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Journal of Engineering Education ResearchVol. 16, No. 2, pp. 78~85, March, 2013

창의설계입문의 PBL(Problem-Based Learning) 적용: 충남대학교 환경공학분야 사례장용철*,† ․김건국* ․김민철**

**충남대학교 공과대학 환경공학과**제주대학교 경영정보학과

Application of Problem-Based Learning (PBL) Method to Introduction to Creative Engineering Design Course: Case Study of Environmental Engineering in Chungnam National University Yong-Chul Jang*,† ․Geonguk Kim* ․Mincheol Kim**

**Department of Environmental Engineering, Chungnam National University**Department of Management Information Systems , Jeju National University

ABSTRACTAn ‘Introduction to Creative Engineering Design’ course at College of Engineering at Chungnam National University is required

for all freshmen. The objective of this course is to educate the freshmen with basic engineering design concepts and experiences in creative problem-solving approaches. It provides the students learning opportunities in solving engineering design problems through team efforts and creative approaches. Thus, this course emphasizes creative ideas and thinking, engineering design experiences to students over the course. This study presents the syllabus, the examples of PBL (problem based learning)-related activities as a team, and the results of the course evaluation and outcomes. Based on the results of this study, we can conclude that overall this course using PBL method had significant positive effects on the course outcomes and the creativity of the engineering freshmen in the department of environmental engineering at Chungnam National University. However, there are still efforts to be needed to improve the PBL-related activities in the course, including students' workload, financial supports, and team work.

Keywords: Design, Creative engineering, PBL, ABEEK, Environmental engineering

I. 서 론1)

현대사회는 급속한 산업의 발달과 함께 정보화와 지식기반

사회에 접어들었으며, 이러한 사회적 변화에 대응하여 창의적

인 과학기술 인재양성이 사회적으로 요구되고 있다. 이러한 과

학기술 인재양성을 위해 창의성(creativity)을 바탕으로 한 공

학설계교육이 확대되고 있다(김인숙 외, 2011). 창의성에 바탕

을 둔 공학설계교육은 궁극적으로 학생 스스로 창의적이고 능

동적인 참여 유도를 통해 설계 능력을 개발하고 창의성 있는 인

재를 대학에서 양성하는 데 기여할 수 있다(백윤수 외, 2006).

그러나 최근까지 대학 교과과정에서 창의적 사고와 자기주도

Received 22 Feruary, 2012; Revised 6 March, 2013Accepted 11 March, 2013† Corresponding Author: gogator@cnu.ac.kr

적 문제 해결 능력 관련 교과목은 부족한 실정이다. 다행히 최

근 들어 대학에서 공학인증제도(Accreditation Board for

Engineering Education of Korea, ABEEK)가 도입되면서, 설

계교육이 강화되고 있으며 실무적인 지식 적용을 위한 산업체와

교육 연계 프로그램, 엔지니어로서의 자질 및 능력 함량 교육

프로그램 등에 대해 관심이 고조되고 있다. 특히 기존의 이론

중심의 교육에서 벗어나 전공주제 종합설계(capstone design)

(서두원, 2009; Kristen et al., 2009), 문제중심학습(problem-

based learning, 이하 PBL) 교수법(Barrows, 1985; Frank et

al., 2003; Amador & Peter, 2006; 강소연, 2009), 체험학습

기반 교수법(이종수, 2008), 프로젝트 기반 capstone design

(Dutson et al., 1997), 융합 및 다학제적 접근(multi-disciplinary

approach)(이중순 ․곽효연, 2008; 윤린 외, 2011; 백윤수 외,

2011) 등 다양한 공학교육혁신이 시도되고 있다(강소연 외 2005).

창의설계입문의 PBL(Problem-Based Learning) 적용: 충남대학교 환경공학분야 사례

Journal of Engineering Education Research, 16(2), 2013 79

특히 대학 공학설계교육에서 PBL을 활용한 교과목 운영은 매

우 적합한 교수방법이라고 할 수 있다(Amador & Peter, 2006).

