한국 과학교육과정과 미국 차세대 과학교육표준(NGSS) 고등학교 생화학 영역 비교연구

나종원 한국교원대학교 대학원 2017 국내석사

이 논문은 2015 개정 교육과정에서 화학, 생명과학 등 과학교과 간 연계가 어떻게 제시되고 있는지 알아보기 위해, 2009개정 교육과정으로부터 새롭게 제시된 생화학 관련 내용요소를 알아보고, 미국의 NGSS와 비교연구 하였다. 국가과학기술표준분류체계에 따라 교육과정에 포함된 생화학 내용요소를 분류하여 연구를 진행하였다. 연구결과, 2015 교육과정으로 개정되면서 통합과학과 화학 과목에서 생화학과 관련된 내용요소의 수가 줄어들었고, 생명과학에서 다루는 내용요소의 수가 증가하였다. 그리고 2015 개정 교육과정의 성취기준과 미국 NGSS의 수행기대를 비교 연구결과, 한국의 교육과정에서 더 많은 성취기준이 제시되었지만, 전체 과목에 대한 생화학 내용은 큰 차이가 없었다. 과학 과목 간 연계되는 부분은 두 나라 모두 학교 급간 연계를 제시하고 있지만, 같은 학교 급이나 학년군의 교과 간 연계는 한국에서 많이 제시되었다. 하지만 연계된 내용은 NGSS에서 더 자세하게 제시했다. NGSS는 영어나 수학과 같은 교과와 연계시키며 좋은 학습효과를 기대 하였다. 이를 통해 교육과정에 있어서 교과 간 연계를 위한 연구가 필요성을 제언 하였다.

제7차, 2007 개정, 2009 개정 중학교 과학 교육과정에 따른 화학영역의 내용 비교

박미화 한국교원대학교 교육대학원 2014 국내석사

이 연구는 제7차, 2007 개정, 2009 개정 중학교 과학 교육과정에 따른 화학영역의 내용 중 학습 주제와 탐구 과정 요소를 비교 분석하여 그 변화를 알아보고 학교 현장 교사들의 의견을 조사하여 개정된 교육과정에 대한 이해를 돕는 참고 자료를 제공하는데 목적이 있다. 연구를 위하여 제7차, 2007 개정, 2009 개정 교육과정 내용 체계에 근거하여 편찬된 중학교 1, 2, 3학년 교과서 9권에 대해 화학 영역에서 배우는 학습주제의 변화를 비교하였으며, 제7차 교육과정에서 제시된 과학 탐구 요소들에 근거하여 화학 영역의 기초탐구과정과 통합탐구과정별 탐구요소에 대한 분석을 실시하였다. 교육과정이 복잡하게 적용된 2010년~2013년까지 제7차, 2007 개정, 2009 개정 교육과정에 해당하는 수업을 담당하였던 교사 면담을 통해 학습주제, 탐구활동, 교육과정 개정에 대한 의견을 조사하여 정리하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 중학교 화학 영역 학습주제의 변화를 분석해 본 결과, 제7차, 2007 개정, 2009 개정 교육과정의 개정 방향 중 하나인 학습량 적정화를 위해 교과 내용의 학년 간 이동이나 축소, 중복된 내용의 통합 등으로 기존에 비해 화학 교과 내용의 수준이 비교적 쉬워졌다. 그러나 새로운 학습 내용이 추가되면서 학습 주제의 수는 거의 차이가 나지 않으며, 짧은 기간 동안 세 차례 교육과정의 개정 적용으로 인해 실제 수업을 담당하고 있는 교사들은 내용이 쉬워지긴 하였으나 가르쳐야할 학습량의 감소는 느끼지 못하였다. 미처 교육과정에 대한 정확한 이해를 할 사이도 없이 개정 교육과정을 적용한 수업을 실시하면서 오히려 과도한 학습 내용을 지도하는 경향이 나타났다. 둘째, 제7차, 2007 개정, 2009 개정 중학교 교육과정에 따른 화학 영역의 탐구과정 요소를 비교 분석한 결과, 기초탐구과정 요소가 통합탐구과정 요소보다 더 많은 비율을 차지하고 있다. 이는 교과서에 제시된 탐구활동이 개념을 설명하기 위한 간단한 실험들이 많으며, 중학생들의 인지적 특성상 구체적 조작기의 학생들이 많기 때문에 복잡한 사고를 요하는 통합탐구과정 요소보다 기초탐구과정 요소의 비율이 더 높은 것으로 생각된다. 제7차, 2007 개정, 2009 개정 교육과정에서 탐구를 강조하며 복합적이고 다양한 탐구요소들을 반영하고자 하는 개정 취지에 따라 기초탐구과정 요소는 줄어들고 통합탐구과정 요소는 증가하는 추세이며, 화학 영역의 탐구과정이 일부 탐구요소에 편중되어 나타났으나 개정이 됨에 따라 더 다양한 탐구요소들을 포함하고 있다. 교과서의 탐구는 제시된 대로 따라하는 해보기식 활동이 많고, 일부 중학생들에게 통합탐구과정은 어렵게 느껴지기 때문에 학생 중심의 자기주도적인 탐구활동을 효과적으로 교육시키기 위해서는 교사의 적절한 선택과 재구성이 요구되며, 탐구에 대한 지속적인 연구가 필요하다. 따라서 실제 교육과정 적용의 주체인 교사를 대상으로 교육과정에 대한 연수 및 안내를 활성화하여 개정 내용에 대한 정확한 이해가 먼저 선행되어야만 교육과정 개정의 취지가 잘 실현되고, 교육목표가 추구하는 방향대로 올바른 과학 교육이 이루어질 수 있을 것이라 생각된다.

