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문제 정의
- 4차시 수업은 달 기지 건설 전문가 협의하기 수업으로 달 기지 건설을 위한 심화 활동이다. 각 조원이 여러 분야의 전문가라고 가정하고, 전문가 회의를 거쳐 달의 특성을 고려한 탐사기지 건설에 대해 고민해 볼 기회를 제공했다. 1시간에 끝나지 않아 동아리활동 시간을 더 많이 활용하여 1시간 20분 동안 연장된 수업으로 진행했다.
- 본 연구는 달기지 건설 프로젝트라는 총 10차시의 장기 프로젝트형 융합인재교육 프로그램 적용이 학생들의 통합탐구능력 신장에 미치는 영향을 탐구한 것이다. 나아가 과학탐구능력을 가설설정, 변인 찾기, 조작적정의, 실험 설계, 그래프화, 데이터 해석의 6가지 하위요소로 세분화 하여 각 요소에 대한 융합인재교육 프로그램의 영향을 확인했다.
- 본 연구에서는 달과 관련된 주제에 한정하여 융합프로그램을 개발·적용하여 통합탐구능력 향상 여부를 연구하였다. 하지만 향후에는 다양한 주제로 다양한 지역과 성별에 적용하여 보다 폭넓은 추가 연구가 필요하다고 생각된다.
- 이에 본 연구의 목적은 ‘달’ 주제로 융합인재교육 프로그램을 개발·적용하여 과학탐구능력의 변화가 어느 정도인지를 알아보고자 한다.
제안 방법
- 각 조원이 여러 분야의 전문가라고 가정하고, 전문가 회의를 거쳐 달의 특성을 고려한 탐사기지 건설에 대해 고민해 볼 기회를 제공했다. 1시간에 끝나지 않아 동아리활동 시간을 더 많이 활용하여 1시간 20분 동안 연장된 수업으로 진행했다. 미리 준비된 회의 자료를 나눠주고 각 전문가들을 조별로 선택하여 자신이 맡은 분야를 회의를 통해 알아낸 뒤 다시 조원들에게 돌아가 설명하도록 했다.
- 1차시 수업은 Mistery Box 물체 맞추기 수업으로 동아리 활동 세 시간 중 첫 번째 시간을 활용하여 실시했다. 과학자들이 달에 관해 연구할 때 직접적인 관찰이 불가능한 상황들이 많으며 각자 과학적인 근거를 들어 자신의 이론을 내세우며 결국 사회적 합의 과정을 거쳐 과학적 정의를 내리는 과정을 Mistery Box 물체 맞추기 수업으로 경험할 수 있도록 했다.
- 5차시 수업은 달 기지 설계도 작성하기 수업으로 동아리 활동 세 시간 중 첫 번째 시간을 활용하여 실시했다. 달에 기지를 건설한다면 어떤 형태로 될지, 필요한 것이 무엇이 있을지를 생각해서 그림으로 그리도록 지도했다.
- 지도안은 Table 3과 같이 전체적인 계획을 정리한 수업 차시별 계획 총괄표를 먼저 작성하고, 각 차시별 지도안을 작성했다. 각 지도안은 Table 4와 같이 각 차시별로 탐구요소, 융합내용, 융합정도, 융합방법을 분석하여 정리했다.
- 10차시 수업은 상상도 그리기 활동이었다. 건설된 달 탐사기지에 사람들이 생활하고 있다고 가정하고 어떤 모습일지 상상해서 그림으로 표현하여 학생들의 창의성을 발현할 수 있도록 기회를 제공했다. 이 수업은 동아리 활동 시간 중 두 시간을 활용하여 진행했다.
- 2차시에서는 실제로 학교에서 찍은 달 사진을 보여주고 사진을 찍은 시간을 추측해보게 했다. 관측 가능한 시간을 계산해보도록 한 후 주어진 재료를 이용하여 위상변화를 설명하기 위한 모형을 제작하고 설명할 수 있도록 했다. 3차시 수업은 달과 관련된 현상 찾기 수업으로 일주일 전에 미리 과제를 주었다.
- 그리고, 각 탐구과정요소의 향상 정도를 분석하기 위해 프로그램 적용 전과 후의 각 요소별 사전 평균과 사후 평균의 차이를 계산했다.
