II. 이론적 배경
4. DNA, 유전자, 단백질의 통합적 이해를 위한 분자생물학
4.1 정규 교실의 프로그램Ⅰ 적용 결과
프로그램Ⅰ은
ALDH
2 다형성 탐구 실험 수업 모듈의 일부인 모듈 2, 모듈 4, 모듈 6을 이공계열 학생들이 선택하는 생명과학Ⅱ 교과의 유전 자와 생명공학 단원과 연계하여 개발한 것이다. 2010년 적용 당시 제7차 교육과정인 생물Ⅱ 정규 교실의 고등학교 3학년 학생들에게 적용하였다.프로그램Ⅰ 수행 직후 설문지를 처리하여, 분자생물학 실험 경험이 없는 일반계 고등학생들도 수행 가능한지, 탐구 활동 자료로 활용될 가능성이 있는지를 중심으로 분석하였다.
4.1.1 일반계 고등학생들의 수행 가능성 분석 결과
생물Ⅱ 교실의 고3 학생들이 프로그램Ⅰ의
ALDH
2 다형성 탐구 실 험 수업 모듈 2, 4, 6을 이해하고 있는지 조사하였다. 학생들은 모듈 2, 모듈 4, 모듈 6에 대하여 ‘보통이다’ 이상으로 이해하기 쉬웠다는 응답이 각각 86.7%, 84.0%, 89.3%로 나타났다(표 Ⅳ-23). 그동안, 분자생물학 실 험이 고등학교 교실에서 수행하기 힘든 이유로서 제한된 수업시간이 지 적되어 왔다(김미경, 2008). 고3 학생들의 응답 결과로 보아 50분 수업 시간에 실험을 수행하는 것에는 어려움이 없으며, 프로그램Ⅰ이 일반계 고등학교 교실에 탐구 활동 자료로 활용될 수 있는 것으로 해석된다.각 수업 모듈에 대하여 긍정적으로 생각한 학생들의 의견을 조사하였 다. ‘그렇다 이상’으로 이해한다고 응답한 학생들의 그 이유에 대한 설명 을 범주화한 결과 <표 Ⅳ-24>와 같이 분석되었다.
탐구 실험 수업 모듈에 대해 이해가 높다고 서술한 학생들은 자신의 DNA를 직접 눈으로 관찰한 점, 그동안 경험해 보지 못한 젤 전기영동 기법에 대한 관심과 반복된 실험을 통한 숙련된 결과, 생물정보학에 대 한 흥미 등이 효과적으로 작용하였음을 알 수 있었다. 선생님의 설명 덕 분이라는 의견이 각각 18.1%, 22.2%, 24.2%로 나타나서 교사의 적절한 안내가 필요한 것으로 보인다.
<표 Ⅳ-23> 생물Ⅱ 정규 교실 탐구 실험 수업 모듈 이해
명(%)
모듈 매우
그렇지 않다 그렇지
않다 보통이다 그렇다 매우
그렇다 평균 합 2 0(0.0) 10(13.3) 36(48.0) 23(30.7) 6( 8.0) 3.3 75(100.0) 4 1(1.3) 11(14.7) 44(58.7) 16(21.3) 4( 4.0) 3.0 75(100.0) 6 0(0.0) 8(10.7) 34(45.3) 23(30.7) 10(33.3) 3.5 75(100.0) 모듈 2: 구강 상피 조직 세포 DNA 확인, 모듈 4: ALDH2 유전자 확인, 모듈 6: ALDH2 다형성 확인
<표 Ⅳ-24> 생물Ⅱ 정규 교실 탐구 실험 수업 모듈이 긍정적인 이유
명(%)
모듈 내용 학생수 합
2
DNA를 직접 볼 수 있어서 7(31.8)
22
선생님의 설명 덕분에 5(22.7)
전기영동 장치의 원리를 이해하여서 4(18.1) 실험이 생각보다 간단해서 3(13.7)
기타 3(13.7)
4
NCBI의 사이트가 도움이 되어서 8(44.4) 선생님의 설명이 쉬워서 4(22.2) 18
직접 관찰할 수 있어서 3(16.7)
기타 3(16.7)
6
선생님의 설명 덕분에 8(24.2)
33 전기영동 실험이 반복되어서 8(24.2)
잘려진 DNA 관찰이 흥미로워서 6(18.2)
의외로 쉽고 재미있어서 5(15.2)
실험 결과가 잘 나와서 4(12.1)
기타 2( 6.1)
모듈 4는 NCBI의 사이트를 활용한 수업이 이루어졌는데, 학생들의 응 답 중 NCBI 사이트에 대한 긍정적인 반응이 44.4%인 것으로 나타나 첨 단 생물학인 생물정보학에 대한 소개가 이루어 진 것으로 해석되었다.
