본 연구는 초등학교 4학년 2학기 1단원 '식물의 세계'에서 학습자 중심의 다양한 관찰학습을 적용하기 위해 다중지능 요소별 관찰 전략을 개발하여 과학수업에 관찰 학습 프로그램을 적용하고 초등학생들의 관찰능력, 학업성취도, 과학적 태도에 미치는 영향을 알아보기 위한 것이다. 이를 위해 단원 차시별 관찰 대상 및 주제를 선정하고 다중지능 활용 교수 학습 방법 중 적합한 방법을 추출하여 다중지능 요소별 관찰전략을 개발하였다. 개발한 관찰전략을 활용하는 관찰학습 프로그램 단계를 구상하였으며 관찰능력, 학업성취도, 과학적 태도에 관한 사전검사를 실시하였다. 관찰학습 프로그램 단계마다 개발한 다중지능 요소별 관찰전략 중 적절한 전략을 선택하여 교수학습을 계획하고 수업에 투입하였다. 수업 실시 후 관찰능력, 학업성취도, 과학적 태도에 관한 사후 검사를 통해 효과를 분석하였다. 그 결과 첫째, 다중지능 요소별 관찰전략을 적용한 관찰 능력을 검사에서 학생들의 관찰 능력 수준을 상위단계로 발전시키는데 긍정적인 영향을 끼친 것으로 보인다. 관찰 능력 검사의 하위 영역인 진술문 구별하기, 정량관찰, 정성관찰 영역에서 실험반이 비교반보다 높은 점수를 나타냈다. 둘째, 관찰 전략의 적용은 학생들의 과학적 개념 이해에 효과적이었으며 초등 과학 생물 영역 성취도 검사에서 실험반이 비교반보다 점수가 높은 점수를 받도록 하였다. 셋째, 과학적 태도 검사에서는 과학적 태도의 하위 요소인 개방성, 자진성, 창의성에서 유의미한 차이가 있었다. 다중지능 요소별 관찰전략은 과학적 태도 변화에도 긍정적인 효과를 끼쳤음을 알 수 있다. 이 연구 결과를 종합하면 다중지능 요소별 관찰전략을 적용한 결과 관찰능력, 학업성취도, 과학적 태도 모든 영역에서 효과가 있었다. 따라서 다중지능 요소별 관찰 전략은 초등학교의 과학 수업 현장에서 교수 학습 방법의 하나로 제시 될 수 있으며 의미있는 과학수업이 될 것이다.

동기는 학생들의 흥미를 유발시키고 학습을 지속시켜 줄 수 있는 가장 큰 원동력이 며, 교과서에서 이러한 학습 동기를 어떠한 방법으로 유발시키고 있는지를 살펴보는 일은 유의미한 분석이 될 것이다. 본 연구는 2007 개정 7학년 8종 교과서가 어떠한 유형들로 학생들의 동기유발을 촉진시키고 있는지를 Keller의 ARCS 모형을 통해 적용하여 보았다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 2007 개정 8종 교과서별로 동기유발 요소를 분석한 결과 각각의 교과서에 A1~R3까지의 분석 요소들을 영역별로 다양하게 사용하였다. 둘째, 교과서의 영역별로는 본시 학습 부분에서 가장 많은 동기유발 요소들이 사용되었고 그 다음으로는 도입부, 단원 마무리 순으로 동기유발 요소들이 사용 되었다. 셋째, 교과서를 Keller의 ARCS 모형의 동기유발 요소별로 분석한 결과 주의집중(A) 요소에서는 교과서의 모든 영역에서 A1(지각적 각성) 전략과 관련성(R) 요소에서는 R3(친밀성) 전략을 가장 많이 사용하였다.

