회 의 록

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1 이 기초설계운영 가이드북은 교육부와 KIAT의 지원으로 수행한 2013년도 공학교육혁신센터 지원사업 수행 결과물임

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3 연세대학교 공학교육연구센터 기초설계 교과목 운영 가이드북 연세대학교 공학교육연구센터 YONSEI RESEARCH CENTER ENGINEERING EDUCATION

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5 차 례 Ⅰ. 공학교육에서 기초설계는 왜 필요한가? 1 강소연 (연세대학교 교수) Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? 11 한지영 (대진대학교 교수) Ⅲ. 기초설계는 어떻게 가르치는가? 27 진성희 (인하대학교 교수) Ⅳ. 팀 학습진행과 프로젝트 운영은 어떻게 하는가? 39 전주현 (중앙대학교 교수) V. 기초설계는 어떻게 평가하는가? 49 박경선 (단국대학교 교수) Ⅵ. 부록 65 명지대학교 기초설계 보고서 양식 서울시립대 기초설계 양식 및 설명서 기초설계과목 수업설계를 위한 Sheet

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7 기초설계 교과목 운영 가이드북 강소연 (연세대학교 공학교육혁신센터 교수) 한지영 (대진대학교 공학교육혁신센터 교수) 진성희 (인하대학교 공학교육혁신센터 연구교수) 전주현 (중앙대학교 공학교육혁신센터 연구교수) 박경선 (단국대학교 교수학습개발센터 연구교수)

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9 연세대학교 공학교육연구센터 Ⅰ. 공학교육에서 기초설계는 왜 필요한가? 공과대학의 1학년 수업은 대부분 수학, 과학 또는 필수교양 수업들로 구성되어 있어 공학을 공부하는 즐거움을 맛보기가 쉽지 않다. 기초설계 수업은 공과대학생이 대학에 와서 처음으로 접하게 되는 전공 설계 수업 으로 엔지니어가 된다는 것이 어떤 것인지 경험할 수 있는 과목이다. 이 장에서는 기초설계 수업의 목적과 교육적 의미를 제시하여 기초설계 수업을 준비하는 교수가 자신의 수업목적에 맞는 수업내용과 방법, 평가 등을 결정하는데 도움을 주고자 한다. 1. 기초설계(introductory design course/cornerstone design course) 교육의 필요성 ㅇ 공과대학 1학년 교육과정은 대부분 MSC과목과 교양과목으로 구성되 어 있어서 학생들이 공학의 즐거움을 경험해 볼 기회가 거의 없음. ㅇ 1학년은 자신의 진로를 계획하는 매우 중요한 기간인데 주로 MSC 과 목을 듣는 과정에서 공학의 실제를 경험해 볼 기회가 거의 없어 많은 공과대 학생들이 1학년 기간 동안 공학과 과학에 대한 흥미를 상실함. ㅇ 우리와 비슷한 상황을 경험했던 미국에서도 1980년대 후반 국가적인 차원에서 문제의식을 가지고 학부생 들에게 공학설계를 더 많이 경험하게 하자는 운동이 전개되었음. - NSF의 지원을 받는 공학교육협의체 (e.g. the ECSEL Coalition)에서는 공 과대학 지원 학생 수의 감소를 막고 학생들에게 직업적 경험을 제공하기 위해 기초설계 교육이 필요하다고 주장함

10 Ⅰ. 공학교육에서 기초설계는 왜 필요한가? 2. 1학년 기초설계 교육의 목적 및 성과 ㅇ 1학년 기초설계 수업의 목적은 학생들이 실제 디자인 프로젝트를 해 보는 과정에서 디자인의 기본과정을 배우고 공학의 즐거움을 경험하 도록 하는 것임. ㅇ 1학년 기초설계 수업은 학생들의 지적 발달을 돕고 공학을 계속 공 부하도록 하는데 긍정적 영향을 미침(Marra et al., 2000; Knight et al., 2007). ㅇ 기초설계 수업을 통해 학생들은 다음과 같은 성과를 얻을 수 있음. - 직업에 대한 이해: 직업 활동과 실험을 직접 해 봄으로써 엔지니어 가 하는 일과 사회에서 엔지니어의 위상에 대해 생각해 보게 됨. - 창의적 학습 환경과 긍정적 태도: 좌뇌와 우뇌의 균형된 학습경험 을 통해 신뢰와 지지, 창의적 문제해결, 책임감에 대한 긍정적 태 도, 프로젝트 관리 능력 등을 학습. - 팀 기반 문제해결 기술과 팀워크 개발: 다양한 배경을 가진 팀원을 서로 존중하고 신뢰하면서 대안적 해결 방법을 개발. - 소통능력 개발: 그래픽과 컴퓨터 기반 개념 표현의 이점을 인식하 고 글이나 발표에 자신감을 가짐. ㅇ 설계는 엔지니어가 직장에서 주로 하는 일이므로 엔지니어 양성교육 에서 설계 교육은 매우 중요한 의미를 가짐. ㅇ 공과대학 교수가 인식하는 기초설계 수업의 교육적 의미(강소연, 2013) 전공 선행학습으로서의 의미, 전공 진입의 동기 유발 교수와 학생의 유대감 및 소속감 증진 학생들과의 상호작용이 흥미가 있음 학생들의 피드백 결과가 좋아 보람 있음 - 2 -

11 연세대학교 공학교육연구센터 3. 공학 설계의 개념 ㅇ 설계의 목적은 물리적 현상 이면의 비밀을 밝히는 것이 아니라 미리 정해진 시방서의 요구에 맞추어 문제를 해결하는 것 ㅇ 설계는 Open ended process로 하나 이상의 다양한 해결책에 대해 창의적인 선택, 검증, 반복, 평가의 적절한 통로를 결정하는 것 ㅇ 공학설계는 형태와 기능이 제시된 목적을 달성하며 구체적인 제약조 건을 만족시킬 수 있는 인공물의 구체적인 사항을 체계적이며 지적 으로 생성해내고 그것을 평가하는 것(Engineering Design is the systematic, intelligent generation and evaluation of specifications for artifacts whose form and function achieve stated objectives and satisfy specified constrains)(sheppard & Jenison, 1996) ㅇ ABET은 공학 설계를 기초과학, 수학, 공학 과학을 적용하여 서술된 목적에 부합하도록 자원을 최적으로 변환시키는 의사결정과정(It is a decision-making process(often iterative), in which the basic sciences and mathematics and engineering sciences are applied to convert resources optimally to meet a stated objective.) 으로 정의 - 3 -

12 Ⅰ. 공학교육에서 기초설계는 왜 필요한가? 4. 설계교육의 기본 원칙(A Report on Mudd Design Workshop Ⅱ Designing Design Education for the 21 st Century) ㅇ 가르치는 것(teaching)보다는 학습(learning)에 초점: 가르치기 보다는 코칭 활동 위주의 학습자 중심으로 ㅇ 인본주의 엔지니어(Humanist Engineer)에 대한 관심 제공: 문화, 가 치, 교육 프로그램의 의도에 관점 제공 ㅇ 프로그램의 지속적 개선 과정 필요 ㅇ 프로젝트와 경험적 설계 학습: 디자인 프로젝트를 디자인(Design Project must be designed)하는 것이 필요 ㅇ 설계 교육에 맞는 성적 평가 방법과 교수-학습 방법을 새롭게 모색 - 4 -

13 연세대학교 공학교육연구센터 5. 공학 설계 교육의 교육적 효과 ㅇ 공학 설계 교육을 통해 훌륭한 공학 디자이너들이 가지고 있는 다음 과 같은 능력을 개발할 수 있음. - 모호함을 견디는 능력(탐색이나 확산적- 수렴적 사고 과정을 통해) - 시스템적 사고와 시스템 디자인을 포함하는 거시적 관점을 유지 - 불확실성을 다룰 수 있는 능력 - 의사결정 능력 - 사회적 과정에서 팀의 한 부분으로 생각 - 디자인 과정에서 다양한 언어로 사고하고 소통할 수 있는 능력 ㅇ 학생들은 기초설계 수업의 교육적 효과에 대해 다음과 같이 인식하 고 있음(강소연, 2013) - 전공에 대한 흥미와 동기 증진 고학년이 되어 어려운 전공 수업을 하기 전에 공학 및 전공에 대 한 전반적인 이해를 높여줌 굉장히 흥미로운 경험을 했음 - 설계에 대한 기초적 경험 설계 수업의 근간이 됨 설계에서 배워야 할 기본 스킬을 익힐 수 있었음 - 직접 만들어 보는 경험 실제로 제작해 봄으로써 공학도의 자질을 키울 수 있음 배운 것을 적용했을 때 발생하는 문제점을 현실적으로 경험함 - 교수의 전문적 피드백 교수님의 코멘트로 다양한 측면에서 볼 수 있게 됨 - 팀워크 및 의사소통 능력 향상 조별 과제를 하는 과정에서 단결심과 문제해결력을 키움 - 자기주도적 학습 스스로 문제를 인식하고 그에 대한 솔루션을 찾는 경험을 할 수 있음 - 진로 탐색 지식의 적용을 통해 설계와 제작을 할 수 있어 미래 직업에 대한 구체적인 계획을 세울 수 있음

14 Ⅰ. 공학교육에서 기초설계는 왜 필요한가? 6. 공학 설계의 산출물 ㅇ 설계의 결과물은 제품명세서(fabrication specification)에 따른 산출물 을 만드는 것(the creation and production of physical artifact)으로 수력전기 댐에서 우주선이나 로봇 반도체를 설계하는 것, 컴퓨터 프 로그램 object등까지 범위가 다양함. 7. 설계 수업의 특징 ㅇ 공학 설계 수업은 전형적인 개방형(open-ended, under-defined) 문 제를 이용하며 디자인 문제에 한 가지 해결책만 있는 것이 아니라 다양한 해결방법이 있음을 알게 함. 8. 설계 수업 교수자의 특징 ㅇ 설계 교육에서 교수의 역할은 학생들이 인공물의 실현 과정과 방법 을 이해하고 경험할 수 있도록 도와주는 데 있음. ㅇ 교수는 학생들이 디자인 명세서 생성 방법에 대한 이해를 토대로 하 여 디자인 명세서(specification)에서 마지막 인공물 제작 방법, 목표 와 기준 설정 방법, 대안 제시 방법, 그리고 그것의 종합, 분석, 구조 화, 검증, 평가에 대해 학생들이 알 수 있도록 지도하여야 함

15 연세대학교 공학교육연구센터 9. 설계 교육의 기본 프레임워크 ㅇ 설계교육의 기본 프레임워크는 수업의 내용과 수업 방법에 따라 네 분면 으로 나누어 네 가지 유형으로 구분할 수 있음(Sheppard & Jenison, 1996). ㅇ 수평적 차원은 학생들이 개발해야 하는 기술과 지식의 유형으로 무 엇을 가르치고 학습하는가에 관한 것임. - X축의 왼쪽은 구체적인 지식과 내용(domain-specific knowledge and content) 영역 Ÿ 주로 시험 등과 같은 전통적 방법을 통해 목표 성취 여부를 평 가하고 교과내용은 매년 거의 동일하며 수업은 결과지향적임. Ÿ 수업은 강의 중심으로 진행되며 교과서를 주로 활용함. - X축의 오른쪽 수업방식의 주요 초점은 학습자 중심 Ÿ 수업의 특성은 개방형 문제해결 Ÿ 전통적 시험으로는 거의 평가할 수 없기 때문에 포트폴리오나 journal 쓰기 같은 관찰 방법을 활용 Ÿ 교과서는 거의 활용하지 않음 100% Domain Specific Knowledge & Content B. Team-content Intro. Engr. Test, Design & Sim. Lab 100% Team-based Activities Exploring Eng. Intuition HOW WHAT WHAT D. Team-Process Ÿ Harvey Mudd Ÿ Univ. of Wisconsin Ÿ Univ. of Maryland Ÿ Univ. of Colorado Ÿ Ohio State Ÿ Arizona State Ÿ Stanford : Dissection Ÿ UC-Berkeley 100% Key Design Qualities Iowa State Grap hics Hampton Grapnics UC-Berkeley Graphics MIT Strength of Materials Ÿ Harvard Calculus HOW Ÿ Stanford: Visual Thinking A. Individual-Content C. Individual-Process 100% Individual-based Activities [그림 Ⅰ-1] 기초설계 프레임워크 - 7 -

16 Ⅰ. 공학교육에서 기초설계는 왜 필요한가? ㅇ 수직적 차원은 교육의 주요 요인과 관련된 것으로 교육 내용을 어떻 게 가르치는가와 관계 있음( 개인 vs 팀 과 같은 요소) - 학생들 간의 관계, 학습 환경과 상황, 과제는 팀 또는 개인의 책임 이며 개인 또는 집단별로 평가되고 수업 시간에는 주로 강의 또는 집단 활동을 함 - 이 차원에서는 학생을 지식의 체계(body of knowledge)를 학습하 거나 어떤 능력을 얻는 개인으로 보거나 반대로 지식을 배우고 나 누고 이용하는 데 책임이 있는 존재로 생각 - 개인과제는 개인의 책임과 역량을 높이는데 역점을 두는 반면 팀 기반의 과제는 현장을 더 많이 반영하고 학생들이 소외감을 덜 느 끼며 지식의 다양한 표현방식을 이용하도록 함 - 스탠포드 대학의 경우 팀 기반의 프로젝트와 팀 숙제가 70%를 넘음 ㅇ 4영역의 각 유형별 특징 - A 영역: 개인-내용 중심(Individual-Content Centric): 대부분의 전 통적인 강의 중심 수업 - B 영역: 팀-내용 중심(Team-Content Centric): 대부분의 전통적인 실험실 기반 수업 - C 영역: 개인-과정 중심(Individual-Process Centric): 공학 학부에 서는 이 방식의 수업이 거의 없으며 예술 스튜디오 수업이 여기 에 해당됨 - D 영역: 팀-과정 중심(Team- Process Centric): 대부분의 4학년 캡 스톤 디자인 수업 - 8 -

