본 연구는 대도시에서 미세먼지 없는 학교 부지를 찾는 Model Eliciting Activity (이하 MEA) 활동을 통해 고 등학교 학생들의 문제 해결 특성을 조사하기 위한 것이다. 5차시로 개발된 MEA 활동에 79명의 고등학교 2학년 학생 들이 참여 하였으며, MEA 활동지를 주요 데이터로 수집하였다. 학생들이 작성한 활동지의 개방형 질문에 대한 답을 기반으로 학생들의 문제 해결 모델을 귀납적 및 질적 방법으로 분석하였다. 먼저 학생들이 다른 데이터보다 어떤 데이 터를 우선적으로 사용했는지 순서를 분석한 후 주어진 데이터 세트를 어떻게 상호 연결하여 순서를 결정하는지 분석하 였다. 분석결과 학생들은 미세먼지 배출량이 많은 곳을 기피하기 위해 미세먼지 배출농도, 산업단지 분포 등 미세먼지 와 직접적으로 관련된 데이터를 먼저 활용하는 경향이 있음을 알 수 있었다. 흥미롭게도 MEA 활동에서 고등학생의 문 제 해결 특성은 매우 다양하여 76명의 학생이 총 61가지 유형의 문제 해결 모델을 제작한 것으로 나타났다. 문제를 해 결하기 위해 동일한 순서의 데이터를 사용하는 학생의 최대 수는 6명으로 학생들의 문제 해결 방법은 매우 다양함을 보여준다. 그러나 공통적으로 미세먼지 농도가 높은 곳을 제외하는 방법으로 미세먼지 배출과 직접적으로 관련된 데이 터를 먼저 선택하는 특성을 보였다.

본 연구의 목적은 공학설계 기반 오션 클린업 수업이 STEAM 태도와 창의공학적 문제해결성향에 미치는 영향 을 알아보는 것이다. 또한 이 과정에서 학생들이 공학설계 기반 수업에서 접하는 흥미로운 점을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 공학설계를 전공한 교수 1명과 석사 이상의 공학설계 전문가 5명이 함께 공학설계를 기반으로 한 6차시의 과학수업을 개발하여 검토하였다. 수업의 주제는 실제 오션 클린업 프로젝트에서 구현된 방법을 기반으로 해양 오염을 줄이기 위한 과학 및 공학적 해결과정의 설계 및 구현으로 선정되었다. 공학설계 과정은 NGSS(2013)에서 제시한 공학 설계 모형을 활용하였으며, 최적화 과정을 통해 재설계를 경험할 수 있도록 구성하였다. 효과를 검증하기 위해 Park et al.(2019)이 개발한 STEAM 태도 설문지 및 Kang and Nam(2016)이 개발한 창의공학적 문제해결성향 검사 도구를 사 용하였다. 효과성 검정을 위한 통계분석을 위해 사전 및 사후 t-검정을 사용하였다. 또한, 학습자가 경험한 흥미로운 점 의 내용은 기술적인 응답을 받아 전사하고, 중심도 분석을 통해 분석 및 시각화하였다. 결과는 과학 수업에서 공학설계 기반 오션 클린업 수업이 STEAM 태도와 창의공학적 문제해결성향 모두에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 확인하였다 (p< .05). 또한, 비정형 데이터 분석 결과, 학습자가 학습에 관심을 갖는 요인으로 이공계 지식, 공학적 경험, 협동과 협 업이 나타나 공학적 경험이 중심 요인임을 확인하였다.

본 연구의 목적은 융합적 문제해결력을 검사할 수 있는 도구를 개발하는 것이다. 이를 위해 먼저 선행연구에서 다양하게 정의된 융합적 문제해결력의 영역들을 융합적 성향, 융합적 사고, 융합적 소양 영역 측면으로 정의하였다. 37 개의 예비문항은 문제해결과 융합적 사고, 창의적 사고, 개인적 성향과 사회적 성향, 그리고 융합적 소양을 포함한 각 영역에 대한 선행연구에 근거하여 정의된 하위 영역에 근거하여 개발되었다. 탐색적 요인분석을 통해 30개의 예비 문 항이 확정 되었다. 확인적 요인 분석 결과는 확정된 5개 요인 모델이 문항수준에서 적합한 요인구조를 가지고 있다는 것을 보여준다. 측정된 모든 문항과 요인에 대한 신뢰도 검정 결과 검사도구 전체의 Cronbach’s α값은 .963으로 매우 양호한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발된 융합적 문제해결 검사 도구는 통계적으로 신뢰롭다고 할 수 있다.

