• 한국과학교육학회지
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• 제37권4호
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• pp.719-730
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• 2017

본 연구는 공학 설계에 기반을 둔 연구 프로그램, 팀 프로젝트 활동 등의 통합적 STEM 연구 활동이 영재 학생들의 창의적 공학문제해결 성향과 공학에 대한 태도에 미치는 효과를 알아본 것이다. 이를 위해 Kang & Nam (2016)이 개발한 창의적 공학문제해결 성향 검사 도구와 Moon (2009)이 사용한 공학에 대한 태도 검사 도구를 본 연구 상황에 맞게 수정하여 통합적 STEM 활동의 사전과 사후에 측정 하였고, 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 영재 학생들의 공학 설계에 기반한 통합적 STEM 연구 활동은 창의적 공학문제해결 성향 변화과 공학에 대한 태도 변화에 긍정적 효과를 나타냈다. 창의적 공학문제해결 성향 검사지는 동기, 공학 설계, 공학적 사고 습관, 공학과 공학자, 소통 및 협업 능력 5요인으로 구성되어 있는데 모든 요인에서 유의미한 결과가 나타났다(p<.05). 창의적 공학문제해결 성향은 대부분의 요인에서 진로 희망 직업 계열과 성별 차이에 따른 유의미한 차이가 없었다. 하지만 '공학 설계' 요인에서는 남학생보다 여학생에게 효과가 있음을 알 수 있었다. 공학에 대한 태도 검사지는 공학에 대한 흥미, 공학의 난이도, 공학의 영향, 공학과 관련된 학교 교육과정, 공학과 직업에 대한 인식을 알아보는 문항으로 구성되어 있는데 모든 요인에서 유의미한 결과가 나타났지만(p<.05), 진로 희망 직업 계열과 성별 차이에 따른 유의미한 차이는 없었다.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제9권3호
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• pp.276-291
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• 2016

본 연구는 학생들의 창의적 공학문제해결 성향을 측정할 수 있는 신뢰성과 타당성이 검증된 검사도구를 개발하는 것이다. 문헌 분석 및 전문가 협의 과정을 통해 예비 검사 도구 구성 요인을 동기, 환경, 성격, 공학 설계, 공학적 사고 습관, 공학과 공학자, 소통 및 협업 능력 7요인을 추출하였고, 구성 요인과 각 문항들의 조작적 정의 사이의 관련성을 바탕으로 구성 요인별 10개 내외의 예비 문항을 제작하였다. 7요인 40문항의 예비 검사 문항에 대해 전체 문항과 요인별로 문항 신뢰도 검사 및 세 차례에 걸친 탐색적 요인 분석을 실시하여 동기 3문항, 공학 설계 6문항, 공학적 사고 습관 9문항, 공학과 공학자 4문항, 소통과 협업능력 6문항으로 구성된 5요인 총 28문항의 창의적 공학문제해결 성향검사 도구를 개발하였다. 각 요인별 신뢰도는 .733에서 .892 사이의 값을 보였고 공학적 사고습관 요인의 신뢰도(${\alpha}=.892$)가 가장 높고, 동기 요인의 신뢰도(${\alpha}=.733$)가 가장 낮았다. 전체 문항의 신뢰도는 .906으로 검사 도구의 높은 신뢰도를 보였다. 이를 통해 3차에 걸친 요인 분석 결과 각 문항들의 요인에 대한 범주화가 잘 이루어졌고 내용의 구조적 타당도가 향상되어 신뢰 할 수 있는 검사 도구가 개발된 것으로 볼 수 있다. 본 연구 결과는 학생들의 창의성과 문제해결 성향을 동시에 진단할 수 있는 검사 도구로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국지구과학회지
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• 제40권4호
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• pp.436-445
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• 2019

This study presents how two types of integrated science and engineering lessons affect students' engineering problem solving skills and their perceptions of engineering. In total, 146 middle school students participated in this study. Eighty-six students participated in the Type I lesson (complete engineering design lesson with a science knowledge application) and 60 students participated in the Type II lesson (engineering design without a science knowledge application). Two main datasets, (1) students' Creative Engineering Problem Solving Propensity (CEPSP) measurement scores and (2) open-ended survey questions about students' perceptions of engineering, were collected before and after the lessons. The results of this study show that after participating in the Type I lesson, students' CEPSP scores significantly increased, whereas the CEPSP scores of the students who participated in the Type II lesson did not increase significantly. In addition, students who participated in the Type I lesson perceived engineering and the engineering integrated science lesson differently compared to the students who participated in the Type II lesson. The results of this study show that engineering integrated science, technology, engineering & mathematics (STEM) lessons should include a complete engineering design and a science knowledge application to improve students' engineering problem solving skills.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제15권1호
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• pp.117-131
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• 2022

