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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 STEAM 교육 개념을 기반으로 융·복합 디자인 체험을 위해 최근 환경문제를 해결하기 위한 여러 시도들 중에도 에너지 효율을 높이는 단열 기법을 통해 자원의 절약생활 실천을 유도하고, 자원을 활용하는 업싸이클링에 대해 탐구하는 교육 프로그램을 개발하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 STEAM 교육 개념을 기반으로 융·복합 디자인 체험을 위해 최근 환경문제를 해결하기 위한 여러 시도들 중에도 에너지 효율을 높이는 단열 기법을 통해 자원의 절약생활 실천을 유도하고, 자원을 활용하는 업싸이클링에 대해 탐구하는 교육 프로그램을 개발하고자 한다. 또한 디자인과 과학을 기반으로 한 효과적인 스팀 교육프로그램 개발을 통해 미래 환경디자인의 창의적 인재양성을 위한 STEAM교육의 확산과 미래 친환경 소비자교육을 통해 지구환경 보전과 지속가능한 발전을 도모하고자 한다.
- 첫 번째는 환경문제와 업사이클링의 이해를 위한 주제탐구 단계이다. 지구 에너지 문제의 현상황을 인식하고 생활쓰레기로 인한 환경문제에 대해 팀별로 논의해본다. 이러한 생활쓰레기에 대한 해결책으로 업사이클링 디자인에 대해 알아보는 시간을 갖고, 워크북을 이용하여 토론한 내용을 정리한다.
- 두 번째 수업은 단열에 대한 이론 습득 과정으로 일방적인 강의식보다 팀별 미션을 통한 자료서치 등 학생들이 자발적으로 참여할 수 있는 방법으로 접근해야 한다. 열의 특성과 단열의 원리에 대해 함께 탐구하고, 건축물의 단열성능을 높이기 위한 방법을 찾아본다.
- 본 연구에서는 미래 환경디자인 트렌드에 맞추어 환경문제를 제기하고 해결해 가는 공학디자인 프로세스에 맞추어 융·복합교육 프로그램을 개발하여 학생들에게 제공함으로서 미래 환경디자인의 창의적 인재양성을 위한 STEAM교육의 확산과 보급을 목표로 하며, 더 나아가 미래 친환경 소비자교육을 통해 지구환경 보전과 지속가능한 발전을 도모하고자 융·복합교육 모델을 개발하였다.
제안 방법
- 둘째, 융·복합교육프로그램 모형개발을 위해 고등학교 교과과정 분석 후 STEAM 요소들을 적용하여 과학, 공학, 기술, 수학, 예술의 각 요소들이 융합되어 전반적인 융·복합 교육모형의 단계, 즉 프로세스를 개발하고 각 단계별 목표와 교수학습의 방법을 정하고, 이를 STEAM 전문가 및 현 고등학교 과학교사의 전문적인 자문을 통해 프로그램을 수정 보완하였다.
- 첫째, 고등학생을 위한 교육적인 효과를 높은 교육 프로그램 개발하기 위해 디자인 교육프로그램과 융·복합교육의 특성 및 학습자 중심의 교육과정에 대한 이론적 고찰을 통해 교육프로그램의 기본적인 틀을 구성한다.
- 본 연구에서는 미래 환경디자인의 창의적 인재양성을 위한 STEAM교육의 확산과 보급을 목표로 디자인과 과학을 기반으로 한 미래 환경디자인 STEAM스쿨 고등학생을 대상으로 한 교육프로그램을 개발하였으며, 연구방법과 내용은 다음과 같다.
- 셋째, 개발된 프로그램을 적용하여 실제 교육대상인고등학생을 대상으로 교육프로그램을 시행 하고 단계별 진행 순서와 결과물을 시연하고 이에 대한 내용을 교육 방법 이론에 근거하여 분석하였다.
- 고등학생을 위한 단열설계 STEAM 교육프로그램을 개발하기 위해 “미래환경디자인”이라는 통합주제의 인식하에, 고등학교 교과의 교육과정을 분석한 후 미래환경디자인과 교과 간의 융합가능한 키워드를 탐색·추출하였다.
