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문제 정의
- 본 연구는 공과대학생을 대상으로 창의공학설계능력에 대한 중요도와 현재 자신의 수준에 대한 인식을 토대로 교육요구도를 도출하여 공학교육 프로그램 개발 및 운영에 활용하고자 수행되었다. 김대영 외(2006)의 연구에서 제시한 창의공학 설계능력 29개 하위 요소를 차용하여 6개 대학 234명의 공학게열 대학생을 대상으로 창의공학설계능력의 중요도와 현재 자신의 수준에 대해 조사, 분석하였다.
- 본 연구에서는 교육의 수요자인 학생들이 갖춰야 할 창의공학설계능력의 중요도와 현재 자신의 수준을 분석함으로써, 기존의 교육내용을 개선하고 공학교육 프로그램을 개발할 수 있도록 기초자료를 제공하는 것에 그 목적을 두었다. 이러한 연구목적에 따른 연구문제는 다음과 같다.
제안 방법
- 다시 창의공학설계능력은 ‘창의능력’, ‘창의적 문제해결’, ‘창의공학설계프로젝트’라는 3가지 영역으로 구분하였으며, 영역별로 각 10, 15, 4개의 하위요소를 도출하였다.
- 창의공학설계능력 29개 하위요소에 대해 학생들이 얼마나 중요하게 생각하는지, 현재 자신의 수준을 어떻게 생각하는지를 Likert 5점 척도로 측정하였다. 본 연구는 2017년 6월 1일부터 8월 24일까지 공학교육혁신지원사업의 일환으로 진행된 5개의 교육 프로그램에 참여한 6개 대학 학생 234명을 대상으로 진행하였다.
- 2와 같다. 창의공학설계능력의 중요도를 가로축으로 표기하고, 현재수준을 세로축으로 표기하여 각 평균값을 기준으로 영역을 구성하였다. 중요도의 평균은 4.
대상 데이터
- 본 연구는 공과대학생을 대상으로 창의공학설계능력에 대한 중요도와 현재 자신의 수준에 대한 인식을 토대로 교육요구도를 도출하여 공학교육 프로그램 개발 및 운영에 활용하고자 수행되었다. 김대영 외(2006)의 연구에서 제시한 창의공학 설계능력 29개 하위 요소를 차용하여 6개 대학 234명의 공학게열 대학생을 대상으로 창의공학설계능력의 중요도와 현재 자신의 수준에 대해 조사, 분석하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 창의공학설계능력 29개 하위요소에 대해 학생들이 얼마나 중요하게 생각하는지, 현재 자신의 수준을 어떻게 생각하는지를 Likert 5점 척도로 측정하였다. 본 연구는 2017년 6월 1일부터 8월 24일까지 공학교육혁신지원사업의 일환으로 진행된 5개의 교육 프로그램에 참여한 6개 대학 학생 234명을 대상으로 진행하였다.
- 본 연구는 K대학의 공학교육혁신센터에서 운영하는 5개 교육 프로그램에 참가한 6개 대학 234명의 공학계열 대학생을 대상으로 창의공학설계능력의 중요도와 현재수준에 대한 인식을 조사하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 창의공학설계능력에 대한 학습자 인식을 조사하고자 김대영 외(2006) 연구에서 제시한 창의공학설계능력의 개념을 차용하였다. 김대영 외(2006)는 우리나라 보다 앞서 공학기초능력을 연구해 온 외국의 관련 자료 및 문헌 등을 수집·분석하여, 구성요소를 추출하고 우리나라 공과대학의 교육과정이 반영될 수 있도록 재범주화 작업과 31명의 공학전문가를 통한 2차에 걸친 델파이 조사 등을 통하여 공학기초능력의 구성요소를 도출하였다.
- 수집된 자료를 바탕으로 바람직한 수준과 현행수준 간의 차이를 밝히고 그 차이들의 순위를 매기는 보리치(Borich)의 요구계산방법과 허쉬코비츠(Herschkowits)의 임계함수(Criticality function)를 사용하였다.
성능/효과
- 개선, 유지, 과잉, 저순위에 해당하는 능력 분류별 하위요소는 창의능력 영역은 개선 3개, 유지 3개, 과잉 1개, 저순위 3개로 나타났고, 창의적 문제해결 영역은 개선 5개, 유지 5개, 과잉 2개, 저순위 3개로 나타났으며, 창의공학 설계 프로젝트 영역은 유지 1개, 과잉 3개로 나타났다. 창의공학 설계 프로젝트 영역에서는 교육 개선에 대한 요구도가 없었고, 주로 창의능력과 창의공학 설계능력 영역에서 개선이 필요하다고 인식하는 것으로 나타났다.
