16. 톡톡튀는분자! 한소영 ( 삼산고 ), 김미경 ( 인천중 ), 임익섭 ( 숭덕여중 ) φ 실험 1. 보다간단히

탁구공자석수 ( 자석면 ) 수량합 백색 황색 1개 (A면) 4 1개 (B면) 4 2개 (A, B면 ) 2 3개 (A면 2개, B면 1개 ) 1 4개 (A면 2개, B면 2개 ) 3 8 6

실험 2. 보다간단히 필요한것들 탁구공 ( 지름 40mm), 나무틀 (109.5 간격으로위치가표시되어있음 ) 원형접착식벨크로 ( 지름 15mm)- 보들이 ( 파란색 ), 까칠이 ( 빨간색 ) 벨크로테이프에서부드러운면을가진쪽을 보들이, 거친면이있는쪽을 까칠이 라고정한다. [ 그림 19] [ 그림 20]

[ 그림 21] [ 그림 22] [ 그림 23] [ 그림 24] [ 그림 25] [ 그림 26] [ 그림 27]

[ 그림 28] [ 그림 29] [ 그림 30] [ 그림 30] [ 그림 32]

17. 과학수사 PBL 프로그램 안인영경기도중등과학과교육연구회 ( 석호중학교, preciousiy@hotmail.com) 1. 창의적문제해결 교육과정명칭 < 우리나라과학교육의변천 > 제 7 차교육과정 2007 개정교육과정 2009 개정교육과정 교육목적 STS 소양, 의사결정력 STS 소양, 의사결정력, 창의성 과학과 교육과정 목표 자연현상과사물에대하여흥미와호기심을가지고, 과학의지식체계를이해하며, 탐구방법을습득하여올바른자연관을가진다. 자연현상과사물에대하여흥미와호기심을가지고탐구하여과학의기본개념을이해하고, 과학적사고력과창의적문제해결력을길러일상생활의문제를창의적이고과학적으로해결하는데필요한과학적소양을기른다. 우리나라과학교육의변천을보면알수있듯이, 앞으로의과학과교육과정은기존 의제 7 차과학과교육과정에비해창의성신장을위한과학교육을강조하고있다. 지식기반사회에서창의성을추구하는것은과학교과만이아니라모든교과에서 추구해야할과제라고할수있다. 이러한측면에서차기과학과교육과정에서창의 성을강조하는것은당연하다고할수있다. 교육과정의성격, 목표, 내용, 교수 학 습방법, 평가등의각부분에서그중요성이강조되고있는창의성신장을위한 교육은실제학습지도에서도핵심이되어야할것이다. 2. 과학수사 PBL(Problem-based learning) 프로그램 PBL(Problem-based learning) 은문제중심학습또는문제기반학습으로학생들이문제상황을통해문제해결능력과더불어문제해결과관련된지식을습득할수있도록하는교수방법이다. 창의성신장과과학적탐구능력신장이앞으로의과학교육에서궁극적인학습목표로중요시되는변화에따라새로운목적에부합되는새로운수업체제가요구되는데, 이를충족시키는데에가장적합한학습형태가바로문제중심학습 (PBL) 이다. 문제를해결하는과정에서기본적인지식이나기능을보다확실하게이해할수있을뿐만아니라, 지식의단순암기나반복연습에서벗어나비판적사고나의사결정, 창의적사고등과같은높은수준의정신기능을키울수있기때문이다. 또한문제제시단계에서과학적인요소를가지고있으면서도 TV 프로그램에서

인기를얻고있는 CSI( 과학수사대 ) 의요소를이용하여학생들의호기심과흥미를증진시키게될것이다. 과학수사를이용한학습은실생활에서일어날수있는상황을제시하여창의력과문제해결력을증진시키며, 과학자의역할을학생들이직접수행하면서문제의연관성과의미를해석하여결과물을얻어내는과정을체험할수있다. 3. PBL 적용수업예시 < 생물 1> CSI 과학수사대. 용의자를찾아라! 사건발생 (CSI 영상재생 ) 여러분이과학수사요원이되어서팀원내의용의자를찾아봅시다.

