[논문]지역사회와 연계한 공학계열 종합설계 연구

허원회

doi:10.15207/jkcs.2021.12.3.133

지역사회와 연계한 공학계열 종합설계 연구
Research on comprehensive engineering design in connection with local communities 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.12 no.3, 2021년, pp.133 - 139

허원회 (성결대학교 미디어소프트웨어학부)

초록
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4차산업혁명시대, 국제 경쟁력과 신기술을 갖춘 우수인력을 양성하기 위해 대학의 공학 계열 교육은 다수의 연구를 통해 점진적으로 개선되고 있다. 공학 계열에서의 종합설계는 설계 교육의 중요성을 강조하면서 산업현장에서 실질적으로 필요한 미래형 인재를 길러내는 교과목으로써 학생들이 현장에서 직면할 수 있는 실무와 관련한 실제 프로젝트를 기획하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 연구자의 2019년 공학 계열 종합설계 교과목을 중심으로 학생들이 대학에서 배운 신기술을 실제 실무에 적용하여 창의적인 아이디어를 제안하고 지역 복지시설의 문제점을 해결하는 실무중심의 결과물을 개발한 운영사례를 제시한다. 학생들이 주도적으로 지역사회 복지시설의 문제를 찾고 사회적 약자를 위한 재난대응 교육 VR 콘텐츠를 개발한 교육과정을 기술하였다. 본 연구를 통해 학생들은 기존 지진 VR콘텐츠의 움직임 한계를 모션 체어와 연결함으로써 해결하였다. 결과적으로 학생들은 현장에서의 적응능력을 함양하는 동시에 지역사회에 필요한 실질적인 프로젝트를 재발하였다는 데 그 의의가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the era of the 4th industrial revolution in order to cultivate excellent human resources equipped with international competitiveness and new technologies the university's engineering education is gradually improving through a number of studies. Comprehensive design in engineering is a course that emphasizes the importance of design education and nurtures future talents that are practically needed in the industrial field. In this study focusing on the researcher's 2019 engineering-related comprehensive design courses students apply new technologies learned in college to actual practice propose creative ideas and develop practical results that solve problems of local welfare facilities. The curriculum was described in which students took the initiative to find problems in community welfare facilities and developed VR contents for disaster response education for the socially disadvantaged. Through this study, students solved the motion limitations of existing earthquake VR contents by connecting them with motion chairs. As a result, it is meaningful that students contributed to the local community as well as cultivating their ability to adapt in the field.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. Operating Procedure and Method of Engineering Comprehensive Design Course.
그림 Fig. 1. Area-linked comprehensive design operation procedure and process
그림 Fig. 2. Manan Social Welfare Center Elderly Day Care Center and Meeting with Center Director
그림 Fig. 3. Flowchart for Earthquake Response Safety Education Program.
그림 Fig. 4. Start screen and operation method screen
그림 Fig. 5. Actual Demonstration Scenes
그림 Fig. 6. Sequence Diagram
그림 Fig. 7. Inno Simulation Motion Chair & Oculus Quest
그림 Fig. 8. Final Presentation and Demonstration

