KR100950557B1

KR100950557B1 - 학습용 세포분열 모형 교구

Info

Publication number: KR100950557B1
Application number: KR1020090072659A
Authority: KR
Inventors: 윤주칠
Original assignee: 주식회사 신생
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2010-03-30

Abstract

본 발명은 세포 분열 과정을 시각과 청각을 통하여 학습할 수 있도록 구성한 학습용 세포분열 모형 교구이며, 본체(10)상에 간기, 전기, 중기,후기, 말기 및 분열종료 과정을 각 단계별로 모식화한 단계별분열모형(11)으로 구성된 체세포분열모형(10A)과 감수분열모형(10B)으로 이루어지고, 단계별분열모형(11)은 본체(10) 상에 고정된 LED기판(111)과, LED기판 상부에 부착되고 LED (111a)광을 광표출판 쪽으로 향하도록 광통로(112a)가 형성된 광차단판(112)과, 광차단판 상부에 부착되고 광통로(112a)에 접하는 부위에 단계별세포분열형상의 표현형(113a)이 천공 형성된 토출판(113)과, 상기 토출판(113)의 표현형(113a) 천공부에 채워지는 반투명 도광재료(114)와, 상기 토출판의 상부에 결합되는 반구형 투명커버(115)로 구성된 것을 특징으로 한다.

세포 분열, 엘이디, 광차단판

Description

학습용 세포분열 모형 교구 {Cell Division Model}

본 발명은 세포분열의 모형을 세포분열시 나타나는 염색체의 변화를 중심으로 기별로 모형을 만들고 세포분열 전과정 동안 동일성이 유지되는 색상의 LED 전구로 조명하여 각 과정을 명확히 이해하고 유전적 현상을 종합적으로 학습할 수 있으며 각 기간별 특징을 녹음하여 시각, 청각을 이용하여 학습할 수 있도록 한 학습용 세포분열 모형 교구에 관한 것이다.

세포분열은 개체가 같은 세포를 만들어 생명을 유지하는 현상으로 체세포분열과 생식세포분열이 있다.

세포분열은 먼저 핵이 갈라지는 ‘핵분열’부터 시작되며, 이어서 세포질이 갈라지는 ‘세포질분열’이 일어남으로써 끝나게 된다. 세포분열의 두 과정인 핵분열과 세포질분열은 각각 독립적으로 진행된다. 그러므로 어떤 세포분열에서는 핵분열만 1회 이상 일어나고 세포질분열은 일어나지 않기 때문에 세포하나에 핵이 2개 이상 들어 있는 다핵세포가 형성되기도 한다.

1) 체세포분열

체세포분열은 주로 체세포를 증식하게 하는 분열이다.

① 전기 : 핵 속에 퍼져 있는 염색사가 더욱 나선모양으로 꼬이면서 굵고 짧아져 염색체가 되고 각 염색체는 세로로 나누어져서 2개의 염색분체가 붙어 있는 모양으로 되어 있다. 동시에 핵막·인은 사라지며, 동물세포처럼 중심체가 있는 세포에서는 중심체에 있는 2개의 중심립이 각각 1개씩 양극으로 이동하고 이 중심립에서 방추체가 형성된다. 반면 식물세포처럼 중심체가 없는 세포에서는 양극에서부터 방추체가 생기기 시작하는데 이를 극모라 한다.

② 중기 : 염색체가 적도면에 여러 가지 모양으로 배열되는 시기인데, 이렇게 염색체가 모인 적도면을 ‘적도판’이라 한다. 이때 방추체도 완성되어, 방추체의 방추사들 중 일부는 각 염색분체의 동원체와 한쪽의 극을 연결하게 된다.

③ 후기 : 각 염색체의 양염색분체가 동원체 부위부터 떨어져 방추사에 끌려서 양극으로 이동한다.

