실무중심의 ‘공학 기초설계’ 수업 개선을 위한 블렌디드 PBL 교수설계 모형 개발

Abstract

산업현장에서 요구되는 실무역량과 대학교육의 격차를 줄이고 학생들에게 필요한 역량을 길러주기 위한 실무중심 교육의 필요성은 지속적으로 제기되어 왔다. 특히, 공학교육의 교육과정에 사회의 요구를 반영하고 4차 산업혁명 관련 분야의 신기술과 접목된 실무중심 교육을 통해 학생들이 직무능력을 갖출수 있도록 혁신적인 변화가 필요하다. 이를 위해 공학교육에서의 기초설계 교과목은 학생들이 전공 지식을 접하기 이전에 공학 설계의 일반에 대해 배우는 교과목으로 설계에 대한 기초적이고 전반적인 내용을 다루고 있으며, 학생들이 주어진 문제나 과제를 파악하고 해결하는 능력을 갖출 수 있도록 창의적인 발상을 통한 설계, 기획하는 등 문제를 직접 해결하는 경험을 갖도록 한다. 공학교육 관련 연구들에서 설계 교육의 중요성을 강조해 왔으며, 효과적인 설계 수업의 운영을 위해 교수 방법 및 교육방안 등이 요구되고 있다. 공학 기초설계 교과목의 특성과 요건에 따른 교수-학습 방법으로 PBL을 적용하는 사례가 많아지고 있으나, 국내 공과대학의 다양한 PBL 수업에 대한 연구의 부족으로, PBL을 이용한 수업을 운영하고자 하는 교수자들이 참고할만한 구체적이고 실질적인 사례나 지침을 찾기 어렵다. 또한, COVID-19로 인해 대학교육이 전면 온라인으로 전환되면서 실습 위주로 진행하는 공과대학의 프로젝트 수업들에서 비대면 수업에서의 상호작용에 대한 어려움, 제한적인 교수-학습 활동, 자기주도학습을 위한 온라인 교육에 대한 학습 동기유발 전략 필요, 온라인 교육을 위한 인프라 구축과 서버의 과부하 등의 문제가 제기되었다. 이를 해결하기 위해 온라인과 오프라인을 결합한 블렌디드 러닝이 운영되기도 하지만 이 또한 체계적인 설계와 운영을 위한 가이드라인이 부족하 다. 이에 본 연구에서는 공학교육의 발전과 실무역량을 갖춘 공학 인재 양성을 위해 공학 기초설계과목의 온-오프라인을 혼합한 블렌디드 PBL 교수설계 모형을 개발하고자 하였다. 본 연구는 온라인 수업에서의 학습 관련 어려움을 보완하고, 오프라인 팀활동에서의 학습효과를 극대화하기 위해 블렌디드 러닝으로 진행된 기초설계 과목을 수강한 학생들을 대상으로 가치체계 분석을 실시하였다. 성인학습자가 대학교육을 이수하는 과정에서 중요시하는 가치가 무엇인가에 따라 예측되는행복이 달라질 수 있으며, 교육성과를 설정할 때 학습자의 가치 특성을 고려할 필요가 있다는 관점에서 수단-목적 사슬 이론(Means-End chain, MEC)의 가치체계 분석을 적용하였다. MEC 이론의 레더링(laddering)기법을 통해 학습 자들이 가지고 있는 기초설계 수업에 대한 가치가 무엇인지 확인하고, 이러한 가치 추구를 위해 학생들이 어떤 속성과 기능적 혜택, 심리적 혜택을 갖는지 알아보고자 하였다. 하드 레더링(연구1)과 소프트 레더링(연구2)을 통해 얻은결과와 문헌 분석을 바탕으로 블렌디드 PBL 모형의 구성요소와 설계원리를 도출하고, 교수설계 모형의 초안을 개발하였다. 전문가 검토 후, 교수설계모형 최종안을 개발하였다. 이 과정을 통해 확인한 연구문제에 대한 주요 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 공학 기초설계 수업의 경험이 있는 학생들의 가치체계는 7가지 속성과 13가지의 기능적 혜택, 11가지 심리적 혜택, 10가지 가치로 도출되었다. 공학 기초설계 수업의 학습자가 중요하게 생각하는 가치는 역량 향상, 타인과 관계, 경험(경력)의 3개 항목으로 분석되었으며, 이러한 가치를 추구하기 위해, ‘팀 활동’, ‘학습내용’, ‘시제품제작’의 3개 항목에 대한 속성을 통해, 기능적 혜택인 협동, 전문지식 습득, 문제해결 능력을 습득하고, 이러한 과정에서 심리적 혜택인 성취감을 갖는 것을 확인하였다. 수업에 참여한 대부분의 학생들은 수업을 통해 타인과의 관계, 역량 향상, 취업 및 진로(성적), 경험 등의 학습성 과와 ‘삶의 질 향상’이라는 궁극적 가치를 추구하고자 하였다. 둘째, 가치체계의 구성요소인 '속성-기능적 혜택-심리적 혜택-가치' 사이의 연결 관계를 분석한 결과는 공학 기초설계 수업을 통해 학생들이 궁극적으로추구하는 역량 향상과 의미 있는 경험을 위해서 미래 신기술과 같은 실제적인 문제를 적용하고자 하였다. 그리고 문제해결 결과에 대해 아이디어 도출로 끝내는 것이 아니라 직접 시제품제작을 수행하면서 문제해결역량, 자기주도학습 역량, 협동 등의 다양한 역량 향상과 성취감까지 기대하고 있음을 알 수 있다. 본 연구는 공학교육의 기초설계 과목 개선을 위해, 학습자의 가치, 공학교육의 특성과 실무역량 함양을 고려한 블렌디드 PBL 교수설계모형을 개발하였다. 이를 통해 학생들의 가치추구와 역량 향상을 위해 실제 문제를 적용하고, 협력학습을 위한 오프라인 팀 활동과 자기주도학습을 위한 온라인 학습을 통해 문제해결에 대한 아이디어를 도출하고, 직접 시제품을 제작 및 발표를 통한 공유, 평가 과정을 통해 학습효과 및 학습성과 향상을 기대한다. 그리고, 개발된 기초설계 과목의 블렌디드 PBL 교수설계 모형의 적용으로 공학교육의 체계적이고 효율적인 관리와 설계 관련 교과목을 운영하고자 하는 교수자를 위한 수업의 준비 및 운영에 대한 가이드라인으로 활용되기를 기대한다.