• 한국과학교육학회지
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• 제40권3호
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• pp.237-251
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• 2020

인류가 직면한 지구온난화와 같은 기후 변화에 대한 이슈는 우리의 삶에 직접적인 영향을 미치는 매우 중요한 문제로 이를 극복하기 위해서는 탄소 순환에 대한 통합적 이해를 바탕으로 대기 중 이산화탄소 등의 온실기체 방출량 감축이 필수적이다. 이 연구의 목적은 탄소 순환 교육에 대한 국내외 연구동향을 분석하여, 미래 시민으로 성장할 학생들을 위한 탄소 순환 교육의 가치와 방향을 제시하는데 있다. 이를 위해 '탄소 순환 교육'과 관련하여 국내외 다양한 학술연구 데이터베이스 (RISS, KCI, Google 학술검색, ERIC 등)에서 수집된 52편의 연구들을 대상으로 분석하였다. 그 결과, 탄소 순환 교육을 위해 많은 연구들이 다양한 형태로 이루어져 왔으나, 개발된 프로그램의 낮은 활용 가능성과 검증의 필요성, 정밀하고 일괄적인 학생인식과 수준 조사 도구 개발의 필요성, 교수·학습 모형과 교사를 대상으로 한 관련 연구의 필요성, 교사의 탄소 순환 교육을 위한 자료의 필요성, 그리고 다양한 주제와 소재의 활용이 필요한 것으로 확인되었다. 지구온난화를 포함한 지구 환경 변화에 능동적으로 대처하기 위해서는 학생들의 탄소 순환에 대한 통합적인 이해가 중요하다. 이러한 학습 기회를 지원하기 위해 기존에 개발된 프로그램의 검증을 바탕으로 교육 현장에서 활용할 수 있도록 제공하고, 학생들의 탄소 순환에 대한 이해 수준을 높이고 오개념을 개선할 수 있도록 생활속에서 적용할 수 있는 실질적인 형태의 내용을 교육과정에 포함할 필요가 있다. 또한 교사의 전문성 향상을 위해 다양한 소재와 주제를 포함하는 탄소 순환 교육 사례에 대해 교사 연수를 통해 제공되어야 할 것이다.

• 과학교육연구지
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• 제37권1호
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• pp.157-169
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• 2013

본 연구의 목적은 고등학생들의 지구시스템적 관점에 기반한 탄소 순환 개념을 분석하고자 한다. 이를 위한 연구 대상자로 고등학교 학생들 중 지구과학I 교과를 이수한 학생으로 본 연구에 참여 의사를 밝힌 7명의 학생들을 선정하여 지구시스템적 관점에 기반한 탄소 순환 개념을 분석하였다. 탄소 순환 개념 분석을 위해 학생들에게 탄소 순환과 관련된 단어 연상, 인과 지도 그리기, 그림 그리기를 실시하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫 번째, 학생들의 탄소 순환 관련 연상된 개념은 7명 중 5명이 3개 이하로 나타났다. 두 번째, 학생들의 탄소 순환 관련 상태 변화와 과정의 개념은 상태 변화 2개, 과정 8개로 나타났다. 세 번째, 학생들의 탄소 순환 관련 연결 고리는 2명의 학생이 2개, 3명의 학생이 1개의 연결 고리를 나타내었고, 2명의 학생은 연결 고리를 나타내지 못하였다. 네 번째, 그림 그리기를 통해서 본 탄소 순환 관련 개념은 1명의 학생이 9개, 3명의 학생이 7개, 나머지 학생들은 각각 5개, 4개, 3개의 개념을 그림으로 표현하였다. 이는 연구 대상 7명의 학생 중 1명은 시스템 사고를 잘 수행하고 있으며, 6명은 탄소 순환에 대한 적은 개념과 연결 고리로 시스템 사고가 미흡함을 보여준다. 학생들에게 지구 시스템과 연결된 지식이나 시스템 사고를 향상시키기 위해서는 고등학교 교육과정의 다양한 교육프로그램이 개발되어야 할 것이다.