④ 말기 : 양극으로 모인 염색분체들, 즉 딸염색체군을 바탕으로 하여 딸핵이 형성된다. 즉, 염색분체는 염색사 모양으로 되고, 인과 핵막도 다시 나타나서 딸핵은 다시 간기의 핵모양으로 된다. 체세포분열은 모핵의 각 염색체가 각각 본질적으로 염색체와 똑같은 2개씩의 염색분체모양으로 되어서 똑같이 양극으로 분리되므로, 돌연변이 등 이상이 일어나지 않는 한 몇 번 분열이 반복되어도 염색체는 물론, 이것에 담겨져 있는 유전자 및 유전정보가 변하지 않는 핵분열이다.

2) 감수분열

이것은 주로 동물의 난자·정자, 식물의 종자식물의 포자에 해당하는 화분·배낭모세포 등 생식세포 형성 과정에서 일어나는 분열이다. 감수분열은 2회의 분열이 연달아 일어나므로 첫째 분열은 ＜제1분열＞, 둘째 분열은 ＜제2분열＞이라 하는데, 모세포 1개에서 4개의 딸세포가 형성된다. 감수분열에서의 핵막·인·염색체·방추체의 변화 등 세포학적 변화·과정은 기본적으로 체세포분열의 경우와 같은데 차이가 나는 염색체의 행동·배분에 대해 정리하면 다음과 같다.

① 제1분열 : 전기에 상동염색체끼리 2개씩 밀착한 ＜2가염색체＞가 이루어지며, 이것들은 중기에 적도면에서 적도판을 형성한다. 이러한 2가염색체는 2개의 염색분체로 이루어진 염색체가 2개씩 밀착한 것이기 때문에, 모두 4개의 염색체가 밀착되어 있는 이른바 ＜4분염색체＞의 구조로 되어 있다. 후기에서 말기에 걸쳐, 2가염색체들은 각각 염색분체가 2개씩 붙은 1가염색체의 꼴로 갈라져 나가면서 양극으로 이동하며, 양극에 도달한 딸염색체군은 2개의 딸핵을 형성하고, 세포질분열도 병행되어 2개의 딸세포가 이루어진다. 이 딸핵에는 모핵의 전수(2n)의 염색체의 절반인 반수(n)의 염색체가, 각각 염색분체가 2개씩 밀착된 1가염색체 꼴로 되어 들어 있다(여기서는 염색사로 되돌아가지 않는다).

② 제2분열 : 제1분열 말기에서 직접 제2분열 중기로 이어진다. 즉 제2분열에서 전기는 생략된다. 제2분열 중기에는 두 딸세포의 각 적도면(제1분일 때의 적도면에 직각인, 또는 평행한 중앙면)에 염색분체가 2개씩 붙은 1가염색체의 적도판이 형성된다. 이어서 일어나는 제2분열의 후기·말기와, 이것에 병행해서 일어나는 세포질분열의 과정은 체세포분열의 경우와 똑같다. 이상과 같은 감수분열에 의한 세포분열의 결과, 전수(2n)의 염색체(1가염색체)를 품은 1개의 모핵·모세포로부터 반수(n)의 염색체(1가염색체)를 품은 딸핵·딸세포가 4개 형성된다. 따라서, 감수분열은 염색체가 반감되는 유사분열이며, 이 때문에 감수분열이라 불리게 된 것이다. 감수분열을 거쳐 형성된 딸세포는, 세포분열은 더 하지 않고 형태적·기능적 분화의 과정만을 거쳐 생식세포로 된다. 이상과 같은 감수분열의 제1·2분열의 과정에 있어서, 2가염색체가 형성되어 2개의 1가염색체로 분리된 결과 염색체가 반감되는 핵분열 과정은 특히 ＜이형분열＞이라 하며, 이에 대해 체세포분열과 똑같은 과정을 거쳐서 염색체의 변화가 일어나지 않는 핵분열 과정을 ＜동형분열＞이라 한다.

