[논문]고등학생을 위한 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 개발 및 적용 효과

전재돈; 이효녕

doi:10.14697/jkase.2015.35.6.1007

고등학생을 위한 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 개발 및 적용 효과
The Development and Application of STEAM Education Program based on Systems Thinking for High School Students 원문보기

한국과학교육학회지 = Journal of the Korean association for science education, v.35 no.6, 2015년, pp.1007 - 1018

초록
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21세기 지식 기반 정보화 사회에서 융합인재교육이 요구하는 과학기술 인재는 복잡한 문제 현상을 이해하고 해결하기 위해서 시스템 사고 능력이 중요하게 요구된다. 이 연구는 시스템 사고를 기반으로 한 융합인재교육 프로그램을 개발하고, 고등학생에게 적용하여 시스템 사고에 미치는 효과를 검증하는 데 그 목적이 있다. Park & Lee(2014)의 ADBAS 모형을 적용하고 물레방아를 주제로 개발된 프로그램을 고등학생 60명을 대상으로 투입하여 효과를 검증하였다. 그 결과 시스템 사고 능력에 대하여 양적 효과와 질적 효과 모든 측면에서 향상된 것을 확인하였다. 따라서 학생들의 시스템 사고 능력과 창의적 문제 해결 능력을 위해 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램을 투입하기에 적절한 것으로 판단되며, 교육 현장에서 융합인재를 양성하는데 활용될 수 있을 것으로 기대 된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the 21st century, in a Knowledge-Based Information Society, systems thinking is a very important human resources skill in science and technology, which is required in STEAM education in order to understand and solve complex problems. The purposes of this study are: (1) to develop a STEAM education program based on systems thinking; (2) to investigate the effects of the program on students' systems thinking. The systems thinking-based STEAM education program was developed on the basis of 'ADBAS' model (Park & Lee, 2013), and focused on the theme of watermill. A total of 60 high school students participated in this study. The results of this study showed that quantitatively as well as qualitatively, systems thinking skills improved after the treatment. In conclusion, the program we developed in this study can contribute in improving high school students' systems thinking skills and creative problem-solving abilities. The findings of this study may provide useful insights into cultivating human resources with systems thinking skills and creative problem-solving abilities.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

융합인재교육에서 강조하는 창의적 설계, 문제 해결 능력과 시스템 사고 능력의 관련성을 고려할 때, 시스템 사고를 접목한 융합인재교육은 보다 체계적이고 적절한 교육이 이루어질 수 있을 것이다. 따라서 이 연구에서는 시스템 사고를 적용한 융합인재교육 프로그램을 개발하고, 이를 고등학교 학생들에게 적용해 그 효과를 확인하고자 한다. 이를 위해 구체적인 연구 문제는 다음과 같다.
이 연구에서는 물레방아를 주제로 시스템 사고를 기반의 융합인재 교육 프로그램을 개발하고 이를 적용하여 고등학생들의 시스템 사고 능력에 대한 효과를 분석하고자 하였다. 이 연구의 결과를 바탕으로 결론을 정리하면 다음과 같다.
이 연구에서는 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램을 개발하고 효과를 검증하고자 한다. 따라서 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램을 개발하고 고등학생들을 대상으로 프로그램을 적용하는 두 단계로 연구가 진행되었다.
이 연구에서는 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램이 학생들의 시스템 사고에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위해 기존에 중등 학생을 대상으로 개발된 검사 도구를 적용하여 효과를 검증하였다.

