Earticle

본 연구는 융합(STEM)교육의 핵심인 공학 설계를 기반으로 과학 수업에서 공학을 의미있고 쉽게 융함하 여 수업을 설계할 수 있도록 수업 준거틀을 제안 한 것이다. 본 연구에서 개발된 과학·공학 융합 수업 준거 틀은 과학과 공학 융합 교육에 대한 국내외 이론적, 실 제적 선행 연구 분석과 전문가 토의, 그리고 현장교사 들의 피드백에 근거하여 개발되었다. 과학·공학 융합 수업 준거틀은 과학 수업에서 공학 설계를 주요 교수 법 및 문제해결 방법으로 사용하며, 선행 연구에서 제 시된 공학 융합 수업의 핵심요소와 학년군별 성취수준 을 고려하여 공학 설계에 대한 이해가 부족한 현장 교 사들이 쉽게 공학 설계를 과학 수업에 도입할 수 있는 방법을 제공한다. 또한 본 연구에서 개발된 과학·공학 융합 수업 준거틀은 복잡하게 제시된 한국 STEAM 교 육 준거틀의 단점을 보완하여 현장교사뿐 아니라 예비 교사들이 쉽게 공학적 설계와 문제해결과정에 대해 이 해하고 이를 적용하여 과학 융합 수업을 설계하는데 구체적인 지침을 제공할 수 있다.

This study proposes a lesson design framework to design a science and engineering integrated lesson in a meaningful and easy way based on engineering design, which is the core feature of STEM education. The science and engineering integrated lesson design framework is developed based on the analysis of domestic and foreign theoretical and practical research papers and expert discussion on science and engineering integrated education as well as the feedbacks from science teachers. The science and engineering integrated lesson design framework uses engineering design as the main pedagogical method. The framework includes the core elements of the engineering integrated lesson suggested in previous studies and the achievement level of each grade group suggested in NGSS and provides a way for teachers to easily introduce engineering design into science classes. In addition, the framework developed in this study complements the shortcomings of the complicated Korean STEAM education framework. It can also provide specific guidance to in-service teachers as well as pre-service teachers to easily understand and apply engineering design and problem solving processes to science and engineering integrated lessons.

본 연구의 목적은 포식-피식 시뮬레이션 소프트웨어 프로그램을 활용한 STEM 프로그램이 고등학생들의 생태계 평형 개념, STEM 태도 및 창의･공학적 문제해결 능력의 향상에 효과가 있는지를 알아보는 데 있다. 연구 대상은 G고등학교 학생 104명이었으며, 이 프로그램의 수업 적용에 따른 학생들의 생태계 평형 개념, STEM 태도 및 창의･공학적 문제해결성향의 효과는 t-test와 공변량 분석을 통해 알아보았다. 학생들이 작성한 활동지, 수업 촬영과 녹화 내용 등은 수업 적용의 질적 측면을 분석하기 위해 사용되었다. STEM 프로그램을 적용한 결과 비교반에 비해 실험반에서 생태계 평형 개념에 대한 이해, STEM 태도, 창의･공학적 문제해결력이 유의미하게 상승하였다. 또한, 실험반 학생들이 생태계 평형에 영향을 주는 다양한 변인들을 생각해 내었고, 더 다양하고 정교한 해결책을 제시하였다. 본 연구에서 STEM 프로그램을 적용했을 때 나타나는 긍정적인 효과를 고려할 때, ‘생명과학’의 다른 단원에서도 이러한 프로그램을 개발하여 적용할 필요성이 있다.

The purpose of this study was to investigate whether student's concept of ecological equilibrium, STEM attitude, and creative engineering problem-solving ability could be improved when the STEM program using a predation-prey simulation software program was applied in the 'Ecosystem and Interaction' section of the high school 'Life Science 1' subject. The subjects of the study were 104 G high school students, and the effects of the students’ ecological equilibrium concept, STEM attitude, and creative engineering problem-solving ability according to the application of this program were investigated through t-test and covariate analysis. Activity sheets written by students, filming and recording of classes, etc. were used to analyze the qualitative aspects of class application. As a result of applying the STEM program, the understanding of the concept of ecosystem equilibrium, STEM attitude, and creative engineering problem-solving ability increased significantly in the experimental group compared to the control group. In addition, the students in the experiment class came up with various variables that affect the ecosystem equilibrium and presented more diverse and sophisticated solutions. Considering the positive effects of applying STEM programs in this study, there is a need to develop and apply these programs in other sections of ‘Life Science’.