고등학교에서 과학 선택 과목의 수, 심화(Ⅱ) 과목 비율, 교과 다양성이 이과 학생의 과학에 대한 태도 성장에 미치는 효과

이경건,홍훈기 경북대학교 과학교육연구소 2022 科學敎育硏究誌 Vol.46 No.1

We fitted latent growth models of attitude towards science using the Korea Education & Employment Panel 2004-2007 data with 343 high school students. The growth model show better fit indices compared to the no growth model. The intercept and slope showed significant variances, and thus, we added control variables of the number, ratio of advanced courses, and variety in science elective subjects, and the achievement percentile for middle school. In the conditional growth model, the previous achievement has significant positive effects on the intercept and the ratio of the advanced courses and variety of science subjects show significantly positive effects on the slope. Based on the results, it supports the 2022 Revised Science Curricular that high school credit system should provide students with basic ‘Physics,’ ‘Chemistry,’ ‘Biology,’ and ‘Earth Science,’ credits in ‘general electives’, various integrated subjects in ‘converged electives’, and highly advanced subjects in ‘career electives.’ 한국교육고용패널 2004-2007년 자료 중 343명의 이과 고등학생 조사 데이터를 활용하여 과학에 대한 태도에 대한 잠재 성장 모형을 적합하였다. 모형 적합 결과, 과학에 대한 태도의 무성장 모형보다 성장 모형이 더 나은 것으로 나타났다. 통제 변수가 없는 무조건 성장모형에서 과학에 대한 태도의 초기치와 변화량의 분산이 유의미하였으므로, 여기에 학생 개인 수준에서 이수한 과학 선택 과목의 수, 심화(Ⅱ) 과목의 비율, 교과 다양성, 그리고 중학교 3학년 때의 성적 백분위를 통제 변수로 투입하였다. 이러한 조건 성장모형에서 중학교 3학년 때의 성적 백분위는 과학에 대한 태도 초기치에 정적으로(+) 유의미한 직접 효과가 있었고, 과학 심화 과목의 비율과 교과 다양성이 과학에 대한 태도 변화량에 정적으로(+) 유의미한 직접 효과가 있었다. 연구 결과에 기반하여, 2022 개정 과학과 교육과정이 고교학점제를 대비하여 ‘일반선택’ 계열에서는 교과 지식의 구조를 견지한 물리, 화학, 생물, 지구과학 교과를 제시하고, ‘융합선택’ 계열에서는 해당 교과들의 구조가 어느 정도 유지된 통합형 교과를 개발하며, ‘진로선택’ 계열에서는 차별화된 심화성과 엄격성을 지닌 교과를 제공하는 방향을 제안하고 지지하였다.

21세기 과학 교육과정 개혁 논리로서의 과학적 소양 및 핵심 역량 담론 비교 연구

이경건,홍훈기 한국과학교육학회 2022 한국과학교육학회지 Vol.42 No.1

The two most influential rationales for the 21 st century science curriculum reform can be said to be core competence and scientific literacy. However, the relationship between the two has not been scrutinized but remained speculative – and this has made the harmonization of the general guideline and subject-matter curriculum difficult in Korean national curriculum system. This study compares the two discourses to derive implications for future science curriculum development. This study took a literature research approach. In chapter Ⅱ, national curriculum or standards, position papers, and research articles were reviewed to delineate the historical development of the discourses. In chapter Ⅲ and Ⅳ, the intersections of those two discourses are delineated. In chapter Ⅲ, the commonalities of the two discourses are explicated with regard to crisis rhetoric, multi-faceted meanings (individual, community, and global aspects), organization of subject-matter content and teaching and learning method, and the role of high-stake exams. In chapter Ⅳ, their respective strengths and weaknesses are juxtaposed. In chapter Ⅴ, it is suggested that understanding scientific literacy and core competence discourses to have a family resemblance as 21 st century science curriculum reform rationale, after Wittgenstein and Kuhn. Finally, the ways to resolve the conflict between the two ideas from the general guideline and subject-matter curriculum over crisis rhetoric were explored.

