The purpose of this study was to develop a program based on the Earth system based program to help students achieve science literacy. This program was designed to be connected across grade levels, and contents of the program were constructed to have meaningful interdisciplinary context. All the activities in the program were inquiry-based, and understanding of the nature of science was considered essential throughout the program. In addition, appreciation and stewardship for the Earth system were systematically emphasized on any grade level. Design of the program applied U.S. National Science Education Standards for the quality of and conditions for school science programs.

본 연구는 달의 일주 운동에서 관찰되는 월면 무늬의 겉보기 회전 운동에 관해서 정량적으로 기술하고 관측 결과를 제시하여 지구과학 교과 관점에서 지구 자전 현상과의 연관성을 고찰하였다. 이러한 연구를 통하여 달의 일주 운동 관측이 지구과학 교과 영역에서 수행할 수 있는 탐구활동 소재 중의 하나로 구성될 수 있다는 것을 제시하고자 한다. 월면 무늬 회전은 지표면에 서 있는 관측자가 일주 운동하고 있는 달을 보고 있을 때 달 표면에 있는 어두운 무늬들이 지평선에 대해서 회전하고 있는 것처럼 보이는 현상이다. 이 현상은 육안으로도 쉽게 관측되므로 지구과학 탐구 요소로서 의문을 품어볼 만한 자연현상임에도 불구하고 이 현상을 지구 자전과 관련된 내용으로 소개하고 있는 지구과학 전공 영역 서적을 찾아보기가 쉽지 않다. 따라서 본 연구에서는 월면 회전 현상의 이론적인 원리를 수학적으로 상세히 유도하고, 실제관측을 통하여 이 현상이 지구과학 교과 영역의 탐구 소재로서 개발될 수 있는 가능성을 제시하였다. 또한 월면의 역회전 현상을 제시하고, 이를 수학적으로 증명하였으며 정성적인 이해가 가능하도록 설명 방법을 고안하여 소개하였다.

  It has lately been difficult to share the research outcomes information due to the information system not being compatible with one another. To solve this problem, it is believed that a metadata standard needs to be developed for all the institutions to

이 연구의 목적은 중등 학교 과학 실험 수업의 실태를 파악하기 위해 수업을 분석하는 것이다. 이를 위해 중등학교 과학 실험 수업을 세 범주로 분석하도록 개발된 분석 도구를 활용하였다. 이 분석 도구는 실험의 목적, 상호 작용, 탐구 과정 세 가지 영역에 20가지 평가 항목으로 구성되어 있으며, 4명의 과학 교육 전문가로부터 0.89의 타당도가 확보되었다. 수업 분석을 위하여 21차시의 실험 수업이 녹화되고 전사되었다. 전사된 프로토콜과 동영상을 바탕으로 실험 수업을 분석한 결과, 중등 학교 실험 수업은 실험 목적 측면에서 선언적 지식의 습득과 과학에 대한 태도의 향상에 집중되어 있었다. 상호 작용 측면은 교사의 발문이 학생들의 발산적 사고를 유도하지 못하고 있고 학생들에 의한 주도적인 실험 기회가 주어지는 대신 교사의 직접적 지도에 의해 실험 수업이 진행되고 있으며, 학생들의 토의 과정이 거의 나타나지 않는 등 상호 작용 I 수준으로 분석되었다. 탐구 과정은 학습 주제에 대한 현상 제시 및 문제 제기가 거의 관찰되지 않았다. 학생들의 가설 설정 활동이나 예상 활동도 대부분의 수업에서 관찰되지 않았으며, 실험 설계 부분은 활동지나 교사의 지시에 의해 주어지고 있었고, 학생들은 실험 결과 기록에만 집중되어 있어 탐구 과정 수준도 I 수준으로 나타났다.

