과학교사에게는 높은 수업 전문성이 요구된다. 과학교사가 수업 전문성을 발휘하기 위해서는 교과내용지식(Subject Matter Knowledge, SMK)과 교수내용지식(Pedagogical Content Knowledge, PCK)을 갖추어야 한다. 자연 현상에 대한 설명으로 이루어진 과학 교과의 특성상 교사들이 SMK를 제대로 갖추지 못할 경우 실험결과와 이론을 연결하고, 학생들의 오개념을 바로잡으며, 학생들의 다양한 질문에 적절하게 대처하는 데 어려움을 느낄 수 있다. 한편, Shulman[2]이 처음으로 제시한 PCK는 과학자와 과학교육자를 구별하는 지식으로 과학교사 전문성을 평가하는 중요한 기준이며, 교사가 갖추어야 할 실천적 지식이다. 높은 수준의 PCK를 지닌 교사는 과학 개념을 설명하기 위해 다양한 교수법을 사용하며, 과학교수에 대한 태도도 긍정적이므로 교사교육연구에서는 PCK를 강조한다.

하지만 중학교 과학교사들은 과학교과 내의 타전공 영역에 대한 이해 부족으로 타전공 영역을 수업하는 데에 있어 어려움을 겪고 있다. 사범대학의 과학교육계 학과와 중등 과학교사 임용은 물리, 화학, 생물, 지구과학의 각 전공으로 나누어지는 반면, 고등학교와 달리 중학교의 과학 교과는 하나의 과목으로 통합되어 있을 뿐만 아니라 과학교사 발령은 전공에 상관없이 과학 분야이면 자동적으로 이루어지기도 한다. 그 결과 중학교 과학교사들은 자신의 세부전공을 넘어 타전공 과학 영역도 함께 지도하거나 심지어 타전공 과학 영역만 지도하게 되는 일이 발생하기도 한다. 이는 중학교 과학교사들로 하여금 타전공 영역을 수업할 때 어려움을 느끼게 한다.

이를 개선하기 위해 과학교사의 전문성 신장을 위해 다양한 노력이 이루어지고 있지만 실제적인 도움이 되는지는 의문이다. 사범대 과학교사 양성과정에서는 ‘통합(공통)과학’ 영역을 복수전공하면 ‘통합(공통)과학’ 전공의 교사 자격증을 받을 수 있는 기회를 제공하여 과학교육과 학생들이 타전공 영역 수업을 위한 SMK와 PCK를 갖출 수 있도록 하고 있지만 이는 개인의 선택일 뿐 필수 과정은 아니다. 교사로 임용된 후 과학교사들의 타전공 영역 수업을 위한 교사 연수가 이루어지지만 업무 과다로 인한 부담으로 연수에 참여하지 못하거나 교사가 가르치고 있는 학년과 무관한 내용으로 연수가 이루어지는 경우가 많아 교사 연수만으로는 여전히 타전공 영역 수업과 관련된 어려움 해결이나 전문성을 신장하는 데 한계를 갖는다[3].

전공하지 않은 영역을 수업해야 한다는 것은 중학교 과학교사의 타전공 영역 수업에 대한 부담감으로 직결된다[4, 5]. 특히 그들은 물리 영역 수업에 더 불안을 느낀다는 보고가 있는데 초임교사의 42%가 물리 영역을 가르칠 때 가장 높은 불안을 느낀다거나[6], 생물, 지구과학 전공 교사가 물리 영역 수업을 더 어려워한다는 연구 결과가 그것이다[4].

하지만 이러한 연구들은 중학교 과학교사의 과학 영역에 따른 교수 불안의 정도를 단편적으로 비교하거나 특정 단원이나 개념과 관련된 내용 지식이 부족하다는 것을 드러내는 것에 그치고 있다. 리커트 척도를 이용하여 중학교 과학교사가 타전공 영역 수업에 부정적 태도를 가진다는 현상에 초점을 두거나[4, 7], 타전공 과학교사가 ‘빛과 파동, 힘과 운동’과 같은 단원을 가르치는데 필요한 내용 지식 전문성이 부족함을 보여주거나[8, 9], 그들이 물리 영역을 가르칠 때 어려워하는 개념이 무엇인지를 밝힌 연구[10] 등은 물리 영역을 수업할 때 타전공 교사들이 겪는 어려움이 구체적으로 어떻게 다른지를 보여주지 못하는 한계가 있다. 이들 연구는 타전공 과학교사들이 물리 영역을 가르칠 때 교사의 전공 분야에 따라 어려움이 다를 수 있다는 것은 배제한 채 주로 내용 지식의 부족함에 초점을 맞추고 있기 때문이다. 따라서 타전공 중학교 과학교사가 물리 영역을 수업할 때 겪는 어려움과 이러한 어려움을 유발하는 요인은 무엇인지를 심도 있게 탐색할 필요가 있다.

본 연구는 물리 전공이 아닌 중학교 과학교사들을 대상으로 물리 영역을 가르칠 때 겪는 어려움을 개방형 설문조사를 통해 알아보고 소수의 교사들을 대상으로 심층면담을 실시하여 어려움을 유발하는 요인과 이에 영향을 주는 것은 무엇인지를 탐색하고자 한다. 이를 통해 타전공 과학교사들의 물리수업 전문성 신장과 과학교사교육 측면에서의 시사점을 찾는 것을 목적으로 한다. 이에 따른 연구 문제는 다음과 같다.

1. 물리 전공이 아닌 중학교 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때의 어려움은 무엇인가?

2. 이들이 물리 영역을 가르칠 때 어려움을 일으키는 요인은 무엇이며, 이는 전공별로 어떻게 다른가?

1. 연구 참여자

이 연구는 물리 전공이 아닌 중학교 과학교사들 중에서 물리 영역 수업 경험이 1년 이상 되는 교사를 연구 참여자로 선정하기 위해서 온라인 과학교사학습공동체 게시판에 모집 공고를 올려 연구 참여자를 모집하였다. 그 결과 화학 전공 교사 15명, 생물학 전공 교사 14명, 지구과학 전공 교사 7명이 연구 참여 의사를 밝혀 총 36명의 연구 참여자를 모집하였다. 연구 참여자들에게는 다시 한번 연구 목적과 참여 과정을 충분히 설명하고 연구 참여 동의를 얻었다.