핵심 개념으로 비교한 2015 개정 교육과정의 「통합과학」과 「융합과학」

이경건,홍훈기 한국과학교육학회 2017 한국과학교육학회지 Vol.37 No.6

This research compares the subjects of 「Integrated Science」 and 「Converged Science」 in the 2015 Revised National Curriculum, through core concepts. The content priorities and levels of integration of each core concept were evaluated through an analytical framework, and visualized using two-dimensional visualization matrix of the content priorities and the levels of integration. The results show that 「Integrated Science」 had fewer core concepts, higher in priorities and slightly lower levels of integration than 「 Converged Science」. This can be an evidence that 「Integrated Science」 is excellent in rigor and not so much inferior in relevance. And also, through visualization of analysis results, the characteristics of integrated subjects could easily be understood and compared. 본 연구에서는 핵심 개념을 중심으로 2015 개정 교육과정의 「통합과학」 및 「융합과학」을 분석⋅비교하였다. 이 때 분석 틀로서는 교육적 맥락에서의 우선순위와 그 통합의 수준을 각각 살펴보았으며 이를 시각화할 수 있는 우선순위-통합수준 2차원 시각화 매트릭스를 제안하였다. 분석 결과 「통합과학」은 「융 합과학」에 비하여 핵심 개념의 수는 줄어들었고, 우선순위 측면 에서는 빅 아이디어의 비율이 증가하였으며, 교과 간 통합의 비율이 다소 감소하였으나 얕은 수준의 교과 간 통합을 지양하고 있었다. 이는 2015 개정 교육과정의 「통합과학」이 2009 개정 교육과정의 융합형 「과학」에 비하여 양은 줄이고 질은 높인다는 엄격성(rigor)의 원리에 있어서 우수하며 한편으로는그 적절성(relevance)도 낮지 않다는 증거가 될 수 있다. 또한 이러한 분석 결과를 시각화한 결과로 통합적 교과의 특성을 보다 쉽게 이해 및 비교할 수 있었다.

