다양한 방법의 모의 유전 실험

2019 대한민국과학교사큰모임 발표자료입니다. 다른 곳에 인용하실 때는 반드시 출처를 밝혀 주시기 바랍니다.

부산 금정고등학교 송혜진

Ⅰ. 2015 개정교육과정 유전단원 부분의 학생 참여형 수업

2015 생명과학 개정교육방향은 창의융합인재 양성을 위해 인문・사회・과학기술에 대한 기초 소양을 함양하는 교육과정이다. 2015 개정 교육과정은 문・이과 칸막이를 해소함과 동시에 고등학교를 포함한 초・중등교육 전반에 걸쳐 기초 소양을 균형 있게 함양할 수 있도록 교육과정을 개발하는 것에 중점을 두었다. 학생의 학습의 질 개선을 최우선의 목표로 학생들이 배움의 즐거움을 경험하면서 자신의 꿈과 끼를 발휘할 수 있도록 하는 데 있다. ☞ 유전단원 부문의 성취기준 및 학생 참여형 수업방법

[12생과Ⅰ04-01]염색체, 유전체, DNA, 유전자의 관계를 이해하고, 염색분 체의 형성과 분리를 DNA 복제와 세포 분열과 관련지어 설명할 수 있다. [12생과Ⅰ04-02]생식 세포 형성 과정에서 일어나는 염색체의 조합을 이해하고, 이 과정을 통해 유전적 다양성을 획득할 수 있음을 설명할 수 있다. [12생과Ⅰ04-03]사람의 유전 현상을 가계도를 통해 이해하고, 상염색체 유전과 성염색체 유전을 구분하여 설명할 수 있다. [12생과Ⅰ04-04]염색체 이상과 유전자 이상에 의해 일어나는 유전병의 종류와 특징을 알고, 사례를 조사하여 발표할 수 있다. <탐구 활동>

  • 핵형 분석 활동하기
  • 유전 형질이 자손에게 전달되는 과정을 재연하는 역할 놀이
  • 생식 세포 형성 시 유전적 다양성 획득 과정을 염색체 모형으로 모의 활동을 하기
  • 산소가 유리되었을 때 낫형 적혈구의 막 변형 현상을 확인하는 모의 활동을 하기
  • 가계도에 근거한 특정 형질의 유전적 특성 파악하기

 

Ⅱ. 다양한 유전 모의 실험방법

 

외계인 만들기 (출처: 동아출판사)

  1. 유전자형의 선택을 통해 몸통과 눈, 코, 머리카락의 모양의 다른 형질의 자손이 나오는 것으로 마시멜로우를 이용해 직접 표현형을 만들어 보는 활동
  2. 유전자의 우열관계에 따라 표현형이 어떻게 나타나는 가를 알아보면서 유전 형질이 생식세포의 형성과정을 통해 자손에게 전달되는 것을 확인해보는 활동으로 학생들의 흥미를 높임.
    형질 유전자형 표현형 재료
    몸통 XY 두 부분 마시멜로, 이쑤시개
    XX 세 부분
    눈 BB, Bb 한 개 눈알 붙임 딱지
    bb 두 개
    코 DD 파란색 핀
    Dd 초록색
    dd 노란색
    머리카락 CC, Cc 초록색 털실
    cc 빨간색
    꼬리 모양 RR, Rr 굽은 꼬리 모루
    rr 직선 꼬리
    꼬리 길이 TT, Tt 긴 꼬리 모루
    tt 짧은 꼬리

 

외계인 자손 만들기 번호 : 이름 :

  1. 준비물 외계인 염색체 모형. 가위, 마시멜로 , 이쑤시개 , 눈알 붙임 딱지, 핀, 털실 모루, 양면테이프가. 준비물
  2. 실험목표 모의 활동을 함으로써 유전 형질이 자손에게 전달되는 과정을 설명할 수 있다.
  3. 과정
    1. 다음 유전 정보를 토대로 부모 외계인의 형질을 표에 기록하자.
      형질 유전자형 표현형 재료
      몸통 XY 두 부분 마시멜로, 이쑤시개
      XX 세 부분
      눈 BB, Bb 한 개 눈알 붙임 딱지
      bb 두 개
      코 DD 파란색 핀
      Dd 초록색
      dd 노란색
      머리카락 CC, Cc 초록색 털실
      cc 빨간색
      꼬리 모양 RR, Rr 굽은 꼬리 모루
      rr 직선 꼬리
      꼬리 길이 TT, Tt 긴 꼬리 모루
      tt 짧은 꼬리
      구분 몸통 눈 코 머리카락 꼬리 모양 꼬리 길이
      부 유전자형
      표현형
      모 유전자형
      표현형
    2. 부모 외계인의 염색체 모형을 접어 생식세포를 만들자.
    3. 생식세포를 한데 섞어서 모의 수정을 해 보자.
    4. 과정 4의 결과를 정렬하여 첫째 외계인 자손 염색체의 유전자형과 표현형을 표에 기록하고, 모의 수정을 한 번 더 하여 둘째 외계인 자손의 염색체를 구성하고 그 유전자형과 표현형을 기록하자.
      구분 몸통 눈 코 머리카락 꼬리 모양 꼬리 길이
      첫째 유전자형
      표현형
      둘째 유전자형
      표현형
    5. 기록된 표현형을 바탕으로 해당 형질을 가진 외계인 자손을 만들어 보자.
  4. 학생작품 예시