공학설계는 정답이 정해져 있는 것이 아니고 개방형 문제, 또는

정답이 없는 문제(open-ended problem)로 기본적으로 정답이

하나가 아닌 여러 개 일 수 있다. 따라서 학생들이 자발적인 공

학설계 활동을 통해 PBL 문제에 대해 창의적인 해결 방안을 제

시하고 이미 주어진 지식과 새로운 지식을 융합하여 능동적으

로 해결해 나가는 과정을 경험할 수 있다(신민희, 2009). 이미

국내외 대학에서는 이러한 PBL 기반 학습과 적용을 공과대학

(최유현, 2005; 황성호 외, 2005; Ribeiro & Mizukami, 2005;

Grant & Dickson, 2006; Harris & Briscoe-Andrews, 2008;

서두원, 2009), 자연과학(황운학, 2010; Pinar et al., 2011; 황

순희, 2011), 의과대학(Barrows, 1986; Alkhasawneh et al.,

2008) 등에서 도입하여 대학교육에 활용하고 있다. PBL 교수

법의 근본적인 특징은 강의가 교수에 의해 학습이 이루어지는

것이 아니라, 학생 스스로 문제를 창의적으로 해결해야하는 학

습자 중심의 수업 방식이다(Barrows, 1985). PBL 교수법에서

실제 우리가 살고 있는 현실에서 접할 수 있는 실제적인 PBL

문제를 활용한다면 학생들이 PBL 문제를 접하게 되면서 많은

학습 동기와 흥미를 가질 수 있다. 그리고 학생들이 주어진 PBL

문제를 가지고 소그룹을 구성하여 그룹 활동을 통해 팀워크와

리더십, 의사전달 능력과 소통 능력, 창의적 사고와 비판적 사

고 등을 개발할 수 있는 장점 또한 있다(Woods, 1996).

충남대학교 공과대학 환경공학과에서는 환경공학 분야 기초

설계교육의 중요성을 위해서 2006년부터 공학인증제 도입과 함

께 ‘창의설계입문’이라는 교과목을 1학년 교과목에 개설하였다.

본 교과목은 충남대학교 공과대학 환경공학과 1학년 학생 대상

공학기초설계 교과목으로서 공학설계에 대한 기본 개념 소개와

함께 환경공학 관련 분야의 설계 프로젝트를 수행하도록 하고

있다. 특히 환경공학 분야 중 우리 실생활에 관련된 PBL 문제

를 선정하여 학생들로 하여금 학습동기와 흥미를 갖도록 하였

으며 자기주도적인 학습능력을 배양하고자 하였다. 또한 학생

들이 PBL 문제를 스스로 해결해나가는 창의적인 문제해결능력

배양, 소그룹 팀 구성을 통해 협동학습 경험, 해결방안 발표 및

제시 시 의사전달능력 배양 등의 학습성과를 유도하고자 하였

다. 특히 창의설계입문 교과목에서는 학생들의 창의성이 요구되

고, 기존 주제중심학습(subject oriented learning)에 따른 수

동적인 학습참여가 아닌 실생활에서 부딪칠 수 있는 문제들을

학생들이 직접 경험하면서 자기주도적인 학습을 유도하고자 PBL

학습방법을 적용하였다.

본 연구에서는 이러한 배경 하에서 충남대학교 공과대학 환

경공학과 1학년 2학기에 개설되어 있는 창의설계입문 교과목에

대해 PBL 교수법 개발 및 적용을 주로 다루었다. 또한 PBL 활

용 창의설계입문 교과목을 통해 나타난 학생들의 변화를 주로

학습성과, 강의평가 만족도, 피드백 및 강의 개선 방향 등을 분

석하여 요약 제시하였다.

II. 창의설계입문의 PBL 개발 및 적용

1. 학습목표와 내용

가. 학습목표(learning objectives)

PBL 교수법 활용 창의설계입문의 학습목표는 (1) 수학, 과학,

및 공학에 대한 기초 지식을 바탕으로 학생들이 공학기초설계

개념을 익히고 주어진 PBL 문제를 창의적으로 해결하는 과정에

서 자기주도적 학습의 경험을 제공하는 데 있다. 그리고 (2) 우

리가 실생활에서 접하는 여러 공학적 문제 중 환경공학 관련 분

야의 문제를 PBL 문제로 제시하여 학생들이 팀을 구성하고 팀

워크를 통해 창의적 문제해결 능력을 배양하도록 하였다. 마지

막으로 (3) PBL 문제 해결과정에서 학생들이 팀 협동학습의 중

요성, 의사전달 및 소통 능력 배양, 책임감 등이 고취 될 수 있

도록 하였다.

