This study aims to investigate tenth graders’ understanding of the nature of scientific inquiry (NOSI). A total of 100 public school students participated. A questionnaire of Views about Scientific Inquiry was used to assess their understanding of the NOSI, and data were collected using qualitative research methods such as open-ended questionnaires and, when necessary, semi-structured interviews. By employing a constant comparison method to analyze their responses, five students were consistently categorized as the group with informed views regarding all the eight aspects of the NOSI. The rest of the students showed different levels of understanding regarding each aspect. A large portion of the students represented a group with mixed views about four aspects and informed views about three aspects, whereas naive views about one aspect prevailed among them. The results showed that many students comparatively lacked understanding of the aspect related to the scientists’ process of constructing explanations and formulating theories. This study discusses the relationship between its results and the current science curriculum and presents implications for the overall enhancement of students’ understanding of the NOSI. Finally, it encourages the acquisition of scientific inquiry ability and makes suggestions to promote further studies.

이 연구의 목적은 집단중심 추세모형을 적용하여 과학고 학생들이 탐구를 수행하는 과정에서 나타난 통합 탐구 기능 변화의 양상과 특징을 분석하는 것이다. 이를 위해 3개의 가설-연역적 탐구 과제를 이용하였으며, 이를 59명의 과학고 학생들에게 순차적으로 수행하게 하고 그 과정을 보고서로 작성하게 하였다. 작성된 보고서는 Lee and Park (2017)에 의해 개발된 평가 준거틀에 따라 통합 탐구 기능 4개 요소별로 평가하였으며, 이를 집단중심 추세모형에 적용하여 탐구 과제를 수행한 3개 시점에 따른 탐구 기능 수준의 변화 양상을 요소별로 분석하였다. 또한, 탐구 기능 변화에서 나타난 특징을 몇 가지 관점에서 분석하였다. 연구 결과는 다음과 같다: 첫째, 집단중심 추세모형을 적용하여 학생들의 통합 탐구 기능 변화 양상을 분석한 결과, 4개 요소 모두에서 2개 집단으로 분류되었으나 그 변화 양상은 요소별로 많은 차이가 있었다. 둘째, 학생들의 통합 탐구 기능 변화에서 나타난 특징을 분석한 결과, 탐구 기능의 맥락의존성, 탐구 기능 발달 경로의 변이성, 탐구 기능 요소별 수준의 들쭉날쭉성을 발견할 수 있었다. 연구 결과를 토대로 과학고 학생들의 통합 탐구 기능 발달을 위한 제언을 하였다.

본 연구의 목적은 고등학교 지구과학 교육에서 쉽게 다룰 수 있는 소형 망원경과 DSLR 카메라를 활용하여 산개성단을 관측하고, 이를 통해 수집한 데이터를 활용하여 천문학자들과 같은 연구 방법으로 산개성단까지의 거리를 탐구할 수 있는 천체 관측 교육 프로그램을 개발하는 것이다. 2015개정 과학과 교육과정을 분석하여 고등학교 지구과학 교과 교육에 적합한 과학 동아리 활동 수업 자료와 교사용-학생용 학습 콘텐츠를 개발했다. 지구과학 교육과 천문학 분야의 전문가(교사) 6명이 패널로 참가하였고, 패널들 간의 상호간 신뢰도를 구축한 후, 프로그램의 타당도를 검증했다. 총 10차시 수업자료로 개발된 프로그램은 내용타당도(CVI. .89)와 현장 적합성 정도(리커트 5점 척도, 4.17) 검사에서 매우 만족스러운 검증 결과를 받았다. 프로그램에 대한 패널들의 의견 반영과 델파이 분석으로 개발 프로그램을 지속적으로 수정-개선하여 완성하였다. 개발된 프로그램을 고등학교 천체 동아리 학생들(N=9)을 대상으로 시범적 예비수업에 적용한 결과, 학생들의 수업 만족도가 4.48로 매우 높았다. 본 연구의 천체 관측 교육 프로그램을 천체 탐구의 융합교육 활동으로 활용한다면 학생들의 우주와 천체에 대한 관심과 호기심, 탐구 능력 증진에 기여할 수 있을 것이다.

