주제발표1

The Evolution of Science Teacher Education in Taiwan

Hsiao-Lin Tuan(National Changhua University of Education)

주제발표1

주제발표2

Secondary Science Teachers’ Employment System in Japan

- Science Teachers Employment System In Asian Regions -

Yoshisuke Kumano(Shizuoka University)

edykuma@ipc.shizuoka.ac.jp

1. Introduction

It is highly interesting to compare the secondary science teacher employment system among Asian countries.  For about three decades, it is highly too difficult to be a science teacher in Japan and at a same time there are so many people who want to be a science teacher in Japan.  There are several factors which need to consider.  There are several variables that need to be considered;

(1)  Population structure of the prefecture or big cities; historical population changes.

(2)  Changes of Educational Policy as a nation.

(3)  Changes of Educational Policy as a local prefecture or big cities.

2. Population structure or population changes

On 2007, the population of Japan is about 128,000,000 and this population will be goes down to 90,000,000 by 2055.  Also, Japanese baby boomers are the people who were born from 1947 to 1952, where as the US baby boomers are the people from 1944 to 1963.  Japanese baby boomers start finishing their job or retiring from their companies including teaching jobs.  In the case of teachers at the public schools, retiring age is sixty years old, and on 2008, this year the people who was born on 1947 becomes 60 years old.  According to the Table 1, the lowest numbers of new teachers at public schools was on 2000, but after that year the total numbers of new teachers at public schools are gradually increased and especially from 2008, the total number of the new teachers suddenly increased a lot.  Also, because of the baby boomers’ retirements, this will keep in the similar situation and we need more and more teachers at least for more than five years.

year	Total	Elementary Sch.	Junior High Sch.	Senior High Sch.
1980	45651	22710	11679	7130
1985	38239	11386	13485	10363
1990	33364	14039	9509	6774
1995	18407	6742	5414	4232
2000	11021	3683	2673	3060
2001	12606	5017	2790	3223
2002	16688	7787	3871	3044
2003	18801	9431	4226	3051
2004	20314	10483	4572	2985
2005	21606	11522	5100	2754
2006	22537	12430	5118	2674
2007	22647	11588	6170	2563
2008	26375	13317	7637	2908

Table 1: Changes of Numbers of Public School New Teachers in Japan,MEXT,2007

3. Changes of Educational Policy as a nation

주제발표2

Every seven to ten years our National Curriculum Standards so called “Gakushu Shido Yoryou” have been revised.  This year is the year of revising and I have been working as a vice chair for the middle school science.  This time we are going to have many radical changes in a better way for science and mathematics.

First of all, the number of science lessons will be increased; 65 hours at the elementary school and 70 hours at the middle school level.  Total agreement has been done that science, mathematics, and English are the subjects which need more hours for experiments and practices.  In the case of middle school science, students will have 3 hours at the first grade, 4 hours at the second and third grade.  Those are major changes of educational policy and those changes cause the changes of new teachers employment numbers for each local government.

４．Changes of Educational Policy as a local prefecture or big cities.

In our country, Japan, the employment of science teachers will be done by the Board of Education at each Prefecture Government and bigger city local government like Shizuoka City.  So bigger Prefecture and bigger city where possesses lots of population need more science teachers.  On the other hand, local prefecture where possesses small population does not need much more science teachers. In Japan, the educational policy are controlled by the central government, however, every prefecture has semi-independent Board of Education which can develop their own local policy for local education. So then, they will decide how many science teachers will need in certain year.　In other words, competition rates to be a teacher is different depending on each prefecture or independent big city.  Table 2 shows the top five low rates for competition at independent big city or prefecture. Also, table 3 shows the top five high rates for competition at independent big city or prefecture.  These data shows that it is highly difficult to be a teacher, although in a highly populated area it is rather easier to be a teacher.  However, it is also true that there are huge people who want to be a teacher in Japan.  It is because teaching job is identified as one of the highly stable life-long job in Japan.

Lower competition			Higher competition
1	Osaka City	4.2 times	1	Akita Pref.	40.1 times
2	Kawasaki City	4.7 times	2	Tottori Pref.	39.5 times
3	Yokohama City	4.9 times	3	Fukushima Pref.	30.0 times
4	Shizuoka City	5.0 times	4	Kochi Pref.	23.4 times
5	Shizuoka Pref.	5.2 times	5	Kagawa Pref.	22.0 times

Table 2． Prefectures and Competition Rates in Lower and Higher Competition at Middle Schools

Lower competition			Higher competition
1	Nara Pref.	5.8 times	1	Kochi Pref.	24.3 times
2	Gifu Pref.	7.6 times	2	Miyazaki Pref.	24.3 times
3	Kanagawa Pref.	7.8 times	3	Kyoto Pref.	22.7 times
4	Yamanashi Pref.	8.0 times	4	Ooita Pref.	22.6 times
5	Fukuoka City.	8.3 times	5	Shizuoka Pref.	21.9 times

Table 3． Prefectures and Competition Rates in Lower and Higher Competition at High Schools

5．Processes to select science teachers at middle schools and high schools

Processes to select science teachers at middle schools are basically very similar prefecture by prefecture or independent city by independent city.  As a sample of prefecture or independent city selection process, let me pick up the case of Shizuoka Prefecture.

Case of Shizuoka Prefecture

There are two steps for the selection system. First level examinations include general common knowledge and special knowledge as a teacher (60minutes), knowledge on science (80 minutes for middle school and 90 minutes for the high school) and interview examination (20 minutes).  For the case of last year, question one; among twelve basic knowledge questions there was one science question that is “One of the planets around the sun does not count as the planet any more.  Please choose one from the item.”(Pluto)  Question no.2 was the question on copy right.  Question three was the one about developmental psychology.  Question four to seven was on various theory on education.  Question five was on the educational law.  Question eight was on bullying.  Question nine was on special activities at school.  Question 10 was on academic and career counseling.  Question eleven was on prevention of crimes and safety.

The level of science examination usually from the high school level science for the middle school science; which are Physics, Chemistry, Biology, and Earth Science.  For the high school science candidates, the level of questions for Physics, Chemistry, Biology and Earth Science is usually from the undergraduate general knowledge of those four areas.  Last part of the first level examination is interviewing examination for about 20 minutes where many different types of questions on many subjects.

Second level examinations include group interviewing examination and individual interviewing examination. In the case of Shizuoka Prefecture Middle School, the group interviewing of five candidates discussed with others having three evaluators for about 30 minutes. Individual interviews generally include demonstration of science teaching and different topic questions as a teacher. Patterns of Second level examination will be changed year by year. So, then depending on each Prefecture the contexts and contents of interviewing examination is different.

Recently, at OhitaPrefecture,topofficerofthedivisionofpersonnelwaschargedwithbribery.  So, then Japanese Ministry of Education (MEXT) have official order on the clear system for the selection process.  Then the Board of Education at each Prefecture and independent cities starts announcement to change their system to be clear and open for the outside evaluators.

Reference

http://www.tokyo-ac.co.jp/kyousai/ky-24siz.htm

http://headlines.yahoo.co.jp/hi?a=20080731-00000000-san-122

http://backlain.blog112.fc2.com/

http://www.pref.shizuoka.jp/kyouiku/shokuin-saiyou.htm

주제발표3

주제발표3

주제발표4

Science Teacher Employment system at Secondary Level in Singapore

주제발표4

BaoHui Zhang(Nanyang Technology University)

주제발표4

Recruit System of Secondary Science Teachers in Korea

주제발표5

Youngsun Kwak, Yang-Rak Lee

(Korea Institute for Curriculum and Evaluation, KICE)

Ⅰ. Introduction

With limited natural resources, the key asset of Korea with is human resources. Education and preparation of quality teachers are, therefore, important priorities in Korea. Since the quality of education cannot exceed the quality of teachers, the Korean Ministry of Education, Science and Technology(MEST, here after) has been carrying out various policies to improve the quality and capacity of teachers. Examples include the 1995 'educational reformation plan' and the 2001 ‘comprehensive plan for teacher profession development’.

Regarding teacher hiring, Korea hires teachers at the school district level and requires an employment test measuring mastery of subject matter content and pedagogical theory and methods. This paper examines the historical development of the teacher employment test(TET, here after) in Korea. This paper consists of three parts. The first part details the secondary science teacher education system in Korea. The second part of this paper elaborates upon the development of the TET from 1990's until 2009. The third part of this paper concludes with discussions about ways to improve science teacher education and employment systems in Korea.

Ⅱ. Teacher Preparation in Science

Koreans have traditionally placed great importance on education as a means for self-fulfillment as well as for social advancement. Today, Korea boasts one of the highest literacy rates in the world. It is a well recognized fact that Korea’s well-educated people have been the primary source of the rapid economic growth that the nation has achieved during the past three decades.

Primary and secondary teachers in Korea enjoy a relatively stable profession, socially and economically, as they are of a civil official status. This is why the teaching profession is favored by excellent human resources. That is, most students who enter the department of science education at the colleges of education are from the upper group in the College Entrance Examination, and this trend is becoming more evident since the financial crisis in the late nineties in Korea.

In order to become a secondary school science teacher, students need to attend education programs run by teacher development institutes, and acquire a teacher's certificate. In Korea, there are three kinds of institutes where prospective teachers are educated.

1) Teacher educating institutes

These are the typical institutes for educating teachers. Every graduate is offered the teaching certificate. There are three types of university (or college) for teacher preparation.

주제발표5

(1) Universities only for educating elementary school teachers, so called the national university of education. There are 11 such national universities and one private university, Ewha Women's University that is also educating the secondary school teachers.

(2) College only for educating secondary teachers

Many universities (national, private) have a college of education for educating secondary school teachers.

(3) Korea National University of Education(KNUE)

This is a unique national university only for educating teachers for all levels of schools. This university is educating teachers for kindergarten, primary schools, and secondary schools.

2) General universities

The department of science of general universities is not for teacher preparation. Usually, however, these departments have some students who want to be teachers. A small portion of them is selected. They take the required pedagogical courses including field experiences. Upon graduation, they are given the teaching certificate. A weakness of this case is that science content courses they take at the natural science department are usually separated from the secondary school sciences.

3) Graduate schools of education

There are many graduate schools of education. Many of them are for professional development for in-service teachers. But some of them are educating the prospective teachers. The students in this program are the graduates of science content major. They take the required pedagogical courses including field experiences. Upon graduation, they are given the teaching certificate with master's degree of education. The problem that the science courses they took at undergraduate schools were quite separated from pedagogy need to be improved during two years of teacher preparation.

Completing the four-year education at the university does not in itself qualify the graduates for teaching in public schools. City or provincial superintendents select teachers from those who hold teacher's certificates, every December through open competition. The competition for secondary teachers is very high, over 20:1 every year. Upon their graduation from the college of education, teacher candidates are conferred the "Second grade teacher", which makes them eligible to apply for the national level teacher employment test. The graduates are only awarded a teacher’s certificate which enables them to be eligible for teaching in private schools, but to qualify to teach in public schools, certificate holders are required to pass a very demanding national examination, called the Teachers Employment Test.

After three years of teaching, teachers are eligible for 180 hours of training at programs approved by the MEST. Upon successful completion, teachers become "full" teachers with a better chance for later promotion to head teacher (an administration position), and a small salary increase.

Ⅲ. Hiring of Teachers

The Korean MEST sets its belief in the fact that 'the quality of education cannot exceed the quality of teachers,' and is carrying out various policies to improve the quality and capacity of teachers.

Since 1992, public school teachers have been selected through open competition, so called ‘open competition exam for the selection of the secondary public school teacher candidates'. Private schools have the full authority of employing the teachers who have the certificate.

Before 1990, graduates of national education colleges had a preferential right of employment in the public school since they had been subsidized with an obligation to serve as teacher after graduation. That is, students teachers of the national universities were guaranteed a teaching position in a public school. In 1990, however, graduates from the private university presented a petition for the violation of the constitutional right of equity and the right of job choice. Upon granting the petition, the 'Rules for the Public Educational Personnel and Staff Act' revised to ensure open competition of teacher recruitment. The first open competition exam for the selection of public secondary teachers was conducted in November, 1991.

The metropolitan and provincial offices of education formed 'the committee for teacher recruitment' and commissioned a research institute such as KEDI or KICE to develop and score TET questions. The selection and employment of teachers is achieved by this open test held by the metropolitan and provincial offices of education for the public schools in different parts of Korea. The schools determine the number of vacancies for science education in a city or region. Then the students with the top scores on the TET at that office of education are recruited for the teaching position.

TET consists of two phases. The first phase is a written examination in general education and subject matter areas. The second phase consists of essay test, interviews, teaching performance test, and so on. The second phase varies depending on the provincial education bureau. The performance and teaching ability as a teacher is the main concern of this phase. Since 1991, specific details of the TET has been changed gradually. As might have been expected TET has had serious impacts on the curriculum of teacher education institutes.

1. TET during 1992~1996

During this period, the first phase of the TET consisted of multiple-choice questions about general education and subject matter areas. For each subject area, the exam committee consisted of one college professor and many in-service secondary science teachers, which couldn't reflect university level subject matter knowledge and resulted in low-level questions requiring fact memorization and algorithmic problem solving.

2. TET during 1997~2008

During 1997~2008, the first phase of the TET consisted of a written test on pedagogy(20%) and the major field (80%). A written test on general education (pedagogy) consisted of multiple-choice questions. The major field test was essay test that consisted of questions about subject matter areas(52-56 points) and science education(24-28 points, that is 30-35%). Since 1998, Korea Institute of Curriculum and Evaluation(KICE) has been in charge of the development and scoring of questions for the first phase the TET. The composition of the first phase of the TET is summarized in Table 1.

Before 2005, the proportion of general education in the TET was 30% but the low quality of multiple choice items of general pedagogy was criticized compared with essay test items of content-specific pedagogy, which led to a 10 percent reduction from 2005.

Table 1.  Components of TET from 1997 to 2008

Content		Proportion in TET	Item type	Relevant knowledge
1st period (60min)	Education in general (PK)	20%	50 Multiple choice items	General pedagogical knowledge
2nd period (150min)	Science subject areas (SMK)	54%	Open-ended items	Subject matter knowledge
	Science Education (PCK)	26%	Open-ended items	Pedagogical content knowledge

Core subjects from each science area are listed in the regulations of the Ministry of Education for Teachers Employment Test, which is in accordance with the curriculum of science teacher training institute. In case of 'Common Science', science subject matter areas include physics and physics experiments, chemistry and chemistry experiments, biology and biology experiments, Earth science and Earth science experiments, etc. A sample essay question about science education from 2008 are shown in the following.

There follows part of the conversation between a science teacher and two students concerning whether glasses are solid or not.

T: Let's find out what solid is using specific cases.

S1: If solid is hard and has a fixed shape and size, then powder is not solid.

S2: Since we can see crystals in powder with a magnifying glass and crystals are hard with a fixed shape and size, powder is solid.

S1: Are you saying any object with crystals is only solid? According to the textbook, glass is amorphous solid.

S2: Since solid with crystals is only solid, I think, glass is not solid.

S1: Glass, however, is hard so it's solid.

T: After a long time, the bottom part of glass gets thicker because glass has fluidity. Something with fluidity is liquid.

S1: Sir, I thought glass is solid. In that case, is my thought wrong?

T:

Based on the above conversation, explain why the debate between two students started in one line. In addition, how can the teacher respond to S1's question in light of social constructivist perspectives in two lines. [3 points]

The second phase of the TET has been administrated by the 16 metropolitan and provincial offices of education. Through the first phase of the TET, 130% of the required numbers of teachers were screened. It is very demanding and competitive since almost all teacher certificate holders take the TET. Table 2 shows the competitive rate for secondary science teachers who took the TET in 2002-2004. This ratio varies depending on the district and the subject.

Table 2. Competition Rate for Secondary Science Teacher Employment Test (2002-2004)

Year Subject	2002			2003			2004
	# of applicants (A)	# of recruits (B)	hiring ratio (A/B)	# of applicants (A)	# of recruits (B)	hiring ratio (A/B)	# of applicants (A)	# of recruits (B)	hiring ratio (A/B)
Common science	962	155	16.1%	2,190	336	15.3%	1,945	184	9.5%
Physics	536	112	20.9%	531	149	28.1%	647	95	14.7%
Chemistry	685	119	17.4%	575	173	30.1%	642	88	13.7%
Biology	958	134	14.0%	1,242	217	17.5%	1,303	131	10.1%
Earth science	449	119	26.5%	494	148	30.0%	514	89	17.3%
Environment	114	9	7.9%	184	16	8.7%	215	23	10.7%
Mathematics	4,286	1,303	30.4%	4,635	922	19.9%	4,902	804	16.4%

3. TET after 2009

Starting 2009, new teachers will be appointed through an intensive three-stage qualification system, according to an announcement by the Ministry of Education & Human Resources Development on October 1, 2007.

The past name of MEST before 2008. Ministry of Education & Human Resources Development and Ministry of Science & Technology were integrated into the ministry of Education, Science and Technology in 2008.

Teacher candidates will be required to first sit for a multiple choice written test that consists of questions about general education (20%), subject matter areas(70-65%) and science education(30-35%). Through the first phase of the TET, 200% of the required numbers of teachers were screened. In the second phase of the TET, teacher candidates take an essay test which consists of subject matter areas(65%~45%) and science education(35%~55%). Through the second phase, 150% of the required numbers of teachers were screened. The third phase consists of in-depth interviews on teacher aptitude and practical class instruction ability including lab and experimental abilities for science candidates. The third phase of the TET has been administrated by the 16 metropolitan and provincial offices of education.

The change comes as an effort to improve the current qualification system, which requires only two stages of evaluation, with too much weight placed on a candidate’s rote memory. By revising the TET system, the education ministry seeks to select teachers of excellence who possess adequate academic quality, good personality and a high level of professionalism.

Table 3.  Components of TET from 2009

selection phase	subject	types of questions	N of questions	time (min.)	points alloted for each question	total points	Proportion of sub-areas
							science education	science contents
First phase	general education	multiple-choice test	40	70	0.5	20
	major area	multiple-choice test	40	120	1.5~2.5	80	30~35%	70~65%
Second phase	major area	essay test(Ⅰ)	2	120	20~30	50	35~55%	65~45%
	major area	essay test(Ⅱ)	2	120	20~30	50

In summary, the keen competition for teacher education and the demanding entry test ensure that secondary science teachers are selected from a pool of candidates with high scholastic achievement. Korean teacher employment system in general places a high premium on subject knowledge. Although we cannot simply conclude from this that Korean science teachers must have profound knowledge in the subject matter and are competent in pedagogy, it is reasonable to expect that these teachers are more competent in performing their roles than in many western countries where there is an acute shortage of teachers.

Ⅳ. Discussion

Before we discuss about how to improve teacher quality, we need to examine issues surrounding the quality of the teacher employment system in Korea.

Three visions for improving the quality of teacher education have been identified as the professionalization, deregulation, and social justice agendas for teacher education(Zeichner, 2003). And Korean teacher education system has also been under the influence of two of these three agendas and the social justice agenda has been gradually incorporated as multicultural education in teacher education with increasing diversity in student population.

The professionalization agenda for reform has emphasized the articulation of a knowledge base for teaching in the form of competencies or standards that address many different aspects of teaching. Major influences of the professionalization agenda on teacher education in Korea are as follows:

First, in accordance with the professionalization agenda, teacher education in Korea also tries to pursue longer teacher education programs and higher standards to enter the teaching career. Along this line of argument, professionalization position also involve efforts to strengthen the professional education and fieldwork components of teacher education programs. Underlying these efforts to articulate a professional knowledge base for teaching through standards and performance-based assessment is a view of the teacher's knowledge base as praxis-oriented knowing. When we articulating teachers' professional knowledge base, we need to incorporate teachers' professional practices where teachers constantly make important decisions and judgments in how they interact with their students to facilitate their learning.

Second, under the influence of the professionalization agenda, the new version of TET in Korea, which will be implemented from 2009 recruitment, has incorporated a performance-based assessment system based on candidates' demonstrating proficiency on a set of teaching standards.

By contrast, the deregulation agenda has focused on the importance of content knowledge and verbal ability in teaching and has asserted that how to teach can best be learned on the job though an apprenticeship rather than in a teacher education program. Let alone the deregulation agenda, including Korea in the East Asian countries, people tend to believe that anyone with in-depth content expertise could teach, and content expertise is automatically accompanied by pedagogical knowledge. That is, the more the teacher knows the science subject matter, the better she could teach. People seldomly blame the teacher's poor communication skills or ways to teach, but they are harsh when the teacher shows lack of her subject matter expertise.

Overall, the development in teacher education has moved away from the craft apprenticeship model towards the concept of a learned profession where discovering the science and theories of teaching has been the focus of the teacher educators as the route to teacher professionalization(Childs & McNicholl, 2007; Collins, 2004).

The history of TET in Korea has evolved as different notions of teacher expertise and competency have been advocated. The overall tendency, however, has been to prioritize the science content knowledge. It was argued by the stakeholders that it was through the acquisition of deep content knowledge in discipline areas that the quality of secondary teaching would be enhanced.

In addition, according to a comparative research on Korean and United Kingdom teachers' attitudes towards the aims of practical work in mathematics education, the Korean teachers valued practical work for finding facts and arriving at new principles, as a creative activity, to verify facts, to elucidate theoretical work, and to help remember facts and principles more than UK teachers(Leung, & Park, 2002; Ma, 1999). The UK teachers valued practical work for seeing problems and seeking new ways to solve them, promoting a logical reasoning thinking, developing an ability to cooperate, and developing a critical attitude. The Korean teachers viewed the practical as content-focused and fact-oriented. The UK teachers viewed mathematics as more focused on investigating problems and constructing new knowledge. Ma(1999) concluded that Korean teachers tended to have a positivistic approach to knowledge, which is shaped by Korean cultural context where the habit of competition and emphasis on factual knowledge prevail. Although this study was about mathematics, we can get some insight into Korean teachers' attitude towards science teaching.

주제발표5

Within this cultural context, where subject matter content are highly valued, not only in their teacher education program but also in TET, teacher candidates have to pass academic content examinations in their science subject matter knowledge.

Ⅴ. Conclusion, implications and future directions

Rooted in Confucian philosophy, Korean education system has traditionally taken a centralized approach with central governments developing, designing, and executing policies and standards for school finance, curriculum, textbooks, assessment, and teacher preparation. Western countries, however, have a decentralized system of education with local communities have more autonomy to decide how schools are funded, what students should learn, how they are assessed, and who can become teachers.

In this context, Korea also has a strong centralized teacher selection mechanism, which is questioned of its own quality in assuring teaching quality. Including teacher employment system, we need to examine what kind of teachers we want to prepare and what kind of teachers we want them to become. Ideally, we want to prepare and select teachers with a strong aptitude for teaching, strong content knowledge, strong both generic and subject-specific pedagogical theory, and a significant degree of teaching practice.

In this section, we want to explore possible future developments in teacher education and employment in Korean context.

1. Articulation of teaching competencies or standards

Like other professionals, teachers need a sound body of knowledge to draw from when deciding how to proceed in complex situations. Before we incorporate various teaching standards advocated by the professionalization agenda, we need to think about what kind of science teachers we want to educate for our children.

The western countries tend to focus on the teacher's competency on pedagogy while the east Asian countries tend to focus on the teacher's competency on subject matter. Compared with their American counterparts, the East Asian teachers are clearly more competent in the subject matter that they teach. Considering only about 47% of American secondary teachers today hold an academic major in their subject assignments, Korean science teachers are relatively well prepared in terms of science content knowledge(Darling-Hammond & Sykes, 1999). According to a comparative study between the East and the West which looked into teacher’s reported teaching, the Shanghai teachers in the study are more competent than the US teachers in terms of a "profound understanding of the subject matter that they teach"(Ma, 1999).

The first step to improve the teacher quality is to ensure that only capable, well-prepared individuals become teachers. There is some debate, however, as to whether teacher tests truly identify ineffective teachers. Within this context, we need to examine what should be the knowledge base for beginning teachers, or components of standards or competencies. What constitutes teacher expertise and what kind of teachers do we want to screen through the TET? This issues relates to the teacher professionalization agenda, which advocates teachers being professionals who have an extensive knowledge base of conceptions, beliefs, and practices, a knowledge base that is shared within a professional community.

However, little analysis has been undertaken of the constituent elements of knowledge bases of a typical science teachers. While few may dispute that students learn more from effective teachers, there is less agreement about what contributes to effective teaching. Some say it’s deep subject matter knowledge. Others say it’s the ability to employ research-based instructional techniques. After all, to prepare effective teachers, we need a balance of core knowledge, skills and personal qualities(Cochran-Smith & Zeichner, 2005). Other than raising standardized achievement test scores, we want teachers to encourage students' critical thinking, problem solving, and aesthetic learning to meet the future needs of their students(Goodland, 2004).

The quality of, however, Korean TET in assessing teacher candidates' knowledge and skills are questionable, and Korean TET is still relying on tests that may have little relationship to classroom practice.

Some critics of Korean TET say that Korean teacher candidates can't prepare the TET with the university's teacher education program so they have to attend private institutes convened around “Noryangjin” to pass the TET. In the private institute, teacher candidates are trained to get a good score as they cover materials from the last exams. Even through highly competitive selection process, therefore, it's hard to assure the quality of beginning teachers who have succeeded in the TET. Novice science teachers tend to teach in a rather procedural manner or following a formulaic rules even though they have a good grasp of the underlying concepts behind the formula and procedural knowledge(Kwak, 2007). That is, the novice teachers are weak in their ability to guide students in genuine scientific investigations, and their reported teaching was very procedural. All their images of teaching and subject matter knowledge have been directly from their college textbooks and TET exam questions and their own learning experience throughout their own schooling, not from their teacher preparation programs and methods courses. After at least 16 years' experience as learners, beginning teachers have incorporated "a default teaching repertoire" that has learned unintentionally by observation of one's own teachers(Russell and Martin, 2007).

As mentioned earlier, TET has had a great influence on what should be taught in the teacher education program. Through revamping, therefore, teacher education program we need to make sure that teacher candidates don't need to go to private institutes to prepare the TET. This argument leads to the next argument.

2. Incorporating PCK components in the TET

It seems that Korean students are taught by teachers who are relatively competent in the science subject matter, albeit using rather traditional teaching method involving mostly procedural teaching and a lot of teacher talk. An obvious question that arises is that if these Korean teachers are competent in the subject matter, why are they teaching in a procedural rather than a conceptual manner? Is it because they are unable to access their conceptual knowledge in their teaching or is it a matter of choice?

It's time to ask how to teach rather than what to teach in the science classroom. In Korea, most of competent science teachers give up deep understanding for a wide content coverage in the secondary schools where many students find science lessons are boring and difficult to understand. This has resulted in boring science lessons and students' avoidance of science and engineering tracks.

There's implicit but shared beliefs between Korean science teachers that the science teacher's duty is to efficiently deliver the content in a given time period so that students get a good score to pass any kind of standardized tests. Most of novice science teachers' teaching features clear and simple procedures and formulas, which forces students to memorize without knowing what each term in a formula represents. That is, novice science teachers choose to teach in a procedural manner which they think will work better as far as students’ performance in examinations is concerned.

Additionally, some have argued that requiring more academic content courses in a pre-service teacher education program does not necessarily address the acquisition of the pedagogical content knowledge that is needed to be able to teach the academic content to diverse learners(Shulman, 1987).

In 1986, Shulman proposed a specialized knowledge base for teaching that distinguishes teaching profession from subject matter specialists.

Effective teaching in science depends largely on the extent and richness of a teacher's pedagogic content knowledge (Fenstermacher, 1986; Shulman, 1986, 1987; Fawns & Nance, 1993). Some contend that undue emphasis on content knowledge oversimplifies the nature of teaching(Kennedy, 1993). Shulman argues that typical teacher-education programmes focus too much attention on content knowledge at the expense of pedagogic content knowledge, and therefore they fail to equip beginning teachers adequately(Kanes and Nisbet, 1996).

The core of knowledge base of teaching profession is PCK that is built and developed as teachers teach specific topics in their subject area. PCK is influenced by the transformation of three other knowledge bases: subject matter knowledge(SMK), pedagogical knowledge(PK), and knowledge of context(Grossman, 1990). PK includes knowledge of instructional principles, classroom management, learners and learning, and educational aims that are not science specific.

We can expect that there should be some relationship between science teachers' subject matter knowledge(SMK) and science teaching effectiveness. According to the studies of the relationship between a teacher's science background(usually in the form of the number of science courses taken) and teaching effectiveness, the results are less conclusive. That is, SMK is necessary but not sufficient for effective teaching(Abell, & Lederman, 2007). The effect of SMK could be mediated by other types of teacher knowledge.

The teacher education and the TET in Korea have implied that more SMK is needed to produce highly quality teachers. Since 2005 TET, the portion of general pedagogy was reduced from 30% to 20%, and the reduced 10% was transferred to science education. Before 2005, the proportion of science education questions was 20-30%, but after 2005 that was increased 30-35%.

The rationale for this cutback of PK portion was that there was overlap between questions about PK and questions about science education. A gradual increase of science education portion in the TET along with reduction of PK questions is desirable, but we need to examine the quality of science education questions in the TET.

Even with the new 2009 TET system where a high proportion of science education questions, we can't assure high quality teachers will be screened through the new TET. What is indispensible and most required in teaching science should be included in TET, which acts as a gatekeeper to be a teacher. In other words, some aspects related to science PCK should be included in science education questions of TET. Since the implementation of TET including the new TET system, preparing for solving science education questions in the TET haven't helped the beginning teachers to better prepare classroom teaching. An experienced teacher who have served as an examiner contested that we need to define a baseline of core pedagogical requirements for newly qualified teachers including knowing and understanding the learning needs of individual students, the ability to communicate effectively in the classroom context to stimulate learning.

A: But at the hearings of the revision of TET, teacher candidates welcomed a new suggestion to reduce the portion of science education questions in the TET. The reason they welcomed that idea is that they don't think science education questions shown in TET have nothing to do with teaching competence. This suggests that science education questions should be validated.

In other words, teachers need knowledge other than SMK and PK. Teachers need knowledge about students' ways of thinking about key ideas in the science curriculum and pedagogical strategies for addressing students' personal theories and supporting them in learning about specific science ideas(Driver, 1989; Driver, Osoko, Leach, Mortimer, & Scott, 1994). This type of knowledge should be examined in the TET. That is, we need to incorporate assessment of the teacher candidate's PCK in the TET, where PCK is understood as the teacher's knowledge about how to transform SMK of specific science topics into viable instruction.

In the essay test of the TET effective from 2009, we need to develop PCK related questions where we can assess the teacher candidate's science subject specific teaching expertise, which can't be prepared private institute through problem solving drills. When we develop PCK related questions for the TET that can be solved based on the teacher candidate's experiences of methods courses and clinical experiences of student teaching. That is, the essay test in the TET could assess subject matter pedagogy, a combination of deep subject and pedagogical knowledge, that facilitates effective professional practices in schools.

In addition to this, teacher education programs in the university should ensure the relevance of teacher preparation to not only the needs of the schools but also the needs of teacher candidates who apply for the TET.

3. Taking Collective Responsibility for Professional Standards

Collective responsibility for standards is a key element of both professionalism and professionalization (Darling-Hammond, 1990). Teachers’ authority in matters of gate-keeping and quality control is a crucial component of professionalization (Van Maanen & Barley, 1984). The knowledge base of a professional is drawn from a body of common practices and wisdom accumulated by practitioners and scholars throughout history. Lawyers hold collective responsibility for professional standards through the bar. Doctors hold collective responsibility for professional standards through a board. If you want to become a lawyer, you are entering a profession, and the profession of being a lawyer is controlled by lawyers. After all, acknowledged professionals such as lawyers or physicians themselves determines the standards for entry into the profession. The professional association of teachers, however, has not historically held any equivalent power.

There is a profound misconception in education regarding the meaning of professional. Since education is too important to be left to teachers, outside experts such as administrators or politicians should define what good teaching is, which is not valid considering the professionalization movement of teacher education. Concerns over a loss of professional autonomy for teachers have emerged in the 1980's teacher professionalization movement.

Professionals, characterized as autonomy, are empowered by virtue of the authority granted to them by society (Englund, 1996) to specify standards of appropriate practice(Van Maanen & Barley, 1984),

When we set what is expected of teacher candidates, we need to incorporate the voices of field professionals, that is experienced teachers. Experienced teachers as field professionals should be given an opportunity to voice the attributes they would like in beginning teachers.

Korean teacher education and hiring system features an emphasis on teacher qualifications, with rigorous requirements for years of study, content knowledge and certification, and less concern with teacher performance. Teacher assessment as well as TET should involve and emphasize classroom performance, which will lead to more role taking of experienced teachers as evaluators.

We need to give experienced teachers a majority voice so that they can make some input about what good teaching is and what constitute quality teaching practices. We need to translate the expertise of experienced teachers into desirable performance outcomes that can be assessed in TET's performance assessment part.

Both in teacher education and TET, there should be some kind of exchange between theoretical principles on the one hand, and teacher expertise, on the other hand, whereby these two types of input interact and refine each other(Stones, 1994).

Teacher knowledge can become a more fundamental input for that knowledge base of teaching. That is, the contribution of teachers as professionals to their common knowledge base should become more substantial(Verloop, et al., 2001).

In addition, the TET assessment panel should be co-led by experienced teachers, or clinical educators, where they set and maintain standards for the profession. For this purpose, university-based teacher educators need to engage in rigorous discussions with expert teachers about quality teaching. Through this collective responsibility for professional standards, we can also avoid a theory-practice division in learning to teach. If possible, furthermore, teachers themselves should be conducting the evaluations in the TET performance assessment part.

In addition to sharing the responsibility in teacher preparation, field professionals should share assessment of the teacher candidate's practical expertise. The success of teacher candidates' teaching performance should be evaluated by practicing teachers by observing and critiquing teacher candidates' teaching in action.

4. Devising a system of continuing professional development: outline of a ladder of career development

Through the participation of all teacher education parties in an assessment process in TET, the teacher education community can develop a culture of continuous improvement where a range of standards is established in the teaching profession at various stages of development. From initial training to further professional development, it is important to provide professional development support for teachers throughout the teaching career. That is, teacher learning should be a continuum, something that happens across the whole professional life of a teacher(Feiman-Nemser, 2001).

According to deregulation agenda, it has asserted that most of the professional content about pedagogy, learning and classroom management can best be learned on the job through an apprenticeship rather than in a teacher education program whose key focus is on teaching content and methods rather than the promotion of the ongoing personal-professional qualities of the teacher candidates. What is it then for teachers to need to know and master prior to assuming full responsibility for a classroom and how to support beginning teachers to teach?

On the other hand, Korean teacher education concurrently has been going through new challenges. First, with the public demand for teacher evaluation, a standards movement within the profession of teaching has occurred. Through articulating teaching standards, an improved image of teaching in the community has emerged.

Second, there is a strong focus on practical aspects of teaching where practice teaching in the field is emphasized. As has been the case in other countries, many preservice teachers saw the school practicum as the most valued component of teacher training. The severe critique has raised the quality of beginning teachers who succeed in the highly competitive TET but their teaching quality is still questionable.

In addition, Korean teacher education system lack a coherence in professional development support across the teaching career where little or no systematic assistance is provided for the beginning teacher. The movement to introduce an induction program is another effort to professionalize teaching and teacher education in Korea.

In particular, the induction is critical to both the quality of teaching and the quality of learning in schools. The induction phase provides beginning teachers with the foundation for long-term and sustained professional and personal growth. When ideally implemented, it also affords opportunities for collaborative problem solving and decision making, which is rare in the teaching profession. This year KICE is developing a pilot teacher induction program focused on instructional consulting program. Central to any type of induction program is commitment to learning in the field, or the apprenticeship model of teacher training. According to this apprenticeship model, the beginning teacher observe classroom teaching competencies modelled by mentor teachers, replicate observed practices in ever greater degrees of complexity, and engage in reflection of their own and others' practices. We learn to teach more by what is modeled then by what is told.

It is important to note that we don't want to reinvent the apprenticeship model of teacher development that characterized the teacher training of the early 1900s. Already over a decade ago, Stones (1994) drew attention to the fact that school-based teacher training may be in danger of returning of a craft apprenticeship model of teacher training, which features the de-intellectualization of teacher education in the 19th and early 20th century. Compared with the previous craft apprenticeship model, the apprenticeship training during the induction features reflective practices with a range of concepts and theories that are evidence-based and have stood the test of strong debate in the professional community.

