• 과학교육연구지
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• 제45권1호
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• pp.90-104
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• 2021

본 연구는 4차 산업혁명 시대에 적합한 초등과학 교사 양성을 위해 필요한 초등 과학교육학 과목의 학습 내용에 대해 초등 교사들이 어떻게 생각하는지 알아보고자 온라인 설문을 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 현행 초등 과학교육학 과목의 학습 내용이 4차 산업혁명 시대에 적합하지 않으며 학습 내용 수정이 필요하다고 생각하는 초등교사가 다수 있었다. 초등 교사들이 그렇게 생각한 이유는 주로 과목의 학습 내용이 4차 산업혁명의 특징을 포함하지 못할 뿐만 아니라 시대변화를 반영하지 못하고 과거에 머물러있다고 생각했기 때문이었다. 둘째, 초등 교사들이 4차 산업혁명 시대에 적합한 초등 교사를 양성하는 데에 중요하다고 생각한 내용은 주로 학생의 흥미와 호기심, 과학 실험이나 탐구와 관련이 있는 것이었다. 그에 비해 삭제하거나 축소해야 한다고 생각하는 항목으로는 과학 학습이론, 과학과 교수·학습 모형, 과학의 본성, 영재아 지도가 있었다. 셋째, 초등 교사들이 초등 과학교육학 과목의 학습 내용으로 추가할 필요가 있다고 생각한 내용은 SSI 교육, 과학교육 관련 사회 변화와 미래예측, 첨단과학기술, STEAM 지도, 과학 분야 내의 통합교육이었다. 넷째, 4차 산업혁명 시대에 적합한 초등 교사 양성을 위해 초등 과학교육학 과목의 학습 내용으로 우선 도입해야 한다고 생각하는 항목은 SSI 교육, 과학 분야 내의 통합 교육, STEAM 지도와 과학과 핵심역량이었다. 그 외에 추가로 도입될 필요가 있는 내용으로는 소프트웨어교육, 안전교육, 프로젝트 학습법이 있었다.

• 과학교육연구지
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• 제46권1호
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• pp.93-108
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• 2022

이 연구의 목적은 2025년 전면적으로 시행되는 고교학점제에 활용 가능한 융합교육(STEAM) 프로그램을 개발하고 그 타당성과 효과성을 알아보는 것이다. 융합교육(STEAM) 프로그램은 2015 개정 교육과정과 고교학점제 선행연구를 분석을 통해 얻어진 '수소연료', '기후위기', '데이터 사이언스', '적정기술', '바리스타'라는 5개의 최신 이슈를 주제로 개발되었다. 프로그램은 연구팀이 자체 개발한 고교학점제 융합교육(STEAM) 프로그램 개발형식(틀)에 맞춰 집단 숙의의 과정을 통해 7개월간 개발되었다. 고등학생의 진로·직업을 간접적으로 체험할 수 있도록 개발된 5종 29차시의 융합교육(STEAM) 프로그램 초안은 2인의 융합교육(STEAM) 교육 전문가에게 자문을 통해 검증을 받았으며, 프로그램의 현장 적합도를 판단하기 위해 5개 고등학교 627명을 대상으로 시범 적용하였다. 시범 적용 결과, 학생들의 융합교육(STEAM) 태도는 사전보다 사후가 통계적으로 유의미하게 향상된 것을 확인할 수 있었으며, 프로그램에 대해서 학생들의 높은 만족도를 확인할 수 있었다. 또한 시범 적용 교사 면담을 통해 '프로그램의 내용과 수준이 적합하며, 실생활 문제를 해결하는 경험을 통해 관련 교과의 내용 지식을 적용하고 진로 체험의 기회를 가질 수 있다'는 긍정적인 평가를 받았다. 시범 적용의 결과를 바탕으로 5종 29차시의 학생용·교사용 고교학점제 융합교육(STEAM) 프로그램을 최종 완성했다. 마지막으로 고교학점제에서 적용할 수 있는 차시대체형 STEAM 프로그램 개발 및 운영이 활발하게 이루어져야 할 것과 고교학점제가 바람직하게 정착되고 운영될 수 있도록 교사의 전문성 향상 방안 마련, COVID-19로 촉발된 블렌디드 수업 설계의 필요성 등을 제언하였다. 이 연구는 2025년 전면적으로 시행되는 고교학점제에서 융합교육(STEAM) 프로그램 개발 및 운영 방안에 대한 기초 자료로 활용될 것으로 기대한다.

