• 대한지구과학교육학회지
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• 제15권2호
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• pp.235-248
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• 2022

학령인구의 급격한 감소, 학생의 교육과정 선택권 확대 등과 같은 미래 교육환경 변화에 따라 과학교사의 전문성인 PCK에도 변화가 요청된다. 즉, 기존 합의-PCK를 구성하는 범주 및 과학 PCK의 특성은 고정된 것이 아니어서 새로운 범주와 특성이 추가될 수 있다. 본 연구의 목적은 비트겐슈타인의 가족유사성 접근을 통해 미래 교육환경 변화에 대처하기 위해 요구되는 과학 PCK의 잠재성의 영역을 '가족유사성 과학 PCK'의 형태로 탐구하려는 것이다. 이를 위해 3개의 초점집단을 대상으로 심층면담을 진행하였다. 초점집단 심층면담에서는 미래사회와 교육환경 변화로 인해 2030년-2045년의 가까운 미래 학교의 과학교사에게 요구되는 과학 PCK가 어떻게 달라질 것인지를 논의하였다. 심층면담을 토대로 질적 분석을 실시함과 동시에 기존 합의-PCK와 차별화되는 가족유사성-PCK의 특성을 분석하기 위해 심층면담 텍스트에 대한 언어네트워크(semantic network) 분석을 시행하였다. 연구결과에서 미래사회 교사의 역할기대가 변함에 따라 새롭게 요청되는 과학교사의 가족유사성-PCK의 특징을 PCK 구성 영역별로 살펴보았다. 미래학교 과학교사에게 요구되는 가족유사성-PCK에 대한 언어 네트워크 분석결과를 살펴보면, 가족유사성-PCK는 출발점에 해당하는 기존 합의-PCK로부터 그 외연이 확장되면서 새로운 PCK요소가 추가되는 것으로 나타났다. 가족유사성-PCK의 양태를 살펴보면, [인공지능-융복합지식-콘텐츠-디지털], [지역사회-네트워크-인적자원-관계], [기술-탐구-가상현실-연구], [자기주도학습-협업-공동체] 등이 뚜렷한 네트워크 군집을 형성하면서 미래학교의 과학교사의 전문성을 형성, 강화되고 있는 것으로 나타났다. 연구결과를 토대로 미래학교 과학교사 전문성의 변화 동향과 대처 방안을 결론으로 제안하였다.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제15권2호
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• pp.192-212
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• 2022

이 연구의 목적은 2015 개정 과학과 교육과정에 따라 개발된 3~4학년군 국정 및 검정 지도서 8종의 총론 그리고 각론의 지구와 우주 영역 4개 단원의 단원 목표, 단원 평가, 차시 목표 및 차시 평가에서 다루어진 과학적 태도의 행동 요소 분석을 통해 향후 지도서 개발을 위한 시사점을 도출하는 것으로, 연구 결과를 요약하면 다음과 같다: 첫째, 분석 대상 지도서 8종 중 5종(62.5%)이 총론에서 과학적 태도와 행동 요소에 대해 매우 간략하게 설명하고 있고 이에 대해 비교적 자세하게 설명한 지도서 3종도 이에 대한 지도 및 평가를 위한 실제적인 정보는 미흡한 편이다; 둘째, 지도서 각론 4개 단원의 단원 목표의 경우 지도서 5종(62.5%)은 호기심, 협동심, 객관성, 비판성, 증거의 존중 중 3~4가지 행동 요소를 포함하고 있고 그 나머지 지도서 3종(37.5%)은 행동 요소로 호기심만 포함하고 있거나 태도에 대한 내용 없이 지식과 탐구만을 포함하고 있거나 단원 목표 항목 자체가 없다; 셋째, 분석 대상 지도서 8종 중 1종(12.5%)만이 단원 평가에 해당하는 독자적인 항목을 포함하고 있고, 그 내용으로 과학적 태도의 행동 요소도 포함하고 있는데, 이 행동 요소는 단원 목표에서의 과학적 태도의 행동 요소와도 대체로 일치하는 편이다; 넷째, 차시 목표의 경우, 지도서 3종(37.5%)에는 호기심, 협동심, 객관성 및 비판성 중 3~4개의 행동 요소가 반영되어 있고 나머지 5종(62.5%)에는 호기심만 포함되어 있다; 다섯째, 차시 평가의 경우, 지도서 8종 중 5종(62.5%)에서 3~4가지 과학적 태도의 행동 요소가 평가되고 있고, 2종(25.0%)에는 호기심과 협동심 두 가지 행동 요소만 평가되고 있으며, 1종(12.5%)에는 전혀 평가되고 있지 않다.

