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문제 정의
- 본 연구에서는 ‘상황제시’, ‘자기 문제화’, ‘새로운 도전’, ‘자기 평가’의 요소를 강조한 수학교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램을 개발하였다.
- 본 연구의 목적은 현재까지 개발된 STEAM 교수-학습 프로그램에 대한 분석을 통해 STEAM 교육에서 수학교과의 역할 또는 기능을 살펴보고, 기존의 프로그램에서 개선되어야 할 점에 대해서 파악한 후 그 결과를 토대로 수학교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램을 개발하는데 있다.
- 비록 여러 연구자들에 의해서 다양한 STEAM 교수-학습 프로그램이 개발되어 보급되고 있지만 STEAM 교육이 현장에서 보다 바람직한 방향으로 정착되기 위해서는 개발된 프로그램에 대한 면밀한 분석 또한 필요하다(김지숙, 2013; 박영석 외, 2013). 이에 본 연구에서는 현재까지 개발된 STEAM 교수-학습 자료에 대한 분석을 통하여 STEAM 교육에서 수학교과의 역할이나 문제점 등에 대해서 살펴보고, 수학교과 중심의 STEAM 교수학습 자료를 개발하고자 한다. 본 연구의 결과는 수학교과에서 STEAM 교육의 적용에 대한 시사점을 제공해줄 뿐만 아니라 수학교과에서의 STEAM 교육의 활성화에도 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
- 즉 STEAM 교육이 이루어지기 위해서는 적어도 2개 이상의 교과 내용의 융·통합이 필요한데 각각의 프로그램이 어떤 유형의 교과 내용 융·통합을 시도하고 있는지에 대해서 살펴보았다.
제안 방법
- 4차 분석은 STEAM 교수-학습 프로그램에서 수학교과를 중심으로 내용 영역과 행동 영역에 대한 분석으로 이루어졌다. 2009 개정 수학과 교육과정에 의하면 초등학교 수학은 ‘수와 연산’, ‘도형’, ‘측정’, ‘규칙성’, ‘확률과 통계’의 영역(p.
- STEAM 교수-학습 프로그램에 대한 3차 분석은 STEAM 교수-학습 프로그램의 중심 교과목에 대한 분석으로 이루어졌다. 가정, 실과교과의 경우는 기술교과로 분류하여 분석하였으며, 분석 결과는 <표 3>과 같다.
- STEAM 교수-학습 프로그램이 학생들의 어떠한 수학적 능력을 향상시키는데 중점을 두었는지를 파악하기 위하여 각 프로그램에서 수학교과의 행동 영역에 대한 분석이 이루어졌다. 2011년 국가수준 학업성취도 평가의 수학과 평가틀에서는 행동 영역을 ‘계산’, ‘이해’, ‘추론’, ‘문제해결’의 4개 영역(조윤동 외, 2012)으로 제시하고 있는데 본 연구에서도 이와 같이 설정하여 프로그램을 분석하였으며 그 결과는 <표 5>와 같다.
- 3)으로 구성된다. 따라서 STEAM 교수-학습 프로그램의 수학과 내용 영역에 대한 분석은 2009개정 수학과 교육과정에서 제시하는 학교급별 수학과 내용 영역의 구분에 따라 분석하였다. 고등학교 프로그램의 경우는 중학교 수학의 내용 영역과 같은 범주로 분석하였고, 내용 영역에 대한 분석 결과는 <표 4>와 같다.
- 현재까지 개발된 수학교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램의 분석 결과에 의하면 ‘상황제시’, ‘자기 문제화’, ‘새로운 도전 요소’, ‘자기 평가’의 요소가 제대로 반영되지 않은 논문들이 다수 있는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 이러한 요소들을 STEAM 교수-학습 프로그램 개발의 중점 사항으로 두었다.
- 또한 전문가 집단에서는 프로그램의 개선 사항에 대해서도 구체적인 의견을 제시하였고, 그러한 의견은 프로그램의 수정 및 보완에 참고 자료로 활용하였으며 구체적인 내용은 와 같다.
