4차 산업혁명 시대 기계공학 분야 엔지니어에게 필요한 역량과 교육에 관한 델파이 연구 A Delphi Study on Competencies of Mechanical Engineer and Education in the era of the Fourth Industrial Revolution원문보기
In the era of the fourth industrial revolution, the world is undergoing rapid social change. The purpose of this study is to predict the expected changes and necessary competencies and desired curriculum and teaching methods in the field of mechanical engineering in the near future. The research met...
In the era of the fourth industrial revolution, the world is undergoing rapid social change. The purpose of this study is to predict the expected changes and necessary competencies and desired curriculum and teaching methods in the field of mechanical engineering in the near future. The research method was a Delphi study. It was conducted three times with 20 mechanical engineering experts. The results of the study are as follows: In the field of mechanical engineering, it will be increased the situational awareness by the use of measurement sensors, development of computer applications, flexibility and optimization by user's needs and mechanical equipment, and demand for robots equipped with AI. The mechanical engineer's career perspectives will be positive, but if it is stable, it will be a crisis. Therefore active response is needed. The competencies required in the field of mechanical engineering include collaborative skills, complex problem solving skills, self-directed learning skills, problem finding skills, creativity, communication skills, convergent thinking skills, and system engineering skills. The undergraduate curriculum to achieve above competencies includes four major dynamics, basic science, programming coding education, convergence education, data processing education, and cyber physical system education. Preferred mechanical engineering teaching methods include project-based learning, hands-on education, problem-based learning, team-based collaborative learning, experiment-based education, and software-assisted education. The mechanical engineering community and the government should be concerned about the education for mechanical engineers with the necessary competencies in the era of the 4th Industrial Revolution, which will make global competitiveness in the mechanical engineering fields.
In the era of the fourth industrial revolution, the world is undergoing rapid social change. The purpose of this study is to predict the expected changes and necessary competencies and desired curriculum and teaching methods in the field of mechanical engineering in the near future. The research method was a Delphi study. It was conducted three times with 20 mechanical engineering experts. The results of the study are as follows: In the field of mechanical engineering, it will be increased the situational awareness by the use of measurement sensors, development of computer applications, flexibility and optimization by user's needs and mechanical equipment, and demand for robots equipped with AI. The mechanical engineer's career perspectives will be positive, but if it is stable, it will be a crisis. Therefore active response is needed. The competencies required in the field of mechanical engineering include collaborative skills, complex problem solving skills, self-directed learning skills, problem finding skills, creativity, communication skills, convergent thinking skills, and system engineering skills. The undergraduate curriculum to achieve above competencies includes four major dynamics, basic science, programming coding education, convergence education, data processing education, and cyber physical system education. Preferred mechanical engineering teaching methods include project-based learning, hands-on education, problem-based learning, team-based collaborative learning, experiment-based education, and software-assisted education. The mechanical engineering community and the government should be concerned about the education for mechanical engineers with the necessary competencies in the era of the 4th Industrial Revolution, which will make global competitiveness in the mechanical engineering fields.
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문제 정의
가까운 미래 기계공학분야의 변화와 직업 전망 및 기계공학분야에 필요한 직업역량을 파악하고 이 역량을 키우기 위한 교육과정 및 교육방법을 알아보기 위해 이번 연구에서는 전문가들을 활용한 델파이 연구방법을 실시하였다. 델파이 연구는 해당 분야 전문가 패널의 의견을 수렴하여 미래에 대한 예측과 의사결정을 하는 연구 방법이다.
교육이 사회적 변화에 대응하는 핵심 역량을 키워주지 못하면 개인과 사회는 실업과 소득격차, 사회적 불안 등을 겪을 가능성이 높다. 이번 연구는 기계공학 전문가 집단을 대상으로 4차 산업혁명 시대 기계공학의 예상되는 변화와 직업 전망, 필요한 역량과 이를 교육하기 위한 교육과정과 교육방법에 대해 델파이 방법을 통해 탐색해 보았다.