• 한국과학교육학회지
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• 제31권8호
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• pp.1158-1174
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• 2011

이 연구에서는 2009년에 시행된 까오카오의 구성 및 출제의 기본 원칙과 범위, 검사지 구성 등 을 파악하고, 문항 유형, 특이 사항 등을 분석하였다. 또한 까오카오 전국권1과 전국권2의 이과 종합 및 상해 이과 종합과 상해 화학 문항을 수능과 관련하여 내용 수준 및 행동 요소별로 분석하였고, 아울러 우리나라 수험생의 관점에서 예상 정답률을 추정하였다. 분석 결과, 까오카오 전국권 시험의 이과종합은 시험시간이 총 150분이며 300점 만점이고 상해 이과종합과 화학은 총 120분이며 각각 150점 만점이다. 또한 선택형 문항과 서답형 문항을 포함하고 있으며 서답형 문항은 실험 문제, 단답형과 서술형 문제 등 다양한 문제 유형으로 이루어져 있다. 이과종합 시험은 물리, 화학, 생물로 구성되어 있으며 우리나라 수능과 달리 지구과학 내용은 포함되어 있지 않다. 기본적인 이해나 관찰 능력부터 추리나 종합적인 사고 능력을 요구하고 있으며, 특히 실험 능력을 강조하고 있다. 시험의 출제 내용은 교육과정이 아닌 출제 요강에서 제시하고 있으며, 대체로 우리나라 고등학교까지의 교육과정 수준을 벗어나는 대학 수준의 비율이 다소 높았다. 행동 영역에 따른 분석에서 이해와 적용에 해당하는 문항의 비율이 우리나라 수능에 비해 매우 높게 나타났으나 탐구 설계 및 수행에 해당하는 문항의 경우는 비율이 높지는 않지만 매우 심도 있게 탐구 영역을 다루고 있다. 예상 정답률의 경우 전국권1과 전국권2의 예상 정답률 분포가 큰 차이를 보이지 않았으나, 예상 정답률이 20 39%에 해당하는 어려운 문항이 우리나라 수능과 비교할 때 4~5배로 높아 어렵게 출제되는 것으로 평가된다. 특이 사항으로는 까오카오 문항이 실험 능력을 강조하고 있으며 일상생활과 관련된 문항도 낮은 비율이지만 생활에 유용하게 출제되고 있다.

• 컴퓨터교육학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.37-54
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• 2019

STEM 융합교육의 중요한 목적은 서로 다른 학문이 가지는 탐구의 방법을 이해함으로써 융합적 문제해결력을 기르는 것이다. 이를 위해 우선적으로 각 학문에서 중요하게 다루어지는 문제해결과정을 이해해야 한다. 본 연구는 과학(S), 공학(E), 수학(M) 각각의 분야에서 어떻게 문제해결과정을 정의하고 있는지 비교분석하고, 이를 근거로 SEM 문제해결과 CT 문제해결의 관련성을 파악하고자 하였다. 이를 위해 먼저 SEM 각 학문의 문제해결과정을 비교 분석하여 그 공통점과 차이점을 기술하였다. 다음으로 CT를 도구적 측면과 사고적 측면으로 구분하고 문제해결과정으로서 CT가 SEM 각각의 학문에서 문제해결과 어떤 차이가 있는지 기술하였다. 마지막으로, SEM 문제해결 프로세스와 CT와의 관계를 모형으로 제시하였다. 본 연구는 문제해결과정으로써 CT와 SEM이 융합할 수 있는 방향을 제시한다는 점에서 그 의미가 있다.

