이 연구의 목적은 과학적 대칭성을 과학교육에 적용하는 데 활용할 수 있는 이론적·실제적 기반을 마련하는 것에 있다. 이를 위한 세부 연구 목표는 다음과 같다. 첫째, 과학적 대칭성이 무엇인지 이론적으로 고찰하고, 과학적 대칭성과 과학의 본 성과의 연관성을 밝히는 것이다. 둘째, 이론적 고찰을 바탕으로 ADDIE 모형에 따라 학교 현장에서 적용할 수 있는 과학적 대칭성 교수학습 프로그램을 진화론과 태양 중심설 및 관련 개념을 활용하여 개발하는 것이다. 셋째, 개발된 과학적 대칭성 교수학습 프로그램의 효과성을 3가지 측면에서 분석하는 것이다. 첫 번째 측면은 R 프로그램의 대응 표본 t 검정을 활용해 과학적 대칭성에 대한 마인드맵 사전-사후 점수를 비교하고, 이를 분석하는 것이다. 두 번째 측면은 과학적 대칭성이 학생들의 과학에 대한 관점과 정서에 어떤 영향을 주었는지 분석하는 것이다. 세 번째 측면은 SUSSI 검사지를 활용해 과학적 대칭성 교수학습 프로그램 경험 전과 후 과학의 본성에 대한 인식이 어떻게 변화하였는지 분석하는 것이다.

연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 과학적 대칭성에 대해 이론적 고찰을 시행한 결과, 물리학에서의 과학적 대칭성을 '서로 다를 것 같았던 두 물체나 상황이 수학적 변환에 의하여 동등성을 가지는 것'으로 정의하였으며 물리학과 과학철학에서 활용하는 동등성의 개념을 중심으로 생명과학에서의 과학적 대칭성을 '서로 다를 것 같았던 대상이나 상황이 생명과학적 법칙이나 이론에 의하여 동등성을 가지는 것'으로 정의하였다. 또한, 이론적 고찰 결과를 과학의 본성 중 합의된 관점 요소 5가지와 연관 지어 과학의 본성 교육에 활용할 수 있는 이론적 배경을 마련하였다.

둘째, 과학적 대칭성을 학습할 수 있는 교수학습 프로그램이 개발되었다. 최종 개발된 교수학습 프로그램은 총 7차시로, 1차시와 2차시 두 개 차시로 구성된 1단계 대칭성 인식하기(Recognizing Symmetry) ①, 3차시와 4차시 두 개 차시로 구성된 2단계 전통 및 근현대 과학 탐구하기(Exploring the Traditional & Modern Science), 5차시와 6차시 두 개 차시로 구성된 3단계 대칭성 인식하기(Recongnizing Symmetry) ②, 7차시 1개 차시로 구성된 4단계 대칭성과 과학적 발전(Symmetry & Scientific Advancement)으로 최종 개발되었다.

효과성 분석 결과는 다음과 같다. 첫째, 마인드맵 분석 결과, 과학적 대칭성 교수 학습 프로그램은 과학적 대칭성과 그 연관 개념을 학습하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 둘째, 과학적 대칭성에 대한 학습 기회가 과학에 대해 깊이 고찰해 보는 계기를 마련해 주는 등 과학에 대한 긍정적인 관점과 정서 함양에 도움이 되는 것으로 나타났다. 셋째, 과학적 대칭성은 과학의 본성 학습에서도 효과적으로 기능할 수 있음을 보였다. 또한, 이 연구에서 개발된 과학적 대칭성 교수학습 프로그램은 교수 학습 전략, 방법 등에서 학생들에게 만족할 만한 경험을 주었으며, 여러 과학자에 대한 학습이나 기존에 알고 있던 과학적 이론을 자세히 탐구하는 기회 등을 학생들에게 제공한 것으로 나타났다.

마지막으로, 본 연구의 제언점은 다음과 같다. 첫째, 과학적 대칭성을 비롯한 과학의 미학적 특성은 과학철학의 분야로 여겨지는데, 과학철학적 요소를 과학 교수 학습에 적용하기 위해서는 예비 교사 양성 과정이나 현장 교사 연수를 통해 과학철학에 대한 접근 기회를 늘리고, 그 중요성에 대해 인식할 수 있도록 해야 한다. 둘째, 최근 개정된 2022 교육과정의 경우 과학의 미학적 특성을 활용할 수 있는 교과인 『과학의 역사와 문화』 교과를 신설하였는데, 교육과정과 연계한 다양한 교수 학습 접근법이 명시적으로 제공되어야 할 필요가 있다. 마지막으로, 과학교육자, 과학철학자, 그리고 과학자가 과학적 대칭성과 같은 과학의 핵심 원리를 학생들이 학습할 수 있도록 협력해야 한다.