이러한 목표는 PBL 문제 해결을 통해 달성될 수 있도록 하였

으며, 이를 위해 기초 자료 제공, 문헌 정보, 실습실 제공, 실습

조교 등이 교육 기반으로 제공되었다. PBL 문제 해결은 5인 1

조 소그룹을 구성하여 수행하도록 하였다.

나. 학습성과(learning outcomes)

본 교과목의 학습성과로서는 기초 수학, 과학, 공학적 지식을

응용할 수 있는 능력 배양, 설계의 개념과 기초 이해 증진, 공학

문제 해결 능력 배양, 팀원으로서의 역할과 팀워크의 중요성 인

식, 미래 환경분야 직업에 대해 이해 증진, 효과적인 의사전달

능력 배양, 시사 문제에 대한 이해 등이 포함되었다.

다. PBL 기반 교과 내용(PBL-based Course Syllabus)

본 교과목의 학습목표와 학습성과 달성을 위해 교과목의 주요

내용은 15주를 기준으로 제1주~3주는 공학 분야의 소개, 공학

설계의 개념과 추세, 친환경 설계(environmentally conscious

design, Eco-design) 등에 대한 기본 내용을 소개한 뒤, PBL

문제를 팀워크를 통해 수행하고 성과를 발표하는 것으로 구성되

어 있다. 대학에 입학한 1학년 학생들에게 보다 쉽고 재미있게

공학 분야의 소개와 함께 공학의 기초설계 개념을 소개하고 실

생활에서 접하는 PBL 문제를 수행하여 학습의욕과 흥미를 높이

장용철․김건국․김민철

공학교육연구 제16권 제2호, 201380

Table 1 Example of Course Syllabus of PBL-Introduction to Creative Engineering Design

주차 주별 활동 내용 비고

1주 공학이란 무엇인가? 이론 강의

2주 공학의 분야, 설계란 무엇인가?, 친환경 설계란 무엇인가? 〃3주 아이디어 창출, 브레인스토밍, PBL 개념 소개 팀 구성, 팀 규칙

4주 PBL 1 : 문제제시(예시: 그린캠퍼스 아이디어 및 설계) 문제파악, 역할분담

5주 PBL 1: 소그룹 팀워크 활동 (학습내용 추론 및 자료 조사) 팀별 활동, 회의록 작성

6주 PBL 1: 소그룹 팀워크 활동 (문제해결 방안 토의 및 지식의 적용 및 검토) 〃7주 PBL 1: 소그룹 팀워크 활동 (창의적 문제해결 최종 설계 작업) 〃8주 중간 발표회 수행평가, 발표평가

9주 PBL 2 : 문제제시(예시: 자전거 발전기 설계 및 제작, 태양열 오븐 설계 및 제작 등) 문제파악, 역할분담

10주 PBL 2: 소그룹 팀워크 활동 (학습내용 추론 및 자료 조사) 팀별 활동, 회의록 작성

11주 PBL 2: 소그룹 팀워크 활동 (문제해결 방안 토의, 지식의 적용 및 검토) 〃12주 PBL 2: 소그룹 팀워크 활동 (창의적 문제해결 최종 설계 및 시작품 제작) 〃13주 PBL 2: 소그룹 팀워크 활동 (창의적 문제해결 최종 설계 및 시작품 제작) 〃14주 최종 발표회 (PBL 창의설계입문 시작품 평가 및 발표회) 수행평가, 발표평가

15주 최종논평 및 요약 강의평가

Table 2 A PBL Example in the Introduction to Creative Engineering Design in Environmental Engineering

PBL 문제: 태양열 에너지를 이용한 태양열 오븐 설계 및 제작

· 수업목표: 태양열을 이용한 오븐 설계 및 제작· 기간 : 4주· 시나리오 및 역할: ‘과학교실’ 운영, 태양열 오븐 설계 및 제작· 분야: 에너지/환경 분야

지구온난화가 전 세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있다. 지구온난화를 막기 위한 대체에너지로서 태양열 에너지 사용이 대안으로 떠오르고 있다.

