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Journal of Engineering Education ResearchVol. 18, No. 2, pp. 65~76, March 2015

공학교육에서 문제 및 프로젝트기반학습의 비교 고찰과

적용 방안김문수

†한국외국어대학교 산업경영공학과

A Comparative Review on Problem-& Project-based Learning and

Applied Method for Engineering EducationMoon-Soo, Kim

†Professor, Dept. of Industrial & Management Eng., Hankuk Univ. of Foreign Studies

ABSTRACTDespite its ineffectiveness, the dominant pedagogy for engineering education is still “chalk & talk”. Meanwhile, student-centered learning models have been highlighted for strong communication, teamwork skills, deep understanding and analysis on social, environmental and economic issues as well as application of their engineering knowledge in practice. Among others, on problem- and project-based learning, this article examines theoretical background and detailed features and a comparison between both learning models including common and different features from the previous theoretical and empirical studies. It reviews some cases of where they have been practiced successfully in engineering, and further, applied strategies for engineering education are suggested.

Keywords: Student-centered Learning, Problem-based Learning (PmBL), Project-based Learning (PtBL), Engineering Education

I. 서 론1)

현재 공학교육에서 가장 큰 화두는 산업 현장에서 필요로 하

는 창의적, 융합형 인재 양성이라 할 수 있다. 최근 조사 연구

(진성희, 신수봉, 2013)에서 공과대 학생들이 졸업 후 성공적

인 엔지니어가 되기 위해서 요구되는 역량에 대해 교수들은 비

판적 및 창의적 사고, 의사소통 및 설득 능력, 다양한 학문분야

에 대한 이해 그리고 전공 기술 활용 및 학습 능력 순으로 꼽

았고, 산업체 인터뷰에서는 전공에 대한 깊이 있는 지식과 기

술의 함양이 기본이 되어야 함을 강조하고 있다. 이러한 역량

들을 배양하기 위한 방안으로 문제기반학습 접근을 대학 및 학

과 차원 혹은 교과목 차원에서 폭넓게 채택, 적용하려는 움직

임이 활발하다.

전 세계적으로 '문제기반학습'을 폭넓게 사용되고 있는바, 일

례로 호주의 경우 문제기반학습 관련 참고문헌이 12,000여건

에 이른다고 한다(Graaff & Kolomos, 2003). 그러나 역설적

으로 문제기반학습에 대한 이론 및 실증 연구 그리고 교육 현

Received February 4, 2015; Revised March 3, 2015Accepted March 9, 2015† Corresponding Author: [email protected]

장의 활용에서 문제기반학습(Problem-Based Learning, 이하

PmBL)의 개념에 대한 분명한 이해가 부족하고, 특히 공과대학

에서 프로젝트기반학습(Project-Based Learning, 이하 PtBL)

개념과 혼용되어 사용되고 있어, 창의적, 융합 인재 양성을 위

한 교육 전략 수립을 위한 기획단계에서부터 혼동을 주고 있

다. 또한, 학과 차원에서 혹은 개별 교과목에서 교수․학습 모형

개발 및 적용에 있어서도 PmBL 접근인지 혹은 PtBL 접근인지

모호한 경우가 많다. 이는 공과대학의 교육자 뿐 아니라 학습

자도 마찬가지 상황이다.

이에 본 연구는 공과대학을 대상으로 수행된 이론적, 실증적

그리고 사례연구들을 대상으로 국내의 경우는 한국공학교육학

회에서 발간하는 공학교육연구 학술지의 최근 10년 동안의

PmBL과 PtBL 관련 논문을 수집하였고, 또한 공과대학을 대상

으로 수행한 다른 학술지의 논문도 일부 포함하였다. 그리고

국외의 경우도 공학교육을 대상으로 하는 PmBL과 PtBL 관련

논문과 도서를 북미, 유럽 그리고 오세아니아 등의 주요 저널

논문들을 수집하여 PmBL과 PtBL의 이론적 개념과 특성을 비

교, 고찰하고 아울러 각각의 적용 사례를 분석하여 향후 국내

공학교육에서의 적용 방안을 모색한다.

김문수

공학교육연구 제18권 제2호, 201566

2장에서 공학교육에서 학생중심학습이론으로의 이행 과정에

대한 이론적 배경과 다양한 학습이론들을 살펴보고, 학생중심

학습이론의 가장 핵심 이론인 PmBL가 PtBL의 이론적 배경과

본질적 특성 그리고 국내외 적용 사례들을 3장과 4장에서 각

각 고찰한다. 5장에서는 PmBL과 PtBL의 공통점과 차이점을

비교하고, 성공적인 해외 사례를 벤치마킹하여 국내 공학교육

에서 적용, 활용할 수 있는 방안을 논의하며, 6장에서 결론을

맺고자 한다.

II. 공학교육의 변화: 학생중심학습

학습자중심교육 이론들은 공통적으로 구성주의적 관점을 수

용한다. 구성주의 학습이론은 교육개혁운동의 주제로 활용되어

학습이론과 교수방법론에 큰 영향을 주었다. 1970년대에 대두

되기 시작하여 80년대 이후 기존의 교수자중심학습 이론의 대

안으로 자리 잡고, 교육현장에서 적용할 수 있는 다양한 학습

법들이 도입되었다. 구성주의 학습이론에 의하면 학습자가 이

미 알고 있는 이전의 지식에 의존하고, 여기에 교사나 강의자

등의 외부로부터 지식을 하나씩 보태어 축적하는 것이 아니라,

학습자가 지식을 내부로부터 우선적으로 표상하고 자신의 경

험적 해석을 통하여 지식에 대한 이해를 구성하고, 이는 다시

학습자의 경험을 통하여 재구성되고 실제 생활과 관련된 맥락

으로 직접적으로 연결된다.

Brooks 및 Brooks(1993)는 구성주의 교육을 다음과 같이

특징짓고 있다. “구성주의는 전형적 수업에서의 전통적인 교수

방법과 대조적이다. 전통적으로 학습이란 모방적인 한 활동이

었고, 그리고 학생들에게 새로운 정보를 반복, 모방하도록 강

요하는 것이었다. 반면에 구성주의 수업은 학생들로 하여금 새

로운 정보를 내면화하고, 수정하고 재구성하도록 적극적으로

돕는 것이다.” 따라서 구성주의적 학습 환경은 지식 구성의 주

체로서의 ‘학습자’, 학습자 지식 구성을 돕는 구성 촉진자로서

의 ‘교수자’, 실제적이고 적합한 과제의 ‘교육과정’ 구성, 문제

해결적이고 협동적인 ‘교수-학습 환경’ 등이 강조되고 있다(최

유현, 2005, 재인용).

이러한 구성주의 관점의 학생중심학습이론은 대부분의 대학

학제에서 채택, 수용하여 각 학제별 특성에 따라 응용, 적용하

고 있다. 공학교육도 예외는 아니다. 전통적인 공학교육은 강

의자가 일반 원칙들을 소개하고 그 원칙을 이용하여 수학적 모

형들을 도출하고, 이에 대한 응용문제들과 활용 방안을 설명한

다. 또한 학생들에게는 공학적 이론과 모형을 활용할 수 있는

숙제를 부과하고, 최종적으로 필답시험을 통해서 이론의 이해

와 적용 지식을 확인하는 일련의 연역적(deductive) 절차를 따

른다(Prince & Felder, 2006). 이러한 전통적인 방법은 현대

공학 기술에서 요구하는 의사소통 및 팀워크 능력, 사회적․환경

적․경제적 이슈에 대한 폭넓은 식견 그리고 무엇보다도 현장에

서 공학적 지식의 활용 능력 부재를 야기하고 있다(Mills &

Treagust, 2003).

이에 따라, 공학교육은 학제 중심(discipline-oriented), 강

의 중심(lecture-centered) 그리고 기초 및 응용기술지식 기

반의 전통적 교육 패러다임에서 다학제(multi-disciplinary),

맥락 및 학생 중심(contextualized and student-centered) 그

리고 기술지식의 복잡성에 대한 이해에 기반한 새로운 교육 패

러다임으로 진행 중에 있으며, 더불어 연역적 방법에서 귀납적

(inductive) 방법의 적용이라는 교수․학습방법론의 변화를 거치

고 있다(Lehmann, et al., 2008).

