Earticle

본 연구는 교육실습의 수업 협의회에서 예비과학교 사와 지도교사의 반성에 나타난 PCK 요소와 PCK 요 소의 상호작용을 분석하였다. 사범대학 지구과학교육 과 예비교사 8명과 지도교사 1명이 연구에 참여하였으 며, 각 예비교사가 담당한 첫 번째 수업 후에 이루어진 8회의 협의회를 녹음하여 전사하였다. 전사본을 의미 단위에 따라 구분한 후 의미 단위에 나타난 PCK 요소 를 분석하였다. 연구 결과, 예비교사와 지도교사 모두 ‘교수전략’을 가장 많이 고려하였으며 다음으로 ‘학생’ 을 많이 고려하였다. 예비교사는 지도교사보다 ‘학생’ 을 더 많이 고려하였는데, 이는 교육실습에서 실제 학 생을 처음 접하면서 학생에 대한 관심이 높아진 것으 로 해석된다. 반면 지도교사는 ‘교육과정’을 예비교사 보다 더 많이 고려하여, 예비교사의 교육과정에 대한 고려가 부족함을 보여주었다. ‘평가’는 두 집단 모두 거의 고려하지 않았다. PCK 요소의 상호작용 분석 결 과, 예비교사의 반성에서 상호작용이 더 많이 나타났 다. 대부분의 상호작용은 2가지 요소 간에 나타났으며, 특히 ‘교수전략’과 ‘학생’의 상호작용이 가장 많았다. 3가지 이상 요소의 상호작용은 두 집단 모두 매우 적 었다. 이상의 결과를 바탕으로 교육실습과 예비교사 교육과정을 개선하기 위한 방안을 논의하였다.

This study analyzed PCK elements and their interactions in the reflections of pre-service science teachers and a cooperating teacher during teaching practice conferences. Eight pre-service earth science teachers and one cooperating teacher from a college of education participated in this study. Eight conferences following each pre-service teacher's first lesson were audio-recorded and transcribed. The transcripts were divided into meaning units, and PCK elements within each meaning unit were analyzed. The results showed that both pre-service teachers and the cooperating teacher most frequently considered ‘instructional strategies’, followed by ‘learners’. Pre-service teachers considered ‘learners’ more than the cooperating teacher, suggesting their heightened attention to students as they encountered real students for the first time during teaching practice. In contrast, the cooperating teacher considered ‘curriculum’ more than pre-service teachers, indicating pre-service teachers’ limited attention to curriculum. ‘Assessment’ was rarely considered by both groups. Regarding interactions among PCK elements, pre-service teachers demonstrated more interactions than the cooperating teacher. Most interactions involved two elements, with ‘instructional strategies’ and ‘learners’ being the most frequent combination. Interactions involving three or more elements were infrequent for both groups. Based on these findings, implications for improving teaching practice and pre-service teacher education programs were discussed.

본 연구는 생성형 인공지능을 활용한 환경 수업이 초등학생의 환경친화적 태도와 환경 소양에 미치는 영향을 알아보는 것을 목적으로 한다. 연구대상은 B광역 시에 소재한 M초등학교 4학년 1개 반 25명(남 11명, 여 14명)을 연구집단으로 설정하여 연구를 진행하였 다. 연구집단은 생성형 인공지능을 활용한 환경 프로 젝트 중심 10차시 수업 후 환경 친화적 태도와 환경 소양에 대한 검사와 소감문 작성을 통해 그 효과를 알 아보았다. 본 연구의 수행을 위해 수업 처치 전 환경친 화적 태도와 환경소양에 대한 사전 검사를 실시하였 고, 10차시 수업 후 동일한 내용의 사후 검사 및 소감 문 작성을 실시하여 결과를 비교·분석하였다. 첫째, 생 성형 인공지능을 활용한 환경 수업은 초등학생의 환경 친화적 태도 향상에 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 인지적 영역에서 가장 큰 향상을 보였 으며, 정의적·행동적 영역 또한 통계적으로 유의미한 변화를 보였다. 둘째, 생성형 인공지능을 활용한 환경 수업은 초등학생의 환경 소양 향상에 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 인지적 영역의 생태적 지식과 환경쟁점 지식에서 두드러진 향상을 보였으며, 정의적·행동적 영역에서도 고른 향상을 보였다. 셋째, 수업 후 작성한 소감문 분석을 통해 학생들은 환경 문 제의 심각성에 대해 보다 구체적으로 인식하게 되었 고, 환경에 대한 태도와 실천 의지가 강화되었으며, 인 공지능을 활용한 학습 방식에 대해 흥미롭고 유익하다 고 평가하였다. 이와 같은 결과를 바탕으로 생성형 인 공지능을 활용한 환경 수업은 학생들의 환경에 대한 이해와 실천력을 향상시키는 데 효과적인 교육 방법이 며, 미래 환경교육의 실천적 대안이 될 수 있음을 시사 한다.

