기술․가정 교과 ‘에너지와 수송 기술’단원에서 활용할 STEAM 프로그램 개발
김 기 열*, 함 형 인**, 김 기 수***
<국문초록>
본 연구의 목적은 기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’ 단원에서 활용할 STEAM 교육의 바람직한 사례를 제공하는데 있다. STEAM 통합 교육에 의한 활동을 통해 중학생들은 통합적 접근으로 학습하였고, 제작 과정을 통해 다양한 형태로 적용하고 표현하는 기회를 갖게 되었다. 이러한 목적을 달성하기 위한 과정을 통해 얻은 결론 은 다음과 같다.
첫째, 기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’ 단원에서 활용할 STEAM 프로그램 개 발을 위한 절차 모형은 준비, 개발, 검증, 실행, 평가의 5단계로 제시하였다. 준비단 계는 요구 분석, STEAM 프로그램 주제 선정, STEAM 프로그램 교육과정 분석, STEAM 프로그램 학습내용 선정 및 조직으로 구성되어 있으며, 개발단계는 수업과 정안, 멀티미디어 수업자료, 학습 활동지 개발, 활동지 답안 개발로 제시하였다. 검 증단계는 전문가에 의한 타당도 검증을 실시하고, 실행단계는 중학생을 대상으로 개 발된 프로그램을 현장 실행하며, 평가단계는 학습자와 수업자의 평가를 받아 수정 및 보완한다.
둘째, STEAM 프로그램은 STEAM 프로그램 요약도, 수업과정안, 멀티미디어 수업 자료, 학습 활동지, 활동지 답안 등을 개발하였고, 전문가 검증을 통해 타당성을 확 보한 후 수정, 보완하여 STEM 프로그램을 실제 수업에 적용하였다.
셋째, 개발된 STEAM 프로그램의 학습자 평가 결과를 보면, 전체 문항의 평균이 5점 만점중 4.00점으로 프로그램에 대해 만족도가 높음을 알 수 있었다. 수업자 평 가 결과도 개발된 STEAM 프로그램을 매우 효과적으로 평가하였다. 학습자와 수업 자의 의견을 수렴하여 최종적으로 프로그램을 평가하고 완성하였다.
주제어 : 에너지와 수송기술, STEAM 프로그램
* 조선대학교부속중학교 교사
** 광주무진중학교 교사
*** 교신저자 : 김기수(kksoo@cnu.ac.kr), 충남대학교 사범대학 기술교육과 교수
Ⅰ. 서 론
1. 연구의 필요성
현대 사회는 이미 지식 기반 사회로 접어들었으며 그 지식을 바탕으로 수많은 판단과 의사 결정을 통해 생활하고 있다. 그런데 우리의 일상생활에서 합리적인 판단과 의사결 정에 사용하는 지식은 대부분 단일한 교과의 지식 보다는 교과로 구분하기 어려운 통합 된 형태의 지식이다. 따라서 학생들이 일상생활에서 과학과 관련된 문제를 해결하는 소 양을 갖출 수 있도록 하기 위해서는 통합된 지식을 사용하는 학습 경험을 갖는 기회를 충분히 제공하는 것이 필요하다고 할 수 있다(교육과학기술부, 2011).
또한 현대 또는 미래의 사회의 변화는 기술의 발전이 주도하고 있으며, 이는 사회 전체의 모양새와 짜임새뿐만 아니라 개개인의 삶까지도 크게 바꾸어 놓고 있다. 이렇 게 사람과 사회에 대한 기술의 영향력이 크게 늘어남에 따라, 현대 또는 미래 사회를 살아가는 모든 이에게 기술적인 지식, 능력, 태도 등이 절실히 요구되고 있다. 이 결 과 학생들에게 기술에 관한 지식, 태도, 능력을 가르치려는 노력이 학교 교육에서 보 편화되고 일반 교육의 주요 부분으로 자리 잡게 되었다. 기술의 발전이 가속함에 따 라 개인과 사회의 변화 또한 더욱 더 가속화 될 것이다. 따라서 일반 교육으로서의 기술 교육의 중요성은 기술의 영향력의 증대와 함께 점점 더 커질 것으로 예상된다 (이상봉, 2000).
하지만 기술․가정교과의 내용중 수송기술은 우리 사회를 더욱 빠르게 하나로 통합 시켜 주는 역할을 하고 있으며, 에너지에 대한 관심이 높아지고 있는 현 시점에서 기 술교육에서는 이 영역에 대한 내용이 미약한 편이다. 7차 교육과정의 경우 초등학교 5~6학년 실과의 내용 체제에서는 수송기술과 관련된 내용은 찾아 볼 수 없으며 중등 단계인 7~10학년의 내용 체제에서는 10학년에 ‘에너지와 수송기술’이라고 명한 대단원 과 중단원인 ‘에너지원의 이용, 동력의 발생과 이용, 자동차의 관리’등을 다루고 있다.
11~12학년의 심화 선택과목에서는 ‘공업 기술’과목에서 원동기와 관련된 내용만 미미 하게 들어가 있는데, 이 내용들은 실천적 능력을 함양시키는 목적보다는 이론적 지식 을 탐구하는 성향이 강해 체험활동을 할 수 있는 과제가 부족하다(조경진, 2010).
