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문제 정의
- 이 연구는 과학 교과의 중요한 요소인 ‘탐구’를 반영한 프로그램의 개발이 매우 미흡하다는 선행연구 결과에 따라(Lee & Lee, 2014) 과학 탐구에 기반을 두어 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 자유학기제에 적용하여 중학생들의 정의적 영역에 어떻게 효과적인지를 분석하는데 그 주요 목적을 두고 있다. 또한, 융합인재교육과 자유학기제의 접목을 바탕으로 우리나라의 교육 목표를 보다 효과적으로 달성하기 위한 교육적 시사점을 얻고자 한다.
- 개발된 프로그램을 자유학기제에 적용하여 중학생들의 정의적 영역에 어떻게 효과적인지를 분석하는데 그 주요 목적을 두고 있다. 또한, 융합인재교육과 자유학기제의 접목을 바탕으로 우리나라의 교육 목표를 보다 효과적으로 달성하기 위한 교육적 시사점을 얻고자 한다. 이 연구의 구체적인 내용은 다음과 같다.
- 과학기술 기반의 융합적 사고(STEAM Literacy)를 향상시키기 위한 융합인재교육(STEAM) 프로그램에 대한 논의는 그 동안 많이 이루어져 왔으나, 이를 최근 교육 정책의 큰 흐름인 자유학기제와 접목시키는 구체적 방안이나 연구 수행은 부족한 실정이었다. 이러한 이유로, 자유학기제 교육과정의 중학생들에게 적용 가능한 융합인재교육 프로그램을 개발하고 적용 효과를 분석하였다는 점에서 이 연구는 의의를 갖는다. 이 연구의 결론은 다음과 같다.
제안 방법
- 따라서 학생들에게 적용한 융합인재교육 프로그램은 학생들의 과학, 기술/공학, 수학에 대한 자기효능감에 긍정적 효과를 준다고 해석할 수 있다. 과학, 기술/공학, 수학 교과에 대한 자기효능감이 상승한 이유에 대해 구체적인 학생들의 반응을 알아보기 위해 학생 선별을 통한 심층 면담을 실시하였다.
- 광역시 소재의 모든 1학년 학생들이 자유학기제 교육과정 내에 있으므로 실험집단과 통제집단을 구분하지 않고, 실험설계 방법 중 단일집단 사전․사후검사(one-group pretest-posttest design)로 연구를 설계하였다(Korean Society of Educational Psychology, 2000). 수업처치 시 ‘융합인재교육 프로그램 적용’ 이외의 매개변수에 의한 효과를 최소화하고자 실험집단 A~C반에게 적용된 3번의 수업에서 동일한 주제와 수업 방식을 적용하였다.
- 프로그램의 개발 과정에서 과학교육 분야의 교수 1명, 박사과정 3명, 중학교 과학 교사 5명의 팀으로 구성된 집단과 2주에 1회, 총 6차례에 걸친 세미나를 통해 프로그램에 대한 컨설팅과 타당도를 검증받았고 최종적으로 6차시가 적절한 것으로 판단되었다. 끝으로 2015년 10월에 G중학교의 20명에게 2차 예비적용을 실시하였고 수정․보완하여 프로그램을 완성하고 연구 대상에 적용하였다.
- 융합인재교육 프로그램을 적용한 자유학기제 과정의 중학생 95명을 대상으로 단일집단 사전․사후검사를 실시하여 연구 자료를 수집하였다. 단일집단 사전 검사와 사후 검사는 수업 처치 전・후 일주일 이내에 각각 실시하였다. 또한, 검사 결과를 바탕으로 프로그램에 대한 학생들의 구체적인 반응을 알아보기 위해, 수업 시간 내 교사관찰 및 활동지 제출 결과를 중심으로 14명의 학생을 선별하여 심층 면담을 실시하였다.
- 더불어 융합인재교육 프로그램을 적용한 수업에서 과학, 수학, 기술/공학 교과에 대해 흥미가 생기게 된 이유를 구체적으로 알아보기 위해 심층면담을 실시하였다. 먼저 과학 교과에 흥미도가 더 높아진 이유에 대해 물었을 때 학생들은 다음과 같이 응답하였다.
- 둘째, 개발한 융합인재교육 프로그램을 자유학기제 교육과정의 중학생들에게 적용하고, 학생들의 과학, 기술/공학, 수학에 대한 흥미, 자기효능감, 관련 진로 선택에 미치는 효과를 분석한다.