This study investigates the effects of environmental education utilizing generative artificial intelligence (AI) on elementary school students’ environmentally friendly attitudes and environmental literacy. The participants were 25 fourth-grade students (11 boys and 14 girls) from one class at M Elementary School in B Metropolitan City. A 10-session project-based environmental education program incorporating generative AI tools was implemented. Pre- and post-tests, along with student reflection essays, were administered to measure changes in students’ attitudes and literacy levels. The results revealed that the environmental lessons using generative AI significantly enhanced students’ environmentally friendly attitudes, with the most notable improvement observed in the cognitive domain, followed by meaningful gains in the affective and behavioral domains. Furthermore, students’ environmental literacy showed statistically significant progress, particularly in ecological knowledge and awareness of environmental issues. Improvements were also evident in affective and behavioral aspects, indicating a balanced enhancement across domains. Analysis of students’ reflection essays demonstrated a deeper understanding of environmental problems, strengthened motivation to act responsibly, and positive evaluations of the AI-assisted learning experience. These findings suggest that environmental education integrating generative AI can effectively promote both environmental understanding and action-oriented attitudes among elementary students. This approach provides a promising model for future AI-based environmental education practices.

본 연구는 Q방법론을 활용하여 초등교사가 가진 ‘모든 이를 위한 과학교육’에 대한 인식을 유형화하고, 각 유형의 특징을 규명하는 것을 목적으로 하였다. 문 헌 분석과 개방형 설문을 통해 Q모집단을 구성하고, ‘모든 이를 위한 과학교육’의 다층적 의미를 반영하여 37개의 Q표본을 선정하였다. 총 30명의 현직 초등교사 가 P표본으로 참여하여 진술문을 동의 정도에 따라 분 류하고 그 이유를 기술하였다. 분류 결과는 Q Method Software을 사용하여 주성분 분석 및 Varimax회전을 적용하였다. 연구 결과, ‘모든 이를 위한 과학교육’에 대한 초등교사의 인식 유형 3가지가 도출되었다. 첫째, ‘시민성 함양 중심형’은 과학적 소양을 갖춘 시민 양 성을 목표로 하는 유형이다. 이들은 학습자가 과학을 자신의 삶과 사회적 맥락 속에서 이해하고 실천할 수 있어야 한다고 본다. 둘째, ‘개별 맞춤 중심형’은 학습 자의 배경, 특성, 흥미 등 개인의 차이를 고려한 맞춤 형 교육 설계를 중시하는 유형이다. 특히 이들은 학습 격차나 소외 가능성을 민감하게 인식하며, 차이를 고 려한 실질적 형평성을 강조한다. 셋째, ‘보편적 참여 중심형’은 특정 집단이 중심의 접근이 아닌, 누구나 함 께 참여할 수 있는 보편적 수업 환경 조성을 강조하는 유형이다. 이들은 과학 수업의 포용성과 상호 존중의 분위기를 핵심 가치로 본다. 본 연구는 ‘모든 이를 위 한 과학교육’이라는 담론이 교육 현장에서 어떻게 다 르게 해석되고 있는지를 유형화하여 제시함으로써, 과 학교육의 실천이 다양한 관점 위에서 구성되고 있음을 밝혔다. 이는 ‘모든 이를 위한 과학교육’의 철학 정립 과 실천을 위한 토대를 제공할 것으로 기대된다.

This study aimed to categorize and identify the types of elementary school teachers’ perceptions regarding “Science Education for All”. To achieve this, the Q methodology was applied. A Q population was constructed through literature review and open-ended surveys, and 37 Q statements were selected to reflect the multidimensional meanings of Science Education for All. Thirty in-service elementary school teachers participated as the P sample, sorting the Q statements according to their degree of agreement and providing written explanations for their choices. The collected data were analyzed using Q Method Software through principal component analysis and varimax rotation. As a result, three distinct types of elementary school teachers’ perceptions toward Science Education for All were identified. First, the Civic Competence– Oriented Type recognizes the goal of science education as fostering scientifically literate citizens. Teachers in this group emphasize that students should understand and apply science within their personal and social contexts. Second, the Individualized Learning–Oriented Type values customized instructional design that considers learners’ backgrounds, characteristics, and interests. This type is particularly sensitive to learning gaps and potential marginalization, emphasizing practical equity that accounts for individual differences. Third, the Universal Participation–Oriented Type highlights the importance of creating inclusive classroom environments that guarantee participation for all learners rather than focusing on specific groups. Teachers in this category regard inclusivity and mutual respect as core values of science education. This study demonstrates that the discourse of Science Education for All is interpreted in multiple ways within educational practice, suggesting that the implementation of science education is shaped by diverse perspectives. These findings provide a foundation for refining the philosophy and practice of Science Education for All in future educational contexts.

이 연구의 목적은 이슬·안개 발생 실험이라는 구체 적인 경험을 바탕으로 수증기 응결 개념을 내재화한 초등학생들이 구름 발생 과정을 설명하기 위한 개념 전이 과정에서 나타나는 멘탈 모델을 심층적으로 탐색 하는 것이다. 이를 위해 초등학교 5학년 학생 6명을 대 상으로 질적 사례 연구를 수행하였다. 멘탈 모델 탐색 을 위해 사전·사후 설문지, 심층 면담 전사본을 주요 자료로 수집하였으며, 실험 보고서, 수업 촬영 영상, 필드 노트를 보조 자료로 수집하였다. 자료 분석은 사 례 내 분석과 사례 간 분석을 병행하였고, 이를 위해 시간 중심 매트릭스 분석 방법을 적용하였다. 사례 내 분석 결과, 학생들은 이슬·안개 발생 실험 경험을 바탕 으로 구름 발생 과정을 설명하는 과정에서 다양한 물 질관과 인과 관계를 구성하였다. 사례 간 분석 결과, 학습된 지식을 성공적으로 통합하는 통합적 모델, 학 습된 사실과 기존의 생각이 충돌하는 모순적 모델, 자 신만의 독창적인 논리를 고수하는 고착적 모델, 일관 된 체계를 구성하지 못하는 단절적 모델의 네 가지 멘 탈 모델 유형이 도출되었다. 이러한 결과는 초등학생 들의 개념 전이 과정이 기존 지식과 새로운 과학 개념 간의 복합적인 상호작용임을 보여준다. 이를 토대로 개념 전이 과정을 지원하기 위해서는 메타개념적 성찰 을 촉진하는 기회와 교과서 서술의 한계를 보완하는 교사의 교수적 보완, 학습 초기에 학생의 초기 모델을 진단하는 교수 전략이 필요함을 제언하였다.