제안 방법

개발된 프로그램은 중학교 영재 학생 및 고등학생에게 예비 투입을 실시하였고 이 과정에서 수집된 피드백을 바탕으로 수정·보완을 실시하였고(Table 1), 관련 전공 대학원생과 현직 교사들을 대상으로 프로그램을 직접 체험할 수 있는 세미나를 개최하여 최종적으로 수정·보완을 실시하였다.
물레방아를 주제로 개발된 프로그램은 물레방아의 인문학적 가치, 과학적 개념, 수학적 해석, 기술/공학적 원리를 학습할 수 있도록 구성하였다. 다양한 영역의 개념, 원리를 적용하여 물레방아를 직접 설계, 제작, 테스트, 재제작, 평가하는 과정을 통해 학생들의 창의적 문제 해결력, 협동 능력, 시스템 사고력 등이 향상되도록 개발되었다.
둘째, 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램을 고등학교 학생들에게 적용해 시스템 사고 능력에 대한 효과를 확인한다.
또한 Park & Lee(2014)의 ADBAS 모형을 토대로 시스템 사고를 적용할 수 있도록 개발하였다.
현행 2009 개정 과학과 교육과정에서는 회전운동과 관련한 개념을 다루고 있지 않지만, 물레방아를 설계하고 제작하기 위해서는 회전 운동에 대한 이해가 요구되기 때문에 회전운동 개념을 포함한 과학적, 수학적 원리를 학생들의 수준에 적합하게 제시하였다. 또한, 기술/공학적 측면에서 물레방아의 동력 및 동력 활용 장치에 대한 학습을 진행한다. 이러한 과정에서 인간과 자연, 기계 장치, 동력 전달, 지구 시스템과 같은 다양한 영역의 시스템 사고가 이루어질 수 있도록 운영된다.
또한, 수업 시수가 충분한 경우 처음 제작한 시작품을 자체적으로 분석하고 평가하여 개선 사항을 도출하고, 이를 시스템적으로 반영하여 재설계 후 수정·보완을 진행하여 더 완성도 높은 작품을 제작하도록 구성하였다.
마지막 6차시는 평가 단계로 학생들이 제작한 물레방아를 평가하게 되며 활동 전반에 대한 내용을 인과지도로 작성하여 프로그램 동안 활용한 시스템 사고를 정리할 수 있는 시간을 제시하였다. 교사는 이러한 평가 과정에서 충분한 피드백을 제시해줄 수 있도록 자료를 정리하고, 대표적인 인과지도를 제시하여 학생들이 보다 쉽게 시스템 사고를 할 수 있도록 한다.
1차시에는 문학작품과 역사적 자료들을 중심으로 물레방아에 대한 예술적 요소를 탐구하도록 한다. 문학 작품 등에 묘사된 내용을 토대로 물레방아에 대해 구상해보고 직접 디자인 하는 과정을 통해 물레방아에 대한 대략적인 구조와 명칭을 학습할 수 있도록 하였다. 이와 함께, 각 구조에 대한 기술/공학적 분석을 토대로 각 구조의 기능을 체계적으로 학습할 수 있게 하였다.
또한 Park & Lee(2014)의 ADBAS 모형을 토대로 시스템 사고를 적용할 수 있도록 개발하였다. 물레방아를 주제로 개발된 프로그램은 물레방아의 인문학적 가치, 과학적 개념, 수학적 해석, 기술/공학적 원리를 학습할 수 있도록 구성하였다. 다양한 영역의 개념, 원리를 적용하여 물레방아를 직접 설계, 제작, 테스트, 재제작, 평가하는 과정을 통해 학생들의 창의적 문제 해결력, 협동 능력, 시스템 사고력 등이 향상되도록 개발되었다.
아울러, 실제 학생들의 학교 급에 따른 수준을 반영한 적절한 프로그램을 개발하기 위하여 2007 개정 교육과정(Ministry of Education and Human Resources Development, 2007)과 2009 개정 교육과정(Ministry of Education, Science and Technology, 2012a)의 분석을 병행하였다. 선행 연구 및 교육과정의 분석 결과를 토대로 고등학생들의 수준에 적합한 프로그램 주제와 모형을 선정하여 프로그램을 개발하였다.
학생들은 주어진 목표에 따라 물레방아를 설계 후 제작하게 되어 완성된 작품에 대한 분석을 실시하게 된다. 설계하고 제작하여 작품을 완성하는 일련의 과정에서 발생하는 다양한 문제 상황을 시스템적으로 바라보고 시스템 사고를 적용하여 해결할 수 있도록 지속적인 피드백을 제공하도록 하였다. 학생이 어떠한 구조를 설계하고 제작할 때, 왜 이렇게 생각하고 도출했는지 이유를 인과관계에 따라 묻는 것을 통해 보다 쉽게 학생들이 시스템 사고를 할 수 있도록 안내할 수 있다.
프로그램의 효과를 검증하기 위해 사전 사후 응답의 유의미한 차이가 있었는지를 확인하기 위해 95%의 유의수준에서 단일집단 대응표본 t-검정을 실시하여 확인하였다. 시스템 사고 질적 자료 분석의 경우, 과학적이고 인과적인 개념의 개수, 개념 간 연결이 이루어진 개수 및 작성된 문장의 수를 파악하였고, 인과지도에 사용된 개념의 개수와 함께 인과지도 순환의 복잡성, 순환성을 파악하였다. 이에 대해서 사전 사후의 차이를 파악하기 위해 비모수 통계검정 방법인 Wilcoxon 부호 순위 검정법(Wilcoxon matched pairs signed ranks test)을 통해 확인하였다.
융합인재교육 프로그램 개발을 위해 관련 선행 연구를 조사하여 기존의 융합인재교육 프로그램, 시스템 사고, 이론적 모형, 주제 등에 대한 정보를 수집하였다. 아울러, 실제 학생들의 학교 급에 따른 수준을 반영한 적절한 프로그램을 개발하기 위하여 2007 개정 교육과정(Ministry of Education and Human Resources Development, 2007)과 2009 개정 교육과정(Ministry of Education, Science and Technology, 2012a)의 분석을 병행하였다. 선행 연구 및 교육과정의 분석 결과를 토대로 고등학생들의 수준에 적합한 프로그램 주제와 모형을 선정하여 프로그램을 개발하였다.
융합인재교육 프로그램 개발을 위해 관련 선행 연구를 조사하여 기존의 융합인재교육 프로그램, 시스템 사고, 이론적 모형, 주제 등에 대한 정보를 수집하였다. 아울러, 실제 학생들의 학교 급에 따른 수준을 반영한 적절한 프로그램을 개발하기 위하여 2007 개정 교육과정(Ministry of Education and Human Resources Development, 2007)과 2009 개정 교육과정(Ministry of Education, Science and Technology, 2012a)의 분석을 병행하였다.
이러한 양적 결과를 보완하기 위해 Lee & Kim(2009)의 ‘물 순환’에 대한 시스템 사고 분석지를 수정한 Park & Lee(2014)의 질적 검사를 함께 활용하였다. 이 분석지는 총 4개의 문항으로 구성되어 있으며, 첫 문항에서는 물 순환과 관련된 개념들을 나열하고 이를 과학적 기준에 맞게 나누어 보는 활동을 한다. 다음 문항에서는 첫 문항의 개념들을 자유롭게 연결 지어 관계를 작성하도록 하는 문항으로 구성되어 있다.
첫째, 다양한 선행 연구와 역사적 자료 등을 토대로 ‘물레방아’라는 주제를 선정하였고 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램을 개발하였다. 이 연구에서 개발된 프로그램은 2007, 2009 개정 교육과정의 내용 분석과 융합인재교육 학습준거(틀)에 대한 핵심 내용을 반영하였다. 또한 Park & Lee(2014)의 ADBAS 모형을 토대로 시스템 사고를 적용할 수 있도록 개발하였다.