- 프로그램 개발의 방향을 정립하기 위해 첫째, 한국과학창의재단과 한국교육개발원을 중심으로 연구․개발된 융합인재교육 프로그램을 조사하고, 융합인재교육 프로그램을 개발하여 적용 효과를 분석한 학술자료를 살펴보았다. 둘째, 자유학기제 정책의 이해를 위해 관련된 연구학교의 보고서와 정책 자료를 분석하였다. 셋째, 융합인재교육 모형(model)개발과 관련된 연구를 분석하고 이 연구에 사용할 적합한 틀(framework)을 선정하였다.
- 융합인재교육 프로그램의 주제 선정을 위해 교육부(MOE, 2015a)가 제시한 자유학기제 추진 목적을 분석했다. 또한 과학, 기술, 수학 및 예술/인문 관련 교과에 대한 2009, 2015 개정 교육과정을 분석하여 프로그램 개발에 필요한 개념요소를 추출하였다.
- 단일집단 사전 검사와 사후 검사는 수업 처치 전・후 일주일 이내에 각각 실시하였다. 또한, 검사 결과를 바탕으로 프로그램에 대한 학생들의 구체적인 반응을 알아보기 위해, 수업 시간 내 교사관찰 및 활동지 제출 결과를 중심으로 14명의 학생을 선별하여 심층 면담을 실시하였다.
- 면담의 기본 내용은 융합인재교육 프로그램의 전․후를 비교하여 유의미하게 달라진 점에 초점을 맞추어 진행하였으며, 학생 응답에 따라 추가적인 질의․응답을 실시하였다. 면담 결과는 학생 동의하에 녹화․녹취된 자료를 이용하여 정리하였으며, 질문에 대해 응답 빈도가 높은 응답을 중심으로 기술하였다. 학생들에게 질문한 주요 핵심 질문은 Table 6과 같다.
- 심층 면담은 설문지의 응답 결과와 제작된 RC 비행기 산출물을 중심으로 학생 14명을 선정하여 반구조화된 면담을 실시하였다. 면담의 기본 내용은 융합인재교육 프로그램의 전․후를 비교하여 유의미하게 달라진 점에 초점을 맞추어 진행하였으며, 학생 응답에 따라 추가적인 질의․응답을 실시하였다. 면담 결과는 학생 동의하에 녹화․녹취된 자료를 이용하여 정리하였으며, 질문에 대해 응답 빈도가 높은 응답을 중심으로 기술하였다.
- 본 프로그램의 개발 방향이 과학 탐구에 기반을 두고 있기 때문에 STEM 또는 STEAM 교육 프로그램의 개발 틀 중에 과학 탐구를 기초로 하는 틀을 조사하였다. 현재까지 과학 탐구에만 초점을 둔 개발 틀인 이효녕 등(2012)이 개발한 ‘과학 탐구중심의 통합 STEM 교육 모형’(이하: ADBA 모형)을 이 연구의 프로그램 개발 틀로 선정하였다(Table 1).
- 둘째, 자유학기제 정책의 이해를 위해 관련된 연구학교의 보고서와 정책 자료를 분석하였다. 셋째, 융합인재교육 모형(model)개발과 관련된 연구를 분석하고 이 연구에 사용할 적합한 틀(framework)을 선정하였다.
- 수업처치 시 ‘융합인재교육 프로그램 적용’ 이외의 매개변수에 의한 효과를 최소화하고자 실험집단 A~C반에게 적용된 3번의 수업에서 동일한 주제와 수업 방식을 적용하였다.
- 심층 면담은 설문지의 응답 결과와 제작된 RC 비행기 산출물을 중심으로 학생 14명을 선정하여 반구조화된 면담을 실시하였다. 면담의 기본 내용은 융합인재교육 프로그램의 전․후를 비교하여 유의미하게 달라진 점에 초점을 맞추어 진행하였으며, 학생 응답에 따라 추가적인 질의․응답을 실시하였다.
- 예를 들어, 1차시의 활동1에서는 비행과 비행기의 역사적 기록을 알아보고 비행기를 소재로 다룬 예술 작품을 감상하면서 과학적 원리를 찾도록 하여 과학(S)과 인문예술(A)를 통합하였다. 아울러, 학생들의 개별적인 생각, 개념, 경험, 감성을 바탕으로 글쓰기 활동과 비행에 대해 창의적이고 시각적인 그림과 글을 이용하여 마인드맵을 작성하도록 구성하였다. 1차시에는 문제를 이해하는 도입 단계이기 때문에 구체적인 수학, 기술, 공학적 설계에 관한 내용은 다루지 않고 실생활에서 예술 작품이나 인문 속에서 비행, 비행기에 대한 것을 느끼고 인지하도록 개발하였다.