The purpose of this study was to explore in depth the mental models that emerged during the conceptual transfer process in which elementary students, who had internalized the concept of water vapor condensation through concrete experiences with dew and fog formation experiments, attempted to explain the process of cloud formation. To this end, a qualitative case study was conducted with six fifth-grade students. Pre- and post-surveys and in-depth interview transcripts were collected as primary data, while experiment reports, classroom video recordings, and field notes were collected as supplementary data. Data analysis involved both within-case and cross-case analyses, employing a time-based matrix analysis method. The within-case analysis revealed that students developed diverse conceptions of matter and causal relationships when explaining cloud formation based on their experiences with dew and fog formation experiments. The cross-case analysis identified four types of mental models: the integrated model, which successfully synthesized learned knowledge; the contradictory model, which reflected conflicts between new learning and prior conceptions; the fixed model, which maintained idiosyncratic reasoning; and the disconnected model, which lacked conceptual coherence. These findings suggest that elementary students’ conceptual transfer is a complex interactive process between prior knowledge and new scientific concepts. Based on these results, this study proposes that promoting metaconceptual reflection, providing instructional supplementation to address textbook limitations, and employing early diagnostic strategies for students’ initial models are essential for supporting conceptual transfer.

본 연구에서는 호기심을 유발시키는 자극을 제공한 과학 수업이 초등학생의 몰입, 메타인지, 과학에 대한 흥미 및 호기심에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였 다. 광역시 소재의 한 초등학교 6학년 52명(남: 28명, 여 24명)을 대상으로 연구 집단과 비교 집단으로 구분 하여 연구를 수행하였다. 연구 집단에서는 호기심 유 발 자극을 제공한 과학 수업이 진행되었고, 비교 집단 에서는 전통적 방식의 교사 설명 중심 과학 수업이 진 행되었다. 연구 결과는 첫째, 호기심 유발 자극을 제공 한 과학 수업은 학생의 몰입 하위 요소 중 과제에 집 중하는 상태인 ‘과제에 대한 집중’ 및 행위 그 자체에 의한 보상 경험과 관련된 ‘자기 목적적 경험’에 긍정 적인 영향을 주었다. 둘째, 호기심 유발 자극을 제공한 과학 수업은 학생의 메타인지 하위 요소 중 자신의 인 지 상태를 확인하고 인지 전략의 적절성에 대해 검토 하는 활동과 관련된 ‘모니터’ 요소 함양에 효과가 있 었다. 셋째, 호기심 유발 자극을 제공한 과학 수업은 학생의 과학에 대한 흥미 및 호기심 향상에 긍정적인 영향을 주었다. 이러한 결과의 해석과 한계, 그리고 교 육 및 향후 연구에 대한 시사점을 논의하였다.

This study aimed to investigate the effects of science class incorporating collative variables on elementary school students’ flow, metacognition, and interest and curisosity toward science. A total of 52 sixth-grade students (male: 28, female: 24) participated, classified into an experimental grouop and a comparison group. The experimental group received lessons designed with strategies incorporating collative variables, whereas the control group was instructed through conventional teaching method. The results of the study are as follows. First, the science class incorporating collative variables had a positive effect on two subsomponents of flow: ‘Concentration on the task at hand,’ which refers to a focused state on the given task, and ‘Autotelic experience,’ which is related to the experience of reward derived from the activity itself. Second, the science classes using collative variables were effective in enhancing the ‘Monitoring’ component of metacognition, which involves checking one’s own cognitive state and evaluating the appropriateness of cognitive strategies. Third, the science classes had a positive effect on improving students' interest and curiosity toward science. We discussed the interpretation and limitations of these results, as well as their implications for education and future research.

