2016 공학교육학술대회

공학교육에서 PBL(Project-based Learning)을활용한 Flipped-Learning 설계 모형 개발

한수민* 허준영**

*한국기술교육대학교 대학교육개발단**한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부

대학 공학교육은 교과목에서 다루는 이론 및 원리 등 내용에 대한 이해와 함께 이에 대한 실습등을 통한 실제적인 기술 구현이 함께 이루어지므로 타 분야에 비해 많은 학습시간이 소요되는특성이 있다. 게다가 최근에는 인지적, 기술적 측면 뿐 아니라 실제적인 문제해결, 창의적인 방안 도출도 강조되며 실제 업무현장에서 필요한 협동심 및 대인관계능력 등 정의적인 측면까지요구되고 있다. 이러한 이유로 그 어느 분야보다 효과적인 교수-학습 방법의 적용이 필요한 것이 현실이다.최근 다양한 학교급, 다양한 전공분야에서 활발하게 적용되고 있는 Flipped-Learning은 학습자중심의 교수-학습 틀로서 교과 특성에 맞는 교수설계가 이루어질 경우 효과적인 수업목표 달성을 가능하게 한다. 그리고 프로젝트 기반 학습은 학습자의 자기주도적인 학습활동, 능동적 참여를 통해 학습자의 지식과 기술을 활용한 통합적 문제해결활동을 가능하게 하는 교수-학습 방법으로서 이를 목표로 하는 다양한 수업에 적용되고 있다. 다만, 그 세부 목표에 따라 적용 시점이나 적용 방법 등이 매우 다양하게 활용되고 있으므로 교과목의 목표에 따른 구체적인 적용시점 및 적용 방안에 대한 연구가 이루어질 필요가 있다.이에, 본 연구에서는 공학분야 전공 기초 교과목으로서 이론에 대한 이해, 이와 관련한 학습자개별 실습, 나아가 학습한 모든 내용의 활용 및 창안을 위한 심화학습을 목표로 하는 수업이 효과적으로 이루어질 수 있도록 교수설계를 실시하였다. 이를 위한 교수설계 방안으로Flipped-Learning, 그리고 심화학습으로서 이와 연계된 프로젝트 기반 학습을 적용하였다. 이때,‘코리아텍 Flipped-Learning Model’을 기본 모형으로 하였으며, 1~12주차는 기본개념 학습 및실습을 통한 Flipped-Learning 수업, 13-15주차는 학습한 내용의 통합 및 응용을 위한 프로젝트기반 학습을 적용하였다. 그리고 각 단계에서 효과적인 학습 유도를 위한 세부 전략들을 활용하였다.적용 결과, Flipped-Learning을 적용하기 이전에는 한학기 동안 진도 나가는 것에 대부분의 시간이 소요되어 심화학습은 물론, 학습자의 개별 실습조차 이루어지지 못하여 팀원 중 한 학생중심으로 한 실습을 진행했던 것에 비해, 적용 이후에는 수업에 참여하는 학생들의 개별 실습이가능하였으며, 교수자가 다년간 시도해왔으나 불가능했던 심화학습을 실시하여 학습내용을 총괄및 응용하는 학습을 함으로서 교수자가 수립한 학습목표를 달성할 수 있었다. 그리고, 수업 적용 후 이에 대한 교수자 및 학습자의 인터뷰 및 설문조사를 통해 만족도와 효과성 검증을 통해교수자 및 학습자 모두 만족스럽고 효과적인 수업이 되었음을 확인하였다.본 연구의 결과는 주어진 시간 내에 효과적인 이론 및 실습수업, 그리고 학습한 내용과 관련한심화학습을 목표로 하는 공학 교과목의 Flipped-Learning 적용을 위한 교수설계 방안을 제시해주는데 연구의 의의가 있겠다.

공학교육에서 프로젝트 학습을 활용한

Flipped-Learning 설계 모형 개발

한국기술교육대학교

한 수 민

공학교육을 위한 플립러닝 모형 개발 요구

공학 교과목의 특성을 반영하여 효과적인 수업이 가능한

플립러닝 교수설계를 위한 모형 필요성

- 다루어야 할 이론, 실습의 양이 많음

- 원리를 알되 단편적인 지식 습득이 아닌, 실제적 지식 구성 필요

플립러닝 기본모형 (한수민, 2015)

Pre-Class In-Class Post-Class

복습, 심화, 확장학습

◎ 교육 현장에서 플립러닝 적용은 Pre-Class와 In-Class로 이루어지는 것을 기본으로 한다. 그리고 Post-Class는 학습자의 학습 정도, 추후 학습 및 추후 적용 계획에 따라 연계하여 설계·계획할 수 있다.

