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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 융합인재교육을 적용한 과학수업을 현장에 적용하여 과학교육의 통합적 접근에 대한 이해를 넓히고, 과학적 수양의 함양을 위한 학습 지도에 시사점을 얻고자 하였다. 또한 초등학교 5학년을 대상으로 STEAM을 적용한 초등과학 수업이 과학 학습 동기와 학업 성취도에 미치는 영향을 알아봄으로써, 재구성한 과학수업이 실제 학교 수업 현장에서 실효성이 있는지 알아보려 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 융합인재교육을 적용한 과학수업을 현장에 적용하여 과학교육의 통합적 접근에 대한 이해를 넓히고, 과학적 수양의 함양을 위한 학습 지도에 시사점을 얻고자 하였다. 또한 초등학교 5학년을 대상으로 STEAM을 적용한 초등과학 수업이 과학 학습 동기와 학업 성취도에 미치는 영향을 알아봄으로써, 재구성한 과학수업이 실제 학교 수업 현장에서 실효성이 있는지 알아보려 하였다. 이를 바탕으로 교육과정 내에서 과학 교과를 중심으로 융합인재교육 프로그램을 개발하는데 기초자료를 제공하고자 하였다.
- 본 연구에서는 초등학교 5학년을 대상으로 STEAM을 적용한 초등과학수업이 과학 학습 동기와 학업성취도에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 이에 대한 연구와 분석을 통해 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
- 또한 초등학교 5학년을 대상으로 STEAM을 적용한 초등과학 수업이 과학 학습 동기와 학업 성취도에 미치는 영향을 알아봄으로써, 재구성한 과학수업이 실제 학교 수업 현장에서 실효성이 있는지 알아보려 하였다. 이를 바탕으로 교육과정 내에서 과학 교과를 중심으로 융합인재교육 프로그램을 개발하는데 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- ‘사람이 되고픈 휴머노이드의 꿈’이라는 주제로 영화 ‘바이센테니얼맨’을 각 주제에 맞는 상황제시로 수업을 전개하였다.
- STEAM 프로그램으로 수업을 받은 학생 64명을 대상으로 수업 내용과 수준의 적절성 및 흥미도 등에 관하여 만족도 설문 조사를 하였으며, 5단계 척도로 평균 분석을 한 결과는 표 8과 같다.
- 과학 학습 동기 검사지는 Tuan 등(2005)이 연구·제작한 과학 학습 동기 검사지인 Student' Motivation Towards Science Learning(SMTSL)을 조영진(2010)이 번역한 것을 수정하여 사용하였다.
- 소화기관의 길이를 모형으로 비교해 보고 소화 모습을 모형 실험으로 확인하였다. 그리고 예술적인 부분을 접목하여 소화와 배설을 연극으로 자신의 생각을 정리하게 하였다.
- 설문지는 프로그램의 학습 내용, 학습 활동 상황, 활동지 난이도 및 프로그램의 효과에 대한 만족도를 5단계 척도로 한 양적 자료를 수집하였다. 그리고 흥미, 난이도, 프로그램 개선 방향과 관련된 개방형 질문을 함께 포함하여 질적 분석도 함께 하였다.
- 넷째, ‘나도 먹고 배설하고 싶어요’라는 주제는 바이센테니얼맨이 충전하는 모습과 사람들이 식사하는 영화 장면을 보고 휴머노이드와 사람을 비교하였다.
- 둘째, 본 연구는 STEAM을 적용한 수업과 교과서와 지도서에 제시된 수업과 비교해 보았다. 통합 교육과정으로서의 STEAM의 위치를 생각할 때, STS를 적용한 과학 수업 등 바른 방식의 통합적 접근을 하는 과학 수업 등 다른 방식의 통합적 접근을 하는 과학 수업과도 그 효과를 비교해 보는 연구가 필요할 것이다.
- 또한 검사 문항의 어휘 적절성과 난이도 조정을 위해 피 연구대상 학생 3인을 대상으로 예비 검사를 실시하여 수정·보완하였다.
- 본 연구는 초등학교 5학년 2학기 과학과 1단원 ‘우리 몸’의 수업을 위해 탐구과정 요소를 추출하고, STEAM 관련 논문과 학술지 등의 선행연구 자료들, 한국과학창의재단에서 연구한 융합인재 학습 준거(표 3)를 바탕으로 2012년, 2013년 한국과학창의재단 STEAM 교사 연구회(Steam Based Storytelling)에서 수업설계의 방향을 선정하고, 이에 따라 STEAM을 적용할 수 있도록 차시별 주제와 학습활동을 표 4와 같이 재구성하였다.
- 사후 검사지는 2011년, 2012년 B광역시 학업성취도 평가 문항, 국가수준 학업성취도 평가 문제를 토대로 본 연구자가 제작·활용하였다.
