과학영재 교사는 높은 과학적 사고력과 과제 집착력, 과학적 흥미와 동기를 바탕으로 자기 주도적인 학습 활동을 전개하려는 과학영재학생의 교육적 요구를 만족시키고, 이들의 고차원적 사고력과 창의적 문제해결력을 계발하기 위한 수업을 구성 및 실행할 수 있는 수업 전문성을 갖춰야 한다. 이를 위해 과학영재 교사는 일반 과학교사의 전문성뿐 아니라 과학영재학생, 과학영재 교육과정, 과학내용, 과학영재 교수전략, 과학영재교육 평가에 관한 지식을 포함하는 높은 수준의 과학영재교육 관련 교과교육학지식(PCK)을 지녀야 한다. 현재 다양한 연수 프로그램이 실시되고 있고 영재교육 대학원이 운영되고 있으나, 많은 교사들이 수업 전문성 부족으로 수업 계획 및 실행에 다양한 어려움을 겪고 있다. 따라서 과학영재 교사들의 PCK 향상을 위한 체계적인 전략 모색은 매우 중요하다. 특히, 최근 연구 결과들과 우리나라의 영재교육 도입 시기, 지역교육청 단위의 영재학급이 확대되고 있는 상황에서 5년 미만의 과학영재교육 경력을 지닌 초임 과학영재 교사의 비율이 높을 것으로 예상되므로 이들의 PCK 향상을 위한 연구가 필요하다.
그러나 지금까지 초임 과학영재 교사의 수업 전문성에 대한 연구는 매우 부족하므로 초임 교사들의 수업 전문성 수준을 PCK 측면에서 조사하였다(연구 I). PCK가 실제 교수 경험과 반성을 통해 효과적으로 발달될 수 있음을 고려할 때, 두 명 이상의 교사가 수업을 공동으로 계획, 실행, 평가하는 코티칭(coteaching)과 과학영재교육 전문가인 멘토가 수업에 대한 조언을 제공하는 멘토링(mentoring)은 초임 교사의 PCK 향상 전략으로 유용하게 활용될 수 있다. 이에 코티칭을 통한 초임 교사들의 수업 전문성 변화 과정을 PCK 측면에서 조사하였다(연구 II). 이를 통해 얻은 정보들을 바탕으로, 코티칭과 멘토링을 결합한 교사교육 전략인 ‘멘토링을 통한 코티칭’ 전략을 개발하여 적용한 후 교사들의 수업 전문성에 미치는 영향을 PCK 측면에서 조사하였다(연구 III).
연구 I에서는 사례연구를 통해, 초임 과학영재 교사의 수업 전문성을 PCK 측면에서 분석하였다. 이를 위해 수도권의 과학영재교육 담당 기관에 소속된 초등 교사 3명과 중등 교사 3명을 선정하여 과학영재수업을 관찰하고 심층 면담을 실시하였다. 연구 결과, 대부분의 교사들은 과학영재교육이 학생들의 창의력, 탐구력, 사고력 등을 신장시키고 과학에 대한 호기심을 충족시키는 데 목적이 있으므로, 이를 고려한 형태로 이루어져야 한다는 신념을 지니고 있었다. 그러나 정규교육과정과의 연계를 강조한 심화학습의 필요성을 인식하지 못하거나 이를 구현하기 위한 적절한 방법을 잘 알지 못하는 경우가 있었다. 과학내용에 관한 지식의 부족으로 수업에 어려움을 겪고 있었으며, 많은 교사들이 과학영재학생의 다양한 특성을 고려한 교수전략을 효과적으로 사용하지 못하였다. 또한, 과학영재학생의 고차원적 사고력이나 의사소통 능력, 과학에 대한 흥미 및 태도 등을 평가하는데 어려움을 겪었다. 연구 참여 교사의 대부분이 영재교육관련 연수를 이수하였음에도 여러 측면에서 수업 전문성이 부족하였고, 연수 내용을 수업에서 효과적으로 구현하는데 어려움이 있다고 인식하였다. 이는 수업을 계획, 실행, 평가하는 데 실질적인 도움을 제공할 수 있는 방안 마련의 필요성을 시사한다.
