수학사는 수학적 사실이나 수학자에 대한 연대기적 나열만을 의미하는 것은 아니다. 수학사에서는 수학적 개념들, 정리들, 연구 방법의 발생, 축적, 그리고 발전에 대한 폭넓은 견해를 접할 수 있다. 특히, 수학사에서 접할 수 있는 수학 문제해결의 다양한 방법은 수학 교수-학습 과정에서 교사의 올바른 교수학적 선택을 위한 중요한 기초 자료가 될 수 있다. 본 연구에서는 그리스의 수학자 아르키메데스가 구의 부피를 구하기 위해 사용했던 공학적 문제해결 방법을 살펴보고, 공학적 방법의 활용에 관련된 수학적 기초를 살펴보고, 공학적 문제해결 방법을 중등학교 수학 영재교육에 활용할 수 있는 가능성을 모색할 것이다.
연구의 목적은 효율적인 기술적 문제해결과 관련 있는 특성을 구명하는 것이다. 연구의 목적을 달성위하여 대전 소재 C대학교 공과대학 재학생을 대상으로 기술적 문제해결 활동을 분석하고 효율적인 문제해결자와 비효율적인 문제해결자의 문제해결 활동을 비교하였다. 그 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다. 기술적 문제의 효율적인 문제해결자와 비효율적인 문제해결자는 문제해결 활동 중에서 해결 방안 모형화하기 활동과 문제점 확인하기 활동의 소요 시간, 결과 평가하기 활동의 빈도와 소요 시간에서 차이를 보인다. 효율적인 문제해결자가 비효율적인 문제해결자보다 해결방안 모형화하기 활동과 문제점 확인하기 활동에 더 많은 시간을 소요하며 결과 평가하기 활동은 낮은 빈도와 적은 시간을 소비한다.
문제중심학습은 실세계 환경과 공학적 환경에서 탐구하고 문제 해결하는 실천적 학습에 중점을 두며, 크게 교육과정 조직자와 수업전략의 두 가지 전략을 포함한다. 이 연구에서 구안한 PBL 전략은 크게 교육과정 조직자로서의 문제설계 단계와 수업전략으로서의 문제 적용 단계로 구분된다. 특히 문제 적용 단계는 문제해결 학습에 기초하며, 그 절차는 즉 '문제의 확인', '문제의 구체화', '해결방안의 탐색과 창안', '해결방안의 선정', '해결방안의 구체화', '실행', '평가', '적용과 성찰'의 단계이다. 특히 이 연구에서 계획과정의 상세화는 문제해결 모형이 갖는 장점 중의 하나인 문제해결을 위한 구상, 즉 확산적 사고와 수렴적 사고활동을 유도하기 위한 전략의 방편이 된다.
본 논문에서는 공학교육을 통해 학생들의 창의적 문제해결 능력을 개발하기 위해서, 트리즈 기반의 창의적 문제해결 프로세스를 제안하고, 그 가운데 특히 문제 정의 및 아이디어 창출 방법에 대해 소개하였다. 트리즈는 러시아의 알트슐러가 창안한 창의적 문제해결 이론으로, 지금까지 많은 실무에 적용되어 이미 그 우수성이 입증된 이론이다. 창의성을 방해하는 주요 요인으로 크게 심리적 타성, 지식 부족, 잘못된 문제 설정 및 모순 해결 회피를 들 수 있는데, 트리즈는 이 네 가지를 모두 해결할 수 있는 많은 해법을 제시하고 있다. 따라서 교육을 통해서 학생들의 창의적 문제해결 능력을 개발함에 있어서 트리즈를 활용하는 것이 매우 유용할 것으로 판단된다. 특히 문제정의가 잘못되면 아무리 좋은 해결안을 도출해도 시간 낭비일 뿐이며, 이런 점에서 정확한 문제정의 능력은 공학도에게 매우 중요한 능력이며, 문제해결을 위한 창의적 아이디어를 반복적으로 도출할 수 있는 능력 역시 매우 필수적이라고 할 수 있다. 본 논문에서는 특히 트리즈의 모순 개념을 활용하여 인식된 문제의 근본 원인을 분석해서 진짜 문제를 정의하고, 분리원리를 활용하여 모순을 적극적으로 해결함으로써 보다 창의적인 아이디어를 창출할 수 있는 방법에 초점을 맞추어 기술하였다.