자신이 경험한 교사 양성 프로그램에 대한 과학 교사의 인식을 조사하는 것은 과학 교사가 어떻게 교육되어야 하는가에 대한 개념화에 도움을 준다. 이러한 전제 하에 이 연구에서는 프로그램의 정합성과 균형성에 초점을 맞춰 예비 교사와 현직 교사의 과학 교사 양성 프로그램에 대한 인식을 조사하고자 하였다. 이를 위해 강원도 소재 사범대학의 과학 교사 프로그램을 이수한 20명의 예비 교사와 39명의 현직 교사가 참여 하였으며, 선택형 및 개방형 설문지를 개발하였다. 연구 결과는 다음과 같다; 첫째, 과학 교사 양성 프로그램의 정합성에 대해 예비 교사와 현직 교사는 '보통' 정도로 인식하는 것으로 나타났으며, '수업 계획 및 준비' 범주에서 가장 정합성이 높은 것으로, '직업적 책무' 범주에서 가장 정합성이 낮은 것으로 인식하였다. 또한, 4개 범주 모두에서 예비 교사에 비해 현직 교사가 프로그램의 정합성을 더 낮게 인식하는 것으로 나타났다. 둘째, 과학 교사 양성 프로그램의 균형성에 대해 예비 교사와 현직 교사는 모두 이론적 요소에 비해 실천적 요소가 부족한 것으로 인식하고 있었다. 셋째, 현행 과학 교사 양성 프로그램이 임용 고사를 위한 교육과정으로서의 성격이 강하다고 인식하고 있었으며, 프로그램의 4개 영역(교과내용학, 교과교육학, 일반교육학, 교생실습)이 학교 현장과 보다 더 연계되어야 한다고 인식하였다. 이 연구 결과를 토대로 보다 정합적이고 균형적인 과학 교사 양성 프로그램을 위한 대안적 방법을 논의하였다.

본 연구에서는 한국의 예비 과학교사들이 과학 교수와 학습 및 교실 환경에 대해 어떠한 신념과 인식을 가지고 있으며, 학년이 높아짐에 따라 그러한 신념과 인식이 어떻게 변하는지에 대해 조사하였다. 본 연구는 수도권과 지방 대도시의 두 대학에서 과학 교사 양성과정을 이수하고 있는 3학년과 4학년을 대상으로 하였다. 연구 참여자들은 과학교수와 학습에 대한 신념을 묻는 32문항으로 구성된 BARSTL에 응답하였다. 또한 3학년 학생들의 경우에는 1년 뒤 4학년이 되었을 때 동일한 도구를 사용하여 그들의 신념이 어떻게 변했는지를 조사하였다. 연구결과, 우리나라 예비 과학교사들은 과학 수업 및 학생들의 과학 학습, 그리고 교실 환경과 교육과정에 대해 긍정적이긴 하지만 보통 수준보다 약간 높은 정도이며 그 수준은 졸업하는 시점인 4학년 말이 되어서도 거의 변하지 않았다.