• 한국수학사학회지
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• 제21권4호
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• pp.87-104
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• 2008

본 연구에서는 유명한 피보나치 수열을 일반화하는 g-피보나치 수열 $\{g_n\}$={a, b, a+b, a+2b, 2a+3b, 3a+5b,...}의 여러 가지 성질과 특성을 조사한다. 특히, g-피보나치 수열의 합에 관한 항등식과 제 n항 $g_n$(비네의 공식의 일반화)을 구체적으로 구한다. 또한 피보나치 수열에 관한 카타란의 항등식의 일반화된 항등식과 A. Tagiuri의 항등식을 구하고 $g_n$과 파스칼 삼각형과의 관계식과 g-피보나치 수 $g_n$이 얼마나 빨리 커지는가를 조사한다. 아울러 g-피보나치 수열의 초항과 둘째 항이 서로 소일 때 연속하는 두 항은 서로 소이며, 연속하는 두 항의 비율 $\{\frac{g_{n+1}}{g_n}\}$은 황금비 $\frac{1+\sqrt5}2$ 수렴함을 밝히고자한다.

• 한국지구과학회지
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• 제32권7호
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• pp.860-870
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• 2011

본 연구의 목적은 화성암의 반상조직에 대한 초임 지구과학교사들의 내용교수지식을 확인하고, 지구과학 수업에서 학생들의 시행착오를 방지할 수 있는 교수 방안을 제안하기 위한 것이다. 이를 위하여 반상조직에 대한 기본인식, 생성조건 및 생성과정, 교수-학습지도에 관한 인터뷰 가이드를 구성하였고, 초임 지구과학교사 5명(고등학교 3명, 중학교 2명)을 대상으로 개방적 토론식 면담을 실시하였다. 반상조직에 대한 초임 지구과학교사들의 인식을 분석한 결과는 다음과 같다. 반상조직이 모든 화성암에서 발견됨에도 불구하고 대부분의 초임 지구과학교사들은 산출상태에 집중하여 화산암과 심성암에서는 반상조직이 발견될 수 없다고 인식하고 있다. 반상조직의 생성 변수로서 냉각 속도, 핵형성 밀도, 성장속도, 성장기간 등의 요인이 고려되어야 하지만, 초임 지구과학교사들은 생성 온도와 냉각속도 등의 요인을 주로 생성 변수로서 인식하고 있다. 반상조직은 반정과 석기의 상대적인 결정의 크기나 입도를 고려하는 것이 바람직하지만 성분의 차이로 구별하려는 경향이 있다. 그리고 초임 지구과학 교사들은 보웬의 반응계열과 연관지어 각 반정과 석기의 성분이 반드시 다를 것이라고 인식하고 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권8호
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• pp.208-214
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• 2016

인공지능과 빅데이터 기술을 기반으로 하는 지능 정보 기술에 대한 관심이 높아지고 있고, 미국, 영국, 일본 등 주요 선진국을 비롯한 세계 각국은 소프트웨어 산업을 중심으로 하는 제4차 산업혁명에 대비하기 위한 국가적 투자를 아끼지 않고 있다. 우리나라도 뒤늦게나마 소프트웨어에 대한 중요성을 인식하고 초중등 정보교과를 위한 2015년 개정 교육과정을 고시 하였다. 본 논문에서는 고등학교 정보과학의 새로운 교육과정을 살피고, 정보윤리와 멀티미디어를 중심으로 개선방안에 대해 제시한다. 고등학교 정보과학은 우리나라 과학기술을 이끌어나갈 전국의 20여개 과학고 및 영재학교에서 주로 적용되어 지고 있다. 정보기술의 의존도가 더욱 커져갈 앞으로의 인공지능 시대에 그동안의 역기능 중심의 정보윤리 교육과는 다른, 인공지능 시스템을 만들고 주도적으로 활용해나갈 과학영재를 위한 정보윤리교육이 반드시 필요하다. 또한, 실생활에서 흔히 사용하는 이미지와 사운드, 동영상 등의 디지털원리와 압축 기술을 중심으로 하는 멀티미디어 교육은 교육과정에 추가될 필요가 있으며, 컴퓨터과학의 기본 개념과 원리, 기술을 바탕으로 실생활 및 다양한 학문 분야의 문제를 창의적이고 효율적으로 해결하는 능력을 키우고자하는 2015 개정 교육과정의 목표를 더 공고히 할 수 있을 것이다.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제9권3호
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• pp.276-291
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• 2016

