-> 발명과 문제해결 발명교육 이론 3강 20100164 고광수, 20100165 고은식 20100166 기지원, 20100167 김동규

Ⅲ.발명과 문제해결 (1)기술적 문제 의 개념과 유형 (2)기술적 문제 해결과 발명 문제 해결 (3)발명 문제 해결의 실제

도입 ◈무거운 짐을 어떻게 쉽게 나를까? ⇒바퀴의 발명 (효율적으로 문제 해결) ◈ ‘발명’은 ‘문제 해결’이며 기술 과 관련된 ‘기술적 문제해결’과 관련 됩니다. 주제어 • 기술적 문제 • 발명 • 문제해결 모형 • 문제해결 단계

1.기술적 문제의 개념을 이해하고 유형 을 구분할 수 있다. 2.기술적 문제 해결 모형과 발명 문제 해결 모형을 이해할 수 있다. 3.기술적 문제로서 발명 문제를 해결하 기 위한 문제 확인과 계획 단계를 수행 할 수 있다.

◈1.기술적 문제의 개념과 유형 (가) 기술적 문제의 개념 Johnson(1987)은 대부분의 이론적 문제들이 단지 사고 과 정에만 관련되어 있는 반면에 기술적 문제는 사고에 기반 한 행위와 관계가 있다고 하여 기술적 문제를 일반적인 문 제들과 구분하였다. Hutchinson & Karsnitz(1994)는 기술적 문제는 오직 하나 의 답만을 요구하지 않고, 다양한 형태의 해결책을 갖는다 는 점에서 수학적 문제 및 과학적 문제와 구분된다고 하였 다.

Arthur(1999)는 기술적 문제 해결을 “제품이나 시스템을 설계, 창출, 개선하기 위해 도구와 재료 및 공정을 이용하여 문제를 분석하고 해결하는 과정”으로 정의하였다. 이 정의에 따르면 기술적 문제는 제품 및 시스템의 설계, 창출, 개선을 목적으로 하고 도구, 재료 및 공정을 수단으로 하는 문제라 할 수 있다. McCade(1990)는 기술적 문제를 세 개의 범주로 구분 (설계 , 고장 해결 , 기술 평가/영향 평가) 설계는 제품을 만들기 위해 필요한 초기 생각을 다듬어나가는 것뿐만 아 니라 조사, 실험 및 개발 등도 포함한다. 설계는 혁신(innovating), 창의 (creativity) 등과 같은 개념과 밀접한 관계를 갖는다. 고장 해결은 기술의 혁신보다는 기술의 문제 상황을 인식하는 것이며, 기술적 문제 해결 결과인 제품을 사용하는데 있어 발생하는 문제를 발견 하고 고치는 것이다. 기술 평가/영향 평가는 가능한 산출 결과를 예측하고 가장 적합한 해결 책을 선택하기 위해서 문제 해결 결과의 영향을 비판적으로 분석하는 능 력을 다루는 문제이다.

Custer(1995)는 문제를 (1) 사회/대인적 문제 (2) 자연/생태적 문제 (3) 기술적 문제 로 구분하였다. (3) 기술적 문제 로 구분하였다. 문제 해결은 다양한 형태로 존재한다. 학교 교육에서 수학 방정식의 해결에서부터 과학 실험에 이르기까지 모든 것이 문제 해결에 포함된다. 실제 직업 세계에서 경제학자가 자원과 부를 분배하는 문제, 의학자가 질병 의 원인을 알아내기 위한 시도, 과학자가 우주의 신비를 확인하기 위한 노력 등을 모두 문제 해결이라 할 수 있 다. 모든 것이 문제이고 문제 해결을 포함하고 있지만, 이들 모두가 기술적이지는 않다.

나. 기술적 문제의 유형 ◈Custer(1995)는 기술적 문제를 발명(invention), 설계(design), 고장 해결(trouble shooting), 절차(procedures)와 같은 네 개의 개념적 틀로 조직하여 <표 1>과 같이 제시하였다.

