[논문]공학교육에서 교수 으뜸원리를 적용한 플립러닝 모델 및 교수 전략에 관한 연구

임지영; 김세영

doi:10.18108/jeer.2019.22.1.39

[국내논문] 공학교육에서 교수 으뜸원리를 적용한 플립러닝 모델 및 교수 전략에 관한 연구
Applying First Principles of Instruction to Flipped Classroom in Engineering Education: Model and Instructional Strategies 원문보기

공학교육연구 = Journal of engineering education research, v.22 no.1, 2019년, pp.39 - 47

임지영 (이화여자대학교 교육공학과) , 김세영 (이화여자대학교 여성공학인재 양성(WE-UP) 사업단)

Abstract ▼ AI-Helper

This study aims to suggest a model and instructional strategies for a flipped classroom using First Principles of Instruction in engineering education in order to organize teaching and learning activities in a flipped classroom. For this purpose, the authors analyzed the literature on the flipped classroom in engineering education and on applying First Principles of Instruction in designing flipped classroom. Then, a framework of flipped classroom employing First Principles of Instruction and instructional strategies were suggested. Two experts examined the validity of the model and of the instructional strategies, and the final version was completed reflecting on those feedback. Since engineering education aims to teach procedural knowledge as well as conceptual knowledge, different instructional strategies upon two types of knowledge were presented. The implication of our work is to illustrate the model and tactics for flipped classroom based on the Merrill's deeply rooted pedagogical approach. This study may contribute to practice in engineering education.

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문제 정의

이에 본 연구는 공학교육 맥락에서 교수 으뜸원리를 플립러닝에 적용한 모델과 교수 전략을 제안함으로써 공학교육 이론과 실천의 범위를 확장시키고자 하였다. 이와 같은 목적에 따른 연구문제는 다음과 같다.
본 연구에서 공학교육에서 교수 으뜸원리에 기반한 플립러닝모델과 교수 전략을 도출하기 위해 2명의 전문가로부터 타당도를 검토 받았다. 전문가 집단으로는 교수설계, 특히 플립러닝모델 및 교수 으뜸원리에 대한 타당성 검토를 위해 교육공학전공 교수 1인, 공학교육 맥락에 초점을 맞춘 플립러닝 모델 및 교수 전략에 대한 타당성 검토를 위해 공학교육에서 실제플립러닝 수업을 운영한 경험이 있는 공과대학 교수 1인을 선정하였다.
본 연구의 주요 시사점은 공학교육의 실천에 대한 기여에 있다. 본 연구는 실제 교육 현장에서 곧바로 적용할 수 있는 구체적인 전략을 제시하고자 하였다. 또한 본 연구는 공학교육에서 활발히 적용되고 있는 플립러닝 모델, 그리고 교수 활동의 기본 원리를 체계적으로 제시한 Merrill(2012)의 교수 으뜸원리를 하나의 모델로 통합하였다는 점에서 이론적 발전에 기여하고자 하였다.
본 연구는 실제 교육 현장에서 곧바로 적용할 수 있는 구체적인 전략을 제시하고자 하였다. 또한 본 연구는 공학교육에서 활발히 적용되고 있는 플립러닝 모델, 그리고 교수 활동의 기본 원리를 체계적으로 제시한 Merrill(2012)의 교수 으뜸원리를 하나의 모델로 통합하였다는 점에서 이론적 발전에 기여하고자 하였다.
이 논문은 2018년 EdMedia + INNOVATE Learning국제학술대회 발표 자료를 수정, 보완한 것임.

가설 설정

이와 같은 목적에 따른 연구문제는 다음과 같다. 첫째, 공학교육에서 교수 으뜸원리를 적용한 플립러닝 모델은 무엇인가? 둘째, 공학교육에서 교수 으뜸원리를 적용한 플립러닝에 적용될 수 있는 교수 전략은 무엇인가?