17 연세대학교 공학교육연구센터 10. 설계 교육 운영을 통해 배운 교훈(Orr, 2011) ㅇ Orr(2011)는 Worcest Polytechnic Institute의 설계교육 운영을 통한 교훈을 다음과 같이 제시하였다. - 성공적인 설계 교육을 위해서는 교수와 스폰서, 학생의 참여가 중 요 - sink or swim 의 방식은 교육적으로 바람직하지 않음 - 프로젝트의 교육적 측면을 위해 기술적 측면을 포기하는 용기 필요 - 학장이나 학과장의 지원이 프로그램의 성공적 유지에 필수적임 - 9 -

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19 연세대학교 공학교육연구센터 Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? 공과대학 학생들이 창의적 문제해결력을 갖춘 엔지니어가 되기 위해서 는 기초과학부터 전공심화까지의 내용을 해당 전공 분야의 공학문제 해결 에 적절히 활용할 수 있어야 한다. 이를 위해 시발점이 되는 기초설계에 서는 어떤 내용들을 가르쳐야 하는가? 이 장에서는 궁극적으로 종합설계 에 이르는 일련의 설계교육을 받기 위해 가장 기본적으로 알아야 할 내용 들을 중심으로 소개하고자 한다. 1. 설계 교과목 주요 내용 ㅇ 시중에 출판되어 있는 국내외 책 28권을 중심으로 기초설계 교과목 에서 다루는 학습 내용을 살펴보면 공학기초개론, 문제정의, 문제해 결, 의사소통 기술, 팀워크, 공학 윤리, 프로젝트 관리 및 예시 등으 로 구성되어 있음 ㅇ 공학기초개론 에서는 주로 공학 설계의 정의, 공학자의 역할 에 대 해 다루고 있는데, 공학 설계의 정의 의 단원에서는 주로 공학과 공 학 설계, 창의적 문제해결과 해결 절차, 설계 문제, 설계 시 고려해 야 할 요소 등을 기술하고 있음. 또한 공학자의 역할 단원에서는 공학과 공학자 및 과학자, 공학인의 기준, 공학자의 역할 및 자질 등 을 제시하고 있음

20 Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? - [그림 Ⅱ-1]은 일반적인 설계 절차를 보여주는 그림으로, 고객 요구 서로부터 문제정의, 개념설계, 예비설계, 상세설계 단계를 거치는 동안 지속적인 의사소통을 하고, 이를 기반으로 최종 설계에 이르 러 제품을 개발하는 과정을 나타냄. 목적 확인하기 정보 수집하기 가능한 설계전략 확인하기와 평가하기 설계해결방법을 선택하기 첫 번째 개략도 만들기 모델링하기, 분석하기 수정하기 YES the inner loop 제작하기, 문서화하기, 테스트하기 NO 이방식이 여전히 유효한가? NO 명세서를 만족하는가? YES 가공한 결과를 테스트하기 NO OK? YES 사용자를 위한 준비하기 [그림 Ⅱ-1] 설계 프로세스(Horesnstein, 2010)

21 연세대학교 공학교육연구센터 - 다음 <표 Ⅱ-1>과 <표 Ⅱ-2>는 각각 설계 교육의 구성 요소와 제한 조건을 표로 제시한 것임(한국공학교육인증원, 2013) <표 Ⅱ-1> 설계구성요소 설계구성요소 설계목표 설정 합성 분석 제작 시험, 평가 내용(예) 고객수요파악(자료수집, 설문조사, FGI 등 문제정의), 품질기능전개(QFD), 제품사양결정 Ÿ 개념설계: 기능구조확립, 기능원리탐색, 대안생성, 평가, 선정, 산업디자인, 스케치모델링 Ÿ 상세설계: 도면작성 Ÿ 제품설계: 제품구조결정, 형상결정, 설계변수분석 대안의 기술적, 경제적 타당성 분석, 공학적 해석 모형제작, 시제품제작, 소프트웨어 프로그래밍 등 모형, 시제품성능시험, 소프트웨어 성능평가 등 <표 Ⅱ-2> 설계의 현실적 제한조건 현실적 제한조건 경제(원가) 보건 및 안전성 생산성, 내구성 (신뢰성) 미학 윤리성 사회에 미치는 영향 산업표준 내용(예) 제조원가분석, 개발경제성분석, 생산성설계 안전설계, 강건설계(robust design), 인간중심설계(ergonomic design) 신뢰설계, FEMA(failure effect and mode analysis), 생산고려설계 감성, 스타일링, 산업디자인 고려 모든 설계의 결정에서 공공의 안전과 복지고려 친환경설계, 설계가 사회에 미치는 영향고려, 제조물 책임법, 지적재산권, 정부규정 KS 표준 등 고려

22 Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? ㅇ 문제정의 는 공학 설계의 절차 중 가장 중요한 핵심단계이기 때문에 별도의 장으로 제시하는 경우가 많음. 문제정의 는 문제 인식, 문제 유형 정의, 문제점 찾아내기, 문제 정의하기, 문제정의 문서 작성하기 등으로 구성되어 있음. 또 자료수집, 자료 분류, 중요도 결정 등 문제 정의에 필요한 기본적인 요소 및 구체적인 방법론도 제시되어 있음 - 다음 그림은 문제정의의 절차를 도식화한 그림으로, 각 단계별 구 체적인 전략을 함께 제시한 것임 문제영역에 대한 기초 자료 조사 인터넷 자료 검색 전문가 자문 문제 예상 주제 선택 팀구성 및 프로젝트 규모 및 범위 지정 문제 예상주제와 관련된 세부 자료 조사 인터넷 자료 검색 전문가 자문 문제주제의 초점 및 범위 조절 프로젝트의 제한사항(기간, 비용, 인원 등 고려 수렴/발산적 연쇄질문) 문제주제의 상세자료 조사 및 분석 인터넷 자료검색 전문서적 Pareto digram 원인-결과 Diagram 문제 정의문 작성 [그림 Ⅱ-2] 문제정의의 절차(송동주 외, 2010)

23 연세대학교 공학교육연구센터 ㅇ 문제해결 기술 내용은 창의적인 사고방법 을 제시하는 경우와 창 의적 문제해결 과정 을 다루는 경우로 나눌 수 있음 - 창의적인 사고방법으로는 브레인스토밍, 스캠퍼법, 시각화, 마인드 맵 등 다양한 아이디어 창출 방법 등이 있음 - 창의적 문제해결 과정에는 발산적 사고와 수렴적 사고의 과정, 최 종안 선정 방법, 아이디어 실행 등 창의적으로 문제를 해결하는 일 련의 과정이 있음 - 최근 기업에서 많이 활용하고 있는 트리즈 기법이 공학 설계 문제 해결을 위한 접근 방법으로 제시되기도 함. ㅇ 기초설계 교과목 과제는 보통 팀 단위로 부여되기 때문에 팀원들 간 의 의사소통과 보고서 작성 능력, 그리고 프레젠테이션 도구를 활용 한 발표 능력 등이 필수적임. 따라서 대부분의 교재에서 관련 내용 을 다루고 있음. - 의사소통 기술 은 효과적인 기술 문서 작성법, 효과적인 발표를 위 한 다양한 팁, 프레젠테이션 자료의 준비와 구성 및 표현 방법, 팀 내 효과적인 의사소통 방법 등으로 구성되어 있음. ㅇ 팀워크 에서는 팀워크의 중요성과 필요성, 팀 구성원의 임무, 팀 활 동 시 규칙 정하는 방법, 성과를 높이는 팀 운영 방법 등으로 구성 되어 있음

24 Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? ㅇ 공학 윤리 에서는 공학자의 윤리가 중요한 이유, 각 전공 분야의 공 학 윤리 규정, 구체적인 사례를 통해 설계 프로젝트 수행 과정에서 제기될 수 있는 다양한 윤리적 갈등 문제들과 모순되는 윤리 문제 조정 과정 등을 제시하고 있음 ㅇ 설계 프로젝트 관리 에서는 다양한 설계 프로젝트 관리 도구의 필요 성, 작업 분해구조(work breakdown structure), 선형 책임 도표 및 간트 차트와 같은 여러 설계프로젝트 관리 도구들의 종류 및 활용법 등을 다루면서 효율적인 프로젝트 관리를 위한 팁들을 제시해 주고 있음 ㅇ 설계 교과목을 실제 적용한 사례를 토대로 설계 내용의 소개, 설계 모형 및 성과 등을 연구한 결과물을 간단히 정리하여 제시하면 다음 과 같음

25 연세대학교 공학교육연구센터 연구자 연도 전공 연구 내용 장용철 외 2013 환경공학 Ÿ 창의 설계 교육에서의 PBL 적용 사례와 성과 제시 Ÿ 공학의 개념, 설계의 개념, 설계 문제 해결을 위한 아이디 어 창출과 해결법, PBL 교수법 적용을 위한 개념 소개 등 으로 수업 진행 박지호 외 2012 토목환경 공학 Ÿ 공학 입문 설계 교육의 4단계 제시 Ÿ 공학 일반-공학 설계 과정-설계 능력 배양-아이디어 형상 화 및 설계 - 1단계 : 공학과 공학자의 역할 및 자질, 경제성, 팀워크 등 공학 일반 - 2단계 : 문제정의, 개념 설계, 모형 설계 등 공학 설계 과정 - 3단계 : 신뢰도, 지속 가능한 발전, 공학 윤리 등 공학도 로서 설계 시 고려해야 할 요소 및 공학에 대한 동기부 여와 공학 입문설계 능력 배양 - 4단계 : 창의성의 개념, 창의적 사고과정 등을 바탕으로 도출된 기본 아이디어를 형상화하고 설계 김재효 2011 김용세 2010 기계공학 기계자동 유경현 2011 차 공학부 Ÿ 준비-발견-개발-평가-고찰 단계 에 따른 반복적 수업 진행 을 토대로 수업의 질적 변화에 대한 질적 연구 수행 - 준비단계 : MBTI에 의한 팀 편성, 팀 빌딩, UCP process 설명, 디자인 테마 발표 - 발견 단계 : 이해, 관찰, 문제정의 - 개발 단계 : 아이디어 개발, 아이디어 종합, 아이디어 가 치화, 프로토타입 - 평가 단계 : 자기 시뮬레이션, 유용성 평가, 인터뷰 및 조사 - 고찰 단계 : 성찰 보고서 작성, 개선 사항 목록 작성, 단 계별 문제점 분석, 개선 계획/방법 수정 Ÿ 창의적 문제해결 능력을 바탕으로 한 기초설계 교육의 학 습 내용 제시 - 팀워크, 아이디어 창출, 발표 기술 등을 통해 스스로 체험 - 설계 개요, 설계 기본 소양, visual thinking 및 스케치, 제 품 개발과정, 설계 창의성, 설계 방법론, 개념 설계 과제 및 설계 제작 과정 등의 내용으로 구성 Ÿ 공학 설계 과정, 공학 문제 해결 절차, 아이디어 창출, 팀 워크 등의 이론 과정과 설계 프로젝트의 운영 사례 제시

26 Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? 2. 기초설계 프로젝트 주제 선정 시 유의 사항 ㅇ 설계 과제 선정 시 유의 사항은 다음과 같음(정동명, 2010, p ) - 각자 원하는 주제에 따라 팀을 구성하고 팀 과제를 선정함 - 과제는 공학적 설계 문제와 비공학적 문제해결로 구별될 수 있으 며, 가능한 전공영역 기초설계와 관련된 과제를 선정함. - 문헌에 나와 있는 과제를 발췌하기보다는 팀의 토론과 합의 과정 을 통하여 도출된 과제를 선정함 - 시간과 비용, 설계와 실시를 위한 환 경조건 등을 고려하여 과제의 규모 를 적절하게 결정함 3. 기초설계 프로젝트 주제 예시 ㅇ 태양광 전지 자동차 설계(장용철, 2010) - 고유가와 지구 온난화 문제로 기름을 적게 사용하는 친환경 차량 에 대한 관심이 높아지고, 미국, 유럽 등 주요국이 자동차에 대한 환경 규제를 강화하면서 친환경 차량 개발이 선택 이 아닌 생존 을 위한 필수가 되었음. 앞으로 6주 이내에 간단한 태양광 전지를 활용한 태양광 자동차를 제작하고 시작품을 완성한 후 시험 가동 하시오(10m 이내 직선거리에서 가장 빠른 주행 속도 측정). ㅇ 자전거 발전기의 원리와 전기 생산 설계(장용철, 2010) 가정 내 자전거를 이용하여 자전거 발전기를 만들어 운동과 전기 생 산을 할 수 없을까? 당신은 중소기업체의 엔지니어로서 각 가정에서 널리 쓰이는 자전거 운동기구로 자전거 발전기를 제작하고자 함 인간의 힘으로 500W 이상의 전기를 생산하는 것은 가능하지만 지 속적으로 생산하는 것은 불가능함. 성인의 경우 약 30분 이상 지속 적으로 운동한다면 300W 정도의 전기를 생산할 수 있는데, 다음의 가정과 조건을 이용하여 자전거 발전기를 만들어 보시오

27 연세대학교 공학교육연구센터 발전기 용량 : 최고 1000W 이상 실제 발전량 : 10~500W 발전되는 전기 전압 : 24V(12V, 48V 사용 가능) 자전거 발전기의 구성 : 자전거 발전기, 12V 축전지 2개, 24V 20A 컨트롤러 1개, 2KW 이상의 인버터 ㅇ 간단한 전동기 제작 프로젝트(송동주 외, 2010) 다음에서 제시하는 제원 및 제한 사항에 부합하면서 가장 많은 하 중을 견딜 수 있는 캔틸레버를 제작하시오. 보의 제원 - 보의 길이 : 최소 30cm 이상 - 보의 폭 : 최대 20cm 이하 - 보의 높이 : 제한 없음 보의 구성 재료 - 폼보드 5T 일반 규격 1장 - 폼보드 접합 시 폼보드 전용 접착제만 사용 가능 - Dental Floss : 치실 또는 바느질용 일반실을 사용하고 최대 2m 까지 사용 가능 주의 사항 - 제시되지 않은 재료를 사용할 경우 평가에서 제외함. - 캔틸레버의 강도를 높이기 위해 바닥판을 여러 겹으로 접합하는 것을 금함. - 캔필레버의 멍에, 또는 장선의 두께는 최대 1cm로 하고 간격은 최소 5cm 이상(길이는 제한 없음) ㅇ 의자 만들기(김길희 외, 2007) 다음 조건에 만족하는 튼튼하고 기능적이며 형태적으로 아름다운 의자를 제작해 보시오

