공학적 설계와 과학 탐구 과정 기반의 STEM 교육 프로그램 개발 및 적용 = Development and Implementation of Engineering Design and Scientific Inquiry-based STEM Education Program

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purposes of this study were to develop engineering design and scientific inquiry basedon STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) education program andinvestigate the effects of STEM on students’ attitude toward STEM. The subjects of the studywere 32 first-graders of Y middle school and 25 second-graders and 30 third-graders of Kmiddle school. One sample pre-post paired t-test was conducted on Student Attitude TowardSTEM (Mahoney, 2009) translated, modified and supplemented to measure the interest andattitude toward STEM. The results are as follows : First, engineering design and scientificinvestigation based on STEM education program was developed on the basis of literaturereviews and the results of survey. The program was composed of four major steps: Analysis,Design, Building, and Assessment. Second, the program was effective for middle schoolstudents’ improvement in cognition, ability, value, and commitment in every subject. Third,the program was effective, as well, for increase in students' attitude through engineeringdesign and scientific investigation based STEM education. This program can be utilized inschools to enhance students’ understanding on science and technology and interest onmathematics and science. This program will be used as a basis in fostering convergencetalents through education which cultivate integrated thinking based on science and technology,and problem–solving ability.

국문 초록 (Abstract)

이 연구의 목적은 공학적 설계와 과학 탐구 과정 기반의 STEM 교육 프로그램을 개발하고 적용하여 중학생의 STEM 영역에 대한 정의적 영역에 미치는 효과를 검증하는데 있다. 연구의 대상은 K시 소재의 Y 중학교 1학년 32명과 광역시 소재 K 중학교 2학년 25명, 3학년 30명으로 단일집단 사전ㆍ사후 대응 표본 t-검증을 실시하였다. 이 연구에서 사용된 검사 도구는 STEM에 대한 태도를 측정하기 위하여 Mahoney(2009)가 개발한 검사지를 번역하고 수정ㆍ보완하여 사용하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 공학적 설계와 과학탐구과정 기반의 STEM 교육 프로그램은 문헌조사와 초ㆍ중등 교사들의 STEM 교육에 대한 인식 조사를 바탕으로 개발되었다. 개발된 프로그램은 '문제이해(A) - 설계(D) - 제작(B) - 평가(A)'의 문제해결과정의 네 단계로 이루어지며, STEM 관련 개념을 적용하고 흥미와 실생활 연계를 강조하고 있다. 둘째, 과학, 기술, 공학, 수학 중에서 과학에 대한 인식, 가치(중요성), 능력(자신감), 흥미(관심) 등이 높게 나타났으며, 상대적으로 기술과 공학에 대한 인식이 낮게 나타났다. 공학적 설계와 과학탐구과정 기반의 STEM 교육 프로그램은 중학생의 STEM 교과별로 인식, 능력, 가치, 흥미 상승에 효과적이었으며, STEM에 대한 태도를 향상시키는데 효과적이었다. 개발된 프로그램은 학교현장에서 활용될 수 있을 것이며, STEM / STEAM 교육이 학생들의 과학과 기술에 대한 이해와 수학과 과학에 대한 흥미를 높이고, 과학기술 기반의 융합적 사고와 문제해결을 배양하는 교육에 기여할 수 있을 것이다.

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