초등학생들은 공학적 설계 과정에서 어떻게 실패를 경험하는가?

Abstract

본 연구의 목적은 초등학생의 공학적 설계과정에서 나타나는 실패의 원인을 분석하고 학생들이 실패에 어떻게 대처해나가는지 살펴보는 것이다. 이를 위해 과학 3∼4학년군 ‘물의 여행’ 단원을 과학·공학수업으로 재구성하였으며 재구성한 4개 차시의 공학 수업을 4학년 4개 학급 학생들에게 적용하였다. 본 연구는 연구에 동의한 7개 모둠을 대상으로 진행되었으며 총 28명의 학생들이 연구 대상자로 참여하였다. 연구 참여자들의 수업 행동 및 담화를 녹음 및 녹화하였으며, 수업 후에는 모둠별 집단 면담을 실시하였다. 학생들이 직면한 실패의 원인을 분석한 결과, 크게 인지적 요인에 의한 실패와 환경적 요인에 의한 실패로 나눌 수 있었다. 인지적 요인으로는 재료 특성에 대한 이해 부족, 탐구 능력 부족, 과학적 원리에 대한 이해 부족이 있었고, 환경적 요인으로는 활동 시간 부족, 주어진 재료의 한계가 있었다. 이러한 실패에 대한 학생들의 대처를 분석한 결과, 대처를 수행하는 경우는 산출물이 개선된 경우와 개선되지 않은 경우로 나눌 수 있었다. 산출물이 개선된 경우는 기존 산출물을 수정하는 경우와 새로운 산출물을 제작하는 경우로 나눌 수 있었고, 산출물이 개선되지 않은 경우는 마주한 실패의 원인과 관련 없는 대처를 한 경우와 테스트 조건을 변경하는 경우로 구분되었다. 반면, 대처를 수행하지 않은 경우는 테스트 성공 기준을 완화하여 대처를 수행하지 않은 경우와 활동 시간이 부족해 대처를 하지 않은 경우가 있었다. 본 연구의 결과를 바탕으로 다음과 같은 논의 및 시사점을 도출하였다. 첫째, 학생들이 통제하기 어려운 환경적 요인으로 인한 실패를 줄일 수 있도록 수업을 설계하는 것이 필요하다. 둘째, 학생들이 실패에 대처할 때 실패 원인에 대한 논의가 부족한 현상을 개선하기 위해 학생들이 많이 경험하는 실패 원인에 대해 학습할 시간을 수업 초반에 충분히 제공해야 한다. 셋째, 학생들이 공학적 설계 과정 중 계획하기보다 만들기에만 집중하는 경향이 있으므로 학생들이 공학적 설계의 모든 과정을 학습해볼 수 있는 기회를 마련해야 한다. 넷째, 실패를 부정적으로 인식하여 실패를 회피하는 모습을 보이는 학생들에게 실패에 대한 긍정적 인식을 심어주는 것이 필요하다. 본 연구는 초등학생들이 공학적 설계 과정에서 경험하는 실패 및 대처를 심층적으로 분석하여 공학 교육에서 학생들의 건설적 실패에 대한 시사점을 도출하였다는 점에서 의의가 있다.;The purpose of this study is to explore how elementary students experience failures during the engineering design process. For this, a science unit “Journey of Water” was revised using engineering design process and applied to four classes for fourth graders. A total of 28 students in seven groups participated in this study and the classes were audio-and video recorded. Interview after classes were conducted as well. For analysis, each episode including students’ failures were extracted and the cause of failures and how students handled with failures were analyzed. As a result, the cause of failures that students experienced in this study were categorized into cognitive factors and environmental factors. Cognitive factors included lack of understanding of material properties, lack of inquiry ability, and lack of understanding of scientific principles, and environmental factors included lack of activity time and limitations of given materials. I also examined how the products were handled by dividing them into improved and non-improved outputs. The case of improved output was divided into the case of modifying the existing output and the case of producing a new output. The case of non-improved output was divided into the case of handling unrelated to failures and the case of changing the test conditions. On the other hand, it was found that students loosen the criteria of test success and did not handle the failures. Also it was found that students did not handle failure because of time insufficient. Based on the results of this study, the following discussions and implications were derived. First, it is necessary to design classes so that students can reduce failures due to environmental factors that are difficult to control. Second, in order to improve the lack of discussion on the cause of failure when students cope with failure, it is necessary to provide enough time to learn about the causes of failure that students experience a lot at the beginning of the class. Third, students tend to focus only on making rather than planning during the engineering design process, so students should have an opportunity to learn all the processes of engineering design. Fourth, it is necessary to instill a positive perception of failure in students who show a negative perception of failure and avoid failure. This study is meaningful in that it derived implications for constructive failure of students in engineering by deeply examining the failures that elementary school students experience in the engineering design process.