[논문 리뷰] Technology-Enabled Nurturing of Creativity and Innovation: A Specific Illustration from an Undergraduate Engineering Physics Course

Frank V. Kowalski, Susan E. Kowalski외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 11.

Innovative Teaching and Learning Methods참고 문헌 26인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 펜 기반 장치를 활용한 InkSurvey를 활용한 기술 기반 교육 프레임워크를 제시하여, 학부 공학 물리 수업 학생들의 창의성과 혁신 능력을 향상시키고자 한다. 실시간, 익명, 체계적인 그룹 브레인스토밍을 통해 긍정적·부정적 비판적 사고를 유도함으로써, 낮은 스트레스 수준의 특화된 STEM 환경에서 아이디어 생성과 평가가 향상되며, 학생들은 솔루션 타당성을 평가하기 위한 공동의 기준을 개발한다.

ABSTRACT

There is general agreement that creativity and innovation are desirable traits in the toolbox of 21 extsuperscript{st} century engineers, as well as in the future workforce in general. However, there is a dearth of exemplars, pedagogical models, or best practices to be implemented in undergraduate engineering education to develop and nurture those talents. In this paper, we use a specific example of a classroom activity from a course designed to help bridge the transition from learning the fundamental principles of engineering physics in introductory courses to being able to creatively and innovatively apply them in more advanced settings, such as senior capstone projects and on-the-job challenges in the future workplace. Application of techniques for generating and evaluating ideas are described. To enhance the benefits of group creativity and facilitate real-time electronic brainstorming in the classroom, we use InkSurvey with pen-enabled mobile computing devices (iPads, tablet PCs, Android devices, etc.). Using this free, web-based software in this setting effectively mitigates many of the social issues that typically plague brainstorming in a group setting. The focus, instead, is on paying attention to the ideas of others while encouraging fluency, originality, and honing positive critical thinking skills. This emphasis is reflected as the group creates a metric to evaluate their potential solutions. A specific case from undergraduate and graduate level engineering physics courses is described to illustrate how the extensive work done in this arena in psychology, marketing, and business environments can be applied to STEM education. The classroom process is outlined and actual student results are presented to illustrate the method for other instructors who might be interested in employing similar activities in a non-threatening, low-stakes learning environment.

연구 동기 및 목표

• 디자인이나 기업가정신이 아닌 학부 공학 수업에서 창의성과 혁신을 기르는 데 필요한 교육 모델의 부족을 해결하기 위해.
• 공학 수업에서 흔히 발생하는 그룹 브레인스토밍의 문제점인 사회적 억압, 평가에 대한 두려움, 참여 불균형을 극복하기 위해.
• 비판적 사고나 아이디어 생성을 두려움 없이 연습할 수 있는 낮은 스트레스 수준의 안전한 학습 환경을 조성하기 위해.
• 개인적 아이디어 도출과 그룹 평가를 통합하는 체계적인 과정을 개발하여 긍정적·부정적 비판적 사고를 모두 활용하기 위해.
• 심리학 및 비즈니스 분야에서의 창의성 기법을 실제 수업 사례를 통해 STEM 교육에 이식 가능하게 보여주기 위해.

제안 방법

• 학생들이 타이핑한 텍스트나 디지털 잉크를 사용해 모바일 기기(예: iPad, 태블릿)로 아이디어를 제출할 수 있는 무료 웹 기반 소프트웨어인 InkSurvey를 활용한다.
• 실시간 익명 제출 기능을 통해 사회적 불안을 감소시키고 모든 학생의 참여를 장려한다.
• 양면 비판적 사고 과정을 통합한다: 먼저 긍정적 요소를 식별하고(긍정적 비판적 사고), 그 다음 결함이나 위험 요소를 식별한다(부정적 비판적 사고).
• 모든 학생의 아이디어를 집합적으로 표시함으로써 그룹 토론을 촉진하며, 강사가 입력에 따라 필터링, 강조, 지도를 가능하게 한다.
• 학생들이 공동으로 솔루션의 타당성과 강도를 평가할 수 있는 결론 기준을 개발하도록 이끈다.
• 기본 물리 원리를 실제 문제(예: 먼지 많은 환경에서 암석 부피 측정)에 적용하는 데 초점을 맞춘 실제 공학 물리 수업 환경에서 이 방법을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 디자인이나 기업가정신이 아닌 학부 공학 수업에서 창의성과 혁신을 효과적으로 기를 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 익명적 실시간 디지털 브레인스토밍이 그룹 환경에서 아이디어의 유연성, 독창성, 비판적 사고 능력 향상에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 긍정적·부정적 비판적 사고를 결합한 개인적 아이디어 도출과 그룹 평가의 체계적 과정이 STEM 환경에서 솔루션 품질 향상에 기여할 수 있는가?
• RQ4 모바일 펜 기반 기술인 InkSurvey의 사용이 학생들의 그룹 창의 활동 참여도와 참여 수준에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 대규모 수강생이 있는 STEM 수업에서 기술 기반 창의성 교육의 성공에 있어 강사의 지도 역할은 어떤가?

주요 결과

• 모바일 기기와 함께 InkSurvey를 사용함으로써 그룹 브레인스토밍에서 사회적 억압이 크게 감소하고, 특히 소극적인 학생들의 참여가 증가했다.
• 기존의 구두 브레인스토밍에 비해 익명적 실시간 디지털 입력 방식을 사용할 경우, 학생들은 더 독창적이고 다양한 아이디어를 생성했다.
• 긍정적·부정적 비판적 사고의 체계적 적용으로 인해 처음에는 비현실적인 아이디어(예: 먼지 많은 환경에서 레이저 사용)가 음향파를 활용한 실현 가능한 솔루션으로 전환되었다.
• 그룹은 솔루션 품질 평가를 위한 공동의 결론 기준을 개발했으며, 이는 비판적 평가 능력 향상과 협업 문제 해결 능력 향상을 보여주었다.
• 이 방법은 학생들이 아이디어를 실험하고 실수에서 배우는 데 안전하다고 느낄 수 있는 비협력적·낮은 스트레스 수준의 환경을 성공적으로 조성했다.
• 강사의 지도가 프로세스 성공의 핵심 요소로 확인되었으며, 효과를 떨어뜨리지 않고도 일부 지도 작업을 수업 후 시간으로 연기할 수 있었다.