4차 산업혁명 시대에 들어서면서 복잡한 현실 문제들을 해결하기 위해 지식, 태도, 가치 등을 중심으로 한 역량이 강조되고 있다. 특히 OECD에서는 ‘DeSeCo 프로젝트’를 통해 역량의 중요성을 강조하면서, 평생학습시대에 요구되는 핵심역량 중심의 교육을 제시하였다 [1]. 핵심역량은 맥락적 요구에 대해 자신이 갖추고 있는 자원을 효율적으로 활용하는 능력을 의미하고, 전통적으로 강조하던 인지적 측면의 능력이나 지능, 기술과는 구별된다 [2]. 핵심역량에 대한 관심이 높아지면서 세계 각국에서는 학교 교육과정에 역량이라는 개념을 반영하고 있다 [3–5]. 한국의 경우 2015 개정 교육과정부터 핵심역량 함양을 통해 학생들이 알고 있는 지식을 활용하고 문제 해결에 적용하는 능력을 기르는데 주안점을 두고 있다 [6].

교육 분야에서의 이와 같은 변화는 과학영재교육에서도 역량 중심 교육 도입의 필요성을 촉발시키고 있다. 이에 따라 제4차 영재교육진흥종합계획에서는 영재교육 프로그램을 교과 중심에서 역량 중심으로 개편토록 하는 방향성을 제시하였다. 특히 영재교육 프로그램의 질적 수준 높이기, 맞춤형 영재교육 프로그램 운영과 지원, 영재교육 기관 및 교육과정의 연계성 강화 등이 주요 화두로 제시되고 있다[7]. 이러한 요구를 충족하기 위해 학계에서는 초등 과학영재를 대상으로 컴퓨팅 사고력, 창의적 문제해결력, 탐구능력과 같은 인지적 측면과 과학 태도, 사회적 책임감 등의 정의적 측면을 향상하기 위한 프로그램을 개발하였다 [8–11]. 그러나 대부분의 프로그램이 인지적 측면의 향상을 목표로 개발되었다. 특히 현행 2015 개정 교육과정에서 강조하고 있는 역량을 중심으로 프로그램을 개발하고 운영한 연구는 많지 않은 상황이다.

2015 개정 교육과정 초등학교 ‘힘과 운동’에서 무게재기와 수평잡기에 대한 성취기준은 ‘수평 잡기 활동을 통해 물체의 무게를 비교’할 수 있도록 제시되어있다 [12]. 또한 ‘일상생활에서 무게 측정이 필요한 이유와 중요성에 대해 다양한 사례를 가지고 토론, 발표’하도록 지도함을 강조하고 있다 [12]. 그러므로 무게와 수평잡기에 대한 학습자들의 이해도를 높이고, 창의적 사고를 바탕으로 학습한 개념을 다양한 맥락에서 활용할 수 있도록 하는 것은 과학핵심역량의 측면에서 매우 중요하다. 이에 이 연구에서는 ‘힘과 운동’의 내용을 기반으로 하는 STEAM 프로그램을 개발하고, 초등 과학영재들을 대상으로 적용하고자 한다.

최근 과학영재교육 분야에서 STEAM프로그램의 개발 및 적용은 비교적 활발하게 이루어지고 있다. 선행 연구들[13,14]에서는 STEAM 프로그램의 적용이 과학영재들의 과학적 태도, 창의적 문제해결력 향상 등에 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 STEAM 프로그램의 개발 및 적용이 초등 과학영재의 과학핵심역량에 대한 인식에 영향을 미치는지에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 그러므로 핵심역량 중심의 과학영재교육이 강조되고 있는 시점에서 과학핵심 역량과 관련해 STEAM 프로그램의 영향을 살펴보는 것은 의미가 있다. 이에 이 연구에서는 다음과 같은 문제들을 알아보고자 한다.

