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Strand 1. Science Teaching and Learning (과학교수학습)

Exploring Utilization of Gestures Used by Middle School Students on a Geological Field Trip

Yoon-sung Choi(Seoul National University)

The purpose of this study was to shed light on students’ gestures during a learning in geological field trip. Previous research on gestures has focused on understanding human development and exploring students’ gestures can be helpful in improving understanding of students’ communication in learning environments. The study included 10 middle school students agreed to participate. Students engaged in geological field trip : focused on understanding how volcanic lava flow contributed to the formation of a river. Hermeneutic perspective can be useful to understand students’ interaction by using gesture. Using hermeneutics to interpret meaning from student gestures. We categorized three types of gestures : Deictic gesture, Imageable gesture, and Depictive gesture. We served two different kinds of gestures’ characteristics. One thing is a social communication purpose (explaining, asking, insisting, and giving evidence) and the other is a science communication purpose (visualization and temporal or spatial). Three types and two kind of characteristics of gestures are to elucidate the purpose or meaning to helping facilitate students' communication. Researchers offer implications about the role of gestures for helping learners communicate geoscience content and about the potential for gestures to be used by educators as an instructional resource for learners. Our research supports gestures provides an independent indicator for communication in the context of learning environment.


Study on the Application of Science Class Programs using the Smart Devices and Perception of Students and Pre-Teachers

Eun-Ji Kim (Jeonbuk National University), Hyun-Kyung Kim (Jeonbuk National University)

The purpose of this study is to investigate the effect of science class program using AR and VR on the class participation, scientific attitudes and motivation of students in the middle school. After developing the program with the contents of ‘The Composition of Matter’ and ‘The Heat and Our life’ in the middle school, we applied it to students. We analyzed the scientific attitudes and interests of the students through questionnaires and their perceptions of classes using smart devices. In addition, a survey was conducted on pre-teachers to investigate and analyze the perception of programs and classes using smart devices. As a result, both students and pre-teachers were positive in that programs and classes using smart devices can induce learning motivation and interest. On the other hand, it was pointed out that the low quality App, poor student concentration, and lack of infra for smart devices were disadvantages. In addition, pre-teachers lack confidence and information about smart devices programs, but they recognize the need of classes using smart devices for students and education for them. Based on this, it obtained suggestions on the preparation of facilities and equipments in schools for future education, development of chemistry-related contents, development of programs and teaching and learning materials using smart devices, and education for pre-teachers.


Investigating the Improvement of Concept and Inquiry Activities in Elementary school Science Textbook of the 2015 revised curriculum – Focused on Earth Science Section

Hyundong Lee(Daegu National University of Education)

The purpose of this study is to suggest improvement of the science concepts and inquiry activities presented in the earth science section in the 2015 revised curriculum elementary science textbooks. For the study, 2-science educator and 3-elementary school teachers developed a survey questionnaire to investigate science concepts, inquiry activities, and suggest improvements. The survey was conducted 2-times, and 30-elementary school teachers and 3-earth science professors(geology, meteorology, astronomy) participated in the survey. As a result, it was investigated that 8-concepts in the solid section, 3-concepts in the fluid section, and 1-concept in universe and integration section contained misconceptions. And it was investigated that the content of inquiry activity needs to be supplemented, with 7-elements in solid section, 3-elements in fluid section, and 1-in the universe and integration section. According to the research results, if the textbook is revised, it is necessary to accurately confirm the science concepts or content of inquiry activities. Also in the case of science concepts presented in textbooks, it will be necessary to consider not only the scope and sequence of contents but also the process of learning progression.


예비 화학교사들의 테크놀로지 활용 프로그램을 통한 수업 전문성 향상

정미선(한국교원대학교), 백성혜(한국교원대학교)

본 연구는 예비 교사의 테크놀로지를 활용하는 수업 프로그램을 계획하고 실행하는 과정을 통한 TPACK (Technological Pedagogical Contents Knowledge)의 향상을 목적으로 한다. 본 연구의 참가자는 충청도에 소재한 K대학교 화학교육과 3학년 20명, 4학년 2명이었다. 이 연구를 위하여 연구자는 중학교 과학 및 고등학교 통합과학의 화학 관련 단원의 교과서 현상과 모델(표상)을 분석하고 토론 및 피드백을 제시하는 수업을 진행하였다. 그리고 교생 실습 기간을 활용하여 실천 기반 교육 프로그램의 일환으로 테크놀로지 활용 프로그램을 적용한 교수학습을 학생들에게 시연한 후 그 교육적 성과에 대해 발표하고 설문을 통해 테크놀로지 활용의 수준을 분석하여 TPACK의 향상 정도를 파악하였다. 연구자들은 테크놀로지의 활용 수준에 따라 투명한 테크놀로지, User 테크놀로지, Maker 테크놀로지의 보여 주기, 조작 가능, 학생 구현(모델링) 등 5단계로 구분하였으며, 예비교사들은 실습 후 줌을 활용한 발표 과정에서 테크놀로지 활용 수준을 구분하였고 수업의 마무리 단계에서 설문을 통해 테크놀로지 활용 수업 프로그램에 대한 인식을 알아보았다.


초, 중, 고등학교 과학 수업에 적용한 거꾸로 하는 문제중심학습(FPBL) 프로그램의 효과성 분석

차희영(한국교원대학교), 간치멕(한국교원대학교), 이은민(호서대학교), 이나원(으뜸초등학교), 신경일(삼괴중학교), 박기석(충남삼성고등학교)

FPBL 모형은 거꾸로 학습(Flipped Learning, FL)과 문제중심학습(Problem based learning, PBL)을 접목하여 개발된 교수 학습 모형으로 2018년부터 한국교원대학교 창의교육거점센터에서 개발하여 국내에 확산시키고 있다. 두 개 이상의 학습 방법이 지니는 장점을 결합하여 적절히 활용함으로써 학습효과를 극대화하기 위한 학습 형태를 혼합형 학습(Blended Learning, 블랜디드 러닝)이라고 하는데, FPBL 모형은 이런 혼합형 학습을 위한 교수학습 방법 중 하나로 제안되었다. FPBL은 거꾸로 학습에 의한 수업단계로 두 번의 디딤영상 제공 단계를 포함하고 있으며, 문제중심학습 방법에 의한 수업단계로 문제인식, 가정찾기, 사실찾기, 학습과제정하기, 실천계획세우기 등의 11개 단계를 포함한 총 13 단계로 구성이 되어 있다. 이 연구는 FPBL 모형을 적용하여 초, 중, 고등학교 과학 교육 프로그램을 개발하고 2019년에 현장에 적용하여 만족도, 흥미도, 참여도를 알아 본 결과와 그에 대한 의미를 찾아 본 것이다. 개발된 초등학교 프로그램은 5학년용으로 참새소탕작전으로 인해 생태계가 파괴되어 쌀 수확량이 급격히 저하되어 굶어죽는 사람이 속출하는 가운데, 생태계의 위기를 극복하여 대기근을 해결하는 정책을 제안하는 수업이었다. 중학교 프로그램은 2학년용으로 음식 알러지가 있는 학생들의 문제를 해결하기 위한 학교급식 식단표를 마련하는 수업이었으며, 고등학교 프로그램은 3학년용으로 식물을 재배하며 직면할 수 있는 문제 상황들에 대한 해결책을 마련하며 농작물이 건강하게 자랄 수 있도록 방안을 마련하는 수업이었다. 현장 적용 결과, 초등학교 과학 수업 대한 학습자의 만족도, 흥미도, 참여도는 순서대로 초등학교 프로그램의 경우 4.28, 4.33, 4.35로 나타났고, 중학교는 4.56, 4.50, 4.61로 나타났으며, 고등학교는 4.00, 4.11, 4.28로 나타나 FPBL 프로그램이 비교적 학생들에게 학습만족도와 흥미도, 참여도에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 코로나19 감염병으로 인해 대면접촉이 제한된 세계적인 팬데믹 상황에서, 학습 결손을 방지하기 위해 최근 대안으로 떠오르고 있는 블렌디드 러닝 즉, 혼합형 학습 방법이 학교 현장에 필요하다. 이 연구 결과는 온·오프라인 혼합형 수업 모형인 FPBL이 이에 대한 하나의 대안될 수 있음을 알려준다.(이 연구는 2018-2020년 교육부와 한국과학창의재단의 '창의교육거점센터 지원사업'으로 수행됨.)