복합.융합화 능력을 겸비한 인재를 양성해야 하는 시대적 요구에 부응하여 공학자의 창의적 문제해결 능력 함양은 공학교육의 중요한 새로운 교육목표이다. 이 연구는 공학교육에 있어 실험계획 및 분석을 고려한 교육과정이 창의적 문제해결 능력을 뒷받침 할 수 있는 중요한 요소임을 지적하고 이것을 효과적으로 도입할 수 있는 교육과정의 설계에 그 목적을 두고 있다. 이를 위하여, 먼저 실험계획 및 분석의 교육주제에서 기대되는 학습 성과와 공학자의 기본적인 공학능력과의 연관성을 알아보았다. 그리고 전통적으로 산업에서 큰 비중을 차지하고 있는 기계공학계열학과의 현재 공학 교육과정에서 운영중인 실험계획 및 분석의 교육내용에 대한 현황을 조사하였고, 또한 해당 공학 전문가들의 주요 활동분야들 중의 하나인 연구논문의 작성에서 나타난 실험계획 및 분석에 관련된 지식의 활용 실태를 분석하였다. 마지막으로, 이러한 실증적 사례를 근거로 공학자의 기본 자질인 창의적 문제해결 능력 향상을 위한 하나의 수단으로서 효과적인 실험계획 및 분석의 교과를 도입한 공학교육 과정의 모듈을 개발하였다.
본 연구에서는 창의적 문제해결 수업을 멀티미디어공학의 특성에 맞는 교과과정으로 정착시키기 위한 새로운 시도로 3D 인터랙티브 저작도구인 앨리스를 사용하여 설계프로젝트를 진행하였다. 그 결과, 수업에서 요구하는 창의적 문제해결의 각 단계가 구체적으로 구현됨으로써 앨리스를 활용한 설계프로젝트가 멀티미디어공학부의 창의적 문제해결 수업에서의 학습목표를 달성하는데 적절함을 보였다.
본 연구는 공학 설계에 기반을 둔 연구 프로그램, 팀 프로젝트 활동 등의 통합적 STEM 연구 활동이 영재 학생들의 창의적 공학문제해결 성향과 공학에 대한 태도에 미치는 효과를 알아본 것이다. 이를 위해 Kang & Nam (2016)이 개발한 창의적 공학문제해결 성향 검사 도구와 Moon (2009)이 사용한 공학에 대한 태도 검사 도구를 본 연구 상황에 맞게 수정하여 통합적 STEM 활동의 사전과 사후에 측정 하였고, 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 영재 학생들의 공학 설계에 기반한 통합적 STEM 연구 활동은 창의적 공학문제해결 성향 변화과 공학에 대한 태도 변화에 긍정적 효과를 나타냈다. 창의적 공학문제해결 성향 검사지는 동기, 공학 설계, 공학적 사고 습관, 공학과 공학자, 소통 및 협업 능력 5요인으로 구성되어 있는데 모든 요인에서 유의미한 결과가 나타났다(p<.05). 창의적 공학문제해결 성향은 대부분의 요인에서 진로 희망 직업 계열과 성별 차이에 따른 유의미한 차이가 없었다. 하지만 '공학 설계' 요인에서는 남학생보다 여학생에게 효과가 있음을 알 수 있었다. 공학에 대한 태도 검사지는 공학에 대한 흥미, 공학의 난이도, 공학의 영향, 공학과 관련된 학교 교육과정, 공학과 직업에 대한 인식을 알아보는 문항으로 구성되어 있는데 모든 요인에서 유의미한 결과가 나타났지만(p<.05), 진로 희망 직업 계열과 성별 차이에 따른 유의미한 차이는 없었다.
