대기 중 미량의 휘발성 유기화합물을 실시간으로 측정할 수 있는 휴대형 GC의 성능을 평가하였다. 휴대형 GC의 크기는 35 × 26 × 15 ㎤, 무게는 5 kg으로 소형·경량이고, 24 VDC, 1 A (최대 3.2 A)의 저전력을 소모하며 공기를 운반 기체로 사용하므로 별도의 가스 실린더를 필요로 하지 않는다. 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 1 ppmv와 20 ppmv 시료의 크로마토그램에 대한 피크 면적의 상대표준편차(RSD)는 각각 3.79%, 0.48% 이하이고, 머무름 시간의 RSD는 각각 0.40%와 0.08% 이하로 우수한 재현성을 보였다. 또한 방법검출한계(MDL)는 0.09 ppmv로 낮은 검출한계를 나타냈다. 길이 30 m, 내경 0.28 mm의 분리 컬럼을 사용하여 10분 이내의 측정 조건에서 구한 피크용량과 분해능은 다양한 혼합 샘플도 정량 및 정성 분석이 가능함을 입증하였다. 특히 27시간 동안 연속적으로 80회의 분석을 수행하였을 때 관찰된 크로마토그램의 피크 세기와 머무름 시간의 RSD가 각각 2.4%, 0.5% 이하로 좋은 재현성을 보였다. 따라서 본 연구의 휴대형 GC는 실내외 그리고 산업 현장에서 배출되는 휘발성 유해가스의 탐지는 물론 화학 물질의 유출사고에 대응하여 실시간 모니터링 할 수 있는 측정 장비로 활용될 수 있으리라 기대된다.

본 연구는 그래핀과 유사한 IV족 나노 시트로서 말단을 수소로 처리한 게르마닌(Germanene) 이차원(2D) 시트에 여러 유해 가스(COx, NOx, SOx)를 흡착시켰을 때 구조적 변화와 흡착에너지를 이론적으로 계산하였다. 이론 방법은 밀도 범함수 이론(density functional theory, DFT) 가운데 B3LYP와 CAM-B3lYP을 사용하였으며, 바탕집합(basis set)으로는 cc-pvDZ를 사용하였다. 분자 구조를 각 이론 수준에서 최적화한 후 진동 주파수를 계산하여 열역학적으로 가장 안정한 분자 구조를 확인하였다. 게르마닌 시트에 기체의 흡착은 CO, CO2, NO, SO2 가스의 경우 물리 흡착을 나타내었으며, NO2, SO, SO2 등은 화학 흡착을 나타내었다.

금 표면 위에서 알칸싸이올 분자가 자기조립을 통해 단분자층을 만들 때 싸이올기가 화학 흡착을 못하고 알킬기가 물리 흡착을 하는 결함이 생길 수 있다. 이러한 결함은 열적 어닐링 과정으로 제거할 수 있음이 알려져 있다. 우리는 알칸싸이올 분자에 대한 이징 모형을 제시하고 단분자층 어닐링 과정의 몬테카를로 시뮬레이션에 적용하였다. 새로운 이징 모형은 선행 분자동역학 시뮬레이션에서 나타난 어닐링을 통한 단분자층의 결함 제거를 성공적으로 재현할 수 있었다.

물 분자내의 OH 신축진동(stretching vibration) 운동을 나타내는 정규모드(normal mode)와 국소모드(local mode) 진동수들을 비교하여 수소결합한 물 분자에 대한 국소모드에 기반한 계산의 타당성을 조사하였다. 물 분자의 단량체, 이합체, 삼량체에 대한 계산을 수행하여 분자 클러스터 크기가 커짐에 따라 국소모드 진동수, 국소모드의 비조화성, 그리고 국소모드와 정규모드 진동수들의 유사성이 어떤 경향성을 보이는지 순이론적 양자화학 계산 방법으로 연구하였다. 단량체에서 삼량체로 분자의 갯수가 증가할수록 OH 결합의 비조화성은 증가하며 국소모드와 정규모드 진동수 간의 차이는 줄어드는 것으로 나타났다. 따라서, 응축상에 존재하는 물 분자들의 OH 신축 진동수의 이론적 계산은 비조화성을 쉽게 다룰 수 있는 국소모드에 기반한 방식이 적절할 수 있음을 확인하였다.