<표 1> 기술적 문제의 네 가지 유형 구분 개념 발명 (invention) 발명은 추상적인 생각이 물리적 대상이나 과정에 반영되었을 때 발생한다. 이 세상은 창의적인 사람의 상상 속에 존재하던 물체들로 가득 차 있으며, 이러한 것들은 개발 과정을 통해 유용한 형태로 존재하게 되었다. 발명의 대표적인 예로는 바퀴, 에디슨의 전구, 증기 기관, 자동차, 포드의 조립 라인, 인공 위성 등을 들 수 있다. 설계 (design) 의도하는 목표를 성취하기 위해서 특정 제한 상황 내에서 제반 원리를 실제 적용하는 것이다. 예를 들어, 건축가가 건물을 설계할 때 비용, 외관, 활용성, 용도 등을 고려하는 것이다. 실제로 우리가 경험하고 사용하는 인공적인 모든 것은 설계 과정을 거친 제품이다. 엔지니어, 인테리어 디자이너, 건축가 등이 설계 전문가들이다. 고장 해결 (trouble shooting) 어떤 제품에 고장이 발생할 때 일어나는 기술적 문제 해결의 유형이다. 전등 불이 꺼졌을 때, 문이 잠겼거나 삐그덕 거릴 때, TV가 잘 안나올 때, 컴퓨터 바이러스가 침투하였을 때 문제의 원인을 밝히고 고치기 위해 고장 진단 및 수리가 필요하다. 절차 (procedures) 계획하고 계획에 따른 지침을 수행하는 것과 관련된다. 이러한 형태의 문제 해결은 크리스마스 트리를 장식하기 위한 간단한 절차에서부터 기술공, 조립공들이 절삭, 드릴링, 조립, 설치, 페인팅 등을 할 때 순서를 정하고 계획을 수립하는 것과 관련된다.

2. 기술적 문제 해결과 발명 문제 해결 가. 기술적 문제 해결 모형 ●Bransford와 Stein(1984)은 일반적인 문제 해결 과정을 단순화 한 문제 해결 단계로서 IDEAL 모형을 제시하였다. ① I (Identify problem) 문제 확인 ② D (Define and represent the problem) 문제 정의와 제시 ③ E (Exploring alternative approaches) 대안적 접근 탐색 ④ A (Acting on a plan) 계획 실행 ⑤ L (Looking the effects) 효과 검토

① 문제 정의하기 ② 가능한 해결 방법에 대한 정보 수집하기 ③ 가능한 해결 방법 탐색하기 ④ 가능한 해결 방법 선택하기 ●Phipot과 Sellwood(1987)는 9 단계의 문제 해결 단계 모형 을 제시하였다. 이 모형에서는 문제 해결 방법으로서 도구나 재료의 수공 적 조작을 요구한다는 특징을 갖는다. 따라서, 실과교육에 보다 적합한 모형으로 볼 수 있다. ① 문제 정의하기 ② 가능한 해결 방법에 대한 정보 수집하기 ③ 가능한 해결 방법 탐색하기 ④ 가능한 해결 방법 선택하기 ⑤ 선택한 방법 수행하기 ⑥ (필요한 경우) 방법 수정하기 ⑦ 다시 최상의 문제 해결 방법 수행하기 ⑧ 최종적인 문제 해결하기 ⑨ 평가 단계로서 설명하기

●Todd(1990)는 논리적이고 체계적으로 기술적 문제를 해 결할 수 있도록 한 6단계의 IDEATE 모형을 제시하였다. ① I (Identify and define the problem) 문제를 확인 하고 정의하기 ② D (Defining the desired goals and available resources) 이용 가능한 자원과 바람직한 목표 설정 하기 ③ E (Exploring possible solutions) 해결 가능한 대 안의 탐색 ④ A (Assessing the alternatives) 대안 평가하기 ⑤ T (Trying out the best solutions) 가장 좋은 해결 책을 실행하기 ⑥ E (Evaluating the match of goals and results) 결 과와 목표의 합치성 평가하기

