공학설계입문 - nmtl.cau.ac.krnmtl.cau.ac.kr/Lecture/Engineering/Introduction_Engineering_Desing_01_smkim.pdf · 공학설계입문 2012년2학기 ... 11/14 공학보고서작성PBL

Introduction of Engineering DesignMechanical Engineering, CAU

공학 설계 입문

2012년 2학기

김 석 민


강의 소개

담당교수 : 김석민 ([email protected], Bobst-hall #429)

수업시간 : 수 9,10,11,12,13,14 강의실 Bobst-hall #431 & 202 (CAD/CAM 실)

강의교재

주교재 : 공학도를 위한 매트랩, holly Moore (유태훈, 한기수 옮김) PEARSON

부교재 : - 강의 노트 (http:nmtl.cau.ac.kr) 에서 download

평가 : MATLAB 실습: 20%, 기말고사: 20%, 개별 프로젝트 : 20%,

팀 프로젝트: 10%, 최종 프로젝트 : 20%, 출결 10%

* 출석점수 = 10 - (│결석일 - 1 │ X 3) * 지각은 0.5 결석일로 계산 (4일 결석 이상은 F)

조교 : 한윤아 208동 309호 010-3600-4138, [email protected]

본 강의는 중앙대학교 “2012 교육역량강화지원사업” 의 일환인

Creative Teaching Initiative Program 참여 과목으로 선정되어 운영됩니다.

- Problem based leaning 기법 및 Capstone design 기법 적용

- 최종 Project 발표 수업은 동영상으로 촬영되어

중앙대학교 관련 홈페이지 등에 소개될 수 있음..


창의력

http://www.youtube.com/watch?v=G5kxCaZdHdQ


어떤 인재를 길러내야 하는가?

대학은

사회에서 요구하는 인재를 양성하기 위해

학습자들에게 문제해결과 협동학습의 기회를 제공해 줄

수 있는 학습방법을 탐구하고 있다.

광범위한 지식을 보유하고 있을 뿐만 아니라 새로운 지식을 받아

들이고 이를 문제해결에 적용할 수 있으며, 팀 구성원으로서의 역

할과 기능을 다할 수 있는 사람이다(Hmelo & Evensen, 2000)

• 21세기가 원하는 유능한 인재란?


공학도에게 창의력이란?

주어진 제한조건에 맞추어 문제를 해결해나가는 능력

Trial and Error 가 불가능한 문제들 …

창의적 idea 창출 및 해석적 기법을 이용한 idea 검증

과정을 통한 최적 idea 구현

다양한 배경지식을 갖고 있는 팀원들간의 팀활동을 통해

보다 창의적인 idea 및 idea 검증 과정이 가능함

본인의 idea 를 팀원간에 조리있게 설명하는 능력

& 평가자를 설득 시킬 수 있는 능력 (Report, Presentation)

본 과목의 학습 목표1. 해석적 기법에 대한 습득2. 문제 해결 방법 배양 (Problem Based Learning, Capstone design)3. 팀활동 및 발표/보고서 능력 배양


강의 계획강의계획

일정 강의내용 프로젝트 개별과제

09/05 PBL 및 공학문제 해결과정 개념소개 팀구성 방안 2장 연습문제

09/12 MATLAB 환경 및 내장함수 이용 문제해결 팀활동 평가 방안 3장 연습문제

09/19 MATLAB 이용 행렬 및 그래프 문제 해결 팀 규칙 PBL 4,5장 연습문제

09/26 사용자정의함수 및 사용자 제어 입/출력 문제해결 팀 규칙 PBL 7,8장 연습문제

10/03 개천절 휴강

10/10 MATLAB 이용 논리함수와 제어구조 문제해결 개별 Project 1 (CD) 8장 연습문제

10/17 중간고사 기간

10/24 개별 Project 1 발표 및 평가

10/31 MATLAB 이용 행렬 및 배열 문제 해결 공학 보고서작성 PBL 9, 10장 연습문제

11/07 MATLAB을 이용한 file 입력 및 출력 문제 해결 공학 보고서작성 PBL 연습문제 제공

11/14 공학 보고서작성 PBL 발표 개별 Project 2 (CD)

11/21 개별 Project 2 발표 및 평가 최종 Project PBL

11/28 공학문제해결 방법론 최종 Project PBL

12/05 공학문제해결 방법론 최종 Project PBL

12/12 최종 Project PBL, CD 최종 Project 발표

12/19 기말고사 (MATLAB 포함)


창의적 문제해결 과정


문제 해결 연습 (팀구성)

팀활동을 위한 팀구성을 어떻게 하면 학생들의 불만이 없을까?


