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문제 정의
- 고등학생의 경우 ‘학생 참여가 많은 학습(17.8%)’이 다소 증가하였는데, 기존에 경험했던 일반 STEAM 교육이 학생과 교사간 이루어지며, 교사중심으로 이루어지는 학습형태인 점과는 다르게 본 프로그램의 경우 멘토교사를 조별로 배치하여 학생과 교사 사이에 발생할 수 있는 교과지식 간의 차이, 의사소통의 간극을 줄여주고자 하였다.
- 다음으로 STEAM 교육의 학습형태 측면에서 장점이 무엇이라고 인식하는지 살펴보았다. 학생들은 프로그램에 참여하기 전에 STEAM 교육의 학습형태에 대해서 만들기 등 다양한 ‘체험활동 중심의 학습(중학생-45.
- 또한, 본 프로그램에 참여한 학생들이 수업과 활동 시간이 다소 부족하다고 인식하였는데, 최종 프로그램은 LAB체험과 4차시에 해당하는 STEAM 교육을 분할하여 실행할 수 있도록 세부 차시별 STEAM 학습준거틀을 기본으로 학습목표와 내용을 구상하여 활용할 수 있도록 보완하고자 하였다. 또는 교과 및 창의적 체험활동 시간에 활용 가능한 차시 대체형 프로그램으로써 자유학기제, 방과 후 과정, 방학 등 다양한 교육과정에서 차시를 확보하여 운영함으로써 해결할 수 있을 것이다.
- 본 연구에서는 과학기술특성화대학인 한국과학기술원(KAIST)을 활용한 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하고자 한다. 또한, 중학교와 고등학교 과학과 교육과정 중 STEAM 프로그램 연계성이 낮은 단원과 주제를 선정하여, STEAM 교육의 활용범위를 넓히고, 프로그램 개발 아이디어를 제안하고자 한다. 중학생과 고등학생의 각각 주제별 총 4차시에 해당하는 교수학습 자료를 개발하여 보급함으로써 대전지역의 특색에 맞는 STEAM 프로그램을 공유하고자 하며, 구체적인 예시자료와 교사용 수업자료, 학생용 교재를 함께 제공하여 특성화된 교육 프로그램을 수학, 과학 외에도 다양한 교과 담당교사와 여러 지역에서 응용할 수 있도록 확산시키고자 하였다.
- 본 연구에서는 과학기술특성화대학인 한국과학기술원(KAIST)을 활용한 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하고자 한다. 또한, 중학교와 고등학교 과학과 교육과정 중 STEAM 프로그램 연계성이 낮은 단원과 주제를 선정하여, STEAM 교육의 활용범위를 넓히고, 프로그램 개발 아이디어를 제안하고자 한다.
- 본 연구에서는 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램을 개발하고 시범교육을 실시하여 창의적 문제해결력과 자기효능감, STEAM 교육에 대한 참여자의 인식변화를 조사하여 프로그램의 효과를 검증하고자 하였다.
- 1%로 STEAM 프로그램으로 연계되는 경우가 가장 낮은 것으로 나타났다(박현주, 2016). 본 프로그램은 각각 STEAM 프로그램 연계성이 낮은 단원을 선정하여 개발 및 적용함으로써 학교 현장에서 연계 정도가 낮은 교과목들의 STEAM 교육 적용 활성화뿐만 아니라 학교에서는 접할 수 없는 새로운 주제를 제안하여 STEAM 프로그램의 적용 분야를 넓히고자 하였다. 이에 한국과학창의재단(2017)의 STEAM 학습준거틀을 기반으로 중학생, 고등학생 각각 서로 다른 주제를 선정하였으며, KAIST 과학영재교육연수원의 STEAM 교육 개발과 연수 프로그램 운영에 참여해온 교사와 지역기관(KAIST)의 공학분야 전문가를 섭외하여 공동 개발하였다.
