이 연구의 목적은 중학생을 위한 시스템 사고 향상에 적합한 사전 교육 및 STEAM 교육 프로그램을 개발하고 중학생에게 적용하여 프로그램의 효과를 분석하는 것이다. 이 연구는 중학생을 대상으로 시스템 사고에 대한 사전 교육 프로그램과 시스템 사고를 향상시키기 위한 STEAM 교육 프로그램을 개발하는 것이다. 개발된 프로그램은 경상북도에 위치한 소규모 중학교 1학년 4명, 3학년 4명을 대상으로 투입하여 효과를 분석하였다. 시스템 사고의 분석은 Hung(2008)에 의해 개발된 루브릭이 활용되었다. 학생들의 시스템 사고에 대한 신뢰도와 루브릭의 타당도를 확인하기 위해 전문가들이 연구 결과를 검토하였다. 시스템 사고의 효과를 확인하기 위해 루브릭, 시스템 사고에 대한 학생들의 인지, 단어 간 관계 분석, 인과 지도의 검사를 체계적으로 적용하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 시스템 사고 사전 교육 프로그램과 교사용 지도서를 개발하였다. 이는 학생의 시스템 사고에 대한 개념과 인과 지도 작성법에 대한 기초 지식을 학습시키기 위한 것이다. 개발된 사전 교육 프로그램은 ‘지구 온난화’를 주제로 한 무한도전이라는 친숙한 예능 프로그램을 이용하여 인과 지도 작성 방법을 학습하도록 구성되었다. 사전 교육프로그램은 대상 학생들이 친숙하게 접근할 수 있도록 지구 온난화를 주제로 한 예능 프로그램을 기반으로 하였으며, 이를 통해 인과 지도 작성 방법을 학습할 수 있도록 구성하였다. 효과성 검사를 적용한 결과, 학생들의 시스템 사고 향상을 위한 사전 교육 프로그램은 효과적인 것으로 분석되었다. 둘째, ‘분석-설계-제작-평가-시스템 사고’의 5단계로 구성된 ADBAS 모형을 적용하여 ‘공기 소화기’ 주제의 시스템 사고 기반 STEAM 교육 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 시스템의 이해 능력, 시스템 내 관계 파악 능력, 시스템 일반화 능력에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 연구를 통해 개발된 사전교육 프로그램 및 STEAM 교육 프로그램은 학생의 시스템 사고 향상을 돕는데 적합하며, 시스템 사고와 STEAM 교육의 접목이라는 점에서 중요한 의미를 가진다. 또한 시스템 사고 향상을 위해 이 프로그램을 투입하기에 적절한 것으로 판단되어 ‘창의융합인재’를 양성하는데 기여할 것이다. 또한 시스템 사고 향상을 위한 위 프로그램의 적절한 투입은 창의융합형 인재를 양성하는 교육 목표를 달성하는 데 있어 기여를 할 것으로 판단된다.

이 연구는 시스템 사고 기반 과학 탐구 수업을 진행한 초등학교 교사들의 경험을 현상학적 연구 방법을 사용하 여 이해하는 것이다. 4명의 초등 교사가 참여했으며, 심층 면담을 실시하였다. 사용한 질문은 Seidman(1998)과 Schuman(1982)이 제시한 면담법을 재구성하였으며, Giorgi(1985)의 현상학적 체험 연구 방법 4단계를 적용하였다. 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 교사들은 수업 중에 시스템 사고를 증진시키는 확산적 발문을 많이 하였고, 학생 중심의 물리적, 심리적인 환경을 조성하여 시스템 사고를 향상시켰다. 둘째, 교사들은 시스템 사고 기반 과학 탐구 수업을 진행하는 과정에서 교수학습 예시 자료의 부족과 수업 주제 선정의 어려움을 언급하였다. 또한, 평가 도구와 측정 방법이 부족하여 학생들의 학습 내용과 과정을 올바르게 평가하는 것이 어렵다고 지적하였다. 초등학생들의 탐구 활동 능력 부족으로 시스템 사고를 기반으로 한 과학 탐구 수업의 효과를 극대화 시키는 데 한계가 있는 것으로 나타났 다. 이 연구를 통해 초등학교 교사들은 시스템 사고 기반 과학 탐구 수업을 진행하는 과정에서 여러 역할을 수행하고, 어려움을 겪으면서도 더 나은 수업의 방향을 찾고 있었다. 이 연구 결과는 앞으로 초등학교 수업 현장에서 시스템 사고를 적용하는 데에 가치 있게 활용될 것으로 기대된다.

