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문제 정의
- 본 연구에서는 4차 산업혁명시대에 공학교육에서 학습자가 능동적으로 참여하는 수업으로 전환하기 위한 교수-학습 방법으로 다양한 액티브러닝 활동과 실제 적용 가능한 액티브러닝 교수-학습 모형인 TIERA 모형을 제안하였다. 먼저 액티브러닝 활동을 제안하기 위해 강의식 수업의 보완적 활동과 대안적 활동으로 구분하고, 전문가 의견 조사를 통해 학습과제 목표분 류에 따른 액티브러닝 활동 간의 적합성을 분석하였다.
- 이에 본 연구에서는 공학교육에서 강의중심 수업에서 액티브 러닝 적용을 지원하는 액티브러닝 교수-학습 절차와 구성요소를 도출하고, 단계별 특성에 적합한 액티브러닝 활동을 제시하는 액티브러닝 교수-학습 모형을 개발하고자 한다.
가설 설정
- 셋째, 표현(expression) 원리로 다양한 의사소통 방식을 통한 표현의 장을 마련하라. 액티브러닝의 핵심은 학습자가 교수 -학습 과정에서 직접 행동하는 것이며, 행동의 양식은 언어적 표현과 비언어적 표현을 다양하게 사용할 수 있다.
제안 방법
- 1차로 진행한 전문가 의견 조사에서는 교과내용 특성과 액티브러닝 활동 간의 적합도 검증을 실시하였다. 교과내용 특성은 공학교육에서 교과기반평가를 통해 익숙한 Bloom의 교육목표 분류학을 개정한 기억(remember), 이해(understand), 적용 (apply), 분석(analyze), 평가(evaluate), 창안(create)을 기준을 사용하였으며, 액티브러닝의 세부 학습자 참여 활동 20개에 대한 적합도 수준에 따라 1점에서 5점까지 배점하였다.
- 공학교육의 강의식 수업에 적용 가능한 보완적 액티브러닝 교수-학습 모형의 최종모형으로 Fig. 1과 같이 TIERA 모형을 개발하였다. TIERA는 ‘놀라운’, ‘강력한’의 의미를 가지는 신조어로 액티브러닝을 통해 학습자가 능동적으로 변하고, 나아가 학습의 효과가 크게 늘어날 것임을 기대하는 모형이다.
- 1차로 진행한 전문가 의견 조사에서는 교과내용 특성과 액티브러닝 활동 간의 적합도 검증을 실시하였다. 교과내용 특성은 공학교육에서 교과기반평가를 통해 익숙한 Bloom의 교육목표 분류학을 개정한 기억(remember), 이해(understand), 적용 (apply), 분석(analyze), 평가(evaluate), 창안(create)을 기준을 사용하였으며, 액티브러닝의 세부 학습자 참여 활동 20개에 대한 적합도 수준에 따라 1점에서 5점까지 배점하였다. 전문가 의견 조사를 위한 전문가는 총 10명으로 구성되었으며 전문가의 경력은 최소 4년에서 최고 23년까지 분포로, 평균 경력은 11.
- 세 번째 단계에서는 선행연구를 바탕으로 도출된 교과 내용의 특성과 액티브러닝의 구체적인 학습자활동(learner activity)간의 적합도와 전문적 의견을 수렴하기 위해 교육전문가 대상의 전문가 의견 조사를 실시하였다. 다음 단계로, 구안된 교수-학습 모형에 대한 전문가의 타당성 검토 작업을 거쳐, 최종적으로 공학교육에 적용 가능한 액티브러닝 교수-학습 모형을 제안하였다.
- 둘째, 상호작용(interaction) 원리로 학습자가 상호작용을 통해 스스로 지식을 구성하도록 촉진하도록 하라. 상호작용은 학습자와 학습자 자신의 내면 간, 학습자와 학습자 간, 학습자와 학습내용 간, 학습자와 교수자 간의 상호작용으로 구분할 수있다.
