선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이 연구는 2015 개정 교육과정의 전문교과 Ⅱ에서 화학공업 전문 교과의 실무과목인 화학공정유지운영 교과를 위해 액위제어 실험장치를 개발하고 이를 수업에 적용할 수 있는 체험활동과제를 개발하는 것이다.
- 이 연구는 특성화고 화학공업 교육에서 활용할 수 있는 액위제어 실험장치개발 및 수업 적용을 주제로 한 체험활동 중심의 과제를 개발하는 데 그 목적이 있으며 개발 절차는 정진우(2012)의 체험활동 과제 개발 절차의 준비, 개발, 개선 단계를 기반으로 한다. 개선 단계에 개발된 체험활동 과제를 수업에 적용해보는 실행 단계를 추가하여 [그림 1]과 같은 절차로 연구를 진행한다.
- 이 연구의 목적은 화학공업을 공부하는 학생들이 액위제어를 쉽게 이해할 수 있도록, 조립형 액위제어 실험장치를 개발하고 이를 수업에 적용할 수 있는 체험활동과제를 개발하는 것이다. 이를 위해 NCS 기반 교육과정을 분석하여 액위제어와 관련된 학습 내용을 추출하였으며 고등학교 현장에 적용할 수 있도록 재구성하였다.
제안 방법
- ‘액위제어 실험장치 제작’ 체험활동과제에 대한 교수-학습자료 세부 내용의 전문가 검증을 위해, 이향림(2018)의 ‘특성화고 교재 개발 타당도 검사지’와 지애희(2019)의 ‘3차원 스케치 소프트웨어를 활용한 수업 프로그램 개발 및 적용 효과 타당도 검증 설문지’를 재구성하여 사용하였다.
- NCS 기반 ‘화학공정유지운영’ 실무과목의 내용을 분석하여 액위제어와 관련된 학습 내용들을 추출하였다.
- NCS 화학공정유지운영 학습 모듈에 제시된 목표와 내용을 분석하여 고등학교 학생들이 수업 가능한 학습모듈을 추출하였고 추출한 학습모듈 내용으로부터 교수-학습 지도안(정은숙, 2020, 부록 3)을 작성하였다. [그림 4]는 교수-학습 지도안의 예시이다.
- 공정 장치의 종류와 기호에 대한 내용은 ‘화학공정설계 및 도면의 이해’ 교과와 통합할 수 있는 내용이 포함되어 있으므로 NCS 학습 모듈과 실습 지시서 ‘화학공정설계 및 도면의 이해’의 교과서에 나온 예시들을 참고하여 수업을 진행하였다.
- 준비 단계에서는 2009, 2015 개정 화학공업 전공 교육과정에서 공정제어와 관련된 ‘화학공정유지운영’ 교과 분석을 통해 단원 성격, 내용요소와 성취기준을 확인한다. 그리고 공정제어 개념과 원리를 쉽게 파악할 수 있는 액위제어 실험장치를 개발할 수 있도록 기존 완성형 액위제어 실험장치를 분석한다.
- 작동 중에 관의 연결 부위에서 누수가 발생하여, 관을 분해하고 테플론 테이프로 관을 감아서 보완하였다. 글루건 심 찌꺼기가 관 속에 끌려 들어가 관이 막히는 현상이 발생하여 여러 번 관을 분해하고 재조립하였다. 제어 장치가 안정적으로 작동하게 되어 유량을 측정하고 탱크 배수 밸브를 10° 간격으로 조절하여 제어 상태를 확인하였으나, 유량 제어 상태가 확연하게 차이나지 않아서 45° 간격으로 하여 실습을 진행하였다.
- 기존 완성형 액위제어 실험장치의 장점을 최대한 살리면서 학생 수준에서 공정제어를 쉽게 이해할 수 있도록 조립·분리가능한 형태의 액위제어 실험장치를 설계하고 제작한다.
- 기존 완성형 액위제어 실험장치의 화학공정 흐름의 학습과 액위제어 조작에 따른 현상을 관찰ㆍ분석할 수 있다는 장점을 최대화하고 학생이 직접 화학공정을 구성할 수 없다는 단점을 보완하여 조립형 액위제어 실험장치를 구상하고 설계·제작하였다.
