[논문]플립드 러닝 적용을 위한 트리즈 분석과 공학수업에서 적용사례 연구

송창용

doi:10.15813/kmr.2016.17.3.010

[국내논문] 플립드 러닝 적용을 위한 트리즈 분석과 공학수업에서 적용사례 연구
TRIZ Analysis for Implementing Flipped Learning and a Case Study on Engineering Class 원문보기

지식경영연구 = Knowledge Management Research, v.17 no.3, 2016년, pp.207 - 225

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, flipped learning is being highlighted especially at the college of engineering because of its self-directed learning which direction matches that of the engineering education system. Although many engineering professors have tended to apply the flipped learning to their classes, they experienced a number of significant problems and challenges in practical implementing. By using TRIZ method as a tool for creative problem solving, that have been developed and applied in many fields ranging from engineering as well as management, this study aims to solve the education dilemma between learning efficiency and learning effectiveness, create a new concept of the flipped learning based on the solutions, and then explore its educational feasibility for successfully adopting it to engineering courses. This study suggests an instructional design for implementing the flipped learning according to the characteristics of engineering classes and then designs a new model of the flipped learning according to that procedure. Also, based on the empirical results in applying a new flipped learning model to the applied mathematics, this paper proposes several guidelines for the successful application of flipped learning in the future.

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문제 정의

따라서 본 연구는 창의적 문제해결기법인 트리즈 (TRIZ)를 이용하여 교육현장의 딜레마와 플립드 러닝의 수업방식을 분석하고, 그 결과를 토대로 교과목의 특성과 학생의 학력격차를 감안한 수업운영 모델을 설계하고, 실제 적용사례를 통해 성공적인 적용을 위한 몇 가지 고려사항을 제안하고자 한다.
트리즈는 문제해결이 어려운 이유가 문제 속에 모순이 존재하기 때문이며, 모순 극복 여부에 따라 문제해결 수준이 혁신적인지 아닌지가 판명된다는 점을 발견했다. 이 점에 착안하여 모순을 찾고 이를 극복하는 다양한 원리와 절차를 제시하였다. 트리즈는 모순을 2가지 개념으로 분류한다.
본 절에서는 교육 현장의 딜레마 해결부터 시작하여 플립드 러닝을 수업에 적용하기 위한 다양한 전략과 방안을 설계하기까지의 전체 과정을 2장에서 설명한 트리즈의 문제해결절차를 따라가며 살펴보고자 한다.
3장에서 새롭게 설계한 플립드 러닝의 적용에 대해 어느 정도 긍정적인 가능성을 확인하였지만 앞으로 좀 더 나은 교육효과를 얻기 위해서 사례에서 드러난 문제점과 차후 플립드 러닝 수업을 적용할 때 고려해야 할 사항을 본 절에서 정리하고자 한다.

가설 설정

자동차의 출력과 연비의 2가지 특성이 서로 충돌하는 문제가 발생한다. 여기서 만약 자동차의 출력을 높이려면 배기량이 큰 엔진을 장착하면 되고, 연비를 좋게 하려면 배기량이 작은 엔진을 써야 한다고 가정하자. 이 때 배기량이 큰 엔진과 배기량이 작은 엔진이라는 양립할 수 없는 상황에 직면하여 선택이 곤란한 딜레마에 빠지게 된다.