스토리텔링 모형을 적용한 화학수업이 문과계열 고등학생의 과학 학습동기, 태도 및 화학에 대한 흥미에 미치는 영향

한귀화 한국교원대학교 교육대학원 2014 국내석사

The purpose of this work was to develop the teaching-learning plan reflecting a storytelling model applicable to 'the section 1 of Language of Chemistry' in Chemistry I of high school, and to investigate how the developed storytelling-based teaching contents affect the academic achievements of students in liberal arts tract, their learning motivation, their attitudes towards science and their interest in chemistry. To achieve the goal, this study carried out a survey with 71 students in liberal arts tract at G high school located in the city of I. In order to analyze the effect of storytelling-based teaching, subjects' academic achievements, learning motivation, attitudes towards science and interest in chemistry have been investigated prior to the application of the chemistry class reflecting a storytelling model. In control group, the teaching plan suggested in the formal instruction guide for teachers has been applied. From March 4 to 15, 2013, for two weeks, each groups of subjects took nine sessions of courses. After the model application to students, we investigated their academic achievements, their learning motivation, their attitudes towards science and their interest in chemistry and conducted a questionnaire survey. The results of this work are presented as follows: First, the test group and the control group did not show significant difference in improvements in academic achievements. This was not affected by the level of students' previous academic achievments categorized to high-level, middle-level and low-level. Although statistically not significant, in the case of the high-level students, the average record of the students who took the class reflecting a storytelling model were higher than those who took the class reflecting the formal teaching plan suggested in the instruction guide for teachers. Along with the finding, the result of the questionnaire survey revealed that storytelling activity was helpful for learners to memorize and contextualize their learning contents. Secondly, the chemistry class reflecting a storytelling model significantly affected improvements in learning motivation. According to the detailed analysis of the sub categories of learning motivation, there were statistically significant effects in terms of intrinsic motivation and self-determination. In particular, intrinsic motivation was triggered by students' intrinsic need to experience their competence and self-determination. This suggests that the science class reflecting a storytelling model may be effective to improve their science learning motivation. Thirdly, the chemistry class reflecting a storytelling model significantly affected improvements in students' attitudes towards science at some degree. Significant effect has been observed in their attitudes toward science course but not in their attitudes toward science nor in scientific attitudes. We suggest this partial improvement mainly due to the relatively short application sessions. Fourthly, the chemistry class reflecting a storytelling model significantly affected improvements in students' interest in chemistry. According to the detailed analysis of the sub categories of interest, including the interest in chemistry subject, the interest in chemistry learning, the interest in chemistry related activities, the interest in chemistry related profession and unrest in chemistry class, there were significant improvement in an interest in chemistry learning, and unrest in chemistry class. Given the results, it was found that although the chemistry class reflecting a storytelling model failed to contribute to improve academic achievements of students in liberal arts tract, it was effective in improving their learning motivation, positively changing their attitudes towards science, and increasing their interest in chemistry. Taken altogether, we suggest that further studies to develop teaching-learning plans reflecting a storytelling model suitable to the students of liberal arts would be valuable due to the growing importance of their understanding in science to provide them ability to adapt social, industrial environment that is greatly affected by science and technology. 이 연구의 목적은 고등학교 화학Ⅰ의 ‘1. 화학의 언어’단원에서 활용 가능한 스토리텔링 모형을 적용한 교수․학습지도안을 개발하고, 개발된 스토리텔링 활용 수업이 문과계열 학생의 학업성취도와 학습동기, 과학과 관련된 태도 및 화학에 대한 흥미에 미치는 영향을 규명하는데 있다. 연구를 위하여 I광역시 소재의 G고등학교에 재학 중인 2학년 문과 계열 학생 71명을 연구 대상으로 선정하여 사전 학업성취도, 학습동기, 과학과 관련된 태도 및 화학에 대한 흥미를 검사하고 실험집단에는 스토리텔링 모형을 적용한 화학수업을, 통제집단에는 교사용지도서에 제시된 수업지도안을 적용한 수업을 하였다. 2013년 3월 4일부터 3월 15일까지 2주간 9차시의 수업을 실시하였으며, 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 스토리텔링 모형을 적용한 화학수업은 실험집단과 통제집단의 학업 성취도의 향상에 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 이것은 상위, 중위, 하위 집단별 학업 성취도에서도 동일한 결과를 나타냈다. 그러나 상위 집단의 경우, 스토리텔링 모형을 적용한 수업을 받은 학생들의 평균점수가 교사용지도서에 제시된 수업지도안을 적용한 수업을 받은 학생들 보다 높아진 것과 설문조사 결과, 스토리텔링 활동이 학습자가 학습내용을 기억하고 맥락화 하는데 도움이 된다는 것을 알 수 있다. 이것은 중위, 하위 집단에서 스토리텔링 모형을 적용한 수업이 학업 성취도 향상에 효과가 있다는 다른 연구들과 달리 상위 집단에서 효과가 있다는 새로운 결론을 얻게 되었다. 둘째, 스토리텔링 모형을 적용한 화학수업은 과학 학습 동기, 태도, 화학에 대한 흥미의 향상에서 유의미한 효과를 나타냈다. 과학 학습 동기의 하위 영역에 대한 세부적인 분석결과, 내재적 동기와 자기 결정 영역에서 통계적으로 유의미한 효과가 나타났다. 또한 과학과 관련된 태도에서는 과학 교과에 대한 태도 영역에서 유의미한 결과를 얻었다. 화학에 대한 흥미의 하위 영역에서는 화학교과에 대한 흥미, 화학학습에 대한 흥미, 화학 수업 불안에서 유의미한 효과가 나타났다. 화학이라는 교과에 대해 부담감과 거부감을 가지고 있는 문과 계열 학생들에게 다양한 소재의 이야기를 통한 수업은 학생들의 학습 동기와 태도, 흥미를 높이는 역할을 하며 설문조사 결과, 화학시간이 기다려지는 시간이라고 답변한 학생이 많았고 실생활과의 연관성에 호기심과 화학학습의 필요성을 인식하게 되었다고 답한 학생이 많았다. 또한 스토리텔링 모형을 적용한 화학 수업은 문과 계열 학생들의 교과에 대한 선호도를 높였으며, 더불어 과학시간의 즐거움, 만족감, 재미를 경험하도록 했다는 점에서 매우 의미가 있다. 이것은 문과 계열 학생들이 화학 교과에 관심이 증가하고 화학을 배우는 것을 좋아하게 되었다는 것을 증명하며, 화학 수업 중에 발생되는 긴장의 경험이나 두려움, 걱정이 감소했다는 것은 스토리텔링 모형을 적용한 화학 수업이 문과 계열 학생들이 효과적으로 화학학습을 할 수 있는 방법이라는 것을 증명하고 있다고 볼 수 있다.

