미국 초중등공학교육위원회는 과학기술공학수학(STEM) 분야의 교육의 질향상을 위해 기존의 교육에 비해 소흘히 다루어져 온 공학교육 강화를 위한 3대 원칙과 7대 권고안을 제시하였음, 우리나라에서도 공학교육은 대학 수준에서만 전문적으로 이루어지고, 초중등학교에서는 거의 시행되지 않고 있는 상황에서, 현재의 수학, 과학을 중심으로 이루어지는 이과교육에 실제 환경과 밀접한 연관이 있는 공학에 대한 교육을 추가하여 흥미를 불러일으키고 이공계에 대한 친밀도를 제고할 필요성이 있음. 

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1. 개요



□ 미국 초중등공학교육위원회*는 STEM**교육 향상을 위해 기존의 과학 수학 기술교육에 비해 소홀히 다루어져 온

공학교육의 강화를 위한 3대 원칙과 7개 권고안을 제시

    * The Committee on K-12 Engineering Education

    ** Science, Technology, Engineering and Mathematics

    ※ 공학의 정의 : 연구나 경험으로 얻은 수학 및 자연과학의 지식을 분별력 있게 적용하여 인류의 이익을 위하여

자연적인 힘이나 물질을 경제적으로 이용할 방법을 찾아내기 위한 전문적인 분야(미국 공학기술인증원, ABET)

 ○ 2006년 국립공학아카데미(National Academy of Engineering)와 국가연구위원회(National Research Council)

내 교육센터(Center for Education)는 초중등공학교육위원회(이하 위원회)를 설립



2. 초중등(K-12) 공학교육의 일반 원칙

□ 지역, 교실마다 다르게 수행되는 공학교육의 표준화를 위해 위원회는 초중등 공학교육에 대한 세 가지 일반 원칙을 설정

 1)원칙 1 : 초중등 공학교육은 공학설계*에 중점을 두어야 함

    * Engineering Design : 문제를 파악하고 요구 조건에 맞춰 시스템, 요소,  공정 등을 이용하여 해결방안을 구상하는 체계적이고

지적인 행위

 ○ 문제 파악과 해결을 위한 공학적 접근인 설계과정은 매우 반복적이고, 다양한 문제해결 방안에 대해 개방성을 가지며, 과학적

수학적 기술적 개념 학습에 유용함. 또한 시스템적 사고, 모델링, 분석에 자극제가 됨



 2) 원칙 2 : 초중등 공학교육은 수학 과학 기술의 지식과 기법을 결합해야 함

 ○ 수학, 과학, 기술의 개념과 기법은 공학설계를 위해 활용 가능

   - 시험 측정기술, 데이터 취득 분석을 위한 소프트웨어, 계산 및 시각화 도구, 인터넷 등이 공학교육에 활용되어야 함



 3) 원칙 3 : 초중등 공학교육은 공학적 사고방식을 증진시켜야 함

 ○ 공학적 사고방식은 21세기 시민이 가져야 할 필수적 자질로서, 시스템적 사고, 창의성, 긍정적 사고, 협동심, 의사소통,

그리고 윤리성에 대한 인식 등이 주요 요소



3. 초중등 공학교육 강화를 위한 권고

 1) 권고 1 : 공학교육의 긍정적 효과 증명

 ○ 공학교육이 공학 및 공학자에 대한 이해도 제고와 수학 과학의 학습과 성취도 향상에 큰 도움이 될 것이라는 의견이 있지만

이를 뒷받침할 신뢰성 있는 연구 데이터는 부족

 ○ 공학교육 관련 공공 민간기관들은 기존 연구를 통해 알려진 바 있는, 공학교육이 STEM 교과를 배우는 학생에게 주는 영향,

학생 참여도, 공학에 대한 이해, 경력 개발, 기술 literacy 등 공학교육의 효과를 확인 보완하기 위한 장기적 연구를 지원할 필요

 

2) 권고 2 : 공학교육 교육과정의 개발 및 평가

 ○ 초중등 공학교육 교육과정의 개발 시행을 위해 자금을 지원하는 기관들은 다음의 사항들에 대한 연구도 지원할 필요

   - 공학설계를 위한 지적 사고(知的 思考)와 실습 사례가 시간이 지남에 따라 학생들에게 어떤 영향을 주는 지에 대한 분석

   - 이러한 발전을 지원하는데 필요한 학습환경 결정

 ○ 기본적 분석틀이 수립된 후에는, 어떠한 요소가 효과를 발휘했고 왜 효과가 있었는지에 대한 심층 평가를 수행할 필요



 3) 권고 3 : 공학교육과 수학 과학 기술교육과의 연계 강화

 ○ 현재의 초중등 공학교육 교육과정은 공학과 수학 과학 기술을 효과적으로 연계하지 못하고 있음

 ○ NSF와 교육부는 STEM 과목간 보다 효과적인 연계를 위한 연구를 지원할 필요가 있으며, 그 연구는 아래의 내용을 포함

   - 공학설계를 활용하여 효과적으로 지도할 수 있는 과학과 수학의 중요한 개념과 기법 및 과학 수학적 사고방식

   - 학생이 공학설계 접근법을 통해 중요한 과학 수학적 개념, 기법 및 사고방식을 잘 배울 수 있는 환경

   - 공학설계를 과학 수학 지도를 위한 교육 기법으로 활용하는 방법

   - 과학 수학의 학습을 돕는 교육적 도구로 공학설계를 활용하는 전문가 육성

 

