“이 보고서는 2014년도 정부(교육부)의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
STEAM 교사연구회 (최종) 결과보고서
Ⅰ. 서 론
1. 연구의 필요성
본 STEAM 교사연구회는 국가수준에서 이루어지고 있는 STEAM 교육 패러다임의 인식확산 과 저변의 확대 및 융합인재 교육을 통한 학교수준에서의 변화 가능성을 탐색하는 것을 목적 으로 한다. 융합인재 양성 교육의 실질적인 역할을 수행할 수 있는 주체로서의 교사의 역량을 신장 시키고, 학생들을 대상으로 STEAM에 대한 사고(mind)와 인식(consciousness)를 확립하는 데 부수적인 목적을 둔다.
융합인재교육(STEAM) 사고(Divergent & Convergent thinking) 배양
융합인재 양성 교육 패러다임으로의 변화를 위해서는 교사의 인식과 학생들의 융합교육에 대한 인식이 바뀌어야 한다. 특히 교육 패러다임의 내부에서 미래 사회의 발전을 주도해 나아 갈 학생들의 인식 전환뿐만 아니라, 융합인재교육(STEAM)을 통한 사고가 절실히 요구된다.
융합인재교육(STEAM) 사고는 기존의 과학 지식에서 벗어나 공학과 기술적 지식 뿐만 아니 라 예술적 지식의 융합을 통해 새로운 성장의 동력원인 융합지식을 발견하는 사고능력에 해당 한다. 따라서 학생들이 융합인재교육(STEAM) 사고가 가능할 수 있도록 구성된 교육 프로그램 을 체험하는 것이 주요한 목표로 설정하였다.
또한 “융합인재 양성”이라는 새로운 과학교육 패러다임의 정착을 위해서는 저변의 확대와 인식의 전환이 요구되므로, 학생들의 직접적인 활동을 통해 강의식 학습에서 탈피하여 체험하 는 과학 활동을 통한 인식의 전환 기회를 마련한다. 교사 연구회는 융합인재 양성 교육 패러다 임으로의 전환을 위해 관련 전문가들과 연계된 프로그램 구성을 통해 인식의 틀인 패러다임의 전환(Paradigm Shift)이 실현될 수 있도록 노력한다. 또한, 새로운 과학기술에 대한 사고력을 증진시키기 위해 국내외에서 진행되고 있는 융합인재교육(STEAM)의 가능성을 탐색하도록 노 력한다.
융합인재교육(STEAM) 사고 배양을 통한 창의적 사고력 증진
미래사회의 선도는 기존에 존재하지 않던 새로운 형태의 산물을 만들 수 있는 능력에 따라 좌우될 수 있으며, 이는 국가의 잠재능력 혹은 경쟁력과 동일 시 될 수도 있다. 세계 각국은 현재 새로운 교육 패러다임인 융합인재교육(STEAM)에 따라 다양한 분야의 과학기술을 개발하 고 공학적 지식과 예술적인 측면을 융·복합하여 실현 가능한 제품들을 생산함으로써 국가 성 장의 원동력화 하고 있다.
<생체모방을 통한 창의적 산출물 예시>
융합인재교육(STEAM)을 받게 될 학생들은 과학적 기초지식, 기술적 응용지식, 공학적 설계 지식을 예술지식과 융합하여 겸비함으로써 미래 사회가 필요로 하는 인적자원으로 성장할 수 있을 것이다. 따라서 본 교사연구회의 프로젝트 활동 중 연구활동을 체험하게 함으로써 융합인 재교육(STEAM)을 통한 사고력 외에 창의적 사고력과 연구 수행능력의 신장을 목표로 설정하 였다.
통합적 인문학과 과학활동을 통한 융합인재교육(STEAM)의 필요성
알렉산더 칼더(Alexander S. Calder)의 노란원반(yellow disc)이나, 테오얀센의 움직이는 해변 의 동물 등은 움직이는 조형물로 공기의 유동이나 기계로 움직이도록 설치된 생체모방기술 활 용 키네틱 아트의 대표적 작품이다. 그림에서 보는바와 같이 주변의 생물이라는 익숙한 소재를 통해 창의적인 작품을 창조하고 하고 있지만, 순수한 예술적 작품이라기 보다는 무게 중심점이 라는 과학적 지식을 기반으로 하고 있는 창의적 산물이다.
과학과 예술은 창조로 표현되는 주관적 측면과 발견으로 표현되는 객관적 측면을 동시에 지니고 있으며, 차이점보다는 공통점을 많이 지니고 있다고 볼 수 있다. 이러한 사례는 Calder 나 테오얀센의 생체모방 작품 뿐만 아니라, Da Vinci의 과학적 ․ 예술적 산물들과 왓슨과 크 릭의 DNA 이중나선 모형에서도 확인할 수 있다. 따라서 Sternberg(1968)의 주장과 동일한 맥 락에서 예술과 어문학이 융합된 통합적 인문학과 과학·공학적 컨텐츠의 활용이 학생들의 창의 적 사고를 신장 시킬 수 있을 것이다.
생체모방원리를 적용한 융합인재교육(STEAM)의 필요성
현장의 교사들은 융합교육의 필요성과 창의적 사고의 개발, 문제해결과정을 통한 학습방법의 필요성에 대해 인식하고 있으나, 융합교육을 위한 내용선정에 실질적인 어려움을 겪고 있다(이 효녕 등, 2012). 이러한 결과는 교육현장에서 융합교육을 적용하는 주체인 현장교사들이 겪는 가장 큰 어려움이 지식의 융합이 가능한 콘텐츠 선정이라는 것을 의미한다. 생체모방 (Biomimicry)은 우리가 직면한 다양한 문제점들을 해결하기 위해 자연이 지닌 해결책을 사용 하는 사고의 방법에 해당한다(Benyus, 1997). 생체모방의 적용 범위는 생물체에서 영감을 받은 옷, 페인트, 교통 수단, 로봇 등 다양하고 넓은 영역에 걸쳐 적용되고 있다(Lee, 2011). 특히, 자 연에 이미 존재하는 다양한 해결책을 공학자가 차용하여, 그들이 직면한 공학적 문제에 대해 창의적인 설계 아이디어를 생성해내는 방법을 통해 생물학적으로 영감을 받은 설계 (Biologically inspired design)가 가능하다. 따라서 생체모방은 설계 기반 공학적 문제해결에 있 어 창의적인 아이디어를 제공할 수 있는 적합한 방법에 해당한다(Benyus, 1997; Bar-Cohen, 2006). 즉, 과학을 중심으로 한 탐구기반 과학적 활동과 설계 기반 공학적 활동 및 창의적인 산 출물 제작이 가능하므로, 융합수업의 콘텐츠로써 생체모방이 적합한 것이라 볼 수 있다.
이와 같은 필요성에 의해 본 교사 연구회에서는 다음과 같은 연구를 수행하고자 한다.
첫째, 지속적인 교내 및 교외 활동을 통해 융합인재교육(STEAM)을 위한 교육환경을 조성한 다.
둘째, 통합적 인문학과 생체모방원리를 활용한 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 개발한다.
셋째, 개발된 프로그램을 현장에 적용하여 융합인재교육(STEAM) 프로그램이 학생들의 이공
2. 연구의 목적
현장의 과학교육은 다양한 자료의 개발과 보급에도 불구하고 강의식 수업이 주를 이루고 있으며, 이 로 인해 학생들이 과학적 탐구활동을 체험할 수 있는 기회가 거의 주어지지 않고 있는 실정이다. 심지 어 과학적 지식을 응용할 수 있는 실제 활동은 전무한 실정이기 때문에 과학과 공학 및 예술이 융합된 사고를 학생들은 경험하지 못하고 있다. STEAM 융합 교육의 패러다임을 실현하기 위해서는 서는 강의 식 수업을 탈피한 지식의 생성 능력 뿐만 아니라, 융합형 인재 양성을 위한 STEAM 교육이 함께 요구된 다.
STEAM 인재 양성을 위한 교사 연구회 활동은 이러한 현실적 상황을 탈피하고 실질적인 체험형 융합 과학활동을 통해 학생들에게 과학자적 사고와 수행능력을 제공하므로써 현대의 사회가 요구하는 창의적 인재를 양성하는데 기여할 수 있을 것이다. 또한, 기존의 과학탐구 방법을 통해 과학적 지식만을 획득할 수 있는 기회에서 더 나아가 과학적 지식을 다른 학문과 융합할 수 있는 능력을 지닌 인재를 길러내는 초석으로 기능할 수 있을 것이다. 마지막으로 과학교육의 방법을 STEAM에 맞는 융합형 교육으로 변환 할 수 있는 가능성을 보여주는 시도로써 교사 연구회 활동 내용이 단위학교에서 수행 가능한 실질적 연 구활동의 기초를 제공할 수 있을 것이다.
3. 연구의 범위
본 연구회는 현재 진행되고 있는 다양한 STEAM 관련 활동 중 일반고교에서 활용 가능한 학습프로그 램을 개발하기 위해 두 가지 영역에서 연구의 범위를 한정하고자 한다.
