화학 교육
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1. 개요
화학 교육은 화학이 우주의 기본 원리이며, 생명 과학, 응용 과학 등 다양한 분야와 연결되어 있어 중요성이 크다. 화학 교육을 통해 학생들은 과학적 방법, 비판적 사고, 문제 해결 능력, 의사소통 기술을 습득하고, STEM 분야의 진로를 탐색할 수 있다. 화학 교육은 강의와 실험을 포함하는 다양한 방법으로 이루어지며, 교육 철학적 관점과 연구를 통해 발전하고 있다. 화학 교육과 관련된 학술지들이 존재하며, 각국에서 화학 교육을 위한 노력이 이루어지고 있다.
화학 교육은 화학이 우리 세상의 근본이기 때문에 중요하다. 우주는 화학 법칙에 지배를 받으며, 인간은 신체 내의 질서 정연한 화학 반응에 의존한다.[2] 화학을 배우면 학생들은 과학적 방법을 배우고 비판적 사고, 연역적 추론, 문제 해결, 의사소통 기술을 익힐 수 있다. 어릴 때부터 학생들에게 화학을 가르치면 STEM 분야의 진로에 대한 관심을 높일 수 있다.[4]
화학 교육에서는 강의와 실험을 병행하는 방법이 일반적이다. 19세기 말, 독일 과학자 유스투스 폰 리비히는 화학 교육에 실험을 도입하는 데 큰 영향을 주었다. 에번 호스포드와 찰스 W. 엘리엇은 리비히의 방법론을 미국에 널리 퍼뜨렸다. 호스포드는 하버드 대학교 로렌스 과학 학교 설립에 기여했고, 엘리엇은 하버드 총장으로서 실험 교육 확산에 영향을 주었다.[6] 오늘날 미국 화학회는 학사 학위 취득에 필요한 실험 시간을 400시간으로, 영국 왕립 화학회는 300시간으로 규정하고 있다.[7]
2. 중요성
2. 1. 화학의 역할
화학은 우리 세계의 기초이므로, 화학 교육은 중요하다. 우주는 화학의 법칙을 따르며, 인간의 존재는 체내 화학 반응의 정연한 진행에 달려있다[28]. 중심 과학으로 불리는 화학은 물리 과학과 생명 과학, 응용 과학을 연결한다. 화학은 식품, 의학, 산업, 환경과 같은 분야에서 응용된다[29]. 화학을 배우는 것은 학생들이 과학적 방법을 배우고 비판적 사고, 연역, 문제 해결, 의사 소통 능력을 갖추게 한다. 어린 학생들에게 화학을 가르치는 것은 평생 STEM 교육에 대한 학생들의 관심을 높일 수 있다[30]. 화학은 모든 직업에 적용할 수 있는 많은 전이 가능한 기술을 학생들에게 제공한다[31].
2. 2. 중심 과학
화학은 물리 과학을 생명 과학 및 응용 과학과 연결하는 중심 과학으로 묘사된다.[2] 화학은 식품, 의학, 산업, 환경 등 여러 분야에 응용된다.[3] 화학을 배우면 학생들은 과학적 방법에 대해 배우고 비판적 사고, 연역적 추론, 문제 해결, 의사소통 기술을 익힐 수 있다. 어릴 때부터 학생들에게 화학을 가르치면 STEM 분야의 경력에 대한 학생들의 관심을 높일 수 있다.[4] 또한 화학은 학생들이 어떤 직업에도 적용할 수 있는 많은 이전 가능한 기술을 제공한다.[5]
2. 3. 다양한 분야 응용
화학은 물리 과학을 생명 과학 및 응용 과학과 연결하는 중심 과학으로 묘사된다.[2] 화학은 식품, 의학, 산업, 환경 등 여러 분야에 응용된다.[3]
2. 4. 핵심 역량 함양