2015 개정 교육과정의 「과학탐구실험」이 고등학생의 과학 및 일반 핵심역량에 미치는 효과: 교수학습 방법을 중심으로

이경건,김유정,장원형,이재용,홍훈기 한국교육과정평가원 2020 교육과정평가연구 Vol.23 No.3

본 연구에서는 2015 개정 교육과정의 「과학탐구실험」이 고등학생들의 과학 및 일반 핵심역량에 미치는 효과를 조사하였으며, 이를 「통합과학」의 효과와 구별해내기 위하여 「과학탐구실험」의 교수학습 방법에 초점을 두었다. 연구 방법으로서는 사전-사후 검사를 활용하였다. 검사는 2019년 2학기 이수 전과 후에 이루어졌으며, 전국 5개 시도의 9개 고등학교 1학년 학생 489명과 과학 교사 13명이 참여하였다. 조사 도구로서는 학생을 대상으로 한 과학 및 일반 핵심역량 총 11개 항목의 검사지, 그리고 교사를 대상으로 한 반구조화 설문지를 활용하였다. 연구 결과 사전-사후 검사에서 학생들의 과학 핵심역량 점수는 5개 항목 모두와 총점이 유의미하게 증가하였으며, 일반 핵심역량 점수는 5개 중 2개 항목만이 유의미하게 증가하였다. 회귀분석 결과 ‘실험 실습’ 및 ‘기타’ 방법은 과학 및 일반 핵심역량에 유의미하게 긍정적인 효과를 나타내었고, ‘실험 시연’은 과학 및 일반 핵심역량에, ‘비실험 활동’은 과학 핵심역량에 유의미하게 부정적인 효과를 나타내었다. 이러한 효과가 나타난 원인은 각 교수학습 방법들이 학생들의 실제적 참여를 유발하느냐의 여부에 달려 있는 것으로 생각된다. 또한 연구 참여 학교들의 교수학습 방법의 분포를 살펴볼 때, 회차가 많은 편인 ‘실험 실습’을 중심으로 고등학생 핵심역량이 증가하였다는 예측이 가능하였다. 이와 함께 교사 개방형 설문을 참조한 결과, 「과학탐구실험」을 실험 실습 위주로 운영하되 평가방식 개선, 블록타임제 운영, 「통합과학」 교과와의 연계 등의 지원이 이루어진다면 학생들의 핵심역량 함양을 더욱 효율화할 수 있을 것으로 판단된다. This study investigated the effect of 「Science Inquiry Experiment」 of 2015 Revised National Curriculum towards high school students’ science and general core competencies. To discern its own effect from that of 「Integrated Science」, researchers focused on the teaching & learning methods within the classes. We utilized pre- and post-test design between the end of 1st and 2nd semesters. Research data were from 489 high school 1st grader students from 5 regions of South Korea, using questionnaires about 5 science and 6 general core competencies. As a result, all the 5 science core competencies and total science competency score were increased significantly, but only 2 general core competencies were increased significantly and total general core competency score did not. In the regression analysis, among teaching & learning methods ‘hands-on’ and ‘others’ showed significant positive effect on science and general core competencies. And significant negative effect were shown in ‘non-lab activity’ for science core competency, and ‘minds-on’ for science and general core competencies. It is probably because those teaching & learning methods were different in the extent of guiding students to actively engage in the classes. Thus, the subject can foster students’ core competencies when introducing enough hands-on sessions. Referring to the teacher survey, researchers suggested that the subjectivity of science teachers should be emphasized and supported to help their practice in the 「Science Inquiry Experiment」classes. And ultimately, to help 교육과정평가연구 제23권 제3호 (2020) 50 students foster core competencies which are required in the future society, hands-on experiment centered science subject should remain in the next national curriculums.

퍼트남(Hilary Putnam)의 내재적 실재론이 과학 교육과정에 갖는 함의

이경건,한사랑,배춘환,홍훈기 한국교육과정학회 2019 교육과정연구 Vol.37 No.1

The complicated problems of 21st century society (which are likely to grow even more evident as time goes by) highlights the need for a science curriculum that emphasizes scientific competency and literacy. Researchers have suggested that the internal realism of H. Putnam (1926–2016) holds promise as a solution to this challenge. The internal realism of Putnam overcomes both traditional realism and anti-realism, while providing a new understanding of rationality. The criteria of rational acceptability is comprised of two criteria—coherence and relevance. Through this, two streams of knowledge-based curriculum with high coherence and an experience-based curriculum with high relevance can be harmonized in science curriculum. A core concept named “Ecosystem and Environment” in the 「Integrated Science」 of 2015 Revised National Curriculum can serve as an example which exemplifies the balancing of these two aspects. Climate change content can be treated as a socio-scientific issue (SSI), and students can evaluate the rational acceptability of various theories through argumentation activities to understand the nature of science (NOS) and make related ethical judgements. In this way, science education can be based on moderate realism and can help in the search for cooperative solutions to community problems. In addition, recognizing epistemological pluralism demonstrates the possibility of multicultural education and can be more effective at cultivating core competencies in science subjects. 21세기 미래 사회에서 더욱 부각될 문제들은, 학생들의 주관적 삶과 유리된 객관적 사실에 대한 지식만으로 해결하기 어려울 만큼 복합적일 것이다. 여기서 과학 교과 역량 및 과학적 소양이 강조된 과학 교육과정의필요성이 대두된다. 연구자들은 힐러리 퍼트남(Hilary Putnam, 1926-2016)의 내재적 실재론이 그 가능성을 제시한다고 보았다. 내재적 실재론은 전통적 실재론과 반실재론 모두를 지양하며 합리성에 대한 새로운 이해를제공한다. 인간의 내재적 관심과 목적에 따라 세계가 다양하게 기술될 수 있다고 보면서도, 과학의 성공을 적절히 설명하는 실재론적 관점을 유지할 수 있다는 것이다. 그 ‘합리적 수용가능성’의 준거는 정합성(coherence) 과 적절성(relevance)으로 설명된다. 이를 통해, 정합성이 뛰어난 지식 중심 교육과정과 적절성이 뛰어난 경험중심 교육과정의 두 흐름을 조화시키는 과학 교육과정을 위한 단초를 얻을 수 있는 것이다. 예컨대, 2015 개정교육과정의 「통합과학」에서 ‘생태계와 환경’이라는 핵심 개념은 이러한 두 측면에서 합리적 수용가능성이 높은예시이다. 여기서 다루어지는 기후변화 이론은 일종의 과학관련 사회이슈(SocioScientific Issues, SSI)로서, 그에 대한 주류 이론과 비주류 이론을 합리적 수용가능성의 차원에서 학생들이 직접 비교 및 검토하는 논변(argumentation) 활동을 통해 과학의 본성(Nature of Science, NOS)을 고찰할 계기를 제공할 수 있다. 이렇듯온건한 실재론에 선 과학교육은 민주사회에서의 시민 참여와 의사결정을 도와 공동체가 직면한 문제를 함께해결하는 발판이 될 수 있는 것이다. 또한 인식론적 다원성을 인정함으로써 다문화교육의 가능성을 보여줄 뿐아니라 과학 교과에서 중시되는 핵심 역량들을 함양하는 데에도 주효할 것으로 생각된다.

