한국초등과학교육학회지:초등과학교육 (Journal of Korean Elementary Science Education)

  • 제42권4호
  • /
  • Pages.605-617
  • /
  • 2023
  • /
  • 1598-3099(pISSN)
  • /
  • 2733-8436(eISSN)
한국초등과학교육학회 (The Korean Elementary Science Education Society)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

공학적 설계 과정을 강조한 초등용 STEAM 프로그램의 효과

Effect of Elementary STEAM Program Emphasizing Engineering Design Process

  • 임희준 (경인교육대학교 과학교육과) ;
  • 허진석 (축석초등학교 ) ;
  • 유지연 (경인교육대학교 과학교육과 )
  • 투고 : 2023.10.16
  • 심사 : 2023.11.20
  • 발행 : 2023.11.30
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

본 연구에서는 공학적 설계 과정을 강조한 STEAM 프로그램을 개발·적용하여 초등학생들의 창의적 공학문제해결 성향 및 자기주도적 학습 능력에 미치는 영향을 조사하고 성별에 따른 차이를 비교·분석하였다. 경인지역 초등학교 4학년 학생 141명을 대상으로, 개발된 프로그램을 5차시에 걸쳐 진행하고 창의적 공학문제해결 성향과 자기주도적 학습 능력에 대한 사전·사후 검사를 실시하였으며 프로그램에 대한 만족도 및 인식 검사도 진행하였다. 연구 결과, 공학적 설계 과정을 강조한 STEAM 프로그램은 초등학생들의 창의적 공학문제해결 성향 및 자기주도적 학습 능력 향상에 효과적이었으며, 특히 여학생에게 효과적인 것으로 나타났다. 성별에 따른 변화의 차이 분석 결과, 창의적 공학문제해결 성향의 하위요인인 '소통 및 협업능력'을 제외한 모든 요인에서 여학생들의 유의미한 향상이 나타났다. 남학생의 경우, '공학설계', '소통 및 협업능력' 요인에 대해 유의미한 효과가 있었다. 프로그램에 대한 학생 만족도와 인식을 분석하고 이에 대한 교육적 함의를 논의하였다.

In this study, a STEAM program emphasizing the engineering design process was developed and applied to investigate its effects on the creative engineering problem-solving proficiency and self-directed learning ability of elementary school students. In addition, the study compared and analyzed differences according to gender. The program was conducted across five sessions targeting 141 students in the fourth grade in an elementary school in the Gyeongin area. The study measured the creative engineering problem-solving disposition and self-directed learning ability of the students before and after the STEAM program. It also administered satisfaction and perception tests. The result confirmed that the STEAM program that emphasizes the engineering design process is effective in improving the creative engineering problem-solving propensity and self-directed learning ability of elementary school students, particularly female ones. Analyzing differences in changes based on gender, the study pinpointed significant improvements among female students in all factors except for the subfactor communication and collaboration within tendencies toward creative engineering problem-solving. For male students, the study observed significant effects in the factors engineering design and communication and collaboration. Lastly, the study discussed the educational implications of the findings.

키워드

과제정보

이 논문은 2022년도 교육부 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행한 연구(D22100014)의 자료를 활용하였음.