This research was conducted to analyze the compatibility of used monomers and produce the high functional contact lens material containing silicone monomers. Silicone monomer (Sil-OH), Trimethylsilylmethacrylate (TSMA) were used as additives for the basic combination of Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS), methyl methacrylate (MMA) and methyl acrylate (MA). And also, the materials were copolymerized with ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) as the cross-linking agent, AIBN (thermal polymerization initiator) as the initiator. It is judged that the fabricated lenses of all combinations are optically excellent and thus used monomers have good compatibility. Measurement of the optical and physical characteristics of the manufactured hydrophilic lens material were varied in each case. Especially TSMA with POSS increases the oxygen permeability and Sil-OH with POSS increases the wettability by the addition of Sil-OH. These materials were considered to have compatibility each other, so it can be used in functional contact lens material.

이 연구에서는 증강현실을 활용한 소집단 학습에서 개념 이해 및 몰입, 상황 흥미를 촉진할 수 있는 학습 환경을 학생들의 자기조절 수준에 따라 탐색하였다. 서울시에 소재한 남녀공학 고등학교 1학년 95명이 연구에 참여하였다. 한 모둠에 마커와 스마트 기기를 각각 1개(1-1), 2개(2-2) 또는 4개(4-4)를 제공하는 세 가지 학습 환경을 구성하고, 학생들을 4인 1모둠으로 편성하여 각 학습 환경에 무선 배치하였다. 통합과학 교과의 화학 결합 개념에 대하여 증강현실을 활용한 소집단 학습을 2차시 동안 실시하였다. 이원 변량 분석 결과, 개념 이해도 검사에서는 4-4 학습 환경의 점수가 1-1 또는 2-2 학습 환경보다 유의미하게 높았으며, 자기조절 수준이 낮은 학생들이 학습 환경 변화의 영향을 받았다. 몰입감 검사에서는 4-4 학습 환경의 점수가 1-1 학습 환경보다 유의미하게 높았고, 자기조절 수준이 높은 학생들이 학습 환경 변화의 영향을 받았다. 상황 흥미 검사에서 4-4 및 2-2 학습 환경의 점수는 1-1 학습 환경보다 통계적으로 유의미하게 높았고, 학습 환경 변화는 자기조절 수준 높은 학생과 낮은 학생 모두에게 영향을 주었다. 연구 결과를 바탕으로 증강현실을 활용한 소집단 학습에서 학생들의 개념 이해 및 몰입, 상황 흥미를 촉진할 수 있는 학습 환경에 대한 교육적 함의를 논의하였다.

본 연구의 목적은 TIMSS 2019 중학교 화학 영역의 8개 주제를 우리나라 2009 개정 과학과 교육과정 및 2015 개정 과학과 교육과정에서 다루고 있는지 연계성을 분석하는 것이다. 이를 위해 초등학교 교사 4명과 중학교 교사 4명은 각각 물리, 화학, 생물, 지구과학 전공별로 참여하여 총 8명의 현장교사와 과학교육 전문가 2명이 참여해 우리나라 과학과 교육과정 중 TIMSS 2019 과학 평가틀의 화학 내용이 어느 학년에서 다루고 있는지를 분석하였다. 또한 본 연구는 TIMSS 2019 평가에서 8학년 대상의 246개 문항과 우리나라 과학과 교육과정 내용이 일치하는지 분석하여 8개 주제가 어느 학년에서 다루고 있는지도 분석에 반영하였다. 본 연구의 결과 및 논의는 다음과 같다. 첫째, TIMSS 2019 평가 주제 중에서 우리나라 중학교 교육과정에서 전혀 다루고 있지 않는 주제는 주기율표, 화학 반응에서 물질과 에너지, 화학결합에서 전자의 역할이었다. 따라서, '원소를 규칙에 따라 배열하는 주기율표'에 대한 주제는 우리나라 중학교 교육과정에 조기 도입할 필요가 있다. 둘째, '주변의 발열 반응이나 흡열 반응', 그리고 '반응 속도에 영향을 미치는 요인' 등에 관한 주제도 국제적인 흐름을 고려하여 우리나라 중학교 교육과정에 조기 도입하거나, 수준을 고려하면서 내용 등을 재구성하는 논의가 필요하다. 셋째, 차기 과학과 교육과정에서는 화학 내용과 범위, 특히 초·중학교 및 고등학교 과학과 교육과정에 포함될 개념의 범위와 순서가 연속적으로 연결되는 것 등과 관련된 시사점을 제공하였다.

