선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이 연구의 목적은 창의적 융합 역량과 공학에 대한 태도 향상을 위한 공학적 문제해결 중심의 과학고 메이커톤 프로그램을 개발 및 적용하고, 참여 학생들의 변화를 분석하는 것이다. 이 연구의 결과는 과학영재 학생을 대상으로 한 공학교육 프로그램 개선을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
제안 방법
- 1일차에는 학생생활관에 입소하여 팀별로 멘토와 함께 연구계획 발표를 준비하도록 하였다. 2일차 오전에는 집중연구와 메이커톤에 대한 오리엔테이션, 특강, 안전교육이 이루어졌으며, 오후부터는 3D 설계 및 프린팅과 아두이노 교육을 학생들이 선택하도록 하여 교육을 진행하였으며, 3일차 오후까지 약 10시간의 메이커교육을 실시하였다. 2일차 저녁에는 연구 주제 관련 분야의 KAIST 자문 교수 3인과 멘토 학생 12명을 대상으로 연구개발 계획을 발표하고 자문을 받도록 하였다.
- 학생들은 팀별 연구 계획과 일정에 따라 자율적으로 공학적 문제해결과정을 진행하였다. 4일차 저녁에 는 멘토들과의 연구개발 과정 중간발표를 통해 문제점을 전체 멘토들의 자문을 통해 해결하도록 하였다. 6일차 아침까지 학생들은 각 팀별 문제해결을 위한 프로토타입을 제작하고, 발표 자료를 준비하여, 2일차 저녁에 계획을 자문받았던 KAIST 교수 3인과 멘토 학생 12명, 전체 참가 학생들을 대상으로 연구 결과 발표를 진행하였다.
- 전체 프로그램 효과 검사를 위하여, 창의인재역량과 공학적 태도 검사를 집중연구 사전과 사후에 집단설문조사로 실시하였다. 검사도구는 선행연구 고찰을 통해 Table 2와 같이, 창의 인재역량 검사 도구(지은림･주언희, 2012; 최진수 외, 2019) 와 공학에 대한 태도 검사 도구(문대영, 2009)를 이 프로그램 특성에 맞춰 수정하여 사용하였다.
- 개발(Development) 단계에서 연구진은 전체 프로그램 일정을 개발하여, 각 강의별 주제와 전문가를 섭외하여 협의를 통해 전문가들이 교육용 강의자료를 개발하도록 하였다. 계획발표, 중간발표, 결과발표의 총 3회의 발표 및 피드백 단계를 포함시켜 학생들의 문제해결과정에 대한 지속적인 피드백을 제공하도록 하였다. 실행(Implementation) 단계에서는 학생들이 공학적 문제해결과정을 집중적으로 체험할 수 있도록 환경을 제공하였다.
- 설계(Design) 단계에서는 집중적이고 실질적인 공학 문제해결 과정 체험과 공학분야의 우수한 인적, 물적 자원 활용을 통해 학생들이 공학에 대한 인식을 높이도록 프로그램 을 계획하였다. 공학분야와 메이커에 대한 기본적인 지식이 부족하여, 공학적 문제해결과정 강의와 아두이노와 3D프린팅 관련 강의를 사전에 선택적으로 제공하도록 하였으며, 사전에 주제별 멘토와 자문교수를 선정 및 매칭하도록 하였다.
- 첫째, 공학적 문제해결 중심의 과학고 메이커톤 프로그램을 개발 및 적용한다. 둘째, 공학적 문제해결 중심의 과학고 메이커톤 프로그램 참여 학생들의 변화 (창의인재역량, 공학에 대한 태도)를 분석한다.
- 만족도 조사는 집중연구 및 메이커톤 6일차 퇴소 전에 조사하였으며, 만족도 조사 도구는 R&E 프로그램 만족도 조사지 (KAIST, 2019)를 수정하여 활용하였다.
- 만족도 조사는 집중연구 및 메이커톤 6일차 퇴소 전에 조사하였으며, 만족도 조사 도구는 R&E 프로그램 만족도 조사지 (KAIST, 2019)를 수정하여 활용하였다. 만족도 조사지는 총 16개 문항으로 구성하였으며, Likert 5점 척도 13문항과 서술형 3문항으로 구성하였다.
- 한국과학기술원(KAIST)의 공학교육, 과학교육, 영재교육 전문가 3인과 D과학고등학교 교사 2인의 온/오프라인 협의를 통해 개발되었다. 실행 및 평가 단계에서는 참여자 만족도 사후 조사를 실시하였으며, 창의융합역량 및 공학에 대한 태도는 단일집단 사전, 사후 조사를 실시하였다.