28 Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? 제작 조건 - 의자의 크기는 40cm 40cm 80cm가 되도록 하며, 면재를 적절 히 응용한 의자를 제작함 준비물 - 하드보드지, 접착제(부재 연결), 낚시줄, 커터, 커팅패드 재하 실험 - 가하는 하중으로는 책을 사용하며 책의 무게를 미리 측정한 후 구조물 상부에 적재한다. 갑작스런 재하는 구조물의 내력에 영향 을 주므로 세심한 주의를 기울여 재하함 ㅇ 종이 다리 설계(박강 외, 2008) 다음에서 제시하는 재료와 조건을 만족시키면서 14kg의 중량을 지 지할 수 있는 종이 다리를 만드시오. 재료 - 종이(종류에 관계 없음) - 접착제(종류에 관계 없음, 단 테이프나 스테이플, 순간 접착제는 안 됨) - 강도 증가를 위해 사용될 수 있는 코팅재(수지, 풀, 폴리에칠렌, 페인트 등) 조건 - 다리는 25mm 25mm 300mm의 크기를 가져야 함 - 다리는 종이로 만들어야 함 - 접착제가 사용되어야 함 - 다리의 길이 방향으로 빛이 들어갈 수 있어야 함 유의 사항 - 다리의 무게가 가벼울수록 점수가 많이 할당됨

29 연세대학교 공학교육연구센터 ㅇ 저탄소 그린 캠퍼스 설계(장용철, 2010) 당신의 대학에서 배출하는 온실가스 배출량을 산정하시오. 당신의 대학을 저탄소 그린 캠퍼스로 만들기 위한 다양한 프로그 램(예를 들면 기후변화 교육, 에너지 교육, 전시회 등)과 구체적인 실행 계획(예를 들어 승용차 이용 줄이기, car pool제 도입, 대중교 통 이용하기, 에너지 효율 높이기, 에너지 효율적인 건물설계, 자전 거 이용 등) 및 실행 방법 등을 제안하시오. 당신의 학교에 신재생에너지를 사용할 수 있는 방안을 제시하시오. 학교 구성원이 저탄소 그린 캠퍼스를 위해 실천해 볼 수 있는 행 동수칙을 제시하시오. 저탄소 그린 캠퍼스의 로고를 디자인 하시오. ㅇ 태양열을 이용한 오븐 제작(장용철, 2010) - 분야 : 에너지/환경 분야 - 시나리오 및 역할 : 과학교실 운영, 태양열 오븐 설계 및 제작 - 기간 : 4주 - 여름방학을 이용하여 초등학교와 중학교 학생들을 대상으로 과학 교실 을 개최하기로 되어 있음. 과학교실 실습에 사용이 가능하도 록 태양열에너지를 이용한 간단한 태양열 오븐을 설계, 제작하고 제품에 대한 경제성 분석(비용과 편익)과 실용화 가능성 분석을 실 시하시오

30 Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? ㅇ 가정 내 보관 중인 폐휴대폰의 수거 전략(장용철, 2010) - 분야 : 환경공학 분야 - 현재 환경부 및 지방 자치단체 환경 부서에서 실시하고 있는 가정 내 폐휴대폰의 효율적 회수 방법의 장 단점을 알아보고 유인책을 포함한 정책을 일반 시민 입장에서 제안하시오. ㅇ 태양광에너지를 활용한 주택 설계 아이디어 프로젝트(장용철, 2010) - 아버지는 명예퇴직 이후 깨끗한 청정 지역에서 노후를 보내기 위 해 태양광을 활용한 전원주택을 건축하실 계획이다. 태양광에너지 의 원리와 발전 시스템의 구성요소, 특징, 장 단점을 서술하시오. - 태양광에너지를 활용한 전원주택의 설계 방안과 아이디어를 제시 하시오. 전원주택의 이름도 창의적으로 지으시오. 평균적인 전기 사용량은 2인 가족 기준 하루에 약 2,000Wh로 가정하여 설계하시 오(예를 들어, 창문 블라인더에 태양광 전지를 설치하면 20와트 전 구를 하루 10시간 사용할 수 있다고 알려져 있음). - 태양광에너지를 활용한 전원주택 설계 시 소요되는 비용(태양광 전 지 설치 비용, 유지 보수 비용 등)과 편익(전력 발생량, 전기세 감 소 효과 등)에 대해 경제성 분석을 수행하시오. ㅇ 음식물 쓰레기 수분 제거 공정 및 원리(강소연, 2009; 장용철, 2010 에서 재인용) - 분야 : 환경공학(폐기물 자원 순환) 분야 - 각 가정에서 발생하는 음식물 쓰레기를 재활용하기 위한 다양한 방법이 시도되고 있는데, 그 중 음식물 쓰레기를 건조한 후 매립 하는 방법이 비교적 타당한 방법으로 받아들여지고 있음 - 음식물 쓰레기의 수분은 악취를 발생 시키고 처리과정에서 많은 에 너지를 소모함. 음식물 쓰레기 수분 건조장치 를 제작하다는 가정 하에 다음 사항들을 포함한 기술 보고서를 작성하고 발표하시오

31 연세대학교 공학교육연구센터 수분 건조 원리 음식물 내 수분함량 측정 수분 건조장치 종류 경제성 평가 물질 및 에너지 수지 분석 ㅇ 100미터 거리에서의 통신 기술 프로젝트(송동주 외, 2010) - 100미터 이상 떨어진 두 지점에 있는 두 사람 간의 대화에 사용할 수 있는 양방향 통신 기술을 설계하여 구현함. 단, 사람이나 편지 가 물리적으로 이동할 수 없으며, 현재 완제품으로 상품화된 장치 도 사용할 수 없음. - 다음의 설계 제한 요소 및 구현 사항을 만족시켜야 함 설계 제한 요소 및 구현 사항 - 100미터 거리 이상에서 두 사람 간의 양방향 통신, 대화에 사용 - 전달해야 하는 정보는 한글 문자, 영어 문자, 숫자, 특수문자(쉼 표, 마침표, 띄어쓰기, 괄호 등)로 구성됨 - 구현, 제작 비용은 총 2만원을 초과하지 못함(전송 선로의 비용 은 제외) - 50자로 구성된 메시지를 10분 이내에 양방향으로 각각 전송할 수 있어야 함 - 전송 신호의 전달 방식은 전기신호, 광신호, 무선전파신호, 음성/ 오디오 신호 등이 가능함

32 Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? ㅇ 달걀 낙하장치(정동명, 2013) - 분야 : 기계/자동차공학 분야 - 경기 규정에 의하여 정해진 높이에서 날달걀을 자유 낙하시킬 때, 그것이 깨지지 않도록 보호할 수 있는 보호용기를 설계하고 제작함. - 자유낙하 높이는 일반적으로 2~7m로 하고, 반드시 제공되는 재료 만을 사용하여 낙하장치를 완성해야 함. - 경기의 목적은 달걀의 강하속도를 제어하는 장치를 설계하고 제작 하여, 이 장치가 달걀을 깨지 않고 지정된 목표지점 중앙에 착지하 도록 하는 것임. - 참가자들에게 하나의 날달걀이 주어지며, 낙하와 달걀 보호용기는 다음에 주어진 재료만을 사용하여 제작해야 함. 제공하는 재료의 목록 - 5개의 고무 밴드 - 폭이 제한없는 1m의 마스킹테이프 - A4 종이 한 장 - 15개의 음료수 빨대 - 15개의 사탕스틱 - 1m 길이의 실 - 우승자는 목표지점의 중앙에서 가장 가까운 지점에 달걀 낙하장치 를 떨어뜨려서 달걀을 깨뜨리지 않은 상태로 유지한 장치로 결정하 되, 동점자의 경우는 낙하장치 설계의 아이디어 수준과 작품의 완 성도 등을 추가로 고려할 수 있음. ㅇ 축적된 에너지로 주행하는 이동체 설계(정동명, 2013) - 분야 : 융합 공통과제 분야 - 경기 규정에 의하여 이동체를 출발선에서 5초 동안 1m 강제 후진 시키면서 에너지를 축적하고, 이 축적된 에너지로 다시 전진하여 정지할 때까지 최대 수직거리를 주행할 수 있는 이동체의 구조와 주행방법의 설계 제작

33 연세대학교 공학교육연구센터 - 요구조건과 제한조건 4~6인을 1조로 하여 설계 과제를 수행한다. 바퀴로 이동하는 차량(바퀴는 기성품 사용 가능) 형태의 기본 구 성이나 가능한 재활용품을 이용한 자작 방식을 권장함 이동체의 폭, 길이, 높이, 무게는 무제한임 출발 전에 모든 스위치나 발진장치를 조작하여 축적된 에너지가 제로 상태임을 확인함 후진은 사람의 손으로만 가능하며, 1m 거리를 5sec 이내로 제한함 주행 동력원에는 제한이 없으며, 동력을 공급하기 위한 에너지 축 적은 후진 동안만 가능하며 주행 중에는 에너지 공급이나 유무선 의 조정을 할 수 없음 축적 에너지는 고무줄이나 태엽 등 탄성체를 이용한 기계 에너지, 압력, 관성 에너지 또는 충전에 의한 전기에너지와 태양전지나 전 자파 에너지 이외의 어떠한 물리, 화학적 에너지 등 제한이 없으 나, 기존의 원동기를 사용하면서 동력원이 되는 연료의 직접 탑재 는 축적 에너지로 보지 않음 에너지 축적방식은 제한이 없으나 비접촉을 우선으로 접촉식과 구별하여 차등 평가함 ㅇ 물 추진 자동차 제작(이창훈 외, 2008) - PET병을 활용하여 물과 공기 압력의 추진력을 동력원으로 사용하 는 물추진 자동차를 제작함. - 제작된 물 추진 자동차의 성능은 물추 진 자동차 발사의 방향으로 일직선으로 가장 멀리 이동한 거리로 평가함. - 제작시 자동차의 모양, 크기, 디자인 등 을 고려해야 함. - 소요 재료 및 공구

34 Ⅱ. 기초설계에서는 무엇을 가르치는가? 재료 - 1.5L PET병 10개(연료 탱크, 바퀴, 몸체 제작), 자동차 축용 철사 나 나무(ø5 400mm)2개, 스티로폼(또는 고무) 캡, 마찰 고무 밴 드(타이어 미끄러짐 방지), 칼라 절연 테이프(다양한 색상), 바퀴 고정 휠, 글루건 심 등 공구 - 커트칼, 가위, 롱 노즈 플라이어(또는 펜치), 송곳, 발사대, 압축 펌프, 전기 인두, 둥근 줄, 드릴 머신, 드릴, 글루건 등 ㅇ 증기선 제작(이창훈 외, 2008) - 제안사항 - 수증기를 동력원으로 사용하는 증기선을 설계하여 제작함. - 수증기를 만드는 열원으로는 양초나 알콜 솜을 선택하여 사용할 수 있으며, 증기의 힘 외에 다른 힘을 사용할 수 없음. - 제작된 증기선의 성능은 주어진 아크릴 수조나 그 밖의 주어진 공 간에서 직선으로의 배의 이동 거리와 시간으로 평가함. - 제작할 때는 증기력 향상 방법, 물의 저항을 최소화할 수 있는 선 체의 구조 등을 고려해야 함. - 소요 재료 및 공구 재료 - 아이스핑크 스티로폼( t), 구리관(ø3mm 1.2m), PVC 파이프, 사포, 색종이, 딱풀, 글루건심, 알코올, 탈지면, 호일, 양 초, 꼬치막대, TP지, 우드락, 모눈종이, 병뚜껑, 순간접착제, 전기 절연 테이프, 알콜 솜 받침그릇, 양초 등 공구 - 니퍼, 펜치, 롱 노즈 플라이어, 바이스, 쇠톱, 글루건, 강철자, 칼, 가위, 송곳, 핀셋 등 기타 - 아크릴 수조(dP, h(10t)), 열선 커터기(탁상용, 수동 용), 바이스, 핀셋, 스포이드(또는 주사기), 라이터(또는 성냥) 등

35 연세대학교 공학교육연구센터 Ⅲ. 기초설계는 어떻게 가르치는가? : 문제중심학습(Problem-based Learning)을 중심으로 ㅇ 종래에는 교수자가 학생에게 지식을 전달 또는 주입하는 교수자 주 도형 교수법이 주를 이루었으나 근래에는 학생이 스스로 지식을 습 득할 수 있도록 도와주는 학습자 주도형 교수법이 강조되고 있음 ㅇ 기초설계 교과목에서는 4명 ~ 6명으로 구성된 팀 단위로 개방형 문 제(open-ended problem)를 공학적 설계 과정(design process)에 따 라 해결함으로써 창의적인 해결안을 도출하고 그 결과를 발표하는 활동이 주를 이룸 ㅇ 따라서 기초설계 교과목 운영에 적합한 학습자 주도형 교수법인 문 제중심학습(Problem-based learning, 이하 PBL이라고 함)을 살펴보 고, 설계 과정 중 팀 간 피드백을 주고받는 데 효과적인 회전식 토 의 기법(Rolling discussion technique)에 대해서 소개하고자 함