본 연구에서는 초등학생의 실험기구 교육을 위한 TEP 활동(Trigger interest; 흥미 유발-Explore experimental apparatus; 실험기구 탐색-Practice experimental apparatus; 실천적 사용)을 개발하고 이를 적용하여 그 효과를 알아보았다. 과학을 처음 접하는 초등학교 3학년을 대상으로 교과서에 제시되어있는 실험기구 중 4가지(비커, 전자저울, 유리막대, 약숟가락)를 선별하여 연구를 진행하였다. 그 결과 TEP 활동을 통해 단편적인 사용법이나 주의사항만을 알고 있던 학생들이 실험기구의 생김새에 따른 특징과 연관 지어 실험기구에 대한 설명을 할 수 있게 되었다. 또한 실제로 사용해보는 활동을 통해 실험기구 사용 능력이 향상되었다. 평소 과학 수업에서의 모습을 관찰한 결과 실험기구에 대해 학습한 내용을 떠올리며 적절하게 사용하려는 학생들이 많아졌으며 반복적인 활동을 통해 그 수가 증가함을 알 수 있었다. 초등학교에서 처음 배우게 되는 실험기구에 대한 지식적 이해와 사용 능력은 초, 중, 고등학교를 지나 실험이 주로 이루어지게 되는 대학교까지 영향을 미친다. 잘못된 용도와 사용법으로 실험을 하게 된다면 실험 결과의 신뢰도가 떨어질 뿐만 아니라 안전사고의 확률 또한 높아진다. 이러한 관점에서 본 연구를 통해 실험기구에 대한 교육을 초등 과학 교육과정에서 더욱 중요하게 다루어져야 하며 실제 교육을 해야 하는 교사들을 위해 다양한 교육 자료나 교수법이 개발되어야 함을 확인할 수 있었다.

이 연구는 논의기반 탐구 과학수업이 초등학생의 과학 글쓰기에서 나타나는 주장과 증거에 미치는 영향을 알아보는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 광역시 소재의 초등학교 5학년 2개 학급의 학생(33명)을 대상으로 5개 주제의 논의기반 탐구 과학수업을 적용하였다. 논의기반 탐구 과학수업이 과학 글쓰기의 주장과 증거에 미치는 영향을 알아보기 위해 학생들이 작성한 과학 글쓰기를 분석하였으며, 논의수업을 적용한 실험집단의 5개의 주제에 대한 활동지의 과학 글쓰기를 분석하여 주장과 증거의 변화를 알아보았다. 과학 글쓰기 분석 결과, 과학 글쓰기에서 실험집단의 평균이 비교집단보다 유의미하게 높았다. 실험집단의 과학 글쓰기에서 나타나는 주장과 증거 분석 결과, 수업의 횟수가 거듭됨에 따라 주장과 증거의 수준이 점차 증가하는 경향이 나타났다.

이 연구에서는 초임 중등 과학 교사의 멘토링 효과의 지속에 영향을 주는 요인을 알아보고자 하였다. 이 연구에 참여한 초임 과학 교사인 멘티 교사는 2014년부터 2018년까지 협력적 멘토링에 참여하였던 멘티 교사 10명이고, 멘토링 진행 당시 제출하였던 1차시 및 5차시 수업 동영상, 멘티 및 멘토 저널, 2019년도에 촬영한 수업 동영상, 멘토링 프로그램 반성 설문지, 인터뷰 자료를 수집하여 분석하였다. 이 연구로부터 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째 멘토링에서 경험한 멘티 교사의 반성적 사고의 경험은 멘토링 이후에도 지속되었으며, 이는 멘토링 효과의 지속에 결정적인 역할을 하였다. 멘토링 당시 RTOP 점수의 상승이 있었던 그룹의 경우 반성적 사고와 반성적 실천이 나타났으며, 이들 대부분은 멘토링 이후에도 여전히 자신의 수업에 대한 반성을 바탕으로 구성주의에 기반한 수업을 하는 것으로 나타났다. 반면 멘토링 당시 반성적 사고가 일어나지 않았던 멘티 교사의 경우 긍정적인 수업의 변화가 나타나지 않았다. 둘째 멘토링에서의 반성적 실천은 이후 멘티 교사의 교수학습 방식에 영향을 미쳤다. 멘토링 당시 RTOP 점수의 상승이 있었던 그룹의 경우 멘토링 프로그램에서 배운 학생 중심 수업 모형을 자신의 수업에 적용하기 위해서 노력하였으며, 이 그룹에 속한 대부분의 멘티 교사들이 멘토링이 종료된 이후에도 그 학습 모형을 이용하여 수업하고 있는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과로 볼 때, 반성적 사고와 반성적 실천이 멘토링 효과를 결정하는 핵심적인 요소가 될 뿐만 아니라, 멘토링 효과의 지속을 결정하는 요소라는 것을 알 수 있다.