본 연구의 제한점 및 후속 연구를 위한 제언은 다음과 같다. 이번 연구는 기계공학분야의 소수의 전문가를 대상으로 가까운 미래 기계공학 분야의 미래 전망과 필요한 직업 역량을 예측해보고 이와 같은 역량을 개발하기 위해 필요한 교육과정과 교육방법을 탐색해 보았다. 그러나 소수의 전문가를 대상으로 하였으므로 해당 전문가의 분야별 관점과 학교나 산업체 환경에 따라 이견이 있을 수 있어 이번 연구결과를 일반화하는데 한계가 있다.
이번 연구의 목적은 4차 산업혁명 시대를 맞아 기계공학의 변화와 일의 세계를 전망하고 4차 산업혁명 시대에 요구되는 역량을 선정하여 이를 교육하는데 적합한 교육과정 개발과 교육방법을 제안하는데 있다.
제안 방법
3차 델파이 조사에서는 2차 델파이 조사 결과를 요약하여 사용하였다. 2차 결과를 전문가들에게 제시할 때, 중앙치는 M, 사분범위(interquartile range)1)는【 】로 표시하여 제공하였고, 내용타당도 비율(Content Validity Ratio: CVR)과 본인의 이전 응답을 X로 표시하여 제공하였다. 이 자료를 기초로 각 항목에 대한 본인 응답의 수정 여부에 대해 체크를 요청하여 전문가들의 의견을 수렴하였다.
0/5점 만점) 인식하여 기계공학 엔지니어의 역할이 변화할 것을 예측하였다. 다양한 에너지원을 개발하고 효율적 에너지생산 분야가 점점 더 성장 발전하게 될 것이며(3.9/5점 만점), 정교하고 정확한 대규모 시뮬레이션을 활용하게 될 것(3.8/5점 만점)이며, 글로벌 시장의 수요도 증가할 것(3.7/5점 만점)으로 예측하였다.
이 5가지 개방형 질문들을 활용하여 1차 델파이 조사에서 전문가들의 응답을 수집하였고, 응답 내용을 심층 분석하여 85개의 항목을 추출하였다. 이 85개 항목은 기계공학 관련 예상되는 변화에 대한 문항 21개, 가까운 미래 기계공학 분야 직업전망 관련 문항 13개, 기계공학분야에 필요한 직업역량 관련 17개, 그리고 직업적 역량을 갖추기 위한 교육과정 관련 문항 20개, 가까운 미래 기계공학 교육을 위한 바람직한 교육방법에 관한 14개 문항으로 구성되었다.
이번 델파이 연구의 설문지 초안은 기계공학 전문가와 교육학 전문가의 2차에 걸친 회의와 기계공학 분야의 미래변화와 교육에 관한 선행연구 자료 검토를 통해 개방형 질문으로 구성하였다. 여기서 구성된 개방형 질문은 아래의 5가지이다.
05수준에서 패널 수에 따른 최소값 이상의 CVR 값을 가진 항목들만이 내용타당도가 있다고 판단할 수 있게 된다(Lawshe, 1975: 567-568). 패널 수에 따른 CVR값의 최소값 기준을 고려할 때 패널의 수가 20명인 경우 CVR값이 0.42 미만인 값의 문항은 타당도가 없다고 판단되므로 이를 기준으로 유의한 항목들을 선정하였다. 최종적으로 채택된 항목은 미래 기계공학 분야에서 예상되는 변화 14항목, 미래 기계분야의 직업 전망 9항목, 기계분야 엔지니어에게 필요한 역량 12항목, 미래 역량개발을 위해 필요한 교육과정에 대한 전망 13항목, 교육방법에 대한 전망 8항목으로 총 56개의 항목들이 선정되었다.
대상 데이터
델파이 연구는 주제와 관련된 전문가 패널의 의견을 수렴하여 예측하는 연구방법으로 해당 연구에 대해 충분히 의견을 제시할수 있는 전문가 구성이 중요하다. 이번 연구의 패널은 국내외 기계공학 교육의 전문가 집단으로 구성하였으며 대학과 산업체, 연구소 등에서 미래 기계공학교육에 주요한 역할을 담당하고 있는 분들이다. 이번 연구에 참여한 패널은 Table 2와 같다.