- 고등학생을 위한 단열설계 STEAM 교육프로그램을 개발하기 위해 “미래환경디자인”이라는 통합주제의 인식하에, 고등학교 교과의 교육과정을 분석한 후 미래환경디자인과 교과 간의 융합가능한 키워드를 탐색·추출하였다. 선정된 주제는 4개의 소주제로 나뉘어 차시별 세부 수업으로 그룹핑 되었으며, 각 세부수업은 STEAM교육프로그램의 학습준거틀 및 STEAM 요소를 적용하여 수업내용을 편성하였다. 그리고 STEAM 전문가와 고등학교 과학선생님으로 구성된 STEAM 자문위원의 자문을 통해, 학습자인 고등학생의 이해 수준에 맞게 난이도를 조절하고, 과학실험의 세부적인 내용 및 방법 등을 일부조정하였으며, 자세한 일정과 내용을 아래 표와 같이 정리하였다.
- 선정된 주제는 4개의 소주제로 나뉘어 차시별 세부 수업으로 그룹핑 되었으며, 각 세부수업은 STEAM교육프로그램의 학습준거틀 및 STEAM 요소를 적용하여 수업내용을 편성하였다. 그리고 STEAM 전문가와 고등학교 과학선생님으로 구성된 STEAM 자문위원의 자문을 통해, 학습자인 고등학생의 이해 수준에 맞게 난이도를 조절하고, 과학실험의 세부적인 내용 및 방법 등을 일부조정하였으며, 자세한 일정과 내용을 아래 표와 같이 정리하였다.
- 수업 주제 선정 및 연계 영역 검토를 위해 고등학교의 현행 교육과정을 분석하였다. 특히 STEAM의 기본영역인 과학과목과 미래환경디자인이라는 통합주제를 분석핟여 융합가능한 키워드를 추출하였다.
- 수업 주제 선정 및 연계 영역 검토를 위해 고등학교의 현행 교육과정을 분석하였다. 특히 STEAM의 기본영역인 과학과목과 미래환경디자인이라는 통합주제를 분석핟여 융합가능한 키워드를 추출하였다.
- 벽체 모듈디자인”을 프로그램의 주제로 선정하였다. 과학 교과 외 타 교과와의 연계도 검토하여 여러 영역간의 융합을 시도하였다. 단, 다양한 영역들을 자연스럽게 융합시키기 위해서는 각각의 영역들이 전체 주제와의 연관성이 높아야 하며, 연계가 어려울 경우 관련 영역을 축소시킴으로써 최대한 부자연스러운 연결을 지양해야 한다.
- 과학 교육의 에너지 보존과 열전달 방법, 시간에 따른 온도 변화 및 상태 변화와 사회 교육의 자연환경의 변화에 따른 문제 원인과 실태를 과학(S)요소에 적용하였고, 수학교육의 다항식 연산을 통한 열의 이동량 계산 및 그래프 성질을 수학(M)요소에 적하였다. 기술가정 교육의 창의 공학 설계 및 교과 연계 프로그램을 설계(T/E) 요소에 적용하고, 미술 교육의 조형 원리의 특성 이해 및 주제 표현을 아트(A)요소에 적용하여 아래 도식과 같이 나타내었다.
- 위와 같이 교과과정을 STEAM요소에 적용시킨 내용을 바탕으로 STEAM단계에 맞도록 프로그램을 구성하였으며, 이는 문헌고찰 부분에서 언급했던 것처럼 다양한 활동을 통해 상황제시(Context), 창의적 설계(Creative Design), 감성적 체험(Emotional Touch)의 3단계 프로세스를 진행할 수 있도록 계획하였으며, 이는 차시별 수업에도 각각 적용된다. 단계별 세부 활동은 아래 표와 같으며, 이러한 순환적 과정을 통해 실패의 학습과 성공의 기쁨을 경험하고 이러한 경험이 새로운 문제에 도전하는 데에 자신감을 고취시킬 수 있다.
- STEAM 전문가 및 현 고등학교 과학교사로 구성된 STEAM 자문위원의 자문은 2014년 9월, 10월 두 차례에 걸쳐 이루어졌다. 전문적인 자문을 통해 프로그램 주제선정부터 수업 내용 및 결과에 대하여 프로그램을 수정보완하였다. 그리고 학습자인 고등학생의 이해수준에 맞춰 난이도를 조절하였으며, 과학실험의 세부 조건 및 내용 등을 일부 조정하였다.
