기후위기와 같은 글로벌 지구환경 문제의 증가, 큰 피해를 주는 자연재해의 증가, 에너지와 광물 자원의 고갈 등은 인류의 앞날에 중대한 도전으로 다가오고 있다. 이러한 심각한 문제들은 지구시스템에 심대한 영향을 미치는 인간의 집합적인 활동 때문에 발생하고 있다. 따라서 이제 누구나 지구에서 일어나는 현상과 과정을 지구시스템적으로 이해하고 사회와 개인의 활동을 변화시켜야 하는 시대가 되었다. 이를 위해서는 모든 사람들이 지구에 대한 소양을 갖추어야 하며, 이는 지구과학교육을 통해서 이루어질 수 있다.

최근 교육 현상을 바라보는 이론적 렌즈의 발전과 확장이 빠르게 일어나고 있다. 구성주의와 같이 개인의 앎과 역량의 함양에 초점을 두는 것에서, 점차 개인과 사회의 바람직한 변화를 이끌어내는 주체가 되는 변혁적 학습으로 중심이 이동하고 있다. 또한 IT테크놀로지의 급속한 발전에 의한 과학 탐구 방법과 상호작용의 변화에 기반을 둔 새로운 교수학습 접근의 대두, 학습자에 초점을 맞추는 국가와 교육청 수준의 교육 정책변화도 빠르게 일어나고 있으며, 이러한 흐름에 발맞추어 지구과학교육학의 분야도 발전하고 있다. 

이러한 상황에서 전국의 중등 지구과학교육 전공자들이 뜻을 모아서 새로운 교재를 편찬하게 되었다. 여기에는 지구과학교육의 내용을 포괄하면서, 새로운 이론적 발전도 균형 있게 담고자 하였다. 교재의 주요 내용과 특징은, 지구과학의 본성은 지구과학사의 실제 사례를 통해서 이해할 수 있도록 구성하였으며, 다양한 지구과학 탐구 방법을 체계적 으로 소개하고, 최근 연구 성과까지 반영하였다. 지구과학 교육과정은 교육사조와 외국의 주요 교육과정을 배경으로 우리나라 2015교육과정을 충실히 이해할 수 있도록 집필하였다.

지구과학 학습이론은 인지적 구성주의와 학생들의 지구과학 대체개념, 그리고 사회문화적 구성주의를 균형 있게 다루었다. 지구과학 교수학습 모형으로는 탐구학습, 순환학습, 개념변화학습 모형과 함께 과학-기술-사회(STS)학습 모형 및 과학기술 관련 사회적 쟁점(SSI) 학습모형까지 폭넓게 소개하였다. 지구과학 교수-학습 전략으로는 문제해결 중심,상호작용 중심, 비유, 수업 매체 활용, 실험실습, 야외학습, 융합 수업과 같이 크게 7개 영역으로 나누어 제시하였다.

그동안 중요하게 다루어온 실험실습, 야외학습, 상호작용중심 전략에 더해서, IT 테크놀로지의 급격한 발달로 인해서 대두된 교육공학적 수업매체활용과 블렌디드 러닝, 플립러닝을 소개하여 새로운 기술 발전으로 인한 맥락에서 접근할 수 있도록 하였다. 또한 최근 강조되고 있는융합수업 전략도 체계적으로 도입하였다. 

지구과학 학습평가에서는 학습평가의 이해와 지필평가에 이어서 수행평가의 이론과 실제를 다루어서 교육부의 과정중심평가 도입 정책을 반영하도록 하였다. 이 책은 국내외 지구과학교육 연구 문헌과 실제 적용 결과를 바탕으로 집필하였으며, 독자들의 이해를 돕기 위해서 풍부한 예시와 내용에 대한 심화 기회를 각 장의 말미에 제공하고자 하였다. 

아무쪼록 이 책이 지구과학 예비교사와 교사를 포함한 지구과학 교육의 실천과 연구에 관심을 가진 분들에게 도움이 되기를 바란다.

