탐구는 과학교육에서 매우 중요한 의미를 가지며 교육과정에서도 중요한 목표로 강조되고 있고 초중고의 과학 교과서 또한 탐구 중심으로 구성되어 있다. 하지만 학생들은 여전히 탐구에 대해 잘 모르거나 어렵다고 하며 교사들은 탐구를 지도하는데 있어 어려움을 호소하고 있다. 특히 학교에서 이루어지는 탐구의 기반이 되는 교과서의 탐구 활동이 갖는 여러 가지 문제점들이 드러났지만 교사 스스로 교과서 탐구의 문제점을 파악하고 재구성하여 지도할 수 있는 역량이 부족하고, 실험 연수도 이러한 문제를 해결하거나 탐구 지도 역량을 키우는데 효과적이지 못한 것이 현실이다.
이에 본 연구에서는 교과서 탐구 분석 및 문제점 파악을 바탕으로 과학사적 배경 탐색, 이론 분석 및 정교한 실험 수행 및 분석을 통하여 교과서 탐구의 개선 방안을 제안하고 이것을 적용하여 과학 교사의 물리 탐구 지도 역량 강화를 위한 교사 연수 프로그램을 제시하고자 한다. 먼저 선행 연구인 과학 교사들이 교과서의 물리 탐구 지도에서 겪는 어려움 분석 결과를 중심으로 개선을 위한 다섯 개의 물리 실험을 선택하였다. 다섯 개의 실험은 직선 도선에 흐르는 전류에 의한 자기장, 전압과 전류의 관계, 탄성력의 크기 측정, 물결파의 반사와 굴절, 정상파와 기주공명이며 각각의 실험에 대해 과학사적 배경 탐색, 실험 결과에 적용 가능한 형태로의 이론 분석, 정교한 실험 수행과 교과서 분석 및 문제점 파악의 과정을 수행하였다. 이를 바탕으로 교과서 탐구의 개선 방안과 교과서 개선 사례를 제시하였다. 직선 도선에 흐르는 전류에 의한 자기장 실험은 과학사와 정교한 실험을 중심으로 개선안을 제시하였고. 전압과 전류의 관계 실험도 과학사와 정교한 실험 결과를 중심으로 개선안을 제시하였다. 탄성력의 크기 측정 실험은 과학사와 이론 분석을 중심으로, 물결파의 반사와 굴절 실험은 이론 분석과 정교한 실험 수행 관점에서 개선안을 찾아 제시하였으며 마지막으로 정상파와 기주공명 실험은 이론 분석 측면에서 교과서 개선의 필요성 및 개선 방안을 제시하였다.
연구 결과를 바탕으로 교과서 개선 과정의 경험을 통해 교사의 탐구 지도 역량을 강화할 수 있는 교사 연수 프로그램을 제안하였다. 연수 프로그램 제안에 앞서 연수 프로그램의 설계에 필요한 4가지 설계 방향(교과서 탐구에 대한 분석 및 문제점 파악 가능한 구성, 과학사적 배경에 대한 이해가 가능한 구성, 실험 내용의 이론적 배경에 대한 정확한 이해가 이루어질 수 있는 과정, 다양한 변인을 고려한 정교한 실험을 경험할 수 있는 구성)을 제시했다. 그리고 설계 방향을 반영하여 5단계(나의 문제점 인식 및 공유와 교과서 비교 및 분석, 과학사적 배경 탐색, 물리 이론 분석, 정교한 실험 수행, 실험 개선 및 최종 확정)의 교사 연수 프로그램을 제안하였다.
교과서의 탐구는 다양한 제한 요인으로 현재와 같은 모습이지만, 선택한 다섯 개의 실험 모두에서 개선의 필요성을 찾을 수 있었다. 이것은 본 연구에서 선택한 실험 이외의 교과서 탐구에도 해당된다고 볼 수 있으며 이러한 개선 대상들이 교사의 탐구 지도에 있어 어려움을 갖게 하는 주요 원인이라고 판단하였다. 교사는 이와 같은 어려움 해결과 효과적인 탐구 지도를 위해 교과서 탐구의 문제점을 파악하고 개선할 수 있는 능력이 필요하다. 이에 본 연구에서 제안한 교과서 개선 사례와 교사 연수 프로그램은 교과서 탐구에 대한 다양한 측면에서의 분석을 통해 교과서 탐구를 개선하여 지도할 수 있는 능력을 기를 수 있고 최종적으로 탐구 지도 역량 강화를 통해 자아 효능감을 향상시켜 효과적인 탐구 지도가 이루어지는데 기여할 것이다.