36명의 연구 참여자를 대상으로 1차적으로 설문조사를 실시하였으며 이들 중 7명의 교사를 대상으로 2차적으로 심층면담을 진행하였다. 심층면담 대상 교사를 선정할 때의 기준은 다음과 같았다. 첫째, 설문조사를 실시할 때 추후 심층면담에 동의한 연구 참여자를 대상으로 하였다. 둘째, 설문조사 답변 내용을 바탕으로 심층면담을 실시하기 때문에 설문조사 결과 물리 영역 수업의 어려움과 이를 극복하기 위해 어떤 노력을 하였는지 자신의 경험을 비교적 자세히 기술한 교사를 우선 순위로 두었다. 셋째, 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때 어려움을 일으키는 요인이 전공별로 어떻게 다른지 알아보기 위하여 전공별 균형을 고려하였다. 넷째, 교사의 교직 경력 또한 어려움을 일으키는 요인에 영향을 줄 것이라 판단하여 경력에 따라 면담 대상자를 선정하고자 하였다. 하지만, 심층면담에 동의한 화학 전공 교사 중 설문조사에서 자신의 경험을 자세히 기술한 6년 이상의 교사가 없었으므로 자신의 경험을 자세히 기술한 5년 이하의 교직 경력을 가진 화학 전공 교사를 심층 면담 대상자로 선정하였다. 심층 면담 대상자의 정보는 Table 1과 같으며 참여 교사의 교직 경력은 심층 면담을 실시한 2023년을 기준으로 한 것이다.

Table 1 Interview participants’ information.

Participants	Gender	Teaching Career Year	Undergraduate Major	Master’s Degree
C1	M	2	Chemistry
C2	F	4	Chemistry Education, General Science Education
B1	F	5	Biology Education
B2	F	20	Biology Education	Biology Education
B3	M	21	Environment Education, General Science Education	Biology Education
E1	M	1	Earth Science Education
E2	F	11	Earth Science Education

C1 교사는 비사범계 화학과를 졸업하였으며, 기간제 교사로 2년간 근무한 경력을 가지고 있다. C2 교사는 4년 동안 중학교에서 근무한 후 대학원 화학교육과 석사 학위과정에 재학 중이라 휴직한 상태였다. 마찬가지로 대학원 생물교육과 석사 학위과정에 재학 중인 B1 교사는 고등학생 때 물리를 선택하여 공부한 적이 없었다. B2 교사는 여러 학교에서 짧은 기간 동안 시간제 강사로 근무하는 것을 반복하였기 때문에 교육경력에 비해 교원연수 참여나 다른 동료 교사들과 협력하여 수업을 실행한 경험이 적었다. B3 교사는 환경교육과를 졸업하고 환경교사로 5년 동안 근무하였으나 공통과학 교원자격증을 가지고 있었기 때문에 과학교사로 전과하여 공통과학을 가르쳤다. 이후 대학원에서 생물교육학 석사 학위를 취득하여 생물 전공 교사와 같은 전문성을 가지고 있다고 할 수 있다. E1 교사는 지구과학을 전공한 교육 경력이 1년 정도 된 초임교사라 교원연수 참여나 다른 동료 교사들과 협력하여 수업을 실행한 경험이 없었다. E2 교사는 대학에서 지구과학을 전공하고 지금은 대학원에서 지구과학교육 석사 학위과정을 공부하고 있으며, B1 교사와 마찬가지로 고등학생 때 물리를 선택하여 공부한 경험이 없었다.

2. 자료 수집

설문지는 교사들이 물리 영역을 지도하면서 겪었던 어려움을 자유롭게 기술할 수 있도록 개방형 문항으로 구성하였다. 설문지 문항은 결정적 사건 기법을 이용하여 교사가 물리 영역 단원 수업 중 가장 가르치기 어려웠던 경험을 상기할 수 있도록 하나의 성취기준을 골라 어려움 사례, 수업 개선 경험, 수업에 필요한 지원을 작성하도록 구성하였다. 또한 심층면담 대상자를 선정하는 데 기준을 삼기 위하여 또다른 어려움 사례가 있는지 여부를 묻는 문항으로 구성하였다. 마지막으로 설문지에 추후 심층면담 동의 여부에 대한 항목을 추가하여 심층면담에 대한 동의 여부를 조사하였다. 구체적인 설문지 문항은 Table 2와 같다.

Table 2 Survey questions about the difficulties and responses in teaching physics units.

Category	Questions
Difficulty Case	1. Which part of the physics units do you feel most difficult to teach? (Select achievement criteria)
	2. Regarding the achievement criteria written in question 1, what kinds of difficulty did you experience in the following three stages of class progress (class preparation, during class, and after class)?
Class Improvement experience	3-1. When you re-did the class described in question 2, what did you try to overcome the difficulties you experienced in the previous class? What were the good and bad things about that time?
	3-2. When you re-did the class described in question 2 and still found it difficult to overcome the difficulties, what was the difficulty?
Support needed for class	4. What kind of help do you need to overcome the difficulties you described in question 2?
Other cases	5. In addition to this, if you have any other cases in which you experienced difficulties when teaching the physics units, please write down the achievement criteria as they appear.

Table 2에서 어려움을 사례를 묻는 문항에서는 어려움을 구체적으로 작성할 수 있도록 가장 가르치기 어려웠던 수업의 성취기준을 하나 고른 후 해당 수업을 하기 전, 중, 후에 어떤 어려움을 겪는지를 자유롭게 서술하는 문항으로 구성하였다. 수업 개선 경험을 묻는 문항에서는 앞에서 서술했던 수업을 개선한 경험이 있는 경우와 개선하지 못한 경우를 고려하여 개선한 경험이 있다면 어떻게 개선했으며 그때 좋았던 점과 아쉬웠던 점은 무엇이었는지, 개선하지 못했다면 어떤 어려움 때문이었는지를 작성하도록 하여 또다른 어려움을 수집하고자 하였다. 수업에 필요한 지원에서는 어려움을 극복하기 위해 어떤 도움이 필요한지를 물음으로써 물리 영역 수업에서의 어려움을 더욱 구체적으로 파악하고자 하였다.

설문조사 결과를 바탕으로 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때 경험한 어려움을 일으키는 요인과 이에 영향을 미치는 것이 무엇인지를 자세하게 파악하기 위해 7명의 교사를 대상으로 2023년 5월부터 7월까지 개별 심층 면담을 1인당 약 1시간 30분 동안 실시하였다. 설문조사 답변 내용을 바탕으로 개별 심층면담을 위한 기초 질문을 작성하였다. 주로 타전공 교사가 물리 영역을 가르칠 때 경험한 다양한 어려움 사례, 어려움의 요인, 물리학의 특성에 대한 인식 등을 묻는 질문으로 구성하였으며 면담 대상자에게 면담 질문을 사전 제공하여 답변을 생각할 시간을 제공하였다. 심층 면담은 반구조화된 면담으로 진행되었기 때문에 연구 참여자가 개방적인 방식으로 응답할 수 있도록 하였으며 연구 참여자의 반응에 따라 질문을 수정하거나 추가하며 면담을 진행하였다.