36 Ⅲ. 기초설계는 어떻게 가르치는가? 1. PBL의 개념 ㅇ 문제중심학습(이하 PBL이라 함)이란, 학습자가 생활 속에서 접할 수 있는 복잡한 문제를 개인적 또는 협력적으로 해결하는 과정에서 교 과목 관련 핵심 지식을 습득할 뿐만 아니라 비판적 사고력과 문제해 결 능력을 신장시킬 수 있는 학습자 주도형 교수법임(Torp & Sage, 2002; Uden & Beaumont, 2006) ㅇ PBL은 1960년대 캐나다의 McMaster 대학의 의과 교수인 Barrows에 의해 처음 소개되었고 이후 의학, 공학, 경영학, 교육학 등 다양한 분야에 적용되어 그 교육적 효과에 대해 검증받아 왔음 (Savin-Baden & Major, 2004; Savery, 2006). 특히 공학 분야에서는 공학인증에서 요구하는 설계 교육(design education)을 실효성 있게 운영하기 위한 교수법 중 하나로 소개되고 있으며 혁신적인 교육을 실시하는 지표 중 하나로 PBL 운영 교과목 수를 지정하기도 함 ㅇ 학자에 따라 문제중심학습(problem-based learning)과 프로젝트 기 반 학습(project-based learning)을 다른 교수법으로 보기도 하나, 본 안내서에서는 문제중심학습을 프로젝트 기반 학습을 포함하는 교수 법으로 보기로 함(de Graaff & Kolmos, 2003). ㅇ PBL이 다양한 학문 분야에서 교육적 효과를 검증받았음에도 불구하 고 교수자의 PBL 교수법의 이해 정도에 따라 그 효과가 다를 수 있 음. 효과적으로 PBL을 운영하기 위해서는 PBL을 통한 학습 성과, 평 가 방법, 문제 개발, 학습 과정에 대해 이해해야 함

37 연세대학교 공학교육연구센터 2. PBL의 학습 성과와 평가 방법 ㅇ PBL 교수법을 통해 산출되는 학습 성과로는 1 유연한 지식 (flexible knowledge), 2 문제해결 능력(problem solving skills), 3 협업 능력(collaboration skills), 4 자기주도학습 능력(self-directed learning skills), 5 학습 동기(intrinsic motivation) 증진이 있음 (Barrows & Kelson, 1995; Hmelo-Silver, 2004). 1 유연한 지식(flexible knowledge): PBL은 학생들이 다양한 문제 상황에서 사전에 습득한 지식을 활성화시켜 적용하도록 안내하 고 새로운 지식을 습득하도록 함 2 문제해결 능력(problem solving skills): 학생들은 PBL 문제를 해 결하기 위해 문제를 분석하고, 다양한 정보를 평가하며, 문제해 결에 필요한 정보를 결정하고 일련의 문제해결 계획을 세워 실 천함으로써 문제해결 능력이 신장됨 3 협업 능력(collaboration skills) & 4 자기주도학습능력(self-directed learing skills): PBL에서는 문제 해결을 위해 팀원들과 협업하는 과정과 문제해결에 필요한 정보를 조사하고 습득하는 자기주도 학습과정이 반복적으로 이루어짐에 따라 협업 능력과 자기주도 학습 능력이 신장됨 5 학습 동기(intrinsic motivation): 학생들은 일반 강의보다 PBL 교 수법을 선호하며, 지식을 전달받는 것보다 학습자 스스로 의미 있는 학습을 책임감 있게 수행하는 활동에 만족감을 더 느낌

38 Ⅲ. 기초설계는 어떻게 가르치는가? ㅇ PBL을 통한 문제해결 과정과 결과에 대해 교수자 평가를 포함하여 학습자의 자기평가, 팀원들간의 동료 평가, 다른 팀에 대한 평가 등 이 이루어질 수 있음. 다만, 학습 목표 달성도를 측정할 수 있는 적 절한 평가 방법을 적용해야 하는데 학습 목표 유형별 달성도를 평가 할 수 있는 평가 방법을 정리하면 다음 <표 Ⅲ-1>과 같음. 구체적 인 평가 도구는 <표 Ⅴ-4> 평가 방법 및 평가 기준을 참조함 <표 Ⅲ-1> 학습 목표 유형별 평가 방법 학습 목표 유형 평가방법 평가자 유연한 지식 문제해결 능력 자기주도학습 능력 프로젝트 결과 보고서 포트폴리오 팀 간 평가 발표 자기 평가 동료 평가 교수자 교수자 동료 교수자/동료 본인 동료 협업 능력 동료 평가 동료 학습 동기 학습 동기 측정 자기 평가 본인

39 연세대학교 공학교육연구센터 3. PBL 문제 ㅇ PBL은 문제로부터 학습이 시작되기 때문에 PBL 문제가 PBL 수업의 성공을 평가하는 중요한 요인이 됨. 그러나 많은 교수자들이 PBL 문 제 개발에 어려움을 겪고 있음(Weiss, 2003) ㅇ 학자들이 제안한 좋은 PBL 문제의 특징은 비구조성(ill-structured), 실제성(authentic), 관련성(relevance)임. 1 비구조성: 문제해결을 위한 부분적인 정보만 포함하고 있어 문제 를 분석하고 관련 정보를 탐색 수집하며 해결안을 모색하는 일련 의 문제해결 과정이 수반되는 문제 2 실제성: 실제 생활에서 일어날 가능성이 있는 문제로서 문제가 발 생되는 맥락이나 상황 정보를 제공하고 학습자들에게 수행해야 할 역할이 명시되어 있는 문제 3 관련성: 해당 교과목의 학습 목표와 관련이 있고 학습자들의 인지 적 수준에 부합하는 문제 ㅇ 공과대학에서 수행된 21개의 PBL 관련 연구를 분석한 결과 (Jin & Kim, 2013), 연구에서 다루어졌던 PBL 문제들은 모두 비구조적이고 해당 교과목의 교육목표와 학습자의 인지적 수준에 부합하는 문제였 으나 실제성의 정도가 상이하였음 - 실제성의 수준이 낮은 문제: 문제가 발생하는 상황에 대한 정보가 누락되어 있음 두 개의 부품으로 이루어져 있는 조립품(Case)에 대해, 다음의 조건 하에서 가장 효율성 높은(동일 시간에 가장 많은 제품을 생산할 수 있 는) 공장 레이아웃(Plant)을 설계해 본다. ➀ Product: Cover, Cylinder, Case ➁ Resource: 선반(Lathe), 머시닝 센터(Machining center), 조립 로 봇(Assembly Robot), 셋업(Setup Station), 물류 장비 ➂ 제조 자원: Conveyor, AGV, 로봇 등 자유롭게 선택하되 최대 2대 까지 사용 가능. 제조 자원을 하나 이상은 사용해야 하며, 대수는 자유롭게 결정한다. 총 기계 대수는 최대 8대까지 사용 가능하다

40 Ⅲ. 기초설계는 어떻게 가르치는가? - 실제성이 높은 문제: 문제가 발생하는 상황에 대한 정보와 학생들 이 수행해야 할 역할까지 구체적으로 명시되어 있음 당신은 여러 가지 상황에서 사용되는 측정 기구를 설계하는 대기업인 Instru Consult 회사의 직원입니다. Instru Consult는 생물 의학 측정 기구 디자인 프로젝트를 당신에게 맡겼습니다. 당신의 고객은 병원 기 구를 제조하는 회사인데, 이 회사는 종기 기반의 심전계를 디지털 심 전계로 업그레이드하기를 원합니다. 당신의 업무는 시스템을 디자인하 는 것입니다. 당신은 블로 다이어그램을 그려서 모든 부품을 명시해야 합니다. 그리고 당신은 이러한 일들을 Instru Consult가 제공하는 "레 피드 프로토타입핑" 방식을 두 번 사용해서 수행해야 하며 이때 다음 사항이 포함되어 있어야 합니다. - LabVIEW에서 실행된 가상 습득 체인 - 모든 부품에 대한 데이터 시트를 포함한 주문 제작 가능한 묘듈식의 하드웨어 습득 체인

41 연세대학교 공학교육연구센터 4. PBL 교수 학습 과정 ㅇ 진성희와 김태현(Jin & Kim, 2013)의 연구에서는 공대에서 수행되고 있는 PBL 교수 학습 과정을 분석한 뒤, PBL 문제의 실제성의 수준과 학습자들에게 요구되는 자기주도학습 능력 수준에 따라 4가지 유형 의 PBL 교수 학습 과정을 제안하였음 ㅇ 1유형: 강의 기반 문제해결 학습 (Lecture-based problem) - 전공 교과목이나 일반 설계 교과목에서 적용할 수 있는 PBL 수업 유형임 - 설명식 강의 또는 실험 교육을 실시한 후 학습한 내용을 실제 문 제해결에 적용해 볼 수 있는 기회를 제공하기 위해 PBL 학습 운영 - 프로젝트 기반 학습과 유사함 - PBL 문제: 문제 발생에 대한 상황 정보 없이 과제(task) 형태로 제 시되는 경우가 많음 - 학습 과정: 강의 문제 제시 문제 분석 문제해결 보고 서 작성 및 발표 ㅇ 2유형: 안내된 문제중심학습 (Guided Problem-based learning) - 학생들에게 문제를 제공하기 전에 교수자가 관련 내용을 강의로 설명해 주지는 않지만 문제 해결에 필요한 주요 지식이나 정보가 포함된 학습 자료(온라인 또는 오프라인)를 제공해 줌. - 학생들이 문제 해결에 필요 한 정보를 탐색하는 데 소 요되는 시간을 절약할 수 있는 PBL 유형임 - 학습 과정: 문제 제시 (학습 자료 제공) 문제 분석 제공받은 학습 자료 학습 문제해결 보고서 작성 및 발표

42 Ⅲ. 기초설계는 어떻게 가르치는가? ㅇ 3유형: 문제중심학습 (Problem-based learning) - 초기에 의대에서 개발했던 문제중심학습 유형임 - 학생들은 제공받은 문제를 해결하기 위해 자기주도적으로 필요한 지식 또는 정보가 무엇인지 탐색하고 학습해야 함 - PBL 교수 학습 과정: i) 교수자 또는 튜터는 학생들에게 PBL 문제 를 제공하고 학생들은 팀별로 제공된 문제에 대해 분석한다 ii) 학 생들은 경험과 지식에 기반하여 가설을 설정하고 문제해결을 위한 수행 계획을 수립한 뒤 역할 분담을 한다 iii) 각자 자기가 맡은 과 제에 대해서 탐색하고 학습한 뒤 팀원들과 공유한다 iv) 처음에 설 정한 가설을 수정하고 해결안을 도출한다 v) 문제해결 과정 및 결 과에 대해서 발표한다 - PBL 문제: 졸업 후 학생들이 직업 현장에서 접할 가능성이 있는 가상의 문제 - 학습 과정: 문제 제시 문제 분석 자기주도학습 문제해결 보고서 작성 및 발표 * 최적의 해결안이 도출될 때까지 문제 분석 자기주도학습 문 제해결 과정 반복

43 연세대학교 공학교육연구센터 ㅇ 4유형: 산학 협력 문제중심학습 (Co-op Problem-based learning) - 과정 면에서는 3유형인 문제중심학습과 유사하나 PBL 문제를 기업 체로부터 받은 실제 문제로 학습하는 PBL 유형 - 종합 설계 교과목(Capstone Design)에 적용하기 적합한 PBL 유형 - PBL을 적용하기 전에 교과목의 강의 목표와 관련성이 있는 PBL 문 제를 기업으로부터 받아야 함. 이후 PBL 교과목 운영에 기업이 어 떻게 참여할 것인지에 대한 사전 조율이 이루어져야 함. 팀 단위로 해결안이 도출되었을 때 해당 기업의 전문가들에게 면대면 또는 이메일(유선)로 검토 및 평가를 받는 활동을 포함시켜야 함 - 기업체로부터 받은 실제 문제를 해결해 보는 과정에서 학생들의 실천적인 능력이 향상될 수 있음 - 학습 과정: 산업체로부터 문제 받음(협력 관계 구축) 문제 제시 문제 분석 자기주도학습 문제해결 (산업체 담당자 초 대) 보고서 작성 및 발표 * 최적의 해결안이 도출될 때까지 문제 분석 자기주도학습 문 제해결 과정 반복 * 평가에 산업체 담당자 포함

44 Ⅲ. 기초설계는 어떻게 가르치는가? 팀 간 피드백 제공 기법: 회전식 토의 기법 (Rolling Discussion Technique) 1) 회전식 토의 기법의 개념 ㅇ 회전식 토의 기법은 이영태와 진성희 (in press)가 1995년 Brown과 Isaacs(2005)에 의해 제안된 대화 방식인 월드카페(world cafe)를 참 조하여 창의 기초설계 교과목의 학습활동의 특성에 부합하도록 개발 한 토의기법임 ㅇ 회전식 토의 기법은 협력적인 대화와 성찰을 통해서 팀원들이 보다 나은 합의점을 도출할 수 있도록 도와주는 협력적 지식 창출 토의 기법임. 4-5명 단위로 구성된 팀이 주제에 따라 토의를 시작하며, 구 성원들이 서로 교차하여 토의를 이어 나감으로써 많은 사람들로부터 의견을 수렴할 수 있는 토의 기법임 ㅇ 회전식 토의 기법 운영 절차 1단계: 준비 단계 - 토의 주제에 대한 팀별 활동 내용을 정리한다. 2단계: 회전식 토의 단계 - 팀에 남아 토의를 주관할 호스트를 결정한다. - 호스트를 제외한 다른 팀원들은 다른 팀으로 이동한다. - 호스트는 찾아 온 토의자들에게 팀별 활동 내용을 설명한다. - 토의자들은 토의 질문에 대한 다양한 의견을 제시한다. - 호스트는 토의자들이 제시하는 의견을 경청하고 메모한다. - 일정 시간 후 호스트만 남고 또 토의자들은 다른 팀으로 가서 토 의를 시작한다. (1 round당 토의 시간은 10분이 적당하나, 교수자 가 상황에 따라 조율) - 전체 2-3 round 운영한 뒤 원래 팀으로 모두 돌아간다

45 연세대학교 공학교육연구센터 3단계: 원팀 토의 단계 - 호스트는 토의 내용을 팀원들과 공유한다. - 전체 팀원들은 다른 팀의 팀원들로부터 받은 의견들을 검토하고 반영 여부에 대해 토의한다. - 다른 팀원들로부터 받은 의견에 대한 추가 조사 활동이 필요할 수 있다. - 결과적으로 팀에서 수행한 설계 문제, 설계 과정, 해결안이 수정 보완된다