이 연구의 목적은 과학 글쓰기를 통해 고등학생의 지구 시스템에 대한 이해와 시스템 사고 과정을 분석하는 것 이다. 글쓰기 활동에 활용한 자료는 지구과학 I 교과 내용 중 지구환경 변화에 관련된 3가지 주제(지구 온난화, 화산 분출, 사막화)이며 이와 관련된 과제를 개발하였다. 개발한 자료는 고등학교 2학년 학생 8명을 대상으로 투입하였으며 작성한 과학 글쓰기 내용을 바탕으로 DAET-C 체크리스트와 지구 시스템에 관련된 개념을 구성요소로 하여 인과지도 를 작성한 후, 이를 근거로 하여 시스템 사고의 관점에서 분석하였다. 그 결과로 첫째, 학생들은 지구 시스템의 구성, 지구 시스템의 상호작용, 지구과학적 소양, 시스템 순으로 지구 시스템을 이해하는 것으로 조사되었다. 둘째, 학생들의 과학 글쓰기 내용을 바탕으로 각각의 주제별로 인과지도를 작성한 결과 피드백 순환 고리가 나타난 학생은 연구에 참 여한 8명 중 지구 온난화 관련 주제에서는 4명, 화산 분출 관련 주제에서는 1명, 사막화 관련 주제에서는 4명의 학생 이 지구 시스템에서 하위 요소 간의 상호작용을 고려하는 시스템 사고를 하고 있는 것으로 조사되었다. 결론적으로 연 구에 참여한 학생들은 지구환경 변화가 지구계 하위 요소 사이의 상호작용을 통해 복잡한 과정 속에서 복합적으로 이 루어지고 있다는 사고를 하고 있었으나, 지구 시스템의 순환에 대한 과정에서 시스템 사고는 미흡한 것으로 나타났다. 과학 글쓰기 활동을 활용하여 지구 시스템 교육과 시스템 사고를 향상 시킬 수 있는 다양한 연구가 필요할 것이다.

이 연구의 목적은 과학 탐구 기반의 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하고 적용하여 중학생의 과학 자기 효능감, 진로 인식, STEM에 대한 태도 변화를 검증하는데 있다. 과학 탐구 기반의 STEAM 교육 프로그램은 ‘지진’을 주제로 ADBA 모형에 적용하여 총 6차시 분량으로 개발하였다. 중학생을 대상으로 예비적용을 거쳐 수정·보완하여 최 종적으로 개발된 프로그램은 광역시 소재의 H 중학교 3학년 학생 105명을 대상으로 효과성을 검증하였다. 자료 분석은 단일집단 사전·사후 대응표본 t-검증을 실시하여 수업 전·후의 과학 자기효능감, 진로 인식, 과학·기술·공학·수학 에 대한 태도의 변화에 대하여 효과성을 분석하였다. 결론적으로, ‘지진’을 주제로 한 과학 탐구 기반의 융합인재교육 프로그램은 학생들의 과학 자기효능감과 과학 관련 진로 인식의 향상에 효과가 있었다. 그리고 과학, 기술, 공학, 수학 에 대한 태도의 인식, 능력, 가치, 흥미의 지속 영역에서 고르게 유의미한 효과가 나타났다. 개발된 과학 탐구 기반의 융합인재교육 프로그램은 학교 현장에서 충분하게 적용될 수 있으며, 이를 통해 과학적 탐구 능력의 향상과 창의·융합 적 사고를 지닌 인재를 기르는데 도움이 될 것이다.