이 연구의 목적은 사범 대학 과학교육학부에 재학 중인 예비 과학 교사들을 대상으로 고등학교에서의 지구과학 선택 과목의 이수 여부와 대학 전공이 일반지구과학 수업에 대한 태도, 학업 성취도에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 이 연구의 대상은 광역시 소재 대학교 과학교육학부 소속의 학생들 중 2012년 2학기부터 2015년 2학기까지 총 4개 학 기 동안 일반지구과학 강의를 수강한 273명의 학생들이다. 현재 전공과 고등학교 지구과학 교과목 이수 여부가 일반지 구과학 수업에 대한 태도 및 시험 체감 난이도, 학업 성취도에 미치는 영향을 SPSS 23.0을 활용하여 이원분산분석 (two-way ANOVA)을 실시하였다. 연구 결과에 따르면, 지구과학교육 전공 학생들과 타 과학교육전공 학생들 사이에는 일반지구과학 수업에 대한 태도와 시험 체감 난이도에 대해서 차이가 없었지만, 고등학교에서 지구과학의 이수 여부는 학생들의 태도와 성취도에 영향을 미쳤다. 즉, 고등학교에서 지구과학 I과 지구과학 II를 모두 이수한 학생은 지구과학 I만 이수한 학생 또는 지구과학을 전혀 선택하지 않은 학생들보다 일반지구과학 수업 태도가 더 좋았으며 높은 성취 수 준을 보이는 것으로 분석되었다. 과학 교사를 양성하는 사범 대학의 교육에서는 학생들의 요구와 수준을 반영한 교수학습적 접근이 필요하며, 과학 교사로서 필요한 교과 지식을 효과적으로 학습할 수 있도록 사범 대학 과학과 교육과정의 지속적인 보완이 있어야 할 것이다.

초기의 판 구조론에서 지각 판은 연약권 위에 떠서 맨틀의 움직임에 따라 움직이는 수동적인 모습으로 그려졌 고, 자연히 해령에서 발산되는 힘이나 암석권 하부의 맨틀 견인력(drag force)이 판을 움직이는 주된 원동력으로 묘사되 었다. 하지만 최근 여러 연구들은 판의 이동을 일으키는 원동력이 맨틀의 대류보다는 섭입대에서 침강하는 판이 만드는 섭입판 인력(slab pull)이라고 보고 있다. 최근 학계는 무거운 해양판과 주변 연약권의 밀도 차이가 섭입판 인력의 핵심 이라고 설명한다. 해양판의 높은 밀도는 중력에 의해 판이 해구에서 맨틀 속으로 가라앉는 원인이 되며, 이것이 판이 움직이는 가장 큰 원동력을 발생시키는 것이다. 이러한 연구 결과들을 바탕으로, 본 연구는 고등학교 지구과학 교과서의 관련 내용을 검토하고 최근 수십 년 간의 서술 경향을 분석하였다. 그 결과 5차 교육과정 이래로 지금까지 거의 대 부분의 고등학교 교과서가 맨틀 대류를 판 이동의 주 원동력으로 서술하고 있다는 것을 확인하였으며, 이는 대학교 교 재가 개정판을 통해 새로운 학설을 꾸준히 제시해온 것과 대조적인 모습이라 할 수 있다. 따라서 학생들에게 더욱 정 확한 학술적 정보를 제공하기 위해 이와 같은 새로운 판 구조론 내용이 해당 교과서 관련 단원에 추가되어야 할 것이다.