제안 방법

1단계에서는 교수 으뜸원리에 기반한 플립러닝 모델에 관한 선행연구(김윤영, 정현미, 2017; Hoffman,2014; Lo & Hew, 2017)를 검토하여 플립러닝 모델 및 교수전략의 초안을 도출하였다. 이를 바탕으로 2단계에서는 2인의전문가 집단을 구성하여 플립러닝 모델 및 교수 전략 초안의타당성을 검토하였다. 마지막으로, 3단계에서는 전문가 검토결과를 반영하여 최종적으로 수정된 플립러닝 모델 및 교수 전략을 도출하였다.
개발된 1차 모델과 교수 전략에 대해 전문가들에게 타당성을 검토 받았으며, Table 3과 같이 제안된 의견을 바탕으로 모델과 교수 전략을 수정·보완하여 최종 모델 및 교수 전략을 도출하였다.
3과 같다. 또한, 1차 교수 전략은 문제중심 원리를 가장 우선적으로 고려해야 하는 교수 전략으로 보고 문제 설계 전략을 제시하였으며, 수업 전 학습, 본 수업, 수업 후 학습의 활동들을 교수 으뜸원리에 따라 제안하되 공학교육에서 강조되는 절차 지식의 중요성을 고려하여 개념 지식과 절차지식으로 구분하여 제안하였다
절차적 지식의 경우, 복잡한 문제를 중심으로 하는 교수전략이 제공될 수 있는데, 여성공학인재 양성 사업 공통연계기능(2018)에서는 학습자들이 매주 협력적으로 컴퓨터 프로그램을 개발하거나 수정하는 활동을 본 수업에서 진행한 바가 있다. 해당 사례에서는 학습자들이 매주 새롭게 배우는 지식을 하나의 산출물 개발에 적용해 나감으로써 한 학기에 걸쳐 자신의 지식을 점차적으로 정교화 하도록 하였다. 이와 같이 반복적인 프로토타이핑(prototyping)과 개선(refinement)은 공학에서 매우 중요하기 때문에(Bhatt, Tang, Lee, & Krovi,2008), 주차가 진행됨에 따라 정교화 되어가는 연습의 과정은 실제 세계와 유사할 뿐 아니라 학습자들이 자신의 이해를 강화할 수 있도록 하는 기회를 제공하기 때문에 효과적이라 할 수 있다.
본 연구에서는 플립러닝 모델과 교수 전략을 제안하고자 하였으며, 플립러닝의 각 단계에서 이루어지는 교수 학습 활동을 조직화하기 위해 Merrill(2012)의 교수 으뜸원리를 적용하였다. 구체적으로 Lo와 Hew(2017)에 의해 제안된 플립러닝 프레임워크를 공학교육의 목적을 고려하여 수정하였으며, 플립러닝의 각 단계에서 사용될 수 있는 총 15개의 교수 전략을 기술하였다.

대상 데이터

본 연구에서 공학교육에서 교수 으뜸원리에 기반한 플립러닝모델과 교수 전략을 도출하기 위해 2명의 전문가로부터 타당도를 검토 받았다. 전문가 집단으로는 교수설계, 특히 플립러닝모델 및 교수 으뜸원리에 대한 타당성 검토를 위해 교육공학전공 교수 1인, 공학교육 맥락에 초점을 맞춘 플립러닝 모델 및 교수 전략에 대한 타당성 검토를 위해 공학교육에서 실제플립러닝 수업을 운영한 경험이 있는 공과대학 교수 1인을 선정하였다. 전문가의 구체적인 전문성은 Table 2와 같다.

이론/모형

4와 같다. 본 연구에서 제안된 최종 모델은 Lo와 Hew(2017)의 원 모델에서 제안된 수업의 흐름을 따르나, 교수 으뜸원리와의 관련성에 있어 다음과 같은 두 가지 주요한 차이점이 있다. 첫째, 최종 모델은 교수 활동의 모든 단계가 문제 중심적이어야 함을 명시한다.
본 연구에서는 플립러닝 모델과 교수 전략을 제안하고자 하였으며, 플립러닝의 각 단계에서 이루어지는 교수 학습 활동을 조직화하기 위해 Merrill(2012)의 교수 으뜸원리를 적용하였다. 구체적으로 Lo와 Hew(2017)에 의해 제안된 플립러닝 프레임워크를 공학교육의 목적을 고려하여 수정하였으며, 플립러닝의 각 단계에서 사용될 수 있는 총 15개의 교수 전략을 기술하였다.