현재 국제적으로 태양열 오븐에 대한 관심이 높아지고 있으며, 일부 제품은 이미 상용화되어 판매되고 널리 보급되고 있다. 프랑스의 어느 한 마을에서는 태양열 오븐(높이 1.8미터, 넓이 2.8미터, 270℃의 내부 온도)을 설치하여 연간 1,200명의 식사를 제공하고, 연간 150톤의 나무를 아끼는 효과를 가져 오고 있으며, 이는 연간 277톤의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있다. 이뿐 아니라 에너지가 절대적으로 부족한 아프리카 일부 국가에서는 국제구호단체를 통해 받은 구호식량을 태양열 오븐을 이용하여 음식물을 데우고 조리하는 데 활용하고 있다.

여러분은 여름방학을 이용하여 중학생 50명을 대상으로 ‘과학교실’을 개최하기로 되어 있다. ‘과학교실’ 실습에 사용이 가능하도록 태양열 에너지를 이용한 간단한 태양열 오븐을 설계 및 제작하고, 제품에 대한 경제성 분석(비용과 편익)과 실용화 가능성을 분석하시오.

고자 하였다. Table 1은 주별 강의 및 PBL 수행내용을 예시로

제시하였다. 기존 전공주제 설계 교과목은 전공지식을 습득한

3～4학년을 대상으로 구조화된 문제를 바탕으로 공학적 지식

을 적용하고 문제를 해결해 나가는 반면, 본 PBL 기반 공학기

초 설계 교과목은 공학 신입생을 대상으로 설계의 기본개념을

소개하고, 비교적 덜 구조화된 문제를 기초 과학 및 수학적 지

식을 활용하여 창의적으로 문제를 해결할 수 있도록 하였다. 이

를 통해 공과대학 1학년 학생들이 공학도로서 창의적 공학설계

의 개념을 익히고, 문제해결을 위한 학습내용 추론 및 자료조사,

문제해결 방안 토의, 과학적 지식의 적용과 검토, 문제해결방안

제시 등을 자기주도적으로 수행하여 창의성 증진, 학습흥미 유

발, 그리고 문제해결능력 배양을 목표로 구성하였다.

2. 창의설계입문의 PBL 문제

2010년과 2011년 2학기 창의설계입문 교과목에서 PBL 문

제는 강의 교재로 활용하였던 PBL-기반 창의설계입문 교재에

서 제시된 총 26 문제 중에서 팀별로 2개를 선정하여 수행하고

그 결과를 발표하도록 하였다(장용철, 2010). 팀별로 선정한

PBL 문제의 예로서는 태양열 오븐 설계 및 제작, 태양광 전지

자동차 설계, 자전거 발전기 설계, 간이정수기 설계 제작, 그린

캠퍼스 설계, 소형 풍력발전기 설계, 바이오디젤 만들기 등이 주

로 포함되었다. Table 2는 PBL 활용 창의설계입문 교과목을

수강한 환경공학 분야 학생들이 수행한 PBL 문제 중 하나를

예시로 나타내었다.

3. 학습평가 방법

PBL 교과목은 일반적인 이론중심 강의에서 흔히 도입되는 중

간고사와 기말고사 평가 방법과는 달리 교수 및 실습조교가 PBL

문제 해결과정 중 학생들의 활동을 관찰하고, 필요한 지식의 습

득 여부를 확인하는 과정에서 이루어진다. 그리고 학습평가 시

창의설계입문의 PBL(Problem-Based Learning) 적용: 충남대학교 환경공학분야 사례

Journal of Engineering Education Research, 16(2), 2013 81

개개인의 활동에 대한 평가뿐만 아니라 소그룹 팀 활동에 대한

그룹평가도 이루어져야 한다. 본 PBL 활용 창의설계입문 교과

목에서는 PBL 팀별 수행평가를 위해 PBL 수행 팀별 구두발표

평가, 회의록 평가, 보고서 평가, 팀별 포트폴리오 평가, 전시회

평가, 팀 내 동료평가, 출석 등의 다양한 평가 방법이 포함되었다.