첫째, 일반계 고등학교의 창의적 체험활동에서 적용 가능한 프로젝트 기반 연구활동 로드맵을 개발하 고자 한다.
둘째, 일반계 고등학교의 교육과정 내에서 적용 가능한 문제해결 기반 연구활동 프로그램을 개발하고 자 한다.
이러한 연구의 범위를 통해 다음과 같은 유형의 학습 프로그램을 최종적으로 개발 및 검증하고자 한 다.
Ⅱ. 이론적 배경 1. 인문학
몇 년 전부터 우리 사회에 ‘인문학 열풍’이 거세게 불고 있다. 최근 들어 그 열풍이 한풀 꺾인 것 아니냐는 진단이 있지만 여전히 대중의 관심이 뜨겁다는 반론도 있다. 인문학자들이 TV 등 매체에 출연 해 대중의 사랑을 받기도 하고, 인문학을 주제로 한 강연도 꾸준히 열리고 있다는 것은 아무래도 인문 학에 대한 요구가 식지 않았음을 보여준다고 할 수 있다. 이와 같이 인문학에 대한 관심이 지속적으로 촉발되는 것은 인문학이 다루는 주제가 ‘어떻게 살아야 할 것인가’라는 현대인들의 고민을 해결하는 데 실마리를 제공하고 있기 때문일 것이다. 다시 말해 인문학은 삶을 고민하는 학문이고 삶에 대한 고 민은 우리들의 영원한, ‘살아 있음’에 대한 몸짓이므로 인문학은 늘 우리의 삶과 붙어 다니는 것이 마땅하다 할 것이다. 가령, ‘사람은 진실로 무엇으로 살까? – 나는 진실로 무엇으로 살까?’, ‘우리는 어떻게 살아야 할까? – 나는 어떻게 살아야 할까?’ 와 같은 물음들은 참으로 오래되어 각박한 세상에 서 정신없이 부대끼고 살아가는 오늘날의 우리들에게 너무나도 진부한 이야기들이고, 어쩌면 사치스럽 고 한가한 허영이고 망상일지도 모른다. 그런데 이 물음들은 일생 동안 때와 장소도 가리지 않고 문득 문득 떠오르거나 불쑥불쑥 튀어나와 우리를 괴롭힌다. 지속적으로 튀어나오는 이러한 질문에 귀 기울이 고 답을 찾는 것을 우리는 ‘삶의 근원적 성찰’이라 할 수 있을 것이다. 그리고 이러한 근원적 성찰에 인문학이 함께 하고 있다.
인문학이 이처럼 개인의, 삶에 대한 근원적 성찰에 있어 뗄 수 없는 학문이듯이 인문학은 또한 우 리 사회의 정신적 가치를 이끌어 가는 데에도 그 역할이 매우 크다고 할 수 있다. 따라서 이제 우리는
‘이 시대는 어떤 인문학을 요구하는가’ 라는 물음을 던지게 된다. 이것은 패러다임의 전환기에 새로 운 사회적 실천과 결합할 수 있는 인문학의 모색이라는 문제의식에서 출발한다. 이러한 문제의식은 이 글의 모두에서 언급한 것처럼 ‘인문학 위기’에 대한 얘기가 적잖이 나오면서도 동시에 인문학에 대한 사회적 요구는 여전히 많다는 괴리나 모순과 관계있다. 다시 말해 최근 높아진 인문학에 대한 관심이 행여 사회적 실천과 유리되어 탁상공론식 함정에 빠지지나 않을까 하는 의구심과 염려를 떨칠 수가 없 기 때문이다. 그것은 인문학이 개인적 차원에서 머물지 않고 사회와 소통하고 실천하는 새로운 사상 운 동, 즉 인문학의 이념 또는 인문정신으로 진전되기를 바라는 우리사회의 큰 기대와 요구를 반증하는 것 이다. 그러므로 이제 우리에게 필요한 것은 인문학과 현실 사회의 합리적ㆍ실천적 결합, 인문학의 인문 정신이 현실 사회에서 꽃피울 수 있는 실천적인 활동을 전면화해야 한다는 점이라고 할 수 있다.
인문정신의 사회적 실천은 개개인의 삶이 지고의 가치를 지니고 있으며, 무엇과도 비교될 수 없는 가장 값진 것이라는 사실을 일깨우면서 함께 어우러져야 한다. 우리의 삶의 과정은 그 자체로 소중한 사상이며 이념이고, 따라서 우리의 삶에서 가장 위대한 철학자는 우리 스스로이다. 그런데 마찬가지로 다른 사람의 삶도 똑같은 가치를 지니고 있음을 인정해야 한다. 그래서 ‘나인 우리, 우리인 나’라는 공동체적 의식을 갖게 되는 것, 이것이 인문학의 핵심인 인문정신이다. 인문정신을 매개로 한 만남은 교 육자든 피교육자든 서로의 주체의식을 인정해 주는 과정이다. 대화와 소통과 만남을 통해 서로의 갈등 과 대립을 풀고 혹은 ‘나’와 ‘타인’의 ‘다름’을 인정하는 삶의 현장은 개인들의 다양성의 가치가 인정되고 단절 없는 소통이 이루어지며 공동체 의식을 나누는 만남의 광장이다. 이것이 진정한 인문학 을 통한 만남이다.
2. 통합적 인문학
인문학은 어려운 내용이나 철학 분야만을 지칭하는 것이 아니라, 인간이 이루어 놓은 사유와 활동의 생성물 전반에 관한 학문이자 성과에 대한 고찰을 의미한다. 물론 인문학적 사고와 과학적 사고는 일견 서로 다른 방식으로 보여질 수도 있으나 대상에 대한 사유와 고찰, 윤리적 문제 및 사회적 문제와의 관
서 문제시 되고 있는 윤리적 문제, 사회적 문제, 도덕적 책무성에 대한 문제들을 해결하는 기준을 마련 하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다. 특히 최근 베스트셀러 목록에 오랫동안 올라와 있던 마이클 샌 델의 “정의란 무엇인가?”에서는 정치, 사회적 측면에서 뿐만 아니라 과학적 측면에서의 정의에 대해 서도 언급하고 있다. 이는 인문학적 사고가 과학에도 적용될 수 있음을 보여주며, 과학 역시 인간의 사 유와 활동의 결과물이기 때문에 가능한 것이기도 하다.
특히 최근들어 인문학이 각광받는 이유 중 하나는 다양한 분야에서 나타나는 인문학의 유용성 때문이 라고 볼 수 있다. 광고, 산업, 과학발달 등 많은 분야에서 인간이 주체가 되고 이를 통해 판단하는 현상 은 한 가지에 국한된 인문학이 아니라 통합적 인문학 소양을 요구하고 있다. 철학, 음악, 미술, 역사, 사 회문화 등 다양한 인문학적 소양을 바탕으로 통합적인 사고를 통해 새로운 창조적 아이디어를 생성하는 능력은 21세기가 요구하는 창의적인 문제해결능력을 지닌 인재에게 반드시 필요한 기본적 소양에 해당 할 것이다.
3. 과학적 문제해결과 생체모방
문제해결과정(Problem Solving Process)은 두뇌의 지적 기능 중 중요한 부분에 해당하는 인지적 과정을 의미한다. 일반적으로 문제해결과정은 주어진 사실(the givens), 목표(the goals), 조작활동(the operations) 의 3가지 기본 요소로 포함한다(Ormrod, 1999; Polya, 1954). 문제해결과정에서 주어진 사실은 문제의 일 부분으로써 주어진 정보, 목표는 문제에 대한 해결책의
바람직한 종료상태, 조작활동은 해결책의 목표 달성을 위해 실행될 수 있는 가능한 모든 활동들을 의 미한다(Wang & Chiew, 2010). 그러므로 문제해결과정은 우리에게 주어진 정보들로부터 특정 목표에 도 달하기 위해 수행하는 일련의 조작과정에 해당하며, 대부분의 인지적 과정은 문제해결과정으로 표현될 수 있다. 문제해결과정의 출발점은 주어진 문제가 지니고 있는 목표와 정보를 정의하고 확인하는 문제 탐색 단계라는데 연구자들의 견해가 일치하고 있다. 이후의 단계에 대해서는 문제에 대한 사고하기, 해 결책 지니기, 적절한 행동 선택, 행동의 수행, 해결책의 탐색, 해결책의 생성 등으로 차이를 나타내고 있 다. 그러나 이러한 활동은 문제의 최종 목표인 해결책 도출에 필요한 활동들을 계획하고, 선택하며, 실 행하는 해결책 생성 및 실행 단계를 의미하고 있다. 마지막 단계는 문제해결을 위해 생성하고 실행된 다양한 해결책들에 대해 목표와의 일치여부에 따라 해결책을 확인, 평가함으로써 최종적으로 적합한 해 결책을 선정하는 해결책 평가 단계로 귀결된다고 볼 수 있다. 따라서 과학적 문제해결과정은 다음과 같 이 구분해 볼 수 있을 것이다.
