강건설계방법을 활용한 창의성 개발 교육과정1) creativity

한국공과대학장협의회 한국공학교육학회

강건설계방법을 활용한 창의성 개발 교육과정1)

Creativity Development Courseware using Robust Design

김태운1, 김희복2

1경성대학교 공과대학 산업공학과2경성대학교 문과대학 교육학과

1. 서론

강건설계 (Robust design)란 제품의 품질에 영향을 미치는 변화자체를 제거하지는

않고 변화에 의한 효과를 최소화함으로써 품질을 향상시키고자 하는 것이다. 왜냐하면

실제현장에서 변화요인은 항상 존재하므로 이를 있는 그대로 인정하는 것이 보다 더 현

실적이기 때문이다. 강건설계는 제품 및 공정의 설계과정에 도입되어서 제품의 특성과

품질이 환경조건이나 구성품의 변화에 둔감하게 (insensitive) 함으로써 제품의 제조가

능성과 신뢰도를 증대시키고자 하는 것이다.

다구치는 품질손실을 ‘제품이 선적된 순간부터 사회에 끼친 손실’로 정의하였으며, 아

무리 많은 검사를 하더라도 제품의 성능을 향상시킬 수는 없다고 판단하였다. 따라서

품질이란 검사를 통해서 향상되는 게 아니라 공학적인 (engineered in) 접근으로 향상

될 수 있다고 보았다

2. 강건설계 수행과정

다구치가 제안한 강건설계 시행은 다음의 3단계를 거치게 된다. 우선 품질공학 개념

에 의하여 실험계획법을 이용한 최적화 방법에 기초하여 제품과 공정을 디자인 하고 이

를 기초로 1단계인 시스템 디자인을 수행한다. 2단계는 파라메타 디자인 단계로서 관련

된 파라메타를 지정한다. 3단계는 공차 다자인인데 이 단계는 실제 조립에서 아주 중요

하지만 기술적인 과정이라 분석과정에서는 많이 간과되기도 한다.

이 중에서 가장 중요한 파라메타 디자인 단계는 다음의 5 step으로 구성된다.

Step 1. 요인을 식별하고 관심영역을 결정한다. 요인은 조종가능 요인 (control

factors), 잡음요인 (noise factors), 종속변수 (response factors)로 구성된다.

Step 2. 실험계획법 ( Experimental design)

Step 3. 신호대 잡음비 (SN비) 계산

Step 4. 결과 분석

Step 5. 강건설계 요인 판별

1) 본 연구는 한국 학술진흥재단 2005년도 이공계교육과정개발 연구지원 제2유형 “공학도를 위한 전문

소양 교과목 개발” 지원사업의 일환으로 수행된 연구내용의 일부 (창의성 공학)입니다.

한국공과대학장협의회한국공학교육학회

2007 공학교육 학술대회 및 한국공과대학장협의회 토론회

[그림 1] 강건설계 방법을 실습하기

위한 투석기 및 4가지 콘트롤 요인

[그림 2] 투석기를 이용한 다구치

방법의 실습과 창의설계 습득 과정

3. 투석기를 이용한 강건설계 창의성 개발 훈련

지금까지 제시된 방법을 기초로 하여 [그

림 1]에 제시된 투석기를 이용한 창의성 교

육에 적용해 보고자 한다.

(1) 설계 목적: 투석기에서 탁구공 발사

실험을 통하여 비행거리를 최대로 하는 설

계 파라메타의 추출

(2) 관련 요인들

- 콘트롤 요인 (3수준 고려)

A. Arm length

B. Rubber band height

C. Release angle

D. Hanger position

- 잡음 요인 (2 수준 고려)

E. Shooter (person 1, person 2),

F. Rubber band type (1-blue, 2-green)

G. Hold time ( 1초, 4초)

- 종속 변수: 탁구공의 비행거리

(3) 실험 실시 및 결과분석

실습은 3인으로 구성되는데, 그중에서 2

인은 shooter 1, 2로서 역할을 하며 나머지

1인은 탁구공의 낙하지점을 확인하고 비행

거리를 기록하게 된다. [그림 2]는 3인으로

구성된 팀이 투석기를 이용하여 탁구공을

발사하고 비행거리를 측정하여 기록하는 실

습장면을 보여주고 있다. 9번의 실험이후에

4개의 컨트롤 인자로부터 도출된 최적수준

이 Arm length 1, Rubber band height 1,

Release angle 3, Hanger position 1로 나

왔으며, 해당되는 실험조합은 (1, 1, 3, 1)

이다. 선정된 수준이 [그림 1]에 붉은 색으

로 표시되어 있다.

(4) 창의성 개발을 위한 훈련

강건설계 실습이외에 창의공학의 관점에서 보다 더 창의적인 사고를 하기 위한 훈련

과정으로 학생들에게 본 투석기와 유사한 기능을 할 수 있는 다른 모양의 장비를 고안

하게 과제를 부과하였다.

2007 공학교육 학술대회 및 한국공과대학장협의회 토론회 발표자료집


[그림 3] 투석기와 유사한

실험이 가능한 XPULT 디자인

(자료: Ulrich, 2007)

다음 수업시간에 [그림 3]에 제시된 새로운 투석

기를 보여주고 학생들이 생각해 본 장비와 비교하게

하였다. 이것은 펜실베니아대학 Wharton 경영대학

원의 Karl Ulrich 교수가 개발하여 웹상에서 $25에

판매하고 있는 실습용 투석기로서 학생들에게 창의

적인 아이디어 발굴의 중요성과 사고의 획기적인 전

환을 느끼게 할 수 있는 좋은 자료로 여겨진다.


1

강건설계 방법을 활용한

창의성 개발 교육과정

김태운1, 김희복2

경성대학교산업공학과1, 교육학과2

2007년 추계 공학교육 학술대회

2007. 11. 30-12.1제주도 라마다 프라자 호텔

2

불량률과 품질관계

[그림] 소니 TV의 색상밀도 분포: 불량률과 품질관계를 나타내는 소니-미국 과 일본 생산제품

* 합격제품의 숫자는 같을지라도 좋은 제품군에 해당하는 A급이나 B급이 Sony-Japan에 많다.

(a) 전통적인 이원적 손실함수 (b) 성능특성과 이차손실함수

품질손실 함수

[그림] 전통적인 방법이진함수와 성능 특성치에 의한 이차손실함수 비교


3

강건설계 단계

품질손실: 제품이 선적된 순간부터 사회에 끼친 손실’

따라서 품질이란 검사를 통해서 (inspected out) 향상되는 게 아니라 공학적인 (engineered in) 접근으로 향상될 수 있다.

강건설계 단계

Step 1. 요인을 식별하고 관심영역을 결정- 조종가능 인자, 잡음인자, 종속변수

Step 2. 실험계획법 ( Experimental design) 작성Step 3. Step 3. 신호대 잡음비 (SN비) 계산Step 4. 결과 분석Step 5. 강건설계 요인 판별

[그림] 강건설계 단계

4

[그림] 투석기를 이용한 다구치방법의 실습과정

[그림] 강건설계 실험을 위한장난감 투석기

강건설계 실험

[그림] 투석기와 유사한 기능이가능한 XPULT 디자인

창의성 개발 훈련

[그림] 창의적 문제해결과정

1. 설계 목적: 투석기에서탁구공을 가장멀리 보내는파라미터 결정

2. 콘트롤 요인: 4개요인/3수준

3. 잡음요인: 3개요인/2수준4. 종속변수: 탁구공 비행거리



공학 설계입문 교과목 개선을 위한

국내외 대학 비교 연구

고석준1, 김기두2, 정경훈2

1국민대학교 교육대학원, 2국민대학교 전자공학부

1. 서론

21세기가 요구하는 창의력과 문제 해결 능력을 갖춘 인재를 양성하기 위해 공학교육

에서도 기존의 지식전달 위주의 강의에서 더 나아가 설계 교육의 강화, 커뮤니케이션

능력의 확보, 팀 활동의 장려 등과 같은 새로운 수업과정이 요구되고 있다. 특히 공학교

육에 있어서 설계가 강조됨에 따라 엔지니어로서 첫발을 내딛는 학생들에게 설계입문

교과목의 중요성은 매우 크다. 공학인증 제도의 도입 초기에 있는 우리나라 공과대학의

경우는 공학 설계입문 교과목을 운영한 경험이 충분하지 않은 상황으로서 오랜 기간 설

계입문 교과목에 대한 연구와 개발을 통해 경험을 축적해온 미국 대학의 사례를 분석함

으로써 이를 효율적으로 운영하기 위한 개선방안을 알아보고자 한다.

2. 학 차원의 조직 운 지원

미국의 많은 대학에서는 공학 설계를 위한 전문 연구기관을 설치하여 대학 내에서 공

학설계교육 프로그램에 관하여 수업경험을 토대로 한 자료를 연구 개발하여 발전된 운

영방안을 모색하고 있다. Northwestern 대학교에는 IDEA(Institute for Design

Engineering and Applications)라는 연구기관이 있다. 이곳의 구성원은 다수의 공과 및

소수의 기타 학과의 교수의 구성원이 합쳐져 20명 정도의 연구진으로 이루어져 있고 이

곳에서 모든 공학설계수업이 시행되며 학년별 프로그램을 지속적으로 연구, 개발한다.

MIT에는 E-CUE(Engineering Council for Undergraduate Education)라는 연구기관

이 있다. 이곳의 구성원은 여러 공과계열의 교수진으로 이루어져 있고 모든 공학설계

수업이 연구, 개발되어지며 수업을 통해 나타난 문제점을 발견하여 개선시키고 있다.

국내의 경우에는 성균관대학교에서 CREDITS(Creative Design and Intelligent

Tutoring Systems) 연구센터를 두고 있는데, 이 기관을 통해 공학설계의 교육 방안을

연구하며 공과대학의 1학년 공학 설계입문 교과목을 전담하고 있다. 소속 연구원들은

공과대학 교수뿐만 아니라 공학교육, 교육심리학, 인지심리학, 산업디자인을 전공으로

하는 교수진으로 구성되어 있어 공학입문 설계수업의 내용과 평가방법에 있어서도 이러

한 복합적인 요소를 고려하고 있다. 하지만 대부분의 국내 대학은 전문 연구기관이 없

고 공학설계에 대한 지속적이고 체계적인 연구와 개발이 부족한 상황이다.



3. 공학 설계입문 교과목 운 방안

3.1 학년 및 학과 구분

공학 설계입문은 공학을 시작하려는 학생을 대상으로 하는 교과목이기 때문에 학년과

학과의 구별 요소는 그 수업의 내용을 결정하는데 크게 작용하고 있다. Northwestern,

Stanford, MIT 등 미국대학은 공학입문 설계를 1학년 학생을 위한 필수 과목으로 정하

고 학과의 구별 없이 공학설계 능력을 배양할 수 있는 수업내용으로 진행하고 있다. 국

내대학은 수업을 수강하는 학생의 학년구분이 모호한 경우와 각 학과별로 개별적인 수

업으로 진행되는 경우가 많다.

3.2 다양한 인증기준을 고려한 교육

미국의 Northwestern, Stanford 대학은 공학입문 설계수업을 하는데 있어서 다양한

측면을 고려하고 있다. 공학설계를 연구하는 구성원만 보더라도 공학 전공자뿐만 아니

라 심리학, 산업디자인, 작문 등 여러 분야의 전공자가 함께 수업을 연구, 개발하고 있

다. 이러한 점은 엔지니어에게 필요한 공학인증기준에 합당한 방안을 제시하고 공학설

계 수업을 하는데 있어서 여러 요소가 잘 융합되어 있다는 것을 보여주고 있다. 반면에

국내대학은 대체적으로 설계의 여러 복합적인 요소를 충족시키지 못하는 부분이 많다.

