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공학교육에서의 개념학습을 위한 탐구활동 지원도구 설계연구

Title
공학교육에서의 개념학습을 위한 탐구활동 지원도구 설계연구
Other Titles
Design Based Research on the Inquiry Activity Supporting Tool for Conceptual Learning in Engineering Education
Author
신선희
Alternative Author(s)
Shin, Sun Hee
Advisor(s)
권성호
Issue Date
2009-08
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
본 연구의 목적은 효율적이고 정확한 개념 습득을 목표로 하는 탐구기반 개념학습을 공학교육에 도입하고 이를 지원하는 탐구활동 지원도구를 개발하는 것이다. 이를 위하여 학습자의 능동적 학습참여와 사회적인 상호작용을 촉진하는 교수-학습 환경인 탐구기반학습을 개념학습에 적용하였다. 탐구활동 지원도구의 설계를 위해 설계원리와 실행원리를 도출하고 탐구활동 지원도구가 적용된 온라인 학습 커뮤니티를 구축하였다. 또한 이를 실제 교육현장에 적용하여 탐구활동 지원도구의 효과성과 학습결과에 대한 영향을 검증하였다. 연구의 절차는 다음과 같다. 첫째, 1차 설계연구에서 과학과 공학분야의 탐구기반학습과 개념학습에 대한 선행연구를 분석하여 총 12단계의 탐구기반 개념학습 세부절차를 도출하였다. 세부절차는 도입, 문제 제시, 선개념 파악, 인지갈등 수립, 문제의 구조화, 정보 전략 수립, 정보 탐색 및 분석, 가설적 개념 도입, 가설적 개념 검증, 해결안 정리, 결과 발표, 학습 평가로 구성되었다. 둘째, 2차 설계연구에서는 탐구기반 개념학습의 설계원리와 실행원리를 도출하였다. 도출된 설계원리는 개념학습 원리 인식 지원, 선개념 명료화 지원, 인지갈등유발 절차 제공, 개념의 심층적 구조 시각화, 개념의 맥락적 인식 지원, 개념 습득의 사회적 합의과정을 촉진하는 메타인지 활동지원, 추상적 개념과 실제문제 링크지원으로 이루어졌다. 도출된 실행원리는 기초교육 제공, 인지갈등 해소를 통한 오개념 수정, 선개념 대응 학습과제 제시, 순환반복적 탐구과정 수행 지원, 학습결과 외현화 및 공유 지원이었다. 셋째, 설계원리와 실행원리를 바탕으로 개발된 탐구활동 지원도구는 오프라인 강의와 온라인 학습 커뮤니티의 기능을 통하여 구현하였다. 탐구활동 지원도구는 오리엔테이션, 기초강의, 안내된 탐구문제, 선개념 파악 탐구문제, 인지갈등유발 탐구문제, 사례 중심 정보탐색 전략, 해결가설 검증, 개념의 표현 유형, 다른 팀과의 결과 비교이다. 넷째, 탐구활동 지원도구를 학습자들에게 제공하기 위하여 Windows 웹기반 응용프로그램인 온라인 학습 커뮤니티를 구축하였다. 여기에는 탐구기반 개념학습의 수업절차를 수행할 수 있도록 탐구활동 메뉴, 구성원 간의 커뮤니케이션 지원 기능, 정보공유 기능, 수업 및 탐구활동 스케쥴링 기능, 멘토링 기능, 온라인 활동 평가 기능 등이 포함되었다. 설계연구를 실시한 후, 탐구활동 지원도구가 공학교육에서의 탐구기반 개념학습에 미치는 영향을 검증하기 위한 실험연구를 시행하였다. 연구대상은 탐구활동 지원도구를 제공한 실험집단 15명과 제공하지 않은 비교집단 12명이었으며, 자율적으로 4~6명씩 팀을 구성하여 수업을 진행하였다. 연구를 통해 얻어진 결과는 다음과 같다. 첫째, 탐구활동 지원도구의 제공 여부에 따른 학습결과를 알아 본 결과, 두 집단 사이에 개념이해능력은 α=.10 수준에서 유의미한 차이(t=1.883, p= .071)가 있는 것으로 나타났으며, 유형별 개념이해능력에 있어서 ‘그림/기호/도표 이해 및 표현’ 문항에서 유의미한 차이(t=1.949, p= .063)가 있었다. 둘째, 탐구능력 검사에서는 탐구활동 지원도구의 제공 여부에 따라 실험집단과 비교집단의 탐구능력에 변화가 있는지를 알아보기 위해 사전검사와 사후검사를 모두 실시하였다. 그 결과, 탐구활동 지원도구가 제공된 이후의 사후검사에서는 실험집단의 점수가 향상되면서 α=.10 수준에서 매우 유의미한 차이(t=2.600, p= .015)가 있는 것으로 나타났다. 셋째, 탐구활동 지원도구에 대한 학습자 만족도를 조사한 결과, 탐구기반 개념학습 결과 만족도 검사에서 α=.10 수준에서 매우 유의미한 차이(t=3.921, p= .001)가 있는 것으로 나타났다. 본 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, 실험집단에게 탐구활동 지원도구를 오프라인 및 온라인으로 제공함으로써 비교집단에 비해 높은 탐구수행 결과를 얻었다. 이는 온라인 학습 커뮤니티의 ‘탐구활동’ 메뉴에서 구현되는 수업절차 기능이 학습자의 메타인지와 효율적으로 학습을 수행할 수 있도록 지원함으로써 탐구활동을 촉진시킨 결과로 보인다. 둘째, 개념이해능력은 탐구기반 개념학습의 수업절차, 탐구활동 지원도구, 교수자의 지원활동을 통하여 실험집단이 더 높은 질의 탐구활동을 수행함으로써 유의미한 차이를 나타낸 것으로 보인다. 셋째, 실험집단의 탐구능력은 교수자가 제시한 탐구활동에 대한 가이드에 지속적인 자극을 받으면서 탐구능력 수준이 향상(M=29.4, SD=1.55)된 것으로 보인다. 넷째, 학습자 만족도 조사에서 실험집단은 탐구문제의 해결 결과와 개념학습의 절차에 대해 높은 만족도를 보인 반면, 학습절차의 효율성과 평가 방식은 낮은 만족도를 보였다. 이는 학습자들에게 효율적인 학습절차와 객관적이고 간편한 평가 방법이 개발되어야 할 필요성이 있음을 의미한다. 다섯째, 공학교육에서의 개념학습을 성공적으로 수행하기 위해서는 탐구활동 지원도구 개발에 교육 전문가, 온라인 커뮤니티나 미디어 개발 전문가, 학습자 등이 공동으로 참여하여 신속한 학습자 반응 모니터링, 학습자 스스로 커스터마이징 할 수 있는 플랫폼, 커뮤니케이션 툴 등 높은 수준의 온라인 도구 개발이 필요하다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/143863http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000412242
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > EDUCATIONAL TECHNOLOGY(교육공학과) > Theses (Ph.D.)
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