본 연구는 우리나라 과학교육에서 통합교육의 주제로 다루어지는 환경문제와 관련하여 환경교육의 현황과 교육 과정을 비교 분석하여 상호연계성과 시사점을 제공하고자 하였다. 이를 위해 2015 개정 환경과 교육과정과 2015 개정 과학과 교육과정을 분석대상으로 선정하고, 각 교과의 교육과정과 그 변천에 대한 문헌연구와 내용분석(Content Analysis)을 수행하였다. 교육과정 분석은 선행연구를 토대로 핵심역량과 교육목표를 비교하고, 과학과 및 환경과의 공통 소양 요소인 지식, 태도, 탐구, 그리고 참여와 실천의 4가지 범주를 도출하여 분석틀을 구안하고 이를 토대로 내용체계를 재구성 하였다. 연구결과 핵심역량과 목표에서 환경교과는 총론기반의 지속가능한 사회참여를, 과학교과는 과학탐구능력과 과학적 소양이 강조되는 차이가 있었다. 또한 내용체계에서는 환경교과가 학습자의 관점을 중시한다면 과학교과는 과학탐구자로의 자세를 강조하였으며, 내용지식의 체계를 중요시하는 과학교과에 비해, 환경교과는 학년간 경계가 거의 없이 과학개념이 적용되는 것으로 나타나 국가 교육과정에서 교과간 내용 지식 연계성에 대한 충분한 정보를 제공할 필요성이 제기되었다. 또한 환경교과가 참여와 실천에 목적을 둔다면 과학교과는 지속가능한 과학기술개발과 개선, 과학적 흥미와 의사결정능력을 기르는데 초점을 두고 있어 체계적인 지속가능발전 교육을 위해 과학과 및 환경과 교육과정이 상호 보완 될 필요가 있으며 과학과 교육과정에서 탐구활동의 주제를 더욱 다양하고 통합적인 주제로 다룰 필요가 있음을 제안하였다. 이를 통해 탐구 중심의 통합 교과서에서 보다 과학적 문제해결과 평생학습과 참여 역량을 강조하는 교과서로 바꿀 수 있는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 지속가능발전 교육을 위해 과학과 및 환경과 교육과정의 상호보완에 대한 시사점과 함께 과학교육이 환경교육의 버거운 역할을 분담할 수 있기를 기대한다.

This study presents how two types of integrated science and engineering lessons affect students’ engineering problem solving skills and their perceptions of engineering. In total, 146 middle school students participated in this study. Eighty-six students participated in the Type I lesson (complete engineering design lesson with a science knowledge application) and 60 students participated in the Type II lesson (engineering design without a science knowledge application). Two main datasets, (1) students’ Creative Engineering Problem Solving Propensity (CEPSP) measurement scores and (2) open-ended survey questions about students’ perceptions of engineering, were collected before and after the lessons. The results of this study show that after participating in the Type I lesson, students’ CEPSP scores significantly increased, whereas the CEPSP scores of the students who participated in the Type II lesson did not increase significantly. In addition, students who participated in the Type I lesson perceived engineering and the engineering integrated science lesson differently compared to the students who participated in the Type II lesson. The results of this study show that engineering integrated science, technology, engineering & mathematics (STEM) lessons should include a complete engineering design and a science knowledge application to improve students’ engineering problem solving skills.

본 연구는 과학공학 융합 수업을 통해 학생들의 공학과 공학자에 대한 인식이 어떻게 변화되었는지 알아보기 위 한 연구이다. 본 연구에서 사용한 과학공학 융합 수업은 제한된 예산과 시간동안 공학적 문제를 해결하는 24차시 수업으로 설계되었으며 20명의 초등 과학 영재 학생들에게 적용하였다. 본 연구의 주요데이터는 공학자 그림 그리기와 설명문 항, 그리고 이에 대한 개별 인터뷰와 초점 집단 면접을 통해 수집되었으며, 공학자 그리기에 대한 설명과 인터뷰는 전사 내용을 토대로 양적(빈도분석과 대응표본 t-검증), 질적 분석 방법을 모두 사용하여 분석하였다. 과학공학 융합 수업은 과학 영재 학생들의 공학 설계에 대한 이해에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 공학과 공학자, 그리고 공학 과 사회의 관계에 대한 인식도 바람직한 방향으로 변화하였다. 공학은 여러명이 협력하는 사회적인 활동이라는 인식, 그리고 공학자의 윤리의식, 공학의 사회적 가치 등 공학과 사회의 관계에 대한 인식도 바람직하게 변화하였다.

Urban planning and engineering undergraduate students need to understand the earth physical systems and that how human beings interact with the earth systems to planning and engineering urban area. The eco-friendly or geofriendly design and planning of an urban area is a critical issue not only for economic benefits but more importantly for the sustainable future of urban life. However, little study has been done dealing with the urban engineering students’ understanding of the earth as a system and what pedagogical approach is appropriate to improve their understanding of the earth as a system. This study is to investigate the impact of a purposely designed ESS course on urban engineering students’ understanding of the earth as a system and their perceptions about the instructional approaches of the course on their learning competency. This study utilized a mixed-methodology with three main data sources: concept maps, student’s perception survey about their learning competency, and course contents. Both the survey and concept maps were analyzed quantitatively as well as qualitatively. The result of this study showed that the urban engineering students’ experience of team-based research about the topic they chose based on their own interest had a positive impact on their understanding of the earth as a system and their learning competency. The results of this study suggest that structuring and presenting the earth system contents in the context of engineering students’ understanding and their future career be effective not only for the improvement of students’ content knowledge but also for the enhancement of their learning competency such as creativity and problem-solving skills in everyday life situation