3.3 합리적 평가제도의 필요성

평가의 공정성을 위해서는 창의성에 대한 합리적인 평가 기준이 마련되어야 하고 팀

구성과 평가의 공정성이 요구된다. Northwestern 대학교는 개인평가에 팀, 클래스 기

여도라는 점수를 두고 있으며 성균관대학교는 개인성향 테스트 자료를 토대로 하여 팀

을 구성하여 팀별 수준을 맞추고 프로젝트마다 팀 구성원을 변화시키며 일부 프로젝트

발표 시 모든 학생들이 평가에 참여하는 등의 제도를 마련하고 있다.

4. 결론

국내에도 공학인증제도가 도입되면서 많은 공과대학에서 설계 관련교과목을 운영하

여 학생들의 문제해결능력과 창의력을 배양시키고자 노력하고 있다. 특히 공학 설계입

문 교과목은 학생들이 처음 접하는 설계 교과목으로서 공학설계의 본질적인 부분과 다

양한 측면을 고려하여 학생들 개개인의 설계능력을 향상시킬 수 있도록 연구와 개발이

필요하며 효과적인 수업내용의 확산이 요구된다. 국내의 대학들도 이를 위한 전문 연구

기관을 설치를 통해 공학설계에 대한 연구 및 개발을 지속적으로 수행할 필요가 있으

며, 교과목의 운영에 있어서도 공학인증의 여러 요소를 반영하고 합리적이며 다양한 평

가기준을 마련하는 등 보다 발전적인 방안이 요구된다.

참고문헌

1. 김용세, “창의적 공학설계 교과목을 통한 설계기본소양 교육”, 대한기계학회 춘계학

술대회논문집, pp.3209-3213. 2006. 6.



2. 이창훈, “창의 공학 설계 교육 프로그램이 공학 입문자의 창의력과 공학 설계 능력에

미치는 영향” 충남대학교 박사학위논문, 2007.

3. S. Sheppard, R. Jenison, "Examples of Freshman Design Education" Int.

Journal of Engineering Education, vol.13, no.4. pp.248-261, 1997.

4. http://www.idea.northwestern.edu/

5. http://web.mit.edu/engineering/ecue/firstyear/


공학 설계입문 교과목의 개선을 위한국내외 대학의 비교 • 연구

고석준*, 김기두**, 정경훈**

국민대학교 교육대학원*, 국민대학교 전자공학부 **

배배 경경

연구연구 배경배경 및및 방법방법

공학인증제도 도입에 따른 설계교과목의 중요성 부각

공학설계 : 필요한 것을 만들기 위해 시스템, 요소, 프로세스

를 고안하는 과정(ABET, 1997)

공학을 전공하는 학생들의 설계능력 향상의 필요성 제기

공학 설계 입문 교과목 의 효율적 운영방법 요구

방방 법법

국내외 대학의 설계입문 교과목 운용사례를 비교ㆍ연구

공학 설계입문 교과목의 개선방안 모색


운용사례운용사례

국내외국내외 대학의대학의 운용사례운용사례

Northwestern University

Union College

서울대학교

충남대학교

전문기관전문기관 운영운영

Northwestern University 의 IDEA

MIT의 E-CUE

성균관대학교의 CREDITS

분분 석석

분석분석 및및 결론결론

대학간 교류의 활성화 및 자료의 공유: NSF Coalition

팀 활동을 통한 팀웍, 창의성, 의사소통 능력 향상

기초과학의 응용으로서 프로젝트 주제 선정

팀 단위 평가의 공정성을 확보하는 합리적 평가방안

대학 간 및 대학 내의 공학 설계를 위한 지원 필요

공학 설계의 다양성 및 실제 환경을 고려한 설계 요구

합리적 운용을 위한 팀 구성 및 평가 방법의 공정성 필요

결결 론론



문제기반 학습을 활용한 공학설계입문 운영 사례

Case of Introduction to Engineering Design using Problem based Learning

홍효정

한국해양대학교 공학교육혁신센터부산광역시 영도구 동삼동1번지

[email protected] fax 404-3986

기업은 현장적응능력, 자발적 학습능력, 창의적 사고능력, 문제해결능력, 리더쉽 등의

요소를 두루 지닌 인재를 원하며, 대학교육을 통해 이러한 인재들이 양성되기를 기대하

고 있다. 즉 상황에서 문제를 발견하고 이를 해결하기 위하여 다양한 창의력과 팀과의

단합등 다양한 요건들이 만족 하에 문제를 해결해 나가는 활동들이 공학도들에게 강조

되고 있고, 이러한 활동은 현재 『공학교육인증제』를 시행하면서 “설계” 교과목으로

중요성을 부각시키고 있다.

PBL(Problem based Learning)은 실제적인 문제해결에 초점을 두고 있는 학습전략

으로서, PBL에서 학습자들은 그들이 학습한 지식을 적용하여 실제적인 문제해결에 참

여한다.

이러한 PBL은 학습자들이 지식을 실제적 맥락에 전이시킬 수 있는 학습기술을 개발

시켜 준다. 즉 학습자들이 얻을 수 있는 가장 큰 배움은 우리 삶 전체에 유용하게 사용

할 수 있는 “학습하는 방법을 배우는 것”이다. 이는 앞에서 살펴본 바와 같이 공학교육

인증 뿐만 아니라, 공학교육에서 중요성이 부각 되고 있는 “설계”교과목에서 강조되고

있는 사항이다. 각각의 중요성을 모두 포함하고 있는 “공학설계 입문“교과목에서 PBL

전략을 활용하여 학생들이 팀 학습 활동 위에서 중요시 여겼던 다양한 활동을 할 수 있

다.

현재 H 대학교에서 운영되고 있는 공학설계 입문 교과목을 일부 PBL 교수-학습 전

략을 활용하여 1학년을 대상으로 시범 운영한 사례를 설명하고자 한다.



창의적 종합설계 교과목과 학습성과 평가

Creative Design Courses and Outcome Assessment

이창훈*, 장용훈

*연세대학교 공과대학 기계공학부서울시 서대문구 신촌동 134

[email protected], fax 312-2159

공학인증에서 요구하는 학습성과의 평가 방법에 대한 개발은 인증을 준비하는 많은

대학에서 고민을 해오고 있는 큰 부분이라 할 수 있다. 특히, 학과내의 주요 구성원인

교수들이 담당하고 있는 교과목의 범위 내에서 10여 가지에 이르는 모든 학습성과를 평

가하고 개선할 수 있는 기법을 개발하고 적용하기를 기대하는 것은 현실적이지 못하고

실제로도 그게 가능하더라고 그 효과에 대해서는 의문을 품을 수 있다. 또한 과목별로

서로 다른 평가기준이나 방법에 의해서 얻어진 결과들을 분석하여 학생들의 졸업시점까

지 학습성과가 개선되고 있는지를 판단하기도 어렵다. 이에 보다 체계적이고 일관성 있

게 학습성과를 측정하고 개선여부를 판단할 수 있으며 실제로 적용하기에도 편리한 평

가방식의 개발이 절실히 요구되고 있다.

이러한 수요에 부합되고 학생들의 설계능력을 키울 수 있으며 기존의 다른 전공과목

에서 충족시키기 어려운 학습성과들을 평가할 수 있는 교과목으로 종합설계과목이 널리

개설되고 적용되고 있다. 연세대학교 공과대학 기계공학부에서는 그동안 학생들의 창의

성을 개발하고 종합설계기법을 학습하고 적용할 수 있는 교과목으로 창의설계(1), 창의

설계(2) 그리고 창의설계(3)의 세 과목을 개설하였다. 과목에 대한 개요를 표 1에 정리

하였다.

표 1. 창의설계프로젝트 과목개요

과목명 개설학기/학점 내용창의설계프로젝트(1)

2학년 1학기 (3학점 필수)

창의적인 아이디어를 기계 부품/제품에 적용하고 기계공학교육의 필요성을 느낄 수 있는 프로젝트를 수행

창의설계프로젝트(2)

3학년 2학기 (3학점 필수)

주어진 기계시스템에 대하여 계측하고 해석하는 능력을 배양하기 위하여 계측, 데이터 처리 및 상용코드를 사용한 해석 방법을 교육하고, 계측/해석된 결과를 바탕으로 개선되거나 새로운 시스템을 설계/제작할 수 있는 능력을 배양


4학년 1/2학기 (3학점 필수)

아이디어를 기획하고 설계, 해석, 최적화 및 마케팅 전략까지 수립할 수 있는 체계적이고 종합적인 프로젝트를 수행함으로써 학과목에서 배운 이론을 종합적으로 실제 적용할 수 있는 과제를 수행할 있도록 함


창의설계프로젝트(1)은 기계공학에 대한 지식이 없이 2학년에 진입한 학생들을 대상으

로 종합설계의 필요성을 느끼고 창의적인 아이디어를 구현할 수 있는 기초를 다질 수 있

도록 구성하였으며, 창의설계프로젝트(2)는 기계공학 기초과목에 대한 수강을 모두 마친

후 기계공학 지식의 기반위에서 창의적인 제품을 종합설계할 수 있는 능력을 배양하도록

구성하였다. 창의설계프로젝트(3)은 제품설계 뿐만이 아니라 특허문제의 해결이나 마케팅

전략 등 현실적 제한요소를 반영하여 제품설계를 수행할 수 있도록 하였다.

표 2는 학습성과 항목 중에서 적절한 수행준거의 설정을 통해 학습성과의 평가가 가

능한 항목들이다. 수행준거의 내용에 제품설계라는 제한된 영역을 통해 평가하도록 설

정되어 있음을 관찰할 수 있다. 참고로 항목 (13)과 (14)는 본 학부에서 추가하여 설정

한 학습성과이다. 이러한 수행준거의 평가는 창의설계과목의 진행중 실시하는 여러 형

태의 평가도구, 예를 들면 보고서 평가, 발표평가, 제품에 대한 평가 그리고 관찰 등을

통해서 가능하다. 또한 동일한 평가도구를 창의설계(1), (2), (3)에 걸쳐서 적용하고 결

과를 분석함으로서 일관성 있게 개선여부를 판단할 수 있다. 또한 기계공학부 교과목

중에서 연구논문 과목과 함께 유일하게 필수과목으로 지정되어 있기 때문에 모든 학생

들이 수강해야 하는 과목으로서 인증원에서 요구하는 모든 학생들이 졸업시점에서 모든

학습성과를 만족함을 보여야한다는 요구에 가장 효과적으로 대응할 수 있는 과목임을

알 수 있다. 또한 1,2학년 수준에서의 기초설계과목 그리고 4학년 수준에서의 종합설계

과목에 대한 요구와 현실적 제한요소를 반영한 설계과목의 개설 요구에 적합하게 개설

되고 있는 과목이라고 평가할 수 있다.

표 2. 창의설계과목에서 평가 가능한 학습성과와 수행준거

학습성과 수행준거(2) 자료를 이해하고 분석할 수 있는 능력 및

실험을 계획하고 수행할 수 있는 능력자료를 표 및 그림으로 정리할 수 있으며 제품설계를 위한 실험을 계획할 수 있다.

(3) 현실적 제한조건을 반영하여 시스템, 요소, 공정을 설계할 수 있는 능력

새로운 제품을 설계함에 있어서 현실적인 제안요소를 반영할 수 있다.

(5) 공학실무에 필요한 기술, 방법, 도구들을 사용할 수 있는 능력

제품설계의 해석과정에 필요한 최신 상용소프트웨어를 사용할 수 있다.

(6) 복합 학제적 팀의 한 구성원의 역할을 해낼 수 있는 능력

제품개발에 필요한 공동체의 일원으로서 역할을 감당할 수 있다.

(7) 효과적으로 의사를 전달할 수 있는 능력 팀 내 의사소통, 발표, 보고서 작성 등을 효과적으로 할 수 있다.

(9) 공학적 해결방안이 세계적, 경제적, 환경적, 사회적 상황에 끼치는 영향을 이해할 수 있는 폭넓은 지식

제품설계의 결과가 사회에 미치는 영향을 파악할 수 있다.