첫째, 초등 ‘힘과 운동’ 단원을 기반으로 한 STEAM 프로그램을 개발한다,

둘째, STAEM 프로그램이 과학핵심역량에 대한 초등 과학영재들의 인식에 영향을 미치는지 분석한다.

1. 연구 대상

이 연구는 J시에 소재한 A, B초등학교 영재교육기관 6학년 2개 학급을 대상으로 이루어졌다. A, B초등학교 영재교육기관은 지역 공동 영재교육 기관으로, 두 학교를 중심으로 인근 학교 영재교육 대상자를 포함하여 각 학급 당 19명씩 총 38명으로 이루어졌다.

2. 연구 설계

이 연구는 단일집단 사전 사후검사 설계 방법을 적용하여 진행하였다. 이 연구에서 개발한 프로그램을 연구 대상 학생들에게 적용하였고, 적용 전후 과학핵심역량에 대한 인식 조사를 실시하였다. 이 프로그램에 따른 수업은 역량 기반 영재교육 프로그램 개발을 위해 구성된 교사연구회 구성원들 중 A, B 영재교육기관에서 영재교육을 담당하는 교사들이 진행하였다.

3. 검사도구

이 연구는 과학 핵심역량 기반 영재교육프로그램의 적용이 과학 핵심역량에 대한 초등 과학영재들의 인식에 영향을 미치는지 알아보는 것이다. 이를 위해 선행 연구 [15]에서 개발한 과학 핵심역량 인식 검사지를 활용하여 초등 과학영재들의 과학 핵심역량에 대한 인식을 사전 사후 검사하였다.

이 검사지는 과학 핵심역량을 하위 요소로 하여 각각 과학적 사고력(6문항), 과학적 탐구 능력(6문항), 과학적 문제해결력(6문항), 과학적 의사소통 능력(8문항), 과학적 참여와 평생 학습 능력(7문항)으로 총 33개 문항으로 구성되어 있다(Table 1). 각 문항은 ‘매우 그렇다’를 5점, ‘매우 그렇지 않다’를 1점으로 한 5점 리커트 척도형으로 구성되었다. 과학 핵심역량 인식 검사지의 신뢰도를 E-STAT 3.0으로 분석한 결과, 사전 검사 신뢰도는 Cronbach α 계수 0.993이고, 사후검사는 Cronbach α 계수 0.994로 높게 나타났다.

Table 1 Questionnaire composition.

Science core competencies	Subdomain	Frequency	Item type
Scientific thinking	logical thinking	6	Likert Scale
	critical thinking
	creative thinking
Scientific inquiry ability	problem recognition	6
	hypothesis setting and inquiry design
	data collection and exploration Design
	data analysis and interpretation
	conclusions and generalization
	use of scientific models
Scientific problem-solving ability	identify scientific problems in everyday life	6
	use of scientific knowledge
	use of scientific information
	suggestion of problem solution
	reflective thinking
Scientific communication ability	use of various methods of expression	8
	argument on scientific basis
	acceptance and coordination of opinion
	use of information from various media
Scientific participation and lifelong learning ability	collaboration ability	7
	interest in social issues
	adapt and utilize new science and technology
	self-directed lifelong learning

4. 연구 절차

1) 프로그램 개발

이 연구에서는 과학 핵심역량 기반 영재교육프로그램 개발을 위해 과학핵심역량 관련 연구들과 영재프로그램 개발 연구들에 대한 선행 연구 분석을 실시하였다. 이 결과를 토대로 이프로그램 개발의 목표를 내용, 과정, 태도 세 가지 측면으로 나누어 설정하였다. 내용면에서는 초등 과학 ‘힘과 운동’ 중 무게중심에 대한 이해와 제주의 농업문화유산인 밭담을 연계하였다. 과정면에서는 밭담을 쌓기 위한 탐구설계 등을 구성하였고, 태도면에서는 과학에 대한 흥미와 호기심을 갖고, 협력하여 탐구하는 자세 등을 기를 수 있도록 구성하였다. 특히 각 활동들을 과학핵심역량과 연계해 과학적 사고력, 과학적 문제해결력 등을 함양할 수 있도록 설계하였다. 또한 과학과 수학, 기술, 예술, 문화 등 다양한 영역을 융합하여 학습자의 창의적 사고가 촉진될 수 있도록 학습 활동들을 개발하였다.