진화 텍스트 읽기 활동을 통한 생물 진화 인지 편향 분석 도구 개발

김단아(한국교원대학교), 차희영(한국교원대학교)

본 연구는 진화 텍스트를 읽는 과정에서 드러나는 인지 편향을 분석하기 위한 검사 도구를 개발하는데 그 목적이 있다. 인터넷의 발달로 검증되지 않은 텍스트가 쏟아지는 환경에서 다양한 진화 양상을 과학적으로 설명할 능력을 갖추어야 할 과학교사들에게 적용할 검사 도구다. 인지 편향은 빠른 사고 과정에서 드러나기 때문에 생물 진화에 관한 인지 편향을 검사하기 위해서, 생물 진화에 관한 텍스트 자료를 개발하고, 이를 읽는 동안 교사들이 나타내는 사고 발성과 인지 편향을 확인하기 위한 면담 계획서를 개발하였다. 생물 진화에 관한 인지 편향 분석 도구를 개발하기 위해 먼저 문헌 연구를 수행한 결과, 본질주의 편향, 의도성 편향, 목적론 편향 등이 진화 추론을 방해하는 인지 편향 요소라는 결론에 도달했고, 이와 같은 요소가 포함되어 편향되어 있는 설명이 나타나도록 텍스트 읽기 활동 자료를 개발했다. 분류군, 형질의 획득 및 손실 여부, 소재의 친숙도 등도 고려하여, 인간의 장장근 등을 포함하여 총 6가지의 생물 진화 형질을 대상으로 하였다. 개발된 진화 텍스트 읽기 검사도구는 생물 진화 교육 전문가 1인, 박사 1인, 석사과정 3인과 함께 수차례의 논의 과정을 통해 수정하고 최종 타당성을 검증하였으며, 읽기 활동 후 피험자의 진화 과정 설명에 포함된 인지 편향을 조사하기 위한 면담 계획서도 개발하여 타당도를 검증하였다. 개발된 분석 도구는 생물, 물리 전공 교사 각각 1명과 초등 교사 1명을 대상으로 예비 연구를 거쳐 완성했다. 이 과정에서 번역체 형식의 문장구조를 개선하였고, 비생물 전공자가 이해하기 어려운 설명을 삭제하였으며, 무관한 정보가 포함된 복잡한 그림도 핵심적인 사항만 포함된 단순한 그림으로 수정·보완하였다. 이 연구를 통하여 개발된 분석 도구는 과학교사의 생물 진화 인지 편향을 분석하는 데 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다.


중학교 과학교사의 진화수업에서 나타난 PCK 구성요소와 학생 개념 변화와의 관련성 사례연구

조은진(한국교원대학교), 차희영(한국교원대학교)

교과교육학지식(Pedagogical Content Knowledge, PCK)은 과학 교사의 전문성을 나타내는 지표로 인식되어 왔다. 본 연구는 중학교 현직 교사의 진화 수업에 대한 주제-특징적 PCK를 비교 분석하고, 이러한 차이가 수업 후 학생 개념 변화와 관련성이 있는지 탐색하는 것을 목적으로 수행하였다. 이를 위해 5년 이상의 교육경력을 가진 중학교 과학교사를 연구대상자로 선정하여 자연선택에 대한 개념 검사, 진화수용도 측정, PCK를 명시적으로 드러낼 수 있는 수업계획서, 진화와 관련된 수업 관찰 등의 자료를 수집하였다. 수집한 자료는 PCK의 구성요소인 교과 내용 지식, 교육 과정 지식, 학습자에 대한 지식, 교수 전략 지식, 평가지식 관점에서 분석하였다. 또한 학생 개념 변화를 확인하기 위해 연구 참여 교사의 수업에 참여했던 학생들에게 수업 전과 후에 진화 개념검사를 실시하여 자료를 수집하고 분석하였다. 연구 결과 첫째, 진화 라는 동일 수업 주제에 대하여 중학교 과학교사들의 PCK는 구성 요소에 따라 차이가 있었다. 그 차이는 과학교사의 대학교 전공의 차이에서 기인되기 보다는 교사가 해당 주제에 대한 명료하고 정확한 개념을 가지고 있는지 여부와 주제에 대한 개인적인 관심 및 노력의 영향인 것으로 나타났다. 둘째, PCK 구성요소의 차이는 수업 후 학생 개념 변화에 영향을 주는 것으로 나타났다. 교사가 수업 전에 학생들에게 형성되어 있는 특정 오개념을 인지하고 이를 고려한 수업 전략을 세움으로서, 수업 후 학생 개념 변화에 영향을 주었다. 또한, 교사나 학생이 가지고 있는 오개념이 수업 중에 반복적으로 드러내 짐으로써 수업 후 학생 개념 변화에 영향을 준 것으로 나타났다. 이와 같은 연구 결과는 예비교사와 현직교사의 교사 교육 프로그램 개발 및 적용에 활용될 수 있으므로, 교사들은 진화를 주제로 한 수업을 개선할 수 있으며, 오개념이 많은 진화에 대한 과학적 개념 형성이 학생들에게 가능해 질 것으로 기대한다.

혼란스러운 과학 현상에 관한 과학적 정보 제공이 고등학생들의 탐구 주제 설정에 미치는 영향

박철규(서울대학교), 홍훈기(서울대학교)

이번 연구에서는 과학적 정보 제공 여부가 혼란스러운 과학 현상을 관찰한 고등학생들의 탐구 주제 설정에 어떤 영향을 미치는지를 조사하였다. 이를 위해 서울시 소재 일반 인문계 고등학교 2학년 학생 127명을 과학적 정보 제공 여부에 따라 A집단 (정보 미제공)과 B집단 (정보 제공) 등 2개 집단으로 구분한 후, 약 45초짜리 ‘혼란스러운 과학 현상 동영상’을 20분간 반복하여 보여주었다. 이 영상은 수직으로 떨어지는 물줄기 가까이에 대전체를 가져다 댄 상태에서 다시 핸드폰을 대전체와 같은 방향으로 가져다 댔을 때 물줄기의 휨이 줄어듦을 보여주는 영상이었다. 학생들은 이 영상을 보는 동안, 영상과 관련하여 자신이 수행하고 싶은 실험주제와 방법을 활동지에 자유롭게 작성할 수 있었다. B집단의 활동지에는 A집단의 활동지와는 달리 혼란스러운 과학 현상에 관한 과학적 정보가 추가적으로 포함된 것이 특징이었다. 연구 결과, 학생들이 세운 탐구 주제는 ‘(현상의 이유를 밝히고자 하는) 이유 지향 탐구’와 ‘(현상의 이유보다는 자신이 하고 싶은) 호기심 지향 탐구’로 구분할 수 있었다. 그러나 탐구 지향에 대하여 집단 간 학생 수에 유의미한 차이는 없었다 (χ2(1)=1.510, p=.219). 다시 말해서, 과학적 정보를 제공한다고 해서 학생들이 현상의 이유를 탐구하고자 더 노력하지는 않았다. 그러나, B집단 활동지에 표현된 과학적 정보의 언급에 대해서는 집단 간 유의미한 차이가 있었다 (χ2(1)=8.319, p=.004). 즉, 과학적 정보를 제공받은 학생들은 탐구 주제 설정이 이러한 과학적 정보를 사용하는 경향이 있었다. 연구의 결과는 다음을 시사한다. 첫째, 과학적 정보를 제공하는 것이 반드시 이유 지향 탐구를 촉진하는 것은 아니다. 왜-질문 (why-question)에 답하는 것이 과학적 설명이며 학생들이 추구해야 할 과학탐구의 지향이라고 한다면, 단순히 정보만을 제공하는 것을 넘어 또 다른 전략이 필요함을 암시한다. 둘째, 학생들은 과학적 정보가 제공될 경우 제공된 정보에 유인되어 이후 탐구 과정을 수행한다. 이는 학생 탐구에 있어 교사가 정보를 제공하는 행위가 실질적으로 학생 탐구에 큰 영향을 끼칠 수 있다는 것을 암시하며, 특히 만약 교사가 창의적인 탐구를 지도하고자 한다면 적어도 초반에는 교사의 개입이 최대한 억제될 필요가 있음을 시사한다.


현직교사 및 예비교사의 물질의 상태에 관한 모델링 수준 파악 및 변화조사

남윤지(한국교원대학교), 백성혜(한국교원대학교)

본 연구는 물질의 상태에 대한 모델링 수업을 통해 화학교육 전공 대학원생들의 모델링 수준 파악하고 이들의 인식을 변화시키기 위한 교육을 15주차동안 실시하여 그 교육적 효과를 알아보고자 하였다. 본 연구 참가자는 충청도에 소재한 K대학교 화학교육과 대학원생 8명이었다. 이 연구를 위하여 연구대상자로부터 수업의 첫 단계(1-3주차)에서 물질의 상태를 표현하는 모델에 관한 초기 인식을 확인하였다. 그 후 물질의 상태에 관한 자신의 모델을 만들기 위하여 중학교 과학 및 고등학교 화학 관련 교과서의 물질의 상태와 관련된 단원을 분석하였다(4-6주차). 그리고 물질의 상태에 관한 모델의 특성을 고려하여 교과서 및 교육과정을 재구성하였다(7-11주차). 또한, 테크놀로지를 이용하여 자신이 생각한 물질의 상태에 관련된 모델을 표현해보고 이를 현상과 비교하면서 모델을 정교화하였다(12-14주차). 연구대상자들은 수업의 마무리 단계(15주차)에서 설문을 통해 물질의 상태에 관한 모델링 및 테크놀로지 활용한 모델링에 대한 인식을 알아보았다.