During the induction period, however, beginning teachers should learn how to translate knowledge into practices or how to make the tacit explicit through the apprenticeship model or learning to teach on-the-job. Induction has to do with bridging a gap between science teaching knowledge and practices. This induction can provide beginning teachers with reflective practices through praxis where theory and practice are dialectically related. In other words, during the induction beginning teachers need opportunities to develop their PCK through critical reflection on their own and others' classroom practice. The focus of the induction, however, should be on assistance rather than assessment.

Most of the beginning science teachers often teach in ways similar to how they were taught throughout schooling. This apprenticeship of observation is important in shaping what it means to challenge beginning teachers' prior experiences in order to influence their own practice of science teaching. Through reflecting upon their own experiences of learning to teach during the induction period, beginning teachers can have an opportunity to rethink their conception of teaching as telling. During the induction phase, beginning teachers need to incorporate the seeds for the development of PCK, subject-specific pedagogy.

Beginning teachers are socialized during the first couple of years of their teaching and then they are resistant to change their learned habit. Professionalization rather than socialization for the beginning science teacher, therefore, is encouraged most through the mentor's modeling of learning to teach. The future vision of the pilot induction program is to build a learning community of reflective teachers dedicated to excellent practice through a network of support, professional exchange and sharing. In addition, induction program should be seen as one of the stages of professional development of teachers along the continuum of a lifelong learning process.

There is no quick fix or simple way to improve teacher quality. At various stages during teachers’ careers (from preparation to induction to staff development), quality measures are required. These days, Korean science teachers are confronted with the performative and audit cultures where the public demand not only teacher evaluation but also periodical renewal of teaching certificate.

To keep up with the teacher professionalization movement as well as to provide students with a better learning opportunity, we need to reconstruct how and why teachers teach science rather than what they teach in the classroom. To improve hows and whys of Korean science teaching, we need to reconsider what to assess in the TES and what to teach in the university-based teacher education.

References

Abell, S. K. & Lederman, N. G. (2007). Handbook of Research on Science Education. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum.

Childs, A. & McNicholl, J. (2007). Investigating the Relationship between Subject Content Knowledge and Pedagogical Practice through the Analysis of Classroom Discourse. 29(13). 1629-1653.

Cochran-Smith, M. Zeichner, K. M. (2005). Studying Teacher Education: The Report of the AERA Panel on Research and Teacher Education. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.

Collins, C. (2004). Envisaging a new education studies major: what are the core educational knowledges to be addressed in pre-service teacher education? Asia-Pacific Journal of Teacher Education, 32(3), 227-240.

Darling-Hammond, L. (1990). Teacher professionalism: Why and how? In A. Lieberman (Ed.), Schools as collaborative cultures: Creating the future now (pp. 25–50). Bristol, PA: Falmer Press.

Darling-Hammond, L., & Sykes, G. (Eds.). (1999). Teaching as the learning profession: Handbook of policy and practice. San Francisco: Jossey-Bass.

Feiman-Nemser, S. (2001). From preparation to practice: Designing a continuum to strengthen and sustain teaching. Teachers College Record, 103, 1013-1055.

Goldstein, J.(2008). Designing Transparent Teacher Evaluation: The Role of Oversight Panels for Professional Accountability. Teachers College Record Volume 111 Number 4, http://www.tcrecord.org ID Number: 15053, Date Accessed: 4/24/2008.

Kanes, C & Nisbet, S. (1996). Mathematics-teachers' knowledge bases: Implications for teacher education. Asia-Pacific Journal of Teacher Education, 24(2), 159-171.

Kwak, Y. (2007). The Research on Pedagogical Content Knowledge in Science Teaching. KICE Report RRI 2007-3-3.

Leung, F.K.S. & Park, K.M. (2002). Competent Students, Competent Teachers? International Journal of Educational Research, 37(2), 113-129.

Ma, L. (1999).  Knowing and Teaching Elementary Mathematics. Mahwah, N.J.: Lawrence Erlbaum Associates, Publishers.

Verloop, N., Driel, J. V., & Meijer, P. (2001). Teacher knowledge and the knowledge base of teaching. International Journal of Educational Research, Volume 35, Issue 5, 2001, Pages 441-461.

과학교육 정책연구 및 초등 과학과 교수법ㆍ평가방법

정책연구책임자 및 초등연구기관연구원(정책연구 및 초등연구사업단)

심포지엄

심포지엄

※심포지엄 자료집은 별도로 배부됩니다.

심포지엄

중등 과학과 교수법ㆍ평가방법

중등연구기관연구원(중등연구사업단)

심포지엄

심포지엄

※심포지엄 자료집은 별도로 배부됩니다.

초중등 과학과 교수법ㆍ평가방법

초중등연구기관연구원(초중등연구사업단)

심포지엄

심포지엄

※심포지엄 자료집은 별도로 배부됩니다.

수O교사01E	중등학교 과학 교사의 밀도에 대한 내용교수지식과 교사 변인의 관계
14:20~14:40	곽상원 최병순
	한국교원대

이 연구는 교사의 수업 전문성의 지표라 할 수 있는 내용교수지식(PCK)에 대한 연구로서, 연구의 목적은 중학교 2학년 과정의 밀도에 대한 중등학교 과학교사의 내용교수지식 수준과 양상을 분석하고, 교사 변인 중 교수경험, 학력, 교과모임 참여 여부와 내용교수지식의 관계를 알아보는 것이다. 이를 위하여 밀도에 대한 세 가지 교사 변인이 상이한 교사 20명을 대상으로, 내용교수지식을 표현할 수 있는 도구의 하나인 내용표상(CoRe)에 바탕을 둔 질문지를 작성하도록 하였다. 질문지의 답변으로부터, 교수전략을 비롯한 내용교수지식의 8가지 구성요소에 대한 내용표상의 유형을 정리하였고, 내용교수지식 수준과 세 가지 교사 변인에 따른 구성요소별 응답의 차이를 분석하였다. 그 결과, 내용교수지식 수준이 높은 교사들은 낮은 교사들에 비해 주요 개념이나 학습의 어려움 및 오개념의 요소들을 다양하게 제시하였고, 세 가지 교사 변인에 따라서도 구성요소별 응답 유형에 차이가 나타나, 내용교수지식의 형성 변인에 대한 시사점을 얻을 수 있었다.

수O교사02E 과학교사교육	중ㆍ고등학교 현직 과학교사와 예비 과학교사의 마찰력에 관한 개념조사
14:40~15:00	안민영 김영민
	부산대

과학교사교육

본 연구의 목적은 마찰력에 관해 예비 과학교사와 현직 과학교사가 가지고 있는 개념들을 조사하여 그 유형을 분석하는 것이다. 연구를 위해 중ㆍ고등학교 교과서 및 일반물리학 교재를 분석하여 마찰력에 관한 기본 개념 파악하여 개념 목록을 작성하였다. 질문지는 15개의 선다형 문항과 그 답을 선택한 이유를 진술하도록 구성되었다. 교사의 마찰력에 관한 개념을 조사하기 위한 연구 대상은 예비 과학교사 142명과 중․고등학교의 현직 과학교사 42명이었다. 연구 결과 자료는 전공, 대학교 일반물리학 이수 여부, 고등학교 때 물리과목 이수정도에 따라 나누어 분석하였다. 연구 결과 예비 과학교사와 현직 과학 교사 모두 물리전공자의 마찰력 개념 형성율이 높았다. 또한 일반물리학을 이수하기 전보다 이수한 후의 예비 과학 교사의 마찰력 개념 형성율이 더 높았다. 그리고 고등학교 때 ‘물리Ⅱ’ 까지 이수한 예비 과학 교사가 마찰력 개념 형성율이 가장 높았다. 본 연구의 선택형 문항의 ‘선택 후 이유 서술 분석’ 에서 예비․현직 과학교사들이 마찰력 개념은 인식하고 있었으나, 다수의 교사가 마찰력에 관한 비과학적 개념을 가지고 있는 것으로 나타났다. 상당 수의 예비․현직 과학교사들이 가지고 있는 비과학적 개념의 예로는 원통이 경사면을 굴러 올라갈 때와 굴러 내려갈 때 미끄러지는 운동과 구르는 운동을 구별하지 못해서 마찰력의 방향은 운동방향과 반대라고 생각하는 것이 있다. 그리고 접촉면의 크기와 마찰력의 크기가 비례한다고 생각하기도 하였다.

수O교사03E	물리 비전공 중학교 과학교사들의 ＇힘과 운동＇영역의 교과내용지식 전문성 조사
15:00~15:20	박경영 김영민
	부산대

본 연구는 물리 비전공 중학교 과학교사들의 ＇힘과 운동＇ 영역의 교과내용지식 전문성을 조사하기 위하여 이루어졌다. 연구를 위하여 9개의 선택형 문항과 6개의 서술형 문항으로 구성된 검사지를 사용하였다. 각 문항마다 정답을 선택한 이유와 자세한 풀이과정을 요구했고, 검사가 끝난 후에는 심층면담을 통하여 틀린 문항에 대한 교사들의 사고과정을 파악하고자 하였다. 연구대상 교사는 화학, 생물, 지구과학 전공의 교사 총 9명으로 구성되었으며 경력별로 나누어서 각 전공별로 3명씩 선정하였다. 조사 결과 선택형 문항에서는 65.4%, 서술형 문항에서는 66.4%의 정답률을 보였고, 전체적으로 ＇힘과 운동＇ 영역에 대한 물리 비전공 중학교 과학교사들의 전문성의 정도는 낮은 것으로 판단되었다.

목O교사04E	담화 언어 코드 분석을 통한 과학수업 양태의 변화
09:40~10:00	맹승호 김찬종
	서울대

과학 수업 담화 연구는 담화 언어 그 자체에 천착한 분석적 연구를 통해 과학 수업에서의 다양한 교수적 실천 양태를 해석할 수 있어야 한다. 이 연구에서는 이를 위한 이론적 대안으로서 Basil Bernstein의 Code theory를 제안하고, 그의 담화 언어 코드를 중학교 1학년 과학의 광물 단원 수업 담화 사례 분석에 적용하였다. 연구 사례의 담화 언어 코드는 담화 맥락 및 담화 주체 간의 범주구분과, 담화 주체 간의 담화적 통제 및 위계적 통제 수준에 따른 범주구성의 강도를 파악하여 규명하였다. 연구 결과, 담화 참여 정도를 기준으로 교사중심/학생중심 수업으로만 파악했던 과학 수업의 담화의 양태를 담화의 위계적 관계, 담화적 통제의 정도에 따라 좀더 세분할 수 있었다. 또한, 연구 참여 교사의 과학 수업의 양태는 담화 주체 간의 관계에 있어서는 학생들의 담화 참여를 지원하고 있지만 담화의 통제와 위계적 관계에서는 교수자로서 교사의 지위에 근거한 통제적인 담화를 형성하였다. 그리고 담화 언어 코드를 바탕으로 광물 단원 전체 수업의 흐름을 파악한 결과 ‘학생담화 유도(교사통제) – 학생담화 허용 – 학생담화 허용(교사통제) – 학생담화 촉진 – 학생담화 강화’단계와 같은 수업 거시 단계가 형성되었으며, 각 거시단계가 진행됨에 따라 수업 담화에서 학생의 담화가 차지하는 역할이 점진적으로 강화되는 경향을 보였다. 이를 통해 담화 언어 코드를 이용한 과학 수업 담화 분석 연구가 과학 수업의 양태 변화를 파악하기 위한 효율적인 방법임을 제시할 수 있었으며, 담화 언어 자체의 특성을 파악함으로써 담화 분석 연구 분야의 영역을 한 단계 더 넓히게 되었다.

금O교사05F	물리전공 과학교사와 비전공 과학교사의 중학교 물리영역수업 비교 분석
10:20~10:40	김현정 김영민
	부산대

이 연구의 목적은 물리를 전공한 중학교 과학교사와 물리를 전공하지 않은 과학교사의 중학교 물리영역 수업을 비교 분석하는 것이다. 먼저 이 연구를 위하여 중학교 과학교사의 물리, 화학, 생물, 지구과학 영역 단원의 수업에 대한 선호도, 과학교수 자기효능감, 과학교수태도, 수업을 할때 교사가 느끼는 학생의 흥미 등을 조사 하였다(물리교육전공 교사 7명, 화학교육전공 교사 5명, 생물교육전공 교사 5명, 지구과학전공 교사 2명). 조사 후, 물리전공 과학 교사와 물리 비전공 과학 교사의 물리 영역 수업을 녹취 또는 참관하여 자료를 수집하였다(물리교육전공 교사 4명, 화학교육전공 교사 2명, 생물교육전공 교사 1명, 지구과학교육전공 교사 2명). 수집한 자료를 모두 전사한 후, 수업 방법 측면과 수업 내용 측면에서 비교 분석하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 1. 대부분의 중학교 과학 교사들은 자신의 전공교과 수업을 선호하고 긍정적인 태도를 가지고 있다. 2.물리를 전공하지 않은 중학교 과학 교사들은 물리 영역 수업에 대해서 긍정적인 교수 태도를 보이지만, 과학교수 자기 효능감은 부정적이었다. 3.중학교 과학 교사의 전공에 상관없이 대부분의 교사들은 물리 영역 수업에서 학생들이 흥미없어 한다고 느끼고, 생물과 물리 영역에 대한 연수가 필요하다고 느낀다. 4.물리 전공 과학교사와 물리 비전공 과학교사의 물리 영역 수업을 분석한 결과 수업 방법적인 측면에서는 오히려 물리 비전공 교사가 더 다양했다. 그러나, 수업 내용적인 측면에서는 물리 전공 교사의 경우 틀린 내용이 발견되지 않았으나, 물리 비전공 교사의 경우 틀린 설명이 발견되는 경우가 있었다. 5.이와 비슷한 연구를 교사들이 연수를 필요로 하고 자신없어 하는 생물영역 수업에 대해서도 할만한 가치가 있고, 더 나아가 물리 전공 교사에게서 수업을 받은 학생과 비전공 교사에게서 수업을 받은 학생들의 물리에 대한 이해와 태도를 알아볼 필요성을 알아보고, 전공 교사와 비전공 교사가 각 영역을 가르칠 때 학생들에게 미치는 영향을 알아볼 필요성이 있다.

금O교사06F	예비 과학교사의 과학교사 전문성에 대한 인식의 변화
10:40~11:00	이경호 박미화 오필석1 이선경 김찬종 김희백
	경인교대1 서울대

"As is the teacher, so is the school." 프랑스 철학자 Victor Cousin이 1831년에 한 이 말은 교사 전문성에 대한 논의의 서두를 장식하는 말로 흔히 쓰이고 있다. 교사의 질, 즉 교사의 전문성은 여러 연구를 통해 강조되어 왔고, 교사의 전문성을 신장하기 위한 여러 방안에 대한 연구도 진행되어 왔다. 현직교사의 전문성 신장과 더불어 향후 교사로서 현장에 진출하게 될 예비교사들 또한 교사 전문성에 대한 구체적인 인식을 가지고 이를 성취하기 위해 노력하는 반성적 실천가로서의 면모를 갖추고 현장에 진출하여야 할 것이다. 즉, 이와 같은 인식과 면모를 갖추지 못한 상태에서 교사 전문성의 지속적인 발전은 기대하기 어려울 것이기 때문이다. 이를 위해 예비교사 양성과정에서부터 교사 전문성에 대한 구체적인 고려를 해야 하고 예비교사들이 이에 대한 인식을 정립할 수 있도록 도울 수 있어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 교사양성 교육과정에서 교사의 반성적 사고와 수업 실습을 강조한 강의를 통해 예비과학교사의 교사 전문성에 대한 인식이 어떻게 변화하였는지를 살펴보고자 하였다. 연구에 참여한 예비 과학교사는 모두 12명이었으며, 강의를 수강하기 전과 후에 과학교사의 전문성 인식에 대한 설문지를 제출하였다. 예비 과학교사의 사전 사후 전문성 인식에 대한 변화를 분석한 결과 교과 내용 측면의 전문성 인식은 감소한 반면, 교사의 태도(신념)와 수행능력 및 학생에 대한 전문성 요소는 보다 다양해지고 그 빈도 또한 증가하였다. 전반적인 변화와 더불어 예비 과학교사 개인별 전문성에 대한 인식의 변화는 ‘지식·신념틀＇로 살펴보았다. 분석결과 ‘과학교사 전문성’에 대한 인식변화는 개인별로 차이점이 있음을 발견하였다. * 이 연구는 2006년 정부의 재원으로 한국학술진흥재단의 지원을 받아 수행된 연구임 (KRF-2006-321-B00135)

금O교사07F	과학영재담당교사의 전문성 신장을 위한 자기평가도구 개발
11:00~11:20	서유경 김성원
	이화여대

과학 영재 교육의 질적 성장을 위해 과학 영재 담당 교사의 전문성에 대한 연구가 여러 방면에서 이루어지고 있다. 교사의 전문성 신장을 위한 교사 평가의 한 부분으로 교사의 자기평가에 대한 우월성이 여러 연구들을 통해 강조되어 왔다. 그러나 기존의 연구들은 과학 영재교사의 전문성 수준을 측정하는 것에 초점을 두고 있으므로 자기 평가를 통한 자기반성을 기대할 수 없으며, 그에 따른 실천을 통한 전문성 신장을 기대할 수 없다. 본 연구에서는 기존의 선행 연구를 바탕으로 과학영재담당교사에게 필요한 전문성 영역과 세부 내용을 재정의하였다. 과학영재담당교사에게 필요한 전문성 영역은 크게 교과 영역, 과학영재교육학 영역으로 나누었고, 이 영역내에서 필요한 세부 영역을 다시 교과 영역을 교과내용학 영역, 교과교육학 영역으로 나누었고, 과학영재교육학 영역은 과학영재교육과정, 과학영재아생활지도, 주변과 상호작용으로 나누어 제시하였다. 이러한 전문성 영역과 세부내용을 바탕으로 과학영재담당교사의 전문성 신장을 위한 과학영재담당교사의 자기평가도구를 개발하였다.

금O교사08F	과학고 교사와 예비교사의 실험교육 전문 연수에 대한 인식 조사
11:20~11:40	김경대 강순민1 이효녕2 김영신2
	KAIST 과학영재연구원 1한국과학영재학교 2경북대

전국의 과학고에 근무하고 있는 과학교사(N=43)들과 사범대학에서 과학교육을 전공하고 있는 예비교사(N=137)들을 대상으로 첨단 과학 실험장비를 활용한 실험 전문성 연수에 대한 설문을 실시하였다. 설문은 현행 대학에서 첨단 실험장비 활용에 대한 실태 분석과 이와 관련한 연수에 대한 견해를 알아보기 위한 문항으로 개발되었다. 설문 결과, 현직 교사와 예비 교사 모두 첨단 실험장비에 대한 이해가 부족하다고 인식하였으며 관련된 연수 경험 또한 많지 않음을 보였다. 첨단 실험장비 활용의 중요성에 대해서는 현직교사와 예비교사 모두 인식하고 있었으며, 기회가 주어진다면 주로 방학 기간을 이용해 연수에 적극적으로 참여하겠다는 의사를 보였다. 두 집단 모두 첨단 과학 실험장비 사용에 있어 기능적인 부분의 부족함을 호소하여 연수의 형태는 첨단 실험장비의 사용 실습을 선호하였으며, 특히 교사들의 경우에는 첨단 실험장비를 활용한 교수 학습 프로그램 개발에 관심을 보였다. 연수는 일회성에 그치지 않고 지속적으로 진행되는 것을 희망하였다.

수O학습01F	초등학교 과학과 점자교과서의 시각 자료 점역 실태 분석
14:20~14:40	김승현 차정호 김인환
	대구대

시각장애인용 초등학교 과학과 점자교과서를 그 원문인 묵자교과서와 대조하였다. 같은 내용을 수록한 묵자교과서의 쪽수와 점자교과서의 쪽수를 비교하였고, 묵자교과서의 시각 자료가 점자교과서에 어떠한 형식으로 옮겨져 있는지를 양적으로 조사하였으며, 질적 분석도 하였다.

과학교수학습

과학교수학습

수O학습02F	과학관에서 장애학생들을 위한 과학교육시설 조사
14:40~15:00	김소정 임성민
	대구대

우리의 일상생활과 밀접하고 현대사회에서 기본적인 소양으로서 필요한 과학은 장애 및 비장애 학생들 모두가 알고 배워야 한다. 시대가 변함에 따라 학습자의 요구는 더욱 다양해지고 정보를 얻는 방법도 다양하지만 장애학생들은 이에 대한 접근이 어렵다. 이러한 이유로 과학관은 장애학생들에게 과학의 공통적 경험을 제공하는 방법으로서 유용하다. 그러나 현재까지 장애학생들을 위한 과학관 관련 연구는 별로 없었다. 따라서 본 연구에서는 과학관에서 장애학생들을 위한 과학교육시설을 알아보고자 하였다. 이를 위하여 첫째 과학관에서 장애학생들을 위한 편의시설 조사, 둘째 장애학생을 위한 교육 시설 조사, 셋째 장애학생들을 위한 교육 프로그램 조사, 넷째 전시물 분석을 통하여 장애학생을 위한 활용방안 제안을 하였다. 연구의 방법으로는 2개의 국립과학관과 16개 시도 교육과학연구원등 총 18개 과학관을 대상으로 첫째 홈페이지분석을 통한 과학관 기본정보 조사, 둘째 직접 방문을 통한 편의시설, 교육 시설, 프로그램 및 전시물 조사 분석을 하였으며, 셋째 필요에 따라 담당자 면담을 통해 보충하였다. 발표에서 분석결과와 제언을 논의한다.

수O학습03F	청각정보를 활용한 과학실험에서 시각장애학생들의 관찰 행동 분석
15:00~15:20	이윤정 임성민
	대구대

과학교육목표 중 하나인 과학탐구능력 양성의 중요성은 이미 오래전부터 강조되어 왔으며 기초탐구과정 중에서 특히 관찰은 과학적 탐구의 가장 기본적이고 기초적인 요소로 간주되어 왔다. 시각장애학생들의 과학교육에 있어서도 관찰은 매우 중요한 탐구요소이므로 과학학습에 있어서 관찰을 의도적으로 노출시켜주어 많은 경험을 제공하여야 하지만 시각의 손상으로 인해 관찰수행에 근본적인 어려움이 있다. 이에 대한 대안으로 대체감각인 청각을 활용한 관찰활동은 장애영역을 극복하는 유용한 과학 학습방법이 된다. 본 연구의 목적은 시각장애학생들의 의미있는 과학실험과 관찰 지도를 위하여 시각장애학생들의 관찰 행동을 분석하는 것이다. 이를 위하여 대구 소재 시각장애학교 중학교 2학년 4명을 대상으로 청각정보를 활용한 과학 실험 활동 상황에서 관찰행동을 관찰하고 분석하였다. 개발한 관찰과제는 소리내기실험, 감광기를 이용한 빛의 직진 및 반사 실험으로 3가지 과제이며, 이를 모두 수행하는데 개인별 1시간 정도의 시간이 소요되었다. 면담과 참여관찰을 통하여 학생들의 관찰행동을 조사하였고 모든 과정은 녹음을 하였다. 관찰행동분석을 위해 분석틀을 개발하였으며 이에 준하여 학생들의 관찰능력을 평가하였다. 발표에서 연구 결과 및 제언을 논의한다.

수O학습04F	역학 학습에서 추론의 중요성
15:30~15:50	정용욱 이경호
	서울대

우리는 실험힘과 근본힘의 특징을 비교함으로써 역학 학습에서 추론의 역할이 중요함을 논의하겠다. 특히 운동이 실험힘과 관련된 상황에서 적절한 추론이 운동을 이해하는 데 있어 중요한 역할을 한다. 이러한 주장을 뒷받침하기 위해 우리는 실험힘의 일종인 마찰력에 대한 사범대 물리교육과 학생들의 이해를 조사하였다. 분석 결과에 의하면 추론에 대한 이해 부족이 마찰력이 관련된 운동에 대한 학생들의 이해를 어렵게 할 수 있다. 우리의 이론적 논의와 실험 결과는 추론이 역학 학습에서 보다 강조되어야 함을 시사한다.

수O학습05F	‘관계맺음’: 과학교육적 의미와 사례
15:50~16:10	정용재 조헌국 지영래
	서울대

‘관계맺음’은 과학수업 현장에서 심정적으로 느끼는 중요한 과학교육적 요인 중 하나임에도 불구하고 국내 과학교육 분야에서는 학문적인 연구가 거의 수행되지 않아 왔다. 이에 본 연구에서는 관계맺음의 과학교육적 의미를 고찰하고 과학수업 상황에서 나타나는 관계 혹은 관계맺음의 사례를 탐색하였다. 과학교육에서 관계맺음의 역할, 종류 등을 활동이론(Activity theory), 연결주의(Connectionism) 등에 대한 고찰을 바탕으로 논의 하였다. 논의된 관계맺음의 역할과 종류에 초점을 두어 소재 한 초등학교 고학년의 과학 수업 및 과학관련 특별활동 수업 장면을 분석한 결과, 교사와 아동 사이의 관계맺음 뿐만 아니라, 도구와 아동 사이의 관계맺음 등 몇몇 관계맺음의 사례들이 나타났다. 이를 바탕으로 과학교육 현장에서 얻을 수 있는 시사점과 가능한 추후 연구들에 대해 논의하였다.

수O학습06F	초인지사고수준에 따른 학생들의 과학글쓰기 특성 분석
16:10~16:30	손정우
	경상대

본 연구는 학생들의 초인지수준에 따라 어떻게 과학글쓰기를 하는 지를 파악하고, 그들의 초인지 수준과 과학글쓰기 능력을 높이기 위한 것이다. 이를 위해 먼저 과학적 사고력과 문제해결력을 요구하는 초인지 검사지를 개발하고, 이를 이용하여 학생들의 초인지 수준을 구분하였다. 예상하는 글, 설명하는 글, 주장하는 글, 비판하는 글, 상상하는 글 등을 통해 초인지 수준에 따른 과학글쓰기 특성을 분석하고, 다양한 과정중심 과학글쓰기과제를 부과하여 학생들의 과학글쓰기 능력을 향상시켰다..

수O학습07F	과학영재들의 창의적 문제 해결과정에서 리더십 역할 분석
16:30~16:50	최재혁
	전남대

본 연구에서는 과학영재교육원에서 개최한 캠프에 참여한 과학영재 9명의 창의적 문제 해결과정을 리더십의 역할을 중심으로 분석하였다. 본 연구에서 리더는 문제 해결 과정의 방향을 결정하고 팀원들의 역할을 분담하였다. 경쟁적 분위기에서 리더가 등장한 경우와 협동적 분위기에서 리더가 결정된 경우는 문제 해결과정에서 차이를 보이는 것으로 나타났다. 경쟁적 분위기는 새로운 패러다임의 등장을 통한 창의적 리더의 등장에 역할을 한 것으로 나타났다.

목O학습08F	물체의 운동 상태에 따른 장력의 크기에 대한 대학생들의 개념 조사
09:00~09:20	정수정 김범기
	한국교원대

장력에 대한 올바른 개념의 획득은 힘의 법칙과 관련된 여러 물리 문제 해결에 큰 영향을 미친다. 학생들의 장력의 크기에 대한 개념 조사를 위하여 물체에 연결된 실의 개수와 운동 상태에 따른 장력의 크기에 관한 문항을 개발하였다. 연구 대상은 일반 물리학을 수강중인 사범대 1년생 46명으로 학생들의 응답과 응답이유를 분석하여 상황별로 정답률을 비교한 후, 응답 이유를 유형별로 분류하였다. 연구 결과 가속 상황 보다는 정지 상황에서, 도르래를 연결한 경우보다 연결하지 않은 경우에 장력의 크기에 대한 정답률이 더 높았다. 그러나 실이 2개이고 도르래가 사용된 복합 상황에서는 정답률이 매우 낮았다. 응답이유를 조사한 결과, 장력 문제 해결 과정에서 학생들이 가장 많이 사용한 개념은 합력에 관한 것이었다. 그러나 물체에 작용하는 장력에 대한 개념 이해가 불완전하여 일관되게 바른 개념을 적용하지 못하고 상황별로 익숙한 개념을 이용하여 직관적으로 문제를 해결하려는 경향을 보였다. 따라서 장력에 관해 지도할 때에는 단순한 상황에서부터 시작하여 복합적인 상황에서도 정확하게 개념을 사용할 수 있도록 단계적으로 다양한 문제 상황을 제시하는 것이 바람직한 것으로 사료된다.

목O학습09F	과학영재학생들의 모델링 티칭-학습 환경구축과 구현
09:20~09:40	김승만 유준희1
	한국과학영재학교 1서울대

자연현상을 탐구하고 해석하는 연구 방법의 하나로 모델링(Modeling)은 연구문제를 단순화, 통합하는 과정을 통하여 통찰적인 안목을 길러주는 과학적 연구 방법으로서의 장점을 갖고 있다. 과학교육, 특히 물리교육 교수-학습 방법에서 모델링 티칭은 단편화된(Fragmented) 지식과 문제풀이에 중점을 두고 있는 전형적인 교수-학습과 달리 학습자 중심의 능동적 탐구-학습과정을 강조하고 있다. 모델링 티칭은 통합적인 문제해결능력과 과학자적인 연구태도의 함양이 강조되는 과학영재학생들의 교수-학습 방안으로 제안될 수 있다. 본 연구에서는 한국과학영재학교 1학년을 대상으로 모델링 수업 실천과 적용을 분석함으로써 모델링 티칭 교수-학습 수업환경 구축의 요소와 특징은 무엇이며 모델링 티칭 학습모델의 장점과 발전가능성을 확인하였다.

목O학습10F	중학교 학생들의 역학적 에너지 보존법칙에 대한 MBL 실험 수행 분석
09:40~10:00	김형석 유준희1
	구암중 1서울대

역학적 에너지 보존 법칙 실험은 학교 현장에서 수행하는 비율이 낮은 실험중 한 가지이다. 그 이유로는 역학적 에너지 변화 실험의 측정 및 계산 과정의 복잡함으로 인한 어려움과 실험 중 공기 저항 등의 이유로 인하여 역학적 에너지 값이 줄어드는 실험 결과가 지적되고 있다. 본 연구에서는 역학적 에너지 보존법칙 실험의 어려움을 감소시키기 위하여 MBL을 이용한 실험 수업방법을 고안하여 적용하였다. 계산상의 어려움을 감소시키기 위하여 낙하하는 부분의 데이터만을 선별하여 역학적 에너지를 계산할 수 있는 자료를 개발하였다. 이를 실제 수업에 적용한 사례를 비디오로 녹화하고 전사하여, 에너지보존법칙에 대한 MBL 실험상의 어려움을 분석하였다. 제대로 측정이 이루어졌는지 즉시 확인 가능한 MBL 실험 특성에 따라 학생들은 자신들의 수행 결과가 제대로 된 것인지를 판단하려 하였다. 그런데 그 근거를 명확히 인식하지 못하여 혼란을 겪기도 하였는데 이를 고려하여 수업자료를 개선하였다.

목O학습11F	창의성 지도를 위한 AGA2 모델과 활동자료의 개발
10:00~10:20	박종원 박종석 이강길
	전남대

박종원은 과학적 창의성 지도를 위해 과학적 창의성 모델을 제안한 바 있다. 이번 발표에서는 구체적인 창의성 활동을 개발하기 위해 창의성 모델에 기반한 AGA2모델을 개발하였다. 이 모델은 학생들에게 과학적 창의성 활동을 위한 과제의 제시만으로는 부족하다고 보고, 구체적인 가이드라인(G)을 포함시킨 것이 특징이라고 하겠다. 따라서 1단계에서는 학생들에게 자발적인 창의성 활동(Activity)을 먼저 하도록 하고, 2단계에서 과학적 창의성 활동을 위한 가이드(Guide)을 제시하엿다. 그리고 3단계에서는 새로운 상황에서 가이드 라인을 적용하는 활동으로 구성되어 있다. 이러한 구조에 따라 과학적 창의성 활동을 크게 3영역에서 약 30여개 개발하였다:(1) 과학적 상황에서 창의적 사고하기, (2) 창의적으로 과학적 탐구 수행하기, (3) 창의적으로 과학개념 이해/적용하기. 본 발표에서는 구체적인 활동 사례를 보고하고자 한다.

금O학습12E	소리 나는 관 안의 공기 진동에 대한 물리1 교과서와 교사의 설명 분석
10:20~10:40	박정우 유준희
	서울대

선행 연구에 따르면 일반적으로 학생들은 변위를 눈으로 확인하기 어려운 종파의 이해에 많은 어려움을 겪고, 닫힌 관 내 공기의 움직임을 과학적으로 설명하지 못하는 경우가 많았다. 본 연구에서는 이러한 학생들의 이해가 어떻게 형성되었는지 그 출처를 알기 위하여 교과서와 교사의 설명을 분석하였다. 이를 위해서 7차 교육과정의 물리1 교과서 9종을 분석하였고, 물리1을 수업해본 경험이 있는 교사 5명을 면담조사 하였다. 교과서의 설명과 교사의 설명과 학생들의 이해 사이에 어떠한 관련이 있는지를 분석하여 시사점을 얻었다.

과학교육과정

과학교수학습

수O과정01F	개정된 화학II 교육과정에서 화학평형과 반응속도의 순서 변경에 대한 연구
14:00~14:20	신일용 김현경
	한국교육과정평가원

이 연구의 목적은 2007년 2월에 개정·고시된 과학과 교육과정(교육인적자원부 고시 제 2007-79호)에 대한 관계 당사자의 이해와 효율적인 현장 적용을 지원하기 위해 과학과 교육과정 해설서를 연구 개발하는 것의 일환이다. 7차 교육과정과 가장 큰 차이점 중 하나로, 개정된 교육과정에서는 화학 평형을 먼저 다루고 반응 속도를 나중에 다루는 것으로 교육과정이 개정되었다. 기존의 교육과정에서는 화학 평형을 ‘정반응의 속도와 역반응의 속도가 같다’ 라고 설명하였으나, 단원의 순서가 바뀌면 그렇게 도입할 수가 없다. 이 연구에서는 화학평형을 에너지와 관련지어 거시적인 측면에서 설명하고 반응속도 개념 없이 평형을 도입하는 방법을 해설하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 이와 같이 개정된 교육과정을 현장에 적용할 때 가장 적합한 해설서를 제안하고자 하는데 목적이 있다.

금O과정02E	고등학교 생물 교사가 인식한 유전 영역의 배경 개념 조사
11:20~11:40	이영은 김영신
	경북대

개념은 과학 이론을 구성하는 기본 단위이며, 그 자체로만 존재하는 것이 아니라 다른 개념과의 관계 속에서 의미가 더 명확해진다. 개념의 형성에 도움을 주는 것은 관련된 배경개념이며, 이는 기존의 지식과 새로운 지식을 연결하여 지식을 구성하게 된다. 그러므로 이 연구에서는 학생들이 유전 개념을 학습하기 전 알아야 할 배경개념이 무엇인지 교사들의 인식을 통하여 알아보았다. 따라서 이 연구는 고등학교 생물 교사가 인식하는 유전 영역의 배경개념이 무엇인지 조사하는 것을 목적으로 하였다. 유전 영역 개념은 7차 교육과정과 고등학교 생물Ⅰ, 생물Ⅱ교과서 그리고 국내ㆍ외의 연구에서 제시한 생물과 유전의 주요 개념을 참고로 하여 선정하였다. 선정된 개념은 DNA, 염색체, 체세포분열, 생식세포분열이며 이는 고등학교에서 생물 과목을 지도하고 있는 교사 48명을 대상으로 설문을 실시하였다. 그리고 교사들이 제시한 배경개념이 학생들에게 어떻게 지도되고 있는지 알아보기 위하여 3명의 교사에게 면담을 실시하였으며, 대학교의 유전 전공 교수에게 자문을 구하여 자료를 분석하였다. 따라서 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 고등학교 생물 교사가 인식한 DNA의 배경개념은 염색체, 유전자, 염기, 당, 인산 등이다. 염색체에서는 세포분열, 세포주기, 유전자, DNA 등 이었다. 체세포분열에서는 염색체, 세포주기, 생장 등 이며, 생식세포분열에서는 핵상, 염색체, 체세포분열, 유성생식 등의 개념이다. 둘째, 세포분열과 관련하여 상대적으로 많은 배경개념을 제시하였으며, 염색체와 유전자, DNA등은 검사된 유전 개념에서 전반적으로 많이 제시된 개념이다. 셋째, 각 문항 모두에서 목록으로 얻은 배경개념 수는 많은 것으로 나타났다. 따라서 교사간의 인식은 상당히 차이가 큰 것으로 확인되었다. 그러므로 이 연구는 학생들이 알고 있어야 하는 유전 영역 개념에 대한 배경개념을 참고하기 위한 기초 자료로 이용될 것이며, 교사는 이러한 배경개념 중에서 학생들이 꼭 알아야 할 개념이 무엇인지 재조직할 필요가 있다. 또한 학생들이 유전과 관련된 개념은 서로 관련지어 학습할 수 있도록 지도해야할 것이다.

