초등과학영재의 창의적 문제해결력 향상을 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 The Development of STEAM Project Learning Program for Creative Problem-solving of the Science Gifted in Elementary School원문보기
본 연구의 목적은 초등과학영재의 창의적 문제해결력 향상을 위해 융합인재교육(STEAM)프로젝트 학습 프로그램을 개발하고 이를 적용하여 그 효과를 알아보고자 하는 것이다. 이 연구는 경인교육대학교 과학영재교육원에 재학하는 초등학생 5, 6학년 30명을 대상으로 하였다. 융합 인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하기 위해 프로젝트 학습의 단계와 한국과학창의재단이 제시한 융합인재교육(STEAM) 프로그램의 구성원리와 학습준거, 방법론을 활용하였다. 개발된 프로그램의 효과를 검증하기 위해 초등영재학생을 위한 과학 창의적 문제해결력 검사지를 활용 하였다. 개발된 프로그램은 총 18차시이며, 태양열 자동차를 만드는 1차 프로젝트와 탄성 자동차를 만드는 2차 프로젝트로 구성되어 있다. 1차 프로젝트는 학생들과 함께 주제를 선정하고 선정된 주제에 맞추어 사전 활동들로 관련 자료를 조사한 후 실제 수업에서 탐구, 협의, 표현활동이 이루어지고 산출물로 마무리 및 평가가 되는 12차시로 구성되었다. 2차 프로젝트는 1차 프로젝트를 바탕으로 주어진 문제에 대해 스스로 해결방법을 구상하여 산출물을 만들어 내도록하는 6차시로 구성하였다. 모든 프로젝트는 교사와 학생 간 공통의 주제를 선정하고, 이 주제에 대해 스스로의 문제화 과정을 거쳐 학생 주도로 과학 기술 공학 예술 영역의 내용적 융합이 이루어질 수 있도록 구성하였다. 개발된 프로그램을 적용한 결과 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 프로그램은 영재 학생들의 창의적 문제해결력에 효과적인 영향을 주었음을 알게 되었다.
본 연구의 목적은 초등과학영재의 창의적 문제해결력 향상을 위해 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 학습 프로그램을 개발하고 이를 적용하여 그 효과를 알아보고자 하는 것이다. 이 연구는 경인교육대학교 과학영재교육원에 재학하는 초등학생 5, 6학년 30명을 대상으로 하였다. 융합 인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하기 위해 프로젝트 학습의 단계와 한국과학창의재단이 제시한 융합인재교육(STEAM) 프로그램의 구성원리와 학습준거, 방법론을 활용하였다. 개발된 프로그램의 효과를 검증하기 위해 초등영재학생을 위한 과학 창의적 문제해결력 검사지를 활용 하였다. 개발된 프로그램은 총 18차시이며, 태양열 자동차를 만드는 1차 프로젝트와 탄성 자동차를 만드는 2차 프로젝트로 구성되어 있다. 1차 프로젝트는 학생들과 함께 주제를 선정하고 선정된 주제에 맞추어 사전 활동들로 관련 자료를 조사한 후 실제 수업에서 탐구, 협의, 표현활동이 이루어지고 산출물로 마무리 및 평가가 되는 12차시로 구성되었다. 2차 프로젝트는 1차 프로젝트를 바탕으로 주어진 문제에 대해 스스로 해결방법을 구상하여 산출물을 만들어 내도록하는 6차시로 구성하였다. 모든 프로젝트는 교사와 학생 간 공통의 주제를 선정하고, 이 주제에 대해 스스로의 문제화 과정을 거쳐 학생 주도로 과학 기술 공학 예술 영역의 내용적 융합이 이루어질 수 있도록 구성하였다. 개발된 프로그램을 적용한 결과 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 프로그램은 영재 학생들의 창의적 문제해결력에 효과적인 영향을 주었음을 알게 되었다.
The purpose of this study the creative problem-solving of gifted children for elementary school science in order to improve and develop learning programs and STEAM projects by applying that effect would be to provide. To develop this STEAM program, we utilized the steps of the Project Learning metho...
