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제품실험자료 – (주)생물나라

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브로콜리 dna 추출 실험

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브로콜리 DNA 추출실험 by 혜인 조

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  브로콜리 DNA 추출실험 by 혜인 조
  ② 브로콜리(or 바나나) 약 50g을 막자사발에 넣고 가위로 잘게 자른 후 막자로 아주 곱게 간다. (50g은 대략 주먹만한 브로콜리 절반에 해당한다.) ③ 실험 전에 바로 … …
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  ② 브로콜리(or 바나나) 약 50g을 막자사발에 넣고 가위로 잘게 자른 후 막자로 아주 곱게 간다. (50g은 대략 주먹만한 브로콜리 절반에 해당한다.) ③ 실험 전에 바로 …
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식물로부터 유전물질을 추출하는 방법에 관한 연구 – 브로콜리, 키위 및 바나나를 이용하여 – < 한국현장과학교육학회 < KISS

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브로콜리 DNA추출 및 전기영동

Ⅰ. 실험목표

1) 브로콜리에서 genomic DNA를 뽑아낼 수 있다.

2) gel electrophoresis를 통해 DNA를 확인하는 방법을 배운다.

3) DNA 추출과 전기영동에 이용된 시약의 특성을 이해한다.

Ⅱ. 실험원리 및 개요

유전자에 대한 특성을 위해서는 1차적으로 클로닝 과정을 통해 특정 유전자를 확보하는 것이다. 유전자를 클로닝하기 위해서는 유전자를 운반할 vector 및 vector의 증폭에 이용될 숙주세포가 필요하다. vector에는 여러 종류가 있지만 매우 흔하게 이용하는 것이 plasmid이다. 플라스미드에 restriction enzyme과 DNA ligase를 이용하여 외부 DNA를 삽입한 후 숙주세포에 형질 전환 시켜 증폭하면 외부 DNA를 짧은 시간 내에 매우 많은 양을 얻을 수 있다.

제한효소는 세균바이러스의 증식을 막아주는 효소로 침입한 바이러스의 DNA를 절단하는 효소로 발견되어 바이러스의 증식을 제한(restriction)한다하여 이름이 붙혀졌다. 숙주 세포의 핵산 분해 효소 (제한효소)가 바이러스의 특정한 염기 배열을 인식하여 그 부위를 절단하여 바이러스의 게놈을 파괴한다. 제한효소는 특정한 염기 배열을 인식하여 그 염기 배열만을 절단하며 대략 4-8개의 염기 배열을 인식하여 절단하는 제한효소가 일반적인 실험에서 유용하게 쓰인다.

제한효소는 자신이 인식하는 염기 배열을 절단할 때 그림과 같이 돌출된 부분은 만들 수 있으며, 이들 돌출된 부분은 서로 상보적이기 때문에 다시 서로 수소결합을 통하여 결합하게 되며, 유전자 분리 및 재조합 DNA를 만드는데 이용되고 있다.

본 실험에서는 브로콜리에서 DNA를 추출해 보고, 전기영동실험을 통해 DNA를 확인해 보고자 한다.

Ⅲ. 실험재료

1) 실험 재료 : 브로콜리

2) 시약 : 99.9% Ethanol, 계면활성제, NaCl, 증류수, Premade Agarose gel, 0.5X TAE buffer, 6X Gel loading buffer, CarolinaBlu™ DNA Stain, Proteinase K

3) 기구 : 막자사발, 가위(or 칼), 나무젓가락, 페트리 접시, 100ml 비이커, 스텐레스체망, 전기영동장치

전원공급장치, 라이트박스, 염색통(DNA Staining Box), 마이크로피펫, 피펫팁, Micro tube 1.5mL

Ⅳ. 실험과정

<브로콜리 DNA 추출과정>

1. 소금 2g에 계면활성제 7ml를 넣고 물을 150ml 부어서 소금-활성제액을 만든다.

2. 브로콜리 50g을 막자사발 안에 넣고 칼 혹은 가위로 잘게 자른다.

3. 작은 조각의 샘플을 막자사발에 넣고 막자로 아주 잘게 간다.

4. 소금-활성제액 100ml를 막자사발에 넣고 약 10분 동안 조심스럽게 섞으면서 갈아준다.

5. 구멍이 작은 체를 이용하여 용액을 걸러 찌꺼기를 제거한다.