이 연구의 목적은 2022 개정 초등학교 과학과 교사 용 지도서의 5학년 ‘지구와 우주’ 영역 단원인 ｢지층 과 화석｣과 ｢날씨와 우리 생활｣에 제시된 발문을 사고 수준과 교수·학습 목적에 따라 수업 단계별로 분석하여 발문 구성의 경향과 교육적 시사점을 도출하는 데 있다. 이를 위해 검정교과서 5종의 교사용 지도서를 대상으로 발문 유형을 비교·분석하였다. 연구 결과, 첫 째, 두 단원 모두에서 폐쇄적 발문이 가장 높은 비중을 차지하였으며, 개방적 발문은 상대적으로 낮게 나타났 다. 둘째, 수업 단계별로는 도입과 전개 단계에서 폐쇄 적 발문이 우세하였고, 정리 단계에서는 개방적 발문 이 증가하여 학습 내면화와 사고 확장을 유도하는 특 징이 확인되었다. 셋째, 교수·학습 목적 측면에서는 이 해 형성 발문이 가장 높은 비율을 차지하였으며, 정리 단계에서 성찰 촉진 발문의 비율이 증가하는 경향이 나타났다. 반면 도입과 전개 단계에서는 정보 유도 발 문이 상대적으로 많이 활용되어 절차 안내와 사실 확 인 중심의 발문 구조가 유지되고 있다. 이러한 결과는 교사용 지도서가 여전히 지식 확인 중심의 발문 구조 를 유지하면서도 개방적·성찰 촉진 발문을 점진적으로 확대하고 있음을 보여준다. 향후 학생들의 탐구적 참 여와 고차원적 사고를 촉진하기 위해 수업 단계와 교 수·학습 목적을 고려한 다양한 수준의 발문을 균형 있 게 제시할 필요성을 시사한다.

The purpose of this study was to analyze the questions presented in the fifth-grade elementary science teacher’s guides revised in 2022, focusing on the units ｢Strata and Fossils｣ and ｢Weather and Our Lives｣ in the Earth and Space unit, according to cognitive level and instructional purpose across lesson stages, and to identify trends in question composition and their educational implications. Five government-authorized teacher’s guides were selected and comparatively analyzed. The results showed that, first, closed-ended questions accounted for the largest proportion in both units, whereas open-ended questions were used relatively less frequently. Second, by lesson stage, closed-ended questions were predominant in the introduction and development stages, while the proportion of open-ended questions increased in the consolidation stage, indicating a tendency to promote learning internalization and cognitive extension. Third, in terms of instructional purpose, understanding-oriented questions constituted the highest proportion, and the proportion of reflection-promoting questions increased in the consolidation stage. In contrast, information-guiding questions were more frequently used in the introduction and development stages, reflecting a question structure focused on procedural guidance and factual confirmation. These findings indicate that although teacher’s guides continue to maintain a knowledge-verification-oriented questioning structure, they are gradually expanding the use of open-ended and reflection-promoting questions. This suggests the need to provide a balanced range of questions that consider lesson stages and instructional purposes in order to facilitate students’ inquiry participation and higher-order thinking.

본 연구의 목적은 실천 중심 생태전환교육이 초등 학생의 환경 감수성 및 환경친화적 태도에 어떤 영향 을 미치는지를 알아보는 것이다. 본 연구를 수행하기 위하여 U광역시 O초등학교 4학년 48명을 연구집단 24 명, 비교 집단 24명으로 무선 배치하여 연구를 수행하 였다. 연구집단에 대해서는 실천 중심 생태전환교육을 12차시 실시하였고, 비교 집단에 대해서는 교육과정에 근거한 이론 중심 환경 수업 12차시를 적용하였다. 통계 분석을 위해 두 집단을 대상으로 환경 감수성 및 환경친화적 태도에 대한 사전검사를 실시하였고, 12차 시의 실천 중심 생태전환교육 수업을 끝낸 후 환경 감 수성과 환경친화적 태도에 대한 사후검사를 수행하였 다. 또한 연구집단을 대상으로 실천 중심 생태전환교 육에 대한 만족도, 흥미도, 참여도로 구성된 수업 인식 검사를 수행하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, 실천 중심 생태전환교육은 초등학생들의 환 경 감수성을 향상시키는 데 유의미한 효과가 있는 것 으로 나타났다. 둘째, 실천 중심 생태전환교육은 초등 학생들의 환경친화적 태도를 향상시키는 데 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다. 셋째, 실천 중심 생태전 환교육에 대한 초등학생의 인식을 분석한 결과 매우 긍정적이었다. 연구집단 학생 중 84%가 실천 중심 생 태전환교육에 만족했으며, 84%가 수업에 흥미를 느꼈 다고 응답하였다. 또한, 70%의 학생들이 수업에 적극 적으로 참여했다고 답하며 높은 참여도를 보였다. 이 상의 결과를 통해 실천 중심 생태전환교육은 초등학생 의 환경 감수성과 환경친화적 태도를 향상시키는 데 유의미한 효과가 있으며, 참여 학생들로부터 긍정적인 인식을 얻고 있음이 입증되었다.

The purpose of this study was to examine the effects of practice-oriented ecological transition education on elementary school students’ environmental sensitivity and environmentally friendly attitudes. To achieve this purpose, forty-eight fourth-grade students from O Elementary School in U Metropolitan City were randomly assigned to an experimental group (n = 24) and a control group (n = 24). The experimental group participated in 12 sessions of the practice-oriented ecological transition education program, while the control group received 12 sessions of theory-oriented environmental classes based on the national curriculum. Both groups completed pre-tests measuring environmental sensitivity and environmentally friendly attitudes prior to the intervention, and post-tests were administered after the 12-session program. Additionally, the experimental group responded to a class perception survey consisting of items on satisfaction, interest, and participation regarding the practice-oriented ecological transition education. The results of this study are as follows: First, the practice-oriented ecological transition education had a statistically significant effect on improving elementary students’ environmental sensitivity. Second, it also showed a significant positive effect on enhancing their environmentally friendly attitudes. Third, analysis of students’ perceptions revealed highly positive responses. Among the experimental group, 84% reported being satisfied with the program, 84% expressed interest, and 70% indicated active participation, demonstrating a high level of engagement. In conclusion, the findings suggest that practice-oriented ecological transition education is effective in fostering elementary students’ environmental sensitivity and environmentally friendly attitudes, and is perceived positively by participating students.