성능/효과
기계분야 직업 전망에 따라 기계공학 분야에 필요한 직업 역량은 협업능력, 복잡한 문제해결능력, 자기주도적 학습능력, 새로운 문제도출 능력, 창의력, 커뮤니케이션 스킬, 다양한 분야에 대한 융합적 사고능력, 시스템 이해 능력, cyber physical system에 대한 능력, 빅데이터 이해 및 활용능력, 새로운 소재와 재료의 응용 능력, 경제성 평가에 대한 이해력 등이 필요한 것으로 나타났다.
기계공학내에서 새로운 분야가 점점 더 확대될 것이므로 기계 공학을 기반으로 다른 첨단 분야에 대한 이해를 가진 인력 수요가 증가할 것이며, 항공우주산업, 드론, 로봇, 플랜트 관련 산업 등이 지속적으로 발전할 것이다. 다양한 에너지원을 개발하며 효율적 에너지 생산 분야가 점점 더 성장 발전하게 될 것이며, 정교하고 정확한 대규모 시뮬레이션을 활용하게 될 것이므로 글로벌 시장의 수요가 점점 더 증가할 것으로 예측하였다. 기계공학 교육 공동체는 이와 같은 시대적 수요에 대비하여 필요한 전문 역량을 갖춘 졸업생을 양성하기 위해 교육적 관심과 노력이 필요하다.
3/5점 만점) 등의 순위로 나타났다. 더불어 물리현상에 기반 하는 기계공학의 근본은 변하지 않는다(4.3/5점 만점)는 의견도 채택되었으며, 통계 기반의 분석 및 control 증대(4.1/5점 만점), 복잡한 기계부품들이 전기적인 요소들과 결합(4.0/5점 만점), complex system설계로 기존 제품의 성능 확장(4.0/5점 만점), 에너지 생산 분야의 발전(3.9/5점 만점), Multi-physics 해석 증대(3.9/5점 만점), 정교하고 정확한 대규모 시뮬레이션활용(3.8/5점 만점) 등이 선정되었다.
이상과 같은 미래 기계공학 분야의 직업적 역량을 갖추기 위한 교육과정으로 4대 역학(고체/동/유체/열역학), 기초과학, 프로그래밍 코딩 교육, 다양한 학문간 융복합 교육, 데이터 처리 기술, cyber physical system 교육, 공학윤리, 수학(미적분), AI, 기계학습, 시스템 엔지니어링 교육, 수치해석 툴 활용 교육, 커뮤니케이션 교육 등이 필요한 것으로 나타났다. 일부 패널은 Virtual Reality교육이나 나노 관련 교육, 바이오 관련 교육, 의료분야(고령자, 장애인, 건강 및 삶의 질)에 관한 교육의 필요성을 제시 하였으나 학부 4년 동안 수강할 수 있는 과목은 제한될 수 밖에 없으므로 기초 과목에 충실해야 한다는 의견이 다수여서 채택되지 못하였다.
기계공학 분야의 직업적 역량을 갖추기 위해 필요한 교육과정으로 13개 항목이 선정되었으며 Table 7과 같다. 첫째, 4대역학(고체/동/유체/열역학)(4.6/5점 만점)이 가장 높았고, 기초과학(물리, 화학, 생물 등)(4.3/5점 만점), 다양한 학문간 융복합 교육(4.3/5점 만점)과 프로그래밍/코딩 교육 (4.2/5점 만점)이 같은 순위로 나타났다. 데이터 처리 기술 교육(예: 빅데이터 활용 교육)(4.
가까운 미래에 기계공학 분야의 직업전망으로 9개 항목이 채택되었으며 Table 5와 같다. 첫째, 기계공학을 기반으로 다른 첨단 분야에 대한 이해를 가진 인력 수요가 증가할 것이다(4.6/5점 만점)가 가장 높았고, 기계공학 내에서 새로운 분야가 점점 더 확대될 것이다(4.4/5점 만점), 기계분야의 항공우주산업, 드론, 로봇, 플랜트, 등이 지속적으로 발전할 것이다(4.3/5점 만점), 전통적인 기계 분야에 머물러 있다면 위기일 수 있다(4.1/5점 만점)는 우려도 있었으나 기계공학 분야의 직업 전망은 대체로 긍정적이었다. 앞으로 기계공학 엔지니어는 복잡한 시스템을 다루는 매니저로서 역할을 하게 될 것으로(4.