기존 융합인재교육 프로그램에서는 창의적 설계를 통한 문제 해결을 강조하고 있지만, 실제 그 과정을 구체적으로 접근하는 방식을 제시하고 있지는 않다. 이 연구에서 완성된 프로그램은 분석, 설계, 제작, 평가 및 시스템 사고 단계를 체계적으로 거쳐, 융합인재교육에서 강조하는 창의적 문제 해결 능력을 배양할 수 있도록 구성하였다. 특히, 학생들이 대상을 분석하거나 문제를 발견하고 해결해나가는 과정에서 시스템 사고를 활용하여 체계적으로 접근할 수 있도록 구성하여 학생들이 융합인재교육을 보다 체계적이고 여러 학문의 연계성에 초점을 두고 학습할 수 있도록 안내하였다.
협동학습이나 토론 학습을 할 때 학생들은 초기에 비해 몇 번의 반복을 거쳐 상호 간에 의견을 나누는 방법과 목표 달성을 위해 효과적으로 협의하는 과정을 습득하게 되며, 이는 시스템 사고를 향상하는 데 중요한 요소이다(Lee, Kwon, Park, & Lee, 2013; Meadows, 2008; O'Connor & McDermott, 1997; Senge, 1996, 2012). 이 연구에서는 60명의 고등학생을 대상으로 개발된 프로그램을 투입하였고, 1학년과 2학년을 고르게 분배하여 모둠을 구성하였다. 이와 함께 15차시라는 비교적 짧은 시간 동안 수업이 진행되어 학년이 서로 다른 학생들이 상호작용을 하기에는 다소 무리가 있었을 것으로 보이며 이러한 영향으로 ‘팀 학습’ 영역의 상승이 미비한 것으로 분석되었다.
이 학생들에게 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 15시간(1박2일 각 8시간, 7시간)을 적용하고, 적용 전·후에 시스템 사고 양적 검사 도구와 질적 검사 도구를 투입하여 자료를 수집하였다.
이러한 흐름에 따라 수업의 전반적인 내용을 간략히 요약한 교수·학습 지도안을 구성하고, 이를 바탕으로 교사가 체계적으로 수업을 진행할 수 있도록 교사용 지도 자료와 참고 자료를 제시하였다(Figure 3).
이 연구에서는 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램이 학생들의 시스템 사고에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위해 기존에 중등 학생을 대상으로 개발된 검사 도구를 적용하여 효과를 검증하였다. 시스템 사고를 측정하는 검사 도구는 Lee, Kwon, Park, & Lee(2013)이 개발하고 Lee & Lee(2013)가 고등학생을 대상으로 타당도를 재검사한 도구를 활용하였다.
문학 작품 등에 묘사된 내용을 토대로 물레방아에 대해 구상해보고 직접 디자인 하는 과정을 통해 물레방아에 대한 대략적인 구조와 명칭을 학습할 수 있도록 하였다. 이와 함께, 각 구조에 대한 기술/공학적 분석을 토대로 각 구조의 기능을 체계적으로 학습할 수 있게 하였다. 이러한 과정에서 교사는 학생들에게 특정 대상을 시스템적으로 바라볼 수 있도록 안내하고, 다양한 보조 자료를 제시하도록 한다.
아울러 동·서양을 막론하고 물레방아는 물의 역학적 에너지를 활용하기 위해 다양한 형태로 진화되어 왔는데, 이러한 배경에는 발생 지역의 지질학적 환경과 기후적 요건이 시스템적으로 영향을 주었기 때문이므로 지구 시스템의 학습에도 적절한 것으로 판단하였다(Greene, 2000; Lucas, 2005; Morton & Lewis, 2005; Wilson, 2002). 이처럼 물레방아는 과학 기술의 측면을 뛰어넘어 역사를 비롯한 인문 예술의 다양한 영역을 아우를 수 있는 주제이기 때문에 융합인재교육 프로그램의 소재로 선정하여 개발을 진행하였다.
‘제작’ 단계에서는 설계에 기초한 시작품을 제작하고 이를 통해 문제 해결의 가능성을 판단한다. 제작된 시작품의 테스트를 통해 문제점을 분석하고 재설계 및 제작을 반복하여 개선한다. 학생들 스스로의 의견과 생각을 확인해볼 수 있는 단계로 제작해 나가는 동안 다양한 문제 상황을 추가로 만날 수 있어 이를 해결하기 위해 노력하게 된다.
첫째, 다양한 선행 연구와 역사적 자료 등을 토대로 ‘물레방아’라는 주제를 선정하였고 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램을 개발하였다.
프로그램은 선행 연구 및 목표의 적절성을 고려하여 주제를 선정하고 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 모형에 기초하여 개발하였다. 개발된 프로그램은 중학교 영재 학생 및 고등학생에게 예비 투입을 실시하였고 이 과정에서 수집된 피드백을 바탕으로 수정·보완을 실시하였고(Table 1), 관련 전공 대학원생과 현직 교사들을 대상으로 프로그램을 직접 체험할 수 있는 세미나를 개최하여 최종적으로 수정·보완을 실시하였다.
개발된 프로그램은 중학교 영재 학생 및 고등학생에게 예비 투입을 실시하였고 이 과정에서 수집된 피드백을 바탕으로 수정·보완을 실시하였고(Table 1), 관련 전공 대학원생과 현직 교사들을 대상으로 프로그램을 직접 체험할 수 있는 세미나를 개최하여 최종적으로 수정·보완을 실시하였다. 프로그램의 모든 내용들을 협의하는 예비 투입 및 세미나를 진행하였고 이러한 과정에서 발견된 문제들을 세밀하게 검토하고 반영하여 최종적으로 융합인재교육 프로그램을 개발하였다(Table 2).
이 연구에서 개발된 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램의 효과를 검증하기 위해 K시 K고등학교 1~2학년 학생 60명을 대상으로 연구의 목적을 충분히 설명하고, 연구 참여에 동의하는 학생에 한하여 연구를 진행하였다. 프로그램의 원활한 투입 및 운영을 위해 해당 고등학교 자체에서 개설한 융합인재교육 캠프를 통해 연구에 참여를 희망하는 학생들을 모집하였다. 개발된 프로그램을 직접 경험할 수 있고 교내 활동으로 진행된다는 측면에서 과학, 기술/공학, 수학에 관심이 높은 학생들이 다수 지원하였으며, 연구 참여 동의 및 캠프 동안 수업에 성실하게 참여하는 것에 동의한 60명이 최종적으로 연구에 참여하였다.
이 학생들에게 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 15시간(1박2일 각 8시간, 7시간)을 적용하고, 적용 전·후에 시스템 사고 양적 검사 도구와 질적 검사 도구를 투입하여 자료를 수집하였다. 프로그램의 적용을 위해 융합인재교육 프로그램 개발자 중심으로 수업을 진행하였고 해당 학교 행사 담당 교사가 보조 교사로 함께 참여하여 수업을 보조하였다. 이 중 수업에 끝까지 참여하고 검사에 성실히 응답한 학생 45명을 대상으로 분석을 진행하였다.
, 2011) 많은 수의 학습자를 대상으로 연구하기에는 무리가 있고 관련 연구 영역의 확장에도 한계가 있었다. 하지만 학생들의 시스템 사고를 체계적으로 확인할 수 있는 양적 검사지가 개발되었고 이 연구에서는 해당 검사지를 투입하여 분석하였다.