￭ 제시된 과학적 문제에 대한 인식 및 도달목표 확인
￭ 과학적 해결방안을 각 단계별 관련된 지식을 활용하여 해결방안 탐색
￭ 과학적 방법을 통해 목표에 도달할 수 있는 과학적 해결방안을 Team별 선정기준에 따라 확정
￭ Team별 의사소통을 통한 해결방안의 적용 및 목표도달정도 평가
과학자는 그들이 밝히려고 하는 문제를 해결하기 위해 노력하지만, 공학자는 창작이나 개선과 같이 그들이 풀어야만 하는 문제를 해결하려고 노력한다(Sargent, 2002). 이러한 맥락에서 주요한 융합의 대상 이 되는 과학과 공학은 그 목적과 결과가 서로 다른 분야에 해당한다고 볼 수 있다. 이중 과학탐구 활 동은 과학자들의 과학적 문제해결과정을 학습의 측면에서 모델링하여 제시한 것이라 볼 수 있다(NRC, 2000). 즉, 과학적 탐구 활동은 과학적 문제해결과정에 해당하므로, 융합학습에서 제시하는 공학적 문제
기존의 과학적 지식을 활용하여 제품 또는 시스템 설계와 같은 주어진 특정 문제를 해결하는 과정이라 고 볼 수 있다. 두 영역은 서로 다른 목적과 결과를 산출해내지만, 과학적 탐구 활동과 설계 기반 공학 활동은 과학자 또는 공학자가 직면한 문제를 해결해 나가는 과정이라는 공통점을 지니고 있다.
과학학습을 위한 융합수업은 단순한 내용의 통합보다는, 생물지식을 출발점으로 하는 내용들이 선별 되고 제시될 때 가능할 것이다. 융합교육의 목적이 창의적 사고 과정의 경험이라는 측면에서, 생물지식 은 생물 창의성 발현의 기초를 형성하며 이를 바탕으로 새로운 아이디어나 문제해결과정을 이끌어 나가 는 능력이 생물 창의성에 해당하기 때문이다(조혜원과 김영수, 2012). 따라서 과학학습을 위한 융합수업 의 내용은 과학적 지식을 중심으로 선택되어야 하며, 명확한 목표에 따라 학생들이 생성한 지식을 융합 할 수 있는 기회가 제공될 수 있어야 한다. 또한 주변에서 접할 수 있는 대상으로부터 자연스럽게 융합 적 지식이 생성될 수 있는 소재가 사용되어야 한다.
생체모방(Biomimicry)은 우리가 직면한 다양한 문제점들을 해결하기 위해 자연이 지닌 해결책을 사용 하는 사고의 방법에 해당한다(Benyus, 1997). 생체모방의 적용 범위는 생물체에서 영감을 받은 옷, 페인 트, 교통 수단, 로봇 등 다양하고 넓은 영역에 걸쳐 적용되고 있다(Lee, 2011). 특히, 자연에 이미 존재하 는 다양한 해결책을 공학자가 차용하여, 그들이 직면한 공학적 문제에 대해 창의적인 설계 아이디어를 생성해내는 방법을 통해 생물학적으로 영감을 받은 설계(Biologically inspired design)가 가능하다. 따라서 생체모방은 설계 기반 공학적 문제해결에 있어 창의적인 아이디어를 제공할 수 있는 적합한 방법에 해 당한다(Benyus, 1997; Bar-Cohen, 2006). 즉, 생물에 대한 탐구기반 과학적 활동과 설계 기반 공학적 활 동과 창의적인 산출물 제작이 가능하므로, 융합수업의 콘텐츠로써 생체모방이 적합한 것이라 볼 수 있 다.
Ⅲ. 연구의 설계 1. 연구대상
연구 대상 생체모방 기반 STEAM 학습프로그램을 개발하는데 주 목적을 두고 있다. 그러나 현재 개발 되어 있는 학습프로그램들은 대부분 초등학생이나 중학생을 대상으로 개발되어 있으며, 일반계 고등학 생을 위한 STEAM 학습프로그램은 찾아보기 어려운 실정이다. 또한 일반계 고등학생을 위한 STEAM 프 로그램들은 대부분 교육과정 내에서 실행하는데 있어 현실적인 제약이 있는 경우가 있다. 그러므로 본 연구회에서는 일반계 고등학교에서 적용 할 수 있는 STEAM 학습 프로그램을 개발하고자하며, 교육과정 내에서 수행할 수 있는 창의적 체험활동 프로그램과 교과 프로그램을 개발하고자 한다.
이를 위해 강원도 소재 S 고등학교 학생들이 참여하였으며, 이중 A 과학동아리 20명은 창의적 체험활 동형 생체모방 STEAM 학습프로그램(프로젝트 활동 기반) 개발 및 적용에 참여하였다.
강원도 소재 S 고등학교 학생들 중 1학년 학생 100명이 교과형 생체모방 STEAM 학습프로그램(문제해 결 활동 기반) 개발 및 적용에 참여하였다.
2. 연구회 조직 및 연구 계획 가. 연구회 운영 및 연구의 흐름
연구책임자 ․연구책임자 1 명
․공동연구원 4 명
․자문위원 1 명 변 정 호
(계 6 명)
STEAM 교육 프로그램 개발 부문 STEAM 교육 프로그램 검증 부문
연 구 원 : 김미경 연 구 원 : 강경희
연 구 원 : 주재선 연 구 원 : 정수국
자 문 위 원 권 용 주
융합인재교육(STEAM) 프로젝트
융합인재교육(STEAM)을 위한 환경 조성
융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발
융합인재교육(STEAM) 프로그램 효과 검증 연구회 소속 교사들의
STEAM 교육 능력 신장
STEAM의 각 영역별 융합적 요소 추출
STEAM 교육 프로그램 적용 집단 구성
STEAM 교육 전문 기관 연계
STEAM의 융합적 요소 반영 컨텐츠 개발
사전 검사(과학지식 및 융합능력)
STEAM 교육 적용 학생 팀 구성
STEAM 교육 프로그램 구성을
위한 전략 개발 STEAM 교육 프로그램 적용
STEAM 교육 프로그램
개발 여건 조성 STEAM 교육 프로그램 개발 사후 검사를 통한 효과 검증 및 전문 학술지 논문 개제
나. 연구 설계 및 절차
연구회 소속 교사들의 STEAM 교육 능력 신장
- 각 영역별 전문가와 연계한 능력 신장
- 프로그램 개발 능력, 융합 교육 교수 능력 신장
⇩
STEAM 교육 전문 기관 연계 - 국내 STEAM 교육 관련 연구 기관과 연계 - 한국교원대학교 학습뇌과학센터 연계
⇩
STEAM 교육 적용 학생 팀 구성 - 개발된 교육 프로그램 적용 및 검증을 위한 학생 팀 구성
⇩
STEAM 교육 프로그램 개발 및 적용
여건 조성 - STEAM 교육 프로그램 개발 인력 및 적용 장소 및 시기 확보
STEAM의 각 영역별 융합적 요소 추출 - 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 각 영역의 융합 요소 추출 - 추출된 융합적 요소에 대한 전문가 타당도 검증
⇩
STEAM의 융합적 요소 반영 컨텐츠 개발
- 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 각 영역의 융합 요소들 중 타당 성있는 교육 컨텐츠 선정 및 개발
- 개발된 컨텐츠에 대한 전문가 타당도 검증
⇩
STEAM 교육 프로그램 구성을 위한 전략 개발
- 추출된 융합적 요소를 반영한 학습 전략 구성 - 타당한 STEAM 교육 전략 개발
⇩
STEAM 교육 프로그램 개발 - STEAM 학습 전략에 의한 교육 프로그램 구성 요소 확인 - 구성요소를 바탕으로 교육 프로그램 개발
STEAM 교육 프로그램 적용 집단 구성
- 교육 프로그램 적용 집단 구성 및 사전 교육 - 실헙집단 및 대조집단의 동질성 검사
⇩
사전 검사 - 학습동기, 과학지식 및 융합능력, 진로성향 측정
⇩
STEAM 교육 프로그램 적용 - 개발된 교육 프로그램의 투입
- 실험반과 비교반으로 구성하여 프로그램 적용
⇩ 사후검사 및 프로그램 효과성 검증
- 교육 프로그램 적용 후 집단 별 사후 검사 - 교육 프로그램 적용 결과 분석 및 효과 검증
Ⅳ. 연구의 실제
1. STEAM 교육을 위한 환경 조성
STEAM 융합인재 양성을 위한 프로그램을 개발하고 이를 적용하여 실제 학생들의 STEAM 융합 능력 을 배양 시키기 위한 환경을 조성함.
가. 교사 연구회의 STEAM 융합 교육 능력 신장 : STEAM 융합인재 양성 교육 전문 기관과 연계하여 교사 연구회 소속 교사 및 연구원들의 STEAM 융합 교육 능력을 신장시킴.
