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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 호흡 기관을 주제로 한 3D 프린팅 기술 활용 STEAM 프로그램이 학생들의 창의적 문제해결력, 과학 탐구 능력, 과학 흥미도 및 STEAM 프로그램 만족도에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
- 개발된 프로그램은 복잡한 호흡기관의 생김새와 기능을 학습하기 전에 프랙탈 구조에 대한 이해를 바탕으로 좀 더 쉽고 자세하게 호흡기관의 구조와 생김새를 이해하도록 구성하였으며, 교과서 중심의 프로그램을 학습한 학생들과 관찰, 측정, 분류, 측정, 추리 등 기초 탐구 능력의 차이를 살펴보고자 하였다. 또한 스스로 원리를 알고 창의적으로 프랙탈 카드를 만들고, 학습한 지식을 바탕으로 3D 프린터를 활용한 호흡기관 모형 만들기 활동 과정이 학생들의 창의적인 문제 해결력에 미치는 영향을 살펴보고자 하였으며, 첨단 과학기술인 3D 프린터의 활용, 미래 사회의 진로와 연계한 체험 중심의 활동 구성은 학생들의 과학에 대한 흥미도와 수업 만족도에 어떠한 변화를 가져올 것인지 알아보고자 하였다.
- 제4차 산업 혁명 시대에 주목 받고 있는 첨단 과학 기술의 활용, STEAM 교육 방법, 교사 중심의 수업이 진행되는 학습 주제에서 학생들의 스스로 탐구하는 방법, 미래 사회의 진로 교육과 연계할 수 있는 프로그램 개발 방안을 고려한 후, 본 연구 주제를 설정하게 되었다. 관련된 과학과 교육과정과 선행 연구 논문을 살펴보며 본 연구에 활용할 시사점을 찾았고, 3D 프린팅 기술을 이용하여 초등과학 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 호흡기관 내용에 적용할 수 있는 총 10차시의 STEAM 프로그램을 개발하였다.
- 하지만 이번 연구는 교사 중심으로 수업이 진행되었던 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원의 정규 교육과정의 학습 주제와 연계되고, 미래의 진로를 고려한 프로그램의 개발을 통하여 많은 학생들이 3D 프린팅을 활용한 교육을 학습할 수 있도록 기회를 제공하며, 학생들의 과학에 대한 능력과 태도의 변화를 확인하려고 하였다.
제안 방법
- 2∼3차시에서는 ‘프랙탈 카드 만들기’의 조작 활동을 통해 프랙탈 구조를 좀 더 자세히 이해하고, 관련 지식을 바탕으로 호흡기관의 기관, 기관지, 폐의 생김새를 관찰하고, 호흡기관의 기능에 대하여 알아본다.
- 3D 프린터를 활용한 호흡계의 STEAM 프로그램이 학생들의 과학 탐구 능력에 미치는 영향을 알아보기 위해 실험 집단과 비교 집단 간의 공변량 분석 결과를 중심으로 분석하였다(Table 4).
- 05 수준에서 판정하였다. STEAM 프로그램 만족도 검사는 실험 집단 학생들만 적용하였으며 Likert 척도를 통한 검사 결과에 대해 평균과 비율을 구하는 방식으로 결과를 정리하였다.
- STEAM 프로그램에 참여한 실험 집단 학생들의 만족도를 조사한 후 그 결과를 문항별로 제시하였다(Table 7).
- STEAM 프로그램이 학생들의 과학 흥미도에 미치는 효과를 알아보기 위해 실험 집단과 비교 집단간의 공변량 분석 결과를 중심으로 분석하였다(Table 6).
- STEAM 프로그램이 학생들의 창의적 문제해결력에 미치는 영향을 알아보기 위해 실험 집단과 비교 집단 간의 공변량 분석 결과를 중심으로 분석하였다(Table 5).
- 각 문항은 Likert 5단계 척도에 따라 ‘매우 그렇지 않다’ 1점에서 ‘매우 그렇다’ 5점까지 점수를 부여하여 문항별 평균을 얻고 문항별 각 항목을 선택한 답변자 수를 기준으로 한 백분율과 문항 평균 점수를 구하였다.
