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문제 정의
- 따라서 이번 연구를 통해 고등학교 1, 2학년 학생들이 학습하는 2009 개정 교육과정 화학Ⅰ검정 교과서 4종을 선정하여 과학적 지식 외에 어떠한 STEAM 요소를 포함하고 있는지 분석하였다. 교과서의 단원별 분석을 통해 화학적 내용 자체에 연결되는 STEAM 요소와 교과서 별로 얼마만큼의 융합교육 요소를 포함하는지를 분석하여, 개선 방안을 찾고자 한다.
- 따라서 이번 연구를 통해 고등학교 1, 2학년 학생들이 학습하는 2009 개정 교육과정 화학Ⅰ검정 교과서 4종을 선정하여 과학적 지식 외에 어떠한 STEAM 요소를 포함하고 있는지 분석하였다. 교과서의 단원별 분석을 통해 화학적 내용 자체에 연결되는 STEAM 요소와 교과서 별로 얼마만큼의 융합교육 요소를 포함하는지를 분석하여, 개선 방안을 찾고자 한다.
- 마지막으로 STEAM 요소들이 화학 수업에 있어서 어떻게 활용되는 지 알기위해 교과서 안의 세 영역, 즉 도입부, 본문(내용, 탐구), 보충자료에 몇 개의 STEAM 요소가 존재하는지 알아보자. 그 결과는 아래의 <표 6>과 같다.
- 이 연구는 개정된 교과서 속에 포함되어 있는 STEAM 요소를 분석하여 앞으로의 화학교육에 활용하고자 한다. 따라서 이 연구에서 다루어질 연구문제는 다음과 같다.
제안 방법
- STEAM 요소별 포함된 단원의 비율 외에 단원에 성질을 조금 더 자세히 알아보기 위해 단원별로 포함된 STEAM 요소의 비율을 분석해 보았다.
- 이는 학문에 대한 과거의 전통적인 개별적 접근으로는 이룰 수 없었던 것을 STEM 교육이 제공할 수 있기 때문이란 것에서이다(한국과학창의재단, 2011). 그리고 이에 대한 정당성을 제시하기 위해 과학, 기술, 공학, 수학 교육에 대해 분야별로 논의한 후, 각각의 연구 동향과 STEM 교육의 필요성 및 전망에 대하여 발표하였다. 이후, Yakman과 Kim(2007)은 이러한 STEM 교육에 예술(Arts)을 포함하여 STEAM 융합 교육의 가능성에 관한 논문도 발표 하였다.
- 둘째, 교과서에서의 기술과 공학은 서로 분류하기 어려우므로 ‘기술공학’ 이라는 하나의 분야로 통일하고, ‘과학적 내용을 활용한 기술’과 ‘과학적 발전에 활용된 기술’의 두 가지 하위 내용으로 분류하였다.
- 따라서 이번 연구는 교재영역을 표현예술, 문화예술, 기술공학, 수학의 네 가지로 분류하였고, 이러한 분야는 아래의 같은 하위 내용을 포함하였다.
- 또한 교과서에 포함된 STEAM요소의 교과서 안의 위치영역을 도입부, 본문, 보충자료의 세 영역으로 분류하고, 본문의 경우 내용과 탐구 영역으로 세분화 하였다. 본문의 내용의 안에 포함되어 있으나 칸이 나뉘어져 따로 추가된 내용의 경우 본문이 아닌 보충자료로 분류 하였으며, 교과서 옆의 조그마한 주석 내용은 포함하지 않았다.
- 또한 내용적인 면에서의 예술 분야는 ‘문화예술’로 여러 하위 범주를 모두 통합하여 인류의 역사, 과학자 이야기 등의 내용을 포함하며, 과학적 내용의 실생활에서의 활용을 ‘교양과 사회과목’의 범주로 넣어 예술 범위로 분류하였다.
- 김진수(2007)는 문헌 연구를 통하여 융합교육의 일반 이론과 MST이론을 고찰하고 미국의 STEM 교육에 대한 이론 및 STEM 프로그램 및 연구 논문을 분석하였다. 또한 미국의 학교 기술 과목에서 MST 및 STEM교육의 운영의 실제를 분석하여 STEM 융합교육 모델을 제안하는 등 국내 기술 교육에 시사점을 제시하였다.