본 연구는 학생들의 창의적 공학문제해결 성향을 측정할 수 있는 신뢰성과 타당성이 검증된 검사도구를 개발하는 것이다. 문헌 분석 및 전문가 협의 과정을 통해 예비 검사 도구 구성 요인을 동기, 환경, 성격, 공학 설계, 공학적 사고 습관, 공학과 공학자, 소통 및 협업 능력 7요인을 추출하였고, 구성 요인과 각 문항들의 조작적 정의 사이의 관련성을 바탕으로 구성 요인별 10개 내외의 예비 문항을 제작하였다. 7요인 40문항의 예비 검사 문항에 대해 전체 문항과 요인별로 문항 신뢰도 검사 및 세 차례에 걸친 탐색적 요인 분석을 실시하여 동기 3문항, 공학 설계 6문항, 공학적 사고 습관 9문항, 공학과 공학자 4문항, 소통과 협업능력 6문항으로 구성된 5요인 총 28문항의 창의적 공학문제해결 성향검사 도구를 개발하였다. 각 요인별 신뢰도는 .733에서 .892 사이의 값을 보였고 공학적 사고습관 요인의 신뢰도(${\alpha}=.892$)가 가장 높고, 동기 요인의 신뢰도(${\alpha}=.733$)가 가장 낮았다. 전체 문항의 신뢰도는 .906으로 검사 도구의 높은 신뢰도를 보였다. 이를 통해 3차에 걸친 요인 분석 결과 각 문항들의 요인에 대한 범주화가 잘 이루어졌고 내용의 구조적 타당도가 향상되어 신뢰 할 수 있는 검사 도구가 개발된 것으로 볼 수 있다. 본 연구 결과는 학생들의 창의성과 문제해결 성향을 동시에 진단할 수 있는 검사 도구로 활용될 수 있을 것이다.

• 인지과학
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• 제27권2호
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• pp.159-219
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• 2016

수학적 사고력은 STEM(science, technology, engineering, mathematics) 분야에서의 학업적인 성취와 과학기술의 혁신에서 중요한 역할을 하고 있다. 본 연구에서는 학제 간 연구 분야인 수 인지(numerical cognition) 및 수학적 인지와 관련된 최근의 인지신경학적 연구 결과들을 종합하여 개관하였다. 첫째로 수학적 사고의 기초가 되는 뇌 기제의 위치와 정보처리 메커니즘을 확인하였다. 수학적 사고는 영역 특정적(domain specific)인 기능인 수 감각과 시공간적 능력뿐만 아니라 영역 일반적(domain general)인 기능인 언어, 장기기억, 작업 기억(working memory) 등을 기초로 하며 이를 토대로 추상화, 추론 등의 고차원적인 사고를 한다. 이 중에서 수 감각과 시공간적 능력은 두정엽(parietal lobe)을 기반으로 한다. 두 번째로는 수학적 사고 능력에서 관찰되는 개인 차이에 대하여 고찰하였다. 특히 수학 영재들의 신경학적인 특성을 신경망 효율성(neural efficiency)의 관점에서 고찰해 보았다. 그 결과 높은 지능이란 두뇌가 얼마나 많이 일하느냐가 아니라 얼마나 효율적으로 일하는가에 달렸다는 사실을 확인하였다. 수학 영재들의 또 다른 특성은 좌반구와 우반구 간의 연결과 반구 내에서 전두엽과 두정엽의 연결이 뛰어나다는 사실이다. 세 번째로는 학습과 훈련, 그리고 성장에 따른 변화 및 발전에 대한 분석이다. 개인이 성장하며, 수학 학습과 훈련을 하게 될 때 이에 따라 두뇌 피질에서도 변화가 반영되어 나타난다. 그 변화를 피질에서의 활성화 수준의 변화, 재분배, 구조적 변화라는 관점에서 해석하였다. 이 중에서 구조적 변화는 결국 신경 가소성(neural plasticity)을 의미한다. 마지막으로 수학적 창의성은 수학적 지식(개념)을 기초로 하여 수학적 개념들을 결합하는 단계가 요구되며, 그 후 결합된 개념들 중에서 심미적인 선택을 통해 수학적 발명(발견)으로 연결된다. 전문성이 높아질수록 결합과 선택이라는 두 단계가 더욱 중요해진다.

• 한국과학교육학회지
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• 제35권3호
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• pp.403-417
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• 2015