면담은 연구 참여자가 원하는 장소와 시간을 정하여 기본적으로 대면으로 실시하였으나 대면으로 면담 진행이 어려운 상황에서는 비대면 방식으로 실시되었다. 면담 내용은 녹음기를 사용하여 녹음하였으며 모두 전사하여 분석에 활용되었다.

3. 분석 방법

타전공 과학교사들이 물리 영역을 가르칠 때의 어려움과 어려움을 유발하는 요인을 분석하기 위해 설문조사 내용, 심층 면담 내용을 바탕으로 다음과 같은 과정으로 분석하였다.

먼저 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때의 어려움이 무엇인지 알아보기 위해서 설문조사 내용을 바탕으로 어려움을 유형화하였다. 설문조사 결과에 따르면 타전공 중학교 과학교사들이 물리 영역을 가르칠 때 겪는 어려움은 141개로 추출되었으며, 고장난 실험기구와 같이 시설, 기자재와 관련된 3개의 어려움을 제외한 138개의 어려움이 물리 내용 자체 또는 물리 내용을 가르치는 방법에 대한 것이었다.

물리 내용과 물리 내용을 가르치는 방법에 관한 어려움은 교사가 가진 전문성, 즉 교사의 전문 지식과 관련이 있는 어려움이므로 이를 유형화하여 분석하고자 과학교육 연구에서 교사의 전문성을 분석하기 위해 사용하는 렌즈인 PCK 모델을 이용하였다. 먼저 물리 내용을 가르치는 방법에 관한 어려움은 Magnusson et al.[11]이 제안한 교수내용지식(Pedagogical Content Knowledge, PCK) 모델을 이용하여 분석하였다. 하지만 이 모델은 PCK 구성 요소로 ‘과학교수 지향, 과학교육과정에 대한 지식, 학생에 대한 지식, 과학교수전략에 대한 지식, 과학학습 평가에 대한 지식’만을 제시하고 ‘과학내용에 관한 지식’은 명시적으로 제시하고 있지 않다. 이는 교사의 과학 PCK 안에 과학내용에 관한 지식이 필수적으로 내재되어 있다고 보기 때문이다. 이 때문에 이들이 제안한 PCK 모형만으로는 설문조사를 통해 수집된 타전공 과학교사들의 어려움을 모두 유형화하는 데 한계가 있다고 판단하여 물리 내용과 관련된 어려움은 Park et al.[12]가 제안한 이론과 실행의 연계를 강조한 PCK 모델을 활용하였다. 이 모델은 이론과 실행의 관계 속에서 이론에 대해 논의할 때 교육학 이론뿐 아니라 교과 내용 지식도 중요하다는 점을 인식하여 교사의 SMK(Subject Matter Knowledge)와 PCK가 실행으로 구현되기 위한 조건을 제안한 모델이다[12]. 이 모델은 교사의 풍부한 SMK가 교사 전문성의 주요 전제 조건 중 하나이며 과학교사가 어떤 SMK를 얼마나 알고 있어야 하는가를 교사가 당연히 알고 있어야 하는 ‘교육과정 지식’(Knowledge In Curriculum, KIC)과 교육과정을 벗어나는 상위 수준의 지식이지만 교사가 알 필요가 있는 ‘교육과정 이상의 지식’(Knowledge Beyond Curriculum, KBC)으로 나누어 제시하고 있어 설문조사를 통해 수집된 타전공 과학교사의 어려움 중 물리 내용과 관련된 어려움을 유형화하는데 적합할 것이라고 판단하였다.

이 두 가지 모델을 토대로 어려움을 유형화하는 데 사용한 분석틀을 정리하면 Table 3과 같다. Table 3에서 SMK의 하위 요소인 ‘교육과정 지식’(KIC)과 PCK의 하위 요소인 ‘교육과정에 대한 지식’은 모두 ‘교육과정 지식’으로 혼동될 수 있으므로 본 논문에서는 ‘교육과정 지식’(KIC) 대신 ‘교육과정 안 지식’(KIC)의 용어를 사용하였다.

Table 3 Framework of difficulties categorization.

Major Category	Middle Category	Description
SMK	Knowledge In Curriculum (KIC)	Knowledge that is explicitly presented in the curriculum and must be taught to students
	Knowledge Beyond Curriculum (KBC)	High-level knowledge that is outside the curriculum, but knowledge that teachers need to know
PCK	Knowledge of Science Curriculum	Knowledge of goals and objectives including horizontal and vertical curriculum, and knowledge of curriculum programs or materials
	Knowledge of Students’ Understanding of Science	Knowledge about what students know about topic and areas of likely difficulty
	Knowledge of Instructional Strategies	Knowledge of representations and activities to help students comprehend specific science concepts
	Knowledge of Assessment in Science	Knowledge of the dimensions of science learning important to assess, and knowledge of the methods by which that learning can be assessed

이후 분석틀을 활용하여 SMK와 PCK로 유형화한 어려움을 좀 더 면밀히 살펴보기 위해 이를 물리 단원별, 연구 참여자의 세부 전공별로 나누어 그 빈도수를 비교 분석하였다. 이를 통해 타전공 과학교사들의 SMK, PCK 관련 어려움이 단원별로 차이가 있는지, SMK, PCK와 관련된 어려움은 교사들의 세부 전공에 따라 차이가 있는지를 비교 분석하고자 하였다.

마지막으로 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때 어려움을 일으키는 요인과 이에 영향을 미치는 것이 무엇인지를 알아보기 위해 심층 면담 자료를 분석하였다. 면담은 물리 영역을 가르칠 때 교사가 경험한 어려움의 구체적인 사례를 중심으로 이루어진 만큼 자연스럽게 다수의 교사들이 주로 어려움을 겪었던 단원(전기와 자기)과 관련된 내용이 수집되었으며 이를 주요한 연구 자료로 보고 이 자료를 중심으로 분석하였다. 따라서 면담에 참여한 교사들이 ‘전기와 자기’ 단원을 가르치면서 경험한 어려움과 이러한 어려움을 일으키는 요인은 무엇인가를 찾고자 하였으며, 특히 ‘전기와 자기’ 단원을 가르치면 겪었던 어려움이 이들이 가지고 있는 물리학의 특성에 대한 인식, 그리고 이들의 세부 전공과 어떻게 맞물려 어려움의 요인으로 작동하는지를 찾고자 하였다.