- 본 연구는 ①문헌 연구, ②액티브러닝 교수-학습 원리 도출, ③액티브러닝 활동에 대한 전문가 의견 조사, ④액티브러닝 교수-학습 모형 구안, ⑤구안된 교수-학습 모형에 대한 타당성 검토, ⑥최종 모형 제안의 단계로 진행하였다. 먼저 문헌 연구를 통해 액티브러닝에 관하여 개념, 특성, 필요성, 구체적인 학습자 참여 활동을 탐색하였다. 이를 토대로 공학교육에서의 액티브러닝 교수-학습 모형의 원리를 도출하였다.
- 본 연구에서는 4차 산업혁명시대에 공학교육에서 학습자가 능동적으로 참여하는 수업으로 전환하기 위한 교수-학습 방법으로 다양한 액티브러닝 활동과 실제 적용 가능한 액티브러닝 교수-학습 모형인 TIERA 모형을 제안하였다. 먼저 액티브러닝 활동을 제안하기 위해 강의식 수업의 보완적 활동과 대안적 활동으로 구분하고, 전문가 의견 조사를 통해 학습과제 목표분 류에 따른 액티브러닝 활동 간의 적합성을 분석하였다. 분석 결과를 종합해 보면, 저차원적 인지 차원으로 갈수록 보완적 액티브러닝 범주에 속하는 대다수 활동이 적합하며, 고차원적 인지 차원으로 갈수록 대안적 액티브러닝이 적합한 활동임을 알 수 있다.
- 문헌 연구를 통해 도출한 다섯 가지의 원리에 기반하여 공학 교육의 강의식 수업에 적용 가능한 보완적 액티브러닝 교수-학습의 예비모형을 개발하고 최종 모형으로 확정하기 위해 추가의 전문가 타당성 검증과정을 거쳐 예비모형을 수정·보완하 였다.
- 본 연구는 ①문헌 연구, ②액티브러닝 교수-학습 원리 도출, ③액티브러닝 활동에 대한 전문가 의견 조사, ④액티브러닝 교수-학습 모형 구안, ⑤구안된 교수-학습 모형에 대한 타당성 검토, ⑥최종 모형 제안의 단계로 진행하였다. 먼저 문헌 연구를 통해 액티브러닝에 관하여 개념, 특성, 필요성, 구체적인 학습자 참여 활동을 탐색하였다.
- 본 연구의 액티브러닝 교수-학습 모형을 구안하기 위해 문헌 연구를 토대로 다음과 같이 액티브러닝의 다섯 가지 교수-학습 원리를 도출하였다.
- 이를 토대로 공학교육에서의 액티브러닝 교수-학습 모형의 원리를 도출하였다. 세 번째 단계에서는 선행연구를 바탕으로 도출된 교과 내용의 특성과 액티브러닝의 구체적인 학습자활동(learner activity)간의 적합도와 전문적 의견을 수렴하기 위해 교육전문가 대상의 전문가 의견 조사를 실시하였다. 다음 단계로, 구안된 교수-학습 모형에 대한 전문가의 타당성 검토 작업을 거쳐, 최종적으로 공학교육에 적용 가능한 액티브러닝 교수-학습 모형을 제안하였다.
- 셋째, 타당성 검증을 위한 기초자료로 제공된 액티브러닝의 원리 중 ‘사고의 원리’에 대한 설명을 수정하라는 의견에 따라 ‘학습자의 인지구조 내에서 구체화하고 의미화’하는 내용을 추가하였다.
- 다음으로 전문가 검토를 통해 타당도를 확보한 TIERA 모형은 공학교육의 교수자들이 자신의 강의식 수업에 액티브러닝을 적용하고자 할 때 쉽게 학습자의 참여가 가능한 수업으 로의 전환을 지원하는 수업의 절차를 제시하였다. 연구진이 도출한 다섯 가지의 액티브러닝 학습 원리를 반영한 모형으로 강의식 수업에서 교수자의 설명만으로 시작과 끝을 채우는 수업에서 벗어나 도입 단계에서부터 학습자의 참여 활동을 실시함으로써 역동적인 수업의 변화를 이끌 것으로 기대 한다.
