여러 연구에 따르면 발명 교육은 학생들의 창의력과 문제 해결력 향상과 밀접한 관계가 있다. 이러한 능력은 미래 사회에 필수적인 능력이므로, 이러한 능력을 개발하기 위한 효과적인 발명 교육이 필요하다. 이에 본 연구에서는 내러티브 탐구를 통해 초등학교 교과서에 등장하는 3명의 한국 발명가의 창의성 요소, 가정환경, 부모 양육 방식을 특정하고, 3명의 공통점을 분석하였다. 연구결과, 3명의 발명가들은 모두 지적 호기심, 독창성, 생산적 사고능력, 정교성을 가지고 있었다. 그리고 이들은 대부분 경제적으로 풍요로운 가정에서 태어났고, 자신을 지지해주는 사람이 있었다. 또한 이들은 부모들은 자녀와 안정적인 애착 관계를 가졌고, 자녀의 교육에 적극적으로 참여하며 자녀의 창의성을 가장 먼저 발견하였다.

이 연구의 목적은 예비교사들이 과학교과서를 학습과정에서의 시선 이동, 교과서에 제시된 화살표에 대한 인지 여부, 그리고 화살표에 의한 시선 행동의 변화 등을 조사하여 분석하는 것이었다. 연구를 위해 시선 이동 추적 장치인 eye-tracker를 이용하였으며, 교사 양성대학에 다니는 예비교사 10명을 선정하여 진행하였다. 연구에 이용된 과학교과서 단원은 지구과학 영역 중 하나인 '날씨와 우리 생활' 단원이었다. 연구결과, 첫째, 예비교사들은 과학교과서를 학습과정에서 그림 보다는 글에 많은 시간을 할애하는 것으로 조사되었다. 둘째, 예비교사들은 과학교과서에 제시된 화살표에 대해 시선을 집중하지 않는 편으로 분석되었다. 셋째, '화살표에 의한 시선 행동 유도'가 일어나기 위해서는 화살표에 대한 충분한 집중이 이루어져야 함을 확인할 수 있었다. 이러한 연구 결과는 화살표와 같은 과학교과서의 학습 요소에 대한 학습자의 시각적 주의 투여의 중요성을 시사해주며, 더불어 효과적인 학습을 위해 시선 이동 연구 자료를 통한 교과서 내 학습 요소에 대한 시각적 주의 투여를 유도할 수 있는 교과서 편집 디자인 개발이 중요함을 시사해준다.

본 연구의 목적은 연구제목에서 추출한 키워드를 중심으로 네트워크 분석을 활용하여 기후변화 교육 관련 연구동향을 분석하는 것이다. 이를 위하여 2015년부터 2020년 11월까지 한국연구재단(KCI) 등재(후보)지에 게재된 기후변화 교육 관련 논문의 연도별, 학습지별 동향을 파악하고, 논문에 제시된 키워드에 대한 네트워크 분석을 실시하였다. 분석절차는 분석 대상 선정, 키워드 추출과 정제, 키워드 네트워크 분석 및 시각화의 과정으로 진행되었다. 자료처리는 Textom 분석 프로그램, Ucinet 6.0, NetDraw 프로그램을 활용하였다. 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 2011년부터 2020년 사이 총 62편의 기후변화 교육 관련 논문이 게재되었으며, 학술지는 '에너지기후변화 교육'에서 가장 많은 기후변화 교육 관련 논문이 게재된 것으로 나타났다. 둘째, 키워드 '프로그램' 키워드가 가장 높은 빈도를 보였으며, 그 다음으로 '에너지', '분석', '초등학교', '초등학생', '개발', '영향' 등이 높은 빈도를 보였다. 셋째, 연결정도 중심성 분석결과 '프로그램', '초등학생', '초등학교' 지수가 가장 높게 나타났으며, 가장 큰 군집은 '교수·학습 프로그램 개발과 효과'가 형성되었다. 본 연구는 전반적인 기후변화 교육 관련 연구동향을 탐색하고, 향후 연구주제에 대한 방향성을 파악하였다는 데 의의가 있다.

본 연구에서는 지구과학 예비교사들이 수업 설계과정에서 구성한 학습 내용 논증구조에서 반박의 대상이 되는 요소에 따라 반박유형을 분석하였다. 또한, 반박을 해결하기 위한 예비교사의 대응 방법에 따라 사례를 분류하고 탐색하였다. 5주간 총 20시간의 강의 및 모둠 토론 과정에서 수집한 예비교사들의 수업 결과물과 토론 및 면담 내용 등을 분석한 결과, Verheij (2005)가 이론적으로 도출한 5가지 반박유형이 모두 확인되었다. 분석을 통해 추출한 총 18건의 반박 사례를 질적으로 해석하였고, 예비교사들이 반박을 수업에서 해결하는 방식에 따라 반박 사례를 3가지로 분류할 수 있었다. 연구 결과를 토대로 얻은 결론과 시사점은 다음과 같다. 첫째, 본 연구는 예비교사들이 논증구조를 활용하여 수업을 설계하는 동안 논증의 핵심 요소와 논증 과정의 과학적 타당성을 검증하는 사고 과정을 활발히 진행한다는 경험적 자료를 제공하였으며, 과학교육 연구에서 논증활동의 적용 범위를 확장하였다. 둘째, (예비)교사가 학생들의 궁금증을 유발하여 수업에 몰입(참여)시키기 위한 전략을 마련하는 데 있어 수업내용 논증구조의 활용 가능성을 제시하였다. 셋째, 반박을 생성하고 해결 방안을 도출하는 과정을 통해 예비교사는 과학지식의 가변성이나 불확정성을 비롯하여 과학의 본성에 대하여 생각해 볼 기회를 얻을 수 있다.

