보성고등학교 2015 STEAM 교육 자료집

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보성고등학교 2015 STEAM 교육 자료집

연구 책임자 : 정호근 연구원 : 김대규 연구원 : 이영호 연구원 : 이상현 연구원 : 이현주 연구원 : 조석준 연구원 : 차승태 연구원 : 박동순 연구원 : 노성규

보성고등학교 STEAM 교사연구회

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○ 수업지도안

1. 주제 및 제작의도

고등학교에서 보어의 원자 모형을 이해하고 이를 기초로 양자역학의 원리와 기본 개념을 학습하는 것이 중요하다. 그런데 현재 우리나라 고등학교에서는 이론적으로 만 보어의 원자 모형을 학습하고 있어 학생들이 보어의 모형이 어떻게 제시되었는지 생각해 볼 기회가 적은 아쉬움이 많은 것이 현실이다. 이 시간에는 보어가 자신의 원자 모형을 제시하게 된 근본적 인 현상인 기체의 불연속적인 선스펙트럼의 의미와 간단한 분광기를 제작하여 실제로 기체의 선스펙트럼을 관찰하는 경험을 제공하고자 한다. 이러한 경험을 통하여 학생들이 물리학이 발전해 가는 과정을 이해하고 물리학에 좀 더 많은 관심을 갖게 되기를 기대하고 있다.

2. 학습 목표

○

내용 목표

- 원자 모형: 역사적으로 원자 모형이 발전해 온 과정을 이해한다.

- 보어의 원자 모형: 양자 조건과 진동수 조건을 말할 수 있다.

- 선스펙트럼: 스펙트럼의 개념과 기체의 선스펙트럼이 보어의 원자 모형 형성에 어떻게 기 여하였는지 이해한다.

- 분광기: 광원에서 방출된 빛을 분광기를 통하여 파장에 따라 구별하여 볼 수 있음을 이해 한다.

○

과정 목표

- 역사적으로 원자 모형이 변천하여 가는지 이해한다.

- 여러 가지 광원에서 방출된 빛이 다양한 파장의 빛으로 구성되어 있음을 실제로 경험하고 육안으로 볼 때의 광원의 색깔과 비교한다.

- 보어의 원자 모형 형성에 중요한 역할을 한 기체의 선스펙트럼을 관찰할 수 있는 분광기를 제작하는 것이 그리 어려운 일이 아님을 경험한다.

- 물리학의 중요 이론이나 실험도 거창한 연구나 복잡한 이론을 통하지 않고 쉽게 접근할 수 있다는 것을 경험한다.

- 분광기 제작을 통하여 실험 기구를 제작하는 기능을 습득한다.

프로그램명 보어의 원자 모형과 기체의 선스펙트럼 촬영하기 적용학년 /시기 1, 2학년/ 영재학급

3. STEAM 과목 요소

○

S

:

음극선 실험, 보어의 원자 모형, 불연속 스펙트럼, 회절

○ T/E：

분광기, 사진기, 촬영 기능

○ M：

보어의 원자 모형에 따른 수소 원자의 에너지 준위 계산하기

○ A：

분광기 제작

4. STEAM 단계 요소

○

상황제시 :

음극선 실험으로부터 어떻게 톰슨의 원자 모형이 제시되었는지 살펴본다. 또 한 분광기로 여러 가지 광원에서 다양한 파장의 빛이 방출된다는 것과 기체 의 선스펙트럼으로부터 어떻게 보어의 원자 모형이 제시되었는지 이해한다.

○

창의적 설계 :

원자 모형이 발전해 온 과정을 이해하고 자신의 원자 모형을 생각해 보고 이를 확인할 실험이나 방법을 고안하여 본다.

○

감성적 체험 :

스마트폰으로 기체의 선스펙트럼을 촬영해 보고 사진 촬영 기법을 경험 한다.

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5. 차시별 계획 총괄표

6. 평가 계획

연번 평가 기준 방법

1 음극선 실험과 전자의 발견 전자 발견의 과학적 근거

2 보어의 원자 모형 원자 모형 2가지 서술

3 수소 원자의 에너지 준위 에너지 준위 계산

4 분광기의 원리 회절과 파장의 관계 서술

5 기체의 선스펙트럼 촬영 스마트폰 사진기 이용

차시 과목 단원 소주제 학습내용

1차시 물리2

IV. 미시 세계와 양자

현상 3. 입자의

파동성

보어의 원자 모형

 원자 모형의 변천사, 음극선 실험과 전자 발견

 보어 원자 모형으로 수소의 에너지 준위 계산하기

 인터넷으로 원자 모형 검색하기

 역사적으로 주요한 원자 모형 그려 보고, 현대의 원자 모형을 상상하여 그려 보기

Co 원자 모형이 어떻게 발전해 왔는가?

Tip! 돌턴, 톰슨, 러더퍼드, 보어의 원자 모형

CD 음극선 실험을 통하여 원자 모형이 제시되는 원 리를 이해한다.

ET 보어의 원자 모형을 적용하여 수소 원자의 에너 지 준위 계산

Tip! 역학적 에너지, 전기력에 의한 퍼텐셜 에너지, 등속 원운동

2차시 물리2

IV. 미시 세계와 양자

현상 3. 입자의

파동성

기체의 선스펙트럼

촬영하기

 회절, 스펙트럼

 프리즘을 이용하여 햇빛의 스펙트럼 관찰하기

 스펙트럼 촬영, 분광기에 파장 표시 나타나게 하 는 방법

 분광기 만들기

 현대의 원자 모형

Co 기체 스펙트럼이 불연속 선스펙트럼인 이유는?

CD 분광기의 원리

Tip! 회절과 파장의 관계

ET 현대 원자 모형에 대하여 이야기 하기

Tip! 불확정성 원리

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7. 차시별 교수학습과정 1) 1차시

교수학습 지도안

과목 물리 2 수업차시 1차시

단원 IV. 미시 세계와 양자 현상 3. 입자의 파동성

교육과정

2009개정교육과정_물리2

(4) 미시세계와 양자현상 ㈎ 물질의 이중성

③ 드브로이의 물질파 이론과 데이비슨-저머 실험을 통하여 입자의 파동성을 이해한다.

드브로이의 물질파 이론으로 보어의 원자모형에서 제안했던 가정이 설명될 수 있는지를 이해하게 한다. 데이비슨-저머의 전자 산란실험의 의미를 이해하게 하고 이를 통하여 전자 의 파동성을 설명할 수 있음을 알게 한다.

학습목표 보어의 원자 모형을 말할 수 있다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (5분)

 원자의 개념이 도입된 이유 이야기 하기

Co 이 세상의 모든 물체는 원자로 구성되어 있는지 생각해 보기 교과서

학습활동 (40분)

 원자 모형 조사하기(인터넷 이용)

 원자 모형 그리기

 음극선 실험과 전자 발견의 근거

 보어의 원자 모형이 무엇인가?

 수소의 에너지 준위 계산하기

Co 역사적으로 제시된 주요 원자 모형과 각 원자 모형이 제시된 계기

Tip! 전자 발견, 원자핵의 발견

CD 톰슨의 음극선 실험과 전자 발견의 과학적 근거 말하기

Tip! 전기장, 자기장에서 전하의 운동

ET 수소 원자에서 전자의 역학적 에너지를 계산하고 보어의 원자 모형을 적용하여 수소 원자의 에너지 준위 계산하기

음극선 실 험 장치

마무리 (5분)

 원자 모형을 확인할 수 있는 방법 이야기 하기

ET 본다는 것의 의미 생각해 보기

지도상의

유의점 음극선 실험에서 고전압이 발생하므로 감전되지 않도록 유의한다.