- 융합인재교육 프로그램을 적용한 수업에서 과학,수학, 기술/공학 관련 직업에 대해 긍정적으로 마음이 생기게 된 이유에 구체적으로 알아보고자 심층면담을 실시하였다. 먼저 과학 관련 진로 선택에 대해 더 긍정적으로 생각하게 된 이유에 대해 물었을 때 학생들의 대표적인 응답은 다음과 같았다.
- 융합인재교육 프로그램의 주제 선정을 위해 교육부(MOE, 2015a)가 제시한 자유학기제 추진 목적을 분석했다. 또한 과학, 기술, 수학 및 예술/인문 관련 교과에 대한 2009, 2015 개정 교육과정을 분석하여 프로그램 개발에 필요한 개념요소를 추출하였다.
- 이 연구는 과학 교과의 중요한 요소인 ‘탐구’를 반영한 프로그램의 개발이 매우 미흡하다는 선행연구 결과에 따라(Lee & Lee, 2014) 과학 탐구에 기반을 두어 프로그램을 개발하였다.
- , 2011). 이 연구에서는 중학교 1학년을 대상으로 설계 기반의 문제해결(설계-수행-재설계재수행)을 완결하고 도전 과제까지 연계시키기 위해 초안을 6차시로 개발하였다. 최종 프로그램을 연구 대상에 적용하기 앞서 프로그램의 수준, 내용 요소, 차시 구성 등의 적절성을 파악하기 위해 2015년 8월 중학생 14명을 대상으로 6차시에 걸쳐 1차 예비 투입을 진행하였다.
- 첫째, 융합인재교육과 자유학기제와 관련 문헌 조사를 바탕으로 자유학기제 교육과정의 중학생에게 적합한 과학 탐구 중심의 융합인재교육 프로그램을 개발하였다. 설문 조사와 심층 면담을 통해 학생들은 기존의 정규 수업보다 개발된 RC 비행기 관련 융합인재교육 수업을 더 선호하는 경향이 있었으며, 이는 교육부가 자유학기제 정책의 추진 방향으로 제시한 학생의 흥미․관심사에 기반한 다양한 주제선택 활동을 개발․보급(MOE, 2015)에 관한 사항을 잘 반영한다고 할 수 있다.
- 이 연구에서는 중학교 1학년을 대상으로 설계 기반의 문제해결(설계-수행-재설계재수행)을 완결하고 도전 과제까지 연계시키기 위해 초안을 6차시로 개발하였다. 최종 프로그램을 연구 대상에 적용하기 앞서 프로그램의 수준, 내용 요소, 차시 구성 등의 적절성을 파악하기 위해 2015년 8월 중학생 14명을 대상으로 6차시에 걸쳐 1차 예비 투입을 진행하였다. 프로그램의 개발 과정에서 과학교육 분야의 교수 1명, 박사과정 3명, 중학교 과학 교사 5명의 팀으로 구성된 집단과 2주에 1회, 총 6차례에 걸친 세미나를 통해 프로그램에 대한 컨설팅과 타당도를 검증받았고 최종적으로 6차시가 적절한 것으로 판단되었다.
- 프로그램 개발의 방향을 정립하기 위해 첫째, 한국과학창의재단과 한국교육개발원을 중심으로 연구․개발된 융합인재교육 프로그램을 조사하고, 융합인재교육 프로그램을 개발하여 적용 효과를 분석한 학술자료를 살펴보았다. 둘째, 자유학기제 정책의 이해를 위해 관련된 연구학교의 보고서와 정책 자료를 분석하였다.
대상 데이터
- 개발된 프로그램의 적용 대상은 2015학년도부터 자유학기제를 전면 시행한 대구광역시 소재의 G중학교 1학년 학생 95명이다. 학생들은 모두 자유학기제의 일부 프로그램으로 실시되는 과학 행사에 자발적인 신청을 통해 모집되었고, 95명을 31명,32명, 32명의 3개의 집단으로 구성하여 수업을 진행하였다.
