디자인 사고(Design Thinking)를 활용한 문제해결 수업의 설계원리 규명

Abstract

인간은 삶을 살아가면서 누구나 예측 불가능한 다양한 문제에 직면하며 이때 자기 주도적으로 문제와 관련된 정보를 찾고, 정보를 통합하여 문제를 해결하는 능력이 매우 중요하기 때문에, 문제해결 학습은 삶을 살아가는데 필요한 기본적 능력인 문제해결력 향상을 도와줄 수 있는 매우 중요한 교육과정이 된다. 최근 교육 현장에서는 디자인 사고 모형의 단계를 문제해결 수업에 적용하여 학습자가 문제해결 과정을 수행, 경험하도록 하는 움직임이 있다. 디자인 사고 모형은 미국 디자인 컨설팅 회사인 IDEO와 Stanford D.School에서 개발하여 학교, 기업 및 사회의 다양한 분야에서 사람들이 겪는 불편함을 인간중심 관점으로 찾아내고 해결하는 창의적 문제해결 방법론으로 활용하고 있다(CNET Korea, 2013). 특히 문제해결 수업에서 활용되는 디자인 사고는 사회 맥락에 대한 공감을 통해 실제 문제를 정의하고 문제 해결을 위해 동료와 협력을 수행하는 과정으로, 학습자는 학습 과정 안에서 본질적인 문제를 발견하여 탐구하고자 하는 문제를 스스로 정의하고, 아이디어 생성을 통해 창의적 문제해결을 경험하며, 협력 활동을 통해 사회적 역량 또한 습득 할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 이러한 디자인 사고의 교육적 활용 가능성과 장점에도 불구하고 교수자가 디자인 사고를 활용하여 수업을 설계하고 적용하는 것은 쉽지 않다. 왜냐하면 디자인 사고는 교육 분야가 아닌 비즈니스 분야에서 출현한 방법이기 때문에 기존의 문제기반학습 등에 비해 효과적인 교육 환경과 학습 과정, 교수·학습 등에 대한 논의 등이 아직 부족하기 때문이다. 따라서 디자인 사고를 활용한 문제해결 학습을 중등학교 교육 현장에서 효과적으로 실행하기 위해서 현장의 교사들이 다소 새로운 개념인 디자인 사고를 제대로 이해하고 학교 교실 맥락을 고려하여 학습자들의 학습 경험을 지원할 수 있도록 해야 한다. 디자인 사고의 본질적 특성을 반영하여 수업을 효과적으로 설계하기 위해, 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업의 주요 구성요소를 이해하고 수업을 설계 할 때 필요한 원리를 활용할 수 있다. 본 연구에서는 중등학교 교육 현장에서 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업을 효율적, 효과적으로 수행하기 위해 주요 구성요소를 확인하고, 각 요소를 교사가 수업에 반영할 때 고려해야 할 설계원리와 그에 따른 상세지침을 제시하고자 한다. 이러한 목적을 달성 하기 위한 연구문제는 다음과 같다.

1. 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업의 구성요소는 무엇인가? 2. 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업의 구성요소에 따른 설계원리는 무엇인가?