AI 본문요약
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문제 정의

기획 과정에서 학생들이 주체적으로 프로젝트를 이끌 수 있도록 교수자의 의견은 최소화하고 조력자로서 학생들의 질문을 유도하고 답변하였다. 관련 논문들을 추천하고 아이디어에서 실제 결과물을 도출하는데 필요한 기술에 대하여 조언하였다. 다음으로는 개발 가능한 콘텐츠와 지역주민의 삶에 도움이 될 수 있는 주제를 연결하기 위해 지역 현장조사를 하였다.
따라서 본 프로젝트는 이처럼 발생빈도가 잦아지는 지진과 사회적 약자들에 대한 지진교육의 실태를 고려하여 지진에 대비할 수 있는 체계적인 안전교육이 필요하다는 관점에서 시작되었다. 장애인들은 재난대응 사각지대에 있는 경우가 많아 재난 발생 시 초동대피가 어렵고 장애인에 대한 형식화된 매뉴얼이나 행동요령이 제대로 존재하지 않는 실정이다[13, 14].
장애인들은 재난대응 사각지대에 있는 경우가 많아 재난 발생 시 초동대피가 어렵고 장애인에 대한 형식화된 매뉴얼이나 행동요령이 제대로 존재하지 않는 실정이다[13, 14]. 따라서 장애인들이 신속하게 대피할 수 없다는 사실에 초점을 두어 당황하지 않고 안전하게 대처할 수 있는 대응 행동과 대피요령을 인지시켜줄 수 있는 콘텐츠를 개발하기로 하였다.
본 논문에서는 공학 계열 학생들이 종합설계교과목에서 지역사회와의 연계를 통해 프로젝트를 진행한 사례로써 학생들은 스스로 지역에 관심을 가지고 문제를 탐색해 발굴한 실질적 문제를 기관과 연결하여 함께 해결하는 과정을 경험할 수 있었다. 무엇보다 학생들은 직접 섭외한 만안종합사회복지관을 여러 번에 걸쳐 방문하여 현장에서 필요로 하는 문제를 직접 발굴하고 해결하였다는데 그 의미가 크다.
본 연구에서는 연구자의 2019년 공학 계열 종합설계교과목을 중심으로 학생들이 대학에서 배운 신기술을 실제 실무에 적용하여 창의적인 아이디어를 제안하고 지역복지시설의 문제점을 해결하는 실무중심의 결과물을 개발한 운영사례를 제시한다. 지역사회와의 연계를 위해 학생들이 직접 복지시설을 방문하여 문제점을 발굴하고 아이디어를 도출하여 기획 및 주제를 선정하고 실제 필요한 콘텐츠와 소프트웨어를 설계하여 최종 결과물을 개발하였다.
등의 기술현황을 분석하였다. 실감형 콘텐츠는 대체로 청각과 시각 속성을 구현하여 제작한 사례가 많았는데 지진이라는 특수 재난 상황을 좀 더 실감 나게 느낄 수 있도록 모션 체어와의 연동을 통해 사용자의 체험 몰입도를 높이고자 하였다. 진도별 진동의 차이를 선택하면 그에 상응하는 모션 체어의 흔들림과 VR 화면의 흔들림이 연동되도록 프로그램을 개발하고 오큘러스의 터치 컨트롤러로 손동작과 제스처를 통해 직관적인 조정이 가능하도록 프로그램을 설계하였다.
이를 통해 학생들은 창의적 사고력을 키우며 지역사회 복지시설의 사회적 약자를 위한 재난대응 교육 VR 콘텐츠 개발프로젝트를 진행할 수 있었다. 즉, 청각과 시각 속성으로 구현된 기존의 실감형 콘텐츠와 다르게 지진이라는 특수 재난 상황을 좀 더 실감 나게 느낄 수 있도록 모션 체어와의 연동을 통해 사용자의 체험 몰입도를 높인 것이다.
최종 제작된 VR 콘텐츠가 실제로 사용했을 때 정상적으로 작동되고 구현되는지를 사전에 확인하고자 시험평가를 하였다. VR 콘텐츠의 사용자 경험요소 평가는 사용 편의성, 사용품질, 현존 감, 상호작용요소, VR로 인한 어지럼증 요소[15]를 고려하여 질문지를 작성하고 학생 10 명에게 전혀 아님, 보통, 매우 그럼의 3점 척도로 질문하였다.

가설 설정

1. 인터페이스 배치, 선택이 쉬운가?
2. 콘텐츠의 접근과 학습이 쉬운가?
3. 콘텐츠 실행이 안정적인가?