대상 데이터

프로그램에 참여한 60명 전체를 대상으로 사전검사를 시행하였고, 수업에 끝까지 참여하지 않은 2명을 제외한 58명을 대상으로 사후검사를 시행하였다. 58명에 대하여 기초 분석을 시행해 중복응답, 미응답, 불성실한 응답을 보인 13명을 추가로 제외하여 총 45명을 최종 연구 대상으로 분석하였다. 프로그램의 효과를 검증하기 위해 사전 사후 응답의 유의미한 차이가 있었는지를 확인하기 위해 95%의 유의수준에서 단일집단 대응표본 t-검정을 실시하여 확인하였다.
프로그램의 원활한 투입 및 운영을 위해 해당 고등학교 자체에서 개설한 융합인재교육 캠프를 통해 연구에 참여를 희망하는 학생들을 모집하였다. 개발된 프로그램을 직접 경험할 수 있고 교내 활동으로 진행된다는 측면에서 과학, 기술/공학, 수학에 관심이 높은 학생들이 다수 지원하였으며, 연구 참여 동의 및 캠프 동안 수업에 성실하게 참여하는 것에 동의한 60명이 최종적으로 연구에 참여하였다. 이 학생들에게 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 15시간(1박2일 각 8시간, 7시간)을 적용하고, 적용 전·후에 시스템 사고 양적 검사 도구와 질적 검사 도구를 투입하여 자료를 수집하였다.
이 연구에서 개발된 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램의 효과를 검증하기 위해 K시 K고등학교 1~2학년 학생 60명을 대상으로 연구의 목적을 충분히 설명하고, 연구 참여에 동의하는 학생에 한하여 연구를 진행하였다. 프로그램의 원활한 투입 및 운영을 위해 해당 고등학교 자체에서 개설한 융합인재교육 캠프를 통해 연구에 참여를 희망하는 학생들을 모집하였다.
프로그램의 적용을 위해 융합인재교육 프로그램 개발자 중심으로 수업을 진행하였고 해당 학교 행사 담당 교사가 보조 교사로 함께 참여하여 수업을 보조하였다. 이 중 수업에 끝까지 참여하고 검사에 성실히 응답한 학생 45명을 대상으로 분석을 진행하였다. 이들에 대한 기초 정보를 정리하면 Table 3과 같다.
시스템 사고 총점에서는 유의 수준 95%에서 통계적으로 유의미한 효과를 확인할 수 있었다. 추가적으로 프로그램을 학습한 이후 양적 자료를 바탕으로 시스템 사고 능력이 향상된 36명의 고등학생을 대상으로 질적 검사 결과를 분석하였다. 프로그램을 학습한 학생들의 질적 자료에 기초한 시스템 사고 능력의 변화를 확인하기 위해 단일집단 사전 ․ 사후 Wilcoxon 부호 순위 검정을 실시한 결과는 Table 8과 같다.
프로그램에 참여한 60명 전체를 대상으로 사전검사를 시행하였고, 수업에 끝까지 참여하지 않은 2명을 제외한 58명을 대상으로 사후검사를 시행하였다. 58명에 대하여 기초 분석을 시행해 중복응답, 미응답, 불성실한 응답을 보인 13명을 추가로 제외하여 총 45명을 최종 연구 대상으로 분석하였다.

데이터처리

이에 대하여 검사 내적 일관성을 확인한 결과 Cronbach α계수 값이 0.6 이상으로 신뢰도를 확인하였다(Table 4).
시스템 사고 질적 자료 분석의 경우, 과학적이고 인과적인 개념의 개수, 개념 간 연결이 이루어진 개수 및 작성된 문장의 수를 파악하였고, 인과지도에 사용된 개념의 개수와 함께 인과지도 순환의 복잡성, 순환성을 파악하였다. 이에 대해서 사전 사후의 차이를 파악하기 위해 비모수 통계검정 방법인 Wilcoxon 부호 순위 검정법(Wilcoxon matched pairs signed ranks test)을 통해 확인하였다. 통계적 분석은 SPSS ver.
58명에 대하여 기초 분석을 시행해 중복응답, 미응답, 불성실한 응답을 보인 13명을 추가로 제외하여 총 45명을 최종 연구 대상으로 분석하였다. 프로그램의 효과를 검증하기 위해 사전 사후 응답의 유의미한 차이가 있었는지를 확인하기 위해 95%의 유의수준에서 단일집단 대응표본 t-검정을 실시하여 확인하였다. 시스템 사고 질적 자료 분석의 경우, 과학적이고 인과적인 개념의 개수, 개념 간 연결이 이루어진 개수 및 작성된 문장의 수를 파악하였고, 인과지도에 사용된 개념의 개수와 함께 인과지도 순환의 복잡성, 순환성을 파악하였다.