과학 영재학생들의 MMK 수준 향상을 위한 과학실천 교육 프로그램 개발

김기향 한국교원대학교 대학원 2021 국내박사

본 연구에서는 모델의 개발과 적용 활동을 강조하기 위해 자연의 관찰이나 실험을 통해 자료를 얻는 탐구과정에 모델링 요소를 추가한 과학실천 교육 프로그램을 개발하였다. 본 연구에서 제시한 과학실천 교육 프로그램의 소재는 물의 전기분해 실험이다. 물의 전기분해 실험은 널리 알려진 단순한 실험이기 때문에 예상과 다른 실험 결과는 학생들의 탐구 동기를 유발할 수 있다. 이 연구에서는 실험과 문헌 연구를 통해 예상과 다른 현상의 원인을 밝히고, 이를 기반으로 모델링을 체험할 수 있는 과학실천 교육 프로그램을 개발하였다. 본 연구의 결과는 물의 전기분해 반응에 대한 교사의 이해를 높일 뿐 아니라 현장에서 학생들을 지도하는 교사가 실험을 계획할 때 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다. 또한 예비교사 교육, 영재 교육, 심화 학습 등의 자료로써 이용될 수 있을 것이다. 온라인으로 학생들의 모델링 활동을 지도할 수 있는 온라인 프로그램과 직접 학생들이 실험을 하면서 모델링 활동을 수행할 수 있는 학생실험 프로그램을 구분하여 개발하였다. 온라인 과학실천 교육 프로그램은 물의 전기분해 결과 2:1의 부피비로 수소와 산소 기체가 발생하지 않는 현상을 소재로 하였다. 이에 대한 원인을 분석하기 위해 전류효율의 개념을 도입하고, 여러 개의 전해전지를 직렬로 연결한 실험장치를 통해 각 전극에서 발생하는 기체의 부피를 전류효율로 전환하였다. 분석을 통해 수소의 전류효율이 낮은 이유는 전극의 촉매작용에 의한 NO3-의 환원때문이고, 산소의 전류효율이 낮은 이유는 전극의 산화 때문이라는 것을 확인하였다. 학생실험 과학실천 교육 프로그램은 물의 전기분해 결과 용액의 pH가 반응 전과 달라지는 현상을 소재로 하였다. 이러한 현상의 원인을 분석하기 위해 전극, 전해질, 만능지시약 등 변인을 통제하며 실험을 수행하였다. 전기분해 후 용액이 산성인 이유는 연필 흑연 전극과 만능지시약의 산화에 의한 것이고, 염기성인 이유는 NO3-의 환원에 의한 것임을 확인하였다. 예상하지 않은 현상의 원인분석 결과를 기반으로 교과서에서 제시한 모델의 한계를 인식하고 모델의 변화성, 모델의 다중성, 모델링 과정 등을 경험할 수 있도록 프로그램을 구성하였다. 연구에 참여한 A 과학 영재학교 학생들 중, 온라인 과학실천 교육 프로그램에 참여한 학생들은 2학년 5명이었으며, 학생실험 과학실천 교육 프로그램에 참여한 학생들은 2학년 14명이었다. 온라인으로 진행된 과학실천 교육 프로그램은 일주일에 2시간씩 2주에 걸쳐 개인별로 수행하였으며, 학생실험 과학실천 교육 프로그램은 일주일에 2시간씩 3주에 걸쳐 모둠별로 운영하였다. 과학실천 교육 프로그램의 운영은 영재학교 화학 교사가 담당하였다. 학생들은 과학실천 교육 프로그램을 통해 복잡한 현상으로부터 개념이 도출되는 과정에서 과학자들의 탐구사고를 경험할 수 있었으며, MMK 인식수준을 향상할 수 있는 기회를 가질 수 있었다. 본 연구는 MMK에 대한 학생의 인식수준을 고려한 교수학습의 예를 제안한 것이다. 교사가 변칙현상을 밝히는 과정에서 경험한 것을 재구성하고, 단계별 모델링 과정 요소를 배치함으로써 과학실천 교육 프로그램을 개발하였다. 학생들이 자신만의 모델을 만드는 창의적 사고의 경험은 교과서 확인 실험에서 발견된 기대하지 않은 결과로부터 시작되었다. 즉, 새로운 모델의 생성은 기존 모델의 한계 인식으로부터 시작되었으며 학생들의 관점과 해석을 통해 다양한 모델생성으로 이어졌다. 또한 자료로부터 모델을 평가하고 수정하는 과정은 모델의 변화성과 모델링 과정에 대한 학생들의 이해를 도왔다. 더 나아가 개념 모델의 한계 인식은 보다 명확한 개념학습으로 이어졌다. 이에 학생들의 MMK 인식수준을 향상시킬 수 있도록 모델링 활동을 강조한 과학실천 교육 프로그램을 앞으로 더 많이 개발할 필요가 있다.