- 검사 도구는 ‘교과내용’과 ‘교과 가치 및 노력’의 인지적 흥미군, ‘교과 유능감’과 ‘교과 담당 교사에 대한 선호도’의 정서적 흥미군으로 구분되어 있다. 각 영역별 4문항씩, 총 16문항으로 구성되었으며, Likert 5단계 척도에 따라 긍정 문항은 5, 4, 3, 2, 1점으로 배점하고, 부정 문항은 반대로 배점을 부여하고 통계 처리하였다. 이 검사 도구의 신뢰도는 Cronbach’s α는 .
- 사전 검사를 실시한 후, 실험 집단에는 개발된 STEAM 프로그램을 적용하였고, 비교 집단에서는 교과서 내용 중심으로 재구성된 동일한 주제의 프로그램을 적용하였다. 각 집단에 프로그램을 적용한 후에는 사전 검사와 동일한 검사지를 실험 집단과 비교 집단을 대상으로 사후 검사를 실시하였다. 실험 집단 학생들을 대상으로는 개발한 STEAM 프로그램에 대한 학생들의 만족도를 평가하기 위해 실험 집단을 대상으로 프로그램 만족도 검사를 추가로 실시하였다.
- 각 차시별 주요 내용 및 STEAM 요소는 아래 Table 2와 같으며, STEAM 프로그램의 교육 활동 준거를 기반으로 하여 상황제시 1차시, 창의적 설계 2∼9차시, 감성적 체험 10차시로 구성하였으며, 창의적 설계와 감성적 체험 과정에 수업의 초점을 맞추어 운영하였다.
- 이 검사 도구는 한국교육개발원(2001)의 ‘간편 창의적 문제해결력 검사 개발 연구(Ⅰ)’를 토대로 만들어졌으며, 특정 영역의 지식·사고기능·기술의 이해 및 숙달 여부, 확산적 사고, 비판적·논리적 사고, 동기적 요소의 4개 하위 영역으로 구성되었다. 각 하위 영역별 5개의 문항씩, 총 20문항으로 구성되어 있으며, 5단계 Likert 척도에 따라 배점을부여하고 통계 처리하였다.
- 개발된 STEAM 프로그램은 전문가 집단 11명(과학교육과 교수 1인, 박사과정 3인, 석사과정 7인)의 검토 및 자문을 통해 수정·보완하여 최종 프로그램을 완성하였다.
- 개발된 프로그램은 복잡한 호흡기관의 생김새와 기능을 학습하기 전에 프랙탈 구조에 대한 이해를 바탕으로 좀 더 쉽고 자세하게 호흡기관의 구조와 생김새를 이해하도록 구성하였으며, 교과서 중심의 프로그램을 학습한 학생들과 관찰, 측정, 분류, 측정, 추리 등 기초 탐구 능력의 차이를 살펴보고자 하였다. 또한 스스로 원리를 알고 창의적으로 프랙탈 카드를 만들고, 학습한 지식을 바탕으로 3D 프린터를 활용한 호흡기관 모형 만들기 활동 과정이 학생들의 창의적인 문제 해결력에 미치는 영향을 살펴보고자 하였으며, 첨단 과학기술인 3D 프린터의 활용, 미래 사회의 진로와 연계한 체험 중심의 활동 구성은 학생들의 과학에 대한 흥미도와 수업 만족도에 어떠한 변화를 가져올 것인지 알아보고자 하였다.
- 개발한 STEAM 프로그램에 대한 검토 및 수정을 완료한 후에는 본 프로그램을 실제 학교 적용하였을 때 교육적 효과를 검증하기 위한 검사 도구를 선정하였으며, 프로그램 적용 이전에 실험 집단과 비교 집단을 대상으로 과학 탐구 능력, 창의적 문제 해결력 및 과학 흥미도에 대한 사전 검사를 실시하였다. 사전 검사를 실시한 후, 실험 집단에는 개발된 STEAM 프로그램을 적용하였고, 비교 집단에서는 교과서 내용 중심으로 재구성된 동일한 주제의 프로그램을 적용하였다.
- 본 연구에 사용된 과학 탐구 능력 검사 도구는 권재술과 김범기(1994)에 의해 개발된 TSPS 검사지를 사용하였다. 검사지는 초등학교 5학년 학생부터 중학교 3학년 학생까지 적용 가능하며, 과학 탐구 능력을 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5가지 기초 탐구 능력과 자료 변환, 자료 해석, 가설 설정, 변인 통제, 일반화의 5가지 통합 탐구 능력으로 구분하여 30문항으로 구성되었다. 본 연구에서는 이 중에서 개발한 STEAM 프로그램의 성격에 맞게 기초 탐구 능력을 검증할 수 있는 15개의 문항만 활용하였다.