PBL 문제 수행 후 팀별로 구두발표회에서 문제해결 방안 및

설계 성과물을 제시하도록 하였다. 구두발표회의 평가항목으로

는 팀별 창의적 문제해결 능력, 완성도, 지식 이해도, 의사전달

능력(목소리, 자세, 방법 등) 등이 포함되었다. 이러한 수행평가

(performance assessment) 채점 시 수행 준거표(performance

criteria)에 의거하여 객관적인 평가가 이루어지도록 하였다. 구

체적인 수행 준거표는 본 교과목의 강의교재에 제시되었으며,

이를 활용하여 평가가 진행되었다(장용철, 2010). 또한 PBL 문

제 해결 수행과정을 상세히 기록한 팀별 회의록과 PBL 수행 보

고서를 평가하고 이를 종합화하여 제출한 팀별 포트폴리오를 평

가하여 팀별 PBL 수행 능력 및 완성도를 평가하였다.

팀별 팀원의 기여도를 평가하기 위해 팀의 회의 참여도, 활동

참여도, 역할 완성도, 아이디어 제시 등에 대한 동료평가도 병

행하여 개별적인 평가가 이루어지도록 하였다. 위의 학생에 대

한 학습평가 이외에 PBL 활용 창의설계입문 교과목에 대한 강

의평가와 수강 전후의 학습 성과에 대한 설문조사가 이루어졌다.

4. PBL 문제 수행

PBL에서 학생의 역할은 PBL의 핵심이라 할 수 있다. 학생

스스로 PBL 문제를 수행하는 과정에서 서로 토론하고 책임감

을 갖고 자신의 역할을 수행하면서 스스로 문제를 중심으로 배

워가기 때문에 중요한 가치와 의의를 갖는다. 이러한 가치를 극

대화하기 위해서는 PBL에 대한 개념 이해가 필요하고, 이를 준

수하고 각 단계에서 수행해야 할 역할과 활동, 절차를 충실히

따라야 한다. 이를 위해 학생들이 스스로 PBL 문제를 창의적으

로 해결하기 위한 팀별 회의록 작성(아이디어 창출, 팀원의 학습

수행 결과 정리 및 요약), 팀 규칙 설정, 팀별 발표 자료 준비,

PBL 보고서 작성 및 제출, 설계 시작품 제작 등이 포함되었다.

교수와 실습조교는 PBL 문제 제시와 학습 안내자로서 역할을

하고 학생 스스로 문제를 해결할 수 있도록 학생들에게 동기부

여 질문과 다양한 학습 촉진방법, 문제 해결 시 어려움을 진단

하고 중재하는 역할만을 담당하도록 하였다.

III. 창의설계 PBL 수행 발표 및 평가

1. PBL 수행 사례 발표

PBL 문제 수행 결과에 대한 사례 구두발표회 및 전시회를 아

(a) (b)

(c) (d)

Fig. 1 Oral and Poster Presentations in the Introduction to Creative Engineering Design in Environmental Engineering

래 Fig. 1에 제시하였다. 한 학기 동안 창의설계입문 교과목을

통해 수행한 PBL 문제 수행의 성과물을 포스터 전시회 방법을

통해 발표하고 시작품에 대한 최종 시연회도 가졌다. 이러한 포

스터 전시회 개최는 한 학기 동안 수행한 팀별 성과물을 서로

공유하는 계기가 되었고, 학생들이 직접 시연을 체험하는 기회

를 제공하였다.

2. 학습성과 및 강의평가 결과 분석

가. 학습성과 분석

Fig. 2에서는 PBL 활용 창의설계입문에 대한 강의평가 항목

중 창의설계입문 수강 후의 학습 성과에 대한 설문 결과를 요약

제시하였다. 학습 성과에 대한 학생 설문의 평가기준 점수는

“매우 도움이 되었다” (10점), “도움이 되었다” (8점), “보통이

다” (6점), “도움이 되지 않는다” (4점), “전혀 도움이 되지 않

는다” (2점) 으로 배정하였다.