The purpose of this study the creative problem-solving of gifted children for elementary school science in order to improve and develop learning programs and STEAM projects by applying that effect would be to provide. To develop this STEAM program, we utilized the steps of the Project Learning method and the KOrea Foundation for the Advancement of science and Creativity(KOFAC) proposed STEAM program, learning the principles and criteria in configuration, the methodology. In order to verify the effectiveness of the developed STEAM program Elementary Science for gifted students with creative problemsolving Questionnaire were used. The program was developed a total of 18 classes, consists of first project to create a solar car, second project to create elastic car. The primary project was selected as one of the topics with the students and selected topics related to previous activities in accordance with articles examining the actual quest, consultation, representation activities in class and finishing with the deliverables and evaluation consisted of 12 classes. The second project is the first project based on a given problem to generate a deliverable by outlining a solution which consists of 6 classes. All of this project was composed by teachers and students to select a common topic on the subject of themselves through a process of problematization, the student-led science, technology, engineering and arts of the area so that the content can be made convergence. The results of the study indicate that this developed STEAM program has a positive effection creative problem solving in a gifted students.
The purpose of this study the creative problem-solving of gifted children for elementary school science in order to improve and develop learning programs and STEAM projects by applying that effect would be to provide. To develop this STEAM program, we utilized the steps of the Project Learning method and the KOrea Foundation for the Advancement of science and Creativity(KOFAC) proposed STEAM program, learning the principles and criteria in configuration, the methodology. In order to verify the effectiveness of the developed STEAM program Elementary Science for gifted students with creative problemsolving Questionnaire were used. The program was developed a total of 18 classes, consists of first project to create a solar car, second project to create elastic car. The primary project was selected as one of the topics with the students and selected topics related to previous activities in accordance with articles examining the actual quest, consultation, representation activities in class and finishing with the deliverables and evaluation consisted of 12 classes. The second project is the first project based on a given problem to generate a deliverable by outlining a solution which consists of 6 classes. All of this project was composed by teachers and students to select a common topic on the subject of themselves through a process of problematization, the student-led science, technology, engineering and arts of the area so that the content can be made convergence. The results of the study indicate that this developed STEAM program has a positive effection creative problem solving in a gifted students.
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문제 정의
본 연구에서는 융합인재교육(STEAM)을 적용한 초등과학영재 프로그램의 개발을 통해 융합인재교육(STEAM)이 초등과학영재학생의 창의적 문제해결력에 어떠한 효과가 있는지 알아보았다. 본 연구에 대한 결론은 다음과 같다.
김문경(2014)은 융합인재교육(STEAM) 프로젝트 학습이 학생의 창의적 문제해결력 및 학업성취도에 미치는 영향을 분석하였는데 다양한 프로젝트 학습의 자료 개발과 적용이 필요하다고 하였다. 이에 본 연구에서는 초등과학영재의 창의적 문제해결력 향상을 위해 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 창의적 문제해결력 향상에 효과적인 프로젝트 수업으로 개발하고 그 효과를 알아보고자 한다.
제안 방법
1차 프로젝트 활동 결과를 통해 2차 프로젝트 주제를 소개하였으며 학생들은 2차 프로젝트 주제이 탄성자동차를 디자인하고 효율성을 측정해 보고, 제작하여 산출물로 만들어 내었다. 그 결과는 [그림 4]와 같다.
2차 프로젝트는 탄성을 이용한 자동차를 구상하고 설계 및 제작하여 최종 산출물을 제작하여 보는 활동으로 연구자의 직접개입보다 영재 학생들 스스로의 탐구와 협의 과정이 주로 이루어질 수 있도록 6차시로 구상하였다. 1차 프로젝트 활동의 교육적 효과를 활용할 수 있도록 1차 프로젝트 전 과정을 영재 학생들이 스스로 돌아볼 수 있도록 피드백을 제공하고 더욱 새롭고 발전적인 프로젝트 활동이 될 수 있도록 유도하였다.
개발된 영재교육 프로그램의 검증을 위해 과학교육 석사학위 소지자 2인과 과학영재교육 석사학위 소지자 3인의 설문 분석을 실시하였다. 설문지의 영역과 내용은 <표 1>의 융합인재교육(STEAM) 수업설계를 위한 체크리스트와 동일하며 Likert 5점 척도를 사용하여 5인이 프로그램을 분석하였으며, 그 결과는 <표 2>와 같다.