- 본 연구에서는 ‘감성적 체험’의 요소 중 ‘자기평가’에 해당하는 내용을 ‘평가’라는 영역으로 분리하여 분석하였다.
- 수집한 논문에 대한 1차 분석은 STEAM 교수-학습 프로그램의 개발 현황을 살펴보기 위하여 실시되었고, 논문 출판 유형에 따른 학교급별 프로그램의 수를 분석한 결과는 과 같다.
- 수학교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램 개발에 대한 시사점을 도출하기 위하여 수학교과를 중심으로 개발된 19편의 STEAM 교수-학습 프로그램을 선정하여 주제, 대상, 교과별 분석을 하였다. 프로그램에 대한 분석은 본 연구자와 STEAM 교수-학습 프로그램 개발 경험이 있는 2인의 외부 연구자가 모여 각 프로그램에 대해 충분히 논의를 한 후 STEAM 교육 체크리스트를 활용하여 종합적인 분석을 하는 형태로 이루어졌다.
- 수학교육 선진화 방안의 기본 방향이 ‘생각하는 힘을 키우는 수학’, ‘쉽게 이해하고 재미있게 배우는 수학’, ‘더불어 함께하는 수학’의 3가지로 제시되었는데, 이 중 ‘생각하는 힘을 키우는 수학’ 교육을 추진하기 위하여 수학과 타 교과간의 통합 교수-학습을 제안하였다.
- 그 후 소음과 관련된 다양한 문헌연구를 통해 ‘실내화로 층간 소음 해결하기!’라는 학습 주제를 설정하여 중학교 2학년 학생들에게 적용할 수 있는 5차시 분량의 학습 내용을 개발하였다. 이 프로그램을 통해서 학생들은 실생활 속에서 자주 접할 수 있는 다양한 소음에 대해서 알아보고, 소음을 측정하는 방법 및 소리 크기의 단위를 학습하고, 층간 소음 문제를 해결하기 위한 방안 중 하나로 층간 소음 방지 실내화를 제작하게 되는데 실내화의 제작비용을 산출하는 과정 속에서 일차함수를 표, 그래프, 식 등으로 표현하고 탐구할 수 있도록 하였다. 또한 학생들은 실내화를 제작하는 과정을 통해서 제품의 설계, 제작 및 평가의 과정 또한 체험하게 되는데 이러한 일련의 과정은 학생들의 문제해결능력의 향상에 기여할 수 있을 것이다.
- 수학교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램 개발에 대한 시사점을 도출하기 위하여 수학교과를 중심으로 개발된 19편의 STEAM 교수-학습 프로그램을 선정하여 주제, 대상, 교과별 분석을 하였다. 프로그램에 대한 분석은 본 연구자와 STEAM 교수-학습 프로그램 개발 경험이 있는 2인의 외부 연구자가 모여 각 프로그램에 대해 충분히 논의를 한 후 STEAM 교육 체크리스트를 활용하여 종합적인 분석을 하는 형태로 이루어졌다. STEAM 교육 체크리스트는 리커트 5점 척도(1점: 매우 그렇지 않다, 2점: 그렇지 않다, 3점: 보통이다, 4점: 그렇다, 5점: 매우 그렇다)로 변환하여 활용하였다.
대상 데이터
- 기존에 개발된 STEAM 교수-학습 프로그램에서 수학교과의 포함 비율 및 수학교과의 역할 등에 대해서 살펴보기 위하여 2011년 1월부터 2013년 9월까지 발표된 학회지, 학위논문 가운데 STEAM 교수-학습 프로그램 개발과 관련된 내용을 소개하고 있는 논문을 대상으로 분석하였다.