이 연구의 목적은 고등학생의 시스템 사고가 과학 자기 효능감을 구성하는 요인인 자기 조절 효능감과 과학에 대한 자신감에 어떤 영향을 미치는가를 분석하는 것이다. 고등학생의 과학 자기 효능감에 영향을 미치는 요인으로 시스 템 사고를 설정하고, 시스템 사고가 자기 조절 효능감을 매개로 과학에 대한 자신감에 영향을 미친다는 가설을 설정하 였다. 광역시 소재 일반계 고등학교 2학년 중 이공계열로 진학하고자 하는 학생 210명을 대상으로 시스템 사고 검사 도구 20문항과 과학 자기 효능감 검사 도구 중에서 자기 조절 효능감을 알아보는 11문항과 자신감을 알아보는 8문항, 총 39문항을 투입하였으며 성실하지 못한 응답지 22부를 제외한 188부를 분석하였다. 탐색적 요인 분석 결과 시스템 사고 검사 도구는 20문항이 모두 의도한 요인에 적합한 결과가 나왔으며, 자기 조절 효능감은 8문항이, 자신감은 4문항 이 적합한 결과가 나왔다. 구조 방정식 모델을 통한 모델 적합도를 살펴본 결과 시스템 사고 5개 요인 중 학생 개인의 사고과정을 살펴보는 시스템 분석, 개인숙련, 정신모델 3개 요인이 자기 조절 효능감 및 자신감에 영향을 주는 모델의 적합도가 가장 높은 적합도를 보여주었다(χ 2 =344.498, df=242, TLI= .921, RMSEA= .044). 또한 시스템 분석, 개인숙 련, 정신모델 중 시스템 분석과 정신모델이 직·간접적으로 과학에 대한 자신감에 영향을 미치고 있었으며, 정신모델의 경우 자기 조절 효능감을 매개로 하여 자신감에 영향을 미친다는 결과를 도출할 수 있었다. 연구에서 도출된 결과를 토대로 시스템 사고가 과학 학습의 정의적 영역에 미치는 영향을 알 수 있었으며, 또한 시스템 사고를 활용한 과학 학 습에 대하여 구체적인 이론적 근거를 제시할 수 있을 것이다.

이 연구는 과학 영재 학생들의 지구계에 대한 지식, 중요성, 과학 동기 사이에 상관 관계를 분석하고 시사점을 얻는데 그 목적을 두고 있으며, 기존에 수행되지 않았던 내용을 다루는 탐색적 연구이다. 연구는 K 대학 부설 과학영 재교육원 소속 중등 융합과학반 학생 93명을 대상으로 지구계에 대한 지식과 중요성, 과학 동기를 분석할 수 있는 설 문지를 투입하고 지구계에 대한 지식과 중요성이 과학 동기에 미치는 영향을 상관분석과 회귀분석을 통해 결과를 도출 하였다. 그 결과, 지구계에 대한 지식은 과학 동기에 상관계수 .656으로 높은 상관을 보여주었다. 반면 지구계에 대한 중요성은 과학 동기와 .387로 다소 낮은 상관이 나왔다. 높은 상관을 보여준 지구계에 대한 지식과 과학 동기의 회귀분석을 통해 그 설명력을 분석한 결과, 과학 동기의 총 변화량의 43%를 지구계에 대한 지식이 설명함을 나타내었다. 분 석 결과를 토대로 지구계에 대한 체계적인 교육 프로그램을 개발하여 과학 영재 학생들의 수업에 적극적으로 활용한다 면 과학 동기의 유발과 함께 학습 동기와 관련된 다양한 시사점을 얻을 수 있을 것이다.

이 연구의 목적은 지구계와 환경 문제에 대한 초등 영재학생들의 인식을 조사하는 것이다. 대학부설영재교육원 소속 28명의 초등학교 학생들을 대상으로 13개의 지구 환경 문제에 대한 지식수준, 심각성, 확실성, 체험 가능성에 관한 인식을 조사하였다. 학생들이 그린 지구 이미지를 분석하기 위하여 Draw-An-Earth Test 체크리스트를 개발하여 사용하였으며, 이미지를 구성하는 요소와 이미지에 담긴 의미를 분명하게 파악하기 위하여 인터뷰를 실시하였다. DAET 체크리스트와 인터뷰 분석 결과 지구계의 구성요소에서 80개, 지구계의 상호작용에서 11개, 지구계의 소양 영역에서 4개의 요소가 확인되었다. 학생들은 지식 수준과 관련하여 대기 오염, 지구온난화, 수질 오염에 가장 잘 알고 있다고 하였으며, 지구온난화, 대기오염, 수질 오염을 가장 심각한 문제라고 하였다. 또한 산성비, 대기 오염, 수질 오염에 대하여 확실성이 높게 나타났으며, 산성비, 대기오염, 산림파괴에 대하여 체험가능성이 높게 나타났다. 이 연구를 통하여 교수 학습 측면에서 초등 과학 영재들이 지구계와 환경문제에 대하여 어떻게 인식하고 있는지 이해할 수 있었다.