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47 연세대학교 공학교육연구센터 Ⅳ. 팀 학습진행과 프로젝트 운영은 어떻게 하는가? 성공적인 수업의 핵심은 다름 아닌 학습자와 함께하는 수업이다. 어떻 게 하면 수업에서 학습자들을 수동적인 청취자가 아닌 주도적이고 능동적 인 참여자로 유도할 수 있을까? 동료 학습자들과의 팀 학습을 통해 자신 과 팀의 학습 성과 및 발전을 경험할 수 있는 팀 기반 학습(Team-Based Learning)의 효과적인 활용 전략을 소개하고자 한다. 1. 팀 기반 학습의 개념 ㅇ 팀 기반 학습(Team-Based Learning)은 소규모 팀 활동의 효과성을 살릴 수 있는 교수 학습 방법임. 한 명의 교수가 상당수의 학생들을 지도해야 할 때 활용 가능하며, 전체를 여러 소그룹으로 나누어 진 행하는 팀 활동과 전체가 동시에 참여하는 토론 수업을 병행하는 학습 모형임(Michaelsen,2002). 또한 팀에서 일어날 수 있는 다양한 문제들을 해결하기 위한 교수-학습 전략임. 2. 팀기반 학습의 특징과 효과 ㅇ 팀이 집단과 구별되는 특성은 공동의 발전을 위한 기여 수준과 구성 원 간의 신뢰수준이 높다는 것임. 성공적인 팀 학습을 위해서 교수 자는 학생들이 함께 상호작용하는 시간, 자원(특히, 지적인 자원), 공 동의 목표가 되는 도전적인 과업, 그리고 개인별, 팀별 성과에 대한 피드백 등과 같은 조건이 충족되도록 하여야 함. ㅇ 팀 기반 학습의 긍정적 효과는 학생들이 다른 동료들과의 상호작용 과정에서 가장 잘 배우며(McKeachie, 1994), 팀을 이루어 공부할 때 자신의 지식을 발표할 수 있는 기회를 가지게 되어 학습 과정에 더 욱 적극적으로 참여하게 된다는 점임

48 Ⅳ. 팀 학습진행과 프로젝트 운영은 어떻게 하는가? 3. 팀 빌딩과 팀 그라운드룰 설정하기 ㅇ 팀 빌딩은 효과적인 팀을 구축하는 데 중요한 요소임. 팀 구성원의 성과 향상과 자기계발, 긍정적인 의사소통, 리더십, 그리고 즐거운 학습 환경, 동기부여, 강점 활용 등이 제고되어야 함. ㅇ 팀 빌딩에서는 구성원들이 갈등 해소 차원에서 서로 비슷한 능력과 기질을 가진 사람끼리 팀을 구성하려는 성향이 있음. 집단사고를 유 발할 가능성이 있으므로 유의하여야 함. ㅇ 팀 학습활동 수행 과정에서 구성원들의 무임승차(free-rider)를 방지 하여야 함. 적극적인 참여와 원활한 학습활동을 위해서 그라운드 룰 을 팀별로 설정하는 것이 좋음. ㅇ 그라운드 룰의 예는 타인 의견 비판하지 않기, 경청하기, 의견 발표 시간 지키기, 동등한 발언 기회 주기, 칭찬하기, 요일별 게시판에 글 쓰기 등이 있음. 팀학습 활동에 요구되는 규칙들을 구성원들이 협의 하여 결정하고 지키도록 함. ㅇ 교수자가 일방적으로 규칙을 정해 놓고 학습자들로 하여금 지키라고 강요하는 것보다는 팀의 특성을 고려하여 학습자들 스스로 팀에 필 요한 규칙을 정하는 과정에서 의사 표현과 경청의 기술, 그리고 의 견 조율을 통한 상대방 배려와 협력 등을 학습할 수 있는 기회를 가 질 수 있도록 함

49 연세대학교 공학교육연구센터 4. 팀 운영 전략의 ABC 1) 교수의 기초설계 팀 운영 전략 ㅇ 팀 빌딩을 통해 팀이 구성되면 팀은 형성기- 혼돈기 규범기 성 취기 해체기를 거치게 됨. 교수는 팀이 혼돈기(Storming)단계를 빨 리 극복하고 목적에 집중할 수 있도록 퍼실리테이터로서의 역할을 수행하여야 함. ㅇ 이상적인 팀의 크기는 과제의 특징을 반영하여 정해야 함. 팀원의 수가 2-3명이면 학생들의 참여도를 높일 수는 있지만 개인적 갈등 해소나 다양한 아이디어 생성에는 제한적임. 그러므로 바람직한 팀 의 크기는 최소한 5명임. 4명은 사실상 2명씩으로 팀이 나눌 수 도 있고 또는 3명이 한 명을 따돌릴 수도 있음. 5명이 팀이 응집력을 갖는 데 가장 적절하다(Bruffee, 1999)는 연구결과가 있음. ㅇ 팀 구성 면에서 볼 때 학생들이 자발적으로 원하는 사람들끼리 팀을 이루면 팀워크는 좋지만 팀별 능력의 차이가 생길 수 있고 공정성의 문제가 있음. 또 자주 팀 구성원을 바꾸면 다양한 구성원들과의 팀 경험을 가질 수 있고 학생들의 네트워킹을 증진시킬 수 있다는 점에 서는 바람직하지만 장기 과제에서는 긍정적이지 않음. ㅇ 성공적인 팀 구성의 원칙은 긍정적 상호의존임. 이를 위해 개별 학 생의 팀 기여를 의무화하는 것이 바람직함. 구성원들에게 팀 리더, 퍼실리테이터, 시간 관리자, 기록자 등의 역할을 분배하 여 팀 활동이 원활하게 이루 어지도록 하며 역할을 주기 적으로 바꿈으로써 서로에 대한 피드백과 개방적 분위 기를 통해 촉진적 상호작용 이 이루어지도록 함

50 Ⅳ. 팀 학습진행과 프로젝트 운영은 어떻게 하는가? ㅇ 효과적인 팀 활동 유지를 위해 첫 모임 때 팀원들이 한 학기 동안 지켜야 할 규칙(code of group conduct)을 팀원들 스스로 정하게 하는 것이 좋음. 5-7개 정도의 규칙을 정하면 한 학기 동안 팀원으 로서의 책임과 역할을 다하도록 하는 데 효과적임. 학생들은 규칙을 정하면서 집단의 역동성 뿐만 아니라 본인들의 책무성에 대해서도 생각할 수 있는 기회를 갖게 됨. 규칙을 정할 때 처음부터 학생들이 브레인스토밍을 통해 규칙을 생성할 수도 있지만 교수가 규칙을 제 시하고 그 중에서 3-5개 정도를 선택하게 할 수도 있음. ㅇ 교수는 팀별 규칙이 잘 지켜지고 있는지 학기 중에 가끔씩 확인하는 것이 좋음[부록 *참고]. ㅇ 팀 기반 학습에서 온라인 게시판을 통한 활동은 여러 가지 긍정적인 면을 제공함. 팀 활동에서 구성원들이 자신의 책임과 역할을 잘 수 행하고 있는지 평할 수 있으며 이는 동료 평가에도 활용될 수 있음. 또한 수업 자료의 효과적인 배분과 과제물의 수령에도 긍정적임. ㅇ 팀 활동이 효과를 발휘하기 위해서는 팀 내 구성원들이 서로 잘 알 아야 하며 이를 위해서는 어느 정도의 시간이 필요함. 학습자들이 기초설계 과목에서 주요하게 생각하는 부분을 공유할 수 있도록 수 업시간에 자기소개와 더불어 수강목적 공유의 시간이 필요함. 2) 학생의 기초설계 팀 활동 전략 ㅇ 다양한 견해는 창의적 결과물 생성에 유익하므로 팀 빌딩 시 유사한 성향의 사람을 찾기보다는 다양성을 추구하는 것을 검토하여야 함. ㅇ 팀워크(teamwork)는 팀의 구성원들이 공동의 목표를 달성하기 위하 여 역할에 따라 책임을 다하고 협력적으로 행동하는 것을 말함. 효 과적인 팀워크의 발현을 위해 학기 초 브레인스토밍을 통해 정해진 NORM을 지키는 것을 최우선으로 함

51 연세대학교 공학교육연구센터 ㅇ 팀 활동은 명확한 목적, 신뢰를 바탕으로 한 존중을 토대로 한 상호 학습임. 충분한 의사소통의 시간을 통해 목적을 명확히 하고 수행 미션의 목표를 공유하고, 신뢰와 헌신을 강화시키고 문제해결 스킬 을 개발하여야 함. ㅇ 팀 구성원의 경험의 다양성, 명확한 역할, 높은 결합력이 시너지를 발휘할 때 기초설계 과목의 산출물에 대한 높은 품질을 보장할 수 있다. 5. 기초설계 프로젝트 관리에서 프로세스별 핵심 수행활동 프로젝트 시작 Ÿ 프로젝트 목표 설정 Ÿ 프로젝트 개요 정리 Ÿ 프로젝트 운영방향 정립 프로젝트 계획 수립 Ÿ 업무 분석 Ÿ 업무 분장(책임차트) Ÿ 리스크분석 (리스크 대응 계획표) Ÿ 일정 계획 (Gantt/Milestone 차트) 프로젝트 실행 및 종료 Ÿ 프로젝트 팀 미팅 Ÿ 진행현황 파악 Ÿ 최종 미팅 Ÿ 최종 보고서

52 Ⅳ. 팀 학습진행과 프로젝트 운영은 어떻게 하는가? 1) 프로젝트 목표 설정 ㅇ 목표를 설정할 때에는 무엇을(범위), 언제까지(일정) 수행하는 데 얼 마나 많은 자원(비용)이 드는지가 포함되어야 함. 1 달성하고자 하는 것은 구체적으로 무엇인가? 2 목표가 결과물 중심으로 표현되어 있는가? 3 이 목표는 달성 가능한 목표인가? 4 목표 달성 여부를 어떻게 측정할 수 있는가? 5 언제 그 목표가 달성될 수 있는가? 2) 프로젝트 개요 정리 ㅇ 프로젝트에 대한 계획을 본격적으로 작성하기 전에 프로젝트의 전체 적인 방향 혹은 범위에 대해 Mentor의 승인을 확보해야 함. 이를 위 해 그리고 명확한 의사소통을 위해 초기에 사용되는 문서를 Charter(프로젝트 헌장)라고 함. ㅇ Charter 작성의 목적 - 프로젝트를 공식적으로 시작하기 위해 - Mentor와 업무에 대해 Consensus하기 위해(의사소통의 불명확성 을 제거하기 위해) - 위험을 사전에 명확히 하기 위해 - Mentor의 지원을 확보하기 위해 - 우선순위(Quality, Cost, Time)를 협의하기 위해 3) 프로젝트 운영 방향 정립(Kick-off Meeting) ㅇ 목적 : 프로젝트 팀과 프로젝트 계획 수립을 시작하기 위해 ㅇ 참석자 : 프로젝트 리더, 프로젝트 팀원, Mentor ㅇ 시기 : 계획 수립 작업을 시작할 때 실시 ㅇ 협의 사항 - 소개(Introductions)

53 연세대학교 공학교육연구센터 - 분위기 조성(Icebreaking) - 프로젝트 목표 및 환경(프로젝트 내용) - 이슈리스트(Issue list) 작성 - Parking lot 활용 - CHARTER 검토 - 초기 이슈 확인 - 팀 행동 규범 설정 - 미팅 시간 : 1-2시간 정도. 프로젝트의 규모, 복잡성, 명확성 등이 어느 정도 수준인지에 따라 달라짐. 4)프로젝트 계획 수립 가. 업무 분석 (WBS) - 프로젝트 전체 범위를 구성하는 요소를 산출물 혹은 과업 중심으 로 그룹화한 업무 분석 방법 - 중복되어도 안 되고, 빠진 업무가 있어도 안 됨 - 업무 위계 파악이 중요 나. 업무 분장(RAM) - WBS의 work package별로 업무 분장 상황을 표현하는 도구 - 프로젝트 팀 구성원의 책임과 역할을 표현 - 궁극적으로는 Work package별로 한 명의 책임자가 할당되어야 함 다. 리스크 분석 - 리스크를 예측하고 다양한 회피전략(Avoidance)을 통해 리스크를 제거, 회피, 이관, 완화, 수용하는 단계 라. 일정 계획 - 프로젝트의 일정을 계획하고 도식화된 문서로 표현하여 의사소통 의 기반 문서로 활용

54 Ⅳ. 팀 학습진행과 프로젝트 운영은 어떻게 하는가? (예) Gantt Chart - 프로젝트 수행에 필요한 세부 활동을 세로축에 기입하고 활동별 시작 일자와 완료 일자를 연결한 가로로 된 막대 그래프를 그려 넣어 활동 간의 연결 고리를 파악하고 일정 관리를 가능하게 함. 코드 100 마케팅 업무 2/4분기 3/4분기 4/4분기 시장조사 102 시장조사 보고서 작성 200 상품설계 201 상품아이디어 수령 202 상품개발안 수립 300 상품의 타당성 검증 301 위험물 개발 302 Pricing/Profit Test 303 위원회 승인 400 판매준비 401 판매전략 수립 402 상품 홍보 403 상품 교육 5) 프로젝트 실행 및 종료 가. 프로젝트 팀 미팅 ㅇ 팀원들이 모두 모여 현재 프로젝트 진행 상황을 공유하며, 잠재적인 문제점들을 짚어 보고 해결안을 모색함. ㅇ 프로젝트 팀 미팅 절차 - 프로젝트 진행 상태를 검토하기 위해 정기적인 팀 미팅 일정을 잡음. - 미팅 전에 최근 진행 상황들을 업데이트 함. - 프로젝트의 현 진행 상태를 검토함. - 예상되는 문제점들을 확인하고 계획 변경을 제안함. - 이슈 리스트를 점검하고 업데이트 함.(parking lot 정리 포함) - 미팅 안건을 확인하고 미팅 결과를 평가함