• 과학교육연구지
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• 제45권3호
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• pp.275-291
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• 2021

이 연구의 목적은 인간 활동의 영향을 고려하여 지구 시스템 내에서 물질 순환에 대한 중·고등학생들의 시스템 사고의 수준과 특성을 분석하는 것이다. 이를 위해 2015 개정 교육과정 분석을 통해 평가 문항을 개발하였으며, 시스템 사고를 적용하여 평가 루브릭을 개발하였다. 한국 지구과학 올림피아드에 참여한 중·고등학생을 연구 대상으로 하였다. 평가 문항을 이용하여 수집된 학생 응답을 평가 루브릭을 이용하여 시스템 사고 수준을 결정하였으며, 단어 분석을 이용하여 시스템 사고의 특성을 파악하였다. 이를 토대로 인간 활동의 영향을 고려한 교육과정 개선을 논의하였다. 연구 결과는 다음과 같다: 첫째, 대다수 중등학교 학생의 시스템 사고수준이 물질의 순환에 대한 시스템 요소를 확인하거나 분류하는 낮은 수준이었으며, 시스템 연관이나 경향의 일반화와 같은 높은 수준은 상대적으로 적은 비율인 것으로 나타났다. 물의 순환보다 탄소의 순환에서 학생들의 시스템 사고 수준이 높은 것으로 나타났다. 둘째, 물질 순환에 대한 시스템 사고의 특성은 물의 순환에서는 물을 주요 시스템 요소로 인지한 상태로 기권과 다른 시스템 요소 간에 주로 증발로 연관을 나타내고 있었다. 탄소의 순환에서는 이산화 탄소를 주요 시스템 요소로 간주하여 생물권과의 연관으로 광합성과 호흡을 표상하고 있었다. 셋째, 지구 시스템 내 물질의 순환에서 인간 활동의 영향을 고려한 교육을 위해서 기존의 지구 시스템에서 확장하여 사회-생태 시스템을 고려한 교육과정의 개선을 제언하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제42권4호
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• pp.397-415
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• 2022

최근 지구 온난화 문제가 심각해짐에 따라 탄소 순환에 대한 교육적 요구가 커지고 있다. 이와 관련하여 탄소 순환에 대한 체계적인 이해를 위해 시스템 사고 능력의 접목이 요구되고 있다. 더욱이 급변하는 환경, 사회, 경제적 상황에서, 시스템 사고 교육은 미래 사회를 살아갈 학생들에게 요구되는 역량을 강화할 수 있으므로 더욱 강조되고 있다. 이 연구의 목적은 첫째, 탄소 순환에 대한 시스템 사고 검사 도구를 개발하고 루브릭을 활용한 분석 방법을 구성하고, 둘째, 개발된 검사도구 및 루브릭 분석 방법을 적용하여 학생들의 시스템 사고 능력을 분석하는 것이다. 이 연구를 위해 탄소 순환 및 시스템 사고와 관련된 다양한 선행 연구를 분석하였다. 이 결과를 바탕으로 시스템 사고 검사도구 및 루브릭을 활용한 시스템 사고 능력 분석 방법을 개발하였다. 이를 고등학생 및 대학생 172명에게 적용하여 시스템 사고 능력을 분석하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 선행연구 분석을 통해 탄소 순환 및 시스템 사고 검사를 위한 시사점을 도출하였고, 탄소 순환에 대한 시스템 사고 검사도구 및 이를 평가하기 위한 루브릭 채점 가이드를 개발하였다. 이를 중학생을 대상으로 예비 투입을 진행하고, 전문가 자문을 통해 최종 완성하였다. 둘째, 개발된 검사도구를 활용하여 학생들의 시스템 사고 능력을 분석한 결과, 학생들은 탄소 순환과 관련된 요인을 식별하는 것과 같은 낮은 수준의 시스템 사고는 잘 수행하였지만, 시간 지연이나 피드백 과정과 같은 높은 수준의 시스템 사고는 부족한 것으로 나타났다. 지구 온난화는 현재 인류가 직면한 가장 시급한 문제 상황으로, 탄소 순환의 중요성이 커지고 있다. 이러한 복잡한 문제 상황은 시스템 사고 능력의 적용을 바탕으로 올바르게 이해하고 근본적인 해결책을 모색할 수 있을 것이다.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제10권3호
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• pp.308-322
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• 2017

