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 생생 과학수업 노하우 1 

과학적 탐구능력 강화

즐겁게 참여하고 스스로 탐구하다

2015년 개정 교육과정은 4차 산업혁명 시대에 살아가게 될 학생들이 갖추어야 할 핵심 역량을 강조하고 있다. 그 중 고등학교 1학년 학생들이 필수로 이수하여야 될 과학탐구실험에는 학생들이 실생활과 관련된 여러 측면에서 탐구를 접하면서 핵심 역량을 기를 수 있는 좋은 탐구 활동이 많다. 과학탐구 실험(동아출판 기준)은 크게 역사 속의 과학 탐구, 생활 속의 과학 탐구, 첨단 과학 탐구로 구성되어 있다. 그 중 생활 속 과학탐구 부분에 있는 천연 항생 물질 찾기 및 효과 확인 실험 수업을 소개하고자 한다.

이 수업의 탐구 목표는 다음과 같다.

•항생제 오남용의 문제점을 인식하고 천연 항생물질의 필요성을 이야기할 수 있다.

•항생 물질을 추출하고 항균 효과를 확인 하는 실험을 설계하여 수행할 수 있다.

•미생물을 취급하는 실험을 할 때의 안전 수칙을 알고 실천할 수 있다.

이러한 탐구 목표에 도달하기 위해 먼저 천연 항생 물질이 왜 필요한가에 대해 논의하게 하였다. 그 후 학생들의 경험과 선행 지식을 토대로 천연 항생 물질을 선정토록 하고 그 물질이 항생 효과가 있는지 확인하는 실험을 직접 설계하고 수행하도록 하였다. 이와 더불어 미생물을 취급하는 실험을 할 때 주의해야 할 안전 사항도 조사하여 실천 항목을 표로 만들고 이를 얼마나 실천했는지 체크해 보았다.

 천연 항생 물질 필요성 인식 

항생 물질이 우리 생활 곳곳에 이용되고 있다는 것을 소개한 후 학생 각자의 생활에서 얼마나 많은 항생 물질을 접하고 있는지 생각해 보게 한다. 그리고 항생 물질의 대표적인 예인 항생제를 이용함으로써 나타나는 문제점들에 대해 우리나라에서 상대적으로 많이 쓰이고 있다는 사실을 통계 자료를 통해 분석하게 한 후 그로인해 나타나는 문제점들을 논의했다. 이러한 문제 상황을 인식시킬 때 보도되었던 뉴스 동영상, 국가별 항생제 사용량 및 내성률 비교 그래프 등 다양한 자료를 통해 그 심각성을 더 절감할 수 있게 하였다. 항생제 오남용 문제는 통합 과학의 ‘생물의 다양성과 유지-생물의 진화-자연 선택에 의한 내성 세균의 출현’과 연계하여 탐구하기에도 좋다. 이런 활동들을 종합하여 학생들에게 천연 항생 물질의 필요성에 대해 논의하게 한 후, 모둠 별로 항생 효과가 있다고 알려져 있거나 직접 경험했던 천연 항생 물질을 선정하게 한다. 천연 항생 물질은 워낙 종류가 다양하고 방대하므로 먹을 수 있는 식물, 우리가 일상적으로 매일 접하고 있는 것 중에서 선정하도록 범위를 제한해 주었다. (생강, 양파, 마늘, 파, 대추 등)

 탐구 준비 

■천연 항생 물질 추출

실험실에 녹즙기가 있으면 녹즙기를 이용하여 선정한 항생 물질의 즙을 내어 실험에 이용할 수 있다. 혹은 편으로 썰거나 작게 조각을 내어 물에 넣고 약한 불로 30분 이상 끓여 추출물을 얻을 수도 있다. 알코올을 이용하여 추출하는 것이 더 효과적인 방법일 수 있으나 추출 후 알코올을 증류시켜야 하므로 실제 수업 시간에서 하기에는 어려운 것 같다. 추출하는 시간 동안 항생 효과를 확인할 수 있는 실험을 설계해 보도록 한다. 조사한 식물이 항생 효과를 가지는지 확인하기 위한 탐구의 독립 변인과 종속 변인을 결정하게 하고, 가설을 설정해 보도록 한다. 가설을 검증하기 위한 실험을 설계하기 전에 학생들에게 어떤 물질이 항생 물질로서 효과가 있는지를 객관적으로 확인할 수 있는 방법을 설명해 준다. 주로 디스크 확산법이 항균 효과 확인에 이용되지만 배지 준비 과정이 필요 없으며 실험 방법이 간편하고 판독이 비교적 용이한 페트리 필름을 이용한 방법을 학생들에게 소개하였다.

