일산대진고등학교

2018 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2018. 10. 31

일산대진고등학교

【 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】

과 제 개 요

과제명 2018년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 고등학교 통합과학 5. 생명시스템 수업용 STEAM 프로그램

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년

중심과목 과학

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] 5. 생명 시스템

연계과목

통합과학 생명과학 미술

연계과목 성취기준

영역

[고등학교 1학년] 5. 생명 시스템 [10통과05-02]

[고등학교 3학년] Ⅰ. 세포와 물질대사 1. 세포의 특성 [생2114]

[고등학교 1~3학년] Ⅲ. ‘미술의 확장’ 영역 [32. 미술과 통합]

연구기간 2018.3.협약체결일 ~ 2018.11.23.(약 8개월)

연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원 6명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 5명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 일산대진고등학교 생명과학 교사 최현주

공동연구원 일산대진고등학교 미술 교사 임현희

공동연구원 매홀고등학교 통합과학 교사 남궁용

공동연구원 봉일천고등학교 통합과학 교사 임대환

공동연구원 흥덕고등학교 화학 교사 김미영

공동연구원 주엽고등학교 물리 교사 강정호

2018년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2018년 10월 31일

연구책임자 : 최 현 주 (인)

한국과학창의재단 이사장 귀하

“이 보고서는 2018년도 정부의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

목 차

1. 요약문··· 1

2. 서론··· 2

3. 연구 수행 내용 및 결과··· 2

4. 결론 및 제언 ··· 4

5. 참고문헌··· 5

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지)

부록2. 학생 산출물 등

1. 요약문

STEAM 프로그램

고등학교 통합과학 5. 생명시스템 수업용 STEAM 프로그램 Ÿ (교육과정 성취기준)

[고등학교 1학년] 5. 생명 시스템 [10통과05-02]

[고등학교 3학년] Ⅰ. 세포와 물질대사 1. 세포의 특성 [생2114]

[고등학교 1~3학년] Ⅲ. ‘미술의 확장’ 영역 [32. 미술과 통합]

연구 과정

Ÿ 2015 개정 교육과정에서 제시된 ‘[고등학교 1 학년] 5. 생명 시스템’의 성취기준에 맞춰서 효소 개념을 이해하기 위한 과학 교과중심의 STEAM 수업을 구성하고자 하였음.

연구

결과 Ÿ 프로그램을 개발하여 투입하고 태도 및 만족도 검사를 수행함.

특이 사항

교사

고양시 과학사랑교사모임이라는 지역 내 교사 모임을 중심으로 스팀연구회 조직 및 운영하였음. 다양한 유형의 학교에 근무하는 교사의 모임이다 보니, 경험이 풍부하고 개선점 등에 대해 폭넓은 시각을 가지고 제안할 수 있는 장점이 있음. 선도학교, 중점학교, 혁신학교 등의 사업을 진행했거나 하고 있는 중인 교사들로서 이 사업 역시 기획하고 추진하는 데 있어 수월함이 있었음.

학생

자는 아이들 거의 없이 즐겁게 참여함. 문제점을 발견하고 해결하는 과정을 통해 문제해결 능력 및 협력적 학습이 진행됨.

다양한 유형의 학교에 소속된 학생들임. 과학중점학교, 일반 인문계고, 혁 신학교, 과학영재학급 등 적용해볼 수 있는 유형이 다양하다는 점이 개발 자료를 검증하고 수정, 보완하기에 많은 도움이 될 것임.

STEAM 협의체

신도시 혹은 그 인근이라는 유사한 지역적 특성을 공유하는 교사들의 연구 모임으로, 평소 수업 연구를 활발히 하고 있어 서로의 수업 사례를 나누고 공유하면서 전문적 학습 공동체로서의 의미를 가질 수 있었음.

기타 지역 모임의 온라인 커뮤니티가 좀 더 활성화되고, 연구단의 컨설팅이 활성화된 다면 좋을 것으로 기대함.

주요 성과

Ÿ 과학교사들이 가지고 있는 다양한 수업 소재들을 스토리텔링 주제에 맞게 재구성하는 과정을 통해서, 완전히 새로운 수업이 계발되는 것을 확인함.

개선점

Ÿ 기존의 스팀 수업이 여러 교사의 협력이 필요하고 시간 소요가 많아 실효성이 떨어짐. 자 신의 교과에서 1 개의 성취기준에 적합한 시간이 3 차시이므로 3 차시 이내의 수업 구성 안 에서 학생들이 다양한 경험이나 융합적인 사고를 이끌 수 있도록 프로그램 개발하고 수업 을 진행하는 것이 더 바람직하다고 생각함.

Ÿ 각 학교 실정에 맞도록 수정, 보완한 상세 지도안 등을 개발하고 개선하는 것이 좋을 것 으로 여겨짐.

2. 서론

가. 교사연구회 구성

본 연구회는 지역사회에서의 과학교육 자료 개발 및 공유를 위해 구성된 자발적 전문적 교사학습공동체의 일종인 ‘고양시과학사랑교사모임(고과사)’의 일부 회원 과학교사와과 미 술교사로 구성되어 있다. 효율적인 운영 및 적용을 위해 1개 학교 구성원으로 이루어진 연 구회가 강점을 지니고 있다면, 본 연구회의 경우, 좀 더 다양하고 확산적인 연구 적용이 가 능하다는 장점을 지니고 있다.

나. 연구개발 목표

이번 연구개발의 목표는 고등학교 현장에서 적용 가능한 STEAM 프로그램 개발 및 적용 에 있다. 지금 학교 현장에서는 4차 산업 혁명시대에 맞춰 기존의 과학실의 형태에서 벗어 나 협업과 정보 검색 등이 이루어지기 용이한 새로운 형태의 창의융합형 과학실 구축을 위 한 노력이 이루어지고 있다. 이에 창의융합형 과학실에서 활용할 수 있는 형태의 STEAM 프로그램을 개발, 적용해보는 것이 본 연구의 목적이다.

또한 올해부터 적용되는 2015 개정교육과정 통합과학수업에 적용가능한 수업 모델을 개 발하는 것이 그 목적이라고 할 수 있다. 과학탐구실험과 더불어 수업

본 연구가 개발, 적용될 학교는 경기도 내 학교 중 교내 과학교사 전문적 학습공동체를 운영하며 고양시 일산대진고등학교, 주엽고등학교, 파주시 봉일천고등학교, 모범혁신학교로 서 과학교육에서의 디자인적 사고 프로세스를 기반으로 한 교육 프로그램에 대한 개발 및 적용을 연구할 용인시 흥덕고등학교 등이다.

3. 연구 수행 내용

◦STEAM 프로그램 연구 및 적용 - 연구 개요는 아래 표와 같다.

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 고등학교 통합과학 5. 생명시스템 수업용 STEAM 프로그램

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년

중심과목 통합과학 성취기준 영역[고등학교] 5. 생명 시스템

연계과목

통합과학 생명과학 미술

연계과목 성취기준 영역

[고등학교 1학년] 5. 생명 시스템 [10통과05-02]

[고등학교 3학년] (2) 세포의 특성 [12생과Ⅱ02-06]

[고등학교 1~3학년][12미02-01], [12미02-03], [12미창02-04]

◦STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사 가. 학생 평가 계획 및 프로그램의 효과성 검증

- 각 학교의 평가 계획을 준수하는 범위 내에서 다양한 방안을 개발, 학교생활기록부 기재 방안에 대해서 협의 후 추후에도 지속적으로 적용할 예정임.

- 수업 프로그램 효과성 검증

: 기존 평가지 활용 및 타인과의 공감 설문지 등을 통한 다양한 도구 개발 및 적용 나. 프로그램 적용 성과 조사

- 사전 사후 학생 대상 설문 조사를 통해 분석할 예정임. 사전 설문 진행 완료.