예를 들면 설문조사에서 ‘전하’의 개념을 이해하기 어려웠다고 응답했던 교사에게 심층면담에서 그 이유를 물어본 결과 “전하의 정의를 찾아보았지만 전하가 성질인지 입자인지 그 속성을 알 수 없어 전하의 개념을 이해하기 어려웠다.”고 응답하여 ‘추상적인 개념으로 인해 발생하는 어려움’으로 코딩하였다. 또 다른 예로 ‘전기가 흐르는 과정’을 설명하기 어려웠다고 응답했던 교사에게 심층면담에서 그 이유를 물어본 결과 “그림으로 구현할 수가 없어 전기가 흐르는 과정을 설명하기 어려웠다.”고 응답하여 이 또한 ‘추상적인 개념으로 인해 발생하는 어려움’으로 코딩하였다. 그리하여 설문조사 응답을 통해 유형화한 ‘개념 이해’의 어려움과 ‘개념 설명’의 어려움의 요인을 ‘추상적 개념’이라고 범주화하였다. 이러한 방법으로 비슷한 어려움을 묶고 이를 설명할 수 있는 단어들로 범주화하는 방법을 수차례 반복하면서 어려움의 요인을 밝히고자 하였다. 도출된 세 가지 범주는 과학교육 전공 연구자들과의 지속적 논의를 통해서 정리되었으며 과학교육 전문가의 검토를 거쳐 타당도와 신뢰도를 확보하고자 하였다.

1. 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때의 어려움

1.1. SMK와 PCK 관련 어려움

설문조사를 통해 수집된 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때 겪는 어려움은 실험 도구, 기자재 등과 관련된 것을 제외하고 총 138개였다. 이를 Magnusson et al.[11]과 Park et al.[12]의 PCK 모델로 분석한 결과 물리 내용 지식(SMK)이 부족하다고 인식하여 느끼는 어려움 44개와 물리 내용을 이해하고 있어도 학생들을 가르치는 것(PCK)과 관련해서 느끼는 어려움 94개로 나눌 수 있었다. SMK와 관련된 어려움은 다시 ‘교육과정 안 지식’(KIC) 부족으로 인한 어려움과 ‘교육과정 이상의 지식’(KBC) 부족으로 인한 어려움으로 나뉘었다. PCK 관련 어려움은 ‘과학교육과정 지식’과 ‘과학교수전략 지식’의 부족으로 인한 어려움이 있었으며 다른 PCK 구성 요소와 관련된 어려움은 나타나지 않았다.

SMK와 PCK 관련 어려움은 13가지의 하위 범주로 나눌 수 있었다. 먼저 SMK와 관련하여 살펴보면 KBC 관련 어려움(26개)이 KIC 관련 어려움(18개)보다 많았다. KBC 관련 어려움은 학생이 과학 원리의 중간 과정을 묻을 때, 법칙이 성립하는 이유를 물을 때와 같이 교육과정의 범위를 넘어서는 ‘과학 원리 관련 질문’에 적절하게 대처하지 못하여 겪게 되는 어려움이 대표적이며, KIC 관련 어려움은 모호한 용어의 정의나 미묘하게 와 닿지 않는 개념을 이해하는 것이 어려운 ‘개념 이해’ 어려움이 대부분이었다. PCK 관련하여서는 ‘과학교수전략 지식’이 부족하여 겪는 어려움(84개)이 ‘과학교육과정 지식’ 부족으로 인해 겪는 어려움(10개)보다 월등히 많았다. ‘과학교수전략 지식’ 관련 어려움은 추상적인 개념과 비유나 모형의 한계를 적절하게 설명하는 방식이나 전략을 찾지 못하여 겪는 ‘개념 설명’ 어려움이 가장 많았으며 뒤이어 ‘정성적 설명’, ‘활동 중심 수업’ 전략 등에 있어서 어려움을 겪는 것으로 나타났다. ‘과학교육과정 지식’ 관련 어려움은 상위 개념을 도입하면 설명이 수월하지만 그렇게 하지 못하고 교과서 순서에 따라 설명하는 데서 오는 어려움과 가르치는 내용의 차시간, 단원간 연결을 매끄럽게 하지 못하는 데서 겪는 어려움이 있었다.

Table 4는 위 내용을 종합하여 물리 전공이 아닌 중학교 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때 경험한 SMK와 PCK에 관한 어려움과 어려움의 빈도를 정리한 표이다.

Table 4 Difficulties of teachers with non-physics major in teaching physics units.

Features of Difficulty	Difficulty (Number)	Middle Category (Number)	Major Category (Number)
· Understanding ambiguous definitions of terms · Understanding concepts that are awkward when used in sentences	Understanding concepts (13)	Knowledge In Curriculum (KIC) (18)	SMK (44)
· Solving problems that cannot be solved by simple memorization · Inserting preconditions that do not result in an error in the examination	Solving and making Problems (5)
· Answering questions about intermediate steps · Responding to questions asking why laws are established	Answering principle questions (18)	Knowledge Beyond Curriculum (KBC) (26)
· Explaining experimental results different from theory · Applying real-life phenomena that cannot be explained by theory	Applying to phenomenon (8)
· Explaining concepts that can only be explained by bringing in higher-level concepts	Explaining according to textbook order (6)	Knowledge of Science Curriculum (10)	PCK (94)
· Connecting with previous lessons · Connecting with other units	Connecting between concepts (4)
· Explaining concepts that cannot be expressed through pictures · Explaining limitations of analogies and models	Explaining concepts (26)	Knowledge of Instructional Strategies (84)
· Explaining laws without formulas	Explaining qualitatively (18)
· Finding activities that attract students’ interest · Preparing experimental equipment	Managing activity-oriented classes (12)
· Answering questions beyond curriculum · Answering questions below curriculum	Answering questions outside the curriculum (11)
· Correcting misconceptions resulting from everyday experiences	Correcting Misconceptions (8)
· Explaining how to draw graph · Explaining how to interpret graph	Explaining graph (5)
· Explaining real-life uses of what they have learned	Giving real-life examples (4)

Table 4에 따르면 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때의 어려움은 SMK에 관한 어려움보다 PCK에 관한 어려움이 더 많았으며, 특히 과학교수전략 지식과 관련된 어려움이 많이 나타났다. 이는 타전공 과학교사가 물리 영역 내용을 이해해도 물리 내용을 어려워하는 학생들을 위해서 적절한 비유나 모델을 사용하거나, 수식을 사용하지 않고 학생들이 이해하기 쉽게 설명하거나, 학생들의 관심과 흥미를 끌 수 있는 적절한 활동을 제시하는 등의 PCK가 부족하다고 느끼기 때문인 것으로 분석된다.

1.2. 단원별, 전공별 어려움

Figure 1은 설문조사 결과를 바탕으로 SMK와 PCK에 관한 어려움 사례 수를 단원별로 나타낸 결과이다. 분석 결과 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때 가장 많은 어려움을 경험하는 단원은 ‘전기와 자기’였으며, 해당 단원은 SMK와 PCK 모두에서 교사가 가장 많은 어려움을 경험하는 것으로 나타났다.

Figure 1. (Color online) Number of difficult cases related to SMK and PCK by unit.

