STEAM소개

‘ 융합적 사고력과 문제해결 능력을 키운다 ’

STEAM 핵심 키워드 1. 과학기술 기반 교육

STEAM을 정의하자면 “과학기술에 대한 학생의 흥미와 이해를 높이고 과학기술 기반의 융합적 사고력(STEAM Literacy)과 실생활 문제 해결력을 배양하는 교육”이라고 설명할 수 있습니다. 더 많은 학생들이 과학기술 분야로 진출하도록 새로운 교수학습 방법을 도입한 것입니다. 과학과 수학의 개념과 원리를 이용해 뼈대를 만들고 공학과 기술을 통해 실생활과 연계되는 문제를 해결하도록 유도합니다. 과학과 수학이 중심 역할을 담당하기 때문에 수업 내용에도 과학기술 내용이 포함되어야 합니다.

미국과 영국에서는 과학기술분야 우수인재를 확보하기 위해 스템(STEM) 교육을 실시하고 있고, 독일에서는 민트(MINT) 교육을 실시하고 있습니다. STEM 교육은 과학(S), 기술(T), 공학(E), 수학(M) 등 4개 분야 각각에 중점을 두고 있는데, 우리나라는 STEM에 인문ㆍ예술(A) 요소를 덧붙여 창의성을 기르는 STEAM교육을 실시하고 있습니다.

우리나라의 STEAM 교육은 과학기술에 대한 흥미를 높이기 위해 시작되었지만, STEAM 수업이 학생들의 과학에 대한 흥미를 유발하는 데 그치지 않고 과학기술에 대한 원리를 이해하고 과학ㆍ수학 교과의 성취기준을 달성하여 관련 분야 인재로 성장하는 것을 목표로 실시되고 있습니다.

STEAM 핵심 키워드 2. 실생활 문제 해결력

STEAM의 독특한 점은 학생들이 매일 접하는 실제 현실세계에서 해결책을 찾는다는 것입니다. 물론 교과서의 내용 중에도 실생활과 연계된 분분이 있습니다. 하지만 학교에서는 이미 누군가 완성해놓은 지식과 개념을 정해진 위계에 따라 순서대로 배워야 합니다. 교과서와 실생활을 분리해서 설명하는 경우가 많아서 학생들의 흥미를 끌어내기가 쉽지 않습니다.

교과서에 담긴 지식을 외워서 한정된 문제를 푸는 방식으로는 학생들의 호기심과 흥미를 유발할 수 없습니다. 그 지식을 왜 배워야 하는지, 어디에 사용할 수 있는지까지 이해해야 합니다. 학습의 의미와 목적을 깨닫게 되면 해결 방안을 스스로 설계해서 직접 탐구하고 실험하는 과정을 통해 실생활에서의 문제 해결력을 키워나갈 수 있습니다. STEAM은 이렇게 실생활과 연계해 과학ㆍ수학 이해도를 높이기 위해 기술과 공학 요소까지 포함시켰습니다.

STEAM 도입 초기인 2012년에 개발된 프로그램들은 10차시 내외 분량의 주제 중심 수업이었습니다. 특정 주제를 중심으로 해서 과학, 공학, 수학, 예술 교과를 연계하는 데 초점을 두고 교과목 간의 융합을 적극적으로 시도했습니다. 하지만 특정 주제를 미리 선정한 후에 그에 적합한 교과와 단원을 찾아 STEAM요소를 연결시키다보니 융합이 매끄럽지 않았습니다.

STEAM은 실생활 문제에 중점을 둔 자연스런 융합을 지향합니다. 특정 교과나 주제 또는 고정된 개념에서 시작하지 않고 실생활에서 마주칠 수 있는 소재를 이용해 맥락을 구성하는 방식으로 진행됩니다.