- 본 연구를 수행하기 위하여 STEAM 교수-학습 프로그램 개발과 관련된 총 131편의 논문을 선정하였으나, 분석에 필요한 자료가 미흡하거나 단지 프로그램의 주제만 소개한 논문을 제외하여 최종적으로 123편2)의 논문을 분석하였다. 분석 대상 논문은 국내 학술 DB인 KERIS에서 ‘STEAM’ 및 ‘융합인재교육’을 핵심어로 검색하여 수집하였다.
- 본 연구에서 개발한 프로그램의 현장 적용성을 확인하고 수업자와 학습자로부터 프로그램에 대한 피드백을 얻기 위하여 E대학교에서 운영하는 중학교 2학년 대상 수학 탐구 프로그램의 수업에서 적용하였다. ‘실내화로 층간 소음 줄이기!’ 활동은 총 5(225분)차시로 구성되었으나, 시간적인 제약으로 인하여 실제 적용은 200분 동안 이루어졌다.
- 분석 대상 논문은 국내 학술 DB인 KERIS에서 ‘STEAM’ 및 ‘융합인재교육’을 핵심어로 검색하여 수집하였다.
- 수학교과를 포함하는 논문은 초등학교급에서 71편, 중학교급에서 24편, 고등학교에서 27편으로 나타나 본 연구에서 분석의 대상으로 삼은 대부분의 STEAM 교수-학습 프로그램에서는 수학교과를 내용 융·통합의 대상으로 포함하고 있었다.
- 전체적으로는 123개의 논문에서 과학교과는 121편, 기술교과 119편, 공학교과 112편, Arts(예술)교과 123편, 수학교과 118편으로 Arts(예술) 교과, 과학 교과, 기술·수학교과, 공학교과 순으로 내용 융·통합 교과의 대상이 되었다.
- ‘실내화로 층간 소음 줄이기!’ 라는 주제로 개발된 STEAM 교수-학습 프로그램이 STEAM 교육의 목적과 내용에 맞게 개발되었는지를 판단하기 위하여 <표 17>과 같이 전문가 집단을 구성하여 프로그램의 내용에 대한 검토 과정을 거쳤다. 프로그램 검토에 참여한 현장 교사들의 경우는 STEAM 교육 관련 연수에 3시간 이상 참여한 교사들을 대상으로 하였다. 전문가 집단은 5점 척도로 구성되어 있는 STEAM 교육 체크리스트를 활용하여 프로그램에 대한 평가를 수행하였고, 그 결과는 <표 18>과 같이 체크리스트의 세부 요소별 평가 결과의 평균값이 4.
데이터처리
- STEAM 교수-학습 프로그램 논문에 대한 2차 분석은 교과 내용 융·통합 측면에서 이루어졌다.
- 가정, 실과교과의 경우는 기술교과로 분류하여 분석하였으며, 분석 결과는 과 같다.
이론/모형
- 본 연구에서는 ‘STEAM 교육 학습 준거’에 따라 분석이 이루어졌으며 이에 대한 구체적인 내용은 과 같다.
성능/효과
- STEAM 교수-학습 프로그램 분석 결과에 의하면 분석의 대상으로 포함되었던 대부분의 프로그램에서 교과 융·통합의 대상으로 수학교과를 포함하고 있는 것으로 나타났고, 수학교과의 내용 영역으로는 기하 영역이 가장 많이 포함된 것으로 나타났다.
- 19편의 수학교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램에 대한 개요는 <표 6>과 같다. STEAM 교수-학습 프로그램은 테셀레이션, 황금비, 탱그램, 함수 등과 같이 수학적 요소를 직접적으로 드러내는 주제보다는 건축, 도시계획, 제주도, 여행, 자원 절약, 카메라와 같은 실생활과 연계된 주제를 활용한 주제 중심의 교수-학습 프로그램이 다수를 차지하였다. 이는 STEAM 교육이 추구하는 방향이 적절하게 반영된 결과로 보인다.