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학생용 활동지

보어의 원자 모형

원자의 개념과 주요한 원자 모형

1 원자란 무엇인가?

2 역사적으로 주요한 원자 모형을 조사하여 그려 보자.

3 각 원자모형이 제시된 근거는?

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음극선 실험과 전자 발견

1 음극선 실험

1) 전기장 자기장에서 전하의 운동은?

2) 음극선 실험과 4가지 결과를 그림으로 표현하시오.

3) 음극선 실험에서 전자가 발견된 근거는?

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2 원자 모형 1) 러더퍼드의 원자 모형이 제시된 계기와 근거는?

2) 보어의 원자 모형이 제시된 계기와 근거는?

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수소의 에너지 준위 계산하기

1 수소 원자에서 전자의 역학적 에너지

1) 전기력에 의한 퍼텐셜 에너지는?

2) 등속 원운동하는 물체의 운동 에너지는?

3) 수소 원자에서 전자의 역학적 에너지는?

2 보어 원자 모형을 적용하여 수소의 에너지 준위 계산하기 1) 수소 원자의 안정된 궤도와 양자수의 관계는?

2) 수소 원자의 에너지 준위와 양자수의 관계는?

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교사용 자료

⦁음극선 실험

십자판의 그림자가 생긴다. 전기장에 (+)쪽으로 휘어진다.

자기장에서 진로가 휘어진다. 바람개비를 돌게 한다.

⦁톰슨의 원자 모형

수박의 단면

톰슨의 원자모형 그림

⦁러더퍼드의 원자 모형

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⦁보어의 원자 모형

가설 1 양자조건 : 원자 내의 전자는 특정 조건을 만족하는 원궤도(정상상 태)를 따라서만 회전할 수 있고, 이 궤도를 따라 운동하는 전자는 특정 에너지를 가지며 전자기파를 방출하지 않는다.

가설 2 진동수 조건 : 전자가 한 정상 상태에서 다른 정상 상태로 옮겨갈 때, 두 상태의 에너지 차이에 해당하는 에너지를 광자로 방출하거나 흡수 한다.

⦁보어의 수소 원자 모형

수소 원자가 보어 모형이 가장 잘 적용되어 수소 원자 스펙트럼을 정확히 설명 할 수 있다. 수소 원자의 궤도 반지름과 에너지 준위는 다음과 같이 구할 수 있다.

(1) 수소 원자의 궤도 반지름: 수소 원자는 전하량이   인 양성자 가 원자핵이고 이 원자핵 주위를 전하량이  인 전자가 양성자와 전 자 사이의 전기력에 의하여 원운동하고 있다고 생각한다. 전자의 질 량을 , 전자의 속력을 , 전자의 궤도 반지름을 라고 할 때, 전 자에 작용하는 구심력이 양성자와 전자 사이의 전기력이므로

 ^

^

 

^

이다. 는 쿨롱 상수이며 크기는 8.99×109 N·m²/C²이다. 양 자 조건   으로부터 전자의 속력을 구하면

  

 ( 1, 2, 3, ……)

이다. 위의 두 식을 이용하여 양자수 일 때의 전자의 궤도 반 지름을 구하면

_  ^^

^

^ _^ ( 1, 2, 3, ……) 이 되어 전자의 궤도 반지름이 양자수의 제곱에 비례함을 알 수 있다. 양자수   일 때의 궤도 반지름을 보어 반지름 _이라 고 하며 그 크기는

_  _ ^^

^

  × ^{ }m   Å 이다.

(2) 수소 원자의 에너지 준위

수소 원자핵 주위에서 반지름이 인 원운동을 하는 전자의 운동 에너지는  ^

^

 

^ 에서

_ _{ }



^ 

 

^

이다. 원자핵으로부터 무한히 먼 곳을 0으로 하면 원자핵으로부터  떨어진 곳에 있는 양성자와 전

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자 사이의 전기력에 의한 전자의 위치 에너지는

__{   }



^

이다. 따라서 수소 원자에 있는 전자의 역학적 에너지는

 __ _{ }



 

^

  

^

  

^

이다. 여기에 궤도 반지름을 적용하면 양자수 인 상태에 있는 전자 의 에너지인 수소 원자의 에너지 준위는

__{  }

^

^^^

^

    

^

 (eV)

   × ^{ }^

 (J) ( 1, 2, 3, ……)

이다. 양자수   인 바닥 상태일 때 전자의 에너지는 -13.6 eV임

을 알 수 있다. 수소 원자의 에너지 준위

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2) 2차시

교수학습 지도안

과목 물리 2 수업차시 2차시

단원 IV. 미시 세계와 양자 현상 3. 입자의 파동성

교육과정

2009개정교육과정_물리2

(4) 미시세계와 양자현상 ㈎ 물질의 이중성

③ 드브로이의 물질파 이론과 데이비슨-저머 실험을 통하여 입자의 파동성을 이해한다.

드브로이의 물질파 이론으로 보어의 원자모형에서 제안했던 가정이 설명될 수 있는지를 이해하게 한다. 데이비슨-저머의 전자 산란실험의 의미를 이해하게 하고 이를 통하여 전자 의 파동성을 설명할 수 있음을 알게 한다.

학습목표 기체의 불연속 선스펙트럼이 생기는 원리를 말할 수 있다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (5분)

 스펙트럼이란 무엇인가?

Co 무지개가 생기는 원리는 무엇인가? 교과서

 회절과 파장의 관계 및 굴절률과 파장의 관계 조사하기(인터넷 사용)

 프리즘을 이용하여 햇빛의 스펙트럼 관찰하기

 분광기를 만들고 형광등 빛을 분광기로 관찰하기

 수소, 헬륨, 질소, 아르곤, 네온 기체를 고전압으로 가열하여 빛을 방출하 게 만들고 그 빛을 맨 눈으로 관찰한 후 분광기로도 관찰한다.

 기체 스펙트럼을 스마트폰의 사진기로 촬영한다. 또한 분광기에 파장 표 시가 나타나게 촬영하는 방법을 생각해 보고 방법대로 촬영한다.

 현대의 원자 모형

Co 회절을 이용하여 분광이 되는 원리 설명하기

Tip! 회절과 파장의 관계

CD 기체의 선스펙트럼을 해석하기

Tip! 불연속 에너지 준위의 존재

ET 현대의 원자 모형은 무엇인가

유도 코일, 기체 유리 관, 연결 전선

마무리

(5분)  분광기의 활용 방법 생각하기

지도상의

유의점 기체 스펙트럼 관찰 실험에서 고전압이 발생하므로 감전되지 않도록 유의한다.

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학생용 활동지

기체 스펙트럼

회절과 파장의 관계

1 회절이란 무엇인가?

1) 회절이란 무엇인가?

2) 파장과 굴절률의 관계는?

2 스펙트럼 관찰

1) 프리즘을 이용하여 햇빛의 스펙트럼을 만들어 보자.

2) 스펙트럼이 생기는 이유는 무엇인가?

3) 회절을 이용하여 스펙트럼이 생기는 이유는 무엇인가?

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종이 모형으로 분광기 제작하고 기체 스펙트럼 관찰하기

1 분광기 제작

1) 뉴턴 분광기 키트를 이용하여 분광기를 만든다.

2) 분광기로 형광등을 관찰하여 파장 기준을 맞춘다.

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2 고전압으로 가열한 기체 스펙트럼 관찰하기

1) 유도 코일을 이용하여 여러 가지 기체를 가열하여 방출되는 빛의 색을 관찰한다.

(수소, 헬륨, 질소, 아르곤, 네온)

2) 분광기로 기체 스펙트럼을 관찰한다.

3) 기체 스펙트럼을 스마트폰으로 촬영한다.