실생활 문제(real world problem)는 어느 한 과목의 지식만 가지고는 풀 수 없는 경우가 대부분입니다. 여러 학문에 숨은 유용한 지식을 하나로 연결해 활용해야 해결이 가능합니다. 생활 속의 문제를 해결하기 위해 여러 교과의 지식을 활용하는 과정에서 자연스럽게 융합이 이루어집니다. ‘STEAM 수업’이라 부르려면 S, T, E, A, M 중에서 두 개 이상의 교과나 요소를 포함해야 한다는 기준도 이 때문입니다. 문제를 중심에 놓고 이를 해결하기 위해 다각도에서 고민하고 탐구하는 교육은 당연히 여러 종류의 요소를 동원할 수밖에 없습니다. STEAM 수업에서 발생하는 융합은 목적이 아닌 수단입니다. 또한 목표를 달성하는 과정에서 자연스레 일어나는 현상입니다.

융합인재교육 STEAM 개념

STEAM이 기존 교육과 가장 크게 차이가 나는 특징으로는 ‘융합’을 꼽을 수 있습니다.
지금까지의 과학교육을 단일 교과를 ‘쉽고 재미있게’ 구성해 학생들의 이해와 관심을 높이는 것이 목적이었지만, 다양한 방식으로 이루어지는 학문간 통합과 융합의 트렌드에 대응하는 데는 한계가 있습니다.
4차 산업혁명 시대가 도래하면서, 단순히 지식을 많이 쌓는 것만으로는 개인의 경쟁력을 확보하기가 어려워졌습니다. 이제는 기존 지식을 어떻게 융합에 활용하는가의 문제에 대답하는 것이 더욱 중요합니다.

STEAM에서 강조되는 ‘융합적 소양(STEAM Literacy)’은 다양한 지식을 활용해 문제까지도 해결할 수 있는 능력을 의미 합니다. 학교 현장에서 STEAM을 실행하는 교사들이 가장 많이 고민하는 부분도 ‘융합’ 입니다.
현장 적용 초기 단계에 과학(S), 기술(T), 공학(E), 수학(M) 등 각 분야를 어색하게 연결하는 형태의 연계와 융합 사례가 많이 나타났습니다. 그러나 융합은 목적이 아니라 수단이 되어야 합니다.

STEAM이 말하는 궁극적인 융합은 실생활 속에서 나타나는 ‘자연스러운 융합’ 입니다.
실생활 문제(real world problem)는 대체로 어느 한 과목만의 지식으로는 풀 수 없으며 여러 학문의 지식을 활용해야 해결 가능한 복합적인 문제 입니다. 실생활 문제를 해결하기 위해 여러 교과의 지식을 활용하는 과정에서 자연스레 융합이 일어납니다. STEAM프로그램에 반드시 수학ㆍ과학이나 공학ㆍ기술 또는 예술이라는 요소 전부가 포함되어야 하는 것은 아닙니다. 주제나 문제와 관련된 지식과 기능 중에서 필요한 부분만 포함시켜도 됩니다.

스스로 깨우치는 교육이 필요하다

기본의 학교 교육은 체계화된 지식을 교사의 강의를 통해 학생에게 전달하는 방식으로 이루어져 왔습니다.
교사가 교과서에 수록된 개념 대부분을 학생에게 직접 설명하는 형식이었습니다. 다른 분야의 학문과 연계하거나 통합하는 방식도 거의 고려되지 않았습니다.
반면 STEAM은 교사가 교과서 속 개념을 직접 강의하는 대신에, 주어진 문제를 학생이 자발적으로 재정의하고 해결하는 과정을 통해 여러 분야의 학문을 통합해 사고하고 스스로 지식을 깨우치게 하는 교육입니다.
미래 사회를 살아갈 학생들에게 필요한 것은 지식의 암기가 아닌 ‘지식 활용 능력’ 이라는 인식에서 출발했기 때문입니다.