개발된 프로그램은 영재교육 학위 소지자 5인의 설문조사로 타당도와 신뢰도를 확보하였으며 사전 검사지를 통해 학생들의 창의적 문제해결력을 사전 측정하였다. 그 후 18차시 융합인재교육(STEAM) 프로그램으로 실제 수업을 진행하였으며 사후 검사지로 학생들의 창의적 문제해결력 변화정도를 측정하여 통계 처리 한 후 결과를 정리하였다.
초등과학영재의 창의적 문제해결력 향상을 위해 개발된 융합인재교육(STEAM) 프로그램은 총 18차시로 활동의 흐름은 다음 <표5>와 같다. 개발한 융합인재교육(STEAM) 프로그램은 박사학위 영재교육 전문가 2인의 검토와 수정 및 보완 작업을 2차에 걸쳐 실시하였다.
교사와 학생간 공통의 주제를 선정하고 스스로의 문제화 과정을 통해 과학 · 기술 · 공학 · 예술 영역의 창의적 설계가 학생 주도로 이루어질 수 있도록 내용적 융합을 고려하여 프로젝트를 구성하였으며 1차 프로젝트 종료 후 발전된 새로운 2차 프로젝트를 통해 학생들이 성공경험을 체험할 수 있도록 하였다.
개발된 프로그램은 영재교육 학위 소지자 5인의 설문조사로 타당도와 신뢰도를 확보하였으며 사전 검사지를 통해 학생들의 창의적 문제해결력을 사전 측정하였다. 그 후 18차시 융합인재교육(STEAM) 프로그램으로 실제 수업을 진행하였으며 사후 검사지로 학생들의 창의적 문제해결력 변화정도를 측정하여 통계 처리 한 후 결과를 정리하였다.
둘째, 본 연구에서는 융합인재교육(STEAM) 프로그램이 초등과학영재 학생의 창의적 문제해결력에 미치는 영향을 검증해 보았다. 수업자의 관점에서 보았을 때 융합인재교육(STEAM) 프로그램은 영재 학생들에게 높은 흥미를 보여주어 수업 몰입도를 향상시키는 효과가 있었다.
본 검사도구는 문제 상황에서 다양한 문제를 탐색하여 제안하기, 자신의 문제로 적절한 탐구 문제 선택하기, 원인에 따른 다양한 해결책 제시하기, 가설 설정과 실험 방법 등 실험계획 세우기, 잘된 점과 개선점을 찾으며 해결 방법 확인하기의 5가지 하위요소로 구성되어 있다. 각각의 하위 요소별로 1문항씩 총 5문항이 있으며 한 문항에 0, 1, 2점씩 3가지 척도로 하여 10점 만점으로 채점하도록 되어 있다.
설문지의 영역과 내용은 의 융합인재교육(STEAM) 수업설계를 위한 체크리스트와 동일하며 Likert 5점 척도를 사용하여 5인이 프로그램을 분석하였으며, 그 결과는 와 같다.
연구의 대상인 과학영재학생들은 형식적 조작기에 속하며 스스로 많은 선택권과 결정권이 부여되는 프로젝트 학습에 강한 모습을 보이고 실제로 이에 따른 수업 효과도 긍정적임을 나타내고 있어(강호감, 2009) 학생들의 흥미도와 자기주도적 학습이 가능한 공작활동을 고려하여 ‘자동차’를 소재로 프로그램을 개발하였다.
이를 토대로 연구자는 프로젝트 학습 5단계를 구체적으로 나누어 평가 단계를 추가한 6단계로 재구성하고 STEAM 요소를 세부적으로 설정하여 한국과학창의재단이 개발한 융합인재교육(STEAM) 프로그램의 구성원리, 학습준거, 방법론을 준거로 초등과학영재를 위한 프로그램을 개발하였다.
자동차에 대한 과학적 요소에는 자동차에 적용된 힘인 마찰력, 저항력, 운동법칙이 포함되었고 기술·공학적 요소로 자동차의 조향장치, 엔진의 동력 전달, 제동장치 등을 학습시켰다.