본 연구는 2022 개정 초등 교육과정 4학년 2학기 과 학, 수학 교과 등의 주제를 중심으로 STEAM 프로그램 을 적용하였을 때 초등학생의 창의적 문제해결력, STEAM에 대한 태도 및 수업 만족도 향상에 미치는 효과를 검증하는 데 목적이 있다. 기후변화 대응을 주 제로 AI 도구(뤼튼, 미리캔버스 등)를 활용하여 기후 관련 자료를 분석하고 시각적 데이터를 바탕으로 공익 광고 포스터를 제작하는 활동으로 구성하였다. 수업 전ㆍ후의 창의적 문제해결력과 STEAM 태도 검사를 진행하였으며 수업 종료 후 프로그램 만족도를 조사하 였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, STEAM 프로그 램을 적용 후 초등학생의 창의적 문제해결력이 통계적 으로 유의미하게 향상되었다(p <.001). 이는 AI 기반 데 이터 분석과 포스터 제작 활동이 문제 인식, 아이디어 생성 및 해결 전략 수립 등 창의적 사고 능력을 촉진 한 것으로 판단된다. 둘째, STEAM 태도 결과에서는 통계적으로 유의미한 결과를 나타내었다(p <.001). 이 는 인공지능(AI)을 융합한 학습 활동이 학습자의 흥미, 자신감, 유용성 인식 등 융합적 사고 능력 향상에 기여 했음을 보여준다. 셋째, 초등학생의 수업 만족도는 4.5 점으로 높게 나타났으며 이는 AI 공익광고 포스터 제 작 활동이 학습 동기와 몰입도를 높인 것으로 확인되 었다. 다만 실습 중심 활동으로 인해 제한된 수업 시간 안에 과제가 과도하다는 의견이 일부 제시되었다. 이 연구의 결과는 기후변화 대응과 시각적 데이터 역량 강화 및 AI 기반 STEAM 교육이 지속적으로 운영될 필요가 있으며 2022 개정 교육과정과 연계 가능한 프 로그램의 다양화와 교사의 수업활용의 역량 강화를 위 한 교수·학습 지원 체계가 필요할 것으로 판단된다.

This study aims to examine the effects of applying a STEAM program based on the themes of the 2022 revised elementary curriculum for fourth-grade science and mathematics on students’ creative problem-solving ability, STEAM attitudes, and learning satisfaction. The program was designed around the topic of climate change mitigation and included activities in which students analyzed climate-related data using AI tools (such as Wrtn and MiriCanvas) and created public service advertisement posters based on the visualized data through a career club class. Pre- and post-tests were administered to measure students’ creative problem-solving ability and STEAM attitudes, and learning satisfaction was surveyed following the completion of the program. The results of the study are as follows. First, elementary students’ creative problem-solving ability showed a statistically significant improvement after the STEAM program was implemented (p < .001). This suggests that AI-based data analysis and poster-creation activities enhanced creative thinking skills, including problem identification, idea generation, and strategy development. Second, students’ STEAM attitudes also demonstrated statistically significant improvement (p < .001), indicating that learning activities involving artificial intelligence contributed to increases in learners’ interest, confidence, perceived usefulness, and integrative thinking skills. Third, learning satisfaction was relatively high, with an average score of 4.5, suggesting that the AI-based public service advertisement poster activity enhanced learners’ motivation and engagement. However, some students noted that the hands-on nature of the program resulted in a heavy workload within the limited class time. These findings indicate the necessity of continuously implementing AI-based STEAM education that strengthens climate change literacy and visual data competencies. Furthermore, it is suggested that diverse programs aligned with the 2022 revised curriculum should be developed and instructional support systems must be enhanced to strengthen teachers’ capacity to effectively integrate such activities into instruction.

이 연구는 초등학생을 대상으로 한 5E 수업모형 기 반의 SW 융합 스마트팜 교육 프로그램이 학습자의 융 합적 문제해결력에 미치는 영향을 양적·질적으로 분석 한 것이다. 해당 프로그램은 아두이노 기반 스마트팜 교구를 활용한 안내된 탐구(guided inquiry) 활동으로 학습자가 스스로 변인을 선택하고 조절하도록 설계되 었으며. B광역시 소재 과학관에서 4~6학년 학생을 대 상으로 8차시 수업으로 적용되었다. 연구의 주요 데이 터로 수업 전과 후에 학생들의 융합적 문제해결력 검사가 수집되었으며, 수업진행 중과 후에 수업에 대한 서술형 설문지가 수집되었다. 수집된 데이터는 양적, 질적 방법을 통해 분석되었다. 연구 결과, 학생들의 전 체 융합적 문제해결력이 수업 후 전반적으로 향상되었 으며, 하위 영역 중 개인적 성향, 문제 해결 및 비판적 사고력, 창의적 사고력에서 긍정적인 변화가 나타났 다. 반면 사회적 성향과 융합적 소양은 소폭 향상되었 으나 통계적으로 유의미한 차이는 없었다. 또한 서술 형 설문 분석 결과 학생들은 SW, 아두이노, 실험 설계, 인공지능을 활용한 탐구 중심 활동을 통해 높은 흥미 와 문제해결력을 보였다. 이러한 결과는 5E 수업모형 을 기반으로 한 SW 융합 교육 프로그램이 초등학생의 융합적 사고력과 자기주도적 탐구 역량을 신장시키는 데 효과적임을 시사하며, 과학 수업에서 학습자 주도 적인 탐구 지원 및 확장을 위한 SW 도구 활용한 융합 교육의 필요성을 제안한다.