- 전문적인 자문을 통해 프로그램 주제선정부터 수업 내용 및 결과에 대하여 프로그램을 수정보완하였다. 그리고 학습자인 고등학생의 이해수준에 맞춰 난이도를 조절하였으며, 과학실험의 세부 조건 및 내용 등을 일부 조정하였다.
- 세 번째 수업에서는 효율적인 단열을 위한 재료 실험을 한다. 환경문제의 심각성과 업사이클링의 중요성을 인식하고 재활용 쓰레기를 활용하여 단열효과 실험을 진행한 후, 각 팀별로 실험결과에 대해 토론한다. 팀 내 의견조율을 하면서 협동의 필요성을 느끼고, 팀대결을 통해 팀별 결집력을 높일 수 있다.
- 팀별 아이디어를 취합하여 벽체모듈디자인의 구상도 및 공간계획안, 재료리스트를 작성하고 계획에 맞게 재활용품 재료를 구매한다. 모형을 제작 한 후 단열실험을 하고 결과를 분석정리하여 팀별 프리젠테이션을 한다. 수업을 마무리하며 팀별 자기평가를 통해, 실패의 학습과 성공의 경험을 통해 새로운 문제에 도전하고자 하는 자신감을 얻을 수 있다.
- 단열설계 STEAM 교육프로그램의 개발 방법 및 교육 방법에 대해 문헌조사를 통해 밝힌 플립러닝 교육법을 근거하여 프로그램 개발 절차 STEAM, 요소분석, 플립러닝 교육법 적용 분석을 실시하였다.
- 플립러닝의 5단계 설계 과정은 분석, 설계, 개발, 실행, 평가로 진행되며, 본 프로그램은 고등학교 교과과정 및 STEAM 요소를 분석하였으며, 이를 바탕으로 과학과 환경 디자인을 접목한 모의 프로그램 개발하여 예비시행하였다. 예비시행 결과와 STEAM 교육 전문가의 자문을 거쳐 STEAM 교육구성에 맞도록 재구성하여 본 프로그램을 개발하고 이를 실제 고등학생을 대상으로 2회에 걸쳐 실행하고, 실행 이후에 교육자와 피교육자를 대상으로 프로그램에 대한 이해도와 만족도를 평가와 STEAM 학습준거 반영 체크리스트를 통해 교육프로그램에 대한 평가를 실시하였다.
- 플립러닝의 5단계 설계 과정은 분석, 설계, 개발, 실행, 평가로 진행되며, 본 프로그램은 고등학교 교과과정 및 STEAM 요소를 분석하였으며, 이를 바탕으로 과학과 환경 디자인을 접목한 모의 프로그램 개발하여 예비시행하였다. 예비시행 결과와 STEAM 교육 전문가의 자문을 거쳐 STEAM 교육구성에 맞도록 재구성하여 본 프로그램을 개발하고 이를 실제 고등학생을 대상으로 2회에 걸쳐 실행하고, 실행 이후에 교육자와 피교육자를 대상으로 프로그램에 대한 이해도와 만족도를 평가와 STEAM 학습준거 반영 체크리스트를 통해 교육프로그램에 대한 평가를 실시하였다.
- STEAM 프로그램의 1차시는 지구의 에너지 문제 대한 주제탐구, 2~3차시는 에너지 절약의 방법으로 일환으로 단열에 대한 이해, 4~5차시는 단열의 효율이 높은 재료들에 대한 탐색과 실험, 6~8차시는 앞 차시의 창의적 사고과정을 종합하여 단열 성능이 좋은 벽체를 디자인하는 과정으로 설계되었으며, 각 차시별로 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 요소와 STEAM 준거틀로 제시되고 있는 상황제시(CO), 창의적 설계(CD), 감성적 체험(ET)의 요소의 적용상태를 아래 표 9와 같이 분석하였다.
