창의성 신장을 위한 발명교육 프로그램 개발 및 적용 = Development and Application of Invention Educational Program for Students' Creativity

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 초등학교 고학년 대상으로 창의성 신장을 위한 발명교육 프로그램 자료를 개발한 후, 이를 적용하였을 때 학생들의 발명에 대한 동기 및 창의성 향상에 미치는 효과를 분석하였다.
본 연구의 대상은 서울특별시 K교육청 발명교실에서 심화반을 수강하는 5학년 학생 20명이었으며, 참여한 학생들의 창의성 신장을 위해 새롭게 개발된 발명교육 프로그램을 2주 동안 총 5일에 걸쳐 적용하였다. 프로그램 적용의 사전, 사후에 학생들의 발명에 대한 동기 및 창의성의 변화는 정량적 통계 방법을 이용하여 분석하였고, 개발 프로그램에 대한 학생들의 인식은 정성적 분석 방법을 이용하였다. 또한 프로그램 종료 후, 8명의 학생을 선정하여 반 구조화된 면담을 일대일로 실시하여 1대의 녹음기로 녹음하였으며 이를 전사하여 본 연구의 발명 프로그램에 대한 학생들의 인식을 조사하였다.
본 연구를 위하여 통합적 접근의 STEM 발명교육 프로그램을 개발하였으며, 세부 프로그램은 ‘최상의 팀 구성하기’, ‘전문가 되어보기’, ‘창의적으로 문제 해결하기’, ‘아이디어 발표하기’ 4단계로 구성하였다. ‘최상의 팀 구성하기’에서는 프로젝트 팀을 구성하고, 친밀도와 협동심, 문제해결력을 높이기 위한 창의성 순발력 과제를 연습하고 마인드맵을 통해 자료를 정리하였다. ‘전문가 되어보기’에서는 학생들이 각자의 흥미 영역에 맞춰 과학, 발명, 공학, 디자인 전문가가 되어 주제에 대해 알아보고 프로젝트 주제를 결정하도록 개발하였다. ‘창의적으로 문제를 해결하기’에서는 학생들이 주도적으로 문제에 대한 탐구과정을 경험하게 되고 아이디어의 발산과 수렴을 통해 최상의 해결책을 찾고 발명품 모형과 발표할 보드를 만드는 활동으로 구성하였다. 끝으로 ‘아이디어 발표하기’ 단계에서는 개발한 발명품에 대한 내용을 효과적으로 전달하는 공연을 발표하고 평가도 함께 진행하였다.
본 연구의 결론은 다음과 같다.
첫째, 본 발명교육 프로그램은 학생들의 발명 학습 동기 향상에 유의미한 효과를 주는 것으로 나타났다.
이러한 결과는 창의적인 산출물을 고안하고 직접 만들어보는 활동을 통해 흥미와 호기심을 유발할 뿐만 아니라, ‘아이디어 발표하기’ 단계에서 이루어진 공연이 기존의 공작 위주의 발명 프로그램에서는 경험하지 못한 활동으로 발명에 대한 학생들의 호기심과 흥미를 높혀 발명 학습 동기 향상에 영향을 미친 것으로 해석된다.
또한 학생들은 공연을 관람하거나 공연을 하면서 발명 수업에 적극적으로 참여하게 되고 특히 팀원들과 함께 대본을 작성하는 활동을 통해서 발명품에 대한 이해와 자신감뿐 아니라 발명 활동에 대한 긍정적인 동기유발을 가져오게 된 것으로 생각된다.
둘째, 본 발명교육 프로그램이 학습자들의 창의성 신장에 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다. 창의성의 하위요소 중에서는 유창성, 독창성, 정교성 영역이 신장한 것으로 나타났다. 이는 본 프로그램 속에 브레인스토밍이나 SCAMPER와 같은 확산적 사고를 강조한 활동이 많았기 때문으로 생각된다. 특히, 본 프로그램에서 제시된 활동 중에서 ‘마인드맵을 활용하여 문제점을 발견해 보자!’는 자유롭게 떠오르는 생각을 제한 시간 내에 자유롭게 펼쳐보는 활동으로 유창성 향상에 긍정적인 영향을 미친 것으로 보인다. 또한, Treffinger의 창의적 문제해결 모형을 적용한 ‘창의적으로 문제 해결하기’ 단계에서 ‘문제 해결 방안 탐색’, ‘모델 만들고 아이디어 개선’ 단계를 통해 학습자들이 모둠에서 개발한 발명품을 팀원들과 토의를 통해 개선해 나가는 과정에서 독창성과 정교성 신장에 긍정적인 효과를 가져왔다고 볼 수 있다.
셋째, 본 연구에서 적용한 발명 프로그램에 대한 학생들의 인식을 조사한 결과, 가장 흥미 있는 활동으로는 공연 활동이 주를 이룬 ‘아이디어 발표하기’였으며, 학습에 도움이 된 활동은 ‘전문가 되어보기’와 ‘창의적 문제 해결하기’가 공동으로 가장 많은 학생이 응답하였다. 이는 학생들 스스로 ‘전문가 되어보기’를 통해 다양한 정보를 심도 있게 수집하고 공유하는 활동에 대해 학습 효과의 의미를 두는 것이며, 또한 공연 활동을 통해 발명에 대한 흥미를 키워 STEM 기반 발명 프로그램이 학습과 흥미 측면에 골고루 효과를 가진 것으로 생각할 수 있다. 본 프로그램은 학생들에게 흥미뿐만 아니라 학습 측면에서 효과가 있으며, 아울러 창의적 발명 활동은 개인적 활동보다는 모둠 활동을 통해 사회적 상호작용을 강조하는 경우, 학생들에게 더 효과적인 것임을 알 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to develop the invention education program for elementary students and to examine its effectiveness on the improvement of their motivation and creativity about students' inventive learning..
