This study examined how digital science inquiry process skills specified in current science curricula (2015/2022 Revised National Curriculum, NGSS) were enacted in 10 pre-service earth science teachers' teaching demonstrations, focusing on how Earth science's disciplinary characteristics shaped this enactment. Transcripts were coded using a ninecategory "digital science inquiry process-skills" framework and analyzed using epistemic and keyword co-occurrence semantic network analyses. Both analyses converged on a structure centered on data collection, problem recognition, data interpretation, reasoning, and communication, reflecting the reliance of Earth Science on satellite, observational, and survey data, which are difficult to generate directly in the classroom. In contrast, inquiry design (variable control) and mathematical/computational thinking were weakly enacted, a pattern consistent with the inherent constraints of Earth science on direct experimentation. Notably, observation- and classification-based activities, centered on the classification of planets and galaxies, formed a distinct, self-contained module, indicating that Earth science's traditional inquiry methods (observation and classification of macroscale phenomena) persisted and were actively reconfigured within digital environments (classification programs and visualization tools) rather than being displaced by them. These findings indicate that digital inquiry enactment in Earth science classrooms is not uniform across process skills but is systematically shaped by the discipline's methodological particularities, offering implications for how the generic process-skills framework should be contextualized in Earth science teacher education.

본 연구는 생성형 인공지능(AI) 활용 여부에 따라 과학고등학교 학생들의 과학 논증활동이 어떠한 특성을 보이 는지를 논증적 글쓰기와 구술 토론 맥락에서 탐색하였다. 연구 참여자는 과학고등학교 2학년 학생 8명으로, 생성형 AI 활용 집단과 미활용 집단으로 구분하였다. 두 집단은 우주쓰레기 대응 방안을 주제로 논증 산출물을 작성한 후, 일대일 구술 토론을 수행하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 논증적 글쓰기에서 생성형 AI 활용 집단은 주장·증거·추론 간의 논리적 연결성이 명확한 논증을 산출한 반면, 미활용 집단은 다양한 수준의 논증이 혼재하는 양상을 보였다. 구술 토론 에서는 생성형 AI 활용 집단의 논증 수준이 논증적 글쓰기에 비해 전반적으로 낮아졌으며, 반박 제시 또한 제한적이었 다. 반면 미활용 집단에서는 반박과 논증 재구성이 활발하게 이루어졌다. 이러한 결과는 생성형 AI가 논증적 글쓰기 맥락에서는 정보 조직화와 논증 구조 생성을 지원하는 인지적 도구로 기능할 수 있음을 시사한다. 그러나 즉각적인 반박 과 역동적인 논증 수행이 요구되는 상호작용적 토론 맥락으로의 전이는 제한적일 수 있음을 보여준다. 이에 본 연구는 논증활동에서 생성형 AI를 인지적 도구로 활용하는 방안, 생성형 AI 활용에 따른 인지적 외주화의 가능성, 그리고 논 증적 글쓰기와 토론을 연계한 생성형 AI 기반 수업 설계의 필요성을 결론으로 제시하였다.

