STEM 캡스톤 디자인 수업에서 공학 계열 대학생들의 창의적 문제 발견 과정 탐구
저자
발행사항
서울 : 성균관대학교, 2018
학위논문사항
학위논문(박사) -- 성균관대학교 일반대학원 , 교육학과 , 2018. 8
발행연도
2018
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
Exploring process of engineering students’ creative problem finding in STEM capstone design course
형태사항
vii, 273 p. : 삽화, 표 ; 30 cm
일반주기명
지도교수: 조문흠
참고문헌: p. 181-209
UCI식별코드
I804:11040-000000141860
DOI식별코드
소장기관
본 연구는 STEM 프로젝트에서 공과대학 학생들의 문제 발견 경험에 대해 이해하고, 공과대학에서 창의성을 강화하기 위해 수업을 체계화하는 근간으로 활용하려는 목적을 가지고 있다. 연구 목적을 달성하기 위해서 STEM 프로젝트에 참여한 대학생들의 문제 발견 유형과 선택의 이유, 학생들이 경험한 어려움, 문제 발견을 촉진하는 전략, 문제 발견 과정에서의 의사 결정 방법을 탐색이라는 네 가지의 연구 문제를 설정하였다. 대학에 개설된 대표적인 STEM 프로젝트 교과목인 STEM 캡스톤 디자인을 연구 대상으로 하고, STEM 캡스톤 디자인에 참여한 경험이 있는 대학생들을 연구 참여자로 선정하였다. 학생들의 경험을 주관식 설문, 면담, 포커스 그룹 인터뷰, 수업 관찰, SNS 상호작용, 비개입 데이터 자료로 수집하여, 질적 데이터 분석 방법 중에서 Hatch(2002)의 유형적, 귀납적 분석 방법을 적용하여 결과를 도출하였다.
연구 결과 STEM 캡스톤에서 문제 발견 유형은 내부적으로 생성된, 외부적으로 부여된 두 범주였다. 학생들은 자신의 사전 경험과 인식론적 신념 등의 인지적 특성을 토대로 문제 발견 유형을 선택하기 보다는, 주어진 상황적인 요소를 분석하여 문제 발견 유형을 선택하였다. 특히 이전 문제 발견에서 어려움을 겪었던 과정을 떠올리며, 외부적으로 부여된 문제 발견 유형을 선택하는 경향도 있었다. 이에 문제 발견 유형별로 학생들이 경험한 어려움의 원인을 탐색해 볼 필요가 있었다.
내부적으로 생성된 문제 발견 범주의 학생들은 자신의 지식 부족을 지속적으로 인식하면서 자신감 감소와 동기의 하락을 경험하였다. 팀 내의 전공 지식에 대한 차이로 주제에 대한 공감이 어렵고, 역할 분담에도 어려움을 겪고 있었다. 외부적으로 부여된 문제 발견 범주의 학생들은 관련 지식을 단기간에 습득하는 과정에서 어려움을 겪었으며, 문제 제안자와 공감대를 형성하지 못하는 문제로 동기의 하락을 경험하였다. 공통적으로 발견된 어려움의 요소는 교수자와의 지식 격차와 팀원 간의 지식 격차였다. 결과적으로 문제 발견에서 어려움을 겪게 되는 주요 요인은 지식과 동기의 부족이었다. 따라서 자신이 풍부한 지식을 가지고 있는 구조, 영역 특수적 지식에서 문제 발견을 시작하는 것이 가장 수월하고 이상적이라는 점을 확인했다.
STEM 프로젝트에서 학생들은 지식의 부족을 지속적으로 인식하면서도 나름대로 문제 발견 전략을 활용하며 창의적 문제 발견을 위한 노력을 지속하였다. 인지적 요소는 다시 개인적 지식 개발의 노력, 전문가가 제시한 명시적 해결 방안, 인지적 공감, STEM 지식의 활용 첨단 기술 통합이 발견되었다. 동기적 요소로는 자기 결정성의 강화, 교수자의 역할, 인지적 중재, 존재감과 성취감의 요소가 추출되었다. STEM 프로젝트에서 학생들은 문제를 다학제적인 관점에서 발견하고 평가하는 전략을 사용할 필요가 있고, 공유된 자료를 검색하여 조건적 지식을 활용하는 전략이 필요함을 알 수 있었다. 이는 개인의 영역 특수적 지식에서 발견한 지식에 대한 문제 해결 방법으로 첨단 기술 융합하면 창의성을 배가하게 됨을 알 수 있었다. 따라서 기존 연구에서 창의적 문제 발견을 위한 사고 과정에서 활용되는 지식이 절차적 지식, 서술적 지식 외에 조건적 지식이 필요함을 확인하고, 이를 통해 창의적 사고 모형을 제안할 수 있었다.
학생들은 팀 프로젝트 상황에서 아이디어 수렴을 위한 의사 결정 방법으로 제한된 지식 안에서 판단하는 휴리스틱을 사용하였다. 이는 체계적 사고와 달리 학생들이 자신들이 가진 지식에 근거하여 문제를 평가하고, 공감하게 되는 한계점을 가지고 있었다. 결국 개인의 문제 발견 공간에서 생성된 문제가 팀원들의 영역 특수적 지식을 활용한 체계적인 사고가 가능해야 객관적인 평가가 가능해지면서 문제가 명료화되고 비로소 창의적인 문제 발견이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
본 연구 결과로 확인된 문제 발견 과정을 토대로 STEM 프로젝트에서 창의적 문제 발견이 가능한 요건을 제안하면 다음과 같다. 첫째, STEM 프로젝트에서 창의적 문제 발견은 개인과 팀의 영역 특수적 지식에서 시작되어야 한다. 둘째, 발견한 문제는 팀 내에서 다학제적 지식으로 평가하고 정교화하는 노력을 지속해야 한다. 셋째, 첨단 기술을 연구 방법 혹은 문제 해결 방법에 통합해야 한다. 특히 최신 기술들은 과거 누군가의 창의적 문제 발견이 효율적으로 해결된 산출물이며, 이를 Schunk(2013)는 조건적 지식이라고 설명한 바 있다. 따라서 공과대학의 경우 STEM 프로젝트에서 최신 기술의 통합을 지향하는 문제 발견은 융합적인 문제 발견과 해결을 가능하게 할 수 있다.
최근 문제를 발견하고 해결하는 STEM 프로젝트 수업이 교육 현장에서 활발히 시도되고 있다. 다학제 적인 지식을 융합하여 학생들이 문제 발견과 해결 과정을 경험하며 창의성을 계발하고 개인의 지식을 성장할 수 있도록 지원하기 위해서는 스캐폴딩을 포함하여 수업을 체계화 할 필요가 있다. 본 연구 결과는 STEM 프로젝트 수업에서 학생들의 문제 발견 과정과 그 안에서의 사고를 이해할 수 있어 학생들의 창의성을 계발하는 수업 설계의 근간으로 활용될 수 있다는 점에서 의의가 있다.
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