[논문]공과대학의 고체역학 교과목에 플립러닝의 적용사례

윤성호

doi:10.18108/jeer.2019.22.3.68

공과대학의 고체역학 교과목에 플립러닝의 적용사례
A Case Study on the Application of Flipped Learning to Solid Mechanics in College of Engineering 원문보기

공학교육연구 = Journal of engineering education research, v.22 no.3, 2019년, pp.68 - 77

Abstract ▼ AI-Helper

This study dealt with a case study on the application of flipped learning to solid mechanics in college of engineering and analyzed the results of Pre-class survey, In-class activities, and Post-class survey to examine the effects of flipped learning. Total sample size of the analysis was 32 students who applied for solid mechanics in mechanical engineering department, consisting of 23 students in sophomore, five in junior and four in senior. The class was operated in three stages: Pre-class, In-class, and Post-class. The response of the students was observed at each stage of the class. According to the results, flipped learning was effective in learning knowledge of major subjects in engineering, and students actively participated in class activities and conducted smooth discussions with team members. Flipped learning has also improved students' class concentration and academic ability. Most of the students have expressed their intention to take classes or actively recommend other students when the classes are held. Effective classes will require systematic discussion guidance because flipped learning is closely related to discussion activities.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 공학 분야의 전공교과목인 고체역학을 플립러닝으로 진행한 사례를 소개하고 사전 및 사후 설문도구 평가 결과를 분석하여 도출한 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 사전 설문도구의 다섯 문항에 대한 Top 2의 평균은 87.
본 연구에서는 공학 분야의 중요한 역학 교과목 중의 하나인 고체역학 교과목을 플립러닝으로 진행한 사례를 소개하고 사전 및 사후 설문도구 평가 결과들을 분석하여 플립러닝의 효과를 조사하였다.
첫째, 본 연구는 학습자의 개인 특성을 고려하지 않고, 수강생 전체인 한 집단에 대해 연구를 수행하였다. 따라서 플립러닝의 수강과 관련이 있을 수 있는 토론효능감, 사전학습 인지 수준 등 학습자의 개인 변인에 따라 효과가 달라질 수 있다.

가설 설정

Table 8에는 (a) 응력변환방정식을 미분했을 때 전단응력이 된다. (b) 모아원은 어떻게 그리는가? 라는 토론 주제에 대한 5조의 토론 내용이 나타나 있다.

제안 방법

본 연구에 활용한 설문도구들은 최정빈 등(2015)이 선행 연구에서 제안한 플립러닝 교과목만족도 설문 문항을 참고하여 재구성하였으며 설문도구의 타당화를 위하여 교육학 박사 2명과 공학 박사 2명을 대상으로 설문도구에 대한 안면 타당화 과정을 거쳤다. 연구절차로는 선행연구(최정빈 외, 2015)에서 제안한 플립러닝 모형을 적용하여 1) 사전 학습(Pre-class), 2) 본 수업(In-class), 3) 사후학습(Post-class)의 세 단계로 수업을 운영하였으며 각 수업단계에서 학생들을 관찰하고 학생들의 반응을 조사하였다.
이때 제공된 학습 자료는 학생들이 스스로 판단하기에 학습하지 못할 정도로 많은 양이라고 인식하여 포기하지 않도록 적절한 양을 제공하였다. 또한 학습 자료는 학습 목표에 따라 직접 제작된 동영상과 강의 노트 등이지만 문제해결 능력을 키워주기 위해 웹서핑을 통해 추가적인 학습 자료를 찾도록 독려하였다.
특히 사후설문조사는 자기 평가 설문조사, 팀 평가 설문조사, 교과과정평가 설문조사로 구성되어 있다. 본 연구에 활용한 설문도구들은 최정빈 등(2015)이 선행 연구에서 제안한 플립러닝 교과목만족도 설문 문항을 참고하여 재구성하였으며 설문도구의 타당화를 위하여 교육학 박사 2명과 공학 박사 2명을 대상으로 설문도구에 대한 안면 타당화 과정을 거쳤다. 연구절차로는 선행연구(최정빈 외, 2015)에서 제안한 플립러닝 모형을 적용하여 1) 사전 학습(Pre-class), 2) 본 수업(In-class), 3) 사후학습(Post-class)의 세 단계로 수업을 운영하였으며 각 수업단계에서 학생들을 관찰하고 학생들의 반응을 조사하였다.
본 연구에서는 플립러닝에 대한 이해도와 만족도 조사를 위해 사전 설문조사와 사후 설문조사를 수행하였다. 특히 사후설문조사는 자기 평가 설문조사, 팀 평가 설문조사, 교과과정평가 설문조사로 구성되어 있다.
다. 사후 학습(Post-class)본 수업 후에는 학생들에게 사후 설문조사를 수행하였다. 사후 설문도구는 학생들에게 “이번 학기에는 고체역학 교과목을 플립러닝으로 진행하였습니다.
, 2013/²⁰¹⁴⁾. 첫째, 플립러닝은 사전 학습이 매우 중요하기 때문에 학생들에게 제공된 동영상을 요약하거나 동영상에 몇 가지 질문을 포함시켜 답하게 하여 사전 학습의 수행 여부를 확인한다. 만약 사전학습을 수행하지 않은 학생에게는 별도의 시간을 주어 학습시킨 다음 본 수업에 참여하게 한다.
효율적인 수업 진행을 위해 5∼6명으로 팀을 구성하였으며 팀장, 서기, 팀원을 정해 역할을 분담시켰다.