• 문제– 변화를 통해서 더 좋은 상태로 개선될 수 있는 모든 것

공학적 문제와 문제해결


1 문제정의

• 문제의 진짜 원인이 어디에 있는가를 찾는 과정

– 현재의 문제점에서 시작– 소비자 설문조사, 특허검색, 기술문서 검색 등을 통하여 문제에

관련된 다양한 정보를 수집하고 분석

• 결과물: 문제정의문

– 문제의 핵심이 정확하고 간결하고 긍정적인 문장으로 표현되어야 함

– 여러 번의 교정을 통하여 문제의 핵심을 충분하고 명확하게 표현하는 문장으로 다듬어져 나가야 한다.


원인결과도

(Cause-and-effect or Fishbone diagram)식기세척기 개선


2. 아이디어 창출

• 많은 창의적 아이디어를 만들어 내는 과정

• 아이디어 창출 기법– 브레인스토밍– SCAMPER – 형태학적 분석법– 기타 많은 방법들이 있음

• 기존의“사고의 틀”을 넘어서는 엉뚱하고 창의적인 아이디어들을 많이 제시해야 함– 즐겁고 자유로운 회의 분위기– 상대 비판하지 않기

• 결과물: 많은 아이디어(40~50개)


3 아이디어 다듬기

• 정제되지 않은 다수의 아이디어를 좀 더 실용적인 아이디어로 만드

는과정

• 아이디어들을 분류하고 조합하는 과정을 통하여 실제 문제해결에

도움이 되는 방향으로 다듬어짐

• 브레인스토밍 과정의 연속

– 아이디어 다듬는 과정에서 새로운 아이디어 도출함

• 결과물: 소수(3~4개)의 실용적인 아이디어


4 아이디어 판정과 실행

• 소수의 후보 아이디어들 중에서 문제 해결방안으로 가장 적합한 아이디어를 최종 선택하는 과정

• 결과물: 최종 문제 해결방안

해결방안 실행 문제해결


최종 Project 개요

• 계곡을 연결하는 Truess 다리를 설계하려고 한다.

최소한의 비용으로 가장 튼튼한 다리를 제작하려면

어떻게 해야할 것인가?


Problem Based Learning

학습자들에게 실제적인 문제를 제시하고, 그 제시된 문제

를 해결하기 위해 학습자들 상호간에 공동으로 문제해결

방안을 강구하고, 개별학습과 협동학습을 통해 공통의 해

결안을 마련하는 일련의 과정에서 학습이 이루어지게 되

는 학습방법이다. (Barrows, 1985)

넓은 의미의 PBL


• 초기활동

• 문제제시 및 문제에의 접근

• 문제에서 요구하는 학습내용추론

• 자기주도학습

• 문제해결을 위한 새로운 지식의 적용 및 문제해결계획에 대한 반추

• 문제의 해결안 작성

• 문제의 해결안 발표

• 종합정리(mini-lecture)

Ideas Facts Learning Issues

PBL 과정


PBL Cycle

Overview

Problem, Project, or Assignment

Group Discussion

InvestigationGroup Discussion

Preparation of Group “Product”

Whole Class Discussion

Mini-lecture(only if needed!)

PBL

Ⅱ. PBL 이해하기


(1) 초기활동

- 소개하기

- 그룹규칙 정하기

친근하고 허용적인 분위기 형성을 위해 매우 중요

(2) 문제제시 및 문제에 대한 접근

- 문제의 제시로부터 학습이 시작

PBL 과정


(3) 문제에서 요구하는 학습내용추론

PBL 과정

가설/해결안(IDEAS) 이미 알고있는 사실들(FACTS) 더 알아야 할 것(LEARNING ISSUES)

주어진 과제를 풀기 위

해 생각할 수 있는 어떤

것들, 결과물, 필요한 자

료, 정보, 기술은 무엇인

가?


