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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 어렵다고 느끼고 있는 과학에 대한 접근방식을 실제적이고 현실적인 문제를 제공하여 과제를 해결하는 가운데 다양한 영역의 지식 습득과 통합적 사고력을 신장시키고 지식의 재구성을 통해 창의적인 산출물을 이끌어낼 수 있도록 하는 프로젝트 기반 STEAM 프로그램을 개발 하여 적용하여 문제해결과정 및 창의적 인성에 미치는 효과를 살펴보고 수업 후 학생들의 인식의 변화를 알아보고자 한다.
- 본 연구는 초등학교 4-6학년 학생들을 대상으로 토요과학교실 프로그램으로 프로젝트 기반 탐구 수업을 위해 교육과정을 분석하여 탐구과정 요소를 추출하고 목표를 설정하였다. 그리고 STEAM을 적용할 수 있도록 차시별 주제를 재구성하였다.
- 본 연구에서는 프로젝트 기반 STEAM 수업이 문제해결과정 능력 및 창의적 인성 능력, 수업 후 학습자들의 인식 반응에 미치는 효과를 알아보고자 하였다.
- 본 연구에서는 프로젝트 기반 STEAM 수업이 문제해결과정 능력 및 창의적 인성, 수업 후 학습자들의 인식 반응에 미치는 효과를 분석하는 것을 목적으로 하였다. 이러한 연구목적 달성을 위해 문헌에서 프로젝트 기반 학습과 STEAM교육의 개념과 선행연구를 분석하였고, 수업프로그램을 개발하여 연구대상인 초등학교 4-6학년 학생들에게 적용하였다.
제안 방법
- 활동의 단계는 교육과학기술부(2012)에서 제시한 융합인재교육 준거(틀)을 토대로 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험으로 구성하였으며, 전체적인 과정은 Blumenfeld et al.(1991) Project-Based Learning의 절차를 바탕으로 문제만나기, 문제 해결 계획 세우기, 문제 해결하기, 산출물 설계 및 발표, 감성적 체험의 순서로 진행하였다. 그 프로젝트 기반 STEAM프로그램의 구체적인 수업과정 및 학습 진행 절차는 표 1, 표 2와 같다.
- 본 연구는 초등학교 4-6학년 학생들을 대상으로 토요과학교실 프로그램으로 프로젝트 기반 탐구 수업을 위해 교육과정을 분석하여 탐구과정 요소를 추출하고 목표를 설정하였다. 그리고 STEAM을 적용할 수 있도록 차시별 주제를 재구성하였다. 주제의 재구성에 도움이 될 수 있는 주제에 따른 핵심용어를 지정하였다.
- 이러한 연구목적 달성을 위해 문헌에서 프로젝트 기반 학습과 STEAM교육의 개념과 선행연구를 분석하였고, 수업프로그램을 개발하여 연구대상인 초등학교 4-6학년 학생들에게 적용하였다. 그리고 기존 선행연구에서 개발된 타당성이 입증된 문제해결과정 검사지와 창의적 인성 검사지를 사용하여 수업 사전-사후검사를 실시하였다. 문제해결과정과 창의적 인성의 향상 효과를 검증하기 위해 대응표본 t-검정을 실시하였다.
- 본 연구는 ‘하늘 높이 로켓을 쏘아 올리자’를 주제로 한 프로젝트 기반 STEAM 프로그램이 학생들의 문제해결과정과 창의적 인성에 미치는 효과를 알아보기 위해 먼저 연구 주제와 관련된 선행연구와 문헌을 탐색하였고, STEAM을 적용하기 위해 교수·학습계획안을 작성하였으며, 예비연구를 통해 교수·학습 계획안을 수정 보완하였다. 그리고 문제 해결과정 및 창의적 인성에 관한 사전검사를 실시 하였으며, 주어진 주제에 대해 STEAM 수업을 적용한 후 사후 검사와 프로그램에 관한 학생들의 인식에 대한 설문조사를 실시하였고, 자료를 수집하여 분석, 정리하는 단계로 진행하였다.