본 연구의 목적은 고등학교 과학 교과의 효과적인 수업방법에 대해 고등학교 과학교사들과 고등학생들이 가지고 있는 인지프레임을 조사하고, 그들이 2009 개정 과학과 교육과정의 고등학교 과학에서 제시하고 있는 교수학습 방법을 어떻게 이해하고 있는지를 알아보는 것이다. 이를 위해 275명의 고등학교 과학 교사와 275명의 고등학생으로부터 데이터를 수집하였고, 수집된 데이터는 언어네트워크 분석법을 통하여 단어 분석과 프레임 분석을 하였다. 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 고등학교 과학 교사들은 문제해결능력과 탐구능력을 향상시킬 수 있는 학생 중심의 수업이 효과적이라고 인식하고 있다. 반면 고등학생들은 교사들이 충분한 자료를 제시하여야 하고 대학 진학에 도움이 될 수 있는 수업이 효과적이라고 인식하고 있다. 둘째, 두 집단은 모두 2009 개정 과학과 교육과정을 충분히 반영하지 못한 인지프레임을 가지고 있다. 특히 두 집단은 융합 또는 통합이라는 요소를 그들의 인지프레임에 연결시키지 못하고 있고, 여러 과학 분야의 내용들이 서로 밀접하게 관련되어 있다는 사실을 인식하지 못하고 있다. 그러므로 교사들이 고등학교 과학 교육과정에 대해 명확하게 이해하고 이를 실행할 수 있도록 현직 연수를 강화시킬 필요가 있다.

본 연구의 목적은 우리나라 고등학교 지구과학 수업의 담화적-인식적 기제들을 탐색하는 것이었다. 세 명의 현직 고등학교 교사들로부터 총 11편의 지구과학 수업 녹화물을 수집하였으며, 모두 전사한 후, 선행 연구에서 사용한 담화 분석틀을 이용하여 분석하였다. 그 결과로 고등학교 지구과학 수업에서 특정한 인식적 기능을 담당하는 기능적 집합으로서 담화적-인식적 기제들을 확인하였고, 그 특징을 인식적 기능을 중심으로 기술하였다. 또, 분석 결과를 선행 연구의 결과와 비교하여 지구 과학 수업의 담화적-인식적 기제들의 특징을 강조하였다. 앞으로의 연구를 위한 시사점으로 중학교 과학 수업과 대안적인 형태의 과학 수업에 대한 분석, 교사들과의 심층 면담과 같은 확대된 연구 방법을 통한 연구를 제안하였다.

가상 야외 답사(VFT)는 전통적인 야외 답사의 매력적인 대안으로 간주되지만, 지구과학 교육과정에서 어떻게 가장 효과적으로 활용될 수 있는지는 아직 명확하지 않다. 이 연구에서는 플래시 파노라마 기반 VFT를 활용한 지구과학 수업이 고등학교 학생들의 공간 시각화 능력과 화산 개념 이해에 미치는 영향을 알아보았다. 플래시 파노라마 기반 VFT 활용의 효과를 알아보기 위해 수업 처치 사전 및 사후에 공간 시각화 능력 및 화산 개념 검사를 실시하였으며, 수업 처치 결과를 분석하기 위해 공변량 분석과 선형 회귀 분석을 수행하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 실험집단의 공간 시각화 능력 향상 정도가 통제 집단에 비해 통계적으로 유의미하게 더 높게 나타났다. 특히, 공간 시각화 능력의 세 가지 하부 범주 중 공간 조작 능력 향상이 가장 큰 것으로 나타났다. 둘째, 대부분의 범주에서 실험 집단의 화산 개념 이해 향상 정도가 통제 집단에 비해 더 높게 나타났으나, 1개 범주를 제외하고 통계적으로 유의미한 차이는 아니었다. 셋째, VFT 활용 후 실험 집단이 통제 집단에 비해 공간 시각화 능력과 화산 개념 이해 간의 상관관계가 현저하게 증가하였다.