본 연구의 목적은 공간지각능력에 따른 고등학생들의 탄소 순환 개념을 알아보고자 하는 것이다. 이를 위하여 광역시 소재의 평준화 일반계 남녀공학 S고등학교 학생들 중 2학년 1학기에 지구과학 I을 이수한 자연계열 남학생 30명과 여학생 33명을 대상으로 공간지각능력 검사를 실시하고 공간지각능력 상 하 두 집단의 학생들 중에서 본 연구 참여에 동의한 남학생 4명과 여학생 4명을 대상으로 탄소순환 개념 검사를 실시하였다. 본 연구의 결과, 공간지각능력이 높은 학생들은 공간지각능력이 낮은 학생들 보다 단어연상에서 탄소 순환 개념, 상태 변화개념, 과정 개념이 더 많았으며 그림 그리기에서 탄소 순환 개념, 상태 변화와 과정 개념도 더 많은 것으로 나타났다. 시스템적 관점에서 사용된 연결고리는 공간지각능력이 높은 학생들의 인과지도에서 1명이 2개, 1명이 1개, 2명이 0개로 나타났고 그림 그리기에서 3명이 1개, 1명이 0개로 나타났으며 공간지각능력이 낮은 학생들의 인과지도와 그림 그리기에서는 전혀 나타나지 않았다. 공간지각능력이 높은 학생들은 공간지각능력이 낮은 학생들에 비해 지구시스템의 하위영역의 상호작용으로 탄소가 이동하는 것을 이해하고 있었다. 공간지각능력이 높은 3명의 학생들은 낮은 수준의 시스템 사고 개념이 있었으며 공간지각능력이 높은 학생 1명과 공간지각능력이 낮은 학생들 4명은 시스템 사고 개념이 없었다.

• 문화기술의 융합
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• 제9권3호
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• pp.569-577
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• 2023

본 연구는 창원시 전체 5개 행정구 모두가 포함되고 각 지역 특성을 고려한 7곳의 탄소중립마을을 선정하여 해당 지역주민과 설문조사와 리더의 FGI를 통한 사업평가를 바탕으로 활성화 방안을 제안하였다. 분석결과 탄소중립마을 활성화를 위해 가장 중요한 것으로 17개 문항을 복수 응답한 결과 탄소중립 교육이 91.9%로 가장 중요하다고 응답하였고, 사업을 진행하면서 마을의 정체성과 관련된 목표의식과 가치추구가 중요하다가 89.1%를 차지하였으며, 법적(조례) 마련 79.3%, 마을조직 구축 74.1%의 순으로 나타났다. 이를 통해 창원시에서 탄소중립마을 만들기 사업에 참여하는 주민들을 통한 활성화 방안은 다음과 같다. 첫 번째로, 탄소중립 마을별로 자원순환 중심형 모델, 환경조성 중심형 모델, 환경교육과 체험행사 중심형 모델, 에너지 효율 중심형 모델로 구분되어 그 특징이 나타났다. 두 번째로, 탄소중립마을의 성장을 위해 탄소중립마을 성장 단계 가이드라인을 만들어 제시하는 것이 필요하다. 세 번째로, 마을 자치로 운영되기 위해서는 리더와 활동가들이 쉽게 적용하고 접근할 수 있는 탄소중립 관련 이론, 이슈, 실천 등의 매뉴얼 및 교안을 제작하여 배포하는 것이 필요하다. 네 번째로, 창원시에 법적으로 설치가 가능한 탄소중립지원센터가 설립된다면, 지역주민의 삶이 기후 위기에 대비하여 탄소중립생활이 더욱 지속 가능할 것으로 기대한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제39권5호
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• pp.599-611
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• 2019

