예비 과학 교사들의 시스템 사고력의 향상을 위한 융합인재교육 프로그램의 개발 및 적용 = Development and Application of Systems Thinking-based STEAM Education Program to increase Pre-service Science Teachers’ Systems Thinking Skill

국문 초록 (Abstract)

이 연구의 목적은 시스템 사고력의 향상에 기여할 수 있는 융합인재교육 프로그램을 개발하고 예비 과학 교사들에게 적용하여 그 효과성을 검증하는 것이다. 이 연구의 대상은 사범대학 과학교육계열 학부생2-4학년 17명이며, 이들에게 개발된 프로그램을 적용하고 시스템 사고에 대한 효과를 분석하였다. 시스템사고 기반의 융합인재교육 프로그램의 효과를 검증하기 위해 프로그램의 투입 전·후 연구 참여에 동의하는 학생들에 대해 설문지를 투입하였다. 시스템 사고 검사에 대해서는 95%의 신뢰수준에서 단일집단 대응표본 t-검정을 실시하였고 시스템 사고 질적 검사는 5인의 예비 과학 교사를 선정하여 결과를 분석하였다. 이 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램은 기존의 프로그램에서 적용한 ‘Dynamic RC 비행기’의 내용을 바탕으로 시스템 사고 향상에 초점을 두고 수정·보완을 거쳐 개발하였다. 둘째, 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램은 예비 과학 교사들의 시스템사고 능력이 향상에 긍정적 영향을 미친 것으로 나타났다. 시스템 사고 양적 검사 결과에 따르면 시스템사고 하위 요인에서 95%의 신뢰수준에서 통계적으로 유의미한 차이를 확인할 수 있었다. 아울러 시스템 사고 질적 검사에서도 예비 교사들은 시스템의 순환을 인지하게 되고 특정한 시스템에서 발생하는 지속적인 상호작용을 이해하는 방향으로 향상되었다. 이 연구의 결과는 예비 교사들을 위한 교사 교육에 의미 있는 시사점을 제공하고 시스템 사고를 학교 현장에서 직접 실천하게 될 예비 교사들의 시스템 사고력을 향상 시키고 관련 영역에 대한 이해를 증진을 시키는 데 기여할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purposes of this study were to develop a system thinking-based STEAM education program for pre-service science teachers, and to investigate the effects of the programs on pre-service teachers’ thinking skills. Literature, related programs, and previous studies were reviewed to develop the program. A total of 17 pre-service teachers majoring in science education at university participated in this study. The pre-post t-test was conducted before and after applying to the program. Data was collected using causal maps, drawing analyses, word association, and system thinking instrument to investigate students’ students thinking skills. The results of this study were as follows. First, the system-based STEAM education program with the theme of ‘RC Airplane’ was developed to increase pre-service science teachers ‘system thinking skill. Second, the STEAM educational program indicated statistically significant effects on the students’ system thinking skills. In conclusion, the STEAM educational program developed in this study could affect students’ system thinking skills significantly and meaningfully. This study provide meaningful suggestions for pre-service teachers’ education and enhanced students’ systems thinking skills and perceptions within the STEM field.

참고문헌 (Reference)

1 김만희, "현대 과학교육의 동향과 시스템사고 패러다임의 비교 연구" 22 (22): 64-75, 2002

2 손태원, "학습조직과 시스템 사고의 이론적 배경" 16 (16): 109-131, 1995

3 문병찬, "초등학생들의 시스템사고 교수- 학습 효과" 한국시스템다이내믹스학회 13 (13): 81-99, 2012

4 한진아, "초등학생들의 생태계 학습에서 시스템 사고의 적용 유형 분석" 한국환경교육학회 26 (26): 253-267, 2013

5 송진여, "초등과학 수업에서 시스템사고 학습을 위한 교수-학습 프로그램 개발 및 적용" 대한지구과학교육학회 8 (8): 318-331, 2015

6 김도훈, "청소년의 시스템 사고 교육을 통한 창의성의 기반이 되는 사고의 확장 효과 분석" 한국시스템다이내믹스학회 7 (7): 51-65, 2006