- 이 공학교육 프로그램은 분석, 설계, 개발, 실행, 평가의 5단계로 개발하였다. 먼저 분석(Analysis) 단계에서는 과학고 교사들을 통해 과학고 학생들의 요구와 환경을 분석하였다.
- 이 연구는 ADDIE 모형에 기초한 창의 공학 설계 교육 프로그램 개발 모형(이창훈, 2008)의 분석, 설계, 개발, 실행, 평가의 5단계를 바탕으로 개발되었다. 한국과학기술원(KAIST)의 공학교육, 과학교육, 영재교육 전문가 3인과 D과학고등학교 교사 2인의 온/오프라인 협의를 통해 개발되었다.
- 학생 개인별로 사회적, 환경적 문제에 관심을 갖고 주변의 실생활과 관련된 문제를 직접 발견 및 공감하고 정의하여, 문제 해결을 위한 아이디어를 선정하여 연구계획서를 작성하도록 하였다. 이를 전체 학생들간의 공유를 통해 문제와 해결 아이디어별로 팀을 구성하도록 하였으며, 팀별로 관련 사전연구를 진행하고 연구계획서를 작성하도록 하였다.
- 전체 프로그램 효과 검사를 위하여, 창의인재역량과 공학적 태도 검사를 집중연구 사전과 사후에 집단설문조사로 실시하였다. 검사도구는 선행연구 고찰을 통해 Table 2와 같이, 창의 인재역량 검사 도구(지은림･주언희, 2012; 최진수 외, 2019) 와 공학에 대한 태도 검사 도구(문대영, 2009)를 이 프로그램 특성에 맞춰 수정하여 사용하였다.
- 구체적인 연구 내용은 다음과 같다. 첫째, 공학적 문제해결 중심의 과학고 메이커톤 프로그램을 개발 및 적용한다. 둘째, 공학적 문제해결 중심의 과학고 메이커톤 프로그램 참여 학생들의 변화 (창의인재역량, 공학에 대한 태도)를 분석한다.
- 첫째, 팀 기반, 학생 주도의 공학적 문제해결 중심의 과학고 메이커톤 프로그램을 개발하여, KAIST의 인적, 물적 자원을 활용하여, 51명의 학생들 대상으로 운영하였다.
- 실행(Implementation) 단계에서는 학생들이 공학적 문제해결과정을 집중적으로 체험할 수 있도록 환경을 제공하였다. 특히 과학기술특성화대학인 KAIST의 우수한 공학 기술 분야 교수, 대학생 등의 인적 자원과 최첨단 시설과 장비 등의 물적 자원을 활용하도록 하였다. 평가(Evalunation) 단계에서는 학생들의 산출물과 만족도 및 의견을 받도록 하였다.
- 9월 D과학고등학교에서 오리엔테이션을 개최하여, 학생들에게 전체 프로그램을 안내하였고, 공학적 문제 해결과정에 대한 강의를 진행하였다. 학생 개인별로 사회적, 환경적 문제에 관심을 갖고 주변의 실생활과 관련된 문제를 직접 발견 및 공감하고 정의하여, 문제 해결을 위한 아이디어를 선정하여 연구계획서를 작성하도록 하였다. 이를 전체 학생들간의 공유를 통해 문제와 해결 아이디어별로 팀을 구성하도록 하였으며, 팀별로 관련 사전연구를 진행하고 연구계획서를 작성하도록 하였다.
- 6일차 아침까지 학생들은 각 팀별 문제해결을 위한 프로토타입을 제작하고, 발표 자료를 준비하여, 2일차 저녁에 계획을 자문받았던 KAIST 교수 3인과 멘토 학생 12명, 전체 참가 학생들을 대상으로 연구 결과 발표를 진행하였다. 학생들은 각 팀별로 문제, 이론적 배경, 문제해결 과정 및 결과, 발생 문제점 및 해결책, 시사점 및 추후 연구계획 등을 발표하였으며, 시제품(prototype)에 대한 시연도 함께 진행하였다.
대상 데이터
- 2일차 오전에는 집중연구와 메이커톤에 대한 오리엔테이션, 특강, 안전교육이 이루어졌으며, 오후부터는 3D 설계 및 프린팅과 아두이노 교육을 학생들이 선택하도록 하여 교육을 진행하였으며, 3일차 오후까지 약 10시간의 메이커교육을 실시하였다. 2일차 저녁에는 연구 주제 관련 분야의 KAIST 자문 교수 3인과 멘토 학생 12명을 대상으로 연구개발 계획을 발표하고 자문을 받도록 하였다.