3 선스펙트럼의 해석

1) 불연속 선스펙트럼이 생기는 이유를 설명해 보자.

2) 보어의 진동수 조건과 기체 선스펙트럼의 관계는?

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4 수소 원자 스펙트럼의 계열 1) 수소 원자의 스펙트럼 계열의 종류는?

2) 수소 원자의 스펙트럼 계열이 각각 발견된 시기는?

3) 수소 원자의 스펙트럼 계열이 각각의 파장 범위는?

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현대의 원자 모형

1 현대의 원자 모형

1) 불확정성 원리란 무엇인가?

2) 현대의 원자 모형과 파동 함수의 해석

3) 현대의 원자 모형에 근거한 원자를 그려 보자.

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교사용 자료

⦁무지개

- 무지개가 생기는 현상에 대한 모식도

⦁빛의 분산과 굴절

⦁파동의 회절

간격이 다른 틈을 통과하여 파동이 진행하는 모습

파장이 다른 파동이 틈을 통과하여 진행하는 모습

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⦁빛의 회절

원반을 지난 빛

구멍을 지난 빛

면도날을 지난 빛

⦁단일 슬릿을 통과한 빛의 분석

- 다음은 비교적 슬릿의 폭이 좁은 경우와 넓은 경우 각 슬릿을 통과한 적색광과 청색광을 스크린에 받 았을 때의 사진이다. 이 사진을 통하여 회절무늬의 간격과 빛의 파장에 대하여 설명해 보자. 또한 슬 릿의 폭이 회절 무늬의 간격에 어떤 영향을 미치는지 토의해 보자.

적색광

청색광

슬릿의 폭이 좁을 때 슬릿의 폭이 넓을 때

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⦁스펙트럼 분석의 의의

- 원자 구조에 대한 연구 : 태양이나 백열등에서 나오는 빛을 프리즘이나 분광기를 통해서 분산시키면, 여러 가지 파장의 빛으로 분산된 스펙트럼이 나타난다. 그러나 개개의 기체 분자들의 전기 방전에서 나오는 빛을 분광기를 통해서 분산시키면, 기체의 종류에 따라 특정한 파장만 가진 몇 개의 불연속적 인 선스펙트럼이 나타난다.

[빛의 스펙트럼 관찰(분광기)]

[태양의 연속스펙트럼]

[수소기체의 선스펙트럼]

- 선스펙트럼의 관찰 : 선스펙트럼은 원자의 에너지 준위와 관련되며, 기체 원자의 종류에 따라 나타나 는 선스펙트럼의 위치가 고유하게 정해져 있다. 이 성질은 미지 물질의 구성물을 연구하는데 유용하 게 사용된다. 예를 들어, 별에서 오는 빛의 스펙트럼을 관찰하면 그 별의 구성 물질을 알아낼 수 있 다.

⦁보어의 수소 원자 모형과 스펙트럼 - 스펙트럼 계열

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- 보어의 원자모형에서 양자수  인 정상 상태의 에너지 준위 _은 __{  }

^

 이다.

전자가 _의 상태에서 _의 상태로 전이할 때 두 정상 상태의 에너지 준위만큼의 에너지를 광자로 방출한다.(_>_)

  

___{  }

_^

 



^{ }^





^{ }^

  _^

 

∴ 

  

_^

  _^

  _

_^

  _^

  (: 리드베리 상수)

⦁기체 스펙트럼 관찰 실험 장면

⦁촬영된 기체 스펙트럼

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○ STEAM 수업지도안

1. 주제 및 제작의도

전국을 강타했던 메르스 바이러스의 감염 메커니즘을 학습하고 현재 사회에서의 전 염방식을 다각 적으로 검토하고 수학적으로 계산함으로써 전염병 확산 상황을 예측해 보고 이에대한 앞으로의 전염병 정책 결정 방식에 대해 생각해 본다. 또 전염병 확산 에 따른 사회의 여러 위치에 놓인 사람들의 입장을 생각해보고 사람들의 바람직한 입 장과 태도에 대해 학생들이 깊게 생각해 볼 수 있는 기회를 갖는데 이 수업의 제작 의도가 있다.

2. 학습 목표

○

내용 목표

- 바이러스의 감염 기작 : 세포막 융합 및 내포, 표면 단백질 및 세포 수용체 결합 - 바이러스로 인한 주요 전염병 학습 : 메르스 바이러스, 사스 코로나 바이러스 - 수학적 계산을 통해 도시에서 전염병 확산에 대한 추정자료 생성

○

과정 목표

- 바이러스의 감염 메커니즘을 학습함으로써 바이러스로 인한 전염병의 원인을 알고 피해를 최소화 하는 방법을 생각해 볼 수 있다.

- 수학적 계산을 통해 감염자의 확산 경향을 파악하고 이에 대한 대책을 생각해 볼 수 있다

3. STEAM 과목 요소

○

S

:

바이러스의 감염 메커니즘

○ T/E :

바이러스 감염을 최소화 하는 방안 연구

○

M： 전염병 확산의 수식과 통계추정치 생성

○ A :

역할극을 통한 사회 구성원으로써의 책임감에 대해 생각

프로그램명 바이러스 확산의 수학적 모델 적용학년 /시기 1, 2학년 / 동아리 활동

4. STEAM 단계 요소

○

상황제시

가) 인간의 면역력 약화의 이유를 학습하고 인간과 바이러스의 공존역사에 대해 알아본다.

나) 바이러스의 구조와 바이러스의 인체 감염메커니즘을 학습한다.

다 ) 주요 전염병에 대해 학습하고 올해 우리나라에 큰 피해를 끼친 메르스 바이러스에 특징 과 피해를 제시 한다.

○

창의적 설계

가) 송파구 지역의 전염병 확산에 대한 수학적 모델의 설계를 학습한다.

나) 수학적 모델을 바탕으로 전염병 확산 양상을 파악해 본다.

다) 전염병 예방 시스템과 치료약 개발중 국가 정책으로 어떤 것이 더 적합한지 생각해 본다.

○

감성적 체험

가) 메르스 발병시 각각의 여러 위치의 사회 구성원이 되는 역할극을 통해 사회에서 자신이 맡은 역할에 따라 느끼게 되는 감정을 느껴본다.

나) 개인이 아닌 사회 전체의 피해를 최소화 하기 위한 사회에서 자신이 맡은 역할의 태도에 대해 생각해 본다.

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5. 차시별 계획 총괄표

차시 대상 주제 소주제 학습내용

1차시 동아리 활동

바이러스 확산의 수학적 모델

메르스 바이러스의 확산예측과 대비책 연구

  바이러스의 특징과 감염 메커니즘 학습

   바이러스의 확산에 대한 수학적 모델 설계

Co 바이러스란 무엇이며 어떠한 과정을 거쳐 인간 에게 영향을 미치는가? 또 이번 메르스 바이러스의 확산을 예측하고 피해를 최소화 하는 방안을 생각해 보자.

CD 바이러스의 특징을 바탕으로 메르스 감염의 확 산 경향을 분석하고 제시된 수학적 모델을 바탕으로 메르스 확산 통계값을 예측해 본다.

ET 제시된 수학적 모델이외의 수학적 모델을 고안 해보고 그렇게 고안해낸 이유를 서로 토론해 본다. 추후 다른 바이러스가 유행하지 않도록 피해를 최소 화 하는 방안을 생각해 본다.

2차시 동아리 활동

바이러스 확산 경향에 따른 사회 구성원의

역할극

바이러스 확산 피해를 최쇠화

하기 위한 구성원의 역할

    1차시에서 도출된 결과 값을 바탕으로 바이러스의 확산양상 파악

  자신이 사회 구성원중 한사람이 되어 역할극에 참여

 자신이 느끼는 책임감과 피해를 최소화 하기위한 자신의 태도에 대해 생각해 보자.