7 이효녕, "지구계 주제 중심의 지구과학 모듈 개발 및 적용" 한국지구과학회 29 (29): 175-188, 2008

8 김윤지, "지구계 교육과 소재로서 순환에 대한 이해" 한국과학교육학회 29 (29): 851-962, 2009

9 정현도, "중학교 자유학기제에 적합한 과학 탐구 중심의 융합인재교육 프로그램 개발 및 적용" 경북대학교 대학원 2015

10 정현도, "중학교 자유학기제에 적합한 과학 탐구 중심의 융합인재교육 프로그램 개발 및 적용" 과학교육연구소 41 (41): 334-350, 2017

11 박병열, "중등 과학 영재학생들의 시스템 사고력 향상을 위한 융합인재교육 프로그램의 개발 및 적용" 한국영재학회 24 (24): 421-444, 2014

12 교육과학기술부, "제2차 과학기술인력 육성지원 기본계획" 교육과학기술부 2011

13 교육과학기술부, "융합인재교육의 활성화 방안 및 추진 현황" 교육과학기술부 2012

14 한국과학창의재단, "융합인재교육의 정책 소개"

15 문병찬, "예비초등교사들의 시스템사고 능력 및 특성에 대한 연구" 한국시스템다이내믹스학회 8 (8): 235-252, 2007

16 문병찬, "예비교사들의 탄소 순환에 대한 지구시스템의 관련개념과 시스템 사고의 적용" 한국지구과학회 25 (25): 684-696, 2004

17 박창근, "시스템학" 범양사 1997

18 오창희, "시스템학" 22 : 181-190, 1997

19 김동환, "시스템사고의적용에 관한 내면적 성찰:점진적 시스템사고의 모색" 정부학연구소 11 (11): 63-85, 2005

20 이승용, "시스템 이론의 이해와 의사유기체로서의 건축의 장소성 : 개방시스템으로서의 건축의 본질적 의미" 42 : 143-166, 2003

21 김상욱, "시스템 사고와 시나리오 플래닝" 충북대학교 출판부 2010

22 조규동, "시스템 사고에 기반한 STEAM 교육 프로그램이 기후변화 학습에 미치는 효과" 한국콘텐츠학회 17 (17): 113-123, 2017

23 장의선, "시스템 사고를 배경으로 한 지리적 사고의 재구성" 한국지리환경교육학회 15 (15): 77-92, 2007

24 임영구, "시스템 사고력 향상을 위한 글쓰기 교육 프로그램의 개발 및 효과 분석" 학습자중심교과교육학회 14 (14): 407-427, 2014

25 이현동, "시스템 사고가 고등학생의 과학 자기 효능감에 미치는 영향" 한국지구과학회 37 (37): 173-185, 2016

26 김형욱, "시스템 사고 기반 STEAM형 ESD 프로그램이 초등학생의 환경소양 및 시스템 사고 능력에 미치는 영향" 한국환경교육학회 30 (30): 85-102, 2017

27 조옥희, "시뮬레이션 교육이 간호대학생의 교육실재감, 시스템사고능력 및 문제해결 적극성에 미치는 효과" 한국가정간호학회 23 (23): 147-154, 2016

28 권용주, "생태계에 대한 생물교사의 시스템 사고 분석" 한국생물교육학회 39 (39): 529-543, 2011

29 한동균, "사회과 지속가능성교육을 위한 환경소양과 시스템사고의 관계 탐색" 한국사회과교육연구학회 54 (54): 65-83, 2015

30 강천덕, "물의 순환에 대한 고등학생들의 지구시스템 관련 개념과 시스템 사고의 분석" 과학교육연구소 32 (32): 61-72, 2008

31 김진경, "논술 능력신장을 위한 지도 방안 연구" 이화여자대학교 교육대학원 2006

32 김진수, "기술교육의 새로운 통합교육 방법인 STEM 교육의 탐색" 한국기술교육학회 7 (7): 1-29, 2007

33 한국교육과정평가원, "국가 교육과정의 연계성 강화 방안" 한국교육과정평가원 2013

34 이효녕, "과학탐구와 창의적 설계 기반의 STEM/STEAM 교육의 이해와 적용 : 융합인재교육의 현장 적용을 위한 I-STEAM 교육 프로그램" 북스힐 2012