해수면온도는 급변하는 기후를 이해하는 가장 중요한 해양 변수 중의 하나이므로 과학 교과서에는 정확하고 오류없는 해수면온도 영상이 제시되어야 한다. 그러나 고등학교 교과서에 제시된 해수면온도 영상들은 다양한 원인에서 비롯된 많은 오류들을 가지고 있었다. 본 연구는 제 7차 교육과정에 근거한 24종의 고등학교 과학 교과서, 지구과학 I, 지구과학 II 교과서의 36개의 인공위성 해수면온도 영상을 17개 항목에 대하여 분석하였다. 해수면온도 영상 처리 과정에서 생긴 구름 제거, 육지 마스킹, 색상표, 위치 정보, 시간 표시와 관련된 오류와 인공위성에 대한 기본적인 표현 오류를 조사하였다. 예비교사 25명에게 문제가 있는 대표적인 인공위성 영상들을 제시하고 설문을 실시하고 반응을 분석하였다. 그 결과 대부분의 예비교사들은 해수면온도 영상 처리 과정에서 발생할 수 있는 오류에 대하여 인지하지 못하였으며, 해빙, 강수 유입, 한류와 같은 실제 해양현상과 연관지어 해수면온도를 이해하려는 경향을 보였다. 따라서 교과서 해수면온도 영상은 본 연구에서 제시한 세부 항목들을 고려하여 정확하게 처리되어야 한다.

본 연구는 수업의 3가지 맥락(자료, 과제, 역할)에서 학습자의 특성과 그룹의 상호작용에 따른 그룹과 개인의 반성적 탐구는 어떤 차이가 있는지를 알아보고 이를 통해 효율적인 반성적 탐구활동을 위한 소그룹 구성과 교사의 지도에 시사점을 얻고자 하였다. 이를 위해 고등학교 1학년 1개 학급을 선정해서 반성적 탐구활동수업을 실시하고 수업을 녹화 전사해서 언어행동분석틀과 수업상황의 3가지 맥락으로 분석하였다. 본 연구의 결과로부터 학생개인과 그룹의 반성적 탐구는 학생들의 개별특성 그 자체보다는 다튼 학생과 학급에서 어떤 관계를 가지느냐에 더 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.

고등학교 과학교과서의 개선을 위한 제안을 제시하기 위해 한국과 미국 고등학교 지구과학 교과서의 지질학 영역에 있는 탐구 활동이 탐구내용, 탐구과정, 탐구상황 면에서 평가되었다. 탐구활동의 내용에서, 한국 교과서는 단원 당 5.8개로 미국 교과서의 단원 당 4개보다 더 많은 탐구활동 개수를 포함하고 있었다. 한국 교과서는 대부분 도표나 그래프 등 자료해석에 관련된 탐구활동을 포함하고 있고 미국 교과서는 스스로 조작하는 실험이나 자료변형 그리고 직접설계 할 수 있는 탐구활동 기회를 제공하고 있다. 탐구활동 1개당 사용된 탐구과정 개수는 한국 교과서가 평균 1.8개인 반면 미국 교과서는 3개로 미국 교과서가 한국 교과서보다 더욱 다양한 탐구과정을 사용한다는 것을 알 수 있다. 모든 교과서에서 가장 많이 사용된 탐구과정 요소는 추리와 자료해석으로 이 두 요소의 비율은 한국 교과서는 평균 73.3%이고 미국 교과서는 46.2%였다. 즉 한국 교과서는 특정 탐구과정 요소만을 강조하였고, 이런 고르지 못한 탐구과정 요소의 분포는 학생의 통합능력 신장에 저해요인으로 작용할 수도 있을 것으로 판단된다. 특히 통합적 탐구과정에서 미국교과서는 7개의 모든 요소가 다 제시되었지만 한국 교과서는 단지 2개 내지 4개의 요소만이 제시되어 한국 교과서가 미국 교과서보다 학생들이 다양한 탐구능력을 함양할 수 있게 하는 탐구활동을 제공하는데 있어 취약점을 갖고 있다는 것을 말해 준다. 탐구상황 분석에서 한국교과서는 다소 단편적 인이고 실생활과 관련이 낮은 탐구 상황이 제공되었고, 미국 교과서는 좀 더 실생활과 관련되어 적용된 탐구 상황의 내용들로 구성되어 있음을 보여주었다.