공감교육 프로그램 개발을 위한 공감 교육 요구 조사

동효관(한국교육과정평가원), 차조일(한국교육과정평가원)

공감은 사회적 환경에서 다양한 구성원들과 더불어 살아가기 위해 타인의 입장에서 생각해보고 타인의 마음을 느끼며 적절하게 반응하는 것으로 미래 사회의 인재가 갖추어야 할 기능, 태도 가치에 포함되는 요인으로 공감의 중요성이 강조되고 있다. 타인의 정서에 공명할 수 있는 공감 능력은 협력을 통한 문제해결이 중요시되는 미래 사회에 필요한 핵심역량과 관련이 깊다고 할 수 있으므로 공감 능력의 함양을 위해 학교 교육에도 공감 교육의 적용이 확산되고 지속될 필요가 있다. 공감 교육이 학교 현장에서 효과적이며 지속적으로 이루어지기 위해서는 학교 교육을 통해 지속적으로 이루어지는 교과 수업을 통해 공감 교육이 적용될 수 있도록 기반을 마련하고 체계적인 지원이 이루어져야 한다. 공감 교육이 체계적으로 이루어지기 위해서는 공감 교육을 실행하는 주체인 교사와 학생들이 가진 공감 교육에 대한 생각과 공감 교육에 대한 요구를 살펴볼 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 전국의 중학교 교사와 학생을 대상으로 한 표집 설문조사를 통해 공감 교육의 요구에 대해 분석하여 공감 교육의 체계적 실행을 위한 기초를 제공하고자 한다.


협력적 문제해결 중심(CoProC) 교수모델이 초등학생의 인성 역량에 미치는 영향

전재경(부산대학교), 박지훈(부산대학교), 김건우(부산대학교), 박지앵(부산대학교), 남정희(부산대학교)

이 연구는 인성 역량 함양을 위한 협력적 문제해결 중심 교수모델(Collaborative Problem-solving for Character Competence)을 초등학교 과학수업에 적용하여 초등학생의 인성 역량 변화와 교수모델의 효과를 분석하고 학교급에 따른 인성 역량 변화의 차이를 조사하는 것을 목적으로 한다. CoProC(Collaborative Problem-solving for Character Competence)은 중등 과학교육의 맥락에서 인성 역량을 강화하기 위해 개발된 교수모델이다. 초등학생을 대상으로 CoProC 프로그램을 적용하기 위하여 초등 과학교육의 맥락에서 구현할 수 있는 5개의 CoProC 프로그램을 개발하였고 초등 5학년 26명의 학생들이 CoProC 프로그램에 참여하였다. 분석을 위하여 사전-사후 인성 역량 검사를 실시하였고 학생들의 반성글쓰기를 수집, 분석하였다. 학교급에 따른 차이를 알아보기 위해 중, 고등학생을 대상으로 CoProC 프로그램을 적용한 이전 연구 결과와 비교하였다.


협력적 문제해결 중심 교수모델을 적용한 과학 수업 실행이 특성화고 학생들의 과학에 대한 정의적 영역 및 인성 역량에 미치는 영향

강시내(부산대학교), 박지훈(부산대학교), 남정희(부산대학교)

특성화 고등학교에서 과학교육은 학생들에게 미래 과학기술 사회를 살아가는데 필요한 과학적 소양의 함양, 전공 교과의 학습을 위한 기초학력을 위해 매우 필수적임에도 불구하고(윤희숙 외, 2011), 과학에 대한 흥미와 과학 수업 태도가 상대적으로 부정적이라고 알려졌다(이선주, 2015). 과학교육에 있어 학생들의 과학에 대한 흥미를 함양시키는 것은 그 자체만으로도 중요한 과학교육의 목표이지만(OECD, 2007), 특성화 고등학교에서는 그 중요도가 더 크다고 할 수 있다. 권정인 등(2017)이 개발한 협력적 문제해결 중심 교수모델에서 학생들은 준비, 문제해결, 평가의 3단계로 구성된 수업 과정을 통해 구성원들과 논의 과정을 거쳐 합의하며, 협력하여 과학적 지식을 도출하는 과정을 경험한다. 이 과정에서 학생들은 학급 친구들과 끊임없이 상호작용하며, 실제 과학자가 수행하는 것과 유사한 활동을 경험하게 되므로 흥미도와 같은 학생의 과학에 대한 정의적 영역에 긍정적으로 영향을 미칠 것으로 기대된다. 따라서 이 연구는 협력적 문제해결 중심 교수모델(CoProC)을 적용한 과학 수업 실행이 특성화고 학생들의 과학 교과에 대한 정의적 영역에 미치는 영향을 살펴보는 것을 목표로 한다. 이를 위해 광역시 소재 특성화 고등학교 2,3학년 화학공업과 3개 학급 총 62명 학생을 대상으로 협력적 문제해결 중심 교수모델(CoProC)에 기반한 과학 수업을 적용하고, 과학 교과에 대한 정의적 영역 검사지, 논의과정 전사본, 학생 활동지를 분석하였다. 동물실험, 드론, 유전자 맞춤형 아기, GMO 식품, 인공지능 총 5개 주제의 협력적 문제해결 중심 교수모델(CoProC)을 적용한 수업을 진행하였으며, 모든 수업의 동영상 녹화본과 각 모둠별 논의과정 녹음본을 수집하였다. 정의적 영역 검사는 김상달 등(2010), 문공주 등(2016)이 개발한 검사지를 연구 목적에 맞게 수정하여 사용하였다. 정의적 영역 검사지의 문항은 리커트 5점 척도로 이루어졌으며, 하위영역별 선택형 4~10문항으로 총 48문항으로 구성되었다. 현재 2학년은 CoProC 교수모델을 적용한 수업을 진행중이며 3학년은 5개 주제 총 10차시를 완료하였다. 협력적 문제해결 중심 교수모델(CoProC)을 적용한 수업에서 학생들의 과학 교과에 대한 정의적 영역이 향상 되었는지 확인하기 위해 사후 검사 결과를 공변량 분산 분석(ANCOVA)을 사용하여 분석하였다. 사전 검사 결과를 공변인으로 하여 공변량 분산 분석을 실시한 결과 실험집단이 비교집단보다 통계적으로 유의미하게 나타났다(F=1, *P<.05). 하위 항목에서는 과학에 대한 흥미와 즐거움(F=1, *P<.05), 과학에서 도구적 동기유발(F=1, *P<.05), 흥미의 일관성(F=1, ***P<.001), 과제집착력(F=1, *P<.05)에서 실험집단이 비교집단보다 통계적으로 유의미하게 높은 것으로 나타났다.

실제 데이터를 활용한 생명과학 수업이 고등학생의 데이터 리터러시와 그래프 능력에 미치는 효과

최유정(이화여자대학교), 임미연(이화여자대학교)

실시간으로 매우 많은 양의 데이터가 생성되는 시대를 맞이하게 되면서 필요한 데이터를 선별하거나 분석하고 활용할 수 있는 능력은 현대 시민으로서 갖추어야 할 필수적인 역량이 되었다. 과학교육에서 표나 그래프 등으로 빈번하게 다루어지는 과학적 데이터를 통해 데이터 리터러시 함양을 위한 수업에 대한 논의가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 실제 데이터를 활용한 생명과학 수업을 설계하여 고등학생들에게 적용한 후, 학생들의 데이터 리터러시 및 그래프 능력에 미치는 효과와 수업에 대한 인식을 알아보고자 하였다. 본 연구에는 서울 소재 K고등학교 2학년 4개 학급의 학생 71명이 참여하였으며, 정규 생명과학 수업 시간 10차시에 걸쳐 연구가 진행되었다. 수업 내용은 고등학교 2학년 생명과학Ⅰ ‘생태계와 상호 작용’ 단원으로 구성된다. 연구 참여 학생들은 사전 사후의 검사로써 데이터 리터러시 검사, 그래프 능력 검사를 수행하였으며, 수업 후에는 본 수업에 대한 인식을 조사하는 설문지에 응답하였다. 학생들이 수업 후에 제출한 활동지와 산출물을 함께 수집하여 본 수업의 효과와 인식에 대해 분석하였다. 본 발표에서는 실제 데이터를 활용한 생명과학 수업이 고등학생의 데이터 리터러시 및 그래프 능력에 미치는 효과와 수업의 인식에 대한 결과를 보고하고자 한다. 본 연구를 통해 얻은 결과는 미래에 강조되는 역량인 데이터 리터러시에 대해 과학교육에서의 연구 활성화를 위한 토대를 마련할 수 있을 것으로 기대된다.