이 연구의 목적은 예비 교사들을 대상으로 시스템 사고 측정을 위한 루브릭을 활용하여 지구 시스템 내에서 나타나는 탄소 순환에 대한 시스템 사고 수준을 분석하는 것이다. 이를 위하여 문헌 분석을 통해 교육 또는 과학 교육에 적용 가능한 시스템 사고 수준 모델을 선정하였다. 그리고 Lee et al.(2013)이 개발한 5-Likert 시스템 사고 측정 도구, Assaraf & Orion이 개발하고 국내에서 수정·보완하여 활용하고 있는 시스템 사고 검사지를 이용하여 8명의 예비 교사들로 부터 시스템 사고를 조사하였다. 예비 교사들이 작성한 시스템 사고 검사지는 Sibley et al.(2007)에서 활용한 Box형 인과 지도로 변환하고 Hung(2008)이 개발하고 Lee & Lee(2017)에서 수정하여 적용한 시스템 사고 측정을 위한 루브릭을 활용하여 연구자와 과학 교육전문가 1인이 분석하였다. 그리고 루브릭을 통해 정량적 데이터로 변환된 자료를 이용하여 시스템 사고 측정 도구와의 상관관계, 그리고 시스템 사고 수준의 위계에 따른 상관관계 분석을 실시하여 시스템 사고 수준의 타당도를 정량적으로 분석하였으며 Box형 인과지도에 대한 정성적 분석 결과와의 일치성 여부를 분석하여 타당도를 검증하였다. 연구 결과, 5-Likert 시스템 사고 측정 도구와 루브릭 점수와의 상관은 Pearson 상관계수가 .762(p < .05)로 높은 상관이 나타났다. 그리고 시스템 사고 수준의 각 위계별 상관관계에서는 STH 모델에서 Pearson 상관계수가 .722와 .791로, 4단계 모델에서는 .381~.730으로 각 위계별로 매우 높은 정적 상관이 나타났다. 이러한 결과와 정성적 분석을 비교해본 결과 예비 교사들은 시스템 사고의 하위 단계에 포함되어야 할 요소들을 매우 과학적으로 타당하게 잘 제시하였으며 상위 단계로 갈수록 그 단계에 포함될 요소들이 감소하는 경향을 보여주었다. 결론적으로 시스템 사고의 수준은 계층적인 부분이 분명히 존재하고 있음을 연구의 결과로 도출할 수 있었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 우리나라 과학 교육에 적용 가능한 시스템 사고 수준 모델의 개발과 함께 시스템 사고 수준을 측정할 수 있는 문항 개발 및 타당화가 이루어져야 할 것이다.

• 공업화학
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• 제22권2호
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• pp.167-172
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• 2011

본 연구에서는 중형기공 탄소(MCs)를 표면처리하여, 표면 관능기를 분석하고, 표면처리 효과를 조사하였다. 직접 메탄올 연료전지의 탄소지지체로 중형기공 실리카(SBA-15)를 이용한 전통적인 주형합성법을 이용하여 중형기공 탄소(MCs)를 합성하였다. 중형기공 탄소는 인산의 농도를 각각 0, 1, 3, 4, 및 5 M로 달리하여, 343 K에서 6 h 동안 처리하였다. 그리고 표면처리된 중형기공 탄소(H-MCs)에 화학적 환원방법을 이용하여 백금과 루테늄을 담지하였다. 표면처리된 탄소지지체에 담지된 백금-루테늄 촉매의 특성을 확인하기 위해 비표면적 측정장치(BET), X-선 회절분석법(XRD), X-선 광전자 분광법(XPS), 투과전자현미경(TEM), 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS)를 이용하였다. 또한, 백금-루테늄 촉매의 전기화학적인 특성을 순환전류전압 실험으로 분석하였다. 표면분석의 결과로부터, 산소를 포함한 화학관능기가 탄소지지체에 도입된 사실을 알 수 있었다. 결론적으로, 4 M의 인산으로 표면처리한 H4M-MCs가 백금-루테늄의 균일한 분산과 함께 전기적인 촉매의 성능을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국지구과학회지
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• 제29권2호
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• pp.175-188
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• 2008