본 연구는 환경교육용 보드게임 디자인 활동을 개발하고, 이 활동이 고등학생들의 환경 개념적 지식, 환경 소양 및 창의 공학적 문제해결성향에 미치는 영향을 조사한 것이다. 환경동아리에 소속된 25명의 고등학고 1, 2 학년 학생들이 연구에 참여 하였다. 보드게임 디자인 활동은 총 10차시 수업으로 공학적 설계에 기반하여 개발되었다. 연구의 주요 데이터는 환경 주제(기후온난화와 생태계 파괴)에 관한 학생들의 지식을 측정하기 위해 실시된 사전-사후 개념도와 환경 소양 측정지 및 창의적 공학적 문제해결성향 측정지이다. 연구 결과 환경교육용 보드게임 디자인 활동을 수행한 후 학생들이 제시한 개념도의 환경관련 단어의 개수가 지식 영역에서 증가한 것을 알 수 있었다. 또한 환경 소양측정지와 창의공학적 문제해결성향 측정지의 평균도 사전에 비해 사후에 유의미하게 증가하였다. 이러한 결과를 통해 보드게임을 활용한 수업 방법이 학생들이 다양한 역량을 기를 수 있도록 돕는다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 보드게임과 중등 교육을 접목한 연구는 활성화되어야 하며 이를 현장에 적용하기 위해 현직 교사들의 새로운 교육 방식에 대한 교육과 지원이 필요하다.

• 한국지구과학회지
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• 제44권1호
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• pp.79-89
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• 2023

본 연구의 목적은 공학설계 기반 오션 클린업 수업이 STEAM 태도와 창의공학적 문제해결성향에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 또한 이 과정에서 학생들이 공학설계 기반 수업에서 접하는 흥미로운 점을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 공학설계를 전공한 교수 1명과 석사 이상의 공학설계 전문가 5명이 함께 공학설계를 기반으로 한 6차시의 과학수업을 개발하여 검토하였다. 수업의 주제는 실제 오션 클린업 프로젝트에서 구현된 방법을 기반으로 해양 오염을 줄이기 위한 과학 및 공학적 해결과정의 설계 및 구현으로 선정되었다. 공학설계 과정은 NGSS(2013)에서 제시한 공학 설계 모형을 활용하였으며, 최적화 과정을 통해 재설계를 경험할 수 있도록 구성하였다. 효과를 검증하기 위해 Park et al.(2019)이 개발한 STEAM 태도 설문지 및 Kang and Nam(2016)이 개발한 창의공학적 문제해결성향 검사 도구를 사용하였다. 효과성 검정을 위한 통계분석을 위해 사전 및 사후 t-검정을 사용하였다. 또한, 학습자가 경험한 흥미로운 점의 내용은 기술적인 응답을 받아 전사하고, 중심도 분석을 통해 분석 및 시각화하였다. 결과는 과학 수업에서 공학설계 기반 오션 클린업 수업이 STEAM 태도와 창의공학적 문제해결성향 모두에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 확인하였다 (p< .05). 또한, 비정형 데이터 분석 결과, 학습자가 학습에 관심을 갖는 요인으로 이공계 지식, 공학적 경험, 협동과 협업이 나타나 공학적 경험이 중심 요인임을 확인하였다.

• 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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• 제42권4호
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• pp.605-617
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• 2023

본 연구에서는 공학적 설계 과정을 강조한 STEAM 프로그램을 개발·적용하여 초등학생들의 창의적 공학문제해결 성향 및 자기주도적 학습 능력에 미치는 영향을 조사하고 성별에 따른 차이를 비교·분석하였다. 경인지역 초등학교 4학년 학생 141명을 대상으로, 개발된 프로그램을 5차시에 걸쳐 진행하고 창의적 공학문제해결 성향과 자기주도적 학습 능력에 대한 사전·사후 검사를 실시하였으며 프로그램에 대한 만족도 및 인식 검사도 진행하였다. 연구 결과, 공학적 설계 과정을 강조한 STEAM 프로그램은 초등학생들의 창의적 공학문제해결 성향 및 자기주도적 학습 능력 향상에 효과적이었으며, 특히 여학생에게 효과적인 것으로 나타났다. 성별에 따른 변화의 차이 분석 결과, 창의적 공학문제해결 성향의 하위요인인 '소통 및 협업능력'을 제외한 모든 요인에서 여학생들의 유의미한 향상이 나타났다. 남학생의 경우, '공학설계', '소통 및 협업능력' 요인에 대해 유의미한 효과가 있었다. 프로그램에 대한 학생 만족도와 인식을 분석하고 이에 대한 교육적 함의를 논의하였다.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제15권2호
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• pp.285-298
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• 2022

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.