고등학생의 국제교류 STEAM 수업에 대한 사례 연구: 과학학급창의성을 중심으로

Abstract

Scientists generate theories and discover natural phenomena in collaboration with others who hail from diverse cultural and scholarly backgrounds. This collaborative acquisition of new scientific knowledge is the essence of scientific creativity. This explains why creativity in science education should focus on group creativity rather than individual creativity. Science classes, where participants come from various cultural backgrounds to exchange ideas and collaborate, promote group creativity more effectively. However, there has been insufficient research on this topic in the field of science education. Classes that include intercultural activities can help students broaden their cross-cultural understanding and grow as global citizens. Through communication and cooperation with students from different geographical and cultural backgrounds, students group creativity can also be enhanced. However, these intercultural classes mainly occur non-simultaneously due to time zone differentials and technical issues and they have been limited mostly to the fields of English education and global civic education. Fortunately, the recent rapid development of online teaching technology has supported the establishment of science classroom environments suited to intercultural activities. Furthermore, since 2020, remote classes have become mandatory due to COVID-19, and this has led to a sharp improvement in the ICT tools for remote classes as well as in teachers remote class design and performance skills. The accuracy of translation platforms such as Papago has also improved significantly and thus it is no longer difficult for students from various backgrounds to learn together online. Hence, now is the time for new teaching and learning models focusing on Creativity. This study developed intercultural STEAM program targeted to high school students in Korea and Australia, to examine their effect on scientific creativity. Among many other definitions of creativity, this study selected Science Classroom Creativity since it focuses on students creativity level in the context of science classes and pays particular attention to teacher-student interaction. The research questions in this study are as follows: First, how do intercultural STEAM classes affect the science classroom creativity of Korean students? Second, what are the characteristics of Korean students science classroom creativity in intercultural STEAM classes? The intercultural STEAM program under the theme Energy Zero House Design was developed. Classes were conducted in simultaneous and non-simultaneous interactive forms, using online platforms such as ZOOM, Google Classroom, and Padlet. These classes were delivered to 25 first-year students of S High School in Gyeonggi-do, Korea, and to 25 10th-grade students of H High School in Sydney, Australia. However, the study limited its research participants to the Korean students only. Using sequential explanatory design of mixed research methods, the study collected and analyzed both quantitative and qualitative data. For quantitative data, a modified and newly organized questionnaire, Revised Science Classroom Creativity (R-SCC) was conducted on 25 Korean students pre- and post-class. A paired sample t-test was also performed. For qualitative data, class observations, class activity results, and post-in-depth interview data were collected. Repeated comparative analysis was conducted by coding the transcribed data. The study used the Science Classroom Creativity model developed by Hong & Song (2020) as its analysis framework, a model which proposes student creativity in the context of science classes as having 10 components and 24 sub-components. It was used for both the quantitative and the qualitative data analysis. The findings were as follows: Through quantitative data analysis, it was confirmed that students' creativity in science classes significantly increased after the intercultural STEAM program. In all 10 components of Science Classroom Creativity, the average of post-test results increased compared to the average of pre-tests. Affective characteristics of student showed the largest increase, thus indicating improved students interest and intrinsic motivation in science. However, there was no statistically-significant increase in the components of Creative behavior, External engagement in science classes and Socio-cultural science classroom environment. Through qualitative data analysis, six new characteristics of science classroom creativity in intercultural STEAM program were extracted: Reconstruction of science knowledge; Cooperative participation; Idea generation; Online class environment; and Science teacher support. There were frequent reports from the interviews pointing out the occurrence of Cooperative participation and Idea generation in the program. Despite quantitative data showing significant increase in Science teacher support, in-depth interviews of students reported that the support was actually insufficient. This contradiction reveals the limitation of self-report scale such as the R-SCC questionnaire used in the study. This also indicates that further research is needed on the interaction between teachers and students. The six new characteristics further demonstrated several unique relationships. Firstly, the study found that the two characteristics of Reconstruction of scientific knowledge and Idea generation were closely tied. The two exhibited a mutual relationship where students generated ideas based on existing scientific knowledge and this scientific knowledge was further reconstructed in the process of expressing their ideas. Secondly, the two characteristics related to the environment of intercultural STEAM program (i.e., Online class environment and Intercultural class environment) fostered greater Idea generation. The Online class environment simplified documentation and sharing of ideas, and this enhanced student cooperation to make ideas more concrete. The Intercultural class environment opened up new perspectives, promoting idea generation which in turn propelled the reconstruction of scientific knowledge. Hence, this denotes that both knowledge and ideas in science classroom are constructed based on student interaction and cooperation. Thus, an environment for interaction and cooperation is crucial to creativity. Thirdly, the lack of Science teacher support hindered Cooperative participation and Idea generation. There were groups experiencing difficulty in cooperation and in understanding the scientific knowledge. If the teacher had encouraged cooperation and provided support on the scientific knowledge, the groups could have come up with greater ideas. In summary, the intercultural STEAM program had a positive impact on fostering Science Classroom Creativity. Intercultural STEAM program surpasses conventional STEAM classes to promote the process of idea generation through an online, intercultural environment. This study is meaningful in that it explored intercultural STEAM program as a new teaching method for promoting creativity, a major purpose of STEAM education.

