Environmental Literacy Profile of Pre-Service Biology Teachers Through SSI-STEAM Integrated Learning

기술 요약: SSI-STEAM 통합 학습을 통한 예비 생물 교사의 환경 문해력 프로파일

문제 제기
수질 및 토양 오염과 같은 현대의 환경 문제는 과학적 근다를 평가하고, 가치 논쟁을 통해 추론하며, 이해를 책임 있는 행동으로 전환할 수 있는 역량을 갖춘 시민을 요구하는 다차원적인 현상이다. 사회적 과학적 이슈(SSI)와 STEAM(과학, 기술, 공학, 예술, 수학) 교육은 각각 효과적인 교수법으로 인정받고 있으나, 문헌상에는 상당한 공백이 존재한다. 첫째, 기존 연구들은 SSI와 STEAM을 하나의 일관된 학습 경험 내에 의도적으로 통합하여 조사하는 경우가 드물다. 둘째, SSI-STEAM 맥락에서의 환경 문해력에 관한 실증적 증거는 주로 중등 교육과 화학 같은 특정 영역에 국한되어 있으며, 인도네시아 고등 교육 과정 내 생물 교육 프로그램으로부터의 데이터는 눈에 띄게 부족하다. 셋째, 대부분의 연구는 학습자의 인지적, 정의적, 역량, 행동적 차원을 동시에 프로파일링하기보다는 환경 문해력의 차원을 개별적으로 측정한다. 본 연구는 지역 수질 및 토양 오염에 초점을 맞춘 SSI-STEAM 통합 학습 모델에 참여한 예비 생물 교사들의 환경 문해력 프로파일을 분석함으로써 이러한 공백을 해결하고자 한다.

연구 방법
본 연구는 전수 추출법을 통해 모집된 마카사르 무하마디야 대학교(Universitas Muhammadiyah Makassar)의 예비 생물 전공 학생 40명을 대상으로 설명적 순차 혼합 방법 설계(mixed methods explanatory sequential design)를 채택하였다. 참가자들은 다음 세 단계로 구성된 환경 교육 과정에 참여하였다:

1. 식별 및 프레이밍: 학생들은 지역 환경 문제(수질 및 토양 오염)를 식별하고 시료를 채집하였으며, 이를 생물학적, 생태학적, 정책적, 도덕적 차원을 포괄하는 사회적 과학적 이슈로 프레이밍하였다.
2. 탐구 및 설계: 학생들은 과학적 탐구(수질 테스트, 토양 분석)와 다섯 가지 STEAM 구성 요소를 통합한 솔루션 설계를 수행하였다. 여기에는 간단한 정수 장치의 공학적 설계, 교육 매체 개발(예술), 정보 검증을 위한 디지털 도구 활용(기술), 그리고 정량적 데이터에 대한 수학적 분석 적용이 포함되었다. 데이터 기반 논증 활동이 명시적으로 통합되었다.
3. 성찰: 집단 성찰 단계에서는 솔루션 및 캠페인 자료에 대한 그룹 발표가 진행되었다.

양적 데이터는 환경 지식, 환경 인식 및 관심, SSI 기반 비판적 사고, STEAM 기반 문제 해결 및 의사 결정, 친환경 행동 및 참여의 다섯 가지 차원을 다루는 40개 문항의 설문지를 사용하여 수집되었다. 응답은 5점 리커트 척도로 측정되었다. 질적 데이터는 양적 결과를 상세히 설명하기 위해 반구조화된 인터뷰를 통해 수집되었다. 데이터 분석에는 양적 구성에 대한 기술 통계와 질적 구성에 대한 반복적 주제 코딩(iterative thematic coding)이 사용되었다.

주요 결과
연구 결과 전체 환경 문해력 점수는 매우 높음(M = 4.39; 87.7%)으로 나타났다. 그러나 다섯 가지 차원 간에 뚜렷한 차이가 관찰되었다:

• 친환경 행동 및 참여: 가장 높은 점수(M = 4.79; 95.75%)를 기록하며 매우 높음으로 분류되었다. 학생들은 쓰레기 분리배출, 일회용 플라스틱 줄이기 등의 강력한 습관과 보전 활동에 참여하려는 높은 의지를 보였다.
• 환경 인식 및 관심: 역시 매우 높음(M = 4.72; 94.5%)을 기록하였다. 학생들은 강한 개인적 책임감을 보여주었으며, 특히 미래의 생물 교사로서 환경 보전을 사회적, 도덕적 의무로 간view하였다.
• 환경 지식: 매 매우 높음(M = 4.25; 85.0%)을 기록하였다. 학생들은 생태계 균형과 생활 방식 및 환경 파괴 사이의 연관성에 대해 강한 관계적 이해를 보여주었다. 다만, 기후 변화 메커니즘이나 3R(재사용, 재사용, 재활용) 폐기물 관리 원칙과 같은 추상적인 주제에 대해서는 점수가 낮았다.
• STEAM 기반 문제 해결 및 의사 결정: 매우 높음(M = 4.24; 84.7%)을 기록하였다. 학생들은 디지털 기술 활용과 창의적 캠페인 설계에서 뛰어난 역량을 보였다. 수학적 데이터 해석, 비용-편익 분석, 협력적 문제 관리 측면에서는 점수가 다소 낮았다.
• SSI 기반 비판적 사고: 이 차원은 가장 낮은 점수를 기록하였으며, '매우 높음'이 아닌 높음(M = 3.93; 78.6%)으로 분류되었다. 학생들은 디지털 정보 출처를 검증하는 데는 능숙했으나(M = 4.62), 과학적 근거를 사용하여 환경 문제를 분석하거나(M = 3.38) 데이터 기반 논증을 구성하는 것(M = 3.45)에는 상당한 어려움을 겪었다.

질적 결과는 이러한 결과를 뒷받받하였으며, 학생들이 오염에 대한 맥락 중심적 이해와 환경 모델로서의 강한 전문적 정체성을 발달시켰음을 보여주었다. 그러나 데이터는 행동 의도가 제도적 인프라(예: 접근 가능한 쓰레기 분리 배출 시설)의 가용성에 따라 달라질 수 있음을 시사했다.

주요 기여
본 연구는 문헌에 세 가지 주요 기여를 한다:

1. 실증적 프로파일: 이전에 탐구되지 않았던 인도네시아의 인구 통계 및 환경 내에서, 통합된 SSI-STEAM 맥락 내 예비 생물 교사의 미묘하고 다차원적인 환경 문해력 프로파일을 제공한다.
2. 교육적 차별화: SSI-STEAM 통합이 높은 수준의 정의적 참여, 지식, 행동 의도를 성공적으로 촉진하지만, 모든 인지적 차원을 균일하게 높이지는 않는다는 점을 입증한다. 구체적으로, SSI 기반 비판적 사고(특히 증거 분석 및 논증)를 단일 교과 과정 개입 내에서 개발하기 가장 어려운 역량으로 식려냈다.
3. 교육과정적 함의: 연구 결과는 교육과정 강화를 위한 근거 기반의 과제를 제시하며, 향-행동/정의적 결과와 '높음'(매우 높음이 아닌) 수준의 비판적 사고 결과 사이의 간극을 메우기 위해 향후 SSI-STEAM 구현 시 명시적이고 구조화된 논증 스캐폴딩(scaffolding)을 반드시 포함해야 함을 제안한다.

의의 및 주장
본 논문은 SSI-STEAM 통합이 다차원적이며 상호 보완적인 환경 문해력 차원을 개발하는 데 생산적인 교수 모델이라고 주장한다. 본 연구는 SSI의 숙의적 지향성과 STEAM의 설계 지향성을 결합하는 것이 두 프레임워크가 독립적으로 생성할 수 없는 폭넓은 문해력 발달을 만들어낸다고 가정한다.

저자들은 관찰된 점수의 차이가 SSI 역량 발달의 잘 알려진 계층적 구조를 반영한다고 주장한다. 즉, 출처 검증은 접근하기 쉬운 진입점인 반면, 체계적인 증거 분석과 논증은 확장되고 구조화된 연습을 필요로 한다는 것이다. 결과적으로, 본 연구는 현재의 개입이 전반적으로 효과적이었으나, 향-비판적 사고를 '매우 높음' 범주로 격상시키기 위해서는 향후 실행 시 명시적인 논증 교육을 우선시해야 한다고 결론짓는다.

본 연구는 자기 보고식 데이터에 대한 의존(사회적 바람직성 편향 가능성), 통제 집단이 없는 사전-사후 테스트 설계(인과적 귀속의 한계), 단일 기관 표본(일반화의 한계) 등의 한계를 인정한다. 그럼에도 불구하고 저자들은 본 연구의 결과가 생물 교사 교육에서 과학적 지식, 사회적 추론, 창의적 환경 행동을 연결하는 데 있어 SSI-STEAM 통합의 유용성을 확증한다고 주장한다.