지구과학은 다양한 생명체가 살고 있는 지구를 연구하는 학문으로, 주로 우리 후손들을 위한 건강하고 풍요롭고 쾌적한 환경 조성에 관심을 가진다. UNESCO와 국제지질과학연맹(IUGS)은 과학자들, 의료 전문가들, 그리고 일반 대중에게 의학지질학의 중요성을 널리 알리고자 1996년 의학지질학 연구회를 설립한 이후, 5년간의 국제 지질대비 연구과제(IGCP 454 Medical Geology, 2000-2004)의 성공적인 수행에 이어 2006년에는 국제 의학지질학 연합(IMGA)의 활동에 힘쓰고 있다. 의학지질학과 IMGA는 그동안 수많은 국제회의, 세미나, 워크샵, 심포지움 및 각종 출판물들을 통해서 자연계의 지질학적 요소들과 사람 및 동물들이 고통 받는 질병 간의 관계를 알리는 데 큰 성과를 거두었다. UNESCO에 의하여 추진되고 있는 의학지질학과 IMGA에서 보여주는 바와 같이, 지구과학은 의학 및 치의학과 매우 밀접하게 관련되어 있으므로 생물, 화학, 물리 뿐 아니라 지구과학도 반드시 의 치의학 전문대학원 입시 과목으로 채택되어야 한다. 여기에서는 UNESCO IGCP 454 의학지질학 사업과 IMGA의 활동을 소개함으로써 앞으로 지구과학이 의 치의학 전문대학원 입시 과목으로 선정되어 우리나라 과학 교육의 균형 발전에 이바지하기를 기대한다.

본 연구에서는 사범대학의 현행 지구과학 교사 양성 교육 과정을 크게 교직 이론, 교육 실습, 교과 교육학, 교과 내용학으로 나누어 분석하여 그 개선 방안을 탐색해 보았다. 교직이론의 경우는 교육학 이론 학습에 치중하고 있어 실제성이 떨어지며, 교과 교육학 선수 학습 교과로서 이수 시기에 문제가 있는 것으로 분석되었다. 그러므로 과목간 연계성 유지를 위해 교직 이론을 교과 교육학 이전에 이수하도록 하며, 되도록이면 현장성이 강한 교직 이론 과목을 이수하도록 권장하여야 할 것이다. 교육 실습의 경우는 교육실습 기간이 외국에 비해 짧으며, 신규 교사를 위한 별도의 업무 외 연수과정이 없고 인턴제도나 직무 연수 프로그램이 미흡한 현재의 교사 양성 교육과정 체제에서는 교육 실습이 이런 역할을 대신할 수밖에 없을 것으로 판단된다. 그러므로 학교 시스템의 전반적인 흐름을 이해하기 위해서 교육 실습 기간을 최소3∼6개월 이상으로 늘려야 할 필요가 있다. 교과 교육학의 경우는 우선 교과 내용학에 비해 할당된 과목의 비율이 매우 낮았다. 그러므로 교과 교육학 과목의 양적인 증가가 우선되어야 할 것이며, 지구과학 교과 교육 전공 교수의 확보가 필요하다. 교과 내용학의 경우, 다루는 내용이 중등학교 교육 과정과 동떨어진 면이 있으며 대학별로 개설 강좌의 영역별비율에서 상당한 차이가 있는 것으로 나타났다. 이런 문제를 해소하기 위해서는 교과 교육학 강좌와 교과 내용학 강좌를 연계시켜 개설하고, 각 영역별 기본 이수 학점을 적정 비율로 할당하는 방법을 고려해 보아야 할 것이다.

이 연구의 목적은 중학교 초임 과학 교사들의 실험수업을 관찰하여 실험 수업에 참여한 교사들의 탐구 수준을 알아보는데 있다. 신규 임용된 교사를 대상으로 전화 면접을 통해서 8명을 선발한 후, 구두 면담을 통하여 최종적으로 4명이 선정되었다. 실험 주제는 학생들의 조작적 활동이 많은 내용으로 교과서에 있는 실험으로 연구자가 제시하였으며, 수업 기술 발달 분석을 목적으로 1년 후에 같은 주제로 수업을 하였다. 이러한 과정을 통하여 알아낸 참여 교사들의 탐구 수준은 확인 탐구 수준 또는 구조화된 탐구 수준으로 나타났으며, 1년 후에 조사한 참여 교사들의 탐구 점수가 범주별로 약간 증가하기는 하였지만 여전히 확인 탐구 수준과 구조화된 탐구 수준을 벗어나지 못하였다. 이 연구는 초임 과학 교사들의 수업 발달에 대한 기초 연구와 실험 수업을 개선하는데 이바지 할 것이다.