제안 방법

하였다. VR 콘텐츠의 사용자 경험요소 평가는 사용 편의성, 사용품질, 현존 감, 상호작용요소, VR로 인한 어지럼증 요소[15]를 고려하여 질문지를 작성하고 학생 10 명에게 전혀 아님, 보통, 매우 그럼의 3점 척도로 질문하였다.
다음으로는 개발 가능한 콘텐츠와 지역주민의 삶에 도움이 될 수 있는 주제를 연결하기 위해 지역 현장조사를 하였다. 기존교육 과정과 다르게 지역사회 경험학습[11]에 초점을 맞추었고 학생들은 스스로 여러 기관에 연락하고 일정을 조율하여 인터뷰와 설문 조사를 하였다. 여러 차례에 걸쳐 현장에 방문하고 담당자와 프로젝트 개발에 대한 의견을 나눈 결과 복지관 재난대응 교육은 1년에 두 번 진행하고 있으나 어르신들은 거동이 불편하여 제외되고 있고 근처 소방서에서도 노약자의 경우 훈련 도중 일어날 수 있는 안전사고 때문에 진행을 꺼린다는 사실을 알 수 있었다.
관련 논문들을 추천하고 아이디어에서 실제 결과물을 도출하는데 필요한 기술에 대하여 조언하였다. 다음으로는 개발 가능한 콘텐츠와 지역주민의 삶에 도움이 될 수 있는 주제를 연결하기 위해 지역 현장조사를 하였다. 기존교육 과정과 다르게 지역사회 경험학습[11]에 초점을 맞추었고 학생들은 스스로 여러 기관에 연락하고 일정을 조율하여 인터뷰와 설문 조사를 하였다.
먼저 기획단계에서 문제분석을 통한 주제 선택을 하기 위해 기관을 방문하고 자료조사를 철저히 수행한다. 이를 통해 시장의 추세를 분석하고 주제의 필요성과 독창성을 갖춘다.
먼저 지역사회 연계형 과제를 수행하기 위해 프로젝트 취지를 설명하고 3개의 팀 중 1개의 지원팀을 구성하여 진행하였다. 총 4명의 팀원으로 구성된 3E 팀과 지역사회연계에 맞추어 주제를 탐색하고 구체화하여 세부 설계를 구상하였다.
시각에만 의존하게 된다. 본 프로젝트에서는 HMD와 함께 모션 체어를 활용하여 지진을 좀 더 실감 나게 체험할 수 있도록 디자인하였다. 먼저 모션 체어에 앉아 오큘러스 장비를 갖춘 후에 지진 체험과 안전교육으로 나누어 시작하게 된다.
두 번째로 콘텐츠 설계에서는 콘텐츠 개발 유형에 대한 이해를 토대로 콘텐츠 구현을 위한 방법을 구체화하고 사용자를 고려한 UI, 레이아웃 등을 디자인한다. 세 번째로 소프트웨어 설계에서는 기획된 콘텐츠를 구현할 기술을 점검하고 실제 개발방법을 고민하여 프로토타입을 제작한다. 마지막으로는 발표, 시연, 결과 보고서 제출뿐만 아니라 시험평가로 일련의 과정을 마친다.
소프트웨어 디자인에서는 먼저 학과에서 사용할 수 있는 기자재를 조사하고 VR, HMD, Unity, 3D Studio Max 등의 기술현황을 분석하였다. 실감형 콘텐츠는 대체로 청각과 시각 속성을 구현하여 제작한 사례가 많았는데 지진이라는 특수 재난 상황을 좀 더 실감 나게 느낄 수 있도록 모션 체어와의 연동을 통해 사용자의 체험 몰입도를 높이고자 하였다.
유리창의 깨짐, 문의 움직임, 전등의 깜빡임, 달력과 화이트보드의 떨어짐 등의 설정에도 C#스크립트를 적용하였다. 유니티와 3D Max 프로그램으로 실제 장소를 모델링 하였고 이 가상환경을 HMD로 보여주어 실제 대피로를 걷지 않아도 권장 대피로가 익숙해질 수 있도록 설계하였다.
졸업작품전 일주일 전에 발표 및 시연을 통한 학과 교수 평가가 있으며, 졸업작품전 당일 산학협력자문위원들 (현직 대표이사 및 연구소장)과 학생들의 평가가 이루어졌다. 질의응답에서는 다른 환경에서도 상용화가 가능한가와 모델링을 직접 한 것인가에 대한 질문이 있었다.
종합설계교과목에서, 학생들은 프로젝트 제안서를 제출하고 개념도출과 설계변수, 제한 조건 등을 계획해 제작을 수행한다. 마지막으로 결과물에 대한 분석과 개선방안이 내포된 보고서를 제출하고 발표과정을 거쳐 평가하는 것으로 운영된다[6].
복지관과 똑같은 현실감 있는 모델링을 하고모션 체어와 연결하여 지진과의 유사현실을 경험하도록 VR 재난대응 교육 콘텐츠를 개발한다면 상대적으로 재난교육으로부터 소외된 지역 복지관의 사회적 약자에게 필요한 재난대응 교육을 시행할 수 있을 것으로 보았다. 주제 선정을 마친 후에는 재난과 사회적 약자, 기술현황 등에 대한 자료조사와 시장조사, 관련 논문 등을 찾아 보완하여 계획서를 작성하였다.
운영사례를 제시한다. 지역사회와의 연계를 위해 학생들이 직접 복지시설을 방문하여 문제점을 발굴하고 아이디어를 도출하여 기획 및 주제를 선정하고 실제 필요한 콘텐츠와 소프트웨어를 설계하여 최종 결과물을 개발하였다. 학생들은 기존 지진 VR콘텐츠의 움직임 한계를 모션 체어와 연결함으로써 해결하였다.
실감형 콘텐츠는 대체로 청각과 시각 속성을 구현하여 제작한 사례가 많았는데 지진이라는 특수 재난 상황을 좀 더 실감 나게 느낄 수 있도록 모션 체어와의 연동을 통해 사용자의 체험 몰입도를 높이고자 하였다. 진도별 진동의 차이를 선택하면 그에 상응하는 모션 체어의 흔들림과 VR 화면의 흔들림이 연동되도록 프로그램을 개발하고 오큘러스의 터치 컨트롤러로 손동작과 제스처를 통해 직관적인 조정이 가능하도록 프로그램을 설계하였다.
먼저 지역사회 연계형 과제를 수행하기 위해 프로젝트 취지를 설명하고 3개의 팀 중 1개의 지원팀을 구성하여 진행하였다. 총 4명의 팀원으로 구성된 3E 팀과 지역사회연계에 맞추어 주제를 탐색하고 구체화하여 세부 설계를 구상하였다.
3E 팀은 총 78점으로 작품의 상용화 가능성에서 가장 큰 점수를 받았다. 총평에서 지역 내 복지기관의 내부시설을 가상으로 그대로 옮겨 재난 상황을 경험할 수 있도록 한 부분에서 상용화의 가능성을 가장 크게 평가하였고 복지기관과의 긴밀한 소통이 실질적인 문제해결로 이어진 것을 성공적으로 평가하였다. Fig.
최종적으로 안양시 만안종합사회복지관과 연계하여 모션 체어를 활용한 사회적 약자를 위한 콘텐츠 개발을 기획하였다. 복지관과 똑같은 현실감 있는 모델링을 하고모션 체어와 연결하여 지진과의 유사현실을 경험하도록 VR 재난대응 교육 콘텐츠를 개발한다면 상대적으로 재난교육으로부터 소외된 지역 복지관의 사회적 약자에게 필요한 재난대응 교육을 시행할 수 있을 것으로 보았다.