• 한국과학교육학회지
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• 제22권3호
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• pp.560-570
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• 2002

이 연구에서는 대기압의 정의와 기압에 관련된 현상들에 대한 원리를 묻는 설문지를 개발하여 H대학교 석사 과정에 있는 94명의 과학 교사들에게 투입하여 일관되고 통합된 설명 체계를 갖고 있는 지를 알아보았다. 전공별로 구분하여 응답률을 비교하고 중등학교 과학 교과서, 대학 교재의 서술 방식과 교과들의 응답을 비교하였다. 연구 결과 첫째, 교과서와 대학 교재의 공기의 무게에 의한 압력이란 대기압의 정의에도 불구하고 화학 전공의 중학교 교사 지구과학 전공의 고등학교 교사는 중력과 분자 운동에 의한 압력으로, 화학 전공의 고등학교 교사는 기체의 분자 운동에 의한 압력이란 응답률이 상대적으로 높았다. 또한 고도에 따른 대기압의 변화를 공기 기둥의 무게로 설명하는 대부분의 교재에도 불구하고 이러한 응답을 한 교사는 절반에 불과하였다. 둘째, 대다수의 중등 교과서에서 저기압의 형성에 대해 대기압의 정의인 공기의 무게 개념을 적용하지 않고 가열되면 팽창하고 상승하여 밀도가 작아져 형성된다는 정확하지 않은 서술을 하고 있으며 대부분의 교사들도 밀도 개념으로 저기압의 형성을 설명하였다. 셋째, 교사들이 기압과 관련된 현상들을 교육과정에 의한 학생들의 선개념을 고려하여, 원리보다 현상만을 제시한 교과서의 서술 방식대로 응답하였다. 이러한 결과로부터, 대기압의 올바른 개념 형성을 위해서는 교과서의 내용 전개가 분자 운동, 중력, 힘의 평형, 대기압의 연계되어 구성되어야 할 것이며, 설명 체계 또한 명확하여야 할 것이다. 교사들의 기압에 관련된 개념들이 통합적으로 구성되어 있지 않은 것은 교과서나 교재의 영향이 크며 점진적이고 체계적인 개념 구조를 가지고 자연 현상을 통합적인 사고 과정으로 탐구하는 태도를 가질 수 있는 교사 교육이 필요함을 보여준다.

• 한국과학교육학회지
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• 제34권8호
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• pp.703-718
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• 2014

이 연구에서는 지구, 지구 - 달 계, 태양계, 그리고 은하와 우주를 포함하는 천체의 구조와 운동을 종합한 천문 시스템(astronomical systems)의 학습 발달과정(learning progressions)을 조사하기 위하여, 순위 선다형 평가 문항을 개발하고 이를 초등/중학생들에게 적용한 검사 결과에 기반하여 학습 발달과정 해석의 타당성 검증의 근거를 제시하였다. 연구의 과정은 '구인특화, 평가문항 개발, 평가결과 기술, 측정 모델'로 이루어진 4 단계의 구인 모델링 방식(construct modeling approach)에 기반하여 진행되었다. 천문 시스템의 내용적 평가 구인으로 천체의 운동과 구조를 선정하였고, 탐구실행적 평가 구인으로 공간적 사고와 시스템 사고와 같은 천문학적 사고를 선정하였다. 이 연구에서 개발된 순위 선다형 평가 문항들은 천문 시스템에 대한 학습 발달과정을 조사하기 위한 검사 도구로서 적절하였다. 즉, item fit 분석 결과는 학생들의 문항 반응 결과가 Rasch 모델로 측정한 결과와 부합하였다. 그리고 Wright map 분석 결과는 이 연구의 평가 문항들이 천문시스템에 대한 학생들의 가설적 발달 경로를 조사하는데 매우 효과적임을 보여주었다. 학습 발달과정의 하위 정착점에서 학생들은 천체들의 위치와 운동 방향의 변화를 지구에서 보는 관점에서 2차원 평면으로 해석하는 공간적 사고 수준을 보였으며, 지구-달 계의 모델에서 천체의 위치와 변화를 부정확하게 연결하거나, 태양계 행성들과 은하수에 대한 단순한 패턴을 인식하는 시스템 사고 수준을 보였다. 학습발달과정의 중간 단계에서 학생들은 우주에서 내려다 본 지구 및 지구-달 계, 태양계의 모델을 근거로 천체의 운동을 해석하는 공간적 사고의 수준을 나타냈으며, 천체의 구조를 구성하는 요소들을 이 모델들과 연관시키는 시스템 사고를 보였다. 학습 발달과정의 상위 정착점에서 학생들은 우주에서 내려다 본 관점에서 형성된 천체의 운동 모델을 지구에서 바라 본 관점에서 얻은 자료와 서로 연관시키는 관점 전환의 공간적 사고를 지구의 운동, 지구-달 계의 운동, 태양계 행성의 운동, 은하와 우주의 운동에 적용할 수 있었다. 또한 상위 정착점에 도달한 학생들은 천문 시스템의 설명 모델을 구성하는 하위 요소들 간의 상호연관성을 파악하고 이를 설명 모델에 적용할 수 있는 시스템 사고를 나타냈다.