해 규명한 생각, 사실, 정

보, 기술들 중에서 이미

알고 있는 것들


해 규명된 생각, 사실, 정

보, 기술 중에서 알지 못

하고 있는 것들을 기술

(4) 자기주도학습의 수행


(5) 문제해결을 위한 새로운 지식 적용 및문제해결계획에 대한 반추

PBL 과정

가설/해결안(IDEAS) 이미 알고있는 사실들(FACTS)


해 생각할 수 있는 어떤

것들, 결과물, 필요한 자

료, 정보, 기술은 무엇인

가?


해 규명한 생각, 사실, 정

보, 기술들 중에서 이미

알고 있는 것들


해 규명된 생각, 사실, 정

보, 기술 중에서 알지 못

하고 있는 것들을 기술

더 알아야 할 것(LEARNING ISSUES)


(6) 문제의 해결안 작성

- 문제에 대한 전문가의 입장이 되어 문제의 해결안을 구안-

- 문제의 해결안은 문제에서 요구하는 형태로 작성

: 프리젠테이션 자료, 환자에 대한 처방전, 설계제안서 등

(7) 문제의 해결안 요약 및 종합정리

- PBL에서의 강의 : 강의식 수업에서의 강의와 다른 성격

- 강의를 통해 문제해결과정에서 습득한 많은 지식과 경험 정리

PBL 과정 경험

교수자의 Debriefing

structured contents

unstructured “Problem”

PBL 과정


(8) 성찰저널 작성

• 무엇을 배웠는가?

• 어떤 과정을 통해 학습했는가?

• 이러한 학습활동을 통해 무엇을 배웠는가?

• 이것을 실제 내 생활, 직장, 가정에 어떻게 적용할 것인가?

• 나의 기여도에 대한 기술 및 팀의 각 조원에 대한 평가

PBL 과정


PBL 연습문제(1)

초등학교 하나가 우리 학교 옆에 곧 세워질 것이다. 그것은 아마도 유치원

을 포함하여 600명 정도의 아이들을 수용할 것이다. 그 학교 건립에 필요한

돈은 약 1000억 정도가 예상된다. 이 중에서 0.15%는 아이들 놀이터를 건축하

는 데에 사용될 예정이다.

여러분이 해야 할 일은, 건축설계사에게 주어진 예산안에서, 어떤 놀이기

구가 들어가면 좋을지를 알려 주는 것이다. 물론 그 놀이터는 유치원에서부

터 시작하여 6학년 아이들까지 모두 사용할 수 있는 놀이기구가 있어야 한다.


가설/해결안(IDEAS) 이미 알고있는 사실들(FACTS) 더 알아야할 것(LEARNING ISSUES)

PBL 연습문제 과제수행계획서


가설/해결안(IDEAS) 이미 알고있는 사실들(FACTS) 더 알아야할 것(LEARNING ISSUES)

•학교놀이터 면적 조사

•아이들이 즐겨 노는 게임종류 및 인기 있는 놀이기구 종류

•다른 학교의 경우 소요된비용 내력

•가격조율

•제안서 형식 꾸미기

•누구에게 제안서를 제출할 것인가?

•학생수용력이 600명

•유치원생부터 6학년 학생까지 사용할 것임

•1000억의 0.15%사용

•옆 학교와 YMCA 놀이터가 매우 모범적 경우임

•이대부속초등학교-저학년, 고학년 놀이터 구분

•학교 놀이터 모양 및 면적 조사

•아이들이 즐겨하는 게임종류 및 인기있는 놀이기구 종류, 가격, 재질

•연령대별 발달상황

•학년별인원수

•제안서 형식 꾸미기

•Good case 특성

•필요한 놀이 및 활동

PBL 연습문제 과제수행계획서 Sample


PBL 과정 중 학습자 활동지 예


HW #1

교과서 2장의 연습문제 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 2.10, 2.12 풀이

• MATLAB 을 이용한 결과만 보고서로 제출할 것 (문제 다시 쓸 필요 없음)

• 결과를 얻는데 사용된 MATLAB 파일은 각각 문제 번호.m 파일 (Script m 파일) 로 저장한 후 하나의 파일로 압축하여E-class 홈페이지에 upload 할 것 (기한 다음주 수업시간 전까지)

• Script m 파일이란 .m 확장자로 저장된 파일을 MATLAB 에서 실행하면결과가 화면에 표기되는 m 파일임.

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