초등 과학 우수 수업 동영상에 나타난 학생의 가설 검증 활동과 교사의 지도 행동 분석

배성수(청주교육대학교), 박상우(청주교육대학교)

본 연구에서는 초등 과학 우수 수업 동영상에 나타난 학생의 가설 검증 활동과 교사의 과학 탐구 수업 지도 행동의 특징을 분석하였다. 초등 과학 수업에서 나타날 수 있는 가설 검증 활동을 가설 세우기, 변인통제 실험 설계, 준비물 서술, 실험 순서의 구체화, 가설 검증의 판단, 규칙성 정리 및 과학적 설명 과정으로 구분하고 각 과정에서 교사의 지도 방식이 어떠한지를 관찰하기 위한 분석틀을 개발하였다. 이어 에듀넷에 공개된 초등 과학 우수 수업 동영상 중 과학적 가설 검증 활동이 적용되는 차시 수업 4종을 분석 대상으로 선정한 뒤, 초등 예비교사 3명이 교사의 지도 방식에 관한 분석틀을 바탕으로 우수 수업 동영상을 각각 분석하고 결과를 비교하였다. 연구 결과, 에듀넷 우수 수업 동영상에서 나타난 초등학교 가설 검증 활동과 교사의 지도 행동의 주요 특징은 다음과 같았다. 첫째, 교사는 학생의 가설, 변인통제 및 실험 설계, 결과 설명 등에 대한 질문이나 논평이 부족했으며 학생들 간의 토론을 적극적으로 유도하지 않았다. 둘째, 학생들이 개별로 또는 모둠 토의를 통해 자유롭게 가설을 세웠으나 결국 교사가 의도했던 가설로 통일하여 수업을 진행하였다. 셋째, 주로 조작변인을 찾게 하는데 중점을 두고 있었고 변인통제의 필요성, 가능한 많은 통제 변인의 탐색, 실험 계획의 적절성 등에 대해서는 언급하지도 학생간 토론을 유도하지도 않았다. 넷째, 실험 설계 내용과는 무관하게 실험 준비물을 미리 제시하고 있었으며 각 실험에 사용되지 않을 준비물은 제공하지 않았다. 다섯째, 학생들이 스스로 실험 순서와 유의점을 구체화하고 그 실험의 적절성을 설명하도록 지도하지 않았다. 여섯째, 수업에서 실험 결과와 가설을 비교하여 가설이 검증되었는지 학생 스스로 판단할 기회를 부여하지 않았다. 일곱째, 교사는 학생들이 실험 결과에서 발견한 규칙성을 스스로 정리하도록 발문하지 않았으며, 교사가 주도하여 내용을 정리하고 과학적으로 설명하려고 하였다. 결론적으로, 에듀넷에서 선정한 4개의 우수 수업 동영상에는 학생들이 참여하고 조작하는 실험 활동이 나타났으나, 학생들이 가설 검증과 변인통제 실험의 필요성을 인식하고 실험 과정에서 스스로 사고하고 가설을 검증하는 등의 탐구 활동은 일어나지 않았다. 이러한 수업 현상은 과학 탐구 수업이 가설 검증 과정의 표준 모형에 맞게 진행되어야 한다는 경직된 관점 때문인 것으로 판단되었다.

Strand 2. Science Curriculum and Assessment (과학교육과정 및 평가)

교육부 지정 과학중점학교의 시도교육청 이양에 따른 「미래형 과학중점학교 모델」 연구

노현아(전남대학교)손정우(경상대학교), 심규철(공주대학교), 이기영(강원대학교), 이봉우(단국대학교), 차정호(대구대학교), 최재혁(전남대학교), 김진희(숙명여자대학교), 한화정(공주대학교)

미래사회에서 요구하는 우수한 과학·수학 중심의 과학기술 인재를 양성하기 위해 일반계 고등학교에 추진한 과학중점학교의 지정 권한이 2020학년도 입학생부터 교육부에서 시도교육청으로 이양되었다. 이에 각 시도교육청별로 특성화된 과학중점학교의 운영이 가능해졌으며, 2022년부터 고교학점제의 전국고등학교 도입 등 교육과정 등의 변화에 따라 과학중점학교 운영 모델의 새로운 정립이 필요하다. 이에 본 연구에서는 과학중점학교의 새로운 방향 및 역할 설정을 위해 시도교육청 운영을 위한 미래형 과학중점학교 모델을 제안하고자 하였다. 이를 위해 과학중점학교의 성과를 재분석하고, 현재 시도교육청별로 특화된 운영방안을 분석하고, 과학중점학교에 거는 기대와 역할을 변화하는 교육환경의 관점에서 논의하였으며, 이를 ‘미래형 과학중점학교’라 하였다. 미래형 과학중점학교의 운영 방향을 정하고, 운영 방안을 도출하기 위하여, 본 연구에서는 현장 전문가(n=40) 및 과학교육 전문가(n=8)들을 대상으로 설문을 실시하여, 과학중점학교 지원연구단의 과학교육전문가 8인이 과학중점학교의 목표, 교육과정의 운영, 시설, 교사 전문성 신장 방안 및 지역 사회 역할이 포함된 ‘미래형 과학중점학교’ 모델을 제안하였다. 과학중점학교 지원연구단 및 과학중점학교 운영 경험이 있는 과학교육전문가에게 추가 면담을 실시하여 모델을 수정 보완하였다. 그 결과, 미래형 과학중점학교 모델은 ‘이공계 우수 인재양성’, ‘지역 특성 연계 인재양성’, ‘과학교육 내실화’를 목표로 기존의 과학중점학교의 교육과정의 핵심을 지키면서 심층적인 교육과정을 운영할 수 있도록 교육과정안을 제시하였다. 창의융합형 과학실과 온라인 플랫폼을 갖춘 지능형 과학실이나 가상체험실, 코딩교육실의 운영으로 지역 내 초·중·고 학생 및 교사들에게 양질의 과학교육을 제공할 수 있게 하고, 다양한 데이터 기반 과학교수 학습법과 관련된 전문성 신장을 위해 각 지역 교육청 과학교육연구원과 연계하여 현장 중심의 연수를 운영하는 것을 제안하고 있다. 이와 같은 과학중점학교가 과학·수학·정보 교과의 거점학교로서 지역사회에 기여할 수 있는 역할 제시와 함께 교육부와 한국과학창의재단의 지원에 대해 제언하였다.

교사의 과정 중심 평가 역량에 관한 사례 연구: 중∙고등학교 과학교사 사례를 중심으로

김유정(서울대학교), 이경건(서울대학교), 홍훈기(서울대학교)

본 연구는 교사의 과정 중심 평가 역량(T-PEC) 진단도구를 활용하여 중·고등학교 과학교사 각 1인의 과정 중심 평가 역량에 관한 사례연구를 진행하였다. within-case 분석결과, 중학교 A 교사는 높은 과정 중심 평가 계획 역량과 협력적 의사소통 역량을 보였으나, 비평준화 지역의 특성으로 인해 낮은 과정 중심 평가 결과 활용 역량을 나타내었다. 고등학교 B 교사는 높은 협력적 의사소통 역량을 보였으나, 평가 과정에서 학생들의 자유도가 높지 않아 다소 낮은 과정 중심 평가 실행 역량을 나타내었고, 시간부족, 피드백을 제공하지 않는 학교문화로 과정 중심 평가 결과 활용 역량은 매우 낮게 나타났다. cross-case 분석결과, 중학교 A 교사와 고등학교 B 교사 모두 협력적 의사소통이 가장 높게, 시간부족으로 과정 중심 평가 결과 활용 역량이 가장 낮게 나타났다. 그리고 과정 중심 평가에 관한 명확한 기준 부재로 인해 두 교사의 과정 중심 평가 이해 양상이 다소 다르게 나타났으며, B 교사는 평가 결과에 대한 학생들의 낮은 의미부여, 보안 문제, 입시 위주의 고등학교의 현실로 인해 A 교사 대비 과정 중심 평가 결과 활용 역량이 매우 낮게 나타났다. 본 연구 결과를 토대로 첫째, 교사들에게 과정 중심 평가에 대한 명확한 가이드라인이 제공되어야 하고, 둘째, 과정 중심 평가 실행의 가장 큰 문제점으로 지적된 시간부족 문제를 해결하기 위한 어플리케이션 도입이 필요하며, 셋째, 과정 중심 평가 결과에 대한 객관성과 보안이 보장되어야 하고, 마지막으로 평준화 확대 적용 등의 과정 중심 평가 실행을 위한 학교문화를 구축해나가야 함을 제언한다.

학생의 서술형 평가 대비를 위한 인공지능 학습 프로그램의 개발

하민수(강원대학교), 이경건(서울대학교), 신세인(충북대학교), 이준기(전북대학교), 박지선(이화여자대학교)

본 발표는 인공지능을 활용한 서술형 평가 문항 자동채점 프로그램 WA3I(Web-based Automated Assessment using Artificial Intelligence)의 두 번째 버전을 소개한다. WA3I ver.2는 약 5천 명의 학생 응답 빅데이터 수집 및 기계학습과 OpenAI의 GPT-2 모델 등을 활용하여 최적화된 채점모델을 바탕으로 작동한다. 한국전자통신연구원의 공공 인공지능 오픈 API에 기반한 국어문장수준 분석 모델을 통해 문장과 내용의 2차원의 피드백을 제공한다. 학생은 서술형 평가를 대비하는 학습을 수행하고, 교사는 교실에서의 학습평가와 숙제하기 기능을 통해 학생의 학습을 촉진하고 서술형 평가를 대비하게 한다. 평가해야 될 서술형 응답을 가지고 있는 교사를 위하여 Bigram tree, 토픽모델링, 키워드 분석 시스템 등의 기능도 제공하고 있다. WA3I는 교사로부터 문항을 제공받을 수 있으며, 축적되는 학생의 응답을 토대로 채점모델의 정확도를 향상시킬 수 있다. 본 발표에서는 WA3I ver.2가 웹상에서 구현된 방식을 소개하고, 과학교육에 시사점을 논의한다.