• 대한화학회지
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• 제62권4호
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• pp.288-298
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• 2018

이 연구에서는 과학교사 11명을 대상으로 서로 다른 질량을 가진 분자들로 이루어진 대기의 균질권에 대한 사고를 알아보기 위하여 사전 사후 검사지를 개발하고 조사하였다. 사전 검사 결과, 교사들은 크게 2가지 유형의 사고로 분류되었으며, 대기를 균일 용액처럼 생각하여 조성비가 균일하다는 사고와 입자의 질량이 다름을 고려하여 대기의 조성비가 비균질하다는 사고가 나타났다. 각각의 사고는 다시 중력의 크기를 크게 고려한 경우와 작게 고려한 경우, 그 중간 정도로 고려한 경우 등 3가지 유형으로 재분류 되어서 총 6가지 유형의 사고를 찾아볼 수 있었다. 이러한 다양한 사전 개념을 제시하고 교사들에게 학문간 교차개념의 중요성을 소개한 후에 화학에서의 원자량과 온도에 따른 분자 운동, 공기라는 용액의 균질성, 물리에서 다루는 질량과 중력, 그리고 거리의 관계, 지구과학에서 다루는 대기의 분포 및 대류 현상 등의 개념을 연계하여 사고하도록 제안하였다. 교사들 간의 토론 후에 사후 개념을 조사한 결과 사전 개념에서 벗어나 중력, 질량, 온도, 고도 등을 고려하여 대기의 조성에 대한 통합적 시각을 가지는 사고로 변화하였다. 이러한 변화를 통해 다양한 학문에서 다루는 교차개념의 중요성에 대해 확인할 수 있었으며, 통합과학에서 앞으로 이러한 유형의 사고를 교사들이 학생들에게 제공함으로써 일관된 세계관을 형성하고 지적 도구로 탐구적 사고를 실행할 수 있도록 도울 필요가 있다고 이 연구에서는 제안하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제36권6호
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• pp.925-934
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• 2016

천문학은 학생들의 호기심과 탐구하고자하는 욕구가 매우 높은 분야이나 교실 수업이라는 제약이 있어 학습의 효과를 증대시키는 것이 어렵다. 이에 대한 대안으로 등장한 과학관은 교실 수업과 상호보완적인 역할을 수행한다는 점에서 그 중요성이 대두되고 있다. 과학관은 학습자에게 글로 된 설명이나 삽화가 제공하는 그 이상의 경험을 줄 수 있으므로 교육적 효과를 극대화하기 위해서는 천체 관련 전시물의 교육적인 측면을 살펴보고 이를 보완할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 천체전시물의 효과적인 전시특성을 살펴보고 그 내용이 형식교육기관과 어떻게 상호보완하고 있는지를 알아보고자 했다. 이를 위해 먼저 한국, 미국, 일본 세 나라의 유명 과학관을 선정한 뒤 천문학 관련 전시물의 특징을 분석하였다. 이 때 전시의 특징으로는 전시 기술과 매체, 전시 표현, 활동유형 등을 고려하였다. 또한 각 전시 내용에서 과학교육과정을 어떻게 반영하고 있는가를 살펴보았다. 분석 기준으로 사용한 교육과정분석틀은 한국, 일본의 국가 수준의 과학교육과정과 미국의 국가과학교육기준(National Science Education Standards)을 근거로 하였다. 연구의 결과는 첫째, 미국과 일본의 과학관은 국내에 비해 빅뱅 우주 전시 등 천체와 관련된 전시 콘텐츠를 다수 확보하고 있었으며 체험형 전시물이 주를 이루었다. 이를 통해 국내 과학관에도 우주의 원리와 같은 내용을 관람객이 보다 실감나게 체험해볼 수 있는 체험형 전시물이 필요함을 확인할 수 있었다. 둘째, 세 나라 천체전시물의 내용은 모두 과학교육과정과 잘 연계되어 있었다. 다만 교육과정 상에서, 빅뱅우주와 같은 내용은 선택교육과정에 배치되어 있다는 점으로 미루어 보건대, 대다수 학생들은 이를 학습할 기회가 부족할 것이다. 따라서 공통교육과정에서 다루지 않는 내용을 과학관에서 학습할 수 있도록 천체전시에 있어서 충실한 교육과정의 고려가 필요하다.

