[논문]융합인재교육의 정책적 목표를 중심으로 한 STEAM 교육의 효과성에 관한 메타분석

강지연; 진석언

doi:10.15207/jkcs.2019.10.12.205

융합인재교육의 정책적 목표를 중심으로 한 STEAM 교육의 효과성에 관한 메타분석
A Meta-Analysis on the Effects of STEAM Education as an Education Policy of Korean Governments 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.10 no.12, 2019년, pp.205 - 213

초록
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본 연구는 2011년 이후 우리나라의 중요 교육정책으로 추진되고 있는 융합인재교육(이후, STEAM 교육)의 효과성을 STEAM 교육의 정책적 목표를 중심으로 확인해보고자 하였다. 이를 위해 국내 연구물들 중 STEAM 교육의 효과성을 보고하고 있는 연구물들을 대상으로 메타분석을 수행하였다. 관련 연구물들에 대한 검토를 통해 총 177편의 연구물들을 최종 분석대상으로 선정하였고, 이들 연구물들로부터 추출한 통계치를 활용하여 효과크기를 산출하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째, STEAM 교육의 전반적인 효과크기는 중간 이상인 .69로 나타났다. 둘째, STEAM 교육의 효과성 요인별로 확인한 효과크기는 .58~.74 정도로 나타났으며, STEAM흥미, STEAM역량, STEAM학업성취, STEAM진로 등의 요인 모두에서 중간 이상의 효과크기가 산출되었다. 셋째, 중학생을 대상으로 실시한 STEAM 교육의 효과에 대한 연구에서 보고한 효과크기가 가장 높게 나타남으로써 중학생 대상 STEAM 교육의 활성화가 더욱 절실하다는 주장의 근거가 될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since 2011, when the Korean government initiated STEAM education in schools, many STEAM programs have been developed and many researches on STEAM education have been published in Korea. This meta-analysis examined the effectiveness of STEAM education by calculating effect sizes using statistics from 177 studies that reported their efforts in examining the effectiveness of STEAM programs. The findings of this study are the followings: 1)the total mean effect size of STEAM education is above medium level(effect size=.69). 2)Mean effect sizes of all four effect factors are above medium level, .58-.74. Mean effect sizes are .65 for STEAM interests, .74 for STEAM capacity, .63 for STEAM academic achievement, and .58 for STEAM careers. 3)The mean effect size of STEAM education in middle schools is significantly higher than in other school levels. This result suggests that STEAM education is more effective in middle schools.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. The STEAM Pyramid[1]
표 Table 1. Publications and Effect sizes by effect factor
표 Table 2. Total Average Effect Size
표 Table 3. Average Effect Sizes by Effect Factor
표 Table 4. Average Effect Sizes by School Level
그림 Fig. 2. Funnel Plot