6. 나무젓가락을 비커 벽에 대고 조심하면서 에탄올이 나무젓가락을 타고 내려가게 하면서 조심스럽게 에탄올을 비커에 넣는다. (에탄올은 세포 추출액 부피의 2배를 넣어준다.)

7. 흰색의 가는 선 모양의 물질이 생기면 먼저 돋보기로 관찰한 후 나무젓가락으로 여러 번 휘감아 올린다. 흰 색깔의 물질이 DNA가 엉켜서 생긴 것이다.

1. e-tube에 Proteinase K(or DNAzol) 200ul를 붓고, 추출한 브로콜리 DNA를 넣어 잘 녹인다, 이때 손으로 튜브를 잡고 흔들어 주면서 DNA가 에 잘 섞이도록한다.

(단백질 분해과정) 10000 x g의 속도로 10분간 원심분리한다. 상층액을 조심스럽게 새로운 튜브에 옮겨 담는다. (상층액에 DNA가 있다.)

2. 1%가 되게 아가로즈를 TAE Buffer에 넣고, CarolinaBlu™ DNA Stain을 비율에 맞게 넣고, 전자레인지에서 녹인 후 콤이 꽂아진 겔 틀에 붓고 겔이 굳을 때까지 기다린다. (간편하게 Pre-made Agarose gel을 이용해도 된다.)

3. 굳은 겔(or Pre-made Agarose gel)을 전기영동장치에 넣고 겔의 홈이 잠길 때까지 0.5X(or 1X) TAE buffer 를 붓는다.

4. Gel-well에 DNA 용액(약 12㎕)과 Gel loading buffer(3㎕)를 주입하고, 전원을 켜고 DNA를 “-”에서 “+”방향으로 이동시킨다.

5. 약 30분 정도 지나면 전원을 끄고, 겔을 전기영동장치에서 빼내 염색통(Staining Box)에 넣고 염색을 한다.(증류수 100ml 당 염색액 10~20㎕ 정도 넣는다)

6. 염색약으로 CarolinaBlu™ DNA Final Stain을 이용하여 약 15~20분 동안 DNA를 염색한다.

7. 염색이 끝난 Gel을 증류수에 넣고, 탈색시킨 후 미니 라이트박스에 올려놓고 관찰한다. (탈색: 증류수를 10분에 한 번씩 갈아주며 약 2회 실시한다.)

<실험 시 주의사항>

1. 소금-활성제액은 실험 전에 만들어 써야 효과가 좋다.

2. 실험재료는 반드시 신선하게 유지해야 유전물질의 파괴를 막을 수 있다.

3. 잘게 부순 브로콜리 용액에 나무젓가락을 비스듬하게 세운 뒤 에탄올을 막대를 따라 천천히 넣는다.

4. 전기영동 기구를 사용할 때 높은 전압이 걸리므로 전기 안전에 유의한다.

Ⅴ. 실험결과 및 토의

1. 전기영동 결과를 첨부하고 설명하여 보자.

2. 각자 제작한 DNA의 모형은 각각 DNA의 이중 나선 구조를 정확하게 나타내는가? 그렇지 못하다면 DNA의 어떤 특성을 제대로 나타내지 못하였는가?

3. 소금, 계면활성제, 에탄올의 역할은 무엇인가?

4. 브로콜리 DNA 추출 실험에서 무색의 DNA가 흰색으로 보이는 이유는?

5. 왓슨과 크릭이 발견한 DNA의 이중나선구조 이외에도 다른 형태의 DNA 구조가 있는지 알아보자.

6. tuberculosis 박테리아는 폐결핵을 일으킨다. 이 박테리아는 DNA의 염기의 15.1%가 아데닌으로 이루어져있다면 이 DNA에는 다른 염기가 각각 몇 %씩 있겠는가?

Ⅵ. 참고자료

1. DNA 추출 과정

DNA를 뽑는데 이용한 재료로는 주변에 구입과 보관이 쉬운 바나나, 키위 혹은 브로콜리를 이용하였다. 이들 재료는 가능하면 신선한 것을 이용하였으며, 키위나 브로콜리는 신도를 유지하기 위하여 사용 전까지 냉장 보관하기도 하였다. 이들 재료를 막자사발에 넣은 다음 갈아주고 DNA 추출을 도와주는 소금-활성제액을 넣어주었다. 소금-활성제액은 소금 2g에 계면활성제 7ml를 넣고 물을 150ml 부어서 만든 것이다. 이 용액은 실험 시작 전에 바로 만들어 놓고 다음 단계의 실험들을 진행하였다. 계면활성제는 세포막의 주성분인 인지질을 녹이는데 도움을 준다. 그리고 소금의 경우는 알콜을 넣어줬을 때 DNA가 잘 뭉치게 도와주며, 또한 무색인 DNA가 Na+ 이온과 결합하여 흰색을 띄게 한다.

