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고등학교 과학탐구실험 교과서의 탐구활동에 나타난 공학 설계 과정 요소 분석

An Analysis of Elements of an Engineering Design Process Presented in Inquiry Activities in High School Scientific Inquiry-Experiment Textbooks

심규철|한화정
과학교육연구소 (Science Education Research Institute)|2021.03|교사교육연구 (Teacher Education Research)|제60권 제1호|pp. 157-170|DOI 10.15812/ter.60.1.202103.157

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inquiry activities2015 revised science national curriculumengineering design탐구활동2015 개정 과학과 교육과정. 과학탐구실험 교과서공학 설계scientific inquiry-experiment textbooks

초록

본 연구의 목적은 2015 개정 과학과 교육과정의 과학탐구실험 교과서에 수록된 탐구활동 중 공학 설계 과정을 활용한 탐구활동을 대상으로 각 탐구활동에서 반영하고 있는 공학 설계 과정 요소와 공학 설계 과정이 어떤 방식으로 전개되고 있는지를 살펴보는 것이다. 이를 위해 7개의 과학탐구실험 교과서의 탐구활동을 대상으로 문제정의, 정보수집, 창안, 구현, 평가, 재설계 등과 같은 공학 설계 과정 요소를 활용하고 있는 탐구활동을 추출하였으며, 추출한 탐구활동의 공학 설계 과정 요소 반영 비율과 공학 설계 과정 요소가 어떤 순서로 전개되고 있는지 분석하였다. 그 결과 총 43개의 공학 설계 과정을 활용한 탐구활동이 과학탐구실험 교과서에 제시되었으며, ‘생활 속의 과학 탐구’와‘첨단 과학 탐구’영역에서 대부분의 공학 설계 과정을 활용한 탐구 활동을 다루고 있었다. 공학 설계 과정을 활용한 탐구활동은 문제정의, 정보수집, 창안, 평가를 비슷한 비중으로 활용하고 있지만, 구현과 재설계는 활용은 상대적으로 미흡한편이었다. 공학 설계 과정을 활용한 탐구활동의 공학 설계 전개 방식 유형은 총 15개의 유형이 확인되었으며, 정보수집, 문제정의, 창안, 평가 순서로 전개되는 방식의 유형이 가장 많이 나타났다. 또한 43개의 탐구활동 중 공학 설계 과정 요소를 모두 활용한 탐구활동은 10개였다. 아울러 공학 설계 전개 방식 유형은 정보수집의 순서와 목적에 따라 4가지 영역으로 범주화하였는데, 문제정의 전에 정보수집을 먼저 실시하여 문제를 구체적으로 명료화하는데 필요한 과학 지식, 기술 지식 등과 같은 문제와 관련된 배경 지식 등을 수집하도록 공학 설계 과정이 전개되고 있는 경우가 가장 높은 빈도로 나타났다. 이러한 연구 결과는 학생들에게 구현과 재설계를 충분히 경험할 수 있는 기회를 제공하고, 다양한 공학 설계 과정 요소들을 빠짐없이 다양하게 활용하도록 도울 수 있는 안내와 지도 방안의 마련의 필요성을 시사해준다.

Abstract

The purpose of this study is to analyze elements of the engineering design process presented in each inquiry activity and the ways that such a process develops in inquiry activities based on an engineering design process in the scientific inquiry-experiment textbooks under the revised science national curriculum of 2015. For this purpose, the investigator extracted inquiry activities based on elements of an engineering design process such as defining the problem, collecting information, generating the solution, implementing the best solution, evaluating the solution, and redesign from the inquiry activities of seven different scientific inquiry-experiment textbooks. These inquiry activities were analyzed in the percentage of elements of an engineering design process reflected and the order of engineering design process elements. The findings show that total 43 inquiry activities based on an engineering design process were found in the scientific inquiry-experiment textbooks. Most of such activities were covered in the areas of “Scientific Inquiries in Everyday Life” and “Advanced Scientific Inquiries.” The inquiry activities based on an engineering design process utilized defining the problem, collecting information, generating the solution, and evaluating the solution in similar relative importance, but the utilization of implementing the best solution and redesign was relatively poor. There were total 15 types of developing an engineering design in these inquiry activities based on an engineering design process. The biggest proportion of them followed the order of collecting information, defining the problem, generating the solution, and evaluating the solution. Of the 43 inquiry activities, ten made use of all the elements of an engineering design process. In addition, the types of developing an engineering design were categorized into four according to order and purpose of information collecting. An engineering design process would develop in the highest frequency in a way that background knowledge was collected related to the issues of scientific and technological knowledge needed to clarify a problem specifically with information collection before problem definition. These findings imply a need to provide students with opportunities to have full experiences with implementing the best solution and redesign and prepare guidance and instruction plans to promote their diverse utilization of all the various elements in an engineering design process.

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