이 연구는 예비교사들이 스마트 기기를 활용한 지구과학 대기와 천문 단원 수업 사례를 분석하였다. 2017년부터 2019년까지 3년간 총 128개의 수업을 분석하여, 지구과학 수업에서 스마트 기기의 활용 형태와 특징을 살펴보았다. 또한, 스마트 기기를 활용한 지구과학 수업 실행을 분석하여 수업 모형이나 수업 전략 속에서 스마트 기기의 역할을 살펴보았다. 연구 결과에 따르면, 대기와 천문 영역의 지구과학 수업 중에 스마트 기기로 맞춤형 수업 자원을 제공하고 활동 결과나 정신 모형을 공유할 수 있게 해주었다. 또한 스마트 기기가 가상공간에서 간접 관측과 관점 전환을 이해를 위한 영상 장치 대용으로도 사용되었다. 스마트 기기를 학생들의 정신 모형을 표현하는 용도로 사용하여 학생들의 선개념 확인이나 모형 형성에 도구로 사용하고 있었다. 수업 실행 분석을 통하여, POE 수업 모형에서 예측하기와 관찰하기에 유용하게 사용되었다. 또한 과모사구를 비롯한 모형 기반 학습에서 모형을 형성하고 평가하고 수정하는 전 과정에 사용되었다.

이 연구의 목적은 초등학생과 초등교사의 과학에 대한 인식론적 신념을 분석하여 그들의 과학의 목적, 과학 지식의 변화 가능성, 과학 지식의 근원, 과학에서의 실험의 역할에 대한 인식론적 신념의 특징을 알아보고자 하는 것이다. 본 연구의 대상은 S 시에 위치한 K 초등학교 4~6학년 학생 99명과 같은 지역에 근무하는 초등교사 47명이다. 과학에 대한 인식론적 신념을 검사하기 위한 도구로 Elder(1999)가 그의 연구에서 제시한 과학에 대한 인식론적 신념을 구성하는 요소로 이루어진 검사지를 번안하여 사용하였다. 설문지 응답을 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 과학의 목적에 대한 인식론적 신념은 초등학생은 활동 중심으로 보는 반면, 초등교사는 세련된 인식론적 신념을 가지고 있었다. 둘째, 과학 지식의 변화 가능성과 과학에서의 실험의 역할에 대한 인식론적 신념을 분석한 결과, 초등학생과 초등교사 모두 세련된 인식론적 신념 가지고 있었다. 셋째, 과학 지식의 근원에 대한 신념은 초등학생이 교사보다 더 세련된 인식론적 신념을 갖고 있었다.

좋은 질문을 생성하고 이에 대한 해답을 탐구하는 것은 과학적 탐구의 출발점이자, 학습에 있어서도 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 학생들의 질문생성과 이를 중심으로 진행된 수업, 동료학생들의 질문에 대한 평가를 결합한 수업방식을 적용하여, 질문기반 교수법 적용의 교육적 효과성, 학습자 만족도를 분석하였다. 연구결과 학습자들의 동료평가 획득점수는 학기말 학업성취도와 유의한 정적 상관관계(r > .75)가 존재함을 확인하였다. 반면 동료평가 수행의 성실도와 학업성취도 사이에는 일관된 상관성을 발견하지 못하였다. 질문기반 교수법의 진행에 따라 학습자 생성질문의 수준은 지식과 이해와 같은 낮은 수준의 질문에서 종합 및 평가와 같은 높은 수준의 질문으로 발전하는 양상을 보였으나, 학습주제의 특성이 질문수준에 영향을 미침을 확인하였다. 질문기반 교수법에 대한 학습자 대부분은 학습의 효과성과 수업참여도 증가에 있어서 만족스러운 경험이었으나 동료평가의 신뢰성과 학습주제에 대한 구체적인 안내 등의 개선이 필요한 것으로 인식하고 있었다. 이러한 연구결과는 과학교육에 있어서 질문기반 교수법이 효과적임을 재확인하는 한편, 수업의 맥락과 상황에 따라 질문기반 교수법의 정교한 적용이 필요함을 제시한다.

본 연구에서는 대학생들의 유전 개념을 파악하고 학생들의 사전 학습경험에 따른 개념 이해도 차이를 분석하였다. 유전 개념을 조사하기 위하여 미국과학진흥협회(American Association for the Advancement of Science, AAAS)에서 개발한 다섯 개의 Key idea로 구성된 유전 개념 검사도구를 선정하였다. 먼저 검사 도구의 문항 내용과 2009 개정 과학과 교육과정의 생명과학 I, II 과목의 성취기준 내용 간 관련성을 분석하였다. 경기도 소재 한 대학교에 재학 중인 대학생 84명에게 유전 개념 검사 도구를 배포하고 결과를 수집한 후, 문항별 응답률과 생명과학 I, II 과목 선택 여부에 따른 응답률 차이를 분석하였다. 연구 결과 학생들은 DNA, 염색체, 무성생식과 유성생식, 단백질, 유전정보의 역할에 대하여 다양한 오개념을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 검사 문항과 교육과정 성취기준과의 관련성을 분석한 결과, 네 개의 Key idea가 교육과정에서 전체 혹은 부분적으로 다루어지고 있음을 확인할 수 있었으며 그중 세 개의 Key idea에서 생명과학 I, II 과목 선택 여부에 따라 평균 점수에 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다(p < .01). 연구 결과를 토대로 대학의 기초 과학교육과정의 개발과 실행을 위한 교수학적 시사점을 도출하였다.