돌턴의 창의적 가설에 근거한 대기 조성에 관한 고등학교 학생들의 인식조사 연구

강원미 한국교원대학교 교육대학원 2016 국내석사

돌턴은 널리 알려진 기상학자이자 뉴턴의 자연철학에도 능통한 과학자였다. 뿐만 아니라 물질의 입자론을 발전시킨 대표적인 화학자이기도 하다. 따라서 지구과학, 물리, 화학 분야의 전문가로 세 분야를 다면적으로 융합 할 수 있는 역량을 갖추고 있었다. 이러한 역량을 토대로 돌턴은 높이에 따라 대기의 조성비가 일정하지 않고 달라질 것이라는 창의적인 가설을 제안하였다. 이것은 당시의 과학계에서는 받아들여지기 어려운 새로운 가설이었다. 지금도 지구과학 영역에서는 80km범위 아래에서는 건조 공기의 조성비가 일정한 균질권이라고 제시하고 있다. 이것은 여전히 공기를 화합물의 시각으로 접근하는 것이다. 하지만 물리의 뉴턴역학과 화학의 입자론적 사고를 바탕으로 했을 때 다양한 기체의 혼합물인 공기의 조성비가 높이에 상관없이 균일하다는 것은 받아들여지기 힘들다. 대기를 구성하고 있는 기체들의 질량이 다르고, 받는 중력이 달라진다면 높이에 따라 존재하는 대기의 조성비는 균일하지 않고 달라져야 할 것이다. 본 연구는 돌턴이 이러한 창의적인 가설을 제안할 수 있었던 배경에 기반을 두었다. 교과간 융합을 통해 학습자가 다양한 지식을 융합할 수 있도록 수업을 재구성한다면 과학자의 창의적인 사고과정을 유도할 수 있는지를 확인하고자 하였다. 먼저, 대기의 조성과 관련된 중학교 과학 교과서의 교과간 융합 실태를 분석하였다. 결과는 교과 내용의 구성은 융합적이지 않고, 물리, 화학, 지구과학 영역별로 분절되어 있음을 확인하였다. 또한 창의․인성 영역 및 과학사의 활용 부분도 대부분 읽기 자료로 제공되고 있을 뿐 창의적인 사고의 확장을 유도하지 못하고 있다. 과학자에 대한 내용도 인물에 대한 업적을 소개할 뿐 과학자의 창의적인 사고 과정을 담고 있지 않았다. 이러한 교과서의 기술형식은 학생들로 하여금 물리, 화학, 생물, 지구과학 영역의 분절적인 지식 습득을 조장하고, 융합 및 창의적인 사고로 확장시키지 못한다. 그렇다면 교과간 융합을 유도할 수 있도록 지식을 재구성하고, 과학자의 창의적인 사고를 경험할 수 있도록 수업 환경을 제공했을 때 학생들의 대기 조성에 관한 인식 변화는 유의미한 변화가 있는지를 설문을 통해 확인하였다. 설문 조사 결과 교실안과 1000km의 구간에서는 경험적인 요소를 판단의 근거로 삼는데 반해, 30km, 100km 구간에서는 학생들이 다양한 사고를 전개하였다. 각자의 선택에 타당한 이유를 제시하고, 재구성된 자료를 통해 창의적인 사고를 하는 등의 다양한 사례를 확인할 수 있었다. 특히, 100km 구간에서는 유의미한 인식 변화, 즉 돌턴과 같은 가설을 추론해 내는 학생들의 수가 증가하였다. 특히 지식이 고착화 되지 않은 고등학교 2학년 인문반, 고등학교 2학년 자연반 집단에서 많은 학생들이 화합물의 관점에서 혼합물의 관점으로 인식 변화가 일어났다. 따라서 연구의 결과는 대기를 구성하는 다양한 기체들의 질량에 대한 정보, 뉴턴의 만유인력 법칙, 높이에 따른 기압의 변화 등에 대한 자료나 규모에 대한 사고만으로도 학생들의 대기에 대한 창의적 사고가 일어날 수 있다는 것이다. 즉, 학생들의 창의적인 사고를 이끌어 내기 위해선 교과간 통합 사고를 유도하는 자료 제공이 매우 중요하다는 것이다. 교육과정 안에서 독립적으로 제시하는 자료들을 연결하여 하나의 현상을 설명하도록 하는 과정이 학생들을 창의적으로 사고하도록 유도하였다. 융합을 통해 창의적인 인재를 기르는 것이 최근 과학교육의 중요 목표이다. 따라서 물리, 화학, 생명과학, 지구과학 영역의 진정한 통합이 우선될 필요가 있다. 이 연구를 통해 이러한 공통 주제의 융합 자료 제공이 학생들의 창의적인 사고의 가능성을 보여주었다.

