 체험

·3000천년 전 독일 사람이 우 리나라에?

·유전자 이야기

·염기쌍에 대해 알아보기

·DNA 나선형 구조 맞추기 놀이 하기

⇒

․스크래치로 염기순서 맞추기 프로그램 살펴보기

·스크래치 기초 코드를 수정하여 염기순서 맞히기 프로그램을 만들 어 보기

⇒

․ 생활 속의 창의컴퓨팅 사례 찾아보기

․ 사람의 정보를 알아내는 프로 그램 구상해 보기

새로운 문제 도전

○ 교육과정 분석

학년 과목 단원 내용요소 활동적용 예

5 과학 2-1. 우리 몸 우리 몸의 구조와 기능을 알

아보기 우리 몸의 DNA구조를 알아보고

스크래치 프로그램으로 염기서열 맞추는 프로그램을 체험해보기

5 실과

(김병수)

1-7. 정보기기와 사이버공간

정보기기의 특성을 알고 활용 하기

2. 학습 목표

○ 내용 목표

- DNA 구조를 알고, 염기순서 판별 프로그램을 체험해볼 수 있다.

- 실생활에 활용된 창의컴퓨팅 사례를 알 수 있다.

○ 과정 목표

- DNA 구조를 언플러그드 활동으로 이해할 수 있다.

- 친구와의 협력을 통해 염기순서 판별 프로그램의 원리를 이해하고 문제를 해결할 수 있 다.

3. STEAM 과목 요소

○ S : DNA 구조를 이해할 수 있다.

○ T/E : DAN 구조를 판별하는 프로그래밍의 원리를 이해할 수 있다.

○ A： 자동화된 프로그램의 사례로 디지털 아트 분야를 알 수 있다.

4. STEAM 단계 요소

○ 상황제시

- 3000년 전 독일 신석기 인에 대해 알아보기 - DNA 판별에 대해 생각해보기

- 유전자 이야기 알아보기 - 염기쌍에 대해 알아보기

○ 창의적 설계

- 스크래치로 염기 순서 맞히는 프로그램 체험하기

1) 먼저 스크래치로 염기 순서 맞히는 프로그램을 실행하여 살펴본다.

2) 친구와 함께 판별 코드를 수정해본다.

3) 완성된 프로그램이 제대로 작동하는지 실행해본다.

○ 감성적 체험

- 생활 속의 창의컴퓨팅 사례 찾아보기

각 분야에서 활용되고 있는 자동화된 프로그램을 찾아본다.

- 사람의 정보를 알아내는 프로그램을 구상해보기

과목 과학 수업차시 1회차 (1차시)

단원 2-1. 우리 몸

교육과정 1) 우리 몸의 구조와 기능을 알아보자.

2) 인체의 골격구조를 맞추어 보자.

학습목표 - DNA는 무엇이고 구조는 어떤지 알 수 있다.

- 염기쌍에 대해 알아보고 활동에 참여할 수 있다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (5분)

- 3000년전 독일 사람이 우리나라에?

◼ 신석기 유골에서 독일 사람과 일치하는 유전자를 가진 유골 이 나왔다는 기사 듣기

◼ 어떻게 가능했을까 추측해보기

뉴스 동영상

학습활동 (25분)

- DNA의 뜻과 구조 알기

◼ 왓슨과 크릭의 이야기 듣기

◼ 게놈프로젝트와 현재까지 발달한 기술

◼ DNA 나선형 구조 알아보기

- 염기쌍 알아보기

◼ 각 염기 C,T,G,A가 누구와 쌍을 이루고 있는지 알아보고 문제 해결하기

유 전 자 이 야 기 자료, DNA 구 조 그림

마무리 (10분)

- DNA나선형 구조 맞추기 놀이

◼ 두 명이 짝을 이루어 한 명이 염기서열을 완성하면 다른 사람이 그 짝을 맞추는 놀이

종이, 연필

지도상의 유의점

DNA에 대해 가장 기초적인 구조와 염기서열에 대해 설명해주고 활동을 통 해 이해하도록 한다.

5. 지도안 총괄표

DNA 나선형 구조

과목 실과 수업차시 2회차(2-3차시)

단원 1-7. 정보기기와 사이버공간

교육과정 1) 정보기기의 특성을 알고 활용해보자.

2) 사이버 공간의 특성을 알고 지켜야할 윤리의식을 갖자.

학습목표 - 스크래치의 기본 프로그램을 익히고 염기서열 맞히는 프로그램을 실행해 볼 수 있 다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (10분)

- 스크래치 알아보기

◼ 스크래치는 무엇일까요?

◼ 스크래치는 어떻게 구성되어 있을까요?

