본 연구에서는 국내에서 발표된 핵심역량 관련 과학교육 연구 논문을 대상으로 연구 내용 및 연구 방법의 경향을 분석함으로써 어떤 분야의 연구가 많이 진행되고 있는지와 핵심역량이 국내 과학 교육에 어떤 방식으로 적용되려하고 있는지를 조사하고 리뷰하고자 하였다. 2008년에서 2019년까지 발표된 핵심역량 관련 과학교육 연구 81편을 수집하여 분석하였다. 최근 3년간 핵심역량 관련 과학교육 연구논문이 크게 증가하였다. 그 중 개발 및 적용 분야에 관한 연구가 가장 높은 비율을 차지하고 있으며 이론 분석, 실태 및 인식 조사, 프로그램의 효과 분석 연구 순으로 조사되었다. 연구방법 중 연구 설계에 있어서는 양적연구와 문헌연구가 혼합연구, 질적연구에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 연구 대상에 있어 예비 교사와 현장 교사를 대상으로 한 연구는 학생을 대상으로 한 연구에 비해 낮은 비율로 진행되었다. 자료 수집에 있어서는 설문지 및 검사지, 문헌 수집 방법을 가장 높은 비율로 사용하였다. 이러한 핵심역량 관련 과학교육에 대한 연구 경향 분석은 지금까지의 연구 동향 뿐 아니라 앞으로의 관련 연구에 대한 방향성도 함께 제공해줄 수 있는바, 다양한 관련 연구 자료들의 종합적인 분석, 역량별 성취 수준 및 핵심역량에 초점을 둔 교수학습 전략의 개발, 교사교육 지원, 핵심역량 평가 방안에 대한 연구 등의 필요성을 제시한다는 점에서 본 연구의 의의를 찾을 수 있다.

본 연구의 목적은 고교-대학 연계성 제고를 위해 고등학교 학생들의 교과목 선택권을 실질적으로 보장하는 방안을 탐구하려는 것이다. 이를 위해 총10명의 이공계열 학부 3, 4학년 및 대학원 재학생을 추천받아 초점집단 심층면담을 실시하였으며 대학전공 공부를 위한 고교 물리 선수과목 이수의 필요성, 대학 전공공부에 필요한 물리 선수과목을 고등학교에서 이수하지 않은 이유, 물리 선수과목 이수를 고등학교 후배들에게 권장할 의사, 대학전공 공부에 필요한 고교 물리 선수과목 이수를 보장하는 방안 등을 탐구하였다. 연구결과 물리 과목의 필요성은 인지하고 있으나, 현실적 이유로 인해 물리과목을 기피하고 있으며, 이를 개선하기 위해서 고등학교 교육과정 편성 · 운영 정상화 방안을 소수 선택과목 개설 보장, 과학Ⅱ 과목 내신 및 수능 성적 산출 방식 개선, 고교 필수선수과목에 대한 이공계열별 진로 안내, 과학교사의 수업전문성 및 진로지도 전문성 제고, 이공계열 전공공부에 필요한 필수선수과목 이수를 보장하기 위한 대입전형 시스템을 마련의 필요성 등을 제안하였다.

금속 원소의 불꽃 반응 실험은 화학교육에서 전통적으로 활용되어 온 실험 중 하나로서, 학생들의 흥미를 끌 수 있고 실험 절차가 복잡하지 않은 등의 장점을 지니고 있다. 하지만 학교 현장에서는 동일한 원소에 대하여 불꽃색이 다르게 인지되는 결과가 종종 발생하는 등 재현성의 문제가 제기되었고, 그 원인을 탐색하는 논의들이 이루어져 왔다. 본 연구에서는 실험 방법이나 현장에서의 수행에 문제를 제기하기보다는 불꽃색 관찰과 관계된 색의 인지 원리에 입각하여 이 문제를 고찰하고자 하였다. 구체적으로 Na 원소의 불꽃색 관찰 실험을 사례로 하여, 물질의 빛 방출 과정, 인간의 색상 인지 과정, 색상 분류 체계를 통합적으로 고찰함으로써 방출 스펙트럼의 세기와 인간의 시세포에서 감지하는 정도에 따라 인간이 인지하는 불꽃 반응색이 달라질 수 있음을 실증적으로 확인할 수 있었다. 이 연구를 통해 시각을 이용한 측정이 가지는 의미를 재확인할 수 있었고, 이 결과는 학교 현장에서 시각을 이용한 실험 관찰에서 결과를 해석할 때 교육적으로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 남북한 중학교 과학에서 빛에 관한 단원의 교과서 내용을 분석하였다. 연구 대상은 남한의 2015 개정 교육과정 <중학교 과학 1>과 북한의 2013년 제1차전반적12년제의무교육강령 <초급중학교 자연과학 1> 교과서이다. 연구결과는 다음과 같다. 내용면에서 남한은 빛과 파동을 한 단원에서 함께 다루고 있고 북한은 빛에 관한 내용만 제시되어 있다. 물체를 보는 과정, 색 합성, 빛의 반사와 굴절에 관한 내용은 남한과 북한에 공통적으로 나타나 있다. 남한은 과학 개념에 따라 논리적으로 구성된 데에 비해 북한은 생활에서의 영향과 이용의 측면에서 주제가 구성되어 있다는 데에는 차이가 있다. 구성면에서 남한과 북한은 단원의 도입, 내용의 전개, 단원 마무리 전개로 비교적 유사하였으나 북한 교과서에는 단원의 도입에 김정일 교시가 나타나고, 토론 활동이 강조되고 있다는 특징이 있다. 용어면에서 색갈, 색빛, 빛선 등 빛에 대한 단어가 남한과는 다르게 사용됨을 알 수 있다.

