논문 번역

[manequine]

맞춤형 융합교육을 위한 무게중심 확인 프로그램 개발과 적용 사례연구

융합인재교육(STEAM)의 필요성이 아무리 강조되어도 실제 수학 교육현장에서는 과학, 공학, 기술, 예술을 교육과정에 수학과 접목하여 적용할 수 있는 프로그램 개발 연구사례를 찾아보기 어렵다.

융합인재교육(STEAM)이 초등교육과 중등교육의 영재대상 교육에서 긍정적인 효과를 가져왔음에도 실제 학교에서 융합인재교육을 당장 실현하는 데에는 교육 컨텐츠 개발과 보급이 선행되지 못한 상태이며 상당한 준비가 필요한 상황이다. 따라서 본 연구는 물체의 무게중심을 수학적, 물리학적으로 융합된 방법으로 학습할 수 있는 ‘무게중심 확인 융합프로그램’을 개발하여 영재대상에서 일반 초·중·고·대학에 이르기까지 맞춤형 수업의 적용 가능성을 살펴보고 융합인재교육의 일반화를 위한 컨텐츠 개발과 동시에 정착 가능성을 분석함으로써 진정한 융합인재교육의 실현을 앞당기는 데 시사점을 얻고자 한다.

‘무게중심’의 개념은 현재 초등교과영역에서 처음 등장하여 대학의 수학과 물리학, 공학 분야 등 폭넓게 응용되고 있지만 실제 교육은 실생활과 유리된 이론수업의 형태가 대부분이다. 본 연구에서는 무게중심을 확인하는 새로운 프로그램을 제시하여 학습자들이 기존에 가지고 있던 수학에 대한 인식을 탈피하고, 실생활과 연계한 개념 이해와 문제해결 능력 및 체험탐구가 가능한 능동형 학습 환경을 조성하는 계기로 삼고자 한다.

‘무게중심 확인 융합프로그램’은 한국과학창의재단에서 제시하는 융합형 인재교육(STEAM) 학습 준거(틀)의 3단계 과정을 바탕으로 개발하였으며, 이와 관련하여 본 연구가 갖는 3가지 특징은 첫째, 이번 연구에서 사용된 ‘무게중심 확인 융합프로그램’은 수학과 물리가 융합된 교육 방식이다. 둘째, 실험에 사용되는 모형은 학생들의 능동적 활동으로 학생 스스로 창의적인 모형 설계가 가능하다. 셋째, ‘무게중심 확인 융합프로그램’은 학습자의 학습 능력에 따른 수준별 수업이 가능하다. 이는 작도와 계산과정에서 머물러 있던 기존의 학습형태를 벗어나 학습자 스스로가 설계하고 확인이 가능한 융합프로그램으로 새로운 틀을 제시하였다. 복잡한 물체의 무게중심을 구하는 경우에 있어서는 대학의 미적분학까지 교과의 영역을 확장하였다.

2013년 ‘동국대학교 과학영재교육원’에서 초등영재 120명과 중등영재 24명을 대상으로 ‘무게중심 확인 융합프로그램’을 8차시 수업으로 개발하여 적용・분석한 후 이 프로그램을 재구성하여 초․중․고등학교 일반학생 총 65명과 이공계 대학생 23명 및 수학교육과 학생 7명을 대상으로 수업하여 맞춤형 수업의 가능성 및 개념이해도 면에서의 효과성 등을 연구하였다. 특히 무게중심이 물체내의 빈 공간에 존재하는 경우와 물체 밖에 무게중심이 존재하는 경우에 있어서는 무게중심을 확인하는 새로운 방법을 제시하였을 뿐만 아니라 오차의 정도까지 확인할 수 있었다. 무게중심을 구하는데 핵심이 되는 지렛대의 원리에 있어서도 지렛대의 무게를 고려하여 무게중심을 계산하여 실험으로 확인하는 방식을 제시하였다. 수업 후 설문, 토론, 인터뷰 등을 통하여 분석한 결과, 학생들은 정밀한 오차분석 등의 과정을 통하여 수준 높은 성공의 경험을 하였고, 이 결과를 통해 새로운 융합 프로그램의 중요성을 인식할 수 있었다.

The Development of "The Center of Gravity" Confirm‎ing Program for Customized Convergence Education and Case Study on its Application

Even though we emphasize the necessity for STEAM strongly, it is not easy to find out its program development and research case in education fields where it is applied to other areas- science, engineering, technique, art and the like-in relation mathematics. And STEM has had positive effects on educational programs for talented students in elementary and secondary schools, but to put STEM into practice now, we need a period of preparation for the development of its contents and distribution. For this reason, the purpose of this study is: through developing CGCP, where students can learn easily about the center of gravidity in convergence of math and physics, we will seek the possibility of application of its customized education to all educational fields from talented students to generational students. Furthermore we will get the wisdom for how to accomplish the real education for talented students as soon as possible by developing contents for general STEM purpose and simultaneously by analyzing the feasibility of them.

While the concept of "the center of gravity" has its starting point in elementary and is widely applied in physics and math for undergraduate course students, it still stays theoretical in isolation from real life. This study is aimed at forming a active educational environment where by providing a new program for checking the center of gravity, learners can escape the conventional conception of mathematics and nature their understanding of concept related to real life and capability of problem solving, and do empirical research.

The convergence program for checking the center of gravity was developed based upon "the three steps of learning criteria for teaching convergence-type talented students" provided by Korea Science Creativity Foundation. In the contexts, this study includes three important points: first, the convergence program for checking the center of gravity is a educational model based upon the convergence of math and physics. Second, students can design the model used in the experiment creatively for themselves through active participation. Third, the convergence program for checking the center of gravity is designed for education according to student's level. That's because this program provides a novel learning model beyond conventional learning practice like mere calculation and drawing figures as a convergence program through which learners can design and check the problem. In case of the calculating the center of gravity with a complex object, its application could be extended to differential and integral calculus in college curriculum.

In 2013. Dongkuk Univ. Science Education Center for Talented Students developed the convergence program for checking the center of gravity as a eight-lesson program for 120 elementary school talented students and 24 secondary school talented students, applied it to them and analogized the results. Then, the program was revised and applied to 65 students from elementary school to high school and to 23 collegians from the department of science and technology in order to study the possibility of customized education and the efficiency of understanding its concept. Above all, this study put forth a new way to check the center of gravity in case it exists both in an empty space and outside of an object and to check a range of allowance. After class, the result of questionaries, discussions, and interviews showed the students could experience a success in the process of precise analysis of allowance and eventually, realize the importance of a new convergence program.