본 연구는 2022 개정 과학과 교육과정에 기반하여 과학학습 종합역량의 개념과 구조를 정립하고, 초·중·고등학 생의 인지적·정의적 역량을 통합적으로 진단할 수 있는 과학학습 종합역량 진단 도구를 개발하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 2022 개정 과학과 교육과정, PISA 과학 평가틀, NGSS, EU 핵심역량 프레임워크, CASEL 사회정서역량 모델 등 국내외 교육과정 및 선행연구를 분석하였다. 또한 현직 과학 교사 15명을 대상으로 초점집단 심층면담(FGI)을 실시하고, 과학교육 및 교육과정·평가 전문가 12명을 대상으로 델파이 조사를 수행하여 현장 요구와 전문가 의견을 수 렴하였다. 분석 결과 과학학습 종합역량을 통합성, 맥락성, 실천성, 발달성의 원리에 기반하여 “학생이 과학적 지식과 개념을 이해하고 탐구적 사고와 문제 해결을 수행하며 사회적·윤리적 맥락에서 책임 있는 판단과 행동을 실천할 수 있 는 총체적 능력”으로 정의하고, 지식·이해, 과정·기능, 가치·태도의 세 영역과 총 16개 하위요인 체계로 구조화하였다. 진단 도구는 초등학교 6학년, 중학교 3학년, 고등학교 1학년을 대상으로 총 92문항(지식·이해 27문항, 과정·기능 35문 항, 가치·태도 30문항)으로 구성하였다. 지식·이해 영역은 Bloom의 인지적 위계를 반영한 Level 기반 구조로 설계하였 으며, 과정·기능 및 가치·태도 영역은 공통 Anchor 문항과 학교급별 차별화 문항을 병행 설계하여 발달 연속척도 (vertical scaling) 구축이 가능하도록 하였다. 전문가 타당도 검증 결과 모든 문항에서 높은 타당도가 확인되었으며, 334 명을 대상으로 한 예비조사에서 지식·이해 영역의 문항-전체 상관(corrected item-total correlation)은 모든 문항에서 0.30 이상으로 나타났다. 또한 Cronbach’s α 계수는 과정·기능 영역에서 0 .87- 0.91, 가치·태도 영역에서 0.85-0.90으로 나타나 진단 도구의 신뢰도가 확보되었다. 본 연구는 2022 개정 과학과 교육과정의 역량 범주를 국제적 역량 프레임워 크와 정렬하여 지식·이해, 탐구 과정, 가치·태도를 통합적으로 진단할 수 있는 발달 연속형 과학학습 역량 평가 틀을 제시하였다는 점에서 학문적·실천적 의의를 지닌다. 향후 전국 단위 대규모 조사를 통한 구성 타당도 검증과 문항반응 이론(IRT) 기반 도구 정교화, 그리고 플랫폼 연계를 통한 컴퓨터 기반 평가(CBT) 체제 구축이 요구된다.

본 연구에서는 과학고등학교 학생들이 천문분야 자율탐구에서 생성형 AI (ChatGPT)에 제기한 질문을 개념기반 및 탐구기반 분석틀로 분석하였다. 한 과학고등학교의 천문분야 진로 희망 학생 6명이 1년간 ChatGPT에 제기한 질문 705개를 분석하고, 인식 네트워크 분석(ENA)을 실시하였다. 전체 질문 중 개념적 질문이 53.9%, 사실적 질문이 46.1% 를 차지하였고, 논쟁적 질문은 나타나지 않았다. 탐구기반 분석에서는 ‘수학적 사고’, ‘자료 분석 및 해석’, ‘컴퓨터와 모형 활용’이 높은 빈도로 나타났다. ENA 결과, 사실적 질문은 자료수집, 수학적 계산, 컴퓨터와 모델 활용 기능이 결 합한 절차 중심의 수행형 탐구로 연결이 강하게 나타났으며, 개념적 질문은 탐구 설계와 수행, 자료 분석 및 해석, 수 학적 사고 간의 연결이 강한 네트워크 구조를 형성하였다. 이는 질문 유형이 탐구 과정·기능의 진행과 수준을 결정하였음을 시사한다. 연구 결과를 토대로 과학 탐구활동에서 학습자의 탐구 과정·기능을 조직, 확장하는 매개로 생성형 AI를 활용하는 방안, 생성형 AI를 활용한 탐구에서 질문 유형과 탐구 과정·기능 구조화의 필요성과 교사의 탐구 중재 자 역할의 필요성 등을 결론으로 제시하였다.