제안 방법

이는 기술적 모순에 해당하는 상황으로 물리적 모순을 파악 하기 위한 기초단계이다. 두 번째 단계는 첫 단계에서 파악한 기술적 모순에서 유해한 기능을 해결하기 위한 방안을 찾는 것으로부터 출발하여 어쩔 수 없이 대립상황으로 몰리는 시스템의 상황을 나비 다이어그램 (Butterfly Diagram)으로 표현하여 물리적 모순을 분석한다(현정석, 2012). 세 번째 단계에서는 두 번째 단계에서 도출한 물리적 모순을 극복하기 위한 일반적인 해결아이디어를 도출한다(송창용 외, 2010).
4단계는 구체적인 수업운영방안을 설계하는 과정이다. 3단계에서 탐색한 3가지 방향의 일반적인 아이디어들을 실제로 적용가능한 방안으로 개발한다. 플립드 러닝의 수업운영 방식을 트리즈 관점으로 분석하면 <표 4>와 같이 정리할 수 있다.
수업 전 활동을 위해 문제중심학습 (Problem-Based Learning)³방식으로 제작된 학습자료를 사전에 배포하여 개인별로 문제풀이와 질문지를 작성하도록 요구하였고, 수업 중에는 개인별로 작성해온 질문을 토대로 팀별 토론을 진행하면서 문제를 해결하도록 유도하였다. 또한, 문제중심학습자료를 사전에 풀어보면서 이미 알고 있는 개념 및 지식과 앞으로 알아야 하는 개념 및 지식을 구분하게 하고, 필요하면 질문지를 작성하여 팀별 토론 시에 상호 대화를 통해 해결하도록 유도하였다. 팀별 토론 후에도 아직 해결이 되지 않는 내용은 팀별로 작성한 질문지에 따라 맞춤형 설명을 진행하였고, 모든 팀별 수업이 끝나면 복습문제를 개별적으로 풀이하며 개념을 정리하도록 진행하였다.
또한, 문제중심학습자료를 사전에 풀어보면서 이미 알고 있는 개념 및 지식과 앞으로 알아야 하는 개념 및 지식을 구분하게 하고, 필요하면 질문지를 작성하여 팀별 토론 시에 상호 대화를 통해 해결하도록 유도하였다. 팀별 토론 후에도 아직 해결이 되지 않는 내용은 팀별로 작성한 질문지에 따라 맞춤형 설명을 진행하였고, 모든 팀별 수업이 끝나면 복습문제를 개별적으로 풀이하며 개념을 정리하도록 진행하였다.
1개의 주관식 문항으로 플립드 러닝에 대한 개인적인 소감을 설문하였는데 과 같이 응답하였다.
플립드 러닝의 성과도 구제적으로 많이 나타나고 있지만 아직은 교육여건에 따른 적용상의 여러 가지 한계와 문제점도 드러나고 있는 현실이다. 따라서 본 연구에서는 플립드 러닝에 대한 관점과 문제점을 트리즈를 통해 분석하였고, 적용하고자 하는 교과목의 특성, 학생의 학력수준, 수업의 환경들을 고려하여 필요한 수업요소들을 창의적 으로 조합하여 수업맞춤형 플립드 러닝을 설계하는 절차를 제시하였다. 또한, 실제로 공과 대학의 교과목인 응용수학에 적용하여 그 가능성을 확인하였다.
따라서 본 연구에서는 플립드 러닝에 대한 관점과 문제점을 트리즈를 통해 분석하였고, 적용하고자 하는 교과목의 특성, 학생의 학력수준, 수업의 환경들을 고려하여 필요한 수업요소들을 창의적 으로 조합하여 수업맞춤형 플립드 러닝을 설계하는 절차를 제시하였다. 또한, 실제로 공과 대학의 교과목인 응용수학에 적용하여 그 가능성을 확인하였다.
플립드 러닝을 적용하기 위해 <그림 7>과 같이 수업을 설계하였다. 수업 전 활동을 위해 문제중심학습 (Problem-Based Learning)³방식으로 제작된 학습자료를 사전에 배포하여 개인별로 문제풀이와 질문지를 작성하도록 요구하였고, 수업 중에는 개인별로 작성해온 질문을 토대로 팀별 토론을 진행하면서 문제를 해결하도록 유도하였다. 또한, 문제중심학습자료를 사전에 풀어보면서 이미 알고 있는 개념 및 지식과 앞으로 알아야 하는 개념 및 지식을 구분하게 하고, 필요하면 질문지를 작성하여 팀별 토론 시에 상호 대화를 통해 해결하도록 유도하였다.

대상 데이터

2016년 1학기 산업경영공학과 2학년 전공 교과목인 응용수학(3학점 3시간)에 적용했으며, 수강생은 총 19명이다. 수학교과목을 선택한 이유는 공대생임에도 불구하고 수포자 (수학포기자)라는 말이 회자될 정도로 수학에 대한 학생의 기피현상이 두드러지고, 선수과목인 대학수학을 수강한 상태여도 학생간 학력격차가 매우 큰 과목이기 때문이다.

이론/모형

본 연구에서는 (송창용 외, 2010)에서 제시한 문제해결절차를 기초로 유효성이 검증된 모순해결 나비모형(현정석, 2012)를 가미하여 창의적인 아이디어를 도출하는 문제해결과정을 과 같이 재정리하였다.