본 연구의 목적은 11학년 지구과학 수업에서 마인드 맵을 활용한 수업이 학생들의 과학 탐구 능력과 과학에 관련된 태도에 미치는 효과를 알아보는데 있다. 연구의 대상은 김해시에 소재한 공립 K고등학교 11학년 2개반을 대상으로 하였으며 1주에 2시간씩 10주 동안, 실험집단에는 마인드 맵을 활용한 수업을 진행하였고, 통제집단은 전통적 수업으로 진행하였으며 각 집단은 34명으로 구성되어 있다. 학생들의 과학 탐구 능력과 과학에 관련된 태도에 대하여 사전검사를 실시한 후 수업을 진행하였으며 수업후에 사후검사를 통한 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 1검증을 통해 학생들의 과학 탐구 능력에 미치는 영향에 대해 분석한 결과 실험집단과 통제집단간에 유의미한 차이가 있었다. 이것은 마인드 맵 활용 수업이 학생들의 과학 탐구 능력 향상에 효과적임을 의미한다. 둘째, t-검증을 통해 학생들의 과학에 관련된 태도에 미치는 영향에 대해 분석한 결과 실험집단과 통제집단 간에 유의미한 차이가 있었다. 이것은 마인드 맵 활용 수업이 학생들의 과학에 관련된 태도에 효과적임을 의미한다 결과적으로 마인드 맵을 활용한 지구과학 수업은 학생들의 과학 탐구 능력과 과학에 관련된 태도를 향상시키는데 더욱 효과적이다.

이 연구는 7차 고등학교 지구과학 II 교과서의 내용 중 화성암의 조직 개념에 대한 본문 진술을 분석하고 문제점을 지적하고 그 개선 방안을 모색하였다. 과학 교과서의 개념 진술이 정확하지 않아 학습자들에게 오개념을 유발하거나 재강화할 가능성이 있는 여러 진술문이 발견되었다. 화산암에 대하여 세립질, 유리질 또는 반상 조직을 기술하고 있으며, 심성암에 대하여 완정질, 입상, 조립질 및 등립질 조직 등 다양한 조직을 제시하고 있다. 이들은 화성암 조직 분류체계 기준의 혼란에 관련된 것들이었다. 화성암의 조직에 대한 정확한 개념을 전달하기 위한 화성암 분류 기준의 개선방안들을 제시하였다. 화성암을 구성광물의 입도, 상대적인 크기와 결정도에 따라 화산암에는 비현정질 또는 반상 조직을, 심성암에는 현정질 또는 완정질, 등립상 조직을 사용하여야 한다.

사진과 삽화는 현행 과학 교과서에서 핵심적인 시각적 표상 요소이다. 본 연구에서는 6차와 7차 교육과정에 따른 고등학교 지구과학 교과서에 사용된 사진과 삽화의 기능 및 구조를 비교 분석하였다. 기능 분석 결과, 6차와 7차 모두 예시적 기능이 차지하는 비율이 압도적으로 높았으며, 보충적 기능의 비율이 가장 낮았다. 7차의 경우 사진과 삽화의 기능들이 6차에 비해 다양해졌는데, 이것은 지구과학 II 보다는 I에서 보다 두드러지게 나타났다. 특히, 6차에서는 극히 미미하게 나타났던 보충적 기능과 설명적 기능이 7차에서는 증가하였으며, 장식적 기능 또한 전반적으로 증가한 것으로 분석되었다. 구조 분석 결과, 6차에 비해 7차에서 참조가 현저하게 감소하여 본문과의 연계성 면에서 오히려 퇴보한 것으로 분석되었다. 단독 사진이나 삽화에 비해 다중 구성의 비율이 증가한 것으로 나타났으나, 짝이나 연속 구성에서는 발전된 점이 나타나지 않았다. 앞으로의 과학 교과서 개발에서 사진과 삽화의 기능에서 탐구적 기능을, 구조에서 보완적 구성을 추가할 것과 사진과 삽화를 포함한 시각적 표상의 기능과 구조 측면을 과학 교과서 검정 준거로 활용할 것을 논의하였다.