AI 본문요약
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문제 정의

2011년 이후 국내에서 발표된 학술지 게재논문, 석박 사 학위논문, 정기간행물, 연구보고서,중에서 융합인재교육과 관련한 연구물들을 빠짐 없이 수집하는 것을 분석 대상의 수집과 관련한 1차적인 목표로 삼았다. 자료검색을 위한 구체적인 방법은 우선 한국교육학술정보원, 국립 중앙도서관, 국회도서관, 구글 스칼라 등에서 제공하는 검색 서비스에서 ‘융합인재’, ‘융합인재교육’, ‘융합교육’, ‘STEAM 교육’, ‘STEAM 프로그램’ 등의 검색어를 사용하여 기본 서지정보 및 획득 방법을 확인하는 것이었다.
본 연구는 2011년 이래 우리나라의 교육분야 국가정책으로 추진되고 있는 융합인재교육(STEAM 교육)의 효과성을 확인하기 위해 STEAM 교육의 효과성을 보고한 연구물들을 분석대상으로 삼아 메타분석을 수행하였다. 해당 연구물들의 효과크기 계산을 위한 STEAM 교육의 효과성 요인으로는 국가정책으로서의 STEAM 교육의 목적 및 목표인 ‘STEAM 흥미’, ‘STEAM 역량’, ‘STEAM 학업성취’, ‘STEAM 진로’ 로 설정하고, 개별 연구들이 보고 하고 있는 통계치들을 통해 다양한 효과크기를 산출하였다.
본 연구는 2011년도 이후 국가정책 차원에서 적극적으로 추진되고 있는 STEAM 교육의 효과성을 확인하기 위한 학문적 노력의 일환으로 수행되었다. 미국의 STEM 교육에서 출발한 STEAM 교육은 우리나라에서 ‘융합인 재교육’으로 명명되어 8년여 동안 교육현장에 확산되었으며, 교육전문가들에 의해 연구·개발되어 학교 현장에 보급, 적용되고 있다.
교육과학기술부는 학교 교육에 적용할 STEAM 교육을 새로이 '융합인재교육' 이라 명명하고, “학생들의 과학기술에 대한 흥미와 이해를 높이고, 과학기술 기반의 융합적 사고와 문제해결력을 배양하는 교육”이라 정의하였다[5]. 융합인재교육을 통해 과학적 소양을 제고하고, 학생들의 과학기술 분야로의 진출을 유도함으로써 과학기술 분야의 국제경쟁력을 강화를 도모하고자 하였다. 구체적인 교육방법으로 “수학, 과학 등의 기초 학문에 뿌리를 두고, 기술, 공학의 연계성과 함께 예술적 소양 함양을 목표로 한다”고 명시함으로써 향후 과학기술 분야에서 활약하게 될 인재 양성을 위한 STEM 교육을 기반으로 하는 동시에, 예술 및 인문학적 소양을 겸비한 융합형 인재를 키워내고자 함을 알 수 있다[6].
미국의 STEM 교육에서 출발한 STEAM 교육은 우리나라에서 ‘융합인 재교육’으로 명명되어 8년여 동안 교육현장에 확산되었으며, 교육전문가들에 의해 연구·개발되어 학교 현장에 보급, 적용되고 있다. 이러한 STEAM 교육 프로그램들이 교육정책을 중심으로 그 목적을 얼마나 달성해 왔는지 확인하는 것이 본 연구의 목적이다. 이를 위해 본 연구는 여러 연구자들에 의해 수행된 STEAM 교육 프로그램 관련 연구들에 대한 문헌분석을 실시하고, 각각의 연구들이 보고하고 있는 정보를 활용하여 개별 연구의 효과크기를 계산하고 종합하였다.
그러나, 개별 연구로부터의 효과크기 계산을 위한 통계치의 추출과 함께 개별 연구에 대한 추가적인 분석이 이루어져야 타당성이 확보된 메타분석이 이루어질 수 있다. 이와 같은 목적을 위해 코딩 양식을 활용한 개별 연구에 대한 분석을 실시하였다.
이를 위해 본 연구는 여러 연구자들에 의해 수행된 STEAM 교육 프로그램 관련 연구들에 대한 문헌분석을 실시하고, 각각의 연구들이 보고하고 있는 정보를 활용하여 개별 연구의 효과크기를 계산하고 종합하였다. 최근 STEAM 교육의 효과성을 확인하고자 메타분석 연구가 다수 수행되고 있으나, STEAM 교육의 효과를 정책적 목표를 중심으로 범주화하여, 종합적으로 살펴보고자 하는 데에 본 연구의 의의가 있다. 본 연구에서 이와 같은 목적을 위해 설정한 연구문제는 다음과 같다.

가설 설정

첫째, STEAM 교육의 정책목표에 근거한 STEAM 교육의 전체 효과크기는 어떠한가?