- 설문지는 프로그램의 학습 내용, 학습 활동 상황, 활동지 난이도 및 프로그램의 효과에 대한 만족도를 5단계 척도로 한 양적 자료를 수집하였다. 그리고 흥미, 난이도, 프로그램 개선 방향과 관련된 개방형 질문을 함께 포함하여 질적 분석도 함께 하였다.
- 셋째, 본 연구의 학업 성취도는 지필 검사로 실시되었다. 그러나 STEAM은 산출물을 만들어 학습한 내용을 적용하고 응용하는 과정을 거치게 되므로, 산출물을 통한 성취도 평가가 필요하다고 생각된다.
- 넷째, ‘나도 먹고 배설하고 싶어요’라는 주제는 바이센테니얼맨이 충전하는 모습과 사람들이 식사하는 영화 장면을 보고 휴머노이드와 사람을 비교하였다. 소화기관의 길이를 모형으로 비교해 보고 소화 모습을 모형 실험으로 확인하였다. 그리고 예술적인 부분을 접목하여 소화와 배설을 연극으로 자신의 생각을 정리하게 하였다.
- 표 2와 같이 실험반은 STEAM을 적용한 과학 수업을 실시하였고, 비교반은 교과서와 교사용 지도서(교육과학기술부, 2010; 교육인적자원부, 2007)에 제시된 절차에 따른 일반적인 교수 방법을 적용한 수업을 실시하였다. 수업 전과 후에 과학 학습 동기와 학업 성취도의 사전, 사후 검사를 실시하였다.
- 첫째, 본 연구는 B광역시내 초등학교 5학년 4개 반을 대상으로 단기간에 실시하였고, 생명영역에 해당하는 단원을 중심으로 재구성하여 수업을 하였다. 따라서 다양한 지역과 학년, 그리고 본 연구에서 실시하지 않은 물질, 지구, 운동과 에너지 영역 단원에서도 주제를 개발하고 재구성하여 수업에 적용한 효과를 살펴볼 필요가 있다.
- 통계적 분석에 따른 양적 결과가 지니고 있는 제한점을 보완하기 위해서 STEAM 프로그램에 참여한 실험반 학생 대상의 설문지를 개발하였다. 개발된 설문지는 과학창의재단 STEAM 교과 연구회 회원 6인 및 동료교사 6인으로부터 안면타당도를 검증받았다.
- 표 2와 같이 실험반은 STEAM을 적용한 과학 수업을 실시하였고, 비교반은 교과서와 교사용 지도서(교육과학기술부, 2010; 교육인적자원부, 2007)에 제시된 절차에 따른 일반적인 교수 방법을 적용한 수업을 실시하였다. 수업 전과 후에 과학 학습 동기와 학업 성취도의 사전, 사후 검사를 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상은 B광역시 소재 M초등학교 5학년 4개 반을 대상으로 하였다. 4개 반 중 STEAM을 적용한 2개 반을 실험반으로 하고, 교과서와 지도서를 기반으로 하는 수업한 2개 반은 비교반으로 선정하였다. 표 1은 연구 대상 학생들의 구성을 나타낸 것이다.
- 통계적 분석에 따른 양적 결과가 지니고 있는 제한점을 보완하기 위해서 STEAM 프로그램에 참여한 실험반 학생 대상의 설문지를 개발하였다. 개발된 설문지는 과학창의재단 STEAM 교과 연구회 회원 6인 및 동료교사 6인으로부터 안면타당도를 검증받았다. 또한 검사 문항의 어휘 적절성과 난이도 조정을 위해 피 연구대상 학생 3인을 대상으로 예비 검사를 실시하여 수정·보완하였다.
- 본 연구의 대상은 B광역시 소재 M초등학교 5학년 4개 반을 대상으로 하였다. 4개 반 중 STEAM을 적용한 2개 반을 실험반으로 하고, 교과서와 지도서를 기반으로 하는 수업한 2개 반은 비교반으로 선정하였다.
데이터처리
- 연구 결과에 대한 신뢰성 확보를 위해 통계패키지 SPSS 20.0을 사용하여 결과를 처리하고 해석하였다.
이론/모형
- 학업 성취도 사전 검사지는 2012년 B광역시 교육청에서 제작한 학업성취도 평가 문항을 활용하였다. 사후 검사지는 2011년, 2012년 B광역시 학업성취도 평가 문항, 국가수준 학업성취도 평가 문제를 토대로 본 연구자가 제작·활용하였다.
성능/효과
- 5가지 과학 학습 동기 하위 영역을 살펴보면 자기 효능감, 과학 학습에 대한 태도, 과학 학습의 가치, 성적 및 성취 목표 영역 각각에서 모두 사후 평균을 t-검정한 결과, 두 집단 사이에는 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(p<.05).
- 다섯째, ‘바이센테니얼맨’ 영화에서 휴머노이드가 사람과 같은 모습을 갖추게 되고, 이를 인간으로 인정할 수 있는지에 대해 재판하는 내용을 도입해 미래에 개발된 인간과 흡사한 휴머노이드를 인간으로 인정할 수 있는지에 대해 토론하는 활동을 통해 인간 존중의 마음을 가질 수 있도록 하였다.