- 공과대학생이 인식하는 창의공학설계능력의 중요도와 현재수준을 조사한 결과, 창의공학설계능력에 대한 교육요구도는 Table 7과 같이 나타났으며, 보리치 공식에 따른 교육요구도는 ‘명시된 성능기준을 충족하는 부품, 시스템, 공정을 설계하는데 기술적 지식, 설계방법론, 적절한 툴을 도입하는 능력’, ‘비용, 품질, 안전, 신뢰성, 외관, 목표 부합성, 환경영향 등을 고려한 설계해법을 구현하는 능력’, ‘공학 분야에 과학적 타당성의 근거를 제공하는 물리학, 생명과학, 정보과학 관련 지식’ 등의 순으로 높게 나타났고, ‘회의나 토론 내용을 기록하고 보고하는 능력’,‘보고서와 제안서를 작성하고, 문서를 보존하는 등 공학과 관련된 문서를 작성하고 관리하는 능력’, ‘관련 발간물을 체계적으로 검색, 분석, 평가해 필요한 정보를 찾고 목록을 제작, 활용하는 능력’ 등은 교육요구도가 낮은 것으로 나타나, 프로젝트 수행을 위한 기록 및 문서작성과 같은 소프트 스킬(soft skill)과 관련한 교육요구도는 대체로 낮은 것으로 나타났다.
- 그 중 ‘공학 프로젝트를 직접 수행하고 관리한 경험, 팀원으로서의 경험 및 기여를 설명하는 능력’이나 ‘회의나 토론 내용을 기록하고 보고하는 능력’이 가장 높은 것으로 인식하고 있었고, ‘공학분야의 과학적 타당성 근거를 제공하는 물리학, 생명과학, 정보과학 관련 지식’이나‘명시된 성능기준을 충족하는 부품, 시스템, 공정을 설계하는데 기술적 지식, 설계방법론, 적절한 툴을 도입하는 능력’에 대해 비교적 낮은 수준이라고 인식하고 있었다.
- 그 중 ‘문제해결시 기본원리 활용 능력’, ‘프로젝트 수행에 따라 발생하는 문제의 근원과 본질을 확인해 올바르게 처리하는 능력’을 가장 중요하게 인식한 반면, ‘회의나 토론 내용을 기록하고 보고하는 능력’, ‘공학분야와 관련있는 분석 및 종합기술에 필요한 수학 지식’을 상대적으로 덜 중요한 것으로 인식하고 있었다.
- 둘째, 학생들은 창의공학설계능력에 대한 현재 자신의 수준을 보통 정도로 인식하고 있었다. 그 중 ‘공학 프로젝트를 직접 수행하고 관리한 경험, 팀원으로서의 경험 및 기여를 설명하는 능력’이나 ‘회의나 토론 내용을 기록하고 보고하는 능력’이 가장 높은 것으로 인식하고 있었고, ‘공학분야의 과학적 타당성 근거를 제공하는 물리학, 생명과학, 정보과학 관련 지식’이나‘명시된 성능기준을 충족하는 부품, 시스템, 공정을 설계하는데 기술적 지식, 설계방법론, 적절한 툴을 도입하는 능력’에 대해 비교적 낮은 수준이라고 인식하고 있었다.
- 첫째, 창의공학설계능력의 창의능력, 창의적 문제해결능력, 창의공학 설계 프로젝트 등 3개의 하위 영역에 따라 교육 요구도에 있어 각각의 특징을 보였는데, 창의공학 설계프로젝트능력은 중요도와 무관하게 현재 수준을 높게 인식하여 교육요구도가 낮게 나타났다. 반면 창의능력은 대체적으로 현재 자신의 수준이 낮은 것으로 인식하여 중요도에 따라 교육요구도가 높거나 보통 정도로 나타났고, 창의적 문제해결의 경우 대체로 중요도를 높게 인식하여 자신의 수준에 따라 교육요구도에 차이가 나타나는 경향을 보였다. 따라서 창의공학설계능력 향상을 위한 교육 프로그램 개발시 창의능력과 특히 개선영역에 집중된 창의적 문제해결능력을 함양하는데 중점을 두어야 한다.
