유·초등 단계 과학·공학적 소양 증진을 위한 제언 미 한림원 보고서와 우리나라 과학교육·과학기술인재 양성 정책을 중심으로

작성자 | 미래인재양성지원팀 고수영 연구원 | 미래교육지원팀 진정연 위촉연구원

작성 배경

유·초등 단계 과학·공학적 소양 증진을 위한 제언

미 한림원 보고서와 우리나라 과학교육·과학기술인재 양성 정책을 중심으로

⊙ 유·초등 시기는 과학·공학적 소양* 함양 및 STEM 분야의 진로 지원**에 중요한 시기

* 자연 및 현상에 대해 과학적으로 이해하고, 공학적으로 설계 후 문제 해결하는 능력 ** 중·고등학교에서의 과학·공학 과목 이수를 원활하게 하여 STEM 분야 진로 진출 강화 ⊙ 최근(’21.10.) 미국 국립 과학·공학·의학 한림원(The national Academies of Sciences, Engineering, Medicine)은 유·초등 시기의 과학·공학 교육에 대한 현황 분석 및 개선·노력 사항을 제안하였으며, 우리나라 초·중등 과학교육 및 과학기술 인재육성 정책 등과 비교하여 시사점을 도출할 필요가 있음

주요 내용

⊙ (미국 한림원 제안사항) 각 분야 전문가로 구성된 연구진*은 유·초등 과학·공학 교육의 새로운 비전** 실현을 위하여 5가지 영역에서의 새로운 접근법을 제안함

* 교육정책, 유아교육학, 초등 과학학습 및 교육학, 전문학습, 평가, 교육과정, 융합콘텐츠 등 ** 모든 어린이가 과학자와 공학자처럼 현상을 이해하고 설명하며 문제를 해결해 볼 수 있는 의미 있고 흥미로운 과학·공학 교육에 참여할 수 있도록 기회를 제공해야 함

＊ 제안내용 (1) 유·초등 단계에서의 과학·공학 교육의 최우선 과제로 설정(making science and engineering education a priority in preschool through elementary grades) (2) 어린이의 학습·참여 및 과학·공학 경험 지원(supporting children’s learning, engagement, and proficiency with science and engineering) (3) 혁신적인 교육과정 자료 개발 및 융합 콘텐츠 개발(developing innovative curriculum materials and integrating science and engineering with other content areas) (4) 교사 지원(supporting teachers) (5) 학교 및 지자체 리더 지원(supporting transformative school and district leaders)

⊙ (우리나라 유·초등 과학교육 및 과학기술인재 육성·지원 정책) 우리나라에서도 ‘제4차 과학교육 종합계획*’ 및 ‘제4차 과학기술인재 육성·지원 기본계획**’등을 통해 놀이·체험 중심의 과학 교육과 과학기술에 대한 흥미 증진, 진로 인식 강화를 위해 인프라 개선, 콘텐츠 제공, 교원 역량 강화 등 다양한 정책을 추진 중에 있음

* ’20년 5월에 교육부에서 발표한 초·중등 과학교육 활성화 방안을 담은 중장기 계획 ** ’21년 2월에 범부처 계획으로 발표한 과학기술인재 육성·지원을 위한 범사회적 방안을 담은 계획 ⊙ 다양한 현상을 이해하고 문제를 설계·해결하는 과학·공학적 역량이 중요해진 미래사회를 대비하여, 유·초등 단계에서의 과학·공학적 역량 함양을 위해 국가 및 지역(교육청 등)에서의 다양하고 적극적인 노력을 해야 할 것임

⊙ 미 한림원의 5가지 효과적인 접근방식 제언

① 유·초등 시기 과학·공학 교육 최우선 과제로 설정

making science and engineering education a priority in preschool through elementary grades

＊ 유·초등 과학교육 중요도 저하 최근 20년 동안 영문학 및 수학과 같은 교과의 책무성이 계속해서 증가함에 따라 각 주에서 진행하는 과학 수업 평균 시간은 지속적으로 감소하는 추세 ※ 평균 시간 감소 외에도 백인-유색인종 학교 간 교육격차 존재, 언어 교육을 위한 추가 교육 시간 할애 등의 이유로 과학·공학 교육을 못 받는 학생들 존재