<7차-중2, 개정-중3> 점한개의차이도크로마토그래피면찾아낼수있어! CSI. 용의자를찾아라! 탐구활동지 팀 팀장 : 팀원 : 2학년 반 번이름 실험과정기록 1. 나의혈액형판정결과를그려보세요. anti-a anti-b anti-d 나의실 험결과 2. 나의혈액형은? 수사결과 1. 팀원의혈액형을기록하시오. 2. 용의자로추정되는사람은? 수신자 ( 경유 ) 제목 수신자참조 문서감정요청 문서감정요청 1. 당신은법의학자이며현재국립과학수사연구소에서일하고있습니다. 당신의 부서인문서영상과에서는필적, 인쇄물, 위조지폐, 불명문자의판독, 날인, 선 후 작성여부및잉크색재분석등범죄와관련된문서에관한감정업무를 수행합니다. 2. 최근에 A 씨집에서범죄사건이발생하였습니다. 피의자 A 씨는현재사건의충 격으로사건에대한기억을상실했습니다. 여러정황으로보아가장유력한용의자 는인터넷선을연결하는일을하는 B 씨입니다. B 씨는 A 씨집근처에서인터넷선을 정비하는작업을하고있었을뿐사건과는관련이없다고주장합니다. 또한 B 씨는 자신의알리바이로그의작업일지를제출하였습니다. 그의작업일지의날짜는 2008 년 10 월 18 일로되어있습니다. B 씨가일하는 ET 통신의관계자에따르면토 요일에기술자가일하는경우는매우드문일이라고합니다. 인터넷선연결작업이 아니라면 B 씨는 A 씨집근처에가야할이유가없습니다. 3. ET 통신에서는작업기술자에게작업일지를작성하기위한볼펜을제공해왔습 니다. 10 일이후회사내부사정으로볼펜의공급이중단되었으며기술자들은자신 의펜을사용해왔습니다.

4. 당신은 B씨가문서의날짜를위조했다는것을밝혀내야합니다. 당신에게는 ET통신에서작업기술자에게제공했던볼펜1과 B씨의작업일지, B씨가가지고다니던펜이주어졌습니다. 이사건을해결하고난후당신은문서감정결과에대해 10~15분정도의브리핑을하여야합니다. 국립과학수사연구소 000 연구원 수신자 별첨자료 안산시경찰서장 1. 문서감정관련실험방법 내용 결과분석방법 주임 출판과장 출판부장 학회장 시 접 행국립과학수사연구소 수석호중학교 우 000-000 안산석호중학교 따르르릉 ~ 2010년 11월 6일아침, 어젯밤늦게까지중학교 3학년인조카의달관찰하기숙제를함께도와주고늦잠을자고있던명탐정코난에게안산시경찰서장님으로부터한통의전화가걸려왔습니다. 날세. 어젯밤, 그러니까 2010년 11월 5일, 석호아파트에서절도사건이발생했어. 사건은밤 11시경발생했는데우리가신고를받고현장에출동했을때는밤 12시였네. 밤새도록주변사람들을조사한결과우리는천명, 덕만, 미실, 유신네사람을용의자로지목했지. 그런데이사람들이모두자기가범인이아니라고주장을한단말일세. 자네, 이사람들중에서누가이사건의범인인지찾아낼수있겠나? 자네의도움이필요하네. 안산시경찰서장님의다급한전화를받은명탐정코난은서장님이보내온범인들의 진술서를보고큰고민에잠겼습니다. 하지만갑자기어젯밤조카의책상위에놓여 있던달의위상이그려진달력이생각난코난은빙그레회심의미소를지었습니다. 다음은용의자로지목된천명, 덕만, 미실, 유신씨의진술서입니다.

