week03: problem-based learning & design...

창의적 공학설계 입문

토목안전환경공학과

옥승용

Week03: Problem-Based Learning

& Design Thinking

2

Class Schedule

Week Topics Remarks

01 Introduction to Class: 설계구성요소 & 현실적 제한조건

02 Team Building based on Brain Model Short Contest

03 Problem-Based Learning & Design Thinking PBL Practice

04 Principles of Technology Evolution Individual Report

05 Obstacles to Impede Creative Thinking TP1: Problem Proposal(Empathize-Define)

06 Creative Thinking(1): Brain Storming Method Brain Storming Practice

07 Creative Thinking(2): SCAMPER, Attributes-Listing Technique SCAMPER Practice

08 Creative Thinking(3): Morphological Analysis, Forced Relationship, etc. Selected Techniques Practice

09 Team Presentation: Ideation TP2: Interim Report

10 Creative Thinking(4): TRIZ(1)-Introduction TRIZ Practice

11 Creative Thinking(4): TRIZ(2) -Contradictions Matrix and 40 Principles TRIZ Practice

12 Creative Thinking(4): TRIZ(3)-Practical TRIZ TRIZ Practice

13 Solution Realization: Ideation Improvement & Prototype PBL & Design Thinking

14 Solution Realization: Test & Improvement PBL & Design Thinking

15 Team Presentation: Final Product TP3: Final Presentation

N.B. 강의진행일정은 상황에 따라 변경될 수 있음

• What are difference between PBL

and Design Thinking?

– PBL(문제중심학습법)

• 학습법

• Between Facilitator/Mentor(교수자) and

Students(학습자)

• 학습과정에서 학생들의 적극적 참여 유도

– Design Thinking(디자인적 사고)

• 사고기법이자 방법론

• Team Activities Between Students

• 창의적 아이디어를 구현하는 시제품

(Prototype)을 직접 제작

• Not necessarily related to Education

• What do they have in common with

each other?

– Hot issues in recent years

– Used for Education of Students

– Both are related to “Smart”

• PBL: For Being Smart Students

• Design Thinking: For Smart Idea and

Product

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Problem-Based Learning & Design Thinking

Introduction to PBL I

Problem-Based Learning (PBL)

5

6


PBL의 특징 I

PBL의 절차 II

PBL에서의 역할 III

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PBL

문제로부터

학습 시작

학습자 중심

학습환경

그룹활동중심

학습진행

자기주도적

학습

PBL의 특징

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1. PBL에서의 문제란?

ill-structured problem: 다양한 대안 및 방법 가능

unique solution

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2. 학습자 중심의 학습환경

Professor (강의, 문제풀이, etc)

Student

Professor

Problem1

문제제기 정보수집/분석/처리

종합정리

문제해결

학습내용 습득

Student

튜터링 Professor

Problem 2

전통적

학습방식

P

BL

강의방식

3. 그룹활동 중심으로 학습 진행

Professor

Group 1

Group 2

Group 3

Group 4

Individual activity •문제 분석

•역할분담에 따른 학습과제 학습

•학습과제 발표 토론

•해결방안 모색

Group activity •문제 분석

•문제해결 절차와 방법

토론

•역할분담

Achievements

•다양한 사람과의 협업능력

•다양한 시각과 접근방법 경험

•복잡한 문제해결에 대한 부담 경감

•실제 전문가들이 취하는 방식 경험 10

Student 1

Student 2

⁞

11

4. 자기주도적 학습

자기주도적 학습

(Self-directed Learning) Group activity 병행

스스로 전문성 및

전문지식 습득 Group내 정보 및 지식 교환

자신의 관점, 이해(접근)방식,

학습결과 등 토론, 비교, 논쟁

→ 수정 및 보완

실제 전문가들이

참여하는 활동방식

개별 학습자의 나태함 방지

학습능력 배가

전문학습, 평행학습 기본역량 배양

Interaction

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5. 교수의 역할

지식전달자

• 일방적인 정답제시

학습진행자, 촉진자 (tutor)

• 질문제시

기존 PBL

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PBL의 특징 I

PBL의 절차 II


14

PBL의 절차

문제 재확인 및

해결안 도출 문제 해결?

