[논문]공학 기초설계 교과목에서 교수-학습 방법에 따른 수업 결과 분석

김인숙; 강태욱; 최정우

doi:10.18108/jeer.2011.14.5.3

공학 기초설계 교과목에서 교수-학습 방법에 따른 수업 결과 분석
Analysis of Teaching and Learning strategies in Basic Engineering Courses 원문보기

공학교육연구 = Journal of engineering education research, v.14 no.5, 2011년, pp.3 - 9

김인숙 (서강대학교 공학교육연구센터) , 강태욱 (서강대학교 화공생명공학과) , 최정우 (서강대학교 화공생명공학과)

초록
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본 연구는 공학 기초설계 교과목의 교수-학습 방법에 따른 수업 결과를 분석하고, 시사점을 도출하여 실제 기초 설계 수업에서 실행 가능한 효과적인 교수-학습 방법을 제안하는 것이다. 이를 위해 서울 소재 A대학교 공과대학 B프로그램 2학년 재학생 총 112명을 대상으로 동일한 교수자가 기초설계 교과목을 프로젝트 중심 수업과 문제 중심 수업으로 운영하여 두개 반의 수업 후 수업결과에 대한 전수조사를 실시하였다. 연구 결과, 문제 중심 수업은 프로젝트 중심 수업에 비해 수업만족도, 교과목 학습성과 달성도, 학업성취도에서 높은 점수를 나타냈으며, 이러한 결과는 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다. 본 연구 결과에 기초하여 실제 기초설계 수업에서 실행 가능한 효과적인 교수-학습 전략을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzes results of current Basic Design Engineering teaching and learning methods and makes suggestions based on its findings. To reach these conclusions, participants were 112 second-year students in Basic Design Engineering courses. In the results of t-test, there were significant statistics in learners' satisfaction, achievement of course outcomes and grades. Also the average of factors of the problem based learning strategy is higher than those of the project based strategy. Based on this study's findings, recommendations for effective teaching and learning strategies are made for Basic Design Engineering courses.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

다음은 문제 중심 수업의 팀문제 사례로 영화 ‘Iron Man’을 보여주고 문제 시나리오를 제시한 후 영화 속 과학적 오류를 최소화하기 위한 설계방안을 요구한 것이다. 과학적 오류 지적시 학습자가 배운 수학, 기초과학, 공학 지식을 근거로 하고, 실제 종이모형을 제작할 때 이러한 제한요소를 고려하도록 하였다. 이를 위해 학습자가 설계과제 접근이 용이하도록 제한요소를 고려한 설계물 제작 및 구체적인 실험계획에 대한 기본적인 가이드라인을 제시하였다.
연구 결과, 문제 중심 수업은 프로젝트 중심 수업에 비해 수업만족도, 교과목 학습성과 달성도, 학업성취도에서 높은 점수를 나타냈으며, 이러한 결과는 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다. 본 연구 결과에 기초하여 실제 기초설계 수업에서 실행 가능한 효과적인 교수-학습 전략을 제안하였다.
본 연구는 공학 기초설계 교과목의 교수-학습 방법에 따른 수업 결과를 분석하고, 시사점을 도출하여 실제 기초 설계 수업에서 실행 가능한 효과적인 교수-학습 방법을 제안하는 것이다. 이를 위해 서울 소재 A대학교 공과대학 B프로그램 2학년 재학생 총 112명을 대상으로 동일한 교수자가 기초설계 교과목을 프로젝트 중심 수업과 문제 중심 수업으로 운영하여 두개 반의 수업 후 수업결과에 대한 전수조사를 실시하였다.
본 연구는 공학 기초설계에서 주로 활용되고 있는 프로젝트 중심 수업과 문제 중심 수업 결과를 분석하였다. 연구 결과, 문제 중심 수업은 프로젝트 중심 수업에 비해 수업만족도, 교과목 학습성과 달성도, 학업성취도에서 높은 점수를 나타냈다.
본 연구에서는 A대학의 강의평가 설문지, 공과대학의 교과목 학습성과 달성도에 대한 자가평가 설문지와 담당교수가 학생에게 부여한 학점 즉, 학업성취도를 조사하였다. 수업만족도 확인을 위한 강의평가 설문지는 5점 척도 총 10문항으로 구성되었으며, 교과목 학습성과 달성도에 대한 자가평가 설문지는 5점 척도 총 12문항으로 구성되었다.
이에 본 연구에서는 공학 기초설계 교과목 수업에서 교수-학습 방법에 따른 수업결과를 분석하고, 연구 결과에 기초하여 실제 기초 설계 수업에서 실행 가능한 효과적인 교수-학습 전략을 제안하고자 한다.
또한, 주어진 현상에 대한 지배방정식을 찾도록 하는 등의 요구를 통해 학습자가 배운 수학, 기초과학, 공학적 지식을 자연스럽게 접목시킬 수 있도록 유도하였다. 이와 함께 발표와 토론 비중을 높여 토론을 통한 논리적 사고력 배양과 함께 협동학습의 중요성을 인식하도록 하였다.