<표 1> 동식물세포의 체세포분열과정

동물세포의 체세포분열과정	식물세포의 체세포분열과정

<표 2> 감수분열과정

감수분열 과정

이와 같은 세포분열은 생명현상의 이해와 생명공학이나 유전학에서 기본이 되는 내용을 구성함으로 중학교부터 고등학교에 걸쳐 교육과정이 편성되어 중요하게 지도되고 있다.

세포분열에 대한 기존의 모형 학습자료를 <표 3>에 제시하였으며, 단순하게 형태만을 주형에 넣어 만든 것이 주종을 이루고 있다. 이러한 기존 자료의 가장 큰 단점은 전체의 모형만 볼 수 있고 세포분열의 핵심인 염색체의 변화모습을 뚜렷하게 구분하여 볼 수 없다는 점이다.

기존 자료를 형태별로 분류하면 ① 액자형은 있으나 탈부착 또는 부조형 자료는 없었다. ② 입체형은 있으나 재질은 모두 플라스틱 또는 석고 등이어서 단단하였고 생체와 같은 느낌이 없다. ③ 전구를 사용하거나 소리가 나는 시각과 청각을 활용한 자료는 없었다.

<표 3> 기존의 모형 학습자료

순번	자료명	자료사진	시사점
1	동물세포모형 2009		입체적이나 투명반구 속에 들어있어 만져볼 수 없음 세포모형은 입체적으로 만들어야 함
2	체세포분열모형 송성원 2008		세포분열과정을 ‘모루’를 이용하여 염색체의 이해에 도움이 되도록 만든 자료이나 단편적임 조작적 자료가 효과적임
3	동식물감수분열 모형세트 2009 00과학, 33만원		시각장애우가 구분하기 어려움 시작장애우는 모형을 섬세하게 만들어야 하겠음
4	액자형 감수분열모형 00사 2009		반입체인 부조형으로 시각장애우는 구분이 안됨 반부조모형도 입체적이며 조작적으로 학습할 수 있어야 함
3	DNA 모형 스탠드형 00교재 33만원		전시형, 플라스틱판 이용 조립 분해결합 안됨. 소형 인산, 당, 염기를 구분 표현 구조가 맞지 않음
4	DNA 모형 전시용 00B사 수입품 50만원대		전시형, 플라스틱구 조립. 분해결합이 안됨 구조가 비교적 정교함
5	DNA 모형 하늘기획 165,000원		분자 형태, 결합, 각도의 비틀림 등을 보여주기 위한 분자식. 뉴클레오티드, 이중 나선의 감김과 재편성을 나타내기 위한 DNA 분자 구조의 복제 과정을 부분적으로 나타낸 모형

자료별로 조사한 결과 ① 세포에 관한 모형은 있으나 분해 결합과 겔 상의 재질을 사용한 자료는 없고, ② 세포의 구조나 세포분열과정을 시각, 청을 활용하여 학습할 수 있는 자료는 없고 ③ DNA에 관한 자료는 조이, 비즈, 플라스틱, 구 등 다양하며 평면 또는 입체 자료이고 조립 분해가 가능한 자료도 있으나, 정교하 지 못하여 구조상 오 개념이 형성될 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 기존 세포분열모형의 문제점을 개선하여 LED 전구와 반투명 도광재료를 활용하여 염색체에 조명을 하여 각 과정별 특징을 선명하게 볼 수 있도록 하였고, 음성정보출력장치를 사용하여 각 과정별 특징을 반복적으로 학습할 수 있도록 함으로써 학습효과를 향상하고자 한다.

또한, 본 발명은 이론적 배경과 학습효과 등을 고려하여 다음 사항을 기본방향으로 하여 학습용 세포분열 모형 교구를 제시한다.

① 단계적 자료 : 생명공학의 이해를 위해서는 세포에 관한 기본적인 이해가 선행되어야 하고 다음에 유전학을 바탕으로 DNA의 구조나 복제를 학습하고 응용으로 유전자 복제 등을 순차적으로 지도해야 하므로 이를 세포분열과정을 단계별로 만든다.