이 연구는 과학교육마술 프로그램을 개발하고 실제 교수-학습 과정에 적용함으로써 과학교육마술 프로그램 활용 수업이 초등학생의 창의적 문제해결력, 과학탐구능력, 과학적 태도에 미치는 영향과 과학교육마술 프로그램 활용 수업에 대한 학생들의 인식을 알아보는 데 목적이 있다. 이 연구를 위해 경기도 수원시에 위치한 J초등학교 3학년 2개 학급 60명을 대상으로 비교반(30명)과 실험반(30명)을 선정하였고, 비교반은 교과서 중심의 수업 방법을 적용하였으며 실험반은 과학교육마술 프로그램을 활용하여 수업을 진행하였다. 실험처치 후, 실험반과 비교반을 대상으로 각 영역에 대한 검사를 실시하여 과학교육마술 프로그램이 창의적 문제해결력, 과학탐구능력, 과학적 태도에 미치는 영향과 과학교육마술 프로그램 활용 수업에 대한 학생들의 인식을 알아보았다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 과학교육마술 프로그램을 적용한 실험반 학생들의 창의적 문제해결력의 변화에 있어서 비교반 학생들에 비해 통계적으로 유의한 향상을 보였다(p<.05). 둘째, 과학교육마술 프로그램을 적용한 실험반 학생들의 과학탐구능력 점수는 비교반 학생들에 비해 향상되었으나 통계적으로 유의한 수준은 아니었다. 그러나 기초탐구과정의 하위 영역 중 '측정'에서 유의한 차이를 나타냈으며, 과학교육마술 프로그램 활용 수업은 측정 능력에 긍정적인 영향을 미친다고 할 수 있다. 셋째, 실험반 학생들의 과학적 태도 점수는 비교반 학생들에 비해 향상되었으나 통계적으로 유의한 수준은 아니었다. 그러나 과학적 태도의 하위 영역 중 '끈기성'에서 유의한 차이를 나타냈으며, 과학교육마술 프로그램 활용 수업은 끈기성에 긍정적인 영향을 미친다고 할 수 있다. 넷째, 설문 분석 결과 '과학교육마술 수업으로 과학 수업이 즐거웠다'(100%), '과학교육마술 수업을 할 때 수업에 더 열심히 참여하였다'(87%), '과학교육마술 프로그램이 수업 내용을 이해하는 데 도움이 되었다'(93%), '과학교육마술 수업을 하면서 과학에 대한 흥미와 관심이 많아졌다'(90%), '앞으로도 과학교육마술 수업을 계속 했으면 좋겠다'(100%)라는 의견은 과학교육마술 프로그램이 학생들의 과학에 대한 관심 및 흥미 증가, 수업 참여도 향상, 학습 내용의 이해, 과학 수업에서의 즐거움 증가 등 인지적, 정의적 영역에 골고루 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 따라서 이 연구에서 적용한 과학교육마술 프로그램은 창의적 문제해결력 및 과학에 대한 흥미와 관심, 학습 내용의 이해도, 과학수업에서의 즐거움, 수업 참여도 등을 향상시킬 수 있다는 측면에서 초등 과학 현장에 활용할 가치가 있음을 알 수 있다.

그동안 예술활동과 과학교육을 통합하는 연구는 학생들의 예술교육에 직접적으로 관여하는 유아교육과 초등교육분야에서는 꾸준히 진행되어 왔다. 그러나 일부 과학교육자들은 STEAM 교육을 통해 디자인의 원리를 이용하여 산출물을 시각화하거나 실험결과를 표현하는데 주된 관심을 보였다. 이에 미술활동이 과학교육과 통합된 수업을 실시할 때, 학생들의 능력 변화에 대한 연구가 필요하다. 그래서 이 연구의 목적을 미술활동과 연계한 과학실험활동이 초등학생들의 자기주도학습능력과 창의적 성격에 미치는 영향을 알아보는 것으로 하였다. 이 연구는 창원에 있는 C초등학교 4학년 30명(남 16, 여 14)을 대상으로 하였다. 수업자료는 2007 개정 교육과정 초등과학교과서와 '신나는 과학을 만드는 사람들' 실험자료집에서 추출되었다. 수업처치는 5가지 주제에 대해 10차시로 진행되었으며, 사전-사후검사로 G-TAGAS가 실시되었다. 그 결과 미술활동과 연계한 과학실험활동은 자기주도학습능력과 창의적 성격에서 유의미한 향상이 있었다.

