본 연구에서는 간학문적 통합 방식의 주제중심 통합과학 단원을 개발하고 중학교 과학 수업에 적용하여 그 효과를 분석하였다. 관련 선행연구와 교과서 분석을 통하여 ‘상호작용’과 ‘안정성’의 두 가지 통합주제를 선정한 후 과학 네 영역을 포괄하여 주제와 관련된 주개념과 하위개념을 추출하고 해당 학습내용을 통합적으로 구성하였다. 통합주제가 상호작용인 경우 추출된 과학 각 영역별 주개념과 이와 관련되는 하위개념들이 높은 연계성을 가지도록 구성되었으나 통합주제가 안정성인 경우 주개념과 하위개념들을 서로 관련짓는데 어려움이 많았다. 즉 안정성이라는 통합주제는 상호작용이라는 통합주제보다 교과내용을 관통하는 연계성을 마련하기가 어려웠다. 개발된 주제중심 통합과학 단원을 실험집단인 중학교 3학년 2개 학급을 대상으로 운영하고, 전통적인 분과형 수업을 실시한 통제집단과 비교한 결과는 다음과 같다. 첫째, 주제중심 통합과학 수업과 전통적인 분과형 과학수업이 과학 성취도에 미치는 효과를 검증한 결과, 통합과학 수업이 분과형 과학수업에 비해 중학생들의 과학 성취도에 긍정적인 효과를 미친 것으로 나타났다. 둘째, 주제중심 통합과학 수업이 과학에 대한 태도에 미치는 효과를 검증한 결과, 과학수업의 즐거움 범주에서 통합과학 수업의 효과가 나타났으나 과학적 탐구에 대한 태도 범주와 과학적 태도의 적용 범주에서는 효과가 나타나지 않았다. 셋째, 주제중심 통합과학 수업에 대한 인식 조사 결과 전체적으로 긍정적인 것으로 나타났다. 하위 범주별로는 통합과학 수업시 학생의 참여 정도와 통합과학 수업에 대한 학습자의 흥미, 동기유발이 높게 평가되었으며, 학습자들이 통합과학 학습을 하는데 아직 어려움을 겪는 것으로 밝혀졌다.