학생중심의 귀납적 교수․학습이론들로 문제기반학습(PmBL),

프로젝트기반학습(PtBL) 이외에, 질의기반학습(Inquiry-Based

Learning: IBL), 발견기반학습(Discovery-Based Learning:

DBL), 사례기반학습(Case-Based Learning: CBL), 시나리오

기반학습(Scenario-Based Learning: SBL), 작업기반학습

(Work-Based Learning: WBL) 그리고 Just-In-Time 교수방

법론(Just-In-Time Teaching: JiTT) 등을 들 수 있다.

교육은 학습자의 호기심에서 출발한다는 믿음에 기초한 J.

Dewey의 교육철학에 바탕을 두고 있는 IBL은 질의 과정, 비

판적 사고 그리고 문제 해결에 초점을 맞춘 학습자 중심의 활

동적 학습 방식으로 질문(question)에서 시작한다. 질문에 답

을 얻기 위해서 다양한 정보를 수집하고, 정보에 기반하여 새

로운 사실과 경험들을 토론하고 이해하여 가능한 답들을 제시

하고 새로운 지식을 창출하는 방식으로 주로 과학 교육에서 많

이 사용된다. 특히, 강의자가 학습의 촉진자 역할뿐 아니라, 다

양한 정보를 제공하는 정보 공급자로서의 역할이 강조된다는

점이 PmBL과 큰 차이점이다(Savery, 2003). IBL은 일반적으로

전통적인 학습 방식보다 학습 성취도, 학생 지각도 및 분석 능

력 등에서 보다 효과가 있는 것으로 보고되고 있다(Shymansky

et al., 1990; Smith, 1996; Rubin, 1996).

DBL은 IBL의 한 유형으로 학습자에게 대답해야 할 질문, 풀

어야 할 문제 혹은 분석, 설명해야 할 관찰 자료를 부여하고,

학습자 자신이 해결방법을 모색하여 의도된 사실이나 개념적

지식을 발견하도록 그 결과물로부터 추론하도록 하는 학습방

법이다(Bruner, 1961). 그러나 이러한 DBL 방식은 대학이상

의 고등고육에서는 폭넓게 적용되고 있지는 않다(Prince &

Felder, 2006).

CBL은 해결해야 할 문제나 의사결정이 포함된 과거의 상황

이나 가설적 상황의 사례를 학습하는 것으로 학습자는 향후 전

공학교육에서 문제 및 프로젝트기반학습의 비교 고찰과 적용 방안

Journal of Engineering Education Research, 18(2), 2015 67

문가로서 직면하게 될 딜레마나 상황의 유형을 인식하고, 해당

주제에 대한 이론적, 실증적 논거를 바탕으로 추리 능력을 개

발하여, 매우 복잡하고 현실적인 사례 상황에 적합하도록 학습

자의 기존 사고 패턴, 예상 그리고 신념에 있어서 필요한 교정

을 수행하는 학습 과정이다(Lundeberg, 1999). CBL은 1870

년 하버드 법대에서 처음 사용되었다고 하며, 20세기에 들어서

법학, 의학, 행정학 및 경영학 분야에서 폭넓게 적용되었고

(Lynn, 1999), 자연과학 및 공학 분야에서도 사례 활용도가 점

차 증가하는 추세이다(Ricards, et al., 1995; Herreid, 1997).

PmBL에서 문제는 새로운 지식을 도출하기 위해서 비구조화 된

문제들을 기반으로 하나, CBL은 상대적으로 매우 잘 구조화된

사례(well-structured case)와 상세한 상황 정보들이 포함된

다(Lohman, 2002).

SBL은 보통 e-learning 상황에서 이용되며, 학습자가 자신

의 지식을 구성하기 보다는 특정 개별 행동(particular discrete

behaviors)에 근거한다. 즉, SBL은 지식이 그것과 관련된 상

황 혹은 맥락과 분리되어서는 알 수도 없고, 이해될 수도 없다

는 상황인지이론(situated cognition theory)에 기반한다. 따라

서 시나리오는 현실적인 작업 상황을 표현하고, 학습자는 이를

통해서 작업을 수행하며, 필요한 정보를 활용하여 정확한 답을

도출하기 보다는 성과를 향상시키는데 초점을 둔다. 모의실험

(simulation)도 SBL의 한 예라 할 수 있다. PmBL에서의 학습

자는 현실과 관련된 문제의 주체로서 참여하고 수업 수준에 맞

추어진 상황을 가정하는 반면, SBL은 시나리오 상황에서 정해

진 역할로 참여한다(Savin-Badedn, 2007).

WBL에서는 학습이 작업의 과정을 통해서 이루어진다. 파트

너십 형성이 WBL의 시작이라 할 수 있다. 교육기관과 학습자

(기업의 피고용인)간의 협정을 통해서 해당 작업 공간에서 자

원과 경험을 활용하여 작업을 수행하면서 학습이 이루어지고,

작업 목적에 부합하는 결과를 생성한다(Savin-Badedn, 2007).

따라서 WBL은 기업의 직무향상교육, 재훈련, 평생교육 등에서

활용된다.

JiTT는 학습과정에서 즉시적인 대응에 기반한 학습이 가능

하도록 웹기반 기술을 적용한 모형으로 학습자는 수업시작 몇

시간 전에 부관된 웹기반 과제를 풀고 이를 온라인상으로 제출

하면 교수자가 확인, 피드백하고, 수업 구성에 즉각적으로 반

영하는 방식이다. IUPUI(Indiana Univ.-Purdue Univ. Indianapolis)

의 물리학부, 미국 공군사관학교, Davison 대학 등에서 JiTT

관련 기법들이 개발되었다(Prince & Felder, 2006).

다음 [표 1]은 검토한 8개의 학습자중심이론을 학습자와 학

습 대상 및 과정과 관련된 특성들을 기준으로 비교한 것이다.

다소 주관적이고, 정성적인 비교이지만 PtBL, PmBL, CBL 그리고

PmBL PtBL IBL DBL CBL SBL WBL JiTT

문제제공 2 2 1 2 2 3 4 2

현실/비구조/

개방형문제1 3 4 4 2 3 2 4

프로젝트제공 4 1 4 4 4 2 3 4

사례제공 4 4 4 4 1 3 3 4

학생주도적발견

2 2 2 1 3 2 2 2

참여 적극성 2 2 2 2 2 2 2 2

공동/

협조학습2 2 4 4 4 3 3 4

특성치 합 17 16 21 21 18 18 19 22

Table 1 Comparison among learner-centered learning theories(added & revised from Prince & Felder(2006))

*1-by definition; 2-always; 3-usually; 4-possibly

SBL이 공학교육 차원에서 교과과정 개발 및 설계, 학과의 교

과과정 수립 및 학제의 개편/통합을 위한 교육전략 수립에 우

선적으로 활용할 수 있다. 특히, 국내 공학교육의 가장 큰 이슈

가 되고 있는 PmBL과 PtBL에 대해서 출현 배경, 이론적 개념

과 국내외 공학교육에서의 다양한 사례를 고찰, 비교 분석하는

것은 공학교육전략 수립의 출발점이 된다.

III. 문제기반학습이론과 실제

1. 문제기반학습의 개념과 일반적 특징

현대 PmBL의 기원은 의과대학에서 시작된 것으로 1950년대

미국 Case Western Reserve 대학과 1960년대 캐나다 MaMaster

대학이다. 의대에서의 PmBL의 성공적인 적용이후 심리학, 경

제학, 법학, 물리학 및 공학 등 다양한 학제로 확산, 적용되어

효과적인 교육적 성과를 거두고 있다(Perrentet et al., 2000;

Tan et al., 2000; Savin-Baden & Major, 2004). PmBL은 개

방형(open-ended), 비구조화(ill-structured) 그리고 사실적인

(authentic) 문제에서 출발하며, 학습요구(learning needs)를

인식하고, 문제에 대한 다양하고 가용한 해결책을 개발하기 위

해서 팀 학습을 수행하는 것을 의미하며, 특히 교수자는 정보

나 지식의 공급원이 아니라 학습의 촉진자(facilitator)로서의

역할을 수행한다(Barrows & Tamblyn, 1980; Boud &

Feletti, 1997; Duch et al., 2001; Dahlgren, 2003). 여기서

다루는 문제는 수일 내로 해결가능한 단일 학제의 단일 문제에

서 한 학기 동안 해결해야 할 다학제적 문제에 이르기까지 매

우 다양하며, 수업은 각 팀별 진척 보고, 개별 팀의 주요 이슈,

공통의 애로 사항, 부가적인 학습 이슈 관련 정보를 제공하기

위한 교수자 중심의 소규모 강의, 그리고 전체 학급 토의 등으

김문수


로 구성된다(Duch et al., 2001). PmBL은 학습자의 자기주도

학습능력, 해결기법 개발능력, 개념들 간의 관계 분석 및 이해

력, 특정 개념에 대한 깊이 있는 이해력, 추리 능력, 팀워크 그

리고 수업 태도 등에서 뛰어난 효과를 보이고 있다(Prince &

Felder, 2006).