- 또한 친구들과 서로의 생각을 교환해 볼 수 있는 기회가 많았다는 점도 좋은점으로 들었다. 개선점으로는 시간이 부족하다는 의견과 실내화 재료를 더 다양하게 선택했음 좋겠다는 의견이 있었다. 학생들은 학교 수업과 본 프로그램의 공통점으로는 지식의 습득에 대한 의견을 주었으나, 차이점으로는 ‘실내화로 층간 소음 줄이기!’ 활동이 학교 수업 보다 학생들의 참여도나 호응도가 매우 높은점, 직접적인 체험, 실험 활동이 있다는 점을 들었다.
- 그런 반면에, 수학교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램 개발과 관련된 논문은 전체 논문의 17.1%로 나타나 과학, 기술교과에 비해 STEAM 교육에서 수학교과가 차지하는 비중은 상당히 낮은 것으로 나타났다. 비록 수학교육계에서도 수학 과학통합교육을 포함하여 MST, STEM 교육 등 수학과 타 교과간 통합/융합교육이 강조되고 있으나 이는 과학, 기술교과에 비해서 수학교과에서의 융합교육에 대한 실질적인 관심이 저조하거나 수학교과 중심의 STEAM 프로그램 개발에 대한 어려움에 기인한 결과로 볼 수 있다.
- 이정현(2013)의 연구에서는 문제해결력에 있어서 STEAM 교육을 적용한 집단과 전통적인 수학 수업을 진행한 집단 사이에 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났으나 학생들의 성취 수준에 따른 분석 결과에서는 STEAM 교육은 중위집단 학생들의 문제해결력의 향상에 도움이 된 것으로 나타났다. 또한 STEAM 교육은 수학적 가치 인식과 수학적 호기심과 같은 태도 측면에서도 긍정적인 영향을 미친 것으로 나타났다.
- ‘감성적 체험’의 요소에 대한 분석 결과, 현재의 학습 경험을 토대로 연계된 활동에 새로운 도전을 하도록 유도하고 있는 프로그램은 없는 것으로 나타나 수학교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램의 개발 시에 학생들로 하여금 연계된 새로운 활동에 또 다른 도전을 시도할 수 있도록 유도하는 질문이나 과제의 제시 또한 필요하다. 마지막으로 분석의 대상이었던 논문의 절반 이상에서는 학습 활동의 결과를 학생 스스로 평가할 수 있는 기회가 없는 것으로 나타났다. 학교 교육에서 평가는 주로 교사가 주체가 되어 이루어지고는 있으나, 자기 평가의 과정 속에서 학생들은 수학적 지식이나 문제해결 과정에 대한 아이디어를 확장시킬 수 있고, 자신의 부족한 점에 대해서도 발견할 수 있는 기회가 될 수 있다.
- 통합 교과의 대상이 되었다. 모든 STEAM 프로그램에 Arts(예술) 교과가 포함된 것으로 나타났는데 이는 STEM 교육에서 STEAM 교육으로 변화하면서 Arts(예술)의 역할에 대한 강조가 프로그램의 개발에도 영향을 미친 것으로 해석된다. 수학교과를 포함하는 논문은 초등학교급에서 71편, 중학교급에서 24편, 고등학교에서 27편으로 나타나 본 연구에서 분석의 대상으로 삼은 대부분의 STEAM 교수-학습 프로그램에서는 수학교과를 내용 융·통합의 대상으로 포함하고 있었다.
- 수학교과를 중심으로 개발된 STEAM 교수-학습 프로그램을 STEAM 교육 활동 준거 체크리스트로 분석한 결과에 의하면 대부분의 프로그램에서 ‘상황제시’가 제대로 반영되어 있지 않은 것으로 나타났다.
- 전문가 집단은 5점 척도로 구성되어 있는 STEAM 교육 체크리스트를 활용하여 프로그램에 대한 평가를 수행하였고, 그 결과는 과 같이 체크리스트의 세부 요소별 평가 결과의 평균값이 4.14∼5점의 범위 내에 있는 것으로 나타나, 본 연구에서 개발한 STEAM 교수-학습 프로그램이 전반적으로 STEAM 교육에 적절한 것으로 볼 수 있다.