이 프로그램은 1차시 40분을 기준으로 총 10차시 분량을 설계되었다. 일차적으로 개발한 프로그램은 과학교육학 박사인 초등 교사 1인과 중등 과학교사 1인이 타당성을 평가하였고, 이 과정에서 제안된 수정 사항을 반영하여 최종 프로그램을 개발하였다.

2) 자료 수집 및 분석

이 프로그램을 적용하기 전에 초등 과학영재들이 과학핵심역량을 어떻게 인식하고 있는지 분석하기 위하여 사전검사를 실시하였다. 10차시의 프로그램을 적용한 후 사후검사를 실시하였다. 과학 핵심역량 인식 사전 사후 검사 간 차이를 알아보기 위해 E-STAT 3.0을 이용하여 대응표본 t-test를 실시하였다.

1. 과학 핵심역량 기반 STEAM 프로그램의 내용

국가 영재교육 프로그램 기준 [16]에 따라 에너지와 안정성이라는 대주제에서 물리영역의 안정성을 주제로 STEAM 프로그램을 구성하였다(Table 2). 이 프로그램은 첫째, 4학년 과학 교육과정 ‘물체의 무게’ 단원에 다룬 수평잡기 내용을 바탕으로 제주 밭담의 무게중심에 대해 생각해보고, 제주 밭담의 가치와 연결하여 탐구 능력을 기를 수 있도록 구성하였다. 또한 학교 주변 텃밭에는 어떤 식물들이 자라고 있고 텃밭의 경계는 어떻게 이루어지고 있는지 등 실생활에서 탐구할 수 있도록 재구성을 하였다. 특히 업사이클링 및 재활용을 통한 작품을 완성하도록 하였다. 학생들이 흥미를 가질 수 있고 과학적 역량을 향상시킬 수 있는 활동으로 구성하고자 재활용품을 활용한 ‘내가 만드는 제주 밭담’ 활동으로 마무리 하도록 하였다. 이 활동에서 재활용품을 적극 활용하도록 하였고, 밭담과 무드등을 조화시켜 사용하고 싶은 산출물 작품을 만들도록 구성하였다.

Table 2 The contents of project learning.

No.	Topics	Main activities	Class(min)
1	Finding the secret of Jeju stonewall	• Finding Jeju proverbs about stones • The history and function of stonewall - Understanding the formation process (history) of Jeju stonewalls - Understanding the height and role of stonewalls - Finding out why stonewalls don’t fall	2 (80)
2
3	Understanding Jeju stonewall through science	• Understanding the center of gravity of stonewalls - Understanding the meaning of the center of gravity - Finding a person’s center of gravity - Finding the center of gravity of a polygon - Finding the center of gravity of a non-polygonal object • Applying the center of gravity of the stonewall - Playing Jenga Considering the Center of Gravity - Stacking the capra considering the center of gravity	3 (120)
4
5
6	Exploring Jeju stonewall around us	- Building a stone tower considering the center of gravity • Formation process of Jeju stonewall - Exploring the formation process of Jeju stonewall in the village garden - Comparison and observation of various types of Jeju stonewalls • Collecting stones for a stonewall-building activity	2 (80)
7
8	Making my Jeju stonewall	• Designing Jeju stonewalls with stability • Making creative Jeju stonewall art • Sharing with colleagues about the values you want to express • Reflect on what you have learned	3 (120)
9
10

2. 과학 핵심역량에 대한 초등 과학영재의 인식 분석

이 연구에서는 과학 핵심역량 기반 STEAM 프로그램 적용 전후에 과학 핵심역량 인식 검사를 실시하였다. 사전 사후검사 결과를 대응표본 t-test를 이용해 분석하였다. 사용하여 프로그램 적용 전과 적용 후의 점수를 비교한 뒤 그 결과를 분석하였다. 분석 결과 다섯 가지 과학 핵심역량에 대한 인식에서 모두 유의미한 차이가 나타났다. 각 핵심역량에 따른 분석 결과는 다음과 같다.