1. 다양한 학습자 중심의 활동학습을 가능하게 함

2. Flipped-Classroom 기반의

- Problem Solving

- Problem Based Learning

- Project Based Learning

등 기존의 모델이 가진 개선점을 보완, 또는 확장된 활용을 통해

효과적인 교수-학습의 가능성을 보여줌

플립러닝 교수설계

• 탐구 중심 교수-학습 방법으로서 학습자 스스로 질문을 생성하고 프로젝트 중심의

활동을 통해 학습 결과물을 도출하는 것 (Blumenfeld 등, 1991)

• 학습자가 설계, 문제해결, 의사결정, 탐구에 적극적으로 참여하여 복합적인 문제를

다루고 실제적인 결과물을 도출, 발표하는 활동 (Thomas, 2000)

• 실제적인 학습내용과 평가, 촉진자로서의 교수자의 역할, 목표가 명확한 협력적 학습

과 성찰을 포함하는 교수-학습방법(Moursund, 1999)

학습자 중심의 자율적인 활동을 기반으로 한 협동학습 활동과 문제해결 활동, 자

료 수집 및 분석을 통한 결과물 제시, 의사결정, 고차적 사고능력 개발 위한 성찰적 사

고 등을 강조하는 교수-학습 방법

⇒ 달성하고자 하는 학습목표에 따라 다양하게, 적극적으로 활용되어 옴

→ 학습목표에 따라 프로젝트 학습을 활용한 다양한 플립러닝 교수설계 가능

프로젝트 학습

‘유공압기초실습’학습목표, 운영 목표에 따른 수업설계

• 학습목표

• 공압기기의 작동원리 이해, 공압회로 작성법 공부, 전기시퀀스를 포함하는 여러가지 기본회로를 실습을 통해 익힘으로서 자동화의 근간이 되는 공압시스템을 설계하는데 필요한 기초지식과 기술의 숙달을 확립

• 향후 공부하게 될 PLC응용실습과 유공압제어 및 실험의 기초지식 확보

• 생산자동화 산업기사와 메카산업기사 자격증 취득 준비

• 운영목표

• 처음 접하는 전공교과목 - 전공에 대한 흥미, 난이도 고려

• 진로와 밀접한 관련이 있는 교과목으로 충분한 학습 필요

• 총 27개의 실습으로 구성, 실습시간 확보 필요(2-1-2)

• 주차별로 다룬 내용들을 종합, 심화하는 학습 필요

플립러닝 적용으로 수업설계

코리아텍 기본모형에 따른 플립러닝 수업설계

종합 및 심화학습을 위한 프로젝트 기반한 학습 활용

- 프로젝트 기반 학습 설계 및 적용 : 전 과정을 학습자 참여로 설계, 해결하도록 함

Pre-Class In-Class Post-Class

복습, 심화, 확장학습

코리아텍 플립러닝 기본모형 기반 ‘유공압 기초 실습’교수-학습 설계

Pre-Class In-Class

Post-Class(심화 및 창안을 위한 학습)

코리아텍 플립러닝 기본모형

코리아텍 플립러닝모형 기반‘유공압기초실습’ 교수-학습 설계

주차 주요 수업내용 온라인 강좌 적용주차 교수-학습활동 운영

평가 Pre-Class(습득학습) In-Class(활동학습)

1 공압기술의 개요

1. 강의록 교재 및 강의동영상 통한

기초원리 설명

2. 학습일지 작성

3. 사전학습 관련 질문 준비

1. 사전학습 관련 질문 & 답변,

필요시 교수자 추가설명

2. 사전학습 연계된 실습

팀별 실습과정

및 결과 평가

중요부분 개별레포트1

2 단동실린더 회로설계 및 제어

3 복동실린더 회로설계 및 제어

실린더 피스톤의 속도 제어

4 실린더의 왕복운동,

공압타이머, 로직요소

5 신호중복이란?

공압캐스케이드제어회로설계

6 공압캐스케이드제어회로설계

7 공압캐스케이드제어회로설계

8 중간고사

9 전자릴레이와 접점,

논리회로설계

1. 강의록 교재 및 강의동영상 통한

기초원리 설명

2. 학습일지 작성

3. 사전학습 관련 질문 준비

1. 사전학습 관련 질문 & 답변,

필요시 교수자 추가설명

2. 사전학습 연계된 실습

팀별 실습과정

및 결과 평가

중요부분 개별레포트2

10 전기공압기본회로

11 타이머회로설계, 카운터회로

12 주회로차단법,

최대신호차단법

13 최소신호차단법, 프로젝트

14 심화 및 창안을 위한

프로젝트학습 강의록 교재 및 강의동영상

심화 및 창안을 위한

프로젝트학습

수행, 발표

팀별 프로젝트

결과물 15

16 기말고사

구조화 정도에 따라 프로젝트 수업을 다양하게 운영할 수 있다.

본 교과는 학습자의 관심과 흥미를 고려하기 위해 문제 개발~해결의 전 과정을

학습자 주도적으로 할 수 있도록 문제개발 조건, 결과물 제시방법, 그 외 정리 등

꼭 필요한 사항들을 포함한 평가표를 포함하여 제시하였다.