의미분석법을 이용한 융합과학 이수 고등학생들의 과학 영역별 이미지 변화 : 화학을 중심으로

이상미 한국교원대학교 교육대학교 2016 국내석사

본 연구의 목적은 융합과학을 이수한 학생들에게 나타나는 화학에 대한 이미지 변화를 확인하기 위한 것이다. 이를 위해 Osgood의 의미분석법을 활용하였으며, 과학의 각 영역에 대한 이미지를 측정할 수 있는 상반된 형용사쌍을 제시하여 피험자가 자신이 느끼는 정도에 따라 1~7점을 부여하는 설문 문항을 제작하였다. 설문 조사는 수원과 이천에 소재한 과학중점학교 2곳의 1학년 학생들 중 2015학년도 1학기에 융합과학을 집중이수한 학생 221명과 같은 기간동안 화학I 또는 생명과학I을 집중이수한 학생 229명을 대상으로 3월과 7월에 실시하여 이수 전후의 값을 비교하였다. 연구 결과 학생들이 갖고 있는 화학에 대한 이미지를 나타내는 형용사로는 ‘궁금하다’, ‘딱딱하다’, ‘좋다’, ‘재미있다’, ‘아름답다’, ‘필요하다’, ‘흥미롭다’, ‘위험하다’, ‘어렵다’, ‘전문적이다’, ‘복잡하다’, ‘현실적이다’, ‘막연하다’, ‘이론적이다’, ‘생소하다’, ‘넓다’, ‘무한하다’, ‘크다’가 있었다. 화학에 대한 선호 여부에 따른 이미지를 조사한 결과 ‘좋다’, ‘재미있다’, ‘아름답다’, ‘필요하다’, ‘흥미롭다’는 화학을 선호하는 학생들이 선택했고, ‘딱딱하다’, ‘위험하다’, ‘어렵다’, ‘복잡하다’, ‘막연하다’, ‘생소하다’, ‘크다’는 화학을 선호하지 않는 학생들이 선택하여 선호에 따른 형용사를 구분할 수 있었다. 동일한 학생들이 물리, 지구과학, 생명과학에 대해 갖고 있는 이미지를 조사하여 그 평균값을 화학과 비교해본 결과, 화학을 선호하는 학생들이 선택했던 형용사인 ‘좋다’, ‘재미있다’, ‘아름답다’, ‘필요하다’, ‘흥미롭다’, ‘크다’ 중에서 ‘흥미롭다’를 제외한 나머지 모든 형용사에 대해 화학은 다른 영역에 비해 평균값이 높지 않았다. 또한 화학을 선호하지 않는 학생들이 선택했던 형용사인 ‘딱딱하다’, ‘위험하다’, ‘어렵다’, ‘복잡하다’, ‘막연하다’, ‘생소하다’, ‘크다’ 중에서 ‘위험하다’, ‘복잡하다’, ‘생소하다’라는 3개 형용사에서 화학은 가장 낮은 평균값이 나타났다. 이를 통해 학생들은 물리, 생명과학, 지구과학에 비해 화학에 대해 상대적으로 비선호의 이미지를 갖고 있음을 알 수 있었다. ‘융합과학’을 이수하기 전과 후의 화학에 대한 이미지를 비교하였을 때 유의미한 차이는 확인할 수 없었다. 하지만, 같은 시기에 같은 교과를 이수한 동일한 학생들에게 물리와 지구과학에 대한 이미지는 긍정적인 변화가, 생명과학에 대해서는 부정적인 변화가 있었음을 확인하였다. 이러한 차이의 원인을 찾기 위해 융합과학 교과서의 학습 내용을 분석한 결과를 확인하였다. 단일분야로 다루어지는 학습 내용 중 화학 영역은 7%에 불과하며, 대부분의 화학 관련 학습 주제는 2~3개 분야가 융합된 형태로 다뤄지고 있다는 사실을 알 수 있었다. 또한 생명과학 영역의 학습 주제의 경우 생명과학 교과와 연계가 되지 않거나(29.5%), ‘생명과학II’ 교과와의 연계성이 높아(49.2%) 학생들의 학습 부담이 높았을 것으로 판단된다.