1) 과학적 사고력 분석 결과

이 연구에서 개발한 프로그램이 과학적 사고력에 대한 초등 과학영재들의 인식에 영향을 미쳤는지 보기 위하여 사전 사후검사를 분석하였다. Table 3에 나타난 바와 같이 t-test 분석 결과 사실을 바탕으로 한 과학적 주장 제시, 사실과 추리, 주관적 가치 판단 구별 등 과학적 사고력에 대한 문항 모두에서 유의미한 변화가 나타났다. 특히 ‘나는 과학적 사실과 추리, 주관적 가치 판단을 구별하여 설명할 수 있다’의 문항에서 사후검사 평균이 가장 높게 증가한 것으로 나타났다. 유의미한 차이를 보인 t-test 결과는 제주 밭담을 활용한 STEAM 프로그램이 과학 핵심역량 중 과학적 사고력에 대한 초등 과학영재들의 인식에 긍정적인 영향을 미쳤음을 보여주고 있다.

Table 3 The result of t-test on scientific thinking.

Contents	Test	Mean	SD	t	p
Present scientific claims based on facts	pre	3.553	0.86	– 5.376	0.001**
	post	4.079	0.673
Distinguish between fact and reasoning and subjective value judgments	pre	3.553	0.724	– 8.435	0.001**
	post	4.211	0.741
Determination of errors in scientific claims and evidence	pre	3.684	0.739	– 5.771	0.001**
	post	4.158	0.823
Draw conclusions through data analysis	pre	3.868	0.777	– 4.132	0.001**
	post	4.184	0.692
Present scientific ideas	pre	3.737	0.795	– 2.476	0.018**
	post	3.974	0.885
Distinguishing between right and wrong in scientific explanations	pre	3.974	0.885	– 3.883	0.001**
	post	4.263	0.760

p: *<.05, **<.01

과학적 주장과 근거를 다양한 관점에서 생각하고 판단하는 수업 과정을 통해 학생들의 과학적 사고력 향상을 기대할 수 있다 [18]. 따라서 과학 핵심역량 기반 STEAM 프로그램은 무게중심 찾기 활동 등을 통해 과학적 주장을 뒷받침할 수 있는 증거를 찾고 이를 이용하여 모둠 및 전체 논의를 하도록 구성하여 운영하는 과정을 통해 과학적 사고력에 대한 인식을 높이는 데 긍정적인 영향을 미친 것으로 볼 수 있다. 특히 학생들이 쉽게 접할 수 있는 지역 자원을 소재로 하여 탐구하는 활동들로 인해 창의적인 사고활동을 촉진시킴으로써 과학적 창의성에도 긍정적인 영향을 미칠 가능성이 있을 것으로 추정된다. 즉 선행 연구 [19]에서 제시된 바와 같이 생활 주변의 문제를 발견하고 탐구하는 활동이 창의적 사고활동에 도움이 될 수 있을 것이다.