중학교 과학교사의 평가 소양에 대한 탐색적 연구

김성기(한국교육과정평가원), 백성혜(한국교원대학교)

이 연구는 수행평가 활동 과정을 통해 중학교 과학교사의 평가 소양을 탐색하는데 목적이 있다. 이를 위해 동일한 학교에서 재직하고 있는 4명의 과학교사를 대상으로 하였으며, 각각 2명씩 동일한 학년을 담당하고 있었다. 평가 소양을 탐색하기 위해 수업관찰, 반구조화된 면담이 수행되었으며 분석되어졌다. 연구결과 참가자들은 낮은 평가 소양을을 보였다. 또한, 객관적인 시험에 대한 교사의 선호도가 평가 소양에 영향을 주었다. 과학교사의 평가 소양을 높이기 위한 방안을 이 연구를 통해 제안하였다.

과학 학업성취도 관리를 위한 빅데이터 거버넌스 모델 제안

김형욱(서울대학교), 송진웅(서울대학교)

최근 인공지능, IoT, 빅데이터 등의 지능정보기술이 산업의 구조적인 변화를 일으키고, 사회 전반에 걸쳐 영향을 미칠 것으로 전망되고 있다. 특히, 이러한 기술 발전의 기반이 되는 데이터는 스마트 시대가 도래하고 컴퓨터의 정보처리 속도가 빨라지기 시작하면서 그 양이 급격하게 늘어나고 있는 상황이다. 바야흐로 빅데이터(bigdata)의 시대가 도래한 것이다. 이러한 시대 변화에 따라 교육 분야에서도 빅데이터의 중요성을 강조하고 있으며, 빅데이터 분석 기술을 교육에 접목하려는 혁신적인 시도를 하고 있다. 그러나 현재 많은 양의 데이터가 유기적으로 작동하지 않고, 실시간으로 쌓이고 있는 상황은 데이터들의 효율적인 관리와 이를 검증할 수 있는 새로운 체계가 필요함을 보여주기도 한다. 또한, 학교가 달성해야 할 목표이자 최우선 과제 중 하나인 학업성취도 관리가 기존 공개된 많은 빅데이터에 의하여 부적절한 연구 대상 선정과 표집의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 보이는 점도 생각해볼 문제이다. 위와 같은 문제의식으로부터, 본 연구는 과학 학업성취도 관리를 위한 빅데이터 거버넌스(bigdata governance) 모델을 제안하고자 하였다. 특히, 과학 학업성취도는 경제개발협력기구(OECD)에서 주관하는 학업성취도 국제 비교(PISA) 등의 평가에 포함되는 과목인 만큼 많은 주목을 받고 있으며, 근래에 국가수준 학업성취도 평가에서 낮은 성취수준을 보이고 있다는 점에서 관리에 의의가 있다고도 할 수 있다. 모델 제안을 위해, 국내의 교육 빅데이터 인프라 현황을 알아보았으며 그중 과학 학업성취도 관리에 있어 유의미한 결과를 가진 교육 빅데이터를 선별하였다. 이 과정에서 학교, 교사, 학생 수준으로 범주를 나누고 독립변수와 종속변수가 될 수 있는 데이터를 구분하여 제시하였다. 이외에도 과학 과목 특성에 맞춘 관리와 실시간 처방의 필요성을 반영하여 IoT 기술이 내재된 스마트 과학 실험실 데이터와 적응형 학습 시스템 데이터를 추가로 제안하였다. 과학 학업성취도 관리를 위한 빅데이터 거버넌스 모델은 앞선 논의를 바탕으로 교육 빅데이터 유형, 적용수준, 거버넌스 이슈로 이루어진 3차원 큐브 모형의 형태를 가졌는데, 교육 빅데이터 유형은 과학 학업성취도 평가, 학교 인프라, 스마트 과학 실험실, 적응형 학습 시스템 데이터로 구성하였다. 적용수준은 지역 수준, 학교 및 학급 수준, 학습자 수준으로 나누었으며, 거버넌스 이슈는 조직관리, 프라이버시 문제, 정보수명주기, 메타데이터, 데이터 품질 관리, 마스터 데이터 통합, 업무절차 간소화로 구성되어 빅데이터 시대 과학 학업성취도의 효율적이고 안전한 관리를 추구하는 모델을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 모델을 통해, 과학교육 분야에서 빅데이터를 활용한 교육 시스템 구축 및 정책 수립에 시사점을 줄 것으로 예상된다.

2015 개정 과학과 교육과정을 기반한 초·중학생의 달의 환경, 위상 개념에 대한 학습발달과정 개발

권유지(금천초등학교), 이효녕(경북대학교)

이 연구의 목적은 2015 개정 과학과 교육과정의 성취기준과 평가기준을 기반으로 초·중학생의 달의 환경, 위상 개념에 대한 학습발달과정을 개발하고, 개발된 학습발달과정을 초등학생 961명, 중학생 1,046명 총 2,007명의 학생에게 적용하여 학습발달과정의 효용성을 검증하는 것이다. 연구의 과정은 ‘개발(Development), 평가(Assessment), 분석(Analysis), 수정(Amendment)’의 네 단계로 진행되었으며, 순차적이고 반복적인 과정을 통해 학습발달과정을 정교화하였다. 개발(Development) 단계에서는 2015 개정 과학과 교육과정의 성취기준과 평가기준, 선행 연구를 분석하여 가설적인 학습발달경로인 framework를 구성하였다. 평가(Assessment) 단계에서는 학생들의 이해 수준을 확인할 수 있는 순위 선다형 문항, 선택형, 서술형 문항이 포함된 평가 문항을 개발하였다. 또한, 학생들의 응답 결과가 다양하게 나온 문항을 채점할 때 참고할 수 있는 평가 기준표(rubric)를 제시하였다. 분석(Analysis) 단계에서는 초·중학생에게 평가 문항지를 투입하여 데이터를 수집 및 분석하였다. 넷째, 수정(Amendment) 단계에서는 평가 문항의 MNSQ와 Infit 값과 Outfit 값, Ability 값과 MNSQ의 값을 확인하여 학습발달과정을 수정 및 보완하였다. 연구 결과, 달의 환경, 위상 개념에 대한 학습발달과정은 2015 개정 교육과정을 반영하였으며 전문가 집단 세미나를 통해 완성되었다. 이 연구를 통해 개발된 학습발달과정은 학생들의 개념에 대한 이해 수준이 어떻게 변화되어 가는지를 제시해주었으며, 학생들의 이해 과정을 잘 반영하였다. 또한, 2015 개정 과학과 교육과정에서 제시한 달의 모양, 환경, 위상 개념에 대한 순서와 내용 체계가 학생들의 이해 수준을 반영하여 구성되어 있음을 확인할 수 있었다. 교육 현장에서 학생들의 이해 수준을 파악하기 위하여 학습발달과정의 평가 문항 활용이 가능하며, 교육과정-수업-평가의 일체화에 많은 시사점을 제공할 것이다.

차세대 과학 표준(NGSS)의 실천 측면에서 과학과 교사용 지도서 내용 분석-2015 개정 교육과정 초등학교 3~6학년 물질 영역을 중심으로

김건희(대구교육대학교), 송명섭(대구교육대학교)

교사용 지도서는 교육과정을 안내하고 교수 학습 활동에 필요한 정보와 자료를 제공할 뿐만 아니라 교사들이 수업 방향을 결정할 때 참고하는 중요한 자료이다(김형욱과 송진웅, 2020). 학생들은 적극적으로 과학의 실천에 참여했을 때 과학을 더 효과적으로 배울 수 있으며(NRC, 2007) 이러한 배움을 위해 교사용 지도서에는 단순한 과학 지식의 적용이나 특정한 기능을 활용한 문제 해결 이상의 활동으로써 과학적 실천(오필석, 2020)이 포함될 필요가 있다. 이에 본 연구는 차세대 과학 표준(NGSS)의 8가지 실천 중 어떤 과학적 실천들이 2015 개정 교육과정에 따른 과학 지도서 물질 영역에 포함되어 있는지 분석하였다. 분석 대상은 교사용 지도서의 단원 학습 체계 중 탐구 활동을 파악할 수 있는 ‘과학탐구’와 ‘과학과 생활’ 단계이다. 차세대 과학교육 표준(NGSS)의 과학과 공학의 8가지 실천 매트릭스(한국과학창의재단, 2016)를 활용하여 차시 단위로 나타나는 실천 유형과 그 수준을 분석하였다. 3~6학년 물질 영역 8개 단원의 총 72차시를 분석한 결과, ‘질문하기 및 문제 규정하기’, ‘모델 개발 및 사용하기’, ‘증거에 입각하여 논증하기’, ‘수학 및 전산적 사고 사용하기’는 거의 나타나지 않았다. 이에 비해 ‘탐구조사 계획 및 수행하기’, ‘자료 분석 및 해석하기’, ‘설명 구성하기 및 해결책 설계하기’, ‘정보 수집·평가 및 소통하기’는 모든 차시에서 다루고 있으나 그 수준은 ‘유치원부터 2학년’수준이었다. 학생들이 유의미한 실천을 통하여 지식의 생산 과정을 이해한다는 점을 고려할 때, 다양한 과학적 실천을 안내할 수 있는 지도서 개발 연구가 필요하다.