성능/효과

1과 같이 제안하고, 이 모델을 학습자 수준이 다른2개의 고등학교 수업에 적용하였다. 연구 결과, 학습자의 수준과 상관없이 모든 수업에서 유의미한 학습 성과가 나타났다. 실험에 참여한 교사들은 교수 으뜸원리가 플립러닝을 설계하는 데 있어 구체적인 가이드라인을 제공해준다고 하였다.
본 연구에서 제안된 최종 모델은 Lo와 Hew(2017)의 원 모델에서 제안된 수업의 흐름을 따르나, 교수 으뜸원리와의 관련성에 있어 다음과 같은 두 가지 주요한 차이점이 있다. 첫째, 최종 모델은 교수 활동의 모든 단계가 문제 중심적이어야 함을 명시한다. 이 모델에 따르면 하나의 실제적 문제가 플립러닝의 모든 단계를 관통하며, 난이도와 복잡성에 있어 다양한 작은 문제의 단위들이 각 단계에서 활용된다.
이와 같이 반복적인 프로토타이핑(prototyping)과 개선(refinement)은 공학에서 매우 중요하기 때문에(Bhatt, Tang, Lee, & Krovi,2008), 주차가 진행됨에 따라 정교화 되어가는 연습의 과정은 실제 세계와 유사할 뿐 아니라 학습자들이 자신의 이해를 강화할 수 있도록 하는 기회를 제공하기 때문에 효과적이라 할 수 있다. 마지막으로, 개념적, 절차적 지식 모두 교수자로부터의 피드백이 제공되어야 한다.

후속연구

새로운 모델의 수용을 위해서는 반복적인 실행과 평가가 필요하다는 점을 고려하면, 후속연구에서는 실제 공학교육 맥락에 본 모형과 교수 전략을 적용해보는 사례 연구, 실험 연구 등 교수자와 학습자 대상의 실증 연구를 통해 질적·양적 데이터를 수집, 분석함으로써 모델을 타당화할 것이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공학교육의 중요한 책무는 무엇인가?	공학은 인간에게 유용한 제품과 기술의 편의성, 효율성, 안정성 등을 개선하기 위해 노력하는 학문으로(박신영, 이윤소, 김경언, 강승찬, 2018), 최근 많은 국가들이 고민하고 있는 기후 변화, 식량 부족, 인터넷 정보 보호와 같은 문제들(World Economic Forum, 2016) 역시 공학적 문제해결을 절실히 필요로 하고 있다. 이처럼, 인간 삶의 질 향상을 위한 공학자들의 역할이 점차 커지면서 공학적 문제해결 역량을 갖춘 인재를 양성하는 것이 공학교육의 중요한 책무가 되었다. 공학교육은 학습자들이 현장 중심의 창의적 사고 및 문제해결 역량을 갖출 수 있도록 다방면으로 노력하고 있으며, 그 중 가장 활발하게 논의되고 있는 이슈 중 하나가 바로 교수학습 과정에서 이와 같은 역량을 어떻게 함양시킬 것인가에 관한 논의이다(Honken, Ralston, & Tretter, 2016; Ozaltin, Besterfield-Sacre, & Clark, 2015).
	공학교육에서 주목받고 있는 교수학습방법인 플립러닝의 장점은 무엇인가?	Bates와 Galloway(2012)는 플립러닝을 학습자들이 수업 시간 중 보다 적극적으로 학습 활동에 참여할 수 있도록 강의실 밖에서 인지적인 내용을 습득하는 교수 방법으로 정의하였다. 즉, 수업 전에는 개별학습을 통해 개념을 이해하고 수업 시간에는 다양한 학습자 중심 활동들에 참여할 수 있다는 것이 플립러닝의 장점이라 할 수 있다. 이처럼 플립러닝이 개념 이해와 실습의 연결에 초점을 맞춘다는 점은 개념 이해를 바탕으로 실제적 문제 해결을 강조하는 공학교육의 궁극적인 목적(The Royal Academy of Engineering, 2006)과 맥을 같이 한다.
	공학교육에서 교수자들이 실제적 문제를 다루는 것이 익숙한 이유는 무엇인가?	Merrill(2012)은 좋은 문제란 실제 상황을 반영하는 비구조화된 문제라 설명하였다. 공학 분야는 실제 세계의 문제를 주로 다루는 분야이기 때문에, 공학교육에서 교수자들이 실제적 문제를 찾는 것은 비교적 친숙한 일이라 할 수 있다. 그러나 효과적인 플립러닝을 위한 문제는 실제 상황에 기반한 문제 가운데에서도 비구조화되고 복잡한 문제인가에 대한 분석에 기초해 설계될 필요가 있다.

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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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