본 연구의 연구 문제를 확인하기 위해 Richey와 Klein(2007)의 설계·개발 연구 방법론을 적용하였다. 문헌 분석을 통해 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업의 구성요소와 설계원리를 개발하고, 전문가와 현장 교사의 내적 타당화를 통해 타당성을 입중하고자 하였다. 디자인 사고와 문제해결 학습과 관련된 문헌 분석을 통해 설계 관련 내용을 확인하고, 공통된 요소와 설계원리를 종합하여 디자인 사고를 활용한 문제해결 학습의 구성요소와 설계원리를 개발하였다. 또한 구성요소 및 설계원리를 수업에 적절히 반영하기 위한 상세지침을 개발하였다. 개발된 구성요소와 설계원리의 타당화를 위해 전문가 타당성 검토와 사용자 반응 평가를 통해 타당화 과정을 수행하였다. 연구 결과, 디자인 사고 활동(문제 표상 및 정의, 학습 활동, 사고 방법), 협력적 문화 형성, 환경 구성이 주요 구성요소로 도출되었으며, 구성요소를 반영하여 수업 설계 시 활용할 수 있는 설계원리는 원칙적인 내용의 설계원리 12개, 행동적인 내용의 상세지침 28개로 개발되었다. 설계원리는 1) 능동적인 문제 발견의 원리, 2) 공감을 통한 문제 정의의 원리, 3) 협력 활동과 개별활동을 통한 공유와 성찰의 원리, 4) 시각화를 통한 소통의 원리, 5) 문제해결과정 반복 및 순환의 원리, 6) 발산적 사고와 수렴적 사고 반복의 원리, 7) 적합성, 실현 가능성, 지속성 3가지 사고 관점 균형의 원리, 8) 직관적 사고와 분석적 사고 균형의 원리, 9) 수평적 관계 형성의 원리, 10) 수용적 문화 형성의 원리, 11) 학습 환경 확장의 원리, 12) 교사의 지원적 역할 수행의 원리로 도출되었다. 구성요소와 설계원리 개발을 통해 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업에서 중요하게 여겨져야 할 변인을 확인하고, 교수자가 수업을 설계하기 위해 어떠한 원리를 따라야 하는지 확인할 수 있었다. 연구 결과를 통해 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업의 교육적 시사점을 다음과 같이 논의할 수 있다. 첫째, ‘문제 정의 및 표상’의 구성요소와 ‘능동적인 문제 발견의 원리’, ‘공감을 통한 문제 정의의 원리’ 설계원리가 개발된 것을 볼 때, 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업에서는 문제를 해결하는 것 뿐만 아니라 공감을 통해 문제를 정의하는 과정이 중요하다. 학습자는 디자인 사고 활동 중에 교실 안과 밖을 오고 가면서 관찰과 인터뷰 등의 방법을 활용하여 실제 맥락에 직접 참여하여 스스로에게 가치로운 문제를 정의할 수 있다. 이러한 문제 정의 방식은 학습자가 맥락에 몰입하고 능동적으로 학습에 참여할 수 있도록 한다. 둘째, 디자인 사고 활동에서 ‘학습 활동’의 구성요소와 ‘협력 활동과 개별 활동을 통한 공유와 성찰의 원리’, ‘시각화를 통한 소통의 원리’, ‘문제해결과정 반복 및 순환의 원리’가 개발된 것을 볼 때, 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업에서는 학습자가 반복적인 실험(프로토타입)을 통해 문제해결에 실제적으로 참여하는 것이 중요하다. 문제해결 수업에서 인지처리 과정은 학습자가 해결책을 얻기 위해 많은 해결안을 반복적으로 시도하고 평가하는 것이 도움이 되는데(Smith & Ragan, 2005), 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업에서는 특히 시각적으로 실제 산출물을 제작하고 문제와 관련된 사람들과 함께 산출물을 평가할 수 있으며 개선점을 찾아 다시 프로토타입을 제작하는 반복적인 문제해결을 경험할 수 있다. 셋째, ‘사고 방법’의 구성요소와 ‘발산적 사고와 수렴적 사고 반복의 원리’, ‘적합성, 실현 가능성, 지속성 3가지 사고 관점 균형의 원리’, ‘직관적 사고와 분석적 사고 균형의 원리’가 개발된 것을 볼 때, 수업에서 실천 중심의 행동적 측면 뿐만 아니라 인지적 측면도 함께 중요시 다뤄져야 한다. 학습자는 문제해결의 과정에서 적절한 사고 방식을 경험하면서 문제해결력과 비판적 분석 능력 등을 향상시킬 수 있다. 넷째, ‘협력적 문화 형성’의 구성요소와 ‘수평적 관계 형성의 원리’, ‘수용적 문화 형성의 원리’의 설계원리가 개발된 것을 볼 때, 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업에서는 아이디어 발현과 적극적 참여를 위한 협력적 문화 형성이 요구된다. 학습자는 디자인 사고 활동에서 아이디어를 지속적으로 생성해야 하며 프로토타입을 통해 실행과 실패를 반복하면서 시행착오를 통해 배울 수 있어야 한다(Kangas et al., 2013). 이를 위해 학습자 뿐만 아니라 교수자 모두 수평적 관계를 토대로 수용적 문화를 형성하여 학습자가 교실을 안전한 공간으로 인식할 수 있도록 해야 한다. 다섯째, ‘환경 구성’의 구성요소와 ‘학습 환경 확장의 원리’, ‘교사의 지원적 역할 수행의 원리’가 개발된 것을 볼 때, 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업에서 교수자는 학습자가 실제 환경에 참여할 수 있는 기회를 제공하고 자기주도 학습을 지속할 수 있도록 도울 수 있어야 한다. 미래 사회에서 학습자들은 점차 복잡한 문제를 이해하고 해결해야 하는데, 이에 필요한 기술과 도구를 학교에서 실제 문제와 실제 환경에서 문제해결을 경험함으로써 습득할 수 있다(Carroll et al., 2010). 종합하면 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업에서는 학습자가 문제해결 활동을 교실 안과 교실 밖을 넘나들면서 실제적 환경에서 타인을 이해하고 자신에게 가치 있는 문제를 통해 학습할 수 있기 때문에 학습자의 동기 부여와 능동적 수행에 있어 교육적 잠재력을 가진다. 