- 재구성된 교수-학습 자료를 기반으로 실습 지도안을 개발하였다. 기존 완제품 형태 액위제어 실험장치를 분석하여 장점은 최대한 살리고 단점을 보완한 새로운 조립형 액위제어 실험장치를 제작하였다. NCS 기반 ‘화학공정유지운영’ 실무과목의 내용을 분석하여 액위제어와 관련된 학습 내용들을 추출하였다.
- 또는 제어판으로 이어지는 전선들이 복잡하고 제어 장치 외부에 설치되어 있었으나, 이 전선들을 정리하고 제어 장치를 내부에 부착하는 형태로 개선하였다. 또한 탱크에 센서가 고정되지 않아 센서의 위치에 따라 제어되는 수위가 일정하지 않았는데, 플라스틱 관에 센서를 고정시키고 탱크 윗부분에 투입하여 센서의 위치를 고정하도록 개선하였다. 액위제어 실험장치 작동 중 발생하는 관 막힘 현상은 글루건 찌꺼기에 의한 것으로 글루건의 접합 과정에서 최대한 얇게 바를 수 있도록 주의를 주고 연습 시간을 주었다.
- 마이스터고 학생들과 수업을 실시한 후에 수업 만족도 조사를 실시하였다. 설문지는 박지연(2018), 유일환(2019)의 학습자 수업 만족도 설문지를 참고하여 재구성하였다.
- 설계하고 제작한 액위제어 실험장치를 활용할 수 있는 활동주제를 선정하고 체험활동과제의 수업 목표를 설정한다.
- 마이스터고 학생들과 수업을 실시한 후에 수업 만족도 조사를 실시하였다. 설문지는 박지연(2018), 유일환(2019)의 학습자 수업 만족도 설문지를 참고하여 재구성하였다. 흥미, 이해, 적절성 등 3개의 영역에 5단계 척도를 이용하여 설문을 하였다.
- 설정한 체험활동과제의 수업 목표에 맞게 공정제어와 관련된 수업 내용을 선정하고 수업 내용을 차시별로 구성하고 교사용 자료와 학생용 활동지, 평가 계획 등을 작성한다. 학생용 활동지는 실험결과를 정리하는 보고서와 학생이 작성한 공정흐름도도 포함되게 한다.
- 액위제어 실험장치를 활용하여 수업을 진행한 뒤 학생들에게 간단한 수업 만족도에 대한 설문으로 학생 평가를 진행한다. 수업 만족도 검사 도구는 박지연(2018)과 유일환(2019)이 각각 제시한 수업 만족도 설문지를 재구성하여 사용한다. 설문 결과를 바탕으로 액위제어 실험장치를 구조변경하고 교사용 수업 자료, 학생용 활동지, 체험활동 내용을 수정하고 보완하여 체험활동과제를 완성한다.
- 제어 장치가 안정적으로 작동하게 되어 유량을 측정하고 탱크 배수 밸브를 10° 간격으로 조절하여 제어 상태를 확인하였으나, 유량 제어 상태가 확연하게 차이나지 않아서 45° 간격으로 하여 실습을 진행하였다. 실습이 끝난 후 보고서를 작성하여 제출하게 하였다. [그림 7]은 ‘정상 운전하기’ 수행에서 학생 활동사진이며 [그림 8]은 실습 보고서 양식(정은숙, 2020, p.
- 액위제어 실험장치를 제작하기 전 화학공정 흐름도에 관한 학습이 필요하여 ‘공정 흐름도 파악’ 내용 영역에서‘ 공정흐름도 파악하기’ 요소를 수업내용으로 추출하였으며 액위제어 실험장치를 제작한 후 액위제어 동작을 확인하는 수업을 위해 ‘화학 공정 설비 운전’ 능력단위에서 ‘정상 운전하기’ 능력단위요소를 추출하였다.
- 액위제어 실험장치를 활용하여 수업을 진행한 뒤 학생들에게 간단한 수업 만족도에 대한 설문으로 학생 평가를 진행한다. 수업 만족도 검사 도구는 박지연(2018)과 유일환(2019)이 각각 제시한 수업 만족도 설문지를 재구성하여 사용한다.