최근 우리나라 교육과학기술부는 제2차 과학기술인력 육성 지원 기본계획(’1 1～’15) 의 범위에 초 중등과정을 포함하고,『과학기술-예술융합의 융합인재교육 (STEAM)』을 2011년 중점추진과제로 설정하였다. 즉 우리나라 국가 경쟁력의 자산인 미래 과학기술 발전을 주도할 창조적이고 융합적인 인재의 양성을 위해 초·중등학교 수준에서부터 과학기술에 대한 흥미와 이해를 높이고 융합적사고와 문제 해결 능력을 배양할 수 있는 융합인재교육(STEAM)이 필요하다는 것이다(교육과학기술부, 2010).
또한 국내에서도 이공계의 선호도가 낮아지면서 최근 몇 년간 계속되고 있는 이공
계 위기 징후들은 국가 경쟁력 차원에서 많은 우려를 낳고 있으며, 이와 관련하여 초․중등 학생 단계에서 예비 과학기술인에게 꿈과 비전을 제시하고 다양한 교육프로 그램을 개발하여 보급해야 할 것이 강조되고 있다(문대영, 2008).
이와 함께 STEAM 교육의 확산을 위해서는 무엇보다도 학교 현장에 적용할 수 있 는 국가 교육과정에서의 교과 간 연계 수업이 가능한 현실적 교재 개발의 필요성이 대두되었다. 이에 발명수업, 과학반 수업, 로봇활용수업과 공업계열, 화학분야, 전기전 자기술, 수송기술분야, 제조기술분야 등의 기술․공학 중심의 연구가 진행되었다(김자 림, 2012). 하지만 기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’단원을 주제로 한 프로그램의 개발은 미비한 실정이다.
따라서 현대 또는 미래사회에서 융합인재교육의 필요성을 토대로 기술․가정교과
‘에너지와 수송기술’단원에서 학교 현장에서 실천적으로 활용할 수 있는 STEAM 프로 그램 개발이 필요한 것으로 사료된다.
2. 연구의 목적 및 내용
이 연구의 목적은 기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’단원에서 활용할 STEAM 교육 의 바람직한 사례를 제공하는 것이며, 이를 달성하기 위한 구체적인 연구 내용은 다음과 같다.
첫째, STEAM 교육의 이론, 교육과정 분석을 통하여 STEAM 프로그램 개발 과정을 설계한다.
둘째, STEAM 교육의 목표 달성을 위한 STEAM 프로그램을 개발하고, 이와 관련된 프로그램 요약도, 수업과정안, 멀티미디어 수업자료, 학습 활동지, 활동지 답안을 융합적 관 점에서 개발한다.
셋째, 개발된 STEAM 프로그램을 실제 수업에 적용하여 학습자 및 수업자 평가를 통 해 프로그램을 개선한다.
Ⅱ. 이론적 배경
1. STEAM 교육
STEAM 교육은 STEM 교육에 ‘Arts'가 추가된 것으로 우리나라 정부에서 STEAM 교육 정 책을 처음으로 발표한 것은 교육과학기술부의 2011년 업무보고 자료이다(김진수, 2012). 정부
는 교육 정책으로서 6대 중점과제를 선정하였는데, 그 중의 하나인 ’세계적 과학기술 인재 육 성‘의 추진 전략으로 “초・중등 STEAM 교육 강화”를 발표한 것이다. STEAM 교육은 기존의 STEM 교육에 예술(Arts)을 추가한 것으로 여기서 예술(Arts)은 일반적으로 순수미술이나 디 자인, 음악, 미술을 생각하기 쉽지만 STEAM에서의 'A'의 의미는 fine arts의 미술 뿐 아니라 liberal arts의 인문 교양 분야, language arts의 언어 소통분야까지도 포함하는 광의의 개념이 다.
교육과학기술부(2011)는 STEAM 교육을 융합인재교육으로 명명하고 과학기술에 대한 학생 들의 흥미와 이해를 높이고 과학 기술 기반의 융합적 사고(STEAM Literacy)와 문제해결력을 배양하는 교육으로 정의하였다.
2. 기술교육에서의 수송기술
수송 기술을 최초로 기술․가정 교과의 내용으로 인식한 사람은 Willwam E. Warner이다.
그는 자신의 저서인 “A Prospectus for Industrial Arts in Ohio"에서 수송 기술이 현재 문명에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 기술․가정교과를 통해서 학생들은 다양한 형태의 수송 수 단(기차, 자동차, 선박, 비행기 등)에 대해 배워야 하고, 수송 수단에 의해서 파급되는 사회․
경제적인 변화를 이해해야 한다고 주장하였다(Rouch, 1992, pp. 192). Warner는 그 이후에도 자신의 제자들과 함께 수송 기술에 대한 연구를 계속적으로 진행하였다.
잭슨밀 심포지엄 참가자들은 수송을 다음과 같이 정의했다. “전문적인 적응체제는 자원을 효율적으로 사용하고 시간과 공간 사용을 하고 자재/상품과 사람의 움직임을 통해 개개인과 사회적인 단위들 사이에서 직접적인 물리적 접촉과 교환을 이루기 위해 사람에 의해 고안되 었다.”(Snyder & Hales, 1981, p.36)
수송기술 교육은 사람이 승객과 화물을 운송할 목적으로 기술상품과 체계들을 설계하고, 생 산하고, 사용하고, 기술적인 행동의 적절성을 평가하는 데에 이해와 능력이 발달하도록 도와 주는 것이라고 볼 수 있다(조경진, 2010).
