Journal of the Korean Society of Earth Science Education (대한지구과학교육학회지)

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Characteristics of Science-Engineering Integrated Lessons Contributed to the Improvement of Creative Engineering Problems Solving Propensity

창의공학적 문제해결성향에 기여한 과학-공학 융합수업의 특성

  • Received : 2022.07.30
  • Accepted : 2022.08.22
  • Published : 2022.08.30
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Abstract

This study is to investigate the effects and characteristics of science and engineering integrated lessons on elementary students' creative engineering problem solving propensity (CEPSP). The science and engineering integrated lessons used in this study was a 10 lesson-hours STEM program, co-developed by University of Minnesota and Purdue University. The program was implemented in the 6th grade science class of H Elementary School located in P Metropolitan city. The main data of this study are the pre-post CEPSP result and interview with 5 students collected before and after the research. The CEPSP result was analyzed by a paired-sample t-test and hierarchical cluster analysis. As a result of the t-test, it was found that overall, the program has a positive effect on the students' CEPSP score. As a result of cluster analysis, it was confirmed that studnets' CEPSP could be classified into two groups (lower and higher score cluster). Five students whose, CEPSP score has significantly improved after the lessons were interviewed to find out what the characteristics of the program that contribute the significant change are. As a result of conducting centroid analysis of the interview transcription and the hybrid analysis method, it was found that the meaningful experiences that the five students commonly shared were 'problem solving through collaboration' and 'through repeated experiments (redesign)', problem solving' and 'utilization of scientific knowledge'. As minor reactions, 'choice of the best experimental method' and 'difference between science and engineering' appeared.

본 연구는 공학 설계를 적용한 과학 수업이 참여 학생들의 창의공학적 문제해결성향에 미치는 효과를 알아보기 위한 연구이다. 본 연구에서 사용된 공학 설계를 적용한 과학 수업은 미국 미네소타대학과 퍼듀대학에서 공동 제작한 10차시의 프로그램을 번역하여 사용하였으며, P 광역시에 소재한 H 초등학교 6학년 24명의 학생들에게 적용하였다. 본 연구의 주요 데이터는 연구 사전과 사후에 수집한 창의공학적 문제해결성향 검사지이다. 창의적 공학문제해결력 검사는 대응표본 t-검증과 계층적 군집분석을 통해 분석하였다. t-검증 결과 공학 설계를 적용한 과학 수업은 전반적으로 참여 학생들의 창의공학적 문제해결성향에 긍정적인 효과를 미치는 것으로 나타났다. 군집분석 결과 창의공학적 문제해결성향은 2가지 군으로 분류할 수 있다는 것을 확인하였으며, 5명의 학생의 경우 사전과 사후에 유의미한 차이로 성향(분류군)이 바뀐 것을 확인할 수 있었다. 군집의 변화가 생긴 5명의 학생들을 인터뷰하여 중심도 분석을 실시하고 하이브리드 분석 방법에 따라 해석한 결과, 학생들이 공통적으로 경험한 것은 '협업을 통한 문제해결'과 '반복실험(재설계)를 통한 문제해결', 그리고 '과학 지식의 활용'으로 나타났으며, 소수반응으로 '최선의 실험방법 선택'과 '과학과 공학의 차이' 등이 나타났다.

Keywords

Acknowledgement

This work was supported by the National Research Foundation of Korea(NRF) grant funded by the Korea government(MSIT) (No.2022R1A2C1011366).

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