Co 송파구에 바이러스가 확산 되었을 때 자신의 위 치에서 어떻게 행동할것인가?

CD 사회 모두를 위해서 취하여야 하는 행동에 대해 생각해 보자.

ET 자신이 느끼는 공포와 책임감의 느낌을 정리하 여 발표해 본다.

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7. 차시별 교수학습과정 1) 1차시

교수학습 지도안

과목 과 학(동아리 활동) 동아리 활동 1차시

주제 바이러스 확산의 수학적 모델

교육과정

2009개정교육과정_제 5단원 인류의 건강과 과학기술 3) 질병과 면역

병원체로 작용하는 박테리아와 바이러스의 특징 및 확산 방지에 관련된 백신과 면 역 과정을 이해한다.

학습목표 메르스 바이러스의 확산 예측과 대비책을 생각해 본다.

학습과정 교수 학습 활동 준비물

도입 (10분)

  바이러스의 특징과 감염 메커니즘 학습

Co 바이러스란 무엇이며 어떠한 과정을 거쳐 인간에게 영향을 미치는가? 프린트

   바이러스의 확산에 대한 수학적 모델 설계

Co 이번 메르스 바이러스의 확산을 예측하고 피해를 최소화 하는 방안을 생각해 본다.

CD 바이러스의 특징을 바탕으로 메르스 감염의 확산 경향을 분석하고 제 시된 수학적 모델을 바탕으로 메르스 확산 통계값을 예측해 본다.

ET 제시된 수학적 모델이외의 수학적 모델을 고안해보고 그렇게 고안해낸 이유를 서로 토론해 본다. 추후 다른 바이러스가 유행하지 않도록 피해 를 최소화 하는 방안을 생각해 본다.

프린트, 스 마 트 폰, 엑셀 프로 그램

마무리 (5분)

 더 정확한 확산모델을 얻기 위한 수식의 개선방안 토의

ET 정확한 통계값을 얻기 위한 수식의 개선방한에 대하여 토의해 본다.

지도상의

유의점 수식의 선후관계를 정확하게 파악하도록 지도한다.

(27)

학생용 활동지

메르스 바이러스는 2-14일 채내 증식후 발병

일반적으로 코로나(라틴어) 바이러스는 감기를 유발시킴(호흡기 전염병) 그중 돌연변이 2개가 사스와 메르스 바이러스

사스나 메르스, 에이즈 같은 병은 RNA를 보유한 바이러스임 RNA는 단일가닥이라 변이가 심함. DNA는 이중 나선구조.

1)복사과정에서 오류 발생 확률이 높고

2)외부요인에 의해 변이가 일어날 가능성도 높음.

바이러스 감염메커니즘

(28)

바이러스는 살아있는 세포에만 기생함. 숙주가 살아 있어야함.

바이러스는 오직 증식이 목적

숙주를 오래 살리기 위해 독성이 약하게 진화되고 있음.

한국에서 급증한 이유는 질병관리본부의 초동대처 미흡, 다인실사용. 병문안 문화 메르스의 공기감염

1) 건조상태에서 자외선에 노출되면 대부분의 바이러스는 파괴됨.

2) 넓은 공간에서는 감염되기 어려움. 좁은 공간.

메르스 치사율 우리나라18%

기저질환이 있으면 40%까지 높아짐. 기저질환 없으면13%

중동은 40%

이유는 중동쪽에서 감염자 파악이 덜된 것으로 추정

메르스 예방약

제약회사의 수익성판단이 중요

지속적으로 확산경향이면 제약회사가 연구함

국지적으로 확산되었다 감소되었다를 반복하기 때문에 적극적으로 신약개발을 하지 않 음.

신약개발에는 많은 시간이 필요하고 RNA의 변이 때문에 개발된 신약이 무용지물 될수도 있음.

처방

1)일반적인 항바이러스제 투여

2)완치자의 혈장을 이용한 항체투여 방법이 있음

인간과 바이러스의 공존 역사

인간세포는 80조개~100조개 인간에 붙어있는 바이러스는 1000조개 인간유전자의 25%가 바이러스에 의해 유래

대표적인예 미토콘드리아--> 과거에 호기성세균이 세포에 침투에 지금까지 진화 바이러스가 나쁜것만은 아님.

인간의 면역력 감소는

1)환경의 변화(깨끗해지며 바이러스가 생존한 환경이 줄어듬) 2)불의 사용으로 인해 식생활이 개선되어 면역력 감소

(29)

인간은 점점 약해지고 있지만 기술의 개발로 상쇄 (하마,악어,사자)

인간에게 바이러스를 전파하는 생물 1)박쥐

박쥐의 역사는 아주 오래됨.

전체 포유류의 20% 약1000종의 박쥐가 지구상의 존재, 면역력이 아주 높음 사스-중국 귀박쥐

에볼라-아프리카 과일박쥐 메르스-이집트 무덤박쥐

유인원

1)유전자가 인간과 유사

2)서로 전염병에 감염될 가능성 높음

3)면역력이 인간보다는 강해서 데미지는 크지 않음.

전염병 확산에 관한 수학적 모델

1. 도시에서 전염병 확산에 관한 다음의 수학적 모델을 소재로 수학적 모델을 다루는 방 법과 모델을 개선하는 과정에 대하여 알아보자.

(30)

송파구의 거주인구 : n

전염병 A의 발생 k번째 주의 A에 걸린 환자수 : Yk

k번째 주까지 A에 걸리지 않은 사람수 : Xk

k번째 주에 완쾌 되어 A에 면역이 생긴 사람수 : Zk

구청의 전염병 예방조치 : a (예방조치가 잘될수록 작은 값을 가짐)

치료시스템 및 치료약 : b ( 좋은 치료약과 시스템이 구축될수록 큰 값을 가짐)

위의 변수들간에 아래와 같은 관계가 성립한다고 가정

Xk = n - ( Yk + Zk )

걸리지 않은 환자수 = 거주인구 - ( k번째 주의 A에 걸린 환자수

+ k번째 주에 완쾌 되어 A에 면역이 생긴 사람수)

Y(k + 1) = Yk + a( Xk + Yk ) - bYk

k주 다음주의 환자수 = k주 환자수 + 예방조치 ( 걸리지 않은 환자수 + k주 환자수) - (치료시스템 x k주 환자수)

Z(k + 1)　＝　Zk　＋　bYk

다음주의 면역자수 = 이번주 면역자수 + (치료시스템 x k주 환자수)

출처 : 한국과학창의재단 과학교양(213-216p)

2. 인구 20만명의 송파구에 첫째 주에 전염병 A에 감염된 환자수가 1500명이라 하고 전염병 예방조치의 값 a = 0.02, 치료약 및 시스템구축의 값 b = 0.3이라 하자. 20주 정도 지났을 때 도시 전체의 X , Y , Z 값을 구하시오.

(31)

환자수 면역자 미감염자

K n a b Y Z X

1 200000 0.02 0.3 1500 0 198500

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1) 환자의 수는 몇주차부터 감소하는가?

2) 면역자수와 미감염자 수는 어떠한 변화를 보이는가?

3) 위의 수식을 참고하여 좀 더 현실적인 통계값을 얻기 위한 자신만의 수식을 만들고 수식을 만든 이유를 설명해 보자.

3) a의 값을 0.01 감소시키는데 드는 비용과 신약개발을 통해 b의 값을 0.01 증가시키는데 드는 비용과 같다고 가정하면 정책의 우선 순위는 예방과 치료약 개발 중 어느것이 되어야 하는가?