가설 설정

3. Design your own “Iron Man”without the loss of original functions by minimizing logical or technical contradiction.

제안 방법

Lotus effect, opal structure 등이 그 예이다. 그 두 가지 예를 제외하고, 실제로 실생활에 응용될만한 자연계에 존재하는 구조물(동물, 나무 등)에 대한 분석과 이를 적용 가능한 응용처를 설계하라.
본 연구는 서울 소재 A대학교 공과대학 B프로그램 2학년 재학생 총 112명을 대상으로 진행하였다. 동일한 교수자가 기초설계 교과목을 프로젝트 중심 수업(사례1)과 문제 중심 수업(사례 2)으로 16주간 운영한 후 학기말에 전수조사를 실시하였다.
이를 위해 학습자가 설계과제 접근이 용이하도록 제한요소를 고려한 설계물 제작 및 구체적인 실험계획에 대한 기본적인 가이드라인을 제시하였다. 또한, 주어진 현상에 대한 지배방정식을 찾도록 하는 등의 요구를 통해 학습자가 배운 수학, 기초과학, 공학적 지식을 자연스럽게 접목시킬 수 있도록 유도하였다. 이와 함께 발표와 토론 비중을 높여 토론을 통한 논리적 사고력 배양과 함께 협동학습의 중요성을 인식하도록 하였다.
본 연구에서는 A대학의 강의평가 설문지, 공과대학의 교과목 학습성과 달성도에 대한 자가평가 설문지와 담당교수가 학생에게 부여한 학점 즉, 학업성취도를 조사하였다. 수업만족도 확인을 위한 강의평가 설문지는 5점 척도 총 10문항으로 구성되었으며, 교과목 학습성과 달성도에 대한 자가평가 설문지는 5점 척도 총 12문항으로 구성되었다.
본 연구는 공학 기초설계 교과목의 교수-학습 방법에 따른 수업 결과를 분석하고, 시사점을 도출하여 실제 기초 설계 수업에서 실행 가능한 효과적인 교수-학습 방법을 제안하는 것이다. 이를 위해 서울 소재 A대학교 공과대학 B프로그램 2학년 재학생 총 112명을 대상으로 동일한 교수자가 기초설계 교과목을 프로젝트 중심 수업과 문제 중심 수업으로 운영하여 두개 반의 수업 후 수업결과에 대한 전수조사를 실시하였다.
과학적 오류 지적시 학습자가 배운 수학, 기초과학, 공학 지식을 근거로 하고, 실제 종이모형을 제작할 때 이러한 제한요소를 고려하도록 하였다. 이를 위해 학습자가 설계과제 접근이 용이하도록 제한요소를 고려한 설계물 제작 및 구체적인 실험계획에 대한 기본적인 가이드라인을 제시하였다. 또한, 주어진 현상에 대한 지배방정식을 찾도록 하는 등의 요구를 통해 학습자가 배운 수학, 기초과학, 공학적 지식을 자연스럽게 접목시킬 수 있도록 유도하였다.
다음은 프로젝트 중심 수업의 팀과제 사례로 간단한 공학적 현상을 통해 공학적 응용처를 모색하는 것이다. 학습자 각자의 창의성을 최대한 발휘할 수 있도록 다양한 개방형 질문을 활용하고, 설계에 대한 제한요소와 가이드라인을 최대한 배제하였다.

대상 데이터

본 연구는 서울 소재 A대학교 공과대학 B프로그램 2학년 재학생 총 112명을 대상으로 진행하였다. 동일한 교수자가 기초설계 교과목을 프로젝트 중심 수업(사례1)과 문제 중심 수업(사례 2)으로 16주간 운영한 후 학기말에 전수조사를 실시하였다.

데이터처리

0 version 통계 프로그램으로 분석하였다. 통계방법은 기술통계와 함께 변인별 통계적 유의미성을 비교 분석하기 위해 독립표본-t test를 실시하였다.