35 교육과학기술부, "과학과 교육과정[별책 9]"

36 교육부, "과학과 교육과정. 제 2015-74호[별책 9]"

37 이효녕, "과학 영재 학생들의 사고양식에 따른 지구시스템에 대한 인지 특성" 과학교육연구소 33 (33): 12-30, 2009

38 이효녕, "과학 고등학교와 일반 고등학교 학생들을 대상으로 시스템 사고측정 도구의 타당도 검증 및 시스템 사고 비교" 한국과학교육학회 33 (33): 1237-1247, 2013

39 전재돈, "고등학생을 위한 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 개발 및 적용 효과" 한국과학교육학회 35 (35): 1007-1018, 2015

40 이효녕, "고등학생들의 시스템 사고 향상을 위한 교육프로그램 개발 및 적용 - 지구온난화를 중심으로 -" 한국지구과학회 32 (32): 784-797, 2011

41 이효녕, "고등학생들의 시스템 사고 측정을 위한 측정 도구 개발과 타당화" 한국과학교육학회 33 (33): 995-1006, 2013

42 교육인적자원부, "고등학교 교육과정 해설: 과학"

43 Senge, P. M., "The fifth discipline : The art & practice of the learning organization" Crown Business 2006

44 Senge, P. M., "The fifth discipline : Fieldbook" Broadway Business 1996

45 O'Connor, J., "The art of systems thinking: Essential skills for creativity and problem solving" Thorsons 1997

46 Davis A., "The Relationship between Systems Thinking and the New Ecological Paradigm" 33 : 575-586, 2016

47 Dori, Y. J., "Teaching biotechnology through case studies: Can we improve higher order thinking skills of nonscience majors?" 87 (87): 767-793, 2003

48 Ben-Zvi Assaraf, O., "System thinking skills at the elementary school level" 47 (47): 540-563, 2010

49 Kuenzi, J. J., "Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Education: Background, federal policy, and legislative action" Congressional Research Service 2008

50 Senge, P. M., "Schools that learn(Updated and Revised): A fifth discipline fieldbook for educators, parents, and everyone who cares about education" Doubleday 2012

51 문대영, "STEM 통합 접근의 사전 공학교육 프로그램 모형 개발" 한국공학교육학회 11 (11): 90-101, 2008

52 교육부, "STEAM으로 꿈과 끼를 키우다 : STEAM 교육 현황 및 정책방향" 교육부 2013

53 Mosothwane, M., "Pre-service teachers' conceptions of environmental education" 68 : 26-40, 2002

54 Organization for Economic Cooperation and Development[OECD], "PISA 2009 Results: What students know and can do, Vol. 1" OECD 2010

55 National Research Council[NRC], "Next generation science standards: For states, by states" National Academies Press 2013

56 Groves, K. S., "Linear and Nonlinear Thinking : A Multidimensional Model and Measure" 49 (49): 111-136, 2015

57 Forrester, J. W., "Industrial Dynamics" M.I.T. Press 1962

58 Bertalanffy. L., "General system theory. NY: George Braziller" 25 (25): 22-28, 1968

59 Ben-Zvi Assaraf, O., "Four case studies, six years later : Developing system thinking skills in junior high school and sustaining them over time" 47 (47): 1253-1280, 2010

60 Kali, Y., "Effect of knowledge integration activities on students' perception of the Earth's crust as a cyclic system" 40 (40): 545-556, 2003

61 Ben-Zvi Assaraf, O., "Development of system thinking skills in the context of earth system education" 47 (47): 540-563, 2005

62 Sweeney, L., "Bathtub dynamics: initial results of a systems thinking inventory" 16 (16): 249-286, 2000

63 Ben-Zvi Assaraf, O., "A study of junior high students' perceptions of the water cycle" 53 (53): 366-373, 2005