- 또한 개발 후, 전문가 집단과 모의 교육을 거쳐 수정·보완 작업을 수행한 후, 결정된 교육모형을 고등학생들을 대상으로 실제 프로그램 내용으로 진행하고, 그 내용을 교육방법 이론에 근거하여 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 상황설정을 통해 문제와 해결의 실마리를 학습자와 관련된 환경과 소재를 제시함으로써 학습자의 탐구적 감성을 자극하고 지각적인 각성을 일으키도록 학습동기 유발요소를 적용하였으며, 주변에 일어날 수 있는 문제해결에 대한 자신감 고취와 연결된다. 창의적 설계의 전체 18과정을 통해서 환경문제, 에너지 절감 방법, 기후에 따른 주택의 형태, 효과적 단열방법 및 재료에 대해 탐구가 진행되며 이러한 주제에 대한 탐구를 학습자 주변의 내용을 토대로 생각하게 함으로써 관련성을 제공하고 지식탐구 결과에 의한 자신감 고취시키도록 하였다. 감성적 체험은 프로젝트를 자기주도적으로 실행하고 이끌어 갈 수 있도록 지도하고, 발표 및 평가를 통한 순위 발표를 통해 공정한 평가와 외재적 보상이 가능하도록 하였으며 이러한 경험을 통해 학습자의 만족감을 높일 수 있도록 계획되었다.
- 창의적 설계의 전체 18과정을 통해서 환경문제, 에너지 절감 방법, 기후에 따른 주택의 형태, 효과적 단열방법 및 재료에 대해 탐구가 진행되며 이러한 주제에 대한 탐구를 학습자 주변의 내용을 토대로 생각하게 함으로써 관련성을 제공하고 지식탐구 결과에 의한 자신감 고취시키도록 하였다. 감성적 체험은 프로젝트를 자기주도적으로 실행하고 이끌어 갈 수 있도록 지도하고, 발표 및 평가를 통한 순위 발표를 통해 공정한 평가와 외재적 보상이 가능하도록 하였으며 이러한 경험을 통해 학습자의 만족감을 높일 수 있도록 계획되었다.
- 첫째, 고등학교 교육과정에서 심화교육의 일환으로 여러 사회문제에 대해 과학적 근거를 기반으로 다양한 분야와의 융복합을 통한 문제 해결과정을 체험 할 수 있는 교육을 지향하고 있으며, 이에 고등학교 교과내용과 우리나라 교육부에서 제시하고 있는 STEAM 교육의 요소와 준거를 기반으로 프로그램을 만들고 이에 대한 전문가 자문을 통해 고등학교 교육에 필요한 프로그램을 제시하였다.
- 둘째, STEAM 교육내용을 교육하는 방법으로서 플립러닝을 접목함으로써, 주변에 일어날 수 있는 문제에 대해 학습자의 주도적 해결과정을 체험하도록 하였고, 이를 통해 학습동기를 제공하였다. 환경친화적 측면에서 내용을 구성하고 디자인을 소재로 프로그램을 운영한 시도는 학교현장에서 흔히 접할 수 없는 것으로 학생들이 미래사회에 대한 관심을 촉발하고 해결방안을 모색해 보도록 하는데 도움이 되었다.
- 미래의 친환경 디자인이라는 관점에서 과학의 과 키워드를 연계시켜 건축의 냉난방 에너지를 줄여줄 단열 벽체를 만들기로 하였으며, 벽체를 구성하는 재료는 친환경 재료인 재활용품을 활용함으로써 심미적인 부분과 기능적인 부분을 모두 고려해야하는 “업사이클링8) 벽체 모듈디자인”을 프로그램의 주제로 선정하였다.
- 앞서 추출된 교육과정에 STEAM 요소를 대입하였다. 과학 교육의 에너지 보존과 열전달 방법, 시간에 따른 온도 변화 및 상태 변화와 사회 교육의 자연환경의 변화에 따른 문제 원인과 실태를 과학(S)요소에 적용하였고, 수학교육의 다항식 연산을 통한 열의 이동량 계산 및 그래프 성질을 수학(M)요소에 적하였다. 기술가정 교육의 창의 공학 설계 및 교과 연계 프로그램을 설계(T/E) 요소에 적용하고, 미술 교육의 조형 원리의 특성 이해 및 주제 표현을 아트(A)요소에 적용하여 아래 도식과 같이 나타내었다.
