• 과학교육연구지
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• 제44권1호
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• pp.92-111
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• 2020

컴퓨팅 사고(computational thinking)는 2015 개정 과학교육과정 및 미국의 차세대 과학교육표준(NGSS)에서 새로운 탐구 기능 혹은 역량으로 제시되고 있다. 특히, 2014년부터 교육부가 소프트웨어 교육을 필수화함에 따라 컴퓨팅 사고에 관한 관심은 더욱 커지고 있다. 그러나 과학교육 분야에서 컴퓨팅 사고를 어떻게 접목할 것인가에 대한 논의는 아직 부족한 실정이다. 이에, 본 연구에서는 다양한 관련 분야의 문헌 분석을 통해 컴퓨팅 사고 요소들을 과학 탐구에 접목하는 방안을 마련하고자 하였다. 이를 위해 먼저 컴퓨팅 사고의 요소에 대한 여러 정의를 정리하였고, 이를 활용한 모형을 개발하기 위해 일반 문제해결 과정과 과학적 탐구과정들을 종합적으로 분석하였다. 마지막으로 컴퓨터 과학 분야에서 문제해결에 접목한 사례들과 비교하여 컴퓨팅 사고 기반 과학 탐구(CT-SI) 모형의 요소들을 정리하였다. 정리된 요소들을 이학 전문가들에게 제공하여 각 분야의 연구 과정과 컴퓨팅 사고 요소들을 접목하여 설명하게 한 후, 이를 기반으로 문제발견형 CT-SI 모형과 문제해결형 CT-SI 모형을 개발하였다. 개발된 두 모형은 이학 전문가들에 의해 모형의 단계가 각 분야의 연구에 활용 가능하다고 검토받았으며, '문제발견형'은 과학 연구 과정에서 정보를 선별하고 문제를 분석하는 과정과 이론적 연구에서 근거를 기반으로 하는 추론 연구 과정에 적합하다고 응답하였다. '문제해결형'은 과학의 일반적인 연구 과정 및 공학설계를 활용한 공학적 문제해결과정에 적합하다고 응답하였다. 또한, 현장 교사 2인에 의해 중고등학교 현장 탐구 수업에 적용 가능함을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 모형은 다양한 과학 교과의 탐구 활동과 연계할 수 있으며 이를 통해 2015 개정 교육과정에서 제시하고 있는 '자료의 수집, 분석 및 해석', ' 수학적 사고와 컴퓨터 활용' 역량을 길러줄 수 있을 것이다.

• 대한화학회지
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• 제67권4호
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• pp.271-280
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• 2023

본 연구에서는 실감형 콘텐츠를 활용한 메타인지 학습전략 기반 화학 프로그램이 예비 교사의 창의적 사고역량 및 과학과 핵심 역량에 미치는 효과와 이에 대한 인식을 조사하는데 목적이 있다. 특히, 메타인지를 강화시키는 전략을 도입하여 프로그램의 효과를 더욱 향상시키고자 하였다. 참가자는 새로 개발한 화학 프로그램을 적용 받는 실험반과 실감형 콘텐츠와 메타인지 전략을 포함하지 않은 일반적인 수업을 적용 받는 전통반으로 분류하였다. 두 집단 모두에게 프로그램 적용 전과 적용 후 설문을 실시하여 메타인지 역량과 창의적 사고역량 및 과학과 핵심역량의 변화 정도를 측정하였다. 또한 메타인지 역량과 과학과 핵심역량이 창의력 사고역량에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 연구 결과, 실험반의 메타인지 역량, 창의적 사고역량 하위요소 중 적절성과 합리성, 과학과 핵심 역량 중 과학적 참여 및 평생 학습 능력을 제외한 모든 하위요소가 유의하게 향상되었다. 또한 메타인지 역량 중 메타인지적 지식, 과학과 핵심역량 중 과학적 탐구능력과 과학적 사고력이 창의적 사고역량에 영향을 미친다는 결과가 도출되었다. 결과를 통해 창의력 사고역량의 향상을 위해 메타인지 학습전략을 접목시킨 실감형 콘텐츠 개발이 필요하며 이를 활용할 수 있는 학습모형 및 프로그램 개발이 필요하다는 시사점을 얻었다.

