문제해결력과 협업 능력을 키우는 발명영재교육 수업설계

김연화 (의령초등학교 교사)

요약
미래사회에 능동적으로 대처할 창의적 문제해결력과 발명 역량을 길러 주기 위하여 발명영재 교육기관은 발명 영재들에게 체계적 교육과정 설계와 운영을 해야 할 것이다. 본 연구는 이러한 발명영재 수업이 어떻게 이루어지고 있는지 알아보기 위하여 초, 중등 8개의 발명영재 교육원의 수업을 COS-R을 활용하여 일반적인 영재수업전략, 심화학습, 창의적 사고력, 문제해결력, 비판적 사고력, 협업능력 등 6개 영역으로 관찰하였다. 본 기고문은 김연화(2022) 학위 논문에 기반을 두고 작성되었다.
들어가며
본 연구에서는 현재 발명영재 교육기관이 어떻게(how) 가르치고 있는지를 알아보고자 초, 중등 8개의 발명영재 교육원의 발명영재 수업의 분석과 교사와 면담을 하였다. 현장 교원들이 직접 수행하고 있는 교수 행위를 보다 체계적으로 관찰 분석하기 위하여 미국 윌리엄 메리대학(College of William & Mary)의 영재교육센터에서 개발한 영재교육 교수 행위 수업 관찰 도구인 COS-R(COS-R: Classroom Observation Scale-Revised. VanTassel Baska et al, 2005)을 기반으로 한 서혜애, 박경희, 박지은(2006)의 ‘영재교육 수업 모범 사례 연구’에서 분석한 양식을 사용하였다.
1. 일반적인 영재수업전략
그림 1. 상상력 펼치기 활동
그림 2. COS-R 교사관찰 일반적인 영재수업 전략 관찰빈도 비교
발명영재를 위한 수업에서도 일반적인 영재수업의 전략이 어떻게 적용되는지 COS-R 수업 관찰 척도를 활용하여 관찰한 결과는 [그림 2]과 같이 교사가 다양하고 풍부한 정보를 제공하여 학생들로 하여금 새롭게 습득한 지식을 적용할 수 있도록 도와주는 수업 활동이 높이 관찰되었다. 반면 호기심과 상상력 발현의 기회와 다양한 질문 유도는 상대적으로 낮은 빈도의 전략으로 관찰되었다.
전체적으로 영재교육의 성격에 알맞도록 수업 내용용소를 좀 더 새롭고 수준 높은 지식을 선정·제공하려는 노력들이 관찰되었지만 한정된 시간에 새로운 영역이 비지속적으로 제공되고 있었다. 그러다 보니 인공지능 부분처럼 학생들이 처음 접하는 수업에서는 거의 도구의 사용 방법 설명서을 따라 해 보는 듯이 수업이 진행되어 학생들이 호기심과 상상력을 발현할 기회를 충분히 제공하지는 못하는 것을 관찰할 수 있다.
2. 심화학습 분석
그림 3. 메타버스를 이용한 환경 발명수업(환경 보물찾기)
그림 4. COS-R 교사관찰 심화학습 관찰빈도 비교
발명영재들의 문제해결 능력을 길러 주기 위해서는 정규 학습 내용을 바탕으로 한 심화학습 경험을 제공하는 일이 중요하다. 학생들에게 수업 시간 중에 어느 정도의 심화학습 기회와 활동이 마련되고 있는 지를 관찰해 본 결과 [그림 4]과 같이 나타났다. 수업 내용과 재료에 따라 학생들에게 개인별 집단의 차이를 고려한 시간 허용, 기능익히기, 사고하기, 실험에 대한 심화학습을 관찰할 수 있었지만 높지 않았고, 일반화된 지식을 익혀 깊이 이해하고 적용하기에는 수업시간이 너무 짧아 빈도가 낮게 관찰되었다.
3. 창의적 사고력
그림 5. 창의적 사고력 활동 수업
그림 6. COS-R 교사관찰 창의적 사고력 관찰빈도 비교
본 연구회의 첫 번째 활동 ‘체험-적용하기’에서는 메타버스 플랫폼인 ‘제페토’에서 체험활동과 ‘멀지큐브와 코스페이시스’를 활용한 AR 체험을 실시하였다. ‘제페토’ 체험하기는 플랫폼 가입하기-아바타 만들기-월드 체험하기-가상세계 모임하기 과정으로 진행하였다.
발명영재 교육에서 학생들에게 창의적 사고력을 신장하는 노력은 매우 중요하다. 영재교육 실제 수업 활동에서 ‘창의적 사고력’과 관련한 활동을 관찰한 결과 [그림 6]과 같이 논쟁거리나 주제에 대해 다양한 아이디어를 떠올리도록 지도하는 유창성 관련 수업 활동이 높이 관찰 되었다. 하지만 학생의 개방성 ‧ 상상력에 대해 기다려 주고, 문제에 대한 재치있는 해결책을 발휘하도록 격려하는 수업 활동은 낮게 관찰 되었다. 이것은 주어진 과제에 따른 시간의 한정과 수업 자료의 제한에 따른 원인도 있었다.
4. 문제해결력
그림 7. 의견 제시과정
그림 8. COS-R 교사관찰 문제해결력 관찰빈도 비교