3. 솔라보트
솔라보트란, 태양광에너지를 전기 에너지로 변환하여 모터를 회전시켜 추진하는 선박으로 [그림 1]에 개략적인 모습을 보이고 있다. 솔라보트는 기본적으로 선체(Hull), 추진기 (Propeller), 동력 전달장치, 조종 장치(Rudder), 전기장치 및 기타 수중익장치로 이루어진다 (최정규 외, 2007).
프로펠러 버팀대
배터리, 직류전동기
전동기 제어기
기어시스템 선체
수중날개시스템 솔라패널
[그림 1] 솔라보트의 개념
출처 “솔라보트 EPISODE의 개발” 최정규 외, 2007, 대한조선학회지, 44(6), p. 636.
4. 프로그램 개발 모형 개발
이 연구는 기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’단원에서 활용할 STEAM 프로그램 개발한 것이다. 프로그램 개발을 위한 모형은 <표 1>과 같이 ADDIE(Seels 외, 1994), 창의 공학 설계 교육 프로그램 개발 모형(이창훈, 2008), PDIE(김진수, 2012)를 근거를 두고 개발하였다. 프로 그램 개발 모형은 준비, 개발, 검증, 실행, 평가의 5단계로 구성된다.
<표 1> 프로그램 개발 모형 비교
구분 단계 특징
ADDIE 모형
∙분석, 설계, 개발, 실행, 평가의 5개 단계
∙교육 프로그램 개발의 일반 모형
∙5단계 요소들은 교육 프로그램 개발 모형에서 발견되는 핵심적인 활동이며 교육프로그램 개발 모형의 기초 개념
이창훈 (2008) 모형
∙ADDIE 모형에 터한 창의공학 설계 교육프로그램 모형 개발
∙분석, 설계, 개발, 실행, 평가의 5개 단계
∙분석: 팀 구성, 자료분석, 기본방향 설정
∙설계: 내용에 따른 목표설정, 교수-학습 전략 탐색
∙개발: 교수-학습 과정 안 개발, 교재개발
∙실행: 학습자 관리, 교육자 관리, 평가 실행
∙평가: 평가 영역 확인, 평가 실행
∙각 단계는 직선적이 아닌 상호 유기적으로 연 관됨
김진수 (2011) 모형
∙PDIE 모형은 준비, 개발, 실행, 평가의 4단계
∙준비: 요구분석, 학습목표선정, 평가도구 설계
∙개발: 교수자료 개발(수업과정안, 파워포인트 개발), 학습자료 개발(활동지 답안, 학습 안내 지, 활동지 개발)
∙실행: 예비수업, 본수업
∙평가: 평가, 수정 및 개선
Ⅲ. 연구 방법
1. 연구 절차
기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’단원에서 활용할 STEAM 프로그램 개발은 준비, 개발, 검증, 실행, 평가의 다섯 단계로 나누어 연구를 수행하였다. 프로그램 개발 모형은 [그림 2]와 같다.
과정
STEAM 프로그램
개발 준비
⇨
·요구분석 ·STEAM 프로그램 주제 선정
·STEAM 프로그램 교육과정 분석
·STEAM 프로그램 학습내용 선정 및 조직
개발
·교수․학습자료 개발
- 수업 과정안 개발, 멀티미디어 수업자료
- 학습활동지 개발, 활동지 답안 개발
⇨
검증 전문가 타당도
실행 ·프로젝트 학습
⇨
평가
·평가
- 학습자에 의한 평가, 수업자에 의한 평가
·수정 및 개선
⇨
[그림 2] ‘에너지와 수송기술’ 단원에서 STEAM 프로그램 개발 절차
2. STEAM 프로그램 개발 방법
가. 준비
준비 단계에 포함된 요소는 요구 분석, STEAM 프로그램 주제 선정, STEAM 프로그램 교육과정 분석, STEAM 프로그램 학습내용 선정 및 조직이다. 요구 분석에서는 기술․가정 교과 ‘에너지와 수송기술’ STEAM 프로그램을 구성하기 위해 문헌연구 및 기술교사모임 홈 페이지를 참고하여 예비주제를 선정하였다. 예비주제는 다시 STEAM 프로그램 주제선정 조 건을 바탕으로 전문가가 평가를 통하여 최종 주제가 선정된다. 선정된 주제는 교육과정과의 관련성을 거쳐 학습 내용 선정 및 조직이 이루어진다.
나. 개발
과학, 기술, 공학, 예술, 수학 교과에 적용할 수 있는 내용을 파악한 결과를 토대로 교 수․학습 자료를 개발한다. 교수․학습 자료는 수업을 진행하는 교사에게 필요한 자료로 수 업 과정안, 멀티미디어 수업자료, 학습 활동지, 활동지 답안 개발을 말한다. 수업내용을 효과적으로 전달하기 위해 수업자 파워포인트를 적극적으로 활용하고, 학생의 이해를 높이고 흥미를 이끌어내기 위해 실생활과 관련된 사진 및 동영상 자료, 보도자료를 삽입 한다.
