제7차 교육과정에 따라서 집필된 지구과학 I, II 교과서와 국내외 각종 지구과학 교재의 지질 연대 자료를 검토하였다. 지구과학 I, II 교과서의 자료는 대부분 최신의 자료가 아니며, 많은 자료들은 지질학 원론과 지구과학 개론 등의 국내 대학 교재에 제시된 수 십년 전의 자료를 그대로 따랐다. 또한 외국 대학의 지구과학 또는 지질학 개론서의 경우에서도 유사하게 수 십년 전의 자료를 제시하고 있다. 최근 국제 층서 위원회(ICS)에 의하여 연구 제시된 국제 층서 챠트(ICS 2000), 국제 지질 연대표(IGTS 2003) 및 지질 연대표(GTS 2004) 등의 많은 새로운 자료들이 제시되어 있다. 새로운 자료 중에서 중요한 것들에는 신생대의 고제3기와 신제3기, 석탄기의 미시시피아세와 펜실베니아세, 원생이언의 고원생대, 중원생대 및 신원생대 그리고 시생이언의 시시생대, 고시생대, 중시생대 및 신시생대를 들 수 있다. 이들 새로운 지질 연대 자료는 새로운 지구과학 교과서 집필시 인용되어야 할 것이다.

산성광산배수가 증발되어 형성된 증발잔류광믈의 생성량과 지구화학적 특성 그리고 산성광산배수의 성분변화를 고찰하였다. 여러 종류의 색을 띄는 증발잔류광물들이 산성광산배수와 접촉하는 암석표면에서 관찰된다. 실험실에서 증발잔류광물을 형성시키기 위하여 폐석탄광(GTa, GTb, GH 및 GB)에서 산성광산배수를 채취하여 자연 건조시켰다. 산성 광산배수가 증발되는 동안 TDS, EC, 주요성분이온과 미량성분이온들의 함량은 증가하지만 E.R.과 DO 값은 증발시간과 함께 감소한다. GTb와 GB 시료의 Fe 농도는 증발 시간과 함께 서서히 증가하나 GH 시료는 증발하루에는 Fe이가 검출되나 그 이후에는 갑자기 검출되지 않는다. 이와 같이 Fe 성분이 검출되지 않는 이유는 비정질 철수산화물이 형성되어 침전되기 때문인 것으로 판단된다. 4 l의 산성광산배수를 80일 동안 자연 건조시킨 후 얻어진 증발잔류광물의 무게는 4 g(GTa), 5 g(GB), 15 g(GH) 및 24 g(GTb)를 각각 얻었다. 생성된 증발잔류광물의 무게와 현장에서 측정한 EC, TDS, 염도, ER, DO 및 pH와의 회귀분석에서 결정계수가 각각 0.98, 0.99, 0.98, 0.88, 0.89 및 0.25로 나타난다. 현장에서 이들 파라메타를 측정한다면 산성광산배수로부터 형성되는 증발잔류광물의 양을 추정하는데 쉽게 이용할 수 있을 것이다. 증발잔류광물의 모든 시료에서 석고와 사리염이 들어 있음을 X-선 회절법으로 확인하였다. GTb 시료를 52, 65, 70, 95, 150, 250 및 350˚C에서 각각 1 시간씩 가열한 후 XRD분석한 결과 석고, CaSO4·1/2H2O 및 케서라이트(kieserite)가 있음을 확인하였다. 가열온도가 증가할수록 석고를 지시해주는 7.66A의 강도, CaSO4·1/2H2O를 지시해주는 5.59A 강도 그리고 케서라이트를 지시하는 4.83A 강도 크기가 탈수작용으로 인하여 서서히 감소한다. SEM 및 EDS분석에서 석고로 판단되는 방사상의 결정 집합체들이 침상과 주상의 결정들로 구성되어 있다. 꽃 모양의 구조를 보이는 GTb 시료는 EDS분석에서 Ca 성분이 검출되지 않는다. Ca 성분이 검출되지 않는 것으로 보아 이 꽃 모양의 증발잔류광물은 사리염으로 판단된다.