4) 권고 4 : 우수 공학교사의 양성

 ○ 현재 과학 수학 기술 교과와 비교할 때 공학교과의 우수 교사가 부족할 뿐만 아니라 공학교사의 전문성 개발을 위한 기회도 부족

 ○ 우수 공학교사의 공급 양성에 어려움을 겪고 있으므로, 미국 공학교육학회(ASEE)*는 ASEE 내 초중등 및 예비대학교육

분과의 주도하에 초중등 공학교사의 효과적 양성을 위한 워크숍을 마련하여 관련 분야 이해관계자와 전문가들이 논의할 수 있도록

적극 지원할 필요

    * The American Society for Engineering Education

 ○ 현재의 임시적인 훈련 방식은 초중등 공학교육이 확대될 경우에 충분한 수의 교사를 훈련시키기에는 부족하므로, 자질을 갖춘

공학교사 양성 방안에 대한 평가와 논의 필요



 5) 권고 5 : 공학교육의 다양성 확대

 ○ 미국 고등 공학교육의 다양성 부족과 공학 인력의 부족은 잘 알려진 사실이며, 초중등 공학교육에서의 다양성(성별, 인종 등)

결여도 문제점

 ○ 여학생, 흑인 히스패닉 동양인 등의 소수집단이 공학 공부에 관심을 가지도록 하기 위해서는 초중등 공학 교육과정이

이러한 계층의 흥미를 끌도록 개발해야 하며, 초중등 공학교육 홍보사업이 이러한 계층에 접근할 수 있도록 전략적 계획 필요

   - 이를 위해 교육과정 설계자와 전파 기관들은 공학을 대중에게 알릴 수 있는 효과적인 방법을 모색해야 함

 

6) 권고 6 : 초중등 공학교육체계 구축

 ○ 효과적인 공학교육을 위해 공학교과를 교육과정에 연계시키는 방안을 고려할 필요

    ※ 공학을 선택과목으로 할 것인지, 일반과목으로 할 것인지, 또는 STEM 과목들을 통합할 것인지 등을 검토

 ○ STEM 교육과 교육개혁에 관심있는 단체와 기관들은 초중등 공학교육의 현장 모델 구축에 도움이 되는 연구를 지원하는

사업을 기획할 필요



 7) 권고 7 : STEM 교육의 통합

 ○ 현재 미국의 STEM 교육에서 네 과목간의 연계성이 결여되어 있기에, 학업성취도 향상과 학생의 STEM에 대한 관심도 제고가

힘들었으며, 과학기술 literacy 개발에도 방해

 ○ NSF(국립과학재단)와 교육부는 STEM 문해의 개념을 정의하고 특성을 명확화하기 위한 연구를 선정 지원할 필요

   - 이러한 연구들은 STEM의 핵심 지식과 기술뿐만 아니라 네 분야를 연계하는 아이디어를 제시해야 함

4. 정책적 시사점

□ 본 보고서는 미국 정부가 추진해 온 STEM 교육 중 아직 체계가 명확히 수립되지 않은 공학교육의 현실을 진단하고 개선을

위한 권고안을 제시

□ 수학 과학의 개념과 원리를 현실에서 구현하는 공학에 대한 교육을 초중등학교에 도입하여 후세대가 미래를 대비할 수

있도록 할 필요

 ○ 우리나라 공학교육은 대학 수준에서 전문적으로 이루어지며 초중등학교에서는 거의 시행되지 않고 있음

   - 지역 학교에 따라 특별수업 정도로 이루어지는 공학 관련 교육의 현황을 파악하고 교육의 영향에 대해 분석 필요

     ※ 공주대학교는 충남지역 고등학생을 대상으로 2001년부터 ‘재미있는 공학교실 프로그램’을 개설하여 매년 실시

 ○ 현재의 수학, 과학 중심으로 이루어지는 이과 교육에 실제 생활환경과 밀접한 연관이 있는 공학에 대한 교육을 추가함으로써

흥미를 불러일으키고 이공계에 대한 친밀도 제고 필요

   - 공학교육을 통해 공학 공학자에 대한 인식 제고, 미래의 직업으로서 공학 분야에 대한 관심 증대, 기술에 대한 지식을 습득하여

공학 기술 literacy 함양에 기여

     ※ Engineering Literacy는 창의성뿐만 아니라 의사소통능력, 윤리의식, 경영 및 경제, 사회 등을 포함(한국공학교육기술학회, 2003)

   - literacy란 가르치고 배워서 갖추어지는 능력으로 전문적인 특성을 나타내므로, 공학 literacy 함양을 위해서는 초중등 교육과정에서부터

공학교육을 시작하는 것이 바람직

   - 공학교육을 관련 기술자격증 취득과 연계하여 교육의 내실화

   - 공학 교육과정 및 교재의 개발, 수학 과학 과목과의 연계 방안과 전문성을 보유한 공학교사의 양성 훈련 방안 수립









*도표 등과 관련된 상세 내용은 첨부파일을 참조하시길 바랍니다.

* * 본 자료는 교육과학기술부 과학기술기반과와 KISTI 정보분석본부, KISTEP 정책기획실 등에서 분석한 내용을 바탕으로 한 것입니다