- 본 연구는 달기지 건설 프로젝트라는 총 10차시의 장기 프로젝트형 융합인재교육 프로그램 적용이 학생들의 통합탐구능력 신장에 미치는 영향을 탐구한 것이다. 나아가 과학탐구능력을 가설설정, 변인 찾기, 조작적정의, 실험 설계, 그래프화, 데이터 해석의 6가지 하위요소로 세분화 하여 각 요소에 대한 융합인재교육 프로그램의 영향을 확인했다. 연구 결과를 분석하고 이에 대한 논의를 하면 다음과 같다.
- 7차시 수업은 달 기지 건설 관련 제작활동 수업으로 가장 많은 시간이 소요된 수업이었다. 달 기지 건설 모형을 제작하는 조는 중식 후 남는 시간들을 활용하여 달 기지 안에 들어가는 여러 가구 및 기구들을 제작하였고, 달 기지 건설에 사용될 로봇을 고안하는 팀은 로봇이 갖춰야 할 조건들을 찾은 후 조건을 만족하는 로봇 제작을 고안하였으며, 식물 재배를 담당한 조는 주중에는 교실에, 주말에는 집에 가져가서 진공실험장치에 넣은 식물을 지속적으로 사진을 찍어 확인하며 식물 생존 가능성을 확인했다.
- 3차시 수업은 달과 관련된 현상 찾기 수업으로 일주일 전에 미리 과제를 주었다. 달과 관련된 신문기사나 인터넷 기사를 찾아 현상을 과학적으로 설명하도록 했다. 황사 피해에 관한 신문기사를 보여주고 과학적으로 설명하는 방법을 먼저 예시로 보여주어 학생들이 과제 발표를 할 수 있도록 자료를 제시했다
- 융합인재교육 프로그램 투입은 정규 동아리 활동 시간 및 정기고사 기간을 제외한 야간자율학습 시간 중 일부를 활용하여 실시했으며, 달에 기지를 건설하기 위한 프로젝트의 주제를 진행하며 1차시에 50분씩 수업이 진행될 수 있도록 편성하고, 일부 활동의 경우 50분에 끝나지 않아 추가 시간을 투자하여 활동할 수 있도록 지도 했다. 동시에 비교 집단 학생들에게는 실험 집단의 학생들이 동아리 시간에 STEAM 활동을 하는 동안에는 그 대신 교과서에 소개된 실험 과정 및 방법을 설명해 주고 학생들이 재현해 볼 수 있는 기회를 준 후 실험 보고서를 작성하도록 하는 전통적인 실험 수업을 진행하였고, 야간자율학습 시간에는 STEAM 활동을 한 시간만큼 10차시의 심화 보충 수업을 실시하여 교육과정에서 배운 내용을 복습하도록 하는 전통적인 방식으로 지도했다.
- 1시간에 끝나지 않아 동아리활동 시간을 더 많이 활용하여 1시간 20분 동안 연장된 수업으로 진행했다. 미리 준비된 회의 자료를 나눠주고 각 전문가들을 조별로 선택하여 자신이 맡은 분야를 회의를 통해 알아낸 뒤 다시 조원들에게 돌아가 설명하도록 했다.
- 35이다. 본 검사지는 통합탐구능력을 크게 가설설정, 변인찾기, 조작적 정의, 실험설계, 그래프화, 데이터해석 등의 탐구과정요소 6개로 나누고 있으며, 총 36문항으로 이루어져 있다. 이 검사지의 채점은 정답이면 1점, 오답이면 0점으로 점수를 부여해서 총점 36점으로 계산했으며, 검사 시간은 35분으로 책정했다.
- 본 연구를 위하여 융합인재교육 교사연구회에서 개발한 SPACE 문제해결 프로그램을 연구 대상에 맞게 수정 보완하여 총 10차시에 해당하는 지도안을 작성했다. 지도안은 Table 3과 같이 전체적인 계획을 정리한 수업 차시별 계획 총괄표를 먼저 작성하고, 각 차시별 지도안을 작성했다.
- 작성한 프로그램 지도안은 융합인재교육 교사연구회 및 동료 교사와 전문가에게 의뢰하여 각 차시별 탐구요소 및 융합정도를 분석하였고, 의견을 반영하여 수정했다. 실험 집단과 비교 집단의 사전검사 실시 후 융합인재교육 프로그램을 학생들에게 투입하였고, 그 후 사후 검사를 실시했다. 사전·사후 검사 결과 분석 및 통계 처리를 통해 프로그램 적용을 통한 효과를 검증했다.