- 예비모형은 1차 상호작용 → 사고 → 2차 상호작용 → 과정중심 평가 → 성찰의 단계로 구성되었으며, 각 단계별로 적절한 액티브러닝 활동을 제시하였다.
- 먼저 문헌 연구를 통해 액티브러닝에 관하여 개념, 특성, 필요성, 구체적인 학습자 참여 활동을 탐색하였다. 이를 토대로 공학교육에서의 액티브러닝 교수-학습 모형의 원리를 도출하였다. 세 번째 단계에서는 선행연구를 바탕으로 도출된 교과 내용의 특성과 액티브러닝의 구체적인 학습자활동(learner activity)간의 적합도와 전문적 의견을 수렴하기 위해 교육전문가 대상의 전문가 의견 조사를 실시하였다.
- 첫째, ‘1차 상호작용’, ‘2차 상호작용’의 의미에 대한 명확한 구분이 필요하다는 의견에 따라 ‘1차 상호작용’을 ‘동기유발 상호작용’으로, ‘2차 상호작용’을 ‘학습활동 상호작용’으로 수정하 였다.
- 타당화 검증은 총 8명의 전문가를 대상으로 액티브러닝 원리에 대한 검토 및 모형의 타당성, 모형의 설명력, 액티브러닝 수업 설계 시 모형의 유용성, 보편적인 적용 가능성, 모형의 이해도 등 5개 항목에 대한 검토를 의뢰하였다. 타당성 검증 결과, 각 항목에 대한 타당도 평점의 평균값이 4.
- TIERA 모형은 연구진이 도출한 다섯 가지 액티브러닝 학습 원리인 Thinking(사고)-Interaction(상호작용)-Expression(표현)-Reflection(성찰)-Assesment(과정중심평가)의 영문 첫글 자를 따서 명명하였다. 표현의 원리는 다른 네 가지 원리를 반영할 때 복합적으로 적용될 수 있으므로 이를 제외하고, 네 가지 원리를 TIERA 모형에 반영하였다.
대상 데이터
- 공학전공 교수 2명은 공학교수법 연구에 참여한 경험이 있으며, 공학교수법 전문가 3명은 공학교육혁신센터의 연구교수이거나 공학교수법에 관한 논문, 관련 서적을 저술한 경험이 있다. 교수법 전문가 3명은 교수학습센터의 연구교수로서 교수법 컨설팅 전문가로 구성하였다. 기업교육 현장전문가 2명은 산업현장의 시각을 반영하려는 데 의의가 있다.
이론/모형
- 2와 같이 제안한다. TIERA 모형의 단계별 학습자에게 요구하는 인지적 기능은 Bloom이 제시한 여섯 가지 교육목표분류학을 따르며, 교육목표별 액티브러닝의 학습자 참여 활동은 설문조사의 적합성 판정 결과에 기초한다.
- 전문가 설문을 통해 교육목표에 따른 액티브러닝의 대표적인 활동 요소의 적합성과 구안된 액티브러닝 교수-학습 모형의 타당성을 검증하는 방법으로 Lawshe(1975)의 내용타당도 비율 산출법을 적용하였는데 그가 제안한 내용타당도 비율 (Content Validity Ratio, CVR)의 산출식은 다음과 같다.
성능/효과
- Crimmins와 Midkiff(2017)는 대형 공립 대학에서 보건과학 분야의 필수 교과목인 유기화학 과목을 두 개의 집단으로 나누어 각각 강의식 수업과 액티브러닝 수업으로 진행하였다. 그 결과 액티브러닝 수업을 받은 학생들이 강의식 수업을 받은 학생들의 비해 학업성취도가 통계적으로 유의하게 높았으며, 특히 학업성취도가 낮은 학생들이 수업 결과 더 많이 개선된 것으로 나타났다. 대학 2학년, 화학공학 입문 과정인 “Chemical Process Principles” 교과목에 대해 5년간에 걸쳐 강의식 수업과 액티브 러닝의 수업 간에 학생들의 학습성과를 비교한 연구에서도 동일한 결과를 보고한다(Bullard, Felder, Raubenheimer, 2008).