Table 5는 물리 영역을 가르칠 때 교사가 경험하는 어려움의 빈도를 단원별로 정리한 표이다. ‘전기와 자기’ 단원에서 교사들은 SMK과 관련해서 ‘개념 이해’, ‘문제 풀이 및 출제’, ‘원리 질문 대처’의 어려움을, PCK와 관련해서는 ‘개념 간 연결’, ‘개념 설명’, ‘정성적 설명’, ‘활동 중심 수업 운영’, ‘교육과정 밖 질문 대처’의 어려움을 다른 단원에 비해 상대적으로 많이 겪는 것으로 나타났다.

Table 5 Difficulties of teachers with non-physics major in teaching physics units: analysis by unit.

Major Category	Middle Category	Difficulty	Several forces	Light and wave	Electricity and magnetism	Heat and our lives	Motion and energy	Energy transition and conservation	Total
SMK	Knowledge In Curriculum (KIC)	Understanding concepts	-	1	8	-	1	3	13
		Solving and making problems	-	-	4	-	-	1	5
	Knowledge Beyond Curriculum (KBC)	Answering principle questions	4	2	8	1	1	2	18
		Applying to phenomena	-	1	2	1	1	3	8
PCK	Knowledge of Science Curriculum	Explaining according to textbook order	4	-	-	-	2	-	6
		Connecting between concepts	-	-	2	-	-	2	4
	Knowledge of Instructional Strategies	Explaining concepts	2	3	16	4	1	-	26
		Explaining qualitatively	2	3	6	1	5	1	18
		Managing activity-oriented classes	1	3	4	2	1	1	12
		Answering questions outside the curriculum	4	-	5	-	1	1	11
		Correcting Misconceptions	3	-	-	1	4	-	8
		Explaining graph	-	-	-	2	3	-	5
		Giving real-life examples	-	1	2	1	-	-	4

Figure 2는 설문조사 결과를 바탕으로 SMK와 PCK에 대해 교사 1인당 어려움 사례 수를 전공별로 나타낸 결과이다. 분석 결과 화학을 세부전공한 교사는 다른 전공의 과학교사보다 SMK와 PCK에 있어 1인당 어려움을 경험한 사례 수가 모두 적었는데, 특히 SMK에 관한 어려움 사례 수가 적었다. 이는 물리학이 본인의 세부전공과 관련된 부분이 적어 생물, 지구과학 전공 교사가 물리 영역을 가장 어려워한다는 Kim[4]의 결과와 일치한다.

Figure 2. (Color online) Number of difficult cases related to SMK and PCK per person by major.

Table 6은 물리 영역을 가르칠 때 교사가 경험하는 어려움의 빈도를 전공별로 정리한 표이다. 특히 SMK에 관한 어려움 중 화학 전공 교사는 ‘개념 이해’, ‘원리 질문 대처’에서 다른 전공 과학교사에 비해 두드러지게 낮은 빈도를 보였다. 또한 PCK에 관한 어려움 중에서는 ‘활동 중심 수업 운영’의 어려움이 비교적 낮게 나타났다.

Table 6 Difficulties of teachers with non-physics major in teaching physics units: analysis by major.

Major Category	Middle Category	Difficulty	Chemistry (Number per teacher)	Biology (Number per teacher)	Earth Science (Number per teacher)	Total (Number per teacher)
SMK	Knowledge In Curriculum (KIC)	Understanding concepts	1 (0.07)	7 (0.54)	5 (0.71)	13 (0.36)
		Solving and making problems	2 (0.13)	1 (0.07)	2 (0.29)	5 (0.14)
	Knowledge Beyond Curriculum (KBC)	Answering principle questions	4 (0.27)	8 (0.57)	6 (0.71)	18 (0.50)
		Applying to phenomena	3 (0.20)	3 (0.14)	3 (0.43)	8 (0.22)
PCK	Knowledge of Science Curriculum	Explaining according to textbook order	2 (0.13)	4 (0.29)	-	6 (0.17)
		Connecting between concepts	1 (0.07)	3 (0.21)	-	4 (0.11)
	Knowledge of Instructional Strategies	Explaining concepts	12 (0.80)	9 (0.64)	5 (0.71)	26 (0.72)
		Explaining qualitatively	5 (0.33)	11 (0.79)	2 (0.29)	18 (0.50)
		Managing activity-oriented classes	3 (0.20)	6 (0.43)	3 (0.43)	12 (0.33)
		Answering questions outside the curriculum	4 (0.27)	6 (0.43)	1 (0.14)	11 (0.31)
		Correcting Misconceptions	2 (0.13)	3 (0.21)	3 (0.43)	8 (0.22)
		Explaining graph	2 (0.13)	2 (0.14)	1 (0.14)	5 (0.14)
		Giving real-life examples	2 (0.13)	1 (0.07)	1 (0.14)	4 (0.11)

2. 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때 어려움을 일으키는 요인과 전공별 차이

심층면담 내용을 통해 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때 어려움을 일으키는 요인은 ‘추상적인 개념’, ‘수식으로 표현된 법칙’, ‘이상조건’으로 나타났다. 13가지로 유형화한 SMK와 PCK 관련 어려움 중 면담 참여자는 11가지의 어려움을 가지고 있었으므로 ‘오개념 교정’, ‘그래프 설명’의 어려움에 대한 요인은 찾지 못하였다. 면담 참여자가 경험한 어려움과 어려움을 일으키는 요인을 종합적으로 나타내면 Table 7과 같다.

Table 7 Difficulty factors of teachers with non-physics major in teaching physics units.

Difficulty	Interviewer	Factor
Understanding concepts	B1, E1, E2	Abstract concept
Explaining concepts	C1, C2, B1, B3, E1, E2
Answering principle questions	B1, B2, B3, E1, E2	Laws expressed in formulas
Explaining according to textbook order	C2
Connecting between concepts	C2, B1, B2, E1
Explaining qualitatively	C1, C2, B1, B2, E2
Answering questions outside the curriculum	C1, C2, B1, B3
Making problems	C2, B3	Idealized conditions
Applying to phenomena	C2, B1, B2, E1
Managing activity-oriented classes	B1, B2, B3, E1
Giving real-life examples	C1, C2, B1, B2, E2

이들이 가장 어려움을 많이 겪는 단원이 ‘전기와 자기’였으므로 ‘전기와 자기’ 단원을 중심으로 어려움의 요인을 찾았으며 그 요인이 크게 세 가지로 보여질 수 있었다. 그런데 어려움의 요인을 비슷하게 교사들이 인식하고 있으나 화학 전공 교사들만 가지고 있는 특징이 있었다.

① 대상을 실제로 볼 수도 없는데 그림으로 표현하기도 힘들어요 vs 물리 영역에서의 추상적인 개념은 익숙해요.

교사들은 ‘전기와 자기’ 단원이 어려운 이유로 전기가 흐르는 과정을 눈으로 볼 수 없기 때문이라고 이야기하였다.