(32)

K n a b Y Z X

1 200000 0.01 0.3 1500 0 198500

2 3 4 5 6 7 8 9 10

K n a b Y Z X

1 200000 0.02 0.31 1500 0 198500

2 3 4 5 6 7 8 9 10

(33)

교사용 자료

1. 질병관리 본부

주 요 기 능

1. 감염병 대응 및 예방

2. 감염병에 대한 진단 및 조사·연구 3. 국가 만성질환 감시체계 구축 4. 장기기증지원 및 이식 관리

5. 감염병, 만성 질환, 희귀 난치성 질환 및 손상 질환에 관한 시험·연구업무 6. 질병관리, 유전체실용화 등 국가연구개발사업

7. 검역을 통한 해외유입감염병의 국내 및 국외 전파방지

주 요 업 무

감염병관리센터 감염병 관리 및 예방, 교육 홍보 검역감염병, 해외유입감염병 정보수집 제공 감염병감시, 조사연구, 통계 생산, 보급 생물테러 대응관리, 감염병 역학조사 신종감염병 대응체계 수립 및 운영 질병예방센터 에이즈, 성병, 결핵, 한센병 관리 예방접종 관리 및 교육 홍보 만성병 조사, 관리, 만성병 통 계 생산보급 국민건강ㆍ영양조사 기획 및 시행

장기이식관리센터 장기기증 지원 및 이식관리 장기등이식관련 정보-통계 관리 및 홍보 장기이식관리기관 지도-감독 혈액안전 및 수급관련 정보의 분석 및 통계관리

국립보건연구원 감염병센터 장내감염 세균 및 바이러스 연구 호흡기 감염 세균 및 바이러스 연구 항균제 내성균, 고위험병원체 연구 감염병 국가 표준실험실 운영

면역병리센터 HIV/AIDS 종양바이러스 연구 인수공통감염증 및 신경계 바이러스 감시, 연구 질병매개체 및 방제연구 열대풍토, 토착화 기생충 질환 조사, 연구

생명의과학센터 뇌신경질환, 심혈관질환, 대사이상질환 및 알코올 중독질환 예방치료법 개발 연구 희귀난 치성질환자 관리 및 조사, 연구 배아, 체세포복제배아연구 관리 및 줄기세포 등록 관리

유전체센터 유전체 역학조사 연구 관리, 건강, 질병 및 생체지표 개발 생체자원 수집분양 및 보건의료 생 명과학정보 개발관리 유전체기능 및 분석기반기술 확보지원

국립검역소 (전국 13개소) 선박, 항공기, 열차, 자동차 등의 운송수단과 승무원,승객 및 화물에 대한 검역 및 예방조치 검역구역 내 보건위생 관리 검역감염병에 대한 예방접종

출처 : http://www.cdc.go.kr/CDC/main.jsp (질병관리본부홈페이지)

(34)

2. 주요 전염병

1. 메르스코로나바이러스 [MERS corona virus]

2012년 사우디아라비아에서 처음 발견된 뒤 중동 지역에서 집중적으로 발생한 바이러스로, 2003년 아시아 에서 발생한 뒤 전 세계로 확산되며 800명 가까운 사망자를 낸 사스(중증급성호흡기증후군)와 유사한 바이 러스다. 잠복기가 1주일가량이며 사스와 마찬가지로 고열, 기침, 호흡곤란 등 심한 호흡기 증상을 일으킨 다. 다만 사스와는 달리 급성 신부전증을 동반하는 것이 특징으로 사스보다 치사율이 6배가량 높다는 조 사 결과가 나오기도 하는 등 더 치명적인 양상을 보이고 있다. 초기에는 신종 코로나바이러스로 불렸지만 이후 사우디를 비롯한 요르단, 카타르, 아랍에메리트(UAE) 등 중동 지역에서 환자가 집중적으로 발생하면 서 메르스코로나바이러스(MERS-CoV)로 명명됐다.

출처 : http://www.cdc.go.kr/CDC/main.jsp (질병관리본부홈페이지)

(35)

2. 중증 급성 호흡기 증후군 (severe acute respiratory syndrome)

정의

중증급성 호흡 증후군은 사스-코로나 바이러스(SARS coronavirus, SARS-CoV)가 인간의 호흡기를 침범하여 발생하 는 질병이다. 2002년 11월에서 2003년 7월까지 유행하여 8,096명의 감염자가 발생하고 774명이 사망하였다.

원인

사스의 원인 바이러스인 코로나 바이러스는 한 가닥의 RNA를 유전물질로 가지고 있는 바이러스이다. 인간에게 감염을 일으키는 형태는 제1혈청형과 제2혈청형이 알려져 있는데, SARS의 원인이 되었던 코로나 바이러스는 이 두 가지 혈 청형과 다른 새로운 종류인 것으로 나타났다. 원인 바이러스가 전파되는 경로는 아직 완전히 밝혀지지 않았지만 대기 중에 떠다니는 고체나 액체의 미세한 입자에 의해 전파되는 것으로 추측하고 있다.

증상

원인 바이러스인 사스-코로나 바이러스에 노출된 후 2~7일 정도의 잠복기가 지나면 발열, 무력감, 두통, 근육통의 신 체 전반에 걸친 증상이 나타난다. 이후 기침과 호흡 곤란 증상이 발생하고 25%의 환자에게서 설사가 동반된다. 심한 경우에는 증상이 2주 이상 지속되며 호흡 기능이 크게 나빠지고 급성 호흡곤란 증후군 및 다기관 부전증으로 진행된 다.

진단

사스가 의심되는 경우는 다음과 같다.

1) 38도 이상의 발열 증상이 있고,

2) 최근 10일 이내에 사스로 진단 받은 사람과 접촉한 적이 있는 경우 3) 세계보건기구(WHO)에서 지정한 사스가 발생한 국가로 여행을 다녀온 경우

이러한 조건을 만족하는 환자 중에서 흉부 방사선 사진상 이상 증상이 보이면 증증 급성 호흡 증후군의 가능성이 높은 사례로 분류할 수 있다. 확실한 진단을 위해서는 사스-코로나 바이러스를 세포 배양해서 분리해 내거나 역전사 중합효 소 연쇄반응(RT-PCR)법을 이용하여 바이러스의 핵산을 검출해야 한다.

검사

일반적인 혈액검사 및 흉부 방사선 촬영 등의 기본적인 검사를 시행한다. 코로나 바이러스에 대한 검사로 초기에는 호 흡기에서 얻은 검체 및 혈액에 대한 역전사 중합효소 연쇄반응법을 시행해 볼 수 있다. 후기에는 대변에서 얻은 검체 에 대해 역전사 중합효소 연쇄반응법을 이용하여 검사할 수 있다. 사스-코로나바이러스에 대한 항체를 검사하기 위한 효소면역 측정법(ELISA)을 사용할 수 있지만 이 검사는 증상이 발생한 후 21일 정도 지나야 양성으로 나타난다.

치료

사스에 특이적인 치료법은 없다. 리바비린(ribavirin) 등의 항바이러스제를 사용하는 것은 큰 이득이 없다. 호흡 곤란, 저산소증 등의 증상을 완화하기 위한 치료를 시행한다.

예방방법

현재까지 사스에 효과가 있는 백신은 개발되어 있지 않다.

생활 가이드

사스가 유행할 때에는 유행지역에 가지 않는다. 호흡기를 통해 감염되므로 사스 유행 시에는 사람이 많이 모이는 곳에 가지 않도록 한다. 자주 손을 씻는 습관을 갖도록 한다.