목O문화01E 과학문화	과학관 전시의 구성요소와 연계 및 위계 구조에 대한 제안
09:00~09:20	박종원
	전남대

광주 국립과학관 설립과 관련하여 과학관에서의 전시물 선정과정이 위한 보다 체계적이고 연구에 기반한 과정일 필요가 있다. 이에 본 발표에서는 과학관 전시의 구성 요소를 4가지로 제안하고자 한다: (1) 전시물, (2) 활동과 시범, (3) 실험, (4) 연구. 본 발표에서는 각 요소의 특징과 역할을 정리하고자 한다. 또 한가지 중요한 점은 위의 구성요소들이 서로 연계적인 구조를 가질 필요가 있다는 것이다. 나아가 다른 과학관이나 연구소들과의 연계도 고려할 필요가 있다. 또한 관람객의 수준을 유아 및 초등학생들부터 과학 영재아나 과학교육 관련자(예: 교사)까지 고려한다면 과학관의 전시가 위계적인 구조를 가질 필요도 있다. 이에 본 발표에서는 과학관 전시의 연계구조와 위계구조를 어떻게 나타낼 수 있는지를 제안하고자 한다. 이 구조에 따라 전시물 예를 제시하고, 어떤 보완점이 필요하고 추가 연구가 필요한지 논의하고자 한다.

금O문화02E	국립과천과학관 교육프로그램 개발
10:40~11:00	이봉우 신영준1 전영석2 홍준의3 한문정4 심선희5 이연주6 정광훈7 권효순7
	단국대 1경인교대 2서울교대 3한성과학고 4숙명여고 5신림고 6서울교대 7과천과학관

과학기술이 발달하고 정보가 넘쳐흐르는 현 지식기반사회에서 지식의 출처는 더 이상 학교라는 공간에 한정되지 않는다. 학교에서 교사에 의해 제공되는 교재와 자료가 접할 수 있는 지식의 전부였다면, 이제는 가정이나 사회, 사이버 공간까지 지식이 통용되는 범위가 널리 확장되었으며, 지식을 전달하는 매체 또한 인쇄자료에서 동영상, 인터넷에 이르기까지 매우 다양하고 대상의 폭이 넓어졌다고 할 수 있다. 따라서 학교에서 이루어지는 형식적 학습으로는 현 사회를 살아가기에 충분한 지식을 습득할 수 없게 되었다. 학습자들은 학교 밖에서 비형식적 학습을 통하여 많은 지식을 얻게 된다. 과학관은 학생들이 학교 과학 수업 이외에 과학이라는 학문을 접할 수 있는 대표적인 비형식적 학습 경로 중 한가지이다. 과학관에서의 경험을 통하여 과학관에서는 끊임없이 비형식적 학습이 이루어지게 되지만, 그 결과는 학교 교육과 연관되어 오개념으로 작용할 수도, 학습 내용을 강화할 수도 있다(이선경, 2005). 앞선 연구들에서는 과학관 안에서 전시물이 제공하고 있는 학습 자료의 유형과 그에 따른 결과에 관한 논의만 이루어질 뿐 그 안에서 실제적으로 어떻게 학습이 이루어지고 있는가에 대한 논의는 부족한 실정이다. 과학관 안에서 이루어지는 비형식적인 학습은 학교 학습에 큰 영향을 미친 다는 것은 부인할 수 없는 사실이다. 그러므로 실재 과학관을 관람하는 상황에서 학습이 이루어지는 형태를 살펴보고 논의하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 본 연구에서는 과학관에서 이루어지는 부모와 자녀간의 대화의 분석을 통하여 (1) 과학관의 전시물 관람 활동이 학생들의 동기를 부여하여 비형식적 교육 발생 여부, (2) 관람 활동 중 대화가 학습자의 관람 태도에 미치는 영향, (3) 비고스키의 관점에서 본 언어를 통한 학습, (4) 과학관에서 교사로서의 부모의 역할 상황, (5) 과학관을 방문한 부모들에게 평생교육의 장으로서 과학관의 역할 정도 등을 이해하였다.

수O평가01E	중학교 교사의 학습참고서 활용 특성
15:30~15:50	안종제 송진웅 곽영순1
	서울대 1한국교육과정평가원

2008년도 서울특별시 중고등학교 과학교사 실험연수에 참여하는 서울시내 중학교 과학교사 80명을 대상으로 학습용 참고서(문제집 포함)에 대한 인식과 활용 특성들을 조사하였다. 중학교 과학 과목에 대한 참고서들은 모두 교육과정의 범위를 넘어선 내용과 평가 문항들을 다루고 있다. 중학교 교사들이 그러한 사실을 얼마나 인식하고 있는지와 자신의 수업 내용을 구성함에 있어 참고서를 활용하는 방식과 정도를 조사하였다. 또한 면담을 통하여 이러한 현실의 원인 분석과 그 대안도 시도하였다.

[연구논문(구두발표)]                                                                                      과학사․과학철학

수O평가02E	나노기술및나노교육에 대한 과학교사 인식도 및 태도 연구
15:50~16:10	김현정 홍훈기
	서울대

각 나라에서는 나노기술이 향후 국가 경쟁력을 좌우하는 핵심적인 기술로 판단하고 국가차원의 나노기술개발을 추진하고 있다. 이에 따라 나노기술에 대한 인식이 향후 나노기술의 연구개발에 미칠 영향과 지속적인 연구의 기반을 확보하기 위해 나노기술의인지도와 태도 조사가 각국에서 꾸준히 진행되고 있다. 현재 우리나라는 나노기술분야의 지원이 모두 연구기관의 연구 능력을 높이는 데만 집중되어 있고 청소년들에게 나노기술을 가르치는 데에는 지원이 이루어지지 않고 있다. 따라서 나노교육에 대한 필요성을 알아보기 위하여 과학교사들의 나노기술과 나노교육에 대한 인식도 및 태도를 알아보았다.

과학학습평가

과학학습평가

수O평가03E	과학교육 관련 국내외 쟁점 및 정부 행정부서 업무 변화 연구
16:10~16:30	김찬종 김기상 정원영 이주연 함석진
	서울대

현대 사회가 점점 단순 기술 위주의 산업에서 최신 과학을 응용한 첨단 기술 위주의 지식기반사회로 재편되어 감에 따라 국가가 가진 과학기술의 질이 국가의 경쟁력을 좌우하고 있다. 이러한 과학기술의 근간에는 사람이 있으며, 그 사람을 양성하는 것은 과학교육이다. 과학교육이 국가의 경쟁력 강화와 국민의 과학적 소양 신장을 위해 매우 중요한 위치를 차지하게 되면서 과학교육에 대한 관심이 높아지고 있으며 과학교육과정 개정을 비롯한 각종 정책들에 대한 과학교육계 외부의 영향도 증가하고 있다. 이러한 외부의 영향은 때로는 긍정적으로 작용하지만, 때로는 과학과 과학교육에 대한 이해 부족으로 부정적인 영향을 미치는 경우도 많다. 따라서 과학교육과 관련된 정책이나 여론의 형성 또는 결정 과정을 이해하여 능동적인 대응이 필요하다. 본 연구는 국내에서 과학교육과 관련하여 쟁점이 되고 있는 사안들이 무엇인지, 어떤 주체들이 어떤 목소리를 내고 있는지, 또한 누가 어떤 대응들을 해 오고 있었는지를 알아보고자 하였다. 그리고 유사한 쟁점과 관련하여 해외에서는 어떤 대응을 보이고 있었는지를 알아보고자 하였다. 또한 과학교육의 쟁점과 관련된 국가 차원의 정책을 담당하는 정부의 과학교육 관련 행정부서의 업무와 그 변화 및 영향을 주는 요인에 대해 조사하였다.

수O평가04E	교사의 지식에 대한 학생들의 인식 조사
16:30~16:50	전화영 김효정 홍훈기
	서울대

과학교사모임에 참여하고 있는 교사들이 가르치고 있는 학생들을 대상으로 교사지식에 대한 학생들의 인식을 조사하였다. 32문항 리커르트 척도 설문지를 사용해 조사하였고, 교사들의 경력, 교사 모임 참여 경력, 과목 등에 따라 어떻게 달라지는지 확인해보고자하였다. 1차 분석 결과, 교사들의 경력에 따라 교사의 지식에 다한 학생들의 인식이 유의미하게 증가하는 결과를 얻었지만, 과목별로 약간의 차이를 보였다.

목O평가05E	예비초등교사의 과학 정의적 특성과 과학교수 자아효능감과의 상관관계
09:40~10:00	김효남 명전옥
	한국교원대

초등교사들의 과학교수자아효능감은 실제 과학교수에 큰 영향을 주고 있는 것으로 보고되고 있다. 과학교수효능감과 상관관게가 높은 교사의 특성을 알아애어 그러한 특성을 예비초등교사들이 갖도록 할 필요가 있다. 이 연구에서는 에비초등교사 72명의 과학 정의적 특성(Cronbach alpha .938)과 과학교수자아효능감(Cronbach alpha 0.839)과의 상관관계를 알아 보았다. 조사 결과 나타난 Pearson 상관계수는 0.633으로 과학 정의적 특성과 과학교수자아효능감은 높은 상관이 있는 것으로 파악되었다. 초등학교에서 과학교수효능감이 높은 교사들이 과학교수를 하도록 하기 위해서는 예비교사들의 직전 교육에서 과학 정의적 특성이 바람직한 방향으로 확립되도록 과학교수법을 배워야 하고, 이는 예비초등교사들의 과학교수자아효능감에 영향을 줄 가능성이 있다.

목O평가06E	중․고등학생들의 성역할 정체감이 과학성취도, 과학에 대한 태도 및 과학 진로 선택에 미 치는 영향
10:00~10:20	주효진 김성원
	이화여대

과학 분야에 있어서 성차에 관련된 많은 연구들을 보면 남학생은 여학생에 비해 과학성취도나 과학태도가 높고, 과학계열에 종사하는 사람의 대부분이 남성이라고 한다. 과학이라는 학문에서 성차가 뚜렷하고 남성적이라는 인식이 일반적이다. 그러나 이러한 성차에 대해 심리학에서는 두 가지 견해가 있는데, 하나는 생물학적 요인에 의해 선천적으로 타고난다고 보는 성차(sex difference)와 다른 하나는 개인이 자라난 환경적 요인에 의해 후천적으로 형성된다고 보는 성차(gender difference)이다. 이러한 두 견해에 대해서 최근 심리학 경향은 개인의 성은 타고난 것이지만 성역할은 학습된 것이라는 생각이 지배적이다. 따라서 본 연구는 과학교육에 있어서 환경적인 요인에 따른 성역할 정체감(gender role identity: 자아 정체감의 한 측면으로서 사회가 그 성에 적절하다고 인정하는 특성이나 태도 혹은 흥미를 동일시하는 과정)이 과학 성취도, 과학에 대한 태도, 과학관련 진로 선택에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 이를 위해 우선, 청소년의 성역할정체감에 영향을 미치는 요인과 성역할 정체감 유형에 따라 청소년의 과학 성취도, 과학에 대한 태도, 과학관련 진로 선택에 미치는 영향을 분석하고, 과학관련 진로 선택에 영향을 미치는 요인들을 알아보고자 한다. 이를 위해 한국 성역할 검사지(KSRI)와 전국학력모의고사(2008), Fraser(1981)의 TOSRA, 양희진(2004)에 사용된 과학 진로선택에 대한 검사지를 이용하여 서울시와 경기도에 위치하고 있는 중학교와 인문계 고등학교에 재학 중인 남, 여학생 700명을 대상으로 조사를 하였으며 총 562부를 최종으로 분석하였다. 수집된 자료는 SPSS 12.0 for Windows를 이용하여 연구문제에 따라 빈도분석, 기술통계, t-test, One-way ANOVA, χ²(Chi-square)을 실시하였으며, 사후검증 방법으로 Scheffe＇s multiple range test를 실시하였다. 본 연구의 분석결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째 성역할 정체감에 영향을 주는 여러 배경 요인들(성별, 학년, 계열)에 대해 알아본 결과 학년에 따른 차이만 있었는데(p<.05), 중학생의 경우 미분화(42.5%), 양성성(28.5%), 남성성(19.2%), 여성성(10.0%)순으로 많았고 고등학생의 경우 양성성(32.5%), 미분화(27.6%), 남성성(20.9%), 여성성(19.0%)순이었다. 따라서 양성성과 미분화의 경우 학년이 올라갈수록 감소함을 알 수 있고 반대로 남성성과 여성성은 학년이 올라갈수록 증가함을 알 수 있으며 이에 따라 성역할 정체감이 연령에 따라 분화되고 발달되어 간다는 것을 알 수 있었다. 둘째, 성역할 정체감에 따른 과학 성취도, 과학에 대한 태도, 과학 관련 진로 선택인식의 차이가 있는지 알아본 결과 과학성취도, 과학에 대한 태도 과학 관련 진로 선택인식에 있어서 양성성이나 남성성을 띄는 학생들이 다른 성역할 정체감의 유형을 가진 학생보다 유리하다는 것을 알 수 있었다(p<.001). 셋째, 성역할 정체감이 과학 성취도, 과학에 대한 태도, 과학관련 진로선택인식과의 관계를 알아보기 위하여 성역할 정체감의 유형을 나눌 때 쓴 남성성 점수와 여성성 점수가 과학 성취도와 과학 진로선택이 과학에 대한 태도와 어떤 상관관계를 갖는지 알아보았다. 그 결과 남성성 점수는 과학 진로 선택인식[eqn: (r=.351 ^{} )], 과학에 대한 태도[eqn: (r=.292 ^{} )``]순으로 여성성 점수보다 조금 더 큰 정적 상관을 보였다. 이렇듯 본 연구 결과 성별의 차이보다는 학생들의 성역할 정체감이 과학 성취도와 과학에 대한 태도, 과한관련 진로선택에 많은 영향을 미침을 알 수 있었다. 따라서 과학교육에 있어서 학생에게 과학이 남성적인 학문이 아니라는 것을 인식시키고 각 성역할 정체감에 따른 과학 다양한 과학교육 프로그램을 개발하고 또한 과학관련 진로교육에 힘써야 할 것이다.

수O대학01E	과학연구활동 경험이 예비 과학교사의 과학의 본성과 진로에 관한 인식에 미치는 영향
14:00~14:20	이인선 한인식 이현주 최경희
	이화여대

본 연구에서는 예비 과학교사 6명을 대상으로 한 학기동안 과학연구활동 프로그램(Undergraduate Research Program)에 참여하게 한 후 그들의 과학 및 과학자, 과학연구활동에 대한 인식의 변화와 이와 같은 경험이 그들의 진로 탐색에 어떤 도움을 주는지에 대해 질적 연구방법을 통해 알아보았다. 자료는 참여 학생 개개인과의 심층면담(5~6회), 집단면담(3~4회), 그리고 연구활동에 대한 참여관찰(15주)을 통해 수집되었다. 연구 결과, 학생들은 과학연구활동을 통해 탐구의 본질을 경험하는 것으로 나타났으며, 실험 및 과학자에 대한 인식이 전통적 이미지를 벗어나려는 경향을 보였다. 또한 이 경험이 학생들에게 교사로서의 전문성 향상에 대한 기대감과 자신감을 높이는 기회 및 과학관련 진로를 탐색할 수 있는 기회를 제공하였음을 알 수 있었다.

[연구논문(구두발표)]                                                                                      과학사․과학철학

수O대학02E	과학관련 교양강의에 대한 대학생의 학습 동기와 인식 조사
11:00~11:20	문공주 최성연 김세미 김성원
	이화여대

현대사회에서 일반인의 과학 소양의 필요성은 여러 연구결과를 통해 강조되어 왔으며, 대학의 과학관련 교양교육은 과학 소양 교육의 중요한 부분이다. 그러나 대학에서 과학을 전공하지 않는 학생들의 과학교육에 대한 연구는 부족하였다. 따라서 본 연구는 대학의 비과학 전공자들을 위한 과학관련 교양과목에 대한 학생들의 기대, 동기, 성취, 인식 등을 알아보고, 이를 바탕으로 대학의 과학관련 교양과목의 역할과 발전방향에 대하여 논의하고자 한다. 본 연구는 과학관련 교양과목을 수강하고 있는 636명의 대학생을 대상으로 Glynn 과 Koballa(2006)가 계발한 과학 동기 검사지(Science Motivation Qustionnaire :SMQ)를 이용하여 과학 학습 동기를 조사하였다. 그 결과 전공에 따라 과학 교양강의에 대한 기대감과 동기가 다르게 나타났다. 또한 설문응답자들 중 인터뷰에 자원한 7명의 대학생과 과학교양과목을 수강하지 않은 3명의 대학생을 대상으로 하여 과학과 과학관련 교양강의에 대한 면대면 인터뷰를 실시하였다. 본 연구에서는 비전공학생들의 과학 학습 동기와 강의에 대한 기대감이 전공과 개인의 경험에 따라 다양하게 나타났다. 또한 학생들의 과학관련 교양에 대한 인식과 요구를 바탕으로 과학을 전공하지 않는 대학생들의 과학 소양 개발을 위한 대학 과학관련 교양의 발전방향에 대해 제언하였다. Glynn, S.M., & Koballa. T.R.,Jr. (2006). Motivation to learn in college science. In J. Mintzes & W.H. Leonard (Eds.), Handbook of college science teaching (pp.25-32). Arlington, VA: National Science Teachers Association Press.

과학학습평가

대학과학교육

목P01C	불일치 현상 대면 전과 후의 인지갈등이 물리 개념변화에 미치는 영향 -일대일 수업에서-
	권미랑 김지나1 김중복2 권재술2
	부산 남산중 1부산대 2한국교원대

포스터Ⅰ

포스터Ⅰ

학생의 선개념에 불일치한 현상을 대면시켜 인지갈등을 유발시키는 것은 개념변화에 효과적인 전략으로 이해되고 있다. 그렇지만 개념변화에 영향을 주는 인지갈등은 불일치 현상 대면 후 뿐 아니라 불일치 현상 대면 전에도(즉, 선개념을 확인하는 과정에서도) 유발된다는 것이 보고된 바가 있었다. 그러한 결과를 좀 더 구체적으로 이해하기 위하여 학생과 교사가 일대일로 수업을 진행하였다. 연구에는 23명의 중학교 2학년 남학생들이 참여했다. 학습 소재로는 ‘광원에 바늘구멍이 뚫린 상자를 덮었을 때 스크린에 어떠한 변화가 나타날까’라는 문제를 사용했다. 사전․사후 개념수준과 현상 대면 전과 후의 인지갈등 정도를 검사했으며 그 과정을 녹음하고 전사했다. 결과로서 회귀분석을 이용하여 불일치 현상 대면 전과 후 갈등 및 개념변화를 유의하게 설명하는 변인을 추출했다. 또한 면담자료를 바탕으로 현상 대면 전과 후 갈등변화의 원인을 분류하였으며 개념변화의 특징을 살펴보았다.

목P02C	실험실 현대화 사업에 따른 학교 실험실의 환경 변화에 대한 교사와 학생의 인식 조사
	김보련 홍지은 박종석
	경북대

2003년부터 2007년까지 제1차 과학교육종합계획의 일환으로 초,중등 실험실 현대화 사업이 이루어졌다. 이에 본 연구에서는 실험실 현대화 사업이 완료된 D시의 3개 고등학교 교사와 학생들로부터 현대화된 실험실 환경과 현황에 대한 의견을 설문을 통해 조사하였다. 현대화 사업 전후 실험실 환경에 대한 과학 교사들의 인식변화와 현대화된 실험실에 대한 학생들의 의견을 과학 교사 3명, 고등학생 190명에게 설문을 실시하였으며, 직접 실험실 현대화를 계획, 추진한 과학 교사 2명을 개별 인터뷰하였다. 그 결과 실험실 현대화 사업은 과학교사와 학생들에게 긍정적이었으며, 실험실 활용도에도 기여를 하였다. 또한 과학 수업 활성화 및 효율성 증진에도 도움이 되었다. 몇 가지 아쉬운 점은 예산부족으로 인한 실험실 크기 확장 불가 및 실험 준비실의 부재, 안전시설 미흡, 정량적 실험도구 부족 등이 있었다. 이러한 결과는 2008년부터 향후 5년간 진행될 제 2차 과학교육종합계획 과학교육내실화사업을 진행하는데 있어 도움이 될 것으로 기대한다.

목P03C	묽은 용액의 성질에 대한 예비교사의 이해와 교사교육과의 관련성
	김성혜 백성혜
	한국교원대

이 연구는 특정 대학의 화학 전공 예비교사를 대상으로 하여 그들이 받고 있는 교사 교육과정을 살펴보았다. 그리고 이 과정이 과학교사에게 중요시 되는 기본 과학 개념에 어떠한 영향을 끼치는지 알아보았다. 이 연구에서 ‘묽은 용액의 성질’을 소재로 하여 화학Ⅱ 교과서 및 대학 교재를 분석하고, 예비교사 10인과 반구조화된 인터뷰를 통해 그들의 과학 개념과 교육과정에 대한 생각을 알아보았다. 사범대학과 비 사범대학에서 이루어지고 있는 교사 양성 교육과정은 대학별로 큰 차이를 나타내지 않았다. 또한 전체 학점에 대한 교직과목의 비율도 비슷한 것으로 나타났다. 예비교사들이 사용한 교재는 묽은 용액의 성질에 관하여 각 교재별로 다양한 설명 유형을 제시하였다. 예비교사들은 묽은 용액의 성질을 이해하는 데 어려움을 나타내었다. 예비교사 교육과정은 예비교사들의 묽은 용액의 성질에 대한 이해에 큰 도움을 주지 못하였다. 예비교사들은 대학에서 배운 내용들을 중등 수준의 과학개념에 적용하지 못하였으며, 개념들을 통합적으로 사고하는 데에도 어려움을 나타내었다. 그들은 예비교사 교육과정에서 중요한 것은 교과교육학 수업이라고 생각하였으며, 교과 교육학 수업이 질적, 양적으로 개선되어야 한다고 제안하였다.

목P04C	Investigation of Concepts about Electric Potential and Grounding
	김소연 마순영1 이정숙 채민 김중복
	한국교원대 1일신여고

The purpose of this study was to investigate the concepts that high school students and pre-service teachers have about electric potential and grounding in electric circuits. In order to accomplish this purpose, questionnaire were developed. Many types of misconceptions could be determined by analyzing and arranging the students’ answers. On the basis of our research, various support materials for improving instruction methods could be given. A total 11 of questions were developed, including 3 questions about closed circuits 4 questions about open circuits, 1 question with both open circuit and closed circuit, 2 questions about grounding circuits, and 1 question about the actual appearance having a ground connection. The data collected from 129 students who are in a science high school in the metropolitan area, one male and one female high school, pre-service teachers who minor in physics and pre-service teachers who major in physics in a university of education. The misunderstandings about the electric potential and grounding were quite large and various. Furthermore the rate of incorrect answers about open circuits was much higher than about closed circuits. Also asking students about the electric potential in open circuits rather than in closed circuits was helpful in revealing various misconceptions. The results show that many students have trouble distinguishing static electricity from current. The great misconception which was found frequently among the respondents was about grounding. The majority of the students thought that if the conducting wire flow the electric current were connected to the ground, all of the current would flow into the ground and there was no current remaining in the wire. In addition they assumed that grounding means disconnection of the conducting cord. Also they showed a great difference in the rate of correct answers, depending on whether we set the grounding in front of resistance or behind resistance. Comparing these two questions was very useful in determining the nature of their misunderstandings about grounding.

목P05C	회전하는 거울을 이용한 광학적 도플러 편이현상
	김수경 문한섭1
	부산 동현중 1부산대

본 연구에서는 회전하는 거울을 이용하여 맥놀이 주파수를 측정함으로써 광학적 도플러 편이 현상을 관찰하였다. 실험장치는 레이저로 빛을 입사시키고 컴퓨터의 팬모터에 부착한 거울을 회전시켜 거울에 의해 반사되는 두 빛의 주파수를 측정함으로써 맥놀이 현상을 관찰할수 있었고, 이는 거울의 중심을 기준으로 회전하면서 다가오는 면에서 반사된 빛과 멀어져가는 면에서 반사된 두 빛이 각각 도플러 현상에 의해 주파수가 편이된다. 이 실험장치는 도플러 편이 현상 뿐 아니라 레이저분광학에서 많은 응용가능성을 갖고 있다.

목P06C	환경에 대한 중학교 3학년 학생들의 정신모형 사례 연구
	김윤지 정진우 이동영 정철1
	한국교원대 1대구대

환경은 역사적으로 인간의 이익을 위해 사용되는 일용품이며 무한한 자원으로 생각되어 왔으나, 오늘날 환경의 위기는 인류에게 매우 심각한 사회 문제로 인식되고 있으며 환경 문제를 해결하기 위한 전 지구적 차원의 노력이 표면화 되고 있다. 환경 문제에 대한 관심의 증가로 온실 효과, 산성비, 오존 감소 등의 환경 문제를 소재로 한 연구들이 국내외에서 이루어지고 있으나, 환경 그 자체를 어떻게 개념화 하여 정신모형으로 내재하고 있는가에 대한 국내 연구는 이루어지지 않았다. 본 연구는 환경 교과를 운영하고 있지 않은 경기도 P중학교 3학년 6명의 학생들을 대상으로 환경에 대한 중학생들의 정신모형을 밝히고자 하였다. 미국 학생들의 환경에 대한 정신 모형을 조사한 선행연구(Shepardson et al., 2007)의 검사 도구와 분석 기준을 적용하였으며, 반구조화된 면담을 통해 개방형 질문과 그리기 활동으로 표출하는데 한계가 있는 연구 대상의 사고를 심층적으로 조사하였다. 환경을 순수 자연 공간(A natural place)으로 인식한 사례, 인간이 공존하는 공간(A place where humans live)으로 인식한 사례, 인간을 지원하는 공간(Supports life)으로 인식한 사례, 인간의 영향을 받는 공간(A place impacted by humans)으로 인식한 사례로 유형화 되었다. 특히 환경에 대한 인간의 영향으로 은 인간에 의해 오염되는 측면을, 은 인간이 보호해야 하는 측면을, 는 인간에 의해 인위적으로 수정된 공간을 시각화하여 표상하였다.

목P07C	Bloom의 신 교육목표분류에 기초한 중학교 생물 영역 총괄평가 문항의 목표 분석
	김윤희1 윤기순 권덕기
	1동원중 경북대

생물 교과의 내용이 흥미롭고 재미있어 생물을 좋아하는 학생도 있지만, 외울 것이 많은 이론 위주의 암기 과목으로 생각하는 학생들도 많다. 학생들이 생물을 암기 과목이라고 생각하는 것은 생물 수업이 암기를 강조하거나, 평가가 학생들에게 암기를 요구하기 때문일 수 있다. 본 연구에서는 중학교 생물 영역 총괄평가 문항의 목표를 분석하여 생물 영역의 총괄평가의 목표가 어떻게 분포되어 있는지 알아보고자 하였다. 이러한 목적을 달성하기 위해 Bloom의 신 교육목표 분류체계를 활용하여 중학교 생물 영역 전단원에 해당하는 총 1,711개 평가 문항의 목표를 분류하였다. 분석 결과, 총괄평가 문항의 목표는 ＇사실적 지식을 기억하다’가 67.5%로 가장 많았다. 그 다음으로 ‘개념적 지식을 이해하다’가 17.5%를 차지했다. 지식 차원으로는 ‘사실적 지식’(71.8%), ‘개념적 지식’(25.2%), ‘절차적 지식’(2.9%) 순으로 나타났으며, 메타인지를 평가하는 문항을 찾을 수 없었다. 인지과정 차원으로는 ‘기억하다’(76.1%), ‘이해하다’(21.6%), ‘적용하다’(2.3%) 순으로 나타났으며, ‘분석하다’ 이상의 과정을 평가하는 문항은 없었다. ‘사실적 지식을 기억하다’를 목표로 하는 평가 문항이 가장 많다는 것은 교사들이 중학교 생물 영역에서 주로 낮은 인지수준을 평가하고 있음을 나타내는 것으로, 학생들이 생물을 암기 과목으로 생각하게 하는 이유가 될 수 있음을 알 수 있었다. 학년별 평가 문항의 목표 수준도 중학생의 인지 수준이 학년이 올라갈수록 높아지는 것을 고려하여야 하지만, 실제 학년별 평가 문항의 목표는 학년별 경향성을 나타내고 있지 않았다. 이상의 연구 결과를 통해 생물 영역 총괄 평가 문항을 제작할 때 중학생의 인지 발달 수준에 적절하게 지식 및 인지과정 차원의 목표들을 고려하여 다양한 교육목표들을 평가할 수 있도록 해야 하며, 예비 교사 및 현직 교사들이 평가의 전문성을 신장할 수 있도록 지원할 수 있는 방안이 마련되어야 한다는 것을 알 수 있었다.

목P08C	중학생 전류ㆍ전압 개념 정립을 위한 튜토리얼 개발
	김은주 김중복
	한국교원대

본 연구는 전류ㆍ전압의 개념 정립을 위한 튜토리얼을 개발하고, 개발된 튜토리얼이 학생들의 전류ㆍ전압 개념 학습에 미치는 영향을 알아보기 위한 것이다. 이 연구를 위해 제 7차 교육과정과 전류ㆍ전압 오개념에 대한 선행연구를 고찰하여 튜토리얼 개발의 방향성을 수립하였다. 튜토리얼은 사전검사, 워크시트, 사후검사로 구성되었으며, 3개의 소단원으로 이루어지고, 총 6차시로 개발되었다. 개발된 튜토리얼 초안에 대해 2차례의 예비검사를 실시하였다. 매 검사마다 4~5명의 중학생이 참여하였고, 참여과정을 녹음 전사하였다. 사전 검사 결과 전류ㆍ전압에 대한 다양한 오개념을 확인하였고, 튜토리얼을 시행한 후 사후 검사에서 개념변화를 확인할 수 있었다. 또한 예비검사의 결과를 바탕으로 개념 학습에 어려움을 겪는 부분을 수정보완하였다.

목P09C	개념도 활용 학습이 고등학교 3학년 학생들의 화학 개념 형성에 미치는 영향
	김재련 강순희
	이화여대

본 연구에서는 학생들이 화학Ⅱ의 수많은 개념들을 체계적이고 유기적인 관계 속에서 이해하고 이를 인지구조 속에 유의미하게 조직할 수 있는 교수-학습 전략으로 Novak의 개념도를 선택하였고 이를 교수-학습 과정 속에 적용한 후 학생들의 화학 개념 형성과 과학에 대한 태도 변화에 미치는 영향을 알아보았다. 또한 성취수준을 Gagne의 학습된 능력 중 지적 기능의 변별, 구체적 개념, 정의된 개념, 규칙 영역으로 나누어 개념도 활용 수업을 받은 집단과 강의식 수업을 받은 집단이 각 영역에서 화학 개념을 형성함에 있어 유의미한 차이를 보이는 지 알아보고자 하였다.개념도 활용 수업을 받은 집단은 강의식 수업을 받은 집단보다 사후검사에서 통계적으로 유의미하게 높은 성취도 점수를 획득함으로써 개념도 활용 수업이 화학 개념 형성에 효과적임을 보여준다. 개념도 활용 수업을 받은 집단의 개념도 사용 설문지를 빈도 분석한 결과 개념도 활용 수업에 대한 학생들의 선호도와 학생들이 생각하는 개념도 사용의 효과 영역에서 긍정적인 반응을 보였다.

목P10C	과학실험에서 목적구현을 위한 실천 가능한 수업지도안 개발
	류희숙 윤기순 권덕기
	경북대

이 연구의 목적은 하나의 실험에 여러 목적을 한꺼번에 구현하기 보다는 특정 과학실험목적을 구현하기 위한 실험수업안을 설계하여 모델로서 제시하는 것이다. 이를 위하여, 수업 설계자에 의해 의도된 목적이 사용자가 될 교사들에게 의해 인지되도록 하기위해 수업안에 포함되어야 할 요소들이 무엇인지 파악하였고, 특정 목적을 적용한 실험수업안을 개발하였다. 개발된 수업안은 증산작용에 대한 4개의 소주제로 6개의 목적을 구현하도록 설계하였으며, 중등학교 생물교사들을 대상으로 설문조사 및 면담으로 평가를 받았다. 면담 내용은 수업안으로 구현 가능한 과학실험목적, 교과서 실험과 개발된 실험수업안과의 차별점, 수업적용 가능 수준, 적절한 수업 차시에 대하여 구성하였다. 평가 결과, 교사들은 개발된 실험수업안에서 의도된 과학실험목적을 인지하였다. 그리고 개발된 수업안은 정규수업시간에 1～2차시 수업으로 활용가능하다고 평가하였다. 이는 교사들이 수업안에서 목적인지에 영향을 주는 요소가 무엇인지를 우선 파악하여 수업안을 개발한다면 특정의 과학 실험목적을 구현하기 위한 실험수업안을 교사들에게 효과적으로 인식시킬 수 있으며, 현장 적용이 가능함을 시사한다. 개발한 수업안은 제 7차 교육과정의 생물 단원 중 일부이다. 다른 생물 단원도 목적인지에 영향을 주는 요소를 추출하여 특정 목적구현을 위한 수업안을 개발할 필요가 있다.

목P11C	예비과학교사의 교수내용지식 분석
	박철용 민희정1 백성혜
	한국교원대 1청량중

본 연구의 목적은 예비과학교사의 교수내용지식을 분석하는 것이다. 이 연구를 위하여 두 명의 사범대학 4학년생들을 선정하였다. 연구의 자료는 인터뷰, CoRe 질문지, 교생실습기간의 수업관찰기록 등의 질적 연구방법을 통해 수집되었다. 자료 분석은 반복적 비교 분석법에 의하여 이루어졌다. 연구결과, 두 예비교사의 교수내용지식 수준은 매우 낮았다. 두 예비교사의 교육과정 에 대한 지식은 서로 달랐으며, 과학 교수 지향은 교생실습기간동안의 교수경험 후에 바람직하지 않은 방향으로 변화하였다. 두 예비교사의 내용 지식은 매우 부족하였으며, 학생 이해에 대한 지식수준도 매우 낮았다.

목P12C	충북 WISE센터의 여학생 친화적 프로그램 및 활동
	백성혜 신인선 김미혜1 정정인2 이은정 이항주 박민경
	한국교원대 1충북대 2청주교대

충북 WISE센터에서는 중학교, 고등학교 여학생들에게 수학과 과학의 진로를 선택할 수 있도록 다양한 교육 프로그램을 개발하여 운영하고 있으며, 과학 캠프, 찾아가는 실험방문 교실, 과학자들의 특강, 과학자들과의 멘토링, 지역 특성화 프로그램 및 다양한 체험 활동 등을 개발하여 운영하고 있다. 이러한 WISE 센터의 활동들에 대해 소개하고자 한다.

목P13C	화학 포스터 수상작과 비수상작에 나타난 화학의 코드 비교
	이기종 한재영
	충북대

2004년부터 대한화학회에서 학생 화학포스터 대회를 열어 왔다. 초등학교, 중학교, 고등학교에서 많은 학생들이 참여하여 매년 수백점 이상의 포스터가 응모되고 있다. 선행연구에서는 포스터 그리기 대회 수상작에 포함된 화학의 코드를 분석하여, 액체, 실험기구, 눈금, 화학의 언어, 과학자, 지구와 환경, 주변의 사물 등의 7가지 요소를 추출하였다. 이 연구에서는 2005년도 출품작들을 모두 분석하여, 수상작과 비수상작에서 화학의 코드의 차이점을 조사하였다.

