생명과학 Ⅰ의 ‘생태계와 상호작용’ 단원에서 SW를 활용한 STEM 프로그램의 개발 및 적용 효과 = Development and Application Effect of STEM Program Using SW in the 'Eco-System and Interaction'

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 생명과학Ⅰ ‘생태계와 상호작용’ 단원과 관련하여 포식-피식 시뮬레이션소프트웨어 프로그램을 활용한 STEM 프로그램을 개발한 후 이를 적용할 때, 학생들의생태계 평형 개념의 변화와 STEM 태도 및 창의공학적 문제해결 능력이 향상되는가를알아보는 데 목적이 있다. 연구 대상은 부산광역시 G고등학교 2학년 학생 104명으로선정하였으며, 이들을 실험집단과 비교집단으로 편성하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 외딴섬에 염소를 들여오면 어떤 변화가 생길지 묻는 질문에 학생들은 생태학적 관점, 경제적 관점, 인간 중심적 생태관 등 다양한 반응을 보였다. 학생들 중에는 판단 유보나 조건부 찬성의 반응도 나타내었는데, 이러한 반응은 개방적인 사고나 근거 기반 사고가 잠재되어 있었다. STEM 프로그램을 적용한 결과 비교반에 비해 실험반에서 생태계 평형 개념에 대한 이해, STEM 태도, 창의공학적 문제해결력이 유의미하게 상승하였다. 또한, 실험반 학생들이 생태계 평형에 영향을 주는 다양한 변인들을 생각해 내었고, 더 다양하고정교한 해결책을 제시하였다. 본 연구에서 STEM 프로그램을 적용했을 때 나타나는 긍정적인 효과를 고려할 때, '생명과학'의 다른 단원에서도 이러한 프로그램을 개발하여 적용할 필요성이 있다. 또한, 각 학교는 IT 기기를 충분히 확보하여 STEM 프로그램을 원만하게 적용할 수 있도록 할 필요가 있다. STEM 프로그램을 개발할 때 단순히 영역 간의융합이 아닌 문제해결을 중점으로 프로그램을 구성하여야 하고, STEM 수업 적용을 위해수업을 탄력적으로 운영할 필요가 있다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구의 필요성과 목적 1
• 2. 연구 문제 4
• 3. 연구의 제한점 5
• II. 이론적 배경 및 선행연구 6
• 1. STEM 및 STEAM 교육 6
• 가. STEM 교육의 정의 6
• 나. STEM 교육의 모형 6
• 다. STEAM 교육 8
• 라. 생명과학과 관련된 STEM 선행연구 및 생태계와 관련된 선행연구 11
• 마. SW를 활용한 수업과 관련된 선행연구 13
• III. 연구 방법 15
• 1. 연구 과정 15
• 2. 연구 대상 및 기간 16
• 3. 연구 설계 17
• 4. 검사 도구 18
• 가. 과학적 태도 능력 검사 도구 18
• 나. 과학적 창의공학 문제해결 능력 검사 도구 19
• 5. 자료 분석 20
• IV. 연구 결과 21
• 1. 개발한 STEM 프로그램의 내용과 특징 21
• 2. STEM 프로그램 적용 후 활동지 및 형성평가 분석 27
• 3. STEM 프로그램 적용 후 양적 분석 42
• 가. STEM 태도에 미치는 영향 42
• 나. STEM 태도 검사 항목별 분석 43
• 다. 창의공학 문제해결 능력에 미치는 영향 47
• 라. 창의공학 문제해결 능력 검사 항목별 분석 48
• V. 결론 및 제언
• 1. 결론 52
• 2. 제언 53
• 참고문헌 55
• 부록 59
• 부록 1. 과학적 창의공학 문제해결 능력 및 과학적 태도 능력 검사지 59
• 부록 2. STEM 수업 학생 활동지 64
• 부록 3. STEM 수업 학생 형성평가지 76
• 부록 4. 생태계 상호작용 STEM 프로그램 교사용 지도서 77
• Abstract 88