- 관련된 과학과 교육과정과 선행 연구 논문을 살펴보며 본 연구에 활용할 시사점을 찾았고, 3D 프린팅 기술을 이용하여 초등과학 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 호흡기관 내용에 적용할 수 있는 총 10차시의 STEAM 프로그램을 개발하였다.
- 이에 대한 변인을 최소화하고자 본 연구에서는 3D 프린터 활용 방법에 대한 수업 내용을 산출물 제작에 필요한 부분만을 제한하여 지도하였으며, 실험 집단과 비교 집단의 학습 주제인 호흡기관과 관련된 학습량은 7차시로 동일하게 구성하였다. 또한 실험 집단과 비교 집단에 프로그램을 적용할 때에는 교사의 개인적인 능력 및 수업 방법에 의한 변인을 줄이기 위해서 동일한 교사가 실험 집단과 비교 집단의 수업을 모두 진행하였다.
- 이어서 프랙탈 구조에 대한 이해를 바탕으로 호흡기관의 생김새와 기능을 이해하며, 인체 모형을 만들고 호흡기관과 폐의 구조를 직접 그림을 그리며 디자인 한다. 마지막으로 활동 결과물을 활용하여 폐의 구조와 기능을 친구들에게 설명하고, 상호 평가하는 활동을 하였다.
- 본 연구는 초등학교 5학년 과학과 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 호흡기관의 기능과 생김새에 대한 학습 효과를 높이기 위해 3D 프린터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하고 적용하여 초등학생의 과학 탐구 능력, 창의적 문제해결력, 과학 흥미도 및 프로그램 만족도를 분석하였다.
- 본 연구에서 실험 집단에 적용한 STEAM 프로그램은 초등학교 5∼6학년군 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원의 ‘호흡기관’과 관련된 학습 내용에서 과학 지식 및 탐구 과정 요소를 추출하였고, 주제와 연계 가능한 다른 교과의 5∼6학년군 학습 내용을 선별하여 프로젝트 학습 형태로 구성하였다.
- 검사지는 초등학교 5학년 학생부터 중학교 3학년 학생까지 적용 가능하며, 과학 탐구 능력을 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5가지 기초 탐구 능력과 자료 변환, 자료 해석, 가설 설정, 변인 통제, 일반화의 5가지 통합 탐구 능력으로 구분하여 30문항으로 구성되었다. 본 연구에서는 이 중에서 개발한 STEAM 프로그램의 성격에 맞게 기초 탐구 능력을 검증할 수 있는 15개의 문항만 활용하였다. 문항은 4지선다형의 객관식이며, 정답을 1점, 오답을 0점으로 부여하여 통계 처리하였다.
- 비교 집단의 학생들에게는 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 호흡기관의 내용을 교과서를 중심으로 재구성된 6차시의 프로그램을 지도하였다(Table 3).
- 비교 집단의 학생들에게는 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 호흡기관의 내용을 교과서를 중심으로 재구성된 6차시의 프로그램을 지도하였다(Table 3). 비교 집단의 학생에게도 실험 집단과의 학습 내용을 동일하게 구성하기 위해서 복잡한 폐의 구조를 쉽게 이해하기 위하여 프랙탈 구조에 대하여 알아보고, 프랙탈 카드 만들기, 프랙탈 구조를 활용한 다양한 사례 살펴보기 활동을 포함시켰다. 이어서 프랙탈 구조에 대한 이해를 바탕으로 호흡기관의 생김새와 기능을 이해하며, 인체 모형을 만들고 호흡기관과 폐의 구조를 직접 그림을 그리며 디자인 한다.
- 개발한 STEAM 프로그램에 대한 검토 및 수정을 완료한 후에는 본 프로그램을 실제 학교 적용하였을 때 교육적 효과를 검증하기 위한 검사 도구를 선정하였으며, 프로그램 적용 이전에 실험 집단과 비교 집단을 대상으로 과학 탐구 능력, 창의적 문제 해결력 및 과학 흥미도에 대한 사전 검사를 실시하였다. 사전 검사를 실시한 후, 실험 집단에는 개발된 STEAM 프로그램을 적용하였고, 비교 집단에서는 교과서 내용 중심으로 재구성된 동일한 주제의 프로그램을 적용하였다. 각 집단에 프로그램을 적용한 후에는 사전 검사와 동일한 검사지를 실험 집단과 비교 집단을 대상으로 사후 검사를 실시하였다.