2) 과학적 탐구능력 분석 결과

‘과학적 탐구능력’ 문항에 대한 과학영재들의 사전 사후검사 결과를 대응표본 t-test로 분석한 결과 모든 문항에서 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다(Table 4). 실제 자연현상으로부터 탐구 문제를 인식하고 이를 해결하여 과학적 지식을 배우는 것에는 탐구 기능이 뒷받침되어야 하기 때문에 [20] 과학적 탐구 능력의 함양은 중요하다. 따라서 이 프로그램에서는 제주의 밭담을 직접 관찰하고 무게중심을 적용하여 실제 밭담이 어떤 원리로 쌓아져 있는지 예측하고 추리해 보도록 하였다. 이러한 과정에서 기초 탐구 능력이 신장되었다고 판단된다. 또한 밭담의 안정성을 확보하기 위해 가설을 설정하고 실험을 하여 안정적인 밭담을 쌓아봄으로써 통합 탐구 능력이 신장되었다고 할 수 있다. 이러한 결과는 비교적 초보적인 탐구 활동과 다양한 조건을 통제하고 극복하는 활동으로 과학 캠프를 구성하여 탐구력 신장에 긍정적인 효과를 보고한 선행 연구 [21]의 연구와 결과가 일치한다. 또한, 관련 개념에 대한 지식을 탐색하고 실험을 실시하여 과학탐구 능력을 정교화함으로써 과학 탐구 능력향상에의 효과를 보고한 선행 연구 [22]의 연구와 그 맥락을 같이 한다.

Table 4 The result of t-test on scientific inquiry ability.

Contents	Test	Mean	SD	t	p
Scientific problem-solving through various methods	pre	4.079	0.749	– 3.389	0.002*
	post	4.316	0.702
Judgment of meaningful information	pre	3.947	0.695	– 2.982	0.005*
	post	4.184	0.801
Ability to collect and interpret information	pre	3.816	0.692	– 4.646	0.001**
	post	4.184	0.766
Creating knowledge and meaning through experimentation, investigation, and discussion	pre	3.947	0.733	– 4.386	0.001**
	post	4.289	0.732
Present scientific ideas	pre	3.974	0.753	– 2.249	0.031*
	post	4.184	0.692
Organize information through inquiry	pre	4.079	0.818	– 3.635	0.001**
	post	4.342	0.708

p: *<.05, **<.01

3) 과학적 문제해결력 분석 결과

과학적 문제해결력에 대한 사전 사후검사 t-test 결과 모든 문항에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다(Table 5). 특히 ‘나는 과학적 문제 해결과정에서 여러 가지 방법 중 가장 적절한 방법을 선택할 수 있다’라는 문항에서는 사전조사에서는 평균이 3.92점이었으나 사후에는 4.45점으로 가장 큰 향상을 보였다. 이는 수업시간에 배운 과학 지식 또는 자신이 알고 있는 과학 내용을 문제 해결과정에 적극적으로 사용하겠다는 것을 의미한다고 볼 수 있다. 그러므로 과학 핵심역량 기반 STEAM 프로그램은 학생들의 과학적 문제해결력 향상에 효과적으로 기여하였음을 알 수 있다.

Table 5 The result of t-test on scientific problem-solving.

Contents	Test	Mean	SD	t	p
Problem solving through scientific knowledge	pre	3.789	0.741	– 3.464	0.001**
	post	4.079	0.749
Decision-making based on scientific evidence and data	pre	3.974	0.822	– 3.883	0.001**
	post	4.263	0.724
Reflection in solving scientific problems	pre	3.921	0.818	– 3.158	0.003*
	post	4.211	0.875
Scientific problem solving and the usefulness of information	pre	3.868	0.811	– 3.635	0.001**
	post	4.132	0.811
Choosing an Appropriate Method for Solving Scientific Problems	pre	3.924	0.749	– 6.412	0.001**
	post	4.447	0.760
Data collection for fair judgment	pre	3.658	0.938	– 4.132	0.001**
	post	3.974	0.944