제안 방법

STEAM 교육의 효과성을 측정하기 위한 효과변인은 STEAM 교육의 국가정책으로서의 목적과 목표에 우선적으로 근거하여야 한다고 보고, 이에 따른 STEAM 교육의 효과성 측정을 위한 요인인 ‘STEAM 흥미’, ‘STEAM 역량’, ‘STEAM 학업성취’, ‘STEAM 진로’ 등에 해당한다고 판단되는 효과변인의 통계치만을 본 연구의 분석대상 효과크기로 포함하였다.
복수의 효과크기로부터 평균값을 계산하기 위해 Formula 1을 사용하여 결과값을 결합하였다. 둘째, 개별 연구에서 STEAM 교육의 효과성 측정을 위해 다수의 종속변인으로 연구결과를 제시한 경우 개별 효과크기를 그대로 사용하였다.
15%만큼 향상되었다고 해석한다. 마지막은 효과크기의 신뢰구간을 구하는 방법으로 효과크기의 95% 신뢰구간을 구하여 신뢰구간에 0이 포함되지 않으면 유의미한 효과크기로 해석한다.
첫째, 단일 연구에서 STEAM 교육의 효과성 측정을 위해 하나의 종속변인을 다수의 결과로 제시했을 때에는 평균값을 사용하였다. 복수의 효과크기로부터 평균값을 계산하기 위해 Formula 1을 사용하여 결과값을 결합하였다. 둘째, 개별 연구에서 STEAM 교육의 효과성 측정을 위해 다수의 종속변인으로 연구결과를 제시한 경우 개별 효과크기를 그대로 사용하였다.
본 연구는 앞에서 살펴 본 우리나라 STEAM 교육의 정책적 목적과 목표를 중심으로 하고, STEM 교육 또는 STEAM 교육의 효과성을 다룬 선행연구들을 참고하여 STEAM 교육의 효과성 평가를 위한 요인을 4가지로 설정하였다. STEAM 교육의 정책적 목적인 ‘창의적 과학기술인재의 양성’은 STEAM 교육을 받은 학생들이 과학기술 분야에 진학하거나 진로를 추구하도록 함으로써 달성되며, 이러한 목적과 관련된 변인으로 STEAM 교육의 효과를 확인하고자 할 때의 해당 변인은 ‘STEAM 진로’로 구분한다[10-12].
4.3 연구설계
연구대상 연구물들을 단일집단 사전사후검사 설계가 적용된 연구물과 통제집단 사전사후검사 설계가 적용된 연구물로 구분하였다. 단일집단 설계에 의한 연구들이 보고한 효과크기(.
이러한 STEAM 교육 프로그램들이 교육정책을 중심으로 그 목적을 얼마나 달성해 왔는지 확인하는 것이 본 연구의 목적이다. 이를 위해 본 연구는 여러 연구자들에 의해 수행된 STEAM 교육 프로그램 관련 연구들에 대한 문헌분석을 실시하고, 각각의 연구들이 보고하고 있는 정보를 활용하여 개별 연구의 효과크기를 계산하고 종합하였다. 최근 STEAM 교육의 효과성을 확인하고자 메타분석 연구가 다수 수행되고 있으나, STEAM 교육의 효과를 정책적 목표를 중심으로 범주화하여, 종합적으로 살펴보고자 하는 데에 본 연구의 의의가 있다.
자료검색을 위한 구체적인 방법은 우선 한국교육학술정보원, 국립 중앙도서관, 국회도서관, 구글 스칼라 등에서 제공하는 검색 서비스에서 ‘융합인재’, ‘융합인재교육’, ‘융합교육’, ‘STEAM 교육’, ‘STEAM 프로그램’ 등의 검색어를 사용하여 기본 서지정보 및 획득 방법을 확인하는 것이었다.
해당 연구물들의 효과크기 계산을 위한 STEAM 교육의 효과성 요인으로는 국가정책으로서의 STEAM 교육의 목적 및 목표인 ‘STEAM 흥미’, ‘STEAM 역량’, ‘STEAM 학업성취’, ‘STEAM 진로’ 로 설정하고, 개별 연구들이 보고 하고 있는 통계치들을 통해 다양한 효과크기를 산출하였다.
효과크기의 계산은 각각의 연구들의 효과크기가 동일 모집단에서 나온 것이라고 추정할 수 있는 경우에는 고정효과 모형을 선택하며, 각 효과크기가 이질적인 모집단에서 나온 것으로 추정하게 되는 경우 ‘무선효과 모형’을 선택하게 되는데, 본 연구는 다른 교육연구의 경우와 마찬가지로 ‘무선효과 모형’을 선택하였다.

대상 데이터

연구대상 표본의 학교급 구분은 초등학생, 중학생, 고등학생 등의 3개 집단이다. STEAM 교육의 효과성이 표본의 학교급별로 차이가 있는지를 확인하기 위해 학교급별로 계산한 효과크기는 Table 4와 같다.
이 연구에서는 Table 1과 같은 총 177편의 연구물을 분석대상으로 하였다. 총 177편의 연구물에서 융합인재 교육의 효과성을 측정한 통계치로 확인된 총 327개의 효과크기가 분석에 활용되었다.
이 연구에서는 Table 1과 같은 총 177편의 연구물을 분석대상으로 하였다. 총 177편의 연구물에서 융합인재 교육의 효과성을 측정한 통계치로 확인된 총 327개의 효과크기가 분석에 활용되었다. 출판유형별로 살펴보면 학술지 85편, 학위논문 92편이다.