대상 데이터
- 2012년부터 매년 융·복합 교육프로그램인 “어린이 미래환경 디자인대회”를 개발·운영해오고 있는 실내디자인학회(KIID)에서는 한국과학창의재단의 “2014 STEAM아웃리치 프로그램 개발‘ 공모에 선정되어 초·중·고등학생을 대상으로 하는 "미래환경디자인 STEAM 스쿨“ 프로그램 총 3개를 개발 및 적용하였으며, 본 논문은 고등학교 프로그램만을 대상으로 연구한다.
- STEAM 전문가 및 현 고등학교 과학교사로 구성된 STEAM 자문위원의 자문은 2014년 9월, 10월 두 차례에 걸쳐 이루어졌다. 전문적인 자문을 통해 프로그램 주제선정부터 수업 내용 및 결과에 대하여 프로그램을 수정보완하였다.
성능/효과
- )은 효과적인 플립 러닝 수업을 위해 수업 설계 시 융통성 있는 환경과 학습문화, 의도적인 학습 내용, 전문적인 교수자가 필요하다고 하였다.1) 첫쨰, 플립러닝에서는 학생들의 학습 시간이나 학습 공간에 대해서 교사가 유연하게 대처해야 한다. 교사는 학생들이 학습할 시간이나 장소에 대해 스스로 선택할 수 있는 기회를 제공해 주어야 한다.
- 교사는 학생들에게 수업 시간에 더 깊이 있고 풍부하게 배울 기회를 제공한다. 셋째, 플립 러닝에서 교사는 학생들의 개념적인 이해를 돕기 위해 발전적인 방법을 모색한다. 교사는 무엇을 가르쳐야 할 것인지를 결정하고 수업 내용을 설계해야 한다.
- 또한 교육활동을 의도적으로 설계하고 다양한 학습전략을 활용하여 학생 중심 수업이 이루어지도록 해야 한다. 넷째, 플립 러닝 수업에서 교사들은 기존의 강의식 수업보다 더 많은 역할을 해야 한다. 수업이 진행되는 동안 교사는 개개인의 학생들을 지속적으로 관찰 하여야 하고 상황에 맞는 피드백을 해주어야 한다.
- 개발된 프로그램은 고등학생을 대상으로 한 차례 시행되었으며 이를 통해 나온 수정 및 추가사항을 반영하여 최종 프로그램 개발을 완료하였다. 추가로, STEAM 교육의 보급을 위하여 일선의 교사 누구라도 이 프로그램을 쉽게 적용할 수 있도록 매뉴얼, 교사용 지도안, 학생용 워크북 등 각 프로그램 당 3종의 교재를 편찬하였다.
- 다섯 가지 STEAM 요소 과학(S)요소가 17회로 가장 많이 적용되었으며, 나머지 요소들은 기술(T) 5회, 공학(E) 4회, 예술(A) 6회, 수학(M) 4회로 균등한 분포를 보이고 있다. 이는 효율적인 단열벽체 설계를 위한 주제설정부터 실험 및 결과 제시, 디자인 전 과정이 과학적인 방법을 중심으로 이루어졌음을 의미하며, 각 차시별로 주세 탐구인 1차시는 예술적 요소, 지식 탐구 과정인 2~3차시와 실험 단계인 4~5차시는 예술적 요소를 제외한 요소가 강조되었으며, 디자인 단계인 6~8차시는 모든 요소가 균등하게 적용되면서도 특히 예술적 요소가 강조되어 적용되었다.
- 다섯 가지 STEAM 요소 과학(S)요소가 17회로 가장 많이 적용되었으며, 나머지 요소들은 기술(T) 5회, 공학(E) 4회, 예술(A) 6회, 수학(M) 4회로 균등한 분포를 보이고 있다. 이는 효율적인 단열벽체 설계를 위한 주제설정부터 실험 및 결과 제시, 디자인 전 과정이 과학적인 방법을 중심으로 이루어졌음을 의미하며, 각 차시별로 주세 탐구인 1차시는 예술적 요소, 지식 탐구 과정인 2~3차시와 실험 단계인 4~5차시는 예술적 요소를 제외한 요소가 강조되었으며, 디자인 단계인 6~8차시는 모든 요소가 균등하게 적용되면서도 특히 예술적 요소가 강조되어 적용되었다. 또한 STEAM의 준거에 의하면 상황제시(Context) 3회, 창의적 설계(Creative Design) 18회, 감성적 체험(Emotional Touch) 5회로 창의적 설계 요소가 가장 많이 적용되었으며, 전체 과정을 통해 창의적 설계요소가 적극 반영되고, 학습자와 연관된 상황설정을 통해 주제를 설정하고 디자인 하도록 하였으며, 감성적으로는 주제설정 단계에서는도전감, 지식탐구와 실험 단계에서는 자신감, 디자인 단계에서는 만족감을 느낄 수 있도록 계획되었다.