CHAPTER 01 지구과학의 본성 및 철학

1. 지구과학의 본성 3

1.1 지구과학의 특성 / 3 1.2 (지구)과학의 본성 / 10

2. 과학철학과 지구과학사 30

2.1 과학교육에서 과학사와 과학철학의 필요성 / 30

2.2 과학사와 과학 교수-학습 / 33

2.3 귀납주의와 지구과학사 / 37

2.4 포퍼의 반증주의와 지구과학사 / 44

2.5 쿤의 과학 혁명과 지구과학사 / 49

2.6 라카토스의 연구 프로그램과 지구과학사 / 58

3. 지구과학 탐구 방법 70

3.1 귀납적 방법 / 70

3.2 연역적 방법 / 72

3.3 귀추적 방법 / 74

3.4 가설연역적 방법 / 77

3.5 과학적 모델링 / 80

CHAPTER 02 지구과학교육과정

1. 지구과학교육과정 101

2. 교육사조와 지구과학교육과정 104

3. 외국의 주요 지구과학교육과정 112

4. 우리나라 지구과학교육과정 123

4.1 우리나라 지구과학 교육과정의 변천 / 123

4.2 2015 과학 및 지구과학 교육과정의 성격과 목적 / 130

4.3 2015 개정 교육과정의 과학, 지구과학I, II 교육과정의 내용 / 138

CHAPTER 03 지구과학 학습 이론

1. 인지적 구성주의 157

1.1 Piaget의 학습 이론 / 157

1.2 Bruner의 학습 이론 / 162

1.3 Ausubel의 유의미 학습 이론 / 167

1.4 개념도 / 175

1.5 브이도 / 179

2. 학생들의 지구과학 오개념 186

2.1 지구과학의 특성 / 186

2.2 지구과학 개념의 특성 / 188

2.3 학생들의 지구과학 오개념 / 197

3. 사회문화적 구성주의 Vygotsky 학습 이론 223

3.1 인지 발달과 학습에 영향을 주는 사회 문화적 요인 / 223

3.2 고등 정신 기능 / 224

3.3 근접 발달 영역 / 226

3.4 내면화 / 228

3.5 사고의 발달과 언어의 발달 / 229

3.6 지구과학 교육에의 적용

CHAPTER 04 지구과학 교수-학습 모형

1. 지구과학 탐구 학습 모형 251

1.1 발견 학습 모형 / 251

1.2 가설 검증 탐구 학습 모형 / 255

1.3 귀추적 탐구 학습 모형 / 260

1.4 POE 학습 모형 / 265

2. 순환 학습 모형 268

2.1 Karplus의 순환 학습 모형 / 268

2.2 Lawson의 순환 학습 모형 / 270

2.3 5E 모형 / 276

3. 개념 변화 학습 모형 283

3.1 발생 학습 수업 모형 / 283

3.2 인지 갈등 수업 모형 / 287

3.3 드라이버의 개념 변화 학습 모형 / 291

4. STS 학습 모형 295

4.1 이론적 배경 및 개요 / 295

4.2 STS 학습 모형의 단계별 내용 및 특징 / 299

4.3 적용 예시 및 유의점 / 301

5. SSI 학습 모형 304

5.1 이론적 배경 및 개요 / 304

5.2 SSI 학습 모형의 적용 / 308

5.3 SSI 학습 모형 적용 수업 사례 / 312

CHAPTER 05 지구과학 교수-학습 전략

1. 문제해결 중심 전략 323

1.1 문제중심학습(Problem Based Learning) / 324

1.2 창의적 문제해결 / 331

1.3 프로젝트기반학습 / 340

2. 상호작용 중심 전략 345

2.1 협동학습 / 345

2.2 토론 / 356

2.3 질문법 / 358

2.4 역할놀이 / 361

3. 비유 활용 전략 364

3.1 비유 / 364

4. 수업 매체 활용 전략 372

4.1 교육공학적 수업 매체 활용 전략 / 372

4.2 교육공학적 수업 매체의 종류와 활용 세부 지침 / 373

4.3 교육공학적 수업 매체 활용을 위한 수업 계획의 예 / 385

4.4 블렌디드 러닝 / 387

4.5 플립러닝(Flipped learning) / 391

5. 실험과 시범실험 396

5.1 실험(experimentation) / 396

5.2 시범(demonstration) / 399

5.3 실험의 실제 / 400

6. 야외 학습 전략 410

6.1 야외 학습의 필요성 / 410

6.2 야외 학습의 모델 / 411

6.3 야외 학습의 구상 및 계획 / 412

6.4 야외 학습 프로그램 개발의 실제 / 414

6.5 야외 학습 프로그램의 예시 / 417

7. 융합 수업 전략 420

7.1 융합수업의 정의와 배경 / 420

7.2 과학 공학 융합수업 / 424

CHAPTER 06 지구과학 교육 평가

1. 지구과학 교육 평가의 이해 443

1.1 지구과학 교육 평가의 목적 / 443

1.2 지구과학 교육 평가의 범주 / 444

2. 지구과학 지필평가의 특징과 방법 460

2.1 지필평가 문항 유형 / 460

2.2 평가 영역별 평가틀과 평가 도구 / 465

2.3 지필평가의 문항 개발 및 결과의 활용 / 475

3. 지구과학 수행평가의 특징과 방법 484

3.1 수행평가의 이해 / 484

3.2 수행평가 과제 작성과 채점 / 486

3.3 수행평가 유형 / 493

3.4 수행평가 운영의 실제 / 495

3.5 수행평가의 예시 / 498