STEAM 수업 자료 개발 및 적용을 통한 중등 수학 영재의 창의성 변화 분석

Abstract

This study researches the actual applicable measure and its effect of STEAM Education by developing and applying STEAM class materials for Maths gifted persons in a middle school and analyzing a certain change of students' creativity in the process. Maths gifted person has high thinking abilities such as the excellent problem solving ability and the adaptability, the creativity with original, flexible and fluent thinking, and the Mathematical deduction and logic.(Kruteskii, 1976; NCTM, 1987). To improve these abilities, an effective teaching method is necessary, and STEAM Education has been raised as one of those measures. However, there are not many specific teaching methods or consistent class materials which can be utilized in the fields for this purpose, and there are not enough of verified studies for their efficacy. Therefore, in this study, it shall be examined that the creativity, which is one of those characteristics by Maths gifted person, is illuminated through what kind of change in this process by developing and applying STEAM class materials that focus on an unique theme in eight classes for Maths gifted persons in a middle school. To accomplish this purpose, the following study problems have been set. 1. How can STEAM class materials be developed? 2. What kind of change shall be in the creativity of gifted students in a middle school after applying developed STEAM class materials? 2-1. How the creativity of Maths gifted students in a middle school shall appear in the learning process of STEAM classes? 2-2. What kind of changes shall appear in sub-elements of creativity(Originality, Fluency, Elaboration, Flexibility)? To solve the study problem No.1, STEAM class materials were developed after reviewing a selection of common theme and a content structure through the bibliography research and the text analysis. To solve the study problem No. 2, the change of creativity and its change by each sub-element were analyzed by applying developed STEAM class materials to fifteen Maths gifted students in a middle school conducted through eight times, and collecting students' Activity Journal, PPT, Recycle Campaign UCC, and Recycled artworks and Collage test results conducted for pretest and post-test. The result of development in STEAM class materials is as the followings. Text books of Science, Technology & Economics, Art, Social Study, and Maths based on 2009 education courses were analyzed to develop class materials conducted for total eight times after selecting 'Recycle' as a common theme. The classes were conducted for an exploration of Environmental Movement and a measurement of waste in Korea with the sub theme of 'Why do we have to recycle?'; (1st class) a recycle method and an exploration of recycled artworks with that of 'What kind of recycled artworks are there?; (2nd class) a recycle campaign UCC production guide and a recycled artwork design with that of 'Let us go campaign on recycle'; (3~4 classes) a recycle campaign UCC presentation and a recycle artwork making with that of 'Waste becomes an Artwork!' and "Plans become Movement"(5~8 classes) From the result of the application of developed STEAM class materials, when the creativity by a student group of No. 1 from the first class to eighth class was examined, there was no change in a certain class but it showed a condition that the actual frequency and the frequency reference score of creativity were improved. When those sub-elements of creativity namely originality, fluency, elaboration and flexibility were analyzed, there was no difference in originality but it was verified that there was a clear improvement in fluency, elaboration and flexibility as long as the classes were in progress. Also, for pretest and post-test, as the creativity of students in post-test showed more improvement than that in pretest, a consistent result could be obtained. Although study objectives were few and there was a limitation by the point that results were obtained from the analysis by a group, it