발명영재 교육은 학생들에게 ‘문제해결력’을 길러 주기 위한 수업활동이 어느 정도인지를 관찰한 결과 [그림 8]은 같은 분석결과를 나타냈다. 우선, 학생들이 문제를 찾아 설명할 수 있도록 챠트를 만들거나 포스트 잍을 사용하여 브레인스토밍을 통한 의견 도출 등은 활발히 나타났다. 그리고 학생들이 종합적인 해결책을 표현하는 활동에 대하여서도 높은 빈도의 수업활동을 관찰할 수 있었는데 다수의 학생들이 프로젝트 산출물 발표나 즉석과제 완성, 제시된 산출물을 완성하는 등 문제를 해결하고 표현할 수 있는 활동을 제공하고 있었다. 그렇지만, 대안을 다양하게 탐색할 수 있는 기회와 같은 활동은 상대적으로 낮게 나타났는데, 이는 수업 시간의 제약, 교사의 전문성 미흡, 수업 재료의 한계 등과 같은 원인이 작용하는 것으로 나타났다.
5. 비판적 사고력
그림 9. 구체적 자료를 통한 일반화
그림 10. COS-R 교사관찰 비판적 사고력 활용 관찰빈도 비교
발명영재교육에서 ‘비판적 사고력’ 수업을 관찰한 결과 [그림 10]와 같이 나타났다. 학생들이 구체적인 자료를 귀납적으로 사고하여 일반화할 수 있는 기회 제공의 수업활동이 가장 높게 나타났다. 다양한 인공지능(AI)의 활용과 LED의 활용, 사이펀 원리 이용, 무게중심 찾기, 발명품을 통한 발명의 원리 알기 등의 수업 활동을 자주 관찰할 수 있었다.
한편, 학생들이 문제를 제기할 수 있는 기회와 아이디어를 비교·대조하는 활동은 프로젝트 수업, 디자인싱킹 수업에서 문제발견, 아이디어 평가 부분에서 관찰할 수 있었다. 하지만, 학생들이 다양한 영역의 정보를 통합·요약하기보다는 주어진 활동이나 영역에만 머물러 있는 모습이 많이 관찰되었다. 이것은 학생들의 사전 지식이 부족한 점도 있겠지만, 새로운 분야에 종합적으로 참여하기에는 학생 참여 경험이나 시간이 부족하다.
6. 협업능력
그림 11. 협업 과정
창조적인 발명품은 혼자서 고독하게 진행하는 발명 작업과정 보다는 동료들과의 협업을 통해 발휘되는 경우들이 많다. 발명영재 수업 실제에 나타난 ‘협업능력’ 관련 수업활동은 [그림 12]과 같이 자기 주도적으로 개개인이 맡은 역할을 잘 수행하도록 격려하는 교사의 수업활동이 가장 높게 나타났으며 전반적으로 발명영재수업에서는 협업 능력을 위한 수업활동이 높은 비율을 차지하고 있음을 알 수 있었다.
그림 12. COS-R 교사관찰 협업능력 관찰빈도 비교
보다 구체적으로 살펴보면, 학생들이 개별 과제나 팀 과제 모두 자기 주도적으로 문제 해결 방안을 찾고 과제를 해결하려는 활동들이 높은 빈도를 나타냈다. 특히 구조물 만들기, 디자인싱킹 등 팀 프로젝트 과제에서는 리더, 준비, 기록, 실험 등 역할을 나누어 활동하는 모습을 주로 관찰할 수 있었으며, 이러한 활동들은 성별이나 지역, 학교 및 학년 등과 상관없이 활발한 상호 작용을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 학생들이 과제 해결을 위해서 모두 한 마음으로 적극적인 참여를 하는 것을 의미한다. 특히, 구조물 만들기, 디자인싱킹, 과학적 원리를 이용한 만들기, 팀 창의력 대결, 즉석과제 활동에서는 토의와 토론을 통해 생각을 활발히 공유하는 것을 볼 수 있었다.
마치며
발명영재교육 수업 실제에서 교사들은 전반적으로 영재교육의 전형적인 수업행동 특성을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다. 그리고 발명영재교육 수업에서 ‘문제해결력’과 ‘협업능력’에 관련된 수업 활동이 가장 높게 관찰되었으며, ‘심화학습’과 ‘비판적 사고력’ 부분은 낮은 비율로 나타났다.
다만, 같은 수업 전략이라도 수업 행동 요소들간에 의미 있는 출현 빈도의 차이가 관찰되는 만큼, 발명영재교육의 기본 수업 원리를 충실하게 실천하려면 동일한 수업전략 영역 내에서 하위 전략들간의 차이에 유의하여 강약점을 보완해 주는 수업 설계가 요구된다. 가령, ‘일반적인 영재수업 전략’에서는 학생들의 호기심과 상상력을 발현할 기회를 제공하는 수업 활동을 늘려가는 노력이 요구되고, ‘심화학습’ 전략에서는 개인별 차이를 고려한 심화학습 기회를 마련하거나 일반화된 지식과 원리를 익혀 깊이 이해하고 적용해 볼 충분한 시간과 수업자료를 마련해 줘야 할 것이다.

 
참고문헌
김연화(2022). 초등 발명영재 교육과정의 내용요소, 설계 과정 및 수업실제의 분석. 경남대학교 대학원 박사학위 논문.

서혜애, 박경희, 박지은(2006). 영재교육 수업 모범 사례 연구. 수탁연구 CR-2006-51. 서울: 한국교육개발원. 

VanTassel-Baska, J. Quek, C., & Feng, A. (2005). Classroom observation scale-revised: Preliminary user's manual. VA: Williamsburg: The College of William & Mary, Center for Gifted Education.