이 연구의 목적은 10학년 학생들의 공간능력의 차이에 따라 판의 운동과 관련된 개념 이해가 어떻게 다른지 알아보는 데 있다. 이를 위하여 공간능력과 판의 운동 관련 개념 검사 도구를 선정 개발하였다. 공간능력 검사는 KTC에서 개발한 적성종합 검사지 20문항을 사용하였다. 또 다른 검사지는 판의 운동과 관련된 개념을 묻는 것으로 총 10문항으로 구성되었다. 검사지들은 광역시 소재 10학년 학생 118명에게 투입하여 상관관계를 분석하였고, 공간능력 검사점수를 통해 공간능력이 높은 집단과 낮은 집단으로 구분하여 두 집단 간의 판의 운동 관련 개념 이해 정도 차이를 분석하였다. 또한 공간능력 점수가 높은 학생 3명과 낮은 학생 3명을 표집하여 반구조화된 면담을 실시하였다. 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 공간능력 점수와 판의 운동 개념 성취도의 상관관계를 분석한 결과, 상관계수 r=0.439 (p〈.01)로 둘 사이에는 보통 수준의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 그리고 공간능력 검사 점수에 따라 상 하 두 집단으로 구분하여 두 집단 간의 판의 운동 관련 개념 성취도에 차이가 있는지를 알아보기 위해 t-검정을 실시한 결과, 두 집단 사이에 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 둘째, 공간능력 차이에 따른 판의 운동과 관련된 개념 이해를 조사하기 위해 공간능력 점수 상 하 두 집단에서 각각 3명씩 표집하여 면담을 실시하였다. 그 결과, 공간능력 점수에 관계없이 바르게 이해하고 있는 개념, 공간능력 점수에 관계없이 잘못 이해하고 있는 개념, 공간능력에 따라 이해 정도가 다른 개념으로 나누어 볼 수 있었다. 면담 학생 대부분이 해구와 해령, 맨틀의 상승과 하강 지역, 발산 수렴 경계에 대해 알고 있었다. 해구와 해령의 단면 모습에 대해서는 대부분 학생이 오개념을 가지고 있었다. 이에 반해 판의 생성과 소멸과정, 판 경계에서 일어나는 지각변동, 해저확장에 관한 내용에 대해서는 공간능력 점수가 높은 학생들은 대부분 바르게 이해하고 있었고, 공간능력이 낮은 학생들은 많은 오개념이 있음이 확인되었다.

이 연구의 목적은 2009 개정 과학과 중학교 교육과정을 효과적으로 실행하기 위해 중학생들의 지구계에 대한 기초적인 인식을 조사하였다. 1219명의 학생들이 설문조사에 참여했으며 학생들의 지구계에 대한 기초적인 이해, 지구계와 관련된 23개의 개념(내용)에 대한 이해 수준과 중요성을 조사하였다. 지구계에 대한 기초적인 이해 결과를 살펴보면 약 67%의 학생들이 지구계에 대한 용어에 대해 잘 모른다고 응답하였다. 지구계의 구성요소 중에서는 대기권과 수권을 가장 잘 인식하고 있었으며, 빙권에 대해서는 지구계의 구성요소로서 낮은 이해 수준을 보였다. 23개 지구계 관련개념(내용)에서는 성별에 따라 통계적으로 유의미한 차이가 나타났으며, ESU#4, 5, 6에 관련된 주요 개념에서 남학생들이 이해 수준과 중요성에 대한 인식 수준이 더 높게 나타났다. 아울러, 학년별로는 23개 중에 10개의 개념에 대한 중요성의 인식 차이를 나타냈다. 교육과정의 실행과 학교 현장을 위한 제언이 논의되었다.