• 한국과학교육학회지
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• 제38권5호
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• pp.693-703
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• 2018

지식 정보화 사회에서 가장 중요한 역량 중의 하나는 지식정보처리 역량일 것이다. 지식정보처리역량은 2015 개정 교육과정의 핵심역량이기도 하면서 과학 교과와 매우 관련이 깊다. 역량교육의 필요성에 대해서는 많은 사람들이 공감하지만 수업 내에서의 실천은 교사의 의지에 달려있다. 따라서 지식정보처리역량에 대한 과학교사들의 인식과 수업실태를 조사하였다. 조사 방법은 서울의 중학교 교사 32명과 고등학교 교사 32명의 객관식 및 주관식 설문과 지식정보처리역량과 관련된 수업을 진행하는 교사 3인의 면담 결과를 분석하였다. 연구 결과 지식정보처리역량에 대해서 모든 교사가 그 중요성을 공감하였으며 정보화 사회라는 시대적 흐름과 과학적 역량 함양이라는 교과 목표와 연관지어 인식하고 있었다. 그러나 수업에서 실천하는 경우는 많지 않았는데, 이는 설문 결과는 수업 시간의 부족으로, 면담 결과에서는 교사의 PCK 부족을 꼽았다. 지식정보처리역량 관련 연수 경험은 절반 정도였으나 대부분 정보활용 교육에 관련된 것으로 수집과 분석 부분에 대한 연수가 필요함을 의미한다. 지식정보처리역량의 요소별 중요도는 정보수집, 분석, 활용 모두 매우 높았으며 그 중 정보분석이 가장 높았다. 대부분은 중학교 교사의 중요도 인식이 더 컸으나 그 차이가 유의하지 않았다. 정보수집 요소에서 정보원의 중요성에 대해서는 고등학교 교사의 인식이 유의 수준에서 더 높았다. 지식정보처리역량의 함양을 위해서는 과학 교과 수업시간에 정보처리역량을 강조할 수 있도록 과학 탐구의 의미를 확대하고 타교과와의 연계 방안도 고려할 수 있다. 또한 지식정보처리역량 함양이 교과 교육내에서 자연스럽게 이루어지기 위해서 제도적 뒷받침과 역량의 특성을 고려한 교수학습방법 개발이 필요할 것이다.

• 영재교육연구
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• 제25권5호
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• pp.697-709
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• 2015

본 연구의 주요 목적은 초등과학영재교육에서 활용할 수 있는 원격천문대 시스템을 구축한 후, 이를 활용한 천체관측 교육 프로그램을 개발하고, 초등과학영재에게 적용하여 과학탐구능력 및 과학적 태도에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 이와 같은 연구 목적을 달성하기 위해 경기도 소재 A초등학교와 B초등학교 5학년 과학영재학생 35명을 대상으로 원격천문대 시스템을 활용한 천체관측 교육 프로그램을 적용하여 과학탐구능력과 과학적 태도 검사를 실시하였다. 교육 프로그램을 적용해본 결과 과학탐구능력의 하위 요소 중 기초탐구능력과 통합탐구능력 모두에서 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 기초탐구능력과 통합탐구능력을 종합한 과학탐구능력에서도 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 원격천문대 시스템을 활용한 천체관측 교육 프로그램이 초등과학영재의 과학적 태도에 미치는 영향 역시 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 하위요소로는 개방성, 협동성, 끈기성, 창의성에서는 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났으나 호기심, 비판성, 자진성에서는 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 원격천문대 시스템을 활용한 천체관측 교육 프로그램은 기존의 지구 외부 세계와 학습자가 분리된 채 이루어진 천문교육을 스마트 인프라의 적용을 통해 참여와 공유, 융합을 구현하여 학습자의 역량을 강화시킬 수 있을 것으로 기대한다.

