초·중·고등학교 교과서 분석을 통한 초등학생들을 위한 STEAM 기반 환경교육 프로그램 개발과 적용

전반적으로 초등학교 교과목에서 다루는 내용은 학생들의 성장과 발달을 고려하여 균형 잡힌 교육을 제공하는 데 중점을 두고 있다. 초등학생들은 기초 학습 역량 강화를 위해 국어, 수학, 과학, 사회 예술, 체육 등을 통해 다양한 학습을 한다. 학습은 교과목의 내용들을 통합적으로 연결하여, 다양한 활동과 프로젝트를 통해 창의적 문제해결 능력 향상에 중점을 둔다. 그리고 학생들이 실제 생활 속에서 학습할 수 있도록 교과목 내용을 구성하고 있다.

초등학교의 교과목 중에는 지구환경, 환경오염, 에너지 관련 내용을 다루는 과학, 사회, 통합(바른생활) 교과목이 있다. 이들 교과목의 교과서에 포함된 단원 중 환경, 에너지, 환경오염, 지속가능성, 신재생에너지와 관련된 내용은 탄소중립과 밀접하게 연계하고 있다. 이들 교과목에서 기후, 환경, 자원, 에너지, 온실효과, 온실가스와 같은 주제어와 내용을 포함하는 단원을 추출하여, 각 단원의 연계성과 상호 관계성을 조사하였다.

<Table 1>은 초등학교 과학, 사회, 통합 교과서에 환경-에너지 관련 내용을 포함하고 있는 교과서 단원과 단원에서 학생들이 학습하는 내용을 정리한 것이다. 초등학교의 과학 교과서에는 5~6학년에 다루고 있으며 5학년의 과학 교과서에서는 4개의 단원에서 태양과 별, 온도와 열, 날씨와 우리 생활, 생물 그리고 6학년에서는 1개 단원에서 에너지-생활을 다루고 있다. 태양계와 별, 날씨와 우리 생활의 단원에서는 환경-에너지를 핵직접적으로 다루지 않지만, 태양과 별의 특성과 간접적으로 태양에너지를 다루고 있다. 날씨와 열의 이동에서는 우리나라의 계절별 날씨의 특징과 날씨에 영향을 미치는 공기의 성질에 관한 내용이 있다. 환경과 지구온난화 등과 같이 직접적 관련성을 다루는 단원은 온도와 열, 생물과 환경, 에너지와 생활에서 다룬다. 온도에서는 물질의 차가운 정도와 에너지로서 열은 물질 간의 온도 차이로 인해 이동하는 것을 학습한다. 특히, 액체와 기체에서 발생하는 대류 현상에서 열의 이동을 다루고, 대류 현상은 우리의 일상에서도 쉽게 관찰할 수 있으며, 지구온난화와 기후변화와 밀접한 관련을 갖는다. 생태계 보전과 환경오염은 생물에게 직간접적으로 영향을 미치며, 생태계의 균형을 깨뜨릴 수 있다. 간접적으로 학생들은 환경오염을 줄이고 생태계를 보호하기 위해 다양한 노력과 생물들이 건강하게 살아갈 수 있는 환경이 무엇인지 학습한다.

<Table 1>

Analysis of environmental content in elementary school science, integrated and social studies textbooks.(Su: Subject, G: Grade, Sci.: Science, Soc.: Social studies, IS: Integrated Subject)

그리고, 에너지 관련 교과서 내용은 다양한 형태의 에너지 등이 일상생활에서 쉽게 발견할 수 있다는 것을 다루고 있다. 예를 들어, 태양광 에너지는 전기 에너지로, 운동 에너지는 열에너지로 변환될 수 있다. 에너지의 형태 변환을 이해하고, 에너지를 효율적으로 사용하는 방법을 토의한다. 에너지 절약은 환경 보호와 인간의 삶의 질과 직결된다.

초등 과학 교과서에서 다루는 환경-에너지 내용은 주로 과학적 원리와 개념 중심이다. 따라서 학생들의 인지적 수준을 고려하여 5학년 6학년에 다루어지고 있다. 반면에 초등학교의 사회과 교과목은 과학적, 전문적 지식을 학습하기보다는 사회 전반의 영향과 인간과의 관계, 환경오염에 대한 습관을 기르는 것과 같은 내용들을 다루고 있어서 초등학교 전 학년에서 에너지와 환경 내용을 학습한다. 초등학교 1학년의 통합교과목에서 1개, 4학년 1개, 5학년 1개, 6학년 3개 단원에서 생활 중심적으로 다룬다.