출처 : 서울대학교병원 의학정보

(36)

2) 2차시

교수학습 지도안

과목 과 학(동아리 활동) 수업차시 2차시

주제 메르스 바이러스 확산에 대한 사회 구성원의 역할

교육과정

2009개정교육과정_제 5단원 인류의 건강과 과학기술 3) 질병과 면역

병원체로 작용하는 박테리아와 바이러스의 특징 및 확산 방지에 관련된 백신과 면 역 과정을 이해한다.

학습목표 메르스 바이러스 확산에 의한 피해를 최소화 하기위한 사회 구성원의 역할을 생각해 본다.

학습과정 교수 학습 활동 준비물

도입 (10분)

   

1차시에서 도출된 결과 값을 바탕으로 바이러스의 확산 양상 파악하기 프린트



자신이 사회 구성원 중 한사람이 되어 역할극에 참여

Co 송파구에 바이러스가 확산 되었을 때 자신이 맡은 사회적 위치에서 어 떻게 행동 할 것인가?

CD 사회 모두를 위해서 취하여야 하는 행동에 대해 생각해 보자.

ET 자신이 느끼는 공포와 책임감의 느낌을 정리하여 발표해 본다.

프린트

마무리 (5분)

   

메르스 바이러스 같은 전염병이 다시 유행하게 되었을 때 피해를 최소화하는 방안에 대해 정리해본다.

지도상의 유의점

역할극 상황시 산만한 분위기를 방지한다.

다른 사람의 말을 경청하여 자신의 발언을 다시 생각해 볼 수 있도록 지도한다.

(37)

학생용 활동지

8명씩 조를 나누어 각자 구성원의 역할을 정하고 각 주차 마다 자신이 맡은 구성원의 발언을 생각한 후 발표해보고 각자의 입장 차이를 생각해 본다.

자신의 발언이 끝난후 구성원들과의 질의 응답을 통해 다른 구성원과 의사소통 해본다. 발언 이 끝나고 자신의 역학에서 느낀점을 학우들과 토론한다.

메르스 발생 0주차 ( 메르스 감염자 확정 판정시기)

역 할 발 언

질병관리 본부 담당자

의 사

시 민

감염자

국무총리

학부모

상 인

병 원 장

(38)

메르스 발생 1주차 ( 메르스 전염 확산시기)

역 할 발 언

의 사

시 민

감염자

국무총리

학부모

상 인

병 원 장

(39)

메르스 발생 2주차 ( 메르스 전염 감소시기)

역 할 발 언

의 사

시 민

감염자

국무총리

학부모

상 인

병 원 장

(40)

○ 수업지도안

1. 주제 및 제작의도

2015년 여름, 우리는 우리가 살고 있는 대한민국에서 위 그림과 같은 포스터를 자주 접 할 수 있었다. 대한민국에 찾아온 불청객 메르스 코로나바이러스(Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus ; MERS-CoV) 때문이었다. 2015년 6월 대한민 국을 덮친 메르스 코로나바이러스는 무서운 기세로 하루하루 사람을 전염시켰다. 첫 번

프로그램명 메르스에 대한 재조명 적용학년 /시기 영재학급

2. 학습 목표

○ 내용 목표

(가) 바이러스의 성질 및 특징에 대해 설명할 수 있다.

(나) 바이러스로 인해 발생하는 질병과 다른 질병과는 어떤 차이점이 있는지 설명 할 수 있다.

○ 과정 목표

(가) 바이러스에 대해 학습한 내용을 바탕으로 하여 영화 'Outbreak'를 보면서 과학적 사 실과 기술에 대해 생각해 본다.

(나) 영화를 통해 딱딱하기 쉬운 학습 주제를 흥미롭게 이해 및 응용해 본다.

(다) 내용을 파악한 후 실제 상황과 관련지어 보고 해결 방법에 대해 토로 및 토의를 한다.

3. STEAM 과목 요소

○ S : 바이러스의 특징

○ T/E：질병 치료와 관련된 연구

○ A：영화적 요소

○ M : 질병과 사회적 현상에 대한 수학의 응용

4. STEAM 단계 요소

○ 상황제시

(가) 메르스(중동 호흡기 증후군)란 무엇인가요?

(나) 메르스의 원인은 무엇인가요?

(다) 바이러스로 인한 질병에는 무엇이 있나요?

(라) 질병이 발생했을 때 국가와 국민이 해야 할 일은 무엇인가요?

○ 창의적 설계

(가) 바이러스의 특징에 대해 학습한다.

(나) 바이러스를 주제로 한 영화를 통해 학습 내용을 적용 및 확장시켜 사고력과 창의성을 증진시킨다.

○ 감성적 체험

(가) 학습한 내용과 메르스 사태를 연관 지어 생각해 한다.

(나) 실제 상황이라는 가정을 통해 해결방법을 생각해 본다.

(다) 인류의 발전과 질병이라는 주제로 토론을 진행한다.

(43)

5. 차시별 계획 총괄표

6. 평가 계획

연번 평가 기준 방법

1 바이러스의 특징에 대한 이해도 바이러스에 의한 질병에 대한 이해도

질의 응답을 통해 이해도를 평 가한다.

2 질병에 대한 조사 및 발표력 조사 과정의 참여도 및 발표력 을 평가한다.

3 인류와 질병에 대한 토론 창의성 및 문제 해결력에 대한 아이디어를 평가한다.

차시 과목 단원 소주제 학습내용

1차시 과학 기술

1.

바이러스와 질병

바이러스의 성질

 바이러스의 성질을 알고 특징에 대해 이해 하기

 바이러스성 질병에 대해 알아보기

 나와 관련된 질병 조사하기

Co 바이러스란 무엇일까?

Tip! 본인이 알고 있는 질병에 대해 자유롭게 말 해보도록 한다.

CD 답변으로 나온 여러 가지 질병을 원인에 따 라 분류 해 본다.

Tip! 주변에서 볼 수 있는 여러 가지 질병을 원 인에 따라 분류해 보고, 어떠한 특징과 기준으 로 나누었는지에 대하여 자신의 의견을 나누어 보도록 한다.

ET 가정에서 볼 수 있는 질병과 치료법에 대해 생각해 본다.

2차시

과학 기술 사회

바이러스와 질병

바이러스의

성질 메르스 사태를 주제로 한 토론

(44)

7. 차시별 교수학습과정

바이러스

과목 생명과학 수업차시 1

단원 Ⅰ. 생명과학의 이해 - 1. 생명과학의 이해

교육과정

2009개정교육과정_ 생명과학 Ⅰ 교과서

Ⅰ. 생명과학의 이해 - 1. 생명과학의 이해

생물과 무생물의 차이점에 대해 이해하고 생물의 특성을 설명한다. 바이러스는 그중 어디에 속하는지 그 특성에 대해 학습한다.

학습목표 바이러스의 특성을 알고, 이와 관련된 질병에 대해 설명할 수 있다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (10분)



Co 2015년 여름 등교 후 전교생이 체온을 측정한 일이 있습니다. 왜 그 랬나요?

CD 메르스란 무엇인가요?

ET 바이러스란 무엇인가요?

학습활동 (35분)



Co 바이러스의 특징에 대한 학습

CD 바이러스의 특징과 종류에 대해 알아본다.

ET 우리가 알고 있는 질병의 종류에 대해 자유롭게 발표해 본다.

컴퓨터, PPT

마무리 (5분)

Co 바이러스는 생물체인가요?

CD 우리가 알고 있는 질병을 어떻게 구분할 수 있나요?

ET 바이러스로 인해 발생하는 질병에 대해 조사해 봅시다.

지도상의 유의점

바이러스에 대한 이해를 위해 분자생물학적인 내용이 포함되므로 생명과학 1을 학습하고 있는 고2학년 이상의 학생 및 영재학급 학생을 대상으로 한다.