과학의 본성을 바탕으로 한 수업이 학생의 산 염기 개념 형성에 미치는 효과

선수형 한국교원대학교 교육대학원 2014 국내석사

이 연구에서는 고등학교 화학Ⅱ 교과서에 제시된 산 염기 개념에 관련된 가정과 전제조건을 학생들이 이해할 수 있도록 수업을 개발하고 그 교육적 효과를 평가 문항의 유형에 따라 분석하였다. 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 산 염기 개념과 관련된 가정이나 전제조건이 명시적으로 제시되지 않은 화학Ⅱ 교과의 전통적인 선행학습은 산 염기에 대한 학생들의 개념 형성에 별다른 교육적 효과를 주지 않았다. 단순히 주어진 문항의 정답을 찾는 데 있어서만 일부 효과가 있었을 뿐, 관련된 개념을 제대로 이해하고 그 이유까지 명확히 제시하는 학생은 없었다. 둘째, 이 연구에서는 과학의 본성을 바탕으로 산 염기 개념의 가정과 전제조건을 포함한 수업을 개발하였다. 교과서의 여러 단원에서 통일되지 않은 표현들로 흩어져 제시되고 있는 각각의 가정과 전제조건들을 학습자가 파악하여 이해하기 쉽도록 내용 전개의 흐름과 순서를 재구성하여 수업을 설계하였으며, 실험반에서는 이것이 과학지식의 형성 과정에 내재되어있는 중요 전제조건임을 명시적으로 강조하였다. 총 10차시의 수업 중에 실시한 6차례의 형성평가를 통해 산 염기 지식을 형성해 나가고 있는 학생들의 반응을 얻어 분석한 결과, Arrhenius의 전제조건과 Brønsted-Lowry의 전제조건을 의미 있게 학습한 실험반 학생들의 비율이 대조반 학생들의 비율보다 높게 나타났다. 이후 전제조건을 인지하고 있는 학생들이 산 염기의 정의, 강산의 정의, 중화반응, 중화점과 염의 가수 분해, 완충 용액 등의 개념을 이해하는 정도에 어떤 차이를 보이는지 실험반과 대조반의 응답 유형을 비교하여 분석한 결과, 모든 항목에 있어서 실험반 학생들의 개념 형성 비율이 뚜렷이 높게 나타났다. 특히, 학생들의 지식 형성 과정을 면밀히 살펴보기 위해 각기 다른 형성평가 문항을 통계적으로 교차 분석해본 결과, 실험반 학생들은 어떠한 상황의 질문에서도 자신들이 형성해가고 있는 산 염기 개념에 화학 평형의 가역적 사고를 꾸준히 반영하며 지식이 효과적으로 전이되고 있음을 보여주었다. 이러한 안정적인 반응을 보이는 학생은 9~11명 정도로 그 비율도 매우 높았다. 반면, 대조반의 경우에는 비록 화학 평형의 개념을 획득한 학생이라 할지라도 산 염기 개념의 이해 과정에서 화학 평형 관점의 가역적 사고를 일관되게 반영하지 못하는 등 다 문항간 응답 과정에서 자신들이 획득한 산 염기 개념에 안정성을 보이지 못했다. 이를 통해 과학의 본성 중 과학지식의 전제조건을 학생들에게 명시적으로 제시하며 강조한 수업은 학생들의 개념 형성 및 서로 다른 단원에서 형성된 지식의 전이에도 매우 긍정적인 효과가 있음 확인할 수 있었다. 셋째, 이 연구에서 개발한 수업의 교육적 효과를 알아보기 위해 학생들의 깊이 있는 사고력을 측정할 수 있는 서답형 평가 문항과 전통적인 선다형 문항을 동시에 투입하고 학생들의 반응을 분석하였다. 그 결과 실험반 학생들의 개념 이해 정도가 대조반 학생들보다 뚜렷하게 높아진 것으로 나타났으며, 설문 결과에서도 위와 같은 과학의 본성을 바탕으로 한 수업이 학생들의 과학수업에 대한 흥미도와 과학지식의 잠정성에 대한 인식 역시 높여준 것으로 나타났다.

스마트교육을 기반으로 한 과학과 융합(STEAM) 교재 개발 : 혼합물의 분리

강선미 한국교원대학교 교육대학원 2016 국내석사

본 연구의 목적은 스마트 교육을 기반으로 한 과학과 융합(STEAM) 스마트교재를 개발하고, 이를 수업에 적용하여 평가하고 수업의 효과를 분석하는데 있다. 연구의 목적을 달성하기 위한 연구내용은 첫째, 스마트 교육을 기반으로 한 2학년 과학 교과의 ‘Ⅴ. 물질의 특성’ 단원 중 소단원 ‘Ⅴ-2. 혼합물의 분리’ 단원을 중심으로 교수-학습 과정안을 개발한다. 둘째, 개발한 교수-학습 과정안을 토대로 저작도구를 이용하여 스마트교재를 개발한다. 셋째 개발한 스마트교재를 활용하여 수업을 실행한 후 수업을 평가 한다 이다. 연구 과정은 ADDIE 모형에 따라 분석, 설계, 개발, 실행, 평가의 5단계로 진행하였다. 분석 단계에서는 2009 개정 중학교 과학과 교육과정 해설서, 성취기준·성취수준 분석 및 ‘혼합물의 분리’ 단원 교과서 분석을 하였다. 설계 단계에서는 교수-학습 과정안을 구상하고 학습목표 및 수업과정을 설계하였다. 개발 단계에서는 단원의 내용 중 ‘밀도 차를 이용한 혼합물의 분리’, ‘끓는점 차를 이용한 혼합물의 분리’, ‘용해도 차를 이용한 혼합물의 분리’, ‘크로마토그래피를 이용한 혼합물의 분리’ 단원으로 각각 2차시씩 총 8차시 분량의 교수-학습 과정안과 STEAM활동지, 학습지를 개발하였으며 이중 4차시는 STEAM 활동으로 구성하였다. 개발한 교수-학습 과정안을 토대로 SDFPageMaker2를 이용하여 스마트교재를 개발 하였으며, 수업의 효과성을 알아보고자 사전·사후 설문지를 제작하였다. 실행단계에서는 교수-학습 과정안을 기반으로 만든 스마트교재를 수업에 적용하였으며 2015년 10월 19일부터 10월 30일까지 안산시 소재 남녀공학 Y중학교 2학년 각각 5학급을 대상으로 실험집단과 비교집단으로 나누어 1주일에 4차시씩 수업에 직접 활용하였다. 총 8차시의 수업을 실행한 후 사전·사후 설문을 실시하여 실험집단과 비교집단의 과학수업에 대한 흥미도 변화, 융합(STEAM) 수업에 대한 학생들의 태도변화, 교재에 대한 만족도 변화, 스마트 교육을 기반으로 한 수업에 대한 만족도를 알아보았다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 스마트교육을 기반으로 한 수업에서 과학수업에 대한 흥미도 변화(t값=-3.95, p<.01), 융합(STEAM) 수업에 대한 학생들의 태도 변화(t값=-3.94, p<.05), 교재에 대한 만족도 변화(t값=-12.8, p<.001)에서 모두 사전 점수와 사후 점수 간에 유의미한 차이를 보였으며, 스마트 교육을 기반으로 한 수업에 대한 만족도는 109명(61.3%)의 학생이 스마트교육을 통한 학습이 과학 공부에 많은 도움이 되었고, 학습이후 과학에 대한 흥미와 자신감이 향상되었다고 답하였다. 따라서 스마트 교육을 기반으로 한 과학과 융합(STEAM) 수업이 과학수업에 대한 흥미, 융합(STEAM) 수업에 대한 학생들의 태도, 스마트 교재에 대한 만족도, 스마트 교육을 기반으로 한 수업에 대한 만족도에 매우 긍정정인 영향을 미친 것으로 밝혀졌다.