2. 에탄올에 의한 DNA 침전 및 염색약의 염색 원리

DNA는 인산에 의해 ‘-’ 이온을 띠고 있는데 물은 극성을 띠고 있어 DNA 분자와 결합할 수 있기 때문에 물에 녹지만, 에탄올은 무극성 용액이기 때문에 DNA에 붙을 수 없어 DNA와 에탄올은 따로 존재하게 됨으로써 DNA가 침전된다.

반대로 에탄올을 제거한 침전된 DNA는 증류수나 완충용액(예: TE buffer)을 넣으면 녹는다. 따라서 나무젓가락에 감겨진 DNA를 증류수가 들어 있는 곳에 넣으면 증류수에 녹아 보이지 않는다.

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식물로부터 유전물질을 추출하는 방법에 관한 연구 – 브로콜리, 키위 및 바나나를 이용하여 –

초록보기 본 연구에서는 미래사회에서 강조해야 할 지구과학교육의 방향과 지구과학과 핵심개념에 대한 교사들의 인식을 조사하였다. 이를 위해 2030-2040년의 미래사회의 사회ㆍ기술ㆍ경제ㆍ환경ㆍ정치(STEEP) 분야별 변화양상에 초점을 맞추어, 지구과학교육이 지향해야 할 방향과 핵심개념에 대하여 현직 지구과학교사들을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 총 112건의 유효한 응답을 확보하여 각 미래사회 분야별 변화에 따른 지구과학교육의 방향성과 지구과학 교과의 핵심개념에 대한 응답 빈도와 비율을 살펴보았다. 또한, 네트워크 분석방법을 활용하여 응답에서 나타나는 구조적인 관계와 의미 지형을 파악하였다. 연구결과를 미래사회 변화에 따른 지구과학교육 방향 측면, 미래사회 지구과학교육에서 강조해야 하는 핵심개념, 이러한 핵심개념을 강조해야 하는 이유 등으로 구분하였으며, 이에 대한 지구과학교사들 인식과 요구를 제시하였다. 주요 연구결과로는, 지구과학교사들은 미래사회 변화에 따른 지구과학교육 방향으로 친환경 및 지속가능발전 교육, 글로벌 디지털 소양 및 시민의식 교육, 과학 소양 교육 등을 강조하였으며, 지구과학교육의 일반화된 지식뿐만 아니라 이러한 지식을 탐구하고 활용하는 과정ㆍ기능 측면의 교육내용도 강조하였다. 연구결과를 토대로 미래지향적인 지구과학교육의 방향성과 핵심개념, 그리고 후속연구 등을 제안하였다.

The goal of this study is to explore teachers’ perceptions of the direction of Earth science education, and core concepts of Earth science that should be emphasized in the future society. Data was collected through a survey with in-service Earth science teachers, and they answered the direction and core concepts of Earth science education focusing on the changes in the social, technological, economic, environmental, and political (STEEP) fields of the future society in 2030-2040. A total of 112 valid responses were obtained, and the frequency and rate of responses to the direction, and core concepts of Earth science education were explored. In addition, the structural relationship and semantic topography appearing in teachers’ responses were examined through the network analysis method. The results of research were divided such as the direction of Earth science education for future society, core concepts of should be emphasized on future Earth science education and reason for emphasizing these core concepts, and we presented the perceptions and needs of Earth science teachers for this. In result, Earth science teachers emphasized eco-friendly and sustainable development education, global digital literacy and citizenship education, and science literacy education as the direction of Earth science education in the future society. Teachers also emphasized the process and function of exploring and utilizing knowledge as well as the general knowledge of Earth science education. Based on the results, future-oriented Earth science education directions, core concepts, and follow-up studies were suggested.