- 각 집단에 프로그램을 적용한 후에는 사전 검사와 동일한 검사지를 실험 집단과 비교 집단을 대상으로 사후 검사를 실시하였다. 실험 집단 학생들을 대상으로는 개발한 STEAM 프로그램에 대한 학생들의 만족도를 평가하기 위해 실험 집단을 대상으로 프로그램 만족도 검사를 추가로 실시하였다.
- 본 연구는 초등학교 5학년 과학과 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원 중 호흡기관의 기능과 생김새에 대한 학습 효과를 높이기 위해 3D 프린터를 활용한 STEAM 프로그램을 개발하고 적용하여 초등학생의 과학 탐구 능력, 창의적 문제해결력, 과학 흥미도 및 프로그램 만족도를 분석하였다. 실험 집단에는 개발한 10차시의 STEAM 프로그램을 적용하였고, 비교 집단에는 교과서를 중심으로 재구성한 7차시의 학습 내용을 적용하였다. 각 집단에 프로그램을 적용한 결과를 바탕으로 얻는 결론은 다음과 같다.
- 비교 집단의 학생에게도 실험 집단과의 학습 내용을 동일하게 구성하기 위해서 복잡한 폐의 구조를 쉽게 이해하기 위하여 프랙탈 구조에 대하여 알아보고, 프랙탈 카드 만들기, 프랙탈 구조를 활용한 다양한 사례 살펴보기 활동을 포함시켰다. 이어서 프랙탈 구조에 대한 이해를 바탕으로 호흡기관의 생김새와 기능을 이해하며, 인체 모형을 만들고 호흡기관과 폐의 구조를 직접 그림을 그리며 디자인 한다. 마지막으로 활동 결과물을 활용하여 폐의 구조와 기능을 친구들에게 설명하고, 상호 평가하는 활동을 하였다.
- 하지만 프로그램 개발 과정에서 실험 집단에 적용된 프로그램의 경우에는 기본적인 3D 프린터 활용 기술을 이해하는데 시간이 필요하여 비교 집단에 비해 3차시의 시간을 더 부여하였다는 제한점이 있다. 이에 대한 변인을 최소화하고자 본 연구에서는 3D 프린터 활용 방법에 대한 수업 내용을 산출물 제작에 필요한 부분만을 제한하여 지도하였으며, 실험 집단과 비교 집단의 학습 주제인 호흡기관과 관련된 학습량은 7차시로 동일하게 구성하였다. 또한 실험 집단과 비교 집단에 프로그램을 적용할 때에는 교사의 개인적인 능력 및 수업 방법에 의한 변인을 줄이기 위해서 동일한 교사가 실험 집단과 비교 집단의 수업을 모두 진행하였다.
- 첫째, 본 연구에서 개발한 3D 프린터를 활용한 STEAM 프로그램은 “우리 몸의 구조와 기능” 단원 중 호흡기관의 기능과 생김새에 대한 학생들의 이해를 효과적이면서도 심도 있게 할 수 있으며, STEAM의 창의적 설계 및 감성적 체험이 모두 가능하도록 개발되었다.
- 프로그램의 1차시에서는 전체적인 학습 주제와 프로젝트 과제를 이해하여 학습 계획을 세우며, 복잡한 호흡기관에 대하여 쉽게 이해할 수 있도록 수학 분야 중 프랙탈 구조의 의미와 다양한 사례에 관련된 개념을 도입하여 배경지식을 쌓을 수 있도록 하였다. 2∼3차시에서는 ‘프랙탈 카드 만들기’의 조작 활동을 통해 프랙탈 구조를 좀 더 자세히 이해하고, 관련 지식을 바탕으로 호흡기관의 기관, 기관지, 폐의 생김새를 관찰하고, 호흡기관의 기능에 대하여 알아본다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상은 중소도시의 O초등학교 5학년 중에서 실험 집단 1개 학급과 비교 집단 1개 학급을 선정하였다(Table 1). 실험 집단과 비교 집단의 학생 수는 각 25명으로 구성되었다.