전기와 같은 추상적 개념은 관념 속에서 존재하는 개념이라 그림으로 표현이 가능한 개념을 다루는 데 익숙한 타전공 과학교사들이 물리 영역을 가르칠 때 어려움을 발생시킨다. 추상적 개념을 이해하기 위해 교사들은 개념의 정의를 찾아보지만 ‘전기와 자기’ 단원에서 나오는 개념에 대한 정의를 교사들조차 이해하기 힘든 경우가 있는 것으로 나타났다. 아래는 개념 이해의 어려움에 대한 면담 자료이다.

전기가 흐르는 과정을 설명하는 데 있어 교사가 전류, 전압, 전하의 개념을 이해하는 것은 매우 중요하다[13]. 하지만 B1 교사는 전류, 전압, 전하와 같은 추상적인 개념의 정의에 혼동을 느껴 학생들에게 전기가 흐르는 과정을 설명하는 데 어려움을 느끼고 있었다.

반면 화학 전공 교사는 물리학에서 다루는 추상적인 개념이 화학에서 다루는 개념과 상통하는 부분이 있어 추상적인 물리 개념을 이해하는 것에 별다른 어려움을 느끼고 있지 않았다. 아래는 물리 개념의 이해에 대한 C1 교사의 면담 자료이다.

하지만 C1 교사는 화학 전공 지식을 기반으로 추상적인 물리 개념을 이해하다 보니 물리 영역에서 적절한 설명 방법인지에 대해 고민을 가지고 있었다. 그리하여 SMK에 관한 어려움 중 ‘개념 이해’에 비해 PCK에 관한 어려움 중 ‘개념 설명’의 어려움을 상대적으로 많이 겪고 있는 것으로 나타났다.

면담 결과 화학 전공 교사와 다른 타전공 교사 사이에는 추상적인 물리 개념에 대한 인식에 있어 중요한 차이가 존재했다. 추상적인 물리 개념을 낯설어 하는 B1 교사와 달리 C1 교사는 물리 개념이 화학 개념과 유사성이 있는 것으로 인식하여 추상적인 물리 개념을 다루는 것에 익숙하였다. 그리하여 SMK에 관한 어려움 중 ‘개념 이해’의 어려움에서 낮은 분포를 나타내는 것을 알 수 있다.

② 수식으로 표현된 법칙에 담긴 의미를 설명하기 힘들어요. vs 수식으로 표현된 법칙에 담긴 원리를 유기적으로 이해해요.

물리학은 자연현상을 양적으로 파악하고 자연법칙을 엄밀한 수학적 형식으로 표현함으로써 자연의 논리성을 현상의 인과적인 추이로서 기술한다[14]. 그러므로 물리학에서는 복잡한 자연현상의 원리와 법칙을 함축적인 물리식으로 표현하기 때문에 물리식에 담긴 다양한 의미를 이해하는 것이 중요하다[15].

하지만 타전공 과학교사들은 법칙이 물리식으로 표현되기까지의 과정에 대한 충분한 이해 없이 법칙을 선언하기 위한 도구로 물리식을 사용하고 있었다. 그리하여 수식 없이 물리 법칙의 의미를 설명하기 힘들어하였다. 이는 현재 수식이 많이 빠진 2015 개정 교육과정에서 더 명백하게 드러났다.

B1 교사 역시 합성저항을 구하는 공식에 숫자를 대입하는 방식으로 저항의 크기 변화를 설명하는 것에 익숙하여 교육과정에서 수식이 빠지게 되자 이를 설명하는 것에 곤란함을 느끼고 있었다. 또한 교사가 학생들의 질문에 대한 답을 알아도 교육과정 밖의 내용이라 대답하는 것에 곤란함을 느끼고 있었다. 이처럼 타전공 교사들은 물리식에 담긴 다양한 의미를 이해하지 못한 채 단편적으로 암기하여 PCK에 관한 어려움 중 ‘정성적 설명’, ‘교육과정 밖 질문 대처’에 어려움을 겪고 있었다.

또한, 물리식은 간단하게 표현되기 때문에 물리식에 담긴 의미를 이해하지 못할 경우 단편적으로 서술된 교과서의 흐름을 파악하는 것에도 어려움을 느낄 수 있다. 교과서는 한 차시당 한 개념만 설명하므로 물리학의 특성처럼 개념들이 유기적으로 연결되게 서술되어 있지 않다. 그러므로 교과 내용 전문성이 우수한 교사는 차시별 수업에 매몰되기보다는 각 차시가 대단원 속에서 어떻게 유기적으로 연결되는지에 대한 고민을 한다. 하지만 자신의 전공 영역이 아닐 경우 수업 차시들 간의 연계성을 파악하기가 더 어렵다[16]. 이를 E1 교사의 면담 내용을 통해 확인할 수 있었다.

E1 교사가 말한 전기와 자기의 연결은 물리학에서 핵심적인 위치를 차지한다. 이는 힘의 작용으로 물체의 운동 경로를 예측하였던 뉴턴의 역학적 관점의 한계가 드러나고 장의 개념이 도입된 계기가 되는 중요한 내용이다[13, 17]. 하지만 E1 교사는 전기와 자기 단원에 나오는 법칙들 간의 관계를 충분히 이해하지 못하여 전기와 자기를 유기적으로 연결 짓는 것에 어려움을 느끼고 있었다. 이는 타전공 교사가 교과서에 나오는 법칙을 단편적으로 이해할 경우 PCK에 관한 어려움 중 ‘개념 간 연결’의 어려움을 겪을 수 있다는 것을 의미한다.

물리식에 담긴 다양한 의미를 이해한다는 것은 물리 법칙뿐만 아니라 물리 법칙을 둘러싼 원리를 이해하는 것도 포함된다. 하지만 타전공 교사들은 교과서에 나오는 법칙을 단편적으로 이해하여 자연 현상의 원리와 관련된 질문에 답을 내리기 어려운 경우가 많다[10, 18, 19]. E2 교사 또한 SMK에 관한 어려움 중 ‘원리 질문 대처’의 어려움을 겪고 있었다.

이렇듯 물리 법칙은 대부분 수식으로 표현되어 있으므로 이를 단편적으로 암기한 타전공 과학교사는 물리식에 담긴 의미를 이해하기 힘들어하고 있었다. 특히 교사가 수식에 담긴 의미를 이해하지 못할 경우 SMK에 관한 어려움 중 ‘원리 질문 대처’의 어려움을, PCK에 관하여 ‘정성적 설명’, ‘개념 간 연결’, ‘교육과정 밖 질문 대처’의 어려움을 겪을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

반면 화학 전공 교사는 화학처럼 물리학 또한 원리 중심 학문이라 생각하여 물리 법칙을 단편적으로 암기하기보다는 수식에 담긴 의미를 유기적으로 이해하려는 경향이 있었다. 아래는 이와 관련된 C2의 면담자료이다.