<한국교원대학교 학습뇌과학센터>
국내 과학교육의 탐구활동, 학습과학, STEM, 뇌 과학 전문가들로 구성된 연구센터로서 EEG, fMRI, MEG, Eye-tracker를 활용하여 학습자, 과학자, 공학자의 사고를 두뇌수준에서 분석하고 있 음. 연구센터 내에는 fMRI mok-up이 있어 가상 체험이 가능하며, 고려대학교 fMRI센터와 연계되 어 실제 체험도 가능.
나. STEAM 융합 프로그램 적용을 위한 학생 팀 구성 및 홍보 : 개발될 STEAM 융합인재 양성 프로그 램의 효과 검증 및 실제 학생들의 STEAM 융합 능력 배양을 위한 학생 팀 구성 및 STEAM 활동에 대한 홍보함.
2. STEAM 인재 교육을 위한 프로그램 개발
가. 통합적 인문학과 생체모방원리를 활용하기 위한 사전 조사
- 관련 선행 연구 분석을 통해 타당성 있는 통합적 인문학의 범위와 적용 가능한 생체모 방원리를 분석- 관련 선행 연구 분석 및 기 개발된 생체모방 기술 사례 분석
나. 융합인재교육(STEAM) 각 영역의 융합적 요소 추출
- 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 각 영역에서 융합적 요소 추출 연구 수행 다. 융합인재교육(STEAM) 각 영역에서 적용 컨텐츠 탐색
- STEAM 각 영역의 융합적 요소들이 반영 될 수 있는 생체모방 기술 탐색 라. 통합적 인문학과 생체모방원리를 활용한 융합인재교육(STEAM) 전략 개발
- 통합적 인문학과 생체모방원리가 적용된 STEAM 교육 전략 개발 마. 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발
- 개발된 STEAM 교육 전략을 바탕으로 구체적인 STEAM 교육 프로그램을 구성
3. STEAM 교육 프로그램 적용
STEAM 교육 프로그램 적용 집단은 융합적 사고 배양 교육을 받는 활동과 학생들 스스로 연구활동을
발하였음. 또한 교과형 수업 프로그램에 참여한 학생들을 대상으로 사전-사후 검사를 실시함으로써 개 발된 프로그램의 효과를 검증하였음.
■ 창의적 체험활동형 연구 프로그램
가. STEAM 교육 프로그램 적용 단위 활동 (Activity Unit Team) 구성 : 현재 연구책임자 학교에 개설 되어 있는 과학 동아리를 대상으로 구성하며, 활동의 효율성을 위해 단위 활동 팀(activity unit team) 편성 하였으며, 비동아리 학생 중 참여 의사가 있는 학생은 추가 선발하여 단위 활동 팀 편 성 시 합류할 수 있음.
나. 과학적 사고력 배양(과학적 탐구 과정에 대한 이해 및 활동) : 과학적 사고력을 배양하기 위해 과 학자의 활동을 대표하는 탐구과정에 대한 이해 활동을 수행함. 또한 과학적 탐구과정(관찰, 의문생 성, 가설생성, 실험설계, 실험수행, 가설평가) 체험을 바탕으로 연구 과정을 이해함. 뿐만 아니라, 과학적 탐구 활동 전 사전테스트(과학적 탐구능력 측정도구 이용)를 통해 학생들의 현재 과학적 사고력 수준을 파악함으로써 학생들의 수준에 적합한 내용과 활동으로 구성함.
다. 창의적 문제해결기반 STEAM 융합 능력 배양(과학적 지식이 공학, 수학, 기술, 예술과 융합된 응용 사례 탐구 및 창의적 산출물 제작) : STEAM 융합 능력을 배양하기 위해 과학적 지식이 공학적으 로 활용된 대표 사례에 대해 이해 활동 : 과학적 지식을 바탕으로 공학적 지식으로의 전환과정에 대해 이해함. 또한 창의적 사고가 가능하도록 주변에서 발견되는 다양한 소재들로부터 융합 (STEAM) 사고가 가능하도록 창의적 산출물을 제작할 수 있도록 안내함.
라. STEAM 교육 프로그램 적용 단위 연구 (Research Unit Team) 구성 : STEAM 인재 양성 교육 프로 그램을 경험한 후 학생 팀 스스로 STEAM 연구를 수행함으로써 STEAM 융합 능력 신장을 효과를 높임. 또한, 팀별 연구수행을 통해 과학적 기초지식을 활용하여 공학적 지식과의 연계성을 이룰 수 있도록 지도하며, 단위 연구 팀 구성을 통해 과학적 기초지식을 활용하여 STEAM 융합 능력 배 양을 위한 연구활동(Research Activity)을 수행함. 연구의 주제는 기존에 존재하지 않는 새로운 융 합 결과물 산출을 위한 연구가 가능한 자유주제로 선정함.
■ 교과형 융합인재교육(STEAM) 프로그램
교과형 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 적용하기 위해 인문계 고등학교의 특성상 학업 손실을 최소 화 하기 위해 교과외 시간을 활용하여 수업을 적용하였으며, 이를 위해 ‘STEAM camp’를 운영
가. 융합인재교육(STEAM) 프로그램 적용 대상
∙삼척고등학교 재학 중인 1학년 학생 : 신청 학생 중 10명 선발
∙삼척고등학교 재학 중인 2학년 학생(자연계열) : 신청 학생 중 10명 선발
나. 융합인재교육(STEAM) 프로그램 적용 일시 및 운영 방법
∙운영 기간 : 2014년 11월 3일 ~ 11월 7일
∙운영 시간
2014년 11월 3 ~ 11월6일(19시 ~ 21시), 2014년 11월 7일(16시20분 ~ 18시10분)
∙운영 방법
가. 연구 책임자 선생님에게 신청서를 받아 작성한 후, 제출함 나. 선발된 학생들은 개설되어 있는 팀별 연구 사사활동을 수행함
다. 학생들이 선택할 수 있는 연구 강좌는 1개이며, 각 강좌별로 모집하여 선발할 예정
∙강좌명 및 담당교사
강좌명 장소 활동주제 담당교사
인문학과 현대과학 영어전용교실 과학적 인문학, 인문학적 과학! 강경희
지리학의 발달 물리실 지리학과 좌표측정기술의 발달! 정수국
진화론과 분류 화학실 Darwin, C.이 되어보자! 변정호
과학과 미술의
만남-키네틱아트 미술실 인간중심의 근대 미술이 과학을 만나, 현대 미술로 발전하기 까지
주재선, 김미경
다. 융합인재교육(STEAM) 프로그램 세부내용
∙전체 운영 시간 계획
구분 시간 계획
10월 27일~10월 30일 신청자 모집
11월 3일 19:00~20:00 강좌 선택 및 오리엔테이션 (운영 및 평가 방법 안내) 20:00~21:00 각 강좌별 오리엔테이션 11월 4일 19:00~20:00 강좌별 연구 주제 선정
20:00~21:00 강좌별 연구 활동 수행 1 11월 5일 19:00~20:00 강좌별 연구 활동 수행 2 20:00~21:00 강좌별 연구 활동 수행 2
11월 6일
19:00~20:00 강좌별 연구 활동 수행 3 (결과 정리 및 포스터 제작) 20:00~21:00 강좌별 연구 활동 수행 3
(결과 정리 및 포스터 제작)
11월 7일 19:00~20:00 강좌별 연구 결과 발표(포스터 발표 및 평가) 20:00~21:00 강좌별 연구 결과 심사 및 시상
∙운영 조직 체계
삼척고등학교 STEAM Camp STEAM Camp를 위한
환경 조성
STEAM Camp
교육 프로그램 개발 STEAM Camp 실시 STEAM 연구회 소속
교사협의회 이관
STEAM의 각 영역별 융합적
요소 추출 STEAM Camp 공고
STEAM Camp 실시 방안 모색
STEAM의 융합적 요소 반영
컨텐츠 개발 STEAM Camp 학생선발
STEAM Camp 실시 계획 구성
STEAM Camp 프로그램 구성을 위한 전략 개발
STEAM Camp 강좌별 연구활동 수행
STEAM Camp 교육 프로그램 개발 여건
조성
STEAM Camp 교육 프로그램 개발
강좌별 연구활동 발표 및 전문가 특강
Ⅴ. 연구 과제의 결과
1. STEAM 연구를 위한 환경 조성 가. 교사 연구회의 STEAM 교육 능력 신장
- 학교현장의 과학교육에서 가장 중요한 과학에 대한 흥미와 학습에 대한 주의집중을 유발하기 위 해 생체모방 소재를 활용하여 다양한 학습활동을 수행하였음. 이를 위해 다음과 같은 활동을 수행 하였음.
▪ 교사연구회 정기 워크숍 진행
- 교사 연구회 소속 교사들의 융합교육 능력을 신장시키기 위해 지속적인 워크숍을 실시하였음
<STEAM 교육 능력 신장을 위한 교내 워크숍 및 관련 회의 참석>
▪ 융합인재양성(STEAM) 기본 연수 이수
- 교사 연구회 소속 교사들의 융합교육 능력을 신장시키기 위해 기본 연수에 참여하였음
<STEAM 교육 연수>
나. STEAM 융합 프로그램 적용을 위한 학생 팀 구성 및 홍보
- 프로젝트 기반 STEAM 연구활동에 참여할 학생 팀을 구성하였으며, STEAM 학습활동에 대해 지속적 으로 홍보하였음.