- 본 연구의 대상은 중소도시의 O초등학교 5학년 중에서 실험 집단 1개 학급과 비교 집단 1개 학급을 선정하였다(Table 1). 실험 집단과 비교 집단의 학생 수는 각 25명으로 구성되었다.
데이터처리
- 각 검사 도구에 의해 수집된 자료들은 통계 처리를 통하여 결과를 분석하였으며, 만족도 검사는 전체 만족도 문항 점수의 비율을 분석하였다.
- 본 연구에서는 이 중에서 개발한 STEAM 프로그램의 성격에 맞게 기초 탐구 능력을 검증할 수 있는 15개의 문항만 활용하였다. 문항은 4지선다형의 객관식이며, 정답을 1점, 오답을 0점으로 부여하여 통계 처리하였다. TSPS검사지의 평균 신뢰도는 .
- 실험 집단과 비교 집단 학생에게 동일한 과학 탐구 능력, 창의적 문제해결력 및 과학 흥미도 검사를 적용하고 검사 자료는 SPSS 프로그램을 통해 공변량 분석으로 통계 분석하였다. 평균, 표준편차의 통계 숫자는 소수점 이하 둘째자리까지 나타내었고, F값과 p값은 소수점 이하 셋째자리까지 나타내었다.
이론/모형
- 본 연구에 사용된 과학 탐구 능력 검사 도구는 권재술과 김범기(1994)에 의해 개발된 TSPS 검사지를 사용하였다. 검사지는 초등학교 5학년 학생부터 중학교 3학년 학생까지 적용 가능하며, 과학 탐구 능력을 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5가지 기초 탐구 능력과 자료 변환, 자료 해석, 가설 설정, 변인 통제, 일반화의 5가지 통합 탐구 능력으로 구분하여 30문항으로 구성되었다.
- 실험 집단 학생들에게 적용된 STEAM 프로그램의 만족도를 측정하기 위해 한국과학창의재단 (2015)이 학생들의 STEAM 만족도를 조사하기 위해 개발한 검사지 중 18문항을 활용하였고 5단계 Likert 척도로 구성되어 있다. 검사 도구는 STEAM 수업에 대한 자기 평가 형식의 문항으로써 과학 기술에 대한 흥미도, 탐구 활동, 융합적 소양으로 구분되며, 구체적으로 수업 내용에 대한 이해 정도, 학습 방법에 의한 흥미, 문제 해결 전략, 학습의 전이, 동료와의 협력, 성취감에 대한 내용이다.
- 창의적 문제해결력을 측정하기 위한 검사 도구는 정은영(2008)이 개발한 검사 도구를 이용하였다. 이 검사 도구는 한국교육개발원(2001)의 ‘간편 창의적 문제해결력 검사 개발 연구(Ⅰ)’를 토대로 만들어졌으며, 특정 영역의 지식·사고기능·기술의 이해 및 숙달 여부, 확산적 사고, 비판적·논리적 사고, 동기적 요소의 4개 하위 영역으로 구성되었다.
- 학생들의 과학 흥미도를 검사하기 위해서는 윤미선과 김성일(2003)이 개발한 과학 흥미도 검사도구를 활용하였다. 검사 도구는 ‘교과내용’과 ‘교과 가치 및 노력’의 인지적 흥미군, ‘교과 유능감’과 ‘교과 담당 교사에 대한 선호도’의 정서적 흥미군으로 구분되어 있다.
성능/효과
- 넷째, STEAM 수업만족도 대해 학생들은 높은 만족도는 보였다. 같은 주제의 교과서의 이론 중심 학습보다는 직접적인 활동, 체험 위주의 학습에 관심과 흥미가 높다는 것을 알 수 있었다. 또한 3D 프린팅 기술의 활용은 학생들의 활동에 대한 관심과 만족도 향상에 큰 영향을 미쳤다.
- 과학 흥미도 검사의 경우, 공변량 분석 결과에서 실험 집단이 비교 집단에 비해 교과내용, 교과 가치 및 노력, 교과 유능감, 교사 선호도 모든 영역에서 유의미하게 높은 결과가 나타났다.
- 넷째, STEAM 수업만족도 대해 학생들은 높은 만족도는 보였다. 같은 주제의 교과서의 이론 중심 학습보다는 직접적인 활동, 체험 위주의 학습에 관심과 흥미가 높다는 것을 알 수 있었다.