(13*) 창의적 사고를 바탕으로 새로운 환경에 유익한 신기술을 개발할 수 있는 능력 창의적인 제품설계를 할 수 있다.

(14*) 여러 분야의 공학기술을 종합할 수 있는 능력 종합설계능력을 제품설계에 적용할 수 있다.


창의적 종합설계 교과목과 학습성과 평가

이창훈*, 장용훈

연세대학교 공과대학 기계공학부

개설된 창의설계 교과목

과목명 개설학기/학점 내용


2학년 1학기(3학점필수)

창의적인 아이디어를 기계 부품/제품에 적용하고기계공학교육의 필요성을 느낄 수 있는 프로젝트를수행


3학년 2학기(3학점필수)

주어진 기계시스템에 대하여 계측하고 해석하는능력을 배양하기 위하여 계측, 데이터 처리 및 상용코드를 사용한 해석 방법을 교육하고, 계측/해석된 결과를 바탕으로 개선되거나 새로운 시스템을설계/제작할수 있는능력을배양


4학년 1/2학기(3학점필수)

아이디어를 기획하고 설계, 해석, 최적화 및 마케팅 전략까지 수립할 수 있는 체계적이고 종합적인프로젝트를 수행함으로써 학과목에서 배운 이론을종합적으로 실제 적용할 수 있는 과제를 수행할 있도록함


공학인증 프로그램의 학습성과 평가수단으로서 창의적 종합설계 과목

• 졸업시점에서 학습성과 달성도 평가

• 체계적이고 일관성 있는 평가

• 다른 과목에서 만족하기 힘든 학습성과 평가

• 필수과목 지정으로 모든 학생 평가 가능

• 적절한 수행준거의 설정

• 기초설계과목

• 현실적 제한조건을 반영한 설계

수행준거 설정

학습성과 수행준거(2) 자료를 이해하고 분석할 수 있는 능력 및실험을계획하고수행할수있는능력

자료를 표 및 그림으로 정리할 수 있으며 제품설계를위한실험을계획할수 있다.

(3) 현실적 제한조건을 반영하여 시스템, 요소,공정을설계할수있는능력

새로운 제품을 설계함에 있어서 현실적인 제안요소를반영할수 있다.

(5) 공학실무에 필요한 기술, 방법, 도구들을사용할수있는능력

제품설계의 해석과정에 필요한 최신 상용소프트웨어를사용할수있다.

(6) 복합 학제적 팀의 한 구성원의 역할을 해낼수있는능력

제품개발에 필요한 공동체의 일원으로서 역할을감당할수있다.

(7)효과적으로의사를전달할수있는능력 팀 내 의사소통, 발표, 보고서 작성 등을 효과적으로할 수있다.

(9) 공학적 해결방안이 세계적, 경제적, 환경적, 사회적 상황에 끼치는 영향을 이해할 수있는폭넓은지식

제품설계의 결과가 사회에 미치는 영향을 파악할수 있다.

(13*) 창의적 사고를 바탕으로 새로운 환경에유익한신기술을개발할수있는능력 창의적인제품설계를할 수있다.

(14*) 여러 분야의 공학기술을 종합할 수 있는능력 종합설계능력을제품설계에적용할수 있다.



공과 대학생의 전공 성취도와

기초 교과목 성취도의 상관관계 연구

이경우1,2, 김미경2, 이동하1

1서울대학교 공학교육 혁신센터, 2서울대학교 공과대학 공학교육 연구센터

서울대학교 공과대학을 포함하여 대부분의 공과대학 신입생들은 대학에 입학하면 첫

1년 동안 수학, 과학, 국어 및 영어 교과목을 이수하면서 대학 생활을 시작한다. 이 시기

에 적지 않은 학생들이 고등학교와 차이가 없는 교과목을 이수하면서 학습에 의욕을 잃

어버리는 일이 많이 있다. 또한 이러한 교과목이 필요한지, 필요하다면 어느 정도 중요

한지에 대한 정보가 제공되지 않고, 의무적으로 수강하고 있다. 그렇지만 학생들은 대학

에 들어왔기 때문에 고등학교와는 다른 교과목에 대한 요구 특히 전공 교과목에 대한

요구가 강하다.1) 그러나 학생들에게 요구되는 기초 교과목이 많기 때문에 실질적으로

전공 교육을 1학년에 배치하기에 어려움이 많다.

본 연구는 저학년에 수강하는 학문의 기초 영역 교과목에 대한 검토와 개선을 위한

기초 자료로 각 학문의 기초 영역 교과목이 학생들의 전공 교육에 미치는 영향을 분석

하였다. 정량적인 연구는 2003년 입학하여 2007년 졸업한 185명에 대한 입학 자료와

대학에서 이수한 전 교과목의 학점 자료를 바탕으로 진행하였으며, 정성적으로 학생들

의 교과목에 대한 청문을 통하여 정량적인 지표에 대한 확인 작업을 진행하였다.

또한 보조 자료로 학생들이 대학에 합격한 후에 학생들의 학력을 평가하고 수준별 수

업을 진행하기 위하여 실시한 수학 및 영어 성취도 시험 점수와 이후 전공 영역에서의

성취도에 대한 상관관계도 조사하였다.

조사 대상 교과목으로 수학및연습, 대학국어, 대학영어, 일반물리학 그리고 공학수학

을 선정하였다. 또한 비교를 위하여 두 개의 핵심 교양 교과목2) 영역을 선정하여 이 과

목 영역의 학점과 전공 이수 학점의 평균(이하, 전공평점)의 상관관계도 구하였다.

데이터 비교는 각 과목의 학점(A+, A0, A-, B+, B0, B-, C+, C0, C-, D+, D0,

D-) 별 학생의 평균 전공 학점을 비교하는 방법을 선택하였다. 다만, D를 받은 학생들

은 표본 수가 적었기 때문에 분석에서 제외하였다. 그 이유는 본 연구의 대상이 입학 후

4년 만에 졸업한 학생들로 상대적으로 우수한 학생들이었기 때문으로 판단되며, 4년 이

상 대학을 다닌 학생들의 자료에 대해서는 추가 연구를 지속적으로 진행할 예정이다.

연구 결과는 다음과 같다. 우선 입학 시 시행한 수학과 영어 수준 평가 시험 점수 역

시 전공 평점과 양의 기울기를 보이는 것을 알 수 있었다. 단, 수학 교육을 수준별로 진

1) 이경우 등, 공대 학생들의 교양교육개선방안연구, 2003, 서울대학교 공학교육연구센터

2) 서울대학교 공과대학 학생들은 4개의 핵심 교과목 영역에서 3 영역을 선택하여, 각 영역에서 1 과목

씩을 반드시 이수하여야 한다. 각 핵심 교과목 군에는 20개 내외의 교과목이 나열되어 있다.



행하였는데, 연구 결과 수준별 교육에 일부 문제점이 발견되었으며, 학생들의 동기 부여

를 하지 못하는 수준별 교육은 역효과를 낼 수 있음을 확인할 수 있었다.

학문의 기초 영역 모든 교과목에서 학생들의 학점과 전공 평점은 양의 기울기를 보였

다. 즉, 개별 교과목의 학점이 높은 학생들이 전공 학점이 높은 경향을 보였다. 다만, 그

기울기 값은 교과목에 따라서 차이가 컸다. 조사 교과목 중에서 학생들의 전공 평점과

가장 관계가 깊은 교과목은 공학수학으로 학점과 전공 평점의 기울기가 0.4를 넘었다.

즉, 공학 수학 학점이 1.0 높은 학생들은 전공 평점이 0.4 높다는 것을 의미한다. 이에

비해서 대학 국어나 대학 영어 교과목과 전공 평점의 기울기는 0.2 내외의 값을 보였다.

그런데, 대조를 위해서 선택한 핵심 각 영역의 교과목 학점3)과 전공 평점도 유사한 기

울기를 보였다. 이는 대학 국어나 대학 영어는 학문의 기초로서의 성격을 가지고 있지

못하다는 것을 보여주는 자료로 볼 수 있다.

또 특이한 점은 각 교과목의 학점과 교양 교과목 평균 학점(교양 평점) 사이에도 유사

한 경향을 보였다는 것이다. 즉, 국어나 영어는 교양 평점에 미치는 영향도 수학이나 과

학 교과목에 비해서 적었다. 이는 예상과 다른 결과로 이 부분에 대해서는 향후 세밀한

분석이 필요한 것으로 판단된다.

본 연구는 기초 교과목이 전공 교육에 미치는 영향에 대해서 시도한 것으로 의미를

가지며, 향후 지속적인 연구를 통하여 적절한 1학년 교양 교육 체계 수립에 많은 도움

을 줄 수 있는 자료를 확보한 것에 큰 의미가 있었다.

3) 핵심 교과목은 두 영역을 선택하였으며, 이 때는 각 영역 20여개 교과목 중에서 학생들이 한 개씩을

이수하였기 때문에 20여개 교과목에서 얻는 학점과 전공 평점을 비교한 것으로, 일반적으로 학점이

높은 학생들이 개별 교과목에서 어느 정도 높은 학점을 받는가를 보여주는 자료로 볼 수 있다.


1

공과 대학생의 전공 성취도와 기초교과목 성취도의 상관관계 연구

이경우, 김미경

서울대학교 공학 교육 혁신센터서울대학교 공학교육연구센터

2007년 추계 공학교육학회

2

분석에 사용한 데이터

• 대상자– 2003년 입학하여 2007년 까지 졸업한 학생

– 총185명 (입학생 981명)

• 자료 내역– 개별 학생에 대한

• 입학자료(수능성적, 고등학교명 제외)

• 전형 방법

• 입학 후 시험(영어, 수학) 성적

• 4년간 이수한 모든 교과목 성적

• 전형 방법– 정시: 120명, 수시: 61명 (정원 외 4명)

• 고등학교 종류– 일반고: 180명(과학고: 3명,외고: 2명)


3

입학 시 수학 성적과 평점

입학 수학성적과 학점

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

4.2

4.4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

수학성적

학점

수학

교양

전공

전체

4

연구 결과

• 2003년 입학생의 분석 결과 수시 합격생의 입학성적이나 성취도가 정시 학생들 보다 높았다.– 지속적인 데이터가 필요함

• 성취도에 따른 분반 교육에 대한 재검토 필요성발견– 분반 교육의 효용성이 부정적임.

– 향후 분반 교육의 확대가 요망되기 때문에 교육 방법과 분반 방식 등에 대한 개선이 필요

• 수학, 물리 등 기초 과학은 학생들의 성취와 밀접한 관련이 있으나 대학국어와 대학 영어는 기초 교과목으로서의 효용이 높지 않음.


5. 공학설계 Session 2

좌장: 오세종(단국대)/이창훈(충남대)

1. 지속적 교육품질 개선을 위한 전산시스템 설계오세종/윤성욱(단국대)

2. 창의 공학 설계 교육 프로그램이 공학 입문자의 창의력에 미치는 효과이창훈(충남대)

3. 레고 마인드스톰 NXT를 이용한 공학설계입문이강(한동대)

4. 미국대학의 사례를 통해 본 복합 학제교육 설계방향조성구/이의수/이명천/이용한/염세경(동국대)



지속적 교육품질 개선을 위한 전산시스템 설계

오세종1, 윤성욱2

1단국대학교 컴퓨터과학전공, 2단국대학교 공학교육혁신센터

공학 교육에 대한 산업체의 불만, 이공계 위기, 대학의 자성 등의 요인에 의해 90년대

말 ABEEK 위원회가 설립되고 공학교육인증제에 의한 공학교육 프로그램이 도입된 이

래 매년 참여 프로그램이 증가하고 있다. 한국공학교육인증원(ABEEK)으로부터 인증을

받기위해서는 인증 기준의 요구 사항을 모두 충족시켜야 한다. 인증을 준비하는 대학의

입장에서 볼 때 공통적으로 어려움을 느끼는 분야가 있는데 그중의 하나가 프로그램의

교육 품질이 지속적으로 개선되고 있음을 입증하는 것이다. 지속적 교육품질 개선(CQI)

과정이 실행되기 위해서는 관련 위원회가 정기적으로 운영되어야 하며 주기적으로 자료

를 수집, 분석, 평가하여 개선안을 도출하여야 하고, 실제 개선이 이루어져야 한다. 그러

나 교육 시스템을 새로 구축하는 단계에 있는 학교에서는 위원회의 운영이 미숙할 뿐만

아니라 어떤 자료를 어떻게 수집하여야 하는지 잘 알지 못하고, 방법을 안다고 하더라

도 수작업으로 하기에는 인력과 시간이 많이 소요되어 실행이 어려운 실정이다. 따라서

부족한 인력과 시간의 한계를 극복하고 프로그램의 지속적 교육품질 개선을 위한 시스

템을 구축하기 위해서는 전산시스템의 지원이 절대적으로 요청된다.