- 셋째, 보리치 공식을 통한 교육요구도 순위에 따르면, ‘명시된 성능기준을 충족하는 부품, 시스템, 공정을 설계하는데 기술적 지식, 설계방법론, 적절한 툴을 도입하는 능력’, ‘다양한 전공분야로 구성된 공학적 문제를 분석하고 해결하기 위한 수학, 과학, 공학 등을 응용하는 능력’, ‘공학 실험을 설계, 지도하고, 데이터를 분석, 신뢰성 있는 결론을 내리는 능력’ 등 창의능력 및 창의적 문제해결 영역에 대한 교육요구도가 비교적 높았고, ‘회의나 토론 내용을 기록하고 보고하는 능력’, ‘보고서와 제안서를 작성하고, 문서를 보존하는 등 공학과 관련된 문서를 작성하고 관리하는 능력’, ‘관련 발간물을 체계적으로 검색, 분석, 평가해 필요한 정보를 찾고 목록을 제작, 활용하는 능력’ 등 창의공학 설계 프로젝트 영역에 대한 교육요구도가 낮게 나타났다.
- 영역별 교육요구도는 창의능력(M=4.81), 창의적 문제해결(M=4.74), 창의공학 설계 프로젝트(M=3.53)순이었고, 창의능력의 10개 중 8개(80%), 창의적 문제해결의 15개 중 8개(53.3%), 창의공학 설계 프로젝트의 4개 중 0개(0%)의 하위능력이 전체 교육요구도 평균(4.59)보다 높게 나타나, 창의능력에 대한 교육요구도가 가장 높은 것으로 나타났다.
- 공과대학생의 창의공학설계능력 현재 수준에 대한 인식을 조사한 결과는 Table 6과 같다. 영역별 현재 수준에 대한 인식을 살펴보면, 창의능력 10개 중 4개(40%), 창의적 문제해결 15개 중 7개(46.7%), 창의공학 설계 프로젝트 4개 중 4개(100%)가 현재수준 전체 평균인 3.21보다 높은 것으로 나타났고, 중요도가 대체로 낮았던 창의공학 설계 프로젝트 영역의 현재 수준이 매우 높다고 인식하는 것으로 나타났다.
- 이 중 창의능력 영역은 10개 중 6개(60%), 창의적 문제해결 영역은 15개 중 10개(66.7%), 창의공학 설계 프로젝트 영역은 4개 중 1개(25%)가 중요도 평균(4.28)보다 높은 결과를 보이며, 공과대학생들은 창의적 문제해결 영역을 가장 중요하다고 생각하는 것으로 나타났다. 또한 창의공학설계 프로젝트 영역의 대부분이 하위순위에 분포하였고, 학생들의 이에 대한 중요도 인식이 낮은 것으로 나타났다.
- 전체 항목에 대한 중요도 평균은 4.28이었고, 모든 항목에서 4점 이상의 결과를 보이며, 창의공학설계능력 모든 영역에 대해 대체적으로 중요하다고 인식하는 것으로 나타났다.
- 중요도가 낮고 현재수준이 높은 과잉영역에는 창의능력 영역의 ‘실무에서 실행 가능한 최적의 접근법을 선정, 정당화, 방어하는 능력’과 창의적 문제해결 영역의 ‘명백한 해법이 없고, 분석할 때 독창성이 요구되는 문제를 제기하는 능력’, ‘공학, 제품, 공정, 시스템, 서비스를 향상시킬 수 있는 가능성을 검토하고 구현하기 위한 실천계획을 수립하는 능력’, 창의공학 설계 프로젝트 영역의 ‘관련 발간물을 체계적으로 검색, 분석, 평가해 필요한 정보를 찾고 목록을 제작, 활용하는 능력’ 등이 나타났다.
- 창의공학설계능력의 전체 교육요구도는 평균 4.59를 보이며, 모든 영역 전반에 걸쳐 학생들의 교육요구도가 높은 것으로 나타났다.
- 첫째, 공학기술과 사회, 윤리 경제 등의 비기술적 가치를 접목할 수 있는 ‘인문사회학적 공학소양능력(HSS: Humanities and Social Sciences)’, 둘째, 진로계발과 관련해서 갖춰야 할 엔지니어의 ‘자기계발능력(ECD: Engineer’s Career Development)’, 마지막으로 산업 및 연구 환경의 변화에 신속하게 대처할 수 있는 전공 기반의 문제해결능력 등과 같은 ‘창의공학설계능력(CED: Creativity Engineering Design)’이다.