was verified that overall STEAM class materials developed in this study had helped the improvement in creativity of Maths gifted students in a middle school. Therefore, it can be found that class materials developed in this study have one unique theme different from the existing class materials and have consistent class materials for the field application; and are useful for the materials of gifted education to develop the illumination of creativity. Based on the result from this study, the following points are proposed. First, when sub-elements of students' creativity(originality, fluency, elaboration, flexibility) were analyzed through the efficiency analysis of STEAM class, there was no big change in creativity. Considering that study objects were gifted students, it is fairly a matter to consider the fact that there was scarcely a change in creativity. It is necessary to develop new open & less structured questions to demonstrate more creativity among those sub-elements of creativity. Second, developed STEAM classes proceeded with the interconnection in all eight classes focused on an unique theme. So that it is necessary not only to integrate Mathematics, Science, Art, Technology & Economy with STEAM but also to engraft it to other fields. Third, making collages were used for the pretest and post-test of collage tests, and it is possible to get improved scores as more skill in the post-test was shown than that in the pretest. In this study, improvement of creativity is verified by collage tests but to increase reliability of the further study, it is helpful to conduct creativity test using various evaluation tools.;본 연구는 중등 수학 영재를 대상으로 한 STEAM 수업 자료를 개발하고 이를 적용하여 그 과정에서 학생들의 창의성에 어떠한 변화가 있는지를 분석함으로써 STEAM 교육의 실질적 적용방안과 효과를 탐색해 보는 연구이다. 수학 영재는 뛰어난 문제해결력과 적응력, 독창적이고 유연하며 유창한 사고가 가능한 창의성, 수학적 추론과 논리력 등과 같은 고등사고능력을 지니고 있다(Kruteskii, 1976; NCTM, 1987). 이러한 능력을 향상시키기 위한 효과적인 교수 학습 방법이 필요하며 그 방안 중 하나로 STEAM 교육이 대두되고 있다. 그러나 이를 위한 구체적인 교수학습 방법이나 현장에서 활용 가능한 연속성 있는 수업 자료가 많지 않고 이의 효과를 검증한 연구도 아직은 충분하지 않다. 따라서 본 연구에서는 중등 수학 영재를 대상으로 주제를 중심으로 한 STEAM 수업 자료를 8차시로 개발하고 적용하여 이 과정에서 수학 영재의 특성 중의 하나인 창의성이 어떠한 변화를 거쳐 계발되는지 살펴보고자 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다. 1. STEAM 수업 자료는 어떻게 개발될 수 있는가? 2. 개발된 STEAM 수업 자료 적용 후 중등 영재 학생들의 창의성에는 어떠한 변화가 있는가? 2-1. STEAM 수업 학습과정에서 중등 수학 영재 학생들의 창의성은 어떻게 나타나는가? 2-2. 창의성의 하위요소(독창성, 유창성, 정교성, 유연성)에는 어떠한 변화가 나타나는가? 연구 문제 1을 해결하기 위하여 문헌 연구와 교과서 분석을 통한 공통주제 선정 및 내용 구성을 하고 STEAM 수업 자료를 개발 후 전문가 검토하여 수정하였다. 연구 문제 2를 해결하기 위하여서는 개발된 STEAM 수업 자료를 중등 수학 영재 15명에게 8차시에 걸쳐 적용한 후 학생들의 활동지, 시각자료(ppt), 재활용 캠페인 UCC, 재활용 작품 등과 수업 전·후에 실시한 콜라주 검사결과를 수집하여 창의성의 변화와 그 하위요소별 변화를 분석하였다. STEAM 수업 자료의 개발 결과는 다음과 같다. 2009 교육과정을 기반으로 한 과학(S), 기술·가정(T, E), 미술(A), 사회(A), 수학(M) 교과서를 분석하여 공통주제로 ‘재활용’을 선정한 후 총 8차시의 수업 자료를 개발하였다: ‘우리는 왜 재활용을 해야 하는가’라는 소주제로 환경 운동의 탐색 및 한국의 쓰레기의 양을 측정하고(1차시), ‘재활용 작품은 어떤 것들이 있는가? 라는 소주제로 재활용 방법 및 재활용 작품을 탐색하고(2차시), ‘재활용 캠페인을 하자’라는 소주제로 재활용 캠페인 UCC 제작과 재활용 작품도안 설계하고(3~4차시), ‘쓰레기가 작품으로! 계획이 실천으로!’라는 소주제로 재활용 작품을 만든다(5~8차시). 개발된 STEAM 수업 자료를 적용한 결과 1차시부터 8차시까지 모둠 1의 학생들의 창의성을 보았을 때 변화가 없는 경우도 있었으나 전체적으로 창의성의 발현빈도와 빈도대비 점수가 향상되는 양상을 보였다. 창의성의 하위요소인 독창성, 유창성, 정교성, 유연성 별로 분석하였을 때 독창성은 큰 차이가 없었으나 유창성,정교성과 유연성은 수업이 진행됨에 따라 뚜렷이 향상됨을 알 수 있었다. 또한 사전․사후 검사에서도 학생들의 창의성이 사전보다 사후에 더 향상되는 것으로 일관된 결과를 얻을 수 있었다. 비록 연구 대상자가 소수이며 모둠별로 분석한 결과라는 점에서 한계가 있었지만 전반적으로 본 연구에서 개발된 STEAM 수업 자료가 중등 수학 영재 학생들의 창의성 향상에 도움이 되었음을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 개발된 수업 자료는 기존의 수업 자료와 달리 하나의 주제를 가지고 연속성을 띤 현장 적용 가능한 수업 자료로써 창의성 계발을 위한 영재교육의 자료로 유용함을 알 수 있다. 본 연구결과에 기초하여 다음 사항을 제언하고자 한다. 첫째, STEAM 수업 효과분석으로 학생들 창의성의 하위요소(독창성, 유창성, 정교성, 유연성)를 분석하였을 때 독창성은 큰 변화가 없었다. 연구대상이 영재 학생이라는 것을 고려하였을 때 독창성의 변화가 거의 없다는 것은 생각해볼 만한 문제이다. 창의성의 하위요소 중에서 독창성이 좀 더 발휘될 수 있도록 개방적이고 덜 구조화된 새로운 문항 개발이 필요하다. 둘째, 개발된 STEAM 수업은 주제를 중심으로 8차시가 연계성 있게 진행되었다. 이는 수학, 과학, 사회, 미술, 기술․가정 교과의 융합뿐 아니라 다른 분야에서도 접목해볼 필요가 있다. 셋째, 사전·사후에 실시한 콜라주검사는 만들기 작업으로 사전보다는 사후에 향상되는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 창의성의 변화를 콜라주 검사로 시행하였으나, 후속 연구에서는 다양한 도구를 활용하여 창의성 검사를 실시한다면 연구결과의 신뢰도를 높이는데 도움이 될 것이다.