In response to the growing demand for deeper and transferable learning in an increasingly complex knowledge society, the 2022 Revised Science Curriculum of Korea introduced “core ideas” as a structural foundation to promote conceptual understanding. Aligned with Understanding by Design (UbD) and concept-based curriculum models, these revisions aim to enhance competency-based learning and support interdisciplinary application. However, conceptual ambiguity surrounding the meaning and implementation of core ideas has posed significant challenges for teachers. We investigated how science teachers understand and interpret core ideas, design and implement inquiry-based instruction, and assess students' process skills, values, and attitudes. In-depth focus group interviews were conducted with twelve in-service secondary school science teachers to examine their pedagogical reasoning and curriculum enactment practices within the 2022 revised curriculum. Findings indicate that teachers recognize the potential of core ideas as powerful, generalizable concepts that foster integration and real-world relevance. Nonetheless, they reported difficulties in redesigning units, facilitating open-ended inquiry, and assessing affective learning outcomes. Teachers emphasized the need for clearer guidance on implementing core ideas, professional development focused on inquiry facilitation, and diverse tools for assessing students’ scientific values and ethical reasoning. The study concludes with practical strategies to strengthen curricular coherence and instructional alignment, including structured examples of core ideas, building teachers’ competency for inquiry-oriented pedagogy, and reinforcing process-based assessment practices.

본 연구의 목적은 학생의 과학 정체성에 비추어 과학교사의 과학 정체성, 즉 교사의 과학 정체성을 규명하고, 학생의 과학 정체성을 길러주기 위한 교사 과학 정체성을 신장하는 방안을 탐색하려는 것이다. 이를 위해 경력 10년 이상의 중·고등학교 현직 과학교사 10명을 대상으로 초점집단 심층 면담을 실시하고, 이를 질적 텍스트 분석 및 키워드 네트워크 분석을 통해 다차원적으로 분석하였다. 주요 연구 결과로는 교사들은 교사 과학 정체성이 학생의 과학 정체성 형성에 있어서 ‘관심’ 차원에 가장 큰 영향을 미친다고 인식하였다. 또한, 과학교사의 과학 정체성은 ‘자기이해를 통한 과학 정체성 인식’, ’교사로서 정체성 일반’, ‘과학교사 교수역량’, ‘과학교사의 역할과 신념’, ‘과학교사의 과학적 탐구 능력’ 등의 다섯 가지 요인으로 구성됨을 확인하였다. 교사 정체성은 고정된 실체가 아니라 교직 경력 전반에 걸쳐 끊 임없이 변화하고 구성되는 역동적인 것으로, 전문성 개발을 위한 연수, 동료 교사와의 협력 및 소통, 수업 컨설팅과 자 기성찰을 통해 신장될 수 있다고 교사들은 제안하였다. 연구결과를 토대로 학생 과학 정체성과는 달리 교육적 역량을 포함하는 복합적인 개념으로서 교사 과학 정체성의 의의, 학생 과학 정체성 형성에 중요한 영향을 미치는 요인으로서 교사 과학 정체성과 그 신장 방안, 교사경력 전반에 걸친 ‘되기(Becoming)’의 과정으로서 교사 과학 정체성 형성 등과 같은 결론과 후속 연구를 제시하였다.

본 연구는 I B 천문학에 반영된 과학의 본성(Nature of Science, NOS) 요소를 분석하고 요소 간 상호 연결을 살 펴봄으로써 우리나라 지구과학교육에서 NOS 교육에 대한 시사점을 탐색하고자 하였다. NOS의 다양한 측면을 포괄하 는 관점인 재개념화한 가족유사성 접근법 NOS(RFN)를 분석틀로 활용했으며, 요소 간 상호 연결을 시각화하기 위해 인식 연결망 분석(ENA)을 사용했다. 연구 결과, 인지-인식론적 체계에 해당하는 RFN요소의 출현 빈도에 비해 사회-제 도적 체계에 해당하는 RFN요소의 출현 빈도는 상대적으로 낮게 나타났다. 인지-인식론적 체계의 RFN요소 중에서는 ‘과학적 실천’과 ‘과학 지식’이 높은 출현 빈도를 보였다. 사회-제도적 체계의 RFN요소 중에서는 ‘사회적 가치’와 ‘사회 조직과 상호작용’이 높은 출현 빈도를 보였다. 또한, 토픽과 항목에 따라 RFN 요소의 출현 빈도가 다소 다르게 나타났 다. 연구 결과를 바탕으로 천문학 영역의 주제-특이적 요소를 반영한 NOS 교육에 대한 시사점을 도출하고 후속연구를 제안하였다.