Crosscutting Concepts 관점에서 본 묽은 용액 총괄성 모델 개발과 화학 교사 인식 변화

박주혜 한국교원대학교 대학원 2026 국내석사

Crosscutting Concepts 관점에서 본 묽은 용액 총 괄성 모델 개발과 화학 교사 인식 변화 박 주 혜 한국교원대학교 대학원 화학교육전공 (지도교수 백 성 혜) 본 연구는 묽은 용액의 총괄성을 이해하는 데 있어 기존의 엔탈피 중 심 설명이 갖는 한계를 보완하기 위하여 엔트로피 개념을 활용한 새로운 모델을 개발하고, 화학 교사들의 인식 변화를 탐색하고자 수행되었다. 묽 은 용액의 총괄성은 용질의 종류와 관계없이 용액의 몰랄농도에 비례하 는 성질을 나타내는 중요한 화학 개념이지만, 실제 수업 현장에서는 교 사들이 교과서에 제시된 설명 방식을 그대로 수용하거나, 묽은 용액의 총괄성이 용질의 종류와 무관하게 나타나는 근본적인 이유에는 충분히 주목하지 못하는 경향이 있었다. 이에 본 연구는 엔트로피가 자연 현상 의 방향성을 결정하는 핵심 개념이라는 점에 주목하여, 교사들이 묽은 용액의 총괄성으로 나타나는 삼투현상, 어는점내림, 끓는점오름을 엔트로 피를 활용하여 설명하고, 모델을 개발할 수 있도록 하였다. 연구 대상은 K 교육대학원 화학 교육 전공의 현직 화학 교사 23명으 로, 사전 설문–모델 개발–사후 설문으로 이어지는 단계별 절차를 거쳤 다. 사전 설문에서는 묽은 용액의 총괄성의 의미와 그 이유, 용질의 종류 와 상관없이 용액의 몰랄농도에만 비례하는 이유, 묽은 용액의 총괄성을 이해하기 위해 필요한 개념과 이유를 질문하고 탐색하여 교사들의 인식 유형을 파악하고, 이어서 각 교사들이 직접 묽은 용액의 총괄성으로 나 타나는 현상을 엔트로피를 이용하여 모델을 개발하도록 하였다. 개발한 모델에 대해서는 엔트로피를 포함한 여부, ‘Crosscutting Concepts’에 해 당하는 ‘Patterns’과 ‘Cause and effect’의 반영 여부를 중점적으로 분석 하였다. 사전·사후에서 설문을 모두 진행한 문항을 분석한 결과, 사전 설문에 서 엔트로피 개념을 도입한 교사는 23명 중 3명에 불과하였으나, 사후에 는 18명으로 증가하였다. 이는 교사들이 묽은 용액의 총괄성에 대한 설 명을 암기적으로 제시하던 수준에서 벗어나, 용질 입자가 엔트로피 변화 를 일으킨다는 과학적 근거를 통해 현상의 본질을 설명할 수 있게 되었 음을 의미한다. 특히 모델링 과정을 통해 ‘Crosscutting Concepts’의 관점에서 교사들 의 사고가 확장된 것이 두드러졌다. 교사들은 용질의 농도 증가에 따라 끓는점 오름과 어는점 내림이 일정한 패턴을 보인다는 점을 ‘Patterns’의 개념으로 인식하고, 이러한 현상이 엔트로피 변화라는 원인에 의해 발생 한다는 점을 ‘Cause and effect’로 연결하는 사고를 형성하였음을 알 수 있었다. 2022 개정 교육과정은 2015 개정과 달리 엔트로피 개념을 새롭게 포함 하고 있어, 이를 활용하면 묽은 용액의 총괄성을 보다 과학적이고 통합 적으로 설명할 수 있다. 이에 따라 교육과정 재구성을 통해 엔트로피 중 심의 수업 설계가 가능하도록 교사 교육을 강화해야 한다. 나아가 ‘Crosscutting Concepts’ 관점을 반영한 교육과정과 교과서 개발, 그리고 이에 대한 교사 교육프로그램을 개발할 필요가 있다. 본 연구는 2022 개정 교육과정이 도입됨에 따라 엔트로피 개념과 관련 된 교수‧학습 내용을 구체화하는 과정에 기초 자료로 활용될 수 있으며, 나아가 학생들이 묽은 용액의 총괄성을 올바르게 이해하고 과학적 개념 을 형성하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