성능/효과

이와 같은 각 과정의 충실한 이행으로 수업 만족도는 높으나 수업에 대한 부담감도 컸다. 또한, 교수자가 팀별 문제해결 과정에 필요한 기술적 정보와 자원을 지원함으로써 학습자는 학습에 초점을 잘 맞출 수 있었고, 이를 통해 학습자의 흥미와 동기가 높아졌다. 평가 측면에서도 다양한 평가가 이루어졌으나 오히려 평가 기준이 명확하여 평가 과정 및 결과에 대한 학습자의 만족도가 높았으며, 교수자 입장에서도 평가가 용이하였다.
분석 결과, 문제 중심 수업(사례2)은 프로젝트 중심 수업(사례 1)에 비해 학습성취도가 높게 나타났다. 또한, 두 수업간의 학업성취도 차이는 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다.
분석결과, 문제 중심 수업(사례2)은 프로젝트 중심 수업(사례1)에 비해 전 문항에 걸쳐 만족도가 높게 나타났다. 또한, 두가지 수업에 대한 만족도는 한 문항을 제외하고 전 문항에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다.
이때 학습자들이 과제수행 시 공학문제를 인식하고 기초 과학, 수학, 공학 지식을 설계에 접목할 수 있도록 지배방정식 등을 찾도록 요구하는 것이 효과적이다. 또한, 문제해결 결과에 실질적 설계 결과물을 포함하고, 현실적 제한 조건 반영을 명확히 요구하는 것이 효과적이다.
교과목 학습성과 달성도 분석 결과는 다음의 Table 3과 같다. 분석 결과, 문제 중심 수업(사례2)은 프로젝트 중심 수업 (사례1)에 비해 학습성과 달성도에 대한 자가평가 결과가 전체 항목에서 높게 나타났다. 이러한 두가지 수업간의 교과목 학습성과 달성도 차이는 총 12가지 학습성과 중 8가지 학습성과에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다.
학점 즉, 학업성취도 분석 결과는 다음의 Table 4와 같다. 분석 결과, 문제 중심 수업(사례2)은 프로젝트 중심 수업(사례 1)에 비해 학습성취도가 높게 나타났다. 또한, 두 수업간의 학업성취도 차이는 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다.
수업만족도 분석 결과는 다음의 Table 2와 같다. 분석결과, 문제 중심 수업(사례2)은 프로젝트 중심 수업(사례1)에 비해 전 문항에 걸쳐 만족도가 높게 나타났다. 또한, 두가지 수업에 대한 만족도는 한 문항을 제외하고 전 문항에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다.
여섯째, 평가는 정량평가와 정성평가를 함께 시행하는 것이 좋다. 이러한 평가 활동은 학습활동 각 과정에 대한 평가를 포함하므로 학습자들이 충실히 수업에 임할 수 있도록 동기부여를 하며, 최종 산출물의 질을 높이는 기회가 될 수 있다.
본 연구는 공학 기초설계에서 주로 활용되고 있는 프로젝트 중심 수업과 문제 중심 수업 결과를 분석하였다. 연구 결과, 문제 중심 수업은 프로젝트 중심 수업에 비해 수업만족도, 교과목 학습성과 달성도, 학업성취도에서 높은 점수를 나타냈다. 전반적 만족도와 수업효과, 교과목 학습성과 달성도와 학업성취도 차이에 근거하면 문제 중심 수업의 교수-학습 전략이 학습자 만족이 컸으며, 이는 수업결과에 긍정적 영향을 미쳤음을 확인할 수 있다.
연구 결과, 문제 중심 수업은 프로젝트 중심 수업에 비해 수업만족도, 교과목 학습성과 달성도, 학업성취도에서 높은 점수를 나타냈으며, 이러한 결과는 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다. 본 연구 결과에 기초하여 실제 기초설계 수업에서 실행 가능한 효과적인 교수-학습 전략을 제안하였다.
분석 결과, 문제 중심 수업(사례2)은 프로젝트 중심 수업 (사례1)에 비해 학습성과 달성도에 대한 자가평가 결과가 전체 항목에서 높게 나타났다. 이러한 두가지 수업간의 교과목 학습성과 달성도 차이는 총 12가지 학습성과 중 8가지 학습성과에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다.
연구 결과, 문제 중심 수업은 프로젝트 중심 수업에 비해 수업만족도, 교과목 학습성과 달성도, 학업성취도에서 높은 점수를 나타냈다. 전반적 만족도와 수업효과, 교과목 학습성과 달성도와 학업성취도 차이에 근거하면 문제 중심 수업의 교수-학습 전략이 학습자 만족이 컸으며, 이는 수업결과에 긍정적 영향을 미쳤음을 확인할 수 있다.
첫째, 교수자는 수업계획 시 실제적이고 비구조적이며 학습자에게 도전적이고 흥미로운 문제상황을 개발하는 것이 좋다. 이를 위해서는 잠정적 문제상황 아이디어를 정하고, 문제상황 설정에 따른 학습자 역할을 정하고, 구체적인 문제상황 시나리오를 작성해야 한다.
학습 결과의 질적 측면에서 창의적 결과물에 중점을 두었던 프로젝트 중심 수업에서는 최종 결과물이 팀별로 유사했으나 고차원적 사고 활동에 중점을 둔 문제 중심 수업에서는 보다 창의적이며, 다양하고, 공학적으로 의미있는 결과물이 산출되었다. 즉, 문제 중심 수업은 동일한 문제와 가이드라인으로 진행했으나 팀별 학습 과정에 맞는 개별 피드백에 따라 문제정의 및 해결활동이 다양하게 진행된 데에서 기인한 것으로 볼 수 있다.