- 이 연구의 목적은 화학공업을 공부하는 학생들이 액위제어를 쉽게 이해할 수 있도록, 조립형 액위제어 실험장치를 개발하고 이를 수업에 적용할 수 있는 체험활동과제를 개발하는 것이다. 이를 위해 NCS 기반 교육과정을 분석하여 액위제어와 관련된 학습 내용을 추출하였으며 고등학교 현장에 적용할 수 있도록 재구성하였다. 재구성된 교수-학습 자료를 기반으로 실습 지도안을 개발하였다.
- 이에 ‘화학공정유지운영’ 교과의 여러 능력 단위 요소와 학습 모듈을 검토한 후, 고등학교 학생들의 학습수준, 능력에 맞춰 ‘액위제어’에 대한 실습이 가능한 내용 요소를 추출하고 재구성하였다.
- ‘정상 운전하기’ 단원은 액위제어 실험장치를 가동하여 제어 상태를 확인하고 유량을 측정하는 활동으로 구성되어 있다. 작동 중에 관의 연결 부위에서 누수가 발생하여, 관을 분해하고 테플론 테이프로 관을 감아서 보완하였다. 글루건 심 찌꺼기가 관 속에 끌려 들어가 관이 막히는 현상이 발생하여 여러 번 관을 분해하고 재조립하였다.
- 이를 위해 NCS 기반 교육과정을 분석하여 액위제어와 관련된 학습 내용을 추출하였으며 고등학교 현장에 적용할 수 있도록 재구성하였다. 재구성된 교수-학습 자료를 기반으로 실습 지도안을 개발하였다. 기존 완제품 형태 액위제어 실험장치를 분석하여 장점은 최대한 살리고 단점을 보완한 새로운 조립형 액위제어 실험장치를 제작하였다.
- 제어 장치가 안정적으로 작동하게 되어 유량을 측정하고 탱크 배수 밸브를 10° 간격으로 조절하여 제어 상태를 확인하였으나, 유량 제어 상태가 확연하게 차이나지 않아서 45° 간격으로 하여 실습을 진행하였다.
- NCS 기반 ‘화학공정유지운영’ 실무과목의 내용을 분석하여 액위제어와 관련된 학습 내용들을 추출하였다. 추출한 액위제어 관련 내용을 체계적으로 학습할 수 있도록 공정흐름도의 이해, 액위제어 실험장치 제작, 유량 측정, 액위제어 현상 확인 등의 실습을 순차적으로 진행하는 체험활동과제를 개발하였다.
- 코드비전 프로그램은 아두이노 프로그램과 코딩 방법이 유사하다. 학생들에게 프로그래밍을 심도 있게 이해하게 만드는 것은 오랜 시간이 걸리므로 이미 만들어진 코딩(정은숙, 2020, p. 99)을 전달하고 설명하는 수준에서 수업을 진행하였다. 코드비전의 구성 요소는 아두이노처럼 소프트웨어와 하드웨어로 구분할 수 있는데, 소프트웨어는 작성된 코딩이며 하드웨어는 작성된 코딩을 다운로드할 수 있는 회로보드이다.
- 설문지는 박지연(2018), 유일환(2019)의 학습자 수업 만족도 설문지를 참고하여 재구성하였다. 흥미, 이해, 적절성 등 3개의 영역에 5단계 척도를 이용하여 설문을 하였다.
대상 데이터
- 특성화고와 마이스터고에서 화학공업 관련 학과에 근무하는 경력 5-30년 사이의 교사 16명을 대상으로 교수-학습자료 타당도 검사지(정은숙, 2020, 부록 1)를 사용하여 검증했다. 개발된 교수-학습자료의 타당도 검증 결과, 마이스터고와 특성화고 교사들 대부분은 4개 영역에서 타당함과 매우 타당함에 응답을 하였으나 전남의 특성화고 교사들은 교재 및 평가 영역에서 ‘특성화고 화학공업을 전공하는 학습자에서 적합성 여부’는 보통이나 타당하지 않다고 응답한 교사들이 4명 이상이 되었다.
이론/모형
- 제어 프로그램으로는 특성화고등학교나 마이스터 고등학교의 전기ㆍ전자과에서 쉽게 접할 수 있는 코드비전(Code Vision)을 이용하였다. 코드비전 프로그램은 아두이노 프로그램과 코딩 방법이 유사하다.