이 연구에서는 고등학생들의 시스템 사고 향상을 위해 지구온난화 주제를 중심으로 교육프로그램을 개발하고 이를 학교 현장에 적용하여 학생들의 시스템 사고 향상 정도를 파악하였다. 현직 교사와 전문가들에게 타당성을 검증 받은 지구온난화 교육프로그램을 학생 27명에게 투입하였으며 시스템 사고 수준이 낮은 학생 3명과 수준이 높은 학생 3명, 총 6명의 학생을 연구대상으로 선정하고 활동 전 후로 단어 간 관계분석, 인과지도 그리기, 그림 그리기를 적용하여 시스템 사고 수준 변화정도를 살펴보았다. 그 결과 시스템 사고 수준이 낮은 그룹은 활동 후 지구온난화에 대한 시스템 사고 정도가 향상된 모습을 보였으나 오개념이 유지되는 특성을 보였다. 그리고 시스템 사고 수준이 높은 학생들은 자신들이 가지고 있었던 개념들은 활동 후 더 뚜렷해지고 체계적인 시스템 사고를 하고 있었다. 학생들에게 지구시스템과 연결된 지식이나 지구 환경 개념을 학습하는 데 있어서 필요한 시스템 사고를 함양시키고 과학교육과정에 새로운 활력을 불어넣기 위해서는 이러한 교육프로그램들이 많이 개발되어야 하며 또한 실제 학교 현장에서 많이 활용할 수 있도록 개발된 자료들이 잘 보급될 수 있어야 할 것이다.

지구과학 분야에서 대기와 해수의 운동을 이해하는 데 필수적인 개념인 전향력의 이해를 돕고자 전향력 실험장치를 개발하였다. 기존의 교과서에 제시된 전향력 실험 장치는 구슬을 내려 보내는 굴림대가 회전원판과 함께 회전하지 않으므로 구슬의 궤적을 이용하여 지구 위에서 전향력에 의해서 일어나는 대기나 해수의 운동을 바르게 설명할 수 없었다. 이러한 문제점을 개선하여 굴림대(빗면)를 원판에 부착하여 원판과 함께 회전하면서 구슬을 보낼 수 있는 새로운 실험 장치를 개발하였다. 개발한 장치와 기존의 장치를 사용하여 전향력 실험을 각각 실시하여 교과서의 실험 장치와 개발한 실험 장치의 특성을 비교하였다. 그 결과 교과서의 실험 장치는 구슬이 원판에 부딪히는 순간에 운동이 매끄럽지 못하여 구슬의 궤적을 분석하는 데 어려움이 있었던 반면에 개선된 실험 장치는 구슬의 궤적을 분석하기 쉬웠으며, 구슬의 속도를 다르게 할 수도 있어서 구슬의 속도가 다를 때 궤적을 서로 비교하는 것이 용이하였다.

이 연구의 목적은 방과 후 학교 활동으로 직접 활용될 수 있는 고등학교 천체관측반을 대상으로 한 천체 관측 프로그램 개발 및 적용이다. 연구방법은 먼저 현행 지구과학교과서의 천문관련 탐구활동을 분석한 다음, 가장 기본적인 관측 장비의 표준화 프로그램을 개발하였으며, 프로그램을 이용하여 학교 인근 여러 관측지에서 학생들이 직접 탐구활동을 수행하였다. 특히 관측 장비의 경우 일선학교에서도 쉽게 구비할 수 있는 102mm급 굴절망원경과 디지털카메라를 이용하였으며, 대부분 도심지에 위치한 학교의 관측지 환경을 고려한 탐구활동 및 그 수행을 위한 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 현행 교육과정상의 천문관련 탐구활동은 대부분 제시된 자료를 분석하는 자료 해석이나 가상실험활동으로 구성되어 있다. 둘째, 대부분의 학교가 위치한 도심지의 경우 도시 외곽보다 관측 환경이 열악하다. 셋째, 학교 인근 도심지에서 보편화된 관측 장비를 이용한 효율적인 관측 기법과 도심지에서의 관측 기기의 표준화 계수를 결정하였다. 넷째, 이와 같은 일련의 과정을 프로그램화하여 측정한 결과, 도시와 도시외곽에서 실제 별의 등급과 큰 차이를 보이지 않았으며, 학습 프로그램 개발을 통하여 천체 관측에 관한 다양한 탐구 활동을 제공할 수 있었다 현재 천체 관련 교육은 실제 탐구 활동 영역이 결여되어 있으며, 대부분의 학교가 도심지에 위치하고 있어서 관측환경 또한 좋지 못하다. 하지만 이 프로그램을 이용하면 실질적인 천체관측 활동과 관측 결과에 대해 정형화된 보정활동을 거쳐 유의미한 관측 데이터를 수집할 수 있으며, 이를 여러 가지 활동을 통해 재해석 할 수 있다. 이를 통해 현장 체험 중심의 천체 탐구 활동을 활성화시킬 수 있으며, 과학적 흥미를 높일 수 있다.