- 4일차 저녁에 는 멘토들과의 연구개발 과정 중간발표를 통해 문제점을 전체 멘토들의 자문을 통해 해결하도록 하였다. 6일차 아침까지 학생들은 각 팀별 문제해결을 위한 프로토타입을 제작하고, 발표 자료를 준비하여, 2일차 저녁에 계획을 자문받았던 KAIST 교수 3인과 멘토 학생 12명, 전체 참가 학생들을 대상으로 연구 결과 발표를 진행하였다. 학생들은 각 팀별로 문제, 이론적 배경, 문제해결 과정 및 결과, 발생 문제점 및 해결책, 시사점 및 추후 연구계획 등을 발표하였으며, 시제품(prototype)에 대한 시연도 함께 진행하였다.
- 이 연구에 참여한 51명 중에서 사전, 사후 조사에 성실히 참여한 49명의 응답자 일반적 특성은 Table 1과 같다. 응답자 성별은 남자 33명(67.
- 이 프로그램은 D과학고등학교 2학년을 대상으로 참가 신청을 받았으며, 조기졸업 학생을 제외한 모든 학생이 신청하여 총 51명을 대상으로 운영하였다. 9월 D과학고등학교에서 오리엔테이션을 개최하여, 학생들에게 전체 프로그램을 안내하였고, 공학적 문제 해결과정에 대한 강의를 진행하였다.
- 집중연구 및 메이커톤은 Fig. 2와 같이, 5박 6일간 KAIST 아이디어팩토리, 해커톤랩의 시설과 장비를 활용하였으며, 참여학생 숙박은 KAIST 학생생활관을 이용하였다. 1일차에는 학생생활관에 입소하여 팀별로 멘토와 함께 연구계획 발표를 준비하도록 하였다.
데이터처리
- 통계분석은 SPSS 25.0 프로그램을 활용하였고, 통계분석은 빈도, 평균, 표준편차의 기술통계와 t검증의 추론통계를 실시하였으며, 유의수준은 5%로 설정하였다.
성능/효과
- 결론적으로, 이 연구를 통해 개발된 공학적 문제해결 중심의 과학고 메이커톤 프로그램이 참여한 과학고 학생들에게 높은 만족도를 나타냈으며, 프로그램를 통해 학생들의 창의융합역량 과 공학에 대한 태도에 긍정적인 효과를 나타내어, 공학교육과 연구에 대한 요구가 많은 과학고등학교 학생들에게 매우 효과적인 프로그램임을 확인할 수 있었다.
- 셋째, 이 프로그램을 통해 학생들의 창의인재역량이 긍정적인 변화하였으며, 특히 인지적 특성(확산적 사고, 문제해결력) 과 사회적 특성(사회 가치 추구)에서 유의미한 변화를 나타냈다. 공학에 대한 태도도 긍정적으로 변화하였으며, 특히 공학의 난이도, 공학의 흥미, 공학의 성역할, 공학과 직업 요인에서 유의미한 긍정적인 변화를 나타냈다.
- 교사와 학생들은 기존 R&E 프로그램의 과학적 지식 중심, 학교 내 활동, 시설 및 장비 부족, 수과학 교과 교사 중심, 외부 전문가 연계 부족 등의 제한점과 함께, 공학 분야과 메이커교육에 대 한 높은 교육 및 체험 요구와 공학분야 진학 및 진로 희망을 확인하였다.
- 참가 학생들의 만족도는 Table 4와 같았다. 대부분의 학생들이 전체 프로그램에 대해 매우 높은 만족도(M=4.62)를 나타냈으며, 시설에 대한 만족도(M=4.78)가 가장 높았으며, 멘토의 지도(M=4.66)와 교수의 자문(M=4.58)에 대한 만족도 역시 높았고, 메이커 교육 내용에 대한 만족도(M=4.67)도 높게 나타났다. 학생들은 기존의 다른 연구 프로그램에 비해 이번 프로그램이 매우 우수하다고 생각하였으며(M=4.
- 둘째, 12개 팀으로 구성된 학생들은 공학적 문제 해결 과정을 통해 12개의 주제를 연구하였으며, 전체 프로그램에 만족도는 평균 4.62로 매우 높게 나타났다.
- 셋째, 이 프로그램을 통해 학생들의 창의인재역량이 긍정적인 변화하였으며, 특히 인지적 특성(확산적 사고, 문제해결력) 과 사회적 특성(사회 가치 추구)에서 유의미한 변화를 나타냈다. 공학에 대한 태도도 긍정적으로 변화하였으며, 특히 공학의 난이도, 공학의 흥미, 공학의 성역할, 공학과 직업 요인에서 유의미한 긍정적인 변화를 나타냈다.