기존 연구들로부터 PmBL의 일반적인 특징(혹은 PmBL이 되

기 위한 조건)을 요약, 정리하면 다음과 같다(Boud & Feletti,

1997; Duch et al., 2001; Graaff & Kolomos, 2003;

Savery, 2006). 첫째, PmBL에서 학습자는 주도적으로 학습과

정에 참여하고, 자신의 학습에 대한 책임감을 지녀야 한다. 이

러한 책임감은 학습자의 동기를 증가시킨다. 둘째, PmBL에서

다루는 문제는 비구조화되어야 하고 특히 자유로운 질의가 수

용되어야 한다. 현실의 상황이 투영된 문제는 필연적으로 비구

조화되고, 학습자로 하여금 문제에 대한 식별력, 다양한 해결

안을 구성하는 요소들을 분석하고 해결 도구나 방법을 개발하

는 능력을 제공한다. 셋째, 학습은 학제간 혹은 다양한 주제들

의 통합을 통해서 이루어져야 한다. 현실의 비구조화된 문제에

기반한 학습은 해결안을 모색하기 위해서 다양한 학제들의 정

보와 지식에 접근하고 분석하고 통합할 수 있어야 한다. 넷째,

학습의 과정에서 협동은 필수적이다. 현실에서 작업자들 간 정

보를 공유하고 협조를 통해서 생산적으로 그들의 작업을 수행

한다. PmBL의 경우도 학습자들은 팀 문제 해결을 위해 정보를

공유해야 하고 교수자는 이를 촉진할 수 있도록 수업을 진행해

야 한다. 다섯째, 개별 학습자는 자기주도적 학습을 통해서 획

득한 지식을 유사 문제에 적용하여 해결안 모색에 활용할 수

있어야 한다. 여섯째, 학습한 개념과 원칙들에 대한 정리 토의

그리고 문제해결과정에 학습한 내용에 대한 마무리 분석이 반

드시 포함되어야 한다. 마무리 분석 및 정리 토의는 수행한 경

험에 대한 확신을 심어주고, 배운 내용을 보다 확고히 해준다.

일곱째, 자체 및 동료 평가가 문제해결과정 및 교과과정 종료

시점에 이루어져야 한다. 이러한 과정은 학습의 자기 성찰 특

성(self-reflective nature of learning)을 강화시키고 메타인

지처리기술(metacogntive processing skill) 확대에 도움을

준다. 여덟째, PmBL에서 수행된 활동들은 현실에서도 가치 있

는 것이어야 한다. 이를 위해서는 현실을 바탕으로 문제가 설

계되어야 한다. 아홉째, 학습자에 대한 평가는 PmBL의 목적에

대한 학습의 진척도를 근거로 이루어져야 한다. PmBL의 목적

은 지식기반과 과정기반에 있다. 즉, 자기주도적 문제해결과정

을 통해서 협동적인 의사소통 과정을 통해서 문제해결 지식을

습득하는 것이다. 학습자들은 배운 것과 아는 것을 인식하고

연계할 수 있어야 한다. 마지막으로 PmBL은 교훈(didactic

curriculum)을 위한 것이 아닌 교육(pedagogical base)을 위

한 학습 이론이라는 것이다.

이상의 일반적인 특징으로부터 PmBL은 교육 이론이며, 교육

모형이고 그리고 실행 방안(혹은 교육 전략)이라 할 수 있다

(Graaff & Kolomos, 2003). 교육 이론, 교육 모형 그리고 교

육 전략으로써 PmBL은 공학교육 분야에도 폭 넓게 활용되고

있다.

2. 공학교육에서 문제기반학습 사례 및 시사점

공학분야에서의 PmBL은 의학, 심리학 및 자연과학에 비해

비교적 늦게 시작되었다. 북미의 경우 90년대 초에 들어서 공

학교육과 산업 현장과의 괴리, 공과대학 졸업자들의 창의, 설

계, 종합화 능력 및 의사소통 능력의 부재가 사회적 문제로 부

각되었고, 이러한 문제 인식하에 공과대학에서 문제기반 모형

이 수용되기 시작하였다(Tooker, 1992; Todd et al., 1993;

Bédard et al., 2012).

그러나 실제 교과목 수준에서 PmBL이 공과대학에 적용된 것

은 80년대에 들어서이다. PmBL을 의과대학에서 선구적으로

도입한 McMaster 대학의 화학공학과에서 2학년과 4학년 각

각 한 개의 교과목에 적용되었다. 각 교과는 20~40명의 규모

로 한명의 교수가 담당하고 대신 학습자 팀이 성공적으로 문제

해결을 할 수 있도록 “Problem Solving Program"을 교과와는

별개로 워크샵 형식으로 학습자들에게 제공되었다(Woods et

al., 1997; Mills & Treagust, 2003). 이와 유사하게 기존 전

통적인 공과대학 학과내의 개별 교과목 수준에서 PmBL을 도입

한 사례로 호주 Monash 대학의 토목공학과, Pennsylvanian

주립대의 3, 4학년 수준의 수공학 교과목, Curtin 대학의 기전

공학의 2학년 설계교과목, Griffith 대학 토목공학과의 하수처

리공학 교과목(Mills & Treagust, 2003), 영국 London 대학,

Manchester 대학 및 Bristol 대학의 전자공학의 통신시스템

교과목의 적용 사례(Mitchell et al., 2010)를 들 수 있다. 또

한, 순순한 PmBL 보다는 공학교육현장의 특성을 고려한 변형

된 형태의 PmBL이 적용되는 경우가 보다 일반적인 현상이다.

인도 Punjab 대학에서 전통적인 강의 방식과 PmBL을 혼용하

여 전자공학 4학년 교과목에 적용하는 사례(Mantri et al.,

2008)와 준개방형문제(quasi-open-ended problems)를 활용

하여 기초 디지털공학에 적용하는 사례(Mantri et al., 2009)

등을 들 수 있고, 스페인 Burgos 대학의 대학원 전자공학 과정

에서는 오히려 구조화된 PmBL을 적용하여 좋은 성과를 보이고

있다(Montero & González, 2009).

국내의 경우도 해외 대학 사례와 유사하게 PmBL이 주로 교

과목 단위에서 순수 혹은 혼합, 수정된 형태로 적용되고 있다.

예컨대 1학년 교과과정으로 개설되는 설계입문과정에 적용하



는 경우가 많았으며(이종수 외, 2008; 장용철 외, 2013), 성균

관대 기계공학의 PmBL 기반의 ‘제품해체 설계추론’ 교과 개발

사례(황성호 외, 2005), 연세대 공과대의 전공교과 및 교양교

과의 적용 사례(강소연 외, 2005), 서울과기대, 환경공학 3학

년 교과인 ‘환경기기분석’ 적용 사례(신민희, 2009), 부산대 공

과대 전공 교양교과인 ‘프레젠테이션과 토론’ 적용 사례(황순

희, 2011) 등을 들 수 있다. 또한 인터넷을 활용하여 PmBL을

특정 교과목에 적용하는 사례(이준희, 2008; 신소영 및 강명

희, 2009; 김문수, 2011; 황재인 및 신재한, 2012) 그리고 기

초 전공의 직접 강의와 PmBL이 혼합된 형태로 진행되는 명지

대 전자공학의 마이크로프로세서 교과목 적용(Kim, 2012)도

좋은 예가 된다.

한편, 특정 교과목들을 중심으로 PmBL을 적용하는 것 외에

학제의 전체 교과과정에서 도입, 적용하는 다양한 시도가 있다.

2001년부터 캐나다 Sherbrooke 대학의 전기공학과와 컴퓨터

공학과는 수정된 PmBL 모형을 전체 교과과정에 적용, 실시하

였다. 4년 8개의 설계교과를 통해서 PmBL을 수행하고 또한 학

기별 한 개의 프로젝트를 완성해야 한다. 매 학기의 설계교과

는 6~7개의 문제를 팀단위로 해결하고 이를 통해서 습득한 지

식들을 활용, 종합하여 동시적으로 개별 프로젝트를 수행한다.