목P14C	초등 과학 교수-학습 자료 데이터 베이스 구축 및 운영에 대한 연구
	이수아 전영석1 오필석2 박찬주3 강석진4 차희영5 송영욱5 신영준2 권용주5
	서울 신묵초 1서울교대 2경인교대 3경기 통일초 4전주교대 5한국교원대

본 연구는 현재까지 개발된 수많은 초등과학 교수-학습 자료들을 체계적으로 선별하고, 중복된 자료의 정리 및 필요한 자료의 개발 및 홍보를 통하여 일선 초등교사들의 과학수업을 지원하는데 그 목적을 두고 있다. 이를 위해 먼저 전문가를 통한 자료들의 검증 및 표준화 작업을 실시하였다. 초등학교 교사 및 교대 교수들을 포함한 초등과학교육의 전문가 14인이 모여서 지금까지 개발된 관련 자료들을 수집해서 정리하고 검증과정을 거쳐 양질의 자료들에 대한 DB를 구축하였다. 자료 수집 과정에서는 각 시도교육청, 교수학습지원센터, 에듀넷등을 대상으로 하였고, 표준화를 위한 평가틀을 제작하여 양질의 자료를 선택하였다. 둘째, 전문가를 통해 검증되고 표준화된 자료들은 서비스를 원하는 전국의 교사 및 학습자에게 쉽게 접근이 가능하도록 웹을 구축하였다. 초등 교사들이 수업에 필요한 자료를 언제 어디서나 쉽게 검색하여 찾고 활용할 수 있도록 서비스를 제공하도록 하도록 하고 있다. 또한 교사들이 활용할 수 있는 Q&A, FAQ, 커뮤니티 등을 개설하여 자료활용이나 현장에서 발생할 수 있는 다양한 변인에 대하여 정보를 얻고 전문가와 의견을 교환할 수 있도록 설계 하였다. 셋째, 웹진을 개발하여 초등교사들에게 발송함으로써 홈페이지를 홍보하고 이용할 수 있도록 하였다. 웹진에는 수업시간에 활용할 수 있는 정보, 교사들이 흥미있어할만한 주제들을 제공하여 개발된 웹에 접근이 용이하도록 구성하여 초등교사들이 개발된 자료들을 수업 중 적극 활용할 수 있도록 하였다. 초등 교사들은 수업에 필요한 자료를 찾으려고 해도 정보들을 찾는데 많은 시간과 노력이 필요하고, 또 중복된 자료들 중 적절한 내용을 판단하여 선별하는 과정에서 어려움을 겪고 있다. 따라서 초등 과학에 관련된 교수-학습 자료에 대한 정보를 학년별, 분야별, 수준별 등으로 분류하고 전문적인 수준에서 판단하여 검증하고 운영하는 전문 정보센터의 운영을 통해 초등 교사들이 다양한 교수-학습 관련 자료들을 검색하고 쉽게 이용하거나 다운 받아 수정 후 사용하는 것이 편리하게 되면, 많은 초등 교사들이 큰 어려움 없이 수준 높은 과학 수업을 학생들에게 제공해 줄 수 있을 것으로 기대한다.

목P15C	중학생들의 과학에 대한 인식과 진로 선택에 대한 연구
	이지영 이수영1 김희백
	서울대 1한국직업능력개발원

과학의 이미지는 과학교육의 중요한 연구 분야 중 하나로 지금까지 과학에 대한 학생들의 인식과 관련된 연구가 많이 이루어졌다. 하지만 초등학교에서 빠른 속도로 발달하게 되는 과학에 대한 정형적인 이미지가 고정화 되거나 약화되는 중요한 시기임에도 불구하고 중학교에 진학하면서 학생들이 가지게 되는 과학에 대한 이미지에 대한 분석은 상대적으로 부족하다. 또한 중학생들이 가지고 있는 과학에 대한 이미지와 진로 선택 사이에 관계에 대해 설명하는 연구가 부족하다. 따라서 본 연구에서는 중학생 163명을 대상으로 과학자가 수행하는 과학과 과학 수업 시간에 이루어지는 과학에 대해 어떻게 인식하고 있는지, 이러한 인식이 과학 관련 진로 선택에 어떻게 영향을 미치는지 알아보고자 한다. 과학에 대한 인식은 변형된 DAST와 DAST-C를 사용하여 학생들의 그림을 분석하였다. 또한 설문을 통해 학생들에게 과학과 관련된 진로의 선택 여부와 그 이유에 대한 자료를 수집, 분석하였다. 연구 결과, 학생들이 과학과 관련된 진로를 선택하지 않는 것과 그림에서 나타난 ‘왜곡된 이미지’, ‘위험표시’가 유의미한 상관관계를 보이고 있었다. 반면 과학과 관련된 진로를 선택하겠다고 응답한 학생들은‘STS’와 관련된 부분을 그림상으로 많이 표현하고 있었다. 이러한 연구 결과를 통해 성장하면서 형성되는 과학에 대한 이미지는 학생들이 과학 관련 진로를 선택하는 것과 깊은 관계가 있다고 볼 수 있다.

목P16C	중학교 자극과 반응 단원에서 교사의 수업목표, 수업 후 학생의 획득 지식과 평가 문항사이의 일치도 분석
	장병호 김영신 정재훈
	경북대

이 연구는 중학교 2학년 ‘자극과 반응’ 단원을 지도할 때 교사가 제시하는 수업 목표와 수업 후 학생들의 과학 수업을 통해 획득한 지식 그리고 수업 후에 이루어지는 교사가 출제한 평가 문항사이의 일치도를 분석하는데 그 목적이 있다. 중학교 16명의 교사를 대상으로 ‘자극과 반응’ 단원에서 사용한 수업 목표가 무엇인지 조사하였고 해당 교사가 지도한 중학교 2학년 480명을 표집하여 수업을 통해 획득한 과학개념을 조사하였다. 자료의 분석은 개방형 검사지에 응답한 교사의 수업 목표와 학생들이 학습을 통해서 획득한 지식 사이의 일치도를 분석하였다. 교사의 수업 목표의 분석은 교사의 수업 목표를 나열하고 같은 내용의 수업 목표를 유목화시켰다. 일치도 정도의 분석은 교사가 제시한 수업 목표에서 교사가 지도한 학생 중 해당 수업 목표와 관련된 지식을 나열한 학생의 수로 하였다. 또한 평가 문항은 교사가 제시한 수업 목표와 그 교사가 출제한 정기고사의 평가 문항 사이를 비교하였다. 그리고 교사의 수업 목표와 수업 후 학생들의 획득 지식과 평가 문항사이의 일치도도 분석하였다. 결과는 다음과 같다. 첫째, 교사가 제시한 수업 목표와 수업 후 학생들의 획득한 과학 지식사이의 일치도는 소단원별로 감각기관 30%, 신경계 9.3%, 내분비계는 9.2%의 일치성을 보였다. 둘째, 수업 시 교사가 제시한 수업 목표와 평가 문항사이의 일치도는 소단원별로 감각기관 46.1%, 신경계 29.9%, 내분비계 28.5%의 일치성을 보였다. 세 번째, 수업 목표, 수업 후 학생의 획득 지식, 평가 사이의 일치도는 소단원별로 감각기관은 38.1%, 신경계는 19.6%, 내분비계는 18.9의 일치성을 보였으며, 수업 목표와 획득 지식 사이는 16.2%, 수업 목표와 평가 문항사이의 일치도는 34.8%를 보였다. 즉 단원별로는 감각기관, 신경계, 내분비계순으로 일치성의 순위를 나타냈으며, 항목별로는 교사의 수업 목표와 학생들의 획득 지식사이의 일치성 보다는 교사의 수업 목표와 평가 문항 사이가 더 높은 일치성을 보였다.

목P17C	표면성장에 관한 과학자의 연구형태를 가시화한 과학영재 교수-학습 프로그램 개발
	정나리 신호심 김윤화 김현주
	한국교원대

과학자의 연구 과정과 사고 과정을 가시화하기 위하여 인지적 도제를 도입하여 과학영재 교수-학습 자료를 개발하였다. 과학자의 연구 형태를 문제해결, 모델제시, 아이디어산출, 유사-세렌디퍼티로 네 가지로 나누고 각 연구 형태의 특징을 파악하여 프로그램을 개발하였다. 첫째로 문제해결형은 과학자들이 연구할 때 발생되는 문제를 해결하는 과정을 반복하면서 만족할 만한 결과를 얻을 때까지 연구를 진행하는 과학자의 연구형태이고, 둘째로 모델제시형은 자연이나 사물에 대한 현상을 설명할 수 있는 모델을 만들어가는 과학자의 연구형태이다. 세 번째로 아이디어산출형은 과학자의 새로운 아이디어로부터 새로운 원리가 밝혀지는 과학자의 연구형태이다. 마지막으로 유사-세렌디퍼티는 연구과정에서 우연히 얻은 발견에 대한 탐구를 통한 과학자의 연구형태이다. 이번 프로그램은 네 가지 과학자의 연구형태 중 문제해결형과 모델제시형을 익힐 수 있는 과정으로 표면성장(surface growth)라는 주제에 관하여 다루었다. 표면성장이란 현상을 간단한 실험 장치를 통해 실험하며, 필요한 물리량들을 얻어 가며 실험을 통한 문제점들을 해결해 나감으로써 과학자의 사고 형태인 문제해결형에 대해 익힌다. 또한 이 표면성장 실험을 이론적으로 검증해 볼 수 있는 규칙들을 고안하고 사고 검증 실험을 통해 표면성장 현상의 이론적 모델을 형성하는 모델제시형도 함께 익히도록 하였다.

목P18C	대한화학회 주관으로 고등학교 자연계열 학생들을 위한 화학 교재 개발에 대한 소개
	최기운 백성혜
	한국교원대

7차 교육과정이 시행되면서 선택 중심, 수요자 중심 교육과정이 시작되었다. 그러나 실제 학교에서 학생들이 자율적으로 과목을 선택하기보다 학교 운영의 편의나 대학 수학능력 시험에서 좋은 점수를 받을 수 있는 과목 위주로 선정하고 있다. 결과적으로 학생들은 배우기 어려운 과목은 피하게 되어 고등학교 자연계열 학생들이 이공계 대학에 진학하였을 때 필요한 학문의 기초에 대한 실력을 쌓기가 어려워졌다. 많은 학생들이 화학Ⅰ과목만 이수한 후에 대학을 진학 할 수 있게 되었기 때문에 교수들에 의해 7차 이전의 교육과정을 이수한 학생들보다 현재 대학생들이 일반화학 강좌를 들을 때 수학 능력에 어려움을 느끼고 있다고 판단된다. 학생들의 이해수준을 고려하여 원리보다는 현상 중심이나 공식위주로 기술된 화학 교과서의 내용을 지양하고, 깊이있지만 이해할 수 있는 수준으로 고등학교 자연계열 학생들이 받아들일 수 있도록 내용을 구성하였다. 그래서 첨단 화학 학문을 몸담고 있는 학자로서의 시각을 반영하면서도 ＇개념을 가르치면 어렵다＇라는 공식을 깨고, 정확하면서도 쉽게 가르칠 수 있다는 것을 보여줄 교재를 만들기로 하였다. 1장. 원자의 구조와 결합, 2장. 물리화학, 3장. 다양한 화학반응으로 총 3장으로 구성되어 있다. 1장과 2장의 내용은 3장에서 다루는 다양한 화학반응과 유기적인 관계가 보여질 수 있도록 구성할 예정이다. 이를 통해 기존의 화학교재들과는 달리 참신하면서도 새로운 화학의 시각을 보여주고, 이 교재는 고등학교 자연계열 학생들 뿐 아니라 학생들을 지도할 화학 교사들, 그리고 예비 교사들의 화학 지도에 대한 시각에도 영향을 미칠 것이라 생각한다.

목P19C	우리나라의 대학수학능력시험과 일본의 대학입시센터시험의 비교 -물리 과목을 중심으로-
	최혁준
	한국교육과정평가원

과학 과목, 특히 물리 과목을 중심으로 우리나라의 대학수학능력시험과 일본의 대학입시센터시험의 특징을 비교하고, 우리나라 대학생을 대상으로 한 일본대학입시센터시험에 대한 평가 결과를 바탕으로 몇 가지 시사점을 도출하고자 한다.

목P20C	일정성분비의 법칙과 관련된 교사 인식 조사
	한유화 백성혜1
	천안 오성고 1한국교원대

화학반응에서의 규칙성을 찾아내는 일정성분비의 법칙은 제6차 교육과정에서는 중학교 2학년에 수록되었던 내용이지만, 학습자 수준에 비해 어렵다는 이유로 현행 교육과정에서는 중학교 3학년에 제시되어 있다. 그러나 2007 개정 교육과정에서는 아예 고등학교 1학년으로 옮겨져 학습하게 된다. 이에 본 연구에서는 교수 학습 지도를 직접 책임지고 있는 36명의 교사들을 대상으로 일정성분비의 법칙과 관련하여 전반적인 지도 실태를 설문 조사하였다. 연구 결과, 전체 교사 중 50%만이 일정성분비의 법칙 수업을 할 때 실험을 한다고 응답하였고, 이들은 모두 이론적으로 법칙을 유도한 후 확인실험을 실시한다고 하였다. 일정성분비의 법칙 관련 실험을 할 때 가장 자주하는 실험의 종류는 요오드화납 앙금생성실험(61.8%)이었고, 이러한 응답을 한 교사들의 61.9%는 교과서에 제시되어 있는 실험이기 때문이라고 답하였다. 요오드화납 앙금생성반응에서 생성되는 앙금은 대부분(95.5%) 높이를 측정한다고 응답하였으며, 역시 교과서에서도 높이를 측정하여 법칙을 추론하도록 되어있다. 이러한 연구 결과는 교사들이 교수학습 지도를 할 때 교과서의 영향이 매우 크다는 것을 시사한다.

목P21C	과학고 학생의 MBL을 이용한 생물실험에서 탐구 분석
	홍준희 차희영1
	한성과학고 1한국교원대

MBL은 기존의 실험도구에 비해 빠른 피드백과 정확한 실험결과를 제시해주는 특징이 있다. 본 연구의 목적은 과학고 학생의 MBL을 이용한 생물실험에서 탐구 형태가 어떻게 나타나는지 분석하는 것이다. 연구를 수행하기 위해 안내된 탐구를 수행하는 대조군과 반개방형 탐구를 수행하도록 한 실험군으로 나누어 MBL을 이용한 실험을 수행하도록 했다. 그 결과 실험군에서는 실험에 대한 깊이 있는 분석을 하려는 경향이 높게 나타났으며, 다양한 형태의 탐구를 시도하려는 경향을 볼 수 있었다.

목P22C	중학교 2학년 과학교과서에 사용된 시각자료 분석
	황경희 한재영
	충북대

제7차 중학교 2학년 과학 교과서에 제시된 시각자료에 대해 개수, 종류, 기능 등의 특징을 조사하였다. 시각자료의 종류는 사진, 그래프, 표, 만화, 그림, 지도 등이 있으며, 기능에는 예시적 기능, 설명적 기능, 보충적 기능, 장식적 기능, 요약적 기능, 워크시트 기능이 있다. 분석 결과 페이지 당 시각자료의 개수는 평균 2.07개이며, 시각자료의 종류는 사진이 가장 많이 사용되었는데 이는 사진이 실제적인 현상을 그대로 보여주기 때문인 것으로 생각된다. 시각자료의 기능은 보충 기능이 가장 많이 사용되었다. 캡션과 인덱스의 사용비율은 출판사별로 많은 편차를 보임을 알 수 있었다. 교과서 집필 시에 시각자료의 종류와 기능을 고려하여 바르게 활용할 필요가 있다.

금P01C	중등과학 교사의 반성적 실천을 위한 협력적 멘토링 효과
	고문숙 남정희 최정희 이순덕 김현옥 포스터Ⅱ
	부산대

최근의 과학교육에서의 주요 목표는 과학교육의 현대적인 재구성에 있으며 교육의 질적 향상을 위한 더 많은 재구성 노력을 교사에게 요구하고 있다. 그러나, 교사들의 과학교육을 위한 많은 재구성 노력에도 불구하고 실제 수업에서는 의미 있는 변화를 발견하기 힘들다. 우리나라의 교육학 연구 분야는 학생을 어떻게 가르쳐야 하는가에 대해서는 엄청난 관심과 노력을 기울이고 있는 반면, 교사를 어떻게 가르쳐야 하는가에 대해서는 개론적이고 대략적인 논의에 그치고 있는 실정이다. 따라서 의미 있는 과학교육의 재구성을 이행하기 위한 새로운 교사교육의 패러다임이 요구되며, 이를 지원할 교사교육 프로그램이 필요하다. 본 연구에서는 교사의 교수에 대한 반성적 사고와 반성적 실천을 유도하는 협력적 멘토링 프로그램을 개발하여 경험과 전문성이 부족한 신규교사를 대상으로 적용한 후, 4개의 영역으로 구성된 멘토링 프로그램에 참여한 멘티교사의 점진적인 인식변화를 통해 보다 효과적인 멘토링 방안을 모색함과 동시에 교사의 전문성 발달을 도모하고자 한다.

금P02C	사회과학적 상황과 과학적 상황에서의 학생들의 논의과정의 특성과 논의의 질 비교
	곽경화 장경화 남정희
	부산대

과학에서 논의는 두 가지의 독특한 상황이 있다. 첫째는 과학적 이론이 배경이 되고 사회과학적 본질의 논의로 이어지는 사회적, 도덕적 그리고 윤리적 고찰이 발생하는 경우이고 둘째는 오직 과학적 질문의 상황으로 제한되며 다른 면이 배제된 경우이다. 전자의 경우는 사회문화적 견해로서 가치관과 신념을 기초로 한 논의이고 후자의 경우는 과학적 견해로서 과학적 증거를 기초로 한 논의이다(Osborn et al., 2001). 두 상황에서 논의 사이에 주목할 만한 차이가 있는지, 그리고 한 상황에서의 학생들의 논의 능력이 다른 상황으로 전이될 수 있는지에 대한 Osborn 등(2004)의 연구 결과는 사회과학적 상황에서의 논의의 질이 과학적 상황에서의 논의에 비해 유의미하게 높은 수준인 것으로 나왔다. 이러한 연구결과는 과학적 상황에서의 논의에서 논의능력의 향상이 비교적 어려우며 과학적 논의가 사회적 의사결정에 유의미한 영향을 미칠 수 있을 것인가에 대한 의문을 가지게 한다. 따라서 상황에 따른 논의과정에서 학생들의 논의과정의 특성과 논의의 질을 비교하여 각 상황으로의 전이의 가능성을 연구하는 것은 매우 의미 있는 작업일 것이다. 본 연구는 중학교 1학년 2개반을 대상으로 1학기 동안 총 5번의 논의를 실시하였다. 5번의 논의 중 첫 번째와 다섯 번째 논의는 사회과학적 상황을 주제로 실시하였으며 나머지 3번의 논의는 중학교 1학년 과학 교육과정에서 선정한 과학적 상황으로 실시하였다. 한 주제의 논의는 2~3차시가 소요되었으며, 다양한 과학적 사고력을 가진 3~4명이 한 조가 되도록 구성하였다. 모든 논의과정은 녹화, 녹음하여 전사되었으며, 그 후 상황에 따른 학생들의 논의과정을 분석하여 논의과정의 특성과 질을 비교하였다.

금P03C 포스터Ⅱ	서울특별시교육청에서 운영하는 대안교육위탁교육기관의 과학 교육 실태 조사
	김상우 하민수 차희영
	한국교원대

서울특별시교육청으로부터 대안교육을 위탁받은 15개의 대안교육위탁교육기관에서 근무하는 과학교사들을 대상으로 대안교육위탁기관의 과학교육 실태를 조사하였다. 조사 항목은 대안교육위탁교육기관의 교과 편성 현황 및 교사 현황, 교육 목표, 교육 내용, 교수․학습 및 평가 방법, 교육지원 현황 등이다. 조사에 참여한 교사는 중학교 4개 학교 5명과 고등학교 4개 학교 7명으로 총 12명 이었다. 분석 자료는 학교에서 발간한 학교교육계획서와 학교홈페이지 등의 문헌연구, 교사와 학생을 대상으로 직접 대면 면담과 전화 면담, 4회의 수업 참관을 통하여 수집하였다. 연구 결과, 먼저 교과편성은 일반교과의 대부분을 대안교육교과로 운영되고 있었으며 위탁교육기관별로 1개씩의 특화프로그램을 선정하여 운영하고 있었다. 둘째, 교사현황은 모두 과학전공 교사 자격증을 갖고 있으나 대부분 시간강사로서 신분상의 불안정한 요인을 갖고 있었다. 셋째, 위탁교육기관의 과학교사들은 대안학교의 과학교육 목표는 일상생활에 적용할 수 있는 능력을 향상시킴과 동시에 학생들의 인성교육에 두어야 하며, 대안학교에서 과학교육은 반드시 필요하다는 확신을 갖고 있었다. 넷째, 학생들은 학습내용보다는 수업과정에 더 관심이 많았으며, 학습내용의 선정 과정에서는 교사 개인이 주로 선정하고 있었으며 모든 교육과정을 교사 스스로 구성해야 하는 것에 많은 부담을 느끼고 있다고 답하였다. 다섯째, 교수․학습방법은 토의식 협동학습이 가장 적합하다고 답하였으며, 그 중 프로젝트형 수업방법은 대안적인 과학수업 방법으로 활용될 수 있을 것이라고 답하였다. 또한 평가방법에는 객관식 형태의 평가를 기본으로 다양한 수행평가를 시행하고 있었다. 여섯째, 교사들은 대안교육에 대한 연수가 매우 부족함을 느끼고 있으며 다양한 연수를 희망하고 있었고, 각 종 정보교환을 위해서 지속적이며 체계적인 교사교류를 적극 희망하고 있었다. 일곱째, 대안학교에서는 교사와 학생사이에 신뢰 쌓기가 가장 우선시 되어야 한다고 답하였으며, 그러기 위해서는 다양한 과학교육 프로그램의 개발 및 보급과 실험중심, 학생중심의 과학교육이 이루어질 수 있도록 적극적인 행정적 지원이 있어야 할 것으로 조사되었다.

포스터Ⅱ

금P04C	다양한 물질의 상태에 대한 중․고등학생들과 과학교사들의 분류 기준에 대한 유형 분석
	김선경 김영미1 백성혜
	한국교원대 1발안중

본 연구의 목적은 중․고등학교 학생들과 과학교사들의 다양한 물질들에 대한 상태와 그 분류 기준을 조사하고 비교해 보는 것이다. 본 연구의 대상은 중학교 1학년 학생 65명과 화학Ⅰ을 배우고 있는 고등학교 2학년 학생 72명, 중등학교 과학교사 97명이며, 질문지에 의한 조사방법을 이용하였다. 연구 결과, 유리의 상태를 분류함에 있어서 중학생은 액체로, 고등학생과 교사는 고체로 분류하는 비율이 높았으며, 학교 급간 교재의 유리의 상태에 대한 혼란성과 더불어 과학교사의 다양한 혼란성이 나타났다. 김과 구름, 연기에 있어서는 이들 모두 기체로 생각하는 경향성을 보였다. 유동성이 점점 커지는 젤리와 쿠키반죽, 케이크반죽, 소금물의 설문 결과를 통해 물질들이 보이는 거시적 현상이 물질의 상태를 구분할 때 중요한 역할을 하고 있는 것으로 생각된다. 그러나 거시적 관점으로 물질들의 상태를 구분하는 것은 혼란을 가중 시킬 뿐만 아니라, 혼합물의 경우 그 상태를 정의하기 어렵다. 그러므로 물질의 세 가지 상태에 있어서는 순물질들만의 미시적 관점으로의 일관성 있는 재정의가 필요하며, 다양한 교육적 노력이 요구된다. 주제어: 물질의 상태, 미시적 관점, 거시적 관점, 고체, 액체, 기체, 혼합물

금P05C	초등학교 5학년 학생들의 그리기를 통한 지하수의 정의 유형 및 형성 과정에 대한 이해
	김윤지 정진우 이형재 박세진
	한국교원대

초등학교 과학 중 지구과학 영역은 자연 환경을 관찰함으로써 과학에 관심과 흥미를 가질 수 있는 중요한 영역으로 현행 교육과정의 5학년 1학기 8단원 ‘물의 여행’에서는 물의 순환 과정 중 지하수에 대해 다루게 된다. 지하수에 대해 학생들이 인식할 수 있는 범위가 일상적 경험의 영역을 초월하고, 지하수의 형성 과정은 실험실에서 재현하기 어려우므로 학생들은 추상적인 시간과 공간 지각 속에서 개인적인 가설적 대안개념을 형성하고 있다. 그러나 지하수와 관련된 연구는 대부분 지하수계(udergroundwater system)에 대해서만 다루고 있을 뿐, 학생들이 인지하고 있는 지하수에 대한 개념을 소재로 한 연구는 국내에서 이루어지지 않았다. 본 연구는 충청남도 공주시에 소재한 초등학교 5학년 12명의 학생들을 대상으로 그리기 활동을 포함한 반구조화된 면담을 통해 지하수의 정의와 형성 요인 및 과정에 대한 이해를 정성적으로 분석하였다. Dickerson와 Dawkins(2004)의 선행 연구를 기초로 하였으며, 과학교육을 전공한 현직 초등교사 5명의 참여로 분석과 논의가 진행되었고 과학교육 전문가 및 지구과학교육을 전공하는 박사과정의 검토가 이루어졌다. 초등학교 5학년 학생들은 지하수의 정의를 주로 지하라는 단어로부터 유추하여 땅 속이라는 위치를 생각해내고 있었으며, 땅 속에 있는 물과 땅 속으로 흐르고 있는 물이라는 응답이 많았고 땅 속에 있는 깨끗한 물과 땅 속에서 생겨나는 물이라는 답 이외에도 사람들의 필요에 의해 만들어진 물의 이동 통로라고 답한 사례도 있었다. 지하수의 형성 과정에 대해서는 빗물이 스며들어서 지하수가 된다는 응답이 가장 많았고, 폭포․계곡․강으로부터 물이 지하로 흘러온다는 생각, 흙 속에서 빗물이 깨끗하게 걸러진다는 생각, 식물에 의해 뿌리로 물이 내려온다는 생각, 사람들이 버린 물을 흙이 흡수한다는 생각, 모래가 물을 보관한다는 생각, 상수도에서 새어나온 물이 지하수를 형성한다는 생각 등 학생들의 다양한 주관적 개념들이 표출되었다.

포스터Ⅱ

금P06C	파동의 전파와 굴절현상을 통한 빛의 성질 이해에 관한 과학 영재 교수-학습 프로그램 개발
	김윤화 신호심 정나리 김현주
	한국교원대

본 연구에서는 과학자들의 효율적인 연구 형태를 네가지로 나누고 각각에 과학자의 사고과정을 가시화시킨 요소가 용해된 과학 영재 교수-학습 프로그램을 개발하였다. 네가지 프로그램은 연구과제 진행 중 문제점을 발견하여 이를 해결해 나가는 과정을 담은 문제해결형 프로그램, 관찰한 현상으로부터 규칙을 찾아 인식하고 이를 설명할 수 있는 모델을 찾는 과정으로 진행되는 모델제시형 프로그램, 기존 이론으로는 설명할 수 없는 현상을 새로운 아이디어를 도입하여 설명하는 과정으로 진행되는 아이디어 산출형 프로그램, 연구 중에 기대하지 않은 뜻밖의 결과가 얻어지는 유사 세렌디퍼티(pseudo-serendipity)형으로 나뉘며, 이번 프로그램은 위 4가지 연구 형태중 모델제시형과 아이디어 산출형을 익힐 수 있도록 개발하였다. 학생들은 파동이 전파되어 가는 것을 관찰하고 과학자의 사고과정에 맞추어 파동의 전파 모형을 만들게 된다. 만들어진 전파 모형을 굴절 현상에 적용시켜 봄으로서 호이겐스 원리를 스스로 만들고 검증하는 과정을 익힌다. 또한 아이디어 산출형에서는 앞서 배웠던 호이겐스 원리를 이용하여 빛의 굴절현상을 효과적으로 설명하는 과정을 거친다. 프로그램 속에서 학생들은 빛의 파동설이 제기되기 전인 17세기 과학자가 되어 빛의 입자설로는 굴절현상을 효과적으로 설명하지 못한다는 것을 깨닫고, 호이겐스처럼 빛이 파동일 수 있다는 새로운 아이디어를 제시하여 현상을 설명하는 과정을 통해 과학자들이 어떻게 새로운 아이디어를 연구에 적용하는지 알 수 있도록 제작하였다.

금P07C	수학·과학 영재아 부모들의 부모교육에 대한 인식과 필요성
	민보경 김성원1
	중대부여고 1이화여대

본 연구는 수학·과학 영재아 부모들의 부모교육에 대한 인식과 필요성을 조사하여 향후 부모교육 프로그램을 기획·운영하는 데 있어서 필요한 기초 자료를 제공하는 데 그 목적이 있다. 수학·과학 영재아 부모들을 대상으로 설문 조사하여 얻은 결과를 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 수학·과학 영재아 부모들은 부모교육에 대한 관심과 필요성 및 부모교육 참여 의사에 긍정적이고 적극적인 답변을 한 부모가 90% 이상이고, 부모교육 프로그램의 내용으로 영재의 진로 지도와 창의성 교육, 상담과 토론에 관심이 많다. 둘째, 어머니가 아버지보다 부모교육에 대한 인식과 필요성이 높았고, 영재 딸을 둔 부모가 영재 아들을 둔 부모보다 영재교육에서의 평가에 관심이 많은 것을 알 수 있다. 일반적으로 부모교육 참가 경험이 많을수록 부모교육에 대한 필요성을 더 많이 느끼고 부모교육 프로그램 참여 의지가 높으며, 부모교육 프로그램에 참여 여부를 결정할 때는 교육 내용(구성)에 비중을 많이 두었다. 이 연구 결과를 토대로 영재아 부모들의 부모교육에 대한 인식 및 필요성에 기초한 부모교육 프로그램을 개발·운영하여 영재아 부모들에게 영재에 대한 이해를 증진시키고, 영재 자녀들을 가정에서 보다 효율적으로 지도해 나가는 데 필요한 구체적인 정보, 기술 등을 제공할 필요가 있다고 여겨진다.

금P08C	중화적정 실험방법에 따른 고등학생들의 산염기 개념 이해도 연구
	박가영 이상권
	전남대

이 연구에서는 고등학교 1학년 3개 학급의 학생 106명을 대상으로 중화 적정 방법에 따른 산 염기 개념의 이해도를 알아보고자 하였다. 한 학급을 소집단으로 구성하여 3개의 소집단이 각각 지시약, pH미터, MBL을 이용하여 중화적정 실험을 하도록 하였다. 각 집단별로 중화적정 실험 수업을 하기 전과 후에 산 염기 및 중화 반응 관련 검사지를 투입하고 그 향상 정도를 알아본 후 고등학생들이 산과 염기의 중화반응에 대한 과학적인 개념을 형성하기에 효과적인 실험방법이 무엇인지 알아보았다. 세 집단 모두 중화 적정 실험 수업을 마친 후 산 염기 및 중화반응 관련 개념 이해에 유의미한 향상이 있었지만 그 중에서도 MBL을 이용한 집단의 향상도가 가장 높았고 pH미터를 이용한 집단의 향상도가 가장 낮았다. 인지수준에 따른 개념 이해 정도에서는 인지수준이 높을수록 산 염기 관련 개념 이해 정도가 높았다. 그리고 중화적정 실험 수업을 하기 전과 후의 개념 이해 향상 정도를 비교해 보면 과도기 학생들이 가장 큰 폭으로 상향변화 하였다. 적극적인 동기 유형을 가진 학생들이 소극적인 학생들보다 사전 사후 검사 점수는 높았지만 사전 사후 검사 평균점수 차이를 볼 때 소극적인 학생들이 더 큰 폭으로 나는 것으로 보아 산 염기 관련 개념 이해 향상 정도가 더 높은 것으로 나타났다. 각 집단별 인지수준과 학습동기에 따른 개념 이해 향상도를 비교해보면 적정 방법에 따라 향상 정도에 차이가 있었으므로 학습자의 인지수준과 동기 유형에 따라 적절한 실험 방법을 선택해 줌으로써 학생들의 개념 이해 어려움을 최소화하도록 해야 한다.

금P09C	효소를 주제로 한 MBL 수업에서 닫힌 탐구와 안내된 탐구의 언어적 상호작용 비교
	박소영 차희영1 홍준의2
	대전 관저중 1한국교원대 2한성과학고

현재까지 연구되어 온 MBL 실험 수업은 대부분 물리, 화학 분야에 집중 되어 있고 생물 분야에서는 연구가 미비한 실정이다. 또한 선행연구 된 MBL실험 수업은 대부분 개념확인 실험을 바탕으로 모듈이 개발되어 있었다. 따라서 본 연구에서는 현재 생물부분의 효소를 주제로 닫힌 탐구형태와 안내된 탐구형태의 실험모듈을 개발하여 각각의 탐구형태가 학생들의 수업에 참여하는 행동에 어떤 영향을 미치는지를 알아보고자 하였다. 이를 확인하기 위해 고등학교 1학년 학생을 대상으로 하여 성취도 평가를 기준으로 각각의 탐구형태를 상, 중, 하 세 집단으로 구성하여 실험을 수행하였다. 실험과정을 비디오와 오디오로 녹화, 녹음하였고 이를 전사하여 각 집단의 언어적 상호작용을 분석하였다. 분석결과 MBL실험은 개념 확인 실험에서 활용되어 왔지만, 탐구형태의 실험에 사용될 경우, 도구를 활용하는데 유리되는 잉여시간을 학생들이 좀 더 다양하게 사고하고 사고한 것을 학생 간 상호작용하는 데 활용함으로써 과학 실험의 본성을 경험하는데 유리한 전략이 될 수 있었다.

금P10C	만화를 통한 학생들의 소화, 순환, 호흡, 배설 개념의 통합적 이해 양상 분석
	박지현 차희영
	한국교원대

이 연구는 소화, 순환, 호흡, 배설에 관한 학생들의 개념이 유기적이고 통합적으로 형성되어 있는지를 알아보고자 만화를 활용하였다. 초등학생 265명, 중학생 169명, 고등학생 57명을 대상으로 사자가 토끼를 잡아먹는 과정으로 구성된 네장면의 만화를 본 후에 ‘소화, 호흡, 순환, 배설, 세포호흡, 에너지, 음식’의 일곱가지 단어를 사용하여 짧은 글로 진술하게 하였다. 수집된 기술 자료의 분석은 먼저 설명을 위하여 사용한 단어의 빈도분석, 개념의 네가지 제시유형, 응답의 질적 분석을 통해 이루어졌다. 결과를 보면, 학생들의 응답에서 소화와 배설 단어가 많이 나타났으며, 과학적 개념보다는 개념 나열형과 개념 혼동형이 많이 나타났다. 학생들의 진술문들을 질적 분석한 결과, 동시에 발생하는 생리현상을 인과관계로 오인하거나 일상적인 용어로도 사용하는 과학적 용어에 관한 과학적 설명을 잘 못하는 경우가 발견되었다. 또한 경험적으로 관찰되는 현상을 과학적으로 설명하지 못하는 경우도 발견되었다. 이 연구는 만화를 통해 특정 상황을 제시한 뒤 그 상황을 이해하는 과정에서 학생들에게 형성되어 있는 통합적 개념 형성 여부를 알아보기 위한 새로운 질적 연구 방법을 제시하였다. 이것은 선택형이나 주관식형 문항을 이용하여 조사해왔던 기존의 대안 개념 분석 연구에서 얻을 수 있는 분석 효과도 더불어 얻을 수 있는 포괄적인 연구 방법임을 알 수 있었다.

금P11C	초등 교사들이 생각하는 좋은 과학 수업의 특징
	송영욱 백성혜
	한국교원대

다른 교사의 과학 수업 평가를 통해 초등 교사들이 생각하는 좋은 과학 수업의 특징을 살펴보았다. 경력이 다양한 4명의 교사를 대상으로 수업협의 형식의 집단면담과 반구조화된 개인면담을 실시하였으며, 자연스럽게 수업의 장·단점에 대하여 이야기하도록 하였다. 연구 결과 초등 교사들이 과학 수업을 평가할 때 나타나는 좋은 과학 수업의 특징을 여섯 가지로 분류할 수 있었다: 물리적 환경이 잘 조성된 수업, 과제 전환이 매끄럽고 학생 관리가 잘 된 수업, 과학 개념 발달을 촉진하는 수업, 과학적 탐구 능력이 촉진되는 수업, 모든 학생이 참여하는 수업, 실생활과 연계되는 수업. 이러한 결과에 대한 시사점을 논의하였다.