(45)

바이러스

과목 생명과학 수업차시 2

단원 Ⅰ. 생명과학의 이해 - 1. 생명과학의 이해

교육과정

2009개정교육과정_ 생명과학 Ⅰ 교과서

Ⅰ. 생명과학의 이해 - 1. 생명과학의 이해

생물과 무생물의 차이점에 대해 이해하고 생물의 특성을 설명한다. 바이러스는 그중 어디에 속하는지 그 특성에 대해 학습한다.

학습목표 메르스 사태를 통해 바라본 우리 사회의 문제점

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (10분)



Co 2015년 여름 등교 후 전교생이 체온을 측정한 일이 있습니다. 왜 그 랬나요?

CD 메르스 사태가 벌어진 이유는 무엇일까요?

ET 메르스 사태의 해결책은 무엇일까요?

학습활동 (35분)



준비한 뉴스 자료를 시청한 후 토론을 시작한다.

뉴스자료

마무리 (5분)

ET 메르스와 같은 또 다른 질병에 발생했을 경우의 대처 방법에 대해 조사해 봅시다.

지도상의

유의점 사전에 주제를 공지하고 조를 편성한 후 토론을 진행한다.

(46)

생각열기

1. 바이러스는 생명체인가?

그림은 대장균 세포를 감염시키는 T4 박테리오파지라 불리는 바이러스이다. 바이러스는 DNA를 세포 안으로 주입함으로써 세균의 유전적 통제권을 빼앗아 활동을 시작한다. 바이러스는 숙주 세 포의 기구를 이용하여 새로운 바이러스를 대량 증식하는 체제로 전환시키는 것이다.

바이러스는 살아있는 것일까? 바이러스(virus)라는 단어는 라틴어의 ‘독약’에서 유래된 말이다.

바이러스가 여러 종류의 질병을 야기하고 생물체 사이에 전염이 된다는 사실에 근거하여 1800년 대 후기에 과학자들은 이들을 세균과 연관 지어 생각하기 시작했고 이들을 가장 단순한 생물체 의 형태라고 제안하기도 했다. 그러나 바이러스는 숙주세포를 떠나서는 스스로 증식할 수도, 대 사 활동을 수행할 수도 없다. 대부분의 생물학자들은 바이러스가 살아 있는 것은 아니지만 생명 체와 화학불질 사이의 경계면에 존재하는 것이라는 생각에 동의하고 있다. 바이러스는 ‘생명을 빌려서’ 살아간다는 표현이 바이러스의 특성을 잘 나타내고 있다.

바이러스는 어떻게 생겨났을까? 바이러스는 세균, 동물, 식물을 포함하여 모든 생물계에서 두루 발견된다. 증식을 위해 세포가 있어야 하므로 바이러스는 세포의 형태를 이루기 이전 생명체의 후예라고 볼 수 없고 최초의 세포가 나타난 이후 여러 세대가 흐른 다음에서야 생겨난 것으로 추측된다. 대부분의 분자생물학자들은 바이러스가 상처가 난 부위 등을 통해서 세포 사이를 옮겨 다닐 수 있도록 변한 세포의 핵산 조각에서 유래되었을 것이라고 생각한다.

(47)

2. 바이러스의 발견

바이러스는 1892년 담배 모자이크병의 병원체를 조사하던 중 처음으로 발견되었다. 다음은 담 배모자이크병의 원인을 찾기 위한 실험과정이다.

[실험]

1800년대 후반 네덜란드 델프트의 기술학교에서 베이에링크(Martinus Beijerinck)는 담배모자이 크병을 일으키는 감염체의 특성을 조사했다.

[결과]

여과된 추출액을 건강한 식물체에 문질렀을때 건강한 식물이 감염되었고, 병든 식물에서 추출하 여 여과한 여과액은 또 다시 다른 식물체를 감염시킬 수 있었다. 이 과정을 여러 차례 반복하여 도 같은 결과를 얻었다.

[결론]

감염체가 세균을 걸러내는 여과기를 통과한 것으로 보아 세균은 아닌 것으로 보인다. 감염체가 식물체 사이를 여러 차례에 걸쳐 옮겨가도 여전히 병을 일으키는 것에서 감염체는 식물체 내에 서 증식할 수 있어야 한다.

(48)

3. 바이러스의 구조

바이러스는 핵산이 단백질 껍질에 둘러싸인 구조를 이룬다. 가장 작은 바이러스는 지름이 20nm밖에 되지 않는다. 이것은 리보솜보다 작은 크기로 수백만 개의 바이러스를 가는 핀의 머 리위에 올려 놓을 수 있다. 가장 큰 바이러스도 지름이 수백 나노미터에 지나지 않아 광학현미경 으로 겨우 확인할 수 있을 정도다.

바이러스의 유전체(핵산)는 종류에 따라 이중가닥 DNA, 단일가닥 DNA, 이중가닥 RNA 또는 단 일 가닥 RNA로 이루어진다. 지금까지 알려진 가장 작은 바이러스는 유전체에 단 4개의 유전자 만 있는 반면, 가장 큰 바이러스의 유전체에는 수백에서 수천 개의 유전자가 포함된다. 세균의 유전체에는 대략 200개에서 수천 개의 유전자 포함되어 있다.

바이러스의 유전체를 둘러싸는 단백질 껍질을 캡시드(capsid)라고 한다. 바이러스의 종류에 따 라 캡시드는 막대 모양이거나 다각형 또는 복합형의 형태를 하고 있다. 일부 바이러스에는 숙주 세포 감염과정을 돕는 보조적인 구조가 있다. 예를 들어 독감바이러스 등의 여러 동물 바이러스 에는 막으로 이루어진 외피가 캡시드를 둘러싸고 있다.

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4. 호환마마

우리나라에서도 호환마마라는 말이 있을 정도로 두창(천연두)은 한 때 인류에게 치명적인 전염 성 질환이었으나 세계보건기구(World Health Organization)가 진행한 백신프로그램으로 이제는 박멸된 질병이 되었다. 두창바이러스는 인간만 감염시켜 그 숙주의 범위가 매우 좁다는 사실이 이 프로그램이 성공하게 된 주요 원인이었다. 비슷한 전세계적인 백신 캠페인이 현재 소아마비와 홍역을 박멸하기 위해 진행되고 있으며, 풍진, 유행성 이하선염, B형 간염 등의 바이러스성 질병 을 예방할 수 있는 효과적인 백신이 개발되었다.

백신으로 특정한 바이러스 질환을 예방할 수 있지만 대부분의 바이러스성 질환에 일단 감염되 고 나면 치료할 수 있는 방법이 현재로선 거의 없다. 항생제는 세균성 감염을 치료할 수 있을 뿐 바이러스에는 무용하다. 항생제는 특정한 세균에 특이적인 효소를 억제하여 세균을 사멸시키지만 진핵생물이나 바이러스가 만들어내는 효소에는 영향을 미치니 못한다. 그러나 바이러스가 만드는 일부 효소는 항바이러스 약제의 표적이 되기도 한다.

위에 언급된 질병 외에도 바이러스성 질병에는 다음과 같은 것들이 있다.

[바이러스성 질병]

사마귀, 자궁경부암, 단순포진, 대상포진, 버킷림프종, 일반 감기, 소아마비, A형 간염, B형 간 염, C형 간염, 중증 급성 호흡기 증후군(SARS), 뇌염, 에볼라(출혈열), 독감, 홍역, 광견병, 인간 면역결핍증(AIDS), 백혈병 등

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5. 신종 바이러스

갑자기 나타나거나 또는 의학계에 새로 보고되는 바이러스를 보통 신종 바이러스(emerging virus)라고 한다. HIV는 1980년대 초에 미국 샌프란시스코에 난데없이 나타난 것처럼 보였다.