따라서 졸업까지 8개의 프로젝트를 수행하게 된다. 기존 의과

대학 등에서 수행된 PmBL 접근의 수정된 형태로 교수자의 역

할을 학습과정에서의 촉진의 기능이외에 공학적 사실과 부분

해답을 제공하는 콘텐츠 전문가의 기능을 추가하고 있으며, 학

습자들은 문제를 웹사이트를 통해서 사전에 검토할 수 있도록

하였다(Bédard et al., 2012). 또 다른 예로 말레시아 대학의

전기공학과의 경우 학과 전체 교과과정에 PmBL의 개념을 도입

하여 적용하고 있는데, 1학년의 경우 교과과정의 20%, 2학년

은 40%, 3학년은 60% 그리고 4학년의 경우는 90%의 비중으

로 적용(Said et al., 2004)하는 것을 들 수 있다.

국내외 사례로부터 공과대학에서의 PmBL의 초점은 수행을

통한 학습(learning by doing)과 학생중심의 교수법(student-

centered teaching)이며, 이를 개별 교과목 혹은 다수의 교과

목에 적용한 것으로 보인다. 전체 교과과정에서 PmBL을 적용

하는 대학 사례들이 있으나 이것 역시 학기별 특정 PmBL 기반

의 교과를 도입하는 구조를 갖는다. 실제로 학제 차원에서의

일관되고 체계화된 PmBL 적용으로 보기는 어렵다. 기존의 전

통적인 공과대학 학제 측면에서 PmBL을 도입하기 위해서는 최

소한 몇 개의 학제들 예컨대 공학, 수학, 과학 및 경영/경제학

과 교수들의 관심과 협조 그리고 참여가 요구된다(Mills &

Treagust, 2003).

백과사전식 지식 체계(encyclopedic knowledge structure)

를 갖는 의과대학과는 다르게 공과대학은 계층적 지식 체계

(hierarchical knowledge structure)로 구성되어, 개별 학제의

본질적인 개념과 이론의 전제가 없으면 문제 해결 과정을 진행

할 수 없기 때문에 특정 교과 대상이 아닌 학제 전체차원이나

고학년 학습자들을 대상으로 PmBL을 적용하는 것은 한계가 있

다. 공학교육에서 PmBL이 갖는 이러한 한계점으로 인해 공학

교육을 위한 포괄적인 교육전략으로 PmBL은 적절성이 떨어진

다(Perrenet et al., 2000). 따라서 교수자는 이러한 문제점들

을 인식하고 모든 필요 개념들이 포함되도록 문제와 교과를 설

계할 필요가 있다. 계층적 지식체계를 갖는 공과대학에서 세부

교과 과정별로 수정, 보완된 PmBL의 적용은 교육적 효과가 매

우 크다는 많은 실증 연구에서 입증된 것처럼 지속적으로 개발

전개할 필요가 있으며, 이를 종합하여 체계화할 수 있고, 무엇

보다도 산업 현장에서 필요로 하는 다양한 능력을 개발할 수

있는 교수․학습 전략이 요구되는데, 이에 대한 보완적 대안이

프로젝트기반학습이라 할 수 있다.

IV. 프로젝트기반학습이론과 실제

1. 프로젝트기반학습의 개념과 일반적 특징

PtBL 기반의 교과과정 도입의 시작은 덴마크 Aalborg 대학

으로 설립시기인 1974년부터 프로젝트기반 공학 커리큘럼을

개발, 도입하여 전체 커리큘럼의 대략 50%의 교과과정에서 프

로젝트를 수행하고 있다(Graaff & Kolmos, 2003). PtBL은 기

본적으로 하나의 결과물(제품, 설계도, 모형, 컴퓨터 프로그램

등)을 만들어 낼 수 있도록, 하나 이상의 과업(project task)을

수행하도록 할당하는 것으로 시작된다(Prince & Felder, 2006).

Palmer 및 Hall (2011)은 기존 연구들로부터 PtBL은 다음

과 같은 요소들을 통합한 것으로 정의하였다. 첫째, 학습자들

의 학습을 유도하는 교육적 활동을 통해서 각자의 과업을 완성

하거나 대상 문제들의 해결안을 추구한다. 둘째, 일반적으로

프로젝트를 완성하기 위해서 집단, 즉 팀의 구성원으로 학습자

들은 각자의 역할을 수행한다. 셋째, 프로젝트는 상당한 시간

을 요구하는 다학제적 성격을 갖는 현실적 문제이다. 넷째, 앞

서 논의한 바와 같이 일반적으로 프로젝트는 구체적인 인공물

의 개발을 포함한다. 다섯째, 프로젝트의 대미는 결과물 완성

까지의 과정과 내용을 요약한 보고서와 이에 대한 공개적인 발

표에 있다. 여섯째, 교수자는 권위적인 역할이 아닌 자문과 조

정역할을 수행한다.

PtBL로부터 학습자들이 얻는 장점으로 무엇보다도 팀워크의

개발과 경험을 들 수 있다. 둘째, 프로젝트에서 문제 인식, 해

김문수


결과정에서 학습에 대한 학습자 주도성과 주인의식을 갖고, 셋

째 자기 규제와 헌신을 배우고 경쟁력을 배양할 수 있다. 넷째,

공학 문제들의 다학제 및 시스템 특성을 체험적으로 이해하게

된다. 다섯째, 현실적인 공학 문제들을 전문적으로 대처할 수

있는 경험을 체득하게 된다. 여섯째, 학습자들은 프로젝트의

과업 수행과 결과 평가로부터 성찰의 자세를 배우게 되며, 또

한 공식적인 문서 작성 능력, 발표 및 의사소통 능력을 개발할

수 있다. 마지막으로 불완전하고 정확하지 않은 정보에 대한

대응 능력도 얻게 된다.

한편, PtBL에서 교수자는 이러한 자발적인 프로젝트 선택 및

수행 과정에서 각 교과과정 혹은 교육 목적에 부합하도록 프로

젝트 선택에 관여한다. 학습자 자율성의 정도에 따라서 과업

프로젝트(assignment project), 학제 프로젝트(discipline project),

문제 프로젝트(problem project)로 구분한다. 과업 프로젝트는

교수자가 제공한 프로젝트를 수행하는 것이며, 학제 프로젝트

는 교수자가 프로젝트 주제 영역을 사전에 정의하고, 적용할

방법론 및 절차를 제한하지만, 학습자들은 그 범위 안에서 특

정 주제와 방법론을 자유롭게 선택, 수행하는 방식이고, 문제

프로젝트는 교수자의 관여 없이 전적으로 학습자들이 프로젝

트 주제와 학습 전략을 선택, 수행하는 방식이다(Graaff &

Kolmos, 2003).

프로젝트 기반의 학습 환경에서 학생들이 가장 빈번하게 겪

는 애로 사항은 특정 프로젝트에서 습득한 방법이나 기량을 다

른 주제의 프로젝트 수행에 적용, 활용이 제대로 이루어지지

않는다는 점이다. 교수자는 교과과정 목적에 기존에 습득한 방

법과 기량의 활용을 적시하고 현재 프로젝트와 기존 방법의 활

용을 연계할 수 있도록 유도해야 하며, 필요한 경우는 관련 지

식이나 정보를 제공해야 한다(Graaff & Kolmos, 2003).

2. 프로젝트기반학습 사례 및 시사점

3장에서 위계적 체계를 갖는 공학 지식의 본질적 특성이나

공과대학의 남성 중심적이고 보수적인 사회, 문화적 특성 등으

로 인한 PmBL의 한계점이 있음을 보았다. 해외 대학의 공학교

육 사례들을 살펴보았을 때도 90년대 이후 순수한 PmBL 방식

보다는 PtBL 혹은 PmBL과의 혼합방식이 보다 폭넓게 적용되

고 있음을 알 수 있다.

Aalborg 대학이후 독일 Bremen, TU Berlin, Dortmund,

Oldenburg 대학, 네덜란드 Delft 및 Wageningen 대학, 호주의

Monash, CQU 대학 그리고 미국의 Olin 대학 등 북미와 유럽

국가들을 중심으로 다양한 전공 교과과정에 PtBL을 적용하였다

(Prince 및 Felder, 2006). 그러나 다수의 전공 교과과정에 개

별적으로 PtBL 적용하는 방식 보다는 통상 졸업 학년을 대상으

로 실제 산업 현장의 문제를 해결하도록 하는 캡스톤디자인 과

정을 활용하는 방식이 가장 일반적이다. 캡스톤디자인 교과과정

에서의 프로젝트 수행 경험이 대학과 현장간의 격차를 해소하는

중요한 바탕이 된다고 한다(Hanna & Sullivan, 2005).