금P12C	과학사 기반 호흡 개념 유형 분석을 위한 검사 도구 개발
	신미진 차희영1
	한국교원대

이 연구의 목적은 학생들에게 형성되어 있는 호흡에 대한 개념 유형을 분석하기 위한 검사 도구를 개발하는데 있다. Tamayo와 Sanmarti(2007)는 과학사적인 호흡에 대한 설명으로 생기론적모형, 연소모형, 가스교환모형, 분자모형, 산화환원모형의 다섯 가지 모형으로 구분하였다. 이 다섯 가지 모형의 설명차이에 기초하여 다섯 가지로 구분할 수 있는 호흡 개념 모형의 분석 기준표를 작성하였는데, 이 분석 기준에는 다음과 같은 세 가지 자료가 활용되었다. 첫째, Tamayo와 Sanmarti(2007)가 논문에서 기준으로 삼은 다섯 가지 모형의 특징을 모형별로 서술해 놓은 내용이었다. 두 번째는 초,중,고등학교 및 대학에서 쓰는 교과서의 내용 중 호흡에 관해 기술된 내용을 과학사적으로 다섯 가지 관점에 따라 비교･분석한 내용이었다. 세 번째는 간단한 개방형 검사지를 통해 초․중․고등학교 학생들이 현재 가지고 있는 개념들을 수집한 후, 다섯 가지 모형에 따라 개념들을 구분한 자료였다. 이와 같은 자료들을 통해 호흡에 대한 설명 범주를 호흡의 정의, 호흡 장소, 호흡반응요소, 생성물, 에너지의 근원, 산소의 역할, 영양소의 이용, 운동시 호흡횟수 증가 등의 여덟 가지로 묶었다. 이 여덟 가지 기준들은 검사도구에서 각각의 문항이 되었는데, 구성된 여덟 가지 검사문항은 모두 다섯 가지 답지를 포함하고 있는 선택형 문항으로, 두 번의 현장 선행 검사를 통해 수정하여 완성하였다. 구성된 여덟 개의 문항은 전문가들의 평가에서 타당한 것으로 판명되었다. 완성된 검사지를 초,중,고등학생들에게 시범 투입한 결과, 학생들이 가지고 있는 호흡에 대한 개념 유형을 분류할 수 있는 것으로 나타났다. 이 연구에서 개발한 과학사에 기반한 호흡개념유형 평가 도구는 호흡에 관한 생물 교육과정을 구성한다거나 생물교사들이 호흡에 관한 수업계획을 구상하는데 반드시 필요한 기초자료가 될 것으로 기대한다.

금P13C	야생화 체험 학습 활동이 중학생의 과학 및 야생화에 관련된 정의적 특성에 미치는 효과
	안정순 차희영1
	영동중 1한국교원대

본 연구는 야생화 체험 학습 모형의 개발과 이를 토대로 개발한 야생화 체험 학습 활동을 통해 중학생의 과학 및 야생화에 관련된 정의적 특성의 변화를 알아보고자 하였다. 야생화 체험 학습 모형은 경기도교육정보연구원(2000)의 체험학습모형을 토대로 체험 단계 부분은 Orion(1993)의 야외 조사를 포함한 학습구조 모형을 구성하였다. 이 모형을 토대로 개발한 야생화 체험 학습 활동은 충북 영동군내 Y중학교 2학년 3개반 83명을 대상으로 실시되었다. 또한, 창의적 재량 활동 시간과 과학 시간을 통해 총 8차시에 걸쳐 이루어졌다. 그 효과를 알아보기 위해 과학 및 야생화에 관련된 정의적 특성의 변화 검사를 사전·사후로 실시하였고 10명의 면담대상자를 선정하여 사전·사후의 면담내용을 촬영하여 질적으로 분석하였다. 개발된 야생화 체험학습활동은 제7차 과학과 교육과정의 목표를 잘 반영하고 있으며, 학교 현장에서 재량활동 및 특별활동에 적합한 활동이며 지역적 특성을 잘 반영하고 있다고 평가가 되었다. 야생화 체험 학습 활동의 실시 후 중학생의 과학 및 야생화에 관련된 정의적 특성은 통계적으로 유의미한 차이가 있어 긍정적인 효과가 있었다.(p<.05) 또한, 야생화 체험 학습 활동 실시 후 야생화에 대한 인식, 흥미 변화에서 긍정적인 반응을 확인할 수 있었다. 야생화 체험 학습 활동에 대한 태도 및 만족도에서도 긍정적인 반응을 확인할 수 있었다. 야생화는 계절별로 피고 지는 종류가 많고, 지형적인 특성에 따라 그 종류도 다양하므로 계절별로 활동을 할 수 있도록 하는 장기적인 활동 개발이 필요하며 야생화들의 생존에 대해 이해하기 위해서 토종 식물과 귀화식물간의 상호 작용을 포함하는 활동을 추가한 활동의 개발이 필요하다고 생각된다.

금P14C	7차 교육과정에 제시된 용해, 빛, 전기 단원 내용에 대한 초, 중등 학생 및 교사들의 인식조사
	우수경 원정애 백성혜
	한국교원대

본 연구에서는 초등학교와 중학교 과학과 교육과정을 분석한 후, 연계성이 두드러지게 나타나는 용해, 빛, 전기 단원에 대한 초.중등 학생 및 초,중등 교사가 내용의 적정성과 연계성에 대해 어떻게 인식하고 있는지 조사하였다. 설문에 응답한 초등학생 204명과 중학생 155명 중 초등학생 8명, 중학생 4명 및 초등교사 6명과 중등 과학교사 3명을 선발하여 반구조화된 면담을 실시하였다. 연구결과 제시된 용해, 빛, 전기 단원에서 첫째, 초등학생 및 초등교사들은 현상중심으로만은 내용을 이해하기 힘들었다고 인식하였으며, 개념이나 원리를 함께 학습하면 내용 이해에 도움이 될 것으로 생각하였다. 둘째, 중학생들은 초등학교때 배운 관찰 현상에 대해 개념과 원리를 이해하기보다는 계산문제로 인식하고 있었다. 그러므로 과학과 교육과정상 초등학교 과학내용은 현상중심으로, 중등학교에서는 개념이나 원리를 도입하여 가르치도록 구성한 것이 옳은 것인지, 또한 중등학교에서 가르쳐지고 있는 현상에 대한 개념이나 원리가 정말 원리가 맞는지에 대해 반성적으로 생각해 볼 필요가 있다.

금P15C	PBL을 적용한 고등학교 실험수업의 운영효과
	윤회정 우애자
	이화여대

본 연구에서는 고등학생을 대상으로 PBL(문제중심학습)을 적용하여 방과 후 실험활동을 운영하였다. TTCT와 과학적 태도 검사지를 이용하여 학생들의 창의성과 과학적 태도 변화를 살펴보았고, 온라인상의 조별 토론 내용을 통하여 학습자 활동 특성을 분석해보았다. PBL이 과학교과의 운영에 적합할 수 있다는 여러 가지 가능성에도 불구하고 교과 과정이나 수업 시수 같은 문제 때문에 현장 적용상의 어려움이 있다. 이에 PBL을 중등 과학 교육에서도 적용해 보고자 방과 후 활동시간을 이용하여 자발적인 참여 의사를 밝힌 학생들을 대상으로 실험 교실을 운영해 보았다. 기존의 실험 수업과는 차별화하여 안내된 실험이 아니라 학생들이 문제를 정의하고, 정보를 탐색하고, 문제를 해결해 나가는 PBL방식을 따라 학생들이 자발적, 주도적으로 참여하도록 하였으며 시간적, 공간적인 문제를 해결하기 위하여 온라인을 활용하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 창의성은 유창성, 융통성, 독창성의 3개 영역에서 모두 통계적으로 유의미한 차이를 보였으며(p<0.05), 조별 토론 내용의 분석 결과 학생들은 문제해결 방법을 찾는 과정에서 다양한 창의적인 사고 기능을 사용한다는 것을 알 수 있었다. 과학적 태도 변화는 통계적으로 유의미한 차이를 나타내지 않았지만, 수업이 끝난 후에 학생들의 수업 평가에 의하면 학생들은 낯선 수업 방식에 점차 익숙해지면서 새로운 수업 방식에 대하여 긍정적인 태도를 보이는 것을 알 수 있었다.

금P16C	세균에 관한 선개념 및 감성을 고려한 5E 순환학습
	이동민 차희영
	한국교원대

생물 영역에서 미생물은 99%가 미 발견 상태로 자연계에 존재하는 것으로 추정되고 있고, 우리나라 생물학자 2,402명 중 총 487명이 미생물학 관련 연구에 종사(약21%, 국가과학기술인력 종합정보시스템)하고 있다. 심지어 우리나라는 2년 연속 신종 박테리아를 최다 발견하여 ‘박테리아 신종’ 발표 건 수에서 세계1위를 차지하고 있는 실정이다. (국제미생물계통분류학회지,2006) 이러한 미생물의 활용 및 발전 가능성에 비해 초,중,고등학교에서의 미생물 교육은 생물 교과에서는 전혀 다루어 지지 않고 있으며, 있다고 하더라도 부정적인 감성을 심어 줄 수 있는 일부 단편적인 정보들만이 나열되어 있을 뿐이다. 본 연구는 미생물의 한 그룹인 세균에 대한 선개념 및 감성을 고려한 5E 순환학습 모듈을 개발하여 초등학교 4학년 학생에게 적용한 후 개념과 감성의 변화에 효과적인지 알아보았다. 개발된 모듈은 총 8차시에 걸쳐 충북 청주시에 소재하는 B초등학교 과학 실험 반 학생 30명을 대상으로 수업을 실시하였고, 단일 사전 사후 추수 검사로 학생들의 세균에 관한 개념과 감성에 대한 변화를 알아보았다. 적용 결과 세균에 대한 비과학적 개념을 가진 학생들중 많은 학생들이 ‘Gilbert, J. K., Osborne, R. J., & Fensham, P. J. (1982)’의 개념 변화 유형의 가장 이상적인 결과인 개념전환형으로 대부분 바뀌었고, 감성 역시 수업 전에 가지고 있던 부정적인 감성이 긍정적인 감성으로 바뀌게 되었다. 세균을 포함한 미생물 교육 영역은 그 중요성에도 불구하고, 연구가 거의 이루어 지지 않고 있으며, 이루어 진 연구의 내용은 학생들의 세균에 대한 개념과 감성이 비과학적 개념이며 부정적이라는 것이었다. 이 때문에 미생물 교육을 활성화시키기 위한 많은 연구가 필요한데, 특히 학생들의 미생물에 대한 감성을 부정적이지 않도록 하는 생물 교육과정 및 교수 학습 자료개발이 필요하며, 이번 연구는 그런 필요를 반영한 노력의 결과이다.

금P17C	중화적정 실험 방법에 따른 학생들의 언어적 상호작용 특성 분석
	이선미 이상권1
	전남여고 1전남대

광주 시내 고등학교 1학년 학생들을 대상으로 중화적정 실험을 세 가지 방법으로 실시한 후, 각 실험 방법에 따른 학생들의 언어적 상호작용 특성을 분석하였다. 실험 방법은 지시약, pH미터, MBL로 구성하였다. 학생들의 언어적 상호작용을 분석한 결과 지시약 소집단이 다른 소집단에 비해 인지적 측면의 상위적 상호작용이 많이 나타났다. 또한 정의적 측면에서는 다른 소집단들에 비해 긍정적인 상호작용의 비율이 높게 나타났다. 이에 비해 pH미터나 MBL 그룹에서는 기계의 사용에 대한 부담감과 복잡한 실험 과정으로 인해 하위적 상호작용이 상위적 상호작용보다 많이 나타났으며, 부정적인 상호작용 역시 지시약 소집단에 비해 많이 나타났다. 그러나 컴퓨터가 pH변화 그래프를 제시해 준 MBL 소집단은 pH변화 그래프를 직접 작성한 pH미터 소집단에 비해 긍정적인 상호작용이 부정적인 상호작용보다 많이 나타났다. 또한 실험 방법에 따른 문제 해결과정을 살펴본 결과, 지시약 소집단은 문제 인식 → 실험 수행 → 결론 도출의 간단한 단계를 거쳤다. 이에 비해 pH미터 소집단은 문제 인식 → 실험 수행 → 자료 변환 → 자료 해석 → 결론 도출의 단계를 거쳐 중화점을 확인하였다. MBL 소집단은 문제 인식 → 실험 수행 → 자료 해석 → 결론 도출의 단계를 통해 문제를 해결하였다. 이러한 연구 결과로부터, 고등학교 1학년을 대상으로 하는 중화적정 실험은 학생들이 pH개념을 완전히 습득한 후 pH미터나 MBL을 사용하면 더 효과적인 수업이 될 수 있음을 알 수 있었다. 또한 학생들의 언어적 상호작용의 질을 높이기 위해서는, 학생들에게 토론의 기회를 자주 제공해 줌과 동시에 학생들이 실험 과정에 대한 완벽한 이해를 할 수 있도록 세심한 지도가 필요할 것이다.

금P18C	분류과제 제시 형태에 따른 초등학생들의 잎 분류 행동 차이
	이정경 하민수1 차희영1
	수원 서호초 1한국교원대

이 연구는 초등학생들을 대상으로 분류과제의 제시 형태에 따라 분류 행동이 어떻게 다른지 조사하였다. 분류과제의 제시 형태는 실물, 사진, 사진+설명의 세 종류이며 분류 과제는 생활 주변에서 쉽게 접할 수 있는 식물의 잎이다. 199명의 초등학교 6학년 학생들을 세 그룹으로 나누고 세 종류의 분류 과제를 제시하여 분류활동을 하였다. 각 그룹에서 성별과 과학성취도를 고려하여 선발된 12명의 학생을 대상으로 분류 과정의 비디오 분석과 면담을 실시하였다. 연구 결과, 실물자료형태에서는 다른 분류제시 형태에 비하여 조작적인 행동이 많이 나타난 반면 분류 기준 수는 적게 나타났다. 사진 자료는 분류 활동의 시간이 적게 나타났으며 실물 자료와 사진+설명 자료는 관찰할 수 있는 속성이 많아 분류하는데 더 많은 시간이 소요되었다. 이 결과는 분류과제의 제시형태에 따라 학생들이 관찰할 수 있는 속성들의 차이를 보여주며, 이러한 관찰 속성들의 특징에 따라 분류행동이 다르게 나타남을 알려준다. 그러므로 분류에 관한 초등학교 교육과정이나 분류 수업을 교사가 계획할 때 분류과제의 제시형태를 고려할 필요성이 있다.

금P19C	과학교육 활성화 사업평가에 나타난 과학교사의 요구 분석
	임영주 임성민
	대구대

과학교육 활성화 5개년 사업과 같이 국가적인 수준에서 과학교육 진흥을 위한 특별한 정책을 수립하고 이에 많은 예산을 들여 이와 같은 사업들을 추진하고 있으나 이러한 노력이 실제 학교 현장에서의 과학교육 진흥에 의미 있게 공헌되었는지 알기 위해서는 그동안 진행되어온 국가 수준 과학교육 진흥 사업에 대한 교사들의 요구를 조사하는 것이 중요하다. 이러한 조사를 통하여 향후 실제적인 과학교육에 필요한 국가 수준 과학교육 과제의 선정과 예산 어림을 보다 상세화하고 합리화 할 수 있다. 본 연구에서는 지난 2003년부터 2007년까지 국가수준 과학교육 사업에 대한 정책평가연구자료 중에서 현장교사들의 주관식 자유기술 응답을 근거로 국가 수준 과학교육 사업에 대한 현장 교사의 요구를 계통도 분석을 통하여 조사하였다.

금P20C	과학사를 활용한 과학수업을 통한 교사 및 학생들의 과학의 본성에 대한 이해의 발달
	최준환 고미례 고문숙 곽경화 남정희
	부산대

학생들이 초․중등학교에서 과학 수업을 경험하는 것이 정규 교육과정상의 과학을 경험하는 유일한 기회가 될 수도 있기 때문에 수많은 사람들이 학교교육을 통해 획득하는 과학 경험의 질은 매우 중요하다고 볼 수 있다. 그러나 아직도 여전히 과학지식의 전수를 가장 큰 가치로 삼고 있는 과학교육의 현실은 그 많은 지식을 학습해야 하는 학생들을 당혹스럽게 하거나 과학에 대한 그릇된 인식을 심어줄 수 있을 뿐 아니라, 심지어는 학습 자체를 포기하게 만들 가능성도 있다. 학생들에게 과학의 본성에 대해 가르치는 것은 과학의 내용에 대한 지식을 발전시키는 것만큼 중요하다. 그러나 거의 모든 과학교육과정들이 과학의 본성 내용을 포함하고 있다 해도, 현재 사용되고 있는 교과서나 평가에서 과학의 본성을 어떤 방식으로 가르치고 평가해야 할지에 대해 구체적으로 다루고 있지는 않다. 따라서 결국 과학의 본성을 교실로 이끌어 과학의 본성에 대한 학습에 가치를 부여하고 격려하며 가능하게 해야 할 책임을 가지는 주체는 바로 개별 교사이며, 교사들의 과학의 본성에 대한 인식과 그것이 어떻게 교실에서의 실행으로 이어지는지를 판단하는 것은 가장 시급한 일이라 할 수 있다. 이를 위해 이 연구에서는 과학의 본성을 직접적으로 교수할 수 있는 방안 중의 하나로 과학사 에피소드를 활용한 수업모듈을 개발하였으며, 교수학습 과정에서 학생들에게 과학의 본성 측면들을 논의하는 시간을 제공하고, 전체 논의 단계에서 교사가 과학의 본성에 대한 현대적 측면들을 명시적으로 학생들에게 강조하고 반성해보도록 하는 전략을 사용하는 수업이 교사와 학생들의 과학의 본성에 대한 이해에 미치는 영향에 대해 알아보았다.

금P21C	한국과학영재학교 R&E교육프로그램 참가학생의 인식과 교육 효과 분석
	허남영 정현철 이영주 이범진
	KAIST 영재교육원

도제형 사사 교육의 형태로 이루어지는 R&E (Research & Education) 프로그램은 연구를 통한 교육, 교육을 통한 연구를 의미하는 것으로 2003년부터 과학영재를 대상으로 진행되는 특징적 교육 프로그램이다. 본 연구에서는 2007년 한국과학영재학교에서 수행된 R&E 프로그램에 참가한 학생 249명을 대상으로 R&E 프로그램에 대한 인식과 교육효과에 대해 설문 조사를 실시하여 선행연구의 결과와 비교하였다. R&E 프로그램의 학생의 역할에 대해 2003년에는 ‘새로운 연구과제에 대해 설명을 듣고 익히는 역할’로 인식하는 경우가 가장 높았으나 2007년에는 ‘연구활동에 직접 참여하면서 연구 수행능력을 배우는 역할’이 가장 높게 나타나, R&E 프로그램의 근본 취지에 맞게 개선되는 것으로 나타났다. 2007년 R&E 프로그램의 교육효과에 대한 학생들의 인식은 창의적 태도, 과학자의 자세, 스스로 공부하는 능력, 협력하는 태도, 연구 과제에 대한 전문지식, 연구의 의미, 진로의 계기 등 모든 항목에서 2003년보다 높은 것으로 나타났다. 특히 R&E 참가 후 연구에 대한 전문지식, 과학자의 자세, 연구의 의미가 가장 많이 향상된 것으로 보고하였다. 그러나 창의적 태도는 향상 정도가 가장 낮다고 응답하였다. 학생의 역할인식에 따른 교육효과의 차이를 살펴 본 결과, 학생의 역할에 대한 인식이 참관자과 익힘자 사이, 수행자와 동반자 사이에서는 교육 효과에 대한 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 그러나 학생의 역할을 참관인으로 보는 집단보다 수행자로 보는 집단이 대부분의 항목에서 R&E의 교육 효과가 높았다고 인식하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 R&E 프로그램의 운영 및 교육효과를 높이기 위한 방안을 모색하고, 교육효과와 학생 역할인식 사이의 상호 영향에 대한 추후 연구에 대해 논의하였다.

수W01B	쇠고기 사태를 통해 본 사회적 이슈와 과학교육의 관계
	조광희
	서울대

지난 몇 달간 우리 사회는 미국산 쇠고기 수입과 관련하여 많은 논란이 있었다. 특히 이 사태는 사회적 이슈에 과학이 직접적으로 관련된 대표적인 사례이다. 이는 2005년에 있었던 황우석 사태, 원전수거물처리센터(방폐장) 부지 선정 사태와 맥을 같이 한다. 앞으로도 과학과 밀접하게 관련된 사회적 이슈가 지속적으로 발생할 것이다. 이런 이슈는 과학교육의 목적과 어떤 관련이 있는지, 우리나라 학교 현실에서 어떻게 교육이 가능할 것인지에 대한 고민이 필요하다. 본 워크샵에서는 사회적 이슈가 가지는 의미에 대하여 과학교육의 입장에서 함께 논의하고, 학교 교육 상황에서 과학뿐 아니라 타교과 교육과정과 어떤 관련이 있는지 등을 활동을 통해 살펴보고자 한다.

수W02C	연소의 모든 것(유리병 램프 만들기)
	심정애
	부산 어메니티 과학연구회(서여고)

생활 속의 소품들을 이용한 간단한 실험으로 눈에 보이지 않는 연소 조건을 분명한 실험으로 확인시키고, 손 쉬운 방법으로 간단한 방법으로 작은 양초를 만들어 양초의 연소를 통해 연소현상을 명확하게 설명한다.

수W03D	정전기에서 동전기까지(주먹손 전지 만들기)
	김민화
	부산 어메니티 과학연구회(반안중)

본 워크숍에서는 물, 불, 바람, 흙, 지렁이와 함께하는 부산 어메니티(amenity) 과학연구회에 대하여 간략하게 소개하고, 정전기와 동전기(직류와 교류)에 관한 간단한 설명 및 어메니티 실험들을 소개한다.  조별로 정전기 만들기[만물은 전기로 이루어졌다], 정전기 두레박 만들기[전기는 자연에서 퍼 온다], 내손 발전소[교류 만들기] 등의 실험을 체험해보고, 각자 주먹손 전지[도체들의 전자 싸움으로 흐르는 전류]를 직접 만들어서 그 성능을 확인해본다.

워크숍

수W04B	음력과 양력 워크숍
	김승현
	대구대

달력의 기본 개념과 음력(동아시아 음력, 이슬람 음력)과 양력의 구조를 이해하고 실제로 주어진 정보를 이용하여 음력 달력을 만들어 본다.

수W05C	우리는 중력장속에 놓여있다(물구나무 서는 팽이 만들기)
	조현주
	부산 어메니티 과학연구회(부산 연천중)

힘이란 무엇이며 우리 주변에서 어떤 힘들이 어떻게 작용하고 있는지에 대해 다루며 관성현상, 작용과 반작용, 중력과 무중력, 무게중심 등을 확인할 수 있는 간단한 실험을 알아보고 중력에 대해 반대로 작용하는 힘에 대해서도 공부한다. 그리고 물구나무 서는 팽이를 만들어보고 왜 그런지 함께 생각해본다.

수W06C	빛고을 탐방(작은 유리구슬 현미경 만들기)
	이성현
	부산 어메니티 과학연구회(토현중)

우리는 모든 것을 보는 것처럼 살아가지만 실제로 인간이 볼 수 있는 것은 빛 밖에 없다. 또 우리는 "보이는 것만 믿어라"고 말하지만 보이는 것은 상(狀)일뿐 실체가 아니다. 하지만 인간이 받아들이는 정보의 80%는 눈으로 들어오는 빛이라고 한다. 이런 빛에 대해서 우리는 얼마나 알고 얼마나 정확하게 학생들에게 가르치고 있는가? 빛의 다양한 특성을 몇 가지 실험을 통해 학생들에게 전달하는 방법을 함께 생각해 보자.

목W07B	기체들의 광장(생명 씨앗 만들기)
	김태연
	부산 어메니티 과학연구회(부산여고)

주변에 있는 공기의 존재 확인에서 출발하여 생활속의 소품들로 손쉽게 수소, 산소, 이산화탄소를 발생하여 그들의 일반적인 성질인 가연성, 조연성, 소화작용을 확인하고, 간단한 방법으로 액체 산소, 액체 이산화탄소를 만들고 액체 산소의 상자성과 이산화탄소 속 연소 등을 확인한다. 마지막으로 액체 질소의 극 저온을 체험한다.

목W08C	귀추법의 소개 및 적용
	백성혜 한재영1 김용진2 정정인3 송영욱
	한국교원대 1충북대 2서원대 3청주교대

귀추법은 오늘날 과학적 사고 중에서 귀납법이나 연역법과 구분되는 새로운 사고방식으로 받아들여지고 있으며, 과학교육에 이를 적용하고자 하는 노력이 많이 이루어지고 있다. 이 워크숍에서는 과학철학적 관점에 비추어본 귀추법을 소개하고, 과학 수업에 이를 적용하는 사례 등도 제시하고자 한다. 또한 귀추법을 적용하는 능력을 기르는 훈련에 대한 내용도 포함한다.

목W09D	생각이 쑥쑥 자라나는 과학 활동
	강윤희 장효순 최병순
	한국교원대

이 프로그램의 목적은 과학교육을 통하여 학생의 인지발달을 촉진시켜서 보다 높은 단계의 일반적 사고가 가능하도록 하는 것이다. 이러한 목적으로 개발된 프로그램의 특징은 학업성취도만을 향상시키기 위한 다른 프로그램과는 달리 우선적으로 인지발달을 촉진시키고, 그 후에 보다 용이하게 학업성취도의 향상을 꾀할 수 있게 하는 것이다. 프로그램의 내용은 Piaget가 언급한 형식적 사고 영역의 10개의 논리를 포함하고 있으며, 각 논리에 포함되는 30개의 활동으로 구성되어 있다. 각각의 활동은 학생이 과학에서 요구되는 몇 가지의 일반적인 사고 기술을 발달시킬 수 있도록 도와주기 위하여 고안된 활동모음이다. 각각의 활동은 교사를 위한 활동 안내 자료, 학생용 활동지와 활동카드, 교수학습용 보조 자료로 구성되어 있다. 이 프로그램 중 ‘표본 추출-연못 속 물고기’와 ‘뜰까 가라앉을까?’ 등의 2가지 활동을 소개하려한다. ‘표본 추출-연못 속 물고기’ 활동은 과학(특히, 생물)에서 중요한 부분이다. 표본이 전체를 대표할 수 있는지에 대해 논의하며, 무작위 추출에 대한 지필 형태의 문제들을 연습하게 된다. 비례에 대한 몇 가지 예도 같이 다루게 된다. 그리고 ‘뜰까 가라앉을까?’ 활동에서는 복합변인인 ‘밀도’를 부력에 대한 경험을 통해 병이 가라앉을 지 뜰지에 대해 예상해 보면서 학생들은 부피나 질량 어느 하나 만으로는 알아낼 수 없음을 알게 된다.

금W10D	Modeling teaching in energy conservation: 미니롤러코스트제작
	김승만 유준희1 정흥식2 여응모3 박여신4박소영5 이덕희6박경희7 조현미8 김인자9
	한국과학영재학교 1서울대 2부산 디지털고 3반여고 4문현여중 5가락중 6개금여중 7부흥고 8대천 중 9낙동중

(역학적)에너지 보존 법칙을 탐구하는 모델링 티칭(Modeling teaching) 그룹활동을 소개한다. 워크샵 내용은 (역학적)에너지 보존 법칙에 관한 과제(Task) 해결에 필요한 모델 설정과 원형루프를 가지는 미니롤러코스트를 제작과 그룹탐구활동으로 구성되어 있다. 학생중심의 그룹탐구활동(Activity)을 강조하는 모델링 티칭(Modeling teaching)의 사례를 함께 경험하고자 한다.

쇠고기 사태를 통해 본 사회적 이슈와 과학교육의 관계

조광희(서울대)

목표 : 과학교육 연구와 학교 교육의 관점에서 과학과 관련된 사회적 이슈가 가지는 의미와 시사점을 활동과 논의를 통해 고찰해 보고자 한다.

개요 : 2005년 황우석 사태처럼, 2008년에도 과학과 관련된 사회적 이슈가 큰 반향을 일으켰다. 지난 몇 달간 우리 사회는 미국산 쇠고기 수입과 관련하여 다양한 경험을 하였다. 현대를 흔히 과학기술시대라고 하는데, 이에 걸맞게 앞으로도 과학과 밀접하게 관련된 사회적 이슈가 우리나라에서도 지속적으로 발생할 것이다. 그리고 특히 과학과 관련된 소재라는 점에서 이런 이슈들이 과학교육의 목적과 어떤 관련이 있는지, 학교 현장에서 어떻게 교육이 가능할 것인지에 대한 고민이 필요하다. 본 워크숍에서는 이러한 사회적 이슈가 가지는 의미에 대하여 과학교육의 목표에 부합하는지, 과학교육의 연구 영역과 어떤 관련이 있는지, 이 같은 소재를 실제 학교 교육에서 교수-학습함에 있어 생기는 한계와 방안은 무엇인지 등을 살펴보고자 한다.

1. 전체 활동 개요

순서	활동 제목	활동 소개	참여방식	방법	예상 시간
1	도입	워크숍 내용과 진행에 대한 설명	발표자 단독	PPT	20분
2	유사 교육과정의 목표 비교	수학, 사회, 기술 등과 같은 다른 교과 교육과정의 성격과 목표를 과학 교과와 비교	개인 활동, 조별 토의	낱말 연결 등	10분
3	과학교육의 목표	일반적인 과학교육이 목표, 과학과 교육과정에 명시된 목표 등과 비교하여 사회적 이슈의 의미를 찾아봄	발표자 진행	PPT 등	10분
4	과학교육 연구 측면	개방적 탐구, 과학의 본성, 담화 등과 같은 과학교육 연구 분야의 측면에서 사회적 이슈의 연구 가능성을 모색	개인 활동 등	설문지 등	10분
5	학교 과학 수업 측면	학교 과학 수업에서 사회적 이슈를 다루는 데 있어 현실적인 어려움들, 이와 관련된 교수학습 방법 등에 대한 검토와 논의	개인 활동, 조별 토의	퀴즈, 브레인스토밍 등	20분
6	정리	과학과 관련된 사회적 이슈에 관한 과학교육적 의미와 시사점에 대한 관점 요약	조별 발표, 발표자 정리	발표	10분

2. 참고 사항

1) 이 워크숍은 명확한 관점이나 방법에 대한 전달보다는 다양한 의견 교환과 브레인스토밍 활동 등을 위주로 진행하고자 합니다.

2) 미국산 쇠고기 수입 재개에 관한 일련의 사태에 관하여 과학적 진위 여부를 직접적으로 검토하는 활동이 아니라, 이러한 이슈가 과학교육의 입장에서 연구과제나 교수학습 내용으로 어떤 의미와 시사점을 갖는지를 논의하려는 활동입니다. 따라서 미국산 쇠고기의 광우병 전염 가능성 등에 대한 생물학적 논의가 집중적으로 다루어지지는 않을 예정입니다.

3) 도중에 4인 1조(6인 1조)로 하여 조별 토의 활동 등이 예정되어 있으며, 최대 24명이 참여하실 수 있도록 준비하겠습니다.

4) 워크숍은 정해진 순서에 따라 진행될 예정이므로, 되도록 처음부터 참여하시기 바랍니다. 다만 사정에 따라 본 계획안과 달리 진행될 수 있으니, 널리 양해해 주시기 바랍니다.

연소의 모든 것(유리병 램프 만들기)

심정애(부산 어메니티 과학연구회, 서여고)

■□ 무엇을 하려 하나요?

불은 <물질>이 <에너지>로 전환되는 것을 보여주는 훌륭한 현상이다. 아이들은 훌 훌 타는 한 자루의 촛불만 보아도 감동하고 또 흥미를 나타낸다. 처음으로 자신이 성냥개비를 그어 불을 일으키고 촛불을 피워 올리는 것만으로도 아이들의 마음은 헤아릴 수 없을 정도의 감격과 감동으로 충만하다. 아이들뿐만 아니라 어른들도 촛불을 대하면 마음이 차분하게 가라앉는 행복감을 느낀다. 특히 촛불의 붉고 따뜻한 감촉은 시간의 흐름을 짧게 느끼게 하는 심리효과도 있다고 한다.

인류는 석기시대 때부터 풀, 나무, 목탄, 동물의 분뇨, 동식물의 기름 등을 연소시켜, 따뜻함을 얻고, 음식물을 요리하며, 또 조명에도 이용해왔다. 이제 불은 인간생활에 없어서는 안 될 중요한 존재가 되었다. 가스레인지의 불로 생선을 굽고, 달걀 프라이를 하며, 구수한 된장국을 끊이는 것에서부터 동력기관의 엔진 속 연소반응까지 불은 그 이용가치가 참으로 다양하다. 한편으로 불은 자칫 잘못 이용하면 모든 물질을 한 순간에 잿더미로 만들어 버리는 위험한 존재이기도 하다. 이와 같은 ‘불’은 과연 무엇일까?

불이란 물질이 산소와 결합해서 일어나는 화학반응의 한 종류다. ‘연소’라고 부르는 이 ‘불타는 과정’은 충분한 열을 받은 연료의 분자가 불안정한 상태가 되어 근처에 있는 산소와 상호 작용하는 것으로서 시작된다. 불의 이용은 이러한 연소반응에 수반해서 발생하는 ‘열’이나 ‘빛’을 이용하는 것이다. 그럼 ‘열’은 무엇이며 ‘빛’은 또 무엇일까?

19세기 중반까지에는 ‘열’ 역시, 무게를 갖지 않는 일종의 ‘물질’이라는 사고방식이 지배적이었다. 이러한 ‘열물질설’은 대부분의 열 현상을 설명해내기는 하였으나, ‘마찰열’의 현상만은 잘 설명할 수 없었다. 이어 진공 속에서 얼음을 마찰하면 얼음은 녹아서, 0℃이상으로 되는 것으로부터 데이비는 1899년 열은 역학적 에너지의 소비에 의해서 발생하는 것임을 증명하였다. 그렇게 하여 열은 물질을 구성하는 입자의 운동이라고 하는 ‘열운동설’이 주장되었고, 그 뒤 열과 일을 정량적으로 자유로이 변환할 수 있음이 증명되어 ‘열운동설’이 정착되었다. 이로써 결국, 열은 물질 입자의 운동에 바탕을 둔 에너지의 일종이라는 현재의 생각이 밝혀진 것이다.

그렇다면, 연료 물질이 연소할 때 발생하는 열은 어째서 나오는 것일까? 간단한  탄소의 연소반응식을 살펴보자.

[eqn: C``+`O _{2} `` -> ``CO _{2} ``+`94.1`kcal`]

정밀한 측정에 따르면, 위의 화학반응대로 1몰의 탄소(12g)를 연소시키면, 94.1kcal의 열을 발생한다고 한다. 1kcal의 열이란, 1리터의 물의 온도를 실온부근에서 1℃만큼 올리는 데에 필요한 열량이다. 탄소가 연소한다는 것은, 위의 화학반응식처럼 결국 탄소와 산소와 결합해서 이산화탄소를 생성한다는 것인데, 여기서 반응물질인 탄소 1몰(12g)과 산소 1몰(32g)이 갖고 있는 에너지(내부에너지)의 합이 생성물질인 이산화탄소 1몰(44g)이 갖고 있는 에너지보다 94.1kcal 더 많음을 알 수 있다. 즉 탄소와 산소가 결합해서 이산화탄소가 될 때, 탄소와 산소가 가지고 있던 에너지의 일부가 열로 발생함을 나타낸다. 연소 때 발생하는 빛 또한 연소물질을 이루는 전자들의 가속운동에 의한 파동이다. 연소물질이 열을 받으면 전자들이 높은 에너지 상태로 들뜨는데, 이 들뜬 상태는 불안정하기 때문에 곧 낮은 에너지 상태로 떨어지면서 그 여분의 에너지를 빛에너지 형태로 내 보내는 것이다. 이처럼 물질이 연소할 때 발생하는 열은 연소물질과 산소가 가지고 있는 화학에너지의 일부가 열에너지와 빛 에너지 형태로 전환하는 것이다. 그리고 처음 연소 물질이 가지고 있었던 화학 에너지는 태양의 빛에너지로부터 왔다.

결국, 연소 반응이라는 것은, 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것처럼, 또는 열이 뜨거운 곳에서 찬 곳으로 흐르는 것처럼, 에너지적으로 불안정한 상태의 물질이 좀 더 안정한 상태의 물질로 변화해 가는 자연의 흐름이라고 생각할 수 있다.

이러한 불에 대한 우리들의 일반적인 경험은 어떤가? “불은 뜨겁다, 불은 만물을 태운다, 불꽃의 색깔은 붉다. 물은 불을 끈다. 이산화탄소도 불을 끌 수 있다.” 등이다. 여기서는 오히려 우리들의 일반적인 경험과는 반하는 뜨겁지 않은 불, 물질을 태우지 않는 불, 붉은 색이 아닌 불꽃 등을 만나보면서 불에 대한, 특히 연소조건에 대한 이해의 폭을 넓혀 나가려고 한다.

식탁에 유리잔을 놓고 그 안에 양초를 세우면 방 분위기가 완전히 달라진다. 유리 너머로 반짝 반짝 빛나는 불꽃은 우리들 마음을 진정시켜 준다. 인류가 이 같은 불꽃의 신비에 눈뜨고 불을 자유로이 사용할 수 있게 되기까지의 긴 시간을 한 토막의 꼬마 양초를 만들어 촛불을 켜 보면서 되새겨 보고자 한다.