- 넷째, 분석(analyze) 차원의 학습과제는 보완적 액티브러닝 활동으로 think pair share, cooperative groups in class가적합하며, 대안적 활동으로 problem based learning과 project based learning이 적합한 것으로 나타남에 따라 적용 단계와 적합한 활동이 동일한 것으로 확인되었다.
- 즉 결과나 상대적 순위에 중점을 둔 총합평가를 비판하며 학습자의 학습과 관련한 정보를 다면적으로 평가하고 학습 상황에서 지속적으로 자기점검이 가능하도록 도울 것을 강조한다. 넷째, 사고활동(thinking activity)과 성찰활동(reflection activity)을 통한 학습의 전이를 유도한다. 사고(thinking)란 개인에게 일어나는 모호한 상황에 대한 개인의 느낌(feeling)을 구체화하는 데 사용되는 전략이라 할 수 있으며, 학생들이 수업에서 제시되는 학습내용을 내면적으로 재개념화하기 위해 요구되는 활동이다.
- 다섯째, 평가(evaluate) 차원의 학습과제는 보완적 액티브러닝 활동으로 quiz/test questions, think pair share, active review sessions 이 적합하며, 대안적 활동으로 discussion, problem based learning, project based learning이 적합한 것으로 나타났다.
- 둘째, 이해(understand) 차원의 학습과제는 보완적 액티브러닝 활동으로 muddiest point, quiz/test questions, the fish bowl, peer teaching, TAPPS, think pair share, active review sessions이, 대안적 활동으로 JIGSAW Ⅰ,Ⅱ가 적합 함을 보였다.
- 즉 전통적인 강의식 수업과 비교한 대부분의 연구에서 소그룹으로 조직하여 학습과제를 수행하는 협동학습의 팀원 간 상호작용이 팀워크, 의사소통, 자기주도학습 등과 같은 소프트스킬에서 긍정적인 결과를 이끌어낸다고 보고한다. 둘째, 전통적인 수업에서 강의자였던 교수자의 역할 변화를 강조한다. LoPresto와 Slater(2016)는 학습에 대한 책임을 교수자에서 학습자에게로 이양하고 학습자가 그들의 학습에 더 독립적이 되도록 교수자가 독려할 것을 제안한다.
- 먼저 액티브러닝 활동을 제안하기 위해 강의식 수업의 보완적 활동과 대안적 활동으로 구분하고, 전문가 의견 조사를 통해 학습과제 목표분 류에 따른 액티브러닝 활동 간의 적합성을 분석하였다. 분석 결과를 종합해 보면, 저차원적 인지 차원으로 갈수록 보완적 액티브러닝 범주에 속하는 대다수 활동이 적합하며, 고차원적 인지 차원으로 갈수록 대안적 액티브러닝이 적합한 활동임을 알 수 있다. 이는 대부분의 연구에서 문제중심학습, 프로젝트 학습 등의 효과로 분석, 평가, 창안의 고차원적 인지기능을 기를 수 있다는 결과와 유사하다.
- LoPresto와 Slater(2016)는 학습에 대한 책임을 교수자에서 학습자에게로 이양하고 학습자가 그들의 학습에 더 독립적이 되도록 교수자가 독려할 것을 제안한다. 셋째, 결과 중심보다 과정 중심의 평가적 입장을 취한다. 구성주의자들은 학습 과정에서 학습자의 수행을 평가해야 한다고 주장한다.
- 셋째, 적용(apply) 차원의 학습과제는 보완적 액티브러닝 활동으로 think pair share, cooperative groups in class가 적합하며, 대안적 활동으로 problem based learning과 project based learning이 적합한 것으로 나타났다.
- 여섯째, 창안(create) 차원의 학습과제는 보완적 액티브러닝 활동으로 think pair share 가 유일하게 적합한 것으로 나타났으며, 대안적 활동으로 discussion, problem based learning, project based learning이 적합함을 보였다.