예를 들어 미시건 공과대학의 캡스톤디자인(6학점) 과정은

기업체 수요조사를 통해 도출된 프로젝트들에 대한 설명회에

서 입찰방식을 통해서 학습자 팀이 원하는 프로젝트를 선택하

고, 대학으로부터 1만5천 달러의 프로젝트 수행비용을 지원받

아 마치 기업의 연구개발 프로젝트팀처럼 수행한다. 그리고 조

지아 공대의 경우도 유사하게 산업체와 교수간의 관계를 통해

서 도출된 프로젝트들을 학생 팀에 의해서 수행되고, 프로토타입

개발을 위해서 팀당 500 달러가 지원된다(Hotaling 외, 2012).

한편, 최근의 공과대학들은 PmBL의 특성과 장점을 고려하여

PtBL에 혼합, 적용하는 방식이 활발하게 적용되고 있다. 3장에

서 검토한 Sherbrooke 대학의 4년 8개 매 학기마다 PmBL과

PtBL의 혼합 적용이 대표적인 사례이다. 또한, 덴마크 Aalborg

대학의 공과대학, 호주 Monash 대학, 토목공학과 등이 혼합형

태의 PtBL을 적용하고 있으며(Mills and Treagust, 2003), 벨

기에 Louvain 대학은 공과대학 1, 2학년 과정에 주 단위의

PmBL 적용과 학기 단위의 PtBL 방식을 운영하고 있다(Prince

& Felder, 2006). 또한, 더블린 대학의 토목공학에서는 4학년

한 학기 이수 30학점 중 10학점을 3개의 Hybrid PtBL 방식의

교과과정에 할당, 3개의 과정은 이론적인 지식 획득을 위한

PmBL 방식과 이를 바탕으로 산업체로부터 구성된 프로젝트를

해결하는 지식 활용의 PtBL 방식으로 운영된다(Gavin, 2011).

그리고 PtBL 참여 학습자들의 학제를 혼합하여 운영하는 것이

단일 학제의 학생들을 대상으로 하는 것 보다 우수한 사례도 있

다. 조지아공대에서 수행된 PtBL 기반의 캡스톤디자인 과정에

서 생물의공학과 기계공학간의 학제간 프로젝트 팀이 각각의 단

일 프로젝트 팀 보다 혁신 성과, 효용도, 분석 능력, 개념의 이해

도 및 의사소통 능력에서 우수하였다(Hotaling et al., 2012).

국내 공과대학에서의 PtBL의 적용 현황과 사례들을 살펴보

면, 북미와 유럽의 공과대학에서 운용하는 여러 방식 중 캡스

톤디자인 교과과정을 중심으로 운영되고 있다는 점이다. 이태

식 등(2009)이 조사한 국내외 캡스톤디자인 교육 현황을 간략

히 살펴보면, 1994년 서울산업대에서 교과과정으로 시작된 이

후 한국산업기술재단의 지원을 통해 2001년부터 본격적으로

전국 대학으로 확산되었다. 서울과기대 기계설계자동화에서의

캡스톤디자인 교과과정의 운영 사례(이희원 외, 2010), 동국대

정보통신공학에서의 캡스톤디자인 교과목 설계 사례(김웅섭,



2010), 동의대학교의 기업 연계 캡스톤디자인 운영 사례(권순

각 외, 2013)를 들 수 있다. 그러나 국내외 많은 공과대학에서

완전한 PtBL 개념이 적용되어 운영되는 사례가 그리 많지 않

은 것으로 보인다. 이태식 등(2009)의 10개 공과대학의 조사

에 따르면, 4개 대학만이 팀별 과제를 병행하고 있었으며, 이

들 4개 대학의 대다수의 학생들(85.1%)도 산업체 프로젝트가

아닌 학과 내 자체 프로젝트를 통해 진행하고 있다. 또한, 일부

대학의 경우는 캡스톤디자인의 문제기반학습이나 프로젝트 단

위의 문제해결형이 아닌 전통적인 주제 및 강의 중심의 수업이

이루어지는 경우도 적지 않았다.

PtBL의 핵심 교과과정인 캡스톤디자인 교과의 국내 현실을

고려할 때, 서구 공과대학처럼 전체 교과과정을 대상으로 광범

위하게 적용하는 사례나 PmBL과 혼합, 변형하여 적용한 혼합

형 PtBL을 적용하는 사례 역시 드문 것으로 보인다. 그러나 홍

익대의 기계시스템디자인 공학과의 ‘이동통신기기 제품형상설

계 교과목’ 사례(지해성, 2013)는 공과대학 내의 학과간 벽을

허물고 학제간 융합과 산업체와의 연계 프로젝트를 바탕으로

한 PtBL의 적용이라는 점에서 향후 국내 공학교육의 모범 사

례로 보인다.

PtBL의 공학교육 적용에 대한 국내외 사례 분석을 통해서

첫째, 향후 공학교육에서 순수한 PtBL 방식보다는 PmBL과

PtBL을 혼합하여 적용하는 방식이 중요할 것으로 판단된다. 둘

째, 캡스톤디자인 교과과정에 산업현장과 연계된 프로젝트에

대한 수요가 지속적으로 증대될 것으로 보이며, 이를 위한 교

육당국과 산업체간의 제도적 지원이 요구된다. 셋째, 조지아

공대나 홍익대의 학제간 PtBL에 대한 이론적 연구와 실제 적

용 방안 연구가 공학교육의 핵심 이슈가 될 것이다.

V. 문제 및 프로젝트기반학습의 비교 및 활용 방안

1. 문제 및 프로젝트기반학습의 공통점과 차이점

3, 4장에서 PmBL과 PtBL에 대한 기존 연구들의 고찰을 통

해서 두 학습이론이 무엇보다도 학습자 중심의 자기 주도적 학

습을 바탕으로 전개되고, 협동 학습 과정을 통해서 의사소통과

팀워크 학습을 통한 지식 습득과 활용이라는 Vygotsky의 사

회적 구성주의적 이론에 근거를 두고 있으며, 또한 무엇보다도

다학제적 접근에 초점을 두고 있다는 공통점을 갖는다. 즉, 새

로운 교육 패러다임으로서 PmBL과 PtBL은 인지학습접근(cognitive

learning approach), 콘텐츠접근(contents approach) 그리고

사회접근(social approach)등 3가지의 핵심 학습 원칙으로 요

약할 수 있다(Kolomos & Graaff, 2007; Lehmann et al.,

2008). 첫 번째 PmBL과 PtBL은 인지학습접근이다. 학습자 동

기개발의 중심 원칙으로 학습은 문제를 통해서 구성되고, 프로

젝트를 통해서 수행된다. 문제는 학습과정의 출발점이고, 문제

상황 속에서 학습이 구성되고, 학습자의 경험이 학습의 기반이

된다. 또한, 학습이 프로젝트기반을 통해서 이루어진다는 것은

학습자가 문제 분석과 문제 해결 전략을 포함한 학습자 특유의

과업(즉, 프로젝트)을 통해서 수행된다는 것을 의미한다. 두 번

째 PmBL과 PtBL은 콘텐츠접근이다. 즉, 전통적인 주제중심학

습의 경계와 방법들을 확장한 학제간 학습(interdisciplinary

learning)을 다룬다. 학습 과정에서의 문제 분석 및 해결 방법

론을 통해서 이론과 현실을 연계하기 때문에 학습결과물 자체

가 학제간 학습 목표의 모범 사례가 된다. 셋째, PmBL과 PtBL

은 사회적 접근이다. PmBL과 PtBL은 팀을 구성하여 수행하는

학습과정이다. 팀 학습은 공통의 대화와 소통을 통해서 이루어

지는 사회적 활동이며, 다른 학습자들을 통해서 배우고, 지식

을 공유하며 또한 협동 학습 과정을 조직화한다. 이는 참여자

주도학습(participant-directed learning)의 개념으로 학습과

정에 대한 집단적 소유(collective ownership)를 유도한다

(Lehmann et al., 2008, p.286). 따라서 PmBL과 PtBL은 교육

현장과 사회현장을 연결하여 학습자들에게 다양한 능력을 개발하

고 학제간 지식을 통합하기 위한 상황적 접근(a contextualised

approach)이라고 할 수 있다.