이 연구는 2015 개정 교육과정에 따른 중학교 1학년 과학과 디지털교과서의 물질 단원에 제시된 외적 표상의 활용 실태를 분석하였다. 5종의 디지털교과서에 제시된 외적 표상의 수준, 양식, 제시 방법, 상호작용성을 분석하였다. 외적 표상의 수준은 거시적 수준의 외적 표상이 주로 제시되었고, 입자적 설명은 거시적 수준과 미시적 수준의 외적 표상이 함께 제시되었다. 외적 표상의 양식은 주로 시각언어와 시각비언어 표상으로 제시되었고, 청각언어 표상이나 청각비언어 표상은 거의 제시되지 않았다. 시각언어 표상과 청각언어 표상은 대부분 형식적인 형태로 제시되었고 시각비언어 표상은 운동성이 포함되지 않은 정화상이 가장 많이 제시되었다. 외적 표상의 제시 방법은 세 가지 측면에서 분석하였다. 첫째, 주로 시각언어 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시되었고, 청각언어 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우는 나타나지 않았다. 청각언어, 시각언어, 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우, 일부는 청각언어 표상의 정보가 시각언어 표상에서 중복적으로 제시되었다. 둘째, 학습 내용과 관계없는 청각비언어 표상이 다른 외적 표상들과 함께 제시되었다. 셋째, 시각언어 표상과 시각비언어 표상을 다른 페이지에 배치하는 형태는 거의 나타나지 않았고, 청각언어 표상과 시각비언어 표상은 항상 동시에 제시되었다. 외적 표상의 상호작용성에서 설명 영역은 조작 수준의 상호작용성이, 활동 영역은 피드백 수준의 상호작용성이 주로 제시되었고, 두 영역 모두 적응과 소통 수준의 상호작용성은 거의 나타나지 않았다. 이상의 결과를 바탕으로 디지털교과서 집필 방향에 대한 시사점을 논의하였다.

본 연구는 고등학교 통합과학 담당교사를 대상으로 교육과정-수업-평가 실행과 변화를 조사하였다. 17개 시도의 통합과학 담당교사 529명을 대상으로 과학과 핵심역량, 기능, 교수학습 방법과 평가 방법에 대한 실행, 그리고 교사의 수업 준비, 주제/교재, 교수학습, 평가에 대한 변화를 온라인설문을 통해 조사하였다. 연구 결과 첫째, 교사들은 통합과학 수업에서 과학과 핵심역량 중 과학적 의사소통능력과 과학적 탐구능력, 과학과 기능 중 자료수집 분석 및 해석, 의사소통에 대한 실행이 높았다. 교사들이 통합과학 수업에서 많이 활용하는 교수학습 방법은 강의이며, 평가 방법은 선택형, 서술형 및 논술형, 보고서로 조사되었다. 교사의 경력에 따른 집단 간 차이를 살펴보면, 10년 미만의 교사 집단이 10년 이상의 교사 집단보다 2015 개정 과학과 교육과정에 기반한 수업 실행에 소극적인 것으로 나타났다. 둘째, 통합과학 교사들은 수업 준비는 교과서 외에 여러 가지 자료를 탐색하고 재구성하고, 주제와 교재 준비를 위해 여러 분야의 통합적인 개념을 적용하려는 노력이 증가한 것으로 나타났다. 셋째, 통합과학 교사들이 과정중심평가를 수업에 적용하는 것은 소극적이지만, 수업 구현을 위한 수업 재구성, 학생 참여도 증가를 위한 방안 모색 등 수업 전반에 대해 노력과 준비를 하고 있는 것으로 조사되었다. 교사의 자율성과 전문성을 존중하면서도 평가의 공정성과 신뢰성을 확보하고 교사 공동체를 기반으로 책임을 분담할 수 있는 시스템 및 과정중심평가에 대한 교사의 관심 또는 운영 단계별로 지원하는 시스템의 구축이 필요하겠다. 이를 통해 교사의 업무 과중 해소, 그리고 평가의 질 관리, 과정과 결과의 공정성, 객관성 확보할 수 있을 것이다.