2 교류를 이용한 2색 LED 다중섬광 장치 저자 : 문수진 ( Soo Jin Moon ) , 김희라 ( Hee Ra Kim ) , 안유진 ( Yu Jin Ahn ) , 진우 ( Yu Chen ) , 이소연 ( Soyeon Lee ) , 김중복 ( Jung Bog Kim ) 발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 146-152 (7 pages) 키워드 초록 기관 미인증 다운로드 (기관인증 필요)

초록보기 서로 다른 색의 빛을 내는 두 개의 LED를 일반 가정용 교류(AC) 전원에 연결하여 만든 2색 LED 다중섬광 장치로 여러 가지 물체의 운동에 대하여 다중섬광 사진을 촬영하였다. 본 다중섬광 장치는 브레드보드, 2개의 LED, 저항기, 변압기 등 저렴하게 구하기 쉬운 재료를 사용하였으며 제작이 매우 용이하다. 또한 가정용 교류 전원을 사용하므로 학교 현장에서 활용이 편리하며, 변압기를 이용하여 전압을 낮춤으로써 학생들이 조작하기에도 안전하다. 교육과정에 제시되는 다중섬광 사진을 직접 촬영하여 다양한 운동을 학생 주도적으로 분석하도록 이끌 뿐 아니라 학생들이 직접 장치를 제작하는 과정에서 LED와 다이오드의 특성, 저항의 개념 및 저항 값 찾기, 교류와 직류, 변압의 원리 등 다양한 물리 개념을 탐구할 수 있어 현 과학 교육에서 강조하는 융합 역량을 신장시킬 수 있다는 면에서 교육적 효용성이 크다. 두 가지 색의 LED가 교대로 켜지기 때문에 하나의 광원을 사용했을 때보다 물체의 운동을 더 자세하게 볼 수 있고, 스마트폰으로 사진을 촬영했을 때 학생들의 관심을 크게 끌 수 있다. 본 연구를 통해 교류를 이용한 2색 LED 다중섬광 장치를 손쉽게 제작하여 이를 다양한 운동 분석에 활용함으로써 물리 학습에 대한 흥미 유발과 학습 효과를 증진 시킬 수 있을 것으로 기대한다.

A two-color LED multi-flash stroboscope made by connecting two LEDs emitting different colors of light to a general household alternating current (AC) power source was used to take stroboscope photos for the motion of various objects. This multi-flash stroboscope is made of inexpensive materials such as a breadboard, two LEDs, a resistor, and a transformer, and is very easy to manufacture. In addition, it is convenient to use at school because it uses AC power for home use, and it is safe for students to operate it by lowering the voltage using a transformer. Directly taking multi-flash photos presented in the current curriculum not only leads students to analyze various movements, but also finds the characteristics of LEDs and diodes, the concept of resistance and resistance values, AC and DC, and principle of transformer in the process of making the device. It has great educational utility in that it can enhance the convergence competency emphasized in current science education. Because two-color LEDs are lit alternately, the movement of objects can be seen in more detail than when a single light source is used, and when a picture is taken with a smart phone, it can greatly attract students’ attention. Through this study, it is expected that a two-color LED multi-flash stroboscope device using alternating current can be easily manufactured and used for various motion analysis, thereby stimulating interest in physical learning and enhancing the learning effect.

초록보기 본 연구는 2015 개정 과학과 교육과정에 따라 출판된 과학 및 생명과학 교과서의 광합성 관련 단원에서 제시하고 있는 학습개념을 조사하여 교육과정에서 요구하고 있는 개념의 종적 연계성이 적절히 반영되어 있는지 알아보기 위하여 수행되었다. 분석 대상 교과서는 광합성 내용을 다루고 있는 초등학교 과학5 교과서와 중학교 과학2 및 고등학교 생명과학Ⅱ 교과서를 모두 출판한 세 출판사의 것을 선택하였다. 그리고 광합성 관련 개념을 고등학교 생명과학Ⅱ 교과서에서 공통적으로 다루고 있는 소단원인 엽록체의 구조와 기능, 명반응, 탄소고정반응으로 나누어 분석하였다. 중고등학교의 개념 연계성은 두개 이상의 출판사에서 제시하고 있는 공통개념들을 이용하여 네 개의 연계성 범주인 반복, 발전, 격차, 축소로 구분하여 분석하였다. 그 결과를 살펴보면 다음과 같다. 초등 과학5 교과에서 제시된 광합성 관련 개념은 총 5개였으며, 중학교 과학2의 공통개념 수는 총 11개, 고등학교 생명과학Ⅱ에서는 총 48개의 공통개념이 제시되어 있었다. 개념 연계성을 분석한 결과, 초등과학에서 중학과학으로의 경우는 전체적으로 반복 45 %, 발전 55 %로 단순반복 비율이 약간 높게 나타나 학습의 계속성 측면에서 어느 정도 보완이 필요하였다. 소단원별로는, 엽록체의 구조와 기능과 명반응 단원은 비교적 적절하게 연계되어 있었으나 탄소고 정반응 단원은 단순반복 비율이 매우 높게(75 %) 나타나 개념의 심화가 필요하였다. 중학과학에서 고등학교 생명과학Ⅱ로의 경우는 반복 16 %, 발전 37 %, 격차 41 %, 축소 6 %로 격차가 가장 높은 비율로 나타나 학습의 계열성 측면에서 연계성이 부족한 것으로 나타났다. 소단원별로는, 엽록체의 구조와 기능 단원은 어느 정도 적절하게 연계되어 있었으나 명반응과 탄소고정반응 단원은 발전에 비해 격차의 비율이 훨씬 높게 나타나 연계성이 매우 부족한 것으로 나타났다.