- 둘째, 실험 집단은 비교 집단에 비하여 창의적 문제해결력 검사에 있어서 유의미한 효과를 나타냈다. 이는 학생들의 3D 프린팅에 대한 지식과 기술 습득, 자신의 아이디어를 친구들과 개방적인 자세로 의사소통하는 활동 및 3D 프린터의 활용에 대한 호기심과 관심이 창의적 문제해결력 향상에 효과를 보였다고 생각된다.
- 같은 주제의 교과서의 이론 중심 학습보다는 직접적인 활동, 체험 위주의 학습에 관심과 흥미가 높다는 것을 알 수 있었다. 또한 3D 프린팅 기술의 활용은 학생들의 활동에 대한 관심과 만족도 향상에 큰 영향을 미쳤다. 과학 수업에 대한 만족도는 학생들의 이공계 분야로의 진로 결정에 큰 영향을 미치며, 이는 우리나라 과학의 발전과도 연관이 깊다.
- 문항별 응답을 전체적으로 종합하면, 18문항에 대해서 실험 집단 학생들의 3D 프린터를 활용한 호흡계 융합교육 프로그램에 대해 ‘매우 그렇다’와 ‘그렇다’의 긍정적인 항목에 응답한 학생의 비율이 93.33%(420회)로 매우 높게 나타났고, 부정적인 답변은 2%(9회)에 불과하였다.
- 실험 집단과 비교 집단의 과학 탐구 능력에 대한 공변량 분석 결과, 비교 집단과 실험 집단 간에 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 본 연구에서 개발한 STEAM 프로그램은 비교 집단에 적용한 교과서 내용 중심으로 구성된 수업보다 학생들의 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상 능력의 향상에 영향을 미치는 특별한 요소는 포함되어 있지는 않았던 것으로 보인다. 성세찬(2016)의 단일 집단을 대상으로 한 연구에서 3D 프린팅과 로봇 관련 교육이 초등학생의 기초 탐구 능력 향상에 긍정적인 영향을 주었다는 연구 결과와는 상반된다.
- 본 연구에서도 창의적 문제해결력의 공변량분석 결과, 하위 영역인 지식·사고기능·기술의 이해, 확산적 사고, 비판적·논리적 사고, 동기적 요소의 모든 영역에서 실험 집단이 비교 집단에 비하여 유의미한 향상을 보였다.
- 셋째, 실험 집단은 과학 흥미도 검사에서 비교집단에 비하여 유의미하게 높은 결과를 나타냈다. 이러한 결과는 학생들이 3D 프린터를 활용하여 직접 체험하는 활동 중심으로 프로그램 내용으로 구성하였기 때문이며, 또한 제작한 산출물이 의료계에서 활용할 수 있는 진로 교육적인 요소가 큰 영향을 미쳤을 것이라고 여겨진다.
- 실험 집단 학생들은 호흡 기관에 대하여 학습한 내용을 바탕으로 실제 의료계에서 전문가들이 활동 과정을 STEAM 프로그램으로 직접 체험하는 과정에서 흥미와 관심을 느꼈을 것이고, 실제 접근하기 쉽지 않은 3D 프린터의 활용에 대한 호기심과 관심이 높아져서 비교 집단보다 동기적 요소에서 유의미한 향상이 나타난 것이라고 생각된다.
- 실험 집단과 비교 집단의 과학 탐구 능력에 대한 공변량 분석 결과, 비교 집단과 실험 집단 간에 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 본 연구에서 개발한 STEAM 프로그램은 비교 집단에 적용한 교과서 내용 중심으로 구성된 수업보다 학생들의 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상 능력의 향상에 영향을 미치는 특별한 요소는 포함되어 있지는 않았던 것으로 보인다.