→ (제안내용) 과학·공학 교육을 포괄적이고 더 많이, 일관성 있게 가르칠 수 있는 정책을 수립하고 이를 위한 시간과 자원(예산, 자료, 교사 등) 제공 필요

② 어린이의 과학·공학 학습 지원

supporting children’s learning, engagement, and proficiency with science and engineering

＊ 어린이의 과학·공학 학습을 이해하기 위한 4가지 방안 1) 학습은 사회적, 문화적 과정 2) 학습은 정체성 발달의 과정 3) 학습은 문화적 맥락의 차원에서 진행되기도 하며, 무엇을 어떻게 배우는지가 중요 4) 학교는 과학·공학 학습 중심이 아닌 상황. 이에 가족, 학교 밖 등 탐구·학습 기회 제공이 중요

→ (제안내용) 과학·공학 학습 경험을 개선할 학습법을 개발하고, 교사의 전문성을 강화하며 1차적 학습공동체(가족 등)과 지역사회와 협력 필요

표1

조사 및 탐구 활동 유형에 따른 어린이

활동 예시

교사는 과학·공학에 관련성 높은 흥미로운 주제를 중심으로 학생들이 자연스럽게 호기심을 갖고 스스로 결정을 내리며 문제를 해결할 수 있는 수업 설계 필요

조사 및 탐구 단계

• 현상의 원인에 대한 질문 개발 • 이해 관계자, 목표, 제약조건 및 문제해결 평가 기준을 파악 후 공학 (1) 현상 및 설계 과제에 대한 방향 설정 과제를 정의

• 설명 및 솔루션에 대한 조사 및 탐구 계획·진행 • 데이터 수집, 구성 및 패턴 탐색

(2) 데이터 및 정보 수집·분석

• 자료 분석 및 증거정보 분석 • 다른 출처의 정보 입수 및 분석

(3) 문제해결 모델 설계 및 설명

• 증거에 기반한 문제해결방법 설계 및 평가

내용

• 시스템 내외 관 모델 개발 • 현상이 발생한 사유에 대한 설명을 뒷받침하는 증거 및 주장 정리

표2

다른 학문분야와 과학·공학 융합에 대한

핵심 아이디어

조사 및 탐구 단계

• 추론 전달을 위한 모델 및 자료 개발 • 생산적인 논쟁에 참여

(4) 추론내용 발표

• 피드백 및 정리

• 내용 영역, 성적, 가정 및 학교와 같은 그룹에 걸쳐 현상을 이해하는 방법을 학습

(5) 다양한 영역과 상황을 연결

• 학습한 내용을 확인하여 학교 밖 자연현상 이해 • 수학, 사회탐구 등 연계하여 아이디어 활용

교사는 과학·공학 분야 전문성을 바탕으로 학생들이 과학·공학을 학습할 수 있는 기회를 찾아 제공해야 함 학교나 교육청뿐 아니라 교사도 어린이가 과학·공학 교육에 참여할 수 있도록 기회를 제공하기 위해 가족·지역사회 지도자들과 함께 협력 필요

③ 교육과정 개선 및 융합콘텐츠 제공

developing innovative curriculum materials and integrating science and engineering with other content areas

＊ 제한된 통합 교육 콘텐츠 학습 기회 아이들은 각 학문 분야의 종합적인 접근 또는 학문분야 간 학습할 기회가 제한적이어서 학교 교육에 대해 실망을 경험하는 경우가 많다는 연구 결과가 있음

＊ 과학·공학자 접근 및 효율적 학습 필요 과학자와 공학자가 인문학, 그래픽 디자인과 같은 다른 분야를 사용하는 것처럼 과학·공학 학습은 다른 주제와 통합하여 진행 가능함 ※ 특히, 언어, 수학, CT(정보, 컴퓨팅 사고력)과 통합할 수 있는 기회가 많음

→ (제안내용) 교육과정 개발자는 연구자, 교사, 학교 및 교육청 등과 협력해 과학·공학 교육과정 및 자료 등을 개발하고 모든 학교에 관련 자원을 공정하게 배분하여야 함