본 연구에서는 단국대학교 공학대학의 지속적 교육품질 개선을 위한 위원회 활동 및

공학인증 전산시스템의 설계 사례를 제시한다. 단국대학교 공학대학은 2004년도부터

공학교육인증제에 의한 교육을 실시하고 있으며 새로운 교육체계의 수립에 맞추어 단계

적으로 공학인증 전산시스템을 개발해 오고 있다. 이 시스템은 여러 기능을 포함하고

있으나 본 연구에서는 CQI를 위해 자료를 수집하는 부분과 분석 및 평가하는 부분에 대

해 주로 소개한다. 이를 통해 교육품질 개선 활동에 들어가는 시간과 인력을 최소화할

수 있음을 보이고자 한다.

단국대학교 공학대학에서는 공학인증 교육 프로그램의 운영을 위하여 각 전공(과)에

프로그램 위원회 및 산하 소위원회로서 기획소위원회, 교과과정 소위원회, 교육평가 소

위원회, 산학자문 소위원회를 설치하여 운영할 것을 권고하고 있다(단국대학교 공학대

학, 2006). 프로그램 위원회 및 소위원회는 학기 종료 후 성적처리 기간이 끝나면 ‘공학

인증 집중 추진 주간’을 통하여 교육 프로그램과 관련된 자료를 수집하고 평가하며 개

선안을 도출하는 기간을 갖는다. 이와 같이 공학인증 집중 추진기간 동안 이루어진 작

업의 결과는 ‘공학교육 인증제 운영 보고서’라는 이름으로 정리되어 제본 후 보관한다.

이 보고서에 포함된 내용들은 8 가지 인증 기준에 대하여 CQI 가 이루어지고 있음을 입

증하는 중요한 자료가 된다. 이러한 위원회 활동은 많은 자료의 수집과 평가, 그리고 개

선안의 도출을 필요로 하는데, 이를 지원하기 위한 CQI 지원 전산 시스템을 설계하였

다.



CQI 지원 시스템은 단국대학교 공학대학에서 개발 중에 있는 공학인증 전산시스템의

일부이다. 이 시스템의 주된 기능은 CQI 에 필요한 자료를 수집, 정리하여 제시함으로

써 프로그램 위원회 또는 소위원회에서 자료를 평가하고 개선안을 도출하는 작업을 지

원하는 것이다. 이 시스템은 다음과 같은 원칙을 가지고 설계되었다.

1) 대학의 학사 시스템, 교직원, 학생들이 이용하는 웹정보 시스템 등에 이미 입력된

데이터들은 재입력 하지 않도록 하여 수작업을 최소화 한다.

2) 1)항과 관련하여 CQI 시스템은 공학인증 전산 시스템의 다른 모듈에서 생성되는

데이터를 유기적으로 결합하여 활용할 수 있어야 한다.

3) 수집된 자료들은 보고서 내의 도표 형태로 출력함으로써 보고서 작성을 용이하도

록 한다(교수진은 자료에 대한 평가 결과 및 개선안을 입력함으로써 보고서를 완성할

수 있다).

4) 데이터를 입력한 후 단순히 일정 형태로 재출력하여 보는 경우는 가급적 시스템에

서 제외한다(수작업과 거의 차이가 없음).

5) 작성되어 저장된 모든 보고서는 이력관리가 되어야 하며 필요시 언제든 조회가 가

능해야 한다.

CQI 지원 전산 시스템은 약 20여종의 보고서를 생성하고 소위회 회의록을 관리할 수

있도록 설계되었다. 현재 CQI 지원 전산 시스템은 화면 설계를 마치고 구현 준비단계에

있다. 본 시스템에서 제공하는 보고서들이 충분한 것이라고 말할 수는 없지만 일반적으

로 인증 준비 대학에서 인식하고 있는 주요 보고서들을 모두 포함함으로써 CQI에 대한

최소 만족 수준은 달성하고 있다고 판단된다.


지속적 교육품질 개선을 위한 전산시스템 설계

오세종, 윤성욱

2

필요성

공학교육인증제의 확산

인증기준의 요구 : 프로그램의 지속적 품질 개선

– 8개 인증 기준 모두에 대해 요구됨

교육 시스템을 새로 구축하는 단계에 있는 학교에서는 위원회의운영이 미숙할 뿐만 아니라 어떤 자료를 어떻게 수집하여야 하는지 잘 알지 못함.

방법을 안다고 하더라도 수작업으로 하기에는 인력과 시간이 많이 소요되어 실행이 어려운 실정임.

기존의 상용 시스템들은 CQI 지원 부분이 미흡함

따라서 부족한 인력과 시간의 한계를 극복하고 프로그램의 지속적 교육품질 개선을 위한 시스템을 구축하기 위해서는 전산시스템의 지원이 절대적으로 요청됨.


3

CQI 지원 시스템

CQI 지원 시스템은 공학교육인증 전산 시스템의 일부

공학교육인증 시스템

교수 학생학사시스템

공학교육혁신센터

인증기준별 자료생성(운영자료, 측정자료)

공학인증 집중추진기간(위원회의 인증기준별

CQI 활동)

인증기준별 CQI 자료 생성

목표의 설정

실행

측정(자료의 수집)

분석및 평가

개선안도출CQI 지원시스템의범위

4

CQI 지원 시스템

지속적 품질 개선 활동을 위해서는 관련 위원회가 구성되고 정기적으로 운영되어야 함.

단국대학교 공학대학에서는 학기종료 후 ‘공학인증 집중 추진기간’을 운영하고 있으며, 이 기간중 인증기준별 CQI 활동을 진행하고 보고서를 작성한다.

CQI 지원 시스템은 각 위원회의 CQI 활동에 필요한 핵심 자료들을 제공하고, CQI 결과를 관리할 수 있도록 함으로써 부족한 행정인력과 시간의 한계를 극복할 수 있도록 돕는다.

현재 CQI 지원 시스템은 설계를 마치고 개발중에 있다.



창의 공학 설계 교육 프로그램이 공학 입문자의

창의력에 미치는 효과

이창훈

충남대학교 공과대학 공업교육학부

이 연구에서는 공학 입문자를 위한 창의 공학 설계 교육 프로그램을 개발하여 적용하

고, 개발된 프로그램이 공학 입문자의 창의력 향상에 효과적인가를 구명하고자 하였다.

이 연구에서의 창의 공학 설계 교육(creative engineering design education; CEDE)

프로그램은 분석(analysis), 설계(design), 개발(development), 실행(implementation),

평가(evaluation)의 요소로 구성된 ADDIE 모형에 기초하여 개발되었다. 창의 공학 설

계 교육 프로그램의 개발 절차는 문헌 및 선행 연구 고찰, 프로그램 개발 모형 구안, 전

문가 협의(협의 내용: 교육 프로그램의 기본 방향 설정, 목적 및 목표 설정, 프로그램 내

용의 대영역 중영역 세부 내용 도출, 교육 내용에 따른 교수-학습 방법 선정, 프로젝트

학습 활동 선정), 창의 공학 설계 교육 프로그램 초안 및 창의 공학 설계 교재 개발, 전

문가 타당도 검증, 예비 연구, 프로그램의 수정 및 보완의 순으로 이루어졌다.

개발된 프로그램의 내용 영역은 크게 ‘창의 공학 설계 이론’과 ‘창의 공학 설계 활동’

으로 이루어졌다. 창의 공학 설계 이론은 공학 설계의 개요, 체계적인 설계 절차, 창의적

문제 해결 유형과 지능 모델, 창의적 사고 개발 기법, TRIZ(theory of inventive

problem solving)의 내용으로 구성되었으며, 강의, 발표, 토의, 실습, 문제 중심 학습

(PBL), 협동 학습(cooperative learning) 등의 교수-학습 방법을 적용하였다. 또한, 창

의 공학 설계 활동은 물 추진 자동차, 태양광 자동차, 증기선, 공 선별기의 설계 활동을

프로젝트법(project method)을 활용하여 수행하도록 하였다.

이 연구에서 개발한 창의 공학 설계 교육 프로그램의 효과를 구명하기 위해서 공과대

학 1학년 학생 180명을 대상으로 실험 연구를 수행하였으며, ‘무선 배정 솔로몬 네 집

단 설계(randomized solomon four-group design)’를 적용하였다. 이 실험 설계는 진

실험 설계(true experimental design)로서 사전 검사의 영향을 제거할 수 있고 내적 타

당도 저해 요인을 가장 잘 통제할 수 있는 것으로 연구 대상 네 집단 중 두 집단은 사전

검사를 하고 나머지 두 집단은 사전 검사를 하지 않으며, 사전 검사를 받은 집단의 하나

의 집단과 사전 검사를 받지 않은 집단의 하나의 집단에 실험 처치를 한 후, 네 집단 모

두에 사후 검사를 실시한다.

연구의 독립 변인은 이 연구에서 개발한 창의 공학 설계 교육 프로그램이며, 종속 변

인은 유창성, 융통성, 독창성, 정교성, 제목의 추상성, 성급한 종결에 대한 저항, 창의적

강점으로 구성된 창의력 표준 점수(평균치 100, 표준 편차 20)이다.

실험 집단(experimental group)에는 이 연구에서 개발한 창의 공학 설계 교육 프로

그램 수업을 매주 2시간씩 15주(총 30시간)에 걸쳐 실시하였고, 비교 집단(comparison



group)에는 같은 기간 동안 기존의 공학 설계 교육 프로그램을 실시하였다.

창의력을 측정하기 위하여 ‘토란스 창의력 검사(TTCT): 언어, 도형’을 사용하였으며,

창의력 표준 점수를 검사 점수로 활용하였다. TTCT는 ‘언어’ 검사(thinking creatively

with word, TTCT:　Verbal)와 ‘도형’ 검사(thinking creatively with pictures, TTCT:

Figural)의 두 가지 종류가 있고, 이들 각기에는 동형 검사로서 A형과 B형이 있다. 이

연구에서는 사전 검사로서 B형의 ‘언어’와 ‘도형’ 검사를 사용하였고, 사후 검사로는 A

형의 ‘언어’와 ‘도형’ 검사를 사용하였다. 검사의 채점은 TTCT 전문가 라이선스를 가진

2명이 하였으며, 2명이 채점한 점수의 평균을 창의력 검사 점수로 활용하였다. 그리고

채점자들간의 판단의 일관성 정도를 산출하기 위하여 Pearson의 적률 상관 계수를 이

용하여 채점자간 신뢰도를 산출하였으며, 언어 검사의 채점자간 신뢰도는 A형이 .92, B

형이 .93이었으며, 도형 검사의 채점자간 신뢰도는 A형이 .90, B형이 .92였다.

통계적 기법은 창의력 점수의 평균 차이를 t 검증(t-test)하였으며, 유의 수준

(significance level)은 .05였다.

이 연구의 주요 결과는 다음과 같다.

첫째, 창의력 계발 효과 검증 결과, 실험 집단(언어: 106.92; 도형: 121.50)과 비교 집

단(언어: 95.08; 도형: 116.55) 간의 TTCT(언어)와 TTCT(도형) 점수에 있어서 모두

통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.