■□ 실제로 무엇을 하나요?

1. 불을 지펴라.

공기로 불붙이기

<실험 1> 촛불은 무엇이 타는 것인가?

□ 준비물 : 양초, 도가니 또는 증발접시, 알코올램프, 삼발이, 삼각가, 라이터, 가위, 칼, 핀셋.

-. 양초 심지를 뽑아서 조금 잘라 불을 붙여 보자. 쉽게 타버릴 것이다.

-. 양초의 몸통(파라핀)에 불을 붙여 보자. 쉽게 타지 않을 것이다.

-. 양초를 조금 잘라서 작은 조각을 내어 증발접시에 담아서 알코올램프로 가열한다.

-. 30초 간격으로 라이터 불을 댕겨 보자. 어느 순간 불이 붙을 것이다.

□ 숨은 원리 :

양초는 심지가 타는 것도, 고체 파라핀이 타는 것도 아니다. 양초는 고체 파라핀이 일단 녹아서 액체가 되고, 이 액체가 심지를 타고 올라가(모세관 현상) 심지 끝에서 기화된 양초 증기가 주변의 공기와 만나서 타는 것이다. 증발접시의 양초 역시 녹아 액체가 되고 이 액체가 기화하여 주변에 증기가 가득 모였을 때 불을 댕겨야 연소한다. 이처럼 연소하기에 필요한 최소한의 증기밀도가 되었을 때의 온도를 인화점이라 한다.

<실험 2> 공기로 불붙이기

□ 준비물 : 공기 압축 장치, 화장지, 고무판.

□ 실험 방법 :

1) 실험대 위에 고무판을 깐다.

2) 공기 압축 장치에 1Cm2 정도의 휴지 조각을 아래쪽 바닥에 닿도록 밀어 넣는다.

3) 한 손으로 압축기를 고무판 위에 세워서 잡고(친구가 있으면 한 명이 잡아 주면 더 좋다.) 다른 한     손 으로 빠르게 압축기의 피스톤을 누르면서 압축기 속의 변화를 관찰하자.

4) 순간적인 변화의 관찰을 놓쳤다면, 긴 막대로 압축기 속을 몇 번 휘저어 압축기 속 공기를 순환시     킨 다음 다시 실험하자.

5) 순간적인 힘이 필요한 실험이다.

반드시 전체 과정을 파악한 후에 실험하자.

□ 숨은 원리 :

관속에는 공기가 들어 있다. 피스톤으로 공기를 갑자기 압축하면 공기 알맹이 사이의 충돌에 의한 열이 발생한다. 이 열이 휴지를 태울 수 있을 정도다. 한번 실험한 후에는 관속에 산소의 양이 부족해진다. 그러므로 관속의 공기를 끄집어내고 새 공기로 채워야 한다. 그러기 위해서 막대로 관속의 공기를 순환시켜주는 것이다. 압축 공기로 엔진의 점화도 가능하다.

<실험 3> 물로 불붙이기(열 받으면 낙서하지!)

□ 준비물 : 플라스크, 금속관, 고무마개, 토치, 끓임 쪽, 알코올램프, 흰 종이, 스탠드, 클램프.

□ 실험 방법 :

1) 그림과 같이 장치하고, 플라스크를 가열한다.

2) 물이 끓어 금속관 밖으로 수증기가 나오면 그 곳에 종이를 가까이 해보자.

3) 가스버너로 금속관을 가열하자. 금속관 입구 쪽에 얼굴이나 손을 가까이 하지 않는다. 화상 주의!!

4) 관의 입구 쪽에 조심해서 성냥개비를 가까이 해 보자. 휴지도 가까이 해보자.

5) 금속관을 계속 가열하면서 관의 입구 쪽에 종이를 가까이 하여 움직여가면서 글씨를 새겨 보자.

□ 숨은 원리 :

액체 상태의 물질은 끓는점 이상 온도가 올라가지 않는다. 그래서 수증기에 종이를 가까이하면 수증기가 응결되어 물방울만 생길 뿐 종이는 타지 않는다. 그러나 금속관 속을 통과하는 수증기를 가열하면 수증기의 온도가 올라간다. 그 열은 성냥불도 지필 정도이며 휴지를 태우거나 종이를 그을리게 한다.

2. 연소의 모든 것 : 수업의 실제(촛불을 밝혀보자-유리병 램프 만들기)

□ 덧붙여 알아둘 내용

1) 양초의 성분 확인 실험 :

촛불 위에 찬물을 담은 둥근 바닥 플라스크를 가져가 보아라. 불길이 닿은 플라스크 바닥에 물방울이 맺힐 것이다. 또, 양초를 집기병 속 바닥에 붙여서 5분 정도 태워라. 5분 후 불을 끄고 양초는 끄집어내고, 집기병에 수산화칼슘 수용액을 조금 넣고 흔들어 보아라. 수산화칼슘 수용액이 뿌옇게 흐려질 것이다. 이 두 사실로부터 양초의 성분은 수소(H)와 탄소(C)임을 알 수 있다. 수소가 탄 것이 물이고, 탄소가 탄 것이 이산화탄소인데, 이산화탄소(CO2)는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)이라는 흰색 고체를 만든다.

<물로 불붙이기>

2) 물의 확인 : 푸른색 염화코발트 종이를 분홍색으로 변화시킨다.

Co(H2O)62+＋ 4 Cl-  ⇄  CoCl4- ＋ 6 H2O

(분홍색)               (청색)

염화코발트(Ⅱ)는 수화 상태로, 가열되면 청색 무수물이, 냉각되면 분홍색 수화물이 형성된다.

3) 이산화탄소의 확인 : 석회수(수산화칼슘 수용액)를 뿌옇게 흐린다.

Ca(OH)2 ＋ CO2 → CaCO3↓(흰색) ＋ H2O

■□ 실제로 무엇을 알았나요?

1. 불은 연소에 의해 물질의 일부가 열과 빛 에너지의 형태로 전환한 것이다.

2. 연소란 빠른 산화반응으로 연료가 공기 중의 산소와 결합하는 반응이다.

3. 연소조건 :

하나, 연소 물질이 있어야 한다.

둘, 지속적인 산소 공급이 있어야 한다.

셋, 발화점 이상의 온도가 유지되어야 한다.

4. 소화조건 : 연소조건 중 한 가지 이상을 제거한다.

5. 열은 고온에서 저온으로 이동한다.

■□ 토의할 내용은?

-. 인화점이란?

-. 실험실에서 인화성 물질의 보관 방법은?

학 교		어메니티과학실험	확 인
이 름
실 험 제 목	촛불을 밝혀 보자..... 유리병 램프 만들기
준비물	-. 양초, 성냥, 증발접시, 알코올램프, 삼발이, 철망 또는 삼각가, 칼. -. 화염 방사기, 동강난 불꽃, 도레미 촛불 끄기, 간이 소화기 -. 손에 불붙이기, 타지 않는 종이돈, 색동불꽃 -. 물로 불붙이기, 공기로 불붙이기 -. 유리병, 파라핀, 크레용, 물통, 젓개, 핀셋, 국자, 실, 알코올램프.
실험과정	1) 촛불을 관찰하자. 무엇이 타는가? 2) 주사기로 속불꽃을 빨아 들여 겉불꽃 위에서 쏘아보자. 어떤가? 3) 동강난 불꽃을 만들어 보자. 4) 도레미 촛불 끄기 실험을 해 보자 왜 그런가? 5) 손에 불을 붙여보자. 6) 타지 않는 종이돈 실험은 왜 그런가? 7) 색동불꽃을 만들어 보자. 8) 실린더에 휴지 조각을 넣고 순간 압축하여 불을 붙여 보자. 왜 그런가? 9) 수증기로 종이를 태워보자. 10) 니트로셀룰로오스를 태워보자. 왜 그럴까? 11) 유리병 램프 만들기 -. 국자에 알루미늄 호일을 씌워서 뾰족한 귀를 만든다. -. 알코올램프에 불을 붙인다. -. 국자를 알코올램프 불에 올려 가열하면서 양초를 녹인다. -. 국자 바닥을 크레용으로 한두 번 긁어서 양초에 색을 가한다. -. 작은 유리병에 속에 면실로 만든 심지를 세우고 곱게 물든 양초 액을 붓는다. -. 이것을 핀셋으로 집어서 물속에 담는다. -. 양초 액이 굳으면 물에서 꺼내 예쁜 고리를 만들어 묶고, 만든 양초에 불을 지펴 보자.
정리	1) 양초는 점화원에 의해 양초 심지에 불이 붙고, 이 열기에 의해 파라핀이 녹아서 액체가 되면 이 양초 액이 심지를 타고 올라가 심지 끝에서 기화되고 이렇게 생긴 ( )가 공기 중의 ( )와 만나 연소한다. 2) 인화점 이란? 3) 연소조건: 탈 ( )이 있고, ( )가 공급되고, ( ) 이상의 온도가 유지되어야 한다. 4) 소화조건: ( )조건 중에서 한 가지 이상을 제거한다. 5) 열이 하는 일: -. 물체의 ( )를 높인다. 물질의 ( )를 변화시킨다. -. 두 가지 일을 ( )에는 못한다.

정전기에서 동전기까지(주먹손 전지 만들기)

김민화(부산 어메니티 과학연구회, 반안중)

anne0228@naver.com

■□ 무엇을 하려 하나요?

만물은 원자로 이루어졌고, 원자는 핵과 전자로 이루어졌다. 핵은 (+)전기를 띠는 양성자와 전기를 띠지 않는 중성자가 강력한 핵력에 의해 묶어 있으며 질량은 원자질량의 거의 100%를 차지할 정도로 무겁고 차지하는 공간은 거의 제로 상태이다. 그리고 전자는 (-)전기를 띠고 있으며 원자핵 바깥쪽에 양파껍질처럼 분포되어 있으며 질량은 거의 없고 공간만 원자 크기의 거의 100%를 차지한다.

핵은 (+)전기를 띠고 전자는 (-)전기를 띠고 있다. 이 (+)전기와 (-)전기 사이에 작용하는 전기력에 의해 핵과 전자가 결합하여 원자를 만들 수 있는 것이다. 그리고 이렇게 뭉친 원자들이 또 서로 간에 작용하는 만유인력, 전기력 등에 의해 들어붙어 물질 덩어리가 된 것이다. 그런데 똑같은 양성자(+전기를 띠고 있는 입자)와 똑 같은 전자(-전기를 띠고 있는 입자)로 이루어졌는데도 물질마다 서로 다른 성질을 지니는 것은 왜일까? 그것은 물질마다 (+)전기와 (-)전기 사이에 잡아당기는 힘의 세기가 다르기 때문이다. 그래서 서로 다른 두 물질을 마찰하면 핵의 구속을 덜 받고 있는 물질 표면에 있는 전자들이 이동할 수 있다. 당연히 전자를 잡아당기는 힘이 센 쪽이 약한 쪽의 전자를 빼앗아 간다. 그러면, 원자는 원래 전기적으로 중성이었으므로(갖고 있는 양성자 수와 전자수가 같다.) 전자를 얻은 쪽은 전자가 남아 (-)전기를 띄게 되고, 전자를 잃은 쪽은 전자가 부족하여 (+)전기를 띄게 된다. 즉, 두 물질 모두 전기를 가지게 되는 것이다. 이 때 띠는 전기는 흘러가지 못하고 그 자리에 고여 있는 전기로 이를 ‘정전기’라 부른다. 이렇게 모인 정전기가 어떤 이유로 흐르게 되면 우리는 그것을 ‘전류(동전기)’라 부른다. 동전기는 흘러가는 방향이 일정한 ‘직류’와 흐르는 방향이 일정하게 바뀌는 ‘교류’가 있다.

‘전기’는 우리 일상에서 자주 접하는 너무나 가까운 단어다. 공기와 물 못지않게 없으면 못사는 것으로 되어 버렸다. 하지만 공기와 물 못지않게 우리 주위에 전기가 늘려 있다는 것도 알았다. 서로 다른 두 물체를 비벼주기만 하면 정전기를 얻을 수 있으니까. 이런 손쉬운 전기를 정전기부터 동전기까지 직접 만들어 보자.

■□ 실제로 무엇을 하나요?

1. 만물은 전기로 이루어졌다.  정전기 만들기

□□ 준비물 : 휴지조각, 풍선, 화초, 가늘게 찢은 비닐테이프

□□ 실험 과정

1) 풍선을 머리카락에 문질러 보자. 머리카락이 풍선에 달라붙는다. 왜 그럴까?

풍선을 머리카락에 문지르면 풍선이 머리카락의 전자를 빼앗아 (-)전기를, 전자를 빼앗긴 머리카락은 (+)전기를 띠게 되고, 서로 반대 전기 사이에 작용하는 인력으로 머리카락이 풍선에 달라붙는 것이다.    퀴즈: 서로 다른 두 도체를 마찰하면 어떻게 될까?

2) 가늘게 찢은 휴지를 한 손으로 잡고, 다른 한 손으로 머리카락에 문지른 풍선을 가까이 해보자. 휴지가 곧게 서서 풍선을 따라 움직인다. 이건 또 왜 이럴까?

휴지 역시 (+)전기와 (-)전기로 이루어진 물질이다. 머리에 문지른 풍선은 (-)전기를 띠고 있다. 이 풍선을 휴지 끝에 가까이 하면, 풍선 가까이에 있는 휴지 속 전자는 같은 전기끼리 작용하는 반발력에 의해 풍선에서 먼 쪽으로 밀려난다. 단, 이 때 부도체인 휴지의 원자핵이 전자를 단단히 잡아당기고 있기 때문에 전자는 멀리 가지는 못하고 조금 치우치기만 한다. 그래서 풍선 가까운 쪽 휴지에는 전자가 부족하여 (+)전기를 띄게 된다. 그래서 휴지는 (-)전기를 띠고 있는 풍선 쪽으로 끌린다.

정전기에 끌려오는 식물 줄기

3) 이번에는 머리카락에 문지른 풍선을 화초 가까이에 가져가 보자. 방금 물을 준 화초도 괜찮다. 물이 정전기 발생을 방해한다고 하지만 이 경우는 괜찮다. 식물의 가는 줄기나 잎이 풍선에 끌림을 볼 수 있다.

식물도 역시 (+)전기와 (-)전기로 이루어졌고 휴지의 경우와 같은 원리이다.

4) 가늘게 찢은 비닐테이프와 풍선을 동시에 머리카락에 문지른 후, 손에 달라붙는 비닐테이프를 요령껏 공중에 던져 놓고, 얼른 그 아래쪽에 풍선을 가져가 보자. 비닐테이프가 풍선 위에서 더 이상 아래로 떨어지지 못하고 떠 있는 것을 볼 수 있다. 풍선을 위로 하면 비닐테이프도 위로 올라가고, 풍선을 아래로 하면 비닐테이프도 아래로 내려오지만 풍선에 붙지는 않는다. 떠 있는 비닐테이프 가까이에 손가락을 가져가면 비닐테이프는 마치 살아 있는 촉수처럼 손가락을 깨물려고 하는 재밌는 현상을 관찰할 수 있다.  이건 또 왜 이럴까?

당연한 현상이다. 비닐테이프와 풍선은 재질이 비슷하다. 그래서 머리카락에 대고 비비면 둘 다 머리카락으로부터 전자를 빼앗아와 (-)전기로 대전된다. 그래서 서로 같은 전기끼리 작용하는 정전기적 척력으로 서로 미는 것이다. 풍선을 가까이가면 비닐테이프는 멀어지고 풍선을 멀리하면 비닐테이프가 가까워지는 현상으로 ‘전기력의 세기는 거리의 제곱에 반비례한다.’는 것을 짐작할 수 있다.

5) 마지막으로 실험하던 풍선을 칠판이나 벽에 붙이면 얌전하게 붙어 있다. 휴지의 경우와 같은 원리다.

2. 전기는 자연에서 퍼 온다.  정전기 두레박 만들기

이제 고여 있는 정전기를 방전시켜 보자. 다시 말해 순간적으로 흐르는 전기를 만들자.

□□ 준비물 : 검은색 필름통, 네온램프, 전선, 알루미늄 테이프, 우드락 판, 알루미늄 쟁반

□□ 실험 과정

1) 먼저 전기를 퍼올 수 있는 정전기두레박을 만든다. 사진처럼 검은색 필름통속에 네온 램프를 넣고, 두 가닥 전선은 밖으로 빼내어 알루미늄테이프로 고정시킨다.

정전기 방지기

2) 알루미늄쟁반 가운데에 우드락 조각으로 부도체의 손잡이를 만들어 붙인 뒤, 넓은 우드락 판을 준비하면 정전기 두레박 완성이다.

3) 넓은 우드락 판을 머리카락에 문질러 주변의 도체와 닿지 않게 평평한 곳에 둔 뒤, 알루미늄 쟁반을 손잡이로 잡아서 우드락 위에 놓는다.

4) 이제, 알루미늄 쟁반 가장자리에 필름통의 알루미늄 테이프 붙은 쪽을 가까이 가져가보자.

어떻게  되는가?  (  불이 들어온다   )

5)‘뗐다 붙였다’를 반복하다가 더 이상 불이 들어오지 않으면, 쟁반을 손잡이로 잡아서 우드락에서 떼어내자. 이 때 쟁반이 다른 곳에 닿지 않게 들고 있어야 한다. 우드락에서 떼어 낸 알루미늄 쟁반의 가장자리에 다시 필름통을 가까이 가져가 보자.

어떻게 되는가? ( 다시 불이 들어올 것이다.)

6) 역시 두세 번‘뗐다 붙였다’를 반복하다, 더 이상 불이 들어오지 않으면 다시 쟁반을 우드락 위에 놓아둔다. 그리고 다시 처음처럼 네온램프를 쟁반 가장자리에 가까이 가져가 보자.

어떻게 되는가? (또 다시 불이 들어올 것이다 )

우드락의 정전기가 사라지지 않는 한 이 실험은 계속할 수 있다.

□□ 숨은 원리

전류는 자연에서 쟁반으로

전류는 쟁반에서 자연으로

우드락을 머리에 문지르면 우드락이 머리카락의 전자를 빼앗아 (-)로 대전된다. 이 우드락 위에 알루미늄 쟁반을 얹으면 쟁반바닥의 자유전자가 우드락의 (-)전기에 반발하여 쟁반 가장자리로 밀려난다. 이 경우 전자가 밀려나는 모습은 휴지나 화초와 같은 부도체의 경우와는 다르다. 알루미늄 쟁반은 도체라서 자유롭게 움직일 수 있는 자유전자를 가지고 있다. 그래서 쟁반 바닥의 전자가 쟁반가장자리까지 밀려난다. 여기에 네온램프를 가까이 하면 전자가 네온램프로 타고 흐르면서 네온램프에 불이 들어온다. 더 이상 네온램프에 불이 들어오지 않아 쟁반을 우드락에서 떼어내면 쟁반은 전자가 부족한 상태로 (+)전기를 띠게 된다. 여기에 네온램프를 가져가면 이번에는 전자가 부족한 쟁반으로 주변 자연의 전자가 네온램프를 타고 쟁반까지 들어가면서 네온램프에 또 불이 들어온다. 더 이상 불이 들어오지 않으면 쟁반은 전기적 중성으로 처음 상태와 같아져서 실험을 반복할 수 있다. 자연 산천은 온통 전기로 이루어져 있기 때문에 쟁반으로 아무리 전자를 주어도 전자가 부족한 (+)전기를 띤 상태가 되지 않고, 아무리 전자를 받아도 (-)전기를 띤 상태가 되지 않는다.

3. 도체들의 전자 싸움으로 흐르는 전류.  주먹 손 전지 만들기

이제 금방 한 순간에 흘러 지나가버리는 방전이 아니라 일정하게 안정적으로 흐르는 전류를 만들어 보자. 전류에는 흐르는 방향이 일정한 직류와 흐르는 방향이 일정하게 변하는 교류가 있다. 여기선 흘러가는 방향이 일정한 직류를 만든다.

□□ 준비물 : 집게전선, 활성탄소, 쇠 링, 가제 손수건, 알루미늄 호일, 소금물, 부저 등.

□□ 실험 과정

1) 빨간색 집게 전선의 한쪽 끝 집게를 잘라낸다.

2) 자른 부분의 전선을 뽑아내어 쇠 링을 연결한다.

3) 가제 손수건에 활성탄소를 한 주먹 놓고, 그 속에 쇠 링을 묻고서 손수건을 모아서 소금물에 적신다.

4) 가제 손수건 바깥을 알루미늄 호일로 감싼다.

5) 주먹손 전지 완성이다. (+)극, (-)극, 전해질 등 있을 건 다 있다.

6) 그 성능을 테스트 해보자. 알루미늄 호일이 (-)극, 쇠 링이 (+)극이고, 전해질이 소금물이다.

7) 여럿이 직렬로 연결하여 힘을 모아 보자. 주먹을 꽉 쥐었을 때와 느슨하게 쥐었을 때를 비교해 보자.

□□ 숨은 원리

쇠 링과 소금물, 그리고 알루미늄 호일로 얻은 전류는 직류이다. 그 원리는 다음과 같다. 물질은 원자로, 원자는 핵과 전자로 이루어져 있다. 원자핵은 (+)전기를 띠고, 전자는 (-)전기를 띠기 때문에 서로 잡아당겨 붙어 있을 수 있다. 핵과 전자가 잡아당기는 이 인력의 세기는 원자마다 다르다. 특별히 이 인력이 센 원자들을 비금속원소라 하고, 이런 원자로 이루어진 물질은 전자가 자유롭게 움직일 수 없어 전기를 잘 통하지 못하는 부도체가 되고, 이 인력이 특별히 약한 원자들을 금속원소라 하고 이런 원자로 이루어진 물질은 물질 내부에 원자핵의 구속에서 벗어나 자유롭게 돌아다니는 자유전자가 있어 전기를 잘 통하는 도체가 된다. 금속은 훌륭한 도체이다.

금속은 전자를 당기는 힘이 약하므로 쉽게 전자를 내어 줄 수 있다. 원자가 전자를 내어 주는 반응을 산화반응이라 부른다. 반대로 전자를 얻는 반응은 환원반응이라 부른다. 금속은 산화를 잘 한다. 하지만 금속이 산화되는 정도는 금속마다 다르다. 그리고 산화와 환원은 반드시 동시에 일어난다. 주는 쪽이 있어야 받을 수 있고, 받는 쪽이 있어야 줄 수 있다는 뜻이다. 즉, 산화 잘하는 금속도 자기보다 더 산화 잘 하는 물질을 만나면 자신은 산화하지 못하고 환원되어야 한다.

4. 교류.  내 손 발전소

교류는 도선 주위에서 자기장의 변화만 일으켜주면 발생한다.

□□ 준비물 : 필름통, 집게 전선, 코일, 전류계, 네오디움 자석

□□ 실험 과정

1) 필름통 바깥에 코일을 감는다. 코일의 양 끝은 사포로 밀어 코팅을 벗기고 필름통 뚜껑 위로 뽑아놓고, 필름통 속에 네오디늄 자석을 넣고 뚜껑을 닫는다. 이게 교류전류를 만드는‘내손 발전소’이다.

2) 집게전선 두개의 한 쪽을 필름통 뚜껑 위에 뽑아 놓은 전선에 각각 연결하고, 남은 한쪽은 전류계에 연결하자.

3) 이제 발전을 시작한다. 한 손으로 필름통을 잡고 아래위로 세차게 흔들면서 전류계 바늘의 움직임을 보자. 분명 전류계의 바늘은 돌아가고 그 방향이 왔다갔다함을 알 수 있다. 필름통이 움직일 때, 필름통 속의 네오디늄 자석이 위, 아래로 따라 움직이면서 발생하는 전류의 방향이 달라지기 때문이다.

내손 발전소는 코일은 가만히 두고 자석을 움직이는 방식이지만, 실제 발전소에서는 일반적으로 영구자석을 두고 코일을 회전하여 자기장의 변화를 일으킨다. 이런 방법으로 자가 발전하는 생활용품들이 많다.

■□ 실제로 무엇을 알았나요?

1) 전기에는 정지해 있는 정전기와 흐르는 동전기가 있고, 또 동전기에는 흐름의 방향이 일정한 직류와 흐르는 방향이 일정하게 바뀌는 교류가 있다.

2) 정전기는 서로 다른 두 부도체를 마찰하면, 핵이 전자를 끄는 힘의 세기 차이에 의해 전자의 이동이 일어남으로 전자를 빼앗은 쪽은 -정전기, 빼앗긴 쪽은 +정전기를 얻는다.

3) 그리고 동전기 중 직류는 서로 다른 두 도체를 전해질 용액에 담가서 도선으로 연결하면 얻을 수 있다. 이와 같은 장치는 물질이 가지고 있는 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로 화학전지라 부른다. 원리는 단순하지만 보다 효율적인 에너지를 얻기 위해 배터리 산업 현장은 경쟁이 치열하다.

4) 동전기 중 교류는 도선 주위에서 자기장의 변화만 일으키면 쉽게 얻을 수 있다.

5) 이상으로 우리는 모든 물질이 곧 에너지임을 알 수 있다.

음력과 양력

김승현(대구대)

목표:

1. 지구의 자전, 지구의 태양에 대한 공전, 달의 지구에 대한 공전 등의 주기 운동이 인류가 시간을 측정하는 데에 중요한 기준이 되었음을 이해하고 이러한 주기가 달력을 만드는 기초가 되었음을 안다.

2. 태양력(율리우스력과 그레고리우스력)이 지구의 공전 주기(회귀년)과 관련되었음을 이해하고 태양력에 의해 과거 또는 미래의 날짜를 셈할 줄 안다.

3. 태음력(동아시아의 태음태양력, 이슬람 사회의 순태음력)이 달의 공전 주기(삭망월)과 관련되었음을 이해하고, 날짜를 결정하는 데에 ‘삭’, ‘동지’, ‘일몰 시각’, ‘월몰 시각’이 중요함을 이해한다. 태음태양력의 ‘윤달’ 개념과 이슬람 음력의 ‘초승달 관측의 중요성’을 이해한다.

4. 음력의 원칙을 이해하고 양력 날짜에 해당하는 음력 날짜를 주어진 정보를 이용하여 결정할 수 있다. 또한 음력으로 결정되는 명절들의 해당 양력 날짜를 알아낼 수 있다.

개요:

현재 우리 사회의 모든 활동은 양력(그레고리우스력)을 바탕으로 하고 있다. 그러나 일부 전통 명절은 우리가 예전부터 써 오던 음력(시헌력)을 바탕으로 하고 있다. 현대 천문학의 발전으로 인해 우리가 쓰던 음력도 현대 천문학의 영향을 받아서 새로운 방식으로 결정되고 있다. 이 활동은 주어진 천문 현상 자료를 가지고 우리가 알고 있는 양력 날짜에 대비되는 음력 달력을 만들고 그럼으로써 우리 나라와 중국에서 사용되고 있는 음력인 시헌력의 구조와 체제를 이해한다. 또한 같은 방법으로 이슬람 음력의 구조를 이해한다. 이슬람 음력의 체제는 이슬람 국가마다 조금씩 차이가 있는데 여기에서는 사우디아라비아의 민간용 달력을 기준으로 할 것이다.

본 활동 전에 음력과 양력의 개념과 관련된 간단한 설문 조사가 있을 것이다. 본 활동에서 달력을 만드는 데 직접 관련되는 천문 현상에 대한 정보는 활동 때 배포하여 제공하거나, 천문 관측 관련 컴퓨터 프로그램을 활용함으로써 보여주는 방식이 될 것이다.

우리는 중력장속에 놓여있다(물구나무 서는 팽이 만들기)

변재철(부산 어메니티 과학연구회, 대명여고)

가장 간단한 의미로 힘은 밀거나 당기는 것이다. 힘의 근원은 중력, 자기력, 전기력, 단순히 근육의 힘일 수 있다. 물체의 질량은 물체를 구성하는 물질의 양, 더 정확하게 말하면 물체를 움직이게 하거나 정지시키게 하는, 즉 어떤 방법으로 물체의 운동을 변화시키려는 외부 영향에 물체가 나타내는 관성(운동의 변화에 대항하는 물체의 성질)의 크기이다. 그리고 무게는 중력이 물체에 작용하는 힘이다. 실제로 힘은 물체를 가속시킬 수 있는 ‘변화의 원인’이다. 힘이 크면 큰 가속도를 만든다. 그래서 물체의 가속도는 물체에 작용하는 알짜 힘과 물체의 질량에 좌우된다. 아울러 힘은 크기와 방향을 갖고 있는 ‘벡터 량’이다. 물체의 가속도가 0일 때를 역학적 평형상태에 있다고 말하는데 책상 위에 놓여있는 책처럼 정적인 평형상태와 일정한 속도로 얼음 위를 미끄러지는 하키 퍽처럼 동적인 평형상태가 있다. 운동하는 물체는 물체에 작용하는 힘이 있어야한다는 생각을 버리자!! 외력이 작용하지 않아야 운동하는 물체는 계속해서 그 운동 상태를 유지할 수 있는 것이다.

정리하면 ‘힘은 변화의 원인, 상호작용력, 벡터 량이다.’ 이와 같은 힘의 성질을 운동의 법칙을 이해하고 생활 속 사례들을 찾아보면서 간단한 실험으로 확인한다.

1. 힘

- 힘 : 물체에 작용하여 물체의 형태나 운동 상태에 변화를 주는 물체 외부의 어떤 원인

방향

작용점

크기

힘의 화살표

- 힘의 작용점과 크기, 방향을 힘의 3요소라 한다.

- 힘의 표시 : 화살표로 표시하는데, 화살표의 길이는 힘의 크기를, 머리는 힘의 방향을, 꼬리는 힘의 작용점을 나타낸다.

- 힘의 합성과 분해 : 벡터 합성, 삼각형 법

[eqn: F _{1}]

[eqn: F _{2}]

[eqn: F]

힘의 합성

[eqn: F _{1``} +``F _{2} ``=`F]

- 여러 가지 힘 : 탄성력, 마찰력, 전기력, 자기력, 중력 등

2. 운동의 법칙

1) 관성의 법칙 - 물체는 외부에서 힘이 작용하지 않을 경우, 정지한 물체는 계속 정지해 있고, 운동하던 물체는 계속 같은 운동 상태를 유지하려는 특성이 있다.

2) 힘과 가속도의 법칙 - 물체의 가속도는 물체에 작용하는 힘의 크기에 비례하고, 물체의 질량에 반비례한다.

3) 작용 반작용의 법칙 - 두 물체 사이에서 한 물체가 다른 물체에 힘을 작용하면, 동시에 그 물체도 반드시 힘을 작용한 물체에 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 작용한다.

실 험 제 목	우리는 중력장 속에 놓여 있다.
학 습 목 표	1. 여러 가지 힘을 눈으로 확인할 수 있다. 2. 중력에 거스르는 힘들을 알아본다.
실험과정	1. 어메니티 과학실험 - 힘이 보인다. 1) 관성 실험 □ 준비물 : 500원짜리 동전, 두꺼운 종이 카드, 유리컵 □ 과 정 : - 유리컵에 두꺼운 종이카드를 놓은 다음, 가운데에 500원짜리 동전을 올려놓는다. - 카드를 손가락으로 재빨리 쳐본다. - 정지 상태를 유지하려는 관성의 예를 들어보자. - 운동 상태를 유지하려는 관성의 예를 들어보자. 2) 작용과 반작용의 크기와 방향 □ 준비물 : 체중계 2개 □ 과 정 : - 체중계 2개를 나란히 놓은 다음, 두 사람이 체중계 위에 각각 올라선다. - 두 사람의 몸무게를 읽는다. - 한 사람이 한 손으로 다른 사람의 어깨를 누른 상태에서 각각의 체중계의 바늘이 가리키는 눈금을 읽는다. - 누르는 힘의 크기를 여러 가지로 다르게 하여 위의 과정을 반복한다. - 작용과 반작용의 크기와 방향은 서로 어떠한가? - 생활 속에서 볼 수 있는 현상 중 몸무게의 영향을 받는 것에는 어떤 것이 있는가? 3) 무중력 □ 준비물 : 빈 PET 병, 송곳, 전열기. □ 과 정 : - 송곳을 불에 달구어 PET 바닥에 적당한 크기의 구멍을 뚫는다. - 구멍을 손가락으로 막고서 PET 병에 물을 가득 채운 다음 PET 병뚜껑을 막는다. - PET 병을 위로, 아래로, 또는 수평으로 던져 본다. - 달의 중력은 지구 중력의 1/6이라고 한다. 만약에 달에서 넓이 뛰기를 한다거나 컵에 물 따르기를 한다면 지구에서 하는 것과 어떻게 다를까? 4) 운동량 보존 □ 준비물 ： 10원 짜리 동전 다섯 닢 □ 놀이방법 : - 동전 두 닢을 매끄러운 책상 위에 거리를 약간 두고 놓자. - 동전 한 닢으로 정지해 있는 다른 동전에다 힘 있게 충돌시켜 보자. 주의할 점은 반드시 동전의 이마와 이마가 정면으로 부딪치게 해야 한다. - 이번에는 10원짜리 동전 다섯 닢을 바싹 붙여서 한 줄로 늘어놓는다. - 그 중 끝에 있는 동전 한 닢을 떼 내어 줄 끝의 동전에다 힘 있게 충돌시켜 보자. - 다시 동전을 가지런히 늘어놓은 후 이번에는 동전 두 닢을 떼어내 동전 세 닢에 충돌시켜 보고, 또 동전 세 닢을 떼어내어 두 닢의 동전에 충돌시켜 보자. 충돌시킨 동전과 튕겨 나가는 동전의 개수를 잘 살펴보면 재미있는 규칙이 숨어 있음을 알 수 있다. 5) 무게 중심 □ 준비물 : 빨래집게, 가죽 벨트, 긴 자(또는 길쭉한 물체) □ 놀이방법 : - 긴 자를 두 주먹을 쥐고 검지만 펴서 그 위에 올려놓는다. - 두 손가락을 서서히 자의 가운데로 모아 보자. 내 손가락이 내 말을 잘 듣는가? - 두 손가락이 멈춘 지점에서 한 손가락만으로 자를 받쳐보자. 가능한가? - 빨래집게를 집게 부분이 앞을 향하도록 하여 손끝에 올려보자. 앞쪽이 무거운 빨래집게는 곧바로 아래로 떨어질 것이다. - 이번에는 빨래집게에 무거운 가죽 벨트의 가운데쯤을 물려서 손끝 위에 올려 보자. 어떤가? 당당하게 놓여 있는 빨래집게의 비밀이 궁금하지 않은가? 6) 나뭇가지에 앉은 잠자리 □ 준비물 : 잠자리 그림이 인쇄된 OHP 필름, 가위, 양면테이프, 나뭇가지, 고무찰흙, 네오디뮴 자석 □ 놀이방법 : - OHP 필름에 인쇄된 잠자리 밑그림을 윤곽선을 따라 곱게 오린다. - 몸통과 꼬리를 연결하고, A 부분은 날개 뒷면에 붙여 잠자리를 완성한다. - B 부분을 몸통과 직각 방향으로 접은 후 나뭇가지 끝에 올려놓자. 잠자리가 균형을 잡고 가만히 있는 것을 관찰하게 될 것이다. 어떻게 된 것일까? - 네오디뮴 자석을 잠자리의 날개 끝 가까이에 가져가보자. 왜 잠자리는 자석 쪽으로 끌려오는 것일까? 2. 어메니티 과학실험 - 중력을 거스르는 힘은 없을까? 1) 유리판 사이의 물 - 물이 좁은 틈을 타고 오르는 현상은 왜 일어나는 것인가? - 수은과 물의 차이는 무엇인가? 2) 부력의 의미 - 부력이란 무엇인가? - 그림에서 가운데 손가락을 물에 담근 실험에서 저울은 어느 쪽으로 기울까? - 오른쪽 주사기로 물을 뽑아 올리면 저울은 어느 쪽으로 기울까? 유체 속에 잠긴 물체는, 유체 속에 잠긴 물체의 부피에 해당하는 유체의 무게만큼 부력을 받는다. 3) 쥐불놀이 - 긴 실에 물체를 매달아 돌리다가 놓으면 물체는 어느 방향으로 나아갈까? - 주전자에 담고, 손잡이를 잡고 거꾸로 돌려 보자.물이 쏟아지는가? 쥐불놀이 장면 - 종이컵의 윗부분에 정삼각형이 되도록 세 개의 구멍을 뚫는다. 각 구멍에 실을 끼워 세 가닥을 합하여 묶는다. 여기에 물을 담고 돌려보자. 컵 속의 물이 쏟아지지 않는다. 왜 그럴까? 3. 어메니티 과학실험 - 물구나무 서는 팽이 만들기 - 망치를 손바닥 위에 세워 넘어지지 않게 해보자. 망치의 머리를 위로 할 때, 아래로 할 때, 어느 경우에 더 오래 세워 둘 수 있는가? 아래쪽이 무거운 물체들 - 오뚝이를 무거운 쪽을 위로, 또 아래로 가게 하여 돌려 보자. 어떤가? - 철판의 구멍이 위로, 또 아래로 하여 돌려 보자. 어떻게 되는가? 정지한 물체는 무게중심이 아래쪽에 있을수록 보다 안정하고, 움직이는 물체의 무게중심이 위쪽에 있을수록 보다 안정함을 알 수 있다. 물구나무서는 팽이재료 - 물구나무 서는 팽이를 만들어 돌려 보자. 나무로 깍은 팽이 가운데 홈 속에 쇠구슬을 넣고 나무 막대를 박으면 된다. 팽이를 돌려 보았을 때 뒤뚱거리다가 뒤집어져서 돌면 제대로 된 작품이다. 몸통에 여러 가지 색으로 장식하여 색의 혼합도 함께 공부하자. 물구나무서는 팽이의 모습
정리	1. 우리 주변에는 어떤 힘들이 어떤 모습으로 작용하고 있는가? 2. 중력과 반대방향으로 작용하는 힘들에는 어떤 것들이 있는가?