p: *<.05, **<.01

이 프로그램에서는 학생들에게 자신이 탐구한 내용을 바탕으로 글쓰기를 하도록 하였다. 이는 자신이 문제를 해결하는 과정에서 사고력과 탐구력을 활용하였다면 머릿속의 생각을 체계적으로 정리하면서 내용을 더욱 깊이 있게 이해하여 실제 상황에 적용할 수 있는 고차원적 사고로 나아가게 하기 위한 의도였다. 과학 글쓰기를 통해 자신이 생각하고 탐구한 것들을 정리하는 것이 과학적 개념의 이해 및 탐구능력을 신장시킬 수 있는 교육적 효과가 있으며 [23], 글쓰기를 통해 과학영재들의 사고력 뿐만 아니라 창의적 문제해결력을 효과적으로 신장시킨 결과가 보고되었다 [24]. 따라서 반성적 사고를 하도록 피드백을 한 수업 과정과 과학 글쓰기를 활용한 부분이 과학적 문제해결력 향상에 도움이 되었다고 판단된다. 또한 학생들이 주도적으로 문제를 인식하고 문제 해결을 위해 창의적으로 생각하고 도전하도록 하는 활동을 통해 과학적 문제해결력을 향상시킬 수 있을 것이라고 보고한 선행 연구 [25]와 그 맥락을 같이 하며, 실생활에서 문제를 찾고 그에 기반하여 관련 개념과 지식을 탐구한 후 그 내용을 적용해 보도록 하여 창의적 문제 해결력 향상에 긍정적인 효과를 보고한 연구 결과 [26]와 일치한다.

4) 과학적 의사소통 능력 분석 결과

과학은 과학자가 다른 과학자들과 함께 자신의 발견을 공유하는 과정을 통하여 발전한다 [27]. 과학 탐구과정에서 토론, 논의와 같은 의사소통은 과학적 사고의 발달에 중요한 영향을 미친다 [29]. 이 연구에서는 과학 핵심역량 기반 STEAM 프로그램의 적용을 통해 초등 과학영재들의 과학적 의사소통 능력에 변화가 있었는지 알아보기 위해 사전 사후검사 간 t-test를 실시하였다. 분석 결과 과학적 의사소통 능력은 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 과학적 의사소통 능력을 통계적으로 분석한 결과, 과학 핵심역량 기반 영재교육 프로그램은 학생들의 과학적 의사소통능력 향상에 긍정적인 영향을 미쳤음을 알 수 있다. 프로그램 적용 과정에서 과학영재들은 자신의 생각을 다양하게 표현할 수 있는 학습 기회를 경험하였고, 과학과 수학, 예술 등의 여러 영역의 내용 요소들을 결합하여 생각할 수 있는 활동을 체험하였다. 이와 같은 학습 활동의 결과로 과학적 의사소통능력에 대한 인식이 향상되었다고 판단된다. 이는 과학에 수학, 예술 등의 여러 요소를 결합시켜 관련된 과학지식을 표현하여 과학적 의사소통을 향상시켰다는 선행 연구 [30]와 유사한 경향을 나타내는 것이다.

다만 과학적 의사소통능력 중 ‘나는 조별 활동을 수행할 때, 갈등이 생기면 토론과 합의를 통해 해결하려고 노력한다’와 ‘나는 서로의 생각을 발전시킬 수 있는 대화를 이끌어 나갈 수 있다’는 문항에서는 유의미한 차이를 보이지 않았다(Table 6). 이 두 문항은 모둠활동에서 모둠원 간의 적극적인 대화와 관련된 내용이다. 그러나 코로나 19로 인한 사회적 거리두기 지침에 따라 이 프로그램을 적용하는 동안 모둠활동에서 언어적 의사소통이 상당 부분 제한되었다. 그로 인해 이 문항들에서 유의미한 차이가 나타나지 않은 것으로 해석된다.

Table 6 The result of t-test on scientific communication ability.

