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.

This study analyzed variations of learning stress by comparing the salivary cortisol levels of students who participated in Earth Science inquiry activities. The cortisol concentrations between the pre- and post-inquiries of the sample of 34 university students, who had taken the course of ‘Basic Earth Science and Experiments’, were analyzed. The Earth Science inquiries consisted of geology and astronomy activities. The observational geology activities consisted of a session of ‘structure contours and map patterns’ and the cognitive astronomy activities consisted of a session of ‘representations of horizontal and equatorial coordinates’. These Earth Science inquiry activities were found to cause students to have anxiety, and the thought processes that these activities involved were found to cause learning stress. The variations in cortisol concentrations of students increased by 1.6±5.9 ng mL−1 after conducting observational activities in geology compared with 2.1±6.2 ng mL−1 after doing cognitive activities in astronomy. The analysis of the observational activities in the geology inquiry activities indicated that they were consistent with low levels of learning stress. Conversely, the analysis of the cognitive activities in the astronomy inquiry activities showed significant individual variations in cortisol concentrations. Furthermore, individual differences in cognitive ability were reflected in the astronomy inquiry activities. While students, who received high scores, exhibited low levels of stress in the geology inquiry activities, they showed high levels of stress in the astronomy inquiry activities. It was concluded that, in the case of students with high scores in the study, the level of learning stress increased due to the raised anxiety in cognitive inquiry activities. In contrast, students, who received low scores in the study, exhibited high levels of stress in the geology inquiry activities, and low levels of stress in the astronomy inquiry activities.

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 연구에서는 지질학 연구에 관한 과학철학적 논의를 기반으로 지구과학 탐구의 특징을 반영한 지구과학 탐구방법의 개념적 틀을 개발하고, 이 틀을 분석 도구로 하여 중학교 2학년 과학 교과서에 수록된 탐구 활동을 분석하였다. 분석틀에서는 지구과학의 탐구 방법을 논리적 추론 방법, 해석적 방법, 역사적 방법으로 구분하고, 각각에 부속하는 방법이나 방법론상의 특징들을 세분화하여 제시하였다. 분석을 위해서는 중학교 2학년 과학 교과서의 '지구의 역사와 지각 변동' 단원의 탐구 활동을 대상으로 하였다. 분석된 탐구 활동들에 논리적 추론 방법이 반영된 비율은 귀납적 방법이 23%, 연역적 방법이 22%, 귀추적 방법이 70로, 귀추적 방법이 가장 높은 반영 빈도를 보였다. 해석적 방법의 특징이 반영된 비율은 '이미 형성된 이해 구조의 역할'이 92%로 가장 높았으며, '순환적 추론'이 9%, '이해의 역사적 본성'이 17%였다. 역사적 방법은 그 반영된 비율이 높은 것으로부터 적절한 분류체계의 구성'(53%), '현대적 동일과정설의 원리 적용'(47%), '잔존물 해석'(41%), '단계이론화 과정에서 장소로써 시간을 대체'(3%), '독립된 연구 결과들의 수렴 정도 평가(3%) 순으로 나타났다.

We investigate the forms, the inquiry levels and the objective types in the inquiry activities of the Earth Science text book (Science I HA) that was reorganized at March, 1988 from the eight publishers, according to the reference of Schwab's(1966) inquiry level of experiment and the Klopfer's (1971) classification of objectives of science education. Ninty seven percents of the experiments belong to the 1st level of the Schwab' s(1966) inquiry level and there are no activities of the 3rd level. On the basis of Klopfer's classification, ninty eight percents of the inquiry objectives are included in the only four kinds (A.O, B.O, D.O, G.O) of the nine objectives, and the rest (C.O, E.O, F.O, H.O, I. O) of the important objectives that are indispensable to the inquiry process seems to be exclusive. Conclusively speaking, the inquiry ability of the students may not be cultivated by the experiments in present text-book.