대상 데이터

둘째, 본 연구는 K 공과대학교 기계공학과 수강생 32명을 대상으로 하였다. 연구 대상을 선정하는데 있어서 비확률적 표본 추출인 임의적 표집을 하였기 때문에 연구 대상 집단 고유의 특성이 있을 수 있다.
본 연구는 K 공과대학교 기계공학과에서 개설한 고체역학 수업을 수강한 32명을 대상으로 하였다. 수강생의 구성은 2학년 23명, 3학년 5명, 4학년 4명으로 구성되어 있으며 남학생 29명이고 여학생 3명이다.
5에는 사후 자기 평가 설문도구의 문항 별 분석 결과들이 나타나 있다. 사후 설문도구에는 수업에 참여한 32명의 학생이 답하였다. 여기에서 보면 “팀 활동에 성실히 참여했습니까?”라는 질문에 대해 Top 2는 96.
본 연구는 K 공과대학교 기계공학과에서 개설한 고체역학 수업을 수강한 32명을 대상으로 하였다. 수강생의 구성은 2학년 23명, 3학년 5명, 4학년 4명으로 구성되어 있으며 남학생 29명이고 여학생 3명이다.

성능/효과

셋째, 학습 내용을 동영상으로 제작해야 하므로 교수에게는 수업 준비에 큰 부담감을 준다. 넷째, 사전 학습을 통해 학습 내용을 미리 습득해야 하므로 학생에게 학습에 대한 과도한 부담감을 줄 수 있다. 다섯째, 수업의 많은 시간을 토론에 할애하기 때문에 계획된 강의 진도를 맞추기 어렵다.
넷째, 플립러닝 교육과정 설문도구의 여섯 문항에 대한 Top2의 평균은 79.7%, Bottom 2의 평균은 4.7%, 원점수의 평균은 3.94로 나타났으며 학생들은 플립러닝을 통해 수업 집중도와 학업 능력을 향상시킬 수 있었고 다수의 학생들이 향후 플립러닝으로 진행되는 교과목이 개설되면 다시 신청하거나 다른 학생에게도 권하겠다고 하였다.
둘째, 사후 자기 평가 설문도구의 다섯 문항에 대한 Top 2의 평균은 74.9%, Bottom 2의 평균은 3.8%, 원점수의 평균은 4.02로 나타났으며 학생들은 팀 활동에 성실히 참여하고 팀원들과 원활한 토론을 하였지만 철저한 사전 학습을 통해 의사소통 능력을 키우는 것이 필요하다고 하였다.
1에 나타난 First flipped learning model(최정빈 외, 2015)과 같은 교수학습 모형을 적용하면 학생들의 학습 형태를 바꾸어 높은 인지적 수준의 학습이 가능하다. 둘째, 플립러닝은 보고, 듣고, 메모하는 전통적인 수업에 비해 교수가 학생과 직접 또는 소규모 그룹으로 코칭하고 질의응답에 시간을 할애할 수 있기 때문에 학생들과 긴밀한 관계를 맺을 수 있다. 셋째, 교수는 학생들의 학습 수준을 정확하게 파악할 수 있기 때문에 학생에게 적절한 수준 별 학습지도가 가능하다.
첫째, 플립러닝은 자율적인 학습과 토론에 익숙하지 않은 학생들에게는 적합하지 않다. 둘째, 플립러닝은 인문학 등의 교양 교과목에 적용하기 좋은 교수법으로 공학 분야의 전공교과목에 적용하기에는 적합하지 않다. 셋째, 학습 내용을 동영상으로 제작해야 하므로 교수에게는 수업 준비에 큰 부담감을 준다.
이는 학생들이 전공교과목을 강의식 중심으로 배워왔기 때문에 새로운 교수법에 대한 기대감이 긍정적 효과(김현주, 2016)로 작용했을 것이라고 해석할 수 있다. 둘째, 플립러닝을 수행할 때 학생들은 팀 활동에 성실히 참여하였지만 토론에 대한 경험 부족으로 원활한 토론의 진행에 어려움을 느껴 체계적인 토론 지도가 필요하다고 분석되었다. 김경(2018)은 선행연구를 통해 학습자의 토론효능감이 플립러닝의 학업 성취에 긍정적인 영향을 준다는 결과를 보고한 바 있다.
만약 사전학습을 수행하지 않은 학생에게는 별도의 시간을 주어 학습시킨 다음 본 수업에 참여하게 한다. 둘째, 학습 주제와 관련된 동영상은 교수가 직접 제작하여 학생들에게 제공함으로써 학생들과 교감할 수 있는 기회를 가져야 한다. 사전 학습으로 제공된 동영상은 학생들이 지속적으로 집중할 수 있는 시간을 고려하며 학년 당 1분에서 1분 30초 정도의 길이로 제작하는 것이 좋다.