This study investigated the perceptions of elementary school preservice teachers in their 4th year at KEducation University, an elementary school teacher-training institution, on the nature of science (NOS). To examine the differences in elementary school preservice teachers’ perceptions of NOS according to their high school career aptitude, we conducted in-depth interviews with two students each in the humanities and social sciences (HS) and natural sciences (NS) based on the subjects that they had taken while attending high school. For this purpose, we used the Views of Nature of Science Form C (VNOS-C) and Views about Scientific Inquiry (VASI) questionnaires, which were reconfigured. The main research results were that the elementary school preservice teachers showed a positivistic perspective on the NOS, validity of scientific knowledge, difference between theory and law, and social and cultural embeddedness of science. However, they had a latest perspective on the tentativeness of scientific knowledge, observation and inference, and the role of imagination and creativity. In particular, there were clear differences in perception between HS and NS teachers in the areas of tentativeness of scientific knowledge and understanding of observation and inference. Based on these research results, educational implications for improving the science education competencies of preservice elementary school teachers were proposed.

과학 실천은 학습 소재에 해당하는 대상이나 관찰과 측정을 위한 도구와 같은 ‘이질적인 것’들과 새로운 관계를 맺는 과정이다. 최근 전공 교과에 대한 과학 실천이 점차 강조되고 있는 시점에서 본 연구에서는 천체 관측이라는 지 구과학 교과의 특유한 과학 실천을 새롭게 들여다보고자 했다. 이를 위해 천체 관측을 경험한 학생들과 수많은 물질들 이 만들어 낸 의미를 ‘-되기’의 경험으로 바라보았다. 연구의 방법으로는 A고등학교의 천체 관측 활동에 참여하는 17명 의 학생들이 작성한 활동 일지, 사진 자료 등을 수집하고 심층 면담을 진행하였다. 수집한 자료는 상황 분석 방법을 재 구성하여 살펴보았다. 주요 연구결과로는, 학생들의 존재-인식론적 ‘-되기’의 과정으로 1) 반복을 통해 새로움을 발견하 는 과정, 2) 천체 관측 활동의 정동을 전달하기 위한 ‘설명 기계’가 되어가는 과정, 3) 안정적인 영토를 벗어나 문턱을 넘는 과정을 발견하였다. 연구 결과를 바탕으로 지구과학교육과 교육 연구를 위한 교사의 실천과 새로운 접근 방식에 대해 제언하였다.

The goal of this study was to examine the PCK required for science teachers and PCK required for university teacher educators in terms of school science knowledge, science teaching and learning, and the role of science educators, which are the main axes of science education in future schools, and to explore the relationship between them. This study is a follow-up to a previous stage of research that explored the prospects for changes in schools in the future (2040-2050) in terms of school knowledge, educational methods, and teacher roles. Based on in-depth interviews, qualitative and semantic network analyses were conducted to derive and compare the characteristics of PCK and PCK. As for the main research results, science teacher PCK in future schools should include expertise in organizing science classes centered on convergence topics, expertise in digital platforms and ICT use, and expertise in building a network of learning communities and resources, as part of the expertise of human teachers differentiated from AI. Teacher educators' PCK includes expertise in the research and development of T-L methods using AI, expertise in the knowledge construction process and practice, and expertise in developing preservice teachers’ research competencies. Discussed in the conclusion is the change in teacher PCK and teacher educator PCK with changes in science knowledge, such as convergence-type knowledge and cognition-value integrated knowledge; and the need to emphasize values, attitudes, and ethical judgments for the coexistence of humans and non-humans as school science knowledge in the post-humanism future society.

The purpose of this study was to examine the status of the field application of the Science II career electives with the application of the 2015 revised curriculum up to the 3rd year of high school. This study focused on examining high school science teachers’ perceptions of the student-participatory class and process-centered assessment in Science II subjects, which are career-intensive high school science electives. A total of 192 science teachers responded to the survey questionnaire, and 12 teachers participated in interviews. In the in-depth interviews conducted to supplement the survey results, questions were asked about changes in the overall class, the status of student-participatory classes, and changes in the assessment of Science II subjects due to the emphasis on process-centered assessment. The main research results included teachers’perceptions of changes in teaching and assessment methods with the application of the revised curriculum, the degree to which the eight skills used in Science II classes develop the key competencies of science, and the teaching and assessment methods commonly used in Science II classes. Science teachers generally agreed with the purpose and necessity of introducing student-participatory classes and process-centered assessment, which are the core purpose of the 2015 revised curriculum. However, they had difficulties in practice due to the excessive content of Science II subjects. Problems were also encountered with securing objectivity and fairness during assessments and the operation of online science classes due to COVID-19.