과학기술의 흥미와 이해를 높여라

STEAM의 여러 목표 중에는 과학기술에 대한 학생들의 흥미와 이해를 높이는 일이 가장 우선입니다.
미래 국가경쟁력은 과학기술 인재의 역량과 직결됩니다.
그러나 과학기술을 어려운 학문으로 인식하는 학생이 늘어나면서 과학기술 과목에 대한 자신감과 흥미가 세계 하위권으로 추락한다는 사실이 우려를 자아냅니다. STEAM을 통해 학생들이 과학기술분야에 흥미를 갖고 재미있게 즐길수록 이공계 진학생의 숫자가 늘어나고 과학기술 분야의 역량도 한층 강화될 것입니다.
STEAM은 수학ㆍ과학 과목의 이론과 개념뿐만 아니라 ‘실생활’과의 연계성을 강조합니다.
기존의 학교 교육은 교과서에 정립된 학문 개념을 일방적으로 전달하는 데 주력해 왔습니다. 반면에 STEAM은 학생 본인과의 관련성(relevance)을 깨닫는 것이 우선입니다. 학습내용이 사회 어느 분야에서 쓰이는지 그리고 왜 배워야 하는지를 우선 체험한 다음, 스스로 설계하고 탐구하며 실험하는 과정을 통해 실생활 속 문제해결력을 배양하는 데 초점을 맞춥니다.

정책배경

점수는 높지만 자신이 없는 과학ㆍ수학 과목

국제교육성취도평가협회(IEA)는 각국의 만9세, 만13세 학생들을 대상으로 학업에 대한 성취도를 조사ㆍ비교해 4년마다 ‘팀스(TIMSS)’ 평가보고서를 발간합니다. 우리나라는 초등학교 4학년과 중학교 2학년이 조사 대상이며 과학과 수학의 성취도는 언제나 최상위권을 유지합니다. 2011년에 42개국에서 실행된 평가에서는 우리나라 중학교 2학년 학생의 과학 성취도가 세계 3위, 수학 성취도가 1위를 차지했습니다. 2007년 결과와 비교했을 때 과학 성취도는 4위에서 3위로, 수학 성취도도 2위에서 1위로 높아졌습니다. 하지만 흥미나 자신감은 여전히 하위권을 벗어나지 못하고 있습니다. 2011년 평가에서 과학에 대한 흥미도는 11% 수준으로 국제 평균인 35%에서 한참이나 뒤쳐져 있습니다. 수학도 8%로 국제 평균인 26%에 비해 매우 낮은 수준입니다.

 

성취도는 최상위지만 흥미도와 자신감은 중하위권인 이유가 무엇일까요?

 

많은 사람들이 일방적인 지식 전달과 암기 위주로 진행되는 학교 수업 방식을 원인 중의 하나로 꼽습니다. 과학과 수학 과목에서 높은 성적을 받더라도 자발적으로 흥미를 가지지 못하는 경우가 흔합니다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 시작된 것이 ‘융합인재교육(STEAM)’입니다.

 

2011년에 초중등 단계부터 전주기적 지원시스템을 포함한 ‘제2차 과학기술 인력 육성지원 기본계획(’11~’15)’이 수립되었는데 이 계획에서는 과학기술인력양성의 첫 단계인 초중등 수학 ㆍ과학 교육 강화라는 과제가 처음으로 포함되었으며, STEM교육에 인문ㆍ예술(A)요소를 추가한 한국형 융합인재교육STEAM이 시작되었습니다.
변화에 따라 국가의 부가가치 창출에 대한 창조적 과학기술인력의 기여가 증대되고 있고, 미래 산업을 주도할 과학인재 육성ㆍ확보를 위한 체계적 대응이 필요함을 밝히고 있습니다.
이를 위해 초ㆍ중등 교육을 포함한 생애주기로 계획의 범위를 확대했습니다.
이러한 제2차 계획의 15개 중점과제 중 하나가 바로 ‘미래형 STEAM교육 강화’ 입니다.

 

융합인재교육(STEAM)은 과학기술에 대한 흥미와 이해를 높일 수 있는 학교교육으로의 변화를 위해

 

첫째, 주입식ㆍ암기식 학습내용을 대폭 줄이고 첨단 과학과 생활 속의 기술에 예술적 수업기법을 적용하여 체험ㆍ탐구ㆍ실험 위주로 구성된 STEAM 교육 프로그램ㆍ콘텐츠를 개발 보급합니다.
둘째, STEAM 교사에 대한 단계별 맞춤 연수 프로그램 운영을 통해 교사의 전문성 신장을 지원 합니다.
셋째, 미래형 과학수업 모델ㆍ과학교실 등을 도입하여 첨단기술을 교육현장에 적용하고, 국내외 기관과 자원을 활용한 체험ㆍ탐구ㆍ활용 중심의 과학기술교육을 실현하려고 합니다.