초등학교의 사회 교과서와 통합 교과서에서는 몇 가지의 특징으로 나누어 연계를 설명할 수 있다. 첫 번째, 에너지 절약과 현명한 소비생활 측면에서 여름철 에너지 절약 수칙과 자원의 희소성이 경제 활동과 직결된다는 내용과 여름철 에너지 절약 수칙을 통해 자원 절약의 중요성을 이해하고, 현명한 소비생활을 실천함으로써 지속 가능한 경제 활동을 지향할 수 있게 한다. 두 번째, 기후환경과 인간 생활의 관계를 다루고 있다. 세계 주요 기후의 분포와 특성과 우리나라의 기후적, 지형적 환경 특성을 학생들이 이해함으로써 기후가 인간 생활에 미치는 영향을 학습한다. 세 번째, 지속 가능한 지구촌과 환경 문제로 지속 가능한 미래를 건설하기 위한 과제와 지구촌의 주요 환경 문제를 해결하기 위해 방안을 탐색한다.

중학교 교과목의 구성은 학생들의 기초 학습 역량을 심화하고, 다양한 학문적 탐구와 자아 발전을 돕기 위함이다. 초등학교의 교과서에서 다루는 내용이 실생활 중심적이라면 중학교는 실생활 중심을 심화한다. 또한, 초등학교에서 배운 기초 개념을 심화시킨 내용을 통해 학생들은 학문적인 깊이를 더하고, 더욱 복잡한 문제해결 능력을 기른다. 폭넓은 학문적 탐구를 위해 국어, 수학, 과학, 사회, 예술, 체육, 기술가정, 외국어 등의 교과목으로 지식과 기술을 습득하고 탐구할 수 있다.

<Table 2>는 중학교 과학, 사회 교과서의 단원중에서 환경-에너지, 탄소중립, 환경오염, 지속가능성과 같은 학습 내용을 정리한 것이다. 중학교 교과목의 교육과정은 학교마다 차이가 있어<Table 2>의 학년을 1, 2, 3으로 표기했다. 중학교의 과학 교과서에는 5개의 단원에서 환경-에 너지 내용들이 다루어지고 있으며, 생물의 다양성, 물, 재해·재난, 온실효과, 지구온난화 각각 1개 단원과 2개의 단원에서 과학기술과 인류 문명을 다루고 있다. 생물 다양성 보전 측면에서 생태계의 건강과 안정성을 유지하는 데 필수적이며, 생물 다양성이 보존되어야 환경과 인류가 지속 가능하게 발전할 수 있다. 물의 가치에서는 해수, 담수, 빙하는 지구의 수자원을 구성하는 중요한 요소들과 자원으로서 물의 가치를 이해하고 이를 효율적으로 관리하는 것에 중점을 두고 있다. 재해·재난의 원인과 피해를 과학적으로 분석함으로써 기후변화와 온실효과의 영향을 이해하고, 생물다양성과 자원 관리를 통해 재해 예방 및 대응 방안에 중점을 둔다. 기권의 층상 구조와 온실효과, 지구온난화를 복사 평형의 관점으로 설명함으로써 기후변화의 메커니즘을 이해하고, 이를 기반으로 재해·재난 대응에 관한 내용을 학습한다. 또한 2개 단원에서 과학기술의 유용성은 인류 문명의 발전과 밀접하게 관련되어 있으며, 재해 예방, 자원 관리, 환경 보전 등 다양한 분야에서 실용적인 해결책을 제공할 수 있다는 내용을 다루고 있다.

<Table 2>

Analysis of environmental content in middle school science and social studies textbooks (Su: Subject, G: Grade, Sci.: Science, Soc.: Social studies)

중학교 사회교과목의 교과서에서는 환경-에너지, 탄소중립, 환경오염, 지속가능 등과 같은 내용이 5개 단원에서 다루어지고 있다. 각각 2개 단원에서 자연재해, 지구환경 문제에 관한 내용과 1개 단원에서 기후변화를 다룬다. 중학교의 사회 교과서에서 다루는 환경-에너지에 관한 내용을 정리하면 다음과 같다.