- 수집된 자료를 바탕으로 기초 분석을 실시하였으며 응답하지 않은 경우나 중복 응답한 경우, 그리고 불성실한 응답(예, 같은 번호로만 응답)을 한 학생 3명을 제외하여 총 92명을 연구 대상으로 선정하여 분석 자료로 이용하였다.
- 융합인재교육 프로그램을 적용한 자유학기제 과정의 중학생 95명을 대상으로 단일집단 사전․사후검사를 실시하여 연구 자료를 수집하였다. 단일집단 사전 검사와 사후 검사는 수업 처치 전・후 일주일 이내에 각각 실시하였다.
- 학생들은 모두 자유학기제의 일부 프로그램으로 실시되는 과학 행사에 자발적인 신청을 통해 모집되었고, 95명을 31명,32명, 32명의 3개의 집단으로 구성하여 수업을 진행하였다. 최초 연구 대상 수는 95명이었으나, 통계 처리가 불가능한 3명을 제외하여 총 92명을 통계 처리의 대상으로 선정하였다(Table 2).
- 개발된 프로그램의 적용 대상은 2015학년도부터 자유학기제를 전면 시행한 대구광역시 소재의 G중학교 1학년 학생 95명이다. 학생들은 모두 자유학기제의 일부 프로그램으로 실시되는 과학 행사에 자발적인 신청을 통해 모집되었고, 95명을 31명,32명, 32명의 3개의 집단으로 구성하여 수업을 진행하였다. 최초 연구 대상 수는 95명이었으나, 통계 처리가 불가능한 3명을 제외하여 총 92명을 통계 처리의 대상으로 선정하였다(Table 2).
데이터처리
- 검사지를 이용한 5단계 리커트 척도의 문항이 통계적으로 유의미한지 알아보기 위해 리커트 척도 문항의 ‘매우 그렇다’를 5점, ‘전혀 그렇지 않다’를 1점으로 코딩하였으며, 부정 문항은 역 코딩하였다. 코딩된 과학, 기술/공학, 수학 관련 흥미, 자기효능감 및 진로 선택에 대한 학생들의 응답 결과를 과학, 수학, 기술/공학 교과 (영역)별로 구분하여 대응표본 t-검정(paired samples t-test)을 실시하였다. 유의도 수준은 p (probability : 확률)로 표시하였고, p < .
이론/모형
- 프로그램 적용 시 연구 대상 및 수업 상황의 모든 변인들을 통제하는 것이 불가능하기 때문에 준 실험설계(quasi-experiment design) 방법을 적용하였다(Lee, 2012; Jun, Lim & Kim, 2008; Sung Na, 2012).
- 현재까지 과학 탐구에만 초점을 둔 개발 틀인 이효녕 등(2012)이 개발한 ‘과학 탐구중심의 통합 STEM 교육 모형’(이하: ADBA 모형)을 이 연구의 프로그램 개발 틀로 선정하였다(Table 1).
성능/효과
- 과학 관련 진로에 대해 학생들은 ‘똑똑한 사람’,‘공부 잘하는 사람’만 할 수 있고 ‘엄청난 업적이 있는 과학자’만 과학 관련 직업이라고 생각하는 것으로 나타났다.
- 둘째, 개발된 융합인재교육 프로그램은 자유학기제 교육과정 내 중학생의 과학, 기술/공학, 수학에 대한 흥미, 자기효능감, 관련 분야의 진로 선택에 통계적으로 유의미한 효과를 미친다.
- 또한 융합인재교육 프로그램을 통해 기술/공학이‘실생활에 적용’할 수 있는 유용한 교과라는 걸 깨닫고, 기술/공학 관련 진로 선택에 긍정적으로 바뀐 것으로 나타났다.
- 융합인재교육 프로그램이 학생들의 과학, 기술/공학, 수학 관련 진로 선택에 효과를 주는가를 확인하기 위해 유의도 값을 분석해본 결과, 각 교과의 p값은 과학 .000, 수학 .001, 기술/공학 .017로 실험 전과 실험 후 과학과 수학은 1%의 유의수준에서, 기술/공학은 5%의 유의수준에서 각각 통계적으로 효과가 있는 것으로 나타났다. 결국 학생들에게 적용한 융합인재교육 프로그램은 학생들의 과학, 기술/공학, 수학 관련 진로 선택에 긍정적 효과를 준다고 해석할 수 있다.