• 커뮤니케이션디자인학연구
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• 제55권
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• pp.20-30
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• 2016

본 연구는 중학생을 대상으로 미술교과 중심의 융합인재교육(STEAM)이 학습자의 과학역량과 직업역량에 어떤 효과가 있는 지를 검증하였다. 본 연구를 위해 개발한 프로그램의 주제는 3D프린터를 활용한 '식품디자인' 주제로 총 5차시로 개발하여 경기도에 소재한 Y중학교 2-3학년 학생 237명을 대상으로 모의수업을 진행하여 사전 사후 결과를 분석하였다. STEAM교육역량 분석 결과 프로그램 실시 이후 실시전에 비하여 학습자들의 공통, 과학, 식품과학 직업역량이 전반적으로 향상되었다. 특히 과학역량의 세 개 하위영역 중 탐구적 요소의 변화가 검정통계량으로 가장 큰 유의한 변화가 있었다. 식품과학 직업역량의 검정통계량에서 공통역량, 과학적 역량과 비교해 가장 큰 유의한 차이를 보인 것을 알 수 있다. 본 프로그램은 학교수업 시간에 활용할 수 있도록 현장중심으로 개발하였으며 프로그램은 주제별로 혹은 재구성하여 활용하는 것도 가능하다.

• 한국과학교육학회지
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• 제40권5호
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• pp.515-529
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• 2020

2015 개정 교육과정이 도입됨에 따라 신설된 과학탐구실험은 과학적 실천을 통한 과학의 학습과 핵심역량의 함양 등의 측면에서 기대를 받고 있는 과목이다. 특히, 변화하는 평가의 맥락에 기초하여 실천중심의 교과목인 과학탐구실험에서의 다각화된 평가가 운영될 필요가 있으나, 이에 대한 다양한 어려움과 한계가 보고되고 있다. 이에 본 연구는 과학탐구실험의 평가 현황을 살피고, 이로부터 평가의 운영과 지원 방안을 고찰하고자 하였다. 이를 위해 25명의 현직 과학교사로부터 과학탐구실험 수업에서 사용되었던 평가 도구와 이에 대한 설명 자료를 수집하여 분석하였다. 평가 도구의 분석은 평가 요소, 평가 기준, 평가 방법의 측면에서 이루어졌고, 평가 결과가 어떻게 활용되는지도 살펴보았다. 결과에 대한 타당성 확보를 위해 과학교육 전문가와 교사들로부터 점검을 받았고, 추가적으로 분석 결과에 대한 의견도 청취하여 연구에 활용하였다. 연구 결과, 교사들은 탐구 기능요소 중 특정 요소만을 중점적으로 평가하고 있었고, 일부 기능 요소는 특정한 주제 및 맥락과 연계하여 평가되었으나 활용 빈도는 낮았다. 또한, 인지적 영역과 정의적 영역에 대한 평가도 이루어지기는 했으나, 각 영역을 평가하는 데 있어서 한계점도 관찰할 수 있었다. 평가 기준의 측면에서 평가 목표는 대체적으로 제시되어 있으나, 평가 목표에 대한 세부 평가 요소의 구분 및 각 요소별 행동 특성을 단계적으로 진술하는 등의 구체적 기준 수립이 이루어진 사례는 상대적으로 적었다. 평가 방법에서 평가의 시점과 주체는 각각 '수업 후 평가'와 '교사 평가'가 주로 사용되었고, 다른 방법은 특정 내용, 특정 상황으로 한정되어 활용되었다. 평가 결과는 모든 사례에서 성적 산출을 위해서 활용되었고, 일부만이 수업 개선과 학생 피드백을 위한 목적으로 활용하고 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 과학탐구실험에서의 학생 평가를 지원하기 위한 방안에 대해 논의하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제37권5호
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• pp.879-889
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• 2017