첫 번째 자연재해는 지진, 홍수, 태풍, 가뭄 등 다양한 형태로 나타나며, 지리적 위치, 기후 조건, 지형 특성에 따라 발생 빈도와 강도가 다르며, 지역 주민들의 삶에 큰 영향을 미친다. 예를 들어 홍수에 의한 농작물 피해와 주거 환경파괴 등의 사례로부터 자연재해의 원인과 영향을 학습한다. 두 번째, 자원 분포의 불균등과 자원 소비량의 지역적 차이로 인한 경제적 갈등과 국가 간 갈등을 초래하는 석유와 천연가스와 같은 자원의 편재성으로 인한 국제적 갈등 등을 학습한다. 세 번째, 세계적으로 온실가스 배출 증가로 인한 지구온난화는 해수면 상승, 기후환경 변화가 이상기상 현상을 초래한다는 것을 학습하고, 파리협정과 같은 국제 협약을 통한 기후변화에 대응하기 위한 전 세계적인 협력과 각 지역에서 탄소 배출을 줄이고, 재생 에너지를 활용하는 등의 노력이 필요함을 학습한다. 네 번째, 생활 속의 환경 이슈와 관련한 다양한 의견을 비교하고, 환경 이슈에 대한 자신의 의견을 제시하는 활동을 한다. 기후변화, 자원 고갈, 생물 다양성 감소 등과 같은 환경 이슈에 대해 사람들이 서로 다른 관점을 가지는 것을 다룬다. 결론적으로, 초등학교 교과서 내용은 원리와 개념 중심과 읽을거리로서 온실효과, 지구온난화 환경오염을 가볍게 다루지만, 중학교 교과서에서는 그 내용이 깊고, 상세히 다루어진다.

고등학교 교과목의 구성은 학생들이 심화된학문적 탐구와 자기주도 학습을 통해 대학 진학이나 사회 진출을 준비할 수 있도록 중학교에서 배운 내용을 더욱 세분화, 심화한다. 과학 교과목의 경우 생물, 물리, 화학, 지구과학, 사회교과목의 경우 정치, 경제, 지리 등으로 구성되어 각 교과목에서 다루는 내용은 전문적 수준으로 발전하며, 학생들은 특정 분야에 대한 깊이 있는 전문적 이해를 쌓게 된다. 또한, 선택 과목을 다양화하여 학생들의 흥미와 진로를 고려한다.

전체적으로 초등학교, 중학교, 고등학교 교과목의 연계 특징은 초등학교에서 다루는 교과목의 내용이 생활과 밀접한 관련성을 가지며, 중학교는 고등학교의 전문적 지식과 대학 진로와 직업 준비에 도움이 되는 과정의 중간 그리고 고등학교는 사회·직업인으로서 역량을 갖는 형태로 교과서가 구성되었다.

<Table 3>과 <Table 4>는 고등학교 통합과학, 지구과학 I, 통합사회, 한국지리, 세계지리, 여행지리 교과서에 환경-에너지, 탄소중립, 환경오염, 지속가능 등과 같은 내용이 포함된 단원을 정리한 것이다. 고등학교 교과목의 교육과정은 학교마다 차이가 있어 <Table 3>, <Table 4>의 학년을 1, 2, 3으로 표기했다. 고등학교 통합과학 교과서에는 5개 단원과 지구과학 I의 1개 단원에서 탄소중립과 관련한 내용들이 있다. 통합과학 교과서의 발전과 신재생에너지, 생태계와 환경이 각각 2개 단원에서 다루어지고 있으며 1개의 단원에서 지구 시스템에 관한 내용이 있다.

<Table 3>

Analysis of environmental content in high school integrated-science and earth science I textbooks.(Su: Subject, G: Grade, I-Sci.: Integrated-Science, ES: Earth Science I)

<Table 4>

Analysis of environmental content in high school social studies, Social Studies, World·Korea·Travel Geography, society and culture (Su: Subject, G: Grade, Soc.: Social Studies, WG: World Geography, KG: Korea Geography, TG: Travel Geography, SC: society and culture).

지구과학 I에서는 대기와 해양 변화를 다루고 있다. 이 단원 내용은 발전과 신재생에너지 측면에서 핵발전, 태양광 발전, 풍력 발전과 발전 방식의 장단점을 다루며, 기후변화로 인한 지구 환경 문제 해결과 신재생에너지 기술 개발의 필요성과, 파력 발전, 조력 발전, 연료전지 등의 사례를 통해 과학적 원리와 개념을 이해한다. 지구 시스템 단원에서는 다양한 자연 현상이 지구 시스템 내부 물질의 순환과 에너지 흐름의 관계와 지구 시스템의 복잡한 상호작용을 학습한다. 생태계와 환경에서는 엘니뇨와 사막화 현상이 지구환경과 인간 생활에 미치는 영향을 이해하고, 생태계에 심각한 영향을 주는 것을 학습한다. 통합사회 교과목의 교과서에서는 2개 단원에서 자연환경과 인간, 1개 단원에서 미래와 지속 가능한 삶을 다루고 있다.