- 이와 같이 지역의 우수한 과학기술연구 기관의 인적, 물적자원을 활용한 교육을 통해 융한인재교육(STEAM) 프로그램의 교육적 효과를 증대시킬 수 있으며, 각 분야 전문가의 교육에 대한 관심과 참여를 촉진시킴으로써 공학교육의 인적재원을 마련하고 상호 간 교육협력을 통해 시너지 효과를 창출하고자 한다. 또한, 지역기관을 활용한 첨단과학기술 중심의 융합인재교육 프로그램을 개발하여 보급함으로써 교육대상 학생들에게 미래 공학분야 진로에 대한 인식을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
- 또한, 중학교와 고등학교 과학과 교육과정 중 STEAM 프로그램 연계성이 낮은 단원과 주제를 선정하여, STEAM 교육의 활용범위를 넓히고, 프로그램 개발 아이디어를 제안하고자 한다. 중학생과 고등학생의 각각 주제별 총 4차시에 해당하는 교수학습 자료를 개발하여 보급함으로써 대전지역의 특색에 맞는 STEAM 프로그램을 공유하고자 하며, 구체적인 예시자료와 교사용 수업자료, 학생용 교재를 함께 제공하여 특성화된 교육 프로그램을 수학, 과학 외에도 다양한 교과 담당교사와 여러 지역에서 응용할 수 있도록 확산시키고자 하였다.
제안 방법
- 본 연구의 절차는 Table 2와 같다. 2019년 6월부터 책임기관 간 실무협의회를 개최하여 연구진, 개발진 및 자문위원단을 구성하였고, 7월 전문가협의회를 시작으로 3개월간 프로그램 초안을 개발하였다. 9월에는 대전지역 내 STEAM 교육 선도 학교 2곳을 선정하여 시범 운영을 1회 실시하였고, 그 결과를 바탕으로 보완된 프로그램을 11월에 2회 적용하였다.
- 2019년 6월부터 책임기관 간 실무협의회를 개최하여 연구진, 개발진 및 자문위원단을 구성하였고, 7월 전문가협의회를 시작으로 3개월간 프로그램 초안을 개발하였다. 9월에는 대전지역 내 STEAM 교육 선도 학교 2곳을 선정하여 시범 운영을 1회 실시하였고, 그 결과를 바탕으로 보완된 프로그램을 11월에 2회 적용하였다.
- 개발에 활용한 수업설계 모형은 실행과 평가 단계가 포함된 PDIE 모형이며 준비(Preparation), 개발(Development), 실행(Implementation), 평가(Evalution)의 4단계로 구성되어 있고(김진수, 2011), 시범적용 결과를 토대로 수업설계 내용을 평가하여, 그 결과를 수정 및 보완하여 최종 프로그램을 대전 지역 중·고등학생 총 100명에게 2회에 걸쳐 적용하고 결과를 분석하였다.
- 검사도구는 자신감, 자기조절 효능감, 과제난이도 선호의 하위요소를 포함하는 총 20개의 문항으로 구성하였다. 이는 선행연구에서 통제적 안정성이 있는 자기효능감 척도로써 김아영(1997)이 개발하고 한혜진(2002)이 수정한 도구를 활용하였고, 이 중 신뢰도 점검을 통해 20개 문항을 선택적으로 활용하였다.
- 고등학교 프로그램은 1차시에서 ‘새로운 소재’를 주제로 역사 속에서 사용되었던 소재를 소개하고, 2차시에는 그 원리를 이해하기 위해 탄소의 구조를 형상기억합금을 통해 직접 체험하여 학습한다. 또한, 3차시에는 다양한 구조체로 인한 새로운 소재를 상상하여 설계하고 4차시에서 직접 현미경으로 관찰해보는 시간으로 구성하였다.
- 또한, 적용 후 교육효과성을 살펴보기 위해 창의적 문제해결력과 자기효능감에 관한 문항 각각 20개, 24개 문항으로 구성하였고, 각 문항의 특성에 따라 Likert 5점 척도와 선택형 문항을 사용하였다.
- 먼저 중학교 프로그램의 경우 ‘인공지능’을 주제로 하여, 1차시에는 인간의 뇌와 지능을 인공지능과 대비하여 학습할 수 있도록 구성하였다.
- 처음 1차시에서 해당 주제에 대한 호기심과 문제해결의 필요성을 느낄 수 있도록 상황을 제시하였고, 차시가 진행될수록 동일한 주제로 점차 도전적인 과제를 제시하여 마지막 4차시에는 감성적 체험의 활동 중심으로 구성하였다. 뿐만 아니라 개별 차시 안에서도 상황제시-창의적 설계-감성적 체험활동의 요소가 포함될 수 있도록 세분화하여 구성하였다.
- 자료 수집은 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여한 학생들이 집합한 뒤, 설문내용을 충분히 설명한 뒤에 집단설문으로 실시하였고, 사전설문이 끝난 뒤 첨단과학분야 연구기관에 방문하였다. 연구기관 체험 및 STEAM 프로그램 교육과 실습이 모두 끝난 뒤 사후설문조사를 실시하였다.