하지만, 학생들이 NCBI 데이터베이스를 직접 검색하지 않고 교사가 검 색한 후 설명하는 방식이었으므로, 생물정보학에 대한 구체적인 활동을 하였다고 해석하기에는 힘든 점이 있다.
<표 Ⅳ-25> 생물Ⅱ 정규 교실 실험 기구 사용
명(%)
학년 매우
쉽지 않다 쉽지않다 보통이다 쉽다 매우
쉽다 합
3 3(4.0) 3(4.0) 20(26.7) 38(50.7) 11(14.7) 75(100.0)
<표 Ⅳ-26> 생물Ⅱ 정규 교실 다루기 힘들었던 실험 도구
명(%) 마이크로
피펫 교반기 원심분리기 작은튜브 전기영동
장치 없다 합
11(14.7) 3(4.0) 0(0.0) 3(4.0) 23(30.7) 35(46.6) 75(100)
학생들이 그동안 학교에서 다루어보지 실험 기구를 활용할 수 있었는 지, 실험 과정을 이해할 수 있었는지를 조사하였다.
‘실험 기구는 전반적으로 사용하기 쉬웠나요?’에 대하여, 65.4% 이상의 학생이 ‘보통이다’ 이상으로 쉬웠다라고 응답하였다(표 Ⅳ-25). 학생들이 기장 다루기 힘들었던 실험 기구를 선택하게 하였을 때, ‘없다’가 46.6%
로 가장 많이 나타났으며, 두 번째로 어려운 것은 전기영동 장치가 30.7%로 나타났다(표 Ⅳ-26).
학생들의 응답 결과로 보아, 분자생물학 실험 경험이 부족한 일반계 고등학생들도 분자생물학 실험 기구의 사용에는 어려움이 없는 것으로 해석된다. 분자생물학을 지도하고 있는 고등학교 생명과학 교사들의 인 식을 조사 연구에서 보여진 것처럼, 일반계 고등학교 교실에도 분자생물 학 실험에 기본적으로 사용되는 젤 전기영동, 마이크로피펫, 원심분리기 등의 실험 기구가 갖추어지면 실험을 통한 분자생물학 수업이 가능할 것 이라고 생각된다.
4.1.2 정규 교실 탐구 활동 자료로서의 활용 가능성 분석 결과
유전자와 생명공학 단원과 연계하여 개발한 프로그램Ⅰ이 생물Ⅱ 정규 교실의 구체적인 탐구 활동 자료로 활용될 수 있는지를 살펴보았다.
설문지를 통하여 DNA, 유전자, 단백질의 관계 이해, 분자생물학 분야 과학적 소양 함양, 교과와 진로 분야에 대한 흥미 향상을 중심으로 분석 하였다. 생물Ⅱ 정규 교실 학생들의
ALDH
2 다형성 탐구 실험 수업 모 듈에 대한 이해와 생물Ⅱ 교과의 1학기말 성적, 수능 선택 과목 즉, 생물Ⅰ, 생물Ⅱ 선택과의 상관관계를 분석하였다.