- 첫째, Yakman이 가장 주요하게 생각한 예술 분야의 경우 여러 활용 범위가 존재하므로 교과서 내에서 방법적인 면에서의 활용과 내용적인 면에서의 활용으로 분류하여 분석하였다. 화학Ⅰ교과서에 포함된 방법적인 면에서의 예술 분야는 ‘표현예술’로 언어예술과 미학의 하위범주에 따라 만화로 표현, 토의 등의 하위내용을 분류하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 2009개정 교육 과정 개편에 따라 개정된 고등학교 화학Ⅰ 교과서 4종을 대상으로 하였으며, 교과서들은 명칭을 사용하지 않고 임의적 순서로 A, B, C, D 로 분류하여 결과에 표기하였다(김희준 등, 2011, 노태희 등, 2011, 류해일 등, 2011, 박종석 등, 2011).
성능/효과
- A 교과서의 경우 대부분의 STEAM 요소가 내용 영역과 보충자료 영역에 분포되어 있으며, 특히 79개의 STEAM 요소 중 50개가 보충자료 영역에 포함되어 있었다. B교과서의 경우도 총 47개의 STEAM 요소 중 내용 영역에 18개 보충자료 영역에 19개로 두 영역에 많은 STEAM 요소가 집중되어 있는데 두 영역에서는 사이에는 비슷한 수의 STEAM 요소를 포함하고 있으나 내용 영역에는 수학요소가 보충자료 영역에는 문화예술 요소가 많이 포함되어 내용에서는 차이를 보이는 것을 알 수 있다. C교과서의 경우 도입부에는 한 개의 STEAM 요소도 포함하지 않으며, 내용 영역에 16개 보충자료 영역에는 30개의 요소를 포함하고 있어 많은 수의 STEAM 요소가 보충자료 영역에 포함되어 있었다.
- 영역별 STEAM 요소를 분석한 결과 길이가 가장 긴 본문에 포함된 STEAM 요소가 너무 적었으며, 아이들의 흥미와 호기심을 자극할 수 있는 도입부 부분에도 매우 적게 나타났다. STEAM 요소들이 대부분이 보충자료 영역에 포함되어 있고, 그 요소가 문화 예술이 가장 많은 것으로 보아 실제적으로 화학 지식에 대한 활용적인 면에만 STEAM 이 활용되며 화학 지식에 대한 접근 방법적 융합교육이 매우 부족함을 알 수 있었다.
- 3%로 가장 낮은 비율로 나타났다. Ⅲ단원의 경우 문화 예술이 59.5%로 가장 많았으며 수학요소도 21.4%로 비교적 높은 비율이었으며, 마지막으로 Ⅳ단원의 경우 문화예술 요소 63%를 제외하고 다른 요소들은 10-15% 정도로 낮은 비율로 나타났다.
- 가장 높은 단계는 ‘Life-long Holistic’으로서, 전체론적인 관점과 연관되며, 한 가지 학습 내용을 집중적으로 공부함에 있어서 수학, 과학, 기술, 공학, 예술 분야가 서로 다르지 않고, 구분되어 지지 않음을 알 수 있다.
- 가장 많은 요소를 포함하는 보충자료의 경우 118개 중 74개가 문화예술로 가장 많이 나타났으며, 전체 27개의 기술·공학 중 24개가 보충 자료 영역에 포함되어 있어 기술·공학 내용이 대부분 자료로 따로 나타나 있었다.
- 마지막으로 D 교과서는 토의 과정을 수업의 방법으로 활용하였으나 그 외의 STEAM 요소는 별로 사용되지 않았다. 결과적으로 모든 교과서에서 포함하고 있는 세부요소의 종류는 전체 14종류 밖에 되지 않으며, 그것도 교과서 별로 몇 가지 요소에 집중돼는 경향을 나타내는 것으로 보아 현재 화학교육에서 활용되는 STEAM 교육에는 한계가 있는 것으로 보였다.