- 오전 9:30∼12:30(3시간)에는 지역기관인 KAIST 내에 첨단과학기술분야 LAB을 방문하여 해당 전문가로부터 전공분야 특강을 듣고, 간단한 이론수업과 함께 실험, 실습을 실시한다.
- 오후에는 13:30∼17:30(4시간) 동안 교육과정과 연계한 STEAM 프로그램 수업을 4차시로 나누어 진행하였다.
- 이 연구는 지역기관을 활용한 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하고, 대전지역 STEAM교육 선도학교 중 중·고등학교 각 1개교를 선정하여 총 50명을 대상으로 시범교육을 실시하였다.
- 이러한 선행연구 결과를 기반으로 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램을 실시하고 참여한 중·고등학생들의 창의적 문제해결력에 미치는 효과를 알아보기 위하여 사전·사후 검사를 실시하였다.
- 본 프로그램은 각각 STEAM 프로그램 연계성이 낮은 단원을 선정하여 개발 및 적용함으로써 학교 현장에서 연계 정도가 낮은 교과목들의 STEAM 교육 적용 활성화뿐만 아니라 학교에서는 접할 수 없는 새로운 주제를 제안하여 STEAM 프로그램의 적용 분야를 넓히고자 하였다. 이에 한국과학창의재단(2017)의 STEAM 학습준거틀을 기반으로 중학생, 고등학생 각각 서로 다른 주제를 선정하였으며, KAIST 과학영재교육연수원의 STEAM 교육 개발과 연수 프로그램 운영에 참여해온 교사와 지역기관(KAIST)의 공학분야 전문가를 섭외하여 공동 개발하였다.
- 자료 수집은 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여한 학생들이 집합한 뒤, 설문내용을 충분히 설명한 뒤에 집단설문으로 실시하였고, 사전설문이 끝난 뒤 첨단과학분야 연구기관에 방문하였다. 연구기관 체험 및 STEAM 프로그램 교육과 실습이 모두 끝난 뒤 사후설문조사를 실시하였다.
- 중학교 STEAM 프로그램은 3학년 교육과정 중 ‘4단원 자극과 반응’을 바이오 및 뇌공학 분야와 연계한 “인간중심 인공지능”, 고등학생 STEAM 프로그램은 고등학교 화학Ⅰ 교육과정의 ‘화학결합과 분자의 세계단원’과 신소재공학분야와 연계하여 “역사를 바꿀 탄소형제의 정체”를 각각 4차시로 구성하였다.
- 지역기관을 활용한 STEAM 교육에 참여함으로써 학생들이 간접적인 성공 경험이나 성취를 얻고 학습 지속력을 유지하는 데 효과가 있는지 확인해보고자 사전·사후 검사를 실시하였다.
- 중학교 STEAM 프로그램은 3학년 교육과정 중 ‘4단원 자극과 반응’을 바이오 및 뇌공학 분야와 연계한 “인간중심 인공지능”, 고등학생 STEAM 프로그램은 고등학교 화학Ⅰ 교육과정의 ‘화학결합과 분자의 세계단원’과 신소재공학분야와 연계하여 “역사를 바꿀 탄소형제의 정체”를 각각 4차시로 구성하였다. 처음 1차시에서 해당 주제에 대한 호기심과 문제해결의 필요성을 느낄 수 있도록 상황을 제시하였고, 차시가 진행될수록 동일한 주제로 점차 도전적인 과제를 제시하여 마지막 4차시에는 감성적 체험의 활동 중심으로 구성하였다. 뿐만 아니라 개별 차시 안에서도 상황제시-창의적 설계-감성적 체험활동의 요소가 포함될 수 있도록 세분화하여 구성하였다.
- 첫째, STEAM 프로그램은 학습목적, 개념, 학습준거틀, 평가항목을 기본요소로 하여, 연구원을 비롯한 개발위원, 교육분야 전문가 총 14인이 공동으로 개발에 참여하였다. 특히 본 프로그램의 개발목적은 STEAM 프로그램에 지역기관(KAIST)의 인적, 물적 자원을 활용하여 지역특색을 반영하고, 첨단과학기술분야 연구 현장과 교육과정을 밀접하게 연계함으로써 학생들의 융합적 소양증진 모델을 제안하였다.