컴퓨터 ppt자료

학습활동 (50분)

- 스크래치 기능 익히기

◼ 동작 기능 익혀서 고양이 움직이기

◼ 소리, 형태 기능을 익혀 간단한 프로그래밍 짜기

◼ 제어기능을 익혀 약간 복잡한 프로그래밍 짜기

◼ 다양한 명령문을 사용하여 간단한 프로그램을 만들기

- 염기서열 맞히기 프로그램 실행해보기

◼프로그램을 실행해서 염기순서를 마음대로 입력하기

◼입력한 순서대로 짝이 맞게 그림으로 나타나는지 확인해보기 ◼어떤 코드로 만들면 염기순서를 맞추는 프로그램으로 만들 수 있는지 생각해 보기

컴퓨터 스 크 래 치 프로그램

마무리 (20분)

- 염기순서 맞히기 프로그램 완성하기

◼ 염기순서 맞히기 프로그램을 열기 - 판별 코드를 수정 – 실 행하기 – 오류 수정하기 – 실행하기 – 프로그램 완성하기

염 기 순 서 맞히기 스크 래치 프로그 램

지도상의

유의점 프로그래밍이 어려운 학생들을 위해 순회지도를 하며 설명을 해주도록 한다.

염기순서 맞히기 프로그램 실행하기

과목 실과 수업차시 3회차(4차시)

단원 1-7. 정보기기와 사이버공간

교육과정 1) 정보기기의 특성을 알고 활용해보자.

2) 사이버 공간의 특성을 알고 지켜야할 윤리의식을 갖자.

학습목표 - 여러 분야에서 실행되는 자동화 프로그램을 찾아보자.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (5분)

- 우리 생활에서 자동으로 실행되는 프로그램은 무엇이 있을까 요?

◼ 우리 생활 주변에서 자동으로 실행되는 프로그램에는 무엇 이 있는지 찾아보기 (가정용 물건과 학용품에서 찾아본다)

가전제품 사진

학습활동 (25분)

- 여러 분야에서 사용되는 자동화 프로그램 찾아보기

◼ 교통, 의료, 금융, 산업, 예술 등에서 자동화 프로그램이 어떻게 사용되는지 검색해보기

- 사람의 정보를 알아내는 프로그램 찾아보기

◼ 얼굴인식, 홍채인식, 지문인식, 정맥인식 등

컴퓨터 관 련 자 료 사진

마무리 (10분)

- 앞으로 미래에는 어떤 기술이 발달할까?

◼ 인간두뇌 프로젝트 : 인간의 두뇌활동을 지도로 그려내는 프로젝트

지도상의 유의점

자동화 프로그램 개념을 학생들이 쉽게 이해할 수 있도록 가정에서 사용하 는 물건부터 이야기해준다.

생활 속의 창의컴퓨팅

6. 평가 계획

▢ 학생 자기/동료 평가 계획

평가

방법 평가영역 평가기준

평 가

상 중 하

자기 평가

상황제시 ◆ DNA 나선형 구조 맞추기 놀이를 통하여 염기쌍을 이해하는 가?

창의적 설계

◆ 스크래치 프로그램을 활용하여 염기순서 판별 프로그램을 실 행할 수 있는가?

동료 평가

창의적

설계 ◆ 친구와 협력하여 활동에 참여하는가?

평가영역 평가항목 상 중 하

상황제시

DNA 나선형 구조 맞추기 놀이를 통하여 염기쌍을 이해 하는가?

DNA 나선형 구조 맞추기 놀이에 열심히 참여하고 염기쌍을 잘 이해하고 있 다.

DNA 나선형 구조 맞추기 놀이에 열심히 참여하나 염기쌍을 이해하는 것이 부족하다.

DNA 나선형 구조 맞추기 놀이에 참여하지 않고, 염기쌍을 이해하지 못한 다.

창의적 설계

스크래치 프로 그램을 활용하 여 염기순서 판 별 프로그램을 실행할 수 있는 가?

주어진 코드를 수정하여 염기순서 판별 프로그램을 잘 실행한다.

주어진 코드에서 수정할 부분을 알고 수정할 수 있다.

주어진 코드에서 수정할 부분을 찾지 못한다.

MEMO

7. 학습내용

• 상황제시

상호작용 디지털 아트 관 련 동영상을 보여주며 현 재 디지털 아트의 기술이 어디까지 왔는지 체험해 볼 기회를 갖게 한다.

‣ 학습안내

1) DNA구조를 알고 염 기순서 판별 프로그램을 실행해볼 수 있다.

2) 실생활에 활용된 창 의컴퓨팅 사례를 알 수 있다.

• 디지털 아트 동영 상

• 지도 시 주의 사항

디지털 아트의 세부적인 설명을 하기 보다는 컴퓨터기술과 예술이 만나서 얼마나 아름다운 작품을 만들 수 있는지 느 끼도록 하는데 초점을 둔다.