다. 검증
개발한 STEAM 교육 프로그램을 교육목적과 내용과의 타당성에 대해 검증하고, 학습 내용이 학습자 수준에 맞게 개발되었는지를 판단하기 위해 전문가 집단의 의해 타당도 를 검증하였다. 전문가 집단은 STEAM 교과 연구회 6명, STEAM 교육관련 프로그램 개 발 실적 연구자 2명, STEAM 교육관련 프로그램 논문 실적 연구자 1명 등 총 9명으로 구성하였다.
라. 실행
개발된 STEAM 수업자료를 적절성과 효과를 확인하기 위해 수업에 적용하였으며, 구 체적인 실시내용은 <표 2>와 같다. 시범운영 전에 수업과 관련하여 프로그램 개발 취지, 프로그램 내용, 프로그램 운영 방법, 결과보고서 작성 등에 대해 수업자와 충분히 협의하 였다.
<표 2> 수업 실시 내용
프로그램 주제 적용 기간 대상 학교 실시
횟수
학년 인원
창의적 솔라보트 만들기
STEAM 프로그램 2012년 8월 1일 ~ 8월 3일 중학교
3학년 57명 2회
마. 평가
평가 단계는 개발된 수업자료에 대한 적절성을 파악하기 위해서 학습자의 수업만족도 와 수업자의 평가를 실시한다. 설문지를 통해 수집된 결과를 통계 분석하고 전문가의 조 언을 받고 수업자료에 대한 수정․보완함으로서 보다 완성도를 높인다.
Ⅳ. 연구 결과
1. STEAM 프로그램
가. 주제 선정
중학교 기술․가정교과 에너지와 수송기술 단원에서 STEAM 프로그램을 선정하기 위해서 다양한 문헌연구 및 기술교사모임 홈페이지를 참고하여 <표 3>와 같이 예비주 제를 선정하였다.
예 비 주 제
풍력발전기, 태양광 풍력 자동차, 창의적 솔라보트 만들기
<표 3> 예비 주제 목록
선정된 3개의 예비주제에 대해서 5가지 주제선정 조건(학습자 수준의 적합성, 현실 성, 흥미 유발성, 활동성, STEAM과의 관련성)을 토대로 과학, 기술, 수학, 미술 분야 의 교과 전문가와 협의하였다. 기술․가정교과 에너지와 수송기술 단원에서 STEAM 프로그램의 예비 주제를 분석하여 그 적합성 정도인 상, 중, 하에 각각 3점, 2점, 1점 을 부여하여 종합한 결과는 <표 4>와 같다.
풍력발전기 태양광
풍력 자동차
창의적 솔라보트 만들기 중학교 학습자
수준 적합성 3 3 3
현실성 3 2 3
흥미유발성 3 3 3
활동성 2 3 3
STEAM 관련성 2 3 3
계 13 14 15
<표 4> 주제 선정 결과
<표 4>에서 보는 바와 같이 5가지 주제 선정 준거에 의해 점수를 부여한 결과 풍력 발전기 13점, 태양광 풍력 자동차 14점, 창의적 솔라보트 만들기 15점이었다. 따라서
점수가 가장 높은 창의적 솔라보트 만들기를 ‘에너지와 수송기술’단원에서 STEAM 프 로그램 주제로 선정하였다.
나. 교육과정 분석
STEAM 프로그램의 학습내용은 창의적 솔라보트 만들기와 관련하여 전문가 집단과 협의를 통해 <표 5>와 같이 관련된 아이디어를 교과별로 분류하였다.
교과 내용
S 무게, 부력, 계절의 변화, 에너지의 전환과 보존, 태양의 남중고도, 전지의 연결, 작용-반작용, 관성
T 아이디어의 구상, 운동장치 구상과 설계, 운동장치 제작과 평가, 신재생에너지에 대한 체험활동, 수송기술과 관련된 창의적 문제해결 E 태양전지의 원리와 구조, 미래의 수송기술
A 미술 - 아름다운 구조(유선형), 균형, 조화 사회– 화석에너지 줄이기
M 직육면체의 부피, 부력,전압 계산
<표 5> 창의적 솔라보트 만들기와 관련된 아이디어
이를 바탕으로 교육과정 분석은 프로그램의 내용 요소를 선정하기 위해 2009 개정 교육과 정을 분석하여 선정된 주제와의 관련성을 거쳐 교과별 STEAM 프로그램의 성취수준을 <표 6>와 같이 선정하였다.