This study examined the effects of a 5E-based SW-convergence smart farm education program on elementary students’ convergence problem-solving skills. The program employed guided inquiry using Arduino-based smart farm kits, enabling students to independently select and manipulate variables during experimentation. It was implemented over eight sessions with 4th–6th grade students at a science museum in B Metropolitan city. Data were collected through pre- and post-tests using a convergence problem-solving skills instrument and open-ended survey responses gathered during and after the program. Quantitative and qualitative analyses were conducted to examine changes in students’ competencies. The results showed overall improvement in convergence problem-solving skills, with significant gains in personal traits, problem-solving and critical thinking, and creative thinking, while social traits and convergence literacy showed slight but statistically insignificant increases. Qualitative findings further indicated that students exhibited strong interest and engagement in inquiry-based activities involving software, Arduino, experimental design, and AI-enhanced exploration. These results suggest that a 5E-based SW-convergence program effectively enhances convergence thinking and self-directed inquiry among elementary learners, emphasizing the value of integrating SW tools into science education.

본 연구의 목적은 과학 교과 역량에 관한 초등 예비 교사의 인식 연구 사항 분석하는 것이다. 본 연구의 결 과는 초등예비교사 100명을 대상으로 과학 교과 핵심 역량의 중요도 및 지도 인식, AI 융합 과학 교육 인식 및 교수 효능감, 예비교사 교육과정 및 연수 요구도를 설문을 통해 조사한 것이다. 설문조사의 결과는 다음 과 같다. 첫째, '과학적 탐구 능력'(RPN 0.1)은 가장 낮 은 위험도를 기록하며 오랜 기간 교육의 중심에 있었 던 전통적 역량이 비교적 안정적으로 인지되고 있음을 확인했다. 반면, '의사소통 및 협력'(0.6), '과학적 증거 활용'(0.5), '교과 간 연계'(0.5) 영역에서 가장 큰 위험도(개선 시급성)를 보였다. 이는 향후 과학 교육 혁신이 정착된 탐구 능력을 기반으로, 협력과 통합을 위한 교 수학적 전문성을 집중적으로 강화하는 방향으로 나아 가야 함을 시사한다. RPN 0.6과 0.5 영역에 대한 분석 과 개입이 교육의 질적 향상을 위한 가장 효과적인 전 략적 우선순위로 결론지어졌다. 둘째, AI 교육과 관련 하여 가장 큰 문제는 '미래 역량 인식'(1.4)과 'AI 기반 문제 해결'(1.0)에서 발생했다. 이는 AI 교육 전략이 단 순한 기술 활용 의지나 효능감 강화(RPN 0.1~0.2) 단계 를 넘어, AI 시대가 요구하는 미래 비전 인식을 명확 히 하고 실질적인 문제 해결 능력을 함양하는 질적 변 화에 초점을 맞추어야 함을 의미한다. 또한, 'AI 윤리 인식'(0.6)이 AI 활용 의지보다 높게 나타나, 기술 활용 속도에 맞추어 윤리적 책임 교육을 시급히 강화해야 할 잠재적 위험이 확인되었다. 셋째, 궁극적으로 AI 교 육의 질적 향상을 위해서는 RPN 값이 높은 '현장 연계 성' 및 '교육과정 만족도'를 중심으로 교수학적 통합을 지원하는 시스템을 재구축하고, 이론적 배경을 강화하 는 전문성 교육을 병행하는 것이 가장 효과적이고 시 급한 전략으로 도출되었다.

The purpose of this study is to analyze the perceptions of prospective elementary school teachers regarding competencies in the science curriculum. The study surveyed 100 prospective elementary school teachers on the importance of core competencies in science, instructional perceptions, perceptions of AI-integrated science education and teaching efficacy, as well as their educational curriculum and training needs. The survey results are as follows. First, ‘scientific inquiry skills’ (RPN 0.1) recorded the lowest risk level, indicating that traditional competencies that have been central to education for a long time are relatively stably recognized. In contrast, the areas of ‘communication and collaboration’ (0.6), ‘utilization of scientific evidence’ (0.5), and ‘interdisciplinary connections’ (0.5) showed the highest risk levels (urgency for improvement). This suggests that future innovations in science education should focus on strengthening pedagogical expertise for collaboration and integration based on well-established inquiry skills. The analysis and intervention on RPN 0.6 and 0.5 domains were concluded to be the most effective strategic priorities for improving the quality of education. Second, regarding AI education, the most significant issues arose in ‘future competency awareness’ (1.4) and ‘AI-based problem-solving’ (1.0). This indicates that AI education strategies should go beyond merely fostering willingness or self-efficacy in technology use (RPN 0.1–0.2) and focus on qualitative changes, such as clearly recognizing the future vision required in the AI era and cultivating practical problem-solving skills. Additionally, ‘AI ethics awareness’ (0.6) was higher than willingness to use AI, highlighting a potential risk that ethical responsibility education must be urgently strengthened in line with the pace of technology adoption. Third, to ultimately improve the quality of AI education, it was concluded that the most effective and urgent strategy is to reconstruct systems that support pedagogical integration focusing on high RPN values such as ‘field relevance’ and ‘curriculum satisfaction,’ while concurrently providing professional development that strengthens the theoretical background.