여기에서 보면 대부분의 학생들이 사전 학습을 충실히 수행하여 팀원들과 활발한 토론이 진행되었다. 또한 질의응답 시간에도 적극적으로 참여하여 미해결된 학습 내용에 대해 질문하였으며 해당 차시의 중요한 학습 내용을 정리할 때도 높은 수업 집중도를 보였다.
둘째, 플립러닝은 보고, 듣고, 메모하는 전통적인 수업에 비해 교수가 학생과 직접 또는 소규모 그룹으로 코칭하고 질의응답에 시간을 할애할 수 있기 때문에 학생들과 긴밀한 관계를 맺을 수 있다. 셋째, 교수는 학생들의 학습 수준을 정확하게 파악할 수 있기 때문에 학생에게 적절한 수준 별 학습지도가 가능하다. 넷째, 교수는 학습 분위기를 조성하여 지식과 정보의 전달 뿐 아니라 학생들을 능동적인 학습자로 훈련시킬수 있다.
셋째, 사후 팀 별 평가 설문도구의 다섯 문항에 대한 Top 2의 평균은 86.9%, Bottom 2의 평균은 4.4%, 원점수의 평균은 4.26으로 나타났으며 학생들은 팀원들이 팀 활동에 성실히 참여하고 팀원들이 토론을 독점하지 않고 다른 팀원의 발언을 경청하였지만 효과적인 팀 토론 활동을 위해서는 철저한 자료 조사가 수행되어야 한다고 하였다.
둘째, 플립러닝은 인문학 등의 교양 교과목에 적용하기 좋은 교수법으로 공학 분야의 전공교과목에 적용하기에는 적합하지 않다. 셋째, 학습 내용을 동영상으로 제작해야 하므로 교수에게는 수업 준비에 큰 부담감을 준다. 넷째, 사전 학습을 통해 학습 내용을 미리 습득해야 하므로 학생에게 학습에 대한 과도한 부담감을 줄 수 있다.
Table 7에는 (a) 주평면과 주응력이 무엇인가? (b) 최대전단응력 및 최대전단응력이 중요한 이유는 무엇인가? 라는 토론주제에 대한 3조의 토론 내용이 나타나 있다. 여기에서 보면 학생들은 사전 학습을 통해 응력 개념을 명확하게 이해하고 주평면과 주응력에 대해서도 충분히 설명하고 있기 때문에 유사 문제들이 주어진 경우에 충분히 해결할 수 있는 능력을 갖추고 있는 것으로 판단되었다.
(b) 모아원은 어떻게 그리는가? 라는 토론 주제에 대한 5조의 토론 내용이 나타나 있다. 여기에서 보면 학생들은 사전학습을 통해 응력변환방정식을 명확하게 이해하고 한 점에서의 응력이 주어진 경우 변환된 응력 정보를 얻을 수 있는 모아 원을 그리는 방법도 충분히 숙지하고 있는 것으로 판단되었다.
본 연구에서는 공학 분야의 전공교과목인 고체역학을 플립러닝으로 진행한 사례를 소개하고 사전 및 사후 설문도구 평가 결과를 분석하여 도출한 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 사전 설문도구의 다섯 문항에 대한 Top 2의 평균은 87.5%, Bottom 2의 평균은 0%, 원점수의 평균은 4.20으로 나타났으며 학생들은 플립러닝이 고체역학의 전공 지식을 습득하는데 매우 효과적일 것이라고 기대하였다.
이러한 연구 결과를 바탕으로 공학 분야의 전공교과목 운영을 플립러닝을 기반으로 진행할 때의 시사점을 논의하면 다음과 같다. 첫째, 사전 설문을 통해 플립러닝이 전공 지식을 습득하는데 매우 효과적일 것이라는 기대감이 큰 것으로 분석되었다. 이는 학생들이 전공교과목을 강의식 중심으로 배워왔기 때문에 새로운 교수법에 대한 기대감이 긍정적 효과(김현주, 2016)로 작용했을 것이라고 해석할 수 있다.
그러나 공학 분야의 전공교과목에 플립러닝을 적용할 때 발생할 수 있는 선입견과 오해는 다음과 같다. 첫째, 플립러닝은 자율적인 학습과 토론에 익숙하지 않은 학생들에게는 적합하지 않다. 둘째, 플립러닝은 인문학 등의 교양 교과목에 적용하기 좋은 교수법으로 공학 분야의 전공교과목에 적용하기에는 적합하지 않다.