우리나라 예비 과학교사 교육 연구의 동향

이경건,안태수,문선영,홍훈기 한국과학교육학회 2022 한국과학교육학회지 Vol.42 No.1

Pre-service science teacher education is important to elaborate the quality of science teaching and learning in schools. Therefore, many pre-service science teacher education researches have been done in Korea. However, almost no research has comprehensively reviewed those literatures including secondary teacher education context. This study reviewed 410 pre-service science teacher education researches in Korea, from 1995 to 2021 published by 17 journals in KCI. The trends were analyzed with respect to the number of article according to period, keyword frequency, and qualitative features. The qualitative features were coded in multiple aspects of pre-service teachers’ type, major, subject-matter in research context, research approach, data type, and the number of participants. The results indicate that the number of research articles has increased by about 40 for every 5-year period. JKASE has published most articles, and the diversity of journals has increased since 2010. Keyword frequency revealed that scientific concepts, science teaching efficacy, nature of science, and other teaching and learning contexts were emphasized. In qualitative features, the most frequent pre-service type was secondary in ‘general’ science context. For research topic, ‘pre-service teacher education program’ and ‘perception and cognitive domain’ were the most frequent. Most of the articles have ‘analyzed’ the phenomena or consequence of educational issue. Most research was conducted with 11 to 30 participants. These patterns of qualitative features have differed according to period, and types of pre-service teacher. Suggestions for the future pre-service science teacher education research topic were explored, such as policy-administrative research, integrated science teacher education, teacher agency, and environmental education.

과학 학습 동기가 높은 학생이 과학 학업 성취도가 높아지는가, 또는 그 역인가? -양자가 지닌 교차지연 효과 및 이공계 진로 동기에 미치는 효과-