<표 6> 2009 개정 교육과정 분석 교과별
영역
2009 개정 교육과정
영역 성취 기준
S
힘과 운동
(나) 중력, 탄성력, 마찰력, 전기력 자기력 등 여러 가지 힘의 특징을 알고 이들이 주변의 현상을 이해하는 데 어떻게 활용되는지 이해한다
일과 에너지 전환 (마) 에너지 전환의 예를 일상생활에서 찾고 전환 과정에서 에너지가 보존됨을 이해한다
전기와 자기 (나) 저항 전류 전압 사이의 관계를 알고, 이를 적용하여 저 항의 직렬 연결과 병렬 연결의 특징을 이해한다
교과별 영역
2009 개정 교육과정
영역 성취 기준
T / E 에너지와 수송 기술
(나) 수송기술의 발달 과정 및 우리나라 전통 수송 기술을 탐색하고 우리 생활 속에서 수송 기술의 개념, 특성 시스템을 이해하며, 육상, 해상, 우주 항공 분야의 수 송 기술의 기초적 원리와 활용 방법을 탐구하고, 이와 관련된 직업세계를 설명할 수 있다
(다) 신재생 에너지에 대한 체험활동 및 수송 기술과 관련 된 문제를 창의적으로 해결할 수 있다
A
표현
② 표현방법
㉯ 표현 과정을 체계적으로 계획하여 표현하기
․표현과정을 스스로 계획하고 수행하면서 다양한 문제들 을 창의적으로 해결하여 표현한다
지리영역 (12) 환경 문제와 지속 가능한 환경
① 전 지구적인 차원에서 발생하는 환경 문제(예, 지구온난 화 등)의 원인을 알고, 지속가능성의 측면에서 이를 해결 하기 위한 개인적·국제적·국가적 노력을 조사할 수 있다 M (마) 기하 입체도형의 성질
③ 입체도형의 겉넓이와 부피를 구할 수 있다
다. 학습내용 선정 및 조직
창의적 솔라보트 만들기를 중심으로 배의 특성(부양성, 적재성, 이동성)을 이해하고 주어진 재료를 최대한 활용하여 나만의 솔라보트 설계 및 제작, 성능시험 평가를 STEAM 프로그램 학습내용으로 선정 및 조직하였다. 선정된 주제를 중학생들에게 적 합한 교육 내용 요소를 중심으로 학생들이 흥미를 갖고 다양한 문제를 해결해 나가는 과정을 체득할 수 있도록 [그림 2]와 같이 STEAM 프로젝트 중심 학습의 총 5차시 프 로그램 요약도를 개발하였다.
[그림 2] 창의적 솔라보트 만들기 STEAM 프로그램 요약도
2. STEAM 프로그램 개발 결과
가. 수업과정안
개발된 수업과정안은 기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’단원에서 STEAM을 교육 하기 위하여 창의적 솔라보트 만들기 수업 내용을 담고 있다. 수업과정안 총 5차시로 구성이 되어 있으며 [그림 3]은 1, 2차시 수업과정안의 예시를 제시하였다.
[그림 3] 수업과정안 예시
나. 멀티미디어 수업자료
멀티미디어 수업자료는 교수-학습 과정에서 교사의 수업을 보조하는 자료로 선정하여 개발하였다. 개발된 멀티미디어 자료에는 동영상, 사진자료 등이 포함되어 있으며, 배의 특성 이해하기(1-2차시) 슬라이드 20장, 창의적 솔라보트 만들기(3-5차시) 슬라이드 30장, 등 PPT 자료를 [그림 4]와 같이 개발하였다.
[그림 4] 멀티미디어 수업자료 예시
다. 학습 활동지 개발
학습자가 교수-학습 과정에 따라 STEAM 프로그램을 참여하기 위하여 STEAM 활동 지, 창의적 솔라보트 제작 과정, STEAM 교육 프로젝트 학습 안내지, 평가 기준 등을 포 함한 활동지 자료를 개발하였다. 학습자는 수업 시간에 지참할 수 있도록 안내하였으며 [그림 5]는 개발된 활동지 예시이다.
[그림 5] 활동지 개발 예시
라. 활동지 답안 개발
교수-학습 과정에 따라서 수업이 진행이 되고 학습자에게는 학습 활동지가 제공이 된 다. 교사들은 교수-학습을 진행하기 위해서 [그림 6]와 같이 개발된 활동지 답안을 활용 할 수 있게 된다.
[그림 6] 활동지 답안 예시
3. STEAM 프로그램 검증
이 단계에서는 STEAM 프로그램을 전문가에게 타당도를 평가받았다.
가. 전문가 집단에 의한 STEAM 프로그램의 평가
STEAM 프로그램의 교육목적과 내용과의 타당성을 검증하고, 학습내용이 학습자 수 준에 맞게 개발되었는지를 판단하기 위해 <표 7>과 같이 전문가 집단를 구성하였다.
<표 7> STEAM 프로그램의 타당도 검증을 위한 전문가 집단 구성
구분 내용
전문가 집단 (N=9)
∙STEAM 교과(과학, 기술, 공학, 예술, 수학)연구회 교사 6명
∙STEAM 교육 관련 프로그램 개발 실적 연구자 2명
∙STEAM 교육 관련 프로그램 개발 논문 실적 연구자 1명
전문가들의 응답 문항을 “매우 그렇다”부터 “전혀 그렇지 않다”까지의 Likert 5점 척 도로 응답할 수 있도록 하였다. 이를 내용타당도(CVR)값을 계산하는 공식에 적용하여 분 석하였다. <표 8>와 같이 프로그램 전체에 대한 내용 타당도 결과를 보면 타당도의 평균 값이 4.11∼4.77의 범위 내에 있는 것으로 나타나, 프로그램의 전반적이 내용에 대해 모 두 타당한 요소로 인식하고 있음을 알 수 있다.