이는 학습자들이 프로그램을 통하여 발산적 사고와 수렴적 사고를 위한 창의적 사고

기법을 실습해 보고, TRIZ 등을 학습하면서 다양한 측면에서의 아이디어 발현에 대하여

생각하였으며, 창의 공학 설계 활동 과정에서 많은 아이디어를 생성하고, 요약하고, 정

리하는 과정의 반복을 통한 인지적 자극으로 창의력이 향상된 것으로 해석된다.

둘째, 창의력의 하위 요소별 계발 효과 검증 결과, TTCT(언어)에 있어서 유창성, 융

통성, 독창성에서 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. TTCT(도형)에서는

유창성, 정교성, 창의적 강점에서 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.

하지만, 독창성(도형), 제목의 추상성, 성급한 종결에 대한 저항에서는 유의한 차이가

나타나지 않았다.

이는 학습자들이 교육 프로그램을 통하여 문제 상황에서 많은 아이디어를 산출하고,

아이디어의 폭을 넓혀 다양한 범주의 아이디어를 산출하고, 참신하고 독특한 아이디어

를 산출하고, 산출된 아이디어를 보다 치밀하게 정교화하는 과정 속에서 창의력이 향상

된 것으로 해석된다. 하지만, 학습 활동 시간의 부족함(프로그램 평가 질문지 결과에서

많은 학습자들이 문제점으로 제시한 내용임.)으로 구상한 물체나 아이디어를 스케치하

고, 주어진 문제 상황을 신중하게 숙고하는 등의 활동을 적절히 수행하도록 프로그램을

운영하지 못함으로 인하여, 도형이나 그림과 관련하여 기존의 것에서 탈피하여 참신하

고 독특한 아이디어를 산출해 내고, 정보의 본질을 포착하여 무엇인지를 파악하고, 아이

디어를 충분히 긴 시간 동안 생각할 수 있도록 하는 데에는 효과적이지 못한 것으로 해

석된다.

이 연구의 현장 적용 및 후속 연구를 위하여 다음과 같은 제언을 한다.

첫째, 이 연구에서 개발한 창의 공학 설계 교육 프로그램을 보다 정교화하기 위해서



프로그램을 초 중 고등학교 등의 더 많은 교수-학습 상황에 적용하고 그 효과를 검증하

여 어떤 문제점이 있으며, 이를 어떻게 극복할 수 있을 것인가를 논의하여야 한다.

둘째, 공학 입문자의 수준에 맞추어 창의력과 공학 설계 능력을 향상시킬 수 있는 다

양한 창의 공학 설계 활동 프로젝트가 개발되어야 한다.


창의 공학 설계 교육 프로그램이 공학 입문자의 창의력에 미치는 효과1/4

연구의 목적 및 내용연구의 목적 및 내용

공학 입문자의 창의력을 향상시키기 위한 체계적이고 효과적인

창의 공학 설계 교육 프로그램을 개발하여 제시

연구 목적 달성을 위하여 공학 입문자를 위한 창의 공학 설계 교육

프로그램을 개발하여 적용하고, 개발된 프로그램이 공학 입문자의

창의력 향상에 효과적인가를 구명

충남대학교 공과대학 공업교육학부 이창훈충남대학교 공과대학 공업교육학부 이창훈

창의 공학 설계 교육 프로그램이

공학 입문자의 창의력에 미치는 효과

창의 공학 설계 교육 프로그램이

공학 입문자의 창의력에 미치는 효과


ADDIE 모형에 터하여 개발ADDIE 모형에 터하여 개발

Analysis, Design, Development, Implementation, Evaluation

CEDE Program의 개발 절차CEDE Program의 개발 절차

문헌 및 선행 연구 고찰 / 프로그램 개발 모형 구안 / 전문가 협의(기본 방향

설정, 목적 및 목표 설정, 프로그램 내용의 대영역․중영역․세부 내용 도출,

교육 내용에 따른 교수-학습 방법 선정, 프로젝트 학습 활동 내용 선정) /

창의 공학 설계 교육 프로그램 초안 및 창의 공학 설계 교재 개발 /

전문가 타당도 검증 / 예비 연구 / 프로그램의 수정 및 보완

CEDE Program의 내용CEDE Program의 내용

창의 공학 설계 이론 : 공학 설계의 개요, 체계적인 설계 절차, 창의적 문제

해결 유형과 지능 모델, 창의적 사고 개발 기법, TRIZ

창의 공학 설계 프로젝트 활동 : 물 추진 자동차, 태양광 자동차,

증기선, 공 선별기의 설계

창의 공학 설계 교육 프로그램(CEDE Program)창의 공학 설계 교육 프로그램(CEDE Program)



공과대학 1학년 학생 180명(4개 반)

experimental study

randomized solomon four-group design

독립 변인 : 이 연구에서 개발한 CEDE Program

종속 변인 : 창의력 점수

Torrance 창의력 검사 TTCT(언어, 도형 검사)

신뢰도 : .90 - .93

실험집단 : CEDE Program을 매주 2시간씩 15주

비교집단 : 기존의 교육 내용 이수

연구 대상연구 대상

연구 설계연구 설계

연구 변인연구 변인

창의력검사도구창의력검사도구

실험처치실험처치

통계처리통계처리t-test, significance level = .05

SPSS(ver. 12)를 이용

연구 방법연구 방법


연구 결과연구 결과

CEDE Program이 창의력 향상에 미치는 효과CEDE Program이 창의력 향상에 미치는 효과

실험 집단과 비교 집단 간의 TTCT 점수에 있어서 모두 통계적으로

유의한 차이 나타났음(언어 : t=5.399, p=.00; 도형 : t=2.069, p=.04)

공학 입문자의 창의력을 계발하는 데에 효과적임

CEDE Program이 창의력의 하위 요소 향상에 미치는 효과CEDE Program이 창의력의 하위 요소 향상에 미치는 효과

유창성, 융통성, 독창성(언어), 정교성, 창의적 강점을 계발하는 데에는

효과적이었음

독창성(도형), 제목의 추상성, 성급한 종결에 대한 저항을 계발하는

데에는 효과적이지 않았음



레고 마인드스톰 NXT를 이용한 공학설계입문

이 강

한동대학교 전산전자공학부 부교수[email protected] 576 0804

최근 국내에서는 공학교육인증의 도입 등으로 공학설계의 기본 개념을 배우도록 목적

하는 공학설계입문 과목에 대한 관심이 높아지고 있다. 이 과목은 1학년 학생들을 대상

으로 개설되는 교과목이기 때문에 깊이있는 전공 지식을 사용하지 않고도 설계를 수행

해 볼수 있도록 해야 한다는 어려움이 과목 담당 교수들에게 있다. 본 논문에서는 전문

지식이 없이도 설계의 여러 측면들을 경험할 수 있도록 신입생들을 위한 설계 과정을

레고사의 마인드스톰 완구를 이용해서 개발하였다. 마인드스톰은 10세 이상의 아동에서

성인에 이르기까지 즐길 수 있도록 개발된 레고사의 지능형 로봇 키트이다. 마인드스톰

은 일반 레고 블록과 같이 기계적인 부분으로 외형을 만드는 부분과 다양한 센서, 정밀

서보 모터, 32비트 프로세서가 탑재된 제어 블록 부분이 포함된 일종의 임베디드 시스

템이다. 이 시스템의 프로그래밍은 Labview 상의 그래픽 사용자 인터페이스를 이용하

기 때문에 프로그램 언어를 전혀 모르는 비전문가라도 그래픽으로 제어 논리를 표현하

여 로봇제어를 완성할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 마인드스톰을 사용하여 다

음의 설계 개념을 교육한다.

1. 최적설계 (비용개념),

2. 제약조건 개념,

3. 설계 공간의 탐색 (Trade-off)

설계과정은, 블록을 이용하여 간단한 모형을 조립하는 부분과 센서와 모터를 제어하

여 주어진 임무를 수행하는 지능 로봇을 만드는 부분으로 크게 구분된다. 각 과정을 통

해서 일련의 공학설계에 대한 오리엔테이션을 하도록 하였다. 마인드 스톰을 이용한 설

계의 장점은 다음과 같다.

1. 인터페이스가 직관적이라서 누구나 부담없이 시작할 수 있다.

2. 초급에서 고급 설계까지 수용이 가능하다.

3. 실제 움직이고 손으로 만질수 있는 대상이라서 공학에 대한 흥미 유발효과가 크다

4. 완구 자체가 견고하고 잘 설계되어서 정밀 작품의 구현이 가능하다.

5. 주어진 블록의 유형과 개수, 프로그램 메모리의 제약, 센서의 제약 조건 등으로 공

학 설계에서 겪을 수있는 설계의 제약 조건을 유사하게 경험할 수 있다.


레고 마인드스톰 NXT를 이용한 공학설계입문

한동대학교 전산전자공학부

이강

과목의 배경

• 공학설계입문과목의 운영 조건– 특정 전공 영역의 지식을 요구하지 않아야 한다.

– 설계를 경험하게 해야 한다.• 분명한 미션이 주어져야 함.

• 팀웍을 경험할 수 있어야

• 의사소통 능력을 배양할 수 있어야

• 창의력을 개발할 수 있어야

• Open-ended problem (해가 여러가지 존재해야)

• 현실적 제약조건 (속도, 정확도, 비용)이 존재해야

• 객관적 설계 평가가 가능해야 (function/performance specification)

– 공학 설계에 대한 흥미를 유발할 수 있어야 한다.


레고 마인드스톰 NXT의 특징

• 장난감이므로 부담이 없다

• 마인드스톰 NXT 구성 부품– 제어블록 : 32-bit ARM9

– 센서 : 4가지

– 모터 : 3개

• 쉬운 프로그래밍 환경– 그래픽 프로그램언어

(NXT-G)

• $250 /set

설계 과제의 구성

1. 블록 끼워맞추기 과제

2. line tracer (광센서)

3. 장애물 제거기 (초음파센서)

4. 원격조정 로봇 축구대회 (bluetooth)

5. 2대의 로봇 협업과제 : 장님 로봇 안내하기 (광센서, 초음파센서, touch sensor, bluetooth)



미국 대학의 사례를 통해 본 복합학제 교육 설계 방향

조성구1, 이의수2, 이명천2, 이용한1, 염세경1

1동국대학교 산업시스템공학과2동국대학교 생명화학공학과

국문요약

현실에서의 공학적인 문제들은 특정 분야에 한정된 제한된 설계 요소의 단순 집합이

라기 보다는, 정량화하기 어렵고 최종적인 해에 도달하기 전에 항상 절충을 해야 하는

보다 광범위한 기술적, 경제적, 사회적 제약요인 들이 혼재된 형태로 존재하고 있다. 즉,

오늘날의 공학설계 문제의 특성 자체가 복합학제적인 설계를 요구하고 있는 것이다. 이

에 본 논문에서는 미국 대학들의 복합학제운영 사례를 통해 바람직한 복합학제 설계과

제 도출 방안을 제시하였다.

주제어 : 복합학제 설계 교육, 국내외 복합학제 운영사례, 복합학제 설계과제 도출 및

운영방안

Ⅰ . 서 론

현실에서의 공학적인 문제들은 특정 분야에 한정된 제한된 설계 요소의 단순 집합이

라기 보다는, 정량화하기 어렵고 최종적인 해에 도달하기 전에 항상 절충을 해야 하는

보다 광범위한 기술적, 경제적, 사회적 제약요인 들이 혼재된 형태로 존재하고 있다. 이

에 기업들은 서로 다른 전공 분야의 지식을 가진 사람들로 팀을 구성하여 이러한 다차

원적인 문제를 해결하고 있다. 예를 들면 마이크로프로세서 제조는 복합물질, 공정, 제

품 생산 목표를 달성하기 위하여 동시에 최적화 되어야 할 종합적인 문제들을 해결하기

위하여 공학과 과학의 여러 분야의 전문 지식을 필요로 한다. 도로에 포장할 새로운 물

질을 개발하기 위해서는 토목, 기계, 재료공학 등을 전공한 공학자들의 공동 노력이 필

요로 한다. 또한 생명공학의 발전은 공학자, 화학자, 생물학자의 공동 노력에 의해 이루

어졌다. 즉, 오늘날의 공학설계 문제의 특성 자체가 복합학제적인 설계를 요구하고 있는

것이다.

