[논문]공학전공기초실습에 플립러닝 적용사례

허준영; 한수민

doi:10.14702/jpee.2016.083

공학전공기초실습에 플립러닝 적용사례
Case Study of Flipped-learning on a Basic Engineering Practice 원문보기

JPEE : Journal of practical engineering education = 실천공학교육논문지, v.8 no.2, 2016년, pp.83 - 89

허준영 (한국기술교육대학교(코리아텍) 메카트로닉스공학부) , 한수민 (한국기술교육대학교(코리아텍) 대학교육개발단)

초록
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플립러닝은 공학적 원리 등 이론적 측면에 대한 개인 학습차가 있더라도 학습자 중심의 실제 문제해결 및 실습 등을 가능하게 하는 틀로서 공학교육의 심화 정도에 따라 효과적인 교수-학습을 가능하게 한다. 유공압기초실습은 공과대학 기계계열 교과과정에서 1학년 학생들이 처음 접하게 되는 실습 교과목으로 공압기기의 작동원리를 이해하고 자동화의 근간이 되는 전기시퀀스를 포함하는 여러 가지 기본회로를 실습을 통하여 익힘을 목적으로 한다. 본 과목은 전공과목의 입문에 해당하고 학생들은 전공에 대한 지식이 전무한 상태이므로 관련 전공지식을 모두 설명해야 하고, 또 실습에 필요한 지식도 설명해야 하므로 기존의 오프라인으로만 이루어지던 수업에서는 학생들이 실습할 시간이 턱없이 부족한 문제점이 있었다. 본 연구에서는 공학 전공 기초실습 교과목인 '유공압기초실습' 교과목의 효과적인 수업을 위해 '코리아텍(KOREATECH:한국기술교육대학교) 플립러닝 기본모형'에 따라 교수설계를 하여 플립러닝 교과목으로 개발하였고, 이를 사용하여 한 학기동안 수업을 실시한 후 수강생의 설문조사와 취득성적 등을 통해 플립러닝 교육의 효과를 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Flip-learning enables an effective teaching and learning in accordance with the deepening degree of engineering education as a framework that enables learning according to the individual differences of the theoretical aspects, and solving real problems and practice of the learner-centered education through the application of this. The subject of basic fluid power practice which is used in various industries requiring factory automation aims at understanding of the composition and operating principles of pneumatic components and programming of electric sequential circuits, building the design ability of pneumatic system. This subject goes by 3 hour classes with theory and practice side by side. So it has not enough time to instruct students various contents related in this subject. In this study, the instructional design was performed according to the KOREATECH (Korea University of Technology and Education) flip-learning basic model for the effective teaching of 'Basic Fluid Power Practice' in basic engineering practice courses,. And the effectiveness of flip-learning is analyzed through the students survey after performing classes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 공학전공기초실습 과목인 유공압기초실습에 플립러닝 적용의 효과를 설문을 통해 조사해 보았다. 본 설문은 2015년 2학기에 유공압기초실습을 수강한 학부생 2개 분반을 대상으로 하였고, 설문에 응답한 학생수는 59명이다.
본 연구에서는 효과적인 교육방법으로서 부각되고 있는 플립러닝을 공학전공기초실습 과목에 적용하기 위하여 기존의 오프라인 실습실 내 수업으로만 진행하였던 수업을 코리아텍 플립러닝 기본모형에 기반하여 온라인 Pre-Class와 오프라인 In-Class 수업, 그리고 진도 후의 심화학습 부분을 Post-Class 수업으로 교수설계를 개편하여 운영하고 그 효과를 설문과 성적 비교 등을 통하여 결과를 제시하였다. 도출 된 결과에 따른 결론 및 제언은 다음과 같다.

가설 설정

- 배선이 미완성된 공압회로도를 제시하고 학습이 적절히 이루어지면 완성할 수 있도록 하였다.
4. 플립러닝 과목의 성공은 온라인 Pre-Class 학습에 달려있다고 할 수 있다. 본 연구의 과목은 온라인 출석율이 99%로 매우 높아서 성공적이었지만 이를 위해서 교수자가 수시로 퀴즈를 실시하는 등 세심한 전략의 적용 및 주의와 배려가 필요하다.
학습자 분석을 통해 In-Class 수업설계는 다양한 차원에서 이루어질 수 있으나 본 연구에서는 교수자가 계획한 학습자의 사전학습이 충분히 이루어지도록 아래와 같이 In-Class 수업설계를 하였고, 또한 사전학습이 충분히 이루어졌다고 가정하였다.