- 본 연구는 ‘하늘 높이 로켓을 쏘아 올리자’를 주제로 한 프로젝트 기반 STEAM 프로그램이 학생들의 문제해결과정과 창의적 인성에 미치는 효과를 알아보기 위해 먼저 연구 주제와 관련된 선행연구와 문헌을 탐색하였고, STEAM을 적용하기 위해 교수·학습계획안을 작성하였으며, 예비연구를 통해 교수·학습 계획안을 수정 보완하였다.
- 본 연구에서 사용한 문제해결 과정 검사 도구는 우옥희(2000)가 Lee(1978)의 Process Behavior Survay 를 번안하여 수정사용한 검사지를 본 연구의 목적에 맞게 연구자가 수정하여 사용하였다. 이 검사지는 비 구조화된 문제 문항을 해결한 후 문제해결 과정 검사지의 문항에 표시하도록 되어있다.
- 셋째, 감성적 체험 활동은 학생의 흥미와 동기부여를 위해 학습에 대한 성공을 경험하게 하기 위한 단계이다. 에어로켓을 직접 만들어보고 날려보는 체험을 통해 하늘 높이 로켓을 쏘아 올려라 프로젝트를 마무리 할 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서는 프로젝트 기반 STEAM 수업이 문제해결과정 능력 및 창의적 인성, 수업 후 학습자들의 인식 반응에 미치는 효과를 분석하는 것을 목적으로 하였다. 이러한 연구목적 달성을 위해 문헌에서 프로젝트 기반 학습과 STEAM교육의 개념과 선행연구를 분석하였고, 수업프로그램을 개발하여 연구대상인 초등학교 4-6학년 학생들에게 적용하였다. 그리고 기존 선행연구에서 개발된 타당성이 입증된 문제해결과정 검사지와 창의적 인성 검사지를 사용하여 수업 사전-사후검사를 실시하였다.
- 그리고 STEAM을 적용할 수 있도록 차시별 주제를 재구성하였다. 주제의 재구성에 도움이 될 수 있는 주제에 따른 핵심용어를 지정하였다.
- 둘째, 창의적 설계 단계는 주어진 상황에서 문제를 해결하기 위하여 창의적으로 설계하는 과정으로 실생활 문제에서 나타나는 여러 가지 제약 조건 속에서 문제를 정의하고 최선의 해결책을 만들어 나가는 과정이다. 탐구활동으로 드라이아이스 로켓 만들기와 드라이아이스 로켓을 활용한 추진력 비밀 탐구활동과 로켓의 무게, 모양, 안전핀의 수를 달리 하여 날려보는 탐구활동을 통해 로켓의 원리를 탐구활동을 진행하였다. 탐구활동의 결과를 바탕으로 주어진 문제 상황에 대한 해결책으로 안정적이면서 높이 비행할 수 있는 나만의 로켓을 설계하고, 설계한 로켓에 대한 설명하는 글을 창의적 글쓰기를 통해 표현해 보게 하였다.
- 탐구활동으로 드라이아이스 로켓 만들기와 드라이아이스 로켓을 활용한 추진력 비밀 탐구활동과 로켓의 무게, 모양, 안전핀의 수를 달리 하여 날려보는 탐구활동을 통해 로켓의 원리를 탐구활동을 진행하였다. 탐구활동의 결과를 바탕으로 주어진 문제 상황에 대한 해결책으로 안정적이면서 높이 비행할 수 있는 나만의 로켓을 설계하고, 설계한 로켓에 대한 설명하는 글을 창의적 글쓰기를 통해 표현해 보게 하였다.
- 프로젝트 기반 STEAM 수업을 적용한 뒤 학습자들의 반응을 알아보기 위하여 수업 처치 후 사후검사에 설문지를 투입하여 결과를 분석하였다. 반응 검사지는 전문가 집단을 구성하여 내용타당도 검증을 거쳤다.
대상 데이터
- 본 연구는 2012년 4월부터 5월까지 2개월간 경남 C시에 소재한 A초등학교 토요과학교실에 참여한 4-6학년 학생 28명을 대상으로 하였다.
