본 연구는 중학교 교육과정에서 수학과 연계된 지구과학 실험 중 지구의 크기 측정을 중심으로 총 30시간 동안 지구과학 교육봉사 활동에 참여한 예비 지구과학교사와 중학생들에게 본 프로그램이 주는 의미를 살펴보고 혁신적 수업으로의 가능성을 탐색해 보았다. 중학교 과학 교과서에 소개된 고대 그리스 시대 에라토스테네스의 그림자 길이를 이용한 지구 크기 측정 실험에서 나타나는 오차를 최소화하기 위하여, 멀리 떨어진 수도권과 지방의 두 개의 중학교에서 삼각비를 이용한 탐구 활동을 수행 한 후, 실측한 자료를 두 학교 학생들이 공유하여 지구의 크기를 최종적으로 계산하였다. 이 과정을 통해 실측 자료를 효과적으로 표현하는 수학적 방법을 배우며, 반복적이고 정확한 자료 획득 과정의 중요성과 어려움을 체험하고, 도출된 결과에 포함된 오차의 원인들에 대해 토론하였다. 본 연구 결과는 학생들이 지구과학 탐구의 특성을 이해하고, 2015 개정 교육과정에서 과학과 수학교과에서 공통적으로 강조하고 있는 교과 역량인 문제 해결력, 사고력, 의사소통 능력을 함양할 수 있는 수학·과학 통합 프로그램 개발에 기초 자료를 제공할 것이다.

이 연구는 8학년 과학의 ‘지구의 크기 측정 실험 활동’을 위한 전용 교구를 개발하여, 효율성을 알아보고자 하였다. 전용 교구는 지구의 크기 측정 실험활동을 저해하는 장소와 조작의 난해함을 해결하는 방안에 초점을 맞추어 실내용과 실외용 두 가지로 개발하였는데, 이 실험을 지도했던 경험이 있는 교사들에게 설문을 하여 두 차례의 검증과 수정을 통해 개발하였다. 개발한 교구의 효과를 검증하기 위해 강원도 태백 H 중학교 8학년 학생을 강의식 수업, 교과서 내 지구모형을 이용한 실험 수업, 개발한 교구를 이용한 실험 수업을 실시하였다. 세 가지 수업 형태의 효과를 비교하기 위해 관련 단원 성취도를 사전과 사후 그리고 추수검사를 통해 비교 분석하였고, 수업형태에 따라 학생들의 관련단원 개념변화 효과에 미치는 영향을 심층면담을 통해 정성적 분석을 하였다. 이 연구의 결과, 전용교구를 이용하여 실험을 한 학생들은 사후 검사에서는 다른 수업에 참여했던 학생들과 많은 차이가 없었으나, 추수검사 결과 개념의 지속에 긍정적인 영향을 받은 것으로 드러났다. 면담결과 학생들은 교구를 활용한 수업을 선호하였으며, 교구 사용이 편리한 개발 교구를 사용한 학생들이 실험 활동에 더 적극적으로 참여하고, 흥미 있어 했다. 결론적으로 지구의 크기 측정 실험에서 학생들의 실험 교구를 교사가 직접 고안하고자 하는 시도가 현장 과학수업에서 학생들의 학업성취도에 긍정적인 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.