한국지리 교과서의 1개 단원에서 기후환경과 인간생활, 세계지리 교과서의 1개 단원에서 세계기후 지역, 사회문화 교과서의 1개의 단원에서 현대의 사회변동, 여행지리 교과서의 1개의 단원에서 여행지와 여행지 주민이 모두 행복한 여행에서 다루어지고 있다. 통합사회 교과목에서는 자연환경이 과거와 현재의 인간 생활에 미친 영향을 분석하고, 안전하고 쾌적한 환경 속에서 살아갈 인간의 삶과 환경 문제 해결을 위한 정부, 시민사회, 기업 등의 노력을 조사하는 내용과, 개인적으로 실천 방안을 모색하고 미래 지구촌의 모습을 다양한 측면에서 예측하고, 자신의 미래 삶의 방향을 토의하고 학습한다. 세계·한국·여행지리 교과서에서는 자연재해 및 기후변화의 현상과 원인, 초래되는 결과를 학습하고 인간과 자연환경 간의 지속 가능한 관계와 기후의 주요 특징을 학습한다. 사회문화 교과서는 세계적 문제들과 세계시민으로서 지속 가능한 사회를 위해 노력하는 방안을 학습한다.

[Fig. 2]는 초·중·고등학교 교과서의 환경-에너지, 탄소중립, 환경오염, 지속가능 등과 같은 내용이 포함된 교과목의 교과서 내용을 정리한 <Table 1>∼<Table 4>를 토대로 초·중·고등학교별-교과목별 주요주제와 주제어 등을 관련지어서 연계성을 나타낸 것이다. [Fig. 2]에서 과학이라 표기된 것은 통합과학, 지구과학 I을 포함하여 과학이라 표기하였으며, 사회라고 표기한 것은 사회, 통합사회, 세계지리, 한국지리, 여행지리, 사회문화을 통칭하여 표기하였다. 전체적으로 초·중·고등학교 과학에서는 과학적 원리와 개념 중심의 내용을 담고 있으며 사회에서는 지구온난화, 재난·재해, 기후변화 등에 대한 사회 전반에 걸친 문제와 문제의 해결을 위한 방안 등을 다루고 있다.

[Fig. 2]

The relationship between energy and environmental topics in elementary, middle, and high school curricula.

교과목의 연계성과 학교급에 따른 연계성에서는 첫째, 에너지 유형과 원리의 이해 그리고 둘째, 생물과 환경 두 가지의 경로로 크게 나누어진다. 이 두 가지의 경로는 최종적으로 환경과 탄소중립 등 인간의 지속가능성을 사회의 형태에 따라 학습하게 된다. 과학 교과목의 학년·학교 간 연계 경로는 에너지가 신재생에너지로 연결되고 날씨, 공기, 열 이동이 물질의 순환을 거쳐 지구온난화로 가는 경로와 생물과 환경은 생물의 다양성이 지구온난화로 연결되는 부분으로 나누어진다. 같은 교과목 내에서는 확대 심화가 이루어진다. 즉, 교과목과 교과목의 연계성에서는 심화보다는 확대가 이루어진다.

학교급에 따른 심화 학습의 연계성, 교과 간 교과 내의 연계성은 학생들이 특정 주제에 대해 더 깊이 있게 학습할 기회를 학생들에게 제공하는 것으로 판단된다. [Fig. 2]와 같이 실제 생물에서 출발하여 지구온난화와 기후변화로 심화 되어있다. 이는 학생들이 지구환경 분야에만 국한되지 않고, 지구온난화, 탄소중립, 기후변화 물질의 순환 등의 과학적 원리와 여러 분야의 지식을 통합하여 학습할 수 있게 구성되어 있다.

1) 초등학교 교과서 재구성

[Fig. 2]의 초·중·고등학교 과학, 사회 관련 교과목의 관계성을 살펴보면 과학 교과목에서는 최종 도달 학습이 지구환경에 대한 지구온난화, 엘리뇨, 사막화, 기후변화 내용들을 다루며, 사회교과목에서는 교과목과 확장 연계성을 가지고, 최종 도달 학습이 지구촌 환경 문제의 해결, 지속가능성 등을 사회적, 정치적, 경제적으로 해결하는 학습을 집중한다.

따라서 본 연구에서는 지구촌 환경 문제의 해결과 인류의 지속가능성을 다룰 수 있는 사회 해결에 초점을 맞추어서 “더불어 살기”라는 프로그램 주제 선정 후, 초등학교 학생들에게 맞는 교과서를 재구성하였다. 초·중·고등학교 교과서 전반에 걸쳐 다루어지는 환경-에너지는 인류의 지속가능성과 지구촌의 문제인 총체적 문제로 다루어지고 있으므로 지구촌의 의미를 확장하여 제목을 “더불어 살기”로 정했으며 더불어 살기에는 환경 문제 해결과 인류의 지속가능성을 실현 함에 있어 사회적, 개인적 중요한 가치이며, 탄소중립, 에너지 절약에 대한 인식과 실천, 에너지의 이해는 이를 위해서는 필수적이다. 이러한 내용을 고려하여 STEAM 기반 환경교육 프로그램을 개발하고, 학생들에게 프로그램을 적용하기 위해서 교과서를 재구성하였다. 또한 학생들이 지구온난화의 심각성, 탄소중립, 환경오염으로 인해 나타난 생태계 문제와 위기가 우리와 먼 이야기가 아닌 아주 밀접한 관계임을 학생들에게 인식할 수 있는, 스스로 자연과 더불어 살아가기 위한 캠페인을 계획하고 실천할 수 있는 내용이 담길 수 있게 연관된 교과서들을 재구성하여 <Table 5>에 정리하였다.

