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Pseudo-STEM에 기초한 미분방정식 교육
Teaching differential equations based on pseudo-STEM 원문보기

JPEE : Journal of practical engineering education = 실천공학교육논문지, v.5 no.2, 2013년, pp.177 - 183  

하준홍 (한국기술교육대학교 교양학부) ,  심재동 (한국기술교육대학교 교양학부)

초록
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본 연구에서는 학생중심의 수학 및 과학 교육법으로 화제가 되고 있는 STEM교육의 유래와 STEM 교육을 대학교육에 부분적으로 적용하고 있는 Hands-on교육과 일본대학의 수리공교육의 사례를 조사한다. STEM교육은 학생들이 기술과 공학의 문제에서 수학의 필요성을 자각하도록 하고, 더 나아가 수학교과에 대한 수동적 학습태도를 능동적으로 바꾸는데 적합한 방법으로 부상되고 있지만, S(과학), T(기술), E(공학), M(수학)의 물리적 융합이 아닌 화학적 융합으로써 현행 대학 교과과정에 바로 적용하기에는 다소 무리한 측면이 있다. 따라서 실제 프로젝트에서 고려되어야 하는 T와 E를 졸업작품에서 스스로 찾도록 하고, 이 자발적인 발견을 수학교과목과 연계하는 Pseudo-STEM교육법을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper we investigate the history of the education based on STEM which is one of the topics of teaching method of Mathematics and Science oriented to the student, Hand-on education be applying partly to college education and the case of the education of the subject "Mathematics and Science fo...

주제어

#Hands-on   #Mathematics education   #STEM education  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일본의 가나자와공대는 STEM의 개념이 이입된 수리공교과서를 개발하여 교육에 적용하고 있는 일본 최고의 교육중심대학이다. STEM과 완전히 일치하지는 않지만, STEM의 적용한 자료로 사용하기에 충분하다는 판단 하에 수리공(數理工)교과목을 소개한다. “수리공”이란 일본 대학 평가의 교육중심영역에서 부동의 1위를 차지하고 있는 가나자와공대의 수학, 과학, 공학을 융합한 교과목명이다.
  • SM의 융합은 대부분의 교재에 반영되어 있기 때문에(수리공 교재 보다는 반영 비율이 낮음), 진정한 융합이 아니다. TE(기술, 공학)의 결핍을 Capstone Design에 출품된 작품으로부터 보충하여 수업에 적용하는 Pseudo-STEM 교육-학습법을 제안하고자 한다. 이를 위해 Capstone Design을 수학교과목 수업에 반영할 수 있는지를 살펴보자.
  • 실제로, 일본 가나자와공대는 STEM의 개념을 적용한 수리공교과과정을 개발하여 운영하고 있지만, 기술과 공학의 지원이 쉽지 않다는 의견을 제시하였다[9-11]. 따라서 STEM의 이념의 완벽한 적용 보다는 낮은 수준의 STEM교육 및 학습법의 개발과 운영이 필요하다는 판단에, 본 연구에서는 Capstone Design에서 개발된 작품을 활용한 Pseudo STEM교육 및 학습법을 제안한다.  
  • 둘째, Capstone Design에 출품된 작품을 활용하여 수학의 실제적인 사용을 소개하고 발견하게 하여 학습동기를 유발한다. 본 연구의 목적은, 이러한 두 가지 방법이 고려된 수학 교과교육을 위한 STEM교육법을 개발하는 것이다. 이를 위해 STEM교육법을 개발에 참고가 될 수 있는 Hands-on을 통한 학습법에 대한 개념과 수리공교과목의 운영 사례를 조사한다.
  • 예를 들어, 수학교과의 교과내용의 20%를 전공 관련 내용으로 편성한다. 셋째, 수학과 연관이 있는 실제 문제를 소개한다. 이러한 동기부여의 실천이 가능한 두 가지의 교수 및 학습법의 도입을 제안한다.
  • 대학 4학년이 되면 Capstone Design 교과목을 통하여 4년 동안 배운 지식을 총 정리한 졸업 작품을 제작하여 발표하고 있는데, 졸업 작품 가운데 수학 및 과학의 쓰임을 설명할 수 있는 훌륭한 작품들이 많이 있다. 영역별로 다양한 종류의 작품들이 있지만, 그 가운데 다음 그림 5와 같이 팔이 달린 이동 로봇을 예로 들어 본 논문의 취지를 설명하여 보자.  
  • 이를 위해 STEM교육법을 개발에 참고가 될 수 있는 Hands-on을 통한 학습법에 대한 개념과 수리공교과목의 운영 사례를 조사한다. 완전한 STEM교육을 도입하기에는 여러 가지 학사제도 및 인프라 구축이 필요하므로, 본 연구자는 현행의 대학교육과정에 적합한 졸업 작품을 활용한 Pseudo-STEM교육법을 제안한다.  
  • 셋째, 수학과 연관이 있는 실제 문제를 소개한다. 이러한 동기부여의 실천이 가능한 두 가지의 교수 및 학습법의 도입을 제안한다. 첫째, Hands-on(장치 또는 실험)을 통한 체험으로 학습동기를 자극한다.
  • 다른 말로, 충분한 이해를 바탕으로 응용할 수 있기까지는 많은 시간이 걸릴 수 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 개발된 Hands-on방법을 소개한다. 그림 2와 그림 3은 [6]에 실려 있다.
  • TE(기술, 공학)의 결핍을 Capstone Design에 출품된 작품으로부터 보충하여 수업에 적용하는 Pseudo-STEM 교육-학습법을 제안하고자 한다. 이를 위해 Capstone Design을 수학교과목 수업에 반영할 수 있는지를 살펴보자. 대학 4학년이 되면 Capstone Design 교과목을 통하여 4년 동안 배운 지식을 총 정리한 졸업 작품을 제작하여 발표하고 있는데, 졸업 작품 가운데 수학 및 과학의 쓰임을 설명할 수 있는 훌륭한 작품들이 많이 있다.