- 수업은 크게 두 가지 방식으로 진행했다. 실험 집단은 정규 교육과정 내용이 포함된 융합인재교육 프로그램을 활용하여 진행했고, 비교 집단은 전통적인 수업 방식으로 진행했다. 융합인재교육 프로그램 투입은 정규 동아리 활동 시간 및 정기고사 기간을 제외한 야간자율학습 시간 중 일부를 활용하여 실시했으며, 달에 기지를 건설하기 위한 프로젝트의 주제를 진행하며 1차시에 50분씩 수업이 진행될 수 있도록 편성하고, 일부 활동의 경우 50분에 끝나지 않아 추가 시간을 투자하여 활동할 수 있도록 지도 했다.
- 실험 집단의 연구는 4월부터 9월까지 약 6개월 간 정규 교육과정에 STEAM 내용을 반영하여 수업하였고, 비교 집단은 같은 기간 동안 일반적인 정규 교육과정에 따라 수업했다. 융합인재교육 프로그램을 적용한 전후에 실험 집단과 비교 집단 모두에 과학탐구능력 검사를 실시하여 그 결과를 분석했다.
- 융합인재교육 프로그램 적용 후 실험 집단과 비교 집단에 대하여 TIPSⅡ 검사지를 이용하여 과학탐구능력 검사를 실시했다. 그 결과의 유의미성을 판단하기 위해 사후 검사에 대하여 독립표본 t-검정을 실시했다.
- 실험 집단은 정규 교육과정 내용이 포함된 융합인재교육 프로그램을 활용하여 진행했고, 비교 집단은 전통적인 수업 방식으로 진행했다. 융합인재교육 프로그램 투입은 정규 동아리 활동 시간 및 정기고사 기간을 제외한 야간자율학습 시간 중 일부를 활용하여 실시했으며, 달에 기지를 건설하기 위한 프로젝트의 주제를 진행하며 1차시에 50분씩 수업이 진행될 수 있도록 편성하고, 일부 활동의 경우 50분에 끝나지 않아 추가 시간을 투자하여 활동할 수 있도록 지도 했다. 동시에 비교 집단 학생들에게는 실험 집단의 학생들이 동아리 시간에 STEAM 활동을 하는 동안에는 그 대신 교과서에 소개된 실험 과정 및 방법을 설명해 주고 학생들이 재현해 볼 수 있는 기회를 준 후 실험 보고서를 작성하도록 하는 전통적인 실험 수업을 진행하였고, 야간자율학습 시간에는 STEAM 활동을 한 시간만큼 10차시의 심화 보충 수업을 실시하여 교육과정에서 배운 내용을 복습하도록 하는 전통적인 방식으로 지도했다.
- 실험 집단의 연구는 4월부터 9월까지 약 6개월 간 정규 교육과정에 STEAM 내용을 반영하여 수업하였고, 비교 집단은 같은 기간 동안 일반적인 정규 교육과정에 따라 수업했다. 융합인재교육 프로그램을 적용한 전후에 실험 집단과 비교 집단 모두에 과학탐구능력 검사를 실시하여 그 결과를 분석했다.
- 달에 기지를 건설한다면 어떤 형태로 될지, 필요한 것이 무엇이 있을지를 생각해서 그림으로 그리도록 지도했다. 이 때 중력이나 대기의 유무 등 달의 환경을 고려하여 판단하도록 했다.
- 먼저 ‘달’을 주제로 융합인재교육을 하기 위한 지도안을 작성했다. 작성한 프로그램 지도안은 융합인재교육 교사연구회 및 동료 교사와 전문가에게 의뢰하여 각 차시별 탐구요소 및 융합정도를 분석하였고, 의견을 반영하여 수정했다. 실험 집단과 비교 집단의 사전검사 실시 후 융합인재교육 프로그램을 학생들에게 투입하였고, 그 후 사후 검사를 실시했다.
- 각 조별로 사업을 한다는 가정 하에 달 기지 건설 계획을 종이에 만든 PPT로 계획서를 설명하여 선정되기 위한 경쟁을 붙였다. 조별 토의 시간이 오래 걸리고 종이 PPT 제작 시간까지 고려하여 두 시간을 할애했다.