Contents	Test	Mean	SD	t	p
Assert my opinion based on valid reasons	pre	3.974	0.822	– 4.132	0.001**
	post	4.289	0.867
Understand other people’s problem-solving processes and outcomes	pre	3.974	0.753	– 6.083	0.001**
	post	4.474	0.647
Conflict resolution through discussion and consensus	pre	4.184	0.766	– 1.959	0.058
	post	4.316	0.809
Persuasion through various reasons if it is different from my opinion	pre	3.816	0.801	– 3.706	0.001**
	post	4.132	0.935
Thinking about whether the other person’s ideas are valid	pre	4.053	0.733	– 2.229	0.032*
	post	4.211	0.741
Leading conversations that develop ideas	pre	4.053	0.899	0.000	1.000
	post	4.053	0.837
Understand the intent of the other person’s story	pre	4.053	0.695	– 5.187	0.001**
	post	4.474	0.687
Observe behaviors and facial expressions to understand the other person’s story	pre	3.684	1.016	– 4.319	0.001**
	post	4.263	0.921

p: *<.05, **<.01

5) 과학적 참여와 평생 학습 능력 분석 결과

외국의 교육과정에서는 학생들이 협업 능력을 함양하면 소속감과 더불어 자신감도 지닐 수 있다고 강조하고 있다[31]. 우리나라의 경우 2015 개정 과학 교육과정에서 학생들의 정의적 영역 함양을 강조하고 있고 [6], 과학 핵심역량 중에서는 ‘과학적 참여와 평생학습능력’에 이와 같은 내용들이 포함되어 있다.

‘과학적 참여와 평생학습능력’에 관한 사전 사후검사 결과를 t-test를 이용해 분석하였다. 분석 결과 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다(Table 7). 2015 개정 과학 교육과정의 목표에는 학생들의 평생 학습 능력 향상을 위해서 과학 학습의 즐거움과 과학의 유용성을 인식시켜야 함을 언급하고 있다 [6]. 이 프로그램에서 제주 밭담을 활용한 STEAM 교육을 경험토록 한 것은 생활 주변의 문화 유산을 살펴보고, 그 안에 담긴 과학적 원리를 스스로 알아낸다는 점에서 학생들이 과학에 대한 흥미과 호기심, 열의를 갖도록 하는 데 긍정적인 영향을 미친 것으로 파악된다. 특히 재활용품과 업사이클링을 통해 ‘나만의 제주 밭담 만들기’를 수행하면서 지역의 환경 문제 등에 대한 이해를 높이고 더 나아가 그러한 문제들을 해결하기 위한 방안을 논의하는 경험은 과학영재들에게 과학적 참여에 대한 인식을 높일 수 있는 계기가 된 것으로 볼 수 있다. 특히 ‘나는 과학 기술의 발전에 따른 사회적 문제에 대한 나의 생각을 말할 수 있다’는 문항은 사후검사 평균의 향상 정도가 가장 크게 나타났다. 이는 과학영재들이 개인적인 차원에서의 과학학습 뿐만 아니라 공동체의 구성원으로 적극적인 참여의 자세를 보인 것으로 추정된다. 그러므로 과학 핵심역량 기반 STEAM 프로그램이 초등 과학영재들의 과학적 참여와 평생학습능력에 긍정적 영향을 미친 것으로 볼 수 있다.

Table 7 The result of t-test on scientific participation and lifelong learning ability.

Contents	Test	Mean	SD	t	p
Interest in how science and technology can solve social problems	pre	3.947	0.899	-6.083	0.001**
	post	4.447	0.760
Active participation	pre	4.421	0.758	-2.890	0.006*
	post	4.605	0.638
Opinion on the development of science and technology	pre	3.684	0.842	-6.608	0.001**
	post	4.316	0.842
Cooperative attitude	pre	4.289	0.927	-0.298	0.767
	post	4.316	1.093
Efforts to adapt to changing science and technology	pre	4.132	0.777	-1.708	0.096
	post	4.263	0.795
Cooperation and collaboration	pre	4.158	0.679	-3.224	0.003*
	post	4.421	0.683
Clearly understand the problem through collaboration	pre	4.368	0.675	-2.368	0.023*
	post	4.500	0.688

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과학적 참여와 평생학습능력 중 ‘나는 공동으로 활동을 수행하면 혼자 하는 것보다 더 좋은 결과물을 낼 수 있다고 생각한다’는 문항에서는 유의미한 차이를 나타내지 않았다. 이와 같은 결과는 사회적 거리두기 지침에 따라 제한된 모둠활동을 실시하였기 때문인 것으로 판단된다.