Strand 3. Science Teacher Education (과학교사교육)

인식적 목표가 명시화된 지식 구성 과정에서 나타난 예비교사의 인식적 행위주체성 탐색

하희수(서울대학교 교육종합연구원)

본 연구에서는 학습자의 인식적 행위주체성을 촉진하기 위해 인식적 목표를 명시화하는 지식 구성 과정 활동을 설계하여 예비교사를 위한 과학 강좌에 도입하고, 이 활동에 참여한 예비교사의 인식적 행위주체성을 탐색하고자 했다. 이를 위해 활동에 참여한 예비교사들의 실행 및 산출물을 녹음 및 수집했으며, 녹음 자료는 전사하여 본 연구의 분석 자료로 활용하였다. 수집된 자료로부터 먼저 예비교사들이 고안한 인식적 목표 및 지식 구성 활동의 인식적 특성들을 분석했고, 예비교사들의 활동 과정에서 인식적 목표가 어떻게 지식 구성활동의 다양한 인식적 특성들을 이끄는지 탐색했다. 연구 결과, 예비교사들이 고안한 인식적 목표는 자신의 지식 점검하기, 자연현상 이해하기, 주장하기, 실용적 선택안 제시하기로 구분되어 나타났다. 인식적 목표의 명시화는 교수자와 예비교사들이 함께 인식적 행위주체로서 지식 구성 과정을 설계할 수 있도록 촉진해주었으며, 예비교사들은 자신이 고안한 인식적 목표를 중심으로 지식 구성 활동의 인식적 특성을 정교화하는 모습을 보였다. 하지만 예비교사의 인식적 행위주체성은 그들이 접근 가능한 자원의 한계에 따라 제한되었다. 본 연구는 학습자의 인식적 행위주체성을 촉진하는 교수학습 전략의 고안 및 인식적 행위주체성을 중심으로 한 예비교사교육에 대한 논의에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

협력적 성찰을 통한 초임 교사의 과학적 모형 구성 수업 실행 변화

윤선미(서울대학교), 김희백(서울대학교)

본 연구는 초임 교사의 과학적 모형 구성 수업 실행에서 나타난 변화의 순간을 탐색하고, 이러한 변화의 원인을 협력적 성찰의 과정에서 탐색하였다. 연구에 참여한 교사는 경력 3년의 초임교사로 사범대학 생물교육과 석사과정에 재학 중이며, 연구 참여 이전에 과학적 모형 구성 수업을 지도해 본 경험은 없었으나 학생들을 인식적 실행에 참여시키는 것의 중요성에 대해 인식하고 있었다. 총 6차시의 과학적 모형 구성 수업 중 교사의 실행 변화가 가장 크게 두드러진 5차시와 6차시 수업, 5차시 수업 후 교사와 3인의 연구자가 함께 참여한 협력적 성찰 과정, 교사와의 반 구조화된 심층 면담 내용이 분석을 위한 주된 자료로 사용되었다. 연구 결과, 5차시 수업에서 교사는 학생들이 구성한 모형이 옳은 정보를 모두 포함하고 있는지의 여부에 주로 초점을 맞춘 반면, 6차시 수업에서는 학생 스스로 설명을 만들어 나가는 과정에 의미가 있음을 강조하고 학생들이 여러 모형을 비교, 평가하여 수정해나가는 역동적 과정에 참여할 수 있도록 안내하였다. 이러한 수업 실행 변화가 나타나는 데에는 협력적 성찰 과정이 중요한 역할을 하였다. 5차시 수업 후, 교사는 모두가 참여할 수 있는 수업을 만들겠다는 자신의 교육 목표와 달리, 이 수업은 학생 참여가 매우 제한적이었다는 점에 불만족하였고 더 많은 학생들에게 도움이 되는 수업을 만들기 위해 수업 개선의 필요성을 제기했다. 그 후 연구자들과 함께 수업을 되돌아보며 수업이 효과적으로 진행되지 못한 이유에 대해 반성하였고, 이 과정에서 교사는 ‘학생 참여가 제한적인’ 이 수업의 의미에 대해 의문을 제기하였다. 그러나 이후 반성 과정에서 ‘학생에게 의미 있는 수업’으로 교사의 인식이 변화하였고, 더욱 유의미한 수업을 만들기 위한 대안적 접근 및 실행을 적극적으로 탐색하였다. 그리고 이는 교사의 수업 실행 변화로 이어졌다. 이 연구는 협력적 성찰을 통한 수업 실행 변화에 대한 사례를 제공하며, 초임 교사의 전문성 발달을 위해 지원하고자 하는 노력에 도움을 줄 수 있을 것이다.

변화의 주체로서 교사의 행위주체성 탐색: COVID-19에 따른 원격수업 실천 사례를 중심으로

이혜경(서울대학교), 김희백(서울대학교)

교사는 외부로부터 주어진 변화를 단순히 수용하고 실행하는 것이 아니라 교육 변화의 주체로서 교육현장에서 중심적인 역할을 한다. 본 연구는 COVID-19로 인한 교육현장의 혼란 속에서 나타나는 과학 교사의 다양한 실행을 교사 행위주체성 개념으로 분석하여 교사가 ‘변화의 주체’로 행위하는 데, 어떠한 요인이 관여하는지 탐색하였다. 이를 위하여 3~7년의 교육경력을 가진 교사 4인을 대상으로 질적 사례 연구를 수행하였다. 연구 참여자와의 반구조화된 면담, 수업 자료 등의 자료를 수집하고, 이렇게 얻은 자료를 지속적 비교 분석을 방법을 활용하여 귀납적으로 분석하였다. 분석은 두 개의 차원으로 나누어 진행하였다. 먼저 참여 교사 각각의 실행을 분석하여 교사가 처한 맥락에서 행위주체성을 파악하였다. 참여 교사 A는 변혁적인 행위자의 모습을 나타냈다. 교사 A는 학생들의 참여와 흥미를 유발하는 것을 수업에서 교사의 역할이라고 생각하였고, 이를 위하여 비대면 수업의 방식을 능동적으로 변화시켰다. 참여 교사 B는 능동적인 협상을 하였다. 자신이 처한 상황에서 자신의 의도에 부합하는 수업을 실현하기 위하여 동료 교사와 활발한 의사소통을 시도하거나 수업 수단을 변화시키는 등 다양한 노력을 보였다. 교사 C는 일관된 지향을 실천하는 모습을 보였다. 교사 C는 학생들의 반응을 고려하여 수업을 진행하는 것을 중요하게 생각하였고, 비대면 수업 상황에서도 이러한 지향을 일관적으로 실천하기 위하여 발문의 형태를 바꾸거나 학생들에게 개별 피드백을 시도하였다. 교사 D는 가용한 범위 내에서 제한된 합리성을 보여주었다. 그는 통일된 수업 형태의 사용이 요구되고, 시간적 여유가 부족한 상황에서 자신이 계획한 수업을 실천하기에는 어려움이 있다고 판단하였다. 따라서 교사 자신의 계획과는 거리가 있지만 기제작된 강의를 이용하는 것의 장점이 더 크다고 판단하였기에 이를 이용하였다. 두 번째 차원에서는 참여 교사 전체의 수준에서 실행을 분석하였다. 이들의 실행은 행위주체적인 것과 그렇지 않은 것으로 구분될 수 있었고, 그 중 행위주체적인 실행은 다음과 같은 공통적인 특징을 나타냈다. 교사들은 자신이 처한 상황에서의 변화를 알아채고, 이 변화에 따른 문제를 기민하게 인식했다. 또한 이러한 문제를 능동적으로 해결하려는 태세를 보였고, 해결 과정에서 방법의 유연함, 위험 부담, 교사로서의 전문성을 보였다. 이러한 본 연구의 결과는 교사의 주체적이고 능동적인 실행이 무엇인지 밝히고, 이를 지원하는 전략을 수립하는데 기여할 수 있을 것이다.