화학 교육은 화학이 우리 세상의 근본이기 때문에 중요하다. 우주는 화학 법칙의 지배를 받으며, 인간은 신체 내의 질서 정연한 화학 반응에 의존한다.[2] 중심 과학으로 묘사되는 화학은 물리 과학을 생명 과학 및 응용 과학과 연결한다. 화학은 식품, 의학, 산업, 환경 및 기타 분야에 응용된다.[3] 화학을 배우면 학생들은 과학적 방법에 대해 배우고 비판적 사고, 연역적 추론, 문제 해결, 의사소통 기술에 대한 기술을 얻을 수 있다. 어릴 때부터 학생들에게 화학을 가르치면 STEM 분야의 경력에 대한 학생들의 관심을 높일 수 있다.[4] 또한 화학은 학생들이 어떤 직업에도 적용할 수 있는 많은 이전 가능한 기술을 제공한다.[5]
2. 5. STEM 분야 진로 탐색
화학은 물리학을 생명 과학 및 응용 과학과 연결한다.[3] 화학을 배우면 학생들은 과학적 방법에 대해 배우고 비판적 사고, 연역적 추론, 문제 해결, 의사소통 기술에 대한 기술을 얻을 수 있다. 어릴 때부터 학생들에게 화학을 가르치면 STEM 분야의 경력에 대한 학생들의 관심을 높일 수 있다.[4] 또한 화학은 학생들이 어떤 직업에도 적용할 수 있는 많은 이전 가능한 기술을 제공한다.[5]
2. 6. 전이 가능한 기술 습득
화학을 배우면 학생들은 과학적 방법에 대해 배우고 비판적 사고, 연역적 추론, 문제 해결, 의사소통 기술과 같은 기술을 습득할 수 있다.[4] 또한 화학은 어떤 직업에도 적용할 수 있는 많은 전이 가능한 기술들을 학생들에게 제공한다.[5]
3. 교육 방법
그러나 21세기 이후, 실험 교육의 효과에 대한 의문이 제기되고 있다.[7][8][9][10] 실험에 대한 투자가 학생들의 학습에 실질적인 도움이 되는지에 대한 증거를 요구하는 목소리가 커지고 있다.[7]
3. 1. 강의
화학 교육의 가장 일반적인 방법은 실험을 포함하는 강의이다. 19세기 말, 독일 과학자 유스투스 폰 리비히는 시연이 포함된 강의 모델에서 실험 구성 요소를 포함하는 모델로 전환하는 데 중요한 역할을 했다. 리비히의 방법론은 에번 호스포드와 찰스 W. 엘리엇의 노력으로 미국에서 널리 퍼지게 되었다. 호스포드는 하버드 대학교의 로렌스 과학 학교 설립을 도왔고, 이 학교는 최초의 화학 실험 과목을 개설했다. 엘리엇은 나중에 하버드 총장으로 선출되어 실험 방법의 광범위한 채택에 영향을 미쳤다.[6] 오늘날 미국 화학회는 학사 학위를 받기 위해 입문 화학 외에 400시간의 실험 경험을, 영국 왕립 화학회는 300시간의 실험 경험을 요구한다.[7]
그러나 21세기 이후, 화학 커리큘럼에서 실험 과목의 역할에 대한 의문이 제기되고 있다.[7][8][9][10] 실험 과목에 대한 주요 반론은 학생 학습에 미치는 영향에 대한 증거가 거의 없다는 것이다. 연구자들은 화학 실험실에 대한 투자가 학생 학습에 가치를 제공한다는 증거를 요구하고 있다.[7]
3. 2. 실험
화학 교육의 가장 일반적인 방법은 실험을 포함하는 강의이다. 실험 과목은 19세기 말에 화학 커리큘럼의 핵심 부분이 되었다. 독일 과학자 유스투스 폰 리비히는 시연이 포함된 강의 모델에서 실험 구성 요소를 포함하는 모델로 전환하는 데 중요한 역할을 했다. 리비히는 실험실을 운영한 최초의 화학자 중 한 명이었으며, 그의 방법론은 에번 호스포드와 찰스 W. 엘리엇의 노력으로 미국에서 널리 퍼지게 되었다. 리비히의 실험실에서 일한 후 호스포드는 미국으로 돌아와 하버드 대학교의 로렌스 과학 학교 설립을 도왔다. 이 학교는 리비히의 방법론을 모델로 삼았으며 최초의 화학 실험 과목을 개설했다. 2년 후, 찰스 W. 