② 세포분열과정에서 각 단계별로 염색체의 동일성이 유지되고 이를 학습자가 인식 추적할 수 있도록 동일 색상의 빛을 사용하여 세포분열 각 단계의 일관성을 유지할 수 있는 세포분열 모형 교구를 제시한다.

③ 수준별 자료 : 제작된 자료는 학교급에 한정되어 활용한다면 비경제적이고 학습의 위계 상 불합리하므로 유치원부터 고등학교는 물론 일반인까지 선택적으로 수준별 학습을 할 수 있도록 하고 동일 학교급이라 하여도 기초나 심화자료를 두어 영재학생 등을 배려한 자료를 만든다.

이를 위하여 본 발명은 세포분열과정을 설명하기 위하여 본체 상에 간기, 전기, 중기,후기, 말기 및 분열종료 과정을 각 단계별로 모식화 한 모형으로 체세포분열모형과 감수분열모형을 제조하되, 상기 각 단계별 모형은 본체 상에 고정된 LED기판과, LED기판 상부에 부착되고 LED 광을 표출판 쪽으로 향하도록 광통로가 형성된 광차단판과, 광차단판 상부에 부착되고 광통로에 접하는 부위에 단계별세포분열형상의 표현형이 천공 형성된 토출판과, 상기 토출판의 표현형 천공부에 채워지는 반투명 도광재료와, 상기 토출판의 상부에 결합되는 반구형 투명커버로 구성한 것을 특징으로 하는 학습용 세포분열 모형 교구를 제시한다.

또한, 본 발명은 상기한 LED은 세포분열 전 과정 동안 동일성이 유지되도록 단계별세포분열형상의 표현형이 천공 형성된 부위에 대응하는 기판상에 동일 생상의 LED를 형성하되 염색체의 특징부를 구성하는 동원체와 장완 및 단완부에 LED를 형성하여 단계별세포분열형상의 표현형이 강조되어 표출되게 한 구성을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 각 세포분열단계의 특징과 정보가 단계별 수준별로 저장된 음성데이터와, 해당 세포분열단계에 대응하는 음성정보를 선택하도록 연계 설치된 선택스위치와, 선택 스위치에 의해 선택된 음성정보를 스피커로 출력하고 제어하고 LED를 제어하는 제어장치를 포함하는 음성정보출력장치가 결합된 구성을 특징으로 한다.

상기 구성에 의한 본 발명은 단계별세포분열형상의 표현형이 천공 형성된 토출판을 통하여 발현되는 LED광이 반구형 투명커버를 통하여 감각적으로 표현됨으로써 세포 분열의 각 과정을 시각적이고 입체적으로 표현하여 쉽게 이해할 수 있고, 시각에 의한 강한 인상에 의해 학습효과가 지속된다.

또한, LED 광색은 세포분열 전 과정 동안 동일성이 유지되어 염색체의 변화과정을 쉽게 추적하고 학습할 수 있게 하며, LED 광이 직접 적용된 동원체나 장완부 및 단완부는 단계별세포분열형상의 표현형을 더욱 강조하여 표출함으로써 학습효과를 향상할 수 있게 된다.

또한, 각 세포분열단계의 특징과 정보가 단계별 수준별로 선택하여 출력됨으로써 LED 광에 의한 시각적 효과와 음성정보에 의한 청각적 효과가 융합되어 세포분열과정을 쉽게 학습할 수 있는 장점을 제공한다.

이하 첨부된 도면에 의한 실시 예에 의해 본 발명을 설명한다.

도 1은 완성된 체세포세포분열 모형을 도시하고, 도 2는 감수분열모형을 도시한 것으로, 본 발명에 의한 세포분열모형은 본체(10) 상에 간기, 전기, 중기,후기, 말기 및 분열종료 과정을 각 단계별로 모식화 한 단계별분열모형(11)으로 구성된 체세포분열모형(10A)과 감수분열모형(10B)으로 이루어진다.