대상 데이터

연구자는 2019년 4학년 1학기와 2학기에 개설된 종합설계 교과목에서 3개의 프로젝트팀을 지도하였다. 먼저 지역사회 연계형 과제를 수행하기 위해 프로젝트 취지를 설명하고 3개의 팀 중 1개의 지원팀을 구성하여 진행하였다.

성능/효과

기존교육 과정과 다르게 지역사회 경험학습[11]에 초점을 맞추었고 학생들은 스스로 여러 기관에 연락하고 일정을 조율하여 인터뷰와 설문 조사를 하였다. 여러 차례에 걸쳐 현장에 방문하고 담당자와 프로젝트 개발에 대한 의견을 나눈 결과 복지관 재난대응 교육은 1년에 두 번 진행하고 있으나 어르신들은 거동이 불편하여 제외되고 있고 근처 소방서에서도 노약자의 경우 훈련 도중 일어날 수 있는 안전사고 때문에 진행을 꺼린다는 사실을 알 수 있었다. Fig.
종합설계 교과목에서 지역사회와 연계를 시도한 이번 연구는 강의실을 넘어 교육 활동을 지역으로 확대하는 것이 학생 주도의 문제 중심 학습을 실현하는 중요한 통로가 될 수 있음을 보여주었다. 학생들이 섭외한 장소로 학교 기자재를 옮기기 위해서는 학교 행정의 도움이 필요했고 노약자들을 학교로 모시기 위해서는 지역사회의 도움이 필요하였다.
학생들은 기존 지진 VR콘텐츠의 움직임 한계를 모션 체어와 연결함으로써 해결하였다. 최종적으로 학생들은 사회적 약자를 위한 안양시 만안종합사회복지관의 맞춤형 재난대응 교육 VR 콘텐츠를 개발할 수 있었다. 본 연구를 통해 지역 복지시설의 문제점을 탐색하여 해결책을 제시함으로써 학생들은 현장에서의 적응능력을 갖출 수 있을 뿐 아니라 지역사회에도 이바지하였다는데 의의가 있다.

후속연구

시험평가를 통해 최종 결과물의 부족한 부분을 찾고 프로젝트를 더 발전시킬 수 있는 시작점에 설 수 있었다. 다만 학교의 기자재를 일반 시설로 옮길 수 없는 문제와 거동이 불편한 노약자분들을 학교로 모시기 어려운 문제로 시험평가 하지 못한 부분이 이번 연구의 한계로 차기 연구에서 일반인 대상이 아닌 실제 이용할 노약자를 대상으로 확대하여 시험할 필요성이 있다.
그러나 열정적으로 프로젝트 개발에 힘쓰는 학생들에 비하여 학교나 기관의 행정적 도움은 매우 미비하였다. 따라서 종합설계 교과목의 확장은 지역사회와 학교의 행정을 정비하여 학생들의 주도적인 활동에 도움을 줄 수 있는 시스템을 갖추는 것에서 시작되어야 할 것이다.
융합을 학문 간의 연계에만 국한하지 말고 학교 행정을 정비하여 학생들의 주도적인 활동에 도움을 줄 수 있는 시스템을 갖추어 함께 고민한다면 좀 더 전문적이고 체계적인 교과 과정에서 학생 중심, 문제 중심을 통한 현장 중심의 교육을 바로 세울 수 있을 것으로 기대한다.

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H. J. Shin. (2017). A Study on the Application of Capstone Design Method to a Community Organization Education, Asia-pacific, Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology, 7(11), 135-146. DOI: 10.5762/KAIS.2011.12.8.3452

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Integrated disaster manual by type of disability (2018). Korea Disabled Human Rights Forum.
W. J. Jeong, G. S. Oh & S. H. Oh. (2019). Questionnaire method for Usability Evaluation of VR Contents. Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology, 8(3), 337-350.

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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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