- 최종 개발된 설문 문항은 Table 1과 같이 응답자 특성과 관련된 문항 4개, STEAM 교육에 대한 인식 10개와 프로그램에 대한 만족도를 묻는 17개 문항으로 구성하였다.
- 첫째, STEAM 프로그램은 학습목적, 개념, 학습준거틀, 평가항목을 기본요소로 하여, 연구원을 비롯한 개발위원, 교육분야 전문가 총 14인이 공동으로 개발에 참여하였다. 특히 본 프로그램의 개발목적은 STEAM 프로그램에 지역기관(KAIST)의 인적, 물적 자원을 활용하여 지역특색을 반영하고, 첨단과학기술분야 연구 현장과 교육과정을 밀접하게 연계함으로써 학생들의 융합적 소양증진 모델을 제안하였다. 또한, 대전광역시 내에 중·고등학교 학생 100명을 대상으로 LAB 탐방 및 STEAM 교육을 진행하였다.
- 프로그램 적용 후 조사 도구는 기획과 연구를 담당한 3인의 관련분야 연구원이 선행연구(명현주, 2014; 이은아, 2018; 조석희, 2001)의 조사도구를 연구의 목적에 맞춰 선택 및 수정하여 활용하였다.
- 프로그램에 참여한 학생들의 STEAM 교육에 대한 인식을 살펴보기 위하여 설문지를 투입하였다. STEAM 교육경험과 STEAM 교육에 대한 인식이 프로그램 참여 전후로 어떻게 변화하였는지 결과는 Table 11과 같다.
대상 데이터
- 또한, 대전광역시 내에 중·고등학교 학생 100명을 대상으로 LAB 탐방 및 STEAM 교육을 진행하였다.
- 또한, 프로그램의 전문분야에 대한 이론을 감수하는 데는 지역기관인 KAIST의 공학분야 교수 2명, 해당 연구실의 석·박사과정 연구원 5명이 참여하였다.
- 프로그램 적용 사전-사후 설문지는 11월에 적용한 최종 프로그램 교육에 참여한 중·고등학생 100명을 대상으로 투입하였고, 그중 사전설문 96부를 회수(회수율 96.0%), 사후설문 98부를 회수(98.0%)하였으며, 불성실하거나 사전 및 사후설문 중 누락된 설문지를 제외하고 총 91부를 분석에 활용하였다.
- 개발에 활용한 수업설계 모형은 실행과 평가 단계가 포함된 PDIE 모형이며 준비(Preparation), 개발(Development), 실행(Implementation), 평가(Evalution)의 4단계로 구성되어 있고(김진수, 2011), 시범적용 결과를 토대로 수업설계 내용을 평가하여, 그 결과를 수정 및 보완하여 최종 프로그램을 대전 지역 중·고등학생 총 100명에게 2회에 걸쳐 적용하고 결과를 분석하였다. 프로그램에 참여하는 학생들은 대전광역시교육청의 협조를 통해 대전지역 내에서도 평소에 STEAM 교육의 기회가 다소 적을 수 있는 소외지역 학교의 학생들을 대상으로 추천받아 구성하였다.
데이터처리
- 각 하위 영역별 문항 구성은 Table 5와 같다. 본 검사지는 여러 논문에서 사용되어 신뢰도가 검증되었으며, 본 연구에서 측정도구에 대한 정확성을 밝히기 위해 크론바흐 알파계수(Cronbach Alpha Coefficient)를 이용하여 신뢰도를 측정하였다. 선행연구에서 적절 신뢰수치를 0.
- 자료 분석에는 IBM SPSS Statistics 22.0 for Windows 프로그램을 활용하였으며, 평균, 빈도, 비율의 기술통계와 대응표본 t-검증 및 교차분석을 실시하였고, 유의수준은 5%로 설정하였다.
이론/모형
- 이러한 선행연구 결과를 기반으로 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램을 실시하고 참여한 중·고등학생들의 창의적 문제해결력에 미치는 효과를 알아보기 위하여 사전·사후 검사를 실시하였다. 사용한 검사도구는 한국교육개발원의 조석희가 2001년에 발간한 연구를 기반으로 서울대 심리연구실 MI에서 개발한 검사지를 사용하였다(명현주, 2014; 이은아, 2018; 조석희, 2001). 각 하위 영역별 문항 구성은 Table 5와 같다.
