미래세대 과학교육표준(KSES)은 과학적 소양을 과학교육 맥락에서 구현하기 위한 실천 방안으로, 미래사회 및 환경변화에 부응하는 국내 과학교육계획 수립을 지원하기 위하여 개발되었다. 이에 이 연구에서는 KSES와 최근 고시된 2022 개정 중학교 과학과 교육과정의 학습 내용 및 학습 목표의 연관성을 분석하고, 교육과정의 성공적인 현장 안착을 위한 시사점을 얻고자 하였다. 연구 결과, 2022 개정 중학교 과학과 교육과정의 내용 체계는 KSES의 지식 차원과 높은 연관성을 보여주었다. 또한 새롭게 추가된 과학과 사회 영역에서의 내용 요소를 통해 과학의 본성과 관련된 내용을 다루고자 하는 시도도 확인되었다. 성취기준의 경우 KSES의 수행기대 일부 영역에 치중되는 경향을 나타냈으나, 성취기준의 진술 수준은 KSES에서 제시하고 있는 중학교 학생들의 수준에 알맞게 진술되어 있었다. 이러한 결과로부터 2022 개정 과학과 중학교 교육과정과 KSES의 높은 연관성과 함께 미래 과학교육계획 수립을 위한 국제적 지표로서 KSES의 활용가능성을 확인할 수 있었다.

본 연구는 학생들이 과학 개념을 이해하는 데 어려움을 겪고 학습을 회피하는 이유를 파악하기 위해 학생들의 인지 수준과 수학과 관련된 과학 개념이 요구하는 인지 수준을 분석했다. 먼저, 2015 개정 교육 과정의 수학 및 과학 교육 과정을 분석하여 중학교 과학 내용 중 수학과 연계된 부분의 학습 요소를 추출했으며, CAT (Curriculum Analysis Taxonomy)을 이용하여 학습 내용에서 요구되는 인지 수준을 분석했다. 화학의 경우, 수학과 관련된 총 20개의 학습 요소 중 12개가 초기 형식적 조작 수준(3A)의 이해가 필요하며, 3개가 후기 형식적 조작 수준(3B)의 이해가 필요했다. 3A와 3B에 해당하는 학습 요소들에는 비례 논리, 수리적 조작, 측정 기술에 관련된 사고 논리 유형이 많이 사용되는 것을 확인했다. 생물의 경우, 수학과 관련된 총 7개의 학습 요소 중 3개가 초기 형식적 조작 수준(3A)의 이해가 필요하며, 2개가 후기 형식적 조작 수준(3B)의 이해가 필요했다. 3A와 3B에 해당하는 생물 요소들은 상관 논리에 해당하는 학습 요소가 많이 포함되어 있어 학생들이 어려움을 겪을 수 있는 인지적 원인이 화학 영역과는 다소 차이가 있었다. 이는 GALT 축소본을 통해 분석된 형식적 사고가 가능한 중학교 학생의 평균 비율이 1학년의 경우 12.1 %, 2학년의 경우 16.6 %, 3학년의 경우 29.3 %임을 고려할 때, 학생들의 인지 수준에 비추어 수학과 연계된 화학 및 생물 학습 내용에서 요구하는 인지 수준이 더 높다고 할 수 있다.

이 연구는 TIMSS 2019에서 도입된 문제해결 및 탐구 과제(PSIs)에 대한 우리나라 초등학교 4학년 학생들의 학업성취 특성을 분석하였다. TIMSS 2019에서는 기존의 지필 평가와 더불어 컴퓨터 기반 평가를 실시하였는 데, 문제해결 및 탐구 과제는 컴퓨터 기반 평가에만 포함되어 있어 컴퓨터 기반 평가에 참여한 30개국의 평가 결과를 분석 대상으로 하였다. 문제해결 및 탐구 과제(PSIs)는 여러 개의 문항으로 구성된 문항군으로, 내용 영역과 인지 영역을 통합하여 문항을 구성하고, 선다형보다는 구성형 문항이 다수를 이루고 있다. 분석 결과, 문제해결 및 탐구 과제(PSIs) 포함 여부에 따라 국가별로 학생들의 학업성취도에 차이가 있었는데, 우리나라는 학업성취도 평균이 1점 하락하였다. 아울러 개별 문항에 대한 분석 결과를 보면, 학생들의 학업성취도가 다소 낮게 나타났고, 다수 문항에 대해 여학생의 정답률이 남학생에 비해 낮게 나타났다. 아울러 문항별 분석 결과를 보면, 영국이나 핀란드 등의 정답률이 기존의 학업성취도 상위국(싱가포르, 대만, 우리나라)보다 높게 나타나는 문항이 있었다. 융합교육이 강조되는 최근 실정을 감안할 때 우리나라에서도 평가에 문제해결 및 탐구 과제를 활용하는 방안을 검토할 필요가 있어 보인다.

본 연구의 목적은 초등학교 5학년을 대상으로 알지오매스를 활용한 수업이 학생들의 수학적 문제해결력 및 수학적 태도에 미치는 효과를 알아보는 데 있다. 이를 위해서 초등학교 5학년 수학 교과서의 '직육면체'를 재구성한 알지오매스 기반 교수·학습자료를 사용해서 총 8차시의 실험 수업을 실시하였다. 그리고 실험 수업의 전후에 수집한 양적 자료들을 통계적으로 분석하였고, 또한 알지오매스를 활용한 실험 수업의 장면을 구체적으로 제시함으로써, 수학적 문제해결력과 태도의 측면에서 공학을 활용한 수업의 효과와 실제를 알아보았다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 수학적 문제해결력검사에서 실험집단과 비교집단은 유의수준 0.05에서 유의미한 차이가 있었다. 즉, 알지오매스를 활용한 수업은 수학적 문제해결력의 신장에 효과가 있는 것으로 나타났다. 둘째, 수학적 태도 검사에서 실험집단과 비교집단은 유의수준 0.05에서 유의미한 차이가 없었지만, 수학적 태도의 모든 하위 요소들에 대해서 실험집단이 비교집단보다 평균 점수가 상승한 것으로 나타났다.

학습자들이 가지고 있는 교과관련 직업에 대한 이미지를 아는 것은 교사의 교수·학습의 방향성을 결정하는 좋은 자료가 된다. 기존의 그리기 이미지 분석도구는 과학자의 외형적인 이미지 및 그림을 분석하는 데 오랜 시간이 소요된다는 한계점이 있었다. 의미분석법은 특정 대상의 이미지를 분석하는데 널리 사용되는 방법이다. 그러나 의미분석법을 활용한 연구는 초창기 연구에서 사용한 형용사쌍을 연구 내용에 맞추어 그대로 사용함으로써 시대 변화에 따른 용어나 요인들을 반영하지 못하는 한계점이 있었다. 이 연구에서는 의미분석법을 활용하여 중등학생의 과학자에 대한 이미지 측정도구를 개발하고, 이를 중학생에게 적용하여 과학자 이미지 측정도구 활용의 유용성에 대한 교육적 시사점을 논의한다.