- 이 프로그램을 통하여 참가자들의 공학에 대한 태도는 Table 8, Fig. 5와 같이, 공학의 흥미, 성역할, 난이도, 결과, 학교 교육과정, 직업 영역에서 모두 향상되었으나, 공학의 흥미, 성역할, 난이도, 직업 영역에서만 통계적으로 유의미한 향상을 나타냈다. 이 프로그램 통해 학생들의 공학에 대한 일반적 흥미, 공학이 남학생에게 적합한지와 여학생에게 적합한 지에 대한 성역할, 생활에서 공학을 접할 때 느끼는 어려움의 정도, 장차 공학과 관련된 직업을 갖고 싶어하는지에 대한 인식(문대 영, 2009)에는 긍정적인 영향을 나타냈다.
- 이 프로그램을 통하여 참가자들의 창의인재역량은 Table 6, Fig. 3과 같이, 인지적 특성, 정의적 특성, 사회적 특성에서 모두 향상되었으나, 인지적 특성과 사회적 특성에서만 통계적으로 유의미한 향상을 나타냈다. 즉, 이 프로그램을 통해 학생들 의 문제해결을 위한 분석적 사고력과 아이디어 산출 능력을 의미하는 인지적 특성과 사회적 기여와 공익추구를 위한 책임의 식과 신념, 타인과의 상호작용능력을 의미하는 사회적 특성(지은림･주언희, 2012; 최진수 외, 2019)이 향상된 것으로 볼 수 있다.
- 이 프로그램을 통해 학생들의 하나의 문제에 대해 정해진 틀에서 벗어나 가능한 여러 가지 대안들을 생각해내고 참신하고 독특한 아이디어를 창출해 내는 능력인 확산적 사고력 요인과 주어진 문제를 바르게 해결하는 능력인 문제해결력 요인이 향상되었으며, 개인이 사회 기여 및 공익 추구를 위해 가져야 할 책임의식 및 신념으로 많은 사람들에게 이로울 수 있도록 가치를 발견하고 부여하는 힘인 사회가치추구 요인(지은림･주언희, 2012; 최진수 외, 2019)이 향상된 것으로 볼 수 있다.
- 4와 같았다. 인지적 특성에서는 확산적 사고력 요인과 문제해결력 요인이, 사회적 특성에서는 사회 가치 추구 요인이 통계적으로 유의미하게 향상되었다. 이 프로그램을 통해 학생들의 하나의 문제에 대해 정해진 틀에서 벗어나 가능한 여러 가지 대안들을 생각해내고 참신하고 독특한 아이디어를 창출해 내는 능력인 확산적 사고력 요인과 주어진 문제를 바르게 해결하는 능력인 문제해결력 요인이 향상되었으며, 개인이 사회 기여 및 공익 추구를 위해 가져야 할 책임의식 및 신념으로 많은 사람들에게 이로울 수 있도록 가치를 발견하고 부여하는 힘인 사회가치추구 요인(지은림･주언희, 2012; 최진수 외, 2019)이 향상된 것으로 볼 수 있다.
- 학생들은 기존의 다른 연구 프로그램에 비해 이번 프로그램이 매우 우수하다고 생각하였으며(M=4.60), 연구에서의 연구능력 신장(M=4.62), 협동의 중요성(M=4.70), 공학에 대한 호기심 충족(M=4.54), 진로 결정 도움(M=4.28)에서 높은 만족도를 나타냈다.
후속연구
- 끝으로, 이 프로그램은 특정한 1개의 과학고등학교 2학년 전체를 대상으로 개발 및 적용되어 다른 과학고등학교에 일반화 하는데 한계가 있다. 또한 연구의 특성상 표본의 크기가 작고 비교집단이 없는 점 역시 프로그램의 효과를 일반화하는 것에는 주의가 필요할 것이다.
- 끝으로, 이 프로그램은 특정한 1개의 과학고등학교 2학년 전체를 대상으로 개발 및 적용되어 다른 과학고등학교에 일반화 하는데 한계가 있다. 또한 연구의 특성상 표본의 크기가 작고 비교집단이 없는 점 역시 프로그램의 효과를 일반화하는 것에는 주의가 필요할 것이다.
- 셋째, 이 프로그램 참가 학생들의 진로 선택 및 진학에 어떠한 영향을 미쳤는지에 대한 추수 조사 및 인터뷰가 필요할 것이다.
- 이 연구의 목적은 창의적 융합 역량과 공학에 대한 태도 향상을 위한 공학적 문제해결 중심의 과학고 메이커톤 프로그램을 개발 및 적용하고, 참여 학생들의 변화를 분석하는 것이다. 이 연구의 결과는 과학영재 학생을 대상으로 한 공학교육 프로그램 개선을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 구체적인 연구 내용은 다음과 같다.
- 첫째, 과학영재 학생들의 특성을 반영하여 공학을 실제적으로 체험하고, 이해할 수 있는 일반화된 공학 관련 프로그램의 개발과 제공이 필요할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.