본 연구에서는 텍스트 네트워크 분석 기법을 활용하여 과학교육분야에서 태도를 주제로 다루는 연구들의 동향을 분석하고 하위 키워드의 의미구조를 파악하고자 하였다. 이를 위하여 7차 교육과정 고시 시기인 1997년부터 2019년 6월까지 제목이나 키워드에 태도를 포함하고 있는 국내 학술논문 578편에 포함되어 있는 2,498개의 키워드를 분석대상으로 하였다. 주요 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 태도에 관한 연구는 주로 과학적 태도, 과학에 대한 태도, 과학 관련 태도를 중심으로 진행되었으며 융합인재교육, 과학 탐구능력, 과학영재, 초등학생 등의 키워드와 강한 링크가 나타난다. 둘째, 태도에 관련한 8개의 키워드가 확인 되었으며 그 중 과학적 태도에 대한 연구가 가장 다양한 분야에서 진행 되었다. 또한 과학적 태도, 과학에 대한 태도, 과학 관련 태도, 과학 태도의 네트워크를 구성하는 키워드 측면에서 유사성이 나타나는 것을 확인하였다. 셋째, 교육과정 시기에 따라 태도와 관련한 연구주제가 학업성취도 측면에서 행동적 능력을 중심으로 변화하는 경향이 나타났으며 교사 변인의 연구가 다양화 되고 있다. 이러한 결과를 바탕으로 과학교육에서 다양한 의미를 지니는 태도에 관련한 후속 연구를 제안하였다.

본 연구는 고등학교 교육 현장에서 학생들의 심미적 감성 역량을 함양할 수 있는 탐구 활동 프로그램을 개발하고 이의 효과를 확인하는 데 목적이 있다. 기존의 감성 역량 함양을 위해 개발된 프로그램을 분석하여 '압화를 이용한 시화 제작'을 주제로 선별하고 총 6차시 분량의 과학-예술 융합 STEAM 교육 프로그램을 개발하였다. 개발 프로그램은 '교정의 식물 알기', '압화 드로잉 하기', '시화 완성하고 감상하기'의 소주제로 구성된다. 서울시 소재 Y고등학교 1, 2학년으로 구성된 생명과학 동아리 학생 26명을 대상으로 개발된 프로그램을 시범 적용하였다. 프로그램은 참여 학생과 동료 과학교사로부터 설문지를 통하여 평가를 받았다. 프로그램에 대한 효과를 확인하기 위하여 참여 학생을 대상으로 설문과 인터뷰를 실시한 결과 생명과학에 대한 학생들의 흥미 유발과 심미적 감성 역량 함양에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다

이 실행 연구의 목적은 나의 물리 수업에서 교실평가 개선 방안을 탐색하기 위해서이다. 이러한 목적 달성을 위해 학생설문으로부터 얻은 정보를 기반으로 나의 교실평가의 문제점들을 조사해 '중요 실천 과제'를 다듬어 갔다. 이 중 '서술형 평가에서 나와 학생의 채점 불일치 원인은 무엇인가?'라는 과제 해결을 위해 나의 물리1 수업을 듣는 193명의 학생들과 채점 기준을 공유하며 채점 기준을 개선하였다. 또한, 개선된 채점 기준을 이용해 학생 답안을 재채점해 나와 학생의 불일치 원인들을 분석하였다. 이러한 교실평가 활동을 통해 찾은 불일치 원인은 다음과 같다. 첫째, 채점 기준에 대한 학생들의 낮은 이해 수준, 둘째, 교수 방법에 일치하는 평가가 미흡한 점, 셋째, 학생 답안에 대한 나의 해석의 어려움으로 나타났다. 나는 이러한 활동에 대한 반성을 위해 손원숙 등(2015)이 제시한 질 높은 교실평가를 위해 고려해야 할 요소들에 비추어 반성해보고 이를 교육 전문가와 멘토 교사들에게 검토를 받았다. 개선된 채점 기준은 다음 해부터 수업에 적용되었고 2018년 중간고사에서 서술형 한 문항을 제작할 때도 사용하였다. 앞으로 나와 학생들이 함께 성장할 수 있는 물리 수업을 만들 수 있는 실행 연구가 계속 이루어지길 바란다.