■천연 항생 추출물 효과 확인 실험 설계

페트리 필름은 식품 및 환경에 존재하는 각종 미생물을 검사하기 위한 건조필름배지(dry rehydratable film media)인데 얇은 필름에 영양성분, 수용성 겔 및 균 지시 약(TTC 등)을 코팅하여 미생물이 수용성 겔 안에서 증식할 수 있게 만든 것이다. 시료 1mL를 접종하여 배양시키면 지시약의 색 변화로 세균이 붉은색으로 염색되어 나타난다. 크기에 상관없이 붉은색의 세균 군체(콜로니)를 모두 세어 결과를 판정한다. 이 방법을 소개한 후 학생들에게 실험군과 대조군을 설정하고 변인 통제 등에 유의하며 구체적으로 실험을 설계하게 하고 이를 발표시켰다. 실험 방법 중 오류가 있거나 첨가해야 할 점에 대하여 모둠 간에 피드백이 활발하게 이루어지도록 한 후 각 모둠의 실험 방법을 수정·보완하도록 하였다.

<그림 1>페트리 필름의 구성

<그림 2>페트리 필름 실험 방법

	>		>
접종		배양		균수확인

 탐구 실제 

■항생 효과 확인

각 모둠은 피드백을 받아 수정·보완한 실험 방법대로 실험을 수행하였다. 각 모둠의 실험군 및 대조군은 아래와 같이 설정하였다. •대조군: 세균 희석액 + 증류수 •실험군: 세균 희석액 + 천연항생물질 추출물 세균희석액은 손에 얼마나 많은 세균이 있는지 확인도 할 겸, 손바닥을 면봉으로 문지른 후, 증류수 50mL를 넣은 비커에 면봉을 넣고 저어 만들었다. 페트리 필름은 배양기에서 24시간 배양한 후 결과를 확인하였다. 실험 시간이 부족한 경우 휴대 전화, 사진기 등을 이용하여 실험 결과를 사진으로 찍어두도록 지도한다. 그림은 한 모둠이 수행한 실험 결과이다. 양파의 효과가 실로 대단하게 느껴진다.

■미생물 실험할 때의 안전 사항 실천

비록 위험한 세균이나 특수 세균을 다루 \지는 않지만, 미생물을 다루는 실험에서는 기본적으로 지켜야 할 안전 사항이 있다. 학생들과 활동을 마무리하면서 병원성 미 생물을 취급하는 실험을 할 때 발생할 수 있는 문제점과 그에 따른 안전 사항을 정리하여 항목표를 만들어보았다. 검색하여 찾기 어려워하면 ‘질병관리본부’ 사이트를 참고하라는 팁을 주기도 하였다. 각 모둠에서 만든 안전 사항 항목표를 공유하고 종합하여 실험 수행 과정에서 안전 사항이 잘 준수 되었는지를 확인하고 평가해 보도록 하며 활동을 마무리 하였다.

‘천연 항생 물질 찾아 효과 확인하기 ’활동을 통해 학생들은 스스로 천연 항생 물질을 찾고 실험을 설계하는 과정을 통해 과학적 문제 해결력, 과학적 사고력, 과학적 탐구능력을 강화할 수 있으며, 설계된 실험 과정에 대해 피드백하고 논의하는 과정을 통해, 또 여러 자료에서 미생물 실험 안전 사항을 추출하고 종합하는 과정을 통해 과학적 의사소통 능력을 강화할 수 있었다. 또한, 항생제 오남용에 대한 경각심을 갖게 되었으며 자주 사용하는 물건이나 손에 얼 마나 많은 세균이 있는지 눈으로 보게 되어 흥미로워했다. 자신들이 선정한 추출물의 항생 효과를 정량적으로 확인할 수 있어 학생들이 과학 탐구에 더욱 관심을 두게 되는 계기로 작용할 수 있었다.

오혜란 선생님은 현재 구일고등학교에서 생명과학, 통합과학, 과학탐구실험을 가르치고 있다. 탐구에 열정이 있는 학생들과 만남이라면 어디든 달려가 같이 실험하고 수업하며 행복해 하는 교사이기도 하다.