이론/모형

시스템 사고를 측정하는 검사 도구는 Lee, Kwon, Park, & Lee(2013)이 개발하고 Lee & Lee(2013)가 고등학생을 대상으로 타당도를 재검사한 도구를 활용하였다.
이러한 양적 결과를 보완하기 위해 Lee & Kim(2009)의 ‘물 순환’에 대한 시스템 사고 분석지를 수정한 Park & Lee(2014)의 질적 검사를 함께 활용하였다.
프로그램 개발을 체계적이고 효과적으로 수행하기 위해, Park & Lee(2014)의 ‘ADBAS 모형(Analysis – Design – Build – Assessment – Systems thinking Model)’을 활용하여 프로그램 개발을 실시하였다.

성능/효과

개념 사이의 인과관계를 고려하여 문장을 생성하는 문항에서는 사전 평균 3.306개의 문장을 작성하였으나 사후에는 3.889개로 증가하여 유의확률 95% 수준에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 작성 문장의 개수가 증가한 인원은 총 17명(47.
단어 연상 문항의 경우 사전에는 평균 8.778개의 단어를 기록하였으나 프로그램을 학습한 사후에는 10.306개로 증가하였고 Wilcoxon 부호 순위 검정 결과 유의확률 95% 수준에서 통계적으로 유의미한 차이가 있었다. 연상 개념 개수의 차이가 가장 크게 나타나는 경우 9개까지 증가한 학생도 있었다.
둘째, 개발된 프로그램을 고등학교 1~2학년 학생에게 투입하여 시스템 사고에 대한 변화를 확인한 결과, 시스템 사고 양적 검사에서는 5개 하위 영역 중 ‘팀 학습’ 영역을 제외한 ‘개인숙련’, ‘공유비전’, ‘시스템 분석’ 및 ‘정신 모델’ 등 4개 영역에서 통계적으로 유의미한 효과를 확인하였다.
둘째, 프로그램의 효과를 확인한 결과 집단의 활동과 관련된 하위 요인 중 시스템 사고 능력의 하위 요인인 ‘팀 학습’ 항목에서 통계적으로 유의미한 효과가 나타나지 않았다.
둘째, 개발된 프로그램을 고등학교 1~2학년 학생에게 투입하여 시스템 사고에 대한 변화를 확인한 결과, 시스템 사고 양적 검사에서는 5개 하위 영역 중 ‘팀 학습’ 영역을 제외한 ‘개인숙련’, ‘공유비전’, ‘시스템 분석’ 및 ‘정신 모델’ 등 4개 영역에서 통계적으로 유의미한 효과를 확인하였다. 또한, 시스템 사고 질적 검사 결과 전체 문항에 대하여 사전보다 사후에서 높은 점수가 나타났고, 단어 연상 문항의 연상된 단어 수, 문장 생성 문항의 생성 문장 수 및 인과지도 작성 문항에서 활용 개념 수는 통계적으로 유의미한 효과를 확인하였다.
마지막 인과지도 작성 문항에서는 인과지도에 활용된 개념의 수가 사전 평균 5.278개에서 사후 6.222개로 증가하여 유의확률 95% 수준에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 개념의 수가 증가인 인원은 22명으로 전체 인원에 대하여 61.
시스템 사고 질적 검사 분석 결과는 양적 결과와 마찬가지로 시스템 사고 융합인재교육 프로그램을 학습한 이후 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다. 분석한 모든 학생은 적어도 1개 문항 영역 이상에서 상승한 것을 확인할 수 있었고, 둘 이상의 영역에서 상승한 학생도 35명으로 나타났다. 하나의 시스템과 관련하여 많은 개념(요인)을 형성하고 이를 인과관계에 기초하여 연결할 수 있다는 것은 그렇지 않은 학생들보다 더 시스템을 잘 이해하고 있다고 판단할 수 있다.
시스템 사고 질적 검사 분석 결과는 양적 결과와 마찬가지로 시스템 사고 융합인재교육 프로그램을 학습한 이후 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다. 분석한 모든 학생은 적어도 1개 문항 영역 이상에서 상승한 것을 확인할 수 있었고, 둘 이상의 영역에서 상승한 학생도 35명으로 나타났다.
533)보다 높은 결과가 나타났지만 통계적으로 유의미한 효과는 나타나지 않았다. 시스템 사고 총점에서는 유의 수준 95%에서 통계적으로 유의미한 효과를 확인할 수 있었다. 추가적으로 프로그램을 학습한 이후 양적 자료를 바탕으로 시스템 사고 능력이 향상된 36명의 고등학생을 대상으로 질적 검사 결과를 분석하였다.
, 2004; Park & Lee, 2014). 이 연구에서는 양적 검사 결과와 질적 검사 결과가 같이 상승하여 다양한 시스템 사고 선행 연구와 동일한 결과가 나타남을 확인하였다. 특히 이 프로그램을 학습한 일부 학생들은 사후 인과지도에서 물의 순환과 관련하여 3개 이상의 지구계 하위 영역들이 관련되는 복잡하고 복합적인 순환을 완성할 수 있었다.
이에 대하여 통계적으로 유의미한 효과인지 알아보기 위해 t-검증을 실시한 결과 ‘개인숙련’, ‘공유비전’, ‘시스템 분석’과 ‘정신 모델’ 영역에서는 95% 유의 수준에서 유의미한 효과인 것으로 나타났다.
사후에는 ‘우박’, ‘계곡’과 같은 개념들이 추가로 등장하였으며, 프로그램과 관련한 ‘물시계’, ‘물레방아’의 개념도 추가되었다. 집단을 구분하는 경우, 사전에는 연상한 개념 모두를 과학적으로 구분하지 못하고 2개 집단에 대해서 4개의 개념만을 분류하였지만, 사후에는 더 체계적인 기준에 따라 5개의 집단을 구성하고 13개의 개념을 구분한 것을 확인할 수 있었다.
하지만 사후 인과지도에서는 6개 개념에 대하여 동적 개념을 포함하여 작성하였으며, 사전보다 순환이 1개 증가하여 총 2개의 순환이 나타났으며 작성한 인과지도 전체에 대한 순환을 포함하고 있다. 특히, 이 두 학생의 사후 인과지도에서는 일부 개념의 단순한 순환이 아닌, 수권, 기권, 지권 및 생물권 등이 포함한 복합적인 순환을 완성한 것을 확인할 수 있어 이들의 시스템 사고 능력이 향상됨을 확인할 수 있었다.
학생 E의 사전 인과지도는 총 5개의 개념에 대하여 동적 개념을 포함한 인과관계를 기초로 작성하였지만, ‘구름 형성-비가 내림-우물이 증발’의 3개 개념 내에서만 순환을 인식하고 표시한 것을 확인할 수 있다.
학생들의 시스템 사고 능력은 시스템 사고 기반 프로그램을 투입하기 전과 비교하면 모든 영역에서 평균값이 상승하였다. 이에 대하여 통계적으로 유의미한 효과인지 알아보기 위해 t-검증을 실시한 결과 ‘개인숙련’, ‘공유비전’, ‘시스템 분석’과 ‘정신 모델’ 영역에서는 95% 유의 수준에서 유의미한 효과인 것으로 나타났다.