학습결과

정리 및 평가

문제제시

발표

자료수집

문제확인

Yes

No

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1. 문제 제시

문제

다양한 형태 가능

Text

Video

모의실험

역할극

Computer Simulation

실제에서 경험할 수 있는 형태로 제시

문제해결에 필요한 모든

clue 제공

Theory

Methodology

Tool

최종적인 report 형식에 대한

안내 제공

사전훈련 제공

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생각

(idea)

• 문제이해(내용, 요구사항, 결과 etc)

• “가설설정”

• 문제의 원인, 결과, 가능한 해결안에 대한 가설이나 추측, 검토

사실

(facts)

• 문제에서 제시된 사실, 학습자가 이미 알고 있는 사실 Knowledge-based (개개인의 지식 정도에 기반)

• Ex) 감기

• 문제에서 제기된 감기와 관련된 증상

• 학습자가 이미 알고 있는 감기와 관련된 증상

학습과제

(learning issues)

• 문제해결을 위해 알아야 할 학습내용이며 강좌의 학습내용에 해당

• Fact-driven learning issue (확인된 사실에 따라 학습과제 도출)

• 학습자의 Knowledge 수준에 따라 Learning issue의 양이 달라짐

• Tutor가 도움 제공 필요

실천계획

(action plan)

• 도출된 학습과제에 대한 학습계획

• 역할분담 개별학습계획

• 자료검색방법

• 시간계획

2. 문제 확인

PBL에서 가장 핵심적 요소

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• 여러분은 지역신문의 기자입니다. 새 편집장은 여러분에게 토요일 신문의 1면에 실을

기사를 준비하고, 그 기사를 독자들에게 매우 호소력 있게 만들라고 지시하였습니다.

편집장은 가장 중요한 기사가 1면을 차지해야 한다고 말했고, 그 기사들은 자신의 승인을 받아야 한다고 했습니다. 여러분은 어떤 기사를 써야 할까요?

문제 확인 사례

생각 • 토요일 1면에 실을 기사 작성

• 기사를 선택하고 승인하는 기준

• 신문의 특성, 독자

사실

• 우리는 지역신문 기자다

• 토요일 신문의 1면 기사를 준비해야 한다.

• 1면은 보다 호소력이 있어야 한다.

• 가장 중요한 기사가 1면에 나와야 한다.

• 우리는 기사를 작성하고 편집장의 승인을 받아야 한다.

학습과제

• 누가 이 신문을 읽는가?

• 예산은 얼마인가?

• 일반적으로 1면에는 어떤 종류의 기사들이 실리는가?

• 얼마나 많은 색상이 사용될 수 있는가?

• 좋은 기사와 나쁜 기사의 기준은 무엇인가?

• 기사의 길이는 얼마나 길어야 하는가?

• 1면의 공간은 어느 정도인가?

• 무엇이 신문을 호소력 있게 만드는가?

• 1면을 구성하는 데 ‘최선’의 방법이 있는가?

실천계획

• 신문 1면 읽고 특징 파악하기 (다 같이)

• 신문의 호소력과 관련된 문헌 및 자료 찾기(정미, 은영)

• 좋은 기사와 나쁜 기사의 기준 파악하기

− 문헌 및 인터넷 검색(동석, 준석)

• 편집장의 기사 선택 기준 파악하기

− 신문 편집장 면담(다 같이)

• 다음 모임 일정:4월 15일 4:00시

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• 개별학습, 자기주도학습에 의하여 이루어짐

– 이 과정을 통하여 평생학습능력 습득

• 기간

– 2~3일 또는 1~2주 등 주어진 문제의 수준에 따라 달라질 수 있음

• 자료

– 전공서적, 인터넷, 학술지논문, 비디오, 동료/선배/전문가와 면담

• 필요 시 tutor나 교수에 의한 중재 및 훈련

– 참고자료의 예 제시

– 만남 주선 등

3. 자료 수집 (개별학습, 자기주도학습)