본 연구에서는 교양지구과학과목을 수강하는 36명의 예비과학교사를 대상으로 가상현실(VR)의 사용을 한 차시에 걸쳐 시도하였다. 수업을 하기 전과 후에 구성주의 학습환경 조사(CLES)를 실시하였다. CLES의 주된 초점은 수업이 학생중심 수업환경을 얼마나 잘 보조하고 지원하는가다. 학생의 자신의 수업환경에 대한 사전 및 사후검사는 여섯가지 하위 영역으로 나뉜다.: 학생적절성, 비판적 시각, 교실통제의 나눔, 학생 간의 타협, 과학적 불확정성, 태도이다. 아울러 가상현실에 대한 미래교사의 인식에 대한 설문지도 실시하였다. 미래의 과학교사들이 가상현실 자료를 교실에서 사용하는 것에 대하여 어떻게 생각하는가를 본 연구를 통해 알아보고자 했다. 이들 결과를 바탕으로 교사 주도의 수업환경을 학생의 적극적 참여를 유도하는 수업에로의 변화를 도모하는 것과 같은 기존에 연구되지 않은 측면을 제안하여가상현실의 잠재력에 대한 보다 완벽한 이해를 꾀하려 하였다.

이 연구의 목적은 초임 중등 과학 교사들이 과학 수업에서 학생들의 동기 유발과 학생 이해에 대해서 어떠한 지향을 하고 있으며, 그것이 실제 수업에서 어떻게 실행되고 있는지를 분석하는 것이다. 연구 참여자는 수도권 중 고등학교에서 근무하는 경력 1년 미만의 과학 교사 6명이다. 자료 수집은 수업 관찰 및 녹화, 구조화된 심층 면담과 우선순위 면담, 수업 자료를 통해 이루어졌다. 모든 수업과 면담 자료를 전사한 후, 분석틀에 맞추어 분석하였다. 연구 결과, 초임 과학 교사들은 동기 유발과 학생 이해에 관해 '관리 중심 과학 수업'에서부터 '전통적 과학 수업'까지 지향하고 있었으며, '구성주의적 과학 수업'은 지향하지 못하였다. 지향하는 바를 실행하는데 있어서 한명의 교사는 전문 단계의 실행 수준을 보여주었지만, 나머지 교사들은 초보 단계의 실행을 나타냈다. 본 연구를 통해 과학 교사들에게 동기 유발과 학생 이해에 관한 구성주의적 과학 수업의 방향을 제시해 줄 수 있을 것이다.

본 연구는 김제시 1개 중학교 2학년 여학생 5개 반을 대상으로, 중학교 과학 '지각 변동' 단원을 중심으로 협동학습을 실시하여 협동 학습이 여학생들의 과학 선호도에 효과가 있는지 조사하였다. 협동 학습 모둠은 학습 능력이 이질적으로 되도록 4명을 한 모둠으로 구성하여 약 10주간의 협동 학습을 실시하였다. 협동 학습 실시 전 후 동일한 검사지로 과학 선호도에 대한 사전 검사와 사후 검사를 실시하였다. 협동 학습 실시 후 여중생들의 과학 선호도에 긍정적인 효과가 나타났다. 과학 수업에 대한 인식과 과학 수업에 대한 참여도가 협동 학습 전과 달리 긍정적인 변화를 보였다. 그러나 과학자들에 대한 인식이나 과학적으로 사고하거나 행동하는 습관을 나타내는 과학적 태도는 유의미한 차이가 없었다. 이는 10주 동안의 기간은 협동 학습 전략을 효과적으로 시행하는데 충분하지 못한 것으로 생각된다. 협동학습에 대한 학생들의 의견 조사에서 중위 수준 학생들은 상-하위 수준 학생들과 달리 협동 학습에 대해 강한 긍정을 나타냈다. 협동 학습을 통해 상위 수준 학생들에게 배우고, 하위 수준 학생들에게 나누는 모둠 활동에서 자신감을 얻고 흥미를 느낀 것으로 보인다. 다른 의견으로는 협동 학습이 과학 수업에 대한 흥미 유발과 공부에 더 도움이 되고, 학생의 참여도를 높이며, 학생들에게 협동심을 길러주는 등의 좋은 점이 있으나, 학생의 언어적 상호작용으로 인한 소란스러움을 유발시키고, 모둠 내 협동하는데 의견 충돌이 있는 단점이 있었다.