따라서 본 연구에서는 미국 대학들의 복합학제운영 사례를 통해 바람직한 복합학제

설계과제 도출 방안을 제시하고자 한다.

II. 미국 학의 복합학제 운 사례

복합학제 설계교육은 『서로 다른 학제에서 다루는 다양한 전공분야지식의 종합적 적

용이 요구되는 설계 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 능력을 갖추도록 하는 교육』이



라고 정의할 수 있다. 본 절에서는 다양한 국내외 복합학제 운영 사례를 소개하고자 한

다.

사례1. Kettering University, Flint, Michigan

운영방식 및 형태 : 한 학기 3학점으로 운영되며 산업공학과의 Manufacturing

Engineering 과목과 기계공학과의 “Design of Mechanical Component” 과목을 결합

하여 서로 다른 학과의 두 강좌에서 서로 한 팀을 이루어 프로젝트를 수행하는 형태이

다.

내용 : 프로젝트 내용은 성형기로부터 사출성형된 부품을 집어 올리는 로봇트를 디자

인, 분석, 조립, 설치, 가동 및 시험을 하는 것이다. 각 팀은 $200의 예산을 지원받으며

학생들은 공동 실험실에서 만나 서로 공동 연구 수행한다.

평가방법 : 평가기준은 디자인 효율, 조립공정, 부품의 정밀성, 기능성, 종합발표 등이

며 학생들은 최종 보고서를 제출하고 구두발표를 하게 된다. 최종 보고서에는 내용과

포함된 지식이 구두발표 때는 발표자료의 시각효과 등이 중요시 된다.

효과 : 학생들은 제함된 예산, 시간 그리고 다른 전공자와의 협력을 통해 엔지니어로

서의 성취를 이루도록 한다.

사례2. Virginia Commonwealth University

운영방식 및 형태 : 한 학기 3학점이며 3개 학과의 실험과목을 통합하여 운영된다. 즉

화학공학과의 “Unit operation lab.", 기계공학과의 ”Engineering synthesis lab.“ 그리

고 전자공학과의 ”Automatic controls lab.“ 세 강좌를 처음 11주까지는 공동 강의를

진행하고, 12-16까지는 전자공학과/기계공학과가 공동강의를 하며, 화학공학과는 이때

별도 강의를 한다. 각 전공별로 정해진 실험을 실시하되 타 학과의 실험실을 이용할 수

있도록 하였다.

내용 : 화학공학과, 기계공학과, 전자공학과에서 공동으로 배우는 dynamic systems

and control 강의를 하나로 묶어서 강의하되 각 학과의 특징을 살린 실험을 별도로 실

시하도록 한다.

효과 : 수업의 효율을 높이며 학생들은 복합학제 형태의 dynamic system and

control 강의를 들을 수 있으며 실습을 할 수 있다.

사례3. Texas Christian University

운영방식 및 형태 : 총 3 학기동안 운영되며 첫 학기는 강의만 이루어지면 두 번째와

세 번째 학기 동안 은 실험을 주로 하게 된다. 3학년 2학기부터 첫 학기가 시작된다.

내용 : 기계공학과와 전자공학과의 두 학과가 팀을 만들어 복합학제 프로젝트를 수행

하는데 주제는 다음과 같다.

Design and evaluation of a hand-held, measurement device

Measurement enhancement of blast data

Laser assisted tool calibration universal fixture



특징 : 산업계로부터 지원금을 받아 프로젝트를 수행하는 것이다.

평가방법 : 평가방법은 마지막 학기에 경연대회를 통하여 평가를 하게 되며 이때 작

업의 성취도, 작업 스케쥴 그리고 제작비용 등이 평가대상이다.

사례4. University of Missouri-Rolla and St. Louis Community college

운영방식 및 형태 : 두 학기에 걸쳐 운영이 되며 기계공학과, 공학경영학과(Engineering

Management), 제조공학과(Manufacturing Engineering)의 세 학과가 팀을 이루어 프

로젝트를 수행한다. 첫학기에는 시장의 요구사항과 constraint에 대해 조사분석 한 후

그래픽 디자인까지 마치며 두 번째 학기에는 직접 제작에 들어간다.

내용 : 회사에서 요구하는 상품을 선택하여 그 상품을 만드는 프로젝트를 수행하는

형태로서 해당 회사로부터 지원금을 받아 일을 수행한다. 상품디자인과 제조 그리고 마

켓팅 계획과 제조를 연결지어 수행하여야 한다.

평가방법 : 산업계 자문위원단으로부터 결과를 평가 받는다.

사례5. San Jose State University

운영방식 및 형태 : 한 학기 3학점 형태로 운영되며 16주 동안 주별 2시간 강의와 3

시간 실험으로 구성된다. 모두 5개 학과에서 학생들이 공통으로 수업 듣기와 팀을 편성

하여 프로젝트를 수행한다.

내용 : 전체 주제는 반도체 가공에 관련된 것이며, magnetic thin film recording,

packaging, environmental, health, safety, process integration 등에 관한 외부초청

강연을 듣기도 하며 반도체 가공과 관련하여 자유 주제로 프로젝트를 수행하게 된다.

특징: 프로젝트 수행시 학생들은 주 단위로 역할을 변경하여 flow manager, material

manager, quality insurance manager, process flow recorder, safety manager,

processor engineer의 역할을 경험하게 된다.

평가방법 : 개인별 평가는 60%로서 개인별 보고서, 숙제, 퀴즈, 기말시험으로 구성되

고 팀 평가는 40%인데 팀 발표 내용과 포스터로서 평가받게 된다.

사례6. Clemson University

운영방식 및 형태 : Clemson대학의 기계공학과 4학년 학생들이 총 5개 타 대학 6개

전공의 학생들과 팀을 이루어 복합학제적 종합설계 과목을 운영하는 형태이다. 학생들

은 마음대로 팀 구성을 할 수 있지만 다음과 같은 우선순위를 정하고 있다.

(1) 한 대학 내에서 서로 다른 전공의 학생들로서 팀을 구성한 경우

(2) 서로 다른 대학과 서로 다른 전공의 학생들로 팀을 구성한 경우

(3) 서로 다른 대학이지만 같은 전공의 학생들로 팀을 구성한 경우

(4) 한 대학 내에서 같은 전공의 학생들로 팀을 구성한 경우

내용 : 프로젝트 주제는 종합설계 형태이고 교수들이 정하여 주지만 산업계의 지원을

받으며 이들의 자문을 받도록 되어있다.

평가방법 : 학생들은 보고서와 구두 발표로서 평가를 받는다.



효과 : 엔지니어로 하여금 다른 전공의 학생들과 같이 팀을 이루어 같이 교류하며 문

제를 해결하는 능력을 배양한다.

사례7. Western Kentucky University

운영방식 및 형태 : 총 네 학기에 걸쳐 운영되는 시스템으로서 산업자동화 분야에 기

계공학 프로그램과 전자공학과 프로그램 사이에 연결고리를 만들고자 시도되고 있다.

내용 : 두 전공의 학생들에게 multiple laboratory experiences, design courses, 그

리고 프로젝트 과목을 혼합하여 교과과정에 넣음으로써 연습위주의 경험을 하도록 하고

있다. 두 전공의 학생들에게는 공통적으로 컴퓨터언어(C 언어)를 듣도록 요구하고 있으

며 전자공학과 학생들에게는 digital circuits과 circuits/networks를 기계공학과 학생들

에게는 fundamentals of electrical engineering covering DC and AC circuits,

digital logic, 그리고 basic electronics를 듣도록 요구하고 있다. 강의는 두 프로그램의

교수진에 의해 이루어지며 처음 3주는 digital system에 대한 리뷰, 다음 7주는

programmable logic controller 그리고 다음 6주는 Atmel microcontroller에 대한 내

용을 다룬다.

목표 : 산업자동화 분야에 기계공학과 전자공학 두 전공의 학생들에게 공통의 언어를

제공함으로써 이 분야에 복합학제적 종합 그리고 전문가적인 프로젝트를 쉽게 해결하기

위함이다.

사례8. University of Virginia

운영방식 및 형태 : University of Virginia의 School of Engineering and Applied

Science에서 3학년 봄학기부터 시작하여 4학년까지 3학기에 걸쳐 운영되는 프로그램

이며 여기에 속한 모든 전공의 학생들이 팀을 이루어 복합학제적 capstone

engineering 프로젝트를 수행한다.

내용 : 복합학제적 프로젝트를 통해 엔지니어링 학생으로 하여금 economic,

political, social, 그리고 ethical 지식을 심어주고자 한다. ENGR 302 에서는 학생들로

하여금 제안서를 작성하고, 프로젝트를 디자인하고 팀을 구성하는 능력을 배양시킨다.

“Multidisciplinary Team Design and Development I and II"라는 제목의 두 강좌

ENGR 401/402 에서는 School of Engineering and Applied Science에 속해 있는 모

든 전공이 학생들이 모여 팀을 구성한 다음 1년에 걸쳐 복합학제적 capstone

engineering 프로젝트를 수행한다. 학생들은 4-6명 정도의 팀을 구성하여 정기적으로

모여 프로젝트를 수행한다.

목표 : 엔지니어링을 전공하는 학생들이 복합학제적 작업능력과 공동프로젝트 수행능

력이 떨어져 이를 보완하려는 것이 목적이다.

사례9. University of Florida

운영방식 및 형태 : 대학에서 Integrated Technology Ventures (ITV) program을

제공하고 여기에 엔지니어링 전공 학생들과 MBA 과정 학생들을 받아 팀을 이루어 회



사에서 대학측에 제시한 프로젝트를 수행하게 한다. 학점은 3학점을 인정해 준다.

내용 : 과제들은 대부분 상업화가 준비된 것들을 대학측에서 제시해 주며 이것을 이

용해 상품의 prototype을 만들고, 사업화계획을 세우고 새로운 벤처사업을 출발시키는

것이다.

목표 : 학생들은 이 프로그램에 참여함으로써 기초적인 engineering science가 상품

과 프로세스 디자인과의 관련성을 익히고 디자인은 단지 상품의 기능 뿐 아니라 생산

성, 가격, 스케쥴, 신뢰성, 소비자 선호도, 사용주기 등의 문제들도 포함한다는 것을 습

득한다. 또한 주어진 시간과 예산으로 과제를 완성하는 방법과 공학은 복합학제적 노력

이라는 사실을 인식할 수 있도록 한다.

사례10. Technische Universiteit Eindhoven

운영방식 및 형태 : 응용물리전공 석사과정에 120 ECTS credit으로 개설되었으며 학

부에서 물리학을 성공적으로 마친 학생들이 선택할 수 있다. 석사과정에 ‘Physics of

Transport in Fluids’ 전공의 경우 1st year(60 ECTS), 2nd year (60 ECTS), 11

Optional courses (3 ECTS each), Graduation project (60 ECTS), Interdisciplinary

project (8 ECTS), External project (19 ECTS) 구성되어 있다.

특징 : 코스, 복합학제 프로젝트, 그리고 외부 프로젝트는 순서에 상관없이 수행할 수

있으나 모두 졸업 프로젝트 시작 이전에 끝마쳐야 한다. 단, 코스의 경우 완전히 다 마

칠 필요는 없으나 대부분 다 마쳐야 한다. 또한 프로젝트는 4-6명의 학생들이 팀을 구

성하여 수행한다. 복합학제적인 일을 어떻게 수행하는지를 배우기 위해 두명의 학생들

은 전공이 달라야 한다. (예, Mechanical Engineering, Chemical Engineering,

Applied Mathematics, Biomedical Technology). 대학내의 JM Burgers Centre 소속

그룹 학생들과의 공동 작업수행을 특별히 권장한다.