 

유전형질 역할 놀이 (출처: 비상교육 )

유전형질이 전달되는 과정을 재연하는 역할 놀이로 유전자형의 종이막대를 던져서 선택되어지는 유전자형으로 자손의 형질을 표현해보는 활동이다.

염색체 (가) (나) (다) (라) (마) (바)
형질 눈꺼풀 이마선 보조개 귓불 모양 머리카락 적록 색맹
대립 형질 우성 열성 우성 열성 우성 열성 우성 열성 우성 열성 우성 열성
쌍꺼풀 외까풀 V자형 일자형 있음 없음 분리형 부착형 곱슬 머리 곧은 머리 정상 적록 색맹
대립 유전자 A a B b D d E e F f R r

 

< 학습지 > 번호 : 이름 :

  1. 문제 인식 사람의 유전 형질은 부모에게서 물려받은 염색체에 있는 유전자로 결정된다. 생식 과정에서 부모의 유전자는 자손에게 어떻게 전달되며, 자손은 어떤 형질을 나타낼까?
  2. 탐구 과정
    1. 두 명이 모둠이 되어 각각 부록 염색체 모형을 가위로 오려 낸다.
    2. 아버지 역할을 하는 사람은 상염색체 (가)∼(마) 5쌍과 성염색체 XY를 가지고, 어머니 역할을 하는 사람은 상염색체 (가)∼(마) 5쌍과 성염색체 XX를 가진다.
    3. 제시된 표를 참고하여 부모의 표현형과 유전자형을 임의로 정한 후, 염색체 모형의 가운 데 빈칸에는 대립유전자를 쓰고, 아래쪽 빈칸에는 부 또는 모를 쓴다.
    4. 자신이 가진 염색체 모형을 접어서 붙인 후 무작위로 던져 염색체 모형에서 위로 나온 면을 정자와 난자의 염색체 구성으로 한다.
    5. 과정 D에서 결정된 정자와 난자의 염색체를 상동 염색체끼리 짝 짓는다.
    6. 과정 E에서 나온 결과를 첫째 아이의 표현형과 유전자형으로 기록한다.
    7. 과정 D, E를 한 번 더 반복하여 둘째 아이의 표현형과 유전자형으로 기록한다.
  3. 결과
    1. 과정 C에서 정한 부모의 표현형과 유전자형을 표에 써 보자.
      염색체 (가) (나) (다) (라) (마) 성염색체
      형질 눈꺼풀 이마선 보조개 귓불 모양 머리카락 적록 색맹
      아버지 표현형
      유전자형
      어머니 표현형
      유전자형
    2. 과정 F와 G에서 나온 첫째 아이와 둘째 아이의 표현형과 유전자형을 표에 써 보자.
      자녀 형질 눈꺼풀 이마선 보조개 귓불 모양 머리카락 적록 색맹
      첫째 아이 표현형
      유전자형
      둘째 아이 표현형
      유전자형
    3. 첫째 아이와 둘째 아이의 형질을 그림으로 그려 보자. 적록 색맹 여부도 다른 사람들이 이해할 수 있도록 적절히 표현한다.
      첫째아이 둘째아이
      성별 : 성별:

 

울브린과 미스틱의 자녀들 ( 개발자 : 송혜진 )

부모의 유전 형질이 자손에게 전달되는 과정을 영화 속 주인공을 대상으로 하여 재미있게 구성해 보았다.

학교급 고등학교 학년/학년군 고 2
과목 생명과학1 영역(내용) Ⅳ. 유전
수업주제 염색체 모형을 이용한 모의유전
성취 기준 12생과Ⅰ04-02] 생식 세포 형성 과정에서 일어나는 염색체의 조합을 이해하고, 이 과정을 통해 유전적 다양성을 획득할 수 있음을 설명할 수 있다.
교과 역량 정보 활용 능력, 창의성, 의사소통 및 협업 능력, 문제 해결력 및 의사 결정력
수업 방법 모둠별 협동학습, 모둠별 토의 토론 수업
수업모형 모형제작을 통한 협동학습