◦STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천 - 프로그램 공유 실시

1) STEAM 교사 연구회 주관 관내 교원 대상 워크샵 운영 가. 장소 : 일산대진고등학교

나. 일시 : 상반기 8월 방학 중 연구원 자체 웍샵 1회 실시 완료 하반기 10월 1회 워크샵 운영 완료

다. 대상 : 연구회 교사 및 관내 교원

2) 공개수업 실시

가. 장소 : 매홀고등학교 나. 일시 : 10월 중

다. 대상 : 단위학교 계획에 의한 공개수업

3) 한국생물과학협회 국제학술대회 고등학생 session 부스 운영 발표 진행 가. 장소 : 평창 알펜시아 컨벤션 센터

나. 일시 : 8월 23일 개발결과

주제 연번

차시

(시수) 과목 연계(안)

1 8 미술(2) + 과학(6)

적용결과 1학년 통합과학 2학기 단원 교과 수업에 적용 (10학급 250명 적용, 설문조사 실시 2학급 54명)

4. 연구 수행 결과

◦연구 수행 결과

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 8차시 예정

수업 적용 일정 2018. 10. 15. ~ 2018. 10. 30.

(STEAM 수업)수혜학생 수 매홀고등학교 871명(고등학교 1학년 전교생) 예정 학생 태도검사 사전검사 4월 30일, 2개 학급(54명) 실시 완료

사후검사 10월 30일, 2개 학급(54명) 실시 완료

학생 및 교사 만족도조사 10월 30일 예정

교사연구회 STEAM 행사 개최 2018.10.10. ‘STEAM 협의체 워크샵’ 개최

논문 또는 학술대회 한국생물과학협회 부스 발표

특허출원(국외, 국내) 해당 없음

5. 결론 및 제언

◦ 기대성과 및 연구결과 활용(확산)방안 가. 현장과학교육학회 발표 및 논문 게제

- 연구개발 이후 내년도 예정

나. 고양시과학교사모임 등에서 성과 공유 - 매달 모임에서 공유 및 발전 방안 협의, 공유 다. 기대성과

- 적용학생 대상들의 창의융합적 사고력 증진

- 지역 사회 학교 현장에서의 STEAM 교육 프로그램 적용 확대 등

6. 참고문헌

김재욱, 식품가공실험실습법, 향문사, 1973 남궁석, 식품가공저장실습, 선진문화사, 1990

지재화 등, 고등학교 과학 교과서에서 「pH가 효소의 작용에 미치는 영향」 실험의 문제점 분석 -녹말과 요오드 반응을 중심으로, 한국과학교육학회지, Vol.29 No.8, 2009 남궁용, 제39회 경기도창안품전시회(학습자료부문), 효소반응시각화시험키트, 2011

최현주 등, 녹말과 아이오딘의 쩨쩨한 로맨스, 제16회 과학교사실험연수, 인천과학사랑 교사모임, 2011

한성문 등, 우린(URINE), 아느뇨(尿)?, 제17회 과학교사실험연수, 인천과학사랑교사모 임, 2012

심규철 등, 고등학교 통합과학 교과서, 비상교육, 2018 심규철 등, 고등학교 통합과학 교사지도서, 비상교육, 2018

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

고등학교 통합과학 Ⅱ.시스템과 상호작용-생명시스템 수업용 STEAM 프로그램

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1~6/6 [10 통과 05-02] 생명 시스템 유지에 필요한 화학 반응에서 생체 촉매의 역할을 이해하고, 일상생활에서 생체 촉매를 이용하는 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

[ 고 등 학 교 1 학 년 ]

Ⅱ . 시 스 템 과 상 호 작 용 - 생 명 시스템

2 4~6/16 [9 미 02-02] 주제에 적합한 표현 과정을 계획할 수 있다. [ 고 등 학 교 1 학년]

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 6차시)

차시 주요내용

1~2 /6

주제(단원)명 효소의 작용과 특성 파악하기

Co 생명체 내에서 일어나는 여러 가지 물질대사에서 효소는 어떤 역할을 할까?

CD 개념 학습을 통해 생명체에서 일어나는 화학 반응(물질대사)과 생체 촉매(효소)의 작용과의 관계를 이해한다.

CD 효소의 작용이나 특성을 다른 물체나 현상에 비유한 문장을 만들고, 모둠별 발표를 통해 효소의 특 성에 대해 생각해본다.

3~4 /6

주제(단원)명 효소 반응의 조건 등에 관련된 실험 및 효소 사례 만화로 표현하기

Co 효소는 생명 현상에서 어떤 기능을 하는 것일까?

CD 감자, 생간 등을 활용하여 생명 현상에서 효소가 하는 기능을 관찰한다.

Co 일상생활과 산업에서 효소가 이용되는 사례에는 어떤 것들이 있을까?

CD 모둠원들이 정보를 수집하고 발표한다.(4컷 만화)

5~6 /6

주제(단원)명 효소 그림 그리기 설계 및 수행하기

Co 효소 반응을 이용하여 그림을 그릴 수 있을까?

CD 화학 변화에 의해 색이 변하는 다른 반응을 조사하고 발표한다.

CD 화학 변화 결과 색이 변하는 원리를 응용한 다른 실험을 설계하고 발표한다.

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년

중심과목 성취기준 영역

[고등학교] (5) 생명 시스템 중심과목 성취기준

[10 통과 05-02]

생명 시스템 유지에 필요한 화학 반응에서 생체 촉매의 역할을 이해하고, 일상생활에서 생체 촉매를 이용하는 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

주제(단원)명 생명 시스템에서의 화학 반응 차시 3~6/6

학습목표

물질대사에 생체 촉매인 효소가 관여함을 알고, 그 작용을 설명할 수 있다.

효소가 관여하는 다양한 생명 현상을 설명할 수 있다.

효소가 일상생활과 산업에 널리 이용됨을 알고, 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

효소 반응을 이용하여 그림을 그릴 수 있다.

연계과목 미술 연계과목

성취기준 영역 [고등학교 1 학년] (2) 표현

STEAM 요소

S 생체 촉매, 효소 반응

T 효소 반응을 응용한 기술 사례 조사하기 E

A 다양한 기법으로 표현하기, 효소로 그림 그리기 M

개발 의도 생명 시스템에서 생체 촉매의 역할을 이해하고 효소 반응을 가시적으로 보여주는 과정에서 학습 효과 증진 및 창의성과 융합적 사고력을 함양하기 위해 개발함

온도, pH, 표면적 등에 따른 효소 반응 실험은 실험 도구들이 많아 준비와 뒷정리 등에 대한 교사의 부담이 클 뿐만 아니라 과정도 번거로워 실제 교육 현장에서는 주로 이론 수업으로 대체되는 경우가 많음. 이에 효소 반응 결과를 짧은 시간 안에 확실히 보여주면서도, 간편하고, 학생들의 이해와 흥미를 높이는 방법을 고민하게 되었고 이에 본 수업을 개발하게 되었음

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

실생활 속 효소 반응 사례 조사하기

창 의 적 설 계

창의적 설계

효소로 그리는 그림 제작하기

감 성 적 체 험 생체 촉매의 역할, 기능 등을

학습함

효소 반응의 조건 이해

감성적 체험

소주제 효소는 어떤 역할을 할까? 차시 1-2

과목 (단원)

고등학교 1학년 통합과학

Ⅱ. 시스템과 상호 작용 - 생명 시스템

교육 과정

[10통과05-02] 생명 시스템 유지에 필요한 화학 반응에서 생체 촉매의 역할을 이해하고, 일상생활에서 생체 촉매를 이용하는 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

학습 목표

• 물질대사에 생체 촉매인 효소가 관여함을 알고, 그 작용을 설명할 수 있다.

• 효소의 특성을 이해하고 효소의 작용 과정을 설명할 수 있다.

학습

과정 교수학습 활동 준비물

도입 (15분)

Co 생명체 내에서도 화학 반응이 일어날까?

중학교 때 배운 음식물의 소화 과정에서 여러 영양소가 소화 효소에 의해 빠르게 분해되는 과정을 그림으로 보여주고 생명체 내에서도 화학 변화가 일어남을 확인해준다.

PPT

전개 (70분)

1. 물질대사(생명체에서 일어나는 화학 반응)

- 생명체 내에서 일어나는 화학 반응인 물질대사에 대해 설명한다.

- 연소반응과 세포 호흡을 비교하면서 물질 대사의 특징을 설명한다.

2. 효소(생체 촉매)의 작용

- 활성화 에너지의 정의, 효소와 활성화 에너지의 관계를 설명한다.

- 효소가 작용하는 과정을 효소-기질 복합체 그림을 이용하여 설명한다.

- 효소의 주성분이 단백질이기 때문에 효소의 작용은 온도의 영향을 받는다는 것을 설 명한다.