- 융합인재교육 프로그램이 학생들의 과학, 기술/공학, 수학에 대한 자기효능감에 효과를 주는가를 확인하기 위해 유의도를 분석해본 결과, 각 교과의 유의도는 과학 p = .0.02, 수학 p = .043, 기술/공학 p = .009로 나타나, 과학 교과와 기술/공학 교과는 1%의 유의수준에서, 수학 교과는 5%의 유의수준 하에서 통계적으로 효과 있는 것으로 나타났다. 따라서 학생들에게 적용한 융합인재교육 프로그램은 학생들의 과학, 기술/공학, 수학에 대한 자기효능감에 긍정적 효과를 준다고 해석할 수 있다.
- 융합인재교육 프로그램이 학생들의 과학, 기술/공학, 수학에 대한 흥미에 효과를 주는가를 확인하기 위해 유의도를 분석해본 결과, 각 교과별로 과학 p = .00, 수학 p = .013, 기술/공학 p = .039로 나타나, 과학은 1%의 유의수준에서, 수학과 기술/공학은 5%의 유의수준에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 따라서 학생들에게 적용한 융합인재교육 프로그램은 학생들의 과학, 기술/공학, 수학에 대한 흥미에 긍정적 효과를 주었다고 해석할 수 있다.
- 이 연구에서 사용하기 위해 검사의 내적 일관성을 확인해 본 결과 Cronbach α 값이 0.92로 나타났다.
- 이 연구에서 사용하기 위해 검사의 내적 일관성을 확인해 본 결과 신뢰도는 α = 0.95로 나타났다.
- 이 연구에서 사용하기 위해 검사의 내적 일관성을 확인해본 결과 Cronbach α가 0.96으로 나타났다.
- 종합하면, 개발된 프로그램은 학생들의 흥미와 관심사에 기반을 둔 체계적•전문적 프로그램으로 학생들의 학습 동기를 유발한다는 점과 능동적이고 자기주도적인 학습 경험을 제공할 수 있다는 점에서 의의가 있다.
- 종합하면, 이 연구를 통해 개발된 융합인재교육프로그램은 자유학기제 교육과정의 학생들에게 흥미, 자기효능감, 진로 선택이라는 정의적 영역 모두 통계적으로 유의미한 효과를 보였으며, 자유학기제 정책의 안정적인 정착을 위해 자유학기제의 교육수요자들에게 실질적으로 도움이 되는 프로그램 개발의 요구(Kim, 2013; MOE, 2013a, 2015a; Shin et al., 2014; Youm, Kim & Lee, 2014)를 효과적으로 달성한 것이라 할 수 있다.
- 최종 프로그램을 연구 대상에 적용하기 앞서 프로그램의 수준, 내용 요소, 차시 구성 등의 적절성을 파악하기 위해 2015년 8월 중학생 14명을 대상으로 6차시에 걸쳐 1차 예비 투입을 진행하였다. 프로그램의 개발 과정에서 과학교육 분야의 교수 1명, 박사과정 3명, 중학교 과학 교사 5명의 팀으로 구성된 집단과 2주에 1회, 총 6차례에 걸친 세미나를 통해 프로그램에 대한 컨설팅과 타당도를 검증받았고 최종적으로 6차시가 적절한 것으로 판단되었다. 끝으로 2015년 10월에 G중학교의 20명에게 2차 예비적용을 실시하였고 수정․보완하여 프로그램을 완성하고 연구 대상에 적용하였다.
- 대다수 학생들이 과학 교과를 ‘어려운 과목’, ‘암기 과목’, ‘재미없는 과목’이라고 생각하고 있었다. 하지만 RC 비행기 관련 융합인재교육을 통해 비행기의 원리를 실험 과정을 통해 이해하고 알아가고 그 속에서 재미를 느낄 수 있다는 응답을 보였다. 또한 학생들은 기존에 경험해보지 못한 새로운 경험을 해본다는 것(예, 비행기 조종)에 큰 의미를 부여하기도 했다.
- 학생들은 자신이 생각하고, 자신의 손으로 직접 제작하는 과정에서 창의성과 자신감이 생긴 것 같다고 대답하였고, 제작과정에서 ‘내가 잘하고 있는 것 같다’는 긍정적 정서를 느낀 것으로 나타났다.
후속연구
- 첫째, 중학교 자유학기제에 적합한 과학 탐구 중심의 융합인재교육 프로그램을 개발한다.
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