This paper presents an analytical framework of Conceptual Understandings of Earth Systems (CUES) that shows a relationship between disciplinary knowledge of Earth systems and the specific thinking skills required to understand that knowledge. This framework is developed through an extensive literature review of students’ and teachers’ understandings of earth systems concepts and systems thinking in earth science context. This study first presents the categories of disciplinary knowledge of Earth systems, Earth System Knowledge (ESK). This study then illustrates a relationship between categories of ESK and the ontological categories (Matter, Process, Systems) that has been used to study students’ conceptual understandings of Earth systems. Finally, this study presents the CUES framework to show the relationship between disciplinary knowledge and thinking skills. The implications of using this framework for curriculum development, assessment, and teacher education and ESS research are discussed.

This study explores the impact of a STEM integration teacher professional development program focusing on teachers’ perception of engineering and their attitudes toward integrating engineering into teaching. A total of sixty-eight teachers from ten schools participated in the program for five days. Data are collected from three main sources including (1) pre and post concept maps probing teachers’ perceptions about the engineering discipline, (2) a pre and post survey measuring teachers’ self-efficacy of teaching science/mathematics within the engineering context, and (3) engineering integrated science and (or) mathematics lesson plans and teaching reflections. This study utilizes both qualitative and quantitative research methods depending on the data we have collected. The results show that both science and math teachers thought that integrating engineering into teaching provided valuable outcomes, i.e., promoting students’ learning about engineering and improving their interest in science or math through real-world problem solving exercises. Participants also felt more comfortable about integrating engineering in their teaching after the program. The results also imply that the teachers’ understandings of engineering become more concrete after the program. This study also provides an overview of the challenges and advantages of teaching engineering in K-12 science and mathematics classrooms.

본 연구는 세 명의 미국 초등학교 선생님들이 문화와 언어가 다른 도심지 저소득층 학생들을 위한 과학 수업 구성함에 있어서 어떻게 여러 가지 상황에 대한 지식이 영향을 미치는지에 대한 사례연구이다. 도심지 저소득 학생들을 위한 각 교사의 세부적인 교육적 결정과 여러 가지 당면 한 상황 간에 역동적인 상호작용을 이해하기 위해 “상황에 대한 교사지식”에 관한 이론적 분류틀 이 제안되었다. 본 연구의 방법은 다중 사례연구로 각 교사에 대한 연구가 독립적인 사례로 제시 되었다(Merriam, 2001). 교실 관찰 기록과 인터뷰 전사 자료가 주요 연구 데이터로 사용되었으며 해석학적 질적 분석 방법을 통해 분석되었다. 본 연구의 결과는 교사들이 가지는 학생들의 과학 용어 이해의 부족과 같은 학생 상황에 대한 이해와 국어가 강조되는 학교 교육과정과 같은 외부 상황에 대한 이해가 비슷할지라도 각 교사의 실제적인 수업에는 큰 차이가 있음을 보여 준다. 특 히 각 교사의 내부적 상황 지식(knowledge of internal context)이 각 교사가 교수법적 결정과 실 제에 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. 본 연구결과는 교사가 문화 반영적 과학 교수법 (culturally relevant science teaching practices)에 대한 이해 부족의 문제점을 보여준다. 마지막으 로 연구 결과에 근거하여 도심지 빈민 다문화 학생을 위한 초등과학교육에 대한 제언을 기술하 였다.

교사의 수행의 체계적인 평가에 대한 요구의 결과 최근 미국 40개주 600개의 교사교육기관을 통해 교사 수행 평가 (edTPA) 체계가 시행되고 있다. 그러나 이 새로운 평가에 대비해서 교사 양 성 기관에서 어떻게 교사 양성 프로그램의 질을 높이고 예비 교사를 준비시켜야 하는 가에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 미국의 한 교사 양성 기관을 대상으로 edTPA 준비를 위 한 교사 양성 프로그램의 효율성과 edTPA 준비 자체가 얼마나 예비교사들의 교수 전문성 향상 에 긍정적인 영향을 미치는 지에 대한 예비교사들과 대학 감독관들의 인식을 조사한 것이다. 99 명의 예비교사와 14명의 대학 감독관들이 이 연구에 참여하였다. 교사 인식 설문지가 주요 데이 터로 수집되었으며, 기술 통계 분석 및 One-way ANOVA를 이용한 양적 연구 분석방법과 설문 문항 데이터에 대한 질적 연구 방법이 병행되었다. 연구의 결과에 근거하여 예비교사들의 edTPA 준비와 교수 전문성 향상을 위한 제안들이 기술되었다. 마지막으로 edTPA 준비와 시행과정의 경 험을 바탕으로 한국 예비교사들의 교수 전문성 평가 체계에 대한 제고가 기술되었다.