이 연구는 과학적 모델을 적용한 두 차례 야외지질학습(관악산과 한탄강 형성과정)에서 학생들이 보여주는 표상적 능력에 대한 이해를 목적으로 하였다. 수도권 소재 대학부설 영재원 10명의 학생들이 자발적으로 참여하였다. 야외학습환경과 교실학습환경에서 학생들이 작성한 서면 자료, 수업 과정에 대한 모든 영상녹음 및 음성 녹음 자료, 수업 종료 후 면담 자료를 수집하였다. 표상적 능력 수준을 구분하는 분석틀로 학생들의 표상 능력의 단계를 구분하고 과학적 모델 형성 과정에서 표상적 능력의 수준과 최종모델과의 결과론적인 해석을 덧붙였다. 그 결과 학생들의 표상적 능력은 1~6수준까지 다양하게 나타났다. 다만, 학생들은 야외학습환경에서 교실학습환경보다 상대적으로 낮은 수준의 표상적 능력을 보였다. 즉, 야외학습환경에서 상대적으로 낮은 수준의 표상적 능력으로부터 시작되어 교실학습환경에서 학생들이 표상적 능력의 수준을 높인 것을 결과론적으로 보였다. 궁극적으로 학생들의 표상적 능력을 이해하는 것은 과학적 모델 형성과정에서 현상을 설명하기 위한 도구로써 학술적인 의미를 지녔다.

본 연구는 우리 사회를 구성하는 일반 시민으로 성장할 대학생들을 대상으로 미래의 지구 환경에 대한 인식을 조사하였다. 비과학 전공의 대학생들은 자연물과 인공물의 복합적 공간으로 인식하고 있는 비율이 매우 낮았다. 또한 현재에서 미래로 지구 환경의 변화에 대해 부정적으로 인식하는 비율이 높았다. 대학생들이 상상하는 미래의 지구 환경의 이미지에서 자연과 함께 생존하는 인간이 그려질 수 있도록 환경 인식이 달라져야 한다. 인간이 자연과 공존할 수 있는 방향으로 더불어 공존하는 방법을 찾아 실천하는 환경 교육이 이루어져야 할 것이다. 또한 비과학 전공의 대학생들은 미래의 지구 환경을 인간이 수정하는 공간으로 내면화 하는 비율이 높았다. 이러한 결과는 인간 행동에 의해 지구 환경이 수정될 수 있다는 관점을 나타내는 것으로 해석되며 대학에서 제공해야 하는 환경 교육의 방향을 제시한다. 환경에 대한 교육이나 환경으로부터의 교육이 아닌 환경을 위한 교육으로 대학의 환경 교육 방향이 전환되어야 한다. 대학 교육과정에서 전공 여부에 차별 없이 모든 대학생들에게 지구 환경 교육의 기회를 제공하여야 한다. 우리의 아들딸들이 지구에서 지속적으로 살아가기 위해서는 지속 가능한 지구 환경 교육이 절실하게 필요하다.

최근 빅데이터에 기반한 교육의 활성화가 요구됨에 따라, 이 연구에서는 2015 개정 과학과 교육과정에서 '태양계', '별과 우주' 내용 요소를 중심으로, WWT 빅데이터를 활용한 천문교육 STEAM 프로그램을 개발하고, 이에 대한 효과성을 알아보고자 무선 표집된 1개의 중학교 176명의 학생들에게 이를 적용하여 창의적 문제해결, STEAM 태도 및 STEAM 만족도를 분석하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 천문 데이터 시각화 플랫폼인 WWT(World Wide Telescope) 빅데이터를 활용하여 학생들이 적극적이고 자발적으로 학습에 참여할 수 있도록 프로그램을 개발하였다. 둘째, 창의적 문제해결 측정 검사의 사전·사후 점수 차에 의한 대응표본 t 검정에서 '과제집중' 구인을 제외한 '아이디어 수정', '이미지화', '비유', '아이디어 생성', '정교성' 구인에서 유의미한 통계적 검정 결과(p < .05)를 얻었다. 셋째, STEAM 태도 검사의 사전·사후 점수 차에 의한 대응표본 t 검정에서는 '배려', '유용성·가치 인식' 구인을 제외한 '흥미', '소통', '자아 개념', '자아 효능감', '이공계 진로선택' 구인에서 유의미한 통계적 검정 결과(p < .05)를 얻었다. 넷째, STEAM 프로그램 적용 후에 실시한 STEAM 만족도 검사에서는 하위구인들의 평균값의 범위가 3.16 ~ 3.90으로, WWT 빅데이터를 활용한 STEAM 프로그램을 통해 학생들의 과학교과에 대한 이해와 관심이 향상되었음을 확인할 수 있었다.