Co 효소의 특성을 한 문장으로 표현할 수 있는가?

CD 효소의 특성을 비유적으로 잘 나타낼 수 있는 단어나 우리 주변의 여러 현상에 대해 모 둠원들의 생각을 나누고 모둠의 의견을 하나로 취합하여 발표한다.

예) 효소는 고속도로이다. 왜냐하면 차가 고속도로를 통해 빠르게 이동하듯이 효소가 반응을 빨리 일어나게 하기 때문이다.

교과서 학생활동지

정리 (15분)

효소에 대한 간단한 형성 평가를 통해 학습 목표 성취 여부를 확인한다.

차시수업(효소에 대한 여러 탐구 활동)을 예고한다.

PPT 학생활동지

지도상

유의점 ^Tip! 효소의 특성을 한 문장으로 표현할 때 그렇게 표현한 이유도 적어보도록 지도한다.

소주제 효소는 어떤 역할을 할까? 차시 3-4

과목 (단원)

고등학교 1학년 통합과학

Ⅱ. 시스템과 상호 작용 - 생명 시스템 교육

과정

[10통과05-02] 생명 시스템 유지에 필요한 화학 반응에서 생체 촉매의 역할을 이해하고, 일상생활에서 생체 촉매를 이용하는 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

학습 목표

• 생명 현상에서 효소의 기능을 예를 들어 설명할 수 있다.

• 효소가 일상생활과 산업에 널리 이용됨을 알고, 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

학습

과정 교수학습 활동 준비물

도입 (5분)

Co 일상생활에서 효소 작용을 관찰한 적이 있을까?

의약품-과산화 수소수로 소독했던 경험에 대해 질문하고, 과산화 수소수로 상처를 소 독할 때 거품이 생기는 이유는 무엇일지 생각해보는 시간을 갖는다.

PPT

전개 (90분)

CD 식물 또는 동물 세포에 효소(카탈레이스)가 들어 있으며, 이 작용에 의해 과산화 수소가 빠르게 분해된다는 것을 알고 이로부터 효소의 특성을 파악할 수 있다.

(모둠별 탐구 실험)

- 과산화 수소수를 넣은 시험관에 생간 또는 감자(삶은 간 또는 삶은 감자)를 넣고 기 포 생성 여부를 관찰하고, 이로부터 알 수 있는 효소의 특성을 토의한다.

- 기포의 성분이 무엇일지 확인할 수 있는 방법에 대해 토의한다.

- 카탈레이스의 작용에 대해 교사의 설명을 듣고, 생명체에 카탈레이스가 없다면 어떻게 될지 토의한다.

CD 일상생활과 여러 산업 분야에서 효소가 이용됨을 알고 이를 조사하고 발표할 수 있다.

- 모둠별로 일상생활이나 산업에서 효소가 이용되는 사례를 조사한다.

- 조사한 사례 중 하나를 선택하여 효소의 작용을 잘 드러내는 4컷 학습 만화를 만든다.

- 모둠별로 만든 4컷 만화를 발표하고, 이때 다른 모둠의 발표 내용을 정리한다.

- 모든 모둠의 발표가 끝나면 각 모둠의 4컷 만화를 전시하고 완성도, 적합성 등에 대 해 동료 평가를 한다.

실험물품 컴퓨터 학생활동지

정리

(5분) 차시수업(효소로 그리는 그림)을 예고한다. PPT

지도상 유의점

Tip!모둠별 4컷 만화 제작 시 모둠 구성원 중 한명이 만화를 그리는 것이 아니라 4명 모둠 원이 한 컷씩 그려 완성하도록 지도한다.

소주제 효소는 어떤 역할을 할까? 차시 5-6

과목 (단원)

고등학교 1학년 통합과학

Ⅱ. 시스템과 상호 작용 - 생명 시스템 교육

과정

[10통과05-02] 생명 시스템 유지에 필요한 화학 반응에서 생체 촉매의 역할을 이해하고, 일상생활에서 생체 촉매를 이용하는 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

학습 목표

• 아밀레이스가 녹말 분해에 미치는 영향을 설명할 수 있다.

• 효소 반응을 이용하여 그림을 그리고, 이 원리를 응용한 다른 실험을 설계할 수 있다.

학습

과정 교수학습 활동 준비물

도입 (5분)

Co 소화 효소에는 어떤 것들이 있을까? 자유롭게 이야기를 나눈다.

예) 아밀레이스, 펩신, 라이페이스 등 PPT

전개 (80분)

CD 소화 효소인 아밀레이스에 의해 녹말이 빠르게 분해된다는 것을 알고, 이를 이용하여

‘효소로 그림 그리기’를 할 수 있다.

(모둠별 탐구 실험)

- 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 넣은 녹말-한천 배지를 제작한다.

- 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 넣어 청남색으로 변한 녹말-한천 배지에 무즙을 적 신 다양한 모양의 거름종이를 올려놓는다.

- 거름종이가 닿은 부분의 녹말-한천 배지의 색이 변하는 이유에 대해 토의한다.

CD ‘효소로 그림 그리기’ 와 같이 화학 반응의 결과 색이 변하는 반응을 이용한 다른 실험 을 설계하고 발표할 수 있다.

- 모둠별로 화학 변화에 의해 색이 변하는 반응을 조사한다.

- 조사한 사례 중 하나를 선택하여 녹말-한천 배지와 같이 그림을 표현할 수 있는 배 지를 설계하고 실험 과정을 그림으로 표현한다.

- 모둠별로 만든 실험 과정을 발표한다.

실험물품 컴퓨터 학생활동지

정리 (15분)

CD 평가 시간을 갖는다. 우리 모둠의 실험 설계 내용과 다른 모둠의 실험 설계 중 하 나를 골라 1인칭 피드백을 한다.

Tip! I like~(~가 좋았다), I wish~(~하면 좋겠다), What if / I wonder(만약 ~라면) 평가

지도상 유의점

Tip! ‘효소로 그림 그리기’ 활동에서 무즙을 적신 거름종이의 모양이 나타날 때까지 20 분 이상의 시간이 소요되므로 그 시간 동안 화학 변화에 의해 색이 변하는 반응을 조사하고 관련 실험 설계를 한다.

단원 2. 미술의 확장 본시주제 미술과 통합 – 효소로 그리는 그림

차시 1/2 지 도 대

상 3학년 장소 미술실

학습 목표

1. 미술작품 제작에서 다양한 분야의 지식과 기술을 창의적으로 적용하여 여러 가지 기법으로 제작된 작품의 특징을 관찰할 수 있다.

2. 미술이 예술, 과학, 기술, 환경 등의 다른 영역과 관계가 있음을 이해하고 발상기법을 적용하 여 아이디어스케치를 할 수 있다.

수업 매체

교사 학생

PPT자료, 학습활동지 학습활동지, 필기도구

단계 학습영역 교수학습활동

지도상유의점

교사 학생

도입 (10분)

동기유발

학 습 목 표 제 시

통 합 학 습 의 이해

▶상호 인사 및 출석점검

▶동기유발

-미술과 과학, 기술(테크놀 로지)이 접목된 다양한 사 례를 관찰하고 수업내용에 대해 흥미를 가질 수 있게 한다.

▶학습 목표 제시 -다양한 분야의 지식과 기 술을 창의적으로 적용하여 여러 가지 기법으로 제작된 작품의 특징을 관찰할 수 있다.

-미술이 예술, 과학, 기술, 환경 등의 다른 영역과 관 계가 있음을 이해하고 발상 기법을 적용하여 아이디어 스케치를 할 수 있다.

▶STEAM 교육에 대한 설 명

-STEAM 이란?

-미술교과와 타교과의 융합 교육

-교과학습 목표와의 연계성 -통합수업 진행과정 순서설 명

▶상호 인사

▶ 집중하여 감상한다.

▶ 학습목표를 인지한다.

▶STEAM 통합 교육을 인지한다.

▶ 동영상을 통해 흥미 를 유발한다.

▶학습목표가 인지될 수 있도록 큰 소리로 읽는다.

▶PPT를 사용하여 STEAM교육이 수업에 어떻게 적용될 것인지 설명한다.