엘리엇은 실험실에서 자원 봉사를 시작했다. 엘리엇은 실험실에 대한 관심이 커졌고, 결국 실험실을 책임지게 되었다. 엘리엇은 나중에 1869년 하버드 총장으로 선출되었다. 엘리엇은 또한 교육 분야에서 다른 중요한 역할을 수행하여 실험 방법의 광범위한 채택에 영향을 미칠 수 있었다.[6] 오늘날, 미국 화학회 전문 교육 위원회는 학사 학위를 받기 위해 입문 화학 외에 400시간의 실험 경험을 쌓도록 요구하고 있다. 마찬가지로, 영국 왕립 화학회는 학사 학위를 받기 위해 학생들이 300시간의 실험 경험을 쌓도록 요구한다.[7]
그러나 21세기 이후, 화학 커리큘럼에서 실험 과목의 역할에 대한 의문이 주요 학술지에 제기되고 있다.[7][8][9][10] 실험 과목에 대한 주요 반론은 학생 학습에 미치는 영향에 대한 증거가 거의 없다는 것이다. 연구자들은 "왜 우리는 커리큘럼에 실험 수업을 포함하는가? 커리큘럼의 다른 곳에서는 충족될 수 없는 실험 수업의 특징은 무엇인가?"와 같은 질문을 하고 있다.[7] 연구자들은 화학 실험실에 공간, 시간 및 자원을 투자하는 것이 학생 학습에 가치를 제공한다는 증거를 요구하고 있다.
4. 교육 이론
화학 교육은 다양한 교육철학적 관점에서 설명될 수 있다.
4. 1. 실천가의 관점 (Practitioner's Perspective)
화학을 가르치는 책임자(교사, 강사, 교수)가 자신의 행동을 통해 궁극적으로 화학 교육을 정의하는 경우를 '실무자적 관점'이라고 할 수 있다.4. 2. 화학 교육자의 관점 (Perspective of Chemical Educators)
두 번째 관점은 스스로를 '화학 교육자'라고 밝히는 집단에 의해 정의된다. 이들은 유기 화학, 무기 화학, 생화학 등 일반적인 실험 연구 분야에 주된 관심을 두는 대신, 저널 출판, 서적, 발표 등을 통해 제안, 에세이, 관찰 내용 및 기타 실제 경험에 대한 설명 보고서를 공개적으로 제공하는 교수진 및 강사들이다. 당시 카밀 앤드 헨리 드레이퍼스 재단(Camille and Henry Dreyfus Foundation)의 전무 이사였던 로버트 L. 리히터 박사는 제16회 화학 교육 격년 컨퍼런스(최근 BCCE 회의: [https://web.archive.org/web/20070404104348/http://www.chem.iastate.edu/bcce/],[http://www.chem.purdue.edu/bcce]) 기조 강연에서 고등 교육에 '화학 교수'라는 완벽하게 존중할 만한 용어가 있는데, '화학 교육자'라는 용어가 존재하는 이유에 대한 질문을 던졌다.[1] 이러한 관점에 대한 한 가지 비판은 교육에 대한 공식적인 준비나 배경 지식을 가진 교수가 거의 없다는 점이며, 따라서 효과적인 교육 및 학생들의 학습 방식에 대한 발견을 포함하여 교육 및 학습 활동에 대한 전문적인 관점이 부족하다는 것이다.[1]
4. 3. 화학 교육 연구 (Chemistry Education Research, CER)
화학 교육 연구(CER)는 화학의 교수 및 학습에 초점을 맞춘 학문 기반 교육 연구(DBER)의 한 유형이다. 화학 교육 연구자들의 가장 중요한 목표는 학생들이 화학에 대한 '전문가와 같은'(일관성 있고 유용한) 지식을 개발하도록 돕는 것이다.[11] 따라서 CER 분야는 다음을 조사하는 것을 포함한다.- 학생들이 화학 현상에 대한 이해를 어떻게 구성하고, 해당 분야와 관련된 실질적인 기술을 개발하는지