- 또한 교실 분위기 역시 기존의 강의식 수업보다 시끄럽거나 혼란스럽더라도 탄력적으로 허용할 필요가 있다. 둘째, 전통적 수업 모형에서 교사는 학생에게 정보를 전달하는 역할을 하였고 학생들은 이를 그대로 받아들였지만, 플립 러닝에서는 학습자 중심의 수업 활동이 이루어진다. 교사는 학생들에게 수업 시간에 더 깊이 있고 풍부하게 배울 기회를 제공한다.
- 이는 효율적인 단열벽체 설계를 위한 주제설정부터 실험 및 결과 제시, 디자인 전 과정이 과학적인 방법을 중심으로 이루어졌음을 의미하며, 각 차시별로 주세 탐구인 1차시는 예술적 요소, 지식 탐구 과정인 2~3차시와 실험 단계인 4~5차시는 예술적 요소를 제외한 요소가 강조되었으며, 디자인 단계인 6~8차시는 모든 요소가 균등하게 적용되면서도 특히 예술적 요소가 강조되어 적용되었다. 또한 STEAM의 준거에 의하면 상황제시(Context) 3회, 창의적 설계(Creative Design) 18회, 감성적 체험(Emotional Touch) 5회로 창의적 설계 요소가 가장 많이 적용되었으며, 전체 과정을 통해 창의적 설계요소가 적극 반영되고, 학습자와 연관된 상황설정을 통해 주제를 설정하고 디자인 하도록 하였으며, 감성적으로는 주제설정 단계에서는도전감, 지식탐구와 실험 단계에서는 자신감, 디자인 단계에서는 만족감을 느낄 수 있도록 계획되었다.
후속연구
- 따라서 본 연구는 미래 환경디자인 시나리오에 우리 주변에서 일어나고 있는 환경문제를 파악하고, 문제를 설정하며, 이를 과학적 사실과 창의적 아이디어를 복합하여 해결하는 과정을 논리적으로 실행하여 이를 표현하는 방식으로 진행되어 실제적인 적용과 교육방법 분석을 통해 앞으로 창의적인 융·복합교육 프로그램의 모범적인 사례를 제공할 것이다.
- 본 연구의 후속 연구로 다양한 학문의 융·복합 체험프로그램의 개발 연구가 지속될 수 있으며, 이러한 융·복합프로그램의 진행 후 교육 전후 비교평가를 위한 평가 툴개발 연구가 진행될 수 있다.
- 셋째, 디자인에 다른 다양한 기능, 성능 등을 체험할 수 있는 차별화되고 지속적인 프로그램 개발 및 자료 공유 방안 노력이 요구되어진다. 좀 더 고등학교 교육과정과의 관련성, 호기심과 문제의식을 공유하는 방향으로 프로그램을 설계가 필요할 것이다.
- 셋째, 디자인에 다른 다양한 기능, 성능 등을 체험할 수 있는 차별화되고 지속적인 프로그램 개발 및 자료 공유 방안 노력이 요구되어진다. 좀 더 고등학교 교육과정과의 관련성, 호기심과 문제의식을 공유하는 방향으로 프로그램을 설계가 필요할 것이다.
- 이와 같이 본 연구에서는 고등학생을 위한 융·복합 프로그램을 개발하고 이를 적용해 봄으로써 환경문제를 인지하고 친환경 디자인의 필요성을 이해함으로서 창의적인 차세대 친환경건축 전문가 인재양성을 도모하는데 좋은 교육적 자료가 될 것이다.
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