전개 ▶ 효소로 그린 그림 관찰

(33분)

생명과학 교 과 연 계 학 습

미술 교과 학습

활동지 작성 -아이디어 스케치

- 작품의 성질, 재료, 모양, 느낌 등을 관찰하여 어떠한 기법으로 제작된 작품인지 유도 질문한다.

▶ 발상기법 설명 -PPT 자료를 참고하여 예를 들고 설명한다.

(학습 활동지 배부)

▶발상기법 알아보기 - SCAMPER - S: 대체 / C: 결합 A: 응용 / M: 수정확대 축소

P: 다르게 활용하기 E: 제거 / R:재배열

▶아이디어 스케치 - 발상기법 중 3가지를 적 용하여 효소그림으로 제작 할 아이디어 스케치를 다양 하게 구성하도록 지도한다.

▶ 예시 작품의 성질, 모 양, 색 등을 관찰하여 제작 기법을 생각하여 질문에 답한다.

▶ 슬라이드 화면을 통해 다양한 발상기법을 이해하 고

학습활동지 작성 시 참고 한다.

▶ SAMPER 기법 이해하 기

▶ 선생님의 지도에 따라 발상기법을 적용하여 자유 롭게 아이디어 스케치를 구상한다.

▶효소로 그린 그림의 예시를 제시한다.

▶스스로 관찰하여 말 할 수 있도록 유도한 다.

▶ 순회하며 아이디어 발상을 돕는다.

정리 (7분)

형성평가

차 시 내 용 예 고 및 정리정돈

▶ 형성평가

1. 효소로 그리 그림의 특 징은 무엇인가?

2. 발상기법의 명칭과 특징 은 무엇인가?

▶ 차시내용전달 및 정리정 돈

-아이디어 스케치를 바탕으 로 여과지 디자인을 제작한 다.

-자기자리를 정리하도록 한 다.

▶ 다 함께 화면의 문제를 풀고 대답한다.

▶ 차시내용을 인지한다.

▶ 책상 위 깨끗하게 정리 한다.

▶PPT 화면 제시

단원 2. 미술의 확장 본시주제 미술과 통합 – 효소로 그리는 그림

차시 2/8 지 도 대

상 3학년 장소 미술실

학습 목표

1. 아이디어스케치를 구체화하여 창의적으로 표현할 수 있다.

2. 상대방의 작품을 존중하는 마음으로 감상 할 수 있다.

수업 매체

교사 학생

여과지, PPT자료, 가위, 칼 필기도구, 가위, 칼, 아이디어 스케치

단계 학습영역 교수학습활동

지도상유의점

교사 학생

도입 (5분)

전시복습

동기유발

학 습 목 표 제 시

▶상호 인사 및 출석점검

▶전시수업복습 -STEAM교육 -효소그림

-발상기법(SCAMPER)

▶동기유발 - 참고작품 감상

▶학습 목표 제시 - 아이디어스케치를 구체화 하여 창의적으로 표현할 수 있다.

-상대방의 작품을 존중하는 마음으로 감상 할 수 있다.

▶상호 인사

▶ 전시내용을 상기시켜 질문에 답한다.

▶ 집중하여 감상한다.

▶ 학습목표를 인지한다.

▶ 수업환경 조성

▶학습목표가 인지될 수 있도록 큰 소리로 읽는다.

전개 (40분)

아 이 디 어 스 케치 구체화 -구상 및 설계

창의적인 표현활동

▶ 아이디어 구체화 - 재료의 성질, 특징을 유 념하여 무엇을 어떻게 표현 할 것인지 구상하고 디자인 을 계획하도록 지도한다.

▶ 작품제작활동

-여과지를 나눠주고 구상한 아이디어를 효과적으로 표 현하도록 한다.

- 도구 사용 시 주의사항을 알린다.(가위, 칼 사용 주

▶ 재료의 특성을 유념하 여 적절한 구상을 계획한 다.

▶ 계획한 아이디어를 바 탕으로 창의적인 작품을 제작한다.

▶순회하며 표현활동을 돕는다.

▶여과지 배부

감상활동 의).

-표현에 있어 궁금한 사항 은 손을 들어 질문한다.

▶ 작품 감상

- 책상별로 대표1명이 자신 의 작품을 발표하도록 한 다.

- 상대방의 작품을 존중하 며 감상할 수 있도록 한다.

- 작품표현에서 잘된 점과 개선할 점을 보충 설명한 다.

▶ 상대방의 발표에 집중 하고 경청한다.

정리 (5분)

설문지작성

차 시 내 용 예 고 및 정리정돈

▶ 설문지작성

-융합수업의 적합 여부를 알아보기 위해 설문조사 한 다.

▶ 차시내용전달 및 정리정 돈

▶ 설문지를 작성한다.

▶ 차시내용을 인지한다.

▶ 책상 위 깨끗하게 정리 한다.

▶설문지 배부

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~2/6

단 원

Ⅱ. 시스템과 상호 작용 3. 생명 시스템

❷ 생명 시스템에서의 화학 반응

일 시 20 년 월 일 교시

학 번 성명

학습 목표 1. 물질대사에 생체 촉매인 효소가 관여함을 알고, 그 작용을 설명할 수 있다.

1. 생명체에서 일어나는 화학 반응과 생체 촉매 1) 물질대사

① 물질대사란? : 생명체에서 일어나는 모든 ( 화학 ) 반응

② 생명체는 물질대사를 통해 바깥에서 받아들인 물질을 ( 분해 )하여 에너지를 얻고 몸 의 구성 물질을 ( 합성 )함

➜ 물질대사가 일어나지 않으면 ( 생명 ) 시스템이 유지될 수 없음 2) 물질대사의 특징

① 물질대사가 일어날 때에는 반드시 ( 에너지 ) 출입이 함께 일어남

② ( 생체 촉매 )가 관여함. 생명체에서 일어나는 화학 반응을 촉진하는 생체 촉매를 ( 효 소 )라고 하며 효소가 있어 물질대사는 생명체 밖에서 일어나는 화학 반응보다 ( 낮은 ) 온도에서 일어날 수 있음

3) 물질대사와 생명체 밖 화학 반응의 비교

구분 물질대사(예 : 세포 호흡) 생명체 밖 화학 반응(예 : 연소) 반응물과 생성물 포도당 + 산소 → 이산화탄소 +

물

포도당 + 산소 → 이산화탄소 + 물

반응 온도 체온 범위 체온보다 훨씬 높은 온도(약

400℃)

촉매 여러 종류의 생체 촉매(효소) 필요 불필요

반응 단계 반응이 여러 단계에 걸쳐 진행 반응이 한 번에 진행

에너지 출입

에너지가 소량씩 단계적으로

방출 다량의 에너지가 한꺼번에 방출

차시 1~2/6

4) 효소의 기능

① 활성화 에너지 : 화학 반응을 일으키는데 필요한 ( 최소한 )의 에너지로, 활성화 에너 지가 클수록 화학 반응이 일어나기 ( 어려움 )

② 효소의 기능 : 효소는 활성화 에너지를 ( 낮추어 ) 체온 정도의 낮은 온도에서도 화학 반응이 ( 빠르게 ) 일어나게 함

<이번 시간에 배운 내용을 확인해볼까요?>

[문제 1] ( )에 알맞은 내용을 쓰시오.

생체 촉매인 효소는 생명체 내에서 일어나는 화학 반응인 ①( )의 ②( )를 낮춰 반응을 촉진한다.

(답 : ① 물질대사, ② 활성화 에너지)

[문제 2] 그림은 효소가 있을 때와 없을 때의 화학 반응의 경로에 따른 상대적인 에너지양의 변화를 나타낸 것이다. A~E 중 효소가 없을 때의 활성화 에너지와 효소가 있을 때의 활성화 에너지에 해당하는 것을 순서대로 쓰시오. ( 답 : D, E )

[문제 3] 그림은 연소와 세포 호흡에 의해 포도당이 분해될 때의 에너지 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? ( 4 ) [보기]

ㄱ. 연소와 세포 호흡 결과 방출되는 에너지의 총량은 같다.

ㄴ. 세포 호흡은 효소가 관여하여 연소보다 높은 온도에서 일어난다.

ㄷ. 연소는 에너지가 한꺼번에 방출되지만, 세포 호흡은 에너지가 단계적으 로 방출된다.