본 연구의 목적은 수준별 수업에서 심화 보충형 수준별 교육과정을 적용하였을 때, 수준별 수업의 적용 시기가 학습자의 과학 학업 성취도와 과학에 관련된 태도에 미치는 효과를 알아보고자 하였다. 이에 대한 연구 결과는 첫째, 적용시기를 달리한 수준별 수업은 매 차시 개념주제단위로 심화 보충과정을 실시한 실험집단이 단원 말에 심화 보충 과정을 실시한 비교집단에 비해 학생들의 학업성취도를 높이는데 효과적이었다. 둘째, 적용시기를 달리한 수준별 수업은 매 차시 개념주제단위로 심화 보충과정을 실시한 실험집단이 단원 말에 심화 보충과정을 실시한 비교집단에 비해 상위집단의 학생들에게는 효과가 없었다. 그러나 하위집단에서 학생들의 학업성취도를 높이는데 효과적이었다. 셋째, 적용시기를 달리한 수준별 수업은 매 차시 개념주제단위로 심화?보충과정을 실시한 실험집단이 단원 말에 심화 보충과정을 실시한 비교집단에 비해 과학에 관련된 태도의 5가지 하위 영역 중에서, '과학적 태도의 수용', '과학수업의 즐거움', '과학에 대한 직업적 관심'에서 긍정적인 영향이 있었다.

이 연구는 고등학교 지구과학 탐구활동에서 2가지 수업유형에 따라 나타나는 학생들의 반성적 탐구의 특징을 알아봄으로써 수업의 맥락에서 학생들의 반성적 탐구의 실제를 이해하고, 탐구활동 수업에서 반성적 탐구를 촉진하기 위한 시사점을 얻고자 하였다. 기존의 탐구활동수업과 본 연구에서 개발한 반성적 탐구활동수업에서 반성적 탐구의 차이를 조사한 결과 반성적 탐구를 촉진하기 위해 개발된 반성적 탐구활동수업은 자료맥락의 다양한 요소와 연결된 반성적 탐구진술이 많아, 반성적 탐구의 양적 및 다양성의 측면에서 학생들의 반성적 탐구에 긍정적인 효과가 있었다. 이러한 결과로부터 학생들의 반성적 탐구를 활성화시키는 탐구활동 수업개발의 시사점을 얻을 수 있었다.

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.

2002학년도부터 시행되고 잇는 제 7차 교육과정은 수준별 학습을 요구하고 있으나 교사가 실제 사용할 교수학습과정은 제시되어 있지 않다, 따라서 이 연구는 고등학교 과학수업에 적용할 수준별 교수학습과정을 개발하고 이를 학습에 적용하고 그 효과를 과학관련 태도와 학습 성취도 및 수준별 교육과정에 대한 인식의 변화를 통하여 알아보는데 있다. 그 결과는 다음과 같다. 1) 고등학교의 수준별 학습의 운용형태에 따라 두 가지 형태의 교과학습 과정안을 개발하였다. 하나는 수준별 학습이 동시에 이루어질 때 사용하는 것이고 또 하나는 수준별로 학생들을 분반하여 학습하는 형태이다. 이들 중 동시에 학습하는 형태를 실제 수업에 적용하고 그 효과를 조사하였다. 2) 수준별 학습에 대한 인식에서 학생들은 이 교육과정의 중요성을 인식하면서도 동시에 수행되는 수준별 학습에 대해서는 좋은 인식을 주지 못했으며 과학과 관련된 태도에서는 우의미한 변화가 나타났다.