C2 교사는 전자기력의 방향을 단편적으로 암기하지 않고 전자기력이 생기는 원리를 유기적으로 이해하였다. 그리하여 SMK에 관한 어려움 중 ‘원리 질문 대처’의 어려움을 상대적으로 덜 겪고 있었다.

하지만 C2 교사는 PCK에 관한 어려움 중 ‘교과서 순서에 따른 설명’의 어려움을 겪고 있었다. C2 교사는 자기장 속 도선이 왜 힘을 받는지 유기적으로 이해하여 학생들에게 알려주고자 하였지만 교육과정에서 다루지 않는다고 하여 이를 설명할 수 없었다.

면담 결과 화학 전공 교사와 다른 타전공 교사 사이에는 수식으로 표현된 법칙과 관련된 인식에 있어 중요한 차이가 존재했다. C2 교사는 물리학과 화학이 원리 중심 학문이라 유사성이 있다고 인식하고 있어 수식으로 표현된 법칙을 유기적으로 이해하고 있었다. 그리하여 SMK에 관한 어려움 중 ‘원리 질문 대처’의 어려움에서 낮은 분포를 나타내는 것을 알 수 있다.

③ 이상화된 상황을 가정하는 물리 개념과 실생활을 연결 짓기 힘들어요. vs 이상화 학습에 중요한 물리 실험은 재미있고 위험하지 않은 것 같아요.

과학을 배우는 이유는 자연에서 일어나는 현상을 이해하고 생활 속의 문제를 해결하기 위함이다. 학생들은 개념을 이해한 것에서 그치는 것이 아니라 배운 개념을 바탕으로 실생활에서 일어나는 현상을 설명하고 실생활의 문제를 해결할 수 있어야 한다. 하지만 과학적 개념들은 추상적이며 이상화된 상황을 전제로 한다. 그러므로 교사는 학생들의 문제 해결력을 높이기 위해 추상적 개념을 실생활의 맥락으로 연결시킬 수 있어야 한다[20, 21].

탐구는 이상적인 상황과 실생활의 맥락을 연결하기 때문에 중요한 위치를 갖는다. 하지만 예상치 못한 실험 결과와 학생들의 흥미를 이끌어내기에 역부족이라고 인식되는 교과서 속 실험은 교사들로 하여금 실험 수업에 대한 곤란도를 높인다.

B2 교사는 건전지를 사용하여 전압을 증가시킬 때는 내부저항 또한 증가한다는 사실을 알지 못하여 실험 결과를 활용하여 옴의 법칙을 설명하는 것에 어려움을 느끼고 있었다. Lee and Lee[22]의 연구 결과와 마찬가지로 타전공 과학교사들은 이상조건에 대한 이해가 부족하여 SMK에 관한 어려움 중 ‘현상 적용’의 어려움을 느끼고 있었다. 또한 B1 교사와 마찬가지로 타전공 과학교사들은 ‘전기와 자기’ 단원에 나오는 실험들이 성공하기 어렵거나 효과가 미미하여 학생들의 흥미를 이끌어내기에는 역부족이라고 인식하고 있었다. 그리하여 PCK에 관한 어려움 중 ‘활동 중심 수업 운영’의 어려움을 겪고 있었다.

이러한 현상은 결국 추상적 개념을 실생활과 연결 짓지 못하는 문제를 넘어 학생들로 하여금 이 내용을 왜 배워야 하는지의 문제로 귀결된다. 2015 개정 교육과정에서는 학습량을 감축하고 일상생활과 연계된 내용을 다루어 학생들의 문제 해결력을 높이고자 하였다. 하지만 연구 참여자들은 다른 단원에 비해 ‘전기와 자기’ 단원에서 일상생활과 연계된 내용이 부족하다고 인식하고 있었다. 아래는 PCK에 관한 어려움 중 ‘실생활 예시 들기’에 관한 B1 교사의 면담 내용이다.

이렇듯 물리 개념은 이상화된 상황을 가정하기 때문에 물리 실험이 실생활과 동떨어져 있다고 생각하거나 이론과 실험 결과의 불일치에 대한 이해가 부족한 과학교사는 SMK에 관해 ‘현상 적용’의 어려움을, PCK에 관해 ‘활동 중심 수업’ ‘실생활 예시 들기’의 어려움을 겪을 수 있는 것으로 나타났다.

C2 교사는 추상적인 개념을 이해하거나 수식으로 표현된 법칙을 이해하는 데 어려움이 덜한 반면 물리학에서 자주 쓰이는 이상조건을 잘 알지 못한다고 응답하였다. 그리하여 예상치 못한 실험 결과를 설명하는 것과 같은 SMK에 관한 어려움 중 ‘현상 적용’의 어려움을 겪고 있었다.

현상 적용의 어려움 외에도 물리학에서 자주 쓰이는 이상조건에 대한 이해 부족으로 C2 교사와의 심층면담에서 SMK와 관련된 ‘문제 출제’의 어려움도 나타났다.

평가 문제에서 이상조건이 정확히 제시되어 있지 않은 경우 민원제기가 생길 수 있기 때문에 이상조건을 이해하는 것은 매우 중요하다. 물리 교사들 또한 물리 평가 문항을 출제하거나 검토할 때 이상조건에 대해 특별히 주의를 기울인다[21]. 하지만 이상조건에 대한 이해가 부족한 타전공 교사에게 이상조건은 주의를 기울여도 교수불안을 일으키는 요소가 될 수 있음을 알 수 있었다.

반면 이상화 학습에 중요한 실험 수업을 운영하는 데는 다른 타전공 과학교사에 비해 어려움이 덜한 것으로 나타났다.

면담 결과 화학 전공교사와 다른 타전공 교사 사이에는 물리 실험에 대한 인식에 있어 중요한 차이가 존재했다. C2 교사는 물리 실험이 화학 실험보다 위험하지 않고 학생들의 흥미를 불러일으키기에 효과적이라 물리 실험에 대해 긍정적인 인식을 가지고 있었다. 따라서 PCK에 관한 어려움 중 ‘활동 중심 수업 운영’의 어려움이 낮게 나타나는 것을 알 수 있다.

본 연구의 목적은 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때의 어려움 정도가 교사마다 다를 수 있음을 가정하고 물리 영역을 가르칠 때의 어려움과 그 어려움을 일으키는 요인이 무엇인지를 심층적으로 탐색하는 것이었다. 이에 설문조사를 통해 수집된 어려움을 SMK와 PCK로 분류하고, 이를 다시 단원별, 전공별로 나누어 어떤 어려움의 특징이 있는지 분석하였다. 또한 심층면담을 통해 타전공 과학교사들이 어려워하는 전기와 자기 단원을 중심으로 전공별 어려움의 요인을 분석하였다.

