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학생들에게 과학 개념을 효과적으로 전달하기 위하여 가장 중요한 역할을 담당하는 교사가 갖추어야 할 지식에 대한 연구가 최근에 활발히 진행되고 있다. 교사는 자신이 전달해야 할 개념에 대한 이해도 있어야 하며, 학생들에게 이를 전달할 때 필요한 교수법과 적절한 교과 도구, 학생들의 이해 수준 등 다양한 영역에 대한 지식이 필요할 뿐 아니라 이러한 지식들을 조화롭게 구성하는 능력도 필요하다. 교사가 갖추어야 할 지식의 본성과 특징에 대한 연구는 Shulman(1986)에 의해 새롭게 제기되었다. 그는 교사가 갖출 지식에 대한 새로운 이론적 틀을 제안하면서 이 부분이 교육 연구에서 소홀히 되어 왔음을 지적하였다. 그리고 교사가 수업에서 만들어내는 독특한 형태의 내용 지식을 교수내용지식(Pedagogical Content Knowledge)이라는 개념으로 제시하였다. 그 후 이와 관련된 다양한 연구들에서 교수내용지식에 대한 정의와 범위들이 깊이 있게 다루어졌다(Veal, 2004; Barnett and Hodson, 2001; Jeffries, 1999). 그러나 대다수의 연구에서 교수내용지식 안에는 학생에 대한 이해와 가르칠 내용의 표현에 대한 지식이 필수적으로 포함되었다(Halim and Meerah, 2002). Hope 와 Townsend(1983)의 연구에서는 특히 학습자에 대한 이해의 중요성이 강조되었다. 그들은 연구를 통해 교과 내용에 대한 이해가 깊은 교사들도 교과에 대한 학습자의 사고방식을 고려하지 않을 경우 내용을 가르치는 데 있어 어려움을 겪을 수 있다는 것을 보여 주었다. 즉, 잘 알면 잘 가르칠 것이라는 일반적인 통념이 항상 옳은 것만은 아니라는 것이다. 가르치는 내용에 대한 깊이 있는 이해가 효과적인 교수의 필요조건이긴 하지만 충분조건일 수는 없다는 점을 이 연구에서는 강조하였다. Roth 등(1999)의 연구에서도 교사의 학생들에 대한 이해가 부족할 때, 교사와 학생들은 모두 가장 낮은 인지 수준으로 수업이 진행되도록 잠재적으로 노력한다고 하였다. 가르칠 개념을 표현하는데 필요한 지식은 학생들의 이해에 도움이 되는 유용한 전략에 대한 지식으로 예, 실증, 유추, 모델 등이 이에 포함된다. 이러한 표현에 대한 지식은 이전에 학생들을 가르친 경험으로부터 형성된 반성적 사고의 산물로 교사 경험의 중요성이 강조되는 부분이기도 하다. 박성혜(2003)는 교사 경력이 많을수록 교수법 지식, 표현 지식, 내용 지식 등이 높다고 하였다. 그러나 경험의 축적만이 이러한 지식의 발달을 보장하지는 않는다. 4년간의 장기 연구에서 Shulman과 그 동료들은 교사 경력이 증가하여도 단지 몇 명의 교사만이 효과적인 방식으로 교과 내용을 표현할 수 있는 지식의 기초를 개발하였음을 밝히고, 오직 동기를 가지고 반성적인 사고를 하는 교사들만이 교육 경험을 통해 전문성을 갖춘다고 주장하였다(Jeffries, 1999). 그러나 기본적으로 효과적인 수업을 위해서 교사가 가르치는 교과의 내용에 대한 깊은 이해는 필수적이다. 이러한 지식의 바탕 위에 학습자의 상태를 파악하고 이를 고려하여 가르칠 내용에 대한 표현 방식을 결정할 수 있기 때문이다. 우리나라에서는 중학교에서 한 교사가 과학의 4영역을 모두 가르치도록 구성되어 있다. 이는 통합과학이 과학을 가르치는 가장 효과적인 방법(최미화와 최병순, 1999; 권재술과 박범익, 1978)이라는 인식으로부터 나온 것이다. 그러나 여러 연구(허경철, 2005; 심재호, 2004; 김현이, 2002; 윤상학, 1999;김원근, 1996, 이학동 등, 1995; 이화국, 1995)에서 가르치려는 과학 개념에 대한 교사의 전문성 부족을 지적하였다. 이러한 문제로 인해 교사 연수의 필요성이 대두되었으나, 이에 관련된 연구들(김진성 2001; 최규철, 1999; 손양호, 1998)에서 연수는 교사들에게 큰 도움을 주지 못하는 것으로 나타났다. 또한 교사들은 한 교사가 과학의 모든 영역을 담당하는 것에 대해 부정적인 반응을 보였는데, 이는 과학을 통합적으로 가르칠 자신이 부족하기 때문이었다(박정희, 2005; 김진성, 2001). 특히 자신의 전공 분야가 아닌 비전공 영역에서 이러한 어려움은 더 크게 나타났다(손양호, 1998; 이학동, 1989). 그러나 6차 교육과정부터 고등학교 1학년까지 통합과학의 취지가 확대되면서 한 교사가 과학의 4영역을 모두 가르쳐야 하는 경향이 더욱 커졌다. 따라서 이 연구에서는 특정 과학의 내용을 가르칠 때 교사의 전공에 따라 그들의 수업이 어떻게 달라지는지 비교하는 연구를 통해 교사들이 전공 이외의 과목을 가르칠 때 겪는 어려움이나 해결 방안에 대한 노력을 알아보고자 한다. 이를 통해 통합과학으로의 변화가 고등학교 교육 현장에서 제대로 정착될 가능성이 있는지 탐색하고자 한다.