- CER 연구 결과가 특정 학습 목표 및 교수 접근 방식을 제안함으로써 교육 과정 설계에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지
- 위에서 언급한 사항을 측정하기 위한 도구 개발[1][11]
물리 교육 연구(PER)의 사례를 따라, CER은 일반적으로 교육대학에서 이루어지는 중등 이전 과학 교육 연구에서 개발된 이론과 방법을 차용하여, 이를 중등 이후 환경(및 중등 이전 환경)에서 유사한 문제를 이해하는 데 적용하는 경향이 있다. 과학 교육 연구자들과 마찬가지로, CER 실무자들은 자신의 교실에서의 실천에 집중하기보다는 다른 사람들의 교수 관행을 연구하는 경향이 있다. 화학 교육 연구는 일반적으로 중등 및 중등 이후 학교의 피험자를 사용하여 현장에서 수행된다. 화학 교육 연구는 정량적 및 질적 데이터 수집 방법을 모두 활용한다.[12][13] 정량적 방법은 일반적으로 다양한 통계적 방법을 사용하여 분석할 수 있는 데이터를 수집하는 것을 포함한다. 질적 방법에는 면담, 관찰, 문서 분석, 저널링 및 사회 과학 연구에 일반적인 기타 방법이 포함된다.[12][14]
4. 4. 교수-학습 연구 (The Scholarship of Teaching and Learning, SoTL)
교수-학습 연구(SoTL)라고 불리는 새로운 관점도 있다.[15] SoTL을 가장 잘 정의하는 방법에 대한 논쟁이 있지만, 주요 실천 중 하나는 주류 교수진(유기화학, 무기화학, 생화학 등)이 자신의 실천에 대해 더 잘 이해하고, 자신의 교수법에 대한 연구와 성찰을 수행하며, 학생 학습에서 깊이 있는 이해가 무엇인지에 대해 고민하는 것이다.[16]4. 5. 시스템 사고 접근 방식 (Systems Thinking Approach)
2017년, 화학 교육에 시스템 사고를 도입하는 STICE(Systems Thinking Into Chemistry Education) 프로젝트는 일반 화학 교육(고등학교 이후)에서 시스템 사고 방식을 제안했다.[17] 화학 교육은 주로 복잡한 주제를 부분의 합으로 연구하는 환원주의적 접근법에 의존해 왔다. 환원주의적 접근법은 자연 세계에 대한 지식을 늘리는 데 도움이 되지만, 지속 가능성, 기후 변화, 오염, 빈곤 등과 같은 전 지구적 문제를 해결하는 데는 불충분하다. 이러한 한계 때문에 연구자들은 화학 교육에서 보완적인 시스템 사고 방식을 제안하고 있다.[18][19] 시스템 사고 방식은 전체적인 관점에서 개념을 학습하는 것을 포함하며, 이를 통해 화학을 전공하는 학생들이 화학이 더 큰 사회적 문제와 어떻게 관련되는지 비판적으로 생각할 수 있게 한다. 연구자들은 환원주의적 접근법과 시스템 사고 방식을 함께 사용하면, 세계적인 시각을 가진 화학자를 양성할 수 있다고 믿는다.[18]5. 화학 수업에 대한 두려움
많은 대학생, 특히 과학을 공부하는 학생들은 화학 학습 과정을 수강해야 하지만, 화학 수업이나 실험에 스트레스를 받는 학생들도 있다.[49] 학생들은 종종 학습 성적, 화학 반응식을 학습하는 난이도, 손에 닿는 화학 물질에 대한 걱정 등에 스트레스를 느낀다. 사전에 화학 학습을 하면 불안을 억제할 수 있다.