설문조사 결과 물리 전공이 아닌 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때의 어려움은 주로 SMK와 PCK에 관한 것이었고 총 13가지로 분류되었다. 이때 SMK에 관한 어려움보다 PCK에 관한 어려움이 더 많이 나타났다. 타전공 과학교사는 ‘전기와 자기’ 단원에서 특히 많은 어려움을 겪고 있었으며, 화학 전공 교사에 비해 지구과학, 생물 전공 교사가 더욱 많은 어려움을 겪고 있었다. 이에 ‘전기와 자기’ 단원을 중심으로 심층면담 내용을 살펴본 결과 ‘전기와 자기’ 단원에 나오는 개념이 눈에 보이지 않아 그림으로 표현하기 어렵고, 법칙이 수식으로 표현되어 있어 의미를 이해하기 힘들며, 이상적인 상황을 가정하여 물리 개념을 실생활과 연결 짓기 어렵기 때문인 것으로 분석되었다. 반면, 이에 대해 화학 전공 교사는 추상적인 물리 개념이 익숙하고, 수식을 유기적으로 이해하며, 이상화 학습에 중요한 물리 실험이 재미있다는 인식 때문에 다른 타전공 교사에 비해 상대적으로 물리 영역을 가르치는 데 어려움이 덜한 것으로 나타났다.

이 결과를 종합한 결론은 다음과 같다. 첫째, 물리 전공이 아닌 중학교 과학교사는 물리 영역 수업에 필요한 SMK와 PCK가 부족하다고 느끼는 것으로 나타났다. 그 중에서도 특히 물리 영역 수업에 필요한 PCK가 부족하다고 느끼는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 현상은 ‘전기와 자기’ 단원에서 가장 두드러지게 나타남을 알 수 있었다. 둘째, 물리 전공이 아닌 중학교 과학교사가 물리 영역 수업에 어려움을 겪는 요인은 추상적인 개념, 수식으로 표현된 법칙, 이상화된 상황인 것으로 나타났다. 이는 7명의 교사를 대상으로 ‘전기와 자기’ 단원에서의 어려움에 집중하여 도출된 결론이기에 일반화하기에는 한계가 있다. 하지만, 이는 Kim and Lee[23]가 제시한 학생들이 물리학을 어려워하는 이유와 같은 결과이므로 교사들이 물리 영역 수업을 어려워하는 요인이 물리학의 특성과 관련 있다고 볼 수 있다. 셋째, 물리 전공이 아닌 중학교 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때 어려움을 느끼는 정도는 전공별로 차이가 있는 것으로 나타났다. 지구과학, 생물 전공 교사는 물리학에서 추상적인 개념이 낯설고, 수식으로 표현된 법칙을 단편적으로 암기하며, 이상화 학습에 필요한 물리실험이 실생활과 동떨어져 있다고 생각하여 화학 전공 교사에 비해 물리 영역 수업에 많은 어려움을 느끼고 있었다.

위의 결론을 바탕으로 한 제언 및 후속 연구과제는 다음과 같다. 첫째, 물리 영역 교과서 속 추상적인 개념, 수식으로 표현된 법칙, 이상화 학습에 필요한 물리실험에 대한 교과서 분석 연구가 필요하다. 타전공 교사들은 특히 ‘전기와 자기’ 단원에서 추상적인 개념이 많고, 교과서가 단편적으로 서술되어 있으며, 물리 실험이 실생활과 동떨어져 있다고 생각하고 있었다. 이는 ‘전기와 자기’ 단원을 비롯한 물리 영역 교과서 속 용어에 대한 검토, 단원간 연계 서술 방식에 관한 검토, 물리 실험과 실생활의 연결성에 대한 검토를 통해 타전공 교사들을 위한 가이드를 제공할 필요가 있음을 시사한다.

둘째, 전공별로 차별화된 타전공 영역 수업에 필요한 지원이 필요하다. 특히 생물, 지구과학 전공 교사를 위한 주변에 있는 물품을 활용한 개념 설명, 과학사를 활용한 단원간 연계, 교과서 내용을 기반으로 한 다양한 실험 연수 등이 도움이 될 수 있다. 반면, 화학전공 교사 역시 교육과정 지침으로 인해 교육과정 밖 내용으로 자신의 수업을 재구성하는 것에 어려움을 느꼈으므로 교육과정 내에서 자신의 수업을 재구성할 수 있는 방법에 대한 안내가 필요하다.

셋째, 물리학, 화학, 생물학, 지구과학의 특성에 대한 비교 연구를 통해 교사들의 전공 특성을 물리 영역 지도를 위한 PCK 향상에 반영할 필요가 있다. 화학 전공 교사들은 물리학이 화학과 비슷한 특성을 지니고 있어 상대적으로 어려움을 덜 느끼고 있었다. 물리학의 특성이 실제로 화학과 가장 유사한지, 생물학, 지구과학과는 어떤 유사성이 있는지 탐색할 필요가 있다. 이는 같은 현상을 다양한 학문의 관점에서 설명할 수 있는 발판이 되어 과학교사들이 타전공 영역 수업을 할 때의 연결고리를 만들어 줄 수 있을 것이다.

넷째, 교사의 개인적 특성과 경험 등 다양한 변인을 고려하여 물리 영역 수업에서의 어려움 차이를 심층적으로 분석할 필요가 있다. 본 연구의 결과는 교사의 세부 전공에 따라 물리 영역 수업에 어려움을 느끼는 정도가 차이가 있다고 하였다. 하지만 고등학교 재학 때의 선택 과목, 학부 과정에서의 물리 관련 과목의 수강 여부, 교사가 학문을 대하는 방식 등도 중요한 변인이 될 수 있기 때문에 이에 따른 세부 전공에 따른 물리 영역 수업에서의 어려움 차이에 대한 더욱 많은 연구가 지속될 필요가 있다.

본 연구는 타전공 과학교사가 물리 영역을 가르칠 때의 어려움을 교사의 전공별로 분석하여 어려움을 일으키는 요인을 심층적으로 파악한 것에 의의가 있다. 러시아 철학자인 미하일 바흐찐은 ‘도스또예프스키 시학의 제문제’라는 책에서 “나는 다른 사람을 위해, 다른 사람을 통해, 다른 사람의 도움을 통해서만 나 지신을 의식하고 나 자신이 된다.”고 하였다[24]. 교사가 타전공 영역 수업을 하는 것은 미지의 영역에 대한 경험이다. 하지만 이들의 어려움에 대한 탐색은 물리교사교육을 포함한 과학교사교육을 되돌아보는 계기가 되어 전문성 신장을 위한 교사교육 발전을 위한 토대가 될 수 있을 것이다.