데이터처리

동질성 검증 결과 연구들의 효과크기가 이질적임을 확인하게 된다면, 이질성의 원인을 설명하여야 한다. 이질성을 설명해 주는 변수가 있다고 가정할 때, 해당 변수가 범주형 변수이면 메타 ANOVA를 활용하고, 해당 변수가 연속형 변수일 경우에는 메타회귀분석을 활용하여 분석하게 된다. 메타 ANOVA는 관련 변인의 하위집단 구분에 따라 효과크기가 다른지 여부를 검증함으로써 해당 변인의 효과크기의 이질성에 대해 확인할 수 있다.
단일 연구에서 복수의 효과크기가 보고되는 경우는 몇 가지가 있는데, 각각의 경우에 대해 본 연구는 다음과 같이 처리하였다. 첫째, 단일 연구에서 STEAM 교육의 효과성 측정을 위해 하나의 종속변인을 다수의 결과로 제시했을 때에는 평균값을 사용하였다. 복수의 효과크기로부터 평균값을 계산하기 위해 Formula 1을 사용하여 결과값을 결합하였다.

이론/모형

이를 확인하기 위해서는 우선 Funnel Plot을 활용하여 좌우대칭을 확인하여 출판 편향 문제의 여부를 살펴보고, 만약 출판 편향이 확인될 경우에는 Time and Fill 방법을 활용한 출판 편향으로 인한 효과크기 보정 방법이 사용된다. 그러나 본 연구에서는 무선효과모형을 채택하고 있기 때문에 Funnel Plot은 참고하는 정도로 살펴보고, 안정성계수(Nfs: fail-safe Number)를 출판편향 여부의 검증에 활용하였다[20].
본 연구의 메타분석 대상으로 선정되기 위한 기준은 Wood &Mayo-Wilson이 제시한 PICOS 방식을 활용하여 설정하였다[17].

성능/효과

둘째, STEAM 교육의 4개 효과성 요인별로 확인해 본 결과 STEAM 흥미(.65), STEAM 역량(.74), STEAM 학업성취(.63), STEAM 진로(.58) 의 4개 변인 모두에서 중간 크기 이상의 효과가 나타난 것으로 확인되었다.
사후검증을 실시한 결과 중학생 대상 STEAM 교육의 효과크기가 고등학생을 대상으로 한 효과크기보다 높은 것으로 나타났다(Zdiff=2.77, p<.01).
셋째, STEAM 교육 관련 연구들, 특히 STEAM 교육 프로그램 개발 연구가 활발하게 수행될 수 있었던 것은 이에 대한 정부 차원의 적극적인 지원이 있었기 때문이다. 그럼에도 불구하고 아직 교육 현장에서는 STEAM 교육 프로그램의 부족이 해소되지 않고 있어서 향후 STEAM 교육 프로그램 개발 연구에 대한 지원이 적극적으로 이루어져야 할 것이다.
셋째, 교육대상 학생의 학교급별 STEAM 교육의 효과 크기를 확인해 본 결과 중학생 대상 연구의 효과크기가 가장 높게 나타남으로써 중학생을 대상으로 한 STEAM 교육이 더욱 효과적이므로 중학교에서의 STEAM 교육 활성화 필요성의 근거가 될 수 있다고 보인다.
첫째, STEAM 교육의 전반적인 교육 효과성은 중간 크기 이상인 .69의 효과크기로 요약된다. 이를 통해 STEAM 프로그램이 어느 정도의 교육성과를 얻고 있는 것으로 판단된다.
728)이 0을 포함하지 않으므로 STEAM 교육의 효과크기는 통계적으로 유의한 것으로 볼 수 있다. 한편, U3지수를 토대로 효과크기를 해석해보면, 본 연구를 통해 얻은 75.5%tile의 U3 통계값은 정규분포에서 통제집단의 평균 백분위를 50%tile로 보았을 때, STEAM 교육을 실행한 집단에서 25.5% 향상된 효과를 보였음을 알 수 있다.
본 연구가 STEAM 교육의 효과성 요인들 각각의 효과 크기를 살펴보면, 다음의 Table 3과 같다. 효과성 요인별로 계산된 효과크기를 확인해보면 STEAM 역량이 .74 로 가장 크게 나타났으며, STEAM 흥미(.65), STEAM 학업성취(.63), STEAM 진로(.58) 순으로 나타났다.
50보다 큰 값으로서 중간 이상의 효과크기라고 해석될 수 있다. 효과크기의 통계적 유의성 여부를 확인해 보면, 효과크기 값의 95% 신뢰구간의 하한 값 (.645)과 상한 값(.728)이 0을 포함하지 않으므로 STEAM 교육의 효과크기는 통계적으로 유의한 것으로 볼 수 있다. 한편, U3지수를 토대로 효과크기를 해석해보면, 본 연구를 통해 얻은 75.