후속연구

이 연구에서 개발된 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램의 시스템 사고에 대한 효과를 단일집단 사전-사후 검증으로 분석하였기 때문에 설계에 초점을 두고 있는 다른 프로그램과 비교하여 차이를 확인할 수 없었다. 각기 다른 모형을 기반으로 개발되는 프로그램들의 개별적이고 특정한 교육 효과를 확인하기 위해서는 다른 변인을 가능한 통제하여 다수의 프로그램을 적용하는 실험적 연구가 수행될 필요가 있을 것이다. 이 연구에서 확인된 고등학생의 시스템 사고 능력의 향상을 바탕으로 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램의 교육적 가치를 확인하였기 때문에 영재 고등학교, 과학 고등학교 등의 다양한 특수 고등학교 및 중학교, 영재교육 영역에서도 연구가 확장되어야 할 것이며, 이를 통해 다가올 미래 사회를 대비한 융합인재교육의 발전을 기대할 수 있을 것이다.
셋째, 이 연구에서 얻은 결과의 일반화를 위해 다양한 학생들을 대상으로 더 많은 연구가 진행될 필요가 있다. 이 연구에서 개발된 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램의 시스템 사고에 대한 효과를 단일집단 사전-사후 검증으로 분석하였기 때문에 설계에 초점을 두고 있는 다른 프로그램과 비교하여 차이를 확인할 수 없었다.
셋째, 이 연구에서 얻은 결과의 일반화를 위해 다양한 학생들을 대상으로 더 많은 연구가 진행될 필요가 있다. 이 연구에서 개발된 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램의 시스템 사고에 대한 효과를 단일집단 사전-사후 검증으로 분석하였기 때문에 설계에 초점을 두고 있는 다른 프로그램과 비교하여 차이를 확인할 수 없었다. 각기 다른 모형을 기반으로 개발되는 프로그램들의 개별적이고 특정한 교육 효과를 확인하기 위해서는 다른 변인을 가능한 통제하여 다수의 프로그램을 적용하는 실험적 연구가 수행될 필요가 있을 것이다.
각기 다른 모형을 기반으로 개발되는 프로그램들의 개별적이고 특정한 교육 효과를 확인하기 위해서는 다른 변인을 가능한 통제하여 다수의 프로그램을 적용하는 실험적 연구가 수행될 필요가 있을 것이다. 이 연구에서 확인된 고등학생의 시스템 사고 능력의 향상을 바탕으로 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램의 교육적 가치를 확인하였기 때문에 영재 고등학교, 과학 고등학교 등의 다양한 특수 고등학교 및 중학교, 영재교육 영역에서도 연구가 확장되어야 할 것이며, 이를 통해 다가올 미래 사회를 대비한 융합인재교육의 발전을 기대할 수 있을 것이다.
앞서 제시했던 결론에 기초하여 이 연구에 대한 제언을 정리하면 다음과 같다. 첫째, 고등학생을 대상으로 연구를 진행한 결과 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램이 시스템 사고 능력의 향상에 영향을 준 것으로 확인할 수 있었기 때문에, 다양한 프로그램을 개발할 필요가 있다. 학생들이 살아가는 환경 속에서 접할 수 있는 다양한 시스템 요소를 활용하여 융합인재교육 프로그램을 개발하고, 실제 활용할 수 있도록 보급한다면, 학생들의 시스템 사고 능력 신장을 가능하게 할 것이고, 이는 국가에서 요구하는 융합인재교육의 목표에 다가서는 밑거름이 될 수 있을 것이다.
첫째, 시스템 사고 능력을 신장시킬 수 있는 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램을 개발한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시스템이란?	시스템(system)은 ‘어떤 대상을 구성하는 여러 요소 간의 동역학적 상호작용에 따라서 하나의 전체로 유지되는 단일 복합체’로 정의한 Bertalanffy(1968)의 ‘일반 시스템 이론(GST: General System Theory)’에서 그 학문적 기원을 찾을 수 있다. 이후 시스템은 다양한 학문 영역에서 연구가 진행돼 왔으며, 인문 사회 영역에서는 인간 및 학습자의 사고 과정과 접목하여 시스템 사고 능력(Systems Thinking Skills)에 대한 연구가 수행되고 있다.
	융합인재교육은 무엇을 강조하고 있는가?	융합인재교육은 이공계 위기 현상을 극복하고 국가경쟁력 확보를 위해 이공계열 융합형 인재 양성의 측면을 강조하고 있다. 미국의 경우 2009년 시행된 ‘Educate to Innovate’ 캠페인의 핵심 내용과 대통령과학기술 자문위원회(PCAST: President's Council of Advisors on Science and Technology) 보고서를 살펴보면, STEM 교육을 국가 핵심 교육 정책으로 강화하고 모든 시민들에게 이를 확대해야 한다고 강조하고 있다(PCAST, 2012).
	우리나라에서 제2차 과학기술 인재 육성·지원 기본계획의 진행은 무엇을 위한 것인가?	미래 우리나라의 성장 동력 창출을 위해 창의적 과학기술 인재 양성을 통한 인재강국 구현이 절실히 요구되는 상황에서, 교육과 과학기술의 연계를 통한 시너지 효과를 높이기 위한 인재 육성체계 구축 목적으로 『제2차 과학기술 인재 육성·지원 기본계획('11~'15)』이 진행되고 있다. 이는 융합인재교육(STEAM)의 강화를 통해 현재 매우 낮은 과학, 수학, 기술 및 공학 영역의 흥미를 끌어올려 창의적 과학기술 인재의 저변을 확대하기 위한 것이다(Ministry of Education, Science and Technology, 2012b). 이를 위해 한국교육개발원, 한국과학창의재단 등 다양한 기관에서 융합인재교육 프로그램 개발 연구를 진행하고 있으며, 교사 연수, 교사연구회 등을 통해서도 학교 현장에 맞는 프로그램들이 개발 ․ 보급되고 있다.