- 전반적으로 ‘학생중심’, ‘아이디어 발현’, ‘과정, 활동중심’, ‘다양한 산출물’, ‘협력 학습’의 항목은 프로그램에 잘 반영되어 있는 논문의 수가 그렇지 않는 논문의 수보다 현저히 높게 나타났다.
- 5%)순으로 나타났다. 즉 본 연구에서 분석한 STEAM 교수-학습 프로그램 중에는 수학적 추론이나 문제해결에 해당하는 내용을 포함한 프로그램의 수에 비해 기본적인 계산 기능을 수학교과의 영역으로 포함시킨 프로그램의 수가 현저히 높게 나타났는데 이는 타 교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램에서는 수학교과를 단순이 계산 기능을 하는 도구 교과로 인식하는 경향이 강하다는 것을 보여준다. 비록 수학교과에서는 ‘계산’의 영역에 해당하는 내용도 중요하게 다루어지고 있지만 STEAM 교육이 추구하는 방향인 창의적인 문제해결능력을 고려해 보았을 때, STEAM 교수-학습 프로그램에서 수학교과의 역할이 도구적인 기능 보다는 추론 능력이나 문제해결능력과 같은 좀 더 고등적인 수학적 능력을 기르도록 하는데 중점을 두는 것이 바람직하다고 볼 수 있다.
- 프로그램에 대한 전문가 집단의 검토 내용, 수업자 및 학습자로부터의 프로그램에 대한 피드백을 토대로 1차적으로 개발된 STEAM 교수-학습 자료에서의 문제점을 수정, 보완하여 프로그램의 완성도를 높이도록 하였다. 1차 프로그램에서 수정, 보완되어 최종 프로그램에 반영된 내용은 <표 22>와 같고, 최종적으로 개발한 수학교과 중심의 STEAM 교수-학습 프로그램의 차시별 교수-학습 과정 및 학생 활동지의 예시는 <표 23> 및 <그림 3>과 같다.
- 학생들이 학습 활동을 통해서 열정이나 흥미 등의 긍정적인 감정을 느낄 수 있도록 직접적인 체험 활동을 포함하고 있는 논문은 13편이었고, 학생들이 문제해결에 대한 성취감 또는 실패의 경험을 통한 성취의 기쁨을 경험할 수 있도록 설계된 논문은 17편으로 이 두 가지 ‘감성적 체험’의 세부 항목은 전반적으로 프로그램에 잘 반영되어 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 층간 소음이라는 학습 주제가 학생들의 일상 생활과 직접적인 관련이 있다보니 학생들은 더욱 문제 상황에 흥미를 갖게 되고, 문제 해결의 필요성을 인식하여 주어진 문제에 더욱 몰입할 수 있었던 것 같다. 본 연구에 참여한 학생들은 주로 아파트와 같은 공동주택에 주거하고 있었으므로 층간 소음 문제에 자주 노출이 된 상태이므로 그러한 상황제시에 많은 흥미를 보였으나 공동주거 환경에서 생활하지 않는 학생들의 경우에는 층간 소음 문제를 자신의 문제화로 인식하는데 한계가 있을 것으로 추측된다. 따라서 교사는 자신이 가르치는 학생들의 생활 환경, 문화, 관심분야 등을 사전에 파악해서 그에 걸맞은 상황제시를 고안할 필요가 있다.
- 이에 본 연구에서는 현재까지 개발된 STEAM 교수-학습 자료에 대한 분석을 통하여 STEAM 교육에서 수학교과의 역할이나 문제점 등에 대해서 살펴보고, 수학교과 중심의 STEAM 교수학습 자료를 개발하고자 한다. 본 연구의 결과는 수학교과에서 STEAM 교육의 적용에 대한 시사점을 제공해줄 뿐만 아니라 수학교과에서의 STEAM 교육의 활성화에도 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
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