이러한 이론적 공통점과 접근의 유사성은 학습자 및 교수자

들에게 PmBL과 PtBL 적용에 있어 학습 목적과 참여자의 역할,

학습의 과정 그리고 최종 결과물에 대한 이해의 부족을 야기하

고 더 나아가 공학교육의 향후 교과과정 설계나 개선 전략 수

립에 활용하는데 많은 혼선을 야기한다. 따라서 두 가지의 학

습이론에 대한 분명한 차이 인식이 교수자 및 학습자에게 모두

필요하고 또한, 학과 및 학교 기관 차원의 교육전략 및 정책 수

립의 중요한 근거가 된다.

Savin-Baden (2007)는 일반적인 차원에서 PmBL과 PtBL

접근의 여섯 가지 차이를 논의하였다. 첫째, PtBL에서 학습자

들은 제품이나 설계도 등의 결과물을 생성해야 하나 PmBL에서

는 이러한 결과물에 초점을 두지는 않는다. 둘째, 교수자는 프

로젝트 수행에 있어 촉진자의 역할보다는 진도를 감독, 관리하

는 역할이 크다. 셋째, 학습자들은 프로젝트의 문제들을 해결

하기 위한 전략과 대안을 생성해야 하나 PmBL에서 문제 해결

은 전체 과정의 일부분으로 문제를 다루는 데에 초점을 두고,

분명한 해결안을 요구하지는 않는다. 넷째, PtBL에서 교수자는

프로젝트 진행 동안 직접적인 강의나 유사 형태로 정보와 지식

을 학습자들에게 전달하는 반면 PmBL은 학습자 자신들의 학습

요구사항에 따라 문제 해결 과정을 진행하며, 필요시 직접적인

김문수


강의보다는 학습자들을 지원하는 수단으로서의 강의를 보완적

으로 활용한다. 다섯째, 보통 PtBL은 필요한 지식들을 습득한

이후 학위나 자격을 취득하는 과정의 최종 단계에서 수행되는

경우 많으나, PmBL은 학습자들로 하여금 학습할 필요가 있는

것들을 스스로 결정하는 것에 근거를 둔다. 마지막으로 PtBL은

종종 특정 과정의 최종 단계에서 여러 다양한 주제들을 바탕으

로 종합적인 활동 메커니즘이라 할 수 있으며, 반면에 PmBL은

학제 간 경계를 넘나들 때 필요한 전제로부터 시작하는 경우가

많고, 특정 과정의 시점에서 시작하는 경우도 있다. 따라서

PtBL은 교과과정에서의 교수법(a teaching technique)으로

PmBL은 개괄적인 교육전략(an overall educational strategy)

이라 할 수 있다.

한편, 공학교육측면에서 Perrenet 등(2000)은 의과대학과

공과대학의 사례 분석을 바탕으로 구체적이고 현실적인 측면

에서 PtBL과 PmBL의 차이를 제시하였다. 첫째, PmBL 보다

PtBL의 프로젝트 과업(project task)이 보다 전문적인 사실에

근거한다. 둘째, 프로젝트 업무(project work)는 직접적으로

지식의 활용(application of knowledge)에 연결되는 반면에

PmBL은 지식의 습득(acquisition of knowledge)이 목적이다.

셋째, PtBL은 통상 전통적인 교육방법인 주제기반교과과정

(subject-based course:수학, 물리, 화학 등)을 수반하지만,

PmBL은 그렇지 않다. 넷째, 학습자들에 의한 시간 및 자원관

리뿐 아니라 과업 및 역할 할당이 PtBL 수행에 있어 매우 중요

하다. 마지막으로 프로젝트 업무에서의 자기 주도성이 PmBL에

비교해서 보다 강하다. 이는 PmBL의 학습과정에서 문제 자체

가 학습과정에서 비교적 영향력이 작기 때문이다. 이러한 차이

로 교수자의 PtBL 진행 관리가 PmBL보다 어려운 것으로 알려

져 있다.

그리고 PtBL은 적용 범위가 PmBL 보다 유연하다고 할 수 있

다. 즉, 개별 교과과정이나 전체 교과과정을 대상으로 적용할

수 있다(Heitmann, 1996). 개별 교과과정에서 적용되는 프로

젝트는 통상 공학교육현장에서 많이 사용하는 방식으로 여러

작은 프로젝트들을 개별 혹은 팀 단위로 한 학기 동안 수행하

는 데 전통적인 주제기반 강의식 학습 방법이 적용되고, 습득

한 지식을 통합, 활용하여 프로젝트를 수행하고, 학기말에 제

출하는 형태이다. 전체 교과과정을 대상하는 PtBL은 4장에서

논의한 바와 같이 통상 공과대학의 4학년 과정에 개설되는 종

합설계 혹은 캡스톤디자인프로젝트 교과를 예로 들 수 있다.

한편, 공학교육에 PtBL의 적용은 PmBL의 적용과 같이 우수

한 교육 효과를 보인다. 전통적인 강의중심교육보다는 보다 큰

동기부여가 가능하며, 의사소통 및 팀워크 능력제고, 현장의

전문분야 이슈를 효율적으로 이해, 분석하고 해결하는 문제해

결능력을 갖는다. 그러나 PmBL 방식보다는 공학지식에 대한

근본적인 지식 습득이 다소 부족하고, 프로젝트 수행 과정에서

투입된 시간과 노력 대비 성과에 대한 학습자들의 불만족이나

팀 내 대인 갈등 문제 등이 수반되기도 하고 또한, 팀 단위의

결과물을 목표로 수행되기 때문에 학습자 개인의 독립적인 작

업 능력 보유에 문제점이 있다는 점도 지적된다(Mills &

Treagust, 2003).

2. 국내 공학교육에서 전개 방안

PmBL과 PtBL의 이론적 배경과 특성 그리고 성공적인 적용

사례들을 통해서 국내 공과대학 대부분의 학제에서 활용할 수

있는 일반적인 세 가지 방안을 모색하였다.

첫째, PmBL → Hybrid PtBL → PtBL 방식을 학년별로 대

응하여 순서대로 적용하는 순차적 전개 방안이다. 이는 각 학

습이론의 특성과 효과에 근거한 것이다. 즉, 공과대학의 1학년

및 2학년의 일부(예컨대 2학년 1학기)를 대상으로 PmBL에 근

거한 교과과정을 중점적으로 개발한다. 이는 PmBL의 문제해결

과정을 통한 공학의 기초지식습득이라는 일차적 목적에 부합

하는 것으로 엔지니어로서의 갖추어야 할 전공소양지식 확보

에 초점이 있다. 그리고 2학년의 일부와 3학년을 대상으로는

PmBL과 PtBL이 혼합된 교과과정을 중점적으로 개발, 적용한

다. 벨기에 Louvain 공과대학의 사례와 같이 교과과정별로

1~2주 단위로 PmBL을 적용하고, 학기 단위로는 PtBL을 적용

하여 프로젝트를 수행하는 방식으로 전문 엔지니어로 성장하

기 위한 기초 단계라고 할 수 있다. 그리고 졸업학년인 4학년

의 경우는 PtBL에 기반한 캡스톤디자인의 교과과정을 강화시

키는 방안이다. 이 단계에서의 프로젝트는 학습자들이 자유롭

게 선택할 수 있어야 하며, 산업체의 현실적인 문제를 대상으

로 하여 다학제적 학습에 기반하여 전개되도록 교수자 및 대학

기관의 지원이 필요하다.

둘째, 혼합형 전개 방안이다. 순차적 방안에서 두 번째 단계인

Hybrid PtBL 방식을 모든 학년에 적용하는 방식이다. 전 학년

의 모든 교과과정을 Hybrid PtBL을 적용하여 교과목을 개발하

고, 해당 교수자들을 선발하거나 재교육하기에는 많은 투자와

시간이 필요할 것으로 판단된다. 따라서 캐나다 Sherbrooke 대

학에서 적용한 사례가 보다 현실적인 대안으로 보인다. 즉, 각

학기별로 하나의 Hybrid PtBL 교과과정을 개설하여 2주 혹은

3주 단위로 프로젝트 수행에 필요한 지식들을 PmBL을 통해서

습득하면서 동시에 한 학기동안 프로젝트를 수행하는 방식이

다. 다만, 이 방식에 있어서도 4학년의 경우는 캡스톤디자인

과정으로 PtBL 방식이 보다 강조된다.



