과학과 핵심역량 측정도구 개발 및 적용 가능성 탐색

Abstract

21세기에 접어들어 발생하는 새로운 과학문제를 해결하기 위해 과학적 소양을 갖춘 인재를 필요로 하며, 학교교육에서는 미래의 과학기술사회에서 요구되는 높은 수준의 창의성과 인성을 갖춘 인재양성을 목표로 한 교육과정이 시행되고 있다. 최근 고시된 2015 개정 교육과정은 창의·융합형 인재 양성의 국가·사회적 요구에 부응하여 미래 사회가 요구하는 ‘창의융합형 인재’가 갖추어야 할 핵심역량을 제시하였고, 과학교육에서는 학생들이 과학을 배움으로써 과학적 사고력, 과학적 탐구 능력, 과학적 문제 해결력, 과학적 의사소통 능력, 과학적 참여와 평생 학습 능력을 함양하는 것을 목표로 한다. 따라서 본 연구는 과학과 핵심역량의 하위항목과 조작적 정의를 도출함으로써 과학과 핵심역량을 측정할 수 있는 분석도구를 제안하고, 이의 적용 가능성에 대해서 알아보고자 한다. 이를 바탕으로 ‘2015 개정 교육과정에서 제시한 과학과 핵심역량의 하위항목과 조작적 정의는 무엇인가?’, ‘과학과 핵심역량의 하위항목이 STEAM교육 프로그램을 통해 측정될 수 있는가?’와 같은 연구 문제를 도출하였다. 본 연구를 위한 방법은 두 단계로 나뉘어 진행되었으며, 과학과 핵심역량의 측정을 가능하게 하는 측정도구를 개발하고, 이를 STEAM교육 프로그램에 적용하여 분석함으로써 적용 가능성을 확인하였다. 측정도구를 개발하기 위한 과정으로 우선 과학교육계의 전문가 10명에게 과학과 핵심역량 5가지에 대한 실제 현장에서의 예시를 통해 정의를 작성하도록 설문지를 요청하였다. 수집된 설문지를 정의와 사례로 나누어 코딩하고, 이와 함께 문헌연구를 비교함으로써 과학과 핵심역량의 하위항목을 1차적으로 구안하였다. 구안된 하위항목의 내용타당도와 신뢰성 구축을 위해 또 다른 과학교육계의 전문가 35명에게 각 핵심역량의 하위항목이 타당한지 체크하고 항목에 대한 추가의견을 작성하도록 리커트 척도 설문지를 2차로 요청하였다. 설문의 결과를 종합하여 연구원들 간의 교차점검을 통해 하위항목을 수정하고 이 때, 2015 개정 교육과정 연수자료 업데이트 센터에서 제시한 과학과 핵심역량의 하위항목과 비교하여 측정도구를 최종적으로 완성하였다. 개발된 측정도구의 적용 가능성을 확인하고자 한국과학창의재단의 기존에 개발된 STEAM교육 프로그램에 적용하여 측정가능한지를 살펴보았다. STEAM교육 프로그램은 본 연구자의 전공과 밀접한 주제의 기후변화와 물 부족을 선정하였으며 이는 각각 10차시로 구성되어 있다. 또한 고학년의 프로그램이 핵심역량의 반영정도가 높을 것이라고 판단하여 고등학생용을 선정하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 본 연구를 통해 개발된 과학과 핵심역량 측정도구의 하위항목은 (1) 과학적 사고력의 논리적 사고하기, 비판적 사고하기, 창의적 사고하기, (2) 과학적 탐구 능력의 기초 설정 및 탐구 설계하기, 기초탐구기능을 통한 자료 수집하기, 자료 분석 및 해석하기, 결론 도출 및 일반화하기, (3) 과학적 문제 해결력의 일상생활 속 과학적 문제 파악하기, 자료 선택 및 평가하기, 문제해결방안 제시하기, 실천방법 모색하기, (4) 과학적 의사소통 능력의 다양한 의사표현 방법 사용하기, 과학적 근거로 논증하기, 상대방의 의견 수용 및 조율하기, 다양한 매체 속 정보 이해하기, (5) 과학적 참여와 평생 학습 능력의 공동체 문제 이해하기, 사회적 이슈에 대해 이야기하기, 자기주도적이고 지속적으로 참여하기, 새로운 과학기술에 적응하고 활용하기로 구성된다. 둘째, 개발된 과학과 핵심역량 측정도구의 적용가능성을 알아보고자 STEAM교육 프로그램에 적용하여 핵심역량이 측정 가능한지를 확인하였다. 기후변화 프로그램을 분석한 결과, 과학적 의사소통 능력(39%), 과학적 탐구 능력(21%), 과학적 사고력(19%), 과학적 참여와 평생 학습 능력(15%), 과학적 문제 해결력(6%) 순으로 반영됨을 확인하였으며, 물 부족 프로그램은 과학적 의사소통 능력(23%), 과학적 탐구 능력(23%), 과학적 사고력(20%), 과학적 참여와 평생 학습 능력(20%), 과학적 문제 해결력(14%) 순으로 반영됨을 확인할 수 있다. 본 연구를 통하여 다음과 같은 결론과 제언을 도출할 수 있다. 연구를 통해 과학과 핵심역량의 하위항목과 조작적 정의에 대한 타당성과 신뢰성을 구축하면서 측정도구의 구체적인 항목 및 정의의 개발 가능성을 볼 수 있었다. 또한, STEAM교육 프로그램에 과학과 핵심역량이 반영될 수 있음을 알 수 있으며, 프로그램의 주제와 수업구성에 따라 핵심역량이 다르게 편중됨을 확인하였다. 이와 같은 결론을 통해 개발된 핵심역량 측정도구가 과학 프로그램 및 STEAM교육 프로그램 개발 시 가이드라인으로 사용되어 학생들이 과학과 핵심역량을 함양하길 기대하는 바이며, 과학교육에서는 과학과 핵심역량이 함양된 STEAM프로그램을 개발·적용할 수 있도록 해야 할 것이다.|To solve new scientific problems occurring in the 21st century, the talent equipped with scientific knowledge is required. In school education, the curriculum is performed for the purpose of cultivating the talent equipped with the high-level of creativity required for the future science/technology society. The recently-notified 2015 revised curriculum suggested the core competencies for 'creativity convergence-type talent' required for the future society, to meet the national/social demand for cultivating creativity convergence-type talent, and also aimed to cultivate the scientific thinking ability, scientific inquiry ability, scientific problem-solving ability, scientific communication ability, and scientific participation, and lifelong learning ability by learning science. Therefore, this study aims to suggest the analysis tool to measure scientific core competencies, and also to understand its applicability, by drawing the sub-items and operational definition of scientific core competencies. Based on it, this study drew research questions like ‘What are the sub-items and operational definition of scientific core competencies in the 2015 revised curriculum?’, and ‘Could the sub-items of scientific core competencies be measured through STEAM educational program?’