‘DNA, 유전자, 단백질의 관계를 이해하기 쉬웠나요?’에 대한 학생들의 응답을 조사하였다. 학생들의 94.7%는 ‘보통이다’ 이상으로 쉬웠다로 응 답하였다(표 Ⅳ-27).
생물Ⅱ 교실 학생들은 유전자와 형질 발현을 학습하면서 DNA, 유전 자, 단백질의 관계에 대하여 학습하였지만, 세 물질의 관계에 대해 추상 적인 개념을 가지고 있는 경우가 많다(김은주, 2001; 정영란, 김은주, 2002; Lewis & Kattmann, 2004; Lewis & Wood-Robinson, 2000). 학생 들이 모듈 2로 자신의 구강 상피 조직에서 추출한 DNA를, 모듈 4로
ALDH
2의 일부 유전자 DNA를 가시적으로 확인하였고, 젤 전기영동 결 과 나타난 DNA 밴드의 크기를 비교하면서 DNA와 유전자의 관계를 구 체적으로 학습할 수 있다. 모듈 6에서ALDH
2의 유전자 DNA에 제한 효소를 처리한 DNA를 젤 전기영동 하였을 때 나타난 DNA 밴드가 사 람마다 다르다는 것을 확인하면서, DNA의 염기 조성이 사람마다 다르 다는 DNA 다형성을 구체적으로 확인할 수 있다. 또한, NCBI의ALDH
2 의 입체 구조와 비교하면서 유전자 DNA의 차이가 단백질의 차이를 가 져오며, 그로 인해 형질에 차이를 가져올 수 있다는 것을 학습할 수 있 다. 즉, 교과 내용의 전개 순서에 따라 적용한 프로그램Ⅰ이 DNA, 유전 자, 단백질의 관계를 이해하는 데 도움이 된 것으로 해석된다.<표 Ⅳ-27> 생물Ⅱ 정규 교실 DNA, 유전자, 단백질 관계 이해
명(%)
학년 매우
쉽지 않다 쉽지
않다 보통이다 쉽다 매우
쉽다 합
3 0(0.0) 4(5.3) 20(26.7) 43(57.3) 8(10.7) 75(100.0)
<표 Ⅳ-28> 생물Ⅱ 교실 실생활 분자생물학 분야에 대한
관심과 흥미 향상 명(%)
학년 매우
그렇지 않다 그렇지
않다 보통이다 그렇다 매우
그렇다 합
3 2(2.7) 13(17.3) 21(28.0) 28(37.3) 11(14.7) 75(100.0)
생물Ⅱ 교실 학생들이 프로그램Ⅰ을 통하여 일상생활의 분자생물학 내 용에 대하여 관심을 가지게 되었는지를 조사하였다.
‘TV, 인터넷, 신문 등에 나타난 분자생물학 관련 내용에 대하여 흥미 와 관심이 높아졌나요?’에 대하여 80.0% 이상이 ‘보통이다’ 이상으로 그 렇다라고 응답하였다(표 Ⅳ-28).
학생들이 직접 자신의 DNA를 재료로 하여 젤 전기영동으로 확인하는 프로그램Ⅰ의 구체적인 탐구 활동을 통하여 DNA를 중심으로 하는 분자 생물학 분야에 대하여 관심과 흥미가 생긴 것으로 해석된다.
이로 보아, 프로그램Ⅰ이 분자생물학 분야의 과학적 소양 함양을 위한 동기 유발 학습 자료로 효과적으로 사용된 것으로 해석된다.
생물Ⅱ 정규 교실 학생들이 탐구 실험 수업 모듈을 수행하면서 생물 관련 전공 및 진로 선택에 영향을 주었는지 조사하였다.
‘생물 관련 전공 및 진로 선택에 영향을 주었나요?’에 대하여 82.7%의 학생들이 ‘보통이다’ 이상으로 그렇다라고 응답하였다(표 Ⅳ-29).