내용 : Interdisciplinary project (8 ECTS)의 경우 학생들에게 단기적인 실제적 연구

프로젝트를 수행할 수 있는 기회를 준다. 이 프로젝트의 목표는 졸업프로젝트를 준비하

도록 함과 동시에 이론적, 실험적 그리고 계산적 연구프로젝트에 특정 지식을 적용하는

실습을 할 수 있도록 한다.

III. 복합학제 설계과제 도출 방안

복합학제 설계 교육을 제대로 실시하기 위해서는 필수적으로 학생들이 복합학제적 팀

을 이루어 스스로 답을 찾아가도록 하는 설계과제가 마련되어야 한다. 특히 학생들의

흥미를 유발하고 교육적 효과를 극대화할 수 있는 좋은 과제를 찾아내는 것이 필요하

다. 미국의 복합학제설계교육 사례들을 살펴보면, 설계과제의 유형이 대체로 다음과 같

은 세 가지 형태로 나눠지면 그 특징은 다음과 같다.

유형1: 강좌 담당교수들이 적절한 과제를 만들어 학생들에게 부과하는 경우

설계교과목을 수강하는 학생들의 전공분야를 고려하여 과제를 수행할 팀들을 적절히

구성한 다음, 각 팀의 성격에 맞는 설계과제를 담당교수들이 만들어 부과하는 경우로,



설계과제는 강의목표와 달성하고자 하는 학습성과, 주어진 시간과 예산에 맞추어 현장

문제들을 단순화시킨 것이거나 간단한 설계와 제작이 필요한 소형과제들로 이루어지는

것이 대부분이다. 소액의 예산을 주고 기계공학, 산업공학, 전자공학, 컴퓨터공학 등을

전공하는 학생들을 대상으로 한 학기동안 간단한 기능의 로봇을 제작하게 한다거나, 공

학과 사회과학 전공학생들의 복합 팀을 구성한 후 담당교수들이 제공하는 공학적 아이

디어나 상품화방안을 제시하고 이를 바탕으로 제품의 설계, 사업계획 등을 수립하면서

기술적 측면과 아울러 사회적, 경제적, 문화적 요소들을 고려하는 경험을 갖게 하는 등

의 사례들이 이에 속한다.

이 유형에서는 모든 팀에게 공통의 설계과제를 부과할 수도 있고 복수의 설계과제를

팀들 간에 나누어 배정해 주거나 각 팀이 선택하게 할 수도 있다. 전자의 경우에는 하나

의 설계과제만이 사용되므로 미리 잘 짜인 평가기준을 마련하여 모든 팀을 공평하게 평

가할 수 있고 과목의 운영을 과제 진행에 맞추어 효과적으로 할 수 있는 이점이 있는 반

면에, 같은 과제를 여러 해에 걸쳐 부과하면 곧 식상해지고 창의성이 떨어지는 문제가

발생되기 때문에 최소한 2-3년 운영한 후에는 전혀 새로운 설계과제로 바꾸어가야 한

다. 후자의 경우에는 이와 같은 문제가 상대적으로 덜하지만, 서로 다른 과제를 수행한

팀들의 평가가 공평하게 이루어지게 하기 위해 문제의 난이도를 조정하고 공통의 평가

요소가 적용될 수 있도록 설계과제를 만들어야 한다. 또한 모든 팀들이 같은 과제를 수

행하는 것이 아니기 때문에 다른 팀의 아이디어를 쉽게 차용하기 어려워 더 독창적이고

독립적인 과제수행이 이루어질 수 있는 장점이 있다.

설계수업의 수준으로 볼 때, 입문설계 수준에서는 아직 학생들이 각자의 전공분야에

대한 깊은 지식과 이해가 없으므로 간단한 몇 개의 설계과제를 교수들이 직접 만들어

제공하는 유형1이 적절하다. 그러나 대부분의 복합학제 설계교육은 종합설계(capstone

design) 수준에서 이루어지기 때문에 다음에 설명할 유형2가 더 적절한 경우가 많다.

유형2: 산업현장의 실제 과제를 학생들에게 부과하는 경우

학생들이 졸업 후 산업현장에서 직접 부닥치게 될 다양한 문제들을 미리 경험할 수

있도록 기업의 실제 과제들이나 사회에서 해결이 요구되는 과제들을 선별하여 학생들에

게 해결해 보도록 하는 경우로, 구체적인 설계과제의 도출과정은 매우 다양할 수 있다.

University of Missouri-Rolla나 University of Florida는 학교와 협력관계에 있는 회

사가 요구하는 상품의 설계와 시제품 제작 및 사업화계획 등을 학생들이 직접 해보게

하는 경우가 대표적인 예다. 이 때 소요되는 비용의 일부는 보조금 형식으로 회사의 지

원을 받는 것이 보통이다.

물론 상업적 목적의 회사 과제만이 설계과제의 대상이 되는 것은 아니다. 수질 문제,

하수처리 문제, 효율적인 쓰레기 수거방법, 교통 신호체계 개선방안 등 다양한 지역사회

의 문제나 대출도서 관리방법 개선, 학교식당의 배식이나 음식쓰레기 처리 방법 개선과

같은 학내 문제들을 과제로 부과하여 학생들의 동기를 유발시키도록 할 수도 있다. 특

정 수업의 형태로 이루어지는 것은 아니지만, 미국 Pennsylvania State University의

경우에는 지역사회에서 활동하는 다양한 기업들로부터 해마다 각 기업이 해결을 원하는



과제와 함께 연구비를 지원받아 이를 학생들이 직접 해결해 보도록 하는 흥미로운 설계

교육방법을 택하고 있다. 여러 기업들이 제시한 다양한 연구과제와 해당 연구비를 모든

공과대학 학생들이 볼 수 있도록 공시하면, 이 중 해결해 보고 싶은 과제가 있는 학생들

은 직접 과제수행에 적절하다고 판단되는 팀을 만들어 과제수행계획서를 제출하고 심사

를 받게 된다. 선발된 팀들에게는 연구비와 함께 지도교수를 배정하여 과제를 수행하도

록 하고, 해마다 심사과정을 거쳐 우수한 사례들을 시상하고 있으며, 학생들이 과제수행

을 하며 활용할 수 있도록 작업실, 공작실, 회의실 등의 “Learning Factory"를 운영하

는 등 여러 형태의 지원을 하고 있다.

이러한 유형의 설계과제들은 현장의 문제를 학생들이 있는 그대로 체험해 봄으로써

졸업 후의 현장적응능력을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 복합학제적 팀의 일원으로 과제

를 수행해 가는데 필요한 팀웍, 의사소통 능력, 갈등해소능력 등의 학습성과를 효과적으

로 달성할 수 있게 된다는 이점이 있다. 또한 우수한 산업인재양성을 위해 대학과 기업

이 협력하는 바람직한 산학협력관계의 형성에도 큰 도움이 될 수 있다. 그러나 현장에

서 직접 하는 교육과 실험실 환경에서의 교육이 대부분 그렇듯이, 현장에서 바로 가져

온 설계과제를 학생들에게 부과하는 경우, 과제의 난이도가 학생들의 문제해결 능력에

비해 적절한지, 과제해결에 요구되는 지식이나 기술이 참여하는 학생들의 전공영역을

벗어나지는 않는지, 또는 과제해결에 소요되는 시간이나 예산이 과다하지는 않은지 하

는 문제들을 효과적으로 통제하기 어려운 단점이 있다. 현장경험이 많은 전문가나 대학

원생 등을 멘터로 활용하고 외국대학의 예처럼 기업이 학생수준에 맞는 설계과제와 예

산을 제공하도록 하는 방안이 이런 문제들을 극복하는 효과적인 수단이 될 수 있을 것

이다.

유형3: 학생들이 스스로 자신의 설계과제를 도출하는 경우

미국 University of Virginia의 경우에는 학생들이 스스로 자신들이 해결할 과제를 도

출하여 과제제안서를 내고 담당교수의 승인을 얻어 프로젝트를 수행하는 방식도 가능하

다. 설계강좌의 목적에 따라서는 과제를 100% 학생들의 자율에 맡기어 자유롭게 도출

하게 할 수도 있고, 일정한 과제의 유형이나 문제상황만을 제시해 준 후 구체적 과제도

출은 학생들이 마무리 하도록 하는 방안도 가능하다. 특히 후자는 전자에 비해 다소 학

생들의 자발성을 제약하는 단점이 있으나, 강좌의 통제나 평가가 전자보다 용이하다는

이점이 있어 고려해 볼 만하다.

이 유형에서는 문제의 발견부터 해결까지 전 과정을 학생들 스스로 독립적으로 수행

하고 교수나 멘터는 프로젝트의 관리와 기술적 문제들에 대한 자문의 역할만 함으로써

학생들의 창의성 발휘를 극대화할 수 있고 활발한 동기부여가 가능하다. 그러나 실제로

이런 유형의 과제도출방식을 교실에 적용해보면 교수의 당초 의도와는 달리 학생들이

제안하는 과제가 너무 평이하거나 혹은 지나치게 의욕적이어서 강좌의 의도와 맞지 않

아 설계과제 도출에 많은 어려움을 겪는 경우가 많다. 특히 여러 학기에 걸쳐 설계강좌

가 진행되는 경우가 아니라면, 과제수행시간 중 많은 시간을 설계과제 도출에 할애하는

것은 바람직하지 않을 수 있음을 염두에 두어야 한다. 또한 이 유형에서는 학생들이 가



져오는 문제들의 성격이 다양할 경우 효과적인 멘토링이 이루어지기 어려울 수도 있다.

IV. 결론 : 복합학제 설계교육 운 에 한 제언

본 논문에서는 미국 대학의 복합학제 사례 운영사례 분석을 통해 복합학제 설계과제

도출 방안에 대하여 제시하였다. 바람직한 복합학제 설계교육을 실행하기 위해서는 문

제의 영역, 교수진, 학생의 혼합(mix)이 요구된다. 2년간 복합학제 설계교육의 운영을

통해 복합학제 설계교육의 구현에는 다음과 같은 몇 가지 어려움이 발생하였으며 마지

막으로 이에 대한 제언을 하고자 한다.

학사행정상의 문제 국내 대학의 학사운영 시스템 하에서 학생과 교수진이 혼합된 형

태의 복합학제 설계 교과목을 개설하는데는 여러 가지 학사행정상의 문제가 발생할 수

있다. 먼저 단일 전공교과목에 대해서 한 개의 학수번호가 부여되기 때문에 복합학제

교과목의 전공분류가 어렵다. 이러한 문제는 해당 과목을 어느 한 학과의 전공으로 인

정해야 하는 어려움이 있고, 이를 수강하는 학생들의 경우 전공인정의 어려움을 겪을

가능성도 있고, 한편으로는 학과별로 제한되는 전공개설 최대 허용 학점수의 제약을 받

을 수도 있다. 아울러, 복합학제적 전공교과목에 교수진으로 참여하는 교수들의 경우,

소요되는 노력에 비하여 낮은 수준의 강의시수 인정비율을 감수해야 하며, 이는 복합학

제 설계교육에 대한 교수들의 참여의욕을 저해하는 요소가 될 수 있다. 이러한 문제의

해결 방안으로는 다수의 프로그램에 소속되어 있는 관심 교수들 간의 개별 전공교과목

을 서로 연계하여 설계부분을 복합학제적으로 진행하는 방안이 있다. 보다 바람직한 해

결 방안은 공과대학 내에 공통 교과목화하는 방안으로서, 이를 위해서는 학사행정 부서

의 지원이 필요하다.