진행과정 관찰

Feedback 제공

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• 이전 단계에서의 학습결과와 비교 및 update

• 발표를 통한 “다른 group과의 비교”

4. 문제 재확인 및 해결안 도출

5. 문제 해결안 발표

• Group별 발표

• 우수 2~3개 group 우선적 발표

– 동기유발

– 학습의욕 고취

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6. 학습결과 정리 및 평가

학습자 교수

해결안 정리

평가 자료(data)

발표

성찰일지

주요개념 요약 및 정리

Short lecture if necessary

성찰일지에 대한 feedback

학습자

학습자의

자가평가

동료평가

교수평가

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PBL의 특징 I

PBL의 절차 II


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PBL에서의 역할

교수

설계자

학습 촉진자

학습결과 평가자

대인 관계 능력

전문성

인지적 일치도

(cognitive congruence)

~ 눈높이 맞춤 교육

− 합당한 해결안 제시 여부

− Group 활동일지, 활동보고서

− Group 토론 내용

− 성찰일지, 개별학습보고서

학습자: 학업성취도 평가

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PBL에서의 역할

학습자

문제 해결자

자기주도적 학습자

협력적 학습자 전문가에게 요구되는 능력

스스로 ···

− 문제해결능력

평생학습사회에서 요구되는 능력

− 소통(communication)

− “갈등해소방안 안내”

− Positive interaction

Synergy effect

− 학구욕(애정/열정)

− 자신감(self-confidence)

− 학습기회에의 개방성 − 변화를 두려워하지 않는다.

− 적응력이 높다.

− Self-control

− Responsibility

과제기능 관계기능

• 질문하기

• 명료화 하기

• 지시 따르기

• 시간 지키기

• 청취하기

• 생각 공유하기

• 모둠 활동하기

• 과제에 집중하기

• 동료의 이해 점검하기

• 동료의 생각 정교화하기

• 이해를 위해 요약하기

• 기여도 알기

• 중재하기

• 감정 나누기

• 감사 표하기

• 동의 확인하기

• 동료 격려하기

• 지지 표명하기

• 발표하게 하기

• 정당하게 반대하기

• 생각에 반응하기

• 조용히 하고 긴장 완화하기

그룹 활동을 위한 사회적 기능의 종류

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Supp. 학습 스타일 (Kolb(1985), Ferrett(2000))

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Team Organization

• 전체 토론에서

발표

• 토론내용 정리

• 기록 및 제출

• 평가자

• 시간 관리·계획

• 토론 주도

• 참여 유도

Leader

(리더)

Manager

(관리자)

Presenter

(발표자)

Recorder

(기록자)

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Forming

Storming

Norming

Performing

Team Activity

− 자기소개(ice breaking)

− 그룹이름 짓기 (그룹구호)

− 그룹 규칙 정하기 • 일주일에 2번 이상 만난다

• 주 단위 보고시간은 매주 화요일 오후 2시로 한다

• 토론에 불참 시 벌점 1점, 벌금 1,000원을 부과한다

• 우리 그룹의 주요 학습활동 평가기준은 출석률, 참여율, 과제해결에의 기여도이다.

• 자료는 구성원 수만큼 복사해온다.

• ⁞

팀원 간 갈등 발생시기

Leader의 적극적인 리더십이 필요

안정화 단계

팀원간 이해와 신뢰 형성

− 자율적이고 본격적인 협동

− 구성원의 자율성을 존중하고

구성원에게 책임감을 부여하는

리더십 필요

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Example Problem for Warm-Up

• 최근 정부는 2018년까지 안성시 내에 신규 원자력발전소를 건설할 계획을 발표하였습니다. 여러분은 환경운동연합 안성지부에 근무하고 있으며, 본부로부터 안성시 내 원자력 발전소 건설 반대에 대한 정당성을 보여주는 (일간지 게재목적의) 보도자료를 준비하도록 지시를 받았습니다. 여러분은

어떤 보도자료를 써야 할까요?