이 연구는 중학교 과학과 실험수업 실태 및 교사의 실험수업에 대한 인식을 조사한 것이다. 실험연수에 참여한 중학교 교사 110명을 대상으로 실험수업에 대한 인식을 설문지 방법으로 조사하였다. 중학교 과학교사들은 이론 중심의 강의식 수업을 주로 실시하고, 실험수업은 1학기에 1~3회의 빈도로 진행하는 것으로 조사되었다. 실험활동은 교과서에 제시된 실험활동의 결과를 확인하는 수준에서 진행하는 것으로 조사되었다. 연구대상에 참여한 교사 대부분은 과학수업지도 능력과 실험수업지도 능력을 평균 이상으로 인식하고 있었다. 실험수업의 장점을 '과학에 대한 흥미 및 호기심 유발,' '과학적 탐구능력 신장,' '과학 이해력 향상' 등으로 인식하고 있었다. 그러나 교사의 '업무과다,' '실험실 여건 요인,' '교육 환경 요인' 등은 과학실험을 저해하는 요인이라고 하였다. 과학교사가 실험을 통하여 학생들의 과학적 태도 형성 및 학습 동기를 유발할 수 있도록 과학교사의 업무 경감, 실험 환경 개선 등에 대한 지속적인 관심과 투자가 요구된다.

본 연구에서는 중등학생과 과학교사의 사이비과학의 인식을 조사하고 이들의 인식의 차이를 분석해 보았다. 서울, 경기도, 그리고 충청북도에 소재한 중등학교의 학생 491명과 전국에 소재한 중등학교의 과학교사 65명을 연구대상으로 하였다. 검사지는 사이비과학의 이해도를 조사하기 위하여 운수와 운명 5문항, 초심리학 5문항, 내세와 영적 존재 5문항, 대체 의학 5문항, UFO와 미스터리 5문항, 그리고 창조과학 5문항의 총 30문항으로 구성하였다. 또한 비과학적 신념의 전환을 위한 과학교육과 관련된 문항 3개를 구성하였다. 이에 대한 분석을 통해서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 사이비과학의 이해에 대한 30개 문항에서 중등학생의 평균 동의 정도는 2.52로 나타났으며 대체의학 영역에서 동의 정도가 가장 높게 나타났다. 둘째, 사이비과학의 이해에 대한 30개 문항에서 과학교사의 평균 동의 정도는 2.39로 나타났으며 대체의학 영역에서 동의 정도가 가장 높게 나타났다. 셋째, 사이비과학의 이해에 대한 30개 문항 중 8개의 문항에서 중등학생과 과학교사의 사이비과학에 대한 인식은 유의미한 차이가 나타났다. 특히 인간의 체질에 대한 문항18과 식물의 영에 대한 문항 23에서 과학교사의 사이비과학에 대한 동의 정도가 중등학생보다 높게 나타났다. 넷째, 비과학적 신념의 전환을 위한 과학교육에 대한 3개 문항에 대한 설문 결과, 과학교사가 중등학생보다 사이비과학과 관련된 개념을 들어본 경험이 많았으나 사이비과학 개념의 과학 교육과정 도입의 필요성은 중등학생이 과학교사보다 더 심각하게 인식하고 있었다. 장기적으로는 사이비과학과 관련된 내용이 과학 교육과정 구성과 과학 교과서 개발에 적극적으로 반영되어야 할 것으로 생각된다. 중등학교에서 사이비과학을 극복할 교육프로그램을 활용한 교육의 필요성을 제기할 수 있다. 교원 양성기관에서도 과학교사를 대상으로 사이비과학에 대한 교육이 이루어질 수 있도록 교육과정의 전반적인 개선이 필요한 것으로 생각된다. TV나 서적과 같은 매체가 올바른 과학을 알리기 위한 과학문화운동에 앞장서야 할 것이다.