빛고을 탐방(작은 유리구슬 현미경 만들기)

이성현(부산 어메니티 과학연구회, 대명여고)

1. 어메니티(Amenity)란?

어메니티는 인간이 느끼는 쾌적하고 안락한 느낌을 말합니다. 어메니티 사상은 18세기 영국에서부터 시작되었습니다. 급격한 산업화로 도시의 환경이 오염되고 노동자들의 주거 환경도 더럽고 인간이 살기에 적합하지 못한 것이 대부분이 되었습니다. 이러한 환경을 개선하고자 나온 사상이 어메니티입니다. 즉 사람이 살기 좋고, 살고 싶은 환경을 만들자는 것이 어메니티 운동의 출발입니다. 오늘날의 어메니티 사상 또한 인간이 살기에 쾌적하고 기분 좋은 환경을 만들고자 하는 기본 뜻을 이어가고 있습니다. 덧붙여 인간이 살기 좋은 환경은 생태계의 모든 생물이 다같이 살기 좋은 환경이라는 생각도 더해졌습니다. 결국 어메니티 사상은 인간과 자연이 조화를 이룬 환경을 만들자는 것입니다.

2. 어메니티 과학이란?

어메니티 과학은 어메니티의 눈으로 과학을 바라보고자 하는 겁니다. 오늘날의 자연 파괴의 책임은 여러 부분이 과학이 책임이라고들 합니다. 반성 없는 과학, 인간 중심의 과학이 만들어 낸 비극이 오늘날의 자연파괴라고들 합니다. 하지만 진정한 과학은 자연을 사랑하고, 그 자연과 인간과의 관계를 알고 서로간의 조화를 이루어 가는 방법을 찾아가는 과정이라고 생각합니다. 어메니티 과학은 자연이 비로소 완전한 생명체라 인식하고 자연을 총체적으로 바라보자는 생각을 과학교육 프로그램 속에 담고자 합니다.

3. 빛고을 탐방 : 우리가 볼 수 있는 것은 빛 밖에 없다.

과학에서는 “우주의 탄생을 큰 폭발(빅뱅)로 시작되었다”고 한다. 신학에서는 “태초에 하나님께서 빛이 있으라 하자 빛이 생겨났다”로 천지가 만들어졌다고 한다. 과학이나 신학 모두 빛이 가장 먼저 세상에 나온 것이다. 그리고 우리가 사물을 본다는 것은 그 사물에서 반사되는 빛을 보는 것이다. 이렇듯 우리가 실제로 볼 수 있는 것은 유일하게 빛뿐이다.

그럼, 빛이란 무엇인가? 빛은 전자기 스펙트럼이라고 부르는 전자기파의 전 영역중의 일부분에 해당한다. 전자기파는 파장이 0에서 무한대까지 연속되어 있다. 이들의 스펙트럼 영역을 임의로 명칭을 정했는데, 이 중 우리 눈으로 감지 할 수 있는 전자기파가 바로 빛인 가시광선 영역대이다. 각 파장대의 명칭과 파장의 크기는 아래 그림과 같다.

빛은 파장에 따라 여러 가지 색을 나타내며 직진과 굴절 그리고 반사 등 여러 가지 특성을 가지고 있다. 이와 같은 빛의 여러 가지 성질에 대해 알아보자.

Amenity 과학실험
실 험 제 목	빛 고을 탐방 .... 작은 유리구슬 현미경 만들기
학 습 목 표	1. 빛이 직진함을 이해한다. 2. 빛의 반사와 굴절의 원리를 안다. 3. 빛의 회절과 편광을 이해한다. 4. 볼록렌즈의 원리를 안다. 5. 빛은 전자기파의 일종이며 우리가 볼 수 있는 유일한 것임을 안다.
실험과정	1. 빛은 직진한다. -. 바늘구멍 사진기로 촛불을 관찰하자. -. 스크린과 바늘구멍 사이의 거리에 따라 맺히는 상은 어떻게 달라지는가? ( ) 2. 빛은 반사한다. -. 요술경의 원리는 무엇일까? -. 책 거울로 물체를 관찰하자. 거울이 이루는 각에 따라 생기는 물체의 상은 어떻게 달라지는가? ( ) 3. 빛은 굴절한다. 사진 1 사진 2 가. 페트병 돋보기 -. 물 담은 페트병을 가로로 잡고, 주변의 사물을 얼굴을 관찰하자. -. 사진1, 2의 경우 무엇이 다른가? ( ) 나. 숟가락 거울 -. 숟가락의 오목한 면, 볼록한 면에 내 얼굴을 비춰 보자. -. 연필이나 볼펜도 비춰 보자. 숟가락과 멀리서 또 가까이서 비춰보자. -. 페트병과 같은 현상을 보이는 것은 숟가락의 어떤 면인가? ( ) 다. 완부청설(碗浮靑說): 나타난 동전 -. 물속에 잠긴 숟가락이 꺾여 보이는 이유는 뭘까? -. 바닥에 “×”표시가 되어 있는 종이컵 속 “×”표시가 보이는 위치에서 얼굴을 조금씩 뒤로 하여 동전이 보이지 않는 위치에서 멈춘다. -. 그 상태에서 컵에 물을 조금씩 부어 보자. -. 어떤 현상이 나타나는가? ( ) 라. 사라진 동전 -. 동전 위에 투명한 컵을 놓고, 비스듬한 위쪽에서 동전을 바라보자. -. 그 상태에서 컵에 물을 조금씩 부어보자. 어떤가? ( ) 마. 전반사 매직 컵 만들기 -. 서로 포갤 수 있는 플라스틱 컵 2개에 유성매직으로 그림을 그린다. -. 처음에는 바깥 컵의 그림이 나타나고 나중에 안쪽 컵의 그림이 나타난다. 구멍 뚫은 컵을 바깥으로 하고 두 개의 컵을 포갰을 때, 바깥 쪽 그림이 먼저 나타나고 안쪽 그림이 나중에 나타난다. -. 컵을 포개서 손가락으로 구멍을 꼭 막고 수조의 물속에 수직으로 담근다. 수조의 위쪽에서 그림을 관찰하자. 바깥쪽 그림만 보일 것이다. -. 그 상태에서 구멍을 막은 손가락을 떼어보자. (주의! 컵은 누르고 있어야 한다.) <구멍을 막았을 때와 구멍을 열었을 때> <물속에 넣기 전의 안과 밖의 컵> 4. 유리구슬 현미경 만들기 가. 구슬이 작을수록 더욱 확대되어 보인다. -. 작은 글씨나 그림이 있는 밑그림을 코틴지로 코팅한다. -. 1회용 스포이트 앞부분을 가늘게 뽑는다. -. 둥근바닥플라스크에 물을 가득 담는다. -. 크고 작은 유리구슬이나 둥근바닥플라스크를 코팅지에 올려 글씨나 그림을 관찰하자. -. 스포이트로 코틴지 위에 크고 작은 물방울을 만들어 가며 글씨나 그림을 관찰하자. -. 물방울이나 구슬의 크기가 작을수록 더욱 확대되어 보일 것이다. 나. 유리구슬 현미경 만드는 방법 -. 송곳을 불에 달구어 페트병 뚜껑 한 가운데 유리구슬의 지름보다 약간 작은 구멍을 뚫는다. -. 핀셋으로 작은 유리구슬을 이 구멍에 올려놓고, 송곳손잡이 부분으로 눌러서 끼운다. -. 양파의 표피를 1cm×1cm 정도의 크기로 잘라 아세트산카민 용액을 한방울 떨어뜨린 슬라이드 글라스에 올려놓고 잘 편다. -. 그 위에 아세트산카민 용액을 다시 한방울 떨이뜨린 후 잠시 염색되도록 기다란다. -. 염색이 되면 거름종이로 양파 주변의 물끼를 모두 흡수한다. -. 슬라이드글라스 위에 놓인 양파의 표피를 투명 테이프에 붙인다. -. 이 투명 테이프를 페트병 입구에 붙이고 바깥쪽을 테이프 여분을 잘라낸다. -. 유리구슬을 끼운 뚜껑을 닫고서 돌려가며 초점을 맞춰 관찰한다. 5. 빛은 회절 한다. -. 캔의 바닥에 송곳으로 몇 개의 구멍을 뚫는다. -. 캔 입구의 꼭지를 떼어내고 양 옆에 양면테이프를 붙인다. -. 양면테이프 위에 회절격자를 붙인다. -. 한지 등으로 마감하여 예쁜 깡통 분광기를 만든다. -. 깡통 분광기로 주변의 빛을 관찰하자. 무지개의 영롱함을 볼 수 있을 것이다.
정리	1) 빛이란 ( )의 가속운동에 의한 ( )이다. 2) 빛은 직진, 반사, ( )한다. 3) 빛은 밀도가 ( ) 매질에서 밀도가 ( ) 매질로 나아갈 때는 법선 쪽으로, 밀도가 ( ) 매질에서 밀도가 ( ) 매질로 나아갈 때는 법선에서 멀어지는 쪽으로 굴절한다. 4) 빛이 밀도가 큰 매질에서 밀도가 작은 매질로 나아갈 때, 굴절각이 ( )가 되는 입사각을 ( )이라 한다. 5) 빛이 밀한 매질에서 소한 매질로 나아갈 때, 임계각 이상으로 입사한 빛은 굴절하지 않고 ( )한다. 6) 볼록렌즈에서 생기는 상은, -. 물체가 초점 밖에 있을 때: -. 물체가 초점 안에 있을 때: 7) 볼록렌즈에서 렌즈의 곡률 반경이 클수록 f f f f 확대배율은 ( )진다.

기체들의 광장(생명 씨앗 만들기)

김태연(부산 어메니티 과학연구회, 부산여고)

■□ 무엇을 하려 하나요?

공기와 같은 기체는 기체 분자들의 계속적인 충돌로 압력을 나타낸다. 책상 위에 놓인 물체가 책상을 누르는(책상에 압력을 가하는) 것은 물체에 작용하는 지구의 중력 때문이다. 그러므로 질량이 큰 물체가 더 큰 압력을 작용한다. 그리고 압력은 지구중력방향인 책상 쪽으로만 작용하고, 물체가 책상을 누르는 것이지 책상이 책상 위의 물체를 누르는 것은 아니다.

그럼 눈에 보이지도 않고 손에 만져지지도 않는 이 가벼운 공기가 나타내는 압력의 세기는 어느 정도나 될까? 무거운 물체보다 셀까? 약할까? 놀랍게도, 공기 압력(대기압)은 약 1kg중/cm2 정도이다. 1kg중은 벽돌 반장 정도의 무게로 보면 1cm2 넓이에 벽돌 반장이 누른다는 뜻이다. 우리 두 손을 펴서 모으면 적어도 100cm2 정도는 된다. 우리 두 손바닥이 벽돌 50장을 받치고 있다는 뜻이다. 하지만 무겁다고 느껴지지 않는다. 왤까? 여기에 두 가지의 의문이 있다. 하나는 ‘가벼운 공기가 어떻게 이런 센 압력을 나타낼 수 있을까?’ 이고, 다른 하나는 ‘우리는 왜 이렇게 센 공기의 압력을 느끼지 못하는가?’이다. 이 두 가지 의문은 공기가 어떻게 해서 압력을 나타내는지 그 까닭을 알면 쉽게 해결할 수 있다.

먼저, 물질은 원자, 이온(전기를 띤 알맹이), 분자 등과 같은 아주 작은 알맹이들이 뭉쳐서 만들어졌음을 알아야 한다. 그리고 물질을 이루고 있는 이들 알갱이들이 쉴 새 없이 운동하고 있다는 사실도 알아야 한다. 이 알갱이들의 운동이 얼마나 빠른가에 따라 물질의 상태를 기체, 액체, 고체로 나누는 것이다. 가장 빠르게 운동하는 상태를 기체 상태라 말하고 가장 느리게 운동하는 상태를 고체 상태라 부른다. 그리고 알갱이들이 운동하는 정도는 알갱이들 사이에 작용하는 인력이 얼마나 센지, 알갱이 사이의 거리가 얼마나 먼지가 결정한다. 알갱이들 사이의 인력이 세어, 알갱이들

물질의 상태 : 기체․액체․고체

	분자간 인력	분자간 거리	분자 운동
기체	아주 약하다	가장 멀다	가장 빠르다
액체	보통이다	보통이다	보통이다
고체	가장세다	가장 가깝다	가장 느리다

사이의 거리가 가까우면 알갱이의 운동 속도는 느리고

이런 상태를 고체 상태라 말하고, 알갱이들 사이의 인

력이 약하여, 알갱이들 사이의 거리가 멀고 그래서 알

갱이들의 운동이 아주 빠른 상태를 기체 상태라 부른다.

공기는 기체 상태이다.

공기와 같은 기체는 기체분자(기체 알갱이)들의 활발한

운동 때문에 지구중력방향으로 작용하는 무게로 눌러서 압력을 나타내기보다는 기체분자들이 그릇의 벽에 가서 부딪혀서 압력을 나타내는 경우가 더 큰 원인이다.

그럼 어떤 상태의 기체를 담은 그릇이 보다 센 압력을 받을까?

●

● ●

[eqn: P _{1}]

[eqn: P _{2}]

( < )

●

●

[eqn: P _{1}]

[eqn: P _{2}]

( < )

1) 같은 부피(V)라면, 분자 수(n)가 많은

쪽이 보다 센 압력(P)을 받는다.

2) 같은 수의 분자라면, 부피가 작은 쪽이 보다 센 압력을 받는다.

3) 같은 수의 같은 부피라면, 온도(T)가 높은 쪽이

●

●

[eqn: P _{1}]

[eqn: P _{2}]

( < )

20℃

50℃

보다 센 압력을 받는다.

4) 그럼, 같은 온도, 같은 수, 같은 부피라면,

무거운 분자와 가벼운 분자 중,

●

●

[eqn: P _{1}]

[eqn: P _{2}]

( ? )

20℃

20℃

어느 쪽이 보다 센 압력을 나타낼까?

♧♣ 이 경우, 압력의 세기는 같다.

(   ) 속의 ‘?’ 는 ‘=’ 이다. 즉, [eqn: P _{1} =`P _{2}] 이다.

가벼운 분자가 압력이 더 셀 것이라 생각하는 친구가 있을 것이다. 그 이유는 가벼운 분자는 몸이 가벼워 빨리빨리 때릴 것이라는 생각에서다. 하지만 가벼운 분자는 한번 때릴 때 힘이 약하다. 한편 무거운 분자가 더 센 압력을 나타낼 것이라 생각하는 친구들이 있을 것이다. 그 이유는 무거운 분자는 한번 때릴 때 힘이 셀 것이라는 생각에서다. 하지만 무거운 분자는 몸이 무거워 빨리 빨리 때리지를 못한다. 그럼 결론이 무엇이겠나? 가벼운 분자는 한번 때릴 때 힘이 약한 대신에 부지런히 때리고, 무거운 분자는 한번 때릴 때 힘이 센 대신에 천천히 때리므로 가벼운 분자나 무거운 분자 1개가 나타내는 압력의 세기는 서로 같은 것이다. 이렇게 기체 압력의 세기는 기체 분자의 종류에 관계없이 일정하다는 것이 기체 압력의 커다란 특징이다.

이제, 우리가 가졌던 두 가지 의문을 해결할 수 있을 것이다. 공기와 같이 가벼운 기체가 아주 센 압력을 나타낼 수 있는 것은 기체는 고체처럼 무게로 눌러서 압력을 나타내는 것이 아니고 기체분자들이 그릇의 벽에 계속해서 부딪혀서 압력을 나타내기 때문이고, 이것은 기체분자의 운동이 아주 활발하기 때문에 가능한 것이다. 그리고 두 번째 의문, 우리가 이렇게 강한 공기의 압력을 느끼지 못하는 이유는 바로 기체분자가 압력을 용기 벽을 때려서 나타내기 때문에 압력을 미치는 방향이 정해져 있지 않고 사방팔방 모든 방향으로 작용할 수 있기 때문이다. 책상 위에 놓인 고체인 책은 지구중력 방향으로만 압력을 작용하지만, 기체인 공기는 우리 손바닥을 천지사방에서 때려 압력을 가한다. 손바닥 위에서도 때리고 손바닥 아래서도 때리고 손바닥 양 옆에서도 때린다. 이 때 사방에서 때리는 힘들끼리 서로 평형을 이루어 우리는 공기의 압력을 느끼지 못하는 것이다. 마치 여러분이 친구랑 손바닥을 맞대어서 서로 밀 때 두 힘이 같으면 어느 친구도 움직이지 못하고 그 자리에 서 있게 되는 것과 같다. 물론 우리 몸 내부에서도 대기압과 맞서는 또 다른 어떤 힘이 작용하고 있을 것이다.

이해 하셨나요? 기체압력의 성질을? 그럼, 다 같이 다음을 기억합시다!

하나, 기체압력은 기체분자들이 용기 벽을 때려서 나타내는 것이다.

둘, 그래서 기체압력의 방향은 사방팔방이다.

셋, 기체분자 1개가 나타내는 압력의 세기는 기체분자의 종류에 관계없이 같은 세기를 나타낸다.

♧♣ 이상을 정리하면,

‘모든 기체는 같은 온도, 같은 압력, 같은 부피 속에 같은 수의 분자를 포함한다.’는 유명한  ‘아보가드로의 법칙’을 이해할 수 있습니다. 한마디로 기체들의 세상은 평등의 세상이라는 거죠.

이 ‘기체’ 마당에서는 먼저 우리 주위에 있는 공기의 존재를 확인하고, 공기가 정말 대단한 위력을 지녔는지를 실험으로 확인하며, 나아가 공기의 주성분인 질소, 산소, 이산화탄소 그리고 수소의 제법과 성질을 확인하고, 마지막으로 공기가 있기에 우리가 경험할 수 있는 몇 가지 사실들을 소품을 만들어서 직접 체험할 것이다.

■□ 실제로 무엇을 하나요?

1. 공기를 찾아서 : 페트병 속의 풍선 불기, 오줌 싸게 병, 페트병 분무기 등

2. 공기는 천하장사 : 누가 풍선을 뒤집나?, 홍해의 기적, 페트병 분수, 인도의 물 & 깡통 뻑!, 빨대분무기 등.

3. 공기랑 노올자! : 빨대 피리 만들기, 필름통 피리 만들기, 생명씨앗 만들기 등.

4. 기체들의 광장 : 수업의 실제([eqn: H _{2} BULLET O _{2} BULLET N _{2} BULLET CO _{2} BULLET Air``그들은`누구인가?])

학 번		Amenity 과학실험	확 인
이 름
실 험 제 목	기체들의 광장!.... [eqn: H _{2} BULLET O _{2} BULLET N _{2} BULLET CO _{2} BULLET Air``그들은`누구인가?]
학 습 목 표	1. 기체를 포집하는 방법을 안다. 2. 수소, 산소, 이산화탄소의 제법과 성질을 안다. 3. 액체 산소의 상자성을 확인한다. 4. 이산화탄소의 산화성과 상변화를 이해한다. 5. 액체 공기, 액체 질소의 성질을 안다.
실험과정	1. 기체 모으기 수상치환으로 입김과 산소를 모으는 모습 -. 내 입김이나 라이터속의 기체를 컵에 모아 보자. -. 라이터 속 기체는 공기보다 (가볍다 무겁다). 2. 불타는 기체 & 불붙이는 기체 & 불 끄는 기체 1) 요오드화칼륨수용액이 든 페트병에 과산화수소를 조금 넣고, 얼른 주름 잡힌 빨대가 꽂힌 페트병 뚜껑을 닫 고, 빨대 끝을 수조의 물속에 담그고 변화를 보자. 가는 막대로 불씨를 만들어 수조의 거품 속에 넣어 보자. 어떻게 되는가? ( ) 2) 식초가 든 페트병에 소다 1숟가락 정도를 넣고, 얼른 주름 잡힌 빨대가 꽂힌 페트병 뚜껑을 닫고, 빨대 끝을 수 조의 물속에 담그고 변화를 보자. 가는 막대로 불씨를 만들어 수조의 거품 속에 넣어 보자. 어떻게 되는가? ( ) 3) 묽은 염산이 든 페트병에 마그네슘 리본을 조금 넣고, 얼른 주름 잡힌 빨대가 꽂힌 페트병 뚜껑을 닫고, 빨대 끝을 수조의 물속에 담그고 변화를 보자. 가는 막대로 불씨를 만들어 수조의 거품 속에 넣어 보자. 어떻게 되는가? ( ) ※ 집기병에 수상치환으로 수소기체를 모아, ⅰ) 집기병을 바로 세워서 불을 붙여 보고, ⅱ) 엎어서 불을 붙여 보자. 어떻게 다른가? ( ) 수소기체의 어떤 성질을 알 수 있는가? ( ) 3. 산소 1) 산소기체를 발생시켜 먼저 수상치환으로 한 집기병에 모으고, 남은 반응은 하방치환으로 다른 집기병에 모은다. 2) 긴 나뭇가지로 불씨를 만들어 집기병 속에 넣어 본다. 어떻게 되는가? ( ) 3) 손잡이가 긴 급식용 국자에 액체질소를 담아서 들고 있자. 그 아래 조금 떨어진 곳에서 국자 표면에 응결되어 떨어지는 액체를 모으고, 모인 액체 방울에 불씨를 가져가 보자. 어떻게 되는가? ( ) 4) 살레 바닥 뒷면에서 네오디늄 자석으로 액체방울을 끌어당겨 보자. 어떤가? ( ) 5) 살레 바닥에 뒹구는 액체 방울은 어디서, 어떻게, 온 누구이며 어떤 성질이 있는가? ( ) 4. 이산화탄소 1) 물속에 드라이아이스 몇 조각을 넣고, 생긴 거품 속에 촛불을 가져가 보자. 어떻게 되는가? ( ) 2) 마그네슘리본에 불을 붙여 거품 속에 넣어 보자. 어떤가? ( ) 3) 3)의 반응에서 물속에 그을음이 생긴다. 다음 반응을 완결시켜라. [eqn: 2` LEFT ( ````````````` RIGHT ) ```+`CO _{2``} `` -> ````2`MgO````+`` LEFT ( ``````````````` RIGHT ) `] 4) 탄산음료수([eqn: 500ml]) 페트병에, 드라이아이스 가루를 10g 정도 넣는다. 뚜껑을 꼭 막고 병 속의 변화를 관찰한 다. 페트병 밖에 생긴 성애는 닦아 준다. 액체가 생기기 시작하면 사람이 없는 쪽을 향해 조심해서 뚜껑을 연 다. 어떻게 되는가? ( ) 5) 압력계 달린 압축호스에 드라이아이스 가루를 조금 넣고 호스 밖에 생긴 성애를 닦아주면서 속을 관찰하다 액체 가 생기기 시작할 때의 압력을 읽는다. 곧바로 밸브를 열고 줄 톰슨의 효과를 관찰한다. [eqn: CO _{2}]의 삼중점 압력은 얼마인가? ( ) ※ 참고로 [eqn: CO _{2}]의 삼중점 온도는 -56.4℃ 이다. 6) 이산화탄소의 고무막 & 비누막 투과성 확인 [eqn: CO _{2}]의 고무막과 비누막의 투과력 실험 -. 비슷한 크기의 풍선을 불어 하나는 이산화탄소 속에 다른 하나는 공기 속에 둔 것이다. 어느 쪽 풍선이 커지는가? ( ) -. 이산화탄소 비눗방울과 공기 비눗방울 중 어느 쪽이 보다 빨리 작아지는가? ( ) 5. 액체 공기 & 액체 질소 -. 긴 풍선을 불어서 잘 묶는다. 이것을 액체 질소 속에 넣어 보자. 풍선을 꺼내 보자. -. 액체 질소 속에 담군 비스킷을 먹어 보자. 식물의 잎 등을 액체 질소 속에 넣었다 꺼내서 변화를 관찰한다. -. 액체 질소의 끓는점은? ( )℃, 액체질소 속에서도 얼지 않는 물질은? ( )
정리	1. 다음 기체의 제법과 성질을 적어 보자. 수소[eqn: LEFT ( H _{2} RIGHT )] : 산소[eqn: LEFT ( O _{2} RIGHT )] : 이산화탄소[eqn: LEFT ( CO _{2} RIGHT )] : 2. 오늘 만난 기체 중, 기체상태만 만난 것은 무엇이며, 물질의 삼태를 모두 만난 것은 무엇이며, 그 까닭은 무엇인가?

■□ 함께하는 실험 : 공기가 있기에 소리를 들을 수 있다!.....  필름통 피리 만들기

1. 준비물 : 필름통, 가위, 테이프, 빨대, 스티커

2. 놀이 방법 :

1) 필름통 피리 만들기

1

가위로 필름통을

빨대 폭 보다 조

금 넓게 필름통

깊이 2.5Cm 정도

잘라낸다.

2

잘라낸 입구

쪽에 필름통

안쪽에서 테

이프를 붙여

둔다.

3

빨대를 끝 부분

을 납작하게 눌

러서 테이프 위

에 올려두고 소

리를 내어 본다.

4

소리가 나면

그 위에 테

이프를 붙여

그 상태를

고정시킨다.

테두리를 하고 빨대 길이를 적당히 하여 자르고 스티커를 붙이거나 꾸며서 완성한다.

5

완성품

2) 필름통 피리 불기

빨대를 입에 대고 불면 소리가 난다. 소리가 잘 나지 않으면 빨대 끝 부분을 약간 눌러주거나 빨대 끝의 방향을 조금씩 조절해 보자. 내가 부는 입김이 필름통 속으로 들어가서 필름통 속 공기를 진동시켜야 소리가 난다. 소리를 낼 수 있으면 두 엄지로 필름통 입구를 막았다 뗐다하거나 막는 부분의 크기를 달리하면서 소리의 높낮이를 조절해 보자. 이 역시 잘 할 수 있으면 간단한 노래를 연주 해 보자.

3. 숨은 원리 :

소리는 물체의 진동에 의하여 만들어진 파동이다. 물체가 진동하면 그 물체에 접해있는 공기가 진동하고 그 진동이 파동(종파)으로 전달된다. 일반적인 상태에서는 진동하는 물체의 진동수와 그것에 의하여 만들어진 소리(음파)의 진동수는 같다. 진동을 많이 할수록 높은 소리가 나고 진동을 적게 할수록 낮은 소리가 난다. 일반적으로 무거운 물체가 가벼운 물체보다 적게 진동하고 길이가 짧을수록 두꺼울수록 적게 진동한다. 필름통 피리에서는 손가락으로 필름통 속의 공기량을 조절하여 높고 낮은 음을 만들 수 있다. 주변에 있는 여러 가지 물체를 진동시켜 다양한 소리를 만들어 보자.

■□ 실제로 무엇을 알았나요?

1. 공기는 우리 주위 어느 곳에나 있다.

2. 공기는 공기 알맹이의 충돌로 압력을 나타내고 그 압력의 세기는 무척 세다.

3. 공기가 있기에 우리는 소리를 들을 수 있고, 식물이 씨앗을 퍼트릴 수 있다.

무엇보다 생명체가 숨을 쉬고 살 수 있다.

4. [eqn: H _{2} BULLET O _{2} BULLET N _{2} BULLET CO _{2} BULLET Air``]의 제법과 성질을 알았다.

■□ 토의할 내용은?

-. 어메니티 기체발생 장치의 문제점은?

-. 이산화탄소가 고무막과 비누막을 보다 잘 통과하는 이유는 무엇일까?

학 교		어메니티과학실험	확 인
이 름
실 험 제 목	여기에 공기가 있다.... 생명씨앗 만들기
준비물	-. 비닐봉지, 컵, 수조, 벽돌, 흙, 비커, 알코올램프, 삼발이, 주사기, 고무호스, 스펀지, 빨대 등 -. 빈병속의 풍선불기, 오줌싸개 병, 페트병분무기, 공기잠수함. -. 압축스티로폼(두께 2mm), 와셔, 테이프, 고무 밴드, 유성사인펜.
실험과정	1) 눈에는 보이지 않지만 우리 주위 어느 곳에나 존재하는 물질은 무엇일까? ( ) 2) 공기의 존재를 확인하는 방법을 찾아보자. -. 주변의 공기: -. 병 속의 공기: -. 돌이나 흙 속의 공기: -. 내 몸 속의 공기: -. 물속의 공기: 3) 공기를 모아보자. -. 내 날숨을 모아 보자. -. 컵의 공기를 옮겨 담아 보자. 4) 사진처럼 물 위의 종이공주가 물 속 돌 왕자님을 만나려면? 5) 페트병 속의 풍선을 불어보자. 꺼지지 않게도 해 보자. 6) 빈병 속에 물을 넣어 보자. 어떻게 하면 넣어지는가? 7) 페트병 분무기에 물이 나오지 않는 이유는? 어떻게 하면 나올까? 8) 다른 기체들 -. 수소기체의 제법과 성질: -. 산소 기체의 제법과 성질: 9) 생명씨앗 만들기 -. 생명씨앗을 만들어 날려보자. -. 생명씨앗이 나를 수 있는 이유는?
정리	1) 기체상태: 물질은 기체, 액체, 고체의 세 가지 상태를 가진다. 이 중 기체 상태는 분자간의 인력이 매우 ( )하여, 분자간의 거리가 매우 ( )며, 분자의 운동이 아주 ( )발한 상태이다. 그래서 기체의 모양은 ( )하지 않고, 부피도 ( )하지 않다. 그 기체를 담고 있는 통의 모양이 기체의 ( )이고 통의 부피가 바로 기체의 ( )가 된다. ∴ ‘공기 2L + 공기 3L = 공기 ( )L’로, 기체는 단순한 부피로 그 양을 비교 할 수 없다. 2) 기체를 모으는 방법: 물에 녹지 않는 기체는 ( )치환으로 포집하고 물에 녹는 기체 중 공기보다 무거운 기체는 ( )치환, 공기보다 가벼운 기체는 ( )치환으로 포집한다. 3) 공기는 우리 주위 모든 곳에 존재한다. 생명씨앗이나 비행기가 하늘을 나를 수 있는 이유는 우리 주위에 ( )가 있기 때문이다. 4) 수소와 산소가 화합하면 ( )이 된다.

<붙임 2>

학 교		어메니티과학실험	확 인
이 름
실 험 제 목	공기는 천하장사!.... 불수록 달라붙는 요술 공 만들기
준비물	-. 빈 페트병(뚜껑 포함), 주사기, 고무마개, 무, 빨대, 판자, 비닐봉지 풍선 등. -. 홍해의 기적, 저절로 불어지는 풍선, 깜찍이 분수, 인도의 물, 깡통을 찌그러트리는 범 인, 불수록 달라붙는 탁구공, 빨대 분무기, 스프레이. -. 필름통, 실, 스티로폼 공, 빨대, 본드, 송곳, 알코올램프, 유성사인펜, 스티커.
실험과정	1) 빈 페트병의 뚜껑을 꼭 막고 양 손을 힘껏 눌러 보자. 그 위에 올라서 보기도 하자. 힘이 느껴지는가? 쉽게 찌그러트릴 수 있는가? 2) 주사기의 피스톤을 조금 뽑은 후, 고무마개에 막고서 피스톤 을 눌려보자. 쉽게 압축되는가? 압축될수록 공기의 부피는 어 떻게 변하는가? 3) 빨대로 무를 찔려보자. 어떻게 하면 깊이 들어갈까? 4) 공기의 힘은 어디서 올까? -. 기체분자의 운동은? -. 기체 압력의 증거는? -. 기체 압력의 특징은? 5) 뜨거운 페트병에 씌운 풍선이 저절로 불어지는 이유는 무엇인가? 6) 홍해의 기적에서 물이 위로 올라가는 이유는 무엇인가? 7) 깜찍이 분수에서 분수가 치솟는 이유는? 8) 필름통 온도계에서 빨대 속의 물을 위로 밀어 올린 범인은 누 구인가? 9) 인도의 물에서 깡통 속에 가득한 물은 어떻게 된 것인가? 홍해의 기적과 다른 차이는? 10) 알루미늄 캔을 찌그러트린 범인은 누구인가? 인도의 물과 다른 차이는? 11) 긴 종이 자락을 두 손으로 잡고서 그 위쪽으로 입김을 불어보자. 어떻게 되는가? 12) 불수록 달라붙는 탁구공의 원리는? 13) 빨대 분무기의 원리는? 14) 불수록 달라붙는 요술 공 만들기 -. 불수록 달라붙는 요술 공을 만들어 놀아보자. -. 필름통 속의 공을 필름통 밖으로 끄집어내는 원리는 무 엇인가?
정리	1) 기체의 압력: 기체분자들이 용기 벽에 가하는 계속적인 ( )이다. 2) 기체압력의 특성: 분자의 종류에 관계없이 분자 한 개가 나타내는 압력의 세기는 ( )다. 가벼운 분자는 한번 때릴 때 힘이 ( )한 대신에 부지런히 때리고, 무거운 분자는 힘이 ( ) 대신에 천천히 때리기 때문이다. 그리고 압력의 방향은 사방팔방 ( )방향으로 작용한다. ♧♣ 모든 기체는 같은 온도 같은 압력 같은 부피 속에 같은 ( )의 분자를 포함한다. ♧♣ 기체의 많고 적음은, 같은 온도와 같은 압력에서 그 ( )를 비교하여야 한다. 3) 베르누이정리: 흐름이 느린 공기가 흐름이 빠른 공기보다 측면에 가하는 압력이 더 ( )다.

귀추법의 소개 및 적용

백성혜(한국교원대), 한재영(충북대), 김용진(서원대),

정정인(청주교대), 송영욱(한국교원대 초등과학연구소)

워크숍의 구성

이 워크숍에서는 전반부에 백성혜 교수가 귀추법에 대한 소개와 사례를 제시하고, 후반부에 한재영 교수가 귀납법과 연역법, 그리고 귀추법을 구분하는 활동을 하도록 진행할 예정입니다.

귀추적 사고의 중요성

과학교육에서 과학의 본성을 도입할 필요에 대한 주장은 꾸준히 제기되어 왔다(Lederman, 1992; Matthews, 1994; Nussbaum, 1989; Shapiro, 1996). 현재 우리나라의 제 7차 과학 교육과정에서도 과학 지식의 형성과정이나 과학 지식의 잠정성 등을 중요하게 다루고 있으며(교육부, 1998), 미국에서도 과학의 본성에 대한 이해는 중요한 교육목표로 강조되고 있다(AAAS, 1993; NRC, 1996). 그러나 구체적인 과학 내용에 이러한 관점을 적용하는 연구는 최근에 이르러서야 활발하게 이루어지고 있다.

과학의 본성 중 하나는 논리적이고 분석적인 사고이며, 학생들이 이를 통해 추론과 비판적 사고를 하고 과학의 주제 문제들에 대해 깊이 있는 이해를 형성할 수 있도록 돕는 일은 매우 중요하다. 과학의 본성에 대한 인식은 학생들이 과학을 배울 때 겪는 어려움에 대한 이해를 제공하며, 다양한 교육적 논쟁에 대한 평가 안목을 길러준다는 측면에서 과학교사들에게도 중요하다(Bell et al., 2000; Gallagher, 1991; Palmquist & Finley, 1997). Akerson & Abd-El-Khalick(2005)은 교사 교육의 효과를 알아본 연구에서 과학의 본성을 잘 숙지하고 있는 교사는 과학의 본성에 해당하는 추리, 가설, 창조에 긍정적인 영향을 준다고 했다. 그리고 Zeidler 와 Lederman(1987)은 과학의 본성은 교과서와 교사의 언어에 의해서 학생들에게 전달된다고 주장하였다.

