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문제 정의
- 이에 기존의 교과중심의 통합교육 프로그램과 차별화되는 ‘융합형 과학교육 프로그램’을 조사하여, 각각의 프로그램 특징과 공통적인 요소를 추출 하고 차이점을 살펴보면서 미래시대를 준비하기 위한 융합형 과학교육 프로그램의 개발 시 고려할 만한 시사점을 도출하고자 한다.
제안 방법
- 과학 탐구 능력 평가 틀은 NAEP(National Assessment of Educational Progress) 분류 기준과 우종욱 등이 1993년, 1995년에 발표한 과학탐구능력평가틀을 이용하여, 하나의 프로그램이 구성될 때 맥락(context) 중심인지, 내용(concept) 중심인지로 구분 하였으며, 과정은 기초 탐구 과정 5개, 통합 탐구 과정 6개로 구분하여 데이터화 하였다.
- 각 사회의 문화적 차이가 교육의 양상에 대한 차이로 나타날 수도 있으며, 그리하여 혹시나 간과할 수도 있는 ‘그 어떤 것’을 찾아보려고 한다. 그리고 그 시선의 초점을 STEM 및 STEAM 교육 프로그램에 두었다. 또한 비교의 기준이 되는 대상은 한국, 미국, 영국으로 하였다.
- 분석 준거 및 분석 틀을 제작하고, 2차 검토를통해 분석 준거 및 분석 틀을 확정하였으며, 이 내용은 과학 분야 전문가 3인과 협의를 통해 신뢰도를 확보하였다. 이후에 자료를 세부 분석하고, 이 자료를 이용하여 데이터 코딩을 하였으며, 2회에 걸쳐 데이터 검증을 하였다.
- 분석 준거 및 분석 틀을 제작하고, 2차 검토를통해 분석 준거 및 분석 틀을 확정하였으며, 이 내용은 과학 분야 전문가 3인과 협의를 통해 신뢰도를 확보하였다. 이후에 자료를 세부 분석하고, 이 자료를 이용하여 데이터 코딩을 하였으며, 2회에 걸쳐 데이터 검증을 하였다.
대상 데이터
- 그리고 그 시선의 초점을 STEM 및 STEAM 교육 프로그램에 두었다. 또한 비교의 기준이 되는 대상은 한국, 미국, 영국으로 하였다.
- 자료 수집 기간은 2011년 3월부터 2012년 8월까지이며, STEM과 STEAM에 해당하는 교육 사례를 조사하였다. 최우선적으로 RISS(학술연구정보서비스)와 ERIC(Educational Resources Information Center)에서 ‘융합, 통합, 통섭, STEM, STEAM, interdisciplinary, converging, consilience, fusion’을 주제어로 한 과학 교육 관련 논문과 학술지 검색을 시도하였으나, 그 결과는 미미하였다.
이론/모형
- 지식 구조와 영역의 분석 틀은 Table 5와 같이 문대영의 STEM 통합 접근의 사전 공학 교육 프로그램 모형 개발에서 제시한 과학, 기술학, 공학, 수학 분야의 지식 구조와 영역을 선정하고, 예술 분야는 야크만이 2007년에 발표한 모형에서 예술 분야의 지식구조와 영역으로 선정하였다(Yakman & Kim, 2007; Yakman, 2008).
성능/효과
- 각 국의 특징적인 부분을 살펴보면, 한국은 과학을 제외한 기술, 공학, 예술, 수학 각 영역이 60% 이상의 비율을 보이고 있으며, 이는 미국, 영국에 비하여 비교적 골고루 다양한 영역과 융합을 시도하고 있음을 알 수 있었다. 또한 기술, 공학, 수학 영역보다 오히려 예술 영역의 비율이 높았으며, 이는 만들기나 조작활동을 주로 미술의 영역으로 구분하여 적용하였기 때문으로 보인다.
- STEAM 분야별 지식 구조와 영역 비율은 Table 11과 같으며, 세부 영역에서 2가지 영역을 포함하는 경우 중복하여 계산하여 Table 10에 비해 총 빈도수는 높게 나타났다. 과학 영역에서 지식의 구조와 영역 비율은 한국, 미국, 영국 세 국가 모두에서 물리 영역인 운동과 에너지의 비율이 가장 높았다.
- 기술 분야에서는 정보통신기술 영역의 비율이 한국, 미국, 영국 모두 가장 높았으며, 가장 낮은 영역은 수송-건설 기술 영역으로 나타났다.
- 기초탐구과정과 통합탐구과정을 합하면 차이가 줄지만, 통합탐구과정을 떼 놓고 비교하면 한국은 프로그램당 0.7개 수준, 미국과 영국은 1.5개 이상의 수치를 보여 그 차이는 더욱 커진다. 이는 미국, 영국이 프로그램당 교육 활동하는 시간 수가 2시간 이상 많기 때문으로 생각할 수 있으나, 이점을 고려하더라도 한국의 수치는 낮은 수준이다.