- 둘째, ‘뼈와 근육이 있어야 해요’라는 주제는 바이센테니얼맨이 움직이는 모습과 영화속 사람들이 움직이는 모습을 비교한 후 빨대손 모형과 풍선을 이용한 근육 모형을 만들어 보고 조작하는 과정에서 뼈와 근육의 생김새와 모습을 구체적으로 확인하는 활동과 수학의 대칭의 개념을 이용하여 얼굴을 그려보는 활동을 하였다.
- 둘째, STEAM을 적용한 초등과학수업은 과학 학업 성취도 향상에 유의미한 효과가 있었다. STEAM 적용 과학수업은 구체적인 조작과 다양한 활동이 통합되어 있어 학습한 내용을 구체적으로 확인하는 기회를 가지고, 친구들과의 피드백과 감성적 체험과정을 거치면서 학습한 내용을 더 깊이 이해하고 내면화할 수 있어 학업성취도에 긍정적 효과가 있었을 것이다.
- 사전 검사 결과, 실험반의 평균이 비교반의 평균보다 높게 나왔으나 t-검증 결과 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 확인되었다(p>.05).
- 사후 검사 결과, 실험반의 과학 학업 성취도 평균이 비교반의 평균보다 높게 나타났으며, 통계적으로도 유의미한 차이를 보이므로(p<.05), STEAM을 적용한 과학 수업이 일반적인 교수 방법을 적용한 수업에 비해 학생들의 과학 학업 성취도에 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다.
- 셋째, ‘심장이 필요해요’라는 주제는 바이센테니얼맨이 심장을 갖고 싶어 하는 영화의 장면을 본 후, 순환기관의 모습을 여과기를 이용해 재현해 보는 과정에서 순환 기관과 여과기의 각 부분이 하는 일을 연결시켜 공통점과 차이점을 찾아보게 하여 과학과 기술/공학의 연계를 생각할 수 있도록 하였다.
- 이 결과로부터 STEAM을 적용한 과학 수업이 과학 학습 동기 향상에 긍정적이고 유의미한 영향을 미치고 있음을 알 수 있었고, 특히 5개 하위 영역 중 ‘자기 효능감’, ‘과학 학습에 대한 태도’, ‘과학 학습의 가치’, ‘성적 및 성취 목표’에 긍정적이고 유의미하게 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었다.
- 이러한 결과를 바탕으로 STEAM을 적용한 초등 과학수업은 과학 학습 동기와 학업 성취도 향상에 유의미하고 긍정적인 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었고, 과학 교과를 기반으로 한 통합적 접근이 가치가 있다고 볼 수 있다.
- 이상으로 실험반 학생들의 설문 조사 결과를 종합해 보면 휴머노이드라는 첨단 소재를 이용해 우리 몸을 다양한 학습 방법과 새로운 실험을 통해 학습하는 과정에서 더 많은 흥미와 학습에 대한 호기심이 생겨 적극적으로 학습에 참여하였다는 것을 알 수 있었다.
- 첫째, ‘휴머노이드와 나는 달라요’라는 주제는 바이센테니얼맨이 창밖으로 뛰어내린 후, 아무런 이상 없이 다시 작동하는 내용의 영화를 보고 인간과 휴머노이드의 차이점과 공통점을 찾아보는 활동을 하였다.
- 첫째, STEAM을 적용한 초등과학수업은 과학 학습 동기 향상에 유의미한 효과가 있었고, 과학 학습 동기 하위 영역 중 학습 환경을 제외한 자기 효능감, 과학 학습에 대한 태도, 과학 학습의 가치, 성적 및 성취 목표에서 유의미한 영향을 주었다. STEAM을 적용한 과학 수업은 학생의 실생활과 연관된 다양한 영역이 통합되어 있으며, 학생들이 주도적으로 할 수 있는 많은 활동이 포함되어 있어 흥미롭게 학습에 참여할 수 있었을 것이다.
후속연구
- 따라서 다양한 STEAM 수업자료 개발은 물론 다양한 인적·물적 자원의 지원이 필요하며, 교육과정의 탄력적 시간 운영에 대한 이해가 바탕이 되어야 할 것이다. 또한 정규 과학 시간에 STEAM을 적용하기 위해서는 그에 적합한 과학 수업모형 및 과학과 평가 방법의 개선이 필요할 것이다.
- 둘째, 본 연구는 STEAM을 적용한 수업과 교과서와 지도서에 제시된 수업과 비교해 보았다. 통합 교육과정으로서의 STEAM의 위치를 생각할 때, STS를 적용한 과학 수업 등 바른 방식의 통합적 접근을 하는 과학 수업 등 다른 방식의 통합적 접근을 하는 과학 수업과도 그 효과를 비교해 보는 연구가 필요할 것이다.
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