학습준거

‘ 학생 스스로 답 찾는 창의적 설계가 필수 ‘

융합인재교육 STEAM 학습 준거

STEAM을 제대로 실천하려면 여러 가지 구성요소를 고려해야 합니다.
상황 제시, 창의적 설계, 감성적 체험의 STEAM 학습 준거들을 따라 학생들은 살패를 통한 학습과 성공의 경험을 통해 새로운 문제에 도전할 수 있습니다.

융합인재교육 STEAM 학습 준거(틀)

흥미, 동기, 성공의
기쁨 등을 통해 새로운 문제에 도전하고자 하는
열정이 생기게 하는 감성적 체험

새로운 문제에 대한 도전
과학기술 분야에 대한 흥미ㆍ동기 부여

첫째, 상황을 제시해 자기 문제로 인식하게 한다
STEAM은 전체를 아우르는 상황을 제시하는 것으로 시작됩니다. 학습내용과 활동사항을 학생 자신의 문제로 인식하게 하는 것입니다. 기본 학습에서는 학생들의 호기심과 관심을 불러일으키기 위해 도입부에서 상황을 제시했습니다.
그러나 STEAM에서는 수업 전체를 포괄하는 상황을 제시합니다.
제시된 문제와 학생 자신의 관련성을 높여 문제 해결 의지가 생기게 만드는 것입니다.

둘째, 창의적 설계로 문제해결을 배양한다
상황을 제시한 후에는 창의적 설계 단계로 나아갑니다. 일방적인 강의식 수업과 가장 큰 차이를 보이는 부분입니다. 기존의 수업에서는 교사의 강의를 통해 기본 개념을 전달했을 뿐만 아니라 실험과 활동 위주로 구성했어도 미리 짜인 순서에 따라 실습하거나 이미 배운 내용을 다시 확인하는 차원을 벗어나지 못했습니다. 그러나 창의적 설계는 학생 스스로가 창의적으로 생각해낸 아이디어를 수업과 활동에 반영하는 것이 핵심입니다. 학교 수업에서는 거의 모든 학생들이 동일한 결과물을 얻습니다. 게다가 과학적 지식의 대부분은 완성된 이론이기 때문에 실생활에서 마주치는 문제들과는 다릅니다. 문제해결력을 늘리려면 단순히 지식을 아는 것에서 그치지 않고 활용까지 나아가야 합니다.
문제를 스스로 정의하고 해결하는 경험을 도와주는 창의적 설계는 창의적으로 사고하는 습관을 길러 줍니다.

- 창의적 설계는 공학에 가깝다
실생활에서 주어지는 문제는 이론적인 지식만으로 해결하기가 쉽지 않습니다. 학생들이 앞으로 사회생활을 시작할 시기가 되면 지금과는 다른 차원의 문제를 맞닥뜨릴 가능성이 높습니다.
STEAM수업에서 창의적 설계를 반복할 수 있도록 문제해결 능력이 높아집니다. 그 방식을 살펴보면 ‘과학’보다는 ‘공학’에 가깝다고 할 수 있습니다. 과학은 ‘왜?’ 라는 질문에 답을 제시하는 학문 입니다.
아이들이 궁금해하는 질문은 대부분 과학의 범주에 속합니다. ‘하늘은 왜 파랄까?’ , ‘ 우주에서 가장 작은 입자는 무엇일까? ‘ 처럼 그 원인과 이유를 묻는 것입니다. 반면에 공학은 ‘어떻게?’ 라는 질문에 답을 줍니다. ‘어떻게 하면 비행기를 더 안전하게 만들까?’ 어떻게 해야 작은 공간에 더 많은 데이터를 저장할까?’, 같은 돈으로 집을 더 따뜻하려면 어떻게 해야 할까?’ 문제를 해결하는 방법을 고민하는 것입니다.