문제 개발 및 해결 조건

프로젝트 수업 운영

독창적인 시나리오(3점)를 전기·공압을 사용한 시퀀스제어로 간단한 소품을 사용하여 구현한다.

타이머와 카운터를 모두 사용하고 (1점), PNP센서를 사용하고 (1점), 양솔과 함께 편솔을 사용해야

한다 (1점).

하드웨어의 구성은 간결하고 고장이 적고 보수가 용이하게 구성되어야 하고 (1점), 컴퓨터 시뮬레이

션 회로는 원활하게 작동해야 한다 (1점).

시나리오와 공압회로도, 체크백신호표, 조건식, 전기시퀀스 회로도, 각자 성찰일기 작성, 자체 평가,

참고문헌을 포함하는 보고서를 작성해야 한다(1점).

발표 후 사용하였던 공구를 반납하고 각종 부품을 원위치시키는 등 주변 정리한다(1점).

1. 첫시간에 플립러닝의 취지를 잘 설명해야 하고,

2. Pre-Class 학습 여부에 따라 온라인 출결이 정해지고, 담당교수가 체크하고 있음을 공지

(온라인 출결과 오프라인 출결을 동등하게 간주)

3. 학습노트 작성 - 온라인 강의 콘텐츠를 학습하면서 생기는 질문 기록, 각각의 질문사항에

대해 스스로 해결을 위한 시도를 적도록 함 (중간고사, 기말고사 전에 각 1회씩 총 2번 체

크, 최대 5점의 점수 부여)

4. 오프라인 수업시 조별 질문을 ppt로 발표 & 질문에 대한 유효한 답을 하는 조는 점수 부여

(누적 최대 5점) - 오프라인 수업 전에 한번 모여서 질문할 것들을 검토, 준비하는 단계가

이루어지도록 유도

5. 프로젝트의 창의적인 문제 제시, 해결방안(난이도, 하드웨어 구성, 시뮬레이션, 발표, 보고

서) 에 대한 과정 및 결과 평가

유공압기초실습 세부 운영전략

효과성(학습목표 및 운영목표 달성도) • 실습의 상황을 50여명의 학생들에게 동시에 보여주기 어려웠는데 실습동영상을

온라인 콘텐츠로 활용함으로서 가능하게 됨

• 학생들이 강의내용을 사전에 온라인 콘텐츠로 학습해옴으로써 충분한 실습시간을

확보할 수 있었음

• 주차별로 다룬 내용들을 종합, 확장, 심화하는 학습활동 가능

• 창의적, 종합적 문제도출 및 해결을 통한 활용능력 함양

• 교과의 기초지식과 기술의 숙달 확립

• 예년과 비교해서 오프라인 수업에서 학생들이 학습내용을 잘 이해하고 있으며 실습에

더 적극적으로 임함

소감

• 플립러닝에 대해 사전 안내와 컨설팅을 상세히 제공하여 콘텐츠 개발과 강의 운영

을 위한 사전준비에 도움이 되었음

• 교수자-학습자간, 학습자-학습자간 상호작용 증대, 피드백 증가, 이를 통한 친밀감

증가, 몰입 증가

• 포기하는 학생수 감소, 학생들의 기초레벨 상승

• 다양한 평가방법 사용 등 교수의 교수자로서의 역량 향상

제안점 : LMS 지원측면

원활한 질의응답 시스템, 서로 잘 소통할 수 있는 기능 지원,

다양한 평가 지원기능, 학습자 과제자료 조회의 용이성 등 제안

프로젝트 학습을 활용한 Flipped-Learning 설계 모형

Pre-Class In-Class

Post-Class(심화학습)

“ 프로젝트 학습을 활용한 플립러닝 설계 모형”은

공학교육과 같이 다루어야 할 이론 및 방법들이 많은 경우

이를 효과적으로 학습하고(반복, 효과적인 시연 등 활용)

이를 종합, 심화 또는 실제적인 지식 구성이 요구되는 교과목을 위한 모형

- 내용 단위의 주차별 플립러닝 설계 및 적용을 통한

기본적인 이론, 실습 등의 활용과 관련한 학습활동 후

- 학습한 내용을 종합, 심화하여 추후 연계교과 학습 또는

실제 상황에서의 활용을 위한 지식 구성 및 경험을 위한

효과적인 플립러닝 설계 모형으로 제시함

프로젝트 학습을 활용한 Flipped-Learning 설계 모형

기초실습 교과목에의 구체적인 적용방안 도출, 이를 위한 설계모형

공학 뿐 아니라 교과목 특성, 학습목표가 같은 교과목에의 적용 가능

플립러닝의 효과적인 활용을 위한 응용된 모형 개발 가능성 탐색

프로젝트 학습을 활용한 Flipped-Learning 설계 모형의 의의

Thank You~!