또한 구조화된 문제가 아닌 일상 생활에서 일어날 수 있는 비구조화된 문제를 정의하고 해결안을 구상하여 직접 실천적, 반복적으로 해결안 실행에 참여하면서 자신의 이해를 반복적으로 점검, 수정한다. 마지막으로 아이디어 발현과 시행착오를 통한 배움을 위해 학습 환경의 문화 형성도 중요한 역할을 수행한다. 2015 개정 교육과정에 따르면 창의융합형 인재 양성을 위해 교실 수업을 개선하고, 창의적 사고 역량, 의사소통 역량, 공동체 역량, 심미적 감성 역량, 지식정보처리 역량, 자기관리 역량의 핵심역량을 함양할 수 있는 교육과정을 마련하고자 한다. 이에 교과교육과정 개정 방향으로 핵심역량을 반영한 학생 참여중심의 교수·학습 방법 개선과 과정중심의 평가 확대 등을 제시하였다. 또한 2009 개정 교육과정 이후 중등학교에는 창의적 체험활동을 운영하여 교과위주 수업에서 벗어나 다른 사람과 함께 활동함으로써 공동체 의식 함양 등의 전인적 성장을 목표로 하고 있다. 따라서 협력적 문화가 형성된 교육 환경에서 학습자의 능동적 참여와 협력 활동을 통해 창의력, 문제해결력 향상을 목표로 하는 디자인 사고를 활용한 문제해결 수업은 중등학교에서 핵심역량 함양을 위한 교육과정으로 활용될 수 있다. ;It is inevitable that people face various problems that are unpredictable. For that matter, it is very necessary to have problem solving skills in order to be able to find and gather information related to these problems and solve them. Therefore including problem-solving skills in school curriculums where learners can learn these skills will be beneficial. Design Thinking is one of the problem-solving approaches and its principles are being applied in problem-solving these days. The design thinking model, developed by American design consulting firm IDEO and Stanford D.School, is utilized as a problem solving method to discover and solve the discomfort of people in various fields of school, business and society from a human-centered viewpoint(CNET Korea, 2013). In particular, design thinking is used in problem-solving lessons is a process of defining actual problems through empathy within a social context and collaborating with colleagues to solve problems. The learner identifies essential problems in the learning process. It also has the possibility of self-definition, experience of creative problem solving through idea generation, and social competence through collaborative activities. However, it is difficult for instructors to design and apply design thinking in their lessons because design thinking is geared towards the field of business, and not education. Due to that, there is a lack of an effective education environment, discussion of teaching and learning as compared to problem-based learning. Therefore, to effectively implement design thinking in problem solving contexts in the secondary school education field, teachers should understand the new concept of DT and support the learning experiences of the learners considering the classroom contexts. In order to design a class effectively, it is important to reflect on the essential characteristics of design thinking, because understanding the main components of a problem-solving class using design thinking and to utilize the principles necessary for designing class. The purpose of this study is to identify the components of problem solving using the design thinking process in the secondary school education field and to provide a detailed design guideline when using this approach. The research problems to achieve this objective are as follows.