●Daiber, Literland와 Thod(1991)는 기술 적 문제 해결 전략으로서 SEARCH 모형을 제시하였다. ① S (State the problem in your own words) 스스 로 문제 진술하기 ② E (Explore ideas and informations) 아이디어 와 정보 탐색하기 ③ A (Apply your best solution) 최적의 해결책 적용하기 ④ R (Retry if it does not work) 제대로 해결되 지 않았다면 다시 시도하기 ⑤ C (Change ideas and recycle) 아이디어를 바꾸 어 처음부터 다시 시작하기 ⑥ H (Hook ideas into other learning) 다른 학습 에 적용하기

●Hutchinson과 Karsnitz(1994)는 기술적 문제 해결 과정을 9 단계의 ‘설계 루프 (design loop)' 모형으로 제시하였다. ① 문제와 기회 확인하기 ② 문제를 구체화 명세화하기(design brief 작성) ③ 연구와 조사하기 ④ 대안적 해결책 구안하기 ⑤ 하나의 해결책 선택하기 ⑥ 실행 계획하기 ⑦ 모형과 원형 제작하기 ⑧ 검사와 평가하기 ⑨ 재설계와 개선하기

기술적 문제 해결 단계와 관련하여 앞서 살펴 본 연 구 결과에서 공통적으로 확인할 수 있는 기술적 문 제 해결의 기본 과정은 문제 확인, 계획, 실행, 평가 의 4 단계로 볼 수 있다.

① 문제 확인 단계 ․ 문제의 인식과 구체화 ․ 현재 불편한 사항은 무엇인지? ․ 개선해야 할 사항은 무엇인지? ② 계획 단계 ․ 문제 해결을 위한 아이디어 생성 ․ 정보와 자료의 수집 ․ 최적의 대안 선택 ③ 실행 단계 ․ 선택한 대안을 실행(인지적 또는 실천적) ④ 평가 단계 ․ 문제 해결 과정과 결과의 평가 ․ 자기 평가 및 동료 평가를 통한 개선 사항 발견

나. 발명 문제 해결 모형 발명을 위한 창의적 문제 해결 모형을 네 단계로 제시하면 다음 과 같다. 1.문제의 이해 및 범위 결정 2.문제 해결 방법 계획

3) 선정된 문제 해결 방법 적용 4) 문제해결 결과 평가

3. 발명 문제 해결의 실제 강의실 복도에 있는 사물함을 생각해보세요. 사용하기에 불편한 점은 없었나요? 어떤 점이 불편했나요? 사용하기에 보다 편리한 사물함을 생각해보세요. 지금 사용하는 사물함을 어떻게 개선할 수 있을지...? 전혀 새로운 방식의 사물함도 상상해보세요. 보다 편리한 사물함을 생각해보는 발명 문제 해결 과제를 수행해보세요.

가. 발명 문제 확인하기 발명문제 해결하기1 1 교실에서 사용되는 사물함의 모양과 구조를 프리핸드 스케치 로 각자 그려보세요. - 가로, 세로, 높이의 크기를 표현 해보세요. - 문이 어떻게 열리고 잠기는지 표현 해보세요. - 책이나 학교생활 용품을 넣은 장면도 표현 해보세요. 현재 사용하고 있는 사물함의 불편한 점을 찾아 적어보세요. 앞 단계에서 그린 그림을 활용하면 더 좋습니다. 발명문제 해결하기1 1 사물함의 모양과 구조 탐색하기 발명문제 해결하기1 2 사물함의 불편한 점 찾기

나. 발명 문제 해결 계획하기 사물함 개선 발명 아이디어를 생각해보세 요. 사물함의 재료, 위치, 모양, 기능 등 다 양한 관점에서 사물함을 개선할 수 있는 아이디어를 생각하고 그 계획을 작성해보 세요. 프리핸드 스케치로 표현하면서 설명 하면 더 좋습니다. 발명 문제 해결 계획하기1 사물함 개선 발명 아이디어 찾기