. The method for this study was divided into two stages. By developing the measurement tool to measure the scientific core competencies and then applying/analyzing it to STEAM educational program, its applicability was verified. In the process to develop the measurement tool, first, ten experts in science education were asked to fill out the questionnaire about the definition through the actual examples of five scientific core competencies. By coding the collected questionnaires in the division of definition and example and then comparing the literature research, the sub-items of scientific core competencies were initially developed. In order to establish the validity and reliability of the developed sub-items, another 35 experts in science education were asked to fill out the Likert-scale questionnaire like checking if the sub-items of each core competency would be valid and then writing additional opinions about items. Putting together the results of survey, the sub-items were modified through cross-check between researchers. At this time, comparing them with sub-items of scientific core competencies suggested by the training data update center of 2015 revised curriculum, the measurement tool was finally completed. In order to see the applicability of the developed measurement tool, it was applied to the STEAM educational program developed by The Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity. The STEAM educational program selected the climate change and water shortage as a theme that was closely related to the researcher's major, which was composed of ten sessions each. Also, judging that the core competencies would be highly reflected to the program for the upper grades, the one for high school students was selected. The results of this study are like below. First, the sub-items of scientific core competencies measurement tool developed by this study include (1) logical thinking, critical thinking, and creative thinking of scientific thinking ability, (2) setting up basis/designing inquiry, data collecting through basic inquiry function, analyzing/interpreting data, and drawing/generalizing conclusions of scientific inquiry ability, (3) understanding scientific problems in daily life, selecting/evaluating data, suggesting problem-solving measures, and seeking for practice methods of scientific problem-solving ability, (4) using diverse expression methods, demonstrating with scientific grounds, accepting/mediating others' opinions, and understanding information from diverse media of scientific communication ability, and (5) understanding communal problems, talking about social issues, self-directedly and continuously participating, and adapting to/utilizing new scientific technologies of scientific participation and lifelong learning ability. Second, in order to see the applicability of the developed scientific core competencies measurement tool, it was applied to STEAM educational program. In the results of analyzing the climate change program, it was reflected in the order of scientific communication ability(39%), scientific inquiry ability(21%), scientific thinking ability(19%), scientific participation and lifelong learning ability(15%), and scientific problem-solving ability(6%). In case of the water shortage program, it was reflected in the order of scientific communication ability(23%), scientific inquiry ability(23%), scientific thinking ability(20%), scientific participation and lifelong learning ability(20%), and scientific problem-solving ability(14%). This study could draw conclusions and suggestions like below. Establishing the validity and reliability of the sub-items and operational definition of scientific core competencies, the possibility to develop the concrete items and definition of measurement tool was shown. It also verified that the scientific core competencies could be reflected to STEAM educational program, and the core competencies were differently concentrated in accordance with the theme of program and lesson composition. The developed core competencies measurement tool is expected to be used as guidelines in case when developing science programs & STEAM educational programs for the cultivation of students' scientific core competencies. In the science education, STEAM programs including scientific core competencies should be developed/applied.