① ㄱ ② ㄷ ③ ㄱ, ㄴ ④ ㄱ, ㄷ ⑤ ㄴ, ㄷ

차시 3~4/6

단 원

Ⅱ. 시스템과 상호 작용 3. 생명 시스템

❷ 생명 시스템에서의 화학 반응

일 시 20 년 월 일 교시

학 번 성명

학습 목표 1. 효소의 특성을 이해하고 효소의 작용 과정을 설명할 수 있다.

2. 효소가 관여하는 다양한 생명 현상을 설명할 수 있다.

2. 효소와 생명 현상 1) 효소의 특성 ① 효소의 작용

: 효소는 ( 반응물 )과 일시적으로 결합하여 활성화 에너지를 ( 낮춤 ). 이 때 효소는 그 ( 구조 )에 맞는 반응물하고만 결합하여 ( 촉매 ) 작용을 함

➜ 한 종류의 효소는 한 종류의 ( 반응물 )에만 작용함

예) 아밀레이스가 ( 녹말 )은 분해하지만 단백질을 분해하지 못함

② 효소는 화학 반응이 끝나면 ( 생성물 )과 분리되어 반응 전과 ( 같은 ) 상태가 되므로 다시 ( 반응물 )과 결합하여 촉매 작용을 반복할 수 있음

③ 효소의 주성분인 ( 단백질 )은 열에 의해 입체 구조가 변하므로 효소의 작용은 ( 온도 )의 영향을 받음

예) 간을 가열하면 간 속에 들어 있는 카탈레이스가 촉매 기능을 ( 잃음 )

2) 효소와 생명 현상

① 효소는 영양소의 ( 소화 ), 혈액의 ( 응고 ), 몸의 구성 성분 ( 합성 ), 해독 작용 등 생 명체에서 일어나는 다양한 반응에 관여함

➜ 효소가 한 가지라도 결핍되면 이상 증세가 나타나 건강을 ( 해칠 수 있음 ) ② 생명체는 물질대사를 하여 생명 활동을 유지하며, 물질대사에는 ( 효소 )가 관여함. 따

라서 생명체의 ( 체온 )과 세포 안의 ( 환경 )이 일정하게 유지되어 효소가 원활하게 작용해야 생명 시스템이 ( 유지 )될 수 있음

차시 3~4/6

3) 효소와 우리 생활

일상생활

연육제 : 배, 키위 등 과일의 ( 단백질 ) 분해 효소로 고기를 연하게 함

식혜 : 엿기름(건조된 보리 싹)의 ( 아밀레이스 )로 밥알 속의 녹말을 분 해하여 만든 음료

식품 산업

치즈 : 산업적으로 치즈를 만들 때에는 ( 응유 ) 효소를 첨가하여 우유를 응고시킴

과즙 음료수 : ( 펙틴 ) 분해 효소를 넣어 과즙을 불투명하고 혼탁하게 만드는 펙틴을 분해함

의약품 산업 의약품 : 소화제( 소화 효소 ), 혈전 용해제( 혈전 용해 효소 ) 등

의료기기 : 요 검사지와 혈당 측정기에는 ( 포도당 ) 산화 효소를 이용함

생활용품 효소 세제( 단백질 분해 효소, 지방 분해 효소 )

효소 화장품( 각질 분해 효소 )

<이번 시간에 배운 내용을 확인해볼까요?>

[문제 1^] 효소에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? ( 4 ) [보기]

ㄱ. 효소는 주성분이 단백질이다.

ㄴ. 효소는 반응물과 결합하여 활성화 에너지를 낮춘다.

ㄷ. 한 번 반응에 사용된 효소는 재사용될 수 없다.

① ㄱ ② ㄴ ③ ㄷ ④ ㄱ, ㄴ ⑤ ㄴ, ㄷ

[문제 2] 효소의 작용을 알아보기 위해 시험관 A~C에 3 % 과산화 수소수를 같은 양씩 넣고 다음과 같이 실 험하였더니 시험관 B에서만 기포가 발생하였고, 기포에 향 불씨를 갖다 대었더니 불씨가 밝게 탔다.

이를 통해 알 수 있는 사실에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? ( 3 ) [보기]

ㄱ. 간에는 과산화 수소의 분해를 촉진하는 효소가 들어 있다.

ㄴ. 과산화 수소가 분해되면 산소가 발생한다.

ㄷ. 간에 들어 있는 효소의 작용은 온도의 영향을 받지 않는다.

① ㄱ ② ㄴ ③ ㄱ, ㄴ ④ ㄱ, ㄷ ⑤ ㄴ, ㄷ

차시 1~2/6

실험

주제 효소의 기능 ^일시 2018 년 월 일 교시

학번 성명

실험

목표 1. 카탈레이스가 과산화 수소 분해에 미치는 영향을 설명할 수 있다.

실험

준비물 감자, 향, 과산화 수소수, 스포이트, 12 홈판(또는 시험관)

실험 과정

1. 홈판(또는 시험관) A, B, C에 과산화 수소수를 3 mL씩 넣는다.

2. A에는 감자 조각을 넣지 않고, B에는 감자 조각을, C에는 삶은 감자 조각을 넣은 후 시험관을 관찰한다.

3. A, B, C에 과산화 수소수를 2 mL씩 더 넣고 그 결과를 관찰한다.

실험 결과

1. 실험 결과를 표에 정리해 보자.

구분 과정 2의 결과 과정 3의 결과

A (과산화 수소수)

B (과산화 수소수

+ 감자) C (과산화 수소수

+ 삶은 감자)

실험 결과 토의

1. 기포의 성분이 무엇일지 확인할 수 있는 방법을 생각해보자.

( ) 2. 과정 2의 결과에서 알 수 있는 효소의 특성을 설명해보자.

( ) 3. 과정 3의 결과에서 알 수 있는 효소의 특성을 설명해보자.

( ) 4. 생명체에 카탈레이스가 없다면 생명체는 어떻게 될지 토의해보자.

( )

유의 사항

◦ 실험용 장갑을 착용하고 시약이 피부나 옷에 묻지 않도록 한다.

◦ 실험 후 남은 물질은 지정된 곳에 모아 처리한다.

◦ 향에 불을 붙일 때에는 화상을 입지 않도록 주의한다.

◦ 불씨는 시험관에 천천히 넣고, 불씨에 변화가 나타날 때 놀라지 않도록 주의한다.

차시 5~6/6

실험

주제 효소로 그리는 그림 ^일시 2018 년 월 일 교시

학번 성명

실험

목표 1. 아밀레이스가 녹말 분해에 미치는 영향을 설명할 수 있다.

실험

준비물 한천배지(녹말+아이오딘-아이오딘화칼륨 용액 첨가), 무즙(아밀레이스), 여과지, 가위, 핀셋

이론

1. 영양소 검출 방법

2. 효소의 작용

(아밀레이스)

영양소 검출 반응(검출 시약) 반응결과 색 변화

녹말 아이오딘 반응

(아이오딘-아이오딘화칼륨 용액-옅은 갈색) 청람색

실험 과정

1. 다양한 모양으로 자른 여과지를 무즙에 담가 둔다.

2. 무즙에 담가 둔 여과지를 한천배지(녹말+아이오딘-아이오딘화칼륨 용액 첨가) 에 그림과 같이 올려둔다.

3. 20분 후 여과지를 제거한 후 한천배지의 색 변화를 관찰한다.

→

20분 후

<무즙 묻은 여과지를 올려놓은 모습> <효소 반응 결과>

결과 해석

1. 여과지를 올려놓은 부분의 색이 어떻게 변하는가?

( ) 2. 1의 결과가 나타나는 이유는 무엇인가?

( ) 유의

사항

◦ 실험용 장갑을 착용하고 시약이 손에 묻지 않도록 한다.

◦ 실험 후 남은 물질은 지정된 곳에 모아 처리한다.

차시 1~2/2

학습 활동지 학번 : 이름:

SCAMPER 기법

• 대체하기(Substitute) : 사람이나 사물을 A 대신 B로 대체하면 어떨까? 현재의 용도를 조금만 바꿔 다르게 쓸 수는 없을까?

• 결합하기(Combine) : A와 B를 결합해 새로운 짝짓기를 시도하면 어떨까? 비슷한 기능끼리 혹은 전혀 다른 성분끼리 섞으면 어떨까?