학생의 정의적 태도는 지적 성취에 의미있는 영향을 줄 뿐 아니라, 정의적 영역에 대한 성취 그 자체도 학교교육의 중요한 목표이다. 본 연구에서는 학생들의 과학 흥미도에 대한 국내 외의 선행 연구 자료 분석과 초 중 고 학생들의 과학 흥미도 설문 조사를 통하여 초등학교, 중학교, 고등학교로 올라가면서 우리나라 학생들의 과학에 대한 관심과 흥미가 어떻게 달라지는지를 고찰하였다. 조사 결과를 종합하여 (1) 과학에 대한 흥미와 즐거움, (2) 과학에서 도구적 동기유발, (3) 과학(학습)에서의 긴장감, (4) 과학에서 자아 개념 등의 측면에서 우리나라 학생들의 과학 교과목에 대한 태도 측면의 문제점을 분석하였다. 주요 연구 결과로는 내적 동기인 학생들의 과학에 대한 흥미와 즐거움, 도구적 동기 유발 및 과학에 대한 가치 인식, 과학에 대한 자신감 등은 학교급이 높아질수록 낮아지는 것으로 나타났다. 과학에 대한 학생들의 이러한 부정적 인식은 결국 이공계 기피 현상으로 연결되는 것으로 보인다. 학생들은 학교급이 높아질수록 또는 작년보다는 올해 수업이 더 재미없는 이유로 내용이 어려우며, 실험이나 활동을 하지 않고, 교사가 설명위주로 진도를 나가기 위한 지루한 수업을 하기 때문이라고 지적하였다. 연구 결과를 토대로 일상 생활과 관련된 교육과정 내용 구성, 교수학습 방법 개선, 최소한의 과학 수업 시수 확보 등의 측면에서 정의적 영역 교육 개선 방안을 제안하였다.

이 연구는 학습에 대한 참여 비유(participation metaphor, PM)의 의미를 알아 보고 과학 교수 학습에의 시사점을 탐색하기 위한 이론 연구이다. 문헌 고찰을 통하여 참여 비유가 공동체 내에서의 사회 문화적 활동에 지속적으로 참여하는 것을 학습으로 보는 관점과 맥을 같이 하며, 인지적 도제(cognitive apprenticeship)가 참여 비유와 밀접하게 관련된 수업 모형이라는 것을 살펴 보았다. 이를 토대로 참여 비유에서 주장하는 것과 같은 과학 교수 학습이 실현되기 위해서는 과학 학습자 공동체의 육성이 필요하다는 점을 제안하였다. 마지막으로 과학 학습자 공동체의 한 사례로서 어느 고등학교의 과학 클럽 활동을 간략히 소개하였으며, 앞으로의 과학 교육 연구에서 고려해야 할 점들을 진술하였다.