이 연구의 목적은 우리나라 과학교육 현장의 환경과 현실에 적합한 지구계 주제 중심의 지구과학 모듈을 개발하여 현장에 적용하고 그 효과를 분석하는 것이다. 모듈의 개발을 위해 98명의 인문계 고등학교 학생들을 대상으로 선택된 13개의 지구환경문제에 대한 인식 조사를 실시하였다. 개발된 모듈의 적용에 따른 효과를 조사하기 위해 고등학교 2학년 2개 학급의 76명을 대상으로 정규 지구과학 수업 시간에 적용하였고, 학생들의 활동의 관찰, 면담, 설문지를 통하여 자료를 수집하고 분석하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 모듈은 고등학교 지구과학 I 교과서의 '지구의 구성' 단원에서 다루고 있는 내용을 모두 포함하며, 그 내용을 중심으로 모듈의 주제를 선정하고 세부 활동을 개발하여 구성하였다. 총 7차시(3주)분량의 모듈을 개발하였고, 개발된 모듈을 구성하는 각각의 활동들은 교과서에 순서에 따라 서로 연계가 될 수 있게 구성되었으며, 고등학교 교육과정 해설서에서 제시되어 있는 학습 목표들과 일치하도록 구성하였다. 모듈의 전반부는 지구 환경을 구성하는 요소인 기권, 수권, 암권, 생물권을 이해하고 그 요소들의 특징을 학습하고, 전지구적인 관점에서 이들 요소들의 상호작용이나 인간 활동과의 연계성을 다룬다. 대부분의 활동들은 모둠별 협동학습을 통하여, 학생 주도적인 활동이 되도록 개발되었다. 모듈의 후반부는 4차시로 구성되어 있으며, 지구계에서 일어나는 에너지 순환과 물질의 순환(물, 탄소, 이산화탄소 등)을 통하여 지구계 내의 상호작용을 이해하는 것을 활동 목표로 하였다. 둘째, 개발된 모듈을 정규 지구과학 수업 시간에 적용한 결과를 살펴보면, 개발된 모듈을 통하여 지구환경의 구성요소와 각 권들과 관련된 개념의 학습에 효과적인 것으로 조사되었고, 학생들이 활동들을 통하여 지구계를 구성하는 암권, 수권, 기권, 생물권의 특성과 세부 개념들에 대해 학습하는데 도움이 되었다고 응답하였다. 개발된 지구계 주제 중심 모듈의 학습을 통해서 학생들의 지구환경과 구성요소에 대한 지식을 습득하고, 이해가 향상되었다. 지속적으로 지구계나 지구환경문제를 다루는 모듈이 개발된다면 학생들의 지구과학적 소양의 함양을 향상시킬 것으로 기대된다.

• 한국지구과학회지
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• 제43권1호
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• pp.60-76
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• 2022

본 연구는 기상청에서 운용 중인 영국 the United Kingdom Earth System Model (UKESM)을 리눅스 클러스터에 설치하여 과거 28년 기간에 대해 적분을 수행하고, 추가적인 수치 실험을 수행하여 얻은 결과와 비교한다. 설치한 UKESM은 저해상도 버전이지만, 대류권 대기 화학-에어로졸 과정과 성층권 오존 화학 과정을 동시에 모의하는 United Kingdom Chemistry and Aerosol (UKCA) 모듈을 포함하고 있는 최신 버전이다. 본 연구에 사용된 UKCA가 포함된 UKESM (UKESM-UKCA)은 전체 대기에서의 화학, 에어로졸, 구름, 복사 과정이 연동된 모델이다. CMIP5 기존 배출량 자료를 사용하는 UKESM 기준 적분 수치 모의와 함께, 동아시아 지역 이산화황(SO₂) 배출이 기상장에 미치는 영향을 평가하기 위하여 CMIP5 SO2 배출량 대신 최신의 REAS 배출자료로 교체한 실험 적분 수치 모의를 수행하였다. 두 수치 모의의 기간은 모두 1982년 1월 1일부터 2009년 12월 31일까지 총 28년이며, 모델 결과는 동아시아 지역 에어로졸 광학 두께, 2-m 온도, 강수 강도의 시간 평균값과 시간 변화 경향의 공간 분포를 분석하고 관측자료와 비교하였다. 모델에서 얻어진 온도와 강수 강도의 공간 분포 패턴은 관측자료와 전반적으로 유사하였다. 또한 UKESM에서 모의된 오존 농도와 오존전량의 공간 분포도 위성 관측 자료와 분포 패턴이 일치하였다. 두 UKESM 실험 적분 모의 결과로 얻어진 온도와 강수 강도의 선형 변화 경향의 비교를 통해, 동아시아 지역 SO2 지면 배출은 서태평양과 중국 북부지역에 대한 온도와 강수량의 변화 경향에 중요한 요인임을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 슈퍼컴퓨터에서만 운용되던 UKESM이 리눅스 클러스터 컴퓨팅 환경에도 설치되어 운용이 가능하다는 점을 제시한다. 대기 환경 및 탄소순환을 연구하는 다양한 분야의 연구자들에게도 대기-해양-지면-해빙이 상호작용하는 UKESM와 같은 지구시스템모델이 활용될 가능성과 접근성이 높아졌다.