데이터처리
- 그리고 기존 선행연구에서 개발된 타당성이 입증된 문제해결과정 검사지와 창의적 인성 검사지를 사용하여 수업 사전-사후검사를 실시하였다. 문제해결과정과 창의적 인성의 향상 효과를 검증하기 위해 대응표본 t-검정을 실시하였다. 이와 같은 연구과정에 의한 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다.
- 사전 사후검사 자료는 채점한 후 SPSS 18.0 프로그램을 사용하여 분석하였는데, 창의적 인성의 사전-사후변화 효과에 대한 통계적 판단을 위해 대응표본 t-검정을 실시하였다.
- 프로젝트 기반 STEAM 프로그램이 문제해결과정 능력에 미치는 효과를 알아보기 위해 프로그램 적용 사전과 사후에 문제해결과정 검사를 실시하여 사전검사 점수와 사후검사 점수를 대응표본 t-검정으로 분석하고 결과를 해석하였으며, 그 결과는 표 6과 같다.
- 프로젝트 기반 STEAM 프로그램이 창의적 인성에 미치는 효과를 알아보기 위해 프로그램 적용 사전과 사후에 창의적 인성 검사를 실시하여 사전검사 점수와 사후검사 점수를 대응표본 t-검정으로 분석하고 결과를 해석하였으며, 그 결과는 표 7과 같다.
이론/모형
- 창의적 인성검사는 다양한 연령층의 창의적 인성을 측정하기 위한 목적으로 하주현(2000)이 개발한 검사지를 사용하였다. 창의적 인성의 구성 요소로 8개 하위요인 즉, 인내 · 집착, 자기확신, 유머감, 호기심, 상상력, 개방성, 모험심, 독립성을 두고 있으며, 표 5와 같은 평가준거에 기반한 5점 척도로 이루어진 총 30개 문항으로 구성되어 있다.
성능/효과
- ’를 묻는 질문에는 ‘그렇다’와 ‘매우 그렇다’가 93%로 나타나 STEAM수업이 과학적 개념 이해와 과학에 대한 흥미를 높이는데 효과적이었음을 알 수 있었다.
- 둘째, 프로젝트 기반 STEAM프로그램은 8개 하위 요인으로 구성된 창의적 인성 전반에 걸쳐 유의미한 향상 효과가 있었다. 이는 프로젝트 기반 STEAM 프로그램이 학생들의 인내/집착, 자기확신, 유머감, 호기심, 상상력 등을 향상시키는 데 있어서 유용할 수 있음을 보여준다.
- 따라서, 프로젝트 기반 STEAM 프로그램을 적용한 ‘하늘 높이 로켓을 쏘아 올리자’ 수업이 창의적인성 하위 요소인 ‘인내/집착’, ‘자기확신’, ‘유머’, ‘호기심’, ‘상상’에서 향상된 효과가 있음을 알 수 있었으며, ‘개방성’, ‘모험심’, ‘독립심’ 에서는 향상 효과가 나타나지 않음을 알 수 있었다.
- 문제해결과정 능력 검사 점수에 대한 t 검정 결과 문제해결과정 능력 전체점수에서 사전검사의 평균이 3.79, 표준편차가 2.96이며, 사후검사의 평균이 3.87이고, 표준편차는 2.48이며, t= 2.901, p=.027으로 유의수준 .05에서 유의미한 차이가 나타났다(p<.05).
- 문제해결과정 능력 하위 요소별 결과는 ‘문제의 이해’의 사전검사와 사후검사에서 평균이 3.84, 3.90이고, 표준편차는 2.94, 2.54이며, t=2.558, p=.016으로 유의수준 .05에서 유의미한 차이가 나타났고 (p<.05), ‘문제의 정의’의 사전검사와 사후검사에서 평균이 3.83, 3.86이고, 표준편차는 2.54, 2.84이며, t=2.143, p=.041로 유의수준 .05에서 유의미한 차이가 나타났다(p<.05).