<표 8> 전문가 내용타당도 검증 결과
구분 평가내용 평가문항 평균 CVR
STEAM
교육 목적 융합인재양성 ∙융합형 인재 양성 목적에 부합하는가? 4.44 1.00
STEAM 교육 개념
학생흥미증진 ∙학생의 과학기술에 대한 흥미를 높이도록
설계되었는가? 4.77 1.00
실생활 연계 ∙실생활속의 과학기술과 연관된 주제인가? 4.33 0.77 융합적
사고력 배양
∙학생의 융합적 사고력을 배양하도록
프로그램이 설계되었는가? 4.44 1.00
STEAM 교육 활동 준거
상 황 제 시
상황제시 ∙전체 프로그램을 아우리는 상황을 제시
하였는가? 4.44 1.00
자연스러운 융합
∙과학과, 수학, 기술, 공학, 예술 교과가
자연스럽게 융합되도록 설계되었는가? 4.66 1.00
창 의 적 설 계
학생중심
∙교사 중심에서 벗어나 학생이 주도적 으로 참여하는 학생 중심으로 프로그램이
설계되었는가? 4.22 1.00
아이디어 발현 ∙프로그램에 학생이 자신의 아이디어와
발상을 반영할 수 있도록 설계 되었는가? 4.44 0.77 자기 문제화 ∙학습자가 학습 주제를 자기 문제로 인식
하도록 수업이 구성되었는가? 4.11 0.77 학습 방법 ∙개념을 교사가 직접 설명하지 않고 활동을
통해 수업이 구성되었는가? 4.22 0.77 과정, 활동
중심
∙결과보다 과정이, 지식보다는 활동이
강조되었는가? 4.66 1.00
다양한 산출물 ∙프로그램의 결과물이 모둠별 또는 개인
별로 다르게 산출되도록 설계되었는가? 4.55 1.00 협력 학습 ∙동료, 교사, 다양한 도구와의 협력 학습이
이루어 질 수 있도록 설계되었는가? 4.33 0.77 감
성 적 체 험
Hands-On ∙학생들이 직접적인 체험(hands-on)을 통
하여 열정을 가지고 참여할 수 있도록 하는가? 4.66 1.00 성공의 경험 ∙학습자가 성공을 경험하도록 설계되었는가? 4.77 1.00
새로운 도전요소
∙연계된 활동에 새로운 도전을 하도록
설계되었는가? 4.44 0.77
자기 평가 ∙학습자가 스스로 활동을 평가할 수 있는
기회를 제공하였는가? 4.66 1.00
각 평가 요소별로 산출한 내용 타당도 비율을 살펴보면 .77∼1.00의 범위에 분포되어 있음을 알 수 있다. Lawshe(1975)의 연구에 의하면 사례수가 9일 경우 유의도 .05 수준에 서 내용 타당도 확보를 위한 CVR 최소값은 .75이다. 따라서 이 연구에서 개발한 프로그 램의 교육목적, 교육개념, 교육활동준거에 대하여 내용 타당도가 확보되었다.
4. STEAM 프로그램 현장적용 결과
시범운영 전에 수업자와 프로그램 개발 취지, 프로그램 내용, 프로그램 운영 방법, 결 과보고서 작성 등에 대해 충분히 협의한 후 STEAM 프로그램을 적용하였다.
시범운영은 2012년도 제4차 청소년 창의기술인재 아카데미에서 중학교 3학년 총 57명 을 대상으로 STEAM 수업을 실시하였다. 학생들은 학생용 워크북을 활용하였으며, 수업 은 멀티미디어 수업자료를 이용하여 프로젝트중심의 수업을 진행하였다.
프로그램 학생활동 사진은 창의적 솔라보트 제작 및 성능 평가장면으로 [그림 7]과 같다.
[그림 7] 프로그램 운영 활동 사진
5. STEAM 프로그램 평가
이 단계에서는 개발된 STEAM 프로그램을 학습자와 수업자에게 평가를 받고 프로그 램을 수정하고 보완하였다.
가. 학습자에 의한 평가
수업을 마친 후 학습자용 검사지를 통하여 평가를 실시하였으며 각 문항에 대한 평가 결과는 <표 9>와 같다. 검사지는 리커트 5점 척도로 제작되었으며, 매우그렇다(5점), 그 렇다(4점), 보통이다(3점), 그렇지않다(2점), 전혀그렇지않다(1점)로 구분되었다.
<표 9> 기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’ STEAM 프로그램의 학습자 평가(N=57)
번호 평가항목 M
(5점만점) SD 1 개발된 수업자료는 에너지와 수송 STEAM 실습에 적합하다. 4.14 0.69 2 수업시간이 충분하여 과제 수행에 어려움이 없었다. 3.54 1.00 3 개발된 수업자료는 학습내용의 이해를 돕기 위해 적절하다. 3.98 0.64
4 조선해양 분야의 솔라보트 원리와 과정을 이해하는데
도움이 되었다. 4.01 0.71
5 조선해양 분야의 솔라보트 만들기를 통하여 STEAM에
대하여 이해하기 쉬웠다. 3.84 0.70
6 실습이 이론보다 이해하기 쉽고 재미 있었다. 4.33 0.66 7 조선해양 분야의 솔라보트를 제작하면서 흥미와 재미
가 있었다. 4.22 0.68
8 수업자료를 만드는데 흥미가 있어서 자발적으로 참여하였다. 4.28 0.64 9 제작된 자료는 정상적으로 작동하여 만족스럽다. 3.78 1.08 10 평가 방법과 내용이 공정하게 이루어져 만족스럽다. 4.10 0.72
<표 9>와 같이 STEAM 프로그램의 학습자 평가 결과를 보면, 전체 문항의 평균이 5점 만점중 4.00점으로 프로그램에 대해 만족도가 높음을 알 수 있었다. 모든 문항의 평균이 3.54점 이상으로 실습에 적합성, 과제수행, 이해도, 흥미, 재미, 수업참여도, 만족도, 교육 적 도움, 흥미, 운영시간 등 대체로 만족하였음을 알 수 있다. 학습자가 수업 시간안에 과 제수행의 어려움이 낮게 나타나 중학생의 수행능력을 고려한 적절한 시간 안배가 제공이 되어야 하겠다. 또한, 프로그램과 관련하여 학습자가 개방형 문항에 대한 응답 결과는 다 음 <표 10>와 같다.