지적 창의경영은 지식의 공유와 생성으로 나눌 수 있는 데, 지식 생성 분야에서 창의성 연구에서 나온 창의적 문제해결 방법론이다. 이 글에서는 공학 분야에 주로 사용되는 TRIZ 이론을 비공학 분야와 비즈니스 분야, 지적 창조경영의 지식 생성 분야에서 응용사례와 활용 가능성을 기술하였다. TRIZ는 공학분야의 전세계 특허와 기술혁신 사례들을 분석하여 개발하였으나, 이 창의적 문제해결 이론은 러시아 공산주의 사회라는 특수한 상황에서 개발되어서 경영과 비즈니스를 다루고 연구하는 일에는 많은 어려움이 있었다. 그러나 러시아가 개방되면서 최근 TRIZ의 다양하고 강력한 기법들을 비공학 분야와 선진기업 경영이나 비즈니스에 접목시켜 연구되고 있다. TRIZ연구는 변화와 경쟁이 기본이라고 여겨지는 비지니스 활동에서 강력한 문제 해결능력과 아이디어를 가지도록 도와주고 있다. 이 글에서 비즈니스에서 성공과 실패라는 모순을 일으키는 문제를 고전적인 TRIZ의 모순 해소 매트릭스와 비슷한 비즈니스 매트릭스를 이용해서 해결되는 선진 기업의 창조적 경영 응용 사례를 살펴 보고 향후 활용 가능성을 연구하였다.
모든 학습자는 다년간의 전공 및 교양 수업을 통하여 많은 지식을 습득하게 된다. 그러나 다양한 과목을 접목시킨 융합적인 공학적 문제 해결은 어려운 경우가 많다. 따라서 본 논문에서는 다양한 교과목을 접목하여 온도 감소효과를 극대화 시키는 히트싱크의 최적화 문제를 예를 들어 실천공학교육적 문제해결 모델을 제시한다.
본 연구의 목적은 학생들의 창의적 사고와 문제해결능력을 향상시키기 위해 설계된 창의적 문제해결 교수학습법의 적용가능성을 탐색하기 위한 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 문헌고찰과 포커스 그룹 인터뷰를 연구방법으로 사용했다. 연구대상은 I 대학에서 '창의적 여성과 과학' 이라는 선택과목을 수강하고 있는 17명의 학생을 대상으로 15주 동안 연구를 진행했다. 세부연구 항목은 체계적인 문제해결 과정 실행, 창의적이고 새로운 해결방안 도출, 도출된 해결방안의 적용가능성, 팀 상호작용 및 자기 성찰 과정을 포함한다. 본 연구는 학생이 실제적 문제제시, 문제인식, 문제명료화, 가능한 해결책 도출, 해결책 우선순위 결정, 액션플랜 작성 및 현장 적용, 종합발표 및 성찰의 과정을 거치는 동안, 교수자는 학생이 각 단계를 원활히 수행할 수 있도록 지원하는 촉진자의 역할을 하는 것으로 진행과정이 구성되어 있다. 연구에서 제안하는 교수학습법을 통하여 학생들은 스스로 문제를 찾고, 문제를 명확히 하고, 문제에 대해 끊임없이 토론하고 아이디어를 검토함으로써 창의적인 해결책을 도출할 수 있었다. 이 단계에서 도출된 창의적이고 새로운 해결책을 팀 구성원과 협력하여 실제 상황에 적용할 수 있었다. 이를 통해 찾아낸 해결책을 적용하는 문제해결 역량을 강화시킬수 있었고. 또한 창의적 사고 기법을 사용하여 체계적으로 해결책을 도출하는 역량도 향상되었다. 본 연구를 통해 창의적 문제해결 교수학습법이 대학수업에의 적용이 긍정적인 것으로 나타남에 따라, 이후에는 공과대학 학생의 창의력과 문제해결력을 강조하는 공학입문설계에 본 교수학습법을 적용하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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