• 응용하기(Adjust) : A와 B를 조절해 보면 어떨까? 주어진 조건의 목적에 알맞게 조정할 수 있을까?

• 수정·확대·축소하기(Modify, Magnify, Minify) : 어떤 대상 A를 B로 변경하거나 확대(과장)하거나 축소하면 어떨까? 형태나 품질을 바꿔 보면 어떨까? 의미, 색깔, 소리, 향기를 바꿔 보면 어떨까?

• 용도 바꾸기(Put to Other Uses) : 어떤 A라는 용도를 B라는 용도로 바꿔 보면 어떨까? 처음과 다른 용도는 없을까?

• 제거하기(Eliminate) : 어떤 사물 A를 구성하는 요인 중에서 그 무엇을 제거하면 어떨까? 무엇을 삭제하면 더 좋아질까?

• 역발상·재배열하기(Reverse, Rearrange) : AB를 BA로 거꾸로 바꿔 보면 어떨까? 레이아웃이나 패턴을 180도 다르게 배치해 보면 어떨까? 순서를 뒤집어 거꾸로 해 보면 어떨까?

아이디어 스케치 )

구 체 적 설 계

1. 무엇을 어떻게 표현할 것인가?

2. 작품 내용:

5. 교사자료

차시 1~6/6

실험 1. 세포 속 녹말

필요한 것

쌀, 무, 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액, 사포, 칼, 받침유리, 덮개유리, 현미경

[탐구 과정 1] 쌀, 무 프레파라트 제작

<활동 1> 쌀 프레파라트 제작

1) 쌀알을 사포로 갈아 얇게 만든다.

2) 1)을 받침유리 위에 얹고 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 떨어뜨려 쌀 세포 속 녹말입자가 청남색으로 보이게 한다.

3) 덮개유리를 덮어 프레파라트를 완성한다.

<활동 2> 무 프레파라트 제작

1) 무를 칼로 얇게 저민다.

2) 1)을 받침유리 위에 얹고 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 떨어뜨려 무 세포 속 녹말입자가 청 남색으로 보이게 한다.

3) 덮개유리를 덮어 프레파라트를 완성한다.

차시 1~6/6 [탐구 과정 2] 세포 속 녹말 입자 관찰

1) [탐구과정 1]에서 제작한 프레파라트를 현미경으로 관찰해보자. 녹말 입자의 배열이 어떻게 보이는가?

쌀

무

2) 쌀과 무의 세포 속 녹말 입자가 어떻게 배열되어 있는지 토의해 보자.

쌀 세포 속 녹말 입자

무 세포 속 녹말 입자

차시 1~6/6

탄수화물은 당과 당의 중합체로 되어 있는데, 가장 단순한 형태는 단당류이다. 단당류는 일반적으 로 CH2O 단위의 배수 분자식을 갖고 있다. 가장 흔한 단당류인 포도당(C6H12O6)은 생물학적으로 대단 히 중요하며 생명 에너지 생성에 주로 사용된다.

<포도당의 구조>

다당류는 수백 내지 수천 개의 단당류가 결합하여 생성된 고분자 중합체이다. 다당류의 대표적인 예로 녹말이 있다. 녹말은 엽록체를 포함하는 색소체에 과립 형태로 저장된다. 식물은 녹말을 합성 함으로써 여분의 포도당을 비축할 수 있다. 포도당은 세포호흡의 주 연료이기 때문에 녹말은 저장된 에너지를 의미한다. 나중에 녹말로부터 포도당 단위체 간의 결합을 깨는 가수분해 반응을 통해 포도 당을 얻을 수 있다.

녹말은 밀, 벼, 옥수수 등의 곡류 종자 성분의 70% 이상을 차지한다. α-1,4 결합한 포도당으로 이 루어지는 아밀로스(amylose, 함량 20~25%)와 포도당 잔기의 6번 위치에서 분지를 형성하는 아밀로펙 틴(amylopectin, 75~80%)으로 구성된다. 찹쌀, 찰옥수수 등은 대부분이 아밀로펙틴으로 되어 있다.

아밀로스는 포도당 잔기 6~7개로 한번 감은 나선모양 구조를 가지며 아이오딘과 청색의 복합체를 형 성한다.

동물은 글리코젠이라고 하는 다당류를 저장하는데, 글리코젠은 아밀로펙틴과 유사한 포도당 중합체 이지만 가지가 더욱 많다. 인간과 같은 척추동물은 글리코젠을 간과 근육에 주로 저장한다.

< 아밀로스, 아밀로펙틴, 글루코젠의 구조 >

차시 1~6/6

실험 2. 녹말 - 아이오딘 반응

[탐구 과정 1] 녹말의 종류에 따른 아이오딘 반응 관찰

필요한 것

멥쌀, 찹쌀, 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액, 증류수, 스포이트, 시험관, 막자사발

1) 멥쌀과 찹쌀 각각 3~4알을 막자사발로 갈아 시험관에 넣고, 증류수 5mL를 넣는다.

2) 1)을 가열하여 녹말풀을 만들고 식힌 후, 각각 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 한두 방울 떨어뜨려 색 변화를 관찰한다.

- 멥쌀과 찹쌀의 색 변화는 각각 어떻게 다른가?

3) 멥쌀과 찹쌀의 녹말-아이오딘 반응 색 변화가 다른 이유는 무엇인지 토의해 보자.

차시 1~6/6

[탐구 과정 2] 온도에 따른 아이오딘 반응 관찰

필요한 것

멥쌀, 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액, 증류수, 스포이트, 시험관, 막자사발, 알코올 램프, 시험관 집게, 시험관대

1) 멥쌀 3~4알을 막자사발로 갈아 시험관에 넣고, 증류수 5mL를 넣는다.

2) 1)에 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 한두 방울 떨어뜨려 색 변화를 관찰한다.

3) 2)를 알코올 램프로 가열하면서 색 변화를 관찰한다.

- 색이 변하는 이유는 무엇일까?

4) 3)의 시험관에 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 다시 떨어뜨려 보자. 색이 변하는가?

아니라면, 그 이유는 무엇일까?

5) 시험관을 식힌 후, 다시 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 떨어뜨려 보자. 색 변화가 나타나는 가?

6) 온도에 따라 녹말- 아이오딘 반응의 색 변화가 다른 이유에 대해 생각해 보자.

차시 1~6/6

녹말-아이오딘 반응이란 녹말에 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 떨어뜨리면 녹말 분자 구조 속에 아이오딘이 끼어들면서 용액의 색깔이 청남색으로 변하는 반응을 말한다.

① 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액

아이오딘은 상온에서 고체로 존재하며 보라색의 결정을 가진다. 아이오딘 분자(I2)는 무극성 분자 로서 극성 용매인 물에 잘 녹지 않는다. 그러나 물에 아이오딘화칼륨(KI)을 녹여 만든 아이오딘화 칼륨 수용액에는 잘 녹는다. 그래서 아이오딘 분자를 수용액 상태로 만들어 사용하고자 할 때에는 아이오딘을 아이오딘화칼륨 수용액에 녹여 만든다. 이것이 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액이며, 색 깔은 갈색이다.

② 아이오딘 용액과 녹말과의 반응

아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 녹말에 떨어뜨리면 나선형 구조를 이루고 있는 녹말 분자의 나선 속으로 아이오딘 원자단이 끼어들게 되고, 갈색을 띠고 있던 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액의 색깔 이 보라색으로 변한다. 이러한 색깔 변화를 이용해 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액은 녹말을 검출하 는 데에 자주 사용된다.

아이오딘화 이온(I3- , I5-) 녹말

Iodine trapped in a starch molecule

* 가열하면 사라지는 요오드 반응

녹말의 착색이 가열로 지워지는 것은 열로 인한 녹말분자의 운동이 활발해져서 나선구조 자체 가 무너져 요오드 분자가 튀어 나가기 때문이다. 그러나 냉각되면 다시 안정한 요오드 복합체를 만들므로 색상이 나타나게 된다.

차시 1~6/6

* 멥쌀과 찹쌀의 아이오딘 반응 결과

색깔의 차이는 찹쌀과 멥쌀의 전분구조의 차이에 의한다.

멥쌀에는 아밀로스(amylose)가 들어있지만, 찹쌀에는 아밀 로스가 거의 없고 아밀로펙틴(amylopectin)이 대부분이다.