This study was performed to investigate the learning concepts suggested in the photosynthesis-related unit of the science and life science textbooks published according to the 2015 revised science curriculum and to see if the vertical connectivity of the concepts required in the curriculum are properly reflected. The textbooks to be analyzed were selected from elementary science 5 textbooks and three publishers that published both middle school science 2 and high school life science II textbooks dealing with photosynthesis. In addition, the concepts related to photosynthesis were analyzed by dividing into the structure and function of chloroplast, light reaction, and carbon fixation reaction, which are a small unit commonly dealt with in high school life science II textbooks. The conceptual connectivity of middle and high school was analyzed by dividing into four categories of connectivity: repetition, development, gap, and reduction, using common concepts suggested by two or more publishers. The results are as follows. There were a total of 5 concepts related to photosynthesis suggested in the Elementary Science 5 subject, 11 common concepts in middle school science 2, and 48 common concepts in high school life science II. As a result of analyzing the conceptual connectivity, in the case of elementary science to middle school science, the rate of simple repetition was slightly higher, with 45 % of repetition and 55 % of development as a whole, requiring some supplementation in terms of continuity of learning. By small unit, the structure and function of the chloroplast and the light reaction unit were relatively appropriately connected, but the simple repetition rate was very high (75 %) in the carbon fixation reaction unit, which required deepening of the concept. In the case of middle school science to high school life science II, the gap was the highest with 16 % repetition, 37 % development, 41 % gap, and 6 % reduction. This result means that the connectivity was insufficient in terms of the sequence of learning. By small unit, the structure and function unit of chloroplast was properly connected to some extent, but the ratio of gap both light reaction and carbon fixation reaction units was much higher than that of development, indicating that the connectivity was very insufficient.

초록보기 본 연구는 데이터 기반 과학 탐구에서 나타나는 데이터 리터러시 요소와 과학 탐구 요소를 분석하고자 하였다. 이를 위하여 D 과학영재학교 학생들로 구성된 네 팀의 학생들이 자율적으로 수행한 데이터 기반 과학 탐구보고서를 데이터 리터러시 요소와 과학 탐구 요소를 중심으로 분석하였다. 네 개의 데이터 기반 과학 탐구는 서로 다른 탐구 설계가 적용되어 있었으며, 데이터의 활용 목적이 달랐다. 분석 결과 데이터 리터러시 요소의 측면에서 데이터에 기반한 질문 및 응답, 데이터 분석, 데이터 판단 및 비판 요소에서 차이를 보였으나, 데이터 리터러시의 다양한 요소를 반영하고 있었다. 탐구 요소의 측면에서는 탐구의 수행을 제외하고 다양한 탐구 요소가 반영되었으나, 서로 다른 탐구 설계가 적용되어 문제 인식, 자료 해석 및 결론 도출 과정에서 다른 특성을 보였다. 이를 통해 데이터 기반 과학 탐구가 전통적 실험 기반 과학 탐구의 시간적, 공간적 한계를 보완하고, 자료 해석 수준을 확장하여 데이터 리터러시를 함양할 가능성을 확인하였다.