참고문헌

  1. 강남화, 임성민, 변수용, 이준기, 이은경, 이나리, 서영석, 오기철(2018). 2017년 융합인재교육(STEAM) 사업 성과분석 연구.
  2. 강주원, 남윤경(2016). 융합인재교육(STEAM)을 위한 창의적 공학문제해결 성향 검사 도구 개발. 대한지구과학교육학회지, 9(3), 276-291. https://doi.org/10.15523/JKSESE.2016.9.3.276
  3. 강지연, 진석언(2019). 융합인재교육의 정책적 목표를 중심으로 한 STEAM 교육의 효과성에 관한 메타분석. 한국융합학회논문지, 10(12), 205-213. https://doi.org/10.15207/JKCS.2019.10.12.205
  4. 고창수, 박유나, 김주숙, 진성현, 조형미, 정승요(2016). 실천중심의 인성교육을 적용한 STEAM 프로그램이 초등학생의 STEAM 태도와 실천적 인성 함양에 미치는 영향. 초등교육연구, 29(1), 1-22.
  5. 교육과학기술부(2010a). 2011년 업무 보고. 교육부.
  6. 교육과학기술부(2010b). 제2차 과학기술인재 육성.지원계획('11~'15). 교육부.
  7. 교육부(2015). 과학과 교육과정. 교육부 고시 제2015-74호.
  8. 교육부(2020). 학습의 패러다임을 바꾸어 가는 융합교육종합계획(안) 2020년~2024년 [제2차융합교육(2020~2024)]. 서울, 교육부.
  9. 교육부(2022). 과학과 교육과정. 교육부 고시 제2022-33호.
  10. 김정환, 박용휘(2003). 초등학교 고학년용 자기주도능력 진단 척도의 타당화. 교육평가연구, 16(1), 183-199.
  11. 김진선(2004). 자기조절 학습전략 훈련이 자기 주도적 학습능력과 학업성취도 및 학습태도에 미치는 영향. 석사학위논문. 한국교원대학교 교육대학원.
  12. 남윤경, 이용섭, 김순식(2020). 과학-공학 융합 수업 준거틀 및 공학 설계 수준 제안. 대한지구과학교육학회지, 13(1), 121-133. https://doi.org/10.15523/JKSESE.2020.13.1.121
  13. 박현주, 김영민, 노석구, 이주연, 정진수, 최유현, 한혜숙, 백윤수(2012). STEAM 교육이 구성요소와 수업 설계를 위한 준거 틀의 개발. 학습자중심교과교육연구, 12(4), 533-557.
  14. 백윤수, 박현주, 김영민, 노석구, 이주연, 정진수, 최유현, 한혜숙, 최종현(2012). 융합인재(STEAM) 실행방향 정립을 위한 기초연구. 한국과학창의재단 연구과제 보고서.
  15. 송인섭(2006). 현장적용을 위한 자기주도학습. 서울: 학지사.
  16. 이동영, 남윤경(2018). 공학설계 측면에서 한국 STEAM 프로그램 분석틀 제안. 대한지구과학교육학회, 11(1), 63-77.
  17. 이민혜, 신다정, 봉미미(2018). 성별과 과학 관련 직업포부에 따른 초등학생 과학 학습동기와 성취도의 차이. 진로교육연구, 31(3), 1-20.
  18. 이석진, 김남숙, 이윤진, 이승진(2017). 융합인재교육(STEAM)의 창의성과 문제해결력 효과에 관한 메타분석: 연구방법 및 연구자를 중심으로. 한국과학교육학회지, 37(1), 87-101. https://doi.org/10.14697/JKASE.2017.37.1.0087
  19. 이수영(2011). 초등학생의 과학-수학 교과에 대한 인식과 경험이 과학기술분야 진로 선택에 미치는 영향 분석. 한국초등교육, 22(1), 99-117. https://doi.org/10.20972/KJEE.22.1.201104.99
  20. 이은주(2021). 성별과 남녀공학 학교환경에 따른 청소년의 사회적 의사소통 능력 프로파일 차이와 변화분석: 중학교 2학년에서 고등학교 1학년 종단연구. 한국언어청각임상학회, 26(2), 366-391.
  21. 이정민, 신영준(2014). 융합인재교육(STEAM) 수업에서 초등교사들이 겪는 어려움 분석. 초등과학교육, 33(3), 588-596.
  22. 이지윤, 심규철(2019). 문제중심 STEAM 프로그램이 고등학생의 과학 관련 태도와 STEAM 수업에 대한 인식에 미치는 효과. 생물교육, 47(1), 59-71. https://doi.org/10.15717/BIOEDU.2019.47.1.59
  23. 이진숙, 김은주(2019). 융합인재교육 실행의 문제점과 개선방안에 대한 초등교사의 인식. 초등교육연구, 32(3), 327-355.
  24. 임경선(2011). 중.고등학생들의 과학에 대한 학습 동기 분석: 자기 조절 학습에 영향을 미치는 동기유형 중심으로. 석사학위논문. 이화여자대학교 교육대학원.
  25. 임유나(2012). 통합 교육과정에 근거한 융합인재교육(STEAM)의 문제점과 개선 방향. 초등교육연구, 25(4), 53-80.
  26. 조경숙(2015). 공학설계활동과 팀 내, 팀 간 협력 기반 고등학생 공학 캠프 프로그램 운영 사례: 식물공장을 주제로. 공학교육연구, 18(3), 46-58. https://doi.org/10.18108/JEER.2015.18.3.46
  27. 최윤희(2021). 융합 인재 교육 경험을 가진 중등 과학 교사들의 공학적 설계에 대한 인식 탐색. 과학교육연구지, 45(3), 364-378. https://doi.org/10.21796/JSE.2021.45.3.364
  28. 한국과학창의재단(2022). 융합인재교육 STEAM 교수학습 준거. Retrieved from https://steam.kofac.re.kr/?page_id=34#
  29. Andrews, M., Patrick, A., & Borrego, M. (2021). Engineering students' attitudinal beliefs by gender and student division: a methodological comparison of changes over time. International Journal of STEM Education, 8(1), 1-13. https://doi.org/10.1186/s40594-020-00258-9