- 창의적 설계로 지식을 융합하라
교과서에서 제시하는 실험은 대부분 명확한 답이 존재합니다. 주어진 문제를 스스로 해결하기보다는 이미 배운 것을 다시 확인해보고 데 목적이 잇는 것입니다. 교과서는 세부적인 실험과정까지도 친절하게 안내하므로 학생이 창의적으로 문제해결 과정을 설계해 볼 기회가 부족합니다. 설령 기존 과학지식을 확인하는 일이 문제해결 과정에 포함된다 해도 설계 과정은 반드시 필요합니다.
여러 제약조건 하에서 어떻게 실험을 진행할 것인지 스스로 생각해볼 수 있어야 합니다. 교사의 지시에 따라 몇 가지 실험도구를 조작하는 것만으로 실험활동의 범위가 줄어든 것은 안타까운 일입니다. 창의적 설계의 출발점은 자신에게 주어진 문제를 학생 스스로 정확하게 인식하는 순산부터입니다. 문제를 정확히 파악한다는 것은 제약 조건이 무엇인지를 파악한다는 뜻입니다.
문제를 정확히 파악한다는 것은 제약 조건이 무엇인지를 파악한다는 뜻입니다. 불가피한 한계를 극복하면서 문제를 해결해나가는 과정은 실제 과학기술 분야의 연구 개발이나 산업현장에서 실제로 하고 있는 방식 입니다. 그러므로 창의적 설계를 하다 보면 한두 개 과목의 제한된 지식만으로 불가능하며 여러 학문의 지식들이 자연스럽게 융합됩니다.

셋째, 감성적 체험으로 새로운 도전을 권한다.창의적 설계 이후에는 학생들이 감성적 체험을 통해 새로운 도전의식을 가지게 할 차례 입니다.
상황 제시를 통해 문제를 자신의 것으로 인식하고 창의적 설계과정을 통해 해결하면 학생들이 성공의 기쁨을 느끼게 됩니다.
이 성공의 기쁨을 바탕으로 새로운 문제에 열정적으로 도전 하도록 격려 합니다.

감성적 체험의 효과를 높이려면 학생들이 학습활동에 대한 필요성을 느끼는 데서 그치지 않고 생각을 이어가도록 도와야 합니다. 제시된 문제가 실생활에 어떻게 연결되는지, 이와 비슷한 상황이 생기면 어떻게 해결되는지, 관련된 다른 내용은 없는지, 유사한 활동을 계속하려면 어떻게 해야 하는지 등 호기심과 흥미를 유지시키는 것입니다. 수업 도입부의 동기유발 장치 그리고 문제 해결 이후에 주어지는 보상 체계도 감성적 체험의 일종으로 볼 수 있습니다. 감성적 체험 요소만 제대로 작동한다면 하나의 문제를 해결한 이후에 다른 문제 다시 도전하는 선순환 구도가 완성 됩니다.

이로써 과학기술에 대한 관심과 흥미를 높이고 과학기술계 진학을 유도하는 STEAM의 두 가지 목표를 이 룰 수 있습니다.
결론적으로 선순환 구조 속에서 학생 스스로 자기주도 학습을 진행하는 모든 활동과 경험이 곧 감성적 체험과 연결됩니다. 기존 교육학에서 교육목표로 제시하는 ‘정의적 영역(affective domain)’ 과 유사한 면이 있지만 교사가 아닌 학생 중심의 관점이라는 점이 다릅니다. 감성적 체험은 학생 스스로 경험하고 체험하면서 마음을 움직이는 ‘감동 학습’을 강조 합니다. 학습자가 어떠한 경험을 하는지, 학생이 배우는 것이 무엇인지에 대해 중요하게 취급합니다.

수업 체크리스트

STEAM 교육 체크리스트

STEAM의 기본개념과 핵심 요소를 파악했다 하더라도 프로그램들이 STEAM의 특성에 부합하는지를 판단하기는 쉽지 않습니다. STEAM 수업을 설계할 때는 다음의 체크리스트를 확인하고 STEAM 요소가 제대로 반영되었는지 항목별로 판단하는 것이 좋습니다.