이 연구는 시대적 배경으로 통합성을 강조하고 과학적 소양 함양을 목적으로 하는 과학교육의 효과적인 목표 달성을 위해 과학수업에서 관찰 가능한 세계관 기반 과학교육과 지속가능발전교육을 접목한 프로그램을 개발하고 이를 실제 고등학교 수업에 적용하여 분석하였다. 실제 고등학생에게 프로그램을 적용한 결과 학생들은 스스로 자신의 가치관을 파악하여 다양한 가치를 고려하고 의사결정하는 과정에서 생태주의의 세계관으로 전환이 일어난 것을 볼 수 있었다. 프로그램 적용과정에서 다양하게 나타나는 각 교과 내용과 교사 세계관의 불일치로 인한 학생들의 가치 충돌로 자신이 가지고 있는 세계관을 파악하고 수업 과정에서 다양한 측면의 가치에 접근하는 과정 중에 학생들의 세계관이 갈등을 일으키고 있는 것이 나타났다. 개인의 가치관 영역에서 세계관은 과학교육에서 확대 적용하여야 하며 교사 및 교과 내용의 세계관에 대한 이해도 필요하다. 이 연구를 통해 과학교육에서 세계관으로 대표되는 개인의 가치관 영역의 접근이 학생의 근본적인 변화에 도움이 되길 기대한다.

이 연구의 목적은 초등 예비교사를 대상으로 '나의 창작 이야기를 이용한 그림자 북 만들기' 활동을 실시한 후 융합 프로그램에 대한 초등 예비교사들의 인식을 알아보는 것이다. 이 프로그램은 초등 예비교사들이 '이야기'를 창작하고, 그 이야기를 이용해 '그림자 북'을 만드는 내용으로 구성되었고, 8주 동안 52명의 예비교사들에게 실시되었다. 프로그램 종료 후 초등 예비교사들에게 융합 프로그램에 대한 인식을 Likert 척도 문항과 서술형 문항으로 조사하였다. Likert 척도 문항을 분석한 결과, 초등 예비교사들은 이 프로그램의 목표, 내용, 방법에 대해서는 매우 높은 점수를 나타냈으며, 프로그램의 만족도와 필요성, 재참여 의지 역시 높은 점수를 나타냈다. 또한 프로그램의 운영 방법, 장점 및 개선점을 묻는 서술형 문항에 대해 키워드를 중심으로 분석한 결과 교과 내용, 융합 교육, 수업 역량, 사고력, 심리, 경험에 대한 정서 등으로 범주화할 수 있었다. 이 연구를 통해 초등 예비교사들은 서로 다른 전공의 교수들이 협력하여 운영하는 융합 프로그램을 체험함으로써 자연스럽게 융합교육의 의미, 중요성, 필요성을 인식할 수 있고, 관련 교과의 내용도 쉽게 이해할 수 있으며, 교수 역량도 향상시킬 수 있다고 생각함을 알 수 있었다. 그러나 비대면 수업 상황으로 인한 여러 가지 개선점도 언급하였다.

본 연구는 지역사회 환경문제에 관한 토론 수업이 고등학생들의 환경 인식, 환경 문제에 대한 의견과 그 판단근거, 환경 문제 해결방안에 미치는 영향을 알아보는 연구이다. 본 연구에서 개발된 토론 수업은 도심 내의 백로 서식지 문제를 주제로 3차시에 걸쳐 지역사회 환경문제에 대해 알아보고, 토론하는 수업이다. 연구의 주요 데이터로 수업 전후 환경 인식 검사지, 환경 인식 설문지, 학습지가 수집되었다. 환경인식 검사지는 Likert 척도로 기술적 통계로 분석되었으며, 환경 인식 설문지의 응답은 귀납적 질적연구 방법을 통해 분석되었다. 본 연구의 결과는 먼저 환경 인식 검사지의 환경 인식에서 사전-사후 유의미한 통계적 효과가 있었다. 다음으로 SSI 토론 주제인 "백로의 서식지를 이동해야 하는가?"에 대하여 과반수의 학생들이 찬성하였으며, 토론 수업이후에도 의견에 변화가 없었다. 하지만 토론 수업 이후 학생들의 해경방안은 단기적이고 실현 가능하며, 구체적이고 비용이 적게 드는 해결방안으로 바뀌었다. 본 연구 결과를 바탕으로 학생들의 지역환경문제에 대한 관심을 높이고 문제해결력 증가를 위해 학교 과학 수업에서 지역 환경 문제와 관련된 SSI 토론 수업의 필요성을 제언한다.