• 한국지구과학회지
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• 제36권1호
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• pp.125-135
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• 2015

이 연구에서는 중등학교에서 사용할 수 있는 미세먼지 포집 장치를 직접 설계 및 제작하고 이를 통해 미세먼지에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하는 활동이 가능한지 여부를 탐색하고자 한다. 중등학교 현장의 과학 탐구활동을 위해 청주지역에서 미세먼지를 포집하는 방법과 그 속에 포함된 중금속 및 미생물을 분석하였다. 미세먼지의 포집장소는 청주지역 대학교의 4층 건물 옥상에서 포집하였다. 모터 펌프, 인넷, 지름 $1.0{\mu}m$ 테프론필터, 필터 홀더 등을 이용하여 포집장치를 제작하였다. 이 포집장치를 이용한 미세먼지 포집은 2013년 12월-2014년 6월까지 진행하였다. 포집한 미세먼지의 중금속 성분과 미생물 포함 여부를 분석하였다. 중국에서 날아온 미세먼지 속에는 Cu, Zn, Cd, Ni, Pb 등인위적인 오염물질로 판단되는 중금속 성분이 국내 기원 미세먼지 보다 많았다. 더 나아가, 미세먼지 속에는 중금속 뿐만 아니라, 곰팡이나 세균같은 미생물도 다량 포함하고 있었다. 이 연구는 미세먼지가 중금속 뿐만아니라 미생물도 포함하고 있으므로, 이에 대한 체계적인 연구와 모니터링이 필요함을 시사한다고 할 수 있다. 또한, 이 연구는 중등학교 과학실험의 사례로 제공될 수 있다.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제15권1호
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• pp.91-102
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• 2022

남해 해상 국립공원의 신수도는 다양한 형태의 지질구조와 화성활동, 화석 등을 관찰할 수 있어 지질학습과 지질관광에 적합한 곳이다. 본 연구에서는 2015개정 과학과 교육과정의 핵심 요소를 분석하여 신수도의 8지점 지질명소를 탐색하고 3D 파노라마 야외학습장을 개발하였다. 신수도의 지질명소 탐색을 통한 3D 파노라마 야외학습장은 3단계 야외학습 모형에 따라 개발하였다. 8차시로 구성된 3D 파노라마 야외학습장은 모둠별 협동 학습으로 구성하여 자율적인 탐구 활동이 이루어지도록 하였다. 석회암 단괴, 박리작용, 염풍화 작용, 천공 조개 구멍, 퇴적구조와 퇴적환경, 공룡의 서식지, 화산활동을 통한 지질학습과 더불어 창의와 인성을 학습할 수 있는 융합 교육이 실현될 수 있도록 구성하였다. 5명의 전문가에 의해 델파이 분석방법을 활용하여 수정 및 보완되었고, 개발 목적과 방향에 대한 타당성을 검증받았다. 3D 파노라마 야외학습장에 대한 전반적인 만족도는 4.52로, 전체적으로 야외학습에 대한 높은 만족도를 나타내었다. 3D 파노라마 야외학습장과 관련한 학생들의 면담 의견을 반영하여 개인의 수준을 고려하고 안전교육을 강화하여 신수도의 야외학습장을 완성하였다. 신수도의 3D 파노라마 야외학습장은 지질학습 및 관광을 하면서 과학적 이해와 더불어 심미적으로 감상하고 추억을 생성할 수 있는 지질학습 및 관광의 좋은 사례가 될 것이다.