본 연구에서는 한국 지구과학 올림피아드 문항의 질 향상 방안을 모색하고자 1회와 2회 예선 및 본선 문항을 다양한 측면에서 분석하였다. 문항 분석을 위해 내적 및 외적 문항 분류틀을 구안하여 적용하였다. 고전 검사이론을 적용하여 문항의 난이도와 변별도, 상관계수, 그리고 신뢰도를, 일반화가능도 이론을 적용하여 일반화가능 도를 각각 추정하였다. 문항 분류틀 적용 결과는 다음과 같다: (1) 내용 차원에서는 지질 영역과 천문 영역에, 지식 및 탐구과정 차원에서는 자료 분석 및 해석에 집중되는 경향을 보였다. 또한 맥락 차원에서는 거의 대부분의 문항이 교과서적인 상황을 토대로 한 것이었다. (2) 요구 사고 수준에서 예선과 본선간의 차이를 발견할 수 없었다. (3) 문항 표현 범주에서는 그림의 사용 비율이 가장 높았고, 문항 유형 범주에서는 예선은 선다형과 단답형의 비율이, 본선은 서술형의 비율이 높았다. 또한 문항 형식 범주에서는 중학부와 예선은 단독형의 비율이 높고, 고교부와 본선은 복합형의 비율이 높았다. 문항을 분석한 결과는 다음과 같다: (1) 중학부는 대체로 난이도가 낮고, 변별도는 적절하였다. 그러나 고교부는 일반고와 과학고간에 상당한 차이가 있었다. (2) 중학부는 대기 영역과 총점과의 상관이, 고교부는 천문 영역과 총점과의 상관이 가장 높았다. (3) 양호한 문항이 가장 많은 일반고부의 문항 내적 일관성신뢰도와 일반화가능도가 가장 높았다. (4) 일반 고는 출제된 문항 수로 적정 수준의 일반화가능 도에 도달되나, 중학부나 과학고는 출제된 문항보다 2배 이상 많은 문항수가 필요한 것으로 나타났다.

10학년 과학 교과서 지구 단원의 학습 내용에 포함되어 있는 탐구 과제가 제7차 교육 과정의 목표에 따라 제시되었는지를 판단하기 위해 11종 과학 교과서의 기본 과정에 제시되어 있는 탐구 과제의 유형과 기본 탐구 기능, 통합탐구 기능, 탐구 활동의 빈도를 조사하였고, 제시된 탐구 기능과 활동이 적절한지를 분석하였다. 분석한 결과 탐구 과제는 평균 24.0개가 제시되었으나 교과서마다 차이가 있었고 제시하는 유형이 달랐다. 탐구 활동의 빈도는 교과서마다 달랐고 제시된 것보다 더 많이 분석되었으며 통합적인 활동으로 제시되지 않고 하나의 탐구 기능처럼 제시되어 있었다. 또한 교과서에 제시된 통합 탐구 기능은 77.2%로 기본 탐구 기능 22.8%보다 많은 것으로 보였지만, 실제로 기본 탐구기능과 통합 탐구 기능의 분포 비율은 각각 45.6%와 56.4%로 조사되었다. 각 탐구 기능 중에서는 추리(49.5%)와 자료해석(68.7%)이 가장 많이 있었고, 문제 인식, 가설 설정, 일반화 등의 탐구 요소는 제시되고 있지 않았다. 또한 제7차 교육 과정에서 탐구 기능, 탐구 활동에 대한 의미를 제시하고 있지 않기 때문에 교과서마다 본질적 의미와 일치하지 않거나 협소한 의미로 사용되고 있었다. 이는 교육 과정이 탐구, 탐구 기능, 탐구 활동에 대한 의미를 조작적 수준으로 제시하고, 탐구 활동을 구성하기 위한 기준을 마련한 필요가 있음을 시사한다.

제7차 교육과정의 초등학교 ‘과학’ ‘실험관찰’ 교과서와 서로 다른 출판사의 중·고등학교 과학과 지구과학 I, II교과서, 각각 4권씩을 대상으로 교과서에 수록된 화석사진을 분석하여 화석의 종류, 산출지역과 척도의 표기에 대한 분석결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 초등학교의 ‘과학’, ‘실험관찰’ 교과서에 수록된 화석사진의 종류는 32개였으며, 중학교 과학교과서 4권에는 50개, 그리고 고등학교 8권의 교과서에서는 109개였다. 그러나 화석사진에서 표현되는 과학적 정보는 부족하였다. 초등학교의 과학교과서와 실험관찰에서는 수록된 화석사진의 68%에 산출지가 표기되어 있었으며, 척도가 표기된 화석사진은 전체의 6%였다. 중학교와 고등학교 교과서의 경우, 전체 화석의 40%와 16%에 산출지가 표시되어 있으며, 척도는 14%와 18%만이 표기되어 있었다. 보다 효과적인 과학교육의 목표를 달성하기 위해 과학교과서에 수록된 화석사진에 산출지와 척도를 표기할 필요가 있다.