5. 1. 스트레스 요인
많은 대학생, 특히 과학을 공부하는 학생들은 화학 학습 과정을 수강해야 하지만, 화학 수업이나 실험에 스트레스를 받는 학생들도 있다.[49] 학생들은 종종 학습 성적, 화학 반응식을 학습하는 난이도, 손에 닿는 화학 물질에 대한 걱정 등에 스트레스를 느낀다. 사전에 화학 학습을 하면 불안을 억제할 수 있다. 화학 분야가 아닌 화합물에 대한 혐오감 증상은 케모포비아에 자세히 설명되어 있다.5. 2. 케모포비아
많은 대학생, 특히 과학을 공부하는 학생들은 화학 학습 과정을 수강해야 하지만, 화학 수업이나 실험에 스트레스를 받는 학생들도 있다.[49] 학생들은 종종 학습 성적, 화학 반응식을 학습하는 난이도, 손에 닿는 화학 물질에 대한 걱정 등에 스트레스를 느낀다. 사전에 화학 학습을 하면 불안을 억제할 수 있다. 화학 분야가 아닌 화합물에 대한 혐오감 증상은 케모포비아에 자세히 설명되어 있다.6. 학술지
화학 교육과 관련된 논문을 게재하는 여러 학술지가 있다. 일부 학술지는 특정 교육 수준(학교 대 대학교)에 초점을 맞추고, 다른 학술지는 모든 교육 수준을 다룬다. 학술지 기사는 교실 및 실험실 실습 보고서에서 교육 연구에 이르기까지 다양하다.
화학 교육 연구는 더 넓은 과학교육 분야의 학술지에도 게재된다.
7. 각국의 현황
일본에서는 일본 화학회가 화학 교육에 뚜렷한 업적을 남긴 사람에게 화학 교육상을 수여한다. 원칙적으로 일본 화학회 회원이 이 상을 받으며,[53] 회원이 아닌 사람에게는 화학 교육 유공상이 주어진다.[53]
미국에서는 학부 및 대학원 수준에서 화학 교육 학위를 제공한다. 제공되는 학위는 화학 교육 이학사, 화학 교육 이학 석사, 화학 교육 철학 박사가 있다. 또한, 단과 대학 및 종합 대학에서는 화학 교육을 전공으로 하는 화학 학위를 제공한다. 버지니아 대학교의 화학 교육 전공 이학사, 캘리포니아 대학교 샌타바버라의 화학 교육 강조 문학 석사 등이 그 예시이다. 화학에 관심 있는 학부 학생들은 화학, 화학 공학, 생화학, 환경 화학, 분석 화학, 법화학 등을 전공할 수 있다.
7. 1. 일본
일본에서 화학 교육에 뚜렷한 업적을 남긴 사람에게는 공익사단법인 일본 화학회가 화학 교육상을 수여한다. 원칙적으로 일본 화학회 회원이 이 상을 받는다.[53] 일본 화학회 회원이 아닌 사람에게는 화학 교육 유공상이 있다.[53]7. 2. 미국
미국에서는 학부 및 대학원 수준에서 화학 교육 학위를 제공한다. 제공되는 학위는 다음과 같다.- 화학 교육 이학사
- 화학 교육 이학 석사
- 화학 교육 철학 박사
또한, 단과 대학 및 종합 대학에서는 화학 교육을 전공으로 하는 화학 학위를 제공한다. 몇 가지 예는 다음과 같다.
- 화학 교육 전공 이학사 - 버지니아 대학교
- 화학 교육 강조 문학 석사 - 캘리포니아 대학교 샌타바버라
- 화학 교수 및 학습에 대한 연구에 대한 석사 및 박사 학위를 수여하는 화학 대학원 프로그램 모음은 다음에서 찾을 수 있다. https://sites.google.com/miamioh.edu/bretzsl/cer-resources/cer-graduate-programs
화학에 관심 있는 학부 학생들은 다음 분야를 전공할 수 있다.
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日本と英語圏では博士の学位制度が異なり、Doctor of Philosophy (Ph.D.) は様々な種類の学問を含み、Ph.D.の一部が日本の[[博士(理学)]]に相当する。詳細はそれぞれの項目を参照のこと。
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