본 연구는 고등학생들의 생물 학습 상황의 소집단 활동에서 나타나는 상호작용 유형을 분석하고자 하였다. 상호작용의 유형 분석은 소집단 활동을 위해 교사가 피드백을 제공하고자 하는 면담 과정을 통해 이루어졌다. 상호작용의 유형은 학생과 학생, 학생과 교사간 상호작용 수준에 따라 4가지로 분류되었는데 이는 소집단 내에서 교사와 소집단의 대표 학생 사이에서만 상호작용이 이루어지는 유형(LR, Leader Representation), 일부 학생과 교사의 상호작용이 이루어지고 있는 유형(PSI, Partial Students Interaction), 학생과 학생 사이에 상호작용이 활발히 일어나나 교사와는 대표 학생과 상호작용이 이루어지는 유형(SAI, Students Active Interaction), 구성원 모두가 활발히 상호작용을 하고 모든 학생들이 교사와도 상호작용을 하는 유형(TSAI, Teacher-students Active Interaction) 등이다. 고등학생들은 면담 과정이 거듭될수록 학생과 학생 사이에 상호작용이 활발하게 일어났으며, 학습에 대한 개념 이해가 부족한 초기 단계에서는 학생들 간에 복잡한 상호작용 양상이 나타나지만 개념의 이해가 완성되어 갈수록 점차 상호작용 유형이 간결하게 변화되어가는 특성을 보였다. 이로부터 생물 학습을 위한 소집단에서의 상호작용은 개념 이해가 부족한 학습자에게는 개념을 확인하고 이해할 수 있는 기회를 제공하며, 학습 개념을 상호 형성할 수 있는 긍정적 영향을 미칠 수 있을 것이다.

본 연구의 목적은 창의 인성을 강조한 과학수업이 초등학생의 창의성과 과학 관련 태도에 미치는 영향을 알아보고자 하는 것이다. 연구의 수행을 위하여 4학년 1학기 '1. 무게 재기' 단원의 교과 내용을 분석하고 창의성 및 인성과 관련한 요소를 활용하여 11차시 과학수업을 구안하였다. 초등학교 4학년 두 반을 선택하여 한 반은 실험집단, 다른 한 반은 비교집단으로 정하였고 실험집단은 창의 인성을 강조하여 개발한 과학수업을, 비교집단은 일반적인 과학 수업을 시행하였다. 두 반을 대상으로 창의성과 과학 관련 태도에 관한 사전검사와 사후 검사를 실시한 결과는 다음과 같다. 첫째, 창의 인성을 강조한 과학수업이 학생들의 창의성 향상에 p<.05 수준에서 유의미한 영향을 준 것으로 나왔다. 특히 창의성 하위 요소 중 "유창성"과 "독창성", "제목의 추상성" 향상에 유의미하였다. 둘째, 과학과 창의 인성 수업은 초등학생들의 과학 관련 태도의 향상에 p<.05 수준에서 유의미한 영향을 준 것으로 나왔다. 하위 영역에서는 "과학 탐구의 태도"와 "과학적 태도의 적용력"을 향상시키는 데에 유의미한 영향을 미친 것으로 나왔다. 이상의 연구 결과를 통해 창의 인성을 강조한 과학 수업이 학생들의 창의성과 과학 관련 태도의 신장에 효과적이었음을 알 수 있었다.

이 연구의 목적은 시선 이동을 통해 나타나는 인지양식에 따른 관찰 특성의 차이를 알아보는 것이다. 이를 위해 전체적 인지양식, 분석적 인지양식 집단의 관찰 사실에 차이를 보이는 관찰 과제를 개발하고, 각각의 인지양식을 가진 대학생들을 대상으로 관찰 과제를 제시했을 때 시선 이동을 측정하였다. 통계 자료와 시각화 자료를 수집하여 Fixation을 분석하였고 두 인지양식 집단의 관찰 특성 차이를 확인하였다. 이 연구에서 밝혀진 결과는 다음과 같다. 첫째, 인지양식에 따른 관찰대상 영역을 비교했을 때 전체적 인지양식 집단은 분석적 집단양식보다 거미줄 및 주위 환경을 포함하는 넓은 영역을 관찰하는 반면 분석적 인지양식 집단은 주로 거미 대상 자체에 초점을 두고 관찰한다. 둘째, 인지양식에 따른 관찰 순서와 방향을 비교했을 때 분석적 인지양식 집단은 거미 자체를 먼저 관찰한 후 주변 환경 요소로 나가는 반면 전체적 인지양식 집단은 거미와 주변 환경을 번갈아 관찰하거나 특이한 부분을 먼저 관찰하는 등 패턴이 일정하지 않다. 전체적 생김새와 부분적 생김새 관찰시 분석적 인지양식 집단에서는 일정한 방향과 연속적인 반복적 탐색이 존재하지만 전체적 인지양식 집단은 정해진 패턴 없이 눈에 띄는 속성 중심으로 관찰이 이루어진다. 이상의 연구 결과를 종합해보면 인지양식에 따라 관찰 대상, 영역, 순서, 방향에 차이가 있음을 알 수 있다. 학습자마다 다양한 관찰 결과가 나타나는 원인이 인지양식에 따라 받아 들이는 정보의 차이에 있음을 확인하였고, 본 연구의 결과는 학습자의 특성에 가장 적합한 관찰 수행을 파악하고 지도하는데 도움이 될 것이다.