제안 방법

In-Class에서 수업이 시작되면 조별 질문을 하도록 하였는데, 조별 질문이란? 각 조별로 돌아가면서 파워포인트를 사용하여 전체 학생을 대상으로 Pre-Class에서 학습한 내용과 관련하여 궁금하거나 의미있는 질문을 만들어 와서 하도록 하는 것으로 질문에 대한 답도 학생들이 하도록 하였다. 이를 통해 학생들 서로 간에 토의가 자연스럽게 일어나도록 하였다.
이에, 본 연구에서는 공학 전공 기초실습 교과목인 ‘유공압 기초 실습’ 교과목의 효과적인 수업을 위해 ‘코리아텍(KOREATECH:한국기술교육대학교) 플립러닝 기본모형’에 따라 교수설계를 하였다. 그리고 수업을 실시한 후 효과성을 분석하였다.
실습은 조별로 이루어지는데 온라인 Pre-Class를 통해 충분히 학습해 왔으므로 In-Class에서는 해당실습에 대한 추가 설명 없이 바로 실습을 하게 하였다. 그리고 온라인 Pre-Class를 통해 충분한 실습시간이 확보되었기 때문에 각자가 실습을 수행하여 보고서를 작성하여 LMS시스템에 올리도록 하였다.
본 강좌는 크게 순수공압과 전기공압부분으로 나눌 수 있는데 각 부분에 대한 학습을 마치고 그 동안 배웠던 내용을 복습하면서 심화, 확장의 단계로 나아갈 수 있도록 하는 응용실습문제를 각각 하나씩 출제하였다. 학생들은 그룹별로 문제 해결을 위한 시도를 하지만 보고서는 각자 작성하도록 하였다.
온라인 Pre-Class에서 학습한 지식을 적용하여 실습을 한다. 실습은 조별로 이루어지는데 온라인 Pre-Class를 통해 충분히 학습해 왔으므로 In-Class에서는 해당실습에 대한 추가 설명 없이 바로 실습을 하게 하였다.
순수공압은 단동 및 복동실린더와 같은 공기압 액추에이터의 시퀀스제어를 위한 기본적인 이론을 배우고 공압스위치와 공압 리밋 스위치, 공압타이머와 카운터 등 순수하게 공기압 신호만을 이용하여 산업 현장에서 접할 수 있는 다양한 동작을 구현한다. 이를 위해 공압 신호 중복에 대한 개념을 배우고 캐스케이드 회로를 설계한다. 전기공압은 공압신호를 DC24V의 전기신호로 대체하기 위하여 전기시퀀스의 기초이론을 배우고 전기식 스위치와 리밋스위치, 카운터, 타이머를 이용한 릴레이 시퀀스회로를 배선하여 간이 공장자동화에 필요한 다양한 동작을 구현한다.
수업이 종료되는 시점에 설문이 시행되었고 설문지의 문항은 Table 3과 같다. 총 14개 사항을 설문하였고, 각 문항에 대하여 매우부정[1], 부정[2], 보통[3], 긍정[4], 매우 긍정[5]로 답하게 하였다. 문항 (1)-(3)은 본 강좌에 대한 만족도를 설문한 것이고, 문항 (4),(5)는 수업의 난이도를 물었다.

대상 데이터

7은 2013년과 2015년 2학기에 학생들이 취득한 중간고사(30점)와 기말고사(35점)의 평균을 비교한 결과로 x축은 분반을 나타내었다. 2013년에는 3개 분반에 총 140명이 수강했는데 기존의 강의방식으로 수업이 진행되었고, 2015년에는 3개 분반에 총 114명이 수강하였는데 플립러닝으로 진행되었다. 비교를 위해서 분반은 성적순대로 나타내었다.
본 연구에서는 공학전공기초실습 과목인 유공압기초실습에 플립러닝 적용의 효과를 설문을 통해 조사해 보았다. 본 설문은 2015년 2학기에 유공압기초실습을 수강한 학부생 2개 분반을 대상으로 하였고, 설문에 응답한 학생수는 59명이다. 수업이 종료되는 시점에 설문이 시행되었고 설문지의 문항은 Table 3과 같다.

이론/모형

이에, 본 연구에서는 공학 전공 기초실습 교과목인 ‘유공압 기초 실습’ 교과목의 효과적인 수업을 위해 ‘코리아텍(KOREATECH:한국기술교육대학교) 플립러닝 기본모형’에 따라 교수설계를 하였다.