자연사 박물관을 비형식교육기관으로 정의하게 될 경우, 가장 먼저 고려하는 것은 형식교육기관과 어떤 형식으로 보조를 맞추고 도움을 주고받을 수 있는가 이다. 이는 전시의 내용과 전시의 형태에서 과학교육과정을 어느 정도로 또한 어떻게 반영하고 있는가를 통해 알아볼 수 있을 것으로 가정하였다. 본 연구에서는 미국 자연사 박물관인 스미소니안 자연사 박물관과 뉴욕의 아메리칸 자연사 박물관의 전시물 중에서 지구과학관련 전시물 461점을 선별하였다. 선발된 전시물의 다양한 측면을 개발된 도구를 이용해 조사하였다. 개발된 교육과정분석틀은 미국 국가과학교육기준(National Science Curriculum Standard; NRC, 1996)과 TIMSS(Third International Mathematics and Science Study; Robitaille et al., 1993)의 과학교육과정 프레임을 근거로 구성하였다. 고려되었던 전시의 특징은 우선 전시의 활동 유형, 전시 기술, 전시 매체, 전시 표현 등이고 아울러 과학의 본성이 어떻게 전시물에 나타나는가를 살펴보았다. 비형식 교육기관으로서의 자연사 박물관의 역할에 대한 잠재력을 본 연구를 통해 재검토하였다.

본 연구는 협동학습에서 소집단 경쟁을 유도하는 집단보상과 소집단 구성원의 결속을 강조하는 협동기술 훈련의 효과를 비교하기 위하여 시도되었다. 이를 위하여 초등학교 6학년 3개 학급을 대상으로 문제중심 협동학습을 실시하였고 2개 학급에서는 각각 집단보상과 협동기술 훈련을 실시하였다. 학업성취도 면에서 이질적으로 구성된 소집단별로 진행된 협동학습 후에 세 집단의 과학성취도와 학습동기 점수를 성취도 수준별로 비교 분석하였다. 본 연구의 결과, 첫째, 집단보상과 협동기술 훈련이 과학성취도에 영향을 미쳤으며 학습자의 학업성취 수준에 따른 차이가 나타났다. 즉 성취 수준 상위인 학습자에게는 집단보상이 협동기술 훈련보다 효과적인 반면 하위인 학습자에게는 협동기술 훈련이 집단보상보다 효과적이었으며 중위인 학습자는 집단보상과 협동기술 훈련이 모두 효과적인 것으로 나타났다. 둘째, 집단보상과 협동기술 훈련이 학습동기에 영향을 미쳤으나 학습자의 학업성취 수준과는 관련이 없었다. 학습동기의 하위요소별로는 주의력 요소에는 효과가 없었으나 자신감과 만족감 요소에는 효과가 나타났다.

본 연구에서는 고등학교 과학 교사들의 지질 시대 관련 개념들에 대한 이해 정도를 알아보고, 교사들의 개념 이해 정도와 원인이 교과서의 서술 내용과 어떤 관련성이 있는지를 알아보고자 하였다. 이를 위해 충북 지역 고등학교 과학 교사 40명을 대상으로 설문을 실시하였고, 현행 제7차 교육 과정에 따른 중등 교과서 및 지도서에 제시된 지질시대 관련 내용을 분석하여 비교하였다. 많은 교사들은 단순히 지구의 나이를 방사성 동위 원소로 측정한다고 생각하고 있으나, 자세한 측정 방법을 알지 못하고 있었다. 50% 이상의 교사들은 지사학의 5대 법칙을 동일 과정설, 지층 누중의 법칙, 생물군 천이의 법칙, 부정합 관계 그리고 관입 관계라고 생각하였다. 중등 교과서 및 지도서에 제시된 지구의 나이, 가장 오래된 암석의 연령, 지질 시대의 정의 및 기간, 지구의 나이 측정 방법 그리고 지사학의 법칙 등과 같은 지질 시대 관련 내용은 상당 부분이 올바른 개념을 제시하고 있지 않으며, 제시된 유형도 다양하다. 설문에 응답한 상당수의 교사들은 지질 시대에 관련된 내용에 대하여 잘못 이해하고 있으며, 이러한 교사들의 이해는 교과서와 교사용 지도서에 기술된 내용과 상당한 관련이 있는 것으로 생각된다. 그러므로 교과서와 지도서에 제시된 지질 시대 관련 내용에 대한 논의와 수정이 필요하다.