- 학생컨설팅 형식을 거쳐 발표 후 질문을 받고 대답하며 자유롭게 평가·토의를 거치도록 했다.
- 달과 관련된 신문기사나 인터넷 기사를 찾아 현상을 과학적으로 설명하도록 했다. 황사 피해에 관한 신문기사를 보여주고 과학적으로 설명하는 방법을 먼저 예시로 보여주어 학생들이 과제 발표를 할 수 있도록 자료를 제시했다
대상 데이터
- 연구 대상은 Table 1과 같이 인천광역시에 소재한 인문계 여자고등학교 1, 2학년으로 구성된 과학동아리 학생들 30명을 실험 집단으로 선정하였으며, 실험 집단과 비슷한 수준(P>0.05)을 갖는 비교 집단 학생 30명을 선정했다.
데이터처리
- 융합인재교육 프로그램 적용 후 실험 집단과 비교 집단에 대하여 TIPSⅡ 검사지를 이용하여 과학탐구능력 검사를 실시했다. 그 결과의 유의미성을 판단하기 위해 사후 검사에 대하여 독립표본 t-검정을 실시했다. 그 결과는 Table 8과 같다.
- 또한 학습 프로그램 적용 후에는 학생들의 통합탐구능력 향상 정도가 통계적으로 의미 있는 차이가 있는지를 알아보기 위해, 실험 집단과 비교 집단 간의 독립표본 t-검정과, 실험 집단 내에서 사전·사후 검사의 대응 표본 t-검정(Paired Samples t-test)을 실시했다.
- 본 연구 결과에서 얻은 모든 자료의 통계 분석은 SPSS version22 프로그램을 사용했다. 융합인재교육 프로그램을 적용하기 전에, 실험 집단과 비교 집단의 동질성 여부를 분석하기 위하여 독립표본 t-검정 (Independent Samples t-test)을 실시했다.
- 사전·사후 검사 결과 분석 및 통계 처리를 통해 프로그램 적용을 통한 효과를 검증했다.
- 실험 집단과 비교 집단의 통합탐구능력 동질성 여부를 분석하기 위해 TIPSⅡ 검사지를 이용하여 측정한 통합탐구능력에 대하여 독립표본 t-검증을 실시했다. 결과와 분석은 Table 7과 같다.
- 본 연구 결과에서 얻은 모든 자료의 통계 분석은 SPSS version22 프로그램을 사용했다. 융합인재교육 프로그램을 적용하기 전에, 실험 집단과 비교 집단의 동질성 여부를 분석하기 위하여 독립표본 t-검정 (Independent Samples t-test)을 실시했다. 또한 학습 프로그램 적용 후에는 학생들의 통합탐구능력 향상 정도가 통계적으로 의미 있는 차이가 있는지를 알아보기 위해, 실험 집단과 비교 집단 간의 독립표본 t-검정과, 실험 집단 내에서 사전·사후 검사의 대응 표본 t-검정(Paired Samples t-test)을 실시했다.
- 융합인재교육 프로그램을 적용한 실험 집단의 통합탐구능력 향상도와 그 유의미성을 판단하기 위하여 실험 집단의 사전검사 결과와 사후검사 결과에 대하여 대응표본 t-검정을 실시했다. 그 결과는 Table 9 및 Fig.
이론/모형
- 통합탐구능력 측정검사의 도구는 Burns et al.(1985)에 의해서 개발된 TIPSⅡ(Test of Integrated Process Skill)를 실정에 맞게 번안한 것을 활용했다. 본 검사지의 내적 신뢰도(Cronbach α)는 0.
- 본 연구에서 활용한 차시별 교수-학습 과정안의 예는 Table 5와 같다. 각 차시별 교수-학습 과정안은 학습목표와 내용 특성에 따라 적절한 수업모형(Cho and Park, 1995)을 선택하여 활용하였다.
- 본 연구에 활용된 검사도구는 통합탐구능력검사지이다. 통합탐구능력 측정검사의 도구는 Burns et al.
성능/효과
- 둘째, STEAM 프로그램을 활용한 실험 집단의 학생들은 전통적인 방식으로 수업을 받은 비교 집단의 학생들보다 통합탐구능력을 향상시키는데 더 의미있게 나타났다(p<.05). 이것은 본 STEAM 프로그램에 통합탐구능력과 관련된 탐구요소가 융합적으로 많이 반영된 결과로 보여진다.