본 연구의 목적은 고등학생들의 지구시스템적 관점에 기반한 탄소 순환 개념을 분석하고자 한다. 이를 위한 연구 대상자로 고등학교 학생들 중 지구과학I 교과를 이수한 학생으로 본 연구에 참여 의사를 밝힌 7명의 학생들을 선정하여 지구시스템적 관점에 기반한 탄소 순환 개념을 분석하였다. 탄소 순환 개념 분석을 위해 학생들에게 탄소 순환과 관련된 단어 연상, 인과 지도 그리기, 그림 그리기를 실시하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫 번째, 학생들의 탄소 순환 관련 연상된 개념은 7명 중 5명이 3개 이하로 나타났다. 두 번째, 학생들의 탄소 순환 관련 상태 변화와 과정의 개념은 상태 변화 2개, 과정 8개로 나타났다. 세 번째, 학생들의 탄소 순환 관련 연결 고리는 2명의 학생이 2개, 3명의 학생이 1개의 연결 고리를 나타내었고, 2명의 학생은 연결 고리를 나타내지 못하였다. 네 번째, 그림 그리기를 통해서 본 탄소 순환 관련 개념은 1명의 학생이 9개, 3명의 학생이 7개, 나머지 학생들은 각각 5개, 4개, 3개의 개념을 그림으로 표현하였다. 이는 연구 대상 7명의 학생 중 1명은 시스템 사고를 잘 수행하고 있으며, 6명은 탄소 순환에 대한 적은 개념과 연결 고리로 시스템 사고가 미흡함을 보여준다. 학생들에게 지구 시스템과 연결된 지식이나 시스템 사고를 향상시키기 위해서는 고등학교 교육과정의 다양한 교육프로그램이 개발되어야 할 것이다.

본 연구의 목적은 생물 분류 탐구에서 과제 집착의 인지적인 모형을 규명하는 것이다. 이를 위해 생명 과학 탐구에서 과제 집착에 대한 다양한 문헌들을 분석하여 과제 집착에 대한 가설적인 인지적 모형을 고안하였다. 이 후, 고안한 모형의 규명을 위해 과제 집착의 분석을 위한 과제를 개발하고 사고 발성법과 회상적 면접법을 이용하여 연구 참여자의 프로토콜을 수집, 분석함으로써 생물 분류 탐구에서 과제 집착의 인지적 모형을 규명하였다. 연구 결과, 문헌 기반의 모형을 고안하고 프로토콜 분석을 통하여 규명한 과제 집착의 인지적 모형을 크게 과제 집착 유발, 과제 집착 강화, 과제 집착 유지의 세 단계의 과정으로 구성하였다. 과제 집착 유발 단계에서는 과제에 대한 관찰, 과제 관련 경험 표상, 탐구 예비 수행, 목표 평가의 하위과정으로 구성하였다. 과제 집착 강화 단계는 경험 기반 탐구 계획 설정 또는 경험 미기반 탐구 계획 설정, 적극적인 수행 및 소극적인 수행, 탐구 수행중 자기 평가, 가설 검증까지 반복적인 수행의 하위 과정으로 구성하였다. 과제 집착 유지 단계에서는 완료 후 피드백 수행, 자발적인 후속 탐구 수행의 하위 과정으로 구성하였다. 각 단계마다 과제 집착 구성 요소인 자신감, 목표설정, 주의집중이 변화하는 것으로 구성하였다. 위 연구 결과에 의해 생물 분류 탐구에서 과제 집착의 인지적 모형을 통해 생물 분류 탐구에서 과제 집착 향상을 위한 구체적인 교수-학습 전략을 구성하기 위한 기초 정보를 제공할 수 있으며 탐구과정에서 과제 집착의 단계적인 평가와 피드백 제시에 도움이 될 것이다.