이경건,문선영,한문정,홍훈기 한국과학교육학회 2022 한국과학교육학회지 Vol.42 No.3

본 연구에서는 고등학교 맥락에서 과학 학습 동기가 높은 학생이 과학 학업 성취도가 오르게 되는지 또는 역으로 과학 학업 성취도가높은 학생이 과학 학습 동기가 오르게 되는지의 인과 관계를 살펴보고, 이러한 두 요인들이 학생의 이공계 진로 동기에 미치는 영향을 살펴보았다. 2021년 2학기에 서울시 소재 1개 일반계고등학교 1학년 학생을 대상으로 동일 시간 간격으로 3회의 과학 학습 동기 검사를 실시하였고, 마지막 검사 시기에 이공계 진로 동기 검사 역시 실시하였다. 총 171명의 학생 중간고사 및 기말고사 성적을 포함한 자기회귀교차지연(autoregressive cross-lagged) 모형을 구성하고 적합하였다. 연구 모형은 높은 측정안정성과 적합도를 지닌 것으로 나타났다. 자기회귀 경로와 교차지연 경로는 모두 통계적으로 유의미하였다. 다만 표준화 회귀 계수의 크기는 과학 학습 동기에서 학업 성취도로 향하는 경로가 그 역의 경로보다 큰 편이었다. 이공계 진로 동기로 향하는 경로 중 기말고사 성적은 유의미한 직접 효과를 나타내지 않았으며, 3차 과학 학습 동기 점수만이 유의미한 직접 효과를 나타내었다. 간접 효과의 경우 학기 초의 1차 과학 학습 동기가 기말고사 성적 및 이공계 진로 동기에 이르기까지 유의미한 영향을 미쳤으며, 기말고사 성적은 3차 과학 학습 동기 점수를 매개로 이공계 진로 동기에 유의미한 영향을 미쳤다. 그러나 기말고사 성적은 이공계 진로 동기에 유의미한 총 효과를 지니지 않았다. 본 연구의 결과는 과학 학습 동기와 과학 학업 성취도 간의 상호적이면서도 순환적인 인과관계와 함께, 그 가운데 과학 학습 동기가 높은 학생이 과학 성취도가 오르게 되는 효과가 그 역보다 크다는 점을 보여준다. 연구 결과로써 고등학교에 서 과학 학습 동기의 중요성을 재확인하였다. 고등학교에서 학기 초, 중, 후반에 과학 학습 동기를 증진시키기 위한 교수적 함의를 논의하였으며, 후속 연구로서 고등학생의 과학 학습 동기와 학업 성취도가향후 이공계 직업 생활에 미치는 영향에 대한 종단 연구를 제안하였다.

‘하나님의 형상의 형상(Imago Imaginis Dei)’으로서의 인공지능 이해: 기독론적 인간론의 관점에서

이경건 기독교학문연구회 2018 신앙과 학문 Vol.23 No.4

This article tries to seek Christian answer towards the questions about humanity and ‘the image of God(Imago Dei)’, raised by Artificial Intelligence (AI) technology. Here, human components are regarded as soul and body, according to traditional view. About the intelligence as one of the main characteristics of the soul, it can be said that AI sought from the contemporary standpoint of symbolism and connectionism shows the similar structure and function as those of human beings. In the matter of free will, possibility of AI is not a problem, but rather the free will of human is being denied. The philosophical objections to AI mainly focused on early AI projects from the standpoint of symbolism. Since then, AI technology has been developed in the post-connectionism standpoint, and the body of AI has been reviewed in relation to the ‘embodied cognition’. Therefore, it is necessary to update critical discussions now. This article takes the view that true humanity can be grasped through the incarnated Christ. It is suggested that human beings can still be understood as ‘the image of God(Imago Dei)’ and AI can be understood as ‘the image of the image of God(Imago Imaginis Dei)’. Finally, the excellence of only human beings among other intelligent beings, including AI, is discussed. 본고에서는 인공지능 기술이 인간론과 ‘하나님의 형상’에 대하여 던지는 질문에 대한 기독교적 답변을 모색하고자 하였다. 본고에서는 전통적 관점에 따라 인간의 구성 요소를 영혼과 육체라고 본다. 오늘날에는 영혼의 주요한 기능 중 하나로서의 지능에 있어서는 기호주의 및 연결주의 입장에서 시도된 인공지능이 인간에 준할 만한 유사한 구조와 기능을 보이고 있다고 할 수 있으며, 자유 의지의 문제에 있어서는 인공지능이 문제가 아니라 인간의 자유 의지가 부정되고 있는 현실이다. 인공지능에 대한 철학적 반론들은 주로 기호주의 입장에서의 초기 인공지능 프로젝트를 대상으로 하였는데, 이후 포스트-연결주의 입장에서의 인공지능 기술이 발달하고 ‘체화된(embodied) 인지’와 관련하여 인공지능의 몸에 대한 고찰이 이어지면서 비판적 논의의 갱신이 필요한 상황이다. 이에 본고에서는 성육신하신 그리스도를 통해 참된 인간성을 파악할 수 있다는 관점에서 인간이 ‘하나님의 형상(Imago Dei)’임에 주목하고, 인공지능을 ‘하나님의 형상의 형상(Imago Imaginis Dei)’으로 이해할 수 있음을 제안한다. 또한 인공지능을 비롯한 지성적인 존재들 중에서도 오직 인간만이 갖는 탁월성을 논증한다.