체세포분열모형과 감수분열모형은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 박스 형상의 본체(10) 상에 형성될 수 있고, 도 3에 도시한 바와 같이 원형 판상에 형성될 수 있다.

단계별분열모형(11)은 학습과정이나 수준에 따라 6단계나 8단계 또는 그 이상이나 그 이하로 표현될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 단계별분열모형(11)은 도 4및 도 5에 도시한 바와 같이 구성된다. 즉, 본체(10) 상에 고정된 LED기판(111)과, LED기판 상부에 부착되고 LED (111a) 광이 표출판 쪽으로 향하도록 광통로(112a)가 형성된 광차단판(112)과, 광차단판 상부에 부착되고 광통로(112a)에 접하는 부위에 단계별세포분열형상의 표현형(113a)이 천공 형성된 토출판(113)과, 상기 토출판(113)의 표현형(113a) 천공부에 채워지는 반투명 도광재료(114)와, 상기 토출판의 상부에 결합되는 반구형 투명커버(115)로 구성된다.

LED 기판(111)은 LED(111a)를 표출판에 형성한 단계별세포분열형상의 표현형(113a)대로 배열하여 놓은 전자기판이다.

도 6은 표출판에 형성한 단계별세포분열형상의 표현형(113a)에 대응하도록 LED 기판(11)에 LED(111a)를 배치 형성한 실시 예이며, 감수분열모형에 적용된 LED기판을 도시한 것이다.

상기 LED(111a)은 세포분열 전 과정 동안 동일성이 유지되도록 단계별 세포분열형상의 표현형이 천공 형성된 부위에 대응하는 기판상에 동일 생상의 LED를 형성하되 염색체의 특징부를 구성하는 동원체와 장완 및 단완부에 LED를 형성하여 단계별세포분열형상의 표현형이 강조되어 표출되도록 구성한다.

광 차단판(112)은 LED 불빛이 주변으로 새어나가 주변의 색과 혼합되지 않도록 하는 칸막이이며, LED기판 상부에 부착되고 LED 광(111a)을 광표출판 쪽으로 향하도록 광통로(112a)가 형성된 구조를 갖는다.

표출판(123)은 시각적으로 보이는 최종 표시판이다.

표출판에 형성되는 표현형은 세포 분열 과정을 시각적으로 표현할 수 있도록 단계별세포분열형상을 표현한다.

도 7a는 체세포 분열, 도 7b는 감수분열의 단계별분열모형(11) 형성을 위한 표출판을 실시 예를 도시한 것이고, 도 7c 및 도 7d 단계별세포분열형상의 실제 표현형태를 예시한 것이다.

표출판에 형성된 표현형은 천공에 의해 빛을 통과하는 홈을 형성하는 구조로 이루어지고, 상기 천공 홈은 염색체나 방추사 등의 형태에 부응하기 위해 때로는 넓게 형성되고, 때로는 가늘게 형성함으로써 LED광에 의한 시각적 효과를 극대화시킬 수 있다.

도광재료(114)는 LED 불빛이 확산되어 퍼지게 보이는 반투명 액상 재료 로써 실리콘 등이 사용된다.

본 발명은 상기 구성에 각 세포분열단계의 특징과 정보가 단계별 수준별로 저장된 음성데이터(51)와, 해당 세포분열단계에 대응하는 음성정보를 선택하도록 연계 설치된 선택스위치(52)와, 선택 스위치에 의해 선택된 음성정보를 스피커(53)로 출력하고 제어하고 LED를 제어하는 제어장치(54)를 포함하는 음성정보출력장치가 결합 된다.