이 연구의 목적은 평면거울에 의한 빛의 반사 개념을 이해하도록 돕기 위해서 상호작용을 강조한 실험이 포함된 동료교수법 기반 교수 학습 자료를 개발하는데 있다. 선행연구에서 밝힌 학생들의 오개념을 바탕으로 Hands-on 실험이 포함된 강의와 개념검사문항을 개발하였고 숙제를 통해 개념의 정착을 유도하였다. 29명의 대학생을 대상으로 적용한 결과를 사전 사후검사, 토론 전 후 개념검사문항, 숙제의 정답률 비교와 Hake gain을 통해 분석한 결과, 학생들은 상호작용적인 실험과 동료토론을 통해 평면거울에서의 상의 위치와 빛의 진행에 대한 이해도가 높아졌음을 알 수 있었다. 또한 RTOP을 통해 수업에 대한 학생들의 인식을 조사한 결과, 학생들은 이 수업이 인지적으로 개념의 이해를 돕도록 구성되어 있고 교수자와 학습자 간 상호작용이 활발하게 일어난다고 평가하고 있었다. 이 연구를 통해 실험과 토론 등 상호작용을 강조하는 수업 방법이 기초적인 개념 이해를 도왔음을 확인할 수 있었다.

2007년 개정 과학과 교육과정에서는 학생들의 창의성을 함양하고, 자기 주도적 학습의 기회를 가지며, 과학에 대한 흥미와 동기를 유발하여 과학 관련 진로 모색으로 이어질 수 있도록 '자유 탐구'를 신설하였다. 이 연구에서는 2007년 개정 과학과 교육과정과 2009년 개정 과학과 교육과정에 명시된 '자유 탐구'가 중학교 과학 교과에서 적용되고 있는 실태를 과학 교사 대상 설문 조사 및 교사와 학생 대상 면담을 통하여 고찰하였다. 2010학년도에 '자유 탐구'를 운영했다는 응답 비율은 49.6%였고, 2011학년도 1학기에 '자유 탐구'를 운영했다는 응답 비율은 34.1%였다. '자유 탐구'를 적용한 기간에 대해서는 한 학기라고 응답한 경우, '자유 탐구'의 주제 선정 방법으로는 학생들이 탐구하고 싶은 주제를 선정한 경우가 가장 많았다. '자유 탐구'의 주제와 관련된 아이디어는 주로 과학 교과서 또는 교사용 지도서에서 가장 많이 찾으며, 한 소집단은 주로 4명으로 구성한다는 응답이 가장 많았다. 소집단을 구성한 방식은 친한 친구들끼리 학생들이 정하거나 학생들의 성별, 능력 등을 고려하여 교사가 정한 경우가 많았다. '자유 탐구' 운영을 통해서 학생들에게 나타난 효과로, 과학에 대한 흥미와 관심이 향상되었다는 응답이 가장 많았고, 과학 탐구 능력과 자기 주도 학습 능력이 향상되는 응답도 많았다. '자유 탐구'를 수행한 학생들은 활동이 재미있었고 또 하고 싶다고 응답하였다. '자유 탐구'를 운영할 때 겪은 어려움으로는, '자유 탐구' 지도에 시간과 노력이 많이 든다는 응답이 가장 많았고, 학생들의 과학 탐구 능력, 흥미와 관심이 부족하다는 응답도 많았다. '자유 탐구'를 운영하지 않는 이유로는 '자유 탐구'를 운영할 시간이 부족하다는 응답이 가장 많았고, '자유 탐구'를 반드시 운영해야 된다고 생각하지 않는다는 응답도 많았다. '자유 탐구'가 제대로 운영되기 위해서 가장 시급하게 해결되어야 할 것으로는, '자유 탐구' 지도 방법 관련 자료 및 학생들이 참고할 자료의 개발 및 보급, '자유 탐구' 운영 시간 증대, 학급 당 학생 수 감축 등의 응답이 많았다. '자유 탐구'를 현장에 효과적으로 적용하기 위해서는 인턴 교사, 실험 조교 등의 인력 보강, 관련 자료의 개발 및 보급, 교사의 인식 제고 등이 필요하다.

