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고등학교 생명과학 실험 교과 운영을 위한 유전자 재조합 실험 프로그램 개발

The Development of a DNA Recombination Experiment Program for the High School Life Science Experiment Class

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본 연구는 2025년 새롭게 도입되는 2022 개정 교육과정과 고교학점제 운영에서 생명과학 실험 교과를 효율적으로 운영하기 위해 개발된 유전자 재조합 실험 프로그램이다. 개발된 본 프로그램은 관심 유전자와 플라스미드 DNA를 같은 제한 효소로 절단하여 상보적인 점착성 말단을 만든 후, DNA 전기영동을 수행하고 아가로스 겔로부터 관심 유전자와 플라스미드 DNA를 추출한 뒤 연결시키는 과정을 포함한다. 재연결된 플라스미드를 형질전환능 대장균에 형질전환시킨 후 재조합 플라스미드가 형질전환된 대장균을 선별하는 활동이 수행된다. 활용된 플라스미드는 암피실린 저항성 유전자와 아라비노오스 오페론을 포함하며, 관심 유전자로부터 녹색형광단백질이 합성되기 때문에 암피실린과 아라비노오스가 함유된 LB 고체 배지에 재조합 DNA로 형질전환된 대장균을 배양하고 자외선을 조사하면 쉽게 확인할 수 있다. 개발된 유전자 재조합 실험 프로그램의 학습 효과를 분석하기 위해 2022 개정 교육과정 생명과학 실험 교과의 유전자 재조합 관련 성취기준 도달 여부를 평가하는 문항을 제작하여 분석하였다. 분석 결과 수업 전에 비해 수업 후 관련 개념 성취수준이 유의미하게 향상되었다. 추가로 TOSRA 검사지를 이용하여 과학적 태도 검사를 수행한 결과, 7가지 영역에서 모두 긍정적인 영향이 증가한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구를 통해 개발된 유전자 재조합 실험 프로그램은 생명과학 실험 교과 프로그램으로 적절하며 관련 성취기준 도달 및 생명과학 관련 긍정적 태도 함양에 도움이 되는 것으로 나타났다.

Abstract

This study presents a DNA recombination experiment program developed to efficiently implement the Life Science Experiment course in line with the 2022 Revised Curriculum and the High School Credit System, both of which will be introduced in 2025. The program involves cutting a gene of interest and a plasmid DNA with the same restriction enzyme to create complementary sticky ends. Subsequently, DNA electrophoresis is conducted, and the gene of interest and the plasmid DNA are extracted from an agarose gel and ligated. The ligated plasmid is then transformed into competent E. coli, and activities are performed to screen the transformed E. coli with the recombinant plasmid. The plasmid DNA contains an ampicillin resistance gene and the arabinose operon. Since the gene of interest synthesizes the green fluorescent protein, the transformed E. coli with the recombinant DNA can be easily identified by culturing it on LB agar plates containing ampicillin and arabinose and observing it under UV light. To analyze the learning effectiveness of the developed DNA recombination experiment program, evaluation items were created to assess whether students met the achievement standards related to DNA recombination in the 2022 Revised Curriculum Life Science Experiment course. The analysis showed a significant improvement in achievement levels related to these concepts after the class compared to before. Additionally, using the TOSRA questionnaire, a scientific attitude test was conducted, revealing positive impacts across all seven areas. Therefore, the DNA recombination experiment program developed in this study was found to be appropriate for the Life Science Experiment course, aiding in achieving related achievement standards and fostering positive attitudes toward life sciences.

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