<Table 5>

Restructuring the curriculum for an integrated survival together program (Su: Subject, Sci: Science, Soc.: Social Studies)

초등학교 과학 교과목의 정규교육 과정에서는 에너지의 효율적 이용과 환경오염이 생태계에 미치는 영향을 두 단원 즉, “에너지와 생활”, “생물과 환경”에서 다루는데 교과서 내용의 재구성을 위해 이 내용을 지구온난화와 환경오염을 막을 수 있는 에너지 절약법 알기와 토의하기 그리고 환경오염과 생태계와의 관계 알아보기, 캠페인 활동으로 재구성하였다. 그리고 사회에서는 “지속가능한 사회” 단원을 지구촌에 나타나는 다양한 환경 문제 알아보기를 지구온난화와 환경오염 실태와 생태계의 관계로 확대하여 구성하였다. 미술에서는 “널리 알리는 디자인”의 친구 사랑 홍보하기와 더불어 살기에 맞게 환경 문제의 심각성 등을 홍보하는 더불어 살아가는 캠페인 디자인 도안, 제작하여 캠페인 활동으로 구성하였다. 수학에서는 “소수의 덧셈과 뺄셈” 단원의 소수 두 자리수 덧셈을 탄소중립과 관련하여 탄소발자국 계산하기로 구성하였다.

2) STEAM 요소와 교육단계

Kim et al.(2012)에 의하면, 과학은 탐구, 실험,원리, 개념 중심이므로, 기술과 공학에서 강조하는 설계와 만들기 중심의 창의적 문제해결이 결합 되는 것이 STEAM 교육이라고 하였다. 과학과 기술, 공학을 융합하는 과정에서 예술적 감성과 디자인은 필수적인 것이며, 최종 산출물을 도출함으로써 학습자들이 과학, 수학에 대하여 흥미와 이해도를 높일 수 있고, 관련 내용인 기술, 공학, 예술적 요소까지도 배울 수 있는 것으로 본 것이다. 또한, Kim et al.(2012)은 STEAM 교육의 방법론적 관점에서 설계와 만들기 중심의 창의적 문제해결을 강조하였다.

본 연구에서는 Kim et al.(2012) 등이 주장하는 것을 고려하여, <Table 5>와 같이 재구성된 교과서 내용을 STEAM 요소와 단계로 분류하여 <Table 6>에 비교·정리하였다. 과학과 관련 내용에서 재구성된 STEAM 요소는 지구온난화 현상, 환경오염과 생태계와의 관계 그리고 기술과 공학 영역에서는 지구온난화와 환경오염을 줄일 수 있는 기계 등을 설계하고 만들어 보고 토의하기이다. 예술과 관련해서는 홍보와 캠페인을 하기 위한 도안 디자인, 그리기, 캠페인 도구 만들기와 수학 교과에서는 탄소중립에 관한 탄소발자국 계산하기를 STEAM 요소와 결합하였다.

<Table 6>

STEAM elements applied to the program.

한편, Kim et al.(2012)은 STEAM 교육이 추구하는 교육의 이론적 근거를 정립하기 위해 융합인재 교육 실행 방향 정립을 위한 연구에서 상황 제시, 창의적 설계, 감성적 체험의 STEAM 교육 학습 준거를 제시하였다. 이에 따라 본 연구에서도 학습 준거를 도식화하여 <Table 7>에 나타내었다.

<Table 7>

Activity contents of the integrated program based on the STEAM education learning standards framework(T: Time) .

학생들이 문제해결의 필요성을 느낄 수 있는 상황 제시에서는 “지구온난화의 심각성과 지구가 보내는 경고 알아보기”, “환경오염과 생태계의 관계 알아보기” 내용으로 구성하였다. 그리고 학생들이 스스로 문제해결 방법을 찾아가는 창의적 설계 영역에서는 “지구온난화와 환경오염을 막을 수 있는 에너지 절약법 토의하기”, “탄소발자국 계산하기”, “자연과 더불어 살아가기 위한 캠페인 계획하기” 마지막으로 학생이 문제를 해결하였다는 성공의 경험인 감성적 체험은 “가정, 학교, 지역에서 더불어 살아가기 캠페인 진행하기”, “프로젝트 진행하며 느낀 점, 배운 점 발표하기”로 구성하였다. 이 내용들을 구체화하면 다음과 같다.

