가. 지구시스템 교육의 의의와 도입에 관한 연구
임은경(1998)은 지구시스템 교육의 활동 프로그램을 사용하여 지구시스템 교육이 지구적 소양의 향상에 기여하며, 지구시스템을 중심으로 과학 과목을 간학문적으로 통합하여 학생들이 자연을 통합적으로 탐구할 수 있도록 도울수 있고, 교사들에게 지구시스템 교육의 시스템적 접근(System approach)이나 내용 구성, 수업 전략 등에 긍정적인 반응을 이끌어 낼 수 있었다고 하였다. 또한 학생 면담을 통해 지구시스템을 구성하는 하위계와 각 하위계 간의 상호작용에 대한 인식을 잘하고 있다고 밝히면서 지구시스템 교육의 의의와 지구시스템 교육의 이해틀을 설명하였고, 우리나라의 실정에 맞는 지구시스템 교육의 활동 프로그램과 교육과정의 개발, 그리고 계속적인 현장 연구의 필요성을 언급하였다.
나. 과학영재학생들을 대상으로 한 연구
초등학교 과학영재학생들의 지구시스템에 대한 이해에 관한 연구에서 DAET-C(Draw An Earth Test Checklist)를 개발하여 이를 개념 그리기 방법과 설문지, 활동 프로그램의 결과물에 대한 내용 분석 및 면담을 사용한 질적 연구가 있었다. 학생들의 개념 그리기 결과물을 바탕으로 DAET-C로 점검한 결과 학생들은 지구시스템의 구성 영역에 대한 이해가 가장 많이 조
사되었으며, 학생들은 지구에 대한 심미적 관련 요소와 가치 관련 요소를 표현하였지만 감사의식에 대한 내용은 없는 것으로 조사되었다.
이에 과학 영재학생들에게 지구와 지구환경에 대한 바른 이해와 인식을 증진시키기 위해서 지구시스템과 관련된 다양한 프로그램과 지구에 대한 감사의식, 가치, 심미적 요소 등과 관련된 교육을 할 필요가 있다고 주장하며 지구시스템의 이해를 통한 지구시스템 교육을 강조하였다(고수진, 2008).
다. 지구시스템 교육 프로그램 관한 적용 및 개발에 관한 연구
Earth comm을 활용한 지구시스템 교육 프로그램이 중학생의 시스템 사고에 미치는 영향에 대해 중학교 1학년을 대상으로 ‘해양단원’에 지구시스템 프로그램을 적용하여 지구시스템으로 통합하는 시스템 사고에 미치는 영향에 대해 개념도를 이용하여 실험반과 통제반에 따른 효과와 시스템 영역별 효과를 분석하여 집단별 시스템 사고의 향상에 대한 영향에 유의미한 차이가 있었고, 각 집단별 지구시스템 프로그램을 적용 후 상ㆍ중위 집단은 시스템 사고의 효과가 유의미하게 나타났으나 하위 집단은 유의미하게 나타나지 않았다. 이는 하위 집단의 학생들이 자신이 학습한 개념을 개념도로 표현하는데 어려움을 겪고 있다고 하였다. 이에 다양한 지구시스템 프로그램을 적용한다면 시스템 사고의 향상에 효과적일 것이라고 하였다(송지영, 2006).
우리나라 과학교육 현장의 환경과 현실에 적합한 지구시스템 주제 중심의 지구과학 모듈을 개발하여 고등학생들을 대상으로 학생들의 활동의 관찰, 면담, 설문지를 통한 질적 연구를 수행하였다. 지구과학 Ⅰ교과서의 ‘지구의 구성’ 단원을 중심으로 지구과학 모듈을 개발하여 지구 환경을 구성하는 각 단원에 대한 이해를 전 지구적인 관점에서 이들 요소들이 상호작용이나 인간활동과의 연계성을 다루었고, 이에 지구환경의 구성 요소와 각 권들과의 관련된 개념의 학습에 효과적인 것으로 나타났으며, 학생들이 활동을 통하여 지구시스템을 구성하는 각 권의 세부 개념을 이해하는데 도움이 많이 되었다고 하였다. 이에 개발된 지구시스템 주제 중심 모듈의 학습이 학생들의 지구환경과 구성요소에 대한 지식 습득과 이해 향상 또는 지구과학적 소양의 함양을 향상시킬 것으로 기대된다고 하였다(이효녕, 권영륜, 2008).
라. 지구시스템 교육에 대한 현장 적용 연구
Fortner(1992, 1993)는 BESE(Biological Earth Systems Education)의 책임자로서, 지구시스템 교육을 생물과 접목시켜 오하이오 고등학교(Central Ohio High School) 학생을 대상으로, 생물과 지구시스템 교육을 통합시키는 연구를 수행하였으며, 학생, 교사, 학부모를 대상으로 BESE 프로그램의 적용 효과를 알아보기 위한 연구를 실시하였다.
미국 오하이오 주 콜럼버스 소재에 있는 중학교 교사를 중심으로 질적 연구 및 사례 연구가 있었다. 지구시스템 접근법을 이용한 통합과학 교과에 대한 한 교사의 견해 및 인식을 조사하고, 그 교사에 의해 교수되어지는 통합 지구시스템 과학 교과에 대한 특징을 분석하고, 학생들의 견해를 조사하여 지구시스템 및 환경에 관련된 토픽에 대해 학생 스스로 보고한 지식수준의 정도와 중요성의 정도를 조사한 결과 구성주의적인 교육 철학을 교사는 가지고 있었으며, hands-on 학습, 활동 중심 학습, 협동 학습, 프로젝트 중심의 학습과 야외 학습 활동들을 하고 있어서 학생들의 흥미 증진과 학생들이 경험을 통한 실제 생활과 교실에서의 학습을 잘 연결시키고 있었음이 조사되었다. 또한 학생들은 13개 지구시스템 및 환경 주제에 관해 스스로 이해하는 지식수준 및 중요성의 점수가 높았고 이는 통계적으로 유의미한 차이를 보인 연구가 있었다(이효녕, Fortner, Haury, 2005).