한반도 남동부 경상분지의 동부에 위치한 언양 지역 일대에서 양산 단층대에 대한 물리 탐사를 수행하였다. 본 연구에 사용된 물리 탐사의 종류는 중력과 전기비저항 탐사이며 한국지질자원연구원에서 수행된 항공자력탐사자료를 분석하였다. 양산 단층대 중 언양 지역을 가로지르는 2개의 측선을 따라 총 71개 측점에서 중력을 측정하였으며, 동일한 위치에서 쌍극자배열을 이용한 전기비저항 탐사를 수행하였다. 또한, 이 지역의 광역적인 지질구조를 살펴보기 위하여 항공 자력 탐사자료를 분석하였다. 탐사 결과는 예상 단층선을 따라 동서지역의 전기 비저항, 밀도 및 자력의 분포가 서로 다른 양상으로 발달하여 있음을 보여주고 있다. 탐사 지역을 가로지르는 단층의 모습은 수직으로 잘 발달되어 있으며, 단층선을 따라 파쇄대가 자리 잡고 있음을 알 수 있는데 이는 선행 연구의 결과와 일치하고 있다. 또한 중력 자료의 경우 탐사지역의 북쪽에 비해 남쪽에서 단층 반응의 크기가 커짐을 확인할 수 있다. 본 연구의 성과는 앞으로 양산단층의 특성을 연구하는 다른 연구들의 기초 자료로 사용될 수 있을 것이다.

한국과학재단 연구 인력 DB를 활용하여 지구과학을 포함한 국내 이공계 연구자의 연구 실적을 분석하였다. DB에 수록된 지질과학분야 연구자수는 312명(점유율 1.5%)이고, 최근 5년간(1999년부터 2003년까지) 게재실적은 SCI 학술지가 1,026편(점유율 0.2%)이었고, 일반학술지가 3,265편(점유율 0.5%)이었다. 최근 5년간 1인당 SCI 학술지 게재실적은 지질과학 분야가 3.3편, 수학은 4.0편, 물리학은 57.6편, 화학은 60.4편, 생물학은 33.4편으로 조사되었다. 지질과학분야 중 세부 분야별 연구자의 1인당 SCI 논문 게재실적은 환경지질학 9.6편, 층서퇴적학 4.6편, 지구화학 4.2편, 지하 수학 3.6편, 지질해양 3.5편, 자원공학 3.2편 순이었다. 본 조사분석 연구 결과는 지구과학과 타 이공계 분야간의 연구실적의 양과 질적인 측면에서의 상대 비교를 위한 근거로 활용될 수 있다.

이 연구의 목적은 오대산 국립공원 일대의 지질 및 지형경관자원을 조사하여 그 특성을 분석하고, 이들 가운데 경관과 학술적으로 보존가치가 있는 지질 및 지형경관자원을 선정, 이들을 체계적으로 관리, 활용하는 방안에 필수적인 자료를 제시하고자 하는 것이다. 이 조사과정에서는 147개의 지질 및 지형경관자원을 조사하였다. 조사지역에서 가장 많이 관찰되는 지형은 구조지형이며, 다음으로는 풍화, 하천, 산지, 호소, 주빙하 지형 등이다. 다양한 지질 및 지형경관 자원 가운데 4개 노두가 관광자원으로 활용될 수 있고, 5개 노두는 학술연구를 위한 가치 있는 자원으로서 고려될 수 있다. 상기 조사자료는 관광지질학 활성화를 목적으로 지질관광 대상지역의 다양성 제고를 촉진하고, 국립공원관리공단 에서 탐방객에게 제공하는 자연해설 프로그램의 다양화와 기능성 제고를 배가하는데 유용할 것으로 판단된다.

이 연구는 중학생의 과학에 대한 흥미를 높이고 탐구 능력을 향상시킬 수 있는 지구과학 모듈의 개발을 목적으로 수행되었다. 모듈은 학생들이 구체적인 상황을 통해 탐구 과정 기능을 학습할 수 있는 탐구 기능 중심 모듈로 개발하였다. 하나의 모듈은 여러 개의 활동으로 구성되며, 각 활동들은 목표한 탐구 과정 기능에 초점을 맞추어 개발되었고, 활동의 수행을 통해 학습의 효과가 극대화 되도록 하였다. 현장 교사 웍샵과 두 차례의 현장 적용을 통하여 개발된 모듈의 효율성을 평가하였다. 교사들은 모듈의 활동들이 학생들의 흥미를 높이는 데 도움이 되며, 모듈의 활동을 통해 학생들의 탐구 기능이 향상될 것이라고 평가하였다. 학생들은 모듈의 활동들이 재미있으며, 자신들이 직접 활동하고 체험할 수 있는 점이 좋았다고 응답하였다. 모듈을 이용한 수업은 학생 중심으로 이루어졌으며, 교사는 모듈 활동의 결과물을 통해 학생의 성취 수준을 쉽게 진단하고 적절한 피드백을 제공해 주는 것이 가능하다. 따라서 이 연구에서 개발된 모듈의 학습을 통해 학생들의 탐구 능력이 향상될 것으로 기대된다.