• 뉴스 동영상 자료 : http://www.youtube.com /watch?v=nLcMVTwxV8M

뉴스를 보고 어떻게 3 천년 전에 독일 사람 의 유골이 우리나라에 왔을지 추측해보게 한 다. 또한 과학자와 고 고학자들은 그 유골이 독일 사람이라는 것을 어떻게 알았을지 학생 들이 자유롭게 이야기 하도록 한다.

• 지도 시 주의사항

발표할 때는 정확한 근거보다는 과학적 직관이나 추측을 우선하여 자유롭게 발표할 수 있도록 한다.

• 준비물 뉴스 동영상

• 상황제시

• 유전자 이야기

왓슨과 크릭의 이야기 를 들려주고 DNA의 뜻과 구조를 설명할때 는 관련 사진자료나 모 형을 활용해 이해를 돕 는다.

• 준비물

DNA 모형이나 사진 자료

• 지도 시 주의 사항

구체물이나 사진 자료를 이용해 어려운 DNA 구조를 이해 하는데 도움을 준다.

• 염기 순서 알아보는 활동으로 DNA 나선구 조 맞추기 놀이를 한 다.

• 염기에는 짝이 있어 항상 쌍을 이루고 있음 을 알게 한다.

• 지도 시 주의사항

놀이와 활동을 할 때 구체물을 활용하도록 한다.

• 준비물 DNA 모형 종이, 연필

• 창의적 설계

•염기순서 맞히기 놀이 1) 프로그램을 실행해서 염기순서를 마음대로 입 력하기

2) 입력한 순서대로 짝이 맞게 그림으로 나타나는 지 확인해보기

3) 어떤 코드로 만들면 염기순서를 맞히는 프로 그램으로 만들 수 있 는지 생각해 보기

• 준비물 염기순서 맞히기 스크래치 프로그램

(http://in.re.kr -자료실)

• 지도 시 주의 사항

프로그래밍이 어려운 학생을 위해 순회지도로 수준별 지도 가 이루어지도록 한다.

• 염기순서 맞히기 프로 그램 완성하기

염기순서 맞히기 프로 그램을 열기 - 판별 코 드를 수정 – 실행하기 – 오류 수정하기 – 실 행하기 – 프로그램 완 성하기

• 지도 시 주의사항

처음에는 완성된 프로그램에 판별코드만 수정해서 넣은 후 어떻게 프로그램이 실행되는지 본 후 차차 수정의 범위를 넓히도록 한다.

• 준비물

염기서열 맞히기 스크래치 프로그램 (http://in.re.kr -자료실)

• 감성적 체험

자동실행 프로그램 찾 아보기

• 우리 일상생활 주변 에 자동화된 프로그램 이 어디에서 이용되고 있는지 컴퓨터 검색을 통해 찾아보도록 한다.

• 두 명이 팀이 되어 함께 검색해서 문제를 해결하도록 한다.

• 준비물 컴퓨터 관련서적

• 지도 시 주의 사항

- 자동화 프로그램에 대해 어렵게 느낄 수 있으므로 예시를 들어 우리 일상생활에서 흔히 사용할 수 있음을 알게 한 다.

• 사람의 정보를 알아 내는 프로그램 알아보 기

- 얼굴인식 - 홍채인식 - 지문인식 - 정맥인식

- 이러한 기술들이 어 디에 사용되는지 이 야기해본다.

http://www.youtube.

com/watch?v=Xq6v3 NcNb88

• 두 명이 팀이 되어 함께 검색해서 문제를 해결하도록 한다.

• 지도 시 주의사항

사람의 정보를 알아내는 기술이 이미 시중에 사용되고 있 음을 알려주고 동영상이나 사진자료를 활용한다.

• 준비물

동영상자료, 사진자료 바이오인식 : 김재성(2012).

KISA보고서

참고자료 1

생체 인식 활용분야

디지털 기술이 발달됨에 따라 생체 인식을 활용하는 분야는 생활 전반으로 확대되고 있다. 특히, 최근에는 스마트 기기에 다양한 센서가 탑재되면서 보안, 의료분야와 같 은 여러 분야에서도 활용되고 있다. 생체인식 기술 중 눈(홍채인식 & 망막인식), 얼굴, 지문인식 방식은 상용화가 되고 있다. 최근 등장하고 있는 생체인식 기술은 DNA와 정맥을 인식하는 기술로 각 개인의 다른 손바닥, 손등, 손목 등의 혈관 패턴 또는 DNA를 이용해 신분을 확인하는 인증방식이다. 또한 개인의 특성에 따른 여러 가지 행동패턴을 통해 신분을 확인하는 연구도 진행중이다.