이 연구의 목적은 10학년 과학 교과서의 지구과학 용어들을 SWA 프로그램을 통해 분석하여 그 중 학생들이 어려워하는 용어들을 알아보는데 있다. 연구 목적을 위해, 먼저 11종의 10학년 과학교과서에서 지구과학 용어들을 추출한 다음, 표준국어대사전을 기반으로 한 SWA 프로그램으로 과학 전문어와 비과학 전문어로 분류를 하였다. 분류된 과학전문어와 비과학 전문어에 대해 560명의 10학년 학생들에게 이해하기 어려운 용어를 선택하도록 하였다. 프로그램을 통해 어휘의 수를 분석한 결과, 교과서별로 다소 차이는 있지만, 등급 외의 과학 전문어 빈도가 모든 교과서에서 다른 등급에 비해 가장 높았다. 또한 학생들에게 설문한 결과, 어렵다고 하는 용어들의 대부분이 등급 외에 속해 있었다. 이 연구 결과를 통해, 교과서 집필 과정에서 학생들의 인지 수준을 고려해야 하며 어려운 용어는 과학적 의미의 변화가 없는 범위 내에서 쉬운 용어로 대체되어야 한다는 것을 제안하였다.

이 연구의 목적은 고등학생들의 태양계 상대적인 크기를 쉽게 이해하고 창의적인 사고 능력을 키우기 위한 교육 프로그램 개발이다. 프로그램은 태양계의 상대적 크기 영역에서 4개 주제와 8차시 분량으로 개발되었다. 개발된 프로그램은 구미시에 소재한 G 고등학교 10학년 155명에게 투입하였다. 연구 결과를 살펴보면, 개발된 프로그램 학습을 통해 학생들이 태양계 행성들의 상대적인 크기를 쉽게 이해할 수 있었고, 발산적 사고로부터 수렴적 사고로 이어지는 창의적 사고력을 향상 시켰다. 개발된 프로그램의 주제별 활동을 통하여 학생들에게 창의적 사고 능력의 배양과 태양계내의 행성간 거리와 크기에 대해 쉽게 학습시킬 수 있을 것으로 기대된다.

이 연구의 목적은 우리나라 과학교육 현장의 환경과 현실에 적합한 지구계 주제 중심의 지구과학 모듈을 개발하여 현장에 적용하고 그 효과를 분석하는 것이다. 모듈의 개발을 위해 98명의 인문계 고등학교 학생들을 대상으로 선택된 13개의 지구환경문제에 대한 인식 조사를 실시하였다. 개발된 모듈의 적용에 따른 효과를 조사하기 위해 고등학교 2학년 2개 학급의 76명을 대상으로 정규 지구과학 수업 시간에 적용하였고, 학생들의 활동의 관찰, 면담, 설문지를 통하여 자료를 수집하고 분석하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 모듈은 고등학교 지구과학 I 교과서의 '지구의 구성' 단원에서 다루고 있는 내용을 모두 포함하며, 그 내용을 중심으로 모듈의 주제를 선정하고 세부 활동을 개발하여 구성하였다. 총 7차시(3주)분량의 모듈을 개발하였고, 개발된 모듈을 구성하는 각각의 활동들은 교과서에 순서에 따라 서로 연계가 될 수 있게 구성되었으며, 고등학교 교육과정 해설서에서 제시되어 있는 학습 목표들과 일치하도록 구성하였다. 모듈의 전반부는 지구 환경을 구성하는 요소인 기권, 수권, 암권, 생물권을 이해하고 그 요소들의 특징을 학습하고, 전지구적인 관점에서 이들 요소들의 상호작용이나 인간 활동과의 연계성을 다룬다. 대부분의 활동들은 모둠별 협동학습을 통하여, 학생 주도적인 활동이 되도록 개발되었다. 모듈의 후반부는 4차시로 구성되어 있으며, 지구계에서 일어나는 에너지 순환과 물질의 순환(물, 탄소, 이산화탄소 등)을 통하여 지구계 내의 상호작용을 이해하는 것을 활동 목표로 하였다. 둘째, 개발된 모듈을 정규 지구과학 수업 시간에 적용한 결과를 살펴보면, 개발된 모듈을 통하여 지구환경의 구성요소와 각 권들과 관련된 개념의 학습에 효과적인 것으로 조사되었고, 학생들이 활동들을 통하여 지구계를 구성하는 암권, 수권, 기권, 생물권의 특성과 세부 개념들에 대해 학습하는데 도움이 되었다고 응답하였다. 개발된 지구계 주제 중심 모듈의 학습을 통해서 학생들의 지구환경과 구성요소에 대한 지식을 습득하고, 이해가 향상되었다. 지속적으로 지구계나 지구환경문제를 다루는 모듈이 개발된다면 학생들의 지구과학적 소양의 함양을 향상시킬 것으로 기대된다.