호모몰픽 필터링은 푸리에 변환에 기초를 둔 기법으로 주파수 영역에서 저주파 신호는 약화시키고 고주파 신호는 강화하여 영상의 대비 차를 강화시키는 처리기법이다. 호모몰픽 필터링을 위한 응용 프로그램을 개발하여 인공위성영상과 지구물리 자력탐사 자료를 이미지화한 영상에 시험적으로 적용하여 그 결과를 분석하였다. 영상평활화 기법이나 커널 마스크 처리 등과 같은 영상강화 기법에서는 추출 가능한 경계부의 위치를 변화시키거나 영상의 화소값이 전체 영상을 대상으로 변화시키는 반면에 호모몰픽 필터링은 세부적인 영상 정보의 내용을 선택적으로 강조할 수 있다. 호모몰픽 필터링은 인공위성 영상에서 복잡한 지형지물의 특성을 추출하거나 분리하는 데 효과적인 방법으로 나타났으며 지구물리 영상자료에서 이상대를 조사하는 경우에도 유용하게 적용될 수 있을 것으로 생각된다.

본 연구의 목적은 Sternberg의 정신자치제 이론에 근거하여 영재학생과 일반학생의 사고양식의 차이를 조사하고, 사고양식 유형에 따라 두 집단이 가지고 있는 지구과학 개념을 비교 분석하는 것이다. 이를 위하여 과학영재학교 1학년 120명과 일반계 고등학교 2학년 122명을 대상으로 총 65문학의 자기보고식 사고양식 검사와 서술형 지구과학 개념검사를 실시하였다. 연구 결과, 과학영재학생은 입법적, 사법적, 무정부제, 전체적, 진보적 사고양식이 우세하여 새로운 과제를 선호하고 자기 자신의 방식으로 문제를 해결하는 특성을 나타내었다. 반면에 일반학생은 행정적, 과두제, 보수적 사고양식이 우세하여 이미 짜여진 구조나 지침에 따라 문제를 해결하는 특성을 나타내었다. 사고양식 유형에 따른 지구과학 개념을 비교한 결과, 과학영재 집단과 일반학생 집단 모두 Type I 사고양식의 학생들이 Type II 사고양식의 학생들 보다 지질학 분야와 천문학 분야 공통적으로 심도 있고 복합적인 개념을 나타내었다.

이 연구의 목적은 6명의 예비교사들을 대상으로, 탄소 순환을 이해하는데 적용되는 개념들을 조사하여 지구시스템에 관련된 개념은 무엇인가를 알아보고, 탄소 순환에 대해서 시스템 사고를 적절히 수행하고 잇는지를 조사하는 것이었다. 연구방법은 고등학교 지구과학에서 다루고 있는 “지구의 구성” 단원 중 ‘탄소 순환’과 관련된 질문을 통해, 예비교사들이 진술한 내용을 분석하여 개념의 특성을 조사하였다. 이를 근거로 지구시스템에 관련된 개념을 구성요소로 하여 인과지도를 작성한 수, 시스템 사고의 관점에서 분석하였다. 연구결과는 다음과 같다, 첫째ㅡ 탄소 순환을 이해하는데 적용된 개념들 중 지구시스템에 대한 관련개념은 모두 42개가 나타났다, 그 중 기권 관련개념은 15개, 생물권 관련개념은 11개, 수권 관련개념은 9개였으며, 암석권 관련개념은 7개였다. 둘째, 인과지도에서 피드백 순환고리는 A와 F 예비교사들에게 2개와 1개가 완성되었으나, A예비교사에게서 완성된 2개의 피드백 순환고리 중 1개는 비과학적 개념연결에 근거하였다. 결론적으로, 연구에 참가한 6명의 예비교사들은 탄소 순환과 관련하여 지구시스템에서 암석권에 대한 이해가 낮으며, 4명은 시스템 사고가 수행되지 않았고, 2명은 시스템 사고를 수행하였으나, 그 수준은 높지 않았다.