<표 10> 프로그램 평가 질문지 개방형 문항 분석 결과(괄호 안 숫자는 중복응답 학생 수)
질문 학생 의견
․STEAM 프로그램 추천여부 와 이유
․추천하고 싶다. (57)
- 창의적 솔라보트 직접 만드는 것이 재미있었다.(20) - 새로운 체험활동을 할 수 있어서 유익했다.(10) - 과학적 상상력, 창의력을 키울 수 있으며,
교육적 도움이 많이 되었다.(10)
․STEAM 프로그램에서 개선 되어야할 부분
․많은 시간을 통해 창의적 솔라보트를 제작해 보았으면 좋겠다.(5)
․교재의 내용을 이해하기 쉽게 만들면 좋겠다.(3)
․다양한 재료가 제공되었으면 좋겠다.(1)
․STEAM 프로그램에서 가장 좋았던 부분
․전기회로와 태양전지 원리에 대해 이해하게됨.(7)
․과학분야에 있어 탐구력을 키울 수 있음.(5)
․다양한 교과의 내용에 대해 관심을 함께 갖을 수 있는 기회였음.(5)
나. 수업자에 의한 평가
수업자는 STEAM 교육 관련 프로그램 개발 연구 실적이 있는 STEAM 전문가이다. 수 업과정안을 중심으로 멀티미디어 수업자료를 이용하여 수업을 진행하였다. 수업을 마친 후 수업자 의견 및 수업 소감 <표 11>와 같다. STEAM 프로그램의 수업자 평가 결과를 보면, 개발된 STEAM 프로그램을 수업자는 매우 효과적으로 평가하였다. 하지만 프로그 램 운영 측면에서 프로그램 운영시간 확보와 주위의 도움과 의지가 필요함을 나타내었다.
차시 수업자 의견 수업 소감
1 ~ 2
․중학생의 흥미를 갖고 접근할 수 있는 프로그램이어서 좋았음.
․학생들이 이해력을 높일 수 있는 과정 으로 배의 특성을 과학적 원리로 알기 쉽게 접근할 수 있어서 좋았음.
․학생들의 호기심과 집중력을 높일 수 있는 프로그램 있었으며, 배의 특성을 토 대로 창의적 배만들기를 해봄으로써 학생 들이 과학적 상상력과 함께 내면화시킬 수 있는 기회가 되어 좋았음.
3 ~ 5
․학생들의 문제를 해결하고 설계할 수 있어 창의력 신장에 도움을 줌.
․창의적 솔라보트 만드는 시간이 조금 부족함.
․학생들의 모둠별 협동학습의 효과가 있어서 좋았음.
․학생들이 STEAM 프로그램을 쉽게 접근 할 수 있어 재미있는 수업이었음. 또한 자신의 솔라보트를 직접 성능평가 하면서 즐거워 하는 모습이 좋았음.
․학생 스스로 만든 솔라보트로 자신감과 성취감을 가질 수 있었음.
․교육 환경이 좀 더 좋았으면 하는 바램.
<표 11> 수업자 의견 및 수업 소감
다. 개선
학습자의 수업만족도와 수업자의 평가에서는 개발된 수업자료에서 발견된 문제점에 대해 수정, 보완하였다. 설문지를 통해 수집된 결과를 분석하고 전문가의 조언을 받아 수 업자료에 대한 수정 보완함으로서 보다 완성도를 높였다. <표 12>는 학습자의 수업만족 도와 수업자의 평가에 따른 개선 사항이다.
차시 개선사항
1 ~ 2
다양한 과학적 원리르 이용한 배 만들기와 관련한 내용을 추가내용 포함.
학생들이 배의 특성을 배우는 과정에서 채워넣기 빈칸이 많아 학생들이 어려움을 겪은 부분에 대해 수정, 보완.
3 ~ 5
STEAM 내용을 추가하여 1~2차시 받은 수업내용을 연결하여 수업을 받도록 구성.
STEAM 교육을 위하여 창의적 솔라보토 제작 시간이 부족하다는 의견을 반영하여 현장수업에서 불필요한 학습내용 시간을 줄일 수 있도록 내용 수정, 보완.
창의적 솔라보트 제작 과정에서 학생들의 제작 어려움에 도움을 줄 수 있도록 학습활동지 내용 보완.