- 검사도구는 자신감, 자기조절 효능감, 과제난이도 선호의 하위요소를 포함하는 총 20개의 문항으로 구성하였다. 이는 선행연구에서 통제적 안정성이 있는 자기효능감 척도로써 김아영(1997)이 개발하고 한혜진(2002)이 수정한 도구를 활용하였고, 이 중 신뢰도 점검을 통해 20개 문항을 선택적으로 활용하였다. 이전 연구에서의 내적 합치도는 0.
성능/효과
- 6%)을 어려운 점으로 뽑았다. 고등학생은 수업 및 활동시간의 부족(28.9%)을 가장 어려운 것으로 인식하였으며, 여러 교과를 융합해서 생각해야 하는 점이 24.4%로 두 번째로 높게 나타났으나, 프로그램 참여 전에 비해 큰 폭으로 감소한 것을 확인할 수 있다. 실제 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여한 학생들은 공통적으로 시간이 많이 부족하다는 의견이 많았으며, 여러 교과를 융합하는 것에 대한 거부감이 감소한 것을 확인할 수 있었다.
- 고등학생의 경우에는 ‘다양한 주제의 수업 내용(57.8%)’과 기존 교과시간에 배운 내용을 ‘실생활에 어떻게 활용되는지 알 수 있는 점(20.0%)’이라고 응답한 비율이 크게 증가한 것을 확인할 수 있다.
- 38)에 대한 만족도가 가장 낮았는데, LAB 체험이 이루어진 실험실 공간이 제한적이었던 점과 다소 생소한 수업주제로 인해 탐방 과정에서 일부 학생들이 불편함을 느꼈을 것으로 생각된다. 고등학생의 경우에는 정규 교과목에서 쉽게 접할 수 없는 수업내용에 대한 흥미가 평균 4.59로 가장 높은 만족도를 보였고, 설명 중 빈번하게 등장했던 전공용어와 영어단어로 인해 교수 및 연구진의 설명과 안내에 대해서는 가장 낮은 만족도인 평균 4.52로 나타났다.
- 기존의 융합인재교육(STEAM) 프로그램은 한 과목을 중심으로 구안되어, 특정 학습목표 달성을 위해 교과목의 성격을 유지하면서 여러 교과의 내용이나 다소의 공통요인을 추출하여 융합하는 것이 일반적이다. 그에 반하여 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램은 첨단과학기술분야의 주제를 중심으로 하여, 자기주도적 탐구활동과 창의적 공학설계 문제를 포함한 종합적인 과정으로 구성함으로써 보다 탈학문적 STEAM 프로그램을 제안할 수 있었다.
- 넷째, 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여하기 전학생들은 이전 STEAM 교육의 경험이 대부분 없는 것으로 나타났다. 본 프로그램 참여한 뒤 학생들은 STEAM 교육에 대한 만족도가 매우 높은 것으로 나타났고, 차시별 교육만족도 또한 매우 높았다.
- 둘째, 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램은 창의적 문제해결력 향상에 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 고등학생의 경우 중학생보다 STEAM 교육의 경험이 적었으나본 프로그램을 통해 창의적 문제해결력이 유의미하게 향상하였는데, STEAM 교육의 교육적 효과에 대한 인식변화를 살펴보더라도 수학, 과학 교과에 대한 흥미가 향상되고, 과학기술관련 진로정보를 습득하는 데 효과적이었다고 인식하는 등 고등학생의 학업 및 진로지도에도 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램이 효과적으로 활용될 수 있음을 시사하였다.
- 먼저, 프로그램에 참여한 학생들의 경우, 이전에 학교 혹은 외부기관을 통해 STEAM 교육 경험이 있는 학생의 비율은 전체 29.7%로 나타났다. 중학생은 45.
- 반면에 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여한 후 기존 STEAM 교육과 본 프로그램을 비교하였을 때 그 장점을 비교한 결과, 학생들의 응답은 중학생의 경우 비슷한 응답추세를 보였으나, ‘과학기술 관련 분야로의 직업에 대한 정보를 얻을 수 있는 점’이라고 응답한 비율이 다소 증가한 것을 볼 수 있다.
- 31) 모두 매우 필요하다고 인식하고 있었다. 본 프로그램 참여 이후에는 필요하다고 인식하는 정도가 전체 평균 4.52로 더욱 높게 나타났으며, 그 증가 폭이 유의한 것으로 나타났다. 특히, 중학생의 경우 사전 조사결과 매우 높은 필요성을 느끼고 있음에도 불구하고 사전(M=4.