- 첫째, 창의공학설계능력의 창의능력, 창의적 문제해결능력, 창의공학 설계 프로젝트 등 3개의 하위 영역에 따라 교육 요구도에 있어 각각의 특징을 보였는데, 창의공학 설계프로젝트능력은 중요도와 무관하게 현재 수준을 높게 인식하여 교육요구도가 낮게 나타났다. 반면 창의능력은 대체적으로 현재 자신의 수준이 낮은 것으로 인식하여 중요도에 따라 교육요구도가 높거나 보통 정도로 나타났고, 창의적 문제해결의 경우 대체로 중요도를 높게 인식하여 자신의 수준에 따라 교육요구도에 차이가 나타나는 경향을 보였다.
- 첫째, 학생들은 모든 창의공학설계능력에 대해 중요하다고 인식하는 것으로 나타났다. 그 중 ‘문제해결시 기본원리 활용 능력’, ‘프로젝트 수행에 따라 발생하는 문제의 근원과 본질을 확인해 올바르게 처리하는 능력’을 가장 중요하게 인식한 반면, ‘회의나 토론 내용을 기록하고 보고하는 능력’, ‘공학분야와 관련있는 분석 및 종합기술에 필요한 수학 지식’을 상대적으로 덜 중요한 것으로 인식하고 있었다.
- 허쉬코비츠 임계함수 분석에 따른 공과대학생의 창의공학설계능력 교육요구도를 영역별로 살펴보면 개선 영역에는 창의능력 3개, 창의적 문제해결 5개가 나타났고, 유지 영역에는 창의능력 3개, 창의적 문제해결 5개, 창의공학 설계 프로젝트 1개가 나타났고, 과잉 영역에는 창의능력 1개, 창의적 문제해결 2개, 창의공학 설계 프로젝트 3개가 나타났으며, 저순위 영역에는 창의능력 3개와 창의적 문제해결 3개가 나타났다. \(\)
- 허쉬코비츠 임계함수 자료 분석 결과, 중요도가 높고 현재 수준이 낮아 개선이 필요한 하위요소는 ‘다양한 전공분야로 구성된 공학적 문제를 분석하고 해결하기 위한 수학, 과학, 공학 등을 응용하는 능력’, ‘공학 분야와 연관된 재료, 장치, 시스템의 특성을 기술하는 능력’, ‘공학적 상황과 시스템의 작용을 조사해 관련된 원인과 효과를 확인하는 능력’, ‘공학적 오류가 발생할 가능성을 인지하여 제거하거나 보완하는 능력’, ‘명시된 성능기준을 충족하는 부품, 시스템, 공정을 설계하는데 기술적 지식, 설계방법론, 적절한 툴을 도입하는 능력’, ‘비용, 품질, 안전, 신뢰성, 외관, 목표 부합성, 환경영향 등을 고려한 설계 해법을 구현하는 능력’ 등 주로 창의능력영역, 창의적 문제해결영역으로 나타났다.
- 허쉬코비츠 임계함수 자료 분석 결과, 중요도가 높고 현재수준이 낮아 개선을 필요로 하는 능력으로는 ‘다양한 전공분야로 구성된 공학적 문제를 분석하고 해결하기 위한 수학, 과학, 공학 등을 응용하는 능력’ 등 창의능력 영역과 ‘명시된 성능기준을 충족하는 부품, 시스템, 공정을 설계하는데 기술적 지식, 설계방법론, 적절한 툴을 도입하는 능력’ 등 창의적 문제해결 영역이 포함되었고, 창의공학 설계 프로젝트 영역은 개선을 필요로 하는 능력에 포함되지 않았다.
후속연구
- 둘째, 본 연구는 공과대학생의 인식에 근거한 창의공학설계능력에 대한 교육요구도를 주로 다루고 있으므로 공학교육교육 프로그램 개발 시 전문가 집단의 인식조사를 추가적으로 수행하여 반영할 필요가 있다. 학생과의 요구와 차이가 있는지 혹은 전문가 집단이 중요하게 고려하는 우선순위는 무엇인지 검토한 후에 이를 반영한 수업을 설계하거나, 창의공학설계능력에 대한 수행 루브릭이나 평가 툴을 개발할 필요가 있다.
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