In this study, we investigated the difference in the affective characteristics between science-gifted students and general students through the positive experiences about science (PES) index. We also explored ways to apply the characteristics of gifted classes suggeseted by the teachers of this study, which had a positive effect on science-gifted students, to general science classes. For this study, a PES survey was carried on middle school science-gifted students enrolled in the gifted education center in the central region and general middle school students in the same area who had no experience in gifted education. Based on the survey result, we conducted in-depth interviews with teachers, having teaching experience with both science-gifted and general students. The results revealed that science-gifted students showed a significantly higher PES index than general students in all five areas of PES. The area with the largest difference between the two groups was science-related self-concept and the smallest was science academic emotion. Teachers suggested ways to apply the characteristics of science-gifted classes to general science classes, such as organizing general science classes around inquiry activities, supporting class materials such as MBL or tablets, reconstructing the classes using materials reflecting students’ needs, and changing the textbook content and narrative style, to induce students' interest and curiosity. Based on the study results, ways to enhance the PES through science classes for general students were proposed.

In this study, we analyzed the development of high school students’ argumentation through their writings on socio-scientific Issues (SSI) related to the Climate Change Unit in the Earth Science I curriculum. Pre- and post-writing assignments on the two main causes of global warming were analyzed and compared. In addition, an in-depth interview of the focus group was conducted with 7 students who showed a distinct change in the level of argumentation. According to the results, 16 of 52 students remained at the same argumentation level in pre- and post-writing assignments, and students remaining at Level 2 among five levels had difficulty in understanding the Toulmin’s argument pattern (TAP) structure. Using the TAP structure, 29 of 52 students demonstrated increased argumentation levels in the post-writing assignments. The conclusions include that writing lessons on SSI using the TAP in Earth science classes can improve the level of high school students’ argumentative writing, and that the level of students’ argumentation can develop with the elaboration of their level of falsification. Also, it is suggested that the science curriculum should increase students' science writing competencies by specifying science writing as one of the goals.

In this research, the change of Korean middle-school science education environments is investigated through analyzing eighth graders’ survey data collected over the past 20 years of TIMSS. We extracted educational context variables that provide meaningful information on changes of Korean science education, and have been surveyed more than 3 study cycles up to TIMSS 2015. The selected educational context variables include school resources and school climate from the school principal’s questionnaires, and teacher characteristics and instructional activities from the teacher’s questionnaires. For each context variable, we analyzed its trend over TIMSS cycles, and discussed its implications in light of Korean educational policy and curriculum changes. Based on the results, we recommended several ways that help to improve science teaching and learning in light of lab assistants, computer availability, teacher learning community, and middle school Earth science curriculum

The purpose of this research is to investigate characteristics of science content knowledge and pedagogical content knowledge shown in the primary school science classes. Through analysis of classroom teaching, explore the features and differences between primary and secondary school science PCK. Using open-ended interviews with the teachers and group discussions on a regular basis to analyze and compare classes of five primary school teachers, the relationship between CK and PCK. Regardless of the school level the teacher's PCK and professionalism is required with varying focus and emphasis. The features of the primary school teacher's PCK are as follows: Firstly, elementary teach secondary teach content, teachers value pedagogical knowledge (PK) content knowledge (CK). The primary school PCK requires more of understanding of students and teaching methods that to subject areas. PCK be without content knowledge, and the teacher's PCK is subject-specific In addition to the characteristics of PCK in the primary school science teaching, ways to set up professional exchange or collaboration between primary and secondary teachers, and to provide supplementary in-service training focused on content knowledge for primary school teachers.