주제 선정 후 학생들에게 바퀴의 발명과 관련된 문제를 제시하여 자신의 문제로 고민해보게 하였고 이를 자동차의 발달과 디자인 학습으로 연결시켜 적용하였다.
첫째, 융합인재교육(STEAM)을 과학영재학생들에게 적용하기 위해 프로젝트 학습으로 개발하였다. 프로젝트 학습의 단계에 따라 1차 프로젝트 12차시와 2차 프로젝트 6차시를 포함하여 18차시로 구성하였다.
탐구 및 표현하기 단계에서 프로젝트 학습의 가장 많은 시간을 집중하여 주제에 대한 외관 디자인, 과학적 효율성을 스스로 학습하도록 구상하였다. 이 단계에서 과학·기술·공학·예술 영역의 창의적 설계가 학생 주도로 이루어질 수 있도록 내용적 융합을 고려하였다.
첫째, 융합인재교육(STEAM)을 과학영재학생들에게 적용하기 위해 프로젝트 학습으로 개발하였다. 프로젝트 학습의 단계에 따라 1차 프로젝트 12차시와 2차 프로젝트 6차시를 포함하여 18차시로 구성하였다. 교사와 학생간 공통의 주제를 선정하고 스스로의 문제화 과정을 통해 과학 · 기술 · 공학 · 예술 영역의 창의적 설계가 학생 주도로 이루어질 수 있도록 내용적 융합을 고려하여 프로젝트를 구성하였으며 1차 프로젝트 종료 후 발전된 새로운 2차 프로젝트를 통해 학생들이 성공경험을 체험할 수 있도록 하였다.
프로젝트 학습의 단계에 따라 교사 주도가 아닌 학생들과 함께 주제를 선정하고 선정된 주제에 맞추어 사전 활동들로 관련 자료를 조사한 후 실제 수업에서 탐구, 협의, 표현활동이 이루어지고 마무리 및 평가가 되는 1차 프로젝트 12차시와 새로운 프로젝트 단계 6차시를 포함하여 총 18차시의 융합인재교육(STEAM) 프로그램으로 구성하였다.
프로젝트 활동은 총 2차로 구성하였고 1차 프로젝트 12차시 활동을 통해 영재 학생들은 자동차에 대한 과학과 기술·공학적 요소를 학습하였다.
대상 데이터
본 연구는 경인교육대학교 과학영재교육원에 재학하는 초등학생 5학년 5명, 6학년 25명 총 30명(남 23명, 여 7명)을 대상으로 하였으며 이들 학생은 경기도 관내 다양한 초등학교에서 선발되었다.
데이터처리
영재학생들의 창의적 문제해결력을 검사하기 위해서, 강호감과 최선영(2006)이 초등학교 과학영재 학급 학생 선발을 위해 개발한 과학 창의적 문제해결력 검사 도구를 사용하였으며 통계처리는 SPSS 18.0을 활용한 t-검정을 실시하였다.
이론/모형
연구자가 개발한 영재교육 프로그램이 융합인재교육(STEAM)의 구성원리와 학습준거의 적합도를 만족하는지 확인하기 위해 융합인재교육(STEAM) 수업설계를 위한 체크리스트(한국과학창의재단, 2012)를 참고하였다( 참조).
융합영재교육(STEAM) 프로그램의 개발을 위해 김대현 등(1999)의 프로젝트 학습 모형, 김진수(2012)의 융합인재교육(STEAM) 방법론을 참고하였다. 김대현 등(1999)은 프로젝트 학습을 준비하기, 주제 결정하기, 활동 계획하기, 탐구 및 표현하기, 마무리하기 등의 5단계로 구성하였다.
성능/효과
둘째, 융합인재교육(STEAM)을 적용한 초등과학영재 프로그램은 과학영재 학생의 창의적 문제해결력에 유의미한 효과를 보여주었다. 그 중에서도 다양한 문제 제안하기, 해결책 생각하기, 실험계획 세우기 영역에 미치는 효과가 가장 높게 나타났다.