이 연구는 초등 과학 ‘힘과 운동’ 영역에 기반한 STEAM 프로그램이 초등 과학영재의 과학 핵심역량에 대한 인식에 미치는 영향을 알아보는 것이다. J시에 있는 2곳의 과학영재학급 학생 38명을 대상으로 이 연구에서 개발한 STEAM 프로그램을 적용하였고, 적용 전후 과학 핵심역량 인식 검사를 실시하였다. 과학 핵심역량 인식 검사는 과학적 사고력, 과학적 탐구능력, 과학적 문제해결력, 과학적 의사소통능력, 과학적 참여와 평생학습능력으로 나누어 실시하였다. 사전 사후검사 간 t-test를 실시한 결과 과학 핵심역량의 모든 하위 요소들에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 이와 같은 결과는 이 연구에서 개발한 STEAM 프로그램이 초등 과학영재들의 과학 핵심역량에 대한 인식에 긍정적인 영향을 미쳤음을 의미한다. 특히 이 프로그램에서는 세계중요농업유산인 제주 밭담을 활용해 ‘힘과 운동’에서의 무게중심 등에 대한 학습이 이루어지도록 하였고, 과학, 수학, 기술, 예술 등의 융합을 통해 학생들 스스로 밭담으로 만들어보는 활동을 실시하였다. 이와 같은 학습 활동은 자신이 살아가고 있는 지역 사회에 대한 관심과 이해를 높이고, 더 나아가 과학적 참여의 능력을 기르는 데 효과적인 것으로 판단된다. 다만 코로나 19 유행에 따른 사회적 거리두기 강화로 인해 모둠을 중심으로 한 탐구 활동과 토론 등을 제한적으로 실시하였기 때문에 과학적 의사소통능력 등의 측면에서 효과가 축소되었을 것으로 추정된다. 이 연구의 결론을 토대로 후속 연구를 위한 몇 가지 제언을 하고자 하다.

첫째, 이 연구에서 개발한 STEAM 프로그램은 제주 밭담이라는 지역 자원을 활용한 융합프로그램이다. 이 프로그램이 초등 과학영재들의 과학 핵심역량에 대한 인식에 긍정적인 영향을 미친 것으로 나타났으므로, 지역 자원을 활용한 다양한 영재교육프로그램 개발을 후속 후속 연구에서 진행할 필요가 있다고 본다.

둘째, 프로그램 활동을 통해 학습자들이 무게중심, 수평잡기 등의 개념 이해를 바탕으로 밭담 만들기라는 과제를 수행하였고, 직접적인 체험 활동들이 과학적 참여 등에 긍정적인 영향을 미친 것으로 판단된다. 그러므로 체험학습, 토론, 만들기 등 다양한 교수 전략들을 영재교육 프로그램에 연계하려는 노력이 필요할 것이다.

셋째, 이 연구에서는 초등 과학영재들의 과학 핵심역량에 대한 인식을 사전 사후 검사를 통해 살펴보았다. 인식 조사를 통한 양적 연구 외에도 면담, 참여관찰 등의 방법을 함께 활용하여 과학 핵심역량에 대한 인식에 영향을 미치는 요인들을 질적 연구를 통해 분석하는 시도가 필요하다고 판단된다.

넷째, 핵심역량은 총체성, 맥락성, 수행성 등의 특징을 지니므로 장기간의 교육 경험이 필수적이다. 이 연구에서는 총 10차시에 해당하는 영재교육 프로그램을 개발하고 적용하였기 때문에 그 영향이 제한적인 측면이 있을 수 있다. 그러므로 향후 영재교육 프로그램 개발 및 적용 과정에서 충분한 시간을 확보하는 노력이 필요할 것이다.