예비 과학교사들의 탐구학습에 관한 인식 조사

유지연 한국교원대학교 대학원 2010 국내석사

이 연구에서는 과학 교육에서 탐구학습의 중요성에 비추어, 예비 과학교사들의 탐구학습에 관한 인식과 예비 교사 교육에 관하여 조사하였다. 이를 위해 충북 소재 대학교 물리·화학·생물·지구과학 교육 전공 1~4학년 195명을 연구대상으로 선정하였고, 검사지 문항에 대한 객·주관식 답변을 토대로 분석한 자료와 예비 과학교사들에 대한 면담을 녹음하여 얻은 전사 자료를 활용하였다. 연구 결과, 예비 과학교사들의 탐구학습에 관한 정의는 다양하였으며, 이것은 학자마다 탐구와 탐구학습을 다양하게 정의한 것과 비슷한 양상이었다. 현재 과학교육에서 탐구학습의 비중이 30%라는 의견이 많았으며 주로 간단한 실험이나 확인 실험을 한 경험을 바탕으로 응답하였다. 탐구학습의 장점으로는 고등정신 능력의 신장, 단점으로는 많은 시간과 노력이 필요하다는 것을 지적 하였다. 예비 과학교사들은 탐구와 탐구학습의 중요성은 인식하고 있었으나, 현행 교과서에 제시된 내용구성은 과학학습을 탐구적으로 하기에 적절하지 못한 것으로 생각하고 있었다. 탐구 학습에서 중요하게 고려할 사항으로는 과학에 대한 흥미나 호기심 유발, 과학 지식의 습득을 들어 탐구를 동기 유발 차원으로 보거나 과학 지식 습득을 위한 방법의 차원으로 인식하고 있었다. 예비 과학교사들은 교과서의 내용이 불충분하거나 내용 구성이 적절하지 못하다고 생각할 때 교과서를 재구성하여 사용하겠다고 응답하였다. 대부분의 예비 과학교사들은 주로 분단별 탐구실험을 선호하였으며, 실험 결과뿐만 아니라 과정도 함께 평가하겠다고 했으나 구체적인 탐구 수업 과정을 개발하는 능력은 미흡한 것으로 나타났다. 탐구 학습의 가장 큰 저해 요인으로는 탐구수업 보조 자료의 체계적인 개발과 보급의 부족, 대학 입학 전형 제도, 교사들의 탐구학습에 대한 인식 부족, 탐구학습의 필요성 거부, 학생들의 탐구학습에 대한 부정적 인식 등을 들었다. 예비 과학교사들은 학부 1학년 때부터 탐구와 탐구 과정, 탐구학습 방법 등에 대해 배우고 있어 탐구의 중요성을 일찍이 인식할 수 있는 계기가 되었으나 현장에 나갔을 때 실제적으로 도움이 되는 강의를 원하였다. 즉, 예비 과학교사들은 이론뿐만 아니라 직접 탐구학습을 진행해 볼 수 있는 강의, 탐구수업을 진행하는 방법 등에 대한 강의가 필요하다고 생각하였다. In this research, as the importance of inquiry learning in science education is being magnified, it tries to analyze education for pre-teachers and the recognition on inquiry learning of pre-service science teachers. To analyze this, from 1st grade to 4th grade 195 the University students who major in physics, chemistry, biology, or earth science in Chung-buk were selected. Analysis data based on multiple choice and short-answer responses of questionnaires and interview materials transcribed the response contents of pre-service science teachers were used. The result of this study was that pre-service science teachers’ definitions about inquiry learning showed as various forms similar to each scholars’ various definitions on inquiry and inquiry learning. In current science education, respondents answered that importance of inquiry learning appeared by 30%, and those responses were based on simple experiments or checking experiences in their middle or high school days. At the most high rate responses of advantages of inquiry learning were developments of high level mental, and those of shortcoming were necessities of many time and efforts. In other words, pre-service science teachers recognized the importance of inquiry and inquiry learning, but they thought the contents compositions presented in current textbooks were not suitable for enquiring science learning. Consideration factors to inquiry learning were triggering interest or curiosity and acquiring science knowledge, they said. So, the respondents recognized that inquiry just had a function of triggering motivation or a vehicle for acquiring science knowledge. Also, they expressed their opinions, if some factors were defected in textbooks, or the constituents were in wrong order, they would reconstruct the contents. Most pre-service science teachers presented the evaluation should be included each groups’ inquiry experiments and not only results but also processes, though their ability to develop concrete lesson processes left much to be desired. Besides, they mentioned most marked hindrance factor of inquiry learning was the shortage of supply and systematic development of inquiry learning support materials, the system of admission to the college, lack awareness about teachers’ inquiry learning, denials the necessity of inquiry learning, students’ negative cognition on inquiry learning, and so on. Pre-service science teachers wanted helpful lectures for current school class because they studied inquiry, inquiry process, and inquiry learning method since their first grade in university, so they already recognized the importance of inquiry. That is, they thought not only the theory but also the lecture which enable to do directive inquiry learning and to know processing method of inquiry were needed to them.