이 연구의 목적은 CoRe에 기반한 밀도 개념 수업이 개념형성과 수업만족도에 미치는 영향을 알아보는 것이었다. 연구를 위하여 중학교 2학년 6개 학급 240명을 각각 120명씩 2개의 집단으로 나누어, CoRe에 기반한 밀도 개념 수업을 실시한 실험집단과 전통적 학습방법에 의한 수업을 실시한 통제집단 간 개념형성 정도를 분석하였다. CoRe에 기반한 밀도 개념 수업은 기존에 밀도에 관해 연구된 CoRe를 분석하여 이를 바탕으로 4차시분으로 구성하였다. 연구 결과, 실험집단이 통제집단보다 밀도 개념형성 정도에 대한 사후검사와 파지검사에서 모두 통계적으로 유의하게 높게 나타났다. 이는 CoRe에 기반한 수업이 수업 과정에서 학생들의 선수 개념이나 밀도와 관련된 오인에 연계된 활동을 통하여 학생들 스스로 예측, 관찰, 설명, 추론 등의 탐구 활동을 하도록 안내하며 학습과정에서 학생, 수업환경, 평가 등 다양한 측면의 어려움과 한계점을 인식하고 이를 최대한 해결하고자 하는 수업전략을 중심으로 수업을 진행하였기 때문이라고 해석된다. 또한, 실험집단의 학생들은 과학관련 태도 수준이 높거나 과학 학업성취 수준이 높은 학생들에게서 높은 수업만족도를 보였다. 설문 조사 결과, 실험집단은 CoRe에 기반한 수업을 통해 다양한 생각을 할 기회가 있었으며, 개념을 제시하는 것이 아닌 찾아가는 방식과 예측해보고 결과를 확인하는 수업 방식, 그리고 학생 스스로 수업에 적극적으로 참여하도록 유도한 점 등을 통하여 긍정적인 만족도를 보인 것을 알 수 있었다.

이 연구의 목적은 기주의 길이와 공명주파수의 관계를 정량 분석할 수 있는 교육용 실험기구를 개발하는 것이다. 일회용 플라스틱 주사기와 분자모형 조립용 플라스틱 구를 이용하여 '머리' 달린 기주 공명 장치를 제작하고 상용화된 소프트웨어를 이용하여 PC 실험시스템을 구성하였다. 연구 결과, PC 실험시스템은 전문가용 장비를 대신할 수 있는 것으로 나타났다. 주사기로 만든 이 실험기구는 '관'이 아닌 '헬름홀쯔 공명기'인 것으로 증명되었다. 실험으로 얻은 자료가 소리공명현상을 증명할 수 있는 것으로 나타났다. 결론적으로, 이 주사기 공명기는 중고등학생을 위한 영재교육이나 대학 음향실험용으로 사용가능한 실험장치이다.