셋째, 하위학제중심 전개 방안이다. 통상 공과대학의 경우 하

나의 학제가 하나의 학과에 대응하는 경우가 많다. 그러나 하나

의 학제를 자세히 들여다보면 유사한 지식이나 반드시 선후관

계를 갖는 교과과정들로 묶여지는 세부 지식영역(knowledge

domain)들로 구분된다. 학제별로 차이가 있지만, 예컨대 산업

공학의 경우는 크게 6개의 지식영역으로 구분된다(대한산업공

학회, 2006; 홍성조, 2013). 이들 지식영역들은 지식기반과 방

법론 그리고 적용 분야가 상당히 다르다. 이런 세부지식영역을

하나의 하위학제로 학과 내에서 물리적 혹은 논리적으로 구분

하여 세부 특성에 따라 PmBL 중심, PtBL 혹은 Hybrid PtBL

중심의 교과과정을 개발하여 적용하는 방식이다.

PmBL과 PtBL을 활용하여 공학교육 현장에 적용할 수 있는

세 가지 방안은 기존 국내외 관련 이론 및 사례연구들을 바탕

으로 제안된 것이다. 이러한 방안들이 국내 공학교육에 효율적

으로 구현되고, 효과적으로 적용되기 위해서는 공과대학 현장

의 교수자들의 능력과 열정, 교육 설비 및 기자재 등 교육 환경

그리고 각종 제도 등이 반영되어야 함은 물론이다. 또한, 국내

공학교육의 현재까지의 다양한 자료에 근거한 보다 심도 있는

분석을 바탕으로 하는 세부 방안이 필요하며, 이는 추후 연구

로 남긴다.

VI. 결 론

본 논문은 공학교육 측면에서 학습자중심학습이론 중에서 문

제 및 프로젝트기반학습을 중심으로 기존 이론 및 사례연구들

을 바탕으로 비교, 고찰하여 향후 국내 공학교육의 발전을 위

한 전개 방안을 모색하였다. 20세기 들어 초등교육에서 고등교

육에 이르기까지 앞 다투어 도입, 적용, 발전하고 있는 PmBL

이 공과대학의 지식체계와 문화적 특성으로 다른 학제와 같은

성과를 얻기 위해서는 PtBL 이론과 병행 혹은 혼합하는 방식

이 필요하고 효과도 크다는 기존 연구들(Perrennet et al.,

2000; Mills 및 Treagust, 2003; Prince 및 Felder, 2006;

Gavin, 2011)에 동의하면서, 여러 사례연구들에 근거하여 순

차적 전개, 혼합형 전개 그리고 하위학제중심전개 방안을 제시

하였다.

이러한 전개 방안들이 교육적 성과를 얻기 위해서는 교육 생

태계에서 교수자의 역할과 기능이 가장 중요할 것이다. 교수자

에게 학습자, 교육과 관련한 모든 요인과 결과에 대한 성찰이

무엇보다도 요구된다. 성찰적 교수자는 수단만을 중심하는 기

능주의(technicism) 접근을 택하지 않는다. 기능주의는 목적에

대한 진지한 성찰 없이 상대적인 효과와 효율만을 생각하고 기

능적 측면에만 초점을 맞춘다. 이를 극복하기 위해서는 가르치

는 것은 정보를 제공하고 학생들에 의해 기억되었는지를 검토

하는 활동 이상이라는 사실을 인정하고, 학생들이 나름대로 개

인적인 의미를 구성할 수 있도록 학습 활동에 적극적으로 참여

할 수 있는 기회를 제공하고 이를 위한 사회적, 교육적 상황이

제공되어야 한다(최유현, 2005 재인용). 공자의 다음과 같은

설파(Graaff & Kolmos, 2007)는 성찰자로서의 교수자가 가슴

에 새겨야 할 내용이라 하겠다.

Talk to me... and I'll forget.

Show me... and I'll remember.

Involve me... and I'll understand.

Step back... and I'll act.

이 논문은 2013년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 (NRF-2013R1A2A2A03067925).

참고문헌

1. 강소연, 조형희, 홍종일, 김의준, & 박성은(2005). 공학교육에

서의 PBL 수업의 효과 연구. 공학교육연구, 8(2): 24-34.

2. 권순각, 김성우, 박유현(2013). 지속적인 기업체 연계 프로젝트

기반의 캡스톤 설계 운영시스템. 공학교육연구, 16(3): 61-68.

3. 김문수(2011). 문제기반학습모형에 근거한 공학회계의 웹기반

실습시스템 개발. 공학교육연구, 14(1): 55-63.

4. 김웅섭(2010). 프로그램 학습성과 향상을 위한 형성평가 중심

캡스톤 디자인 교과목 설계. 공학교육연구, 13(1): 62-69.

5. 대한산업공학회(2006). 국내외 사례연구와 직무분석을 통한 창

의적 공학교육 체계 및 교과내용 개발: 산업공학을 중심으로,

학술진흥재단.

6. 이준희(2008). 학습자간의 상호작용 증진을 위한 웹기반 문제

중심학습 시스템 설계 및 구현. 컴퓨터교육학회논문지, 11(3):

57-65.

7. 이종수, 민병권, 윤웅섭, 한재원, 정효일(2008). 체험학습기반의

기초 창의공학설계 교육 및 운영. 공학교육연구, 11(2): 32-41.

8. 이태식, 전영준, 이동욱, 장병철(2009). 공과대학 캡스톤 디자

인(창의적 공학설계) 교육과정 운영실태 및 학습 만족도 조사.

공학교육연구, 12(2): 36-50.

9. 신민희(2009). PBL 수업에서 공과대학 학생들의 자기효능감

수준에 따른 문제해결 능력 차이. 한국공학교육학회, 12(4):

30-37.

10. 신소영, 강명희(2009). e-PBL의 학업성취도에 대한 학습자

성취목표, 보상구조, 귀인피드백의 예측력 규명. 교육의 이론

과 실천, 14(3): 49-74.

11. 이희원, 김성환, 박근, 김정엽(2010). 캡스톤디자인 교과목 기반

김문수


의 프로그램 학습성과 평가 연구. 공학교육연구, 13(6): 143-151.

12. 장용철, 김건국, 김민철(2013). 창의설계입문의 PBL(Problem-

Based Learning) 적용: 충남대학교 환경공학분야 사례. 공학

교육연구, 16(2): 78-85.

13. 지해성(2013). 학제간 팀별 설계프로젝트 기반 산학공동 공학

설계교육. 공학교육연구, 16(3): 51-60.

14. 진성희, 신수봉(2013). 공과대학 융합교육에 대한 사례조사 및

요구분석. 공학교육연구, 16(6):29-37.

15. 최유현(2005). 창의적 공학교육을 위한 문제중심학습(PBL)의

모형과 절차의 탐색. 공학교육연구, 8(1): 99-112.

16. 홍성조(2013). 산업공학 교과과정 이수체계에 관한 연구. 공학교육연구, 16(6): 78-86.

17. 황성호, 권오채, 김용세(2005). 기계공학에서의 PBL적용 교과

과정 개발: 제품해체 설계추론. 공학교육연구, 8(1): 20-30.

18. 황순희(2011). PBL 기반 <토의> 수업 모형의 구현과 평가:

부산대학교 수업개발 사례를 중심으로. 공학교육연구, 14(4):

88-96.

19. 황재인, 신재한(2012). PBL기반 정보통신윤리교육 수업자료

개발 및 적용. 한국컴퓨터교육학회논문지, 15, 33-41.

20. Barrows, H.S., and Tamblyn, R.(1980). Problem-based

learning: an approach to medical education, New York:

Springer.

21. Bédard, D., Lison, C., Dalle, D., Côté, D., and Boutin,

N.(2012). Problem-based and project-based learning in

engineering and medicine: determinants of students’

engagement and persistence. Interdisciplinary Journal of

Problem-based Learning, 6(2): 7-30.

22. Boud, D., and Feletti, G.(1997). The challenge of

problem-based learning 2nd ed., London: Kogan Page.

23. Brooks, J.G., and Brooks, M.G.(1993). In search of

understanding: The case for constructivist classrooms.

Alexandria, VA: Association of Supervision and Curriculum

Development.

24. Bruner, J.S.(1961). The act of discovery. Harvard Educational

Review, 31(1).

25. Dahlgren, M.A.(2003). PBL through the looking-glass:

comparing applications in computer engineering, psychology

and physiotherapy. International Journal of Engineering

Education, 19(5): 672-681.

26. Duch, B.J., Groh, S.E., and Allen, D.E.(2001). The power

of problem-based learning, Sterling, Virginia: Stylus.