- 단원별 STEAM 요소를 살펴보면 대부분의 교과서에서 단원 별로 포함하는 STEAM 요소의 수나 종류가 다르게 나타났다. 화학의 기본내용을 포함하는 Ⅰ단원에는 인류의 역사와 기본적 연산을 많이 포함하였으나 뒤의 단원으로 갈수록 STEAM 요소들이 생활 속의 과학과 과학자 이야기에 집중되어 있었다.
- 이런 결과들을 분석한 결과 A교과서는 다른 교과서들에 비해 많은 STEAM 요소를 포함하고 있으며, 다른 교과서 들은 전체적으로 50여개의 적은 수의 STEAM 요소만을 포함하고 있었다. 또한 모든 교과서가 매우 적은 종류의 몇 가지 STEAM 요소에 집중되어 나타남을 알 수 있었다.
- A 교과서가 거의 대부분의 요소에서 가장 많은 개수를 가지고 있으나 수학요소는 B 교과서가 18개로 가장 많으며 B, C 교과서의 경우 표현예술 요소가 2개씩으로 방법적인 면에서 과학적 방법 외에 다른 방법을 많이 사용하고 있지 않음을 알 수 있다. 마지막으로 D 교과서는 다른 교과서에 비해 문화 예술 요소가 17개로 다른 교과서에 비해 매우 적게 나타남을 알 수 있다.
- B교과서와 C교과서는 대부분의 STEAM요소가 Ⅰ단원에 포함되어 있으며 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ단원 경우 10개 남짓의 적은 수만을 포함하고 있었다. 마지막으로 D교과서의 경우 STEAM 요소가 Ⅰ, Ⅳ단원에 대부분 편중되어 있으며 Ⅱ, Ⅲ단원에는 적은 요소를 포함하고 있는 것을 알 수 있었다.
- 7%로 적은 양을 포함하고 있었다. 마지막으로 기술공학 분야에서는 A 교과서와 D 교과서가 각각 12.7%, 18.4% 로 많은 수를 포함하고 있었으며 B 교과서와 C 교과서는 모두 약 8% 로 적은 수의 STEAM 요소를 포함하고 있었다.
- 9%로 대부분이 보충자료 영역에 포함되어 있었으며 본문내용은 0%로 나타났다. 마지막으로 수학 영역은 높은 비율로 본문 내용 안에 포함되어 있었으며 본문탐구 16.4% 보충자료 14.8%로 다른 영역에서도 포함되어 있었으나 도입부는 0%로 나타났다.
- 8%의 낮은 비율만 나타났다. 보충자료 영역에는 가장 여러 요소가 골고루 분포되어 있었는데 문화예술 요소가 62.7%로 가장 높았으며, 수학요소가 7.6%로 가장 낮은 비율로 포함되어 있음을 알 수 있었다.
- 영역별로 살펴보면 도입부에는 전체 225개중 12개로 가장 적은 개수의 STEAM 요소를 포함하고 있으며, 118개로 절반이 넘는 수가 보충자료에 포함되어 있었다. 본문 내용에 포함된 66개의 요소 중 수학 요소가 42개로 가장 많이 나타났으며 기술공학 요소는 한 개도 포함되어 있지 않았다. 가장 많은 요소를 포함하는 보충자료의 경우 118개 중 74개가 문화예술로 가장 많이 나타났으며, 전체 27개의 기술·공학 중 24개가 보충 자료 영역에 포함되어 있어 기술·공학 내용이 대부분 자료로 따로 나타나 있었다.
- 6%로 수학 요소가 가장 높은 비율로 나타났다. 본문의 탐구영역에는 수학 요소가 34.5%, 표현예술 분야가 44.8%로 높게 나타났으며 문화예술은 13.8%의 낮은 비율만 나타났다. 보충자료 영역에는 가장 여러 요소가 골고루 분포되어 있었는데 문화예술 요소가 62.