- 성세찬(2016)의 단일 집단을 대상으로 한 연구에서 3D 프린팅과 로봇 관련 교육이 초등학생의 기초 탐구 능력 향상에 긍정적인 영향을 주었다는 연구 결과와는 상반된다. 이러한 결과는 본 연구에서는 실험 집단 비교 집단에 진행된 프로그램은 모두 호흡 기관의 생김새와 구조에 대한 이해를 돕기 위해서 프랙탈 구조에 대한 학습을 추가로 진행하였으며, 최종 산출물도 제작 방법에만 3D 프린터를 활용하였는지, 인체 모형을 제작하고 그림으로 호흡기관 모양을 디자인하였는지의 차이만 있었을 뿐, 두 프로그램 모두 활동 과정에서 학생들이 기초 탐구 능력을 충분히 활용할 수 있었다고 여겨진다. 따라서 3D 프린터로 모형을 만드는 과정을 학습한 실험 집단과 교과서 중심으로 재구성된 프로그램을 학습한 비교 집단 학생들의 활동 모두 학생들의 기초 탐구 능력을 향상시킬 수 있었던 것으로 보인다.
- 프로그램의 참여를 통해 학생들은 과학 수업에 대한 흥미, 지식의 융합을 통한 문제해결과정, 친구들과의 협력 활동 및 과학 기술 관련 분야에 대한 진로 의식이 향상된 것으로 나타났다. 이것은 호흡 기관과 관련된 지식을 단순하게 이론적으로만 학습하는 것이 아니라, 활동 중심으로 학습하고, 다양한 분야의 지식을 습득하고 적용하며, 친구들과 자신의 의견을 공유하고, 관련 분야의 진로를 체험해 보는 활동 과정에서 성취감을 느꼈기 때문으로 보인다.
후속연구
- 이는 학생들의 3D 프린팅에 대한 지식과 기술 습득, 자신의 아이디어를 친구들과 개방적인 자세로 의사소통하는 활동 및 3D 프린터의 활용에 대한 호기심과 관심이 창의적 문제해결력 향상에 효과를 보였다고 생각된다. 따라서 초등학생을 위한 STEAM 프로그램은 초등학생 수준에 적합한 융합적 문제를 제공하고 해결하는 기회를 제공하되, 계획세우기, 상호간의 의사소통, 작품 제작하기, 작품평가하기를 포함한 STEAM 수업 과정에서 학습자가 능동적으로 문제 해결 전략을 세우고, 관련 지식을 융합할 수 있도록 지도해야 할 것이다.
- 또한 특정 학생만이 아니라, 모든 학생들에게 3D 프린터 기술을 활용한 프로그램을 적용할 수 있을 것이다. 또한 전문성 부족으로 인해 3D 프린팅 기술 활용 수업을 전개하기 어려워하는 교사를 위한 3D 프린팅 활용 교육 자료로도 활용될 수 있을 것이라고 본다.
- 학교 현장에서 정규교육과정 에서 적합하게 관련 교과 및 학습 내용을 재구성하여 활용한다면 “우리 몸의 구조와 기능” 단원의 특성상 직접 관찰하며 학습하기에 어려움이 있고, 흥미도가 떨어졌던 학습 주제에 대하여 학생들의 이해력 및 흥미도가 높아질 것이다. 또한 특정 학생만이 아니라, 모든 학생들에게 3D 프린터 기술을 활용한 프로그램을 적용할 수 있을 것이다. 또한 전문성 부족으로 인해 3D 프린팅 기술 활용 수업을 전개하기 어려워하는 교사를 위한 3D 프린팅 활용 교육 자료로도 활용될 수 있을 것이라고 본다.
- 개발한 STEAM 프로그램은 일반적인 교과서 중심 수업보다 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상 능력 향상에 영향을 미치는 특별한 과제가 포함되어 있지는 않았기 때문이라고 생각된다. 앞으로 학교 현장에서 본 프로그램을 지도할 때 과학 탐구 능력 향상을 염두에 두어 재구성할 필요가 있다.
- 이와 같이 3D 프린터와 같은 새로운 기술을 학습 과정에서 경험하게 되면 학습자는 호기심과 흥미를 가지고 수업에 참여하며, STEAM의 각 영역의 가치에 대한 인식에 긍정적인 효과를 가져올 것이다. 앞으로도 과학의 발전과 더불어 등장하는 다양한 첨단 기술을 학습 활동에 활용할 수 있는 방안을 강구해야 할 것이다.
- 과학 수업에 대한 만족도는 학생들의 이공계 분야로의 진로 결정에 큰 영향을 미치며, 이는 우리나라 과학의 발전과도 연관이 깊다. 앞으로도 학생들의 흥미를 고려하고, 학생들이 스스로 탐구하고 지식을 구성하는 활동 중심의 STEAM 프로그램이 개발되고 적용되어야 할 것이다.
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