- 연구 팀 구성은 자유롭게 실시하였으며, 인원 수와 학년을 고려하여 자율적이나 고르게 편성되도록 하였다. 단, 학년별 학생 구성은 강제하지 않음으로써 특정 학년이나 학생들이 소외되거나 주도되는 현상을 차단하고자 하였다.
<STEAM 학습을 위한 학생 워크숍 및 학생 연구 팀 구성>
2. STEAM 교육을 위한 창의적 체험활동형 교수-학습 프로그램 개발 및 적용
교사 연구회 소속 교사들의 협의와 연구를 통해 STEAM 교수-학습 프로그램을 개발하였음.
가. 프로젝트 기반 STEAM 교육 프로그램 구성 및 적용 내용
- 개발된 프로그램은 아래와 같은 과정으로 구성되며, 학생 연구 팀에 적용되었음.
(1) 연구 참여 인원 : 36명
학년 연구팀 A 연구팀 B 연구팀 C 연구팀 D 연구팀 E 연구팀 F
3 3명 3명 3명 3명 3명 3명
2 1명 1명 1명 1명 1명 1명
1 2명 2명 2명 2명 2명 2명
(2) 연구 팀 구성
연구 팀 구성은 자유롭게 실시하였으며, 인원 수와 학년을 고려하여 자율적이나 고르게 편성되도 록 하였다. 단, 학년별 학생 구성은 강제하지 않음으로써 특정 학년이나 학생들이 소외되거나 주 도되는 현상을 차단하고자 하였다.
(3) 연구 주제 선정 방법
∙ 팀별 연구활동을 위한 연구의 대주제인 생체모방을 우선 선정하였으며, 동아리 구성 팀의 무임 승차효과를 차단하기 위해 대주제를 팀별 소주제로 세분화하여 연구활동을 분담하였음.
∙ 6개 팀의 소주제는 동아리 활동의 대주제와 관련되며, 각 팀별 연구활동을 통합함으로써 전체 대주제에 대한 연구활동이 마무리될 수 있도록 구성하였음.
∙ 팀 프로젝트의 대주제는 “생체모방을 통한 창의적 산출물 제작”으로 동일하나 팀별 소주제, 사용재료 및 실험설계는 자유롭게 수행하도록 하였다. 또한 생체모방 활동 이외에 “최신 과학 기술을 이용한 연구 프로젝트 수행”를 함께 .
(4) 연구 활동을 위한 준비
∙ 학생들의 연구 활동이 정상적으로 이루어지기 위해서는 학교에서 실시되는 창의적 체험활동 시간을 활용하여 동아리 활동 시간을 확보하였다. 일반적으로 본 동아리가 소속된 학교에서는 월 평균 8시간의 동아리 활동 시간을 확보할 수 있었으며, 이 시간을 활용하여 학생들에게
“과학의 본성”, “과학 탐구의 방법”, “생체모방 방법”에 대해 강의하고 관련된 활동을 제시하였음
∙ 모든 팀에게는 팀별 구글 드라이브 문서를 개설토록 하여 시간과 장소에 구애받지 않고 연구 논문을 작성할 수 있도록 하였으며, 언제나 팀원 및 지도교사와 의사소통을 할 수 있도록 SNS 사이트(동아리 인터넷 카페주소 http://cafe.naver.com/steamclass)를 개설하여 팀별 게시판을 활 용하도록 하였음.
<표 1> 팀별 연구 프로젝트 활동 전 투입된 강의 내용
구분 강의내용 대표 탐구활동
과학의 본성 과학적 탐구에 대한 정의, 구성요소, 과정 toothpick trick
관찰 관찰과 과학적 관찰의 차이
객관적 관찰 VS 주관적 관찰 selective attention test
의문생성 의문의 종류와 생성방법
의문에서 가설로의 진행 소금쟁이와 표면장력
가설생성 잠정적 설명의 유형
가설의 정의 감자녹말의 점탄성
실험설계 변인의 통제
실험의 설계 방법 O-Wing 제작
실험방법 실험기구 조작
실험결과의 정리
실험기구 사용 및 안전관련 교육
자료해석 실험결과의 정량화
표 및 그래프 만들기
자료전환법 교육 (표, 그래프 만들기)
결론도출 실험결과를 바탕으로 가설 평가하기 가설에 대한 가치판단
연구보고서 연구 논문 작성법 연구보고서 예시
시범 제작 공학적 창작물 시범제작
(태양광 핸드폰 충전장치) 팀별 제작
<STEAM 시범 제작 활동 1> <STEAM 시범 제작 활동 2>
<STEAM 시범 제작 활동 3> <STEAM 시범 제작 활동 4>
(5) 연구 설계
연구 설계는 각 연구 팀별로 자유롭게 설계하도록 하였으나, 팀 프로젝트 활동 전 강의한 실험설 계 방법을 토대로 작성되어 전체적인 구성에서는 유사한 형태를 나타내고 있음. 그러나 연구 팀별 연구주제와 변인의 통제 조건에서는 세부적인 차이가 나타났음.
<연구 계획서 예시>
(6) 연구 수행
(가) 과학실 사용
과학실 열쇠를 지도교사가 항시 일정한 장소에 비치하여 학생들이 자유롭게 사용할 수 있도록 하 였으며, 수업시간을 제외한 휴식시간 등에도 사용이 가능하도록 하였음.
(나) 안전교육
과학실의 안전한 사용을 위해 실험실 사용 안전교육을 사전에 실시하였으며, 비정기적으로 지도교 사가 실험실 사용정도를 확인하였음.
(다) STEAM 창작물 제작
생물이 지니고 있는 과학적 원리를 발견하고 이를 모방하여 공학적으로 응용함으로써 창의적인 산출물을 제작하는 과정으로, 6개 팀이 참여하여 다양한 생물을 모방하여 창의적인 장치를 제작하 는 프로젝트를 수행하였음.
<kinetic horse 제작> <기어박스 제작 및 전기배선>
<kinetic horse 완성> <부품 완성> <프로토타입 제작>
나. 최신과학기술 적용 STEAM 프로젝트형 연구 프로그램 개발 및 적용
- 프로젝트 기반 STEAM 창작물 제작을 위한 프로그램을 완성한 학생 팀 중 가장 우수한 팀을 선정하 여 별도의 최신과학 기술 적용 프로젝트를 수행하였음.
- 시선추적기(Eye tracker)라는 최신과학장비를 활용하여 게임중독 학생과 일반 학생의 주의집중 패턴 차이를 확인하는 연구 프로젝트를 수행하였다. 시선추적이란 적외선을 이용하여 동공의 움직임을 추적함으로써 측정자가 어느 곳에 주의집중하고 있는지 파악할 수 있는 최신 장비를 사용.
<피험자 측정 준비 : calibration> <피험자 측정 : selective attention>
<피험자 측정 : 생물분류> <시선추적 데이터 분석>
다. 연구 팀 활동 기록 및 관리
∙ 연구 팀의 모든 활동(실험설계, 변인통제, 실험군과 대조군 관찰, 결과정리, 결론, 팀원 의사 소통 내용)은 연구 노트에 기재하였으며, 연구노트를 지도교사가 정기적으로 점검하였으나 가치판단은 하지 않았다. 단, 연구노트에 기재되지 않은 내용들에 대해서만 점검하여 누락 요소가 발생하지 않도록 지도하였다.
<참가학생 및 지도교사> <학회장님과 함께>
< 인터넷 카페 게시판 업로드 내용 예시>
∙ 연구 노트에 팀별로 기재한 사항 중 실험일지와 사진촬영 결과물은 정리하여 동아리 인터 넷 카페(http://cafe.naver.com/steamclass)의 팀 게시판에 업로드 하였다.
∙ 지도교사는 정기적으로 팀별 연구노트와 연구 진행상황을 점검하였으며, 최신 과학기술 적 용 연구활동(시선추적)은 학생들과 함께 운영하였다. 또한 팀별 피드백은 동아리 인터넷 카 페와 이메일을 통해 부정기적으로도 제시하였다.
라. 단위 연구 팀 활동을 통한 연구 논문 작성
- 프로젝트 기반 STEAM 창작물 제작, 최신과학기술 적용 STEAM 프로젝트형 연구를 통해 제작된 산 출물과 데이터를 기반으로 각 연구 팀별 연구 논문을 작성하였음.
마. 연구 결과의 학술대회 발표
- 연구 결과를 연구 포스터 형태로 제작하여 한국교원대학교에서 개최된 뇌기반 교육 학술대회에서 발표하였음
<STEAM 연구 발표팀> <시선추적 연구 발표팀>
바. STEAM 문화 확산 캠페인
지방 소도시 인문계 고등학교의 특성상 적극적인 동아리 활동이 미비한 편이며, 특히 STEAM 활동에 대한 이해가 부족함. 이를 극복하기 위해 교내 학생들을 대상으로 1학기 동 안 월 1회 학생들을 대상으로 교실, 교문, 복도에서 STEAM 활동의 중요성을 알리는 캠페인 을 실시하였으며, 교내 교직원을 대상으로 교무실 캠페인도 실시하였음.