- 상세화 된 요소 별로 살펴보면 A교과서의 표현예술 분야는 73.3% 가 만화이며, D교과서는 표현예술 분야 중 10개 모두 토의를 사용하는 것을 알 수 있었다. 문화 예술 분야의 경우 A교과서는 사회문화, 과학자 이야기, 인류의 역사 분야를 골고루 포함하고 있는 것에 비해, B교과서는 사회문화와 인류의 역사 분야를, C교과서는 사회문화와 과학자 이야기 분야를 많이 포함한다.
- 셋째, 수학 분야는 교과서에 포함된 수식이나 간단한 비례식을 이용한 문제 풀이 등을 포함하는 것으로 분류하였다.
- 영역별 STEAM 요소를 분석한 결과 길이가 가장 긴 본문에 포함된 STEAM 요소가 너무 적었으며, 아이들의 흥미와 호기심을 자극할 수 있는 도입부 부분에도 매우 적게 나타났다. STEAM 요소들이 대부분이 보충자료 영역에 포함되어 있고, 그 요소가 문화 예술이 가장 많은 것으로 보아 실제적으로 화학 지식에 대한 활용적인 면에만 STEAM 이 활용되며 화학 지식에 대한 접근 방법적 융합교육이 매우 부족함을 알 수 있었다.
- 이런 결과들을 분석한 결과 A교과서는 다른 교과서들에 비해 많은 STEAM 요소를 포함하고 있으며, 다른 교과서 들은 전체적으로 50여개의 적은 수의 STEAM 요소만을 포함하고 있었다. 또한 모든 교과서가 매우 적은 종류의 몇 가지 STEAM 요소에 집중되어 나타남을 알 수 있었다.
- 첫째, 교과서에 포함된 STEAM 요소를 분석함에 있어, 내용적으로 방법적으로 포함된 숫자만 파악하므로 내용의 충실도와 질적인 면까지 모두 파악할 수 없다.
- 문대영(2008)은 STEM 프로그램을 통한 공학에 대한 태도의 변화 및 공학 문제 해결 양식에 대한 사례 연구를 하였다. 프로그램을 통하여 초등학생의 공학에 대한 흥미는 높아졌고, 공학문제 해결에 자신감을 갖는데 긍정적인 영향을 주었으며, 초등학생을 대상으로 STEM 프로그램을 개발하고 적용해 보는 시도가 필요함을 제시하였다. 또한, STEM 기반 발명 영재 프로그램을 개발하고 수업에 투입하여 학생들의 창의력 및 문제 해결 능력이 증진된 것을 확인하였다(최유현 외, 2008).
- 단원별로 요소를 분석한 결과 화학의 내용을 소개하는 단원인 Ⅰ. 화학의 언어 단원에 총 91개로 가장 많은 STEAM 요소를 포함하고 있었으며, 이론적인 내용이 많은 단원일수록 포함하는 STEAM 요소의 수가 적어졌다. 분야별로는 문화 예술 분야의 경우 전 단원에 걸쳐 골고루 많이 포함되어 있으며, 수학 영역의 경우 총 61개 중 41개가 Ⅰ단원에 집중되어 있었다.
후속연구
- 권혁수와 이효녕(2008)은 STEM교육 관련 연구에서의 동기유발 주제를 파악하여 메타 분석을 실시한 결과, STEM 통합 수업은 학생들의 자기결정을 향상시키는 한 방법이며 STEM교육을 실현하는 것은 교사의 동기유발을 향상시킨다는 결과를 얻었다. 그리고 통합수업을 위한 교사의 전문성 연수가 교사의 동기유발을 증진시키기 위해 개발되고 실천되어야 함을 제언하였다.
- 현재 화학Ⅰ 교과서 에서는 비교적 활용하기 쉬운 STEAM 요소 1~2개만을 집중적으로 활용하고 있다. 따라서 2009 개정 교육과정의 화학Ⅰ 교과의 수업 내용을 조금 더 깊게 파악하고 각 단원별 학습 내용과 관련된 새로운 STEAM 요소의 활용법을 개발하여 다양한 형태로 융합교육이 진행될 수 있도록 교과서를 구성하면 STEAM 교육에 더 유용할 것이다.
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