- 넷째, 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여하기 전학생들은 이전 STEAM 교육의 경험이 대부분 없는 것으로 나타났다. 본 프로그램 참여한 뒤 학생들은 STEAM 교육에 대한 만족도가 매우 높은 것으로 나타났고, 차시별 교육만족도 또한 매우 높았다. 또한 STEAM 교육에 대한 필요성이 프로그램 참여 후에 더욱 높은 것으로 나타났다.
- 선행연구에서 적절 신뢰수치를 0.60에서 0.70 이상을 제시하는 것과 같이 본 연구에서의 문항별 신뢰도는 사전·사후검사가 전체 문항에 대한 신뢰도는 각각 0.910과 0.948로 나타났고, 하위요소별 신뢰도는 최저 0.687에서 최고 0.899까지 나타나 각 문항간 내적일치도가 매우 높은 것을 확인하였다.
- 셋째, 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램 중 학생들은 주제가 생소하고 교육내용과 용어 등에 대해 난이도가 높아 어렵다는 인식이 있다. 이에 LAB탐방 매뉴얼과 워크북을 함께 제작하고, 참여하는 학생들의 사전교육을 실시하여 미리 제공하여야 한다.
- 셋째, 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여한 중·고등학생들은 자기효능감 중에서도 자기조절 효능감과 과제난이도 선호도가 유의미하게 증가하였다.
- 4%로 두 번째로 높게 나타났으나, 프로그램 참여 전에 비해 큰 폭으로 감소한 것을 확인할 수 있다. 실제 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여한 학생들은 공통적으로 시간이 많이 부족하다는 의견이 많았으며, 여러 교과를 융합하는 것에 대한 거부감이 감소한 것을 확인할 수 있었다. 반면에 프로그램 참여 전·후에 중·고등학생들에게서 공통적으로 증가한 항목은 다양한 수업주제의 부족(중학생-10.
- 이와 같은 결과는 지역기관인 KAIST의 첨단과학기술분야 LAB을 방문하는 과정을 통해 학생들은 분야별 직업에 대한 간접 경험을 체험할 수 있었으며, 기존 교과에서는 지식 위주로 이루어졌던 수업이 본 프로그램에서는 첨단과학기술분야 주제를 중심으로 심도있게 학습해보는 과정을 통해 실생활과의 교과 연계가 잘 이루어진 것으로 보여진다.
- 56으로 증가하였으나 유의미한 결과는 아니었다. 일의 순서적인 처리 능력과 정보 활용 능력과 관련한 자기조절 효능감, 쉬운 일과 어려운 일을 선택해야 하는 상황에서의 과제 난이도 선택에 대한 경향성을 나타내는 과제난이도 선호정도가 사전검사에서 각각 M=3.64, 3.22로 나타났고, 사후검사에서 M=3.77, 3.35로 유의미하게 증가하였다. 다만 곤란한 상황에 맞이하였을 때 심리적인 자신감을 의미하는 문항에 대해서는 측정결과가 사후에 다소 감소하였으나 유의하지는 않았다.
- 문항별 결과는 Table 6과 같다. 전체 평균은 사전검사에서 3.77이었으나 사후에 3.87로 상승하였고, 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났으며 세부항목 역시 모두 증가한 것을 확인할 수 있다. 특히 세부항목별로는 동기적 요소가 사전(M=4.
- 학교급별 자기효능감 사전·사후 검사결과는 Table 10과 같다. 중학생과 고등학생 모두 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여함으로써 자기효능감이 증가하였으나, 유의한 결과는 아니었으며, 중학생의 경우에는 과제난이도 선호도 정도가 사전검사(M=3.17)에서 사후(M=3.39)로 크게 증가하였으며, 그 결과가 유의하였다. 이는 공학적 설계와 과학탐구기반 STEAM 교육 프로그램이 자기효능감 향상에 효과가 있다는 선행연구 결과와 같다(이영은 외, 2014).
- 즉 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램은 학생들의 자기효능감 향상에 효과적이며, 자기조절 효능감과 과제난이도 선호도를 향상하는 데 특히 유의한 효과가 있는 것으로 나타났다. 자기효능감의 향상은 학습몰입과 학업성취에 긍정적인 영향을 미친다는 결과가 선행연구를 통해 밝혀진 바 있어(배종찬, 2011; 이지혜, 2009; 한영숙 외, 2007), 지역기관을 활용한 STEAM 교육 프로그램에 의한 자기효능감의 향상은 단순히 학생들의 인지적인 자기평가 이외에도 학업성취에 관한 긍정적인 영향이 있을 것으로 예측할 수 있다.