본 연구에서는 초등학교 과학교과서 지구과학 부문에 대한 예비교사들의 질문을 분석하였다. 주요 질문의 대상이 된 교과 내용은 교과서 단원별로 쪽 당 평균 질문수의 3배 이상이 나온 교과서 쪽의 내용(주요 질문 교과 내용1)과 2배 이상 3배 미만의 질문수가 나온 내용(주요 질문 교과 내용2)으로 구별하고, 각 교과 내용별로 질문 속에 나타나는 주요 용어들 간 상호관련성을 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 주요 질문 교과 내용1은 ‘구름관찰’, 지층의 생성 과정‘ 등이 발견되었고, 주요 질문 교과 내용2는 ’강수량 측정‘, ’하룻밤 동안 달의 이동‘ 등으로 4-2학기를 제외한 모든 학기에서 발견되었다. 둘째, 각 교과 내용 당 질문용어의 상호관련성을 보이는 경우는 질문수가 많은 주요 질문 교과내용에서 증가하고 있지만, 4개 용어 유형은 오히려 교과 내용2에서 다수 발견되었다. 셋째, 상호관련성이 큰 질문 용어 묶음은 교과내용1에서 ’석탄과 석유-생성‘, ’변성-열과 압력‘, ’변성-열과 압력-변성암‘, ’행성-태양-혜성-공전‘ 등이며, 교과내용2에서는 ’별자리판-사용‘, ’건습구습도계-원리‘, ’건습구습도계-원리-습도‘, ’지진계-원리-습도‘, ’지진계-원리-지진‘, ’지구자전축-기울어짐-발생‘, ’별자리판-별자리-관찰-사용‘ 등이다. 본 연구에서 분석 자료로 사용된 질문의 원천은 대체로 교과서의 구체적인 구성체제로부터 비롯된 것이거나 지구과학내용에 대한 예비교사들의 일반적인 의문점에서 비롯된 것으로 판단된다. 전자의 경우라면 교과서의 집필과정에서 문장의 서술방법이나 관련 삽화 등의 문제점에서 유발된 것일 가능성이 크기 때문에 교과서 집필상의 문제점을 개선함으로서 해결 가능하지만, 후자는 소양교육 내용과 기초 지구과학개념으로서의 초등학교 교육과정에 대한 재고가 필요하다.

본 연구의 목적은 제7차 교육과정 지구과학 내용의 적정성을 평가하는 것이다. 이를 위해 교육과정 분석(우리나라, 미국 캘리포리아주, 영국, 일본), 우리나라와 일본 교과서의 지구과학 내용 분석과 초 중등학생, 교사, 교수, 교과서 저자에 대한 광범위한 설문조사를 실시하였다 제7차 교육과정의 지구과학 내용은 과학과 4개 영역의 균등 분배, 단원의 세분화로 인한 내용구성과 연계성 부족, 그리고 나선형 교육과정의 과도한 적용, 지나친 탐구활동 중심의 교과서 내용구성으로 인한 학습량 증가와 체계적 개념 지도의 어려움 등으로 인해 적정하게 구성되어 있지 않다고 평가할 수 있다. 이를 해결하고 지구과학 영역 내용 적정성을 확보하기 위한 방안으로는 첫째, 내용 구성 및 연계 측면에서 볼 때, 각 학년에서 다루게 되는 내용을 과학 4개 영역으로 균등하게 분배하지 말고, 단원의 크기를 다양화해야 한다. 둘째, 학습량 측면에서는 나선형 교육과정의 구성 방식을 탈피하여 학년 수준에 맞는 내용은 해당 학년에서 종료되도록 하여 학년간에 중복이 되지 않도록 해야 하고, 필수 탐구활동의 수를 줄이고 질을 높여야 한다. 셋째, 내용의 수준과 흥미 측면에서, 학생들의 지구과학에 대한 흥미를 제고할 수 있도록 자연재해, 안전, 우주 관련 분야, 자원 등을 강조해야 한다. 아울러 교육 내용 적정성의 평가 준거 중의 하나가 실현 가능성임을 고려할 때, 교육과정이 추구하는 목표가 학교 현장에서 실현될 수 있도록 주변 여건에 대한 지원이 선행되어야 할 것이다.