Three Dimensional Visualization of Hydrogen Atomic Orbitals Using Excel for School Science Education

이경건,박정우,이선경,홍훈기,심한수,신명경 대한화학회 2019 대한화학회지 Vol.63 No.3

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대학수학능력시험 과학탐구 영역의 심화(Ⅱ)과목 선택 요인에 관한 데이터 마이닝:한국교육고용패널 2005-2009년 자료를 활용하여

이경건,홍훈기 한국직업능력개발원 2018 직업능력개발연구 Vol.21 No.3

본 연구에서는 대학수학능력시험 과학탐구 영역의 심화(Ⅱ)과목 선택 요인을 살펴보았다. 분석 방법으로서는 변수 선택 중심의 데이터 마이닝을 시도하였으며, 분석 자료는 한국교육고용패널Ⅰ의 중학교 3학년 코호트 데이터였다. 심화과목 선택 여부에 대한 로지스틱 선형 회귀를 위하여 1,040개의 입력변수를 설정하였으며, 이에 대하여 벌점화 축소 추정법의 일종인 LASSO 및 Elastic Net을 적용한 결과 각각 34개와 86개의 변수가 선택 및 적합되었다. 모형의 해석은 다음과 같다. 첫째, 코호트들이 중학교 3학년이던 1차년도에 조사된 변수들이 절반 이상이었다. 둘째, 학교 소재지를 비롯한 지역 관련 변수들이 선택되었다. 셋째, 친구 및 또래들과 관련된 변수들이 선택되었다. 넷째, 여가 및 취미생활과 관련된 변수들이 선택되었다. 다섯째, 학생 개인의 특성과 관련된 변수들이 선택되었다. 여섯째, 학교 교육과정 및 진로지도와 관련된 변수들이 선택되었다. 일곱째, 학생의 가정환경과 관련된 변수들이 선택되었다. 결론적으로, 수능 과학탐구 영역에서의 심화과목 응시 여부에는 부모의 사회경제적 지위나 사교육 여부 등이 영향을 미치기도 하지만 개인의 학습 특성 및 학교 수준에서 관리 가능한 요소들이 긍정적인 영향을 끼칠 수 있으므로 교육적 개입이 무의미하지 않다. This study aims to investigate factors for the selection of advanced science subject (Ⅱ) in Korean College Scholastic Ability Test (CSAT) employing data mining methods. Using data collected from middle school third year cohort in the Korean Education & Employment Panel (KEEP), we set 1,040 input variables for logistic regression. By applying LASSO and Elastic Net, which are kinds of shrinkage and penalized estimators, we selected and fitted 34 and 86 variables, respectively, in each method. The selected variables were categorized as follows: first, about a half of the variables were from the first year of the survey; second, regional variables; third, variables about friends; fourth, variables describing leisure and hobbies; fifth, traditional variables of students’ individual characteristics; sixth, variables related to school curriculum and career guidance; and seventh, variables related to students’ home environments. It was found, in conclusion, that educational intervention would be effective in resolving the issue of selection of advanced science subject in Korean CSAT.