후속연구

넷째, 교수자는 학습자의 학습활동인 문제해결 과정에서 문제상황과 연관된 필수 학습자원을 제공할 필요가 있다. 또한 실질적 문제 해결을 위해서 학습자에게 필요한 학습활동 가이드라인을 제공하는 것이 효과적이다.
셋째, 교수자는 사전에 교수-학습 방법에 따른 수업과정을 위한 상세한 오리엔테이션을 실시할 필요가 있다. 이러한 지원 전략은 생소한 교수-학습 방법을 경험하는 학습자들에게 두려움을 제거하고, 수업에 대한 동기와 흥미를 유발할 수 있다.
이상과 같이 제안된 기초설계 교수-학습 전략을 기초로 다양한 학습자 그룹에 대한 적용을 통해 효과적인 평가 방안에 대한 연구가 후속적으로 이루어질 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공학 설계란?	공학 설계는 설계자들이 제한 조건을 만족시키는 동시에 고객목표와 사용자 요구를 성취하게 하는 계획, 체계, 과정의 개념을 일반화하고 평가하고 확인하는 체계적이고 합리적인 과정이다(Agogino, 2005). ABET(ABET, 2008)에 따르면 공학 설계는 공학적 요구사항을 만족하기 위해 주어진 자원을 기초 과학 및 수학과 공학을 이용해서 최적화시키는 반복적인 의사결정 과정이다.
	공학 기초설계 교과목의 교수-학습 방법에 따른 수업 결과를 분석한 결과는?	이를 위해 서울 소재 A대학교 공과대학 B프로그램 2학년 재학생 총 112명을 대상으로 동일한 교수자가 기초설계 교과목을 프로젝트 중심 수업과 문제 중심 수업으로 운영하여 두개 반의 수업 후 수업결과에 대한 전수조사를 실시하였다. 연구 결과, 문제 중심 수업은 프로젝트 중심 수업에 비해 수업만족도, 교과목 학습성과 달성도, 학업성취도에서 높은 점수를 나타냈으며, 이러한 결과는 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다. 본 연구 결과에 기초하여 실제 기초설계 수업에서 실행 가능한 효과적인 교수-학습 전략을 제안하였다.
	프로젝트 중심 수업과 문제 중심 수업의 해외사례는?	공학 기초설계 수업에서 학습자 중심의 교수-학습 방법으로서 프로젝트 중심 수업과 문제 중심 수업이 활발히 도입되고 있다. 해외의 경우, 펜실베이니아 주립대학교에서는 공학 기초 설계 교과목 수업에서 프로젝트 중심 수업을 적용하여 소규모 팀이 함께 과제를 수행함으로써 설계 개선 능력을 습득할 수 있도록 하고 있다(Anwar & Granlund, 2003). 또한, 오하이오 공과대학의 전공 수업에서는 문제 중심 수업을 적용하여 팀학습을 통한 설계경험을 기반으로 문제해결 역량을 습득할 수 있도록 교과목이 운영되고 있다(Bazlamit, 2003).

참고문헌 (13)

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박강 외(2005). 창의공학. 인터비젼.
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Agogino, A. M. et al.(2005). Engineering Design Thinking, Teaching, and Learning. Journal of Engineering Education, 94(1): 103-120.

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Anwar, S. & Granlund, E.(2003). Enhancing a Freshman Level Engineering Design Course Through Project Based Learning, ASEE Anual Conference.
Bazlamit, S. M.(2003). Team-Based Engineering Design Course for Engineering Freshmen. ASEE Annual Conference.
Simons, K. D, & Klein, J. D.(2007). The Impact of Scaffolding and Student Achievement Levels in a Problem-Based Learning Environment. Instructional Science. 35:41-72.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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