이 연구의 목적은 천문학을 전공하지 않은 대학생들의 달 크레이터 생성에 대한 정신모형 형성과정에 활용되는 정보 출처의 종류와 추론의 유형을 알아보는데 있다. 연구 목적을 달성하기 위해, 개별 심층 면담 방법이 설계되었으며, 면담 내용은 분석적 귀납에 의해 생성되었다. 면담은 4명의 대학생들과 개별적으로 이뤄졌으며, 면담 과정은 Seidman의 단계를 따랐다. 연구 결과, 이들은 달 크레이터 생성에 관하여 비과학적이긴 하지만 일관성 있는 설명체계를 형성하고 있었다. 이들은 대체로 운석 충돌에 의해 구덩이가 생성된다고 설명하였으며, 생성된 크레이터의 모양과 관련된 변인으로는 개인마다 차이가 있었으나 운석의 모양을 공통적으로 제시하였다. 이들의 설명체계에 활용된 정보원으로는 일상에서의 경험과 교과지식, 직관이 활용되고 있었고, 인과적 추론, 직관적 추론, 지식기반추론, 비유적 추론을 활용하고 있었다.

이 연구는 예비 중등 교사들을 대상으로 Lakatos의 방법론에 따라서 "계절 변화의 설명"에 대한 대안 모형을 조사하였다. 조사대상은 사범대학 과학교육학부 74명이다. 조사 결과 계절 변화에 대한 예비 중등 교사들의 설명은 과학적 모형과 불일치하는 대안 모형들을 가지고 있었다. 이러한 명백한 불일치의 대안 개념은 어떤 일관성 있는 방향으로, 자신들이 가지고 있는 대안 모형의 핵심 신념을 사용한다고 가정함으로서 설명되어 진다고 우리는 주장한다. 따라서 이 연구에서는 예비 교사들의 대안 모형을 극복하기 위해서 먼저 그들이 가지고 있다고 가정할 수 있는 핵심 신념들과 가능한 근원들을 알아보는 것이다. 그러한 근원들 중에서 교과서가 예비 교사의 대안 모형의 근원을 제공할 가능성을 배제할 수는 없다.

이 연구의 목적은 공학적 설계와 과학 탐구 과정 기반의 STEM 교육 프로그램을 개발하고 적용하여 중학생의 STEM 영역에 대한 정의적 영역에 미치는 효과를 검증하는데 있다. 연구의 대상은 K시 소재의 Y 중학교 1학년 32명과 광역시 소재 K 중학교 2학년 25명, 3학년 30명으로 단일 집단 사전ㆍ사후 대응 표본 t-검증을 실시하였다. 이 연구에서 사용된 검사 도구는 STEM에 대한 태도를 측정하기 위하여 Mahoney(2009)가 개발한 검사지를 번역하고 수정ㆍ보완하여 사용하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 공학적 설계와 과학탐구과정 기반의 STEM 교육 프로그램은 문헌조사와 초ㆍ중등 교사들의 STEM 교육에 대한 인식 조사를 바탕으로 개발되었다. 개발된 프로그램은 '문제이해(A) - 설계(D) - 제작(B) - 평가(A)'의 문제해결과정의 네 단계로 이루어지며, STEM 관련 개념을 적용하고 흥미와 실생활 연계를 강조하고 있다. 둘째, 과학, 기술, 공학, 수학 중에서 과학에 대한 인식, 가치(중요성), 능력(자신감), 흥미(관심) 등이 높게 나타났으며, 상대적으로 기술과 공학에 대한 인식이 낮게 나타났다. 공학적 설계와 과학탐구과정 기반의 STEM 교육 프로그램은 중학생의 STEM 교과별로 인식, 능력, 가치, 흥미 상승에 효과적이었으며, STEM에 대한 태도를 향상시키는데 효과적이었다. 개발된 프로그램은 학교현장에서 활용될 수 있을 것이며, STEM / STEAM 교육이 학생들의 과학과 기술에 대한 이해와 수학과 과학에 대한 흥미를 높이고, 과학기술 기반의 융합적 사고와 문제해결을 배양하는 교육에 기여할 수 있을 것이다.

