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문제 정의
- 과학자들이 역사적으로 직면했던 문제에 대한 고민과 학생들이 당연하게 받아들여 왔던 다양한 수학 및 물리 개념들에 대한 재고를 통해 수학적으로 사고하는 방식과 물리적 개념의 이해도 향상과 함께 문제제기와 문제해결력 향상의 교수법을 개발하고자 하였다.
- 둘째, 많은 물리 현상을 지배하는 미분방정식의 중요성을 체득하는 것을 목표로 실험 프로젝트를 수행한다. 수업시간에 주어진 재료를 이용해 계란을 떨어뜨렸을 때 깨뜨리지 않도록 하는 지지대를 만드는 소그룹 실험을 수행하고, 이후 이 현상을 지배하는 미분방정식 수립 및 풀이에 대해 논의하는 프로젝트를 진행으로써 공대에서 미분의 중요성에 대해 인식하고 2학년 ‘공학수학’, 3학년 ‘수치해석’ 강좌의 수강에 대한 동기를 부여한다.
- 본 강좌의 개발은 지식전달 위주의 수업에서 학생들이 호기심을 가지고 강의와 전공 문제에 접근할 수 있는 수업으로 전환하고 창의적 사고를 강화하는 교육환경을 조성하기 위한 목적을 가진다.
- 본 강좌의 주제는 원자핵공학에 필요한 수학적 사고 및 물리적 개념 이해를 향상시키며, 원자핵공학의 주요 분야와 분야별 현안에 대해 소개하는 것이다. 수학과 물리 개념을 이해하기 위해 인류가 과학을 발전시켜온 역사를 되짚어 봄으로써 흥미로운 문제를 제기하고, 원자핵공학의 세 분야(원자력시스템, 핵융합 및 플라즈마, 방사선)를 소개하며 이의 주요 이슈를 검토한다.
- 수업시간에 그룹 단위로 학습을 도입하여 참여와 토론, 동료 학습을 강조한 소집단 교육방법을 도입하며, 과학 및 공학의 발전을 검토하여 학제 간 융합을 이끌어낼 수 있는 능력을 배양할 수 있는 교수법을 개발하는데 목적을 두었다.
- 이 소그룹 실험프로젝트는 요한 베르누이의 Brachistochrone problem을 통해 미분의 개념에 대해 다루기 전에 수행하여 대부분의 물리 문제가 미분방정식 형태로 표현됨을 스스로 깨닫게 하고, 이를 풀기 위해서는 2학년 ‘공학수학’에서 해석적 방법을 배울 필요가 있고, 더 나아가 3학년 ‘수치해석’에서 컴퓨터 프로그래밍이 필요함을 인식시키는 등 학과 교과과정의 구성을 이해하도록 하는 것을 목표로 한다.
- 이 수업의 과정과 수업방법에 대한 학생들의 의견을 통해 적용한 방법에 대한 평가를 시도하였다. 수업 후 학생설문을 통해 적용한 방법의 장단점과 효과에 대해 개방형 질문방식으로 조사를 진행하였다.
- 이 연구는 학습자중심교육의 확대를 위해서는 새로운 교수법 교육과 우수 수업사례 모델링이 필요하다는 Kember(2009)의 주장에 근거하여, 실제 수업사례를 공유하기 위한 목적으로 진행되었다.
- 이 연구에서는 ‘원자핵공학의 미래’에 네 가지 형태의 소그룹 활동을 도입하여 학습자중심교육을 강화하도록 강좌를 설계하였다. 이 연구에서는 2014년 2학기부터 2017년 2학기 까지 4년간 적용과정 사례와 2016년과 2017년 2년간의 학생 평가결과를 제시하였다.
- 마지막으로 ‘원자력은 필요한가?’에 대한 찬반그룹 토론을 수행하여 원자력의 장단점과 사회적수용성을 학생들이 스스로 조사하고 고민하도록 한다. 이러한 일련의 과정을 통해 학생들의 창의적 사고력, 문제제기 및 문제해결능력을 개발하고자 한다.
- 이에 본 연구는 소그룹활동의 대표적인 방법인 소그룹 토론 방법과 동료학습(peer-learning) 방법을 적용하여 학습자 간의 상호작용과 동료와의 협력을 향상시킨 사례를 제시하고, 이 방법의 효과성을 학생들의 설문을 통해 검토하고자 하였다. 이를 통해 전통적인 강의식 교육방법을 주로 수업에 적용하고 있는 교수들이 자신의 수업방법을 학습자중심의 수업방법으로 전환하는데 실질적인 도움을 줄 수 있는 사례를 제공하고자 하였다.
- 이에 본 연구는 소그룹활동의 대표적인 방법인 소그룹 토론 방법과 동료학습(peer-learning) 방법을 적용하여 학습자 간의 상호작용과 동료와의 협력을 향상시킨 사례를 제시하고, 이 방법의 효과성을 학생들의 설문을 통해 검토하고자 하였다. 이를 통해 전통적인 강의식 교육방법을 주로 수업에 적용하고 있는 교수들이 자신의 수업방법을 학습자중심의 수업방법으로 전환하는데 실질적인 도움을 줄 수 있는 사례를 제공하고자 하였다.