This study is aimed to analyze elements of data literacy and scientific inquiry that appear in data-based scientific inquiry. To do this, four data-based scientific inquiry reports conducted autonomously by science high school students were analyzed. The four reports applied different inquiry designs and had different purposes of data utilization. As a result of the analysis, in terms of data literacy elements, there were differences in the factors of data-based questions and responses, data analysis, and data evaluation, but they reflected various elements of data literacy. In terms of scientific inquiry elements, excluding conduct of experiments, all elements were reflected, but different characteristics were shown in the process of recognizing of a problem, interpreting data, and drawing a conclusion. Through this study, it is confirmed that data-based scientific inquiry can supplement temporal and spatial limits of traditional experiment-based scientific inquiry and can develop elaborate and specialized data literacy.

초록보기 본 연구는 2009 및 2015 개정 과학과 교육과정에 의해 개발된 고등학교 생명과학 교과서의 과학 글쓰기 활동의 활용 요소와 STS 관련 요소를 비교 분석하였다. 이를 통해 과학 글쓰기 교육에 대한 교육적 시사점을 살펴보고자 하였다. 생명과학 I, II 교과서에 제시된 과학 글쓰기 활동의 수는 2009 개정 과학과 교육과정과 비교하여 2015 개정 과학과 교육과정에서 양적으로 1.8배 증가하였다. 또한, 생명과학 교과서에 제시된 과학 글쓰기 활동의 활용 요소 분석 결과, 2009 및 2015 개정 과학과 교육과정 모두에서 적용 및 확장 요소가 가장 많았다. 생명과학 교과서에 제시된 과학 글쓰기 활동의 STS 관련 요소 분석 결과, 생활 속 과학 요소가 가장 많았다. 이로부터 생명과학 교육에서 과학 글쓰기 활동을 강화하기 위해서는 다양한 유형의 활용 요소와 STS 관련 요소가 포함된 과학 글쓰기 교육프로그램이 제공의 필요성을 시사한다.

The aim of this study was to analyze comparatively the utilization factors and STS-related factors in the science writing activities of life science I & II textbooks for high school students developed according to 2009 and 2015 revisions of national science curriculum and to examine the pedagogical implications for science writing. The total number of science writing activities presented in the life science textbooks increased by 1.8 times in the 2015 revised national science curriculum compared to the 2009 revised national science curriculum. The application and expansion of utilization factors of science writing activities was the most common in the life science textbooks developed according both 2009 and 2015 revisions of national science curriculum. The daily life of the STS-related factors of the science writing activities was the most common in the life science textbooks developed according to the 2009 and 2015 revision of national science curriculum. The results implied that it should be necessary to provide the science writing educational programs containing various utilization factors and STS-related factors for science writing education.

초록보기 본 연구는 인공지능 기반 서술형 자동채점 시스템에 대한 정서와 수용의도에 따라 구별되는 교사 잠재집단을 파악하고, 각 잠재집단이 인공 지능에 대한 친숙도, 인공지능 기반 서술형 자동채점 시스템의 유용성, 위험성 측면에서 어떠한 차이를 보이는지를 살펴보고자 하였다. 이를 위하여 초등학교 교사 및 중ㆍ고등학교 과학교사 221명을 대상으로 설문을 진행하였으며, 설문은 인공지능 기반 서술형 자동채점 시스템에 대한 긍정적 감정, 부정적 감정, 수용의도, 인지된 개인적 유용성, 교육적 유용성, 교육적 위험성, 개인적 위험성, 그리고 인공지능에 대한 친숙도와 관련된 44개의 문항으로 구성되었다. 연구 결과, 인공지능 기반 서술형 자동채점 시스템에 대한 수용의도와 관련된 교사 잠재집단은 ‘적극적 수용 집단’, ‘소극적 수용 집단’, ‘소극적 비수용 집단’, ‘적극적 비수용 집단’으로 나뉘었다. 각 잠재집단의 차이를 살펴본 결과, 시스템에 대한 유용성과 위험하지는 않은지에 대한 인식이 프로그램의 수용 여부에 영향을 주는 것을 확인하였으며, 인공지능 기술에 대한 높은 친숙도가 적극적 수용 집단과 다른 집단을 구별하는 유의미한 지표임을 확인하였다. 위의 결과들을 바탕으로 향후 인공지능 관련 교육시스템이 교육 현장에서 효과적으로 활용될 수 있는 방안과 시사점에 대하여 논의하였다.