< 중 3> 완전범죄? 달부터공부해! 명탐정코난이지목한이사건의범인은누구일까요? 어젯밤 10 시 50 분쯤집을나서서친구와함께달을구경하려고뒷산에갔어요. 달이잘보이진않았지만상현달을구경하고집에돌아오니 11 시 30 분이었던 걸로기억해요. 문도꼭잠궈두고나갔었는데... ㅠ - 집주인천명씨 어젯밤방에서시험공부를하는데아랫집에서이상한소리가나는거예요. 그때가 11시 15분이였어요. 너무시끄러워서밖을내다보았는데달이뜨지않았는지너무어두워서아무것도보이지않았어요. 11시 35분쯤되니까조용해지길래다시공부하기시작했죠. - 윗집주민덕만씨 어젯밤집으로돌아가는길이었어요. 그때가 11시 10분쯤이었는데집가까이왔을때어떤사람이갑자기골목에서달려나오더라고요. 가로등이없어서그골목은어둡지만달빛으로그사람얼굴을볼수있었어요. 윗집 D씨같았는데... 어제무슨달이었냐구요? 상현달이었어요. 확실해요. - 옆동사는미실씨 전어제 10시까지밖에서놀다가들어와서너무피곤해서곤히자다가경찰이문을두드리는소리에깼어요. 경찰이왔을때가밤 12시 30분경이었어요. 그때제방창문으로밖을봤는데달이떴었는지는기억이잘안나요. 어제본달의모양이요? 상현달? 하현달? 아무튼반달모양이었어요. - 옆집주민유신씨 4. 개선점 1 ' 문제 의문제 : PBL에적합한 문제 가다양하게만들어져있지않고, 교사가직접문제를만들기위해서는많은시간과노력이소요된다. 2 PBL에대한학생들의부담감과불안감 : 학생들은새로운학습방법에서다루는내용들이많고, 다른수업방법보다더많은시간을투자해야하며기존의수동적인자세에서능동적으로학습을주도해야하는역할변화에대해부담감을느끼게되고, 성적에대한불안감을가지게된다. 3 교육과정에의한제한점 : 학교에서는정해져있는시간표때문에수업시간에제한을받게된다. 4 PBL에대한평가기준미비 5. 참고문헌 [ 제 7차교육과정 ] 과학과교육과정해설서 [2007 개정교육과정 ] 과학과교육과정해설서 [2009 개정교육과정 ] 과학과교육과정해설서

18. 무한돌이, 무한팽이 Ⅱ 울산과학교육연구회 선암초등학교교사정혁 1) 프로그램의개요구리선에전류가흐르면구리선주위에자기장이생기는데, 이때그주위에놓인자석은구리선으로부터힘을받는다. 실험에서자석이전류가흐르는구리선으로부터힘을받는것을이용하여자석이돌아가도록하며자기장속에서전류가받는힘인 전자기력 을이용하여자석팽이를돌아가게한다. 즉, 자석에의한자기장과전류에의한자기장의영향으로자석팽이를돌아게가하는힘이생기는데, 이힘이 전자기력 이다. 2) 과학적배경및연계되는교과내용 < 중등 3-Ⅱ 일과에너지 > < 중등 3-Ⅵ 전류의작용 > 3) 준비물 리드스위치, 실패, 애나멜선, LED, 건전지, 건전지끼우개, 고무캡, 커넥터 ( 전선포함 ), 뚜껑있는컵, 자석, 이쑤시개, 수축튜브, 사포 4) 실험방법 A-1 [ 발전기 ( 전동기 ) 만들기 : 실패에애나멜선감기 ]

A-2 [ 발전기 ( 전동기 ) 만들기 : 다이오드에커넥터와전선연결하기 ]

A-3 [ 발전기 ( 전동기 ) 만들기 : 다이오드 / 스위치 / 실패연결하기 ] A-4 [ 발전기 ( 전동기 ) 만들기 ]

B-1 [ 팽이만들기 ] C-1 [ 완성된무한팽이 ]

5) 원리설명 자석은왜철을끌어당길까? - 자석을이루고있는작은알갱이들은서로같은방향으로정렬되어있기때문에자석이가까워지면끌어당겨서붙습니다. - 철은자석에가까워지면 ( 자석의자기장내에들어오면 ) 철안의알갱이들이자석알갱이들과같이같은방향으로정렬하여자석의성질을가지게됩니다. 따라서철로된물질에자석을가까이가져가면철이자석에붙게됩니다. - 자석에붙지않는물질은자석을가까이가져가도철처럼자석에의해움직이는알갱이들을가지고있지않으므로자석의성질을가지지않아자석에붙지않습니다. 전류에의한자기장자기장은자석에의해서만생기는것이아니라, 전류가흐르는도선주위에도생긴다. 이러한사실은 1820년덴마크의물리학자외르스테드에의하여발견됨으로써, 자기현상과전기현상이독립적인현상이아니라서로밀접한관련이있는것으로밝혀졌다. 그리고도선에전류가흐를때뿐만아니라방전과같이전기현상이일어날때도자기현상이생기고, 이자기장에의해서나침반의바늘이움직이거나철가루가자기장의방향에따라일정한모양으로배열되게된다. 리드스위치 (LEED S/W) 란? 일명마그네트스위치 (Magnet S/W) 라고도부르는스위치이며, 자계 ( 자석혹은전자석 ) 에의해서접편 ( 로듐 (RH) 또는류테늄 (RU) 등으로도금 ) 이붙고 / 떨어지는스위치이다. 즉리드스위치가까이자석을가져가면 Lead의자성체접점이서로다른극 (N/S) 으로자화되면서끌어당겨붙게되는스위치이며자장 ( 자석 ) 을멀리하면접편탄성에의해원래대로복귀되어접점이떨어진다.