그러나 아직까지 과학적 탐구의 본성에 대한 학생들이나 교사들의 이해는 미약하다(권성기, 박승재, 1995; 반은기, 2000; 서성미, 1996; 소원주, 1998; 장병기 1995). 전은경(2006)은 과학의 본성에 대한 중요성이 부각되면서도 교과서는 이에 관련된 다양한 관점을 형성하는 안내서로서 부족하다고 주장하였다. 특히 대부분 과학 교과서의 언어나 서술 방식은 암묵적으로 교사나 학생들에게 귀납적 관점만을 형성하도록 하는데 큰 기여를 해왔다(Sutton, 1996).

최근 과학의 본성을 가장 잘 드러내는 과학적 탐구 사고로 주목받고 있는 귀추법은 ‘어떤 한 상황에서 성공적인 기존의 설명을 새로운 상황에서의 임시적 설명으로 차용하고 적용하는 가설 창안의 정신적 과정(Lawson, 1995)으로서, 확장적인 추론을 통해 어떤 현상이 일어나는 원인에 관해 설명할 수 있게 하는 추리 방법(오필석, 김찬종, 2005; 이초식, 2000)이다. 그렇기 때문에 기존의 연역법, 귀납법만으로는 설명하기 어려운 과학 지식의 성장과정과 가설의 생성과정을 설명하는데 적합한 것으로 여겨지고 있다(정용재, 송진웅, 2006).

과학교육에서 귀추적 사고 과정을 강조하는 것은 매우 중요하다. 이를 무시하고 최종 산물인 지식만 강조하게 되면, 학생들은 과학의 사고 과정을 이해하지 못하고 발견된 지식을 수용하는 태도를 학습하게 됨으로써 과학을 암기하게 되는 것이다. 과학의 잠정적 해석은 인간의 사고로부터 도출되어 최종적으로 과학자 집단에 의해 폭넓게 받아들여지게 되면 ‘사실’로 정착하게 된다. 그러므로 학생들에게 과학은 인간의 사고 과정과 의사 전달 과정의 활동이며, 과학적 주장은 논의가 필요한 해석적 개념이라는 사실을 인식시키는 것이 중요하다(Lemke, 1990).

과학적 지식생성이나 과학적 탐구에 있어 중요한 역할을 담당하는 귀추법에 대한 연구(권용주 등, 2000; 권용주 등, 2003; 김영진, 2004; 박은미 등, 2006; 박종원, 2000; 심해숙, 2003; 오필석, 2005; 정용재 등, 2006)는 요사이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 연구들로부터 귀추법을 정리하여 보면, ‘관찰자가 현상에 대하여 의심을 하고 그 현상을 해석하기 위해 자신의 일반적인 경험 중에서 유력한 가설 하나를 채택하여 관찰된 현상에서 경향성과 규칙성을 추론하는 사고 과정’이라고 말할 수 있다. 귀추법(Abductoin)은 자연현상을 설명하는데 요구되는 핵심적인 과학적 사고 방식으로(박종원, 2000; 오필석과 김찬종, 2005; Lawson, 1995; Wenham, 1993), 연구자에 따라 귀추법에 대한 해석이 매우 다양하다. 이 워크숍에서는 미국의 철학자이자 과학자인 Peirce에 의해 정립된 귀추법(정용재, 송진웅, 2006)의 정의를 따른다. Peirce는 귀추법이 의심의 상태를 벗어나 믿음에 이르게 하는 탐구의 논리로서, 이상한 현상이 관찰되었을 때 가설의 생성을 통해 그 현상이 왜 그렇게 일어나는지를 설명 가능하게 해주는 추리이며, 과학의 모든 아이디어들과 새로운 진리를 이끌어 내는 방법으로 보았다.

귀납법과 연역법, 귀추법의 구분

가. 귀납법(Induction)

귀납이라는 용어는 아리스토텔레스의 ‘특수실례로부터 일반화로 나아가는 과정’이라는 ‘epagoge' 라틴어 번역에서 비롯된 것이다(Ross, 1949). 아리스토텔레스는 귀납이 특수명제에서 일반명제로 나아가는 특성을 가지는 것으로 보았으며, 이것을 단순 열거적 귀납법과 직관적 귀납법으로 구분하였다. 그러나 직관적 귀납법은 통찰력에 관련된 것으로 진정한 귀납법으로 볼 수 없다. 그 후 아리스토텔레스의 귀납적 방법은 근대의 베이컨(F. Baxon)으로 이어져 과학적 방법으로 체계화 되었다. 베이컨은 아리스토텔레스주의자들의 귀납법이 가지는 제한점을 극복하기 위하여 점진적이고 누적적인 귀납의 특성을 강조하였고, 본질적인 상관관계를 효과적으로 발견하기 위해 배제법을 제안하였다(Losee, 2001). 또한, 베이컨의 방법론을 토대로 과학적 방법론을 발전시킨 허쉘(J. Herschel)은 과학적 인식을 발견의 맥락과 정당화의 맥락으로 구분하여 논의하였다. 그는 관찰로부터 자연의 법칙을 발견하고 이를 이론으로 통합하는 발견의 맥락에는 가설에 의한 방법과 함께 귀납적 도식이 적용되는 과정이 있다고 생각하였다(권용주 등, 2003).

귀납주의적 과학 방법에 대한 구체적인 논의는 밀(J. S. Mill)에 의해 상당한 진보를 이루었는데, 밀은 귀납법이 과학적 법칙의 발견과정에서 중요하다고 보았고, 인과적 관계도 귀납법에 의해 파악될 수 있다고 보았다(Losee, 2001).

결국 전통적인 과학적 방법의 한 형태로 논의되어 왔던 귀납의 정의는 주로 관찰된 특수한 사실로부터 일반화된 진술 또는 법칙이나 이론으로 나아가는 추론과정을 의미하며, 현대에 이르기까지 널리 사용되고 있다(Darian, 1995; Lawson, 1996; Sternberg & Gardner, 1983).

나. 연역법(Deduction)

과학적 설명의 중요한 목표의 하나는 ‘왜’ 라는 물음에 대한 궁극적인 대답을 찾는 것이다. 또한 이러한 과학적 설명이 아리스토텔레스가 이상으로 믿었던 논리적 연역의 형식을 지녀야 한다는 견해는 폭넓게 지지를 받아왔다(Nagel, 1961). 이러한 연역적 설명은 보편성에 있어서 논란의 여지가 있긴 하지만 포괄적이며 인상적인 체계임은 재론의 여지가 없다. 과학철학에서의 연역적 방법론에 대한 논의는 데카르트로 대표되는 발견의 논리와 대비되어, 아리스토텔레스 이후 자연현상을 설명하는 가정이 옳다는 것을 확립해 가는 정당화의 논리로 점차 명확하게 설명되어 왔다(권용주 등, 2003).

종래의 귀납법을 부정하고 연역적 방법을 사용하여 과학적 지식을 구성한다. 이성과 연역적 방법을 신뢰하고, 과학적 방법은 선험적 개념구조를 통해 자연의 현상들을 입증하는 방법을 말하며(박승재와 조희형, 1999), 과학자의 역할이란 과학자들의 직관이나 상상을 통해 가설을 세우고 이를 검증하는 것이라고 본다(Nott & Wellingtion, 1993).

연역법은 현존하는 이론에 의해 논리적으로 생겨난 개념들을 검토하고 테스트하는 것이 과학자들이 하는 역할이라고 본다. 다시 말하면 과학자의 역할이란 과학자들의 직관이나 상상을 통해 가설을 세우고 이를 검증하는 것이라고 보는 입장이다. 따라서 검증된 가설에 의해 나온 과학적 이론도 실험 결과에 의하여 뿐 아니라 직관이나 상상에 의해서도 얻어질 수 있다고 생각한다(Nott &Wellingtion, 1993; Ziman 1984).

다. 귀추법(Abductoin)

귀추법은 미국의 철학자이자 과학자인 Peirce에 의해 정립되었다(Murphey, 1961; hanson, 1958). Peirce는 ‘과학의 모든 아이디어들은 귀추법에 의해서 생성된다.’고 보았다. 정용재 등(2006)은 Peirce의 귀추법을 다음과 같이 형식으로 제안하였다.

1. ‘책상 위의 콩들이 모두 흰색’(C)이라는 놀라운 사실이 관찰된다.

2. (그런데 ‘이 자루로부터 나온 모든 콩들은 희색이다.’(R).)

3. (따라서) ‘이 콩들은 이 자루로부터 나온 것’(A)이 참이라면, ‘책상 위의 콩들이 모두 흰색’(C)이       라는 것은 당연한 것이 된다,

따라서 ‘이 콩들은 이 자루로부터 나온 것’(A)이 참이라고 여길만한 이유가 있다.

어떤 사람이 책상 위의 콩들이 모두 흰색이라는 것이 사실을 알게 되었다(result). 그리고 여러 자루 중 하나의 자루를 열어보았더니 나온 모든 콩들은 흰색이었다(rule). 그래서 이 사람은 책상 위의 콩들은 이 자루에서 나왔을 것이다(case)라고 가설을 세워 관찰된 현상을 설명하는 것이다. 귀추법은 현상을 설명하기 위해 자신이 알고 있는 일반적인 경험 중에 가장 유력한 하나의 사례일 것이라는 가설을 채택하여 관찰된 현상을 설명하는 추론이다(김영심, 2007).

또한, Peirce의 귀추법은 의심의 상태를 벗어나 믿음에 이르게 하는 탐구의 논리로서, 이상한 현상이 관찰되었을 때 가설의 생성을 통해 그 현상이 왜 그렇게 일어나는지를 설명가능하게 해주는 추리이며, 과학의 모든 아이디어들과 새로운 진리를 이끌어 내는 방법이다.

귀납적, 귀추적, 연역적 과정을 통해서 생성되는 과학지식 가운데 귀추적 과학지식은 자연현상을 설명하는데 요구되는 핵심적인 지식으로 인식되어 왔다(Klahr & Dunbar, 1998; Lawson, 1995; Peter, 1992; Wenham, 1993).

귀추법은 19세기의 철학자 Charles S. Peirce에 의해 귀납법이나 연역법과 다른 또 하나의 추론 방법으로 제안된 이래, Hanson에 의해 보다 정교한 형대로 제시되었고, 이후에 과학철학이나 인지 과학과 같은 다양한 분야에서 연구되어져왔다(오필석, 김찬종, 2005).

Peirce는 ‘과학의 모든 아이디어들은 귀추법에 의해서 생성된다.’고 보았다. 정용재 등(2006)은 Peirce의 귀추법을 다음과 같이 형식으로 제안하였다.

1. ‘책상 위의 콩들이 모두 흰색’(C)이라는 놀라운 사실이 관찰된다.

2. (그런데 ‘이 자루로부터 나온 모든 콩들은 희색이다.’(R).)

3. (따라서) ‘이 콩들은 이 자루로부터 나온 것’(A)이 참이라면, ‘책상 위의 콩들이 모두 흰색’(C)이       라는 것은 당연한 것이 된다,

따라서 ‘이 콩들은 이 자루로부터 나온 것’(A)이 참이라고 여길만한 이유가 있다.

Peirce는 이와 동일한 예를 사용하여 다음 그림과 같이 연역, 귀납, 귀추가 각각 어떻게 삼단논법으로 형식화 될 수 있으며, 그 차이는 무엇인지 설명하고 있다.

연역 (Deduction)

Rule - 이 자루로부터 나온 콩들은 모두 흰색이다.

Case - 이 콩들은 이 자루로부터 나온 것이다.

Result - 이 콩들은 흰색이다.

귀납 (Induction)

Case - 이 콩들은 이 자루로부터 나온 것이다.

Result - 이 콩들은 흰색이다.

Rule - 이 자루로부터 나온 콩들은 모두 흰색이다.

귀추 (Abduction)

Rule - 이 자루로부터 나온 콩들은 모두 흰색이다.

Result - 이 콩들은 흰색이다.

Case - 이 콩들은 이 자루로부터 나온 것이다.

그림 1. Peirce에 의한 연역, 귀납, 귀추의 3단 논법(정용재, 송진웅, 2006).

연역법은 단지 일반적인 규칙을 특정한 사례에 적용하여 결과를 도출하는 것이다. 그렇기 때문에 일반적인 규칙에서부터 사례와 결과가 분석되어 나오는 분석추리이다. 귀납법은 연역법을 역전시킨 것으로서, 특정한 사례와 결과로부터 일반적인 규칙을 도출하는 종합추리이다. ‘이 콩들은 이 자루에서 나왔다.’라는 특정 사례가 ‘이 콩들은 흰색이다.’라는 관찰 결과와 결합되면, 지금 관찰된 특정 사례 뿐 만 아니라 동일한 종류의 모든 사례에서 같은 결과가 나올 것으로 추리한다. 이와 같이, 귀납은 어떤 것이 참이라는 한정된 양의 사례들로부터 일반화하여 그 어떤 것이 모든 경우에 있어서 참이라고 추리한다. 또는 어떤 것이 한정된 양의 사례들에서 특정한 비율만큼 참일 때, 그 어떤 것이 모든 경우에 있어서도 그 비율만큼 참이라고 추리한다. 따라서 귀납추리그런데, 종합추리가 귀납에 의해서만 가능한 것이 아니다. 또 다른 종합추리로써 가설 생성에 관여하는 추리가 바로 세 번째 추리인 귀추법이다. 귀추법은 일반적 규칙과 결과로부터 특정한 사례를 도출하는 종합추리이다. 한 사람이 책상 위에 있는 한 움큼의 콩이 모두 흰색이라는 것을 관찰하였다. 그는 방안에 있는 자루들 중 어떤 한 자루에 오직 흰색 콩만이 들어 있었다는 기억을 떠올리게 된다. 그는 이제 자신이 알고 있었던 일반적 규칙(‘이 자루에서 나온 모든 콩들은 흰색이다.’)으로부터 관찰된 결과(‘이 콩들은 이 자루에서 나왔다.’)를 도출한다. 도출된 이 특정 사례는 관찰된 결과를 일반적 규칙의 한 사례로 설명하는 것으로서, 진위여부가 임시적인 명제, 즉 설명가설이다.

분석적 논리이론의 면에서 보면 이러한 과정은 결론이 참이란 사실에 근거하여 전제 역시 참이라고 추리하는 ‘후건긍정의 오류’를 범하고 있는 추리이다. 그러나 추리의 주장 강도에 영향을 받을 뿐, 귀추법의 과정은 여전히 추리의 세 가지 조건을 충족시키면서 전제로부터 결론이 도출되는 논리적 추리 과정이다. 귀추법은 형식적이고 명시적인 논거를 드러내지 않지만, 아무 근거 없이 전개되는 것이 아니라 두 전제의 유사성에 근거를 두고 하나의 기호에서 다른 기호로 나아가게 하는 추리이다. 이러한 점에서 귀추법 역시 귀납법과 마찬가지로 오류가능성을 지닌 확장적인 종합추리이다. 그러나 귀추법은 귀납법과 동일하지 않다. 귀납법은 특정한 경우에 관찰된 결과가 비슷한 모든 경우에 동일하게 일어날 것이라고 추리하지만, 귀추법은 우리가 직접적으로 관찰한 결과와는 질적으로 다른 어떤 것을 가정한다는 점이 가장 큰 차이이다. 귀추법은 관찰된 결과를 일반적 규칙에 의해 새롭게 해석함으로써 설명을 도출한다. 다시 말해서, 귀추법은 관찰될 결과를 일반적인 규칙의 한 사례로 구속시키는 추리이다(정용재, 송진웅, 2006).

귀추적 추론 과정의 사고 전략

오필석(2006)의 귀추적 추론 과정에서 활용되는 규칙 추리 전략들의 목록을 살펴보면 다음과 같다.

1) 자료의 재구성(data reconstruction) 전략

추론자들이 문제를 해결하기 위해 필요하다고 생각하거나 염두에 두고 있는 규칙들을 쉽게 추리해 낼 수 있도록 정보를 재배열하거나 증거를 선별하는 전략

2) 연쇄적 귀추(chained abduction) 전략

복수의 규칙들을 순차적으로 연계하여(sequentially chained) 하나의 지구과학적인 시나리오를 구성하고, 이를 통해 문제 상황을 설명하는 전략

3) 발견법적 일반화(heuristic generalization) 전략

경험적으로 얻은 자료들 속에서 패턴을 찾아 임시적으로 일반화하고, 이를 규칙적으로 삼아 귀추적으로 추론하는 전략

4) 유추(analogy) 전략

비슷한 상황에서 성공적으로 기능하였던 규칙들을 차용하여 현재 주어진 현상에 대한 새로운 설명을 제시하는 전략, 유추가 실물이나 그림, 사진 등에 기초하였을 때는 ‘이미지 기반의 유추’(image-based analogy), 직․간접적으로 체험한 일이나 이야기를 토대로 할 경우에는 ‘사례 기반의 유추(case-based analogy)로 세분될 수 있다.

5) 존재에 관한 전략 (existential strategy)

알려지지 않은 새로운 대상의 존재를 가정하거나 기존에 알려져 있거나 있음직한 대상의 존재를 부정하는 규칙을 형성하고, 이를 토대로 귀추적으로 추론하는 전략

6) 결합 전략 (combination strategy)

둘 이상의 규칙들을 결합하여 새로운 규칙을 형성하고, 이 새로운 규칙을 이용하여 귀추적으로 추론하는 전략, 복수의 개념들이 결합하여 새로운 개념을 낳기도 하고[개념적 결합, conceptual combination], 다양한 원인들이 병렬적으로 조합하여 하나의 사건을 설명하기도 한다[인과적 결합, causal combination].

7) 모델 구성 및 조작 (model construction and manipulation) 전략

관심 있는 대상의 모습이나 움직임, 기능을 그림 등을 통해 표상하고, 이를 통해 문제 상황을 설명하는 전략, 이 전략을 통해 창안되는 모델은 종종 ‘모상 모델(iconic model)의 특징을 지닌다.

8) 특이 정보의 채택 (adaption novel information) 전략

문제 해결 과정 중에 매우 새로운 정보가 제공되거나 발견되었을 때 그것을 활용하여 규칙을 형성하고, 이를 이용하여 귀추적으로 추론하는 전략

9) 제거 전략 (elimination strategy)

대안적인 규칙이나 가설들을 여러 가지 기분을 통해 평가하거나 서로 비교하여 그럴 듯 하지(plausible) 않은 것들을 배제하는 전략

이 워크숍에서는 귀추법의 사고의 예로 빛과 아보가드로의 사고에 대해 살펴보겠다.

귀납법, 연역법, 귀추법의 구분에 대한 활동

귀추법, 연역법, 귀납법을 구분한 사례

- 귀추법

result: 장소A에서 응회암을 관찰하였다.

rule: 화산폭발이 일어날 때 화산재가 쌓여서 생성 된 것은 응회암이다.

case: 장소A는 과거에 화산폭발이 일어났던 곳이다.

- 연역법

rule: 화산폭발이 일어날 때 화산재가 쌓여서 생성 된 것이 응회암이다.

case: 장소A는 과거에 화산폭발이 일어났던 곳이다.

result: 장소A에서 응회암이 관찰된다.

-귀납법

case: 장소A는 과거에 화산폭발이 일어났던 곳이다.

result: 장소A에서 응회암이 관찰 된다.

rule: 화산폭발로 인해 생성된 것은 응회암이다.

*귀추법

result: 광물 A에 묽은 염산을 떨어뜨리면 이산화탄소를 발생시킨다.

rule: 탄산염 광물은 묽은 염산을 떨어뜨렸을 때 이산화탄소를 발생시킨다.

case: 광물 A는 탄산염 광물이다.

*연역법

rule: 탄산염 광물은 묽은 염산을 떨어뜨렸을 때 이산화탄소를 발생시킨다.

case: 광물 A는 탄산염 광물이다.

result: 광물 A에 묽은 염산을 떨어뜨리면 이산화탄소를 발생시킨다.

*귀납법

case: 광물 A는 탄산염 광물이다.

result: 광물 A에 묽은 염산을 떨어뜨리면 이산화탄소를 발생시킨다.

rule: 탄산염 광물은 묽은 염산을 떨어뜨렸을 때 이산화탄소를 발생시킨다

*귀추법

result: 눈의 색이 흰색인 초파리가 발견되었다.(정상 초파리의 경우 눈색이 빨간색이다.)

rule: 이 초파리의 유전자 P자위에 돌연변이가 일어난것이 참이라면, 이 초파리의 눈색이 흰색인 것은 당연한 것이 된다.

case: 따라서 이 초파리의 유전자 P자위에 돌연변이가 일어난 것이 참이라고 여길만한 이유가 있다.

*연역법

rule: 초파리의 유전자 P자위에 돌연변이가 일어나면 초파리의 눈색이 흰색이 된다.

case: 한 초파리의 유전자 P자위에 돌연변이가 일어났다

result: 이 초파리의 눈색은 흰색이 될 것이다.

*귀납법

case: P자위에 돌연변이가 일어난 초파리들이 있다.

result: 이 초파리들의 눈색은 모두 흰색이다.

rule: P자위에 돌연변이가 일어나면 모든 초파리의 눈색은 흰색이 된다.

혹은

case: P자위에 돌연변이가 일어난 눈색이 흰색인 한 초파리가 발견되었다.

result: P자위에 돌연변이가 일어난 눈색이 흰색인 또 다른 초파리가 발견되었다.

rule: P자위에 돌연변이가 일어나면 초파리의 눈색은 흰색이 된다.

* 워크샵 활동

귀추법, 연역법, 귀납법을 구분할 수 있는 사례를 하나씩 적어 봅시다.

귀추법

result	:

rule	:

case	:

연역법

rule	:

case	:

result	:

귀납법

case	:

result	:

rule	:

이 워크샵 자료는 과학교육학회 발표 때 다소 변경될 수 있습니다.

생각이 쑥쑥 자라나는 과학 활동

-Thinking Science 프로그램-

강윤희, 장효순, 최병순(교원대)

Thinking Science 프로그램의 목적은 과학교육을 통하여 학생의 인지발달을 촉진시켜서 보다 높은 단계의 일반적 사고가 가능하도록 하는 것이다. 이러한 목적으로 영국 Chelsea 대학의 Shayer에 의해 시작되어, King's College의 Adey에 의해 개발된 이 프로그램의 특징은 학업성취도만을 향상시키기 위한 다른 프로그램과는 달리 우선적으로 인지발달을 촉진시키고, 그 후에 보다 용이하게 학업성취도의 향상을 꾀할 수 있게 하는 것이다.

프로그램의 내용은 Piaget가 언급한 형식적 사고 영역의 10개의 논리를 포함하고 있으며, 각 논리에 포함되는 30개의 활동으로 구성되어 있다. 각각의 활동은 학생이 과학에서 요구되는 몇 가지의 일반적인 사고 기술을 발달시킬 수 있도록 도와주기 위하여 고안된 활동모음이다. 각각의 활동은 교사를 위한 활동 안내 자료, 학생용 활동지와 활동카드, 교수학습용 보조 자료로 구성되어 있다.

이 프로그램 중 ‘공정한 실험(활동3)’과 ‘뜰까 가라앉을까?(활동27)’ 의 2가지 활동을 소개하려한다. ‘공정한 실험’ 활동은 변인 통제에 관한 부분이다. 소리의 높낮이에 영향을 주는 것이 무엇인지 알아보는 활동을 통해, 여러 개의 독립 변인이 존재하는 경우에 한 변인에 의한 영향을 알아보기 위해서는 나머지 변인들을 통제해야 할 필요성을 학습한다. 그리고 ‘뜰까 가라앉을까?’ 활동에서는 복합변인인 ‘밀도’를 부력에 대한 경험을 통해 병이 가라앉을 지 뜰지에 대해 예상해 보면서, 뜨고 가라앉는 현상은 부피나 질량 어느 하나 만으로는 설명할 수 없고 부피와 질량을 함께 고려한 복합변인(밀도)으로 설명해야 함을 알게 된다.

<Thinking Science의 활동들>

No	활동	형식적 사고 요소
1	무엇이 변하는가?	변인
2	두 변인	변인
3	공정한 실험	변인
4	관계의 종류에는 무엇이 있을까?	변인
5	공굴리기	변인
6	톱니바퀴와 비례	비례
7	배율: 그림과 현미경	비례
7A	콩 기르기 1	확률
7B	콩 기르기 2	확률
8	외바퀴 손수레	비례
9	나무줄기와 가지	보상
10	저울대	보상
11	전류, 길이와 두께	보상
12	전압, 전류, 전력	보상
13	동전 돌리기	확률
14	조합	조합
15	차 맛보기	확률
16	상호작용	변인
17	쥐며느리의 행동	상관관계
18	처치와 효과	상관관계
19	표집: 연못 속의 물고기	확률
20	주사위 던지기	확률
21	그룹 만들기	분류
22	더 분류하기: 새들	분류
23	물질의 상태 설명하기	형식적 모델
24	용해 설명하기	형식적 모델
25	화학 반응 설명하기	형식적 모델
26	압력	복합 변인
27	뜨는 것과 가라앉는 것	복합 변인
28	언덕 오르기와 골짜기 내려오기	평형
29	저울 균형 잡기	평형
30	잠수부	복합 변인

활동3: ‘공정한’ 실험                                                            변수

▣활동 안내

이 실험에는 세 개의 원인변인과 한 개의 결과변인이 있다. 변인들 사이에 관계가 있는지 없는지 실험을 통해 드러난다. ‘변인통제’ 전략이 특별히 언급되지는 않지만, 학생들 스스로 변인통제의 필요성을 찾도록 의도적으로 ‘공정한 실험’의 개념을 내세운다. 일련의 공정한 실험 문제가 계속해서 주어지거나 과제로 주어진다.

▣필요한 것들

전체 학급에 대해:

•플라스틱과 금속으로 된 긴 관; ‘긴 것’, ‘중간’, ‘짧은 것’; ‘굵은 것’, ‘중간’, ‘가는 것’

•소독약

학생 마다:

•활동지

•활동카드

▣과정 요약

1. 관을 불면 소리가 난다는 것을 시범으로 보여준다.(한쪽을 막고 분다) 실험은 발생한 소리에 대한 변인의 영향을 탐구하는 것이다.

2. 몇 분간 자유롭게 실험하도록 한다. 관을 불고 난 다음에는 소독약에 담궈 소독한다.

3. 포함된 변인과 변인값을 찾아낸다: 재질의 종류(금속/플라스틱); 길이(긴/중간/짧은); 그리고 굵기(굵은/중간/가는). 학생들은 쌍으로 된 관들로 해본다.

4. 특정한 쌍의 관들로 공정한 검사를 할 수 있는지 질문한다.

5. 결과에 대해 물으면 더 많은 쌍의 관으로 해볼 것이다.

6. 요약해주고, 한 번에 하나의 변인에 대해 탐구한다. 다른 과학 활동에서의 예들과 관련짓는다.

7. 학생들은 활동카드에 있는 문제를 풀어본다.

....학년 ....반 ....번  이름....................	생각하는 과학

활동지 3

활동 3: ‘공정한’ 실험                                                                     변인

여러 개의 관에서 두 개의 관을 불어서 음을 비교해 보자. 다른 관으로도 짝을 지어 불어보고 아래의 표에 결과를 기록해 보자.(관을 불 때, 한 쪽은 손으로 막고 분다)

관		재료(금속 또는 플라스틱)	길이(길다, 중간이다, 짧다)	굵기(굵음, 중간, 가는)	어느 것이 더 높은 소리가 나는가?
1번째 쌍	가
	나
2번째 쌍	가
	나
3번째 쌍	가
	나
4번째 쌍	가
	나

각각의 원인 변인이 어떻게 음의 높이에 영향을 주는지 말할 수 있는가?

1. 길이는 어떤 영향을 주는가?          몇 번째 쌍의 관으로 이것을 알 수 있는가?

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□         □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

2. 굵기는 어떤 영향을 주는가?          몇 번째 쌍의 관으로 이것을 알 수 있는가?

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□         □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

3. 재료는 어떤 영향을 주는가?          몇 번째 쌍의 관으로 이것을 알 수 있는가?

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□        □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

만약 아직도 알아내지 못했다면, 더 많은 쌍의 관을 가지고 실험해 보자(결과는 이 종이 뒤에 기록한다).

◇ 이 카드는 깨끗이 사용해주세요!	생각하는 과학

활동카드 3A

활동 3: ‘공정한’ 실험                                                                     변인

A 높은 소리, 낮은 소리

관을 불었을 때 어떤 변인이 소리의 높낮이에 영향을 주는지 알아낼 수 있는 실험을 해야 한다. 다음 질문에 대답해 보자.

1. 영희는 굵은 관이 가는 관보다 낮은 음을 낸다고 말한다. 영희가 틀렸는지 맞았는지를 증명하기 위해 선택해야 하는 두 관의 재료, 길이, 굵기에 대하여 말해 보자.

2. 아주 높은 음을 내는 관을 얻으려면, 어떤 종류의 관을 선택해야 하나?

3. 관의 한쪽 끝을 막지 않고 불었을 때의 효과를 검사하기 위해 해야 할 실험을 설명해 보자.

4. 다음 그림과 같은 파이프 오르간이 있다.

어느 파이프가 가장 높은 음을 내는가?

모든 파이프는 같은 굵기로 되어 있어야 하는가?

그 이유를 말해보자.

◇ 이 카드는 깨끗이 사용해주세요!	생각하는 과학

활동카드 3B-1

B 공정한 실험인가?

1. 체육 시간에 여자와 남자 중 누가 더 빠른지 알려고 했다. 영수와 영희는 달리는 시간을 재었다. 그들은 동시에 출발했다.

영희                    영수

결승선

기록계

이것은 공정한 경기인가? 그 이유는?

아니라면, 왜 아닌가?

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

2. 주영이는 해바라기가 응달과 양달 중 어느 곳에서 더 잘             검은 상자

자라는지 알고 싶었다. 그래서 두 화분에 해바라기를 기

르기 시작했다. 하나는 불투명한 검은 상자에, 다른 하나

는 투명한 유리 상자에 넣었다.

유리 상자

이것은 공정한 실험인가? 그 이유는?

아니라면, 왜 아닌가?

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

3. 환주는 숙희가 남수보다 더 윤나게 닦는가를 보고 싶어 아래 그림과 같이 교실에 있는 모든 사람의 신을 닦게 했다.

숙희                        숙희                        숙희

남수                      남수                       남수

이것이 공정한 실험인가? 그 이유는?

아니라면, 왜 아닌가?

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

활동27: 뜰까 가라앉을까 ?                                                  복합변인

▣ 활동 안내

복합변인인 “밀도”는 부력에 대한 경험을 통해 얻게 된다. 병이 가라앉을지 뜰지에 대해 예상해 보면서, 학생들은 부피나 질량 어느 하나 만으로는 알아낼 수 없음을 알게 된다. 둘 다 고려되어져야 한다.

▣ 필요한 것들

시범 실험을 위해

•앉은뱅이 저울, 가장 큰 병이 가라앉기에 충분히 큰 병

•두 세트의 병들

(a) A-E 표시가 되어 있으며, 같은 부피지만, 질량이 다른 병 5 개

(b) 1-6 표시가 되어 있으며, 같은 질량이지만, 부피가 다른 병 6 개

•두 개의 여분 병, X와 Y

• OHP TP(활동지 27-2)

학생마다:

•활동지

•활동카드

학생 두 명 당

•“카드 놀이” 세트

▣ 과정 요약

1. 무엇이 물체를 뜨고 가라앉게 하는가? 어떤 변인들을 생각해 볼 수 있나?

2. 질량이 뜰지/가라앉을지에 영향을 주는지 어떻게 알아볼 수 있을까?

3. 학생들에게 병들을(X와 Y는 빼고) 보여 주어라. 각각의 무게를 재고, 물 안에 그것을 넣어 보아라. 학생들은 학습지의 각 병들의 그림 위에 F 또는 S라고 기록한다. 병이 무거울수록 더 잘 가라앉을 것이다.

4. 같은 질량이지만 크기가 다른 병으로 위와 같이 해보자. 이번에는 크기가 작으면 작을수록 더 잘 가라앉을 것이다.

5. 이 활동에 가장 중요한 부분이다. 병 X는 병 4(물에 뜸)와 같은 크기이고, 병 C(물에 뜸)와 같은 질량이다. 학생들은 병 X가 물에 뜰지 가라앉을지 예상해 보라. 그리고 물에 넣어본다: 그것은 가라앉는다. 병 Y도 똑같이 해 보자.

6. 카드 게임을 도입한다. 방법은 뜨는 것은 왼쪽 상단에 놓고, 가라앉는 것은 오른쪽 하단에 놓아 대각선으로 나누어지도록 놓는 것이다.

7. 정확한 예상을 하기 전에 부피와 질량을 모두 고려하면 뜰지/가라앉을지 결정할 수 있다. 한 가지만 가지고는 충분하지 못하다. 이러한 복합 변인은 밀도라 불리며, 그것은 질량과 부피의 비이다.

8. 복합변인과 관련된 문제지가 있다.

....학년 ....반 ....번  이름....................	생각하는 과학

활동지 27-1

활동 27: 뜰까 가라앉을까?                                                           복합 변인

◈ 활동지 27-2 표1에 있는 각 병의 질량을 써 넣어라. 그리고 각 병들이 뜰지 가라앉을지 표시하라. (뜨면 F, 가라앉으면 S)

1. 신비스러운 병

1) 병 X는 뜰까 가라앉을까?    ................................................................................

2) 왜 그렇다고 생각하는가? 잘 모르겠다면, 알아내기 위해 무엇이 더 필요하다고 생각하는가?

......................................................................................................................................................................................................................................................................

3) 병 Y는 뜰까 가라앉을까?   .................................................................................

어떻게 이런 예상을 하게 되었는지 설명해 보아라.

...................................................................................................................................

4) 어떤 물체가 뜰지 가라앉을지 말하기 전에 어떤 변인들을 고려해야 하는가 ?

...................................................................................................................................

...................................................................................................................................

2. 카드 게임

◆ “뜰까 가라앉을까” 카드 게임을 해 보자.

<게임 방법>

․먼저 카드를 반으로 나누고, 두 사람이 반 씩(16 장 씩) 나누어 가진다.

․A가 카드 한 장을 병이 위로 오도록 책상 위에 놓는다.

․B는 병의 무게와 크기를 보고 그것이 뜰지 가라앉을지 말한다.

․카드를 뒤집어 본다-F가 나왔다면 뜨는 것이고 S가 나왔다면 가라앉는 것이다.

․만약 B가 맞았다면 B의 활동지 표 위의 그 병이 들어갈 위치에 카드를 놓는다. 만약 B가 틀렸다면 A의 표 위에 카드를 놓는다. 카드를 놓을 때는 병 모양이 보이도록 놓는다.

․이번에는 B가 카드를 보이고, A가 뜰지 가라앉을지를 말한다.

․최종적으로 카드를 많이 얻은 사람이 이기게 된다.

‣표 위에 놓여진 카드들을 보고 뜨고 가라앉는 것에는 어떤 특징이 있는지 말해보자?

........................................................................................................................................

...학년 ....반 ....번  이름....................	생각하는 과학

활동지 27-2

<표1> 뜨는 병과 가라앉는 병

◇ 이 카드는 깨끗이 사용해주세요!	생각하는 과학

활동카드 27B-1

문제

1. 뜰까 가라앉을까?

•병 A는 질량이 500 g이고 부피는 400 cm3이다. 그것은 물에 가라앉는다.

•병 B는 질량이 600 g이고 부피는 700 cm3이다. 그것은 물에 뜬다.

▶다음 병들은 물에 뜰까 가라앉을까 말하여 보아라. 왜 그렇게 생각하는가.

1) 질량 500 g, 부피 300 cm3

2) 질량 500 g, 부피 750 cm3

3) 질량 250 g, 부피 200 cm3

4) 질량 1500 g, 부피 1800 cm3

5) 질량 900 g, 부피 1200 cm3

6) 이 문제를 해결하기 위해 생각해야 하는 변인에는 무엇이 있는가?

7) 어떤 물체가 뜰지 가라앉을지를 말하기 위해 사용되는 복합변인은 무엇인가?

8) 모형 배의 질량은 3000 g이다. 만약 그것이 물에 뜬다면, 배의 전체 부피는 어떤 값을 가져야 하는가?

Modeling teaching in energy conservation: 미니롤러코스트 제작

김승만(한국과학영재학교)

Email:hdoore@hotmail.com