후속연구

연구 대상을 선정하는데 있어서 비확률적 표본 추출인 임의적 표집을 하였기 때문에 연구 대상 집단 고유의 특성이 있을 수 있다. 추후 연구에서는 표본 추출을 좀 더 체계적으로 수행하는 것이 필요하다.
따라서 플립러닝의 수강과 관련이 있을 수 있는 토론효능감, 사전학습 인지 수준 등 학습자의 개인 변인에 따라 효과가 달라질 수 있다. 추후 연구에서는 학습자 개인 특성 변인에 따른 플립러닝의 효과를 연구해 볼 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대학은 학생들의 역량을 키워주기 위한 새로운 교수법을 시도하려는 이유는 무엇인가	기업에서는 도전정신, 전문성, 창의성, 혁신, 성과창출, 소통, 팀워크, 글로벌의식 등을 겸비한 인재를 요구하고 있다(오헌석 외, 2015; WEF, 2016; 허지숙, 2017). 기업에서 요구하는 인재상은 기존의 전통적인 강의식 수업만으로 길러지기 어렵기 때문에 대학은 학생들의 역량을 키워주기 위한 새로운 교수법을 적용하려고 시도하고 있다.
	표본 추출을 좀 더 체계적으로 수행하는 것이 필요한 이유는 무엇인가?	둘째, 본 연구는 K 공과대학교 기계공학과 수강생 32명을 대상으로 하였다. 연구 대상을 선정하는데 있어서 비확률적 표본 추출인 임의적 표집을 하였기 때문에 연구 대상 집단 고유의 특성이 있을 수 있다. 추후 연구에서는 표본 추출을 좀 더 체계적으로 수행하는 것이 필요하다.
	플립러닝이란?	최근에는 학생들의 수업 참여도와 수업 집중도를 높이고 팀 별 활동으로 의사소통 능력과 협동심을 키워주며 문제해결 능력과 자기주도적 학습 능력을 증진시키는 플립러닝이 많은 관심을 받고 있다. 플립러닝은 수업 전에 동영상 등의 콘텐츠를 활용하여 수업 내용을 미리 습득하고 본 수업에서는 학생 간 또는 교수와 학생 간의 다양한 상호작용을 통해 수업 목표를 달성하는 교수법이다(Bergmann et al., 2012).

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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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