이후의 연구를 통해 콩고에서 나타난 사례는 1959년까지 거슬러 올라간다는 사실이 알려졌다.

1976년 최초로 중앙 아프리카에서 발견된 에볼라바이러스는 출혈열을 일으키는 여러 종의 신종 바이러스 가운데 하나이다.

2009년 4월 멕시코와 미국 지역에 독감과 유사한 유행성(epidemic)질병이 크게 번졌다. 병원체 는 독감바이러스의 하나라는 것이 밝혀졌고, 이 바이러스는 H1N1형으로 명명되었다. 이 바이러 스성 질환은 빠르게 확산되어 2009년 9월에 WHO에서는 이 질병을 전 세계적인 유행성 질병을 뜻하는 범유행성(pandemic)질병이라고 공포하였다. 그 해 11월까지 이 질병은 207개 나라로 확 산되었으며 600,000명 이상이 감염되어 거의 8,000명이 사망한 것으로 집계되었다. 공중보건당 국은 조속하게 휴교령과 공공장소에 대한 접근 차단령을 내리는 등의 지침을 확립하였고, 백신 개발과 사전 진단을 위한 노력에 박차를 가하였다.

[2009 범유행성 H1N1 A형독감바이러스]

[2009범 유행성 독감 검사: 한국의 국제공항]

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6. 새로운 바이러스성 질병

새로운 바이러스성 질병이 새로 출현하는 것에는 세 가지 과정이 작용한다. 첫째로, 기존 바이 러스에 돌연변이가 발생하기 때문이다. 어떤 돌연변이는 기존의 바이러스를 이 바이러스에 면역 력을 가진 사람에게 조차 질병을 일으킬 수 있는 새로운 유전적 변이형으로 바꾼다. 두 번째 과 정은 작고, 격리된 집단에서 바이러스성 질병이 전파되는 것이다. 세 번째는 다른 동물에 존재하 던 바이러스가 사람에게 전파되는 것을 들 수 있다. 과학자들은 이런 방식이 사람의 신종 질환의 3/4 가량을 차지하는 것으로 추정하고 있다.

유행성 독감은 생물종 사이에서 전파되는 바이러스의 영향을 알려주는 좋은 사례가 된다. 독감 바이러스에는 세 종류가 있다. B형과 C형은 사람만 감염시키며 유행병을 일으키지 않는다. 그러 나 A형은 새, 돼지, 말, 사람을 포함하여 다양한 동물을 감염시킬 수 있다. A형 독감이 지난 100년 동안 인류에 세 차례의 주요 유행성 독감을 일으킨 바이러스다. 가장 치명적인 사례로 1918~1919년 사이에 400만 명의 사람을 죽음으로 몰아간 ‘스페인 독감’을 들 수 있다.

[범유행성 독감]

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7. 메르스(MERS)에 대하여..

(1) 개요

메르스는 메르스 코로나바이러스(Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus ; MERS-CoV)에 의한 호흡기감염증을 일컫는다.

(2) 임상적 특성

대부분 환자가 중증급성하기도질환(폐렴)을 나타내지만 일부는 무증상을 나타내거나 경한 급성 상기도질환을 나타나는 경우도 있다.

주 증상으로는 발열, 기침, 호흡곤란이 있으며, 그 외에도 두통, 오한, 인후통, 콧물, 근육통 뿐 만 아니라 식욕부진, 오심, 구토, 복통, 설사 등이 있다. 합병증 호흡부전, 폐혈성 쇽, 다발성 장 기 부전 등이 있으며 신부전을 동반하는 급성신부전 동반 사례가 사스(SARS) 보다 높다.

기저질환(당뇨, 만성폐질환, 암, 신부전 등)이 있는 경우와 면역기능 저하자는 MERS-CoV 감염 이 높고 예후도 불량하다.

일반적 검사소견으로는 백혈구감소증, 림프구 감소증, 혈소판 감소증, LDH 상승등이 나타나며, 잠복기는 5일(최소 2일 ~ 최대 14일)정도이다. 치사율은 30%~40%(사우디아라비아의 경우임)로 알려져 있으나 학자에 따라 의견이 다양하다.

(3) 역학적 특성

기저질환(당뇨, 신부전, 만성 폐질환, 면역결핍질환)을 가진 사람에서 중증의 급성 호흡기 질환 을 일으키며, 모든 환자들에게서 직·간접적으로 중동 지역과 연관되어 있다. 지역사회에서의 전파 에 대한 근거는 없으며, 가족간 전파와 의료기관에서의 제한적 전파로 인한 유행이 보고 되었으 며, 1차 감염자보다는 2차 감염자의 증세가 더 약하다.

명확한 감염경로는 밝혀지지 않았으며, 사우디아라비아 내 단봉낙타접촉에 의한 감염전파가 보 고 되었고, 사람 간 밀접접촉에 의해 전파된다.(대부분 병원내 감염, 가족간 감염)

적절한 개인보호장비(가운, 장갑, N95 마스크, 고글 또는 안면보호구 등)를 착용하지 않고 환자 와 2미터 이내에 머문 경우, 같은 방 또는 진료/처치/병실에 머문 경우(가족, 보건의료인 등) 환 자의 호흡기 분비물과 직접 접촉한 경우 밀접 접촉자로 분류한다.

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8. 메르스사태

다음은 10월 25일자 한 방송사 뉴스 기사이다.

메르스 사태는 올해 국민들을 가장 불안하게 한 일이었죠. 메르스 환자 전체를 분석한 공식 역학 보고서가 나왔는데, 역시 예상했던 대로 정부의 안이한 대응이 사태를 키운 원인으로 꼽 혔습니다.

000 기잡니다.

[기자]

5월 20일 최초 환자 확인 이후 186명의 감염자가 발생한 메르스 사태.

오늘 152번 환자가 숨지면서 총 사망자는 37명으로 늘어났습니다.

우리나라의 보건 의료체계의 민낯을 그대로 드러낸 메르스 사태는 1명의 환자가 남아있어 아 직 현재진행형입니다.

질병관리본부가 모든 환자를 분석한 최초의 보고서를 보면 왜 메르스가 인재였는지 확인할 수 있는데요.

메르스 확산의 가장 큰 원인은 역시 초기방역의 실패였습니다.

1번 환자가 처음 확진 판정을 받기 전 접촉한 사람은 600명이나 됐지만 방역당국이 의료시설 또는 자택에 격리한 사람은 3명에 불과합니다.

이후 감염자들이 병원으로 옮기면서 폭발적으로 확산되기 시작하는데요.

결국 초기 1명 또는 소수에서 막을 수 있는 기회를 놓쳐버린 겁니다.

여러 병원을 전전하며 의사들을 만나는 환자들의 닥터쇼핑과 응급실과 중환자실까지 아무나 제재 없이 드나드는 병문안 문화가 여기에 촉매 역할을 했습니다.

빠른 확산의 연결고리였던 슈퍼전파자들의 특성도 확인됐습니다.

4명 이상에게 메르스를 전파한 슈퍼전파자는 모두 5명으로 확인됐는데, 전체 환자의 83.2%인 153명이 이들에게서 감염됐습니다.

슈퍼전파자 중 4명은 마스크를 전혀 쓰지 않아 주변인들이 무방비 상태로 노출됐습니다.

전파 경로와 관련해서는 침방울을 통한 비말감염이 가장 유력한 것으로 조사됐습니다.

하지만 119번 환자 등 일부의 경우 감염 경로가 여전히 불확실해 추가조사가 필요합니다.

뉴스 동영상과 기사 내용을 이용하여 사회적 문제에 대해 토론 수업을 진행할 수 있다.

보성고등학교 2015 STEAM 교육 자료집