- 학생들에게 문제를 제시해줌으로써 수업에 대한 흥미를 유발하고자 하였으며, 동료와 의견을 교류하도록 하였다. 이에 학생들은 자기의 사고의 틀에서 벗어나 자유롭게 동료와 협력하여 다양한 시각에서 문제를 해결하고자 하였다. 다만 학생들에게 제시되는 문제는 학생들의 수준을 고려하여 난이도를 고려해야할 필요가 있다.
- 수학과 물리 개념을 이해하기 위해 인류가 과학을 발전시켜온 역사를 되짚어 봄으로써 흥미로운 문제를 제기하고, 원자핵공학의 세 분야(원자력시스템, 핵융합 및 플라즈마, 방사선)를 소개하며 이의 주요 이슈를 검토한다. 이와 함께 서울대학교 원자핵공학과 대학원에서 구체적으로 다루는 연구주제와 이를 해결하기 위해 도입한 방법론들을 소개한다. 마지막으로 ‘원자력은 필요한가?’에 대한 찬반그룹 토론을 수행하여 원자력의 장단점과 사회적수용성을 학생들이 스스로 조사하고 고민하도록 한다.
- 소그룹 문제풀이 활동에서 1905년 아인슈타인의 등장과 상대성이론 및 E = mc2, 양자역학 등에 대한 논의가 끝나면 원자핵공학의 기초가 어느 정도 준비되었기 때문에 학과의 세 전공 분야인 원자력시스템, 핵융합 및 플라즈마, 방사선에 대해 각각 전공 교수들이 소개하는 시간을 가진다. 이후 세 전공에 대해 구체적으로 어떤 문제들을 다루고 있는지와 이러한 문제를 해결하기 위해 어떤 접근방법들을 택하고 있는지 각 분야의 대학원생들이 소개한다. 예를 들어, 대학원생은 [Ender's Game]이라는 영화를 소개하고 영화에서 실전을 하기 전에 가상현실에서 시뮬레이션을 하는 것에 착안하여 고비용이 드는 핵융합 플라즈마를 실험하기에 앞서 컴퓨터 코드를 통해 시뮬레이션을 하는 것을 소개한다.
- 토론수업을 진행하기 이전 철저한 자료조사를 요구한다. 토론활동을 수행하고 소그룹별 소감을 서로 나눔으로써 전공의 사회적 수용성과 공학도로서의 사회적 책임에 대해 고민하게 하며 토론에 사용한 자료의 다양성과 신빙성의 중요성에 대해 논의하도록 한다.
- 학기말 보고 서는 실험 프로젝트 결과와 더불어 프로젝트 진행 시 소집단 내 역할 및 각각 조원들에 대한 간략한 평가와 칭찬하기, 우리 팀에서 가장 돋보였던 조원 1명을 추천하고 이유 제시하기 (조원이 많을 경우 2명까지 추천), 차후 ‘원자핵공학의 미래’ 강좌에 추천할 만한 과학/공학 문제 제시하기로 구성한다. 특히 peer-review를 평가항목에 추가함으로써 학습자중심 교수법을 강화하고자 한다.
- 특히 소그룹 발표와 동료 논의활동 및 선배들의 발표와 만남의 시간을 적극적으로 활용하는 방법을 통해서 조교의 부족과 학생수의 과다로 교수자의 적극적인 피드백이 적을 수 있다는 문제를 보완하기 위해 노력하였다. 학생들은 이 방법의 적용을 통해 수업에 호기심을 가지고 적극적으로 참여하게 되었으며, 동료와의 협업과 자기주도적 학습이 가능하였다는 점에 대해 높이 평가하였다.
- 첫 번째 학습활동에 대한 학생들의 설문조사 결과는 Table 5 와 같이 나타났다. 학생들에게 문제를 제시해줌으로써 수업에 대한 흥미를 유발하고자 하였으며, 동료와 의견을 교류하도록 하였다. 이에 학생들은 자기의 사고의 틀에서 벗어나 자유롭게 동료와 협력하여 다양한 시각에서 문제를 해결하고자 하였다.
- 특히 소그룹 발표와 동료 논의활동 및 선배들의 발표와 만남의 시간을 적극적으로 활용하는 방법을 통해서 조교의 부족과 학생수의 과다로 교수자의 적극적인 피드백이 적을 수 있다는 문제를 보완하기 위해 노력하였다. 학생들은 이 방법의 적용을 통해 수업에 호기심을 가지고 적극적으로 참여하게 되었으며, 동료와의 협업과 자기주도적 학습이 가능하였다는 점에 대해 높이 평가하였다. 이와 더불어 수업결과 문제해결력과 사고력 향상에 큰 도움이 되었다고 평가하였다.
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