후속연구

본 메타분석 연구의 대상이 되는 연구논문은 초중등학생들을 대상으로 STEAM 교육을 실시한 후 그 효과성을 측정하는 실험설계 연구이거나 준실험설계 연구이어야 한다. 메타분석 결과의 객관성 및 일반화 가능성을 극대화하고자 한다면 엄격한 실험설계를 통해 수행된 연구에 국한하여 포함하는 것이 바람직하나, 교육연구의 특성상 엄격한 실험설계가 현실직이지 않은 경우가 많아 본 연구에서는 준실험설계에 의한 연구들도 포함하였다.
본 연구에서는 안정성계수(Nfs)가 283으로 산출되었는데, 이는 본 연구가 177편의 연구물을 활용하여 추정한 .69라는 효과크기 값이 ‘작은 효과’에 해당하는 .2로 내려가려면 STEAM 교육이 효과가 없다는 결과의 연구만 283개가 추가로 필요하다는 것을 의미한다.
첫째, STEAM 교육과 관련한 정책 지원을 통해 개발된 우수 프로그램들이 교육 현장에 보급될 수 있도록 적극적인 관리와 지속적 지원이 제공되어야 한다. 특히 효과성이 입증된 STEAM 교육 프로그램들을 활용하기 위한 정교화된 교재 및 활용성을 높인 수업자료 등을 제작하여 보다 적극적으로 보급할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	STEAM 교육의 효과성을 요인별로 분석한 결과는 어떠한가?	둘째, STEAM 교육의 4개 효과성 요인별로 확인해 본 결과 STEAM 흥미(.65), STEAM 역량(.74), STEAM 학업성취(.63), STEAM 진로(.58) 의 4개 변인 모두에서 중간 크기 이상의 효과가 나타난 것으로 확인되었다.
	STEAM 교육의 특징은?	본 연구는 2011년도 이후 국가정책 차원에서 적극적으로 추진되고 있는 STEAM 교육의 효과성을 확인하기 위한 학문적 노력의 일환으로 수행되었다. 미국의 STEM 교육에서 출발한 STEAM 교육은 우리나라에서 ‘융합인 재교육’으로 명명되어 8년여 동안 교육현장에 확산되었으며, 교육전문가들에 의해 연구·개발되어 학교 현장에 보급, 적용되고 있다. 이러한 STEAM 교육 프로그램들이 교육정책을 중심으로 그 목적을 얼마나 달성해 왔는지 확인하는 것이 본 연구의 목적이다.
	STEAM 교육의 효과성 요인에 속하는 것은?	본 연구는 2011년 이래 우리나라의 교육분야 국가정책으로 추진되고 있는 융합인재교육(STEAM 교육)의 효과성을 확인하기 위해 STEAM 교육의 효과성을 보고한 연구물들을 분석대상으로 삼아 메타분석을 수행하였다. 해당 연구물들의 효과크기 계산을 위한 STEAM 교육의 효과성 요인으로는 국가정책으로서의 STEAM 교육의 목적 및 목표인 ‘STEAM 흥미’, ‘STEAM 역량’, ‘STEAM 학업성취’, ‘STEAM 진로’ 로 설정하고, 개별 연구들이 보고 하고 있는 통계치들을 통해 다양한 효과크기를 산출하였다. 이러한 과정을 거쳐서 본 연구의 연구문제와 관련하여 내린 결론은 다음과 같다.

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저자의 다른 논문 :

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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