첫째, 상황 제시에서는 학생들이 문제해결의 필요성을 구체적으로 느끼기 위한 장치이다. 이를 위해 주어진 상황의 문제는 학생들의 실생활 문제와 연계시키며, 이 단계를 통해, 문제 상황을 자기 문제로 인식한 학생들은 자기주도적 학습을 할 수 있을 것이다. 둘째, 창의적 설계는 학생이 어떤 상황에서 창의성, 효율성, 경제성, 심미성을 발현하여 최적의 방안을 찾아 지식, 제품, 작품을 산출하는 종합적인 과정이다. 창의적 설계의 과정은 학생들의 문제 정의 능력과 문제해결 능력을 배양한다. 또한, 설계 과정에서 여러 학문의 지식이 활용된다. 셋째, 감성적 체험은 STEAM 교육의 과정에서 학생들이 경험하는 인성적인 성장과 문제해결 및 학습에서의 성공적인 경험이다. 학생들은 학습에 대한 성공을 경험하면 지적 만족감 및 성취감을 느끼게 되고, 이는 새로운 문제에 대한 동기 유발과 도전에의 욕구 및 몰입의 의지를 부여할 수 있다.

<Table 8>, <Table 9>, <Table 10>은 초등학교 6학년 수준을 고려하여 STEAM 기반 환경교육 프로그램 지도안이다. 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 교과에서 추출한 요소를 STEAM 단계에 연계하여 상황 제시(<Table 8>), 창의적 설계(<Table 9>), 감성적 체험(<Table 10>)이 가능한 수업안을 작성하였다. 초등학생들의 경우 수업에 대한 몰입과 집중도가 떨어지기 때문에 학생들의 수업 집중도와 흥미를 높이기 위해 차시마다 블록 타임제를 적용하였다. 상황 제시 단계에서는 주변에서 흔히 접할 수 있는 지구 환경 문제의 심각성과 학생들의 흥미를 유발하기 위해 시청각 자료를 활용하여 수업할 수 있도록 구성하였다.

<Table 8>

Lesson plan for presenting situations in environmental programs, LO:Learning objectives, LC: Learning contents, LS: Learning Step, SE: STEAM Elements

<Table 9>

Lesson plan for Creative Design in environmental programs, LO:Learning objectives, LC: Learning contents, LS: Learning Step, SE: STEAM Elements

<Table 10>

Lesson plan for Aesthetic Sensibility in environmental programs, LO:Learning objectives, LC: Learning contents, LS: Learning Step, SE: STEAM Elements

창의적 설계 단계 수업 중에는 주어진 문제 상황에 대하여 학생들이 스스로 해결 방법을 탐색하며, 탐색한 정보를 바탕으로 학생들 간 토론・토의를 통해 아이디어를 다양하게 산출하며, 그 아이디어를 구체화하는 설계도를 작성하여 산출물을 만들도록 하였다. 한편, 학생들의 원활한 과제 해결을 위하여 약 4명의 소규모 집단을 구성하였으며 산출물 제작 과정에서 필요한 물품들은 학생들이 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재활용품이나 물건들로 구성하도록 강조하여 산출물 제작 과정도 환경 내용이 이어지도록 수업을 계획하였다. 마지막에 문제 상황을 발견하거나 정보를 찾는 과정, 그리고 산출물을 찾는 과정에서 학생들의 생각을 수정·보완할 수 있는 기회를 제공하였고, 자신이 낸 아이디어를 친구들 앞에서 설명하거나 모둠별 토의할 수 있도록 하였다. 이 과정을 통하여 학생 스스로 차시에서 배운 내용을 스스로 정리할 수 있도록 기회를 부여하였고, 수업 내용에 대한 이해력을 높일 수 있도록 수업을 구성하였다. 그리고 창의적 설계 단계에서는 제작한 산출물을 다시 수정・보완하는 기회와 제작에 실패한 학생들에게는 재제작 기회를 부여하고, 산출물 제작에 성공한 학생들에게도 다른 학생들의 의견과 아이디어를 참고하여 산출물의 개선 기회를 부여하였다. 이 과정을 통하여 다른 학생들의 아이디어를 자기화하는 과정을 가져 수업의 흥미도와 산출물 완성도를 높일 수 있도록 구성하였다. 감성적 체험에서는 자신이 발명한 것을 캠페인 하는 실천과 환경오염에 대한 홍보활동을 할 수 있게 구성하였으며, 발표와 토론을 구성하여 서로 상호 의견을 존중하고 자신을 돌아보고 보완할 수 있는 시간을 가지게 하였다.