- 넷째, 기초, 통합탐구과정의 빈도수가 미국, 영국에 비하여 절대적으로 낮은 수준의 결과를 토대로 하였을 때, 한국의 STEAM 교육은 다양한 분야의 융합을 시도하였지만, 결과적으로 과학 본연의 탐구과 정은 오히려 소홀히 다루고 있음을 보여준다.
- 이는 기초탐구, 통합탐구 활동의 빈도와연결이 되면서 미국, 영국에 비하여 2배 정도 낮은 탐구활동의 빈도수를 보이고 있다. 또한 자신의 생각을 표현하고 피드백을 받아 수정하는 활동과 같이 시간이 필요한 활동이 절대적으로 부족한 결과를 나타내었다.
- 셋째, 세 국가 모두 과학 분야가 중심축이었으며, 융합의 특징으로 한국은 기술, 공학, 예술, 수학 전 분야에서 60% 이상의 비율을 보일 만큼 고르게 융합하는 양상을 보였고, 특히 미국, 영국에 비하여 예술 분야의 빈도가 높았다. 한국과 비교했을 때, 미국은 기술 분야에서, 영국은 기술과 공학 분야에서 높은 융합 빈도를 보였다.
- 수학 분야의 구조와 영역 비율을 살펴보면 한국, 미국은 모두 통계, 측정, 도형, 연산 부분의 비율이 높고, 함수와 문자와 식의 비율은 낮게 나타났다.
- 시간당 기초탐구과정과 통합탐구과정 수는 영국이 한국 미국에 비하여, 시수당 과학 탐구 활동 요소가 가장 높은 것으로 나타났다. 미국, 한국은 0.
- 조사한 프로그램의 수는 한국 77개, 미국 65개, 영국 75개로 한국이 가장 많았으나, 총 차시 수는 오히려 한국이 가장 적었다. 프로그램 개수가 비슷한 영국과 비교하면, 한국 656차시, 영국 774차시로 118차시 가량 영국이 더욱 많은 학습 시간을 요구 하고 있었다.
- 첫째, 교수학습 방법의 측면에서 세 국가 모두팀원 간의 협동을 요구하고 있었으며, 한국은 주제 중심이, 미국과 영국은 PBL의 비율이 가장 높았다.
- 통합탐구과정은 세 국가 모두 공통적으로 결론도출과 자료해석의 과정이 다른 과정에 비하여 빈도 수가 높았으며, 일반화는 가장 적었다. 이는 실험과정이 아니라 하더라도 생활주변의 사례를 모아 자료를 해석하고, 토론, 토의를 통해 결론을 내리는 과정이 다수 있었기 때문으로 보인다.
- 프로그램의 교수학습 방법의 구성비는 Table 7과같이, 영국과 미국은 PBL(Problem-Based Learning) 학습방법의 비율이 각각 52%와 59%로 가장 높게 나타났으며, 한국은 주제통합 학습이 60%로 가장 높은 것으로 나타났다.
- 프로젝트 학습은 한국, 미국, 영국 세 국가 모두 에서 STEM과 STEAM 교육에서 적용하고 있는 학습방법이며, 그 비율은 영국과 한국은 각각 21%, 19%로 비슷한 양상을 보이고 있었으며, 미국은 6% 비율을 보이고 있었다.
- 그 내용을 살펴보면, 미국과 영국은 Language Art로 구분하여 토론, 토의와 같은 상호작용을 통하여 진행하는 수업의 빈도가 높기 때문으로 보인다. 하지만, 과학 실험 후에 결과를 데이터화 하여 통계를 낸 뒤, 그 내용을 해석하는 과정에서 이루어지는 토론, 토의 활동은 별도의 Language Art로 구분하지 않았으며, 통합 탐구 활동의 의사소통으로 구분하고 있었다. 이런 점을 살펴볼 때, 전체 수업 중에 이루어지는 토론, 토의 활동의 비율이 미국, 영국은 매우 높을 수 있음을 미루어 짐작할 수 있다.
후속연구
- 이로 인해, 주제 중심의 교수학습 형태를 띠고, 차시 수의 제한이 생기고 있었다. 또한 과학 분야가 STEAM 교육에서 중심 축을 이룬다면, 기초, 통합탐구과정이 보다 높은 비율을 보여야 할 것이다.
- 비록 전체 프로그램의 차시수가 한국이 100차시 이상 적었음을 고려하더라도 통합탐구과정이 미국, 영국에 비하여 2배 이상 낮은 것은 분명 논의의 대상이 될 수 있을 것으로 보인다.
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