Strand 4. Science Gifted / Special Education (과학영재/특수교육)

중학교 과학 영재 학생들의 탐구 보고서에 나타난 특징

양소련(순천대학교), 최원호(순천대학교)

본 연구에서는 중학교 과학 영재 학생 43명이 작성한 탐구 보고서에 나타난 관찰, 결론 도출 능력을 분석하였다. 연구 대상의 과학 영재 학생들의 탐구 보고서에 나타난 관찰 진술은 대부분 단순 관찰이었고, 관찰의 의미를 잘 이해하지 못하고 관찰 외의 내용을 진술하는 학생들이 많았다. 결론의 주장과 근거 진술에서는 결론 작성 방법에 대한 이해가 부족한 학생들이 많았고, 학생들이 참여하는 탐구 활동의 학습 목표에 대한 이해가 부족한 상태로 결론을 진술하거나 자신의 생각을 글로 잘 표현하지 못하는 학생들이 많았다. 과학 탐구 활동은 과학 영재 교육 목표 달성에서 중요한 학습 방법이기 때문에 과학 영재 학생들의 효과적인 탐구 활동 수행을 위해 탐구 기능의 의미에 대한 이해와 자신의 생각을 글로 체계적으로 작성할 수 있는 교수학습 노력이 필요함을 알 수 있었다.


사회적 상호작용과 도구 개선을 강조한 ‘탐구적 과학 글쓰기’ 수업에 대한 중학교 과학 영재 학생들의 인식

신은지(순천대학교), 최원호(순천대학교)

본 연구에서는 전라남도 소재의 국립대학교 과학영재교육원 소속 중학생 10명을 대상으로 사회적 상호작용과 도구 개선을 강조한 탐구적 과학 글쓰기 수업을 실시하여 STS 관계에 대한 학생들의 인식과 수업의 효과에 대한 학생들의 인식을 조사하였다. 사회적 상호작용과 도구 개선을 강조한 탐구적 과학 글쓰기 수업 후 학생들은 STS 관계에 대하여 다음과 같은 인식을 가지게 되었다. 과학 영재 학생들은 실험 도구와 기술이 과학이론 발전에 기여하며, 과학 기술만으로 모든 사회 문제를 해결하는 것이 어려우며, 과학이 사회적 상호작용 활동이라는 인식을 갖게 되었다. 또한 과학 영재 학생들은 동일 주제로 여러 시간 진행한 집중 탐구, 동료 평가 등을 이용한 다른 조원과의 의사소통, 같은 조원과 문제를 해결하는 의사소통, 탐구 과정에서 도구를 개선하는 활동, 익숙한 재료와 현상을 이용한 탐구 등을 통해 STS의 관련성을 인식하는데 영향받았다고 응답하였다. 중학생 대상의 과학 영재 수업에서 학생들이 STS의 관계를 효과적으로 인식하도록 하기 위해서는 다양한 실험 도구를 활용한 문제 해결 경험, 동일 주제로 탐구 문제를 해결하는 과정에서 시행착오 경험, 연구 문제를 해결하는 과정에서 도구의 개선 경험, 동일한 주제로 탐구 활동을 진행하는 동료와의 의사소통 경험, 다른 조와 탐구 결과를 공유하는 경험, 학생에게 익숙한 소재와 현상을 이용한 탐구 활동 등을 제공할 필요가 있다.


메타인지 기능을 강조한 과학 탐구 수업에 대한 초등 과학 영재 학생들의 인식

이고은(순천대학교), 최원호(순천대학교)

본 연구는 국립대학 부설 과학 영재교육원 소속 초등영재 46명을 대상으로 메타인지 기능을 강조한 과학 탐구 수업을 실시했을 때 수업에 대한 학생들의 인식을 조사한 것이다. 과학 영재 수업은 45분 1차시로 구성된 활동을 6차시 연속으로 실시하였으며, 총 8개의 주제의 활동으로 구성되었다. 각 활동은 맛보기, 탐구하기, 도전하기, 정리하기로 구성되었는데, 이 중 도전하기 단계에서 메타인지 기능 중 계획, 모니터, 조절 기능을 발휘하도록 활동지를 구성하였으며, 정리 단계에서 메타인지 기능 중 평가 기능을 발휘하도록 활동지를 구성하였다. 이 수업을 통해 대부분의 학생들이 메타인지 기능 계획, 모니터, 조절, 평가 능력이 향상된 것 같다고 응답하였다. ‘계획’ 기능 향상에 대한 이유 중 가장 많은 응답 수를 나타낸 특징으로 ‘탐구 계획을 세우도록 요구한 수업 및 보고서 형식 때문’, ‘친구들과 소통하면서 실험을 설계하는 기회’ 등이 있었다. ‘모니터’ 기능 향상에 대한 이유 중 가장 많은 응답 수를 나타낸 특징으로 ‘보고서에 탐구 활동을 점검하는 활동이 있고, 수업을 통해 그 방법을 알 수 있어서’ 등이 있었다. ‘조절’ 기능 향상에 대한 이유 중 가장 많은 응답 수를 나타낸 특징으로는 ‘원하는 결과가 나올 때까지 계획을 수정해 실험을 계속했기 때문에’ 등이 있었고, ‘평가’ 기능의 경우는, ‘보고서에 실험 계획과 결과를 비교하는 활동이 있고, 이를 수행해서’ 등이 있었다.



Strand 5. Science Culture / Informal Science Education (과학문화/비형식 과학교육)

공공기관의 과학 디지털 콘텐츠 활용 현황 분석 및 개발 방향

윤종현(한국과학창의재단), 최윤형(한국과학창의재단), 박희원(한국과학창의재단), 박경희(한국과학창의재단),남소현(한국과학창의재단)

AI, SW, AR, VR 등의 첨단기술 발전과, 코로나19로 인한 비대면 교육의 필요성이 대두되면서, 전례 없는 교육 환경이 조성되는 모양새다. 이에 정부 및 지자체, 공공기관 등에서 공익을 목적으로 각 학교나 학생에게 다양한 디지털 콘텐츠를 ‘공공 콘텐츠’ 로 제공하는 상황이다. 이에 코로나19로 인한 디지털, 비대면 중심의 사회적 환경에서 향후 주요 키워드는 디지털이고, 디지털 콘텐츠 중에서 공공 콘텐츠가 교육 환경에서 차지하는 비율과 어떻게 활용되는지를 파악하는 것이 필요한 시점이다. 본 연구에서는 공공기관에서 만든 과학 디지털 콘텐츠 사례를 조사하여 학교 현장에서 활용현황을 분석하였다. 교육부의 디지털 교과서와 정보통신산업진흥원(NIPA)의 실감교육 현장 체험 콘텐츠, 한국과학창의재단 사이언스 레벨업을 비교하면서 학습동기부여와 평가를 집중적으로 분석했다. 두 번째는 공공기관 콘텐츠에도 교육과정에 있는 인문학적 요소가 있어야 하는 이론적 배경을 제시하였다. 세 번째는 교육 형평성과 공정성을 염두에 두고 공공기관이 디지털 콘텐츠를 제작할 경우 교육적 가치에 대한 사회적 담론이 필요함을 제안하였다. 네 번째는 미래 사회에서 요구되는 인재상 정책에 따라 디지털 콘텐츠 제작이 필요하며, 이는 과학기술의 시대적 변화와 그에 따른 사회적 기대의 변화, 그리고 ICT 기반의 다양한 교육 방법과 디지털 매체에 익숙한 디지털 네이티브에 적합한 콘텐츠이어야 함을 제시했다. 복잡한 교육 시스템을 무시하고 만든 공공 콘텐츠는 성공하기 어렵다. 또한 질 높은 공공 디지털 콘텐츠이더라도 해당 기관이나 부처의 목표 달성에만 초점을 둔다면, 학생이나 교사, 학부모들의 공공 디지털 교과서의 실제 활용도는 낮을 것 이다. 이를 돌파하는 가장 좋은 방법은 ‘미래형 교과서’와 연계하는 것임을 제언한다.