55 연세대학교 공학교육연구센터 나. 진행 현황 파악 ㅇ 프로젝트의 모든 수준에서 계획 대비 실제 결과를 모니터링 함으로 써 시정 조치를 취할 적절한 시점을 확인하고 프로젝트 진행 사항에 대해 의사소통을 함. 다. 최종 검토 미팅 ㅇ 목적 : 프로젝트를 통해 배운 점과 개선을 위한 제안 사항들을 Mentor와 공유하기 위함 ㅇ 참석자 : 프로젝트 팀장, 프로젝트 팀원, Mentor ㅇ 협의 사항 - 프로젝트 계획상의 변동 사항과 그 이유들에 대해 검토함. - 산출물이 프로젝트 범위와 일치하는지 검토함. - 프로젝트를 통해 배운 점들에 대해 토의함. - 향후 개선 점에 대해 토의함. 라. 최종 보고서 ㅇ 프로젝트의 과정을 정리한 역사적인 문서이며, 프로젝트 과정 및 결 과를 통해 배운 점과 개선 점 등을 조직과 기타 프로젝트 팀들이 공 유하는 수단임. - 최종 보고서 작성을 위한 요약본을 만듦. - 프로젝트 변동 사항, 향후 프로젝트를 위한 피드백, 배운 점과 개 선 점 등에 관한 리포트를 첨부함. - 리포트를 배포하고 보관함

56 Ⅳ. 팀 학습진행과 프로젝트 운영은 어떻게 하는가? 6. 기초설계 프로젝트 관리에서 퍼실리테이션 1) 퍼실리테이션 ㅇ 교육에 대한 패러다임이 주입식 교육, 교수자 중심의 교육에서 자기 주도적 학습, 학습자 중심의 학습으로 변화함에 따라 교수의 역할도 강사의 역할에서 퍼실리테이터(촉진자)의 역할로 변화하고 있음. 퍼 실리테이터의 주요 역할은 팀이 자체적으로 프로세스와 구조를 개선 하여 스스로 효과성을 증진하도록 도와주는 것임. ㅇ 팀 빌딩에서 퍼실리테이터의 역할 - 팀 빌딩을 거쳐 팀 개발을 촉진하고 진전, 양성, 다듬기, 단순화, 명확화 및 보조를 진행함. - 조율 방법을 계획하기 위해 팀 리더와 함께 작업함. - 팀원들이 문제를 명확히 하도록 보조하고, 그들의 견해를 종합하 며, 팀의 상호교류를 분석하는 데 도움을 줌. - 팀이 스스로를 객관적인 시각으로 볼 수 있도록 도움. - 팀 구성원들이 팀 빌딩으로부터 자신의 기술을 개발 할 수 있도록 지원함. - 토론 주제에 대해 격려함

57 연세대학교 공학교육연구센터 V. 기초설계는 어떻게 평가하는가? 학생은 기초설계 교과목을 통하여 팀워크, 의사소통 능력 및 설계 능력 의 향상을 꾀할 수 있다. 그러면 교수는 학생들의 기초설계 프로젝트 수 행 활동과 그 결과물을 어떻게 평가해야 하는가? 본 장에서는 팀워크와 의사소통 능력에 대한 평가방법과 함께 최종 보고서 및 발표에 대한 평가 방법을 소개하고자 한다. 1. 팀워크 평가 방법 1) 공학계열에서 팀워크는 다양한 배경을 지닌 학생들이 팀 프로젝트를 달성하기 위해 상호작용과 협력을 실시하는 활동이며, 팀워크 스킬 은 이러한 팀워크를 효과적으로 발휘하는 데 필요한 역량을 의미함 공학계열 학생들의 팀워크 스킬은 공학계열 학생으로서 갖추어야 할 공 통 스킬 과 팀 내 역할에 따른 개별 스킬 로 구분하여 평가할 수 있음. 공통 스킬 은 팀 과제 및 활동에 대한 이해, 적응력, 책임감, 배려, 상호 신뢰, 목표 공유, 정보 공유, 경청, 피드백, 자료 분석, 협력, 목 표 설정, 역할 분배, 의사결정, 동기부여, 설득, 추진력, 계획 수립, 시 간 관리, 문제해결, 문서 작성, 갈등 관리 측면에서 자기평가 할 수 있음(<표 V-1>) 팀 내 구성원의 역할에 따른 개 별 스킬 은 리더, 실행자, 혁신자, 조정자, 판단자에 따라 구분하여 자기평가 할 수 있음(<표 V-2>, <표 V-3>) 1) 팀워크 평가 방법은 한지영(2011)의 논문에 게재된 내용을 저자의 동의 하에 제시함

58 V. 기초설계는 어떻게 평가하는가? 문항 <표 V-1> 공학계열 학생들의 팀워크 공통 스킬(자기평가) 내용 나는 팀 구성원으로서 팀 과제 수행을 위해 필요한 기본 적인 전공지식을 가지고 있다. 나는 팀 구성원으로서 다른 구성원이 다양한 관점을 가질 수 있다는 점을 이해하고 있었다. 나는 팀 구성원으로서 다른 구성원과 함께 과제를 수행하 는 환경에 잘 적응했다. 나는 혼자 과제를 수행하는 것보다 팀으로 과제를 수행하 는 것이 편했다. 나는 팀 구성원으로서 나에게 주어진 역할을 성실하게 수 행했다. 나는 팀 구성원으로서 책임감을 갖고 자신에게 주어진 역 할을 다른 구성원에게 미루지 않았다. 나는 팀 과제 수행 시 다른 팀원들도 나와 유사한 어려움 이 있음을 이해하였다. 나는 팀 과제 수행 시 어려운 역할을 내가 먼저 맡으려고 했다. 나는 팀 구성원으로서 다른 팀원들을 믿고 의견을 존중하 였다. 나는 팀 과제 수행 기간 동안 팀원과의 원만한 관계를 유 지하기 위해 노력하였다. 전혀 동의 하지 못함 다소 동의 하지 못함 보통임 다소 동의함 매우 동의함 11 나는 팀 구성원으로서 팀의 목표를 이해하고 있었다. 12 나는 팀 구성원으로서 팀 목표를 나의 목표로 공유하였다 나는 팀 구성원으로서 팀 과제 수행에 필요한 정보를 팀 원과 공유하였다. 나는 팀 구성원으로서 어렵게 찾은 중요 정보를 팀원들에 게 제공하였다. 15 나는 팀 구성원으로서 다른 팀원들의 의견을 잘 들었다 나는 팀 구성원으로서 내 주장을 내세우기보다 다른 팀원 의 의견을 들으려고 하였다. 나는 팀 구성원으로서 다른 팀원의 업무 수행 과정에 대 해 내 의견을 제시하였다. 나는 팀 구성원으로서 다른 팀원들의 의견을 듣고 과제 수행에 반영하였다. 나는 팀 구성원으로서 팀 과제 수행에 필요한 정보를 수 집하고 분석하였다. 나는 팀 구성원으로서 팀 과제 수행에 필요한 정보를 문 제해결에 활용하였다. 나는 팀 구성원으로서 원활한 과제 수행을 위해 팀원들과 서로 협력하였다. 22 나는 팀 구성원으로서 다른 팀원의 업무 수행을 도와줬다

59 연세대학교 공학교육연구센터 <표 V-2> 공학계열 학생들의 팀 구성원 역할 팀 구성원 역할 리더 실행자 혁신자 조정자 판단자 내용 팀을 대표하는 사람으로서 팀 목표를 달성할 수 있도록 전 과정에 책임을 지 는 동시에 팀원들이 맡은 역할을 제대로 수행할 수 있도록 방향을 정하고 조 정하며, 동기를 부여한다. 팀 구성원들이 제시한 아이디어를 실천 가능한 과제로 전환하여 주도적으로 수행하고, 실행 과정에서 구체적인 사항을 점검하여 팀과제를 마무리한다. 팀 과제 수행 시 관련 분야에 대한 적절한 정보를 찾고, 창의력과 상상력을 발 휘하여 문제해결에 활용하며, 구체적인 성과를 만들어 낸다. 팀 구성원 사이에서 일어날 수 있는 갈등을 해결하고 효과적인 의사소통을 통 해서 팀 구성원의 협동을 잘 이끌어 낸다. 팀이 가지고 있는 인적 및 물적 자원을 파악하고 내/외부 상황에 대한 냉철한 분석을 통해 전략을 수립하고 의사결정을 지원한다. <표 V-3> 공학계열 학생들의 팀워크 개별 스킬(자기평가) 문항 역할 내용 리더 팀 리더로서 팀원의 능력에 따라서 팀의 목표를 구체적으로 수립하였다. 팀 리더로서 팀원의 능력을 고려하여 과제 수행의 목표와 방향을 수립하였다. 팀 리더로서 팀원의 능력에 따라서 효과적이고 공 정하게 역할을 분배하였다. 팀 리더로서 업무량을 고려하여 공정하게 팀 역할 을 분배하였다. 팀 리더로서 시간이 다소 걸려도 팀원 간의 의견 교환을 통해 합의된 결정을 이끌어냈다. 전혀 동의 하지 못함 다소 동의 하지 못함 보통임 다소 매우 동의함 동의함 6 팀 리더로서 대체로 합의된 의견을 따랐다 팀 리더로서 다른 팀원이 과제 수행에 적극적으로 참여할 수 있도록 격려하였다. 팀 리더로서 팀의 분위기를 유쾌하게 만드는 데 앞장섰다. 팀 리더로서 성공적인 과제 수행을 위해 팀 구성 원들과 의견이 다를 경우 내 주장을 내세웠다. 팀 리더로서 자신의 의견을 주장하기 위해 타당한 이유를 제시하였다. 팀 리더로서 팀 목표를 달성하기 위해 어떠한 어 려움도 극복할 수 있는 것처럼 보였다. 팀 리더로서 팀 목표 달성을 위해 정한 일정을 빠 짐없이 준수하였다

60 V. 기초설계는 어떻게 평가하는가? 문항 역할 내용 전혀 동의 하지 못함 다소 동의 하지 못함 보통임 다소 매우 동의함 동의함 1 팀 과제 완성을 위해 시간과 일정을 고려한 단계 별 실행 계획을 수립하였다. 2 팀 구성원으로서 역할별 팀 과제 수행 계획을 구 체적으로 수립하였다. 3 팀 구성원으로서 과제 수행 일정에 맞추어 역할을 수행하였다. 4 5 실행자 팀 구성원으로서 과제 수행을 위한 시간을 효율적 으로 관리하고 활용하였다. 팀 구성원으로서 팀 과제의 기술적 문제 원인을 함께 파악하였다. 6 팀 구성원으로서 팀 과제의 문제를 논리적으로 해 결하기 위해 함께 노력하였다. 7 팀 구성원으로서 팀 과제 수행 과정에 필요한 수 행 계획서, 설계 노트, 회의록 등을 잘 작성하였다. 8 팀 구성원으로서 팀 과제를 마무리하는 데 필요한 최종 보고서 등을 잘 작성하였다. 문항 역할 내용 전혀 동의 하지 못함 다소 동의 하지 못함 보통임 다소 매우 동의함 동의함 1 팀의 구성원으로서 팀원의 능력에 따라서 팀의 목 표를 구체적으로 수립하였다. 2 팀의 구성원으로서 팀원의 능력을 고려하여 과제 수행의 목표와 방향을 수립하였다. 3 팀 구성원으로서 팀의 분위기를 유쾌하게 만드는 데 앞장섰다. 4 혁신자 팀의 구성원으로서 성공적인 과제 수행을 위해 다 른 구성원들과 의견이 다를 경우 자신의 주장을 내세우며 고집을 부렸다. 5 팀 구성원으로서 팀 과제의 기술적 문제 원인을 함께 파악하였다. 6 팀 구성원으로서 팀 과제의 문제를 논리적으로 해 결하기 위해 함께 노력하였다

61 연세대학교 공학교육연구센터 문항 역할 내용 1 팀 구성원으로서 팀원의 능력에 따라서 효과적이 고 공정하게 역할을 분배하였다. 전혀 동의 하지 못함 다소 동의 하지 못함 보통임 다소 매우 동의함 동의함 2 팀 구성원으로서 업무량을 고려하여 공정하게 팀 역할을 분배하였다. 3 조정자 팀 구성원으로서 성공적인 과제 수행을 위해 팀 구성원들과 의견이 다를 경우 자신의 주장을 내세 우며 고집을 부렸다. 4 팀 구성원으로서 자신의 의견을 주장하기 위해 타 당한 이유를 제시하였다. 5 팀 구성원으로서 팀원 간에 일어나는 다양한 갈등 유형을 이해하였다. 6 팀 구성원으로서 팀원 간의 갈등 상황에 효과적으 로 대처하였다. 문항 역할 내용 1 팀 구성원으로서 팀원의 능력에 따라서 팀의 목표 를 구체적으로 수립하였다. 전혀 동의 하지 못함 다소 동의 하지 못함 보통임 다소 매우 동의함 동의함 2 팀 구성원으로서 팀원의 능력을 고려하여 과제 수 행의 목표와 방향을 수립하였다. 3 판단자 팀 구성원으로서 시간이 다소 걸려도 팀원 간의 의견 교환을 통해 합의된 결정을 이끌어냈다. 4 팀 구성원으로서 대체로 합의된 의견을 따랐다. 5 6 팀 과제 완성을 위해 시간과 일정을 고려한 단계 별 실행 계획을 수립하였다. 팀 구성원으로서 역할별 팀 과제 수행 계획을 구 체적으로 수립하였다. 공학계열 학생들은 팀워크 활동을 하면서, 팀의 원활한 과제 수행을 위하여 동료평가를 시행할 수 있음. <표 V-4>는 팀 활동을 하는데 누구나 필요한 공동스킬에 대한 동료평가도구로서 팀원들이 각 항목 에 대해 동료평가 대상자의 수행 수준을 1~5점 척도를 활용하여 작 성하는 것임. 또한, <표 V-5>는 역할에 따른 개별스킬에 대한 동료 평가도구로서, 피평가자 팀원의 담당 역할을 확인한 후, 그 역할에 대한 수행 수준을 동료 팀원이 평가하는 것임