1) What are the components of problem solving instruction using design thinking? 2) What is the design principle according to the components of problem solving lessons using design thinking?

The design and development research methodology of Richey and Klein(2007) was applied to identify the research problems of this study. Through reviewing literature, the components and design principles of problem-solving lesson using design thinking was developed, and tried to make it feasible through internal validation of experts and field teachers. Through the analysis of the literature related to design thinking and problem-solving learning, the contents related to design were identified and the components and design principles of problem solving learning using design thinking were developed by integrating common elements and design principles. In addition, detailed guidelines were developed to appropriately reflect the components and design principles in the class. In order to validate the developed components and design principles, the validation process was carried out through expert feasibility review and user reaction evaluation. As a result of the study, design thinking activity (problem representation and definition, learning activity, thinking method), collaborative culture formation and environment composition were derived as main components, and the principle of design. It was developed with twelve design principles of contents, and 28 detailed instructions of behavioral contents. The principles of design are as follows: 1) the principle of active problem finding, 2) the principle of problem definition through empathy, 3) the principle of sharing and reflection through collaborative activities and individual activities, 4) the principle of communication through visualization, 5) Principle of repetition and circulation, 6) Principle of repetition of divergent thinking and convergent thinking, 7) Desirability, Feasibility, and Viability Principle of 3 Concept of balance, 8) Principle of intuitive thinking and analytical thinking balance, 9) Principles of horizontal relationship formation, 10) principles of accepting culture formation, 11) principle of extension of learning environment, 12) principle of supporting role of teacher. Through the development of components and design principles, we were able to identify variables that should be considered important in problem - solving lessons using design thinking, and to ascertain what principles teachers should follow to design lessons. Through the results of the study, we can discuss the educational implications of problem-solving lesson using design thinking as follows. First, in the problem-solving class using design thinking, it is important not only to solve the problem but also to define the problem through empathy. The learner is able to define the problem of value to himself by directly participating in the actual context by using observation and interview method while going in and out of the classroom during the design thinking activity. To contribute to the motivation to participate. Second, in problem-solving learning using design thinking, it is important for learners to participate in problem solving through repetitive experiments(prototype). In the problem-solving learning process, cognitive processing helps learners to repeatedly try and evaluate many solutions to obtain solutions(Smith & Ragan, 2005). In the problem-solving class using design thinking, You can create and evaluate with people involved in the problem, experience repetitive problem-solving where you can find improvements and prototype again Third, in the problem-solving class using design thinking, formation of collaborative culture for the expression of ideas and active participation is important. The learner must constantly generate ideas in design thinking activities and be able to learn through trial and error by repeating execution and failure through prototypes(Kangas et al., 2013). To this end, both learner and instructor need to form a permissive and receptive culture based on horizontal relation and help learners to recognize the classroom as a safe space. Fourth, in the problem-solving learning using design thinking, the instructor should be able to help the learner to participate in the real environment. Learners need to understand and solve increasingly complex problems in the future society, and they can acquire the skills and tools they need by experiencing problem-solving lessons that use design thinking in real situations(Carroll et al., 2010). In other words, design thinking can be a training method for fostering talent with the ability to flexibly cope with problems and create new knowledge with a focus on creativity, innovation, problem solving, critical thinking, communication and cooperation. In summary, problem-solving class using design thinking allows learners to understand problem-solving activities in classroom and outside the classroom, and to understand others in real environment, it has educational potential. In addition, it defines the unstructured problems that may arise in everyday life rather than the structured problem, and it considers the solutions and revises their own understanding repeatedly while participating in practical and repetitive solutions. Finally, the formation of the culture of the learning environment also plays an important role in learning through the development of ideas and trial and error.