유추 기반 고생물 전시 기획 방안 탐색: 국립과천과학관 “공룡특별전”을 중심으로

박은지(국립과천과학관), 양회정(국립과천과학관)

“공룡”, “화석”은 자연사박물관이나 과학관의 관람객들이 가장 선호하는 전시 소재 중 하나이다. 기이하고 놀라운 모습과 크기 외에도, 더 이상 존재하지 않는 생명체가 과거 어떤 환경에서 어떻게 살았을지가 궁금한 것은 당연하다. 전문가인 과학자 역시 같은 의문에서 출발하지만, 직접적인 물증이 부족한 상황에서는 현생생물 관찰을 통한 유추적 추론을 수행하는 것이 일반적이다. 그러나 대부분의 자연사박물관 및 과학관은 지질시대별 또는 고생물과 현생생물을 구분하여 전시하므로, 패널 등의 별도 안내가 없다면, 일반 관람객이 과학자 수준의 적극적인 유추를 경험하기란 쉽지 않다. 따라서 본 연구에서는 관람객이 유추적 사고를 쉽게 접근할 수 있도록 공룡 전시를 기획하고 이에 대한 관람객의 반응을 조사하여 향후 보다 적극적인 관람이 가능한 고생물 전시 기획 방안을 탐색해 보고자 하였다. 이에 따라 전시는 크게 1) 공룡의 몸 구조에 따른 정의와 다양성, 2) 알과 모성 본능, 3) 피부와 색, 4) 뿔과 프릴, 5) 목, 6) 소화 기관, 7) 발자국 등을 주요 주제로 하여, 공룡 및 현생생물의 화석과 표본(85종), 핸즈 온 위주의 체험(12종), 질문과 비교설명 위주의 패널(15종), 당시 환경과 생활 재현 영상(5종) 등으로 구성되었다. 이때 현생생물과의 비교를 통해 기능을 유추하거나 관계 또는 변인을 추측할 수 있게끔 하는 데에 중점을 두었다. 본 전시는 국립과천과학관에서 10월 8일~11월 24일까지 진행됐으며, 그 중 28일간 총 157명을 대상으로 7점 척도의 만족도 조사를 실시하였다. 조사 결과, 관람 전반에 대해 95%(150명, M: 5.55, SD: 1.258)의 관람객이 보통 이상으로 만족했으며, 공룡의 몸 구조와 생활을 상상하는 데 있어서도 93%(147명, M: 5.52, SD: 1.220)가 보통 이상 만족했다. 자세히는 학생일수록, 과학관을 처음 또는 4회 정도 방문한 관람객일수록, 전시해설을 들은 관람객일수록, 본 전시에서 공룡에 대해 새로운 것을 많이 알게 되었다고 대답한 관람객일수록 높은 만족도를 보였다. 한편 공룡의 몸 구조와 생활을 상상하는 데에 도움이 된 전시형태는 1) 공룡 화석∙표본, 2) 현생생물 화석∙표본, 3) 영상물 4) 패널 등의 순으로 나타났다. 체험물의 경우, 1) 공룡 알 옮기기, 2) 타조 알 만지기, 3) 고생물 예술가 체험(화석 스케치) 순으로 선호했다. 결론적으로 관람객의 유추를 이끄는 고생물 전시 기획은 매우 유의미함을 재차 확인할 수 있었으며, 전시기획자와의 면담 결과 등을 반영하여 향후 기획 방안을 제시하면 다음과 같다. 첫째, 관람객의 유추를 활성화하기 위해서는, 고생물 및 현생생물 화석 및 표본을 중심으로 여러 매체를 조화롭게 활용해야 한다. 둘째, 영상물과 패널의 경우, 보다 다양한 관람객이 이해하고 만족할 수 있는 내용과 수준으로 준비해야 한다. 셋째, 보다 활발한 상호작용을 기반으로 심화된 유추를 제공하기 위한 전시해설을 기획하고 효율적으로 배치해야 한다.

Successes and Challenges for Engaging Adults Online in Mitigating Climate Change: A case study of a Facebook group

Regina Ayala Chávez (North Carolina State University)

The scientific consensus is clear: anthropogenic climate change is a reality that poses serious environmental, economic, and health-related issues to humanity that could persist in the coming decades (Cook et al. 2013; Melillo et al. 2014). Despite the scientific consensus, only around 70% of the U.S. population believes in climate change, and only 53% believe it is caused by humans (Leiserowitz et al. 2016). Although most people believe in and are concerned about climate change, many adults fail to take action to mitigate its impacts.

What drives environmental behaviors in citizens? A case study of Pune city.

Aparajita Rajwade (North Carolina State University)

Research says knowledge alone does not drive people’s environmental behaviors. People’s values, attitudes, values and beliefs are emerging as important drivers based on their context. This preliminary case study tried to find out which different drivers emerged in the context of Pune city in India, which has a strong environmental movement. Analysis of the interview data resulted in the emergence of five themes pertaining to Pune citizens’ environmental behaviors, their dispositions, emotions, and cognitive competencies driving those behaviors. Apart from the four deductively coded and analyzed themes, there was also one inductively coded theme which emerged from the data. This theme labelled as ‘kinship’ by the researcher, has important implications, to understand if such a feeling of kinship exists in a larger community and whether it can create a supportive environment for people to further boost their environmental behaviors.

Strand 6. History and Philosophy of Science (과학사/과학철학)

과학의 본성에 대한 재개념화된 가족 유사성 접근을 통한 예비화학교사의 인식 조사

조은혜(한국교원대학교), 백성혜(한국교원대학교)

본 연구는 예비화학교사들의 재개념화된 가족 유사성(Reconceptualized FRA-to-NOS, RFN) 기반 과학의 본성(Nature of Science, NOS)에 대한 인식 조사를 목적으로 한다. RFN 관점은 NOS에 대한 여러 관점들 중 가장 포괄적으로 NOS를 설명하고 있으며 교육에 적용할 수 있는 가능성을 포함하고 있다. 이러한 RFN 관점에 대한 인식 조사는 맥락적 상황과 비맥락적 상황 속에서 진행되었다. 본 연구의 연구 문제는 비맥락적 상황-맥락적 상황 속 RFN 관점에 대한 예비교사들의 인식을 비교함으로써 NOS 이해 양상을 확인하는 것이다. 이를 위해 충청 지역에 위치한 사범 대학 화학교육과 4학년 재학생 29명의 예비화학교사가 연구 대상자로 선정되었다. 비맥락적 상황 속 RFN 관점 인식 조사를 위해 RFN 관점 24문항을 포함한 설문지를 사용하였고, RFN 관점에 해당하는 맥락적 상황을 반영한 읽기 자료와 실험 자료를 개발하여 이를 통해 맥락적 상황 속 RFN 관점에 대한 인식 조사가 진행되었다. 연구 결과 비맥락적 상황-맥락적 상황 속 RFN 관점이 일치하는 문항은 13문항, 불일치하는 문항은 11문항에 해당하였다. 예비교사들의 NOS에 대한 이해 양상을 비맥락적-맥락적 상황에서 분석함으로써 NOS에 대한 인식 조사의 교육적 함의를 찾고자 한다.



Strand 7. Engineering / Invention / Integrated Education (공학/발명/통합교육)

생애사적 접근을 통한 발명 교사의 실천적 지식 발달 과정 탐색

박지연(대덕소프트웨어마이스터고등학교), 이민주(대전과학고등학교)

학교 현장에서 창의성과 지식재산의 중요성이 강조되는 오늘날 미래인재에게 필요한 역량 함양을 위한 발명 교육이 체계적이고 지속적으로 이루어지기 위해서는 이를 지도하는 교사의 역할이 중요하다. 그동안 발명 교사에 대한 연구는 발명 교사가 갖추어야 할 역량에 대한 이론적 연구를 중심으로 수행되어 왔으며, 실제 발명 교사의 전문성이 어떻게 발달되어 왔는지에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다. 교사 전문성의 핵심인 실천적 지식은 교사와 환경 사이의 역동적 상호작용 속에서 발달하기에 개인의 능력, 개인이 선택하는 진로 및 전문영역, 그리고 환경과의 역동적인 상호작용에 대한 연구가 이루어져야 한다. 또한 실천적 지식 자체에 생애사적 속성이 있기에(Butt et al, 1992), 인물의 생애사를 분석하면서 개인의 흥미와 관심, 소질과 적성, 재능과 지적 강점을 지니고 있는 개인(I), 그 개인이 수행하는 지적 작업과 경험하는 활동이 드러나는 특정한 영역(D), 그리고 가족, 교사, 또래 등 의미 있는 사람들 또는 사회문화적 환경을 포함하는 환경(F) 등의 요소와 이들 요소들 간의 역동적인 상호적용에 초점을 맞추어 교사 전문성이 발휘되는 과정을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 25년 이상에 걸친 발명 교육을 통해 비범한 성취를 이루었다고 평가받는 연구 참여자를 선정하여 심층면담을 수행하고 장기간에 걸친 발명 지도 자료를 수집하여, 개인의 능력, 개인이 선택하는 진로 및 전문영역, 그리고 환경과의 역동적인 상호작용을 분석함으로써 발명교사의 실천적 지식 발달 과정을 탐구하고자 하였다. 사례 분석의 틀로써는 다음 두 가지 방법을 사용하고자 한다. 첫째, 연구 참여자의 발명 교육 분야의 전문성 발달에 결정적으로 영향을 미친 것으로 판단되는 주요 생애 사건들을 찾아내어 그 속성을 분석하고자 한다. 둘째, 연구 참여자의 능력과 그를 둘러싼 미시적 거시적 환경과의 상호작용 과정을 분석하기 위해 IDF 체제적 접근 틀을 적용하고자 한다. 발명교사의 실천적 지식 발달 과정에 대해 생애사적 연구 방법을 통해 접근한 본 연구는 발명교육 분야의 실천적 지식 발달 과정에서 결정적인 요인들이 무엇인지 살펴봄으로써 발명교사의 전문성을 향상에 대한 함의를 얻고, 발명교사 교육에 대한 시사점을 도출할 수 있을 것이다.