본 연구의 목적은 통합교육의 효과와 관련된 국내 연구결과에 대한 메타분석을 통하여 연구 변인에 따른 효과크기를 비교하고, 이를 통해 추후 통합교육 연구와 관련된 시사점을 도출하는 것이다. 이를 위하여 2012년부터 최근 3년간 통합교육의 효과를 분석한 161편의 논문으로부터 총 236개의 효과크기를 산출하고, 연구의 종속변인인 창의성, 문제해결력, 학업성취도, 과학탐구능력, 창의적 인성, 과학적 태도, 흥미와 연구의 중재변인인 학습자 특성, 집단크기, 수업 운영방식, 중심교과, 출판유형(학술지/석사학위논문/박사학위논문)에 따라 효과크기에 어떤 차이가 있는지를 분석하였다. 연구결과 통합교육의 전체 효과크기는 0.88(U3=81.06%)로 Cohen(1988)의 해석준거에 따르면 큰 효과크기를 나타냈다. 종속변인에 따른 효과크기를 분석한 결과, 과학적 태도의 효과크기가 가장 큰 것으로 나타났으나 모든 종속변인이 중간크기 이상의 효과크기를 갖는 것으로 분석되었다. 학교급 별 효과크기 분석에서는 유치원을 대상으로 한 연구의 효과 크기가 가장 큰 것으로 나타났으며 일반학생과 영재학생의 구분에서는 영재학생을 대상으로 한 연구의 효과크기가 더 큰 것으로 나타났다. 집단크기 별 효과크기는 30명 이하의 소집단을 대상으로 한 연구가 가장 컸으며, 정규교과 시간보다 방과 후 활동을 비롯한 교과 외 시간에 시행한 연구의 효과크기가 더 큰 것으로 분석되었다. 통합교육 설계의 중심이 되는 교과 별로 효과크기를 분석한 결과, 예체능 교과의 효과크기가 가장 컸으나 모든 교과에서 중간 크기 이상의 효과크기가 나타났다. 마지막으로 출판 유형에 따른 효과크기의 차이를 분석한 결과 박사학위 논문의 효과크기가 가장 컸으며 학술지 논문과 석사학위 논문의 효과크기는 비슷한 것으로 나타났다. 본 연구에서 얻은 결과를 바탕으로 추후 통합교육 관련 연구를 위한 시사점을 제안하였다.

• 대한화학회지
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• 제64권1호
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• pp.19-29
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• 2020

이 연구에서는 2009 개정교육과정의 화학I 교과서 4종과 화학II 교과서 4종, 2015 개정교육과정의 화학I 교과서 9종과 화학II 6종의 교과서에 제시된 산·염기 모델에 관련된 표상을 분석하였다. 교과서에 제시된 표상의 문제점은 정의 표현의 문제와 논리사고 표현의 문제로 구분하였다. 연구 결과, 화학평형의 개념이 없어서 2009 개정교육과정의 화학I 교과서에서는 브뢴스테드-로우리 산·염기 정의에서 가역반응의 표상에 문제가 있었지만, 이러한 문제는 화학평형 개념이 포함된 2015 개정교육과정의 화학I 교과서에서도 지속되는 것으로 나타났다. 논리사고 표현은 입자 종류 보존논리, 조합논리, 입자 수 보존논리, 비례논리 등이 있다. 2009 개정교육과정 화학I 교과서에서는 논리사고와 관련된 표상의 문제가 적었지만, 2015 개정교육과정의 교과서에서는 논리사고와 관련된 표상의 문제가 많이 발견되었다. 따라서 교육과정이 개정되면서 산·염기 모델에 관련된 교과서의 표상들이 학생들의 이해에 도움을 줄 수 있는 방향으로 변화될 필요가 있다.

• 대한화학회지
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• 제62권4호
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• pp.279-287
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• 2018

이 연구에서는 2009 개정교육과정에서 Brønsted-Lowry 모델을 다루는 화학 I과 화학 II 교과서를 대상으로 교과서의 설명과 예시를 분석하였다. 특히 Brønsted-Lowry 모델의 정의와 사례의 제시, 실험 내용 등에서 화학평형이라는 과정적 관점과 비순차적 과정을 제시하고 있는 지에 대해 분석하였다. 분석 대상 교과서는 현재 사용되고 있는 2009 개정교육과정의 화학 I 교과서 4종과 화학 II 교과서 4종이었다. 연구 결과, 화학 I 교과서에서는 Brønsted-Lowry 모델을 설명할 때 화학평형의 관점이 충분히 제시되지 않았으며, 이는 교육과정 개정이 되면서 2009 개정교육과정에서 발생한 문제로 나타났다. 화학 II 교과서에서는 약산과 강염기의 반응과 같은 사례에서 Brønsted-Lowry 모델을 적용하기 보다는 Arrhenius 모델의 순차적 관점으로 묘사하였다. 또한 화학 II 교과서의 Brønsted-Lowry 모델을 증명하기 위한 실험의 예시도 매우 부족하였다. 산-염기 정의에 관련된 실험 예시는 지시약의 색변화로 분류하는 수준이었으며, 산의 세기를 설명하기 위한 실험 예시는 전류의 세기 비교나 금속과의 반응에서 발생하는 수소기체의 발생 정도를 비교하는 것이었다. 또한 모든 교과서에서는 Brønsted-Lowry 모델을 설명할 때 수용액 상태를 제시하여 Arrhenius 모델과 차별화되지 못하는 문제가 있었다. 따라서 비수용액 상태의 산과 염기를 제시함으로써 Brønsted-Lowry 모델에 대한 학생들의 이해를 돕기 위한 실험의 예시에 대한 개발이 필요하다.