플레밍의왼손법칙전류가흐르고있는도선에대해자기장이미치는힘의작용방향을정하는법칙이다. 전류가흐르는도선하나하나의부분이자기장에의해서받는힘은왼손의중지를전류가흐르는방향으로, 검지를자기력선의방향으로향하게하여, 이것들에대해수직으로편엄지가가리키는방향으로작용한다. 단, 전류와자기장의방향이평행일때는이와같은힘은작용하지않는다. 6) 생활속의전자기력 전동기전류가흐르는도체가자기장속에서받는힘을이용하여전기에너지를역학적에너지로바꾸는장치이다. 일반적으로모터 (motor) 를말한다. 전원의종류에따라직류전동기와교류전동기로분류되며, 교류전동기는다시 3상교류용과단상교류용으로구분된다. 오늘날에는 3상교류용전동기를주로사용하고있다. 오로라태양에서방출된대전입자 ( 플라스마 ) 의일부가지구자기장에이끌려대기로진입하면서공기분자와반응하여빛을내는현상. 북반구와남반구의고위도지방에서흔히볼수있다. 자기력을이용하는생물들박테리아는몸속에자철광이있어 N극방향으로움직인다. 또한비둘기는뇌안에작은나침반이들어있어방향을구분할수있다. 그외원숭이, 돌고래, 연어, 참치, 상어, 조개등이몸속에나침반과같은조직을포함하고있는것으로밝혀졌다.

19. 비즈로만드는모형박테리오파지 T4 한영수 부천과학교사실험연구회

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Ⅱ

20. 아름다운분자, DNA! 정계숭 ( 영화여정보고 ), 박현우 ( 인천해사고 ) 이화춘 ( 연성중 ), 박상대 ( 숭덕여고 ) 탁구공 DNA 탁구공으로 DNA를나타내면어떨까? DNA를탁구공으로나타낼수있을까? 그렇게만들경우어떤모양으로나타날까? DNA는수많은염기쌍으로연결된두개의당-인산사슬이오른쪽방향으로동시에꼬여나사처럼돌아가는형태로존재하기에이중나선이라부른다. 탁구공으로 DNA의구조적인특징을모두나타내는모형을만들어보자. I. DNA 의특징 A. DNA 의특징 DNA 는수많은염기 (base) 쌍으로연결된두개의당 (sugar)- 인산 (phosphate) 사슬 이오른쪽방향으로동시에꼬여나사처럼돌아가는형태로존재하기에이중나선이 라부른다. 이중나선을보면 인산-당-염기 가규칙적으로반복되고있다. 인산-당-염기로이루어진기본단위 ( ) 를뉴클레오티드 (nucleotide) 라부른다. DNA를이루는뉴클레오티드사슬에서당-인산사슬은나선의바깥쪽에있고염기는나선의중심을향해있다. 두개의당-인산사슬은특이하게쌍을이루는염기사이에형성된수소결합에의해결합되어있다. 샤가프의법칙에따라아데닌 (A) 은두개의수소결합에의해티민 (T) 과쌍을이루고구아닌 (G) 은세개의수소결합에의해시토신 (C) 과쌍을이룬다. 아데닌과구아닌은퓨린계염기이며티민과시토신은피리미딘계염기이다. 모든염기쌍은하나의퓨린계염기와하나의피리미딘계염기로이루어져있다. 이것을염기의상보적결합이라한다. 아데닌과구아닌의길이가서로같고티민과시토신의길이는서로같다. 따라서 A-T 염기쌍과 G-C 염기쌍의길이가같다. 결과적으로이중나선의직경은어느위치에서나일정하다.