62 V. 기초설계는 어떻게 평가하는가? <표 V-4> 공학계열 학생들의 팀워크 공동스킬에 대한 동료평가 팀워크 스킬 팀원 팀원 ( ) 팀원 ( ) 팀원 ( ) 팀원 ( ) 1. 팀 과제 및 활동에 대한 이해 2. 적응력 3. 책임감 4. 배려 5. 상호신뢰 6. 목표공유 7. 정보공유 8. 경청 9. 피드백 10. 자료분석 11. 협력 <표 V-5> 공학계열 학생들의 팀워크 개별스킬에 대한 동료평가 팀워크 스킬 팀역할(팀원명) 리더 ( ) 실행자 ( ) 혁신자 ( ) 조정자 ( ) 판단자 ( ) 12. 목표설정 ( ) ( ) ( ) 13. 역할분배 ( ) ( ) 14. 의사결정 ( ) ( ) 15. 동기부여 ( ) ( ) 16. 설득 ( ) ( ) 17. 추진력 ( ) 18. 계획수립 ( ) ( ) 19. 시간관리 ( ) 20. 문제해결 ( ) ( ) 21. 문서작성 ( ) 22. 갈등관리 ( )

63 연세대학교 공학교육연구센터 2. 의사소통 능력의 평가 방법 공학계열에서의 의사소통 능력은 1기술 문서의 평가(문서에 의한 의사소통 기술) 및 2구두 발표의 평가(구두에 의한 의사소통 기술) 로 구분 기술 문서는 크게 제품 사용 설명서와 제품에 대한 기술 문서로 나 눌 수 있음. 일반적으로 기술 문서는 <표 V-6>와 같은 측면에서 평 가할 수 있음 <표 V-6> 일반적인 기술 문서의 평가 (송동주 외, 2008, p.18의 표 내용을 수정함) 뚜렷함 간결성 기술 문서의 평가 항목 모든 공학 정보가 애매모호하지 않고 의심의 여지 를 남기지 않는다. 주도면밀한 뚜렷함에 도움이 되지 못하는 지나치 게 상세한 내용은 피한다. 평가척도 정확성과 정밀성 정확한 정보를 제공하며, 정보가 불확실하지 않다. 주도면밀함과 논리적 구성 간단하고 용이한 서식으로 모든 필요한 정보를 나 타낸다. 독자에 초점 정보의 사용자에게 초점을 맞춘다. 신뢰성 시기의 적절성 신개념 또는 기술이 확인 과정을 거쳤으며, 아이 디어의 연구, 분석, 종합 및 시험결과를 포함한다. 제품 사용 또는 프로젝트 납기 등의 일정에 맞추 어 작성한다. 구두 발표 평가에는 다양한 유형의 루브릭 이 제안되고 있음. 교수는 수업목적에 맞게 평가 항목을 수정 보완하여 사용할 수 있 음. <표 V-7>는 그 중 한 사례임(Allen, 2004)

64 V. 기초설계는 어떻게 평가하는가? <표 V-7> 구두발표 평가 루브릭 기대 이하(0~2점) 만족(3~5점) 모범(6~8점) 조직 (organization) - 조직이 명확하지 않음 - 주장을 지지하는 증거가 사용되지 않음 - 초점이 있는 발표이며, 결론을 지지하는 몇몇 증거가 있음 - 발표가 주의 깊게 조직되어 있어 결론을 지지하는 확실한 증거를 제공함 내용 (content) - 내용이 정확하지 않거나 지나치게 일반적임 - 청자가 경청하려 하지 않거나, 잘못 이해함 - 내용은 대체로 정확하지만, 완결성이 없음 - 청자가 주제와 동떨어진 몇몇 사실을 배울 수도 있지만, 주제에 대한 새로운 통찰력을 가질 것 같지는 않음 - 내용이 정확하고 완결성이 있음 - 청자가 주제에 대한 새로운 통찰력을 가질 것으로 보임 형식 (style) - 발표자가 불안해 보이며 노트를 읽음 - 청자가 심하게 무시당함 - 발표자가 대체로 여유 있고 편안해 보이지만, 자주 노트를 읽음 - 청자가 때때로 무시당하거나 이해를 잘 못함 - 발표자가 여유 있고 평안해 보이고, 노트에 지나치게 의존하지 않으며, 청자와 효과적으로 상호작용함 문제중심학습(Problem-Based Learning)에서 발표에 대한 학생들간의 동료 평가 방법은 <표 V-8>과 같음(강소연, 2009). <표 V-8> 발표에 대한 동료 평가방법 발표에 대한 동료 평가 항목 평가척도 1. 주제가 분명하게 제시되었는가? 2. 주제와 관련된 사실과 데이터들이 충분하게 조사되었는가? 3. 발표자는 관련 문제에 대한 내용을 충분히 이해하고 있는가? 4. 발표가 청중들에게 새롭고 유용한 정보를 제시하였는가? 5. 발표의 내용이 흥미로웠으며 의미 있는 정보가 제시되었는가?

65 연세대학교 공학교육연구센터 3. 설계 능력의 평가방법 공학계열 설계 교과목은 공학교육인증기준에서 요구하는 설계 제한 요소를 다음의 <표 V-9>에서와 같이 제시하여야 함(홍현필, 김대석, 박성균, 2011) <표 V-9> 설계 제한 요소 제한 요소 산업 표준 경제성 환경에 미치는 영향 윤리성 안전성 미학 신뢰성 사회에 미치는 영향 기타 제한 요소 설명 해당 설계 과제는 산업 표준을 준수해서 제작되었는가? 해당 설계 과제는 제작 비용을 고려해서 제작되었는가? 해당 설계 과제가 환경에 미치는 영향을 고려했는가? 해당 설계 과제는 윤리적인 면을 고려했는가? 해당 설계 과제는 안전성을 고려했는가? 해당 설계 과제는 디자인 측면을 고려했는가? 해당 설계 과제는 지속적 작동의 신뢰성을 고려했는가? 해당 설계 과제가 사회에 미치는 영향을 고려했는가? 이외 고려 사항은 무엇인가? 설계 프로젝트 계획서 작성의 중요성 및 유의 사항(정동명, 2010, p. 141) - 주어진 공학적 문제의 해결이나 팀 과제를 성공적으로 수행하기 위해서는 실행 계획서가 작성되어야 함. 교수는 이 계획서를 통해 학생들이 문제를 제대로 분석하고 해결을 위한 방안과 준비 사항, 수행 단계별 내용, 예상 가능한 결과 등을 기술하고 있는지를 점 검해야 함 - 설계 프로젝트 계획서 작성 과정에서 문제와 과제의 목표는 분명 해 지지만 타협과 모순이 발생할 수도 있음. 하지만 동일한 팀 과 제를 수행하는 구성원들 간에도 서로 분할된 역할과 협력의 기준 을 확인할 수 있으므로 과제 계획서는 반드시 작성되어야 함

66 V. 기초설계는 어떻게 평가하는가? - 설계 프로젝트 계획서는 담당 교수, 교과목에 따라 변경하여 사용 할 수 있으나, 프로젝트의 명칭과 목표, 요약 내용, 과제를 수행하 는 주제와 팀, 소속 등의 필수적인 요소는 반드시 포함하여야 함 설계 프로젝트의 평가 방법 및 평가 항목은 프로젝트의 해당 분야 및 프로젝트의 특성에 따라 다양할 수 있으나, 기본적으로 프로젝트 계획서, 최종 보고서, 프로젝트 결과물에 대한 평가를 수행하는 것이 바람직함 - 다음의 <표 V-10> 및 <표 V-11>는 서울시립대학교의 2013년 설 계 과목 표준 매뉴얼에서 제시되어 있는 기초설계 교과목의 프로 젝트 계획서 및 최종보고서에 대한 작성 요령 내용을 수정하여 평가표로 변경한 것임. 교수는 평가 항목, 배점 등을 수정하거나, 보다 구체적인 루브릭을 제작하여 사용할 수 있음 <표 V-10> 기초설계 교과목 프로젝트 계획서 평가표 평 가 항 목 배점 설계 대상에 대한 소개 및 설명 1 과제 성립의 배경 과제 제시의 배경과 의도 설명 2 3 기존 문제점 및 새로운 요구 사항 팀별 설계 목표 및 해결하고자 하는 문제점 설계의 동기 및 필요성 설명 설계 대상의 기존 문제점 설명 현시점에서 볼 때 설계대상에서 개선되어야 할 요구 사항 설명 문제점과 요구 사항에 기초한 설계 목표 설명 4 현실적 제한 조건 5 기대하는 효과 목표 실현을 위해 설계 과정에서 고려해야 하는 현실적 제한 조건들 명시 완성된 설계물의 가치, 활용도, 효과를 논리적으로 진술 6 제시하고자 하는 최종 결과물 최종 결과물의 형식 제시

67 연세대학교 공학교육연구센터 <표 V-11> 기초설계 교과목의 프로젝트 최종 보고서 평 가 항 목 배점 과제 성립의 배경 1 과제 개요 기존 문제점 및 새로운 요구 사항 팀별 설계 목표 및 해결하고자 하는 문제점 현실적 제한 조건 세부 목표 및 문제점 2 설계 과정 세부 목표 실현을 위해 도출된 아이디어 아이디어 실현을 위한 학습 내용 3 4 최종 설계 결과물 설계 결과물 및 작품 평가 설계 혹은 작품 제작 과정에서의 시행착오 과정을 기술 설계 결과물 제시 결과물의 성과 설계 결과물에 대한 평가 항목, 평가 방법, 평가 기준 등을 별도로 마련한다. 5 결론 최종 결과와 설계 목표의 부합 여부 향후 개선되어야 할 점

68 V. 기초설계는 어떻게 평가하는가? <표 V-12>은 프로젝트 결과물에 대한 평가표 사례임 (2012 CDIC 캡스톤디자인 공모전 심사기준안) <표 V-12> 프로젝트 결과물에 대한 평가표 평가 영역 평가항목 상 (3) 중 (5) 하 (10) 문제 정의(20) 1. 작품 설계에 필요한 관련 자료 조사가 제대로 수행되었는가? 2. 요구되는 주요 성능 및 기존 제품의 문제점을 잘 파악하고 있는가? 3. 개발하고자 하는 제품에 요구되는 필요조건을 잘 이해하고 있는가? 개념 설계(30) 4. 개념 설계에 적용된 아이디어가 독창적인가? 5. 개념 설계와 관련하여 기초과학 (수학, 물리 등) 및 응용과학 (공학 지식)을 잘 응용하였는가? 상세 설계(20) 6. 제품에 요구되는 필요조건에 따라 각 시스템, 요소, 및 공정이 잘 설계되었는가? 7. 작품 설계를 위해 적절한 공학적 기술, 방법 및 첨단도구를 충분히 활용하였는가? 8. 시작품 시연이 학생들의 아이디어를 표현하는 데 적절하였는가? 시작품 발표 및 시연 (30) 9. 작품의 특성에 대한 학생들의 설명이 효과적으로 전달되었는가? 10. 작품 발표 및 시연 시 학생들의 업무 분담과 협동이 잘 이루어지고 있는가?

69 연세대학교 공학교육연구센터 <표 V-13>은 태양전지-연료전지 구동 장치 프로젝트에 대한 전체 평가 방법 및 평가 항목 사례임. 교수에 따라 평가 방법 및 평가 항목 을 달리할 수 있으며, 평가 항목별 배점 및 평가 수준을 수정하거나 보완할 수 있음(송동주 외, 2008, p. 186의 내용을 표로 제시함) <표 V-13> 태양전지-연료전지 구동 장치 프로젝트에 대한 평가 방법 평가 방법 팀 활동 보고서 (100점) 중간 구두 발표(100점) 최종 보고서 (100점) 작품 및 최종 구두 발표 (100점) 평가 항목 업무 분담/ 협동심(30점) 문제 파악 능력 (30점) 성실성/과제 진척도(40점) 자료 준비 정도(30점) 팀워크(30점) 논리적 판단(40점) 과제 목적 이해(10점) 정보 수집 및 활용(10점) 논리적 판단(20점) 독창성(20점) 설계 완성도(20점) 보고서 완성도(20점) 과제 이해 정도(10점) 작품의 완성도(40점) 창의성(20점) 협동심(10점) 태도 전달의 명확성(20점) 평가 수준 수준 1 수준 2 수준

70

71 연세대학교 공학교육연구센터 <참고문헌> 강소연 (2009). 공학 교육을 위한 문제중심학습(PBL) 가이드북. 강소연 (2013). 공학설계교육에 관한 교수와 학생의 인식연구. 한국공학교육 학회 추계학술대회 발표. 김길희, 김이형, 최재환 (2007). 공학입문설계. 서울; 구미서관. 김태훈 (2005). 공학설계능력의 평가 요소 구명. 공학교육연구, 8(3), 박강 외. (2008). 공학문제해결의 길라잡이 창의공학. 서울; 인터비전. 서울시립대학교 공학교육혁신센터(2014) 서울시립대학교 설계 과목 표 준 매뉴얼. 송동주, 김영탁, 박진호, 심재진, 이문용, 이화조, 형원길(2008). 공학입문설계. 서울: 도서출판 YOUNG. 송동주 외. (2010). 공학입문설계. 서울;YOUNG. 장용철 (2010). PBL 기반 창의설계입문. 동화기술. 조문수 외 역 (2008). 프로젝트 기반의 공학설계 입문. 아이티씨. 정동명 (2010). 창의적 발상기법 기반의 창의성공학설계. 서울: 생능출판사. 한지영 (2011). 공학계열 학생들의 팀웍 스킬 구성요소의 가중치 산출에 대한 연구. 한국기술교육학회지, 11(2), 한지영 (2011). 공학계열 학생들의 팀웍 스킬 구성요소 개발, 공학교육연구, 14(2), 홍현필, 김대석, 박성균 (2011). 창의공학설계입문. 서울: 도서출판 GS인터비전. ABET Accreditation Yearbook (1993) Allen M. J. (2004). Assessing Academic Programs in Higher Education. Anker Publishing Company. Barrows, H., & Kelson, A. C. (1995). Problem-Based Learning in Secondary Education and the Problem-Based Learning Institute (Monograph 1). Springfield, IL: Problem-Based Learning Institute. Brown, J. & Isaacs, D. (2005). The world cafe shaping our futures through conversations that matter. San Francisco: Berrett-Koehler. 최소영 역. (2007). 월드 카페: 7가지 미래형 카페식 대화법. 서울: 북 플래너