PBL 문제를 해결해 가는 과정에서 ‘기초 수학, 과학 및 공학

적 지식을 응용할 수 있는 능력 개발에 도움이 되었는가?‘에 대

한 질문은 10점 만점에 7.64점(표준편차 1.82점)으로 나타났다

(Table 3). 또한 ‘PBL 자료를 통해 공학의 설계 개념과 기초를

이해하는데 도움이 되었는가?’에 대한 질문에는 7.87점(표준편

차 1.88점)으로 나타나 1학년 학생들에게 공학의 설계 개념을

지속적 및 체계적으로 배울 필요가 있는 것으로 판단된다. ‘창의

설계입문 PBL 문제를 통해 공학 문제를 인식하고 해결할 수 있

장용철․김건국․김민철

공학교육연구 제16권 제2호, 201382

는 능력을 배양하는데 도움이 되었는가?’에 대한 질문에는 평균

8.53점(표준편차 1.50점)으로 “도움이 되었다” (8점) 이상 점

수를 나타내어 PBL 문제를 통하여 학생들의 문제해결 능력이

배양되었음을 설문결과 자료를 통해 알 수 있었다.

한편 창의설계입문 PBL 문제 실습 시 팀원으로서의 역할과

팀워크의 중요성을 인식하는데 평균 9.42점(표준편차 1.45점)

으로서 학습 성과 부분 중 가장 높은 수치를 나타냈다. 이는 “매

우 도움이 되었다” (10점) 점수에 근접하고 있어 PBL 문제 해

결 시 개개인의 역할 이외에 팀 협동학습을 통해 팀원의 역할과

팀워크의 중요성을 크게 인식하는 계기가 되었다고 판단된다.

학생들에게 ‘창의설계입문 PBL 문제 해결을 통해 배운 내용

이 나의 미래 환경 분야 직업과 관련성을 아는 데 도움이 되었

는가?’에 대한 질문에는 평균 8.36점(표준편차 1.82점)으로 나

타나 학생들이 미래 직업을 선택하는 데 도움을 주었다고 판단

Fig. 2 Results of the Course Outcomes for the Introduction to Creative Engineering Design in Environmental Engineering

Table 3 Results of learning outcomes in the Introduction to Creative Engineering Design in Environmental Engineering

　학습 성과에 대한 설문 항목 평균 표준편차

기초 수학, 과학, 공학적 지식 7.64 1.82

설계 기초 개념 이해 7.87 1.88

공학문제 해결 능력 배양 8.53 1.50

팀원 역할과 협동학습 9.42 1.45

미래 환경분야 직업 8.36 1.82

효과적 의사전달 능력 8.80 1.44

시사문제 이해 7.96 1.51

* 평가기준: “매우 도움이 되었다.” (10점), “도움이 되었다.” (8점), “보통이다.” (6점), “도움이 되지 않는다.” (4점), “전혀 도움이 되지 않는다.”

(2점)

된다. 특히 PBL 문제 해결을 제시함에 있어 효과적으로 의사를

전달하는 능력을 개발하는 데 도움을 주었으며(평균 8.80점, 표

준편차 1.44점), 환경공학관련 시사문제와 시사 논점을 갖는데도

도움이 되었음(평균 7.96점, 표준편차 1.51점)을 알 수 있었다.

나. 강의평가 분석

Fig. 3에서는 PBL-기반 창의설계입문에 대한 강의평가 항목

의 일부 내용과 결과를 요약 제시하였다. PBL-기반 창의설계입

문의 교과목 만족도 점수는 10점 만점(평가기준 점수는 매우

우수 10점, 우수 8점, 보통 6점, 부족 4점, 매우 부족 2점으로

배정)에 2010년 8.05점(표준편차 1.48), 2011년 8.09점(표준

편차 1.59)으로 나타나 ‘대체로 우수하다’는 평가를 하였다. 특

히 교수와 조교의 튜터(tutor)로서의 만족도와 의사소통의 부분

은 2010년에 비해 2011년에 상대적으로 유의성이 있는 차이를

나타내었다(t-검정, α＝0.05 유의수준). 이는 2010년의 경우

처음 PBL 활용 창의설계입문을 도입하였으며, 학생들의 PBL

개념에 대한 인식 부족, 교수(조교 포함)와 학생 10개 팀(40명

기준 4인 기준 팀 구성)과의 팀별 의사소통과 경험에 대한 부족

에 기인한다고 사료된다. 또한 2011년도의 학습 환경 만족도 역

시 2010년에 비해 상대적으로 통계적인 유의성이 있는 차이를

나타내었다(t-검정, α＝0.05 유의수준).