- 대학 입학생의 31%가 STEM(science, technology, engineering, mathematics)과 관련된 전공으로 입학하여 30%가 졸업하며(OCED 평균 27%, 23%), 특히, 23%의 학생들이 공학․제조·건설 관련 전공에 입학하는 것으로 집계된다. 이 분야의 OCED 평균이 16%인 점을 감안할 때 OECD 국가 중에서 세 번째로 가장 높은 수치를 보이고 있어 산업인재를 양성하는 공학교육이 우리나라 국가 발전에 큰 영향을 미치고 있음을 실감할 수 있다.
- 전문가의 의견 조사 방식은 설문 방식으로 진행되었고, 설문 조사 이전의 자문위원 위촉 시, 전화로 본 설문의 목적, 방식에 대해 자세히 안내하였고, 설문의 안내문에도 충분히 내용을 재확인할 수 있도록 검토 내용을 자세히 정리하여 안내하였다. 적합도는 5점 척도에 따라 평정하도록 하였고, 개방형 응답을 통해 액티브러닝의 수업활동과 모형에 대한 전반적인 의견을 수렴하였다.
- 첫째, 기억(remember) 차원의 학습과제는 보완적 액티브러닝 활동으로 one minute paper, quiz/test questions, peer teaching, TAPPS, active review sessions, concept mapping 등의 대부분의 활동이 적합함을 보였으며, 대안적 활동으로 STAD, JIGSAW Ⅰ,Ⅱ 가 적합한 것으로 나타났다.
- 첫째, 보완적 액티브러닝 활동은 강의식 수업에서 학습자의 인지적 요구가 무엇인지에 따라 선택적으로 적용 가능하다. 국내 대부분의 연구는 강의식 수업과 대립된 입장에서 액티브러닝을 적용하고 이 둘을 비교하고 있으나, 공학교육의 보편화된 강의식 수업 에서도 Table 1에 제시하는(Faust, Paulson, 1998) 액티브러닝 활동을 적용함으로써 학습자의 참여를 더욱 확대할 필요가 있다.
- 타당화 검증은 총 8명의 전문가를 대상으로 액티브러닝 원리에 대한 검토 및 모형의 타당성, 모형의 설명력, 액티브러닝 수업 설계 시 모형의 유용성, 보편적인 적용 가능성, 모형의 이해도 등 5개 항목에 대한 검토를 의뢰하였다. 타당성 검증 결과, 각 항목에 대한 타당도 평점의 평균값이 4.13 이상으로 나타나 타당도 검증 항목 전반에 걸쳐 모형이 타당한 것으로 확인되었으며, 내용타당도 비율(CVR) 값도 Lawshe가 제시한 8명의 패널 수에 따른 내용타당도 기준(.75)을 만족시킴으로써 에비모 형에 대한 타당성이 확보되었다. 액티브러닝 교수-학습의 예비 모형에 대한 타당성 검증 결과표는 다음과 같다.
후속연구
- 둘째, 실제적 적용을 위해 전공에 따른 상세한 가이드나 샘플이 필요하다는 의견에 따라 추후 연구에 대한 제언에 반영하 였다.
- 이와 관련하여 전문가 자문에서도 교수자에게 적절한 교육이 선행 되어야하며, 교수자의 노력이 수반되어야 한다는 의견을 제기 하였다. 또한 보완적 액티브러닝의 확산을 위하여 적용을 위한 가이드와 교과 단위의 교수-학습계획서 예시가 개발되어 보급될 필요가 있다.
- 현재 공학연구에서 액티브러닝은 대안적 활동에 초점을 맞추고 있는데, 대부분의 관련 변인이 역량 차이, 팀원 구성 등에 제한되어 있다. 뿐만 아니라 강의식 수업을 경시하는 풍조를 따라 강의식 수업의 보완적 액티 브러닝 관련 연구는 소홀히 하고 있으므로 이에 대한 관심이 필요하다고 판단된다.
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