- 그 결과는 Table 8과 같다. 실험 집단의 사후 통합탐구능력은 총 32문항 중 평균이 23.40으로 비교 집단의 평균 18.73점 보다 4.67점 높게 나타났다. 두 집단의 총 점수차의 유의미성을 알아보기 위한 독립표본 t-검정 결과 유의수준 .
- 05) 요소는 평균점수의 상승은 있었으나, 두 집단 간에 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 이런 결과는 적용한 프로그램이 통합탐구능력 증진에 세부적으로 그래프화를 제외한 가설설정, 변인 찾기, 조작적 정의, 실험설계, 데이터해석 능력 증진에 효과가 있는 것을 의미한다. 그 이유는 본 연구에서 적용한 융합인재교육 프로그램에 그래프화 요소가 비교적 적게 포함되었기 때문이라고 생각된다.
- 첫째, 달 기지 건설 융합인재교육 STEAM 프로그램의 적용은 학생들의 통합탐구능력과 개별 탐구기능 증진에 효과가 있는 것으로 나타났다(P<0.05).
- 통합탐구능력 사전검사에서 전체점수에서 실험 집단은 16.87점, 비교 집단은 16.97점으로 비교 집단이 0.10점 높은 것으로 나타나, 유의한 차이는 없는 것으로 나타났다(p>.05).
- 3과 같다. 통합탐구능력에 대하여 실험 집단은 사전검사 대비 6.433점의 상승을 보였다. 사전, 사후검사 점수 차이의 유의미성을 판단하기 위한 대응표본 검정 결과 유의수준 .
- 통합탐구능력의 6가지 하위 요소에 대한 사전, 사후 분석결과 5가지 하위요소에서 효과가 있었으며, 가설설정(p<.05), 변인찾기(p< .05), 조작적정의(p<.05), 실험설계(p<.05), 데이터해석(p<.05)에서 유의한 차이를 보였다.
후속연구
- 그리고 이러한 결과가 나타난 이유는 이 연구에서 사용한 융합인재교육 프로그램이 과학 교사에 의해, 과학 동아리 시간에 수업이 이루어졌으며 프로그램의 내용이 학생 활동으로 대부분 구성되었기 때문인 것으로 보인다. 따라서 이 연구에서의 시사점은 융합인재교육 프로그램을 교육하는 주체와 구성 내용에 따라 효과가 다를 수 있으며, 이를 극복하기 위해 여러 영역의 전문가들이 모여 보다 체계화된 융합인재교육 프로그램을 개발해서 적용할 필요가 있다는 점이다. 또한, 우리나라 융합인재교육에 관한 선행 연구를 보면, Lee and Lee(2013)의 ‘하늘높이 로켓을 쏘아올리자’를 주제로 한 프로젝트 기반 STEAM 프로그램을 개발하여 초등학생에게 적용 및 Kim and Ryu(2013)의 학교현장에서 첨단과학을 체험할 수 있는 직접 만드는(Hands on) 센서를 활용하는 STEAM 프로그램을 구안하여 초등학교 4학년 학생들에게 적용하는 등대부분 융합인재교육 프로그램을 개발하는 데 편중되어 있으며, 일반적으로 프로그램 적용 결과 학생들의 호기심 및 흥미, 창의성 신장과 같은 정의적 영역에 긍정적인 효과를 미쳤다는 연구 결과가 있었다.
- 05). 따라서 중등학교 현장에서 융합인재교육을 수행할 때, 본 STEAM 프로그램을 학습자들의 수준과 능력에 맞추어 적절히 활용할 가치가 있다고 판단된다.
- 이것은 본 STEAM 프로그램에 통합탐구능력과 관련된 탐구요소가 융합적으로 많이 반영된 결과로 보여진다. 따라서 향후 과학통합탐구능력을 키우려면 과학통합탐구능력과 관련된 다양한 탐구요소를 학습내용에 융합하여 교수- 학습 과정을 운영해야할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 달과 관련된 주제에 한정하여 융합프로그램을 개발·적용하여 통합탐구능력 향상 여부를 연구하였다. 하지만 향후에는 다양한 주제로 다양한 지역과 성별에 적용하여 보다 폭넓은 추가 연구가 필요하다고 생각된다.
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