협업을 통해 새로운 과학적 발견을 하는 현대 과학의 특징을 고려할 때, 과학교육에서 초점을 두어야 할 창의성은 '개인 창의성'보다는 '집단 창의성'이어야 한다. 다양한 배경을 지닌 구성원들이 교류와 협업을 하는 국제교류 수업은 과학수업에서 집단 창의성 증진에 더욱 효과적일 것이나 이에 대한 과학교육 연구는 미흡한 실정이다. 국제교류 활동이 포함된 수업은 학생들의 타문화 이해 증진에 도움이 되고, 세계 시민으로 성장할 기회를 제공한다. 또한 지리적·문화적 배경이 다른 학생들간 교류를 통해 학생들의 집단 창의성이 신장될 수 있다. 이러한 교육적 효과를 가진 국제교류 수업은 시차나 기술의 문제로 주로 비실시간 수업으로 진행됐으며, 영어 교육이나 세계 시민 교육 분야에서 제한적으로 실행되었다. 하지만 최근 온라인 수업 기술이 비약적으로 발달하면서 과학교실에서도 국제교류 활동이 이루어질 수 있는 환경이 마련되었다. 특히 2020년 이후 COVID-19로 인해 원격 수업이 필수가 되면서 ICT 도구와 교사의 원격 수업 설계 및 수행 능력은 빠른 속도로 발전하였다. 또한 파파고 등 번역 플랫폼의 정확성도 상당히 발달하여 지금은 다른 언어를 사용하는 학생들이 온라인을 통해 함께 학습하고 프로젝트를 수행하는 것은 그렇게 어려운 일이 아니며, 과학교육과 STEAM 교육의 중요한 목표 중 하나인 창의성을 위한 새로운 교수학습이 가능하게 되었다. 본 연구는 과학수업의 일환으로 국제교류 STEAM 수업을 개발하고 이를 한국-호주 고등학생에게 적용하여 그 효과를 과학적 창의성을 중심으로 알아보고자 하였다. 창의성은 다양한 방식으로 정의할 수 있으나, 본 연구에서는 과학교실 맥락에서 학생 수준을 반영하고 교사와 학생의 상호작용까지 고려한 과학학급창의성 모델(Hong & Song, 2020)이 적절하다고 판단하여 이를 개념적 틀로 활용하였다. 연구문제는 다음과 같다. 첫째, 국제교류 STEAM 수업은 한국 학생들의 과학학급창의성에 어떤 영향을 미치는가? 둘째, 국제교류 STEAM 수업에서 나타나는 한국 학생들의 과학학급창의성은 어떤 특징이 있는가? 이를 위해 연구자는 과학교사와 함께 에너지 제로하우스 디자인을 주제로 국제교류 STEAM 수업을 개발하였다. 이 수업은 ZOOM과 Google Classroom, Padlet 등의 온라인 플랫폼을 활용하여 실시간 쌍방향 형태와 비실시간 형태로 병행되었다. 수업에 참여한 학생은 경기도 S고등학교 1학년 학생 25명과 시드니 H고등학교 10학년 학생 25명이었으며, 연구대상자는 한국 학생에 한정하였다. 그리고 혼합연구방법(mixed method) 중 순차적 설명 설계(sequential explanatory design)를 사용하여 양적 데이터와 질적 데이터를 차례로 수집하고 분석하였다. 양적 데이터 분석은 홍옥수(2016)의 검사도구를 수정・보완한 Revised-Science Classroom Creativity(R-SCC)를 사용해 25명의 한국 학생들을 대상으로 사전・사후 검사를 실시하고 대응 표본 t-검정을 시행하였다. 질적 데이터 분석은 수업 관찰 내용과 수업 활동 결과물, 사후 심층 면담 자료를 대상으로 했고, 이를 전사한 자료를 코딩하여 반복적 비교 분석을 실시하였다. 