<선생님 대상 교무실 캠페인> <재학생 대상 교실 캠페인>
<학생대상 교문 캠페인> <학생 대상 복도 캠페인>
사. STEAM 동아리 지도 결과
- STEAM 연구 프로젝트활동의 결과 현재 6개 팀이 연구 보고서를 완성하였으며, 일반계 고 등학교에서 실시되는 활동으로 시간이 부족한 편이나 학생들의 적극적인 참여로 인해 연구 프로젝트 활동이 이루어지고 있음.
- 연구 활동의 과정은 과학 고등학교나 대학에서 행해지는 고등실험과정에 미치지 못할 수도 있으나, 과학 탐구활동을 스스로 계획하고 수행해본 적이 거의 없는 일반고 학생들이 직접 수행할 수 있는 적절한 수준과 호기심을 유발하는 활동이었음.
- 현재 팀 프로젝트 연구 활동의 결과는 팀별로 정리하여 논문형태의 연구보고서를 작성하였 으며, 팀별 연구결과를 국립대학교에서 개최되는 학술대회에서 발표함.
3. STEAM 교육을 위한 교과형 교수-학습 프로그램 개발 및 적용
교사 연구회 소속 교사들의 협의와 연구를 통해 STEAM 교수-학습 프로그램을 개발하였음.
가. 오리엔테이션
강좌명 장소 참가자 명단 담당교사 인원
인문학과
현대과학 영어전용교실
1414 김태원, 2403 김남훈, 1321 전원표, 1307 박범용, 1328 최조순, 1218 이빛찬, 1129 정찬민,1418, 박성재, 2417 신혁진
강경희 9
지리학의 발달 물리실
1224 임창훈, 2409 김정래, 2527 지성진, 1216 육세준, 1201고명준, 1213 안정우 1214 유승협, 1431 최경무, 1416 김성우
정수국 9
진화론과 분류 화학실
2515 윤형우, 2504 김주영, 1429 임호균, 1316 이원준, 1623김민형,1625정인수 1217
이경환, 1422 심정호, 1416 김성우
변정호 9
과학과 미술의
만남-키네틱아트 미술실
2627 홍명기, 2610 박재형, 2617 이민우, 2519 이상준, 1122 이시현, 1113 노정환, 2507 김형태, 1407 김수민, 1123 이정민
주재선,
김미경 9
<강좌 활동1> <강좌 활동2>
<오리엔테이션 1> <오리엔테이션 2>
<오리엔테이션 3> <오리엔테이션 4>
나. 강좌 운영
1) 인문학과 현대과학
￭ 운영교사 : 강경희
￭ 운영내용 : 첨부 『학생활동지』 참조
<강좌 활동3> <강좌 활동4>
<강좌 활동1> <강좌 활동2>
<강좌 활동3> <강좌 활동4>
2) 과학과 미술의 만남-키네틱아트
￭ 운영교사 : 김미경, 주재선
￭ 운영내용 : 첨부 『학생활동지』 참조
3) 지리학의 발달
￭ 운영교사 : 정수국
￭ 운영내용 : 첨부 『학생활동지』 참조
<강좌 활동1> <강좌 활동2>
<강좌 활동3> <강좌 활동4>
<강좌 활동1> <강좌 활동2>
<강좌 활동3> <강좌 활동4>
4) 진화론과 분류
￭ 운영교사 : 변정호
￭ 운영내용 : 첨부 『학생활동지』 참조
다. 팀별 종합 활동 결과
구분 교사 평가 학생평가 합계 순위
과학적 인문학, 인문학적 과학! 106 9 115 2
지리학과 좌표측정기술의 발달! 103 5 108 3
Darwin, C.이 되어보자! 113 14 127 1
인간중심의 근대 미술이 과학을 만나,
현대 미술로 발전하기 까지 108 7 115 2
라. 참가 학생 평가 결과
평소 과학수업과 STEAM 캠프에 대한 학생들의 학습동기 수준을 알아보기 위해, 학습동 기수준, 과학적 과제집착력, 진로선택검사지를 제작하여 사전 사후 측정하였음.
1) 참가 학생들의 학습동기 수준 변화
- 평소 과학수업에 대한 학습동기 수준의 평균 점수는 128.00으로 높게 나타났음. 일반적인 학습에 대한 학습동기 수준은 100점을 기준으로 ±10이므로, 적용 프로그램에 참가한 학생 들이 평소 과학학습에 대한 관심이 높기 때문으로 판단됨.
- 학습 적용과정이 종료된 후 학생들의 학습동기 수준을 측정한 결과는 평균 137.67로 나타 났으며, 사전 결과에 비해 증가한 것을 확인하였음(p < 0.01). 이러한 결과는 평소 과학에 대한 관심이 높은 학생들임에도 불구하고 개발된 프로그램의 적용을 통해 학습동기 수준이 더욱 상승하였다는 것을 의미함. 그러므로 연구회에서 개발 및 적용한 STEAM 교육 프로그 램은 학생들의 학습동기 수준 향상에 효과적이었다는 것을 알 수 있었음.
2) 참가 학생들의 과학적 과제집착 수준 변화
- 평소 과학적 과제집착 수준의 평균 점수는 93.67로 나타났음. 일반적으로 과학적 과제집착 에 대한 수준 100점을 기준으로 ±10이므로, 적용 프로그램에 참가한 학생들이 평소 과학 학습에 대한 관심이 높기 때문으로 판단됨.
- 학습 적용과정이 종료된 후 학생들의 과학적 과제집착 수준을 측정한 결과는 평균 98.95로 나타났으며, 사전 결과에 비해 증가한 것을 확인하였음(p < 0.01). 이러한 결과는 평소 과 학에 대한 관심이 높은 학생들임에도 불구하고 개발된 프로그램의 적용을 통해 과학적 문제 해결과정에 대한 과제집착 수준이 상승하였다는 것을 의미함. 그러므로 연구회에서 개발 및 적용한 STEAM 교육 프로그램은 학생들의 과학적 과제집착 수준 향상에 효과적이었다는 것을 알 수 있었음.
3) 참가 학생들의 진로선택 수준 변화
- 평소 진로선택 수준의 평균 점수는 92.95로 나타났음. 연구회에서 개발한 진로선택 검사지 는 100점을 기준으로 이공계열 선택 경향을 나타내며, 100점에서 낮아질수록 이공계열 기
만족도
권장사항
- 관련 과목의 심화 내용 학습과 융합적 활동을 통해 창의적 사고를 신장시킬 수 있었 던 캠프였음
- 결과물을 발표할 때 강좌별로 자신의 강좌를 통해 배운점, 느낀점을 발표해서 학생들 끼리 지식과 생각을 공유하고 배울 수 있어서 알찼음
- 인문학적 접근 시도가 좋았음.
- 다른 팀들의 발표를 통해 다른 강좌의 수업 내용도 간접적으로 이해할 수 있는 기회 가 되었던 점이 좋았음.
- 과학, 문학, 예술의 전문적인 교사로 이루워져 내용이 깊이 전문적이어서 학생들의 만 족도가 높았음.
- 지속적으로 운영하는 것이 좋다고 봄
- 학생참여 활동중심형태의 수업이 이루어져서 좋았음 - 인문학과의 융합을 지속하는 것이 좋았음
개선사항
- 스팀 캠프 운영 선생님들께서 일주일간 야간에 남으셔서 수업을 진행하시는데 체력적 으로나 정신적으로나 힘든 점이 있었음
- 스팀캠프 운영에 보다 다양한 과목의 많은 선생님이 참여하셔서 코티칭으로 운영이 된다면 질적으로도 좋은 캠프가 될 것 같음
- 수학 선생님의 참여가 이루어 졌으면 하는 바램
- 캠프 운영 시기를 2학기 중간고사 이후 바로 시작하는 것이 더 효율적이라 생각함 - 전년도에 참여하지 못했던 많은 학생들에게 기회를 줄 필요가 있다고 생각함
- 오리엔테이션 시간을 줄이고 수업 시간을 늘려 좀 더 심화된 수업이 이루어져야겠다 고 생각됨
경향이 상대적으로 높은 집단이라는 것을 알 수 있었음
- 학습 적용과정이 종료된 후 학생들의 진로선택 수준을 측정한 결과는 평균 95.76으로 나타 났으며, 사전 결과에 비해 증가한 것을 확인하였음(p < 0.05). 이러한 결과는 평소 과학에 대한 관심이 높으며 이공계열 선호경향이 강한 학생들임에도 불구하고 개발된 프로그램의 적용을 통해 이공계열 선호경향이 강화되었다는 것을 의미함. 그러므로 연구회에서 개발 및 적용한 STEAM 교육 프로그램은 학생들의 이공계열 진로선택에 긍정적인 영향을 준다는 것을 알 수 있었음.