이 연구는 핵심역량중심교육 관점에서 초등과학 교과서에 나타난 지층관련 내용을 분석하고, 교육대학교 1학년 학생 50명을 대상으로 학생들의 지층개념을 조사하였다. 연구결과, 초등교과서의 지층관련 지식은 대부분 'A는 B이다'와 같은 선언적 문장구조를 가지고 있다. 위와 같은 지식의 형식은 과학수업에서 학생들 간 토의와 토론의 주제로 사용하는데 한계를 지님으로써 핵심역량교육 관점에서 불리하다. 교육대학교 학생들의 지층개념과 관련하여 조사대상자의 70%는 진흙, 모래, 자갈 등의 퇴적물들을 단단한 퇴적암으로 변화시키는 속성작용의 원인으로'상부의 퇴적층에서 가하는 압력과 압력으로 생긴 열이다'고 응답하였다. 또한 지질시대의 자연환경에 대한 정보를 지층을 통해 얻을 수 있는지에 대해서는 약 20%가 '지층에서 나타난 화석을 통해서만 얻을 수 있다'고 응답했다. 약 80%의 학생들은 지층을 통해 얻을 수 과거 지질시대의 자연환경 정보를 얻을 수 있다고 응답하였으나, 얻을 수 있다고 주장하는 자연환경에 대한 정보는 지층의 단단함 등 오개념이 비율이 높았다. 결론적으로 지층개념에 대한 교수/학습을 통해 핵심역량교육의 학습효과를 높이기 위해서는 초등과학교과서에 제시된 지층 관련 지식의 형태와 내용을 검토할 필요가 있다.

이 연구는 과학교육 전문가 델파이 조사를 통하여 미래 초등 과학 교과용 도서의 방향성을 도출하는 기초자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 18명의 전문가 명의 패널을 구성해 2차에 걸친 델파이 조사를 실시하였다. 델파이 조사의 각 문항에 대한 평균, 중앙값, CVR 값을 분석하여 미래 사회를 위한 과학교육의 변화의 우선순위와 각 항목별 구현방법의 타당도를 검증하였다. 또한 이를 종합하여 미래 초등 과학 교과용 도서의 방향을 도출하였다. 델파이 연구를 통해 도출된 미래 초등 과학 교과용 도서의 방향을 종합하면, 미래 초등 과학 교과용도서는 '즐겁고 재미있는 과학 공부'를 할 수 있고 '탐구 수행 중심 학습'이 가능하며 '어른이 되어서도 즐기고 참여하는 과학 문화'를 준비할 수 있도록 개발되어야 한다. 이를 위해서는 실생활 속 소재를 활용하여야 하며 접근성이 높은 소재와 준비물을 활용한 쉽고 호기심을 자극하는 실험을 제시할 필요가 있다. 또한 과학이 실생활과 연계성이 높은 학문이며 이는 앞으로의 진로와도 연관성이 있음을 학습할 수 있는 교과용도서를 개발하여야 할 것이다.

이 연구는 지구과학 예비교사와 초등 예비교사들이 과학 교과독서를 통해 과학도서와 독서에 대해 어떠한 의미를 부여하고 과학 교과독서 과정에서 과학교육에 대한 생각이 어떻게 반영되는지 비교하는 데 목적이 있었다. 연구를 위해 우리나라 중부지방에 위치한 교사 양성 대학에 다니는 지구과학교육을 전공하는 3학년 학생 24명과 초등교육을 전공하는 2학년 학생 25명을 연구대상으로 선정하였다. 연구결과, 첫째, 지구과학 예비교사들은 교과독서를 과학 내용 지식을 습득하는데 많이 활용하였으나, 초등 예비교사들은 수업에 활용하기 위한 목적과 과학적인 흥미, 궁금증 해결을 위한 것으로 이용하고 있었다. 둘째, 지구과학 예비교사와 초등 예비교사들은 과학 관련 도서를 과학 교육에 활용하는 데에서도 생각 차이를 보이고 있었다. 지구과학 예비교사들이 과학도서를 수업에 활용하는 것에 대해 드물게 서술한 반면, 초등 예비교사들은 과학수업에 대해 적극적으로 서술하였다. 셋째, 과학 교과독서 관점에서 지구과학 예비교사들에 비해 초등 예비교사들이 더 적극적으로 교과독서의 의미를 부각시키고 있었다. 과학에서의 독서활동이 많은 효과가 있다는 연구결과들을 비춰보면 학교 현장 수업에서 교수전략으로서 과학 교과독서에 대한 연구가 폭넓게 이루어져야 할 것으로 생각된다.