분석틀로는 과학학급창의성을 10개의 요소와 24개의 하위요소로 제안한 Hong & Song(2020)의 모델을 활용하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 양적 데이터 분석을 통해 국제교류 STEAM 수업 적용 후 학생들의 과학학급창의성은 유의미하게 증가하였음을 확인하였다. 과학학급창의성의 10개 요소 모두 사전 검사의 평균에 비해 사후 검사의 평균이 증가하였다. 가장 큰 변화를 보인 요소는 학생 정의적 특성으로 학생들이 국제교류 STEAM 수업을 통해 흥미와 내적 동기가 증가하였음을 알 수 있었다. 다만, 창의적 행동 요소와 과학수업의 외현적 참여, 과학수업 사회문화적 환경 요소에서는 통계적으로 유의미한 증가가 보이지 않았다. 질적 데이터 분석을 통해 국제교류 STEAM 수업에서 나타나는 과학학급창의성의 특징으로 과학지식의 재구성, 협력, 아이디어 생성, 온라인 수업 환경, 국제교류 수업 환경, 교사의 지지 여섯 가지를 추출할 수 있었다. 양적 데이터에서 확인하지 못했던 협력과 아이디어 생성을 질적 데이터로부터 발견할 수 있었다. 한편, 과학교사의 지지 요소는 양적 결과에서 큰 폭의 유의미한 증가를 보였지만, 학생 심층 면담의 결과에서는 학생들에 대한 과학교사의 지지가 미흡한 것으로 나타났다. 이는 본 연구에서 사용한 SSCC 척도가 자기 보고형 척도이기 때문에 지닌 한계로 볼 수 있으며, 교사와 학생의 상호작용에 관한 연구가 추가로 필요하다는 것을 시사한다. 여섯 개의 특징들 사이에서 현저하게 나타난 관계는 다음과 같다. 첫째, 과학지식의 재구성과 아이디어 생성은 서로 쌍방향으로 영향을 미쳤다. 학생들은 기존의 과학지식을 바탕으로 새로운 아이디어를 창출하였으며, 이 과학지식을 산출물에 적용하고 표현하는 과정에서 더욱 재구성되었다. 둘째, 국제교류 STEAM 수업 환경인, 온라인 수업 환경과 국제교류 수업 환경은 아이디어를 생성에 긍정적으로 작용했다. 온라인 수업 환경은 아이디어의 기록과 공유가 편리하여 학생들의 협력을 강화하는 한편, 학생들이 아이디어를 구체화하기에 도움이 되었다. 국제교류 수업 환경은 학생들에게 새로운 관점을 제공해 과학지식을 재구성하고 아이디어를 생성하는 것을 촉진하였다. 이는 학생들의 과학지식과 아이디어는 사회적 상호작용과 협력을 바탕으로 구성된다는 것을 의미한다. 따라서 상호작용과 협력을 위한 수업 환경이 창의성 촉진에 큰 요인임을 나타낸다고 볼 수 있겠다. 셋째, 과학교사의 지지의 부족은 협력적 참여와 아이디어 생성을 저해하였다. 협력과 과학지식의 이해가 어려운 모둠의 경우, 교사가 모둠의 의사소통을 장려하고 적절한 질문이나 과학지식을 제공하였다면 학생들의 창의성이 더 두드러지게 나타났을 것이다. 요약하자면, 본 연구에서 관찰한 국제교류 STEAM 수업은 과학학급창의성 발현에 긍정적으로 작용하였다. 국제교류 STEAM 수업은 학생들에게 온라인 국제교류 수업 환경을 제공해 학생들의 창의적 아이디어 생성을 더욱 촉진한다. 본 연구는 STEAM 교육의 주요 목적인 창의성 증진을 위한 새로운 교수 방법으로서 국제교류 STEAM 수업을 탐색했다는 점에서 의의가 있다.