2) 운영교사 자체 평가 결과
4. 개발된 STEAM 연구 프로그램 검증 결과의 활용 방안
- 개발된 융합인재교육(STEAM) 프로그램을 통하여 학생들에게 유의미한 변화가 나타나는 지를 확인하여 효과성을 검증
- 검증된 결과를 바탕으로 “ 통합적 인문학과 생체모방원리를 적용한 융합인재교육(STEAM) 프로그램이 진로선택에 미치는 영향”이라는 주제로 전문 학술지에 연구논문 투고 및 게재
Ⅵ. 결론 및 제언
현장의 과학교육은 다양한 자료의 개발과 보급에도 불구하고 강의식 수업이 주를 이루고 있 으며, 이로 인해 학생들이 과학적 탐구활동을 체험할 수 있는 기회가 거의 주어지지 않고 있 는 실정이다. 심지어 과학적 지식을 응용할 수 있는 실제 활동은 전무한 실정이기 때문에 과 학과 공학 및 예술이 융합된 사고를 학생들은 경험하지 못하고 있다. STEAM 융합 교육의 패러다임을 실현하기 위해서는 서는 강의식 수업을 탈피한 지식의 생성 능력 뿐만 아니라, 융합형 인재 양성을 위한 STEAM 교육이 함께 요구된다.
STEAM 인재 양성을 위한 교사 연구회 활동은 이러한 현실적 상황을 탈피하고 실질적인 체 험형 융합 과학활동을 통해 학생들에게 과학자적 사고와 수행능력을 제공하므로써 현대의 사회가 요구하는 창의적 인재를 양성하는데 기여할 수 있을 것이다. 또한, 기존의 과학탐구 방법을 통해 과학적 지식만을 획득할 수 있는 기회에서 더 나아가 과학적 지식을 다른 학문 과 융합할 수 있는 능력을 지닌 인재를 길러내는 초석으로 기능할 수 있을 것이다. 마지막으 로 과학교육의 방법을 STEAM에 맞는 융합형 교육으로 변환할 수 있는 가능성을 보여주는 시도로써 교사 연구회 활동 내용이 단위학교에서 수행 가능한 실질적 연구활동의 기초를 제 공할 수 있을 것이다.
프로그램명 찰스 다윈이 되어보자 ! 적용학년 /시기 1학년 2학기 / 9월
관련과목 과학 , 인문학, 미술
Ⅷ. 수업지도안
○ 수업지도안 Ⅰ
1. 주제 및 제작의도
일상적인 어법으로 본다면 진화란 변화를 뜻한다. 진화가 이런식으로 이해된다면 진화의 이론은 우주 의 모든 변화에 대한 포괄적인 설명을 제공해야 할 것이다. 별들의 변화사, 사회의 변화사, 그리고 다른 모든 것들의 변화의 전 과정이 하나의 단일한 틀내에 포착되도록 법칙이 진술되어야 할 것이다.
찰스 다윈(Charles Darwon, 1809~1882)은 생명이 어떻게 진화하는가에 대한 하나의 이론을 제안하였는 데, 스펜서는 자신이 다윈의 통찰을 일반화해서 만물이 어떻게 진화하는가를 진술하는 원칙들을 말할 수 있다고 생각하였다. 이러한 것이 진화생물학의 출발이라고 볼 수 있을 것이다.
진화를 유전자 빈도의 변화라고 정의하면 새로운 종들의 발생과 옛 종들의 소멸이 진화에 속한다는 사실을 간과하게 되는게 아닐가 하는 우려가 있을 수 있다. 진화론자달은 존속하는 한 종 내에서 일어 하는 변화를 소진화(microevolution)라고 부르며, 종들 더 상위 분류항의 탄생과 죽음은 대진화 (macroevolution)라는 말로 부른다. 진화를 유전자 빈도의 변화라고 정의하면 대진화는 진화가 아닌 셈이 되는가? 후손 종이 부모 종과 유전적으로 다른 한, 이 정의에서 그런 귀결이 나오지는 않는다. 만일 종 분화가 유전자 빈도의 변화를 수반한다면 이 정의대로라면 종분화는 진화로 간주된다.
도브잔스키(Theodosius Dobzhansky, 1973)는 한때 “생물학에서는 진화에 비추어보지 않고서는 그 어 떤 것도 의미가 없다.”고 말한 적이 있다. 이런 말을 한 사람 자신이 진화생물학자였다는 것은 별로 놀 랄일도 아니다. 진화생물학과 생물학의 나머지 분야들은 어떤 관계에 있는가? 생물학에서 많은 영역들 은 비진화적인 문제들에 초점을 맞추고 있다. 예컨대 분자생물학과 생화학은 제임스 왓슨(James Watson)과 프랜시스 크릭(Fancis Crick)이 1953년에 DNA의 물리적 구조를 발견한 이래 엄청난 성장을 이룩하였다. 이 분야에서는 왜 DNA가 유전암호의 물리적 기반이 되는가 하는 질문은 하지 않는다. 이것 은 진화론적 물음으로서 그들의 연구에서 제기되는 물음은 아니다. 생태학은 진화론적 쟁점들에 말려들 지 않고 진행되는 또 다른 연구분야이다. 생태학자는 공존하는 여러 종들의 집단 내에 존재하는 먹이사 슬을 기술하려고 할 수 있다. 무엇이 무엇을 먹는지 발견함으로써 생태학자는 그 생태계에서 에너지가 어떻게 흐르는지 이해하게 된다. 그 생태학자가 기술하는 종들 내에서 유전자 빈도가 변할 수도 있지만 이것은 그의 연구의 근본적인 초점이 아니다.
생물학의 많은 분야들이 진화론적 문제들을 묻지 않고서 진행된다면 왜 진화론이 생물학의 나머지 분 야들에 대하여 중심적이라곳 생각해야 하는가? 에른스트 마이어(Ernst Mayr, 1961)의 한 가지 구별, 즉 근인적 설명(proximate explanation)과 궁극적 설명(ultimate explanation)의 구별을 고려하면 진화론을 좀 더 큰 틀에서 볼 수 있다. 이러한 측면에서 생명과학의 본질에 대한 생명과학의 철학에 대한 인문학적 소양과 과학적 소양의 접점을 찾는 것은 매우 의미있는 활동에 해당할 것이다.
인문학은 어려운 내용이나 철학 분야만을 지칭하는 것이 아니라, 인간이 이루어 놓은 사유와 활동의 생성물 전반에 관한 학문이자 성과에 대한 고찰을 의미한다. 물론 인문학적 사고와 과학적 사고는 일견 서로 다른 방식으로 보여질 수도 있으나 대상에 대한 사유와 고찰, 윤리적 문제 및 사회적 문제와의 관
서 문제시 되고 있는 윤리적 문제, 사회적 문제, 도덕적 책무성에 대한 문제들을 해결하는 기준을 마련 하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다. 특히 최근 베스트셀러 목록에 오랫동안 올라와 있던 마이클 샌 델의 “정의란 무엇인가?”에서는 정치, 사회적 측면에서 뿐만 아니라 과학적 측면에서의 정의에 대해 서도 언급하고 있다. 이는 인문학적 사고가 과학에도 적용될 수 있음을 보여주며, 과학 역시 인간의 사 유와 활동의 결과물이기 때문에 가능한 것이기도 하다.
특히 최근 들어 인문학이 각광받는 이유 중 하나는 다양한 분야에서 나타나는 인문학의 유용성 때문 이라고 볼 수 있다. 광고, 산업, 과학발달 등 많은 분야에서 인간이 주체가 되고 이를 통해 판단하는 현 상은 한 가지에 국한된 인문학이 아니라 통합적 인문학 소양을 요구하고 있다. 철학, 음악, 미술, 역사, 사회문화 등 다양한 인문학적 소양을 바탕으로 통합적인 사고를 통해 새로운 창조적 아이디어를 생성하 는 능력은 21세기가 요구하는 창의적인 문제해결능력을 지닌 인재에게 반드시 필요한 기본적 소양에 해 당할 것이다.
2. 학습 목표
○
내용 목표
￭ 1단계 목표
- 생명과학의 본성을 물질과학과 비교하여 설명할 수 있다.
- 진화론과 창조론이 대립될 수 없는 관계임을 설명할 수 있다.
- 생물 진화를 계통분류학적으로 설명할 수 있다.
￭ 2단계 목표
- 생물의 외형적 특징을 통한 표형학적 분류가 무엇인지 이해할 수 있다.
- 기공 프레파라트를 제작할 수 있다.
- 기공의 특징을 통해 식물을 분류할 수 있다.
￭ 3단계 목표
- 카미나큘스를 이용하여 계통학적 분류를 설명할 수 있다.
- 카미나큘스를 이용하여 생물 진화를 설명할 수 있다.
- 생명나무를 통해 진화의 의미를 설명할 수 있다.
○
과정 목표
￭ 1단계 목표
- 생명과학의 본성을 이해하기 위해 물질과학과의 차이를 설명할 수 있다.