주·학교 단위에서 교육과정을 선택할 때 교육청에서는 과학·공학 영역의 프레임워크가 궁극적 비전을 향해 추진될 수 있도록 증거 기반 검토·선택·구현 프로세스로 진행 필요 또한, 교사가 교육과정을 잘 추진할 수 있도록 자료 제공 및 지속적 학습 기회 제공 필요

구분

• 어린이를 조사에 참여시키고 흥미를 불러일으키는 경험을 디자인한다. • 디자인과 교육에서 통합을 명확히 한다.

타 분야와 통합 시 가장 중요한 원칙

• 개별분야에서 어린이의 지식을 지지한다. • 더 많은 통합이 반드시 더 좋은 것은 아니다.

영문학과 통합

내용

핵심 아이디어

• 설명과 이해를 돕기 위해 텍스트를 사용한다. • 과학 및 공학에 대한 이해를 돕기 위해 텍스트를 사용하고 아이들이

정체성과 관심사를 개발할 수 있게 돕는다. • 어린이들이 자신의 추리를 나타내는 언어를 생성하도록 돕는다.

④ 교사 지원

구분

수학과 통합

• 과학 또는 공학의 문맥을 사용하여 CT사례를 강조한다. • 과학 또는 공학 개념을 탐색하는 방법으로 CT를 사용한다.

CT와 통합

supporting teachers

＊ 과학·공학 교육 맞춤형 교수 방법 구현 부족 유·초등 교사는 일반적으로 과학·공학을 포함하여 예술·음악 등 모든 과목을 가르치고, 아이들의 사회적, 정서적, 신체적 웰빙 등을 지원까지 병행함. 이는 과학·공학 교육에 대한 새로운 접근 방식 구현이 어려운 측면이 있고 이에 대한 여러 측면의 지원이 필요함

→ (제안내용) 유·초등 교사에게 과학·공학 교육의 중요성을 인식시키고 전문적인 학습을 지원하며, 관련 예산의 효과적인 배분 여부에 대한 평가 필요

교사는 적절한 학습 기회, 물리적 및 디지털 자원, 교육 자료와 같은 지원이 필요 예비교사 교육에서 어린이들이 과학·공학을 접하고 학습하는 적절한 방법의 실습이 필요 교육프로그램과 같은 전문 학습 경험은 유·초등 교사가 과학·공학을 가르치는 것의 중요성과 가치를 인식하고 학습을 학교 수업에 적용하도록 지원 필요 연방 정부가 교사 인력을 다양화하는 노력을 우선시할 수 있도록 유치원에서부터 초등학교에 이르기까지 과학·공학 교육에 대한 지원을 재평가할 것을 권장

⑤ 학교 및 지역 리더 지원

supporting transformative school and district leaders

＊ 지역별 다른 과학·공학 교육 중요도 교육청은 유·초등 교사들의 우선순위를 정하기 때문에 과학·공학 교육을 변화시키고 활성화하는 데 핵심적인 역할을 함

핵심 아이디어

• 어린이가 정량화(구별 및 발달)에 참여하도록 돕는다. • 어린이가 데이터를 변환 및 분석하고 데이터를 이해하도록 돕는다.

→ (제안내용) 교육청은 교장과 원장 등에 과학·공에 대한 전문 학습 기회를 제공하고 이를 추진할 수 있는 다양한 지원 제공 필요

교육청에서는 교장, 원장 및 기타 학교 리더에게 과학·공학을 위한 교육적 리더십을 제공하는 역량을 향상시키기 위해 전문적 학습 기회 제공 필요 또한, 과학·공학 교육을 활성화할 수 있도록 교과별 교육 시간, 자원, 인력 배치·관리 등을 포함하여 전반적인 정책과 지원 필요

⊙ 우리나라 현황분석

표3

[교육부 고시 제2015- 74호] 초중등학교

교육과정 총론 및 교과 교육과정 고시

출처

교육부 ‘국민과 함께하는 미래형

교육과정 추진 계획(안)’, ’21.4.