<Table 12>는 STEAM 기반 환경교육 프로그램 적용 전·후 생태 감수성에 대한 설문조사 결과를 정리한 표이다. 전체적으로 STEAM 환경교육 프로그램을 적용하기 전·후로 학생들의 환경에 대한 정의적, 인지적, 행동적 영역에서 상당한 변화가 관찰되었다. 정의적 영역에서, 환경개선 참여 태도에 대한 사전 평균은 2.46에서 사후 평균 4.08로 상승했고, 환경 쟁점 선택 태도는 2.33에서 4.60으로 향상되었다. 환경윤리는 사전 사후 평균이 1.95에서 4.45로 증가했다. 정의적 영역 전체 사전 사후 평균도 2.25에서 4.38로 증가하여 학생들의 환경에 대한 감정적 태도가 크게 향상된 것을 볼 수 있으며 유의 확률 p 값이 모든 항목에서 0.000으로 사전 사후검사 결과의 비교는 통계적으로 유의미한 결과를 보였다.

<Table 12>

Pre- and post-program surveys on the cognitive, affective, and behavioral environments of students participating in the program

인지적 영역에서도 정의적 영역의 설문조사 결과와 유사한 변화가 나타났다. 환경오염의 원인과 해결 방법에 대한 지식은 사전 사후 평균이 2.38에서 4.58로 생태계 보존의 필요성과 방법에 대한 이해는 2.08에서 4.54로 그리고 친환경에 대한 지식도 1.87에서 4.61로 증가하였다. 인지적 영역 전체 사전 사후 평균은 2.11에서 4.57로 상승하여 학생들의 환경 관련 지식이 크게 향상되었다. 인지적 영역에서 사전 사후의 차이는 통계적으로 유의미한 결과를 얻었다.

행동적 영역에서는 환경 문제 해결에 대한 실질적 참여가 사전검사 평균 1.91에서 사후검사 평균 4.61로, 환경관리에 대한 참여는 2.29에서 4.62로, 실천 강화를 위한 사람들에게 설득과 권유에 대한 태도는 2.06에서 사후검사 평균 4.52로 증가했으며, 환경 관련 쟁점 해결을 위한 의사결정은 2.08에서 3.79로 향상되었다. 행동적 영역 전체 사전 사후 평균도 2.09에서 4.39로 상승하였다. 이러한 사전 사후의 평균값 차는 유의미한 결과를 보였다. 정의적 영역에서는 환경개선 참여 태도와 환경윤리에 대한 인식이 크게 향상되었고, 인지적 영역에서는 환경오염의 원인과 해결 방법에 대한 이해가 강화되었다. 또한, 행동적 영역에서도 환경 문제 해결에 대한 실질적 참여가 눈에 띄게 증가하였다. 종합적으로 학생들은 STEAM 기반 환경교육 프로그램을 통해 정의적, 인지적, 행동적 영역에서 모두 큰 향상을 보였다. 가장 큰 변화를 보인 영역의 순서는 인지적 영역>행동적 영역>정의적 영역으로 나타났다. STEAM 기반 환경교육 프로그램이 학생들의 환경에 대한 태도에 미치는 영향을 분석한 연구 결과는 다양하다(Kim et al., 2016; Lee, 2017).

예를 들어, Kim et al.(2016)은 초등학교 고학년 학생들을 대상으로 기후변화 교육프로그램을 적용한 결과, 사전검사와 사후검사에서 환경에 대한 인식 및 태도와 행동이 유의미하게 향상된 것으로 나타났다. 이들의 연구 결과는 본 연구의 결과와 비슷하였다. Lee(2017)는 학교-사회 환경교육 연계프로그램이 학생들의 환경에 대한 지식, 인식과 태도, 행동에 미치는 영향을 분석하였다. 이 연구에서는 프로그램에 참여한 학생들이 환경에 대한 지식, 태도, 행동 수준이 모두 상승하였으며 이러한 연구 결과는 본 연구 결과와 일치하였다. 따라서 STEAM 기반 환경교육 프로그램은 학생들의 환경에 대한 태도와 행동에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

<Table 13>은 STEAM 기반 환경교육 프로그램 적용 전·후의 에너지와 환경 대한 학생들의 면담 내용을 정리한 것이다. 첫 번째 ‘에너지에 대해 알고 있는 것을 말하시오.’에 대한 학생들의 프로그램 적용 전 응답은 “과학적 접근에 따른 에너지의 원리와 활용에 대한 기본 개념보다는 단지 에너지 절약이 중요하다.”라는 생각이 지배적이었다면 사후 면담에서 에너지가 인간의 삶의 질을 향상시키며, 에너지를 이용하여 기계, 물체 등을 움직여 일을 할 수 있다. 에너지의 과학적 원리와 그 활용 가능성에 대해 이해했다. 예를 들면 한 학생은 사전에는 이 질문에 “전기요 음... 태양에너지인가?”라고 답했는데 사후에는 “에너지가 있으면 사람이 일을 쉽게 할 수 있습니다”라고 변화된 답을 했다.