상기 구조 주 제어장치는 버튼입력부에서 신호를 입력받고, 해당 LED를 제어하여 LED 를 점등시킴으로써 LED 광이 표출판을 통하여 발현되게 함으로써 표출판에 형성된 세포분열의 표현형을 출력한다.동시에 음성발생부에 신호를 보내 음성데이터(51)의 해당 음성정보를 스피커로 출력되도록 한다. 음성 발생부는 음성 재생이 완료되면 주제어장치에 신호를 전달하고, 주제어장치는 음성 완료신호에 동기하여 표시중인 LED를 정지시킨다.

이와 같은 과정에 의해 학습자가 특정단계의 단계별분열모형(11)의 선택스위치를 누르면, 해당 단계별분열모형(11)의 LED가 점등되어 분열 상태를 시각적으로 확인할 수 있게 하고, 동시에 음성데이터(51)가 스피커를 통하여 출력되어 시각과 청각에 의한 학습효과를 증대시킬 수 있게 된다.

상기 음성정보출력장치는 각 단계별분열모형별로 선택스위치를 두어 학습자가 해당 단계를 선택 작동시킬 수 있고, 별도의 메인 스위치를 사용하여 전 과정을 반복하면서 작동시킬 수 있으며, 학습단계와 수준에 따라 음성데이터(51) 수준을 선택할 수 있도록 구성된다.

도 1은 본 발명에 의한 감수분열 모형의 실시 구조도

도 2은 본 발명에 의한 체세포 분열 모형의 실시 구조도

도 3은 세포 분열모형을 원형으로 구성한 실시 예도

도 4 및 도 5는 단계별 세포모형의 구성도

도 6은 LED기판의 실시 예도

도 7a 내지 고 7d는 표출판의 실시 형태와 표현형의 표현형태

도 8은 음성정보 출력장치의 실시 예도

* 주요부호의 설명

10. 본체 10A. 체세포분열모형

10B. 감수분열모형 11. 단계별분열모형

111.LED기판 111a. LED

112. 광차단판 112a. 광통로

113. 토출판 113a. 표현형

114. 도광재료 115. 투명커버

30. 음성정보출력장치 31. 음성데이터

32. 선택스위치 33. 스피커

34. 제어장치

Claims

본체(10)상에 간기, 전기, 중기,후기, 말기 및 분열종료 과정을 각 단계별로 모식화한 단계별분열모형(11)으로 구성된 체세포분열모형(10A)과 감수분열모형(10B)으로 이루어지고, 단계별분열모형(11)은 본체(10) 상에 고정된 LED기판(111)과, LED기판 상부에 부착되어, 상기 LED (111a)광은 광표출판 쪽으로 향하도록 광통로(112a)에 의해 안내하는 광차단판(112)과, 광차단판 상부에 부착되고 광통로(112a)에 접하는 부위에 단계별세포분열형상의 표현형(113a)이 천공 형성된 토출판(113)과, 상기 토출판(113)의 표현형(113a) 천공부에 채워지는 반투명 도광재료(114)와, 상기 토출판의 상부에 결합되는 반구형 투명커버(115)로 구성된 것을 특징으로 하는 학습용 세포분열 모형 교구.
청구항 1에 있어서,

LED(111a)은 단계별세포분열형상의 표현형이 천공 형성된 부위에 대응하는 기판상에 LED를 형성하되 염색체의 특징부를 구성하는 동원체와 장완 및 단완부에 각 단계별로 동일 색상의 LED를 형성하여 세포분열 전과정 동안 동일성이 유지되고 단계별세포분열형상의 표현형이 강조되도록 한 것을 특징으로 하는 학습용 세포분열 모형 교구.
청구항 1에 있어서,

각 세포분열단계의 특징과 정보가 단계별 수준별로 저장된 음성데이터와, 해당 세포분열단계에 대응하는 음성정보를 선택하도록 연계 설치된 선택스위치와, 선택 스위치에 의해 선택된 음성정보를 스피커로 출력 제어하고, LED를 제어하는 제어장치를 포함하는 음성정보출력장치가 결합된 것을 특징으로 하는 학습용 세포분열 모형 교구.