The subjects of this study were 20 students who participated in the invention class of K office of education located in Seoul, and the developed invention education program was adapted to students for 5 days in 2 weeks.
In order to identify changes in creativity and motivation on students' invention before and after this study, Creativity Test and questionnaires were used for quantitative analysis, and qualitative methodology was also used in analysis of the perceptions on this program.
For doing this, all the learning processes of eight students were analyzed through audio and video recording. After the program was completed, semi-structured interviews of eight students selected as the intensive observation group were recorded and used for investigating the characteristics of this program by perceptions of the students.
The STEM-based invention education program consisted of "Constructing the best team," "Becoming an expert", "Solving problems creatively",and "Presenting ideas". In "Constructing the best team", the students constructed project-teams for project to solve assignments within limited time in order to enhance intimacy, cooperation, and problem solving ability. In "Becoming an expert", they became experts of Science, Engineering, history, invention, management, and Design to investigate subjects and to organize what they investigated on the boards. In "Solving problems creatively", the students sought for the best solution on a problem via inquiry and expression of ideas and made a model for solving the problems to improve. In"Presentingideas", they made a stage performance on the basis of the contents of their invention to show the whole process of the project and evaluated the results.
The results of this study are as follows.
First, STEM-based invention education program had significant effect on improvement of the students’ learning motive. This result shows that designing and making creative output generates interest and curiosity. Moreover, the performance they had during the "presenting ideas" stage also had an impact on their invention motivation improvement as it was something that they could not experience in the existing invention program. In addition, the students actively participated in the invention class as they watch and do performance. Especially, it seems that the team performance script writing activity also brought positive motivation to invention activity as it gave them an understanding on the invention and confidence. Second, STEM-based invention education program had significant effect on the improvement of the students’creativity. Among the sub-categories of creativity, the improvement was shown in the areas of fluency, originality, and fineness. This is considered as an effect of the activities that emphasized divergent thinking such as brainstorming or SCAMPER which are the part of STEM-based program. Among the activities this program suggested, "Let’s find out problems using mind map" is an activity that allows the students to express whatever comes to their mind within the time limit which seems to had a positive impact on fluency improvement. In addition, there were stages of "finding how to solve problems" and "make a model and improve idea" in the stage of "solving problems creatively" that adapted Treffinger’s creative problem solving model. These two stages had positive impact on the improvement of originality and fineness while the students improved their team invention through discussions. Third, according to the result of the students’ recognition on the invention program that this study adapted, they recognized "Presenting ideas" activity was the most interesting one which majorly consists of performing activities. Most of the students recognized that "Becoming an expert" and "Solving problems creatively" as the most beneficial program in learning. This shows that the students consider "Becoming an expert"stage has meaningful learning effect as they collect and share variety of information through the stage. Moreover, it also can be considered that STEM-based invention education program had effects on both learning and interest as it improves the students’ interests in invention through various performing activities.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성과 목적 1
• 2. 연구 문제 3
• 3. 용어의 정의 4
• 4. 연구의 제한점 5
• Ⅱ. 이론적 배경 6
• 1. 발명교육과 창의성 6
• 가. 발명교육 6
• 나. 창의성 11
• 다. 발명과 창의성의 관계 22
• 2. 발명교육의 통합적 접근 24
• 가. 통합교육 24
• 나. STS 통합교육 29
• 다. MST 통합교육 31
• 라. STEM 통합교육 34
• 3. 선행연구의 고찰 38
• Ⅲ. 연구 방법 및 절차 41
• 1. 연구 대상 41
• 2. 연구 과정 및 기간 42
• 3. 자료 수집 및 분석 방법 43
• 가. 정량적 검사 도구 43
• 나. 정성적 검사 도구 46
• 4. STEM 발명교육 프로그램의 구성 48
• 가. STEM 발명교육 프로그램의 단계 58
• 나. STEM 발명교육 프로그램의 단계별 내용 50
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 53
• 1. STEM 발명교육 프로그램의 적용 53
• 가. '최상의 팀 구성하기' 단계 54
• 나. '전문가 되어보기' 단계 57
• 다. '창의적으로 문제 해결하기' 단계 62
• 라. '아이디어 발표하기' 단계 68
• 2. 발명 학습 동기 검사(IMMS) 결과 72
• 3. 발명교육 프로그램의 창의성 신장 효과 75
• 가. 창의성 신장에 미치는 효과 75
• 나. 창의성 하위 요소에 미치는 효과 76
• 4. 발명교육 프로그램에 대한 설문지 분석 81
• 가. 발명교육 프로그램의 <경험>에 관한 설문 결과 분석 81
• 나. 발명교육 프로그램의 <내용>에 관한 설문 결과 분석 85
• Ⅴ. 결론 및 제언 101
• 1. 결론 101
• 2. 제언 104
• 참고문헌 105
• ABSTRACT 112
• 부록 115
• [부록 1] 발명 학습 동기 검사지 115
• [부록 2] 사전 설문지 117
• [부록 3] 사후 설문지 119
• [부록 4] 일일 설문지 122
• [부록 5] 학생 인터뷰 문항 124