기계공학 분야의 미래 직업 역량을 갖추기 위해 적합한 교육방법으로 8개 항목이 선정되었으며 Table 8과 같다.첫째, 프로젝트 기반의 설계 교육(4.7/5점 만점)이 가장 높았고, Hands on교육(프로토타입 제작 등)(4.5/5점 만점), 문제기반학습(Problem Based Learning)(4.3/5점 만점)과 팀 기반의 협동학습(4.3/5점 만점), 실험 중심의 교육(4.1/5점 만점), 소프트웨어 프로그램 활용 교육(4.1/5점 만점), 토론식 수업(4.0/5점 만점), 현장 실습(3.8/5점 만점)등이 선정되었다. 그러나 Flipped Learning, VR(Virtual Reality) 활용 교육, AR(augmented reality,증강현실) 활용교육, CAD를 활용한 수업 등은 전문가들 간의 편차가 커서 이번 연구에서는 선정되지 못하였다.
42 미만인 값의 문항은 타당도가 없다고 판단되므로 이를 기준으로 유의한 항목들을 선정하였다. 최종적으로 채택된 항목은 미래 기계공학 분야에서 예상되는 변화 14항목, 미래 기계분야의 직업 전망 9항목, 기계분야 엔지니어에게 필요한 역량 12항목, 미래 역량개발을 위해 필요한 교육과정에 대한 전망 13항목, 교육방법에 대한 전망 8항목으로 총 56개의 항목들이 선정되었다.
특히 소통능력에 대한 산업체의 입장과 교육기관의 입장 차이가 컸는데 산업체는 52%가 졸업생의 ‘소통능력’이 약하다고 인식하는 반면, 고등교육 기관 관계자는 65%가 충분하다고 인식하였다.
후속연구
이번 연구는 기계공학분야의 소수의 전문가를 대상으로 가까운 미래 기계공학 분야의 미래 전망과 필요한 직업 역량을 예측해보고 이와 같은 역량을 개발하기 위해 필요한 교육과정과 교육방법을 탐색해 보았다. 그러나 소수의 전문가를 대상으로 하였으므로 해당 전문가의 분야별 관점과 학교나 산업체 환경에 따라 이견이 있을 수 있어 이번 연구결과를 일반화하는데 한계가 있다.
이와 같은 상황에서 기계공학의 직업전망은 대체로 긍정적이나 그대로 머물러 있으면 위기일 수도 있어서 이에 대한 적극적 대응이 필요하다. 기계공학내에서 새로운 분야가 점점 더 확대될 것이므로 기계 공학을 기반으로 다른 첨단 분야에 대한 이해를 가진 인력 수요가 증가할 것이며, 항공우주산업, 드론, 로봇, 플랜트 관련 산업 등이 지속적으로 발전할 것이다. 다양한 에너지원을 개발하며 효율적 에너지 생산 분야가 점점 더 성장 발전하게 될 것이며, 정교하고 정확한 대규모 시뮬레이션을 활용하게 될 것이므로 글로벌 시장의 수요가 점점 더 증가할 것으로 예측하였다.
이번 연구를 기초로 기계공학 분야의 좀 더 많은 현장 전문가들이 참여하는 후속 연구가 진행된다면 기계공학 분야의 미래와 직업역량에 대한 정교한 예측이 가능할 것이다. 또한 미래에 필요한 역량을 갖춘 기계공학 분야 인재양성을 위한 적극적인 정책적 방안을 모색하고 교육현장에서 교육과정 운영과 교육방법에서 변화가 일어난다면 4차 산업혁명시대 우리나라 기계공학 분야가 국제적으로 선도적 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구를 기초로 기계공학 분야의 좀 더 많은 현장 전문가들이 참여하는 후속 연구가 진행된다면 기계공학 분야의 미래와 직업역량에 대한 정교한 예측이 가능할 것이다. 또한 미래에 필요한 역량을 갖춘 기계공학 분야 인재양성을 위한 적극적인 정책적 방안을 모색하고 교육현장에서 교육과정 운영과 교육방법에서 변화가 일어난다면 4차 산업혁명시대 우리나라 기계공학 분야가 국제적으로 선도적 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (10)
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