본 연구는 초등 과학 수업 과정에서 교사와 생성형 AI가 어떻게 협업하는지, 그 협업이 교실수업에 미치는 영향과 협업 과정에서의 어려움이 무엇인지를 경험 자료 를 통해 탐색하였다. B 광역시 소속 초등교사 20명을 대상으로 생성형 AI를 활용한 과학 수업 경험을 개방 형 서술형으로 수집하고, 대체–보완–증강(Replacement– Complementation–Augmentation, RCA) 연속체에 근거한 코딩 기준을 적용하여 교사–AI 협업 유형을 분류하였다. 대체 군집은 출연하지 않아 보완 군집과 증강 군집으로 군집화한 뒤, 각 군집의 ‘수업 효과/영향’ 및 ‘어려움’ 문장만을 추출하여 형태소 기반 토큰화, 공출현 관계에 기반한 워드 네트워크 구축, 중심도 분석, 워드 클러스터 시각화 및 의미 해석을 수행하였다. 분석 결과, 보완 13명, 증강 7명으로 분류되었다. 보완 군집에서는 ‘점검·확인· 통제·진단’ 등 수업 운영의 정확성과 효율을 강화하는 효과가 중심을 이루었으며, 언어·설명·수정 관련 클러스 터를 통해 과학적 의사소통 지원이 강조되었다. 반면 증강 군집에서는 ‘학생–수정–도움’ 중심축과 ‘피드백–확인–표 시’ 및 ‘보고서–토론–발표–비교’ 클러스터가 분화되어 나 타나, 검증과 근거 명시 규범이 수업 구조에 내장되고 학생 산출물의 생성–검토–수정 과정이 학습 활동의 핵심 으로 편입되는 경향이 확인되었다. 협업 과정의 어려움은 보완 군집에서 정확성 점검과 개인정보·보안, 도구 운영 (접속·진행) 등 관리 부담으로 나타난 반면, 증강 군집에서 는 검증–출처–기준–평가 및 학생 산출물의 주체성·투명 성 관리와 같은 규범적 설계 부담이 두드러졌다. 본 연구 는 비정형 경험 자료를 기반으로 교사–AI 협업 수준을 분류하고 군집 간 담화 구조의 차이를 제시함으로써, 과학 수업에서 책임 있는 AI 활용을 위한 교사 전문성 개발과 수업 규범·평가 설계의 방향을 제안한다.

This study explored how elementary teachers collaborate with generative AI during science lessons, how such collaboration influences classroom instruction, and what difficulties teachers experience in the process, using teachers’ narrative accounts. Open-ended written descriptions of generative AI–supported science teaching were collected from 20 elementary teachers in Metropolitan City B. Teacher–AI collaboration types were coded using criteria grounded in the Replacement–Complementation– Augmentation (RCA) continuum. Because no cases of the replacement cluster were observed, teachers were grouped into a complementation cluster and an augmentation cluster. From each cluster, only sentences related to “instructional effects/impacts” and “challenges” were extracted and analyzed through morpheme-based tokenization, co-occurrence–based word network construction, centrality analysis, word-cluster visualization, and interpretive meaning analysis. The results classified 13 teachers as complementation and 7 as augmentation. In the complementation cluster, effects were centered on strengthening the accuracy and efficiency of lesson enactment (e.g., checking, confirming, controlling, diagnosing), and clusters related to language, explanation, and revision highlighted support for scientific communication. In contrast, the augmentation cluster showed a prominent central axis (student–revision–support) and differentiated clusters such as feedback–verification–marking and report– discussion–presentation–comparison, indicating that norms for verification and explicit evidence marking became embedded in lesson structures and that students’ generation–review–revision of products was incorporated as a core learning activity. Challenges in the complementation cluster were largely management-oriented, including accuracy checking, privacy and security concerns, and tool-operation issues (access and lesson flow). By comparison, challenges in the augmentation cluster emphasized normative design burdens related to verification–sources–criteria–assessment and managing students’ authorship, transparency, and responsible AI use. By classifying teacher–AI collaboration levels from unstructured experience data and comparing discourse structures across clusters, this study offers implications for teacher professional development and for designing instructional norms and assessment practices that support responsible use of generative AI in science education.