☞ 학습단계에 따른 교수학습 활동 내용

학습 단계 교수･학습 활동 평가 계획
【1차시】 유전의 기본원리 ◦ 상염색체 유전. 성염색체 유전 유전에 대한 기본 개념 수업 모둠활동지 평가 발표
【2차시】 모의 실험 수행 ◦ 염색체 모형을 이용한 사람의 유전 현상에 대한 모의실험 수행 – 감수 분열을 통한 대립 유전자의 분리에 대한 모의실험 수행 – 수정에 의해 대립 유전자가 합쳐지는 과정의 모의실험 수행 – 감수 분열을 통한 생식 세포의 수정에 의해 자손의 유전자형이 다양해질 수 있음을 확인하는 모의실험 수행 및 결과 발표 모둠활동 학생 작품제작 활동
【3차시】 유전현상 표현하기 및 유전자 치료관련 글쓰기 ◦ 유전현상 표현하기 / 맞춤형 아기에 관한 자기 생각 쓰기 글쓰기 평가

 

<실험 안내 학습지> 울브린과 미스틱의 자녀들 번호 : 이름 :

  1. 실험 과정
    1. 2명씩 짝을 지어 남녀의 역할을 정하고 감수 분열을 통한 염색체 행동에 대해 간단히 상기한다. 남자 역할을 하는 사람은 상염색체 4쌍과 성염색체 XY를, 여자 역할을 하는 사람은 상염색체 5쌍과 성염색체 XX를 가진다.
    2. 상염색체에 의해 유전되는 형질 6가지와 성염색체에 의해 유전되는 형질 1가지에 대한 유전자형을 임의로 정한다. (단 , 피부색과 피부돌기는 연관되어 있다.)
      형질 머리색 손가락 눈 색 피부색- 피부돌기 (연관) 이마선 적록색맹
      표현형 검은색 붉은색 손톱갈퀴 갈퀴없음 노란 흰색 갈색- 매끈 파란 – 돌기 V자형 일자형 정상 색맹
      유전자형   표시하기 BB또는 Bb bb RR 또는 Rr rr EE/ Ee ee MM DD/ MmDD/ MmDd mm dd TT 또는 Tt tt XX 또는 XXˊ XˊXˊ X’Y
      각각 생식세포를 뽑아낼 경우 막대기의 양면활용 후 던져서 생식세포 선택시

 

<학생용 보고서> 울브린과 미스틱의 자녀들 번호 : 이름 :

  1. 부모의 형질을 보고 유전자형을 표시해보자.
    아버지- 울버린 어머니- 미스틱
    염색체 머리색 (가) 손가락 (나) 눈색 (다) 피부색- 피부돌기 (라) 이마선 (마) 성염색체 (적록색맹)
    형질
    울버린 표현형
    유전자형
    미스틱 표현형
    유전자형
  2. 막대를 이용하여 선택해서 나온 첫째 아이와 둘째 아이의 표현형과 유전자형을 표에 써 보자.
    자녀 형질 머리색 손가락 눈색 피부색- 피부돌기 이마선 적록 색맹
    첫째 아이 표현형
    유전자형
    둘째 아이 표현형
    유전자형
  3. 첫째 아이와 둘째 아이의 형질을 그림으로 그려 보자. 적록 색맹 여부도 다른 사람들이 이해할 수 있도록 적절히 표현한다.
    첫째아이 둘째아이
    성별 : 성별:
  4. 해석하기
    1. 막대기를 같은 색깔 별 로 2개를 준비하는 이유는 무엇인가?
    2. 컵에 들어 있는 막대기를 하나씩 뽑는 행동은 무엇을 의미하는가?
    3. 막대기를 짝짓는 것은 무엇을 의미하는가?
    4. 피부색과 피부돌기의 유전자는 항상 함께 움직인다. 이것이 의미하는 것은 무엇인가?

 

맞춤형 아기에 대한 나의 생각 글쓰기 번호 : 이름 :

☞ 다음은 맞춤형 아기에 관한 내용이다.

희귀 혈액질환이나 암 등을 앓고 있는 자녀를 치료하기 위해 줄기세포 기술을 응용하여 태어난 아기다. 자녀의 세포와 완전 일치하는 줄기세포를 얻기 위해 시험관 수정을 통해 맞춤 아기를 임신하여 낳고, 그 아기로부터 줄기세포를 얻어 희귀 질병을 치료하는 방법이다. 2000년에 유전질환을 앓고 있는 6살 여아에게 골수를 이식하기 위해 아담이라는 맞춤 아기가 탄생하였고, 아담의 탯줄 혈액을 골수에 이식한 여아는 정상적인 생활을 할 수 있게 되었다. 이 사실이 알려지자 맞춤아기에 대한 긍정론과 비판론이 제기되면서 논란이 일어났다.

맞춤형 아기에 관해서는 많은 윤리적 논란이 있다. 맞춤형 아기에 관한 자기의 생각을 써보자.

 

Ⅲ . 염색체 모형 ( 생식세포 )

  1. 외계인 모형 염색체(출처: 동아출판사 교과서)
  2. 역할놀이 모형 염색체 (출처: 비상교육 교과서) (울버린과 미스틱의 자녀들 활용가능)