① 유‧초등 교육과정에서의 과학교육 우리나라는 국가 교육과정 체제로 운영되고 있으며, 유아는 누리과정을 따르고, 초등학생은 초·중등학교 교육과정에 제시된 과목별 수업 시간 및 내용을 준수함 누리과정에서는 1일 4~5시간 정도의 교육 시간을 ① 신체운동·건강, ② 의사소통, ③ 사회관계, ④ 예술경험, ⑤ 자연탐구 의 영역으로 나누어 진행함

※ 2019 개정 누리과정은 교사 주도 활동을 지양하며, 유아기 충분한 놀이 경험을 통해 몰입과 즐거움 속에서 자율·창의성을 신장하고, 전인적 발달과 행복을 추구할 수 있도록 지원 현재 적용되고 있는 2015 초등 교육과정에서는 1~2학년 때는 별도의 과학 교과가 편성되지 않고 슬기로운 생활 내 과학 내용을 포함하고 있고, 3~4학년, 5~6학년에서는 수학과 비슷한 시간으로 운영되고 있음

현재 추진 중인 2022 개정 교육과정에서는 기초‧기본 역량 강화를 위해 추진했던 정책인 기존의 3R(읽고, 쓰고, 셈하기)에서 벗어나 여러 교과를 학습하는데 기반이 되는 언어, 수리, 디지털 소양 등을 기초소양으로 강조 이러한 기본역량 함양을 위해 초등학교에서는 다음 세 가지를 개선 과제(안)으로 제시

초등학교 교육과정 개선 과제(안) • 초등 학년 군별 교육과정 연계를 위한 교육과정 재구조화 방안 마련 ∙• 학생의 발달수준을 고려한 놀이 연계 학습 및 놀이 중심의 공간 혁신 지원 등 ∙• 현행 공통 교육과정에서 기초‧기본 교육의 토대 위에 지역‧마을과 연계한 교과목 신설‧선택 활동 운영이 가능한 학교 자율 시간 등 제도 개선

이 쪽은 글자로 옮기지 못했습니다. 이북에서 보기

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참고

교육부 제4차 과학교육 종합계획 자료

참고

과학·수학·정보교육 진흥법 및 교육부 제4차

과학교육 종합계획 자료

④ 유·초등 과학·공학 교육 교사 역량 강화를 위한 지원 정부 정책으로는 수업 개선 및 첨단 과학기술을 교실 수업에 적용할 수 있도록 교원 전문성 강화를 위해 ‘과학교육 혁신연수’ 등을 기획·운영하고 있음 과학 교수 방법 실천역량 향상을 위한 학습공동체 중심의 교사 전문성 함양을 위해 과학 교사연구회 운영·지원 중에 있음

※ 한국과학창의재단 지원 과학 교사연구회 : (’19년) 30팀 → (’20년) 46팀 → (’21년) 70팀 ※ ’21년부터 신규 과제로 놀이·체험 교육 콘텐츠 연구 과제 지원 학교와 국내외 대학·기업·지역사회를 연결한 ‘STAR 브릿지 센터’를 구축하여 교사와 과학기술 전문가 간 협력하여 첨단과학 기술 반영 및 교원의 전문성 신장 지원

⑤ 학교 및 지역 리더 지원 각 교육청은 ‘과학교육 종합계획’ 및 ‘과학·수학·정보교육 진흥법’ 등을 활용하여 별도의 기본계획을 수립하고 예산 확보 및 과학교육 강화를 위해 노력하고 있음 특히 유·초등 과학교육은 과학에 대한 흥미와 관심, 긍정 경험을 높일 수 있도록 놀이·체험 중심의 과학교육 활성화를 추진하고 있으며, 지역교육청별로 지원에 대한 차이가 존재함

분석 자료 1) 미 한림원(2021), 유치원부터 초등학교까지의 과학 및 공학 : 아이들의 천재성과 교육자의 강점(2021.10) The National Academies of SCIENCES, ENGINEERING, MEDICINES (2021.10), Science and Engineering in Preschool Through Elementary Grades: The Brilliance of Children and the Strengths of Educators