본 연구의 목적은 2015 개정 교육과정 통합과학 및 과학탐구실험 과목의 수행평가 채점기준에 반영된 과학과 핵심역량을 분석하여 현장에서 진행되는 수행평가를 진단하고, 수행평가의 나아갈 바람직한 방향에 대해 시사점을 제안하기 위한 것이다. 이를 위하여 경기도 소재 10개교의 통합과학 및 과학탐구실험 과목의 수행평가 채점기준에 반영된 과학과 핵심역량과 그 하위항목을 분석하여 과목별, 단원별, 학교별, 수행평가 유형별 차이를 알아보았다. 연구 결과는 다음과 같다. 통합과학 수행평가 채점기준에는 핵심역량이 과학적 사고력, 과학적 의사소통능력, 과학적 탐구능력 순으로 높게 나타났고 과학탐구실험 수행평가 채점기준에는 과학적 탐구능력, 과학적 사고력, 과학적 의사소통능력 순으로 높게 나타났다. 하위항목으로는 '논리적 사고하기' 항목이 통합과학, 과학탐구실험에서 모두 높게 나타났으며 '다양한 의사표현 방법 사용하기', '기초탐구기능을 통한 자료 수집하기'가 높게 나타났다. 수행평가 채점기준에 반영된 과학과 핵심역량의 분포가 학교별로 차이가 나타났다. 이는 개별 교사의 역량과 교사의 중요도 인식에 따른 균형 있는 핵심역량을 교육하는 것이 중요하며, 이를 위해서는 교사의 과학과 핵심역량에 대한 이해도가 필요함을 시사한다. 단원의 내용에 따라 수행평가 채점기준에 반영된 과학과 핵심역량 분포의 차이가 나타나고 있으며 과학탐구실험의 경우 핵심역량의 빈도 수가 2단원에 치우쳐 있었다. 이는 교과서의 탐구활동에 나타난 핵심역량의 분포와도 비슷한 경향을 보이므로 교사가 교육과정을 재구성할 때 교과서의 탐구활동과 교육과정 성취기준의 핵심역량을 분석하여 부족한 부분을 보완한 수업과 평가계획을 수립할 필요가 있다.

본 연구에서는 '생명과학Ⅰ' 수업에서 독서활동을 적용하여 과학과 핵심역량에 미치는 영향을 알아보고 독서활동 수업에 대한 학생들의 인식을 조사하였다. 이를 위하여 G광역시 K여자고등학교에서 '생명과학Ⅰ'을 선택한 5개 학급 120명을 대상으로 총 10차시의 과학 독서활동 수업을 하였다. 과학 핵심역량 전체 검사 결과는 유의미하게 향상되었다. 과학과 핵심역량별 결과를 살펴보면, 과학적 사고력, 과학적 탐구능력, 과학적 문제해결력, 과학적 의사소통 능력이 향상되었다. 문항별로 살펴보면, 과학 독서활동 수업을 통해 논리적 근거를 들어 주장하는 능력, 과학적 증거를 찾는 능력, 과학 지식을 활용하는 능력이 향상되었다. 과학 독서활동 수업에 대한 학생들의 인식 조사 결과, 이전 과학 수업에 비해 흥미 있어 하였으며 과학을 공부하고 진로를 탐색하는 데 도움이 된다고 응답하였다. 그리고 앞으로의 수업과 독서의향에 대해서도 긍정적으로 응답하였다. '생명과학Ⅰ' 수업에서 독서활동을 적용한 결과, 학생들의 과학과 핵심역량이 향상되었고 학생들은 독서활동 수업에 대해 긍정적으로 인식하였다. 다양한 독서교육 방법과 독서전략을 모색하고, 과학 독서활동 수업을 이용하여 학생들의 적성과 진로를 탐색하는 방안을 모색할 필요가 있다.

아두이노(Arduino)는 중·고등학생들도 손쉽게 다양한 실험 장치를 직접 제작할 수 있도록 해주는 유용한 도구이다. 우리는 아두이노를 활용하여 초음파 송신기로부터 방출되는 음파를 스캔하여 공간에 형성된 음압을 정량적으로 측정할 수 있는 1차원 초음파 스캐너를 만들었다. 이 실험 장치를 활용하여 송신기로부터의 거리 및 방향에 따라 음압이 어떻게 변화하는지를 확인하고, 하나의 송신기가 형성하는 음파의 모양과 두 개의 송신기를 동시에 작동시켰을 때 나타나는 초음파 간섭무늬를 정량적으로 측정하고 물리 이론으로 설명하였다. 또한, 두 음원의 위상차에 의한 효과 및 반사에 의한 영향도 알아보았다. 이 초음파 간섭 실험 장치는 중등교육현장에서 음파의 물리적 특성 및 파동의 간섭 현상의 교육에 활용이 기대된다.

이 교육 자료에서는 콩즙 속에 많이 있는 요소가수분해효소를 활용한 다양한 탐구활동을 소개하는 것을 목적으로 한다. 콩즙 속 요소가수분해효소는 요소를 암모니아와 이산화 탄소로 분해하는 효소로서 현재 생명과학I의 배설 단원에 오줌 속 요소를 확인하는 실험으로 소개되어 있다. 요소가수분해효소를 활용한 실험은 배설 단원뿐만 아니라 효소와 관련된 다양한 개념을 탐구활동을 통해 학습하기에 적합하다. 이 효소는 헬리코박터균과 노벨상 등 다양한 과학 이야기와 관련이 있으며, 추론 활동을 통해 학생들의 과학핵심역량을 신장시키는 재미있는 활동이 될 수 있다. 이 교육 자료에서는 그 동안 학생들과 수행하였던 요소가수분해효소의 다양한 활동을 공유하면서, 이 실험이 가지는 의의를 이야기하고자 한다.