이 연구의 목적은 지구의 공전 실험에 대해 알아보고, 학교 급별로 효과적인 지구의 공전 실험이 무엇인지 알아보는데 있다. 연구자는 지구의 공전을 학습할 수 있는 8가지의 실험 방법을 조사 또는 개발하였다. 초등 예비교사 26명에게 이 실험을 실시하고 토의하도록 한 후, 학교 급별로 효과적인 지구의 공전 실험을 선택하고 이유를 쓰도록 하였다. 그 결과 초등학교에서는 계절별 별자리가 달라지는 실험, 중·고등학교에서는 계절별 별의 스펙트럼을 비교하는 실험, 대학교에서 외행성의 역행운동이 효과적이라고 선택하였다. 예비교사는 직접 체험의 가능 여부, 교과 내용과 연계되는 정도, 배경지식과 고차원적인 사고의 정도를 실험 선택의 이유로 제시하였다.

이 연구에서는 대학생들이 인식하고 있는 외계행성에 대한 개념을 빅데이터 분석을 하기 위해 외계행성 교육 프로그램과 교육을 받기 전, 후의 개념 변화를 알아보기 위한 질문지를 개발하여 적용하였다. 이를 통한 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 교육을 받기 전에는 외계행성을 단순히 '태양계 바깥(외계)의 행성' 정도의 맥락으로만 이해하고 있었으나, 교육을 받은 후에 중요 키워드 중심으로 '태양계 바깥 항성 주위를 공전하는 행성' 개념으로 확장되었다. 둘째, 대학생들은 매스컴에서 접했던 간접 경험을 토대로 도플러효과, 식현상, 중력렌즈를 활용한 관측한다는 정도의 간단한 답변을 하여 관측 방법에 대한 개념이 매우 부족하였다. 그러나 학생들은 외계행성 탐사와 관련된 내용을 교육 받으면서 외계행성 탐사에 대한 인식이 구체화되었다. 셋째, 대학생들은 외계행성 탐사의 중요성을 단순히 외계생명체의 발견을 넘어서서 태양계를 비롯한 행성의 생성과정과 연구 방법, 인류의 발전으로 확장시키고 있었다. 넷째, 대학생들은 외계행성과 관련된 내용을 지구과학 교육과정에서 소개한다면 과학지식 뿐만 아니라 흥미와 호기심을 일으킬 수 있으므로, 교육과정에서 외계행성에 대한 교육이 필요하다고 인식하였다.

본 연구의 목적은 COVID-19 상황에서 초등 과학 전담 교사들은 과학 수업을 어떻게 운영하고 있으며 수업에 대해 어떤 인식을 갖고 있는지 조사하는 것이다. 연구 참여자는 2020년 과학 교과 전담교사를 맡고 있는 21명이다. 21명 전체를 대상으로 COVID-19 상황에서의 과학 수업과 앞으로의 수업방향에 대한 개방형 설문을 실시하였고, 21명 중 8명을 대상으로 과학 수업을 어떻게 하고 왜 그렇게 했는지등에 대한 면담을 실시하였다. 연구 결과, 첫째, 초등 과학 교사들의 COVID-19 이전과 이후의 과학 수업은 달랐다. COVID-19 상황에서 교사들은 온라인 수업과 오프라인 수업의 특성을 파악하고 특성에 따른 방식으로 운영하였다. 둘째, 이러한 과학 수업 운영 방식의 바탕에는 교사의 수업에 대한 공통된 인식이 있었으며, 그 인식은 과학 수업은 탐구 활동으로 운영해야 한다는 것, 방침이 허락하는 한, 내 입맛에 맞는 수업을 하고 싶다는 것, 온라인 수업은 학생들의 동기 저하 및 학력 격차 확대를 야기하며 이를 극복해야 한다는 것이다.

이 연구에서는 데이터를 기반으로 하여 대기대순환, 해류 순환에 관한 STEAM 교육프로그램을 제작하고 이를 고등학교 1학년 106명을 대상으로 적용하여 그 효과와 문제해결과정을 분석하고자 하였다. 이를 위해 데이터를 수집, 정제, 시각화, 분석하고 이러한 결과를 기반으로 의사소통 과정을 진행할 수 있도록 하는 프로그램을 구성하였다. 이를 활용하여 일상생활에서의 순환에서 전 지구적인 관점에서 나타나는 순환으로의 개념을 확장하여 전 세계적으로 발생하는 순환에 관한 문제를 확인할 수 있도록 하였다. 프로그램의 투입 결과 지식정보처리역량과 그 하위 영역에서 유의미한 변화가 확인되었으며. STEAM 핵심역량과 STEAM 핵심역량의 하위 영역인 융합, 창의 역량에서 유의미한 변화를 확인하였다. 또한 학생들의 응답을 텍스트 네트워크의 형태로 분석하여 데이터 기반 STEAM 교육에 대한 제안할 점을 얻고자 하였다.