아밀로펙틴의 아이오딘 반응은 적자색, 아밀로스의 아이오 딘 반응은 청색을 나타낸다.

쌀알에 따라서는 위의 두 가지 색상의 중간색을 띠는 경

우가 있는데, 이것은 전분의 구조가 찹쌀과 멥쌀의 중간에 해당하기 때문이다.

* 아밀로스와 아밀로펙틴

녹말의 형태는 원료 식품의 종류에 따라 다른 특별한 구조를 갖는다. 녹말을 구성하고 있는 녹 말분자는 포도당이 중합해서 생성된 것으로 아밀로스라는 긴 고리모양의 분자와 아밀로펙틴이라 는 가지모양을 한 분자의 혼합물이다.

아이오딘 반응을 보면 아밀로스는 청색이고 아밀로펙틴은 적자색이다. 이 반응은 아이오딘화칼 륨과 같은 아이오딘 이온에서는 일어나지 않으며, 아이오딘 분자를 알코올 또는 아이오딘화칼륨 용액에 녹인 것을 사용하면 일어나는 것이다.

착색이 관찰되는 이유는 녹말분자 중에 특히 아밀로스가 요오드분자를 둘러싸서 나선구조를 이 루며 아밀로스-요오드복합체를 만들기 때문이다. 아밀로스의 분자길이가 길수록 그 안에 요오드 분자 길이도 길어지며, 그의 정색은 청색에 가까워지고 색깔도 진하게 된다. 아밀로펙틴은 가지 로 뻗은 점이 나선구조로 관여하지 않으므로, 아이오딘 분자 길이가 길어지지 않는다. 착색은 자색 또는 적자색을 띠게 된다.

아밀로스는 포도당이 α-1.4 결합으로 직선모양으로 연결된 것이며 아밀로펙틴은 아밀로스 분자 의 곳곳에서 α-1.6 결합으로 다른 아밀로스 줄이 가지로서 연결되어 있는 것이다.

< 아밀로스의 구조 >

< 아밀로펙틴의 구조 >

< 찹쌀(좌), 멥쌀(우) >

차시 1~6/6

실험 3. 녹말의 소화

[탐구 과정 1] 교과서 실험 제대로 하기

필요한 것

녹말, 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액, 침 희석액, pH별 완충용액, 솜, 주사기, 24 홈판

1) 24 홈판에 다음과 같이 넣는다.

실험구 : 침 10배 희석액 0.5mL + 0.1% 녹말용액 0.5mL + 각 pH별 완충용액(pH 2~13) 0.5mL

대조구 : 침 10배 희석액 0.5mL + 각 pH별 완충용액(pH 2~13) 0.5mL

2) 10분 후, 각 홈에 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액 1/2 희석액 1방울을 넣는다.

3) 반응 후 색깔 변화를 관찰한다. pH별 색깔 변화는 각각 어떻게 다른가?

4) 예상 결과와 일치하는가? 아니라면 그 이유는 무엇인지 토의해 보자.

pH 2~13 완충용액(a~l)에 따른 아이오딘 반응 결과 (출처: 지재화 등, 2009)

차시 1~6/6

* 아밀레이스(amylase)란?

녹말을 가수분해하는 효소를 아밀레이스라고 부른다. 아밀로스, 아밀로펙틴, 글리코젠 등 포도 당 간의 결합을 가수분해하여 포도당을 분리해낸다. 그 종류로는 α-아밀레이스, β-아밀레이스, 글루코아밀레이스 등이 있다. 대표적인 예로, α-아밀레이스는 동물(이자, 침, 혈액 등)과 식물 (무, 벼, 밀, 콩 등), 미생물(세균, 곰팡이 등)에 널리 분포하고 있고, 녹말의 α-1,4 결합을 불 규칙적으로 가수분해하기 때문에 아이오딘-녹말 반응으로 생성된 청남색이 소실된다.

* 과학 교과서에 제시된 pH에 따른 아밀레이스 작용 실험에서 생각해 볼 점!

1. pH가 침의 아밀레이스 활성에 미치는 영향 → 침의 pH 완충 작용을 고려해야 한다.

침은 완충 작용을 하기 때문에 pH가 아밀레이스에 미치는 영향을 알아보기 위해서는 염산, 수 산화나트륨 용액을 이용하기 보다는 완충용액을 사용하는 것이 실험의 정확성을 높일 수 있다.

교과서에는 염산과 수산화나트륨 용액으로 pH가 설정된 시험관에 침 용액을 넣어서 아밀레이스 의 활성에 미치는 영향을 알아보는 실험이 일반적으로 제시되어 있다. 그런데, 문헌에 따르면 염산과 수산화나트륨 용액의 농도가 묽은 경우 염산과 수산화나트륨 용액으로 pH가 설정된 침 용액의 pH가 중성 부근으로 측정되었다. 그 이유는 침의 완충 작용으로 인해 의도한 pH 조건에 서 실험이 실시되지 않았기 때문이다. 따라서, pH에 따른 아밀레이스의 활성을 알아보기 위해서 는 각 pH에 해당하는 완충 용액을 이용하였을 때가 염산과 수산화나트륨 용액을 이용했을 때에 비해 pH 변화가 적어서, 의도한 pH 조건으로 실험을 진행할 수 있다.

2. 염기성 조건에서 아이오딘-녹말 반응 → 염기성 조건에서 아이오딘 이온의 상태를 고려해야 한다.

pH 10 이상의 염기성 조건일 때 침 희석액과 녹말을 반응시킨 후 아이오딘-아이오딘화칼륨 용 액을 떨어뜨렸을 때 옅은 파란색이나 무색이 나타난 원인은 침 속의 효소와 관계가 있는 것이 아니라, 아이오딘 이온의 농도가 감소하기 때문이다. 이는 pH 8 이상의 염기성 조건에서 아이오 딘화 이온들(I3-, I5-)의 농도는 pH가 증가함에 따라 감소하며, pH 10 이상에서는 아이오딘화 이 온들(I3-, I5-)의 농도가 급격하게 감소한다는 것을 의미한다. 강염기성 용액에서 트라이아이오딘 화 이온(I3-)은 아이오딘화 이온(I^-)과 하이포아이오딘산(HOI)과 아이오딘산 이온(IO3-)으로 반응 을 일으키며, 반응식은 다음과 같다.

12I3- + 21OH^- → 30I^- + 3HOI + 3IO3- + 9H2O

그러므로 pH 10에서부터 녹말-아이오딘 화합물의 형성이 감소하여, pH 11 이상부터 녹말-아이 오딘 화합물이 거의 형성되지 않은 것은 센 염기성 용액일수록 트라이아이오딘화 이온(I3-)과 펜 타아이오딘화 이온(I5-)이 수산화이온(OH^-)과 반응하여 농도가 감소했기 때문이라고 할 수 있다.

그 결과 녹말의 아밀로스 나선에 내포되는 폴리아이오딘화 이온이 형성되지 못했고, 녹말-아이 오딘 화합물이 형성되지 못해 색을 띄지 않은 것이다. 따라서 효소 활성에 미치는 요인으로 pH 의 영향을 소개하는 실험에서 녹말 반응에 의한 색 변화를 이용하는 실험이라면 염기성 조건을 설정할 때 pH 10을 넘지 않도록 실험 조건을 설정할 필요가 있다.

차시 1~6/6

* 완충 용액(buffer solution)란?

약한 산에 그 짝염기를 넣은 용액이나 약한 염기에 그 짝산을 넣은 용액은 산이나 염기를 가하 여도 공통 이온 효과에 의해 그 pH가 거의 변하지 않는데, 이러한 용액을 완충 용액이라고 한다.

* 완충 용액의 이용

완충 용액은 의학용이나 실험용으로 많이 이용되며 pH에 따라 정확히 사용할 수 있도록 완충 용 액 제품이 판매되고 있다.

* 혈액의 완충 작용

완충 용액은 pH를 일정하게 유지시키려는 성질 때문에 용액에서 이온의 용해도를 조절할 때나 생화학적, 생리적 과정 등에서 pH를 일정하게 유지할 때 매우 중요한 역할을 한다. 대부분의 생 명과정에서 pH가 조금이라도 변하게 되면 생명에 지장을 줄 수 있기 때문에 H⁺, OH^-의 농도를 일 정하게 유지하는 것은 매우 중요하다. 사람의 혈액은 탄산, 인산과 단백질의 조합으로 pH가 7.35 ~ 7.45 사이를 일정하게 유지한다. 이 때 혈액의 pH가 7.0 이하이거나 7.8 이상일 경우 사 람은 즉시 사망하게 된다.