한국과 북한의 초등학교와 중등학교 과학 교과서의 학습내용을 TIMSS의 분석틀에 따라 비교하고 그 연계성을 조사하였다. 분석 결과 한국과 북한의 과학 교과서 내용은 TIMSS 지구과학 영영 내용 분석틀의 학습요소들을 상당히 많이 공통적으로 다루고 있으나 그 내용의 수준과 범위는 한국의 교과서가 북한의 교과서보다 탐구적이고 정량적으로 기술되어 있는 것으로 나타났다. 그리고 TIMSS의 지구과학 영역 내용 분석틀의 내용요소 총 70개 중에서 한국은 74.4%에 해당하는 52개의 내용요소가, 북한은 67.1%에 해당하는 47개의 내용요소가 초 · 중등학교에 각각 반영되어 있고, 학교급간 관련 정도는 한국의 경우 초등학교와 중등학교 간의 관련성이 높은 반면에 북한은 고등학교 내에서의 관련성이 더 높게 나타났다. 한국과 북한의 과학 교과서 내용요소의 연계성 유형은 한국의 경우 13.4%가 중복, 77.0%가 연계, 9.6 %가 격차를 보였다. 그리고 북한은 14.9%가 중복, 63.8%가 연계, 21.3%가 격차를 보였다. 이로써 한국의 과학 교과서의 내용이 북한에 비해 보다 탐구적이고 정량적으로 기술되어 있으며, TIMSS의 지구과학 내용요소가 보다 많이 반영되어 있고, 내용(개념)의 연계가 보다 잘 이루어져 있음이 밝혀졌다.

본 연구의 목적은 지구의 운동에 대한 흥미와 학습양식이 서로 다른 고등학교 1학년 학생들을 대상으로 지구의 자전과 관련된 개념을 알아보는데 있다. 학생들의 지구의 자전에 대한 흥미와 시각-언어 학습 양식을 알아보기 위해, 흥미가 많고 시각-언어의 학습 양식을 모두 지닌 학생 1명, 흥미가 많고 시각적인 학습 양식을 지닌 학생 1명, 흥미가 적고 시각적 학습 양식을 지닌 학생 1명, 흥미가 적고 언어적 학습 양식을 지닌 학생 1명 등 4명을 연구 대상자로 선정하였다. 학생의 개념을 다방면으로 이끌기 위하여 말 이외에 몸 동작과 그림 등을 그리게 하였으며, 자료 분석은 면담 기록지를 통해 개인별로 분석하였다. 연구 결과 흥미가 많은 학생이 흥미가 적은 학생보다 지구의 자전에 관한 질문에 반응과 내용의 이해도가 높았으며 답변에 대한 이유를 논리적으로 설명하였다. 또한 흥미의 유무와는 달리 개인이 지닌 학습 양식에 따른 개념 형성 차이는 크게 나타나지 않았다. 학생들이 지닌 가장 대표적이 오개념 유형으로 태양의 이동 경로를 나타낼 때 오른쪽을 동쪽으로 생각하여 태양이 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하며, 북쪽 하늘에서 별들은 시계 방향으로 이동한다는 것이다.

본 연구의 목적은 인지 수준에 따른 고등학생들의 지구와 달의 운동에 대한 생각을 알아보는 데 있다. 연구를 수행하기 위하여 경기도 수원시에 소재한 일반계 고등학교 10학년 학생 73명을 선정하여, 인지 사고 수준이 상, 중, 하인 학생 5명을 표집, 질적 분석의 대상으로 삼았다. 연구 결과, 학생의 인지 수준이 높을수록 지구와 달의 공전과 자전에 대한 개념이 비교적 논리적이고 과학적으로 정립되어 있었다. 인지 수준이 중간인 학생의 경우, 보편적으로 수업 시간에 학습한 내용을 비판 없이 무조건 수용하고 암기하려는 수동적인 학습 태도를 가지고 있었으며 파지된 개념이 확장되지 못하고 쉽게 망각되었다. 또한, 지구와 달의 운동을 설명하는 과정에서 유년적 개념 및 직관과 오인이 나타났으며 논리적 오류를 범하는 경우도 있었다. 특히 달의 위상 및 계절 변화의 원인에 대한 설명에서 학생들의 오개념이 심한 것으로 나타났다. 인지 수준이 낮은 학생들은 대체로 과학을 비롯한 학업 성취도가 낮음을 이유로 의욕적인 논리적 사고를 하려고 하지 않았으며, 개념을 인지하고자 하는 태도에서도 소극적이었고, 수동적인 ‘학습된 무기력’이 나타났다.