본 연구에서는 문제기반 탐구학습으로 설계된 초등학교 및 중학교 온라인 과학 과목을 대상으로 고차적인 사고력을 평가할 수 있도록 개발된 평가문제에 대해 목표 분류학에 기반하여 평가하고자 하는 사고력을 도출하고 이를 구조화함으로써 평가준거를 개발하고자 하였다. 평가준거의 개발 과정은 다음과 같다. 먼저, 선행 연구 및 문헌분석, 전문가 타당화를 거쳐 6개의 평가요소 즉, 지식, 논리 분석적 사고, 비판적 사고, 탐구능력, 문제해결, 창의적 사고를 도출하였다. 다음으로, 평가요소의 정의, 하위 요소 및 평가 기준 등을 연구진이 수립하였고 2차에 걸친 전문가 타당화를 통해 수정, 보완하여 평가 기준안을 개발하였다. 마지막으로, 이와 같이 개발된 평가 기준안을 실제 온라인 탐구 과제 24종에 적용하여 과제별 평가 루브릭을 개발하였으며, 이 과정에서 수정, 보완할 영역을 도출하고, 개선하여 최종 평가 기준안을 완성하였다. 본 연구에서 개발한 평가 기준안은 평가문제가 평가하고자 하는 내용과 함께 그 문제가 요구하는 사고기능이 무엇인지 확인함으로써 내용 영역의 학습과 함께 사고기능의 개발효과를 확인할 수 있는 평가준거가 될 것이며, 다양한 탐구 중심의 학습 방법과 과학적 사고력, 과학적 문제 해결력 등의 핵심역량을 요구하는 교육 현장에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제16권1호
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• pp.56-71
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• 2023

본 연구의 목적은 논증구조를 교수적 추론 도구로 활용한 예비 지구과학 교사들이 말하는 논증구조의 역할과 실효성을 탐구하고, 이 과정에서 예비교사들이 보여주는 PCK 특성을 탐구하려는 것이다. 논증구조를 활용한 수업 계획과 성찰을 체험하는 일련의 교수적 추론과정에서 교사의 PCK가 발휘되므로, 본 연구에 참여한 예비교사들이 보여주는 미래지향적 가족유사성 PCK의 특성을 탐색하였다. 이를 위해 15명의 예비 지구과학 교사들이 참여하여 논증구조를 활용하여 수업설계와 수업시연을 체험하고, 학기말에 수업 체험에 대한 심층면담을 실시하였다. 심층면담을 토대로 질적 분석을 실시함과 동시에 예비교사들의 가족유사성 PCK의 특성을 분석하기 위해 의미연결망 분석을 실시하였다. 주요 연구결과를 살펴보면, 예비교사들은 논증구조를 적용하면서 수업을 조직적으로 계획하고, 사실에서 결론에 이르기까지 관련된 논증요소를 구분함으로써 짜임새 있게 수업을 구성하였다. 논증구조 구성요소별 특징을 살펴보면, 예비교사들은 사실과 결론의 징검다리인 논거, 반박, 한정어 등을 찾아내는 데 어려움을 겪은 것으로 나타났다. 논증구조로 인해 가장 많은 영향을 받은 PCK 영역은 과학수업 실천 부분으로, 수업내용에 적합한 수업모형선정, 과학수업을 통한 데이터 리터러시와 디지털 역량개발 등을 예비교사들은 강조하였다. 연구결과를 토대로 교수적 추론 도구로서 논증구조의 잠재력과 활용 가능성, 논증구조를 활용한 과학수업을 체험한 중등학교 학생들의 과학탐구와 추론 역량 개발의 가능성, 논증구조를 교수적 추론 도구로 활용하는 교사교육 프로토콜 개발의 필요성 등을 결론으로 제언하였다.

• 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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• 제41권2호
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• pp.173-185
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• 2022