참고문헌 (52)

Baker, D. R. (1988). Technological literacy: The essential criteria for a definition. Unpublished doctoral dissertation, Oklahoma state University.
Barnes, J. L. (1989). Producing a technologically literate citizen. Technological Literacy IV: Proceedings of the Fourth National Technological Literacy Conference, 315-316.
Ben-Zvi Assaraf, O., & Orion, N. (2005a). A study of junior high students' perceptions of the water cycle. Journal of Geoscience Educaion, 53(4), 366-373.

상세보기
Ben-Zvi Assaraf, O., & Orion, N. (2005b). Development of system thinking skills in the context of earth system education. Journal of Research in Science Teaching, 47(5), 540-563.
Ben-Zvi Assaraf, O., & Orion, N. (2010a). Four case studies, six years later: Developing system thinking skills in junior high school and sustaining them over time. Journal of Research in Science Teaching, 47(10), 1253-1280.

상세보기
Ben-Zvi Assaraf, O., & Orion, N. (2010b). System thinking skills at the elementary school level. Journal of Research in Science Teaching, 47(5), 540-563.

상세보기
Bertalanffy, L. (1968). General System Theory: foundations, development, applications. New York: George Braziller.
Center for Educational Statistics. (2014). Korean Educational Statistics Service. Retrieved August, 18, 2014, from http://kess.kedi.re.kr/index
Choi, Y., & Ryu, C. (2007). Analyzing Preceding Research on the Concepts and Elements of Technological Literacy. The Korean Journal of Technology Education, 7(2), 141-153.
Dyrenfurth, M. J. (1987). International perspectives on technological literacy. Technological Literacy: The Roles of Practical Arts and Vocational Education, 291-956.
Greene, K. (2000). Technological Innovation and Economic Progress in the Ancient World: M.I. Finley Re-Considered. The Economic History Review, 53(1), 29-59.

상세보기
Greiff, S., Holt, D. V., & Funke, J. (2013). Perspectives on problem solving in educational assessment: Analytical, interactive, and collaborative problem solving. Journal of Problem Solving, 5, 71-91.
Han, K. H. (2004). Reinterpretation of the Crisis in Science-and-Technology Sector and Self-reflection of Engineers. Korean Journal of Sociology, 38(4), 73-99.
Im, Y.-G., & Lee, H. (2014). Development and Analysis of Effects of Writing Educational Program for Improving System Thinking Ability. Journal of Learner-Centered Curriculum and Instruction, 14(12), 407-427.
Jeon, J. (2014). The Development and Application of STEAM Education Program based on Systems Thinking for the High School Students. Unpublished master's thesis. Kyungpook National University, Daegu, Korea.
Jung, J., & Kim, Y. (2014). A Study on Elementary Students' Perceptions of Science, Engineering, and Technology and on the Images of Scientists, Engineers, and Technicians. Journal of the Korean Association for Research in Science Education, 34(8), 719-730.

원문보기 상세보기
Kali, Y., Orion, N., & Eylon, S. B. (2003). Effect of knowledge integration activities on students' perception of the Earth's crust as a cyclic system. Journal of Research in Science Teaching, 40(6), 545-556.

상세보기
Kim, D.-H. (2005). Introspective Reflection on Applying Systems Thinking: Toward an Incremental Systems Thinking. Journal of Governmental Studies, 11(2), 63-85.
Kim, H., Park, S., & Kim, Y. (2012). A Comparative study of Middle School Students' Images and Perceptions of Scientist, Technician and Engineer. Journal of the Korean Association for Research in Science Education. 32(1), 64-81.