2) 과학·수학·정보교육 진흥법 [시행 2018. 4. 25.] [법률 제14903호, 2017. 10. 24., 전부개정] 3) 제4차 과학기술인재 육성·지원 기본계획(’21~’25) 4) 교육부(2015), [교육부 고시 제2015-74호] 초중등학교 교육과정 총론 및 교과 교육과정 고시(2015.09.23) 5) 교육부(2019), 2019 개정 누리과정 현장지원자료(고시문, 해설서) (2019.12) 6) 교육부(2020), 제4차 과학교육 종합계획(2020~2024) (2020) 7) 교육부(2020), 수학·과학 성취도 추이변화 국제비교 연구(TIMSS) 2019 결과 발표(2020.12.8) 8) 한국과학창의재단(2019), 2015 개정 과학과교육과정 현장적용 실태분석 연구보고서 9) 한국과학창의재단 STEAM 교육 사이트 https://steam.kofac.re.kr/

시사점

⊙ 유‧초등 교육은 미래사회를 살아갈 아이들이 필요한 ‘필수 소양’을 함양하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 교육 관계자들은 ‘미래에 필요한 역량이 무엇인지’, ‘그 역량을 어느 시점에 어떤 방법으로 키워주는 것이 적절한지’에 대해 교육에 활용할 수 있는 시간 내 핵심적으로 다뤄질 수 있도록 끊임없이 연구하고 고민해야 한다.

⊙ 이번 미 한림원의 보고서에서는 첨단기술 기반의 미래사회를 살아가는 데 꼭 필요한 과학‧공학적 역량 (예, ‘탐구역량’, ‘설계역량’, ‘문제해결 역량’ 등)을 함양하기 위해서는 유‧초등 교육부터의 노력이 필요하다고 주장하고 있다. 이는 단지 교사의 노력으로만 되는 것이 아니라, 학교, 교육청, 정책입안자와 함께 제1사회공동체(가족 등)와 지역사회 등 범사회적인 모두의 노력이 필요함을 강조한다.

⊙ 우리나라 국가 차원의 유‧초등 과학교육 및 과학기술인재 양성 정책 등 계획 문서에 있는 추진방향 및 과제 등을 살펴본 결과, 우리나라는 미국 한림원에서 제안한 5가지 사항을 어느 정도 이행하고 있는 것으로 보였다.

⊙ 여러 정책에서 한결같이 놀이‧체험, 탐구‧실험 중심의 수업을 강조하고 있지만, 학교 현장에서는 학생들의 선호도가 낮고 과학·공학적 역량을 함양하는데 적합하지 않은 강의식 수업이 가장 많이 운영되고 있다. 이는 국제비교 결과에서 나타나는 초등학생의 과학에 대한 자신감 및 흥미가 계속해서 낮게 나타나는 현상에 가장 큰 원인으로 지목되고 있으며, 초등학생의 과학자 장래 희망이 후순위로 밀리는 현상, 장기적으로는 이공계 인력 부족 현상까지 예측되고 있다.*

※ 「제4차 과학기술인재 육성‧지원 기본계획」, 수‧과학 기초역량 하락에 대한 현황 진단 내용

⊙ 이러한 현상들은 현재 국가 차원에서 과학교육 및 과학기술인재 육성 정책을 추진함에도 불구하고 유‧초등 교육에서 과학‧공학적 소양 함양을 위한 추가적인 노력이 필요함을 시사한다. 국가 차원의 노력도 중요하겠지만 앞으로 지역교육청으로 초‧중등 교육의 권한이양이 진행됨에 따라 발생할 수 있는 지역 간 과학교육 지원의 격차 등을 최소화하고, 모든 시도에서 활성화될 수 있도록 지자체(교육청)의 노력이 더욱 중요해질 것으로 예상된다.

⊙ 초‧중등 교육이 지역 중심 교육으로 전환되는 시점에서 관련 중앙부처(교육부, 과학기술통신부 등) 뿐 아니라, 지역사회를 구성하는 다양한 구성원들과 유·초등 단계에서의 과학·공학적 소양을 함양할 수 있도록 다양한 자원 지원과 협력을 강화해 나아가야 할 시점이다.