<표 Ⅳ-29> 생물Ⅱ 정규 교실 생물 관련 전공 및 진로 선택 영향
명(%)
학년 매우
그렇지 않다 그렇지
않다 보통이다 그렇다 매우
그렇다 합
3 2(2.6) 11(14.7) 26(34.7) 26(34.7) 10(13.3) 75(100.0)
학교에서 과학 분야의 진로 교육이 이루어 질 수 있는 시간은 진로와 직업 교과, 과학 교과, 방과후 학교, 과학 동아리 시간이다. 과학 교과 시 간에는 학습 내용과 관련 있는 과학자 소개, 진로 분야 소개 등을 통하 여 주로 읽기 자료에 의한 진로 교육이 이루어지고 있어, 구체적인 진로 탐색이 이루어지기에는 현실적인 제약점이 많다. 분자생물학 관련 진로 분야는 분자생물학에 대한 구체적인 개념이 형성되어 있지 않으면 어떠 한 분야인지 구체적으로 이해하기가 쉽지 않다. 생물Ⅱ 교실 학생들의 응답 결과로 보아, 마이크로피펫, 젤 전기영동 등 분자생물학 실험 기기 를 직접 다루고 DNA를 직접 처리하는 활동을 통하여, 생물 관련 전공 에 대한 관심이 높아진 것으로 해석된다. 이로 보아, 프로그램Ⅰ이 일반 계 고등학교 교실의 과학 분야 진로 탐색 자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다
프로그램Ⅰ이 생명과학Ⅱ의 유전자와 생명공학 단원의 탐구 활동 자료 로 활용될 수 있는지를 살펴보았다. 생물Ⅱ 교실의 고3 학생들의 탐구 실험 수업 모듈 2, 4, 6에 대한 이해와 생물Ⅱ 교과 1학기말 성적, 수능 선택 과목 생물Ⅰ, 생물Ⅱ 선택 여부와의 상관관계를 분석하였다(표 Ⅳ -30).
<표 Ⅳ-30> 생물Ⅱ 정규 교실 탐구 실험 수업 모듈에 대한 이해와 생물Ⅱ 교과 성적, 수능 선택과목 상관관계 분석
N: 75명 1학기말생물Ⅱ성적 생물Ⅰ선택 생물Ⅱ선택 모듈 2 모듈 4 모듈 6 모듈 2 .204 -.115 .147 1 .451** .478**
모듈 4 .194 .072 .257* .451** 1 .525**
모듈 6 .360** .058 .281* .478** .525** 1
** p<.01, * p<.05
상관관계 분석 결과, 탐구 실험 수업 모듈 6에 대한 이해와 1학기말 생물Ⅱ 성적, 수능 과목 생물Ⅱ 선택과의 상관계수가 각각 0.360(
p<
.01), 0.281(p<
.05)로서 보통 수준의 상관관계를 분석되었다. 또한, 모듈 4에 대한 이해와 수능에서의 생물Ⅱ 선택과의 상관계수도 0.257(p<
.05)로서 상관관계가 보통 수준으로 나타났다. 상관계수는 모두 0.20 이상, 0.40 미 만의 값으로 사회 과학 분야인 교육 분야에서 유의미한 비례관계로 분석 할 수 있다(우수명, 2002; Rea & Parker, 2005). 이로 보아, 학생들은 DNA와 유전자의 관계 등을 확인한 모듈 4와 DNA, 유전자, 단백질의 관계, 대립 유전자 등의 개념을 확인한 모듈 6에 대한 이해가 높을수록 생물Ⅱ 성적이 높고, 수능 과목으로서도 생물Ⅱ를 선택한 것으로 해석하 였다. 이러한 결과는 모듈 4와 모듈 6이 생물Ⅱ 정규 교실의 유전자와 생명공학 단원 탐구 활동 자료로 활용될 가능성이 있음을 시사해준다.프로그램Ⅰ을 구성하는 모듈 2와 모듈 4, 모듈 4와 모듈 6, 모듈 2와 모듈 6의 상관계수는 각각 0.451, 0.525, 0.478로서 상관관계가 높은 것으 로 나타났다(