본 연구의 목적은 과학 통합교육의 적용 효과에 대한 메타분석을 실시하여 과학적 지식 획득, 과학탐구능력 습득, 과학에 관련된 태도 형성에 미치는 효과를 밝히는 데 있다. 2000년 1월부터 2010년 10월까지 온라인데이터로 구축되어 있는 국내의 과학 통합교육에 대한 학위논문과 저널 중에서 효과크기를 계산할 수 있는 자료가 포함된 양적연구를 대상으로, 연구물의 특성을 파악하여 코딩기준에 따라 코딩하고 효과크기 공식을 적용하여 60편의 논문으로부터 84개의 효과크기를 구했다. 분석 결과 첫째, 과학 통합교육은 학생의 과학적 지식 획득, 과학탐구능력 습득, 과학에 관련된 태도의 형성에 모두 긍정적인 효과가 있으며, 과학탐구능력 습득에 가장 효과적인 것으로 나타나났다. 둘째, 통합유형별로 나누어 보면 내용(교과)중심 통합 방법이 가장 큰 긍정적인 효과를 가지며 주제(소재)중심 통합 방법과 문제해결중심 통합 방법도 긍정적인 효과를 가진다. 셋째, 통합교육의 유형과는 대조적으로 학교급간의 통계적으로 의미 있는 차이가 없는 것으로 나타났다. 국제적인 맥락에서 과학교육의 통합적 시도에 대한 비교 연구가 필요하고 이러한 분석은 과학교육의 통합적 접근에 대한 연구와 실천에 기여할 것이다.

이 연구의 목적은 초등학교에서 이루어지고 있는 통합 수업과 통합 STEM 교육에 대한 초등학교 교사들의 인식을 조사하여 통합 STEM 교육을 도입하기 위한 시사점을 도출하는 데 있다. 이를 위해 대구와 경북 지역에 근무하고 있는 216명의 교사들을 대상으로 설문지를 제작하여 조사를 실시하였으며 결과는 다음과 같다. 첫째, 초등학교에서는 교과 간 통합 수업이 잘 이루어지지 않고 있었으며, 그 원인은 통합 수업 준비에 대한 부담, 교과 간 관련성에 대한 연구 부족 순으로 나타났다. 둘째, 초등 교사들은 통합 수업에 대하여 개념이나 기능의 전이가 용이하기 때문에, 창의적인 사고력과 실생활에서의 적용력을 기를 수 있기 때문에 등의 이유로 긍정적으로 생각하고 있는 것으로 나타났으며, 통합 수업 비중 확대가 필요하다고 하였다. 셋째, 초등 교사들은 교과 간 다양한 통합 수업의 유형에 대해서는 일부 유형만을 주로 사용하는 것으로 나타나 통합 수업 유형을 자유롭게 적용할 수 있는 능력을 갖추지 못한 것으로 분석되었다. 넷째, 통합 STEM 교육에 대하여 초등 교사들은 잘 모르고 있으나 필요성에 대해서는 긍정적으로 생각하는 것으로 나타났다. 다섯째, 초등 교사 들은 통합 STEM 교육이 필요한 이유에 대하여 창의력과 사고력 배양에 도움이 되기 때문에, 실생활에서의 적용력을 기를 수 있기 때문에 순으로 생각하는 것으로 나타나 통합 수업에 대한 생각과 일치하였다. 여섯째, 초등 교사들은 통합 STEM 교육을 도입하기 위해서는 통합 STEM 교육 프로그램의 개발 및 보급과 통합 STEM 교육에 대한 교사의 이해가 가장 필요하다고 생각하였다. 일곱째, 초등 교사들은 통합 STEM 교육 프로그램은 과학 교과를 중심으로 구성하는 것에 찬성하는 비중이 가장 높았고 그 이유는 다양한 분야에 응용할 수 있기 때문이라고 하였다. 여덟째, 초등 교사들은 통합 STEM 교육 프로그램은 창의적인 사고력 및 문제해결력 증진, STEM 관련 교과에 대한 학습 흥미 증진, 실생활과의 관련성의 순으로 중점을 두어 개발해야 한다고 생각하였다. 마지막으로 초등 교사들은 통합 STEM 교육이 과학기술 분야 인재양성에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대하였다.