원문보기 상세보기
Kim, J. (2007). Exploration of STEM Education as a New Integrated Education for Technology Education. The Korean Journal of Technology Education, 7(3), 1-29.
Kim, J. K. (2006). A Study on a Teaching Method for the Development of Students' Essay Writing Abilities. Unpublished master's thesis. Ewha Womans University, Seoul, Korea.
Kim, J.-S., Kim, Y.-M., Kim, H.-J., & Lee, C.-H. (2013). Analysis of Elementary School Students' Perception and image of Engineers, Scientists and Technicians. The Korean Journal of Technology Education, 13(1), 67-92.
Kim, M., & Kim, B. (2002). A Comparative Study of the Trends of Current Science Education and the System Thinking Paradigm. Journal of the Korean Association for Research in Science Education, 22(1), 64-75.
Kim, T.-Y. (2001). The crisis of science and engineering disciplines. Retrieved August, 1, 2014, from http://news.naver.com/main/read.nhn?mode LSD&midsec&sid1110&oid005&aid0000064499
Kwon, Y.-J., Kim, W.-J., Lee, H., Byun, J.-H., & Lee, I.-S. (2011). Analysis of Biology Teachers' Systems Thinking about Ecosystem. BIOLOGY EDUCATION, 39(4), 529-543.
Lee, C.-S. (1992). A Study on the Characteristics of Technologically Literate Poeple through Technology Education. The Journal of Vocational Education Research, 11(1), 79-90.
Lee, H., & Kim, S.-H. (2009). The Recognition Characteristics of Science Gifted Students on the Earth System based on their Thinking Style. Journal of Science Education, 33(1), 12-30.
Lee, H., & Lee, H. (2013). Revalidation of Measuring Instrument Systems Thinking and Comparison of Systems Thinking between Science and General High School Students. Journal of the Korean Association for Research in Science Education, 33(6), 301-326.
Lee, H., & Park, K. (2010). Elementary School Students' Images of Scientists and Engineers. Journal of Korean Practical Arts Education, 16(4), 61-82.

상세보기
Lee, H., Kwon, H., Park, K., & Lee, H. (2013). An Instrument Development and Validation for Measuring High School Students' Systems Thinking. Journal of the Korean Association for Research in Science Education, 33(5), 955-1006.
Lee, H., Kwon, H., Park, K., & Oh, H.-J.(2014). Development and Application of Integrative STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) Education Model Based on Scientific Inquiry. Journal of the Korean Association for Research in Science Education, 34(2), 63-78.

원문보기 상세보기
Lee, H., Kwon, Y., Oh, H.-J., & Lee, H.-D. (2011). Development and Application of the Educational Program to Increase High School Students' Systems Thinking Skills - Focus on Global Warming -. Journal of the Korean Earth Science Society, 32(7), 784-797.

원문보기 상세보기
Lee, H., Park, K. S., Kwon, H. S., & Seo, B. (2013). Development and Implementation of Engineering Design and Scientific Inquiry-based STEM Education Program. Korean Journal of Teacher Education, 29(3), 301-326.
Lee, J.-H. (2012). A Study on the Utilization of System Dynamics for STEAM Education. 2012 The Korean Association of Computer Education Conference, 16(1), 143-147.
Lucas, A. R. (2005). Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds: A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe. Technology and Culture, 46(1), 1-30.

상세보기
Mayer, V. J., & Kumano, Y. (1999). The role of system science in future school science curricula. Studies in Science Education, 34, 71-97.

상세보기
Meadows, D. H. (2008). Thinking in systems. Washington, DC: Chelsea green.
Ministry of Education and Human Resources Development. (2007). 2007 Revised national science curriculum. Seoul, Korea: Author.
Ministry of Education, Science and 1.Technology. (2012a). Science Curriculum. Notification No. 2011-361 of the MEST. Seoul, Korea: Author.
Ministry of Education, Science and Technology. (2012b). The 2nd national plan for fostering science-technology human resources. Seoul, Korea: Author.
Ministry of Education. (2013). STEAM education. Ministry of Education. Seoul, Korea: Author.
Moon, B.-C., Jeong, J.-W., Kyung, J.-B., Hoj, T.-K., Youn, S.-T., Kim, H.-G., & Oh, K.-H. (2004). Related Conceptions to Earth System and Applying of systems Thinking about Carbon Cycle of the Preservice Teachers. Journal of the Korean Earth Science Society, 25(8), 684-696.
Morton, W. S., & Lewis, C. M. (2005). China: Its History and Cultur(4th Ed.). New York: McGraw-Hill.
O'Connor, J., & McDermott, I. (1997). The art of systems thinking: Essential skills for creativity and problem solving. London: Thorsons.
Park, B.-Y., & Lee, H. (2014). Development and Application of Systems Thinking-based STEAM Education Program to Improve Secondary Science Gifted and Talented Students' Systems Thinking Skill. Journal of Gifted/Talented Education, 24(3), 421-444.

원문보기 상세보기
President's Council of Advisors on Science and Technology[PCAST] (2012). Report to the President - Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering, and Mathematics. Retrieved August, 20, 2014, from http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/pcast-enga ge-to-excel-v11.pdf
Ro, S.-W., & An, D.-S. (2012). A Study on Direction of Development in STEAM Education. The Journal of Educational Research, 10(3), 75-96.
Senge, P. M. (1990). The fifth discipline. New York: Doubleday.
Senge, P. M. (1996). The fifth discipline: Fieldbook. New York: Crown Business.
Senge, P. M. (2012). Schools that learn(Updated and Revised): A fifth discipline fieldbook for education, parents, and everyone who cares about education. New York: Doubleday.
Sohn, T.-W. (1995). Theoretical Backgrounds of Learning Organization and System Thinking. The Hanyang journal of economic studies, 16(2), 109-131.
Wilson, A. (2002). Machines, Power and the Ancient Economy. The Journal of Roman Studies, 92, 1-32.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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