27. Gavin, K.(2011). Case study of a project-based learning

course in civil engineering design. European Journal of

Engineering Education, 36(6): 547-558.

28. Graaff, E.D., and Kolmos, A.(2003). Characteristics of

problem-based learning. International Journal of Engineering

Education, 19(5):657-662

29. Graaff, E.D., and Kolmos, A.(2007). History of problem-

based and project-based learning. In: Graaff, E.D. and

Kolmos, A. eds. Management of change: implementation

of problem-based and project-based learning in engineering.

Rotterdam: SENSE Publisher, 1-8.

30. Hadgraft, R.(1998). Problem-based learning: a vital step

towards a new work environment. International Journal

of Engineering Education, 14(1): 14-23.

31. Hanna, A.S. and Sullivan, K.T.(2005). Bridging the gap

between academics and practice: a capstone design

experience. Journal of Professional Issues in Engineering

Education and Practice, 131(1): 59-62.

32. Heitmann, G.(1996). Project-oriented study and project-

organized curricula: A brief review of intentions and

solutions. European Journal of Engineering Education 21(2):

121-131.

33. Herreid, C.F.(1997) What is a case? Journal of College

Science Teaching, 27(2): 92-94.

34. Howe, S., and Willbarger, J.(2006). 2005 National survey

of engineering capstone design course. 2006 American

Society for Engineering Education Annual Conference

and Exposition. Chicago, US.

35. Hotaling, N., Fasse, B.B., Bost, B.F., Hermann, C.D., and

Forest, C.R.(2012). A Quantitative Analysis of the Effects

of a Multidisciplinary Engineering Capstone Design Course.

Journal of Engineering Education, 101(4): 630-656.

36. Jamison, A., Kolmos, A., and Holgaard, J.E.(2014). Hybrid

learning: an integrative approach to engineering education.


37. Jonassen, D.H.(1997). Instructional design models for

well-structured and ill-structured problem solving learning

outcomes. Educational Technology, Research and Development,

45(1): 65-94.

38. Jonassen, D.H.(2000). Towards a design theory of

problem solving learning outcomes. Educational Technology,

Research and Development, 48(4): 63-85.

39. Kim, J.(2012). An ill-structured PBL-based microprocessor

course without formal laboratory. IEEE Transaction on

Education, 55(1): 145-153.

40. Kolmos, A. and Graaff, E.D.(2007). Process of changing

to PBL. In: Graaff, E.D. and Kolmos, A. eds. Management

of change: implementation of problem-based and project-

based learning in engineering. Rotterdam: SENSE Publisher,

31-44.

41. Laxman, K.(2010). A conceptual framework mapping the



application of information search strategies to well and

ill-structured problem solving. Computers & Education,

55(2):5 513-526.

42. Lehmann, M., Christensen, P., Du, X., and Thrane, M.(2008).

Problem-oriented and project-based learning (POPBL) as

an innovative learning strategy for sustainable development

in engineering education. European Journal of Engineering

Education, 33(3): 283-295.

43. Lohman, M.(2002): Cultivating problem-solving skills through

problem-based approaches to professional development,"

Human Resource Development Quarterly, 13(3): 2.

44. Lundeberg, M., Levin, B., and Harrington, H.(1999). Who

learns what from cases and how? The research base for

teaching and learning with cases, Mahwah, NewJersey:

Lawrence Erlbaum Associates, Inc.

45. Lynn, Jr., L.E.(1999). Teaching and learning with cases,

NewYork: Chatham House Publishers.

46. Maskell, D.L. and Grabau, P.J.(1998). A Multidisciplinary

Cooperative Problem-Based Learning Approach to Embedded

Systems Design. IEEE Transactions on Education, 41(2):

101-103.

47. Mantri, A., Dutt, S., Gupta, J.P., and Chitkara, M.(2008).

Design and evaluation of a PBL-based course in analog

electronics. IEEE Transaction on Education, 51(4): 432-438.

48. Mantri, A., Dutt, S., Gupta, J.P., and Chitkara, M.(2009).

Using PBL to deliver course in Digital Electronics. Advances

in Engineering Education, 1-17.

49. Mitchell, J.E., Canavan, B., and Smith J.(2010). Problem-

based learning in communication systems: student perceptions

and achievement. IEEE Transactions on Education, 53(4):

587-594.

50. Mills, J.E., Treagust, D.F.(2003). Engineering education – Is problem-based and project-based learning the answer?

Australasian Journal of Engineering Education, 7(1):

2-16.

51. Montero, E., González, M.J.(2009). Student Engagement

in a Structured Problem-Based Approach to Learning: A

First-Year Electronic Engineering Study Module on Heat

Transfer. IEEE Transactions on Education, 52(2): 214-221.

52. Palmer, S., Hall, W.(2011). An evaluation of a project-

based learning initiative in engineering education. European


53. Perrenet, J.C., Bouhuijs, P.A.J., and Smits, J.G.M.M.

(2000). The suitability of problem-based learning for

engineering education: theory and practice. Teaching in

Higher Education, 5(3): 346-358.

54. Prince, M.J., Felder, R.M.(2006). Inductive teaching and

learning methods: definitions, comparisons, and research

bases. Journal of Engineering Education, 95(2): 123-138.

55. Ricards, L.G., Gorman, M., Scherer, W.T., and Landel,

R.D.(1995). Promoting active learning with cases and

instructional modules," Journal of Engineering Education,

84(4): 375-381.

56. Rubin, S.(1996). Evaluation and Meta-Analysis of selected

research related to the laboratory component of beginning

college level science, Ph.D. dissertation. Temple University.

57. Said, S.M., Adikan, F.R., Mekhilef, S., and Rahim

N.A.(2005). Implementation of the problem-based learning

approach in the Department of Electrical Engineering,

University of Malaya. European Journal of Engineering

Education, 30(1): 129-136.

58. Savery, J.R.(2006). Overview of problem-based learning:

definitions and distinctions. Interdisciplinary Journal of

Problem-based Learning, 1(1): 9-20.

59. Savin-Baden, M., and Major, C.H.(2004). Foundations of

problem-based learning. Birkshire, England: The Society

for Research into Higher Education & Open University

Press.

60. Savin-Badedn, M. (2007). Challenging models and

perspectives of problem-based learning. In: Graaff, E.D.

and Kolmos, A. eds. Management of change: implementation

of problem-based and project-based learning in engineering.

Rotterdam: SENSE Publisher, 9-29.

61. Shymansky, J., Hedges, L., and Woodworth, G.(1990). A

reassessment of the effects of inquiry-based science

curricula of the 6O's on student performance, Journal of

Research in Science and Teaching, 27A(2): 127-144.

62. Smith, D. (1996). A meta-analysis of student outcomes

attributable to the teaching of science as inquiry as

compared to traditional methodology, Ph.D. dissertation.

Temple University, Department of Education.

63. Tan, O.S., Little, P., Hee, S.Y., and Conway, J.,

(Eds.).(2000). Problem-based learning: educational innovation

across disciplines, Singapore: Temasek Centre for Problem-

Based Learning.

64. Todd, R. H., Sorensen, C. D., & Magleby, S. P.(1993).

Designing a senior capstone course to satisfy industrial

customers. Journal of Engineering Education, 82(2): 92-100.

65. Tooker, G.(1992). Real world 101: What some engineers

in industry want your students, and you to know. ASEE

Prism, October, 19-22.

66. Wessel, D.(2005). Building a better engineer. Wall Street

김문수


Journal, 20, B1.

67. Woods, D. R., Hrymak, A.N., Marshall, R.R., Wood, P.E.,

Crowe, C.M., Hoffman, T.W., Wright, J.D., Taylor, P.A.,

Woodhouse, K.A., & Bouchard, C.G.K.(1997). Developing

problem solving skills: The McMaster problem solving

program. Journal of Engineering Education, 86(20): 75-91.

김문수 (Moon-Soo Kim)

1999년: 서울대학교, 공학박사

1999년~2004년: 한국전자통신연구원, 선임연구원

2004년~2006년: 강릉원주대 산업시스템공학과 조교수

2006년~현재: 한국외국어대학교, 산업경영공학과, 교수

관심분야: 기술경영/정책, 정보통신서비스경영, 공학교육

Phone: 031-330-4979

Fax: 031-330-4093

E-mail: [email protected]

공학교육에서 문제 및 프로젝트기반학습의 비교 고찰과 적용 방안 · 66...

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