성능/효과

1. 기존의 오프라인 수업에 비하여 학생들의 평균 성적은 크게 향상되지 않았다(1.5% 향상). 다만 상위권과 하위권으로 나뉘어지는 성적의 양극화가 발생되었다.
2. 강의 만족도에 대하여 70%의 학생들이 긍정적, 12%의 학생들이 부정적이라고 답하여 교수자가 가르치는 플립러닝이 아닌 타 과목에서의 60% 학생이 긍정적인 것과 비교하면 강의 만족도는 향상된 것으로 나타났다.
3. 본 연구에 사용된 ‘유공압기초실습’의 실습장비는 매우 고가이어서 개별실습이 어렵고 3~4명이 조를 이루어 실습해야 하는 특성이 있었으나, 플립러닝의 도입으로 충분한 실습시간을 확보할 수 있었다.
5. In-Class 수업에서 사전학습 기반의 학습자 중심 활동학습으로 조별질문을 실시하였으나 56%만이 긍정하여 전체적인 호응을 얻지 못하였다. 이것은 학생들이 더 높은 호응을 얻을 수 있는 전략 적용이 필요하다.
5%가 향상된 것으로 나타나서 단순 취득성적으로 비교했을 때 플립러닝으로 학생들의 성적이 향상되는 효과는 미미했다. 그 원인에 대하여 첫째로 플립러닝으로 개발하면서 예전보다 학습범위를 5% 정도 더 늘렸다. 따라서 난이도는 비례하여 증가하였을 것으로 생각된다.
문항 (4) “실습내용이 비교적 알기 쉽게 전달되었다”에 대해서는 7%의 학생들이 부정적, 63%가 긍정적이라고 답한 반면에 문항 (5) “학생들의 수준에 맞게 수업이 단계적으로 난이도가 높아졌다”에는 학생들의 8%가 부정적, 78%가 긍정적이었다.
3은 설문지 문항 (1)-(3)의 결과를 나타낸 것으로 주로 본 강좌에 대한 만족도를 설문하였다. 본 강좌에서 단계적으로 난이도가 증가하였고, 85%의 학생들이 처음으로 플립러닝 강의를 수강하였지만 강의 만족도에 대하여 부정적이라고 답한 학생은 12%이고, 70%의 학생이 긍정적이었다. 교수자가 가르치는 플립러닝이 아닌 일반강의식 과목으로 본 과목과 강의내용 및 운영, 평가방식이 유사한 과목으로 PLC실습이 있는데, PLC실습은 직접 배선해야 하는 본 과목에 비해 소프트웨어를 사용하기 때문에 학생들의 만족도가 일반적으로 높은 편이지만 60%의 학생이 긍정적인 것[5]과 비교하면 본 과목의 강의 만족도는 매우 높은 것을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플립러닝이란?	플립러닝은 공학적 원리 등 이론적 측면에 대한 개인차에 따른 학습, 이의 적용을 통한 학습자 중심의 실제 문제해결 및 실습 등을 가능하게 하는 틀로서[1] 공학교육의 심화 정도에 따라 효과적인 교수-학습을 가능하게 한다.
	코리아텍 플립러닝은 어떤 과정으로 이루어지는가?	코리아텍 플립러닝은 Pre-Class, In-Class, Post-Class로 이루어진다. 단, 매 주차 수업에서는 Pre-Class와 이와 연계된 In-Class로 이루어지는 것을 기본으로 한다.
	유공압기초실습의 교육목적은 무엇인가?	유공압기초실습은 충남지역 K대학 메카트로닉스공학부 교과과정에서 1학년 학생들이 처음 접하게 되는 실습 교과목이다. 교육목적은 공압기기의 작동원리를 이해하고 공압회로 작성법을 공부하며, 전기시퀀스를 포함하는 여러 가지 기본회로를 실습을 통하여 익힘으로써 자동화의 근간이 되는 공압시스템을 설계하는데 필요한 기초지식과 기술의 숙달을 확립하고, 향후 공부하게 될 PLC(Programmable Logic Controller) 실습의 기초지식을 습득하며, 생산자동화 산업기사 자격증 취득을 준비하는데 있다. 특히 공정 자동화가 요구되는 대부분의 산업 현장에서 널리 쓰이는 산업용 제어기인 PLC를 다루기 위한 기초 학문으로, 반도체 관련 산업이 발달한 지역 특성상 졸업 후 많은 학생들이 반도체 제조관련 업체로의 취업을 하고 있고, 학생들의 진로와 밀접한 관련이 있는 교과목이라 할 수 있다.

참고문헌 (6)

S. M. Han and S. C. Kang, "A study on flipped-learning model and instructional design," in Proceeding of the Korea Institute for Practical Engineering Education Conference 2015, Seoul, pp. 130-132, 2015.
Y. C. Jang, G. G. Kim, and M. C. Kim, "Application of problem-based learning (PBL) method to introduction to creative engineering design course: case study of environmental engineering in Chungnam National University," Journal of Engineering Education Research, vol. 16, no. 2, pp. 78-85, March 2013.
Y. M. Lee, J. K. Nam, H. J. Cho, and S. Y. Lee, "Formative research on team-based learning model in a technical high school class," Journal of Korean Institute of Industrial Education, vol. 36, no. 2, pp. 1-23, September 2011.
J. S. Lee, B. K. Min, W. S. Yoon, J. W. Hahn, and H. I. Jung, "A basic course of creative mechanical engineering design emphasizing based learning," Journal of Engineering Education Research, vol. 11, no. 2, pp. 32-41, June 2008.

원문보기 상세보기
J. Y. Huh, "Flow experience through PLC practice," Journal of Korean Institute for Practical Engineering Education, vol. 6, no. 1, pp. 43-49, 2014.

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B. Seels and R. C. Richey, Instructional technology: The definition and domains of the field, Washington, DC, Association for Educational Communications and Technology, 1994.

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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