이 연구의 목적은 2022 개정 교육과정의 고시를 앞두고 2007 개정 교육과정부터 2015 개정 교육과정까지의 초등 과학과 교육과정 중 지구와 우주 영역에 대해 반성적으로 검토하고 향후 교육과정 개정을 위한 과제를 제안하는 것이다. 이를 위하여 지구과학교육 전문가와 학교 현장의 초등교사를 대상으로 초등 과학과 교육과정에서 지구와 우주 영역 내용 요소와 내용 체계, 성취 기준과 탐구 활동 구성, 교육과정의 종적·횡적 연계성에 대해 FGI를 실시하였다. FGI를 통해 귀납적으로 도출한 개선 방향에 논리적 일관성을 확보하고자 자유 응답 문항과 가중치를 부여한 계층 분석 문항을 포함하였다. 분석 결과, 2015 개정 교육과정까지 초등 과학 지구와 우주 영역의 학년(군)별 단원 구성이 '지구계'의 각 권역별로 고르게 배분되어 있지 않고, 기초 개념이 부족한 것으로 나타났다. 학습 내용과 기능을 중심으로 서술한 성취 기준은 과학과 핵심역량이 구체적으로 드러나도록 진술할 필요성이 있으며, 다양한 형태의 탐구활동 유형과 학생 스스로 답을 찾는 과정이 포함되도록 탐구 활동을 구성할 필요성이 있다고 제안하였다. 계층 분석을 위한 문항에서는 내용 요소의 감축보다는 필수 내용 요소 포함, 흥미 중심의 현상 학습보다는 이해 중심의 개념 학습, 과목 간 통합 이전에 분과 기초 개념 학습, 학습 내용의 반복과 심화보다는 종적, 횡적 연계성의 확대를 제안하였다. 이 연구에서 제안한 내용이 초등 과학 '지구와 우주' 영역과 관련된 전문가들의 공통된 견해로 일반화하기에는 제한점이 있다. 그러나 2022 개정 교육과정의 주요 비전이 다양한 교육 주체의 참여를 통한 의견 수렴이므로 추후 교육과정의 개정 방향에 고려해야 할 여러 가지 의견 중 하나로 검토할 필요가 있음을 제안한다.

• 한국지구과학회지
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• 제41권2호
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• pp.155-175
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• 2020

본 연구는 우리나라 과학교육에서 통합교육의 주제로 다루어지는 환경문제와 관련하여 환경교육의 현황과 교육과정을 비교 분석하여 상호연계성과 시사점을 제공하고자 하였다. 이를 위해 2015 개정 환경과 교육과정과 2015 개정 과학과 교육과정을 분석대상으로 선정하고, 각 교과의 교육과정과 그 변천에 대한 문헌연구와 내용분석(Content Analysis)을 수행하였다. 교육과정 분석은 선행연구를 토대로 핵심역량과 교육목표를 비교하고, 과학과 및 환경과의 공통 소양 요소인 지식, 태도, 탐구, 그리고 참여와 실천의 4가지 범주를 도출하여 분석틀을 구안하고 이를 토대로 내용체계를 재구성하였다. 연구결과 핵심역량과 목표에서 환경교과는 총론기반의 지속가능한 사회참여를, 과학교과는 과학탐구능력과 과학적 소양이 강조되는 차이가 있었다. 또한 내용체계에서는 환경교과가 학습자의 관점을 중시한다면 과학교과는 과학탐구자로의 자세를 강조하였으며, 내용지식의 체계를 중요시하는 과학교과에 비해, 환경교과는 학년간 경계가 거의 없이 과학개념이 적용되는 것으로 나타나 국가 교육과정에서 교과간 내용 지식 연계성에 대한 충분한 정보를 제공할 필요성이 제기되었다. 또한 환경교과가 참여와 실천에 목적을 둔다면 과학교과는 지속가능한 과학기술개발과 개선, 과학적 흥미와 의사결정능력을 기르는데 초점을 두고 있어 체계적인 지속가능발전 교육을 위해 과학과 및 환경과 교육과정이 상호보완 될 필요가 있으며 과학과 교육과정에서 탐구활동의 주제를 더욱 다양하고 통합적인 주제로 다룰 필요가 있음을 제안하였다. 이를 통해 탐구 중심의 통합 교과서에서 보다 과학적 문제해결과 평생학습과 참여 역량을 강조하는 교과서로 바꿀 수 있는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 지속가능발전 교육을 위해 과학과 및 환경과 교육과정의 상호보완에 대한 시사점과 함께 과학교육이 환경교육의 버거운 역할을 분담할 수 있기를 기대한다.