생각

사실

학습과제

실천계획

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• 최근 정부는 2018년까지 안성시 내에 신규 원자력발전소를 건설할 계획을 발표하였습니다. 여러분은 원자력 안전위원회의 위원으로서 근무하고 있으며, 정부로부터 안성시 내 원자력발전소 건설부지에 대한 용역과제를 수주하였습니다. 여러분은 어떠한 용역결과를 보고서로 작성할 수 있을까요?

단, 원자력발전소 건설부지 계획은 제2경부고속도로 건설노선(대림산업 제안노선 또는 GS건설 제안노선)도 고려하여야 합니다.

생각

사실

학습과제

실천계획

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• 여러분은 메이저 신문사의 기자입니다. 최근 사회적으로 이슈가 되고 있는 원자력발전소의 기술적

안전에 대한 기획기사를 3회에 걸쳐서 연재하고자 합니다. 기사의 방향은 특정한 방향으로 편향되지 않도록 하며, 원자력발전소의 건설에 대한 장단점 및 찬반의견을 최대한 공정하게 실을 수 있도록 하여야 합니다. 여러분은 3회의 기사를 어떤 내용으로 써야 할까요?

생각

사실

학습과제

실천계획

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Team Activity: 조별잔혹사

Design Thinking II

Reference Book

32

스탠퍼드 대학의

디자인 씽킹 강의노트 송은진 옮김, 인서트

33

Design Thinking (디자인적 사고)

Design Thinking이란? I

Design Thinking의 실천모델 II

Design Thinking 방법론 III

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Design Thinking이란?

• 디자인 씽킹은 지난 10여 년간 미국을 중심으로 유행하고 있는 혁신적인 비즈니스 창출

방법론을 일컫는 말로 널리 통용되고 있다.

– [이상선] 학제간 융합교육 실천방법론, 한경대학교 출판부, 2015.

– 스탠포드 대학은 2005년부터 IDEO와 함께 D.School이라는 급진적 융합교육 프로그램을 운영하고 있다.

– IDEO는 1978년부터 David M. Kelley 스탠포드 대학 제품디자인과 교수에 의해 설립되어 22년 만에 3천여 디자인 프로젝트를 수행하였고 전 세계적으로 8개의 지사를 운영하면서 현재 600 여명의 직원들로 이루어진, 세계 디자인을 선도하는 미국의 대표적 디자인컨설팅 회사이다.

• [Wikipedia] Design Thinking stands for design-specific cognitive(경험적 지식에 입각한) activities

that designers apply during the process of designing.[1]

– [1] Visser, W. 2006, The cognitive artifacts of designing, Lawrence Erlbaum Associates.

• 관찰과 공감을 통해 특정 이슈를 인간(사용자) 중심으로 해석하여 숨겨진 니즈(Needs)

를 발견하고 최적의 임팩트를 창조하는 혁신 방법론

– 김정태: 사회혁신투자컨설팅 MYSC 이사

– 디자인 기법을 통한 인간중심의 세계관

• Design Thinking is a human-centered approach to innovation that draws from the designer’s

toolkit to integrate the needs of people, the possibilities of technology and the requirements

for business success.

– Tim Brown: president and CEO, IDEO

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• 디자인 씽킹은 분석적 사고에 기반을 둔 완벽한 숙련과 직관적 사고에 근거한 창조성이

역동적으로 상호작용하면서 균형을 이루는 것이다.

– [로저 마틴 저, 이건식 역] 디자인 씽킹, 엘도라도, 2010

• 디자인 씽킹은 주어진 문제를 창조적으로 해결함으로써 혁신적인 디자인을 가능케 하는 사고의 과정 및 방법을 의미한다.