<Table 13>

Comparison of pre- and post-interview results of students on energy and environmentstribution according to number of participants

두 번째, ‘에너지를 절약해야 하는 이유가 무엇인지 말해 봅시다’에 대한 프로그램 적용 전 학생들의 이해 수준은 지구온난화의 원인에 대해 알고 있지만 전기 자체가 환경을 오염시키는 것으로 이해했으며 에너지 절약은 전기를 사용하지 않는 것으로 생각했으며, 전기의 사용이 환경에 오염을 준다고 생각했다. 사후 면담에서는 전기세와 같은 직접적인 경제적 영향을 인식하였다. 예를 들면, 어떤 학생은 사전에는 “모든 방의 전기불을 꺼야 해요, 아껴 써야 해요”라고 말했는데 사후에는 “전기세가 많이 들어요”, “돈이 많이 들어요”라고 말했다. 화석 연료를 사용하여 생산된 에너지가 환경을 오염시킨다는 점을 이해하고 에너지 절약이 경제적 부담을 줄이고 환경 보호에 기여한다고 인식하였다.

세 번째, ‘환경오염에 대해서 아는 대로 이야기해 봅시다.’에 대해 프로그램 적용 전의 학생들의 이해 수준은 환경오염에 대해 학습 경험이 있지만 그 이해는 단편적이었다. 또한 환경오염의 원인과 오염 물질에 대해 깊이 있는 이해보다는 지리산의 반달곰에 대한 예를 제시하면서 생태 학습 경험을 말하였다. 사후 면담에서는 환경오염을 토양, 대기, 수질 등으로 세분화하여 이해하였으며, 환경오염은 각 요소들이 서로 영향을 주는 복잡한 상호작용 현상이라는 것을 인식하였다. 예를 들면, 사전에 “자동차 가스는 공기를 오염시켜요”라고 말했는데 사후에는 “오염된 가스가 미세먼지를 만들고 음... 빗물과 섞여 땅으로 들어가 땅을 더럽혀요”라고 말했다. 이는 환경오염에 대해 보다 종합적이고 체계적으로 이해하고 있다는 것을 의미한다.

네 번째, ‘탄소에 대하여 아는 대로 말해 봅시다.’에 대한 프로그램 적용 전의 학생들의 이해 수준은 대중매체를 통해 탄소중립이나 탄소 배출량에 대해 들어본 적이 있었으나, 탄소의 역할이 무엇인지 구체적으로 이해하지 못하고 탄소를 단순히 "나쁜 물질"로 인식하였다. 사후 면담에서는 탄소가 지구온난화에 영향을 미친다는 점을 명확히 이해하고, 지구온난화를 예방하기 위해 탄소 발생을 줄여야 한다는 개념을 갖게 되었다. 예를 들면, 한 학생은 “물을 깨끗이 하는데 탄소가 발생하니까...”이라고 말했던 학생이 사후에는 “탄소는 지구온난화의 진짜 범인이니깐 탄소를 잡자”라고 답했다. 다섯 번째, ‘탄소중립을 알고 있는지 탄소중립을 위해 해보고 싶은 일은 있는가?’에 대한 사전 면담에서는 탄소중립이란 용어를 명확하게 이해하지 못했고 일부 학생들만 매체를 통해 탄소중립 이란 용어를 들었다고 하였으며, 구체적인 의미나 중요성을 인식하지 못하였다. 사후 면담에서는 탄소가 배출된 만큼 다시 흡수한다는 개념을 정확히 알고 있었다. 지구환경과 온난화의 극복을 위해 탄소중립이 필요하며 탄소중립의 중요성을 알리기 위해서 동아리 같은 단체를 만들기를 원했다.

본 연구의 설문조사와 면담조사로부터 종합해 보면, STEAM 기반 환경교육 프로그램이 학생들의 환경에 대한 정의적, 인지적, 행동적 태도와 행동에 긍정적인 영향을 미친 것으로 분석된다. 프로그램 적용 후 학생들은 환경개선과 보존에 대해 더 긍정적인 태도를 가지게 되었고, 환경 문제에 대한 지식과 실천이 크게 향상되었다.