중학교 과학 수업에서 통합형 마인드맵을 활용한 창의적 사고력 강화 탐구 교수 전략

Abstract

본 연구에서는 창의적 융합 인재를 양성하려는 우리나라의 교육 정책에 맞추어, 학교 정규 과학 수업 시간에 활용할 수 있는 융합 인재 교육 지향 탐구 교수 전략인 ‘통합형 마인드맵을 활용한 창의적 사고력 강화 탐구 교수 전략’을 개발하고 적용하여 그 효과를 알아보고자 하였다. 특히 융합 인재 교육의 다양한 목표 중에서 인지적 측면에 초점을 맞추고 학교 교육을 통해 창의적 사고력과 탐구 사고력을 신장시키는 것을 목표로 하였으며 더불어 본 연구의 교수 전략의 활동들이 학생들의 흥미를 이끌고 동기를 유발하여 정의적 측면인 창의적 인성에도 긍정적인 영향을 미칠 것을 기대하였다. 이를 위하여 창의적 사고력 신장을 위한 교수 기법으로서 아이디어를 과학(S), 기술(T)&공학(E), 예술(A), 수학(M)의 다양한 측면으로 확산적으로 시각화하도록 유도하는 하는 통합형 마인드맵을 개발하여 발산적 사고와 수렴적 사고를 강조하였으며, 이를 개인 별, 모둠 별, 학급 공유의 형태로 확장․적용하였다. 그리고 탐구 사고력 신장을 위해 Lawson의 탐구 수업 모형을 기본으로 하고 개념 적용 단계에 STEAM 소재의 통합적 연계와 통합형 마인드맵 활동을 강조한 JCID 모형(J단계: 주제로의 도약 단계, C단계: 개념 도입 단계, I단계: STEAM 소재의 통합적 연계 단계, D단계: 통합형 마인드맵 활동 단계)을 고안하였다. 본 연구는 경기도 소재 중학교 2학년에 재학 중인 학생 101명(남학생 44명, 여학생 57명)을 대상으로, 2012년 8월부터 12월까지 한 학기 동안 정규 과학 교과 시간에 ‘빛과 파동’, ‘소화와 순환’, ‘태양계’, ‘호흡과 배설’의 네 개의 단원에 걸쳐 적용하였다. 49명의 실험반 학생들에게는 본 연구에서 개발한 통합형 마인드맵을 활용한 창의적 사고력 강화 탐구 교수 전략을 적용하였으며 52명의 통제반 학생들에게는 실험반과 동일한 교사가 교과서 중심의 수업을 실시하였다. 실험반이 통합형 마인드맵 활동을 하는 동안 통제반은 단원의 형성 평가를 진행하였다. 통합형 마인드맵 활동은 하나의 중단원 학습이 끝날 때마다 개인 별 그리고 모둠 별로 진행하였으며, 대단원 학습이 끝날 때마다 학급 공유 통합형 마인드맵 활동을 하였다. 따라서 한 학기 동안 3개의 대단원에 걸쳐 10개의 중단원 학습을 한 결과 개인 별 통합형 마인드맵 활동 10회, 모둠 별 통합형 마인드맵 활동 10회, 학급 공유 통합형 마인드맵 활동 3회, 총 23회의 통합형 마인드맵 활동을 실시하였다. 실험반과 통제반 모두 사전에 학습 양식 검사를 실시하여 학생들의 학습 유형을 파악하였으며, 모둠 활동 시 인지 수준이 다른 이질 집단으로 구성하고 인지 수준에 따른 변화를 분석하기 위하여 인지 수준 검사를 실시하였다. 그리고 사전․사후 검사로서 창의적 문제 해결력 검사를 실시하여 창의적 사고력과 탐구 사고력의 변화를, 창의적 인성 검사를 실시하여 창의적 인성의 변화를 분석하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 실험반 학생들의 창의적 사고력은 유의미하게 향상되었다(p<.05). 본 연구에서는 창의성을 협의로 정의하여 발산적 사고라고 정의하였으므로, 그 하위 범주를 분석한 결과 유창성, 융통성, 독창성에서 모두 유의미한 향상이 있었다(p<.05), 따라서 본 연구에서 개발한 통합형 마인드맵을 활용한 창의적 사고력 강화 탐구 교수 전략은 융합 인재에게 요구되는 능력 중 하나인 창의적 사고력의 신장에 긍정적인 영향을 준다는 것을 알 수 있었다. 창의적 사고력과 성 별, 인지 수준, 학업 성취도와의 상호 작용은 나타나지 않았다. 다시 말해, 본 연구의 교수 전략이 학생들의 창의적 사고력에 미치는 영향은 성 별, 인지 수준, 학업 성취도의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 둘째, 실험반 학생들의 탐구 사고력은 유의미하게 향상되었다(p<.05). 본 연구에서는 과학에서의 문제 해결 과정은 탐구 과정이며, 문제 해결력은 곧 탐구 사고력이라고 정의하였다. 따라서 본 연구에서 개발한 통합형 마인드맵을 활용한 창의적 사고력 강화 탐구 교수 전략은 융합 인재에게 요구되는 능력 중 하나인 탐구 사고력 향상에 긍정적인 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 탐구 사고력과 성 별, 인지 수준, 학업 성취도와의 상호 작용은 나타나지 않았다. 다시 말해, 본 연구의 교수 전략이 탐구 사고력에 미치는 영향은 성 별, 인지 수준, 학업 성취도의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 셋째, 실험반 학생들의 창의적 인성은 유의미하게 향상되었다(p<.05). 창의적 인성의 하위 요인 중에서는 자신의 창의적 능력과 존재에 대해 긍정적으로 생각하려는 성향인 자기 확신 요인에서 유의미한 차이가 나타났다(p<.05). 창의적 인성과 성 별, 인지 수준, 학업 성취도와의 상호 작용은 나타나지 않았다. 다시 말해, 본 연구의 교수 전략이 창의적 인성에 미치는 영향은 성 별, 인지 수준, 학업 성취도의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 정규 중학교 2학년 과학 교과 수업 시간에, 본 연구에서 개발한 교수 전략을 적용하여 얻어진 결과들을 토대로 하여 내린 결론은 다음과 같다. 아이디어를 다양한 측면으로, 확산적으로 시각화하는 통합형 마인드맵 활동을 개인 별 활동에 그치지 않고, 조 별, 학급 공유의 형태를 거치면서 발산적 사고와 수렴적 사고를 한 학기 동안 지속적으로 경험한 학생들의 창의적 사고력은 유의미하게 향상되었다. 그리고 탐구 수업 모형을 기본으로 한 본 연구의 교수 전략을 한 학기 동안 적용한 결과 학생들의 탐구 사고력은 유의미하게 향상되었다. 마지막으로 일반 과학 수업과는 다르게 통합형 마인드맵 활동을 조 별, 학급 공유의 형태로 진행하면서 조 별 토론 또는 학급 토론을 강조한 본 연구의 교수 전략을 경험한 학생들의 창의적 인성도 유의미하게 향상된다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서 개발한 ‘통합형 마인드맵을 활용한 창의적 사고력 강화 탐구 교수 전략’은 학교 정규 과학 수업 시간에 활용할 수 있는 융합 인재 교육을 위한 효과적인 교수 전략으로 활용될 수 있다는 것을 본 연구를 통해 알 수 있었다.;In Korea education system, STEAM(Science, Technology, Engineering, Arts and Mathematics) policy for cultivating creative and talented person in convergence has become a central priority. In conformity with this policy, this study focused on the cognitive aspects among the several aims of STEAM education, that is creative thinking skills and inquiry thinking skills. The purpose of this study was to design a teaching strategy conductive to the development