학습성과 평가의 어려움 복합학제 설계교과목의 성격상 필답고사에 의한 평가는 바람

직하지 않기 때문에, 팀별 설계 프로젝트의 수행내용 및 결과로서 개별 학생의 학습성

과를 평가해야만 한다. 그러나 전공지식의 배경이 서로 다르고 설계 수행 과정에서의

역할도 다른 개별 학생들을 공정하게 평가한다는 것은 쉽지 않은 일이다. 다만, 복합학

제 설계교육이 지향하는 교육목표를 염두에 둔다면, 개별 학생의 평가는 팀별 프로젝트

결과에 의해서 평가되는 것이 바람직하며, 이 부분에 대해서는 학기 초에 학생들에게

명확하게 인식시킴으로써 학기말에 평가와 관련된 불필요한 혼선을 방지할 수 있다. 다

만, 팀원들 간에 기여도가 현격하게 불균형이 감지되는 경우에는, 개별 팀원들에게 타

팀원의 기여도를 평가하게 하는 상호평가(peer review)를 실시함으로써 보정을 가하는

방법도 활용할 수 있다.

커리큘럼 내용 구성의 어려움 종합 설계교육 특히 복합학제적 설계교육의 커리큘럼은

오랜 기간 동안 체계를 갖추어온 일반 전공과목과는 달리 체계화된 커리큘럼이 부재한

상황이다. 특히, 수강생들의 전공분야들과 최소한의 연관성을 가지는 복합학제 설계 과

제를 만드는 작업은 상당한 노력을 필요로 하므로 많은 수의 문제 풀(pool)을 구성하기



가 용이하지 않다. 또한 강의, 실습, 팀 활동, 발표 및 토의 등 다양한 교육 기법들이 효

과적으로 배치되어야 하기 때문에 세심한 일정계획이 요구된다.

시설 및 재원 복합학제 설계과제를 수행하기 위해서는 현장조사를 위한 여비, 프로토

타입 제작을 위한 경비 등의 프로젝트 수행비용이 수반된다. 따라서 설계팀별 지급할

과제수행 비용을 충당하는 문제가 발생할 수 있다. 아울러, 팀별 활동을 진행하기 위해

서는 개별 학과의 실험실습실 및 회의실 등을 할당하기에 어려움이 발생한다. 이러한

문제를 해결하기 위해서는 복합학제 설계교육을 위한 별도의 팀 활동 공간을 확보하는

것이 바람직하다. 프로젝트 수행 경비의 마련을 위한 가장 이상적인 방안은 팀별 설계

과제를 기업체로부터 제공 받고, 이를 해결하는데 소요되는 소정의 경비를 함께 지원받

는 방안이라고 할 수 있다. 이 경우 기업체는 평소 여력이 없어 풀지 못해오던 설계문제

를 해결할 수 있으며, 학생들은 현실적인 설계문제에 접할 수 있는 기회를 제공받는 바

람직한 산학협력의 모델이 될 수 있다. 이러한 방안이 여의치 않을 때는 참여학과의 실

험실습 예산 또는 공과대학 단위의 재원마련 등으로 해결해야 할 것이다.

참고 문헌

1. 김정식, 함승연, 미국 공학교육인증제도를 통해 본 공학교육의 발전방안, 제10권, 제

4호, 공학교육과 기술, pp. 69-76.

2. Bhavnani, S.H. and Aldridge, M.D.(2000), "Teamwork across Disciplinary

Borders: A Bridge between College and the Work Place," Journal of

Engineering Education, pp.13-16.

3. Borchardt, J. K.(1996), "Navigating the New Workplace," Graduating Engi-

neering, Vol. 17, No. 3, pp.22-26.

4. Thompson, B.S.(1998), Creative Engineering Design, Fourth Edition, Okemos

Press.


미국 대학의 사례를 통해 본 복합학제 교육 설계 방향

조성구* 이의수** 이명천** 이용한* 염세경*조성구 . 이의수 . 이명천 . 이용한 . 염세경

* 동국대학교 산업시스템공학과** 동국대학교 생명화학공학과

2007. 11. 22

I. 연구의 목적

1. 복합학제 설계교육의 정의

서로 다른 학제에서 다루는 다양한 전공분야지식의종합적 적용이 요구되는 설계 문제를 효과적으로해결할 수 있는 능력을 갖추도록 하는 교육

2. 공학설계교육의 유형

• 입문 설계교육• 전공 설계교육• 종합 설계교육 (capstone design)

3. 교육 목표

• 다른 전공 분야에 대한 이해와 다양한 해법의 존재에 대한 이해• 공학프로젝트의 수행 방법과 과정에 대한 이해• 의사소통기술의 향상• 팀으로 일하는 환경에 대한 경험과 적응력 향상

2

<그림 1> 공학설계 교과목의 체계

동국대학교


II. 미국대학의 복학학제 운영사례

사례 운영방식 및 내용

Kettering University, Flint, Kettering University, Flint, MichiganMichigan

산업공학과의산업공학과의 Manufacturing Engineering Manufacturing Engineering 과목과과목과 기계공학과의기계공학과의““Design of Mechanical Component” Design of Mechanical Component” 과목을과목을 결합결합..

Virginia Commonwealth Virginia Commonwealth UniversityUniversity

화학공학과의화학공학과의 ““Unit operation lab.", Unit operation lab.", 기계공학과의기계공학과의 ””Engineering synthesis lab.“ Engineering synthesis lab.“ 그그리고리고 전자공학과의전자공학과의 ””Automatic controls lab.“ Automatic controls lab.“ 세세 강좌를강좌를 1111주까지주까지 공동공동 강의강의..

Texas Christian Texas Christian UniversityUniversity

기계공학과와기계공학과와 전자공학과의전자공학과의 두두 학과가학과가 산업계로부터산업계로부터 지원금을지원금을 받아받아 팀을팀을 만들어만들어복합학제복합학제 프로젝트를프로젝트를 수행수행 ..

University of MissouriUniversity of Missouri--Rolla Rolla and St. Louis Community and St. Louis Community

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기계공학과기계공학과, , 공학경영학과공학경영학과(Engineering Management), (Engineering Management), 제조공학과제조공학과(Manufacturing (Manufacturing Engineering)Engineering)의의 세세 학과가학과가 팀을팀을 이루어이루어 프로젝트를프로젝트를 수행한다수행한다. . 시장의시장의 요구사항과요구사항과constraintconstraint에에 대해대해 조사분석조사분석 한한 후후 그래픽그래픽 디자인까지디자인까지 마치며마치며 두두 번째번째 학기에는학기에는 직직접접 제작제작..

San Jose State UniversitySan Jose State University 반도체반도체 가공과가공과 관련하여관련하여 프로젝트를프로젝트를 수행수행,, 학생들은학생들은 주주 단위로단위로 역할을역할을 변경하여변경하여flow manager, material manager, processor engineerflow manager, material manager, processor engineer등의등의 역할을역할을 경험하게경험하게 된다된다..

Clemson University Clemson University ClemsonClemson대학의대학의 기계공학과기계공학과 44학년학년 학생들이학생들이 총총 55개개 타타 대학대학 66개개 전공의전공의 학생들과학생들과팀을팀을 이루어이루어 복합학제적복합학제적 종합설계종합설계 과목을과목을 운영하는운영하는 형태이다형태이다..

3

Western Kentucky Western Kentucky UniversityUniversity

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University of Virginia University of Virginia 33학기에학기에 걸쳐걸쳐 운영되는운영되는 프로그램이며프로그램이며 여기에여기에 속한속한 모든모든 전공의전공의 학생들이학생들이 팀을팀을 이이루어루어 복합학제적복합학제적 capstone engineering capstone engineering 프로젝트를프로젝트를 수행한다수행한다..

University of FloridaUniversity of Florida 대학에서대학에서 Integrated Technology Ventures Integrated Technology Ventures 을을 제공하고제공하고 엔지니어링엔지니어링 전공전공 학생들과학생들과MBA MBA 과정과정 학생들이학생들이 팀을팀을 이루어이루어 회사에서회사에서 제시한제시한 프로젝트를프로젝트를 수행하게수행하게 한다한다. .

TechnischeTechnische UniversiteitUniversiteitEindhovenEindhoven

응용물리전공응용물리전공 석사과정에석사과정에 120 ECTS credit120 ECTS credit으로으로 개설되었으며개설되었으며 학부에서학부에서 물리학을물리학을성공적으로성공적으로 마친마친 학생들이학생들이 선택할선택할 수수 있다있다

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III. 복합학제 설계과제 도출 방안

1. 강좌 담당교수들이 적절한 과제를 만들어 학생들에게 부과하는 경우

• 학생들의 전공분야를 고려하여 과제를 수행할 팀들을 구성한 다음, 각 팀의 성격에맞는 설계과제를 담당교수들이 만들어 부과.

• 입문설계 수준에서는 아직 학생들이 전공분야에 대한 깊은 지식과 이해가 없으므로설계과제를 교수들이 만들어 제공하는 유형1이 적절하나 복합학제 설계교육은 종합설계과제를 교수들이 만들어 제공하는 유형1이 적절하나 복합학제 설계교육은 종합설계수준에서 이루어지기 때문에 유형2가 더 적절한 경우가 많다.

2. 산업현장의 실제 과제를 학생들에게 부과하는 경우

• 현장의 문제를 그대로 체험해 봄으로써 졸업 후의 현장적응능력을 높일 수 있고 복합학제적 팀의 일원으로 과제를 수행해 가는데 필요한 능력을 효과적으로 달성할수 있게 된다.

• 과제의 난이도가 학생들의 문제해결 능력에 비해 적절한지, 과제해결에 소요되는시간이나 예산이 과다하지는 않은지 하는 문제들을 통제하기 어려운 단점이 있다.

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3. 학생들이 스스로 자신의 설계과제를 도출하는 경우

• 문제의 발견부터 해결까지 전 과정을 학생들 스스로 독립적으로 수행하고 교수나 멘터는 프로젝트의 관리와 기술적 문제들에 대한 자문의 역할만 함으로써 학생들의 창의성 발휘를 극대화할 수 있다.

• 실제로 이런 유형의 과제도출방식을 교실에 적용해보면 교수의 당초 의도와는 달리학생들이 제안하는 과제가 너무 평이하거나 혹은 지나치게 의욕적이어서 강좌의 의도와 맞지 않아 설계과제 도출에 많은 어려움을 겪는 경우가 많다.

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IV. 복합학제 설계교육 운영에 관한 제언

1. 학사 행정상의 문제

국내 대학의 학사운영 시스템 하에서 학생과 교수진이 혼합된 형태의 복합학제 설계 교과목을 개설 하는 데는 여러 가지 학사행정상의 문제가 발생할 수 있다. 이에 따른 해결 방안은 공과대학 내에 공통 교과목화하는 방안으로서, 이를 위해서는 학사행정 부서의 지원이 필요하다.는 학사행정 부서의 지원이 필요하다.

2. 학습성과 평가의 어려움

팀별 설계 프로젝트의 수행내용 및 결과로서 개별 학생의 학습성과를 평가해야만한다. 팀원들 간에 기여도가 현격하게 불균형이 감지되는 경우에는, 개별 팀원들에게 팀원의 기여도를 평가하게 하는 상호평가를 실시함으로써 보정을 가한다

3. 커리큘럼 내용 구성의 어려움

강의 실습 팀 활동 발표 및 토의 등 다양한 교육 기법들이 효과적으로 배치되어야

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강의, 실습, 팀 활동, 발표 및 토의 등 다양한 교육 기법들이 효과적으로 배치되어야하기 때문에 세심한 일정계획이 요구된다.

4. 시설 및 재원

복합학제 설계과제를 수행하기 위해서는 현장조사를 위한 여비, 프로토타입 제작을위한 경비 등의 프로젝트 수행비용이 수반된다. 프로젝트 수행 경비의 마련을 위한가장 이상적인 방안은 팀별 설계과제를 기업체로부터 제공 받고, 이를 해결하는데소요되는 소정의 경비를 함께 지원받는 방안이라고 할 수 있다.

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강건설계방법을 활용한 창의성 개발 교육과정1) creativity

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