조선해양 분야와 관련하여 학습자가 자유롭게 찾아볼 수 있는 박물관 또는 기관의 홈페이지 주소를 제공함으로써 자유롭게 찾아볼 수 있도록 내용을 추가함.
<표 12> 학습자의 수업만족도와 수업자의 평가에 따른 개선사항
Ⅴ. 결론 및 제언
1. 결론
이 연구의 목적은 기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’ 단원에서 활용할 STEAM 교 육의 바람직한 사례를 제공하는데 있다. 창의적 솔라보트 만들기를 통해 중학생들은 STEAM 교육 내용을 분명히 이해함은 물론 제작 과정과 제작 결과를 실시간으로 확 인할 수 있으며 다양한 형태로 적용하고 표현하는 기회를 갖게된다. 이러한 목적을 달성하기 위한 과정을 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
첫째, 기술․가정교과 ‘에너지와 수송기술’ 단원에서 활용할 STEAM 프로그램 개발 을 위한 절차 모형은 준비, 개발, 검증, 실행, 평가의 5단계로 제시하였다. 준비단계는 요구 분석, STEAM 프로그램 주제 선정, STEAM 프로그램 교육과정 분석, STEAM 프로그 램 학습내용 선정 및 조직으로 구성되어 있으며, 개발단계는 수업과정안, 멀티미디어 수업자료, 학습 활동지 개발, 활동지 답안 개발로 제시하였다. 검증단계는 전문가에 의한 타당도 검증을 실시하고, 실행단계는 중학생을 대상으로 개발된 프로그램을 현 장 실행하며, 평가단계는 학습자와 수업자의 평가를 받아 수정 및 보완한다.
둘째, STEAM 프로그램은 STEAM 프로그램 요약도, 수업과정안, 멀티미디어 수업자 료, 학습 활동지, 활동지 답안 등을 개발하였고, 전문가 검증을 통해 타당성을 확보한 후 수정, 보완하여 STEM 프로그램을 실제 수업에 적용하였다.
셋째, 개발된 STEAM 프로그램의 학습자 평가 결과를 보면, 전체 문항의 평균이 5 점 만점중 4.00점으로 프로그램에 대해 만족도가 높음을 알 수 있었다. 수업자 평가 결과도 개발된 STEAM 프로그램을 매우 효과적으로 평가하였다. 학습자와 수업자의 의견을 수렴하여 최종적으로 프로그램을 개선하고 완성하였다.
2. 제언
첫째, STEAM 활동으로 학생들이 확산적이고 창의적인 방법으로 학습한 과학적 원 리를 다양한 형태로 적용하고 표현하는 기회를 갖을 수 있는 기술․가정교과 ‘에너지 와 수송기술’단원에서 다양한 STEAM 프로그램 개발이 필요하다.
둘째, 학습자들에게 STEAM에 대한 개념 이해와 긍정적인 학습 태도를 위해서 선 행학습의 내용에 충분한 준비가 필요하다.
셋째, 학교 현장에 있는 교사들이 교수용 자료로 이용할 수 있도록 교육 프로그램 을 일반화하는 후속 연구가 지속적으로 진행되어야 할 것이다.
참 고 문 헌
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충남대학교 대학원 석사학위논문.
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Charleston, WV: West Virginia Department of Education.
*
◎ 논문접수: 2013. 2. 19 / 수정본 접수: 2013. 3. 14 / 게재확정: 2013. 3. 23
<Abstract>
The Development of STEAM Program with the Unit
‘Energy and Transportation Technology’
on the Subject of Technology․Home Economics
Kim, Ki Yeol * ․ Ham, Hyung In ** ․ Kim Ki Soo ***
The purpose of this research is to provide a desirable case of STEAM education utilizing ‘Energy and Transportation Technology’ unit on the subject of technology․
home economics. The middle school students learned with the integrated approach based on STEAM integrated education, and through production process they had the opportunity for application and expression in diverse forms. The results of this process to achieve the purpose are as follows.
First, as the procedural model to develop STEAM program utilizing ‘Energy and Transportation Technology’ unit on the subject of technology․home economics, the five stages: preparation, development, verification, practice, and evaluation, were presented. The preparation stage was composed of requirement analysis, the selection of program subject, and STEAM program curriculum analysis, the selection and organization of STEAM program lesson. The development stage was composed of the development of lesson plan, multimedia teaching materials, worksheet and worksheet answer key. In the verification stage, the verification of validity by experts was conducted, and in the practice stage, the developed program was applied to the middle school students in the educational field, and in the evaluation stage, based on the evaluations received from learners and teachers, it was revised and supplemented.
Second, the STEAM program was developed into the program summary map, lesson plan, multimedia teaching materials, worksheet and worksheet answer, etc., and after the validity was secured through experts’ verification, it was revised and supplemented and applied to actual classes.
Third, the results of the learners’ evaluation of the developed STEAM program showed that the degree of satisfaction with the program was high with the average score of the entire questions being 4.00 on a five-point scale. As the teachers also evaluated the developed STEAM program as very effective, the opinions of learners and teachers were collected and the program was finally improved and completed.
Key words : Energy and Transportation Technology, STEAM program
* Chosun University Middle School
** Gwangju Mujin Middle School
*** Correspondence:Chungnam National University