학생의 과학적 탐구 능력은 학교 실험 활동을 통해서 효과적으로 달성될 수 있으므로 교과서는 실험 활동을 체계적으로 제시할 필요가 있다. 교과서는 교육과정 개정에 따라 그 내용이 재구성되는 만큼, 교육과정 개정에 따라 교과서의 실험 제시 방식이 어떻게 변화하는 지를 살펴보는 것은 중요하다. 따라서 본 연구에서는 7차, 2009, 2015 개정 교육과정에 따라 16개 교과서의 반응속도 측정 실험과 전기분해 실험 제시 방식이 어떻게 변화하였는지를 개방도 수준, 실험 목표, 실험 과정, 실험 결과 관점에서 분석하였다. 분석 결과, 첫째, 실험의 개방도 수준은 교육과정 개정의 과정에서 두 실험 모두 제 0수준, 또는 제 1수준을 나타내는데, 실험 수업이 이루어지는 장소가 학교 현장이라는 점을 고려할 때 이는 적절한 것으로 판단된다. 둘째, 실험 과정에서 안전 관련 유의점의 제시 횟수는 교육과정 개정에 따라 크게 증가하나, 기술 관련 지시는 증가폭이 적은 것으로 나타났고, 반응속도 측정 실험에서는 정량적인 방법이, 전기분해 실험에서는 정성적인 방법이 주를 이루는 것으로 나타나 학생들에게 다양한 탐구 경험을 제공하지 못할 것으로 판단된다. 마지막으로 실험 결과에서 실험 종료 후 정리 및 토의하는 과정이 포함된 비율이 모든 교과서에서 0.5 이하로 나타나, 학생들로 하여금 과학적 사고력을 향상시키는 데 한계가 있을 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 실험 과정을 제시할 때 실험 기법 등 유용한 도움말을 제공할 필요가 있음을, 정량 및 정성적 실험 방식을 균형 있게 제시할 필요가 있음을, 실험 결과 제시에서 실험 종료 후 토의하는 과정을 포함할 필요가 있음을 제언한다.

'스마트 교육'이라는 새로운 교육 패러다임의 등장으로 과학 교육에서도 스마트 교육을 효과적으로 접목하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 과학교육에서 진정한 스마트 교육이 이루어지기 위해서는 단순히 스마트 기기를 이용만 하는 것이 아니라 스마트 기기와 과학 교과 요소를 의미 있게 연결해야 한다. 따라서 본 연구에서는 국내외 선행 연구에 제시된 모바일 애플리케이션을 활용하는 과학 수업 사례를 살펴보면서 과학 수업의 맥락에서 모바일 애플리케이션이 어떠한 기능으로 활용되는지를 분석했다. 연구 결과, 과학 탐구 도구 측면에서 국내 문헌은 '관찰', '측정', 국외 문헌은 '관찰'이 두드러지게 많았으며, 학습 활동 도구 측면에서 국내 문헌은 '상호작용', '자료 정리', 국외 문헌은 '자료 정리'가 가장 많이 나타났다. 연구 결과를 바탕으로 과학 교육에서의 스마트 기기 활용에 대한 시사점을 얻을 수 있었으며, 스마트 기기를 활용한 과학 수업의 활성화에 도움이 될 것이라 기대된다.

본 연구에서는 7차 교육과정과 2015 개정 교육과정의 고등학교 교과인 「생활과 과학」의 내용을 교육과정과 교과서를 통해 알아보았다. 7차와 2015 개정 교육과정에서 「생활과 과학」은 10학년의 공통과정을 이수한 후에 배우게 되는 선택과목으로, 교과 내용에서는 두 시기 모두 4개의 영역으로 구성되어 있었고 동일한 명칭의 영역으로 '건강한 생활'과 '편리한 생활'이 있었다. 동일한 영역명을 가지더라도 교육과정 시기에 따라 교과 내용이 달랐으며 그 당시의 사회적 관심도가 높은 소재로 내용이 구성되어 있었다. 교과서는 교육과정의 주제 또는 핵심개념을 따라 중단원이 구성되었고 성취기준을 반영하여 소단원이 구성되어 있었다. 탐구활동은 7차 교육과정 시기가 2015 개정 교육과정 시기에 비해 2배 정도 많았으며 실험, 토의, 조사, 자료해석이 모두 고른 비중이었고, 2015 개정 교육과정 시기에는 조사 활동이 많았다.