This study aims to examine latent classes of teachers that are classified according to their emotions and intention to use automated computer scoring system using artificial intelligence. The differences between each latent class in terms of familiarity of artificial intelligence, usefulness and perceived risk of an automated computer scoring system using artificial intelligence was also investigated. For this, we surveyed 221 elementary and secondary science teachers and the questionnaire consisted of 44 items about positive emotions, negative emotions, intention to use, perceived personal and educational usefulness, perceived personal and educational risks of an automated computer scoring system using artificial intelligence, and familiarity of artificial intelligence. The result of this study showed that there are four latent classes of teachers: ‘active acceptance group’, ‘passive acceptance group’, ‘passive non-acceptance group’, and ‘active non-acceptance group’. It was found that the perception of the usefulness and risk of the system affects whether the system is accepted or not, and it was also found that high familiarity with artificial intelligence technology is a significant indicator that distinguishes the active acceptance group from other groups. Based on these results, educational implications and how educational systems using artificial intelligence can be utilized effectively in school field were discussed.

초록보기 해수면온도는 기후변화에 대한 핵심적 역할을 하는 해양-대기 변수이다. 해양 수온의 시간적, 공간적 변화를 인지하는 것은 교수-학습 과정에서 매우 중요하다. 2015 개정 교육과정에 기반한 중등학교 교과서에서는 우리나라 주변 바다의 계절별 수온 분포 특성에 대한 탐구활동을 다루고 있고, 주로 2월(겨울)과 8월(여름)의 해수면온도 자료 삽화를 대표로 제시하고 있다. 한반도 주변해에서의 해수면온도는 복잡하게 변화하기 때문에 학생들이 원하는 해역과 시간의 해수면온도 분포를 파악할 수 있는 교육 도구가 필요하다. 본 연구에서는 교수-학습 활동에서 간단한 조작을 통하여 해수면온도의 분포를 이해할 수 있도록, 인공위성 빅데이터를 기반으로 하는 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 프로그램을 교육 도구로 개발하였다. 2007년 1월부터 2021년 12월까지 최근 15년간의 Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis (OSTIA) 인공위성 해수면온도 자료를 입력자료로 활용하였다. 개발된 GUI 프로그램은 화면에서 시간 및 영역을 선택하여 입력하면, 우리나라 주변 월 평균 해수면온도 데이터를 자동으로 가시화하도록 설계되었다. 이GUI 프로그램은 특정 상용 소프트웨어를 사용하지 않으며, 단독 수행 파일만으로 설치하여 운용할 수 있는 장점이 있다. 학생과 교사는 본 프로그램을 통하여 장기간 해수면온도 평균장과 함께 특정 시간과 공간에서의 해수면온도 분포 및 계절 변동 특성을 이해할 수 있는 탐구활동을 보다 효율적이며 창의적으로 진행할 수 있다. 본 연구는 장기 관측 위성자료를 활용한 GUI 교육용 프로그램을 실제 교육 환경에서 활용할 수 있는 새로운 가능성을 제시하였고, 이를 통해서 데이터 시각화 영역의 데이터 리터러시 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

Sea surface temperature (SST) is an ocean-atmosphere variable that plays a key role in climate change. Recognizing the temporal and spatial changes in oceanic temperature is very important in the teaching-learning process. The secondary school textbooks based on the 2015 revised curriculum include exploration activities for seasonal distribution of water temperature in the sea around the Korean Peninsula, and mainly provide illustrations of SST in February (winter) and August (summer) as representatives. Since there are complex variations of the SST in the seas around the Korean Peninsula, educational tools are needed to help students to understand the distribution of SST in the space and time that they want to know. In this study, a graphic user interface (GUI) program was developed as an educational tool based on satellite big data to understand the distribution of SST through simple operation in teaching-learning activities. Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis (OSTIA) data for the past 15 years from January 2007 to December 2021 were used as input data. The developed GUI program is designed to automatically visualize the monthly mean SST data in the seas around Korea by inputting time and space information on the screen. This GUI program does not use specific commercial software and has the advantage that it can be installed and operated with only an executable file. Through this program, students and teachers can more efficiently and creatively conduct inquiry activities to understand the distribution and seasonal variations of SST in a specific time and space along with the long-term mean field of SST. This study suggests a new possibility to use the GUI educational program based on long-term satellite-observed data in an actual educational environment, and it is expected that this program will contribute to the data visualization area among data literacy.