- 즉, Fig. 3에서도 볼 수 있듯이 중학생보다 고등학생이 평소 본인의 창의적 문제해결력을 더 높게 인식하고 있었으며, 지역 기관을 활용한 STEAM 교육에 참여함으로써 학생들의 창의적 문제해결력 향상에 효과가 있었고, 그 효과는 고등학생에게 미치는 효과가 더욱 큰 것으로 나타났다.
- 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에 참여한 뒤에도 ‘창의적 문제해결 능력의 향상(중학생-21.7%, 고등학생-42.2%)’이 가장 큰 교육적 효과라고 인식하였으며, 중학생의 경우는 이 외에도 과학기술 관련 진로정보의 습득(21.7%), 수학, 과학적 개념에 대한 이해(17.4%)와 자기주도적 학습역량의 향상(10.9%)에 대한 기대가 다소 상승한 것을 확인할 수 있다.
- 둘째, 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램은 창의적 문제해결력 향상에 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 고등학생의 경우 중학생보다 STEAM 교육의 경험이 적었으나본 프로그램을 통해 창의적 문제해결력이 유의미하게 향상하였는데, STEAM 교육의 교육적 효과에 대한 인식변화를 살펴보더라도 수학, 과학 교과에 대한 흥미가 향상되고, 과학기술관련 진로정보를 습득하는 데 효과적이었다고 인식하는 등 고등학생의 학업 및 진로지도에도 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램이 효과적으로 활용될 수 있음을 시사하였다. 선행연구(유경순, 2001; 장동엽, 2012)에서 창의성과 학업성취도 간 정적 상관관계가 밝혀졌듯, STEAM 교육의 개발과 적용이 학생들의 창의적 문제해결력 향상뿐 만 아니라 수·과학 분야의 학습흥미도향상이 학업성취도에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대된다.
- 87로 상승하였고, 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났으며 세부항목 역시 모두 증가한 것을 확인할 수 있다. 특히 세부항목별로는 동기적 요소가 사전(M=4.06)과 사후(M=4.11) 모두 가장 높은 것으로 나타났고 각각 사전검사에서 자기확신(M=3.51), 확산적 사고(M=3.56) 요소가 사후검사에서 자기확신(M=3.64), 확산적 사고(M=3.76)으로 유의미하게 증가하였다. 논리적 사고(사전 M=3.
- 52로 더욱 높게 나타났으며, 그 증가 폭이 유의한 것으로 나타났다. 특히, 중학생의 경우 사전 조사결과 매우 높은 필요성을 느끼고 있음에도 불구하고 사전(M=4.37)에서 사후(M=4.61)로 유의하게 증가하여, STEAM 교육의 필요성을 인식하는데 본 프로그램이 의미 있게 작용하였다는 것을 알 수 있다.
- 프로그램에 참여하기 전, 학생들은 일반적인 STEAM 교육을 통해 ‘창의적인 문제해결력 향상(중학생-34.8%, 고등학생-46.7%)’에 대한 기대효과가 가장 높은 것으로 나타났다.
- 프로그램에 참여하기 전에는 일반수업과 비교하였을 때 STEAM 수업의 가장 큰 장점은 중학생의 경우 수학, 과학, 기술 등 ‘여러 교과를 융합하여 배우는 점(47.8%)’이라고 가장 많이 응답하였으며, 다음으로는 기존 교과 시간에 배울 수 없는 ‘다양한 주제의 수업 내용을 접할 수 있는 점(37.0%)’이 장점이라고 응답하였다.
후속연구
- 다만, 본 프로그램에 참여한 학생들이 대전시 내에서도 소외 지역에서 STEAM 교육의 경험이 적은 학생들을 선발하였기 때문에 기존 STEAM 교육과의 객관적인 비교가 가능한지 여부에 대해서는 제한점이 있다. 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램의 교육 효과성을 객관적으로 확인하고 일반화하기 위해서는 표본을 무선표집하고, 통제집단을 설정하여 비교 분석이 이루어져야 할 것이다.