of creative thinking skills and inquiry thinking skills and investigate its effects. Moreover this study examined the mobilization of affective aspects such as interest and motivation through a various activities of this teaching strategy. STEAM policy has been implemented in national curriculum standards. Curriculum materials alone, however are not sufficient to generate changes in the classroom. The behavior and beliefs of the teacher are a critical factor in how the curriculum is put into action. According to the researches of teacher's perceptions toward STEAM education, they have negative thoughts about implementing STEAM education in their class due to insufficient time in the actual preparation and the lack of expertise, teaching experience, and teaching-learning materials for the STEAM education and so on, while they have positive thoughts about the need of STEAM education. In order for STEAM educational objectives to be implemented effectively by teachers for the benefit of students, solution must be founded for reducing the complexity of STEAM implementing. Most of the students these days have a visual learning style and more than 80% of the students in this study were visual learners. In this classroom situation, mind map with feature of visualizing the divergent thinking will be able to maximize the effect of learning as a teaching-learning method considering student's learning style. So based on this need, I develop Integrated mind map with feature of visualizing the divergent thinking as a teaching-learning method which can be used in regular class. Furthermore, Integrated mind map activities include the process of divergent thinking skills and convergent thinking skills, so it was expected to enhance student's creative thinking skills. For enhancing student's inquiry thinking skills, a teaching strategy of this study based on Lawson's three types of inquiry instructional model and JCID model was designed. In JCID model, J stage means Jumping to the subject, C stage means introducing Concepts, I stage means Integrating STEAM materials and D stage means Drawing integrated mind map. The results of this study were as follows. Firstly, the experimental group presented statistically meaningful improvement in creative thinking skills(p<.05). This result is attributed to integrated mind map activities with feature of visualizing the divergent thinking and divergent and convergent thinking skills included in it's process for one semester. Also creative thinking skills are not affected by the level of gender, cognitive and academic performance. Secondly, the experimental group presented statistically meaningful improvement in inquiry thinking skills(p<.05). This result is attributed that students had experienced three kinds of inquiry process in science class for one semester. Also inquiry thinking skills are not affected by the level of gender, cognitive and academic performance. Thirdly, the experimental group presented statistically meaningful improvement in creative personality(p<.05). This study was mainly focused on the enhancing of cognitive aspects, but the improvement of the affective aspects means that this teaching strategies encouraged student's interest and motivate. Also creative personality is not affected by the level of gender, cognitive and academic performance. In conclusion, it was found that 'creative thinking skills-reinforced and inquiry teaching strategy using Integrated mind map' improved student's creative thinking skills and student's inquiry thinking skills. This suggests that the teaching strategy here examined can contribute to cultivating creative and talented person in convergence.