- 진화론과 창조론의 논란을 통해 상호 논박할 수 있다.
- 진화론이 생명과학에서 차지하고 있는 위치를 설명할 수 있다.
- 생물이 지닌 속성을 통해 계통분류학적 분류가 가능하다.
￭ 2단계 목표
- 스스로 채취한 식물 잎을 표형학적으로 분류할 수 있다.
- 다양한 방법을 이용하여 식물 잎의 기공 프레파라트를 제작할 수 있다.
￭ 3단계 목표
- 카미나큘스를 표형학적으로 분류할 수 있다.
- 카미나큘스를 계통분류학적으로 분류할 수 있다.
- 카미나큘스를 이용하여 생명나무를 제작할 수 있다.
3. STEAM 과목 요소
○
S: 과학적 식 탐색 및 생성
○ T : 새로운 기술적 방법의 제시
○ A：생명과학의 철학을 통한 인문학적 사고
○
M：시간을 거리로 환산하는 수리적 사고4. STEAM 단계 요소
○
상황제시
- 학생은 주어진 인문학적 자료들을 통해 자신의 생각을 정립하고 논쟁에 참여하기 위한 아이디어를 생성한다.
- 다양한 식물의 잎을 직접 분류함으로써 표형학적 종 개념에 대해 이해할 수 있는 기회를 제공하여 야 한다.
- ‘카미나큘스’라는 가상의 생물을 통해 실제 분류학자의 문제상황을 경험할 수 있도록 하여야 한 다.
○
창의적 설계
- 진화론과 같은 사회적 논쟁을 유발하는 이슈에 대해 과학적으로 분석할 수 있\는 기회를 제공하여 야 한다.
- 기공 프레파라트 제작을 위한 새로운 기술적 아이디어를 제시하는 과정에서 창의적인 설계가 가능 하도록 지도하여야 한다.
- 카미나큘스 계통수를 생성하는 과정에서 수학적 관점이 도입되도록 하여야 한다.
○
감성적 체험
- 실제 생물 분류를 통해 진화론이 과학적 이론임을 경험하도록 해야 한다.
- 자신이 직접 설계한 기공 프레파라트 제작 방법을 통해 식물을 분류할 수 있음을 경험하 도록 하여야 한다.
- 과학적으로 제작한 계통수를 미학적 차원에서 생명나무라는 작품으로 제작할 수 있는 경 험을 제공하여야 한다.
차시 과목 단원 소주제 학습내용
1차시
과학 인문학
(철학)
생명의 진화
생물학의 본성이란? (생물학의 본성과
계통분류)
생물학의 본성이란?
Co 생물학과 물질과학의 차이점에 대해 이해하기
Tip! 생물학의 철학(앨리엇 소버)에서 발췌한 내용을 통 해 논의하도록 함(p56~p63)
Co 진화론과 창조론의 논쟁 참여하기
Tip! 스쿱스 재판, 도버 재판 내용 활용하여 진화론과 창 조론의 대립이 성립하지 않음을 이해하도록 함
CD 진화론에 대한 글 읽기 및 논의
Tip! 생물학의 철학(앨리엇 소버)에서 발췌한 내용을 통해 논의하도록 함(페일리의 시계와 개연성 법 칙)
ET 계통분류와 자연선택 체험해보기
Tip! 패각류를 활용한 계통분류와 자연선택 활동 해보기
2차시 과학 생명의 진화
생물 표본 만들어서 분류하기! (기공 프레파라트
제작 및 분류)
생물 표본 만들기 및 분류하기!
Co 다양한 식물 잎 채취하기
Tip! 가급적 침엽수가 포함되도록 채취하여야 함
Co 표형학적 분류하기
Tip! 잎의 외형적 특징에 따라 식물 잎을 분류하도록 함
CD 기공 프레파라트 만들기
Tip! 기공 프레파라트는 주어진 재료 내에서 창의적으 로 만들 수 있도록 함
ET 기공의 특징을 통해 분류하기
3차시 과학
미술 생명의 진화
생명나무 만들기! (카미나큘스 계통수 만들기)
미지의 생명체를 이용한 생명나무 만들기!
Co 카미나큘스의 특성 파악하기
Tip! 살아 있는 카미나큘스 만을 제공함으로써 현존 하는 생물 종들의 외형을 파악할 수 있도록 함
CD 카미나큘스 분류하기 및 계통수 생성하기
Tip! 정답이 있으나 정답은 학생 활동이 종료된 이후에 배부하여 잘못된 부분을 수정하는 차원에서 제공되 어야 함
ET 카미나큘스의 생명나무 만들기!
Tip! 카미나큘스의 계통수를 따라 우드락에 카미나큘스의 생명나무를 제작하도로 안내함
5. 차시별 계획 총괄표
6. 평가 계획
연번 평가 기준 방법
1 상황 제시 (30점)
￭ 생명과학이 본성에 대해 자신의 의견을 잘 제시하였는가?
￭ 진화론과 창조론의 논쟁에서 자신의 의견을 논리적으로 제 시하였는가?
￭ 채취한 식물 잎을 객관적 기준에 따라 표형학적 분류를 수 행하였는가?
￭ 카미나큘스의 속성을 빠짐없이 파악하여 제시하였는가?
개별과제 (보고서)
2 창의적 설계 (30점)
￭ 진화론에 대한 자신의 논증을 논리적으로 제시하였는가?
￭ 자신만의 기공 프레파라트 제작 방법을 논리적으로 제시하 였는가?
￭ 기공 프레파라트를 관찰 가능하도록 제작하였는가?
￭ 카미나큘스 분류를 통해 계통수를 완성하였는가?
개인 과제 및 조별과제 (포트폴리오)
3 감성적 체험 (30점)
￭ 패각류 분류를 계통분류학적으로 제시하였는가?
￭ 기공의 특징을 통해 식물의 분류를 수행하였는가?
￭ 카미나큘스 계통수를 바탕으로 생명나무를 제작하였는가?
개인과제 및 조별수행
(산출물)
4 태도 (10점)
￭ 토의 시 의견제시를 적극적으로 하였는가?
￭ 창의적인 아이디어를 제시하였는가?
￭ 기공 프레파라트 제작 시 적극적으로 참여하였는가?
￭ 생명나무 제작에서 맡은 역할을 잘 수행하였는가?
개별평가 (관찰법)
7. 차시별 교수학습과정
생물학의 본성이란?
과목 과학 수업차시 1/3
단원 생명의 진화
교육과정
우주의 탄생에서부터 태양계의 형성 및 생명체의 출현에 이르는 과정에 관한 주요 과 학 개념의 이해를 바탕으로, 이 과정을 밝혀내기 위하여 과학자들이 가졌던 의문과 해 결 방안을 탐색하게 함으로써 과학의 본성을 이해하게 한다.
￭ 생물의 화석과 지질 연대의 관계를 파악하고, 지질 시대에 따른 생물 화석의 변화 를 통해 생물 종의 진화 과정을 설명할 수 있다. 아울러 생물 화석이 포함된 지층 과 암석의 특징을 바탕으로 과거 생물의 생활 환경을 유추할 수 있다.
￭ 원핵생물, 진핵생물, 단세포생물, 다세포생물의 차이를 알고, 다양한 생물 종의 진 화를 설명하는 진화론의 핵심을 서술할 수 있다.
￭ 유전과 진화의 과정을 유전자의 전달과 변화로 설명할 수 있다.
학습목표
￭ 과1234-2. 다양한 생물 종의 진화를 설명하는 진화론의 핵심을 설명할 수 있다.
￭ 과1234-3. 다윈의 진화론이 과학과 사회에 준 영향에 대해 조사하여 토론할 수 있 다.
￭ 과1237. 유전과 진화를 유전자 전달 및 그 과정에서 나타나는 유전자 구성의 유지 와 변화로 설명할 수 있다.
학습과정 교수 학습 활동 준비물
도입 (10분)
Co 생물학과 물질과학의 차이점에 대해 이해하기
Tip! 생물학의 철학(앨리엇 소버)에서 발췌한 내용을 통해 논의하도록 함(p56~p63)
책자 내용 일부
학습활동 (35분)
Co 진화론과 창조론의 논쟁 참여하기
Tip! 스쿱스 재판, 도버 재판 내용 활용하여 진화론과 창조론의 대립이 성립하지 않음을 이해하도록 함
CD 진화론에 대한 글 읽기 및 논의
Tip! 생물학의 철학(앨리엇 소버)에서 발췌한 내용을 통해 논의하도록 함(페 일리의 시계와 개연성 법칙)
ET 계통분류와 자연선택 체험해보기
Tip! 패각류를 활용한 계통분류와 자연선택 활동 해보기
활동지 필기구 동영상
마무리 (5분)
ET 수업 활동에 대한 평가를 동료평가와 자기평가로 나누어 평가하도 록 지도한다.
지도상의 ￭ 학생들이 정확하게 문제를 인식할 수 있도록 모둠별 순회 지도를 한다.