다. 학생 만족도 조사 분석 및 상관성 분석 결과

학생들의 만족도 조사 분석으로서 총 6개 항목을 갖고 사후

강의 평가에 대한 설문 조사를 실시하였다. Table 4는 총 6개

항목에 대한 질문 내용과 기술 통계에 대한 결과이다. 리커트

(Likert) 5점 척도에서 평균치가 가장 높은 항목은 4번과 6번

으로서 교수와 학생들 간의 충분한 의사소통 및 튜터로서의 역

할이 충분히 이루어졌음을 알 수 있다.

Table 5는 Table 4의 1번 항목인 교과목 만족도와 다른 항

Fig. 3 Results of the Course Evaluation for the Introduction to Creative Engineering Design in Environmental Engineering

창의설계입문의 PBL(Problem-Based Learning) 적용: 충남대학교 환경공학분야 사례

Journal of Engineering Education Research, 16(2), 2013 83

Table 4 Results of students' feedback from the Introduction to Creative Engineering Design

설문 항목 응답수 평균 표준편차

1. 창의설계입문 PBL 강의/실습의 교과목 만족도 점수는? 39 4.051 0.826

2. 학생들이 스스로 학습할 수 있도록 적절한 학습 환경이 제공되었는지? 39 4.308 0.766

3. 창의설계입문 PBL강의/실습에 대한 나의 참여 수준은? 39 4.410 0.850

4. 교수와 조교는 학생들과 충분한 의사소통이 이루어졌는가? 39 4.564 0.754

5. PBL 문제가 설계 실습을 위한 학습동기 및 흥미유발 할 수 있도록 하였는가? 39 4.154 0.875

6. 전반적으로 학생들이 스스로 PBL 학습을 할 수 있도록 튜터로서 교수와 조교의 역할에 대해서 만족하는가? 39 4.538 0.720

Table 5 Results of correlation analysis between students' course satisfaction and other questions in the course questionnaire for the Introduction to Creative Engineering Design

구분 2번 항목 3번 항목 4번 항목 5번 항목 6번 항목

Pearson 상관계수 0.515 0.569 0.544 0.645 0.617

유의확률(양쪽) 0.0008 0.0002 0.0003 0.000 0.000

목 간의 상관분석(Pearson 상관계수 활용)을 실시한 결과이다.

상관분석표를 보면 교과목 만족도와 모든 항목이 유의한 상관

결과를 보여주고 있다. 그 중에서 가장 높은 항목은 “PBL 학

습동기 및 흥미유발”로 나타났고, 또한 “튜터로서의 교수와 조

교 역할”이 상관성 측면에서 다른 항목보다 상대적으로 높다는

것을 알 수 있었다.

3. 교과목 피드백 및 강의 개선 분석

본 교과목 운영을 통해 학생들로부터 창의설계입문 교과목에

대한 강의/실습 개선에 대한 의견을 수렴한 결과, 첫째는 팀별

로 PBL 문제 2가지를 선정하여 15주의 교육과정 기간 내 과제

를 수행하고 성과물을 발표하는 것이 시간적 제약이 많다는 의

견이 있었다. 둘째 PBL 실습을 위한 재료 목록 선정과 구매 후

실습 수행까지 시간이 오래 걸리고, 실습을 위한 예산이 부족하

다는 의견이 많이 제시되었다. 따라서 창의설계실습 시 두 개의

PBL 문제 수행 및 해결을 통해 관련 전문 지식을 많이 습득하

기에는 무리가 있다고 판단된다. 향후 PBL 수행 문제를 팀별

두 개에서 한 개로 선정하여 집중적으로 수행하고 발표하는 것

이 필요하다고 생각된다. 마지막으로 팀별 PBL 문제 수행 시

효율적 회의 진행 요령과 팀워크 문제 및 팀원 간 갈등 대처 등

에 대한 적절한 조언에 대해 지속적인 개선이 필요하다고 판단

된다. 또한 PBL 활용 창의설계입문의 교과 내용으로서 효율적

인 회의 진행 방법과 팀 내 팀원 간 갈등 유발 시 대처 방법과

극복 등에 대한 구체적인 사례와 실질적인 내용도 반영하여 지

속적인 강의 개선이 필요하다.