초록보기 이 연구는 초등학교 5학년과 6학년 학생의 기초 탐구 능력 향상을 위해 영상 자료와 서지 자료로 구성된 교수ㆍ학습 자료를 개발하는 데 목적이 있다. 교수ㆍ학습 자료는 학교 현장 적용의 순차성과 연속성을 고려하여 5학년 2학기와 6학년 1학기의 수업에 사용할 수 있도록 개발되었다. 먼저, 자료 개발 대상에 해당하는 26개의 성취기준에 제시된 기초 탐구 요소를 분석하여 교수ㆍ학습 자료에서 다루어야 하는 기초 탐구 요소를 선정하였다. 이를 바탕으로 과학교육 전문가 5인으로 구성된 4개의 팀에서 학생의 참여를 통해 학습의 실재감을 높일 수 있는 영상 자료를 교사용 가이드와 활동지를 포함하여 총 8개의 자료를 개발하였다. 개발된 자료는 22명의 초등학교 교사로부터 현장 적합성 검토를 받았다. 검토 결과, 자료의 적용 가능성에서는 항목별로 평균 4.41~4.83점, 자료의 타당성에서는 항목별로 평균 4.71~4.79 점인 것으로 나타나 개발된 자료의 초등학교 현장 적용 가능성을 엿볼 수 있었다.

The purpose of this study is to develop teaching and learning resources consisting of video and bibliographic materials to improve the basic inquiry skills of students in grades 5 and 6. Taking into account the sequency and continuity of school field applications, the teaching and learning materials were developed for use in classes during the second semester of Grade 5 and the first semester of Grade 6. In order to select the basic inquiry elements to be addressed in teaching and learning materials, we analyzed the 26 achievement standards that correspond to the data development targets. Based on this, 4 teams with 5 science education experts on each team developed a total of 8 teacher’s guidance materials along with video materials that can enhance the sense of reality of learning through student participation. The teaching and learning materials were reviewed for on-site conformity by 22 elementary school teachers. As a result of the review, the applicability of the data showed that the average score was 4.41 to 4.83 points per item. The validity of the data averaged 4.71 to 4.79 points per item, so we could see the applicability to the elementary school field.

초록보기 본 연구의 목적은 학생들의 문제 해결 특성을 분석할 수 있는 Model Eliciting Activity (이하 MEA) 활동을 개발하고 실제 고등학교 수업에 적용하여 융합적 문제해결력과 환경 소양, 수업에 대한 인식에 어떠한 역할을 미치는지 조사하는 것이다. 본 연구를 위해 개발된 MEA활동의 주제는 미세먼지 청정학교 위치 선정하기이며, 수업 내용은 지구과학Ⅰ 대기의 운동과 순환 단원에 미세먼지에 관한 내용에 기반하여 구성하였다. 고등학교 2학년 79명의 학생들이 수업에 참여하였으며 융합적 문제해결력 검사지, 환경 소양 검사지와 학생들의 인터뷰를 주요 데이터로 수집하였다. 그 결과 미세먼지 청정학교 위치 선정 MEA 활동 이후 융합적 문제해결력은 유의하게 향상된 것으로 나타났다. 하위 영역의 융합적 성향, 융합적 사고, 융합적 소양의 영역에서 각각 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 또한 MEA활동 이후 환경 소양 모두 유의미한 변화를 나타냈다. 환경 소양의 하위 영역 중에서는 기능, 실천, 참여 영역에서 유의미한 차이를 보이는 것으로 나타났다. 그리고 수업에 대한 학생들의 인식을 조사한 결과 수업을 통해 학생들의 융합적 사고력과 환경적 실천, 환경적 참여에 대한 긍정적인 영향을 확인할 수 있었다.

The purpose of this study is to develop MEA activities that can analyze students’ problem-solving characteristics and apply them to actual high school classes to investigate their role in students’ convergent problem-solving skills, environmental literacy, and perception of classes. The theme of the MEA activity developed for this study is finding fine dust free school locations, and the contents of the lessons were developed based on the Atmospheric movement and circulation unit of Earth Science I curriculum. 79 high school sophomores participated in the activities. The main data sources for this study are convergent problem-solving test, interview with students, and environmental literacy test. The result shows that convergent problems-solving test score was significantly improved after the MEA activities. There were statistically significant differences in the sub-categories of convergent tendency, convergent thinking, and convergent literacy. Students’ environmental literacy score were also significant improved after the activities. Among the sub-categoreis of environmental literacy, function, practice, and participation scores improved significantly. Finally, the analysis result of student interview about their perceptions of the lessons shows that the MEA activities had positive impact on students’ convergent thinking skills, environmental practice, and environmental participation.

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