예를 들면 행태인식이라는 분야가 있는데, 행태인식에서는 걸음걸이를 인식하는 기술 이 개발되고 있다. 사람이 걸을 때 다리, 무릎 관절, 팔, 팔꿈치 등 신체 일부분이 반 복적으로 일정한 패턴이 나타나므로 이 모습을 분석하여 인식하는 방식이다.

구글, 새로운 인체지도 제작 도전

인체 유전자·분자정보 수집... 질병 예방 ‘초점’

검색엔진으로 처음 시작한 구글의 진화는 끝이 없어 보인다.

구글이 최근 인체지도 제작에 나선 것으로 알렸다. 이는 인체와 인간이 늙고, 병들 고, 그리고 죽음에 이르는 과정을 연결시킨다면 인체를 완전히 해부했다는 인간 게 놈연구로만은 부족하다는 것이 구글의 판단이다.

그리고 생명현상은 너무나 복잡해 하나로 정의하거나 규정할 수 없다. 구글은 인체 탐험을 통해 게놈연구보다 더 방대한 데이터를 수집하여 앞으로 닥칠 질병까지도 알 수 있는 인체제작 작업에 착수했다.

이 작업을 수행하고 있는 구글X의 새로운 프로젝트 이름은 ‘베이스라인 스터디 (Baseline Study)’다. 이 연구의 주요 목적은 건강한 신체조건을 알아내기 위해 인 체 유전자와 분자정보를 수집하고 분석하는데 있다.

지난 8월 24일 구글은 미국 시사경제지 월스트리트저널(WSJ)을 통해 이러한 계획 에 착수했다는 성명을 발표했다. 이 성명에서 구글은 “이 프로젝트는 건강한 인체 를 만드는데 초점을 두고 있다. 우리는 게놈지도보다 훨씬 더 진화한 ‘건강한 인체 지도’를 만들겠다”는 포부를 밝혔다.

(관련 링크:http://en.wikipedia.org/wiki/Baseline_Study)

이러한 성명과 함께 구글은 공식적으로 이 프로젝트에 참여할 인재를 뽑는다는 채 용 광고도 냈다. 그리고 실험에 필요한 재료를 확보하기 위해 소변, 혈액, 침, 눈물 과 같은 인체의 분비물을 제공할 지원자들도 물색했다.

참고자료 2

연구의 초점은 치료가 아니라 예방에 두어

베이스라인 스터디를 진행하는 구글X 생명과학 연구팀은 우선 지원자 175명을 확 보했다. 그리고 이들이 제공한 분비물을 분석해 유전자 및 분자 정보를 수집했다.

분자생물학자인 앤드류 콘라드(Andrew J. Conrad) 박사가 이 프로젝트를 이끌고 있다.

콘라드 박사는 지난해 3월 구글 X에 합류해 생리학, 생화학, 광학, 이미징, 분자생 물학 등의 분야 전문가 70~100명으로 구성된 팀을 꾸렸다. 그는 이에 앞서 ‘캘리 포니아 건강 및 장수 연구소(CHLI: California Health and Longevity Institute) 를 설립했으며 연구소 최고 책임자로 이 분야의 베테랑 과학자다.

WSJ에 따르면, 베이스라인은 기존 의학 및 게놈학 연구보다 훨씬 방대한 데이터를 수집하는 게 특징이다. 심장병과 암 같은 치명적인 질환을 조기에 발견해 치료보다 예방의학으로 무게 중심을 이동시키자는 취지다.

콘라드 박사는 “지금까지는 의학산업체는 이미 발생한 문제를 치료 해결하는데 초 점을 맞췄다. 그러나 이러한 기술은 결코 혁신적인 것이 아니다. 우리는 미리 대응 하기 위해 무엇이 필요한지에 대한 질문을 던졌다”라고 말했다. 그는 이어 “우리는 특정 질병만을 다루지는 않을 것이며 우선 참가자 175명의 인체 데이터 분석을 시 작으로 수천 명으로 범위를 확대해 나갈 계획”이라고 덧붙였다.

출처 : http://www.sciencetimes.co.kr/

참고사이트

- 3000년전 신석기 독일인 : http://www.youtube.com/watch?v=nLcMVTwxV8M -

- 제2게놈 프로젝트 :

http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2013/02/18/2013021801810.html

- 바이오 인식 : 김재성(2012), KISA 보고서

- http://knbtc.kisa.or.kr/kor/release/dataView.jsp?p_No=60&b_No=60&d_No=40&c gubun=&cPage=&searchType=ALL&searchKeyword=

- 구글, 새로운 인체지도 :

http://www.sciencetimes.co.kr/ 새로운 인체지도 검색