  30. Apedoe, X., Reynolds, B., Ellefson, M., & Schunn, C. (2008). Bringing engineering design into high school science classrooms: The heating/cooling unit. Journal of Science Education and Technology, 17, 454-465. https://doi.org/10.1007/s10956-008-9114-6
  31. Brophy, S., Klein, S., Portsmore, M., & Rogers, C. (2008). Advancing engineering education K-12 classroom. Journal of Engineering Education, 97(3), 369-387. https://doi.org/10.1002/j.2168-9830.2008.tb00985.x
  32. Corlu, M. S., Capraro, R. M., & Capraro, M. M. (2014). Introducing STEM education: Implications for educating our teachers in the age of innovation. Education and Science, 39(171), 74-85.
  33. Dugger, W. (2010). Evolution of STEM in the United States. In Technology Education Research Conference, Queensland.
  34. Goonatilake, R., & Bachnak, R. A. (2012). Promoting engineering education among high school and middle school students. Journal of STEM Education: Innovations and Research, 13(1), 15-21.
  35. Hasso Plattner Institute of Design at Stanford. (2021). An introduction to design thinking process guide. Retrieved from https://web.stanford.edu/~mshanks/MichaelShanks/files/509554.pdf
  36. Hjalmarson, M. A., & Lesh, R. A. (2008). Engineering and design research: Intersections for education research and design. Handbook of Design Research Methods in Education, 96-110.
  37. Moore, T. J., Glancy, A. W., Tank, K. M., Kersten, J. A., Smith, K. A., & Stohlmann, M. S. (2014). A framework for quality K-12 engineering education: Research and development. Journal of Pre-College Engineering Education Research (J-PEER), 4(1), 2. https://doi.org/10.7771/2157-9288.1069
  38. Morrison, J. (2006). A ttrib utes of STEMeducation: The student, the school, the classroom. TIES (Teaching Institute for Excellence in STEM), 20, 2-7.
  39. NASA. (2021). Engineering Design Process. Retrieved from https://www.nasa.gov/audience/foreducators/best/edp.html
  40. NGSS Leas States. (2013). Next generation science standards: For states, by states. Washington, DC: The National Academy Press.
  41. Organization for Economic Cooperation and Development [OECD]. (2018). The future of education and skills: Education 2030. OECD [Online]. Retrieved from http://www.oecd.org/education/2030-project/
  42. Roehrig, H. H., Moore, T. J., Wang, H. H., & Park, M. S. (2012). Is adding the E enough? Investigating the impact of K-12 engineering standards on the implementation of STEM integration. School Science and Mathematics, 112(1), 31-44. https://doi.org/10.1111/j.1949-8594.2011.00112.x
  43. Simpkins, S. D., Davis-Kean, P. E., & Eccles, J. S. (2006). Math and science motivation: A longitudinal examination of the links between choices and beliefs. Developmental Psychology, 42(1), 70-83. https://doi.org/10.1037/0012-1649.42.1.70
  44. Yakman G. (2010). What is the point of STEAM? A brief overview. steam: A framework for teaching across the disciplines. STEAM Education, 7, 1-9.
  45. Zhan, W. (2014). Research experience for undergraduate students and its impact on STEM education. Journal of STEM Education. 15(1), 32-38.