성능/효과

예상대로 교사의 부담이 일차적으로 크게 나타났다. 수업 전의 사전활동 준비에 대한 부담은 물론 수업 내 활동 준비에 대한 부담도 큰 것으로 나타났다. 더구나 초·중·고 현직 교사들은 플립드 러닝의 적용대상으로 초·중·고등학생보다는 대학생이 더 적합하다고 대답했다.
수업 전 내용으로는 동영상 이외의 다양한 형태의 활동, 보고 듣는 수동적인 학습 이외의 활동, 강의와는 차별화된 활동, 수업 전 활동 참여에 대한 강제성이나 인센티브 부여 등을 통한 동기부여 여부 등이다. 수업 중 내용으로는 집중할 수 있는 수업 분위기 및 환경 조성, 전체 학생 참여를 독려하는 유인책 마련, 팀 활동에 대한 조원 평가, 튜터 및 피드백 필요 등으로 나타났다.
학기말 시험 전에 <표 6>과 같이 5점 척도의 10개 객관식 문항에 대해 설문조사를 실시한 결과 <그림 8> 과 같이 응답하였다. 설문의 결과를 종합하면, 비록 적은 응답자수이지만 대체로 만족함을 알 수 있다. 그러나 객관식 ②번 문항과 ⑧번 문항의 결과를 볼 때, 플립드 러닝의 목적인 자기주도 학습능력과 학습동기부여에 큰 영향을 주지 못한 것으로 판단된다.
본 연구는 교수법의 한 종류인 플립드 러닝에 대해 트리즈 기법으로 분석함으로써 트리즈 이론과 지식을 수업설계 분야까지 확장하여 활용하였고, 그 분석의 결과를 토대로 플립드 러닝을 기반으로 효과적이며 적용 가능한 수업방식을 창의적으로 설계할 수 있음을 처음으로 보여주었다. 특히 학생간 학력격차가 매우 심해 수업의 애로점이 많은 수학 교과목에 적합한 창의적인 수업운영방식을 도출한 점은 플립드 러닝 방식을 획일적 으로 적용하기 어렵다는 한계를 극복하는 일련의 해결 절차 및 대안을 제시하였다는 점에서도 의의를 갖는다고 하겠다.
. 스스로 사고하고 학습하는 유형인 독립 유형이 다른 유형에 비해 수업만족도가 높게 나타났다. 특히 종속 유형인 학생에 비해 큰 격차를 보였는데 이는 강의식 수업에 익숙한 종속 유형보다는 독립 유형의 학생이 플립드 러닝 수업 방식에 좀 더쉽게 적응한 결과라고 판단된다.
기존 강의식 학습 방법과 새로운 플립드 러닝 방식을 직접 상대적으로 비교하기는 어렵지만, 2015년도 강의평가와 비교하면 <그림 10>과 같다. 5가지 주요 항목 (수업내용, 교육방식, 평가의 공정성, 수업의 효과성, 수업만족도)에 대한 평가 결과 모두가 지난해에 비해 매우 향상된 것으로 나타났다. 이는 수학 과목에 플립드러닝을 적용해도 수업효과가 높다는 점을 시사한다.

후속연구

이를 간단히 정리하면 <그림 4>와 같다. 여기서 수업 전과 수업 중에 어떤 아이디어를 결합하여 활용하느냐에 따라 다양한 수업운영 방안이 도출될 것이다.
특히 학생간 학력격차가 매우 심해 수업의 애로점이 많은 수학 교과목에 적합한 창의적인 수업운영방식을 도출한 점은 플립드 러닝 방식을 획일적 으로 적용하기 어렵다는 한계를 극복하는 일련의 해결 절차 및 대안을 제시하였다는 점에서도 의의를 갖는다고 하겠다. 이후에는 트리즈 기반의 플립드 러닝 설계절차를 토대로 수업 특성에 맞춘 다양하고 세밀한 플립드 러닝 운영방안을 설계하여 기존의 강의식 수업방식과 비교·분석하는 연구를 지속할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플립드 러닝이란 무엇인가?	학생중심학습의 교수법 중에서 플립드 러닝(Flipped Learning)이 공학교육의 방향과 맞물려 공과대학내에서 최근 부각되고 있다. 플립드 러닝은 학생이 집에서는 수업 내용을 미리 학습하고, 교실 수업에서는 문제 상황을 제공받아 자기주도적으로 해결하는 학습자 중심의 수업방식이다(Bergman and Sams, 2014). 복습보다는 예습 위주의 수업방식을 통해 학생맞춤형 교육을 하자는 전략이다.
	학생 개개인의 수준과 능력을 고려한 개별수업이 거의 불가능한 이유는 무엇인가?	그런데 정보통신기술이 발달하고 교사 1인당 학생 수의 비율이 점차 줄어들어도 여전히 공교육의 틀 안에서는 학생 개개인의 수준과 능력을 고려한 개별수업은 거의 불가능하다. 개별수업은 전적으로 교사의 많은 시간과 노력을 요구하기 때문이다. 따라서 교육 현장에서는 교육의 수월성 확보를 위해 수업 방식을 표준화하려는 욕구와 학생 개개인의 학습 효과를 높이기 위해 개인 수준에 맞춘 맞춤형 수업을 요구하는 압력이 자주 충돌한다.
	수업혁신을 이루기 위한 노력은 어떻게 분류되는가?	이러한 현장문제를 타파하고 수업혁신을 이루기 위한 노력이 최근에도 다양하게 행해지고 있는데 크게 두 가지 방향으로 분류된다. 첫째는 컴퓨터 기반 학습 (Computer Based Learning)이고, 둘째는 학생중심 학습(Student Centric Learning)이다. 컴퓨터 기반 학습은 정보통신기술의 발달로 창의적인 교육이 가능해질 것이라고 기대했지만 이와 같은 기술 중심의 접근 방식은 단순히 오프라인 수업을 온라인 수업으로 형태만 바뀌었을 뿐 학생의 내적 동기를 높이지는 못했다.

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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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