72 참고문헌 de Graaff, E., & Kolmos, A. (2003). Characteristics of Problem-Based Learning. International Journal of Engineering Education, 19(5), Dym, C. L., Little, P. (2004). Engineering Design a Project-based introduction. John Wiley & Sons, Inc. Hmelo-Silver, C. E. (2004). Problem-based learning: What and how do students learn? Educational Psychology Review, 16(3), Horenstein, M. N. (2010). Design concept for Engineers. Pearson. Jin, S. & Kim, T. (2013). A Research Review on Major Variables in PBL Designs of Engineering Courses. Educational Technology International, 14(2), Lee, Y. & Jin, S. (in press). Rolling Discussion Technique for Facilitating Collaborative Engineering Design Activities. International Journal of Engineering Education. Orr J. (2011). Project Based Learning at WPI. ABET Annual Conference. Savery, J. R. (2006). Overview of Problem-based Learning: Definitions and Distinctions. The Interdisciplinary Journal of Problem-based Learning, 1(1), Savin-Baden, M. & Major, C. H. (2004). Foundations of Problem-based Learning. Maidenhead, Berkshire, England: Open University Press. Sheppard, S. and Jenison, R. (1996). Freshman Engineering Design Experiences: an Organizational Framework. Stanford Mechanical Engineering: Center for Research Design. Torp, L., and Sage, S. (2002). Problems as possibilities: Problem-based learning for K-16 education. VA: Association for Supervision and Curriculum Development. Uden, L., and Beaumont, C. (2006). Technology and Problem-based Learning. London: Information Science Publishing. Weiss, R. E. (2003). Designing problems to promote higher-order thinking. In D. Knowlton and D. Sharp (Ed.), Problem-Based Learning in the Information Age (pp.25-31). CA: Jossey-Bass Publishers

73 연세대학교 공학교육연구센터 <부록 1> 명지대학교 기초설계 보고서 양식 O O공학프로그램 O O 설계 최종보고서 2) (국문제목)ooooooooooooooo 2011년 O월 O일 팀명: O O O O O O 소속: O O공학과 팀원: 김 o o 팀원: 이 o o 팀원: 박 o o 팀원: 정 o o 팀원: 최 o o 지도교수: 박 o o 2) 이 기초설계 죄종보고서 템플릿은 명지대학교 박강 교수님의 허락을 얻어 게재함

74 <부록> 과제요약서 작품 제목 대표 그림/사진 요 약 문

75 연세대학교 공학교육연구센터 성명 H.P. 과 제 수 행 팀 이메일 주 역할 사진 O O공학 프로그램의 00 설계 과제의 최종 결과 보고서를 제출합니다. 2010년 월 일 과제수행자1 : 김 O O 과제수행자2 : 이 O O 과제수행자3 : 박 O O 과제수행자4 : 정 O O (인) (인) (인) (인) 지도교수 : 박 O O (인)

76 <부록> 목 차 1. 서론 2. 설계 3. 제작 4. 결과 5. 결론 부록 발표PPT

77 연세대학교 공학교육연구센터 1. 서론 1.1 과제의 필요성 문제의 배경 - 문제 분야에 대한 설명 시장조사 - 시장의 크기 - 현재 나와 있는 제품의 분석 - 시장의 변동 경향 설문조사 - 사용자의 불편사항 수집/분석 - 설문지 샘플 - 설문분석 - 파레토도 - 실질적인 문제 발견하기 1.2 문제정의 문제정의문 문제의 목적계통도 기능계통도 QFD 1.3 제한조건의 부여 공학적 -무게, 성능, 재료 경제적 -가격, 원가분석

78 <부록> 2. 설계 2.1 개념설계 아이디어 창출 - 형태학적 분석법 표 - 다양한 대안 스케치(브레인스토밍의 결과물로서의 스케치 수록) 아이디어 결정 - 가중순위비교법 과정 - 브레인스토밍 회의록 최종 해결안 제시 - 스케치 및 치수 (도면이 있으면 더 좋음) - 시스템 구성 다이어그램 - 기능설명 3. 제작 3.1 제작과정 - 스케줄(간트차트) - 사진 - 회의록 4. 결과 및 토의 다음 내용이 모두 들어가야 하는 것은 아니지만 가급적 모두 포함하도록 작성함

79 연세대학교 공학교육연구센터 <부록 2> 서울시립대 기초설계 양식 및 설명서 3) 창의공학기초설계 과제 계획서 과 제 (영문 ) 과제팀 이름 과제기간 년 월 ~ 년 월 (총 개월) 소요비용 총액 (천원) 학교부담금 천원 과제팀부담금 천원 이름 과제팀 구성원 사진 학번 연락처 창의공학기초설계 과제를 성실히 수행하고자 과제 계획서를 제출합니다. 년 월 일 과제 수행자1 : 과제 수행자2 : 과제 수행자3 : 과제 수행자4 : (인) (인) (인) (인) 3) 이 기초설계 보고서 양식은 교육부의 지원으로 수행한 2013년도 공학교육혁신사업 수행의 결 과물인 [2014 서울시립대학교 설계 과목 표준 매뉴얼] 중 일부를 발췌한 자료이며, 저작권법에 의해 보호를 받는 저작물이므로 무단복제와 전재를 금합니다. (저작권 등록번호 제C 호)

80 <부록> 1. 과제성립의 배경 2. 기존문제점 및 새로운 요구사항 3. 팀별 설계목표(개념, Concept) 및 해결하고자 하는 문제점

81 연세대학교 공학교육연구센터 4. 현실적 제한조건 5. 기대되는 효과 6. 제시하고자 하는 최종결과물

82 <부록> 과제 계획서 작성요령 작성분량 : A4 기준 5~10쪽 정도로 작성하며 각 쪽에 페이지번호 기재 과제성립의 배경 설계대상에 대한 소개 및 설명 과제제시의 배경과 의도 각 분야에 있어 설계대상의 위상 또는 의미 기존문제점 및 새로운 요구사항 과제대상에 있어 요구되는 새로운 기능 또는 역할을 모색 설계대상의 현시점에서 제기되는 개선되어야 할 문제점 분석 팀별 설계목표(개념, Concept) 및 해결하고자 하는 문제점 앞서 분석된 문제점 및 요구사항을 기초로 본 설계에서 완성하고 자 하는 설계목표(해결하고자 하는 문제점) & 주 설계개념을 도출 현실적 제한조건 목표를 실현하는 설계과정에서 고려해야하는 현실적 제한조건들 혹은 과제수행을 위해 제한하거나 가정되는 여러 제한조건들 (ex. 재료, 비용, 기간, 공구 등...) 기대하는 효과 앞서 결정된 설계목표를 만족하였을 때 기대되는 효과 설계결과물의 정량적 혹은 정성적 기대치 제시 제시하고자 하는 최종결과물 최종 제시하고자 하는 결과물의 형식 (의도하고 있는 설계결과 표 현형식)

83 연세대학교 공학교육연구센터 창의공학기초설계 중간보고서 과 제 (영문 ) 과제팀 이름 과 제 기 간 년 월 ~ 년 월 (총 개월) 소요비용 총 액 (천원) 학교부담금 천원 과제팀부담금 천원 이름 과 제 팀 구 성 원 사진 학번 연락처 창의공학기초설계 과제를 성실히 수행하고자 중간보고서를 제출합니다. 년 월 일 과제 수행자1 : (인) 과제 수행자2 : (인) 과제 수행자3 : (인 과제 수행자4 : (인)

84 <부록> 설계목표 / 문제점 해결방안 / 예상 분석된 내용 / 학습해야 할 내용 담당자

85 연세대학교 공학교육연구센터 중간보고서 작성요령 작성분량 : 매수에 제한 없이 작성 가능 설계목표 및 문제점 과제 계획서에서 결정한 3. 설계목표 항목 기재 과제 계획서에서 결정한 4. 현실적 제한조건 과 혼동되지 않도록 기재 해결방안 및 예산 각 목표를 해결할 수 있다고 생각되는 해결안 - 이 양식에는 해결아이디어를 간단히 요약 기재 - 브레인스토밍을 통해 다수의 아이디어 도출을 유도 - 아이디어를 표현한 도면, 스케치, 수치분석, 설명서 등을 별도로 제출하 도록 함 현실적 제한조건을 고려하여 아이디어를 제시하도록 지도 분석된 내용 및 학습해야 할 내용 각 해결안을 수행하거나 의사결정 하는데 필요하다고 생각되는 학습, 조사내용 담당자 : 학습내용을 담당할 팀원

86 <부록> 창의공학기초설계 최종보고서 과 제 (영문 ) 과제팀 이름 과 제 기 간 년 월 ~ 년 월 (총 개월) 소요비용 총 액 (천원) 학교부담금 천원 과제팀부담금 천원 이름 과 제 팀 구 성 원 사진 학번 연락처 창의공학기초설계 과제를 성실히 수행하고자 최종보고서를 제출합니다. 년 월 일 과제 수행자1 : 과제 수행자2 : 과제 수행자3 : 과제 수행자4 : (인) (인) (인) (인)

87 연세대학교 공학교육연구센터 1. 과제개요 1.1 과제성립의 배경 1.2 기존문제점 및 새로운 요구사항 1.3 팀별 설계목표(개념, Concept) 및 해결하고자 하는 문제점 1.4 현실적 제한조건

88 <부록> 2. 설계과정 3. 최종설계 결과물 3.1 설계과제물 제시 3.2 소요비용 정리

89 연세대학교 공학교육연구센터 4. 설계결과물 및 작품 평가 자 체 평 가 서 학번 이름 팀이름 장단점 자기 의견 적기 평가항목 / 평가기준 / 판단근거 / 평가방식 등 우수작에 표시 좋은 점 아쉬운 점 좋은 점 아쉬운 점 좋은 점 아쉬운 점 좋은 점 아쉬운 점 좋은 점 아쉬운 점 좋은 점 아쉬운 점

90 <부록> 5. 결론 5.1 최종결과와 설계목표의 부합여부 분석 5.2 본 과제에 있어 향후 개선되어야 할 점

91 연세대학교 공학교육연구센터 최종보고서 작성요령 과제개요 과제성립의 배경 - 설계대상에 대한 소개 및 설명 - 과제제시의 배경과 의도 - 각 분야에 있어 설계대상의 위상 또는 의미 기존문제점 및 새로운 요구사항 - 과제대상에 있어 요구되는 새로운 기능 또는 역할을 모색 - 설계대상의 현시점에서 제기되는 개선되어야 할 문제점 분석 팀별 설계목표(개념, Concept) 및 해결하고자 하는 문제점 - 앞서 분석된 문제점 및 요구사항을 기초로 본 설계에서 완성하고 자 하는 설계목표(해결하고자 하는 문제점) & 주 설계개념을 도출 현실적 제한조건 - 목표를 실현하는 설계과정에서 고려해야하는 현실적 제한조건들 - 혹은 과제수행을 위해 제한하거나 가정되는 여러 제한조건들 (ex. 재료, 비용, 기간, 공구 등...) 설계과정 <중간보고서의 집약으로 대체가능> - 아이디어 도출과정을 도면과 함께 설명 - 설계과정이나 작품제작과정에서의 시행착오과정을 기술

92 <부록> 최종설계 결과물 설계과제물 제시 - 과제 계획서에서 제안한 형식의 최종 결과물 을 제시 소요비용 정리 - 결과물에 경비가 반영되는 경우 소요비용 정산 설계결과물 및 작품 평가 <본인 작품을 포함한 전체 작품에 대한 평가를 수행> - 평가기준이나 평가항목을 결정해 양식을 제시하는 것도 바람직함 결론 최종결과와 설계목표의 부합여부 분석 - 목표설정의 합리성 평가 및 설계의 적절성 판단 본 과제에 있어 향후 개선되어야 할 점 - 설계수행 후 Feed back 사항 검토

93 연세대학교 공학교육연구센터 <부록 3> 기초설계과목 수업설계를 위한 Sheet 4) 수업목표 수업내용 및 방법 수업 내용 1. ex) 공학 분야 소개 강의 2. ex) 공학의 역사 강의 3. ex) 창의적 문제해결 강의 및 팀 활동 4. ex) 공학 설계란? 강의 및 팀 활동 ex) 프로젝트 1 팀 활동 7. ex) 프로젝트 2 팀 활동 ex) 발표 팀 활동 10. competition 조별 발표 수업방법 해당 학습성과 학습성과 달성을 위한 주요 학습 내용 학습성과 (N) 학습성과 (N) 학습성과 학습성과 (N) 학습성과 (N) 학습성과 (N) 문제명 또는 토픽 프로젝트 목표 기간 프로젝트 진행설계 프로젝트1 (프로젝트 수에 따라 반복 ) 설계 요소 설계제한 조건 단계 주차 수업활동 학습자활동 교수자활동 지원도구 주제 선정 시작 프로젝트 계획 정보탐색 진행 과제해결 최종결과 개발 마무리 발표 및 성찰 프로젝트 평가 설계 프로젝트 평가 항목 및 루브릭 프로젝트 평가 비율 설계목표 설정: 합성: 분석: 제작: 시험: 평가: 경제: 안정성: 생산성 및 내구성: 윤리성: 산업 표준 등: 4) 이 기초설계 수업 Sheet는 제1회 전국 기초설계 교수워크숍에서 교수들의 수업설계를 위해 강 소연이 개발함

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96 기초설계 운영 가이드북 발행일: 2014년 2월 28일 발행처: 연세대학교 공학교육연구센터 편집인: 강소연 삽 화: 조주현, 박서현 이 책의 저작권은 발행처에 있습니다. 서면에 의한 저자의 허락없이 내용의 일부를 인용하거나 발췌하는 것을 금합니다