- 코드비전을 작동하려면 회로를 완성해야 하며, 회로에 코딩을 다운로드해야 한다. 제어방법은 플로트레스 스위치에 의한 ON-OFF 제어이다. 플로트레스 스위치는 길이가 다른 두 가닥의 전선을 탱크 안에 설치하여 두 가닥 모두 물속에 잠기면 전기가 통하여 작동하는 원리를 가지고 있다.
성능/효과
- 개발된 교수-학습자료의 타당도 검증 결과, 마이스터고와 특성화고 교사들 대부분은 4개 영역에서 타당함과 매우 타당함에 응답을 하였으나 전남의 특성화고 교사들은 교재 및 평가 영역에서 ‘특성화고 화학공업을 전공하는 학습자에서 적합성 여부’는 보통이나 타당하지 않다고 응답한 교사들이 4명 이상이 되었다.
- 둘째, 조립형 액위제어 실험장치를 이용한 실습은 화학공업을 공부하는 학생들의 액위제어에 대한 이해력과 흥미를 높일 수 있다.
- 수업 만족도 검사 도구는 박지연(2018)과 유일환(2019)이 각각 제시한 수업 만족도 설문지를 재구성하여 사용한다. 설문 결과를 바탕으로 액위제어 실험장치를 구조변경하고 교사용 수업 자료, 학생용 활동지, 체험활동 내용을 수정하고 보완하여 체험활동과제를 완성한다.
- 이렇게 개발된 액위제어 실험장치 제작 및 활용에 관한 체험활동과제는 전문가 사전 타당도 검증을 통해 ‘화학공정유지운영’ 교과에 적합한 과제라는 것을 확인하였고 실습 후 학생 만족도 조사를 통해 모든 항목에서 5점 만점에 4.0점 이상의 높은 평가를 받았다.
- 첫째, 조립형 액위제어 실험장치 제작하기 활동은 화학공업을 전공하는 학생 수준에 적합하다는 것을 알 수 있었다.
- 학습자 수업 만족도 검사 결과, 모든 문항에서 평균 4.0점의 대체적으로 높은 만족도 점수를 얻었다. 글루건 심 찌꺼기로 인하여 관이 자주 막혀서 힘들었다는 의견과 유량측정 후 계산 과정이 어려웠다는 의견도 있었지만 직접 액위제어 실험장치를 제작하고 작동하는 새로운 수업방식에 흥미를 보이고 이해력이 높아졌다는 의견이 많았다(<표 9> 참조).
후속연구
- 2007). 따라서 학생 수준에서 조립가능한 액위제어 실험장치를 개발하고 이를 수업에 도입한다면, 액위제어를 쉽게 이해할 수 있는 계기를 마련하게 될 것으로 생각된다. 액위제어 실험장치를 제작하고 이를 활용하여 실험을 하게 되면 화학플랜트에서 중요하게 다루어지는 화학계측과 공정제어 모형들을 직접 제작해보고 작동해 보게 되는 것으로서, 화학공정에 대한 개념을 익히고 공정에 관한 기술적 사고력을 향상시키는 데 도움이 될 것이다.
- 따라서 학생 수준에서 조립가능한 액위제어 실험장치를 개발하고 이를 수업에 도입한다면, 액위제어를 쉽게 이해할 수 있는 계기를 마련하게 될 것으로 생각된다. 액위제어 실험장치를 제작하고 이를 활용하여 실험을 하게 되면 화학플랜트에서 중요하게 다루어지는 화학계측과 공정제어 모형들을 직접 제작해보고 작동해 보게 되는 것으로서, 화학공정에 대한 개념을 익히고 공정에 관한 기술적 사고력을 향상시키는 데 도움이 될 것이다.
- [그림 2]와 [그림 3]은 조립형 액위제어 실험장치를 위한 재료와 공정흐름도이다. 조립형 액위제어 실험장치는 완성형 실험 장치에 비해 빈약해 보이지만, 쉽게 구입할 수 있고 저렴한 부품들을 사용하여 학생들이 직접 조립하고 분해할 수 있도록 함으로써 완성형 액위제어 실험장치에서 얻을 수 없는 제작 체험과 함께 수업몰입도의 향상도 기대된다. 실험 장치의 골격은 프로파일을 사용하여 각 라인들을 잘 고정시킬 수 있고 하중에 견딜 수 있도록 하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.