이 연구는 Newcombe와 Shipley(2015)가 제시한 공 간적 기술 프레임워크를 적용하여, 초등예비교사가 달 의 위상 과제를 해결하는 과정에서 나타나는 공간적 기술 오류를 분석하는 데 목적을 두었다. 이를 위하여 사고발성 자료와 서면 응답을 수집하고, 개방코딩을 통해 사용된 공간적 기술과 어려움이 발생한 단계들을 분석하였다. 분석 결과, 참여자들은 관련 요소를 분리 해내기, 자기 및 대상의 위치 파악, 관점 바꾸기, 순차 적 사고, 공간 관계 구성 등 핵심 공간적 기술을 부분 적으로 수행하였으나, 이러한 단계들을 일관되게 연결 하지 못하는 경향을 보였다. 특히 관점 바꾸기, 시간 조건 적용, 방위 판단과 같이 높은 인지적 부하를 요구 하는 단계에서 반복적인 오류가 나타났다. 또한 이러 한 어려움은 특정 공간 기술의 부족 때문만이 아니라, 교과서 기반의 평면적 모형, 일상 경험에서 비롯된 직 관, 단순화된 그림자 개념 등 불완전하거나 과도하게 일반화된 사전 지식의 영향에서 비롯된 것으로 나타났 다. 이러한 결과는 달의 위상 이해가 복수의 공간적 및 개념적 기술의 유기적 통합을 필요로 함을 보여주며, 예비교사 교육에서 사전 지식의 재구조화와 과정 기반 공간 추론 지원의 필요성을 시사한다.

This study aimed to analyze the spatial skill errors that pre-service elementary teachers exhibit while solving a lunar-phase task, applying the spatial skills framework proposed by Newcombe and Shipley. Drawing on think-aloud protocols and written responses, open coding was conducted to identify the spatial skills used and to examine the stages at which difficulties emerged. The analysis revealed that participants partially performed essential spatial skills—such as distinguishing relevant elements, identifying self- and object-location, shifting perspectives, reasoning sequentially, and constructing spatial relations—but often failed to connect these steps coherently. Frequent errors occurred in cognitively demanding stages, including perspective shifting, applying temporal conditions, and determining cardinal directions. Notably, many difficulties stemmed not merely from the absence of particular spatial skills but from the influence of incomplete or overly generalized prior knowledge. Participants frequently relied on textbook-based planar models, everyday experiences, or simplified notions of shadow and illumination, which reinforced inaccurate synthetic mental models rather than facilitating correct reasoning. These findings demonstrate that lunar-phase understanding requires the coordinated operation of multiple spatial and conceptual skills and highlight the need for instructional approaches that explicitly target the sequencing and integration of such skills. The study provides implications for teacher education by emphasizing the importance of restructuring pre-service teachers’ prior knowledge and supporting process-based spatial reasoning.

이 연구의 목적은 초등학교 5학년 과학과 ‘바람 발생 모형 실험’에서 나타나는 이론과 실제 관찰의 불일치 문제를 해결하기 위해, 기존 모형의 한계를 분석하 고 개선된 모형을 개발하여 그 효과를 검증하는 것이다. 연구 절차는 교과서 분석, 교과서 실험 방법 재현 및 문제점 고찰, 개선된 모형 제작, 효과 검증의 단계 로 진행되었다. 기존 모형들은 향 연기 자체의 부력과 열원-냉각원 간 과도한 온도 차에 의한 불안정성으로 인해 향 연기가 수평으로 이동하지 않고 대각선으로 상승하는 현상을 보여주었다. 이러한 시각적 불일치는 학생들에게 바람은 위로 분다는 오개념을 유발하는 주 요 원인으로 지목되었다. 이를 해결하기 위해 향 연기 의 초기 부력을 물리적으로 억제하기 위해 부력 억제 챔버를 도입하고, 열원-냉각원 간의 온도 차를 약 20℃ 로 적정화하였다. 또한, 챔버 내 향의 개수를 늘리고 내부 수조에 투명 덮개를 설치하여 향 연기의 시인성 을 강화하였다. 개선된 모형의 물리적 효과를 검증한 결과, 향 연기는 층류에 가까운 안정적인 수평 흐름을 보였으며, 해당 영역의 평균 상승 각도는 약 17.4°로 높은 선형성을 나타냈다. 교육적 효과를 검증한 결과, 개선된 모형을 활용한 수업은 기존 실험에 비해 학생 들이 바람의 방향을 수평 이동으로 올바르게 인식하는 데 긍정적인 영향을 미쳤다. 이러한 결과는 개선된 모 형이 교실 수업에서 바람의 개념을 보다 정확하게 지 도하는 데 기여할 수 있음을 시사한다.

The purpose of this study is to analyze the limitations of existing models and develop an improved model to resolve the discrepancy between theory and actual observation in the 'wind generation model experiment' of the 5th-grade elementary science curriculum. The study proceeded through the stages of textbook analysis, reproduction and examination of existing experiments, fabrication of the improved model, and verification of its effects. Existing models showed a phenomenon where smoke rose diagonally instead of moving horizontally due to the thermal buoyancy of the smoke itself and flow instability caused by excessive temperature differences between the heat source and the heat sink. This visual discrepancy was identified as a major cause of misconceptions among students, such as wind blows upwards. To address this, a Buoyancy suppression chamber was introduced to physically suppress the initial buoyancy of the smoke, and the temperature difference between the heat source and heat sink was optimized to approximately 20°C. Additionally, the visibility of the smoke was enhanced by increasing the number of incense sticks inside the chamber and installing a transparent cover on the internal water tank. As a result of verifying the physical effects of the improved model, the smoke showed a stable horizontal flow close to laminar flow, and the average rising angle in the corresponding area was approximately 17.4°, indicating high linearity. In terms of educational effects, the class using the improved model had a positive impact on students correctly recognizing the direction of the wind as horizontal movement compared to the existing experiment. These results suggest that the improved model can contribute to teaching the concept of wind more accurately in classroom instruction.