– [강미정, 이수진] 가추법과 디자인 씽킹, 기호학연구, vol. 38, 2014. p.9.

• 디자인 씽킹은 ‘생각하는 방법’이고 혁신을 이끌어내는 ‘방법론’이며, 교육과 경영의

‘새로운 패러다임’이다.

– [팀 브라운 저, 고성연 역] 디자인에 집중하라, 김영사, 2010.

• 디자인 씽킹이란?

– [리팅이 외] 스탠퍼드 대학의 디자인 씽킹 강의노트

– [일반론적 정의] 디자이너가 생각하는 방식으로 문제를 해결하는 방법

– 디자인 씽킹은 디자인에 관한 것이 아니다

– 디자인 씽킹은 문제를 해결하는 방법이다.

– “사람을 중심으로” 하는 “창의적인” 생각하는 태도”

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37

Design Thinking의 특징(주:이상선)

D.School Bootcamp Bootleg에서 설명하고 있는 디자인 마인드셋

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Design Thinking의 실천모델

Stanford D. School

40





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Stanford D. School

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1단계: 공감(Empathize)

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Activities (활동)

Environment (환경)

Interaction 상호작용

User 사용자

Objects 사물

A-E-I-O-U 관찰법

개방형 질문(왜? 무엇이? 어떻게?): O/X 질문을 버려라

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Stanford D. School

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2단계: 정의(Define)

What would be really necessary for premature babies in Nepal?

Problem Definition: How to develop cheaper baby incubator How to keep baby warm

Baby Incubator

• 바꾸어 말하기

– 예) 무중력 상태에서 우주인들은 볼펜을 사용할 수 없다. (NASA 사례)

• 무중력 상태에서 우주인들이 사용할 수 있는 필기구를 개발한다.

– 예) 달 표면 탐사차량에서 사용되는 백열전구가 잘 깨진다. (구 소련 사례)

• 달 표면 탐사차량의 작업을 위해서는 불빛이 필요하다.

• 반대로 정의하기

– 예) 학생들이 학과 모임에 많이 참석하도록 하는 방법은 무엇일까?

• 학생들이 학과 모임에 참석하지 못하도록 하는 방법은 무엇이 있을까?

• 초점을 넓히고 초점의 방향을 전환하기

• “왜”라고 질문하기

진짜 문제를 찾기 위한 팁

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48


Stanford D. School

49

• Methodology – 5분 안에 100개 이상의 해결방법을 생각해낼 것

– 떠오른 아이디어는 즉시 노트에 쓰거나 그린 후 소리 내어 읽을 것 • 실현가능성 무시

• 아이디어 편승 OK(Sharing and Feedback)

• Don’t defend your ideas

• Generate alternatives

• Sketch radical ideas!

• Be visual, and go for quantity!

• Do not judge your ideas.

• It is similar to Brain Storming Method.

• Any other methods such as SCAMPER, TRIZ and so on can

be applied.

3단계: 아이디어 도출(Ideate)

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4단계 & 5단계: Prototype & Test

Stanford D. School

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• Stanford Webinar – Design Thinking = Method, Not Magic

• https://www.youtube.com/watch?v=vSuK2C89yjA

• IBM Think Academy – How it works: Design Thinking

• https://www.youtube.com/watch?v=pXtN4y3O35M

• TEDxCreativeCoast – Design thinking for every endeavour

• https://www.youtube.com/watch?v=TPXrheqhTCs

• Stanford Design Thinking Virtual Crash Course

• https://www.youtube.com/watch?v=-FzFk3E5nxM

Supp: Design Thinking

https://www.youtube.com/watch?v=vSuK2C89yjA



https://www.youtube.com/watch?v=pXtN4y3O35M

https://www.youtube.com/watch?v=pXtN4y3O35M

https://www.youtube.com/watch?v=TPXrheqhTCs

https://www.youtube.com/watch?v=TPXrheqhTCs

https://www.youtube.com/watch?v=-FzFk3E5nxM



week03: problem-based learning & design...

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