이를 위한 방안으로 연구 II에서는 코티칭 전략을 적용하였고, 코티칭을 통한 초임 과학영재 교사의 수업 전문성 변화 과정을 PCK 측면에서 조사하였다. 초임 중등 과학영재 교사 2인을 선정하여 총 3차에 걸친 9차시의 과학영재수업을 공동으로 계획, 실행, 평가하도록 하였다. 모든 코티칭 수업을 참관하였고, 수업 동영상과 교수·학습 자료, 대화 및 면담 전사본, 반성일지, 관찰노트 등을 지속적 비교 방법을 사용하여 분석하였다. 연구 결과, 두 교사는 코티칭을 통해 수업을 함께 계획, 실행, 반성하는 과정에서 서로의 교수 실행을 관찰하여 반성적으로 고찰하였고 지속적인 논의를 통해 수업을 정교화하였다. 이 과정에서 속진학습 요소를 줄이고 심화학습 요소를 강조한 수업을 계획 및 실행하게 되었고, 수업 참여 촉진 전략, 과학적 창의성 신장 전략, 교수·학습 자료 제작 전략, 상호작용 촉진 전략의 필요성 및 효과에 대한 인식과 실천적 지식에 긍정적인 변화가 있었다. 또한, 다양한 방식의 관찰 평가를 실시하여 평가의 양과 질이 향상되었다. 이를 통해 과학영재학생들을 더 많이 관찰하고 이들의 특성에 대한 의견을 공유함으로써 교사들의 과학영재학생에 관한 지식이 향상되었다. 또한, 수업에서 다루는 과학내용에 대한 논의를 통해 교사들의 목표 개념에 대한 이해가 심화되었다. 이러한 결과는 과학영재교육에서 코티칭이 초임 교사의 수업 전문성 향상에 유용할 수 있음을 시사한다.
반면, 운영 미숙으로 인해 과학적 창의성 신장 전략을 수업에서 효과적으로 구현하지 못하거나, 구체적인 평가 준거나 방법, 평가 결과의 활용 방안 등에 대한 체계적인 논의 없이 평가가 이루어지는 등 전문성 향상 측면에서 코티칭의 한계도 드러났다. 이는 코티칭을 통해 교사들이 서로의 부족한 수업 전문성을 상호보완할 수 있으나, 두 교사의 관련 전문성이 부족한 경우 그 효과가 제한적일 수 있음을 의미한다. 따라서 코티칭을 통해 과학영재 교사의 수업 전문성 향상을 보다 효과적이고 안정적으로 이끌어낼 수 있는 전략적 차원의 보완이 필요하다. 이에 코티칭에 멘토링을 접목한 ‘멘토링을 통한 코티칭’ 전략을 개발하여 적용하였다.
연구 III에서는 사례연구를 통해, 멘토링을 통한 코티칭이 초임 과학영재 교사의 수업 전문성에 미치는 영향을 PCK 측면에서 조사하였다. 초임 중등 과학영재 교사 2인이 총 4차에 걸쳐 12차시의 과학영재수업을 공동으로 계획, 실행, 평가하였으며, 2-4차 수업에서는 수업 전, 중, 후에 멘토링을 실시하였다. 두 교사의 수업 계획 과정에 대한 다양한 자료를 수집하였고, 모든 수업을 촬영하고 관찰노트를 작성하였으며, 모든 면담 내용과 멘토링의 전 과정을 녹음하여 지속적 비교 방법을 통해 분석하였다. 연구 결과, 멘토링을 통한 코티칭 전략이 초임 교사들의 PCK 향상에 효과적이었다. 또한, 코티칭과 멘토링의 결합이 긍정적인 상승효과를 일으킬 수 있는 것으로 나타났다. 즉, 멘토링을 통해 관련 지식을 습득하고 코티칭 과정에서 이를 효과적으로 구체화·정교화하였다. 또한, 멘토 및 멘티교사들 간의 지속적이고 생산적인 상호작용을 통해 반성적 사고가 촉진되었다.
교사들은 과학영재학생의 다양한 인지적·정의적 특성 계발에 중점을 둔 심화학습 중심의 교육과정 구성에 대한 인식이 높아졌고 수업이 속진학습으로 치우치지 않도록 지속적으로 점검하는 등 확고한 실천적 지식을 갖게 되었다. 과학영재학생의 다양한 특성에 대한 지식이 향상되었고, 과학영재 수업구성 전략, 수업 참여 촉진 전략, 과학적 창의성 신장 전략, 교수·학습 자료 제작 전략에 대한 실천적 지식에 긍정적인 변화가 있었다. 또한, 평가의 의미와 중요성을 인식하여 발표, 질의응답, 순회지도 등을 통해 적극적으로 평가를 실행함으로써 과학영재교육 평가의 영역과 방법에 대한 실천적 지식에 향상이 있었으며, 효과적인 탐구학습 지도를 위해 필요한 과학내용지식 측면에도 실질적인 향상이 있었다.