- 둘째, 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램이 학교 현장에서도 실효성 있게 활용하기 위해서는 보다 다양한 기관을 활용하고 많은 분야에서 다양한 주제로 개발되어야 할 것이다. 대전 지역 외에서도 KAIST와 같은 과학기술특성화대학 또는 첨단 과학기술분야 연구기관 등을 활용한 STEAM 프로그램을 계획하거나 여러 교과의 담당 교사가 응용할 수 있을 것이다.
- 또한, 본 프로그램에 참여한 학생들이 수업과 활동 시간이 다소 부족하다고 인식하였는데, 최종 프로그램은 LAB체험과 4차시에 해당하는 STEAM 교육을 분할하여 실행할 수 있도록 세부 차시별 STEAM 학습준거틀을 기본으로 학습목표와 내용을 구상하여 활용할 수 있도록 보완하고자 하였다. 또는 교과 및 창의적 체험활동 시간에 활용 가능한 차시 대체형 프로그램으로써 자유학기제, 방과 후 과정, 방학 등 다양한 교육과정에서 차시를 확보하여 운영함으로써 해결할 수 있을 것이다.
- 본 연구를 통해 개발한 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램은 지역기관의 다양한 인적·물적 자원을 활용하고 지역사회의 특색을 반영하여 공학교육의 질적 성장을 도모하고, 첨단과학기술분야 중심의 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하여 보급함으로써 학생들에게 공학교육 분야의 확대와 미래 공학분야 진로에 대한 인식과 교육 기회를 제공하는 초석이 될 것이다. 또한, 본 연구를 통해 지역기관을 공학교육에 활용하고 교육적 효과를 살펴봄으로써 공학교육의 인적 재원을 마련하고 기관과 학교 간 상호 교육 협력이 가능함을 보여주는 계기가 되었다고 생각한다.
- 이와 같이 지역의 우수한 과학기술연구 기관의 인적, 물적자원을 활용한 교육을 통해 융한인재교육(STEAM) 프로그램의 교육적 효과를 증대시킬 수 있으며, 각 분야 전문가의 교육에 대한 관심과 참여를 촉진시킴으로써 공학교육의 인적재원을 마련하고 상호 간 교육협력을 통해 시너지 효과를 창출하고자 한다. 또한, 지역기관을 활용한 첨단과학기술 중심의 융합인재교육 프로그램을 개발하여 보급함으로써 교육대상 학생들에게 미래 공학분야 진로에 대한 인식을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구를 통해 개발한 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램은 지역기관의 다양한 인적·물적 자원을 활용하고 지역사회의 특색을 반영하여 공학교육의 질적 성장을 도모하고, 첨단과학기술분야 중심의 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발하여 보급함으로써 학생들에게 공학교육 분야의 확대와 미래 공학분야 진로에 대한 인식과 교육 기회를 제공하는 초석이 될 것이다.
- 대전 지역 외에서도 KAIST와 같은 과학기술특성화대학 또는 첨단 과학기술분야 연구기관 등을 활용한 STEAM 프로그램을 계획하거나 여러 교과의 담당 교사가 응용할 수 있을 것이다. 이를 위해서는 보다 많은 지역기관과 전문가 확보에 노력해야 할 것이고, 교사들의 인식개선과 STEAM 교육연구 촉진을 위해 관련 교사 연수를 병행하고, 지역기관의 전문가와 교과별 교사가 함께하는 STEAM교육 연구회를 개최 및 지원해야 할 것이다.
- 그러나 중학생과 고등학생 모두 프로그램 참여 후 자신감이 하락하였는데, 이는 STEAM 교육에 대한 인식조사 결과에서도 나타난 바와 같이 지역기관을 활용한 STEAM 프로그램에서 실시한 프로그램의 주제가 낯설고, 학습수준이나 용어에 대한 어려움을 높게 인식하고 있는 것이 반영된 결과로 보여진다. 지역기관을 활용한 STEAM 교육의 난이도를 학생의 학습 수준을 고려하여 조절하고, 사전에 학생들에게 주제 관련 읽기자료 등을 제공하여 Filled learning 방식으로 응용한다면 개선이 가능할 것으로 판단된다.
- 이에 LAB탐방 매뉴얼과 워크북을 함께 제작하고, 참여하는 학생들의 사전교육을 실시하여 미리 제공하여야 한다. 참여하는 학생들의 수준을 미리 파악하여, 난이도를 조절할 수 있도록 단계별 교육자료를 개발하는 등 추후 지속적인 개발 연구가 필요하다.
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