순수한 물 1L의 pH를 7에서 2로 변화시킬 수 있는 양의 염산을 혈액 1L에 넣어주면 pH는 7.4에 서 7.2로 바뀔 정도로 혈액의 완충 능력은 뛰어나다.

6. 차시별 학생 평가기준 및 방법

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1~2 /6

상

물질대사에 생체 촉매인 효소가 관여함을 알고 효소 의 특성과 효소 작용 과정을 정확하게 이해하여 논 리적으로 설명할 수 있다.

관찰 및 활동지평가 관찰평가지 활동지평가지 중 물질대사에 생체 촉매인 효소가 관여함을 알고 효

소의 특성과 효소 작용 과정을 설명할 수 있다.

하 물질대사에 생체 촉매인 효소가 관여함을 안다.

3~4 /6

상

생명 현상에서 효소의 기능의 예와 일상생활과 산업 에 이용되는 사례를 과학적 근거를 들어 조사하고 논리적으로 발표할 수 있다.

관찰 및 활동지평가 관찰평가지 활동지평가지 중 생명 현상에서 효소의 기능의 예와 일상생활과 산업

에 이용되는 사례를 조사하여 발표할 수 있다.

하 생명 현상에서 효소의 기능을 예를 들어 설명할 수 있다.

5~6 /6

상

아밀레이스가 녹말 분해에 미치는 영향을 과학적 사 고력을 기반으로 이해하고 효소 반응을 이용하여 실 험을 설계하고 창의적인 산출물을 모둠원과 협업하 여 만들 수 있다.

관찰 및 산출물평가

관찰평가지 산출물평가지 자기/동료평가지

(학생용) 중

아밀레이스가 녹말 분해에 미치는 영향을 인지하고 효소 반응을 이용하여 실험을 설계하고 산출물을 모 둠원과 협업하여 만들 수 있다.

하 효소 반응을 이용하여 실험을 설계하고 산출물을 모 둠원과 협업하여 만들 수 있다.

가. 관찰평가지(1~6차시)

평가 항목 평가 내용 및 기준 평정

모둠 활동의 참여도 및 소통 모둠 토의 문제에 대하여 적극적으로 의견을 제시하고 경청하였는가? 1/2/3

탐구활동 참여도 탐구 활동에 적극적으로 참여하였는가? 1/2/3

발표 준비 및 발표 발표 준비에 참여하고 발표가 논리적으로 전달하였는가? 1/2/3

평정 결과

배움과 성장의 기록

※ 평가 노하우 : 모둠 활동의 탐구 수행 과정과 산출물 및 발표 공유 활동에 대해 협력적으로 진행한 모 둠 활동의 산출물과 발표 활동을 수시 관찰하여 평가한다.

나. 활동지 평가(1~4차시)

모둠

평가 항목 1 2 3 4 5 6

논리성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 과학성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 성실성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 평정 결과

평가 항목 평가 내용 / 평가 기준

논리성 토의과정이 논리적인가?

과학성 탐구 과정의 과학적 개념이 올바른가?

성실성 활동지 내용이 충실히 기록되어 있는가?

※ 평가 노하우 : 활동지를 작성 제출하여 평가하도록 하며, 각 문항 별로 평가 기준에 따라 평가한다.

다. 산출물평가지(5~6차시)

모둠

평가 항목 1 2 3 4 5 6

과학성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 창의성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 표현성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 평정 결과

평가 항목 평가 내용 / 평가 기준

과학성 탐구 과정의 과학적 개념이 올바른가?

창의성 효소 그림 그리기의 계획이 참신한가?

표현성 계획한 이미지를 표현했는가?

※ 평가 노하우 : 모둠별 산출물을 제작하고 제출하여 평가하도록 하며, 각 문항 별로 평가 기준에 따라 평가한다.

라. 자기평가지(5~6차시)

평가 항목 평가 내용 및 기준 평정

지식 과학개념 효소의 특성과 작용에 대하여 설명할 수 있다. 1/2/3

흥미 태도 참여 나는 모둠 활동에 적극적으로 참여하였다. 1/2/3

의사 소통 상호 작용 우리 모둠은 활동 내내 수시로 대화하며 의견을 나누었다. 1/2/3

※ 평가 노하우 : 자기평가지를 참고하여 학생생활기록부 기재에 활용할 수 있다.

마. 동료 평가지(5~6차시)

모둠원 평가 항목

가 나 다 라

모둠장 챙김이 기록이 정리짱

성실성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 의사소통 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 적극성 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 배려 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 1 / 2 / 3 평정 결과

평가 항목 평가 내용 / 평가 기준

성실성 모둠별 활동에서 맡은 역할에 성실하게 참여하였는가?

의사 소통 자신의 의사를 잘 전달하고 타인의 의견을 경청하거나 합리적으로 비판하였는가?

적극성 모둠별 활동에 적극적으로 참여하였는가?

배려 모둠별 활동에 다른 모둠원의 의사를 존중하고 협조하였는가?

※ 평가 노하우 : 모둠 활동으로 진행되므로 동료 평가를 진행할 수 있다. 맡은 역할은 무엇이며 우수한 평가 항목은 학생생활기록부에 기재할 수 있다.

협력적 문제해결 협력 우리 모둠은 한 명도 빠짐없이 활동에 적극적으로 참여하여 협력적

으로 문제를 해결하였다. 1/2/3

평정 결과 좋았던 점은? (I like ~)

아쉬운 점은? (I wish ~) 다음에 같은 활동을 한다면?

(What if/ I wonder~)

평가문항 평가척도

내 용 매우

그렇다 그렇다 보통이 다

그렇지 않다

전혀그 렇지않 다

감 성 적 체 험

미술교과에서 배우는 내용은 일상생활에서

유익하게 사용된다. ① ② ③ ④ ⑤

다른 친구의 작품 감상을 통해 서로의 ① ② ③ ④ ⑤

7. 학교생활기록부 기재 예시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(통합과학) 효소의 특성과 작용에 대하여 이해하고 모둠장으로서 모둠원들이 각 자의 역할을 수행할 수 있도록 분위기를 조성함. 효소로 그림 그리는 활동에서

‘정원’이라 제목으로 꽃과 나뭇잎 모양을 무로 만든 후 아이오딘-아이오딘화칼 륨을 넣은 녹말-한천 배지에 배양하여 완성도 있게 만듦.

(통합과학) 생체 촉매인 효소가 물질대사에서 중요한 역할을 한다는 것을 인지 하고 효소의 특성, 발생한 기포 확인 방법, 카탈레이스가 없을 때 발생 사항 등 의 토의 주제에 자신의 생각을 논리적으로 설명하는 과정에서 과학적 사고력과 문제해결능력을 보여줌.

아이디어를 공유할 수 있었다.

미술수업시간을 통해 성공의 기쁨을 경험하고,

새로운 문제에 도전하고 싶은 마음이 생겼다. ① ② ③ ④ ⑤

내 용 적 융 합

나는 미술수업에서 생명과학의 지식을 융합하고

활용할 수 있었다. ① ② ③ ④ ⑤

학습내용의 이해를 돕기위한 수업자료의 종류와

내용이 적절하다. ① ② ③ ④ ⑤

아이디어를 발생하는 과정이 적합하다. ① ② ③ ④ ⑤

창 의 적 설 계

아이디어를 만드는 설계과정이 도움 된다. ① ② ③ ④ ⑤

아이디어를 효과적으로 표현하였다. ① ② ③ ④ ⑤

새롭고 독창적인 작품을 제작하였다. ① ② ③ ④ ⑤

수 업 만 족 도

나는 미술시간에 다른 여러 과목 지식을 함께

배울 수 있어서 좋다. ① ② ③ ④ ⑤

나는 미술 시간에 창의적인 활동을 할 수 있는

것에 만족한다. ① ② ③ ④ ⑤

수업이 흥미롭게 진행되었다. ① ② ③ ④ ⑤

[부록2]

<학생 보고서 작성 사례>