구분 Purine Pyrimidine 염기 Adenine Guanine Thymine Cytosine 구조식 두가닥의당-인산사슬은생장 (elongation) 하는방향이서로반대방향이며이를역평행이라한다. 인산이당에결합하는위치는 3번과 5번탄소이다. 당에다른인산이결합할때는당의 3번위치의탄소에인산이결합해나감으로써당-인산사슬이생장해간다. 당-인산사슬의이러한생장방향을 5번에서 3번으로생장해간다고나타낸다.(5 3 ) 왼쪽가닥의생장방향이위에서아래방향이면오른쪽가닥의생장방향은아래에서윗방향이된다.( 역평행 ) + ( 왼쪽가닥 ) ( 오른쪽가닥 ) DNA 이중나선은꼬아진원기둥형태이며위치와관계없이원기둥의직경은동일하며그값은 2 nm이다. 두사슬사이에존재하는인접한염기쌍은 36 씩회전하여열한번째염기의위치는첫번째염기와동일한수직선상에오며첫번째와열한번째염기사이의거리는 3.4 nm이다.

B. DNA 이해하기 1. DNA 를이루고있는기본단위체는무엇인가? 2. DNA 는뉴클레오티드가규칙적으로반복하여결합한것이다. 뉴클레오티드를이 루는세가지성분은무엇인가? C. DNA 의구조적특징 다음은 DNA 구조를나타낸그림이다. 위자료와아래그림에서알수있는 DNA 의다양한특징을표에정리하여보자. 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12

II. DNA 모형의크기결정 A. DNA 의전개도 1. DNA 의크기는지름이 2 nm 이고나선 1 회전의길이는 3.4 nm 인원통형구조이 다. 지름 2 nm 인원기둥형태의 DNA 를펼친전개도의가로와세로의길이를구해 보자. 2. 나선 1 회전속에염기쌍이 10 개가들어있으므로염기와결합한당 (sugar) 도 10 개가들어있다. 당을탁구공으로표현할때당이만드는나선은왼쪽그림과같고 이것을위에서보면원형으로보인다.( 오른쪽 ) 3. 탁구공 ( 당 ) 의중심이만드는원기둥 ( 내부원기둥 ) 과탁구공의가장자리가만드는 원기둥 ( 외부원기둥 ) 을같이나타내면아래그림과같다. 즉, 내부원기둥은탁구공의 중심을지나가며탁구공의가장자리는외부원기둥에내접한다. 4. 원기둥형태인 DNA를펼쳐내부원기둥과외부원기둥의전개도를동시에나타내면아래그림과같다. 10개의탁구공은내부원기둥전개도의대각선상에위치한다. 그리고전개도상의세선분 (de, df, cd) 의길이를알면 DNA 모형을만들수가있다.

III. 모형만들기 * 준비물 : 자석붙은탁구공 ( 糖 )16 개, 스탠드, 쇠봉, 쇠토막 ( 염기, 32 개, 4 종류각 8 개 ), 자, 네임펜 이렇게하세요 1. DNA의나선 1회전길이가 29 cm이므로염기쌍과염기쌍사이의간격은 2.9 cm이다. 2. 나선 1.5회전을만들기위해중심축에 2.9 cm 간격으로 16군데에표시를한다. 3. 망치로나무판중심에쇠막대를똑바로꽂는다. 4. 중심축에표시된위치에자석을이용하여염기를배열한다. 5. 배열된염기에당을의미하는탁구공을결합시킨다. 이때나선 1 회전을만들기 위해서는탁구공 10 개와자석 30 개가필요하므로탁구공과탁구공사이에자석을한 개더추가하여두탁구공사이에자석이 3 개가되도록한다. 6. DNA 를이루는염기는서로결합하는짝이정해져있다. A 는 T 와 G 는 C 와결 합하여 DNA 를형성한다. 염기의상보적결합에따라오른쪽사슬을완성시킨다. 7. 완성된염기배열을서로비교해보자. 배열이서로다른것은어떤의미를나타 내는가?

IV. 논의사항 1. 염기의상보성검토 ➀ 염기의짝 ➁ 수소결합이란두분자가가까워질때 H 를가운데두고좌우에 N 또는 O 가배열 되는경우에형성되는분자간결합을의미한다. ➂ 아래그림에서 C 와 T 의위치를서로바꾸면어떻게될까? 별지의자료로직접실험 해보자. ➃ A 와 T, G 와 C 가상보적으로결합하는이유는무엇인가? 2. Groove 의역할

3. 중심축의문제 ➀ 우리의오해 ➁ 중심축은존재하는가? ➂ 중심축과염기의배열위치 ( 중심축과염기사이의수소결합의위치 ) ➃ 사진을잘관찰하면 1 2 3 4 5 6

4. DNA X 선회절사진의의미와해석 1) 위사진에나타난특징을정리해보자. 1 2 3 4 5