IV. 국문요약

본 연구에서는 충남대학교 환경공학과 1학년 학생을 대상으

로 PBL 활용 창의설계입문의 교과목 운영 사례를 분석 제시하

였다. 본 교과목은 공과대학 환경공학 전공을 선택하여 대학에

입학한 1학년 학생들을 대상으로 PBL 교수법을 통해 창의적인

사고와, 자기주도 학습, 문제해결능력을 배양하고자 하였다. 또

한 학생들이 환경공학 분야의 창의적 공학설계 개념 및 방법을

배우고 창의적인 아이디어를 도출하고 궁극적으로 공학 분야의

전공 설계에 대한 관심과 흥미를 유발하고자 하였다. 본 논문에

서는 환경공학 분야의 창의설계입문 교과목에 대한 PBL 교육

을 개발하고 적용하여 학생들의 변화와 학습 성과를 심층 학생

설문조사 및 강의평가를 통해 그 결과를 분석하였으며, 다음과

같이 그 결과를 요약할 수 있다.

1. PBL 학습법을 적용한 창의설계입문 교과목은 학습 성과

분석 결과, 학생 스스로 문제해결 과정에서 팀워크의 중요성과

팀원으로서의 책임감을 깨닫는 계기가 되었다는 것이 가장 높

게 나타났다. 또한 문제해결 과정에서 의사소통의 중요성과 효

과적인 의사전달 능력을 배양하는 효과를 가져왔다. 아울러 학

생들이 스스로 사고하는 능력과 창의성의 중요성, 팀 협동 능력

이 향상되었다.

2. PBL 활용 창의설계입문의 교과목 수강을 통해 학생들이

대체로 매우 만족하고 우수하다는 평가가 나타났으며, 특히 교

수와 조교의 충분한 의사소통, 역할에 대해 만족하는 것으로 나

타났다.

3. PBL-문제 제시를 통해 학생들로 하여금 흥미유발과 동기

부여가 되었으며 공학설계 주제에 대해 창의적인 아이디어를 도

출하고 논의하고 이를 실제 설계 제작하였다. 구두발표회와 시

연회를 통해 의사전달 능력을 배양하였으며, 학생들이 설계에

대한 흥미를 느끼며 직접 체험하는 효과를 거두었다.

4. 그러나 향후 PBL 활용창의설계입문 교과목 교육 시 PBL

문제 제시의 수, 충분한 예산 확보 방안, 팀원 간 갈등 예방 등

에 대한 체계적인 준비와 개선이 필요하다.

장용철․김건국․김민철

공학교육연구 제16권 제2호, 201384

이상을 종합하여 요약한다면 충남대학교 공과대학 환경공학

과 1학년 학생들을 대상으로 PBL 활용 창의설계입문 교과목

은 학생들로 하여금 다양한 학습 성과를 거두었다. 향후 이러한

PBL 활용 공학설계입문 교과목이 지속적으로 보완되어 개선된

다면 학생들이 자기주도학습 능력을 배양하고 창의적인 아이디

어를 창출하여 응용하고 관련 공학 설계 지식을 배우고 문제해

결을 위한 창의성 배양에 기여를 할 수 있다.

주제어: PBL, 창의설계입문, 문제중심기반, 환경공학

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장용철(Yong-Chul Jang)

1992년: 경희대학교 환경학과 졸업

1994년: 서울대학교 도시계획학 석사

2000년: 미국 플로리다대학교 환경공학 박사

관심분야: 산업폐기물 관리, 위해성평가

Phone: 042-821-6674

Fax: 042-822-5610

E-mail: gogator@cnu.ac.kr

김건국(Geonguk Kim)

2011년: 충남대학교 환경공학과 졸업

관심분야: 산업폐기물 관리, 창의적 학습

Phone: 042-821-7779

Fax: 042-822-5610

E-mail: geonguk8@naver.com

김민철(Mincheol Kim)

1992년: 중앙대학교 경영학과 졸업

1995년: 고려대학교 경영학과 석사

2000년: 고려대학교 경영학과 박사

2002년: 서울대학교 보건대학원 석사

2010년: 미국 위스콘신 주립대학교 이학 석사

관심분야: 환경경영, 의료관광

Phone: 064-754-3182

Fax: 064-724-3138

E-mail: mck1292@jejunu.ac.kr