구분 요소 세부설명
STEAM 교육 목적 융합인재양성 융합형 인재 양성 목적에 부합하는가?
STEAM 교육 개념 학생흥미증진 학생의 과학기술에 대한 흥미를 높이도록 설계되었는가?
실생활 연계 실생활속의 과학기술과 연관된 주제인가?
융합적 사고력 배양 학생의 융합적 사고력을 배양하도록 프로그램이 설계되었는가?
STEAM
학습준거틀
상황제시 실생활 연계 학생들이 실생활에서 해결해야 할 문제 상황으로 제시하고 있는가?
흥미와 몰입 학생이 흥미를 느낄 수 있는, 학생의 눈높이에 맞는 구체적인 상황인가?
창의적 설계 학생중심 교사 프로그램에 학생이 자신의 아이디어와 발상을 반영할 수 있도록 설계 되었는가?
아이디어발현 프로그램에 학생이 자신의 아이디어와 발상을 반영할 수 있도록 설계 되었는가?
자기문제화 학습자가 학습 주제를 자기 문제로 인식 하도록 수업이 구성되었는가?
학습방법 개념을 교사가 직접 설명하지 않고 활동을 통해 학생이 깨우치도록 설계되었는가?
과정,활동 중심 결과보다 과정이, 지식보다는 활동이 강조되었는가?
다양한 산출물 프로그램의 결과물이 모둠별 또는 개인별로 다르게 산출되도록 설계되었는가?
협력 학습 동료, 교사, 다양한 도구와의 협력 학습이 이루어 질 수 있도록 설계되었는가?
감성적 체험 Hands-on 학생들이 직접적인 체험(hands-on)을 통하여 열정을 가지고 참여할 수 있도록 하는가?
성공의 경험 학습자가 성공을 경험하도록 설계되었는가?
새로운 도전요소 연계된 활동에 새로운 도전을 하도록 설계되었는가?
자기평가 학습자가 스스로 활동을 평가할 수 있는 기회를 제공하였는가?

STEAM 교육이 아닌 것은 무엇일까

STEAM의 특성과 범위를 명확하게 이해해야만 융합인재교육을 올바로 실시할 수 있습니다. 아래의 표를 살펴보면 어느 것이STEAM이고 또 어느 것이 STEAM이 아닌지 구별하기 쉬울 것입니다.

지향하는 교육 지양하는 교육
학생 미래를 준비하는 교육 입시, 시험만을 대비하는 교육
관련된 교과가 자연스럽게 연계되고 융합되는 교육 교과별로 분리된 교육
교육과정에 연계한 다양한 자원을 활용하는 교육 교과에서만 의존하는 교육
체험, 지식활용, 문제 해결 위주의 교육 지식 습득 위주의 교육
원리를 깨우치는 교육 원리를 전달받는 교육
지식이 어디에 사용되는지 왜 배우는지 알고 실생활 문제를 해결하기 위한 교육 학문적 개념에 집중하는 교육
문제를 정의하는 교육 주어진 문제에 답하는 교육
학생의 실생활에 연계된 교육 Relevance 학생의 관심이 배제된 교육
학생의 창의적 아이디어가 드러나는 교육 학생의 참여가 제한된 교육
다양한 학습 결과물이 산출되는 교육 똑같은 정답을 요구하는 과목
학생이 서로 협력할 수 있는 교육 학생이 독립적으로 혼자서 학습하는 교육
학생과 교사가 활발히 상호작용하는 교육 학생과 교사의 상호작용이 제한된 교육
교사가 협력하여 준비하고 실행하는 교육 교사 1인이 책임지는 교육
교사가 안내하는 교육 교사가 가르치는 교육
프로젝트형 교육 강의 중심의 교육
문제해결 과정이 강조되는 교육 결과가 강조되는 교육
방법을 찾아가는 교육 원인을 알아가는 교육
주어진 조건하에서 실험을 설계하는 교육 지식을 확인하는 실험 교육