둘째, 융합인재교육(STEAM)을 적용한 초등과학영재 프로그램은 과학영재 학생의 창의적 문제해결력에 유의미한 효과를 보여주었다. 그 중에서도 다양한 문제 제안하기, 해결책 생각하기, 실험계획 세우기 영역에 미치는 효과가 가장 높게 나타났다.
사전 창의적 문제해결력 검사에서는 평균이 10점 만점에 8.2로, 사후 창의적 문제해결력 검사에서는 평균 9.37로 1.17의 평균값 향상이 나타났으며 통계적으로도 유의미한 차이가 있었다(p<.01).
셋째, 융합인재교육(STEAM) 프로그램에서 프로젝트 학습의 수업이 진행됨에 따라 과학영재학생들의 자기주도적인 학습 태도와 집중력이 눈에 띄게 향상되었다. 이는 융합인재교육(STEAM)으로 구성된 영재교육 프로그램이 영재 학생들의 과제몰입을 도울 수 있다는 것을 말해준다.
이상의 결과로 볼 때 프로젝트 학습을 통한 융합인재교육(STEAM) 프로그램은 영재 학생들의 창의적 문제해결력에 긍정적인 영향을 주었다. 이 결과는 융합인재교육(STEAM) 프로그램이 영재 학생들에게 창의적으로 사고하는 방법에 효과적이며 영재 학생의 성공적인 산출물을 위해서 프로젝트 학습이 유용함을 말해 준다.
창의적 문제해결력 검사 결과 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 투입하기 사전보다 사후의 결과에서 5개 영역 모두 다 평균점수가 높게 형성이 된 것으로 측정되었다. ‘적절한 탐구 문제 선택하기’ 영역은 평균값이 높게 측정되었으나 통계적으로 유의미한 결과를 나타내지는 못하였다.
후속연구
다만 ‘적절한 탐구문제 선택하기’와 같은 탐구방법 자체와 그 적용에 대한 영역에서는 밀도있는 학습이 더 필요함을 알게 되었다. 이는 차후 영재학생을 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램에서 보완하여야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라의 영재교육은 무엇을 목적으로 하는가?
우리나라의 영재교육은 재능이 뛰어난 사람을 조기에 발굴하고 타고난 잠재력을 계발할 수 있는 교육 기회를 제공하여 개인의 자아실현과 국가 사회 발전에 기여함을 목적으로 한다(김유정 등, 2009). 영재교육진흥법에서 규정하는 영재교육의 목적은 잠재력을 계발할 수 있도록 능력과 소질에 맞는 교육을 실시하는 것이며, 그 중에서도 과학영재교육은 과학영역의 심화된 내용의 학습과 창의적인 사고력의 계발을 통하여 창의적으로 문제를 해결하는 능력을 계발하도록 최우선 목표를 설정하고 있다(한국교육개발원, 1999).
STEAM 교육의 목표는 무엇인가?
교육과학기술부는 2011년 추진 업무에서 ‘과학기술 융합교육 강화’를 제시하고, STEAM 교육을 발표하였다. 여기서 STEAM 교육의 목표를 융합적 사고와 창의적 문제해결능력을 배양할 수 있는 인재 양성에 두고 있다.(교육과학기술부, 2010)
영재교육의 CPS 모형의 대안으로 무엇이 실시되고 있는가?
그러나 CPS 모형은 교과 지식과 분리되어 있어 실제 과학교육현장에 적용하기에는 어려움이 있다(우종옥 등, 2000). 이에 대한 대안으로 우리나라에서는 2002년부터 한국과학영재학교를 중심으로 과학영재 학생들의 창의적 문제해결력 향상을 위해 프로젝트 학습이 실시되고 있으며 조한국(2001)은 과학 탐구형 프로젝트 학습모형이 중학교 과학영재들의 창의적 문제해결력에 효과가 있다고 보고하였다.
참고문헌 (19)
강호감, 최선영(2006). 초등학교 과학영재학급 학생선발을 위한 과학 창의적 문제해결력 검사도구 개발. 초등과학교육, 25(1), 27-38.
강호감, 임희준, 김정선(2009). 초등과학수업에서의 문제중심학습이 창의적 문제해결력과 학업성취도에 미치는 효과. 초등과학교육, 28(4), 382-389.
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