- 본 연구에 사용된 척도의 신뢰성을 검정하기 위해 Cronbach α를 이용하여 사전검사 항목에 대한 내적 일관성을 분석하였는데, 그 결과 인내/집착 0.8924, 자기확신 0.8022, 유머감 0.7724, 호기심 0.6570, 상상력 0.7120, 개방성 0.6674, 모험심 0.6826, 독립성 0.6234로 내적일관성의 기준치인 0.6 이상으로 나타났다
- 셋째, 감성적 체험 활동은 학생의 흥미와 동기부여를 위해 학습에 대한 성공을 경험하게 하기 위한 단계이다. 에어로켓을 직접 만들어보고 날려보는 체험을 통해 하늘 높이 로켓을 쏘아 올려라 프로젝트를 마무리 할 수 있도록 하였다.
- 셋째, 프로젝트 기반 STEAM 프로그램인 ‘하늘 높이 로켓을 쏘아 올리자’ 수업 후 반응은 긍정적으로 인식하고 있는 것으로 나타났다.
- 이러한 연구 결과는 프로젝트 기반의 STEAM 프로그램을 통해 표현활동과 창의적 산출물을 설계하는 과정, 나만의 에어로켓을 만들어 직접 발사해 보는 감성적 체험 등 모둠별로 이루어지는 탐구 활동에서 문제해결을 위해 모둠원들과 서로 협동하여 의사소통 하는 등 상호작용이 활발하게 이루어지고, 학생들이 문제해결을 통한 성공의 기쁨을 경험하며 흥미와 호기심 갖고 즐겁게 참여하는 과정에서 자연스럽게 창의적 인성 요소에 긍정적인 향상 효과가 나타났다고 볼 수 있다.
- 이와 같은 결과에 따라 프로젝트 기반 STEAM프로그램은 전체 수업 진행과정을 통해 학생들의 문제해결과정 능력을 향상시키고, 창의 · 인성교육을 실현할 수 있는 프로그램으로서 가치가 있음을 알 수 있었다.
- 첫째, 프로젝트 기반 STEAM프로그램을 적용한 수업이 문제해결과정능력에 효과적이었다. 이는 학생들이 STEAM의 융합적 요소에 대한 접근방법이 학생들의 문제해결과정능력 향상에 도움이 되었다고 보아진다.
- 특히, 다른 학습내용도 STEAM으로 공부하고 싶다는 반응에서 ‘매우 그렇다’가 57.1%로 가장 높게 나타나 대부분의 학생들이 프로젝트 기반 STEAM학습 방법을 선호하는 것을 알 수 있었다.
- 표 8에서 보는 바와 같이 ‘프로젝트 기반 STEAM 프로그램이 흥미있었는가’를 묻는 질문에는 ‘그렇다’와 ‘매우 그렇다’에서 93%로 나타나 STEAM은 새로운 학습방법이지만 흥미가 있는 것으로 나타났으며, ‘STEAM수업에 적극적으로 참여했는가’를 묻는 질문에는 ‘그렇다’와 ‘매우 그렇다’에서 89%로 나타나 적극적으로 참여를 하고 있는 것으로 분석되었다.
- 학생들이 작성한 소감문을 분석한 결과에서도‘프로젝트 기반 STEAM 프로그램이 매우 유익하고 재미있었다’는 반응이 가장 많았고,‘학교에서 평소할 수 없었던 실험을 할 수 있어 좋았다’는 응답의 비율도 매우 높게 나타났다.
후속연구
- 본 연구를 통하여 나타난 결과의 논의와 시사점을 바탕으로 후속 연구에서는 프로젝트 기반 STEAM 학습이 과학탐구 능력이나 창의성 등의 고차원적 사고 능력의 신장에 관한 연구가 필요하고, 질적인 연구 방법을 활용하여 STEAM 프로그램의 효과를 검증하는 연구가 이루어질 필요가 있다.
- 1%로 가장 높게 나타나 대부분의 학생들이 프로젝트 기반 STEAM학습 방법을 선호하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과로 보아 STEAM에 대한 다양한 적용방법과 다양한 주제 제공이 STEAM이 정착하는데 기여할 것으로 예측된다.
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