가설 설정

  • 말과 글이 없다면 인간 사이에 소통할 수 없듯이 수학이 없다면 과학과 공학도 서로 소통할 수 없게 된다. 둘째, 수학은 문제 해결을 위한 하나의 도구이지만 그 이상의 역할을 한다. 수학의 교육과정은 논리적인 사고방식은 물론 지적인 성숙(Intellectual maturity) 을 완성시킨다고 할 수 있다.
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참고문헌 (14)

  1. R. B. Standler, "Editorial: mathematics for engineers", The Journal of Undergraduate Mathematics and Its Applications, vol. 11, pp. 1-6, 1990. 

  2. Avoiding mathematics, natural science and engineering? [Internet]. Available: http://www.scieng.net/zero/view. php?idbest&page1&category&snoff&sson&scon &keyword&select_arrangevote&descdesc&no81. 

  3. J. Y. Kim, " Recent trends of Education in Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) in the U.S, Survey 2012-001," KISTEP, Seoul, 2011. 

  4. H. S. Cho, H. Kim, and J. Y. Huh, "Understanding of STEM through site case," KOFAC, Seoul, Report 2012-02-02, 2012. 

  5. M. Blomhøj and S. Carreira, editors, "Mathematical applications and modelling in the teaching and learning of mathematics," in Proceedings from Topic Study Group 21 at the 11th International Congress on Mathematical Education, Monterrey, Mexico, 2009. 

  6. P. J. Shull, "Improved learning of engineering mathematics through hands-on, real-world laboratory experiments," in Proceedings of the 2008 IAJC-IJME International Conference, Nashville: TN, Paper 146, ENG 107, 2008. 

  7. N. Massa, F. Hanes, M. Dischino, and J. Donnelly. (2009, April) "Problem-based learning: A practical approach for STEM Education," in 12th Annual Massachusetts Community College Conference on Teaching and Learning, Springfield Technical Community College, Springfield: MA, 2009 [Online]. Available: http://www.nebhe.org/ wp-content/uploads/PBL-Practical-Approach-Presentation.pdf. 

  8. Building a Science, Technology, Engineering, and Math. Education Agenda. An update of State Actions [Internet]. Available: http://www.nga.org/files/live/sites/NGA/files/pdf/1112STEMGUIDE.PDF. 

  9. Mathematics and Science for Engineering I. Kanazawa Institute of Technology, 2005. 

  10. Mathematics and Science for Engineering II. Kanazawa Institute of Technology, 2005. 

  11. Mathematics and Science for Engineering III. Kanazawa Institute of Technology, 2005. 

  12. J. H. Ha and J. D. Shim, Linear differential equations and its applications. Seoul: Kyungmoon Publishers, 2011. 

  13. ShareTechNote. Sum of Times [Internet]. Available: http://www.sharetechnote.com/html/EngMath_SumOfTimes.html. 

  14. B. Sharma, J. Vanualailai, J. Ha, and A. Prasad, "New collision avoidance scheme for multi-agents: A solution to the blindman's Problem," Advances in Differential Equations and Control Processes, vol. 3, no. 2, pp. 141-169, May 2009. 

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